专利名称：多声道无线音响系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种音响系统，特别是涉及一种多声道无线音响系统。
背景技术：
声音一直是人类沟通最基本直觉的途径的一，凡交流信息的语音、以及悦耳动听的音乐，都是藉由声音来传播。即使是科技发达的今天，声音讯息也未曾稍减其重要性。用来播放声音的音响系统，更是现今信息业者致力研发的重点。尤其是近年来无线电网络技术的发展，无线音响系统能将声音讯号转以无线电来传输，再转换成声音讯号播放出来。例如无线网络收音机能把家庭音响系统或车内音响系统从有线的连接方式转变为无线的收发，因此，一个收听者只要戴上无线耳机，就可以在无线讯号可及的区域内实时听到声音媒体的播放，甚至是在此区域内任意自由移动而不受限于传统铜线连接所产生的不便。
近年来，人类对高音质的追求愈来愈重视，自从双声道立体声系统推出之后，有方向性及空间感的声音效果大幅提升消费者听觉享受。然而，双声道立体音响对于聆听者位置的选定极为敏感，只要聆听者偏离平衡点一小段距离，所感受到的音源定位会有剧烈的改变。有鉴于此，相关业者提出5.1声道的环绕音效系统，以左右声道、中央声道，左右环绕声道以及超重低音声道产生宽广的面音源，达到更立体更真实的声音效果。5.1声道的环绕音效主要有杜比数字音效(Dolby Digital 5.1，也称作AC-3(Audio code-3))以及数字剧场音效系统(Digital Theater System，DTS)。此两规格由SPDIF(Sony/Philips Digital Interface Format)的接口来传送。所谓的SPDIF是数字音响的标准界面之一，其特色是可以传送杜比或DTS等各种规格的多声道音响讯号，一般DVD与家庭剧院均支持此接口，以有线的方式传输5.1声道讯号。
5.1声道包含6个声道，2个前置声道、2个后方声道、1个中央声道和1个重低音声道，共需要6个扬声器配合6个声道的连接线来连接对应于影音接收机(Audio/Video receiver，AVR)或DVD播放机的6声道模拟输出座。6条线的连接繁杂又容易混乱，尤其任一条线均不能接错，否则整个多声道音效就全乱掉。已知的有线耳机虽可实现多声道音效规格，但其联机不便且限制使用者移动的范围在其连接线的长度之内，不如无线耳机的便利。
亦有已知技术人员以无线耳机重现多声道音效，例如美国专利6614912所提到的红外线无线耳机，其原理是将多声道音效先经过讯号处理成左右两声道讯号，再以无线方式传到耳机端，由传统的两扬声器耳机来展现虚拟多声道音效。但此种两声道的虚拟音效并非真实的多声道效果，而且，红外线无线技术的传输距离很短，也无法穿透阻隔物，常限制使用者只能在讯号源同一个房间内使用。此外，由于AC3或DTS等各种规格的数据量如下Dolby Digital(AC 3)384～448kb/s DTSaverage～1500kb/sMPEG 2 Layer II640kb/s MPEG 2 AAC320kb/s已知技术，如Bluetooth的无线传输率只有723kb/s，无法完全满足上述规格。又如传统的模拟调频、调幅(FM，AM)无线传输则无法满足SPDIF数字的规格。再者，AC3还对各声道之间的讯号延迟时间(signal delay time)有规格限制，例如其规定后方环场声道对前置声道的讯号延迟时间，视各喇叭与听者的距离而定，必须在10ms之内，若无线传输的讯号延迟时间无法满足其规定，或无法做到实时(real time)无线传输，亦无法真实实现杜比多声道效果。以WLAN为例，虽然其无线传输率够，但当其遭到干扰导致传输数据包(packet)有误时，其是以重送数据来解决，但此方式对一般数据可行，对音响讯号则完全无法接受，因会造成断断续续不连续的音效。又以Bluetooth为例，其讯号延迟时间10～30ms便无法满足AC3规定。因此，需要一个低讯号时间延迟(小于2ms)、高传输率(2000kb/s)的数字多声道无线传收系统，同步传送完整的SPDIF多声道声音讯号给多单体耳机，使无线耳机可实现真实多声道的效果。
