CN1237848C - 头戴耳机用立体声音响装置及声音信号处理方法 - Google Patents

Abstract

在输入了单声道信号或立体声信号的头戴耳机用立体声音响装置中，具备：不相关化处理部，使把单声道输入信号分开成双声道了的2个信号或构成立体声输入信号的2个信号之相关性减小；反射声附加处理部，用于附加反射声；以及声像定位处理部，控制声像定位位置。

Description

头戴耳机用立体声音响装置及声音信号处理方法

技术领域

本发明涉及使用头戴耳机、用于进行自然的并具有扩展感的声场再生的头戴耳机用立体声音响装置及声音信号处理方法。

背景技术

在通常的、使用头戴耳机进行音乐再生的情况下，由于把声像定位(头内定位)于听众的头部中，故存在着不能进行具有扩展感的声场再生这样的问题。

发明内容

本发明之目的在于，提供能够进行具有扩展感的声场再生的头戴耳机用立体声音响装置及声音信号处理方法。

本发明的第一头戴耳机用立体声音响装置，在输入了立体声信号的头戴耳机用立体声音响装置中，其特征在于具备：不相关化处理部，使构成立体声输入信号的2个信号之相关性减小；反射声附加处理部，用于附加反射声；以及声像定位处理部，控制声像定位位置。

本发明的第一声音信号处理方法，它是在输入了立体声信号的头戴耳机用立体声音响装置中使用的声音信号处理方法，其特征在于执行以下步骤：不相关化处理，使构成立体声输入信号的2个信号之相关性减小；反射声附加处理，用于附加反射声；以及声像定位处理，控制声像定位位置。

本发明的第二头戴耳机用立体声音响装置，在输入了双声道以上的正面声信号及双声道以上的环绕声信号的头戴耳机用立体声音响装置中，其特征在于设置了：不相关化处理部，对正面声输入信号及环绕声信号的每一个，使信号之相关性减小；反射声附加处理部，用于附加反射声；以及声像定位处理部，控制声像定位位置。

本发明的第二声音信号处理方法，它是在输入了双声道以上的正面声信号及双声道以上的环绕声信号的头戴耳机用立体声音响装置中使用的声音信号处理方法，其特征在于具备以下步骤：对于正面声输入信号执行：使信号之相关性减小的不相关化处理；用于附加反射声的反射声附加处理；以及控制声像定位位置的声像定位处理的步骤；以及对于环绕声输入信号执行：使信号之相关性减小的不相关化处理；用于附加反射声的反射声附加处理；以及控制声像定位位置的声像定位处理的步骤。

按照本发明，可得到已能够进行具有扩展感的声场再生的头戴耳机用立体声音响装置及声音信号处理步骤。

附图说明

图1为示出输入了单声道信号或立体声信号的头戴耳机用立体声音响装置的结构的框图。

图2a及图2b为示出构成左信号用不相关化处理部3a的第1FIR数字滤波器的滤波特性、及右信号用不相关化处理部3b的第2FIR数字滤波器的滤波特性的模式图。

图3为示出现有的基本声像定位处理电路的框图。

图4为用于说明使用了头部传输函数的声像定位滤波器的计算方法的模式图。

图5为示出输入了3声道以上的正面声信号及双声道环绕声信号的头戴耳机用立体声音响装置的结构的电路图。

发明的具体实施方式

下面，参照附图，说明有关本发明的实施形态。

[1]第1实施形态的说明

图1示出输入了单声道信号或立体声信号的头戴耳机用立体声音响装置的结构。

图1具备：2个切换开关1、2，用于切换单声道信号Mono与立体声信号(左输入信号Lin及右输入信号Rin)；不相关化处理部3，对于由各切换开关1、2输入的信号进行不相关化处理；反射声附加处理部4，设置在不相关化处理部3的后级；以及声像定位处理部5，设置在反射声附加处理部4的后级。

