专利名称：立体声增强系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及音频增强系统，特别是设计为改进立体声音重放真实感的系统和方法。更详细地说，本发明涉及在立体声信号内未引入不自然的相移或时间延迟的情况下用于加宽放大经过一对扬声器的立体声信号所产生的声像的装置。
背景技术：
音频或音频-视频工业积极地连续努力克服重放声音的缺陷。最近，随着交互多媒体计算机系统的突破及其他音频视频的发展，提高了对于音质的关注。因此，继续致力于在音频工业进行声音记录及其重放的技术开发。
重放声音的缺陷可以由这样的因素引起。例如，低效记录声音的话筒，和低效重放记录的声音的扬声器。在相关工业增强声像所作的努力已经产生与声音本身信息一起记录和编码声音源的位置信息的方法。这些方法包括使用特定编码的音频信息，及说明这些信息的特定解码系统工作的多声道环绕系统。
不需要特定地记录声音的声音增强系统一般比较简单并且成本很低。这样的系统包括在左和右信号源之间引入不自然的时间延迟或相移。许多这些系统致力于补偿话筒未能模仿人耳的频率响应的缺陷。由于扬声器的位置原因，这些系统也致力于补偿这种事实，即，从该扬声器发出的声音的感觉方向可能与声音的最初位置不一致。尽管上面的系统致力于以更加真实并逼真的方式重放声音，在充满竞争的音频增强领域这些方法的使用已经导致各种各样的结果。
其他的声音增强技术使用被称为总和及差值信号的信号。总和及差值信号分别表示左和右立体声信号之间的总和，及左和右立体声信号之间的差。
提高一对立体声左和右信号的差信号的电平能够加宽从放置在收听者前面的一对扬声器，或其他的电声换能器发出的可感觉的突出的声像，这是众所周知的。从存在有差信号放大的背景或混响声音产生的加宽音像。在现场声音场所，在适当的电平上很容易感觉到这种背景。然而，在记录的工作中，这种背景被直接声音覆盖，并且采用与现场表演的相同电平就不能感觉到背景声。
已经作出很多努力来改进来自记录节目的背景声信息。例如不加选择地增加超过宽频谱的差值信号。然而，不加选择地增加差信号会影响人的声音感觉，这是不希望的。例如，提高音频的中间范围的差信号能够导致收听者头部位置过分敏感的声音感觉。
美国专利Nos，4,748,669和4,866,774公开一种处理总和及差信号的被极力称赞的声音增强技术，该技术由Arnold Klayman作出，与本申请公开的发明的发明人为同一人。
正如’669和’774专利所公开的，提供声音增强系统在选择的频带内提供差信号的动态或者固定均衡。在这样的系统中，提供差信号的均衡来提高较低强度的差信号分量而不过分提高较强的差信号分量。较强的差信号分量一般出现在大约为1到4KHz的中间范围的频率内。这样的中间范围频率对应于人耳已提高了灵敏性的频率。’669和’774专利公开的系统的各种实施例也均衡与特定频带内的总和信号有关的振幅以防止总和信号被差信号覆盖。此外，由’669和’774增强系统提供的差信号的提高电平是总和信号本身的函数。
美国专利No，4,748,669和美国专利No.4,886,774充分公开了人的听觉轻微响应特性，有选择地提高总和及差信号的特定的优点。
即使使用上面的音频增强技术，一般说来，也需要能提供高质量的立体声像增强并能满足不断发展的计算机多媒体市场的所有要求，以及音频和音频视频市场的要求的音频增强系统。本文公开的立体声增强系统满足这种需要。
发明概述本文公开的用于产生较宽声像的装置和方法为美国专利Nos.4,738,669和4,866,744公开的有关的立体声增强系统的改进，作为参考它们已完全引入本文。改进的系统已获得广泛的称赞。例如，在1994.11出版的Multimedia World，一位作者将本发明描述为“看上去它将成为多媒体PC的下一个大事件，并且有很好的理由相信它能够”。此外，就相同的立体声增强系统而论，1994.9出版的PC Gamer杂志写到“在音频技术过去几年的各种进步中，没有令人佩服的”。
多媒体计算机系统产生的声音一般以数字信息存储在CD-ROM，或其他数字存储介质中。与模拟的声音存储介质不同，数字声音信息，特别是立体声信息，被更准确存储在较宽的频谱内。该信息的存在对于立体声增强的方法有很大影响。此外，这样的数字存储声音的放大或增强可能使计算机音频放大器或计算机扬声器过载。它们可能是相对地“小功率”设备。这一点尤其与较低，即，低音频率有关，在这里过分放大能使放大器“限幅”，并可能严重损伤计算机系统或电视机的小功率扬声器。
