专利名称：用于无线驱动扬声器的音频/视频系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有分布式扬声器和用于通过相应扬声器来重放音频通道的音频信号的音频/视频回放单元的音频/视频系统。
本发明还涉及一种用于重放来自音频通道的音频信号的音频/视频回放单元。
本发明还涉及一种发送扬声器。
本发明还涉及一种接收扬声器。
在本发明中，术语“音频/视频系统”和“音频/视频回放单元”将被理解为意味着它既可与一种音频系统(也称为“音响系统”)或者一种仅用于重放音频信号的回放单元有关，又可与一种系统或者一种用于重放音频信号和视频信号的回放单元有关。
从文献WO 98/59525中可知此类型的音频/视频系统以及此类型的音频/视频回放单元。该文献公开了一种利用耳机产生环绕声效果的音响系统，所述耳机为耳机用户提供了依赖于头部位置的方向性听觉。除双通道音频信号以外，还向用户佩戴的耳机发送一个超声基准信号。安装在左面和右面的耳机上的传声器接收该超声基准信号。从该超声基准信号到这些传声器的每个的到达时间来确定该超声基准信号的相位差，并可以从所述相位差推断出用户的头部以多大角度转向中心轴。发送到耳机的音频信号相对于所确定的相位差进行调制。借助于来自专用的独立的超声波发射设备的调制的超声信号将音频信号发送到耳机，该超声波发射设备被耦合到音频/视频回放单元。
已知的音频/视频系统中存在的缺点是，对于其操作需要一个独立的超声波发射设备。这不仅增加了音频/视频系统的价格，而且从根本上阻止了许多用户购买这种系统，因为超声波发射设备必须作为额外的一台设备被安装在起居室中，并且必须用导线连接到音频/视频回放单元上。因为超声波发射器是高度方向性的，所以通常还必须以瞄准线的方式将该超声波发射设备安装在耳机能够正常使用的位置上，并且根据审美的原因，这经常是不希望有的。
本发明要解决的问题是创建一种根据上面第一段所述类型的音频/视频系统、一种根据上面第二段所述类型的音频/视频回放单元、一种根据上面第三段所述类型的发送扬声器以及一种根据上面第四段所述类型的接收扬声器，其中避免了前面提到的缺点。为了解决上述问题，在根据本发明的音频/视频系统中，提供了根据本发明的特征，从而根据本发明的音频/视频系统可以具有如下特征音频/视频系统，具有分布式扬声器和用于通过相应扬声器来重放来自音频通道的音频信号的音频/视频回放单元；并且具有将至少一个音频通道的音频信号转换成调制的超声信号的转换装置以及具有将调制的超声信号和音频通道的音频信号一起发送到至少一个发送扬声器的发送装置，所述发送扬声器被设计成用于将调制的超声信号和音频通道的音频信号一起发送；并且具有接收扬声器，所述接收扬声器具备逆转换装置，用于将接收的调制超声信号逆转换成逆转换的音频信号，并用于将该逆转换的音频信号发射到音频/视频系统中未与该音频/视频回放单元连接的至少一个扬声器。
为了解决上述问题，根据本发明的音频/视频回放单元具备根据本发明的特征，因此，根据本发明的音频/视频回放单元可以具有如下特征音频/视频回放单元，用于重放来自音频通道的音频信号，具有转换装置，所述转换装置被设计成用于将至少一个音频通道的音频信号转换成调制的超声信号；并且具有发送装置，用于将调制的超声信号和音频通道的音频信号一起发送到至少一个发送扬声器，所述发送扬声器被设计成用于将调制的超声信号和音频通道的音频信号一起发送。
为了解决上述问题，根据本发明的发送扬声器具备根据本发明的特征，因此，根据本发明的发送扬声器可以具有如下特征发送扬声器具有用于接收音频信号和调制的超声信号的信号接收装置，并具有用于发射音频信号和超声信号的发射装置。
