CN1943273B - 声像定位控制装置 - Google Patents

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Abstract

根据方向性控制的音频信号频率分量被再现、或者根据频率特征补偿或根据方向性控制的音频信号高频分量被再现，从而所反射的声音来自想要高频分量定位的方向。在由于扬声器的排列而不提供期望定位效果的位置中的声压被补偿成座位中的耳间幅值水平等于另一个座位的耳间幅值水平。因而，在不显著增加扬声器数量的情况下，在多个座位上提供等同水平的定位效果，特别是对音频信号高频分量。

Description

声像定位控制装置
技术领域
本发明涉及声像定位控制装置。 
背景技术
通常，在车辆中再现音乐、电影或其它内容时，通过扬声器之间的延迟插入来调节增益平衡或时间对准可改进声像定位的感觉。然而，使用这种方法难以改进不同座位的基本上相同角度的声像定位感觉的改进。为了解决这个问题，提出了用于消除多个扬声器之间串扰的装置。然后，将参照附图描述专利文件1中所述的音频再现装置。 
图1示出了专利文件1中所述的音频再现装置。在该附图中，音频再现装置1加在车辆的前座上。具体地，作为车辆中听众的两个乘客L1和L2用他们的左耳收听由记录设备2再现的信号B1，用他们的右耳收听由记录设备再现的信号B2。因而，两个乘客都感受到记录设备2内所包括的内容的音频效果。在乘客L1和L2的前面，设置了分别与放大器4a-4d相连的4个扬声器3a-3d。各组扬声器和放大器形成音频发生装置。记录设备2在其中具有由公知双声道记录系统记录的音频信息。记录设备2和放大器4a-4d经由通过以下过程构建的反向滤波器网络5彼此相连。 
在构建反向滤波器网络5之前，测量从各扬声器3a-3d到各乘客的每个耳朵的声学传递函数hij(i＝1-4：表示耳朵的下标；j＝1-4：表示扬声器的下标)。在图中未示出除h11、h21、h31和h41之外的声学传递函数。图2示出用于测量声学传递函数hij的方法。与放大器4a-4d相连的测试信号发生设备6产生诸如白噪声等的宽带信号，并使用从扬声器3a-3d产生的声音S1-S4、以及从置于假设乘客就坐的位置之上的仿真头D1和D2的两个耳朵上测量的声音M1-M4来测量声学传递函数hij。实际上，扬声器是顺序驱动的。即，例如，当驱动扬声器3a时，不驱动其它扬声器3b-3d。所产生的声音S1-S4、所测量的声音M1-M4、以及声学传递函数实现以下关系。 
[表达式1] 
M 1 M 2 M 3 M 4 = h 11 h 12 h 13 h 14 h 21 h 22 h 23 h 24 h 31 h 32 h 33 h 34 h 41 h 42 h 43 h 44 S 1 S 2 S 3 S 4
…(1) 
要由音频再现装置1提供的目标效果是： 
[表达式2] 
M 1 M 2 M 3 M 4 = 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 B 1 B 2 B 1 B 2
…(2) 
表达式(2)可更改成： 
[表达式3] 
M 1 M 2 M 3 M 4 = h 11 h 12 h 13 h 14 h 21 h 22 h 23 h 24 h 31 h 32 h 33 h 34 h 41 h 42 h 43 h 44 h 11 h 12 h 13 h 14 h 21 h 22 h 23 h 24 h 31 h 32 h 33 h 34 h 41 h 42 h 43 h 44 - 1 B 1 B 2 B 1 B 2
…(3) 
通过用表达式1替代表达式(3)，可得到以下表达式。 
[表达式4] 
S 1 S 2 S 3 S 4 = h 11 h 12 h 13 h 14 h 21 h 22 h 23 h 24 h 31 h 32 h 33 h 34 h 41 h 42 h 43 h 44 - 1 B 1 B 2 B 1 B 2
…(4) 
[表达式5] 
h 11 h 12 h 13 h 14 h 21 h 22 h 23 h 24 h 31 h 32 h 33 h 34 h 41 h 42 h 43 h 44 - 1 = 1 | H | H 11 H 21 H 31 H 41 H 12 H 22 H 32 H 42 H 13 H 23 H 33 H 43 H 14 H 24 H 34 H 44
如图1所示的反向滤波器网络5被设计成实现表达式(4)并设置在放大器4a-4d的前面。向反向滤波器网络5输入左耳的信号和右耳的信号，而不是来自测试信号发生设备6的输出。然后，仿真头D1和D2的左耳和右耳收听的信号分别是左耳的信号和右耳的信号。假设在图1所示的反向滤波器网络5中，左耳的信号被输入到图1左半部分示出的输入部分，而右耳的信号被输入到图1右半部分示出的输入部分。反向滤波器网络5中包括的分量通过以下表达式表达。 
[表达式6] 
| H | = h 11 h 22 h 23 h 24 h 32 h 33 h 34 h 42 h 43 h 44 - h 12 h 21 h 23 h 24 h 31 h 33 h 34 h 41 h 43 h 44 + h 13 h 21 h 22 h 24 h 31 h 32 h 34 h 41 h 42 h 44 - h 14 h 21 h 22 h 23 h 31 h 32 h 33 h 41 h 42 h 43
[表达式7] 
H 11 = + { h 22 h 33 h 34 h 43 h 44 - h 23 h 32 h 34 h 42 h 44 + h 24 h 32 h 33 h 42 h 43 }
[表达式8] 
H 12 = - { h 21 h 33 h 34 h 43 h 44 - h 23 h 31 h 34 h 41 h 44 + h 24 h 31 h 33 h 41 h 43 }
[表达式9] 
H 13 = + { h 21 h 32 h 34 h 42 h 44 - h 22 h 31 h 34 h 41 h 44 + h 24 h 31 h 32 h 41 h 42 }
[表达式10] 
H 14 = - { h 21 h 32 h 33 h 42 h 43 - h 22 h 31 h 33 h 41 h 43 + h 23 h 31 h 32 h 41 h 42 }
[表达式11] 
H 21 = - { h 12 h 33 h 34 h 43 h 44 - h 13 h 32 h 34 h 42 h 44 + h 14 h 32 h 33 h 42 h 43 }
[表达式12] 
H 22 = + { h 11 h 33 h 34 h 43 h 44 - h 13 h 31 h 34 h 41 h 44 + h 14 h 31 h 33 h 41 h 43 }
[表达式13] 
H 23 = - { h 21 h 32 h 34 h 42 h 44 - h 12 h 31 h 34 h 41 h 44 + h 14 h 31 h 32 h 41 h 42 }
[表达式14] 
H 24 = + { h 11 h 32 h 33 h 42 h 43 - h 12 h 31 h 33 h 41 h 43 + h 13 h 31 h 32 h 41 h 42 }
[表达式15] 
H 31 = + { h 12 h 23 h 24 h 43 h 44 - h 13 h 22 h 24 h 42 h 44 + h 14 h 22 h 23 h 42 h 43 }
[表达式16] 
H 32 = - { h 11 h 23 h 24 h 43 h 44 - h 13 h 21 h 24 h 41 h 44 + h 14 h 21 h 23 h 41 h 43 }
[表达式17] 
H 33 = + { h 11 h 22 h 24 h 42 h 44 - h 12 h 21 h 24 h 41 h 44 + h 14 h 21 h 22 h 41 h 42 }
[表达式18] 
H 34 = - { h 11 h 22 h 23 h 42 h 43 - h 12 h 21 h 23 h 41 h 43 + h 13 h 21 h 22 h 41 h 42 }