发明内容
因此本发明的主要目的是提供一种多声道无线音响系统，以解决上述已知耳机的问题。
本发明披露了一种多声道无线音响系统，其包含一接收单元，用来接收并解调一无线多声道声音讯号；一译码器，与该接收单元相电连，用来将该多声道声音讯号解开成多个不同声道的讯号；一混音与讯号处理器，用来将该多个不同声道的讯号进行混合与处理，以产生不同三维效果的多个混音讯号；以及多个扬声器，用来依据该多个混音讯号发出声音。
图1为本发明的多声道无线耳机系统。
图2为本发明的多声道无线耳机系统。
图3为本发明另一个实施例的多声道无线耳机系统。
图4为本发明另一个实施例的多声道无线耳机系统。
图5为本发明另一个实施例的多声道无线耳机系统。
图6为本发明另一个实施例的多声道无线耳机系统。
图7为本发明的多声道无线音响系统。
图8为本发明的无线发射机的功能方块图。
图9为本发明的无线接收机的功能方块图。
附图符号说明10无线耳机系统12接收单元14译码器 16数字模拟转换器18混音与讯号处理器22放大器20全数字无线耳机系统24扬声器 26数字讯号处理器28脉冲宽度调制处理器 32数字放大器30多声道无线耳机系统34混音与讯号处理模块 37放大器36耳机42多声道音源拨放机(ExDVD)50无线发射机 80无线接收机52可提供语音及数据多任务传输的装置68调制模块70射频传送电路54SPDIF接收器58数字讯号格式转换器67调制电路
69扩频电路 60合成模块82提供语音及数据多任务传输的装置92射频接收电路 94讯号解调模块84分离模块88数字讯号格式转换器95解调电路 93解扩频电路92射频接收电路 100多声道无线音响系统具体实施方式
请参考图1。图1为本发明的多声道模拟输出无线耳机系统10。无线耳机系统10包含一接收单元12，一译码器14，一数字模拟转换器16，一混音与讯号处理器18，一放大器22以及一扬声器24。接收单元12用来接收并解调符合SPDIF的无线讯号，或是包含有多声道讯号信息的无线讯号，因此，译码器14将各个声道的讯号分离解开，并传至数字模拟转换器16。解开后的各个声道讯号接着进行混音与讯号处理，在图1的实施例中是以模拟方式进行，所以数字模拟转换器16先把译码后的数字讯号转成模拟讯号，之后传至混音与讯号处理器18进行声道的混合处理。处理后的声音讯号经由放大器22以驱动扬声器24，扬声器24则依据放大器22输出的声音讯号发声。
请参考图2。图2为本发明的全数字多声道无线耳机系统20。无线耳机系统20包含一接收单元12，一译码器14，一数字讯号处理器26，一脉冲宽度调制处理器28，一数字放大器32以及一扬声器24。图2的无线耳机系统20与图1的无线耳机系统10功能相似，图1是多声道讯号译码后，就将数字音讯转成模拟讯号，后续的讯号处理与放大皆以模拟讯号的形式进行，图2则是纯数字的解决方案。接收单元12用来接收并解调符合SPDIF的无线讯号，或是包含有多声道讯号信息的无线讯号。译码器14解开各个声道的讯号后经由数字讯号处理器26进行音效处理，以产生各式各样的立体音效。脉冲宽度调制处理器28和数字放大器32处理讯号的放大以驱动扬声器24，最后由扬声器24依据各个声道的讯号发出具有三维效果的声音。
