CN1672463A - 音频处理系统 - Google Patents

Abstract

声音产生系统(1)包括两个扬声器(LS_L；LS_R)，它们彼此相随布置在正中面(M)的相对两侧。各扬声器都有设计的辐射特性(R2_L；R2_R)，以便得到更大的最佳听音位置。声音产生系统还包括音频处理系统(10)，其具有麦克风输入(16)和扬声器输出(17；18)，并且适用于产生具有特定平衡比(ρ_LR)的扬声器驱动信号(SD_L；SD_R)。源位置检测装置(40)与音频处理系统(10)相联系，用于产生表示麦克风(11)的实源位置的位置信号。音频处理系统(10)响应从源位置检测装置(40)接收的位置信号，以修正所述平衡比(ρ_LR)的设置。

Description

音频处理系统

本发明大体上涉及音频处理系统，特别适合于向观众呈现音乐和/或歌曲。更具体地说，本发明涉及适合于卡拉OK的音频处理系统。

在下文中，“驱动器”一词用来指能将电输入功率输入转换为声波输出的设备。在一些常规情况下，这样的设备也指喇叭或扬声器，但在本发明的上下文中，“扬声器(loudspeaker)”一词用来指包括外壳或机箱和安装在所述外壳中的一个或多个驱动的组件，而“发声者(speaker)”一词用来指人，例如说话、唱歌或演奏乐器的人；然而，为了避免误解，通常用“演唱者”一词来指这样的人。

用于向观众呈现声音或歌曲的立体声音频处理系统，通常都是公知的。基本上，这样的系统包括两个或多个由立体声放大器设备驱动的扬声器，该立体声放大器设备可以从常规源(例如CD上的录音)接收常规音频信号。立体声系统有一个涉及听者能够感觉到声音来自的方向的问题，这是公知的。在两个扬声器的情况下，听者会感觉声音好像来自具有虚源位置的虚源，该虚源位置由听者的位置而定。在对称配置的情况下，位于相对于所述扬声器正中面的听者会感觉到虚源位置在所述两个扬声器之间的中心位置。然而，位于所述正中面之外的听者会感觉到虚源位置好像基本与最近的扬声器位置一致。

如果对于听者声源是可见的，那么问题变得有点较复杂了。这应用在“影像”声源的情况下，例如电视屏幕，也可应用在“真实”声源的情况下，例如拿着麦克风的人，例如他可能是讲话者或演唱者或音乐家，并且他在舞台上自由走动。听者会感觉到麦克风产生的声音好像来自固定的虚源位置，其在空间的固定位置，例如与所述两个扬声器之间的中心一致，或基本与最近的扬声器位置一致。然而，讲话者或演唱者可以在舞台上走动等，所以通常讲话者或演唱者的实际位置与听者感觉到的虚源位置不一致。对于这样的听者，看到人在一个位置而感觉他的声音来自另一个位置，这种体验很奇怪，缺少真实感。

本发明的目的就是解决或至少减轻这个问题。

如果对于听者多个独立移动的声源是可见的，例如一群演唱者或音乐家，那么问题变得更复杂了。现在，所有声音似乎都来自一个固定的虚源位置，而听者却看到在不同位置的不同的人。

本发明的目的也是解决或至少减轻这个问题。

根据本发明的一个重要方面，音频处理系统包括：实源位置检测装置，用于产生指示音频源(例如讲话者)实际位置的信号；以及处理装置，响应这个检测装置以适应扬声器驱动装置的平衡，以便移动虚源位置使得基本与检测的讲话者位置对应。

在一个具体实施例中，实源位置检测装置包括信号发送器，其与麦克风相联系或者由讲话者/演唱者携带。在这个实施例中，检测装置还包括适用于接收由发送器发出的信号的接收器系统，以及适用于结合接收器信号以确定发送器位置(例如通过三角法)的处理器。

在另一个较复杂的实施例中，音频处理系统适用于产生麦克风方位信号(microphone bearing signal)，最好具有可听范围外的频率，其中麦克风方位信号由麦克风拾取并发送回音频处理系统，其能计算出麦克风到各扬声器的距离，并由此计算麦克风在空间相对于由扬声器定义的坐标系统的位置。