为了解决上述问题，根据本发明的接收扬声器具备根据本发明的特征，因此，根据本发明的接收扬声器可以具有如下特征接收扬声器具有接收调制的超声信号的接收装置，并具有作为逆转换装置而提供的用于解调在超声信号中包含的音频信号的解调装置，以及具有用于声学重放音频信号的重放装置。
根据本发明的特征在价格上提供了可观的减小，因为无论如何都可以利用现有的音频/视频系统的元件。换言之，对于向一个例如所述的音频/视频系统提供根据本发明的功能的扩展，不存在额外材料成本或仅存在可忽略的额外材料成本。由于至少一个音频通道的信号传输是无线的，因此实现了布线成本的减少。布线成本的这个减少显著地是因为两个原因。首先，在住宅建筑物中，通常以电缆不碍事并且还在视觉上不引人注目的方式来铺设电缆是困难的。其次，已经发现电缆是音频/视频系统发生故障的主要因素。因此，在布线上减少每个单独的电缆大大增加了音频/视频系统的工作可靠性。
在根据本发明的音频/视频系统中，用来将至少一个音频通道的音频信号转换成调制的超声信号的转换装置可以被包含在发送扬声器中。然而已证实，如果提供根据权利要求2或权利要求7所述的措施，则是特别有利的。这对简单系统设计来说尤其有利。
根据权利要求3和4的措施，获得了如下优点扬声器可以用来联合发送多个音频通道，在发送一个音频通道的声信号时，同时发送被转换到超声范围的其它音频通道的信号。这对于使根据本发明的音频/视频系统或音频/视频回放单元实现尽可能低的材料成本来说是有利的。
根据权利要求8的措施，单独安装特别是安装与环绕音频/视频系统连接的后扬声器的的问题得到了解决。
根据权利要求10的措施，音频信号的处理以及将它们转换到超声范围可以通过软件来执行，并且因此灵活而廉价。
根据权利要求11和12的措施，在超声范围中所需的传输带宽被减小，从而可以降低对发送扬声器施加的频率响应要求。
根据权利要求13的措施，实现了各个音频通道的较高选择性。
根据权利要求15和16的措施，有可能使用市场上可买到的音箱，这对保持材料成本尽可能低来说是有利的。必要时，可以利用超声高音扬声器来对音箱进行补充。
根据权利要求18的措施，有利的是，用户有可能选择应该重放哪个音频通道。
根据权利要求19的措施，获得了廉价、有效且灵活的接收扬声器。
根据下文所述的实施例，本发明的这些和其它方面是显而易见的，并将参考所述实施例对其进行阐明。
图1示意性地示出根据本发明一个实施例的5.1多通道音频/视频系统。
图2以框图示出根据本发明一个实施例的接收扬声器。
图3以框图示出根据本发明一个实施例的音频/视频回放单元。
图4示出关于将音频信号转换成调制的超声信号的电平-频率图。
图1示意性地示出根据本发明的一个音频/视频系统AV，其被设计为依照5.1多通道标准的环绕音频/视频系统。5.1多通道标准意味着存在下面的音频通道前左、前中、前右、后左、后右和亚低音扬声器通道，亚低音扬声器通道用于传输人耳能够听到但是不能定位的甚低频声音，因而在这个环绕系统中未为这些甚低频声音分配位置。本音频/视频系统AV包括音频/视频回放单元CU，其在技术领域中被称为中央单元，并且包含用于回放存储在DVD或CD上的数据、或者存储在磁、磁光或基于存储-IC的存储介质上的音频或音频/视频数据或者通过网络传输的数据的装置(未更详细地示出)。DVD尤其具有能够存储大量音频通道的特性，所述音频通道作为所谓的数字比特流从DVD中被重放出来。音频/视频回放单元CU处理该比特流，由此从其中提取出各个音频通道的音频信号，并对所述信号进行操作(例如通过增加或降低某些频率范围)和放大。所有音频通道的放大的音频信号被馈送到一个在音频/视频回放单元CU后面的边缘连接器，在该连接器中，这些信号被扬声器电缆传送到扬声器或音箱，以馈给这些扬声器并将音频信号作为可听声音来辐射(radiate)。