[表达式19] 
H 41 = - { h 12 h 23 h 24 h 33 h 34 - h 13 h 22 h 24 h 32 h 34 + h 14 h 22 h 23 h 32 h 33 }
[表达式20] 
H 42 = + { h 11 h 23 h 24 h 33 h 34 - h 13 h 21 h 24 h 31 h 34 + h 14 h 21 h 23 h 31 h 33 }
[表达式21] 
H 43 = - { h 11 h 22 h 24 h 32 h 34 - h 12 h 21 h 24 h 31 h 34 + h 14 h 21 h 22 h 41 h 32 }
[表达式22] 
H 44 = + { h 11 h 22 h 23 h 32 h 33 - h 12 h 21 h 23 h 31 h 33 + h 13 h 21 h 22 h 31 h 32 }
在由双声道系统记录的信号B1和B2通过用该方式构建的反向滤波器网络5处理的情形中，抵达乘客L1和L2的左耳位置的声音是信号B1的声音，而抵达乘客L1和L2的右耳位置的声音是信号B2的声音。因此，两个乘客都可收听到原始声场。
在专利文件1所示的结构中设置有控制装置的情形中，该控制装置用于处理来自具有模拟预定声学传递函数的数字滤波器等的记录设备2的输出，并将结果信号输入到反向滤波器网络5中，声像可被定位于预定方向。图3示出从虚拟声源7到仿真头D1的左耳和右耳的声学传递函数G1和G2。图4示出用于将声像定位于预定方向的音频再现装置。在图4中，与图1相等效的元件具有相同的标号。对于滤波器8a和8b，预定声学传递函数G1和G2被设置成系数。作为一声源，使用了将单声道信号B0记录其中的单声道声源9，而不是由双声道系统记录的声音。在图4所示的结构中，根据以上描述乘客L1和L2的左耳和右耳位置上的声音分别为G1·B0和G2·B0。因此，乘客L1和L2获得仿佛声音由图3所示的虚拟声源7产生的感觉。单声道信号B0预先可用声学传递函数G1和G2处理，或者声学传递函数G1和G2可被结合为反向滤波器网络5的元素。在这些情形中，基本上提供相同的效果。 
专利文件1：日本公开专利出版物No.6-165298。 
发明内容
本发明要解决的问题 
在图1和图4所示的音频发生装置中，反向滤波器网络5被构建成通过考虑乘客L1和L2的两个耳朵的位置处的幅值和相位来合成传递函数，声学传递函数会变成1。因此，当乘客L1和L2移动他们的头部时，声学传递函数hji改变。由于相位的偏移，合成传递函数时的增益退化。导致声学传递函数不再是1。该退化在声音波长较短时对高频成分特别显著。例如，在声音频带中包括的3kHz声波的情形中，波长约为11cm。当头移动约3厘米(波长的1/4)时合成的精度退化，因而不能获得期望的声学传递函数。为了解决这个问题，通过增加扬声器的数量和要控制位置的数量来扩大声学传递函数为1的区域是可能的。然而，这引起另一个问题，即扬声器的空间变大和滤波器设备的规模显著变大。该方法并未解决根本问题。 
另一个可能方法如图5所示。图5示出用于使乘客L1和L2感觉到在整个频带上音频信号的右声道信号在期望方向上定位的装置。在图5中，标号10a-10d表示装在车辆16门上的低频再现扬声器；标号11表示装在车辆16的右前门柱上的右声道高频再现扬声器；标号12表示用于提取所输入右声道信号的低频分量的低通滤波器；标号13表示用于提取所输入右声道信号的高频分量的高通滤波器；标号14表示延迟设备；以及标号15表示增益设备。在图5中，用与图4相同方式操作的元件具有相同标号。在图5所示的装置中，对于低频分量，滤波器8a和8b以及反向滤波器网络5操作，以实现参照图4所述的在乘客L1和L2耳朵位置处的期望传递函数。高频分量在不通过反向滤波器网络5处理的情况下从右声道高频再现扬声器11中再现。延迟设备14和增益设备15调节高频分量的相位和增益，使乘客L1和L2不能觉察出有关高频分量相对于低频分量的任何不自然。通过上述操作，乘客L1和L2在右前门柱的位置处或其附近感觉到右声道高频分量的声像。因为不使用通过传递函数合成的控制，所以声像定位效果即使在乘客稍稍移动头部时也不退化。然而，这引起以下有关声像定位方向的另一个问题。 
图6示出乘客L1和L2所感觉的声像的方向。例如，当低频分量定位于右侧60度的方向时，高频分量也定位于乘客L1右侧约60度的方向，因为右声道高频再现扬声器11位于右侧约60度的方向。因此，实现了优良的声音定位。相反，对于乘客L2，右声道高频再现扬声器11位于右侧30度的方向，因此高频分量位于右侧30度的方向。高频分量的定位方向与低频分量的定位方向不匹配。因此，乘客L2感受到了不自然。在高频再现扬声器位于声像想要定位的方向的情形中，在多个座位处不能提供相同的声像。 
根据上述问题，本发明具有提供车载声像定位控制装置的目的，该装置在不显著增加扬声器数量的情况下在多个座位处实现等同的定位效果。 
问题的解决方案 
为了实现以上目的，本发明具有以下特征。说明书本节中括号内图的标号和数字表示附图的一致性，以便于理解本发明但不以任何方式限制本发明。 
根据本发明的声像定位控制装置包括：音频再现装置(19a-19c、11c-11e)，用于根据音频信号产生声波；以及方向控制装置(20、20d)，用于处理要输入到音频再现装置中的音频信号，使得位于第一收听位置的第一听众(L1)在收听由音频再现装置提供的再现声音时获得的耳间幅值水平差等于位于第二收听位置的第二听众(L2)在收听由音频再现装置提供的再现声音时获得的耳间幅值水平差。 
方向控制装置可处理音频信号，使得第一听众在收听再现声音时获得的耳间幅值水平差等与第二听众在收听再现声音时获得的耳间幅值水平差之间的差值为10dB或以下。 
方向控制装置可包括单耳方向控制装置(20d)，用于处理音频信号使得由音频再现装置提供的再现声音仅传向第二听众耳朵之一的第一耳。 
方向控制装置还可包括频率特征补偿装置(34)，用于补偿经由单耳方向控制 装置输入到音频再现装置的音频信号的频率特征。 
基于与第一听众感受到来自音频再现装置的再现声音的声像方向相对应的头相关声学传递函数的耳间幅值水平差的频率特征(图12A)，频率特征补偿装置可补偿经由单耳方向控制装置输入到音频再现装置的音频信号的频率特征。 
声像定位控制装置还可包括用于输入来自第一听众或第二听众的指令的输入装置。频率特征补偿装置可经由单耳方向控制装置将要输入音频再现装置的音频信号的频率特征补偿成与通过输入装置输入的来自第一听众或第二听众的指令相对应的频率特征。 
方向控制装置还可包括三耳方向控制装置(20c)，用于处理音频信号使得由音频再现装置提供的再现声音传向第一听众的两个耳朵以及第二听众的不同于第一耳朵的第二耳朵。该音频再现装置可基于由单耳方向控制装置处理的音频信号和由三耳方向控制装置处理的音频信号产生声波。 
方向控制装置可包括第二听众方向控制装置(20)，用于处理音频信号使得由音频再现装置提供的再现声音传向位于第二听众一侧的障碍物、被该障碍物反射、然后传向第二听众。 
方向控制装置可被安装在车辆中；并且障碍物可以是车辆的侧面(门等)。 
音频再现装置可被安装在车辆的前部。 
音频信号至少可包括右声道音频信号和左声道音频信号。音频再现装置可与第一收听位置和第二收听位置等距地安装。方向控制装置可包括：第二听众方向控制装置，用于处理音频信号使得由音频再现装置提供的右声道音频信号的再现声音传向位于第二听众一侧的障碍物、被该障碍物反射、然后传向第二听众；第一听众方向控制装置(20a)，用于处理音频信号使得由音频再现装置提供的左声道音频信号的再现声音传向位于第一听众一侧的障碍物、被该障碍物反射、然后传向第一听众；以及加法装置(31a-31c)，用于累加由第二听众方向控制装置(20b)处理的右声道音频信号和由第一听众方向控制装置处理的左声道音频信号、并将累加结果输入到音频再现装置。 
根据本发明的集成电路可用于电连接到基于音频信号产生声波的音频再现装置(19a-19c、11c-11e)。该集成电路包括：用于输入音频信号的输入终端；方向控制装置(20、20d)，用于处理经由输入装置提供的音频信号，使得位于第一收听位置的第一听众(L1)在收听由音频再现装置提供的再现声音时获得的耳间幅值水平差等于位于第二收听位置的第二听众(L2)在收听由音频再现装置提供的再现 声音时获得的耳间幅值水平差；以及输出终端，用于向音频再现装置提供由方向控制装置处理的音频信号。 
