CN101263743A - 多声道音频信号的校正装置 - Google Patents

Abstract

提供一种能够削减与多声道音频再现装置连接的扬声器和/或放大器的设置工时的多声道音频信号的校正装置。多声道音频信号的校正装置(3)对经由网络(4)连接的扬声器模块(2)传输规定的测定用信号，并收集由此输出的测定用声音。校正装置(3)测定各个集音的测定用声音的传播延迟时间，并基于测定的各个传播延迟时间，估计对象扬声器模块(2)所具有的扬声器(21)的配置位置。校正装置(3)还基于估计的配置位置，对对象扬声器模块(2)分配输出声道，并基于测定的各传播延迟时间和分配的输出声道，生成用于校正扬声器模块(2)的输出的校正值，提供给对象扬声器模块(2)。

Description

多声道音频信号的校正装置

技术领域

本发明涉及多声道音频信号的校正装置，并涉及对使用经由网络连接的多个扬声器再现声音的多声道音频再现装置所使用的多声道音频信号进行校正的校正装置。

背景技术

以往，在多声道音频再现装置中，为了实现高质量的声场而提出各种方案。

例如图12所示，以往的多声道音频再现装置通过功率放大器102a～102e将从未图示的测定用信号产生部件产生的测定用信号进行放大，并从扬声器103a～103e作为声音输出来再现。以往的多声道音频再现装置还通过声场校正部件101来对基于“接近四点法”配置的麦克风104a～104d所收集的声音特性以及在未图示的控制器内设定的音量/延迟时间/混合比例进行比较，并通过该差信号来控制各声道的音量调节器、延迟器以及混合器(未图示)，由此，自动形成监听点(listening point)的最佳声场环境(例如，参照专利文献1)。

此外，如图13所示，以往的其它多声道音频再现装置通过切换部件112和扬声器/麦克风切换部件114从扬声器115a～115e选择扬声器，并在通过功率放大器113将从测定用信号产生部件111产生的测定用信号进行了放大之后，从选择了的扬声器输出。在本多声道音频再现装置中还通过扬声器/麦克风切换部件114将其它的扬声器115a～115e的输出连接到前置放大器117a～117e，通过这样连接的扬声器作为麦克风来接收从选择了的扬声器输出的测定用信号。各接收信号由前置放大器117a～117e放大之后，被输入到延迟时间测定部件118。此外，设置在后置扬声器(rear speaker)左(RL)和后置扬声器右(RR)的麦克风116a和116b分别接收从选择了的扬声器输出的测定用信号。各接收信号在由前置放大器117f和117g放大之后，被输入到延迟时间测定部件118。处理部件119由延迟时间测定部件118所测定的延迟时间来估计各扬声器的三维坐标，并由此求适当的收听位置，输出信号处理部件121对各声道的再现信号的延迟时间和电平以及混频比例进行控制，以便能够在求出的适当的收听位置或从收听位置输入部件120输入的收听位置再现最佳的声场(例如，参照专利文献2)。

专利文献1：特开2000-354300号公报

专利文献2：特开2003-250200号公报

发明内容

但是，在这样的以往的多声道音频再现装置中，需要将各扬声器的输出声道分配给例如前置右(以下为FR)/前置左(以下为FL)/前置中央(以下为FC)/后置右(以下为RR)/后置左(以下为RL)/超重低音扬声器(subwoofer)(以下为SW)等，并在将各扬声器配置到被分配了的位置上之后，连接到与分配的输出声道对应的放大输出系统。

从而，扬声器的数量越多则对各扬声器分配输出声道以及将输出声道和对应的放大输出系统进行连接就越复杂，其结果，存在工时增加，同时容易引起连接失误的问题。特别在车载多声道音频再现装置中，由于扬声器被嵌入车体的规定场所，因此工作复杂且容易引起连接失误，而且对于连接失误的修正也消耗工时。

