CN1121302A - 信号组合电路、信号处理电路、立体声重放系统及视听重放系统 - Google Patents

Abstract

信号组合电路(1)具有第一输入端(2)和第二输入端(3)，用于接收具有音频频谱频率的信号，以及一个输出端(4)，在第一输入端(2)和输出端(4)之间的信道具有第一传递特性(H1，H3)。在第二输入端(3)和输出端(4)之间的信号具有第二传递特性(H2，H3)。传递特性表示发生在经过第一信道的信号分量和经过第二信道的信号分量之间引起的相移的差异。由传递特性决定的幅度传递在预定频率以上是减小的。

Description

信号组合电路、信号处理电路、立体声电路 重放系统及视听重放系统

本发明涉及到一种具有用于接收信号的第一和第二输入端的信号组合电路，该信号具有音频频谱以及一个输出端，该电路包括第一信道，它具有用于把在第一输入端接收的信号的信号分量传到输出端的第一传递特性，该电路还包括第二信道，它具有用于把在第二输入端接收的信号分量传到输出端的第二传递特性，该传递特性表示发生在经过第一信道的信号分量和经过第二信道的信号分量之间引起的相移偏差。

本发明还涉及一种用于增强相应于一个立体声音频信号的立体声象的信号处理电路，在该处理电路中采用了前述类型的信号组合电路。本发明还涉及到包括所说类型的信号处理电路的立体声重放系统。

最后，本发明涉及到包括所说的类型的立体声重放系统视听重放系统。

信号组合电路、信号处理电路以及所说的类型的立体声重放系统都是已知的，例如，在美国专利4,308,423中所描述的。在该文献中，公开了一种立体声重放系统，其中信号处理电路用于增强立体声象。该信号处理电路决定左和右声道信号之间的差。然后，延迟电路延迟该差信号大约0.1ms周期。该延迟的差信号分别相加到或从最初的左声道信号、右声道信号减去。因此，改变后的左声道信号是由最初左声道信号加上延迟的左声道信号再减去延迟的右声道信号组成。改变后的右声道信号是由最初右声道信号加上延迟的右声道信号再减去延迟的左声道信号组成。在立体声信号的接收时，延迟的左声道信号减右声道信号，反过来也一样，因此导致立体声象的增强。

当接收单声道信号时，左声道信号等于右声道信号。这意味着在左和右声道信号之间的差是等于零，这意思是原来的单声道信号被传到了各扬声器。因此，被重放的单声道音频信号没有配色(频率相关幅度传递)。然而，已知系统不利的是，当立体声信号被处理时，在原来左(或右)声道信号中那些具有大约等于(n＋1)/2(n在些是正整数)倍延迟周期的音调不再出现在改变后的左(或右)声道信号中。这是由于原来的信号和延迟的信号对这些频率具有相反的相位。于是，具有这些频率的信号就出现在另外的已改变的信号中。换言之，发生在左声道和具有一定频率的音调在右声道中被重放，反过来也一样。

例如可能发生，随着乐器发的声调的高低，听众觉得演奏的乐器时而在左时而在右边而使听众感到烦恼。

本发明的目的提供一种在重放单声信号时，可以增强立体声象而又没有可感觉到的信号配色的装置，从而避免信号从左声道传到右声道或者相反。

根据本发明的这个目的是由在公开的文章中陈述的组合电路来达到的，其特征在于：频率在所说的预定频率之下，由第一传递特性确定的幅度传递大于由第二传递特性确定的幅度传递，当第一和第二输入端是互连时，其中，在互连的输入和输出之间的幅度传递作为频率函数是基本不变的。

根据本发明的用于增强相应于包括左和或两个声道信号的立体声信号的立体声象的信号组合电路，具有一个左声道输入端，用于接收立体声信号的左声道信号；具有一个第二输入端，用于接收立体声信号的右声道信号；具有第一和第二信号组合电路，其中左声道输入连接到第一信号组合电路的第一输入端和第二信号组合电路的第二输入端，而右声道输入连接到第一信号组合电路的第二输入端和第二信号组合电路的第一输入端。