发明效果 
如上所述，根据本发明，对要输入音频再现装置的音频信号进行处理，使得在第一收听位置收听的由音频再现装置提供的再现声音时获得的耳间幅值水平差等于在第二收听位置收听的由音频再现装置提供的再现声音时获得的耳间幅值水平差。因而，在多个收听位置处提供相同水平的声像定位效果。 
附图说明
图1示出常规的音频再现装置。 
图2示出用于测量传递函数的方法。 
图3示出目标传递函数。 
图4示出使用常规音频再现装置来执行声像定位控制的结构。 
图5示出在车辆中使用具有细分频带的常规音频再现装置来执行声像定位控制的结构。 
图6示出图5所示结构中的声像定位方向。 
图7示出根据本发明第一实施例的车载声像定位控制装置。 
图8示出用于测量传递函数的一种方法。 
图9示出用于测量目标传递函数的一种方法。 
图10示出用于设计低频定位控制FIR滤波器的结构。 
图11示出在根据本发明第一实施例的车载声像定位控制装置中仅驱动高频再现扬声器时的声像定位方向。 
图12A示出60度方向上头部相关声学传递函数的幅值水平。 
图12B示出30度方向上头部相关声学传递函数的幅值水平。 
图13示出在根据本发明第一实施例的车载声像定位控制装置中仅驱动高频再现扬声器时反射声音的方向。 
图14示出在本发明第一实施例中用于同时执行对左声道信号和右声道信号的声像定位控制的车载声像定位控制装置。 
图15示出在根据本发明第一实施例的车载声像定位控制装置中用于执行对前座和后座乘客的右声道高频分量的声像定位控制的结构。 
图16示出在根据本发明第一实施例的车载声像定位控制装置中仅驱动装在扶 手上的高频再现扬声器阵列时反射声音的方向。 
图17示出将FIR滤波器用作方向控制装置的结构。 
图18示出根据本发明第二实施例的车载声像定位控制装置。 
图19示出在根据本发明第二实施例的车载声像定位控制装置中来自第一右声道高频信号方向控制装置的输出分量的方向特征。 
图20示出在根据本发明第二实施例的车载声像定位控制装置中来自第二右声道高频信号方向控制装置的输出分量的方向特征。 
图21示出60度方向和30度方向上头部相关声学传递函数的耳间幅值水平差； 
图22示出在根据本发明第二实施例的车载声像定位控制装置中来自第一右声道高频信号方向控制装置的输出分量的方向特征，该输出分量用于补偿乘客L2的左耳上的声压。 
图23示出在根据本发明第二实施例的车载声像定位控制装置中从高频再现扬声器阵列到乘客L2的传递函数。 
图24示出在根据本发明第二实施例的车载声像定位控制装置中来自第二右声道高频信号方向控制装置的输出分量的方向特征，该输出分量用于补偿乘客L2的左耳上的声压。 
图25示出60度方向上头部相关声学传递函数的耳间幅值水平差的相对特征。 
图26示出在根据本发明第二实施例的车载声像定位控制装置中用于同时执行对前座乘客和后座乘客的右声道高频分量的声像定位控制的结构。 
图27示出在根据本发明第二实施例的车载声像定位控制装置中来自后座第一右声道高频信号方向控制装置的输出分量的方向特征。 
图28示出在根据本发明第二实施例的车载声像定位控制装置中来自后座第二右声道高频信号方向控制装置的输出分量的方向特征。 
图29示出根据本发明第一实施例的车载声像定位控制装置应用于家用媒体内容观看环境的结构。 
图30示出在根据本发明第一实施例的车载声像定位控制装置应用于家用内容观看环境的结构中仅驱动高频再现扬声器时的声像定位方向。 
图31示出在根据本发明第一实施例的车载声像定位控制装置应用于家用内容观看环境的结构中仅驱动高频再现扬声器时反射声音的方向。 
图32示出在根据本发明第一实施例的车载声像定位控制装置应用于家用内容观看环境的结构中高频再现扬声器阵列、墙和用户之间的位置关系。
标号释义 
1                                       音频再现装置 
2                                       记录设备 
3a-3d                                   扬声器 
4a-4d                                   放大器 
5                                       反向滤波器网络 
6                                       测试信号发生设备 
7                                       虚拟声源 
8a，8b                                  滤波器 
9                                       单声道声源 
10a-10g                                 低频再现扬声器 
11，11a，11b                            高频再现扬声器 
11c-11h，19c-19h                        高频再现扬声器阵列的扬声器 
12，12a，12b                            低通滤波器 
13，13a，13b                            高通滤波器 
14，14a-14f，25a-25d                    延迟设备 
15，15a-15f                             增益设备 
16                                      车辆 
17，17a，17b                            向下采样转换器 
18a-181                                 低频定位控制FIR滤波器 
20，20b                                 右声道高频信号方向控制装置 
20a                                     左声道高频信号方向控制装置 
20c                                     第一右声道高频信号方向控制装置 
20d                                     第二右声道高频信号方向控制装置 
21                                      测量信号发生设备 
22                                      传递函数计算设备 
23                                      扬声器 
24a-24d                                 目标传递函数滤波器 
26a-26d                                 误差路径滤波器 
27                                      系数更新计算部分 
28                                      自适应滤波器
29a-29d                                 自适应滤波器计算部分 
30a-30d,31a-31d,32a-32d,35a-35f,40      加法器 
33a-33c,34,38                           FIR滤波器 
36                                      后座右声道高频信号方向控制装置 
37a                                     后座第一右声道高频信号方向控制装置 
37b                                     后座第二右声道高频信号方向控制装置 
38                                      FIR滤波器 