本发明为了解决以往的问题而完成，其目的在于提供一种多声道音频信号的校正装置，能够减少与多声道音频再现装置连接的扬声器或/和放大器的设置工时。

为了实现上述目的，本发明的第一方面面向多声道音频信号的校正装置。本方面的校正装置包括：测定用信号产生部件，产生测定用信号；扬声器切换部件，将经由网络连接的多个扬声器模块之一选择作为对象扬声器模块，将由测定用信号产生部件产生的测定用信号传输到选择了的对象扬声器模块；多个集音部件，将对象扬声器模块按照输入测定用信号输出的声音作为测定用声音来收集；延迟时间测定部件，对由各集音部件收集的各个测定用声音的传播延迟时间进行测定；位置估计部件，基于由延迟时间测定部件测定的各个传播延迟时间，对对象扬声器模块所具有的扬声器的配置位置进行估计；声道分配部件，基于由位置估计部件估计的配置位置，对对象扬声器模块分配输出声道；以及声场校正部件，基于由延迟时间测定部件测定的各传播延迟时间和由声道分配部件分配的输出声道，生成用于对对象扬声器模块的输出进行校正的校正值，并提供给对象扬声器模块。

此外，上述校正装置还包括频率特性分析部件，基于由各集音部件收集的测定用声音，对对象扬声器模块的频率特性进行分析。这里，声道分配部件还参照由频率特性分析部件分析的频率特性来对对象扬声器模块分配输出声道，而且声场校正部件还参照由频率特性分析部件分析的频率特性来生成用于校正对象扬声器模块的输出的校正值。

此外，上述校正装置还包括再现频带决定部件，基于由频率特性分析部件分析的频率特性，决定对象扬声器模块的再现频带。这里声场校正部件还使用由再现频带决定部件决定的再现频带来生成用于对对象扬声器模块的输出进行校正的校正值。

此外，上述校正装置中，再现频带决定部件基于由位置估计部件估计的对象扬声器模块的配置位置，决定扬声器模块所具有的扬声器的再现频带。

此外，本发明的第二方面面向多声道音频再现装置中使用的多声道音频信号的校正方法。本方面的校正方法包括：测定用信号产生步骤，产生测定用信号；扬声器切换步骤，将经由网络连接的多个扬声器模块之一选择作为对象扬声器模块，将由测定用信号产生步骤产生的测定用信号传输到选择了的对象扬声器模块；集音步骤，使用互相不同的多个集音装置，将对象扬声器模块按照输入测定用信号输出的声音作为测定用声音来收集；延迟时间测定步骤，对由集音步骤中使用多个集音装置收集的各个测定用声音的传播延迟时间进行测定；位置估计步骤，基于由延迟时间测定步骤测定的各个传播延迟时间，对对象扬声器模块所具有的扬声器的配置位置进行估计；声道分配步骤，基于由位置估计步骤估计的配置位置，对对象扬声器模块分配输出声道；以及声场校正步骤，基于由延迟时间测定步骤测定的各传播延迟时间和由声道分配步骤分配的输出声道，生成用于对对象扬声器模块的输出进行校正的校正值，并提供给对象扬声器模块。

在上述各方面中，关于与网络连接的扬声器模块，通过用测定用信号测定传播延迟时间从而估计了配置位置之后，基于估计的配置位置自动地分配输出声道。此外，在基于测定的传播延迟时间和分配的输出声道校正了提供给扬声器模块的声音信号的状态下，从与自动分配的输出声道对应的放大输出系统输出声音。由此，能够形成适合监听点的声场环境。从上述可知，根据上述各方面，由于输出声道被自动分配，所以也可以不进行与对应于输出声道的放大输出系统的连接，由此，可以削减伴随多声道化而产生的扬声器和/或放大器的设置工时。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的多声道音频再现系统的结构的方框图。

