CN1956601B - 音频再现设备与音频再现方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种音频再现设备。该音频再现设备包括多个扬声器单元和方向性控制部分。所述多个扬声器单元的辐射表面面朝外。所述方向性控制部分控制所述多个扬声器单元的方向性以形成一个或多个低灵敏区。
Description
相关申请的参照
本发明包含与2005年10月26日向日本专利局提交的日本专利申请JP2005-311508号相关的主题内容，其全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及控制多个扬声器的方向性以形成一个或多个低灵敏区的音频再现设备与音频再现方法。
背景技术
迄今为止，为了控制扬声器的方向性，已有了各种提案。例如，如日本专利申请特开昭63-54898号中所公开的相关技术参照描述了获得单一方向性的扬声器系统。在该扬声器系统中，振动片或振动膜的一侧覆盖上吸音材料以抑制声压和频率特性中出现波峰和波谷。
如日本专利申请特开平9-247784号中所公开的另一相关技术参照描述了一种音频再现设备，它向放置在一个机箱中的后表面彼此相对的一对扬声器提供经具有预定传输函数的滤波器处理过的音频信号，并且电控制这些传输函数以获得所需的方向性。
发明内容
使得特定的人或小组能够听到特定的声音、而使该特定的人或小组周围的人不能听到该特定的声音可能是合乎需要的。例如，当桌子上放置具有多个扬声器单元的音频再现设备时，第一个人可以用一个扬声器单元听音乐，第二个人可用另一个扬声器单元听广播电视声音，而使得第三个人不能听到这些声音。当听音乐的人使用耳机时，也能防止声音泄漏到其它的人。然而，对于收听者来说戴耳机是很麻烦的。
上述相关技术参照描述了在不形成在其中人不能够听到所再现的声音的区域的情况下所需方向性的实现。
鉴于以上描述，提供一种控制多个扬声器单元的方向性以形成在其中人不能听到从远离自己的扬声器单元再现的声音的低灵敏区的音频再现设备和音频再现方法是合乎需要的。
根据本发明的一个实施例，提供了一种包括多个扬声器单元与方向性控制部分的音频再现设备。这多个扬声器单元的辐射表面面朝外。方向性控制部分控制这多个扬声器单元的方向性以形成一个或多个低灵敏区。
根据本发明的一个实施例，提供了一种包括辐射表面面朝外的多个扬声器单元的音频再现设备。计算这多个扬声器单元的加权因数，从而使得这多个扬声器单元的方向性之和为0。乘以加权因数的音频信号被提供给这多个扬声器单元并从这多个扬声器单元再现，从而形成一个或多个低灵敏区。
根据本发明的一个实施例，提供了一种从多个扬声器单元再现音频信号的音频再现方法。控制这多个扬声器单元的方向性以使得这多个扬声器单元的方向性之和为0，从而形成一个或多个低灵敏区。
根据本发明的实施例，能够防止在音频再现设备的多个扬声器单元的不同方向的收听者听到的声音泄漏到其它收听者。因此，可以给特定的收听者提供声音以使得该特定的收听者周围的其它人不能听到该声音。
在如附图中所示出的以下对本发明的最佳模式实施例的详细描述的启发下，本发明的这些和其它目的、特征与优点将更加显见。
附图说明
图1是示出了根据本发明的一个实施例的音频再现环境的概貌的示意图；
图2是描述通过组合具有不同方向性的模式来形成低灵敏区的示意图；
图3是示出了根据本发明的一个实施例的音频再现设备的结构的框图。
具体实施方式
接着将参照附图描述本发明的一个实施例。图1示出了根据本发明的一个实施例的音频再现环境的概貌。根据本实施例的音频再现设备1包括环形圆柱机箱2以及扬声器单元3a-3h。扬声器单元3a-3h呈辐射状地放置在设于环形圆柱机箱2的外围表面上的多个隔板上。
