CN109195063A - 一种立体声发生系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种立体声发生系统及方法，系统包括音频输入模块，用于输入音频信号；音频分离模块，用于对单声道音频信号进行过采样处理并将所述音频信号分离成多声道信号；调音模块，用于对每个声道音频信号的频率、幅值和相位进行调节；混音模块，用于将调节后的音频信号进行混音处理；定向扬声器，用于将混音处理后的音频信号进行定向输出，形成定向立体声场；本发明中可以在目标声场范围内发射定向声波，形成立体定向声音，且互不干扰，并且可以在控制声场范围内的声音效果，根据实际需要控制声场音效，既可以使得听音者可以感觉出声音距离，也可以使其完全无法判断音源距，本发明可以应用在日常的工作，学习，生活中，全面替代目前的传统音响。

Description

一种立体声发生系统及方法
技术领域
本发明涉及电子领域及声学领域，尤其涉及一种立体声发生系统及方法。
背景技术
立体声是指具有立体感的声音，由于自然界中的声源有确定的空间位置，声音有确定的方向来源，人们的听觉有辨别声源方位的能力，特别是有多个声源同时发声时，人们可以凭听觉感知各个声源在空间的位置分布状况，当人们直接听到这些立体空间中的声音时，除了能感受到声音的响度、音调和音色外，还能感受到它们的方位和层次。为了能够尽可能的还原自然界中的立体声，使声音的临场感更逼真，更生动，更具感染力，立体声技术也在不断的发展，从最初的单声道，到双声道立体声，再到环绕式立体声，3D环绕立体声等。但是，目前传统的音响设备在功能上过于单一，在应用的场景上也受到了很大的限制，尤其是一些公共场所，会对声音覆盖内的其他非目标人群，造成一定程度的声音干扰，例如广场舞、商场广播、学校广播、室外演出等。
定向扬声器作为一种新技术，能够将声波控制在特定区域内，在这个区域内的声波很强，而出了这个区域，声波就会很弱，甚至没有。特别适合一些传统音响特定的公共场合，例如广场舞，如果广场舞者使用这种扬声器播放音乐，其扰民‘尴尬’就能迎刃而解，但是目前定向扬声器的技术还不成熟，其音质较差，并且受限于信号干扰等技术瓶颈，目前，现有的定向扬声器还无法形成立体声，均为混合单声道，使声音的效果很差。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种立体声发生系统及方法，以解决上述技术问题。
本发明提供的立体声发生系统，包括：
音频输入模块，用于输入音频信号；
音频分离模块，用于对单声道音频信号进行过采样处理并将所述音频信号分离成多声道信号；
调音模块，用于对每个声道音频信号的频率、幅值和相位进行调节；
混音模块，用于将调节后的音频信号进行混音处理；
定向扬声器，用于将混音处理后的音频信号进行定向输出，形成定向立体声场。
进一步，所述音频分离模块将频率在人耳听觉频率内的音频信号划分为若干频率区间，并对不同频率区间的音频信号分别进行幅值和频率计算，再对计算结果进行频率调节处理，将所述音频信号分离成双声道信号；
所述定向扬声器包括设置在不同方位的左声道扬声器阵列和右声道扬声器阵列，所述左声道扬声器阵列的输入端与左声道信号连接，所述右声道扬声器阵列的输入端与右声道信号连接，用于提供立体声声场。
进一步，还包括移动控制终端，所述移动控制终端与调音模块无线连接，用于对音频信号进行远程调节。
本发明还提供一种立体声发生方法，包括：
输入音频信号；
根据输入的音频信号获取多声道信号；
对每个声道音频信号的频率、幅值和相位进行调节；
将调节后的音频信号进行混音处理；
将混音处理后的音频信号进行通过预先布置在声场范围内的定向扬声器进行定向输出，形成定向立体声场。
进一步，将频率在人耳听觉频率内的音频信号划分为若干频率区间，并对不同频率区间的音频信号分别进行幅值和频率计算，再对计算结果进行频率调节处理，将所述音频信号分离成双声道信号；
所述定向扬声器包括设置在不同方位的用于提供立体声声场的左声道扬声器阵列和右声道扬声器阵列，所述左声道扬声器阵列的输入端与左声道信号连接，所述右声道扬声器阵列的输入端与右声道信号连接。
进一步，所述频率区间包括频率值依次增强的第一频率区间、第二频率区间、第三频率区间、第四频率区间和第五频率区间，所述频率调节处理包括：
