CN1139301C - 放大后立体声-环绕声解码电路 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种放大后立体声-环绕声解码电路。这种解码电路包括接至立体声功率放大器的接收经功率放大的立体声信号的输入端和接至左、右主扬声器、接至左、右副扬声器和接至中置扬声器的输出端。这种解码电路包括解码出左、右环绕声道信号分别送至左、右副扬声器的副声道解码电路和解码出中央声道信号送至中置扬声器的中央声道解码电路。中央声道解码电路包括两个解耦电容，对经功率放大的立体声信号中的左、右声道信号进行解耦后再中以合并，得出中央声道信号。由于解耦的作用，从而防止了会使立体声信号变差的左、右声道信号的“泄漏”。

Description

放大后立体声-环绕声解码电路

本发明与立体声-环绕声解码电路有关。具体地说，本发明与安装在传统的立体声放大器与传统的扬声器之间的放大后立体声-环绕声解码电路有关。

虽然在振幅调制(AM)无线电和电话网络内仍广泛地采用单声，但是现在认为在高保真(Hi-Fi)应用领域标准的是立体声。

立体声系统的目的是通过扬声器复现两个不同的声道，使得到达听众每个耳朵的声音给听众似乎他正处在录音的位置的印象。当然，要给出这样的印象取决于许多因素，例如这个听众与扬声器的相对位置和录音的质量。

在家用电子产品中已引入了现在称为家庭影院的环绕声系统，使听众浸沉在来自室内一些位置的不同声音的环境之中。标准的家庭影院环绕声系统配备五个扬声器，各自复现各自的声道。

环绕声系统中所用的环绕声解码电路通常可以分为两大类型，即放大前解码电路和放大后解码电路。

采用放大前解码电路的环绕声系统接收一个传统的低电平二声道立体声信号，将它扩展成一个五声道环绕声。这五个声道分别放大后加到各自的预定扬声器上。五个声道通常定为：

主左声道，与立体声信号的左声道相应，由一个前左扬声器复现；

主右声道，与立体声信号的右声道相应，由一个前右扬声器复现；

副左声道，也称为左环绕声道，通过将主左声道减去主右声道解码得出，由一个后左扬声器复现；

副右声道，也称为右环绕声道，通过将主右声道减去主左声道解码得出，由一个后扬声器复现；以及

中央声道，通过将主左声道与主右声道相加解码得出，由通常安置在电视屏幕顶上的中置扬声器复现。

采用放大前解码器的环绕声系统的主要缺点是为了复现环绕声必需要有一个五声道放大器，因为功率放大是在从立体声解码出现环绕声后进行的。因此，采用这种技术的用户必需配置一个专用的功率放大器，这就增大了系统的成本。

放大后环绕声解码器通过配置一个可以安装在传统的立体声放大器左、右经功率放大的立体声信号输出端与五个以上提到的扬声器之间的装置通常能克服上述放大前解码器的缺点。因此，立体声-环绕声的解码是在功率放大后进行的，这就可以采用传统的立体声放大器。

1993年11月23日颁发给Madnick等人的美国专利No.5,265,166“多声道音响模拟系统”(“Multi-Channel Sound SimulationSystem”)揭示了这样的一种放大后立体声-环绕声解码器。Madnick等人揭示的系统的主要缺点是通常会导致声音复现质量下降和负载对立体声放大器影响的复杂性增大。正如熟悉该技术领域的人员很容易理解的那样，后扬声器的负端回接到地将使功放输出端所“看到”的阻抗不是传统的8欧姆扬声器阻抗。此外，中置扬声器的负端经一个电感回接到地也将增大功率放大器负载的复杂性，从而不可避免地导致声音畸变增大和音响复现总效果变差。还应注意的是，左、右声道通过电阻合并产生中央声道将降低主左、右声道的清晰度，因为并没有防止左、右声道相互泄漏的措施。

