CN107645699A - 一种3d音效增强装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D音效增强的装置及其方法，通过消除双声道扬声器播放3D音乐时的串音来增强3D音效。其中：该装置和方法将左声道输入序列通过相移单元P1(Z)得到左声道相移序列，然后将左声道相移序列经过增益调节单元K1，最后和右声道输入序列相加从右扬声器输出；同理，右声道输入序列通过相移单元P2(Z)得到右声道相移序列，然后将右声道相移序列经过增益调节单元K2，最后和左声道输入序列相加从左扬声器输出。采用本发明能有效消除串音，增强3D音效。
Description
技术领域
本发明涉及3D音频处理技术领域，尤其涉及3D音效增强装置及其方法。
技术背景
为了重建品质优良的3D音效，需要精确的控制传播到人耳的声音信号。最简单的方法是通过耳机将3D音乐传播到人耳当中，但是在很多应用场景中，如：电视，电影，音乐会等，都是通过扬声器来将音乐传到人耳当中，此时，右扬声器将声音传播到右耳的同时，也会传播到左耳当中；同理，左扬声器将声音传播到左耳的同时，也会传播到右耳当中，于是产生了串音，大大降低了3D音效。
通常为了消除串音，需要知道扬声器作用人耳的方式，即头相关传递函数(HRTF，head-related transfer function)，求出HRTF的逆变换，将输入的音频信号先通过HRTF的逆变换后再经过扬声器播放，这样就能有效的消除了串音，使右扬声器播放的音乐只传播到左耳中，左扬声器播放的音乐只传播到右耳中。但是，HRTF和应用场景、人体参数、声源与人耳的距离等均有关系，因此很难精确的得到。一种方法是通过实验测量得到，但是由于每个人的HRTF都不相同，而且应用现场和实验场景也会有差异，因此很难在实际中应用；另一种是采用自适应算法来消除串音，但是该方法需要采集到达人耳的声音信号，作为反馈信号，因此需要听者需要佩戴麦克风，增加成本，也会使听者感到不适。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种新的3D音效增强装置及其方法，避免了获取HRTF和需在耳边佩戴麦克风带来的困难和不便，能有效消除串音，从而增强3D音效。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种3D音效增强装置，包括以下单元：
左声道相移单元P1(Z)，用于将接收到的左声道输入序列相移并输出到增益调节单元K1，增益调节单元K1，用于调节P1(Z)的输出信号幅度并输出至左加法器单元，左加法器单元，用于将经过相移处理的右声道序列和左声道输入序列相加并输出到左扬声器；右声道相移单元P2(Z)，用于将接收到的右声道输入序列相移并输出到增益调节单元K2，增益调节单元K2，用于调节P2(Z)的输出信号幅度并输出至右加法器单元，右加法器单元，用于将经过相移处理的左声道序列和右声道输入序列相加并输出到右扬声器。
进一步的，上述装置有以下特点：所述相移单元P1(Z)，P2(Z)均为一阶全通滤波器，不改变输入信号的幅度，而只改变信号的相位。
进一步的，上述装置有以下特点：所述相移单元P1(Z)将左声道输入序列相移所述相移单元P2(Z)将右声道输入序列相移且有：
其中，L22为右扬声器到右耳的距离，L12为左扬声器到右耳的距离，L11为左扬声器到左耳的距离，L21右扬声器到左耳的距离；λ为声音的波长。
进一步的，上述装置有以下特点：相移单元P1(Z)，P2(Z)为无限冲击响应滤波器，所述传递函数P1(Z)，P2(Z)由下式得到：
其中：
其中，f为声音的频率，为左声道的相移，为右声道的相移，fs为声音信号的采样频率。
进一步的，上述装置有以下特点：所述增益调节单元K1和K2，均为乘法器。
本发明还提供了一种3D音效增强方法，包括以下步骤：
步骤1，对左声道输入序列进行相移处理，得到左声道相移序列，对右声道输入序列进行相移处理，得到右声道相移序列。
步骤2，将右声道相移序列通过增益调节单元和左声道输入序列相加，从左扬声器输出，将左声道相移序列通过增益调节单元和右声道输入序列相加，从右扬声器输出。
进一步的，上述方法具有以下特点：所述步骤1是将左声道输入序列相位移动得到左声道相移序列，将右声道输入序列相位得到右声道相移序列，且有：
其中，L22为右扬声器到右耳的距离，L12为左扬声器到右耳的距离，L11为左扬声器到左耳的距离，L21右扬声器到左耳的距离；λ为声音的波长。
进一步的，上述装置有以下特点：相移单元P1(Z)，P2(Z)为无限冲击响应滤波器，所述传递函数P1(Z)，P2(Z)由下式得到：
其中：
其中，f为声音的频率，为左声道的相移，为右声道的相移，fs为声音信号的采样频率。
进一步的，上述方法具有以下特点：所述步骤2增益调节是将左声道相移序列乘以系数α1再输出到右加法器，将右声道相移序列乘以系数α2再输出到左加法器，其中，α1和α2可以根据现场环境和3D效果进行动态调节。
本发明与传统技术相比具有以下优点：
1.本发明采用一阶全通滤波器作为相移单元，不需要获取HRTF，实现方式简单，经济。
2.本发明采用相移单元和增益控制相结合的方法，能有效消除串音，从而避免了在耳边佩戴麦克风带来不便。
附图说明
图1扬声器声音信号传播到人耳的示意图；
图2现有技术中通过HRTF来增强3D音效的示意图；
图3本发明3D增强音效装置的示意图。
具体实施方式
参照图3，本发明3D增强音效装置，包括如下单元：
