JP3299712B2 - 明瞭度改善方法および音場制御装置 - Google Patents
明瞭度改善方法および音場制御装置Info
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Description
いて拡声を行う場合に明瞭度を改善する方法およびそれ
を用いた音場制御装置に関する。
場合の明瞭度を改善する方法としては、文献(通学技報
EA94ー38)に記載されたものが知られている。図
4は従来の明瞭度を改善するための音場制御装置の構成
を示している。図4において、412は音場であり、N
個のスピーカ409とM個の制御対象点411がある。
410はスピーカ409と制御対象点411の間の伝達
関数であり、測定または予測手段により得られている。
残響の少ない波形を設定した目標特性401、伝達関数
409を設定した伝達関数設定器402、および発散防
止係数403により、係数算出器404では最小二乗法
により係数405を算出する。この係数405をFIR
フィルタ407に設定し、増幅器408を介してスピー
カ409に接続することにより、入力406の音声信号
を制御対象点411に対し明瞭に伝達することができ
る。このようにして、従来の方法においても一応、明瞭
度を改善することができる。
来の明瞭度改善方法では、目標特性と伝達関数大きく異
なる場合や、広い領域の明瞭度を改善しようとする場合
には、フィルタ長が多く必要になるという問題点があっ
た。
るものであり、フィルタ長を削減しつつより広い領域の
明瞭度を改善することのできる明瞭度改善方法およびそ
れを用いた音場制御装置を提供することを目的とする。
成するために、音場制御用スピーカとは独立した拡声音
出力系統を配置し、目標特性として拡声音の初期成分の
みを設定するようにしたものであり、また、逆行列算出
時に設定する発散防止係数を行列式のピポットの値によ
って決定するようにしたものであり、さらに、対象とす
る音場がトンネルなど一方向に同一断面形が連続する形
状の場合には、断面内に制御点を複数配置し、ある断面
に対する処理を長さ方向に繰り返すようにしたものであ
り、これにより、必要なフィルタ長を削減しつつ、より
広い領域での明瞭度を改善することができる。
は、1つ以上の音場制御用スピーカと、1つ以上の制御
対象点を有し、各制御対象点の特性が目標特性に近づく
逆フィルタの算出方法により算出されたフィルタ係数を
持つ音場制御用フィルタを用いて制御対象点における明
瞭度を改善する明瞭度改善方法であり、少ないフィルタ
長で明瞭度を改善できるという作用を有する。
御用フィルタとは独立した拡声音出力系統を有する請求
項1記載の明瞭度改善方法であり、少ないフィルタ長で
明瞭度を改善できるという作用を有する。
ルタ算出時の目標特性として拡声音出力スピーカと制御
対象点間のインパルスレスポンスの初期部分を用いる請
求項2記載の明瞭度改善方法であり、少ないフィルタ長
で明瞭度を改善できるという作用を有する。
ルタ算出時の目標特性として拡声音出力スピーカと制御
対象点間のインパルスレスポンスの直接音部分を用いる
請求項2記載の明瞭度改善方法であり、少ないフィルタ
長で明瞭度を改善できるという作用を有する。
算出時に設定する発散防止係数の値を、逆行列のピポッ
トの値を用いて決定する手段を有する請求項1から4の
いずれかに記載の明瞭度改善方法であり、少ないフィル
タ長で明瞭度を改善できるという作用を有する。
数ごとの逆行列のピポットの最大値を求め、発散防止係
数の値をピポットの最大値と比較して20dBから40dB小さ
い値に設定する請求項5記載の明瞭度改善方法であり、
少ないフィルタ長で明瞭度を改善できるという作用を有
する。
ル内の短辺方向断面内に制御対象点を複数設置する請求
項1から6のいずれかに記載のトンネル内の明瞭度改善
方法であり、トンネル内の音場における明瞭度を広い範
囲で改善できるという作用を有する。
象点を床面からの高さ50cmから200cmの範囲に10cm以下
の間隔で配置する請求項7記載のトンネル内の明瞭度改
善方法であり、トンネル内の音場における明瞭度を広い
範囲で改善できるという作用を有する。
ル内に複数の短辺方向制御断面を設け、1つの短辺方向
断面に対する制御と同じ制御をその他の短辺方向断面に
対しても施す請求項7または8記載のトンネル内明瞭度
改善方法であり、トンネル内の音場における明瞭度を広
い範囲で改善できるという作用を有する。
上の制御対象点を有し、各制御対象点とスピーカ間の伝
達関数および発散防止係数を用いて目標特性に最も近く
なる係数を算出し、この係数を音場制御用フィルタに設
定することにより制御対象点における明瞭度を改善する
