CN1458809A - 具有音调补偿的扩展立体声电路 - Google Patents

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Abstract

一个立体声处理系统拥有立体声响的空间扩展能力以使一对空间分开的扬声器在听觉上分开的距离似乎比实际的距离更远。该空间扩展电路包括音调补偿。

Description

具有音调补偿的扩展立体声电路
技术领域
本发明涉及用于接收包含立体声音信号的电视节目信号的电视接收器，并且更具体地，涉及使用音调补偿以产生使收听者在听觉上的扬声器之间的空间间隔似乎比实际物理间隔更大的心理声学立体声扩展效果。
背景技术
音频系统和电视接收器中的空间立体声扩展广为人知并已被应用多年。在此类系统中，左声道和右声道信号在某种意义上被处理成对收听者来说似乎扬声器之间的间隔距离比扬声器之间的实际物理间隔更大。这被称为心理学立体声扩展。在Lendaro等人的美国专利号为5208493和Aderson的美国专利号为4831652文件(两者都已被转让给本受让人)以及Bruney的美国专利号为4495637的文件中说明了空间立体声扩展的例子。在此类的空间扩展系统中，来自另外信道的一部分反相信号被添加到主信道的信号上以使在左声道和右声道之间加入空间氛围。这个特点具有使声音感知立体声图象似乎比一对立体声扬声器的位置更宽的期望特征。这对于其扬声器之间典型地只有26-80cm间隔的电视接收器或者小型收音机是特别需要的。
由于中频段的半波长与人的两耳之间的距离具有大致相同的长度，最有效的立体声扩展方案扩大了中频段的信号差。如果源自接听者左侧或右侧的声音是适当的(中频段)频率，则它们会在两耳之间产生相位抵消。这是我们为决定声源位置而接收到的确定方向的主要线索之一。
扩展立体声系统基本上完成相同的事情，即相对于左声道和右声道之和的信号(L+R)放大他们的信号差(L-R)。然而这样的扩展“淹没”了语音，这种语音是典型的和信号，并趋向于使对话不清晰。另外，扩展系统相对于声音的高频和低频部分而言放大了信号差的中频带。这增加了声音的中频音色。
发明内容
一种用于L和R信号声道的立体声扩展电路，其中L和R信号声道都有各自的第一和第二放大器，每一放大器都有相应的非倒相和倒相输入端和输出端。信号被耦合到相应的非倒相输入端并且第一反馈路径被连接在相应的输出端和相应的倒相输入端之间。一个滤波器把这些倒相输入端连接在一起以提供心理声学扩展效果。用于被扩展信号的音调补偿通过连接在输入端和输出端之间的无源频率补偿电路来提供。
附图说明
可以参考以下附图，其中：
图1说明依照现有技术的立体声扩展电路。
图2说明依照本发明特征的带有音调补偿的立体声扩展电路。
具体实施方式
在图1中说明了一个示例的已有技术的立体声扩展电路，其中立体声扩展电路10包括两个运算放大器(opamp)11和12。左(L)声道信号通过输入线14加到opamp 11的正(非倒相)输入端13并且右(R)声道信号通过输入连接线16加到opamp 12的正(非倒相)输入端15。左右声道的输出信号在输出线17，20处被各相应的电阻22和24反馈回各自的倒相输入端26，28。在倒相输入26，28处的信号的一部分通过滤波器30相互交叉耦合。
交叉耦合信号使得每个声道的输出都可以影响另一个信道的输出。具体说，由于交叉耦合，opamp 11的左输出线17的输出信号是L+X(L-R)信号而opamp12的右输出线20信号是R+X(R-L)信号，其中的交叉耦合系数“X”由滤波器30的特性决定。本电路的增益与频率有关，通常是在0.5和2.0之间。
