专利名称：通过单声道输入合成伪立体声输出的设备和方法
本公开发明涉及用于立体声再现的系统，并着重于通过单声道输入信号合成伪立体声输出信号的系统。
单声道声音再现是通过单声道进行声音再现。当诸如管弦乐的声源被单声道记录并再现(即由单个扬声器再现)时，该记录的很多音色和深度在再现时都丢失了。即使单声道记录通过空间上分离的两个扬声器再现，管弦乐队的声音仍然象是主要从扬声器间的某一点发出。
立体声再现在管弦乐通过两个独立的话筒记录在两个不同声道上时发生。当通过一对扬声器再现时，交响乐确实不象是从扬声器间的一个点发出，而象是遍布在两个扬声器形成的平面上和平面后面。双声道记录保证了既能使听众定位各种不同声源(如，各个乐器或声音)又能感觉录音室或音乐厅的声学特性的声场再现。
真正立体声再现的特征在于其区别于单声道再现的两个独特品质。第一个品质是产生宽度感觉的声源的定向分离。第二个品质是其产生的深度和真实感的感觉。定向分离的感觉被描述为它向听众提供判断诸如交响乐中的乐器位置的各种声源的选择性位置的能力。而真实感的感觉是下面的这种感觉，即声音不象是从再现扬声器本身发出，而象是从扬声器之间通常略向后的位置发出。后一种感觉向听众提供录音场所的大小、声学特性和深度的效果。术语“环境(ambience)”被用以描述宽度、深度和真实感的感觉。换言之，术语环境常常用于描述不包括定向分离时的宽度、深度和真实感。
双声道立体声再现保持了定向分离和环境这两个品质。合成的立体声再现，也称作伪立体声再现，通常不会再生立体声的方向性，而是仅仅再生作为真正双声道立体声的特性的环境的感觉。
当双声道立体声再现系统结合诸如电视或电影的可视媒体使用时，定向分离和环境这两个品质使听众产生身处视听场景的感觉。环境的感觉将再生录音室或录音场所的声学特性，而定向感觉将使各种不同声音象是从它们在可视图象中的相应位置发出的。另外，由于环境的感觉产生声音从扬声器的平面之后的位置发出的感觉，所以也可产生某种三维效果。
如果频谱在两个扬声器之间不规则分布，则合成立体声系统也可在听众的头脑中产生烦人的分离感觉。合成立体声系统通过在再现扬声器中控制作为音频频谱的函数的声音信号的相对振幅和/或相位来实现其想要的效果。听众自然非常熟悉人的声音，并且能够从若干乐器声或背景噪声中分辨出人的声音。因此，如果声音象是在声级间前后漂移，那么听众会非常不舒服。相反，听众一般不太可能从一组乐器声中分辨出一种特定乐器声。因此，如果一个特定乐器发出的声音象是在声级间漂移，那么听众通常不会太舒服。许多已有技术的立体声合成器使用时间延迟或其它宽带信号处理元件来操纵单声道信号以产生伪立体声信号，方式是把不自然的环境加入人声当中并且使该声音象是在声级附近不自然地漂移。
本发明的实施例通过使用一种声音增强信号处理来解决这些和其它问题，该处理设计用于操纵单声道信号以产生悦耳的伪立体声信号。该信号处理把较多的环境加入单声道信号的乐器声中并且把较少的环境加入单声道信号的人声中。
具体来说，该声音增强信号处理可被用于通过单输入声道产生多个输出声道，以使输出声道与输入声道相比具有更多的环境。例如，输入声道可以是单声道输入声道，而输出可被放大并用于驱动左右立体声扬声器。
一个实施例是一种用以产生比输入声道多的输出声道的合成器。在一个实施例中，该合成器通过单个输入信号产生两个或更多个滤波的输出信号。输入信号应用于一个产生差模输出信号的透视滤波器。输入信号还应用于一个产生共模输出信号的均衡滤波器。差模和共模信号组合产生输出信号。
双声道合成器根据需要作为立体声合成器使用，它通过单声道输入声道产生左右伪立体声输出声道。左输出声道由左声道组合器产生，右输出声道由右声道组合器产生。
该合成器可使用诸如运算放大器(op-amp)的模拟元件构建。另外，该合成器也可在诸如微处理器或数字信号处理器(DSP)的计算机的软件中执行。
该合成器使输出相位均衡，以便在对应于人声且包括人声共振峰频率的频带中使输出声道基本上同相，从而避免人声中不想要的环境，同时增强其它更随机分布的声音信号的环境效应。当该合成器作为一个立体声合成器使用以通过单声道输入产生左右伪立体声输出时，该相位均衡使人声集中在一个声级的中心并且还提高语音再现的质量。
根据本发明的一个实施例，通过有选择地改变单声道信号频率的相对振幅和相位以及加和信号频率的相对振幅以便通过单声道输入信号产生共模及差模信号，并通过组合共模及差模信号产生伪立体声左右声道信号，可以实现更大的立体声图象和收听区域。
