环绕声输出装置和环绕声输出方法

专利名称：环绕声输出装置和环绕声输出方法
技术领域：
本发明涉及环绕声输出装置和环绕声输出方法。
技术背景在环绕声系统中，通常在听者周围布置多个扬声器，并且当从 各个扬声器输出各个通道上的声音时，向听者提供具有真实感的声 音。在这种情况下，由于在房间内部布置了多个扬声器，因此出现了 需要一定空间、房间中的信号线成为障碍等问题。作为解决这些问题的技术，已经提出了以下所述的扬声器阵列 装置。即，从扬声器阵列装置输出的各个通道上的声音各自具有指向 性(作为声束)，并且使之从听者的左/右和后面墙壁表面反射，等 等。各个通道上的声音从发射位置到达听者。结果，听者感觉用于输 出各个通道上的声音的扬声器(声源)好像处在反射位置。根据该扬 声器阵列装置，可以不通过提供多个扬声器而是通过提供空间中的多 个声源(虚拟声源)来产生环绕声场。在专利文献1中，公开了这样的技术根据用户的输入来设置 与将各个通道上的声音形成为声束相关的参数。在专利文献1中公开 的声音再现装置中，根据用户输入的参数(布置声音再现装置的房间 的尺寸、声音再现装置的安装位置、听者的收听位置等)来对各个通 道上的声束的发射角度和路径距离进行最优化。同样，在专利文献2中，公开了将上述设置全自动化的技术。 将声束从专利文献2中所述的扬声器阵列装置的主体输出，同时移动 发射角度，并且由配备在听者位置上的麦克风来采集声束。然后，根 据在多个发射角度上分别采集到的声音的分析结果来对各个通道上 的声束的发射角度进行最优化。[专利文献1] JP-A-2006-60610[专利文献2] JP-A-2006-13711在专利文献1公开的技术中，存在这样的问题，即，不能根据 其中安装了声音再现装置的房间的形状和安装位置来达到参数的最 优化。S卩，必须基于这样的前提来输入各种参数听者在长方体形房 间中所安装的声音再现装置的前方对声音进行收听，等等。在房间具 有不规则形状、存在对用户的收听的阻碍、或者听者在声音再现装置 的前方以外的位置上收听声音之类的情形中，不能准确计算出各个通 道上的声束的发射角度。同样，在由于用户必须人工测量/输入房间 尺寸、声音再现装置和听者的位置等而使得参数设置变得很麻烦等情 况下，也存在这种问题。在专利文献2公开的技术中，针对声束的每个发射角度都分析 了采集声音的声压。在这种情况下，根本无法考虑以各个发射角度输 出的声音将分别通过什么路径到达麦克风。结果，可能会错误地估计 声束的路径，并错误地设置了各个通道上的声音的发射角度。发明内容已经考虑到上述情况而做出本发明，本发明的一个目的是提供 了与传统方法相比提高了声束发射角度的准确度的技术。为了到达上述目的，根据本发明，提供了一种环绕声输出装置，包括接收部分，其接收多个通道上的信号；存储部分，其对表示声音的测量声音数据进行存储；输出部分，其在受控方向上以声束形状来将根据所述多个通道上的信号或所述测量声音数据而产生的声音进行输出；控制部分，其对从所述输出部分输出的声音的方向进行控制； 声音采集部分，其采集从所述输出部分输出的声音，以产生表示采集声音的采集声音数据；脉冲响应指定部分，当所述声音采集部分采集到以各个方向从所述输出部分输出的声音时，所述脉冲响应指定部分根据由所述声音采集部分所产生的各个声音数据来指定各个方向上的脉冲响应；各个方向上的脉冲响应，对各个方 向上输出的声音从所述输出部分到达所述声音采集部分所通过的路 径的路径距离以及脉冲响应的水平进行指定；以及分配部分，其对分别满足了预定关系的多个方向进行指定，该 预定关系是各个方向上的路径的路径距离与针对所述多个通道的脉 冲响应的水平之间的预定关系，并且所述分配部分将所述多个通道上 的信号分配给指定方向，其中所述控制部分控制所述输出部分以便在所述分配部分所指 定的方向上输出基于所述多个通道上的信号的各个声音。优选地，测量声音数据是表示脉冲声音的声音数据。优选地，脉冲响应指定部分通过计算采集声音数据与测量声音 数据之间的互相关来指定脉冲响应。这里，测量声音数据优选地是代 表白噪声的声音数据。优选地，路径特性指定部分根据各个方向上的脉冲响应中的前导延时(leading timings)来指定路径距离。优选地，分配部分将所述多个通道的信号分配到其中各个方向 上的脉冲响应的水平超过了预定阈值的多个方向中的任意一个方向 中。优选地，分配部分将所述多个通道的信号分配到分别处在多个预定角度范围内的多个方向中的任意一个方向中所述多个方向包含 了其中各个方向上的脉冲响应的水平超过了预定阈值的方向。优选地，分配部分将所述多个通道上的信号分配到其中各个方 向上的脉冲响应的水平超过了预定阖值的任意一个方向中，与具有超 过预定阈值的水平的方向相对应的路径距离被限制在预定距离范围 内。