CN1658709A - 声音再现设备和声音再现方法 - Google Patents

Abstract

提供一种能够通过使用标准头部相关传递函数为听众提供声音定位目标感觉的声音再现设备和声音再现方法。在麦克风放大部分，通过延迟电路(42)只对由仿真头麦克风(13)输入的左拾音信号(SL1)和右拾音信号(SR1)的高频成分进行延迟。因此，由于具有较小个体差别的低频成分的再现声音能够较早地输出，因此再现声场空间的听众能够通过较早到达的低频成分的再现声音感知声音定位的感觉。从而，即使使用标准的头部相关传递函数，也能让在再现声场空间的听众感知声音定位的感觉成为可能。

Description

声音再现设备和声音再现方法

技术领域

本发明涉及能够实现3维立体声再现的声音再现设备和用于该声音再现设备的声音再现方法。

背景技术

到目前为止，作为用来再现3维立体声场的声场再现系统，已知的是例如在听众前面使用2个扬声器和在听众后面使用2个扬声器即总共4个扬声器的再现3维立体声的声音系统。除了上述声音再现系统之外，还提出了使用2个扬声器来再现3维立体声场的3维声音再现系统。

当在听音室中通过使用2个扬声器来再现立体声场的声音再现系统再现从音乐厅接收的声音时，需要从诸如乐器这样的声源辐射出来并到达听众耳朵的、伴随着音乐厅混响的声音信号。众所周知，通过使用仿真头(dummyhead)麦克风拾取声音来获得这种声音信号，以使得麦克风架设在基于真人头部形状的仿真头的两个耳朵的位置，即双耳拾音。

双耳拾音的例子包括通过将仿真头麦克风布置在音乐厅座位上以直接拾取到达听众耳朵的声音信号的方法，和通过把由测量或仿真确定的从声源位置到听众耳朵的传播特性电叠加在诸如乐器的声源的信号上从而拾取声音的方法(参见公开号为5-115098的日本未审查专利申请)。在前一种直接拾取声音的拾音方法的情况下，从声源位置到听众耳朵的传播特性被声学地叠加到从声源发出的声音上。

然而，在这些声音再现系统中，由于从布置在听音室的扬声器位置到听众位置的传播特性是不必要的，因此需要提供用来消除该传播特性的滤波器。

为了将由仿真头麦克风记录的声音传送到鼓膜，进而通过使用扬声器传送到听众的鼓膜，已经研制了诸如TRADIS(立体声全方位信息真实再现，True Reproduction of All Directional Information by Stereophony)和OSS(高保真立体声系统，Ortho-Stereophonic System)的技术，作为消除从回放扬声器到听众的传播特性的技术。另外，还提出了一种技术，其将例如在音乐厅演奏的室内传播特性的嵌入技术与上述技术相结合(参见公开号为10-70798的日本未审查专利申请)。

公开号为5-30600的日本未审查专利申请公开了一种方法，其使用滤波器分离对声像控制(sound image consol)有效的频带，声像控制对该频带的信号执行，从而减少计算量。公开号为7-107598的日本未审查专利申请公开了一种方法，其通过增加频带分离的数量来执行信号处理，并且再现具有自然扩展的声像。

头部相关传递函数(也称为头部衍射传递函数)显示了上述双耳拾音中的从声源位置到听众耳朵的传播特性，该传播特性是使用声源方向(角度)作为参数来测量的。

然而，因为该头部相关传递函数依赖于头部形状和耳廓形状，这对每个听众都是不同的。尤其是，因为高频段的特性具有较大的个体差别，所以应用于多人的头部相关传递函数不能在宽带中实现。

为了改善再现双耳拾音所拾取的声音信号时再现声像的质量，理论上讲，需要为每个听众优化拾音设备。更具体而言，因为头部相关传递函数需要对每个听众进行测量和优化，所以不能构造商业用于普通公众的拾音设备。

因此，为了把头部相关传递函数应用于多个听众，就要考虑通过允许一定程度的误差来执行叠加，从而产生头部相关传递函数。然而，如果头部相关传递函数是在宽带上产生的，那么就会面临立体声的声音定位不稳定的风险，将本应被感知为前方声像的声像错误地感知为后方的声像，即发生了所谓的前/后颠倒的错误感知。

发生如上所述的头部相关传递函数的变化是因为听众头部形状和耳廓形状的变化，以及因为与来自声源的声波波长的关系。对于这种原因，头部相关传递函数相对每一个听众的变化对于低频成分较小，而对于高频成分较大。

因此，在声音拾取阶段，如果为拾取声音的声音频带提供一个上限，并且仅仅把低频作为执行声音拾取的目标，就能产生头部相关传递函数。然而，在那种情况下，缺点就是产生了没有高频成分的不自然的声音。

如上所述，在传统的双耳拾音中，由于头部相关传递函数难以一般化(标准化)，所以不可能为数目众多的听众提供具有自然声音的声音定位的目标感觉。

到目前为止所描述的这些问题是由从声源到听众耳朵的传播特性的个体差异所带来的。这些问题不仅仅影响上述原始声场中从声源位置到听众耳朵的传播特性的再现，也影响用来消除听音室中从回放扬声器到听众耳朵的传播特性的消除滤波器。

更具体而言，因为消除滤波器的特性依赖于听众的传播特性，严格地说，这就需要为每个听众设计消除滤波器。这样的消除滤波器的特性也可以一般化。但是，因为特别是在高频段的误差变得较大，因此存在消除效果小的缺点，并且声像方向的感知也变得不稳定。

