專利名稱：使用線性陣列揚(yáng)聲器單元的音頻回放方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用線性陣列揚(yáng)聲器單元的音頻回放方法和裝置，特 別是涉及將線性陣列揚(yáng)聲器單元與電視接收機(jī)和顯示器組合而構(gòu)成的 多通道音頻回放方法和裝置。
背景技術(shù)：
近來，給與家庭用戶置身現(xiàn)場感的，具有如影院等劇場中所能展 現(xiàn)的影音功效的家庭影院系統(tǒng)開始受到大眾喜愛。所述家用家庭影院
系統(tǒng)通常的設(shè)計(jì)是環(huán)繞收聽位置設(shè)置多個(gè)揚(yáng)聲器，這也被稱為5.1通 道環(huán)繞系統(tǒng)。然而，由于與揚(yáng)聲器布置有關(guān)的限制，上述由多個(gè)揚(yáng)聲 器構(gòu)成的音頻環(huán)繞系統(tǒng)的布線會(huì)比較復(fù)雜，在設(shè)置上也會(huì)有困難。另 夕卜，所述音頻環(huán)繞系統(tǒng)需要一個(gè)比較大的空間來用于安裝。為此，所 述習(xí)知的音頻環(huán)繞系統(tǒng)無法為要享受多通道音頻的用戶實(shí)現(xiàn)簡單的系 統(tǒng)配置。
現(xiàn)在已經(jīng)提供了這樣一種技術(shù)使用兩通道立體聲揚(yáng)聲器系統(tǒng)以 仿真的方式和音頻環(huán)繞效果來進(jìn)行再生，這也被稱為音頻虛擬環(huán)繞系 統(tǒng)。然而，該技術(shù)存在以下各種問題，如音頻再生不自然，收昕環(huán) 境受限制，缺少置身現(xiàn)場的感覺，以及聲音品質(zhì)降低。因此，該技術(shù) 還沒有開始成為現(xiàn)在家庭音頻音響系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。
近來，已經(jīng)提供了另外一種使用面板式揚(yáng)聲器陣列裝置的技術(shù)， 其中在環(huán)繞聽者的規(guī)定位置形成虛擬聲源。該技術(shù)公開在例如由先鋒
株式會(huì)社提供的，日本專利申請(qǐng)公開號(hào)為2003-510924的文件(可通 過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行檢索， URL: http:〃www. pioneer, co. jp/press/release366-j. html)以及由1株 式會(huì)社提供的關(guān)于數(shù)字揚(yáng)聲器的文件(可通過互聯(lián)網(wǎng)迸行檢索，URL: http://www. llimited. com/lib/sound—pro jector—Japanese, pdf)中。前述面板式揚(yáng)聲器陣列裝置通過使用以二維方式設(shè)置在一個(gè)面板 表面上的多個(gè)揚(yáng)聲器而構(gòu)成。所述使用面板式揚(yáng)聲器陣列裝置的音頻 環(huán)繞系統(tǒng)通過以下方式進(jìn)行延遲控制，目卩揚(yáng)聲器所發(fā)出的聲音集中 在空間中的一個(gè)單點(diǎn)上，這樣就形成了聲束。所形成的聲束沿著規(guī)定 方向被墻面反射，以便形成環(huán)繞聽者的虛擬聲源，從而實(shí)現(xiàn)使用設(shè)置 在所述聽者前方的單個(gè)揚(yáng)聲器陣列的多通道音頻環(huán)繞系統(tǒng)。
前述使用面板式揚(yáng)聲器陣列裝置的音頻環(huán)繞系統(tǒng)可以在面板表面 的前方自由地形成沿規(guī)定方向傳播的多個(gè)聲束，而且，該系統(tǒng)能夠在 相對(duì)于各個(gè)通道的規(guī)定位置自由地定位聲音。然而，為了實(shí)現(xiàn)具有高
方向性的聲束控制，有必要以二維方式設(shè)置大量的揚(yáng)聲器(例如254
個(gè)揚(yáng)聲器)，并且每個(gè)揚(yáng)聲器需要一個(gè)音頻電路。因此，前述音頻環(huán)
繞系統(tǒng)勢(shì)必十分昂貴。此外，該系統(tǒng)具有由以下原因?qū)е碌膯栴}即 面板式揚(yáng)聲器陣列的總面積較大，以及與顯示器組合時(shí)，與布局和設(shè) 置位置相關(guān)的自由度較低。
考慮到前述情形，本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供具有高度現(xiàn)場效果 的節(jié)省空間的多通道音頻回放系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)一種節(jié)約成本的用于前述多通道音頻 回放系統(tǒng)中的揚(yáng)聲器陣列。
