CN1930915B - 用于处理声音信号的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明描述用于处理环绕左声道(S_L)和环绕右声道(S_R)的声音信号的方法。从而，生成在环绕右声道(S_R)和环绕左声道(S_L)的结果信号之间的连续变化的延迟。而且，本发明描述了延迟管理单元、声音处理系统、包括这样的声音处理系统的音响系统、用于这样的音响系统的混合单元以及包括这样的声音处理系统的演播室系统。

Description

用于处理声音信号的方法和系统

技术领域

本发明涉及用于处理环绕左声道和环绕右声道的声音信号的方法和系统、延迟管理单元、诸如家庭娱乐设备、汽车声音系统等的音响系统、用于这样的音响系统的混频单元以及声音系统。

背景技术

已经研制了许多声音信号处理技术，试图改善在音响系统中使用扬声器再现的声音的质量，尤其是对于包括由左右声道部件组成的立体声声道的音响系统。这样的音响系统的例子是家庭音响系统，诸如高保真(hi-fi)系统、影院声音系统和汽车声音系统，它们均处理声音信号，以便为扬声器提供声音输入信号。“扬声器”通常被理解为将声音输入信号转换为可听声波的物理设备或“驱动器”，即，利用电磁铁使之振动的(薄)膜片，其又利用声音信号来激活。当使用单极子扬声器时，声音像是从扬声器的方向始发出来的。偶极子扬声器或驱动器包括两个具有相反相位的声源，其隔开小的距离。偶极子扬声器并不是在所有方向上都同等辐射的，因此它的方向性图体现出指示强的声音辐射的两个波瓣，以及在其它方向上不辐射声音的特性。这可以利用包括多个驱动器组合在一起的扬声器来实现。可将一个或多个扬声器放置在“盒子(box)”中。在下文中，术语“扬声器”可以指单个驱动器或一组驱动器，有时被称为“阵列”。

利用通常位于收听者的左边和右边的扬声器，将立体声信号转变成声音，以使该声音或多或少指向说话者的左右耳。

有些音响系统试图通过从位于房间周围的各个位置上的扬声器的布置方案中发出声音来传递较好的收听体验，例如，Dolby Digital 2.0或Dolby Digital 5.1，其中可以实施多达6个扬声器——一个用于低音信号的亚低音扬声器、两个前置扬声器、两个环绕扬声器和一个中心扬声器。这些系统的缺点在于：必须在收听者背后的一定距离上放置所要求的附加扬声器。这不总是有可能的，尤其是对于用于小房间的家庭娱乐系统来说，其中收听者不能为了保证与后置扬声器的必要间隔而将他的座位安排安置在房间的中央。而且，这样的扬声器必须以某种方式连接到放大器，这通常意味着电缆沿着天花板或地板的难看的长度。

其它的音响系统在收听者的前面使用偶极子扬声器阵列，从而为中央声道、左右前声道、以及左右环绕声道产生不同的波瓣。环绕声道的波瓣指向侧墙，其中声音朝向收听者反向反射。能够使用偶极子扬声器的特性在房间中产生好的效果，从而提供扩散的和宽广的声音重现。以这种方式再现的声音可以给予收听者他被声音环绕的印象。这种印象在有限的区域中是最强烈的，被称为“有效点(sweet spot)”。在有效点内，给予收听者声音来自所有周围的印象，从而不会觉得是直接从扬声器中发出的。然而，在有效点之外，感觉到的声音质量快速下降，并且由于左右环绕声道部件的干扰而时常感觉到染色(效应)或失真，这是起源于立体声信号中的不同分量所行进的距离的恒定差异的结果。

发明内容

因此，本发明的目的是在宽阔的收听区域中提供增强的环绕声音感觉。

为此，本发明提供用于处理环绕左声道和环绕右声道的声音信号的方法，其中在环绕右声道和环绕左声道的信号之间生成连续变化的延迟。用于去相关(decorrelate)环绕左声道和环绕右声道的延迟可能周期性地变化，在这种情况中它可以在非常慢的诸如数十秒的时标上振荡。同样，它可以具有随机或伪随机特性。由于引起的“有效点”不再被限制到小的区域，而是在较大的区域上扩展，所以去相关提供了增强的环绕声音感觉的效果。环绕信号的连续去相关确保了收听者将不再承受令人不快的单声道效果，而这样的效果能够在其中没有去相关环绕信号的其他系统中出现。

特别地，本发明提供一种用于处理环绕左声道和环绕右声道的声音信号的方法，其中生成在环绕右声道和环绕左声道的信号之间的连续变化的延迟，以及其中左环绕声道和右环绕声道均被分割成多个频带，并且每个环绕声道的每个频带相对于相同声道的其它频带并且也相对于其它环绕声道的相应频带被延迟。

特别地，本发明还提供一种延迟管理单元，用于立体声环绕声道的环绕右声道和环绕左声道，包括：

频率分割装置，用于左环绕声道和用于右环绕声道，从而将每个声道分割成多个频带；

多个可变延迟单元，用于环绕右声道和环绕左声道中的不同频带，从而在环绕右声道和环绕左声道的信号之间提供连续变化的延迟；以及

控制信号生成器，其中所述控制信号生成器具有连接到可变延迟单元的控制信号输出，以产生连续变化的延迟，以及其中所述控制信号生成器用于生成控制信号来控制可变延迟，以便相对于相同声道的其它频带和相对于其它环绕声道的相应频带、利用连续变化的延迟来延迟每个环绕声道的每个频带。

