CN101267687B - 阵列扬声器设备 - Google Patents

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Abstract

一种阵列扬声器设备，包括阵列扬声器，其中多个扬声器单元被布置在单个主体中；声源定位添加单元，在头部传递函数的基础上通过执行对左-前声道和右-前声道的音频信号添加声音特征的定位处理来产生左和右音频信号；声音发出方向控制单元，其把左和右音频信号分配到该阵列扬声器的一个或多个扬声器单元，并对扬声器单元输出音频信号的定时进行控制，使得从该阵列扬声器发出的左声音形成的声波阵面与应当由虚拟点声源之一发出的声音所形成的声波阵面相同，并且使得从该阵列扬声器发出的右声音形成的声波阵面与应当由另一个虚拟点声源发出的声音所形成的声波阵面相同。

Description

阵列扬声器设备
技术领域
本发明涉及一种具有高安装位置选择自由度的环绕阵列扬声器设备。
背景技术
近年来，尽管阵列扬声器设备采用单体扬声器(例如参考专利文件1)，该阵列扬声器设备也能够产生环绕声场。专利文献1公开的阵列扬声器设备是能够仅用放置在收听者前面的单个扬声器而在左-右和前-后方向上展现一个声场宽域(expanse)的系统，且因此被称之为前环绕系统。采用如上所述的单体扬声器，这种阵列扬声器设备不需要多个扬声器及相关布线的安装，并因此能很容易地安装。
图1示出了阵列扬声器和由阵列扬声器设备产生的环绕声场的原理。专利文献1公开的阵列扬声器设备根据延迟阵列的原理操作。如图1A所示，以彼此略有不同的延迟来把同一个声信号输入到排列在一行或一个平面中的多个扬声器单元SPa-SPe，以便产生犹如当扬声器单元SPa’-SPe’同时发声时产生的一个声场。产生的声音同时到达空间中的单点F(焦点)，并通过同相相加而增强围绕该焦点F的声能。以此方式，能够产生具有朝向焦点F方向的高方向性的声束。这种技术称为延迟阵列。在阵列扬声器设备中，由于包括构成该阵列扬声器的扬声器单元的系统以及从该扬声器单元发出的声音所至的空间通常都是线性系统，所以用于产生多声道声束的音频信号能够被叠加地输入到每个扬声器单元。如图1B所示，通过同时地发出多个(即多声道)声束并使该多个声束经墙壁反射来产生虚拟声源，阵列扬声器设备1围绕收听者H产生对应于在显示器3上显示的运动图像的环绕声场。
[专利文献1]JP-A-2006-238155
为了通过阵列扬声器产生环绕声场或在不同于扬声器的方向上产生定位的虚拟声源，需要满足下面两个条件：
1)为了产生环绕声场或在不同于扬声器方向的方向上产生虚拟声源，必须存在反射该声束并由此定位虚拟声源的墙壁。
2)为了在墙壁上定位虚拟声源，在被墙壁反射后而到达收听者的声束应比直接从扬声器到达该收听者的声音充分地强(与优先效应相反)。此外，由于该声音根据距离之间的比例衰减，故若声束路径的长度与一个直达声音路径的长度大不相同，则将不能定位虚拟声源。因此，反射声束路径长度与直达声音路径长度之间的比例应被设置在一个确定的范围内。更进一步说，在一个近声场中，扬声器单元之间的干扰显著，并且人将能注意到在扬声器频率特性之间的变化。因此，听音位置需要在一定程度上远离该扬声器单元。即，必须在扬声器和该收听者之间设置一定距离。
可是，收听者的房间并不一定理想：扬声器的安装方式未必适合于由阵列扬声器产生环绕声(例如该收听者与左、右墙壁之间的距离大不相同或扬声器斜放在房角)。如果该扬声器以这种状态安装(尤其是在墙壁反射被用于左-前和右-前声道的情况中)，则由于不足的反射或右/左不平衡反射而降低听力。如果使用直达声则有另一问题，即由于使用单体而不能获得充分的分离感。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有高安装位置选择自由度的环绕阵列扬声器设备。
本发明提供下列配置。
(1)一种阵列扬声器设备，包括：
阵列扬声器，其中的多个扬声器单元被布置在单个主体中；
声源定位添加单元，在头部传递函数的基础上，所述声源定位添加单元通过执行对左-前声道和右-前声道的音频信号添加声音特征的定位处理来产生左和右音频信号，所述声音特征使得收听者在其听力中感觉到定位在预定左-前和右-前位置处的虚拟声源；以及
