专利名称：紧凑的环绕声系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有多个通道的环绕声系统，用于淹没多方向声场中的听者。更具体而言，本发明属于一种能从单个紧凑箱体中产生环绕声的环绕声系统。
背景技术：
近些年来已广泛使用了音频/视觉系统中的多通道立体声声音。该技术中的趋势已远离了常规的立体声音再现系统，并且朝向“环绕声”系统，在其中声场被动态地(并且有意地)移动到听者的侧面和后面。
为改进听者感觉到的特性，多通道声音再现系统是已知的，其除了左和右(以及最优地，中央)声道以外还包括一个或多个环绕声通道(在过去常常被称为“环境”或“特效”通道)。这些系统现在在运动画面剧院中是相对常见的，并且在用户的家中变得越来越常见。在消费者家中这种系统的增长后面的驱动力是环绕声家用视频软件的广泛可用性，主要是为剧院发行制作并且随后被传递给家用视频介质(例如，数字视频盘(DVD)、录像带、视频盘和广播或有线电视)的环绕声运动画面(电影)。
在以提供在听者后面扩大的声场或将声像定位于听者后面的方式来再现声音的情况下，两个(前)扬声器被安排在听者的左前和右前以便于左和右通道再现，并且至少一个或两个后扬声器被另外安排在听者的后面以便于环绕或后通道再现。另外，现代环绕声系统可包括在左前和右前扬声器之间在听者前面安排的中央扬声器。为改进声音质量，音频信号的低频部分可被导向附加的亚低音扬声器。相对于听者的压低音扬声器的准确位置对于环绕声系统的总体性能并不是关键的。
然而，在普通家庭中，在房间中安排五到六个扬声器是困难的。由于新的环绕声系统常常与任何现有立体声系统不兼容，用户被遗留了这样的选择在一个房间中具有两个共存的系统(将扬声器的数量增加到七或八)或放弃老系统。这显然是不令人满意的，在近些年来已尝试减小扬声器的数量以产生环绕声或至少提供新环绕声系统和任何遗留的立体声设备之间的较好集成。
致力于减小硬件部件数量的最先进的系统被描述于共同拥有的公开的国际专利申请No.WO-0123104中。在WO-0123104中，变换器阵列产生许多可独立操纵的声束。在工作中，声束被引导于听者左边和右边的反射表面或墙壁的适当位置并且被导向听者后面的墙壁的左和右角。经反射的声音向着听者位置，即所谓的“最有效点”而聚集，这是以与以下非常相同的方式进行的就好象从位于这些位置的扬声器被投影。因此，该系统解决了在房间的多于一个的位置中具有扬声器的需要。
尽管对于许多应用是令人满意的，仍认识到需要减小这种系统的总体尺度以便于安装在较小的房间中。
因此，本发明的目的是改进WO-0123104的设备以产生一种系统，其能从具有与常规电视机可比的尺度的单个箱体中产生环绕声。
发明内容
根据以上目的，本发明提供了一种如在独立的权利要求中所要求的设备。
依照本发明的第一方面，提供了一种用于响应于音频输入信号而产生多个环绕声通道的音频系统，其在单个箱体或外壳中包括适合于接收环绕声输入信号的放大器系统和多个电声变换器，其一些被安排为定相阵列，适合于通过在不同方向上引导环绕声通道而基于所述环绕声输入信号来发射环绕声，其中所述箱体包括至少一个左和至少一个右电声变换器以及滤波器以转移(divert)所述输入信号的低频成分以便于通过所述左和右变换器而发射。
本发明本质上是能从常规电视机尺寸的外壳在听者位置处产生真实环绕声环境的紧凑环绕声系统，其利用了至少两个低音扬声器，每个都位于所述箱体的侧面，以及位于前面的变换器的定相阵列。
在本发明的第一实施例中，低音扬声器被用于再现环绕声信号的低频成分，而变换器阵列产生在信号中存在的左、右、中央、环绕左/右和其它通道。
在更优选的实施例中，所述系统包括发射模式控制以便于迅速适应于不同的环境。更具体而言，新型的音频系统能改变环绕声再现的左和右通道被发射的模式，从而使变换器能为了发射特定通道的目的而被激励或停用。新特征增强了在各种环境中的和用于各种用户喜好的系统可用性。
从参照以下附图进行的对非限制性实例的以下详述来看，本发明的这些和其它方面将是显而易见的。
在附图中图1A是依照本发明的音频系统的透视图；图1B是图1A的系统的水平横截面；图2是依照本发明的音频系统的方块图；图3是说明图2系统的部分方面的示意图；图4是说明图2系统的进一步细节的示意图；并且图5说明了图2系统的发射模式控制的细节。
具体实施例方式
在图1的附图中，所示为具有单个箱体(或外壳)110的音频系统100。前板111承载变换器阵列121。左和右侧面112、113分别被用于安装左和右低音扬声器122(WL)、123(WR)。借助箱体110进一步封装的是放大器部130，其通过输入插座131而连接于诸如DVD播放器或接收器的外部音频信号源。放大器部具有由主电源133馈送的功率单元132。
图2的基本方块图示出了放大器部130的主要部件。多通道音频信号被假定作为经编码的数字位流211而到达。数字数据进入解码器系统212，其将所述信号分成各种音频通道信号，包括左L、右R和中央C通道、环绕通道SC(环绕或左后、环绕或右后等)以及低频效果通道LFE。
由此被解码的信号形成到交叉系统(crossover system)213的输入，该系统控制各种音频通道中的低频成分的分配。如图3中所示，适当的增益调节311之后的L、R、C通道和n个环绕通道均使用高通和低通滤波器312、313来进行带分裂，并且其低频成分与LFE信号一起被添加给低音通道以最终通过左和右低音通道WL、WR来发射。高频成分被通过。
