CN1336779A - 立体声三维环绕音效处理电路装置 - Google Patents
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Abstract
一种立体声三维环绕音效处理电路装置,是以一差算电路求取左、右声道的声音信号的差值,以第一、二滤波运算单元对差算电路的信号进行运算,第一滤波函数运算是实现以7KHz为中心频率的带通滤波器,第二滤波函数运算是实现以300Hz为中心频率的带通滤波器,滤波电路的输出经一信号准位调整电路调整,再以一混加电路将三维环绕声音加入原来的左、右声道声音而输出,可有效提供三维环绕音效,使产生的声音接近于原声。
Description
本发明是有关电子音效的技术领域，尤指一种可提供三维环绕音效的立体声三维环绕音效处理电路装置。
随着电子科技的精进及多媒体应用的普及，利用立体声强化效果的概念，已可实现三维音效的目的，亦即，仅藉由一对喇叭或耳机，即可让聆听者感受到声音来自空间中不同的方位，因而除了可增进音乐欣赏的临场感外，更可使多媒体个人电脑、虚拟实境头盔显示器产生身历其境的听觉享受。
而三维音效的产生主要是藉由HRTF(Head Related TransferFunction)量测所实现，而HRTF技术是指某一特定位置音源所发出的声音传递至耳朵鼓膜的过程中，由于耳郭的结构、肩膀乃至躯干的共振、绕射等作用而对声波产生的滤波效果。从而在某一特定位置的HRTF便可以藉由两耳鼓膜或置于假人头耳内的麦克风对于一个脉冲的响应来表示，其中，一对脉冲响应包含了两耳相对的频率响应、相对的时间差及相对的强度差。
为产生三维的声音效果，通常必须以软件程序或硬件电路实做出时间延迟的数字滤波器，如图5所示，使左耳及右耳信号均经由有限响应(FIR)滤波器及时间延迟的处理，以实现前述的HRTF作用而加入三维的环绕声音。然而，所加入的环绕声音虽可产生三维环绕的效果，但确也会造成原来声音的失真，因此，如何在可达到三维环绕效果的情形下，使产生的声音与原来的声音差距最小，遂成为制作三维音效上的极重要的课题。
发明人爰因于此，本于积极创新的精神，亟思一种可以解决上述问题的“立体声三维环绕音效处理电路装置”，几经研究实验终至完成此项新颖进步的创作。
本发明的目的是在提供一种立体声三维环绕音效处理电路装置，其可有效提供三维环绕音效，且使产生的声音接近于原来的声音。
为达前述的目的，本发明的立体声三维环绕音效处理电路装置，主要是由差算电路、滤波电路、信号准位调整电路及混加电路所构成，该差算电路是用以求取左声道及右声道的声音信号的差值，该滤波电路是包含第一及第二滤波运算单元，以对该差算电路所输出的差值信号进行第一及第二滤波函数运算，而产生三维的环绕声音，其中，该第一滤波函数运算是实现一以7.23KHz为中心频率的带通滤波器，该第二滤波函数运算是实现一以318Hz为中心频率的带通滤波器，该信号准位调整电路是用以调整该滤波电路输出的信号准位，该混加电路是将该经调整信号准位的三维环绕声音加入原来的左声道及右声道声音而输出之。
其中该第一滤波函数运算是表示为45454S/S2＋22727S＋2066115702。
其中该第二滤波函数运算是表示为2000S/S2＋1000S＋4000000。
其中该差算电路是由一减法器及一增益器所串接而成。
其中该增益器的增益值为0.5。
其中该滤波电路还包含：一第一增益器，是调整该第一滤波运算单元的输出：一第二增益器，是调整该第二滤波运算单元的输出；及一加法器，是将该第一增益器及第二增益器的输出相加。
其中该第一及第二增益器的增益值分别为0.67及1.96。
其中该信号准位调整电路包含：第一增益器及第二增益器，其分别以互为反相的增益值来调整该滤波电路的输出信号的增益；及第三增益器及第四增益器，其分别以相同的增益值来调整右声道及左声道的声音信号。