请参考图3。图3为本发明另一个实施例的多声道无线耳机系统30。无线耳机系统30包含一接收单元12，一译码器14，一混音与讯号处理模块34，放大器37，一耳机36以及四个扬声器24。在此实施例中接收单元12和译码器14与前述的功能相同，用来解开杜比数字音效的六个声道的声音讯号，分别为左声道L0，右声道R0，中央声道C0，重低音声道(Low FrequencyEffect)LEF0，左后声道RL0以及右后声道RR0。混音与讯号处理模块34以模拟或数字的方式组合、分配或混合不同声道的讯号并输出至放大器37。图3中六个声道经由混音处理后变成左声道L32、右声道R32以及重低音声道LEF32三个声道的讯号，而L32、R32为之前L0，R0，C0，RL0，RR0五声道讯号混音的结果。R32讯号经放大后变成R33讯号传至耳机36驱动右边的一个扬声器24，L32讯号经放大后变成L33讯号传至耳机36驱动左边的一个扬声器24，LEF32经放大后同时输出至耳机36驱动左右的重低音扬声器24。因此，当使用者两耳收听到这四个扬声器24依据不同声道讯号所发出的声音之后，就可感受到多声道的音效。
请参考图4。图4为本发明另一个实施例的多声道无线耳机系统30。图4的实施例与图3的实施例运作情形类似。而在图4的实施例中，六声道的讯号经由混音与讯号处理模块34被组合成四个声道讯号，左声道L42、右声道R42、左后声道RL42和右后声道RR42。举例来说，L42为L0和C0混音而成，R42为R0和C0的组成，RR42为RR0与LEF0的混音结果，RL42为RL0和LEF0的混音结果。左声道L42和左后声道RL42经放大后同时传至耳机36驱动左边的扬声器24，右声道R42和右后声道RR42经放大后同时传至耳机36右边的扬声器24。
请参考图5。图5为本发明另一个实施例的多声道无线耳机系统30。此实施例与图4的实施例类似，译码器14输出的六声道讯号L0、R0、C0、LEF0、RL0以及RR0组合成属于耳机左边扬声器的L52、RL52讯号，属于耳机右边扬声器24的R52、RR52讯号以及重低音LEF52共五个声道讯号。此五个声道讯号依图标的配置传至耳机36的左右扬声器24以构成立体音效。
请参考图6。图6为本发明另一个实施例的多声道无线耳机系统30。在此实施例中，译码器14输出的六声道讯号L0、R0、C0、LEF0、RL0以及RR0并不需经过混音的程序。混音与讯号处理模块34在此执行数字转模拟的讯号转换或是数字讯号处理，以产生各式各样的立体音效做为放大器37的输入。耳机36左右两边各具有四个扬声器，左边四个扬声器24各依据左声道、左后声道、中央声道和重低音声道的讯号发声，而右边四个扬声器24各依据右声道、右后声道、中央声道和重低音声道的讯号发声。
请参考图7。图7为本发明的多声道无线音响系统100。音响系统100包含一多声道音源拨放机42(例如DVD)，一无线发射机50，一无线接收机80，一译码器14，一混音与讯号处理模块34，一放大器22以及一扬声器24。译码器14、混音与讯号处理模块34、放大器22和扬声器24的功能与运作原理和之前所述相类似。由于AC3或DTS等各种规格的传输数据量有一定的限制，而且，AC3还原各声道之间的讯号延迟时间也有规定，所以无线收发机不正确的传输将无法实现实时声音播放，也无法实现杜比多声道的效果。本发明的无线发射机50和无线接收机80必需具有低讯号时间延迟(小于2ms)和高传输率(2000kb/s)的特性与性能，能实时收发、调制与解调符合SPDIF接口的无线讯号。当多声道音源拨放机42经由接线传送一符合SPDIF的讯号给无线发射机50之后，无线发射机50改以无线讯号发至空气中，而无线接收机80同步接收并解调无线发射机50发送的符合SPDIF的声音讯号后传至译码器14，并进行之后的处理操作。