本發(fā)明更進(jìn)一步的目的是提供能夠通過使用聲束自由控制虛擬聲 源和聲音定位的音頻回放系統(tǒng)。所述聲源分布呈扇形，由線性陣列揚(yáng) 聲器單元制成，其中每個(gè)陣列揚(yáng)聲器單元具有有限的方向性控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種使用線性陣列揚(yáng)聲器單元的音頻回放系統(tǒng)，在該 線性陣列揚(yáng)聲器單元中，多個(gè)揚(yáng)聲器排列成直線，其特征在于將相 同的音頻信號(hào)以規(guī)定的延遲時(shí)間提供給所有的揚(yáng)聲器，以便形成多個(gè) 聲束，從而形成多個(gè)虛擬聲源，基于該虛擬聲源在規(guī)定的位置形成音 頻信號(hào)的虛擬聲像。為了對(duì)所述虛擬聲像進(jìn)行定位，對(duì)所述聲束的發(fā) 射方向和強(qiáng)度適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行控制。
如上所述，并不是必須使用單一線性陣列揚(yáng)聲器單元。而是，也可以使用多個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元，所述多個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元適 當(dāng)?shù)夭贾貌⑴c顯示器等進(jìn)行組合。例如，線性陣列揚(yáng)聲器單元可沿水 平方向、垂直方向或者傾斜方向布置，從而對(duì)虛擬聲像進(jìn)行定位。


圖l是一個(gè)主視圖，該主視圖示出了適用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu) 選實(shí)施例的音頻回放系統(tǒng)的線性陣列揚(yáng)聲器單元的外觀。
圖2A是一個(gè)透視圖，該透視圖示出了線性陣列揚(yáng)聲器單元的一個(gè) 實(shí)例，其中，在外殼的兩個(gè)表面上排列著多個(gè)揚(yáng)聲器。
圖2B為圖2A所示的線性陣列揚(yáng)聲器單元的橫截面視圖。 圖3A示出了線性陣列揚(yáng)聲器單元的聲束在水平平面內(nèi)的分布。 圖3B示出了線性陣列揚(yáng)聲器單元的聲束在垂直平面內(nèi)的分布。 圖4A示出了第一個(gè)實(shí)例，其中，兩個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元呈T形布置。
圖4B示出了第二個(gè)實(shí)例，其中，兩個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元呈L形布置。
圖4C示出了第三個(gè)實(shí)例，其中，三個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元呈倒U 形布置。
圖4D示出了第四個(gè)實(shí)例，其中，四個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元圍繞顯 示器呈矩形布置。
圖4E示出了第五個(gè)實(shí)例，其中，兩個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元呈X形布置。
圖4F示出了第六個(gè)實(shí)例，也就是對(duì)圖4D中所示的線性陣列揚(yáng)聲 器單元布置的一種變型。
圖5示出了由在房間內(nèi)水平布置的線性陣列揚(yáng)聲器單元所形成的 聲束的反射狀態(tài)。
圖6示出了由在房間內(nèi)垂直布置的線性陣列揚(yáng)聲器單元所形成的 聲束的反射狀態(tài)。
圖7示出了由在房間內(nèi)以傾斜方式呈X形布置的線性陣列揚(yáng)聲器 單元所形成的聲束的反射狀態(tài)。圖8示出了使用線性陣列揚(yáng)聲器單元發(fā)射出的多個(gè)聲束在某一位 置上如何對(duì)幻像聲源進(jìn)行定位。
圖9A示出了使用線性陣列揚(yáng)聲器單元所形成的聲束在聽者前方 的中心位置如何對(duì)幻像聲源進(jìn)行定位。
圖9B示出了使用線性陣列揚(yáng)聲器單元所形成的聲束在聽者前方 如何對(duì)幻像聲源進(jìn)行定位。
圖9C示出了使用線性陣列揚(yáng)聲器單元所形成的聲束在聽者的側(cè) 面如何對(duì)幻像聲源進(jìn)行定位。
圖9D示出了使用線性陣列揚(yáng)聲器單元所形成的聲束在聽者的后
方如何對(duì)幻像聲源進(jìn)行定位。
圖IO是一個(gè)框圖，該框圖示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的音頻
回放裝置的結(jié)構(gòu)。