39                                      TV 
41,41b                                  全波段再现扬声器 
42                                      客厅 
具体实施方式
下文中，将参照图7到图25通过各个实施例描述本发明。 
(第一实施例) 
图7示出根据第一实施例的车载声像定位控制装置。图7所示的该车载声像定位控制装置允许就坐于车辆16前座的乘客L1和L2能感受到整个频带上音频信号的右声道信号的声像在期望方向上的定位。对于允许听众欣赏包括左右声源的音乐内容等的家用音频系统，建议在左侧30度和右侧30度上定位左右声源。相反，在车辆中，最好以稍大的角度在左侧60度和右侧60度上定位左右声源。原因是如果左右声源位于左侧30度和右侧30度，则听众会因为车辆具有狭窄和密闭的内部空间的特定条件而感到压抑。在以下描述中，假设将为在右侧60度方向上定位右声源而操作车载声像定位控制装置作为示例。 
在图7中，标号10a-10d表示装在门上的低频再现扬声器；标号11表示装在前门柱上的高频再现扬声器；标号12表示低通滤波器；标号13表示高通滤波器；标号14a-14d表示延迟设备；标号15a-15d表示增益设备；标号17表示向下采样转换器；标号18a-18d表示低频定位控制FIR滤波器；标号19a-19d表示相等间距地装在仪表板中央的高频再现扬声器阵列的扬声器；而标号20表示右声道高频信号方向控制装置，包括延迟设备14a-14d以及增益设备15a-15c。A/D转换器、D/A转换器、抗失真滤波器、以及扬声器驱动放大器被设置已知位置，并且在此未示出。 
低通滤波器、高通滤波器、延迟设备、增益设备、向下采样转换器、低频定位控制FIR滤波器、以及在此未示出的诸如转换器等的元件可全部或部分地通过单芯片集成电路实现。这种集成电路可被实现为LSI、专用电路和多用途处理器。或者，可使用在LSI生产后可编程的FPGA(现场可编程门阵列)、或其中LSI中电路单元的连接或设置可重新配置的可重构处理器。当半导体技术的发展和从中起源的其它技术的形成产生替换LSI的集成技术时，以上元件可使用这些技术来集成。不必说，集成电路包括用于输入音频信号的输入终端和用于向各扬声器提供集成电路处理的音频信号的输出终端。在以下实施例及其变体中，各元件的功能也可部分地或全部地由单芯片集成电路来实现。 
然后，将描述车载声像定位控制装置的定位控制操作。 
首先，将描述用于设计低频定位控制FIR滤波器18a-18d以及对低频分量的定位控制操作的方法。低频频带和高频频带最好定义如下。声像定位效果可能被收听声音的位置的偏移所破坏的频带为高频，而剩下的频带为低频频带。高频频带和低频频带之间的边界是例如1kHz，但并不限于1kHz。 
图8示出用于测量从低频再现扬声器10a到仿真头D1和D2的耳朵的传递函数C1j(j＝1-4)的结构。该传递函数C1j测量如下。测量信号发生设备21产生诸如白噪声等的宽带信号，并且传递函数计算设备22通过诸如适应标识的公知传递函数测量方法、使用来自测量信号发生设备21的输出信号和在仿真头D1和D2的两个耳朵处测量的信号来测量传递函数C1j。类似地，测量从低频再现扬声器10b-10d到仿真头D1和D2的耳朵的传递函数Cij(i＝2-4，j＝1-4)。图9示出用于测量应在图7乘客L1和L2耳朵的位置处实现的目标传递函数的结构。当前方方向为0度时，顺时针方向为正方向，而逆时针方向为反方向，右声道信号的声像如下定位于+60度的方向上。仿真头D1和扬声器23被设置于消声室中。扬声器23被设置于+60度的方向。由测量信号发生设备21产生的诸如白噪声等的宽带信号被输入到扬声器23。传递函数计算设备22使用来自测量信号发生设备21的输出信号以及在仿真头D1的双耳处测量的信号来测量目标传递函数G1和G2。然后，低频定位控制FIR滤波器18a-18d通过可适应(经滤波X-LMS)算法使用传递函数Cij以及目标传递函数G1和G2来设计。图10示出用于这种设计的结构。在图10中，标号24a-24d表示具有要在仿真头D1和D2的双耳处实现的目标传递函数作为系数的目标传递函数滤波器。对于这些系数，应用通过上述测量获得的传递函数G1和G2。为了在仿真头D1和D2处实现不同传递函数，仿真头D1的目标传递函数被设置用于目标传递函数滤波器24a和24b，而仿真头D2的目标传递函数被设置用于目标传递函数滤波器24c和24d。标号25a-25d表示延迟设备。对于这些 延迟设备，设置收敛可适应计算所必需的延迟值。需要在延迟设备25a-25d中设置相同延迟值。标号26a-26d表示用于经滤波X-LMS算法的误差路径滤波器。从低频再现扬声器10a到仿真头D1和D2双耳的传递函数C11，C12，C13和C14可被设置为误差路径滤波器26a-26d的系数。标号27表示基于公知LMS算法的系数更新计算部分。标号28表示可适应滤波器，其滤波器系数基于系数更新计算部分27的输出在每个采样周期更新。来自可适应滤波器28的输出驱动低频再现扬声器10a。标号29a表示可适应滤波器计算部分，用于计算驱动低频再现扬声器10a的FIR滤波器18的滤波器系数。用于计算驱动低频再现扬声器10b-10d的可适应滤波器的滤波器系数的可适应滤波器计算部分29b-29d具有基本上相同的结构。标号30a-30d表示加法器。加法器30a-30d将通过从在仿真头D1和D2的双耳处测得的信号减去来自目标传递函数滤波器24a-24d的输出所获得的值作为误差信号输入到系数更新计算部分27中。图10所示的其它元件按与图7和图8所示的元件相同的方式操作，并具有与之相同的标号。通过以上所述的操作，在图7所示的低频定位控制FIR滤波器18a-18d中，设置由可适应滤波器计算部分29a-29d计算的滤波器系数。因而，乘客L1和L2都感觉到右声道信号的低频分量在图9所示扬声器23的方向上(即+60度的方向)的定位。 
接着，将描述对高频分量的定位控制操作。 
在图7中，来自高通滤波器13的输出被输入到延迟设备14d中。来自高通滤波器13的输出也被输入到右声道高频信号方向控制装置20并由其进行处理，并从高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)中输出。右声道高频信号方向控制装置20执行信号处理，使得来自高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)的输出具有车辆后部-60度方向(即传向乘客L2右侧的玻璃门)的方向特征。高频再现扬声器11输出相位和增益与延迟设备14d和增益设备15d的低频分量相匹配的高频分量。在右声道高频分量仅从高频再现扬声器11中再现的情形中，声像定位如下。如图11所示，对于乘客L1，声像被定位于高频再现扬声器11存在的+60度方向。对于乘客L2，声像被定位于高频再现扬声器11存在的+30度方向。这是由参照图6有关现有技术描述的在一行两个座位的一般车辆中座位和门柱之间的位置关系引起的。乘客L1和L2双耳处的声压水平接近于+60度和+30度方向上头部相关声学传递函数的幅值水平的高频频带特征。图12A和图12B示出头部相关声学传递函数。如图12A所示，对于乘客L1，耳间幅值水平差在高频频带中的最大值达约30dB。如图12B所示，对于乘客L2，耳间幅值水平差在最大值处约为15dB。在以60度方 向传向右玻璃门(即-60度方向)的右声道高频分量仅从位于仪表板中央的高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)再现的情形中，声像定位如下。如图13所示，乘客L2收听来自高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)的再现声音，该再现声音因为一般车辆中仪表板、前玻璃门和乘客L2之间的位置关系由玻璃门反射。结果，乘客L2在+60度方向上感受声像。从公知技术可以清楚，方向可由延迟设备14a-14c调节，而方向束的敏锐度可由增益设备15a-15c调节。例如，为了提供α度的方向特征，延迟设备14a-14c的延迟值被设定为使得延迟设备14a和14b之间的差异以及延迟设备14b和14c之间的差异如下： 
[表达式23] 