关于无线发射机50详细的装置图，请参考图8。图8为无线发射机50的功能方块图。无线发射机50包含一可提供语音及数据多任务传输的装置52，一讯号调制模块68和一射频传送电路70。装置52包含了一SPDIF接收器54，例如光纤(optical fiber)接头或同轴电缆(coaxial)接头，一数字讯号格式转换器58、以及一合成模块60。装置52可接收各不同型式的多声道音效输入讯号，例如AC3或DTS等等。而数字讯号格式转换器58电连于SPDIF接收器54，用来将SPDIF接收器54所输出的数字语音讯号转换成一脉冲语音讯号(PCM)，最后，合成模块60电连于数字讯号格式转换器58之后，用来将接收到的控制讯号及脉冲语音讯号合成为一具有比特流(bit stream)形式的数字讯号。讯号调制模块68电连于合成模块60，用来将具有比特流形式的数字讯号调制产生一对应的基频(Baseband)讯号，实际上，讯号调制模块68可依功能区分为一调制电路67以及一扩频电路69(SpreadingCircuit)，调制电路67可以是π/4 DQPSK(Differential Quadrature PhaseShift Keying)调制电路，主要用来将合成模块60输出的具有比特流形式的数字讯号作调制处理，以产生一调制讯号，而扩频电路69电连于调制电路67，扩频电路69可将调制讯号与一扩频码进行卷积(convolution andmultiplication)运算，等效上也就是将调制讯号中的每个位另以多个位来代替，以产生该基频讯号。基频讯号由射频传送电路70将其转换为高频的射频讯号并以无线电的方式传送至空气中。
关于无线接收机80详细的装置图，请参考图9。图9为无线接收机80的功能方块图。无线接收机80包含一可提供语音及数据多任务传输的装置82，一射频接收电路92以及一讯号解调模块94。装置82包含一分离模块84、一数字讯号格式转换器88。分离模块84是用来将接收到的具有比特流形式的数字讯号分离成一控制讯号以及一脉冲语音讯号，之后电连于分离模块84的数字讯号格式转换器88可将脉冲语音讯号转换成一数字语音讯号。本发明的装置82所输出的数字语音讯号可以是各种型式的多声道语音讯号，例如SPDIF格式或I2S格式，以及带有可控制语音讯号特定性信息的控制讯号。
射频接收电路92可自空气中接收一射频讯号并产生一对应的基频讯号，而讯号解调模块94电连于射频接收电路92，基本上是进行讯号调制模块68的反运算，用来解调基频讯号成为图8发送机中的具有比特流形式的数字讯号。讯号解调模块94包含一解扩频(De-Spreading)电路93以及一解调电路95，解扩频电路93将基频讯号与一扩频码产生卷积关系后，转换基频讯号成为一解扩频讯号，而解调电路95是以π/4 DQPSK的方式进行解调操作，用以解扩频讯号进行讯号解调的操作以产生具有比特流形式的数字讯号。最后，接收机80将符合SPDIF接口的讯号传至图7的译码器14。
已知利用有线的方式传递讯号至多声道耳机，虽可实现SPDIF接口的多声道音效规格，但其联机复杂不便且限制使用者移动的范围在其连接线的长度内，不如无线耳机来的便利。而已知的红外线无线耳机，虽是利用无线的方式沟通耳机和播放机，但是红外线无线技术的传输距离很短，也无法穿透阻隔物，而且此红外线无线耳机由传统的两扬声器耳机来展现虚拟多声道音效，并非真实的多声道效果。另外，以现有的Bluetooth无线传输或模拟调频、调幅(FM，AM)无线传输方式来实现的无线耳机无法完全满足SPDIF接口的多声道音效的各项规格。而WLAN虽然无线传输率够，但无法实时、同步传送完整的SPDIF多声道声音讯号给多单体耳机，因此无法实现真实多声道的效果。相较于已知技术，本发明的多声道无线音响系统具有可同步收发符合索尼/菲利浦数字接口规格SPDIF(Sony/Philips Digital InterfaceFormat)声音讯号的发送机和接收机，以及处理立体音效的译码器和混音与讯号处理模块，可将数字音响标准界面SPDIF的讯号以无线方式传送到接收端具有多个扬声器单体的耳机，使无线耳机可真实实现高级、高品质的AC3或DTS等多声道环场音响效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
权利要求