上面说明的问题已经存在于没有背景音乐时讲话者讲话或演唱者唱歌或音乐家演奏的情况下。在演唱者或音乐家由(背景)音乐伴奏的情况下，问题就更加复杂了。在这种情况下，理想的是，听者应该感觉到两个虚源位置，一个与演唱者相联系，一个与音乐相联系。该音乐可以来自现场乐器或现场管弦乐队(在舞台上具有固定位置)，但是音乐也可以来自声音载体(如唱片)，例如在卡拉OK的情况下，在这种情况下虚音乐虚源位置与录音相联系。在常规的音频处理系统中，没有进行保所述两个虚源位置的正确定位的测量。因此，根据另一个重要方面，本发明提供能用一套扬声器产生音频的音频处理系统，用这样的方式产生两个或更多的虚源位置，也就是(至少)一个虚音乐源位置和(至少)一个虚演唱者源位置，其中虚音乐源位置是独立于实际演唱者位置的固定位置，并且虚演唱者源位置随着演唱者在舞台上走来走去而移动。在一个实施例中，音频系统至少包括两个声音处理通道，第一频率通道基本包括音乐信号，以及第二通道基本包括麦克风信号。处理第一通道内的音频信号，以便产生固定虚源位置。相比之下，处理第二通道内的音频信号，以便产生相应于可变的演唱者位置的可变的源位置。

另一个问题涉及讲话者或演唱者本身。因为他能听到他自己由扬声器再现的声音，所以他可以被认为是听者之一，重要的不同是，他通常位于比实际听众更接近于扬声器的位置。他也会感觉到虚源位置，但是由于他靠近扬声器，所以由演唱者感觉到的虚源位置通常与最近的扬声器位置一致。

本发明也旨在提供解决这个问题的方法。

在一种方法中，适应扬声器的平衡以使由演唱者感觉到的虚演唱者源位置是固定位置，例如相当于两个扬声器之间的中心C，或者使由演唱者感觉到的虚演唱者源位置随演唱者的移动而移动的可变位置。

在另一种方法中，演唱者戴了一副耳机，并设置提供到那副耳机的信号平衡，以使由演唱者感觉到的虚演唱者源位置是两个耳机中间的固定位置。

下面参考附图进一步说明本发明的这些及其它方面、其特征和优点，其中相同的标号表示相同或同样的部件，附图中：

图1示出了扬声器和听者的布置的顶视图；

图2示出了扬声器和听者的布置的顶视图，用于说明根据本发明的可适应的虚源位置；

图3A和3B示出了说明麦克风位置检测装置的框图；

图4示出了说明音频处理系统的框图；

图5示出了说明音频处理系统的另一个实施例的框图。

本发明首先说明一个讲话者/演唱者/音乐家的情况；然后再讨论多个讲话者/演唱者/音乐家的情况。

参考图1，示出了声音产生系统1，包括两个扬声器LS_L和LS_R的配置，以特定的相互距离彼此相随布置。在这里，各扬声器可包括一个或多个各自的驱动器。所述两个扬声器LS_L和LS_R的中间的中心位置指示为C。所述两个扬声器LS_L和LS_R之间的正中面指示为M。更具体地说，两个扬声器LS_L和LS_R相对于这个正中面M对称布置地放置。下标L和R表示左和右，如听者所看到的。图示出了第一听者L1位于与所述正中面M一致的位置，和第二听者L2位于第一听者L1的旁边，距正中面M有一定距离。

图也分别示出了所述两个扬声器LS_L和LS_R的辐射图R1_L和R1_R。辐射图指示由相应的扬声器在特定方向上产生的声音的相对强度，假定所有声音都分别来自一点S_L、S_R，该点被作为极坐标系统的原点。例如，相对于左边扬声器LS_L，平行于所述正中面M通过所述点S_L的线，作为这个坐标系统的X-轴。在极坐标r和φ中定义左边扬声器LS_L前面的位置A，其中r是距离|A-S_L|，φ是X-轴和线AS_L之间的角。

由扬声器在φ方向产生的声音强度，通过从所述一个起点到与相应辐射图的交叉点的线段长度来指示。例如，在第一听者L1方向的声音的相对强度由长度|S_L-B_L|来指示。为了计算在第一听者L1位置接收的声音的绝对强度，可以假定声音强度以预定方式随着距离而降低，通常以距离的负二次方。

这样的辐射图的形状表示了所讨论的扬声器的特性。正常情况下，这样的图相对于φ＝0对称。作为示例，对于扬声器以均匀方式辐射的情况，辐射图R1_L和R1_R构成了(部分)圆。

众所周知，当两个扬声器产生相同(单声道)的声音时，听者会感觉到声音好像来自虚源，该虚源具有由听者位置而定的虚源位置VSL。假定两个扬声器系统LS_L和LS_R具有均匀的辐射图R1_L和R1_R，并且它们以对称方式驱动，则第一听者L1将感觉到虚源位置VSL在所述中心位置C，而第二听者L2将感觉到虚源位置好像基本与最近的扬声器位置一致，也就是图1中右边的扬声器LS_R。