特别地，本发明又提供一种声音处理系统，包括本发明的延迟管理单元。

特别地，本发明还提供一种音响系统，所述系统包括：

中央声道和立体声声道的源，其中立体声声道包括立体声前声道和立体声环绕声道，其中立体声环绕声道包括环绕左声道和环绕右声道；

本发明的声音处理系统，用于处理所述中央声道和立体声声道；和

多个扬声器，用于将处理过的声道转换成可闻声音。

特别地，本发明又一种混合单元，用于具有中央声道和立体声声道的声音处理系统，其中立体声声道包括立体声前声道和立体声环绕声道，其中立体声环绕声道包括环绕左声道和环绕右声道，所述混合单元包括：

用于中央声道和立体声声道的线输入；

线输出，用于连接到扬声器；

用于混合中央声道和立体声声道的装置，以提供修正的中央声道和立体声声道，从而产生偶极子扬声器瓣的定向安排，并传送修正的中央声道和立体声声道到线输出；

本发明的延迟管理单元，用于在环绕右声道和环绕左声道之间生成连续变化的延迟。

特别地，本发明还提供一种演播室系统，包括本发明的声音处理系统。

本发明的中心点是相互独立地处理左右环绕声道，以试图创建更宽广的效果，不像其它公知的方法一样在添加之前对右与左环绕声道之间的差信号进行延迟。

因为以这种方式对立体声环绕声道的左右分量进行延迟导致增强的环绕声音感觉，所以在下面提到环绕声道或其左右分量时，可以使用形容词“增强的”，以避免与其它声音信号处理步骤中的其它类型的延迟相混淆。

为了通过去相关环绕声道达到这种增强的环绕声音感觉，可以使用延迟管理单元，用于在立体声环绕声道的环绕右声道和环绕左声道的信号之间提供连续变化的延迟。该连续变化的延迟可以通过在左右环绕声道的信号路径中插入可变延迟单元来生成，并且可以周期性振荡，或者同样可以具有随机性。可变延迟单元和延迟管理单元中的其它元件可以利用包括集成电路和/或模拟电路的电路的形式来实现，或者可以使用包含数字信号处理模块的软件来实现。优选地，该延迟管理单元可以使用最合适的软件模块与数字和/或模拟硬件元件的组合来构成。

从属权利要求以及后续的描述特别地公开了本发明的优选实施例和特性。

在本发明的相对简单的实施例中，相对于其它的环绕信号，每个环绕信号被整体延迟，即在其整个频率范围上进行延迟。这里，整个左环绕声道相对于整个右环绕声道被延迟。

为了保证引入到左右环绕声道中的变化延迟在任何时候彼此之间都是有效不同的，最好生成连续变化的延迟，以使左右环绕声道总是去相关的。这可以通过充分计算所需的延迟并对其进行监视来实现，以确保它们始终是不同的。然而，在本发明首选的成本效果合算的实施例中，左环绕声道和右环绕声道均被分割成多个频带，且每个环绕声道的每个频带相对于同一声道的其它频带，而且也相对于其它声道的对应频带被延迟。通过以这样的方式将声道分割成分(量)频带并将每个频带延迟不同的数量，实现甚至更好的去相关。例如，每个环绕声道可以被分割成低、中和高频带。一个声道的低频带相对中频带和相对高频带被延迟，因此相同声道的两个频带的每种组合之间的延迟都是不同的。而且，因为每个频带被延迟不同的数量，所以左和右环绕声道的频带的每种组合之间的延迟也是不同的。

用于为声音处理系统的环绕声道生成增强的左右分量的合适的延迟管理单元包括：用于左环绕信号和用于右环绕信号的频率分割装置，将每个信号分割成多个频带；和每个环绕声道中的可变延迟单元；和控制信号生成器，具有控制信号输出，其以这样的方式连接到可变延迟单元，以便在左右环绕声道之间生成连续可变的延迟，因此每个环绕信号的每个频带拥有它各自的可变延迟单元，每个可变延迟单元受其自己的控制信号输入控制的。

用于控制可变延迟单元的控制信号是由控制信号生成器生成的，其可能包含利用硬件或软件实现的专用信号源，或者可以使用音频处理系统中已经存在的信号。这个信号可以具有周期性特性，或者同样也可以是随机或伪随机信号，并且被直接用于控制可变延迟单元之一。在成本效果划算的方案中，控制信号生成器仅包括一个信号源和一系列的修改元件，用于通过对原始控制信号执行一系列的修改来导出用于剩余延迟单元的控制信号。每个修改单元的输出可以用作控制信号输入以及至下一个修改单元的输入，因此每个控制信号不同于所有其它的控制信号。修改可以包括增加或减少控制信号的幅度，例如加倍或减半，或者可以包括对控制信号进行移相来将其延迟一特定的时间量。