1996年3月5日颁发给Robert J.Rapoport的美国专利No.5,497,425“多声道环绕声模拟装置”(“Multi-Channel SurroundSound Simulation Device”)揭示了一种复合型立体声-环绕声解码器，具有上述放大前和放大后解码方案的特点。Rapoport提出的系统也有许多缺点。例如，必需配置一个辅助功率放大器来放大中央信道，再送至中置扬声器复现。此外，以上对Madnick等人的系统所论及的缺点通常Rapoport的系统也存在，因为设计的基本原理是相似的。

此外，还有GB 2,014,404揭示了一种在汽车内使用的立体声扬声器系统，五个扬声器接至一个放大器的两个标准的输出端上。这种系统并没有提供环绕声解码环境。

因此，本发明的目的是提供一种没有上述现有技术缺点的经改进的放大后立体声-环绕声解码装置。

具体地说，按照本发明，所提供的放大后立体声-环绕声解码电路包括：

一个接收经功率放大的包括一个左声道信号和一个右声道信号的立体声信号的输入端；

一个配置成与一个副左扬声器连接的第一输出端；

一个配置成与一个副右扬声器连接的第二输出端；以及

一个配置成与一个中置扬声器连接的第三输出端；

从经功率放大的立体声信号的左、右声道信号解码出一个副左声道信号和一个副右声道信号的副声道解码装置，所述副左声道信号送至第一输出端，而所述副右声道信号送至第二输出端；以及

从经功率放大的立体声信号的左、右声道信号解码出一个中央声道信号的中央声道解码装置，所述中央声道解码装置包括分别对左、右声道信号进行解耦的第一和第二解耦装置，所述中央声道的第一和第二解耦装置分别包括第一电容和第二电容，所述中央声道解码装置还包括将所述经解耦的左、右声道信号合并成所述中央声道信号的装置，所述中央声道信号送至所述第三输出端，从而所述中央声道解码装置的解耦装置使经功率放大的立体声信号的左、右声道信号可以合并而不会变更原来的左、右声道信号。

按照本发明的另一种实现情况，所提供的放大后立体声-环绕声解码电路包括：

一个接收经功率放大的包括一个左声道信号和一个右声道信号的立体声信号的输入端；

一个配置成与一个中置扬声器连接的输出端；以及

从经功率放大的立体声信号的左、右声道信号解码出一个中央声道信号的中央声道解码装置，所述中央声道解码装置包括分别对左、右声道信号进行解耦的第一和第二解耦装置，所述第一和第二解耦装置分别包括第一电容和第二电容，所述中央声道解码装置还包括将所述经解耦的左、右声道信号合并成所述中央声道信号的装置，所述中央声道信号送至所述输出端，

从而所述中央声道解码装置的所述解耦装置使经功率放大的立体声信号的左、右声道信号可以合并而不会变更原来的左、右声道信号。

本发明的其他目的和优点对于熟悉该技术领域的人员来说从以下结合附图对优选实施例所作的非限制性说明中可以清楚地看到。

在这些附图中：

图1以方框图的形式示出了按本发明的一个实施例设计的放大后立体声-环绕声解码电路，这个解码电路接在一个立体声功率放大器与五个扬声器之间；

图2以原理图的形式示出了图1中的放大后立体声-环绕声解码电路；以及

图3以原理图形式示出了图2中的中央声道解码电路的另一个实施例。

下面将结合图1和图2说明放大后立体声-环绕声解码电路10。

如图1所示，解码电路10与立体声功率放大器12连接。解码电路10包括左输入端14、右输入端16和接地端18，分别接至立体声功率放大器12的左输出端20、右输出端22和接地端24。当然，功率放大器12的连接点20、22和24惯常是接至传统的主左、主右两个扬声器的。

解码电路10还包括与主左扬声器28连接的2端主左扬声器输出端26、27，与主右扬声器32连接的2端主右扬声器输出端30、31，与副左扬声器36连接的2端副左扬声器输出端34、35，与副右扬声器40连接的2端副右扬声器输出端38、39，以及与中置扬声器44连接的2端中置扬声器输出端42、43。

