專利名稱：頭戴式耳機裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種頭戴式耳機裝置，并且具體地涉及一種包括具有多個揚聲器單元的揚聲器陣列的頭戴式耳機裝置。
背景技術(shù)：
已經(jīng)對聲場再現(xiàn)方法進行了常規(guī)研究。關(guān)于揚聲器再現(xiàn)，大體上提出了諸如5.1聲道和7.1聲道的環(huán)繞聲再現(xiàn)，并將其商業(yè)化。該技術(shù)的優(yōu)點是使用被稱為后置環(huán)繞聲揚聲器的揚聲器以及前置揚聲器，并且它們組合起來能夠再現(xiàn)后側(cè)聲音和環(huán)境聲音。然而，在環(huán)繞聲再現(xiàn)期間出現(xiàn)以下問題:在有限的安裝中心的服務(wù)區(qū)中找到收聽的最理想聲場點。此外，在環(huán)繞聲再現(xiàn)中，存在以下問題:在實際的家庭中難以將揚聲器布置在后側(cè)位置處。作為用以解決與揚聲器布置有關(guān)的問題的措施，有一種使用經(jīng)口進入(transoral)技術(shù)的前置環(huán)繞揚聲器。在前置環(huán)繞揚聲器中，通過僅使用前置揚聲器和使用頭部相關(guān)傳遞函數(shù)來享受虛擬環(huán)繞聲。該技術(shù)的優(yōu)點是能夠容易地安裝揚聲器并且系統(tǒng)簡單。另一方面，存在以下問題:因為使用頭部相關(guān)傳遞函數(shù)而會發(fā)生效果的個體變化。此夕卜，還在該技術(shù)中，存在與收聽位置有關(guān)的問題，即限制了用于再現(xiàn)的理想位置。作為用以解決與收聽位置有關(guān)的問題的措施，有一種使用波場合成的聲場再現(xiàn)技術(shù)(參見NPL1)。這是一種這樣的技術(shù)，其使得在揚聲器陣列被配置的情況下可以完全控制閉合曲面內(nèi)的聲場，并且可以完全控制不包括聲源的具有閉合曲面形狀的聲壓以及法線方向上的質(zhì)點速度。當(dāng)使用利用波場合成的聲場再現(xiàn)技術(shù)時，完全再現(xiàn)閉合曲面內(nèi)的聲場，并且還增加了收聽位置的自由度。例如，在PTLl中，公開了一種三維聲場再現(xiàn)裝置，其中揚聲器陣列的多個揚聲器遮蓋收聽者的整個頭部，并且可以再現(xiàn)實際的高級別。然而，在三維聲場再現(xiàn)裝置中，由于使用多個揚聲器并為了配置需要的陣列，存在規(guī)模變大的問題。此外，在使用揚聲器陣列的情況下，存在由于空間混疊而導(dǎo)致要再現(xiàn)的頻帶受到揚聲器之間的間距限制的問題。另一方面，在頭戴式耳機再現(xiàn)領(lǐng)域中，有一種使用頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的虛擬環(huán)繞聲。當(dāng)使用虛擬環(huán)繞時，可以理想地利用便利的頭戴式耳機裝置享受聲場并且不會發(fā)生與收聽者位置有關(guān)的問題。引用列表專利文獻PTLl:日本未審查專利申請公布第2008-118559號非專利文獻NPLl: " Study on Three-Dimensional Virtual Reality based onKirchhoff; s Integral Equation" , Waseda University, Advance Research Institutefor Science and Engineering, Acoustic Laboratory, Yoshio YAMAZAKI, [online], ApriI,1997, (search Octoberl,2010], Internet<URL:http:www.acoust.rise, waseda.ac.jp/publications/happyou/1997-h9.html>

