CN111629318B - 音场虚拟环绕模块、扩展音场虚拟环绕的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种音场虚拟环绕模块、扩展音场虚拟环绕的系统及方法，包括：延迟模块、第一滤波模块、第二滤波模块、第三滤波模块、第四滤波模块、第一合并模块及第二合并模块；在立体声的左声道或右声道上增加设定延迟，使声音听起来没有加延迟的那个声道先到；然后两个声道加入左到左、左到右、右到左、右到右的滤波器，滤波器的幅频和相频特性基本对称，但是在低频部分不加延迟的声道的幅度比加延迟的声道小，让低频部分的声音往加延迟的声道偏转。本发明的音场虚拟环绕模块、扩展音场虚拟环绕的系统及方法在原来用两个耳机或音箱播放的立体声的基础上，处理播放音频的数据，声音听上去音场更宽广，达到虚拟环绕的效果。

Description

音场虚拟环绕模块、扩展音场虚拟环绕的系统及方法

技术领域

本发明涉及声音处理领域，特别是涉及一种音场虚拟环绕模块、扩展音场虚拟环绕的系统及方法。

背景技术

立体声(Stereo)是指具有立体感的声音。因为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。与单声道相比，立体声有如下优点：(1)具有各声源的方位感和分布感；(2)提高了信息的清晰度和可懂度；(3)提高节目的临场感、层次感和透明度。

虚拟环绕声系统是在双声道立体声的基础上，不增加声道和音箱，把声场信号通过电路处理后播出，使聆听者感到声音来自多个方位，产生仿真的立体声场。现有的虚拟环绕声系统都是很复杂的，成本高，不适合于大规模量产。

因此，如何简化虚拟环绕声系统、降低成本已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种音场虚拟环绕模块、扩展音场虚拟环绕的系统及方法，用于解决现有技术中虚拟环绕声系统结构复杂，成本高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种扩展音场虚拟环绕的方法，所述扩展音场虚拟环绕的方法至少包括：

在立体声的左声道或右声道上增加设定延迟，使得不增加设定延迟的声道对应的声音听起来比增加设定延迟的声道对应的声音先到；

分别将左声道声音信号对应的频段向左偏及向右偏，分别将右声道声音信号对应的频段向左偏及向右偏；当所述立体声的左声道增加所述设定延迟时，增强左偏的声音信号的低频部分，相应减弱右偏的声音信号的低频部分；当所述立体声的右声道增加所述设定延迟时，增强右偏的声音信号的低频部分，相应减弱左偏的声音信号的低频部分，以此平衡听感；

将左偏的声音信号合并后作为左声道信号输出，将右偏的声音信号合并后作为右声道信号输出。

可选地，所述设定延迟的时间设置为25ms～35ms。

更可选地，所述设定延迟的时间设置为30ms。

更可选地，采用高阶滤波实现声音信号的偏移。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种音场虚拟环绕模块，所述音场虚拟环绕模块至少包括：

