專利名稱：人工立體聲電路及人工立體聲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把單聲道輸入信號轉(zhuǎn)換為立體聲格式信號的人工立體聲電路及人工立體聲裝置。
背景技術(shù)：
大多數(shù)人類話音的頻率分布集中在300Hz到3.5KHz附近。1KHz附近對談話的清晰度是重要的，而1KHz的波長大約為30cm，半波長是15cm。
于是，當(dāng)頻率為1KHz的話音在橫向從左側(cè)到達(dá)時(shí)，它是以對左耳的反相位到達(dá)右耳的，因?yàn)橛叶c左耳比較大約遠(yuǎn)15cm。更具體來說，在頻率為1KHz的相同聲音從左和右到達(dá)的情形下，聽者的感覺是聲源像呈現(xiàn)在前方。在右側(cè)的聲音對左側(cè)聲音相位滯后180°的情形下，聽者感覺聲源像位于左側(cè)。
另一方面，在聲音來自前方的情形下，話音頻帶(300Hz到3.5KHz)是通過耳垂和耳孔被加強(qiáng)的。當(dāng)聲音正好來自側(cè)面時(shí)，頻率特征幾乎是平坦的。
傳統(tǒng)的人工立體聲電路特別降低了在20Hz到20KHz頻帶中話音頻帶(300Hz到3.5KHz)的音量，從而提高立體聲效果。此外，只從音量的差別并不能獲得充分?jǐn)U展的感覺。因而在20Hz到20KHz頻帶中，在L和R聲道之間設(shè)置了90°相移作為相位差，以這樣的相位差，聲源像就不位于橫向，且能夠易于造成擴(kuò)展的感覺。
圖6是表示考慮了這一方面的傳統(tǒng)的人工立體聲電路。標(biāo)號21表示單聲信號輸入端，標(biāo)號22L，23L和24L表示對L聲道的相移電路，而標(biāo)號22R，23R和24R表示對R聲道的相移電路。標(biāo)號25表示協(xié)調(diào)(合成)電路，并包括加法器26，帶阻濾波器(BEF)27和加法器28與29。標(biāo)號30表示人工L聲道輸出端，且標(biāo)號31表示人工R聲道輸出端。
級聯(lián)連接的L聲道側(cè)的三個相移電路22L，23L和24L有這樣的結(jié)構(gòu)，使得對于級聯(lián)連接的R聲道側(cè)的三個相移電路22R，23R和24R在20Hz到20KHz頻道內(nèi)相對地總是保持90°的相位差。換言之。20Hz到20KHz的頻道被劃分為三個頻道，并通過具有成對的22L與22R，23L與23R及24L與24R的相位電路相對保持90°的相位差。(參見Bedosian，S.D.，“90相位差網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)”電路理論IRE學(xué)報(bào)，卷CT-7，1960年6月)。
人工立體聲信號是通過協(xié)調(diào)電路25從具有90°相位差的L信號和R信號產(chǎn)生的。首先，通過反相獲得的L信號和R信號在加法器26中相加，于是產(chǎn)生一L-R信號并輸入到帶阻濾波器27。在帶阻濾波器27中，基于圖7所示的頻率特性對人耳方向感易于感知的話音頻道(300Hz到3.5KHz)的電平進(jìn)行衰減，加強(qiáng)混響聲音或回音的信號被取出并輸入到加法器28和29。在加法器28中，L-R信號被加到L信號并輸出到L聲道輸出端30。在加法器29中，通過使L-R信號反相而獲得的信號被加到與L信號有90°相位差的R信號，并輸出到R聲道輸出端31。
如上所述，傳統(tǒng)的人工立體聲電路衰減了話音頻道(300Hz到3.5KHz)的電平，以便使來自前方的聲音裝扮成來自側(cè)面的聲音。此外，只從這種音量差并不能獲得充分的擴(kuò)展感覺。因而，三個相移電路級聯(lián)連接到每一LR聲道，并在20Hz到20KHz頻道中加入作為相位差的90°相位，利用該相位差，聲源像就不位于橫向并能夠易于產(chǎn)生擴(kuò)展的感覺。