要通过WL和WR通道发射的其它信号是由待在以下描述的发射模式控制系统214来确定的。
图2中所示的交叉系统213和发射模式控制系统214两者均在常规情况下被实施为数字信号处理单元215的子部分，该处理单元为整个定相变换器阵列121和低音WL、WR而控制功率驱动器单元216。该系统能产生要直接被投影向听者或从墙壁和/或天花板反射的声音的可独立操纵的窄束。这样的系统是可用的并且可从申请人Limited处购买。有关定相变换器阵列的实施和操作的进一步细节在以下参照图4而被描述。
在图4中，环绕通道43将输入提供给多通道采样速率转换器44以便于转换成标准采样速率和位长度。采样速率转换器级44的输出被组合成包括所有通道的单个高速串行信号。
经串行化的数据进入数字信号处理(DSP)单元45以进一步处理该数据。该单元包括一对商用Texas Instruments TMS320C6701 DSP，其以133MHz运行并且以浮点格式进行大部分计算。
第一DSP进行滤波以补偿所使用的变换器的频率响应中的不规律性。它提供了四倍的过度采样和插值以去除由过度采样过程产生的高频成分。
第二DSP进行量化和噪声成形从而以195kHz的采样速率将字长度减小到九位。
来自第二DSP的输出被使用总线451而并行分配给十一个商用Xilinx XCV200现场可编程门阵列(FPGA)46。门阵列为每个通道和每个变换器施加唯一的时间延迟。其输出是输入的许多不同版本或复制品，其数量等于变换器的数量乘以通道的数量。由于在该实例中，变换器121的数量是74，输入的几百个不同版本或复制品被产生于该级。通道的各个版本被求和于用于每个变换器的加法器47-1到47-n并且被传递给脉冲宽度调制器(PWM)48-1到48-n。每个脉冲宽度调制器都驱动D级(class-D)输出级49-1到49-n，其电源电压可被调节以控制到变换器121的输出功率。值得注意的是，从系统控制的观点来看，左和右低音扬声器WL、WR可被当作阵列的变换器121。
系统初始化处于微控制器491的控制下。一旦被初始化，微控制器被用于通过红外线远程控制器(未示出)从用户获取方向和音量调节命令，在系统显示器上显示它们，并且将其传递给第三DSP 492。
系统中的第三DSP 492被用于计算每个变换器上的每个通道所需的时间延迟以能将每个通道操纵到不同方向上。例如，第一对通道可被导向房间的右和左侧壁(相对于环绕声再现系统的位置)，而第二对被导向后壁的右和左方以产生环绕声。由此建立的延迟要求在相同的并行总线451上被分配给FPGA 46以作为数据采样。以上步骤的大多数被更详细地描述于在此引入作为参考的WO-0123104中。
通过用控制变换器121的输出的发射矩阵来覆盖通道信息，微控制器491和DSP 492可控制发射模式。
在图5的实例中，发射矩阵是n个数的阵列或矢量，其中阵列中数的位置表示由该数的值来控制的变换器。发射矩阵可被实施为“1”和“0”的集合。“1”表示变换器将输出讨论中的通道而零阻塞它。
不同的发射模式是通过将对应的发射矩阵加载到微控制器的存储器中而实施的。三个特定的发射模式被预期用于左和右信号通道第一L/R发射模式将左和右通道分别导向左和右低音。在图5A中，用于该模式的矩阵被示出有表示低音变换器的底部角位置WL和WR。被示出为图5B中的矩阵的第二L/R发射模式将左通道导向阵列的变换器的第一列而将右通道正好导向变换器阵列的最后列，然而不包括低音。在如图5C中所示的第三发射模式中的是简单的直通模式，其允许左和右通道由全阵列来发射并因此被发射为可操纵的束。这些束被对着反射表面而引导并且在反射之后，被感觉成源自反射点。
容易理解发射模式可如何被适配以包括根据需要对发射通道添加或减去变换器的其它变换器配置。例如，低频成分可被导向位于阵列以下或中间的前面处的低音扬声器。
权利要求
1.一种用于响应于音频输入信号而产生多个环绕声通道的音频系统，包括单个箱体中的放大器系统，其适合于接收环绕声输入信号，以及多个电声变换器，其被部分地安排成定相阵列并适合于基于所述环绕声输入信号而发射环绕声，其中所述箱体包括至少一个左和至少一个右电声变换器和滤波器以转移所述输入信号的低频成分以便于通过所述左和右变换器而发射。
2.权利要求1的音频系统，其具有被安装在所述箱体的前面上的定相阵列以及相应侧面处的左和右变换器。
3.权利要求2的音频系统，包括配置系统以在预定环绕声发射模式之间选择，所述模式激励和停用变换器以便于发射环绕声的特定通道。
4.权利要求3的音频系统，其中配置系统在环绕声的左和右通道的发射模式之间选择。
5.权利要求4的音频系统，其中配置系统适合于根据外部控制信号的设置将左和右的通道的发射开关到左和右变换器、定相阵列的变换器的左和右列、全定相阵列或其组合。
全文摘要
一种用于响应于音频输入信号而产生多个环绕声通道的音频系统，在单个箱体中包括放大器系统，其适合于接收环绕声输入信号，以及多个电声变换器，其被部分地安排成定相阵列并适合于基于所述环绕声输入信号而发射环绕声，其中所述箱体包括至少一个左和至少一个右电声变换器和滤波器以转移所述输入信号的低频成分以便于通过所述左和右变换器而发射。
文档编号H04R3/14GK1636420SQ03804235
公开日2005年7月6日 申请日期2003年2月17日 优先权日2002年2月19日
发明者P·T·特罗顿, I·A·比内克, M·R·谢泼德 申请人:1...有限公司