图2是表示图1所示的系统中的声场校正处理的步骤的流程图。

图3是表示图2的步骤S13的详细处理步骤的流程图。

图4是表示图1所示的集音部件34的结构例子的图。

图5是用于说明图1所示的各扬声器21的配置位置的求解方法的图。

图6是表示图1所示的集音部件34被固定在车辆的驾驶席的情况下的集音部件34和各扬声器21的配置关系的图。

图7是表示作为图1所示的扬声器21的超重低音扬声器(super woofer)的频率特性的图。

图8是用于说明图1所示的再现频带决定部件38分配的再现频带的图。

图9是表示图1所示的扬声器21实质上被设置在同一场所的情况的图。

图10是表示图2所示的步骤S19的详细的处理步骤的流程图。

图11是表示图1所示的系统中的声音再现处理的步骤的流程图。

图12是表示以往的多声道音频再现装置的一例的结构的方框图。

图13是表示以往的多声道音频再现装置的其它例的结构的方框图。

标号的说明

1再现装置

11再现部件

12网络驱动器

2a～2e扬声器模块

21a～21e扬声器

22a～22e功率放大器

23a～23e信号处理部件

24a～24e存储部件

25a～25e网络驱动器

3校正装置

31扬声器个数确认部件

32测定用信号产生部件

33扬声器切换部件

34集音部件

35延迟时间测定部件

36配置位置估计部件

37频率特性分析部件

38再现频带决定部件

39声道分配部件

40目标值输入部件

41声场校正部件

42网络驱动器

4网络

具体实施方式

图1是表示本发明的一个实施方式的多声道音频再现系统(以下简称为系统)的结构的方框图。在图1中，系统作为例子示出了配置在车辆中，按照多声道音频信号来输出声音。为了输出声音，系统包括再现装置1、多个扬声器模块2、校正装置3、将它们连接的网络4。另外，图1中例示了5个扬声器模块2a～2e，以下作为在系统中包括扬声器模块2a～2e来继续说明。

再现装置1为了对网络4输出多声道音频信号而包括再现部件11和网络驱动器12。再现部件11生成多声道音频信号并输出到网络驱动器12。网络驱动器12将再现部件11所输出的多声道音频信号发送到网络4。发送了的多声道音频信号经由网络4被发送到作为对象的扬声器模块2。

扬声器模块2a～2e包括扬声器21a～21e、功率放大器22a～22e、信号处理部件23a～23e、存储部件24a～24e、网络驱动器25a～25e。

各扬声器21a～21e从对本身的输入多声道音频信号中再现声音并输出。各功率放大器22a～22e将对本身的输入多声道音频信号进行放大。各信号处理部件23a～23e根据与本身连接的存储部件24a～24e内的校正值(详细在后面说明)来校正对本身的输入多声道音频信号，然后提供给后级的功率放大器22a～22e。网络驱动器25a～25e通过网络4接收从再现装置1发送来的多声道音频信号以及从校正装置3发送来的校正值。

校正装置3包含扬声器个数确认部件31、测定用信号产生部件32、扬声器切换部件33、集音部件34、延迟时间测定部件35、配置位置估计部件36、频率特性分析部件37、再现频带决定部件38、声道分配部件39、目标值输入部件40、声场校正部件41、网络驱动器42。

扬声器个数确认部件31确认与网络4连接的扬声器模块2的个数。测定用信号产生部件32产生测定用信号。扬声器切换部件33将测定用信号的输出目的地切换到作为测定对象的扬声器。集音部件34为了将从测定对象的扬声器输出的测定用信号进行集音，在本实施方式中，作为例子示出了包含了配置在车内空间中虚拟地形成的正四面体(参照图4)的顶点的麦克风34a～34d。延迟时间测定部件35测定传播延迟时间。配置位置估计部件36根据测定的传播延迟时间来估计扬声器的配置位置。频率特性分析部件37根据集音了的测定用信号来分析扬声器的频率特性。再现频带决定部件38基于频率特性分析部件37的分析结果，对测定对象的扬声器模块2决定再现频带的分配。声道分配部件39基于配置位置估计部件36的估计结果以及频率特性分析部件37的分析结果，将输出声道分配给扬声器模块2。目标值输入部件40响应于用户的操作，将用户的监听点的目标特性值设定在后级的声场校正部件41中。声场校正部件41生成并设定用于各扬声器模块2的校正值，以便在监听点形成最佳的声场环境。网络驱动器42与网络4连接，将声场校正部件41所生成的校正值发送到网络4。被发送的校正值经由网络4被发送到作为对象的扬声器模块2。

另外，通过网络驱动器12、25a～25e以及42对与网络4连接的各设备分配唯一的网络ID，并根据需要从与网络4连接的其它设备取得各个设备类别和网络ID。

图2是表示图1所示的系统中的声场校正处理的步骤的流程图。首先，如果通过用户从校正装置3的目标值输入部件40设定了监听点的目标特性，则如图2所示，扬声器个数确认部件31取得与网络4连接的全部设备的设备类别，并从取得的设备类别来确认扬声器模块2的个数n(在图1的例子中n＝5)，然后提供给声场校正部件41(S11)。