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題然而，如上所述，在頭戴式耳機再現(xiàn)領(lǐng)域中使用頭部相關(guān)傳遞函數(shù)的虛擬環(huán)繞聲中，由于在外耳道的入口附近的聲壓被復(fù)制為“點”，所以存在沒有考慮個人外耳的影響并且不能根據(jù)個人獲得理想效果的問題。此外，通常，由于頭戴式耳機具有遮擋耳朵的形狀，所以存在下述問題:即 使可以用虛擬環(huán)繞聲獲得頭部之外的感覺，也無法聽到外部聲音。本發(fā)明的目的是提供一種頭戴式耳機，其中，不太可能發(fā)生在虛擬聲場再現(xiàn)中個體差異的影響，并且該頭戴式耳機能夠自然地收聽外部聲音。本發(fā)明的構(gòu)思是一種頭戴式耳機裝置，包括:揚聲器陣列，揚聲器陣列由多個揚聲器單兀構(gòu)成，多個揚聲器單兀被布置成圍繞外耳，其中，該揚聲器陣列使用波場合成，在外耳附近的閉合曲面內(nèi)再現(xiàn)聲場。在本發(fā)明中，包括揚聲器陣列。該揚聲器陣列由布置成圍繞外耳的多個揚聲器單元構(gòu)成。然后，使用波場合成，通過揚聲器陣列在外耳附近的閉合曲面內(nèi)再現(xiàn)聲場。在這種情況下，聲壓信號，作為用于使得在揚聲器單元的每個位置處發(fā)出聲音的驅(qū)動信號，被提供給揚聲器陣列的多個揚聲器單元，以在外耳附近的閉合曲面內(nèi)再現(xiàn)聲場。如上所述，在本發(fā)明中，使用波場合成，通過揚聲器陣列在外耳附近的閉合曲面內(nèi)再現(xiàn)聲場，由于在個人的耳朵中發(fā)生混響或衍射效果，所以不太可能發(fā)生由個體差異導(dǎo)致的影響。此外，在本發(fā)明中，揚聲器陣列由布置成圍繞外耳的多個揚聲器單元構(gòu)成，并且揚聲器陣列的形狀不遮擋收聽者的耳朵，于是能夠自然地聽到外部聲音。在本發(fā)明中，例如，揚聲器陣列的所述多個揚聲器單元可以被布置成朝著閉合曲面向內(nèi)傾斜。因此，可以在閉合曲面內(nèi)滿意地再現(xiàn)上下左右的全部方向上的質(zhì)點的傳播速度。例如，頭戴式耳機裝置還可以包括圓環(huán)形耳墊，圓環(huán)形耳墊具有開口部分，外耳能夠被插入在該開口部分中，并且其中揚聲器陣列的所述多個揚聲器單元可以被布置成沿著耳墊的與收聽者的對接側(cè)相反的圓形端部。此外,在本發(fā)明中,例如，當(dāng)最大再現(xiàn)頻率是fmax [Hz]且聲速是c[m/s]時,揚聲器陣列的所述多個揚聲器單元的間距八(1[!11]可以滿足公式:八(1〈(3/(2 41^1)。因此，可以再現(xiàn)直到最大再現(xiàn)頻率fmax [Hz]的頻帶。本發(fā)明的有利效果根據(jù)本發(fā)明，在虛擬聲場再現(xiàn)中個體差異的影響不太可能發(fā)生并且可以自然地聽到外部聲音。換言之，由于使用波場合成，通過揚聲器陣列再現(xiàn)在外耳附近的閉合曲面內(nèi)的聲場并且在個人的耳朵中發(fā)生混響或衍射效應(yīng)，所以由個體差異導(dǎo)致的影響不太可能發(fā)生。此外，揚聲器陣列具有布置成圍繞外耳的多個揚聲器單元，并且揚聲器陣列的形狀不遮擋收聽者的耳朵，于是能夠自然地聽到外部聲音。


圖1是示出了作為本發(fā)明的實施例的頭戴式耳機裝置的配置示例的視圖。
圖2是示出了閉合曲面的示例的視圖，在該閉合曲面中，由在頭戴式耳機主體中包括的揚聲器陣列再現(xiàn)聲場。圖3是用于說明在頭戴式耳機主體中包括的揚聲器陣列的多個揚聲器單元被布置成朝著再現(xiàn)聲場的閉合曲面向內(nèi)傾斜。圖4是用于說明揚聲器陣列的多個揚聲器單元被布置成沿著耳墊的與收聽者的對接側(cè)相反的圓形端部。圖5是用于說明在頭戴式耳機主體中包括的揚聲器陣列的多個揚聲器單元的布置間距的視圖。圖6是示出了將聲壓信號提供給在頭戴式耳機主體中包括的揚聲器陣列的每個揚聲器單元的電路的配置示例的框圖。