对所述第一频率区间内的音频信号进行幅值和频率计算，分别获取频率计算结果和幅值计算结果，维持所述幅值计算结果不变，并对所述频率计算结果进行偏移处理；
对所述第二频率区间的音频信号频率维持不变，对所述第三频率区间、第四频率区间和第五频率区间的信号频率分别进行削弱处理，
将各个区间频率调节处理后的频率进行实时合成，获取多声道信号。
进一步，分别测量输入音频信号中的各声道信号的主频率，根据测量结果生成频率值不同的左声道主频和右声道主频，并对所述左声道主频和右声道主频进行锁频处理，所述左声道主频和右声道主频相互独立。
进一步，当需要使处于定向立体声场内的听音者可以判断音源的距离和位置时，将左、右声道扬声器阵列输出的音频信号的幅值设置为不等；
当需要使处于定向立体声场内的听音者无法判断音源的距离和位置时，将左、右声道扬声器阵列输出的音频信号的幅值设置为相等，并将左、右声道扬声器阵列输出的音频信号的频率设置为相近频率。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法。
一种电子终端，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如上述任一项所述方法。
本发明的有益效果：本发明中的立体声发生系统，可以在目标声场范围内发射定向声波，并形成立体定向声音，且互不干扰，而在非目标区域，声波很弱或没有，并且，可以在控制声场范围内的声音效果，根据实际需要控制声场音效，既可以使得听音者可以感觉出声音距离，也可以使其完全无法判断音源距，本发明可以应用在日常的工作，学习，生活中，全面替代目前的传统音响。
附图说明
图1是本发明实施例中立体声发生系统的原理示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本实施例中的一种立体声发生系统，包括：
音频输入模块，用于输入音频信号；
音频分离模块，用于对单声道音频信号进行过采样处理并将所述音频信号分离成多声道信号；
调音模块，用于对每个声道音频信号的频率、幅值和相位进行调节；
混音模块，用于将调节后的音频信号进行混音处理；
定向扬声器，用于将混音处理后的音频信号进行定向输出，形成定向立体声场。
如图1所示，在本实施例中，如果原始的输入信号中的即为左右声道信号，则不会再次进行处理。如果原始的输入信号大小幅值全部相同，则会认为信号是单声道的，本实施例通过音频分离模块以最低88khz的采样率对声音进行过采样处理，并将相邻两个采样点的数据，分别输入给左右声道，进行音频分离，获取左右声道信号。
在本实施例中，音频分离模块将频率在人耳听觉频率内的音频信号划分为若干频率区间，并对不同频率区间的音频信号分别进行幅值和频率计算，再对计算结果进行频率调节处理，将所述音频信号分离成双声道信号；本实施例中的人耳听觉频率一般是指20hz-20khz，例如可以设置几个阈值点f1，f2，f3，f4，频率区间包括频率值依次增强的第一频率区间20hz-f1、第二频率区间f1-f2、第三频率区间f2-f3、第四频率区间f3-f4和第五频率区间f4-20khz，再分别对每个频率区间分别进行对应的频率处理。频率调节处理包括：对所述第一频率区间内的音频信号进行幅值和频率计算，分别获取频率计算结果和幅值计算结果，维持所述幅值计算结果不变，并对所述频率计算结果进行偏移fx和fx+f；对所述第二频率区间的音频信号频率维持不变，保留原样，对所述第三频率区间的音频信号进行削弱，削弱幅度为-6db，对第四频率区间的音频信号进行削弱，削弱幅度为-9db，对第五频率区间的信号频率进行削弱处理，削弱幅度为-3db。
在本实施例中，定向扬声器可以为两个设置在不同位置的定向喇叭，也可以是设置在不同方位的左声道扬声器阵列和右声道扬声器阵列，左声道扬声器阵列的输入端与左声道信号连接，右声道扬声器阵列的输入端与右声道信号连接，用于提供立体声声场。通过定向扬声器可以真正的营造出左右两个音源，物理性的提供两个声音发出点。在本实施例中，可以根据工作过程中的实际需要，通过调音模块对每个声道音频信号的频率、幅值和相位进行调节，可以使听音者可以感觉出声音距离或者完全无法判断音源距，从而使听音者获得完全不同的主观感受。
