CN1248545C - 人工立体声电路及人工立体声装置 - Google Patents

Abstract

一种人工立体声电路，该电路包括单声信号输入端，连接到信号输入端的L声道和R声道之一的信号输出端，其输入侧连接到信号输入端的相移电路，以及其输出侧连接到相移电路的L声道和R声道另一声道的信号输出端。在输入信号的全频带中该相移电路具有几乎相等的增益，且根据输入信号频率的增加进行从0到180度的变化的相移。相位的变化可降低到最小并能够实现自然的立体声效果。此外，对完全形成IC只需要一个电容器和一个外附着用的引脚即可。

Description

人工立体声电路及人工立体声装置

技术领域

本发明涉及把单声道输入信号转换为立体声格式信号的人工立体声电路及人工立体声装置。

发明背景

大多数人类话音的频率分布集中在300Hz到3.5KHz附近。1KHz附近对谈话的清晰度是重要的，而1KHz的波长大约为30cm，半波长是15cm。

于是，当频率为1KHz的话音在横向从左侧到达时，它是以对左耳的反相位到达右耳的，因为右耳与左耳比较大约远15cm。更具体来说，在频率为1KHz的相同声音从左和右到达的情形下，听者的感觉是声源像呈现在前方。在右侧的声音对左侧声音相位滞后180°的情形下，听者感觉声源像位于左侧。

另一方面，在声音来自前方的情形下，话音频带(300Hz到3.5KHz)是通过耳垂和耳孔被加强的。当声音正好来自侧面时，频率特征几乎是平坦的。

传统的人工立体声电路特别降低了在20Hz到20KHz频带中话音频带(300Hz到3.5KHz)的音量，从而提高立体声效果。此外，只从音量的差别并不能获得充分扩展的感觉。因而在20Hz到20KHz频带中，在L和R声道之间设置了90°相移作为相位差，以这样的相位差，声源像就不位于横向，且能够易于造成扩展的感觉。

图6是表示考虑了这一方面的传统的人工立体声电路。标号21表示单声信号输入端，标号22L，23L和24L表示对L声道的相移电路，而标号22R，23R和24R表示对R声道的相移电路。标号25表示协调(合成)电路，并包括加法器26，带阻滤波器(BEF)27和加法器28与29。标号30表示人工L声道输出端，且标号31表示人工R声道输出端。

级联连接的L声道侧的三个相移电路22L，23L和24L有这样的结构，使得对于级联连接的R声道侧的三个相移电路22R，23R和24R在20Hz到20KHz频道内相对地总是保持90°的相位差。换言之。20Hz到20KHz的频道被划分为三个频道，并通过具有成对的22L与22R，23L与23R及24L与24R的相位电路相对保持90°的相位差。(参见Bedosian，S.D.，“90相位差网络的标准化设计”电路理论IRE学报，卷CT-7，1960年6月)。

人工立体声信号是通过协调电路25从具有90°相位差的L信号和R信号产生的。首先，通过反相获得的L信号和R信号在加法器26中相加，于是产生一L-R信号并输入到带阻滤波器27。在带阻滤波器27中，基于图7所示的频率特性对人耳方向感易于感知的话音频道(300Hz到3.5KHz)的电平进行衰减，加强混响声音或回音的信号被取出并输入到加法器28和29。在加法器28中，L-R信号被加到L信号并输出到L声道输出端30。在加法器29中，通过使L-R信号反相而获得的信号被加到与L信号有90°相位差的R信号，并输出到R声道输出端31。

如上所述，传统的人工立体声电路衰减了话音频道(300Hz到3.5KHz)的电平，以便使来自前方的声音装扮成来自侧面的声音。此外，只从这种音量差并不能获得充分的扩展感觉。因而，三个相移电路级联连接到每一LR声道，并在20Hz到20KHz频道中加入作为相位差的90°相位，利用该相位差，声源像就不位于横向并能够易于产生扩展的感觉。

然而，在图6所示的人工立体声电路中，通过滤波器消除300Hz到3.5KHz频带的成分，相位和音量的变化在20Hz到20KHz频带内变得明显。因而，有一个问题是声源像的位置变得不清晰而得到不自然的立体感。

此外，使用了例如：相移电路22L，23L，24L，22R，23R，24R，滤波器27等的电路。因而需要大量的电容器(至少八个)，并且对于电容器需要大电容值。由此，当完全形成IC时必须外面附加电容器。于是，有一个问题即是增加了IC引脚的数目。使用具有高输出阻抗的gm放大器，对于具有低电容的电容器能够组成所需的滤波器。然而，却不能避免S/N和失真因子的劣化。

此外，在扬声器之间的间隔小的情形下，即大约20cm或更小时，不能获得充分的立体声效果。

此外，在图6所示的人工立体声电路中，需要两类驱动电路驱动扬声器。特别是，在传统装置用于人工立体声再生的情形下，必须另外提供用于人工立体声再生和扬声器的电路，因而增加了成本。