具體實施例方式下文中，將描述用于實施本發(fā)明的模式(下面被稱作“實施例”)。此外，將按以下順序進行描述。1.實施例2.修改示例〈1.實施例 >[頭戴式耳機裝置的配置示例]圖1 (a)至(C)示出了作為實施例的頭戴式耳機裝置100的配置示例。圖1 (a)是其頂視圖，圖1 (b)是其前視圖，且圖1 (C)是其側(cè)視圖。頭戴式耳機裝置100被配置成使得左側(cè)頭戴式耳機主體120L和右側(cè)頭戴式耳機主體120R分別連接到頭帶110的左側(cè)和右側(cè)的前端部。左側(cè)頭戴式耳機主體120L具有揚聲器陣列130。揚聲器陣列130由多個揚聲器單元131構(gòu)成，多個揚聲器單元131被布置成圍繞收聽者的外耳(左側(cè))。在左側(cè)頭戴式耳機主體120L中包括的揚聲器陣列130使用波場合成而在圖1 (b)所示的外耳(左側(cè))附近的閉合曲面140L內(nèi)再現(xiàn)聲場。作為用于使得在揚聲器單元131的每個位置處發(fā)出聲音的驅(qū)動信號的聲壓信號被提供給在左側(cè)頭戴式耳機主體120L中包括的揚聲器陣列130的多個揚聲器單元131，以使得能夠在閉合曲面140L內(nèi)再現(xiàn)聲場。右側(cè)頭戴式耳機主體120R也具有揚聲器陣列130。揚聲器陣列130由多個揚聲器單元131構(gòu)成，多個揚聲器單元131被布置成圍繞收聽者的外耳(右側(cè))。在右側(cè)頭戴式耳機主體120R中包括的揚聲器陣列130使用波場合成而在圖1 (b)所示的外耳(右側(cè))附近的閉合曲面140R內(nèi)再現(xiàn)聲場。作為用于使得在揚聲器單元131的每個位置處發(fā)出聲音的驅(qū)動信號的聲壓信號被提供給在右側(cè)頭戴式耳機主體120R中包括的揚聲器陣列130的多個揚聲器單元131，以使得能夠在閉合曲面140R內(nèi)再現(xiàn)聲場。此外，關(guān)于波場合成，將省略其詳細描述，然而，例如存在使用克?；舴?Kirchhoff)積分公式的方法等，如在Yoshio YAMAZAKI的論文“Study onThree-Dimensional Virtual Reality based on Kirchhoff; s Integral Equation，，中所指出的。在該方法中，通過在N個點處將該閉合曲面S離散化以及通過在閉合曲面S上的N個點處再現(xiàn)聲壓P (rj)和質(zhì)點速度un (rj)，來再現(xiàn)閉合曲面S內(nèi)的聲場。在本實施例中，基于上述波場合成，來生成向在頭戴式耳機主體120L和120R中包括的揚聲器陣列130的每個揚聲器單兀131提供的聲壓信號。圖2 Ca)示出了閉合曲面140L的示例，其中通過在左側(cè)頭戴式耳機主體120L中包括的揚聲器陣列130來再現(xiàn)聲場。閉合曲面140L是在從人(收聽者)的頭部側(cè)面觀看時在外耳道周圍的具有8cm至IOcm的直徑的狹窄區(qū)域。圖2 (b)示出了在安裝有頭戴式耳機100的情況下左側(cè)頭戴式耳機主體120L與閉合曲面140L之間的位置關(guān)系。此外，即使類似地省略了詳細描述，閉合曲面140R也是在外耳道周圍的具有8cm至IOcm的直徑的狹窄區(qū)域，其中，由在右側(cè)頭戴式耳機主體120R中包括的揚聲器陣列130在閉合曲面140R中再現(xiàn)聲場。如圖3所示，在頭戴式耳機主體120L和120R中包括的揚聲器陣列130的多個揚聲器單元131被布置成朝著其中聲場被再現(xiàn)的閉合曲面140L和140R向內(nèi)傾斜。