滤波器30包括一个电容32和一个电阻34。电容32和电阻34的值依赖于期望的交叉耦合的数量和交叉耦合的分隔频率。随着交叉耦合系数X的增加，扬声器的表观距离(apparent separation)增加。随着电阻34的阻值增加，由于进入分别连接到反相输入26，28的反馈单元的电流降低而使交叉耦合降低。电容32和电阻34一起决定交叉耦合的分隔频率。电容器32的值典型地选取为：在低频时基本上无耦合随着信号频率增加到150Hz或者200Hz时开始交叉耦合，在1KHz到3KHz时达到完全耦合。
分别与相应的反馈电阻22，24并联的反馈电容36，38，逐步降低相应的放大器11和12频率响应，从而通过滤波器30降低声道之间5KHz的交叉耦合。相应示例声道的高频转折点(break point)是Fu＝1/(2π(电容36/38)(电阻22/24))并且低频转折点是Fi＝1/(2π(电容32)(电阻34))。这些转折点的效果是提供一个中频音调放大。
上面在图1中论述的相关部件在图2中给出了一致的数字标识并且为了简化在图2中已被论述的相关部件将不再重复讨论。
信号输入引线14，16分别是从一个低阻抗的信号源(例如反馈系数为1的opamp)中输入，这样使得源阻抗基本等于0欧姆。包括电阻42和电容44的并联RC网络40被连接在左输入引线16，并且以同样的方式把包含电阻48和电容50的并联RC网络连接到右信号输入引线14。网络40，46连接到节点52形成输入信号的求和连接，即L+R。包括电容56和电阻58的串联RC网络54把节点52接地。L和R的扩展信号输出端17，20分别被连接到电阻60，62，这些电阻分别被耦合到扩展的信号输出节点64，66。扩展的信号输出节点64，66通过各自的电阻68，70被分别连接到求和节点52。
网络40，46是具有3600Hz的翻转频率的高通滤波器，即其电容的阻抗等于电阻的阻值时的信号频率，并且网络54是一个具有340Hz的翻转频率的低通滤波器。因而，在节点52的L+R求和信号相对于中频范围的信号频率有一个提升的低音和一个提升的高音。这个经音调补偿的信号然后通过各自的电阻分压器70，62和68，60被添加到节点66处的左输出信号和64处的右输出信号，这是因为由各自的电阻22，24分别提供的反馈量很大从而使放大器11，12的输出阻抗非常低。这样，具有提升的高音和低音的经音调补偿的和信号被添加到已经提升了中频的立体声扩展信号，这样对话或者其它由中央产生的直接连接到环绕声响系统的中央扬声器的信号，例如DolbyTM5.1，将更加清晰。
应当指出在组合电路基础上，各种电阻和电容互相作用。对于低频折转点为115Hz的系统而言，系统的低频折转点主要由电容56和并联电阻42、48以及58决定，而电容器44，50对其有二阶影响。对于高频折转点为5KHz的系统而言，系统的高频折转点由并联电容44和50并联电阻42、48以及串联电阻58决定，而电容器56对其有二阶影响。
在示例的实施例中，部件的取值如下：电阻22，24，42，48为20K；电阻60，62为30K，电阻68，70为47K，电阻34，58为10K；电容44，50是2.2nf(纳法)；电容56是100nf；电容36，38为4.7nf，电容32是100nf。电容72，74是1微法的耦合电容。
尽管本发明的音调补偿讨论的是使用空间扩展的2声道，该音调补偿也可以用在多于两个声道的系统中，如，环绕声响系统。在一个环绕声响系统中，后面的扬声器被输入一个信号差，如(L-R)或(R-L)信号。无论后面的扬声器信号是否被空间扩展，或者他们是否有提升的具备或者不具备空间扩展的中频范围，本音调补偿都可以应用。

