CN1838235A - 将声场分成非降低和降低区域以再现声音的设备和方法 - Google Patents

Abstract

声音再现设备包含调整作为输入提供的声音信号的幅度和相位并且输出经过调整的声音信号的幅度和相位调整单元；根据该声音信号输出第一声音的第一声源；和根据经过调整的声音信号输出第二声音并且具有不同于第一声源的距离衰减率的第二声源，该距离衰减率表示从声源输出的声音的声压的衰减与到该声源的距离的比值；其中幅度和相位调整单元调整该声音信号的幅度和相位，以便抑制在与第一声源相距预定距离处、作为根据第一声源的距离衰减率计算的第一声音的声压与根据第二声源的距离衰减率计算的第二声音的声压的组合的合成声压。

Description

将声场分成非降低和降低区域 以再现声音的设备和方法

技术领域

本发明涉及通过使用主动噪声降低(active noise reduction)技术将声场(sound field)分割成非降低区域(non-reduction region)和降低区域(reduction region)来再现声音的设备和方法。

背景技术

通过调整声音信号和定位扬声器对再现的声音执行声场控制的技术是已知的，并且在用于再现例如盒式磁带、光盘和迷你盘(minidisk)的记录介质上记录的内容的声音信号的声音再现设备中使用。象在例如具有环绕音效的5.1系统中那样，以散布方式布置扬声器和控制话筒以便环绕预定区域，并且通过使用主动噪声降低技术，在环绕区域的内部和外部之间，声压的增加和减少发生大大的变化。通过这种方式，声场被分成非降低区域和降低区域。这里，″主动噪声降低″是通过从扬声器输出控制声音来降低声音，该扬声器在与充当主声源的扬声器相距一段距离的位置处被提供作为附加声源。

在具有以散布方式布置的扬声器的声音再现设备中，在没有例如音调控制电路的复杂结构的情况下，改变用于再现低音调声音的声音信号的相位，以改变从扬声器输出的声音的合成声压的水平。通过这种方式，能够控制低音调声音。例如在日本专利公开说明书No.2639929中公开了这种技术。

然而采用这种声场控制技术需要大的布置空间，并且布置和连线复杂，因为以散布方式对扬声器进行布置。因此，已经开发了具有其中扬声器被集中在正面区域(front area)的集成布局的设备。然而对于这种集成布局，主动噪声降低技术不能用于其中从在与主声源相距一段距离的位置处提供的附加声源输出控制声音的声音降低。

发明内容

根据本发明的一个方面，声音再现设备包含调整作为输入提供的声音信号的幅度和相位并且输出经过调整的声音信号的幅度和相位调整单元；根据该声音信号输出第一声音的第一声源；和根据经过调整的声音信号输出第二声音并且具有不同于第一声源的距离衰减率的第二声源，该距离衰减率表示从声源输出的声音的声压的衰减与到该声源的距离的比值；其中幅度和相位调整单元调整该声音信号的幅度和相位，以便抑制在与第一声源相距预定距离处、作为根据第一声源的距离衰减率计算的第一声音的声压与根据第二声源的距离衰减率计算的第二声音的声压的组合的合成声压。

根据本发明的另一个方面，声音再现设备包含在预定方向具有等于或大于预定长度的长度并且根据第一声音信号输出第一声音的第一声源；在该预定方向具有等于或小于该预定长度的长度并且根据第二声音信号输出第二声音的第二声源；和幅度和相位调整单元，其调整要输入的第一声音信号和第二声音信号之一的幅度和相位，以便抑制在与第一声源和第二声源之一相距一段距离的位置处、作为第一声音的声压和第二声音的声压的组合的合成声压，该距离长于由通过将该预定长度除以π而获得的值表示的距离，并且该幅度和相位调整单元输出所述经过调整的第一声音信号和第二声音信号之一，以作为第一声音信号和第二声音信号中的另一个。

根据本发明的另一个方面，声音再现设备包含调整作为输入提供的声音信号的幅度和相位并且输出经过调整的声音信号的幅度和相位调整单元；从以矩阵方式布置的多个声源中选择的第一声源；从该多个声源中选择的第二声源，其具有不同于第一声源的距离衰减率，该距离衰减率表示从声源输出的声音的声压的衰减与相距该声源的距离的比值；延迟时间确定单元，其确定用于延迟声音信号的延迟时间，以便抑制在与第一声源相距一段预定距离的位置处、作为从第一声源输出的声音的声压和从第二声源输出的声音的声压的组合的合成声压，并且向第一声源输出通过将声音信号延迟该延迟时间而获得的延迟声音信号；其中幅度和相位调整单元调整声音信号的幅度和相位，以便抑制合成声压，并且向第二声源输出该经过调整的声音信号。

根据本发明的另一个方面，声音再现方法包含调整作为输入提供的声音信号的幅度和相位，以便抑制在与第一声源相距一段预定距离的位置处、作为从第一声源输出的第一声音的声压与从第二声源输出的第二声音的声压的组合的合成声压，该第一声源根据该声音信号输出第一声音，该第二声源根据经过调整的声音信号输出第二声音，并且具有不同于第一声源的距离衰减率，该距离衰减率表示从声源输出的声音的声压的衰减与相距该声源的距离的比值，和输出该经过调整的声音信号。

根据本发明的另一个方面，声音再现方法包含调整要输入到第一声源的第一声音信号和要输入到第二声源的第二声音信号之一的幅度和相位，以便抑制在与第一声源和第二声源之一相距一段距离的位置处、作为第一声音的声压和第二声音的声压的组合的合成声压，该距离长于由通过将预定长度除以π而获得的值表示的距离，第一声源在预定方向具有等于或大于该预定长度的长度，并且根据第一声音信号输出第一声音，第二声源在该预定方向具有等于或小于该预定长度的长度，并且根据第二声音信号输出第二声音，以及输出所述经过调整的第一声音信号和第二声音信号之一，以作为第一声音信号和第二声音信号中的另一个。

根据本发明的另一个方面，声音再现方法包含确定用于延迟要输入到从以矩阵方式布置的多个声源中选择的第一声源的声音信号的延迟时间，以便抑制在与第一声源相距一段预定距离的位置处、作为从第一声源输出的声音的声压与从第二声源输出的声音的声压的组合的合成声压，第二声源具有不同于第一声源的距离衰减率，并且从该多个声源中选择，距离衰减率表示从声源输出的声音的声压的衰减与相距该声源的距离的比值，并且向第一声源输出通过将声音信号延迟该延迟时间而获得的延迟声音信号；和调整声音信号的幅度和相位，以便抑制合成声压，并且向第二声源输出该经过调整的声音信号。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的声音再现设备的结构的模块图；