由于原始控制信号在相继的步骤中由于修改元件的序列而被改变，所以每个得到的控制信号在幅度和相位上都是不同于其它的。这确保了每个可变延迟单元都具有唯一的控制信号输入。输入控制信号的幅度被解释为时间的值，例如，控制信号的幅度越大，那么由可变延迟单元对其相关频带施加的延迟就越长。因此，每个声道或每个声道(左和右)的频带都被延迟不同的量。而且，因为原始控制信号的幅度总是在变化，所以每个修改的控制信号的幅度也总是在变化。结果，这些频带相对于彼此连续地被延迟不断改变的量。

根据本发明的延迟管理单元可以被并入任意声音处理系统中，用于处理声音信号，例如，被并入诸如像高保真系统和/或TV系统之类的家庭娱乐系统的音响系统、立体声系统或汽车音响系统中。

例如，包括这种声音处理系统的演播室(studio)系统可以位于无线电/TV或录音棚环境中，其中将各种声道的信号进行混合，以用于无线电/TV节目或电影配乐。演播室系统还可以用于在记录媒体上存储结合了增强的环绕声道的配乐(例如，电影配乐或简单音乐)以及任意的伴随轨迹诸如视频，以便以后使用。这种记录媒体可以是光盘(CD)、数字视盘(DVD)、录像带、存储棒、硬盘等。配乐还可以被存储在适于从互联网下载如按次计费电影或在线音乐下载服务的音乐配乐的装置中。

在与其它声道混合之前，能够在根据本发明的声音处理系统的延迟管理单元中处理环绕声信号，以便在配乐中并入增强的环绕声。以这种方式，收听者不必在家中具有包含了这种延迟管理单元的声音处理系统的音响系统来享受增强的环绕声音感觉。即使这种使用去相关的环绕信号产生的配乐从CD、DVD等中进行播放，并被输入到也包括根据本发明的延迟管理单元的声音处理系统，这些环绕信号有效地进行第二次去相关，这对再现声音的质量没有任何不利的影响。

优选的用于例如在家庭环境中产生增强的环绕声的音响系统包括许多不同输入声道的源、根据本发明的用于处理声道的声音处理系统、和多个用于将处理过的声道转换成可闻声音的扬声器。用于这样的音响系统的声道输入可以包括单声道、低音声道、立体声前声道、和立体声环绕声道，其中立体声声道包括左右信号。这些信号可以在声音处理系统中以这样的方式进行处理和混合，以提供声音信号来驱动扬声器。

音响系统的扬声器可以被分布在多个盒子(box)中，每个盒子都包括扬声器阵列。例如，在典型的格局中，包含单个驱动器的单个亚低音扬声器用于重现低音，而左右盒子(均可能包含多个扬声器驱动器)(扬声器阵列)用于分别重现包括立体声声道的左右分量的声音。在这种配置中，实施不同声道的声道分量的某一混合，以获得任何所期望的扬声器阵列的偶极子方向性。为了实现这个目的，将增强的环绕声道与其它声道例如中央声道和左右前声道进行混合，并以这种方式传送到多个扬声器，从而至可闻声音的转换导致了具有所期望定向分布的偶极子扬声器瓣。例如，可以通过以特殊的方式将前立体声声道的右声道分量与中央声道和环绕立体声声道的增强的右声道分量进行混合，获得用于右手边的扬声器阵列的输入声音信号。同样，可以通过以特殊的方式将前立体声声道的左声道分量与中央声道和环绕声道的增强的左声道分量进行混合，获得用于左手边的扬声器阵列的声音信号。以这种方式混合的信号包含不止一个立体声声道的分量，因此利用这些信号驱动的扬声器阵列呈现出所期望的偶极子行为，多个不同的瓣用于中央声道、右和左前声道以及右和左环绕声道。

为此，音响系统的声音处理系统包括混合单元，用于混合输入声道，以提供声音输出声道，并通过以这样的方式将混合的和未混合的(低音)声道传送到扬声器，以产生偶极子扬声器瓣的期望的定向安排。

这样的混合单元可以采取适于插入到现有的声音系统中的信号单元或实体的形式。该混合单元可以包括用于声道的线输入和用于连接到扬声器的线输出，以及用于混合声道以提供声音输出声道的装置，从而产生偶极子扬声器瓣的方向安排。

在特别优选的实施例中，混合单元包括用户可配置的延迟装置，以允许音响系统的用户以这样的方式相对彼此延迟不同的声道，从而为了至少一些声道定向偶极子扬声器的瓣。为此，用户可能能够通过利用合适的用户接口输入相关数据来指定与扬声器和用户的相对位置有关的信息。这个信息随后可以被转换为合适的格式，诸如延迟装置中用于延迟和定标(scale)元件的合适值，以得到扬声器瓣的期望方向性。

通过在环绕右信号和环绕左信号之间引入连续变化的延迟而为了增强环绕声音感觉(音质)目的的根据本发明的延迟管理单元可以并入在此混合单元中或置于该混合单元之前作为独立的单元。