优选地，输出部分是具有多个扬声器单元的阵列扬声器。控制 部分通过以不同的延时为每个扬声器单元提供声音数据来控制从所 述输出部分输出的声音的方向。根据本发明，还提供了一种环绕声输出方法，其包括步骤 通过输出部分在受控方向上以声束形状来输出声音，所述声音7是根据多个通道上的信号或存储在存储部分中的表示声音的测量声 音数据而产生的；控制从输出部分输出的声音的方向；通过声音采集部分采集从输出部分输出的声音，以产生表示采 集声音的采集声音数据；当声音采集部分采集到以各个方向从输出部分输出的声音时， 根据由声音采集部分所产生的各个声音数据来指定各个方向上的脉 冲响应；根据各个方向上的脉冲响应，对各个方向上输出的声音从输出 部分到达声音采集部分所通过的路径的路径距离以及脉冲响应的水 平进行指定；以及对分别满足了预定关系的多个方向进行指定，所述预定关系是 各个方向上的路径的路径距离与针对多个通道的脉冲响应的水平之 间的预定关系，并将多个通道上的信号分配给指定方向，其中输出部分在分配部分所指定的方向上输出基于多个通道上 的信号的各个声音。根据所述声音信号输出装置和所述环绕声输出方法，与传统方 法相比，可以提高声束的发射角度的准确度。


通过参照附图来详细描述优选示例性实施例，本发明的上述目 的和优点将变得更明显，其中图1是示出扬声器设备1的外观的示图。 图2是示出扬声器设备1的构造的框图。图3是示出与扬声器设备1的高频分量处理相关的构造的框图。图4是示出扬声器设备1所产生的环绕声场的示图。图5是示出自动最优化处理的流程的流程图。图6是示出脉冲响应(其发射角度为40。)的示例的曲线图。图7是示出水平分布图的示例的示意图。图8是示出在前通道上的声音的路径的示图。图9是示出在环绕声通道上的声音的路径的示图。图IO是示出不规则反射声音的路径的示图。
具体实施例方式
(A:构造)
下面将说明根据本发明一个实施例的扬声器设备1的构造。
(A-l:扬声器设备1的外观)图1是示出扬声器设备1的外观的(前)视图。如图1所示，
在扬声器设备1的外壳2的中央部分布置了扬声器阵列152。
扬声器阵列152包括多个扬声器单元153-1、 153-2..... 153-n
(下文中当无需对它们加以相互区别时将它们总称为扬声器单元153)。扬声器单元153输出高频带中的声音(高频分量)。
而且，在听者面对扬声器设备1时的左边提供低音扬声器151-1，而在听者面对扬声器设备1时的右边提供低音扬声器151-2(下文中当无需对它们相互区别时将它们总称为低音扬声器151)。低音扬声器151输出低频带中的声音(低频分量)。
而且，对扬声器设备1提供麦克风端子24。可以将麦克风连接到麦克风端子24，麦克风端子24接收声音信号(模拟电信号)。
(A-2:扬声器设备l的内部构造)
图2是示出扬声器设备1的内部构造的框图。
图2中所示出的控制部分10根据存储在存储部分11中的控制程序执行各种处理。即，控制部分10根据设置的参数执行对各个通道上的声音数据进行的处理(这将在后面予以描述)。并且，控制部分10通过总线控制扬声器设备1的各个部分。
存储部分11是例如ROM (只读存储器)之类的存储单元。在存储部分11中存储了由控制部分10执行控制程序、用于测量的声音数据和音乐片段数据。可以将音乐片段数据用作用于测量的声音数据，但这里使用的是表示白噪声的声音数据。在这种情况下，白噪声代表包含强度相同的所有频率分量的噪声。同样，音乐片段数据给出了用于包括多个(例如五个)通道的多通道再现的音乐片段数据。A/D转换器12通过麦克风端子24接收声音信号，并将所接收的
声音信号转换成数字声音数据(采样)。
D/A转换器13接收数字数据(声音数据)，并将数字数据转换成模拟声音信号。
放大器14将模拟声音信号的幅度放大。
发声部分15包括上面的扬声器阵列152和低音扬声器151，并
根据所接收的声音信号发射声音。
解码器16从通过电缆或无线电连接的外部音频数据再现装置接
收音频数据，并将音频数据转换成声音数据。
在这种情况下，连接到麦克风端子24的麦克风30由无指向性麦克风构成，并产生/输出表示采集声音的声音信号。
(A-3:与各个通道中的声音数据处理相关的构造)
对扬声器设备1所输出的各个通道上的声音按照高频分量和低频分量分开进行处理。
在产生内容时通常不会假定必须各自具有指向性地输出各个通道上的声音的低频分量(环绕声再现)。并且，假定不对扬声器设备1中的低频分量进行环绕声再现。因此，这里将省略关于用于低频分量处理的构造的说明。