图2A和2B示出与相距点声源的距离相关的声压水平；

图3A和3B示出与相距线性声源的距离相关的声压水平；

图4A和4B示出与相距平面声源的距离相关的声压水平；

图5示出了在声音接收点处从每个声源输出的声音的声压；

图6是在根据第一实施例的声音再现设备中要执行的幅度和相位调整操作的流程图；

图7A和7B以三维坐标形式示出了用一个点声源观察到的声压衰减；

图8A和8B以三维坐标形式示出了用3个点声源观察到的声压衰减；

图9以二维坐标形式示出了用一个点声源观察到的声压衰减；

图10以二维坐标形式示出了用3个点声源观察到的声压衰减；

图11示出了主声源和附加声源的结构；

图12示出了主声源，附加声源和使合成声压最小化的位置间的关系；

图13示出了被用作模拟基础的声源的特征；

图14示出了在执行区域分割的情况下声压水平的降低；

图15示出了在执行区域分割的情况下声压水平的降低；

图16是根据本发明第二实施例的声音再现设备的结构的模块图；

图17是在根据第二实施例的声音再现设备中要执行的幅度和相位调整操作的流程图；

图18是根据本发明第三实施例的声音再现设备的结构的模块图；

图19示出了频率和相位之间的关系；

图20示出了一种示例性结构，其中从由单元扬声器形成的矩阵扬声器中选择主声源和附加声源；

图21结合与声源相距的距离示出了从矩阵扬声器中选择的扬声器输出的声音的声压；

图22A和22B示出了一种示例性结构，其中从由单元扬声器形成的矩阵扬声器中选择主声源和附加声源；

图23示出了布置矩阵扬声器的条件；

图24示出了声压水平和相距矩阵扬声器的距离之间的关系；而

图25示出了声压水平降低和相距矩阵扬声器的距离之间的关系。

具体实施方式

下面参照附图描述根据本发明的声音再现设备，声音再现方法和声音再现程序的优选实施例。

根据第一实施例的声音再现设备从具有彼此不同的距离衰减率的2个扬声器输出具有不同幅度和相反相位的声音信号，抑制在预定距离处由从每个扬声器输出的声音产生的合成声压，并且将声场分割成非降低区域和降低区域。这里，″距离衰减率″是按与声源相距的距离从该声源输出的声音的压力的降低的比值。

图1是根据本发明第一实施例的声音再现设备100的结构的模块图。如图1所示，声音再现设备100包含内容再现单元101，声音信号生成单元111，幅度和相位调整单元112，第一扬声器121和第二扬声器122。

内容再现单元101再现在例如盒式磁带，光盘和迷你盘上记录的内容的声音信号(源声音信号)。

声音信号生成单元111对从内容再现单元101提供的源声音信号执行例如D-A转换和放大的信号处理。声音信号生成单元111接着产生用于音频输出的第一声音信号，并且向第一扬声器121和幅度和相位调整单元112输出第一声音信号。

幅度和相位调整单元112确定从声音信号生成单元111提供的第一声音信号的幅度和相位，以便抑制表示在该预定距离处第一扬声器121和第二扬声器122的声压的合成值的合成声压。幅度和相位调整单元112接着向第二扬声器122输出被调整到所确定的幅度和相位的第二声音信号。

更具体地，幅度和相位调整单元112根据从每个扬声器输出的声音的距离衰减率确定第二声音信号的幅度，使得与每个扬声器相距该预定距离的位置处的声压变得彼此相等。幅度和相位调整单元112也确定第二声音信号的相位，使得从第二扬声器122输出的声音的相位变得与从第一扬声器121输出的声音的相位相反。这里，每个扬声器的距离衰减率采取已知的值。此外，通过已知值表示第一声音信号和从第一声音信号被提供到的第一扬声器121输出的声音之间的关系，并且通过已知值表示第二声音信号和从第二声音信号被提供到的第二扬声器122输出的声音之间的关系。通过这种方式，预定距离处扬声器的合成声压理论上变成零。

第一扬声器121和第二扬声器122根据声音信号产生声音，以便输出声音。根据主动噪声降低方法，第一扬声器121相当于主声源，第二扬声器122相当于附加声源。

在根据主动噪声降低方法(根据该方法，用来自附加声源的控制声音输出来实现对从主声源输出的声音的噪声降低)降低从2个扬声器输出的声音的情况下，声场被分成降低声音的区域(降低区域)，和其中即使在基本相同方向从基本相同的点输出声音，然而声音基于所述类型的声源之间的距离衰减率差，根据与声源相距的距离仍然存在的区域(非降低区域)。下面详细描述所述类型的声源和分割声场的具体方法。

通常，声源能够被分类成点声源，线性声源和平面声源。点声源是与传播距离相比充分小的声源，并且可以看上去是从单点发射声音。线性声源形成声场，在该声场中沿直线密集布置许多独立点声源。平面声源形成声场，在该声场中许多独立点声源被分布在平面上。下面描述各种声源的一般特征。

图2A和2B示出与相距点声源的距离相关的声压水平。当图2A示出的点声源210产生在所有方向具有均匀声音功率W(瓦)的声音时，通过下面等式(1)表示声音强度I(W/m²)：

$I=\frac{W}{4\mathrm{\π}{r}^2}(W/m^2)\·\·\·\left(1\right)$

其中r(m)表示从声源到该声音接收点的距离。如等式(1)表示

在特性上，点声源的声音强度与距离的平方成反比地降低。

如果将声压水平L_p(dB：分贝)赋给等式(1)，则获得下列等式(2)：

L_p＝L_w-10log₁₀(4πr²)＝L_w-20log₁₀r-11(dB)    (2)

其中L_w(dB)表示声源的功率水平。如该等式所示，相距该点声源的距离r的对数与声压水平L_p之间的关系如图2B示出的直线201所示。

此外，在通过图2A所示的L₁和L₂表示与点声源210相距距离r₁和r₂的位置处的声压水平的情况下，获得下列等式(3)：

$L_2=L_1-20{\log }_{10}\left(\frac{r_2}{r_1}\right)\left(\mathrm{dB}\right)\·\·\·\left(3\right)$

于是，当距离加倍时，由于log₁₀2近似为0.3，声压水平下降大约6dB。

图3A和3B示出与相距线性声源的距离相关的声压水平。如图3A所示，当存在于点x₁和x₂之间并且具有1(m)长度的线性声源310产生声音时，沿垂直方向与线性声源310相距距离d(m)的位置P处的声音强度I(W/m²)由下列等式(4)表示：

$I=\frac{W_m}{4\mathrm{\π}}$ $\frac{a}{d}(W/m^2)\·\·\·\left(4\right)$

其中W_m(W)表示线性声源的每单位长度的功率，α(弧度)表示声音接收点相对线性声源的两端的角度。如该等式所示，从线性声源产生的声音强度与角度α成比例，并且与垂直方向的距离d成反比。

在具有无限长度的线性声源的情况下，α＝π成立，并且如果α＝π被赋给等式(4)，则声压水平L_p由下列等式(5)表示：

L_p＝L_Wm-10log₁₀d-6(dB)                    (5)

当线性声源具有有限长度1时，如果从线性声源到声音接收点的距离d变长并且如果α能够逼近1/d，则通过下列等式(6)表示声压水平L_p：

L_p＝L_Wm-20log₁₀d-11(dB)                         (6)

因此，当距离d短于1/π时，声压水平在距离加倍时下降大约3dB(10×log₁₀2)。一旦距离d超过1/π，则当距离加倍时声压水平下降大约6dB。图3B中的图表示出了这个关系。距离d的对数和声压水平之间的关系由曲线301表示。然而当距离d短于1/π时，如直线302指示的对线性声源的衰减特征的逼近成立。当距离d长于1/π时，如直线303指示的对点声源的衰减特征的逼近成立。

如上所述，在特性上，线性声源的声音强度原理上与到声音接收点的距离成反比地降低。然而当到声音接收点的距离较长时，通过点声源逼近线性声源，并且从线性声源产生的声音强度表现出与到声音接收点的距离的平方成反比地降低的特性。

图4A和4B示出与相距平面声源的距离相关的声压水平。如图4A所示，具有高度dy(m)和宽度dx(m)的区域单元被包含在具有高度b(m)和宽度c(m)的平面声源410中。下面的描述基于的前提是平面声源的宽度大于平面声源的高度(c＞b)。在图4A中，R表示从区域单元到声音接收点P的距离(m)，x，y和d分别表示R在平面声源的宽度方向，高度方向和垂直方向的分量。

