CN1263346C

CN1263346C - 一种提供类头戴式耳机后声道扬声器的系统与方法

Info

Publication number: CN1263346C
Application number: CN 01145235
Authority: CN
Inventors: 郑期成
Original assignee: HUAXUN ELECTRONIC ENTERPRISE CO Ltd
Current assignee: HUAXUN ELECTRONIC ENTERPRISE CO Ltd; C Media Electronics Inc
Priority date: 2001-12-30
Filing date: 2001-12-30
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2021-12-30
Also published as: CN1430453A

Abstract

一种提供类头戴式耳机后声道扬声器的系统与方法。一种播放音效的方法包括：提供带有后方扬声器于其中的类头戴式耳机或类耳机装置，而类头戴式耳机或类耳机结构也包括了接收前方扬声器讯号的通孔(opening)，接着，传递前方、后方与重低音讯号到相关的扬声器中，然后，传递到后方扬声器的讯号由HRTF与产生虚拟扬声器的装置处理，以得到后边的虚拟扬声器，并将已处理讯号传递到后方扬声器。

Description

一种提供类头戴式耳机后声道扬声器的系统与方法

发明领域

本发明与一种数位音效的系统有关，特别是一种适用于家庭剧院的方法与系统，此系统允许由类头戴式耳机或类耳机后声道扬声器来播放后声道虚拟扬声器的音效。

发明背景

随着电子工业的迅速发展，在电脑上玩具有先进的声光效果的音效已是一件普遍的事。因此，对于录影机、音响性能的需求已经变的越来越迫切。而除了更高解析度与视觉品质的需求外，在音响频率与音效的领域中，多声道(multi-channel)音效已经渐渐地取代了立体(stereo)音效与单音(mono)音效。为了提供家庭剧院一个更逼真的或更临场(engulfing)的听觉经验，许多技术已经发展了多声道音效的形式。多声道信号的每一个音响声道是发送到分配遍布整个家庭戏院中的许多扬声器中的一个，以提供震撼的音效并且其中的声音引发了所有的环场效果。当家庭娱乐系统的市场扩大了，其它的多声道系统很可能变成家庭消费者的可利用系统。人类能够局部化(localize)声音到左边或右边是根据每只耳朵所辨识到的到达时间与声音等级差异性。

一种头部相关的转换功能(head related transfer functions；HRTFs)是利用固定的扬声器位置来模拟位置与虚拟影像立体声音。人类的头形、身体与听觉系统影响人脑如何感知声音来源的位置。HRTF是人类头部、身体与听觉系统的一个特性描述。因此，上述HRTF是由头部的形状与大小、耳翼(Pinnae)的形状与大小和耳管(ear canal)的特征所影响。HRTF是头部与声音场来源之间的频率与相关方位的一个典型的功能。HRTF负责了频率响应(response)、频率滤除(fiItering)与人类头部中固有的延迟与反应。籍由调整HRTF的声音信号频率与延迟，立体的声音可以从固定的扬声器位置中模拟出来。美国专利5,729,612名称为“测量HRTF的装置与方法”，已经于1994年8月5日提出申请(filed)。上述习知技术揭露了一个精确的驱动声音转换功能(例如HRTF)的方法。

HRTF可以由头部、耳朵与身体的详细行动与时间花费量测而个别的计算出来。上述的个别的量测是利用一适当的处理装置变换到一个转换功能，其目的在于调整个别耳机的声音信号输出特性，并模拟其位置性的立体声音。

因为HRTF是藉由人类耳朵所听到的声音来模拟三度空间的声音效应模型，并且在空间中每一地区所对应到的立体音效的参数是由它的距离、方位(azimuth)与高度(elevation)来决定，而上述条件正是当听者在玩音效时感觉声音处于最真实的气氛中。HRTF使用一个人工头(artificial head)或置放麦克风(mlcrophones)在人耳之内。每一个声源必须在频率范围20HZ一20KHZ之间来测量，而结果就成为初步的HRTF资料库(library)。上述初步的HRTF资料库经由一数学的运算过程就产生了DSP数位滤波器所需要的参数。只要是经由左边与右边数位滤波器来处理的单波声音，即可以透过耳机装置来模仿真正的3D立体声音。