因此，公开一种产生在较大收听区域内发射的逼真的立体声像的立体声增强系统。当使用放置在收听者前面的一对扬声器时产生的立体声增强尤其有效。然而，当前的环境声型系统也可以使用本文公开的增强系统，以便有助于加宽全部声像并消除可识别的点源。
通过令人意外地简单的电路结构实现产生包围收听者的广泛称赞的立体声像。在优选实施例中，立体声增强系统包括用于隔离来自左和右输入源信号的背景信号信息，即，差信号和单音信号信息，即，总和信息的电路。总和及差信号的振幅电平可以固定为预定的电平或者可以通过立体声增强系统的操作者手动调节它们。此外，左和右输入源信号可以真实的或者合成地产生立体声信号。
背景信号信息被频谱整形，或均衡以便增强统计地为低强度的频率分量。在没有不适当地提高对应的中间范围频率分量的情况下进行低强度背景信号分量的均衡。在低频中间不能调节过大背景信号增益的声音系统中，高通滤波器限制这些频率分量的放大。
背景信号信息的整形增强可能出现在背景信号信息但被更强的直接场声音覆盖的混响声效果。均衡的背景信号信息分别与单音信号和左及右输入信号重新组合来产生增强的左和右输出信号。
本文公开的增强系统可以通过具有分立的电路元件，或作为混合的电路结构的数字信号处理器很容易地实现。由于其独特的电路结构和包含小功率音频设备，增强系统在低廉的音频系统尤其受欢迎，这些系统具有相对小的功率输出信号，并且限制插入增强系统的空间。
通过结合附图对本发明的详细描述，本发明的上面和其他方面，特点及优点将变得显而易见。
附图简述
图1是用于从一对输入立体声信号产生加宽的立体声像的立体声增强系统的示意方块图。
图2是用于差信号立体声分量的投影增强曲线的频率响应的显示图。
图3是用于从一对输入立体声信号产生加宽立体声像的立体声增强系统的优选实施例的示意图。
图4是用于从一对输入立体声信号产生加宽立体声像的立体声增强系统的另一个实施例的示意图。
优选实施例的详细说明首先参考图1，表示描述本发明的优选实施例的功能模块图。在图1，立体声增强系统10输入左立体声信号12和右立体声信号14。左和右立体声信号12和14分别沿路径18和20馈送到第一求和装置16，例如，一电加法器。通过求和装置16在其输出22产生表示左和右立体声信号12和14总和的总和信号。
左立体声信号12沿路径24连接到音频滤波器28，而右立体声信号14沿路径26连接到音频滤波器30。滤波器28和30的输出反馈到第二求和装置32。求和装置32在共输出34产生表示滤波的左和右输入信号的差的差信号。滤波器28和30是设计为减少出现在差信号的低音分量的预调节高通滤波器。由于下述的原因优选实施例执行减小差值信号低音分量。
求和装置16和求和装置32形成具有分别反馈到分离的电平-调节设备36和38的输出信号的总和网络。装置36和38为理想的电位计或者类似可变-阻抗设备。装置36和38的调节一般通过用户手动完成来控制出现在输出信号的总和及差信号的基准电平。这就允许用户根据本人的个人爱好并按照重放声音的类型调节立体声增强的电平和方位。总和信号的电平增大加重出现在位于一对扬声器之间的中心范围的音频信号。相反，差信号电平的增大加重产生较宽声像感觉的背景信息。在一些已知音乐类型参数及系统配置，或不能进行手动调节的音频装置中，可以消除调节装置36和38并将总和及差信号电平固定在预定值上。
装置38的输出馈送到均衡器40的输入42。均衡器40通过分别将低通音频滤波器44、高通音频滤波器48和衰减电路46用于所示的差值信号频谱整形出现在输入42的差信号。来自滤波器44、48和电路46的输出信号分别沿路径50、54和52离开均衡器40。
沿路径50、52和54传送的改进的差信号构成处理的差信号(L-R)P的分量。这些分量反馈到包括求和装置56和求和装置58的总和网络。求和装置58也接收从装置36输出的总和信号，特别是原始的左立体声信号12。全部五个信号在求和装置58内相加来产生增强左输出信号60。
类似地，来自均衡器40的改进的差信号、总和信号，和原始的右立体声信号14在求和装置56内组合来产生增强的右输出信号62。沿路径50、52和54产生的差信号的分量被求和装置56倒相来产生用于右扬声器(R-L)P的差值信号，右扬声器的相位与左扬声器相位相差180度。