圖ll是一個(gè)框圖，該框圖示出了圖10中所示的音頻回放裝置的 射束控制模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖通過一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于音頻回放系統(tǒng)中的線 性陣列揚(yáng)聲器單元的結(jié)構(gòu)。線性陣列揚(yáng)聲器單元1是通過在線性機(jī)殼 (或外殼)3的內(nèi)部將多個(gè)(即n個(gè))揚(yáng)聲器2 (以參考標(biāo)號(hào)2-1到 2-n來表示)均勻地排列成直線而構(gòu)成。對(duì)應(yīng)于用于聲束控制的音頻 頻帶來確定相鄰揚(yáng)聲器2之間的距離d和揚(yáng)聲器陣列(即排成直線的 一組揚(yáng)聲器)的長度L (即兩端的揚(yáng)聲器之間的距離)。例如，為了 實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻的控制，就要減小相鄰揚(yáng)聲器之間的距離d;為了實(shí)現(xiàn)對(duì) 低頻的控制，就要延長機(jī)殼以便增大揚(yáng)聲器陣列的長度L。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻的進(jìn)一步控制，也為了通過提高揚(yáng)聲器的布置 密度來增大揚(yáng)聲器的混合音頻輸出，在機(jī)殼3的兩個(gè)表面上交錯(cuò)地布 置揚(yáng)聲器2，如圖2A和2B中所示。因此，可以從實(shí)質(zhì)上減小相鄰的 揚(yáng)聲器2之間的距離d，而不會(huì)增大機(jī)殼3的前表面的面積。通過在 機(jī)殼3的兩個(gè)表面上呈Z字形布置揚(yáng)聲器，可以使相鄰的揚(yáng)聲器之間的距離d減小到比每個(gè)揚(yáng)聲器的直徑還要小。因此，與其中多個(gè)揚(yáng)聲 器排列成直線的揚(yáng)聲器陣列相比，易于進(jìn)行關(guān)于高頻的音頻控制，所 以可以增大音頻輸出。
另外，能夠使用公知的圓錐形揚(yáng)聲器作為前述揚(yáng)聲器。因?yàn)轭A(yù) 期能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)于方向性的改進(jìn)和在面板前方的聲發(fā)射效率的改進(jìn)，所 以也能夠使用號(hào)筒揚(yáng)聲器?？蛇x地，還能夠使用具有不同性能的不同 類型的揚(yáng)聲器。
圖3A和3B示出了由線性陣列揚(yáng)聲器單元形成的聲束概念性的 分布(就是聲波的傳播范圍)。當(dāng)以不同的相位向排成直線以形成揚(yáng) 聲器陣列的揚(yáng)聲器2-1到2-n提供相同的音頻信號(hào)時(shí)，如圖3A所示， 在包括揚(yáng)聲器陣列的平面中，聲波匯聚成沿著特定方向傳播的射束。 當(dāng)多個(gè)音頻信號(hào)沿不同方向分別受到音頻束控制，然后混合在一起， 成為要提供給揚(yáng)聲器的單一信號(hào)時(shí)，該多個(gè)音頻信號(hào)將以沿不同方向 發(fā)射的聲束的形式輸出。
另一方面，如圖3B所示，在與形成揚(yáng)聲器陣列的揚(yáng)聲器列垂直 的垂直面內(nèi)，音頻信號(hào)未受到方向性控制。也就是說，聲束各自以最 初給揚(yáng)聲器設(shè)定的方向性進(jìn)行傳播。
因此，當(dāng)音頻信號(hào)在線性揚(yáng)聲器陣列中受到音頻束控制時(shí)，可 以產(chǎn)生沿著與該揚(yáng)聲器陣列垂直的方向進(jìn)行發(fā)散的扇形的聲束分布， 所述聲束分布在揚(yáng)聲器陣列的軸線方向受到角度控制。
下面將對(duì)音頻控制方法和音頻系統(tǒng)進(jìn)行說明，該音頻控制方法 和音頻系統(tǒng)通過使用可形成聲束的線性陣列揚(yáng)聲器單元在聽者的后 方形成虛擬聲像(幻像(fantom):幻像聲源(phantom)或是幻像聲 源通道(phantom channel))。
前述幻像聲源表示在使用兩通道立體聲系統(tǒng)的聲像定位的基礎(chǔ) 上形成的聲像(或者聲源)的幻像(phantom)，指的是這樣一種現(xiàn) 象S卩，基于聽者頭部右耳聽到的聲音和左耳聽到的聲音之間的時(shí)間 差和音量差，使聽者可以感覺到在兩耳之間的中間位置存在聲像。
在通過互聯(lián)網(wǎng)檢索的文件中，公開了這樣的內(nèi)容使用陣列揚(yáng) 聲器使得能夠在房間墻面上設(shè)定聲束焦點(diǎn)，從而在墻面上形成虛擬聲源。使用如前述文件中所公開的矩陣陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)，使得形成急劇 變窄的聲束成為可能。因此，在墻面上形成的虛擬聲源可直接用作環(huán) 繞聲源。然而，對(duì)于本發(fā)明中線性陣列揚(yáng)聲器單元的情況，聲束變窄 成為扇形，以至于聲束的音頻分布可能會(huì)輕微地發(fā)散。所以，如以上 描述所形成的虛擬聲源難以直接用作環(huán)繞聲源。