根据本发明的声音处理系统或包括这种声音处理系统的音响系统可以通过实施软件模块或计算机程序产品来执行上述的一些声音信号处理步骤。这样的计算机程序产品可以直接装载到诸如可以在家庭高保真系统、PC、或录音棚声音系统等中找到的可编程声音处理系统的存储器中。一些用于处理声道并在环绕信号中引入可变延迟的单元或模块可以用计算机程序模块的形式来实现。因为可以将任意所需的软件或算法编码在硬件设备的处理器上，所以现有的声音处理系统可以容易地进行改变，以受益于本发明的特点。或者，同样地，可以利用硬件模块来实现以所述方式处理声道的组件。

附图说明

从下面结合附图考虑的详细描述中，本发明的其它目的和特征将变得明显。但是，将明白，这些附图是仅仅为了解释目的而进行设计的，而不是设计为本发明限制的限定。

图1是示出扬声器装置(arrangement)的示意图，具有相关的偶极子瓣和远离周围墙壁朝向收听者的环绕声的反射路径；

图2是根据本发明的一个实施例的音响系统的示意图；

图3是低音重定向模块的方框图；

图4是能量重新平衡模块的方框图；

图5是前/后跨接(cross-over)和均衡的方框图；

图6是中央跨接和均衡的方框图；

图7是根据本发明的一个实施例的混合单元的方框图；

图8是表示根据本发明的一个实施例的具有各种收听位置的扬声器阵列的示意图；

图9a是根据本发明的第一实施例的延迟管理单元的方框图；

图9b是根据本发明的第二实施例的延迟管理单元的方框图；

图9c是根据本发明的第三实施例的延迟管理单元的方框图；

图10示出了根据图9b的延迟管理单元中的延迟单元的控制信号的图表；

图11a、图11b、图11c、图11d和图11e是示意图，示出了根据本发明的实施例的扬声器装置(布置)；

图12是演播室声音系统的方框图。

具体实施方式

在全部附图的描述中，小写体字符“L”表示立体声声道的左分量，而小写体字符“R”表示右分量。在全部附图中，相同的数字表示相同的部件。

图1示出上述的扬声器装置，其中该装置包括包含扬声器L1、L2、L3、R1、R2、R3的扬声器盒子20、21。为了说明目的，图中还画出了扬声器阵列的偶极子瓣DL₁、DL₂、DL₃、DL₄、DL₅、DL₆。通过应用合适的混合技术，扬声器L1、L2、L3、R1、R2、R3的偶极子瓣DL₁、DL₂、DL₃、DL₄、DL₅、DL₆可以朝向或远离收听者13进行定向，从而影响声音感觉的质量。这里，中央偶极子瓣DL₃、DL₄和前立体声偶极子瓣DL₂、DL₅是朝向收听者13定向的。另一方面，后环绕瓣DL₁、DL₆、L1、R3是远离收听者13并朝向房间周围的墙壁14_a、14_b、14_c定向的，因此声波没有直接朝着收听者13进行传播，而是从周围墙壁14_a、14_b、14_c反弹回来的，因为导致的散射和反射生成了漫射声音效果，给予了声音来自四周的印象。

图2示出了用于立体声重现的音响系统3，其可以在家用的高保真系统、汽车、电影院等中找到。由声音处理系统2处理不同声道F、S、C、B的输入信号，以提供修正的输出声道A₁、A₂、A₃、A₄，其中这些不同声道的输入信号可能是来自如电缆或卫星之类的外部源或来自如调谐器、VCR、DVD、CD-ROM、电影配乐等的内部源，这些修正的输出声道在扬声器装置20、21、22中被转换为可听声音之前由放大器15、16、17、18进行放大。输入声道通常包括立体声声道F、S、中央单声道C和低音声道B。立体声声道是前F和后环绕S声道，其依次包括左F_L、S_L和右F_R、S_R分量。

在图2中，示出了各种不同的处理级8、9、10、11、4。

图3示出了用于跨接和低音管理的第一级8，其中对输入声道F、B、C和S的信号执行某一处理，以获得最佳的低频或低音信号A₄，用于输入到被分配给亚低音扬声器22的放大器18，为此在确保放大器18不发生过载的同时根据需要提升低频。首先，在方块801......806中定标所有声道F_L、F_R、S_R、S_L、C和B的输入信号，以避免削波。在求和方块810中将除了低音声道之外的所有主要声道相加在一起。将求和的结果传送到低通滤波器811，在求和方块812中将低通滤波器的输出与定标后的低音信号相加在一起。接下来的带通滤波器813用于阻塞低于亚低音扬声器22的调谐频率的频率。利用低音自动电平控制器(automatic level controller)(ALC)814进一步增强低音信号，选择低音自动电平控制器的参数，以适合所使用的亚低音扬声器22。在放大之前，低音ALC的输出A4不需要进一步的处理。可以在模拟电路中实现带通滤波器813和低音ALC814。

