CN105072539A - 一种面向家庭的3d音频系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种面向家庭的3D音频系统，至少设有音箱的基本配置部分，所述基本配置部分，包括在安装3D音频系统的房间的顶层、中间层和底层分别进行设置，共设置12个音箱，其中，顶层设置5个音箱，中间层设置6个音箱，底层设置1个音箱；在基本配置部分的基础上能够扩展配置，包括在顶层、中间层和/或底层分别增加放置音箱，增加低音音箱；中间层扩展为多层；根据顶层、中间层和底层的音箱及低音音箱的总数设置声卡阵列，所述声卡阵列包括若干多声道声卡，每个音箱分别与声卡阵列中一个相应的声道连接。针对目前3D音频系统难以在家庭中进行推广的问题，本发明能以低成本在家庭中实现3D音频效果，能够推进3D音频技术产业化。
Description
技术领域
本发明属于家庭应用声学领域，特别涉及一种面向家庭的3D音频系统的技术方案。
背景技术
2009年底，3D电影《阿凡达》在全球三十多个国家登上票房榜首，到2010年9月初，全球累计票房超过27亿美元。之所以能取得如此辉煌的票房成绩，原因在于电影所采用的3D特效制作技术带给人们的感官上的震撼效果。《阿凡达》所展现的绚丽画面与逼真声效不仅震撼了观众，也使得业界有了“电影进入3D时代”的断言。不仅如此，它还将催生更多的相关影视、录音、播放方面的技术和标准。近几年举行的国际消费电子产品展上，3D视音频相关技术和设备越来越受厂家和观众青睐。作为3D技术的灵魂，3D音视频技术已成为多媒体技术领域的研究热点和进一步发展的重要方向。
以3D影视应用为代表的3D音视频技术迎来了前所未有的发展机遇，特别是对于3D音频技术，其发展与3D视频技术是不对等的。以电视机为例，其显示技术经历了从模拟到数字、从标清到高清、从背投到液晶的多次重大变革；而音响系统基本上沿用以前的技术，使得观众的听觉感受落后于视觉。目前的3D-TV相关技术和产品研发都在如火如荼地进行中，对3D音频技术的需求也越来越紧迫。在传统的多媒体技术领域，我们的起步和发展都落后于西方发达国家，多年来处于“跟随”的状态。但是，在刚刚兴起的3D音频技术领域，我们则有机会与世界上各发达国家在同一起跑线上参与竞争，从而实现从“跟随”到“主导”的跨越式发展。
目前家庭中一般使用的是5.1或者7.1音箱系统，3D音频系统只在实验室中实现，大多是阵列式或者球面和正方体排布，由于现有技术中实现3D音频系统最低需要几十，甚至几百声道，显然难以在家庭中进行推广，制约了3D音频的大规模推广。
发明内容
本发明针对现有技术及设备的不足，提供了一种面向家庭的3D音频系统。
本发明提供一种面向家庭的3D音频系统，至少设有音箱的基本配置部分，
所述基本配置部分，包括在安装3D音频系统的房间的顶层、中间层和底层分别进行设置，共设置12个音箱，其中，顶层设置5个音箱，中间层设置6个音箱，底层设置1个音箱；以房间的中心点为原点，中层面上中心点的水平角和垂直角都为0°，12个音箱的配置参数如下，
| 编号 | 水平角 | 垂直角 | 编号 | 水平角 | 垂直角 |
| 1 | 0 | 0 | 7 | 0 | -45 |
| 2 | 45 | 0 | 8 | 65 | 45 |
| 3 | 90 | 0 | 9 | 145 | 45 |
| 4 | 180 | 0 | 10 | 215 | 45 |
| 5 | 270 | 0 | 11 | 295 | 45 |
| 6 | 315 | 0 | 12 | 0 | 90 |
在基本配置部分的基础上能够扩展配置，包括采用如下三种扩展方式中任意一种或以上进行扩展配置，
扩展方式一，在顶层、中间层和/或底层分别增加放置音箱，增加的原则为，越靠近人耳的前方音箱间隔越小，越靠近两边音箱间隔越大，后方间隔比前方略小，并且根据人耳对称结构，将音箱左右对称布置；增加的上限为，增加后上层音箱不超过18个，中层音箱不超过24个，底层音箱不超过7个；