发明内容

因此，本发明是考虑到上述观点而作出的。本发明的目的是提供一种声音再现设备和一种声音再现方法，能够通过使用标准的头部相关传递函数为听众提供声音定位的目标感觉。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种使用两个扬声器再现立体声的声音再现设备，该声音再现设备包括：将低频成分从双耳拾音信号中分离出来的分离装置；至少延迟双耳拾音信号的高频成分的延迟装置；和基于从两个扬声器到收听位置的传递函数、通过对分离装置的输出信号和延迟装置的输出信号执行预定信号处理而产生立体声再现信号的立体声信号发生装置。

另一方面，本发明提供一种使用两个扬声器再现立体声的声音再现设备，该声音再现设备包括：将低频成分从输入信号中分离出来的分离装置；至少延迟输入信号的高频成分的延迟装置；和基于从两个扬声器到收听位置的传递函数、通过对输入信号所包含的至少低频成分信号执行预定信号处理而产生立体声再现信号的立体声信号发生装置。

另一方面，本发明提供一种通过使用两个扬声器再现立体声的声音再现方法，该声音再现方法包括：将低频成分从双耳拾音信号中分离出来的步骤；至少延迟输入信号的高频成分的步骤；和基于从两个扬声器到收听位置的传递函数、通过对所分离的低频成分和延迟的输入信号执行预定信号处理而在收听位置再现立体声的步骤。

根据上述的本发明，因为延迟了输入信号或双耳拾音信号的高频成分，因此有可能再现其中输入信号或双耳拾音信号的低频成分在时间上首先到达的声音信号。

在如上所述的方法中，根据本发明，能够再现其中输入信号或者双耳拾音信号的低频成分在时间上首先到达的声音信号。因此，即使当通过使用标准的头部相关传递函数产生立体声特性时，也可能让在再现声场的听众能够感知目标声像，并且能够再现更加自然、丰满的立体声。

附图说明

图1A和1B是显示了声场空间中声源位置和听众所感知的声像位置之间关系的示意图；

图2是使用仿真头麦克风进行声音拾取的例子的示意图；

图3A和3B是按先后次序定位的示意图；

图4A和4B是按先后次序定位的示意图；

图5显示了立体声再现信号发生滤波器的结构；

图6显示了根据本发明的第一实施例的声音设备的结构；

图7显示了根据本发明的第二实施例的声音设备的结构；

图8显示了根据本发明的第三实施例的声音设备的结构；

图9A和9B显示了在室内空间中从声源位置到听众左右耳的传播路径；

图10A和10B是显示了到耳朵的入射角随着与声源的距离而变化的示意图；

图11A和11B显示了头部衍射传递函数的对应数据表；

图12A和12B显示了在室内空间中从声源位置到听众中心位置的传播路径；

图13是显示了到耳朵的入射角随着与声源的距离而变化的示意图；

图14A和14B显示了头部衍射传递函数的对应数据表；

图15显示了根据该实施例的声音设备的另一种结构；

图16显示了根据该实施例的声音设备的另一种结构；

图17显示了根据该实施例的声音设备的另一种结构；

图18显示了根据该实施例的声音设备的另一种结构；

图19是显示了AV系统结构的方框图；

图20是显示了AV系统的另一种结构的方框图；以及

图21显示了来自声源的复用数据的结构的例子。

具体实施方式

以下将说明根据本发明实施例的声音设备。在说明根据本实施例的声音设备之前，先对物理声音信息和由听众主观感知的声音现象之间的关系、以及人类关于声像感知的听觉特性加以说明。

首先，参考图1A、1B和图2，对物理声音信息(声场信息)和由听众主观感知的声音现象(声像位置的感知等等)之间的关系进行说明。

图1A和2B是显示了声场空间中声源位置和听众所感知的声像位置之间关系的示意图。图1A显示了在真实声场中声源位置和听众感知的感知声像位置之间的关系。图1B显示了在再现声场中声源位置和听众感知到的感知声像位置之间的关系。

通常，当在声场空间中有声源时，不管是真实声场还是再现声场，听众感知的感知声像位置与物理声像位置经常是不同的。例如，当放置在真实声场空间1的真实声源2如图1A所示，就会出现听众U1感知的感知声像3的位置与真实声源2的位置不同的情况。

当将两个回放扬声器5和5作为再现声源放置在再现声场空间4中时，如图1B所示，就会出现在虚线所示位置上的听众U2感知到感知声像6的结果。

这可以归因于这样的事实，即听众感知声场空间中的声像位置的物理线索是在听众两耳所获得的声音(双耳声音)，并且将声学物理空间和主观心理空间连接在一起的边界是位于两耳的声音信号。因此，如果通过使用一些装置使如图1A所示的、与听众U1在真实声场所听到的相同的声音，能够在如图1B所示的再现声场空间中再现，就可以认为再现声场中的听众U2能够感知与真实声场中相同的声像。根据这个观点，作为麦克风，已知仿真头麦克风能够用来拾取位于听众两耳位置的声音。该仿真头麦克风配置为将麦克风放置在例如通过模仿真人头和耳廓的形状和大小生产出来的仿真头两耳的位置处。

