CN1137603C - 可以播放出全息声的两通道放音系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可以播放出全息声的两通道录放系统。该两通道录音系统包括提供立体声型的录音的电缆及电子设备，其中多个传声器设置得互成角度以在录音期间由于每一频率的相位差以及至少在中一高声音频率上的强度差而提供或产生立体声效果。所述两通道声放音系统除了一源及一两通道放大系统之外，还包括多个安排在一平行四边形四角上的扩散器，一聆听点最好位于此平行四边形的中心，所述前面或后面的扩散器接收未经改变的录制所得的信号，而所述后面或前面扩散器分别接收一其声压由一立体感校正器调节过的信号，调节的范围为一15dB至9dB，所调节的是频率响应及延迟发射以把声场范围扩大到最大达360°，从而可以播放出全息声。

Description

可以播放出全息声的两通道放音系统

本发明涉及可以播放出全息声的录放两通道系统。

声音的全息播放涉及在声音播放或重现时，能够感觉出声源的空间位置，例如能够感觉出乐器的位置，就像聆听的人亲自在录音现场，例如像亲临剧院那样地能感觉出声源的空间位置。而且，要不论声源与传声器的相对位置如何都能做到这一点。

因此，声音的全息播放是指例如在家里播放交响乐时，不仅要能感觉到聆听者前面的管弦乐器的位置，而且还要能感觉出从聆听者旁边和后面来的回声和混响，以及伴随的掌声。

这样，所得到的效果就基本上和原来的声音或乐声相仿。

为了使播放出来的声音多少能够像发声现场实况的声音一样，目前已经有几种已知的办法。所谓像发声现场实况的声音一样，也就是说要重现由声音信息唯一地建立的两维/三维空间。

所有的两通道立体声录音，不论是多传声器(麦克风)型的还是两传声器型的，都能够像家庭立体声系统那样，通过两个扩散器(扬声器，下同)，或多或少地在重播时重建原始的音乐乐声。

具体地说，作为立体声录音，每一个立体声系统都要能复盖一个发声区域，此发声区域最多包括两个扩散器之间至少在两个方向的空间，也就是说在两个扩散器之间的左右方向，以及从连接两个扩散器的虚线开始并且逐渐离开一个聆听点的远-近方向。

为了得到满意的立体声效果，聆听者唯一的办法是位于等边三角形的顶点，等边三角形其他两个顶点则由两个扩散器占据。

通过从立体声系统得到的声音信息而唯一地建立的空间的二-三维重现，通常可以是一个梯形或不规则四边形区域，其中梯形的短边的顶点接近聆听者，由系统的两个扩散器代表，而梯形长边的顶点由录音的声音信息的内容，例如相位延迟及混响，家庭聆听室导致的声音的反射以及扩散器或声发射源的检测特性，所限定的两个点所代表。

上述区域定义为“声的范围”。但是，利用人耳听觉系统对相位和频率变化的高度的灵敏性，通过合适的电子装置，在录音时可以扩大立体声播放的此声音的范围或区域。即扩大重现的虚拟声范围，亦即可以加宽或扩大形成及感觉到的虚拟声的区域，因为这种虚拟声区域是存在于录音中的。

例如在所谓的Q盘中已经利用了的这种技术始终将扩散器的位置和聆听点保持一致，从而理论上在聆听者的周围提供一个声场。

为了进一步扩大声音的范围或区域，出现了另外加两个录放通道的系统，即所谓的四声系统，它有两个在前面两个在后面的四个独立的通道；杜比环绕(Dolby-Surround)以及所有具有四个放音通道的改进的变型，即三个前通道(中，右，左通道)及一个分在两个扩散器上的后通道。此外，还有具有四个以上的录音和放音通道的系统，例如“杜比AC3”等。

