CN1867208A - 音频再现设备 - Google Patents

Abstract

一种用来再现至少包括左声道音频信号和右声道音频信号的两个或更多声道的音频信号的音频再现设备，包括：混频部分，用来将音频信号延迟预定时间以提供给左前、右前、左后、右后扬声器的第一到第四延迟部分；其中中心扬声器被布置为在左前扬声器和右前扬声器的前方；左前扬声器和右前扬声器以相对于穿过中心扬声器的中心线接近对称的方式布置在与中心扬声器相距第一距离的位置；左后扬声器和右后扬声器以相对于中心线接近对称的方式被布置在与中心扬声器相距比第一距离更大的第二距离的位置。

Description

音频再现设备

技术领域

本发明涉及用于再现和输出例如音乐媒体上的数据的汽车音频再现设备。

背景技术

迄今，已提出了各种汽车音频设备，其允许用户在驾驶汽车的同时在汽车内享受听诸如收音机节目、音乐CD(光盘)、DVD(数字多用盘)的乐趣。为了愉快地收听以立体声方式将数据记录其上的音乐CD等等，例如可得到4声道汽车音频设备，其中扬声器被安装在从汽车前方角度观察的左前(FL)、右前(FR)、左后(RL)、右后(RR)位置，从而利用汽车音频设备通过音频再现来实现立体声声音再现。

当听到利用多声道音频设备立体声再现的音乐等等时，听者对声场和声源定位感兴趣。术语“声场”是用来通过再现的声音建立伪声学空间的概念，并且听者可以感知的声场空间被称作虚拟房间尺寸。此外，术语“声源定位”是指，作为在立体声再现期间由听者所感知的虚声源的声像占据某一位置。通过在短时间间隔内相对前扬声器调整从后扬声器输出的声音，声音可被定位在该听者的前面，这被称作“定位前移”。通常，以这种方式调整时间轴以再现声音的技术已经可以用来增强与听者的听音位置，尤其是声源定位相匹配的声音质量。

这里参考图4，将描述常规汽车音频设备的示例性配置。图4中，由箭头F所指的上方是汽车3的前方，而由箭头R所指的下方是汽车3的后方。这里是汽车3装有能够进行2声道立体声再现的常规汽车音频设备10的情况。这种情况下，用于再现和从相应的扬声器输出的音频信号针对每个听者位置被定时。具体地，利用听者的座位作为参考，通过根据其离环绕扬声器的距离调整时间轴，来进行校正。即，例如假定乘坐汽车3的听者5坐在面对前方的右前座位上并正在听来自扬声器的声音。在汽车3中，安装有用来输出声音的四个扬声器1FL、1FR、1RL、1RR，分别位于左前、右前、左后、右后的位置。此外，扬声器1FL到1RR被连接到汽车音频设备10的扬声器接线端子，以输出来自例如音乐CD等等的声音。左前和左后扬声器1FL和1RL被安排输出左声道音频信号，而右前和右后扬声器1FR和1RR被安排输出右声道音频信号。

听者5与扬声器1FL、1FR、1RL、1RR之间的距离现在依次被设置成a1到a4。当以这种方式安装扬声器时，为了使听者5感觉到虚拟空间尺寸，需要通过利用听者5与任何一个扬声器之间的距离作为参考来进行调整，以将延迟引入到来自其他扬声器的声音中。例如，为了最大化虚拟空间尺寸，通过利用最远扬声器(例如，扬声器1RL)的输出定时作为参考来做调整。如果每个扬声器1FL、1FR、1RR输出声音所根据的时间延迟将被调整，实际上扬声器1FL、1FR、1RR被安装成仿佛它们被定位成虚拟扬声器1FL’、1FR’、1RR’，这些虚拟扬声器与听者的距离与以扬声器1RL和听者5之间的距离a3相同。通过以这种方式排列，形成了围绕听者5具有半径a3的基本上圆形的虚拟空间尺寸7，从而提供了使听者5附近实现理想收听的收听区域6。

在日本专利申请公开H01-220599(图1)中，公开了为汽车空间设计的这一类型的声场配置技术。

发明内容

顺便一提，理想的听音位置是虚拟空间的中心。在通常所采用的通过对每个扬声器的时间轴调整来实现虚拟空间尺寸的技术中，听者或座位并不总是能被定位在虚拟空间尺寸的中心。即，从一个座位到另一个发生声音质量变化。为了抑制该变化，需要为每个座位设计虚拟空间尺寸。然而，即使虚拟空间尺寸被设计成使其中心与和所有座位几乎等距的中心位置相符，在使虚拟空间尺寸比该座位的中心位置与任何扬声器之间的距离更大方面仍然存在限制。即，因为常规方法利用任何扬声器与可能是虚拟空间尺寸的中心的座位之间的距离作为参考，因此不能使虚拟空间尺寸比该距离更大，无论时间轴可被如何适当地调整。因而，实际座位位置之间的任何距离存在接近虚拟空间尺寸的半径的情况，使得难以对所有座位提供相同的声音质量。

