CN102870436B - 绕射声衰减装置、绕射声衰减方法、以及滤波系数决定方法 - Google Patents

绕射声衰减装置、绕射声衰减方法、以及滤波系数决定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的绕射声衰减装置(100)具备:播放扬声器(101),输出具有输入信号所示的特性的播放音;至少两个控制扬声器(102),播放示出用于使绕射声的声压衰减的控制音的特性的控制信号,该绕射声是播放音中的到达收听者的位置以外的多个控制点的每一个上的声音;以及控制滤波器(104),根据输入信号生成控制信号,播放扬声器(101)被配置成与收听者相对,分别被配置控制扬声器(102)在播放扬声器(101)的周围,且不与收听者相对,控制点被配置成与播放扬声器以及控制扬声器分别相对,控制滤波器(104),生成控制信号,以使绕射声的声压,比作为播放音中的到达收听者的位置的声音的直达声的声压还要衰减。

Description

绕射声衰减装置、绕射声衰减方法、以及滤波系数决定方法
技术领域
本发明涉及关绕射声衰减装置等。更具体而言,涉及使传递到视听位置以外的位置的声音衰减的绕射声衰减装置等。
背景技术
对于使不舒服的噪音衰减的方法,以往存在从控制扬声器中播放反相位的声音来消除噪音的、所谓主动噪音控制的想法(例如,参照专利文献1至4)。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1:日本特开平6-149271号公报
专利文献2:日本特表平8-500193号公报
专利文献3:日本特开昭60-201799号公报
专利文献4:日本特开平2-239798号公报
发明概要
发明要解决的问题
然而,所述的以往技术中存在的问题是,用于使噪音衰减的装置变得大型、结构变得复杂。
发明内容
于是,鉴于所述的问题,本发明的目的在于提供一种绕射声衰减装置,以小型的结构,能够使向不想传递声音的方向的扬声器播放声压衰减,并且,向想要传递声音的方向能够准确地传递声音。
解决问题所采用的手段
本发明,面向用于解决所述问题的绕射声衰减装置,本发明的实施方案之一涉及的绕射声衰减装置,在收听者的位置以及收听者的位置以外的位置设定多个控制点,对所述控制点上的声压进行控制,所述绕射声衰减装置具备:播放扬声器,输出具有输入信号所示的特性的播放音;至少两个控制扬声器,播放控制信号,该控制信号示出控制音的特性,该控制音用于使绕射声的声压衰减,该绕射声是所述播放音中的到达收听者的位置以外的多个所述控制点的每一个上的声音;以及控制滤波器,通过对所述输入信号执行滤波处理,从而生成所述控制信号,所述播放扬声器,被配置成与所述收听者相对,所述控制扬声器,分别被配置在所述播放扬声器的周围,且不与收听者相对,所述控制点,被配置成与所述播放扬声器以及所述控制扬声器分别相对,所述控制滤波器,生成所述控制信号,以使所述绕射声的声压,比直达声的声压还要衰减,该直达声是所述播放音中的到达所述收听者的位置的声音。
而且,本发明,除了可以作为这样的绕射声衰减装置来实现以外,还可以作为将绕射声衰减装置中包含的特征单元作为步骤的绕射声衰减方法来实现,也可以作为决定绕射声衰减装置具备的滤波器的系数的滤波系数决定方法来实现。进而,也可以作为使计算机执行这样的特征步骤的程序来实现。这样的程序,当然也可以通过CD-ROM(Compact Disc ReadOnly Memory)等的记录介质以及互联网等的传输介质来分发。
进而,本发明,可以作为实现这样的绕射声衰减装置的功能的一部分或全部的半导体集成电路(LSI)来实现,也可以作为具备这样绕射声衰减装置的绕射声衰减系统来实现。
发明效果
根据本发明,能够提供一种绕射声衰减装置,以小型的结构,能够使向不想传递声音的方向的扬声器播放声压衰减,并且,向想要传递声音的方向能够准确地传递声音。
附图说明
图1是示出实施例1涉及的绕射声衰减装置的扬声器和麦克风结构的图。
图2是实施例1涉及的绕射声衰减装置的信号处理框图。
图3是用于求出从控制扬声器到麦克风间的传递特性的信号处理框图。
图4是求出要控制的绕射声的传递特性的信号处理框图。
图5是求出绕射声的控制特性的信号处理的整体结构图。
图6是图5示出的目标特性部的内部信号处理框图。
图7是图5示出的控制部的内部信号处理框图。
图8是图5示出的音响系统模拟部的内部信号处理框图。
图9是示出实施例1涉及的绕射声衰减装置的功能框的图。
图10是实施例1涉及的从上面看绕射声衰减装置的实验室的麦克风和扬声器配置的图。
图11是示出图10示出的实验配置的绕射声衰减装置的麦克风11的控制效果的图。
图12是示出图10示出的实验配置的绕射声衰减装置的麦克风12的控制效果的图。
图13是示出图10示出的实验配置的绕射声衰减装置的麦克风13的控制效果的图。
图14是示出图10示出的实验配置的绕射声衰减装置的麦克风14的控制效果的图。
图15是示出图10示出的实验配置的绕射声衰减装置的麦克风15的控制效果的图。
图16是示出图10示出的实验配置的绕射声衰减装置的麦克风401的控制效果的图。
图17是示出图10示出的实验配置的绕射声衰减装置的麦克风402的控制效果的图。
图18是示出图10示出的实验配置的绕射声衰减装置的麦克风403的控制效果的图。
图19是示出实施例2涉及的绕射声衰减装置的扬声器和麦克风结构的图。
图20是示出实施例2涉及的绕射声衰减装置的扬声器和麦克风结构的图。
图21是实施例2涉及的绕射声衰减装置的信号处理框图。
图22是示出图21示出的校正滤波器和加法器的内部结构以及与控制扬声器的连接结构的图。
图23是求出图22示出的校正滤波器的控制特性的信号处理的整体结构图。
图24是图23示出的目标特性部的内部信号处理框图。
图25是图23示出的校正滤波器的内部信号处理框图。
图26是图23示出的音响系统模拟部的内部信号处理框图。
图27是求出图21示出的ANC(Active Noise Control:主动噪音控制)的Filtered-x滤波器的特性的信号处理框图。
图28是图21示出的ANC的内部信号处理框图。
图29是示出实施例2涉及的绕射声衰减装置的功能框的图。
图30是实施例2涉及的从上面看绕射声衰减装置的实验室的麦克风和扬声器配置的图。
图31是示出图30示出的实验配置的绕射声衰减装置的麦克风11的控制效果的图。
图32是示出图30示出的实验配置的绕射声衰减装置的麦克风12的控制效果的图。
图33是示出图30示出的实验配置的绕射声衰减装置的麦克风13的控制效果的图。
图34是示出图30示出的实验配置的绕射声衰减装置的麦克风14的控制效果的图。
图35是示出图30示出的实验配置的绕射声衰减装置的麦克风15的控制效果的图。
图36是示出图30示出的实验配置的绕射声衰减装置的麦克风16的控制效果的图。
图37是示出图30示出的实验配置的绕射声衰减装置的麦克风17的控制效果的图。
图38是示出第一关联技术的图。
图39是示出第二关联技术的第一图。
图40是示出第二关联技术的第二图。
图41A是示出第三关联技术的上面图。
图41B是示出第三关联技术的正面图。
图41C是示出第三关联技术的使用状况的图。
图42是示出室内的TV声音泄漏到邻室的情况的图。
图43A是示出基于图42的音响模拟模型的第一图。
图43B是示出基于图42的音响模拟模型的第二图。
图44A是示出音响模拟的分析结果(100Hz时)的第一图。
图44B是示出音响模拟的分析结果(100Hz时)的第二图。
图45A是示出音响模拟的分析结果(200Hz时)的第一图。
图45B是示出音响模拟的分析结果(200Hz时)的第二图。
图46A是示出音响模拟的分析结果(300Hz时)的第一图。
图46B是示出音响模拟的分析结果(300Hz时)的第二图。
图47A是示出音响模拟的分析结果(500Hz时)的第一图。
图47B是示出音响模拟的分析结果(500Hz时)的第二图。
图48A是示出音响模拟的分析结果(100Hz时)的第三图。
图48B是示出音响模拟的分析结果(200Hz时)的第三图。
图48C是示出音响模拟的分析结果(300Hz时)的第三图。
图48D是示出音响模拟的分析结果(500Hz时)的第三图。
具体实施方式
本发明的实施方案之一涉及的绕射声衰减装置,在收听者的位置以及收听者的位置以外的位置设定多个控制点,对所述控制点上的声压进行控制,所述绕射声衰减装置具备:播放扬声器,输出具有输入信号所示的特性的播放音;至少两个控制扬声器,播放控制信号,该控制信号示出控制音的特性,该控制音用于使绕射声的声压衰减,该绕射声是所述播放音中的到达收听者的位置以外的多个所述控制点的每一个上的声音;以及控制滤波器,通过对所述输入信号执行滤波处理,从而生成所述控制信号,所述播放扬声器,被配置成与所述收听者相对,所述控制扬声器,分别被配置在所述播放扬声器的周围,且不与收听者相对,所述控制点,被配置成与所述播放扬声器以及所述控制扬声器分别相对,所述控制滤波器,生成所述控制信号,以使所述绕射声的声压,比直达声的声压还要衰减,该直达声是所述播放音中的到达所述收听者的位置的声音。
据此,在本实施例中,能够由最少两个扬声器、和控制滤波器(例如,由数字信号处理器构成的电路等)实现绕射声衰减装置,因此,与以往技术相比,能够实现更小型的结构。并且,不会有控制对象空间变大运算量就变得庞大的情况。因此,能够提供一种绕射声衰减装置,以小型的形状,且以低运算量,能够使向不想传递声音的方向的扬声器播放声压衰减,并且,向想要传递声音的方向能够准确地传递声音。
并且,也可以是,所述至少两个控制扬声器之中的一个、和所述播放扬声器,由同一扬声器构成,所述控制滤波器,对所述输入信号执行所述滤波处理,以使得在所述收听者的位置的控制点上,所述直达声的声压与不播放所述控制信号而由所述播放扬声器照原样播放所述输入信号时的所述播放音的声压相等,并且,以使得在所述收听者的位置以外的位置的控制点上,与不播放所述控制信号而由所述播放扬声器照原样播放所述输入信号时相比,所述绕射声的声压衰减规定量。
据此,绕射声衰减装置,不妨碍由收听者的播放音的收听,而能够使衍射声的声压级衰减。
并且,也可以是,所述控制滤波器,具有由滤波系数决定方法决定的滤波系数,所述滤波系数决定方法包括:目标特性决定步骤,对所述输入信号进行信号处理,决定目标信号,该目标信号是示出所述控制点的每一个上的将要成为目标的所述播放音的特性的信号;控制信号计算步骤,通过对所述输入信号,适用与所述控制扬声器的每一个对应的控制滤波器,从而计算将要由该控制扬声器播放的所述控制信号;音响系统模拟步骤,根据在所述控制信号计算步骤中计算出的控制信号,计算播放信号,该播放信号是示出所述控制点的每一个上的所述播放音的特性的信号;加法步骤,按照对应的每个控制点计算误差信号,该误差信号是合成所述目标信号和所述播放信号而得到的信号;以及判断步骤,在所述加法步骤中计算出的所述误差信号为规定的阈值以上的情况下,更新所述控制滤波器的系数,以使所述误差信号变小,在所述误差信号小于规定的阈值的情况下,将该控制滤波器的系数决定为所述控制滤波器要具有的所述滤波系数。
据此,能够具体决定绕射声衰减装置具备的控制滤波器的滤波系数。
具体而言,也可以是,在所述目标特性决定步骤中,通过将按每个所述控制点对应的电平调整器和目标特性滤波器适用于所述输入信号,从而决定所述目标信号,在多个所述目标特性滤波器之中的第一目标特性滤波器中,设定有从所述播放扬声器到被配置在所述收听者的位置的控制点为止的传递特性,在所述第一目标特性滤波器以外的目标特性滤波器中,设定有从所述播放扬声器到被配置在所述收听者的位置以外的位置的控制点为止的传递特性,所述电平调整器分别按照设定值,调整所述输入信号的增益。