為此，本實(shí)施例基于同一通道的音頻信號(hào)形成沿多個(gè)方向發(fā)射 的聲束，從而形成多個(gè)寬虛擬聲源。由此，以如下方式進(jìn)行聲束控制-即，使這樣發(fā)射的多個(gè)聲音到達(dá)并被聽者的左、右耳所拾取，以在規(guī) 定位置形成幻像聲源。此幻像聲源可用作環(huán)繞聲源。
通過使用單一線性陣列揚(yáng)聲器單元，可以形成關(guān)于同一通道的 多個(gè)聲束?？蛇x地，也可以對(duì)沿不同方向布置的多個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器
單元進(jìn)行組合，如圖4A到4E所示，從而允許線性陣列揚(yáng)聲器單元形 成沿不同方向發(fā)射的聲束。如上所述，通過對(duì)多個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單 元進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，同時(shí)改變它們的布置方向，可以形成更清晰的幻 像聲源。
具體地，圖4A示出了第一個(gè)實(shí)例，其中，兩個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器 單元組合成T形；圖4B示出了第二個(gè)實(shí)例，其中，兩個(gè)線性陣列揚(yáng) 聲器單元組合成L形；圖4C示出了第三個(gè)實(shí)例，其中，三個(gè)線性陣 列揚(yáng)聲器單元在顯示器的左、右和上面組合成倒U形；圖4D示出了 第四個(gè)實(shí)例，其中，四個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元環(huán)繞顯示器組合成矩形；
圖4E示出了第五個(gè)實(shí)例，其中，兩個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元組合成X 形；圖4F示出了第六個(gè)實(shí)例，也就是對(duì)圖4D中所示的線性陣列揚(yáng)聲 器單元布置的一種變型。
在如圖4B到4F所示的第二到第六個(gè)實(shí)例中，多個(gè)線性陣列揚(yáng) 聲器單元同用于視覺顯示的顯示器進(jìn)行組合。在這里，顯示器和線性
陣列揚(yáng)聲器單元可以整體結(jié)合在一起?？蛇x地，顯示器和線性陣列揚(yáng) 聲器單元可以使用不同的外殼來構(gòu)成，并適當(dāng)?shù)亟M合在一起。
在如圖4B所示的第二個(gè)實(shí)例中，兩個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元并非 左右對(duì)稱布置，然而垂直安裝的線性陣列揚(yáng)聲器單元可以發(fā)射水平發(fā) 散的聲束，因此，不必以不對(duì)稱方式產(chǎn)生音頻輸出。在如圖4C所示的第三個(gè)實(shí)例中，多個(gè)揚(yáng)聲器的布置與常規(guī)音頻 環(huán)繞系統(tǒng)中使用的前側(cè)揚(yáng)聲器類似，因此，在用戶視覺的感受方面， 產(chǎn)生的差異會(huì)比較小。在這一實(shí)例中，可以通過在5. l通道環(huán)繞音頻 的所有通道上進(jìn)行聲束控制來對(duì)虛擬聲源進(jìn)行設(shè)置；當(dāng)僅在環(huán)繞通道 上進(jìn)行聲束控制的時(shí)候，通過使用三個(gè)用于通道L、 R和C的線性陣 列揚(yáng)聲器單元可以產(chǎn)生與常規(guī)技術(shù)相同的音頻輸出。這種情況下，只 將虛擬聲源或幻像聲源設(shè)定在后側(cè)環(huán)繞通道。
在如圖4E所示的第五個(gè)實(shí)例中，兩個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元呈X 形交叉在一起，從而使得它們彼此互相傾斜。第五個(gè)實(shí)例是有利的， 因?yàn)樗軌驅(qū)崿F(xiàn)僅僅垂直或者水平布置線性陣列揚(yáng)聲器單元所不能 實(shí)現(xiàn)的沿傾斜方向的聲束控制。傾斜方向可以實(shí)現(xiàn)能夠使從收聽位置 到聲束產(chǎn)生位置的距離最大化的聲束路徑，同時(shí)可以較少地引起聲音 在收聽位置的重疊。因此，與其它實(shí)例相比較，該實(shí)例能夠提高直接 聲和間接聲之間的比率。
在如圖4F所示的第六個(gè)實(shí)例中，顯示器和線性陣列揚(yáng)聲器單元 在外殼內(nèi)整體組合在一起。在該實(shí)例中，揚(yáng)聲器還設(shè)置在與矩形顯示 器四個(gè)角相對(duì)應(yīng)的規(guī)定位置處。通過將揚(yáng)聲器設(shè)置在角上，可以實(shí)現(xiàn) 水平放置的線性陣列揚(yáng)聲器單元的用途以及垂直放置的線性陣列揚(yáng) 聲器單元的用途。此外，還可以實(shí)現(xiàn)沿水平和垂直兩個(gè)方向放置的線 性陣列揚(yáng)聲器單元的用途。而且，通過增大每個(gè)揚(yáng)聲器的直徑，可以