声音发出方向控制单元，其把由该声源定位添加单元产生的左和右音频信号的每一个分配到该阵列扬声器的一个或多个扬声器单元，并对扬声器单元输出音频信号的定时进行控制，使得从该阵列扬声器发出的左声音形成的声波阵面与应当由定位在该阵列扬声器之后的两个虚拟点声源之一发出的声音所形成的声波阵面相同，并且使得从该阵列扬声器发出的右声音形成的声波阵面与应当由定位在该阵列扬声器之后的两个虚拟点声源的另一个发出的声音所形成的声波阵面相同。
在听音位置靠近阵列扬声器或墙壁反射条件恶劣的环境中，当收听者收听从阵列扬声器发出以及通过由墙壁的反射指向听音位置的声束时，该收听者可能不能够感觉到一个声场(声音宽域)。相反，在具有上述构形的阵列扬声器设备中，左和右音频信号已被根据头部传递函数而赋予了特征，使得收听者感觉到定位在预置位置处的虚拟声源的特征被输出，以形成与应当由设置在该阵列扬声器之后的虚拟点声源发出的声音所形成的声波阵面相同的声波阵面。这将使得该收听者感觉的声场(声音宽域)与在根据头部传递函数由左和右声音所产生的并且从定位在该阵列扬声器之后的两个理想点声源发出的定位的虚拟声源的情况中的声场相同。
在两声道或三声道音频信号的情况下，左-前声道意指左声道(Lch)，而右-前声道意指右声道(Rch)。
(2)优选地，该声源定位添加单元包括一个串扰校正单元，该串扰校正单元产生音频信号来消除用于该收听者的两只相对的耳朵的音频信号，使得该收听者能够仅通过其左耳听到好像是被从一个虚拟点声源发出的左声音，并且能够仅通过其右耳听到好像是被从定位在该阵列扬声器之后的另一虚拟点声源发出的右声音。
在具有这种构形的阵列扬声器设备中，对于被赋予了使得该收听者感觉到在预定左-前和前右位置定位的虚拟声源的特征的左和右音频信号执行串扰消除处理。这将使得该收听者以一种更增强的方式感觉到该左-前和右-前声道的定位的虚拟声源。
(3)优选地，该阵列扬声器设备进一步包括：计算单元，其计算从阵列扬声器到该收听者的听音位置的距离，并且该声音发出方向控制单元根据该计算的距离来改变该两个虚拟点声源的位置，使得由该听音位置和两个虚拟点声源的每一个形成的水平角被保持近似为恒定值。
在根据头部传递函数产生定位的虚拟声源的传统系统中，由于两个分离的扬声器和收听者的排布使得具有一种任意的位置关系并且因此使得该条件比该系统被设计(确定头部传递函数)时的条件有大不同，所以在多数情况下的收听者将不能识别理想位置。相反，在具有上述构形的阵列扬声器设备中，为了保持由该听音位置和两个虚拟点声源的每一个形成的水平角近似恒定，计算从该阵列扬声器到该听音位置的距离，并且根据该计算的距离来改变两个虚拟点声源的位置。结果是，属于是重要设计项的水平角能被保持恒定值，并且使得收听者感觉到具有理想定位的声场。
(4)优选地，该声音发出方向控制单元把一个中心声道的音频信号分配到该阵列扬声器的多个扬声器单元，并且对这些扬声器单元用以输出该音频信号的定时进行控制，使得从该阵列扬声器发出的声音形成声波阵面与应当由定位在阵列扬声器之后的虚拟点声源发出的声音所形成的声波阵面相同。
在具有这种构形的阵列扬声器设备中，输出该中心声道的音频信号，以便形成一个与应当由定位在该阵列扬声器之后的虚拟点声源发出的声音所形成的声波阵面相同的声波阵面。结果是，该中心声道的音频信号使得该收听者感觉到一个距离，即感觉到深度。
(5)优选地，在头部传递函数的基础上，该声源定位添加单元通过执行对左-后声道和右-后声道的音频信号添加声音特征的定位处理来产生左和右音频信号，该声音特征使得收听者在其听力中感觉到定位在预定左-后和右-后位置处的虚拟声源。
在具有这种构形的阵列扬声器设备中，根据该头部传递函数来实现该左-后声道和右-后声道的定位。这将使得该收听者即便在其中没有用于对声束进行反射的墙壁的情况中也感觉到一种环绕感觉。
(6)优选地，该阵列扬声器设备进一步包括：声束控制单元，其将左-后声道和右-后声道的音频信号分配到该阵列扬声器的全部或部分扬声器单元，并且对音频信号从扬声器单元输出的定时进行控制以使得声束从该阵列扬声器发出。
在具有这种构形的阵列扬声器设备中，发出该左-后声道和右-后声道的声束。这将使得在左-后声道和右-后声道的音频信号的声束能被容易地反射到听音位置而左-前声道和右-前声道的音频信号的声束难于反射到该听音位置的情况中，如在把阵列扬声器设备安装在房间的角落的情况中，该收听者感觉到一种环绕感觉。
