專利名稱：揚聲器方向性的控制方法以及音頻再現(xiàn)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過使用陣列揚聲器來再現(xiàn)多聲道音頻信號的音頻再現(xiàn)設(shè)備，以及一種用來控制音頻再現(xiàn)設(shè)備方向性的方法。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出了一種通過使用陣列揚聲器來再現(xiàn)多聲道音頻信號的設(shè)備，在該陣列揚聲器中將多個揚聲器單元布置成矩陣。即，把同一個音頻信號同時或以慢慢變化的定時輸入到各個揚聲器單元，從而根據(jù)重疊原理來使該音頻信號像聲束一樣輸出。如圖3所示，當(dāng)音頻信號以慢慢移位的定時輸入到每一揚聲器單元時，傾斜地形成了聲束。當(dāng)適當(dāng)設(shè)置該定時的滯后時間(延遲時間)時，可在期望的方向上形成音頻聲束。
當(dāng)通過使用陣列揚聲器的所述特性來適當(dāng)設(shè)置多聲道音頻信號的各個聲道的音頻信號延遲時間并將該延遲時間輸入到陣列揚聲器時，各個聲道的音頻信號將被作為分別具有不同方向的聲束而輸出，例如，如圖1(A)所示。
在圖1(A)的示例中，中央聲道C(稱作中央聲道C；下同)的音頻信號直接向位于前方的聽音者輸出，而左前聲道FL和右前聲道FR分別被側(cè)墻反射一次后到達聽音者，并且環(huán)繞左聲道SL和環(huán)繞右聲道SR分別被側(cè)墻和后墻反射兩次后到達聽音者。聽音者可以聽到各個聲道的音頻信號，就像它們分別來自不同的方向一樣。因此，可以人工實現(xiàn)多聲道音頻再現(xiàn)。
專利文獻1JP-T-2003-510924發(fā)明內(nèi)容圖1(A)中的房間形狀具有理想形狀。安裝有音頻系統(tǒng)的房間并不總是具有這樣的形狀。也就是說，音頻系統(tǒng)可能被安裝在具有圖1(B)-(F)所示形狀的房間中。在此情況下，用于形成各聲道聲束路徑或各聲道虛擬音頻圖像的系統(tǒng)可能不同于圖1(A)的系統(tǒng)。
然而在前述音頻系統(tǒng)中，購買音頻系統(tǒng)的一般用戶很難根據(jù)房間的形狀來自己設(shè)置各個聲道音頻信號的聲束方向。
本發(fā)明的目的是提供一種音頻再現(xiàn)設(shè)備和一種用于控制揚聲器設(shè)備方向性的方法，在所述揚聲器設(shè)備中普通用戶可輸入簡易的設(shè)置來設(shè)置各個聲道的音頻聲束。
根據(jù)本發(fā)明的一種控制揚聲器設(shè)備方向性的方法包括步驟將揚聲器設(shè)備安裝在具有第一和第二側(cè)墻的房間的前側(cè)，所述揚聲器設(shè)備具有包括多個揚聲器單元的陣列揚聲器，所述揚聲器設(shè)備能夠輸出多個具有相互獨立的方向性的音頻信號；朝向聽音位置輸出中央聲道的音頻信號；朝向聽音位置輸出第一左前聲道的音頻信號；輸出第二左前聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第一側(cè)墻反射的音頻信號到達聽音位置；朝向聽音位置輸出第一右前聲道的音頻信號；輸出第二右前聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第二側(cè)墻反射的音頻信號到達聽音位置；輸出環(huán)繞左聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第一側(cè)墻反射的音頻信號到達聽音位置；以及輸出環(huán)繞右聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第二側(cè)墻反射的音頻信號到達聽音位置。
根據(jù)本發(fā)明的一種控制揚聲器設(shè)備方向性的方法包括步驟將揚聲器設(shè)備安裝在具有第一和第二側(cè)墻的房間的前側(cè)，所述揚聲器設(shè)備具有包括多個揚聲器單元的陣列揚聲器，所述揚聲器設(shè)備能夠輸出多個具有相互獨立的方向性的音頻信號；從所述陣列揚聲器中間部分的揚聲器單元輸出中央聲道的音頻信號；從所述陣列揚聲器左側(cè)部分的揚聲器單元輸出左前聲道的音頻信號的高頻分量；從所述陣列揚聲器右側(cè)部分輸出右前聲道的音頻信號的高頻分量；輸出環(huán)繞左聲道的音頻信號的高頻分量同時控制所述高頻分量的方向性，使得被所述第一側(cè)墻反射的高頻分量到達聽音位置；以及輸出環(huán)繞右聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第二側(cè)墻反射的音頻信號到達聽音位置。