扩展方式二，增加1个或2个低音音箱；
扩展方式三，中间层扩展为多层；
根据顶层、中间层和底层的音箱及低音音箱的总数设置声卡阵列，所述声卡阵列包括若干多声道声卡，每个音箱分别与声卡阵列中一个相应的声道连接。
而且，基本配置部分中，顶层设置的5个音箱，包括4个分别设置在顶层的4个顶点的音箱，及1个设置在顶层所在平面的中心点的音箱；中间层设置的6个音箱，其中4个音箱分别设置在中间层所在平面于房间四面的中间点，另2个音箱分别设置在中间层所在平面于房间前面的两端；底层的1个音箱设置在底层所在平面于房间前面的中间点。
而且，当增加2个低音音箱时，设置在底层所在平面于房间前面的两端。
而且，扩展配置后，顶层设置9个音箱，中间层设置10个音箱，底层设置3个音箱和2个低音音箱；以房间的中心点为原点，24个音箱的配置参数如下，
| 编号 | 水平角 | 垂直角 | 编号 | 水平角 | 垂直角 |
| 1 | 0 | 0 | 13 | 315 | -45 |
| 2 | 30 | 0 | 14 | 0 | 45 |
| 3 | 60 | 0 | 15 | 45 | 45 |
| 4 | 90 | 0 | 16 | 90 | 45 |
| 5 | 135 | 0 | 17 | 135 | 45 |
| 6 | 180 | 0 | 18 | 180 | 45 |
| 7 | 225 | 0 | 19 | 215 | 45 |
| 8 | 270 | 0 | 20 | 270 | 45 |
| 9 | 300 | 0 | 21 | 315 | 45 |
| 10 | 330 | 0 | 22 | 0 | 90 |
| 11 | 45 | -45 | 23 | 30 | -45 |
| 12 | 0 | -45 | 24 | 330 | -45 |
其中，编号为4号和8号的音箱通过放置在支架上或者设置滑轮实现可移动布置。
而且，所述多声道声卡为7.1多声道声卡或5.1多声道声卡或2.1多声道声卡。
而且，中间层的音箱通过放置在支架上或者通过设置滑轮实现可移动布置。
本发明提供一种灵活地3D音频系统配置技术方案，以便在家庭中采用低成本实现3D音频效果，更好地推广3D音频技术以及产业化。
附图说明
图1为本发明实施例一的3D音频系统精简音箱布置图。
图2为本发明实施例二的典型3D音频系统音箱布置图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明技术方案进行说明。
本发明的技术方案提供一种面向家庭的3D音频系统配置和回放方式，以便在普通家庭中能实现3D音频效果，实施例所提供系统包括：
音箱配置：3D音频系统一般为多层多声道音箱系统，随着层数和每层音箱数的增加，回放效果一般会提高。由于现有音箱较多难以应用到家庭中，根据人耳的感知特性，前方敏感需使用较多音箱增强恢复的准确性；同时考虑到3D效果要尽可能用三个音箱覆盖更多空间，因为音源容易在一个三角形内通过算法来生成，通过三个音箱形成的区域越多越能较好的恢复3D生效，因此本发明基于以上两点设计音箱的基本布置，制定音箱增加规则，使得不同家庭条件都能使用3D音频系统，使得3D音频能从实验室走向家庭。
一般家庭会在客厅安装3D音频系统，少数家庭会专门设置影音室。以客厅为例，结合客厅的一般结构(长方体)，以听众的面朝的方向为前面，一般是客厅放电视的那面墙，在房顶和地面间取一个中间层，例如与天花板平行且离地1.5米的平面，实际高度可根据客厅高度调整；即以天花板平面为上层，与天花板平行且离地有一定距离的平面为中层，地面为底层，分别设置上层音响、中层音响和底层音响。其他房间安装3D音频系统的情况类似。