因为求和装置56和58组合差值信号的滤波的和衰减的分量来产生左和右输出信号60和62，这样就产生差信号的全部频谱整形，即规范化。因此，由于有选择地加重背景来将收听者完全包含在重放声范围内，所以增强的左和右输出信号60和62产生有较大改进的音频效果。通过下面的数学公式表示左和右输出信号60和62Lout＝Lin+K1(L+R)+K2(L-R)P(1)Rout＝Rin+K1(L+R)-K2(L-R)P(2)应指出的是，上面公式中的输入信号Lin和Rin是典型的立体声源信号，但也可以同时由单声源合成产生。美国专利No.4,841,572公开了能够用于本发明的这样的一种立体声合成方法，该专利也由ArnoldKlayman作出并作为参考并入本文。此外，如美国专利No.4,789,669中所讨论的，上面所表示的增强的左和右输出信号可以由磁或电方法存贮于各种记录介质中，如乙烯基记录介质、小型盘、数字或模拟音频磁带，或者计算机数据存储介质。通过传统的立体声重放系统可以重放已被存储的增强的左和右输出信号来实现同样电平的立体声像增强。
上面等式中的信号(L-R)P表示根据本发明已被频谱整形处理的差信号。根据优选实施例，通过图2所描述的频率响应表示差值信号的改进，该图标明增强投影，或规范化曲线70。
投影曲线70表示以dB度量的增益作为以对数格式表示的音频频率的函数。根据优选实施例，投影曲线70在位于大约125Hz的点A具有大约10dB的最大峰值增益。投影曲线70的增益在大于或小于125Hz的范围内以每倍频程大约6dB的比率减小。投影曲线70在大约2.1KHz的点B将最小增益-2dB用于差值信号。在大于2.1KHz时增益以每倍频程6dB的比率增大到大约7KHz的点C，并继续增大到大约20KHz，即大约为人耳可听的最高频率。尽管使用高-通和低-通滤波器得到全部投影曲线70的均衡，也有可能使用在点B具有最小增益与高-通滤波器一起的带阻滤波器来获得类似的投影曲线。
在优选实施例中，在投影曲线70的点A和点B之间的增益差理想地设计为12dB，并且在点B和C之间的增益差应该大约为6dB。这些数字为设计约束条件而实际的数字根据使用元件的实际值从一个电路到另一个电路有可能会变化。如果信号电平装置36和38固定，那么投影曲线70将保持恒定。然而，调节装置38将会轻微改变在点A和B，及点B和C之间的增益差。如果最大增益幅度差略小于12dB，导致增加中间范围的放大就产生令人不适的收听效果。相反地，远远大于12dB的增益幅度差会趋向降低收听者对于中间范围清晰度的感觉。
由数字信号处理器实现的投影曲线在大多数情况下能较准确地反映上面讨论的设计约束条件。对于模拟实现的情况，如果对应于点A1、B1和C1的频率及增益幅度差的约束条件变化幅度为20％，那么它就是可接受的。尽管未达到最佳结果，这种从理想条件的偏离仍能产生要求的立体声增强效果。
如图2所示，如果有可能的话，小于125Hz的差信号频率通过应用投影曲线70得到减小的增加量。这种减小避免极低频，即，低音频率的过分放大。对于很多音频重放系统，放大这种低频范围内的音频差信号能产生具有过多低音响应的令人不愉快及不真实的声像。这些音频重放系统包括近场或小功率音频系统，例如多媒体计算机系统，以及家庭立体声系统。
由本发明提供的立体声增强能充分地利用高质量的立体声记录的优点。尤其是，与以前的模拟磁带或乙烯基唱片记录不同，今天的数字存储声音的记录包含差值信号，即，立体声，遍及包括低音频率的较宽频谱的信息。因此不需要过分放大这些频率内的差信号来得到适当的低音响应。
当有，由普通消费者和商业中类似系统拥有的交互多媒体计算机系统的数目正快速增加。这些系统常常包含集成的音频处理器或外围声音设备，例如声音卡，来增强它们的音频-视频效果。由多媒体计算机，和诸如便携立体声系统这样的近场音频系统产生的声音的质量相对较低，这是因为这些系统本身所具有的功率限制，扬声器放置的限制。和收听位置的限制。尽管这些限制使对声像增强近场系统的有生命力的候选者，它们也必须由任何立体声增强系统克服强施的独特的问题。
尤其是，在提高较大期间在这些系统提高功率可能会引起放大器“限幅”，或者它可能会损害包括扬声器的音频电路的元件。在大多数近场音频增强应用中限制差值信号的低音响应也帮助避免这些问题。
因为根据优选实施例未将差值信号的低音频率提高很大，通过当然是单音的总和信号L+R，也提供极低频率内的音频信息。在近场系统与此无关，这是因为使用一对扬声器作为总和信号的低音信息将在希望收听者所处于的两个扬声器之间准确地产生声像。然而，左各右信号确定提供低音信息并通过它们的相应的振幅电平提供定向提示近场的低音。