相反，会对各个通道上的声音的高频分量进行环绕声再现。以下将参照图3说明用于高频分量处理的构造。
如图3所示，在扬声器设备1中对在通过解码器16输入的音频数据中所包含的五个通道的声音数据(左前(FL)/右前(FR)、环绕左(SL)/环绕右(SR)和中央(C))以及从存储部分ll读取的音乐片段数据进行处理。
并且，增益控制部分110-1到110-5 (下文中当无需对它们加以相互区别时将它们总称为增益控制部分110)分别以预定增益控制声音数据的水平。
在此情况下，在增益控制部分110中分别设置与每个通道上的声音的路径距离对应的增益，以便能够对每个通道的声音在一直到达听者之前产生的衰减进行补偿。更具体地说，在环绕通道(SL和SR)中，从扬声器阵列152到听者的路径距离延长了，因此衰减增加。因
此，在增益控制部分110-1和110-5中将增益(音量)设置为较大。并且，在增益控制部分110-2、 110-4和110-3中将增益设置成几乎中等的幅度，以与前通道(FL和FR)和中央通道(C)对应。
并且，频率特性校正部分(EQ) 120-l到120-5 (下文中当无需对它们加以相互区别时将它们总称为频率特性校正部分120)分别对频率特性进行校正，以对每个通道上的声音路径上发生的声音频率特性的变化进行补偿。例如，频率特性校正部分(EQ) 120-1、 120-2、120-4和120-5分别控制频率特性，以补偿由于在墙壁表面上的反射而导致的频率特性变化。
另外，延迟电路(DLY) 130-1到130-5 (下文中当无需对它们加以相互区别时将它们总称为延迟电路130)通过对每个通道上的声音分别添加一个延迟时间来控制各个通道上的声音到达听者的各个时刻。更具体地说，将与路径距离最长的环绕通道(SL、 SR)对应的延迟电路130-1和130-5的延迟时间设置成0，并在与前通道(FL、FR)对应的延迟电路130-2和130-4中设置第一延迟时间dl，该第一延迟时间dl对应于与环绕通道之间的路径距离的差。同样，在与中央通道(C)对应的延迟电路130-3中设置第二延迟时间d2(d2〉dl)，该第二延迟时间d2对应于与环绕通道之间的路径距离的差。
另外，方向控制部分(DirC) 140-1到140-5 (下文中当无需对它们加以相互区别时将它们总称为方向控制部分140)对分别从相应延迟电路130输出的声音数据进行下面的处理，并将不同的声音数据输出到分别提供来对应于多个扬声器单元153的多个叠加部分150-1到150-n(下文中当无需对它们加以相互区别时将它们总称为叠加部分150)中。
分别对多个方向控制部分140提供延迟电路和水平控制电路，以与构成扬声器阵列152的n个扬声器单元153相关联。延迟电路以预定时间分别地对要馈入各个叠加部分150 (然后馈入各个扬声器单元153)的声音数据进行延迟。对延迟电路分别设置延迟时间，以便使作为处理对象的声音数据形成为预定方向的声束。并且，水平控制电路将各个通道上的声音数据分别乘以窗口系数。根据该处理，施加了这样的控制从扬声器阵列152输入的声音的旁瓣应被抑制。
叠加部分150从方向控制部分140接收声音数据并将它们相加。将相加后的声音数据输出到D/A转换器13。
上述的增益控制部分110、频率特性校正部分120、延迟电路130、方向控制部分140和叠加部分150起到当控制部分10执行存储在存储部分11中的控制程序时分别实现的功能。
D/A转换器13将从叠加部分150-1到150-n接收到的声音数据转换成模拟信号，并将模拟信号输出到放大器14。
放大器14将接收到的信号放大，并将放大后的信号输出到与叠加部分150-1到150-n相对应地提供的扬声器单元153-1到153-n。
扬声器单元153由各个无指向性扬声器组成，并根据接收到的信号发射声音。
(B:操作)
下面，在说明根据本发明的扬声器设备1的操作之前，将简单说明扬声器设备1产生的环绕声场。
(B-l:环绕声场)
图4是示意性地示出在安装了扬声器设备1的空间中各个通道
上的声音的路径的示图。对各个通道上的声音给定了准确的方向，这
些声音以分别设置给这些通道的发射角度从扬声器阵列152输出。在前通道(FL和FR)上的声音在听者旁边的侧表面上反射一次，然后到达听者。并且，在环绕声通道(SL和SR)上的声音在环绕听者的侧表面和后表面上分别反射一次，然后到达听者。并且，在中央通道(C)上的声音向扬声器设备1的前方输出。结果，在各个通道上的声音分别从不同方向上到达听者，因此听者感觉到好像各个通道的声源(虚拟声源)处于各个通道上的声音到来的方向上。
