專利名稱：緊湊的環(huán)繞聲系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有多個(gè)通道的環(huán)繞聲系統(tǒng)，用于淹沒多方向聲場中的聽者。更具體而言，本發(fā)明屬于一種能從單個(gè)緊湊箱體中產(chǎn)生環(huán)繞聲的環(huán)繞聲系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近些年來已廣泛使用了音頻/視覺系統(tǒng)中的多通道立體聲聲音。該技術(shù)中的趨勢已遠(yuǎn)離了常規(guī)的立體聲音再現(xiàn)系統(tǒng)，并且朝向“環(huán)繞聲”系統(tǒng)，在其中聲場被動(dòng)態(tài)地(并且有意地)移動(dòng)到聽者的側(cè)面和后面。
為改進(jìn)聽者感覺到的特性，多通道聲音再現(xiàn)系統(tǒng)是已知的，其除了左和右(以及最優(yōu)地，中央)聲道以外還包括一個(gè)或多個(gè)環(huán)繞聲通道(在過去常常被稱為“環(huán)境”或“特效”通道)。這些系統(tǒng)現(xiàn)在在運(yùn)動(dòng)畫面劇院中是相對常見的，并且在用戶的家中變得越來越常見。在消費(fèi)者家中這種系統(tǒng)的增長后面的驅(qū)動(dòng)力是環(huán)繞聲家用視頻軟件的廣泛可用性，主要是為劇院發(fā)行制作并且隨后被傳遞給家用視頻介質(zhì)(例如，數(shù)字視頻盤(DVD)、錄像帶、視頻盤和廣播或有線電視)的環(huán)繞聲運(yùn)動(dòng)畫面(電影)。
在以提供在聽者后面擴(kuò)大的聲場或?qū)⒙曄穸ㄎ挥诼犝吆竺娴姆绞絹碓佻F(xiàn)聲音的情況下，兩個(gè)(前)揚(yáng)聲器被安排在聽者的左前和右前以便于左和右通道再現(xiàn)，并且至少一個(gè)或兩個(gè)后揚(yáng)聲器被另外安排在聽者的后面以便于環(huán)繞或后通道再現(xiàn)。另外，現(xiàn)代環(huán)繞聲系統(tǒng)可包括在左前和右前揚(yáng)聲器之間在聽者前面安排的中央揚(yáng)聲器。為改進(jìn)聲音質(zhì)量，音頻信號(hào)的低頻部分可被導(dǎo)向附加的亞低音揚(yáng)聲器。相對于聽者的壓低音揚(yáng)聲器的準(zhǔn)確位置對于環(huán)繞聲系統(tǒng)的總體性能并不是關(guān)鍵的。
然而，在普通家庭中，在房間中安排五到六個(gè)揚(yáng)聲器是困難的。由于新的環(huán)繞聲系統(tǒng)常常與任何現(xiàn)有立體聲系統(tǒng)不兼容，用戶被遺留了這樣的選擇在一個(gè)房間中具有兩個(gè)共存的系統(tǒng)(將揚(yáng)聲器的數(shù)量增加到七或八)或放棄老系統(tǒng)。這顯然是不令人滿意的，在近些年來已嘗試減小揚(yáng)聲器的數(shù)量以產(chǎn)生環(huán)繞聲或至少提供新環(huán)繞聲系統(tǒng)和任何遺留的立體聲設(shè)備之間的較好集成。
致力于減小硬件部件數(shù)量的最先進(jìn)的系統(tǒng)被描述于共同擁有的公開的國際專利申請No.WO-0123104中。在WO-0123104中，變換器陣列產(chǎn)生許多可獨(dú)立操縱的聲束。在工作中，聲束被引導(dǎo)于聽者左邊和右邊的反射表面或墻壁的適當(dāng)位置并且被導(dǎo)向聽者后面的墻壁的左和右角。經(jīng)反射的聲音向著聽者位置，即所謂的“最有效點(diǎn)”而聚集，這是以與以下非常相同的方式進(jìn)行的就好象從位于這些位置的揚(yáng)聲器被投影。因此，該系統(tǒng)解決了在房間的多于一個(gè)的位置中具有揚(yáng)聲器的需要。
盡管對于許多應(yīng)用是令人滿意的，仍認(rèn)識(shí)到需要減小這種系統(tǒng)的總體尺度以便于安裝在較小的房間中。