(7)另一种阵列扬声器设备，包括：
阵列扬声器，其中的多个扬声器单元被以单体排列；
声源定位添加单元，在头部传递函数的基础上，所述声源定位添加单元通过执行对左-后声道和右-后声道的音频信号添加声音特征的定位处理来产生左和右音频信号，该声音特征使得收听者在其听力中感觉到定位在预定左-后和右-后位置处的虚拟声源；
声音发出方向控制单元，其将该声源定位添加单元产生的左和右音频信号的每一个分配到该阵列扬声器的一个或多个扬声器单元；对该扬声器单元用以输出该音频信号的定时进行控制，使得从该阵列扬声器发出的左声音形成的声波阵面与应当由定位在该阵列扬声器之后的两个虚拟点声源之一发出的声音所形成的声波阵面相同，并且使得从该阵列扬声器发出的右声音形成的声波阵面与应当由定位在该阵列扬声器之后的两个虚拟点声源的另一个发出的声音所形成的声波阵面相同；把一个中心声道的音频信号分配到该阵列扬声器的多个扬声器单元；并且对这些扬声器单元输出音频信号的定时进行控制，使得从该阵列扬声器发出的声音所形成的声波阵面与应当由定位在阵列扬声器之后的虚拟点声源发出的声音所形成的声波阵面相同；和
声束控制单元，其将左-前声道和右-前声道的音频信号分配到该阵列扬声器的全部或部分扬声器单元，并且对音频信号从扬声器单元输出的定时进行控制，使得声束从该阵列扬声器发出。
在具有这种构形的阵列扬声器设备中，左-前声道和右-前声道的音频信号被转换成声束，左-后声道和右-后声道的音频信号经历定位处理并且导致声音的发出好像是从虚拟点声源发出，并且该中心声道的声音的发出好像是从一个虚拟点声源发出。这将使得该收听者即便在例如该阵列扬声器单元被安装在其中在听音位置之后没有墙壁的房间中的情况下也将感觉到一种环绕感觉。
(8)另外一种阵列扬声器设备，包括：
阵列扬声器，其中的多个扬声器单元被以单体排列；
控制单元，其设置多声道的环绕音频信号的一种声音发出方法；
声源定位添加单元，其在头部传递函数的基础上通过执行对一个或多个声道的音频信号添加声音特征的定位处理来产生符合该控制单元设置的一个或多个声道的音频信号，所述声音特征使得收听者在其听力中感觉到定位在一个或者多个声道的期望定位位置处的虚拟声源；
声音发出方向控制单元，其将除了由该声源定位添加单元产生的中心声道之外的该一个或者多个声道的每一个音频信号分配到该阵列扬声器的一个或多个扬声器单元；对这些扬声器单元输出音频信号的定时进行控制，使得从该阵列扬声器发出的声音形成的声波阵面与应当由定位在阵列扬声器之后的两个虚拟点声源发出的声音所形成的声波阵面相同；把该中心声道的一个音频信号分配到该阵列扬声器的多个扬声器单元；并且对这些扬声器单元输出该音频信号的定时进行控制，使得从该阵列扬声器发出的声音形成的声波阵面与应当由定位在阵列扬声器之后的虚拟点声源发出的声音所形成的声波阵面相同；和
声束控制单元，其将除了未被经历该定位处理的中心声道之外的一个声道的音频信号分配到该阵列扬声器的全部或部分扬声器单元，并且对音频信号从扬声器单元输出的定时进行控制以使得阵列扬声器发出一个声束。
在具有这种构形的阵列扬声器设备中，中心声道的声音的发出好像是从一个虚拟点声源发出，在头部传递函数的基础上对音频信号执行定位处理，并且把其余声道的音频信号转换成声束。这将使得收听者感觉到一种环绕感觉，与是否能利用墙壁反射无关。
在根据本发明的阵列扬声器设备中，左和右音频信号已被根据头部传递函数而赋予了特征，这些使得收听者感觉到定位在预置位置处的虚拟声源的特征被输出，以形成与应当由设置在该阵列扬声器之后的虚拟点声源发出的声音所形成的声波阵面相同的声波阵面。这将使得该收听者感觉的声场(声音宽域)与在根据头部传递函数由左和右声音所产生的并且从定位在该阵列扬声器之后的两个理想点声源发出的定位的虚拟声源的情况中的声场相同。
附图说明
通过参考附图对首选示例实施例的详细描述，本发明的上述目标和优点将变得更显而易见，附图中：
图1A和1B示出了阵列扬声器和由阵列扬声器设备产生的环绕声场的原理；
图2是表示根据本发明一个实施例的阵列扬声器设备总体构形的框图；
图3是表示HRTF的示例构形的框图；
图4示出抵消收听者距离的变化的措施；