据此,能够分别调整与控制扬声器之中的兼任播放扬声器的控制扬声器对应的电平调整器、和与除此以外的控制扬声器对应的电平调整器的增益。
更具体地说,也可以是,与多个所述电平调整器之中的与所述第一目标特性滤波器对应的电平调整器中设定的增益的设定值相比,与其他的目标特性滤波器对应的电平调整器中设定的增益的设定值小。
据此,通过使与控制扬声器之中的兼任播放扬声器的控制扬声器对应的电平调整器的增益,比与其他的控制扬声器对应的电平调整器的增益大,从而能够使从播放扬声器播放的播放音中的收听者收听的声音容易听。并且,能够使播放音中的衍射声衰减。
并且,也可以是,在所述音响系统模拟步骤中,针对所述控制信号的每一个,对该控制信号适用音响系统模拟滤波器,该音响系统模拟滤波器示出到达所述控制点的每一个为止的路径的传递特性,按每个所述控制点,对适用了所述音响系统模拟滤波器的多个所述控制信号进行加法运算,从而计算各个控制点上的播放信号。
据此,根据对象的传递特性,在计算机内能够计算由控制音的衍射声的衰减效果。
并且,也可以是,在所述判断步骤中,对所述输入信号适用音响系统模拟滤波器,该音响系统模拟滤波器示出从所述控制扬声器的每一个到所述控制点的每一个为止的声音的传递特性,在所述误差信号为规定的阈值以上的情况下,根据所述音响系统模拟滤波器的输出信号和所述误差信号,更新所述控制滤波器的滤波系数,以使下次计算的误差信号更小。
据此,控制部能够决定控制滤波器的滤波系数,以使下次获得的作为反馈的误差信号更小。
并且,也可以是,目标特性部,对所述输入信号进行信号处理,输出多个目标信号Dn;控制部,对所述输入信号进行信号处理,输出多个控制信号Cn;音响系统模拟部,对从所述控制部输出的所述多个控制信号Cn的每一个进行信号处理,输出与所述多个控制信号Cn的每一个对应的播放信号On;以及运算器,通过合成所述目标信号Dn的每一个、和与该目标信号Dn对应的所述播放信号On,从而输出多个误差信号En,所述绕射声衰减装置,通过使所述多个误差信号比规定的阈值小,来计算Cn=Dn/On,从而求出所述控制滤波器的控制特性。
据此,绕射声衰减装置,具备进行用于求出滤波系数的运算的构成要素,因此,按照被设置的每个空间,能够决定更适当的滤波系数。
并且,也可以是,所述绕射声衰减装置还具备:校正滤波器,将所述控制滤波器的每一个输出的所述控制信号作为输入;以及加法器,所述播放扬声器,由与所述至少两个控制扬声器不同的扬声器构成,所述至少两个控制扬声器之中的第一控制扬声器被配置成,其振动板与所述收听者相对,所述第一控制扬声器以外的控制扬声器,被配置在所述播放扬声器的周围,且不与所述收听者相对,所述校正滤波器,具有滤波系数,该滤波系数,用于使播放了适用了该校正滤波器的所述控制信号的控制音,衰减到不给所述收听者的位置上的所述播放音的特性带来影响的程度,所述加法器,按照对应的每个所述控制扬声器,将适用了所述校正滤波器的各个控制信号汇集,将汇集了的控制信号,向对应的控制扬声器输出。
据此,对现有的播放扬声器,以后追加控制扬声器,从而能够使从播放扬声器播放的播放音中的绕射声衰减。
本发明的实施方案之一涉及的滤波系数决定方法,是具备播放扬声器、至少两个控制扬声器、以及控制滤波器的绕射声衰减装置中的所述控制滤波器的滤波系数决定方法,所述播放扬声器,输出具有输入信号所示的特性的播放音;所述至少两个控制扬声器,播放控制信号,该控制信号示出控制音的特性,该控制音用于使绕射声的声压衰减,该绕射声是所述播放音中的到达多个控制点的每一个上的声音;所述控制滤波器,通过对所述输入信号执行滤波处理,从而生成所述控制信号,所述滤波系数决定方法包括:目标特性决定步骤,对所述输入信号进行信号处理,决定目标信号,该目标信号是示出所述控制点的每一个上的将要成为目标的所述播放音的特性的信号;控制信号计算步骤,通过对所述输入信号,适用与所述控制扬声器的每一个对应的控制滤波器,从而计算将要由该控制扬声器播放的所述控制信号;音响系统模拟步骤,根据在所述控制信号计算步骤中计算出的控制信号,计算播放信号,该播放信号是示出所述控制点的每一个上的所述播放音的特性的信号;加法步骤,按照对应的每个控制点计算误差信号,该误差信号是合成所述目标信号和所述播放信号而得到的信号;以及判断步骤,在所述加法步骤中计算出的所述误差信号为规定的阈值以上的情况下,更新所述控制滤波器的系数,以使所述误差信号变小,在所述误差信号小于规定的阈值的情况下,将该控制滤波器的系数决定为所述控制滤波器要具有的所述滤波系数。
本发明的实施方案之一涉及的绕射声衰减方法,是由具备播放扬声器、至少两个控制扬声器、以及控制滤波器的绕射声衰减装置的绕射声衰减方法,所述播放扬声器,输出具有输入信号所示的特性的播放音;所述至少两个控制扬声器,播放控制信号,该控制信号示出控制音的特性,该控制音用于使绕射声的声压衰减,该绕射声是所述播放音中的到达多个控制点的每一个上的声音;所述控制滤波器,通过对所述输入信号执行滤波处理,从而生成所述控制信号,所述绕射声衰减方法包括:目标特性计算步骤,对所述输入信号进行信号处理,输出多个目标信号Dn;控制信号计算步骤,对所述输入信号进行信号处理,输出多个控制信号Cn;音响系统模拟步骤,对由所述控制信号计算步骤输出的所述多个控制信号Cn的每一个进行信号处理,输出与所述多个控制信号Cn的每一个对应的播放信号On;以及运算步骤,通过合成所述目标信号Dn的每一个、和与该目标信号Dn对应的所述播放信号On,从而输出多个误差信号En;以及控制特性计算步骤,通过使所述多个误差信号比规定的阈值小,来计算Cn=Dn/On,从而求出所述控制滤波器的控制特性。
以下,在更详细说明本发明之前,更详细说明本发明的关联技术以及问题。
以往,对于耳机以及导管(管路)等的空间尺寸被限定为小的一维空间,存在主动噪音控制的实用例,除了模拟式以外,还以数字式实现该控制方式。这是因为,若是一维控制,则以比较低的运算也能够实现,因此,即使是数字式,也能够使成本变低。但是,对于一般家庭的房间以及办公室、汽车室内等的空间尺寸大的三维空间,若不具有用于得到效果的多数的控制点,则在广区域不能确保一定效果,因此,运算量增多,难以以低成本实现。
而且,在此,所谓噪音,不仅限于工厂噪音以及汽车的引擎声等的、一般所说的噪音。例如,即使是对电车内听耳机音频的人来说舒适的声音,对该周围的人也会感到从耳机中泄漏的声音是不舒服的声音、即噪音。以往指出的问题是,在家庭内享受音频以及TV时,另一方面,声音泄漏到旁边的房间等来带给不舒服的感觉。享受音频以及TV的人,具有以大音量听的愿望,据此,泄漏的声音也自然变大,根据情况,会导致产生与邻居的纠纷。
图38示出,专利文献1所示的,例如在住宅的墙壁设置主动振动(噪音)控制装置,来抑制墙壁的振动,从而使在墙壁传播而辐射的噪音衰减的第一关联技术。在图38中,40001是示出遮音壁的符号,40002是示出为了激励遮音壁40001而设置的执行器的符号,40003是示出检测遮音壁40001的振动的振动传感器的符号,40004是示出噪音传感器的符号,40005是示出输入振动传感器40003的输出信号的换算电路的符号,40006是示出获得换算电路40005的输出信号和噪音传感器40004的输出信号来将控制信号输出给执行器40002的控制电路的符号。
由换算电路40005,将从多个振动传感器40003输出的电信号,换算为由遮音壁40001辐射的声辐射功率。控制电路40006,根据噪音传感器40004的输出信号和换算电路40005的输出信号,生成使作为换算电路40005的输出信号的辐射声压换算值变小的控制信号,并输出给执行器40002。根据这样的结构的遮音壁40001,对因设置了振动传感器40003的点的噪音而引起的振动,由执行器40002进行振动控制,从而使噪音的传递量衰减,据此试图提高遮音性能。
并且,对于专利文献2所示的第二关联技术,参照图39、图40进行说明。在图39中,50001是示出高透射损失面板的符号,50002是示出单元的符号,50003是示出执行器的符号。并且,在图40中,50004是示出设置在单元50002的壁面S1的第一传感器单元的符号,50005是示出设置在单元50002的壁面S2的第二传感器单元的符号,50006是示出控制装置的符号。
高透射损失面板50001是,排列多数单元50002来构成的。各个单元50002,通过前馈控制技术,使入射到单元50002的噪音衰减。具体而言,通过根据第一传感器单元50004和第二传感器单元50005的输出信号在控制装置50006进行运算的控制信号,驱动执行器50003。据此,透射高透射损失面板50001的噪音衰减。据此,试图提高遮音性能。
另一方面,除了使在墙壁传递的噪音(无用的声音)衰减的技术以外,还存在将需要的声音(TV声音等)仅传递给视听位置的技术。这是所谓指向性控制。
对于基本的指向性控制,以往存在号筒扬声器等的利用了几何学形状的技术。这是在高域能够比较容易得到指向性的方法。但是,为了以低频率得到尖锐的指向性,需要口径以及深度大的扬声器,导致扬声器的大型化。于是,最近,对于第三关联技术,利用以下的方法的情况多。
(1)参量扬声器(超声波扬声器)
利用空气对超声波的非线性,从以声音信号变调的超声波,在空气中解调原来的声音信号的方式,能够得到尖锐的指向性(参照专利文献3)。
(2)阵列扬声器(音柱扬声器)
通过从排列为直线状的多个扬声器辐射的声音的合成,能够得到指向性。根据模拟方式,低域的指向性取决于阵列的长度,因此,在想要以低频率来控制指向性的情况下不能进行小型化。但是,根据数字方式,在低域至高域的宽频带能够控制指向性(参照专利文献4)。
图41A至图41C示出阵列扬声器的扬声器配置例。而且,图41A以及在图41B的箭头线示出,能够进行指向性的控制的方向。并且,估计在扬声器的前方通常存在收听者,因此,在图41C中,在扬声器的前方具有尖锐的指向性。
通常,对于阵列扬声器,扬声器以直线状配置为一列的情况多。但是,对于参量扬声器,通常配置为平面(矩阵状),因此,以该配置进行说明。扬声器阵列20000是,各个扬声器汇集多个而成的。在如此配置为平面的情况下,在左右上下以及前方能够控制指向性。基本上,指向性控制是,在想要传递声音的方向上相互增强声音的控制(其结果为,相对而言,不想传递声音的方向的播放声压降低)。通常,进行控制,以使得在收听者存在的前方具有尖锐的指向性。其结果为,能够向收听者传递TV声音等的需要的声音,向收听者存在的方向以外的方向能够使声音难以传递。
并且,在第一以及第二关联技术中,为了使在墙壁传递的噪音衰减,基本上需要在墙壁整面实施噪音控制。于是,在图38的情况下,需要多数的振动传感器40003和执行器40002,并且,即使在图39、图40的情况下,也需要多数的第一传感器单元50004和第二传感器单元50005和执行器50003,导致运算量增大。
在此,为了明确第一以及第二关联技术的问题点,使遮断噪音的墙壁的面积变化,利用音响模拟,对控制对象空间的噪音衰减量进行比较。
图42示出,在家60000的某房间人60005视听TV60002的情况下,从TV60002内的扬声器60003播放的声音,在墙壁60001传递来侵入邻室的例子。因此,人60004存在的邻室是,使噪音安静的控制对象空间。噪音(TV声音)在墙壁60001传递来进入邻室,因此推测为,若能够遮断从墙壁60001侵入的噪音,则在人60004存在的控制对象空间整体能够使噪音衰减。
