本發(fā)明涉及一種振動音頻裝置、振動音頻輸出方法和振動音頻程序。更具體地，本發(fā)明涉及使得收聽者能夠?qū)穆曇粼摧敵龅穆曇舾兄鳛檎駝拥恼駝右纛l裝置、振動音頻輸出方法和振動音頻程序。

背景技術(shù)：

已提出了揚聲器配置于車輛座椅中以提高車輛內(nèi)部的聲音效果的許多座椅音響系統(tǒng)(例如，參見專利文獻(xiàn)1和2)。典型的座椅音響系統(tǒng)包括配置于座椅的頭枕附近并且可以再現(xiàn)從低域到高域的寬音域聲音的全音域揚聲器、以及配置于座椅的中部或下部并且可以主要再現(xiàn)低頻聲音的超低音音箱。

通過以嵌入座椅中的方式配置超低音音箱，座椅根據(jù)音樂的低頻信號的電平而振動，并且該振動被傳遞至收聽者。聲音和振動的組合可以向收聽者提供更高的臨場感。嵌入座椅中的超低音音箱的典型示例包括使用紙盆等的動態(tài)式揚聲器和通過使接觸面振動來輸出聲音的激勵器。

此外，通過從聲音源輸出各種類型的警告聲音，這種超低音音箱不僅可使用聲音(警告聲音)向收聽者給予聽覺警告，而且還可以使用振動向收聽者給予觸覺警告。因而，可以提高收聽者識別警告的程度。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2007-65038

專利文獻(xiàn)2：日本特開2008-72165

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

然而，在超低音音箱嵌入座椅中以使得收聽者感知到音頻輸出和振動的座椅音響系統(tǒng)的情況下，從超低音音箱輸出的聲音在從座椅的內(nèi)部向表面?zhèn)魉偷耐局汹呌诖蠓p，并且振動成分也趨于大幅衰減。由于該原因，超低音音箱需要輸出高電平的音頻信號，使得坐在座椅上的收聽者充分感知到振動。然而，輸出高電平的音頻信號需要放大率高且輸出大的功率放大器，這樣不利地導(dǎo)致電力消耗增加且成本上升。

特別地，使用振動來給予警告需要產(chǎn)生大的振動，使得坐在座椅上的人可靠地知曉該警告。結(jié)果，電力消耗進(jìn)一步增加且成本進(jìn)一步上升。

同樣，在超低音音箱配置于除能夠傳遞振動的座椅以外的構(gòu)件中的情況下，在收聽者感知到振動之前，聲音的輸出(振動)不利地大幅衰減。

本發(fā)明是有鑒于上述問題而作出的，并且本發(fā)明的目的是提供在將從聲音源輸出的音頻信號以振動形式傳遞至收聽者的情況下、可以在降低信號的輸出電平并減少電力消耗的同時輸出收聽者可以感知到的振動的振動音頻裝置、振動音頻輸出方法和振動音頻程序。

用于解決問題的方案

為了解決上述問題，本發(fā)明的一個方面的一種振動音頻裝置，其特征在于，包括：包絡(luò)線檢測部，其被配置為通過獲得從聲音源輸出的音頻信號的振幅的絕對值、然后對所述絕對值進(jìn)行積分處理，來檢測包絡(luò)線信號；振動傳遞構(gòu)件，其設(shè)置有用于輸出所述音頻信號的低頻輸出揚聲器，并且被配置為使得收聽者能夠感知從所述低頻輸出揚聲器所輸出的低頻聲音的振動；以及頻率轉(zhuǎn)換部，其被配置為通過將所述包絡(luò)線信號乘以正弦波來生成基于諧振頻率進(jìn)行了頻率轉(zhuǎn)換處理的音頻信號，其中所述諧振頻率是根據(jù)所述振動傳遞構(gòu)件中所設(shè)置的所述低頻輸出揚聲器的脈沖響應(yīng)而獲得的，所述正弦波具有與所述諧振頻率相同的頻率，其中，從所述低頻輸出揚聲器輸出由所述頻率轉(zhuǎn)換部進(jìn)行了所述頻率轉(zhuǎn)換處理的音頻信號。

本發(fā)明的另一方面的一種振動音頻輸出方法，其特征在于，包括以下步驟：包絡(luò)線檢測步驟，用于利用包絡(luò)線檢測部，通過獲得從聲音源輸出的音頻信號的振幅的絕對值、然后對所述絕對值進(jìn)行積分處理，來檢測包絡(luò)線信號；頻率轉(zhuǎn)換步驟，用于利用頻率轉(zhuǎn)換部，通過將所述包絡(luò)線信號乘以正弦波來生成基于諧振頻率進(jìn)行了頻率轉(zhuǎn)換處理的音頻信號，其中所述諧振頻率是根據(jù)被配置為使得收聽者能夠感知低頻聲音的振動的振動傳遞構(gòu)件中所設(shè)置的低頻輸出揚聲器的脈沖響應(yīng)而獲得的，所述正弦波具有與所述諧振頻率相同的頻率；以及音頻信號輸出步驟，用于利用所述低頻輸出揚聲器，輸出在所述頻率轉(zhuǎn)換步驟中進(jìn)行了所述頻率轉(zhuǎn)換處理的音頻信號。

本發(fā)明的又一方面的一種振動音頻裝置所用的振動音頻程序，所述振動音頻裝置用于通過從振動傳遞構(gòu)件中所設(shè)置的低頻輸出揚聲器輸出低頻聲音，使得收聽者能夠經(jīng)由所述振動傳遞構(gòu)件感知所述低頻聲音的振動，其特征在于，所述振動音頻程序使所述振動音頻裝置進(jìn)行以下功能：包絡(luò)線檢測功能，用于使包絡(luò)線檢測部通過獲得從聲音源輸出的音頻信號的振幅的絕對值、然后對所述絕對值進(jìn)行積分處理，來檢測包絡(luò)線信號；頻率轉(zhuǎn)換功能，用于使頻率轉(zhuǎn)換部通過將所述包絡(luò)線信號乘以正弦波來生成基于諧振頻率進(jìn)行了頻率轉(zhuǎn)換處理的音頻信號，其中所述諧振頻率是根據(jù)所述低頻輸出揚聲器的脈沖響應(yīng)所獲得的，所述正弦波具有與所述諧振頻率相同的頻率；以及音頻信號輸出功能，用于使所述低頻輸出揚聲器輸出由所述頻率轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行了所述頻率轉(zhuǎn)換處理的音頻信號。