在本发明的信号处理电路中，滤波后的左声道信号减小的滤后的右声道信号，在组合电路输出端，以便提供一个合适的右声道信号。同时在组合电路输出端出现了被滤波后的右声道信号减小的滤波后左声道信号以便提供一个合适的左声道信号。从左声道来的分量在两个输出端上的信号分量经过具有不同相位特性的信道上传送，因此，在不同信道上这些左声道信号分量之间就有相位差。在输出端上的来自右声道信号分量的信号分量也存在由信道的不同传递特性引起的相位差。这些相位差导致了立体声象的增强。

当在第一信道上的幅度传递超过在第二信道上的幅度传递时，信号从一个声道传送到另一个通道就不可能。传送特性选择得使单声信号的幅度传递作为频率的函数基本上是恒定的。在这种情况下，基本上不存在单声信号的重放配色。

信号组合电路的实施例，其特征在于：该电路包括具有第一和第二输入端和一个输出端的信号汇合电路。第一滤波器连接在信号组合电路的第一输入端和信号汇合电路的第一输入端之间、第二滤波器连接在信号组合电路的第二输入端和信号汇合电路的第二输入端之间、第三滤波器连接在信号汇合电路的输出端和信号组合电路的输出端之间。

采用第三滤波器的优点是对在两个信号通道上的信号所进行的滤波操作可由同一滤波器完成，从而使电路简化。

当本发明的处理电路用于包括一个用来重放左右声道的很低频率音调之和的所谓超低音扬声器的立体声重放系统时，该超低音信号可简单地由经处理电路修正的声道信号得到。于是，对低频音调的总和，作为频率函数的幅度传递是恒定的。

立体声重放系统的使用，对视听重放系统是非常有利的。在这些视听系统中，扬声器和图象重放屏幕一般来说可容纳在同一个箱体内。由于箱体尺寸的限制，在扬声器之间的距离是很小的，因此立体声象是很窄的。由于信号处理电路使得该立体声象得到增强，因此，大大地提高了立体声重放的质量。

本发明将参照所附的图1到8来进一步说明，其中：

图1表示根据本发明的信号组合电路的实施例，

图2表示不同信道的幅度传递特性，

图3、4、7和8表示在立体声重放系统中使用信号组合电路的实施例，

图5表示一个视听重放系统，以及

图6表示不同信道的相位传递特性。

图1表示根据本发明的信号组合电路1的实施例。信号组合电路1具有用于接收信号的第一输入端2和第二输入端3，该接收信号具有音频频谱的频率(从大约20Hz到大约20KHz)。输入端2经过具有传递特性H1的滤波器5耦合到信号汇合电路的输入端，例如，到减法电路8的非反相输入端。输入端3经过具有传递特性H2的滤波器6耦合到减法电路8的反相输入端。在减法电路8的输出端产生相应于加到反相端和非反相输入端的差信号。在图1的实施例中，信号汇合电路是减法电路。但是，其它的汇合电路，例如加法电路也是可能的。在上面的情况下，滤波器5和6是执行附加的反相操作。差信号被具有传递特性H3的滤波器7滤波，然后传送到输出端4。

在图6中绘制了相对频率的从输入端2到输出端4及由输入端3到输出端4相位传递特性＜H1.H3和＜H2.H3。

在＜H1.H3和＜H2.H3之间的差，从低频的180°逐渐地减少到高频的零。

在图2中绘制了相对频率的从输入端2到输出端4和从输入端3到输出端4的幅度传递特性|H1.H3|和|H2.H3|(以dB表示)。在预定频率f0以上，幅度传递|H1.H3|和|H2.H3|减小。对输入端2和3是互连的情况，从互连的输入端2和3到减法电路8的输出端的幅度传递|Hm|＝|(H1＋H2.H3)|也表示在图2中。幅度传递|Hm|在整个音频范围基本上是平坦的。对输入端2和3是互连的情况，相位传递＜Hm＝＜(H1+H2).H3也表示在图6中。相位传递特性＜Hm在整个音频范围基本上是平坦的。

在输入2和输出4之间信道的传递特性等于传递特性H1和H3的乘积。在输入3和输出4之间信道的传递特性等于传递特性H2和H3的乘积。

对熟悉本领域的专业人士是不言而喻的，当将滤波器5的滤波器特性要选择得具有H1等于H1.H3的传递特性和滤波器6选择具有H2等于H2.H3的传递特性时减法电路8的输出能够直接(不滤波)到输出端4。

然而，把滤波器7安置在减法电路8的输出端和输出端4之间，对在输入2和输出4之间信道的信号以及在输入3和输出4之间信道的信号用同一个滤波器实现滤波操作是有利的，由此使滤波器5和6仍旧具有简单的结构。