Δt＝d·sinα/c 
其中高频再现扬声器阵列的扬声器19a-19c之间的间隔为d，且声速为c。对于增益设备15a-15c，设置相等增益。或者，可基于诸如Tschebyscheff阵列等的系数分布来设置增益。必须进行向增益提供偏移量值的调节，使得乘客L2听到的由玻璃门反射到乘客L2右侧的高频分量在增益或相位方面与来自高频再现扬声器11的高频分量、或来自低频再现扬声器10a-10d的低频分量没有那么不同。所反射的声音也到达乘客L1处，但到达乘客L1的声音水平比乘客L2听到的声音水平要低得多，因为声音随距离衰减并且乘客L2起障碍物的作用。因此，如图7所示，当右声道高频分量同时从高频再现扬声器11和高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)再现时，乘客L1感受到高频分量声像在+60度方向上的定位。原因是来自高频再现扬声器11的再现声音在乘客L1周围占优势。乘客L2收听来自高频再现扬声器11的再现声音与来自高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)的再现声音的合成声音。具体地在高频频带中，确信人们是使用耳间幅值水平差而非耳间相位差来感觉声像方向的。因此，当再现声音的合成升高了右耳侧的声压水平、因而与图12B中的相比增大了耳间幅值水平差时，乘客L2可感受到声像在约+60度方向上的定位。 
通过到此为止所述的操作，就坐于车辆16的前座上的乘客L1和L2的耳间幅值水平差变成相等。结果，乘客L1和L2在整个频带上都感受到音频信号的右声道信号的声像在期望方向上的定位。“耳间幅值水平差相等”的表达并非必然表示耳间幅值水平差彼此正好相等，而表示乘客L1和L2的耳间幅值水平差彼此足够接近，从而允许乘客L1和L2在相同方向上感受声像。例如，为了实现声像在60度方向上的定位，当耳间幅值水平差比理想值小10dB、或者大约2kHz或8kHz时， 不能区分60度方向上的声像与30度方向上的声像。因此，为了使用安装在30度方向上的扬声器实现60度方向上的声像定位，期望将乘客L1的耳间幅值水平差与乘客L2的耳间幅值水平差之间的差值(误差)限制为至少约10dB。不用说，该误差需要尽可能地小，以实现高精度的声像定位。根据人类的一般听力，侧面方向上的声像定位比正面方向上的声像定位更难识别。因此，侧面方向上的声像定位具有比正面方向上的声像定位更大的容差。乘客L1的耳间幅值水平差与乘客L2的耳间幅值水平差之间的差值可使用由具有低声波吸收性的玻璃门的反射来进行高精度的控制。 
图7示出用于执行对右声道信号的声像定位控制的结构。诸如左声道的其它声道的信号的声像定位可通过基本上相同的结构来执行。图14示出用于同时对左声道信号和右声道信号执行声像定位控制的结构。在图14中，标号10a-10d表示装在门上的左声道信号和右声道信号的低频再现扬声器；标号12a和12b分别表示用于提取左声道信号和右声道信号的低频分量的低通滤波器；标号13a和13b分别表示用于提取左声道信号和右声道信号的高频分量的高通滤波器；标号14e和14f表示延迟设备；标号15e和15f表示增益设备；标号16表示安装有车载声像定位控制装置的车辆；标号17a和17b表示向下采样转换器；标号18e-18h表示左声道信号的低频定位控制FIR滤波器；标号18i-181表示右声道信号的低频定位控制FIR滤波器；标号19a-19c表示左声道信号和右声道信号的高频再现扬声器阵列中的扬声器，它们等间距地安装在仪表板的中央；标号20a表示左声道高频信号方向控制装置；标号20b表示右声道高频信号方向控制装置；标号31a-31c表示用于累加来自左声道高频信号方向控制装置20a的输出和来自右声道高频信号方向控制装置20b的输出的加法器；标号32a-32d是用于分别累加来自左声道信号的低频定位控制FIR滤波器18e-18h的输出和来自右声道信号的低频定位控制FIR滤波器18i-181的输出的加法器。 
在图14的结构中，对右声道信号的声像定位控制操作与图7所示的车载声像定位控制装置的相同，并在此略去。对左声道信号的声像控制操作除以下内容之外相同。为了测量目标功能函数，扬声器23(图9)置于-60度方向上。左声道高频信号方向控制装置20a中所包括的延迟设备和增益设备被调节成在其中的输出的由高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)再现时，再现声音具有+60度方向上的方向特征。其方向未受控制的左声道高频信号从高频再现扬声器11a中再现。对于低频分量，左声道分量和右声道分量由加法器32a-32d累加在一起，并从低频再现 扬声器10a-10d中再现。对于高频分量，左声道分量和右声道分量由加法器31a-31d累加在一起，并从高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)中再现。通过到此为止所述的操作，就坐于车辆16前座的乘客L1和L2在整个频带上感受各左声道信号和右声道信号的声像在期望方向上的定位。为了用例如环绕左声道或环绕右声道系统将声像定位于乘客L1和L2之后，高频再现扬声器阵列安装在乘客L1和L2的座位后面，并且方向被控制成乘客L1和L2收听来自期望方向的反射声音。 
在图14的结构中，高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)安装在仪表板的中央。这种结构用公用的高频再现扬声器阵列来实现：将右声道高频信号向玻璃门辐射到乘客L2的右侧所需的高频再现扬声器阵列；以及将左声道高频信号向玻璃门辐射到乘客L1的左侧所需的高频再现扬声器阵列。这提供了更低成本的车载声像定位控制装置，并节约了车辆中的空间。这种效果也可通过将高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)安装在车辆的中心轴(与乘客L1和L2等距的位置)上、而非仪表板的中央来获得。 
图7所示的车载声像控制装置具有允许就坐于车辆16前座的乘客感受到声像在期望方向上的定位的结构。为了允许就坐于车辆16后座的乘客感受到声像在期望方向上的定位，可使用以下结构。如图15所示，高频再现扬声器11b安装在后门柱上，并且高频再现扬声器阵列(扬声器19d-19f)安装在例如前座之间的扶手后面、或天花板上。使用这种结构，就坐于前座的乘客L1和L2以及就坐于后座的乘客L3和L4可同时感受到声像在期望方向上的定位。在图15中，标号10e表示装在仪表板中央或附近的低频再现扬声器，而标号10f和10g表示装在后支架中的低频再现扬声器。标号11b表示装在乘客L4一侧后门柱上的高频再现扬声器。乘客L3感受到来自高频再现扬声器11b的再现声音在右侧60度方向上的定位，而乘客L4感受到来自高频再现扬声器11b的再现声音在右侧30度方向上的定位。标号18e-18g表示分别与低频再现扬声器10e-10g相连的低频定位控制FIR滤波器。对于每一个低频定位控制FIR滤波器18e-18g，通过可适应滤波器或如上参照图10所述的其它技术设计的系数被设置成乘客L1-L4同时感受到低频分量的定位。标号19d-19f表示装在扶手后面使其振动表面朝向后座的高频再现扬声器阵列的扬声器。标号36表示后座右声道高频信号方向控制装置，它执行方向控制处理使得右声道高频分量具有在约60度方向上从高频再现扬声器阵列(扬声器19d-19f)向玻璃门辐射到乘客L4的右侧的方向(即-60度方向)。标号14e表示用于使右声道高频分量延迟预定时段的延迟设备，而标号15e表示用于调节来自延迟设备14e的输 出的幅值的增益设备。该增益设备15e被设置成使高频分量和低频分量的相位和增益相匹配。图15中所示的其它元件按与图7所示元件相同的方式操作，并具有与之相同的标号。图16示出由高频再现扬声器阵列(扬声器19d-19f)再现的右声道高频分量的声音反射。由于一般车辆中扶手、后玻璃门和乘客L4之间的位置关系，乘客L4收听到来自高频再现扬声器阵列(扬声器19d-19f)的由玻璃门反射的再现声音。结果，乘客L4感受到+60度方向上的声像。乘客L4收听到来自高频再现扬声器11b的再现声音和来自高频再现扬声器阵列(扬声器19d-19f)的再现声音的合成声音，并且结果，感受到右声道信号的高频分量在接近于+60度方向上的定位。来自高频再现扬声器阵列(扬声器19d-19f)的到达乘客L3处的再现声音是极低水平的反射声音，因此乘客L3仅收听到来自高频再现扬声器11b的再现声音。结果，乘客L3感受到声像在+60度方向上的定位。来自高频再现扬声器阵列(扬声器19d-19f)的再现声音和来自高频再现扬声器11b的再现声音具有在车辆后部的方向特征，因此很难到达前座上的乘客L1和L2。因此，乘客L1和L2对通过合成来自高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)的再现声音和来自高频再现扬声器11a的再现声音所获得的右声道高频分量的定位的感受不会受到破坏。来自高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)的再现声音和来自高频再现扬声器11a的再现声音低水平地到达后座，因为声音随距离衰减并且前座起障碍物的作用。因此，乘客L3和L4对右声道高频分量的定位的感受不会受到破坏。因而，图15所示的结构允许前座上的乘客L1和L2以及后座上的乘客L3和L4同时感受到右声道高频分量的声像在+60度方向上的定位。 
