CN105052175A

CN105052175A - 通过交叉配置改善声像定位的系统及方法

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Publication number: CN105052175A
Application number: CN201480018009.3A
Authority: CN
Inventors: 金善骏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: JP2014204430A; US20140301582A1; WO2014163304A1; US9154898B2; JP5622015B2; CN105052175B

Abstract

本发明公开通过交叉配置来改善立体声系统的声像的改善声像定位的系统及方法。改善声像定位的系统的特征在于，在具有第一左侧扬声器和第一右侧扬声器的第一立体声系统配置有具有第二左侧扬声器和第二右侧扬声器的第二立体声系统，在上述第一立体声系统的第一左侧扬声器的附近配置有上述第二立体声系统的第二右侧扬声器，在上述第一立体声系统的上述第一右侧扬声器的附近配置有上述第二立体声系统的第二左侧扬声器。

Description

通过交叉配置改善声像定位的系统及方法

技术领域

本发明涉及通过交叉配置改善声像定位的系统及方法，详细地，涉及具有第一左侧扬声器和第一右侧扬声器的第一立体声系统与具有第二左侧扬声器和第二右侧扬声器的第二立体声系统交叉配置的改善声像定位的系统。

背景技术

在声学中，声像定位是将人类所能感觉得到的特定音源的位置定位在虚拟位置的立体声技术。具体地，2频道的立体声系统的音源位置有两个，但人类所识别的音源的位置是它们中间的某一位置，而并非是扬声器的位置。通常将这种现象称为声像，而且在可以清晰地识别声像时，表示为声像定位好。

另一方面，立体声技术可分为录音技术和再生技术两种。以频道为基准，音频系统大体可分为1.0频道的单声道(mono)系统、2.0频道的立体声(Stereo)系统及2.1频道以上的环绕(Surround)系统等三种。

此时，如图1所示，除了上述单声道系统之外的所有音频系统存在左、右方向性。即，在左、右配置左侧扬声器、右侧扬声器，以便在相同反射环境中对称，而假设收听者和各个扬声器间的距离相同的时候，来体现音源的制造人员所期望的声像定位。

此时，上述音源意味着对现实的声音进行录音、编辑，并通过再生器和增幅器来向扬声器传输的电信号。

但是，如图3所示，在实际条件下，左侧扬声器、右侧扬声器周围的反射环境很难相同，而且收听者和各个扬声器间的距离也很难相同。因此，很难体现准确的声像定位。

鉴于此，通过形成5.1频道、7.1频道等的环绕系统来增加扬声器的数量，并将扬声器立体配置于收听者的周围，由此体现临场感，但这无法被视为体现准确意义上的声像定位，相反，扬声器的数量越多，越难以体现声像定位。

发明内容

技术问题

本发明为了解决如上述问题而提出，本发明的目的在于，提供通过交叉配置改善声像定位的系统，在实际条件中，上述通过交叉配置改善声像定位的系统可在与反射环境无关的状态下体现声像定位，即使无需更换现有的扬声器或其位置也可改善声像定位，上述通过交叉配置改善声像定位的系统不仅可适用于立体声系统，而且还可适用于运用基于向左侧、右侧分离的扬声器的2.1频道以上的环绕系统。

本发明的另一目的在于，提供，在实际条件中，上述声像定位改善方法可在与反射环境无关的状态下体现声像定位，即使在无需更换现有的扬声器或其位置的情况下，也可改善声像定位。

解决问题的手段

根据本发明的一实施方式，本发明提供通过交叉配置来改善声像定位的系统。

本发明的改善声像定位的系统的特征在于，包括：

第一立体声系统，具有提供左侧音频信号的第一左侧扬声器及提供右侧音频信号的第一右侧扬声器，上述第一左侧扬声器及上述第一右侧扬声器以收听者为中心左右对称；以及

第二立体声系统，具有提供左侧音频信号的第二左侧扬声器及提供右侧音频信号的第二右侧扬声器，上述第二左侧扬声器及上述第二右侧扬声器以收听者为中心左右对称，

其中，在上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器的右侧配置有上述第二立体声系统的上述第二右侧扬声器，在上述第一立体声系统的上述第一右侧扬声器的左侧配置有上述第二立体声系统的上述第二左侧扬声器，