解码电路10包括主声道音量控制电路46、副声道解码电路48和中央声道解码电路50。

由图1可见，主声道音量控制电路46接在输入端14、16和18与主扬声器输出端26、27、30和31之间，副声道解码电路48接在输入端14和16与副扬声器输出端34、35、38和39之间，而中央声道解码电路50接在输入端14、16和18与中置扬声器输出端42和43之间。

下面将结合图2详细说明电路46、48和50。

主声道音量控制电路46包括一个接在左输入端14与接至主左扬声器的输出端26之间的可变电阻52和一个接在右输入端16与接至主右扬声器的输出端30之间的可变电阻54。通过改变电阻52和54的阻值，可以调整信号加到主扬声器上的振幅，从而改变主扬声器复现的声音的音量，因为这样改变了经功率放大的信号作为热在电阻内耗散的那部分功率。由图2可见，接地端27和31相互连接，一起接至输入接地端18。

应指出的是，可变电阻52和54可以有利地结合在一起以一个立体声L衰减器(不接地)形式实现，具有适当的额定功率。如果是这种情况，作用者将面临着两个主扬声器只有一个音量控制的问题。此外，这两个可变电阻也可以用一组高质量的分立电阻(未示出)和开关(未示出)实现，也可以用一个高功率可变电阻集成电路(未示出)实现。

因此，需注意的是，这里和所附权利要求中，所谓“可变电阻”是指任何电阻性的电子器件或结构和/或可以改变电路两点之间阻值的其他电子器件。

副声道解码电路48包括一个接在左输入端14与接至副左扬声器的输出端34之间的第一电容56、一个接在右输入端16与接至副右扬声器和输出端38之间的第二电容58和一个接在接至副左扬声器的输出接地端35与接至副右扬声器的输出接地端39之间的可变电阻60。应注意的是，输出接地端35和39并不与输入接地端18连接。

正如熟悉该技术领域的人员所看到的那样，接在输出接地端35和39之间的可变电阻60使两个副扬声器分别复现通过将送至输入端14和16的信号相减而得到的各自副声道信号。具体地说，副左扬声器复现的副左声道信号是加到左输入端14的信号减去加到右输入端16的信号。类似，副右扬声器复现的副右声道信号是加到右输入端16的信号减去加到左输入端14的信号。由于副声道解码电路48并不接地，副左和副右声道信号是相等的，因为输入16减去输入14等于输入14减去输入16。此外，由于电容56和58在某种意义上是解耦电容，以及由于副声道解码电路48不接地，因此接地端35和39的互连对加到主声道音量控制电路46和加到中央声道解码电路50的信号将没有不良影响，因为电容56和58阻止了加到输入端14的信号“泄漏”入加到输入端16的信号，反之亦然。

通过改变电阻60的阻值，就可以调整加到副扬声器的信号的振幅，因此改变了副扬声器复现的声音的音量，因为改变了经功率放大的信号作为热耗散在电阻上的那部分功率。

业已发现较为有利的是选择电容56和58的容量使得与副扬声器的阻抗一起构成一个100Hz左右的高通滤波器。

中央声道解码电路50包括一个接至左输入端14的第一固定阻值电阻62、一个接至第一电阻62的第一电容64、一个接至右输入端16的第二固定阻值电阻66、一个接至第二电阻66的第二电容68和一个接在电容64和68与接至中置扬声器的输出端42之间的可变电阻70。接地端43与输入接地端18连接。

因此，加到中置扬声器输出端42的信号是功率放大器12加到左、右输入端14和16的信号之和。

应注意的是，由于电容64和68在某种意义上是解耦电容，因此这两个电容的输出端的互连使左、右输入14和16相加不会对加到主声道音量控制电路46和加到副声道解码电路48的信号有不良影响。

业已发现较为有利的是选择固定电阻62和64的阻值，使它们各为主扬声器的标准阻抗的二分之一。也己发现较为有利的是选择电容64和68的容量，使得与中置扬声器的阻抗一起构成一个100Hz左右的高通滤波器。

