耳機(jī)虛擬環(huán)繞聲信號(hào)處理方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及音頻信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，設(shè)及一種立體聲耳機(jī)重放的虛擬 環(huán)繞聲信號(hào)處理方法、裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了全面反映聲場(chǎng)的空間信息，通常利用環(huán)繞聽(tīng)音者的若干方位揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)聲信 號(hào)的S維音效回放，常見(jiàn)的環(huán)繞聲系統(tǒng)有5.1通路環(huán)繞聲系統(tǒng)、6.1通路環(huán)繞聲系統(tǒng)、7.1通 路環(huán)繞聲系統(tǒng)等。雖然運(yùn)些環(huán)繞聲系統(tǒng)能夠再現(xiàn)原聲場(chǎng)中各聲源的方位信息，使聽(tīng)音者有 一種被來(lái)自不同方向的聲音包圍的感覺(jué)，猶如身臨其境，但是運(yùn)些環(huán)繞聲系統(tǒng)一般需要5至 8個(gè)揚(yáng)聲器，成本高且需要占據(jù)一定空間，難W在手機(jī)或平板電腦等小型設(shè)備上使用。
[0003] 隨著環(huán)繞聲技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，出現(xiàn)了其他種類(lèi)的環(huán)繞聲系統(tǒng)，比如虛擬環(huán)繞聲 系統(tǒng)。由于虛擬環(huán)繞聲系統(tǒng)只需兩個(gè)獨(dú)立的揚(yáng)聲器或耳機(jī)，硬件上較為簡(jiǎn)單。
[0004] 在雜志《電聲技術(shù)》第2/2000期中，文獻(xiàn)《虛擬環(huán)繞聲信號(hào)的原理與誤區(qū)》記載了 SRS公司開(kāi)發(fā)的SRS 3D系統(tǒng)，如圖1所示，其對(duì)聲信號(hào)的處理過(guò)程包括：（1)對(duì)左聲道輸入信 號(hào)以。與右聲道輸入信號(hào)Rin進(jìn)行和差處理，即相加獲得和信號(hào)M=Lin+Rin，和信號(hào)M包含前方的 聲場(chǎng)信息，相減獲得差信號(hào)S=Lin-Rin,差信號(hào)S包含環(huán)繞周?chē)h(huán)境的聲場(chǎng)信息，（2)對(duì)和信號(hào) M進(jìn)行放大處理并輸出第一左聲道信號(hào)^，對(duì)S信號(hào)進(jìn)行頻率補(bǔ)償處理并輸出第一右聲道信 號(hào)Ri, (3)將左聲道輸入信號(hào)kn、第一左聲道信號(hào)^及第一右聲道信號(hào)Ri混合并輸出左聲道 輸出信號(hào)Uut= kn+ Ll+ Rl,將右聲道輸入信號(hào)Rin、第一左聲道信號(hào)^及第一右聲道信號(hào)Rl 的反相f曰號(hào)混合并輸出右尸道輸出f曰號(hào)Rout= Rin+ Ll- Rlo
[0005] 該虛擬環(huán)繞聲系統(tǒng)算法簡(jiǎn)單并能夠增強(qiáng)聲音的包圍感，但是其會(huì)使左右方向的聲 源方位往中間偏移，并且，并未有效地解決頭中定位的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的主要目的是提供一種有效地增加聲音包圍感的同時(shí)，削弱聲音頭中定位 現(xiàn)象的耳機(jī)虛擬環(huán)繞聲信號(hào)處理方法； 本發(fā)明的另一目的是提供一種有效地增加聲音包圍感的同時(shí)，削弱聲音頭中定位現(xiàn)象 的耳機(jī)虛擬環(huán)繞聲信號(hào)處理裝置； 本方明的再一目的是提供一種W上述耳機(jī)虛擬環(huán)繞聲信號(hào)處理裝置構(gòu)建的耳機(jī)虛擬 環(huán)繞聲信號(hào)處理系統(tǒng)。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述主要目的，本發(fā)明提供的耳機(jī)虛擬環(huán)繞聲信號(hào)處理方法包括和差處 理步驟、串聲反饋步驟、前期反射聲生成步驟及混合步驟。