換言之，每個揚聲器單元131的中心軸S朝著揚聲器陣列130的中心軸Z傾斜。如上所述，由于揚聲器陣列130的多個揚聲器單元131被布置成傾斜，所以能夠在閉合曲面140L和140R內(nèi)滿意地再現(xiàn)質(zhì)點在上下左右的全部方向上的傳播速度。在上述圖1中，即使省略了圖示，頭戴式耳機主體120L和120R也分別包括具有可插入外耳的開口部分的圓環(huán)形耳墊150。如圖4所示，上述揚聲器陣列130的多個揚聲器單元131被布置成沿著耳墊150的與收聽者的對接側(cè)相反的圓形端部150a。如圖5所示，在頭戴式耳機主體120L和120R中包括的揚聲器陣列130的多個揚聲器單元131被布置成具有間距Λ d[m]。當(dāng)最大再現(xiàn)頻率是fmax [Hz]時，間距Λ d[m]滿足以下公式(I)。在這一方面，c是聲速(大約為340m/s)。因此，能夠再現(xiàn)直到最大再現(xiàn)頻率fmax[Hz]的頻帶。AcKc/ (2.fmax) (I)通常，波場合成系統(tǒng)具有空間混疊的問題。混疊發(fā)生在將聲速除以間距的兩倍而得到的值的頻率處，并且基于空間采樣的概念來確定可再現(xiàn)的邊界頻率。例如，當(dāng)揚聲器單元被布置在5cm的間距處時，大約3.4kHz是空間混疊的頻率。相比于人類的聽覺頻帶20kHz，這是超低頻率?？臻g混疊頻率falias[Hz]被表示為以下公式(2)。falias=c/(2.Ad)*..(2)頻率的上限在縮減其間距時出現(xiàn)，這意味著從揚聲器單元131發(fā)出的聲壓減小。此外，存在空間混疊與聲壓之間的權(quán)衡關(guān)系，聲場難以在大空間中再現(xiàn)。然而，在頭戴式耳機裝置100中，由于揚聲器陣列130在外耳附近，因此，即使揚聲器單元131小，也可以向收聽者呈現(xiàn)足夠的聲壓。例如，在使用8mm的超小型揚聲器單元時，由于Ad=0.008m，所以空間混疊頻率falias是20kHz或更大，并且可以通過公式(2)再現(xiàn)足夠的聲場。圖6示出了頭戴式耳機主體120 (120L和120R)的電路的配置示例。將與揚聲器陣列130的每個揚聲器單兀131對應(yīng)的聲壓信號從聲壓信號輸出部160提供給頭戴式耳機主體120。如上所述，基于波場合成來生成聲壓信號。例如，可以通過用在每個揚聲器單元的一定位置處布置的麥克風(fēng)收集聲音來獲得聲壓信號。此外，例如，可以在諸如5.1聲道和
7.1聲道的多聲道信號中進行轉(zhuǎn)換處理來獲得聲壓信號。頭戴式耳機主體120具有數(shù)字濾波部121、D/A轉(zhuǎn)換器122和放大器電路123以及揚聲器陣列130。在數(shù)字濾波部121中執(zhí)行濾波器處理之后，經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換器122和放大器電路123將來自聲壓信號輸出部160的與每個揚聲器單元131對應(yīng)的聲壓信號提供給揚聲器陣列130。例如，數(shù)字濾波部121中的濾波處理是用于控制區(qū)域的濾波處理。在這種情況下，從揚聲器陣列130的每個揚聲器單兀131發(fā)出的聲音是處于比揚聲器單兀131的位置稍微更內(nèi)部的位置處的聲音，并且更不可能受到空間混疊的影響。此外，例如，數(shù)字濾波部121中的濾波處理是用于校正每個揚聲器單元131的特性的濾波處理。如上所述，在圖1所示的頭戴式耳機裝置100中，使用波場合成，通過在頭戴式耳機主體120L和120R中包括的揚聲器陣列130，在外耳附近的閉合曲面140L和140R內(nèi)再現(xiàn)聲場。因此，由于在個體的耳朵中發(fā)生混響或衍射效應(yīng)，所以由個體差異所導(dǎo)致的影響不太可能發(fā)生在虛擬聲場再現(xiàn)中。