为了产生共模信号，单声道信号的所选频率成分相对于单声道输入信号的其它信号频率成分而言被增强。而且，单声道信号的所选相位成分相对于单声道输入信号的其它相位成分而言被移相，以进一步对共模信号进行整形。用以产生共模信号的选择性增强和相移可防止共模信号被差模信号掩盖。
为了产生差模信号，单声道信号的所选频率成分相对于其它单声道信号频率成分而言被衰减(去加重)。用以产生差模信号的选择性增强处理为更大的立体声图象和更大的收听区域提供了保证。差模信号成分的选择性加重或增强处理提供了更大的立体声图象，并且与差模信号不加选择的增强处理相关的刺耳声音和图象偏移的问题通过均衡器的均衡基本上被减小。
差模信号中的所选成分的选择性加重或增强进一步增强了立体声图象，这是因为它提供了在现场演出时可听到但通常在录音时被屏蔽的环境声音的感觉。例如，听众在现场室内乐演出中既可听到直接从乐器发出的声音、墙壁和其它物体反射的声音，又可听到由音乐厅的封闭特性所产生的混响声。在现场演出时，环境(例如，反射和混响的声音)易被感觉到并且不会被直接的声音所屏蔽。但在录制的演出中，环境声音会被直接的声音屏蔽，并且在与现场演出相同的声级时不能感觉到。环境声音往往处于差信号的静音频率中，并且增强差信号的静音频率可以不屏蔽环境声音，从而模拟现场演出的环境声音的感觉。
由于下面的原因，差模信号的选择性加重还保证了更大的收听区域。差模信号较高的频率成分往往在中频带之外，它包括对应于人声的频率和具有与听众头部两耳间的距离差不多的波长的频率。作为本发明一个实施例所提供的选择性加重的结果，在听众具有提高的相位灵敏度的频率时的成分未被不适当地增强。因此，由差信号不加选择的增加所引起的立体声图象的偏移问题(上面讨论)基本上被减小，并且听众能够定位该能级上的人声。
在提供差模信号的选择性增强时，由混合的选择性增强的差信号电平所确定的增强量被设置以使所提供的环境量较协调且悦耳。
本发明实施例的其它目的在于，通过传统声音再现系统的单声道唱片、磁带、无线电和电视广播、电影的声道和数字盘的重放。本发明的实施例还可用于在任意媒体上进行伪立体声记录，这些媒体包括诸如唱片、数字盘或磁带，它们的记录可在传统的声音再现系统中播放以产生提供上述有益效果的左右立体声输出信号。
通过结合下列附图阅读以下的详细描述，本专业技术人员将易于理解本公开发明的优点和特征。
图1是一种单声道记录和重放系统的框图。
图2是一种具有伪立体声重放系统的单声道记录系统的框图。
图3是使用全通滤波器以通过一个单声道输入声道产生两个伪立体声输出声道的声音增强系统的一个实施例的框图。
图4是使用透视滤波器以通过一个单声道输入声道产生两个伪立体声输出声道的声音增强系统的一个实施例的框图。
图5是使用透视(perspective)滤波器和均衡器以通过一个单声道输入声道产生两个伪立体声输出声道的声音增强系统的一个实施例的框图。
图6是图5所示声音增强系统的一个实施例的电路示意图。
图7是透视滤波器的转换函数的实施例的曲线图。
图8是结合图7所示透视滤波器的转换函数使用的通带滤波器的转换函数的一个实施例的框图。
图9是一种伪立体声增强系统的左右声道输出的一个实施例的曲线图。
在附图中，任何三位数的第一个数字表示元件第一次出现时的图号。如果使用四位数的参考数字，则前两位数表示图号。
为了便于理解本发明，首先进行概述，在该概述中讨论了所提供的整个功能。随后将更着重于利用运算参数来详细地讨论本发明。I.概述如上所述，本发明的一个实施例包括一个合成器，它通过一个输入声道产生两个或更多个输出声道，以使输出声道具有比输入声道更多的环境(ambience)。为了表示方便和清晰，以下的讨论假设输入声道是单声道输入且合成器提供左伪立体声输出声道和右伪立体声输出声道。本专业技术人员将易于理解，输入并不必须是单声道输入，并且本发明的实施例可在许多应用中使用，在这些应用中，通过由单个输入声道产生多个输出声道而产生再现声音的环境。
图1是一种单声道记录和重放系统的框图，其中单话筒104用于把声音转换为单(单声道)信息流107中的信息。正如这里所使用的，术语信息可包括任何形式的数据表示，包括诸如电信号、电磁信号、磁畴、光学凹坑、互联网数据包、数字值、模拟或数字记录、计算机程序或磁盘文件中的数据等。由话筒104转换的声音来自在具有宽度和深度的声级102间散射的声源。由话筒104转换的声音也可来自接近声级102的其它物体(未示出)或墙壁的反射，以及来自围绕声级102的房间(未示出)的混响。
