CN104641659A - 扬声器设备和音频信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

提供了能够在利用声波束的特性的同时通过采用基于虚拟声音源的定位来明确地定位声音源的扬声器设备。扬声器设备(2)包括：输入部(11)，多个通道的音频信号被输入至该输入部；多个扬声器(21A至21P、33L和33R)；指向性控制部(20)，其通过将输入至输入部(11)的多个通道的音频信号延迟并将延迟的信号分配至所述多个扬声器以使得所述多个扬声器输出多个声波束；以及定位添加部(42)，其使得输入至输入部(11)的所述多个通道的至少一个音频信号受到基于头相关传递函数的滤波处理并且将经处理的信号输入至所述多个扬声器。

Description

扬声器设备和音频信号处理方法
技术领域
本发明涉及输出具有指向性的声波束和让虚拟声音源被感知到的声音的扬声器设备。
背景技术
常规已知通过延迟音频信号并将延迟的音频信号分配至多个扬声器单元来输出具有指向性的声波束的阵列扬声器设备(参见专利文献1)。
在专利文献1的阵列扬声器设备中，通过让在墙壁上反射的每个通道的声波束从听众周围到达听众来定位声音源。
此外，在专利文献1的阵列扬声器设备中，针对其声波束由于例如房间形状的原因而无法到达听众的通道，执行基于头相关传递函数的滤波处理以执行用于定位虚拟声音源的处理。
更具体地，在专利文献1描述的阵列扬声器设备中，将与听众的头形相对应的头传递函数与音频信号进行卷积以改变频率特性。听众通过听到其频率特性被由此改变的声音(让虚拟声音源被感知到的声音)来感知虚拟声音源。因此，将音频信号虚拟定位。
此外，已知通过延迟音频信号并将延迟的音频信号分配至多个扬声器单元来输出具有指向性的声波束的另一阵列扬声器设备(例如参见专利文献2和3)。
在专利文献2的扬声器设备中，C通道的声波束和从墙壁反射之后到达听众的声波束被用于以指定比率输出相同信号，以定位幻像声音源。幻像声音源意即：当使得相同通道的声音从右和左不同方向到达听众时，在这些不同方向之间的中间方向上定位的虚拟声音源。
此外，在专利文献3的阵列扬声器设备中，已经在布置在听众的右侧或左侧的墙壁上反射了一次的声波束和已经在布置在听众的右侧或左侧和后方的墙壁上反射了两次的声波束被用于将幻像声音源定位在前通道的定位方向和环绕通道的定位方向之间的中间处。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP-A-2008-227803
专利文献2：JP-A-2005-159518
专利文献3：JP-A-2010-213031
发明内容
本发明要解决的问题
然而，即使能够让给定通道的声波束到达听众，也存在由于收听环境而无法明确地定位声音源的情况。例如，在收听位置远离墙壁的环境下或在使用了具有低声反射率的墙壁材料的环境下，无法获得足够的定位感。
另一方面，利用虚拟声音源比利用声波束更加难以获得距离感。此外，在基于虚拟声音源的定位中，由于当收听位置相对于规定位置移位时定位感被弱化，因此可实现定位感的区域较窄。此外，由于头相关传递函数是基于模型头的形状来进行设置的，因此存在定位感的个体差异。
此外，当如专利文献1中所描述地仅对特定通道执行基于头相关传递函数的滤波处理时，出现了仅使用声波束的通道和仅使用虚拟声音源的通道，因此，导致通道之间的定位感的差异，这会在某些情况下降低环绕感。
此外，通道之间的各声波束的在墙壁上反射的波束的声音量或频率特性并非完全一样。因此，难以在意图方向上基于声波束来明确地定位幻像声音源。
此外，在专利文献1的阵列扬声器设备中，仅针对其声波束无法到达听众的通道，将音频信号进行虚拟定位以唯一地输出声波束和让虚拟声音源被感知到的声音，并且为了改善定位感，可同时地输出声波束和让虚拟声音源被感知到的声音。
常规上已提出将声场效果添加到内容的声音。声场效果指的是这样一种效果：通过将模拟在如音乐厅之类的声学空间中产生的初始反射声音和后方回响声音的声音叠加到内容的声音上，来让听众体验到如同他/她在如真实的音乐厅之类的另一空间中的存在感，而实际上他/她是在他/她自己的房间中。
这里，初始反射声音指的是：在从声音源输出的所有声音之中，在音乐厅的内墙壁等上被反射若干次之后到达听众的声音，并且该声音比从声音源直接到达听众的声音较晚地到达听众。由于初始反射声音比后方回响声音反射了较少次数，因此其反射模式取决于到达方向而不同。因此，初始反射声音具有取决于到达方向的不同频率特性。
后方回响声音指的是：在音乐厅的内墙壁等上被反射了比初始反射声音更多次数之后到达听众的声音，并且该声音比初始反射声音更晚地到达听众。由于后方回响声音被反射了比初始反射声音更多次数，因此，其反射模式大致均匀而与到达方向无关。因此，后方回响声音具有与到达方向无关的大致相同的频率成分。下文中，模拟真实的初始反射声音的声音被简单指称为初始反射声音，而模拟真实的后方回响声音的声音被简单指称为后方回响声音。
然而，在通过利用相同通道来输出具有指向性的声音和让虚拟声音源被感知到的声音的扬声器设备中，如果将初始反射声音和后方回响声音叠加在具有指向性的声音和让虚拟声音源被感知到的声音上，则出现下列问题：
如果将具有取决于到达方向的不同频率特性的初始反射声音叠加在让虚拟声音源被感知到的声音上，添加来产生虚拟声音源的头相关传递函数的频率特性被改变，因此定位变得不明确。此外，如果将具有与到达方向无关的大致相同的频率成分的后方回响声音添加到具有指向性的声波束上，则各个通道的音频信号趋向于彼此相似，因此，声像彼此合并，导致定位不明确。
此外，在专利文献1中描述的声波束在某些环境下无法产生听众期望的环绕声场。在离墙壁的距离较大的环境下或在墙壁难以反射声波束的环境下，声波束难以到达听众。在这种情况下，听众难以感知到声音源。
另一方面，在利用虚拟声音源的方法中，与利用声波束的方法相比，在某些情况下难以充分地提供定位感。例如，在利用虚拟声音源的方法中，如果收听位置移位，则定位感容易变弱。此外，由于利用虚拟声音源的方法是基于听众的头的形状的，因此存在定位感的个体差异。
因此，本发明的目标在于提供一种扬声器设备,其能够在利用声波束的特性的同时通过采用基于虚拟声音源的定位来明确地定位声音源。
此外，本发明的另一目标在于提供一种扬声器设备，其即使使用声波束也能够在意图方向上明确地定位声音源。
本发明的又一目标在于提供一种扬声器设备，其输出让虚拟声音源被感知到的声音并且即使当添加了声场效果时也不会损害定位感。
本发明的再一目标在于提供一种扬声器设备，其与单独利用声波束的常规方法和单独利用虚拟声音源的常规方法所达到的效果相比，显示了让听众感知到声音源的更好的效果。
解决问题的手段
本发明的扬声器设备包括：输入部，多个通道的音频信号被输入至该输入部；多个扬声器；指向性控制部，其将输入至输入部的多个通道的音频信号延迟，并将延迟的音频信号分配至多个扬声器以使得多个扬声器输出多个声波束；以及定位添加部，其将基于头相关传递函数的滤波处理应用至输入至输入部的多个通道的至少一个音频信号，并将经处理的音频信号输入至多个扬声器。
此外，本发明的音频信号处理方法包括：输入步骤，输入多个通道的音频信号；指向性控制步骤，其将在输入步骤中输入的多个通道的音频信号延迟，并将延迟的信号分配至多个扬声器以使得多个扬声器输出多个声波束；以及定位添加步骤，其将基于头相关传递函数的滤波处理应用至在输入步骤中输入的多个通道的至少一个音频信号，并将经处理的信号输入到多个扬声器。
本发明的有利效果
根据本发明的扬声器设备和音频信号处理方法，通过利用声波束和虚拟声音源两者来提供定位感，因此，在利用声波束的特性的同时通过采用基于虚拟声音源的定位来明确地定位声音源。
根据本发明的扬声器设备和音频信号处理方法，即使利用声波束，也能够在意图方向上明确地定位声音源。
根据本发明的扬声器设备和音频信号处理方法，由于未将具有取决于到达方向的不同频率特性的初始反射声音的特性添加到让虚拟声音源被感知到的声音，因此即使当添加了声场效果时，也能够保持头相关传递函数的频率特性，以免损害定位感。
根据本发明的扬声器设备和音频信号处理方法，由于通过利用声波束和虚拟声音源两者来提供定位感，因此定位感强于通过单独利用声波束的常规方法或单独利用虚拟声音源的常规方法所提供的定位感。
附图说明
图1是示出AV系统的构造的示意图。
图2是示出阵列扬声器设备的构造的框图。
图3的(A)和图3的(B)是示出滤波处理部的构造的框图。
图4是示出波束形成处理部的构造的框图。
图5的(A)、图5的(B)和图5的(C)是示出声波束和通道设置之间的关系的图。
图6是示出虚拟处理部的构造的框图。
图7的(A)和图7的(B)是示出定位添加部和校正部的构造的框图。
图8的(A)、图8的(B)和图8的(C)是说明由阵列扬声器设备产生的声场的图。
图9的(A)是示出根据修改例1的阵列扬声器设备的构造的框图，图9的(B)是示出修改例1的阵列扬声器设备中的主音量和增益之间的关系的图。
图10的(A)是示出根据修改例2的阵列扬声器设备的构造的框图，图10的(B)是示出时间与前水平比率以及增益之间的关系的图。
图11的(A)和图11的(B)是根据修改例3的阵列扬声器设备的图。
图12是示出AV系统的构造的示意图。
图13是示出阵列扬声器设备的构造的框图。
图14的(A)和图14的(B)是示出滤波处理部的构造的框图。
图15是示出波束形成处理部的构造的框图。
图16的(A)、图16的(B)和图16的(C)是示出波束和通道设置之间的关系的图。
图17是示出虚拟处理部的构造的框图。
图18的(A)和图18的(B)是示出定位添加部和校正部的构造的框图。
图19的(A)和图19的(B)是说明由阵列扬声器设备产生的声场的图。
图20的(A)和图20的(B)是说明由阵列扬声器设备1002产生的声场的图。
图21是当幻像声音源也被使用时采用的阵列扬声器设备的构造的框图。
图22的(A)是示出幻像处理部的构造的框图，图22的(B)是指定角度和增益比率之间的对应关系表的图，图22的(C)是指定角度和头相关传递函数之间的对应关系表的图。这是示出幻像处理部的构造的框图。
图23是说明由阵列扬声器设备产生的声场的图。
图24是说明由阵列扬声器设备产生的声场的另一图。
图25的(A)和图25的(B)是示出根据修改例的阵列扬声器设备的图。
图26是说明包括阵列扬声器设备的AV系统的图。
图27是阵列扬声器设备和重低音扬声器的局部框图。
图28的(A)和图28的(B)是初始反射声音处理部和后方反射声音处理部的框图。
图29是在音乐厅中实际测量的脉冲响应的示例的示意图。
图30的(A)和图30的(B)是定位添加部和校正部的框图。
图31是说明阵列扬声器设备输出的声音的图。
图32是说明根据阵列扬声器设备的修改例的扬声器组的图。
图33是该扬声器组和重低音扬声器的局部框图。
图34是说明包括阵列扬声器设备的AV系统的图。
图35是根据本发明的实施例的阵列扬声器设备和重低音扬声器的局部框图。
图36的(A)和图36的(B)是定位添加部和校正部的框图。
图37是示出由阵列扬声器设备输出的声波束的路径和基于该声波束的声音源的定位位置的图。
图38是示出由阵列扬声器设备输出的声波束的路径和基于该声波束的声音源的定位位置的另一图。
图39是说明由指向性控制部执行的音频信号的延迟量的计算的图。
图40的(A)和图40的(B)是根据阵列扬声器设备的修改例的阵列扬声器设备和扬声器组的图。
图41是示出根据修改例的阵列扬声器设备的构造的框图。
具体实施方式
(第一实施例)
图1是包括本实施例的阵列扬声器设备2的AV系统1的示意图。AV系统1包括阵列扬声器设备2、重低音扬声器3、电视机4和麦克风7。阵列扬声器设备2与重低音扬声器3和电视机4连接。根据由电视机4再现的图像的音频信号和来自未示出的内容播放器的音频信号被输入至阵列扬声器设备2。
如图1所示，例如，阵列扬声器设备2具有长方体壳体，并且被安装在电视机4的附近(在电视机4的显示屏幕下方的位置)。阵列扬声器设备2在其前表面(相对听众的表面)上包括例如十六个扬声器单元21A至21P、低音扬声器33L和低音扬声器33R。在本示例中，扬声器单元21A至21P、低音扬声器33L和低音扬声器33R对应于本发明的“多个扬声器”。
扬声器单元21A至21P是从听众看去时沿着横向方向线性排列的。扬声器单元21A布置在从听众看去时最左位置上，而扬声器21P布置在从听众看上去时最右位置上。低音扬声器33L布置在扬声器单元21A的更左侧上。低音扬声器33R布置在扬声器单元21P的更右侧上。
需注意，扬声器单元的数量不限于十六个而是可以为例如八个等。此外，布置不限于线性横向排列而是可以例如以三条线等来横向排列。
重低音扬声器3布置在阵列扬声器设备2的附近。在图1示出的示例中，其布置在阵列扬声器设备2的左侧，但是安装位置不限于本例示性位置。
此外，用于测量收听环境的麦克风7被连接到阵列扬声器设备2。麦克风7被安装在收听位置。麦克风7在测量收听环境时使用，并且在实际观看内容时无需安装。
图2是示出阵列扬声器设备2的构造的框图。阵列扬声器2包括输入部11、解码器10、滤波处理部14、滤波处理部15、波束形成处理部20、加法处理部32、加法处理部70、虚拟处理部40以及控制部35。
输入部11包括HDMI接收器111、DIR 112和A/V转换部113。HDMI接收器111接收根据HDMI标准的HDMI信号作为输入并将其输出至解码器10。DIR 112接收数字音频信号(SPDIF)作为输入并将其输出至解码器10。A/D转换部113接收模拟音频信号作为输入，将其转换为数字音频信号并将经转换的信号输出至解码器10。
解码器10包括DSP并将输入至其的信号进行解码。解码器10接收诸如AAC(注册商标)、Dolby Digital(注册商标)、DTS(注册商标)、MPEG-1/2、MPEG-2多通道和MP3之类的各种格式的信号作为输入，将信号转换为多通道音频信号(FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号；需注意，下文使用的音频信号的简称指的是数字音频信号)，并输出经转换的信号。图2的粗实线指示多通道音频信号。需注意，解码器10也具有例如将立体声通道音频信号扩展为多通道音频信号的功能。
从解码器10输出的多通道音频信号被输入至滤波处理部14和滤波处理部15。滤波处理部14从输出自解码器10的多通道音频信号提取适于每个扬声器单元的带，并输出结果。
图3的(A)是示出滤波处理部14的构造的框图，图3的(B)是示出滤波处理部15的构造的框图。
滤波处理部14包括HPF 14FL、HPF 14FR、HPF 14C、HPF 14SL和HPF 14SR，它们分别接收FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号作为输入。滤波处理部14还包括LPF 15FL、LPF 15FR、LPF 15C、LPF 15SL和LPF 15SR，它们分别接收FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号作为输入。
HPF 14FL、HPF 14FR、HPF 14C、HPF 14SL和HPF 14SR的每一个提取输入至其的相应通道的音频信号的高频成分，并输出结果。HPF14FL、HPF 14FR、HPF 14C、HPF 14SL和HPF 14SR的截止频率根据扬声器单元21A至21P的再现频率的下限(例如200HZ)来设置。来自HPF 14FL、HPF 14FR、HPF 14C、HPF 14SL和HPF 14SR的输出信号被输出至波束形成处理部20。
LPF 15FL、LPF 15FR、LPF 15C、LPF 15SL和LPF 15SR的每一个提取输入至其的相应通道的音频信号的低频成分(例如，低于200Hz)，并输出结果。LPF 15FL、LPF 15FR、LPF 15C、LPF 15SL和LPF15SR的截止频率对应于HPF 14FL、HPF 14FR、HPF 14C、HPF 14SL和HPF 14SR的截止频率(并且是，例如，200Hz)。
来自LPF 15FL、LPF 15C和LPF 15SL的输出信号被加法部16相加以产生L通道音频信号。L通道音频信号被进一步地输入至HPF30L和LPF 31L。
HPF 30L提取输入至其的音频信号的高频成分并输出结果。LPF31L提取输入至其的音频信号的低频成分并输出结果。HPF 30L和LPF31L的截止频率对应于低音扬声器33L和重低音扬声器3之间的交越频率(例如，100Hz)。需注意，交越频率可被配置为可由听众改变。
来自LPF 15FR、LPF 15C和LPF 15SR的输出信号被加法部17相加以产生R通道音频信号。R通道音频信号被进一步地输入至HPF30R和LPF 31R。
HPF 30R提取输入至其的音频信号的高频成分并输出结果。LPF31R提取输入至其的音频信号的低频成分并输出结果。HPF 30R的截止频率对应于低音扬声器33R和重低音扬声器3之间的交越频率(例如，100Hz)。如上所述，交越频率可被配置为可由听众改变。
从HPF 30L输出的音频信号经由加法处理部32输入至低音扬声器33L。类似地，从HPF 30R输出的音频信号经由加法处理部32输入至低音扬声器33R。
从LPF 31L输出的音频信号和从LPF 31R输出的音频信号被加法处理部70相加以转换为单声道信号，并且所得结果被输入至重低音扬声器3。虽然未在图中示出，但是加法处理部70也接收将被加至从LPF 31L输出的音频信号和从LPF 31R输出的音频信号的LFE通道信号作为输入，并且所得结果被输出至重低音扬声器3。
另一方面，滤波处理部15包括HPF 40FL、HPF 40FR、HPF 40C、HPF 40SL和HPF 40SR，它们分别接收FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号作为输入。滤波处理部15还包括LPF41FL、LPF 41FR、LPF 41C、LPF 41SL和LPF 41SR，它们分别接收FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号作为输入。
HPF 40FL、HPF 40FR、HPF 40C、HPF 40SL和HPF 40SR的每一个提取输入至其的相应通道的音频信号的高频成分，并输出结果。HPF40FL、HPF 40FR、HPF 40C、HPF 40SL和HPF 40SR的截止频率对应于低音扬声器33R和33L以及重低音扬声器3之间的交越频率(例如，100Hz)。交越频率可被配置为如上所述的可由听众改变。HPF 40FL、HPF 40FR、HPF 40C、HPF 40SL和HPF 40SR的截止频率可与HPF 14FL、HPF 14FR、HPF 14C、HPF 14SL和HPF 14SR的截止频率相同。在替选方面中，滤波处理部15可仅包括HPF 40FL、HPF 40FR、HPF 40C、HPF 40SL和HPF 40SR，以免将低频成分输出至重低音扬声器3。从HPF 40FL、HPF 40FR、HPF 40C、HPF 40SL和HPF 40SR输出的音频信号被输出至虚拟处理部40。
LPF 41FL、LPF 41FR、LPF 41C、LPF 41SL和LPF 41SR的每一个提取输入至其的相应通道的音频信号的低频成分，并输出结果。LPF41FL、LPF 41FR、LPF 41C、LPF 41SL和LPF 41SR的截止频率可对应于上述交越频率(并且是，例如，100Hz)。从LPF 41FL、LPF 41FR、LPF 41C、LPF 41SL和LPF 41SR输出的音频信号被加法器17相加以转换为单声道信号，并且所得结果经由加法处理部70被输入至重低音扬声器3。在加法处理部70中，从LPF 41FL、LPF 41FR、LPF 41C、LPF 41SL和LPF 41SR输出的音频信号被加至从LPF 31R和LPF 31L输出的音频信号和上述LFE通道音频信号。附带地，加法处理部70可包括用于改变这些信号之间的加法比率的增益调整部。
接着，将描述波束形成处理部20。图4是示出波束形成处理部20的构造的框图。波束形成处理部20包括增益调整部18FL、增益调整部18FR、增益调整部18C、增益调整部18SL和增益调整部18SR，它们分别接收FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号作为输入。