1.一种多声道无线音响系统，其包含一接收单元，用来接收并解调一无线声音讯号；一译码器，与该接收单元相电连，用来将该声音讯号解开成多个不同声道的讯号；一混音与讯号处理器，用来将该多个不同声道的讯号进行混合与处理，以产生不同三维效果的多个混音讯号；以及多个扬声器，用来依据该多个混音讯号发出声音。
2.如权利要求1所述的多声道无线音响系统，其中，该无线声音讯号为符合索尼/菲利浦数字接口规格SPDIF的多声道讯号。
3.如权利要求1所述的多声道无线音响系统，其包含六个扬声器，适用于杜比数字5.1声道，该译码器用来将该声音讯号解开成6个不同声道的讯号，该六个扬声器依据该六个声道的讯号发出声音。
4.如权利要求3所述的多声道无线音响系统，其中，该混音与讯号处理器用来将杜比数字5.1声道中任两个或任两个以上的声道讯号做混合与讯号处理。
5.如权利要求1所述的多声道无线音响系统，其还包含一个数字模拟转换器，用来将该译码器解开后的该多个不同声道的讯号由数字讯号转变成模拟讯号。
6.如权利要求1所述的多声道无线音响系统，其还包含一个放大器，用来放大音讯以驱动扬声器。
7.如权利要求5所述的多声道无线音响系统，其中，该混音与讯号处理器为一模拟混音与讯号处理器，用来混合与处理不同声道的模拟讯号。
8.如权利要求1所述的多声道无线音响系统，其中，该混音与讯号处理器为一数字讯号处理器，用来混合与处理不同声道的数字讯号。
9.如权利要求1所述的多声道无线音响系统，其还包含一无线发射机，用来将符合索尼/菲利浦数字接口规格SPDIF的声音讯号调制后，再转换为高频的射频讯号发射至空气中。
10.如权利要求1所述的多声道无线音响系统，其还包含一无线接收机用来同步接收该无线发射机发送的射频讯号，并解调成符合SPDIF的声音讯号。
11.如权利要求9所述的多声道无线音响系统，其中该无线发射机包含一多声道数字音讯接收器，用来接收各不同型式的多声道音效输入讯号；一数字讯号格式转换器，电连于该多声道数字音讯接收器，用来将该多声道数字音讯转换成一脉冲语音讯号；以及一合成模块，电连于该数字讯号格式转换器，用来将该控制讯号及该脉冲语音讯号合成为一具有比特流形式的数字讯号。
12.如权利要求11所述的多声道无线音响系统，其该无线发射机还包含有一讯号调制模块，电连于该合成模块，用来将该具有比特流形式的数字讯号调制产生一对应的基频讯号。
13.如权利要求12所述的多声道无线音响系统，其中，该讯号调制模块包含有一调制电路，电连接于该合成模块，用来将该具有比特流形式的数字讯号作调制处理，以产生一调制讯号；以及一扩频电路，电连于该调制电路，用来将该调制讯号与一扩频码进行运算，以产生该基频讯号。
14.如权利要求12所述的多声道无线音响系统，其中，该无线发射机还包含有一传送电路，电连于该讯号调制模块，用来将该基频讯号转换为一射频讯号并将该射频讯号传送至空气中。
15.如权利要求10所述的多声道无线音响系统，其中，该无线接收机包含一接收电路，用来接收该射频讯号并产生一对应的基频讯号；一讯号解调模块，电连于该接收电路，用来将该基频讯号解调成为一具有比特流形式的数字讯号；一分离模块，电连于该讯号解调模块，用来将该具有比特流形式的数字讯号分离成一控制讯号以及一脉冲语音讯号；一数字讯号格式转换器，电连于该分离模块，用来将该脉冲语音讯号转换成一数字语音讯号。
16.如权利要求15所述的多声道无线音响系统，其中，该讯号解调模块包含一解扩频电路以及一解调电路，其中该解扩频电路将该基频讯号与一扩频码产生卷积关系后，转换该基频讯号成为一解扩频讯号，该解调电路再将该解扩频讯号进行讯号解调的操作以产生该具有比特流形式的数字讯号。
17.一种多声道无线音响系统，其包含一接收单元，用来接收与解调符合索尼/菲利浦数字接口规格SPDIF的无线声音讯号；以及一译码器，与该接收单元相电连，用来将该声音讯号解开成多个不同声道的讯号。
18.如权利要求17所述的多声道无线音响系统，其还包含一混音与讯号处理器，用来将该多个不同声道的讯号进行混合与讯号处理，以产生不同三维效果的多个混音讯号。