信息流107中的信息提供给记录/发射(发送)块106。发送块106把信息流107提供给重放/接收(接收)块108。发送块106表示适合于存储和发射信息的任何设备或技术，包括诸如无线电/电视发射机、CD记录、磁记录、磁盘文件、互联网等。同样，接收块108表示适合于接收来自发送块106的信息并把信息流107转换为提供给放大器110输入端的电信号的任意设备或技术。放大器110的输出提供给扬声器114。当听众116听到扬声器114再现的声音时，听众116感觉到虚拟声级114。
由于来自声级102的声音由单话筒104转换并由单个扬声器112再现，所以虚拟声级114远小于真实声级102。听众116将感觉到对应于小虚拟声级114且具有较小宽度或环境的局部声音图象。反之，位于话筒104附近且听到由现场演出的真实声级102所产生的声音的听众将感觉到对应于真实声级102的非常大的声音图象。
图2是类似于图1的单声道记录系统的框图，但其具有伪立体声再现系统。在图2中，单话筒104用于把声音转换为单(单声道)信息流107中的信息。与图1所示情况相同，由话筒104转换的声音来源于在具有宽度和深度的声级102间散射的声源，来源于墙壁或其它物体的反射，并且来源于房间中的混响。信息流107中的信息提供给记录/发射(发送)块106。发送块106把信息流107提供给重放/接收(接收)块108。
接收设备108把单声道信息220提供给增强系统202的第一输入端和低通滤波器203的输入端。增强系统202把左声道伪立体声输出和右声道伪立体声输出提供给音频处理块204。音频处理块204可提供另外的音频增强，如音调控制、平衡控制等。音频处理块204把左声道输出提供给左放大器206并把右声道输出提供给右放大器207。音频处理块204是任选的，并且可以省去，若省去，则来自增强系统202的左右声道输出分别直接提供给左右放大器206和207。左放大器206的输出提供给左扬声器并且右放大器207的输出提供给右扬声器。
低通滤波器203的输出提供给低音放大器208的输入端并且低音放大器208的输出提供给扬声器212。低通滤波器203、低音放大器208和扬声器212是任选的并且可以省去。听众116听到扬声器210-212再现的声音并感觉到虚拟声级214。
增强系统202可使用模拟信号处理、数字信号处理或它们的组合处理来实施。增强系统202也可在计算机处理器的软件中实施，处理器可以是Intel公司的奔腾处理器或其换代产品。增强系统202也可作为数字信号处理器(DSP)中的软件程序来实施。
立体声增强系统202为了再现可容易地结合到作为单独设备生产和销售的前置音频放大器中，以及结合到包含在集成放大器和接收机的前置音频放大器中。
为了供标准的可商用音频元件使用，立体声增强系统202的实施例可在带状监视回路中使用，或者如果可以得到的话可在前置放大器的外部处理器回路中使用。这种回路不受诸如音调控制、平衡控制和音量控制等前置放大器控制的影响。另外，立体声增强系统202可内置于一种标准立体声再现系统的前置放大器和功率放大器之间。
正如所熟知的，一种立体声再现系统试图产生一种声音图象，其中再现的声音被感觉为从声级214间的不同位置发出，从而模拟现场声级102的感受。立体声图象的听觉错觉通常被感觉为在左右扬声器210和211之间，并且立体声图象的宽度在很大程度上根据分别提供给左右扬声器210和211的信息之间的相似性或不相似性来确定。如果提供给每个扬声器的信息相同(例如，单声道)，则声音图象主要集中在处于“中心声级”的扬声器之间。相反，如果提供给每个扬声器的信息不同，则声音图象的范围在两个扬声器之间扩展。
立体声图象的宽度不仅根据提供给扬声器的信息而定，而且还根据听众的位置而定。理想的情况是，听众与各个扬声器的距离相同。在存在许多扬声器的系统中，听众与一个扬声器越近，则来自更远距离的扬声器的声音对立体声图象的贡献越小，并且声音很快被感觉为仅从最近的那个扬声器发出。这种情况特别出现在每个扬声器中的信息都相似时。因此，该增强系统提供不相似的左右声道输出。