上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器和上述第一右侧扬声器之间的距离d分别为上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器和上述第二立体声系统的上述第二右侧扬声器之间的距离d1及上述第一立体声系统的上述第一右侧扬声器和上述第二立体声系统的上述第二左侧扬声器之间的距离d2的两倍以上。

并且，上述第一立体声系统10的第一左侧扬声器11、第一右侧扬声器12的功率可大于等于第二立体声系统20的第二左侧扬声器21、第二右侧扬声器22的功率。

并且，上述第一立体声系统10的第一左侧扬声器11、第一右侧扬声器12的声学特性可以与第二立体声系统20的第二左侧扬声器21、第二右侧扬声器22的声学特性相同。

并且，上述第二立体声系统20的第二左侧扬声器21和第二右侧扬声器22的声学特性可相同。

用于实现上述另一目的的本发明的声像定位改善方法为用于改善第一立体声系统的声像定位，上述第一立体声系统具有提供左侧音频信号的第一左侧扬声器及提供右侧音频信号的第一右侧扬声器，上述第一左侧扬声器及上述第一右侧扬声器以收听者为中心左右对称，且相隔开规定的距离d，上述声像定位改善方法的特征在于，

在上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器的附近以隔开规定的距离d1的方式配置有提供右侧音频信号的第二立体声系统的第二右侧扬声器，

在上述第一立体声系统的上述第一右侧扬声器的附近以隔开规定的距离d2的方式配置有提供左侧音频信号的第二立体声系统的第二左侧扬声器，

上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器和上述第一右侧扬声器之间的距离d被配置为上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器和上述第二立体声系统的上述第二右侧扬声器之间的距离d1及上述第一立体声系统的上述第一右侧扬声器和上述第二立体声系统的上述第二左侧扬声器之间的距离d2的各两倍。

发明的效果

如上所述，根据本发明的通过交叉配置改善声像定位的系统及方法，本发明具有不仅可以体现理想条件，而且在实际条件中，可在与左侧，右侧反射环境无关的状态下体现声像定位的效果。

并且，可更换以往所设置的扬声器或以无需变更上述扬声器配置的方式交叉配置扬声器，来改善声像定位。

并且，本发明具有不仅可以适用于2.0频道的立体声系统，而且还可适用于运用基于向左侧、右侧分离的扬声器的2.1频道以上的环绕系统的效果。

而且，本发明具有如下效果：上述扬声器包括可再生的头戴式耳机、耳机及汽车的音响系统，可在上述领域中体现本发明的通过交叉配置的声像定位。

附图说明

图1为以往的立体音响技术音频系统的简图。

图2为基于实际环境及立体声系统的声音的概念图。

图3为基于理想条件及实际条件的立体声系统的音源的概念图。

图4为本发明的通过交叉配置改善声像定位的系统的简图。

图5a及图5b为本发明的通过交叉配置改善声像定位的系统的概念图。

图6a及图6b在5.1频道及7.1频道环绕系统中体现本发明的通过交叉配置改善声像定位的系统的简图。

图7至图8为本发明的通过交叉配置改善声像定位的系统的其他实施例。

具体实施方式

参照图4，本发明的通过交叉配置改善声像定位的系统在具有第一左侧扬声器11和第一右侧扬声器12的第一立体声系统10配置有具有第二左侧扬声器21和第二右侧扬声器22的第二立体声系统20，在上述第一立体声系统10的第一左侧扬声器11的右侧配置有上述第二立体声系统20的第二右侧扬声器22，在上述第一立体声系统10的第一右侧扬声器12的左侧配置有上述第二立体声系统的第二左侧扬声器21。