图2是使用仿真头麦克风进行声音拾取的例子的示意图。如图2所示，当使用仿真头麦克风13进行声音拾取时，最初地，将该仿真头麦克风13安排在听众应该在真实声场空间11收听的位置，并且通过使用放置在仿真头的相应两耳位置的麦克风，拾取直接来自真实声源12的直接声音和由墙壁、地板、天花板等所反射的反射声音。然后，将通过单个麦克风所拾取的声音作为左拾音信号SL和右拾音信号SR输出。

接下来参考图3A和3B与图4A和4B说明人类对声像感知的听觉特性。

人类听觉有这样的特性，在产生自相同声源的声音中，声像定位于较早到达听众耳朵的声音的方向上。参考图3A和3B来说明人类这种特性。

首先，考虑如图3A所示的声音设备。在这种情况下，来自声源21的声源信号是作为来自扬声器23的再现声音而输出的。另外，使得来自声源21的声源信号被延迟电路22所延迟的信号是作为来自扬声器24的再现声音而输出的。

此时，该再现声音在如图3B的时刻到达位于如图3A的位置的听众U。也就是说，首先，扬声器23的再现声音到达听众U。然后，扬声器24的再现声音在由于延迟电路22而被延迟了延迟时间的时刻到达。在这种情况下，如图3A所示，听众U的声像感知的位置变成了扬声器23的位置，该位置上再现声音到达得较早。

到达听众U的右耳ER的扬声器23和24的再现声音，比达到听众U的左耳EL的扬声器23和24的再现声音稍迟。这是因为从扬声器23和24到听众U的右耳ER的距离比从扬声器23和24到听众U的左耳EL的距离长。

本发明的发明人对听觉特性进行了进一步研究，发现如下事实。人类的听觉将从相同声源所发出的声音分离成低频成分和高频成分，并且使声源方向的信息包含在低频成分中，如果低频成分被较早地输出，那么听众就能够清楚地感知到声音的位置，即使高频成分所包含的声源方向信息并不准确。

参考图4A和4B来说明人类听觉的这种特性。在如图4所示的声音设备中，在声源21和扬声器23之间提供低通滤波器25，在声源21和扬声器24之间提供高通滤波器26和延迟电路22。

因此，只有通过低通滤波器25的声源21的声源信号作为再现声音从扬声器23输出。另外，只有被延迟电路22延迟了的、通过高频滤波器26的、声源21的高频成分的声源信号作为再现声音从扬声器24输出。

此时，再现声音在如图4B所示的时刻到达在如图4A所示的位置上收听的听众U。也就是说，在这种情况下，首先，扬声器23的再现声音(低频成分)到达听众U。然后，扬声器24的再现声音(高频成分)在由于延迟电路22而延迟了延迟时间的时刻到达听众U。因此，如图4A所示的听众U通过较早地到达的扬声器23的再现声音(即从扬声器23再现的低音范围)来获得声像的感知。从而，在这种情况下，就能够让听众U根据与来自扬声器23的低音范围相同的声源声音清楚地感知声像。

例如，在使用基于强度的方法的传统立体声再现系统中，由左扬声器再现的声音不仅到达听众的左耳，也能到达右耳。因此，当立体声再现系统使用基于强度的方法再现通过如图2所示的仿真头麦克风13拾取的拾音信号时，与由仿真头麦克风13拾取的左拾音信号SL相对应的左耳声音和与右拾音信号SR相对应的右耳声音不仅到达听众的相应的左耳和右耳，也到达另一边上的耳朵。

因此，已经知道，当通过两声道立体声再现系统再现由仿真头麦克风拾取的左拾音信号和右拾音信号时，使用能够消除听音室中从回放扬声器到听众耳朵的传播特性的立体声再现信号发生滤波器。然而，如果使用这样的立体声再现信号发生滤波器，则输入到该滤波器左声道的信号只在听众的左耳再现，而输入到该滤波器右声道的信号只在听众的右耳再现。

图5显示了立体声再现信号发生滤波器的结构。在图5中，通过使用其中将扬声器放置在听众U前面的左边和右边的例子来说明。

在图5中，从左扬声器37到再现声场空间39中听众U的左耳EL的路径的头部衍射传递函数表示为HLS，从右扬声器38到听众U的右耳ER的路径的头部衍射传递函数表示为HRS。另外，从左扬声器37到听众U右耳ER的路径的头部衍射传递函数显示为HL0，从右扬声器38到听众U左耳EL的路径的头部衍射传递函数表示为HR0。

在如图5所示的立体声再现信号发生滤波器30中，来自仿真头麦克风(图5未示出)的左拾音信号SLin作为左声道信号输入，右拾音信号SRin作为右声道信号输入。作为左声道信号使用的左拾音信号SLin输入到加法器31和串音消除部分32中。作为右声道信号使用的右拾音信号SRin输入到加法器34和串音消除部分33中。

对于串音消除部分32和33，分别使用用来消除从左扬声器37到听众U右耳ER的串音成分和从右扬声器38到听众U左耳ER的串音成分的滤波器。在这种情况下，串音消除部分32的传播特性CR表示为-HRO/HRS，串音消除部分33的传播特性CL表示为-HLO/HLS。

通过串音消除部分32的该左拾音信号SLin作为消除信号输入到加法器34中。通过串音消除部分33的右拾音信号SRin作为消除信号输入到加法器31中。

加法器31将左拾音信号SLin和从串音消除部分33输入的消除信号相加并输出信号。加法器31的输出提供给修正模块部分35。加法器34将右拾音信号SRin和从串音消除部分32输入的消除信号相加，并将信号提供到修正模块部分36。