根据5.1多通道标准，可以设想下面的扬声器，其被分配到上述的音频通道扬声器FL(前左)、中心扬声器FC(前中)、扬声器FR(前右)、后左扬声器RL(后左)、后右扬声器RR(后右)以及低音音箱SW(亚低音扬声器)。通常前左和前右扬声器FL、FR从质量方面看是分布式扬声器系统中最高的，即具有最大的频率响应和最低失真的扬声器，因为音乐的主要部分由这些扬声器来辐射，并且它们还主要负责方向性听觉。中心扬声器FC主要用于重放电影中的语音，因此它们的频率响应不需要覆盖整个可听范围，而是可以被限制成低于10kHz。后面的扬声器RL和RR的质量要求通常较低，因为一方面它们主要传输背景声，与传输的总声能相比，背景声的电平通常为低。在图1中所示，最佳收听位置由沙发1表示，并且从所述沙发1，音频/视频系统的用户可以占据一个收听位置。在本例中，音频/视频回放单元CU通过第一扬声器电缆2被连接到前左扬声器FL，通过第二扬声器电缆3被连接到前右扬声器FR，通过第三扬声器电缆4被连接到中心扬声器FC并通过第四扬声器电缆5被连接到低音音箱SW。优质扬声器电缆由厚铜线构成，因此与环绕音频/视频系统有关的布线昂贵的问题是明显的。虽然将音频/视频回放单元用导线连接到通常位于音频/视频回放单元附近的前扬声器还是相对容易的，但是连接到后扬声器就更难了，因为在这种情况下必须穿过房间或者沿着房间的墙来布线。尤其是后者需要长度可观的电缆。
为了减少布线的成本，根据本发明，通过无线传输将至少一个音频通道的音频信号发送到一个或多个相应的扬声器，本发明的基本思想基于超声地将这些音频信号发送到相应的扬声器(或多个扬声器)。在本实施例中，至少一个音频通道的音频信号在音频/视频回放单元CU中被转换成调制的超声信号。这些调制的超声信号与音频通道的音频信号一起经由至少一个扬声器(其由电缆被连接到音频/视频回放单元，所述至少一个扬声器作为发送扬声器工作)被发送到环绕音频/视频系统的至少一个扬声器(这些扬声器未被连接到音频/视频回放单元，但是用作接收扬声器)。接收扬声器配备了用于将接收的调制超声信号转换成逆转换音频信号的逆转换装置，并另外具有重放装置，所述重放装置由扬声器形成，以便辐射逆转换的音频信号。在本例中，音频信号ARL和ARR，即后左音频通道和后右音频通道的音频信号被转换成调制的超声信号URLR，所述调制的超声信号URLR与前左音频通道的音频信号AFL混合，并经由第一扬声器电缆2被发送到扬声器FL，所述第一扬声器电缆2在此用作发送装置。扬声器FL是以无源音箱的形式，并作为发送扬声器发射声音信号AFL’和超声信号URLR’。扬声器FL包括频率分离滤波器，该分离滤波器将来自音频/视频回放单元CU的输入信号AFL+URLR按照高频和低频分量在低音扬声器和高音扬声器之间进行分配。如果需要，可以将频谱分成两个以上通道和/或对每个通道分配一个以上的扬声器(驱动器)。重点在于高音扬声器还能发送超声信号URLR’。然而，许多市场上可买到的音箱已经满足了这个要求，这些音箱的频率范围超出了最大20kHz的可听范围。例如，许多音箱能够发送高达40kHz的声音，并因此能够用于当前的目的。作为替代，音箱可以配备有超声高音扬声器，以便能够发送所需的超声频率范围。
虽然对一个音频信号而言，被转换成超声范围以仅通过一个扬声器或音箱来辐射基本上是足够的，但是本实施例设想把后左音频通道和后右音频通道的调制的超声信号URLR同时与前右通道的音频信号AFR混合，并经由音箱FR来辐射它们。这避免了高方向性的超声信号URLR’被家具等物品遮蔽。例如，沙发1可以遮蔽接收扬声器RR以免接收由前左音箱FL辐射的超声信号URLR’。