在常规技术中，每个听者位置被用作参考，并且因此除位于虚拟空间尺寸的中心的听者外，所达到的声音质量被牺牲。此外，在能够设计的虚拟空间尺寸方面存在着限制，并且这使所有听者不能同时处于声学上最佳的虚拟空间尺寸的中心处。例如，如果两个听者同时坐在左与右座位中，则出现在他们自己的座位处他们不能得到所要求的声音质量的问题。

更进一步地，由于声场从一个座位到另一个声场不同，需要针对每个听音位置定制声音质量调整及设置。因此，如果听者改变他的/她的座位位置，他/她很难得到所要求的声音质量，除非改变当前的设置，以使所改变的位置位于虚拟空间尺寸的中心。更进一步地，为了强制定位前移，需要降低布置在后面的放大器的输出，这产生了放大器输出难以被充分利用的另一个问题。况且，因为针对每个座位设置虚拟空间尺寸，声源定位对于不在虚拟空间尺寸的中心的任何听者来说是不确定的。

考虑到这样的环境提出了本发明，并且因此本发明的目的是不论听者的位置如何均改善声源定位。

本发明提供了一种用于再现至少包括左声道音频信号和右声道音频信号的两个或更多声道的音频信号的音频再现设备。在该音频再现设备中，提供了用于混合左声道音频信号和右声道音频信号以提供给中心扬声器的混频部分；用于将左声道音频信号延迟第一延迟时间以提供给左前扬声器的第一延迟部分；用于将左声道音频信号延迟第二延迟时间以提供给左后扬声器的第二延迟部分；用于将右声道音频信号延迟第一延迟时间以提供给右前扬声器的第三延迟部分；用于将右声道音频信号延迟第二延迟时间以提供给右后扬声器的第四延迟部分。中心扬声器被布置在左前扬声器和右前扬声器的前方。左前扬声器和右前扬声器以相对于穿过中心扬声器的中心线接近对称的方式布置在与中心扬声器相距第一距离的位置。左后扬声器和右后扬声器以相对于中心线接近对称的方式被布置在与中心扬声器相距比第一距离更大的第二距离的位置。

在此配置下，听者利用从中心扬声器输出的音频信号作为参考，以通过设置第一和第二延迟时间来调整从其他扬声器输出音频信号的定时，从而他/她能够设置来自中心扬声器的音频信号达到某一水平的区域以作为合适听音区域，并且因而能够自由地设计虚拟空间尺寸。

根据本发明，能够增加虚拟空间尺寸，并且也能扩大听音区域，因而提供了可达到一致的声音质量和声源定位的优点，并且所有座位中的听者都可被定位在可提高声音质量的听音区域的中心附近。

附图说明

图1是显示本发明的一个实施例中汽车音频再现设备的示例性外部配置的示意图；

图2是显示本发明的一个实施例中汽车音频再现设备(2声道的)的示例性内部配置方框图；

图3是显示本发明的一个实施例中汽车音频再现设备(5声道的)的示例性内部配置方框图；以及

图4是显示常规汽车音频再现设备的示例性外部配置的示意图。

具体实施方式

下面参考附图将描述本发明的一个实施例。在该实施例中，本发明被应用于再现和输出音乐媒体，例如CD、DVD上的数据的汽车音频再现设备。

在该实施例中，本发明被应用于再现2声道音频信号的汽车音频设备。首先参考图1，将描述根据本实施例的汽车音频再现设备20的示例性配置。图1中，由箭头F所指的上方是汽车13的前方，而由箭头R所指的下方是汽车13的后方。在本实施例中，假定乘坐汽车13的听者面向前方坐在右前座位上并且正在听来自扬声器的声音。在汽车13中，安装有用来输出声音的四个扬声器11FL、11FR、11RL、11RR，依次位于左前、右前、左后、右后的位置。左前扬声器11FL和右前扬声器11FR分别被安装在汽车13的左和右门处，并且因此这些扬声器被定位于坐在任何前排座上的任何人的左和右侧。左后扬声器11RL和右后扬声器11RR被以朝向前方的方式安装在汽车13的后部。这些扬声器11FL、11FR、11RL、11RR被设置为在一个音频范围内具有基本平坦的输出特性的所谓全频段扬声器系统。另外，其可被设置为诸如双扬声器的高保真再现扬声器系统。