图43A以及B是基于图42的分析模型。更详细而言,图43A示出从上面看家60000的图(由于是示意图,因此纵横比没有意义),图43B示出从控制对象空间侧看的墙壁60001。具体而言,将相当于TV内置的播放扬声器的扬声器60003作为音源来发生噪音。求出因此时的墙壁60001的振动而发生的控制对象空间的声压分布、与将在墙壁60001传递的噪音遮断规定量时(即,将墙壁60001的振动衰减规定量时)的控制对象空间的声压分布的差分,以作为噪音衰减量。此时,针对墙壁60001,对将以一点划线围绕的比较小的区域作为遮断区域的情况、将以虚线围绕的比较大的区域作为遮断区域的情况、与将以实线围绕的墙壁60001整体作为遮断区域的情况进行比较。而且,分析面是,图43A以及B中的面A(以阴影示出)。
图44A以及B示出噪音的频率为100Hz时的结果,图45A以及B示出频率200Hz时的结果,图46A以及B示出频率300Hz时的结果,图47A以及B示出频率500Hz时的结果。图44A、图45A、图46A、以及图47A示出,遮断图43B的以一点划线围绕的区域(小区域)的噪音20dB时的结果。并且,图44B、图45B、图46B、以及图47B示出,遮断图43B的以虚线围绕的区域(中区域)的噪音20dB时的结果。
表示的声压分布,以遮断前的声压为0dB基准,示出遮断后的声压。也就是说,负表示(-20dB等)示出噪音衰减的情况,颜色越黑且深,衰减效果就越大(为了以易懂的方式示出衰减效果,而以白色插入数值)。对于任何频率,都与以一点划线围绕的区域(小区域)相比,在遮断以虚线围绕的区域(中区域)的噪音的情况下,广范围的噪音衰减效果大。
图48A至D示出,遮断墙壁60001整体(大区域)的噪音20dB时的结果。详细而言,图48A示出噪音的频率为100Hz时的结果,图48B示出频率为200Hz时的结果,图48C示出频率为300Hz时的结果,以及图48D示出频率为500Hz时的结果。对于任何频率,在控制对象空间整体都得到了20dB的噪音衰减效果。
以上,在控制对象空间中,为了在尽可能广范围得到噪音衰减效果,需要对噪音侵入的墙壁的尽可能宽广的面(理想为墙壁整体)均匀进行噪音控制。也就是说,可知,根据第一以及第二关联技术的方法,随着想要使噪音衰减量和其效果区域变大,就需要多数的检测振动的传感器和发生振动的(据此抑制基于噪音的振动的)执行器,控制运算量变得庞大。
接着,若利用第三关联技术的方法,对于参量扬声器,各个超声波播放扬声器为小型,且能够得到尖锐的指向性,反而,存在转换效率低、或对低频率播放不合适的问题,还存在对超声波的收听者的保护等的问题。
另一方面,对于阵列扬声器,利用数字方式能够控制低域至高域的宽频带的指向性。但是,由于将多个扬声器配置为直线状(例如,横方向)或平面状,因此存在该长度变长,不能汇集为小型的形状的问题。
因此,鉴于所述的问题,本发明的目的在于提供一种绕射声衰减装置,以小型的形状,且以低运算量、低成本的结构,能够使向不想传递声音的方向的扬声器播放声压衰减,并且,向想要传递声音的方向能够准确地传递声音。而且,在本发明中,绕射声是指,将从扬声器直接传递到收听者的直达声以外的声音总称的声音。
特别是,本发明的目的在于,在位于传递声音的方向的收听位置上,即使使绕射声衰减装置工作,也能够再现与不工作时同等的音响特性,从而以不使收听者感到不协调感的方式控制绕射声,进一步,目的在于,即使以后安装在出售的TV等也得到同等的效果。
以下,利用附图说明本发明的实施例。而且,以下说明的实施例,都示出本发明的优选的一个具体例。以下的实施例所示的数值、形状、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形态、步骤、步骤的顺序等,是一个例子,而不是限定本发明的宗旨。本发明,仅由权利要求书限定。因此,对于以下的实施例的构成要素中的、示出本发明的最上位概念的独立请求要求中没有记载的构成要素,为了实现本发明的问题而并不一定需要,但是,被说明为构成更优选的形态的要素。
(实施例1)
说明实施例1涉及的绕射声衰减装置的结构。图1是示出实施例1涉及的绕射声衰减装置的扬声器结构的图。
在图1中,(a)是以控制扬声器1(控制扬声器1,例如与TV扬声器兼用)为正面的正面图,(b)是从右侧看(a)的扬声器结构的侧面图,(c)是从上面看(a)的扬声器结构的上面图。如此,绕射声衰减装置的扬声器的结构为,在控制扬声器1的上下左右后,分别至少配置每一个控制扬声器2至6。而且,在与各个控制扬声器1至6相对的位置设置麦克风11至16,将其设为控制点。在此,控制扬声器1兼任播放需要的声音(例如TV声音)的播放扬声器。麦克风11,被设置收听者位置本身、或收听者存在的方向。而且,在麦克风11的位置上,控制点的位置和收听者的位置可以一致。
也就是说,本实施例涉及的绕射声衰减装置是,在收听者的位置以及收听者的位置以外的位置设定多个控制点,对控制点上的声压进行控制的绕射声衰减装置。更详细而言,具备:播放扬声器1,输出具有输入信号所示的特性的播放音;至少两个控制扬声器(1至6),播放控制信号,该控制信号示出控制音的特性,该控制音用于使绕射声的声压衰减,该绕射声是播放音中的到达收听者的位置以外的多个控制点的每一个上的声音。并且,如后述,控制滤波器,通过对输入信号执行滤波处理,从而生成控制信号。在此,播放扬声器,被配置成与收听者相对。并且,控制扬声器,分别被配置在播放扬声器的周围,且不与收听者相对。进而,并且,控制点,被配置成与播放扬声器以及控制扬声器分别相对。
在此,作为本实施例涉及的绕射声衰减装置的目标的控制效果是,以下的两个。第一,从控制扬声器1(也是播放扬声器)播放的声音,在麦克风11中,不管由本实施例涉及的绕射声衰减装置的控制的有无,都保持同等特性。第二,与在没有由本实施例涉及的绕射声衰减装置的控制的情况下从控制扬声器1播放的播放音中的绕射声相比,在有由本实施例涉及的绕射声衰减装置的控制的情况下,在麦克风12至16中实现规定量的声压级的衰减。
更具体而言,将在没有由本实施例涉及的绕射声衰减装置的控制的情况下的从控制扬声器1向麦克风11的传递特性设为D1,将向麦克风12的传递特性设为D2,将向麦克风13的传递特性设为D3,将向麦克风14的传递特性设为D4,将向麦克风15的传递特性设为D5,将向麦克风16的传递特性设为D6。在此,在由本实施例涉及的绕射声衰减装置使绕射声衰减为1/10(衰减为=-20dB)的情况下,能够进行控制,以使得在麦克风11中照原样为D1,并且,在麦克风12中为D2/10,在麦克风13中为D3/10,在麦克风14中为D4/10,在麦克风15中为D5/10,在麦克风16中为D6/10即可。为此,本实施例涉及的绕射声衰减装置,通过图2示出的控制滤波器21至26,对从音源20(例如TV声音的输出装置)获得的输入信号进行信号处理来生成控制信号,从控制扬声器1至6播放各个控制信号。在此,为了得到所述的控制效果,控制滤波器21至26的控制特性的求出方法是重要的。具体而言,控制滤波器21至26,生成控制信号,以使绕射声的声压,比作为播放音中达到收听者的位置的声音的直达声的声压还要衰减。
而且,对于控制滤波器21至26的控制特性,可以由本实施例涉及的绕射声衰减装置求出,也可以将由外部的计算机事先求出的值存储到本实施例涉及的绕射声衰减装置。
因此,以下,说明该控制特性的求出方法。
首先,需要求出从控制扬声器1至6到麦克风11至16间的各个传递特性。图3示出用于求出从控制扬声器6到麦克风11至16间的传递特性的信号处理框图。在图3中,从控制扬声器6播放来自测量音源20的测量信号(以后,也称为输入信号),以作为测量音。同时,来自测量音源20的测量信号,输入到Fx滤波器31至36和LMS运算器41至46。在Fx滤波器31至36中,对其控制系数与来自测量音源20的测量信号进行卷积运算,将其结果输入到减法器51至56。另一方面,由控制扬声器6播放的测量音,由麦克风11至16检测,输入到减法器51至56。而且,在减法器51至56中,从麦克风11至16的检测信号中分别减去Fx滤波器31至36的输出信号,其结果分别输入到各个LMS运算器41至46。在LMS运算器41至46中,将来自测量音源20的测量信号作为参考信号,将来自减法器51至56的输出信号作为错误信号,进行LMS(最小平方)运算,以使错误信号成为最小值。也就是说,在LMS运算器41至46中,求出Fx滤波器31至36的系数更新量,将当前的控制系数与更新量相加来成为下一个新的控制系数,从而更新Fx滤波器31至36具有的控制系数(Fx61至Fx66)。通过反复该一连串的工作,LMS运算器41至46的各个错误信号、即减法器51至56的输出信号,与最小值(理想为,无限地0)接近。其结果为,Fx滤波器31至36的特性(=控制系数),分别与从控制扬声器6到麦克风11至16间的传递特性近似。而且,测量信号,优选的是,尽可能包含多样的频率的声音的信号。例如,可以考虑利用作为测量信号的白噪声的情况等。
实际上,LMS运算器反复进行所述LMS运算,直到例如所有的错误信号分别成为小于规定的阈值为止,据此,在Fx滤波器31中求出从控制扬声器6到麦克风11的传递特性Fx61,在Fx滤波器32中求出从控制扬声器6到麦克风12的传递特性Fx62,····,在Fx滤波器36中求出从控制扬声器6到麦克风16的传递特性Fx66。而且,对于LMS运算器判断LMS运算的反复处理的结束的条件,可以将至少一个错误信号成为小于规定的阈值的情况设为条件。并且,也可以将所有的错误信号的共计值成为小于规定的阈值的情况设为条件。
而且,在此,举出了利用控制扬声器6的情况,以作为例子,但是,在控制扬声器1至5的情况下,也能够同样求出。也就是说,在控制扬声器1的情况下,求出传递特性Fx11至Fx16。并且,在控制扬声器2的情况下,求出传递特性Fx21至Fx26。并且,在控制扬声器3的情况下,求出传递特性Fx31至Fx36。并且,在控制扬声器4的情况下,求出传递特性Fx41至Fx46。并且,在控制扬声器5的情况下,求出传递特性Fx51至Fx56。
接着,需要测量要控制的绕射声。这与分别求出从控制扬声器1到麦克风11至16的传递特性的情况相同,图4示出求出它的结构。对于图4,与图3相比,明显的是,图4与求出传递特性Fx11至Fx16的情况相同。也就是说,成为传递特性Fx11=D1,传递特性Fx12=D2,传递特性Fx13=D3,传递特性Fx14=D4,传递特性Fx15=D5,传递特性Fx16=D6。
最后,利用图5示出的信号处理结构求出,作为最终的控制特性的图2中的控制滤波器21至26的系数。
在图5中,来自测量音源20的测量信号(reference信号)由目标特性部2000执行规定的处理,作为目标信号(desire信号)来输出。接着,目标信号,输入到加法器61至66。另一方面,测量信号(reference信号),也输入到控制部1000,在此执行规定的处理,作为控制信号(control信号)来输出。然后,控制信号,由音响系统模拟部3000处理后,作为输出信号(out信号),输入到加法器61至66。在加法器61至66中,分别对目标信号(desire信号)与输出信号(out信号)进行加法运算,将其结果作为错误信号(error信号)输入到控制部1000。
在此,图6示出图5的目标特性部2000的结构。在目标特性滤波器2001至2006中,图4中求出的传递特性D1至D6被设定为系数。在电平调整器2101至2106中,能够设定任意的电平。如图1以及图2说明,为了控制从控制扬声器1到麦克风11至16的绕射声的到达电平,将电平调整器2101的增益设定为1,将电平调整器2102至2106的增益设定为0.1即可。而且,延迟器2200,用于设定为了满足图5的系统整体的因果律而需要的延迟时间。据此,输入后的reference信号,具有规定的延迟时间,作为与传递特性D 1相等的desire1信号、与传递特性D2的1/10相等的desire2信号、与传递特性D3的1/10相等的desire3信号、与传递特性D4的1/10相等的desire4信号、与传递特性D5的1/10相等的desire5信号、与传递特性D6的1/10相等的desire6信号分别输出。而且,目标特性部2000并不一定需要具备延迟器2200。如上所述,延迟器2200的目的在于,满足系统整体的因果律。因此,位于目标特性部2000的外部的延迟器,执行使测量信号或目标信号延迟的处理,也得到同样的发明的效果。