在由这样的音频系统演奏立体声音乐的情况下，第一听者L1会感觉到好的立体声质量，包括在左边通道声音和右边通道声音之间的好的分离，而第二听者L2会感觉到所有声音好像都来自右边扬声器LS_R，这严重影响了甚至消除了立体声感觉。

这主要是由两个影响引起的。第一，听者L2接收来自最近扬声器LS_R的声音比来自较远扬声器LS_L的声音要早。第二，听者L2接收来自最近扬声器LS_R的声音比来自较远扬声器LS_L的声音 具有较大 的强度。

空间中感觉到好立体声质量的区域称为“最佳听音位置(sweepspot)”。在上面描述的常规设置中，最佳听音位置将或多或少地与正中面一致。在改进的和优选的设置中，通过使用具有不均匀辐射特性的扬声器来加宽最佳听音位置，以便沿正中面方向辐射的声音强度比在φ＝0方向辐射的声音强度大。这在图1中分别由辐射图R2_L和R2_R说明了。

再者，对称布置两个扬声器，而此外所述两个不均匀辐射特性是相互镜像对称的，以便对于位于沿正中面M的听者而言情况不变。

再者，第二听者L2接收来自最近扬声器LS_R的声音比来自较远扬声器LS_L的声音要早。然而，第二听者L2接收来自最近扬声器LS_R的声音比来自较远扬声器LS_L的声音 具有较小的强度。这个强度差可能超过10dB。

众所周知，在第二听者L2位置的这个强度差能抵消来自最近扬声器的较早到声波的影响，以便听者L2也会感觉到虚源位置在C处。因此，有效提高了所有听者都会感觉到相同虚源位置的区域(最佳听音位置)范围。

为了更详细描述这个指示为时间/强度trading的已知影响，可参考“空间听觉：人类声音定位的心理物理学”一书(by J.Blauert，TheMIT Press，1983)。

图1也示意性示出了一个可移动的音频源，指示为W，该源在舞台上自由移动，如箭头指示的Y-方向。作为示例，假定这个源W是人，他可以讲话、唱歌或演奏乐器。这个人产生的声音由他携带的麦克风11拾取。如上面提到的，通过音频处理系统处理由麦克风产生的音频信号，并且从扬声器LS_L和LS_R放出声音。在常规系统中，麦克风信号S_M被视为“正常”单声道信号，并且在合适的放大后以相等强度馈送到扬声器LS_L和LS_R。如上面说明的，听者会感觉到麦克风产生的声音好像来自位于空间固定位置的固定虚源位置VSL。然而，讲话者或演唱者可在舞台上走动等，所以通常讲话者或演唱者W的实际位置与听者感觉到的虚源位置VSL不一致。

本发明中，平衡比参数ρ_LR被定义为G_L/G_R的比率，其中G_L和G_R分别指示左边音频通道和右边音频通道的增益。更具体地说，平衡比参数ρ_LR可以由信号频率f而定。平衡比参数ρ_LR可指定用于某一特定频率，其将指示为ρ_LR(f)＝G_L(f)/G_R(f)。平衡比参数ρ_LR也可指定为在从第一频率f1到第二频率f2的频率范围内的所有频率的基本恒定值，其将指示为：

ρ_LR[f1；f2]＝G_L[f1；f2]/G_R[f1；f2]。

在正常的平衡模式下，平衡比ρ_LR＝1；这实际上意味着，如果接收的是单声道信号，那么将这个信号以相等的放大倍数应用到左边扬声器和右边扬声器。如上面说明的，这将导致虚源位置VSL至少在最佳听音位置的听者而言位于所述中心C处。本发明部分基于这样的理解：通过改变平衡比参数ρ_LR可朝两个扬声器中任一个的方向移动虚源位置VSL。

下面参考图2，描述根据本发明的声音产生系统2，它能够提供可移动的虚源位置。首先，在只有一个源的情况下说明本发明。将要说明的是，这样的声音产生系统2特别希望在音频源是可移动的并且对听者是可见的情况下。这样的声音产生系统已经用在了比较窄的最佳听音位置的情况下，但是最好它能实现上面描述的加宽最佳听音位置的技术。