图5A和5B是说明用于产生点声源的方法的示意图以及如何利用好像从两个点声源发出的声音产生Lch和Rch虚拟声源的示意图；
图6示出由两个点声源产生的Lch和Rch的虚拟声源和从一个点声源发出的Cch的声音；
图7A和7B示出阵列扬声器设备的两个声音发出方法；以及
图8A、8B和8C示出该阵列扬声器设备的三种声音发出方法。
具体实施方式
图2是表示根据本发明一个实施例的阵列扬声器设备总体构形的框图。下面的描述将涉及一种5.1ch环绕系统作为一个示例性阵列扬声器设备。在下面的描述中，该5.1ch环绕系统中的左-前声道由″Lch″表示、右-前声道由″Rch″表示、中心声道由″Cch″表示、左-后声道由″SLch″表示(SL代表环绕左)、右-后声道由″SRch″表示(SR代表环绕右)、亚低音扬声器声道由″LFEch″表示(LFE代表低频效果)。在该5.1ch环绕系统中，LFEch音频信号几乎没有方向性并且直接从阵列扬声器设备输出到用户。因此下面将不描述如何处理LFEch音频信号。
首先描述阵列扬声器设备1的通常操作。阵列扬声器设备1能够以声束的形式输出音频信号或根据用户的设置而在头部传递函数的基础上虚拟定位声源。阵列扬声器设备1能够以声束的形式输出一个确定声道的音频信号，并使用另一声道的声音虚拟定位一个声源。这些特性使得有可能与房间形状和安装位置无关地提供多声道的环绕声。
随后描述阵列扬声器设备1的具体的构形。如图2所示，阵列扬声器设备1包括输入端11、解码器13、头部传递函数处理部分(在下文缩写为HRTF)15A-15D、方向控制部分(图2中缩写为DirC)17A-17E、加法器19-1至19-N、D/A转换器21-1至21-N、功率放大器23-1至23-N、构成阵列扬声器25的扬声器单元25-1至25-N、操作部分27、显示部分29、存储部分31、接收部分33以及控制部分35。
输入端11连接到一个外部音频设备(没示出)，并且从该外部音频设备输出的(数字)音频信号通过该输入端11输入。
解码器13解码通过该输入端11输入的(数字)音频信号，并且把SLch音频信号、Lch音频信号、Rch音频信号、SRch音频信号以及Cch音频信号分别输出到HRTF 15A、15B、15C、15D以及方向控制部分17E。
根据控制部分35的设置，HRTF 15A-15D在头部传递函数的基础上把听力特征添加到输入信号，该听力特征使得一个收听者感觉到在适于一个或者多个声道的音频信号的方向(例如根据ITU-R BS.775-1的方向)上的定位。
方向控制部分17A-17E从各个声道的音频信号中产生延迟了需要时间的信号，并且把每一个产生的信号分配到扬声器单元25-1至25-N的一个或多个。由方向控制部分17A-17E添加的延迟使得有可能把每一个声道的信号转换成一个声束，或形成来自定位在阵列扬声器25之后的虚拟点声源的音波阵面。
加法器19-1至19-N把从方向控制部分17A-17E输出的音频信号相加在一起。
D/A转换器21-1至21-N分别把从加法器19-1至19-N输出的数字音频信号转换成模拟音频信号。
功率放大器23-1至23-N分别放大从D/A转换器21-1至21-N输出的模拟音频信号。
扬声器单元25-1至25-N分别把从功率放大器23-1至23-N输出的已放大的音频信号转换成声音信号，并且发出这些声音信号。
操作部分27接收关于阵列扬声器设备1的扬声器设置操作等并把对应信号输出到控制部分35。
根据从控制部分35输出的控制信号，显示部分29显示将被通知到用户的信息。
扬声器设置图案等被存储在存储部分31中，并且响应于由操作部分27接收的操作而通过控制部分35从存储部分31中读出数据。
接收部分33接收从遥控器5输出的信号。
控制部分35控制阵列扬声器设备1的各个部分及单元。
具有上述构形的阵列扬声器设备1根据头部传递函数来定位与每一个声道的音频信号相对应的虚拟声源，并且还通过产生声束及使得该声束由墙壁反射来定位一个声像。
图3是表示HRTF 15A-15D的示例构形的框图。HRTF 15A-15D分别包括开关41A-41D、定位添加部分43A-43D、加法器45A-45D、串扰校正部分47A-47D、以及加法器49A-49D。