增强系统202把单声道输入信号220转换为左右输出伪立体声输出信号，这些信号具有比通过仅仅把单声道信号220直接提供给放大器206和207所获得的环境要多的环境。已经有大量把环境加入到单声道信号中以具有混合效果的已有技术尝试。反之，声音增强系统202有益地产生类似于差信号(L-R)的差模信号。该差模信号的一部分相对于被去加重(衰减)的差模信号的其它部分而言被加重(增强)。
图3示出了增强系统202的一个实施例，它使用左全通滤波器302和右全通滤波器304以把环境加入到单声道输入信号M220中。信号M提供给左全通滤波器302和右全通滤波器304。左全通滤波器302是一个相位超前的滤波器，它产生+45度的超前相移。右全通滤波器304是一个相位滞后的滤波器，它产生-45度的滞后相移。
滤波器302的输出提供给加法器320的第一输入端和组合器322的同相(求和)输入端。滤波器304的输出提供给加法器320的第二输入端和组合器322的倒相(相减)输入端。加法器320的输出提供给加法器328的第一输入端。组合器322的输出提供给组合器326的同相输入端。
滤波器304的输出还提供给透视滤波器324的输入端。透视滤波器324的输出提供给组合器326的倒相输入端和加法器328的第二输入端。滤波器302的输出还提供给加法器328的第三输入端和组合器326的同相输入端。
加法器328的输出提供给高通滤波器308和加法器306的第一输入端。组合器326的输出提供给高通滤波器310和加法器306的第二输入端。加法器306的输出提供给低通滤波器309。
高通滤波器308的输出提供给加法器312的第一输入端并且低通滤波器309的输出提供给加法器312的第二输入端。加法器312的输出提供给左声道输出放大器316的输入端并且放大器316的输出提供给左声道输出。
高通滤波器310的输出提供给加法器314的第一输入端并且低通滤波器309的输出提供给加法器314的第二输入端。加法器314的输出提供给右声道输出放大器318的输入端并且放大器316的输出提供给右声道输出。
增强系统300通过使用全通滤波器302、304产生左右伪立体声输出以把相移引入整个音频频谱之中。加法器306提供的左加右(L＋R)信号的低频部分分别由加法器312和314与左右声道混合。在高于低通滤波器309的滚降频率的频率，极少的L＋R信号被加入到左右声道中。因此，在高于低通滤波器309的滚降频率的频率，左右声道基本上正交(即约间隔90度)。在低于低通滤波器309的滚降频率的低频，一些L＋R信号被加入到左右声道中。因此，在离低通滤波器309的截止频率不太远的低频，左右声道间隔少于90度。在非常低的频率下，高通滤波器308和310衰减大部分左右声道信号以使左右输出信号主要源自在低通滤波器309的输出端提供的(L＋R)信号。因此，在非常的频率下，左右输出信号基本上同相。
图3所示增强系统300提供伪立体声增强给单声道输入信号，但会在对应于人声的频带中产生太多的环境，并且在高于和低于人声频带的频带中产生太少的环境。
不加选择的提高差信号会带来问题，这是因为差信号较强的频率成分往往集中在包含人声的中频带频率中。在已有技术中发现的一个问题在于，由于耳朵对中频带内约700Hz到约7kHz(千赫)的频带具有较高的灵敏度，所以再现的声音非常刺耳且令人厌烦。在这些频率下，听众头部位置的轻微移动都将会提供立体声图象中令人厌烦的偏移。
图4是声音增强系统400的框图，它在对应于人声的频带中提供较少的环境，并在其它频带中提供较多的环境。在增强系统400中，单声道输入信号M220经缓冲放大器402提供给透视滤波器404的输入端。透视滤波器404的输出提供给第一输出声道(L－R)和具有单位增益的倒相放大器406的输入端。放大器406提供180度的相移。放大器406的输出提供给第二输出声道(R－L)。
透视滤波器404去加重(衰减)在对应于人声的频带(中频带)中的单声道输入220的频率成分。因此，第一和第二输出声道在对应于该中频带的频带中被衰减。但是在该中频带中，输出仍然是180度异相并且增强系统的频率响应不一致(平坦)。一种更好的增强系统将能在输出的频率响应中提供更好的一致性并能提供在该中频带中更接近同相的输出。