增益调整部18FL、增益调整部18FR、增益调整部18C、增益调整部18SL和增益调整部18SR的每一个调整相应通道的音频信号的增益，以控制音频信号的音量水平。被调整了增益的各个通道的音频信号分别被输入至指向性控制部91FL、指向性控制部91FR、指向性控制部91C、指向性控制部91SL和指向性控制部91SR。指向性控制部91FL、指向性控制部91FR、指向性控制部91C、指向性控制部91SL和指向性控制部91SR的每一个将相应通道的音频信号分配至扬声器单元21A至21P。在合成部92中将针对扬声器单元21A至21P分配的音频信号进行合成以供应至扬声器单元21A至21P。此时，指向性控制部91FL、指向性控制部91FR、指向性控制部91C、指向性控制部91SL和指向性控制部91SR调整将被供应至每个扬声器单元的音频信号的延迟量。
从扬声器单元21A至21P输出的声音在它们具有相同相位的部分相互增强，以作为具有指向性的声音输出。例如，如果在相同定时从所有扬声器输出声音，则输出了具有朝向阵列扬声器设备2的前方的指向性的声波束。指向性控制部91FL、指向性控制部91FR、指向性控制部91C、指向性控制部91SL和指向性控制部91SR能够通过改变将要赋予各个音频信号的延迟量来改变声波束的输出方向。
此外，指向性控制部91FL、指向性控制部91FR、指向性控制部91C、指向性控制部91SL和指向性控制部91SR还能够通过赋予延迟量以使得从扬声器单元21A至21P分别输出的声音可在指定位置上具有相同相位，来形成聚焦在指定位置上的声波束。
可使得声波束从阵列扬声器设备2直接到达收听位置或从房间的墙壁等反射之后到达收听位置。例如，如图5的(C)所示，C通道音频信号的声波束可在前方向上输出，使得C通道的声波束可从前方到达收听位置。此外，FL通道音频信号和FR通道音频信号的声波束可在阵列扬声器设备2的向左和向右方向上输出，使得这些声波束可以在布置在收听位置的左侧和右侧的墙壁上反射以分别从左方向和右方向到达收听位置。此外，SL通道音频信号和SR通道音频信号的声波束可在向左和向右方向上输出，使得这些声波束可在布置在收听位置的左侧和右侧的墙壁以及后方的墙壁上反射两次以分别从左后方向和右后方向到达收听位置。
可通过使用麦克风7测量收听环境来自动地设置声波束的这些输出方向。如图5的(A)所示，当听众在收听位置安装麦克风7并操作未示出的遥控器或主体操作部来指示声波束的设置时，控制部35使得波束形成处理部20输出测试信号(例如，白噪声)的声波束。
控制部35将声波束从平行于阵列扬声器设备2的前表面的左方向(称为0度方向)转动到平行于阵列扬声器设备2的前表面的右方向(称作180度方向)。当在阵列扬声器设备2的前方转动声波束时，声波束根据声波束的转动角度θ在房间R的墙壁上反射并且以指定角度被麦克风7拾取。
控制部35如下分析从麦克风7输入至其的音频信号的水平：
控制部35将从麦克风7输入的音频信号的水平与声波束的输出角度对应地存储在存储器(未示出)中。然后，控制部35基于音频信号水平的峰值将多通道音频信号的每个通道指派给声波束的输出角度。例如，控制部35在所拾取的声音的数据中检测超过指定阈值的峰值。控制部35将与这些峰值中的最高水平相对应的声波束的输出角度指派为C通道的声波束的输出角度。例如，在图5的(B)中，与最高水平相对应的角度θ3a被指派为C通道的声波束的输出角度。此外，控制部35将针对C通道已设置的峰值的两侧相邻的峰值指派为SL通道和SR通道的声波束的输出角度。例如，在图5的(B)中，在靠近0度方向一侧上邻近C通道的角度θ2a被指派为SL通道的声波束的输出角度，而在靠近180度方向一侧上邻近C通道的角度θ4a被指派为SR通道的声波束的输出角度。此外，控制部35将最外侧的峰值指派为FL通道和FR通道的声波束的输出角度。例如，在图5的(B)的示例中，最接近0度方向的角度θ1a被指派为FL通道的声波束的输出角度，而最接近0度方向的角度θ5a被指派为FR通道的声波束的输出角度。以这种方式，控制部35实现了用于检测到达收听位置的各个通道的声波束的水平的差异的检测部以及用于基于由检测部测量的水平的峰值来设置声波束的输出角度的波束角度设置部。
以这种方式，执行使得声波束如图5的(C)所示的那样从四周到达听众(麦克风7)的位置的设置。
接着，将描述虚拟处理部40。图6是示出虚拟处理部40的构造的框图。虚拟处理部40包括水平调整部43、定位添加部42、校正部51、延迟处理部60L和延迟处理部60R。
水平调整部43包括增益调整部43FL、增益调整部43FR、增益调整部43C、增益调整部43SL和增益调整部43SR，它们分别接收FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号作为输入。
增益调整部43FL、增益调整部43FR、增益调整部43C、增益调整部43SL和增益调整部43SR的每一个通过调整音频信号的增益来控制相应通道的音频信号的水平。基于测试声波束的检测结果，通过控制部35(作为设置部工作)来设置每个增益调整部的增益。例如，如图5的(B)所示，C通道的声波束是直达声，因此位于最高水平。因此，增益调整部43C的增益被设置成最低。此外，由于C通道的声波束是直达声并且因此其根据房间环境而变化的可能性较低，其可被设置成例如固定值。关于其他增益调整部，根据相对于C通道的水平差异来设置增益。例如，假设C通道的检测水平G1是1.0并且增益调整部43C的增益被设置成0.1，如果FR通道的检测水平G3是0.6，则增益调整部43FR的增益被设置成0.4，并且如果SR通道的检测水平G2是0.4，则增益调整部43SR的增益被设置成0.6。以这种方式，调整各个通道的增益。附带地，在如图5的(A)、图5的(B)和图5的(C)示出的示例中，通过控制部35转动测试信号的声波束以检测到达收听位置的各个通道的声波束的水平的差异，但是在一个方面中，听众可通过利用未示出的用户接口来手动指示控制部35输出声波束以检测到达收听位置的各个通道的声波束的水平的差异。此外，就增益调整部43FL、增益调整部43FR、增益调整部43C、增益调整部43SL和增益调整部43SR的设置而言，每个通道的水平可根据利用测试声波束扫描而检测到的水平来独立地测量。具体地，该方法可如下进行：在通过测试声波束扫描针对每个通道确定的方向上输出测试声波束，并分析由麦克风7在收听位置拾取的声音。
已调整增益的每个通道的音频信号被输入至定位添加部42。定位添加部42执行处理以将每个通道的输入音频信号在指定位置上定位为虚拟声音源。为了将音频信号定位为虚拟声音源，采用与指定位置和听众的耳朵之间的传递函数相对应的头相关传递函数(下文中称作HRTF)。
HRTF对应于表达从放置在给定位置的虚拟扬声器发射到右耳和左耳的声音的响度、到达时间、频率特性等的脉冲响应。定位添加部42可通过将HRTF添加至输入至其的每个通道的音频信号并将所得的结果从低音扬声器33L或低音扬声器33R发射来使得听众能够定位虚拟声音源。
图7的(A)是示出定位添加部42的构造的框图。定位添加部包括FL滤波器421L、FR滤波器422L、C滤波器423L、SL滤波器424L和SR滤波器425L，以及FL滤波器421R、FR滤波器422R、C滤波器423R、SL滤波器424R和SR滤波器425R，用于将HRTF的脉冲响应与各个通道的音频信号卷积。
例如，FL通道的音频信号被输入至FL滤波器421L和FL滤波器421R。FL滤波器421L将与从布置在听众的左前侧的虚拟声音源VSFL(参见图8的(A))的位置到他/她的左耳的路径相对应的HRTF应用至FL通道的音频信号。FL滤波器421R将与从虚拟声音源VSFL的位置到听众的右耳的路径相对应的HRTF应用至FL通道的音频信号。关于每个其他通道，与从布置在听众周围的虚拟声音源的位置到他/她的右耳或左耳的路径相对应的HRTF被类似地应用。
加法部426L将被FL滤波器421L、FR滤波器422L、C滤波器423L、SL滤波器424L和SR滤波器425L应用了HRTF的音频信号进行合成，并将所得结果作为音频信号VL输出至校正部51。加法部426R将被FL滤波器421R、FR滤波器422R、C滤波器423R、SL滤波器424R和SR滤波器425R应用了HRTF的音频信号进行合成，并将所得结果作为音频信号VR输出至校正部51。
校正部51执行串音消除处理。图7的(B)是示出校正部51的构造的框图。校正部51包括直接校正部511L、直接校正部511R、交叉校正部512L和交叉校正部512R。
音频信号VL被输入至直接校正部511L和交叉校正部512L。音频信号VR被输入至直接校正部511R和交叉校正部512R。
直接校正部511L执行处理以使得听众感知到好似从低音扬声器33L输出的声音在他/她的左耳附近发射。直接校正部511L具有用于使得从低音扬声器33L输出的声音的频率特性在左耳的位置处平坦的滤波系数设置。直接校正部511L利用这种滤波器来处理输入至其的音频信号VL，以输出音频信号VLD。直接校正部511R具有用于使得从低音扬声器33R输出的声音的频率特性在听众的右耳的位置处平坦的滤波系数设置。直接校正部511R利用这种滤波器来处理输入至其的音频信号VL，以输出音频信号VRD。
交叉校正部512L具有用于添加从低音扬声器33L周围传送至右耳的声音的频率特性的滤波系数设置。从低音扬声器33L周围传送至右耳的声音(VLC)被合成部52R反相以从低音扬声器33R发射所得结果，因此，可禁止来自低音扬声器33L的声音被右耳听到。以这种方式，可让听众感知到好似从低音扬声器33R发射的声音是从他/她的右耳附近发射的。
交叉校正部512R具有用于添加从低音扬声器33R周围传送至左耳的声音的频率特性的滤波系数设置。从低音扬声器33R周围传送至左耳的声音(VRC)被合成部52L反相以从低音扬声器33L发射所得结果，因此，可禁止来自低音扬声器33R的声音被左耳听到。以这种方式，可让听众感知到好似从低音扬声器33L发射的声音是从他/她的左耳附近发射的。
从合成部52L输出的音频信号被输入至延迟处理部60L。已被延迟处理部60L延迟了指定时间的音频信号被输入至加法处理部32。此外，从合成部52R输出的音频信号被输入至延迟处理部60R。已被延迟处理部60R延迟了指定时间的音频信号被输入至加法处理部32。
由延迟处理部60L和延迟处理部60R的每个引起的延迟时间被设置为例如长于由波束形成处理部20的指向性控制部赋予的最长延迟时间。因此，让虚拟声音源被感知到的声音不会妨碍声波束的形成。附带地，在一个方面中，可在波束形成处理部20之后的级中设置延迟处理部来将延迟添加至声波束以使得该声波束不会妨碍用于定位虚拟声音源的声音。
从延迟处理部60L输出的音频信号经由加法处理部32被输入至低音扬声器33L。在加法处理部32中，从延迟处理部60L输出的音频信号和从HPF 30L输出的音频信号相加。附带地，加法处理部32可包括用于改变这些音频信号之间的加法比率的增益调整部的构造。类似地，从延迟处理部60R输出的音频信号经由加法处理部32被输入至低音扬声器33R。在加法处理部32中，从延迟处理部60R输出的音频信号和从HPF 30R输出的音频信号相加。加法处理部32可包括用于改变这些音频信号之间的加法比率的增益调整部的构造。
接着，将参考图8的(A)来描述阵列扬声器设备2产生的声场。在图8的(A)中，实箭头指示从阵列扬声器设备2输出的声波束的路径。在图8的(A)中，白色星星指示基于声波束而产生的声音源的位置，而黑色星星指示虚拟声音源的位置。
在图8的(A)示出的示例中，阵列扬声器设备2以与图5的(C)中示出的示例中相同的方式输出五个声波束。对于C通道的音频信号而言，设置了聚焦在阵列扬声器设备2的后方位置上的声波束。因此，听众感知到声音源SC被布置在他/她的前方。
类似地，对于FL通道的音频信号而言，设置了在左前侧上聚焦在房间R的墙壁上的位置上的声波束，并且听众感知到声音源SFL被布置在听众的左前侧上的墙壁上。对于FR通道的音频信号而言，设置了在右前侧上聚焦在房间R的墙壁上的位置上的声波束，并且听众感知到声音源SFR被布置在听众的右前侧上的墙壁上。对于SL通道的音频信号而言，设置了在左后侧上聚焦在房间R的墙壁上的声波束，并且听众感知到声音源SSL被布置在听众的左后侧上的墙壁上。对于SR通道的音频信号而言，设置了在右后侧上聚焦在房间R的墙壁上的声波束，并且听众感知到声音源SSR被布置在听众的左后侧上的墙壁上。
此外，定位添加部42将虚拟声音源的位置设置在与上述声音源SFL、SFR、SC、SSL和SSR大致相同的位置上。因此，如图8的(A)所示，听众在与声音源SFL、SFR、SC、SSL和SSR的位置大致相同的位置上感知到虚拟声音源VSC、VSFL、VSFR、VSSL和VSSR。附带地，无需将虚拟声音源的位置设置在与声波束的焦点相同的位置上，而是可以将它们设置在预先确定的方向上。例如，虚拟声音源VSFL被设置为向左30度，虚拟声音源VSFR被设置为向右30度，虚拟声音源VSSL被设置为向左120度，虚拟声音源VSSR被设置为向右120度等等。
以这种方式，在阵列扬声器设备2中，可通过虚拟声音源来补偿基于声波束的定位感，因此，相比单独使用声波束的情况或单独使用虚拟声音源的情况，可改善定位感。特别是，由于SL通道和SR通道的声音源SSL和声音源SSR是通过让声波束在墙壁上反射两次而产生的，因此，与前侧上的通道的声音源相比，在某些情况下无法维持明确定位感。然而，在阵列扬声器设备2中，可通过由低音扬声器33L和低音扬声器33R利用直接到达听众的耳朵的声音而产生的虚拟声音源VSSL和虚拟声音源VSSR来补偿定位感，因此，不会损害SL通道和SR通道的定位感。
然后，如上所述，阵列扬声器设备2的控制部35检测到达收听位置的各个通道的声波束的水平的差异，并基于检测到的水平差异来设置增益调整部43的增益调整部43FL、增益调整部43FR、增益调整部43C、增益调整部43SL和增益调整部43SR中的水平。由此，调整了定位添加部42的各个通道和声波束的各个通道之间的水平(或水平比率)。
例如，在图8的(A)的房间R的右侧墙壁上存在具有低声反射率的窗帘501，因此声波束难以被该墙壁反射。因此，如图8的(B)所示，角度θa4处的峰值水平低于其他角度处的那些峰值水平。在这种情况下，到达收听位置的SR通道的声波束的水平低于其他通道的声波束的水平。
因此，控制部35将增益调整部43SR的增益设置为高于其他水平调整部的增益，并在定位添加部中为SR通道设置高于其他通道的水平，以增强基于虚拟声音源的定位添加的效果。以这种方式，控制部35基于通过使用测试声波束检测到的水平差异来设置在水平调整部43中采用的水平比率。结果，针对基于声波束的定位感较弱的通道，通过使用虚拟声音源来极大地补偿了定位感。同样在这种情况下，由于声波束自身被输出，因此存在基于声波束的定位感，因此，可保持通道之间的可听性连接，而不会由于只针对特定通道产生虚拟声音源而导致不舒服感觉。
附带地，如图8的(C)所示，即使检测到的峰值的数量小于通道的数量，优选地，阵列扬声器设备2也预估声波束的到达角度以指派所有通道的声波束的输出角度。例如，在图8的(C)示出的示例中，虽然在SR通道应当被指派的角度处未检测到峰值，但是SR通道被指派给角度θa4(其相对于与最高水平相对应的中心角度的角度θa3而与角度θa2对称)以输出SR通道的声波束。然后，控制部35根据角度θa3处的检测水平G1和角度θa4处的检测水平G2之间的水平差异将增益调整部43SR的增益设置为高。以这种方式，因为声波束自身也针对其中基于虚拟声音源的定位添加的效果被设置成强的通道而输出，所以在某种程度上能够听到该通道的声波束的声音。因此，可保持通道之间的可听性连接,而不会由于只针对特定通道产生虚拟声音源而导致不舒服感觉。
附带地，在本实施例中，尽管水平调整部43的各个增益调整部的增益被调整以控制定位添加部42的各个通道和声波束的各个通道之间的水平比率，但是，在一个方面中，可通过调整波束形成处理部20的增益调整部18FL、增益调整部18FR、增益调整部18C、增益调整部18SL和增益调整部18SR的增益来控制定位添加部的各个通道和声波束的各个通道之间的水平比率。
接着，图9的(A)是示出根据修改例1的阵列扬声器设备2A的构造的框图。相似的参考标记被用于指称与图2中示出的阵列扬声器设备2共同的构造，以省略描述。
阵列扬声器设备2A进一步包括音量设置接受部77。音量设置接受部77接受听众对主音量的设置。控制部35根据由音量设置接受部77接受的主音量的设置来调整未示出的功率放大器(例如模拟放大器)的增益。因此，同时改变所有扬声器单元的声音量。
然后，控制部35根据由音量设置接受部77接受的主音量的设置来设置水平调整部43的所有增益调整部的增益。例如，如图9的(B)所示，由于主音量的值较低，因此水平调整部43的所有增益调整部的增益被设置成较高。当主音量被设置成这样低时，存在从墙壁反射的声波束的声音会被降低从而使环绕感减弱的可能性。因此，由于主音量的值较低，控制部35将定位添加部42中的水平设置为较高，从而通过增强基于虚拟声音源的定位添加的效果来保持环绕感。
接着，图10的(A)是示出根据修改例2的阵列扬声器设备2B的构造的框图。相似的参考标记被用于指称与图2中示出的阵列扬声器设备2共同的构造，以省略描述。
在阵列扬声器设备2B中，控制部35接收各个通道的音频信号作为输入以对各个通道的音频信号的水平进行比较(即，作为比较部工作)。控制部35基于比较结果动态地设置水平调整部43的各个增益调整部的增益。
例如，如果仅对特定通道输入高水平信号，则可以确定该特定通道的信号具有声音源，因此与该通道相对应的增益调整部的增益被设置为高，以添加明确的定位感。此外，如图10的(B)所示，控制部35能够计算前通道和环绕通道之间的水平比率(前水平比率)，从而根据前水平比率来设置水平调整部43的增益调整部的增益。具体地，如果环绕通道的水平较高，则控制部35将水平调整部43的(增益调整部43SL和增益调整部43SR的)增益设置为高，而如果环绕通道的水平较低，则其将水平调整部43的(增益调整部43SL和增益调整部43SR的)增益设置为低。因此，如果环绕通道的水平较高，则增强基于虚拟声音源的定位添加的效果以增强由环绕通道实现的效果。另一方面，如果前通道的水平较高，则由声波束实现的水平被设置为高，以增强通过使用声波束获得的前通道的效果，因此，与通过基于虚拟声音源的定位所实现的定位感相比，能让可获得定位感的听觉区域较大。
附带地，如果当环绕通道的水平较低时，水平调整部43的(增益调整部43SL和增益调整部43SR的)增益被设置成低，则在某些情况下可能更加难以听到使用声波束的环绕通道，因此，在一个方面中，当环绕通道的水平较低时，水平调整部43的(增益调整部43SL和增益调整部43SR的)增益可设置成高，并且，当环绕通道的水平较高时，水平调整部43的(增益调整部43SL和增益调整部43SR的)增益可设置成低。
此外，在一个方面中，可在全部频带上进行通道之间的水平比较以及前通道和环绕通道之间的水平比率的计算，并且在另一方面中，各个通道的音频信号可被划分为指定的带，以针对每个划分的带来比较水平或计算前通道和环绕通道之间的水平比率。例如，由于扬声器单元21A至21P用于输出声波束的再现频率的下限是200Hz，因此在等于或高于200Hz的带中来计算前通道和环绕通道之间的水平比率。
接着，图11的(A)是示出根据修改例3的阵列扬声器设备2C的框图。这里将省略与阵列扬声器设备2共同的构造的描述。
阵列扬声器设备2C不同于阵列扬声器设备2的地方在于从低音扬声器33L和低音扬声器33R输出的声音分别从扬声器单元21A和扬声器单元21P输出。
阵列扬声器设备2C从布置在扬声器单元21A至21P的两端的扬声器单元21A和扬声器单元21P输出让虚拟声音源被感知到的声音。
扬声器单元21A和扬声器单元21P是布置在阵列扬声器的最外端的扬声器单元，并且从听众看去被布置在最左位置和最右位置。因此，扬声器单元21A和扬声器单元21P适于分别输出L通道和R通道的声音，并且适于作为输出让虚拟声音源被感知到的声音的扬声器单元。
此外，阵列扬声器设备2无需在一个壳体中包括所有的扬声器单元21A至21P、低音扬声器33L和低音扬声器33R。例如，在一个方面中，各个扬声器单元可被提供有单独的壳体，以将这些壳体排列成如图11的(B)所示的扬声器组2D。