接着，声场校正部件41将1设定给循环变量i(S12)，参照图3，如后述这样取得扬声器模块2的信息(S13)。接着，声场校正部件41对i加1(S14)，并判定i是否为扬声器个数n以下(S15)。在i为扬声器个数n以下的期间，重复进行以上的步骤S13。

图3是表示图2的步骤S13的详细处理步骤的流程图。如图3所示，在校正装置3中，测定用信号产生部件32产生从扬声器21到集音部件34的脉冲响应，具体来说，产生用于得到扬声器21的输出声音的传播延迟时间以及频率特性的测定用信号的一个例子的脉冲信号(S31)。另外，在本实施方式中，作为测定用信号，使用脉冲信号进行说明，但也可以使用M系列噪声或扫频信号(sweep signal)作为测定用信号。如以上这样产生的脉冲信号经由网络驱动器42传输到网络4，以向扬声器切换部件33所选择的测定对象的扬声器模块2传输(S32)。

在测定对象的扬声器模块2中，网络驱动器25从网络4接收脉冲信号(S33)，扬声器21经由信号处理部件23和功率放大器22取得脉冲信号，并按照接收脉冲信号输出测定用的声音(S34)。

从测定对象的扬声器21输出的测定用声音由包含图4所示的麦克风34a～34d的集音部件34进行集音(S35)。

延迟时间测定部件35基于由集音部件34集音的测定用声音的脉冲响应来测定传播延迟时间。这样测定的传播延迟时间经由网络4被存储在测定对象的扬声器模块2所保持的存储部件24中(S36)。

接着，配置位置估计部件36根据本次测定的传播延迟时间来估计作为测定对象的扬声器21的配置位置。估计的配置位置经由网络4被存储在测定对象的扬声器模块2所保持的存储部件24中(S37)。

这里，如图5所示，基于集音部件34的麦克风34a～34d所集音的测定用声音的到达时间t1～t4和麦克风34a～34d的设置位置来估计测定对象扬声器21的配置位置的三维坐标。

具体来说，在图4中，在将麦克风34a～34d的三维坐标分别设为(Xa，Ya，Za)、(Xb，Yb，Zb)、(Xc，Yc，Zc)、(Xd，Yd，Zd)，并将音速设为v的情况下，测定对象扬声器21的配置位置的坐标可以作为满足下式的坐标(X，Y，Z)来求出。

(X-Xa)2+(Y-Ya)2+(Z-Za)2＝(t1×v)2

(X-Xb)2+(Y-Yb)2+(Z-Zb)2＝(t2×v)2

(X-Xc)2+(Y-Yc)2+(Z-Zc)2＝(t3×v)2

(X-Xd)2+(Y-Yd)2+(Z-Zd)2＝(t4×v)2

如图6所示，通过将集音部件34的位置例如固定在车辆的驾驶席，从而能够根据集音部件34的三维坐标、从扬声器21的驾驶席起的三维坐标来估计测定对象扬声器21的配置位置。

此外，频率特性分析部件37基于由集音部件34集音的测定用声音的脉冲响应来分析测定对象的扬声器21的频率特性。其结果得到的频率特性经由网络4被存储在测定对象的扬声器模块2所保持的存储部件24中(S38)。

对与网络4连接的扬声器21a～21e全部进行以上的处理，由此取得扬声器信息。

再次参照图2。声道分配部件39基于通过上述这样估计的各扬声器21的配置位置，例如分配FR、FL、FC、RR以及RL这样的输出声道。这样分配的输出声道经由网络4被存储在对应的扬声器模块2所保持的存储部件24中(S16)。

另外，在5.1声道系统等情况下，声道分配部件39基于由频率特性分析部件37分析的扬声器21的频率特性，分配SW(超重低音扬声器，superwoofer)的输出声道。例如图7所示，如果频率特性是覆盖低频输出的特性，则SW作为输出声道被分配给该扬声器。

