CN102172043A - 音响再现装置 - Google Patents

Abstract

一种音响再现装置，在收听位置处对声波进行再现。该音响再现装置具备：校正处理部，其对具有可听频带的频率的可听频带信号进行校正；传送信号振荡器，其生成传送信号；调制器，其输出用由校正处理部校正后的可听频带信号对传送信号进行调制而得到的调制信号；和放声部，其根据从调制器输出的调制信号来输出声波。校正处理部基于从放声部到收听位置的距离来对可听频带信号进行校正。该音响再现装置能够与收听位置无关地高忠实度地将可听频带信号再现为原可听频带信号。

Description

音响再现装置

技术领域

本发明涉及一种具有高方向性的音响再现装置，其调制可听频带的信号地放射超声波频带的信号作为传送信号，并能够在特定的空间范围内再现可听频带的声波。

背景技术

音响再现装置能够通过振动膜直接向空气等介质中放射可听频带的声波，并能够利用衍射效应来使可听频带的声波大范围传播。

与此对比，为了使可听频带的声波仅在特定的空间范围内选择性地传播，具有高方向性的超方向性扬声器、或者参数扬声器等音响再现装置正不断实用化。在该音响再现装置中，利用可听频带的信号对作为传送信号的超声波频带信号进行调制，并以规定的增益进行放大，且将放大后的信号输入到超声波振子等产生超声波的放声部。放声部将该信号作为超声波频带的声波放射到空气等介质中。

从放声部放射出的声波因作为传送信号的超声波的传播特性，以高方向性在介质中传播。超声波频带的声波在介质中传播时，可听频带的声波的振幅因介质的非线性性而累积性地增加，并且，超声波频带的声波因介质的吸收或球面扩散而衰减。其结果是，经调制到超声波频带的可听频带的信号通过介质的非线性性而自解调为从原可听频带信号源输出的可听频带信号，从而能够仅在有限的狭窄空间范围内再现可听声音。

在这种音响再现装置中，从放声部放射并在介质中被解调的可听频带的声波的声压依赖于频率，因此难以忠实地再现从可听频带信号源输出的原可听频带的信号。图10表示从放声部放射出的可听频带的声波的声压的频率特性C101。图10同时表示声压不依赖于频率的固定的理想声压的频率特性C102。由于自解调后的声波的声压与原可听频带信号的大小的二阶微分成正比，因此从放声部放射并在介质中被解调的可听频带的声波的低频段上的声压低于高频段上的声压。在可听频带信号包含各种各样的频率分量的情况下，从放声部放射并在介质中被解调的可听频带的声波的声压根据频率不同而产生偏差，不具有理想的频率特性C102，因此无法高忠实度地对可听频带信号进行解调。

图11是专利文献1所记载的现有技术的音响再现装置101的框图。音响再现装置101具备：可听频带信号源102；校正处理部103，其对来自可听频带信号源102的可听频带信号进行校正；调制器104，其利用由校正处理部103校正后的信号对传送信号进行调制并输出调制信号；功率放大器105，其放大来自调制器104的调制信号；和放声部106，其将由功率放大器105放大后的信号向外部输出。

图12表示图10所示的声压的频率特性C101、C102、和校正处理部103对可听频带信号实施的校正的校正曲线P101。校正曲线P101具有与频率特性C101上下相反的特性。这样，校正处理部103用校正曲线P101对来自可听频带信号源的可听频带信号的振幅进行校正并输出。由此，再现从放声部7输出并在介质中自解调的可听频带信号。

但是，在图11所示的音响再现装置101中，无法根据位置忠实地对可听频带信号进行解调。

专利文献1：JP特开2004-328236号公报

发明内容

音响再现装置在收听位置对声波进行再现。该音响再现装置具备：校正处理部，其对具有可听频带的频率的可听频带信号进行校正；传送信号振荡器，其生成传送信号；调制器，其输出用由校正处理部校正后的可听频带信号对传送信号进行调制而得到的调制信号；和放声部，其根据从调制器输出的调制信号来输出声波。校正处理部基于从放声部到收听位置的距离来对可听频带信号进行校正。

