噪聲減小裝置和音頻再生裝置的制作方法

文檔序號：7691823閱讀：283來源：國知局

專利名稱：噪聲減小裝置和音頻再生裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及噪聲減小(noisereduction)裝置和音頻再生裝置。
背景技術：
已知有一種噪聲減小系統(tǒng)，該系統(tǒng)降低來自周圍環(huán)境的噪聲并向用戶提供較安靜的環(huán)境。
這種類型的噪聲減小系統(tǒng)的一個示例是執(zhí)行主動式噪聲減小的主動式系統(tǒng)的噪聲減小系統(tǒng)。主動式系統(tǒng)的噪聲減小系統(tǒng)基本上具有以下所描述的配置。該主動式系統(tǒng)的噪聲減小系統(tǒng)利用充當聲-電轉(zhuǎn)換裝置的麥克風來收集外部噪聲，根據(jù)噪聲的音頻信號來生成相位與所收集的噪聲的相位在聲學上相反的噪聲減小音頻信號，利用充當電-聲轉(zhuǎn)換裝置的揚聲器來再生所生成的噪聲減小音頻信號，并將該噪聲減小音頻信號與所述噪聲相組合以降低噪聲(參見日本專利No.2778173)。
在市場上，還存在一種新興的音頻再生裝置，該裝置在使用噪聲減小系統(tǒng)來降低外部環(huán)境的噪聲的狀態(tài)下將聽眾想聽的音樂的音頻信號(下文中稱為音樂信號)提供給再生噪聲減小音頻信號的揚聲器，并再生音樂信號以提供令人滿意的所再生的聲場(以下還稱為再生聲場)空間，在該聲場空間中外部噪聲被降低了。

發(fā)明內(nèi)容
當僅向用于發(fā)出用于降低噪聲的噪聲減小聲音以抵消外部噪聲的揚聲器提供噪聲減小音頻信號并執(zhí)行足夠的噪聲抵消時，從揚聲器發(fā)出的聲音被抵消且沒有被用于收集外部噪聲的麥克風收集。因此，在這種情況下不會發(fā)生問題。但是，當向提供噪聲減小音頻信號的揚聲器提供音樂信號時，用于收集外部噪聲的麥克風也收集從揚聲器發(fā)出的音樂聲音。因此，會發(fā)生所謂的嘯叫(howling)。
因此，已經(jīng)設計出用于防止發(fā)生嘯叫的各種發(fā)明。但是，在當前情形下，在充分顯示出噪聲減小效果且防止發(fā)生嘯叫方面還沒有獲得令人滿意的結果。
因此，希望提供能夠利用簡單的結構來獲得足夠的噪聲降低同時防止嘯叫的噪聲減小裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種噪聲減小裝置，包括具有揚聲器單元的揚聲器，其中，通過保持裝置來保持該揚聲器，以
使其能夠混合從揚聲器的振動板的前后方發(fā)出的聲音；
麥克風，該麥克風被設置在從揚聲器的振動板的前后方發(fā)出的聲音被
混合且抵消的區(qū)域中；以及
用于向揚聲器提供通過將麥克風所收集的音頻信號的相位反轉(zhuǎn)而獲得的噪聲減小音頻信號的裝置。
在具有揚聲器單元的通過保持裝置來保持以使其能夠混合從振動板的前后方發(fā)出的聲音的揚聲器中，從振動板的前方發(fā)出的聲波和從振動板的后方發(fā)出的聲波具有相反的相位。因此，在與包括揚聲器的振動板的外部周緣端的表面相平行的表面中的且在振動板的外部周緣端的更外側(cè)的區(qū)域中，存在從振動板的前后方發(fā)出的聲音被混合且相互抵消從而將聲壓降低到幾乎為零的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的這個實施例，由于收集外部噪聲的麥克風被設置在聲壓幾乎為零的區(qū)域中，所以從揚聲器發(fā)出的聲音不會被麥克風收集。因此，麥克風僅收集外部噪聲。
當通過將麥克風所收集的外部噪聲的音頻信號的相位反轉(zhuǎn)而獲得的噪聲減小音頻信號被提供給揚聲器時，該外部噪聲可以被抵消或降低。在這種情況下，由于從揚聲器發(fā)出的聲音并不包括在麥克風所收集的聲音中，所以不會發(fā)生所謂的嘯叫。
根據(jù)本發(fā)明的這個實施例，通過將麥克風所收集的音頻信號的相位反轉(zhuǎn)而獲得的噪聲減小音頻信號被提供給揚聲器，其中，所述麥克風被設置在從揚聲器的振動板的前后方發(fā)出的聲音被混合且抵消的區(qū)域中。因此，可以提供能夠獲得足夠的噪聲減小效果同時防止嘯叫的噪聲減小裝置。

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的噪聲減小裝置的基本結構的示例的框圖；圖2是用于說明根據(jù)第一實施例的噪聲減小裝置的用于收集外部噪聲的麥克風的布局位置的示圖；圖3A到圖3C是用于說明根據(jù)第一實施例的噪聲減小裝置所獲得的噪聲減小效果的示圖；圖4是用于使用傳遞函數(shù)來說明根據(jù)第一實施例的噪聲減小裝置的噪聲減小操作的示圖；圖5是用于示意性地說明根據(jù)本發(fā)明第二實施例的噪聲減小裝置的示圖；圖6是示出根據(jù)第二實施例的噪聲減小裝置的結構示例的框圖；圖7是示出根據(jù)第二實施例的噪聲減小裝置中的揚聲器和用于收集外部噪聲的麥克風的布局示例的示圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的包括噪聲減小裝置的音頻再生裝置中的揚聲器和用于收集外部噪聲的麥克風的布局示例的示圖；圖9是示出根據(jù)第三實施例的包括噪聲減小裝置的音頻再生裝置的系統(tǒng)配置的示例的示圖；圖10是用于說明圖9所示的根據(jù)第三實施例的音頻再生裝置的示圖；圖11是用于說明圖9所示的根據(jù)第三實施例的音頻再生裝置的示圖；圖12是用于說明圖9所示的根據(jù)第三實施例的音頻再生裝置的曲線圖；圖13是示出圖9所示的根據(jù)第三實施例的音頻再生裝置中的音頻信號輸出設備單元的結構示例的框圖；圖14A和14B是用于說明圖9所示的音頻信號輸出設備單元的一部分的結構的示圖；圖15是用于說明圖9所示的音頻信號輸出設備單元的一部分的結構的示圖；圖16是示出根據(jù)圖9所示的根據(jù)第三實施例的音頻再生裝置中的音頻信號接收分配單元的結構示例的框圖；圖17A和17B是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的包括噪聲減小裝置的音頻再生裝置中的揚聲器和用于收集外部噪聲的麥克風的布局示例的示圖；以及圖18是示出根據(jù)本發(fā)明這個實施例的包括噪聲減小裝置的音頻再生裝置中的揚聲器和用于收集外部噪聲的麥克風的布局的另一個示例的示圖。
具體實施方式
以下將參考附圖來說明本發(fā)明的實施例。圖1到4是用于說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的噪聲減小裝置的理論結構的示例的示圖。在圖1所示的根據(jù)第一實施例的噪聲減小裝置中，揚聲器1被布置在聽眾3的耳朵附近。揚聲器1被配置成所謂的裸裝揚聲器，其中，揚聲器單元自身并沒有收納在音箱中，并且沒有與擋板相附接，以使得可以混合從揚聲器的振動板的前方和后方發(fā)出的聲音。在裸裝揚聲器l中，如圖2所示，從振動板的前方發(fā)出的聲波Sf和從振動板的后方發(fā)出的聲波Sb被混合。從振動板的前方發(fā)出的聲波Sf的相位和從振動板的后方發(fā)出的聲波Sb的相位彼此相反。因此，從振動板的前方和后方發(fā)出的聲音被混合并相互抵消從而將聲壓降低到接近于零的區(qū) 域(下文中稱為聲壓零區(qū)域)Zo存在于與包括揚聲器1的振動板的外部周緣端的表面相平行的表面中且在振動板的外部周緣端的外側(cè)的區(qū)域中。可以在揚聲器1再生聲音時通過使用麥克風來收集從揚聲器1發(fā)出的聲波從而檢查聲壓零區(qū)域Zo。在圖2中，用虛線4來指示出這個區(qū)域。在本實施例中，用于收集外部噪聲的麥克風2被布置在聲壓零區(qū)域Zo的任意位置處。