一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法
【专利摘要】本发明是一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法，该方法首先要获取扬声器阵列的规格然后获得角度θ对应的M个FIR滤波器系数，由此得到各组FIR滤波器系数；音频信号分别经过上述各组FIR滤波器进行处理，处理后用于扬声器阵列的重放，并对重放信号进行测量、处理；最后根据信号输入模式确定用于扬声器阵列重放的FIR滤波器系数。该方法能使扬声器阵列根据需要产生多个声束，并由此通过声束的角度得出每组FIR滤波器系数，该FIR滤波器系数用于扬声器阵列的重放，由此增强前方布置的扬声器阵列的环绕声。
【专利说明】一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及声学领域，尤其是一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法。
【背景技术】
[0002] 尽管多通路环绕声节目源已经非常普遍，但由于播放设备复杂以及使用空间的限 制，多通路环绕声并没有在家庭中普遍使用。消费者倾向于使用一种紧凑的重放设备，布置 于听音前方即可感受环绕声效果。横向排列的扬声器阵列与广为流行的平板电视有很好的 适配性，尽管扬声器阵列在形状和功率上具有优势，但与单个扬声器相比，扬声器阵列具有 更强的声音指向性，即指向性单一，一般用于专业用途，还不适合用于重放环绕声。
[0003] 专利申请97195716. 9公开了一种用于环绕声环境的音频增强系统和方法，该方 法用于一个环绕声环境中的一种音频增强系统利用多声道、多扬声器再现环境产生更加自 然和连续的声场。将在录音时产生的用于驱动设置一个听者前后的多个扬声器的多声道音 频源信号分离成对，并且进行处理以产生相应的合成音频信号对。每一对合成音频信号至 少部分地是从在两个相应的音频源信号中存在的信息中产生的。然后将各个合成音频信号 有选择地结合以形成增强的输出信号，从而将每个增强输出信号作为一组音频源信号的函 数加以变换。
[0004] 然而，上述的音频增强方法首先需要设置多声道、多扬声器，这对于普通的家庭来 说，是难以实现的，其次，对于音频的处理，该方法还需要结合录音进行配置，然后将音频信 号分离成对，再有选择地结合，涉及的过程不仅是后续播放，还有前期录音，而在实际的电 视音频制作过程中，音频的制作时不可能按照上述方式进行分离成对的，因此上述的音频 处理方式难以实现。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法，该方法可以增强 前方布置的扬声器阵列的环绕声，广泛适用于各种规格的扬声器阵列。
[0006] 本发明的另一个目地在于提供一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法，该方法能 使扬声器阵列根据需要产生多个声束，并根据环绕强度的测量确定所产生声束的角度，从 而进行环绕声的增强。
[0007] 为达到上述目的，本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0008] -种用于扬声器阵列的环绕声增强方法，该方法包括如下步骤：
[0009] 101、获取扬声器阵列的规格；
[0010] 所述扬声器阵列的规格包括扬声器的单元数和间距。
[0011] 102、获得角度Θ对应的Μ个FIR滤波器系数，由此得到各组FIR滤波器系数；
[0012] 其中，Μ是中高频单元的数量，角度Θ是声束的角度，Θ的取值范围在〇 - 180° 之间；
[0013] 所述Μ个FIR滤波器系数由最小范数方程决定：
【权利要求】
1. 一种用于扬声器阵列的环绕声增强方法，其特征在于该方法包括如下步骤： 101、 获取扬声器阵列的规格； 所述扬声器阵列的规格包括扬声器的单元数和间距； 102、 获得角度0对应的M个FIR滤波器系数，由此得到各组FIR滤波器系数； 其中，M是中高频单元的数量，角度0是声束的角度，0的取值范围在0 - 180°之 间； 所述M个FIR滤波器系数由最小范数方程决定：min||WH-B|l其中，W为FIR系数矩 阵，H为扬声器阵列在各个方向上的传输函数矩阵，B为阵列的目标指向性矩阵； 103、 音频信号分别经过上述各组FIR滤波器进行处理，处理后用于扬声器阵列的重 放，并对重放信号进行测量； 104、 对测量的重放信号进行相减或反相叠加，然后对得到的信号进行平方求和运算， 运算结果作为判断环绕声强度的依据； 105、 判断信号输入模式，并根据该模式确定用于扬声器阵列重放的FIR滤波器系数。
