專利名稱：具有最大橫向分離度的多聲道主動(dòng)型矩陣音響重放的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將一對(duì)立體聲輸入音響信號(hào)解碼成多路輸出信號(hào)經(jīng)適當(dāng)放大后分別通過配置在聆聽者周圍的相應(yīng)多個(gè)揚(yáng)聲器重放的音響系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
具體地說，本發(fā)明涉及建立一種具有最佳聽覺心理特性的解碼矩陣的一組設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和解決方案，這種解碼矩陣能保證立體聲信號(hào)的左、右分量之間具有相當(dāng)高的分離度，同時(shí)又能使非定向編碼的分量保持在恒定的電平上而與輸入音響信號(hào)的定向編碼分量的方向無關(guān)。
此外，本發(fā)明還涉及將多聲道音響編碼成可用本發(fā)明的解碼器恢復(fù)的二聲道信號(hào)的技術(shù)。
將一對(duì)立體聲左、右輸入音響信號(hào)解碼成多路輸出信號(hào)的裝置通常稱為環(huán)繞聲解碼器或處理器。環(huán)繞聲解碼器通過將左、右輸入音響信號(hào)以不同比例加以組合形成N路輸出信號(hào)。輸入音響信號(hào)的組合情況在數(shù)學(xué)上可以用一個(gè)N行二列的矩陣來描述，矩陣中的2N個(gè)系數(shù)各與相應(yīng)輸出信號(hào)中所含的左或右輸入音響信號(hào)的比例有關(guān)。
這些矩陣系數(shù)可以是固定不變的，在這種情況下這種矩陣稱為被動(dòng)型；也可以是以由一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)所規(guī)定的方式隨時(shí)間變動(dòng)的，在這種情況下這種矩陣稱為主動(dòng)型。解碼矩陣中的系數(shù)可以是實(shí)數(shù)或復(fù)數(shù)。在實(shí)踐中，復(fù)系數(shù)涉及使用精密的相位正交網(wǎng)絡(luò)的問題，這些網(wǎng)絡(luò)較為昂貴，因此目前大多數(shù)環(huán)繞聲解碼器都不采用，所以所有的矩陣系數(shù)全為實(shí)數(shù)。在本專利申請(qǐng)所揭示的大部分工作中，矩陣元也都是實(shí)數(shù)。實(shí)系數(shù)實(shí)現(xiàn)成本低，而且可以對(duì)用本專利所提出的主動(dòng)型編碼器編碼的五聲道電影膠片進(jìn)行最佳解碼。
然而，實(shí)系數(shù)在對(duì)原用諸如在本申請(qǐng)中所揭示的那樣的被動(dòng)型編碼器根據(jù)五個(gè)聲道編碼的膠片進(jìn)行解碼時(shí)不是最佳的，在對(duì)用現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)四聲道編碼器錄制的膠片進(jìn)行解碼時(shí)也不是最佳的。本發(fā)明也揭示了修改解碼器設(shè)計(jì)使它能對(duì)這樣的膠片進(jìn)行最佳解碼的情況。雖然說明的是在解碼器的輸入加一個(gè)相位校正器，但這種校正也可以通過將矩陣元設(shè)置為復(fù)數(shù)來實(shí)現(xiàn)。
在諸如杜比環(huán)繞矩陣那樣的定義為其中系數(shù)全為常數(shù)的被動(dòng)型矩陣中，通過適當(dāng)選擇這些系數(shù)可以獲得一些理想的性能。這些性能包括用標(biāo)準(zhǔn)編碼器編碼的各路信號(hào)可以用一個(gè)被動(dòng)型矩陣解碼器等響度恢復(fù)而與它們的編碼方向無關(guān)；無明確編碼方向的信號(hào)，如記錄成加到解碼器的兩路輸入不具有相關(guān)性(即為去相關(guān)信號(hào))的音樂，可以在所有輸出聲道內(nèi)等響度恢復(fù)；以及在輸入信號(hào)是定向編碼分量和去相關(guān)分量的組合的情況下，當(dāng)定向編碼分量的編碼方向改變時(shí)去相關(guān)分量無論在響度上或在視在分離度上都沒有變化。
被動(dòng)型解碼器的缺點(diǎn)是，輸入信號(hào)的定向分量和去相關(guān)分量的分離不是最佳的。例如，一個(gè)希望來自前方中央的信號(hào)也在前左和前右輸出聲道中復(fù)現(xiàn)，僅差3dB。因此，目前大多數(shù)解碼器采用使矩陣系數(shù)隨著優(yōu)勢(shì)聲源的視在方向有所改變的結(jié)構(gòu)，也就是說這些解碼器是主動(dòng)型而不是被動(dòng)型的。
在原杜比環(huán)繞聲解碼器制式中，只提供一個(gè)后聲道輸出，用多于一個(gè)的受并行驅(qū)動(dòng)的揚(yáng)聲器重放，因此在后聲道中不存在左、右分離。然而，在相反方向上受到編碼的信號(hào)之間就需要充分分離。
以前的一些專利已經(jīng)對(duì)將一對(duì)立體聲信號(hào)變換成多路輸出信號(hào)的主動(dòng)型矩陣環(huán)繞聲解碼器的許多方面作了說明?，F(xiàn)有技術(shù)揭示了怎樣根據(jù)這對(duì)立體聲的左、右聲道中的分量的振幅之比的對(duì)數(shù)以及振幅和與振幅差之比的對(duì)數(shù)確定定向編碼信號(hào)分量的視在方向。在本專利申請(qǐng)中援引了這種技術(shù)以及與平滑這樣或用其他方法產(chǎn)生的定向控制信號(hào)有關(guān)的許多技術(shù)。我們假設(shè)，存在這樣兩個(gè)定向控制信號(hào)可供使用。對(duì)于本發(fā)明來說，這些定向控制信號(hào)可以從錄在數(shù)碼音響信號(hào)的副信道上的定向信息中得出。
本發(fā)明涉及利用這些定向控制信號(hào)控制主動(dòng)型矩陣的技術(shù)，使得主動(dòng)型矩陣將兩個(gè)輸入端上的信號(hào)以取決于定向控制信號(hào)的適當(dāng)可變比例分配給多個(gè)輸出聲道。
這種矩陣的一個(gè)簡(jiǎn)單例子由Scheiber在美國專利No.3,959,590中給出。通常使用的另一個(gè)矩陣是Mandell在美國專利No.5,046,098中揭示的。一個(gè)具有四路輸出的矩陣在Greisinger的美國專利No.4,862,502中有詳細(xì)說明，而這個(gè)矩陣的完整數(shù)學(xué)描述以及一個(gè)六路輸出矩陣的數(shù)學(xué)描述可參見Greisinger的美國專利No.5,136,650。另一個(gè)六路輸出矩陣是在Fosgate的美國專利No.5,307,415中揭示的。所有這些所知的矩陣都是在上述定向控制信號(hào)的控制下將輸入音響信號(hào)分配給各路輸出的。
這些矩陣的結(jié)構(gòu)各略有不同，但都是通過將兩路輸入信號(hào)各乘以相應(yīng)系數(shù)后再相加來得出每一路輸出的。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的每個(gè)矩陣在知道了每路輸出的兩個(gè)系數(shù)和這些系數(shù)隨上述提供定向信息的定向控制信號(hào)變化的關(guān)系后就可以完全確定。這些系數(shù)是一個(gè)NX2矩陣的矩陣元(N為輸出聲道數(shù))，它們完全確定了解碼器的特性。在大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)中，這些矩陣元沒有直接示出，但可以根據(jù)給出的說明推斷。在一個(gè)具體實(shí)施例中，這些矩陣元也可以很容易測(cè)得。
1992年8月4日頒發(fā)給Greisinger的美國專利No.5,136,650給出了每個(gè)矩陣元對(duì)定向控制信號(hào)的完整函數(shù)關(guān)系。
自頒發(fā)上述Greisinger的專利以來，影片工業(yè)已制定了一個(gè)“5+1”分立音響標(biāo)準(zhǔn)。許多影院用的發(fā)行拷貝和一些家用發(fā)行拷貝都制成帶有一些音軌，包括五個(gè)獨(dú)立的全帶寬聲道(即中央、前左、前右、后左和后右聲道)以及一個(gè)用于超低頻的帶寬縮減的第六聲道。重放這些音軌需要專用的數(shù)字硬件，將這些音軌分路和解壓縮成5+1個(gè)輸出聲道。然而，尚有大量先前發(fā)行的電影拷貝和錄像采用二聲道音軌矩陣編碼制式，無論是模擬的還是數(shù)字的。這樣的音軌在混合處理期間用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的四聲道至二聲道編碼器編碼。
雖然Greisinger和其他人的早期工作通過各個(gè)信號(hào)(兩個(gè)輸入信號(hào)，它們的和和它們的差，以及這四個(gè)信號(hào)分別通過由定向控制信號(hào)控制的相應(yīng)可變?cè)鲆娣糯笃魉玫降男盘?hào))的合并和來描述解碼器的各路輸出。但可以推斷出每路輸出中與具體輸入有關(guān)的項(xiàng)，從而能以封閉形式完全描述矩陣，因此可以用數(shù)字或模擬硬件來實(shí)現(xiàn)解碼器。
二聲道音軌矩陣編碼的標(biāo)準(zhǔn)編碼器有一些局限，因此可以用改進(jìn)的被動(dòng)型編碼器或主動(dòng)型編碼器來產(chǎn)生二聲道矩陣編碼的音軌，這些音軌在通過本發(fā)明所提出的環(huán)繞聲解碼器解碼時(shí)可以達(dá)到更好的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所涉及的是實(shí)現(xiàn)具有使其心理聲學(xué)性能最佳的一定特性的主動(dòng)型矩陣的技術(shù)。
本發(fā)明提出了一種用來配置在具有左、中、右、環(huán)繞輸入和左、右輸出的標(biāo)準(zhǔn)膠片音軌編碼器前的被動(dòng)編碼器，用來為所述標(biāo)準(zhǔn)膠片音軌編碼器提供正確編碼的左、中、右、左環(huán)繞和右環(huán)繞輸入信號(hào)，使得所述這些信號(hào)在由所述標(biāo)準(zhǔn)膠片音軌編碼器編碼成雙音響聲道后可用任何具有下述特性的主動(dòng)解碼器正確解碼，這種解碼器減小輸出中的在預(yù)定方向重放時(shí)不直接涉及的定向編碼音響分量，增大輸出中的在預(yù)定方向重放時(shí)直接涉及的定向編碼音響分量，從而保持這些信號(hào)的總功率不變，同時(shí)保持在非定向信號(hào)的左、右聲道分量之間的高分離度而與所述定向控制信號(hào)無關(guān)。