无论采用哪个方面，只要将多个通道的输入音频信号延迟并分配到多个扬声器，并且多个通道的任意输入音频信号在输入到多个扬声器之前经过基于头相关传递函数的滤波处理，该方面就包括在本发明的技术范围内。
(第二实施例)
图12是包括根据第二实施例的阵列扬声器设备1002的AV系统1001的示意图。AV系统1001包括阵列扬声器设备1002、重低音扬声器1003、电视机1004和麦克风1007。阵列扬声器设备1002与重低音扬声器1003和电视机1004连接。根据由电视机1004再现的图像的音频信号和来自未示出的内容播放器的音频信号被输入至阵列扬声器设备1002。
如图12所示，阵列扬声器设备1002具有长方体壳体，并且被安装在电视机1004的附近(在电视机1004的显示屏幕下方的位置)。阵列扬声器设备1002在其前表面(相对听众的表面)上包括例如十六个扬声器单元1021A至1021P、低音扬声器1033L和低音扬声器1033R。
扬声器单元1021A至1021P是从听众看去时沿着横向方向线性排列的。扬声器单元1021A布置在从听众看去时最左位置上，而扬声器1021P布置在从听众看上去时最右位置上。低音扬声器1033L布置在扬声器单元1021A的更左侧上。低音扬声器1033R布置在扬声器单元21P的更右侧上。在本示例中，扬声器单元1021A至1021P、低音扬声器1033L和低音扬声器1033R对应于本发明的“多个扬声器”。
需注意，扬声器单元的数量不限于十六个而是可以为例如八个等。此外，布置不限于线性横向排列而是可以例如以三条线等来横向排列。
重低音扬声器1003布置在阵列扬声器设备1002的附近。在图12示出的示例中，其布置在阵列扬声器设备1002的左侧，但是安装位置不限于本例示性位置。
此外，用于测量收听环境的麦克风1007被连接到阵列扬声器设备1002。麦克风1007被安装在收听位置。麦克风1007在测量收听环境时使用，并且在实际观看内容时无需安装。
图13是示出阵列扬声器设备1002的构造的框图。阵列扬声器1002包括输入部1011、解码器1010、滤波处理部1014、滤波处理部1015、波束形成处理部1020、加法处理部1032、加法处理部1070、虚拟处理部1040、控制部1035和用户I/F 1036。
输入部1011包括HDMI接收器1111、DIR 1112和A/V转换部1113。HDMI接收器1111接收根据HDMI标准的HDMI信号作为输入并将其输出至解码器1010。DIR 1112接收数字音频信号(SPDIF)作为输入并将其输出至解码器1010。A/D转换部1113接收模拟音频信号作为输入，将其转换为数字音频信号并将经转换的信号输出至解码器1010。
解码器1010包括DSP并将输入至其的信号进行解码。解码器1010接收诸如AAC(注册商标)、Dolby Digital(注册商标)、DTS(注册商标)、MPEG-1/2、MPEG-2多通道和MP3之类的各种格式的信号作为输入，将信号转换为多通道音频信号(FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号；需注意，下文使用的音频信号的简称指的是数字音频信号)，并输出经转换的信号。图13的粗实线指示多通道音频信号。需注意，解码器1010也具有例如将立体声通道音频信号扩展为多通道音频信号的功能。
从解码器1010输出的多通道音频信号被输入至滤波处理部1014和滤波处理部1015。滤波处理部1014从输出自解码器1010的多通道音频信号提取适于每个扬声器单元的带，并输出结果。
图14的(A)是示出滤波处理部1014的构造的框图，图14的(B)是示出滤波处理部1015的构造的框图。
滤波处理部1014包括HPF 1014FL、HPF 1014FR、HPF 1014C、HPF 1014SL和HPF 1014SR，它们分别接收FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号作为输入。滤波处理部1014还包括LPF 1015FL、LPF 1015FR、LPF 1015C、LPF 1015SL和LPF 1015SR，它们分别接收FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号作为输入。
HPF 1014FL、HPF 1014FR、HPF 1014C、HPF 1014SL和HPF 1014SR的每一个提取输入至其的相应通道的音频信号的高频成分，并输出结果。HPF 1014FL、HPF 1014FR、HPF 1014C、HPF 1014SL和HPF 1014SR的截止频率根据扬声器单元1021A至1021P的再现频率的下限(例如200HZ)来设置。来自HPF 1014FL、HPF 1014FR、HPF 1014C、HPF 1014SL和HPF 1014SR的输出信号被输出至波束形成处理部1020。
LPF 1015FL、LPF 1015FR、LPF 1015C、LPF 1015SL和LPF 1015SR的每一个提取输入至其的相应通道的音频信号的低频成分(例如，低于200Hz)，并输出结果。LPF 1015FL、LPF 1015FR、LPF 1015C、LPF 1015SL和LPF 1015SR的截止频率对应于HPF 1014FL、HPF 1014FR、HPF 1014C、HPF 1014SL和HPF 1014SR的截止频率(并且是，例如，200Hz)。
来自LPF 1015FL、LPF 1015C和LPF 1015SL的输出信号被加法部1016相加以产生L通道音频信号。L通道音频信号被进一步地输入至HPF 1030L和LPF 1031L。
HPF 1030L提取输入至其的音频信号的高频成分并输出结果。LPF 1031L提取输入至其的音频信号的低频成分并输出结果。HPF1030L和LPF 1031L的截止频率对应于低音扬声器1033L和重低音扬声器1003之间的交越频率(例如，100Hz)。需注意，交越频率可被配置为可由听众使用用户I/F 1036来改变。
来自LPF 1015FR、LPF 1015C和LPF 1015SR的输出信号被加法部17相加以产生R通道音频信号。R通道音频信号被进一步地输出至HPF 1030R和LPF 1031R。
HPF 1030R提取输入至其的音频信号的高频成分并输出结果。LPF 1031R提取输入至其的音频信号的低频成分并输出结果。HPF1030R的截止频率对应于低音扬声器1033R和重低音扬声器1003之间的交越频率(例如，100Hz)。如上所述，交越频率可被配置为可由听众使用用户I/F 1036来改变。
从HPF 1030L输出的音频信号经由加法处理部1032输入至低音扬声器1033L。类似地，从HPF 1030R输出的音频信号经由加法处理部1032输入至低音扬声器1033R。
从LPF 1031L输出的音频信号和从LPF 1031R输出的音频信号被加法处理部1070相加以转换为单声道信号，并且所得结果被输入至重低音扬声器1003。虽然未在图中示出，但是加法处理部1070也接收将被加至从LPF 1031L输出的音频信号和从LPF 1031R输出的音频信号的LFE通道信号作为输入，并且所得结果被输出至重低音扬声器1003。
另一方面，滤波处理部1015包括HPF 1040FL、HPF 1040FR、HPF1040C、HPF 1040SL和HPF 1040SR，它们分别接收FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号作为输入。滤波处理部1015还包括LPF 1041FL、LPF 1041FR、LPF 1041C、LPF 1041SL和LPF1041SR，它们分别接收FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号作为输入。
HPF 1040FL、HPF 1040FR、HPF 1040C、HPF 1040SL和HPF 1040SR的每一个提取输入至其的相应通道的音频信号的高频成分，并输出结果。HPF 1040FL、HPF 1040FR、HPF 1040C、HPF 1040SL和HPF 1040SR的截止频率对应于低音扬声器1033R和1033L以及重低音扬声器1003之间的交越频率(例如，100Hz)。交越频率可被配置为如上所述的可由听众使用用户I/F 1036来改变。HPF 1040FL、HPF 1040FR、HPF 1040C、HPF 1040SL和HPF 1040SR的截止频率可与HPF 1014FL、HPF 1014FR、HPF 1014C、HPF 1014SL和HPF 1014SR的截止频率相同。在替选方面中，滤波处理部1015可仅包括HPF 1040FL、HPF1040FR、HPF 1040C、HPF 1040SL和HPF 1040R，以免将低频成分输出至重低音扬声器1003。来自HPF 1040FL、HPF 1040FR、HPF 1040C、HPF 1040SL和HPF 1040SR的输出信号被输出至虚拟处理部1040。
LPF 1041FL、LPF 1041FR、LPF 1041C、LPF 1041SL和LPF 1041SR的每一个提取输入至其的相应通道的音频信号的低频成分，并输出结果。LPF 1041FL、LPF 1041FR、LPF 1041C、LPF 1041SL和LPF 1041SR的截止频率可对应于上述交越频率(并且是，例如，100Hz)。输出自LPF 1041FL、LPF 1041FR、LPF 1041C、LPF 1041SL和LPF 1041SR的音频信号被加法器171相加以被转换为单声道信号，并且所得结果经由加法处理部1070被输入至重低音扬声器1003。在加法处理部1070中，从LPF 1041FL、LPF 1041FR、LPF 1041C、LPF 1041SL和LPF 1041SR输出的音频信号被加至从LPF 1031R和LPF 1031L输出的音频信号和上述LFE通道音频信号。附带地，加法处理部1070可包括用于改变这些信号之间的加法比率的增益调整部。
接着，将描述波束形成处理部1020。图15是示出波束形成处理部1020的构造的框图。波束形成处理部1020包括增益调整部1018FL、增益调整部1018FR、增益调整部1018C、增益调整部1018SL和增益调整部1018SR，它们分别接收FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号作为输入。
增益调整部1018FL、增益调整部1018FR、增益调整部1018C、增益调整部1018SL和增益调整部1018SR的每一个调整相应通道的音频信号的增益。被调整了增益的各个通道的音频信号被分别输入至指向性控制部1091FL、指向性控制部1091FR、指向性控制部1091C、指向性控制部1091SL和指向性控制部1091SR。指向性控制部1091FL、指向性控制部1091FR、指向性控制部1091C、指向性控制部1091SL和指向性控制部1091SR的每一个将相应通道的音频信号分配至扬声器单元1021A至1021P。在合成部1092中将针对扬声器单元1021A至1021P分配的音频信号进行合成以供应至扬声器单元1021A至1021P。此时，指向性控制部1091FL、指向性控制部1091FR、指向性控制部1091C、指向性控制部1091SL和指向性控制部1091SR调整将要被供应至每个扬声器单元的音频信号的延迟量。
从扬声器单元1021A至1021P输出的声音在它们具有相同相位的部分相互增强，以作为具有指向性的声音输出。例如，如果在相同定时从所有扬声器输出声音，则输出了具有朝向阵列扬声器设备1002的前方的指向性的声波束。指向性控制部1091FL、指向性控制部1091FR、指向性控制部1091C、指向性控制部1091SL和指向性控制部1091SR能够通过改变将要赋予各个音频信号的延迟量来改变声波束的输出方向。
此外，指向性控制部1091FL、指向性控制部1091FR、指向性控制部1091C、指向性控制部1091SL和指向性控制部1091SR还能够通过赋予延迟量以使得从扬声器单元1021A至1021P分别输出的声音可在指定位置上具有相同相位，来形成聚焦在指定位置上的声波束。
可使得声波束从阵列扬声器设备1002直接到达收听位置或从房间的墙壁等反射之后到达收听位置。例如，如图16的(C)所示，C通道音频信号的声波束可在前方向上输出，使得C通道的声波束可从前方到达收听位置。此外，FL通道音频信号和FR通道音频信号的声波束可在阵列扬声器设备1002的向左和向右方向上输出，使得这些声波束可以在布置在收听位置的左侧和右侧的墙壁上反射以分别从左方向和右方向到达收听位置。此外，SL通道音频信号和SR通道音频信号的声波束可在向左和向右方向上输出，使得这些声波束可在布置在收听位置的左侧和右侧的墙壁以及后方的墙壁上反射两次以分别从左后方向和右后方向到达收听位置。
可通过使用麦克风1007测量收听环境来自动地设置声波束的这些输出方向。如图16的(A)所示，当听众在收听位置安装麦克风1007并操作用户I/F 1036(或未示出的遥控器)来指示声波束的设置时，控制部1035使得波束形成处理部1020输出测试信号(例如，白噪声)的声波束。
控制部1035将声波束从平行于阵列扬声器设备1002的前表面的左方向(称为-90度方向)转动到平行于阵列扬声器设备1002的前表面的右方向(称作90度方向)。当在阵列扬声器设备1002的前方转动声波束时，声波束根据声波束的转动角度θ在房间R的墙壁上反射并且以指定角度被麦克风1007拾取。
控制部1035将从麦克风1007输入的音频信号的水平与声波束的输出角度相对应地存储在存储器(未示出)中。然后，控制部1035基于音频信号水平的峰值成分将多通道音频信号的每个通道指派给声波束的输出角度。例如，控制部1035在所拾取的声音的数据中检测超过指定阈值的峰值。控制部1035将与这些峰值中的最高水平相对应的声波束的输出角度指派为C通道的声波束的输出角度。例如，在图16的(B)中，与最高水平相对应的角度θ3a被指派为C通道的声波束的输出角度。此外，控制部1035将针对C通道已设置的峰值的两侧相邻的峰值指派为SL通道和SR通道的声波束的输出角度。例如，在图16的(B)中，在靠近-90度方向一侧上邻近C通道的角度θ2a被指派为SL通道的声波束的输出角度，而在靠近90度方向一侧上邻近C通道的角度θ4a被指派为SR通道的声波束的输出角度。此外，控制部1035将最外侧的峰值指派为FL通道和FR通道的声波束的输出角度。例如，在图16的(B)的示例中，最接近-90度方向的角度θ1a被指派为FL通道的声波束的输出角度，而最接近90度方向的角度θ5a被指派为FR通道的声波束的输出角度。以这种方式，控制部1035实现了用于检测到达收听位置的各个通道的声波束的水平的检测部以及用于基于由检测部测量的水平的峰值来设置声波束的输出角度的波束角度设置部。
以这种方式，执行了使得声波束如图16的(C)所示从四周到达听众(麦克风1007)的位置的设置。
接着，将描述虚拟处理部1040。图17是示出虚拟处理部1040的构造的框图。虚拟处理部1040包括水平调整部1043、定位添加部1042、校正部1051、延迟处理部1060L和延迟处理部1060R。
水平调整部1043包括增益调整部1043FL、增益调整部1043FR、增益调整部1043C、增益调整部1043SL和增益调整部1043SR，它们分别接收FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号作为输入。
增益调整部1043FL、增益调整部1043FR、增益调整部1043C、增益调整部1043SL和增益调整部1043SR的每一个调整相应通道的音频信号的增益。例如，基于测试声波束的检测结果，通过控制部1035来设置每个增益调整部的增益。例如，如图16的(B)所示，C通道的声波束是直达声，因此位于最高水平。因此，增益调整部1043C的增益被设置成最低。此外，由于C通道的声波束是直达声并且因此其根据房间环境而变化的可能性较低，所以其可被设置成例如固定值。关于其他增益调整部，根据相对于C通道的水平差异来设置增益。例如，假设C通道的检测水平G1是1.0并且增益调整部1043C的增益被设置成0.1，如果FR通道的检测水平G3是0.6，则增益调整部1043FR的增益被设置成0.4，并且如果SR通道的检测水平G2是0.4，则增益调整部1043SR的增益被设置成0.6。以这种方式，调整各个通道的增益。附带地，虽然在图16的(A)、图16的(B)和图16的(C)示出的示例中，通过控制部1035转动测试信号的声波束以检测到达收听位置的各个通道的声波束的水平，但是听众可通过利用用户I/F 1036来手动指示控制部1035以输出声波束，从而手动设置增益调整部1043FL、增益调整部1043FR、增益调整部1043C、增益调整部1043SL和增益调整部1043SR的水平。此外，就增益调整部1043FL、增益调整部1043FR、增益调整部1043C、增益调整部1043SL和增益调整部4310SR的设置而言，每个通道的水平可根据利用测试声波束扫描而检测到的水平来独立地测量。具体地，该方法可如下进行：在通过测试声波束扫描针对每个通道确定的方向上输出测试声波束，并分析由麦克风1007在收听位置拾取的声音。
已调整增益的每个通道的音频信号被输入至定位添加部1042。定位添加部1042执行处理以将输入至其的每个通道的输入音频信号在指定位置上定位为虚拟声音源。为了将音频信号定位为虚拟声音源，采用了与指定位置和听众的耳朵之间的传递函数相对应的头相关传递函数(下文中称作HRTF)。
HRTF对应于表达从放置在给定位置的虚拟扬声器发射到右耳和左耳的声音的响度、到达时间、频率特性等的脉冲响应。定位添加部1042可通过将HRTF应用至输入至其的每个通道的音频信号并将所得结果从低音扬声器1033L或低音扬声器1033R发射来允许听众定位虚拟声音源。
图18的(A)是示出定位添加部1042的构造的框图。定位添加部包括FL滤波器1421L、FR滤波器1422L、C滤波器1423L、SL滤波器1424L和SR滤波器1425L，以及FL滤波器1421R、FR滤波器1422R、C滤波器1423R、SL滤波器1424R和SR滤波器1425R，用于将HRTF的脉冲响应与各个通道的音频信号卷积。
例如，FL通道的音频信号被输入至FL滤波器1421L和FL滤波器1421R。FL滤波器1421L将与从布置在听众的左前侧的虚拟声音源VSFL(参见图19的(A))的位置到他/她的左耳的路径相对应的HRTF应用至FL通道的音频信号。FL滤波器1421R将与从虚拟声音源VSFL的位置到听众的右耳的路径相对应的HRTF应用至FL通道的音频信号。关于每个其他通道，与从布置在听众周围的虚拟声音源的位置到他/她的右耳或左耳的路径相对应的HRTF被类似地应用。
加法部1426L将被FL滤波器1421L、FR滤波器1422L、C滤波器1423L、SL滤波器1424L和SR滤波器1425L应用了HRTF的音频信号进行合成，并将所得结果作为音频信号VL输出至校正部1051。加法部1426R将被FL滤波器1421R、FR滤波器1422R、C滤波器1423R、SL滤波器1424R和SR滤波器1425R应用了HRTF的音频信号进行合成，并将所得结果作为音频信号VR输出至校正部1051。
校正部1051执行串音消除处理。图18的(B)是示出校正部1051的构造的框图。校正部1051包括直接校正部1511L、直接校正部1511R、交叉校正部1512L和交叉校正部1512R。
音频信号VL被输入至直接校正部1511L和交叉校正部1512L。音频信号VR被输入至直接校正部1511R和交叉校正部1512R。
直接校正部1511L执行处理以使得听众感知到好似从低音扬声器1033L输出的声音在他/她的左耳附近发射。直接校正部1511L具有用于使得从低音扬声器1033L输出的声音的频率特性在左耳的位置处平坦的滤波系数设置。直接校正部1511L利用这种滤波器来处理输入至其的音频信号VL，以输出音频信号VLD。直接校正部1511R具有用于使得从低音扬声器1033R输出的声音的频率特性在听众的右耳的位置处平坦的滤波系数设置。直接校正部1511R利用这种滤波器来处理输入至其的音频信号VL，以输出音频信号VRD。