图3表示包括用于增强立体声象的信号处理电路20的立体声重放系统的实施例。信号处理电路20具有用于接收立体声信号的左声道信号L的左声道输入端21，和用于接收立体声信号的右声道信号R右声道输入端22。信号处理电路20还包括第一组合电路1a和第二信号组合电路1b。信号组合电路1a和1b是如图1中表示的类型。信号组合电路的输入和输出用与图1中表示的参考符号一样，下标a和b表示信号组合电路1a或1b的输入端和输出端。左声道输入端21连接到信号组合电路1a的输入端2a和第二信号组合电路16的输入端36。右声道输入端22连接到信号组合电路1b的输入端2b和信号组合电路1a的输入端3a。

左声道扬声器23连接到信号组合电路1a的输出端4a。右声道扬声器24连接到信号组合电路1b的输出端4b。

在图3中的立体声重放系统的工作原理如下：在加上一个立体声信号时，经滤波的左声道信号加到左声道扬声器。然后右声道扬声器也加有滤波后的左声道信号，但该左声道信号和相位相对于已经加到左声道扬声器的滤波后的左声道信号有相移。右声道扬声器由被滤波后的右声道信号提供。左声道扬声器也提供有滤波后的右声道信号，但它的相位相对于加到右声道扬声器的滤波后的右声道信号有相移。由于左声道信号的相移分量加到右声道扬声器，所以，重放左声道的声源位置，出现一个虚线的向左移。类似地，代表右声道信号的声源实际上将受到向右移。换言之，因此，立体声象得到虚假增强。对频率在频率f0以下时，在输入端2a和输出端4a之间的信道(左声道信号L)的幅度传递大于在输入端3a和输出端4a之间的信道(左声道信号L)的幅度传递大于在输入端3a输出端4a之间的信道(右声道信号R)的幅度传递，因此左声道信号L的分量在这些频率中呈现优势。甚至于在频率f0以上的频谱的大部分，在输入端2a和输出端4a之间的信道的幅度传递还超过在输入端3a和输出端4a之间的信道幅度传递。于是将用于左声道的音频信息的大部分加到左声道扬声器23。左声道信号由输入端2a和输出端4a之间的信道加到右声道扬声器24。当重放单声道信号(其中左声道信号L与右声道信号R是相等的)，单声道信号(L或R)的幅度在所有频率上是相等的。换言之，在单声道重放中没发生重放信号的配色。

图4表示用于立体声重放系统的一个实施例，其中用于本发明的信号处理电路的不同实施例用标号43表示。此外，相应于图3中表示的那些部件采用相同的标号。标号40表示用于重放非常低的频率，例如在250H2以下频率的扬声器。这样的扬声器一般标为超低音扬声器。用于超低音扬声器40的信号是从输入端21的左声道信号L和输入端22的右声道信号R得来的。为此目的，该系统包括用于把左声道信号L和右声道信号R一起相加的求和电路41。相应于信号L和R的和的输出信号产生在求和电路41的输出端。该信号经过低通滤波器42加到超低音扬声器40，该低通滤波器42仅仅能通过位于超低音扬声器40的重放频谱中的频率的信号分量。当使用超低音扬声器40时，在组合电路1和2中的滤波器5和6的传递特性要能适合于，只让不加到超低音扬声器40的信号分量通过。

图7还表示根据本发明的立体声重放系统的另一个实施例。其中，在以前所描述的其它实施例中相同的部件用相同的标号。

求和电路41的输入连接到组合电路1a和1b的输出。在加法电路的输出端的输出信号Sw的结果是Sw＝L(H1＋H2).H3＋R(H1＋H2)H3＝(L＋R)Hm。由于超低音扬声器频率区域Hm作为频率的函数是恒定的，因此该信号基本上等于左声道信号L和右声道信号R的和附加一个固定增益因数|Hm|。

求和电路41的输出信号加到电路70，它在超低音扬声器频率区域中，具有恒定的幅度传递1/|Hm|。

图5表示一种例如电视机或所谓多媒体视听系统形式的视听重放系统的实施例。视听重放系统包括一个接纳用于显示视频图象的图象显示屏幕50的箱体51。左声道扬声器23安置在图象显示屏幕的左边。右声道扬声器24安置在图象显示屏的右边。左声道扬声器23和右声道扬声器24由图3或4中的信号处理电路20或43控制。