特別地，例如，由于接近于揚聲器1的框架的外部周緣的區(qū)域是聲壓零區(qū)域Zo，所以麥克風2被固定于揚聲器1的框架上并被布置在聲壓零區(qū)域Zo中。在這個示例中，麥克風2的保持裝置是揚聲器1。從聽眾3周圍的噪聲源到達的外部噪聲Nz (參見圖3A)被麥克風2 收集起來。經(jīng)歷過麥克風2的聲-電轉(zhuǎn)換而獲得的外部噪聲Nz的音頻信號通過麥克風放大器11而被提供給低通濾波器12。低通濾波器12的輸出音頻信號被提供給用于噪聲減小的濾波電路13，于是噪聲減小音頻信號被生成。該噪聲減小音頻信號通過混合電路14和功率放大器15而被提供給揚聲器l。提供低通濾波器12的原因如下所述。具體而言，從裸裝揚聲器1的振動板的前方和后方發(fā)出的聲音中的低頻聲音具有聲音抵消的實質(zhì)效果。從裸裝揚聲器1的振動板的前方和后方發(fā)出的聲音的中高頻分量實質(zhì)上在聲壓零區(qū)域Zo中被衰減，卻并沒有完全降低到零。因此，在本實施例中，為了使得可以更加確定地降低噪聲，在麥克風 2所收集的外部噪聲Nz中，利用低通濾波器12來將噪聲減小目標局限于低頻分量，其中，當麥克風2被布置在聲壓零區(qū)域Zo中時低頻分量幾近完全被抵消。這使得可以穩(wěn)定地降低噪聲而不會有嘯叫(howling)。低通濾波器12的截止頻率例如被設置為等于或低于200Hz的頻率，并且在本示例中，為200Hz。濾波電路13基本上是用于將外部噪聲Nz的音頻信號的相位反轉(zhuǎn)以生成噪聲減小音頻信號的電路。濾波電路13在考慮到外部噪聲聲源位置和噪聲應當?shù)窒穆牨?的收聽位置(即，噪聲抵消位置)之間的空間傳遞函數(shù)的情況下執(zhí)行校正，并校正麥克風放大器11和功率放大器15的特性。在這個示例中，濾波電路13包括數(shù)字濾波器。雖然并未在圖中示出，但是濾波電路13可以包括A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字濾波器和D/A轉(zhuǎn)換器，其中，A/D轉(zhuǎn)換器將來自低通濾波器12的模擬音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號，數(shù)字濾波器包括從A/D轉(zhuǎn)換器接收數(shù)字音頻信號的FIR (有限脈沖響應)濾波器，并且D/A轉(zhuǎn)換器將經(jīng)過數(shù)字濾波器處理的數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號。作為濾波電路13的數(shù)字濾波器的濾波系數(shù)，提供了用于反轉(zhuǎn)輸入音頻信號的相位并校正空間傳遞函數(shù)以及放大器11和14的特性的值。在本實施例中，如上所述，噪聲減小目標局限于低頻分量。但是，由于低頻分量的低頻聲音區(qū)域是人類不存在方向感的區(qū)域，所以由濾波電路 13使用空間傳遞函數(shù)來執(zhí)行的校正可以省略。因此，并不一定要提供圖揚聲器1所示的濾波電路13。但是，當考慮到對放大器11和15的特性的校正時，提供所述特性的校正范圍內(nèi)的濾波電路13將更好?？梢韵蚧旌想娐?4提供聽眾3希望收聽的音樂源S。但是，并不一定要執(zhí)行音樂源S的提供。如果聽眾3不希望收聽音樂源S，則也并不一定要提供混合電路14。在上述結構的情況下，當音樂源S不存在時，從揚聲器l發(fā)出噪聲減小聲音Sc (參見圖3C)。由于噪聲減小音頻信號是通過將外部噪聲Nz的音頻信號的相位反轉(zhuǎn) 來獲得的，所以當外部噪聲Nz是圖3A所示的外部噪聲Nz時，噪聲減小聲音Sc是與外部噪聲Nz反相的聲音，如圖3C所示。因此，外部噪聲Nz 和與外部噪聲Nz反相的噪聲減小聲音Sc被合成。其結果是，在聽眾3的耳朵附近聽到了噪聲Nz降低了的或者消除了的聲音Ms，如圖3B所示。具有圖1所示的結構的噪聲減小裝置是所謂的前饋系統(tǒng)的噪聲減小裝置。將參考圖4使用傳遞函數(shù)來說明前饋系統(tǒng)的噪聲減小裝置的噪聲減小操作。圖4是使用與圖1所示的框圖相關聯(lián)的單元的傳遞函數(shù)來表示各個單元的框圖。在圖4中，A表示功率放大器14的傳遞函數(shù)，D表示充當驅(qū)動器的揚聲器1的傳遞函數(shù)，M表示與麥克風2的一部分和麥克風放大器11相對應的傳遞函數(shù)，-a表示設計用于前饋系統(tǒng)的噪聲降低的濾波器的傳遞函數(shù)，該濾波器的傳遞函數(shù)包括用于相位反轉(zhuǎn)的傳遞函數(shù)。F表示從外部噪聲源的位置到接近于聽眾3的耳朵的抵消點(cancel point)的位置的空間傳遞函數(shù)。在如圖4所示地表示各個單元的情況下，當噪聲信號被表示為N時，在具有圖1所示的方框結構的噪聲減小裝置中、在接近于聽眾3的耳朵的抵消點處的聲壓P如下所示P = -ADMaN + FN + ADS(1)這里，當空間傳遞函數(shù)F被表示為F蘭ADMa (2)時，即，如果濾波電路13的傳遞函數(shù)-a被設計成滿足式(2)，則式 (1)被改變?yōu)槿缦?P蘭ADS (3)因此，在抵消點處的聲壓P中，噪聲Nz被抵消，并且僅存在音樂源 S。在式(3)中，當假設音樂源S=0時，g卩，不存在音樂源時，P三0。抵消點處的這個聲壓P意味著噪聲Nz被抵消，并且噪聲Nz并不存在。第二實施例在第一實施例的說明中，說明了根據(jù)第一實施例的噪聲減小裝置的理論結構的示例。在本發(fā)明第二實施例中，噪聲減小裝置被應用于實現(xiàn)汽車中的噪聲降低的目的。一般而言，汽車的引擎噪聲和汽車運轉(zhuǎn)時由輪胎旋轉(zhuǎn)引起的噪聲(輪胎噪聲)是低頻噪聲。第二實施例的一個目的就是降低這種引擎噪聲和輪胎噪聲。圖5是用于說明第二實施例中發(fā)出噪聲減小聲音的揚聲器的配置的示例的示圖。在第二實施例中，在坐在駕駛座上或坐在司機旁邊的座位上的聽眾3的耳朵后邊提供了用于降低左耳和右耳附近的噪聲的揚聲器1L和 1R。與第一實施例中所說明的揚聲器1 一樣，揚聲器1L和1R被配置成所謂的裸裝揚聲器，其中，揚聲器單元并沒有收納在音箱中并且沒有與擋板相附接，以使得可以混合從揚聲器單元的振動板的前方和后方發(fā)出的聲音。在關于從各個揚聲器1L和1R發(fā)出的聲音的聲壓幾乎為零的區(qū)域Zo 中布置了用于收集外部噪聲的麥克風2L和2R。事實上，與第一實施例中所說明的一樣，例如，麥克風2L和2R分別被固定于揚聲器1L和1R的框架的外部周緣上，并且被布置在聲壓零區(qū)域Zo中。從聽眾3周圍的噪聲源(在這個示例中即引擎噪聲源21和輪胎噪聲源22)到達的外部噪聲Nz分別被麥克風2L和2R收集起來?；邴溈孙L 2L和2R分別收集的外部噪聲Nz、按與第一實施例相同的方式來生成的用于左通道和右通道的噪聲減小音頻信號分別被提供給揚聲器1L和1R。因此，從引擎噪聲源21和輪胎噪聲源22到達的外部噪聲Nz在聽眾3的左耳和右耳附近都被抵消，并且噪聲降低被執(zhí)行。根據(jù)第二實施例的噪聲減小裝置的結構示例的框圖在圖6中示出。在圖6所示的示例中，與第一實施例所說明的一樣，噪聲減小目標局限于例如等于或低于200Hz的低頻分量。這樣就去除了第一實施例中的濾波電路 13。附接于揚聲器1L的麥克風2L所收集的外部噪聲Nz的音頻信號通過麥克風放大器IIL而被提供給低通濾波器12L，從而使得外部噪聲Nz的音頻信號僅僅局限于頻率例如等于或低于200Hz的低頻分量，其中，揚聲器1L被布置在聽眾3的左耳之后并且被設置在聲壓零區(qū)域Zo之中。來自低通濾波器12L的噪聲Nz的低頻分量被提供給構成功率放大器的差分放大器16L的反相輸入端。