交叉校正部1512L具有用于添加从低音扬声器1033L周围传送至右耳的声音的频率特性的滤波系数设置。从低音扬声器1033L周围传送至右耳的声音(VLC)被合成部1052R反相以从低音扬声器1033R发射所得结果，因此，可禁止来自低音扬声器1033L的声音被右耳听到。以这种方式，可让听众感知到好似从低音扬声器1033R发射的声音是从他/她的右耳附近发射的。
交叉校正部1512R具有用于添加从低音扬声器1033R周围传送至左耳的声音的频率特性的滤波系数设置。从低音扬声器1033R周围传送至左耳的声音(VRC)通过合成部1052L反相以从低音扬声器1033L发射所得结果，因此，可禁止来自低音扬声器1033R的声音被左耳听到。以这种方式，可让听众感知到好似从低音扬声器1033L发射的声音是从他/她的左耳附近发射的。
从合成部1052L输出的音频信号被输入至延迟处理部1060L。已被延迟处理部1060L延迟了指定时间的音频信号被输入至加法处理部1032。此外，从合成部1052R输出的音频信号被输入至延迟处理部1060R。已被延迟处理部1060R延迟了指定时间的音频信号被输入至加法处理部1032。
由延迟处理部1060L和延迟处理部1060R的每个引起的延迟时间被设置为例如长于由波束形成处理部1020的指向性控制部赋予的最长延迟时间。因此，让虚拟声音源被感知到的声音不会妨碍声波束的形成。附带地，在一个方面中，可在波束形成处理部1020之后的级中设置延迟处理部来将延迟添加至声波束以使得声波束不会妨碍用于定位虚拟声音源的声音。
从延迟处理部1060L输出的音频信号经由加法处理部1032被输入至低音扬声器1033L。在加法处理部1032中，从延迟处理部1060L输出的音频信号和从HPF 1030L输出的音频信号相加。附带地，加法处理部1032可包括用于改变这些音频信号之间的加法比率的增益调整部的构造。类似地，从延迟处理部1060R输出的音频信号经由加法处理部1032被输入至低音扬声器1033R。在加法处理部1032中，从延迟处理部1060R输出的音频信号和从HPF 1030R输出的音频信号相加。加法处理部1032可包括用于改变这些音频信号之间的加法比率的增益调整部的构造。
接着，将参考图19的(A)来描述阵列扬声器设备1002产生的声场。在图19的(A)中，实箭头指示从阵列扬声器设备1002输出的声波束的路径。在图19的(A)中，白色星星指示基于声波束产生的声音源的位置，而黑色星星指示虚拟声音源的位置。
在图19的(A)示出的示例中，阵列扬声器设备1002输出五个声波束。对于C通道的音频信号而言，设置了聚焦在阵列扬声器设备1002的后方位置上的声波束。因此，听众感知到声音源SC被布置在他/她的前方。
类似地，对于FL通道的音频信号而言，设置了在左前侧上聚焦在房间R的墙壁上的位置上的声波束，并且听众感知到声音源SFL被布置在听众的左前侧上的墙壁上。对于FR通道的音频信号而言，设置了在右前侧上聚焦在房间R的墙壁上的位置上的声波束，并且听众感知到声音源SFR被布置在听众的右前侧上的墙壁上。对于SL通道的音频信号而言，设置了在左后侧上聚焦在房间R的墙壁上的声波束，并且听众感知到声音源SSL被布置在听众的左后侧上的墙壁上。对于SR通道的音频信号而言，设置了在右后侧上聚焦在房间R的墙壁上的声波束，并且听众感知到声音源SSR被布置在听众的左后侧上的墙壁上。
然而，在图19的(A)示出的示例中，右前侧上的墙壁和收听位置之间的距离大于左前侧上的墙壁和收听位置之间的距离。因此，感知到声音源SFR在比声音源SFL更向后的位置上。因此，定位添加部1042将声音源方向设置在C通道的声波束和FR通道的声波束之间的中间处。在本示例中，定位添加部1042将虚拟声音源VSFR的方向设置为与FL通道的声波束的到达方向两侧对称的方向(相对于与收听位置相对应的中心轴两侧对称)。该设置可由听众使用I/F 1036手动进行或可如下自动进行。
如图19的(B)所示，控制部1035关于布置在与针对C通道设置的峰值相对应的角度θa3的两侧上的区域中出现的峰值的对称性做出判别。
假设容许误差例如是±10度，如果-10度≤θa2+θa4≤10度，则控制部1035判别SL通道和SR通道的声波束的到达方向是两侧对称的。类似的，如果-10度≤θa1+θa5≤10度，则控制部1035判别FL通道和FR通道的声波束的到达方向是两侧对称的。
图19的(B)示出了θa1+θa5的值超过容许误差的示例。因此，控制部1035指示定位添加部1042将虚拟声音源的方向设置在两个声波束(C通道的声波束和FR通道的声波束)的到达方向之间的中间处。虚拟声音源的方向优选地设置为与更靠近理想到达方向(例如，从收听位置看去时向右或向左大约30度)的声波束相对称。
在图19的(B)示出的示例中，虚拟声音源VSFR的方向被设置为相对于中心轴(与角度θa3＝0度相对应)与角度θa1对称的角度θa5’。其他通道的虚拟声音源被设置在与上述声音源SFL、SC、SSL和SSR的位置大致相同的位置上。因此，听众感知到虚拟声音源VSC、VSFL、VSSL和VSSR分别在与声音源SC、SFL、SSL和SSR大致相同的位置上。
以这种方式，在阵列扬声器设备1002中，在采用基于声波束的定位感的同时通过使用基于不取决于收听环境(诸如墙壁的声反射率)的头相关传递函数来在意图方向上明确地定位声音源。此外，在图19的(A)和图19的(B)示出的示例中，在从收听位置看去时声音源被定位在两侧对称的位置上，能够实现更理想的收听方面。
接着，图20的(A)示出了SR通道到达比SL通道更向前的位置的情况的图。在这种情况下，右墙壁和收听位置之间的距离大于左墙壁和收听位置之间的距离。由于环绕通道被反射了两次，因此，如果右墙壁更远，则感知到声音源SSR在比声音源SSL更向前的位置上。以如上所述的相同方式，假设容许误差是例如±10度，则控制部1035判别是否-10度≤θa2+θa4≤10度。图20的(B)示出了θa2+θa4超过容许误差的示例。因此，控制部1035指示定位添加部1042将虚拟声音源的方向设置在两个声波束的到达方向之间的中间处。
同样在这种情况下，虚拟声音源的方向优选地设置为与更靠近理想到达方向(例如，从收听位置看去时向右或向左大约110度)的声波束相对称。由于环绕通道的理想到达方向出现在比前通道的理想到达方向更向前并向右或向左，因此在相对于中心轴具有更大角度差的峰值侧(与在更向右或更向左的位置到达的声波束相对应)上设置虚拟声音源的方向。在图20的(B)示出的示例中，虚拟声音源VSSL的方向被设置成相对于中心轴(与角度θa3相对应)与角度θa4对称的角度θa2’。其他通道的虚拟声音源被设置在与上述声音源SFL、SFR、SC和SSR的位置大致相同的位置上。因此，听众感知到虚拟声音源VSC、VSFR、VSSL和VSSR分别在与声音源SC、SFR、SSL和SSR大致相同的位置上。
以这种方式，同样针对环绕通道，在从收听位置看去时声音源是被两侧对称地定位的，因此，可实现更理想的收听方面。
特别是，由于声音源SSL和SSR的每个是通过在墙壁上反射两次的声波束而产生的，因此在某些情况下与前侧通道相比，可能无法实现明确的定位感。然而，阵列扬声器设备1002能够利用由低音扬声器1033L和低音扬声器1033R利用直接到达听众的耳朵的声音而产生的虚拟声音源VSSL和虚拟声音源VSSR来补偿定位感，因此，能够在更加理想的方向上更加明确地定位声音源。
接着，图21是示出当还使用了幻像声音源时采用的阵列扬声器设备1002A的构造的框图。使用相似的参考标记来指称与图13的阵列扬声器设备1002共同的构造以在此省略描述。
阵列扬声器1002A不同于阵列扬声器1002的地方在于其包括幻像处理部1090。幻像处理部1090通过将从滤波处理部1014输入的音频信号之中的每个通道的音频信号分配至该通道自身和其他通道来将特定通道定位为幻像(产生幻像声音源)。
图22的(A)是示出幻像处理部1090的构造的框图。图22的(B)是指定角度和增益比率之间的对应关系表的图。图22的(C)是指定角度和滤波系数(将由定位添加部1042应用的头相关传递函数)之间的对应关系表的图。幻像处理部1090包括增益调整部1095FL、增益调整部1096FL、增益调整部1095FR、增益调整部1096FR、增益调整部1095SL、增益调整部1096SL、增益调整部1095SR、增益调整部1096SR、加法部1900、加法部1901和加法部1902。
FL通道的音频信号被输入至增益调整部1095FL和增益调整部1096FL。FR通道的音频信号被输入至增益调整部1095FR和增益调整部1096FR。SL通道的音频信号被输入至增益调整部1095SL和增益调整部1096SL。SR通道的音频信号被输入至增益调整部1095SR和增益调整部1096SR。
FL通道的音频信号的增益比率通过增益调整部1095FL和增益调整部1096FL来调整，并且所得结果分别输入至加法部1901和加法部1900。FR通道的音频信号的增益比率通过增益调整部1095FR和增益调整部1096FR来调整，并且所得结果分别输入至加法部1902和加法部1900。SL通道的音频信号的增益比率通过增益调整部1095SL和增益调整部1096SL来调整，并且所得结果分别输入至波束形成处理部1020和加法部1901。SR通道的音频信号的增益比率通过增益调整部1095SR和增益调整部1096SR来调整，并且所得结果分别输入至波束形成处理部1020和加法部1902。
各个增益调整部的增益由控制部1035来设置。控制部1035读取存储在存储器(未示出)中的如图22的(B)所示的对应关系表，并且读取与指定角度相对应的增益比率。在本示例中，控制部1035通过控制从收听位置的右前方向到达的FR通道的声波束和从收听位置的前方向到达的C通道的声波束之间的增益比率来控制FR通道的幻像声音源的方向。
参考图23，将描述使用幻像声音源和虚拟声音源两者的示例。在本示例中，将描述如下情况：在假设FR通道的声波束的到达方向θa5为80度(从收听位置看去时向右80度)时，将FR通道的幻像声音源定位在具有40度的指定角度的方向(从收听位置看去时向右40度处)上。
由于指定角度为40度、FR通道的声波束的到达方向θa5(FR角度)为80度且C通道的声波束的到达方向θa3(C角度)为0度，因此控制部1035读取与增益比100*(40/80)＝50相对应的增益调整部1095FR和增益调整部1096FR的增益。在这种情况下，控制部1035将增益调整部1095FR的增益设置为0.5并且将增益调整部1096FR的增益设置为0.5。结果，如图23所示，可以将幻像声音源定位在FR通道的声波束和从收听位置的前方到达的C通道的声波束之间的向右40度的方向上。附带地，虽然这里描述了将增益比率设置为使得增益调整部1095FR的增益(0.5)+增益调整部1096FR的增益(0.5)＝1.0(即，使得增益可为恒定)的情况，但是可将增益设置为使得功率可为恒定。在这种情况下，增益调整部1095FR的增益和增益调整部1096FR的增益被设置为-3dB(约0.707)。
然后，控制部1035从图22的(C)的表格读取用于将虚拟声音源定位在40度的方向(即，指定角度)上的滤波系数，并将该滤波系数设置在定位添加部1042中。由此，虚拟声音源VSFR被定位在与幻想声音源SFR相同的方向上。
需注意，除了通过使用上述测试声波束的测量结果来自动设置外，也可以由听众使用用户I/F 1036来手动输入指定角度。例如，如果FL通道的声波束的到达方向θa1是-60度(从收听位置看去向左60度)并且FR通道的幻像声音源将被定位在与FL通道的声波束的到达方向对称的方向上，则指定角度为向右60度。在这种情况下，如果FR角度为80度且C角度为0度，则读取与增益比率100*(60/80)＝75相对应的增益调整部1095FR和增益调整部1096FR的增益。因此，控制部1035将增益调整部1095FR的增益设置为0.75并且将增益调整部1096FR的增益设置为0.25。
以这种方式，在阵列扬声器设备1002A中，通过基于不取决于收听环境(诸如墙壁的声反射率)的头相关传递函数来补偿基于声波束的幻像声音源的定位感，使得幻像声音源能够被更加明确地定位。
特别是，由于环绕通道的幻像声音源是通过使用声波束(例如，FL通道的声波束和SL通道的声波束)来产生的，因此与将前侧通道定位为幻像声音源相比，在某些情况下无法实现明确的定位感。然而，在阵列扬声器设备1002A中，能够通过由低音扬声器1033L和低音扬声器1033R利用直接到达听众的耳朵的声音而产生的虚拟声音源VSSL和虚拟声音源VSSR来补偿定位感，因此，能够更加明确地定位幻像声音源。
附带地，阵列扬声器设备1002A适用于通过使用较少数量的声波束来定位较大数量的通道的音频信号的情况。图24是示出通过使用五个声波束来定位7.1通道的音频信号的示例的图。除了5.1声道环绕(C、FL、FR、SL、SR和LFE)以外，7.1声道环绕还包括从听众的后方再现的两个通道(SBL和SBR)。在本示例中，阵列扬声器设备1002A将SBL通道设置为在房间R的左后侧上的墙壁上的位置上聚焦的声波束，将SBR通道设置为在房间R的右或左后侧上的墙壁上的位置上聚焦的声波束。
此外，阵列扬声器设备1002A通过使用SBL通道和FL通道的声波束来将SL通道的幻像声音源SSL设置在它们之间的位置(从收听位置向左-90度)上。类似地，其通过使用SBR通道和FR通道的声波束来将SR通道的幻像声音源SSR设置在它们之间的位置(从收听位置向右90度)上。
然后，阵列扬声器设备1002A将虚拟声音源VSSL设置在幻像声音源SSL的位置上并且将虚拟声音源VSSR设置在幻像声音源SSR的位置上。
以这种方式，即使通过利用较少数量的声波束来定位较大数量的通道，阵列扬声器设备1002A也能够通过使用由低音扬声器1033L和低音扬声器1033R利用直接到达听众的耳朵的声音而产生的虚拟声音源来补偿定位感，因此，能够更加明确地定位较大数量的通道。
接着，图25的(A)是示出了根据修改例的阵列扬声器设备1002B的图。这里将省略与阵列扬声器设备1002共同的构造的描述。
阵列扬声器设备1002B不同于阵列扬声器设备1002的地方在于从低音扬声器1033L和低音扬声器1033R输出的声音被分别从扬声器单元1021A和扬声器单元1021P输出。
阵列扬声器设备1002B从布置在扬声器单元1021A至1021P的两端的扬声器单元1021A和扬声器单元1021P输出让虚拟声音源被感知到的声音。
扬声器单元1021A和扬声器单元1021P是布置在阵列扬声器的最外端的扬声器单元，并且从听众看去被布置在最左位置和最右位置。因此，扬声器单元1021A和扬声器单元1021P适于分别输出L通道和R通道的声音，并且适于作为输出让虚拟声音源被感知到的声音的扬声器单元。
此外，阵列扬声器设备1002无需在一个壳体中包括所有的扬声器单元1021A至1021P、低音扬声器1033L和低音扬声器1033R。例如，在一个方面中，各个扬声器单元可被提供有单独的壳体，以将这些壳体排列成如图25的(B)所示的阵列扬声器设备1002C。
(第三实施例)
将参照图26至图31来描述根据第三实施例的阵列扬声器设备2002。图26是用于说明包括阵列扬声器设备2002的AV系统2001的图。图27是阵列扬声器设备2002和重低音扬声器2003的局部框图。图28的(A)是初始反射声音处理部2022的框图而图28的(B)是后方反射声音处理部2044的框图。图29是在音乐厅中实际测量的脉冲响应的示例的示意图。图30的(A)是定位添加部2042的框图而图30的(B)是校正部2051的框图。图31是用于说明阵列扬声器设备2002输出的声音的图。
AV系统2001包括阵列扬声器设备2002、重低音扬声器2003和电视机2004。阵列扬声器设备2002与重低音扬声器2003和电视机2004相连接。根据由电视机2004再现的图像的音频信号和来自未示出的内容播放器的音频信号被输入至阵列扬声器设备2002。阵列扬声器设备2002基于输入至其的内容的音频信号来输出具有指向性的声波束和让虚拟声音源被感知到的声波束，并且还将声场效果添加至内容的声音。
首先，将描述声波束和初始反射声音的输出。如图26所示，阵列扬声器设备2002具有长方体壳体。阵列扬声器2002的壳体在其相对听众的表面上包括例如十六个扬声器单元2021A至2021P、以及低音扬声器2033L和2033R(对应于本发明的第一声音发射部)。
需注意，扬声器单元的数量不限于十六个，而是可以为例如八个等。
扬声器单元2021A至2021P被线性地排列。当从听众看阵列扬声器设备2002时，扬声器单元2021A至2021P以从左向右的顺序依次排列。低音扬声器2033L布置在扬声器单元2021A的更左侧。低音扬声器2033R布置在扬声器单元2021P的更右侧。
如图27所示，阵列扬声器设备2002包括解码器2010和指向性控制部2020。需注意，扬声器单元2021A至2021P和指向性控制部2020的组合对应于本发明的第二声音发射部。
解码器2010与DIR(数字音频I/F接收器)2011、ADC(模数转换器)2012以及HDMI(注册商标；高清晰度多媒体接口)接收器2013连接。
DIR 2011接收通过光缆或同轴电缆传输的数字音频信号作为输入。ADC 2012将输入至其的模拟信号转换为数字信号。HDMI接收器2013接收根据HDMI标准的HDMI信号作为输入。
解码器2010支持包括AAC(注册商标)、Dolby Digi tal(注册商标)、DTS(注册商标)、MPEG-1/2、MPEG-2多通道和MP3的各种数据格式。解码器2010将从DIR 2011和ADC 2012输出的数字音频信号转换为多通道音频信号(FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号；需注意，下文使用的音频信号的简称指的是数字音频信号)，并输出经转换的信号。解码器2010从输出自HDMI接收器2013的HDMI信号(根据HDMI标准的信号)提取音频数据以将其解码为音频信号，并输出解码后的音频信号。需注意，解码器2010不仅能够将音频数据转换为5通道音频信号，而且能够将音频数据转换为不同数量的通道的音频信号(例如7通道音频信号)。
阵列扬声器设备2002包括HPF 2014(2014FL、2014FR、2014C、2014SR和2014SL)和LPF 2015(2015FL、2015FR、2015C、2015SR和2015SL)，使得从解码器2010输出的每个音频信号的带能够被划分，以将高频成分(例如，200Hz或以上)输出至扬声器单元2021A至2021P并且将低频成分(例如，低于200Hz)输出至低音扬声器2033L和2033R以及重低音扬声器单元2072。HPF 2014和LPF 2015的截止频率根据扬声器单元2021A至2021P的再现频率的下限(200Hz)来分别设置。
从解码器2010输出的各个通道的音频信号被分别输入至HPF2014和LPF 2015。每个HPF 2014提取输入至其的音频信号的高频成分(200Hz或以上)并输出结果。每个LPF 2015提取输入至其的音频信号的低频成分(低于200Hz)并输出结果。
如图27所示，阵列扬声器设备2002包括用于将初始反射声音的声场效果添加至内容的声音的初始反射声音处理部2022。从HPF2014输出的每个音频信号被输入至初始反射声音处理部2022。初始反射声音处理部2022将初始反射声音的音频信号叠加至输入至其的音频信号，并且将所得结果输出至水平调整部2018(2018FL、2018FR、2018C、2018SR和2018SL)的相应一个。
更具体地，如图28的(A)所示，初始反射声音处理部2022包括增益调整部2221、初始反射声音产生部2222和合成部2223。输入至初始反射声音处理部2022的每个音频信号被输入至增益调整部2221和合成部2223。增益调整部2221调整输入至其的每个音频信号的水平和输入至增益调整部2441(参见图28的(B))的相应音频信号的水平之间的水平比率以调整初始反射声音和后方回响声音之间的水平比率，并将水平被调整了的每个音频信号输出至初始反射声音产生部2222。
初始反射声音产生部2222根据输入至其的每个音频信号产生初始反射声音的音频信号。产生初始反射声音的音频信号以反映实际初始反射声音的到达方向和初始反射声音的延迟时间。