然而，在圖6所示的人工立體聲電路中，通過濾波器消除300Hz到3.5KHz頻帶的成分，相位和音量的變化在20Hz到20KHz頻帶內(nèi)變得明顯。因而，有一個問題是聲源像的位置變得不清晰而得到不自然的立體感。
此外，使用了例如相移電路22L，23L，24L，22R，23R，24R，濾波器27等的電路。因而需要大量的電容器(至少八個)，并且對于電容器需要大電容值。由此，當(dāng)完全形成IC時(shí)必須外面附加電容器。于是，有一個問題即是增加了IC引腳的數(shù)目。使用具有高輸出阻抗的gm放大器，對于具有低電容的電容器能夠組成所需的濾波器。然而，卻不能避免S/N和失真因子的劣化。
此外，在揚(yáng)聲器之間的間隔小的情形下，即大約20cm或更小時(shí)，不能獲得充分的立體聲效果。
此外，在圖6所示的人工立體聲電路中，需要兩類驅(qū)動電路驅(qū)動揚(yáng)聲器。特別是，在傳統(tǒng)裝置用于人工立體聲再生的情形下，必須另外提供用于人工立體聲再生和揚(yáng)聲器的電路，因而增加了成本。
本發(fā)明的第一個目的是要提供一種人工立體聲電路，該電路中能夠使相位的變化減小到最小以獲得自然的立體聲感覺。此外，能夠降低電容器的數(shù)目。
本發(fā)明的第二個目的是要提供一種人工立體聲電路和人工立體聲裝置，其中借助兩個揚(yáng)聲器能夠獲得自然的立體聲感覺，此外無需增加或修改電路就能夠降低成本。
本發(fā)明的第三個目的是要提供一種人工立體聲電路和人工立體聲裝置，它們在揚(yáng)聲器之間的間隔較小例如20cm或更小的情形下，也能夠產(chǎn)生立體聲效果。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種人工立體聲電路，該電路包括一單聲道信號輸入端，一連接到信號輸入端的L聲道和R聲道之一的信號輸出端，一相移電路其輸入側(cè)連接到信號輸入端，以及其輸出側(cè)連接到相移電路的L聲道和R聲道另一聲道的信號輸出端。在輸入信號的全頻帶中該相移電路具有幾乎相等的增益，且根據(jù)輸入信號頻率的增加進(jìn)行從0°到180°的變化的相移。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一放大器或衰減器連接到L聲道或R聲道的線路，并在L聲道或R聲道之間設(shè)置了3dB或更大的增益差。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，相移電路由這樣一種相移電路代替，該電路在輸入信號的全頻帶具有幾乎相等的增益且適于在頻帶300Hz到3.5KHz內(nèi)進(jìn)行從90°到175°變化的相移。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，相移電路由這樣一種相移電路代替，該電路在輸入信號的全頻帶內(nèi)具有幾乎相等的增益且適于在1KHz頻率處進(jìn)行從120°到170°度變化的相移。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種人工立體聲裝置，該裝置包括單聲道信號輸入端，連接到信號輸入端的用于L聲道的揚(yáng)聲器，以及連接到信號輸入端用于R聲道的揚(yáng)聲器，該揚(yáng)聲器增益等于L聲道揚(yáng)聲器的增益。用于L聲道和R聲道的揚(yáng)聲器之一在輸入信號的全頻帶具有幾乎相等的增益，并根據(jù)輸入信號頻率的增加進(jìn)行從0°到180°變化的相移。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，用于L聲道的揚(yáng)聲器和用于R聲道的揚(yáng)聲器之間的增益差設(shè)置為3dB或更大。