以上这些已有技术的系统，由于在录音期间采用了多传声器技术及电子信号处理方法，可以把声场扩大到360°，它们在录音时至少用三个通道，在放音时用四个扩散器。

因此，只要利用具有相位旋转的通道及两个扩散器，就可以像上述技术那样，以及像在Q盘中的出现的那样，在最显著、最清楚的声场之外找出或定位出发声的物体。

虽然已有技术声音录放系统解决了上述播放全息声的技术问题，但是它们都具有声场范围太小的缺点，因此不能做到真正的声的全息播放。

另一方面，Q盘由于没有足够的声定位的能力而出现了不太自然的效果，因为声的空间定位必须相对于声场区域来考虑。

之所以如此，有种种原因，而其中最主要的原因是扩散器是被聆听者作为声发射源来感觉出来的，从而产生了立体感的畸变现象。

用传统的立体声方法录声时有一个特点，那就是它总是把所要感觉的声音带到声场区域之外，但是，录制的声音总是倾向于回到这个区域之内，因为重播声的发射是发生在被扩散器所占据的点处的。为了扩大这个声场区域，在这种情况下有必要用适当的相位旋转及频率响应的改变来补偿上述立体感的畸变，因为它们与直接来自该空间点的自然地感觉到的声音不同，因此录到的声音不是自然的声音。此外，在录音时，有必要采用一电子设备以改变从传声器及电子源来的信号，例如来自一电子吉他的信号。电子吉他尽管是非常完善的。但总是会在信号中引入畸变，从而破坏了播放出来的声音的质量。

此外，多通道录放系统除了要在放音操作中多一个译码步骤外，还涉及到在录音时的编码操作，以便把两个以上的通道容纳在立体声软件的一个单一的两通道结构中。虽然与立体声系统的相容性是令人满意的，但是所述声场还是会落入两通道系统的声场范围之内，尽管放音系统是立体声型的。

还有一个缺点是需要用电子设备来进行编码和对录到的信号进行译码，而这将进一步使原始信号发生畸变。

此外，包括两个录音通道以上的每一个系统都不能包含能让人耳系统重建与亲临声发生的现场时感觉到的一样的声的相位信息和频率响应的变化。

另外，任何企图扩大声场的努力都将至少在录音时涉及采用诸如相位处理器和编码器之类的辅助电子设备，这些设备，除了损坏信号的质量以外，还需要昂贵的软件：磁盘，CD等等。

本发明的概要

因此，本发明的目的是旨在克服已有技术的上述缺点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种两通道录放系统，此系统能播放出全息声。它的结构简单，价格低，它所播放出的声音比三通道和三通道以上的录放系统更自然、更真实，从而提供一种能基本上等于原始声的重播声音，特别地，三维地重现原始声音，也即声音真正全息播放。

根据本发明，提供一种两通道的声音录放系统，它能够全息地重播声音，其中所述录音系统包括电缆和电子设备以提供立体声录音，其中还提供多个安排成相近的角度关系的传声器，以在录音期间，从每一频率的相位差，和从至少大于200赫的声频的强度差提供立体声效果，且其中的放音系统包括一源和一两通道放大系统，多个安排在一平行四边形的角上的扩散器，其中，聆听点安排在该平行四边形的中心。所述前或后扩散器无变动地接收录到的信息，而后面或前面的扩散器分别接收由立体感校正器调节的信号，以从-15dB到+9dB范围校正声压，通过频率响应的改变及发射的延迟，以把声场扩大到360°，从而提供声音的全息重放。

可以重放出全息声的本发明录放两通道系统的特点在于它包括权利要求1和权利要求2的特征。

本发明的可以提供声音的全息重放的两通道声音录放系统具有下列优点：

相对于传统的立体声重放系统，本发明可以在由传统的立体声系统进行的重放中增加声场区域或范围而与扩散器无关。

此外，因为除了在传统的立体声系统提供的两通道之外，不用信号处理或编码系统来提供进一步的通道，所以声音信息不会被进一步畸变。

而且，本发明的系统可以清晰地感觉出来自聆听者肩部后面部分的声音，如果在原始的声音中有横向的声音的话，它还可以感觉出来自横向的声音。例如乐室的后反射声或在传声器系统的后部的人的掌声。

本发明的再一个优点是，只要在录音的演播室简单地加上作为本发明的特征的单元就可以录放出全息声。

这种优点对已经有传统的立体声系统的使用者来说在放音时也是成立的。

最后，无论所使用的录音系统是何种系统，在放音时常可获得下列优点：增加在声场区域中虚拟声的三维效果，例如当从聆听点聆听时，聆听者将感觉到在前面的小提琴的弹拨的感觉，从而具有完整的效果；增加超出扩散器的声场但仍保持在聆听者的前面；增加声场前面区域的深度感，最后，普遍增加重播声的自然性和真实性。

附图的简要说明

本发明可以播放出全息声的录放两通道系统的其他的特征，优点和细节，在参阅了结合附图对较佳实施例所作的描述以后将会变得更加清楚，所述实施例和所示附图的目的是用作例子来说明而不是限制本发明。