修正模块部分35是用来修正再现系统的模块部分，包括关于左声道的左扬声器37。该修正模块部分35由用来修正由于串音消除部分33而发生的特性变化的修正部分35a和用来修正扬声器特性的扬声器修正部分35b构成。修正部分35a的传播特性表示为1/(1-CL·CR)。修正部分35b的传播特性表示为1/HLS。修正模块部分35的输出是作为来自立体声再现信号发生滤波器30的左拾音信号SLout而输出的。

修正模块部分36是用来修正再现系统的模块部分，包括关于右声道的右扬声器38。该修正模块部分36由用来修正由于串音消除部分32而发生的特性变化的修正部分36a和用来修正扬声器特性的扬声器修正部分36b构成。修正部分36a的传播特性表示为1/(1-CL·CR)。修正部分36b的传播特性表示为1/HRS。修正模块部分36的输出是作为来自立体声再现信号发生滤波器30的右拾音信号SRout而输出的。

然后，将从立体声再现信号发生滤波器30输出的左拾音信号SLout输入到再现声场空间39中的左扬声器37，右拾音信号SRout输入到再现声场空间39中的右扬声器38。从而，在再现声场空间的听众U左耳EL中，只有对应于输入到立体声再现信号发生滤波器30的左拾音信号SLin的左耳声音可以再现。相似地，在听众的右耳ER，只有对应于输入到立体声再现信号发生滤波器30的右拾音信号SRin的右耳声音可以再现。

这里，由于真人的头部相关传递函数对于每个听众都是不同的(这是老问题)，因此严格来讲，需要为每个听众提供仿真头麦克风。另外，由于头部衍射传递函数HLS、HL0、HRS和HR0非常依赖于听众，所以需要为每个听众测量头部相关传递函数从而为听众提供最佳声像质量。然而，在实践中，由于是通过使用具有标准特性和头部衍射传递函数的仿真头麦克风来进行声音拾取，因此不能提供令人满意的声像质量。

然而，在每个听众的声音特性与由标准仿真头麦克风的方向特性和头部相关传递函数确定的标准声音特性之间，直到大约1kHz几乎都没有什么差别，但是到了大约3kHz或者更高频率，其差别就有增大的趋势。

基于到此为止的说明，下面将对根据本实施例的声音设备进行说明。

图6显示了根据本发明第一实施例的声音设备的结构。如图6所示的声音设备由声音拾取模块和回放模块构成，这些都是声音再现设备。声音拾取模块由放置在真实声场空间11中的仿真头麦克风13构成。在声音拾取模块中，通过仿真头麦克风13拾取声音，将左拾音信号SL1和右拾音信号SR1转换成电信号，输出到在回放模块一侧的麦克风放大部分40。

该麦克风放大部分40包括频带分离滤波器41、延迟电路42和加法器43与44。

频带分离滤波器41把从仿真头麦克风13输入的左拾音信号SL1和右拾音信号SR1分隔成相应的低频成分信号(低频信号)SLL和SRL、高频成分信号(高频信号)SLH和SRH，其中，例如，把大约3kHz设为边界。本实施例中将边界频率设为3kHz的原因是，标准仿真头麦克风13和听众的头部衍射传递函数之间的误差从大约1kHz处开始增加，当超过大概3kHz时进一步增大，而语音、乐器声音等的基频成分都包含在最高到3kHz里面。

频带分离滤波器41的边界频率并不总是设为3kHz，也可以设成例如1kHz到3kHz之间的任何频率。

被频带分离滤波器41分离的左高频信号SLH和右高频信号SRH输入到延迟电路42。在延迟电路42中，对输入的左高频信号SLH和右高频信号SRH延迟预定延迟时间并输出。

在这种情况下，使延迟电路42中的左高频信号SLH和右高频信号SRH相对于左低频信号SLL和右低频信号SRL的输出时间延迟几个毫秒到几十个毫秒并输出。然而，这样的延迟时间仅仅需要设置在一个时间内，其中被延迟而最终再现的高音范围不会被听众U听为低音范围的回声。

加法器43将来自延迟电路42的左高频信号SLH和来自频带分离滤波器41的左低频信号SLL相加。然后，加法器43相加的输出作为左拾音信号SL2而输出。

加法器44将来自延迟电路42的右高频信号SRH和来自频带分离滤波器41的右低频信号SRL相加。然后，加法器44相加的输出作为右拾音信号SR2而输出。

这里，当回放模块由两声道扬声器构成时，将从麦克风放大器部分40输出的左拾音信号SL2和右拾音信号SR2输入到立体声再现信号发生滤波器30中。

如上参考图5所述，对于立体声再现信号发生滤波器30，使用了能够消除从扬声器46和47到听众U耳朵的传播特性的滤波器。这样，从麦克风放大部分40输入的左拾音信号SL2和右拾音信号SR2就作为左拾音信号SL3和右拾音信号SR3而输入到相应的扬声器46和47中。

因此，这种方式配置的声音设备的结果就是，在置于真实声场空间11的仿真头麦克风13的左耳位置拾取的左耳声音，只能在再现声场空间45的听众U的左耳EL处再现。此外，在仿真头麦克风13的右耳位置拾取的右耳声音只能在听众U的右耳ER处再现。