如图2所示，声音产生系统2包括两个扬声器LS_L和LS_R的布置，分别连接到音频处理系统10的扬声器输出17和18。图2还指示了配备麦克风11的人W，他在舞台上自由走动。麦克风11产生麦克风信号S_M，该麦克风信号S_M可通过本身已知的有线连接和无线连接传送到所述音频处理系统10的麦克风输入16。所述音频处理系统10接收并处理麦克风信号S_M，并从而驱动扬声器LS_L和LS_R。如上面说明的，听者将感觉到麦克风声音好像来自虚源位置。根据本发明，所述音频处理系统10提供自适应虚演唱者源位置AVSSL。更具体地说，所述音频处理系统10能以这样的方式产生声音，也就是听者感觉到的虚源位置与人W的实际位置对应，如图2所示。因此，如果这个人W实际上在移动，那么所述音频处理系统10控制它到扬声器的输出信号，以使自适应虚演唱者源位置AVSSL实际上随着所述人W而移动。

所以，根据本发明的音频处理系统10，利用了虚源位置朝具有最高声音强度的扬声器方向移动的效果。因此，在图2描述的情况下，其中人W位于靠近右边扬声器LS_R的位置，根据本发明的音频处理系统10产生它的左边输出驱动信号的幅度要比它的右边输出驱动信号的低。更具体地说，根据本发明的音频处理系统10适用于依照人W的实际位置改变平衡比ρ_LR。

应该注意的是，音频处理系统10可以用在各种类型扬声器的结合中。然而，最好扬声器是具有不对称辐射图R2L、R2R的类型，如上面参考图1说明的，以使在较大的最佳听音位置的所有听者都会感觉到虚源位置AVSSL的移动，而对于在增大的最佳听音位置的所有听者来说移动的虚源位置都大致相同。

理想情况下，虚源位置的移动是这样的：移动的虚源位置基本与人W的实源位置一致。为了能做到这一点，音频处理系统10需要有实源位置上的信息。为此，音频处理系统10配置有实源位置检测装置40。

在一个实施例中，如图3A所示，这样的实源位置检测装置40包括人W携带的发送器41，或最好与麦克风11相联系，以及至少一个耦合到音频处理系统10的接收器42，用于将接收器信号S42发送到音频处理系统10。发送器41适用于发出由接收器42接收的预定义信号S41。所述预定义信号S41是这样的：接收器42或音频处理系统10能计算发送器41的实际位置。

实现这个实施例有多种方法。例如，发送器41可与GPS模块(未示出)相联系，而且预定义信号S41实际上可以将GPS-坐标传播到音频处理系统10。

也可能是这样的，系统包括耦合到音频处理系统10的接收器42的阵列，并且发送器41适用于发出脉冲信号，该脉冲信号可以是光信号或无线电信号，但最好是声音信号，超声波信号更好。当接收器42接收到发出的信号S41时，到达时间由在发送器41和相应接收器42之间的实际距离而定。因此，基于一个发出的信号脉冲S41，音频处理系统10将接收多个接收器信号S42，相对顺序和时间差表示发送器41相对于接收器42的实际位置。

在另一个实施例中，如图3B所示，音频处理系统10被设计成产生通过扬声器LS_L和LS_R的预定义麦克风方位信号S43，通常是脉冲信号。产生的这些位置方位信号S43最好在人耳听不见的频率范围内，但在扬声器和麦克风的能力范围内。发出的信号S43由麦克风11拾取，各自的到达时间由在麦克风11与各自扬声器LS_L和LS_R之间的实际距离而定。由麦克风11拾取的信号S43被转换为电信号S44，并且和部分正常麦克风信号S_M一样，通过正常麦克风通道12(可以是无线通道)被发送到音频处理系统10的输入16。

对由各自的扬声器LS_L和LS_R发出的信号S43进行编码，以有可能在不同的扬声器之间做区分。因此，音频处理系统将接收多个麦克风拾取信号S44_L和S44_R，这些信号以特定的相对顺序和特定的时间差到达。应该注意的是，音频处理系统10也知道发送时间，并且能由此计算出传播时间。音频处理系统10被设计成滤出这些麦克风拾取信号S44_L和S44_R，并处理它们，以便基于麦克风拾取信号S44_L和S44_R的各自传播时间来计算检测麦克风11相对于扬声器LS_L和LS_R的各自位置的实际位置。

麦克风方位信号S43的编码，可以是任何适合于足够由音频处理系统10区分的适当编码。在一个实施例中，麦克风方位信号S43_L和S43_R可以彼此相等，但是对于不同的扬声器发出时间也不同。在这个方面，在从不同扬声器发出的连续信号之间的重复时间可以比传播和处理时间更长些。在另一个实施例中，麦克风方位信号S43_L和S43_R可包括相互具有不同载频的脉冲串。在另一个实施例中，麦克风方位信号S43_L和S43_R可包括包含脉冲宽度编码或脉冲间距编码的脉冲串。