根據(jù)本發(fā)明的一種控制揚聲器設(shè)備方向性的方法包括步驟將揚聲器設(shè)備安裝在具有第一和第二墻壁的房間內(nèi)，以使該揚聲器設(shè)備位于所述第二墻壁的對面，所述揚聲器設(shè)備具有包括多個揚聲器單元的陣列揚聲器，所述揚聲器設(shè)備能夠輸出多個具有相互獨立的方向性的音頻信號；從所述陣列揚聲器的中間部分輸出中央聲道的音頻信號的高頻分量；從所述陣列揚聲器的左側(cè)部分輸出左前聲道的音頻信號的高頻分量；從所述陣列揚聲器的右側(cè)部分輸出右前聲道的音頻信號的高頻分量；輸出第一環(huán)繞聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第一和第二墻壁反射的音頻信號到達聽音位置；從所述陣列揚聲器遠離所述第一墻壁的側(cè)面部分輸出第二環(huán)繞聲道的音頻信號；以及輸出第三環(huán)繞聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第一和第二墻壁反射的音頻信號到達聽音位置。
根據(jù)本發(fā)明的一種控制揚聲器設(shè)備方向性的方法包括步驟將揚聲器設(shè)備安裝在具有第一墻壁和與所述第一墻壁成預(yù)定角度布置的第二墻壁的房間內(nèi)，以使該揚聲器設(shè)備位于由所述第一墻壁和第二墻壁形成的夾角部分的對面，所述揚聲器設(shè)備具有包括多個揚聲器單元的陣列揚聲器，所述揚聲器設(shè)備能夠輸出多個具有相互獨立的方向性的音頻信號；從所述陣列揚聲器的中間部分輸出中央聲道的音頻信號；從所述陣列揚聲器的左側(cè)部分輸出左前聲道的音頻信號的高頻分量；從所述陣列揚聲器的右側(cè)部分輸出右前聲道的音頻信號的高頻分量；輸出環(huán)繞左聲道的音頻信號的高頻分量同時控制所述高頻分量的方向性，使得被所述第一墻壁反射的高頻分量到達聽音位置；以及輸出環(huán)繞右聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第二墻壁反射的音頻信號到達聽音位置。
根據(jù)本發(fā)明的一種控制揚聲器設(shè)備方向性的方法包括步驟將揚聲器設(shè)備安裝在具有第一和第二側(cè)墻以及布置在所述第一和第二側(cè)墻之間的第三墻壁的房間內(nèi)，以使該揚聲器設(shè)備位于所述第三墻壁的對面，所述揚聲器設(shè)備具有包括多個揚聲器單元的陣列揚聲器，所述揚聲器設(shè)備能夠輸出多個具有相互獨立的方向性的音頻信號；朝向聽音位置輸出第一左前聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性；輸出第二左前聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第一側(cè)墻反射的音頻信號到達聽音位置；朝向聽音位置輸出第一右前聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性；輸出第二右前聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第二側(cè)墻反射的音頻信號到達聽音位置；以及分別對第一左前聲道的音頻信號與第一右前聲道的音頻信號的輸出之間的比率以及第二左前聲道的音頻信號與第二右前聲道的音頻信號的輸出之間的比率進行調(diào)整，從而改善左右之間的聽覺平衡。
在本發(fā)明的前述結(jié)構(gòu)中，如果在指定方向上有墻面則本發(fā)明正常運行。在指定方向之外的任何方向上存在或不存在墻面都是可以的。
根據(jù)本發(fā)明的音頻再現(xiàn)設(shè)備包括陣列揚聲器，其包括多個揚聲器單元；信號處理部分，其具有分別針對所述揚聲器單元的處理電路并且其控制定時，其中多聲道音頻信號的各個聲道以所述定時輸出到所述陣列揚聲器，所述信號處理部分根據(jù)設(shè)置在所述處理電路中的定時控制數(shù)據(jù)來控制所述陣列揚聲器，從而將所述聲道的音頻信號作為期望方向上的聲束分別輸出；輸入部分，其輸入房間的形狀；以及設(shè)置部分，所述設(shè)置部分根據(jù)所輸入的房間形狀來確定所述聲道的音頻信號形成為聲束的方向，并且所述設(shè)置部分在所述聲道的揚聲器單元中分別設(shè)置定時控制數(shù)據(jù)，所述定時控制數(shù)據(jù)用于在所確定的方向上形成聲束。
在根據(jù)本發(fā)明的音頻再現(xiàn)設(shè)備中，將房間的輪廓形狀和尺寸輸入到所述輸入部分；并且根據(jù)所輸入的輪廓形狀和尺寸，所述設(shè)置部分確定所述聲道的音頻信號分別形成為聲束的方向，同時所述設(shè)置部分具有存儲部分，該存儲部分存儲了用來在多個方向上形成聲束的定時控制數(shù)據(jù)，并且當(dāng)確定了所述聲道的音頻信號形成為聲束的方向時，所述設(shè)置部分從所述存儲部分中讀取與所確定的方向相對應(yīng)的定時控制數(shù)據(jù)，并在所述聲道的揚聲器單元中分別設(shè)置所述定時控制數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明，基于房間形狀確定了與房間適合的每個聲道的聲束方向(聲束控制模式)，并且在信號處理部分中設(shè)置了定時控制數(shù)據(jù)從而在所述方向上形成聲束。因此只有在用戶輸入房間形狀的情況下將正常運行?？梢圆贿M行任何麻煩的設(shè)置操作而利用陣列揚聲器來再現(xiàn)多聲道音頻。