在立体声信号输入时或在单声道信号输入时的任一种情况下，都由头戴耳机用立体声音响装置输出左输出信号Lout及右输出信号Rout。

下面，分别说明有关不相关化处理部3、反射声附加处理部4及声像定位处理部5。

[2]不相关化处理部3的说明

不相关化处理部3是使2个输入信号的相关性减小的装置，在现有技术中，在从作为单声道信号的1个信号生成2个模拟立体声信号的情况下使用它。

图1的不相关化处理部3采用了频带分割方式，它由设置在切换开关1后级的左信号用不相关化处理部3a、及设置在切换开关2后级的右信号用不相关化处理部3b构成。

在左信号用不相关化处理部3a中，由延时器DLa₁延时输入信号，同时由延时器DLa₂延时它。延时器DLa₁的延时时间与延时器DLa₂的延时时间不同。

分别对输入信号及各延时器DLa₁、DLa₂的输出信号设置乘法器MLa₁、MLa₂、MLa₃，把输入信号及各延时器DLa₁、DLa₂的输出信号输入到对应的乘法器MLa₁、MLa₂、MLa₃上，乘以系数。由加法器ALa把这些乘法器MLa₁、MLa₂、MLa₃的输出信号相加，作为左信号L1输出。

右信号用不相关化处理部3b的结构也与左信号用不相关化处理部3a一样，由延时器DRa₁、DRa₂、乘法器MRa₁、MRa₂、MRa₃及加法器ARa构成。而且，加法器ARa的加法运算结果作为右信号R1输出。

左信号用不相关化处理部3a由第1FIR数字滤波器构成，右信号用不相关化处理部3b由第2FIR数字滤波器构成。把第1FIR数字滤波器的滤波特性示于图2a，把第2FIR数字滤波器的滤波特性示于图2b。

如图2a及图2b所示，各FIR数字滤波器的滤波特性成为把频带分割成多个区域、交互地表示为通频带与阻频带那样的特性。而且，在第1FIR数字滤波器与第2FIR数字滤波器之间成为这样的特性，即使输入信号如单声道信号那样是同一个信号，通频带与阻频带也互相相反，以使这些滤波器的输出L1、R1成为互相不相关。

[3]反射声附加处理部4的说明

人根据在进行视听的场所的天花板或墙壁上发生的反射声或交混回响声，感觉到声的扩展感。因而，在不发生房间的反射声或交混回响声的头戴耳机中，感觉不到扩展感。反射声附加处理部4是在使用头戴耳机视听音乐的情况下，也使房间的反射声或交混回响声发生，对听众提供声的扩展感的装置。

反射声附加处理部4由：计算左信号用不相关化处理部3a的输出信号L1与右信号用不相关化处理部3b的输出信号R1之差分的加法器4a；左信号用反射声附加部4b；以及右信号用反射声附加部4c构成。

在左信号用反射声附加部4b中，由串联连接的多个延时器DLb₁～DLb_n的每一个把输入信号L₁延时每一个规定时间。分别对各延时器DLb₁～DLb_n的输出信号设置乘法器MLb₁～MLb_n，把各延时器DLb₁～DLb_n的输出信号输入到对应的乘法器MLb₁～MLb_n上，乘以系数。由此，生成多种反射声。

由各加法器ALb₁～ALb_n把各乘法器MLb₁～MLb_n的输出信号加到输入信号L1上，作为左信号L2输出。由此，把多种反射声附加到输入信号L1上。

右信号用反射声附加部4c的结构也与左信号用反射声附加部4b一样，由：多个延时器DRb₁～DRb_n；多个乘法器MRb₁～MRb_n；以及多个ARb₁～ARb_n构成。而且，把加法器ARb_n的加法运算结果作为右信号R2输出。

[4]声像定位处理部5的说明

声像定位处理部5是控制对声像进行定位的位置的装置。在说明图1的声像定位处理部5之前，说明有关现有的基本声像定位处理电路。

图3示出现有的基本声像定位处理电路。

把输入到输入端子P1上的左信号送给第1声像定位滤波器301及第2声像定位滤波器302，以进行与各滤波器301、302的滤波系数对应的滤波处理。

把输入到输入端子P2上的右信号送给第3声像定位滤波器303及第4声像定位滤波器304，以进行与各滤波器303、304的滤波系数对应的滤波处理。第1声像定位滤波器301的特性与第4声像定位滤波器304的特性相同，第2声像定位滤波器302的特性与第3声像定位滤波器303的特性相同。

在用加法器311把第1声像定位滤波器301的输出与第3声像定位滤波器303的输出相加以后，作为Lout输出。在用加法器312把第2声像定位滤波器302的输出与第4声像定位滤波器304的输出相加以后，作为Rout输出。