参照附图对本发明进行说明如下。

如图1所示，以频道为基准，立体音响再生技术的音频系统大体可分为1.0频道的单声道系统、2.0频道的立体声系统及2.1频道以上的环绕系统等三种。

本发明不仅可适用于2.0频道的立体声系统，而且还适用于运用基于向左侧、右侧分离的扬声器的2.1频道以上的环绕系统，并且也可适用于前置扬声器(frontspeaker)及后置扬声器(rearspeaker)，但为了便于说明而基于2.0频道的立体声系统来进行说明。

另一方面，本发明按照国际电信联盟无线电通信部门(InternationalTelecommunicationUnionRadiocommunicationsSector)的指导(ITU-RBS.1116.1)，将本发明定义为构成立体声系统的左侧扬声器、右侧扬声器在声学特性方面相同，且再生环境对称。即，一对扬声器精准地实现左右对称。

此时，在立体声系统的音源中，左侧扬声器、右侧扬声器分别指称再生左侧和右侧的音源的扬声器。

并且，上述声学特性意味着功率(音压)dB、阻抗Ω及再生频带Hz。

图2示出基于实际环境及立体声系统的声音的概念图。即，当在实际环境中存在某种音源时，人的耳朵会以脸部为中心均听取两侧的声音。但由于脸部成为妨碍要素，右侧耳朵和左侧耳朵更听取各自方向的声音。

另一方面，立体声系统的左侧扬声器、右侧扬声器利用上述实际环境的状况，以恒定比率混合左右的声音来传递，使得人的耳朵引起错觉。

此时，如图3的左侧所示，左侧扬声器、右侧扬声器以在相同反射环境中相对称的方式配置于左侧、右侧，而在收听者和各个扬声器间的距离相同的理想条件下的立体声系统中，支配人体的耳朵的大脑将左侧扬声器、右侧扬声器之间的空间识别为音源。若清楚地识别由大脑的错觉产生的音源，则视为识别得越清楚，声像定位越好。

另一方面，在如图3的右侧所示的实际条件下的立体声系统由于左侧扬声器、右侧扬声器周围的反射环境不相同，因而上述立体声系统的一侧的音压会大于另一侧的音压。因此，人体的耳朵所听取的声音只能偏重为是在一侧录音的声音，在此情况下，大脑会将声音偏重的一侧识别为音源，由此，声像定位效果会急剧下降。

如图4所示，为了解决上述问题，本发明的通过交叉配置改善声像定位的系统在具有第一左侧扬声器11和第一右侧扬声器12的第一立体声系统10配置有具有第二左侧扬声器21和第二右侧扬声器22的第二立体声系统20，在上述第一左侧扬声器11的右侧配置有第二右侧扬声器22，在上述第一右侧扬声器12的左侧配置有第二左侧扬声器21。

人的大脑识别在优先听到声音的方向存在音源，并且在声音同时从不同方向传来时，优先识别相对较大的声音。而且，当从相同方向传来多个路径的声音时，优先识别相对较大的声音。本发明的通过交叉配置改善声像定位的系统以这种基本原理为基础加以利用。

此时，上述第一立体声系统10的上述第一左侧扬声器、第一右侧扬声器以两者的声学特性相同为前提。

并且，上述第二立体声系统20不仅还可配置于现有的第一立体声系统10，而且也可反映于最初的设计中。

以下，公开可以与反射环境无关地体现声像定位的根据。

数学式1：

再生声像定位的评价式：

S_P＝S_O-(E_LP_L-E_RP_R)²，

S_P：再生时的声像定位，S_O：第一立体声系统的音源所具有的声像定位，E_L、E_R：第一立体声系统的第一左侧扬声器、第一右侧扬声器周围的反射环境变数，P_L、P_R：第一立体声系统的第一左侧扬声器、第一右侧扬声器的声学特性。