在附图中：

图1是使用本发明系统的进行录音时的步骤的示意图；

图2是使用本发明系统所得的其中具有感觉到的虚拟声源的声场，放音时只用了两只扩散器；

图3是使用本发明系统所得的、具有感觉到的虚拟声源的声场，其中使用了根据本发明的所有的装置。

对本发明较佳实施例的描述

请参阅图1，本发明可播放出全息声的两通道录音系统，包括两只拾音传声器10、11，它们具有全向特性或心形方向或具有它们之间的所有中间特性。如果提供许多传声器，那么它们就可以具有超心形或梅花形方向图特性。

传声器10、11安排时，其膜从一只传声器到另一只传声器的距离是15到25厘米，最好是19到21厘米，而所述传声器的角度最好是从120°到200°。

在录音期间，传声器应该安排在聆听者将能从音乐演奏得到的声空间结构如实重现的位置，而不需要借助目视的图像，此空间结构的重现完全基于声音的信息。

上述传声器在录音期间必须布置得能从每一频率的相位差以及从至少大于200赫的频率强度差提供立体声效果。

所述两通道的频率响应之和，对在声音发射源的相对于传声器的轴线的水平面上的任何位置，应该表示在±5dB之内总的频率响应。

所述录音系统应该包括电缆12及电子设备13，它们与传声器10、11协同可以使从20赫到20,000赫的每一频率的相位响应保持在±20°以内。

现请参阅图2及图3。图中可以播放出全息声的、本发明的两通道放音系统包括一声源7，一两通道型放大系统8，以及两只前扩散器2、3，其位置安排使连接聆听点1和前扩散器2、3的连线所形成的角度具有90°角，其容差为±30°，上述扩散器2、3面向聆听点1。

在聆听系统的这样的结构中，声场范围或区域将延伸到聆听者的后面，从而提供180°左右的开口，也就是说，大约等于传统立体声录音系统所能获的值的三倍左右。

为了进一步扩大或增加声场范围，本发明系统还包括一称作“立体感校正器”(“perspective corrector”)的电子装置4，以及安排得与前扩散器2、3对称的两个后扩散器5、6，也就是说，相对于聆听点1，所述后扩散器5和6相对于两前扩散器2、3安排得使聆听点1位于由四只扩散器所形成的理想矩形的中心，同时考虑到影响所述扩散器的位置的容差。

最好，在四只扩散器2、3、5、6中的中-高频率传感器(transducers)的位置将对应于位于聆听点1的聆听者的两耳的高度，换句话说，当聆听者是坐着的时候，四只传感器离开地面大约在1-1.2米的高度。

电子装置4发送给后扩散器5、6一个信号，此信号类似于放大系统8发送给前扩散器2、3的信号，以使从后扩散器5、6获得声音，其动态频率响应、畸变以及相位响应基本上都与前扩散器2、3所提供的相同，但声压在-15dB到+9dB的范围有所调整，最好调节的范围是在-10dB到+6dB之间。

此外，为了能在放音步骤中进一步改进感觉出聆听者后面的虚拟声音的位置的可能性(它在录音处原来是送到传声器拾音系统的后面的)，除了截止低频率之外可以衰减或增强中和/或高频率，或稍稍延迟后扩散器5、6相对于前扩散器2及3的发射，也就是说，在所述实施例中，通过立体感校正器4只对后扩散器5、6进行上述校正。

最好，所述电子装置或立体感校正器4具有下列特征：其增益变化从-50dB至+20dB；一高通滤波器具有从0赫到5000赫的截止频率，其斜率等于或大于每倍频程6dB，最好是每倍频程6dB到18dB；一可变中-高频率调节器(从-10dB到+10dB)，中心在4000赫，工作范围从2000赫到10,000赫；一可变高频调节器(从-10dB到+10dB)，用以调节从10千赫到20千赫的高频。

所述装置还包括一用以校正频率响应和声相位的电路以使从后扩散器5、6发出的声音与前扩散器2、3发出的声音相似，或者，如果需要的话，用以改变后扩散器5、6的相位响应。

最后，本发明的放音系统的总的相位响应对每一从20赫到20,000赫的频率在聆听点1处必须是线性的(±20°)。

这样，本发明的录放系统就可以通过使用两只增加的后扩散器5、6，与称作“立体感校正器4”的电子装置一起，使其频率响应，相位响应，动态及畸变特征与前扩散器的相似或相等。

如果后扩散器5、6和前扩散器2、3的不相等，也可以用电子的方法使之相等，即用一专门的电路加到所述电子装置中去，用以发送一校正过的信号给后扩散器5、6均衡和调节相位响应而使之相等。

更具体地说，所述扩散器必须相对于前扩散器2、3镜像地设置，即相对于聆听点1，与一理想的正确位置具有相同的容差。如果它们比较近，那就通过立体感校正器4模拟一具有一致延迟的虚拟位置，从距离的观点来看，它将类似于前扩散器2、3离开聆听点的距离。