振動音頻裝置、振動音頻輸出方法和振動音頻裝置所用的振動音頻程序基于振動傳遞構(gòu)件中所配置的低頻輸出揚聲器的諧振頻率來對從該低頻輸出揚聲器輸出的低頻聲音進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，因而可以有效地增大低頻聲音的信號電平。結(jié)果，可以通過使用諧振頻率進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換來增大經(jīng)由振動傳遞構(gòu)件傳遞至收聽者的振動。因而，在使收聽者感知到與傳統(tǒng)振動相同的振動的情況下，可以使從低頻輸出揚聲器輸出的低頻聲音的信號電平與傳統(tǒng)的信號電平相比降低，并且可以大幅減少放大器等的電力量。

此外，收聽者能夠?qū)牡皖l輸出揚聲器輸出的低頻聲音感知作為振動，并且可以通過基于諧振頻率進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換來增大該振動。因而，例如，在向收聽者給予警告等的情況下，可以使用聲音和振動來向收聽者給予警告等。

所述振動音頻裝置還可以包括：失真度測量部，其被配置為基于通過在改變具有與所述諧振頻率相同的頻率的正弦波的信號電平的情況下使所述低頻輸出揚聲器輸出所述正弦波、然后通過收集所述正弦波而獲得的低頻聲音，通過從所述低頻聲音的全頻域的信號成分中去除諧振頻率的信號成分來獲得失真成分，并且通過根據(jù)改變后的信號電平而計算諧振頻率的信號成分相對于所述失真成分的比例來測量所述低頻輸出揚聲器的失真度；以及動態(tài)范圍壓縮部，其被配置為基于所述失真度測量部所測量到的失真度來針對各個諧振頻率降低所述包絡(luò)線信號的信號電平，使得從所述低頻輸出揚聲器所輸出的低頻聲音的信號電平變?yōu)榈扔诨虻陀谒龅皖l輸出揚聲器能夠再現(xiàn)的信號電平的上限，其中，所述頻率轉(zhuǎn)換部對由所述動態(tài)范圍壓縮部降低了信號電平的包絡(luò)線信號進(jìn)行所述頻率轉(zhuǎn)換處理。

所述振動音頻輸出方法還可以包括：失真度測量步驟，用于利用失真度測量部，基于通過在改變具有與所述諧振頻率相同的頻率的正弦波的信號電平的情況下使所述低頻輸出揚聲器輸出所述正弦波、然后通過收集所述正弦波而獲得的低頻聲音，通過從所述低頻聲音的全頻域的信號成分中去除諧振頻率的信號成分來獲得失真成分，并且通過根據(jù)改變后的信號電平而計算諧振頻率的信號成分相對于所述失真成分的比例來測量所述低頻輸出揚聲器的失真度；以及動態(tài)范圍壓縮步驟，用于利用動態(tài)范圍壓縮部，基于在所述失真度測量步驟中所測量到的失真度來針對各個諧振頻率降低所述包絡(luò)線信號的信號電平，使得從所述低頻輸出揚聲器所輸出的低頻聲音的信號電平變?yōu)榈扔诨虻陀谒龅皖l輸出揚聲器能夠再現(xiàn)的信號電平的上限，其中，在所述頻率轉(zhuǎn)換步驟中，所述頻率轉(zhuǎn)換部對在所述動態(tài)范圍壓縮步驟中降低了信號電平的包絡(luò)線信號進(jìn)行所述頻率轉(zhuǎn)換處理。

所述振動音頻裝置所用的振動音頻程序可以使所述振動音頻裝置還進(jìn)行以下功能：失真度測量功能，用于使失真度測量部基于通過在改變具有與所述諧振頻率相同的頻率的正弦波的信號電平的情況下使所述低頻輸出揚聲器輸出所述正弦波、然后通過收集所述正弦波而獲得的低頻聲音，通過從所述低頻聲音的全頻域的信號成分中去除諧振頻率的信號成分來獲得失真成分，并且通過根據(jù)改變后的信號電平而計算諧振頻率的信號成分相對于所述失真成分的比例來測量所述低頻輸出揚聲器的失真度；以及動態(tài)范圍壓縮功能，用于使動態(tài)范圍壓縮部基于所述失真度測量功能所測量到的失真度來針對各個諧振頻率降低所述包絡(luò)線信號的信號電平，使得從所述低頻輸出揚聲器所輸出的低頻聲音的信號電平變?yōu)榈扔诨虻陀谒龅皖l輸出揚聲器能夠再現(xiàn)的信號電平的上限，其中，所述頻率轉(zhuǎn)換功能使所述頻率轉(zhuǎn)換部對利用所述動態(tài)范圍壓縮功能降低了信號電平的包絡(luò)線信號進(jìn)行所述頻率轉(zhuǎn)換處理。

上述的振動音頻裝置、振動音頻輸出方法和振動音頻裝置所用的振動音頻程序基于諧振頻率的信號成分來測量低頻輸出揚聲器的失真度。然后，振動音頻裝置等基于失真度來針對各諧振頻率降低包絡(luò)線信號的電平，以使得從低頻輸出揚聲器輸出的低頻聲音的信號電平變?yōu)榈扔诨虻陀谠摰皖l輸出揚聲器可以再現(xiàn)的信號電平的上限，然后對音頻信號進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。因而，可以防止輸出信號電平超過低頻輸出揚聲器的再現(xiàn)能力的低頻聲音。結(jié)果，可以有效地防止從低頻輸出揚聲器輸出的低頻聲音發(fā)生失真和/或低頻輸出揚聲器發(fā)生燒損。