因此，從差分放大器16L中獲得了通過將來自低通濾波器12L的噪聲Nz的低頻分量的相位反轉(zhuǎn)而獲得的噪聲減小音頻信號，并且該噪聲減小音頻信號被提供給揚聲器1L。因此，用于左耳的噪聲減小聲音被從揚聲器1L發(fā)出，并且在聲學上被與外部噪聲Nz相組合。與第一實施例一樣，聽眾3的左耳附近的外部噪聲Nz被降低或者被抵消。以相同的方式，由附接于揚聲器1R的麥克風2R收集的外部噪聲Nz 的音頻信號通過麥克風放大器IIR而被提供給低通濾波器12R，從而使得外部噪聲Nz的音頻信號僅僅局限于頻率例如等于或低于200Hz的低頻分量，其中，揚聲器2L被布置在聽眾3的右耳之后并且被設置在聲壓零區(qū) 域Zo之中。來自低通濾波器12R的噪聲Nz的低頻分量被提供給構成功率放大器的差分放大器16R的反相輸入端。因此，從差分放大器16R中獲得了通過將來自低通濾波器12R的噪聲Nz的低頻分量的相位反轉(zhuǎn)而獲得的噪聲減小音頻信號，并且該噪聲減小音頻信號被提供給揚聲器1R。因此，用于右耳的噪聲減小聲音被從揚聲器1R發(fā)出，并且在聲學上被與外部噪聲Nz相組合。與第一實施例一樣，聽眾3的右耳附近的外部噪聲Nz被降低或者被抵消。如圖7所示，揚聲器1L和1R以及麥克風2L和2R可以附接于汽車座位31的頭靠32的左側(cè)和右側(cè)。在圖6所示的結構中，聽眾3希望收聽的在左右兩個通道中的音樂源的音頻信號被提供給差分放大器16L和16R正相輸入端。因此，聽眾3可以在外部噪聲(即，引擎噪聲和輪胎噪聲)被降低或者被抵消的狀態(tài)下收聽音樂源的音樂。但是，在圖7所示的示例的情況下，揚聲器1L和1R被設置在聽眾3 的兩只耳朵附近且在耳朵之后。因此，音樂再生聲音的音頻圖像(audio image)可能位于聽眾3的頭部附近。因此，以下將在一個實施例中詳細描述，提供給差分放大器16L和16R的正相輸入端的作為音樂源的左通道和右通道中的音頻信號(例如，在兩個立體聲通道的情況下)被形成為經(jīng)歷過虛擬聲源處理的信號，以致使聽眾3感覺聲音好像是從設置在聽眾3的左前方和右前方的揚聲器發(fā)出的。當音樂源例如是5. 1通道多環(huán)繞音頻信號時，該音頻信號被形成為經(jīng) 過揚聲器1L和1R的虛擬聲源處理的信號，以使得用于所有通道的揚聲器都位于適當?shù)奈恢锰帯５谌龑嵤├鶕?jù)本發(fā)明第三實施例的音頻再生裝置包括根據(jù)上述實施例的噪聲減小裝置，并且可以再生5.1通道多環(huán)繞聲音。與第二實施例一樣，第三實施例被應用于安裝在汽車上的音頻再生裝置。在第二實施例中，提供噪聲減小音頻信號的兩個揚聲器被用作用于聽眾3的左耳和右耳的揚聲器。兩個揚聲器1L和1R被設置在汽車座位31 的頭靠32的左側(cè)和右側(cè)，如圖7所示。在座位31是駕駛座的情況下，當司機在倒車時檢查后方時，設置在頭靠32的左側(cè)和右側(cè)的揚聲器1L和 1R很可能會干擾司機的視線。因此，在第三實施例中，僅由一個針對低頻的裸裝揚聲器5提供噪聲減小音頻信號。如圖8所示，揚聲器5被設置在頭靠32之中。揚聲器5被附接在頭靠32之中，而沒有附接于擋板。頭靠32在垂直方向上可能較長，以使得揚聲器5位于聽眾3坐在座位上時其頭部所處位置的部分的上方。頭靠32被布置成使得揚聲器5的聲音發(fā)出振動表面朝向聽眾3的兩只耳朵的方向，即使揚聲器5的位置在聽眾3的頭部的上方也是如此。在第三實施例中，與上述實施例一樣，噪聲減小目標僅僅是低頻分量。如上所述，由于低頻聲音區(qū)域是人類不存在方向感的區(qū)域，所以即使像本示例中一樣揚聲器5是存在于聽眾3身后的一個揚聲器，也可以達到期望中的抵消或降低外部噪聲的低頻分量的目的。在本實施例中，揚聲器5是針對低頻的揚聲器。因此，例如，使用了孔徑等于或大于16cm的相對較大的橢圓形揚聲器。在本示例中，收集外部噪聲Nz的麥克風6被附接于揚聲器5的框架上。如上所述，麥克風6的附接位置處在聲壓零區(qū)域Zo中，在該聲壓零區(qū)域Zo中關于從揚聲器5發(fā)出的聲音的聲壓幾乎為零。在圖8所示的示例中，麥克風6被附接于聽眾3的左耳之后的位置處。雖然僅在左耳之后提供麥克風6，并且沒有為右耳提供麥克風。但是，當噪聲減小目標局限于如上所述的低頻分量時，由于不存在方向感，所以不會發(fā)生問題。在第三實施例中，聽眾3希望收聽的音樂等的低頻分量被從揚聲器5 發(fā)出。但是，聽眾3希望收聽的音樂等的中高頻分量由針對中高頻的兩個小型揚聲器7L和7R發(fā)出。作為針對中高頻的兩個揚聲器7L和7R，例如可以使用孔徑為2cm的小型揚聲器。如圖8所示，這兩個揚聲器被設置在頭靠32中的揚聲器5的左下方和右下方。在本示例中，與揚聲器5—樣，針對中高頻的這兩個揚聲器7L和7R 分別被配置成沒有與擋板相附接的裸裝揚聲器。但是，針對中高頻的揚聲器7L和7R可以與擋板附接并收納在音箱中，而不是配置成裸裝揚聲器。為了更加精確地僅收集噪聲，需要將針對中高頻的揚聲器7L和7R布置成使得針對從用于中高頻的揚聲器7L和7R發(fā)出的聲音的聲壓零區(qū)域與針對從揚聲器5發(fā)出的聲音的聲壓零區(qū)域相互重疊，并且將麥克風6設置在重疊的聲壓零區(qū)域中。
在第三實施例中，聽眾3希望收聽的音樂等的音頻信號(例如，左右兩個通道中的立體聲信號和5.1通道多環(huán)繞信號)被使得經(jīng)歷稍后將描述
的虛擬聲源處理，被提供給揚聲器5以及7L和7R，并且被再生。因此，所生成的再生聲場與在下述情況下生成的那些再生聲場相同，所述情況是指用于與左右兩個通道中的原始立體聲信號和5.1通道多環(huán)繞信號相對應的通道的揚聲器被布置在適當?shù)奈恢锰幉⑶疫@些信號被再生的情況。
在第三實施例中，由設置在聽眾3附近的三個揚聲器5、 7L、和7R 來發(fā)出在所有立體聲雙通道和5.1通道多環(huán)繞音頻通道中的聲音，從而最大化噪聲降低和節(jié)能的效果。
在第三實施例中，允許作為司機的聽眾3A和例如坐在司機旁邊的座位上的聽眾3B在最佳環(huán)境中分別欣賞左右雙通道中的立體聲和5.1通道環(huán) 繞聲音。
圖9是示意性地示出根據(jù)第三實施例的音頻再生系統(tǒng)的示圖。在圖9 中，為聽眾3A和聽眾3B提供的組件的一部分是相同的。相同的組件被用相同的標號和符號來表示。對應于聽眾3A的組件的后綴為A，并且對應于聽眾3B的組件的后綴為B。
在第三實施例中，如圖9所示，在駕駛座31A和司機旁邊的座位31B 的每一個中都布置了三個揚聲器。對于坐在駕駛座31A上的聽眾3A，在本示例中，在駕駛座31A的頭靠32A中，針對低頻且用于噪聲減小的揚聲器5A被布置在聽眾3A的頭部中央之后，并且針對中高頻的揚聲器7LA 和7LR被布置在揚聲器5A下方的左右兩側(cè)。麥克風6A被附接于針對從揚聲器5A發(fā)出的聲音的聲壓零區(qū)域Zo中。
對于坐在司機旁邊的座位31B上的聽眾3B，在本示例中，在司機旁邊的座位31B的頭靠32B中，針對低頻且用于噪聲減小的揚聲器5B被布置在聽眾3B的頭部中央之后，并且針對中高頻的揚聲器7LB和7LB被布置在揚聲器5B下方的左右兩側(cè)。
針對低頻且用于噪聲減小的揚聲器5A和5B是如上所述的裸裝揚聲器。在本示例中，針對中高頻的揚聲器7LA和7RA以及揚聲器7LB和7RB分別是如上所述的裸裝揚聲器。如上所述，針對中高頻的揚聲器7LA 和7RA以及揚聲器7LB和7RB可以與擋板相附接并收納在音箱中，而不是被配置成裸裝揚聲器。
如圖9所示，除了如上所述的揚聲器之外，根據(jù)第三實施例的音頻再生系統(tǒng)還包括音頻信號輸出設備單元40、音頻信號接收分配單元50A和 50B、 DVD (數(shù)字多功能光盤)播放器60、和CD (光盤)播放器70。