即使一个音频系统不是近场系统，即它具有分开较大距离的扬声器和大的收听区域，图2所示的投影曲线仍能提供足够的低频声像增强。尤其是，低音频率具有需要大的收听区域来有效地感觉加宽的低音声像的极大的波长。例如，30Hz的频率具有大约39英尺的波长。企图在这样的低音频率感觉方向的收听者将需要一个同样大的收听区域。因此，图2的投影曲线所实现的立体声增强也适用于家庭立体声和其他远场的场合。
在不出现总和信号均衡的情况下，根据本文讨论的声学原则，及由适当的电路设计给出的最小数目的元件也能实现立体声增强。因此，在包括具有限制容纳立体声增强电路的可使用空间的这样的约束的多种场合能够容易地和经济地实现本发明。
图3描述了一个根据本发明的优选实施例产生加宽的立体声像的电路。立体声增强电路80对应于图1所示的系统10。在图3中，左输入信号12馈送到电阻器82、电阻器84和电容器86。右输入信号14馈送到电容器88和电阻器90和92。
电阻器82依次连接到放大器96的反相端94。同一反相端94也连接到电阻器92和电阻器98。放大器96构成为具有经电阻器102连接到地的正极端子100的求和放大器。放大器96的输出104经反馈电阻器106连接到正极输入100。在输出104产生表示左和右输入信号的总和的总和信号(L+R)并将其馈送到在接地相反端的可变电阻器110的一端。为通过放大器96得到左和右输入信号的适当的总和，优选实施例中的电阻器82、92、98和106为33.2千欧姆，而电阻器98最好为16.5千欧姆。
第二放大器112构成为“差分”放大器。放大器112具有连接到依次串联到电容器86的电阻器116的反相端子114。类似地，放大器112的正极端子118通过串联的电阻器120和电容器88接收右输入信号。端子118经电阻器128也连接到地。放大器112的输出端子122通过反馈电阻器124连接到反相端子。输出122也连接到依次连接到地的可变电阻器126。尽管放大器112构成为“差分”放大器，其功能可以体现为右输入信号与负的左输入信号的总和。因此，放大器96和112形成分别产生总和信号和差信号的总和网络。
分别包括元件86/116和88/118的两组连接的RC网络起衰减左和右输入信号的极低，或低音频率的高通滤波器的作用。为获得图2的投影曲线70的适当的频率响应，高通滤波器的截止频率，Wc’或-3dB频率应该为大约100Hz。因此，在优选实施例中，电容器86和88的电容为0.1微法而电阻器116，120的阻抗大约为33.2千欧姆。然后，通过如下选择反馈电阻器124和衰减电阻器128的值R120R128=R116R124---(3)]]>输出122将表示放大两倍的右差信号(R-L)。作为高通滤波输入的结果，输出122的差信号将以每倍频程6dB的减小比率衰减在125Hz以下的低频分量。有可能滤波均衡器40内的差信号的低频分量，而不是使用滤波器28和30(图1所示)分别滤波左和右输入信号。然而，因为低频的滤波电容器必须很大，最好在输入阶段执行滤波以避免加载前面的电路。
应该指出的是差信号涉及包含出现在一个输入声道，即或者左或者右，但不出现在其他声道的信息的音频信号。差信号的特定相位与确定输出信号的最终构成有关。这样，一般说来，差信号表示为L-R和R-L，它们仅相差180度相位。因此，正如本领域的技术人员所了解的，只要左和右输出的差信号互相有相位差，就可以构成放大器112以便左输出(L-R)而不是(R-L)的差信号出现在输出122。
通过设置滑动触点130和132能分别调节可以为简单分压的可变电阻器110和126。通过滑动触点132的手动、遥控、或自动调节可以控制出现在增强输出信号的差信号的电平。类似地，通过滑动触点130的位置能部分地确定出现在增强输出信号的总和信号的电平。
出现在滑动触点130的总和信号通过串联的电阻器138馈送到第三放大器136的反相输入134。滑动触点130的同一总和信号通过分开串联的电阻器144也馈送到第四放大器142的反相输入140。放大器136构成为具有经电阻器146连接到地的反相端子134的差分放大器。放大器136的输出148经反馈电阻器150也连接到反相端子134。
放大器136的正极端子152提供一个连接到一组总和电阻器156的公共节点并且经电阻器154也连接到地。来自滑动触点132的电平调节的差信号经路径160、162和164传送到一组总和电阻器156。这就产生分别出现在点A、B和C的三个分开限定的差信号。如图所示这些限定的差信号经电阻器166、168和170连接到正极端子152。