此时，在理想的环境中，立体声再生时的声像定位为，

E_L＝E_R，P_L＝P_R，

因此，S_P＝S_O

数学式2：

交叉配置时声像定位的评价式：

左侧：

S_L＝S_O-(E_LP_L-E_LP_CR)²

＝S_O-E² _L(P_L-P_CR)²

当进行交叉配置时，左侧声像定位中的扬声器的特性为，

(P_{L} - P_{C R}) = \frac{\sqrt{S_{O} - S_{L}}}{E_{L}}

右侧：

S_R＝S_O-(E_RP_CL-E_RP_R)²

＝S_O-E² _R(P_CL-P_R)²

当进行交叉配置时，右侧声像定位中扬声器的特性为，

(P_{C L} - P_{R}) = \frac{\sqrt{S_{O} - S_{R}}}{E_{R}}

\begin{matrix} S_{C P} = S_{O} - E_{L} (P_{L} - P_{C R}) - E_{R} {(P_{C L} - P_{R})}^{2} \\ = S_{O} - E_{L} \frac{\sqrt{S_{O} - S_{L}}}{E_{L}} - E_{R} {\frac{\sqrt{S_{O} - S_{R}}}{E_{R}}}^{2} \\ = S_{O} - {S_{O} - S_{L} + S_{L} + S_{O} - S_{R} - 2 \sqrt{(S_{O} - S_{L)} (S_{O} - S_{R})}} \\ = S_{L} + S_{R} - S_{O} + 2 \sqrt{(S_{O} - S_{L)} (S_{O} - S_{R})} \end{matrix}

S_CP：交叉配置时的声像定位，S_L、S_R：交叉配置时的左侧、右侧的声像定位，P_L、P_R：第一立体声系统的第一左侧扬声器、第一右侧扬声器的声学特性，P_CL、P_CR：第二立体声系统的第二左侧扬声器、第二右侧扬声器的声学特性。

通过上述数学式，在声像定位评价中可知，通过交叉配置改善声像定位的系统的E_L、E_R(反射环境变数)被抵消，而仅有通过交叉配置的S_L、S_R(左侧、右侧的声像定位)和S_O(第一立体声系统的音源所具有的声像定位)作为变数存在。

另一方面，参照上述数学式可知，(P_L－P_CL)及(P_CL－P_R)越接近0，声像定位S_CP越大。这意味着在本发明的改善声像定位的系统中，对声像定位的影响力由被交叉配置的扬声器的声学特性决定。其中，可知由于扬声器的声学特性包括功率，因而可通过调整交叉配置的扬声器的功率来体现声像定位。

借此，不仅在理想条件而且可在实际条件中与左侧、右侧的反射环境无关地体现声像定位，而且可无需更换现有的立体声系统或变更配置位置，而是通过交叉配置额外的扬声器来改善声像定位。

具体地，通过最大程度去除环境因素对再生的声像定位产生的影响来实现通过交叉配置的声像定位的改善效果。通过导入交叉配置所生成的左右两个立体声系统，呈现一次性充分受到反射环境变数的声像的左右声像定位，而且上述声像定位代替现有立体声系统的音源，来去除发射环境变数。于是，去除由可在现实性再生环境中发生的反射环境变数引起的声像定位的损失。

作为参照，根据国际电信联盟无线电通信部门的指导(ITURBS.1116.1)，立体声系统的理想收听点为将连接左右扬声器的直线作为一个边的正三角形的相反侧顶点。

因此，根据本发明，如图5a所示，不仅通过第一立体声系统10来产生收听点p，而且还分别通过第一左侧扬声器11、第一右侧扬声器12和第二左侧扬声器21、第二右侧扬声器22来在左侧、右侧产生收听点p1、p2。

相反，不产生基于第二立体声系统20的收听点，这是因为音源向左右反方向传递。这种状态被称为逆相。

其中，优选地，上述第一立体声系统10的第一左侧扬声器11、第一右侧扬声器12的功率大于等于第二立体声系统20的第二左侧扬声器21、第二右侧扬声器22的功率。

另一方面，本发明将上述第一立体声系统10定为主音源，将上述第二立体声系统20定为从属音源。若更换上述第一立体声系统10和第二立体声系统20的主从关系，则会发生逆相。