图5是声音增强系统500的框图，它提供更一致的频率响应并提供在中频带频率间接近同相的输出。系统500使用透视滤波器504和均衡器506以通过一个单声道输入声道产生两个伪立体声输出声道。在系统500中，单声道输入M220提供给缓冲放大器502的输入端。放大器502的输出提供给透视滤波器504的输入端和带通滤波器508的输入端。透视滤波器504的输出提供给加法器512的第一输入端和倒相放大器514的输入端。倒相放大器514的输出提供给加法器516的第一输入端。
带通滤波器508的输出提供给90度移相器510的输入端。移相器510的输出提供给加法器512的第二输入端和加法器516的第二输入端。加法器512的输出是左声道输出222并且加法器516的输出是右声道输出224。
透视滤波器504的输出是差模信号。在一个实施例中，差模信号在耳朵具有较高灵敏度的频率(约400Hz到10kHz，且最好约为700Hz到7kHz)未被不适当地增强，并且具有与听众两耳间的距离差不多的波长的差信号成分未被不适当地增强。
透视滤波器504提供的差模信号在某些方面是伪差信号(L-R)。透视滤波器504有选择地衰减作为频率函数的差模信号。图7示出了透视滤波器的转换函数的一个实施例的例子。如图所示，差模信号在约400Hz到10kHz，特别是在约700Hz到7kHz的中频带中被特别衰减。人耳对中频带频率具有较高的灵敏度，部分原因是因为这个频带包括具有与人耳间的距离基本相同的波长的差信号成分。中频带中的衰减最好大约为2至15dB。
正如前面所述并与已有技术相关，这些频率中的高音差信号会产生令人烦躁的刺耳声并且把听众限制在与扬声器距离相等的位置。通过衰减这些频率，可大体减少刺耳声和位置限制。中频带衰减也部分补偿了人耳对中频带声音增加的灵敏度。人耳的外部对来自位于听众前面的声源的中频带声音产生衰减。内耳道中的共鸣提高了对中频带声音的灵敏度，因此内耳补偿外耳。内耳和外耳间的交互作用部分解释了与头部相关的转换函数(HRTF)的物理方面。透视滤波器的中频带衰减提供的效果类似于HRTF之处在于它补偿内耳和外耳之间的交互作用。
包括带通滤波器508和移相器510的均衡滤波器506提供共模信号以补充差模信号。图8示出了用于带通滤波器508的一个实施例的适当的均衡特性。在这个实施例中，带通滤波器508在约700Hz和7kHz具有-3dB频率，并且以每个十进位约20dB滚降。该带通滤波器的6.3kHz带宽接近人声的工作范围。在另一个实施例中，较低的-3dB频率可在约400Hz到2000Hz的范围内，并且较高的-3dB频率可在3000Hz到10kHz的范围内。
移相器510把带通滤波器508的输出相对于波滤器504的输出移相90度。90度的相移约以滤波器504的0度相位输出和倒相放大器514的180度相位输出之间的共模信号为中心。因此，共模信号在相位上与透视滤波器504的输出端的差模信号和放大器514的输出端的倒相差模信号基本上等距。换言之，共模信号的相位相对于倒相和正常差模信号而言被近似平衡。
透视滤波器的滤波器变换特性也可根据需要设计用于在低于约300Hz的频率以每个倍频程约6dB或更大的速率(未示出)滚降，以避免过分加重低音。这种低频滚降在包括图2所示的低音扬声器212时特别有用。
由透视滤波器产生的差模信号主要促进伪立体声输出中的环境。因此，中频带中的差模信号的成分相对于中频带频率之外的频带中的成分而言被衰减。这样则具有在中频带频率中产生较少的环境而在其它频带中产生较多环境的效果。最好是，中频带中的差模信号成分相对于在该中频带任一边的差模信号成分而言被衰减约8dB。由均衡滤波器产生的共模信号提供较少或不提供环境。因此，中频带中的共模信号的成分相对于其它频带中的成分而言被增强，这样，当差模和共模信号被组合时，所产生的信号在中频带之外的频带中具有更多的环境。
图9是图5所示声音增强系统的左右声道输出的xy-曲线图。图9中的曲线图在x轴上表示频率而在y轴上表示振幅(以dB为单位)。在一个实施例中，左右声道基本上同相并且在接近1100Hz的交叉频率时振幅基本相等。这个交叉频率大体对应于带通滤波器508的中心频率和透视波滤器504的中心频率。在其它实施例中，交叉频率可在约500Hz到9kHz的范围内。在另一些实施例中，左右声道在交叉频率时基本上不同相。左右声道基本上是180度异相并且在非常高的频率(例如高于10kHz的频率)和非常低的频率(例如低于300Hz的频率)时振幅相等。II.五个电容器的伪立体声合成器增强系统500可使用模拟信号处理、数字信号处理以及它们的组合处理来实施。增强系统500的一个实施方案的实施例在图6中示出。这个实施方案使用较少的滤波电容器，以适用于集成电路的应用。在图6中，单声道输入220提供给电阻器602的第一端。电阻器602的第二端连接接地电阻器603的非接地端和缓冲放大器608的同相输入端。缓冲放大器608的倒相输入端连接接地电阻器604的非接地端和反馈电阻器609的第一端。放大器608的输出提供给反馈电阻器609的第二端。