來自DVD播放器60的音頻信號Aul和來自CD播放器70的音頻信號Au2被提供給音頻信號輸出設備單元40。在某個情況下，來自DVD播放器60的音頻信號Aul是5.1通道環(huán)繞聲音。但是，來自CD播放器70 的音頻信號Au2是左右雙通道中的音頻信號。
在第三實施例中，音頻信號輸出設備單元40具有與5.1通道多通道環(huán) 繞聲系統(tǒng)相對應的解碼功能。當其試圖再生來自DVD播放器60的5.1通道環(huán)繞聲信號時，音頻信號輸出設備單元40生成這樣的音頻信號，該音頻信號將被提供給設置在用戶3A或3B的雙耳附近且在聽眾3A或3B的頭部之后的揚聲器5A、 7LA和7RA以及揚聲器5B、 7LB禾Q7RB。
音頻信號輸出設備單元40對所生成的提供給揚聲器5A、 7LA和7RA 或揚聲器5B、 7LB和7RB的音頻信號進行復用，并且在本示例中，將該音頻信號通過使用無線電波的無線電通信來發(fā)送到音頻信號接收分配單元 50A和50B。
在本實施例中，音頻信號輸出設備單元40具有以下功能使前置左通道和前置右通道中的音頻信號經(jīng)歷虛擬聲源處理，并生成發(fā)送給音頻信號接收分配單元50A和50B的雙通道中的信號。音頻信號輸出設備單元 40還具有這樣的功能使5.1通道多環(huán)繞音頻信號經(jīng)歷虛擬聲源處理，并生成發(fā)送給音頻信號接收分配單元50A和50B的雙通道中的信號。
當來自DVD播放器60或CD播放器70的左右雙通道中的音頻信號被輸入時，如稍后將描述的，根據(jù)第三實施例的音頻信號輸出設備單元40 對前置左右雙通道中的音頻信號執(zhí)行虛擬聲源處理，生成發(fā)送給音頻信號接收分配單元50A和50B的雙通道中的音頻信號，并將這些音頻信號發(fā)送給音頻信號接收分配單元50A和50B。從音頻信號輸出設備單元40向音頻信號接收分配單元50A和50B的無線電傳輸并不限于通過無線電波的傳輸。也可以使用超聲波和光。
音頻信號接收分配單元50A和50B對從音頻信號輸出設備單元40接收的雙通道中的音頻信號進行解碼，并從所述雙通道的音頻信號中分離出左右雙通道中的低頻分量和中高頻分量。音頻信號接收分配單元50A和 50B生成分別提供給聽眾3A和3B的三個揚聲器5A、 7LA和7RA以及三個揚聲器5B、 7LB和7RB的信號，并將這些信號提供給這些揚聲器。
來自音頻信號接收分配單元50A的左通道中高頻分量SHLA和右通道中高頻分量SHRA分別被提供給用于駕駛座31A的左通道的中高頻揚聲器 7LA和用于駕駛座31A的右通道的中高頻揚聲器7RA。來自音頻信號接收分配單元50A的低頻分量SLA被提供給駕駛座31A的低頻揚聲器5A。
來自音頻信號接收分配單元50B的左通道中高頻分量SHLB和右通道中高頻分量SHRB分別被提供給用于司機旁邊的座位31B的左通道的中高頻揚聲器7LB和用于司機旁邊的座位31B的右通道的中高頻揚聲器 7RB。來自音頻信號接收分配單元50B的低頻分量SLB被提供給司機旁邊的座位31B的低頻揚聲器5B。
不言而喻，音頻信號輸出設備單元40與音頻信號接收分配單元50A 和50B可以通過作為線束的電線(線纜)來連接，而不是通過無線電發(fā)送和接收。
在第三實施例中，由布置在聽眾3A和3B的左耳之后的麥克風6A和 6B收集的外部噪聲NzA和NzB分別被提供給音頻信號接收分配單元50A 和50B。
音頻信號接收分配單元50A和50B分別生成通過將麥克風6A和6B 所收集的外部噪聲NzA和NzB的音頻信號的低頻分量的相位反轉(zhuǎn)而獲得的噪聲減小音頻信號，并分別將這些噪聲減小音頻信號提供給針對低頻且用于噪聲減小的揚聲器5A和5B。
因此，在第三實施例中，對于各個聽眾3A和3B,在執(zhí)行噪聲減小處理的同時執(zhí)行雙通道立體聲再生和5.1多通道環(huán)繞再生。
對第三實施例中的揚聲器配置和再生聲場(reproduced sound field)的說明
參考圖10來說明根據(jù)上述第三實施例的音頻再生裝置中的揚聲器配置和再生聲場的示例。
在5.1多通道環(huán)繞聲的情況下，存在前置左右雙通道、中間通道、后置左右雙通道、以及專用于低頻的通道。過去，用于各個通道的再生聲音
的揚聲器8FL、 8FR、 8C、 8RL、 8RR和8LFE被針對聽眾3的位置來布置在圖10中的用虛線指示的位置中。通過揚聲器8FL、 8FR、 8C、 8RL、 8RR和8LFE來再生與這些揚聲器相對應的通道的音頻信號，藉此來生成多通道環(huán)繞聲場。
過去，作為揚聲器8FL、 8FR、 8C、 8RL、 8RR和8LFE，以音箱的前面?zhèn)葹閾醢宓?、揚聲器單元所附接于的揚聲器被如圖所示地針對聽眾3來布置。
在第三實施例中，并沒有布置揚聲器8FL、 8FR、 8C、 8RL、 8RR和 8LFE。取而代之的是，在聽眾3的附近且在聽眾3的頭部之后布置了三個揚聲器5、 7L禾n7R。
在揚聲器5、 7L和7R中，揚聲器5是針對低頻的揚聲器。在本實施例中，使用具有相對較大孔徑的橢圓形揚聲器作為揚聲器5。揚聲器5被布置在聽眾3的頭部中央(恰好在頭部處)之后。揚聲器5被配置成裸裝揚聲器，其中，揚聲器的揚聲器單元并沒有收納在音箱中并且不與擋板相
附接，以使得可以混合從揚聲器的振動板的前方和后方發(fā)出的聲音。
揚聲器7L和7R是針對中高頻的揚聲器，并且是孔徑小于揚聲器5的孔徑的揚聲器。揚聲器7L和7R被布置在揚聲器5的左右兩側(cè)，使它們與聽眾3的左右耳相對，從而使得它們的振動板分別從聽眾3的頭部后方與聽眾3的左右耳相對。在這個示例的情況下，與揚聲器5 —樣，揚聲器7L 和7R也被配置成如上所述的沒有與擋板相附接的裸裝揚聲器。
在本實施例中，經(jīng)歷過虛擬聲源處理(稍后將描述)的5.1多通道音頻信號的低頻分量被提供給布置在聽眾3的附近且在其頭部之后的揚聲器 5，并且低頻聲音被從揚聲器5發(fā)出。因此，在本實施例中，揚聲器5起到了與超低音揚聲器(subwoofer)等效的作用。經(jīng)歷過虛擬聲源處理(稍后將描述)的5.1多通道音頻信號的中高頻
分量被提供給布置在聽眾3的附近且在其頭部之后的揚聲器7L和7R，并且中高頻聲音被從揚聲器7L和7R發(fā)出。
因此，由聽眾3的頭部之后的揚聲器5在聽眾3的耳朵附近發(fā)出LFE 通道中的低頻聲音。但是，在遠離聽眾3的位置處，從揚聲器5的揚聲器單元的前方和后方發(fā)出的聲音在相位上彼此相差180度，并且相互抵消。因此，聽眾3幾乎不會聽到這些聲音。因此，可以防止過去的這種情形低頻聲音傳播到鄰域(例如，隔壁的屋子)并引起麻煩。
為了檢査低頻聲音的衰減，如圖11所示，在消聲室中，利用位于與揚聲器單元8SW相距距離"d"的位置處的麥克風MC來收集來自用于超低音揚聲器的、孔徑例如為17厘米的揚聲器單元8SW的聲音，并且對其聲壓水平的特性進行測量。然后，獲得了圖12所示的結果。在這種情況下，揚聲器單元8SW沒有收納在箱體中且不與擋板相附接。
圖12所示的四條頻率特性曲線是在揚聲器單元8SW與麥克風MC之間的距離"d"分別為IO厘米、20厘米、40厘米和80厘米時的那些頻率特性曲線。
從圖12可見，當揚聲器單元被配置成沒有收納在箱體中的裸裝揚聲器時，等于或低于lkHz的聲音被大大衰減。尤其可以確定，更低頻聲音的衰減量更大。
在本實施例的情況下，揚聲器5與聽眾3的左耳和右耳之間的距離 dsw被設置成低頻聲音被發(fā)送到聽眾3的耳朵而沒有被大大地衰減的距離，即，在本示例中大約為20厘米。
例如，在過去的通用配置中，揚聲器5和聽眾3的耳朵之間的距離是 2米，然而在本示例中，揚聲器5和聽眾3的耳朵之間的距離被設置為20 厘米。在本實施例的情況下，所述距離是過去的距離的1/10。