因此，本發(fā)明的目的是改進(jìn)WO-0123104的設(shè)備以產(chǎn)生一種系統(tǒng)，其能從具有與常規(guī)電視機(jī)可比的尺度的單個(gè)箱體中產(chǎn)生環(huán)繞聲。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)以上目的，本發(fā)明提供了一種如在獨(dú)立的權(quán)利要求中所要求的設(shè)備。
依照本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于響應(yīng)于音頻輸入信號(hào)而產(chǎn)生多個(gè)環(huán)繞聲通道的音頻系統(tǒng)，其在單個(gè)箱體或外殼中包括適合于接收環(huán)繞聲輸入信號(hào)的放大器系統(tǒng)和多個(gè)電聲變換器，其一些被安排為定相陣列，適合于通過在不同方向上引導(dǎo)環(huán)繞聲通道而基于所述環(huán)繞聲輸入信號(hào)來發(fā)射環(huán)繞聲，其中所述箱體包括至少一個(gè)左和至少一個(gè)右電聲變換器以及濾波器以轉(zhuǎn)移(divert)所述輸入信號(hào)的低頻成分以便于通過所述左和右變換器而發(fā)射。
本發(fā)明本質(zhì)上是能從常規(guī)電視機(jī)尺寸的外殼在聽者位置處產(chǎn)生真實(shí)環(huán)繞聲環(huán)境的緊湊環(huán)繞聲系統(tǒng)，其利用了至少兩個(gè)低音揚(yáng)聲器，每個(gè)都位于所述箱體的側(cè)面，以及位于前面的變換器的定相陣列。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，低音揚(yáng)聲器被用于再現(xiàn)環(huán)繞聲信號(hào)的低頻成分，而變換器陣列產(chǎn)生在信號(hào)中存在的左、右、中央、環(huán)繞左/右和其它通道。
在更優(yōu)選的實(shí)施例中，所述系統(tǒng)包括發(fā)射模式控制以便于迅速適應(yīng)于不同的環(huán)境。更具體而言，新型的音頻系統(tǒng)能改變環(huán)繞聲再現(xiàn)的左和右通道被發(fā)射的模式，從而使變換器能為了發(fā)射特定通道的目的而被激勵(lì)或停用。新特征增強(qiáng)了在各種環(huán)境中的和用于各種用戶喜好的系統(tǒng)可用性。
從參照以下附圖進(jìn)行的對非限制性實(shí)例的以下詳述來看，本發(fā)明的這些和其它方面將是顯而易見的。


在附圖中圖1A是依照本發(fā)明的音頻系統(tǒng)的透視圖；圖1B是圖1A的系統(tǒng)的水平橫截面；圖2是依照本發(fā)明的音頻系統(tǒng)的方塊圖；圖3是說明圖2系統(tǒng)的部分方面的示意圖；圖4是說明圖2系統(tǒng)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)的示意圖；并且圖5說明了圖2系統(tǒng)的發(fā)射模式控制的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
在圖1的附圖中，所示為具有單個(gè)箱體(或外殼)110的音頻系統(tǒng)100。前板111承載變換器陣列121。左和右側(cè)面112、113分別被用于安裝左和右低音揚(yáng)聲器122(WL)、123(WR)。借助箱體110進(jìn)一步封裝的是放大器部130，其通過輸入插座131而連接于諸如DVD播放器或接收器的外部音頻信號(hào)源。放大器部具有由主電源133饋送的功率單元132。
圖2的基本方塊圖示出了放大器部130的主要部件。多通道音頻信號(hào)被假定作為經(jīng)編碼的數(shù)字位流211而到達(dá)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)入解碼器系統(tǒng)212，其將所述信號(hào)分成各種音頻通道信號(hào)，包括左L、右R和中央C通道、環(huán)繞通道SC(環(huán)繞或左后、環(huán)繞或右后等)以及低頻效果通道LFE。