沿路径160在点A，来自滑动触点132的电平调节的差值信号未经过任何频率响应改进传送到电阻器166。因此，点A的信号仅被电阻器166和电阻器154之间分压衰减。理想的是，相对于出现在节点B的0dB参考节点A的衰减电平将为-12dB。通过阻抗为100千欧姆的电阻器166和阻抗为27.4千欧姆的电阻器154实现该衰减电平。节点B的信号表示通过连接到地的电容器172而出现的电平调节的差信号的滤波模型。电容器172和电阻器178的RC网络运行为具有由该网络的时间常数确定的截止频率的低通滤波器。根据优选实施例，该低通滤波器的截止频率，或-3dB频率大约为200Hz。由此，电阻器178最好为1.5千欧姆而电容器172为0.47微法，以及驱动电阻器168为20千欧姆。
在节点C，高通滤波的差信号通过驱动电阻器170反馈到放大器136的反相端子152。高通滤波器的截止频率设计为大约7KHz并且相对于节点B的增益为-6dB。尤其是，连接在节点C和滑动触点132之间的电容器174的电容值为4700皮法，而连接在节点C和地之间的电阻器180的阻抗为3.74千欧姆。
出现在电路位置A，B和C的改进的差信号分别通过电阻器182、184和186也馈送到放大器142的反相端子140。三个改进的差信号、总和信号和右输入信号输入依次连接到放大器142的一组求和电阻器188。放大器142构成为具有连接到地的正极端子190和连接在端子140和输出194之间的反馈电阻器192的反相放大器。为通过反相放大器142获得信号的适当的求和，电阻器182的阻抗为100千欧姆，电阻器184的阻抗为20千欧姆，而电阻器186的阻抗为44.2千欧姆。只要保持适当的比率来获得正确的增强电平就可以改变立体声增强系统中的电阻器和电容器的精确值。可能影响无源元件值的其他因素是增强系统80所要求的功率及放大器104、122、136和142的特性。
在工作过程中，重新组合改进的差信号来产生包括处理的差信号的输出信号。尤其是，在点A，B和C出现的差信号分量在差分放大器136的端子152和放大器142的端子140重新组合来形成处理的差信号(L-R)P。信号(L-P)P表示已通过应用图2的投影曲线均衡的差信号。理想地，投影曲线的特征为在7KHz增益为4dB，在125Hz增益为10dB，以及在2100Hz增益为-2dB。
放大器136和142按组合处理的差信号与总和信号及左或右输入信号的混频放大器工作。放大器136的输出148上的信号馈送到驱动电阻器196来产生增强的左输出信号60。类似地，放大器142的输出194上的信号通过驱动电阻器198来产生增强的右输出信号62。驱动电阻器一般具有200欧姆量级的阻抗。增强的左和右输出信号能够通过上面列举的数学方程式(1)和(2)表示。方程式(1)和(2)中的值K1通过滑动触点130的位置来控制而值K2通过滑动触点132的位置控制。
图3描述的全部单独的电路元件可以通过在微处理器上运行的软件，或通过数字信号处理器数字化地实现。因此，单独的放大器、均衡器，等等可以通过软件或硬件的相应部分实现。
图4描述立体声增强电路80的一个可替换的实施例。图4的电路与图3的电路类似并表示将投影曲线70(图2所示)用于一对立体声音频信号的另一种方法。立体声增强系统200采用产生总和及差信号的一种可替换的求和网络构成。
在可替换的实施例200中，左和右输入信号12和14最终仍馈送到混频放大器204和226的负输入。然而，为产生总和及差信号，左和右信号12和14首先分别通过电阻器208和210馈送到第一放大器214的负相端子212。放大器214构成为具有接地输入216和反馈电阻器218的反相放大器。总和信号，或在这种情况下的反相的总和信号-(L+R)产生在输出220。然后在被可变电阻器222电平调节之后总和信号分量馈送到保持电路。因为在可替换实施例中总和信号被反相，它反馈到放大器226的非-反相输入224。因此，现在放大器226需要一个设置在非反相输入224和地电位之间的电流平衡电阻器228。类似地，电流平衡电阻器230设置在反相输入232和地电位之间。在可选实施例中对于放大器226的这些轻微的改进对于获得正确的总和来产生右输出信号62是必要的。
为产生差信号，反相求和放大器236在反相输入238接收左输入信号和总和信号。尤其是，左输入信号12在到达输入238之前通过电容器240和电阻器242。类似地，输出220上的反相总和信号通过电容器244和电阻器246。由元件240/242和元件244/246产生的RC网络提供在优选实施例中所描述的音频信号的低音频率滤波。