同样，通过改变电阻70的阻值，可以调整加到中置扬声器的信号的振幅，因此改变了中置扬声器复现的声音的音量，因为调整了经功率放大的信号作为热耗散在电阻上的那部分功率。

应注意的是，可变电阻60和70可以有利地以独立的单声道L衰减器(不接地)形式实现，具有适当的额定功率。此外，可变电阻60和70也可以用一组高质量的分立电阻(未示出)和开关(未示出)实现，也可以用高功率可变电阻集成电路(未示出)实现。

下面将结合图3简要地说明另一种中央声道解码电路150。解码电路150与图2中的解码电路50的主要差别是配置在左、右输入互连后的可变电阻70用一对可变电阻170、170′代替，分别配置在固定阻值电阻62、66与电容64、68之间，因此也就是配置在左、右输入互连前。解码电路150改善了阻抗和频率的稳定性，而且使更多的可用功率送至中置扬声器。

同样，应注意的是，可变电阻170和170′可以有利地结合在一起以一个立体声L衰减器(不接地)形式实现，具有适当的额定功率。此外，这两个可变电阻也可以用一组高质量的分立电阻(未示出)和开关(未示出)实现，也可以用一个高功率可变电阻集成电路(未示出)实现。

回到图2，应注意的是，功率放大器12的输出端20、22和24所“看到”的放大后立体声-环绕声解码电路10的阻抗基本上与主扬声器的阻抗相同，因为解码电路48和50都用了解耦电容，所以就阻抗而言实际上是“看不见”的。确实，解码电路48和50的阻抗远高于通常与它们并联的主扬声器28和32的阻抗，从而使功率放大器的输出端20、22和24所看到的阻抗并没有明显的改变。

如图2所示，在输入端14、16、18与电路46、48、50之间接有保险丝72、74、76，作为电路保护。还应指出的是，可以有利地配置一个通断开关(未示出)，以便在用户希望只用主扬声器而不希望听到环绕声时将电路48和50从输入端14、16、18上断开。

业已发现，对于本发明的解码电容需用不带极性的电容器。当然，如熟悉该技术领域的人员所周知的那样，也可以用匹配为带极性的电容器对来代替。

应指出的是，虽然以上电路46、48、50是以分立电路来说明的，但这些电路可以有利地合在一起在一个印刷电路板(未示出)上实现。

如熟悉该技术领域的人员可以理解的，以上结合图2所示说明的电路46、48、50只是作为例子给出的，可以根据本发明的精神加以修改。还应指出的是，每个电路都可以有音量控制，使用户可以调整主扬声器、副扬声器和中置扬声器这三组扬声器每组的音量。确实，业已发现某些用户喜欢听到比被认为是最佳的大一些或小一些音量的环绕声道(由副扬声器复现)和中央声道(由中置扬声器复现)。此外，由于解码电路10可以接至若干不同的功率放大器和接至若干不同的扬声器，因此独立的音量控制有助于对这些差别进行补偿。然而，比较简单和经济的放大后立体声-环绕声解码电路可以省去可变电阻52、54、60和70(或者是170，170′)。同样，电路中也可省去保险丝72、74和76，因为这些保险丝无非提供过载保护。要注意的是，这样的简化电路(未示出)通用性较差，因为用户没有独立控制三组扬声器的手段。

应指出的是，即使上面所说明的放大后立体声-环绕声解码电路10包括接至主左和主右扬声器的各输出端，但对于熟悉该技术领域的人员来说，在解码器要与一个提供两对左、右输出端的功率放大器配合使用的情况下，可以将它设计成一个没有这些输出端的解码装置(未示出)。确实，一对输出端可直接接至主左和主右扬声器，而另一对输出端可接至这个解码装置，以得出如上所述的副左、副右和中央输出。当然，这种解码装置的通用性较差，因为没有提供对加到主扬声器的信号进行独立控制的手段，而且这种电路只能用于上述这种功率放大器或与多个带有公共浮动地的集成放大器配合使用。