适当的编码是自相关函数尽可能类似于脉冲的编码，例如巴克(Barker)码。也可能使用码对，例如戈莱(Golay)码；戈莱码的更多的详细信息可参考文章“长低自相关二进制序列的品质因素”(byM.J.E.Golay in IEEE Transactions on information Theory，(May 1982)，vol.28，nr.3，p.543-549)。

在任何情况下，音频处理系统10都适用于从在它的输入16接收的信号S42或S44导出指示人W的实源位置的信号或参数值。在此，所述信号或值的实现是不相关的：例如可以是模拟值(如电压电平)，或者它可以是数值。在这方面，应该注意的是，实际上不必特别地计算这样的位置。如果音频处理系统10已经存取了在一方面接收的麦克风信号S42或S44与另一方面适当的平衡比ρ_LR之间的关系，那就足够了。这个关系可以存储在与音频处理系统10相联系的存储器13中，例如以转换表形式。为了考虑扬声器的不同布置，最好关系是可调的，以便在学习阶段对于不同的麦克风位置，可以确定适当的控制设置并存储在所述存储器中。

显然，除拾取信号S44之外，麦克风信号S_M也包含声音信号，指示为语音信号SV，由音频处理系统10处理以通过扬声器LS_L和LS_R再现，其目的是音频处理系统10在它的输出17和18分别产生扬声器驱动信号SD_L和SD_R。具体地说，这些扬声器驱动信号SD_L和SD_R分别包括扬声器的各自驱动器的各自驱动信号。音频处理系统10适用于控制扬声器驱动信号SD_L和SD_R到扬声器LS_L和LS_R的平衡比ρ_LR，以使感觉到的虚点位置AVSSL与接收的麦克风信号S42或S44指示的人W的实源位置对应。在图2所示的情况下，演唱者W更靠近右边扬声器LS_R，通过扬声器驱动信号SD_R到右边扬声器LS_R的相对放大，或通过扬声器驱动信号SD_L到左边扬声器LS_L的相对衰减，或通过二者的结合，音频处理系统10将降低平衡比ρ_LR。

上面，已经说明了本发明的观众中的听者L1、L2的情况，也就是距扬声器较远。对于这样的听者，本发明提供了声音感觉与观看人W的视觉感之间的关联。然而，相对于人W本身出现了同样的问题。这个人W在某种意义上讲也是一个听者，他会听到由扬声器系统产生的他自己的声音(或由他的乐器产生的音乐)。然而，在听者W和观众中的听者L1、L2之间有两个重要的不同。第一个重要的不同是，听者W较靠近扬声器的事实。第二个重要的不同是，听者W没有观看演唱者的视觉感的事实。因此，讲话者/演唱者W遭受听到从与自己位置不一致的位置的自身之外来的自己的声音(音乐)的奇怪感觉。通常讲话者/演唱者W听他自己的声音(音乐)好像来自与最近的扬声器一致的位置(虚源位置)，除非他位于正中面M上。

在某些情况下，是讲话者/演唱者W而不是观众听者L1、L2可能希望解决这个问题。应该注意的是，提出用于提供有关演唱者的解决方案的技术措施，不同于提出用于提供有关观众的解决方案的技术措施，但是应该注意的是，两种情况下的技术措施都是基于相同的发明概念。此外，实现提出用于提供有关演唱者的解决方案的技术措施的音频处理系统，实际上可能不同于实现提出用于提供有关观众的解决方案的技术措施的音频处理系统。然而，在所示的优选实施例中，音频处理系统10包括选择开关14，并且音频处理系统10响应从这个开关14接收的信号，以操作在上面描述的“听众”模式下或下面将要讨论的“演唱者”模式下。

简要地说，在“演唱者”模式下，音频处理系统10的操作相对于“观众”模式相反。如上面说明的，在“观众”模式下，音频处理系统10朝最靠近讲话者/演唱者W的扬声器(LS_R)的方向移动平衡比ρ_LR。相比之下，在“演唱者”模式下，音频处理系统朝最远离讲话者/演唱者W的扬声器(LS_L)的方向移动平衡比ρ_LR。这个平衡移动可以这样以致于讲话者/演唱者W感觉到虚源位置独立于他的实际位置，例如在两个扬声器之间的中心C。然而，平衡移动最好使得讲话者/演唱者W感觉到他自己的声音(音乐)好像来自他自己的位置，也就是自适应虚演唱者源位置AVSSL与他实际的位置一致。