这些扬声器11FL-11RR被连接到汽车音频再现设备20的相应扬声器接线端子，以输出例如来自音乐媒体的声音。并且在本实施例中，独立于这些扬声器地，时间轴参考扬声器11FC作为中心扬声器被安装到听者15的前方。为了达到声音的定位前移，时间轴参考扬声器11FC被用来从听者15的前方输出声音。例如，其被布置在汽车13的仪表板或中央操纵台附近。该时间轴参考扬声器11FC可以是能够输出大约1-2kHz以上的所谓中频范围的任何扬声器单元，所述中频范围对于人类至少在该音频范围内感知位置来说是重要的，并且该扬声器在结构上也可以较小。此外，其可以有不及其他扬声器单元的输出灵敏度。此处，设置穿过时间轴参考扬声器11FC的中心线18，并且扬声器11FC、11FL、11FR、11RL、11RR的安装位置分别由参考符号A、B、C、D、E来表示。扬声器被安装成相对中心线18基本对称，使得分别AB＝AC，AD＝AE。

接着参考图2，将描述本实施例的汽车音频再现设备的一个示例性内部配置。首先，来自音乐媒体的2声道再现音频信号被从信号源21馈送。左音频信号被提供给前置放大器22L，而右音频信号被提供给前置放大器22R。由前置放大器22L、22R放大的左和右音频信号被分别提供给用来调整声音水平的音量调节器23L、23R。音量调节器23L，23R是可联合控制的。由音量调节器23L、23R调整的左和右音频信号被提供给用来将音频输出延迟预定时间的轴电路。此处，左音频信号被提供给延迟电路30FL、30RL，而右音频信号被提供给延迟电路30FR、30RR。

已经由延迟电路30FL-30RR延迟了预定时间的音频信号被提供给放大器31FL-31RR，所述放大器用于放大用来驱动其扬声器的相应信号，来自这些放大器31FL-31RR的输出被提供给连接到音频再现设备20的扬声器接线端子(未示出)的扬声器11FL-11RR，以作为音频从扬声器11FL-11RR辐射。因此，其被设置成使得左声道音频信号被从左前扬声器11FL和左后扬声器11RL输出，而右声道音频信号被从右前扬声器11FR和右后扬声器11RR输出。虽然每个延迟电路30FL、30FR、30RL、30RR可根据虚拟空间尺寸设置可变地设置其延迟时间，但是其被基本上安排成使得用于将延迟引入针对左前扬声器11FL和右前扬声器11FR的信号的延迟电路30FL和30FR被设置为具有相等的第一延迟时间，并且使得用于将延迟引入针对左后扬声器11FL和右后扬声器11FR的信号的延迟电路30RL和30RR被设置成具有不同于第一延迟时间的相等的第二延迟时间。任何延迟时间均可被设置给延迟电路30FL-30RR。稍后将描述延迟时间的细节。

此外，从音量调节器23L、23R提供的左和右音频信号由混频器24混频，然后混频的(R+L)音频信号被提供给提取高频分量的高通滤波器25。高通滤波器25提取例如对人类的位置感很重要的超过1-2kHz的频率范围。注意到，超过3kHz的范围可另外被用于匹配所使用的扬声器的特性。而高通滤波器的输出被提供给用于衰减音频信号的衰减器26以衰减其信号水平。此时的信号水平被设置为比针对扬声器11FL-11RR设置的信号水平更低、例如3-6dB的值。信号水平被如此设置是因为如果信号水平不降低，虽然改善了定位，但左和右信号的分离会恶化，从而削弱立体声音响效果。衰减器26的输出被放大器31FC放大以驱动扬声器，然后所放大的信号被提供给扬声器11FC以发声，该扬声器连接到音频再现设备20的相应扬声器接线端子。此处，由控制部分32执行预定计算，并控制音量调节器23的声音水平调整，延迟电路30FL-30RR的延迟时间设置，对放大器31FC、31FL-31RR的放大控制。因为时间轴参考扬声器11FC被用作后面描述的时间参考，因此不必使扬声器11FC的输出与其他扬声器11FL-11RR一样高。