放大器236具有接地的非反相输入248和反馈电阻器250。在输出252产生差值信号R-L，这时电阻器208、210、218和242的阻抗值为100千欧姆，电阻器246和250的阻抗值为200千欧姆，电容器244的电容值为0.15微法，而电容器240的电容值为0.33微法。然后通过可变电阻器254调节差信号并将其反馈到保持电路系统。除上述之外，图4的保持电路系统与图3公开的优选实施例的保持电路系统相同。
图3的整个立体声增强系统80使用最少量的元件来实现声学要求并产生赢得称赞的立体声。系统80可以仅由四个有源元件，对应于放大器104、112、136和142的一般地运算的放大器构成。作为在单独的半导体芯片上的四心线组封装很容易得到这些放大器。实现立体声增强系统80所必须的附加元件仅包括29个电阻器和4个电容器。使用一个四心绕组放大器，4个电容器和包括电位计和输出电阻器的仅29个电阻器也能实现系统200。由于其独特的设计，以利用最小元件空间的最小成本能实现增强系统80和200并使其仍能提供令人难以置信的加宽已存在的立体声像的效果。事实上，整个系统80能形成为一个单独的半导体基底，或集成电路。
除图3和图4描述的实施例之外，还存在相互连接同样的元件获得立体声信号的透视增强的可能的附加方式。例如，构成为差分放大器的一对放大器可以分别接收左和右信号，并且也可以每个都接收总和信号。在这种方式下，放大器可能分别产生左差分信号L-R，和右差分信号L-R。
已经认真地进行了从增强系统80和200产生的差信号的合适改进，并在多种应用及对于输入的音频信号取得最佳效果。目前由用户进行的调节仅包括应用限定电路系统的总和及差信号的电平。然而，有可能使用电位计取代电阻器178和180来允许用于差信号的适当均衡。
通过上面的描述及附图，已经显示出本发明较目前的立体声增强系统具有重大的优点。尽管上面的详细描述已经显示出本发明的概况并指出其重要的新颖特点，应该清楚在不离开本发明精神的情况下，本领域的技术人员对于所说明设备的形式和细节可以作出各种省略和替代及变化。因此，本发明仅通过后面的权利要求限制其范围。
权利要求
1.一种增强一对音频左和右立体声信号的系统，包括第一高通滤波器，该滤波器具有第一截止频率，所述的第一高通滤波器接收用于提供具有减少低音信息的改进的左和右立体声信号的所述的左和右立体声信号；第一装置，用于隔离表示所述改进的左和右立体声信号的差的背景信号信息；第二装置，用于隔离表示所述左和右立体声信号的总和的单音信号信息；第二高通滤波器，该滤波器具有大于所述第一截止频率的第二截止频率，所述的第二高通滤波器处理所述背景信号信息来提供第一改进的信号；低通滤波器，该滤波器具有大于所述第一截止频率并小于所述第二截止频率的第三截止频率，所述的低通滤波器处理所述背景信号信息来提供第二改进的信号；第三装置，用于组合所述的第一改进信号、所述的第二改进信号、所述的单音信号信息和所述的左信号来提供增强的立体声左输出信号；和第四装置，用于组合所述的第一改进信号、所述的第二二改进信号、所述的单音信号信息和所述的右信号来提供增强的立体声右输出信号。
2.根据权利要求1的增强系统，其特征在于所述的第一装置包括用于组合所述的左和右立体声信号来隔离所述的背景信号信息的构成为差分放大器的运算放大器。
3.根据权利要求1的增强系统，其特征在于所述的第一装置包括用于组合所述的左立体声信号和所述的总和信号来隔离所述的背景信号信息的构成为反相放大器的运算放大器。
4.根据权利要求1的增强系统，其特征在于所述的第一高通滤波器的所述第一截止频率处于125到200Hz范围之内，所述的第二高通滤波器的所述第二截止频率处于5.6到8.4KHz范围之内，以及所述的低通滤波器的所述第三截止频率处于160到240Hz范围之内。
5.根据权利要求1的增强系统，其特征在于还包括用于衰减实际通过全部音频频率电平的所述背景信号信息的衰减装置，连接到所述第三和第四装置的所述衰减装置用于提供包含所述衰减的背景信号信息的所述左和右增强输出信号。
6.根据权利要求1的增强系统，其特征在于还包括用于手动调节所述背景信号信息电平的装置。
7.根据权利要求1的增强系统，其特征在于所述的第一、第二、第三和第四装置是运算放大器而所述的低通滤波器和所述的第一及第二高通滤波器是包括无源电路元件的一阶RC滤波器。
8.根据权利要求1的增强系统，其特征在于在形成为集成电路的音频信号处理器内以数字格式实现所述的系统。
9.根据权利要求1的增强系统，其特征在于从单音音频信号源合成产生所述的立体声左和右信号。