Claims (12)

1.用于L和R信号声道(14，16)的立体声扩展电路，其特征在于：
L和R信号声道，它们分别具有第一和第二放大器(11，12)，每个放大器有相应的非倒相(13，15)和倒相(26，28)输入端以及一个输出端(17，20)，所述每个放大器的相应的输入端中的一个接收相应的输入信号；
一条反馈路径，该反馈路径耦合在相应的输出端(17，20)和不接收输入信号的所述的相应的输入端(26，28)之间；
在所述输入端(13，15)另外端之间耦合信号用的电路装置，该电路装置用于在各自的输出端(17，20)提供心理声学扩展效果，以及
通过一个耦合在接收输入信号的输入端和耦合各自的输出端的输出信号节点之间的与频率相关的电路来对经扩展的L和R信号进行音调补偿。
2.权利要求1的立体声扩展电路，其特征在于：在低音和/或高音频率范围中进行L和R信号的音调补偿。
3.权利要求1的立体声扩展电路，其特征在于：L和R信号是相对于中频范围的频率信号而被音调补偿的。
4.权利要求1的立体声扩展电路，其特征在于：频率补偿装置包括电阻性的和电容性的部件。
5.权利要求4的立体声扩展电路，其特征在于：该电阻性和电容性部件包括至少一个低通滤波器和一个高通滤波器。
6.权利要求1的立体声扩展电路，其特征在于：音调补偿包含声道之间的交叉耦合。
7.权利要求6的立体声扩展电路，其特征在于：声道间的交叉耦合包括形成一个L+R信号节点。
8.权利要求7的立体声扩展电路，其特征在于：在该节点的信号被添加到每个经扩展的输出信号。
9.权利要求8的立体声扩展电路，其特征在于：使用一个电阻分压器以完成把在节点处的L+R信号添加到经扩展的输出信号。
10.用于L和R信号声道的立体声扩展电路，其特征在于：
每个L和R信号声道(14，16)有各自的第一和第二放大器(11，12)，每个放大器有相应的非倒相和倒相输入端(13，15，26，28)以及输出端(17，20)，所述的每个放大器相应的输入端之一接收相应的输入信号；
一条耦合在相应的输出端和不接收输入信号的所述的相应的输入端之间的反馈路径；
用于在所述输入端的另外端之间耦合信号以便在相应的输出端口提供心理声学扩展效果的电路装置，以及
通过一个耦合在接收输入信号(13，15)的输入端和耦合到相应的输出端(17，20)的输出信号节点之间的与频率有关的电路对经扩展的L和R信号进行音调补偿，该音调补偿包括声道间的交叉耦合，该声道间的交叉耦合包括形成一个L+R信号节点，在L+R信号节点处的信号被添加到每个扩展输出信号。
11.用于L和R信号声道(14，16)的立体声扩展电路，其特征在于：
每个L和R信号声道都有相应的第一和第二放大器(11，12)。每个放大器有相应的非倒相和倒相输入(13，15，26，28)端以及一个输出端(17，20)，每个放大器所述的相应的输入端(13，15)中的一个接收相应的输入信号；
一条反馈路径，该反馈路径耦合在相应的输出端和没有接收输入信号的另一个所述的相应的输入端之间；
用于在另外的所述输入端之间耦合信号以便在相应的输出端提供心理声学扩展效果的电路装置，以及
通过一个耦合在接收信号的输入端和耦合到相应的输出端的输出信号节点之间的与频率有关的电路对经扩展的L和R信号进行音调补偿，该频率补偿电路包括电阻性部件和电容性部件，该电阻性部件和电容性部件包括至少一个低通滤波器和一个高通滤波器。
12.一个电路，其特征在于：
至少一对信号声道(14，16)具有其相应的放大器(11，12)，每个声道都有一个放大器，每个放大器有相应的非倒相和倒相输入端口(13，15，26，28)和一个输出端(17，20)，每个放大器的所述相应输入端中的一个接收相应的输入信号；
一条反馈路径，该反馈路径耦合在相应的输出端和没有接收输入信号的所述相应的另外的输入端之间，以及
用于耦合在接收信号的至少两个输入端之间和在至少两个耦合到相应输出端的输出信号节点之间的与频率有关的电路的装置。
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