这里参考图1，将描述用于设置虚拟空间尺寸的时间轴调整技术。根据本实施例的汽车音频再现设备20利用来自时间轴参考扬声器11FC的输出音频信号作为时间轴的参考。人类能够分辨位置，当声音在所有区域内以大音量再现时则不能，但是当声音没有以大音量再现并且没有与环境声重叠时，他/她识别出位置关系，尤其是定位前移。由于这个原因，扬声器11FC被操作以实时产生输出。并且通过利用时间轴校正(时间延迟)的常规技术，执行针对安装在前门附近的扬声器11FL、11FR的时间轴校正，来匹配其距时间轴参考扬声器11FC的距离。为此，其被设置成将例如30-60ms的延迟引入扬声器11FL、11FR的输出。然而，设置其延迟时间以使其输出定时一致。当这样的延迟起作用时，感觉到相对于扬声器11FL、11FR的虚拟扬声器11FL′、11FR′，从而可以理解虚拟空间尺寸17从听者15的角度观察向左右方向扩充。此时，虚拟扬声器11FL’、11FR’、11RL’、11RR’的安装位置被分别以参考符号B’、C’、D’、E’来表示。虚拟扬声器被定位成相对中心线18基本对称，分别使AB’＝AC’，AD’＝AE’。

此外，执行安装在汽车13后方的扬声器11RL、11RR的时间轴处理以匹配其距时间轴参考扬声器11FC的距离。为此，其被设置成将例如60-100ms的延迟引入扬声器11RL、11RR的输出。然而，设置其延迟时间以使其输出定时一致。当这样的延迟起作用时，感觉到相对于扬声器11RL、11RR的虚拟扬声器11RL′、11RR′，从而可以理解虚拟空间尺寸17从听者15的角度观察向前后方向扩充。即，通过增加扬声器11FL-11RR的延迟量，可得到更大的虚拟空间尺寸。然而，后扬声器11RL、11RR的延迟量需要比前门附近的扬声器11FL、11FR的延迟量更大。

通过这样做，不是能够设置针对每个听者座位定位定制并因而是相对的常规时间轴调整，而是能够设置利用时间轴参考扬声器11FC作为参考并因而是绝对的位置关系，从而允许进行大虚拟空间尺寸17的设置。

在常规技术中，听者与任何扬声器11FL-11RR之间的距离被用作参考，并且因此虚拟空间尺寸不能设置为比该距离更大的值，无论可以怎样适当地调整时间轴。然而，通过利用根据本实施例的时间轴参考扬声器11FC，增加虚拟空间尺寸变得可能。此外，因为听音区域16能被扩大，所有座位中的听者都可被置于接近虚拟空间尺寸的中心。因此，通过设置大虚拟空间尺寸17，位于虚拟空间尺寸的中心附近的听音区域16也变大。因而，具有听者15在任何座位上都可得到满意的声场，并且从而可收听到前方定位的音频声音的优点。因此，不必为每个听者座位做调整。

此外，因为所有座位的位置能被设置在虚拟空间尺寸的中心，在任何座位上均能够实现基本上相似的前方定位的声音质量。更进一步地，这不是通过音量调整来设置定位前移的技术，并且因此不需要强制定位前移。这意味着后扬声器的放大器不需要限制其输出，并且因此其声音可被以全音量播放。

更进一步地，在不涉及诸如每次选择收听座位时设置虚拟空间尺寸的中心的任何麻烦操作的情况下，能够实现所有座位的声音质量增强。即，在利用扬声器11FC作为时间轴参考的声音质量增强中，在对称的时间轴数据方面左和右座位之间的任何不同被消除。通常，已经做出左和右座位的时间轴调整，涉及左与右两个扬声器，以在任何一个座位处的声音质量的牺牲为代价。然而，本实施例能提供在没有任何左和右座位处声音质量的牺牲的情况下提高声音质量的优点。因为时间轴参考可被设置为绝对位置，可容易地实现定位前移，并且因此，通过在仪表板后面安装时间轴参考扬声器，其作用可被进一步提高。

因此，时间轴参考扬声器11FC既不需要通过降低扬声器11FL-11RR的输出而以比扬声器11FL-11RR更高的输出来驱动，也不需要有宽的输出范围，并且可以是便宜的扬声器。因此，时间轴参考扬声器11FC与常规汽车音频设备相比可仅以稍微增加成本来实现。此外，扬声器11FC可以其小结构来提供足够的效果，并且因此可被安装在例如汽车空调的通风孔处或驾驶室镜子后面，以使其本身较不显眼。或者，时间轴参考扬声器11FC可被安装在形成音频再现设备20的机壳内，该音频再现设备20被安装在例如汽车的中央操纵台处。

虽然安装在汽车内的汽车音频再现设备已被描述为上面提及的实施例的例子，但本发明不局限于汽车的应用，而是可用于使用至少四个扬声器再现类似的2声道音频信号的任何系统中，包括家庭音频再现设备，以得到类似的优点。