由音箱FL或FR辐射的音频信号ARL和ARR的转换的超声信号URLR’到达后扬声器RL和RR。两个扬声器RL和RR均被设计为接收扬声器，即它们拥有如图2所示的用来接收超声信号的接收装置，这里是以用来接收超声信号URLR’的传声器6的形式，它的输出信号由传声器放大器7放大，并作为接收的超声信号URLR被馈送到数字信号处理器8。数字信号处理器8用作解调装置，用来对在接收的超声信号URLR中包含的音频信号ARL和ARR进行解调。由于在本示例中音频信号ARL和ARR被共同转换成调制的超声信号URLR，所以在接收扬声器RL、RR上提供一个选择器开关13，用于选择后左或后右通道。根据选择器开关13的位置，数字信号处理器8向放大器9提供解调的后左或解调的后右音频信号(ARL；ARR)，所述放大器9直接地并彼此独立地(“双放大”)或者通过无源频率分离滤波器(未示出)共同地馈给低音扬声器10和高音扬声器11。接收扬声器RL、RR是以有源音箱的形式，即提供了向所述的电元件供电的电源单元12。此外，数字信号处理器8具有通过线路14到传声器放大器7的反馈，用于自动调整传声器放大器7的放大系数。作为数字信号处理器8的替代，合并了用于对超声信号URLR进行解调的锁相环(PLL)电路的电子电路可用作解调装置。
图3示出图1中多通道音频/视频系统AV的根据本发明的音频/视频回放单元CU的框图。DVD播放器15提供数字音频流DIG-IN，在其中上述音频通道的音频信号AFL、AFR、AFC、ARL、ARR和ASW被编码。数字信号处理器16将这些音频信号从音频流DIG-IN中解码出来。此外，数字信号处理器16具有用于若干通道的模拟音频信号AN-IN的输入端，图中示出了其中的一个。数字信号处理器16被设计为调制装置，用于将至少一个音频通道的音频信号调制成调制的超声信号，以及用于通过至少一个音频通道将调制的超声信号与这个音频通道的音频信号一起进行发送。更确切地说，音频信号ARL和ARR被共同地转换成超声频率范围，即转换成调制的超声信号URLR，该超声信号URLR一方面与前左通道的音频信号AFL混合，另一方面与前右通道的音频信号AFR混合，并通过两个通道进行传输。每个音频通道通过数字信号处理器16馈送至各自的通道放大器17，所述通道放大器17对供给它的音频信号(并且如果适用的话是混合的超声信号)进行放大，并将其提供给连接插座18，所述连接插座18被设计成连接到扬声器。应该注意，音频信号ARL和ARR不仅作为转换的超声信号在前左和前右音频通道上发送，而且，相应的音频信号ARL和ARR还被提供给后左和后右音频通道的扬声器插座，以便用户自由地选择是通过扬声器电缆连接扬声器RL和RR，还是利用无线连接经由超声链路连接到音频/视频回放单元CU。
应该指出，用户可以选择哪些通道被转换成超声范围以及通过哪些音频通道来传输转换的超声信号。
应该进一步指出，一个通道的音频信号可以被转换成超声范围，并且通过这个音频通道可以与这个通道的原始音频信号一起或者代替原始音频信号进行传输。当仅传输超声信号时，把一个仅工作在超声频率范围例如超声高音扬声器的扬声器连接到相应的音频通道连接插座上将是足够的。
图4示出电平-频率图，其示出一个实施例，由此图3的数字信号处理器16可以执行将音频信号转换成调制的超声信号。在电平-频率图的顶行示出前左音频通道的原始音频信号AFL在频域中的瞬时值。可以看到，音频信号AFL的频带延伸稍微超出20kHz的可听范围。由于这些超过20kHz的频率分量对整个声音并未作出显著的贡献，因此为了减少需要的传输带宽，这些分量被低通滤波器在20KHz处截去。
在电平-频率图的第二行中示出后右音频通道的原始音频信号ARR在频域中的瞬时值。此音频信号ARR的频率分量延伸稍微超出18kHz。在电平-频率图的第三行中示出后左音频通道的原始音频信号ARL在频域中的瞬时值。这个音频信号ARR的频率分量也稍微延伸超出18kHz。
