[发明专利]用于完整音频信号的相分层设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于建立大致完整的音频信号的方法和设备，具体涉及一种用于从离散音频信号恢复信息以重构或产生大致完整的、近乎全向的声音事件的方法和设备。

背景技术

声音作为压力和速度存在于诸如空气的介质中。声音始于诸如语音、摔门、琴弓划过小提琴弦等的机械扰动。声源的振动导致波的形成或图案。波在各个方向上辐射，例如三维、全方向、球状地辐射。正是这些移动的波被作为声音听到。

当具有可用基准时，存在三种通常测量的任何声压的分量：频率、振幅和相位。

自电子音频信号出现以来，一直在努力以听者无法说出复制品和原声的区别的方式来捕获、存储和再现原始声音事件的精确复制品。

电子音频信号是一种波动的电量，其变化将所有声音信息表示为代码。我们已经知道如何以高保真度从信号代码中破解大部分频率和振幅信息部分，使得如今可以享受到宽的带宽和宽阔的动态范围。相位是声音的一个主要分量，其包括以高保真度表现常规装置还未能再现的声音的时空信息元素的几乎所有耦合。作为结果，常规地再现的音频信号在这一点上是不完整的。

理想的完整音频信号将是如下的信号，其中包括频率、振幅和相位的所有声音分量被完全开放、发送和以相同的保真度再现。这样的信号也将是与原始声音事件无法区分的；例如，在所有方向上三维地、全方向地、球状地辐射，而不像现有不完整信号那样辐射。

由于现有的、不完整音频信号仅能为声音的一些分量（频率和振幅）提供高保真复制，声再现迄今为止局限于二维层面。诸如立体声、双声道立体声和各种环绕声技术等的现有技术方法提供了设计用于人工补偿本来天然存在的时空信息的信号处理增强方法和设备。以下限制让原始声音事件内容元素被锁在信号代码内：丢失、隐藏、埋藏、隔离、叠起，但仍然包含在信号内部。本发明是一种用于产生大致完整的音频信号的方法和设备，所述方法和设备不是通过引入人工元素，而是通过开放或展开到目前为止隐藏在音频信号内的信息。

“相位”一词有多种用法。术语相位在音频中的一般用法大部分局限为扬声器的正确“定相”的思想或术语“绝对相位”，以描述制造商的产品。相位的其它重要方面为单耳相位，其中，典型地，延迟的声音被施加到一只耳朵或被同时施加到两只耳朵。现有技术表现出在双耳相位领域的大量工作，双耳相位是指由于两耳之间路径长度的差值导致的延时。但相位作为声音的限定特性的思想并未被广泛地讨论。通常也没有提供测量。在本文中，相位与作为构建过程的听力的规则有关。也就是说，大脑获取从耳朵到达其的数据，并且应用规则和功能以构建声音的再现。这些规则涉及难以置信地微妙和复杂的复合的力学、生物学和神经学过程。

当应用于本发明时，相位使得声音能以与原始声事件基本上无法区分的方式通过信号提供给耳朵，以与初始捕获、发送或记录的声音类似和相似的方式传播声音。所接收的声波从耳朵向大脑的传输完成了听觉过程。可以认为，相位是在以较高的精度重建听觉体验的能力中“丢失的环节”。本发明使用相位来为听者提供听起来与原始事件基本无法区分的听觉体验。

相位同样是一个信号与基准信号的相对量度。在声事件中，相对相位受到时间和空间两者的影响。这是重要的，因为在正常的听觉体验中，无论记录单个（或单）信号，还是记录诸如立体声的多个信号，所记录的信号都表示相对于与在麦克风的位置处的已记录信号有关的信息的相位。当使用多个麦克风时，每个已记录信号的相位相对信息对于相对于声源的麦克风位置以及在其中进行记录的空间的音响效果都是唯一的。因此，可以通过将多个麦克风的输出加在一起而使用该多个麦克风来产生单声道信号，或者可以记录用于立体声或环绕声应用的离散信号。通常，信号从记录穿过所选电子器件并最终到达收听环境的路径将对于每个信号各不相同。虽然已将大量的努力付诸于为收听环境增强已记录信号，包括头相关传递函数和数字信号处理以产生用于不同空间的幻觉的人工混响，但实际上不可能将听者从在其中听到声音的空间的音响效果分开。然而，由于就像可以用多个麦克风记录信号一样，可以通过在房间内摆放多个扬声器实现在物理空间内的分级分频（cross-overs），所以可以使用原始信号提取包含在记录过程中的信息并在记录的信号中引入分级分频器(graduated crossovers)，并且很像在物理空间中分层那样将这些信号一起分层，以便传输更逼真的动态信号。

为了描述本发明，本文将采用包括相分层、相分层电路或PLC的各种术语，以及诸如分级分频器的术语。