图7是示出图5的控制部的框图。在图7中,在Fx滤波器1011至1106中,图3中求出的传递特性Fx11至Fx16被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器1021至Fx滤波器1026(省略记载)中,传递特性Fx21至Fx26被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器1031至Fx滤波器1036(省略记载)中,传递特性Fx31至Fx36被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器1041至Fx滤波器1046(省略记载)中,传递特性Fx41至Fx46被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器1051至Fx滤波器1056(省略记载)中,传递特性Fx51至Fx56被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器1061至Fx滤波器1066中,传递特性Fx61至Fx66被设定为滤波系数。
在图7中,输入后的reference信号,由控制滤波器1001至1006进行信号处理,该输出由相位反转器1201至1206进行相位反转,作为control1至6信号来输出。另一方面,reference信号,也输入到Fx滤波器1011至1016、····、Fx滤波器1061至1066,被进行与各个传递特性Fx11至Fx16、····、Fx61至Fx66的卷积处理。进而,卷积处理的运算结果,输入到LMS运算器1111至1116、····、1161至1166。error1至6信号,也输入到LMS运算器1111至1116、····、1161至1166。然后,与图3的情况同样,在此,求出控制滤波器1001至1006的系数更新量,并与控制滤波器1001至1006的当前的系数相加,从而更新为下一个新的系数。如此,也利用多个错误信号来更新控制滤波器的多个系数的自适应信号处理技术,被称为Multiple Error LMS algorithm,例如,ACTIVECONTROL OF SOUND(非专利文献)(P.A.Nelson&S.J.Elliott,ACADEMIC PRESS,P397至410)中记载。
作为从图7的控制部1000输出的信号的control1至6,输入到图5的音响系统模拟部3000。
图8是示出该音响系统模拟部3000的框图。在Fx滤波器3011至3016(省略一部分的记载)中,图3中求出的传递特性Fx11至Fx16被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器3021至Fx滤波器3026(省略一部分的记载)中,传递特性Fx21至Fx26被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器3031至Fx滤波器3036(省略一部分的记载)中,传递特性Fx31至Fx36被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器3041至Fx滤波器3046(省略一部分的记载)中,传递特性Fx41至Fx46被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器3051至Fx滤波器3056(省略一部分的记载)中,传递特性Fx51至Fx56被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器3061至Fx滤波器3066(省略一部分的记载)中,传递特性Fx61至Fx66被设定为滤波系数。
因此,control1信号,由Fx滤波器3011至3016进行与传递特性Fx11至Fx16的卷积处理。同样,control2信号,由Fx滤波器3021至3026进行与传递特性Fx21至Fx26的卷积处理。并且,control3信号,由Fx滤波器3031至3036进行与传递特性Fx31至Fx36的卷积处理。并且,control4信号,由Fx滤波器3041至3046进行与传递特性Fx41至Fx46的卷积处理。并且,control5信号,由Fx滤波器3051至3056进行与传递特性Fx51至Fx56的卷积处理。并且,control6信号,由Fx滤波器3061至3066进行与传递特性Fx61至Fx66的卷积处理。
然后,如图8示出,在加法器3100至3129(省略一部分的记载)中,对各个Fx滤波器的输出分别进行加法运算,作为out1至6信号来输出。在此,out1信号,相当于表示图2的来自控制扬声器1至6的控制音到达麦克风11所示的控制点的合成音的特性的信号。同样,out2信号,相当于表示来自控制扬声器1至6的控制音到达麦克风12所示的控制点的合成音的特性的信号。并且,out3信号,相当于表示来自控制扬声器1至6的控制音到达麦克风13所示的控制点的合成音的特性的信号。并且,out4信号,相当于表示来自控制扬声器1至6的控制音到达麦克风14所示的控制点的合成音的特性的信号。并且,out5信号,相当于表示来自控制扬声器1至6的控制音到达麦克风15所示的控制点的合成音的特性的信号。并且,out6信号,相当于表示来自控制扬声器1至6的控制音到达麦克风16所示的控制点的合成音的特性的信号。
并且,在本实施例中,控制扬声器1与播放扬声器被兼用,从控制扬声器1播放的控制音也是,输入信号的播放音。因此,可以说,out1至out6所示的各个信号是,示出各个控制点中的播放音和控制音的合成音的特性的信号。
根据图6至8中说明的内容,明确的是,图5的加法器61相当于图2的麦克风11,加法器62相当于麦克风12,加法器63相当于麦克风13,加法器64相当于麦克风14,加法器65相当于麦克风15,加法器66相当于麦克风16。并且,图5的error1至6信号,分别相当于麦克风11至16的输出信号。而且,图7的控制部1000内的控制滤波器1001至1006,更新自己的系数,以使error1至6信号成为最小。其结果为,进行控制,以使控制部1000和音响系统模拟部3000的合成特性与目标特性部2000相等。这示出,即,图7的控制滤波器1001至1006,成为目标特性部2000和音响系统模拟部3000的逆滤波器。例如,若将图5的控制部1000的传递函数设为-H(-示出,图7的相位反转器1201至1206)、将目标特性部2000的传递函数设为D、将音响系统模拟部3000的传递函数设为C′,在加法器中,求出控制部H的特性,以成为 因此,成为H=D/C′。
若将其适用于图2来考虑,H示出控制滤波器21至26的特性(即,相当于图7的控制滤波器1001至1006)。若将从控制扬声器1至6到麦克风11至16的传递特性设为C,由于是 因此,由麦克风11至16实现的特性,成为 得到所希望的控制效果。也就是说,从控制扬声器1(兼任播放扬声器)播放的播放音,在麦克风11中,不管由绕射声衰减装置的控制的有无,示出与D1同等的特性。并且,播放音的声压,在麦克风12中成为D2/10,在麦克风13中成为D3/10,在麦克风14中成为D4/10,在麦克风15中成为D5/10,在麦克风16中成为D6/10(使绕射声衰减为1/10时)。
图9示出具备具有根据以上所述的方法决定的滤波系数的控制滤波器104的绕射声衰减装置100的功能框。而且,图9示出播放扬声器101以及控制扬声器102各自的逻辑结构。具体而言,播放扬声器101,由至少一个扬声器构成。并且,控制扬声器102,由至少两个扬声器构成。因此,绕射声衰减装置100具备:播放扬声器101,播放作为播放音的输入信号;至少两个控制扬声器102,播放控制信号,该控制信号示出控制音的特性,该控制音用于使绕射声的声压衰减,该绕射声是播放音中的到达多个控制点的每一个上的声音;以及控制滤波器104,通过对输入信号执行滤波处理,从而生成控制信号。
据此,在将控制扬声器中的一台与播放扬声器兼用的本实施例中,由最少两个扬声器和控制滤波器(例如,能够由数字信号处理器等的运算器实现)的结构,能够实现绕射声衰减装置。因此,与以往技术相比,能够成为小型的结构。并且,即使控制对象空间变大,也不会运算量变得庞大。因此,能够提供一种绕射声衰减装置,以小型的形状,且以低运算量,能够使向不想传递声音的方向的扬声器播放声压衰减,并且,向想要传递声音的方向能够准确地传递声音。进而,由于结构小型、且运算量少,因此,也能够抑制装置的制造成本。
更具体而言,在本实施例中,绕射声衰减装置100具备的至少两个控制扬声器之中的一个、和播放扬声器,由同一扬声器构成。并且,绕射声衰减装置100具备的控制滤波器104,对输入信号执行滤波处理,以使得在收听者的位置上,直达声具有的特性与不播放控制信号而由播放扬声器照原样播放输入信号时的该播放音具有的特性相等,并且,以使绕射声具有的特性成为,与直达声具有的特性相比,衰减规定量的声压级的特性。更详细而言,控制滤波器104,对输入信号执行滤波处理,以使得在收听者的位置的控制点上,直达声的声压与不播放控制信号而由播放扬声器照原样播放输入信号时的播放音的声压相等,并且,以使得在收听者的位置以外的位置的控制点上,与不播放控制信号而由播放扬声器照原样播放输入信号时相比,绕射声的声压衰减规定量。
例如,在例如视听TV的情况下,在收听者位置或收听者存在的方向上,不管由绕射声衰减装置的控制的有无,能够不使TV声音的特性变化,且使向收听者方向以外的方向绕射的声音衰减。因此,收听者能够不顾虑周围来视听TV。
而且,在本实施例中,将绕射声的衰减电平设为1/10,但是,根据房间环境等的状况,随时设定为1/3以及1/2等所希望的任意的电平即可。并且,麦克风12至16为相同的衰减电平,但也可以,根据状况,将其设定为不同。例如,在人在TV的右侧存在,因此主要使那方安静的情况下,也可以将图1的麦克风12的衰减电平设为1/10,将麦克风13至16分别设为1/3等。
并且,图5的加法器61至加法器66,对目标信号desire1至desire6、与输出信号out1至out6分别进行加法运算。这与以下情况对应,即,在图7中,相位反转器1201至1206,使控制滤波器1001至1006的输出信号具有的相位反转。因此,在图7中,在控制部1000不具有相位反转器1201至1206的情况下,使用从desire1至desire6中分别减去out1至out6的减法器,而代替加法器61至加法器66即可。也就是说,加法器61至加法器66也可以是,加法器以外的运算器。
换而言之,本实施例涉及的绕射声衰减装置具备的控制滤波器,具有由包含以下的(A)至(E)的步骤的滤波系数决定方法决定的滤波系数。
(A)目标特性决定步骤,对输入信号(图5的reference)进行信号处理,决定目标信号(图5的desire1至desire6),该目标信号是示出控制点的每一个上的将要成为目标的播放音的特性的信号。
(B)控制信号计算步骤,通过对输入信号,适用与控制扬声器的每一个对应的控制滤波器(图7的控制滤波器1001至1006),从而计算将要由该控制扬声器播放的控制信号(图7的control1至control6)。