本發(fā)明還提出了一種接收左環(huán)繞、左、中、右和右環(huán)繞輸入、產(chǎn)生與標(biāo)準(zhǔn)膠片音軌編碼器所提供的相容的復(fù)合左、右音響輸出的主動(dòng)編碼器，包括第一、第二、第三、第四和第五音響輸入端，用來分別接收所述左環(huán)繞、左、中、右和右環(huán)繞輸入信號(hào)；第一、第二、第三、第四和第五信號(hào)檢測(cè)裝置，用來提供分別與所述第一、第二、第三、第四和第五輸入端上的相應(yīng)信號(hào)的振幅成正比的直流電壓，并連接到這些輸入端；第一、第二、第三、第四和第五對(duì)數(shù)放大器，用來分別接收來自相應(yīng)所述信號(hào)檢測(cè)裝置的所述直流電壓，在它們的輸出端給出與各自輸入信號(hào)的對(duì)數(shù)成正比的直流電壓；第一和第二衰減器，用來分別以因子0.53和0.83衰減所述左環(huán)繞信號(hào)；相移函數(shù)分別為φ(f)和φ(f)-90°的第一和第二全通移相器，用來分別接收來自所述第一和第二衰減器的所述經(jīng)衰減的左環(huán)繞信號(hào)；相移函數(shù)均為φ(f)的第三、第四和第五移相器，用來分別接收所述左、中和右輸入信號(hào)；第三和第四衰減器，用來分別以因子0.83和0.53衰減所述右環(huán)繞信號(hào)；相移函數(shù)分別為φ(f)和φ(f)-90°的第六和第七全通移相器，用來分別接收來自所述第三和第四衰減器的所述經(jīng)衰減的右環(huán)繞信號(hào)；第一信號(hào)組合器，用來將大約0.38倍的所述左環(huán)繞輸入信號(hào)與大約負(fù)0.38倍的所述右環(huán)繞輸入信號(hào)相組合；相移函數(shù)為φ(f)的第八全通移相器，用來接收所述第一信號(hào)組合器的輸出；第二信號(hào)組合器，用來按sinθLS、cosθLS，1，0.71和1的比例接收所述第一、第二、第三、第四和第八全通移相器的輸出，以給出所述復(fù)合左輸出信號(hào)；第三信號(hào)組合器，用來按-1、0.71、1、sinθRS、和cosθRS的比例接收所述第八、第四、第五、第七和第六全通移相器的輸出，以給出所述復(fù)合右輸出信號(hào)；第一信號(hào)比較裝置，用來將所述第一對(duì)數(shù)放大器的輸出與所述第二、第三、第四和第五對(duì)數(shù)放大器的輸出中最大的一個(gè)輸出相比較，改變用于所述第二信號(hào)組合器中的方向控制角θLS，使得在所述第一對(duì)數(shù)放大器的輸出超過任何其余對(duì)數(shù)放大器的輸出時(shí)定向控制角θLS的值趨向45°，而在所述第一對(duì)數(shù)放大器的輸出小于其余對(duì)數(shù)放大器中的一個(gè)或幾個(gè)的輸出時(shí)定向控制角θLS的值趨向90°；以及第二信號(hào)比較裝置，用來將所述第五對(duì)數(shù)放大器的輸出與所述第二、第三、第四和第一對(duì)數(shù)放大器的輸出中最大的一個(gè)輸出相比較，改變用于所述第三信號(hào)組合器的定向控制角θRS，使得在所述第五對(duì)數(shù)放大器的輸出超過任何其余對(duì)數(shù)放大器的輸出時(shí)定向控制角θRS的值趨向45°，而在所述第五對(duì)數(shù)放大器的輸出小于其余對(duì)數(shù)放大器中的一個(gè)或幾個(gè)的輸出時(shí)定向控制角θRS的值趨向90°。


本發(fā)明的特征列于所附各權(quán)利要求。對(duì)于本發(fā)明本身和本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)通過以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)說明就可以得到更深入的理解。在這些附圖中圖1為現(xiàn)有技術(shù)的被動(dòng)型矩陣杜比環(huán)繞聲解碼器的原理圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)杜比矩陣編碼器的原理圖；圖3為按本發(fā)明構(gòu)成的執(zhí)行分立五聲道音軌的杜比矩陣兼容編碼的五聲道編碼器的原理圖；圖4為按本發(fā)明構(gòu)成的解碼器的五聲道實(shí)施例的原理圖；圖5a和5b示出了可用于圖4所示電路的典型移相器的詳細(xì)電路圖；圖6a至6e示出了圖4所示解碼器中各信號(hào)之間的關(guān)系；圖7示出了按本發(fā)明構(gòu)成的主動(dòng)型編碼器的原理圖；圖8示出了用來產(chǎn)生用于圖9的相位校正電路的ls/rs信號(hào)的相敏檢測(cè)電路；圖9示出了為了對(duì)被動(dòng)型編碼的影片音軌進(jìn)行最佳解碼而加在圖4所示解碼器前的輸入相位校正電路，圖中還示出了表示控制信號(hào)ls/rs與方向控制角θLS之間的關(guān)系的曲線；以及圖10示出了按本發(fā)明構(gòu)成的簡(jiǎn)化主動(dòng)型編碼器的原理圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括具有最大橫向分離度的五聲道解碼器和七聲道解碼器，但所參照的一般設(shè)計(jì)原理也可用于聲道數(shù)與此不同的解碼器。
在設(shè)計(jì)被動(dòng)型矩陣中，編碼假設(shè)采用標(biāo)準(zhǔn)杜比環(huán)繞聲矩陣，而解碼器有這樣四路輸出左輸出為左輸入乘以1，中輸出為左輸入乘以0.7(嚴(yán)格說來是 或0.701)加上右輸入乘以0.7，右輸出為右輸入乘以1，而后輸出為左路輸出乘以0.7與右路輸入乘以-0.7之和。
圖1示出了信號(hào)關(guān)系如上的現(xiàn)有技術(shù)的被動(dòng)型杜比環(huán)繞聲矩陣解碼器1的簡(jiǎn)化原理圖。LEFT(左)和RIGHT(右)音響信號(hào)分別加到輸入端2、4上，分別由單位增益的緩沖放大器6和8緩沖。這兩路信號(hào)還以上面所規(guī)定的比例在信號(hào)組合器10和12內(nèi)組合。緩沖器6、8的輸出分別加在LEFT和RIGHT輸出端14、16上，而信號(hào)組合器10、12的輸出加在CENTER(中)和SURROUND(環(huán)繞)輸出端18、20上。
如前面所述，這個(gè)矩陣在所有方向上的增益恒定不變，而所有輸出在輸入是去相關(guān)的情況下振幅相等。
可以將這種被動(dòng)型矩陣的設(shè)計(jì)擴(kuò)展到多于四個(gè)聲道的情況。如果我們希望有一個(gè)左后揚(yáng)聲器，就可以利用適當(dāng)?shù)木仃囋贸鱿鄳?yīng)的信號(hào)，但需要滿足以下附加條件以便形成唯一解信號(hào)的去相關(guān)分量的響度在所有輸出中應(yīng)相等，以及在相反的方向上應(yīng)具有高的分離度。
各矩陣元由輸出的方向角的正弦和余弦給出。例如，如果將方向角a定義為對(duì)于一個(gè)正左輸出a＝0°，而對(duì)于一個(gè)前中的輸出為90°，那么中聲道的矩陣元就為左矩陣元＝cos(a/2)(1)右矩陣元＝sin(a/2)(2)因此，對(duì)于a＝90°，兩個(gè)矩陣元都為0.71，如標(biāo)準(zhǔn)杜比環(huán)繞聲矩陣所規(guī)定的那樣。
由式(1)和(2)定義的矩陣元對(duì)于a＝0(正左)至a＝180°(正右)都適用，其中左矩陣元的符號(hào)有改變。對(duì)于左后象限，a為0°至-90°，因此右分量的符號(hào)為負(fù)的。然而，在中后，α＝270°或-90°，因此兩個(gè)分量相等但符號(hào)相反，在這種情況下傳統(tǒng)上右信號(hào)系數(shù)為負(fù)的。這可以通過將式(1)和(2)中的a的范圍表示為[-90°，270°)加以明確，其中方括號(hào)蘊(yùn)涵包括相鄰的極限值，而圓括號(hào)蘊(yùn)涵這個(gè)極限值不包括在范圍內(nèi)。
兩路輸出之間的分離度定義為用分貝(dB)表示的一路輸出中的信號(hào)與另一路輸出中的信號(hào)的電平差。因此，如果有一個(gè)正左信號(hào)，右輸入分量為零，從而在左和正前輸出中的分量分別為1和0.71乘以左輸入信號(hào)。于是，分離度為電平比0.71或-3dB(通常省去負(fù)號(hào))。
任何兩個(gè)角度相差為90°的方向之間的分離度對(duì)于這個(gè)矩陣來說始終為3dB。對(duì)于相差小于90°的方向，分離度將小于3dB。例如，在正后(a＝-90°)和左后(a＝-45°)的兩路輸出將具有下式給出的分離度分離度＝cos(45°)×L/(cos(22.5°)×L)＝0.77＝2.3dB (3)這種情況可以通過采用主動(dòng)型矩陣而得到改善。采用主動(dòng)型矩陣的目的是增大在解碼器輸入端存在定向編碼信號(hào)時(shí)相鄰輸出之間的分離度。我們可能也產(chǎn)生這樣的疑問，這種解碼器在輸入完全是由去相關(guān)的“音樂”組成時(shí)如何工作，而在存在由一個(gè)定向信號(hào)和音樂組成的混合信號(hào)時(shí)又如何工作。在此，我們將用詞“音樂”來標(biāo)記任何這樣合成的去相關(guān)信號(hào)，使得前面所指的假設(shè)可根據(jù)立體聲輸入信號(hào)得出的兩個(gè)定向控制信號(hào)實(shí)際上為零。
以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則可用于任何主動(dòng)型矩陣，現(xiàn)有技術(shù)中的一些解碼器也都不同程度上滿足這些準(zhǔn)則。
A.在沒有去相關(guān)信號(hào)時(shí)，與重放定向信號(hào)無關(guān)的那些聲道的輸出應(yīng)最小。例如，要在右至正前中間處重放的信號(hào)不應(yīng)在右、后聲道內(nèi)產(chǎn)生輸出。類似，要在正前重放的信號(hào)不論在左或右輸出內(nèi)都不應(yīng)有輸出。(這就是成對(duì)混合原理擴(kuò)展到環(huán)繞聲重放的情況)。
B.解碼器對(duì)于各有向信號(hào)的輸出應(yīng)具有相等的響度而與編碼方向無關(guān)。也就是說，無論一個(gè)恒定電平的定向分量定在哪個(gè)方向，各路輸出的平方和應(yīng)是恒定的。大多數(shù)當(dāng)前技術(shù)的解碼器都沒有很好地滿足這個(gè)準(zhǔn)則，總有響度誤差，但這些誤差在實(shí)際上并不顯著。這就是等響度準(zhǔn)則。
C.輸入信號(hào)中的音樂(即去相關(guān)的)分量的響度在所有輸出聲道內(nèi)應(yīng)是恒定的，無論輸入信號(hào)中的定向分量的方向如何，無論定向分量與音樂的相對(duì)電平如何。這個(gè)要求意味著每路輸出的矩陣元的平方和在矩陣元隨方向改變時(shí)應(yīng)保持恒定。當(dāng)前技術(shù)中的解碼器不滿足這個(gè)準(zhǔn)則，而且通?？擅黠@察覺。這可以稱為恒定功率準(zhǔn)則。