提供低頻聲音的回放能力。
圖5、 6和7示出了與通過垂直、水平以及傾斜布置多個(gè)線性陣 列揚(yáng)聲器單元而形成的聲束有關(guān)的軌跡和反射。
圖5和6示出了聽者與從三個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元所發(fā)射出的 聲束之間的相互關(guān)系，這三個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元如圖4C所示以倒 U字形與顯示器組合在一起。
也就是說，圖5示出了由水平布置在顯示器頂部的線性揚(yáng)聲器 單元所形成的聲束的分布，該線性陣列揚(yáng)聲器單元輸出的聲束受到方 向性控制，以便減小水平發(fā)散角。聲束沿上下側(cè)(或沿垂直方向)呈 寬扇形分布。從聽者的角度來看，所述水平布置的線性陣列揚(yáng)聲器單元能夠形成在房間側(cè)墻和后墻上聚焦的聲束。
圖6示出了由垂直布置在顯示器左、右兩側(cè)的線性陣列揚(yáng)聲器 單元所形成的聲束的分布，這些線性陣列揚(yáng)聲器單元形成的聲束受到 方向性控制，以便減小垂直發(fā)散角。聲束沿水平方向呈寬扇形分布。 從聽者的角度來看，所述垂直布置的線性陣列揚(yáng)聲器單元能夠形成在 房間的天花板和后墻上聚焦的聲束。
圖7示出了由如圖4E所示沿傾斜方向組合成X形的兩個(gè)線性陣 列揚(yáng)聲器單元所形成的聲束的分布。所述線性陣列揚(yáng)聲器單元中的每
一個(gè)單元都能夠減小在與其設(shè)置方向垂直的平面中的發(fā)散角，因此， 可以形成相對(duì)于設(shè)置方向發(fā)散的具有傾斜角的聲束。也就是說，在兩 個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元中，從聽者的角度看，位于貫穿右上和左下的 平面內(nèi)的線性陣列揚(yáng)聲器單元能夠減小貫穿右上和左下的平面內(nèi)的 發(fā)散角，從而實(shí)現(xiàn)在貫穿右上和左下的平面內(nèi)發(fā)散的聲束的分布。聲 束能夠在天花板的右上角和后墻上聚焦。
如上所述，線性陣列揚(yáng)聲器單元可以分別形成以寬扇形發(fā)散的 聲束，因此，有可能無法形成清晰的焦點(diǎn)。由于前導(dǎo)聲效應(yīng)(或爐膛 效應(yīng)(hearth effect))，有可能沿著使聲音先到達(dá)聽者的方向在 墻面上設(shè)定虛擬聲源。這里，前導(dǎo)聲效應(yīng)指的是一種心理聲學(xué)特性， 其中，當(dāng)來自較寬區(qū)域范圍的同樣聲音以時(shí)間差到達(dá)聽者時(shí)，聽者會(huì) 感覺好像有聲像沿著使聲音先到達(dá)聽者的方向在該區(qū)域范圍被定位。 所以，需要沿著使聲音先到達(dá)聽者的方向?qū)⑻摂M聲源設(shè)定在墻面(或 天花板表面)上。這樣，基于多個(gè)虛擬聲源形成幻像聲源，每一個(gè)虛 擬聲源如上所述進(jìn)行設(shè)置。
每個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元都有這樣的特性，即聲音在較寬的區(qū) 域范圍內(nèi)定位。因此，可以減少下述不自然的現(xiàn)象即，在設(shè)置環(huán)繞 揚(yáng)聲器時(shí)產(chǎn)生的環(huán)繞通道聲音的定位變得過于清楚。從而，能夠以更 加自然的方式實(shí)現(xiàn)環(huán)繞音頻回放。
圖8以及圖9A到9D示出了下述過程SP，通過使用由線性陣 列揚(yáng)聲器單元形成的聲束來形成多個(gè)虛擬聲源，以及基于多個(gè)虛擬聲 源形成幻像聲源。在圖8中，參考標(biāo)號(hào)①和②表示從水平布置的線性陣列揚(yáng)聲器 單元發(fā)射出的聲束；參考標(biāo)號(hào)③和④表示從垂直布置的線性陣列揚(yáng)聲 器單元發(fā)射出的聲束。當(dāng)通過使用聲束①和③對(duì)同一音頻源(或同一 音頻通道)進(jìn)行回放時(shí)，通過音量平衡的調(diào)整，可以在聽者斜前方生 成幻像聲源，從聽者的角度看，斜前方即在連接分別形成在側(cè)墻和天 花板上的兩個(gè)虛擬聲源的直線上。類似地，可以通過使用聲束①和② 在聽者的側(cè)面生成幻像聲源；可以通過使用聲束②和④在聽者的斜后 方生成幻像聲源。如上所述，對(duì)應(yīng)于單一音頻源，多個(gè)聲束形成并組 合在一起，并且對(duì)它們的音調(diào)音量分別進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。這樣，就可 以在圍繞聽者的所需的位置自由生成幻像聲源，也可以對(duì)聲像進(jìn)行定 位。