还要指出的是，这种放大后立体声-环绕声解码电路10可以有利地封装在配置有用于电路10的输入端和输出端的适当连接器的盒内，形成一个放大后立体声-环绕声解码装置。最好将可变电阻52、54、60和70的调整器配置在用户可够及的位置。此外，解码电路10可以安装在一个传统的功率放大器内，从而能得到一个不需要五个放大声道的环绕声功率放大器。

最后要指出的是，可以为输出对34和35、38和39、42和43配上适当的开关器件(未示出)，以使这些输出对的极性可以颠倒。确实，有选择地颠倒这些对使用户可以对环绕声复现进行调整。

正如熟悉该技术领域的人员所能看到的那样，本发明的放大后立体声-环绕声解码电路与现有技术的立体声-环绕声解码电路相比具有许多优点，例如：

解码在功率放大后进行，因此使用户可以仍使用他的传统的立声体功率放大器；

解码电路可以与日常电器和专业扬声器相容；

解码电路可以与日常电器和专业音频功率放大器相容；

解码电路使用户可以通过独立改变三组扬声器的音量来调整他的聆听效果；

解码与各种已知的二声道混合编码标准相容，例如与Dolby实验室开发的家庭影院环绕声和Lucas Arts娱乐公司开发的Pro LogicTM技术和THXTM技术相容；

解码电路不需要额外的电源；

解码电路为中央和环绕声道提供相当宽的频带；

解码电路可以很容易设计成适合独特的和复杂的扬声器阻抗负载；

解码电路可以很容易设计成通过提供具有适当额定功率的器件处理高功率信号；

解码电路可以很容易设计成适合不同的应用，例如多媒体计算、汽车音响系统、虚拟现实应用；以及

解码电路可以很容易设计成带有一个计算机控制的接口，以控制各个音量，例如，如果这种特定的解码电路要由一个计算机控制的应用程序使用的话。

虽然以上结合本发明的一个优选实施例对本发明进行了说明，但这个优选实施例可以按需要加以修改，这并不偏离如在所附权利要求书中所规定的本发明的精神实质。

Claims (16)

1.一种放大后立体声-环绕声解码电路(10)，包括：

一个接收经功率放大的包括一个左声道信号和一个右声道信号的立体声信号的输入端(14，16)；

一个配置成与一个副左扬声器连接的第一输出端(34，36)；

一个配置成与一个副右扬声器连接的第二输出端(38，39)；以及

一个配置成与一个中置扬声器连接的第三输出端(42，43)；

所述解码电路的特征是它还包括：

从经功率放大的立体声信号的左、右声道信号解码出一个副左声道信号和一个副右声道信号的副声道解码装置(48)，所述副左声道信号送至所述第一输出端，而所述副右声道信号送至所述第二输出端；以及

从经功率放大的立体声信号的左、右声道信号解码出一个中央声道信号的中央声道解码装置(50)，所述中央声道解码装置(50)包括分别对左、右声道信号进行解耦的第一和第二解耦装置，所述中央声道的所述第一和第二解耦装置分别包括第一电容(64)和第二电容(68)，所述中央声道解码装置(50)还包括将所述经解耦的左、右声道信号合并成所述中央声道信号的装置，所述中央声道信号送至所述第三输出端(42，43)，