D.重放僅去相關(guān)音樂與重放僅定向信號(hào)之間的過渡，隨著它們的相對(duì)電平的改變應(yīng)平滑進(jìn)行，而在音響的視在方向上沒有偏移。當(dāng)前技術(shù)的解碼器程度不同地也違背了這個(gè)準(zhǔn)則。這個(gè)準(zhǔn)則可以稱為恒定方向準(zhǔn)則。
在必需遵從杜比定向邏輯(Dolbg Pro-Logic)規(guī)范的膠片解碼器中，通常使用的環(huán)繞聲重放系統(tǒng)并不應(yīng)用上述的準(zhǔn)則D，而是必需滿足以下準(zhǔn)則E。
E.預(yù)定來自室內(nèi)前方從左經(jīng)中央至右任何方向的信號(hào)在輸入信號(hào)中只有很小或沒有去相關(guān)信號(hào)(即不存在音樂)時(shí)應(yīng)在電平上相對(duì)在被動(dòng)杜比環(huán)繞聲矩陣中信號(hào)的電平提升3dB。在音樂是優(yōu)勢(shì)輸入信號(hào)(不存在定向分量)時(shí)，這電平不提升。因此，在解碼器從僅音樂信號(hào)向純有向編碼信號(hào)過渡時(shí)，前半空間中的定向信號(hào)的電平應(yīng)得到提升。
與杜比定向邏輯規(guī)范匹配的解碼器的最佳設(shè)計(jì)應(yīng)使去相關(guān)音樂在所有聲道內(nèi)都是恒定的，除了有強(qiáng)定向編碼信號(hào)的那些輸出，這些聲道內(nèi)的音樂在電平上可以與定向信號(hào)相對(duì)音樂的強(qiáng)度成正比地增大，最大為3dB。音樂電平在任何不存在定向編碼信號(hào)的輸出中都不應(yīng)減少。這個(gè)準(zhǔn)則可以稱為最小增益浮動(dòng)準(zhǔn)則。
在所有現(xiàn)行的主動(dòng)型矩陣解碼器中，一個(gè)隱含的處理原則是在不存在定向編碼信號(hào)時(shí)矩陣應(yīng)回復(fù)為前面所述的實(shí)現(xiàn)數(shù)目符合要求的輸出聲道的被動(dòng)型矩陣。這個(gè)假設(shè)初看顯得是合理的，但從心理聲學(xué)感覺的觀點(diǎn)來看，這既非必要也不是所希望的。按本發(fā)明構(gòu)成的解碼器用以下要求代替這個(gè)假設(shè)。
F.主動(dòng)型矩陣解碼器無論在重放音樂信號(hào)期間還是在重放有定向編碼信號(hào)的音樂信號(hào)期間都應(yīng)具有最大的橫向分離度。例如，音樂信號(hào)具有僅在左側(cè)的小提琴聲和僅在右側(cè)的大提琴聲，那么這些位置應(yīng)得到保持，與同時(shí)存在的定向信號(hào)的強(qiáng)度或方向無關(guān)。這個(gè)要求僅在一個(gè)強(qiáng)的定向編碼信號(hào)正在從不應(yīng)重放它的輸出中被消去的情況下才可放寬。在這些情況下，音樂在電平上將下降，除非改變矩陣元，從與定向的方向相反的方向向受影響的聲道附加更多的能量。這將降低分離度，但這種分離度的降低在有一個(gè)強(qiáng)的定向編碼信號(hào)的情況下不容易聽出來。
要求高分離度(特別是在沒有定向編碼信號(hào)時(shí))是根據(jù)心理聲學(xué)得出的?，F(xiàn)有技術(shù)將矩陣設(shè)想為固有對(duì)稱的，所有方向處理為同樣重要。然而，實(shí)際上不是這樣。人有兩個(gè)耳朵，在觀看電影或欣賞音樂時(shí)通常面朝前，因此對(duì)從前面和后面來的聲音感覺是不同的。
分離度最高為4dB的聲場(chǎng)與分離度高于4dB的聲場(chǎng)之間有著非常大的差別。(在CBSSQ矩陣中考慮到這一點(diǎn)，使得被動(dòng)型解碼器的橫向分離度超過8dB，但犧牲了前后分離度)。以我們看來，分立五聲道膠片重放與傳統(tǒng)的矩陣重放之間的差別是由于環(huán)繞聲道之間的橫向分離度低造成的。Greisinger證識(shí)到這個(gè)要求(F)的重要性，在美國專利No.5,136,650中揭示了一種六聲道解碼器，其中增添了兩個(gè)聲道分別配置在聽眾的兩側(cè)。這兩路輸出具有對(duì)左后和右后兩個(gè)輸出聲道所要求的特性，只要輸出的定向分量方向轉(zhuǎn)到前半空間。也就是說，它們無論定向分量的方向如何都降低定向分量的電平，而且在沒有定向編碼信號(hào)時(shí)具有充分的左右分離度。上述專利中所描述的這些輸出在有定向信號(hào)時(shí)對(duì)于非定向編碼的音樂不保證恒等電平，這個(gè)缺點(diǎn)在本發(fā)明中得到糾正。
上述專利中的編碼器設(shè)計(jì)經(jīng)某些修改后用來制造一些市售的解碼器。這些解碼器的矩陣設(shè)計(jì)在后半空間是用試探法研究的，但一般還能滿足前面所述的這些要求。然而，與可以再改善的相比音樂上有較大的“脈動(dòng)”，而且左后與右后輸出之間定向信號(hào)的泄漏也高于所要求的電平。這里所謂的“脈動(dòng)”是指定向控制信號(hào)根據(jù)定向編碼信號(hào)的方向改變時(shí)造成的可感覺到的音樂信號(hào)的變化。
由于這兩個(gè)原因，就必需改進(jìn)解碼器設(shè)計(jì)，本發(fā)明正是在這方面努力的結(jié)果。本發(fā)明得出，以上A至F這些要求唯一地確定了一個(gè)矩陣。
下面將對(duì)此進(jìn)行數(shù)學(xué)說明。
為了簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)問題，在設(shè)計(jì)解碼器中假設(shè)的編碼器是一個(gè)簡(jiǎn)單的左右搖攝器(pan pot)。在定向控制從左經(jīng)中央至右時(shí)，使用的是如前面式(1)和(2)所示的標(biāo)準(zhǔn)正弦-余弦曲線。這兩個(gè)式子可以改寫為L(zhǎng)(左)＝cost (4)
R(右)＝sint (5)其中t＝a/2 (6)在以上前方定向控制模式中，角t從0°改變到90°。對(duì)于在室內(nèi)后半空間從左經(jīng)后(環(huán)繞)至右的轉(zhuǎn)向，右聲道搖攝器輸出極性反相。這可用以下一對(duì)式子表示L＝cost (7)R＝-sint (8)正后定向控制發(fā)生在t＝45°時(shí)，而對(duì)左、后之間中間位置的左環(huán)繞的定向控制發(fā)生在t＝22.5°時(shí)。
注意，這種編碼與前面所述被動(dòng)型矩陣的矩陣元的相似性。然而，這里定向控制角除了2，而對(duì)于后方定向控制直接示出了符號(hào)的改變。
在設(shè)計(jì)解碼器時(shí)，必需首先確定要提供哪些輸出和隨著輸入編碼定向控制角的改變?cè)鯓痈淖兠柯份敵鲋休斎氲亩ㄏ蚍至?。在以下的?shù)學(xué)描述中，這個(gè)函數(shù)可以是任意的。然而，為了滿足等響度準(zhǔn)則的要求B，使得在一個(gè)信號(hào)在兩個(gè)輸出之間轉(zhuǎn)移時(shí)保持響度不變，對(duì)于振幅函數(shù)只有一些明顯的選擇。
假設(shè)要有前左、前右和前中輸出，各路輸出的振幅函數(shù)假設(shè)為角t兩倍的正弦或余弦。例如，在t從左(t＝0°)至中(t＝45°)變化時(shí)，輸出振幅應(yīng)為左輸出＝cos 2t (9)中輸出＝sin 2t (10)右輸出＝0 (11)在t從中至右(t＝45°至90°)變化時(shí)左輸出＝0 (12)中輸出＝sin(2t-90°)＝-cos 2t (13)右輸出＝cos(2t-90°)＝sin 2t (14)從這些函數(shù)可以得出各聲源在左、中之間和在右、中之間的最佳配置。從這些函數(shù)也可以得出一些對(duì)矩陣問題的非常簡(jiǎn)單的解。在以上這兩種情況中，任何預(yù)期在室內(nèi)后部重放的輸出信號(hào)都應(yīng)始終為零。
在設(shè)計(jì)五聲道型的改進(jìn)解碼器時(shí)，一個(gè)方向定在室內(nèi)后半空間的左、右環(huán)繞(t＝0至t＝22.5°)之間的信號(hào)應(yīng)有左后輸出＝sin 4t(15)右后輸出＝0 (16)而方向定在左環(huán)繞、正后之間時(shí)，總的后部輸出應(yīng)保持不變。用來獲得這種效果的矩陣元不是恒定的，而是變化的，使得在轉(zhuǎn)到正后方向時(shí)矩陣中將右輸入轉(zhuǎn)至左后輸出的元變?yōu)榱恪?br> 在七聲道的實(shí)施例中，在t從0°至22.5°改變時(shí)，在左側(cè)和左后兩路輸出中的輸出應(yīng)相等，并與sin 4t正比地平穩(wěn)上升。在t從22.5°至45°改變時(shí)，左側(cè)的輸出逐漸降低6dB，而左后的輸出逐漸增高2dB，保持總響度(各輸出的平方和)不變。
如上所述，在這種改進(jìn)的解碼器中，即使在定向信號(hào)方向轉(zhuǎn)到正后，左后與左后的輸出也對(duì)去相關(guān)音樂具有最大的分離度，因?yàn)榫仃囍袑⒂逸斎朕D(zhuǎn)至左后輸出(和將左輸入轉(zhuǎn)至右后輸出)的元為零，從而得到完全分離。雖然右后對(duì)于定向信號(hào)在定向控制角為0°至22.5°時(shí)具有零輸出，但是矩陣中為了達(dá)到這個(gè)目的可所的元還是作了適當(dāng)調(diào)整以保證音樂輸出不變，從而與左后的音樂輸出有很小的相關(guān)。
為了進(jìn)一步降低環(huán)繞場(chǎng)中的相關(guān)性，七聲道實(shí)施例中還在側(cè)聲道中加了15ms左右的延遲，而在五聲道和七聲道型中后聲道都延遲25ms左右。
一旦在各定向控制條件下為各輸出選定了響度函數(shù)(這些函數(shù)是左右對(duì)稱的)，就可計(jì)算出各矩陣元與定向控制角的函數(shù)關(guān)系。
一種標(biāo)準(zhǔn)的杜比環(huán)繞聲設(shè)備使所有的環(huán)繞聲揚(yáng)聲器同相連接，一些采用杜比的影院也是這樣裝備的。然而，如前面結(jié)合圖1所說明的標(biāo)準(zhǔn)被動(dòng)型矩陣在左后和右后的輸出上存在一個(gè)問題。從左至環(huán)繞的搖攝導(dǎo)致L(左)與L-R(左后)之間的轉(zhuǎn)移，而從右至環(huán)繞的搖攝導(dǎo)致從R(左轉(zhuǎn)至R-L(右后)此，這兩路輸出在完全于正后定向時(shí)相位相反。美國專利No.5,307,415中所揭示的Fosgate 6軸解碼器以及其他一些解碼器都有這種相位異常情況。在聆聽這些解碼器重放的音響中，由于轉(zhuǎn)向后方的聲音(例如飛機(jī)飛過)而引起的這種相位反相感覺上不能接受，因?yàn)楹蠓铰曇艏葐伪∮钟邢辔簧系膯栴}。本發(fā)明的解碼器配置了一個(gè)移相器，使右后輸出在正后定向時(shí)符號(hào)翻轉(zhuǎn)。這個(gè)移相器做成所提供的相移是中輸出與環(huán)繞輸出的對(duì)數(shù)比的函數(shù)，而且在前方定向時(shí)無效。為此配置的典型移相器將在下面結(jié)合圖5a和5b加以說明。