換言之，相比于揚聲器再現(xiàn)，利用簡單的頭戴式耳機類型的系統(tǒng)可以消除個體差異。此外，在圖1所示的頭戴式耳機裝置100中，在頭戴式耳機主體120L和120R中包括的揚聲器陣列130具有多個揚聲器單兀131,多個揚聲器單兀131被布置成圍繞外耳。因此，揚聲器陣列130的形狀不遮擋收聽者的耳朵，從而自然能夠聽到外部聲音。因此，將虛擬聲場和實際世界的聲場結(jié)合(這在相關(guān)技術(shù)的頭戴式耳機裝置中是不可能的)的效果也可以存在，并且在戴上頭戴式耳機裝置的情況下，在兩個人之間也可以自然交流。<2.修改示例>此外，按照使得多個揚聲器單元131以圓圈方式被布置在包括在頭戴式耳機主體120L和120R中的揚聲器陣列130中的方式，說明以上實施例。然而，多個揚聲器單元131可以不以圓圈方式來布置，并且其可以被布置成橢圓形、方形或其它形狀。換言之，揚聲器單元可以被布置成圍繞外耳。此外，按照使得多個揚聲器單元131以單個圓圈方式被布置在包括在頭戴式耳機主體120L和120R中的揚聲器陣列130中的方式，說明以上實施例。然而，也可以考慮布置成兩個圓圈或三個圓圈的配置。附圖標(biāo)記列表100頭戴式耳機裝置110 頭帶120頭戴式耳機主體120L左側(cè)頭戴式耳機主體120R右側(cè)頭戴式耳機主體121數(shù)字濾波部122 D/A 轉(zhuǎn)換器123放大器電路130揚聲器陣列131揚聲器單兀140LU40R 閉合曲面150 耳墊150a圓形端部160聲壓信號輸出部
權(quán)利要求
1.一種頭戴式耳機裝置，包括: 揚聲器陣列，所述揚聲器陣列由多個揚聲器單兀構(gòu)成，所述多個揚聲器單兀被布置成圍繞外耳， 其中，所述揚聲器陣列使用波場合成，在所述外耳附近的閉合曲面內(nèi)再現(xiàn)聲場。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式耳機裝置， 其中，所述揚聲器陣列的所述多個揚聲器單元被布置成朝著所述閉合曲面向內(nèi)傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頭戴式耳機裝置，還包括: 圓環(huán)形耳墊，所述圓環(huán)形耳墊具有開口部分，所述外耳能夠被插入在所述開口部分中，并且 其中，所述揚聲器陣列的所述多個揚聲器單元被布置成沿著所述耳墊的與收聽者的對接側(cè)相反的圓形端部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式耳機裝置， 其中，當(dāng)最大再現(xiàn)頻率是fmax [Hz]且聲速是c[m/s]時,所述揚聲器陣列的所述多個揚聲器單元的間距AdDn]滿足以下公式:Δd〈c/(2. fmax)。
全文摘要
為了在虛擬聲場再現(xiàn)中使個體差異的影響最小并且還為了使得能夠自然聽見外部聲音。一種頭戴式耳機裝置，其中，左側(cè)頭戴式耳機單元和右側(cè)頭戴式耳機單元具有包括多個揚聲器單元的揚聲器陣列，多個揚聲器單元被布置為圍繞外耳。頭戴式耳機單元中的揚聲器陣列使用波前合成以在外耳附近的閉合曲面內(nèi)再現(xiàn)聲場。由個體差異導(dǎo)致的影響不太可能發(fā)生，這是因為揚聲器陣列通過波前合成在外耳附近的閉合曲面內(nèi)再現(xiàn)聲場，且因為在每個個體的耳朵中發(fā)生混響和衍射效應(yīng)。此外，揚聲器陣列包括被布置成圍繞外耳的多個揚聲器單元，并揚聲器陣列的形狀不遮擋收聽者的耳朵，這使得能夠自然聽見外部聲音。
文檔編號H04S7/00GK103155594SQ20118004980
公開日2013年6月12日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者今譽 申請人:索尼公司