[发明专利]时间相位调整的音频输出的双平面扬声器系统

说明书

相关申请的交叉参考

无

联邦资助的研究

无

序列表或程序

无

发明背景

1.发明领域

本发明涉及通过特别放置的具有由两个输入声道衍生的时间相位调整的中间声道的扬声器逼真并生动地重放立体声。

2.现有技术

用于立体声扬声器系统的现有技术以使用两个独立的扬声器音箱为主。一个扬声器音箱放置在听众区域的右边。另一个对称地放置在听众区域的左边。处在距两个扬声器音箱等距的收听区域范围内的任一点的听众将感受到相当准确的立体音频图像(stereo image)。

左声道(channel)信息将像是源自左扬声器。右声道信息将像是来自右扬声器。中间声道信息将像是来自位于左右扬声器之间的一点处。同样地，被录制为好像是中间偏右或偏左的声音也将被在方向上地准确感受到。

如果听众不处在距两个扬声器系统等距的位置，即，不在两个扬声器系统间的中间，则中间声道位置的这种高度的清晰度就会丧失。在这种情况下，左边的声音仍然好像是来自左扬声器系统。右边的声音仍然好像是来自右扬声器系统。但在中间，声道信息不再好像是来自两个扬声器系统之间的位置。因此，没有高度清晰的中间位置，整个立体音频图像就显著降质。

相对的时移是引起中间声道位置信息丧失的原因，所述相对的时移是由分别从左扬声器系统和右扬声器系统到听众的距离差异引起的。声波以1马赫或334米每秒的速率传播。通常认为此值是不变的，尽管温度、气压和湿度方面的变化会轻微地影响所述速率。不管怎样，对共享相同空间的两组扬声器，传播速率将是相同的。尽管中间声道信息同时应用到两个扬声器，但来自于最近的扬声器的声波将先到达听众的耳朵。来自于距听众较远的扬声器系统的声波将较迟到达，因为这些声波在到达听众的耳朵前被所必须传播的附加距离延时。

例如，一位听众处在收听环境中的某一位置，在此例中称为“P”。位置“P”位于距左扬声器(多个左扬声器)约167cm(5.57英尺)以及距右扬声器(多个右扬声器)约200.4cm(6.68英尺)处。来自左扬声器的声波将在由扬声器产生5毫秒后到达收听位置(P)。来自右扬声器的声波将在由右扬声器产生6毫秒后到达位置“P”，产生1毫秒的到达时间差，在之后称为“T”。同时应用到左右两个扬声器的音频信息(SIN theta)将在收听位置(P)合并作为两个信号的总合的合成量，即来自左扬声器的(多个左扬声器)(SIN theta)和来自右扬声器的(多个右扬声器)(SIN theta+T)的总和的合成量。在位置P感受到的净声音能量将是(SIN theta)+(SIN theta+T)。

如果同相，来自于两个源的声音能量能够相长地合并，并产生大于任一分量的净能量。如果两个源异相，声音能量也能够相消地合并，并且两个源会相互抵消。这取决于由时移(T)产生的相对的相差。由法国数学家J.D.J.Fourier提出的方程式可对固定的时移(T)计算任何频率的相对相位。对于给出的T＝1毫秒的例子，在500HZ，1.5KHZ，2.5KHZ，3.5KHZ，4.5KHZ，6.5KHZ，7.5KHZ，8.5KHZ，9.5KHZ，10.5KHZ，11.5KHZ，12.5KHZ等频率将会发生零频率。这称为“梳状效应”，源于零频率的有规律的间距，并且是双音箱立体声系统中的常见问题。

人用分开约12厘米的两只耳朵收听，加重了这种情况。这意味着实际上在收听环境中两个分立的点处产生感觉。每个单独的耳朵具有不同的响应变换，这进一步改变了听众感受到的频率。人耳确定声音位置的方法之一是通过在一耳与另一耳之间比较声音的到达时间。当常规的双扬声器立体音响系统中的中间声道信息不再同时到达听众的两耳时，听众不再能够确定中间声道信息的方向的位置，立体音频图像破坏。

讲究音质者把听众环境中与两个扬声器系统等距的区域叫做“最佳听音区域(Sweet Spot)”。对在室内装配的典型的系统，最佳听音区域的大小通常仅够容纳一个人。一个常见的例子涉及并排坐在长沙发上的三个人的收听环境；如果在中间座位的人处于最佳听音区域，享受准确的立体声音频图像，则坐在左边或右边的人一般不会感受到具有准确度的立体声。