圖1示出了與安裝有根據(jù)本發(fā)明實施例的音頻系統(tǒng)的房間的輪廓形狀相對應(yīng)的聲束控制模式的示例。
圖2示出了在同樣的音頻系統(tǒng)中使用的陣列揚聲器的模型。
圖3是用于說明由同樣的陣列揚聲器形成的聲束的焦點與延遲時間之間的關(guān)系的示圖。
圖4示出了當(dāng)陣列揚聲器被用作3聲道立體聲單元時揚聲器單元的分割示例。
圖5是同樣的音頻系統(tǒng)的框圖。
圖6是示出了同樣的音頻系統(tǒng)的模式存儲器結(jié)構(gòu)示例的表格。
圖7是示出當(dāng)控制部分從模式存儲器讀取聲束控制數(shù)據(jù)并將聲束控制數(shù)據(jù)設(shè)置在信號處理部分中時的操作的流程圖。
圖8是示出操作聲束控制數(shù)據(jù)的過程的流程圖。
圖中的附圖標(biāo)記1是陣列揚聲器，2是電路部分，10是控制部分，11是模式存儲器，14是信號處理部分，20是濾波器部分，21是多路復(fù)用器部分，22是調(diào)整部分，23是聲束控制部分，以及24是加法器。
具體實施例方式
將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明一個實施例的多聲道音頻系統(tǒng)。本音頻系統(tǒng)是無需安裝5個揚聲器系統(tǒng)而是通過使用一個陣列揚聲器來人工獲得5聲道的多聲道音頻再現(xiàn)的系統(tǒng)。
在陣列揚聲器中，如圖2(A)-(C)的示例所示，多個揚聲器單元布置成直線或矩陣。在本實施例中，假設(shè)使用圖2(C)所示的具有三行陣列的陣列揚聲器。
如圖3所示，從每個揚聲器單元都輸出一個相同的音頻信號，并且對每個揚聲器單元的輸出定時進行調(diào)整，從而使輸出音頻信號到達空間中的預(yù)定點(焦點)的時刻與其他音頻信號到達該點的時刻一致。因此，可通過重疊原理來輸出像方向指向焦點的聲束一樣的音頻信號。
通過使用陣列揚聲器的這一特性來控制多聲道音頻信號各個聲道的音頻信號的定時，從而分別形成不同方向上的聲束。隨后將該定時重疊并輸入到陣列揚聲器。因此，各個聲道的音頻信號被形成為聲束并分別在不同方向上傳播而不會彼此疊加，例如圖1(A)中所示。
圖1(A)的示例是其中使用了具有矩形的房間使其較短墻壁作為前墻并將陣列揚聲器放置在該墻壁側(cè)中間的例子，所述的矩形是使用陣列揚聲器進行多聲道再現(xiàn)的基礎(chǔ)形狀并近似為方形。在這樣的房間形狀中，各個聲道的音頻信號按如下方式輸出。將中央聲道C(該聲道的音頻信號；下同)直接輸出到在其前方的聽音者。左前聲道FL和右前聲道FR形成為聲束，所述聲束將在到達聽音者之前分別被側(cè)墻反射一次。環(huán)繞左聲道SL和環(huán)繞右聲道SR形成為聲束，所述聲束將在到達聽音者之前分別被側(cè)墻和后墻反射兩次。結(jié)果，聽音者聽到該音頻信號就像是中央聲道C來自于前側(cè)，左前聲道FL和右前聲道FR分別斜向來自于左右前側(cè)，并且環(huán)繞左聲道SL和環(huán)繞右聲道SR分別斜向來自于左右后側(cè)。因此，人工獲得了多聲道音頻再現(xiàn)。
圖1(A)的房間形狀是理想形狀。當(dāng)音頻系統(tǒng)被安裝在具有其他輪廓形狀的房間中時，用對應(yīng)于房間形狀的模式來控制聲束。
這里，將參考圖1描述與各種房間形狀對應(yīng)的聲束控制模式。
首先，圖1(A)示出了當(dāng)陣列揚聲器1安裝在上述具有理想(長方形)形狀的房間的前面中間時的聲束控制模式。
圖1(B)是用于說明當(dāng)陣列揚聲器1安裝在沒有后墻墻面(包括后墻距離很遠的情況或后墻墻面是由吸聲材料制成的情況)的房間中時的聲束控制模式的示圖。
對于中央聲道C，以前述圖1(A)的情況相同的方式朝向前側(cè)形成聲束以使聲音直接到達聽音者。環(huán)繞聲道SL和SR而非圖1(A)中的前聲道的音頻聲束被設(shè)計成在到達聽音者之前分別被左右墻面反射一次。這是因為音頻聲束不能像圖1(A)的情況那樣被后墻墻面反射。對于前聲道FL和FR，在陣列揚聲器1的附近形成幻象，從而形成虛擬聲源。
這里，幻象的意思是使用聲學(xué)特性的虛擬聲源，在所述聲學(xué)特性中當(dāng)一個相同的音頻信號來自多個方向時，聽音者在位于多個方向之間的中間位置的預(yù)定方向(根據(jù)信號功率在內(nèi)部分割的方向)上感受到虛擬聲像。