参见图1，本发明实施例一采用基本配置方案：在顶层布置四个音箱，例如在顶层的四个顶点各安放一个音箱，为便于布线，建议分别在客厅前后两个面各安放两个(左端和右端各一个)；在中间层布置六个音箱，例如在四面的中间层的中间点各安放一个音箱，另外客厅前面中间层的两端各放置一个音箱；另外在客厅天花板正中心以及客厅前面底层的中心点下方地面各放置一个音箱，一共十二个点放置音箱作为基本音箱配置，实现12声道3D音频系统。以客厅中心点为原点，其中客厅前面中层面上中心点的水平角和垂直角都为0°，音箱配置参数如下表1：
表1
| 编号 | 水平角 | 垂直角 | 编号 | 水平角 | 垂直角 |
| 1 | 0 | 0 | 7 | 0 | -45 |
| 2 | 45 | 0 | 8 | 65 | 45 |
| 3 | 90 | 0 | 9 | 145 | 45 |
| 4 | 180 | 0 | 10 | 215 | 45 |
| 5 | 270 | 0 | 11 | 295 | 45 |
| 6 | 315 | 0 | 12 | 0 | 90 |
根据家庭条件情况，可以选择增加音箱的排放。本发明提出的增加原则是基于实验发现，人耳在前方比较敏感，两边最不敏感，因此越靠近前方音箱间隔越小，越靠近两边音箱间隔越大，后方间隔比前方略小，可以通过从前到两边相邻音箱的水平角间隔递减且两边到后面逐渐增大实现，水平角间隔递减的步长小于增大的步长。这样具体实施时，以听众的面朝的方向为前面，前面增加的音箱会多于后面。同时根据人耳对称结构，在配置时也保证音箱左右对称布置。同时两边由于需要有良好的通行，两边中间层的音箱可以放在支架或者滑轮上，需要时再摆放在该位置。并且，通过研究发现，按照人的感知特性和为了生成3D效果设置的最多音箱布置角度如下，超过这种最多方案的添加就没有意义，不会增加家庭应用效果，只会占用空间，造成成本浪费。
因此中层最多24个：水平角为0、5、12、20、30、45、60、75、90、110、135、160、180、200、225、250、270、285、300、315、330、340、348、355，上层最多18个：水平角为0、10、25、45、65、90、120、145、165、180、195、215、240、270、295、315、335、350；下层最多7个(不包括低频音箱)：水平角为0、20、45、60、300、315、340。
进一步地，还可增加低频音响，可设置一个或两个低频音箱分别放在地面，一般是设置两个放在前面的底面两端。
进一步地，中间层也可以扩展，例如设置中间层为2层，同样，每层最多24个音箱。
具体实施时，可以采用以上三种扩展方式中任意一种或以上进行扩展配置。为了进行扩展，原基本配置部分的音箱可适应性地改变位置。
本发明还设置了相应地回放系统；在电脑上通过声卡与音箱链接，如果是无源音箱，中间还需要设置功放连接声卡和音箱。具体来说，有源音箱的连接方式为声卡与音箱连接，无源音箱的连接方式为声卡、功放与音箱依次连接。由声卡提供的每一个声道对应一个音箱，电脑上播放时每一个音频文件对应一个声卡中的声道，通过这种方式将不同音频文件在不同的声道中播放出来，从而产生3D音频效果。目前实验室使用3D音频的回放系统都是根据系统专业定制的，由于本发明的音箱数是不固定的，如果针对每一个家庭定制回放系统非常昂贵，本发明是基于普通的多声道声卡通过软件进行控制，以实现3D效果，根据音箱相应的声道个数，选择市面上7.1、5.1、2.1等多声道声卡进行组合，即根据顶层、中间层和底层的音箱及低音音箱的总数设置声卡阵列，所述声卡阵列包括若干多声道声卡，让每个音箱(包括低频音箱)对应一个声道，这样就可以支持实现将每一个声道的音频声音通过声卡传给音箱，所有的音箱一起实现3D效果。具体实施时，本领域技术人员可通过相应软件方式实现将音箱相应声道的音频声音从声卡传输到音箱。
参见图2实施例二以22.2声道3D音频系统来举例，假设该音频系统摆放在一个长宽均为4米、高3米的房间内，包括9个上层音响、10个中层音响、3个底层音响和2个低音音响。则该系统对应的扬声器方位信息如表2所示。
表2
| 编号 | 水平角 | 垂直角 | 编号 | 水平角 | 垂直角 |