在这两种情况下，音频处理系统需要配置有位置检测装置，以便能计算所需的平衡移动量。对于这些位置检测装置，以及确定检测信号和平衡移动之间的关系的方法，与上面提到的相对于“观众”模式下应用的相同。

在另一个优选实施例中，音频处理系统能够解决讲话者/演唱者W和观众听者L1、L2的问题。在这个优选实施例中，如图3A所示，讲话者/演唱者W配备有耳机的头戴耳机48(headset of earphones)，并且音频处理系统10还有耦合到发送器47的输出19，该发送器47用于将输出信号发送(最好无线)到头戴耳机48。在这种情况下可以省略选择开关14。相对于它的输出17和18驱动扬声器LS_L和LS_R，音频处理系统10操作在上面描述的“观众”模式下。相对于它的输出19，音频处理系统10可操作在单声道模式下，以便讲话者/演唱者W从左边耳机和右边耳机听到的他自己的声音具有相等的定时和相等的强度，并且会感觉到他自己的声音好像来自于他自己的位置。在这种情况下，由讲话者/演唱者W感觉到的虚源位置也随着实源位置而移动，也就是讲话者/演唱者W的实际位置。

应该注意的是，在这个实施例中，发送器41可以与头戴耳机48联系而不是麦克风11。

上面，相对于单一声源，也就是只有讲话者/演唱者产生的信号说明了本发明。例如这可应用于向观众说话的讲话者、或没有伴奏音乐唱歌的演唱者、或演奏乐器的一个音乐家。在两个或多个声源的情况下，情况变得更复杂了。可以想象有几种情况。

第一种情况，只有一个来自移动源(讲话者/演唱者)的声音信号，以及一个或多个来自固定源的信号，例如在演唱者有音乐伴奏的情况下。固定源可以是现场管弦乐队，或例如从CD播放的录音。该录音也可包括唱歌。下文中，这样的固定音频被称为“背景”；与此对比，由人W产生的音频被称为“前景”。

第二种情况，有两个或多个来自移动源的声音信号，例如在两个或多个单个演唱者在舞台上彼此独立移动的情况下。在这种情况下也可以有固定源。

本发明也提供了这些更加复杂化的解决方案。

图4示出了包括用于例如从CD播放机接收背景信号的输入51的音频处理系统10的实施例。假定输入51是立体声输入；因此，示出了两个信号线。尽管音频处理系统10能够从立体声麦克风接收前景信号，但是这里假定麦克风输入16是单声道输入；因此，只示出了一个信号线。

记录的背景可包括与前景一样性质的音频。例如，人W可以是演唱者，并且记录的背景也可以包括唱歌。在另一个示例中，人W可以是音乐家(例如小提琴演奏者)，并且记录的背景可以包括小提琴音乐。无论如何，对应于这个具有与前景相同性质的背景音频的声音信号都称为“相同性质背景音频信号”。如果需要，可通过带阻滤波器52抑制这些相同性质背景音频信号。对于语音音频(如唱歌)的情况下，合适的频率范围例如是300-4500Hz。此外，麦克风输入16接收的麦克风信号可包含背景，例如因为麦克风拾取了伴奏乐队的声音；如果需要，可通过回音反馈抑制器53或带通滤波器来抑制这些背景信号。在人W发出语音音频(如唱歌)的情况下，合适的频率范围例如是300-4500Hz。

在人W演奏乐器的情况下，可根据这种乐器的典型频谱设置其它的频率范围，代替上面提到的频率范围，这对于本领域的技术人员应该是清楚的。

音频处理系统10包括音乐处理装置54，用于以合适的方式处理背景信号；这个背景处理装置54可以是常规的处理装置，这里不详细讨论了。背景处理装置54具有输出56L和56R(立体声)。

音频处理系统10包括前景处理装置55，用于以合适的方式处理麦克风信号(语音；音乐)；这个前景处理装置55可以是常规的处理装置，这里不详细讨论了。前景处理装置55可具有两个不同的输出57L和57R，用于处理立体声信号；然而，在这个实施例中，前景处理装置55具有一个输出57。

音频处理系统10还包括两个可控放大器59L、59R，两者都有连接到前景处理装置55的输出57的输入。音频处理系统10包括控制装置60，产生到可控放大器59L、59R的控制信号，以便响应麦克风方位信号S42或S44、模式选择开关14的输出信号、以及存储器13中的信息来设置所述可控放大器59L、59R的增益G_59L、G_59R，以产生加权的前景信号S_57L和S_57R，这对于本领域的技术人员而言是清楚的。第一加法器61具有连接到背景处理装置54的左边输出56L和连接到左边放大器59L的输出的输入，并且它有连接到第一输出17的输出以提供左边扬声器驱动信号SD_L。第二加法器62具有连接到背景处理装置54的右边输出56R和连接到右边放大器59R的输出的输入，并且它有连接到第二输出18的输出以提供右边扬声器驱动信号SD_R。