这样，因为在各个通道上的声音沿着彼此不同的路径到达听者，所以对各个通道上沿每条跟随路径到达听者的声音赋予不同的效果。例如，因为每条路径的路径距离不同，所以带来每个通道上的声音的音量水平的衰减程度不同或者到达时间偏移的效果。或者说，因为在墙壁表面上反射的次数或墙壁表面的反射特性针对每条路径来说都 是不同的，所以带来了各个通道的频率特性的变化模式不同的效果。 在扬声器设备1中，通过对每个通道执行数据处理，可以校正通道间 的音量衰减/到达时间偏移/频率特性的差异。
如上所述的对各个通道上的声音施加预定处理来将声音输出为 声束的处理被称为"声束控制"。当适当地设置关于声束控制的参数 时，可以实现较好的环绕声场。
在扬声器设备1中，通过下面将说明的自动最优化处理来对各 种参数最优化。
(B-2:自动最优化处理)
在安装了扬声器设备之后，首先开始"自动最优化处理"。自 动最优化处理是自动设置与各个通道上的声音的声束控制有关的参 数的处理。图5是示出自动最优化处理的流程的流程图。
在自动最优化处理之前，将麦克风30连接到扬声器设备1的麦 克风端子24。然后，将麦克风30设置于听者收听声音的位置(见图 4)。此时，理想的是麦克风应设置在与听者耳朵相同的高度。
在步骤SAIO，对输出具有声束形状的声音的角度(发射角度) 的初始值进行设置。下面，将在这样的前提下做出说明从扬声器设 备1的侧面看时，在扬声器设备1的前方上的发射角度被设置来作为 基准角度(0° )并且朝基准角度左侧的发射角度具有正值。在本实 施例中，将-80° (朝右的方向)之类设置来作为发射角度的初始值。
在步骤SA20，从存储部分11读取测量声音数据，并根据测量声 音数据输出白噪声。在那个时刻对扬声器设备1设置的发射角度上， 白噪声具有准确的指向性，然后输出白噪声作为声束。
在步骤SA30,由麦克风30采集在该空间中的声音(包括白噪 声)，并经由麦克风端子24将表示采集声音的声音信号提供到扬声 器设备1。
在步骤SA40，由A/D转换器12对供给扬声器设备1的声音信号 进行A/D转换，然后作为"采集数据"存储在存储部分11中。各个 时刻的采集数据的内容包含经由各条路径到达麦克风30的多个声音分量。在这种情况下，各个声音分量指示从扬声器阵列152输出的预 定时间的声音，该预定时间是通过将各个声音分量到来所经过的路径 距离除以声速而得到的。根据各个路径来改变特性(音量水平和频率 特性)。
在步骤SA50，根据采集数据来指定脉冲响应。在本实施例中， 通过常称为"直接关联法"的方法来指定脉冲响应。简而言之，根据
如下事实来指定脉冲响应输入数据(测量声音数据)与输出数据(通 过对响应于测量声音数据的输出而生成的采集数据应用各种不同的 延迟时间所得到的数据)之间的"互湘关函数"变得等于其中输入数 据(测量声音数据)的自动关联函数和脉冲响应相互巻积的数据。
根据直接关联法，即使在采集数据中含有麦克风30采集的噪声
(背景噪声等)时，也可以不受噪声影响地计算出脉冲响应。这是因 为在输入测量声音数据与噪声之间不存在相关性，因此在计算脉冲响 应时消去了从噪声得出的因子。
在将输出声束的时刻假设成时间o时，以此方式指定的脉冲响
应给出了在声束中包含的各个声音分量到达麦克风30的各个时间的 音量水平分布。图6是示出当发射角度为40°时通过这种方法得到 的脉冲响应的曲线图。
在图6示出的脉冲响应数据中，响应峰值出现在大约34ms的位 置处。因此，得出从扬声器设备1输出的声束在大约34ms后到达麦 克风30然后被麦克风30采集。
并且，可以从脉冲响应的数据估计出声束所沿路径的距离。例 如，当假设声音以340m/s的声速在空间中传播时，可以估计出在34ms 后到达麦克风30的声音分量通过了 340X0. 034H12m的路径距离。 因此，可以将图6所示的脉冲响应的横坐标时间轴当作为路径距离。
并且，脉冲响应的峰值水平表明了采集输出声音的效率。换句 话说，较高的峰值水平表明有效到达麦克风30的输出白噪声没怎么 遭受音量水平衰减、声音改变等等。结果，例如，当在声束的发射角 度的方向上设置麦克风30时，当在声束的反射路径中设置麦克风30 时，当在声音到达麦克风30之前所需经过的路径中在墙壁表面上反射的次数等很少时，等等，脉冲响应的峰值水平得到增强。
在步骤SA60，将指定的脉冲响应写入存储部分11中。这里，仅
将此时脉冲响应的数据中在预定范围内(例如0到20m)的路径距离 (即时间)写入存储部分11。这样做的原因是例如超过20ra的路径 是作为每个通道上的声音的路径的不适宜路径，因此不被用于下面的 处理。