延迟模块、第一滤波模块、第二滤波模块、第三滤波模块、第四滤波模块、第一合并模块及第二合并模块；

所述延迟模块设置于立体声的左声道或右声道上，用于偏移音场；

所述第一滤波模块连接所述立体声的左声道，用于将左声道声音信号对应的特定频段向左偏；

所述第二滤波模块连接所述立体声的左声道，用于将左声道声音信号对应的特定频段向右偏；

所述第三滤波模块连接所述立体声的右声道，用于将右声道声音信号对应的特定频段向左偏；

所述第四滤波模块连接所述立体声的右声道，用于将右声道声音信号对应的特定频段向右偏；

所述第一合并模块连接所述第一滤波模块及所述第三滤波模块的输出端，将所述第一滤波模块及所述第三滤波模块的输出信号合并后作为左声道信号输出；

所述第二合并模块连接所述第二滤波模块及所述第四滤波模块的输出端，将所述第二滤波模块及所述第四滤波模块的输出信号合并后作为右声道信号输出。

可选地，所述第一、第二、第三及第四滤波模块为高阶滤波器。

更可选地，所述第一、第二、第三及第四滤波模块为非递归型滤波器或递归型滤波器。

更可选地，当所述立体声的左声道增加所述设定延迟时，所述第一滤波模块及所述第三滤波模块增强低频部分的声音信号，相应所述第二滤波模块及所述第四滤波模块减弱低频部分的声音信号；当所述立体声的右声道增加所述设定延迟时，所述第二滤波模块及所述第四滤波模块增强低频部分的声音信号，相应所述第一滤波模块及所述第三滤波模块减弱低频部分的声音信号；以此平衡听感。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种扩展音场虚拟环绕的系统，所述扩展音场虚拟环绕的系统至少包括：

第一音频处理模块、上述音场虚拟环绕模块、第一扬声器及第二扬声器；

所述第一音频处理模块接收待播放的音频信号，经过处理后输出立体声信号；

所述音场虚拟环绕模块连接所述第一音频处理模块的输出端，用于扩展音场虚拟环绕；

所述第一扬声器连接于所述音场虚拟环绕模块的输出端，接收左声道信号并播放；

所述第二扬声器连接于所述音场虚拟环绕模块的输出端，接收右声道信号并播放。

可选地，所述扩展音场虚拟环绕的系统还包括第二音频处理模块，连接于所述音场虚拟环绕模块与所述第一扬声器及所述第二扬声器之间，用于对所述音场虚拟环绕模块的输出信号进行处理。

如上所述，本发明的音场虚拟环绕模块、扩展音场虚拟环绕的系统及方法，具有以下有益效果：

本发明的音场虚拟环绕模块、扩展音场虚拟环绕的系统及方法在原来用两个耳机或音箱播放的立体声的基础上，处理播放音频的数据，声音听上去音场更宽广，达到虚拟环绕的效果。

附图说明

图1显示为本发明的扩展音场虚拟环绕的方法流程示意图。

图2显示为本发明的音场虚拟环绕模块的结构示意图。

图3显示为本发明的第一滤波模块的幅频曲线示意图。

图4显示为本发明的第一滤波模块的相频曲线示意图。

图5显示为本发明的第二滤波模块的幅频曲线示意图。

图6显示为本发明的第二滤波模块的相频曲线示意图。

图7显示为本发明的第三滤波模块的幅频曲线示意图。

图8显示为本发明的第三滤波模块的相频曲线示意图。

图9显示为本发明的第四滤波模块的幅频曲线示意图。

图10显示为本发明的第四滤波模块的相频曲线示意图。

图11显示为本发明的扩展音场虚拟环绕的系统的结构示意图。

元件标号说明

1 音场虚拟环绕模块

11 延迟模块

12 第一滤波模块

13 第二滤波模块

14 第三滤波模块

15 第四滤波模块

16 第一合并模块

17 第二合并模块

2 第一音频处理模块

3 第一扬声器

4 第二扬声器

5 第二音频处理模块

S1～S3 步骤

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。

请参阅图1～图11。需要说明的是，本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。

音场是虚拟环绕声系统中一个非常重要的概念，音场越宽广虚拟环绕的效果就越好，本发明通过扩展音场达到虚拟环绕的效果。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种扩展音场虚拟环绕的方法，所述扩展音场虚拟环绕的方法包括：

S1：获取立体声信号，所述立体声信号包括左声道和右声道信号。在立体声的左声道或右声道上增加设定延迟，使得不增加设定延迟的声道对应的声音听起来比增加设定延迟的声道对应的声音先到。

具体地，双耳效应是指人定位音源位置是通过声音到达双耳的时间，声压强度和音色决定的；由同一声源首先到达两耳的直达声的最大时间差为0.44ms～0.5ms，20Hz～200Hz的低音主要靠人两耳的相位差定位，0.3kHz～4kHz的中音主要靠声压差定位，更高的高音主要靠时间差定位，相比利用单耳听觉来说，双耳听觉的灵敏度更高。哈斯效应是指当两个声音到达人耳的时间差不超过20ms时，人的听觉不会发现实际上存在两个声源，当两个声源的方位上较接近时，时间差可达30ms而不被人的听觉所察觉，当时间差增加到35ms～50ms时，人们就会感觉到是两个声音。