將左前聲道FL的功率乘以系數(shù)α與中央聲道C一起朝向前側(cè)輸出，并將其乘以系數(shù)β與環(huán)繞左聲道SL一起朝向左墻面輸出。結(jié)果，左前聲道FL的音頻信號從兩個方向，即，分別從前側(cè)和稍偏左前側(cè)到達聽音者。聽音者不會單獨分辨出這些音頻信號，但是在根據(jù)α和β之間功率比而內(nèi)部分割的位置上形成了幻象。因此，可在中央聲道C的左側(cè)和環(huán)繞左聲道SL的前方產(chǎn)生左前聲道FL的虛擬聲源。
可將同樣的操作應(yīng)用于右前聲道FR。
當(dāng)前述系統(tǒng)中α＝0并且β＝1時，前聲道的路徑(定位)與后(環(huán)繞)聲道的一致。一些內(nèi)容的后聲道很少。在此情況下，容易感受到左前和右前方向上的定位感和延伸感。在比例為α＝0和β＝1的情況下執(zhí)行定位控制是有效的。
圖1(C)還示出了以圖1(B)相同的方式當(dāng)在后墻側(cè)沒有墻面時的聲束控制模式。在該聲束控制模式中，陣列揚聲器1被用來分割成三塊，即中間、左邊和右邊塊，從而其就像3聲道立體聲揚聲器系統(tǒng)那樣被操作。分別從分割的塊輸出中央聲道C、左前聲道FL和右前聲道FR的音頻信號。
圖4示出了這種情況下陣列揚聲器1的分割示例。音頻信號的低頻信號對于聽音者定位感的形成貢獻很小，但是需要低頻信號的聲壓來加重低頻聲。因此，在這些示例中，中央聲道C、左前聲道FL和右前聲道FR的全部聲道的低頻從圖1(D)中全部揚聲器單元一起輸出。對于高頻音頻信號，從中間塊的揚聲器單元輸出中央聲道C，從左端塊的揚聲器單元輸出左前聲道FL，并從右端塊的揚聲器單元輸出右前聲道FR，如圖1(A)-(C)所示。
對于圖1(C)中的中央聲道C和左前及右前聲道FL和FR，針對上述立體聲音響輸出來分割陣列揚聲器1。對于環(huán)繞左聲道和環(huán)繞右聲道SL和SR，以圖1(B)中相同的方式在左右兩側(cè)形成聲束從而分別由左右墻面反射一次，并且隨后到達聽音者。
圖1(D)是用于說明當(dāng)把陣列揚聲器1安裝在具有一個側(cè)墻(包括后墻距離很遠的情況或后墻墻面是由吸聲材料制成的情況)的房間中時的聲束控制模式的示圖。本例示出了沒有右側(cè)墻的例子。在此情況下，如圖1(A)所示的將由左側(cè)墻反射一次的聲束可形成為左前聲道FL，但由右側(cè)墻反射的聲束不能用于右聲道。因此，為了保持左右平衡，以圖1(C)相同的方式將陣列揚聲器1分割為兩個聲道，從而在兩個聲道中聲音都直接輸出到聽音者。
另一方面，相比前聲道，無需對環(huán)繞聲道考慮左右平衡。因此，以圖1(A)中相同的方式將由左側(cè)墻和后墻反射兩次后到達聽音者的聲束被形成為環(huán)繞左聲道。另一方面，將環(huán)繞右聲道從與右前聲道FR相同的揚聲器單元輸出來作為直達聲(α*SR)，或作為與環(huán)繞左聲道SL相同聲束方向上反射兩側(cè)的聲音(β*SR)，從而使得聲場平衡和環(huán)繞聲感都接近于具有相對側(cè)墻的情況。
圖1(E)是用于說明當(dāng)在與圖1(A)相同形狀的房間的左前角斜向安裝陣列揚聲器1時的聲束控制模式的示圖。在此情況下，分割陣列揚聲器1來以圖1(C)中相同的方式輸出直達聲作為中央聲道C、左前聲道FL和右前聲道FR。將環(huán)繞左聲道SL輸出來作為一個方向上的聲束，在該方向上聲束將由后墻反射一次然后到達聽音者。將環(huán)繞右聲道SR輸出來作為一個方向上的聲束，在該方向上聲束將由右側(cè)墻反射一次然后到達聽音者。因此，可以實現(xiàn)左右平衡的多聲道再現(xiàn)。同樣在將揚聲器安裝在相反一側(cè)(右前角)的情況下，可以相同的方式將環(huán)繞左聲道SL設(shè)計成由左側(cè)墻反射一次，并將環(huán)繞右聲道SR設(shè)計成由后墻反射一次。
為了改善該安裝方法中前聲道的延伸或前聲道與后(環(huán)繞)聲道之間的自然連接，有效果的是這樣一種系統(tǒng)，其中還將前聲道輸出到后路徑以形成圖1(B)所示的幻象聲源。
圖1(F)是用于說明在相對側(cè)墻之間的距離較寬的房間中的聲束控制模式的示圖。由于該房間具有相對的側(cè)墻及后墻，所以可以通過與圖1(A)中相似的聲束控制來實現(xiàn)多聲道音頻再現(xiàn)。然而，當(dāng)把左前和右前聲道FL和FR設(shè)計成以如圖1(A)同樣的方式由側(cè)墻反射一次然后到達聽音者的時候，由于房間寬度較大，所以音頻聲束基本上只從側(cè)面到達聽音者，從而導(dǎo)致了對于聽音者來說不自然的可聽度。另外，當(dāng)?shù)阶髠?cè)墻的距離與到右側(cè)墻的距離之間的差值較大時，會破壞左右平衡。因此，左前和右前聲道FL和FR形成了將分別由前述側(cè)墻反射一次的聲束，同時將它們以αl*FL和αl*FR的功率以及βl*FL和βl*FR的功率輸出，作為與中央聲道C相同的前聲束(直達聲)，從而分別在前側(cè)和側(cè)墻之間形成幻象聲源。在這樣的情況中，按照期望分別對左側(cè)和右側(cè)設(shè)置系數(shù)比例，從而可將幻象聲源形成在平衡較好的位置上。