現(xiàn)實(shí)的編碼器并是像上面所提到的搖攝器那樣簡(jiǎn)單。然而，通過細(xì)選擇檢測(cè)輸入的轉(zhuǎn)向角的方法，由于標(biāo)準(zhǔn)的四聲道編碼器而造成的問題可以在很大度上得到克服。
因此，即使是一個(gè)用四聲道編碼器編碼的標(biāo)準(zhǔn)膠片解碼時(shí)在后半空間也有充分的定向控制。
圖2示出了按現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)編碼器21，如原Greisinger的美國專利No.5,136,650中的圖1所示，有四個(gè)輸入信號(hào)L、R、C和S(分別表示左、右、中和環(huán)繞)加在相應(yīng)的輸入端22、24、26和28上，送至所示的這些信號(hào)組合器和移相器。輸入端22上的左(L)信號(hào)23和輸入端24上的中(C)信號(hào)25分別以比例1和0.707送至信號(hào)組合器30，而輸入端26上的右(R)信號(hào)27和中(C)信號(hào)25以同樣的比例送至信號(hào)組合器32。信號(hào)組合器30的輸出31送至移相器34，而信號(hào)組合器32的輸出33送至另一個(gè)同樣的移相器38。輸入端28上的環(huán)繞(S)信號(hào)29送至第三個(gè)移相器36，它具有比移相器34、38還滯后90°的相位。移相器34的輸出35與0.707倍的移相器36的輸出37一起送至信號(hào)組合器40。同樣，移相器38的輸出39在信號(hào)組合器42內(nèi)與0.707倍的移相器36的輸出37組合。編碼器的輸出A和B分別為信號(hào)組合器40和42的輸出信號(hào)41和43。
在數(shù)學(xué)上，這些編碼器輸出可以用以下兩個(gè)等式表示左輸出(A)＝L+0.707C+0.707js (17)右輸出(B)＝R+0.707C+0.707js (18)雖然一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的四聲道編碼器將不能與五聲道分立的膠片配合，但可以設(shè)計(jì)一個(gè)能與本發(fā)明的改進(jìn)解碼器配合得很好的五聲道編碼器。下面將結(jié)合圖3說明這種編碼器。
新編碼器48的這些附加器件加在上述圖2所示標(biāo)準(zhǔn)編碼器21之前。
左、中、右信號(hào)51、52、53分別加在圖3的輸入端50、52、54上。在左、中、右聲道中，分別將具有相移函數(shù)φ(f)(示為φ)的全通移相器56、58、60插入信號(hào)通路。左環(huán)繞信號(hào)63加在輸入端62上，然后通過一個(gè)相移函數(shù)為φ-90°的全通移相器66。右環(huán)繞信號(hào)65加在輸入端64上，送至φ-90°的移相器68。
信號(hào)組合器70將來自移相器56的左移相器輸出信號(hào)57與0.83倍的來自移相器66的左環(huán)繞移相輸出信號(hào)67組合，形成標(biāo)為L(zhǎng)的輸出信號(hào)71，通過輸出端76送至標(biāo)準(zhǔn)編碼器21的左輸入端22。
類似，信號(hào)組合器72將來自移相器60的右移相器輸出信號(hào)61與-0.83倍的來自移相器68的右環(huán)繞移相輸出信號(hào)69組合，形成標(biāo)為R的輸出信號(hào)73，通過輸出端82送至標(biāo)準(zhǔn)編碼器21的右輸入端26。
類似，信號(hào)組合器74將-0.53倍的來自移相器66的左環(huán)繞移相器輸出信號(hào)與0.53倍的來自移相器68的右環(huán)繞移相輸出信號(hào)69組合，形成標(biāo)為S的輸出信號(hào)75，通過輸出端80送至標(biāo)準(zhǔn)編碼器21的環(huán)繞輸入端28。
中移相器58的輸出信號(hào)59標(biāo)為C，通過輸出端78送至標(biāo)準(zhǔn)編碼器21的中輸入端24。
圖3所示編碼器具有這樣的特性任何分立輸入LS、L、C、R、RS的信號(hào)將產(chǎn)生一個(gè)編碼信號(hào)，它可用本發(fā)明的解碼器正確重放。在兩個(gè)環(huán)繞輸入LS、RS中同相的信號(hào)將產(chǎn)生一個(gè)正后轉(zhuǎn)向的輸入，而在兩個(gè)環(huán)繞輸入中反相的信號(hào)將產(chǎn)生一個(gè)無轉(zhuǎn)向信號(hào)，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)編碼器的輸出A與B將是正交的。
圖3的編碼器與圖2的標(biāo)準(zhǔn)編碼器結(jié)合后的數(shù)學(xué)表示可用以下形式給出。
A＝(L+j0.83LS)+0.71C+0.38(LS-RS) (19)B＝(R-j0.83RS)+0.71C-0.38(LS-RS) (20)所有現(xiàn)行的采用主動(dòng)矩陣的解碼器都是根據(jù)輸入信號(hào)所提供的信息來控制各矩陣系數(shù)的。所有現(xiàn)行的解碼器，包括本發(fā)明的解碼器，都通過求出經(jīng)整流和平滑的左、右輸入信號(hào)A和B、它們的和A+B、它們的差A(yù)-B這些的對(duì)數(shù)來得到這個(gè)信息。將這四個(gè)對(duì)數(shù)相減后就得出左、右信號(hào)比l/r的對(duì)數(shù)以及和、差(即中、環(huán)繞)信號(hào)比c/s的對(duì)數(shù)。在本說明中，l/r和c/s都用分貝表示。因此，如果左聲道比右聲道響，l/r就為正；如果信號(hào)定向在前方，即和信號(hào)大于差信號(hào)，c/s就為正。在以上這種五聲道被動(dòng)型編碼器中各衰減值選擇成使得在只有LS輸入驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生相同的l/r值，這可以理解為在角t設(shè)定為22.5°(后)時(shí)利用簡(jiǎn)化的編碼器來設(shè)計(jì)解碼器。在這種情況下l/r為2.41，也就是8dB左右。
對(duì)于一個(gè)用簡(jiǎn)化的編碼器分配到兩個(gè)輸入聲道使得A＝cost和B＝±sint的單聲道信號(hào)，l/r與c/s不是獨(dú)立的。為了求出定向控制角t，我們只需要求出左電平除以右電平的反正切即可。如果將正左定義為t＝0°，則有t＝90°-arctan(10^((cl/r)/20)) (21)其中l(wèi)/r用dB表示，如上所述。
然而，由于這兩個(gè)電平只是在幅度上進(jìn)行比較，因此為了確定方向是在前方還是在后方，我們必需知道c/s的符號(hào)，正為前方方向，負(fù)為后方方向。
實(shí)際上，送至解碼器的輸入信號(hào)并不是從一個(gè)搖攝器得出的，而是從如圖2所示的編碼器得到的，這種編碼器應(yīng)用了正交移相器。此外，除了轉(zhuǎn)向的信號(hào)外幾乎總是有去相關(guān)的“音樂”存在。
在以下說明中，將確定矩陣元的問題分為四個(gè)部分，這取決于在用哪個(gè)編碼空間象限，是左前、左后、右前還是右后象限。
我們將假設(shè)一個(gè)七聲道解碼器具有左前、中央、右前、左側(cè)、右側(cè)、左后和右后各路輸出。對(duì)于每路輸出必需確定兩個(gè)矩陣元，這些矩陣元對(duì)于不同的定向象限是不同的。由于矩陣具有左右對(duì)稱性，因此右前和右后象限的系數(shù)可以通過相對(duì)前后軸反映來求出，所以這里僅推導(dǎo)左前和左后的定向控制作用。
對(duì)于前象限，我們將假設(shè)采用對(duì)杜比環(huán)繞聲的以上要求D而不是要求E，而后再加以修正。
前方定向控制與Greisinger(美國專利No.5,136,650)的類似，但在本發(fā)明中描述定向控制的函數(shù)是不同的，而且是獨(dú)特的。為了求出這些函數(shù)，必需分別考慮每路輸出。
隨著角t從0°變化到45°，左輸出應(yīng)遞減至零，因?yàn)槲覀儾幌Ｍ谧笄奥暤纼?nèi)出現(xiàn)任何正中定向的信號(hào)。如果正左為t＝0°，我們就將角定義為ts＝arctan(10^((c/s)/20))-45° (22)左輸出為矩陣元LL乘以左輸入加上矩陣元LR乘以右輸入。一個(gè)來自簡(jiǎn)化編碼器的全定向信號(hào)將導(dǎo)致在這范圍內(nèi)左輸入A＝cos ts和右輸入B＝sin ts。我們希望隨著t的增大左輸出的電平滑地降低，遵從函數(shù)FL(ts)，這個(gè)函數(shù)在我們的例示解碼器中取為cos(2ts)。因此，左輸出可以表示為左輸出＝LL cos ts+LR sin ts＝FL(ts)＝cos(2ts)(23)如果對(duì)于去相關(guān)音樂的輸出應(yīng)為恒定，則這兩個(gè)矩陣系數(shù)的平方和必需為1，即LL2+LR2＝1 (24)這些對(duì)于所有輸出形式基本相同的方程可以歸結(jié)為一個(gè)對(duì)于LFR的二次方程，它具有兩個(gè)解。在每一種情況下，這兩個(gè)解中的一個(gè)比另一個(gè)可取得多。對(duì)于左輸出，有LR＝sin ts cos(2ts)+/-cos ts sin(2ts) (25)LL＝cos ts cos(2ts-/+sin ts sin(2ts)(26)選擇可取的符號(hào)(在方程(25)中為負(fù)，在方程(26)中為正)，經(jīng)數(shù)學(xué)恒等變換后，這兩個(gè)方程可簡(jiǎn)化為L(zhǎng)L＝cos ts (27)LR＝-sin ts (28)在整個(gè)相同的角ts范圍內(nèi)，右輸出應(yīng)為零，即右輸出＝RL cos ts+RR sin ts＝0 (29)
同樣，去相關(guān)的音樂應(yīng)保持不變，有RL2+RR2＝1 (30)通過類似的推理，這些方程可歸結(jié)為RL＝-sin ts (31)RR＝cos ts (32)隨著方向向左或向右轉(zhuǎn)向，中輸出應(yīng)平滑地減小，這種減小應(yīng)受l/r的值控制而不受c/s的值控制。在左或右方向上的強(qiáng)烈轉(zhuǎn)向應(yīng)引起這種減小。這將導(dǎo)致中聲道右矩陣元CL和中聲道右矩陣元CR的值有很大差別，當(dāng)方向從右轉(zhuǎn)換成左時(shí)CL和CR的值將相互交換。根據(jù)l/r得出的方向控制角在此記為tl。假設(shè)tl從0°(正右)至45°(正中或無定向信號(hào)時(shí))。
tl＝90°-arctan(10^((l/r)/20)) (33)其中l(wèi)/r用dB表示。