音場制御装置において、前記音場制御用フィルタとは独
立した拡声音出力系統を有し、目標特性として拡声音出
力スピーカと制御対象点間のインパルスレスポンスの初
期部分を用いることを特徴とする音場制御装置であり、
少ないフィルタ長で明瞭度を改善できるという作用を有
する。
上の制御対象点を有し、各制御対象点とスピーカ間の伝
達関数および発散防止係数を用いて目標特性に最も近く
なる係数を算出し、この係数を音場制御用フィルタに設
定することにより制御対象点における明瞭度を改善する
音場制御装置において、前記発散防止係数の値を逆行列
のピポットの値を用いて決定する発散防止係数設定器
と、前記係数を各周波数ごとに求める係数算出器と、算
出された周波数ごとの誤差の大きさを評価し、誤差の大
きい周波数では係数の値を小さくする誤差算出器と、隣
接する周波数の係数値が大きく変化しないように平滑化
する平滑器とを備えた音場制御装置であり、少ないフィ
ルタ長で明瞭度を改善できるという作用を有する。
を複数設置し、ある断面に対する処理を長さ方向に繰り
返すことを特徴とする請求項10または11記載の音場
制御装置であり、トンネル内の音場における明瞭度を広
い範囲で改善できるという作用を有する。
から図3を用いて説明する。 (実施の形態1)図1は本発明の第1の実施の形態を示
すものである。図1において、115は目標特性設定器
であり、101は目標特性であり、102は伝達関数設
定器であり、103は帯域制限器である。104は発散
防止係数であり、105は係数算出器であり、106は
係数である。入力108の出力は、N個のFIRフィル
タ109に接続され、さらにN個の増幅器110を介し
て音場114におけるN個のスピーカ111に接続され
ている。また、入力108は、拡声音系統107にも接
続され、拡声音系統107の出力は、増幅器110の1
の前段でFIRフィルタ109の(1)の出力と合成さ
れる。113はM個の制御対象点であり、112はN個
のスピーカ111とM個の制御対象点113の間の伝達
関数であり、N×M個である。
て説明する。上記第1の実施の形態において、音場11
4において、N個のスピーカ111とM個の制御対象点
113の間のN×M個の伝達関数112を測定またはシ
ミュレーションによって求める。ここで、スピーカ11
1の(1)を拡声音提示用スピーカとする。次に、目標
特性設定器115において、拡声音提示用スピーカ11
1の(1)とM個の制御対象点の間のM個伝達関数を用
いて目標特性101を決定する。ここでは、各伝達関数
を時間領域で表し、直接音を含む初期の一部のみを目標
特性101として設定する。最も明瞭にするには、直接
音部分のみを目標特性101として設定する。直接音の
検出方法は、目視による方法でも可能であり、また、時
間領域で表した各伝達関数の二乗振幅が最大値をとる時
刻t0を基準にt0ーt1からt0+t1[ms]の範
囲とする方法でも可能である。t1は5[ms]以下、
t2は10[ms]が望ましく、一般にはt1は1[m
s]、t2は5[ms]でよい。
ら、対応する拡声音提示用スピーカ111の(1)とM
個の制御対象点の間のM個伝達関数をそれぞれ減じた
後、全体に遅延を加えたものを最終的な目標特性とす
る。遅延時間の長さは、時間領域で表したN×M個の伝
達関数112の継続時間の長さの最大値以上必要であ
る。また、N個のスピーカ111とM個の制御対象点1
13の間のN×M個の伝達関数112を伝達関数設定器
102に設定する。さらに、発散防止係数104を設定
する。発散防止係数は大きくするほど必要な係数長は少
なくなる半面、制御対象点での制御結果が目標特性とは
離れるため、試行錯誤的に決定する。
特性に近くなるような係数を最小二乗法により求める。
行列式は時系列で解くことも可能であるが、応答長が大
きくなると演算に必要なメモリが増大するため、周波数
領域で解く方がよい。以下では周波数領域における解法
を述べる。まず、各周波数について、目標特性101を
D(M、1)、伝達関数102をA(M、N)、係数1
06をH(N、1)、発散防止係数104をβとする。
ただし、D、A、Hは複素行列であり、添え字(X、
Y)はX行Y列であることを意味する。このとき、(式
1)を解くことにより最小二乗解Hが求められる。 H = (A’D)/[A’A+βI] (式1) ただし、A’はAのエルミート行列であり、IはN行N
列複素単位行列である。(式1)はN元1次連立方程式
であり、公知の数値解法で解くことが可能であるが、特
にQL方やLU分解などを用いることができる。
数についてHを求めた後、時間領域に変換することによ
りN個の係数106が求められる。このように求めたN