如图29所示，从直达声的出现(与图29的示意图中的0时间点相对应)起直到流逝了指定时间(例如，300毫秒内)为止来产生实际初始反射声音。由于实际初始反射声音与后方回响声音相比被反射了较少次数，因此其反射模式取决于到达方向而不同。因此，实际初始反射声音具有取决于到达方向的不同的频率特性。
通过利用例如FIR滤波器将指定系数与输入音频信号进行卷积来产生这样的初始反射声音的音频信号。基于例如在图29中所示的实际初始反射声音的脉冲响应的采样数据来设置指定系数。然后，根据实际初始反射声音的到达方向，由初始反射声音产生部2222产生的初始反射声音的音频信号被分配至各个通道的音频信号，并之后输出分配的信号。此外，产生初始反射声音以使其从直达声(与从HPF2014直接输入至合成部2223的音频信号相对应)出现起直到流逝了指定时间(例如，300毫秒内)为止离散地出现。
从初始反射声音产生部2222输出的每个音频信号被输入至合成部2223。合成部2223针对每个通道将音频信号(其通过将从HPF 2014输入的音频信号和从初始反射声音产生部2222输入的音频信号合成而获得)输出至水平调整部2018。由此，初始反射声音被叠加在直达声(与从HPF 2014直接输入至合成部2223的音频信号相对应)上。换句话说，初始反射声音的特性被添加到直达声。该初始反射声音与直达声一起以声波束的形式输出。
设置水平调整部2018以调整相应通道的声波束的水平。水平调整部2018调整相应音频信号的水平并输出结果。
指向性控制部2020接收从水平调整部2018输出的每个音频信号作为输入。指向性控制部2020与扬声器单元2021A至2021P的数量相对应地来分配输入至其的每个通道的音频信号，并将分配的信号分别延迟指定延迟时间。每个通道的延迟的音频信号被未示出的DAC(数模转换器)转换为将被输入至扬声器单元2021A至2021P的模拟音频信号。扬声器单元2021A至2021P基于输入至其的每个通道的音频信号发射声音。
如果指向性控制部2020控制延迟以使得将要被输入至扬声器单元2021A至2021P之中的相邻扬声器的音频信号之间的延迟量的差异能够恒定，则从扬声器单元2021A至2021P输出的各个声音能够在根据延迟量差异的方向上相互加强相位。结果，声波束被形成为在指定方向上从扬声器单元2021A至2021P发出的平行波。
指向性控制部2020能够执行延迟控制以使得从扬声器单元2021A至2021P输出的声音在预定位置上具有相同相位。在这种情况下，分别从扬声器单元2021A至2020P输出的声音被形成为聚焦在预定位置上的声波束。
需注意，阵列扬声器设备2002可在指向性控制部2020之前或之后的级中包括针对每个通道的均衡器，以调整每个音频信号的频率特性。
从LPF 2015输出的音频信号被输入至低音扬声器2033L和33R以及重低音扬声器单元2072。
阵列扬声器设备2002包括HPF 2030(2030L和2030R)以及LPF2031(2031L和2031R)，以进一步地将不同于声波束的带的音频信号(例如，低于200Hz)划分为针对低音扬声器2033L和2033R的带(例如，100Hz或以上)和针对重低音扬声器单元2072的带(例如，低于100Hz)。HPF 2030和LPF 2031的截止频率根据重低音扬声器单元2072的再现频率的上限(100Hz)来分别设置。
从LPF 2015(2015FL、2015C和2015SL)输出的(低于200Hz的)音频信号被加法部16相加。由加法部16相加产生的音频信号被输入至HPF 2030L和LPF 2031L。HPF 2030L提取输入至其的音频信号的高频成分(100Hz或以上)并输出结果。LPF 2031L提取输入至其的音频信号的低频成分(低于100Hz)并输出结果。从HPF 2030L输出的音频信号经由水平调整部2034L、加法部2032L和未示出的DAC被输入至低音扬声器2033L。从LPF 2031L输出的音频信号经由水平调整部2070F、加法部2071和未示出的DAC被输入至重低音扬声器2003的重低音扬声器单元2072。水平调整部2034L和水平调整部2070F调整输入至其的音频信号的水平以调整声波束、从低音扬声器2033L输出的声音和从重低音扬声器单元2072输出的声音之间的水平比率，并输出水平调整后的信号。
从LPF 2015(2015FR、2015C和2015SR)输出的音频信号被加法部17相加。由加法部17相加产生的音频信号被输入至HPF 2030R和LPF 2031R。HPF 2030R提取输入至其的音频信号的高频成分(100Hz或以上)并输出结果。LPF 2031R提取输入至其的音频信号的低频成分(低于100Hz)并输出结果。从HPF 2030R输出的音频信号被经由水平调整部2034R、加法部2032R和未示出的DAC输入至低音扬声器2033R。从LPF 2031R输出的音频信号被经由水平调整部2070G、加法部2071和未示出的DAC输入至重低音扬声器单元2072。水平调整部2034R和水平调整部2070G调整输入至其的音频信号的水平以调整声波束、从低音扬声器2033R输出的声音和从重低音扬声器单元2072输出的声音之间的水平比率，并输出水平调整后的信号。
如目前所述，阵列扬声器单元2002从低音扬声器2033L和2033R以及重低音扬声器单元2072输出不同于声波束的带的声音(低于200Hz)，同时从扬声器单元2021A至2021P输出其上叠加了初始反射声音的每个通道的声波束。
附带地，HPF 2040FL、HPF 2040FR、HPF 2040C、HPF 2040SL和HPF 2040SR的截止频率可与HPF 2014FL、HPF 2014FR、HPF 2014C、HPF 2014SL和HPF 2014SR的截止频率相同。此外，在一个方面中，在不向重低音扬声器2003输出低频成分的情况下，可在反射声音处理部2044之前的级中单独设置HPF 2040FL、HPF 2040FR、HPF 2040C、HPF 2040SL和HPF 2040SR。
接着，将描述虚拟声音源的定位和后方回响声音的输出。如图27所示，阵列扬声器设备2002包括后方反射声音处理部2044、定位添加部2042、串音消除处理部2050和延迟处理部2060L及2060R。
阵列扬声器设备2002包括HPF 2040(2040FL、2040FR、2040C、2040SR和2040SL)和LPF 2041(2041FL、2041FR、2041C、2041SR和2041SL)，用于将从解码器2010输出的音频信号的带进行划分，以将高频成分(例如，100Hz或以上)输出至低音扬声器2033L和2033R并将低频成分(例如，低于100Hz)输出至重低音扬声器单元2072。HPF 2040和LPF 2041的截止频率根据重低音扬声器单元2072的再现频率的上限(100Hz)来分别设置。
从解码器2010输出的每个通道的音频信号被输入至相应的HPF2040和LPF 2041。HPF 2040提取输入至其的音频信号的高频成分(100Hz或以上)并输出结果。LPF 2041提取输入至其的音频信号的低频成分(低于100Hz)并输出结果。
阵列扬声器设备2002包括水平调整部2070A至2070E，用于调整从低音扬声器2033L和2033R输出的声音和从重低音扬声器单元2072输出的声音之间的水平比率。
从LPF 2041输出的每个音频信号被水平调整部2070A至2070E的相应一个调整水平。通过水平调整部2070A至2070E调整水平产生的音频信号被加法部2071相加。由加法部2071相加产生的音频信号被经由未示出的DAC输入至重低音扬声器单元2072。
从HPF 2040输出的每个音频信号被输入至后方反射声音处理部2044。后方反射声音处理部2044将后方回响声音的音频信号叠加在输入至其的每个音频信号上，并将所得结果输出至水平调整部2043(2043FL、2043FR、2043C、2043SR和2043SL)的相应一个。
更具体地，如图28的(B)所示，后方反射声音处理部2044包括增益调整部2441、后方回响声音产生部2422和合成部2443。输入至后方反射声音处理部2044的每个音频信号被输入至增益调整部2441和合成部2443。增益调整部2441调整输入至其的每个音频信号的水平和输入至初始反射声音处理部2022的增益调整部2221的相应音频信号的水平之间的水平比率以调整初始反射声音和后方回响声音之间的水平比率，并将水平调整后的音频信号输出至后方回响声音产生部2442。
后方回响声音产生部2442基于输入至其的每个音频信号来产生后方回响声音的音频信号。
如图29所示，实际的后方回响声音在初始反射声音之后的指定时间段(例如，2秒)出现。由于实际的后方回响声音比初始反射声音反射了更多次数，因此，其反射模式与到达方向无关地大致均匀。因此，后方回响声音具有与到达方向无关的大致相同的频率成分。
为了产生这种后方回响声音，后方回响声音产生部2442针对每个通道包括梳状滤波器和全通滤波器的多级递归滤波器(IIR滤波器)组合的构造。每个滤波器的系数被设置以实现实际的后方回响声音的特性(例如相对于直达声的延迟时间、后方回响声音的持续时间、和在持续时间中的后方回响声音的衰减)。例如，产生后方回响声音以使其在由初始反射声音产生部2222产生的初始反射声音的产生时间(直达声出现之后300毫秒)已流逝之后出现。由此，针对每个通道，后方回响声音产生部2442从直达声出现过去300毫秒之后直到过去2000毫秒为止产生后方回响声音的音频信号，并将产生的信号输出至合成部2443。附带地，虽然在本示例中通过使用IIR滤波器来实现后方回响声音产生部2442，但是其也可以通过使用FIR滤波器来实现。
从后方回响声音产生部2442输出的每个音频信号被输入至合成部2443。如图27和图28的(B)所示，合成部2443将从HPF 2040输入的每个音频信号与从后方回响声音产生部2442输入的相应音频信号合成，并将合成的信号输出至水平调整部2043。由此，后方回响声音被叠加到直达声(与从HPF 2040直接输入至合成部2443的音频信号相对应)上。换句话说，后方回响声音的特性被添加至直达声。该后方回响声音连同让虚拟声音源被感知到的声音一起从低音扬声器2033L和2033R输出。
水平调整部2043调整输入至其的每个音频信号的水平，以针对每个通道调整让虚拟声音源被感知到的声音的水平，并将结果输出至定位添加部2042。
定位添加部2042执行处理以将输入至其的每个音频信号定位在虚拟声音源位置上。为了将音频信号定位在虚拟声音源位置上，采用与指定位置和听众的耳朵之间的传递函数相对应的头相关传递函数(下文称作HRTF)。
HRTF对应于表达从放置在给定位置的虚拟扬声器发射到右耳和左耳的声音的响度、到达时间、频率特性等的脉冲响应。当将HRTF应用至音频信号以从低音扬声器2033L(或低音扬声器2033R)发射声音时，听众感知到好似该声音是从虚拟扬声器发射的。
如图30的(A)所示，定位添加部2042包括滤波器2421L至2425L和滤波器2421R至2425R，用于针对各个通道将HRTF的脉冲响应进行卷积。
FL通道的音频信号(从HPF 2040FL输出的音频信号)被输入至滤波器2421L和2421R。滤波器2421L将与从布置在听众的左前侧的虚拟声音源VSFL(参见图31)的位置到他/她的左耳的路径相对应的HRTF应用至FL通道的音频信号。滤波器2421R将与从虚拟声音源VSFL的位置到听众的右耳的路径相对应的HRTF应用至FL通道的音频信号。
滤波器422L将与从布置在听众的右前侧的虚拟声音源VSFR的位置到他/她的左耳的路径相对应的HRTF应用至FR通道的音频信号。滤波器422R将与从虚拟声音源VSFR的位置到听众的右耳的路径相对应的HRTF应用至FR通道的音频信号。
滤波器2423L至2425L的每个将与从与C、SL或SR通道相对应的虚拟声音源VSC、VSSL或VSSR的位置到听众的左耳的路径相对应的HRTF应用至C通道、SL通道或SR通道的音频信号。滤波器2423R至2425R的每个将与从与C、SL或SR通道相对应的虚拟声音源VSC、VSSL或VSSR的位置到听众的右耳的路径相对应的HRTF应用至C通道、SL通道或SR通道的音频信号。
然后，加法部2426L将从滤波器2421L至2425L输出的音频信号合成并将结果作为音频信号VL输出至串音消除处理部2050。加法部2426R将从滤波器2421R至2425R输出的音频信号合成并将结果作为音频信号VR输出至串音消除处理部2050。
串音消除处理部2050改变输入至低音扬声器2033L和低音扬声器2033R的各个音频信号的频率特性，使得从低音扬声器2033L发射到达右耳的串音能够被消除并且使得从低音扬声器2033L发射到达左耳的直达声能够听起来平滑。类似地，串音消除处理部2050改变输入至低音扬声器2033L和低音扬声器2033R的各个音频信号的频率特性，使得从低音扬声器2033R发射到达左耳的串音能够被消除并且使得从低音扬声器2033R发射到达左耳的直达声能够听起来平滑。
更具体地，串音消除处理部2050通过使用校正部2051和合成部2052L及2052R来执行处理。
如图30的(B)所示，校正部2051包括直接校正部2511L和2511R以及交叉校正部2512L和交叉校正部2512R。音频信号VL被输入至直接校正部2511L和交叉校正部2512L。音频信号VR被输入至直接校正部2511R和交叉校正部2512R。
直接校正部2511L执行处理以使得听众感知到好似从低音扬声器2033L输出的声音是在他/她的左耳附近发射的。直接校正部2511L具有用于使得从低音扬声器2033L输出的声音在左耳的位置听起来平滑的滤波系数设置。直接校正部2511L校正输入至其的音频信号VL，以输出音频信号VLD。
交叉校正部2512R结合合成部2052L从低音扬声器2033L输出从低音扬声器2033R周围传送至左耳的声音的反相声音，以消除左耳位置处的声压，从而禁止来自低音扬声器2033R的声音被左耳听到。此外，交叉校正部2512R执行处理以让听众感知到好似从低音扬声器2033L输出的声音是在他/她的左耳附近发射的。交叉校正部2512R具有用于让从低音扬声器2033R输出的声音不在左耳的位置处被听到的滤波系数设置。交叉校正部2512R校正输入至其的音频信号VR以输出音频信号VRC。
合成部2052L将音频信号VRC的相位反转并将反转信号与音频信号VLD合成。
直接校正部2511R执行处理以使得听众感知到好似从低音扬声器2033R输出的声音是在他/她的右耳附近发射的。直接校正部2511R具有用于使得从低音扬声器2033R输出的声音在右耳的位置处听起来平滑的滤波系数设置。直接校正部2511R校正输入至其的音频信号VR，以输出音频信号VRD。
交叉校正部2512L结合合成部2052R从低音扬声器2033R输出从低音扬声器2033L周围传送至右耳的声音的反相声音，以消除右耳位置处的声压，从而禁止来自低音扬声器2033L的声音被右耳听到。此外，交叉校正部2512L执行处理以让听众感知到好似从低音扬声器2033R输出的声音是在他/她的右耳附近发射的。交叉校正部2512L具有用于让从低音扬声器2033L输出的声音不在右耳的位置处被听到的滤波系数设置。交叉校正部2512L校正输入至其的音频信号VL以输出音频信号VLC。
合成部2052R将音频信号VLC的相位反转并将反转信号与音频信号VRD合成。
从合成部2052L输出的音频信号被输入至延迟处理部2060L。该音频信号被延迟处理部2060L延迟指定时间并且延迟的信号被输入至水平调整部61L。从合成部2052R输出的音频信号被输入至延迟处理部2060R。延迟处理部2060R将音频信号延迟与延迟处理部2060L相同的延迟时间。
设置通过延迟处理部2060L和2060R所引起的延迟时间使得声波束和让虚拟声音源被感知到的声音无法在相同定时输出。由此，声波束的形成难以被让虚拟声音源被感知到的声音阻碍。附带地，在一个方面中，阵列扬声器设备2002可在指向性控制部2020之后的级中包括针对每个通道的延迟处理部，从而将声波束延迟以防止声波束阻碍让虚拟声音源被感知到的声音。
设置水平调整部2061L和2061R以同时调整所有通道的让虚拟声音源被感知到的声音的水平。水平调整部2061L和2061R调整被延迟处理部2060L和2060R延迟了的各个音频信号的水平。被水平调整部2061L和2061R调整了水平的各个音频信号被经由加法部2032L和2032R输入至低音扬声器2033L和2033R。
由于将从扬声器单元2021A至2021P输出的声波束的带以外(低于200Hz)的音频信号被输入至加法部2032L和2032R，因此声波束的带以外的声音和用于定位虚拟声音源的声音从低音扬声器2033L和2033R输出。
以这种方式，阵列扬声器设备2002将其上叠加了后方回响声音的音频信号的每个通道的音频信号定位在虚拟声音源位置上。
接着，将参照图31描述阵列扬声器设备2002产生的声场。在图31中，白色箭头指示从阵列扬声器设备2002输出的每个声波束的路径，而多个弧线指示从阵列扬声器2002输出的让虚拟声音源被感知到的声音。此外，在图31中，星星指示由声波束产生的每个声音源的位置或每个虚拟声音源的位置。
如图31所示，阵列扬声器设备2002根据输入音频信号的通道的数量输出五个声波束。例如，C通道的音频信号受控制以被延迟，从而具有设置在阵列扬声器设备2002后面的聚焦位置。由此，听众感知到C通道的音频信号的声音源SC被布置在他/她的前方。
例如，FL和FR通道的音频信号受控制以被延迟，使得声波束能够在听众的左前侧和右前侧的墙壁上分别地聚焦。基于FL和FR通道的音频信号的声波束在房间R的墙壁上被反射一次之后到达听众的位置。由此，听众感知到FL和FR通道的音频信号的声音源SFL和SFR被布置在听众的左前侧和右前侧的墙壁上。
例如，SL和SR通道的音频信号受控制以被延迟，使得声波束能够分别指向听众的左侧和右侧上的墙壁。基于SL和SR通道的音频信号的声波束在房间R的墙壁上反射之后到达听众的左后侧和右后侧上的墙壁。各个声波束在听众的左后侧和右后侧上的墙壁上分别再次反射以到达听众的位置。由此，听众感知到SL和SR通道的音频信号的声音源VSSL和VSSR被布置在听众的左后侧和右后侧上的墙壁上。
分别设置定位添加部2042的滤波器2421L至2425L和滤波器2421R至2425R使得虚拟扬声器的位置能够分别大致地与声音源SFL、SFR、SC、SSL和SSR的位置相同。由此，如图31所示，听众在与声音源SFL、SFR、SC、SSL和SSR大致相同的位置上感知到虚拟声音源VSC、VSFL、VSFR、VSSL和VSSR。
因此，在阵列扬声器2002中，与单独使用声波束或单独使用虚拟声音源的情况相比，改善了定位感。
这里，如图31所示，阵列扬声器2002将初始反射声音叠加在每个声波束上。具有取决于到达方向的不同频率特性的初始反射声音未被叠加在让虚拟声音源被感知到的声音上，因此，保持了头相关传递函数的频率特性。此外，让虚拟声音源被感知到的声音通过利用双耳之间的频率特性差异、声音的到达时间差异和声音量差异而提供了定位感，因此，即使当针对每个通道叠加具有均匀频率特性的后方回响声音时，也不影响头相关传递函数的频率特性，因此定位感不会变化。
此外，在阵列扬声器设备2002中，后方回响声音未被叠加在每个声波束上而是叠加在让虚拟声音源被感知到的声音上。因此，在阵列扬声器设备2002中，具有与到达方向无关的大致相同的频率成分的后方回响声音未被叠加在每个声波束上，因此，防止了各个通道的音频信号彼此类似而合并声像。由此，在阵列扬声器设备2002中防止了每个波束的定位感变得不明确。此外，由于声波束通过利用到达位置的声压让定位被感知到，因此即使具有取决于到达方向的不同频率特性的初始反射声音被叠加并且频率特性变化，定位感也不会变化。
如目前所述，在阵列扬声器设备2002中，能够在不损害每个声波束和让虚拟声音源被感知到的声音的提供定位的效果的情况下，通过使用初始反射声音和后方回响声音将声场效果添加至内容的声音。
此外，由于阵列扬声器设备2002包括增益调整部2221和增益调整部2441的组合，因此初始反射声音和后方回响声音之间的水平比率能够改变成听众所期望的比率。
此外，在阵列扬声器设备2002中，针对多通道环绕声音的音频信号输出声波束和让虚拟声音源被感知到的声音，并且此外，添加声场效果。因此，在阵列扬声器设备2002中，在提供定位感的同时能够将声场效果添加至内容的声音，从而环绕听众。