和差處理步驟包括對(duì)左聲道輸入 信號(hào)與右聲道輸入信號(hào)進(jìn)行和差處理得到第一左聲道信號(hào)與第一右聲道信號(hào)。串聲反饋步 驟包括對(duì)第一左聲道信號(hào)與第一右聲道信號(hào)進(jìn)行串聲反饋處理得到第二左聲道信號(hào)與第 二右聲道信號(hào)。前期反射聲生成步驟包括對(duì)第二左聲道信號(hào)與第二右聲道信號(hào)進(jìn)行前期反 射聲處理W生成左聲道前期反射聲信號(hào)與右聲道前期反射聲信號(hào)?；旌喜襟E包括第二左聲 道信號(hào)與左聲道前期反射聲信號(hào)相加得到左聲道輸出信號(hào)，第二右聲道信號(hào)與右聲道前期 反射聲信號(hào)相加得到右聲道輸出信號(hào)。
[000引由W上方案可見(jiàn)，通過(guò)和差處理步驟，對(duì)左聲道信號(hào)與右聲道信號(hào)進(jìn)行求和處理， 得到前方聲場(chǎng)的信息；對(duì)左聲道信號(hào)與右聲道信號(hào)進(jìn)行求差處理，得到環(huán)繞周?chē)h(huán)境的聲 場(chǎng)信息。通過(guò)串聲反饋步驟W虛擬出串聲信號(hào)，在聲信號(hào)中引入適量的串聲信息。通過(guò)前期 反射聲生成步驟W虛擬出前期反射聲。通過(guò)混合步驟將串聲信號(hào)與前期反射聲信號(hào)疊加至 經(jīng)過(guò)和差處理的左右聲道信號(hào)中，從而在增加聲場(chǎng)包圍感的同時(shí)，削弱虛擬環(huán)繞聲的頭中 定位現(xiàn)象。
[0009] 具體的方案為還包括均衡處理步驟，于和差處理步驟后及串聲反饋步驟前進(jìn)行均 衡處理，W得到均衡處理后的第一左聲道信號(hào)與第一右聲道信號(hào)。均衡處理包括對(duì)和差處 理步驟中得到的第一左聲道信號(hào)中預(yù)定頻帶信號(hào)進(jìn)行衰減，W得到第一均衡信號(hào);對(duì)和差 處理步驟中得到的第一右聲道信號(hào)中預(yù)定頻帶信號(hào)進(jìn)行增益，W得到第二均衡信號(hào)，第一 均衡信號(hào)與第二均衡信號(hào)相加得到均衡處理步驟中的第一左聲道信號(hào)，第一均衡信號(hào)與第 二均衡信號(hào)相減得到均衡處理步驟中的第一右聲道信號(hào)。對(duì)和差處理步驟中的第一左聲道 信號(hào)，即和信號(hào)中預(yù)定頻段部分進(jìn)行衰減處理W提升人聲能量的比例，同時(shí)可有效地防止 齒音過(guò)重現(xiàn)象;對(duì)和差處理步驟中的第一右聲道信號(hào)，即差信號(hào)中預(yù)定頻段進(jìn)行增益處理， 增加差信號(hào)的低頻能量，W增加包圍感;并對(duì)均衡處理后的信號(hào)進(jìn)行求和及求差處理，將信 號(hào)還原成播放的左、右聲道信號(hào)。
[0010] -個(gè)優(yōu)選的方案為第一左聲道信號(hào)的串聲反饋處理為對(duì)第二右聲道信號(hào)進(jìn)行延 時(shí)、帶通濾波及衰減得到第一串聲反饋信號(hào)，從第一左聲道信號(hào)中減去第一串聲反饋信號(hào) 得到第二左聲道信號(hào)；第一右聲道信號(hào)的串聲反饋處理為對(duì)第二左聲道信號(hào)進(jìn)行延時(shí)、帶 通濾波及衰減得到第二串聲反饋信號(hào)，從第一右聲道信號(hào)中減去第二串聲反饋信號(hào)得到第 二右聲道信號(hào)。
[0011] 另一個(gè)優(yōu)選的方案為前期反射聲處理包括生成一對(duì)W上的左前期反射聲信號(hào)與 右前期反射聲信號(hào)，左前期反射聲信號(hào)相加得到左聲道前期反射聲信號(hào)，右前期反射聲信 號(hào)相加得到右聲道前期反射聲信號(hào);生成一對(duì)左前期反射聲信號(hào)與右前期反射聲信號(hào)包括 對(duì)第二左聲道信號(hào)進(jìn)行低通濾波及延時(shí)得到第=左聲道信號(hào)，對(duì)第=左聲道信號(hào)進(jìn)行低通 濾波得到第四左聲道信號(hào)，對(duì)第二右聲道信號(hào)進(jìn)行低通濾波及延時(shí)得到第=右聲道信號(hào)， 對(duì)第=右聲道信號(hào)進(jìn)行低通濾波得到第四右聲道信號(hào)，將第=左聲道信號(hào)、第四左聲道信 號(hào)及第四右聲道信號(hào)相加并延時(shí)得到左前期反射聲信號(hào)，將第=右聲道信號(hào)、第四右聲道 信號(hào)及第四左聲道信號(hào)相加并延時(shí)得到右前期反射聲信號(hào)。