(C)音响系统模拟步骤,根据在控制信号计算步骤中计算出的控制信号,计算播放信号(图8的out1至out6),该播放信号是示出控制点的每一个上的播放音的特性的信号。
(D)加法步骤,按照对应的每个控制点计算误差信号(图5的error1至error6),该误差信号是合成目标信号和播放信号而得到的信号。
(E)判断步骤,在加法步骤中计算出的误差信号为规定的阈值以上的情况下,更新控制滤波器104的系数,以使误差信号变小,在误差信号小于规定的阈值的情况下,将此时刻的控制滤波器104的系数决定为控制滤波器104要具有的滤波系数。
更详细而言,在目标特性决定步骤中,参照图6,将按每个控制点对应起来的电平调整器2101至2106和目标特性滤波器2001至2006适用于输入信号,从而决定目标信号(desire1至6)。在此,在多个目标特性滤波器之中的第一目标特性滤波器(本实施例中的目标特性滤波器2001)中,设定有从播放扬声器到被配置在收听者的位置的控制点为止的传递特性。并且,在第一目标特性滤波器以外的目标特性滤波器中,设定有从播放扬声器到被配置在收听者的位置以外的位置的控制点为止的传递特性。
并且,电平调整器分别按照设定值,调整输入信号的增益。更详细而言,与多个电平调整器之中的与第一目标特性滤波器对应的电平调整器(本实施例中的电平调整器2101)中设定的增益的设定值相比,与其他的目标特性滤波器对应的电平调整器中设定的增益的设定值小。
并且,在音响系统模拟步骤中,参照图8,针对控制信号的每一个,对该控制信号适用示出到达控制点的每一个为止的路径的传递特性的音响系统模拟滤波器(Fx滤波器3011至3066)。然后,按每个控制点,对适用了音响系统模拟滤波器的多个控制信号由加法器3100至3129进行加法运算,从而计算各个控制点上的播放信号。
并且,参照图7,在控制部1000进行的判断步骤中,对输入信号适用示出从控制扬声器的每一个到控制点的每一个为止的声音的传递特性的音响系统模拟滤波(Fx滤波器1011至1066)。
然后,在误差信号(error1至error6)为规定的阈值以上的情况下,根据音响系统模拟滤波器(Fx滤波器1011至1066)的输出信号和对应的误差信号,更新控制滤波器的滤波系数(FIR1至FIR6),以使下次由加法步骤计算的误差信号更小。
而且,也可以是,本实施例涉及的绕射声衰减装置还具备:目标特性部2000,对输入信号(图5的reference)进行信号处理,输出多个目标信号Dn(图5的desire1至desire6);控制部1000,对输入信号进行信号处理,输出多个控制信号Cn(图5的control1至control6);音响系统模拟部3000,对从控制部1000输出的多个控制信号Cn的每一个进行信号处理,输出与多个控制信号Cn的每一个对应的播放信号On(图5的out1至out6);加法器(运算器)61至66,通过合成目标信号Dn的每一个、和与该目标信号Dn对应的播放信号On,从而输出多个误差信号En(图5的error1至error6)。此时,绕射声衰减装置,通过使多个误差信号的每一个比规定的阈值小,来计算Cn=Dn/On,从而求出控制滤波器104的控制特性。
在此,以下表示,为了验证本实施例涉及的绕射声衰减装置的效果而实际进行的实验例。图10是从上面看实验室的麦克风和扬声器配置的图。图10的400示出,播放扬声器被设置的房间的邻室,在其内部设置有评价用的麦克风401至403。在该实验中,为了将控制扬声器配置在从地板某高度的位置而设置台座,因此,不使用图1的控制扬声器6,而使用五个控制扬声器1至5。因此,对于麦克风,也使用五个麦克风11至15。也就是说,构成为不对控制扬声器的下方进行控制。
该实验的目标是,对于来自控制扬声器1(兼任播放扬声器)的播放音,控制为在麦克风11被设置的位置,从而不管控制的有无而成为同等特性,控制为在麦克风12至15被设置的位置,进行控制,以使声压级衰减为1/3。参照图11至图15示出结果。而且,在图11至图15中,纵轴示出,测量位置上的声压级(dB),横轴示出测量的声音的频率(Hz)。
图11示出麦克风11被设置的位置的控制效果。即使是控制ON(细线),也得到了与控制OFF(粗线)几乎差不多的特性。图12示出麦克风12被设置的位置的控制效果。在控制ON时,得到了约10dB的衰减效果(衰减为=1/3)。同样,图13示出麦克风13被设置的位置的控制效果。在控制ON时,得到了约10dB的衰减效果。图14示出麦克风14被设置的位置的控制效果。在控制ON时,得到了约10dB的衰减效果。图15示出麦克风15被设置的位置的控制效果。在控制ON时,得到了约10dB的衰减效果。
如此,在作为控制点的各个麦克风11至15中,得到了目标效果,因此,测量了在邻室400内有什么样的效果。参照图16至图17示出结果。而且,在图16至图18中,纵轴示出,绕射声衰减装置为OFF时和ON时的声压级的差(dB)。横轴示出,测量的声音的频率(Hz)。
图16示出麦克风401被设置的位置的控制效果(控制OFF-ON的差分)。得到了5至15dB的绕射声衰减效果。同样,图17示出麦克风402被设置的位置的控制效果,图18示出麦克风403被设置的位置的控制效果。都得到了5至10dB的绕射声衰减效果。
以上,可知,利用控制扬声器1至5,对麦克风11至15的绕射声进行控制,从而能够使向邻室400泄漏的TV声音(来自控制扬声器1的播放音)的声音衰减。根据实验,在麦克风12至15中,在50Hz附近(基于控制扬声器的fo等特性)至1kHz的宽带使绕射声衰减。并且,对于麦克风401至403,也在80Hz附近至500Hz附近得到了效果。因此,能够得到由作为第三关联技术的指向性扬声器难以得到的低域的控制效果,并且,与控制与邻室之间的墙壁整面的振动的第一以及第二关联技术、以及作为第三关联技术的指向性扬声器相比,形状非常小型,也能够大幅度地削减运算量。
而且,在图10示出的实验中,削减了下方向的控制扬声器6,但是,优选的是,不削减是最好的。但是,如在该实验中也得到了良好的效果,根据在系统上适用的条件,在不给效果带来坏影响的范围内削减控制扬声器的数量是自由的。至少按照与控制点相对的每个位置配置一台控制扬声器即可。
(实施例2)
说明实施例2涉及的绕射声衰减装置的结构。图19是示出实施例2涉及的绕射声衰减装置的扬声器结构的图。
在图19中,(a)是以播放扬声器10(例如TV扬声器)为正面的正面图。(b)是从右侧看(a)的侧面图。(c)是从上面看(a)的上面图。如此,本发明的实施例2涉及的绕射声衰减装置的扬声器的结构为,在播放扬声器10的上下左右后,分别至少配置每一个控制扬声器1至8。而且,在与各个控制扬声器1至8相对的位置分别设置麦克风11至18,将其设为控制点。在此,播放扬声器10是播放需要的声音(例如TV声音)的扬声器,麦克风11以及麦克风12被设置在收听者位置本身、或收听者存在的方向上。
因而,作为目标的控制效果是以下的两个。第一,从播放扬声器10播放的声音,在麦克风11至12中,不管由本实施例涉及的绕射声衰减装置的控制的有无,都保持同等特性。第二,与在没有由本实施例涉及的绕射声衰减装置的控制的情况下从播放扬声器10播放的播放音中的绕射声相比,在有由本实施例涉及的绕射声衰减装置的控制的情况下,在麦克风13至18中实现规定量的声压级的衰减。
而且,在实施例1中,构成为播放扬声器与控制扬声器被兼用。但是,在实施例2中,播放扬声器,只不过是例如作为单纯的内置在TV中的扬声器来播放TV声音。被配置在播放扬声器的周围的控制扬声器1至8,进行使来自播放扬声器10的绕射声衰减的控制。
为了使绕射声衰减,在麦克风13至18中,使来自播放扬声器10的播放音衰减即可。因此,控制扬声器1至8,执行在麦克风13至18中使来自播放扬声器10的播放音衰减的、所谓主动噪音控制(ANC)即可。但是,此时,若该ANC控制音传播到麦克风11至12,则导致来自播放扬声器10的TV声音的特性变化。因此,为了解决该情况,需要不使从控制扬声器1至8播放的ANC控制音传播到麦克风11至12。也就是说,在麦克风11至12中,使ANC控制音衰减到不会与TV声音干扰而特性变化的程度即可。也就是说,这是指,不使从控制扬声器1至8播放的控制音绕射到麦克风11至12,在实施例1中说明了该控制方法。也就是说,以在麦克风11至12中使来自控制扬声器1至8的控制音衰减规定电平的方式,执行绕射声控制后,在麦克风13至18中,对来自播放扬声器10的TV声音进行ANC控制即可。
例如,以图19的控制扬声器4进行说明。由控制扬声器4播放的控制音,传播到麦克风11至18。向麦克风11至12,本来,以传递特性D41、D42传播。但是,通过利用控制扬声器1至8进行绕射声控制,从而使从控制扬声器4向麦克风11至12传播的声音衰减为例如D41/10、D42/10。于是,由于麦克风11至12中的来自控制扬声器4的声音的电平充分低,因此,不与从播放扬声器10播放的播放音干扰。若将其同样适用于其他的控制扬声器来进行绕射声控制,在麦克风11至12中,来自所有的控制扬声器1至8的声音不会与从播放扬声器10播放的播放音干扰。进行这样的绕射声控制的滤波器是,图21示出的校正滤波器10000至15000。根据图21所示的结构,能够决定校正滤波器10000至15000具有的滤波系数。在后面进行详细说明。
接着,来自图20示出的播放扬声器10的播放音,在不被进行任何控制的情况下,传播到麦克风11至18。在此,为了不使来自播放扬声器10的播放音传播到麦克风13至18,利用绕射声控制后的控制扬声器1至8,由ANC消除从播放扬声器10向麦克风11至18的传播音。这是图21示出的ANC5000。在后面说明ACN5000的设计方法。
而且,对于图21的校正滤波器10000至15000和ANC5000的工作以及设计方法,利用图22至27进行具体说明。
图22示出图21的校正滤波器10000至15000和加法器6000以及控制扬声器1至8的结构。校正滤波器10000,由绕射声控制滤波器10001至10008,对从ANC5000输出的信号进行信号处理,将其结果输入到加法器6000。其他的校正滤波器11000至15000也同样,由绕射声控制滤波器11001至15008,对从ANC5000输出的信号进行信号处理,将其结果输入到加法器6000。在加法器6000中,将来自与控制扬声器1对应的各个校正滤波器11000至15000的输出信号,由加法器6001、6011、···,进行加法运算来成为一个信号(control1),将其输入到控制扬声器1。对于控制扬声器2至8,也同样,在加法器6000中,将来自分别对应的各个校正滤波器10000至15000的输出信号汇集为一个,输入到对应的控制扬声器。
在此,对于校正滤波器10000至15000的控制特性的求出方法,利用实施例1中说明的方法即可。例如,根据校正滤波器11000的例子,实施例1的图5的控制部1000,相当于图23的校正滤波器11000。
在图23中,来自测量音源20的测量信号(reference信号),由目标特性部2000执行规定的处理后,作为目标信号(desire信号)输出。输出的目标信号,输入到加法器61至68。另一方面,测量信号(reference信号),也输入到校正滤波器11000。在此,校正滤波器11000,对测量信号执行规定的处理,输出控制信号(control信号)。然后,控制信号,由音响系统模拟部3000处理后,作为输出信号(out信号),输入到加法器61至68。加法器61至68,分别对目标信号(desire信号)与输出信号(out信号)进行加法运算,将其结果作为错误信号(error信号)输入到校正滤波器11000。
以下,对于校正滤波器10000至15000的控制特性的求出方法(即,滤波系数的决定方法),进行更详细说明。