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，揚(yáng)聲器之一由這樣一個揚(yáng)聲器代替，該揚(yáng)聲器在輸入信號的全頻帶具有幾乎相等的增益，并在300Hz到3.5KHz的頻帶內(nèi)進(jìn)行從90°到175°變化的相移。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，揚(yáng)聲器之一由這樣一個揚(yáng)聲器代替，該揚(yáng)聲器在輸入信號的全頻帶具有幾乎相等的增益，并在1KHz的頻率處進(jìn)行從120°到170°變化的相移。
附圖簡述

圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一方面的第一實(shí)施例的人工立體聲電路的電路圖；圖2是圖1的電路中相移電路的增益和相位的頻率特性圖；圖3是表示圖1的電路中相移電路的電路圖；圖4是表示根據(jù)本發(fā)明的第一方面的第二實(shí)施例的人工立體聲電路的電路圖；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的第二方面的一實(shí)施例的人工立體聲裝置的示意圖；圖6是表示傳統(tǒng)的人工立體聲電路的電路圖；以及圖7是圖4的帶除濾波器的頻率特性圖。
具體實(shí)施例方式
如上所述，人的兩耳之間間隔大約為15cm，當(dāng)用于確定聲音清晰度的頻率為1KHz的聲音從耳的一側(cè)到另一耳側(cè)傳送期間其相位變化180°時(shí)，聲源像的定位成為確定的。
然而，頻率為3.5KHz的的聲音波長為8.5cm。由于即使相位差達(dá)到180°，但較大頻率變化的聲音在它從一個耳到達(dá)另一耳時(shí)相位變化為幾乎兩個周期，故人耳很少聽到該相位的變化。由于頻率為300Hz或更小的聲音波長為1m，因而不能聽到相位的變化。于是，沒有必要象傳統(tǒng)技術(shù)那樣在20Hz到20KHz的全頻帶內(nèi)總是保持L和R聲道之間的相位差為90°。
重復(fù)各種實(shí)驗(yàn)，能夠?qū)σ韵伦龀龃_認(rèn)。更具體來說，如果兩聲道之間的增益差在輸入信號的全范圍內(nèi)幾乎保持不變，并且相移能夠根據(jù)頻率的增加在兩個聲道之間從0°到180°變化，則聲源像能夠被定位在前方。特別是，在300Hz到3.5KHz的頻帶內(nèi)兩聲道之間相位差有從90°到175°之間的變化，則聲源像能夠被定位在前方。尤其是，如果在1KHz頻率處兩聲道之間相移有120°到170°的相位差，則聲源像能夠很好地被定位，以至能夠獲得擴(kuò)展感覺的立體聲效果。此外，還能夠確認(rèn)，如果在1KHz附近的頻率處相位差小于120°，則不能獲得擴(kuò)展的感覺，并且如果在1KHz頻率處相位差大于170°，則聲源像被定位在一個方向。
本發(fā)明的第一方面的第一實(shí)施例圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一方面的第一實(shí)施例的人工立體聲電路的圖示。標(biāo)號1表示單聲道信號輸入端，標(biāo)號2表示插入在L聲道側(cè)的相移電路，標(biāo)號3和4表示緩沖器，標(biāo)號5表示人工L聲道示出端，標(biāo)號6表示人工R聲道示出端。