在步骤SA70，判定是否已在所有发射角度上指定了脉冲响应。 首先，在步骤SAIO，将发射角度设置为初始值-80° (朝右的方向)， 从而指定了脉冲响应。然后，在以预定角度(例如+2° )顺序地改变 发射角度的同时重复类似处理，从而指定了各个发射角度上的脉冲响 应。 一直重复该处理，直到发射角度9=+80° ，诸如此类。
因此，在当发射角度为-80。时指定脉冲响应的现阶段，在步骤 SA70中的判定结果为"否"。于是，执行步骤SA80的处理。
在步骤SA80，改变了发射角度。即，在该时间点设置的发射角 度改变了+2° 。因此，发射角度变成-78° 。
重复步骤SA30到步骤SA80的处理，即改变发射角度并且指定 发射角度处的脉冲响应的处理。当最后指定在发射角度+80°处的脉 冲响应时，步骤SA70中的判定结果变成"是"。于是，执行步骤SA90 以后的处理。
在步骤SA90，从存储部分11读取在各个发射角度处的脉冲响应 的数据，并产生水平分布图。首先，计算出脉冲响应的数据中的路径 距离响应值(时间)的平方值，然后产生这些平方值的包络(包络线)。 然后，将在各个发射角度产生的包络与水平分布图中的发射角度相关 联。结果，基于脉冲响应的包络与水平分布图中的发射角度(横坐标) 和路径距离(纵坐标)进行三维相关。
在步骤SA100，从水平分布图中指定了包络值超过预定阈值的区 域(峰值区域)，即发射角度和路径距离的结合。在图7所示的水平 分布图中以阴影线指示峰值区域。例如，根据图6所示脉冲响应(发 射角度是40。)的结果，响应值的峰值出现在与路径距离12m对应 的位置处。在图7所示的水平分布图中，峰值区域出现在路径距离
1512m和发射角度40。的位置处，与该结果对应。
然后，从水平分布图中所包含的峰值区域中指定与五个通道上 的声音数据相对应的峰值区域。下面将说明从各个峰值区域中指定与 五个通道上的声音数据相对应的峰值区域的方法。
在步骤SAllO，首先指定对应于中央通道的峰值区域(下文称为 "中央通道峰值区域")。中央通道峰值区域被指定为其中响应值示 出了在预定角度范围(例如-20°到+20° )内的峰值的峰值区域。例 如，在图7所示的水平分布图中，将处于发射角度0°和路径距离3m 处的峰值区域指定来作为中央通道峰值区域。
将对应于指定的中央通道峰值区域的发射角度和路径距离写入 存储部分11。
在步骤SA120，根据中央通道峰值区域，将对应于其它通道的峰 值区域指定如下。
按照峰值区域所对应的发射角度和路径距离之间的关系，将包 含在水平分布图中的各个峰值区域分成以下三组。
(1) 前通道峰值区域
(2) 环绕通道峰值区域
(3) 不规则反射峰值区域
根据以下描述的算法将水平分布图中包含的各个峰值区域分成 上面的三组(1)到(3)。首先，如下文所述，针对各个峰值计算用作分 类基准的"评判值D (criterion value)"。这种情况下，在公式1
中，L代表在步骤SAllO中指定的中央通道上的路径距离，e代表对
应于每个峰值区域的发射角度。 D=lVcos6
然后，将对应于峰值区域的路径距离与如上计算出的各个区域 的评判值D进行比较。作为比较的结果，当对应于峰值区域的路径距 离与针对该峰值区域计算的评判值D大体一致时(当差在预定阈值以 下时)，判定该峰值区域为前通道峰值区域(l)。同样，当对应于峰 值区域的路径距离大于针对该峰值区域计算的评判值D并且差超过了预定阈值时，判定该峰值区域为环绕通道峰值区域(2)。同样，当 对应于峰值区域的路径距离小于针对该峰值区域计算的评判值D并 且差超过了预定阈值时，判定该峰值区域为不规则反射峰值区域(3)。 以下给出为什么可以通过上面的算法来将水平分布图中包含的 各个峰值区域与各个通道相互关联的原因。
图8是示出安装了扬声器设备1的空间中的声音的路径的示图。 在图8中，以L表示中央通道的路径距离。这里，在图8中以实线表 示前通道的声音从扬声器设备1到麦克风30的路径。该路径的路径 距离以几何方式L/cos0 。评判值D)来表示。因此，当使用"对应 于峰值区域的路径距离大体等于针对该峰值区域计算的评判值D"作 为指定前通道峰值区域的判据时，就准确地指定了前通道峰值区域。
并且，在图9中示出与图8类似的空间中声音的路径，以实线 表示在环绕声通道上的声音的路径。以几何方式(L+2Xl)/cos^D+(2 Xl/cose)来表示该路径的路径距离。以这种方式，环绕声通道上的 声音的路径距离值大于评判值D。因此，当使用"对应于峰值区域的 路径距离大于针对该峰值区域计算的评判值D"作为指定环绕通道峰 值区域的判据时，就准确地指定了环绕通道峰值区域。