在声音接收点P处，通过下列等式(7)表示从上述区域单元输出的声音强度I_u(W/m²)：

$\mathrm{Iu}=\left(\frac{W}{b\·c}\right)\frac{\mathrm{dx}\·\mathrm{dy}}{4\mathrm{\π}{R}^2}(W/m^2)\·\·\·\left(7\right)$

其中W表示平面声源的总功率(W)。因此，在声音接收点P处，从平面声源410的所有区域单元输出的声音强度I(W/m²)通过下列等式(8)表示：

$I=2{\∫}_{x=0}^{\frac{c}{2}}{\∫}_{y=0}^{\frac{b}{2}}\left(\frac{W}{b\·c}\right)\frac{\mathrm{dx}\·\mathrm{dy}}{4\mathrm{\π}{R}^2}(W/m^2)\·\·\·\left(8\right)$

作为等式(8)的修改，获得下列等式(9)：

$I=\frac{W}{\mathrm{\πbc}}\·\mathrm{arctg}\frac{c}{2d}\·\mathrm{arctg}\frac{b}{2d}(W/m^2)\·\·\·\left(9\right)$

当在到声音接收点的垂直距离d短于b/π的区域(此后被称作第一区域)中从声音接收点到平面声源410的垂直距离d小于平面声源410的高度b和宽度c时，下列表达式(10)中所示的逼近成立：

$\mathrm{arctg}\frac{c}{2d}\≈\frac{\mathrm{\π}}{2},\mathrm{arctg}\frac{b}{2d}\≈\frac{\mathrm{\π}}{2}\·\·\·\left(10\right)$

因此，通过下列等式(11)表示声音接收点P处的声音强度I(W/m²)：

$I=\frac{W}{\mathrm{\πbc}}\·\frac{\mathrm{\π}}{2}\·\frac{\mathrm{\π}}{2}=\frac{\mathrm{W\π}}{4\mathrm{bc}}(W/m^2)\·\·\·\left(11\right)$

如上所述，在第一区域中，声音接收点P处的声音强度I恒定，并且不依赖相距声源的距离d。这是典型平面声源的特性。

当在到声音接收点的垂直距离d长于b/π并且短于c/π的区域(此后被称作第二区域)中从声音接收点到平面声源410的垂直距离d大于平面声源410的高度b和宽度c时，下列表达式(12)中所示的逼近成立：

$\mathrm{arctg}\frac{c}{2d}\≈\frac{\mathrm{\π}}{2},\mathrm{arctg}\frac{b}{2d}\≈\frac{\mathrm{b\π}}{2d}\·\·\·\left(12\right)$

因此，通过下列等式(13)表示声音接收点P处的声音强度I(W/m²)：

$I=\frac{W}{\mathrm{\πbc}}\·\frac{\mathrm{\π}}{2}$ $\frac{b}{2d}=\frac{W}{4\mathrm{cd}}(W/m^2)\·\·\·\left(13\right)$

如上所述，在第二区域中，声音接收点P处的声音强度I与相距声源的距离d成反比，这代表与线性声源相同的特性。

在从声音接收点到平面声源410的垂直距离d大于c/π的区域(此后被称作第三区域)中，下列表达式(14)所示的逼近成立：

$\mathrm{arctg}\frac{c}{2d}\≈\frac{c}{2d},\mathrm{arctg}\frac{b}{2d}\≈\frac{b}{2d}\·\·\·\left(14\right)$

因此，通过下列等式(15)表示声音接收点P处的声音强度I(W/m²)：

$I=\frac{W}{\mathrm{\πbc}}\·\frac{c}{2d}\·\frac{b}{2d}=\frac{W}{4\mathrm{\π}{d}^2}(W/m^2)\·\·\·\left(15\right)$

如上所述，在第三区域中，声音接收点P处的声音强度I与相距声源的距离d的平方成反比，这代表与点声源相同的特性。

图4B中的图表示出了上述各个区域中平面声源的特性。距离d的对数和平面声源410的声压水平之间的关系由曲线401指示。然而能够通过第一区域中指示不依赖距离的声压水平的直线402，第二区域中指示与线性声源的特性相同的特性的直线403，和第三区域中指示与点声源的特性相同的特性的直线404来对其进行逼近。

如上所述，当声音接收点接近声源时，不管到声音接收点的距离如何，平面声源的声音强度均不降低。然而当到声音接收点的距离较长时，通过基于距离的线性声源或点声源的声音强度来逼近平面声源的声音强度，并且平面声源表现出线性声源或点声源的衰减特性。

虽然目前已经根据声音强度描述了各种声源的一般特性，然而下面要依据声压描述每个声源的特性，尤其是在代表声压降低与距离的比值的距离衰减率方面。

如上所述，点声源的声音强度与距离的平方成反比，线性声源的声音强度与距离成反比，并且平面声源的声音强度无论距离如何均为恒定的。此外，声音强度通常与声压的平方成比例。那些事实表明，点声源的距离衰减率为1/r，线性声源的距离衰减率为1/√r，并且平面声源的距离衰减率为1。这里r代表相距每个声源的距离。

图5示出在与每个声源相距距离r(m)的接收点处的声音的声压。在图5中，示出了一个示例性情况，其中在位于1m距离处的声音接收点处，从各个声源输出的声音的声压变得彼此相等。

如图5所示，从平面声源输出的声音不依赖于距离，并且平面声源的声压是恒定的。另一方面，在相距声源的1m范围内，从线性声源输出的声音的声压迅速下降，并且在超出1m的范围缓慢降低。从点声源输出的声音的声压在接近声源的范围非常迅速地降低，并且在超出1m的范围不断保持。

利用声源间的距离衰减率差，能够进行区域分割。在进行分割时，主动噪声降低方法被用来通过附加声源导致的干涉来降低声音，该附加声源输出具有与主声源的声音的相位相反的相位的声音。下面详细描述操作。

图6是要通过根据第一实施例的声音再现设备100执行的幅度和相位调整操作的流程图。

首先，声音信号生成单元111基于内容再现单元101再现的源声音信号来产生第一声音信号，并且接着向作为主声源的第一扬声器121提供第一声音信号。换言之，声音信号生成单元111直接向第一扬声器121提供第一声音信号。此外，声音信号生成单元111向幅度和相位调整单元112提供与第一声音信号相同的信号(步骤S601)。这里，用于一般声音再现设备的任何方法均能够被用作内容再现单元101再现内容的方法，以及由再现的源声音信号产生第一声音信号并且向扬声器提供第一声音信号的方法。

接着，幅度和相位调整单元112计算第二声音信号的幅度，使得当从具有不同于第一扬声器121的距离衰减率、作为附加声源的第二扬声器122输出声音时，从各个扬声器121和122输出的声音的声压在预定距离，例如4m处相等。根据计算的幅度，幅度和相位调整单元112调整要提供给第二扬声器122的第二声音信号(步骤S602)。由于每个扬声器的距离衰减率采取已知值，只要指定用于匹配声压的适当距离，幅度和相位调整单元112便能够计算第二声音信号的幅度，使得声压变得彼此相等。

幅度和相位调整单元112接着调整要提供给第二扬声器122的第二声音信号的相位，使得第二声音信号的相位变得与声音信号生成单元111产生的第一声音信号的相位相反(步骤S603)。通过如此，能够通过从第一扬声器121输出的声音和从第二扬声器122输出的声音之间的干涉实现声音降低。