所述两个增益的比G_59L/G_59R对应于平衡比ρ_LR。

如图4所示的实施例，也能将头戴耳机驱动信号SD_H提供给头戴耳机输出19。第三加法器63具有连接到前景处理装置55的输出57和连接到背景处理装置54的左边输出56L和右边输出56R的输入。所有这些信号都在没有加权的情况下相加。输出19的单声道信号将产生在头戴耳机48的耳机之间的虚源位置。

因此，如图4所示的音频处理系统10，至少包括两个用于处理可移动麦克风信号的信号处理通道，这种处理不同于固定源信号的处理。图5示意性示出了音频处理系统10的更加复杂的实施例，它能处理两个或多个可移动麦克风的布置。通常，图5与图4相差不大，但是为方便起见省略了滤波器52、53以及处理单元54、55。音频处理系统10具有多个麦克风输入端口16i(在示出的示例中是3个)，以及各麦克风信号的独立信号处理通道，这样的信号处理通道包括可控放大器59Li和59Ri。为了控制在各单个信号处理通道中的可控放大器的增益，音频处理系统10将包括相应的控制单元60i，响应相应的麦克风位置检测装置(未示出)。因此，在加法器61和62中结合以前，如前面描述过的，单独处理各麦克风信号，与相应麦克风的实际位置对应。在提供到扬声器LS_L和LS_R的全部信号中，各麦克风信号分量由扬声器LS_L和LS_R再现，以使相应的自适应虚演唱者源位置实际上与相应演唱者的实际位置对应。

在优选实施例中，音频处理系统10具有多个头戴耳机输出19i，每个都用于向头戴耳机提供头戴耳机输出信号SDHi以由一个相应演唱者使用。处理单元70接收所有加权的麦克风信号S57Li和S57Ri。所有头戴耳机输出信号都可以是单声道的，并且可以彼此相同。然而，在更复杂的处理中，有关其他演唱者的方向性错觉是在各头戴耳机输出信号中产生的。所以，所有头戴耳机输出信号最好都是立体声的。关于各头戴耳机输出信号SDHi，将相应的加权麦克风信号S57Li和S57Ri相加并以单声道提供。来自背景输入51的可能背景也以单声道提供。其他演唱者的麦克风分量可提供有这样的左/右加权，以使感觉到的虚源位置与其他演唱者的实际位置对应。

本领域的技术人员应该清楚，本发明并不局限于上面讨论的示范性实施例，但是从属权利要求中定义的本发明的保护范围内可能有各种改变和修改。

Claims (21)

1.声音产生系统，包括：

麦克风；

音频处理系统，具有用于从所述麦克风接收麦克风信号的麦克风输入，所述音频处理系统还具有扬声器输出，用于输出扬声器驱动信号，该扬声器驱动信号再现了来自所述麦克风的至少部分所述麦克风信号；