本发明的第一个目的是要提供一种人工立体声电路，该电路中能够使相位的变化减小到最小以获得自然的立体声感觉。此外，能够降低电容器的数目。

本发明的第二个目的是要提供一种人工立体声电路和人工立体声装置，其中借助两个扬声器能够获得自然的立体声感觉，此外无需增加或修改电路就能够降低成本。

本发明的第三个目的是要提供一种人工立体声电路和人工立体声装置，它们在扬声器之间的间隔较小例如20cm或更小的情形下，也能够产生立体声效果。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了一种人工立体声电路，该电路包括一单声道信号输入端，一连接到信号输入端的L声道和R声道之一的信号输出端，一相移电路其输入侧连接到信号输入端，以及其输出侧连接到相移电路的L声道和R声道另一声道的信号输出端。在输入信号的全频带中该相移电路具有几乎相等的增益，且根据输入信号频率的增加进行从0°到180°的变化的相移。

根据本发明的第二方面，一放大器或衰减器连接到L声道或R声道的线路，并在L声道或R声道之间设置了3dB或更大的增益差。

根据本发明的第三方面，相移电路由这样一种相移电路代替，该电路在输入信号的全频带具有几乎相等的增益且适于在频带300Hz到3.5KHz内进行从90°到175°变化的相移。

根据本发明的第四方面，相移电路由这样一种相移电路代替，该电路在输入信号的全频带内具有几乎相等的增益且适于在1KHz频率处进行从120°到170°度变化的相移。

根据本发明的第五方面，提供了一种人工立体声装置，该装置包括单声道信号输入端，连接到信号输入端的用于L声道的扬声器，以及连接到信号输入端用于R声道的扬声器，该扬声器增益等于L声道扬声器的增益。用于L声道和R声道的扬声器之一在输入信号的全频带具有几乎相等的增益，并根据输入信号频率的增加进行从0°到180°变化的相移。

根据本发明的第六方面，用于L声道的扬声器和用于R声道的扬声器之间的增益差设置为3dB或更大。

根据本发明的第七方面，扬声器之一由这样一个扬声器代替，该扬声器在输入信号的全频带具有几乎相等的增益，并在300Hz到3.5KHz的频带内进行从90°到175°变化的相移。

根据本发明的第八方面，扬声器之一由这样一个扬声器代替，该扬声器在输入信号的全频带具有几乎相等的增益，并在1KHz的频率处进行从120°到170°变化的相移。

附图简述

图1是表示根据本发明的第一方面的第一实施例的人工立体声电路的电路图；

图2是图1的电路中相移电路的增益和相位的频率特性图；

图3是表示图1的电路中相移电路的电路图；

图4是表示根据本发明的第一方面的第二实施例的人工立体声电路的电路图；

图5是表示根据本发明的第二方面的一实施例的人工立体声装置的示意图；

图6是表示传统的人工立体声电路的电路图；以及

图7是图4的带除滤波器的频率特性图。

具体实施方式

如上所述，人的两耳之间间隔大约为15cm，当用于确定声音清晰度的频率为1KHz的声音从耳的一侧到另一耳侧传送期间其相位变化180°时，声源像的定位成为确定的。

然而，频率为3.5KHz的的声音波长为8.5cm。由于即使相位差达到180°，但较大频率变化的声音在它从一个耳到达另一耳时相位变化为几乎两个周期，故人耳很少听到该相位的变化。由于频率为300Hz或更小的声音波长为1m，因而不能听到相位的变化。于是，没有必要象传统技术那样在20Hz到20KHz的全频带内总是保持L和R声道之间的相位差为90°。

重复各种实验，能够对以下做出确认。更具体来说，如果两声道之间的增益差在输入信号的全范围内几乎保持不变，并且相移能够根据频率的增加在两个声道之间从0°到180°变化，则声源像能够被定位在前方。特别是，在300Hz到3.5KHz的频带内两声道之间相位差有从90°到175°之间的变化，则声源像能够被定位在前方。尤其是，如果在1KHz频率处两声道之间相移有120°到170°的相位差，则声源像能够很好地被定位，以至能够获得扩展感觉的立体声效果。此外，还能够确认，如果在1KHz附近的频率处相位差小于120°，则不能获得扩展的感觉，并且如果在1KHz频率处相位差大于170°，则声源像被定位在一个方向。

本发明的第一方面的第一实施例

图1是表示根据本发明的第一方面的第一实施例的人工立体声电路的图示。标号1表示单声道信号输入端，标号2表示插入在L声道侧的相移电路，标号3和4表示缓冲器，标号5表示人工L声道示出端，标号6表示人工R声道示出端。

如图2所示，相移电路2在输入信号的全频带具有几乎相等的增益，并具有根据输入信号频率的增加进行从0°到180°变化的相移功能，并特别具有引起相位在300Hz的频率处相移90°功能。在300Hz到3.5KHz的频带内，相移从90°变化到175°。尤其是，在1KHz频率处进行120°到170°(例如，147°)的相移。图3是表示相移电路2的具体结构的电路图，该电路包括运算放大器7，电阻器R1，R2和R3，以及电容器C1。设置R1＝R2＝R3＝20KΩ，以及C1＝0.027μF。