在根據(jù)本實施例的多聲道音頻系統(tǒng)中，提前將用于獲得前述與各種房間形狀相對應(yīng)的聲束控制模式的聲束控制數(shù)據(jù)存儲在模式存儲器中，并且根據(jù)用戶輸入的房間形狀數(shù)據(jù)來選擇一個聲束控制模式的聲束控制數(shù)據(jù)并將其設(shè)置在信號處理部分14中(見圖5)。因此只有當(dāng)用戶輸入房間形狀時，才可在整個聲道中自動設(shè)置最適合該房間的聲束方向或幻象。
圖5是所述相同的多聲道音頻系統(tǒng)的框圖。該音頻系統(tǒng)是由陣列揚聲器1和電路部分2構(gòu)成的?？蓪㈦娐凡糠?與陣列揚聲器1一起容納在一個外殼中，也可將其與陣列揚聲器1分開形成。
電路部分2具有控制部分10、模式存儲器11、解碼器13、信號處理部分14、放大器16以及用戶接口17。
解碼器13連接到數(shù)字音頻輸入端12從而把從該數(shù)字音頻輸入端12輸入的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)解碼成多聲道音頻信號。在本實施例中，數(shù)字音頻數(shù)據(jù)被解碼成5聲道音頻信號。解碼的5聲道音頻信號(中央聲道C、左前聲道FL、右前聲道FR、環(huán)繞左聲道SL和環(huán)繞右聲道SR)被輸入到信號處理部分14。
信號處理部分14由DSP構(gòu)成，其中由微程序來布置對應(yīng)于揚聲器單元的數(shù)量而提供的功能部分，所述功能部分包括濾波器部分(BPF)20、多路復(fù)用器部分(MUX)21、調(diào)整部分(ADJ)22、方向性控制部分(DirC)23、以及加法器24。每一功能部分根據(jù)控制部分10的設(shè)置來執(zhí)行各種操作。
每一濾波器部分20是用來通過頻帶將每一聲道的音頻信號分開的功能部分。在圖5的示例中，根據(jù)圖1(C)的聲束控制模式分別將中央聲道C、左前聲道FL和右前聲道FR分開為高頻分量和低頻分量。
每個多路復(fù)用器部分21都是這樣的功能部分，其中應(yīng)作為在一個相同方向上的聲束而被輸出的各個聲道的音頻信號分量被分別乘以增益系數(shù)并相互結(jié)合。例如，在圖1(C)的聲束控制模式中，中央聲道C、左前聲道FL和右前聲道FR的低頻分量相互結(jié)合。在圖1(B)的聲束控制模式中，中央聲道C、左前聲道FL*α和右前聲道FR*α相互結(jié)合，同時左前聲道FL*β和環(huán)繞左聲道SL相互結(jié)合，并且右前聲道FR*β和環(huán)繞右聲道SR相互結(jié)合。
每個調(diào)整部分22都是這樣的功能部分，其中對從多路復(fù)用器部分21輸出的每個聲束的結(jié)合信號補償它們由于聲束路徑長度、反射次數(shù)等引起的音量或音質(zhì)上的改變。調(diào)整部分22具有增益系數(shù)乘法器、均衡器以及延遲部分。增益系數(shù)乘法器將音頻信號乘以增益系數(shù)，從而對由于距離或聲束到達聽音者所需反射的次數(shù)引起的衰減來進行補償。均衡器調(diào)整每個頻帶的增益，從而對在高頻帶由于陣列揚聲器1的揚聲器單元的頻率特性本身或墻面反射所引起的衰減等進行補償。延遲部分是用來提供與聲束(包括直達聲)到聽音者距離相對應(yīng)的延遲從而補償由于聲束路徑長度差引起的到達聽音者的時間差的功能部分。
每個方向性控制部分23都是用來對把音頻信號輸出到每個揚聲器單元的定時進行控制從而將音頻信號作為指向預(yù)定焦點的聲束來輸出的功能部分。該功能部分是通過例如為每個揚聲器單元提供具有輸出分接頭的移位寄存器而獲得的。對于從每個多路復(fù)用器部分21輸出的音頻信號控制其方向性。因此，提供與音頻信號數(shù)相對應(yīng)的方向性控制部分。
從分別為音頻信號提供的方向性控制部分輸出的針對每個揚聲器單元的音頻信號由針對每個揚聲器單元的各個加法器24結(jié)合起來。結(jié)合的信號被D/A轉(zhuǎn)換器15轉(zhuǎn)換成模擬信號并隨后輸入到相應(yīng)的功率放大器16。功率放大器16將該音頻信號放大并將該音頻信號輸入到陣列揚聲器1的相應(yīng)的揚聲器單元。揚聲器單元將該音頻信號作為空氣振動來傳播。
控制部分10對如此構(gòu)成的信號處理部分14進行控制。控制部分10讀取存儲在模式存儲器11中的聲束控制數(shù)據(jù)，根據(jù)聲束控制數(shù)據(jù)按預(yù)定配置設(shè)置濾波器部分20、多路復(fù)用器部分21、調(diào)整部分22和方向性控制部分23，在多路復(fù)用器部分21的增益系數(shù)乘法器、調(diào)整部分22的增益系數(shù)乘法器、均衡器和延遲部分中設(shè)置預(yù)定參數(shù)，并且根據(jù)聲束方向和焦距在方向性控制部分23中設(shè)置輸出分接頭。