应用于个人电脑的HRTF三度空间音响装置包括具有两个实体扬声器(Physical speaker)的模拟环场多扬声器，以运送五个“虚拟扬声器”(virtualspeaker)到环绕着听者的空间，并使家庭戏院得到音效。然而，5.1 CH DVD或4CH 3D游戏是利用NRTF来产生后边上的虚拟扬声器，以取代提供DVD的实体扬声器与碰到某些困难的3D游戏。耳机装置必须具有提供好的低音(bass)得能力。低音的波长比人体的头来的大，因此，没有直接的低音上的资讯来自于耳机装置的结构。称为重低音扬声器(sub-woofer speaker)的低音扬声器对于所有的声道(channel)是有效的。而不幸的是，后边低音必须从后面信号中过滤掉。

因此，对于声音控制装置有一重大的需要来克服上面所提到的困难。

发明内容

本发明的目的在于揭露一种音效系统的控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种类耳机后声道虚拟扬声器的系统。

一种播放音效的方法包括：提供带有后声道扬声器于其中的类头戴式耳机或类耳机结构，而类头戴式耳机或类耳机结构也包括了接收前方扬声器讯号的通孔(openlng)，接着，将前方、后方与重低音的讯号传递到相关的扬声器中，传递到后方扬声器的讯号的延迟是根据使用者与前方扬声器间的距离而定，然后，讯号由HRTF与产生虚拟扬声器的装置来处理，以产生后边的虚拟扬声器，并将已处理讯号传递到类头戴式耳机装置。

本发明提供了一类头戴式耳机或类耳机结构使得使用者佩戴在头上，类头戴式耳机或类耳机结构包括后方扬声器于其中。类头戴式耳机或类耳机结构也包括了接收前方扬声器讯号的通孔(opening)。本发明提供了不会失去后方低音的更佳音效。

附图说明

本发明的较佳实施例将于下述说明中辅以下列图形做更详细的阐述：其中

图1所示为显示本发明的5.ID家庭戏院音效系统示意图。

图2所示为显示本发明的带有类头戴式耳机结构的系统。

图3所示为显示本发明的流程示意图。

音效系统 10

右前方扬声器 12

左前方扬声器 14

重低音扬声器 16

右后方扬声器 18

左后方扬声器 20

具体实施方式

请参阅图1，其系为家庭剧院5.1D音效系统10示意图。上述系统10包括：右前方扬声器12、左前方扬声器14、重低音扬声器16、右后方扬声器18与左后方扬声器20。

本发明的观点之一是：右后声道扬声器与左后声道扬声器是由类头戴式耳机或类耳机的装置或结构所构成。并且本发明的特点集中在后声道扬声器与控制系统上。必须注意的是：后声道扬声器是置于类耳机的结构中以提供使用者佩戴在头上而不是放在某一个位置，其目的在于产生后边的虚拟扬声器。其中类头戴式耳机或类耳机的装置不能盖住整个耳朵，以免接收不到从前方扬声器与重低音扬声器传来的声音。因此，有一通孔(opening)结构使得耳朵能听到从前方扬声器传来的声音。上述的右后声道、左后声道扬声器分别位于类头戴式耳机或类耳机的装置的边，目的在于产生后边音效的虚拟扬声器。

请参阅图2，其所示为显示本发明的带有类头戴式耳机结构的系统。前方通道讯号(channel signal)是提供给右前方、左前方的扬声器，而中置讯号则是透过传输线提供给中置扬声器。类似地，重低音声道讯号即输入到重低音扬声器。

一低通滤波器(low pass filter：LF)耦合到右后方、左后方讯号以滤掉高频率讯号，并且低频率讯号则通过滤波器而被送到重低音扬声器。提供产生头部相关转换功能(head related transfer function；HRTF)的装置或手段与右后、左后声道讯号耦合以模拟出后声道虚拟扬声器。上述HRTF包括一具有延迟讯号与滤波器的装置或手段。HPLTF的装置或手段可以为硬体或软体。