附带地，在前述示例中，虽然由后方回响声音产生部2442产生的后方回响声音被叠加在让虚拟声音源被感知到的声音上并之后从低音扬声器2033L和2033R输出，但是其可以不叠加在让虚拟声音源被感知到的声音上。例如，由后方回响声音产生部2442产生的后方回响声音的音频信号可以不经由定位添加部2042而是经由水平调整部2034L和2034R输入至低音扬声器2033L和2033R。
接着，将参照附图描述根据阵列扬声器设备2002的修改例的扬声器组2002A。图32是用于说明扬声器组2002A的图。图33是扬声器组2002A和重低音扬声器2003的局部框图。在图32中，每个箭头指示在车辆的乘客舱900中具有指向性的声音的路径。
扬声器组2002A不同于阵列扬声器设备2002的地方在于具有指向性的声音是从指向性扬声器单元2021(2021Q、2021R、2021S、2021T和2021U)输出的。这里将省略与阵列扬声器设备2002共同的构造的描述。
各个指向性扬声器单元2021根据通道排列。具体地，与C通道相对应的指向性扬声器单元2021S被布置在听众的前方。与FL通道相对应的指向性扬声器单元2021Q被布置在听众前方左侧。与FR通道相对应的指向性扬声器单元2021R被布置在听众的前方右侧。与SL通道相对应的指向性扬声器单元2021T被布置在听众的后方左侧。与SR通道相对应的指向性扬声器单元2021U被布置在听众的后方右侧。
如图33所示，从水平调整部2018分别输出的音频信号被输入至延迟处理部2023(2023FL、2023FR、2023C、2023SR和2023SL)。延迟处理部2023的每个根据从指向性扬声器2021的相应一个到听众的路径的长度来执行延迟处理，使得具有指向性的声音可在听众附近具有相同相位。
从延迟处理部2023的每个输出的音频信号被输入至指向性扬声器单元2021的相应一个。即使扬声器组2002A具有这样的构造，初始反射声音也能够被叠加在与每个通道相对应的具有指向性的声音上，从而允许结果声音到达听众。
附带地，在该修改例中，分别设置延迟处理部2060和延迟处理部2023所引起的延迟时间以使得具有指向性的声音和让虚拟声音源被感知到的声音无法在相同定时输出。
(第四实施例)
将参照图34至图39来描述根据第四实施例的阵列扬声器设备3002。图34是说明包括阵列扬声器设备3002的AV系统3001的图。图35是阵列扬声器设备3002和重低音扬声器3003的局部框图。图36的(A)是定位添加部3042的框图而图36的(B)是校正部3051的框图。图37和图38是分别示出由阵列扬声器设备3002输出的声波束的路径和基于该声波束的声音源的定位位置的图。图39是说明由指向性控制部3020执行的音频信号的延迟量的计算的图。
AV系统3001包括阵列扬声器设备3002、重低音扬声器3003和电视机3004。阵列扬声器设备3002与重低音扬声器3003和电视机3004相连接。根据由电视机3004再现的图像的音频信号和来自未示出的内容播放器的音频信号被输入至阵列扬声器设备3002。阵列扬声器设备3002基于输入至其的内容的音频信号输出声波束，并且允许听众定位虚拟声音源。
首先，将描述声波束的输出。
如图34所示，阵列扬声器设备3002具有长方体壳体。阵列扬声器3002的壳体在其相对听众的表面上包括例如十六个扬声器单元3021A至3021P、以及低音扬声器3033L和3033R。需注意，扬声器单元的数量不限于十六个，而是可以为例如八个等。在本示例中，扬声器单元3021A至3021P、低音扬声器3033L及低音扬声器3033R对应于本发明的“多个扬声器”。
扬声器单元3021A至3021P被线性地排列。当从听众看阵列扬声器设备3002时，扬声器单元3021A至3021P以从左向右的顺序依次排列。低音扬声器3033L布置在扬声器单元3021A的更左侧。低音扬声器3033R布置在扬声器单元3021P的更右侧。
如图35所示，阵列扬声器设备3002包括解码器3010和指向性控制部3020。
解码器3010与DIR(数字音频I/F接收器)3011、ADC(模数转换器)3012以及HDMI(注册商标；高清晰度多媒体接口)接收器3013连接。
通过光缆或同轴电缆传输的数字音频信号被输入至DIR 11。ADC3012将输入至其的模拟信号转换为数字信号。根据HDMI标准的HDMI信号被输入至HDMI接收器3013。
解码器3010支持包括AAC(注册商标)、Dolby Digi tal(注册商标)、DTS(注册商标)、MPEG-1/2、MPEG-2多通道和MP3的各种数据格式。解码器3010将从DIR 3011和ADC 3012输出的数字音频信号转换为多通道音频信号(FL通道、FR通道、C通道、SL通道和SR通道的数字音频信号；需注意，下文使用的音频信号的简称指的是数字音频信号)，并输出经转换的信号。解码器3010从输出自HDMI接收器3013的HDMI信号(根据HDMI标准的信号)提取音频数据以将其解码为音频信号，并输出解码后的音频信号。需注意，解码器3010不仅能够将音频数据转换为5通道音频信号，而且能够将音频数据转换为不同数量的通道的音频信号(例如7通道音频信号)。
阵列扬声器设备3002包括HPF 3014(3014FL、3014FR、3014C、3014SR和3014SL)和LPF 3015(3015FL、3015FR、3015C、3015SR和3015SL)，使得从解码器3010输出的每个音频信号的带能够被划分，以将高频成分(例如，200Hz或以上)输出至扬声器单元3021A至3021P并且将低频成分(例如，低于200Hz)输出至低音扬声器3033L和3033R以及重低音扬声器单元3072。HPF 3014和LPF 3015的截止频率根据扬声器单元3021A至3021P的再现频率的下限(200Hz)来分别设置。
从解码器3010输出的每个通道的音频信号被输入至相应的HPF3014和LPF 3015。HPF 3014提取输入至其的音频信号的高频成分(200Hz或以上)并输出结果。LPF 3015提取输入至其的音频信号的低频成分(低于200Hz)并输出结果。
从HPF 3014输出的音频信号被分别地输入至水平调整部3018(3018FL、3018FR、3018C、3018SR和3018SL)。设置每个水平调整部3018以调整相应通道的声波束的水平。水平调整部3018调整每个音频信号的水平并输出结果。
指向性控制部3020接收从水平调整部3018输出的每个音频信号作为输入。指向性控制部2020与扬声器单元3021A至3021P的数量相对应地来分配输入至其的每个通道的音频信号，并将分配的信号分别延迟指定延迟时间。每个通道的延迟的音频信号被未示出的DAC(数模转换器)转换为将被输入至扬声器单元3021A至3021P的模拟音频信号。扬声器单元3021A至3021P基于输入至其的每个通道的音频信号发射声音。
如果指向性控制部3020控制延迟以使得将被输入至扬声器单元3021A至3021P之中的相邻扬声器的音频信号之间的延迟量的差异能够恒定，则从扬声器单元3021A至3021P输出的各个声音能够在根据延迟量差异的方向上相互加强相位。结果，声波束被形成为在指定方向上从扬声器单元3021A至3021P发出的平行波。
指向性控制部3020能够执行延迟控制以使得从扬声器单元3021A至3021P分别输出的声音在预定位置上具有相同相位。在这种情况下，分别从扬声器单元3021A至3020P输出的声音被形成为聚焦在预定位置上的声波束。
需注意，阵列扬声器设备3002可在指向性控制部3020之前或之后的级中包括针对每个通道的均衡器，以调整每个音频信号的频率特性。
从LPF 3015输出的音频信号被输入至低音扬声器3033L和3033R以及重低音扬声器单元3072。
阵列扬声器设备3002包括HPF 3030(3030L和3030R)以及LPF3031(3031L和3031R)，以进一步地将不同于声波束的带的音频信号(例如，低于200Hz)划分为针对低音扬声器3033L和3033R的带(例如，100Hz或以上)和针对重低音扬声器单元3072的带(例如，低于100Hz)。HPF 3030和LPF 3031的截止频率根据重低音扬声器单元3072的再现频率的上限(100Hz)来分别设置。
从LPF 3015(3015FL、3015C和3015SL)输出的(低于200Hz的)音频信号被加法部3016相加。由加法部3016相加产生的音频信号被输入至HPF 3030L和LPF 3031L。HPF 3030L提取输入至其的音频信号的高频成分(100Hz或以上)并输出结果。LPF 3031L提取输入至其的音频信号的低频成分(低于100Hz)并输出结果。从HPF3030L输出的音频信号经由水平调整部3034L、加法部3032L和未示出的DAC被输入至低音扬声器3033L。从LPF 3031L输出的音频信号经由水平调整部3070L、加法部3071和未示出的DAC输入至重低音扬声器3003。水平调整部3034L和水平调整部3070L调整输入至其的音频信号的水平以调整声波束、从低音扬声器3033L输出的声音和从重低音扬声器单元3072输出的声音之间的水平比率，并输出水平调整后的信号。
从LPF 3015(3015FR、3015C和3015SR)输出的音频信号被加法部3017相加。由加法部3017相加产生的音频信号被输入至HPF3030R和LPF 3031R。HPF 3030R提取输入至其的音频信号的高频成分(100Hz或以上)并输出结果。LPF 3031R提取输入至其的音频信号的低频成分(低于100Hz)并输出结果。从HPF 3030R输出的音频信号经由水平调整部3034R、加法部3032R和未示出的DAC输入至低音扬声器3033R。从LPF 3031R输出的音频信号经由水平调整部3070G、加法部3071和未示出的DAC输入至重低音扬声器单元3072。水平调整部3034R和水平调整部3070G调整输入至其的音频信号的水平以调整声波束、从低音扬声器3033R输出的声音和从重低音扬声器单元3072输出的声音之间的水平比率，并输出水平调整后的信号。
如目前所述，阵列扬声器单元3002从低音扬声器3033L和3033R以及重低音扬声器单元3072输出不同于声波束的带的声音(低于200Hz)，同时从扬声器单元3021A至3021P输出每个通道的声波束。
接着，将描述虚拟声音源的定位。
阵列扬声器设备3002包括定位添加部3042、串音消除处理部3050和延迟处理部3060L及3060R。
阵列扬声器设备3002包括HPF 3040(3040FL、3040FR、3040C、3040SR和3040SL)和LPF 3041(3041FL、3041FR、3041C、3041SR和3041SL)，用于将从解码器3010输出的每个音频信号的带进行划分，以将高频成分(例如，100Hz或以上)输出至低音扬声器3033L和3033R并将低频成分(例如，低于100Hz)输出至重低音扬声器单元3072。HPF 3040和LPF 3041的截止频率根据重低音扬声器单元3072的再现频率的上限(100Hz)来分别设置。
从解码器3010输出的每个通道的音频信号被输入至相应的HPF3040和LPF 3041。HPF 3040提取输入至其的音频信号的高频成分(100Hz或以上)并输出结果。LPF 3041提取输入至其的音频信号的低频成分(低于100Hz)并输出结果。
阵列扬声器设备3002包括水平调整部3070A至3070E，用于调整从低音扬声器3033L和3033R输出的声音和从重低音扬声器单元3072输出的声音之间的水平比率。
从LPF 3041输出的每个音频信号被水平调整部3070A至3070E的相应一个调整水平。通过水平调整部3070A至3070E调整水平产生的音频信号被加法部3071相加。由加法部3071相加产生的音频信号被经由未示出的DAC输入至重低音扬声器单元3072。
阵列扬声器设备3002包括水平调整部3043(3043FL、3043FR、3043C、3043SR或3043SL)，用于调整每个通道的让虚拟声音源被感知到的声音的水平。
从HPF 3040输出的每个音频信号被输入至相应的水平调整部3043。水平调整部3043调整输入至其的音频信号的水平。
从水平调整部3043输出的每个音频信号被输入至定位添加部3042。定位添加部3042执行处理以将输入至其的每个音频信号定位在虚拟声音源位置上。为了将音频信号定位在虚拟声音源位置上，采用与指定位置和听众的耳朵之间的传递函数相对应的头相关传递函数(下文称作HRTF)。
HRTF对应于表达从放置在给定位置的虚拟扬声器发射到右耳和左耳的声音的响度、到达时间、频率特性等的脉冲响应。当将HRTF应用至音频信号以从低音扬声器3033L(或低音扬声器3033R)发射声音时，听众感知到好似该声音是从虚拟扬声器发射的。
如图36的(A)所示，定位添加部3042包括滤波器3421L至3425L和滤波器3421R至3425R，用于针对各个通道将HRTF的脉冲响应进行卷积。
FL通道的音频信号(从HPF 3040FL输出的音频信号)被输入至滤波器3421L和3421R。滤波器3421L将与从布置在听众的左前侧的虚拟声音源VSFL(参见图37)的位置到他/她的左耳的路径相对应的HRTF应用至FL通道的音频信号。滤波器3421R将与从虚拟声音源VSFL的位置到听众的右耳的路径相对应的HRTF应用至FL通道的音频信号。
滤波器3422L将与从布置在听众的右前侧的虚拟声音源VSFR的位置到他/她的左耳的路径相对应的HRTF应用至FR通道的音频信号。滤波器3422R将与从虚拟声音源VSFR的位置到听众的右耳的路径相对应的HRTF应用至FR通道的音频信号。
滤波器3423L至3425L的每个将与从与C、SL或SR通道相对应的虚拟声音源VSC、VSSL或VSSR的位置到听众的左耳的路径相对应的HRTF应用至C通道、SL通道或SR通道的音频信号。滤波器3423R至3425R的每个将与从与C、SL或SR通道相对应的虚拟声音源VSC、VSSL或VSSR的位置到听众的右耳的路径相对应的HRTF应用至C通道、SL通道或SR通道的音频信号。
然后，加法部3426L将从滤波器3421L至3425L输出的音频信号合成并将结果作为音频信号VL输出至串音消除处理部3050。加法部3426R将从滤波器3421R至3425R输出的音频信号合成并将结果作为音频信号VR输出至串音消除处理部3050。
串音消除处理部3050通过从低音扬声器3033R发射出从低音扬声器3033L发射到达右耳的串音的反相成分来消除右耳位置处的声压，从而禁止低音扬声器3033L的声音被右耳听到。相反地，串音消除处理部3050通过从低音扬声器3033L发射出从低音扬声器3033R发射到达左耳的串音的反相成分来消除左耳位置处的声压，从而禁止低音扬声器3033R的声音被左耳听到
更具体地，串音消除处理部3050通过使用校正部3051和合成部3052L及3052R来执行处理。
如图36的(B)所示，校正部3051包括直接校正部3511L和3511R以及交叉校正部3512L和3512R。音频信号VL被输入至直接校正部3511L和交叉校正部3512L。音频信号VR被输入至直接校正部3511R和交叉校正部3512R。
直接校正部3511L执行处理以使得听众感知到好似从低音扬声器3033L输出的声音是在他/她的左耳附近发射的。直接校正部3511L具有用于使得从低音扬声器3033L输出的声音在左耳的位置听起来平滑的滤波系数设置。直接校正部3511L校正输入至其的音频信号VL，以输出音频信号VLD。
交叉校正部3512R结合合成部3052L从低音扬声器3033L输出从低音扬声器3033R周围传送至左耳的声音的反相声音，以消除左耳位置处的声压，从而禁止来自低音扬声器3033R的声音被左耳听到。此外，交叉校正部3512R执行处理以让听众感知到好似从低音扬声器3033L输出的声音是在他/她的左耳附近发射的。交叉校正部3512R具有用于让从低音扬声器3033R输出的声音不在左耳的位置处被听到的滤波系数设置。交叉校正部3512R校正输入至其的音频信号VR以输出音频信号VRC。
合成部3052L将音频信号VRC的相位反转并将反转信号与音频信号VLD合成。
直接校正部3511R执行处理以使得听众感知到好似从低音扬声器3033R输出的声音是在他/她的右耳附近发射的。直接校正部3511R具有用于使得从低音扬声器3033R输出的声音在右耳的位置听起来平滑的滤波系数设置。直接校正部3511R校正输入至其的音频信号VR，以输出音频信号VRD。
交叉校正部3512L结合合成部3052R从低音扬声器3033R输出从低音扬声器3033L周围传送至右耳的声音的反相声音，以消除右耳位置处的声压，从而禁止来自低音扬声器3033L的声音被右耳听到。此外，交叉校正部3512L执行处理以让听众感知到好似从低音扬声器3033R输出的声音是在他/她的右耳附近发射的。交叉校正部3512L具有用于让从低音扬声器3033L输出的声音不在右耳的位置上被听到的滤波系数设置。交叉校正部3512L校正输入至其的音频信号VL以输出音频信号VLC。
合成部3052R将音频信号VLC的相位反转并将反转信号与音频信号VRD合成。
从合成部3052L输出的音频信号被输入至延迟处理部3060L。音频信号被延迟处理部3060L延迟指定时间并且延迟的信号被输入至水平调整部61L。从合成部3052R输出的音频信号被输入至延迟处理部3060R。延迟处理部3060R将音频信号延迟与延迟处理部3060L相同的延迟时间。
将通过延迟处理部3060L和3060R所引起的延迟时间设置为比将赋予给将用于形成声波束的音频信号的延迟时间之中的最长延迟时间更长。稍后将详细描述该延迟时间。
设置水平调整部3061L和3061R以同时调整所有通道的让虚拟声音源被感知到的声音的水平。水平调整部3061L和3061R调整被延迟处理部3060L和3060R延迟了的各个音频信号的水平。被水平调整部3061L和3061R调整了水平的各个音频信号经由加法部3032L和3032R被输入至低音扬声器3033L和3033R。
由于将从扬声器单元3021A至3021P输出的声波束的带以外(低于200Hz)的音频信号被输入至加法部3032L和3032R，因此声波束的带以外的声音和用于定位虚拟声音源的声音从低音扬声器3033L和3033R输出。
以这种方式，阵列扬声器设备3002将每个通道的音频信号定位在虚拟声音源位置上。
接着，将参照图37描述阵列扬声器设备3002产生的声场。在图37中，每个白色箭头指示从阵列扬声器设备3002输出的声波束的路径。在图31中，星星指示由声波束产生的每个声音源的位置或每个虚拟声音源的位置。
如图37所示，阵列扬声器设备3002根据输入至其的音频信号的通道的数量输出五个声波束。例如，C通道的音频信号受控制以被延迟，从而具有设置在听众的前方所布置的墙壁上的聚焦位置。由此，听众感知到C通道的音频信号的声音源SC被布置在他/她前方的墙壁上。
例如，FL和FR通道的音频信号受控制以被延迟，使得声波束能够在听众的左前侧和右前侧的墙壁上分别地聚焦。基于FL和FR通道的音频信号的声波束在房间R的墙壁上被反射一次之后到达听众的位置。由此，听众感知到FL和FR通道的音频信号的声音源SFL和SFR被布置在听众的左前侧和右前侧的墙壁上。
例如，SL和SR通道的音频信号受控制以被延迟，使得声波束能够分别指向听众的左侧和右侧上的墙壁。基于SL和SR通道的音频信号的声波束在房间R的墙壁上反射之后到达听众的左后侧和右后侧上的墙壁。各个声波束在听众的左后侧和右后侧上的墙壁上分别再次反射以到达听众的位置。由此，听众感知到SL和SR通道的音频信号的声音源VSSL和VSSR被布置在听众的左后侧和右后侧上的墙壁上。
分别设置定位添加部3042的滤波器3421L至3425L和滤波器3421R至3425R以使得虚拟扬声器的位置能够分别大致地与声音源SFL、SFR、SC、SSL和SSR的位置相同。由此，如图37所示，听众在与声音源SFL、SFR、SC、SSL和SSR大致相同的位置上感知到虚拟声音源VSC、VSFL、VSFR、VSSL和VSSR。
当声波束在某些类型的墙壁上反射时会被散射。然而，阵列扬声器设备3002能够通过使用虚拟声音源来补偿基于声波束的定位感。因此，在阵列扬声器设备3002中，与单独使用声波束或单独使用虚拟声音源的情况相比，改善了定位感。