音频信号ARL和ARR通过一个截止频率为18kHz的低通滤波器后，现在就为传输做好了准备。由于背景声主要是通过在多通道音频/视频系统中的后通道来传输的，因此在18kHz处截去这些信号不会导致任何明显的声音损失。接着，这两个信号ARL和ARR被放大六(6)dB，并且它们的频带被压缩成一半，即9kHz。然后，由此准备好的音频信号ARR被移位到30kHz和39kHz之间的超声频率范围中，并与滤波的音频信号AFL混合，该滤波的音频信号AFL采用在0和20kHz之间的带宽。压缩的音频信号ARL被再次反射，被移位到21kH与30kHz的频率范围中，并被叠加在其它两个信号上，从而给出一个由音频信号AFL和调制的超声信号URLR组成的信号。混合的信号AFL+URLR在电平-频率图的底行被示出。对信号ARL进行镜像导致与信号AFR较好的信号分离。这个混合信号AFL+URLR现在通过一个发送扬声器被辐射到接收扬声器，并且在所述接收扬声器中，超声分量在所述的调制过程的逆步骤中被解调回到音频信号ARL和ARR。接着，音频信号ARL和ARR中哪一个被实际地从接收扬声器声学地辐射取决于选择器开关的位置，正如上面参考图2所述的那样。
权利要求
1.一种音频/视频系统(AV)，其具有分布式扬声器和音频/视频回放单元(CU)，该音频/视频回放单元用于通过相应的扬声器来重放来自音频通道的音频信号(AFL、AFR、ARL、ARR)；并且具有转换装置(16)，用于将至少一个音频通道的音频信号(ARL、ARR)转换成调制的超声信号(URLR)；并具有发送装置，用于将该调制的超声信号(URLR)与音频通道的音频信号(AFL、AFR)一起发送到至少一个发送扬声器，所述发送扬声器被设计成用于将该调制的超声信号(URLR)与音频通道的音频信号(AFL、AFR)一起发送；并具有接收扬声器(RL、RR)，所述接收扬声器具有逆转换装置(6、7、8)，用于将接收到的调制的超声信号(URLR)逆转换成逆转换音频信号(ARL、ARR)，并用于将逆转换的音频信号发射到该音频/视频系统中未连接到该音频/视频回放单元的至少一个扬声器。
2.根据权利要求1所述的音频/视频系统(AV)，其中转换装置(16)被包含在该音频/视频回放单元(CU)中。
3.根据权利要求1或2所述的音频/视频系统(AV)，其中该发送扬声器是以音箱的形式，所述音箱被设计成用于将表示单个或多个音频通道的超声信号(URLR)以及一个或多个其它音频通道的音频信号(AFL、AFR)一起发送。
4.根据权利要求3所述的音频/视频系统(AV)，其中调制的超声信号(URLR)可以与至少一个音频通道的音频信号(AFL、AFR)一起通过电连接被直接发送到所述的至少一个发送扬声器。
5.根据权利要求1或2或3所述的音频/视频系统(AV)，其中所述音频/视频系统(AV)是以环绕音频/视频系统的形式，其具有前音箱(FL、FC、FR)和后音箱(RL、RR)以及可选的亚低音扬声器(SW)。
6.一种用于重放来自音频通道的音频信号的音频/视频回放单元(CU)，其具有转换装置(16)，所述转换装置(16)被设计成用于将至少一个音频通道的音频信号(ARL、ARR)转换成调制的超声信号(URLR)；并具有发送装置，用于将调制的超声信号(URLR)与音频通道的音频信号(AFL、AFR)一起发送到至少一个发送扬声器，所述发送扬声器被设计成用于将调制的超声信号(URLR)与音频通道的音频信号(AFL、AFR)一起发送。
7.根据权利要求6所述的音频/视频回放单元(CU)，其中转换装置(16)包括调制装置，用于将至少一个音频通道的音频信号调制成调制的超声信号(URLR)，并且调制的超声信号(URLR)可以在至少一个音频通道上与这个音频通道的音频信号一起被发送。