圖6是示出模式存儲器11中存儲的內(nèi)容示例的示圖。用于獲得與圖1(A)-(F)所示房間輪廓形狀相對應(yīng)的聲束控制模式(模式1-6)的聲束控制數(shù)據(jù)被存儲在模式存儲器中。如上所述，聲束控制數(shù)據(jù)是由用于設(shè)置濾波器部分(BPF)20和多路復(fù)用器部分(MUX)21配置的聲束模式、用于控制方向性控制部分(DirC)23從而設(shè)置聲束方向和焦距的分接頭數(shù)據(jù)、用于設(shè)置對每個聲束對準(zhǔn)的延遲數(shù)據(jù)、用于補償聲束之間增益差的增益校正值G、以及用于補償聲束間音質(zhì)差的均衡數(shù)據(jù)組成的。
這些數(shù)據(jù)最適合的值根據(jù)房間等的大小以及房間輪廓形狀而變化。因此，為每個聲束控制模式存儲對應(yīng)于不同房間大小的多段聲束控制數(shù)據(jù)(例如，模式1-1，1-2，…)。即，決定聲束方向或焦點的條件(諸如陣列揚聲器1與聽音者之間的距離)會根據(jù)房間的大小而不同。因此還必須考慮房間大小來設(shè)置焦點位置并決定與其相對應(yīng)的聲束控制數(shù)據(jù)。所以，根據(jù)本實施例，為每一聲束控制模式來存儲對應(yīng)于房間大小的多種聲束控制數(shù)據(jù)。
可通過用戶(聽音者)直接輸入的模式號來選擇聲束控制數(shù)據(jù)?？蛇x的是，用戶可輸入房間形狀來選擇與該房間形狀對應(yīng)的聲束控制模式。
圖7是示出所述同一音頻系統(tǒng)的控制部分操作的流程圖。該操作示出了聲束控制模式設(shè)置操作。當(dāng)陣列揚聲器1安裝在房間中時可將該聲束控制模式執(zhí)行一次。通過用戶操作來設(shè)置聲束控制模式設(shè)置模型時執(zhí)行處理操作。
首先，在顯示器上顯示圖1(A)-(F)示出的多個房間輪廓形狀以促使用戶選擇一個(s1)。接著，使用戶從三個選項中選擇房間寬度(s2)。這三個選項顯示在顯示器上從而可通過上/下光標(biāo)鍵選擇其中之一。按下輸入鍵時所選擇的大小被輸入。
接著，使用戶從三個選項中選擇房間深度(s3)。當(dāng)已經(jīng)執(zhí)行了前述選擇時，控制部分10從模式存儲器11中讀取與所選內(nèi)容相對應(yīng)的聲束控制數(shù)據(jù)(s4)，并將該聲束控制數(shù)據(jù)設(shè)置到作為DSP的信號處理部分14中(s5)。因此，可根據(jù)通過前述操作選擇的房間的輪廓形狀和尺寸來執(zhí)行針對模式的聲束控制。
根據(jù)本實施例，以前述方法從多個房間形狀模型中選擇一個以指定房間輪廓形狀，并輸入房間寬度和深度以指定房間尺寸。然而，用于指定房間形狀的系統(tǒng)不限于本實施例。另外，根據(jù)本實施例，預(yù)先將對應(yīng)于模型房間形狀的聲束控制數(shù)據(jù)存儲在模式存儲器11中。然而，可根據(jù)剛剛輸入的房間形狀信息來操作聲束控制數(shù)據(jù)。
圖8是示出根據(jù)房間形狀來操作聲束控制數(shù)據(jù)的過程的流程圖。首先，關(guān)于房間寬度和深度的輸入、揚聲器的坐標(biāo)、聽音位置的坐標(biāo)、墻壁的存在、墻壁的硬度、窗簾和主要家具的存在等被當(dāng)作用于指定房間形狀的信息(s11)。
根據(jù)用于指定房間形狀的輸入信息，從圖1所示多個聲束控制模式中選擇一個(s12)，并計算每個聲束的路徑長度和焦點方向(s13)。根據(jù)計算出的路徑長度，確定焦距以提供聽音位置上的適當(dāng)?shù)穆暿鴮挾?s14)。在此情況下，考慮聲束寬度在較長的距離中增加，并且由于焦距更長使得聲束形狀縮窄。接著，根據(jù)陣列揚聲器1每個揚聲器單元的坐標(biāo)和每個聲束的焦點坐標(biāo)，來計算要設(shè)置到方向性控制部分23中的“針對每個聲束的分接頭數(shù)據(jù)”(s15)。接著，計算用于補償每個聲束的路程長度差從而使時間對準(zhǔn)的延遲值D(s16)。該延遲值被設(shè)置在調(diào)整部分22的延遲部分D中。
接著，計算增益校正值G(s17)，該增益校正值G用來補償由每個聲束的路徑長度差引起的衰減差以及由反射引起的衰減差(由反射次數(shù)和墻壁材料(包括窗簾的存在)引起的衰減)。將該增益校正值G設(shè)置在調(diào)整部分22的增益系數(shù)乘法器中。另外，計算均衡數(shù)據(jù)(s18)，該均衡數(shù)據(jù)用來根據(jù)每個聲束的聲束角度和每個單元的方向特性來補償由頻率特性或反射引起的高頻衰減等。將該均衡數(shù)據(jù)設(shè)置在調(diào)整部分22的均衡器EQ中。