其中该第一增益器及第二增益器的增益值是分别为1.18及-1.18。
其中该第三增益器及第四增益器的增益值均是为0.39。
其中该混加电路包含：第一加法器，是该第三及第一增益器的输出信号相加以产生右声道的输出声音信号；及第二加法器，是该第四及第二增益器的输出信号相加以产生左声道的输出声音信号。
其中该等带通滤波器的中心频率及中心频率所在的振幅可容许±5％的误差。
由于本发明设计新颖，能提供产业上利用，且确有增进功效，故依法申请专利。
为使贵审查委员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，兹附以图式及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：
图1是本发明的立体声三维环绕音效处理电路装置的功能方块图。
图2是本发明的立体声三维环绕音效处理电路装置的电路方块图。
图3是本发明的立体声三维环绕音效处理电路装置的详细电路图。
图4是本发明的立体声三维环绕音效处理电路装置的波形图。
图5是习知用以产生三维声音效果的示意图。
有关本发明的立体声三维环绕音效处理电路装置的一较佳实施例，请先参照图1所示的功能方块图所示，其主要是由差算电路11、滤波电路12、信号准位调整电路13及混加电路14所构成，其中，左声道(Lin)及右声道(Rin)的声音是经由该差算电路11的运算后，其差值由该滤波电路12处理，以应用HRTF技术而产生三维的环绕声音，此三维环绕声音经该信号准位调整电路13适当调整信号准位后，再经由该混加电路14以加入原来的左声道及右声道声音而输出之。
而有关前述本发明的立体声三维环绕音效处理电路装置的电路运作方式则请参照图2所示的电路方块图，其中，该差算电路11是由一减法器111及一增益器112所串接而成，以将左、右声道的声音相减并以例如增益值0.5来调整其增益。该滤波电路12则是包含两组滤波运算单元121及122，以对该增益器112所输出的差值信号进行第一及第二滤波函数运算，当中，该第一滤波函数是较佳地表示为45454S/S2＋22727S＋2066115702，其可实现一以7.23KHz为中心频率的带通滤波器(band pass filter)，而该第二滤波函数是较佳地表示为2000S/S2＋1000S＋4000000，其可实现一以318Hz为中心频率的带通滤波器，经滤波处理以改变差值信号的频率振福及相位以产生三维的环绕声音后，该第一及第二滤波运算单元121及122的输出信号再分别经增益器123及124以例如增益值0.67及1.96来调整增益，经调整增益的两输出信号再经加法器125予以相加。
该信号准位调整电路13是包含有两组增益器131及132，其分别以例如互为反相的增益值1.18及-1.18来调整该加法器125的输出信号的增益，此外，该信号准位调整电路13另包含有两组增益器133及134，其分别以例如相同的增益值0.39来调整原来右声道及左声道的声音信号。
混加电路14则是包含两组加法器141及142，其中，加法器141是将增益器133及131的输出信号相加以产生右声道的输出声音信号，而加法器142则是将增益器134及132的输出信号相加以产生左声道的输出声音信号。
图3显示前述本发明的立体声三维环绕音效处理电路装置是以采用运算放大器而予以实现，其中，该第一及第二滤波运算单元121及122均可以使用三组运算放大器配合适当的电阻及电容值而达成所需的滤波运算函数。