位于音频再现设备1周围的收听者用扬声器单元3a-3h收听他们想听的声音。例如，如图1中所示，收听者5用放置在该收听者前面的扬声器单元3b收听自己想听的声音。收听者6用扬声器3g收听自己想听的声音。收听者7用扬声器3e收听自己想听的声音。
音频再现设备1周围的收听者的位置由例如设置在其中的相机单元4来确定。相机4能在360度全方位地捕捉图像。音频再现设备1分析捕捉到的图像数据以确定其周围的收听者的位置。假定扬声器单元3a的辐射方向是0度，则收听者5的位置被定义为例如315度，收听者6为例如90度，而收听者7为例如180度。或者，收听者使用的扬声器单元也可改为对应于收听者的位置来确定。另外，可测量从每个扬声器单元到相应的收听者的距离。
收听者的位置以及收听者与扬声器单元之间的距离也可由相机单元4之外的其它手段来测量。例如，可在每个扬声器单元的辐射方向上发射超声波。通过检测来自每个收听者的对该超声波的反射波，就可以确定每个收听者的位置和距离。或者，通过从遥控器发射红外线或按下音频再现设备1的预定按钮，每个收听者可告知音频再现设备1自己的位置。或者，每个扬声器单元可被用作话筒。在此情况下，通过检测每个收听者讲话的时间段与该收听者的声波到达话筒的时间段之间的时间差，就可以确定每个收听者的位置和距离。
音频再现设备1设有用于对音频信号执行信号处理过程的信号处理部分。信号处理部分将在后面描述。经处理的音频信号从扬声器单元3a-3h再现。或者，信号处理部分可以放置在音频再现设备1的外部。在此情况下，信号处理部分可无线地或通过电缆连接到扬声器单元3a-3h，以便与音频再现设备1交换音频信号。
图2概念性地示出了一种改变从多个扬声器单元再现的音频信号的电平与相位并形成一个或多个低灵敏区的方法。为了简单起见，图2仅示出了图1中所示的音频再现设备1的扬声器单元3a、3d和3f。
例如，相同的音频信号(下文称作音频信号A)被提供给每个扬声器单元。音频信号A被适当地设置为使得扬声器单元3a、3f和3d的音频信号的输入电平以此顺序递增，并使得从扬声器3a与扬声器3f再现的音频信号A的相位与从扬声器3d再现的音频信号A的相位相反。
结果，扬声器单元3a的方向性被表示为例如两点线11的模式。扬声器单元3f的方向性被表示为例如一点线12的模式。扬声器单元3d的方向性被表示为例如实线13的模式。这些方向性组合成例如虚线14的模式。
由于各个扬声器单元的音频信号的电平不同，且所再现的音频信号的相位相反，所以音频信号被抵消。因此，扬声器单元3d周围的区域处在虚线14所表示的区域之外。从而，可以使在扬声器单元3d前面的收听者不能听到音频信号A。因此，当调节音频信号的电平与相位时，可以形成低灵敏区。结果，能够为不想收听该再现的音频信号的收听者很大程度地抑制该音频信号的电平。
如上所述，当调节了音频信号的电平和相位，并且收听者用多个扬声器单元收听该音频信号时，就能够形成低灵敏区。另外，根据本发明的一个实施例，通过控制每个扬声器单元的方向性，就能够形成一个或多个低灵敏区。
接着，将详细描述本实施例。图3示出了根据本实施例的音频再现设备1的结构。音频再现设备1包括信号选择部分21、作为方向性控制部分的示例的信号处理部分22、以及相机单元4。另外，如上所述，音频再现设备1具有扬声器单元3a-3h。此外，音频再现设备1具有数模(D/A)转换部分24a-24h以及放大器(AMP)25a-25h。D/A转换部分24a-24h将提供给扬声器单元的数字音频信号转换成相应的模拟音频信号。AMP 25a-25h放大这些模拟音频信号。