该音响再现装置能够与收听位置无关地高忠实度地再现原可听频带信号。

附图说明

图1A是本发明的实施方式1中的音响再现装置的框图。

图1B是实施方式1中的音响再现装置的放声部的概略图。

图2表示从现有技术的音响再现装置输出并经自解调的可听频带声波的传播特性。

图3表示从实施方式1中的音响再现装置输出并经自解调的可听频带声波的声压的频率特性。

图4表示实施方式1中的音响再现装置的校正处理部的校正特性。

图5表示从实施方式1中的音响再现装置输出并经自解调的声波的传播特性。

图6表示从实施方式1中的音响再现装置输出并经自解调的声波的声压的频率特性。

图7是实施方式1中的音响再现装置的校正处理部的框图。

图8是本发明的实施方式2中的音响再现装置的框图。

图9是实施方式2中的音响再现装置的测距部的概略图。

图10表示声波的声压的频率特性。

图11是现有技术的音响再现装置的框图。

图12表示现有技术的音响再现装置的校正处理部的校正特性。

符号说明

1    音响再现装置

2    可听频带信号源

3    校正处理部

3B   校正曲线设定部

3C   存储部

3D   校正运算部

4    调制器

5    传送信号振荡器

7    放声部

9    音响再现装置

10   测距部

10A  超声波产生器

10B  超声波传感器

具体实施方式

(实施方式1)

图1A是本发明的实施方式1中的音响再现装置1的框图。可听频带信号源2产生具有可听频带的频率的可听频带信号。可听频带大致为20Hz～20kHz。校正处理部3对可听频带信号进行校正。由校正处理部3校正后的信号被送往调制器4。传送信号振荡器5产生具有比可听频带的最高频率高的频率的传送信号。在实施方式1中，传送信号的频率是高于20kHz的超声波频带的频率。调制器4输出用由校正处理部3校正后的信号对传送信号以振幅调制进行调制而得到的调制信号。从调制器4输出的调制信号由功率放大器6放大，并被送往放声部7。

图1B是放声部7的概略图。放声部7由多个超声波振子7A构成，分别设置在超声波振子7A内的压电元件根据从功率放大器6送来的信号而振动，从而将与该信号相应的声波放射到空气等介质中。该声波具有传送波信号的频率，是具有比可听频带的最高频率高的频率的超声波。

作为超声波从放声部7向介质放射的声波具有作为超声波的传播特性的特征的高方向性地在介质中传播。超声波频带的声波在介质中传播时，由于介质的非线性性，可听频带的声波的振幅累积性地增加。与此同时，超声波频带的频率的传送波信号由于介质的吸收或球面扩散而衰减。其结果是，从放声部7放射的声波自解调为基于对传送波信号进行了调制的可听频带信号的可听频带的频率的声波。

这样，在音响再现装置1中，通过利用具有高方向性的超声波作为传送信号来从放声部7放射声波，从而仅在有限的特定的位置处再现可听频带信号。在将音响再现装置1作为美术馆或博物馆的展示物的说明用的扬声器来使用的情况下，能够只对特定的人物传播声音。

在校正处理部3连接有外部输入部8。使用者对外部输入部8进行操作来手动设定从放声部7到收听声波的收听位置的距离。

接下来，对在校正处理部3中校正可听频带信号的方法进行说明。

一般而言，从放声部7输出并在介质中被解调的可听频带的声波的传播特性根据频率而变化。即，从放声部7输出并在介质中被解调的可听频带的声波的声压根据其频率、以及从放声部7到收听声波的收听位置的距离而变化。

图2表示基于Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov(KZK)理论公式而求出的从放声部7再现的声波的传播特性。在图2中，横轴表示从放声部7到收听位置的距离，纵轴表示声波的声压。如图2所示，表示声波的频率f1、频率f2、频率f3(f1＜f2＜f3)下的各自的传播特性的曲线不同，进而在各曲线(频率f1～f3的各个)中，声压根据离放声部7的距离而变化。