如上所述，SL和SR通道的音频信号的声音源SSL和SSR的每个是通过在墙壁上反射了两次的声波束而产生的。因此，SL和SR通道的声音源比FL、C和FR通道的声音源更加难以感知。然而，在阵列扬声器设备3002中，能够通过基于直接到达听众的耳朵的声音而产生的虚拟声音源VSSL和VSSR来补偿基于声波束的SL和SR通道的定位感，因此，SL和SR通道的定位感未被损害。
此外，如图38所示，即使由于房间R的墙壁的高声吸收性而使得难以反射声波束，虚拟扬声器3002也能够向听众提供定位感，这是因为通过使用直接到达听众的耳朵的声音来感知虚拟声音源。
此外，在容易反射声波束的环境下，阵列扬声器设备3002降低在水平调整部3061L和3061R中使用的增益或增加在水平调整部3018中使用的增益，从而相比于让虚拟声音源被感知到的声音的水平，提升了声波束的水平。另一方面，在难以反射声波束的环境下，阵列扬声器设备3002增加在水平调整部3061L和3061R中使用的增益或降低在水平调整部3018中使用的增益，从而相比于让虚拟声音源被感知到的声音的水平，降低了声波束的水平。以这种方式，阵列扬声器设备3002能够根据环境调整声波束的水平和让虚拟声音源被感知到的声音的水平之间的比率。不用说，阵列扬声器设备3002可同时改变声波束和让虚拟声音源被感知到的声音这两者的水平而不是改变声波束和让虚拟声音源被感知到的声音之一的水平。
此外，如上所述，阵列扬声器设备3002包括用于调整各个通道的声波束的水平的水平调整部3018和用于调整各个通道的让虚拟声音源被感知到的声音的水平的水平调整部3043。由于阵列扬声器设备3002针对每个通道被提供有水平调整部3018和水平调整部3043的组合，因此，声波束的水平和让虚拟声音源被感知到的声音的水平之间的比率能够针对例如单独的FL通道来改变。因此，即使在难以通过声波束来定位声音源SFL的环境下，阵列扬声器设备3002也能够通过提升让虚拟声音源VSFL被感知到的声音来提供定位感。
然而，在某些情况下，让虚拟声音源被感知到的声音会阻碍声波束的形成。因此，延迟处理部3060L和3060R将让虚拟声音源被感知到的声音延迟以使得让虚拟声音源被感知到的声音不会阻碍声波束的形成。
接着，将参照图39描述延迟处理部3060L和3060R延迟每个音频信号的时间。
延迟处理部3060L和3060R延迟音频信号的时间(下文称作延迟时间DT)是基于指向性控制部3020延迟音频信号的时间来计算的。延迟时间DT的计算通过指向性控制部3020来执行，但是在一个方面中，其可通过另一功能部来计算。
延迟时间DT如下进行计算。在图39示出的示例中，将使用用于产生声音源SFR的声波束进行说明。
首先，指向性控制部3020计算从扬声器单元3021P至声波束的焦点F的距离DP。根据三角函数来计算距离DP。具体地，其根据以下表达式来获得：
DP＝Sqrt((XF–XP)2+(YF–YP)2+(ZF–ZP)2)
在该表达式中，Sqrt表示用于获得平方根的函数，而坐标(XF、YF、ZF)对应于焦点F的位置。坐标(XP、YP、ZP)对应于扬声器单元3021P的位置并且在阵列扬声器设备3002中被预先设置。坐标(XF、YF、ZF)例如通过使用阵列扬声器设备3002中提供的用户接口来设置。
在计算距离DP之后，指向性控制部3020根据以下表达式获得相对于参考距离Dref的差别距离DDP：
DDP＝DP-Dref
需注意，参考距离Dref对应于从阵列扬声器设备3002的基准位置S到焦点F的距离。基准位置S的坐标在阵列扬声器设备3002中被预先设置。
然后，针对其他扬声器单元3021A至3021O，指向性控制部3020计算差别距离DDA至DDO。换句话说，指向性控制部3020计算所有扬声器单元3021A至3021P的差别距离DDA至DDP。
接着，指向性控制部3020从差别距离DDA至DDP中选择最大差别距离DDMAX和最小差别距离DDMIN。与差别距离DDMAX和差别距离DDMIN之间的距离差DDDIF相对应的延迟时间T通过将距离差DDDIF除以声速来计算。
以这种方式，计算用于产生声音源SFR的声波束的延迟时间T。
这里，通过使用所有声波束之中最新输出的声音来形成具有最大输出角度的声波束。需注意，在图39示出的示例中，声波束的输出角度被定义为X轴与将基准位置S和焦点F连接的线之间的角度θ。因此，指向性控制部3020指定具有最大输出角度的声波束并获得与该声波束相对应的延迟时间T(下文称作延迟时间TMAX)。
指向性控制部3020将延迟时间DT设置成长于延迟时间TMAX并将这样设置的延迟时间赋予延迟处理部3060L和3060R。由此，让虚拟声音源被感知到的声音比用于形成每个声波束的声音更晚地输出。具体地，作为包括扬声器单元3021A至3021P的扬声器阵列的一部分的低音扬声器3033L和3033R不输出声音。因此，让虚拟声音源被感知到的声音难以阻碍声波束的形成。阵列扬声器设备3002能够在不损害基于声波束的声音源的定位感的情况下改善定位感。
需注意，延迟处理部3060L和3060R可设置在定位添加部3042之前的级中或者设置在定位添加部3042和串音消除处理部3050之间。
在另一方面中，指向性控制部3020可将待被延迟的样本的数量而不是延迟时间DT赋予延迟处理部3060L和3060R。在这种情况下，通过将延迟时间DT乘以采样频率来计算待被延迟的样本的数量。
接着，图40的(A)是示出根据本实施例的阵列扬声器设备3002的修改例1的阵列扬声器设备3002A的图。图40的(B)是示出根据阵列扬声器设备3002的修改例2的阵列扬声器设备3002B的图。这里将省略与阵列扬声器设备3002共同的构造的描述。
阵列扬声器设备3002A不同于阵列扬声器设备3002的地方在于从低音扬声器3033L和低音扬声器3033R输出的声音分别从扬声器单元3021A和扬声器单元3021P输出。
具体地，阵列扬声器设备3002A从布置在扬声器单元3021A至3021P的两端的扬声器单元3021A和3021P输出让虚拟声音源被感知到的声音和声波束的带以外(100Hz或以上且低于200Hz)的声音。
扬声器单元3021A和扬声器单元3021P是在扬声器单元3021A至3021P之中被布置为彼此相距最远的扬声器单元。因此，阵列扬声器设备3002A能够让虚拟声音源被感知到。
此外，对于阵列扬声器设备3002而言无需在一个壳体中包括所有的扬声器单元3021A至3021P、低音扬声器3033L和低音扬声器3033R。
例如，在一个方面中，各个扬声器单元可被提供有单独的壳体，从而将这些壳体排列成如图40的(B)所示的阵列扬声器设备3002B。
无论采用哪个方面，只要分别被延迟了的多个通道的输入音频信号被分配到多个扬声器并且多个通道的任意的输入音频信号在其被输入至多个扬声器之前受到基于头相关传递函数的滤波处理，这就包括在本发明的技术范围中。
接着，图41是示出根据另一修改例的阵列扬声器设备3002C的构造的框图。相似的参考记号被用于指称与阵列扬声器3002共同的构造，以省略描述。
阵列扬声器设备3002C不同于阵列扬声器设备3002的地方在于延迟处理部3062A至3062P取代延迟处理部3060L和3060R被设置在指向性控制部3020之后的级中。
延迟处理部3062A至3062P分别对将被提供至扬声器单元3021A至3021P的音频信号进行延迟。具体地，延迟处理部3062A至3062P将音频信号延迟以使得将从指向性控制部3020输入至扬声器单元3021A至3021P的音频信号能够相对于将从定位添加部3042输入至低音扬声器3033L和3033R的音频信号延迟。
阵列扬声器设备3002采用这样的方面：让虚拟声音源被感知到的声音被延迟处理部3060L和3060R延迟以免声波束的形成被让虚拟声音源被感知到的声音阻碍，而阵列扬声器设备3002C采用这样的方面：延迟处理部3062A至3062P将用于形成声波束的声音延迟以免让虚拟声音源被感知到的声音被用于形成声波束的声音阻碍。例如，在收听位置远离墙壁的环境下、在墙壁由具有低声反射率的材料制成的环境下、或者如果扬声器的数量较少，声波束在墙壁上的反射较弱导致在某些情况下基于声波束的定位感较弱。在这种情况下，用于形成声波束的声音可能阻碍让虚拟声音源被感知到的声音。因此，在阵列扬声器设备3002C中，将用于形成声波束的声音延迟，以免阻碍让虚拟声音源被感知到的声音，并且将用于形成声波束的声音再现为相对于让虚拟声音源被感知到的声音延迟。
附带地，虽然在图41的示例中，延迟处理部3062A至3062P被设置在指向性控制部3020之后的级中，但是在一个方面中，用于对各个通道的音频信号分别进行延迟的延迟处理部可设置在指向性控制部3020之前的级中。
在替选方面中，阵列扬声器设备可包括延迟处理部3060L和3060R以及延迟处理部3062A至3062P。在这种情况下，取决于收听环境，可选择是延迟让虚拟声音源被感知到的声音还是延迟用于形成声波束的声音。例如，如果声波束在墙壁上的反射较弱，则延迟用于形成声波束的声音，而如果声波束在墙壁上的反射较强，则延迟让虚拟声音源被感知到的声音。
附带地，可通过使用安装在收听位置的麦克风并且让诸如白噪声的测试声音的声波束转动来测量墙壁上的反射强度。当将测试声音的声波束转动时，测试声音的声波束在房间的墙壁上反射以被麦克风在指定角度拾取。阵列扬声器设备可通过检测这样拾取到的测试声音的声波束的水平来测量声波束在墙壁上的反射强度。如果这样拾取到的声波束的水平超过指定阈值，则阵列扬声器设备确定声波束的反射较强，并且将让虚拟声音源被感知到的声音延迟。另一方面，如果这样拾取到的声波束的水平低于指定阈值，则阵列扬声器设备确定声波束在墙壁上的反射较弱，并将用于形成声波束的声音延迟。
本发明的概要总结如下：
本发明的扬声器设备包括：输入部，多个通道的音频信号被输入至该输入部；多个扬声器；指向性控制部，其通过将输入至输入部的多个通道的音频信号延迟并将延迟的音频信号分配至多个扬声器，以使得多个扬声器输出多个声波束；定位添加部，其让输入至输入部的多个通道的任意音频信号受到基于头相关传递函数的滤波处理并将经处理的音频信号输入至多个扬声器；第一水平调整部，其调整定位添加部中的各个通道的音频信号的水平和各个通道的声波束的音频信号的水平；以及设置部，其用于设置第一水平调整部中的水平。
以这种方式，本发明的扬声器设备采用这样的方面：通过虚拟声音源来补偿基于声波束的定位感。因此，与单独使用声波束或单独使用虚拟声音源的情况相比，可改善定位感。然后，本发明的扬声器设备检测到达收听位置的各个通道的声波束之间的水平差异，并基于检测到的水平差异来调整定位添加部中的各个通道的水平和各个通道的声波束的水平。例如，针对其中声波束的水平由于具有低声反射率的墙壁的影响等而降低的通道，定位添加部的水平被设置为比其他通道中的高，从而增强基于虚拟声音源的定位添加的效果。此外，在本发明的扬声器设备中，还针对其中基于虚拟声音源的定位添加的效果被设置为较强的通道，存在基于声波束的定位感，因此，可保持通道之间的可听性连接，而不会引起由于仅针对特定通道产生虚拟声音源而导致不舒服感觉。
此外，例如，本发明的扬声器设备还包括：麦克风，其安装在收听位置；以及检测部，其用于检测到达收听位置的每个通道的声波束的水平，检测部将测试信号输入至指向性控制部以使得多个扬声器输出测试声波束，并测量输入至麦克风的测试声波束的水平，并且设置部基于检测部获得的测量结果来在第一水平调整部中设置水平比率。
在这种情况下，仅仅通过利用安装在收听位置的麦克风执行测量，就自动地调整了定位添加部中的各个通道的水平和各个通道的声波束的水平以及各个通道的声波束的输出角度。
例如，本发明的扬声器设备还包括用于比较输入至输入部的多个通道的音频信号的水平的比较部，并且设置部基于比较部获得的比较结果来设置水平调整部中的水平。
例如，如果仅针对特定通道输入高水平信号，则推测内容的创造者有为该通道提供定位感的意图，因此，该特定通道优选地被提供有明确的定位感。因此，对于其中输入了高水平信号的通道而言，定位添加部中的水平被设置得比其他通道的高，从而增强基于虚拟声音源的定位添加的效果，由此，明确地定位了声像。
例如，比较部对前通道的音频信号的水平和环绕通道的音频信号的水平进行比较，并且设置部基于比较部获得的比较结果来设置第一水平调整部中的水平。
对于环绕通道，需要让声波束从收听位置后面到达收听位置，并且声波束需要在墙壁上被反射两次。因此，在某些情况下，与前通道相比，可能无法针对环绕通道获得明确定位感。因此，例如，如果环绕通道的水平较高，则定位添加部中的水平被设置为高以增强基于虚拟声音源的定位添加的效果，从而保持环绕通道的定位感，而如果前通道的水平较高，则基于声波束的定位感被设置成较强。另一方面，在环绕通道的水平较低的情况下，如果定位添加部中的水平比率较低，则在某些情况下难以听到环绕通道，因此，在一个方面中，如果环绕通道的水平较低，则可将定位添加部中的水平比率设置为高，而如果环绕通道的水平较高，则可将定位添加部中的水平比率设置为低。
在另一方面中，比较部可将输入至输入部的多个通道的音频信号划分成指定的带，以比较每个划分的带的信号的水平。
在又一个方面中，本发明的扬声器设备包括用于接受多个扬声器的音量设置的音量设置接受部，并且设置部基于音量设置来在水平调整部中设置水平。
特别是，如果多个扬声器的音量设置(主音量设置)为低，则在墙壁上反射的声音的水平会降低从而破坏声音的深度，通道之间的连接会丢失，并且会降低环绕感。因此，由于主音量设置较低，因此定位添加部中的水平优选地设置为较高，以增强基于虚拟声音源的定位添加的效果，从而保持通道之间的连接并保持环绕感。
本发明的扬声器设备包括：输入部，多个通道的音频信号输入至该输入部；多个扬声器；指向性控制部，其通过将输入至输入部的多个通道的音频信号延迟并将延迟的音频信号分配至多个扬声器，以使得多个扬声器输出声波束；以及定位添加部，其让输入至输入部的多个通道的每个音频信号受到基于头相关传递函数的滤波处理并将经处理的音频信号输入至多个扬声器。
扬声器设备的定位添加部将基于头相关传递函数的虚拟声音源的方向设置成从收听位置看去时在多个声波束的到达方向之间的方向。具体地，基于头相关传递函数的虚拟声音源的方向被设置成多个波束之间的例如幻像声音源的方向。
以这种方式，本发明的扬声器设备能够在采用基于声波束的定位感的同时，通过使用不取决于收听环境(例如墙壁的声反射率)的基于头相关传递函数的虚拟声音源来将声音源明确地定位在意图方向上。
附带地，基于头相关传递函数的虚拟声音源的方向被设置在例如与由多个波束产生的幻像声音源相同的方向上。由此，能够补偿由声波束产生的基于幻像声音源的定位感，从而更加明确地定位声音源。
在另一方面中，可将基于头相关传递函数的虚拟声音源的方向设置为相对于与收听位置相对应的中心轴、与至少一个声波束的到达方向两侧对称的方向。在这种情况下，在从收听位置看去时声音源被定位在两侧对称的方向上。
此外，本发明的扬声器设备可进一步包括：麦克风，其安装在收听位置；检测部，其将测试信号输入至指向性控制部以使得多个扬声器输出测试声波束，并且测量输入至麦克风的测试声波束的水平；以及波束角度设置部，其用于基于检测部测量的水平的峰值来设置声波束的输出角度。在这种情况下，定位添加部基于检测部测量的水平的峰值来设置基于头相关传递函数的虚拟声音源的方向。由此，各个通道的声波束的输出角度以及虚拟声音源的方向能够仅通过利用安装在收听位置的麦克风执行测量来自动地设置。
本发明的扬声器设备包括：输入部，音频信号被输入至该输入部；第一声音发射部，其基于输入的音频信号发射声音；第二声音发射部，其基于输入的音频信号发射声音；定位添加部，其让输入至输入部的音频信号受到基于头相关传递函数的滤波处理并将经处理的信号输入至第一声音发射部；初始反射声音添加部，其将初始反射声音的特性添加至输入至其的音频信号；以及后方回响声音添加部，其将后方回响声音的特性添加至输入至其的音频信号。
定位添加部接收从后方回响声音添加部输出的音频信号作为输入，而指向性控制部接收从初始反射声音添加部输出的音频信号作为输入。
后方回响声音添加部将初始反射声音的特性不添加至让虚拟声音源被感知到的声音而是仅添加至从第二声音发射部输出的声音。因此，扬声器设备防止让虚拟声音源被感知到的声音的频率特性由于添加了具有取决于到达方向的不同频率特性的初始反射声音的特性而改变。因此，让虚拟声音源被感知到的声音保持头相关传递函数的频率特性。
以这种方式，在本发明的扬声器设备中，即使添加了基于初始反射声音和后方回响声音的声场效果，基于让虚拟声音源被感知到的声音的定位感也不会被损害。
此外，扬声器设备可包括：水平调整部，其用于调整初始反射声音添加部的初始反射声音的水平和后方回响声音添加部的后方回响声音的水平。
由此，初始反射声音的水平和后方回响声音的水平能够被设置为听众所期望的比率。
此外，音频信号可以是多通道环绕声音的音频信号。
由此，扬声器设备能够在虚拟定位音频信号的同时添加声场效果以环绕听众。
此外，第一声音发射部可输出具有指向性的声音。例如，扬声器设备可通过采用以下构造来将声波束输出为具有指向性的声音。在一个方面中，第一声音发射部可包括定位添加部的音频信号被输入至的立体声扬声器，并且第二声音发射部可包括扬声器阵列和将输入至输入部的音频信号延迟并将延迟的音频信号分配至扬声器阵列的指向性控制部。
在该方面中，将声波束如下输出为具有指向性的声音。包括多个扬声器单元的扬声器阵列基于被指向性控制部延迟并分配的音频信号来发射声音。指向性控制部控制音频信号的延迟以使得从多个扬声器单元输出的声音在指定位置上具有相同相位。因此，从多个扬声器单元分别输出的声音在指定位置上相互加强，从而形成具有指向性的声波束。
定位添加部执行滤波处理以将虚拟声音源定位在听众基于具有指向性的声音来感知声音源的位置上或附近。因此，与单独使用具有指向性的声音的情况或单独使用虚拟声音源的情况相比，该扬声器设备改善了定位感。
后方回响声音添加部将后方回响声音的特性不添加至具有指向性的声音而是仅添加至从第一声音发射部发射的让虚拟声音源被感知到的声音。因此，该扬声器设备不将后方回响声音的特性添加至具有指向性的声音，因此防止了具有指向性的声音的定位由于声音被引向回响的中央而变得不明确。
本发明的扬声器设备包括：输入部，音频信号被输入至该输入部；多个扬声器；指向性控制部，其用于将输入至输入部的音频信号延迟并将延迟的音频信号分配至多个扬声器；以及定位添加部，其让输入至输入部的音频信号受到基于头相关传递函数的滤波处理并将经处理的信号输入至多个扬声器。
多个扬声器基于被指向性控制部延迟并分配的音频信号来发射声音。指向性控制部控制音频信号的延迟以使得从多个扬声器输出的声音在指定位置上具有相同相位。结果，从多个扬声器分别输出的声音在指定位置上相互加强以形成具有指向性的声波束。听众在他/她听到声波束时感知到声音源。
定位添加部执行滤波处理以将虚拟声音源定位在听众基于声波束感知到声音源的位置上或附近。因此，与单独使用声波束的情况或单独使用虚拟声音源的情况相比，该扬声器设备能够改善定位感。
本发明的扬声器设备能够在不损害基于声波束的声音源的定位感的情况下，通过添加基于虚拟声音源的定位感来改善定位感。
此外，本发明的扬声器设备包括在定位添加部或指向性控制部之前或之后的级中用于延迟并输出音频信号的延迟处理部。
如果让虚拟声音源被感知到的声音和用于形成声波束的声音被同时输出，则在某些情况下让虚拟声音源被感知到的声音会使得用于形成声波束的声音移动相位。换句话说，如果用于让虚拟声音源被感知到的声音与用于形成声波束的声音同时输出，则在某些情况下让虚拟声音源被感知到的声音会阻碍声波束的形成。因此，在本发明的扬声器设备中，让虚拟声音源被感知到的声音比用于形成声波束的声音较晚地输出。因此，让虚拟声音源被感知到的声音难以阻碍声波束的形成。特别是，在优选方面中，在定位添加部之前或之后的级中设置延迟处理部以将音频信号延迟比通过指向性控制部延迟的最大延迟量更大的延迟量并输出延迟的音频信号。
另一方面，在收听位置远离墙壁的环境下、在墙壁是由低声反射率材料制成的环境下、或者如果扬声器的数量较少，则在某些情况下声波束在墙壁上的反射较弱以致基于声波束的定位感较弱。在这种情况下，用于形成声波束的声音可能阻碍让虚拟声音源被感知到的声音。在这种情况下，在优选方面中，可在指向性控制部之前或之后的级中设置延迟处理部以延迟音频信号并输出延迟的音频信号，使得从指向性控制部输入至多个扬声器的音频信号可相对于从定位添加部输入至多个扬声器的音频信号延迟。由此，将用于形成声波束的声音延迟以免阻碍用于让虚拟声音源被感知到的声音，从而将用于形成声波束的声音比让虚拟声音源被感知到的声音更晚地再现。