接着，再现频带决定部件38基于各扬声器21的频率特性和估计的扬声器21的配置位置，分配高频输出用(以下称作HI)、中频输出用(以下称作MID)、低频输出用(以下称作LOW)等再现频带。被分配的再现频带经由网络4被存储在对应的扬声器模块2所保持的存储部件24中(S17)。

如图8(a)所示，根据将频带三分割为低频输出(图中LOW所示)、中频输出(图中MID所示)以及高频输出(图中HI所示)的频率特性曲线中的扬声器21的频率特性来决定再现频带。

如图8(b)所示，如果是覆盖低频输出的频带的特性，则作为再现频带而分配LOW，如图8(c)所示，如果是覆盖中频输出的频带的特性，则作为再现频带而分配MID，而且如图8(d)所示，如果是覆盖高频输出的频带的特性，则作为再现频带而分配HI。

此外，再现频带决定部件38也考虑扬声器21的上下方向的配置位置来决定再现频带。例如图9所示，在三个扬声器21互相接近而配置在实质同一位置上的情况下，再现频带决定部件38作为这些扬声器21的再现频带，从配置位置为上的扬声器起依次作为HI、MID以及LOW来分配。

接着，声场校正部件41为了与目标值输入部件40所设定的监听点的目标值一致，对各个扬声器21a～21e进行参数校正。具体来说，首先，声场校正部件41将1设定给循环变量i(S18)，如参照图10后述的这样对参数进行校正(S19)。接着，声场校正部件41对i加1(S20)，并判定i是否为扬声器个数n以下(S21)。在i为扬声器个数n以下的期间，重复进行以上的步骤S19。

图10是表示图2的步骤S19的详细处理步骤的流程图。如图10所示，声场校正部件41基于作为校正对象的扬声器21的传播延迟时间来求延迟时间的校正值，以与设定的目标值一致。这样的延迟时间的校正值经由网络4被存储在校正对象的扬声器模块2所保持的存储部件24中(S41)。

此外，声场校正部件41基于校正对象的扬声器21的频率特性、再现频带和声道分配来求均衡器(EQ)的校正值，以与设定的目标特性一致。EQ的校正值经由网络4被存储在校正对象的扬声器模块21所保持的存储部件24中(S42)。

而且，声场校正部件41对于校正对象的扬声器21求校正值，该校正值用于调整监听点的扬声器21的相位特性，以与设定的目标特性一致。相位的校正值经由网络4被存储在校正对象的扬声器模块21所保持的存储部件24中(S43)。

通过以上这样的处理，在所有的扬声器21的校正值都被设定了的状态下，在系统再现声音的情况下，如图11所示，首先在再现装置1中，再现部件11将多声道音频信号经由网络驱动器12发送到网络4。被发送的多声道音频信号经由网络4被传输到扬声器模块2a～2e(S51)。

在扬声器模块2a～2e中，信号处理部件23a～23e对于网络驱动器25a～25e通过网络4接收到的多声道音频信号，基于在连接到本身的存储部件24a～24e中存储的输出声道以及各校正值来进行信号处理(S52)，将信号处理后的多声道音频信号经由功率放大器22a～22e提供给后级的扬声器21a～21e(S53)。其结果，扬声器21a～21e基于信号处理后的多声道音频信号来再现声音，并向用户输出。

这样，根据本实施方式的系统，校正装置3对于被配置在任意位置的各扬声器21，使用测定用信号来估计配置位置，并基于估计的配置位置来自动地分配输出声道，并存储在各扬声器模块2的存储部件24中。此外，输出信号处理部件23基于存储在存储部件24中的输出声道来对经由网络4传输的多声道音频信号进行信号处理后输出。从而，即使用户本身不进行与根据配置位置而分配的输出声道所对应的放大输出系统的连接，也能自动基于配置位置进行输出声道的分配和与输出声道对应的声音的输出，并且能够削减伴随多声道化而产生的扬声器和/或放大器的设置工时。