圖9A示出了聲束形成的一個(gè)實(shí)例，通過該聲束在聽者前方的中 心位置形成幻像聲源；圖9B示出了聲束形成的一個(gè)實(shí)例，通過該聲 束在聽者的前方形成幻像聲源；圖9C示出了聲束形成的一個(gè)實(shí)例， 通過該聲束在聽者的側(cè)面形成幻像聲源；圖9D示出了聲束形成的一 個(gè)實(shí)例，通過該聲束在聽者的后方形成幻像聲源。在聽者左、右方的 墻面上形成多個(gè)(例如兩個(gè))加寬虛擬聲源。因此，聽者能夠從聽覺 上識(shí)別在這些虛擬聲源之間的中間位置所形成的幻像聲源。通過對(duì)諸 如聲束發(fā)射方向以及音量級(jí)等參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，就可以控制幻?聲源，使其在所需的位置定位。
接下來，將對(duì)使用前述線性陣列揚(yáng)聲器單元、用于實(shí)現(xiàn)幻像聲 源定位功能的音頻回放裝置進(jìn)行說明。
圖10是一個(gè)框圖，該框圖示出了對(duì)應(yīng)于本實(shí)施例的音頻回放裝 置的結(jié)構(gòu)。該音頻回放裝置與具有多個(gè)揚(yáng)聲器的線性陣列揚(yáng)聲器單元 l相連，并且該音頻回放裝置由下述各部分構(gòu)成用于對(duì)音頻源(即 音頻信號(hào))進(jìn)行解碼的解碼器10、用于控制幻像聲源定位的定位控 制模塊11、用于為了實(shí)現(xiàn)幻像聲源定位而對(duì)與音頻源通道對(duì)應(yīng)的聲 束的發(fā)射方向和等級(jí)進(jìn)行控制的射束控制模塊12、以及用于驅(qū)動(dòng)線 性陣列揚(yáng)聲器單元1的揚(yáng)聲器的音頻電路13。當(dāng)如圖4A到4F所示， 組合多個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元從而形成集成的揚(yáng)聲器系統(tǒng)時(shí)，為多個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元提供多套射束控制模塊12以及音頻電路13。
作為輸入到前述音頻回放裝置的音頻源，例如可以使用5.1通 道環(huán)繞數(shù)字信號(hào)。這樣的數(shù)字信號(hào)由解碼器IO分解為對(duì)應(yīng)于各通道 的數(shù)字音頻信號(hào)。該數(shù)字音頻信號(hào)輸入到射束控制模塊12中。所述 射束控制模塊12通過使用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)而構(gòu)成。
定位控制模塊11通過使用微型計(jì)算機(jī)而構(gòu)成。該定位控制模塊 11確定以下控制參數(shù)，并把它們傳送到射束控制模塊12中。
(1) 用于對(duì)幻像聲源進(jìn)行定位的位置，該幻像聲源對(duì)應(yīng)于各通 道的音頻信號(hào)而形成。
(2) 用于對(duì)幻像聲源進(jìn)行定位的虛擬聲源的設(shè)置位置。
(3) 發(fā)射方向，控制聲束使其沿該發(fā)射方向被發(fā)射，以便設(shè)置 虛擬聲源。
(4) 適用于音頻信號(hào)的增益和延遲的設(shè)置，該音頻信號(hào)輸入揚(yáng) 聲器以便形成聲束。
圖ll是一個(gè)框圖，該框圖示出了射束控制模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。射 束控制模塊12具有射束控制單元12-1到12-6，所述射束控制單元 的數(shù)目對(duì)應(yīng)于5.1通道的數(shù)目。每一個(gè)射束控制單元有一個(gè)延時(shí)器 120以及n套與形成線性陣列揚(yáng)聲器單元的多個(gè)揚(yáng)聲器相對(duì)應(yīng)的系數(shù) 乘法器121和122。所述延時(shí)器120有多個(gè)抽頭。抽頭位置和適用于 所述系數(shù)乘法器121和122的系數(shù)由所述定位控制模塊11來確定。 此外，聲束的發(fā)射角基于所述延時(shí)器120的抽頭位置來確定。向所述 系數(shù)乘法器121提供規(guī)定系數(shù)，所述規(guī)定系數(shù)對(duì)于通過消去由延時(shí)器 120導(dǎo)致的揚(yáng)聲器的音量變化而維持聲束之間的規(guī)定平衡是必要的。 用于消去聲束旁瓣的窗口函數(shù)應(yīng)用于所述系數(shù)乘法器122?？梢允褂?漢明窗口 (Hamming windows)或者漢寧窗口 (Hanning windows)作 為窗口函數(shù)。
與所述通道相對(duì)應(yīng)的所述射束控制單元的輸出通過對(duì)應(yīng)于所述 揚(yáng)聲器的加法器123而被加在一起，然后被提供給音頻電路13。