在振動音頻裝置、振動音頻輸出方法和振動音頻裝置所用的振動音頻程序中，所述振動傳遞構(gòu)件可以是所述收聽者坐著的椅子。

通過使用收聽者坐著的椅子作為振動傳遞構(gòu)件，收聽者始終與用于以振動形式傳遞低頻聲音的振動傳遞構(gòu)件相接觸。因而，可以可靠地向收聽者傳遞振動。此外，坐在椅子上的收聽者可以經(jīng)由座部或靠背部等的更寬表面來感知振動，因而可以更可靠地感知到振動。

發(fā)明的效果

本發(fā)明的振動音頻裝置、振動音頻輸出方法和振動音頻裝置所用的振動音頻程序基于振動傳遞構(gòu)件中所配置的低頻輸出揚聲器的諧振頻率來對從該低頻輸出揚聲器輸出的低頻聲音進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，并且可以有效地增大低頻聲音的信號電平。結(jié)果，可以通過使用諧振頻率進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換來增大經(jīng)由振動傳遞構(gòu)件傳遞至收聽者的振動。因而，在使收聽者感知到與傳統(tǒng)振動相同的振動的情況下，可以使從低頻輸出揚聲器輸出的低頻聲音的信號電平與傳統(tǒng)的信號電平相比降低，并且可以大幅減少放大器等的電力量。

此外，收聽者能夠?qū)牡皖l輸出揚聲器輸出的低頻聲音感知作為振動，并且可以通過基于諧振頻率進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換來增大該振動。因而，例如，在向收聽者給予警告等的情況下，可以使用聲音和振動來向收聽者給予警告等。

附圖說明

圖1是示出本實施例的座椅音響系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)的框圖。

圖2是示出本實施例的第一揚聲器、第二揚聲器和超低音音箱配置于座椅中的狀態(tài)的圖。

圖3是示出本實施例的第二音頻處理部的示意結(jié)構(gòu)的框圖。

圖4(a)是示出本實施例的低通濾波器的示例的頻率特性的圖，并且(b)是示出在將來自本實施例的聲音源的音頻信號再現(xiàn)作為音樂的情況下、包絡(luò)線檢測部的低通濾波器的頻率特性的示例的圖。

圖5(a)是示出輸入至本實施例的包絡(luò)線檢測部的下采樣信號(downsampled signal)的波形的圖，并且(b)是示出在包絡(luò)線檢測部檢測到絕對值的情況下所獲得的絕對值檢測信號的波形和通過使用低通濾波器進(jìn)行濾波所獲得的低通濾波器輸出信號的波形的圖。

圖6是示出本實施例的下采樣信號、絕對值檢測信號和低通濾波器輸出信號的頻率特性的圖。

圖7是示出本實施例的超低音音箱所獲得的脈沖響應(yīng)的頻率特性的圖。

圖8(a)是示出輸入至第二功率放大器的音頻信號的電平的變化的圖，(b)是示出(a)中的音頻信號的頻率特性的圖，(c)是示出使用座椅的表面附近的麥克風(fēng)所收集到的信號聲音的電平的變化的圖，并且(d)是示出所收集到的信號聲音的頻率特性的圖。

圖9(a)是示出輸入至第二功率放大器的其它音頻信號的電平的變化的圖，(b)是示出(a)中的音頻信號的頻率特性的圖，(c)是示出使用座椅的表面附近的麥克風(fēng)所收集到的信號聲音的電平的變化的圖，并且(d)是示出所收集到的信號聲音的頻率特性的圖。

圖10是示出不同于圖3所示的第二音頻處理部的結(jié)構(gòu)的其它第二音頻處理部的示意結(jié)構(gòu)的框圖，其中在該其它第二音頻處理部中，在包絡(luò)線檢測部和頻率轉(zhuǎn)換部之間配置與頻率轉(zhuǎn)換部的配置個數(shù)n相對應(yīng)的n個動態(tài)范圍壓縮部。

圖11是示出本實施例的針對所有成分的信號成分、一次成分的信號成分、失真成分的信號成分和失真度的測量結(jié)果的示例的圖。

圖12(a)和(b)包括示出所輸入的音頻信號的振幅的圖(上部圖)、以及示出一次成分和失真成分與全頻域的信號成分的關(guān)系的圖，其中：(a)示出所輸入的音頻信號的電平低的情況，并且(b)示出所輸入的音頻信號的電平高的情況。

圖13是示出本實施例的第一動態(tài)范圍壓縮部基于第一電平轉(zhuǎn)換部所設(shè)置的查找表而降低的信號電平的轉(zhuǎn)換特性的圖。

圖14是示出基于輸入至第二功率放大器的音頻信號的信號電平的值的、在從本實施例的聲音源單元輸出的音頻信號的電平高的情況下在動態(tài)范圍壓縮部進(jìn)行壓縮處理時的信號電平變化和在動態(tài)范圍壓縮部不進(jìn)行壓縮處理時的信號電平變化的圖。

具體實施方式

以下將使用座椅音響系統(tǒng)作為示例來詳細(xì)說明本發(fā)明的振動音頻裝置。圖1是示出座椅音響系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)的框圖。

座椅音響系統(tǒng)100包括聲音源部(聲音源)110、第一音頻處理部120、第一功率放大器130、第一揚聲器140L、第二揚聲器140R、第二音頻處理部200、第二功率放大器150和超低音音箱(低頻輸出揚聲器)160。座椅音響系統(tǒng)100還包括麥克風(fēng)310、脈沖響應(yīng)測量部320和失真度測量部330。