10.根据权利要求1的增强系统，其特征在于所述的立体声左和右信号是音频-视频复合信号的部分。
11.一种用于从通过一对扬声器重放的立体声左和右信号产生加宽立体声像的音频增强系统，包括第一放大器，用于接收左和右信号并提供表示所述左和右信号之间差的差信号；第二放大器，用于接收左和右信号并提供表示所述左和右信号总和的总和信号；低通滤波器，用于接收来自所述第一放大器的所述差信号；高通滤波器，用于接收来自所述第一放大器的所述差信号；第三放大器，该放大器具有连接到所述低通滤波器的输出和所述高通滤波器的输出的第一输入，第三放大器具有连接到所述左立体声信号和所述总和信号的第二输入，其中通过所述第三放大器组合所述低通滤波器的所述输出，所述高通滤波器的所述输出，所述左信号，和所述总和信号来产生左复合输出信号；第四放大器，用于接收所述低通滤波器的所述输出、所述高通滤波器的所述输出、所述右信号，和所述总和信号，其中通过所述第四放大器组合所述低通滤波器的所述输出，所述高通滤波器的所述输出，所述右信号和所述总和信号来产生右复合输出信号。
12.根据权利要求11的音频增强系统，其特征在于，所述的第一、第二、第三和第四放大器是运算放大器。
13.根据权利要求12的音频增强系统，其特征在于所述的运算放大器形成在半导体基底上。
14.根据权利要求11的音频增强系统，其特征在于通过数字信号处理器以数字格式实现所述的音频增强系统。
15.根据权利要求11的音频增强系统，其特征在于还包括将实际通过音频频谱的所述差信号衰减固定量的衰减器，其中所述第三和第四放大器输入所述衰减的差值信号，并且所述的左和右复合输出信号包括所述衰减的差值信号。
16.根据权利要求11的音频增强系统，其特征在于还包括用于调节输入所述低通和高通滤波器的差值信号的电平的连接在所述第一放大器和所述低通及高通滤波器的所述输出之间的电位计。
17.根据权利要求11的音频增强系统，其特征在于还包括连接在所述左信号和所述第一放大器之间的第一低音滤波器，和连接在所述右信号和所述第一放大器之间的第二低音滤波器，所述第一和第二低音滤波器衰减所述左和右信号的极低频率分量。
18.根据权利要求17的音频增强系统，其特征在于所述的第一和第二低音滤波器的截止频率处于125到200Hz的范围之内。
19.根据权利要求11的音频增强系统，其特征在于所述的低通滤波器的截止频率处于160Hz到240Hz的范围之内而所述的高通滤波器的截止频率处于5.6KHz到8.4KHz的范围之内。
20.根据权利要求11的音频增强系统，其特征在于所述的系统包括不多于4个的有源放大器，不多于4个的电容器和不多于30个的电阻器。
21.一种用于从表示为左和右输入信号的一对立体声信号产生较宽的立体声像的立体声增强系统，通过所述的增强系统改进所述的左和右输入信号并通过电声变换器将其转化为声音来产生声像，因此用等于左和右立体声信号之间差值的差信号表示出现在左和右输入信号的立体声信息量并且用等于左和右立体声信号的总和的总和信号表示出现在左和右输入信号的中部范围信息量，所述的立体声增强系统包括一电路，用于改进所述立体声信息的频率响应来产生以最大增益和最小增益为特征的处理的立体声信息，所述处理的立体声信息的增益相对于所述处理的立体声信息的频率分量变化，所述电路包括第一音频滤波器，用于衰减与所述的最大增益有关的出现在所述立体声信息的低音音频分量；第二音频滤波器，用于衰减与所述的最大增益有关的所述立体声信息的中间范围的音频来产生所述处理的立体声信息，音频的所述中间范围对应于人耳已提高对其灵敏性的频率；第一放大器，用于将所述处理的立体声信息和所述总和信号与所述左输入立体声信号组合来产生增强的左输出信号；和第二放大器，用于将所述处理的立体声信息和所述总和信号与所述右输入立体声信号组合来产生增强的右输出信号。
22.根据权利要求21的立体声增强系统，其特征在于第一音频滤波器的截止频率处于125到200赫兹的范围之内。
23.根据权利要求21的立体声增强系统，其特征在于所述的电路构成在数字信号处理器之内。
24.根据权利要求21的立体声增强系统，其特征在于第二音频滤波器包括低通滤波器和具有大于所述低通滤波器的截止频率的截止频率的高通滤波器。
25.根据权利要求24的立体声增强系统，其特征在于所述低通滤波器的所述截止频率处于160到240Hz的范围之内而所述高通滤波器的所述截止频率处于5.6到8.4KHz的范围之内。