如圖2所示，相移電路2在輸入信號的全頻帶具有幾乎相等的增益，并具有根據(jù)輸入信號頻率的增加進(jìn)行從0°到180°變化的相移功能，并特別具有引起相位在300Hz的頻率處相移90°功能。在300Hz到3.5KHz的頻帶內(nèi)，相移從90°變化到175°。尤其是，在1KHz頻率處進(jìn)行120°到170°(例如，147°)的相移。圖3是表示相移電路2的具體結(jié)構(gòu)的電路圖，該電路包括運(yùn)算放大器7，電阻器R1，R2和R3，以及電容器C1。設(shè)置R1＝R2＝R3＝20KΩ，以及C1＝0.027μF。
通過在L聲道線路插入上述相移電路2，能夠在保持聲源像的定位狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)具有小的相位變化的立體聲效果，并能夠獲得充分的擴(kuò)展感覺。這時(shí)，能夠只以相位差而獲得擴(kuò)展的感覺。因而，不需要在兩個聲道之間形成音量差。此外，對于所使用的相移電路2只需要一個電容器。因而，當(dāng)要整體形成IC并外部附加時(shí)，也只要另外裝設(shè)一個IC引腳即可。
而且在相移電路2不是插入L聲道而是R聲道的情形下，能夠獲得相同的功能和效果。
本發(fā)明第一方面的第二實(shí)施例如上所述，在揚(yáng)聲器之間的間隔小，例如20cm或更小，且兩個聲道的增益彼此相等的情形下，即使如第一實(shí)施例中所述插入相移電路2，也不能夠獲得立體聲效果。
如圖4所示，在第二實(shí)施例中，在相移電路2和緩沖器3之間插入一放大器8，以獲得3dB或更大的增益。其結(jié)果是，在全頻帶內(nèi)在兩個聲道之間形成3dB或更大的增益差。因而，即使揚(yáng)聲器之間的間隔小，即20cm或更小，也能產(chǎn)生立體聲效果。
如果不插入放大器8而插入衰減量為3dB或更大的一個衰減器，則可獲得相同的效果。如果放大器8或衰減器插入到R聲道側(cè)，則能夠獲得相同的效果。簡而言之，在全頻帶內(nèi)兩個聲道之間的增益差最好應(yīng)為3dB或更大。
本發(fā)明第二方面的第一實(shí)施例圖5示出根據(jù)本發(fā)明第二方面的一個實(shí)施例的人工立體聲設(shè)備。標(biāo)號9表示L聲道的揚(yáng)聲器，而標(biāo)號10表示R聲道的揚(yáng)聲器。
揚(yáng)聲器具有一頻率稱為最小諧振頻率fo，在該頻率，振動系統(tǒng)包括振動部分中的等效質(zhì)量，和支撐振動部分自由振動的諸如邊緣或阻尼器元件。通過改變振動的錐形紙的尺寸和材料來震動以改變等效質(zhì)量，或通過使用諸如布料或尿烷作為揚(yáng)聲器的邊緣，或通過調(diào)節(jié)阻尼器的強(qiáng)度，fo可被設(shè)置為一可選頻率。在fo附近Q和相位有很大變化。因而，使用具有不同fo的兩個揚(yáng)聲器，從而構(gòu)成揚(yáng)聲器9，以便具有圖2所示的增益和相位的頻率特性。更具體來說，揚(yáng)聲器9在輸入信號的全頻帶內(nèi)具有幾乎相等的增益，并根據(jù)輸入信號頻率的增加進(jìn)行從0°到180°變化的相移，并設(shè)置為在300Hz到3.5KHz的頻帶內(nèi)進(jìn)行從90°到175°變化的相移，特別是，在1KHz頻率處進(jìn)行從120到170°(例如147°)的相移。
可以代替揚(yáng)聲器9而對揚(yáng)聲器10設(shè)置圖2所示的增益和相位的頻率特性。
此外，在揚(yáng)聲器9和10之間的間隔小，例如為20cm或更小的情形下，如上所述難以產(chǎn)生立體聲效果。因而，在輸入信號的全頻帶內(nèi)在揚(yáng)聲器9和10之間，最好提供3dB或更大的增益差。
根據(jù)本發(fā)明，如上所述，通過只在聲道之一中插入相移電路即可構(gòu)成人工立體聲電路。因而，相位的變化可被降低到最小，并能夠?qū)崿F(xiàn)自然的立體聲效果。此外，對于整體形成IC只需要一個電容器和一個用于外部附著的引腳即可。