聲音源部110將L通道和R通道的音頻信號輸出至第一音頻處理部120和第二音頻處理部200。聲音源部110不必輸出正常音樂的音頻信號，并且例如可以輸出移動電話鈴聲或各種類型的警告聲音。例如，如果使用座椅音響系統(tǒng)100作為車載音頻系統(tǒng)，則聲音源部110可以與儀表板上的警告顯示連動地輸出警告聲音作為音頻信號，或者可以在車外障礙物檢測器檢測到障礙物的情況下輸出檢測警告聲音作為音頻信號。聲音源部110不限于諸如CD或DVD等的具有再現(xiàn)音頻信號的功能的裝置，并且可以是具有如下功能的聲音源部：例如經(jīng)由外部輸入端子獲取其它裝置所輸出(再現(xiàn))的音頻信號，并且將這些音頻信號輸出至至少第二音頻處理部200等。

第一音頻處理部120對從聲音源部110獲取到的音頻信號進(jìn)行諸如音量調(diào)節(jié)等的處理。例如，第一音頻處理部120是用于進(jìn)行所接收到的音頻信號的音量調(diào)節(jié)的音量調(diào)節(jié)裝置、或者用于根據(jù)收聽者的偏好來進(jìn)行音場校正等的均衡器。在進(jìn)行諸如音量調(diào)節(jié)等的音頻處理之后，第一音頻處理部120將如此得到的音頻信號輸出至第一功率放大器130。

第一功率放大器130放大從第一音頻處理部120接收到的音頻信號，并且將如此得到的音頻信號輸出至第一揚聲器140L和第二揚聲器140R。第一揚聲器140L和第二揚聲器140R是能夠輸出從低域到高域的寬音域信號的全音域揚聲器。

圖2(a)和(b)示出第一揚聲器140L、第二揚聲器140R和超低音音箱160配置于座椅(振動傳遞構(gòu)件、椅子)170中的狀態(tài)的示例。座椅170的目的是以聲音方式向坐著的收聽者提供音樂等，并且使得收聽者能夠基于音樂等的低頻成分感知到振動。座椅170包括頭枕部171、靠背部(振動傳遞構(gòu)件)172和座部173。

如圖2(a)和(b)所示，第一揚聲器140L和第二揚聲器140R以在收聽者的左右耳附近的方式配置于座椅170的頭枕部171中。通過將第一揚聲器140L和第二揚聲器140R配置于這些位置，收聽者能夠從左右方向收聽L通道和R通道的音頻信號。

座部173被構(gòu)造成從下方支撐坐著的收聽者，并且其靠背部172是以可傾斜的方式安裝的。

靠背部172內(nèi)具有超低音音箱160，以使得坐在座椅170上的收聽者可以感知到音頻輸出的振動。例如，如圖2所示，將超低音音箱160配置于收聽者的腰部周圍使得振動能夠從腰部傳遞至背部。在本實施例中，使用激勵器作為超低音音箱160的示例。

收聽者可以根據(jù)他或她的偏好來調(diào)節(jié)靠背部172的傾斜角度?？勘巢?72被構(gòu)造成支撐收聽者的背部，而靠背部172的上部所安裝的頭枕部171被構(gòu)造成支撐收聽者的頭部。因而，在收聽者坐在座椅170上的狀態(tài)下第一揚聲器140L、第二揚聲器140R和超低音音箱160輸出音頻信號的情況下，收聽者可以收聽來自左耳附近所配置的第一揚聲器140L的L通道的音頻信號、來自右耳附近所配置的第二揚聲器140R的R通道的音頻信號和來自超低音音箱160的低頻率的音頻信號作為聲音，并且可以經(jīng)由靠背部172感知到該音頻信號作為振動。

第二音頻處理部200從聲音源部110所接收到的音頻信號中僅提取低頻成分，并且對所提取的低頻率的音頻信號進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。后面將說明第二音頻處理部200的具體結(jié)構(gòu)和由此進(jìn)行的處理。第二音頻處理部200將如此得到的低頻率的音頻信號輸出至第二功率放大器150。

第二功率放大器150放大從第二音頻處理部200接收到的音頻信號，然后將如此得到的音頻信號輸出至超低音音箱160。

圖3是示出第二音頻處理部200的示意結(jié)構(gòu)的框圖。第二音頻處理部200包括單聲道部201、下采樣部202、音量調(diào)節(jié)部203、包絡(luò)線檢測部204、n個頻率轉(zhuǎn)換部205(第一頻率轉(zhuǎn)換部205-1、第二頻率轉(zhuǎn)換部205-2、…、第n頻率轉(zhuǎn)換部205-n)、合成部206和上采樣部207。

單聲道部201將從聲音源部110接收到的L通道和R通道的音頻信號合成為單聲道信號。單聲道部201將單聲道化的音頻信號輸出至下采樣部202。

下采樣處理

為了減少音量調(diào)節(jié)部203、包絡(luò)線檢測部204、頻率轉(zhuǎn)換部205和合成部206中的信號處理運算的量，下采樣部202使單聲道化的音頻信號通過低通濾波器，然后通過降低采樣頻率來對如此得到的信號進(jìn)行間隔剔除。如從以上看出，下采樣部202通過對信號進(jìn)行間隔剔除來減少要處理的音頻信號的數(shù)據(jù)量?；趶某鸵粢粝?60輸出的音頻信號中的聲音源的頻率范圍來設(shè)置下采樣部202的低通濾波器的截止頻率。

圖4(a)是示出本實施例的下采樣部202所使用的低通濾波器的示例的頻率特性的圖。如圖4(a)所示，本實施例的下采樣部202使用1,024抽頭的FIR濾波器作為低通濾波器，并且將截止頻率設(shè)置為150Hz。在使用圖4(a)所示的低通濾波器對音頻信號進(jìn)行濾波之后，下采樣部202將下采樣數(shù)設(shè)置為32并且利用降低了的采樣頻率來對如此得到的音頻信號進(jìn)行間隔剔除。因而，利用44.1kHz的采樣頻率進(jìn)行采樣后的音頻信號被下采樣為1.38kHz。

音量調(diào)節(jié)處理

音量調(diào)節(jié)部203控制下采樣后的音頻信號的音量。收聽者可以通過使用音量調(diào)節(jié)部203控制音量來將從超低音音箱160輸出的低頻信號的電平控制為期望電平。