幅度和相位调整单元112接着向第二扬声器122提供已经经过幅度和相位方面的调整的第二声音信号(步骤S604)。通过这种方式，从第一扬声器121输出声音信号生成单元111产生的第一声音信号，并且从第二扬声器122输出经过幅度和相位调整单元112在幅度和相位方面的调整的第二声音信号。

在每个扬声器附近，即使在与相反相位的声音发生干涉之后仍然存在从每个扬声器输出的声音，因为衰减差导致幅度差较大。于是，在声源附近形成非降低区域。

在声源的预定范围之外，从扬声器输出的声音的声压下降到彼此基本相同的值。因此，能够通过相反相位的声音之间的干涉来进行声音降低，并且能够形成降低区域。由于作为主声源的第一扬声器121和作为附加声源的第二扬声器122在相同方向从相同位置输出声音，因此甚至能够以集中类型的声源布局进行区域分割。

在通过具有不同距离衰减率的2个声源进行区域分割的情况下，主声源和附加声源可以是点声源和线性声源(反之亦然)，点声源和平面声源(反之亦然)，或线性声源和平面声源(反之亦然)。

主声源和附加声源的组合不局限于上述组合，并且可以使用任何声源组合，只要声源具有不同的距离衰减率。例如，通过调整点声源的数量和位置能够形成具有在点声源的距离衰减率和线性声源的距离衰减率的中间的距离衰减率的声源，并且能够通过这种声源的组合进行区域分割。

图7至10示出了在改变点声源数量的情况下的距离衰减率变化。更具体地，图7A和7B示出了在点声源数量为一的情况下XY平面上的声压分布。在图7B中，以三维空间坐标的形式表示声压的分布，其中纵坐标轴指示声压。由于点声源701位于三维空间坐标的原点，如图7A所示，从点声源701输出的声音的声压如图7B的图表所示随声音接收点的位置而改变。

图8A和8B示出了在点声源数量为三的情况下XY平面上的声压分布。在图8B中，以三维空间坐标的形式表示声压的分布，其中纵坐标轴指示声压。由于点声源802位于三维空间坐标的原点并且点声源801和803位于Y轴上以在其间夹有点声源802，如图8A所示，从点声源801至803输出的声音的合成声压如图8B的图表所示发生改变。

图9和10以二维坐标的形式示出了图7和8中示出的声压分布，其中Y轴为视轴。如图9和10所示，与一个点声源的情况相比，3个点声源的情况下的声压梯度(即衰减梯度)更加平缓。随着点声源数量的提高，声压梯度变得更加平缓，并且逼近线性声源的声压梯度。这证明能够通过点声源组来实现线性声源。同样地，能够通过点声源组来实现平面声源。

因此，在距离衰减率被表示成1/rⁿ的情况下，分别对于点声源，线性声源和平面声源的情况，值n改变为1，0.5和0。然而值n不局限于这3个值。可以调整点声源的数量和位置，以便用1到0的范围内的任何值n来产生距离衰减率。通过这种方式，能够组合具有彼此不同的距离衰减率的2个声源，并且能够以上述方式进行区域分割。

图11至15示出了模拟结果，其中通过具有线性声源的特性的主声源和具有点声源和线性声源的组合特性的附加声源的组合来进行区域分割。

图11示出了主声源和附加声源的布局。如图11的上部所示，主声源1101是具有沿着Y轴延伸的1m宽度的线性声源，其中三维空间坐标的原点是线性声源的中心。如图11的下部所示，用线性声源和在线性声源的两端提供的2个点声源形成附加声源1102。线性声源具有沿着Y轴延伸的1m宽度，其中三维空间坐标的原点是其中心。

图12结合这种使合成声压最小化的距离示出了主声源和附加声源。如图12所示，主声源1101和附加声源1102彼此覆盖，每个声源的中心位于三维空间坐标的原点。这里，在X轴上与原点相距8m距离的位置1201处，从声源输出的声音的合成声压最小。

图13示出了被用作模拟基础的声源的特征。如图13所示，主声源1101在垂直于声源的方向上基本上表现出线性声源的衰减特性，并且在两侧的区域中表现出点声源的衰减特性。虽然图13中未示出，然而附加声源1102的线性声源部分也基本上表现出与上述相同的衰减特性。

图14和15示出了在以上述方式进行区域分割的情况下上述声源的声压水平的降低。这里，″声压水平降低″是控制前后之间的声压水平差。更具体地，对于在从附加声源输出用于降低从主声源输出的声音的控制声音以进行区域分割的情况下获得的声压水平(dB)，通过从该声压水平中减去仅从主声源输出的声音的声压水平(dB)，获得声压水平降低。因此，声压水平降低越大，意味着声音降低效果越大。

在图14中，通过等高线表示二维坐标的各个位置上的声压水平降低，其中X轴是声音的行进方向，声源是二维坐标的原点。如等高线所示，与声源的距离越长，则声压水平的降低就越大。在图14中，在相距声源大约6m、在合成声压最小的位置1201之前的位置1401处观察到10dB的声压降低。

图15示意性地示出了与相距声源的距离x(m)相关的声压水平降低，其中z轴指示声压水平降低，Y轴是视轴。如图15所示，在相距声源大约6m的位置1401处观察到-10dB的声压水平降低。此外，能够看出在声源附近声音保持没有降低。

如上所述，在基于第一实施例的声音再现设备100中，被布置成沿基本相同方向从基本相同点输出声音并且具有彼此不同的距离衰减率的2个扬声器输出这些声音以抑制预定位置处从扬声器输出的声音的合成声压。因此，通过充当边界的预定位置，声场能够被分成非降低区域和降低区域。通过这种方式，甚至能够以例如在主声源和附加声源的排列中不允许有自由度的集成类型布局的扬声器布局进行区域分割。

在基于本发明第二实施例的声音再现设备中，检测预定位置处从2个扬声器输出的声音的合成声压，并且根据检测的合成声压，确定声音信号的幅度和相位以便抑制该预定位置处从2个扬声器输出的声音的合成声压。

图16是基于第二实施例的声音再现设备1600的结构的模块图。如图16所示，声音再现设备1600包含内容再现单元101，声音信号生成单元111，幅度和相位调整单元1612，合成声压检测单元1601，第一扬声器121和第二扬声器122。

第二实施例与第一实施例的不同之处在于增加了合成声压检测单元1601，并且幅度和相位调整单元1612具有不同于幅度和相位调整单元112的功能。基于第二实施例的结构和功能的其它方面与图1的模块图示出的基于第一实施例的声音再现设备100的结构和功能相同。因此，通过类似附图标记表示类似部分，并且在下面的描述中不重复那些部分的说明。

合成声压检测单元1601检测预定距离处通过组合从第一扬声器121输出的声音的声压和从第二扬声器122输出的声音的声压而产生的合成声压。检测的合成声压被输出到幅度和相位调整单元1612。

根据合成声压检测单元1601检测的合成声压，幅度和相位调整单元1612调整从声音信号生成单元111输出的第一声音信号的幅度和相位，以便抑制该预定距离处通过组合第一扬声器121和第二扬声器122的声压而产生的合成声压。具有调整的幅度和调整的相位的声音信号作为第二声音信号被提供给第二扬声器122。

更具体地，幅度和相位调整单元1612根据合成声压检测单元1601检测的合成声压执行反馈控制操作。通过如此，幅度和相位调整单元1612调整要从第一扬声器121输出的第一声音信号的幅度和相位，和要从第二扬声器122输出的第二声音信号的幅度和相位，使得合成声压检测单元1601检测的合成声压变成作为合成声压的目标值的0。这里，能够使用通常使用的任何反馈控制方法。