并且，在扬声器设备1中产生并以不同方向从受控方向传播而 来的声音分量(不规则反射声音)到达麦克风30。从扬声器设备1 直接到达麦克风30的这种不规则反射声音的声音分量有时被检测为 水平分布图中的峰值区域。在这样的峰值区域中的路径距离成为与中 央通道的声音的路径距离大体相等的L，并具有比评判值D小的值(见 图10)。因此，当使用"对应于峰值区域的路径距离小于评判值D" 作为指定不规则反射峰值区域的判据时，就准确地指定了不规则反射 峰值区域。
在步骤SA130，将在各个通道上的声音的声束控制中所使用的各 类参数设置给扬声器设备1的各个部分设置。换句话说，在水平分布 图中指定对应于各个通道的峰值区域，并将对应于峰值区域的发射角 度和路径距离设置为用于各个通道上的声音的声束控制中的发射角 度和路径距离。下面，将环绕右通道(SR)作为示例来具体说明与声束控制有
关的参数的设置方法。类似地，根据对应于所指定的峰值区域的发射 角度和路径距离来分别对其它通道设置参数。
首先，在图3所示的扬声器设备1的各个部分中，对执行SR通 道的声音数据处理的增益控制部分110-5设置一个根据SR通道的路 径距离所确定的增益。因为SR通道的路径距离相对较长，比如12m， 所以对增益控制部分110-5设置相对高的增益。
然后，对处理SR通道上的声音数据的延迟电路130-5设置0秒， 作为延迟时间。在此情况下，根据各个通道上的声音的路径距离(由 各个延迟电路130进行处理)与SR通道上的声音的路径距离之差， 来对与其它通道上的处理相关的延迟电路130-l到130-4设置延迟时 间。例如，由于右前(FR)通道的路径距离是7m，并且比SR通道的 路径距离(12m)短5m，因此对延迟电路130_5设置一个声音行进5m 所需的大约15ms的延迟时间。
对处理SR通道上的声音数据的方向控制部分140-5设置40° ， 作为SR通道上的声音的发射角度。即，在分别提供到方向控制部分 140-5的多个延迟电路中，对将要输出到各个叠加部分150中的声音 数据赋予不同的延迟。结果，将SR通道上的声音形成为在发射角度 40°的方向上的声束。
如上所述，完成了自动最优化处理。如图4所示，在各个通道 上的声音分别经由不同路径到达听者。因此，对于每个通道都来说， 声音的各种特性是不相同的，比如音量水平衰减和时间延迟(取决于 到达听者所需路径的路径距离)、声音衰减和频率特性中的变化(取 决于在路径上的反射次数和反射表面的材料)等等。为此，针对每个 通道来设置与增益、频率特性和延迟时间有关的参数，并且可以在各 个通道上的声音数据中实现声音和谐。并且，设置与方向控制有关的 参数，以使各个通道上的声音以最优发射角度输出然后以最优角度到 达听者。在初始设置处理中，如上所述，设置各种参数来达到最优环 绕声再现。
(B-3:环绕声再现)下面，将简要说明在通过自动最优化来对各种参数进行最优化 的阶段上的一种环绕声再现模式。
如图3所示，读取了在经由解码器16输入的音频数据中所包含 的五个通道(FL、 FR、 SL、 SR和C)上的声音数据或者从存储部分 11中读取的音乐片段数据。然后，由提供给各个通道系统的增益控 制部分110、频率特性校正部分120以及延迟电路130进行校正，以 使音量水平、频率特性和延迟时间与通道之间良好匹配。
方向控制部分140对各个通道上的分别以不同模式(增益和延 迟时间)供给扬声器单元153的声音数据进行处理。将各个通道上的 从扬声器阵列52输出的声音形成为特定方向上的声束。各个通道上 形成为声束的声音途经如图4所示的各个路径，并分别从不同方向到 达听者。通过自动最优化处理，在所有通道上对与这些声音数据有关 的各种参数迸行最优化，从而听者能够欣赏到最佳的环绕声场。 (C:变型)
以上说明了本发明的一个实施例。但本发明不限于上述实施例， 而可以实施其它不同的实施例。下文将以示例的方式说明多个例子。 在这种情况下，可以以适当结合的方式实施以下说明的各个实施例。
(1) 在上面的实施例中，说明了将白噪声用作测量声音数据的 声音的情况。在这种情况下，测量声音数据的声音不限于白噪声，并 且可以采用如由TSP (time stretched pulse，时间伸縮脉冲)信号 表示的声音之类的其它声音。这里，TSP信号指的是通过在时间轴上 对脉冲进行伸縮所得到的信号。
(2) 在上面的实施例中，说明了通过直接关联法指定各个发射 角度上的脉冲响应的情况。在这种情况下，指定脉冲响应的方法不限 于直接关联法。
(a) 脉冲声音的采集
当使用脉冲声音(非常短的声音)作为测量声音数据并且随后 由麦克风30采集声音时，可以直接测量脉冲响应。
(b) 互谱法(cross spectrum method)