個の係数106をそれぞれN個のフィルタ109に設定
し、拡声音系統107には、先に目標特性101に対し
付加した遅延時間を設定する。これにより、入力108
への音声信号がフィルタ109および拡声音系統107
を経て増幅器110で増幅され、スピーカ111から出
力されると制御対象点113では明瞭な音声信号を聴く
ことができる。本実施の形態1では、このようにして拡
声システムにおける明瞭度を改善することができる。
施の形態を示すものである。図2において、201は目
標特性であり、202は伝達関数設定器であり、203
は発散防止係数設定器である。204は発散防止係数で
あり、205は係数算出器である。206は誤差算出器
であり、207は平滑器であり、208は係数である。
入力209の出力はN個のFIRフィルタ210に接続
され、さらにN個の増幅器211を介して音場215に
おけるN個のスピーカ212に接続されている。214
はM個の制御対象点であり、213はN個のスピーカ2
12とM個の制御対象点214の間の伝達関数であり、
N×M個である。
て説明する。上記第2の実施の形態において、音場21
5において、N個のスピーカ212とM個の制御対象点
214の間のN×M個の伝達関数213を測定またはシ
ミュレーションによって求める。次に、目標特性201
を設定する。目標特性の時間応答は、パルスに近いほど
明瞭度は改善できる。一般には、遅延時間を持つパルス
を目標特性とする。遅延時間の長さは、時間領域で表し
たN×M個の伝達関数213継続時間の長さの最大値以
上必要である。また、N個のスピーカ212とM個の制
御対象点214の間のN×M個の伝達関数213を伝達
関数設定器202に設定する。
て、N×M個の伝達関数213をもとに発散防止係数2
04を設定する。設定方法は、(式1)を解く際に各周
波数についてピポット値を求めるが、実際に係数を求め
る前にこのピポットの最大値を求めておく。この最大値
と比較してL[dB]小さい値を発散防止係数204と
する。Lの値は一般には、20[dB]から40[d
B]とするとよい。
特性に近くなるような係数を最小二乗法により求める。
行列式は時系列で解くことも可能であるが、応答長が大
きくなると演算に必要なメモリが増大するため、周波数
領域で解く方がよい。以下では周波数領域における解法
を述べる。まず、各周波数について、目標特性201を
D(M、1)、伝達関数212をA(M、N)、係数を
H(N、1)、発散防止係数204をβとする。ただ
し、D、A、Hは複素行列であり、添え字(X、Y)は
X行Y列であることを意味する。このとき、上記(式
1)を解くことにより最小二乗解Hが求められる。(式
1)はN元1次連立方程式であり、公知の数値解法で解
くことが可能であるが、特にQL方やLU分解などを用
いることができる。各周波数についてHを求めた後、時
間領域に変換することによりN個の係数H(N、1)が
求められる。
に誤差の大きさを評価し、誤差の大きい周波数では係数
の値を小さくする処理を行う。実際には(式2)に係数
Hを代入し、目標特性Dと制御結果D’との二乗誤差を
M個の制御対象点ごとに算出し、それらの和をその周波
数の誤差とする。 D’ = AH (式2) この誤差の大きさがある値を超える場合に係数を小さく
する方法でもよいし、すべての周波数についての誤差の
分布を求め、全体のP[%]を超える大きさのものを小
さくする方法でもよい。Pの値は90[%]程度でよ
い。
の係数値が大きく変化しないように平滑化を行う。平滑
化の方法は窓関数を畳み込む方法でもよいし、N点の移
動平均による方法でもよい。一般にNは1〜10でよ
い。その結果、係数208が求められる。このように求
めたN個の係数208をそれぞれN個のフィルタ210
に設定する。これにより、入力209への音声信号がフ
ィルタ210を経て増幅器211で増幅され、スピーカ
212から出力されると制御対象点214では明瞭な音
声信号を聴くことができる。本実施の形態2では、この
ようにして拡声システムにおける明瞭度を改善すること
ができる。
施の形態を示すものである。図3において、317は目
標特性設定器であり、301は目標特性であり、302
は伝達関数設定器であり、303は帯域制限器である。
304は発散防止係数であり、305は係数算出器であ
り、306は係数である。入力308の出力は2個のF
IRフィルタ309に接続され、さらに2個の増幅器3
10を介して音場314における2個のスピーカ313
に接続されている。また、入力308は拡声音系統30
7にも接続され、拡声音系統307の出力は、増幅器3
10の(1)の前段でFIRフィルタ309の(1)の