此外，校正装置3使用测定用信号来分析频率特性，并基于得到的频率特性来分配适合扬声器21的再现频带，所以能够提高声场环境。

此外，由于校正装置3基于得到的频率特性进行参数校正，以便与目标值输入部件40所设定的监听点的目标值一致，所以能够形成适合于监听点的声场环境。

另外，在本实施方式中，假设网络4为有线的环(ring)型来进行了说明，但网络结构不限于此，不管是有线还是无线，而且也不管是环型、星型还是总线型等方式。

此外，在本实施方式中，对扬声器21或扬声器模块2的数目为5的情况进行了说明，扬声器21或扬声器模块2的数目分别为4个以下也可以，6个以上也可以。

此外，在本实施方式中，集音部件34由四个麦克风34a～34d构成，并且在三维坐标上估计了各扬声器21的配置位置，但使用3个麦克风在二维坐标上估计各扬声器21的配置位置，或者使用5个以上的麦克风，估计各扬声器21的二维坐标或三维坐标也可以。

此外，本实施方式的系统作为安装在车辆中来进行了说明，但不限于此，也可以设置在家庭或办公室中。

产业上的可利用性

本发明的校正装置具有可以减少用于根据多声道音频信号来再现/输出声音的扬声器和/或放大器的设置工时的效果，而且对于安装在车辆等中的多声道音频再现装置等有用。

Claims (5)

1.一种多声道音频信号的校正装置，包括：

测定用信号产生部件，产生测定用信号；

扬声器切换部件，将经由网络连接的多个扬声器模块之一选择作为对象扬声器模块，将由所述测定用信号产生部件产生的测定用信号传输到选择了的对象扬声器模块；

多个集音部件，将所述对象扬声器模块按照输入测定用信号输出的声音作为测定用声音来收集；

延迟时间测定部件，对由各所述集音部件收集的各个测定用声音的传播延迟时间进行测定；

位置估计部件，基于由所述延迟时间测定部件测定的各个传播延迟时间，对所述对象扬声器模块所具有的扬声器的配置位置进行估计；

声道分配部件，基于由所述位置估计部件估计的配置位置，对所述对象扬声器模块分配输出声道；以及

声场校正部件，基于由所述延迟时间测定部件测定的各传播延迟时间和由所述声道分配部件分配的输出声道，生成用于对所述对象扬声器模块的输出进行校正的校正值，并提供给对象扬声器模块。

2.如权利要求1所述的多声道音频信号的校正装置，其中，

所述校正装置中还包括频率特性分析部件，基于由各所述集音部件收集的测定用声音，对所述对象扬声器模块的频率特性进行分析，

所述声道分配部件还参照由所述频率特性分析部件分析的频率特性来对所述对象扬声器模块分配输出声道，

而且所述声场校正部件还参照由所述频率特性分析部件分析的频率特性来生成用于校正所述对象扬声器模块的输出的校正值。

3.如权利要求2所述的多声道音频信号的校正装置，其中，

所述校正装置中还包括再现频带决定部件，基于由所述频率特性分析部件分析的频率特性，决定所述对象扬声器模块的再现频带，

所述声场校正部件还使用由所述再现频带决定部件决定的再现频带来生成用于对所述对象扬声器模块的输出进行校正的校正值。

4.如权利要求3所述的多声道音频信号的校正装置，其中，

所述再现频带决定部件基于由所述位置估计部件估计的对象扬声器模块的配置位置，决定所述扬声器模块所具有的扬声器的再现频带。

5.一种校正方法，用于多声道音频再现装置，是多声道音频信号的校正方法，所述方法包括：

测定用信号产生步骤，产生测定用信号；

扬声器切换步骤，将经由网络连接的多个扬声器模块之一选择作为对象扬声器模块，将由所述测定用信号产生步骤产生的测定用信号传输到选择了的对象扬声器模块；

集音步骤，使用互相不同的多个集音装置，将所述对象扬声器模块按照输入测定用信号输出的声音作为测定用声音来收集；

延迟时间测定步骤，对由所述集音步骤收集的各个测定用声音的传播延迟时间进行测定；

位置估计步骤，基于由所述延迟时间测定步骤测定的各个传播延迟时间，对所述对象扬声器模块所具有的扬声器的配置位置进行估计；

声道分配步骤，基于由所述位置估计步骤估计的配置位置，对所述对象扬声器模块分配输出声道；以及

声场校正步骤，基于由所述延迟时间测定步骤测定的各传播延迟时间和由所述声道分配步骤分配的输出声道，生成用于对所述对象扬声器模块的输出进行校正的校正值。

Images