可在聲束控制數(shù)據(jù)被預(yù)先計算并存儲在模式存儲器11中的情況下以及根據(jù)輸入的房間形狀數(shù)據(jù)臨時計算聲束控制數(shù)據(jù)的情況下使用該操作過程。
控制部分的聲束控制模式設(shè)置操作和聲束控制數(shù)據(jù)操作過程并不限于上述圖7、8的流程圖中的操作。也可接受由用戶對聲束路徑進行的手動均衡設(shè)置或變化/微調(diào)。
雖然本發(fā)明通過其指定的優(yōu)選實施例來進行了舉例和描述，但很明顯對于本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不超出本發(fā)明精神、范圍或意圖的情況下對本發(fā)明作出各種變化和修改。
本申請基于2004年7月7日提交的第2004-201046號日本專利申請，該在先日本專利申請的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)房間形狀來確定適合于房間的每個聲道的聲束方向(聲束控制模式)，并且在信號處理部分中設(shè)置定時控制數(shù)據(jù)從而在該方向上形成聲束。因此只有在用戶輸入房間形狀的情況下才可以正常運行本發(fā)明?？梢圆贿M行復(fù)雜的設(shè)置操作而使用陣列揚聲器來再現(xiàn)多聲道音頻。
權(quán)利要求
1.一種控制揚聲器設(shè)備方向性的方法，該方法包括步驟提供所述揚聲器設(shè)備，其中將揚聲器設(shè)備安裝在具有第一和第二側(cè)墻的房間的前側(cè)，所述揚聲器設(shè)備包括具有多個揚聲器單元的陣列揚聲器，所述揚聲器設(shè)備能夠輸出多個具有相互獨立的方向性的音頻信號；朝向聽音位置輸出中央聲道的音頻信號；朝向聽音位置輸出第一左前聲道的音頻信號；輸出第二左前聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第一側(cè)墻反射的音頻信號到達聽音位置；朝向聽音位置輸出第一右前聲道的音頻信號；輸出第二右前聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第二側(cè)墻反射的音頻信號到達聽音位置；輸出環(huán)繞左聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第一側(cè)墻反射的音頻信號到達聽音位置；以及輸出環(huán)繞右聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第二側(cè)墻反射的音頻信號到達聽音位置。
2.一種控制揚聲器設(shè)備方向性的方法，該方法包括步驟提供所述揚聲器設(shè)備，其中將揚聲器設(shè)備安裝在具有第一和第二側(cè)墻的房間的前側(cè)，所述揚聲器設(shè)備包括具有多個揚聲器單元的陣列揚聲器，所述揚聲器設(shè)備能夠輸出多個具有相互獨立的方向性的音頻信號；從所述陣列揚聲器中間部分的揚聲器單元輸出中央聲道的音頻信號；從所述陣列揚聲器左側(cè)部分的揚聲器單元輸出左前聲道的音頻信號的高頻分量；從所述陣列揚聲器右側(cè)部分輸出右前聲道的音頻信號的高頻分量；輸出環(huán)繞左聲道的音頻信號的高頻分量同時控制所述高頻分量的方向性，使得被所述第一側(cè)墻反射的高頻分量到達聽音位置；以及輸出環(huán)繞右聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第二側(cè)墻反射的音頻信號到達聽音位置。
3.一種用于控制揚聲器設(shè)備方向性的方法，包括步驟提供所述揚聲器設(shè)備，其中將揚聲器設(shè)備安裝在具有第一和第二墻壁的房間內(nèi)，以使該揚聲器設(shè)備位于所述第二墻壁的對面，所述揚聲器設(shè)備包括具有多個揚聲器單元的陣列揚聲器，所述揚聲器設(shè)備能夠輸出多個具有相互獨立的方向性的音頻信號；從所述陣列揚聲器的中間部分輸出中央聲道的音頻信號的高頻分量；從所述陣列揚聲器的左側(cè)部分輸出左前聲道的音頻信號的高頻分量；從所述陣列揚聲器的右側(cè)部分輸出右前聲道的音頻信號的高頻分量；輸出第一環(huán)繞聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第一和第二墻壁反射的音頻信號到達聽音位置；從所述陣列揚聲器遠離所述第一墻壁的側(cè)面部分輸出第二環(huán)繞聲道的音頻信號；以及輸出第三環(huán)繞聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第一和第二墻壁反射的音頻信號到達聽音位置。