图7所示的车载声像定位控制装置将三个扬声器单元19a-19c用作高频再现扬声器阵列，但扬声器的数量并不限于3个。为了改进方向特征的敏锐度，最好增加高频再现扬声器阵列中所包括的扬声器的数量。不用说，右声道高频信号方向控制装置20中所包括的延迟设备的数量和增益设备的数量可根据高频再现扬声器阵列中所包括的扬声器单元的数量来增减。 
图7所示的车载声像定位控制装置具有用于再现来自装在门柱上的高频再现扬声器11的高频分量的结构。高频分量可仅从高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)中再现，而略去高频再现扬声器11。在这种情形中，对于乘客L1，高频分量的增益降低，且定位的方向略微偏离60度方向，但可降低扬声器的成本。 
在图7所示的车载声像定位控制装置中，右声道高频信号方向控制装置20包括延迟设备和增益设备。本发明并不限于这种结构。例如，如图17所示，延迟设 备和增益设备可用FIR滤波器33a-33c来替换。在这种情形中，计算处理会增加，但敏锐的方向性可在更宽的频带上实现。 
(第二实施例) 
图18示出根据第二实施例的车载声像定位控制装置。图18所示的车载声像定位控制装置允许就坐于车辆16前座的乘客L1和L2能感受到整个频带上音频信号的右声道信号的声像在期望方向上的定位。具体地，在以下描述中，假设为了像第一实施例中的车载声像定位控制装置一样，在右侧60度方向上定位右声源而操作车载声像定位控制装置。 
在图18中，标号11c-11e表示装在前门柱上的高频再现扬声器阵列；标号14a-14f表示延迟设备；标号15a-15f表示增益设备；标号20c表示第一右声道高频信号方向控制装置，包括延迟设备14a-14c以及增益设备15a-15c；标号20d表示第二右声道高频信号方向控制装置，包括延迟设备14d-14f以及增益设备15d-15f；标号34表示用于处理右声道高频分量的线性相位FIR滤波器；而标号35a-35c表示加法器，用于累加来自第一右声道高频信号方向控制装置20c的输出和来自第二右声道高频信号方向控制装置20d的输出，并分别将累加结果输入到高频再现扬声器阵列的扬声器11c-11e中。图18所示的其它元件按与图7所示元件相同的方式操作，并具有与之相同的标号。图18所示的车载声像定位控制装置对低频分量执行的定位控制操作与图7所示的车载声像定位控制装置的相同，并将被略去。然后，将描述对高频分量的定位控制操作。 
图19示出当只有来自第一右声道高频信号方向控制装置20c的输出从高频再现扬声器阵列(扬声器11c-11e)再现时的方向特征。第一右声道高频信号方向控制装置20c中所包括的延迟设备和增益设备被调节成右声道高频分量在左侧30度(即-30度)方向上具有主波瓣，其中高频再现扬声器阵列(扬声器11c-11e)的前面对准0度方向，并且不向乘客L2的右耳辐射声音。结果，乘客L2感受到右声道高频分量的声像在+60度方向上的定位。乘客L2用他/她的左耳收听到右声道高频分量，但可用他/她的右耳收听到极低水平的右声道高频分量。 
图20示出当只有来自第二右声道高频信号方向控制装置20d的输出从高频再现扬声器阵列(扬声器11c-11e)再现时的方向特征。第二右声道高频信号方向控制装置20d中所包括的延迟设备和增益设备被调节成右声道高频分量仅具有一般朝向乘客L2的右耳的方向。结果，乘客L1几乎听不到右声道高频分量。乘客L2收听到由FIR滤波器34处理的来自高频再现扬声器阵列(扬声器11c-11e)的右声道高频分量，该阵列相对于仅用他/她的右耳的乘客L2置于约+30度的方向上。 
然后，将描述FIR滤波器34的系数设计。图21示出关于60度方向和30度方向的头部相关声学传递函数的耳间幅值水平差(通过从幅值上较高的耳朵处的特征减去幅值水平较低的耳朵处的特征获得的差异特征)。如从图21中清晰可见，在60度方向上，耳间幅值水平差在2kHz或8kHz处或附近变得明显较大。这样，到达右耳(或左耳)处的声音的幅值水平被补偿成：到达听众左耳的声音的幅值水平与到达听众右耳的声音的幅值水平之间的差值与图21所示的60度方向上耳间幅值水平差的频率特征相匹配。因而，听众得以感受声像在60度方向上的定位。即，当用于实现上述补偿的系数被设置成用于图20所示结构中的FIR滤波器34、且未经图19所示FIT滤波器34处理的右声道高频分量被提供给乘客L2的左耳时，乘客L2感受到声像在+60度方向上的定位。应当注意，图21所示的耳间幅值水平差是作为在诸如消声室的声学特征测量环境中使用仿真头来测量30度方向上声源和60度方向上声源的头部相关声学传递函数的结果获得的。该头部相关声学传递函数在例如高频再现扬声器阵列(扬声器11c-11e)置于除30度方向外的方向上时、或者车辆中有反射声音的影响时会改变。该头部相关声学传递函数还根据乘客L2的头的形状、或乘客L2就坐时的高度而改变。因此，在当实际上使用该车载声像定位控制装置的车辆就坐时测量头部相关声学传递函数、并因而计算耳间幅值水平差的情形中，获得用于实现更精确的声像定位控制的补偿系数。或者，用于输入来自听众(乘客L1或L2)指令的输入装置可设置在车载声像定位控制装置中，从而FIR滤波器34的系数可根据通过输入装置输入的指令来适当地改变。作为用于补偿频率特征的装置，可使用具有固定群延迟的线性相位FIR滤波器。通过向第一右声道高频信号方向控制装置20c中所包括的延迟设备14a-14c提供作为偏移量的固定群延迟，可消除来自第一右声道高频信号方向控制装置20c的输出分量中的相位偏移。作为用于补偿频率特征的装置，可使用IIR滤波器，代替FIR滤波器34。在该情形中，乘客L2感受到双耳之间的相位差并获得不自然的感觉，但可减少计算处理量。 
如从图21中可知，在30度方向上也有耳间幅值水平差。因此，定位效果可通过向FIR滤波器34提供与60度方向上的耳间幅值水平差和30度方向上的耳间幅值水平差之间的差值相对应的特征来改进。具体地，向FIR滤波器34提供这样的特征：当60度方向上的耳间幅值水平差与30度方向上的耳间幅值水平差显著不同时，2kHz和8kHz处或左右的声音在输出时增大；而当60度方向上的耳间幅值水平差与30度方向上的耳间幅值水平差基本上相同时，4kHz处或左右的声音被不经增大地输出。 
可略去第一右声道高频信号方向控制装置20c。在该情形中，乘客L1双耳和乘客L2左耳听到的声音到达乘客L2的右耳处。该声音与从第二右声道高频信号方向控制装置20d输出的声音互相干扰。FIR滤波器34被设计成干扰声音的特征与有关图21所示的60度方向上声源的耳间幅值水平差的特征相匹配。 
为了对左声道信号执行声像定位控制，高频再现扬声器阵列(扬声器11c到11e)被安装在左前门上。然后，第一右声道高频信号方向控制装置20c中所包括的延迟设备和增益设备被设置成：其中的输出具有使主波瓣位于右侧30度方向，其中高频再现扬声器阵列(扬声器11c-11e)的正面对准0度方向，并且不向乘客L1的左耳辐射声音的方向性。第二右声道高频信号方向控制装置20d中所包括的延迟设备和增益设备被设置成其中的输出仅具有从高频再现扬声器阵列(扬声器11c-11e)到乘客L1左耳的方向上的方向特征。 