另一个方面，当回放模块是由耳机构成时，将从麦克风放大部分40输出的左拾音信号SL2和右拾音信号SR2通过用于耳机的滤波器48输入到耳机49中。对于用于耳机的滤波器48，使用用于根据耳机49的特性来进行修正的滤波器。

因此，在这种情况下，在安装了耳机49的听众U的左耳EL处，也只有在真实声场空间11中仿真头麦克风13的左耳位置拾取的左耳声音能够再现。并且，在听众U的右耳ER处，只有在仿真头麦克风13的右耳位置拾取的右耳声音能够再现。

另外，在根据本实施例的声音设备中，不论在两声道扬声器回放还是耳机回放的情况下，在麦克风放大部分40中，延迟电路42仅对由仿真头麦克风13输入的左拾音信号SL1和右拾音信号SR1的高频成分延迟。这就是说，在本实施例中，只对高频成分延迟，在这些高频成分中个体差别较大的头部相关传递函数的影响可能表现为声像感觉。

因此，根据如图6所示的声音设备，因为个体差别小的低频成分的再现声音被较早地从扬声器输出，这使得听众U根据较早到来的低频成分的再现声音来感知声音定位感觉成为可能。

更具体而言，根据本实施例的声音设备，因为能够减小个体差别对于声像感觉的影响，所以即使当立体声再现信号发生滤波器30是通过使用标准头部相关传递函数来配置时，也能够让听众U感知声音定位的目标感觉，例如，好像听众处于真实声场空间11一样的声音定位感觉。

另外，即使当输入使用具有标准头部相关传递函数的仿真头麦克风13拾取的双耳拾音信号时，也能让听众U体验声音定位的目标感觉。

在这种情况下，通过用高音范围补充整个能量的不足，音乐的特性作为整体而言将不会恶化。

虽然上面通过假设在如图6所示的声音设备中单独提供延迟电路42描述了本实施例，但并不总是需要单独提供延迟电路42。例如，也可以通过使用频带分离滤波器41的相位延迟特性来配置延迟电路42。

图7显示了根据本发明第二实施例的声音设备的结构。图7中与图6所示的声音设备组成部分相同的声音设备组成部分，以相同的附图标记表示，因此省略了详细的说明。图7所示声音设备与图6所示声音设备的区别在于声音拾取模块中所提供的麦克风放大部分50的结构。

这种情况下的麦克风放大部分50中，将由仿真头麦克风13输入的左拾音信号SL1和右拾音信号SR1输入到延迟电路42和低通滤波器51中。

在低通滤波器(LPF)51中，例如，只有低于或等于3kHz的低频成分能够从输入的左拾音信号SL1和右拾音信号SR1中分离出来。

虽然，在本实施例中，把能够被低通滤波器51分离的频带设置为低于或等于3kHz，但这仅仅是一个例子。当然可以把该频带设置为在例如1kHz到3kHz之间的任何频率。

将由低通滤波器51输出的左低频信号SLL输入到加法器43。而把由低通滤波器51输出的右低频信号SRL输出到加法器44。

在加法器43中，将通过延迟电路42延迟的左拾音信号SL1和来自低通滤波器51的左低频信号SLL加在一起，相加得到的输出作为左拾音信号SL2输出。在加法器44中，把通过延迟电路42延迟的右拾音信号SR1和来自低通滤波器51的右低频信号SRL加在一起，相加得到的输出作为右拾音信号SR2输出。

更具体地说，如图7所示的声音设备的麦克风放大部分50提供只用来分离低频成分的低通滤波器51，来代替图6所示的麦克风放大部分40中所提供的频带分离滤波器41。

同样，当如图7所示的那样配置声音设备时，低频成分的再现声音较早地从扬声器46和47输出。因此，在两声道扬声器回放和耳机回放的任一种情况下，都能让听众U根据较早到达的低频成分的再现声音来感知声音定位的感觉。

这就是说，与图6所示的声音设备相似，即使是通过使用标准头部相关传递函数来设置立体声再现信号发生滤波器30的立体声特性，也能够让听众U感知声音定位的目标感觉。同样，当使用具有标准头部相关传递函数的仿真头麦克风13进行声音拾取时，也能让听众U感知声音定位的目标感觉。

在如图6和7所示的声音设备中，使用仿真头麦克风13从真实声场空间11按双耳拾音获取拾音信号。然而，这只是一个例子，即使当把麦克风安装在真人而不是仿真头的两个耳朵的地方，也能够以相似方式通过双耳拾音获得拾音信号。

到目前为止描述的声音设备通过将仿真头麦克风或麦克风放置在真人的两个耳朵上来拾取由声音拾取模块输入的左拾音信号SL1和右拾音信号SR1，执行双耳拾音。这仅仅是一个例子，例如，也可以使用不是按双耳拾音所拾取的声源信号。

这样的声音设备如下所述。

图8显示了根据本发明第三实施例声音设备的结构。图8中与图6所示声音设备组成成分相同的声音设备组成成分用相同的附图标记来表示，因此省略其详细说明。图8所示的声音设备与图6所示的声音设备的区别在于提供了双耳拾音信号发生电路60。

在这种情况下，在双耳拾音信号发生电路60中，例如，通过在声源信号上叠加声波的每个传播路径的传播特性和对室内收听位置的每个入射角的头部相关传递函数，就获得传播路径的总和是可听声音的信号。从而，在双耳拾音信号发生电路60中，从声源信号获得相应于双耳拾音信号的信号，即相应于左拾音信号SL1和右拾音信号SR1的信号。

