专利名称：声音再现装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种声音再现装置，特别是一种可以被优先应用于移动终端设备的声音再现装置。
背景技术：
近年来，移动终端设备，比如蜂窝电话、个人手持电话装置(PHS)和个人数字助理(PDA)，已经具有因特网接入功能，从而使移动终端设备变得多功能化。例如，一种商业基础上生产的移动终端设备，可以通过因特网从音乐分配服务器(music distribution server)下载音乐数据，并将下载的音乐数据存储在移动终端设备的半导体存储器中，同时还具有再现存储在半导体存储器中音乐数据的功能。
在音乐或环绕立体声是双声道信号的情况下，希望输出通道数等于或大于2。然而，要给一个移动终端设备提供多个扬声器，必须将扬声器多个彼此非常接近地安置。这是因为移动终端设备里的空间非常有限。
常规上，还没有考虑过使多个扬声器彼此非常接近的安置方法。这是因为常规的移动终端设备上只提供一个扬声器，而没有在常规的移动终端设备上提供多个扬声器的设想。
发明概要根据本发明的一个方面，这里提出一种声音再现装置，它包括第一扬声器；第二扬声器；以及用来驱动第一和第二扬声器的第一扬声器驱动单元，该部分在第一频带基本同相位地驱动第一和第二扬声器，并在高于第一频带的第二频带基本反相地以基本幅度电平差分驱动第一和第二扬声器。
本发明的一个实施例，第一扬声器驱动单元处理第一声音信号并向第一扬声器输出驱动第一扬声器的第一驱动信号，以及处理第二声音信号并向第二扬声器输出驱动第二扬声器的第二驱动信号。第一扬声器驱动单元包括相位差控制单元，控制第一和第二驱动信号之间的相位差，使它们分别在第一频带0°附近和第二频带180°附近；一个增益差控制单元，用来控制第一和第二驱动信号之间的增益差，使它们在至少包含有第二频带的一个频带中等于或大于某个规定值。
本发明的另一实施例，相位差控制单元控制第一和第二驱动信号之间的相位差，使其在第一、第二频带之间的过渡频带中从0°到180°变化。
本发明的另一实施例，其第一扬声器驱动单元包括对第一和第二声音信号中的一个进行滤波的滤波器，以及对另一个声音信号进行放大的放大器。滤波器具有频率相位特性，可以根据输入信号的频率来改变输入信号的相位。滤波器起相位差控制单元的作用，而放大器起增益差分控制单元的作用。
本发明的另一实施例，第一扬声器驱动单元包括对第一和第二声音信号中的一个进行滤波的滤波器，以及对滤波器的输出信号进行放大的放大器。滤波器具有频率相位特性，可以根据输入信号的频率来改变输入信号的相位。滤波器起相位差控制单元的作用，而放大器起增益差控制单元的作用。
本发明的另一实施例，第一扬声器驱动单元包含对第一和第二声音信号中的一个进行滤波的滤波器。滤波器具有频率相位特性，可以根据输入信号的频率来改变输入信号的相位，同时又具有频率增益特性，可以对输入信号维持一个非零的常数增益，而不管输入信号的频率。滤波器既作为相位差控制单元，又作为增益差分控制单元。
本发明的另一实施例，以指定比例配置单声道信号获得第一和第二声音信号。
本发明的另一实施例，第一和第二扬声器各自位置的间隔小于17cm。
本发明的另一实施例，提供一种用于移动终端设备的声音再现装置。
本发明的另一实施例，其声音再现装置还包括第三扬声器；第二扬声器驱动单元，用来对第一、第二和第三扬声器进行驱动。其中第一扬声器驱动单元驱动第一和第二扬声器以获得第一方向特性，第二扬声器驱动单元驱动第一、第二和第三扬声器以获得第二方向特性。第一方向特性和第二方向特性互不相同。
本发明的另一实施例，第二扬声器驱动单元包括与第一扬声器连接的第一滤波单元；与第二扬声器连接的第二滤波单元；和与第三扬声器连接的第三滤波单元。其中第一滤波单元的第一滤波系数、第二滤波单元的第二滤波系数和第三滤波单元的第三滤波系数中至少两个互不相同。
本发明的另一实施例，第二扬声器驱动单元包含连接到第一和第二扬声器的第一滤波单元；和连接到第三扬声器的第三滤波单元，其中第一滤波单元的第一滤波系数和第三滤波单元的第三滤波系数互不相同。
本发明的另一实施例，其声音再现装置还包括在声音再现装置的外面传输第一扬声器声音输出的传声筒；和驱动第一和第二扬声器的第二扬声器驱动单元，其中第一扬声器驱动单元驱动第一和第二扬声器以获得第一方向特性，第二扬声器驱动单元驱动第一扬声器和第二扬声器以使传声筒和第二扬声器获得第一方向特性，第一和第二方向特性互不相同。