2. 如权利要求1所述的用于扬声器阵列的环绕声增强方法，其特征在于，所述方法中， 在扬声器的构成中，扬声器阵列由两个低频单元和M个中高频单元构成，且低频单元和M个 中高频单元都是横向排列的扬声器；其中，低频单元位于M个中高频单元的两侧，M个中高 频单元位于中间，每个中高频单元之间具有间距d。
3. 如权利要求2所述的用于扬声器阵列的环绕声增强方法，其特征在于低通IIR滤波 器对馈给两个低频单元的信号进行滤波处理，所述IIR低通滤波器的高频截止频率与FIR 滤波器的低频截止频率相同。
4. 如权利要求1所述的用于扬声器阵列的环绕声增强方法，其特征在于所述步骤103 中，测量时使用两个相邻布置的传声器，两个传声器的中心连接线指向正前方；这样的传声 器共有两组，分别放置于左、右耳的耳廓后面。
5. 如权利要求1所述的用于扬声器阵列的环绕声增强方法，其特征在于步骤102中， 目标指向性矩阵B共有12个，与阵列的目标辐射角度对应，目标的角度0有 ：0 i = 20°， Q 2 = 30。，Q 3 = 40。，Q 4 = 50。，Q 5 = 60。，Q 6 = 70。，Q 7 = 110。，Q 8 = 120°， Q9= 130°，Qici= 140°，Q11 = 150°，Q12 = 160°，因此对应有 12组 FIR 系数，每组 包含M个FIR滤波器，12组FIR系数可用于环绕强度判断的测量。
6. 如权利要求5所述的用于扬声器阵列的环绕声增强方法，其特征在于为了重放5通 路环绕声中的U R信号，设计了两组增益系数gt: gu、......gm，和&: Sm、&?......gRM，信号 L、R分别用&和gK处理后各得到M个信号，这些信号用于馈给M个中高频单元，增益系数 的函数表达式为：
将设计好的增益系数预置于DSP平台中。
7. 如权利要求5所述的用于扬声器阵列的环绕声增强方法，其特征在于将白噪声信号 分别用各组FIR滤波器进行滤波处理，获得各组M个通路的测试信号，并将测试信号预置于 DSP平台中的存储器。
8. 如权利要求7所述的用于扬声器阵列的环绕声增强方法，其特征在于传声器包括右 耳的传声器和左耳的传声器，右耳的传声器组拾取前一半的测试信号，左耳的传声器组拾 取后一半的测试信号，其中右耳的传声器和左耳的传声器分别设置前后两个拾取点MIC1、 MIC2,对上述前测量信号进行处理，将MIC2的信号反相与MICl的信号进行叠加，最后通过 数模转换器变为数字信号y K;对左耳传声器组采用相同的方法，得到数字信号5^。
9. 如权利要求8所述的用于扬声器阵列的环绕声增强方法，其特征在于为确定左、右 两个方向的环绕强度最大值所对应的角度，对时间长度的3^和3^信号进行每间隔一段的时 间就进行平方求和运算，左、右各获得多个积分值：
这多个中的最大值所对应的角度0 i即为右方向环绕强度最大的角度，并选定与此 角度对应的一组滤波器系数FIRks用于重发或构造右环绕信号； 这多个3?中的最大值所对应的角度0 i即为左方向环绕强度最大的角度，并选定与此 角度对应的一组滤波器系数FIRu用于重发或构造左环绕信号。
10. 如权利要求9所述的用于扬声器阵列的环绕声增强方法，其特征在于然后，根据音 源信号的通路模式确定信号处理方式，主要有双通路立体声模式和5通路环绕声模式； 当输入信号为双通路立体声模式时，相减信号R-L用测量确定的滤波器系数组？11^进 行处理，处理后的M个信号馈给M个中高频单元； 相减信号L-R用测量确定的滤波器系数组FIRu进行处理，处理后的M个信号馈给M个 中高频单元； 相加信号L+R经增益g处理后规格M个中高频单元； L、R信号分别经低通IIR滤波处理后馈给两个低频单元； 当输入信号为5通路环绕声模式时，输入信号L、R与增益系数gK相乘，处理后的信 号馈给M个中高频单元； 输入信号LS、RS分别用测量确定的滤波器系数组FIR^ FIRks进行处理， 处理后的M个信号馈给M个中高频单元； 中置信号C经过增益g后馈给M个中高频单元； UR信号和LS、RS信号经过IIR低通滤波器LF后馈给低频单元，即图中的OutL和OutR 端口； 低音效果信号LFE和中置信号C经过滤波器LF后也馈给低频单元。
【文档编号】H04R1/20GK104284271SQ201410479796
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】黄坤朋, 陈瑞祥 申请人:国光电器股份有限公司, 广州市国光电子科技有限公司, 广东美加音响发展有限公司