图3表示基于KZK理论公式而求出的、图2所示的收听距离的值d1、d2上的声压的频率特性。在图3中，横轴表示声波的频率，纵轴表示声波的声压。最低频率fn和最高频率fm分别是从放声部7放射的声波的频率分量中的最低频率和最高频率。另外，图3所示的声压的频率特性相当于在音响再现装置1中不设置校正处理部3的情况下从放声部7输出并在介质中被解调的可听频带的声波的声压的频率特性。

如图3所示，在从放声部7输出并在介质中被解调的可听频带的声波中，低频率的分量的声压大于高频率的分量的声压。在收听距离的值d1、d2上的频率特性不同，即，声压的频率特性根据从放声部7到收听位置的距离而变化。

图11所示的现有技术的音响再现装置101与从放声部107到收听位置的距离无关地输出相同的声波，因此存在根据收听位置不同而难以高忠实度地对原可听频带信号进行解调的情况。

为了在图3所示的距离的值d1、d2的收听位置处忠实地对原可听频带信号进行解调，校正处理部3根据经自解调的可听频带的声波的声压的频率特性来对可听频带信号进行校正。图4表示校正处理部3存储的、分别与收听距离的值d1、d2对应的校正曲线P1、P2。

校正曲线P1、P2用以下方法导出。首先，在从放声部7到使用者收听的位置的收听距离的值d1、d2上，通过KZK理论公式来求取经自解调的可听频带的声波的声压的频率特性。进而，按照相对于所求出的频率特性具有反特性的频率特性的方式来创建校正曲线P1、P2。即，多条校正曲线P1、P2分别具有：具有根据不用校正处理部3校正的信号而从放声部7输出的可听频带的频率的声波的声压的频率特性的反特性的频率特性。在此，反特性的频率特性是指，使以纵轴表示声压、以横轴表示频率的频率特性的坐标图在纵轴方向反转而得到的频率特性。即，图4所示的校正曲线P1、P2具有使图3所示的从放声部7到收听位置的距离的值d1、d2上的声波的声压的频率特性在纵轴方向反转后的形状。

另外，在实施方式1中基于KZK理论公式来求取校正曲线P1、P2。也可以基于与KZK理论公式类似的近似式、或者实测值来求取。在基于实测值来求取的情况下，能够使校正曲线P1、P2成为符合实际使用的正确的曲线。

这样，实施方式1中的音响再现装置1的校正处理部3存储从放声部7到收听位置的距离的多个值d1、d2、和与多个值d1、d2分别对应的多条校正曲线P1、P2。其结果是，校正处理部3能够与各种各样的收听位置对应地从多条校正曲线中选择最合适的校正曲线，并且通过用所选择的校正曲线来对可听频带信号进行校正，从而能够高忠实度地将可听频带信号解调为原可听频带信号。另外，收听位置的距离的多个值的个数不限定于2，也可以为3以上的任意的数。校正处理部3存储分别与距离的值对应的多条校正曲线。

对从放声部7到收听位置的距离为值d1时的音响再现装置1的动作进行说明。

图5表示从音响再现装置1的放声部7到收听位置的距离为值d1时的该收听位置处的声波的声压的频率特性。因为距离的值是d1，所以校正处理部3用校正曲线P1对可听频带信号进行校正。即，使针对校正处理部3的可听频带信号的频率f1的分量的增益大于针对频率f3的分量的增益。由此，能够在距离的值d1的收听位置处使频率f1以及频率f3的分量的声压与频率f2的分量的声压一致。这样，能够使从放声部7输出并在介质中被解调的可听频带的声波的声压的频率特性像图6所示的理想频率特性那样，在距离的值d1上变得平坦，能够高忠实度地将从可听频带信号源2输出的可听频带信号解调为原可听频带信号。

同样，在从放声部7到收听位置的距离为值d2的情况下，校正处理部3用校正曲线P2与上述同样地对可听频带信号进行校正。由此，能够在距离的值为d2的收听位置处，高忠实度地对从可听频带信号源2输出的可听频带信号进行解调。