图24示出图23的目标特性部2000的结构。在目标特性滤波器2001至2008中,设定有图19示出的传递特性D41至D48,以作为系数。而且,传递特性D41至D48,像图4中说明那样求出即可。在电平调整器2101至2108中,能够设定任意的电平。例如,为了不使来自控制扬声器4的播放音传递到图19的麦克风11、12,将电平调整器2101至2102的增益设定为0.1即可。此时,基本上,将其他的电平调整器2103至2108的增益设定为1即可。即使在将其他的电平调整器2103至2108的增益设定为1以外的情况下,也由图21的ANC5000校正,因此,只要不设定像0.1那样的非常小的值,就不会成为大的问题。而且,延迟器2200,用于设定为了满足图23的系统整体的因果律而需要的延迟时间。据此,输入后的reference信号,具有规定的延迟时间,作为与传递特性D41的1/10相等的desire1信号输出。并且,作为与传递特性D42的1/10相等的desire2信号输出。并且,作为与传递特性D43相等的desire3信号输出。并且,作为与传递特性D44相等的desire4信号输出。并且,作为与传递特性D45相等的desire5信号输出。并且,作为与传递特性D46相等的desire6信号输出。并且,作为与传递特性D47相等的desire7信号输出。并且,作为与传递特性D48相等的desire8信号输出。
图25是示出图23的校正滤波器11000的框图。在Fx滤波器11011至11018中,从控制扬声器1到麦克风11至18的传递特性Fx11至Fx18分别被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器11021至11028(省略记载)中,从控制扬声器2到麦克风11至18的传递特性Fx21至Fx28分别被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器11031至11038(省略记载)中,从控制扬声器3到麦克风11至18的传递特性Fx31至Fx38分别被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器11041至11048(省略记载)中,从控制扬声器4到麦克风11至18的传递特性Fx41至Fx48分别被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器11051至11058(省略记载)中,从控制扬声器5到麦克风11至18的传递特性Fx51至Fx58分别被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器11061至11068(省略记载)中,从控制扬声器6到麦克风11至18的传递特性Fx61至Fx68分别被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器11071至11078(省略记载)中,从控制扬声器7到麦克风11至18的传递特性Fx71至Fx78分别被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器11081至11088中,从控制扬声器8到麦克风11至18的传递特性Fx81至Fx88分别被设定为滤波系数。
在图25中,输入后的reference信号,由控制滤波器1101至1108进行信号处理,该输出由相位反转器1201至1208进行相位反转,作为control1至8信号来输出。另一方面,reference信号,也输入到Fx滤波器1011至1018、····、Fx滤波器1081至1088,被进行与各个传递特性Fx11至Fx18、····、Fx81至Fx88的卷积处理。然后,Fx滤波器11011至11018、····、Fx滤波器11081至11088的输出,分别输入到LMS运算器11111至11118、····、11181至11188。对应的error1至8信号,也输入到LMS运算器11111至11118、····、11181至11108。然后,LMS运算器11111至11118、····、11181至11108,求出控制滤波器11001至11008的系数更新量,并与控制滤波器11001至11008的当前的系数相加,从而更新为下一个新的系数。
从图25的校正滤波器11000输出的diffraction1至8信号,输入到图23的音响系统模拟部3000。图26是示出该响系统模拟部3000的框图。在Fx滤波器3011至3018(省略一部分的记载)中,传递特性Fx11至Fx18分别被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器3021至Fx滤波器3028(省略一部分的记载)中,传递特性Fx21至Fx28分别被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器3031至Fx滤波器3038(省略一部分的记载)中,传递特性Fx31至Fx38分别被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器3041至Fx滤波器3048(省略一部分的记载)中,传递特性Fx41至Fx48分别被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器3051至Fx滤波器3058(省略一部分的记载)中,传递特性Fx51至Fx58分别被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器3061至Fx滤波器3068(省略一部分的记载)中,传递特性Fx61至Fx68分别被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器3071至Fx滤波器3078(省略一部分的记载)中,传递特性Fx71至Fx78分别被设定为滤波系数。并且,在Fx滤波器3081至Fx滤波器3088(省略一部分的记载)中,传递特性Fx81至Fx88分别被设定为滤波系数。
因此,diffraction1信号,由Fx滤波器3011至3018进行与传递特性Fx11至Fx18的卷积处理。同样,diffraction2信号,由Fx滤波器3021至3028进行与传递特性Fx21至Fx28的卷积处理。并且,diffraction3信号,由Fx滤波器3031至3038进行与传递特性Fx31至Fx38的卷积处理。并且,diffraction4信号,由Fx滤波器3041至3048进行与传递特性Fx41至Fx48的卷积处理。并且,cdiffraction5信号,由Fx滤波器3051至3058进行与传递特性Fx51至Fx58的卷积处理。并且,diffraction6信号,由Fx滤波器3061至3068进行与传递特性Fx61至Fx68的卷积处理。并且,diffraction7信号,由Fx滤波器3071至3078进行与传递特性Fx71至Fx78的卷积处理。并且,diffraction8信号,由Fx滤波器3081至3088进行与传递特性Fx81至Fx88的卷积处理。而且,如图26示出,在加法器3100至3155(省略一部分的记载)中,按照对应的每个控制点,对各个Fx滤波器的输出分别进行加法运算,作为out1至8信号输出。
在此,out1信号,相当于图21的来自控制扬声器1至8的控制音到达麦克风11的信号。同样,out2信号,相当于来自控制扬声器1至8的控制音到达麦克风12的信号。并且,out3信号,相当于来自控制扬声器1至8的控制音到达麦克风13的信号。并且,out4信号,相当于来自控制扬声器1至8的控制音到达麦克风14的信号。并且,out5信号,相当于来自控制扬声器1至8的控制音到达麦克风15的信号。并且,out6信号,相当于来自控制扬声器1至8的控制音到达麦克风16的信号。并且,out7信号,相当于来自控制扬声器1至8的控制音到达麦克风17的信号。并且,out8信号,相当于来自控制扬声器1至8的控制音到达麦克风18的信号。
根据图24至26中说明的内容,明确的是,图23的加法器61相当于图21的麦克风11。并且,加法器62相当于麦克风12。并且,加法器63相当于麦克风13。并且,加法器64相当于麦克风14。并且,加法器65相当于麦克风15。并且,加法器66相当于麦克风16。并且,加法器67相当于麦克风17。并且,加法器68相当于麦克风18。
并且,图23的error1至8信号,分别相当于麦克风11至18的输出信号。而且,图25的校正滤波器11000内的控制滤波器11001至11008,更新自己的系数(diffract41至diffract48),以使error1至8信号成为最小。其结果为,进行控制,以使校正滤波器11000和音响系统模拟部3000的合成特性与目标特性部2000相等。也就是说,输入到校正滤波器11000的reference信号,经由音响系统模拟部3000,在加法器61至62中分别成为D41/10、D42/10。并且,在加法器63至68中分别成为D43、D44、D45、D46、D47、D48。
以上,以控制扬声器4为例子进行了说明,但是,对于控制扬声器3也同样进行控制,设为校正滤波器10000。对于控制扬声器5至8也同样,分别求出校正滤波器12000至15000。
其结果为,对于图21的来自ANC5000的各个输出信号anc1至6示出的声音,由校正滤波器10000至15000和加法器6000控制绕射声。并且,对于从控制扬声器1至8播放的控制音,以指定的声压传递到麦克风13至18,另一方面,在麦克风11至12中衰减为1/10的电平。因此,ANC5000,不影响到麦克风11至12,而能够进行麦克风13至18的控制。
接着,说明ANC5000的工作。从ANC5000看,从校正滤波器10000至15000、经由加法器6000和控制扬声器1至8、到麦克风13至18为止的传递路径,成为所谓2次路径。因此,需要将其定义为Filtred-x滤波器。图27示出以校正滤波器10000为例子的情况。
在图27中,来自测量音源20的测量信号,通过校正滤波器10000和加法器6000,从控制扬声器1至8作为测量音来播放。在此,对于校正滤波器10000,如图21至图26说明,绕射声被控制。因此,从控制扬声器1至8播放的控制音,(可以视为)传播到图21的麦克风13至18,但不传播到麦克风11至12。
同时,来自测量音源20的测量信号,输入到fx滤波器31至36和LMS运算器41至46。在fx滤波器31至36中,对其控制系数与来自测量音源20的测量信号进行卷积运算,将其结果输入到减法器51至56。另一方面,由控制扬声器1至8播放的测量音,由麦克风13至18检测,分别输入到减法器51至56。而且,在减法器51至56中,从麦克风13至18的检测信号中分别减去fx滤波器31至36的输出信号,其结果分别输入到LMS运算器41至46中的对应的LMS运算器。在LMS运算器41至46中,将来自测量音源20的测量信号作为参考信号,将来自减法器51至56的输出信号作为错误信号,进行LMS运算,以使错误信号成为最小值。也就是说,在LMS运算器41至46中,分别求出fx滤波器31至36的系数更新量,将当前的控制系数与更新量相加来计算下一个新的控制系数。根据计算出的控制系数,更新fx滤波器31至36。通过反复该一连串的工作,LMS运算器41至46的各个错误信号、即减法器51至56的输出信号,与最小值(理想为,无限地0)接近。其结果为,fx滤波器31至36的特性(=控制系数),分别与从校正滤波器10000,经由加法器6000和控制扬声器1至8,到麦克风13至18间的传递特性近似。