具体地，在本实施例中，在所述立体声信号的右声道上增加设定延迟，则左声道声音听起来比右声道声音先到。所述设定延迟的时间设置为25ms～35ms。优选地，所述设定延迟的时间设置为30ms，此时，可让人在不易察觉的情况下将音场向左声道偏移。

S2：分别将左声道声音信号对应的频段向左偏及向右偏，分别将右声道声音信号对应的频段向左偏及向右偏。

具体地，在本实施例中，通过高阶滤波器实现声音信号的偏移，使得左声音相应频段分别更向左偏及向右偏，右声音相应频段分别更向左偏及向右偏，以此可达到扩展音场的目的。进一步，为了平衡增加设定延迟带来的声音整体偏向(偏向左声道)，在本实施例中，增强右偏的声音信号的低频部分，相应减弱左偏的声音信号的低频部分，以此平衡听感，避免声音整体性的偏向太大。

需要说明的是，在实际使用中也可以在所述立体声信号的左声道上增加设定延迟。相应地，此时增强左偏的声音信号的低频部分，相应减弱右偏的声音信号的低频部分，以此平衡听感。

S3：将左偏的声音信号合并后作为左声道信号输出，将右偏的声音信号合并后作为右声道信号输出。

本发明的扩展音场虚拟环绕的方法扩展了音场，达到虚拟环绕的效果。

实施例二

如图2所示，本实施例提供一种音场虚拟环绕模块1，所述音场虚拟环绕模块1包括：

延迟模块11、第一滤波模块12、第二滤波模块13、第三滤波模块14、第四滤波模块15、第一合并模块16及第二合并模块17。

如图2所示，所述延迟模块11设置于立体声的左声道或右声道上，用于偏移音场。

具体地，在本实施例中，所述延迟模块11设置于立体声的右声道上，在实际使用中可设置于左声道上，不以本实施例为限。

如图2所示，所述第一滤波模块12连接所述立体声的左声道，所述第一滤波模块12中凸起部分能让左声音相应频段更向左偏。

如图2所示，所述第二滤波模块13连接所述立体声的左声道，所述第二滤波模块13中凸起部分能让左声音相应频段更向右偏。

如图2所示，所述第三滤波模块14连接所述延迟模块11的输出端(立体声的右声道)，所述第三滤波模块14中凸起部分能让右声音相应频段更向左偏。

如图2所示，所述第四滤波模块15连接所述延迟模块11的输出端(立体声的右声道)，所述第四滤波模块15中凸起部分能让右声音相应频段更向右偏。

具体地，所述第一滤波模块12、所述第二滤波模块13、所述第三滤波模块14及所述第四滤波模块15为高阶滤波器，包括但不限于FIR滤波器(Finite Impulse Response，有限长单位冲激响应滤波器，又称为非递归型滤波器)及IIR滤波器(Infinite ImpulseResponse，无限脉冲响应数字滤波器，又称递归型滤波器)，在此不一一赘述。

所述第一滤波模块12、所述第二滤波模块13、所述第三滤波模块14及所述第四滤波模块15的幅频和相频特性基本对称，但是在低频部分不加延迟的声道的幅度比加延迟的声道的幅度小，需要让低频部分的声音往加延迟的声道偏转。在本实施例中，为了平衡所述延迟模块11带来的声音整体偏向，可在第一、第二、第三及第四滤波模块的低频部分都往另外一边偏。在本实施例中，所述第二滤波模块13及所述第四滤波模块15还增强低频部分的声音信号，相应地所述第一滤波模块12及所述第三滤波模块14减弱低频部分的声音信号，以此平衡听感。

如图2所示，所述第一合并模块16连接所述第一滤波模块12及所述第三滤波模块14的输出端，将所述第一滤波模块13及所述第三滤波模块14的输出信号合并后作为左声道信号输出。