虽然在实施方式1的音响再现装置1中，使频率f1以及频率f3的分量的声压与频率f2的分量上声压一致，但不限于此，也可以使频率f1～f3的分量的声压与频率f1的分量或频率f3的分量的声压一致，或者也可以使与频率f1～f3的分量的声压以外的任意的声压一致。

从放声部7到收听位置的距离的多个值、和分别与这些值对应的多条校正曲线作为校正表存储在校正处理部3中。在音响再现装置1中，由外部输入部8来设定从放声部7到收听位置的距离的值。校正处理部3参照校正表，从存储的多条校正曲线中，唯一地决定与所设定的值对应的校正曲线，并用所选出的校正曲线对从可听频带信号源2发送来的可听频带信号的振幅进行校正。

接下来，关于校正处理部3的动作的详细内容在以下进行说明。图7是校正处理部3的框图。校正处理部3具备：距离参数设定部3A；校正曲线设定部3B；存储部3C，其与校正曲线设定部3B连接；和校正运算部3D。距离参数设定部3A与外部输入部8连接，校正运算部3D与可听频带信号源2以及调制器4连接。

若用外部输入部8设定从放声部7到收听位置的距离的值，则所设定的值作为信号被输入到距离参数设定部3A。距离参数设定部3A从外部输入部8接受了该信号后，从n个值d1～dn中选择一个与所输入的信号对应的值，并将所选择的值作为信号送往校正曲线设定部3B。校正曲线设定部3B基于送来的该信号，从存储在存储部3C中的校正表中的多条校正曲线P1～Pn中，选择与所选择的值对应的校正曲线。

校正运算部3D利用由校正曲线设定部3B选择的校正曲线，对从可听频带信号源2送来的可听频带信号的振幅进行校正，并送往调制器4。

这样，通过由使用音响再现装置1的使用者用外部输入部8来设定从放声部7到收听位置的距离，能够在任意的收听位置处收听高忠实度地将可听频带信号解调为原可听频带信号后的声波。

(实施方式2)

图8是本发明的实施方式2中的音响再现装置9的框图。在图8中，对与图1A所示的实施方式1中的音响再现装置1相同的部分付与相同的参照编号。实施方式2中的音响再现装置9，取代图1A所示的实施方式1中的音响再现装置1的外部输入部8而具备测距部10。在音响再现装置9中在校正处理部3连接有测距部10。测距部10测定从放声部7到收听位置的距离。

图9是测距部10的概略图。测距部10具备：超声波产生器10A，其产生超声波；超声波传感器10B，其接收超声波；和运算部10C。从超声波产生器10A送来的超声波到达存在于收听位置X1的使用者而被反射，并由超声波传感器10B接收。运算部10C测定从超声波产生器10A发送超声波开始到由超声波传感器接收为止的时间，并基于测定出的时间，来求取从放声部7到收听位置X1的距离L1的值。在此，超声波产生器10A和超声波传感器10B分别由独立的两个超声波振子形成。或者，也可以是超声波产生器10A由超声波振子形成，超声波传感器10B共用超声波产生器10A的超声波振子而形成。

测距部10除了使用超声波以外，也可以诸如以利用光的传感器来形成，但优选使用超声波。如图1B所示，因为放声部7由多个超声波振子7A构成，所以可以将放声部7的多个超声波振子7A中的一部分超声波振子作为超声波产生器10A和超声波传感器10B来使用。在此情况下，因为从放声部7到收听位置X1的距离L1和从测距部10到收听位置X1的距离一致，所以测距部10能够正确地测定距离L1的值。

由测距部10测定出的从放声部7到收听位置X1的距离L1的值作为信号被输入到校正处理部3。

校正处理部3与实施方式1中的音响再现装置1同样，基于所测定出的值来从多条校正曲线P1～Pn中唯一地选择校正曲线。校正处理部3用所选择的校正曲线来对从可听频带信号源2送来的可听频带信号的振幅进行校正。由此，音响再现装置9能够在任意的收听位置处高忠实度地将从可听频带信号源2输出的可听频带信号解调为原可听频带信号。