根据本发明的另一实施例提供的一种移动终端设备，包括声音再现装置，它包括第一扬声器，第二扬声器，第三扬声器，以及第一和第二扬声器驱动单元；驱动确定单元，用于确定是驱动第一扬声器驱动单元还是第二扬声器驱动单元；信号发生部分，用于产生声音信号；和切换单元，用于执行开关操作，从而根据驱动确定单元的确定结果向第一扬声器驱动单元或第二扬声器驱动单元输出由信号发生部分产生的声音信号，第一扬声器驱动单元驱动第一和第二扬声器以获得第一方向特性，第一扬声器驱动单元在第一频带基本同相位地驱动第一和第二扬声器，第一扬声器在高于第一频带的第二频带基本反相地以基本不同的幅度电平驱动第一和第二扬声器，第二扬声器驱动单元驱动第一扬声器、第二扬声器和第三扬声器以获得第二方向特性，并且第一和第二方向特性互不相同。
因此，本发明在这里记述了一种声音再现装置，它具有可适当地驱动位置彼此接近的多个扬声器的优点。
本领域的技术人员阅读并理解了后面参照附图所进行的详细描述后，将更加明确本发明的这些和其他优点。
附图概述
图1所示为同相位驱动两个扬声器的情况下进行试验所测量的两个扬声器的方向特性图。
图2所示为纯音的等响度线和自由声场的听觉阈值。
图3所示为反相驱动两个扬声器的情况下进行试验所测量的两个扬声器的方向特性图。
图4所示为根据本发明实施例的移动终端设备1示例结构图。
图5所示为根据本发明的扬声器驱动单元6示例结构图。
图6所示为根据本发明的滤波器11的频率增益特性图和频率相位特性图。
图7所示为根据本发明的扬声器驱动单元6另一示例结构图。
图8所示为在使用模拟电路实现滤波器11的情况下，图6中的滤波器11的电路示例结构图。
图9所示为图4所示声音再现装置的扬声器7和8的方向特性图。
图10所示为图9所示扬声器7和8方向特性估算结果的曲线图。
图11所示为根据本发明实施例的移动终端设备1的另一示例结构图。
图12所示为试验中测量的图11中扬声器7，8和9的方向特性图。
图13是解释图11中滤波器22，23和24设计方法的示图。
图14所示为根据本发明的能选择扬声器方向特性的移动终端设备1a的示例的结构图。
图15所示为根据本发明的能选择扬声器方向特性的移动终端设备1a的另一示例的结构图。
图16所示为根据本发明的包括两个滤波器的扬声器驱动单元6a的示例结构图。
图17所示为根据本发明使用传声筒的声音再现装置3a的示例的结构图。
实施例说明为了检查驱动多个位置彼此接近的扬声器的方法，本发明的发明人就两种驱动方法(即，同相位驱动两个扬声器的方法和反相驱动两个扬声器的方法)进行了试验。
图1所示为同相位驱动(即，以同相位信号进行驱动)两个扬声器的情况下进行试验所测得的两个扬声器的方向特性图。此时，实验条件如下两个扬声器之间距离4厘米(cm)；两个扬声器输入信号以同比例分配非立体声信号以获得两个信号；和测量对象以两个扬声器延伸线的中点为圆心，半径为50cm的圆周范围内的相对声压(relative sound pressure)。
在图1中，以两个扬声器连线的中点为原点，用实线在圆图上表示每次实验结果。需要注意的是，在图1中假定两个扬声器间的延伸线为0°-180°线图1(a)所示是信号频率为500Hz时的实验结果，图1(b)所示是信号频率为1000Hz时的实验结果，图1(c)所示是信号频率为3000Hz时的实验结果，图1(d)所示是信号频率为4250Hz时的实验结果，图1(e)所示是信号频率为5000Hz时的实验结果，和图1(f)所示是信号频率为8500Hz时的实验结果。
由图1(a)和图1(b)可看出，当频率等于500Hz和1000Hz时，圆图上的实线基本成圆形。这说明在0°-360°的范围内，在任何方向上所获得的相对声压基本相等。
由图1(c)和图1(d)可看出，当信号频率达到3000Hz时，相对声压在0°-180°方向逐渐降低，并且当信号频率达到4250Hz时，扬声器的方向特性出现大的下降。
由图1(e)和图1(f)可看出，当信号频率继续升高时，该下降向90°-270°线移动。
当分别来自两个扬声器的两个信号输出之间异相180°时，在观察点出现此类下降。由于两个扬声器之间距离为四厘米，当半波长为4厘米时，在0°-180°方向出现下降。因此，在声速为340m/s的情况下，计算暗示信号频率为4250Hz时的下降。事实上，在实验中，当频率为4250Hz时(参见图1(d)，在0°-180°出现下降。需要注意的是，下降的深度未达到-∞dB的原因是由于观察点与两个扬声器之间路径的长度不同，导致了振幅的衰减不同。下降的深度随着观察点位置远离两个扬声器而加深。这是由于观察点位置距离两个扬声器越远，观察点处两个扬声器之间的声压差就越小。