从而所述中央声道解码装置的所述解耦装置使经功率放大的立体声信号的左、右声道信号可以合并而不会变更原来的左、右声道信号。

2.一种按权利要求1所述的放大后立体声-环绕声解码电路，其特征是所述解码电路还包括：

一个配置成与一个主左扬声器连接的第四输出端(26，27)；

一个配置成与一个主右扬声器连接的第五输出端(30，31)；以及

控制(a)左声道信号送至第四输出端的振幅(b)右声道信号送至第五输出端的振幅的主声道音量控制装置(46)。

3.一种按权利要求1或2所述的放大后立体声-环绕声解码电路，其特征是所述中央声道解码装置(50)还包括控制所述中央声道信号的振幅的装置(70)。

4一种按权利要求3所述的放大后立体声-环绕声解码电路，其中所述振幅控制装置包括至少一个可变电阻。

5.一种按权利要求1或2所述的放大后立体声-环绕声解码电路，其特征是所述第一解耦装置包括一个与所述第一电容(64)串联的第一电阻(62)，连接到所述输入端接收所述左声道信号，而所述第二解耦装置包括一个与所述第二电容(68)串联的第二电阻(66)，连接到所述输入端接收所述右声道信号，所述第一和第二电容互连在一起，将经解耦的左声道信号和经解耦的右声道信号合并成所述中央声道信号。

6.一种按权利要求1或2所述的放大后立体声-环绕声解码电路，其特征是所述副声道解码装置(48)包括分别对所述左、右声道信号进行解耦的第三和第四解耦装置。

7.一种按权利要求6所述的放大后立体声-环绕声解码电路，其特征是所述副声道解码装置(48)的所述第一和第二解耦装置分别包括第一电容(56)和第二电容(58)，所述第一电容(56)接在所述输入端与所述第一输出端之间，而所述第二电容(58)接在所述输入端与所述第二输出端之间。

8.一种按权利要求6所述的放大后立体声-环绕声解码电路，其特征是所述第一和第二输出端各包括一个接地端，而所述副声道解码装置还包括一个串联在所述第一和第二输出端的所述接地端之间的可变电阻(60)。

9.一种按权利要求1所述的放大后立体声-环绕声解码电路，其特征是所述主声道音量控制装置包括(a)一个第一可变电阻(52)，与所述第四输出端和所述输入端连接成向所述第四输出端馈送所述左声道信号，以及(b)一个第二可变电阻(54)，与所述第五输出端和所述输入端连接成向所述第五输出端馈送所述右声道信号。

10.一种用于放大后立体声-环绕声解码装置的中央声道解码电路(50)，包括：

一个接收经功率放大的包括一个左声道信号和一个右声道信号的立体声信号的输入端；

一个配置成与一个中置扬声器连接的输出端(42，43)；以及

从经功率放大的立体声信号的左、右声道信号解码出一个中央声道信号的中央声道解码装置，所述中央声道解码装置包括分别对左、右声道信号进行解耦的第一和第二解耦装置，所述第一和第二解耦装置分别包括第一电容(64)和第二电容(68)，所述中央声道解码装置还包括将所述经解耦的左、右声道信号合并成所述中央声道信号的装置，所述中央声道信号送至所述输出端，

从而所述中央声道解码装置的所述解耦装置使经功率放大的立体声信号的左、右声道信号可以合并而不会变更原来的左、右声道信号。

11.一种如在权利要求10中所规定的中央声道解码电路，还包括控制所述中央声道信号的振幅的装置(70)。

12.一种如在权利要求11中所规定的中央声道解码电路，其中所述振幅控制装置包括至少一个可变电阻(70)。

13.一种如在权利要求10中所规定的中央声道解码电路，其中所述第一解耦装置包括一个与所述第一电容(64)串联的第一电阻(62)，连接到所述输入端接收所述左声道信号，而所述第二解耦装置包括一个与所述第二电容(68)串联的第二电阻(66)，连接到所述输入端接收所述右声道信号，所述第一和第二电容互连在一起，将经解耦的左声道信号和经解耦的右声道信号合并成所述中央声道信号。

14.一种如在权利要求13中所规定的中央声道解码电路，还包括控制所述中央声道信号的振幅的装置，而所述振幅控制装置包括至少一个可变电阻(70)。

15.一种如在权利要求14中所规定的中央声道解码电路，其中所述至少一个可变电阻包括一个配置在所述第一和第二电容互连点与所述输出端之间的可变电阻。

16.一种如在权利要求14中所规定的中央声道解码电路，其中所述至少一个可变电阻包括一个串联在所述第一电阻与所述第一电容之间的第一可变电阻和一个串联在所述第二电阻与所述第二电容之间的第二可变电阻。

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