为了这种主从关系，需要如下条件。

1)交叉配置的扬声器的功率小于等于正常配置的扬声器的功率。

2)对基于交叉配置的声像的影响力与交叉配置的扬声器的功率成正比。只是，交叉配置的扬声器的功率不能大于正常配置的扬声器的功率。

3)优选地，在交叉配置的扬声器中，左右扬声器的功率相同。

并且，优选地，上述第一立体声系统10的第一左侧扬声器11、第一右侧扬声器12的声学特性与上述第二立体声系统20的第二左侧扬声器21、第二右侧扬声器22的声学特性相同。

这是因为在上述数学式2中，

S_CP＝S_O-｛E_L(P_L-P_CR)-E_R(P_CL-P_R)｝²，

因此，成立S_CP＝S_O的关系式。

另一方面，上述第二立体声系统20的第二左侧扬声器21和第二右侧扬声器22的声学特性可相同。只是，优选地，如上述数学式2所示，P_CL、P_CR(声学特性)相同未必好，应根据E_L、E_R(反射环境变数)灵活地调节。

因此，优选地，若上述反射环境变数对等，则上述第二立体声系统20的第二左侧扬声器21和第二右侧扬声器22的声学特性相同。

并且，上述第一立体声系统10的第一左侧扬声器11和第一右侧扬声器12之间的距离d应非常大于第一左侧扬声器11和第二右侧扬声器22之间的距离d1及第一右侧扬声器12和第二左侧扬声器21之间的距离d2(d＞＞d1、d2)，优选地，分别为上述第一左侧扬声器11和第二右侧扬声器22之间的距离d1及上述第一右侧扬声器12和第二左侧扬声器21之间的距离d2的两倍以上。

由于在P_L、P_CR的E_L(反射环境变数)相同的前提下开始，因而若上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器11和第一右侧扬声器12之间的距离d为上述第一立体声系统的第一左侧扬声器11和上述第二立体声系统的第二右侧扬声器22之间的距离d1的两倍以下，则PCR反而接近ER。

图6a及图6b示出在5.1频道及7.1频道环绕系统中体现本发明的通过交叉配置改善声像定位的系统的简图，不仅示出适用于前置扬声器，而且还示出适用于后置扬声器。

另一方面，在图5及图6中，第二立体声系统的左右侧扬声器位于第一立体声系统的左右侧扬声器之间，即，在假设有连接第一立体声系统的第一左侧扬声器和第一右侧扬声器的直线时，上述第二立体扬声器系统位于在连接第一立体声系统的第一左侧扬声器和第一右侧扬声器的直线上的第一立体声系统的第一左侧扬声器和第一右侧扬声器的内侧，但并不局限于此。

图7示出第二立体声系统的左右侧扬声器位于第一立体声系统的左右侧扬声器的外侧。

*图8示出第二立体声系统的左右侧扬声器位于第一立体声系统的左右侧扬声器的上侧。

优选地，在图5至图8所示的实施例中，重要的是，第一立体声系统10的第一左侧扬声器11和第一右侧扬声器12之间的距离d非常大于与上述第一立体声系统的第一左侧扬声器11和上述第二立体声系统的第二右侧扬声器22之间的距离d1及上述第一立体声系统的第一右侧扬声器12和上述第二立体声系统的第二左侧扬声器21之间的距离d2(d＞＞d1、d2)，优选地，分别为上述第一左侧扬声器11和第二右侧扬声器22之间的距离d1及上述第一右侧扬声器12和第二左侧扬声器21之间的距离d2的两倍以上。

另一方面，如上所述，本发明不仅可适用于2.0频道的立体声系统，而且还适用于运用基于向左右分离的扬声器的2.1频道以上的环绕系统。

不仅如此，上述扬声器包括可再生的头戴式耳机、耳机及汽车的音响系统，上述扬声器具有也可在上述领域体现本发明的通过交叉配置的声像定位的效果。

本发明所属技术领域的普通技术人员可容易地实施本发明的简单的变形和变更，而且这种变形或变更均属于本发明的技术领域。

产业上的可利用性

本发明的通过交叉配置的声像定位系统具有可在能够再生的头戴式耳机、耳机及汽车的音响系统中体现声像定位的效果。

Claims

1.一种通过交叉配置改善声像定位的系统，其特征在于，

包括：

上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器和上述第一右侧扬声器之间的距离(d)分别为上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器和上述第二立体声系统的上述第二右侧扬声器之间的距离(d1)及上述第一立体声系统的上述第一右侧扬声器和上述第二立体声系统的上述第二左侧扬声器之间的距离(d2)的两倍以上。