此时，输入到双耳拾音信号发生器60的声源信号可以是现有声源的声频信号、通过电子乐器合成的声频信号等中的任何信号。对于以上的声频方法，可以使用任何声频方法，例如，单耳方法、立体声方法和环绕方法。

现在将参考图9A和9B到图14A和14B说明在双耳拾音信号发生电路60中产生左拾音信号和右拾音信号的方法的例子。

为了在双耳拾音信号发生电路60中产生左拾音信号SL1和右拾音信号SR1，首先，基于音乐厅等的声音特性和声源的发散方向的特性，计算从声源发出的声音如何在室内空间传播。更具体而言，首先，基于例如声学空间的形状的声音反射/吸收特性的墙面声学特性，声源位置和声源的辐射方向的特性，以及收听点位置和可收听麦克风(hearing microphone)的方向特性，来计算声波从声源到收听位置的传播特性，其中声学空间诸如为音乐厅、墙面、地板和天花板等。

图9A是显示在室内空间从声源位置到听众双耳的真实传播路径的示意图。在例如音乐厅的真实声场空间11中，如图9A所示，声波被墙面、地板、天花板等反射，然后从多个方向到达收听位置(在这种情况下，虚线所示的仿真头麦克风13被放置在收听位置)。

这里，为了通过模拟如图9A所示的、从声源到听众位置(如图9B的实线所示)的声波传播来精确地计算，需要计算从收听位置观察到的、声源方向和与声源的距离，并且将声源信号在声源方向和与声源的距离处叠加到头部衍射传递函数数据上。

此时，在声源方向和与声源距离处的头部衍射传递函数数据可以通过以下方式获得。即，预先为每一个声源方向和每一个到声源的距离测量头部衍射传递函数数据。将最近角的头部衍射传递函数数据从存储在存储器中的头部衍射传递函数数据中提取出来，并且基于该数据，通过插值处理获得所需角度(声源方向)的头部衍射传递函数数据。

上述的头部衍射传递函数数据不仅依赖于声源的方向而且也依赖于离声源的距离而不同。原因是(如图10A和10B所示)当从听众的左右耳到声源位置的距离各自不同时，即使声源的方向θ相同，入射角度也不同。

例如，当声源11位于远离听众U的位置时，到达听众左耳EL的声波的入射角θLf和到达听众U的右耳ER的声波入射角θRf如图10A所示。与之相比，当声源11离听众U近的时候，到达听众左耳EL的声波的入射角θLn和到达听众U右耳ER的声波入射角θRn如图10B所示。

因此，可以从图10A和10B看出，即使声源的方向θ相同，当从听众U到声源的距离不同时，声波入射到听众的左右耳朵的入射角也不同，从而导致头部衍射传递函数数据也不同。

由于这种原因，(如图11A和11B所示)根据到声源距离的远近提供了声源对于听众两耳的方向与头部传递函数数据对照的对应表。例如，图11A显示了当从声源位置到收听位置的距离是长距离时的对应表的例子。图11B显示了当从声源位置到收听位置的距离较近时的对应表的例子。

在这样的对应表中，用来存储数据的存储器的存储容量如果没有限制的话，那么也有可能细分与声源的距离，以便将细分的距离和声源方向作为对应表的参数，并将头部衍射传递函数数据的对应表存储到存储器中。

图12A是显示在室内环境中从声源位置到在收听位置的听众中心位置的真实传播路径的示意图。在这种情况下，声波也从各个方向到达位于收听位置的仿真头麦克风13。在这种情况下，为了通过模拟从声源12到收听位置(如图12B实线所示)的声波传播来精确地计算，需要计算从收听位置观察到的声源方向和与声源的距离，并且将声源信号在声源方向上和与声源的距离处叠加到头部衍射传递函数数据上。

此时，与上述方法相似，在声源的方向和与声源的距离处的头部衍射传递函数数据可以通过以下方式获得。即，预选为声源的每个方向和与声源的每个距离测量头部衍射传递函数数据。将最近角的头部衍射传递函数数据从存储在存储器中的头部衍射传递函数数据中提取出来，并且基于该数据，通过插值处理获得所需角度(声源方向)的头部衍射传递函数数据。

同样，在这种情况下的头部衍射传递不仅仅随着声源的方向函数数据的不同而不同，也随着与声源的距离不同而不同。原因在于(如图13所示)当从听众中心位置到声源的距离不同时，入射角度也不同，即使声源方向θ是相同也是如此。

因此，如图14A和14B所示，根据从声源到收听位置的距离提供一个对应表，在该表中，声源对于听众中心位置的方向与头部传递函数数据相对应。

在这样的对应表中，如果存储数据的存储器的存储容量没有限制的话，当然也有可能细分与声源的距离，以便将细分的距离和声源方向作为对应表的参数，并将头部衍射传递函数数据的对应表存到存储器中。

根据本实施例的声音设备的声源拾取模块可以以另一种方式配置。图15到18显示了声音设备的声音拾取模块的其他结构的例子。在图15到18中，只显示了来自两声道扬声器再现模块中的一个声道的扬声器再现系统的结构。

如图15所示的回放模块包括低通滤波器(LPF)61、高通滤波器(HPF)62、延迟电路63、立体声再现信号发生滤波器64和65、加法器66和扬声器67。

在如图15所示的回放模块中，立体声再现信号发生滤波器64执行滤波处理用来产生立体声再现信号，该立体声再现信号对应于前一阶段(未示出)中声音拾取模块的输入信号之中通过低通滤波器(LPF)61的低频成分。