由此被解碼的信號(hào)形成到交叉系統(tǒng)(crossover system)213的輸入，該系統(tǒng)控制各種音頻通道中的低頻成分的分配。如圖3中所示，適當(dāng)?shù)脑鲆嬲{(diào)節(jié)311之后的L、R、C通道和n個(gè)環(huán)繞通道均使用高通和低通濾波器312、313來進(jìn)行帶分裂，并且其低頻成分與LFE信號(hào)一起被添加給低音通道以最終通過左和右低音通道WL、WR來發(fā)射。高頻成分被通過。
要通過WL和WR通道發(fā)射的其它信號(hào)是由待在以下描述的發(fā)射模式控制系統(tǒng)214來確定的。
圖2中所示的交叉系統(tǒng)213和發(fā)射模式控制系統(tǒng)214兩者均在常規(guī)情況下被實(shí)施為數(shù)字信號(hào)處理單元215的子部分，該處理單元為整個(gè)定相變換器陣列121和低音WL、WR而控制功率驅(qū)動(dòng)器單元216。該系統(tǒng)能產(chǎn)生要直接被投影向聽者或從墻壁和/或天花板反射的聲音的可獨(dú)立操縱的窄束。這樣的系統(tǒng)是可用的并且可從申請人Limited處購買。有關(guān)定相變換器陣列的實(shí)施和操作的進(jìn)一步細(xì)節(jié)在以下參照圖4而被描述。
在圖4中，環(huán)繞通道43將輸入提供給多通道采樣速率轉(zhuǎn)換器44以便于轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)采樣速率和位長度。采樣速率轉(zhuǎn)換器級(jí)44的輸出被組合成包括所有通道的單個(gè)高速串行信號(hào)。
經(jīng)串行化的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理(DSP)單元45以進(jìn)一步處理該數(shù)據(jù)。該單元包括一對商用Texas Instruments TMS320C6701 DSP，其以133MHz運(yùn)行并且以浮點(diǎn)格式進(jìn)行大部分計(jì)算。
第一DSP進(jìn)行濾波以補(bǔ)償所使用的變換器的頻率響應(yīng)中的不規(guī)律性。它提供了四倍的過度采樣和插值以去除由過度采樣過程產(chǎn)生的高頻成分。
第二DSP進(jìn)行量化和噪聲成形從而以195kHz的采樣速率將字長度減小到九位。
來自第二DSP的輸出被使用總線451而并行分配給十一個(gè)商用Xilinx XCV200現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)46。門陣列為每個(gè)通道和每個(gè)變換器施加唯一的時(shí)間延遲。其輸出是輸入的許多不同版本或復(fù)制品，其數(shù)量等于變換器的數(shù)量乘以通道的數(shù)量。由于在該實(shí)例中，變換器121的數(shù)量是74，輸入的幾百個(gè)不同版本或復(fù)制品被產(chǎn)生于該級(jí)。通道的各個(gè)版本被求和于用于每個(gè)變換器的加法器47-1到47-n并且被傳遞給脈沖寬度調(diào)制器(PWM)48-1到48-n。每個(gè)脈沖寬度調(diào)制器都驅(qū)動(dòng)D級(jí)(class-D)輸出級(jí)49-1到49-n，其電源電壓可被調(diào)節(jié)以控制到變換器121的輸出功率。值得注意的是，從系統(tǒng)控制的觀點(diǎn)來看，左和右低音揚(yáng)聲器WL、WR可被當(dāng)作陣列的變換器121。
系統(tǒng)初始化處于微控制器491的控制下。一旦被初始化，微控制器被用于通過紅外線遠(yuǎn)程控制器(未示出)從用戶獲取方向和音量調(diào)節(jié)命令，在系統(tǒng)顯示器上顯示它們，并且將其傳遞給第三DSP 492。
系統(tǒng)中的第三DSP 492被用于計(jì)算每個(gè)變換器上的每個(gè)通道所需的時(shí)間延遲以能將每個(gè)通道操縱到不同方向上。例如，第一對通道可被導(dǎo)向房間的右和左側(cè)壁(相對于環(huán)繞聲再現(xiàn)系統(tǒng)的位置)，而第二對被導(dǎo)向后壁的右和左方以產(chǎn)生環(huán)繞聲。由此建立的延遲要求在相同的并行總線451上被分配給FPGA 46以作為數(shù)據(jù)采樣。以上步驟的大多數(shù)被更詳細(xì)地描述于在此引入作為參考的WO-0123104中。