此外，该扬声器设备可包括调整指向性控制部的音频信号的水平和定位添加部的音频信号的水平的水平调整部。
虚拟声音源通过直接到达听众的声音来感知，因此几乎不取决于环境。另一方面，声波束通过利用墙壁上的反射来形成，因此取决于环境，但是比虚拟声音源更能提供定位感。在本构造中，可以在不取决于环境的情况下通过调整声波束的水平和让虚拟声音源被感知到的声音的水平的比率来提供定位感。例如，如果扬声器设备被安装在难以反射声波束的环境中，则可提升让虚拟声音源被感知到的声音的水平。或者，如果扬声器设备被安装在容易反射声波束的环境中，则可提升声波束的水平。
此外，音频信号可以是多通道环绕声音的音频信号。
有的通道的声波束通过利用墙壁上的反射来让听众感知到，并且在某些情况下其声像可能被反射模糊化。特别是，后方通道的音频信号的声波束利用两次墙壁上的反射，因此，与前通道相比，其难以定位。然而，在该阵列扬声器设备中，还利用直接到达听众的声音来感知到虚拟声音源，因此，可提供与前通道的定位感相同程度的后方通道的定位感。
在另一方面中，多个扬声器可包括指向性控制部的音频信号被输入至的扬声器阵列以及定位添加部的音频信号被输入至的立体声扬声器，可提供将输入至输入部的每个音频信号的带划分成高频成分和低频成分并将结果成分输出的带划分部，指向性控制部可接收从带划分部输出的高频成分的音频信号作为输入，并且立体声扬声器可接收从带划分部输出的低频成分的音频信号作为输入。
在这个方面中，该立体声扬声器被用于输出让虚拟声音源被感知到的声音并输出比声波束的带更低的低频成分的声音。换句话说，难以形成声波束的低频成分被该立体声扬声器补偿。
本发明的音频信号处理设备包括：输入步骤，其输入多个通道的音频信号；指向性控制步骤，其通过将在输入步骤输入的多个通道的音频信号延迟并将延迟的音频信号分配至多个扬声器，以使得多个扬声器输出多个声波束；以及定位添加步骤，其使得在输入步骤中输入的多个通道的至少一个音频信号受到基于头相关传递函数的滤波处理并将经处理的信号输入至多个扬声器。
例如，该音频信号处理方法还包括：第一水平调整步骤，其调整在定位添加步骤中受到滤波处理的各个通道的音频信号的水平和各个通道的声波束的音频信号的水平；以及设置步骤，其设置在第一水平调整步骤中的水平。
例如，该音频信号处理方法还包括：检测步骤，其通过安装在收听位置的麦克风来检测到达收听位置的每个通道的声波束的水平，并且在检测步骤中，测量基于输入测试信号从多个扬声器输出的测试声波束输入至麦克风的水平，并且在设置步骤中，基于在检测步骤中获得的测量结果来设置在第一水平调整步骤中的水平。
例如，该音频信号处理方法还包括：比较步骤，其比较在输入步骤中输入的多个通道的音频信号的水平，并且在设置步骤中，基于在比较步骤中获得的比较结果来设置在水平调整步骤中的水平。
在该音频信号处理方法中，例如，在比较步骤中，将前通道的音频信号的水平与环绕通道的音频信号的水平进行比较，并且在设置步骤中，基于在比较步骤中获得的比较结果来设置在第一水平调整步骤中的水平。
在该音频信号处理方法中，例如，在比较步骤中，在输入步骤中输入的多个通道的音频信号被划分成指定带，并且比较每个划分的带的信号的水平。
例如，该音频信号处理方法还包括：音量设置接受步骤，其接受多个扬声器的音量设置，并且在设置步骤中，基于音量设置来设置第一水平调整步骤中的水平。
在该音频信号处理方法中，例如，在定位添加步骤中，基于头相关传递函数的虚拟声音源的方向被设置在从收听位置看去时多个声波束的到达方向之间的中间处。
例如，该音频信号处理方法还包括：幻像处理步骤，其通过将一个通道的音频信号作为多个声波束输出来定位幻像声音源，并且在定位添加步骤中，基于头相关传递函数的虚拟声音源的方向被设置在与幻像声音源的定位方向相对应的方向上。
例如，该音频信号处理方法还包括：初始反射声音添加步骤，其将初始反射声音的特性添加至输入的音频信号；以及后方回响声音添加步骤，其将后方回响声音的特性添加至输入的音频信号，并且在定位添加步骤中，处理在后方回响声音添加步骤中已处理的音频信号，并且在指向性控制步骤中，处理在初始反射声音添加步骤中已处理的音频信号。
例如，该音频信号处理方法还包括：第二水平调整步骤，其调整在初始反射声音添加步骤中处理的初始反射声音的水平和在后方回响声音添加步骤中处理的后方回响声音的水平。
例如，在该音频信号处理方法中，多个扬声器中的一部分对应于在定位添加步骤中已被处理的音频信号被输入至的立体声扬声器，而多个扬声器中的其他扬声器对应于在指向性控制步骤中已被处理的音频信号被输入至的扬声器阵列。
例如，该音频信号处理方法还包括：在定位添加步骤或指向性控制步骤所执行的处理之前或之后的延迟处理步骤，其将音频信号延迟并输出延迟的信号。
例如，延迟处理步骤被设置在定位添加步骤的处理之前或之后，并且在延迟处理步骤中，将音频信号延迟比在指向性控制步骤中延迟的最大延迟量更大的延迟量并输出延迟的信号。
在该音频信号处理方法中，例如，延迟处理步骤设置在指向性控制步骤的处理之前或之后，并且在延迟步骤中，将音频信号延迟并将延迟的信号输出以使得在指向性控制步骤中已被处理的将被输入至多个扬声器的多个通道的音频信号相对于在定位添加步骤中已被处理的将被输入至多个扬声器的音频信号延迟。
例如，音频信号处理方法还包括：带划分步骤，其将在输入步骤中输入的每个音频信号的带划分成高频成分和低频成分，多个扬声器包括在指向性控制步骤中已被处理的音频信号被输入至的扬声器阵列和在定位添加步骤中已被处理的音频信号被输入至的立体声扬声器，在指向性控制步骤中，处理在带划分步骤中已被处理的音频信号的高频成分，并且在带划分步骤中已被处理的音频信号的低频成分被输入至立体声扬声器。
目前为止参考特定实施例已详细描述了本发明，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可作出各种改变和修改。
本申请基于2013年8月19日提交的日本专利申请(日本专利申请第2013-169755号)、2013年12月26日提交的日本专利申请(日本专利申请第2013-269162号)、2013年12月26日提交的日本专利申请(日本专利申请第2013-269163号)、2013年12月27日提交的日本专利申请(日本专利申请第2013-272528号)和2013年12月27日提交的日本专利申请(日本专利申请第2013-272352号)，上述申请的全部内容通过引用合并于此。
工业可应用性
本发明可提供其中基于声波束和虚拟声音源两者来提供定位感的扬声器设备和音频信号处理方法，并且可在利用声波束的特性的同时通过使用基于虚拟声音源的定位来明确地定位声音源。
参考标记列表
1……AV系统、2……阵列扬声器设备、3……重低音扬声器、4……电视机、7……麦克风、10……解码器、11……输入部、14和15……滤波处理部、18C、18FL、18FR、18SL和18SR……增益调整部、20……波束形成处理部、21A至21P……扬声器单元、32……加法处理部、33L和33R……低音扬声器、35……控制部、40……虚拟处理部、42……定位添加部、43……水平调整部、43C、43FL、43FR、43SL和43SR……增益调整部、51……校正部
1001……AV系统、1002……阵列扬声器设备、1002A……阵列扬声器设备、1002A……阵列扬声器、1003……重低音扬声器、1004……电视机、1007……麦克风、1010解码器、1011……输入部、1014和1015……滤波处理部、1020……波束形成处理部、1032……加法处理部、1033L和1033R……低音扬声器、1035……控制单元、1036……用户I/F、1040……虚拟处理部
2001……AV系统、2002和2002A……阵列扬声器设备、2003……重低音扬声器、2004……电视机、2010……解码器、2011……DIR、2012……ADC、2013……HDMI接收器、2014FL、2014FR、2014C、2014SR和2014SL……HPF、2015FL、2015FR、2015C、2015SR和2015SL……LPF、2016和2017……加法部、2018……水平调整部、2020……指向性控制部、2021A至2021P……扬声器单元、2021Q、2021R、2021S、2021U和2021T……指向性扬声器单元、2022……初始反射声音处理部、2221……增益调整部、2222……初始反射声音产生部、2223……合成部、2030L和2030R……HPF、2031L和2031R……LPF、2032L和2032R……加法部、2033L和2033R……低音扬声器、2040FL、2040FR、2040C、2040SR和2040SL……HPF、2041FL、2041FR、2041C、2041SR和2041SL……LPF、2042……定位添加部、2043……水平调整部、2044……后方反射声音处理部、2441……增益调整部、2442……后方回响声音产生部、2443……合成部、2050……串音消除处理部、2051……校正部、2052L和2052R……合成部、2060L和2060R……延迟处理部、2061L和2061R……水平调整部、2070A至2070E、2070F和2070G……水平调整部、2071……加法部、2072……重低音扬声器单元
3001……AV系统、3002……阵列扬声器设备、3002和3002A……扬声器设备、3002B……扬声器组、3003……重低音扬声器、3004……电视机、3010……解码器、3011……DIR、3012……ADC、3013……HDMI接收器、3014FL、3014FR、3014C、3014SR和3014SL……HPF、3015FL、3015FR、3015C、3015SR和3015SL……LPF、3016和3017……加法部、3018……水平调整部、3020……指向性控制部、3012A至3021P……扬声器单元、3030L和3030R……HPF、3031L和3031R……LPF、3032L和3032R……加法部、3033L和3033R……低音扬声器、3040FL、3040FR、3040C、3040SR和3040SL……HPF、3041FL、3041FR、3041C、3041SR和3041SL……LPF、3042……定位添加部、3043……水平调整部、3050……串音消除处理部、3051……校正部、3052L和3052R……合成部、3060L和3060R……延迟处理部、3061L和3061R……水平调整部、3070A至3070E、3070F和3070G……水平调整部、3071……加法部、3072……重低音扬声器单元

Claims (32)

1.一种扬声器设备，包括：
输入部，多个通道的音频信号被输入至该输入部；
多个扬声器；
指向性控制部，其将输入至所述输入部的所述多个通道的音频信号延迟，并将延迟的音频信号分配至所述多个扬声器以使得所述多个扬声器输出多个声波束；和
定位添加部，其将基于头相关传递函数的滤波处理应用至输入至所述输入部的所述多个通道的至少一个音频信号，并将经处理的音频信号输入至所述多个扬声器。
2.根据权利要求1所述的扬声器设备，进一步包括：
第一水平调整部，其调整所述定位添加部中的各通道的音频信号的水平和各通道的声波束的音频信号的水平；和
设置部，其设置所述第一水平调整部中的水平。
3.根据权利要求2所述的扬声器设备，进一步包括：
麦克风，其安装在收听位置处；和
检测部，其检测到达所述收听位置的每个通道的声波束的水平，
其中所述检测部将测试信号输入至所述指向性控制部以使得所述多个扬声器输出测试声波束，并测量输入至所述麦克风的所述测试声波束的水平；并且
其中所述设置部基于由所述检测部获得的测量结果来设置所述第一水平调整部中的水平。
4.根据权利要求3所述的扬声器设备，进一步包括：
比较部，其比较输入至所述输入部的所述多个通道的音频信号的水平，
其中所述设置部基于由所述比较部获得的比较结果来设置所述第一水平调整部中的水平。
5.根据权利要求4所述的扬声器设备，其中所述比较部比较前通道的音频信号的水平和环绕通道的音频信号的水平；并且
其中所述设置部基于由所述比较部获得的比较结果来设置所述第一水平调整部中的水平。
6.根据权利要求4或5所述的扬声器设备，其中，所述比较部将输入至所述输入部的所述多个通道的音频信号中的每个划分成指定带，以比较每个划分的带的信号的水平。
7.根据权利要求3至6中任一所述的扬声器设备，进一步包括：
音量设置接受部，其接受所述多个扬声器的音量设置，
其中所述设置部基于所述音量设置来设置所述第一水平调整部中的水平。
8.根据权利要求1至7中任一所述的扬声器设备，其中所述定位添加部将基于头相关传递函数的虚拟声音源的方向设置在从收听位置看去的所述多个声波束的到达方向之间的方向上。
9.根据权利要求1至8中任一所述的扬声器设备，进一步包括：
幻像处理部，其将一个通道的音频信号作为多个声波束输出，以定位幻像声音源，
其中所述定位添加部将所述基于头相关传递函数的虚拟声音源的方向设置在与所述幻像声音源的定位方向相对应的方向上。
10.根据权利要求1至9中任一所述的扬声器设备，进一步包括：
初始反射声音添加部，其将初始反射声音的特性添加至输入其的音频信号；以及
后方回响声音添加部，其将后方回响声音的特性添加至输入其的音频信号，
其中所述定位添加部接收从所述后方回响声音添加部输出的音频信号作为输入；并且
其中所述指向性控制部接收从所述初始反射声音添加部输出的音频信号作为输入。
11.根据权利要求10所述的扬声器设备，进一步包括：
第二水平调整部，其调整所述初始反射声音添加部的初始反射声音的水平和所述后方回响声音添加部的后方回响声音的水平。
12.根据权利要求10或11所述的扬声器设备，其中所述多个扬声器的一部分对应于来自所述定位添加部的音频信号被输入至的立体声扬声器，而所述多个扬声器的其他部分对应于来自所述指向性控制部的音频信号被输入至的扬声器阵列。
13.根据权利要求1至12中任一所述的扬声器设备，进一步包括：
延迟处理部，其将音频信号延迟并输出延迟的音频信号，所述延迟处理部设置在所述定位添加部或所述指向性控制部之前或之后的级中。
14.根据权利要求13所述的扬声器设备，其中所述延迟处理部设置在所述定位添加部之前或之后的级中，用于将音频信号延迟比由所述指向性控制部引起的最大延迟量更大的延迟量。
15.根据权利要求13所述的扬声器设备，其中所述延迟处理部设置在所述指向性控制部之前或之后的级中，用于以如下方式延迟音频信号：从所述指向性控制部输入至所述多个扬声器的音频信号被相对于从所述定位添加部输入至所述多个扬声器的音频信号而延迟。
16.根据权利要求1至15中任一所述的扬声器设备，进一步包括：
带划分部，其将输入至所述输入部的音频信号中的每个划分成高频成分和低频成分，并输出划分的信号，
其中所述多个扬声器包括来自所述指向性控制部的音频信号被输入至的扬声器阵列，以及来自所述定位添加部的音频信号被输入至的立体声扬声器；
其中从所述带划分部输出的音频信号的高频成分被输入至所述指向性控制部；并且
其中从所述带划分部输出的音频信号的低频成分被输入至所述立体声扬声器。
17.一种音频信号处理方法，包括：
输入步骤，其输入多个通道的音频信号；
指向性控制步骤，其将在所述输入步骤中输入的所述多个通道的音频信号延迟，并将延迟的信号分配至多个扬声器以使得所述多个扬声器输出多个声波束；以及
定位添加步骤，其将基于头相关传递函数的滤波处理应用至在所述输入步骤中输入的所述多个通道的至少一个音频信号，并将经处理的信号输入到所述多个扬声器。
18.根据权利要求17所述的音频信号处理方法，进一步包括：
第一水平调整步骤，其调整在所述定位添加步骤中被应用了所述滤波处理的各个通道的音频信号的水平和各个通道的声波束的音频信号的水平；和
设置步骤，其设置所述第一水平调整步骤中的水平。
19.根据权利要求18所述的音频信号处理方法，进一步包括：
检测步骤，其通过安装在收听位置处的麦克风来检测到达所述收听位置的每个通道的声波束的水平，
其中在所述检测步骤中，测量基于输入测试信号从所述多个扬声器输出的测试声波束输入至所述麦克风的水平；并且
其中在所述设置步骤中，基于在所述检测步骤中获得的测量结果来设置所述第一水平调整步骤中的水平。
20.根据权利要求19所述的音频信号处理方法，进一步包括：
比较步骤，其比较在所述输入步骤中输入的所述多个通道的音频信号的水平，
其中在所述设置步骤中，基于在所述比较步骤中获得的比较结果来设置所述第一水平调整步骤中的水平。
21.根据权利要求20所述的音频信号处理方法，其中在所述比较步骤中，将前通道的音频信号的水平与环绕通道的音频信号的水平进行比较；并且
其中在所述设置步骤中，基于在所述比较步骤中获得的比较结果来设置所述第一水平调整步骤中的水平。
22.根据权利要求20或21所述的音频信号处理方法，其中在所述比较步骤中，在所述输入步骤中输入的所述多个通道的音频信号的每个被划分成指定带，并且比较每个划分的带的信号的水平。
23.根据权利要求19至22中任一所述的音频信号处理方法，进一步包括：
音量设置接受步骤，其接受所述多个扬声器的音量设置，
其中在所述设置步骤中，基于所述音量设置来设置所述第一水平调整步骤中的水平。
24.根据权利要求17至23中任一所述的音频信号处理方法，其中在所述定位添加步骤中，基于头相关传递函数的虚拟声音源的方向被设置在从收听位置看去所述多个声波束的到达方向之间的方向上。
25.根据权利要求17至24中任一所述的音频信号处理方法，进一步包括：
幻像处理步骤，其将一个通道的音频信号作为多个声波束输出，以定位幻像声音源，
其中在所述定位添加步骤中，将所述基于头相关传递函数的虚拟声音源的方向设置在与所述幻像声音源的定位方向相对应的方向上。
26.根据权利要求17至25中任一所述的音频信号处理方法，进一步包括：
初始反射声音添加步骤，其将初始反射声音的特性添加至输入的音频信号；和
后方回响声音添加步骤，其将后方回响声音的特性添加至输入的音频信号，
其中在所述定位添加步骤中，处理在所述后方回响声音添加步骤中已被处理的音频信号，并且
其中在所述指向性控制步骤中，处理在所述初始反射声音添加步骤中已被处理的音频信号。
27.根据权利要求26所述的音频信号处理方法，进一步包括：
第二水平调整步骤，其调整在所述初始反射声音添加步骤中处理的初始反射声音的水平和在所述后方回响声音添加步骤中处理的后方回响声音的水平。
28.根据权利要求26或27所述的音频信号处理方法，其中所述多个扬声器的一部分对应于在所述定位添加步骤中被处理的音频信号所输入至的立体声扬声器，而所述多个扬声器的其他部分对应于在所述指向性控制步骤中被处理的音频信号所输入至的扬声器阵列。
29.根据权利要求17至28中任一所述的音频信号处理方法，进一步包括：
延迟处理步骤，其将音频信号延迟并输出延迟的信号，所述延迟处理步骤在所述定位添加步骤或所述指向性控制步骤的处理之前或之后进行。
30.根据权利要求29所述的音频信号处理方法，其中所述延迟处理步骤设置在所述定位添加步骤的处理之前或之后；并且
其中在所述延迟处理步骤中，将音频信号延迟比由所述指向性控制步骤引起的最大延迟量更大的延迟量，并输出延迟的信号。
31.根据权利要求30所述的音频信号处理方法，其中所述延迟处理步骤设置在所述指向性控制步骤的处理之前或之后；并且
其中在所述延迟处理步骤中，以如下方式延迟音频信号并输出延迟的信号：将被输入至所述多个扬声器的在所述指向性控制步骤中已被处理的所述多个通道的音频信号被相对于将被输入至所述多个扬声器的在所述定位添加步骤中已被处理的音频信号而延迟。
32.根据权利要求17至31中任一所述的音频信号处理方法，进一步包括：
带划分步骤，其将在所述输入步骤中输入的每个音频信号的带划分成高频成分和低频成分，
其中所述多个扬声器包括在所述指向性控制步骤中已被处理的音频信号所输入至的扬声器阵列和在所述定位添加步骤中已被处理的音频信号所输入至的立体声扬声器；
其中在所述指向性控制步骤中，处理在所述带划分步骤中已被处理的音频信号的高频成分；并且
其中在所述带划分步骤中已被处理的音频信号的低频成分被输入至所述立体声扬声器。
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