如图4中具体所示，图2中的声音处理系统2的下一级是能量重新平衡块9。将环绕声道S的电平按比例提升到前声道F的电平，以给予收听者最大的环绕体验。为此，在定标方块900中对前声道F的左右分量F_L、F_R进行定标，并将其转发到带通滤波器901。在平均值计算方块903中计算所生成的信号的平均值。同样地，在定标方块中对环绕声道S的左右分量S_L、S_R进行定标，并将其转发到带通滤波器904，然后在平均值计算方块中计算所生成的信号的平均值。利用环绕声道S的带通滤波器904的输出来分割前声道F的平均值计算方块903的输出，以便为这两个声道提供能商。这然后首先通过饱和滤波器907，并且然后通过低通滤波器908，以丢弃不需要的较高频。为此，低通滤波器的输出用于定标输入环绕声道S的电平，以提供修正的环绕声道S的输出信号。仔细选择能量重新平衡块9中处理级的参数，以使生成的环绕声道S的输出信号的能量电平从不超过前声道F的能量电平。以这种方式，考虑原始声音信号的混合。

返回到图2，在跨接和均衡方块10和11中完成前声道F、环绕声道S和中央声道C的一些进一步处理，这些能够分别具体地在图5和6中看到。由于扬声器的偶极子特性，这些方块执行必要的均衡。如图5所示，前声道F在定标方块923进行定标和利用斜坡(shelving)滤波器924进行后续滤波之前通过高通滤波器920和两个双二次滤波器921，922，以提供修正的前声道F的输出信号。同样地，在利用增益方块932进行放大之前，在高通滤波器930和后续的双二次滤波器931中对后环绕声道S进行滤波，以生成修正的环绕声道S的输出信号。在跨接和均衡方块11中对中央声道C实施同样的处理，其中在定标方块941中进行定标之前，输入中央声道C首先通过高通滤波器940并随后在斜坡滤波器942中被滤波，以提供修正的中央声道C的输出信号。可以在如高通滤波器920、930、940和定标滤波器之类的模拟电路中实现图5和6中所描述的一些滤波块。

如图7中所示，图2的声音处理系统的最后一级是混合单元4。混合单元4的用途是以一种特殊的方式混合到达线输入100、200、300的声道F、S、C，以便为放大器15、16、17提供声音输出信号A₁、A₂、A₃，从而在扬声器阵列上实现所期望的音响方向性。将前声道和环绕声道F、S分成其左右分量F_L、F_R、S_L、S_R。首先，在延迟管理单元1中对环绕声道S的左右分量S_L、S_R进行处理，由于这是本发明的核心，所以下面将借助若干图表详细进行描述。利用用户可配置延迟装置5将延迟管理单元1的左右环绕声道S_L、S_R的输出信号和其它声道F_L、F_R、S_L、S_R、C一起进行处理。

可以由用户利用用户接口7进行配置的用户可配置延迟装置5包括：用于不同声道F_R、F_L、S_R、S_L、C的每个输入信号的处理单元的链。每个声道F_R、F_L、S_R、S_L、C通过延迟元件501、502、503、504、505、定标元件511、512、513、514、515和滤波器521、522、523、524、525。将延迟元件501、502和505配置为补偿延迟管理单元1在处理环绕S_R、S_L的信号时所需的额外时间。收听者13所指定的用于控制延迟元件501、502、503、504、505和定标元件511、512、513、514、515的参数将影响扬声器偶极子瓣DL₁、DL₂、DL₃、DL₄、DL₅、DL₆的方向性的角度。

通过以一种特殊的方式彼此相加和相减来混合用户可配置延迟装置5的输出，从而在其线输出101、201、301上生成离开混合单元4的所要求的输出声道A₁、A₂、A₃。为了说明，从右环绕声道S_R得到的输出信号584在求和元件531中与前右声道F_R相组合。该结果利用元件551进行反转，并且利用元件532将其从中央声道C的延迟信号585中减去，以提供被分配给环绕扬声器L1、R3的放大器15的输出声道A₁的分量A_1，2。通过在求和元件533中将右环绕声道分量S_R的信号与前右声道分量F_R的延迟信号相加，获得输出声道A₁的另一分量A_1，1。

用同样的方法，推导出被分配给前扬声器L2、R2的放大器16的输出声道A₂。由于用于生成中央扬声器的偶极子瓣DL₃、DL₄的扬声器L3、R1的信号不需要来自其它声道的帮助，所以仅仅通过反转输入C，得到输出声道A₃。

图8示出了多个收听者能够从中选择的位置行P1、P2、P3。在这个示例中，扬声器20、21位于收听者的前面。例如，用户可以选择沿着位置行P₂就坐。优选位置行的选择可能受房间尺寸的控制，或者收听者可以简单地希望坐在P₂，而不是坐在假定P₃。为了使扬声器偶极子瓣指向期望的位置行P₂，收听者通过用户接口7输入所需的有关扬声器20、21布局的信息和所需的位置行P₂。这足以指定扬声器盒子20、21之间的距离，并且该距离正常利用距离d的中间值m给出。由用户接口7确定用于用户可配置延迟装置5的延迟和定标元件的对应参数，其计算收听者13的方位角度θ₂，以及所生成的偶极子扬声器瓣的方向性角度。一旦收听者以这种方式指定了他的位置，那么他能够在沿着该行的任意一点上享受增强的环绕声感觉。位于沿着指定位置行的其它收听者也能感觉到增强的环绕声。