在圖10中，音頻電路13具有多套D/A轉(zhuǎn)換器130以及音頻放 大器131，轉(zhuǎn)換器和放大器的數(shù)目對(duì)應(yīng)于形成線性陣列揚(yáng)聲器單元的揚(yáng)聲器的數(shù)目。從射束控制模塊12輸出給揚(yáng)聲器的數(shù)字音頻信號(hào)， 輸入到D/A轉(zhuǎn)換器130中。結(jié)合圖ll一起說明，數(shù)字音頻信號(hào)表示 對(duì)應(yīng)于各通道的音頻信號(hào)的相加結(jié)果。D/A轉(zhuǎn)換器130將數(shù)字音頻信 號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)，然后將該模擬音頻信號(hào)輸出到音頻放大器 131。模擬音頻信號(hào)經(jīng)音頻放大器131放大，然后提供給揚(yáng)聲器，從 而產(chǎn)生所需的聲音。
如上所述，本發(fā)明的音頻回放方法和裝置不使用面板式陣列揚(yáng) 聲器，而是使用多個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元的組合，其中每一個(gè)揚(yáng)聲器 單元排列有多個(gè)揚(yáng)聲器，以便于實(shí)現(xiàn)所需的虛擬聲源以及幻像聲源的 定位。
通過適當(dāng)改變線性陣列揚(yáng)聲器單元的布置和結(jié)構(gòu)，從線性陣列 揚(yáng)聲器單元發(fā)射出的聲束可呈扇形分布，通過對(duì)房間內(nèi)墻面所反射的
聲束進(jìn)行組合，在環(huán)繞收聽位置的規(guī)定位置形成虛擬聲源?；孟衤曉?在虛擬聲源之間的規(guī)定位置生成并得到定位。因此，盡管線性陣列揚(yáng) 聲器單元以有限的方式進(jìn)行方向性控制，但是仍然可以實(shí)現(xiàn)與習(xí)知的
面板式揚(yáng)聲器陣列類似地具有較高自由度的虛擬聲源的位置設(shè)置。這 樣通過使用較少數(shù)量的揚(yáng)聲器，就實(shí)現(xiàn)了環(huán)繞收聽位置的自由形式的 聲場。
也就是說，本發(fā)明通過對(duì)使用呈扇形發(fā)散的聲束所生成的幻像 聲源進(jìn)行定位，彌補(bǔ)了具有有限的方向性控制的線性陣列揚(yáng)聲器單元 的不足。通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定多個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元的布置，可以在所 需的位置對(duì)聲音進(jìn)行自由定位。
此外，與習(xí)知的面板式揚(yáng)聲器陣列中所使用的揚(yáng)聲器的數(shù)量相 比，本發(fā)明能夠減少使用的揚(yáng)聲器的總數(shù)。這就實(shí)現(xiàn)了成本的顯著降 低。因此，可以在聲場再生中用最少數(shù)量的揚(yáng)聲器來實(shí)現(xiàn)最大的聲音 回放效果。
而且，可以減小用來布置線性陣列揚(yáng)聲器單元的總面積?？梢?br> 自由設(shè)置線性陣列揚(yáng)聲器單元的組合及形式。這就增大了與線性陣列 揚(yáng)聲器單元的安裝相關(guān)的自由度，該線性陣列揚(yáng)聲器單元能夠容易地
和顯示器組合在一起。
此外，本發(fā)明并非必須局限于前述實(shí)施例，因此，本發(fā)明旨在包含本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)的任何變型。
權(quán)利要求
1.一種音頻回放裝置，包括線性陣列揚(yáng)聲器單元，其由排列成直線的多個(gè)揚(yáng)聲器構(gòu)成；以規(guī)定的延遲時(shí)間向形成所述線性陣列揚(yáng)聲器單元的每個(gè)揚(yáng)聲器提供相同的音頻信號(hào)，從而形成多個(gè)聲束的裝置；以及基于多個(gè)虛擬聲源對(duì)所述聲束的發(fā)射方向和強(qiáng)度進(jìn)行控制，以便將幻像聲源定位在規(guī)定位置的裝置，所述多個(gè)虛擬聲源是使用所述多個(gè)聲束而形成的。
2. —種音頻回放裝置，其特征在于多個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元 相對(duì)于收聽位置水平布置。
3. —種音頻回放裝置，其特征在于多個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元 相對(duì)于收聽位置垂直布置。
4. 一種音頻回放裝置，其特征在于多個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元相對(duì)于收聽位置傾斜布置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的音頻回放裝置，其中從所述線性陣列揚(yáng)聲器單元發(fā)射出的聲束朝向收聽位置呈扇形分布 和發(fā)散。