包絡(luò)線檢測處理

包絡(luò)線檢測部204通過檢測音量調(diào)節(jié)部203進(jìn)行了音量調(diào)節(jié)的音頻信號的絕對值、然后使用低通濾波器對該絕對值進(jìn)行積分(濾波)，來檢測音頻信號的包絡(luò)線。

圖4(b)示出在將來自聲音源部110的音頻信號再現(xiàn)作為音樂的情況下、包絡(luò)線檢測部204的低通濾波器的頻率特性的示例。圖4(b)所示的低通濾波器是256抽頭的FIR濾波器，并且截止頻率被設(shè)置為20Hz。

圖5(a)示出輸入至包絡(luò)線檢測部204的信號(下采樣部202進(jìn)行了下采樣并且音量調(diào)節(jié)部203進(jìn)行了音量調(diào)節(jié)的信號)的波形。圖5(b)示出通過使用包絡(luò)線檢測部204檢測絕對值所獲得的信號(絕對值檢測信號)和通過使用低通濾波器對絕對值進(jìn)行積分(濾波)所獲得的信號(低通濾波器輸出信號)的波形。圖6示出下采樣信號、絕對值檢測信號和低通濾波器輸出信號的頻率特性。

如圖5(a)、(b)和6所示，包絡(luò)線檢測部204通過對所接收到的下采樣信號進(jìn)行處理以檢測絕對值檢測信號、然后生成低通濾波器輸出信號，來檢測包絡(luò)線信號。圖6所示的包絡(luò)線信號(低通濾波器輸出信號)表示已檢測到20Hz以下的音頻信號作為基帶信號。

頻率轉(zhuǎn)換處理

頻率轉(zhuǎn)換部205基于諧振頻率來對用作基帶信號的包絡(luò)線信號進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。頻率轉(zhuǎn)換部205所使用的諧振頻率是基于圖1所示的脈沖響應(yīng)測量部320所測量到的脈沖響應(yīng)的頻率狀態(tài)(更具體為峰頻率)來確定的。

圖7示出通過使用麥克風(fēng)310測量從用作超低音音箱160的激勵器輸出的音頻信號(脈沖信號)所獲得的脈沖響應(yīng)的頻率特性的示例。通過使用麥克風(fēng)310測量從超低音音箱160輸出的音頻信號的脈沖響應(yīng)，可以測量超低音音箱160和靠背部172的表面之間的聲音再現(xiàn)特性。圖7示出通過對所測量到的脈沖響應(yīng)進(jìn)行頻率變換所獲得的頻率特性。

圖7表明在聲音再現(xiàn)特性中檢測到了信號電平高并且用作諧振頻率的兩個峰頻率。在本實施例中，將28Hz的第一峰頻率稱為第一諧振頻率(n＝1的諧振頻率)，并且將56Hz的第二峰頻率稱為第二諧振頻率(n＝2的諧振頻率)。

將第一頻率轉(zhuǎn)換部205-1的諧振頻率設(shè)置為28Hz的第一諧振頻率。將第二頻率轉(zhuǎn)換部205-2的諧振頻率設(shè)置為56Hz的第二諧振頻率。

第一頻率轉(zhuǎn)換部205-1將包絡(luò)線檢測部204所檢測到的基帶信號(包絡(luò)線信號)乘以與諧振頻率相同的28Hz的正弦波，由此生成強(qiáng)調(diào)28Hz的諧振頻率的低頻信號。第二頻率轉(zhuǎn)換部將包絡(luò)線檢測部204所檢測到的基帶信號(包絡(luò)線信號)乘以與諧振頻率相同的56Hz的正弦波，由此生成強(qiáng)調(diào)56Hz的諧振頻率的低頻信號。

在本實施例中，如圖7所示，檢測到兩個頻率28Hz和56Hz作為諧振頻率。由于該原因，說明了設(shè)置第一頻率轉(zhuǎn)換部205-1和第二頻率轉(zhuǎn)換部205-2這兩個(n＝2)頻率轉(zhuǎn)換部作為頻率轉(zhuǎn)換部205的情況作為示例。然而，如果檢測到用作諧振頻率的n個峰，則n個頻率轉(zhuǎn)換部205-1～205-n基于n個諧振頻率來進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。

合成處理

合成部206對由n個頻率轉(zhuǎn)換部205頻率轉(zhuǎn)換后的基帶信號進(jìn)行合成。合成部206通過將各個頻率轉(zhuǎn)換部205(第一頻率轉(zhuǎn)換部205-1～第n頻率轉(zhuǎn)換部205-n)進(jìn)行了頻率轉(zhuǎn)換的信號相加來對基帶信號進(jìn)行合成。由于該合成處理，將被頻率轉(zhuǎn)換成與各個諧振頻率相對應(yīng)的信號合成為一個信號。本發(fā)明的“頻率轉(zhuǎn)換處理”是指包括頻率轉(zhuǎn)換部205所進(jìn)行的頻率轉(zhuǎn)換和合成部206所進(jìn)行的合成處理這兩個處理的處理。合成部206將合成后的低頻信號輸出至上采樣部207。

上采樣處理(Upsampling Process)

上采樣部207將與上采樣數(shù)相對應(yīng)的零插入到從合成部206接收到的信號中，然后使用與下采樣單元的低通濾波器相同的低通濾波器來去除混疊成分。例如，在上采樣數(shù)是32的情況下，將1.38kHz的采樣頻率轉(zhuǎn)換成與從聲音源部110輸出的音頻信號的采樣頻率相同的44.1kHz。