在混合单元4中与其它声道进行混合之前，通过在专用延迟管理单元1中处理后环绕声道S的信号，生成增强的环绕声。图9a、9b和9c中具体描述了可以通过多种方式实现的这个延迟管理单元1。延迟管理单元1的用途是通过相对于彼此以连续变化的方式延迟环绕声道S的左右分量S_L、S_R来尽可能地去相关环绕声道S的左右分量S_L、S_R。

图9a示出了最简单的变型，其中利用独立的延迟单元D₁、D₂来延迟立体声环绕声道S的左右分量S_L、S_R的信号。信号源G和延迟元件D₁、D₂一起包括控制信号生成器6，其提供控制信号C₁。这里，控制信号C₁是一种对称斜波的形式，因为这样的波形容易生成。信号生成器还可以生成任何其他周期性的信号，例如正弦或余弦波形。延迟元件D₁将控制信号C₁的幅度解释为延迟值，并将分量S_L的信号延迟合适的时间长度。控制信号C₁的最大幅度对应于最大延迟(在这种情况，3000个样本)，而最小幅度值对应于根本没有延迟。

利用修改程序元件M₁对控制信号C₁进行修改，以生成第二控制信号C₂。所述修改包含定标和/或移位控制信号C₁，以提供基本上总是不同于C₁的控制信号C₂。延迟元件D₂将修改后的控制信号C₂的幅度解释为时间值，并相应地对右声道S_R的信号进行延迟。

由于延迟用于所有用意并且用途总是不同的，所以立体声声道S的左右分量S_L、S_R因此是去相关的。信号生成器G所生成的波形的周期是相当大的，在这种情况下为50s，所以该延迟缓慢振荡，确保收听者从不会觉得环绕声是始发自静态平衡点。无论收听者处于什么位置，在某一时间过去之后，他都将感觉到与位于另一点上的人相同的平均环绕感觉。因而，收听体验是最令人愉快的“有效点”有效地扩展在较大的区域上。这意味着不止一个收听者可以享受到最佳的收听体验。

通过去相关左右立体声声道分量S_L、S_R的各个频带，可以得到甚至更好的收听体验。图9b示出了延迟管理单元1，其中每个环绕信号分量S_L、S_R被通过高通和低通滤波器F₁、F₂、F′₁、F′₂，从而将每个信号分量S_L、S_R分割为对应的频带B₁、B₂、B′₁、B′₂。将每个频带B₁、B₂、B′₁、B′₂延迟利用对应的延迟元件D₁、D₂、D′₁、D′₂确定的数量。再次，信号生成器G用于以斜波的形式提供控制信号C₁。另外，控制信号C₁的最大振幅值对应于最大延迟，在这里为1500个样本，而0振幅对应于0个样本的延迟。控制信号经过一系列修改器M₁、M₂、M₃，对于每个延迟元件提供独立的控制信号C₁、C₂、C′₁、C′₂。

图10中示出了控制信号被修改的范围，其中示出了信号生成器G和修改元件M₁、M₂、M₃的输出C₁、C₂、C′₁、C′₂。信号源G的输出是具有周期为50s和振幅τ₁的对称斜波C₁，其中振幅τ₁被D₁解释，以给出1500个样本的最大延迟。修改器元件M₁通过加倍来修改控制信号C₁，以给出控制信号C₂，其振幅τ₂由延迟元件D₂解释，以给出3000个样本的相应最大延迟。为此，修改器元件M₂通过引入移相来修改控制信号C₂，以给出控制信号C′₂。控制信号C′₂的振幅τ′₂由延迟元件D′₂来解释，以给出对应的延迟值。最后的修改器M₃对控制信号C′₂的振幅减半，以给出控制信号C′₁其振幅τ′₁由延迟元件D′₁解释。因此，由延迟元件D₁、D₂、D′₁、D′₂使用四个不同的延迟值τ₁、τ₂、τ′₁、τ′₂在频带B₁、B₂、B′₁、B′₂中引入延迟，其被重新组合，以给出环绕声道S_L、S_R的去相关的立体声信号。这个示例通过使用信号源G提供简单波形C₁并以一种简单方式对其进行修改以产生多个不同的控制信号C₂、C′₁、C′₂，说明了相对容易且成本合算的去相关环绕声道S_L、S_R的方式。

通过将环绕声道S_L、S_R分割成更多个频带，并应用相应更多的控制信号修改器和延迟元件，可以更彻底地执行去相关。图9c中示出了这种延迟管理单元的一个示例，其中利用合适的带通滤波器B₁、B₂、...、B_n、B′₁、B′₂、...、B′_n将每个环绕声道S_L、S_R分割成n个频带，以提供频带F₁、F₂、...、F_n、F′₁、F′₂、...、F′_n。正如之前的实施例中，利用受相应的控制信号C₁、C₂、...、C_n、C′₁、C′₂、...、C′_n控制的专用延迟元件D₁、D₂、...、D_n、D′₁、D′₂、...、D′_n对每个频带进行延迟。信号生成器G提供控制信号C₁，从中由修改器M₁、M₂、......、M_n推导出剩余的控制信号。对延迟后的频带进行重新组合，以生成环绕声道S_L、S_R的去相关输出信号。因为这是一个相当复杂的实施例，所以这样的实现方式更适合于特别高端的设备。