在本实施例中，还包括移动控制终端，所述移动控制终端与调音模块无线连接，用于对音频信号进行远程调节。移动控制终端可以采用智能手机等移动通讯设备，优选地，用户可以通过APP进行远程控制，例如，设备的开启和关闭，语音的实时调节，是否更改听音者对音源音距的主观感受等，从而实现对系统的远程控制，通讯方式根据实际需要，选择NFC、蓝牙等近场通讯手段，也可以采用GPRS、3G、LTE等远距离无线通信手段。
相应地，本实施例还提供一种立体声发生方法，包括：
输入音频信号；
根据输入的音频信号获取多声道信号；
对每个声道音频信号的频率、幅值和相位进行调节；
将调节后的音频信号进行混音处理；
将混音处理后的音频信号进行通过预先布置在声场范围内的定向扬声器进行定向输出，形成定向立体声场。
在本实施例中，如果原始的输入信号中的即为左右声道信号，则不会再次进行处理。如果原始的输入信号大小幅值全部相同，则会认为信号是单声道的，本实施例通过音频分离模块以最低88khz的采样率对声音进行过采样处理，并将相邻两个采样点的数据，分别输入给左右声道，进行音频分离，获取左右声道信号。本实施例中的定向扬声器包括设置在不同方位的用于提供立体声声场的左声道扬声器阵列和右声道扬声器阵列。本实施例中的人耳听觉频率一般是指20hz-20khz，可以设置几个阈值点f1，f2，f3，f4，频率区间包括频率值依次增强的第一频率区间20hz-f1、第二频率区间f1-f2、第三频率区间f2-f3、第四频率区间f3-f4和第五频率区间f4-20khz，再分别对每个频率区间分别进行对应的频率处理。频率调节处理包括：对所述第一频率区间内的音频信号进行幅值和频率计算，分别获取频率计算结果和幅值计算结果，维持所述幅值计算结果不变，并对所述频率计算结果进行偏移fx和fx+f；对所述第二频率区间的音频信号频率维持不变，保留原样，对所述第三频率区间的音频信号进行削弱，削弱幅度为-6db，对第四频率区间的音频信号进行削弱，削弱幅度为-9db，对第五频率区间的信号频率进行削弱处理，削弱幅度为-3db，在频率调节之后，再实时一个新的音频fwave，左声道和右声道，分别都按照该办法进行处理，从而实现音频分离。
在本实施例中，分别测量输入音频信号中的各声道信号的主频率，根据测量结果生成频率值不同的左声道主频和右声道主频，并对所述左声道主频和右声道主频进行锁频处理，所述左声道主频和右声道主频相互独立。例如左矩阵的主频为A，右矩阵的主频为B，在系统工作时，会分别对两个矩阵进行主频率测量，之后产生两个独立的频率A，B。且因为两个频率相差不大，优选地，可以在设计中制作锁频电路，并且在电路布局和布线的时候，让两者分开。最终完成两者的频率之间不会进行干扰。
在本实施例中，当需要使处于定向立体声场内的听音者可以判断音源的距离和位置时，将左、右声道扬声器阵列输出的音频信号的幅值设置为不等；当需要使处于定向立体声场内的听音者无法判断音源的距离和位置时，将左、右声道扬声器阵列输出的音频信号的幅值设置为相等，并将左、右声道扬声器阵列输出的音频信号的频率设置为相近频率。在本实施例中，假设左矩阵发出的声音大小是A1，载波频率是A2。右矩阵的声音大小是B1，载波频率是B2，当改变A1与B1的大小时，会产生类似于普通音响的左右声道感觉，当改变A2与B2的载波频率时，会使人体产生左右距离和方位差异。因此，在本实施例中，如果需要使听音者听音者无法正确判断音源距离和位置，通过调节使A1＝B1，且A2约等于B2时，就可以实现这种效果，会使听音者在音场范围内，感觉声音就在耳边发出。本实施例中的将左、右声道扬声器阵列输出的音频信号的频率设置为相近频率，是指将左右矩阵的载波频率设置为近似相等的频率，本领域技术人员应该可以知晓，由于人耳的个体差异较大，因此，相近频率的差异区间也因个体不同而有所差异，但通过这种方式，只需达到使听音者无法辨别音源音距即可，可以在实际应用中通过多个个体采样等方式测试，再根据测试结果进行合理取值即可，在此不再赘述。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本实施例中的任一项方法。
本实施例还提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行本实施例中任一项方法。