由此可看出，在以同相位驱动两个扬声器时，两个扬声器的方向特性产生的下降取决于两个扬声器之间的距离。
可测量与人耳听觉特征有关的纯音的等响度线和听觉阈值。更具体地说，以每10dB1000Hz纯音作为参照，并测量与作为参照的纯音的声压电平一样大小的人耳可以听到的其他频率的纯音的声压电平，用等值线进行绘图。
图2所示为纯音的等响度线和自由声场的听觉阈值，曾在D.W Robinson和R.S.Dadson的论文《纯音等响度关系的重新测定》“A redetermination of theequal-loudness relations for pure tones”，British Journal of Applied Physics，7，166-181(1956)中提及。需说明的是图2引自Corona Publishing Co.Ltd.，“KISOONKYO KOGAKU(Basic Acoustical Engineering)”，edited by The AcousticalSociey of Japan，P18，这是由日本声学学会编辑的“基础声学工程”。
由图2可看出，人耳听觉范围大约在400Hz到4kHz之间。这说明当两个扬声器的间隔为4厘米，并且同相位驱动两个扬声器时，由于人耳的听觉特性，在0°-180°方向产生的下降特别容易被察觉，并且随着听众的位置变化音色也可能不同。
图3所示为在以反相驱动(即，以反相关系的信号进行驱动)两个扬声器的情况下进行试验所测量的两个扬声器的方向特性。此时，实验条件和上文所描述的图1的条件相同。
图3(a)所示为信号频率为500Hz时的实验结果，图3(b)所示为信号频率为1000Hz时的实验结果，图3(c)所示为信号频率为3000Hz时的实验结果，图3(d)所示为信号频率为4250Hz时的实验结果，图3(e)所示为信号频率为5000Hz时的实验结果，图3(f)所示为信号频率为8500Hz时的实验结果。
由图3(a)-3(f)可看出，在每个频带的90°-270°方向上均出现下降。这是由于在反相驱动两个扬声器的情况下，无论处于什么频带，在观察点到两个扬声器的距离相等，两个扬声器的声压相互完全抵消。
通过对图3(a)和1(a)以及图3(b)和1(b)进行比较，可以看出在反相驱动两个扬声器的情况下，处于低频带时，在每个方向上声压都比同相位驱动两个扬声器的情况有所降低。这是由于在观察点观测的信号的相位差θd随着频率降低而变小。
观察点观测信号之间的相位差θd可以用公式1表示θd＝2×π×ld/(340/f)......(1)其中ld表示声音行程差，f表示频率。
在低频带，相位差θd不易受声音行程差ld的影响，并且随着频率f的降低，相位差θd变小。因此，在反相驱动两个扬声器的情况下，观察点观测的信号的相位基本反相。此外，由于声音行程差ld很小，两个扬声器的声压在观察点彼此几乎相等。所以，在低频带，由两个扬声器的输出合成后获得的声压较低。
通过对图3(d)和1(d)进行比较，可以看出在反相驱动两个扬声器的情况下，当频率为4250Hz时，在0°-180°方向上出现下降，而在同相位驱动两个扬声器的情况下(图1(d))没有出现下降。这是由于反相驱动两个扬声器时，在频率为8500Hz时，波长为4厘米的条件下，在0°-180°方向上出现下降，在频率为4250Hz，半波长为4厘米的条件则不然。事实上，在实验中，当信号频率为8500Hz时，在0°-180°方向上出现下降(见图3(f))。
下面是对两种驱动方法实验结果的总结(即，同相位驱动两个扬声器的方法和反相驱动两个扬声器的方法)。
在同相位驱动两个扬声器的情况下，当频带接近4250Hz时，在0°-180°方向出现下降。此频带为人耳听觉灵敏的区域，并且随着听众位置的变化音色有所不同。此外，随着听众听到的声音位置与两个扬声器距离增大，音色的变化将变得更为明显。
当反相驱动两个扬声器时，在90°-270°方向出现下降。此外，存在着这样一个问题，在低频带，声压在每个方向均有所降低。但是也有一个优点，即与同相位驱动两个扬声器的情况相比(见图2)，反相驱动时在0°-180°方向出现下降的频率是8500Hz，此频率为人耳听觉较不敏感的区域。
在下文中，将参照附图对本发明的实施例进行说明。
1.移动终端设备1的结构示例。
图4所示为根据本发明实施例的移动终端设备1的示例结构图。
例如，移动终端设备1为蜂窝电话。另一方面，除蜂窝电话以外，移动终端设备1可以是任何形式的移动终端装置(如PHS，PDA等)，并且可以是扬声器装置。