另外，在用于L聲道和R聲道的揚(yáng)聲器之一中進(jìn)行與相移電路中相同的相移。于是，只借助于揚(yáng)聲器而不使用相移電路就能夠產(chǎn)生優(yōu)秀的立體聲效果。
并且，插入放大器或衰減器以便在兩個聲道之間具有3dB或更大的增益差，或調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器之間的增益差，以便兩個聲道之間具有3dB或更大的增益差。于是，即使揚(yáng)聲器之間的間隔為20cm或更小，也能夠產(chǎn)生優(yōu)秀的立體聲效果。
權(quán)利要求
1.一種人工立體聲電路，該電路包括一單聲道信號輸入端，連接到信號輸入端的L聲道和R聲道之一的信號輸出端，相移電路，其輸入側(cè)連接到信號輸入端的，以及其輸出側(cè)連接到相移電路的L聲道和R聲道中另一聲道的信號輸出端，其中在輸入信號的全頻帶中該相移電路具有幾乎相等的增益，且根據(jù)輸入信號頻率的增加進(jìn)行從0到180度的變化的相移。
2.權(quán)利要求1的人工立體聲電路，其中一放大器或衰減器連接到L聲道或R聲道的線路，并在L聲道或R聲道之間設(shè)置了3dB或更大的增益差。
3.權(quán)利要求1和2中任何一個的人工立體聲電路，其中的相移電路由這樣一種相移電路代替，該電路在輸入信號的全頻帶具有幾乎相等的增益且適于在300Hz到3.5KHz的頻帶內(nèi)進(jìn)行從90到175度變化的相移。
4.權(quán)利要求1和2中任何一個的人工立體聲電路，其中相移電路由這樣一種相移電路代替，該電路在輸入信號的全頻帶具有幾乎相等的增益且適于在1KHz頻率處進(jìn)行從120到170度變化的相移。
5.一種人工立體聲裝置，該裝置包括一單聲信號輸入端，連接到信號輸入端的用于L聲道的揚(yáng)聲器，以及連接到信號輸入端用于R聲道的揚(yáng)聲器，該揚(yáng)聲器增益等于L聲道揚(yáng)聲器的增益，其中用于L聲道和R聲道的揚(yáng)聲器之一在輸入信號的全頻帶具有幾乎相等的增益，并根據(jù)輸入信號頻率的增加進(jìn)行從0到180度變化的相移。
6.權(quán)利要求5的人工立體聲裝置，其中用于L聲道的揚(yáng)聲器和用于R聲道的揚(yáng)聲器之間的增益差設(shè)置為3dB或更大。
7.權(quán)利要求5和6中任何一個的人工立體聲裝置，其中揚(yáng)聲器之一由這樣一個揚(yáng)聲器代替，該揚(yáng)聲器在輸入信號的全頻帶具有幾乎相等的增益，并在300Hz到3.5KHz的頻帶內(nèi)進(jìn)行從90到175度變化的相移。
8.權(quán)利要求5和6中任何一個的人工立體聲裝置，其中揚(yáng)聲器之一由這樣一個揚(yáng)聲器代替，該揚(yáng)聲器在輸入信號的全頻帶具有幾乎相等的增益，并在1KHz的頻率處進(jìn)行從120到170度變化的相移。
全文摘要
一種人工立體聲電路,該電路包括單聲信號輸入端,連接到信號輸入端的L聲道和R聲道之一的信號輸出端,其輸入側(cè)連接到信號輸入端的相移電路,以及其輸出側(cè)連接到相移電路的L聲道和R聲道另一聲道的信號輸出端。在輸入信號的全頻帶中該相移電路具有幾乎相等的增益,且根據(jù)輸入信號頻率的增加進(jìn)行從0到180度的變化的相移。相位的變化可降低到最小并能夠?qū)崿F(xiàn)自然的立體聲效果。此外,對完全形成IC只需要一個電容器和一個外附著用的引腳即可。
文檔編號H04S5/00GK1377210SQ02107539
公開日2002年10月30日 申請日期2002年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月22日
發(fā)明者杉本芳酮 申請人:新日本無線株式會社