另一方面，对应于声音拾取模块的输入信号之中通过高通滤波器(HPF)62的高频成分，在该高频成分被延迟电路63延迟了预定时间之后，立体声再现信号发生滤波器65执行滤波处理以产生立体声再现信号。然后，加法器66将立体声再现信号发生滤波器64的输出和立体声再现信号发生滤波器65的输出相加，并输出该组合输出。

如图16所示的回放模块，并不将立体声再现信号发生滤波器64的输出和立体声再现信号发生滤波器65的输出相加，并且将从立体声再现信号发生滤波器64输出的低频成分的再现信号通过使用扬声器系统68的低音扬声器68a再现，该低音扬声器68a回放低频。然后，将从立体声再现信号发生滤波器65输出的高频成分的再现信号通过使用扬声器系统68的高音扬声器68b再现，该高音扬声器68b回放高频成分。

因此，即使声音设备如图15和16所示那样配置，因为只有输入信号包含的高频成分被延迟电路63延迟了预定的时间，所以只有输入信号的低频成分被较早地再现。从而使得在再现声像中的听众能够通过较早到达的低频成分的再现声音来感知声音定位感觉。

在如图17所示的回放模块中，加法器66将输入信号中通过低通滤波器(LPF)61的低频成分信号和被延迟电路63延迟了预定时间的输入信号的信号相加。然后，将加法器66相加所得的输出通过立体声再现信号发生滤波器64提供到扬声器67。

在如图18所示的回放模块中，从LPF61输出的低频成分信号通过立体声再现信号发生滤波器64由扬声器系统68的低音扬声器68a再现，而延迟电路63的输出由扬声器系统68的高音扬声器68b再现。

当声音设备是如图17和18所示地配置时，只有输入信号的低频成分能够较早地再现。从而使得在再现声场中的听众能够通过较早到达的低频成分的再现声音来感知声音定位的感觉。

下面将对根据到目前为止所描述的本实施例的声音设备结构应用到AV系统的例子进行说明。首先，举例说明在AV系统作为声源使用的记录媒介的数据结构。

图21是显示了在该情况下记录媒介的数据结构的例子的示意图。

在图21的部分(a)显示的记录媒介中，形成了由例如视频分组、字幕分组、多个声频分组1、声频分组2、...、声频分组n所组成的组。组头附加到其起始处。在组头中，例如，提供了在同步回放中作为参考的附加信息。

如图21的部分(b)所示，声频分组是由多个声道1、声道2、...、声道n组成，组头附加到其起始处。在组头中，例如，记录了各种用于声频控制的控制数据。例如，记录了抽样频率、复用信道的数目、串音频率、指示数据编码方法的数据编码方法代码、指示声频信号回放方法的规范(格式)的声频信号规范码等等。

在每一个声道(如图21的(c)部分所示)中，将声道头附加到数据的开头。在声道头中，将例如声道数目、频带、增益和相位总数的数据片断记录为附加信息。

这里，介绍一个能够回放上述光盘的AV系统结构的例子。

图19是显示了上述AV系统结构的方框图。假设在这种情况下将视频数据和字幕数据与记录媒介中的声频数据复用。另外，假设在这种情况下，作为要在记录媒介中记录的声频数据，声频数据被记录以便将由上述的仿真头麦克风拾取的信号分离成低频成分和高频成分，延迟高频成分，并且复用这些成分。

在图19中，光盘回放部分71读取记录在光盘上的复用数据。去复用电路72从所读取的复用数据中检测和分离多个声道的头、视频数据、字幕数据和声频数据。

声频数据解码电路73对从去复用电路72传送过来的声频数据进行解码。此时，声频数据解码电路73将解码声频数据中的超低频率数据输出到超低频率缓冲电路81，并且将低频数据输出到低频缓冲电路84。另外，声频数据解码电路73将高频数据输出到高频缓冲电路88中。

超低频率缓冲电路81将输入的超低频率数据转换成模拟的超低频率信号，并且输出该信号。低频缓冲电路84将输入的低频数据转换成模拟的低频信号，并且输出该信号。高频缓冲电路88将输入的高频数据转换成模拟的高频信号，并且输出该信号。

功率放大电路82把来自超低频率缓冲电路81的超低频率信号放大到预定水平，其后输出该信号到次低音扬声器系统83，从而输出该信号。延迟电路89将来自高频缓冲电路88的高频信号延迟预定时间并且输出该信号。

立体声再现信号发生滤波器85将从低频缓冲电路84输入的低频信号和由延迟电路89延迟了预定时间的高频信号相结合，由此对这些信号执行立体声再现信号发生处理，并且将这些信号输出到电源放大电路86。在电源放大电路86中，在将来自立体声再现信号发生滤波器85的声频信号放大到预定水平之后，将该信号输出到扬声器系统87，从而输出该信号。

字幕数据解码电路74按照从去复用电路72传送的头信息所包含的时间信息，对来自字幕分组的字幕数据解码并且输出该字幕数据。与上述相似，视频数据解码电路75根据从去复用电路72传输的头信息所包含的帧速率，将视频数据解码并且输出该数据。

字幕回放电路76对字幕数据解码电路74解码的字幕数据执行预定的回放处理，并将该数据作为字幕信号输出。视频回放电路77对视频数据解码电路75解码的视频数据执行预定的回放处理，并且将该数据作为视频信号输出。