隨著tl從0°(正左)至45°(正中)的改變，中輸出應(yīng)平滑地增大。這樣增大的函數(shù)將記為FC(tl)，在本實(shí)施例中等于sin(2tl)。利用以上方法可得中輸出＝CL cos tl+CR sin tl＝FC(tl)＝sin(2tl)(34)同樣，對(duì)于音樂需保證常響度，有CL2+CR2＝1 (35)可得下列解CR＝sin tl sin(2tl)-/+cos tl cos(2tl) (36)CL＝cos tl sin(2tl)+/-sin tl cos(2tl) (37)可取的符號(hào)在方程(36)中為正，在方程(37)中為負(fù)。
后輸出的矩陣元在前方定向期間并不像前輸出的矩陣元那樣容易求得。為了求得這些矩陣元，我們引用在Greisinger的美國專利No.5,136,650中所給出的論證和公式。
問題是我們希望左后LRL矩陣元在沒有定向控制時(shí)為1，還希望在左或中定向期間從這個(gè)聲道沒有定向輸出。如果我們遵循以上所用的方法，所得到的矩陣元將使在信號(hào)定向在左方或正中時(shí)無輸出，但在沒有定向控制時(shí)輸出將為兩路輸入信號(hào)之和。這是一個(gè)傳統(tǒng)的解，在無定向控制時(shí)分離度差。我們希望有充分的分離度，也就是說在無定向控制時(shí)LRL必需為1而LRR必需為0。
為了解決這個(gè)問題，矩陣必需設(shè)計(jì)成取決于l/r和c/s兩者的值。在Greisinger(美國專利No.5,136.650)給出的一種解決方法中，用左側(cè)和右側(cè)輸出作為“輔助輸出”。這樣導(dǎo)得的解解決了在左側(cè)輸出中所有角度的定向分量的抵消問題，但輸出的音樂分量隨著定向轉(zhuǎn)至正中要減小3dB。
我們可以對(duì)這些系數(shù)進(jìn)行校正來避免這個(gè)缺點(diǎn)，將它們乘以因子(costs+sin ts)，其中ts為一個(gè)在c/s為1時(shí)為0°而在c/s為大正數(shù)時(shí)增大為45°的角。在以下等式中，角ts和tl分別從c/s和l/r求得。
ts＝arctan(c/s)-45° (38)tl＝arctan(l/r)-45° (39)注意，這里的tl不同于前面在討論中輸出時(shí)所定義的角。
在以上這個(gè)專利所用的術(shù)語中，所產(chǎn)生的分別加到一些可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)輸入端的控制信號(hào)標(biāo)為與左、中、右、環(huán)繞聲道相應(yīng)的GL、GC、GR和GS，從這些控制信號(hào)可以得出對(duì)于左、右環(huán)繞VGA的兩個(gè)輔助信號(hào)GSL和GSR。這里所示的系數(shù)采用各G值的線性組合，以將左、右系數(shù)表示為從c/s得出的ts和從l/r得出的tl這兩個(gè)角的函數(shù)。
按其中的定義GL＝((cos tl-sin tl)/cos tl)＝1-tan tl (40)GC＝2(sin ts/(cos ts+sin ts)) (41)(在這個(gè)早期專利的印刷中忽略了因子2)，GS＝0 (42)(由于這是一個(gè)前方象限)，以及GSL＝GL((1-sin tl)/cos tl)＝GL(sec tl-tan tl)＝(1-tan tl)(sec tl-tan tl) (43)
從而左、右輔助信號(hào)由以下方程決定LS＝A(1-GSL)-0.5(A+B)GC-0.5(A-B)GS-BxGL (44)RS＝B(1-GSR)-0.5(A+B)GC+0.5(A-B)GS-AxGR (45)因此，系數(shù)LSL和LRL為L(zhǎng)SL=LRL=(costs+sints)(1-GSL-0.5GC)]]>=(costs+sints)]]>×[1-(1-sintl)costl×(costl-sintl)costl-0.5×2sints(costs+sints)]---(46)]]>經(jīng)一些運(yùn)算處理后可得LSL＝LRL＝(cos ts+sin ts)(sec tl-1)x(sec tl-tan tl)-sin ts (47)系數(shù)LSR和LRR也相等，為L(zhǎng)SR=LRR=(costs+sints)(-.5GC-GL)]]>=(costs+sints)]]>×[-(costl-sintl)costl-0.5×2sints(costs+sints)]---(48)]]>經(jīng)一些運(yùn)算處理后為L(zhǎng)SR＝SRR＝(cos ts+sints)(tan tl-1)-sin ts (49)左側(cè)和后輸出在輸入定向在左和正中之間時(shí)可用以前的方法求得，但所用的定向控制角必需是從c/s得出的ts，因此在無定向時(shí)將回復(fù)右輸入。我們只需要除去那些定向在中央的信號(hào)。需解的方程為右后輸入＝RRL cos ts-RRR sin ts＝0 (50)和RRL2+RRR2＝1(51)可得解RRR＝RSR＝cos tsRRL＝RSL＝sin ts (52)以上等式完全確定了前方定向控制時(shí)各個(gè)矩陣元。對(duì)于后方定向控制，在c/s為負(fù)時(shí)有以下情況。
左、右主元與前方定向時(shí)相同，但角ts根據(jù)log(c/s)的絕對(duì)值確定，有ts＝arctan(10^(s/c/20))-45°(53)而交叉矩陣元的符號(hào)相反，可得LL＝cos ts (54)LR＝sin ts (55)和RL＝sin ts (56)RR＝cos ts (57)中矩陣元在后方定向控制時(shí)是相同的，它們只取決于從l/r得出的角，而與c/s的符號(hào)無關(guān)。
左側(cè)和右側(cè)輸出在定向控制很小或?yàn)榱銜r(shí)應(yīng)充分分離。然而，在有強(qiáng)的定向控制時(shí)，左側(cè)和后輸出中的信號(hào)必需消除。
對(duì)于中央定向，我們采用以前對(duì)比的定義(tl從0°至22.5°改變)tl＝90°-arctan(10^((l/r)/20)) (58)在強(qiáng)的定向控制下，左側(cè)和左后輸出在tl＝0°時(shí)均為零，但隨著tl按值sintl增大。在有由信號(hào)A＝cost、B＝-sint表示的去相關(guān)音樂時(shí)，系數(shù)LSL、LRL、LSR和RSR必需滿足LSL＝LRL (59)LSR＝LRR (60)以便在側(cè)方和后方具有相等的輸出，而在定向控制期間的振幅遵從FS(tl)＝sin 4tl，因此LSL cos tl-LSR sin tl＝FS(tl)(61)對(duì)于需保持不變的音樂，有LSL2+LSR2＝1 (62)像前面那樣可解得-LSR=sintlFs(tl)+/-costl1-FS(tl)2)---(63)]]>LSL=costlFS(tl)-/+costl1-FS(tl)2)---(64)]]>經(jīng)像前面那樣簡(jiǎn)化和采用可取的符號(hào)后，可得-LSR＝sin tl sin 4tl+cos tl cos 4tl (65)LSL＝cos tl sin 4tl-sin tl cos 4tl (66)
從而可進(jìn)一步推導(dǎo)出-LSR＝cos 3tl (67)LSL＝sin 3tl (68)右側(cè)和右后輸出在定向在左后象限內(nèi)時(shí)本來就與左輸入無關(guān)，但我們必需除去定向在中央和后方的信號(hào)，所以必需包括對(duì)c/s敏感的項(xiàng)。右側(cè)和右后輸出是相等的，但延遲不同，從而我們需要解右后/右側(cè)的輸出＝RST cos ts+RSR sin ts＝0 (69)RSL2+RSR2＝1 (70)可得RSL＝sin ts(71)RSR＝cos ts(72)至此，這種解碼器滿足在開始所提出的所有要求。從各輸出中除去了不應(yīng)在本輸出中出現(xiàn)的信號(hào)，在無定向時(shí)保持充分的分離度，并且在所有輸出中音樂具有恒定電平而與定向控制無關(guān)。不幸的是，我們不能在這個(gè)后方象限中滿足所有這些對(duì)后輸出的要求。這些假設(shè)之一必需打破，而要打破的問題最小的是音樂電平在定向控制轉(zhuǎn)至正后時(shí)保持不變的假設(shè)。標(biāo)準(zhǔn)的膠片解碼器不提升送至后揚(yáng)聲器的電平，因此一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的膠片解碼器在聲音效果移至后方時(shí)并不增大音樂電平。這種標(biāo)準(zhǔn)的膠片解碼器不具備后聲道分離能力。我們只要通過在強(qiáng)后定向控制期間允許音樂電平增大3dB就可以得到我們所希望的后分離度。然而，在實(shí)際上這超出了所能接受的。但音樂電平有些增大在這些條件下并不能察覺，甚至可能正是所希望的。
我們已經(jīng)根據(jù)從l/r電平比得出的定向角tl求得后聲道的矩陣元。在我們從tl＝22.5°移動(dòng)到tl＝45°時(shí)，這個(gè)用dB表示的比減小到零，而中央與環(huán)繞的比(c/s)的對(duì)數(shù)成為一個(gè)很大的負(fù)值。
考慮在一個(gè)處在tl＝22.5°的定向信號(hào)逐漸消隱在非定向音樂中時(shí)所發(fā)生的情況。在這種情況下，隨著非定向音樂成為優(yōu)勢(shì)，同樣l/r的對(duì)數(shù)減小到零。我們需要將這種情況與以上定向的方向轉(zhuǎn)向正后的情況相區(qū)別。最佳解決方法是使矩陣元在l/r趨向于0時(shí)放寬對(duì)分離度的要求而保持音樂電平不變。很容易推出以下結(jié)果tl＝90°-arctan(1/r) (73)LRL＝cos(45°-tl)(74)LRR＝-sin(45°-tl) (75)其中tl為22.5°至45°。這些矩陣元保持了音樂電平不變，但使一個(gè)定向信號(hào)在轉(zhuǎn)至后方時(shí)輸出減小3dB。我們可以通過增添一個(gè)取決于c/s的關(guān)系，將LRL值提升一個(gè)隨c/s比的對(duì)數(shù)增大而增大的量來使它保持不變。對(duì)保持后輸出電平不變所需的提升值求解，結(jié)果示于下表c/s(dB) RBOOST-32 0.41-23 0.29-18 0.19-15 0.12-13 0.06-11 0.03-9 0.01-8 0.00表1RBOOST(后提升量)與c/s的關(guān)系利用這些結(jié)果，五聲道型中的左后輸出矩陣系數(shù)為L(zhǎng)SL＝cos(45°-tl)+RBOOST(log c/s)(76)LSR＝-sin(45°-tl) (77)同樣，對(duì)于右聲道有RSL＝sin(45°-tl)(78)RSR＝cos(45°-tl)+RBOOST(log c/s)(79)對(duì)于本發(fā)明的七聲道實(shí)施例來說，我們?cè)鎏砹艘粋€(gè)取決于c/s的附加關(guān)系來考慮隨著方向轉(zhuǎn)至正后需要減小左側(cè)和右側(cè)聲道的輸出的情況，(注意，左側(cè)和左后的系數(shù)在方向從正左轉(zhuǎn)至左后的情況下原來是相等的)。減小側(cè)輸出伴隨著提升相應(yīng)后輸出以保持轉(zhuǎn)向信號(hào)功率不變。也可以增大交叉項(xiàng)，這將會(huì)使分離度稍降低一些，但顯然是察覺不到的。