因此，在本實施例中，使聽眾3可以感覺到與過去相同的聲壓所需的能量僅僅需要過去的通用配置中的1/100。換而言之，如果在上述通用示例中需要100W (瓦)的放大器，則在本實施例的情況下，即使在1W的放大器的情況下聽眾3也能夠感覺到相同的聲壓。在本實施例中，因為僅提供給揚聲器的音頻信號輸出存在不同，所以
聲音擴散較小。此外，低頻聲音(例如，在20Hz、 30Hz和40Hz處的聲音)按照相位而被抵消。除了在起到超低音揚聲器的作用的揚聲器5的揚聲器單元的有限近旁之外，幾乎聽不到這些聲音。另一方面，通過收集這種低頻頻帶內(nèi)的巨大能量而獲得了在DVD軟件中包括的強有力的音響效果。因此，進一步提高了噪聲隔離的效果。
利用上述配置，在僅僅關注低頻聲音，僅考慮低頻聲音的衰減的情況下，有效地獲得了所述效果。
在本實施例中，不僅是低頻聲音，而且還利用聽眾3的雙耳附近的兩個揚聲器7L和7R來再生了中高頻聲音。換而言之，所有通道中的音頻信號都是經(jīng)歷過虛擬聲源處理的音頻信號，這些音頻信號被提供給聽眾3后方的與聽眾3的左耳和右耳相對的揚聲器7L和7R，并且被再生。
與揚聲器5—樣，從揚聲器7L和7R到聽眾3的耳朵的距離很小。因此，關于中高頻音頻信號，還可以降低在其聲域中的輻射能量，并有助于噪聲隔離。
根據(jù)第三實施例的音頻信號輸出設備單元40的結構示例
圖13是示出根據(jù)第三實施例的音頻信號輸出設備單元40的結構示例的框圖。根據(jù)第三實施例的音頻信號輸出設備單元40包括控制單元100 和音頻信號處理單元200，其中，控制單元100包括為計算機。
在控制單元100中，其中存儲有軟件程序等的ROM (只讀存儲器) 103、用于工作區(qū)域的RAM (隨機存取存儲器)104、并行輸入和輸出端口 105、 106、 108和109、用戶操作接口單元110、后置頭部相關傳遞函數(shù)(HRTF)存儲單元111、前置頭部相關傳遞函數(shù)存儲單元112等通過系統(tǒng)總線102來連接到CPU (中央處理單元)101。作為用戶操作接口單元 110，除了直接設置在音頻信號輸出設備單元40中的按鍵操作單元等之外，還存在包括遙控器和遙控接收單元的操作單元。
如上所述，在本實施例中，可以將來自DVD播放器60的音頻信號 Aul和來自CD播放器70的音頻信號Au2輸入到音頻信號輸出設備單元 40。所輸入的音頻信號Aul和An2被提供給輸入選擇開關電路201。利用開關信號來切換輸入選擇開關電路201，其中，所述開關信號是
根據(jù)通過用戶操作接口單元110來執(zhí)行的聽眾3的選擇操作的、通過控制單元100的輸入和輸出端口 105來提供的信號。當聽眾3選擇來自DVD 播放器60的聲音時，開關電路201被切換成選擇音頻信號Aul。當選擇來自CD播放器70的聲音時，開關電路201被切換成選擇音頻信號Au2。
開關電路201所選擇的音頻信號被提供給揚聲器5.1通道解碼單元 202。當在開關電路201處輸出來自DVD播放器60的音頻信號Aul并且在用戶操作接口單元110中選擇了揚聲器5.1通道時，5.1通道解碼單元 202對該音頻信號Aul進行通道解碼處理，并輸出前置左通道和前置右通道中的音頻信號L和R、中間通道中的音頻信號C、后置左通道和后置右通道中的音頻信號RL和RR、以及低頻音頻信號LFE。
在5.1通道解碼單元202中通過對音頻信號Aul進行解碼而得到的后置左右雙通道的音頻信號RL和RR被提供給充當虛擬聲源處理單元的后置傳遞函數(shù)巻積電路210。
后置傳遞函數(shù)巻積電路210例如使用數(shù)字濾波器、相對于來自5.1通道解碼單元202的后置左右雙通道中的音頻信號RL和RR來對預先在后置頭部相關傳遞函數(shù)存儲單元111中準備的后置頭部相關傳遞函數(shù)進行巻積。
因此，在后置傳遞函數(shù)巻積電路210中，當輸入其中的音頻信號不是數(shù)字信號時，該輸入音頻信號被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。在后置頭部相關傳遞函數(shù)在其中被巻積之后，輸入音頻信號被復位成模擬信號并被輸出。
在本示例中，后置頭部相關傳遞函數(shù)被如下所示地測量計算，并被存儲在后置頭部相關傳遞函數(shù)存儲單元111中。圖14A和14B是用于說明后置頭部相關傳遞函數(shù)的測量方法的示圖。
如圖14A所示，用于左通道測量的麥克風ML和用于右通道測量的麥克風MR被設置在聽眾3的左右雙耳附近。用于后置左通道的揚聲器8RL 被設置在聽眾3身后的、用于后置左通道的揚聲器通常被布置在的地方。例如，在用于后置左通道的揚聲器8RL再生脈沖時發(fā)出的發(fā)出聲音被各個麥克風ML和MR所收集。根據(jù)所收集的聲音的音頻信號來測量從后置揚聲器8RL向左右耳傳遞的傳遞函數(shù)(用于后置左通道的后置頭部相關傳遞函數(shù))。
以相同的方式，例如，在用于后置右通道的揚聲器8RR再生脈沖時發(fā) 出的發(fā)出聲音被各個麥克風ML和MR所收集。根據(jù)所收集的聲音的音頻信號來測量從后置揚聲器8RR向左右耳傳遞的傳遞函數(shù)(用于后置右通道的后置頭部相關傳遞函數(shù))。
可取的是，當后置揚聲器8RL和8RR被設置在與聽眾3的后方中央左右成30度且與其相距2m的位置處時，測得從各個揚聲器向雙耳傳遞的傳遞函數(shù)，并將所測得的傳遞函數(shù)用作后方頭部相關傳遞函數(shù)。
以下將進一步補充對傳遞函數(shù)的說明。例如，在圖14A中，從左后方向左耳傳遞的傳遞函數(shù)被表示為傳遞函數(shù)A。如圖14B所示，通過測量從耳朵附近的揚聲器7L向麥克風ML傳遞的傳遞函數(shù)而獲得的傳遞函數(shù)被表示為傳遞函數(shù)B。傳遞函數(shù)X被計算得到，其中，傳遞函數(shù)X與傳遞函數(shù)B相乘將得到傳遞函數(shù)A。相對于發(fā)送到耳朵附近的揚聲器7L的信號聲音來對計算所得的傳遞函數(shù)X進行巻積。于是，聽眾3感覺從該點處的揚聲器7L發(fā)出的聲音就好像是從聽眾3左后方2m的位置傳播而來的聲音。關于右通道，可以以相同的方式來計算傳遞函數(shù)。
傳遞函數(shù)X并不總是必須計算。在某種情況下，僅必須計算傳遞函數(shù) A。以上作為代表性傳遞函數(shù)來說明了一個傳遞函數(shù)。但是，不言而喻，如圖14A和14B所示，實際上存在多個傳遞函數(shù)。
如上所述來測得的后置頭部相關傳遞函數(shù)被存儲在后置頭部相關傳遞函數(shù)存儲單元111中，通過輸入和輸出端口 108而被提供給后置傳遞函數(shù) 巻積電路210，并在后置傳遞函數(shù)巻積電路210中被巻積。因此，當來自后置傳遞函數(shù)巻積電路210的音頻信號RI^和RI"被提供給布置在雙耳附近的揚聲器7L和7R并被再生時，聽眾3將聽到就好像是從聽眾3后方的后置左右揚聲器8RL和8RR發(fā)出的再生聲音。
此時經(jīng)歷過虛擬聲源處理的后置左右通道中的音頻信號RL"n収*的電平可以低于提供給揚聲器8RL禾卩8RR的信號的電平。這是因為揚聲器 7L和7R被設置在聽眾3的耳朵附近。因為頭部相關傳遞函數(shù)巻積而使得聽到了好像是從虛擬揚聲器位置發(fā) 出的聲音。因此，在本說明書中，上述處理被稱為虛擬聲源處理。
如上所述來自后置傳遞函數(shù)巻積電路210的經(jīng)歷過虛擬聲源處理的音
頻信號RI^和RI^被提供給合成單元211和212。
來自5.1通道解碼單元202的前置左通道中的音頻信號L和中間通道中的音頻信號C被合成單元203合成。這些音頻信號的合成輸出音頻信號 (L+C)被提供給前置傳遞函數(shù)巻積電路220，前置傳遞函數(shù)巻積電路220 構成了虛擬聲源處理單元。來自5.1通道解碼單元202的前置右通道中的音頻信號R和中間通道中的音頻信號C被合成單元204合成。這些音頻信號的合成輸出音頻信號(R+C)被提供給前置傳遞函數(shù)巻積電路前置傳遞函數(shù)巻積電路220。