字幕/叠加电路78执行所谓叠加处理，即按照作为附加到字幕分组的分组头中的头信息而记录的时间信息(例如字幕控制信息)，将字幕信号叠加到视频信号上，从而将该信号转换成与视频显示部分79兼容的视频信号格式，并且输出该信号。视频显示部分79基于由字幕/叠加电路78所供给的视频信号，显示视频图像。

控制部分80控制整个AV系统70，并且通过使用从去复用电路72中的复用数据去复用而获得的报头信息，执行各种控制。例如，根据抽样频率和附加到如图20所示分组头的数据编码方法代码，来执行用来切换声频数据解码电路73的操作的切换器。

另外，只有符合声频再现系统的规范的声频分组才能够以相似的方法从附加到分组头的声频信号规范(格式)编码中选出来。例如，如果声频分组1是双耳系统的声频分组，则该声频分组通过根据本实施例的声音设备所拾取，并且声频分组2是环绕再现系统的声频分组，那么声频分组1就被选择。

如上所述的实施例假设：在如图19所示的AV系统70中，将分离为超低频率成分、低频成分和高频成分的声频数据记录在诸如光盘的记录媒介中。然而，这仅仅是一个例子，例如也可以复用没有频分的声频数据并且将其记录在记录媒介上。

那种情况的AV系统的模块结构如图20所示。在图20中与图19所示模块相同的模块，以相同的附图标记表示，并且因而省略了详细的说明。

图20所示的AV系统90和图19所示的AV系统70的区别在于：如图20所示，在声频数据解码电路73和缓冲电路81、84、88之间提供了频带分离电路91。

在这样的频带分离电路91中，将从光盘中读取并且由声频解码电路73解码的声频数据分离为超低频率数据、高频数据和低频数据。以这种方法通过频带分离电路91分离的超低频率数据被提供到超低频率缓冲电路81，低频数据被提供到低频缓冲电路84，而高频数据被提供到高频缓冲电路88。

因此，当记录在记录媒介上的声音信号通过这种AV系统70和90再现时，即使当使用了标准头部相关传递函数来设置立体声再现信号发生滤波器85的立体声特性时，也能够让听众U感知声音定位的目标感觉。

上述实施例假设：在这样的AV系统中，把要再现的各种数据记录在记录媒介例如光盘上，其中复用了多个声道的视频数据、字幕数据和声频数据。然而，AV系统也可以以这种方式配置，即例如通过网络来接收要再现的数据，诸如多个声道的视频数据、字幕数据和声频数据。

在这样的AV系统中，提供了次低音扬声器回放系统用来回放超低频率成分。然而，这样的次低音回放系统不需要提供。

Claims (11)

1.一种通过使用两个扬声器来再现立体声的声音再现设备，所述声音再现设备包括：

分离装置，用来将低频成分从双耳拾音信号中分离出来；

延迟装置，用来延迟所述双耳拾音信号的至少高频成分；和

立体声信号发生装置，用来基于从两个扬声器到收听位置的传递函数，通过对所述分离装置输出的信号和所述延迟装置输出的信号执行预定信号处理而产生立体声再现信号。

2.如权利要求1所述的声音再现设备，进一步包括；

组合装置，用来将从所述分离装置输出的信号和从所述延迟装置输出的信号组合，

其中所述的立体声信号发生装置对所述组合装置输出的信号执行预定信号处理。

3.如权利要求1所述的声音再现设备，其中所述两个扬声器的每一个都包括用来再现低音范围的扬声器和用来再现高音范围的扬声器，

所述的立体声信号发生装置对所述分离装置分离的低频成分执行预定信号处理，

所述用来再现低音范围的扬声器再现由所述的立体声信号发生装置产生的立体声再现信号，和

所述用来再现高音范围的扬声器再现由所述延迟装置输出的信号。

4.如权利要求1所述的声音再现设备，其中所述双耳拾音信号通过使用仿真头麦克风拾取。

5.如权利要求1所述的声音再现设备，其中所述双耳拾取信号通过使用放置在真体上的麦克风拾取。

6.如权利要求1所述的声音再现设备，其中所述双耳拾取信号通过组合头部相关传递函数和声源信号来获得。

7.如权利要求1所述的声音再现设备，其中所述分离装置能将高频成分从所述双耳拾取信号中分离出来。

8.一种通过使用两个扬声器来再现立体声的声音再现设备，所述声音再现设备包括：

分离装置，用来将低频成分从双耳拾音信号中分离出来；

延迟装置，用来延迟所述输入信号的高频成分；和

信号发生装置，用来基于从两个扬声器到收听位置的传递函数，通过对所述输入信号所包含的至少低频成分信号执行预定信号处理，而产生立体声再现信号。

9.如权利要求8所述的声音再现设备，其中所述分离装置能够将高频成分从所述双耳拾取信号中分离出来。

10.一种通过使用两个扬声器再现立体声的声音再现方法，所述声音再现方法包括：

从输入信号分离出低频成分的步骤；

延迟输入信号的至少高频成分的步骤；

基于从两个扬声器到收听位置的传递函数，在所述收听位置通过对分离的低频成分和所述延迟输入信号执行预定信号处理从而产生立体声的步骤。

11.如权利要求10所述的声音再现方法，其中所述输入信号是双耳拾取信号。

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