4.一種用于控制揚聲器設(shè)備方向性的方法，包括步驟提供所述揚聲器設(shè)備，其中將揚聲器設(shè)備安裝在具有第一墻壁和與所述第一墻壁成預(yù)定角度布置的第二墻壁的房間內(nèi)，以使該揚聲器設(shè)備位于由所述第一墻壁和第二墻壁形成的夾角部分的對面，所述揚聲器設(shè)備包括具有多個揚聲器單元的陣列揚聲器，所述揚聲器設(shè)備能夠輸出多個具有相互獨立的方向性的音頻信號；從所述陣列揚聲器的中間部分輸出中央聲道的音頻信號；從所述陣列揚聲器的左側(cè)部分輸出左前聲道的音頻信號的高頻分量；從所述陣列揚聲器的右側(cè)部分輸出右前聲道的音頻信號的高頻分量；輸出環(huán)繞左聲道的音頻信號的高頻分量同時控制所述高頻分量的方向性，使得被所述第一墻壁反射的高頻分量到達聽音位置；以及輸出環(huán)繞右聲道的音頻信號的高頻分量的同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第二墻壁反射的音頻信號到達聽音位置。
5.一種用于控制揚聲器設(shè)備方向性的方法，包括步驟提供所述揚聲器設(shè)備，其中將揚聲器設(shè)備安裝在具有第一和第二側(cè)墻以及布置在所述第一和第二側(cè)墻之間的第三墻壁的房間內(nèi)，以使該揚聲器設(shè)備位于所述第三墻壁的對面，所述揚聲器設(shè)備包括具有多個揚聲器單元的陣列揚聲器，所述揚聲器設(shè)備能夠輸出多個具有相互獨立的方向性的音頻信號；朝向聽音位置輸出第一左前聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性；輸出第二左前聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第一側(cè)墻反射的音頻信號到達聽音位置；朝向聽音位置輸出第一右前聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性；輸出第二右前聲道的音頻信號同時控制所述音頻信號的方向性，使得被所述第二側(cè)墻反射的音頻信號到達聽音位置；以及分別對第一左前聲道的音頻信號與第一右前聲道的音頻信號的輸出之間的比率以及第二左前聲道的音頻信號與第二右前聲道的音頻信號的輸出之間的比率進行調(diào)整，從而改善左右之間的聽覺平衡。
6.一種音頻再現(xiàn)設(shè)備，包括陣列揚聲器，其包括多個揚聲器單元；信號處理部分，其包括分別針對所述揚聲器單元的處理電路并且其控制定時，其中多聲道音頻信號的各個聲道以所述定時輸出到所述陣列揚聲器，所述信號處理部分根據(jù)由所述處理電路設(shè)置的定時控制數(shù)據(jù)來控制所述陣列揚聲器，從而將所述聲道的音頻信號作為期望方向上的聲束分別輸出；輸入部分，其輸入房間的形狀；以及設(shè)置部分，所述設(shè)置部分根據(jù)所輸入的房間形狀來確定所述聲道的音頻信號形成為聲束的方向，并且所述設(shè)置部分在所述聲道的揚聲器單元中分別設(shè)置定時控制數(shù)據(jù)，所述定時控制數(shù)據(jù)用于在所確定的方向上形成聲束。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的音頻再現(xiàn)設(shè)備，其中將房間的輪廓形狀和尺寸輸入到所述輸入部分；并且根據(jù)所輸入的輪廓形狀和尺寸，所述設(shè)置部分確定所述聲道的音頻信號分別形成為聲束的方向，同時所述設(shè)置部分具有存儲部分，該存儲部分存儲了用來在多個方向上形成聲束的定時控制數(shù)據(jù)，并且當(dāng)確定了所述聲道的音頻信號形成為聲束的方向時，所述設(shè)置部分從所述存儲部分中讀取與所確定的方向相對應(yīng)的定時控制數(shù)據(jù)，并在所述聲道的揚聲器單元中分別設(shè)置所述定時控制數(shù)據(jù)。
全文摘要
提供了一種音頻再現(xiàn)裝置，能夠通過執(zhí)行由一般用戶輸入的簡單設(shè)置來設(shè)置每個聲道的音頻聲束。當(dāng)在房間中布置了陣列揚聲器時，用戶在音頻再現(xiàn)裝置中輸入房間形狀。根據(jù)該房間形狀，音頻再現(xiàn)裝置確定了用于在對應(yīng)于房間形狀的預(yù)定方向上形成每個聲道的音頻信號的聲束控制模式，從模式存儲器讀出了用于在該方向上形成聲束的包括延遲時間的聲束控制數(shù)據(jù)，并將其自動設(shè)置到DSP中。因此，用戶簡單地輸入房間形狀并且以適合于房間的聲束控制模式來執(zhí)行聲束控制，使得可以理想地再現(xiàn)多聲道音頻。
文檔編號H04S1/00GK1981558SQ20058002280
公開日2007年6月13日 申請日期2005年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月7日
發(fā)明者小長井裕介, 澤米進 申請人:雅馬哈株式會社