左声道相移单元P1(Z)，用于将接收到的左声道输入序列相移并输出到增益调节单元K1，增益调节单元K1，用于调节P1(Z)的输出信号幅度并输出至左加法器单元，左加法器单元，用于将经过相移处理的右声道序列和左声道输入序列相加并输出到左扬声器。右声道相移单元P2(Z)，用于将接收到的右声道输入序列相移并输出到增益调节单元K2，增益调节单元K2，用于调节P2(Z)的输出信号幅度并输出至右加法器单元，右加法器单元，用于将经过相移处理的左声道序列和右声道输入序列相加并输出到右扬声器。其中：
相移单元P1(Z)，P2(Z)均为一阶全通滤波器，不改变输入信号的幅度，而只改变信号的相位。增益调节单元K1和K2均为乘法器。
相应的，本发明用于3D增强音效的方法，包括以下步骤：
步骤1，对左声道输入序列进行相移处理，得到左声道相移序列，对右声道输入序列进行相移处理，得到右声道相移序列。
步骤1中，将左声道输入序列相位移动得到左声道相移序列，将右声道输入序列相位得到右声道相移序列，且有：
其中，L22为右扬声器到右耳的距离，L12为左扬声器到右耳的距离，L11为左扬声器到左耳的距离，L21右扬声器到左耳的距离；λ为声音的波长。
步骤1中，采用相移单元P1(Z)对左声道输入序列进行相移处理，采用相移单元P2(Z)对右声道输入序列进行相移处理。其中相移单元P1(Z)、P2(Z)为无限冲击响应滤波器。所述传递函数P1(Z)，P2(Z)由下式得到：
其中：
其中，f为声音的频率，为左声道的相移，为右声道的相移，fs为声音信号的采样频率。
步骤2，将右声道相移序列通过增益调节单元和左声道输入序列相加，从左扬声器输出，将左声道相移序列通过增益调节单元和右声道输入序列相加，从右扬声器输出。
步骤2中，增益调节是将左声道相移序列乘以系数α1再输出到右加法器，将右声道相移序列乘以系数α2再输出到左加法器，其中，α1和α2可以根据现场环境和3D效果进行动态调节。
综上所述，假设右扬声器将右声道输入序列传到左耳时相位为本发明将右声道输入序列经过相移再经过增益调节，然后与左声道输入序列相加从左扬声器输出，从而抵消左耳中的右声道序列；同理，假设左扬声器将左声道输入序列传到右耳时相位为本发明将左声道输入序列经过相移再经过增益调节，然后与右声道输入序列相加从右扬声器输出，从而抵消左耳中的右声道序列。采用本装置可以消除左右扬声器的串音，增强3D音效。
以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的技术人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种3D音效增强装置，其特征在于，包括以下单元：
左声道相移单元P1(Z)，用于将接收到的左声道输入序列相移并输出到增益调节单元K1，增益调节单元K1，用于调节P1(Z)的输出信号幅度并输出至左加法器单元，左加法器单元，用于将经过相移处理的右声道序列和左声道输入序列相加并输出到左扬声器；右声道相移单元P2(Z)，用于将接收到的右声道输入序列相移并输出到增益调节单元K2，增益调节单元K2，用于调节P2(Z)的输出信号幅度并输出至右加法器单元，右加法器单元，用于将经过相移处理的左声道序列和右声道输入序列相加并输出到右扬声器。
2.根据权利要求1所述3D音效增强装置，其特征在于：所述相移单元P1(Z)，P2(Z)均为一阶全通滤波器，不改变输入信号的幅度，而只改变信号的相位。
3.根据权利要求1所述3D音效增强装置，其特征在于：所述相移单元P1(Z)将左声道输入序列相移所述相移单元P2(Z)将右声道输入序列相移且有：
其中，L22为右扬声器到右耳的距离，L12为左扬声器到右耳的距离，L11为左扬声器到左耳的距离，L21右扬声器到左耳的距离；λ为声音的波长。
4.根据权利要求1所述3D音效增强装置，其特征在于：所述相移单元P1(Z)，P2(Z)为无限冲击响应滤波器，所述传递函数P1(Z)，P2(Z)由下式得到：
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其中：
其中，f为声音的频率，为左声道的相移，为右声道的相移，fs为声音信号的采样频率。
5.根据权利要求1所述3D音效增强装置，其特征在于：所述增益调节单元K1和K2，均为乘法器。
6.一种3D音效增强方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，对左声道输入序列进行相移处理，得到左声道相移序列，对右声道输入序列进行相移处理，得到右声道相移序列。
步骤2，将右声道相移序列通过增益调节单元和左声道输入序列相加，从左扬声器输出，将左声道相移序列通过增益调节单元和右声道输入序列相加，从右扬声器输出。
7.根据权利要求6所述的3D音效增强方法，其特征在于，所述步骤1是将左声道输入序列相位移动得到左声道相移序列，将右声道输入序列相位得到右声道相移序列，且有：
其中，L22为右扬声器到右耳的距离，L12为左扬声器到右耳的距离，L11为左扬声器到左耳的距离，L21右扬声器到左耳的距离；λ为声音的波长。
8.根据权利要求6所述的3D音效增强方法，其特征在于，所述步骤1采用相移单元P1(Z)对左声道输入序列进行相移处理，采用相移单元P2(Z)对右声道输入序列进行相移处理；其中相移单元P1(Z)，P2(Z)为无限冲击响应滤波器。所述传递函数P1(Z)，P2(Z)由下式得到：
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其中：
其中，f为声音的频率，为左声道的相移，为右声道的相移，fs为声音信号的采样频率。
9.根据权利要求6所述音频所述3D音效增强方法，其特征在于，所述步骤2增益调节是将左声道相移序列乘以系数α1再输出到右加法器，将右声道相移序列乘以系数α2再输出到左加法器，其中，α1和α2可以根据现场环境和3D效果进行动态调节。
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