各声像定位滤波器可通过下面所示的头部传输函数求出。作为各声像定位滤波器通常可使用数百种FIR(有限脉冲响应)数字滤波器。

说明有关使用了头部传输函数的声像定位滤波器的计算方法。如图4所示，假定从配置在听众300前方的左右实有的扬声器L、R的每一个、到听众300的左右各耳的传输路径各自的传输函数分别为H_LL、H_LR、H_RL、H_RR。此外，假定从想使声音定位的假想声源位置P、到听众300的左右各耳的传输函数为W_L、W_R。这些传输函数都是在频率轴上的描述。

为了作到在听众那里听起来如同声音从假想声源位置输出那样而与声音从实有扬声器L、R输出无关，如果假定输入信号为X，来自实有扬声器L、R的输出信号为Lout、Rout，则下式(1)必须成立

$\left(\begin{array}{c}{W}_L\\ W_R\end{array}\right)X=\left(\begin{array}{cc}{H}_{\mathrm{LL}}& H_{\mathrm{LR}}\\ H_{\mathrm{RL}}& H_{\mathrm{RR}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{out}}\\ R_{\mathrm{out}}\end{array}\right)...\left(1\right)$

因而，由实有扬声器L、R输出的信号Lout、Rout可按下式(2)求出。

$\left(\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{out}}\\ R_{\mathrm{out}}\end{array}\right)=\frac{1}{H_{\mathrm{LL}}{H}_{\mathrm{RR}}-H_{\mathrm{LR}}{H}_{\mathrm{RL}}}\left(\begin{array}{cc}{H}_{\mathrm{RR}}& {-H}_{\mathrm{LR}}\\ {-H}_{\mathrm{RL}}& H_{\mathrm{LL}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{W}_L\\ W_R\end{array}\right)X...\left(2\right)$

进而，如果假定把实有扬声器L、R设置成为从听众看是左右对称的，则由于左右对称的传输函数成为同一个函数，故下式(3)、(4)成立。假定该同一个传输函数为H_THR、H_CRS。

H_THR＝H_LL＝H_RR      ...(3)

H_CRS＝H_LR＝H_RL      ...(4)

因而，可将上述式(2)改写成下式(5)。

$\left(\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{out}}\\ R_{\mathrm{out}}\end{array}\right)=\frac{1}{H_{\mathrm{LL}}{H}_{\mathrm{RR}}-H_{\mathrm{LR}}{H}_{\mathrm{RL}}}\left(\begin{array}{cc}{H}_{\mathrm{RR}}& {-H}_{\mathrm{LR}}\\ {-H}_{\mathrm{RL}}& H_{\mathrm{LL}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{W}_L\\ W_R\end{array}\right)X$

$=\frac{1}{{H^2}_{\mathrm{THR}}-{H^2}_{\mathrm{CRS}}}\left(\begin{array}{cc}{H}_{\mathrm{THR}}& {-H}_{\mathrm{CRS}}\\ {-H}_{\mathrm{CRS}}& H_{\mathrm{THR}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{W}_L\\ W_R\end{array}\right)X$

$=\left(\begin{array}{c}\frac{H_{\mathrm{THR}}{W}_L-H_{\mathrm{CRS}}{W}_R}{{H^2}_{\mathrm{THR}}-{H^2}_{\mathrm{CRS}}}\\ \frac{H_{\mathrm{THR}}{W}_R-H_{\mathrm{CRS}}{W}_L}{{H^2}_{\mathrm{THR}}-{H^2}_{\mathrm{CRS}}}\end{array}\right)X$

$=\left(\begin{array}{c}{H}_1\\ H_2\end{array}\right)X\left(\underset{\·}{\·\·}\left(\begin{array}{c}{H}_1=\frac{H_{\mathrm{THR}}{W}_L-H_{\mathrm{CRS}}{W}_R}{{H^2}_{\mathrm{THR}}-{H^2}_{\mathrm{CRS}}}\\ H_2=\frac{H_{\mathrm{THR}}{W}_R-H_{\mathrm{CRS}}{W}_L}{{H^2}_{\mathrm{THR}}-{H^2}_{\mathrm{CRS}}}\end{array}\right)\right)...\left(5\right)$