各种源音频信号被输入到信号选择部分21。源音频信号的示例包括电视广播声音、无线电广播声音、以及记录在可移动介质和硬盘驱动器(HDD)中的音乐。或者，音频再现设备1还可设有网络接口从而可通过诸如因特网等网络下载音频信号并将所下载的音频信号提供给信号选择部分21。信号选择部分21执行从所提供的多个音频信号中选择预定音频信号的过程。例如，在音频再现设备1周围的收听者用遥控单元向音频再现设备1发射红外遥控信号以选择所需的音频信号。遥控信号由音频再现设备1的光接收部分(未示出)接收并被提供给选择信号生成部分23。选择信号生成部分23生成对应于该遥控信号的选择信号。该选择信号从选择信号生成部分23被提供给信号选择部分21。信号选择部分21执行选择对应于所提供的音频信号的预定音频信号的过程。由于音频再现设备1周围可能有多个收听者，所以可向信号选择部分21提供对应于这多个收听者的多个选择信号。在此情况下，可选择多个音频信号。由信号选择部分21选定的音频信号被提供给信号处理部分22。
另外，通过相机单元4的捕捉与分析过程获得的关于收听者的位置信息被提供给信号处理部分22。如参照图1所述，关于收听者5-7的位置信息从相机单元4被提供给信号处理部分22。
例如，假设收听者6选择了音频信号B并且音频信号B已被提供给信号处理部分22，而收听者5和7没有选择音频信号B。如果音频信号B被转换为模拟信号，放大，并从放置在收听者6前面的扬声器单元3g被再现，则所再现的声音会泄漏到周围的收听者5和7。特别地，如果音频信号B包含许多低频成分，则由于它们的波长较长，音频信号B的方向性变宽。因此，向周围的收听者的声音漏泄的影响会变大。
因此，信号处理部分22执行使收听者6能听到音频信号B并在收听者5和收听者7周围形成低灵敏区以使他们不能听到音频信号B的过程。由信号处理部分22执行的该过程将在后面详细描述。
由信号处理部分22对其执行了将在后面详细描述的信号处理过程的信号B被转换为模拟信号，放大，然后被提供给预定的扬声器单元。特定的收听者所使用的扬声器单元对应于例如从相机单元4提供的关于收听者的位置信息来确定。根据本发明的该实施例，由于收听者5使用了扬声器单元3b，所以经处理的音频信号B被提供给D/A转换部分24b。D/A转换部分24b将音频信号B转换为模拟信号。放大器25b放大该模拟信号并将放大后的信号提供给扬声器单元3b。扬声器单元3b再现该模拟信号。同样地，由于收听者6使用了扬声器单元3g，所以经处理的音频信号B被提供给D/A转换部分24g。D/A转换部分24g将该音频信号B转换为模拟信号。放大器25g放大该模拟信号并将放大后的信号提供给扬声器单元3g。扬声器单元3g再现该模拟信号。类似地，由于收听者7使用扬声器单元3e，所以经处理的音频信号B被提供给D/A转换部分24e。D/A转换部分24e将该音频信号B转换为模拟信号。放大器25e放大该模拟信号并将放大后的信号提供给扬声器单元3e。扬声器单元3e再现该模拟信号。
接着，将描述根据本发明的该实施例的由信号处理部分22执行的过程的示例。如上所述，信号处理部分22执行使得收听者6能听到音频信号B并在收听者5和收听者7周围形成低灵敏区以使他们不能听到音频信号B的过程。为了简单起见，假设放置在音频再现设备1中的每个扬声器单元都是没有方向性的点声源，并且音频再现设备1的尺寸(即直径)小到与从每个扬声器单元到相应的收听者的距离相比可以忽略不计。
假设提供给扬声器单元3b、3e以及3g的音频信号的加权因数分别表示为α、β和γ，给予收听者5的音频信号的电平可由以下的方程(1)表示。
α·D3b-5+β·D3e-5+γ·D3g-5＝0 (1)
在方程(1)中，D表示方向性。例如，D3b-5表示在从扬声器单元3b到收听者5的方向上的方向性(增益)。D3b-5以测得数值的形式给出(这同样适用于后面的方程(2)和(3))。另外，为了在收听者5周围形成低灵敏区，作为方向性之和的结果的方程(1)的右边被设为0。
给予收听者6的音频信号的信号电平可由以下的方程(2)表示。
α·D3b-6+β·D3e-6+γ·D3g-6＝0 (2)
类似于收听者5的情况，为了在收听者6周围形成低灵敏区，作为方向性之和的结果的方程(2)的右边被设为0。