如此,在fx滤波器31中,求出从校正滤波器10000向麦克风13的传递特性fx33。并且,在fx滤波器32中,求出从校正滤波器10000向麦克风14的传递特性fx34,····,在fx滤波器36中,求出从校正滤波器10000向麦克风18的传递特性fx38。
而且,在此,举出了校正滤波器10000的例子,但是,在校正滤波器11000至15000的情况下,也能够同样求出传递特性。也就是说,在校正滤波器11000的情况下,求出传递特性fx43至fx48。并且,在校正滤波器12000的情况下,求出传递特性fx53至fx58。并且,在校正滤波器13000的情况下,求出传递特性fx63至fx68。并且,在校正滤波器14000的情况下,求出传递特性fx73至fx78。并且,在校正滤波器15000的情况下,求出传递特性fx83至fx88。
如上所述,在求出了从ANC5000看的Filtred-x滤波器的情况下,接着,求出ANC5000的控制特性。以下,说明ANC5000的控制特定的决定方法。
图28示出图21的ANC5000的内部结构。在fx滤波器5011至5066中,如图27说明,设定有预先求出的传递特性,以作为系数。
再次,参照图21,来自测量音源20的reference信号,由延迟器7000进行规定的延迟处理后,从播放扬声器10播放。在此,延迟器7000,用于满足图21所示的系统整体的因果律。
另一方面,来自测量音源20的reference信号,也输入到ANC5000,被执行规定的信号处理后,输出anc1至6信号。然后,anc1至6信号,由校正滤波器10000至15000中的对应的校正滤波器执行绕射声控制所需要的信号处理后,作为diffraction1至6输入到加法器6000。在加法器6000中,通过对作为输入后的信号的diffraction1至6,按照对应的每个控制扬声器进行加法运算,从而生成信号(control1至8)。并且,从控制扬声器1至8中的对应的控制扬声器播放control1至8。
据此,来自播放扬声器10的播放音和来自控制扬声器1至8的控制音,在麦克风13至18中相互干扰,其结果被检测为error信号3至8。
在图28中,输入后的reference信号,由控制滤波器5001至5006进行信号处理,其输出,由相位反转器5201至5206进行相位反转后,作为anc1至6信号来输出。reference信号,也输入到fx滤波器5011至5016、····、fx滤波器5061至5066,进行与各个传递特性fx33至fx38、····、fx83至fx88各自的卷积处理,分别输入到LMS运算器5111至5116、····、5161至5166。作为麦克风13至18的输出信号的error3至8信号也分别输入到LMS运算器5111至5116、····、5161至5166。各个LMS运算器,求出控制滤波器5001至5006的系数更新量,以使该error3至8信号最小化。进而,根据将求出的系数更新量与控制滤波器5001至5006的当前的系数相加而得到的值,更新控制滤波器的系数。其结果为,error3至8信号的电平衰减。
也就是说,ANC5000,进行所谓1(参考信号数)-6(控制扬声器数)-6(控制点数)控制。其结果为,在图21中,从播放扬声器10播放的来自测量音源20的reference信号,在麦克风13至18中,电平衰减。这意味着,来自播放扬声器10的播放音,在麦克风13至18中消除。另一方面,从控制扬声器1至8播放的控制音,传播到麦克风13至18,但是,电平衰减到不影响到麦克风11至12的程度。因此,在麦克风11至12中,照原样听到来自播放扬声器10的播放音。也就是说,在测量音源20是TV声音的情况下,在麦克风11至12中,与ANC5000的工作无关,而以事先设定的声压级,听到TV声音。同时,在麦克风13至18中,若ANC5000工作,则TV声音衰减,从而不能听到。
图29示出本发明的实施例涉及的绕射声衰减装置100A的功能框。
如图29所示,绕射声衰减装置100A,与绕射声衰减装置100相比,还具备:校正滤波器106(相当于图21的校正滤波器10000至校正滤波器15000),将控制滤波器104A(相当于图21的1-6-6ANC5000)输出的控制信号作为输入;以及加法器108(相当于图21的加法器6000)。
并且,播放扬声器101A、和至少两个控制扬声器102A,由不同的扬声器构成。更详细而言,至少两个控制扬声器102A之中的第一控制扬声器(在本实施例中,相当于图21的控制扬声器1以及控制扬声器2)被配置成,其振动板与收听者相对。并且,第一控制扬声器以外的控制扬声器(在本实施例中,相当于图21的控制扬声器3至控制扬声器8),被配置在播放扬声器的周围,且不与收听者相对。
校正滤波器106,具有决定为使适用了该校正滤波器的控制信号所示的控制音给收听者的位置上的播放音的特性带来的影响更衰减的滤波系数(图22的diffract31至diffract88)。也就是说,校正滤波器106,具有滤波系数,该滤波系数,用于使播放了适用了该校正滤波器的控制信号的控制音,衰减到不给收听者的位置上的播放音的特性带来影响的程度(CL9)。
加法器108,按照对应的每个控制扬声器,将适用了校正滤波器106的各个控制信号(图22的diffraction1至diffraction8)汇集,将汇集了的控制信号输出到对应的控制扬声器。
根据如上所述的结构,例如,在视听TV的情况下,在收听者位置或收听者存在的方向上,不管控制的有无,能够不使TV声音的特性变化,且使向收听者方向以外的方向绕射的声音衰减。因此,收听者能够不顾虑周围来视听TV。
进而,由于不将TV内置的播放扬声器10用于控制,因此,若将控制扬声器1至8以后安装到一般的TV(等的设备),并设置在其周围,则能够实现所述的效果。
而且,在本实施例中,将绕射声的衰减电平设为1/10,但是,根据房间环境等的状况,随时设定为1/3以及1/2等所希望的任意的电平即可。
在此,参照图30至图37示出,为了验证本实施例涉及的绕射声衰减装置的效果而实际进行的实验例。
图30示出内置在TV9000中的播放扬声器10、被设置在其周围的控制扬声器1至7、以及作为控制点的麦克风11至17。在该实验中,为了配置在从地板某高度的位置,而将TV9000以及控制扬声器1至7放置在台座上。因此,不使用图19至图20的控制扬声器8,而使用七个控制扬声器1至7。因此,对于麦克风,也使用七个麦克风11至17。也就是说,构成为不对控制扬声器的下方进行控制。该实验的第一目标是,来自TV内置的播放扬声器10的播放音,在麦克风11至12被配置的控制点上,不管控制的有无而成为同等特性(控制ON还是控制OFF,播放音都不变化)。并且,第二目标是,进行控制,以在麦克风13至17被设置的控制点上,声压级衰减为1/3。接着,示出结果。
图31示出麦克风11被配置的控制点的控制效果。即使是控制ON(细线),也得到了与控制OFF(粗线)几乎差不多的特性。图32示出麦克风12被配置的控制点的控制效果。在此,也得到了控制ON与控制OFF几乎差不多的特性。图33示出麦克风13被配置的控制点的控制效果。在控制ON时,得到了约10dB的衰减效果(衰减为=1/3)。同样,图34示出麦克风14被配置的控制点的控制效果。在控制ON时,得到了约10dB的衰减效果。图35示出麦克风15被配置的控制点的控制效果。在控制ON时,得到了约10dB的衰减效果。图36示出麦克风16被配置的控制点的控制效果。在控制ON时,得到了约10dB的衰减效果。图37示出麦克风17被配置的控制点的控制效果。在控制ON时,得到了约10dB的衰减效果。
以上,得知,利用控制扬声器1至7,在麦克风11至17的位置上,能够使来自TV内置的播放扬声器10的绕射声衰减。在实验中,在麦克风13至17的位置上,在60Hz附近至500Hz附近的宽带使绕射声衰减。因此,能够得到由作为第三关联技术的指向性扬声器难以得到的低域的控制效果。并且,由于构成为从内置在TV9000中的播放扬声器10播放播放音,由其周围的控制扬声器1至7控制,因此不需要修改TV9000本身。若以后安装在已经购买的TV来设置控制扬声器和麦克风,则能够使绕射声衰减。此时,可以考虑预先准备设置了控制扬声器和麦克风的、用于设置TV的台以及支架的方法。也就是说,若得知TV的制造源以及型号等,则能够确定TV尺寸以及内置的播放扬声器的位置等,因此能够制作符合该条件的TV用的台以及支架。因此,用户,若购买TV时或购买后购买该专用支架,则能够实现简单且美观出色的绕射声衰减装置。
而且,在图30示出的实验中,削减了下方向的控制扬声器8,但是,优选的是,不削减是最好的。但是,如在该实验中也得到了良好的效果,可以根据在系统上适用的条件,在不给效果带来坏影响的范围内削减控制扬声器的数量。
而且,在实施例1以及2中也可以,代替音响系统模拟部,而使用扬声器和麦克风。音响系统模拟部是,用于求出从被设置在规定的位置的播放扬声器以及控制扬声器播放的声音的、各个控制点的特性的构成部。因此,在实际能够设置扬声器和麦克风的情况下,不需要音响系统模拟部。
而且,框图(图2至9,图21至29等)的各个功能框,可以被实现为典型的集成电路的LSI。可以将它们分别单芯片化,也可以将它们单芯片化,使得包含一部分或全部。
例如,也可以将存储器以外的功能框单芯片化。
在此,作为LSI,但也可以根据集成度不同被称为IC、系统LSI、超LSI、特大LSI。
并且,对于集成电路化的方法,不仅限于LSI,也可以以专用电路或通用处理器来实现。也可以利用在制造LSI后能够编程的FPGA(FieldProgrammable Gate Array∶现场可编程门阵列)、以及可重构LSI内部的电路单元的连接以及设定的可重构处理器。
进而,当然,若因半导体技术的进步或导出的其它的技术而出现代替LSI的集成电路化的技术,则可以利用其技术对功能框进行集成化。存在生物技术的应用等的可能性。
并且,各个功能框中也可以,仅将存储成为编码或解码的对象的数据的单元另外构成,而非单芯片化。
以上,参照附图说明了该发明的实施例,但是,该发明不仅限于图示的实施例。针对图示的实施例,在与该发明同一的范围内、或均等的范围内,可以加以各种修正以及变形。
以上,参照附图说明了该发明的实施例,但是,该发明不仅限于图示的实施例。针对图示的实施例,在与该发明同一的范围内、或均等的范围内,可以加以各种修正以及变形。
工业实用性
本发明可以适用于,由多个扬声器消除绕射声,以使从TV以及音响设备等播放的声音不向收听者不在的方向传播的绕射声衰减装置等。
符号说明
1、2、3、4、5、6、7、8、102、102A控制扬声器
10、101、101A播放扬声器
11、12、13、14、15、16、17、18麦克风
20音源(测量音源)
21、22、23、24、25、26、104、104A、1001、1002、1003、1004、1005、1006、5001、5002、5003、5004、5005、5006控制滤波器
31、32、33、34、35、36、1011至1016、1021至1026、···、1061至1066、3011至3018、3021至3028、···、3081至3088、11011至11018、11021至11028、···、11081至11088fx滤波器
41、42、43、44、45、46、1111至1116、1121至1126、···、1161至1166、5111、5112、···、5166、11111至11118、11121至11128、···、11181至11188LMS运算器
51、52、53、54、55、56减法器