19.如权利要求18所述的多声道无线音响系统，其还包含多个扬声器，用来依据该多个不同声道的讯号或该多个混音讯号发出声音。
20.如权利要求17所述的多声道无线音响系统，其还包含六个扬声器，适用于杜比数字5.1声道，该译码器用来将该声音讯号解开成6个不同声道的讯号，该六个扬声器依据该六个声道的讯号发出声音。
21.如权利要求18所述的多声道无线音响系统，其中，该混音器用来将杜比数字5.1声道中任两个或任两个以上的声道讯号进行混合与讯号处理。
22.如权利要求17所述的多声道无线音响系统，其还包含一个数字模拟转换器，用来将该译码器解开后的该多个不同声道的讯号由数字讯号转变成模拟讯号。
23.如权利要求18所述的多声道无线音响系统，其还包含一个放大器，用来放大音讯以驱动扬声器。
24.如权利要求22所述的多声道无线音响系统，其中，该混音与讯号处理器为一模拟混音与讯号处理器，用来混合与处理不同声道的模拟讯号。
25.如权利要求18所述的多声道无线音响系统，其中，该混音与讯号处理器为一数字讯号处理器，用来混合与处理不同声道的数字讯号。
26.如权利要求17所述的多声道无线音响系统，其还包含一无线发射机，用来将符合索尼/菲利浦数字接口规格SPDIF的声音讯号调制后发射至空气中。
27.如权利要求17所述的多声道无线音响系统，其还包含一无线接收机用来同步接收该无线发射机发送的微波讯号，并解调成符合SPDIF的声音讯号。
28.如权利要求26所述的多声道无线音响系统，其中，该无线发射机包含一多声道数字音讯接收器，用来接收各不同型式的多声道音效输入讯号；一数字讯号格式转换器，电连于该多声道数字音讯接收器，用来将该多声道数字音讯转换成一脉冲语音讯号；以及一合成模块，电连于该数字讯号格式转换器，用来将该控制讯号及该脉冲语音讯号合成为一具有比特流形式的数字讯号。
29.如权利要求28所述的多声道无线音响系统，其该无线发射机还包含有一讯号调制模块，电连于该合成模块，用来将该具有比特流形式的数字讯号调制产生一对应的基频讯号。
30.如权利要求29所述的多声道无线音响系统，其中，该讯号调制模块包含有一调制电路，电连接于该合成模块，用来将该具有比特流形式的数字讯号作调制处理，以产生一调制讯号；以及一扩频电路，电连于该调制电路，用来将该调制讯号与一扩频码进行运算，以产生该基频讯号。
31.如权利要求29所述的多声道无线音响系统，其中，该无线发射机还包含有一传送电路，电连于该讯号调制模块，用来将该基频讯号转换为一射频讯号并将该射频讯号传送至空气中。
32.如权利要求27所述的多声道无线音响系统，其中，该无线接收机包含一接收电路，用来接收该射频讯号并产生一对应的基频讯号；一讯号解调模块，电连于该接收电路，用来将该基频讯号解调成为一具有比特流形式的数字讯号；一分离模块，电连于该讯号解调模块，用来将该具有比特流形式的数字讯号分离成一控制讯号以及一脉冲语音讯号；一数字讯号格式转换器，电连于该分离模块，用来将该脉冲语音讯号转换成一数字语音讯号。
33.如权利要求32所述的多声道无线音响系统，其中，该讯号解调模块包含一解扩频电路以及一解调电路，其中该解扩频电路是将该基频讯号与一扩频码产生卷积关系后，转换该基频讯号成为一解扩频讯号，该解调电路再将该解扩频讯号进行讯号解调的操作以产生该具有比特流形式的数字讯号。
全文摘要
一种多声道无线音响系统，包含一接收单元，一译码器，一混音与讯号处理器以及多个扬声器。此多声道无线音响系统使用低讯号时间延迟、高传输率的数字无线收发模块，同步传送完整的SPDIF多声道声音讯号给多扬声器耳机，使无线耳机可实现真实多声道的效果。
文档编号H04R5/00GK1722912SQ200410069619
公开日2006年1月18日 申请日期2004年7月15日 优先权日2004年7月15日
发明者黄瑞荣, 罗世杰, 郭俊彬 申请人:钰宝科技股份有限公司