前置傳遞函數(shù)巻積電路220具有與后置傳遞函數(shù)巻積電路210相同的結構。前置傳遞函數(shù)巻積電路220例如使用數(shù)字濾波器、相對于來自合成單元203和204的音頻信號來對預先在前置頭部相關傳遞函數(shù)存儲單元 112中準備的前置頭部相關傳遞函數(shù)進行巻積。
因此，在前置傳遞函數(shù)巻積電路220中，當輸入其中的音頻信號并不是數(shù)字信號時，該輸入音頻信號將被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。在前置頭部相關傳遞函數(shù)在其中被巻積之后，輸入音頻信號被復位成模擬信號并被輸出。
在本示例中，前置頭部相關傳遞函數(shù)被如下所述地測量，并被存儲在前置頭部相關傳遞函數(shù)存儲單元112中。圖15是用于說明前置頭部相關傳遞函數(shù)的測量方法的示圖。
如圖15所示，用于左通道測量的麥克風ML和用于右通道測量的麥克風MR被設置在聽眾3的左右雙耳附近。用于前置左通道的揚聲器8FL 被設置在聽眾3前方的、用于前置左通道的揚聲器通常被布置在的地方。例如，當用于前置左通道的揚聲器8FL再生脈沖時發(fā)出的發(fā)出聲音被各個麥克風ML和MR所收集。根據(jù)所收集的聲音的音頻信號來測量從前置揚聲器8FL向左右耳傳遞的傳遞函數(shù)(用于前置左通道的前置頭部相關傳遞函數(shù))。
以相同的方式，例如，在用于前置右通道的揚聲器8FR再生脈沖時發(fā)出的發(fā)出聲音被各個麥克風ML和MR所收集。根據(jù)所收集的聲音的音頻信號來測量從前置揚聲器8FR向左右耳傳遞的傳遞函數(shù)(用于前置右通道的前置頭部相關傳遞函數(shù))。
可取的是，當前置揚聲器8FL和8FR被設置在與聽眾3的前方中央左右成30度且與其相距2m的位置處時，測量從各個揚聲器向雙耳傳遞的傳遞函數(shù)，并應用所測得的傳遞函數(shù)作為前方頭部相關傳遞函數(shù)。
以下將進一步補充對傳遞函數(shù)的說明。例如，在圖15中，從左前方向左耳傳遞的傳遞函數(shù)被表示為傳遞函數(shù)A。通過測量例如從耳朵附近的揚聲器7L和7R向麥克風ML傳遞的傳遞函數(shù)而獲得的傳遞函數(shù)被表示為傳遞函數(shù)B。傳遞函數(shù)X被計算得到，其中，傳遞函數(shù)X與傳遞函數(shù)B相乘將得到傳遞函數(shù)A。相對于發(fā)送到耳朵附近的揚聲器7L的信號聲音來對計算所得的傳遞函數(shù)X進行巻積。于是，聽眾3感覺從該點處的揚聲器 7L發(fā)出的聲音就好像是從聽眾3左前方2m的位置傳播而來的聲音。
但是，傳遞函數(shù)X并不總是必須計算。在某種情況下，僅必須計算傳遞函數(shù)A。以上作為代表性傳遞函數(shù)來說明了一個傳遞函數(shù)。但是，不言而喻，如圖15所示，實際上存在多個傳遞函數(shù)。
如上所述測得的前置頭部相關傳遞函數(shù)被存儲在前置頭部相關傳遞函數(shù)存儲單元112中，通過輸入和輸出端口 109而被提供給前置傳遞函數(shù)巻積電路220，并在前置傳遞函數(shù)巻積電路220中被巻積。
從前置傳遞函數(shù)巻積電路220中獲得了通過將中間通道中的音頻信號 C與經(jīng)歷過虛擬聲源處理的前置左通道中的音頻信號FI^合成而獲得的音頻信號以及通過將中間通道中的音頻信號C與經(jīng)歷過虛擬聲源處理的前置右通道中的音頻信號？尺*合成而獲得的音頻信號。
返回來參考圖9，來自前置傳遞函數(shù)巻積電路220的音頻信號 (FL*+C)禾tl (FR*+C)被提供給布置在聽眾3A或3B的雙耳附近的揚聲器7LA和7RA或者7LB和7RB，并被再生。在這種情況下，聽眾3A或 3B將聽到就好像是從左前方和右前方處的前置揚聲器8FL和8FR發(fā)出的再生聲音，并將聽到就好像是從設置在中央的揚聲器發(fā)出的中間通道聲此時的音頻信號(FL*+C)和(FR*+C)的電平可以低于提供給揚聲器8FL和8FR的信號的電平。這是因為揚聲器7LA和7RA或者7LB和 7RB在聽眾3A或3B的耳朵附近。
這樣，來自前置傳遞函數(shù)巻積電路220的經(jīng)歷過虛擬聲源處理的音頻信號(FL*+C)和(FR*+C)被提供給合成單元213和214。來自5.1通道解碼單元202的低頻音頻信號LFE被提供給合成單元213和214。合成單元213和214的輸出音頻信號被提供給合成單元211和212。
來自前置傳遞函數(shù)巻積電路220的經(jīng)歷過虛擬聲源處理的、與中間通道中的音頻信號相合成的前置左通道中的音頻信號在合成單元213中被與來自5.1通道解碼單元202的低頻音頻信號LFE相合成。然后，在合成單元211中，該音頻信號被與來自后置傳遞函數(shù)巻積電路210的經(jīng)歷過虛擬聲源處理的后置左通道中的音頻信號相合成，從而得到用于左通道的信號 L承。
以相同的方式，來自前置傳遞函數(shù)巻積電路220的經(jīng)歷過虛擬聲源處理的、與中間通道中的音頻信號相合成的前置右通道中的音頻信號在合成單元214中被與來自5.1通道解碼單元202的低頻音頻信號LFE相合成。然后，在合成單元212中，該音頻信號被與來自后置傳遞函數(shù)巻積電路 210的經(jīng)歷過虛擬聲源處理的后置右通道中的音頻信號相合成，從而得到用于右通道的信號R*。
來自合成單元211和212的合成音頻信號"和R^被提供給復用單元 215并被復用，并且通過無線電而被從無線電發(fā)送單元216發(fā)送到音頻信號接收分配單元50A和50B。
音頻信號接收分配單元50A和50B各自從音頻信號輸出設備單元40 接收無線電波，從所接收的無線電波中提取經(jīng)復用的音頻信號，對該音頻信號進行解復用，并分離出用于左右雙通道的音頻信號1^*和R*。音頻信號接收分配單元根據(jù)用于左右雙通道的音頻信號L^和《*來生成將被提供給低頻用揚聲器5A和5B的信號SLA和SLB以及將被提供給中高頻用揚聲器7LA和7RA與揚聲器7LB和7RB的信號SHLA和SHRA與信號 SHLB禾n SHRB，并將這些信號分別提供給與這些信號相對應的揚聲器5A禾卩5B。
因此，揚聲器5A和5B主要再生低頻音頻信號LFE。揚聲器7LA和 7RA與揚聲器7LB和7RB再生經(jīng)歷過虛擬聲源處理的前置音頻信號 (FL*+C)和(FR*+C)以及經(jīng)歷過虛擬聲源處理的后置音頻信號RI^和 RR*。
當從開關電路201輸出來自CD播放器70的左右雙通道中的音頻信號時，或者當來自DVD播放器60的音頻信號是左右雙通道中的音頻信號時，僅僅左右雙通道中的音頻信號L和R被從5.1通道解碼單元202輸出，并被提供給前置傳遞函數(shù)巻積電路220。相對于這些音頻信號對前置傳遞函數(shù)進行巻積，并使這些音頻信號經(jīng)歷虛擬聲源處理。這時，后置傳遞函數(shù)巻積電路210沒有被上電且沒有被啟動。
來自前置傳遞函數(shù)巻積電路220的雙通道信號通過合成單元213、 214、 211和212經(jīng)由復用單元215和無線電發(fā)送單元216而被提供給音頻信號接收分配單元50A和50B。
因此，此時，通過使左右雙通道中的音頻信號經(jīng)歷虛擬聲源處理而得到的音頻信號在揚聲器5A、 7LA和7RA或者揚聲器5B、 7LB和7RB中被再生，就好像所再生的聲音是從位于聽眾3A或3B的左前方和右前方的前置揚聲器發(fā)出似的。