出力と合成される。311は2個の制御対象点であり、
312は2個のスピーカ313とM個の制御対象点31
1の間の伝達関数であり、2×M個である。また、31
5は制御対象点の配置間隔であり、316は制御対象点
の高さである。318はトンネルであり、319は制御
断面であり、320は制御断面間隔である。
て説明する。上記第3の実施の形態において、音場31
4において、2個のスピーカ313とM個の制御対象点
311の間の2×M個の伝達関数312を測定またはシ
ミュレーションによって求める。ここで、スピーカ31
3の(1)を拡声音提示用スピーカとする。また、制御
対象点311は、トンネル318の1つの断面内に設置
し、制御対象点の高さ316は、通常人間の頭部が存在
する範囲とし、床面から50[cm]から200[c
m]の範囲とするとよい。また、制御対象点の配置間隔
315は、10〔cm]以下の間隔にすると全体に明瞭
度を改善することが可能になる。
声音提示用スピーカ313の(1)とM個の制御対象点
311の間のM個伝達関数を用いて目標特性301を決
定する。各伝達関数を時間領域で表し、直接音を含む初
期の一部のみを目標特性301として設定する。最も明
瞭にするには、直接音部分のみを目標特性301として
設定する。直接音の検出方法は、目視による方法でも可
能であり、また、時間領域で表した各伝達関数の二乗振
幅が最大値をとる時刻t0を基準にt0ーt1からt0
+t1[ms]の範囲とする方法でも可能である。t1
は5[ms]以下、t2は10[ms]が望ましく、一
般にはt1は1[ms]、t2は5[ms]でよい。
ら、対応する拡声音提示用スピーカ313の1とM個の
制御対象点の間のM個伝達関数をそれぞれ減じた後、全
体に遅延を加えたものを最終的な目標特性とする。遅延
時間の長さは時間領域で表したN×M個の伝達関数31
2の継続時間の長さの最大値以上必要である。また、2
個のスピーカ313とM個の制御対象点311の間の2
×M個の伝達関数312を伝達関数設定器302に設定
する。さらに、発散防止係数304を設定する。発散防
止係数は大きくするほど必要な係数長は少なくなる半
面、制御対象点での制御結果が目標特性とは離れるた
め、試行錯誤的に決定する。
特性に近くなるような係数を最小二乗法により求める。
行列式は時系列で解くことも可能であるが、応答長が大
きくなると演算に必要なメモリが増大するため、周波数
領域で解く方がよい。以下では周波数領域における解法
を述べる。まず、各周波数について、目標特性301を
D(M、1)、伝達関数302をA(M、N)、係数3
06をH(N、1)、発散防止係数304をβとする。
ただし、D、A、Hは複素行列であり、添え字(X、
Y)はX行Y列であることを意味する。このとき、(式
1)を解くことにより最小二乗解Hが求められる。(式
1)はN元1次連立方程式であり、公知の数値解法で解
くことが可能であるが、特にQL方やLU分解などを用
いることができる。
数についてHを求めた後、時間領域に変換することによ
りN個の係数306が求められる。このように求めたN
個の係数306をそれぞれ2個のフィルタ309に設定
し、拡声音系統307には、先に目標特性301に対し
付加した遅延時間を設定する。これにより、入力308
への音声信号がフィルタ309および拡声音系統307
を経て増幅器310で増幅され、スピーカ313から出
力されると制御対象点311では明瞭な音声信号を聴く
ことができる。さらに、トンネル318のその他の制御
断面319においても、スピーカ313に対応する位置
にスピーカを配置し、増幅器310からの出力を配分す
ることにより、トンネル全体の広い空間にわたり明瞭度
を改善することができる。本実施の形態3では、このよ
うにして拡声システムにおける明瞭度を改善することが
できる。
1の技術をトンネル内の音場における明瞭度の改善のた
めに応用した例であるが、同様に実施の形態2で説明し
た技術を、トンネル内の音場における明瞭度の改善のた
めに応用してもよい。
ように、音場制御用スピーカとは独立した拡声音出力系
統を配置し、目標特性として拡声音の初期成分のみを設
定するようにしたものであり、また、逆行列算出時に設
定する発散防止係数を行列式のピポットの値によって決
定するようにしたものであり、さらに、対象とする音場
がトンネルなど一方向に同一断面形が連続する形状の場
合には、断面内に制御点を複数配置し、ある断面に対す
る処理を長さ方向に繰り返すようにしたものであり、こ
れにより、必要なフィルタ長を削減しつつ、より広い領
域での明瞭度を改善することができる。
置の概略ブロック図
置の概略ブロック図
置の概略ブロック図
Claims (12)