8.根据权利要求6所述的音频/视频回放单元(CU)，用于重放来自至少两个音频通道的音频信号，其中由转换装置(16)从至少一个音频通道的音频信号中产生的调制的超声信号(URLR)可以在至少一个其它音频通道上与这个其它音频通道的音频信号(AFL、AFR)一起被发送。
9.根据权利要求6所述的音频/视频回放单元(CU)，其中音频/视频回放单元(CU)被设计成用于处理数字(DIG-IN)和/或模拟(AN-IN)音频流。
10.根据权利要求6所述的音频/视频回放单元(CU)，其中转换装置(16)是以数字信号处理器的形式。
11.根据权利要求6所述的音频/视频回放单元(CU)，其中转换装置(16)包含低通滤波器，以便将高于20kHz、优选是高于18kHz的频率分量从将要被转换成超声频率范围的音频信号中滤出。
12.根据权利要求6所述的音频/视频回放单元(CU)，其中转换装置(16)对将要被转换的音频信号执行频率压缩。
13.根据权利要求6所述的音频/视频回放单元(CU)，其中转换装置(16)利用音频通道的频率镜像和频率位移对两个音频通道进行转换。
14.一种发送扬声器(FL、FR)，其具有信号接收装置，用于接收音频信号(AFL、AFR)和调制的超声信号(URLR)；并具有辐射装置，用于辐射音频信号(AFL、AFR)和超声信号(URLR)。
15.根据权利要求14所述的发送扬声器(FL、FR)，其中它是以无源音箱的形式，并且用于接收音频信号(AFL、AFR)和调制的超声信号(URLR)的信号接收装置包括频率分离滤波器。
16.根据权利要求14所述的发送扬声器(FL、FR)，其特征在于，辐射装置包括超声高音扬声器。
17.一种接收扬声器(RL、RR)，其具有用于接收调制的超声信号(URLR)的接收装置(6、7)；并具有作为逆转换装置来提供的解调装置(8)，用于对在该超声信号(URLR)中包含的音频信号(ARL、ARR)进行解调；并具有重放装置，用于声学重放音频信号(ARL、ARR)。
18.根据权利要求17所述的接收扬声器(RL、RR)，其中解调装置(8)与选择器开关(13)进行通信，该选择器开关用于选择在调制的超声信号(URLR)中包含的若干音频通道之一。
19.根据权利要求17所述的接收扬声器(RL、RR)，其中解调装置(8)包括数字信号处理器。
20.根据权利要求14所述的接收扬声器(RL、RR)，其中接收装置(6、7)包括传声器(6)和传声器放大器(7)，并且优选地，该传声器放大器(7)的放大可以被解调装置(8)控制。
全文摘要
在一种具有分布式扬声器和用于通过相应扬声器来重放来自音频通道的音频信号的音频/视频回放单元(CU)的音频/视频系统(AV)中，该音频/视频回放单元(CU)被设计成用于将至少一个音频通道的音频信号(ARL、ARR)转换成调制的超声信号(URLR)，并用于通过连接到音频/视频回放单元(CU)的至少一个发送扬声器(FL、FR)将调制的超声信号与音频通道的音频信号(ARL、ARR)一起发送到至少一个未与音频/视频回放单元(CU)连接的接收扬声器(RL、RR)。该接收扬声器具有逆转换装置(8)，用于将接收到的调制的超声信号(URLR)逆转换成逆转换的音频信号(ARL、ARR)，并用于声辐射该逆转换的音频信号。
文档编号H04S3/00GK1839664SQ200480023984
公开日2006年9月27日 申请日期2004年8月19日 优先权日2003年8月22日
发明者P·乌尔曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司