我們用從c/s的值得出的角tsts＝90°-arctan(s/c)來定義后側(cè)提升函數(shù)RSBOOST(ts)，其中ts從22.5°至45°變化，因此RSBOOST函數(shù)從在ts＝22.5°的零上升到在ts＝45°的0.5。于是RSBOOST＝0.5 Sin(2(ts-22.5°)) (80)對(duì)于側(cè)輸出，有LSL＝cos(45°-tl)+RBOOST(log c/s)-RSBOOST(ts)(81)LSR＝-sin(45°-tl) (82)RSL＝sin(45°-tl)(83)RSR＝cos(45°-tl)+RBOOST(log c/s)-RSBOOST(ts)(84)對(duì)于后輸出，有LRL＝cos(45°-tl)+RBOOST(log c/s)+0.5 RSBOOST(ts) (85)LRR＝-sin(45°-tl) (86)RRL＝sin(45°-tl)(87)RRR＝cos(45°-tl)+RBOOST(log c/s)+0.5 RSBOOST(ts)(88)對(duì)于膠片解碼器模式，我們必需用要在所有前方方向提升各前聲道電平3dB的準(zhǔn)則E來代替以上準(zhǔn)則D?？梢酝ㄟ^在方向轉(zhuǎn)到前方期間使前聲道矩陣元增添用類似方式得出的提升項(xiàng)來構(gòu)成能實(shí)現(xiàn)這種提升的矩陣。例如，在方向轉(zhuǎn)至左方期間，LL矩陣元(在此稱為L(zhǎng)FL)應(yīng)受一個(gè)取決于l/r的提升函數(shù)LFBOOST提升。我們定義兩個(gè)角，分別為tlr＝90°-arctan(l/r)(89)trl＝90°-arctan(r/l)(90)于是(見前面的式(27))LFL＝cos ts+LFBOOST(tlr) (91)對(duì)于方向轉(zhuǎn)至右方，有RFR＝cos ts+LFBOOST(trl) (92)在方向轉(zhuǎn)至中央期間，兩個(gè)中聲道矩陣元提升為
CL＝sin tl+0.71 LFBOOST(ts)(93)CR＝cos tl+0.71 LFBOOST(bs)(94)以上這些等式完全確定了對(duì)一個(gè)膠片解碼器的附加要求。
在沒有中聲道揚(yáng)聲器時(shí)，杜比規(guī)范建議將中聲道輸出以-3dB(0.707)的增益加至左前和右前輸出。雖然這樣能以適當(dāng)電平重放中聲道的對(duì)話，但降低了左、右之間的分離度。例如，在沒有方向控制時(shí)，中輸出為0.71L+0.71R，加至左、右輸出后，左輸出為1.5L+0.5R，而右輸出為1.5R+0.5L，因此分離度減小為0.5/1.5＝9.5dB。
為了避免這種情況，較好的做法是在有中央方向控制時(shí)利用從c/s得出的角ts修改左、右聲道的矩陣元，使得LFL＝1+LFBOOST(ts) (95)RFR＝1+LFBOOST(ts) (96)LFR＝RFL＝0 (97)與前面所得出的矩陣系數(shù)不同，這些矩陣系數(shù)不僅沒有從左、右聲道中消除對(duì)話聲，而且將它在室內(nèi)保持適當(dāng)響度，同時(shí)又保證了在方向控制處在前半空間的情況下對(duì)音樂的充分左右分離度。
在圖4所示的優(yōu)選五聲道實(shí)施例中，配置了上述七個(gè)聲道中的五個(gè)，解碼器提供左、中、右、左后和右后五路輸出，而略去了左側(cè)和右側(cè)兩路輸出。從以上數(shù)學(xué)說明可以理解，七聲道解碼器的用來得到左后和右后輸出的電路可以利用與所示用來得到左、右環(huán)繞輸出類似的電路再加上與實(shí)現(xiàn)15ms延遲的方框96和118類似的10ms延遲電路來實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員來說，如對(duì)七聲道解碼器、膠片解碼器模式和最后的無中聲道模式所說明的增添RBOOST、RSBOOST和LFBOOST顯然都是一些比較簡(jiǎn)單的修改。在數(shù)字實(shí)現(xiàn)的情況下，這些修改只是在相應(yīng)的矩陣系數(shù)上附加根據(jù)所控制的方向以適當(dāng)定義從角ts和tl得出的適當(dāng)提升函數(shù)，然后再執(zhí)行相乘、相加，得出經(jīng)矩陣處理的各路輸出信號(hào)。
在圖4的解碼器90中，輸入端92和94分別接收標(biāo)為A和B的左、右立體聲音響輸入信號(hào)，這信號(hào)可以是從圖2、3或7的編碼器直接輸出的，也可以是經(jīng)傳輸/錄取和接收/重放(通過典型的音響重放媒體)的。
輸入端92上的信號(hào)A經(jīng)短延遲(通常為15ms)后送至以下將要說明的其他電路器件，這樣就允許在這段時(shí)間內(nèi)完成得出l/r和c/s信號(hào)的信號(hào)處理，從而使控制信號(hào)可以準(zhǔn)時(shí)對(duì)經(jīng)延遲的信號(hào)進(jìn)行控制，將它們分送至適當(dāng)?shù)膿P(yáng)聲器。
輸入端92上的信號(hào)A經(jīng)單位增益緩沖器98的緩沖后，通過整流電流100送至對(duì)數(shù)放大器102。
同樣，輸入端94上的信號(hào)B經(jīng)緩沖器104、整流器106送至對(duì)數(shù)放大器108。
對(duì)數(shù)放大器102和108的輸出分別標(biāo)為A”和B”，由減法器110相減，形成定向控制信號(hào)l/r，經(jīng)開關(guān)112送至下面將要說明的矩陣電路。在開關(guān)112的另一個(gè)位置，通路中插入了由電阻114和電容116構(gòu)成的時(shí)常數(shù)，減緩l/r信號(hào)的輸出過渡過程。
輸入端94上的信號(hào)B由于上述原因也經(jīng)過了15ms的延遲。
輸入端92和94上的信號(hào)A和B經(jīng)模擬加法器120相加、整流器122整流后送至對(duì)數(shù)放大器124。
類似，信號(hào)A和B經(jīng)減法器126相減，整流器128整流后送至對(duì)數(shù)放大器130。對(duì)數(shù)放大器124和130輸出的信號(hào)在減法器132內(nèi)相減，形成信號(hào)c/s，送至開關(guān)134。在開關(guān)134的另一個(gè)位置，信號(hào)受到由阻值與電阻114的相同的電阻136和容量與電容116的相同的電容138形成的時(shí)常數(shù)的作用。以上構(gòu)成了控制電壓產(chǎn)生電路。這是一個(gè)典型的電路，信號(hào)l/r和c/s分別正比于信號(hào)A與B的振幅之比的對(duì)數(shù)和它們的中央(和)與環(huán)繞(差)之比的對(duì)數(shù)。
各矩陣元由電路塊140-158表示，分別標(biāo)以滿足前面所得出的等式的系數(shù)。因此，例如標(biāo)為L(zhǎng)L的電路塊140按需要實(shí)現(xiàn)由式(27)、(54)、(91)或(95)所表示的函數(shù)。在每種情況下，這函數(shù)取決于c/s輸出，它示為加到這個(gè)電路塊的帶箭頭的輸入，表示它是一個(gè)控制輸入而不是音響信號(hào)輸入。音響輸入是左輸入信號(hào)A經(jīng)延遲塊96延遲后得到的，它在電路塊140中與系數(shù)LL相乘后，形成這個(gè)電路塊的輸出信號(hào)。
這些矩陣元的輸出在相應(yīng)的加法器160-168中相加后，得出五路分別加到輸出端172、174、176、178和180的輸出L、C、R、LS和RS。如前面所述，RS信號(hào)在加到輸出端180前是經(jīng)可變移相器170延遲的。移相器170受信號(hào)c/s控制，隨著信號(hào)c/s從前轉(zhuǎn)到后提供0°至180°的相移。
在七聲道型的解碼器中，電路塊152-158、166、168和170又重復(fù)配置一份，它們的信號(hào)饋送情況與圖4中相應(yīng)電路塊的相同，但在與電路塊152-158相應(yīng)的電路塊中系數(shù)分別為L(zhǎng)RL、LRR、RRL和RRR，并且有與電路塊96和118類似的附加10ms延遲，這延遲可插在這些電路塊之前，也可以插在與電路塊166和168相應(yīng)的加法器之后。
雖然圖4所示是一種模擬實(shí)現(xiàn)方式，但也可以利用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)芯片完全在數(shù)字領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)解碼器功能，而且在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單得多。這種芯片對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員來說應(yīng)是很清楚的，圖4所示原理方框圖很容易用在這樣一個(gè)DSP上運(yùn)行的程序來實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行信號(hào)延遲、相乘、相加各操作和從這些信號(hào)得出信號(hào)l/r和角tl和ts，用于前面所揭示的相應(yīng)等式，從而提供了按本發(fā)明構(gòu)成的解碼器的全部功能。
圖5a示出一個(gè)模擬型的移相器170。在這個(gè)移相電路中，輸入信號(hào)RS’經(jīng)運(yùn)算放大器182緩沖后由配有使增益為1的阻值相等的輸入電阻186和反饋電阻188的運(yùn)算放大器184倒相。放大器182和184的輸出分別通過可變電阻190和電容192加到運(yùn)算放大器196上。運(yùn)算放大器196使可變電阻190與電容192的連接點(diǎn)上的電壓得到緩沖，將輸出信號(hào)RS送至圖4中的輸出端180。這個(gè)電路是一個(gè)傳統(tǒng)的單極點(diǎn)全通移相器。
可變電阻190由c/s信號(hào)控制，使得移相器的轉(zhuǎn)折頻率在信號(hào)驅(qū)向前方時(shí)升高從而使兩個(gè)后輸出信號(hào)相位相反(由于矩陣系數(shù)的作用)，而在信號(hào)驅(qū)向后方時(shí)降低從而使兩個(gè)后輸出信號(hào)由于在后輸出RS反相而同相。雖然相移在所有頻率上并不相同，但這種移相器的心理聲學(xué)效果是可以接受的，大大減輕了后信號(hào)的相位矛盾。對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員來說，顯然采用較復(fù)雜的多極點(diǎn)移相器也是可以的，但需要在各輸出聲道中配置附加電路，因此就在需要時(shí)平滑地使一路后聲道反相而言這并不經(jīng)濟(jì)。