圖8(a)示出輸入至第二功率放大器150的音頻信號(上采樣部207進(jìn)行了上采樣的音頻信號)的電平的變化。圖8(b)示出圖8(a)中的音頻信號的頻率特性。圖8(c)示出座椅170的表面附近的麥克風(fēng)310所收集到的信號聲音的電平的變化。圖8(d)示出所收集到的信號聲音的頻率特性。圖8(a)～(d)所示的“未控制”信號表示在未由頻率轉(zhuǎn)換部205進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的情況下輸出至第二功率放大器150的低頻信號；“控制”信號表示頻率轉(zhuǎn)換部205使用28Hz的諧振頻率進(jìn)行了頻率轉(zhuǎn)換的信號。

如圖8(a)和(b)所示，輸入至第二功率放大器150的控制和未控制的音頻信號的電平大致相同。然而，從超低音音箱160所輸出的然后在座椅170的表面附近收集到的信號聲音的電平(圖8(c)和(d))之間的比較表明未控制信號的電平與控制信號相比低了20dB以上。即，基于座椅170的表面的振動狀態(tài)之間的比較，判斷為使用諧振頻率進(jìn)行了頻率轉(zhuǎn)換的信號的振動電平高了20dB以上。

因此，在未控制信號的情況下，除非輸出了電平比控制信號的電平高20dB以上的未控制信號，否則坐在座椅170上的收聽者不能感知到與控制信號的振動相同的振動。換句話說，在控制信號的情況下，即使在輸出了電平低于未控制信號的電平的控制信號的情況下，收聽者也可以感知到充分的振動。因而，可以減少第二功率放大器150的輸出，并由此實現(xiàn)大幅省電。

與圖8(a)～(d)相同，圖9(a)～(d)示出輸入至第二功率放大器150的音頻信號的電平變化(圖9(a))和頻率特性(圖9(b))、以及麥克風(fēng)310所收集到的信號聲音的電平變化(圖9(c))和頻率特性(圖9(d))。注意，圖9(a)～(d)所示的控制信號與圖8(a)～(d)的控制信號的不同之處在于已使用28Hz的諧振頻率和56Hz的諧振頻率對信號進(jìn)行了頻率轉(zhuǎn)換。圖9(a)和(d)中的28Hz和56Hz處的信號電平與圖8(a)和(d)中的信號電平相比已下降了6dB。該降低處理是考慮到以下所進(jìn)行的：在使用兩個諧振頻率來進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換、然后合成部206進(jìn)行合成處理的情況下，與使用僅一個諧振頻率進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換、然后進(jìn)行合成處理的情況相比，信號電平有所增大。

如圖9(c)和(d)所示，在使用利用兩個諧振頻率進(jìn)行了頻率轉(zhuǎn)換的音頻信號來檢測座椅170的表面附近的振動狀態(tài)的情況下，檢測到控制信號的電平比未控制信號的電平高了17dB。如從以上看出，在使用多個諧振頻率來進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的情況下，收聽者可以充分感知到電平低于未控制信號的電平的控制信號的振動。因而，可以減少第二功率放大器150的輸出，并由此實現(xiàn)大幅省電。

如上所述，預(yù)先檢測超低音音箱160的諧振頻率，并且使用所檢測到的諧振頻率來對從超低音音箱160輸出的音頻信號進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。因而，收聽者能夠使用音頻信號的按諧振頻率的諧振來感知有所增大的低頻振動。結(jié)果，與不使用諧振頻率來進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的情況相比，可以減少信號輸出并且實現(xiàn)大幅省電。

在聲音源部110輸出音樂的音頻信號等的情況下，音頻信號的頻率特性趨于以各種方式改變。例如，如圖7所示，在根據(jù)脈沖響應(yīng)獲得頻率特性的情況下，可以獲得信號電平高的頻率作為諧振頻率；然而，在從超低音音箱160輸出音樂等的情況下，頻率特性大幅改變。結(jié)果，可以輸出除諧振頻率以外的頻率的信號電平作為峰，或者信號電平可能由于下降(dip)的發(fā)生而改變。

由于該原因，在不進(jìn)行基于諧振頻率的頻率轉(zhuǎn)換的情況下，從超低音音箱160輸出的振動的電平趨于依賴于從聲音源部110輸出的音樂(音樂信號)的特性，因而趨于大幅改變。因而，頭枕部171中所配置的全音域揚聲器(第一揚聲器140L和第二揚聲器140R)所再現(xiàn)的低頻聲音的量和從超低音音箱160輸出的低頻振動的量可能不匹配。收聽者可能感覺到他或她正收聽的聲音與他或她正接收的振動之間的差異。

為了消除這種聲音-振動差異，通過使用超低音音箱160的諧振頻率對低頻率的音頻信號進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換來控制振動。由于該頻率轉(zhuǎn)換處理，收聽者能夠感知到不依賴于從聲音源輸出的音樂信號的頻率特性的變化并且與信號的振動特性相對應(yīng)的振動。通過如上所述利用使用諧振頻率的頻率轉(zhuǎn)換對低頻信號進(jìn)行控制，收聽者能夠感知到與全音域揚聲器所再現(xiàn)的聲音的量相對應(yīng)的振動(振動量)。

信號電平降低處理(動態(tài)范圍壓縮處理)

如上所述，通過基于諧振頻率進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，超低音音箱160能夠再現(xiàn)高電平信號。然而，如果超低音音箱160輸出了電平超過其再現(xiàn)能力的信號，則信號可能被削波并且發(fā)生失真。此外，如果信號電平變?yōu)榈扔诨蚋哂诔鸵粢粝?60的再現(xiàn)能力的上限，則音圈可能燒損。以下將說明如下情況：第二音頻處理部附加進(jìn)行用于根據(jù)信號電平來對動態(tài)范圍進(jìn)行壓縮的處理，以防止對電平超過超低音音箱160的再現(xiàn)能力的信號進(jìn)行再現(xiàn)。