如图2所示，所述第二合并模块17连接所述第二滤波模块13及所述第四滤波模块15的输出端，将所述第二滤波模块13及所述第四滤波模块15的输出信号合并后作为右声道信号输出。

具体地，在本实施例中，所述第一合并模块16及所述第二合并模块17采用加法器实现。

在本实施例中，如图3所示为所述第一滤波模块12的幅频曲线(纵坐标为幅度，横坐标为频率)，如图4所示为所述第一滤波模块12的相频曲线(纵坐标为相位，横坐标为频率)，可见所述第一滤波模块12使得左声音相应频段更向左偏，且低频部分被减弱。如图5所示为所述第二滤波模块13的幅频曲线，如图6所示为所述第二滤波模块13的相频曲线，可见所述第二滤波模块13使得左声音相应频段更向右偏，且低频部分被增强。如图7所示为所述第三滤波模块14的幅频曲线，如图8所示为所述第三滤波模块14的相频曲线，可见所述第三滤波模块14使得右声音相应频段更向左偏，且低频部分被减弱。如图9所示为所述第四滤波模块15的幅频曲线，如图10所示为所述第四滤波模块15的相频曲线，可见所述第四滤波模块15使得右声音相应频段更向右偏，且低频部分被增强。由此本发明的音场虚拟环绕模块能有效扩展音场。

需要说明的是，在实际使用中也可以在所述立体声信号的左声道上增加设定延迟。则，此时所述第一滤波模块12及所述第三滤波模块14增强低频部分的声音信号，相应地所述第二滤波模块13及所述第四滤波模块15减弱低频部分的声音信号，以此平衡听感，在此不一一赘述。

实施例三

如图11所示，本实施例提供一种扩展音场虚拟环绕的系统，所述扩展音场虚拟环绕的系统包括：

第一音频处理模块2、实施例二的音场虚拟环绕模块1、第一扬声器3及第二扬声器4。

如图11所示，所述第一音频处理模块2接收待播放的音频信号，经过处理后输出立体声信号。

具体地，所述第一音频处理模块2可采用DSP或CPU实现，在此不一一列举。

如图11所示，所述音场虚拟环绕模块1连接所述第一音频处理模块2的输出端，用于扩展音场虚拟环绕。

具体地，所述音场虚拟环绕模块1的内部结构及工作原理参见实施例二，不以本实施例为限。

如图11所示，所述第一扬声器3连接于所述音场虚拟环绕模块1的输出端，接收左声道信号并播放。

如图11所示，所述第二扬声器4连接于所述音场虚拟环绕模块1的输出端，接收右声道信号并播放。

作为本发明的另一种实现方式，所述扩展音场虚拟环绕的系统还包括第二音频处理模块5，连接于所述音场虚拟环绕模块1与所述第一扬声器3及所述第二扬声器4之间，用于对所述音场虚拟环绕模块1的输出信号进行处理。所述第二音频处理模块5可采用DSP或CPU实现，在此不一一列举。

本发明的扩展音场虚拟环绕的系统在原来用两个耳机或音箱播放的立体声的基础上，处理播放音频的数据，声音听上去音场更宽广，达到虚拟环绕的效果。

综上所述，本发明提供一种音场虚拟环绕模块、扩展音场虚拟环绕的系统及方法，包括：延迟模块、第一滤波模块、第二滤波模块、第三滤波模块、第四滤波模块、第一合并模块及第二合并模块；在立体声的左声道或右声道上增加设定延迟，分别将左声道声音信号对应的频段向左偏及向右偏，分别将右声道声音信号对应的频段向左偏及向右偏，将左偏的声音信号合并后作为左声道信号输出，将右偏的声音信号合并后作为右声道信号输出。本发明的音场虚拟环绕模块、扩展音场虚拟环绕的系统及方法在原来用两个耳机或音箱播放的立体声的基础上，处理播放音频的数据，声音听上去音场更宽广，达到虚拟环绕的效果。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

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 (9)