移动终端设备1包括主处理部分2和声音再现装置3。主处理部分2执行语音等处理过程。在重现如环绕立体声或音乐等声音时，主处理部分2产生第一和第二声音信号。第一声音信号通过输入终端4输入声音再现装置3。第二声音信号通过输入终端5输入声音再现装置3。
需要注意的是，第一和第二声音信号可以是非立体声信号或以指定的比例(如等比)分配非立体声信号后所获得的信号。另一方面，可以使第一声音信号为立体声格式的左声道，第二声音信号为立体声格式的右声道。
声音再现装置3包括扬声器7(第一扬声器)，扬声器8(第二扬声器)，和驱动扬声器7和8的扬声器驱动单元6(第一扬声器驱动单元)。如图4示例，虽然在移动终端设备1中提供了扬声器7和8，但在移动终端设备1中，扬声器7和8最少有一个并不是必需的。需要注意的是，扬声器7和8之间各自的位置间隔最好少于17cm。这可以使得发生下降的最低频率达到1kHz，由此实现本发明所希望达到的效果。
扬声器驱动单元6接收输入声音再现装置3的第一声音信号，并且处理接收的第一声音信号，以驱动扬声器7。这样处理的第一声音信号，作为驱动扬声器7的第一驱动信号输出到扬声器7。扬声器驱动单元6接收输入声音再现装置3的第二声音信号，并且处理接收的第二声音信号，以驱动扬声器8。这样处理第二声音信号，作为驱动扬声器8的第二驱动信号输出到扬声器8。
扬声器驱动单元6在低频带(第一频带)基本相同的相位的驱动扬声器7和8，并在高频带(高于第一频带的第二频带)基本反相的驱动扬声器7和8。
此处词语“基本相同的相位(substantially the same phase)”包括除了相位彼此完全相同的情况，在设计的标准范围内，彼此相位不完全一样的情况。类似的，词语“基本反相位(substantially inverse phase)”包括除了相位彼此完全反相的情况，在设计的标准范围内，彼此相位不完全反相的情况。
这样，通过在低频带以基本相同的相位驱动扬声器7和8，在高频带以基本反相驱动扬声器7和8，可以利用同相位驱动和反相驱动的优点，并且可以弥补同相位驱动和反相驱动的缺点。因此，可以同时解决在同相位驱动的情况下，4250Hz附近频带在0°-180°方向出现下降的问题，以及在反相驱动的情况下，低频带每个方向的声压减小的问题。
此外，通过在高频带以不同幅度电平驱动扬声器7和8，可以解决了在反相驱动的情况下，在90°-270°方向出现下降的问题。
需要注意的是，会出现低频和高频之间的过渡频带。在过渡频带，扬声器驱动单元6驱动扬声器7和8以从同相位变化到反相或从反相变化到同相位。
图5所示为扬声器驱动单元的结构示例。
扬声器驱动单元6包括乘法器10，通过将第一声音信号与指定的倍增系数相乘而产生第一驱动信号，和滤波器11，通过使用指定滤波系数滤波第二声音信号产生第二驱动信号。
图6所示为滤波器11的频率增益特性曲线和频率相位特性曲线。
图6所示频率增益特性表示输入信号的增益与输入信号的频率零相关。这意味着输入滤波器11的信号在输出时与输入信号相比，振幅没有变化。(即，振幅没有增加或减小)。
由此，通过提供平坦的频率增益特性，这可以使原始声音的频率增益特性的变化尽可能的小。
图6所示频率相位特性表示输入信号的相位随着输入信号的频率发生变化。在图6所示的例子中，虽然在低频带(如，频率在100Hz附近)，输入滤波器11的信号和滤波器11输出的信号之间的相位差几乎为0°，但是随着频率升高，输入滤波器11的信号和滤波器11输出的信号之间的相位差逐渐变大，以至于在高频带(如，频率在10000Hz附近)，输入滤波器11的信号和滤波器11输出的信号之间的相位差几乎为180°。
滤波器11是数字滤波器，如IIR(无限脉冲响应)滤波器，FIR(有限脉冲响应)滤波器，或其它类似滤波器。可以用公式(2)表示数字滤波器的传输函数。H(z)=-a+z-11-az-1·······(2)]]>使用数字滤波器以实现图6所示的频率相位特性，公式2中滤波系数a的规定值设定为0.8。此时，假定取样频率为48kHz。
此外，乘法器10的倍增系数可以设定为104/20。
需要注意的是，图6所示频率相位特性曲线仅仅是一个例子，实际并不局限于此。可以通过改变确定执行同相位驱动的频率范围的过渡频率，控制从同相位驱动到反相驱动的过渡或反相驱动到同相位驱动的过渡。
如图5所示，使用乘法器10对第一和第二声音信号之一进行处理，并使用滤波器11处理另一声音信号，可以控制第一和第二驱动信号的增益差使其等于或大于指定值(如，4dB)。此外，也可以控制第一和第二驱动信号的不同相位位差，使得在低频带(如，100Hz附近)相位差为0°左右(如，0°±20°)，在高频带(如，10000Hz附近)相位差为180°左右(如，180°±20°)。