当如上述实施例一样使用白噪声作为测量声音数据，随后计算出测量声音数据的傅立叶变换后的自动关联函数和测量声音数据与 采集声音数据之间的傅立叶变换后的互相关之商，并随后对该商施加 傅立叶逆变换，可以计算出脉冲响应。互谱法与上述实施例中的直接 关联法类似。
(3) 在上面的实施例中，说明了用来将各个峰值区域划分成水 平分布图中的多个组的算法示例。除了上述条件以外，或者代替上述 条件，可以通过以下描述的条件来对各个峰值区域分类。
(a) 可以根据与各个峰值区域相关的发射角度来对水平分布图 中的各个峰值区域分类。例如，可以采用峰值区域处于中央通道峰值
区域的发射角度的预定角度范围(例如14°到60° )内的这一条件 来指定前通道峰值区域。同样，可以采用峰值区域处于中央通道峰值 区域的发射角度的预定角度范围(例如25°到84° )内的这一条件 来指定环绕通道峰值区域。
(b) 可以通过参考检测到的音量水平来对水平分布图中的各个 峰值区域分类。例如，可以在对应于峰值区域的采集声音数据的音量 水平大于-15 dB的条件下指定前通道上的峰值区域。在这种情况下， 由于环绕通道上的声音在墙壁表面上反射了两次然后才到达麦克风 30，因此在指定环绕通道上的峰值区域时，可以不提供音量水平的条 件，等等。
(4) 在上面的实施例中，说明了根据如下条件进行分类的效果 各个峰值区域的路径距离和评判值D满足预定关系。在上面的多个条 件下指定峰值区域之类的情形中，还可以以如下条件来指定峰值区 域。
(a) 当(中央通道峰值区域的发射角度)-14。 <峰值区域的发 射角度<(中央通道峰值区域的发射角度)+14°时，可以判定该峰值 区域不属于任何区域。这是因为，当在中央通道与发射角度之间几乎 不存在差异时，可以认为该峰值区域除了开中央通道不会与其它通道 对应。
(b) 当评判值D/1."峰值区域中的路径距离^评判值DX 1. 3， 可以指定该峰值区域为前向通道峰值区域。即，当满足了这样的数字
20关系时，可以判定"对应于该峰值区域的路径距离大体与评判值D 一致"。这种情况下，即使满足了上面的不等式，但是在没有满足下 面给出的条件中的任意一个时，可以判定该峰值区域不是前通道峰值 区域。
84<峰值区域的发射角度的绝对值 峰值区域的发射角度的绝对值<25 峰值区域中的音量水平<-15 dB
(c) 当评判值DX1.3〈峰值区域中的路径距离时，可以将该峰 值区域指定为环绕通道的峰值区域。即，当满足这种数字关系时，可 以判定"对应于峰值区域的路径距离大于评判值D并且它们之间的差 超过了预定阈值"。在这种情况下，即使满足了上面的不等式，但是 在没有满足下面给出的条件时，可以判定该峰值区域不是环绕通道峰 值区域。
60〈峰值区域的发射角度的绝对值
(d) 当峰值区域中的路径距离〈评判值D/1.4时，可以将该峰 值区域指定为不规则反射峰值区域。即，当满足这种数字关系时，可 以判定"对应于峰值区域的路径距离小于评判值D并且它们之间的差 超过了预定阈值"。这种情况下，即使满足了上面的不等式，但是在 没有满足下面给出的条件中的任意一个时，可以判定该峰值区域不是 不规则反射峰值区域。
84<峰值区域的发射角度的绝对值 峰值区域的发射角度的绝对值<25 峰值区域中的音量水平<-15 dB
在该情况下，上面的条件(数学表达式)仅作为示例给出，并 且可以适当地改变条件中使用的数值。同样，上述任何条件都可以结 合起来使用。简而言之，可以根据对应于各个峰值区域的发射角度、 路径距离和音量水平中的一个或多个参数来对各个峰值区域分类。
(5)在上面的实施例中，说明了以矩阵方式布置扬声器单元153 的情况。在这种情况下，任何其中至少包含了排成线状的部分的布置 方式都可以采用。(6) 在上面的实施例中，可以适当地改变在从水平分布图中指
定多个峰值区域时(步骤SA100)针对脉冲响应的平方值所应用的阈 值。例如，在步骤SA100中仅指定预定数量(例如五个以下)或更少 的峰值区域时，可以减小阈值；或者在指定了超过预定数量(例如八 个或更多)的峰值区域时，可以增大阈值，从而在接下来的步骤SA110 和SA120中可以特别提高各个通道的峰值区域中的特定效率和准确 度。
(7) 上述实施例中由控制部分10执行的程序可以以将该程序 记录在磁性记录介质(磁带、磁盘(HDD，FD)等)、光学记录介质(光 盘(CD，DVD)等)、磁光记录介质之类的计算机可取记录介质、半导体 存储器等中的状态来提供。并且，可以经由如互联网之类的网络下载
所述程序。
虽然已经针对特定的优选实施例说明了本发明，对所属领域技 术人员而言显而易见的是，可以在本发明的指教的基础上做出各种变 化和修改。显然，这些变化和修改处在所附权利要求定义的本发明的 精神、范围和概念之内。