如上所述，基于第二实施例的声音再现设备1600与基于第一实施例的声音再现设备100的不同之处在于反馈合成声压检测单元1601检测的合成声压以用于幅度和相位调整，使得幅度和相位调整单元1612能够执行最优幅度和相位调整操作。

图17是基于第二实施例的声音再现设备1600中的幅度和相位调整操作的流程图。

首先，声音信号生成单元111根据内容再现单元101再现的源声音信号产生第一声音信号，并且向充当主声源的第一扬声器121和幅度和相位调整单元1612提供第一声音信号(步骤S1701)。

接着，合成声压检测单元1601检测预定位置处作为从第一扬声器121输出的声音的声压和从第二扬声器122输出的声音的声压的组合的合成声压。合成声压检测单元1601接着向幅度和相位调整单元1612提供合成声压(步骤S1702)。

幅度和相位调整单元1612接着通过使用合成声压检测单元1601检测的合成声压作为反馈信号来调整要输出到第二扬声器122的第二声音信号的幅度和相位，使得实际合成声压变成零(步骤S1703)。

合成声压检测单元1601接着向第二扬声器122提供具有调整的幅度和调整的相位的第二声音信号(步骤S1704)。通过这种方式，从第一扬声器121输出声音信号生成单元111产生的第一声音信号，并且从第二扬声器122输出具有通过幅度和相位调整单元1612调整的幅度和相位的第二声音信号。

如上所述，在基于第二实施例的声音再现设备1600中，检测预定位置处从2个扬声器输出的声音的合成声压。根据为幅度和相位调整而反馈的检测的合成声压，优化声音信号的幅度和相位以便抑制预定位置处从2个扬声器输出的声音的合成声压。通过这种方式，甚至能够以例如在主声源和附加声源的排列中不允许有自由度的集成类型布局的扬声器布局进行区域分割。

在基于本发明第三实施例的声音再现设备中，执行区域分割，其中从以矩阵方式排列的扬声器中选择主声源和附加声源。选择的2个扬声器应当具有彼此不同的距离衰减率。此后，以矩阵方式排列的扬声器被称为″矩阵扬声器″，并且构成矩阵扬声器的各个扬声器被称为″单元扬声器″。

图18是基于第三实施例的声音再现设备1800的结构的模块图。如图18所示，声音再现设备1800包含内容再现单元101，声音信号生成单元111，幅度和相位调整单元1812，延迟时间确定单元1813，第一扬声器121和第二扬声器122。

第三实施例与第一实施例的不同之处在于增加了延迟时间确定单元1813，并且幅度和相位调整单元1812具有不同于幅度和相位调整单元112的功能。基于第三实施例的结构和功能的其它方面与图1的模块图示出的基于第一实施例的声音再现设备100的结构和功能相同。

因此，通过类似附图标记表示类似部分，并且在这里不重复那些部分的说明。

在基于第三实施例的声音再现设备1800中，具有指定尺寸和指定形状的单元扬声器构成矩阵扬声器，并且在指定位置处指定数量的扬声器被选作第一扬声器121或第二扬声器122。这里，应当如此进行选择。使得第一扬声器121和第二扬声器122具有彼此不同的距离衰减率。

延迟时间确定单元1813确定要输出到扬声器的声音之间的延迟时间，以便抑制预定位置处从第一扬声器121和第二扬声器122输出的声音的合成声压。下面描述计算延迟时间的方法。延迟时间确定单元1813将从声音信号生成单元111输出的第一声音信号延迟确定的延迟时间，并且将延迟的第一声音信号作为第二声音信号提供给第一扬声器121。

当从矩阵扬声器中选择M个单元扬声器作为第一扬声器121并且从矩阵扬声器中选择N个单元扬声器作为第二扬声器122时，幅度和相位调整单元1812将要提供给第二扬声器122的第三声音信号的幅度设置为从声音信号生成单元111输出的第一声音信号的幅度的M/N倍，并且将第三声音信号的相位设置成与第一声音信号该相位相反，以便抑制从各个扬声器输出的声音的合成声压。这样设置的原因如下。

当扬声器是点声源时，与声源相距距离r(m)的位置处的声压P能够被表示成P＝Z·q，其中q表示复幅度，Z表示辐射阻抗。这里，通过下面等式(16)表示复幅度q和辐射阻抗Z：

$q=\left|q\right|e^{\mathrm{j\θ}},Z=\frac{\mathrm{\ρj\ω}}{4\mathrm{\πr}}{e}^{-\mathrm{jkr}}\·\·\·\left(16\right)$

当通过下面等式(17)至(20)表示第一扬声器121(主声源)的复幅度q_p，第二扬声器122(附加声源)的复幅度q_s，构成第一扬声器121的每个单元扬声器和声音接收点R之间的辐射阻抗Z_pi，和构成第二扬声器122的每个单元扬声器和声音接收点R之间的辐射阻抗Z_si时，通过等式(21)表示声压水平降低η：

$q_p=\left|q_p\right|e^{j{\mathrm{\θ}}_p}\·\·\·\left(17\right)$

$q_s=\left|q_s\right|e^{j{\mathrm{\θ}}_s}\·\·\·\left(18\right)$

$Z_{\mathrm{pi}}=\frac{\mathrm{\ρj\ω}}{4\mathrm{\π}{r}_{\mathrm{pi}}}{e}^{-\mathrm{jk}{r}_{\mathrm{pi}}}\·\·\·\left(19\right)$

(其中r_pi(1≤i≤M)表示每个主声源和声音接收点R之间的距离)

$Z_{\mathrm{si}}=\frac{\mathrm{\ρj\ω}}{4\mathrm{\π}{r}_{\mathrm{si}}}{e}^{-\mathrm{jk}{r}_{\mathrm{si}}}\·\·\·\left(20\right)$

(其中r_si(1≤i≤N)表示每个附加声源和声音接收点R之间的距离)

$\mathrm{\η}=20\log \left|\frac{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{pi}}{q}_p+\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{si}}{q}_s}{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{\mathrm{pi}}{q}_p}\right|=20\log |1+\frac{\left|q_s\right|e^{j{\mathrm{\θ}}_s}}{\left|q_p\right|e^{j{\mathrm{\θ}}_p}}\·\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\cos k{r}_{\mathrm{si}}}{r_{\mathrm{si}}}+j(-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\sin k{r}_{\mathrm{si}}}{r_{\mathrm{si}}})}{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\cos k{r}_{\mathrm{pi}}}{r_{\mathrm{pi}}}+j(-\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\sin k{r}_{\mathrm{pi}}}{r_{\mathrm{pi}}})}|\·\·\·\left(21\right)$

如果声音接收点远离声源，则从声源到声音接收点R的距离能够被认为是统一的，并且关系能够被表示成r_p＝r_s＝r。因此，能够通过下面的修改等式(22)表示声压水平降低η：

$\mathrm{\η}=20\log |1+\frac{\left|q_s\right|e^{j{\mathrm{\θ}}_s}}{\left|q_p\right|e^{j{\mathrm{\θ}}_p}}\·\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\cos \mathrm{kr}}{r}+j(-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\sin \mathrm{kr}}{r})}{\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\cos \mathrm{kr}}{r}+j(-\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\sin \mathrm{kr}}{r})}|=20\log |1+\frac{\left|q_s\right|e^{j{\mathrm{\θ}}_s}}{\left|q_p\right|e^{j{\mathrm{\θ}}_p}}\·\frac{N}{M}|\·\·\·\left(22\right)$