把上述式(5)中的H₁、H₂作为变换成时间轴的滤波器，可使用数百种FIR数字滤波器。

图3中的第1声像定位滤波器301及第4声像定位滤波器304的频率特性相当于上述式(5)中的H₁，第2声像定位滤波器302及第3声像定位滤波器303的频率特性相当于上述式(5)中的H₂。

说明有关图1的声像定位处理部5。图1的声像定位处理部5具备：2个延时器DLc、DRc；2个乘法器MLc、MRc；以及2个加法器ALc、ARc。

把由左信号用反射声附加部4b输入的左信号L2送给加法器ALc，同时将其送给由延时器DLc及乘法器MLc构成的第1处理电路。

把由右信号用反射声附加部4c输入的右信号R2送给加法器ARc，同时将其送给由延时器DRc及乘法器MRc构成的第2处理电路。

在加法器ALc中，左信号L2与第2处理电路的输出信号相加，将其作为左输出信号Lout输出。在加法器ARc中，右信号R2与第1处理电路的输出信号相加，将其作为右输出信号Rout输出。

图1的声像定位处理部5是这样的装置，把图3现有的基本声像定位处理电路的第1声像定位滤波器301及第4声像定位滤波器304置换成作为滤波处理之一种的通过处理，同时，把现有的基本声像定位处理电路的第2声像定位滤波器302及第3声像定位滤波器303分别置换成由延时器及乘法器构成的处理电路。

通过调整由延时器DLc及乘法器MLc构成的第1处理电路的滤波特性及由延时器DRc及乘当器MRc构成的第2处理电路的滤波特性，可使声像定位于头外。即，可作到声像不定位于头内。

[2]第2实施形态的说明

图5示出输入了3声道以上的正面声信号及双声道环绕声信号的头戴耳机用立体声音响装置的结构。

由乘法器MC对中央输入信号Center乘以系数。由加法器AL1把乘法器MC的输出信号加到正面左输入信号Lin上。由加法器AR1把乘法器MC的输出信号加到正面右输入信号Rin上。

对于由加法器AL1得到的正面左信号及由加法器AR1得到的正面右信号，设置了与图1一样的不相关化处理部103、反射声附加处理部104及声像定位处理部105。

此外，对于环绕声左输入信号Surround Lin及环绕声右输入信号Surround Rin，也设置了与图1一样的不相关化处理部203、反射声附加处理部204及声像定位处理部205。

利用加法器AL2，把由声像定位处理部205得到的环绕声左信号加到由声像定位处理部105得到的正面左信号上，将其作为左输出信号Lout输出。

利用加法器AR2，把由声像定位处理部205得到的环绕声右信号加到由声像定位处理部105得到的正面右信号上，将其作为右输出信号Rout输出。

Claims (4)

1.一种头戴耳机用立体声音响装置，在输入了立体声信号的头戴耳机用立体声音响装置中，其特征在于具备：

不相关化处理部，使构成立体声输入信号的2个信号之相关性减小；

反射声附加处理部，用于附加反射声；以及

声像定位处理部，控制声像定位位置。

2.一种声音信号处理方法，它是在输入了立体声信号的头戴耳机用立体声音响装置中使用的声音信号处理方法，其特征在于包括以下步骤：

不相关化处理，使构成立体声输入信号的2个信号之相关性减小；

反射声附加处理，用于附加反射声；以及

声像定位处理，控制声像定位位置。

3.一种头戴耳机用立体声音响装置，在输入了双声道以上的正面声信号及双声道以上的环绕声信号的头戴耳机用立体声音响装置中，其特征在于设置了：不相关化处理部，对正面声输入信号及环绕声信号的每一个，使信号之相关性减小；反射声附加处理部，用于附加反射声；以及声像定位处理部，控制声像定位位置。

4.一种声音信号处理方法，它是在输入了双声道以上的正面声信号及双声道以上的环绕声信号的头戴耳机用立体声音响装置中使用的声音信号处理方法，其特征在于具备以下步骤：

对于正面声输入信号执行：使信号之相关性减小的不相关化处理；用于附加反射声的反射声附加处理；以及控制声像定位位置的声像定位处理；以及

对于环绕声输入信号执行：使信号之相关性减小的不相关化处理；用于附加反射声的反射声附加处理；以及控制声像定位位置的声像定位处理。

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