本发明基于2008年2月27日提交的日本专利申请 2008-046311，其内容通过引用结合于此。
权利要求
1. 一种环绕声输出系统，包括接收部分，其接收多个通道上的信号；存储部分，其对表示声音的测量声音数据进行存储；输出部分，其在受控方向上以声束形状来将根据所述多个通道上的信号或所述测量声音数据而产生的声音进行输出；控制部分，其对从所述输出部分输出的声音的方向进行控制；声音采集部分，其采集从所述输出部分输出的声音，以产生表示采集声音的采集声音数据；脉冲响应指定部分，当所述声音采集部分采集到以各个方向从所述输出部分输出的声音时，所述脉冲响应指定部分根据由所述声音采集部分所产生的各个声音数据来指定各个方向上的脉冲响应；路径特性指定部分，其根据各个方向上的脉冲响应，对各个方向上输出的声音从所述输出部分到达所述声音采集部分所通过的路径的路径距离以及脉冲响应的水平进行指定；以及分配部分，其对分别满足了预定关系的多个方向进行指定，该预定关系是各个方向上的路径的路径距离与针对所述多个通道的脉冲响应的水平之间的预定关系，并且所述分配部分将所述多个通道上的信号分配给指定方向，其中所述控制部分控制所述输出部分以便在所述分配部分所指定的方向上输出基于所述多个通道上的信号的各个声音。
2. 如权利要求1所述的环绕声输出装置，其中所述测量声音数 据是表示脉冲声音的声音数据。
3. 如权利要求l所述的环绕声输出装置，其中所述脉冲响应指 定部分通过计算采集声音数据与测量声音数据之间的互相关来指定 脉冲响应。
4. 如权利要求1所述的环绕声输出装置，其中所述测量声音数 据是表示白噪声的声音数据。
5. 如权利要求1所述的环绕声输出装置，其中所述路径特性指 定部分根据各个方向上的脉冲响应中的前导定时来指定路径距离。
6. 如权利要求1所述的环绕声输出装置，其中所述分配部分将所述多个通道的信号分配到其中各个方向上的脉冲响应的水平超过 了预定阈值的任意一个方向中。
7. 如权利要求1所述的环绕声输出装置，其中所述分配部分将 所述多个通道的信号分配到在如下多个预定角度范围内的任意一个方向中所述多个预定角度范围分别包含其中各个方向上的脉冲响应 的水平超过了预定阈值的方向。
8. 如权利要求1所述的环绕声输出装置，其中所述分配部分将所述多个通道上的信号分配到其中各个方向上的脉冲响应的水平超 过了预定阈值的任意一个方向中，与具有超过预定阈值的水平的方向 相对应的路径距离被限制在预定距离范围内。
9. 如权利要求1所述的环绕声输出装置，其中所述输出部分是 具有多个扬声器单元的阵列扬声器；并且其中所述控制部分通过以不同的定时为每个扬声器单元提供声 音数据来控制从所述输出部分输出的声音的方向。
10. —种环绕声输出方法，其包括步骤通过输出部分在受控方向上以声束形状来输出声音，所述声音 是根据多个通道上的信号或存储在存储部分中的表示声音的测量声音数据而产生的；控制从输出部分输出的声音的方向；通过声音采集部分采集从输出部分输出的声音，以产生表示采 集声音的采集声音数据；当声音采集部分采集到以各个方向从输出部分输出的声音时， 根据由声音采集部分所产生的各个声音数据来指定各个方向上的脉冲响应；根据各个方向上的脉冲响应，对各个方向上输出的声音从输出 部分到达声音采集部分所通过的路径的路径距离以及脉冲响应的水 平进行指定；以及对分别满足了预定关系的多个方向进行指定，所述预定关系是 各个方向上的路径的路径距离与针对多个通道的脉冲响应的水平之 间的预定关系，并将多个通道上的信号分配给指定方向，其中输出部分在分配部分所指定的方向上输出基于多个通道上 的信号的各个声音。
全文摘要
本发明提供环绕声输出装置和环绕声输出方法。该环绕声输出装置包括接收部分；存储部分；输出部分，其在受控方向上以声束输出根据多通道上的信号或测量声音数据而产生的声音；控制部分，其控制从输出部分输出的声音的方向；声音采集部分，其采集从输出部分输出的声音以产生表示采集声音的采集声音数据；脉冲响应指定部分，根据声音数据来指定各方向上的脉冲响应；路径特性指定部分，根据各方向上的脉冲响应，指定各方向上输出的声音从输出部分到达声音采集部分所通过的路径的距离以及脉冲响应的水平；以及分配部分，其指定满足预定关系的多个方向。控制部分控制输出部分以便在分配部分所指定的方向上输出基于多个通道上的信号的声音。
文档编号H04S7/00GK101521844SQ200910118668
公开日2009年9月2日 申请日期2009年2月27日 优先权日2008年2月27日
发明者泽米进, 熊谷邦洋, 铃木宏司 申请人:雅马哈株式会社