在HRTF 15A中，开关41A是用于旁路SLch音频信号的一个开关，并且根据从控制部分35提供的控制信号来切换。更具体地说，如果开关41A被切换到终端V侧，则SLch音频信号被提供到定位添加部分43A并且被根据头部传递函数而给定虚拟位置。在另一方面，如果开关41A被切换到终端B侧，则SLch音频信号被提供到方向控制部分17A而旁路了该定位添加部分43A。
定位添加部分43A具有FIR滤波器43AL和43AR。在FIR滤波器43AL中设置有基于从将被定位在收听者左-后位置的一个声像到该收听者左耳的传输函数的滤波器系数，并且在FIR滤波器43AR中设置有基于从同一个声像到该收听者右耳的传输函数的滤波器系数。通过把FIR滤波器43AL和43AR的输出分别提供到该收听者的左耳和右耳，给定该SLch音频信号的虚拟位置。
加法器45A把定位添加部分43D的FIR滤波器43AL的输出音频信号和FIR滤波器43DL的输出音频信号相加在一起。
在串扰校正部分47A中设置有与从HRTF 15A输出端的输出位置到该收听者右耳的头部传递函数的反函数相对应的滤波器系数。串扰校正部分47A产生的信号被叠加在将被从HRTF 15D送给右耳的信号上，从而消除期望仅被送到左耳的HRTF 15A的输出对右耳的串扰。
加法器49A把加法器45A的输出音频信号和HRTF 15D的串扰校正部分47D的输出音频信号相加在一起，并且把产生的音频信号输出到方向控制部分17A。通过这种处理来消除该HRTF 15D的输出对收听者左耳的串扰。
HRTF 15A和15D成对地操作，并且HRTF 15A产生被送到收听者左耳的两个信号SLch和SRch，而HRTF 15D产生被送到收听者右耳的两个信号SLch和SRch。
HRTF 15B和15C对Lch和Rch音频信号执行的处理类似于由HRTF15A和15D对SLch和SRch音频信号执行的处理。
图3示出了HRTF 15A-15D的示例性构形，通过执行频率特性添加处理、用于添加在两耳之间的相位差和声压差的处理、以及串扰消除处理，HRTF 15A-15D给出使得收听者感觉在特定方向中的定位的听力特征。但是，本发明并不局限于这种情况。HRTF 15A-15D可以仅通过频率特性添加处理或通过频率特性添加处理以及用于添加两耳之间的相位差和声压差的处理来给出使得收听者感觉在特定方向中的定位的听力特征。
[抵消收听者距离中的变化的措施]
图4示出抵消收听者距离的变化的措施。在阵列扬声器设备1中，当通过方向控制部分17A-17E定位虚拟声源时，将根据该听音位置来改变发声扬声器单元的位置，使得由连接该听音位置和该发出声音的扬声器单元的直线与连接该阵列扬声器设备1的中心和该听音位置的直线形成的角度(下称水平角)θ被保持在一个恒定值。
例如，如图4所示，当阵列扬声器设备1和听音位置之间的距离是L1时，从接近该阵列扬声器设备1的中心的扬声器单元组SPa1和SPa2发出定位该虚拟声源的声音。在此情况下，由扬声器单元组SPa1和SPa2的每一个和收听者H的听音位置形成的水平角等于θ。
当阵列扬声器设备1和听音位置之间的距离是L2时，从该阵列扬声器设备1的外侧扬声器单元组SPb1和SPb2发出定位该虚拟声源的声音。在此情况下，由扬声器单元组SPb1和SPb2的每一个和该收听者H的听音位置形成的水平角也等于θ。
虽然在图4实例中的扬声器单元组SPa1等的每一个都包括七个扬声器单元，但本发明并不局限于这种情况。每一个扬声器单元组可以包括大于或小于七个扬声器单元或可以仅有单个扬声器单元。
在根据头部传递函数实现定位的传统系统中，由于两个分离的扬声器和一个听音位置被排列成具有一个任意的位置关系而使得该状态与系统被设计(确定头部传递函数)时的状态大不同，所以在大多数情况下的收听者不能识别理想位置。相反，由于两个声源的水平角总是能够被保持恒定，所以该阵列扬声器设备1使得收听者能感觉由理想位置产生的一个声场。
用于测量该阵列扬声器设备1和听音位置之间的距离的一种方法是使得一个话筒被结合在遥控器5中，从阵列扬声器设备1发出测试声音，并且测量该声音到达该遥控器5所用的时间。
[用于Lch和Rch的点声源/虚拟声源的产生]
通过对扬声器单元用以发出声音的定时进行控制，可以使得从阵列扬声器25发出的声音的声波阵面能够被做成与从一个虚拟点声源发出声音的声波阵面相同，该虚拟点声源被置于阵列扬声器25的声音发出面之后。