需要注意的是，并非在所有频带都要使第一和第二驱动信号的增益差等于或大于指定值(如，4dB)。至少只有在高频带(如10000Hz附近频带)，要使第一和第二驱动信号的增益差等于或大于指定值(如4dB)。此外，在每个频率(或每个频带)可以改变第一和第二驱动信号的增益差。通过使用如滤波器或类似的限制放大第一和第二声音信号的频带的方法，可以实现增益差的改变。例如，在扬声器的方向特性不出现下降的低频带，可以基本消除第一和第二驱动信号的增益差。
在图5的示例中，乘法器10(或一个用于放大第一声音信号的放大器)作为控制第一和第二驱动信号之间增益差的增益差控制单元运行，滤波器11作为控制第一和第二驱动信号之间相位差的相位差控制单元运行。
图7所示为扬声器驱动单元6另一示例的结构。
扬声器驱动单元6包括滤波器11，用指定滤波系数对第二信号进行滤波，以及乘法器10，用指定增益系数增大滤波器11的输出以产生第一驱动信号。
除了改变增益器10的位置之外，图7所示扬声器驱动单元6的结构和图5所示扬声器驱动单元相同。为了使第一和第二驱动信号之间的增益差等于或大于指定值(如4dB)，需要放大在滤波器11所在的信道之内的信号，或者放大与滤波器11所在的信道不同信道的信号。
在图7的示例中，乘法器10(或者一个用于放大滤波器输出的放大器)作为控制第一和第二驱动信号之间增益差的增益差控制单元，滤波器11作为控制第一和第二驱动信号之间相位差的相位差控制单元。
此外，在图7的示例中，将滤波器11换成滤波器13后，可以忽略乘法器10。这可以使扬声器驱动单元6具有更简单的电路结构。此时，假定将指定的滤波器11的滤波系数和指定的乘法器10的倍增系数相乘后得到的结果作为滤波器13的滤波系数。滤波器13为数字滤波器，如，IIR滤波器，FIR滤波器，或其它类似滤波器。可以用公式(3)表示该数字滤波器的传输函数。H(z)=-ga+gz-11-az-1······(3)]]>其中，g是与指定的乘法器10的倍增系数等值的系数。
滤波器13可以是任何类型的滤波器，只要它具有根据输入信号的频率改变输入信号相位的频率相位特性，以及不论何种频率的输入信号，保持相对输入信号非零的基本上常数的增益的频率增益特性。这样，滤波器13作为控制第一和第二驱动信号之间相位差的相位差控制单元和控制第一和第二驱动信号之间增益差的增益差控制单元。需要注意的是，相关其它输入信号间的高频段中的输入信号，滤波器13具有保持输入信号非零的基本上的常数的增益的频率增益特性。
此外，可使用包括运算放大器(op-amp)或类似器件的模拟电路实现前述滤波器11(或滤波器13)。可以使用这种结构实现前文所述的类似作用。
图8所示为使用模拟电路实现滤波器11的情况下，滤波器11的电路结构示例。
在图8中，标号14表示输入终端，标号15表示输出终端，标号16-18表示电阻器，标号19表示电容器，和标号20表示运算放大器。此时，在电容器16-18的电阻值为R，电容器19的电容为C，输入终端14的电压为e0，输出终端15的电压为e1的情况下，电压e0和e1之间的频率特性可以用公式(4)表示，e1=1-jωCR1+jωCRe0······(4)]]>其中ω表示模拟频率。
信号的相位特征值θ可以用公式(5)表示，θ=-arctan(2ωCR1-(ωCR)2)······(5)]]>由公式(5)可看出，相位随频率变化而变化。也可以看出，通过改变电容器的电容或电阻器的电阻值也可以改变相位特性。这样，滤波器可用模拟电路实现。
需要注意的是，滤波器11(或滤波器13)最好具有移相滤波特性，以防止在人耳听觉的高灵敏区域1kHz到10kHz频带，因扬声器间隔造成声音功率特性的减小。
图9所示为声音再现装置3的扬声器7和8的方向特性。在图9中，实线表示使用图5所示扬声器驱动单元6(假设第一和第二驱动信号之间的增益差为4dB)驱动扬声器7和8的结果，虚线表示同相位驱动扬声器7和8的比较例的结果，点划线表示反相驱动扬声器7和8的比较例的结果。
图9(a)所示为信号频率为500Hz的实验结果，图9(b)所示为信号频率为1000Hz的实验结果，图9(c)所示为信号频率为3000Hz的实验结果，图9(d)所示为信号频率为4250Hz的实验结果，图9(e)所示为信号频率为5000Hz的实验结果，图9(f)所示为信号频率为8500Hz的实验结果.