在视听重放系统中，具有立体声象增强效果的处理电路20和43的使用是非常有吸引力的。由于箱体尺寸的限制，在扬声器之间的距离是很小的，因此立体声象很窄。由于信号处理电路对立体声象的增强，因此大大地改进了立体声重放信号的质量。

图8表示基于图3的系统的一种立体声音频重放系统的实施例。另外，已经增加左和右混合电路81、83，因此能够调节原始的声音和处理后的声音之间的混合。每个混合电路包括一个第一和第二混合输入和输出，第一混合输入端分别连接到左和右声道的输入端，而第二混合输入分别连接到信号组合电路的第一和第二输出端，在混合电路中，在每个输入和输出之间的传递函数是可调节的。因此，它具有声音处理强度可以选择的优点。混合电路81、83的设置在两个或更多固定的设定之间可以是连续地可调或者是开关式地可控调节。一个简单的实施例可包括用于选择混合电路的第一或第二输出端其中之一的开关。混合电路的另一个实施例可具有一个从第一输入到输出的α传递以及在第二输入和输出之间的1-α传递，α是一个在0和1之间的数。当混合是由改变α调节时，它具保持总音量不变的优点。该α设定可用(对数的)电位器或音量控制电路来实现。当然所说的混合或设定电路可以处理模拟或数字信号。

Claims (8)

1.一种信号组合电路具有用于接收具有音频频谱的信号的第一和第二输入以及一个输出端，该电路包括具有第一传递特性的第一信道，用于把在第一输入端接收的信号的信号分量传送到输出端，以及该电路包括具有第二传递特性的第二信道，用于把在第二输入端接收的信号分量传送到输出端，传递特性显示了在经过第一信道通过的信号分量和经过第二信道通过的信号分量之间所产生的相移的差异，其特征在于：频率在所说的预定频率之下的频率，由第一传递特性决定的幅度传递大于由第二传递特性决定的幅度传递，当第一和第二输入端是互连时，其中，在互连的输入端和输出端之间的幅度传递作为频率的函数基本上是恒定的。

2.根据权利要求1的信号组合电路，其特征是，该电路包括具有第一和第二输入端和一个输出端的信号汇合电路，第一滤波器连接在信号组合电路的第一输入端和信号汇合电路的第一输入端之间，第二滤波器连接在信号组合电路的第二输入端和信号汇合电路的第二输入端之间以及第三滤波器连接在信号汇合电路的输出与信号组合电路的输出端之间。

3.根据权利要求1或2的用于增强相应于立体声信号的立体声象的信号处理电路，信号处理电路具有接收立体声信号的左声道信号的左道输入端，具有一个用于接收立体声信号的右通道信号的第二输入端和如权利要求1或2所述的第一和第二信号组合电路，左声道输入端连接到第一信号组合电路的第一输入端和第二信号组合电路的第二输入端，右声道输入端连接到第一信号组合电路的第二输入端和.第二信号组合电路的第一输入端。

4.根据权利要求3的信号处理电路，其特征是，该电路包括左和右混合电路，每个混合电路包括第一和第二混合输入端和输出端、第一混合输入端分别连接到左和右声道输入端，并且第二混合输入端分别连接到第一和第二信号组合电路的输出端，在混合电路中，在每个输入端和输出端之间的传递函数是可调的。

5.根据权利要求4的信号处理电路，其特征是，第一混合输入到输出的传递函数等于α以及第二混合输入到输出的传递函数等于1-α，α是在0和1之间的数。

6.根据权利要求3、4或5的包括信号处理电路的立体声重放系统，其特征是，左声道扬声器连接到信号处理电路的第一信号组合电路的输出端，右声道扬声器连接到信号处理电路的第二信号组合电路的输出端。

7.根据权利要求6的立体声重放系统，其特征是，包括一个耦合到信号组合电路第一和第二输出端的求和电路，用于得到相应于频率在预定的低频之下的信号分量之和的输出信号，该信号分量发生在左和右声道输入端上接收的信号中，该系统还包括耦合到求和电路输出端的低频扬声器，用于重放在预定的低频之下的频率。

8.根据权利要求6或7的包括立体声重放系统的视听重放系统，其特征在于，一个箱体，在其中安装有图象显示屏幕和左声道和右声道扬声器。

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