图11a、11b、11c、11d和11e中示出了用于收听位置的许多可能的扬声器装置安排。

在图11a中，扬声器盒子20、21位于收听者13的左前方和右前方。在该实施例中，由盒子20、21中的扬声器重现的声音起源于如电视或高保真系统之类的家庭娱乐设备26。为盒子20、2 1中的扬声器提供声音信号的音响系统可以并入在家庭娱乐设备26或可以位于其它地方。在音响系统中混合这些信号，以便为扬声器驱动器提供偶极子方向性，从而前和中央声道指向收听者13，而环绕声道指向收听者的左右侧的墙壁14_a、14_b。然后，由盒子20、21中的扬声器产生的声波通过这种方式被侧墙14_a、14_b反射，以朝着收听者13后面的墙壁14_c传播，在那它们被再次反射，以致于它们现在朝着收听者13传播。

在图11b中，扬声器盒子20、21此时分别位于收听者13的左边和右边。在该示例中，家庭娱乐设备26并入扬声器22，如用于低音信号的亚低音扬声器。从亚低音扬声器22产生的声音直接朝着收听者13传播。由盒子20、21中的扬声器所生成的包含前和中央声道的声音直接朝着收听者13前面的墙壁14_a传播，其中声波在传播回到收听者13之前被反射。同样地，由盒子20、21中的扬声器所产生的包含环绕声道的声音直接朝着收听者13后面的墙壁14_b传播，其中声波在到达收听者13之前被反射。

在图11c中，在两个盒子20、21中的扬声器使声音朝向收听者13的左右墙14_a、14_b。盒子20中的驱动器使包含前和中央声道的声音朝向墙壁14_a、14_b，在那里所述声音将在传播回收听者13之前被反射。用同样的方式，盒子21中用于将环绕声道转换到声音并位于收听者13后面的驱动器也使声音朝着墙面14_a、14_b输出，在那里所述声音将在到达收听者13之前被反射。

图11d中示出了仅使用一个盒子23的扬声器装置。这里，用于将中央、前和环绕声道转换成声音所需的所有扬声器都被安装在同一个盒子23中。中央驱动器使低音输出朝着收听者13。其它的驱动器使前声输出朝向收听者1 3的左边和右边朝着收听者，并使环绕声输出朝着侧墙14_a、14_b，其中声波在到达收听者13之前被反射。

图11e中给出了最后一个实施例，示出了全部位于收听者13周围的5个扬声器盒子20、21、22、26、27的安排。这里，盒子22中的扬声器使低音声道声音朝向收听者13。盒子20、21中的驱动器使前和中央声道声音从收听者的左右朝向收听者13。另外两个位于收听者13后面的盒子26、27使后或环绕声直接从背后朝向收听者13。

对始发自高保真系统或TV的环绕声信号来说，利用根据本发明的方法增强的环绕声可以被产生，以便在家庭娱乐的音响系统中立即收听。或者，增强的环绕声信号在被转换到适于在存储媒体上存储的格式之前，可以被用于录音棚环境中的配乐等。本发明的显著优势在于，即使收听者不利用具有上述延迟管理单元的音响系统，他也仍然可以享受到利用他的音响系统使用从存储媒体播放的声音信号所重现的增强环绕声。

图12示出了用于此时在录音棚中生成增强的环绕信号的声音处理系统2′。声音输入声道F、S、C和B以通常方式进行记录，以提供给前、环绕、中央和低音声道。记录可以是例如电影配乐。根据本发明，在延迟管理单元1中处理环绕声道信号S_L、S_R，从而为环绕声道S_L、S_R提供声音输出信号，其中环绕声道与其它声道F、C和B一起被记录在记录设备28中。然后，可以在如CD-Rom、DVD、录像带、硬盘、录影带等的存储媒体29上一般以数字形式存储可以是如Dolby Digital5.1等格式的记录。存储媒体29可以被结合在服务器中，以允许从如互联网商店下载记录。然后，可以在其中能混合声道以提供所需的方向性的家庭娱乐设备中播放所述记录。

或者，还可以在被转换到适于存储的格式之前，在家庭音响系统中产生增强的声音信号。然后，可以将这些信号写入到存储媒体中，例如通过烧录DVD或写入到录像带中。

尽管这里以优选实施例的形式公开了本发明，但是可以理解的是，在不背离本发明的精神的情况下，可以进行许多附加的修改和变化。扬声器盒子的数量和每个阵列中驱动器的数量在很大程度上依赖于其中使用音响系统的环境。例如，在家庭娱乐环境中，可以使用相对多的扬声器，而在汽车中，扬声器通常位于门或驾驶舱内，因此在这种音响系统中扬声器的选择通常受到相关尺寸的限制。

为了简明起见，还应当理解，全文中所使用的“一或个”不排斥多个，并且“包括”并不排斥其它的步骤和元件。“单元”或“模块”可以包括多个块或设备，除非明确地描述为单个实体。术语“硬件”可以意味着数字或模拟硬件，且可以表示任何类型的电路，如电路板、集成电路、现有模扳、定制模块等。