由图9(a)和图9(b)可以看出，以实线表示的结果和以虚线表示的结果彼此基本相同。可以理解的原因是，根据图6所示的频率相位特性，第一和第二驱动信号之间的相位差很小，因此实线表示的结果与同相位驱动情况下获得的结果基本相同。
由图9(c)可以看出，当频率达到3000Hz时，以实线表示的实验结果和以虚线表示的实验结果开始出现轻微的差异。可以理解的原因是，在3000Hz左右的频带属于过渡频带，此时扬声器7和8既非同相位驱动，亦非反相驱动。
此外还可看出，随着频率增加，以实线表示的结果逐渐接近于反相驱动的结果。
由图9(f)可以看出，当频率达到8500Hz时，以实线表示的结果和以点划线表示的结果彼此基本相同。此外还可看出，在以实线表示的结果中，0°-180°方向的下降和90°-270°方向的下降较浅。可以理解的原因是，由于处理第一和第二驱动信号时有增益差，即使在反相时也存在增益差，因此防止了声压降低。
图10所示为图9所示每个频率扬声器7和8方向特性估算值。通过绘制每个频率的所有角度的声压功率区平均值。
与图9类似，实线表示使用图5所示结构的扬声器驱动单元6(假设第一和第二驱动信号之间的增益差为4dB)驱动扬声器7和8的结果，虚线表示同相位驱动扬声器7和8的比较例的结果，点划线表示反相驱动扬声器7和8的比例较的结果。
由图10可以看出，使用本发明时，大多频段的声压均高于常规的情形。这说明了本发明的效能。
2.移动终端设备1的另一结构示例。
将传输/接收图像数据与免提对讲的声音数据相结合可实现可视电话。但是，这种可视电话的保密性不强。这是由于通常在免提对讲状态下扬声器输出声音，声音在周围环境中传播。
当定向扬声器的输出声音具有向前的方向性时，可以减少声音在周围环境的传播。但是，定向扬声器不能同时减弱声音电平地输出具有宽的方向性的声音。这是由于具有向前的方向性的定向扬声器只有一个确定的方向性。
通过下面提供所需要的声音再现装置，可以提供这样一种移动终端设备，其扬声器不局限于仅有一个给定的方向特性。
图11所示为根据本发明实施例的移动终端设备1的另一结构示例。
移动终端设备1包括主处理部分2a(信号产生单元)和声音再现装置3a。主处理部分2a执行语音处理过程。当再现声音时，如语音或音乐，主处理部分2a产生第一声音信号，第二声音信号和第三声音信号。第一声音信号通过输入终端32输入至声音再现装置3a。第二声音信号通过输入终端33输入至声音再现装置3a。第三声音信号通过输入终端34输入至声音再现装置3a。
需要注意的是，第一声音信号，第二声音信号和第三声音信号可以是非立体声信号或以指定比例(如等比)分配非立体声信号所获得的信号。另一方面，第二声音信号可以是立体声格式的左声道信号，第三声音信号可以是立体声格式的右声道信号。
声音再现装置3a包括扬声器7(第一扬声器)，扬声器8(第二扬声器)，扬声器9(第三扬声器)，驱动扬声器7和8的扬声器驱动单元6(第一扬声器驱动单元)，和驱动扬声器7，8和9的扬声器驱动单元6a(第二扬声器驱动单元)。
图11所示扬声器驱动单元6的结构与图5所示扬声器驱动单元6的结构相同。另一方面，图11所示扬声器驱动单元6也可与图7所示扬声器驱动单元6的结构相同。
扬声器驱动单元6a包括滤波器22(第一滤波单元)，滤波器23(第二滤波单元)和滤波器24(第三滤波单元)。滤波器22以第一滤波系数滤波第一声音信号后输出驱动信号以驱动扬声器7。滤波器23以第二滤波系数滤波第一声音信号后输出驱动信号以驱动扬声器8。滤波器24以第三滤波系数滤波第一声音信号后输出驱动信号以驱动扬声器9。此时，对第一滤波系数，第二滤波系数和第三滤波系数进行设计，以致扬声器7，8和9具有所希望的方向特性。
扬声器驱动单元6a就这样驱动扬声器7，8和9以使其具有方向特性。
图12所示为试验中测得的扬声器7，8和9(扬声器7和8)的方向特性。此时实验条件如下三个扬声器的声音输出频率2.5kHz；测量对象以三个扬声器的连线中心点为圆心，半径为1m的圆周范围内的声压。
在图12中，以虚线表示在由扬声器驱动单元6(图11)驱动扬声器7和8的试验中测得的扬声器7和8的方向特性(第一方向特性)，并以实线表示在由扬声器驱动单元6a(图11)驱动扬声器7，8和9的试验中测得的扬声器7，8和9的方向特性(第二方向特性)。从图12中可以看出，第一和第二方向特性彼此不同。
第一方向特性是向各个方向输出声音信号的扬声器的特性。第二方向特性是向特定方向输出声音信号的扬声器的特性。
需要注意的是，通过三个扬声器的延伸线为图12所示的0°-180°线。