- 【請求項1】 1つ以上の音場制御用スピーカと、1つ
以上の制御対象点を有し、各制御対象点の特性が目標特
性に近づく逆フィルタの算出方法により算出されたフィ
ルタ係数を持つ音場制御用フィルタを用いて制御対象点
における明瞭度を改善する明瞭度改善方法。 - 【請求項2】 音場制御用フィルタとは独立した拡声音
出力系統を有する請求項1記載の明瞭度改善方法。 - 【請求項3】 逆フィルタ算出時の目標特性として拡声
音出力スピーカと制御対象点間のインパルスレスポンス
の初期部分を用いる請求項2記載の明瞭度改善方法。 - 【請求項4】 逆フィルタ算出時の目標特性として拡声
音出力スピーカと制御対象点間のインパルスレスポンス
の直接音部分を用いる請求項2記載の明瞭度改善方法。 - 【請求項5】 逆行列算出時に設定する発散防止係数の
値を、逆行列のピポットの値を用いて決定する手段を有
する上記請求項1から4のいずれかに記載の明瞭度改善
方法。 - 【請求項6】 各周波数ごとの逆行列のピポットの最大
値を求め、発散防止係数の値をピポットの最大値と比較
して20dBから40dB小さい値に設定する請求項5記載の明
瞭度改善方法。 - 【請求項7】 トンネル内の短辺方向断面内に制御対象
点を複数設置する上記請求項1から6のいずれかに記載
のトンネル内の明瞭度改善方法。 - 【請求項8】 制御対象点を床面からの高さ50cmから20
0cmの範囲に10cm以下の間隔で配置する請求項7記載の
トンネル内の明瞭度改善方法。 - 【請求項9】 トンネル内に複数の短辺方向制御断面を
設け、1つの短辺方向断面に対する制御と同じ制御をそ
の他の短辺方向断面に対しても施す請求項7または8記
載のトンネル内の明瞭度改善方法。 - 【請求項10】 1つ以上の音場制御用スピーカと、1
つ以上の制御対象点を有し、各制御対象点とスピーカ間
の伝達関数および発散防止係数を用いて目標特性に最も
近くなる係数を算出し、この係数を音場制御用フィルタ
に設定することにより制御対象点における明瞭度を改善
する音場制御装置において、前記音場制御用フィルタと
は独立した拡声音出力系統を有し、目標特性として拡声
音出力スピーカと制御対象点間のインパルスレスポンス
の初期部分を用いることを特徴とする音場制御装置。 - 【請求項11】 1つ以上の音場制御用スピーカと、1
つ以上の制御対象点を有し、各制御対象点とスピーカ間
の伝達関数および発散防止係数を用いて目標特性に最も
近くなる係数を算出し、この係数を音場制御用フィルタ
に設定することにより制御対象点における明瞭度を改善
する音場制御装置において、前記発散防止係数の値を逆
行列のピポットの値を用いて決定する発散防止係数設定
器と、前記係数を各周波数ごとに求める係数算出器と、
算出された周波数ごとの誤差の大きさを評価し、誤差の
大きい周波数では係数の値を小さくする誤差算出器と、
隣接する周波数の係数値が大きく変化しないように平滑
化する平滑器とを備えた音場制御装置。 - 【請求項12】 トンネル内の短辺方向断面内に制御対
象点を複数設置し、ある断面に対する処理を長さ方向に
繰り返すことを特徴とする請求項10または11記載の
音場制御装置。
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JP6363998A JP3299712B2 (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 明瞭度改善方法および音場制御装置 |
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JP6363998A JP3299712B2 (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 明瞭度改善方法および音場制御装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH11262083A JPH11262083A (ja) | 1999-09-24 |
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CN110593955A (zh) * | 2019-09-12 | 2019-12-20 | 天津市市政工程设计研究院 | 一种隧道内广播混响的抑制方法 |
-
1998
- 1998-03-13 JP JP6363998A patent/JP3299712B2/ja not_active Expired - Fee Related
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