這樣，在第三實施例中，聽眾3A或3B可以僅使用聽眾3A或3B的雙耳附近且在聽眾3A或3B后方的三個揚聲器來欣賞大音量的逼真的多通道聲音。此外，可以極大地降低向鄰域的聲音泄漏，并實現(xiàn)音頻再生系統(tǒng) 的節(jié)能。
所再生的聲場被提供給各個聽眾3A和3B。因此，存在與由固定地設置在汽車的儀表板、門等上的揚聲器提供的再生聲場不同的效果，即，音頻圖像定位并不依據(jù)聽眾的位置而變化，并且一般可以向各個聽眾提供最佳再生聲場。
在第一實施例中也說明過，與過去將揚聲器布置在車載音頻系統(tǒng)中的門等上的情況相比，由于可以極大地降低聽眾頭部后方的三個揚聲器5、 7L和7R中的聲功率，所以還存在可以降低電池負荷的優(yōu)點。音頻信號接收分配單元的結構示例
音頻信號接收分配單元50A和50B生成了上述用于音頻再生的信號。此外，音頻信號接收分配單元50A和50B還生成了提供給揚聲器5A和5B 的用于噪聲減小且針對低頻的噪聲減小音頻信號，并將該噪聲減小音頻信號提供給揚聲器5A和5B。
音頻信號接收分配單元50A和50B具有相同的結構。根據(jù)此實施例的音頻信號接收分配單元50A的結構的一個示例在圖16中示出。在圖16所示的示例中，與第二實施例一樣，并沒有提供濾波電路。
在本示例中，通過無線電從音頻信號輸出設備單元40發(fā)送而來的信號被無線電接收單元51接收，并被提供給多重解碼單元52。在多重解碼單元52中，所接收的信號中的經(jīng)過復用的音頻信號經(jīng)歷了解復用處理，并且雙通道中的信號y和11*被解碼。
來自多重解碼單元52的雙通道中的信號！^*和R+分別被提供給頻帶分割電路53L和53R。頻帶分割電路53L禾n 53R分別將所輸入的信號"和 11*分離成低頻分量SLLA和SLRA以及中高頻分量SHLA和SHRA。例如，低于200Hz的頻率分量被設置為低頻分量，并且高于200Hz的頻率分量被設置為中高頻分量。分離頻率并不限于200Hz，并且例如可以是 100Hz。
來自頻帶分割電路53L的左通道中的中高頻分量SHLA通過放大器 54L而被提供給揚聲器7LA。來自頻帶分割電路53R的右通道中的中高頻分量通過放大器54R而被提供給揚聲器7RA。
來自頻帶分割電路53L和頻帶分割電路53R的低頻分量SLLA和 SLRA被提供給合成器55，并且被合成。低頻分量的合成輸出信號SLA通過充當功率放大器的差分放大器56而被提供給揚聲器5A。
因此，充當超低音揚聲器的揚聲器5A主要再生低頻音頻信號LFE。揚聲器7L和7R再生了經(jīng)歷過虛擬聲源處理的后置左右通道中的中高頻音頻信號。
在本實施例中，由麥克風6A收集的外部噪聲Nz的音頻信號通過麥克風放大器57而被提供給低通濾波器58，以將該音頻信號僅僅局限于頻率例如等于或低于200Hz的低頻分量。
來自低通濾波器58的噪聲Nz的低頻分量被提供給差分放大器56的反相輸入端，其中差分放大器56構成了功率放大器。因此，從差分放大器56中獲得了通過將來自低通濾波器58的噪聲Nz的低頻分量的相位反轉(zhuǎn)而獲得的噪聲減小音頻信號，并且該噪聲減小音頻信號被提供給揚聲器 5A。
因此，噪聲減小聲音被從揚聲器5A發(fā)出，并且在聲學上被與外部噪聲Nz相合成。與第一和第二實施例一樣，聽眾3A的耳朵附近的外部噪聲 Nz被降低或者抵消了。
如上所述，利用根據(jù)第三實施例的音頻再生系統(tǒng)，坐在座位上的聽眾 3A和3B可以使用數(shù)目少于通道數(shù)目的揚聲器來欣賞大音量的逼真的多通道聲音。另外，可以極大地降低向鄰域的聲音泄漏。
此外，在引擎噪聲和輪胎噪聲被降低或被抵消的狀態(tài)下，可以欣賞多通道聲音并獲得舒服的聲場。
特別地，在本實施例中，由于用于低音再生的揚聲器5并沒有收納在音箱中并且被布置在聽眾3的附近且在頭部后方的耳朵附近，所以可以極大地衰減向鄰近房間的重低音泄漏。如上所述，由于由聽眾3的耳朵附近的揚聲器7L和7R發(fā)出后置左右通道中的聲音作為經(jīng)歷過虛擬聲源處理的聲音，所以可以降低該聲音的音頻信號電平。因此，不僅可以進一步降低低音泄漏，而且還可以降低向鄰域的聲音泄漏的水平。因此，即使在深夜也可以欣賞例如足夠大音量的DVD娛樂表演，而不用擔心其他人。
由于揚聲器5、 7L和7R被布置在聽眾耳朵附近，所以在極端情況下，可以將音頻信號輸出功率設置為大約過去的1/100。因此，可以節(jié)能并極大地降低硬件成本(輸出放大器)。還存在一個優(yōu)點由于僅需要小功率作為音頻輸出功率，所以可以使用不需要大沖程(stroke)的薄、輕、且便宜的揚聲器。由于音頻輸出功率降低了，所以熱量生成減少并且還可以實現(xiàn)諸如電源之類的設備的尺寸的減小。因此，揚聲器的電池驅(qū)動也可行了，并且可以將揚聲器嵌入在椅子的設計等中。
因此，可以在整體上實現(xiàn)對音頻再生系統(tǒng)的節(jié)能。存在以下優(yōu)點可以提供這樣的音頻再生系統(tǒng)，該音頻再生系統(tǒng)降低了向鄰域傳遞的噪聲，而不會降低欣賞聲音的個人的滿意程度。
在圖9所示的配置中，為每一個聽眾都提供了音頻信號接收和分配單元。但是，音頻信號接收分配單元可以為多個聽眾所共用。但是，在那種情況下，設置在聲壓零區(qū)域中的各個麥克風的輸出音頻信號(外部噪聲音頻信號)被提供給該共用音頻信號接收分配單元，其中，所述聲壓零區(qū)域是關于從用于發(fā)出噪聲減小聲音的且布置在各個聽眾后方的揚聲器發(fā)出的聲音的聲壓零區(qū)域。
提供給各個聽眾的用于噪聲減小且針對低頻的揚聲器5的音頻信號中的噪聲減小音頻信號必須是通過將由相應麥克風收集的音頻信號的相位反轉(zhuǎn)而獲得的噪聲減小音頻信號。因此，提供給各個聽眾的用于噪聲減小且針對低頻的揚聲器5的音頻信號必須分開來生成，并分別提供給與各個聽
眾相對應的揚聲器5。
另一方面，作為針對中高頻的雙通道中的信號，在共用音頻信號接收分配單元中共同生成的相同信號可以分別被提供給布置在各個聽眾的頭部
附近后方的揚聲器7L和7R，共同作為用于多個聽眾的信號。
不嚴而言，在沒有提供音頻信號接收分配單元50A和50B等的情況下，音頻信號輸出設備單元40可以具有音頻信號接收分配單元的功能，并通過揚聲器線纜向各個揚聲器提供與用于各個聽眾的揚聲器5、 7L和 7R相對應的音頻信號。
在第三實施例中，多環(huán)繞聲音的所有通道中的音頻信號都經(jīng)歷了虛擬聲源處理，并被提供給聽眾3附近且在頭部后方的三個揚聲器。但是，例如，還可以由附接于汽車儀表板和門上的揚聲器來再生前置左右通道中的聲音，并由頭部后方的三個揚聲器來再生通過使后置通道中的音頻信號經(jīng) 歷虛擬聲源處理而獲得的音頻信號。
此外，還可以這樣5.1通道的所有通道中的音頻信號都經(jīng)歷虛擬聲源處理并由頭部后方的三個揚聲器再生，并且由固定地設置在汽車的儀表板、門等上的揚聲器來補充性地提供定位相對較難的中間通道。
其它實施例和修改第三實施例中的用于噪聲減小且針對低頻的揚聲器和針對中高頻的兩個揚聲器的布局位置并不限于上述實施例中的布局位置。
例如，圖17A和17B所示的揚聲器的布局位置的示例也是可以的。在
圖17A和17B所示的示例中，針對低頻的揚聲器5附接在頭靠32中，而沒有與擋板相附接。如圖17A所示，針對中高頻的揚聲器7L和7R被附接于座位31的椅背33頂部的左右兩肩部分，而沒有與擋板相附接。在這種情況下，可取的是，如圖17B所示，針對中高頻的揚聲器7L和7R被附接為使得聽眾3的雙耳方向處在聲波的發(fā)射方向上。
在根據(jù)上述實施例的音頻再生裝置中，揚聲器1、 1L和1R或者揚聲器5、 7L和7R的布局位置并不限于這些實施例中的布局。例如，如圖18 所示，所述布局位置可以是任何位置，而只要這些位置處在圍繞聽眾3的頭部的、半徑例如為(聽眾3的頭部半徑+ dsw)的球形表面80上。但是，如圖18所示，希望揚聲器的布局位置處在比聽眾3的臉部更后方的區(qū)域中。