本实施例中的计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本实施例提供了系统的结构示意图，本实施例提供的电子终端，包括处理器、存储器、收发器和通信接口，存储器和通信接口与处理器和收发器连接并完成相互间的通信，存储器用于存储计算机程序，通信接口用于进行通信，处理器和收发器用于运行计算机程序，使电子终端执行如上方法的各个步骤。
在本实施例中，存储器可能包含随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGateArray，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种立体声发生系统，其特征在于，包括：
音频输入模块，用于输入音频信号；
音频分离模块，用于对单声道音频信号进行过采样处理并将所述音频信号分离成多声道信号；
调音模块，用于对每个声道音频信号的频率、幅值和相位进行调节；
混音模块，用于将调节后的音频信号进行混音处理；
定向扬声器，用于将混音处理后的音频信号进行定向输出，形成定向立体声场。
2.根据权利要求1所述的立体声发生系统，其特征在于：所述音频分离模块将频率在人耳听觉频率内的音频信号划分为若干频率区间，并对不同频率区间的音频信号分别进行幅值和频率计算，再对计算结果进行频率调节处理，将所述音频信号分离成双声道信号；
所述定向扬声器包括设置在不同方位的左声道扬声器阵列和右声道扬声器阵列，所述左声道扬声器阵列的输入端与左声道信号连接，所述右声道扬声器阵列的输入端与右声道信号连接，用于提供立体声声场。
3.根据权利要求2所述的立体声发生系统，其特征在于：还包括移动控制终端，所述移动控制终端与调音模块无线连接，用于对音频信号进行远程调节。
4.一种立体声发生方法，其特征在于，包括：
输入音频信号；
根据输入的音频信号获取多声道信号；
对每个声道音频信号的频率、幅值和相位进行调节；
将调节后的音频信号进行混音处理；
将混音处理后的音频信号进行通过预先布置在声场范围内的定向扬声器进行定向输出，形成定向立体声场。
5.根据权利要求4所述的立体声发生方法，其特征在于，将频率在人耳听觉频率内的音频信号划分为若干频率区间，并对不同频率区间的音频信号分别进行幅值和频率计算，再对计算结果进行频率调节处理，将所述音频信号分离成双声道信号；
所述定向扬声器包括设置在不同方位的用于提供立体声声场的左声道扬声器阵列和右声道扬声器阵列，所述左声道扬声器阵列的输入端与左声道信号连接，所述右声道扬声器阵列的输入端与右声道信号连接。
6.根据权利要求5所述的立体声发生方法，其特征在于，所述频率区间包括频率值依次增强的第一频率区间、第二频率区间、第三频率区间、第四频率区间和第五频率区间，所述频率调节处理包括：
对所述第一频率区间内的音频信号进行幅值和频率计算，分别获取频率计算结果和幅值计算结果，维持所述幅值计算结果不变，并对所述频率计算结果进行偏移处理；
对所述第二频率区间的音频信号频率维持不变，对所述第三频率区间、第四频率区间和第五频率区间的信号频率分别进行削弱处理，
将各个区间频率调节处理后的频率进行实时合成，获取多声道信号。
7.根据权利要求5所述的立体声发生方法，其特征在于：分别测量输入音频信号中的各声道信号的主频率，根据测量结果生成频率值不同的左声道主频和右声道主频，并对所述左声道主频和右声道主频进行锁频处理，所述左声道主频和右声道主频相互独立。
8.根据权利要求7所述的立体声发生方法，其特征在于，
当需要使处于定向立体声场内的听音者可以判断音源的距离和位置时，将左、右声道扬声器阵列输出的音频信号的幅值设置为不等；
当需要使处于定向立体声场内的听音者无法判断音源的距离和位置时，将左、右声道扬声器阵列输出的音频信号的幅值设置为相等，并将左、右声道扬声器阵列输出的音频信号的频率设置为相近频率。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现权利要求4至8中任一项所述方法。
10.一种电子终端，其特征在于，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如权利要求4至8中任一项所述方法。
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