给予收听者7的音频信号的信号电平可由以下的方程(3)表示。
α·D3b-7+β·D3e-7+γ·D3g-7＝a (3)
为了使收听者7能听到音频信号B，方程(3)的右边被设置为表示音频信号B的增益的a。
由于方向性D与增益a作为数值给出，所以通过解方程(1)至(3)，可以得到α、β和γ的值。将音频信号B乘以α后所得的信号被提供给扬声器3b。将音频信号B乘以β后所得的信号提供给扬声器3e。将音频信号B乘以γ后所得的信号提供给扬声器3g。扬声器单元3b、3e和3g再现这些信号。
因此，由于从扬声器单元3b、3c和3g再现了音频信号B乘以α、β和γ后所得的音频信号，所以在收听者5和收听者6周围能够形成低灵敏区以使得他们不能听到音频信号B或微弱地听到音频信号B。另一方面，由于再现了具有增益a的音频信号B，所以收听者7能够听到音频信号B。
在上述方程(1)至(3)中，方向性D取决于频率。因此，最好能对每个频率求解方程(1)至(3)。然而，对于在方向性模式差不多一样的那些频率，可在假定这些频率是一样的情况下来求解方程(1)至(2)。
本领域的技术人员应该理解，根据设计需要及其它因素可能产生各种修改、组合、子组合和替换，但它们仍落在所附权利要求及其等效技术方案的方位内。例如，在上述实施例中，音频再现设备被描述成假定其具有环形圆柱体形状。或者，音频再现设备可具有诸如正方形部分或五边形截面的多边形截面，在其每一边上可放置扬声器单元。
另外，音频再现设备的每个部分都可由专用的硬件电路、方法，或已编程的计算机组成。另外，描述该过程的程序可记录在诸如光盘、磁光盘，或半导体存储器等磁记录单元或计算机可读记录介质中。
Claims (4)
1.一种音频再现设备，包括：
多个扬声器单元，呈辐射状地放置在所述音频再现设备的机箱的外围表面上，且所述多个扬声器单元的辐射表面面朝外，对应于不同位置的多个收听者；
信号选择部分，接收与位于不同位置的多个收听者相对应的多个选择信号，并执行从多个音频信号中选择预定音频信号的过程，所述预定音频信号提供给所述多个扬声器单元的预定的扬声器单元；以及
方向性控制装置，调节从所述多个扬声器单元再现的音频信号的电平与相位以形成一个或多个低灵敏区，在所述低灵敏区为不想收听一再现的音频信号的收听者抑制该音频信号的电平。
2.如权利要求1所述的音频再现设备，其特征在于，还包括：
用于确定收听者位置的确定装置，
其中所述方向性控制装置对应于从所述确定装置提供的、关于所述收听者位置的信息，来控制所述多个扬声器单元的方向性。
3.一种音频再现设备，包括：
多个扬声器单元，呈辐射状地放置在所述音频再现设备的机箱的外围表面上，且所述多个扬声器单元的辐射表面面朝外，对应于不同位置的多个收听者；
信号选择部分，接收与位于不同位置的多个收听者相对应的多个选择信号，并执行从多个音频信号中选择预定音频信号的过程，所述预定音频信号提供给所述多个扬声器单元的预定的扬声器单元；
信号处理部分，给予该多个收听者中一收听者的音频信号的信号电平，该信号电平由提供给所述多个扬声器单元的每一个的音频信号的加权因素与所述多个扬声器单元的每一个到该收听者的方向上的增益的乘积之和为零来表示，从而在该收听者周围形成低灵敏区。
4.一种从多个扬声器单元再现音频信号的音频再现方法，包括以下步骤：
接收与位于不同位置的多个收听者相对应的多个选择信号；
执行从多个音频信号中选择预定音频信号的过程，所述预定音频信号提供给所述多个扬声器单元的预定的扬声器单元；以及
给予该多个收听者中一收听者的音频信号的信号电平，该信号电平由提供给所述多个扬声器单元的每一个的音频信号的加权因素与所述多个扬声器单元的每一个到该收听者的方向上的增益的乘积之和为零来表示，从而在该收听者周围形成低灵敏区。
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