2.根据权利要求1所述的通过交叉配置改善声像定位的系统，其特征在于，上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器、第一右侧扬声器的功率大于等于上述第二立体声系统的上述第二左侧扬声器、第二右侧扬声器的功率。

3.根据权利要求1所述的通过交叉配置改善声像定位的系统，其特征在于，上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器、第一右侧扬声器的声学特性与上述第二立体声系统的上述第二左侧扬声器、第二右侧扬声器的声学特性相同。

4.根据权利要求1所述的通过交叉配置改善声像定位的系统，其特征在于，上述第二立体声系统的上述第二左侧扬声器和上述第二右侧扬声器的声学特性相同。

5.一种通过交叉配置改善声像定位的系统，其特征在于，

包括：

第一立体声系统，具有提供左侧音频信号的第一左侧扬声器及提供右侧音频信号的第一右侧扬声器，上述第一左侧扬声器及上述第一右侧扬声器以收听者为中心左右对称，且相隔规定的距离(d)，以及

其中，上述第二立体声系统的上述第二右侧扬声器以隔开规定的距离(d1)的方式配置于上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器的附近，上述第二立体声系统的上述第二左侧扬声器以隔开规定的距离(d2)的方式配置于上述第一立体声系统的上述第一右侧扬声器的附近，

6.根据权利要求5所述的通过交叉配置改善声像定位的系统，其特征在于，上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器、第一右侧扬声器的功率大于等于上述第二扬声器的上述第二左侧扬声器、第二右侧扬声器的功率。

7.根据权利要求5所述的通过交叉配置改善声像定位的系统，其特征在于，上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器、第一右侧扬声器的声学特性与上述第二扬声器的上述第二左侧扬声器、第二右侧扬声器的声学特性相同。

8.根据权利要求5所述的通过交叉配置改善声像定位的系统，其特征在于，上述第二扬声器的上述第二左侧扬声器和上述第二右侧扬声器的声学特性相同。

9.一种声像定位改善方法，用于改善第一立体声系统的声像定位，上述第一立体声系统具有提供左侧音频信号的第一左侧扬声器及提供右侧音频信号的第一右侧扬声器，上述第一左侧扬声器及上述第一右侧扬声器以收听者为中心左右对称，且相隔规定的距离(d)，上述声像定位改善方法的特征在于，

在上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器的附近以隔开规定的距离(d1)的方式配置有提供右侧音频信号的第二立体声系统的第二右侧扬声器，

在上述第一立体声系统的上述第一右侧扬声器的附近以隔开规定的距离(d2)的方式配置有提供左侧音频信号的第二立体声系统的第二左侧扬声器，

10.根据权利要求9所述的声像定位改善方法，其特征在于，当假设有连接上述第二立体声系统的上述第二右侧扬声器及上述第二左侧扬声器的虚拟的直线时，上述第二立体声系统的上述第二右侧扬声器及上述第二左侧扬声器分别配置于上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器和上述第一右侧扬声器之间的内侧。

11.根据权利要求9所述的声像定位改善方法，其特征在于，当假设有连接上述第二立体声系统的上述第二右侧扬声器及上述第二左侧扬声器的虚拟的直线时，上述第二立体声系统的上述第二右侧扬声器及上述第二左侧扬声器分别配置于上述第一立体声系统的上述第一左侧扬声器和上述第一右侧扬声器的外侧。

12.根据权利要求9所述的声像定位改善方法，其特征在于，上述第二右侧扬声器及上述第二左侧扬声器分别配置于上述第一左侧扬声器和上述第一右侧扬声器的上侧。

13.根据权利要求9所述的声像定位改善方法，其特征在于，调节上述第二左侧扬声器及上述第二右侧扬声器的功率，来改善声像定位。