放大器608的输出还提供给透视滤波器504的输入端。透视滤波器504的输入提供给电阻器610的第一端、电容器612的第一端和电阻器614的第一端。电容器612的第二端连接接地电阻器613的非接地端和电阻器611的第一端。电阻器614的第二端连接接地电容器616的非接地端和电阻器615的第一端。电阻器615的第二端、电阻器611的第二端和电阻器610的第二端均连接透视滤波器504的输出端。
透视滤波器514的输出提供给电阻器617的第一端(倒相放大器514的输入端)。电阻器617的第二端连接反馈电阻器619的第一端和运算放大器618的倒相输入端。运算放大器618的同相输入端接地，并且运算放大器618的输出提供给反馈电阻器619的第二端。
作为倒相放大器块514的输出的运算放大器618的输出还提供给包含电阻器625的第一端的加法器516的输入端。电阻器625的第二端连接电阻器626的第二端、反馈电阻器627的第一端和运算放大器628的倒相输入端。运算放大器628的输出提供给反馈电阻器627的第二端和右声道输出224。
运算放大器618的输出还提供给包括电阻器620的第一端的加法器512的输入端。电阻器620的第二端连接电阻器621的第二端、反馈电阻器622的第一端和运算放大器624的倒相输入端。运算放大器624的输出提供给反馈电阻器622的第二端和左声道输出224。
放大器608的输出还提供给包括电容器635的第一端的带通滤波器508的第一端。电容器635的第二端连接接地电阻器634的非接地端和电阻器636的第一端。电阻器636的第二端连接接地电容器637的非接地端和运算放大器638的同相输入端。运算放大器638的输出提供给运算放大器638的倒相输入端。运算放大器638的输出还作为带通滤波器508的输出提供给电阻器639的第一端和电阻器640的第一端。电阻器640的第二端连接接地电容器641的非接地端和运算放大器642的同相输入端。电阻器639的第二端连接电阻器643的第一端和运算放大器642的倒相输入端。运算放大器642的输出提供给反馈电阻器643的第二端和电阻器644的第一端。电阻器644的第二端连接接地电阻器648的非接地端。作为移相器510的输出端的电阻器644的第二端还连接电阻器626的第一端和电阻器621的第一端。
运算放大器608、618、638和642最好是Texas设备公司生产的TL074运算放大器。运算放大器624和628最好是Texas设备公司生产的TL072运算放大器。图5所示用于电阻器(以千欧为单位)和电容器(以微法为单位)的近似元件值在下面的表1中列出。
表1
图6所示实施例的优点在于其仅仅使用五个滤波电容器，从而使其在集成电路的实施方案中具有吸引力。滤波电容器难以在集成电路中实施。诸如动态随机存取存储器(DRAM)的集成电路可包含数百万个电容器，但DRAMS中使用的电容器用于短期电荷存储，而非作为滤波电容器。因此，在DRAM中使用的电容器的电容值非常小，通过小于80皮法。相反，在音频电路中使用的电容器通常较大，具有的值达到0.1微法或更大。
正是因为这些原因，在滤波应用中使用的集成电路通常不使用内部电容器，而是依赖于外部电容器。通常，每个外部电容器在集成电路上至少需要一个外部连接(例如至少一个管脚)。因而，所需滤波电容器的数目影响集成电路上的外部连接数，并因此影响集成电路的大小和成本。图6所示电路的优点在于使用了较少的电容器。III.伪立体声记录本发明的实施例可用于传统立体声记录的重放，或者可用于独特立体声记录的制造，该立体声记录在通过传统声音再现系统重放时将提供上述优点。因此，通过公开的立体声增强系统202提供的增强处理有利于用于增强记录。这些记录可在不包括立体声增强系统202的音频系统上重放，或者在包括旁路的立体声增强系统202的音频系统上重放。