通过在L声道线路插入上述相移电路2，能够在保持声源像的定位状态下实现具有小的相位变化的立体声效果，并能够获得充分的扩展感觉。这时，能够只以相位差而获得扩展的感觉。因而，不需要在两个声道之间形成音量差。此外，对于所使用的相移电路2只需要一个电容器。因而，当要整体形成IC并外部附加时，也只要另外装设一个IC引脚即可。

而且在相移电路2不是插入L声道而是R声道的情形下，能够获得相同的功能和效果。

本发明第一方面的第二实施例

如上所述，在扬声器之间的间隔小，例如20cm或更小，且两个声道的增益彼此相等的情形下，即使如第一实施例中所述插入相移电路2，也不能够获得立体声效果。

如图4所示，在第二实施例中，在相移电路2和缓冲器3之间插入一放大器8，以获得3dB或更大的增益。其结果是，在全频带内在两个声道之间形成3dB或更大的增益差。因而，即使扬声器之间的间隔小，即20cm或更小，也能产生立体声效果。

如果不插入放大器8而插入衰减量为3dB或更大的一个衰减器，则可获得相同的效果。如果放大器8或衰减器插入到R声道侧，则能够获得相同的效果。简而言之，在全频带内两个声道之间的增益差最好应为3dB或更大。

本发明第二方面的第一实施例

图5示出根据本发明第二方面的一个实施例的人工立体声设备。标号9表示L声道的扬声器，而标号10表示R声道的扬声器。

扬声器具有一频率称为最小谐振频率fo，在该频率，振动系统包括振动部分中的等效质量，和支撑振动部分自由振动的诸如边缘或阻尼器元件。通过改变振动的锥形纸的尺寸和材料来震动以改变等效质量，或通过使用诸如布料或尿烷作为扬声器的边缘，或通过调节阻尼器的强度，fo可被设置为一可选频率。在fo附近Q和相位有很大变化。因而，使用具有不同fo的两个扬声器，从而构成扬声器9，以便具有图2所示的增益和相位的频率特性。更具体来说，扬声器9在输入信号的全频带内具有几乎相等的增益，并根据输入信号频率的增加进行从0°到180°变化的相移，并设置为在300Hz到3.5KHz的频带内进行从90°到175°变化的相移，特别是，在1KHz频率处进行从120到170°(例如147°)的相移。

可以代替扬声器9而对扬声器10设置图2所示的增益和相位的频率特性。

此外，在扬声器9和10之间的间隔小，例如为20cm或更小的情形下，如上所述难以产生立体声效果。因而，在输入信号的全频带内在扬声器9和10之间，最好提供3dB或更大的增益差。

根据本发明，如上所述，通过只在声道之一中插入相移电路即可构成人工立体声电路。因而，相位的变化可被降低到最小，并能够实现自然的立体声效果。此外，对于整体形成IC只需要一个电容器和一个用于外部附着的引脚即可。

另外，在用于L声道和R声道的扬声器之一中进行与相移电路中相同的相移。于是，只借助于扬声器而不使用相移电路就能够产生优秀的立体声效果。

并且，插入放大器或衰减器以便在两个声道之间具有3dB或更大的增益差，或调节扬声器之间的增益差，以便两个声道之间具有3dB或更大的增益差。于是，即使扬声器之间的间隔为20cm或更小，也能够产生优秀的立体声效果。

Claims (6)

1.一种人工立体声电路，该电路包括一单声道信号输入端，连接到信号输入端的L声道和R声道之一的信号输出端，相移电路，其输入侧连接到信号输入端，以及其输出侧连接到相移电路的L声道和R声道中另一声道的信号输出端，其中在输入信号的全频带中该相移电路具有相等的增益，且根据输入信号频率的增加进行从0到180度的变化的相移，并且其中，一放大器或衰减器连接到L声道或R声道的线路，并在L声道或R声道之间设置了3dB或更大的增益差。

2.权利要求1的人工立体声电路，其中的相移电路由这样一种相移电路代替，该电路在输入信号的全频带具有相等的增益且适于在300Hz到3.5KHz的频带内进行从90到175度变化的相移。

3.权利要求1的人工立体声电路，其中相移电路由这样一种相移电路代替，该电路在输入信号的全频带具有相等的增益且适于在1KHz频率处两声道之间进行具有120到170度相位差的相移。

4.一种人工立体声装置，该装置包括一单声信号输入端，连接到信号输入端的用于L声道的扬声器，以及连接到信号输入端用于R声道的扬声器，该扬声器增益等于L声道扬声器的增益，其中用于L声道和R声道的扬声器之一在输入信号的全频带具有相等的增益，并根据输入信号频率的增加进行从0到180度变化的相移，并且其中，用于L声道的扬声器和用于R声道的扬声器之间的增益差设置为3dB或更大。

5.权利要求4的人工立体声装置，其中扬声器之一由这样一个扬声器代替，该扬声器在输入信号的全频带具有相等的增益，并在300Hz到3.5KHz的频带内进行从90到175度变化的相移。

6.权利要求4的人工立体声装置，其中扬声器之一由这样一个扬声器代替，该扬声器在输入信号的全频带具有相等的增益，并在1KHz的频率处两声道之间进行具有120到170度相位差的相移。

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