根据这个等式(22)，能够确定抑制从第一扬声器121输出的声音和从第二扬声器122输出的声音的合成声压的幅度和相位，换言之，使声压水平降低最大的幅度和相位。由于随着等式(22)中绝对值括号内的值接近零，声压水平降低η提高(更准确地说，声压水平降低η的绝提高)，应当计算幅度|q_s|和相位θ_s以满足下面等式(23)：

$1+\frac{\left|q_s\right|e^{j{\mathrm{\θ}}_s}}{\left|q_p\right|e^{j{\mathrm{\θ}}_p}}$ $\frac{N}{M}=0\·\·\·\left(23\right)$

通过下面等式(24)表示满足上述条件的幅度|q_s|和相位θ_s，并且当幅度|q_s|和相位θ_s被赋给等式(18)时，通过等式(25)表示作为附加声源的第二扬声器122的复幅度。

$q_s|=\frac{M}{N}|q_p|,{\mathrm{\θ}}_s={\mathrm{\θ}}_p+\mathrm{\π}\·\·\·\left(24\right)$

$q_s=\frac{M}{N}\left|q_p\right|\·e^{j({\mathrm{\θ}}_p+\mathrm{\π})}=-\frac{M}{N}\left|q_p\right|\·e^{j{\mathrm{\θ}}_p}\·\·\·\left(25\right)$

如上所述，幅度和相位调整单元1812可以将要提供给第二扬声器122的第三声音信号的幅度设置成是从声音信号生成单元111提供的第一声音信号的幅度的M/N倍的值，并且还将第三声音信号的相位设置成与第一声音信号的相位相反。通过如此，能够抑制声音接收点R处从第一扬声器121输出的声音和从第二扬声器122输出的声音的合成声压。由于M/N与2个扬声器之间的体积速度比相同，将要提供给第二扬声器122的第三声音信号的幅度设置成是从声音信号生成单元111输出的第一声音信号的幅度的M/N倍的值相当于将2个扬声器的声音信号之间的幅度比设置成等于2个扬声器之间的体积速度比的值。

接着描述延迟时间确定单元1813执行的延迟时间计算操作。使用等式(21)，能够通过延迟时间的控制使指定位置L处的合成声压最小。

首先，如等式(26)中所示定义变量a，b，c和d，并且等式(21)能够被修改成下列等式(27)：

$a=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\cos k{r}_{\mathrm{si}}}{r_{\mathrm{si}}}$ $,b=-\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\sin k{r}_{\mathrm{si}}}{r_{\mathrm{si}}},c=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\cos k{r}_{\mathrm{pi}}}{r_{\mathrm{pi}}},$

$d=-\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\sin k{r}_{\mathrm{pi}}}{r_{\mathrm{pi}}}$ $\·\·\·\left(26\right)$

$\mathrm{\η}=20\log |1+\frac{\left|q_s\right|\·e^{j{\mathrm{\θ}}_s}}{\left|q_p\right|\·e^{j{\mathrm{\θ}}_p}}\·\frac{a+\mathrm{jb}}{c+\mathrm{jd}}|\·\·\·\left(27\right)$

此外，通过下列等式(28)表示的变量A和B，等式(27)能够被修改为下列等式(29)：

$A=\frac{\mathrm{ac}+\mathrm{bd}}{c^2+d^2},B=\frac{\mathrm{bc}-\mathrm{ad}}{c^2+d^2}\·\·\·\left(28\right)$

$\mathrm{\η}=20\log |1+\frac{\left|q_s\right|\·e^{j{\mathrm{\θ}}_s}}{\left|q_p\right|\·e^{j{\mathrm{\θ}}_p}}\·(A+\mathrm{jB})|\·\·\·\left(29\right)$

如等式(29)所示，变量A为实数项，变量B为虚数项。当表示幅度和相位调整单元1812计算的附加声源的幅度和相位的等式(24)被赋给等式(29)时，能够获得下列修改的等式(30)：

$\mathrm{\η}=20\log |1-\frac{M}{N}\·(A+\mathrm{jB})|\·\·\·\left(30\right)$

这里，变量γ被定义成如下列等式(31)所表示的，等式(31)接着被修改成下列等式(32)：

$\mathrm{\γ}=|1-\frac{M}{N}\·(A+\mathrm{jB})|\·\·\·\left(31\right)$

$\mathrm{\γ}=\sqrt{{(1-\frac{M}{N}\·A)}^2+{(-\frac{M}{N}\·B)}^2}\·\·\·\left(32\right)$

根据等式(32)，当虚数项B变成零时，如下列等式(33)中所示，变量γ变成小于1。当实数项A变成零时，如下列等式(34)中所示，变量γ变成大于1。

$\mathrm{\&gamma;}=(1-\frac{M}{N}\&CenterDot;A)<1\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(33\right)$

$\mathrm{\&gamma;}=\sqrt{1+{(-\frac{M}{N}\&CenterDot;B)}^2}>1\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(34\right)$

因此，为使声压水平降低最大，或使作为表示声压水平降低、等式(30)的绝对值括号中的值的变量γ逼近零，应当使虚数项B为零。然而，由于项A和B唯一由指定位置L决定，在指定位置L处项B不能被调整到零。

因此，要提供给附加声源的声音信号的相位被进一步改变θ，使得在指定位置L处虚数项B被假定为零。改变声音信号的相位相当于控制声音信号之间的延迟时间。如果能够通过改变相位使虚数项B为零，则能够通过控制延迟时间使指定位置L处的合成声压最小。

下面描述用于改变相位以使虚数项B为零的过程。首先，θ被分配给从等式(25)获得的复幅度中的相位，并且能够获得下列等式(35)：

$q_s=\frac{N}{M}\left|q_p\right|\&CenterDot;e^{j({\mathrm{\&theta;}}_p+\mathrm{\&pi;})}\&CenterDot;e^{\mathrm{j\&theta;}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(35\right)$

当用等式(35)代替等式(29)时，获得下列等式(36)：

$\mathrm{\&eta;}=20\log |1-\frac{M}{N}\&CenterDot;\{(A\cos \mathrm{\&theta;}-B\sin \mathrm{\&theta;})+j(A\sin \mathrm{\&theta;}+B\cos \mathrm{\&theta;})\left\}\right|\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(36\right)$

由于要使等式(36)中的虚数部分为零，获得下列等式(37)：

Asinθ+Bcosθ＝0                              (37)

等式(37)能够被修改成下列等式(38)，并且能够通过下列等式(39)表示相位θ：

$\frac{\sin \mathrm{\&theta;}}{\cos \mathrm{\&theta;}}=\tan \mathrm{\&theta;}=-\frac{B}{A}=-\frac{\mathrm{bc}-\mathrm{ad}}{\mathrm{ac}+\mathrm{bd}}=-\frac{-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\sin k{r}_{\mathrm{si}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{so}}\left(L\right)}\&CenterDot;\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\cos k{r}_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}+\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\cos k{r}_{\mathrm{si}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{si}}\left(L\right)}\&CenterDot;\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\sin k{r}_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\cos k{r}_{\mathrm{si}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{si}}\left(L\right)}\&CenterDot;\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\cos k{r}_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\sin k{r}_{\mathrm{si}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{si}}\left(L\right)}\&CenterDot;\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\sin k{r}_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(38\right)$

$\mathrm{\&theta;}(L,f)={\tan }^{-1}\{-\frac{-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\sin k{r}_{\mathrm{si}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{si}}\left(L\right)}\&CenterDot;\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\cos k{r}_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}+\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\cos k{r}_{\mathrm{si}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{si}}\left(L\right)}\&CenterDot;\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\sin k{r}_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\cos k{r}_{\mathrm{si}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{si}}\left(L\right)}\&CenterDot;\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\cos k{r}_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\sin k{r}_{\mathrm{si}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{si}}\left(L\right)}\&CenterDot;\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\sin k{r}_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}}\}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(39\right)$