由图12所示的结果可以看出，输入到扬声器驱动单元6a的声音信号仅由扬声器7，8和9向前方输出，而输入到扬声器驱动单元6的声音信号由扬声器7和8向各个方向输出。
3.滤波器22，23和24的设计参照图13说明设计滤波器22，23和24的方法。
对滤波器22，23和24进行设计，以使扬声器7，8和9具有图12所示的方向特性，此时用于对声压进行测量的麦克风25，26和27位置排列如图13所示。用于测量声压的麦克风25安置在移动终端设备1左斜侧(150°方向)。用于测量声压的麦克风26安置在移动终端设备1前方(90°方向)。用于测量声压的麦克风27安置在移动终端设备1右斜侧(30°方向)。此时，为了设计滤波器22，23和24，以使得扬声器7，8和9具有第二方向特性，需对滤波器22的滤波系数(XR(z))，滤波器24的滤波系数(XC(z))和滤波器23的滤波系数(XL(z))进行设计，以使移动终端设备1向前方(90°)传播声音，并且声音很难由移动终端设备1向右斜侧方向(30°)和左斜侧方向(150°)传播。
由公式6获得滤波器22的滤波系数(XR(z))，滤波器24的滤波系数(XC(z))和滤波器23的滤波系数(XL(z))。XL(z)XC(z)XR(z)=HLl(z)HCl(z)HRl(z)HLc(z)HCc(z)HRc(z)HLr(z)HCr(z)HRr(z)-1Dl(z)Dc(z)Dr(z)······(6).]]>其中HLr(z)表示从扬声器8向测量声压的麦克风27传播的函数，HLc(z)表示从扬声器8向测量声压的麦克风26传播的函数，HLl(z)表示从扬声器8向测量声压的麦克风25传播的函数，HCr(z)表示从扬声器9向测量声压的麦克风27传播的函数，HCc(z)表示从扬声器9向测量声压的麦克风26传播的函数，HCl(z)表示从扬声器9向测量声压的麦克风25传播的函数，HRr(z)表示从扬声器7向测量声压的麦克风27传播的函数，HRc(z)表示从扬声器7向测量声压的麦克风26传播的函数，HRl(z)表示从扬声器7向测量声压的麦克风25传播的函数，Dl(z)表示用进行声压测量的麦克风25测量的合成声压，Dc(z)表示用进行声压测量的麦克风26测量的合成声压，Dr(z)表示用进行声压测量的麦克风27测量的合成声压，Dl(z)＝Dr(z)＝0，且Dc(z)＝1。
需要注意的是，符号“X(z)”表示X是由z多项式表达的。
这样进行设计的滤波器22，23和24采用数字滤波器，如，IIR滤波器，FIR滤波器等。可以使用包括运算放大器的模拟电路或类似方式实现滤波器22，23和24。在麦克风的位置取得的合成声压(Dl(z)，Dc(z)，Dr(z))可以是任何适当的值。。
公式(6)可以用频率域内表达式表示。当滤波器为数字滤波器时，使用傅立叶逆变换或类似方法获得滤波系数，将频域表达式转化为时域表达式。例如，可以使用Toshiro OHGA，Yoshio YAMAZAKI，Yutaka KANEDA，“Onkyo Systemto Digital Shingou Shori(声音系统和数字信号过程)”，(The Institute of Electronics，Information and Comunication Engineers).中所描述的方法计算滤波系数。
在使用公式(6)计算XL(z)，XC(z)和XR(z)时使用逆矩阵。但是，不使用逆矩阵的方法，而使用QR-方法(QR-method)，一种使用单一值分解法的方法(如，G.Strang，Masaya YAMAGUCHI(translation supervisor)，Akira INOUE(translator)，线性代数及其应用(“Linera Algebra and its Applications”)，(SangyoTosho))，或使用自适应算法的时序设计方法，(如，Shigeo TSUJII，“TekiouShingou Shori编的自适应信号处理过程(Adaptive Signal Processing)”(ShokodoCo.，Ltd.))。
滤波器被设计成使用三个扬声器和三个进行声压测量的麦克风。但是，扬声器和进行声压测量的麦克风的各自的数量并不局限于三个。总的来说，当扬声器的数量等于或大于进行声压测量的麦克风的数量时，在麦克风位置的控制效率比扬声器的数量小于进行声压测量的麦克风的数量时高。虽然在扬声器的数量小于进行声压测量的麦克风的数量的情况下麦克风位置的控制效率低于扬声器的数量等于或大于进行声压测量的麦克风的数量的情况，但是一般的倾向是，相对于声音接收点位置的变化，声压的变化较小。可以分别确定适当的进行声压测量的麦克风和扬声器的数量以进行所希望的控制。然而，进行声压测量的麦克风的数量可少于扬声器的数量。