经前述本发明的立体声三维环绕音效处理电路装置的处理可获致逼真的三维音效，请参照图4所示的波形图，其说明以本发明的立体声加强处理电路装置进行滤波处理的频率响应，其中，波形A是代表声音由左边的喇叭传送至人的左耳，波形B则代表声音由右边的喇叭传送至人的右耳，配合前述的第一及第二滤波运算函数及相关电路可知，本发明是在低频318Hz附近将信号的振福放大，而在高频7.23KHz附近仅将信号的振福做少许的放大，据此，由于声音在低频时较无方向性，因此，以在低频318Hz附近将振福放大来产生环音的效果，不但可获致三维音效，也可避免造成原来声音的失真，而在高频7.23KHz附近多是代表由乐器产生的背景音乐，将其做少许的放大可避免被衰减，亦可进一步达成同时获致三维音效并避免造成原来声音的失真，另在实际电路的实现上，由于实际电路的电阻电容的可能误差，当所实现的带通滤波器的中心频率及中心频率所在的振幅在±5％误差之内时，所实现的立体声三维环绕音效处理电路装置仍可达成满意的功效。
综上所陈，本发明无论就目的、手段及功效，在在均显示其迥异于习知技术的特征，为三维音效制作上的一大突破，恳请贵审查委员明察，早日赐准专利，俾嘉惠社会，实感德便。惟应注意的是，上述诸多实施例仅是为了便于说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (12)
1.一种立体声三维环绕音效处理电路装置，其特征在于，主要包括：
一差算电路，是用以求取左声道及右声道的声音信号的差值；
一滤波电路，是包含第一及第二滤波运算单元，以对该差算电路所输出的差值信号进行第一及第二滤波函数运算，而产生三维的环绕声音，其中，该第一滤波函数运算是实现一以约7.23KHz为中心频率的带通滤波器，该第二滤波函数运算是实现一以约318Hz为中心频率的带通滤波器：
一信号准位调整电路，是用以调整该滤波电路输出的信号准位；以及
一混加电路，是将该经调整信号准位的三维环绕声音加入原来的左声道及右声道声音而输出之。
2.根据权利要求1所述的立体声三维环绕音效处理电路装置，其特征在于，其中该第一滤波函数运算是表示为45454S/S2＋22727S＋2066115702。
3.根据权利要求1所述的立体声三维环绕音效处理电路装置，其特征在于，其中该第二滤波函数运算是表示为2000S/S2＋1000S＋4000000。
4.根据权利要求1所述的立体声三维环绕音效处理电路装置，其特征在于，其中该差算电路是由一减法器及一增益器所串接而成。
5.根据权利要求1所述的立体声三维环绕音效处理电路装置，其特征在于，其中该增益器的增益值为0.5。
6.根据权利要求1所述的立体声三维环绕音效处理电路装置，其特征在于，其中该滤波电路还包含：
一第一增益器，是调整该第一滤波运算单元的输出：
一第二增益器，是调整该第二滤波运算单元的输出；及
一加法器，是将该第一增益器及第二增益器的输出相加。
7.根据权利要求6所述的立体声三维环绕音效处理电路装置，其特征在于，其中该第一及第二增益器的增益值分别为0.67及1.96。
8.根据权利要求1所述的立体声三维环绕音效处理电路装置，其特征在于，其中该信号准位调整电路包含：
第一增益器及第二增益器，其分别以互为反相的增益值来调整该滤波电路的输出信号的增益；及
第三增益器及第四增益器，其分别以相同的增益值来调整右声道及左声道的声音信号。
9.根据权利要求8所述的立体声三维环绕音效处理电路装置，其特征在于，其中该第一增益器及第二增益器的增益值是分别为1.18及-1.18。
10.根据权利要求8所述的立体声三维环绕音效处理电路装置，其特征在于，其中该第三增益器及第四增益器的增益值均是为0.39。
11.根据权利要求8所述的立体声三维环绕音效处理电路装置，其特征在于，其中该混加电路包含：
第一加法器，是该第三及第一增益器的输出信号相加以产生右声道的输出声音信号；及
第二加法器，是该第四及第二增益器的输出信号相加以产生左声道的输出声音信号。
12.根据权利要求8所述的立体声三维环绕音效处理电路装置，其特征在于，其中该等带通滤波器的中心频率及中心频率所在的振幅可容许±5％的误差。
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