这里，能够通过k＝2πf/C表示波数k，其中f表示频率，C表示声速。

对于所提供的指定位置L，通过将声音信号的相位改变根据等式(39)计算的相位θ，能够使该位置L处声压水平的降低最大。此外，使用角频率ω＝2πf，能够通过下列等式(4θ)表示延迟时间T和相位θ之间的关系。

因此，能够将延迟时间计算成使得位置L处的声压水平降低最大。

现在描述在以上述方式计算的频率和相位(延迟时间)之间的关系中观察到的特性。图19示出了频率和相位之间的关系。在图19中，横坐标轴指示频率f(Hz)，纵坐标轴指示相位θ(度)。该图表针对使声压水平降低最大的位置L(m)为1m，2m和5m的情况示出了根据等式(39)计算的频率和相位之间的关系。在该图表中，直线1901，1902和1903分别指示在L＝1m，2m和5m的情况下频率和相位之间的关系。

如该图表所示，由于由一次线形(primary line shape)指示频率f和相位θ之间的关系，通过将相位θ除以每个频率2πf而获得的延迟时间T未表现出频率相关性。在任何位置L(m)处，能够在所有频段中用相同延迟时间T(秒)使声压水平降低最大。因此，不必根据频率控制延迟时间。

此外，不同于测量机械噪声的情况(其中例如点声源，线性声源和平面声源的声源的特性和复幅度未知并且难以测量)，第三实施例涉及其声源的特性和复幅度已知的声音信号。因此，在与主声源相关的面(desk)上计算的附加声源的复幅度能够被实现成控制滤波器。

下面描述根据第三实施例的声音再现设备1800中使用的矩阵扬声器的示例性结构，以及该结构执行的区域分割操作的结果。

图20示出了其中从用单元扬声器形成的矩阵扬声器中选择主声源和附加声源的示例性结构。如图20的左侧部分所示，每个单元扬声器是矩形平行六面体。排列30个这样的单元扬声器以形成图20的中间部分示出的矩阵扬声器。此外，如图20的右侧部分所示，在矩阵扬声器的左上部分的9个单元扬声器被选择作为主声源，并且在矩阵扬声器的右下部分的3个单元扬声器被选择作为附加声源。未选择的单元扬声器不输出声音。

图21示出结合相距每个声源的距离示出了从扬声器输出的声音的声压，其中从矩阵扬声器中选择所述扬声器以便表现出点声源，线性声源和平面声源的特性。

如图21所示，在只选择一个单元扬声器的情况下，声源表现出点声源的特性，并且具有如曲线2101所示的声压的距离衰减率。当选择水平排成行的8个单元扬声器时，声源表现出线性声源的特性，并且具有如曲线2102所示的声压的距离衰减率。当选择位于矩阵扬声器的中心的24个单元扬声器时，声源表现出平面声源的特性，其具有如直线2103所示的不降低的声压。

因此，通过改变从矩阵扬声器中选择的单元扬声器的数量和位置，能够形成具有彼此不同的距离衰减率的2个扬声器。使用这样的2个扬声器，能够以上述方式进行区域分割。

图22至25示出了如上所述的矩阵扬声器的更加具体的示例性结构，并且示出了用该示例性结构进行的区域分割的试验结果。

图22A和22B示出了其中从用单元扬声器形成的矩阵扬声器中选择主声源和附加声源的示例性结构。在图22B示出的例子中，从具有排列成7行8列的56个单元扬声器的矩阵扬声器中，4个中间单元扬声器被选择作为第一扬声器121，44个单元扬声器被选择作为第二扬声器122。每个单元扬声器具有0.066(m)高和0.107(m)宽的外部尺寸，并且具有0.039(m)高和0.052(m)宽的有源区域。最下面的行中的单元扬声器未选择。

图23示出了图22A中的矩阵扬声器的布置条件。如图23所示，三维空间坐标的原点被设置在第一扬声器121的中心，并且从原点到地面的距离为0.42(m)。当合成声压最小的位置被设置在与原点相距2.2(m)的地方时，根据等式(40)，延迟时间T为0.055(毫秒)。相对于附加声源，将主声源延迟所计算的延迟时间T。通过如此，能够防止从主声源输出的声音比从附加声源输出的声音更早到达合成声压点。即使声音具有随机类型，也能够在合成声压点处干涉声压，并且因此能够降低声压。

当所考虑的设备要象主动噪声降低设备那样降低噪声时，不能在生成噪声之前从附加声源输出声音，并且作为主声源的噪声的输出不能被延迟。另一方面，在声音再现设备1800中，能够控制要从主声源输出的声音信号。不是将要从附加声源输出的声音提前，而是能够延迟要从主声源输出的声音信号。

图24和25示出了在上述条件下声压水平(dB)和与矩阵扬声器相距的距离(m)之间的关系，以及声压水平降低(dB)和与矩阵扬声器相距的距离(m)之间的关系。在图24中，相对于在与矩阵扬声器的正面(front face)相距4(m)距离处地面(floor face)上声压水平的变化，示出了按0.5(m)的通过模拟计算的值和实际测量值。

在图24中，图表2401，2402，2403，2404和2405分别表示在控制之前计算出的数值，控制之后计算出的数值，控制之前的实际测量值，控制之后的实际测量值，和背景噪声的实际测量值。这里，″控制之前″表示仅从主声源输出声音的状态，″控制之后″表示通过增加附加声源来进行区域分割的状态。

在图25中，相对于在与矩阵扬声器的正面相距4(m)距离处地面上声压水平降低的变化，示出了按0.5(m)的通过模拟计算的值和实际测量值。这里，″声压水平降低″是″控制″前后之间声压水平的差。在图25中，图表2501和2502表示声压水平降低的计算值和实际测量值。

如图24和25所示，通过计算出的数值和实际测量值之间的比较，变化几乎相同，并且观察到生成了期望的2个区域，即非降低区域和降低区域。此外，如图25所示，能够观察到使声压水平降低最大的点的生成，尽管该点略微不同于在使合成声压最小的2.2(m)距离处的预定点。

如上所述，在根据第三实施例的声音再现设备1800中，从以矩阵方式排列的扬声器中选择并且具有彼此不同的距离衰减率的2个扬声器输出使得抑制在预定位置处从扬声器输出的声音的合成声压的声音。因此，用预定位置充当边界，声场能够被分成非降低区域和降低区域。通过这种方式，甚至能够以例如在主声源和附加声源的排列中不允许有自由度的集成类型布局的扬声器布局进行区域分割。

可以事先在只读存储器(ROM)中装入要在第一至第三实施例的声音再现设备中执行的声音再现程序。

可选地，可以事先在例如光盘只读存储器(CD-ROM)，软盘(FD)，可记录光盘(CD-R)或数字化视频光盘(DVD)的计算机可读记录介质上以可安装文件或可执行文件的形式记录要在第一至第三实施例的声音再现设备中执行的声音再现程序。

此外，可以在连接到例如因特网的网络的计算机中存储要在第一至第三实施例的声音再现设备中执行的声音再现程序。在这种情况下，在使用之前，通过网络下载声音再现程序。此外，可以通过例如因特网的网络提供或分发要在第一至第三实施例的声音再现设备中执行的声音再现程序。