但是，在根據(jù)這些實施例的噪聲減小裝置中的揚聲器1、 1L和1R的布局位置并不必須在如圖1B所示的比聽眾3的臉部更后方的區(qū)域中。
在上述實施例中，用于噪聲減小且針對低頻的揚聲器和針對中高頻的揚聲器被固定附接于椅子上。但是，保持這些揚聲器的方法并不限于這種。例如，各個揚聲器可以按位于地板上的支架的形式來保持，或者可以從天花板懸垂。
在上述實施例中，用于收集外部噪聲的麥克風被附接于用于發(fā)出噪聲減小聲音的揚聲器的框架上。但是，該麥克風可以通過諸如支架或夾持臂之類的預定保持裝置來保持在關于從用于發(fā)出噪聲減小聲音的揚聲器發(fā)出的聲音的聲壓零區(qū)域中，而不是通過揚聲器的框架來保持。
在對這些實施例的說明中，說明了用于再生5.1通道中的多通道音頻信號的音頻再生系統(tǒng)。但是，本發(fā)明適用于所有音頻再生系統(tǒng)，不僅是再生5.1通道中的音頻信號的音頻再生系統(tǒng)，而且是再生雙通道或三通道的音頻信號的音頻再生系統(tǒng)。
在以上說明中，汽車的引擎噪聲和輪胎噪聲被作為噪聲源來說明。但是，本發(fā)明并不限于用于汽車的噪聲減小裝置。例如，當假定聽眾所坐的是躺椅而不是汽車的座位時，諸如飛機空間和房子的起居室之類的環(huán)境空間中的噪聲降低可以是本發(fā)明的目標。
由于揚聲器保持裝置并不限于如上所述的椅子，所以其它各種噪聲環(huán) 境中的噪聲降低也時本發(fā)明的目標。
本領域技術人員應當了解，在所附權利要求或其等同物的范圍內(nèi)，根據(jù)設計要求和其它因素可以進行各種修改、組合、子組合和變更。
本發(fā)明包含與在2007年4月19日向日本專利局提交的日本專利申請 JP 2007-110005相關的主題，該申請的全部內(nèi)容通過引用而結合于此。
權利要求
1.一種噪聲減小裝置，包括具有揚聲器單元的揚聲器，其中，通過保持裝置來保持該揚聲器，以使其能夠混合從所述揚聲器的振動板的前后方發(fā)出的聲音；麥克風，該麥克風被設置在從所述揚聲器的振動板的前后方發(fā)出的所述聲音被混合且抵消的區(qū)域中；以及用于向所述揚聲器提供通過將所述麥克風所收集的音頻信號的相位反轉(zhuǎn)而獲得的噪聲減小音頻信號的裝置。
2. 如權利要求1所述的噪聲減小裝置，還包括低通濾波器，該低通濾波器用于將提供給所述揚聲器的所述噪聲減小音頻信號限制到所述麥克風所收集的音頻信號的低頻分量。
3. 如權利要求1所述的噪聲減小裝置，其中，除了所述噪聲減小音頻信號之外，還向所述揚聲器提供預定音頻信號。
4. 如權利要求3所述的噪聲減小裝置，其中，所述揚聲器被所述保持裝置保持為布置在聽眾耳朵附近。
5. —種音頻再生裝置，包括具有揚聲器單元的用于左右通道的第一和第二揚聲器，其中，通過保持裝置來保持所述第一和第二揚聲器，以使其能夠混合從所述揚聲器的振動板的前后方發(fā)出的聲音；第一和第二麥克風，所述第一和第二麥克風被設置在從所述第一和第二揚聲器各自的振動板的前后方發(fā)出的聲音被混合且抵消的區(qū)域中；用于向所述第一和第二揚聲器提供通過將所述第一和第二麥克風所收集的音頻信號的相位反轉(zhuǎn)而獲得的噪聲減小音頻信號的裝置；以及音頻信號提供裝置，用于分別向所述第一和第二揚聲器提供預定音頻信號。
6. 如權利要求5所述的音頻再生裝置，其中，從所述音頻信號提供裝置向所述第一和第二揚聲器提供的所述預定音頻信號經(jīng)歷采用頭部相關傳遞函數(shù)的虛擬聲源處理，以致使聽眾聽到好像是從位于與所述第一和第二揚聲器的位置不同的位置處的其它揚聲器發(fā)出的聲音。
7. —種音頻再生裝置，包括布置在聽眾附近的具有揚聲器單元的第一揚聲器，其中，通過保持裝置來保持所述第一揚聲器，以使其能夠混合從所述揚聲器的振動板的前后方發(fā)出的聲音；麥克風，該麥克風被設置在從所述第一揚聲器的振動板的前后方發(fā)出的聲音被混合且抵消的區(qū)域中；用于向所述第一揚聲器提供通過將所述麥克風所收集的音頻信號的相位反轉(zhuǎn)而獲得的噪聲減小音頻信號的低頻分量的裝置；第二和第三揚聲器，該第二和第三揚聲器由第二保持裝置保持且被布置在所述聽眾附近、所述第一揚聲器的左右側(cè)；分離裝置，用于從輸入音頻信號中分離并獲得低頻分量和用于左右通道的中高頻分量；用于向所述第一揚聲器提供由所述分離裝置分離得到的所述低頻分量與所述噪聲減小音頻信號的低頻分量相加之和的裝置；以及用于向所述第二和第三揚聲器提供由所述分離裝置分離得到的用于左右通道的所述中高頻分量的裝置。
8. 如權利要求7所述的音頻再生裝置，其中，提供給所述第二和第三揚聲器的音頻信號經(jīng)歷采用頭部相關函數(shù)的虛擬聲源處理，以使得所述聽眾聽到好像是從位于與所述第二和第三揚聲器的位置不同的位置處的其它揚聲器發(fā)出的聲音。
9. 一種噪聲減小裝置，包括具有揚聲器單元的揚聲器，其中，通過保持單元來保持該揚聲器，以使其能夠混合從所述揚聲器的振動板的前后方發(fā)出的聲音；麥克風，該麥克風被設置在從所述揚聲器的振動板的前后方發(fā)出的所述聲音被混合且抵消的區(qū)域中；以及被配置用于向所述揚聲器提供通過將所述麥克風所收集的音頻信號的相位反轉(zhuǎn)而獲得的噪聲減小音頻信號的單元。
10. —種音頻再生裝置，包括具有揚聲器單元的用于左右通道的第一和第二揚聲器，其中，通過保持單元來保持所述第一和第二揚聲器，以使其能夠混合從所述揚聲器的振動板的前后方發(fā)出的聲音；第一和第二麥克風，所述第一和第二麥克風被設置在從所述第一和第二揚聲器各自的振動板的前后方發(fā)出的聲音被混合且抵消的區(qū)域中；被配置用于向所述第一和第二揚聲器提供通過將所述第一和第二麥克風所收集的音頻信號的相位反轉(zhuǎn)而獲得的噪聲減小音頻信號的單元；以及音頻信號提供單元，其被配置用于分別向所述第一和第二揚聲器提供預定音頻信號。
11. 一種音頻再生裝置，包括-布置在聽眾附近的具有揚聲器單元的第一揚聲器，其中，通過保持單元來保持所述第一揚聲器，以使其能夠混合從所述揚聲器的振動板的前后方發(fā)出的聲音；麥克風，該麥克風被設置在從所述第一揚聲器的振動板的前后方發(fā)出的聲音被混合且抵消的區(qū)域中；被配置用于向所述第一揚聲器提供通過將所述麥克風所收集的音頻信號的相位反轉(zhuǎn)而獲得的噪聲減小音頻信號的低頻分量的單元；第二和第三揚聲器，該第二和第三揚聲器由第二保持單元來保持且被布置在所述聽眾附近、所述第一揚聲器的左右側(cè)；分離單元，其被配置用于從輸入音頻信號中分離并獲得低頻分量和用于左右通道的中高頻分量；被配置用于向所述第一揚聲器提供由所述分離單元分離得到的所述低頻分量以及所述噪聲減小音頻信號的低頻分量相加之和的單元；以及被配置用于向所述第二和第三揚聲器提供由所述分離單元分離得到的用于左右通道的所述中高頻分量的單元。
全文摘要
本發(fā)明提供了噪聲減小裝置和音頻再生裝置。噪聲減小裝置包括具有揚聲器單元的揚聲器，其中，通過保持裝置來保持該揚聲器，以使得可以混合從揚聲器的振動板的前后方發(fā)出的聲音；麥克風，該麥克風被設置在從揚聲器的振動板的前后方發(fā)出的聲音被混合且相互抵消的區(qū)域中；以及用于向揚聲器提供通過將麥克風所收集的音頻信號的相位反轉(zhuǎn)而獲得的噪聲減小音頻信號的裝置。
文檔編號H04R3/02GK101304621SQ20081009500
公開日2008年11月12日申請日期2008年4月21日優(yōu)先權日2007年4月19日
發(fā)明者橫田哲平申請人:索尼株式會社

完整全部詳細技術資料下載