这样，就可以得到一个在一个水平面上以及部分地在一垂直面上的360°的重建的虚拟声场景，因为可以减少只从前扩散器的聆听中发生的立体感畸变。

根据本发明，这种立体感畸变的减少可以通过给后扩散器5、6传送与传送给前扩散器2、3相同的信号而获得。所述信号被调节和/或截止和/或延迟以提供一扩大到360°或略小于360°的声场，具体的声场数字视聆听者的要求而定。

上述调节与聆听室的大小和声吸收特性有关，并且也取决于聆听者的要求。

具体地说，这种结果和效应基本上是由本发明的录放系统的两个专门的特性的协同工作而得到实现的。

一传声器拾音头在两个空间点录音，也就是说，在人体的耳朵极相近的空间点录音，从而使信号相位特性保持不变，并且从与频率有关的相位和强度差提供立体声效应。

此外，经过不同衰减和滤波以及适当设置的后扩散器5、6，通过将前后通道的信号的相加，将提供一不与前扩散器2、3重合的虚拟声发射点，从而减少立体感畸变并将在聆听者周围的声场扩大到360°，此时聆听者在聆听点1被安排在相对于扩散器2、3、5、6的适当的位置上。

这是在录音过程中由于传声器10、11处于适当的位置而获得的。此传声器10、11的位置允许4只扩散器2、3、5、6以及立体感校正器4，通过耳朵的重现装置以最佳方式发送出所有与声源有关的相位信息，即通过理想地使前扩散器2、3的立体感畸变为零，办法是加上一个由后通道产生的相等相反的畸变，从而产生始终是在前面或者至多在一侧的发射点，并且与定位的扩散器的不同，因为后扩散器5、6将始终被相对于前扩散器2、3作适当调节。

这样，就能得到一两虚拟扩散器的声发射，所述虚拟扩散器没有任何空间定位特征：这样声音就将以完善的全息声播放出来。

至此，应该指出的是：使两个扩散器的立体感畸变为零也可以用与上述相反的方式来得到，即使后扩散器5、6的信号保持不变而对前扩散器使用立体感校正器4以调节和延迟传送到前扩散器的信号，从而提供声音的全息播放。

最后，应该清楚的是，上述声音重放的特点也可以通过用传统的方法录制的软件来获得。

还要指出的是，几个构成本发明的可以播放出全息声的录放两通道系统的元件的尺寸和结构是可以根据不同要求而加以改变，而所述改变应落在本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1、一种可以播放出全息声的两通道放音系统，它包括一声源(7)，一两通道放大系统，多个前后扩散器(2、3、5、6)，其特征在于，所述前后扩散器设置在一四边形的诸顶点，其聆听点(1)安排在此四边形的中心，由连接前扩散器(2、3)至聆听点(1)及后扩散器(5、6)至聆听点(1)的诸连接线所形成的夹角在60°至120°之间，每一所述扩散器(2、3、5、6)都面向所述聆听点(1)，前扩散器(2、3)或后扩散器(5、6)接收未变动过的录音信号，而后扩散器(5、6)或前扩散器(2、3)分别接收至少由一控制所述信号的声压的立体感校正器(4)在-15dB至+9dB之间调节后的信号，对频率响应加以调节或延迟声发射以把声场扩大到360°，从而提供全息声的播放。

2、如权利要求1所述的两通道放音系统，其特征在于，所述立体感校正器(4)具有-50dB至+20dB的增益，且包括一高通滤波器其截止频率在0赫至5000赫之间，斜率等于或大于每倍频程6dB；一调节器，它可从-10dB至+10dB范围之内调节中-高频率，其中心频率为4000赫，工作范围在2,000赫至10,000赫；还包括另一可变调节器，用以调节从10千赫至20千赫的高频，该调节器的工作范围在-10dB至+10dB之间；一延迟电路，提供0毫秒至21毫秒的延迟；以及一校正电路，用于校正频率响应及声相位，以改变发送给与所述立体感校正器(4)相连的扩散器的信号。

3、如权利要求1所述的两通道放音系统，其特征在于，所述放音系统的总的相位响应的线性在±20°的范围之内，并且在所述聆听点(1)从20赫到20,000赫的每一频率都是如此。

4、如权利要求1所述的两通道放音系统，其特征在于，所述扩散器(2、3、5、6)还包括中-高频传感器，所述传感器设置在位于聆听点(1)的聆听者的耳朵的高度处。

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