[0012] 為了實(shí)現(xiàn)上述另一目的，本發(fā)明提供的耳機(jī)虛擬環(huán)繞聲信號(hào)處理裝置包括和差處 理單元、串聲反饋單元、前期反射聲生成單元、混合單元、裝置輸入端與裝置輸出端。和差處 理單元的輸入端與裝置輸入端連接。串聲反饋單元的輸入端與和差處理單元的輸出端連 接。前期反射聲生成單元的輸入端與串聲反饋單元的輸出端連接。混合單元的輸入端分別 與串聲反饋單元的輸出端及前期反射聲生成單元的輸出端連接，輸出端與裝置輸出端連 接。
[0013] 由W上方案可見(jiàn)，和差處理單元用于對(duì)左聲道信號(hào)與右聲道信號(hào)進(jìn)行求和處理， 得到前方聲場(chǎng)的信息，及對(duì)左聲道信號(hào)與右聲道信號(hào)進(jìn)行求差處理，得到環(huán)繞周?chē)h(huán)境的 聲場(chǎng)信息。串聲反饋單元用于虛擬出串聲信號(hào)，與和差處理單元一起用于模擬出揚(yáng)聲器播 放的效果。前期反射聲生成單元用于虛擬出空間反射聲。通過(guò)混合單元將串聲信號(hào)及前期 反射聲信號(hào)疊加至經(jīng)過(guò)和差處理的左右聲道信號(hào)中，從而在增加聲場(chǎng)包圍感的同時(shí)，削弱 虛擬環(huán)繞聲的頭中定位現(xiàn)象。
[0014] 具體的方案為串聲反饋單元的輸入端通過(guò)均衡處理單元與和差處理單元的輸出 端連接。均衡處理單元包括和信號(hào)均衡器、差信號(hào)均衡器、第二加法器及第二減法器;和差 處理單元的和信號(hào)輸出端與和信號(hào)均衡器的輸入端連接;和差處理單元的差信號(hào)輸出端與 差信號(hào)均衡器的輸入端連接;第二加法器的第一輸入端與和信號(hào)均衡器的輸出端連接，第 二輸入端與差信號(hào)均衡器的輸出端連接，輸出端與均衡處理單元的左聲道輸出端連接;第 二減法器的正相輸入端與和信號(hào)均衡器的輸出端連接，負(fù)相輸入端與差信號(hào)均衡器的輸出 端連接，輸出端與均衡處理單元的右聲道輸出端連接。對(duì)和差處理單元處理輸出的信號(hào)進(jìn) 行均衡處理，從而對(duì)其頻率特性進(jìn)行均衡的同時(shí)，通過(guò)求和及求差將信號(hào)還原成播放的左、 右聲道信號(hào)。
[0015] -個(gè)優(yōu)選的方案為串聲反饋單元包括左聲道串聲反饋模塊與右聲道串聲反饋模 塊。左聲道串聲反饋模塊包括第一延時(shí)電路、第一帶通濾波器、第一衰減器及第=減法器， 右聲道串聲反饋模塊包括第二延時(shí)電路、第二帶通濾波器、第二衰減器及第四減法器。第一 延時(shí)電路的輸入端與右聲道串聲反饋模塊的反饋輸出端連接，輸出端與第一帶通濾波器的 輸入端連接;第一衰減器的輸入端與第一帶通濾波器的輸出端連接;第=減法器的正相輸 入端與串聲反饋單元的左聲道輸入端連接，負(fù)相輸入端與第一衰減器的輸出端連接，輸出 端與串聲反饋單元的左聲道輸出端連接;第二延時(shí)電路的輸入端與左聲道串聲反饋模塊的 反饋輸出端連接，輸出端與第二帶通濾波器的輸入端連接;第二衰減器的輸入端與第二帶 通濾波器的輸出端連接;第四減法器的正相輸入端與串聲反饋單元的右聲道輸入端連接， 負(fù)相輸入端與第二衰減器的輸出端連接，輸出端與串聲反饋單元的右聲道輸出端連接。
[0016] 另一個(gè)具體的方案為前期反射聲生成單元包括第一低通濾波器，一個(gè)W上的前期 反射聲生成模塊、第五加法器及第六加法器;第一低通濾波器的左聲道輸入端及右聲道輸 入端對(duì)應(yīng)地與前期反射聲生成單元的左聲道輸入端及右聲道輸入端連接;前期反射聲生成 模塊的左聲道輸入端及右聲道輸入端對(duì)應(yīng)地與第一低通濾波器的左聲道輸出端及右聲道 輸出端連接，左聲道輸出端與第五加法器的一個(gè)輸入端連接，右聲道輸出端與第六加法器 的一個(gè)輸入端連接;第五加法器的輸出端與前期反射聲生成單元的左聲道輸出端連接，第 六加法器的輸出端與前期反射聲生成單元的右聲道輸出端連接。
[0017] 更優(yōu)選的方案為前期反射聲生成模塊包括第=延時(shí)電路、第二低