Claims (13)

1.一种用于处理环绕左声道(S_L)和环绕右声道(S_R)的声音信号的方法，其中生成在环绕右声道(S_R)和环绕左声道(S_L)的信号之间的连续变化的延迟，以及其中左环绕声道和右环绕声道均被分割成多个频带，并且每个环绕声道的每个频带相对于相同声道的其它频带并且也相对于其它环绕声道的相应频带被延迟。

2.如权利要求1所述的方法，其中生成连续变化的延迟，以致左右环绕声道(S_L，S_R)的信号总是去相关的。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中环绕左声道(S_L)和环绕右声道(S_R)与中央声道和前声道进行混合并被传送到多个扬声器(L1，L2，L3，R1，R2，R3)，以产生具有偶极子扬声器瓣(DL₁，DL₂，DL₃，DL₄，DL₅，DL₆)的定向安排的修正的环绕声道、中央声道和前声道。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中将延迟的环绕声道(S_L，S_R)与前声道、中央声道、低音声道(F_R，F_L，C，B)和/或视频通道一起存储在存储媒体中，以备以后使用。

5.一种延迟管理单元(1)，用于立体声环绕声道(S)的环绕右声道(S_R)和环绕左声道(S_L)，包括：

频率分割装置，用于左环绕声道和用于右环绕声道，从而将每个声道分割成多个频带；

多个可变延迟单元(D₁，D₂，...，D_n，D′₁，D′₂，...，D′_n)，用于环绕右声道和环绕左声道中的不同频带，从而在环绕右声道(S_R)和环绕左声道(S_L)的信号之间提供连续变化的延迟；以及

控制信号生成器，其中所述控制信号生成器具有连接到可变延迟单元的控制信号输出，以产生连续变化的延迟，以及其中所述控制信号生成器用于生成控制信号来控制可变延迟，以便相对于相同声道的其它频带和相对于其它环绕声道的相应频带、利用连续变化的延迟来延迟每个环绕声道的每个频带。

6.如权利要求5所述的延迟管理单元(1)，包括用于每个环绕声道(S_L，S_R)的可变延迟单元。

7.如权利要求6所述的延迟管理单元(1)，其中所述控制信号生成器(6)包括信号源(G)和信号修改器装置(M₁，M₂，...，M_n-1)，其一起为可变延迟单元(D₁，D₂，...，D_n，D′₁，D′₂，...，D′_n)提供控制输入(C₁，C₂，...，C_n-1，C′₁，C′₂，...，C′_n)。

8.一种声音处理系统(2，2′)，包括如权利要求5-7之中任一项权利要求所述的延迟管理单元(1)。

9.一种音响系统(3)，所述系统包括：

中央声道和立体声声道的源，其中立体声声道包括立体声前声道和立体声环绕声道，其中立体声环绕声道包括环绕左声道(S_L)和环绕右声道(S_R)；

如权利要求8所述的声音处理系统(2)，用于处理所述中央声道和立体声声道；和

多个扬声器(L1，L2，L3，R1，R2，R3)，用于将处理过的声道转换成可闻声音。

10.如权利要求9所述的音响系统(3)，其中所述多个扬声器(L1，L2，L3，R1，R2，R3)被配置成形成阵列，并且其中声音处理系统(2)包括混合单元(4)，用于混合中央声道和立体声声道，以提供修正的中央声道和立体声声道，并传送修正的中央声道和立体声声道到扬声器(L1，L2，L3，R1，R2，R3)，以便为中央声道和立体声声道产生偶极子扬声器瓣(DL₁，DL₂，DL₃，DL₄，DL₅，DL₆)的定向安排。

11.一种混合单元(4)，用于具有中央声道和立体声声道(F，S，C)的声音处理系统(2)，其中立体声声道包括立体声前声道和立体声环绕声道，其中立体声环绕声道包括环绕左声道(S_L)和环绕右声道(S_R)，所述混合单元包括：

用于中央声道和立体声声道(F，S，C)的线输入(100，200，300)；

线输出(101，201，301)，用于连接到扬声器(L1，L2，L3，R1，R2，R3)；

用于混合中央声道和立体声声道的装置，以提供修正的中央声道和立体声声道，从而产生偶极子扬声器瓣(DL₁，DL₂，DL₃，DL₄，DL₅，DL₆)的定向安排，并传送修正的中央声道和立体声声道到线输出(103，203，303)；

如权利要求5-7之中任一项权利要求所述的延迟管理单元(1)，用于在环绕右声道和环绕左声道(S_R，S_L)之间生成连续变化的延迟。

12.如权利要求11所述的混合单元(4)，包括用户可配置的延迟装置(5)，用于相对彼此延迟不同环绕声道的信号，从而通过选择合适的延迟定标值来定向中央声道和立体声声道(F_R，F_L，S_R，S_L，C)的偶极子扬声器瓣(DL₁，DL₂，DL₃，DL₄，DL₅，DL₆)。

13.一种演播室系统，包括如权利要求8所述的声音处理系统(2′)。

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