图5是说明用于产生点声源的方法的示意图以及如何利用好像从两个点声源发出的声音产生Lch和Rch虚拟声源的示意图。
如图5A所示，从点声源F发出的假想声音以球波阵面的形式穿过该空间。通过执行下述控制，能够形成与好象由从点声源F发出的声音所形成的波阵面相同的波阵面：该控制使得加到阵列扬声器25的扬声器单元SPa-SPe(排列成行或成面)的各信号被给予延迟，这些延迟使得扬声器单元SPa-SPe在从点声源F发出的声音到达各自的扬声器单元SPa-SPe之时的时间点发声。在阵列扬声器设备1中，方向控制部分17A-17E在控制部分35的控制下来添加正确的延迟。
以上述方式把虚拟点声源定位在阵列扬声器设备1之后，使得收听者即使在听音位置靠近该阵列扬声器设备1情况中也感觉距该声源有一个充分的距离。由于能够通过添加适当的延迟来任意设置虚拟点声源的位置，所以能够选择给出头部传递函数的声源的最适当的声音发出位置。而且如图4所示，能够根据听音位置的变化来改变该声源位置。
在阵列扬声器设备1中，输出在HRTF 15A-15D中已经针对定位处理的信号好像是从虚拟点声源发出的结果声音。如图5B所示，HRTF15B的输出信号的输出好像是从虚拟点声源F1发出的结果声音，并且HRTF 15C的输出信号的输出好像是从虚拟点声源F2发出的结果声音。结果是，Lch和Rch声音被分别虚拟定位在收听者H的左-前位置和右-前位置。
在如图4所示的阵列扬声器设备1中，通过根据头部传递函数对音频信号执行定位处理而产生的声音可被用于除了形成源于虚拟点声源的波阵面之外的目的；即，有可能仅该阵列扬声器25的扬声器单元之一发出声音或多个扬声器单元同时发出声音。
[用于Cch的点声源的产生]
在阵列扬声器设备1中，也能够通过像针对Lch和Rch合成声波阵面那样针对中心声道的合成来形成这样的情形，即发出的声音的声波阵面犹如是从设置在该阵列扬声器25的声音发出面之后的一个点声源发出的。
图6示出由两个点声源产生的Lch和Rch的虚拟声源和从一个点声源发出的Cch的声音。如图6所示，已经在头部传递函数的基础上经历了定位处理而发出的Lch和Rch的声音就像是将要从虚拟点声源F1和F2发出的声音，并且Cch声音的发出就像是将要从虚拟点声源F3发出的声音。Lch和Rch的声音被分别虚拟定位在收听者H的前左位置L和前右位置R，以便使得该收听者H感觉到一个声场宽域，并且该Cch的声音被以一个自然深度而定位在中心位置。因此能够把一个好的声场提供给该收听者H。
[针对Lch、Rch、SLch和SRch的虚拟声源以及针对Cch的点声源的产生]
图7A和7B示出阵列扬声器设备1的两种声音发出方法。在如图7A所示的阵列扬声器设备1中，有可能通过在头部传递函数的基础上的虚拟定位处理而针对除了多声道环绕声Cch之外的全部声道(即：Lch、Rch、SLch和SRch)来合成就像将要从几个点声源发出的几个声音的声波阵面，并且有可能仅针对Cch来合成就像将要从一个点声源发出的一个声音的声波阵面。
如果由收听者H对操作部分27进行的操作选择了这种模式，则控制部分35将把控制信号输出到HRTF 15A-15D，并由此把开关41A-41D切换到终端V侧。而且，控制部分35把控制信号输出到方向控制部分17A-17E。根据这些控制信号，方向控制部分17A和17B执行控制，以便合成一个被发出的声音的声波阵面，该声音就像是将要从该阵列扬声器设备1左后位置定位的点声源F1发出的一个声音。方向控制部分17C和17D执行控制，以便合成一个被发出的声音的声波阵面，该声音就像是将要从该阵列扬声器设备1右后位置定位的点声源F2发出的一个声音。方向控制部分17E执行控制，以便合成一个被发出的声音的声波阵面，该声音就像是将要从定位在该阵列扬声器设备1的后-中心位置的一个点声源F3发出的一个声音。
当阵列扬声器设备1被安置在没有墙壁的场所时，这种模式是有效的。
[针对SLch和SRch的声束的产生以及针对Lch和Rch的虚拟声源的产生]
在如图7B所示的阵列扬声器设备1中，有可能通过执行虚拟定位处理来针对Lch和Rch而合成被发出的声音的声波阵面，该声音好像是将要被从点声源发出的声音，而且有可能产生声束，并且针对SLch和SRch来使得这些声束由墙壁反射。