其中所述音频处理系统适用于产生具有特定可适应平衡比的所述扬声器驱动信号；

所述声音产生系统还包括源位置检测装置，其与所述音频处理系统相联系，用于产生表示所述麦克风实源位置的位置信号；

其中所述音频处理系统响应从所述源位置检测装置接收的位置信号，以修正所述平衡比的设置。

2.如权利要求1所述的声音产生系统，其中所述音频处理系统与存储器相联系，该存储器包含关于一方面所述位置信号和另一方面适当平衡比之间的关系的信息。

3.如权利要求2所述的声音产生系统，其中所述关系是可调整的。

4.如权利要求1-3中任一项所述的声音产生系统，其中所述实源位置检测装置包括：

可移动的发送器，由麦克风使用者携带，能发出预定义信号；

以及至少一个耦合到所述音频处理系统的接收器，各接收器能接收所述预定义信号并将接收器信号发送到所述音频处理系统；

其中所述音频处理系统适用于从所述接收器信号导出位置信息，例如从从多个接收器得到的所述接收器信号的相对顺序和时间差导出位置信号。

5.如权利要求4所述的声音产生系统，其中所述发送器与所述麦克风相联系。

6.如权利要求4所述的声音产生系统，其中所述发送器与头戴耳机相联系。

7.如权利要求1-3中任一项所述的声音产生系统，还包括一套扬声器，分别连接到所述扬声器输出，适用于响应所述扬声器驱动信号产生声音；

其中所述音频处理系统被设计成，产生通过所述扬声器的预定义麦克风方位信号；

并且，所述音频处理系统被设计成，从麦克风拾取信号的相对顺序和时间差导出位置信号，对应于由各自扬声器发出的麦克风方位信号。

8.如权利要求7所述的声音产生系统，其中在人耳听不到的频率范围内产生所述位置方位信号。

9.如权利要求7或8所述的声音产生系统，其中所述音频处理系统被设计成考虑所述麦克风方位信号的发出时间点，并能计算传播时间。

10.如权利要求1-9中任一项所述的声音产生系统，可操作在观众模式下，其中所述音频处理系统适用于朝最靠近所述麦克风的实源位置的扬声器方向移动所述平衡比。

11.如权利要求10所述的声音产生系统，其中所述音频处理系统适用于修正所述平衡比的设置，以使自适应虚源位置基本与所述麦克风的实源位置对应。

12.如权利要求1-9中任一项所述的声音产生系统，可操作在演唱者模式下，其中所述音频处理系统适用于朝最远离所述麦克风的实源位置的扬声器系统方向移动所述平衡比。

13.如权利要求12所述的声音产生系统，其中所述音频处理系统适用于修正所述平衡比的设置，以使如所述麦克风的使用者感觉到的自适应虚点位置基本与所述麦克风的实源位置一致。

14.如权利要求12所述的声音产生系统，其中所述音频处理系统适用于修正所述平衡比的设置，以使如所述麦克风的使用者感觉到的虚点位置基本与独立于所述实际麦克风位置的基本恒定的位置一致，例如在两个扬声器之间的中心。

15.如权利要求1-14中任一项所述的声音产生系统，还包括模式选择开关，所述音频处理系统响应从所述开关接收的信号以操作在“观众”模式下或“演唱者”模式下。

16.如权利要求1-14中任一项所述的声音产生系统，其中所述音频处理系统还包括头戴耳机输出，用于输出头戴耳机驱动输出信号，该头戴耳机驱动输出信号再现了至少部分来自所述麦克风的麦克风信号，并且所述音频处理系统适用于产生具有所述平衡比恒定设置的所述头戴耳机驱动输出信号，或将单声道输出信号提供给所述头戴耳机输出，以使由所述头戴耳机使用者感觉到的虚点位置基本与头戴耳机的耳机之间的中心一致。

17.如权利要求1-16中任一项所述的声音产生系统，包括至少一个麦克风输入，和至少一个用于接收背景信号的背景输入；

所述音频处理系统具有第一信号处理通道，用于处理在所述至少一个背景输入接收的任何背景信号，并用于产生对应于在恒定的第一平衡比下的所述背景信号的扬声器驱动信号；

所述音频处理系统具有第二信号处理通道，用于处理在所述至少一个麦克风输入接收的任何麦克风信号，并用于产生对应于在不同于所述第一平衡比的可适应的第二平衡比下的所述麦克风信号的扬声器驱动信号；

其中，所述音频处理系统响应从所述源位置检测装置接收的位置信号，以修正所述第二平衡比的设置。

18.如权利要求17所述的声音产生系统，还包括带阻滤波器，其与所述背景输入相联系，用于抑制前景信号，其中所述带阻滤波器具有对应于所述前景信号频率范围的抑制频带，例如约为300-4500Hz。

19.如权利要求17或18所述的声音产生系统，还包括回音抑制器或带通滤波器，与所述麦克风输入相联系，用于抑制背景信号，其中所述抑制器或带通滤波器最好具有对应于前景信号频率范围的通带，例如约为300-4500Hz。

20.如权利要求1-19中任一项所述的声音产生系统，包括多个麦克风输入和至少两个对应于各自麦克风的源位置检测装置；

所述音频处理系统具有多个信号处理通道，用于处理在各自的一个所述麦克风输入接收的各自麦克风信号；

所述音频处理系统适用于产生所述扬声器的扬声器驱动信号，所述扬声器驱动信号包括多个扬声器驱动信号分量，各扬声器驱动信号分量对应于各自的一个所述麦克风信号；

其中所述音频处理系统适用于在各自的可适应平衡比下产生所述扬声器驱动信号分量；

所述声音产生系统还包括源位置检测装置，其与所述音频处理系统联系，用于产生表示所述各自麦克风的实源位置的各自的位置信号；

其中所述音频处理系统响应从所述源位置检测装置接收的所述位置信号，以修正所述平衡比的设置。

21.如权利要求20所述的声音产生系统，其中所述音频处理系统适用于修正所述平衡比的设置，以使各自的自适应虚源位置基本与所述各自麦克风的各自实源位置对应。

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