| 1 | 0 | 0 | 13 | 315 | -45 |
| 2 | 30 | 0 | 14 | 0 | 45 |
| 3 | 60 | 0 | 15 | 45 | 45 |
| 4 | 90 | 0 | 16 | 90 | 45 |
| 5 | 135 | 0 | 17 | 135 | 45 |
| 6 | 180 | 0 | 18 | 180 | 45 |
| 7 | 225 | 0 | 19 | 215 | 45 |
| 8 | 270 | 0 | 20 | 270 | 45 |
| 9 | 300 | 0 | 21 | 315 | 45 |
| 10 | 330 | 0 | 22 | 0 | 90 |
| 11 | 45 | -45 | 23 | 30 | -45 |
| 12 | 0 | -45 | 24 | 330 | -45 |
其中音箱4号和8号音箱通过放置在支架上或者通过设置滑轮实现可移动布置，不影响客厅的通行效率。
回放系统：针对22.2声道系统，在普通家庭中使用时可以采用有源音箱小音箱，无需另外配置功放，音箱体积小也不占用太多室内面积。使用3个7.1声道声卡，一共24个声道对应24个音箱，声卡可以采用内置或者外置USB的，外置USB的更方便走线。使用音频连接线进行连接，音箱和声卡中的声道形成一一映射的关系。播放时电脑将每一个音频文件通过对应的声道传给对应的音箱，从而在家庭环境中获得3D音频效果。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (6)
1.一种面向家庭的3D音频系统，其特征在于：至少设有音箱的基本配置部分，
所述基本配置部分，包括在安装3D音频系统的房间的顶层、中间层和底层分别进行设置，共设置12个音箱，其中，顶层设置5个音箱，中间层设置6个音箱，底层设置1个音箱；以房间的中心点为原点，中层面上中心点的水平角和垂直角都为0°，12个音箱的配置参数如下，
在基本配置部分的基础上能够扩展配置，包括采用如下三种扩展方式中任意一种或以上进行扩展配置，
扩展方式一，在顶层、中间层和/或底层分别增加放置音箱，增加的原则为，越靠近人耳的前方音箱间隔越小，越靠近两边音箱间隔越大，后方间隔比前方略小，并且根据人耳对称结构，将音箱左右对称布置；增加的上限为，增加后上层音箱不超过18个，中层音箱不超过24个，底层音箱不超过7个；
扩展方式二，增加1个或2个低音音箱；
扩展方式三，中间层扩展为多层；
根据顶层、中间层和底层的音箱及低音音箱的总数设置声卡阵列，所述声卡阵列包括若干多声道声卡，每个音箱分别与声卡阵列中一个相应的声道连接。
2.根据权利要求1所述面向家庭的3D音频系统，其特征在于：基本配置部分中，顶层设置的5个音箱，包括4个分别设置在顶层的4个顶点的音箱，及1个设置在顶层所在平面的中心点的音箱；中间层设置的6个音箱，其中4个音箱分别设置在中间层所在平面于房间四面的中间点，另2个音箱分别设置在中间层所在平面于房间前面的两端；底层的1个音箱设置在底层所在平面于房间前面的中间点。
3.根据权利要求2所述面向家庭的3D音频系统，其特征在于：当增加2个低音音箱时，设置在底层所在平面于房间前面的两端。
4.根据权利要求1所述面向家庭的3D音频系统，其特征在于：扩展配置后，顶层设置9个音箱，中间层设置10个音箱，底层设置3个音箱和2个低音音箱；以房间的中心点为原点，24个音箱的配置参数如下，
其中，编号为4号和8号的音箱通过放置在支架上或者设置滑轮实现可移动布置。
5.根据权利要求1或2或3或4所述面向家庭的3D音频系统，其特征在于：所述多声道声卡为7.1多声道声卡或5.1多声道声卡或2.1多声道声卡。
6.根据权利要求1或2或3或4所述面向家庭的3D音频系统，其特征在于：中间层的音箱通过放置在支架上或者通过设置滑轮实现可移动布置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170627 |