因为实施方式2中的音响再现装置9具备测距部10，所以即使使用者不手动设定从放声部7到收听位置的距离的值，也能够得到与实施方式1中的音响再现装置1相同的效果，从而成为易用性高的音响再现装置。

另外，在实施方式1、2中，距离L1的值d1～dn不仅可以是一般由距离的单位表示的值，还可以是与距离对应的其他的值。

(产业上的可利用性)

本发明的音响再现装置能够与收听位置无关地高忠实度地再现可听频带信号，作为只在有限的空间范围内再现可听频带的声音的、方向性高的音响再现装置优选。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种音响再现装置，其在收听位置处对声波进行再现，其中，

所述音响再现装置具备：

校正处理部，其对具有可听频带的频率的可听频带信号进行校正；

传送信号振荡器，其生成传送信号；

调制器，其输出用由所述校正处理部校正后的所述可听频带信号对所述传送信号进行调制而得到的调制信号；和

放声部，其根据从所述调制器输出的所述调制信号来输出声波，

所述校正处理部基于从所述放声部到所述收听位置的距离来对所述可听频带信号进行校正，

所述校正处理部包括：

存储部，其存储距离的多个值、和与所述多个值分别对应的多条校正曲线；

校正曲线设定部，其基于从所述放声部到所述收听位置的所述距离的值，从所述多条校正曲线中唯一地选择校正曲线；和

校正运算部，其使用选择的所述校正曲线来对所述可听频带信号进行校正。

2.(删除)

3.根据权利要求1所述的音响再现装置，其中，

所述多条校正曲线分别具有如下频率特性：

具有根据不用所述校正处理部校正的信号而从所述放声部输出的可听频带的频率的声波的声压的频率特性的反特性。

4.根据权利要求3所述的音响再现装置，其中，

所述声波的所述声压的所述频率特性是通过实测求出的特性。

5.根据权利要求1所述的音响再现装置，其中，

还具备测距部，其测定从所述放声部到所述收听位置的所述距离。

6.根据权利要求5所述的音响再现装置，其中，

所述测距部包括：

超声波产生器，其产生超声波；和超声波传感器，其接收产生的所述超声波。

Claims (6)

1.一种音响再现装置，其在收听位置处对声波进行再现，其中，

所述音响再现装置具备：

校正处理部，其对具有可听频带的频率的可听频带信号进行校正；

传送信号振荡器，其生成传送信号；

调制器，其输出用由所述校正处理部校正后的所述可听频带信号对所述传送信号进行调制而得到的调制信号；和

放声部，其根据从所述调制器输出的所述调制信号来输出声波，

所述校正处理部基于从所述放声部到所述收听位置的距离来对所述可听频带信号进行校正。

2.根据权利要求1所述的音响再现装置，其中，

所述校正处理部包括：

存储部，其存储距离的多个值、和与所述多个值分别对应的多条校正曲线；

校正曲线设定部，其基于从所述放声部到所述收听位置的所述距离的值，从所述多条校正曲线中唯一地选择校正曲线；和

校正运算部，其使用选择的所述校正曲线来对所述可听频带信号进行校正。

3.根据权利要求2所述的音响再现装置，其中，

所述多条校正曲线分别具有如下频率特性：

具有根据不用所述校正处理部校正的信号而从所述放声部输出的可听频带的频率的声波的声压的频率特性的反特性。

4.根据权利要求3所述的音响再现装置，其中，

所述声波的所述声压的所述频率特性是通过实测求出的特性。

5.根据权利要求1所述的音响再现装置，其中，

还具备测距部，其测定从所述放声部到所述收听位置的所述距离。

6.根据权利要求5所述的音响再现装置，其中，

所述测距部包括：

超声波产生器，其产生超声波；和

超声波传感器，其接收产生的所述超声波。

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