使用根据图18所示的第二实施例的车载声像定位控制装置，到达乘客L2的右耳的声音的频率特征被补偿，以使耳间幅值水平差具有期望值。或者，到达乘客L2的左耳的声音的频率特征可被补偿，以使耳间幅值水平差具有期望值。在该情形中，可改变第一右声道高频信号方向控制装置20c和第二右声道高频信号方向控制装置20d中所包括的延迟设备14a-14f和增益设备15a-15f、以及FIR滤波器34的系数。对于第一右声道高频信号方向控制装置20c，如图22所示，延迟设备14a-14c和增益设备15a-15c可被设置成来自第一右声道高频信号方向控制装置20c的输出在乘客L2左耳附近处有死角。例如，将参照图23描述用于设置由高频再现扬声器再现阵列的扬声器11c和11d制造死角的系数的方法。从扬声器11c到乘客L2左耳的传递函数是h11c，再现预定信号时乘客L2左耳位置处的声压水平为g11c，而信号从扬声器11c到达乘客L2左耳所需的时间为τ11c。类似地，对于高频再现扬声器阵列的扬声器11d，传递函数是h11d，乘客L2左耳位置处的声压水平为g11d，而所需的时间为τ11d。为了用来自扬声器11d的再现声音消除来自扬声器11c的再现声音，对延迟设备14b设置-g11c/g11d以处理要输入到扬声器11d的信号，并对增益设备15b设置τ11c-τ11d以处理要输入到扬声器11d的信号。这样，高频再现扬声器阵列可包括用于再现右声道高频分量的扬声器和用于消除乘客L2左耳处的再现声音的的扬声器的组合。在高频再现扬声器阵列包括奇数数量的扬声器单元的情形中，对剩下的一个扬声器设置0增益从而不从中输出声音。对于 第二右声道高频信号方向控制装置20d，如图24所示，延迟设备14d-14f和增益设备15d-15f可被设置成来自第二右声道高频信号方向控制装置20d的输出仅具有一般传向乘客L2左耳方向的方向特征。使用以上从中图18所述的车载声像定位控制装置，向FIR滤波器34提供一系数，以具有60度方向上头部相关声学传递函数的耳间幅值水平差。在用于补偿乘客L2左耳处的声压的结构中，显然可作出具有以上相反特征的补偿。图25示出通过将60度方向上头部相关声学传递函数的耳间幅值水平差(用分贝表示)(即通过从幅值水平较低的耳朵处的特征减去幅值水平较高的耳朵处的特征获得的差)乘以-1所获得的特征。在用于实现图25所示特征的系数被设置成用于FIR滤波器34、并且未经图22所示FIR滤波器34处理的右声道高频分量被提供给乘客L2的左耳的情形中，乘客L2感受到声像在+60度方向上的定位。 
与第一实施例相似，图18所示的车载声像控制装置具有允许就坐于前座的乘客感受到声像在期望方向上的定位的结构。为了使就坐于后座的乘客也感受到声像在期望方向上的定位，可使用以下结构。如图26所示，将高频再现扬声器阵列(扬声器11f-11h)装在后门柱上，从而位于前座的乘客L1和L2以及位于后座的乘客L3和L4可同时感受到声像在期望方向上的定位。在图26中，标号11f-11h表示装在后门柱上的高频再现扬声器阵列的扬声器；标号37a表示包括延迟设备和增益设备的后座第一右声道高频信号方向控制装置；标号38表示用于处理右声道高频分量的线性相位FIR滤波器；标号37b表示包括用于处理来自FIR滤波器38的输出的延迟设备和增益设备的后座第二右声道高频信号方向控制装置；而标号35d-35f表示加法器，用于累加来自后座第一右声道高频信号方向控制装置37a的输出和来自第二右声道高频信号方向控制装置37b的输出，并分别将累加结果输入到高频再现扬声器阵列的扬声器11f-11h中。图26所示的其它元件用与图18和15所示元件相同的方式操作，并具有与之相同的标号。对前座中乘客L1和L2的定位控制操作如上参照图18所述。对有关后座中乘客L3和L4的右声道信号的低频分量的定位控制操作如上参照图15所述，并在此略去。图27示出来自后座第一右声道高频信号方向控制装置37a的输出的方向特征。在后座第一右声道高频信号方向控制装置37a中，延迟设备和增益设备被设置成来自高频再现扬声器阵列(扬声器11f-11h)的输出在朝向乘客L3的方向(即左侧30度方向)上具有高辐射水平，因而到达乘客L4右耳处的声音具有极低水平并且几乎是听不到的。图28示出来自后座第二右声道高频信号方向控制装置37b的输出的方向特征。在后座第二右声 道高频信号方向控制装置37b中，延迟设备和增益设备被设置成提供这样的方向特征：由FIR滤波器38处理的信号仅从高频再现扬声器阵列(扬声器11f-11h)辐射到乘客L4的右耳及其附近。对于FIR滤波器38，系数可被设置成如上参照图21所述在60度方向上提供耳间幅值水平作为特征。因为FIR滤波器38执行与FIR滤波器34相同的处理，所以可略去FIR滤波器38以便于减少处理计算量。在该情形中，来自FIR滤波器34的输出可分支并输入到后座第二右声道高频信号方向控制装置37b中。使用图26所示的结构，在从高频再现扬声器阵列(扬声器11f-11h)再现的右声道高频分量中，乘客L3收听到来自后座第一右声道高频信号方向控制装置37a的输出分量。因此，乘客L3感受到右声道高频分量在高频再现扬声器阵列(扬声器11f-11h)存在的+60度方向上的定位。乘客L4用他/她的左耳收听到来自后座第一右声道高频信号方向控制装置37a的输出分量，并用他/她的右耳收听到来自后座第二右声道高频信号方向控制装置37b的输出分量。因此，乘客L4被给予+60度方向上的耳间幅值水平差，并且结果感受到右声道高频分量在+60度方向上的定位。来自高频再现扬声器阵列(扬声器11f-11h)的再现声音具有车辆后部的方向特征，因而前座乘客L1和L2几乎听不到。因此，乘客L1和L2对来自高频再现扬声器阵列(扬声器11f-11h)的再现声音的右声道高频分量的定位的感受不会受到破坏。到达后座的来自高频再现扬声器阵列(扬声器11f-11h)的再现声音是极低水平的，因为声音随着距离衰减并且前座起障碍物的作用。因此，乘客L3和L4对右声道高频分量的定位的感受不会受到破坏。因而，图26所示的结构允许前座上的乘客L1和L2以及后座上的乘客L3和L4同时感受到右声道高频分量的声像在+60度方向上的定位。 
与第一实施例相似，图18所示的车载声像定位控制装置将三个扬声器单元11c-11e用作高频再现扬声器阵列，但扬声器的数量并不限于三个。为了改进方向特征的敏锐度，最好增加高频再现扬声器阵列中所包括的扬声器的数量。不用说，第一右声道高频信号方向控制装置20c和第二右声道高频信号方向控制装置20d中所包括的延迟设备的数量和增益设备的数量可根据高频再现扬声器阵列中所包括的扬声器单元的数量来增减。 
与第一实施例相似，在图18所示的车载声像定位控制装置中，第一右声道高频信号方向控制装置20c和第二右声道高频信号方向控制装置20d各自都包括延迟设备和增益设备，但本发明并不限于这种结构。 
在第一实施例和第二实施例中，本发明应用于车载声像定位控制装置中。本发明并不限于在车辆内部使用，并且还可应用于例如在扬声器布置受限制的房子内观看和收听媒体内容的环境，以便于向多个用户提供极好的声像定位控制效果。在一般住房内，可安装扬声器的空间像在车辆中一样受限制。具体地，前声道扬声器常常安装在电视机(TV)的两侧。使用在诸扬声器之间调节增益平衡和时间对准的技术，难以在整个频带上给多个用户极好的声像定位。 
图29示出用于在客厅42中向用户L1和L2提供右声道信号的极好声像定位的结构。该结构具有与第一实施例中所述的车载声像定位控制装置基本上相同的结构。标号10b和10d表示安装在客厅42的两个后部角落处的低频再现扬声器。标号39表示安装在用户L1和L2前方的TV。标号41a和41b表示安装在TV 39两侧的全频再现扬声器。标号19a-19c表示置于TV39上方或下方的高频再现扬声器阵列的各个扬声器。标号40表示加法器，用于累加来自增益设备15d的输出和来自低频定位控制FIR滤波器18c的输出，并将累加结果输入到全频再现扬声器41b中。其它元件与图7所示元件按相同方式操作，并具有与之相同的标号。 