圖10是示出與圖3所示的第二音頻處理部200的結(jié)構(gòu)不同的第二音頻處理部200a的示意結(jié)構(gòu)的框圖。在第二音頻處理部200a中，在包絡(luò)線檢測部204和頻率轉(zhuǎn)換部205之間配置與頻率轉(zhuǎn)換部205的配置數(shù)量n相對應(yīng)的n個動態(tài)范圍壓縮部208(第一動態(tài)范圍壓縮部208-1、第二動態(tài)范圍壓縮部208-2、…、第n動態(tài)范圍壓縮部208-n)。圖10所示的單聲道部201、下采樣部202、音量調(diào)節(jié)部203、包絡(luò)線檢測部204、頻率轉(zhuǎn)換部205、合成部206和上采樣部207與參考圖3所述的各組件相同，并且被賦予相同的附圖標(biāo)記。將不說明這些組件。

包絡(luò)線檢測部204將音頻信號輸出至第一動態(tài)范圍壓縮部208-1～第n動態(tài)范圍壓縮部208-n。動態(tài)范圍壓縮部208各自包括電平轉(zhuǎn)換部209(與第n動態(tài)范圍壓縮部208-n相對應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換部將被稱為第n電平轉(zhuǎn)換部209-n)和相乘部210(n個動態(tài)范圍壓縮部208中所配置的相乘部210具有相同的結(jié)構(gòu))。

電平轉(zhuǎn)換部209-1～209-n使用查找表來對相應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換部205-1～205-n的諧振頻率進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。相乘部210通過將音頻信號乘以電平轉(zhuǎn)換部209進(jìn)行了電平轉(zhuǎn)換的信號來調(diào)整(降低/壓縮)從包絡(luò)線檢測部204輸出的音頻信號的電平。通過如上所述設(shè)置電平轉(zhuǎn)換部209(209-1～209-n)并調(diào)整(降低/壓縮)諧振頻率的信號電平，預(yù)先降低了超過超低音音箱160的再現(xiàn)能力的音頻信號電平。因而，可以防止輸出聲音的失真或超低音音箱160的燒損等。

基于用于再現(xiàn)超低音音箱160的各個諧振頻率的能力來確定電平轉(zhuǎn)換部209的查找表?；趫D1所示的失真度測量部330所測量到的失真度來確定用作超低音音箱160的再現(xiàn)能力的上限的信號電平。失真度測量部330在改變正弦波的電平的同時，將頻率與諧振頻率相同的正弦波輸出至第二功率放大器150。然后，使用麥克風(fēng)310，失真度測量部330收集經(jīng)由第二功率放大器150從超低音音箱160輸出的低頻聲音，并且從所收集到的低頻聲音中檢測失真度?；谑д娑葋砼袛嘤米髟佻F(xiàn)能力的上限的信號電平。

圖11是示出諸如失真度等的測量結(jié)果的示例的圖。圖11示出在使用作為超低音音箱160的諧振頻率其中之一的56Hz的正弦波而使信號電平從-18dB改變?yōu)榱?dB并且將該信號電平輸出至第二功率放大器150的情況下的測量結(jié)果。圖11的橫軸所表示的信號電平在-18dB～0dB的范圍內(nèi)的原因在于該范圍與信號電平的可變范圍相對應(yīng)。圖11還示出基于失真度測量部330經(jīng)由麥克風(fēng)310所測量到的低頻聲音的、全頻域的信號成分的電平(圖11中的所有成分的值)和作為諧振頻率的56Hz的信號成分的電平(圖11中的一次成分的值)。圖11還示出通過從全頻域的信號成分(所有成分)中去除56Hz的信號成分(一次成分)所得到的信號成分作為失真成分。圖11還示出通過從一次成分中減去失真成分所獲得的失真度(注意，按分貝的相減與按線性值的分割相對應(yīng))。

圖12(a)和(b)包括示出所輸入的音頻信號的振幅的圖(上部圖)、以及示出包括一次成分和失真成分的全頻域的信號成分的頻率特性的圖(下部圖)。更具體地，圖12(a)示出在所輸入的音頻信號的電平低的情況下的、信號電平的振幅(圖12(a)的上部圖)和全頻域的信號成分的頻率特性(圖12(a)的下部圖)。圖12(b)示出在所輸入的音頻信號的電平高的情況下的、信號電平的振幅(圖12(b)的上部圖)和全頻域的信號成分的頻率特性(圖12(b)的下部圖)。

如圖12(a)和(b)的下部圖所示，失真成分是比表示一次成分的峰的56Hz高的頻率的信號成分，并且與信號電平大幅改變的范圍內(nèi)的信號成分相對應(yīng)。即，如圖12(a)和(b)的下部圖所示，提取出通過從全頻域的信號成分(所有成分)中去除56Hz的信號成分(一次成分)所得到的成分作為失真成分。

例如，將失真度為-10dB的信號電平定義為超低音音箱160的再現(xiàn)能力。在這種情況下，在圖11的縱軸所表示的失真度(dB)是-10dB的情況下，橫軸所表示的再現(xiàn)能力的信號電平是-11.5dB。用于對諧振頻率為56Hz的信號電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換的第一電平轉(zhuǎn)換部209-1以上限信號電平是-11.5dB的方式設(shè)置查找表。

圖13是示出第一動態(tài)范圍壓縮部208-1基于第一電平轉(zhuǎn)換部209-1所設(shè)置的查找表而降低的信號電平的轉(zhuǎn)換特性的圖。如圖13所示，輸入信號電平用作輸出信號電平，直到輸入信號電平變?yōu)?13.5dB為止，因此信號電平?jīng)]有降低。

然而，在輸入信號電平超過-13.5dB的情況下，開始信號降低處理。在輸入信號電平變?yōu)?dB(滿刻度)的情況下，輸入信號電平降低，使得輸出信號電平變?yōu)樽鳛楦鶕?jù)圖11所示的失真度所獲得的信號電平并且表示再現(xiàn)能力的-11.5dB。如從以上看出，根據(jù)基于失真度所定義的超低音音箱160的再現(xiàn)能力來設(shè)置查找表，并且動態(tài)范圍壓縮部208進(jìn)行信號電平降低處理(動態(tài)范圍壓縮處理)。由于這些降低處理，防止了從超低音音箱160要輸出的低頻聲音的信號電平超過超低音音箱160的再現(xiàn)能力的上限。因而，可以防止從超低音音箱160輸出的低頻聲音的失真、以及/或者可以防止超低音音箱160的燒損。