具有本文所述增强系统202的系统包括传统的立体声重放设备，它可响应数字记录，如激光盘、数字多用盘(DVD)、唱片、磁带、或录象带或电影胶片上的声道。该重放设备提供左右声道的立体声信号L、R给一个放大器，左右信号通过该放大器馈给扬声器。
一种类似设备可在进行记录时使用，该记录本身以唱片的物理纹槽、磁带等媒体的磁畴或可由光学装置读取的数字信息的形式容纳数据。这种数据定义在由传统声音再现系统重放时将产生上述所有优点的信号成分所形成的左右立体声信号。因此，体现本发明原理的进行声音记录的记录系统可接收来自适合于提供单声道输入信号M220的诸如系统108的传统单声道重放系统或话筒104的单声道输入信号。重放系统108可通过任何传统记录媒体提供其输出信号，该媒体包括诸如激光盘、唱片、磁带、或录象带或胶片的声道媒体的数字记录。
当图2的增强系统202用于进行具有环境增强的记录时，这种记录结合传统的立体声播放器以产生具有包括提供环境感觉的增强信号的成分的左右伪立体声输出信号。由这里所述的设备和方法进行的记录与其它立体声记录的不同之处在于在该记录中体现独特的信号产生数据。当由传统记录播放媒体播放这种独特的记录时，将产生具有上述优点且包括特定信号成分的伪立体声。IV.其它实施例前面已经公开了用于既在传统记录的重放时又在改进的记录的再现时实质上改进由记录的演出所产生的立体声图象和环境的系统。这种系统易于与标准音频设备一起使用并易于添加到现有的音频设备中。而且，公开的系统易于结合到前置放大器和/或集成放大器中。这种结合可为旁路公开的系统创造条件。
公开的立体声增强系统易于使用模拟技术、数字技术或二者的组合来实施。而且，公开的立体声增强系统易于使用集成电路技术来实施。
另外，公开的系统可与各种音频系统一起使用或结合到各种音频系统中，这些音频系统包括航空娱乐系统、剧场音响系统、用于产生包括图象增强和/或透视校正的记录的记录系统、和诸如风琴和合成器的电子乐器。
而且，公开的系统在自动音响系统中以及用于诸如轮船的其它运输工具的音响系统中特别有用。
尽管前面已经描述和图示了本发明的特定实施例，但对于本专业技术人员来说，在不背离下面的权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下可以对本发明进行各种改进和变化。
权利要求
1.一种通过单声道信号产生左右伪立体声输出信号的立体声合成设备，包括单声道输入端，配置用以接收单声道信号；与所述单声道输入端操作耦合的透视滤波器，所述透视滤波器配置用以去加重所述单声道信号的所选频率部分以产生第一滤波信号；与所述单声道输入端操作耦合的带通滤波器，所述带通滤波器配置用以通过包含人声信息的所述单声道信号的频率；与所述带通滤波器的一个输出端操作耦合的90度移相器，用以产生第二滤波信号；左声道混合器，适用于把所述第一滤波信号与所述第二滤波信号相加以产生左声道输出；和右声道混合器，适用于从所述第二滤波信号中减去所述第一滤波信号以产生右声道输出信号。
2.根据权利要求1的立体声合成设备，其中所述透视滤波器去加重在以接近2000Hz为中心的频带中的频率成分。
3.根据权利要求1的立体声合成设备，其中所述透视滤波器提供约8dB的最大去加重。
4.根据权利要求1的立体声合成设备，其中所述带通滤波器具有以大约2000Hz为中心的通带。
5.根据权利要求1的立体声合成设备，其中所述左输出信号和右输出信号在约2000Hz的频率时同相。
6.根据权利要求1的立体声合成设备，其中所述透视滤波器去加重在对应于所述带通滤波器带宽的频带中的频率。
7.一种通过单声道信号产生左右伪立体声输出信号的立体声合成设备，包括一种具有不多于五个电容器的信号路径的模拟电路。
8.一种产生输出比输入多的信号处理器，包括与输入信号操作耦合的第一滤波器，所述第一滤波器配置用以去加重相对于所述输入信号的第一中频带的其它频率成分的频率成分以产生第一滤波信号；与所述输入信号操作耦合的第二滤波器，所述第二滤波器配置用以加重相对于所述输入信号的第二中频带的其它频率成分的频率成分以产生第二滤波信号；第一组合器，适合于使用第一组合算法以组合所述第一滤波信号的至少一部分和所述第二滤波信号的至少一部分，以产生第一声道输出信号；和第二组合器，适合于使用第二组合算法以组合所述第一滤波信号的至少一部分和所述第二滤波信号的至少一部分，以产生第二输出信号。