此外，高通滤波器25及衰减器26被用作用来处理提供给时间轴参考扬声器11FC的音频信号的电路。然而，如果用作扬声器11FC的扬声器单元具有为与滤波及衰减等效的处理准备好的输出性能，上述电路的处理可被省略。可选地，可提供将预定时间的延迟引入到中心扬声器(扬声器11FC)的输出中的延迟部分，以允许音频信号的可变设置。

更进一步地，迄今所描述的音频再现设备不是仅可被用作专用于2声道音频信号再现的系统，而是也可被用作可切换到诸如5.1声道音频再现设备的多声道音频再现设备的系统。即，如果例如具有上述配置的再现设备被用作5.1声道再现的音频设备，则具有图1的配置的扬声器11FC也可被用作5.1声道音频信号的中心声道扬声器。

这里参考图3，将描述本发明被应用于5.1声道音频信号再现的例子。图3显示了为再现5.1声道音频信号而设计的汽车音频再现设备20′的示例性内部配置。然而，低音炮扬声器声道的处理被省略，并且只有除低音炮扬声器声道外的5个声道的处理被示出。在图3中，相同的参考符号被给予相应于那些图2中已描述的部分。信号源21′再现和输出5.1声道音频信号。信号源21′提供中心声道、左前声道、右前声道、左后声道、右后声道音频信号分别给前置放大器22FC、22FL、22FR、22RL、22RR。由前置放大器22FL-22RR放大的相应声道的音频信号由延迟电路30FL-30RR延迟预定时间，并且之后结果信号被提供给放大器31FL-31RR，以从扬声器IIFL-11RR作为声音输出。此外，由前置放大器22FC放大的中心声道音频信号使其高频分量被高通滤波器25提取，然后由衰减器26衰减。然后，结果信号由放大器31FC放大，以从扬声器11FC作为声音输出。

作为这样处理的连接结果，甚至能够容易地进行5声道(5.1声道)音频信号再现。如果图2的连接配置及图3的连接配置被设计成可容易地切换，例如通过选择开关位置，则相应声道的音频信号的再现可被容易地切换。在图3的配置中，应用了这样的配置，其中将被提供给扬声器11FC的音频信号被高通滤波器25提取其高频分量，并由衰减器26衰减，所述高通滤波器是用于处理2声道音频信号的配置。然而，当再现被切换到5声道(5.1声道)音频信号处理时，音频信号可在不经过高通滤波器25及衰减器26的情况下被提供给扬声器11FC。

本领域技术人员应该理解，各种修改、组合、子组合及变更可以基于设计要求以及其他因素而进行，只要其在所附权利要求的范围或其等同范围内。

本发明包含涉及2005年5月18日向日本专利局提交的日本专利申请JP2005-145716的主题，在这里将其全部内容引为参考。

Claims (6)

1.一种用于再现至少包括左声道音频信号和右声道音频信号的两个或更多声道的音频信号的音频再现设备，包括：

用于将左声道音频信号和右声道音频信号混合成音频信号以提供给中心扬声器的的混频部分；

用于将左声道音频信号延迟第一延迟时间以提供给左前扬声器的第一延迟部分；

用于将左声道音频信号延迟第二延迟时间以提供给左后扬声器的第二延迟部分；

用于将右声道音频信号延迟第一延迟时间以提供给右前扬声器的第三延迟部分；以及

用于将右声道音频信号延迟第二延迟时间以提供给右后扬声器的第四延迟部分，

其中中心扬声器被布置在左前扬声器和右前扬声器的前方；左前扬声器和右前扬声器以相对于穿过中心扬声器的中心线接近对称的方式布置在与中心扬声器相距第一距离的位置；左后扬声器和右后扬声器以相对于中心线接近对称的方式被布置在与中心扬声器相距比第一距离更大的第二距离的位置。

2.根据权利要求1的音频再现设备，其中从混频部分输出的音频信号被衰减到预定水平并提供给中心扬声器。

3.根据权利要求1的音频再现设备，其中从混频部分输出的音频信号经过用于通过高频分量的高通滤波器，和用于将信号水平衰减到预定水平的衰减器，并被提供给中心扬声器。

4.根据权利要求1的音频再现设备，其中中心扬声器由尺寸比左前扬声器和右前扬声器更小的扬声器构成。

5.根据权利要求1的音频再现设备，其中在第一到第四延迟部分上所使用的第一和第二延迟时间是可变的。

6.根据权利要求1的音频再现设备，进一步地包括用于将音频信号延迟预定延迟时间以提供给中心扬声器的第五延迟部分。

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