如果由收听者H对操作部分27进行的操作选择了这种模式，则控制部分35将把控制信号输出到HRTF 15A-15D，并由此把开关41A和41D切换到终端B侧，并且把开关41B和41C切换到终端V侧。而且，控制部分35把控制信号输出到方向控制部分17A-17E。根据这些控制信号，方向控制部分17A和17D执行控制，以使声束分别朝向收听者H的左侧和右侧发出。方向控制部分17B和17C执行控制，以便合成被发出的声音的声波阵面，该声音就像是将要从该阵列扬声器设备1左后和右后位置定位的点声源(没示出)分别发出的声音。方向控制部分17E执行控制，以便合成一个被发出的声音的声波阵面，该声音就像是将要从定位在该阵列扬声器设备1的后-中心位置的一个点声源(没示出)发出的一个声音。
当阵列扬声器设备1被安置在一个房间的角落时，这种模式是有效的。
[针对Lch和Rch的声束的产生以及针对SLch和SRch的虚拟声源的产生]
图8A、8B和8C分别示出了阵列扬声器设备1的三种声音发出方法。在如图8A所示的阵列扬声器设备1中，有可能通过执行虚拟定位处理来针对SLch和SRch而合成被发出的声音的声波阵面，该声音好像是将要被从点声源发出的声音，而且有可能产生声束，并且针对Lch和Rch来使得这些声束由墙壁反射。
如果由收听者H对操作部分27进行的操作选择了这种模式，则控制部分35将把控制信号输出到HRTF 15A-15D，并由此把开关41A和41D切换到终端V侧，并且把开关41B和41C切换到终端B侧。而且，控制部分35把控制信号输出到方向控制部分17A-17E。根据这些控制信号，方向控制部分17A和17D执行控制，以便合成将被发出的声音的声波阵面，该声音就像是将要从定位在该阵列扬声器设备1左后和右后位置的点声源发出的声音。方向控制部分17B和17C执行控制，以使声束分别朝向收听者H的左侧和右侧发出。方向控制部分17E执行控制，以便合成一个被发出的声音的声波阵面，该声音就像是将要从定位在该阵列扬声器设备1的后-中心位置的一个点声源发出的声音。
当在听音位置之后有墙壁或不能保证后声束路径时，这种模式是有效的。
[声束和虚拟声源的其它、任意组合]
图8B示出当在收听者的右边没有墙壁时有效的一种设置方法。在阵列扬声器设备1中，针对Rch和SRch来通过执行虚拟定位处理而合成好像是将被从点声源发出的声音的声波阵面，并且产生声束，以及针对Lch和SLch来使得产生的声束由墙壁反射。
图8C显示当仅能利用一个墙壁时有效的设置方法。在阵列扬声器设备1中，针对Lch、SLch和SRch来通过执行虚拟定位处理而合成好像是将被从点声源发出的声音的声波阵面，并且产生声束，以及针对Rch来使得产生的声束由一面墙壁反射。
如上所述，通过在一个头部传递函数的基础上执行对于音频信号的虚拟定位处理，根据本发明的阵列扬声器设备能够通过合成被发出的一个声音的声波阵面产生一个虚拟声源，该声音好像是从一个点声源发出的声音，或针对每一个声道把音频信号转换成声束。结果是，能够向一个收听者提供环绕声而与该阵列扬声器设备的安装环境无关。
虽然已针对具体优选实施例示出和描述了本发明，但对本领域技术人员显见的是能够在本发明指教的基础上作出各种变化和修改。这种变化和修改明显处在由所附的权利要求书定义的本发明的精神、范围和观念之内。
本申请基于2007年3月12日提交的日本专利申请2007-061574，该申请的内容被并入本文作为参考。

Claims (8)

1.一种阵列扬声器设备，包括：
阵列扬声器，其中的多个扬声器单元被布置在单个主体中；
声源定位添加单元，其基于头部传递函数，通过执行对左-前声道和右-前声道的音频信号添加声音特征的定位处理来产生左和右音频信号，所述声音特征使得收听者在其听力中感觉到定位在预定的左-前和右-前位置处的虚拟声源；和
声音发出方向控制单元，其把由声源定位添加单元产生的左和右音频信号的每一个分配到该阵列扬声器的一个或多个扬声器单元，并控制扬声器单元输出音频信号的定时，使得从阵列扬声器发出的左声音形成的声波阵面与将会由定位在该阵列扬声器之后的两个虚拟点声源之一发出的声音所形成的声波阵面相同，并且使得从该阵列扬声器发出的右声音形成的声波阵面与将会由定位在该阵列扬声器之后的两个虚拟点声源的另一个发出的声音所形成的声波阵面相同。