通過用控制變換器121的輸出的發(fā)射矩陣來覆蓋通道信息，微控制器491和DSP 492可控制發(fā)射模式。
在圖5的實(shí)例中，發(fā)射矩陣是n個(gè)數(shù)的陣列或矢量，其中陣列中數(shù)的位置表示由該數(shù)的值來控制的變換器。發(fā)射矩陣可被實(shí)施為“1”和“0”的集合?！?”表示變換器將輸出討論中的通道而零阻塞它。
不同的發(fā)射模式是通過將對應(yīng)的發(fā)射矩陣加載到微控制器的存儲(chǔ)器中而實(shí)施的。三個(gè)特定的發(fā)射模式被預(yù)期用于左和右信號(hào)通道第一L/R發(fā)射模式將左和右通道分別導(dǎo)向左和右低音。在圖5A中，用于該模式的矩陣被示出有表示低音變換器的底部角位置WL和WR。被示出為圖5B中的矩陣的第二L/R發(fā)射模式將左通道導(dǎo)向陣列的變換器的第一列而將右通道正好導(dǎo)向變換器陣列的最后列，然而不包括低音。在如圖5C中所示的第三發(fā)射模式中的是簡單的直通模式，其允許左和右通道由全陣列來發(fā)射并因此被發(fā)射為可操縱的束。這些束被對著反射表面而引導(dǎo)并且在反射之后，被感覺成源自反射點(diǎn)。
容易理解發(fā)射模式可如何被適配以包括根據(jù)需要對發(fā)射通道添加或減去變換器的其它變換器配置。例如，低頻成分可被導(dǎo)向位于陣列以下或中間的前面處的低音揚(yáng)聲器。
權(quán)利要求
1.一種用于響應(yīng)于音頻輸入信號(hào)而產(chǎn)生多個(gè)環(huán)繞聲通道的音頻系統(tǒng)，包括單個(gè)箱體中的放大器系統(tǒng)，其適合于接收環(huán)繞聲輸入信號(hào)，以及多個(gè)電聲變換器，其被部分地安排成定相陣列并適合于基于所述環(huán)繞聲輸入信號(hào)而發(fā)射環(huán)繞聲，其中所述箱體包括至少一個(gè)左和至少一個(gè)右電聲變換器和濾波器以轉(zhuǎn)移所述輸入信號(hào)的低頻成分以便于通過所述左和右變換器而發(fā)射。
2.權(quán)利要求1的音頻系統(tǒng)，其具有被安裝在所述箱體的前面上的定相陣列以及相應(yīng)側(cè)面處的左和右變換器。
3.權(quán)利要求2的音頻系統(tǒng)，包括配置系統(tǒng)以在預(yù)定環(huán)繞聲發(fā)射模式之間選擇，所述模式激勵(lì)和停用變換器以便于發(fā)射環(huán)繞聲的特定通道。
4.權(quán)利要求3的音頻系統(tǒng)，其中配置系統(tǒng)在環(huán)繞聲的左和右通道的發(fā)射模式之間選擇。
5.權(quán)利要求4的音頻系統(tǒng)，其中配置系統(tǒng)適合于根據(jù)外部控制信號(hào)的設(shè)置將左和右的通道的發(fā)射開關(guān)到左和右變換器、定相陣列的變換器的左和右列、全定相陣列或其組合。
全文摘要
一種用于響應(yīng)于音頻輸入信號(hào)而產(chǎn)生多個(gè)環(huán)繞聲通道的音頻系統(tǒng)，在單個(gè)箱體中包括放大器系統(tǒng)，其適合于接收環(huán)繞聲輸入信號(hào)，以及多個(gè)電聲變換器，其被部分地安排成定相陣列并適合于基于所述環(huán)繞聲輸入信號(hào)而發(fā)射環(huán)繞聲，其中所述箱體包括至少一個(gè)左和至少一個(gè)右電聲變換器和濾波器以轉(zhuǎn)移所述輸入信號(hào)的低頻成分以便于通過所述左和右變換器而發(fā)射。
文檔編號(hào)H04R3/14GK1636420SQ03804235
公開日2005年7月6日 申請日期2003年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月19日
發(fā)明者P·T·特羅頓, I·A·比內(nèi)克, M·R·謝潑德 申請人:1...有限公司