圖14示出基于輸入至第二功率放大器150的音頻信號的電平的、在從聲音源部110輸出的音頻信號的電平(音量)高的情況下在動態(tài)范圍壓縮部208進(jìn)行壓縮處理(圖14中的“降低”)時的信號電平變化和在動態(tài)范圍壓縮部208不進(jìn)行壓縮處理(圖14中的“未降低”)時的信號電平變化。具體地，圖14示出通過使圖8(a)所示的控制信號的電平的音量增加了11dB來使得信號電平已上升的情況。

如圖14所示，在“未降低”的情況下，動態(tài)范圍壓縮部208沒有使信號電平降低(受到限制)。因此，輸入至第二功率放大器150的音頻信號的電平高于作為超低音音箱160的再現(xiàn)能力的上限的-11.5dB。另一方面，在“降低”的情況下，動態(tài)范圍壓縮部208使信號電平降低(受到限制)。因此，輸入至第二功率放大器150的音頻信號的電平被限制在作為超低音音箱160的再現(xiàn)能力的上限的-11.5dB內(nèi)。因而，要從超低音音箱160輸出的低頻聲音的信號電平也被限制在超低音音箱160的再現(xiàn)能力的范圍(上限)內(nèi)。結(jié)果，可以有效地防止輸出聲音的失真和/或超低音音箱160的燒損。

如上所述，本實施例的座椅音響系統(tǒng)100基于超低音音箱160的諧振頻率來對要從超低音音箱160輸出的低頻聲音進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，因而可以有效地增加低頻聲音的振動。因而，容易地實現(xiàn)了第二功率放大器150的輸出的減少和大幅省電。

此外，本實施例的座椅音響系統(tǒng)100基于與各諧振頻率相對應(yīng)的信號成分(一次成分)來獲得失真度的變化，并且基于被設(shè)置為超低音音箱160的再現(xiàn)能力的上限的超低音音箱160的失真度來確定用作再現(xiàn)能力的上限的信號電平。通過確定用作上限的信號電平，座椅音響系統(tǒng)100設(shè)置電平轉(zhuǎn)換部209的查找表。使用所設(shè)置的電平轉(zhuǎn)換部209的查找表，座椅音響系統(tǒng)100降低從動態(tài)范圍壓縮部208輸出的音頻信號的電平。因此，通過基于諧振頻率來進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，可以防止從超低音音箱160輸出信號電平超過超低音音箱160的再現(xiàn)能力的低頻聲音。因而，可以有效地防止從超低音音箱160輸出的聲音(低頻聲音)的失真和/或超低音音箱160的燒損。

此外，本實施例的座椅音響系統(tǒng)100使得收聽者能夠?qū)⑤敵雎曇舾兄鳛檎駝印＠?，通過輸入與警告系統(tǒng)連動的警告聲音等作為聲音源部110的音頻信號，座椅音響系統(tǒng)100使得收聽者能夠收聽警告作為警告聲音，并且將警告感知作為振動。即，可以將音頻信號作為振動傳遞至收聽者，因而可以更有效地向收聽者通知警告。

此外，在本實施例的座椅音響系統(tǒng)100中，超低音音箱160配置于座椅170的靠背部172中。通過將超低音音箱160配置于座椅170中，坐在座椅170上的收聽者的背部始終與座椅170的靠背部172相接觸。因而，可以可靠地向收聽者傳遞振動。此外，坐在座椅170上的收聽者可以經(jīng)由靠背部172等的更寬面(振動傳遞面)感知振動，因而可以可靠地感知到振動。

盡管使用座椅音響系統(tǒng)100作為示例說明了根據(jù)本發(fā)明實施例的振動音頻裝置，但根據(jù)本發(fā)明的振動音頻裝置不限于本實施例。

在本實施例中，盡管座椅音響系統(tǒng)100的超低音音箱160配置于座椅170的靠背部172中，但超低音音箱160可以配置于其它位置，只要收聽者能夠?qū)⒌皖l聲頻感知作為振動即可。例如，超低音音箱160可以配置于座椅170的座部173或頭枕部171等中。此外，超低音音箱160僅必須配置在與收聽者的身體的一部分接觸并且可以傳遞振動的物體中。例如，超低音音箱160可以配置于車輛的方向盤、扶手或地墊中。

在圖13所示的示例中，隨著輸入信號從-13.5dB增加為0dB，輸出信號的電平緩和地降低，從而防止收聽者感覺到與輸出信號降低處理所引起的信號電平變化有關(guān)的不適感。然而，不必在該范圍內(nèi)進(jìn)行信號電平的降低。例如，輸入信號電平的降低不必從-13.5dB開始，并且可以從其它信號電平開始。通過設(shè)置更適當(dāng)?shù)慕档吞幚?，可以緩和收聽者的與降低處理所引起的輸出聲音的振動有關(guān)的不適感。

附圖標(biāo)記列表

100…座椅音響系統(tǒng)(振動音頻裝置)

110…聲音源部(聲音源)

120…第一音頻處理部

130…第一功率放大器

140L…第一揚聲器

140R…第二揚聲器

150…第二功率放大器

160…超低音音箱(低頻輸出揚聲器)

170…座椅(振動傳遞構(gòu)件、椅子)

171…頭枕部

172…靠背部(振動傳遞構(gòu)件)

173…座部

200,200a…第二音頻處理部

201…單聲道部

202…下采樣部

203…音量調(diào)節(jié)部

204…包絡(luò)線檢測部

205,205-1,…,205-n…頻率轉(zhuǎn)換部

206…合成部

207…上采樣部

208,208-1,…,208-n…動態(tài)范圍壓縮部

209,209-1,…,209-n…電平轉(zhuǎn)換部

210…相乘部

310…麥克風(fēng)

320…脈沖響應(yīng)測量部

330…失真度測量部