要在第一至第三实施例的声音再现设备中执行的声音再现程序具有模块结构，该结构包含上述单元(声音信号生成单元，幅度和相位调整单元，和延迟时间确定单元)。对于实际硬件，从ROM读取和执行声音再现程序的中央处理单元(CPU)将上述单元载入到主存储设备中。于是，在主存储设备中产生上述功能。

本领域的技术人员会很容易地想到其它优点和修改。因此，本发明的范围不限于图中示出和这里描述的具体细节和典型实施例。因此，在不偏离如所附权利要求书及其等同描述定义的总的发明构思的实质或范围的前提下，可以进行各种修改。

Claims (13)

1.一种声音再现设备，包括：

调整作为输入提供的声音信号的幅度和相位并且输出经过调整的声音信号的幅度和相位调整单元；

根据该声音信号输出第一声音的第一声源；和

根据经过调整的声音信号输出第二声音并且具有不同于第一声源的距离衰减率的第二声源，该距离衰减率表示从声源输出的声音的声压的衰减与到该声源的距离的比值；

其中幅度和相位调整单元调整该声音信号的幅度和相位，以便抑制在与第一声源相距预定距离处、作为根据第一声源的距离衰减率计算的第一声音的声压与根据第二声源的距离衰减率计算的第二声音的声压的组合的合成声压。

2.如权利要求1所述的声音再现设备，还包括：

检测与第一声源相距预定距离处、作为第一声音的声压和第二声音的声压的组合的合成声压的声压检测单元，

其中幅度和相位调整单元根据该检测的合成声压调整声音信号的幅度和相位。

3.如权利要求1所述的声音再现设备，其中

在距离衰减率方面，第一声源和第二声源分别表现出点声源和线性声源的特性，或线性声源和点声源的特性。

4.如权利要求1所述的声音再现设备，其中

在距离衰减率方面，第一声源和第二声源分别表现出线性声源和平面声源的特性，或平面声源和线性声源的特性。

5.如权利要求1所述的声音再现设备，其中

在距离衰减率方面，第一声源和第二声源分别表现出点声源和平面声源的特性，或平面声源和点声源的特性。

6.如权利要求1所述的声音再现设备，其中

在距离衰减率方面，第一声源和第二声源分别表现出线性声源和具有布置在线性声源的两端的点声源的声源的特性，或具有布置在线性声源的两端的点声源的声源和线性声源的特性。

7.一种声音再现设备，包括：

在预定方向具有等于或大于预定长度的长度并且根据第一声音信号输出第一声音的第一声源；

在该预定方向具有等于或小于该预定长度的长度并且根据第二声音信号输出第二声音的第二声源；和

幅度和相位调整单元，其调整要输入的第一声音信号和第二声音信号之一的幅度和相位，以便抑制在与第一声源和第二声源之一相距一段距离的位置处、作为第一声音的声压和第二声音的声压的组合的合成声压，该距离长于由通过将该预定长度除以π而获得的值表示的距离，并且该幅度和相位调整单元输出所述经过调整的第一声音信号和第二声音信号之一，以作为第一声音信号和第二声音信号中的另一个。

8.一种声音再现设备，包括：

调整作为输入提供的声音信号的幅度和相位并且输出经过调整的声音信号的幅度和相位调整单元；

从以矩阵方式布置的多个声源中选择的第一声源；

从该多个声源中选择的第二声源，其具有不同于第一声源的距离衰减率，该距离衰减率表示从声源输出的声音的声压的衰减与相距该声源的距离的比值；

延迟时间确定单元，其确定用于延迟声音信号的延迟时间，以便抑制在与第一声源相距一段预定距离的位置处、作为从第一声源输出的声音的声压和从第二声源输出的声音的声压的组合的合成声压，并且向第一声源输出通过将声音信号延迟该延迟时间而获得的延迟声音信号；

其中幅度和相位调整单元调整声音信号的幅度和相位，以便抑制合成声压，并且向第二声源输出该经过调整的声音信号。

9.如权利要求8所述的声音再现设备，其中

幅度和相位调整单元将经过调整的声音信号的幅度确定为延迟声音信号的幅度的M/N倍(其中M为从该多个声源中选择作为第一声源的声源的数量，N为从该多个声源中选择作为第二声源的声源的数量)，并且将经过调整的声音信号的相位确定为与延迟声音信号的相位相反。

10.如权利要求8所述的声音再现设备，其中

延迟时间确定单元根据等式(1)计算延迟声音信号的延迟时间T：

$T=\frac{\mathrm{\&theta;}}{\mathrm{\&omega;}}\left[\sec \right]---\left(1\right)$

其中：

$\mathrm{\&theta;}(L,f)=\mathrm{ta}{n}^{-1}\{-\frac{-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\sin k{r}_{\mathrm{si}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{si}}\left(L\right)}\&CenterDot;\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\cos \mathrm{kr}}_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}+\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\cos \mathrm{kr}}_{\mathrm{si}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{si}}\left(L\right)}\&CenterDot;\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\sin \mathrm{kr}}_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\cos \mathrm{kr}}_{\mathrm{si}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{si}}\left(L\right)}\&CenterDot;\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\cos \mathrm{kr}}_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\sin \mathrm{kr}}_{\mathrm{si}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{si}}\left(L\right)}\&CenterDot;\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{{\sin \mathrm{kr}}_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}{r_{\mathrm{pi}}\left(L\right)}}\}$

r_pi(L)(1≤i≤M)表示从形成第一声源的每个声源到预定位置L的距离；并且

r_si(L)(1≤i≤N)表示从形成第二声源的每个声源到预定位置L的距离；

K为2πf/C，其中K表示波数，f表示频率，C表示声速，并且

ω为2πf，其中ω表示角频率。

11.一种声音再现方法，包括：

调整作为输入提供的声音信号的幅度和相位，以便抑制在与第一声源相距一段预定距离的位置处、作为从第一声源输出的第一声音的声压与从第二声源输出的第二声音的声压的组合的合成声压，该第一声源根据该声音信号输出第一声音，该第二声源根据经过调整的声音信号输出第二声音，并且具有不同于第一声源的距离衰减率，该距离衰减率表示从声源输出的声音的声压的衰减与相距该声源的距离的比值，和输出该经过调整的声音信号。

12.一种声音再现方法，包括：

调整要输入到第一声源的第一声音信号和要输入到第二声源的第二声音信号之一的幅度和相位，以便抑制在与第一声源和第二声源之一相距一段距离的位置处、作为第一声音的声压和第二声音的声压的组合的合成声压，该距离长于由通过将预定长度除以π而获得的值表示的距离，第一声源在预定方向具有等于或大于该预定长度的长度，并且根据第一声音信号输出第一声音，第二声源在该预定方向具有等于或小于该预定长度的长度，并且根据第二声音信号输出第二声音，以及输出所述经过调整的第一声音信号和第二声音信号之一，以作为第一声音信号和第二声音信号中的另一个。

13.一种声音再现方法，包括：

确定用于延迟要输入到从以矩阵方式布置的多个声源中选择的第一声源的声音信号的延迟时间，以便抑制在与第一声源相距一段预定距离的位置处、作为从第一声源输出的声音的声压与从第二声源输出的声音的声压的组合的合成声压，第二声源具有不同于第一声源的距离衰减率，并且从该多个声源中选择，距离衰减率表示从声源输出的声音的声压的衰减与相距该声源的距离的比值，以及向第一声源输出通过将声音信号延迟该延迟时间而获得的延迟声音信号；和

调整声音信号的幅度和相位，以便抑制合成声压，并且向第二声源输出该经过调整的声音信号。

Images