在圖5b中示出了一個(gè)傳統(tǒng)的可變數(shù)字延遲電路，可用來實(shí)現(xiàn)圖4電路中延遲塊170的數(shù)字實(shí)施例。在這個(gè)電路中，增益值g受控制信號(hào)c/s的值控制，從而實(shí)現(xiàn)與圖5a所示模擬移相器相同的功能。在這個(gè)電路中，加在加法器200的信號(hào)相加后由延遲塊202延遲，延遲塊202的輸出通過增益為g的乘法器204反饋到加法器200的其中一個(gè)輸入端。RS’信號(hào)加到加法器204的另一個(gè)輸入端，而且還送至乘法器206與系數(shù)-g相乘。延遲塊202的輸出信號(hào)由乘法器208乘以1-g2后在加法器210內(nèi)與乘法器206的輸出相加，從而在加法器210的輸出端上形成RS信號(hào)。
雖然這個(gè)移相器的特性與圖5a所示的相應(yīng)模擬移相器并不完全一致，但對(duì)于提供所要求的效果來說非常相近。
圖6a至6e圖示了圖4所示解碼器的各矩陣系數(shù)的變化情況以及在圖4說明前用各等式描述的性能得到改進(jìn)情況，以便進(jìn)一步對(duì)這個(gè)解碼器有更深入的理解。
在圖6a中，曲線A和B分別表示系數(shù)LL(LFL)和-LR(-LFR)隨著c/s的值從0dB至33dB左右變化的情況。這兩條曲線服從如在式(27)和(28)中得出的正弦-余弦規(guī)律。對(duì)于在右前象限進(jìn)行定向控制的情況，RR(RFR)和RL(RFL)的變化形式上與此類似。
曲線C和D分別示出了按以前Greisinger的美國專利No.5,136,650構(gòu)成的解碼器LFL和LFR的相應(yīng)值以作比較。在弦中央定向控制達(dá)到值0.5的這兩條曲線中，音樂分量下降了3dB。漸近值為0.71的新解碼器曲線A和B提供恒定的音樂電平，而老解碼器卻不是這樣。
在圖6b中，曲線E和F示出了在l/r方向控制從中央(0dB)至左方(33dB)的情況下中聲道系數(shù)CL和CR。隨著方向轉(zhuǎn)向左方，左系數(shù)CL增大3dB，而右系數(shù)CR減小到零。在方向轉(zhuǎn)向右方時(shí)，可作類似考慮，但意義相反。
曲線G和H分別表示在Greisinger的上述專利的解碼器中的CL和CR?？梢?，音樂電平也不能保持恒定，因?yàn)榍€G并不增大3dB。
在圖6c中，曲線J和K分別表示在后向方向控制期間在比值l/r從0dB(無方向控制或正后方向控制)至33dB(正左方向控制)變化時(shí)系數(shù)LSL和LSR的值。LSL曲線J在將左信號(hào)從左環(huán)繞聲道消除時(shí)減小為零，而LSR信號(hào)增大，從而使音樂功率在室內(nèi)保持不變。從曲線可見在與定向控制角為后方22.5°相應(yīng)的8dB處各有一個(gè)折點(diǎn)。在這里，當(dāng)輸入只有一個(gè)定向信號(hào)時(shí)這兩個(gè)矩陣元的平方和必需為1。這是通過使它們的值分別為cos 22.5°(0.92)和sin 22.5°(0.38)來達(dá)到的，如曲線所示。
在這里要注意的是，無論在信號(hào)轉(zhuǎn)至正后時(shí)或者在信號(hào)沒有定向分量時(shí)，l/r都可以是0dB。無論是哪種情況，矩陣都放寬了完全左右分離的要求。
在圖6d中，曲線L示出了在表1中所列的RBOOST值，用于式(76)和(79)以及隨后的一些等式。LSL的值在方向轉(zhuǎn)至正后的太小，因此需要附加RBOOST的值以保持音樂電平不變。由于只有LSL得到提升，所以保持了完全分離。RBOOST的值僅取決于c/s，c/s從-8dB至-33dB(正后)變化，圖中的橫坐標(biāo)為-c/s，單位為dB。
圖6d中的曲線M表示RSBOOST的值。在七聲道型解碼器中，在左后(-8dB)至正后(-33dB)之間進(jìn)行定向控制時(shí)，需要從左側(cè)聲道系數(shù)中減去這值，而將它的二分之一加到左后分量上。同樣，橫坐標(biāo)為-c/s(dB)，這曲線從0至0.5變化，如前面式(80)所示。
最后，在圖6e中，曲線N示出了校正因子(sints+costs)隨控制信號(hào)c/s變化的情況。校正因子作用于后、側(cè)各環(huán)繞聲道，使音樂電平保持不變，如前面式(39)后各式所示。
現(xiàn)在參見圖7，所示為一個(gè)適用于影片音軌編碼，特別是可配合以上介紹的解碼器實(shí)施例的主動(dòng)編碼器。
在圖7中，同樣的五路信號(hào)LS、L、C、R和RS分別加到如圖3的編碼器那樣標(biāo)記的相應(yīng)輸入端62、50、52、54和64上。對(duì)于這些信號(hào)，為每路各配置了一個(gè)相應(yīng)的電平檢波器和對(duì)數(shù)放大器，以提供與本路信號(hào)的振幅的對(duì)數(shù)成正比的信號(hào)。這些器件標(biāo)為212-230。這些對(duì)數(shù)信號(hào)分別標(biāo)為lsl、ll、cl、rl和rsl，與輸入LS、L、C、R和RS一一對(duì)應(yīng)。這些信號(hào)的電平在一個(gè)比較塊(未示出)內(nèi)進(jìn)行比較，情況將在稍后加以說明。
衰減器254和256分別將LS信號(hào)乘以因子0.53和0.83，而衰減器258和260分別將RS信號(hào)乘以因子0.83和0.53。
五路輸入信號(hào)各自通過一個(gè)全通移相網(wǎng)絡(luò)，塊232和234分別使來自衰減器254和256的經(jīng)衰減的LS信號(hào)相移φ和-90°，而塊236、238和240分別使L、C和R信號(hào)相移φ。信號(hào)組合器242將0.38LS與-0.38RS相加，產(chǎn)生一個(gè)中環(huán)繞信號(hào)送至提供相移φ的移相塊244。移相塊246和248分別使RS聲道中來自衰減器258和260的信號(hào)相移φ-90°和φ。
信號(hào)組合矩陣250將經(jīng)衰減器254衰減的LS(φ)信號(hào)乘以增益sinθLS、經(jīng)衰減器256衰減的LS(φ-90°)信號(hào)乘以增益cosθLS、L(φ)信號(hào)、C(φ)信號(hào)乘以增益0.707、環(huán)繞信號(hào)S＝(0.38LS-0.38RS)經(jīng)移相φ所得的S(φ)信號(hào)相加后，形成左輸出，送至輸出端44。
類似的矩陣252將RS(φ)信號(hào)乘以增益sinθRS、RS(φ-90°)信號(hào)乘以增益cosθRS、R(φ)信號(hào)、C(φ)信號(hào)乘以增益0.707、S(φ)信號(hào)相加后，形成右輸出，送至輸出端46。
定向控制角θLS和θRS在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中按以下方式根據(jù)對(duì)數(shù)振幅信號(hào)lsl、ll、cl、rl和rsl得出。
每當(dāng)lsl大于任何其他信號(hào)時(shí)，θLS趨向90°，否則θLS趨向0°。這兩個(gè)值可以是一條平滑曲線的極值。類似，如果rsl大于任何其他信號(hào)，θRS趨向90°，否則θRS趨向0°。
這種工作方式的具體優(yōu)點(diǎn)是，在一個(gè)信號(hào)只加到LS或RS輸入端時(shí)，編碼器的輸出是實(shí)的，可以在解碼器中產(chǎn)生2.41∶1(8dB)的l/r比，這與采用簡(jiǎn)化編碼器或被動(dòng)編碼器所產(chǎn)生的值相同。
圖8示出了按本發(fā)明構(gòu)成的矩陣系數(shù)是復(fù)數(shù)而不是實(shí)數(shù)的解碼器的一部分。圖中示出了除了由圖4中的解碼器產(chǎn)生信號(hào)l/r和c/s以外的產(chǎn)生第三個(gè)控制信號(hào)ls/rs的方法，這個(gè)控制信號(hào)用來改變圖9的為了在矩陣中產(chǎn)生復(fù)系數(shù)而配置在圖4所示解碼器前的附加移相網(wǎng)絡(luò)。
可以看出，信號(hào)A和B現(xiàn)在分別加到輸入端300和302，而不是圖4中的輸入端92和94。輸入端300上的信號(hào)A送至提供是頻率f的函數(shù)的相移φ(f)的全通移相網(wǎng)絡(luò)304和提供相移φ(f)-90°的全通移相網(wǎng)絡(luò)306。經(jīng)304移相的信號(hào)在衰減器308內(nèi)乘以因子-0.42，而經(jīng)306正交移相的信號(hào)在衰減器310內(nèi)乘以因子0.91。衰減器308和310的輸出在加法器312內(nèi)相加。
輸入端302上的信號(hào)B通過全通移相網(wǎng)絡(luò)314，使得加法器312輸出的信號(hào)A相對(duì)移相器314輸出的信號(hào)B相移了65°。
加法器312的輸出經(jīng)衰減器316乘以衰減因子0.46后送至加法器318，與來自移相器314的經(jīng)移相的信號(hào)B相加。類似，移相器314的輸出經(jīng)衰減器320乘以衰減因子0.46后送至加法器322，與加法器312輸出的經(jīng)移相的信號(hào)A相加。衰減器308、310、316和320的系數(shù)具體選擇成使只加到被動(dòng)編碼器LS輸入端的信號(hào)不會(huì)在加法器318產(chǎn)生輸出而只加到RS輸入端的信號(hào)不會(huì)在加法器322產(chǎn)生輸出。這樣做的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)電路，它將識(shí)別出信號(hào)只加到編碼器的左側(cè)或右則的情況，作為解碼器的輸入。這是通過對(duì)消技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，使得這兩個(gè)信號(hào)中的一個(gè)或另一個(gè)在出現(xiàn)這種情況時(shí)趨向于零。
加法器318的輸出通過電平檢測(cè)電路324送至對(duì)數(shù)放大器326，而加法器322的輸出通過電平檢測(cè)電路328送至對(duì)數(shù)放大器330。對(duì)數(shù)放大器326和330的輸出送至減法器332，形成一個(gè)與它們的對(duì)數(shù)比成正比的輸出。開關(guān)334可以選擇這個(gè)輸出，也可以選擇受由參數(shù)與圖4中所示相應(yīng)器件相同的電阻336和電容338形成的RC時(shí)常數(shù)影響的輸出，送至輸出端340，作為方向控制信號(hào)ls/rs。
因此，信號(hào)ls/rs在一個(gè)信號(hào)加到被動(dòng)型編碼器的LS輸入端時(shí)將為一個(gè)最大的正值，而在一個(gè)信號(hào)加到RS輸入端時(shí)將為一個(gè)最大的負(fù)值。