延迟讯号的装置藉着与右后、左后声道讯号耦合来延迟传递到右后、左后声道扬声器的讯号，而右后、左后声道扬声器系由类头戴式耳机或类耳机结构所携带。这是因为右后、左后声道扬声器到耳朵的距离是比其它扬声器到耳朵的距离来的近。因此，产生于后边的虚拟扬声器装置与产生HRTF的装置连接以确定延迟时间，而延迟时间是根据使用者与前方扬声器之间的距离而定。产生虚拟扬声器装置的功能可以利用硬体或软体来完成。典型的延迟时间大的为距离除以空气中的声速(D/Vs)。上述由HRTF所处理的延迟讯号可以提供给音量控制器以调整输出的音量。HRTF模拟三度空间中人类耳朵所能听到的音效模型，并且在空间中每一个地区的三度空间音效参数是由它的距离、方位与高度所决定。

然后，上述讯号提供给一由后方扬声器所放大的输出，而后方扬声器系由类头戴式耳机或类耳机结构所携带。由后方扬声器所播放的讯号是延迟的，因此，耳朵可以同时接收到从后方扬声器与前方扬声器传来的讯号。而传递到后声道扬声器的讯号可以由红外线(infrared：IR)或射频(radio frequency：RF)来发射。因此，类头戴式耳机或类耳机结构需要接收器来接收无线传输讯号。

请参阅图3，其所示为显示本发明的流程。在步骤300中，本发明提供带有后方扬声器于其中的类头戴式耳机或类耳机结构。而类头戴式耳机或类耳机结构也包括了接收前方扬声器讯号的通孔(opening)。接着，在步骤310中，音效系统传递前方、后方与重低音讯号到相关的扬声器中。传递到后声道扬声器的讯号是延迟的，其延迟是根据步骤320中使用者与前方扬声器间的距离而定。在步骤330中，讯号由产生HRTF的装置来处理。然后，在步骤340中，讯号传递到类头戴式耳机结构中以产生后边的虚拟扬声器。

对熟悉此领域技艺者，本发明虽以一较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神。在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改与类似的安排，均应包含在本申请的权利要求范围内，这样的范围应该与覆盖在所有修改与类似结构的最宽广的诠释一致。因此，阐明如上的本发明一较佳实例，可用来鉴别不脱离本发明的精神与范围内所作的各种改变。

Claims

1、一种播放音效的方法，其特征在于包括：提供一类头戴式耳机或类耳机的装置，该装置具有后声道扬声器于其中，该类头戴式耳机或类耳机的装置包括一接收前方扬声器讯号的通孔；传递前、后声道与重低音讯号到相关的扬声器；利用由使用者与前方扬声器之间的距离决定的头部相关转换功能(headrelated transfer function；HRTF)处理与延迟传递到后声道扬声器的讯号；以及传递该已处理讯号到该后声道扬声器以产生不会失去后声道低音的后声道虚拟扬声器。

2.如权利要求1所述的播放音效的方法，其特征在于该延迟讯号的延迟时间是由该使用者与该前方扬声器之间的距离除以空气中的声音速度来决定。

3.一种音效系统，其特征在于包括：

一类头戴式耳机或类耳机的装置，具有后声道扬声器以提供使用者配戴在头上，且该后声道扬声器分别位于该类头戴式耳机或类耳机装置的两边，以产生后声道音效；

一前方扬声器以及一重低音扬声器，其中该类头戴式耳机或类耳机的装置并未盖住整个耳朵，以接收该前方扬声器以及该重低音扬声器所传来的声音；

一产生头部相关转换功能(head reated transler function；HRTF)的装置，与右后、左后声道讯号耦合；其中该产生头部相关转换功能的装置包括一延迟和滤波单元；

一产生后声道虚拟扬声器的装置，与该产生头部相关转换功能的装置耦合，以产生后声道虚拟扬声器；并且其中由该产生头部相关转换功能的装置所处理的该讯号将提供给该类头戴式耳机或类耳机装置中的该后声道扬声器。

4、如权利要求3所述的音效系统，其特征在于更包括一与该产生头部相关转换功能的装置耦合并传递讯号的无线讯号发射器。

5.如权利要求4所述的音效系统，其特征在于更包括一装在该类头戴式耳机或类耳机装置中的无线讯号接收器，以接收该传递来的讯号。

6、如权利要求3所述的音效系统，其特征在于该延迟讯号的延迟时间是由该使用者与该前方扬声器之间的距离除以空气中的声音速度来决定。