6. —種音頻回放方法，包括以下步驟設(shè)置至少一個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元，在所述線性陣列揚(yáng)聲器單元中多個(gè)揚(yáng)聲器排列成直線；以規(guī)定的延遲時(shí)間向形成所述線性陣列揚(yáng)聲器單元的每個(gè)揚(yáng)聲器提供相同的音頻信號(hào)，從而形成多個(gè)聲束；以及基于使用所述多個(gè)聲束而形成的多個(gè)虛擬聲源，對(duì)所述聲束的 發(fā)射方向和強(qiáng)度進(jìn)行控制，以便將幻像聲源定位在規(guī)定位置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的音頻回放方法，其中從所述線性陣 列揚(yáng)聲器單元發(fā)射出的聲束朝向收聽位置呈扇形分布和發(fā)散。
8. —種音頻視頻回放裝置，包括多個(gè)線性揚(yáng)聲器單元，它們中的每一個(gè)均包括排列成直線的多 個(gè)揚(yáng)聲器；具有矩形形狀的視頻顯示器；以及顯示器外殼，用于布置所述多個(gè)線性揚(yáng)聲器單元以使它們與所 述顯示器的至少三個(gè)側(cè)面相鄰接。
9. 一種音頻回放裝置，包括 由多個(gè)揚(yáng)聲器構(gòu)成的揚(yáng)聲器系統(tǒng)；音頻輸出裝置，用于以規(guī)定的延遲時(shí)間向所述揚(yáng)聲器系統(tǒng)的每 個(gè)揚(yáng)聲器提供相同的音頻信號(hào)，從而形成基于所述音頻信號(hào)的多個(gè)射 束；以及定位控制裝置，用于以如下方式對(duì)射束方向或射束強(qiáng)度進(jìn)行控 制即，通過使用所述多個(gè)射束而形成的多個(gè)虛擬聲源，在規(guī)定位置形成所述音頻信號(hào)的幻像聲源。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的音頻回放裝置，其中所述揚(yáng)聲器 系統(tǒng)相當(dāng)于多個(gè)揚(yáng)聲器陣列的組合，每個(gè)所述揚(yáng)聲器陣列均包括排列 成直線的多個(gè)揚(yáng)聲器，并且所述多個(gè)揚(yáng)聲器陣列的方向有所變化。
11. 一種線性陣列揚(yáng)聲器單元，其中，多個(gè)揚(yáng)聲器以如下的方 式沿著規(guī)定方向排列即，所述多個(gè)揚(yáng)聲器在相對(duì)于規(guī)定方向的垂直 位置處交錯(cuò)地改變位置。
12. —種音頻回放方法，包括以下步驟以規(guī)定的延遲時(shí)間向形成揚(yáng)聲器系統(tǒng)的多個(gè)揚(yáng)聲器中的每個(gè)揚(yáng)聲器提供相同的音頻信號(hào)，從而形成基于所述音頻信號(hào)的多個(gè)射束； 以及以如下方式對(duì)射束方向或射束強(qiáng)度進(jìn)行控制即，通過使用所述多個(gè)射束而形成的多個(gè)虛擬聲源，在規(guī)定位置形成所述音頻信號(hào)的 幻像聲源。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用至少一個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元構(gòu)成的多通道音頻系統(tǒng)，所述線性陣列揚(yáng)聲器單元中，多個(gè)揚(yáng)聲器排列成直線，其中，以規(guī)定的延遲時(shí)間向每一個(gè)揚(yáng)聲器提供相同的音頻信號(hào)，從而形成多個(gè)聲束。所述多個(gè)聲束在房間的墻面和天花板上反射，以便形成環(huán)繞收聽位置的多個(gè)虛擬聲源。基于所述多個(gè)虛擬聲源，對(duì)所述聲束的發(fā)射方向和強(qiáng)度進(jìn)行控制，以便在規(guī)定位置對(duì)幻像聲源進(jìn)行定位。以如下的方式，即每個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元形成呈扇形分布和發(fā)散的聲束的方式，通過適當(dāng)對(duì)多個(gè)線性陣列揚(yáng)聲器單元進(jìn)行水平、垂直和傾斜布置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于形成虛擬聲源的設(shè)置位置具有高自由度的環(huán)繞音頻系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04S3/00GK101288338SQ20048002268
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2004年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月8日
發(fā)明者澤米進(jìn), 臼井章 申請(qǐng)人:雅馬哈株式會(huì)社