信號(hào)ls/rs的作用是控制加至圖4所示解碼器的輸入相位。為此，在圖4中的輸入端92和94之前配置了一個(gè)圖9所示網(wǎng)絡(luò)，接收原加在圖4中的輸入端92和94上的信號(hào)A和B。
圖9所示電路包括提供相移φ的移相器342(可以是與圖8中的304相同的移相器)后接衰減因子為cosθRS的衰減器344，以及提供相移φ-90°的移相器346(可以是與圖8中的306相同的移相器)后接衰減因子為sinθRS的衰減器348。衰減器344和348的輸出經(jīng)加法器350相加后所形成的經(jīng)修改的A信號(hào)送至與圖4中的輸入端92直接連接的輸出端252。
在圖9的下部，B信號(hào)加至輸入端302，一路經(jīng)移相器354相移φ后送至衰減因子為cosALS的衰減器356，而另一路徑移相器358相移φ-90°后送至衰減因子為sinθLS的衰減器360。衰減器356和358的輸出經(jīng)減法器362相減后所形成的經(jīng)修改的B信號(hào)送至與圖4中的輸入端94直接連接的輸出端364。這樣改變相位的結(jié)果是使得在被動(dòng)編碼器只有LS或RS受信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)解碼器的LS與RS輸出之間(以及在七聲道型的LR與RR輸出之間)可以更好地分離。
控制信號(hào)ls/rs與定向控制角θLS之間的關(guān)系示于圖9中的插圖。當(dāng)ls/rs到達(dá)3dB后，角θLS開始從0°上升，在ls/rs為高值時(shí)趨向65°。一個(gè)完全互補(bǔ)的關(guān)系適用于另一個(gè)受ls/rs的倒數(shù)rs/ls控制的定向控制角θRS。也就是說，當(dāng)rs/ls超過3dB后，θRS的值開始從0°向rs/ls為最大值時(shí)的漸近值-65°趨近。由于θLS和θRS的改變，加到圖4所示解碼器主體的輸入的相位改變，因此矩陣系數(shù)實(shí)際上就成為復(fù)數(shù)。
圖10示出了編碼器的另一個(gè)實(shí)施例，這個(gè)實(shí)施例由于簡(jiǎn)化了移相網(wǎng)絡(luò)而與圖7所示的不同。通過將實(shí)信號(hào)合并后再送至φ移相器可以減少移相網(wǎng)絡(luò)數(shù)，從而只需要兩個(gè)φ移相網(wǎng)絡(luò)和兩個(gè)φ-90°移相網(wǎng)絡(luò)。θLS和θRS的描述也作了簡(jiǎn)化當(dāng)lsl/rsl超過3dB時(shí)θLS趨向90°，否則θLS為0°(與在解碼器設(shè)計(jì)中的相同)，當(dāng)rsl/lsl超過3dB時(shí)θRS趨向90°，否則θRS為0°。
雖然以上對(duì)本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例作了說明，但本發(fā)明可以有許多可能的實(shí)施方式。這些和其他一些實(shí)施方式或變型對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員來說都是顯而易見的，均應(yīng)列入本發(fā)明的專利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用來配置在具有左、中、右、環(huán)繞輸入和左、右輸出的標(biāo)準(zhǔn)膠片音軌編碼器前的被動(dòng)編碼器，用來為所述標(biāo)準(zhǔn)膠片音軌編碼器提供正確編碼的左、中、右、左環(huán)繞和右環(huán)繞輸入信號(hào)，使得所述這些信號(hào)在由所述標(biāo)準(zhǔn)膠片音軌編碼器編碼成雙音響聲道后可用任何具有下述特性的主動(dòng)解碼器正確解碼，這種解碼器減小輸出中的在預(yù)定方向重放時(shí)不直接涉及的定向編碼音響分量，增大輸出中的在預(yù)定方向重放時(shí)直接涉及的定向編碼音響分量，從而保持這些信號(hào)的總功率不變，同時(shí)保持在非定向信號(hào)的左、右聲道分量之間的高分離度而與所述定向控制信號(hào)無關(guān)。
2.權(quán)利要求1的編碼器，包括左環(huán)繞、左、中、右和右環(huán)繞輸入端，用來接收相應(yīng)的音響信號(hào)；分別與所述左環(huán)繞、左、中、右和右環(huán)繞信號(hào)輸入端連接的第一、第二、第三、第四和第五全通移相網(wǎng)絡(luò)，所述第二、第三和第四移相網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)為頻率f的函數(shù)φ(f)的相移，而所述第一和第五移相網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)為函數(shù)φ(f)-90°的相移，滯后于在所述左、中或右輸入中相關(guān)信號(hào)的相位90°；一個(gè)第一信號(hào)組合器，用來將大約0.83倍的所述左環(huán)繞移相網(wǎng)絡(luò)的輸出與1倍的所述左移相網(wǎng)絡(luò)的輸出相組合；一個(gè)第二信號(hào)組合器，用來將大約負(fù)0.83倍的所述右環(huán)繞移相網(wǎng)絡(luò)的輸出與1倍的所述右移相網(wǎng)絡(luò)的輸出相組合；以及一個(gè)第三信號(hào)組合器，用來將大約負(fù)0.53倍的所述左環(huán)繞移相網(wǎng)絡(luò)的輸出與大約0.53倍的所述右環(huán)繞移相網(wǎng)絡(luò)的輸出相組合，其中，所述第一信號(hào)組合器在它的輸出端上給出一個(gè)用來加到所述標(biāo)準(zhǔn)膠片音軌編碼器的左輸入端上的信號(hào)；所述第二信號(hào)組合器在它的輸出端上給出一個(gè)用來加到所述標(biāo)準(zhǔn)膠片音軌編碼器的右輸入端上的信號(hào)；所述第三移相網(wǎng)絡(luò)在它的輸出端上給出一個(gè)用來加到所述標(biāo)準(zhǔn)膠片音軌編碼器的中輸入端上的信號(hào)；以及所述第三信號(hào)組合器在它的輸出端上給出一個(gè)用來加到所述標(biāo)準(zhǔn)膠片音軌編碼器的環(huán)繞輸入端上的信號(hào)。
3.一種接收左環(huán)繞、左、中、右和右環(huán)繞輸入、產(chǎn)生與標(biāo)準(zhǔn)膠片音軌編碼器所提供的相容的復(fù)合左、右音響輸出的主動(dòng)編碼器，包括第一、第二、第三、第四和第五音響輸入端，用來分別接收所述左環(huán)繞、左、中、右和右環(huán)繞輸入信號(hào)；第一、第二、第三、第四和第五信號(hào)檢測(cè)裝置，用來提供分別與所述第一、第二、第三、第四和第五輸入端上的相應(yīng)信號(hào)的振幅成正比的直流電壓，并連接到這些輸入端；第一、第二、第三、第四和第五對(duì)數(shù)放大器，用來分別接收來自相應(yīng)所述信號(hào)檢測(cè)裝置的所述直流電壓，在它們的輸出端給出與各自輸入信號(hào)的對(duì)數(shù)成正比的直流電壓；第一和第二衰減器，用來分別以因子0.53和0.83衰減所述左環(huán)繞信號(hào)；相移函數(shù)分別為φ(f)和φ(f)-90°的第一和第二全通移相器，用來分別接收來自所述第一和第二衰減器的所述經(jīng)衰減的左環(huán)繞信號(hào)；相移函數(shù)均為φ(f)的第三、第四和第五移相器，用來分別接收所述左、中和右輸入信號(hào)；第三和第四衰減器，用來分別以因子0.83和0.53衰減所述右環(huán)繞信號(hào)；相移函數(shù)分別為φ(f)和φ(f)-90°的第六和第七全通移相器，用來分別接收來自所述第三和第四衰減器的所述經(jīng)衰減的右環(huán)繞信號(hào)；第一信號(hào)組合器，用來將大約0.38倍的所述左環(huán)繞輸入信號(hào)與大約負(fù)0.38倍的所述右環(huán)繞輸入信號(hào)相組合；相移函數(shù)為φ(f)的第八全通移相器，用來接收所述第一信號(hào)組合器的輸出；第二信號(hào)組合器，用來按sinθLS、cosθLS，1，0.71和1的比例接收所述第一、第二、第三、第四和第八全通移相器的輸出，以給出所述復(fù)合左輸出信號(hào)；第三信號(hào)組合器，用來按-1、0.71、1、sinθRS、和cosθRS的比例接收所述第八、第四、第五、第七和第六全通移相器的輸出，以給出所述復(fù)合右輸出信號(hào)；第一信號(hào)比較裝置，用來將所述第一對(duì)數(shù)放大器的輸出與所述第二、第三、第四和第五對(duì)數(shù)放大器的輸出中最大的一個(gè)輸出相比較，改變用于所述第二信號(hào)組合器中的方向控制角θLS，使得在所述第一對(duì)數(shù)放大器的輸出超過任何其余對(duì)數(shù)放大器的輸出時(shí)定向控制角θLS的值趨向45°，而在所述第一對(duì)數(shù)放大器的輸出小于其余對(duì)數(shù)放大器中的一個(gè)或幾個(gè)的輸出時(shí)定向控制角θLS的值趨向90°；以及第二信號(hào)比較裝置，用來將所述第五對(duì)數(shù)放大器的輸出與所述第二、第三、第四和第一對(duì)數(shù)放大器的輸出中最大的一個(gè)輸出相比較，改變用于所述第三信號(hào)組合器的定向控制角θRS，使得在所述第五對(duì)數(shù)放大器的輸出超過任何其余對(duì)數(shù)放大器的輸出時(shí)定向控制角θRS的值趨向45°，而在所述第五對(duì)數(shù)放大器的輸出小于其余對(duì)數(shù)放大器中的一個(gè)或幾個(gè)的輸出時(shí)定向控制角θRS的值趨向90°。
全文摘要
一種用來配置在具有左、中、右、環(huán)繞輸入和左、右輸出的標(biāo)準(zhǔn)膠片音軌編碼器前的被動(dòng)編碼器，用來為所述標(biāo)準(zhǔn)膠片音軌編碼器提供正確編碼的左、中、右、左環(huán)繞和右環(huán)繞輸入信號(hào)，使得所述這些信號(hào)在由所述標(biāo)準(zhǔn)膠片音軌編碼器編碼成雙音響聲道后可用任何具有下述特性的主動(dòng)解碼器正確解碼，這種解碼器減小輸出中的在預(yù)定方向重放時(shí)不直接涉及的定向編碼音響分量，增大輸出中的在預(yù)定方向重放時(shí)直接涉及的定向編碼音響分量，從而保持這些信號(hào)的總功率不變，同時(shí)保持在非定向信號(hào)的左、右聲道分量之間的高分離度而與所述定向控制信號(hào)無關(guān)。
文檔編號(hào)H04S5/02GK1494356SQ0314239
公開日2004年5月5日 申請(qǐng)日期1997年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月19日
發(fā)明者戴維·格里辛格, 戴維 格里辛格 申請(qǐng)人:萊克西康公司