26.一种用于从表示为左和右输入信号的一对立体声信号产生较宽的立体声像的立体声增强系统，通过所述的增强系统改进所述的左和右输入信号并通过电声变换器将其转化为声音来产生声像，因此用等于左和右立体声信号之间差的差信号表示出现在左和右输入信号的立体声信息量，并且所述左和右信号的总和表示为总和信号，所述的立体声增强系统包括一电路，用于规范化所述差值信号的频率响应来产生以最大增益和最小增益为特征的处理的差信号，使用所述处理的差值信号的规范化电平相对于所述处理的差值信号的频率分量变化，所述电路包括第一音频滤波器，用于衰减与所述最大增益有关的出现在所述差信号的低音音频分量来产生第一改进的差值信号；第二和第三音频滤波器，用于衰减与所述最大增益有关的所述第一改进差值信号的中间范围的音频以产生第二和第三改进差值信号，所述中间范围音频对应于人耳已提高对其灵敏性的这些频率，所述处理的差值信号包括所述第一、第二和第三改进差信号的总和；第一放大器，用于将所述第一、第二和第三改进的差信号与所述总和信号和所述左输入立体声信号组合来产生增强的左输出信号；和第二放大器，用于将所述第一，第二和第三改进的差信号与所述总和信号和所述右输入立体声信号组合来产生增强的右输出信号。
27.根据权利要求26的立体声增强系统，其特征在于还包括用于产生所述差值信号的第三放大器并且其中所述第一音频滤波器包括连接在所述左输入信号和所述第三放大器之间用于衰减所述左输入信号的低音分量的第一高通滤波器，以及其中所述第一音频滤波器包括连接在所述右输入信号和所述第三放大器之间用于衰减所述右输入信号的低音分量的第二高通滤波器。
28.根据权利要求27的立体声增强系统，其特征在于所述第一和第二高通滤波器的截止频率处于125到200Hz范围之内。
29.根据权利要求26的立体声增强系统，其特征在于所述第二音频滤波器为截止频率处于160到240Hz的范围之内的低通滤波器。
30.根据权利要求26的立体声增强系统，其特征在于所述第三音频滤波器为截止频率处于5.6到8.4KHz的范围之内的高通滤波器。
31.一种用于从左和右立体声输入信号产生增强的左和右立体声输出信号在当通过一对扬声器重放所述左和右输出信号时产生加宽的立体声像的方法，所述方法均衡实际通过音频频谱出现在左和右信号的背景信号信息来产生处理的背景信号信息，所述处理的背景信号信息具有变化的频率响应，所述的频率响应的特征为最大增益处于100到150Hz的频率范围内并大于7千赫兹，并且所述频率响应的特征为最小增益处于1680到2520Hz的频率范围内并小于30赫兹。
32.根据权利要求31的产生增强左和右立体声输出信号的方法，其特征在于所述最大增益和所述最小增益之间的间隔可在10dB到14dB之间的电平调节。
33.根据权利要求31的产生增强的左和右立体声输出信号的方法，其特征在于所述最大增益和所述最小增益之间的间隔固定在大约12dB。
34.一种其上存储音频信息的立体声音记录，所述音频信息可重放来产生增强的立体声效果，所述立体声音记录包括记录介质，该介质包含所述音频信息，其中所述音频信息可进入音频重放设备来产生左和右立体声输出信号，所述左和右输出信号具有表示左和右输出信号之间差值的差值信号分量，所述差值信号具有改进的频率响应，其特征为最大增益处于100到150Hz的第一频率范围之内并且最小增益处于1680到2520Hz的第二频率范围之内以及小于大约30赫兹的第三频率；和其中所述的频率响应在小于所述第一频率范围时以每倍频程大约6dB的比率减小并且在大于所述第一频率范围时增加到所述第二频率范围，所述频率响应在大于所述第二频率范围时以每倍频程大约6dB的比率增加。
35.根据权利要求34的立体声记录，其特征在于所述的记录介质是模拟或数字光学存储介质。
36.根据权利要求34的立体声记录，其特征在于所述的记录介质是模拟或数字磁带记录介质。
37.根据权利要求34的立体声记录，其特征在于在所述最大增益和所述最小增益之间的间隔在10dB到14dB范围内。
全文摘要
一种立体声增强系统处理从一对左和右输入信号产生的差信号分量来产生通过一对扬声器或通过环绕声系统重放的加宽的立体声像。差值信号的处理通过以听觉频率的低频和高频范围放大为均衡特征的来产生。处理的差值信号与从左和右输入信号产生的总和信号,以及原始的左和右输入信号相组合来产生增强的左和右输出信号。
文档编号H04S1/00GK1173268SQ96190643
公开日1998年2月11日 申请日期1996年4月26日 优先权日1995年4月27日
发明者A·I·克莱曼 申请人:Srs实验室公司