61、62、63、64、65、66、67、68、108、3100、3101、···、3155、6000、6001、6002、6003、6004、6005、6007、6008、6011、6012、6013、6014、6015、6017、6018加法器(运算器)
100、100A绕射声衰减装置
106、10000、11000、12000、13000、14000、15000校正滤波器
400邻室
401、402、403(评价用的)麦克风
1000控制部
1201、1202、1203、1204、1205、1206、5201、5202、5203、5204、5205、5206、11201、11202、11203、11204、11205、11206、11207、11208相位反转器
2000目标特性部
2001、2002、2003、2004、2005、2006、2007、2008目标特性滤波器
2101、2102、2103、2104、2105、2106、2107、2108电平调整器
2200延迟器
3000音响系统模拟部
5000ANC
5011至5016、5021至5026、···、5061至5066fx滤波器
7000延迟器
9000TV
10001至10008、11001至11008、···、15001至15008绕射声控制滤波器
20000扬声器阵列
40001遮音壁
40002执行器
40003振动传感器
40004噪音传感器
40005换算电路
40006控制电路
50001高透射损失面板
50002单元
50003执行器
50004第一传感器单元
50005第二传感器单元
50006控制装置
60000家
60001墙壁
60002TV
60003扬声器
60004、60005人

Claims (9)

1.一种绕射声衰减装置,在收听者的位置以及收听者的位置以外的位置设定多个控制点,对所述控制点上的声压进行控制,所述绕射声衰减装置具备:
播放扬声器,输出具有输入信号所示的特性的播放音;
至少两个控制扬声器,播放控制信号,该控制信号示出控制音的特性,该控制音用于使绕射声的声压衰减,该绕射声是所述播放音中的到达收听者的位置以外的多个所述控制点的每一个上的声音;以及
控制滤波器,通过对所述输入信号执行滤波处理,从而生成所述控制信号,
所述播放扬声器,被配置成与所述收听者相对,
所述控制扬声器,分别被配置在所述播放扬声器的周围,且不与收听者相对,
所述控制点,被配置成与所述播放扬声器以及所述控制扬声器分别相对,
所述控制滤波器,生成所述控制信号,以使所述绕射声的声压,比直达声的声压还要衰减,该直达声是所述播放音中的到达所述收听者的位置的声音,
所述控制滤波器,进一步,具有由包括目标特性决定步骤的滤波系数决定方法决定的滤波系数,在所述目标特性决定步骤中,对所述输入信号进行信号处理,决定目标信号,该目标信号是示出所述控制点的每一个上的将要成为目标的所述播放音的特性的信号;
在所述目标特性决定步骤中,通过将按每个所述控制点对应的电平调整器和目标特性滤波器适用于所述输入信号,从而决定所述目标信号,
在多个所述目标特性滤波器之中的第一目标特性滤波器中,设定有从所述播放扬声器到被配置在所述收听者的位置的控制点为止的传递特性,在所述第一目标特性滤波器以外的目标特性滤波器中,设定有从所述播放扬声器到被配置在所述收听者的位置以外的位置的控制点为止的传递特性,
所述电平调整器分别按照设定值,调整所述输入信号的增益,
所述滤波系数决定方法还包括:
控制信号计算步骤,通过对所述输入信号,适用与所述控制扬声器的每一个对应的控制滤波器,从而计算将要由该控制扬声器播放的所述控制信号;
音响系统模拟步骤,根据在所述控制信号计算步骤中计算出的控制信号,计算播放信号,该播放信号是示出所述控制点的每一个上的所述播放音的特性的信号;
加法步骤,按照对应的每个控制点计算误差信号,该误差信号是合成所述目标信号和所述播放信号而得到的信号,所述目标信号是来自所述目标特性决定步骤的输出信号,所述播放信号是来自音响系统模拟步骤的输出信号;以及
判断步骤,在所述加法步骤中计算出的所述误差信号为规定的阈值以上的情况下,更新所述控制滤波器的系数,以使所述误差信号变小,
在所述误差信号小于规定的阈值的情况下,将该控制滤波器的系数决定为所述控制滤波器要具有的所述滤波系数。
2.如权利要求1所述的绕射声衰减装置,
所述至少两个控制扬声器之中的一个、和所述播放扬声器,由同一扬声器构成,
所述控制滤波器,对所述输入信号执行所述滤波处理,
以使得在所述收听者的位置的控制点上,所述直达声的声压与不播放所述控制信号而由所述播放扬声器照原样播放所述输入信号时的所述播放音的声压相等,并且,
以使得在所述收听者的位置以外的位置的控制点上,与不播放所述控制信号而由所述播放扬声器照原样播放所述输入信号时相比,所述绕射声的声压衰减规定量。
3.如权利要求1所述的绕射声衰减装置,
与多个所述电平调整器之中的与所述第一目标特性滤波器对应的电平调整器中设定的增益的设定值相比,与其他的目标特性滤波器对应的电平调整器中设定的增益的设定值小。
4.如权利要求1所述的绕射声衰减装置,
在所述音响系统模拟步骤中,
针对所述控制信号的每一个,对该控制信号适用音响系统模拟滤波器,该音响系统模拟滤波器示出到达所述控制点的每一个为止的路径的传递特性,
按每个所述控制点,对适用了所述音响系统模拟滤波器的多个所述控制信号进行加法运算,从而计算各个控制点上的播放信号。
5.如权利要求1所述的绕射声衰减装置,
在所述判断步骤中,
对所述输入信号适用音响系统模拟滤波器,该音响系统模拟滤波器示出从所述控制扬声器的每一个到所述控制点的每一个为止的声音的传递特性,
在所述误差信号为规定的阈值以上的情况下,根据所述音响系统模拟滤波器的输出信号和所述误差信号,更新所述控制滤波器的滤波系数,以使下次计算的误差信号更小。
6.如权利要求1所述的绕射声衰减装置,还具备:
目标特性部,对所述输入信号进行信号处理,输出多个目标信号Dn;
控制部,对所述输入信号进行信号处理,输出多个控制信号Cn;
音响系统模拟部,对从所述控制部输出的所述多个控制信号Cn的每一个进行信号处理,输出与所述多个控制信号Cn的每一个对应的播放信号On;以及
运算器,通过合成所述目标信号Dn的每一个、和与该目标信号Dn对应的所述播放信号On,从而输出多个误差信号En,
所述绕射声衰减装置,通过使所述多个误差信号比规定的阈值小,来计算Cn=Dn/On,从而求出所述控制滤波器的控制特性。
7.一种绕射声衰减装置,在收听者的位置以及收听者的位置以外的位置设定多个控制点,对所述控制点上的声压进行控制,
所述绕射声衰减装置具备:
播放扬声器,输出具有输入信号所示的特性的播放音;
至少两个控制扬声器,播放控制信号,该控制信号示出控制音的特性,该控制音用于使绕射声的声压衰减,该绕射声是所述播放音中的到达收听者的位置以外的多个所述控制点的每一个上的声音;
控制滤波器,通过对所述输入信号执行滤波处理,从而生成所述控制信号;
校正滤波器,将所述控制滤波器的每一个输出的所述控制信号作为输入;以及
加法器,
所述播放扬声器,被配置成与所述收听者相对,
所述控制扬声器,分别被配置在所述播放扬声器的周围,且不与收听者相对,
所述控制点,被配置成与所述播放扬声器以及所述控制扬声器分别相对,
所述控制滤波器,生成所述控制信号,以使所述绕射声的声压,比直达声的声压还要衰减,该直达声是所述播放音中的到达所述收听者的位置的声音,
所述播放扬声器,由与所述至少两个控制扬声器不同的扬声器构成,
所述至少两个控制扬声器之中的第一控制扬声器被配置成,其振动板与所述收听者相对,所述第一控制扬声器以外的控制扬声器,被配置在所述播放扬声器的周围,且不与所述收听者相对,
所述校正滤波器,具有滤波系数,该滤波系数,用于使播放了适用了该校正滤波器的所述控制信号的控制音,衰减到不给所述收听者的位置上的所述播放音的特性带来影响的程度,
所述加法器,按照对应的每个所述控制扬声器,将适用了所述校正滤波器的各个控制信号汇集,将汇集了的控制信号,向对应的控制扬声器输出,
所述控制滤波器,进一步,具有由包括目标特性决定步骤的滤波系数决定方法决定的滤波系数,在所述目标特性决定步骤中,对所述输入信号进行信号处理,决定目标信号,该目标信号是示出所述控制点的每一个上的将要成为目标的所述播放音的特性的信号,
所述滤波系数决定方法还包括:
控制信号计算步骤,通过对所述输入信号,适用与所述控制扬声器的每一个对应的控制滤波器,从而计算将要由该控制扬声器播放的所述控制信号;
音响系统模拟步骤,根据在所述控制信号计算步骤中计算出的控制信号,计算播放信号,该播放信号是示出所述控制点的每一个上的所述播放音的特性的信号;
加法步骤,按照对应的每个控制点计算误差信号,该误差信号是合成所述目标信号和所述播放信号而得到的信号,所述目标信号是来自所述目标特性决定步骤的输出信号,所述播放信号是来自音响系统模拟步骤的输出信号;以及
判断步骤,在所述加法步骤中计算出的所述误差信号为规定的阈值以上的情况下,更新所述控制滤波器的系数,以使所述误差信号变小,
在所述误差信号小于规定的阈值的情况下,将该控制滤波器的系数决定为所述控制滤波器要具有的所述滤波系数。
8.一种滤波系数决定方法,是具备播放扬声器、至少两个控制扬声器、以及控制滤波器的绕射声衰减装置中的所述控制滤波器的滤波系数决定方法,所述播放扬声器,输出具有输入信号所示的特性的播放音;所述至少两个控制扬声器,播放控制信号,该控制信号示出控制音的特性,该控制音用于使绕射声的声压衰减,该绕射声是所述播放音中的到达多个控制点的每一个上的声音;所述控制滤波器,通过对所述输入信号执行滤波处理,从而生成所述控制信号,所述滤波系数决定方法包括:
目标特性决定步骤,对所述输入信号进行信号处理,决定目标信号,该目标信号是示出所述控制点的每一个上的将要成为目标的所述播放音的特性的信号;
控制信号计算步骤,通过对所述输入信号,适用与所述控制扬声器的每一个对应的控制滤波器,从而计算将要由该控制扬声器播放的所述控制信号;
音响系统模拟步骤,根据在所述控制信号计算步骤中计算出的控制信号,计算播放信号,该播放信号是示出所述控制点的每一个上的所述播放音的特性的信号;
加法步骤,按照对应的每个控制点计算误差信号,该误差信号是合成所述目标信号和所述播放信号而得到的信号;以及
判断步骤,在所述加法步骤中计算出的所述误差信号为规定的阈值以上的情况下,更新所述控制滤波器的系数,以使所述误差信号变小,
在所述误差信号小于规定的阈值的情况下,将该控制滤波器的系数决定为所述控制滤波器要具有的所述滤波系数。
9.一种绕射声衰减方法,是具备播放扬声器、至少两个控制扬声器、以及控制滤波器的绕射声衰减装置的绕射声衰减方法,所述播放扬声器,输出具有输入信号所示的特性的播放音;所述至少两个控制扬声器,播放控制信号,该控制信号示出控制音的特性,该控制音用于使绕射声的声压衰减,该绕射声是所述播放音中的到达多个控制点的每一个上的声音;所述控制滤波器,通过对所述输入信号执行滤波处理,从而生成所述控制信号,所述绕射声衰减方法包括:
目标特性计算步骤,对所述输入信号进行信号处理,输出多个目标信号Dn;
控制信号计算步骤,对所述输入信号进行信号处理,输出多个控制信号Cn;
音响系统模拟步骤,对由所述控制信号计算步骤输出的所述多个控制信号Cn的每一个进行信号处理,输出与所述多个控制信号Cn的每一个对应的播放信号On;
运算步骤,通过合成所述目标信号Dn的每一个、和与该目标信号Dn对应的所述播放信号On,从而输出多个误差信号En;以及
控制特性计算步骤,通过使所述多个误差信号比规定的阈值小,来计算Cn=Dn/On,从而求出所述控制滤波器的控制特性。
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