9.根据权利要求8的信号处理器，其中所述第一滤波器包括透视滤波器。
10.根据权利要求9的信号处理器，其中所述透视滤波器去加重在以接近2000Hz为中心的频带中的频率。
11.根据权利要求9的信号处理器，其中所述透视滤波器去加重对应于由人的发声系统产生的频率的频带中的频率。
12.根据权利要求8的信号处理器，其中所述第二滤波器包括带通滤波器。
13.根据权利要求8的信号处理器，其中所述第二滤波器包括90度移相器。
14.根据权利要求8的信号处理器，其中所述第一组合器包括加法器。
15.根据权利要求8的信号处理器，其中所述第二组合器包括减法器。
16.根据权利要求8的信号处理器，其中所述第一组合器是加法器并且第二组合器是减法器。
17.根据权利要求8的立体声合成器，其中所述输入信号是单声道信号，所述第一输出是第一伪立体声信号，并且所述第二输出是第二伪立体声声道。
18.一种音频信号处理的方法，包括的动作是在第一滤波器中过滤输入信号以去加重相对于所述输入信号的第一中频带的其它频率成分的频率成分以产生第一滤波信号；在第二滤波器中过滤所述输入信号以加重相对于所述输入信号的第二中频带的其它频率成分的频率成分以产生第二滤波信号；通过第一组合方法组合所述第一滤波信号的至少一部分和所述第二滤波信号的至少一部分，以产生左输出信号；和通过第二组合方法组合所述第一滤波信号的至少一部分和所述第二滤波信号的至少一部分，以产生右输出信号。
19.根据权利要求18的方法，其中所述第一滤波器包括透视滤波器。
20.根据权利要求18的方法，其中所述第二滤波器包括带通滤波器。
21.根据权利要求18的方法，其中所述第二滤波器包括移相器。
22.根据权利要求18的方法，其中所述第一组合方法包括加法。
23.根据权利要求18的方法，其中所述第二组合方法包括减法。
24.根据权利要求18的方法，其中所述第一组合方法包括加法并且所述第二组合方法包括减法。
25.根据权利要求18的方法，还包括记录所述左右输出信号的动作。
26.根据权利要求18的方法，还包括广播所述左右输出信号的动作。
27.根据权利要求18的方法，还包括向扬声器提供所述左右输出信号的动作。
28.一种根据权利要求18的方法进行的伪立体声记录。
29.一种产生输出比输入多的信号处理器，包括第一滤波器装置，用于过滤输入信号以去加重相对于所述输入信号的第一中频带的其它频率成分的频率成分以产生第一滤波信号；第二滤波器装置，用于过滤所述输入信号以加重相对于所述输入信号的第二中频带的其它频率成分的频率成分以产生第二滤波信号；第一组合器装置，用于组合所述第一滤波信号的至少一部分和所述第二滤波信号的至少一部分，以产生第一声道输出信号；和第二组合器装置，用于组合所述第一滤波信号的至少一部分和所述第二滤波信号的至少一部分，以产生第二输出信号。
30.根据权利要求29的信号处理器，其中所述第一滤波器装置包括透视滤波器。
31.根据权利要求30的信号处理器，其中所述透视滤波器去加重在以接近2000Hz为中心的频带中的频率。
32.根据权利要求30的信号处理器，其中所述透视滤波器去加重对应于由人的发声系统产生的频率的频带中的频率。
33.根据权利要求29的信号处理器，其中所述第二滤波器装置包括带通滤波器。
34.根据权利要求29的信号处理器，其中所述第二滤波器装置包括90度移相器。
35.根据权利要求29的信号处理器，其中所述第一组合器装置包括加法器。
36.根据权利要求29的信号处理器，其中所述第二组合器装置包括减法器。
全文摘要
一种声音增强系统(合成器)被公开。该增强系统通过一个单声道输入声道(220)合成伪立体声左(L)和右(R)输出声道。单声道输入信号(220)应用到产生差模信号的透视滤波器(504)和产生共模信号的均衡滤波器(506)。透视滤波器(504)衰减对应于人声的频带中的信号成分。均衡滤波器(506)衰减在人声的频带之外的频带中的信号成分。均衡滤波器(506)还提供90度相移。差模和共模信号被组合以产生输出声道(L,R)。由合成器提供的伪立体声输出(L,R)在对应于人声的频带中具有较少的环境,而在不对应于人声的频带中具有较多的环境。
文档编号H04S5/00GK1329810SQ99814168
公开日2002年1月2日 申请日期1999年10月5日 优先权日1998年10月13日
发明者A·D·克雷默 申请人:Srs实验室公司