1.一种扩展音场虚拟环绕的方法，其特征在于，所述扩展音场虚拟环绕的方法至少包括：

在立体声的左声道或右声道上增加设定延迟，使得不增加设定延迟的声道对应的声音听起来比增加设定延迟的声道对应的声音先到；

分别将左声道声音信号对应的频段向左偏及向右偏，分别将右声道声音信号对应的频段向左偏及向右偏；当所述立体声的左声道增加所述设定延迟时，增强左偏的声音信号的低频部分，相应减弱右偏的声音信号的低频部分；当所述立体声的右声道增加所述设定延迟时，增强右偏的声音信号的低频部分，相应减弱左偏的声音信号的低频部分，以此平衡听感；

将左偏的声音信号合并后作为左声道信号输出，将右偏的声音信号合并后作为右声道信号输出。

2.根据权利要求1所述的扩展音场虚拟环绕的方法，其特征在于：所述设定延迟的时间设置为25ms～35ms。

3.根据权利要求2所述的扩展音场虚拟环绕的方法，其特征在于：所述设定延迟的时间设置为30ms。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的扩展音场虚拟环绕的方法，其特征在于：采用高阶滤波实现声音信号的偏移。

5.一种音场虚拟环绕模块，其特征在于，所述音场虚拟环绕模块至少包括：

延迟模块、第一滤波模块、第二滤波模块、第三滤波模块、第四滤波模块、第一合并模块及第二合并模块；

所述延迟模块设置于立体声的左声道或右声道的输入端，用于偏移音场；

所述第一滤波模块连接所述立体声的左声道，用于将左声道声音信号对应的特定频段向左偏；

所述第二滤波模块连接所述立体声的左声道，用于将左声道声音信号对应的特定频段向右偏；

所述第三滤波模块连接所述立体声的右声道，用于将右声道声音信号对应的特定频段向左偏；

所述第四滤波模块连接所述立体声的右声道，用于将右声道声音信号对应的特定频段向右偏；

所述第一合并模块连接所述第一滤波模块及所述第三滤波模块的输出端，将所述第一滤波模块及所述第三滤波模块的输出信号合并后作为左声道信号输出；

所述第二合并模块连接所述第二滤波模块及所述第四滤波模块的输出端，将所述第二滤波模块及所述第四滤波模块的输出信号合并后作为右声道信号输出；

其中，当所述立体声的左声道增加设定延迟时，所述第一滤波模块及所述第三滤波模块增强低频部分的声音信号，相应所述第二滤波模块及所述第四滤波模块减弱低频部分的声音信号；当所述立体声的右声道增加所述设定延迟时，所述第二滤波模块及所述第四滤波模块增强低频部分的声音信号，相应所述第一滤波模块及所述第三滤波模块减弱低频部分的声音信号；以此平衡听感。

6.根据权利要求5所述的音场虚拟环绕模块，其特征在于：所述第一、第二、第三及第四滤波模块为高阶滤波器。

7.根据权利要求6所述的音场虚拟环绕模块，其特征在于：所述第一、第二、第三及第四滤波模块为非递归型滤波器或递归型滤波器。

8.一种扩展音场虚拟环绕的系统，其特征在于，所述扩展音场虚拟环绕的系统至少包括：

第一音频处理模块、如权利要求5～7任意一项所述的音场虚拟环绕模块、第一扬声器及第二扬声器；

所述第一音频处理模块接收待播放的音频信号，经过处理后输出立体声信号；

所述音场虚拟环绕模块连接所述第一音频处理模块的输出端，用于扩展音场虚拟环绕；

所述第一扬声器连接于所述音场虚拟环绕模块的输出端，接收左声道信号并播放；

所述第二扬声器连接于所述音场虚拟环绕模块的输出端，接收右声道信号并播放。

9.根据权利要求8所述的扩展音场虚拟环绕的系统，其特征在于：所述扩展音场虚拟环绕的系统还包括第二音频处理模块，连接于所述音场虚拟环绕模块与所述第一扬声器及所述第二扬声器之间，用于对所述音场虚拟环绕模块的输出信号进行处理。

Images