2.根据权利要求1的阵列扬声器设备，其中该声源定位添加单元包括一个串扰校正单元，该串扰校正单元产生音频信号来消除用于该收听者的两只相对的耳朵的音频信号，使得该收听者能够仅通过其左耳听到好像是被从一个虚拟点声源发出的左声音，并且能够仅通过其右耳听到好像是被从定位在该阵列扬声器之后的另一虚拟点声源发出的右声音。
3.根据权利要求1的阵列扬声器设备，还包括：
计算单元，其计算从阵列扬声器到该收听者的听音位置的距离，
其中声音发出方向控制单元根据计算得到的距离来改变发出音频信号的多个扬声器单元的位置，使得由听音位置和多个扬声器单元的每一个形成的水平角被保持为恒定值。
4.根据权利要求1的阵列扬声器设备，其中该声音发出方向控制单元把一个中心声道的音频信号分配到该阵列扬声器的多个扬声器单元，并且控制这些扬声器单元输出音频信号的定时，使得从该阵列扬声器发出的声音形成的声波阵面与将会由定位在阵列扬声器之后的虚拟点声源发出的声音所形成的声波阵面相同。
5.根据权利要求1的阵列扬声器设备，其中，在头部传递函数的基础上，声源定位添加单元通过执行对左-后声道和右-后声道的音频信号添加声音特征的定位处理来产生左和右音频信号，该声音特征使得收听者在其听力中感觉到定位在预定左-后和右-后位置处的虚拟声源。
6.根据权利要求1的阵列扬声器设备，还包括声束控制单元，其将左-后声道和右-后声道的音频信号分配到该阵列扬声器的全部或部分扬声器单元，并且控制音频信号从扬声器单元输出的定时以使得声束从该阵列扬声器发出。
7.一种阵列扬声器设备，包括：
阵列扬声器，其中的多个扬声器单元被布置在单个主体中；
声源定位添加单元，在头部传递函数的基础上，所述声源定位添加单元通过执行对左-后声道和右-后声道的音频信号添加声音特征的定位处理来产生左和右音频信号，该声音特征使得收听者在其听力中感觉到定位在预定左-后和右-后位置处的虚拟声源；
声音发出方向控制单元，其将声源定位添加单元所产生的左和右音频信号的每一个分配到该阵列扬声器的一个或多个扬声器单元；对扬声器单元输出音频信号的定时进行控制，使得从该阵列扬声器发出的左声音形成的声波阵面与将会由定位在该阵列扬声器之后的两个虚拟点声源之一发出的声音所形成的声波阵面相同，并且使得从该阵列扬声器发出的右声音形成的声波阵面与将会由定位在该阵列扬声器之后的两个虚拟点声源的另一个发出的声音所形成的声波阵面相同；把一个中心声道的音频信号分配到该阵列扬声器的多个扬声器单元；并且控制扬声器单元输出音频信号的定时以使得从该阵列扬声器发出的声音所形成的声波阵面与将会由定位在阵列扬声器之后的虚拟点声源发出的声音所形成的声波阵面相同；和
声束控制单元，其将左-前声道和右-前声道的音频信号分配到该阵列扬声器的全部或部分扬声器单元，并且对音频信号从扬声器单元输出的定时进行控制以使得声束从该阵列扬声器发出。
8.一种阵列扬声器设备，包括：
阵列扬声器，其中的多个扬声器单元被布置在单个主体中；
控制单元，其设置一种多声道环绕音频信号的声音发出方法；
声源定位添加单元，其在头部传递函数的基础上通过执行对一个或多个声道的音频信号添加声音特征的定位处理来产生符合该控制单元的设置的一个或多个声道的音频信号，所述声音特征使得收听者在其听力中感觉到定位在所述一个或多个声道的期望定位位置处的虚拟声源；
声音发出方向控制单元，其将除了由该声源定位添加单元产生的中心声道之外的一个或者多个声道的每一个音频信号分配到该阵列扬声器的一个或多个扬声器单元；对这些扬声器单元输出音频信号的定时进行控制，使得从该阵列扬声器发出的声音所形成的声波阵面与将会由定位在阵列扬声器之后的两个虚拟点声源发出的声音所形成的声波阵面相同；把该中心声道的一个音频信号分配到该阵列扬声器的多个扬声器单元；并且对这些扬声器单元输出该音频信号的定时进行控制，使得从该阵列扬声器发出的声音所形成的声波阵面与将会由定位在阵列扬声器之后的虚拟点声源发出的声音所形成的声波阵面相同；和
声束控制单元，其将除了未经过定位处理的中心声道之外的一个声道的音频信号分配到该阵列扬声器的全部或部分扬声器单元，并且对该音频信号从扬声器单元输出的定时进行控制以从该阵列扬声器发出一个声束。
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