对右声道低频分量的定位控制如上参照图7所述，并将被略去。使用图7中的结构，右声道高频分量通过延迟设备14d和增益设备15d在增益和相位方面与低频分量相匹配，并从高频再现扬声器11中再现。使用图29所示的结构，右声道高频分量通过延迟设备14d和增益设备15d在增益和相位方面与低频分量相匹配，然后通过加法器40与低频分量相加，并从全频再现扬声器41b中再现。因此，如图30所示，在右声道高频分量中，由延迟设备14d和增益设备15d处理的分量从+α角度的右前方到达用户L1，从前方到达用户L2。如图31所示，右声道高频信号方向控制装置20中所包括的延迟设备和增益设备被设置成：从高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)再现的声音由墙反射到用户L2的右侧，并从+β角度的方向到达用户L2。结果，从全频再现扬声器41b再现的高频分量和来自高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)的反射声音被合成，且用户L2感受到右声道高频分量的声像在相对于前方方向成+β角的方向上的定位。应注意，高水平的反射声音到达用户的方向受来自高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)的输出的方向与墙的位置之间的关系的限制。如图32所示，假设高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)与墙之间的距离为x1，用户L2与墙之间的距离为x2，且高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)垂直投影在墙上的点与用户L2垂直投影在墙上的点之间的距离为x3。当来自高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)的输出的方向θ满足关系式向x3tanθ＝x1+x2，则用户L2就听到足够高水平的反射声音。当图31中的θ1和θ2彼此显著不同时，用户L2不能听到高水平的反射声音。因此，难以允许用户L2感受右声道高频分量在接近于+α角度方向的方向上的声像(即用户L1感受到右声道高频分量的声像的方向)。在高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)、墙、以及用户L2相对定位成产生反射声音，从而反射声音和来自全频扬声器41b的再现声音的合成声音定位于α角度方向的情形中，右声道高频信号再现方向控制装置20中所包括的延迟设备和增益设备可根据来自高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)的方向按需进行调节，使合成声音定位于α角度的方向。 
如上所述，图29所示的结构使用户L1和L2能在整个频带上感受到右声道信号在相同右前方中的定位。不用说，对左声道信号分量的定位控制可简便地实现为如第一实施例所述。 
第二实施例中所述的车载声像定位控制装置不用说可应用于客厅42。在该情形中，参照图18所述的高频再现扬声器阵列(扬声器11c-11e)位于例如全频扬声器41b之上。然后，第一右声道高频信号方向控制装置20c和第二右声道高频信号方向控制装置20d中所包括的延迟设备和增益设备被适当地设置，以使该高频再现扬声器阵列(扬声器11c-11e)具有期望的方向特征。 
第一实施例和第二实施例中所述的车载声像定位控制装置并不限于在座位位置固定时使用。例如，当图7所示乘客L2的座位位置从根据原始设计的位置处向前偏移时，延迟设备14a-14c的延迟时段可被设置成根据该偏移距离事先获得的值。因而，定向的方向可扩大，以使来自高频再现扬声器阵列(扬声器19a-19c)的再现声音在玻璃门上反射到乘客L2右侧的位置向前偏移。不用说，该偏移的距离可通过传感器等自动测量，且延迟设备14a-14c的延迟时间可基于预定计算表达式来计算，并根据测量结果来自动设置。 
头部相关声学传递函数在个体基础上有显著的变化。因此，可准备多个补偿模式，从而可根据用户选择一种补偿模式。 
工业实用性 
根据本发明的车载声像定位控制装置可用于获取相同水平的极好声像定位，例如在车辆中的多个座位上。

Claims (5)

1.一种设置在车辆内的声像定位控制装置，当左右任意一方为特定侧、另一方为相反侧时，包括：
音频再现装置，至少具有第一扬声器，该第一扬声器位于从所述特定侧的座位朝车前方的所述特定侧30度方向且从所述相反侧的座位朝车前方的所述特定侧60度方向上的位置，用于根据音频信号产生声波；以及
方向控制装置，用于对要输入到所述音频再现装置中的、所述音频信号在2kHz处或左右和所述音频信号在8kHz处或左右的幅值水平进行补偿处理，而不对所述音频信号在4kHz处或左右的幅值水平进行补偿处理，以便在所述音频信号的2kHz处或左右和所述音频信号的8kHz处或左右，使坐在所述特定侧的座位的第一听众在收听由所述音频再现装置提供的再现声音时获得的耳间幅值水平差与60度方向上耳间幅值水平差的频率特征相匹配或具有期望值，
所述方向控制装置包括单耳方向控制装置，用于处理所述补偿处理后的音频信号，以使得由所述第一扬声器提供的所述补偿处理后的音频信号的再现声音仅传向所述第一听众耳朵之一的第一耳朵。
2.如权利要求1所述的声像定位控制装置，其特征在于，
还包括用于输入来自所述第一听众或坐在所述相反侧的座位的第二听众的指令的输入装置，
所述方向控制装置包括频率特征补偿装置，该频率特征补偿装置用于将经由所述单耳方向控制装置输入到所述音频再现装置的音频信号的频率特征补偿为与通过所述输入装置输入的所述第一听众或所述第二听众的指令相对应的频率特征。
3.如权利要求1所述的声像定位控制装置，其特征在于：
所述方向控制装置还包括三耳方向控制装置，用于处理所述音频信号，以使得由所述第一扬声器提供的所述音频信号的再现声音传向坐在所述相反侧的座位的第二听众的两个耳朵以及第一听众的不同于所述第一耳朵的第二耳朵；并且
所述第一扬声器基于由所述单耳方向控制装置处理的音频信号和由所述三耳方向控制装置处理的音频信号产生声波。
4.如权利要求1所述的声像定位控制装置，其特征在于：
所述音频再现装置还包括第二扬声器，该第二扬声器位于从所述特定侧的座位朝车前方的所述相反侧60度方向且从所述相反侧的座位朝车前方的所述相反侧30度方向上的位置，用于根据音频信号产生声波；
第二方向控制装置，用于对要输入到所述音频再现装置中的、所述音频信号在2kHz处或左右和所述音频信号在8kHz处或左右的幅值水平进行补偿处理，而不对所述音频信号在4kHz处或左右的幅值水平进行补偿处理，以便在所述音频信号的2kHz处或左右和所述音频信号的8kHz处或左右，使坐在所述相反侧的座位的第二听众在收听由所述第二扬声器提供的再现声音时获得的耳间幅值水平差与60度方向上耳间幅值水平差的频率特征相匹配或具有期望值，
所述第二方向控制装置包括第二单耳方向控制装置，用于处理所述补偿处理后的音频信号，以使得由所述第二扬声器提供的所述补偿处理后的音频信号的再现声音仅传向所述第二听众耳朵之一的第一耳朵。
5.一种集成电路，可用于电连接到至少包括第一扬声器的音频再现装置，该第一扬声器当左右任意一方为特定侧、另一方为相反侧时被设置在从车辆内的所述特定侧的座位朝车前方的所述特定侧30度方向且从所述相反侧的座位朝车前方的所述特定侧60度方向上的位置上，其特征在于，
所述集成电路包括：
用于输入音频信号的输入终端；
方向控制装置，用于对经由所述输入装置提供的音频信号在2kHz处或左右和所述音频信号在8kHz处或左右的幅值水平进行补偿处理，而不对所述音频信号在4kHz处或左右的幅值水平进行补偿处理，以便在所述音频信号的2kHz处或左右和所述音频信号的8kHz处或左右，使坐在所述特定侧的座位的第一听众在收听由所述音频再现装置提供的再现声音时获得的耳间幅值水平差与60度方向上耳间幅值水平差的频率特征相匹配或具有期望值；以及
输出终端，用于向所述音频再现装置提供由所述方向控制装置处理的音频信号，
所述方向控制装置包括单耳方向控制装置，用于处理所述补偿处理后的音频信号使得由所述第一扬声器提供的所述补偿处理后的音频信号的再现声音仅传向所述第一听众耳朵之一的第一耳朵。
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