4.扬声器的方向特性的选择不需将主处理部分2a产生的声音信号同时输出至扬声器驱动单元6和6a二者。声音信号可以被输出到扬声器驱动单元6和6a之一。通过选择输出声音信号的扬声器驱动单元，选定扬声器的方向特性。
图14所示为能选择扬声器方向特性的移动终端设备1a的结构示例。移动终端设备1a包括主处理部分2b(信号产生单元)，声音再现装置3a，驱动确定单元36和切换单元37。
主处理部分2b产生单声道信号。
驱动确定单元36根据用户输入信号确定是否驱动扬声器驱动单元6或6a，并向切换单元37输出代表确定结果的控制信号。
切换单元37根据驱动确定单元36输出的控制信号执行开关操作，以向扬声器驱动单元6或6a输出由主处理部分2b产生的单声道信号。
图14所示声音再现装置3a的结构和图11所示声音再现装置3a相同。
就这样，通过选择性驱动扬声器驱动单元6和6a，可以执行开关操作，使声音向移动终端设备1的前方传送或向各方向传送。
此外，移动终端设备1可以包括三个或更多的扬声器驱动单元。在这种情况下，切换单元37可以执行开关操作，向三个之一或更多的扬声器驱动单元输出由主处理部分2b产生的声音信号。
图15所示为能选择扬声器方向特性的移动终端设备1a的另一结构示例。
图15的移动终端设备1a包括主处理部分2b(信号产生单元)，声音再现装置3a，驱动确定单元36和切换单元37。
主处理部分2b产生双声道信号。
驱动确定单元36根据用户输入信号确定驱动扬声器驱动单元6或6a，并向切换单元37输出代表确定结果的控制信号。
切换单元37根据驱动确定单元36输出的控制信号执行开关操作，以向扬声器驱动单元6输出由主处理部分2b产生的双声道信号，或向扬声器驱动单元6a输出将双声道信号迭加获得的信号。
图15所示声音再现装置3b的结构和图11所示声音再现装置3a相同。
5.扬声器驱动单元6a的另一结构示例扬声器驱动单元6a中的滤波器数量并不局限于三个。扬声器驱动单元6a可包括一个或一个以上任意数量的滤波器。扬声器驱动单元6a中的滤波器数量为两个。
图16所示为包括两个滤波器的扬声器驱动单元6a的结构示例。
省略图11中所示扬声器驱动单元6a中的滤波器23就可获得图16所示的扬声器驱动单元6a的结构。
例如，在提供了进行声压测量的麦克风的位置时，在该位置得到声压，并且在该位置的扬声器在听觉上对称，当滤波器22，23和24的最终设计结果使滤波器22的滤波系数和滤波器23的滤波系数相等时，会发生这种情况。通过配置扬声器驱动单元6a，使滤波器22的输出输入到扬声器7和8，这可以减少所执行的操作数量和扬声器驱动单元6a的电路规模。
需要注意的是，图16所示扬声器驱动单元6a可用于图14或15的扬声器驱动单元6a。
6.传声筒的使用声音再现装置3a所包括的扬声器数量并不局限于三个。声音再现装置3a可以包括两个或两个以上任何数量的滤波器。可以用传声筒替代声音再现装置3a中的一个扬声器。
图17所示为使用传声筒的声音再现装置3a的结构示例。
声音再现装置3a包括扬声器驱动单元6和6a，扬声器7和8，传声筒28和29。传声筒28和29通过扬声器7向声音再现装置3a的外面传递声音输出。例如，传声筒28和29通过扬声器7传递的声音输出通过音孔30和31向声音重现装置3a的外面传递。
图17所示为扬声器驱动单元6和6a的结构和操作，与图16所示扬声器驱动单元6和6a的结构和操作相同。
传声筒28和29可以具有相同的外形。使用具有相同外形的传声筒28和29，可以通过音孔30和31输出相同的音响信号。
这样，通过使用传声筒，可以用传声筒取代一个扬声器。因此，使用两个扬声器可以达到与使用三个扬声器相同的效果。
根据本发明，通过在低频带(第一频带)基本同相位地驱动第一和第二扬声器以及在高频带(第二频带)基本反相驱动第一和第二扬声器，可以利用同相位驱动和反相驱动的优点，并可以弥补同相位驱动和反相驱动的不足。因此，可以同时解决同相位驱动情况下，由于在4250Hz附近在0°-180°方向发生下降所导致的问题，以及在反相驱动的情况下，在所有方向声压减小所导致的问题。
此外，通过在高频带以不同幅度电平驱动第一和第二扬声器，可以解决在反相驱动情况下，在90°-270°方向发生下降所导致的问题。
由该技术领域的普通技术人员很容易做出各种各样的其他修改，并不脱离本发明的范围和精神。因此，从属权利要求的范围并不仅仅局限于此处所作的说明，而且构成更广泛的权利要求。
权利要求
1.一种声音再现装置，包括第一扬声器；第二扬声器；驱动第一和第二扬声器的第一扬声器驱动单元，其中第一扬声器驱动单元在第一频带基本相同的相位驱动第一和第二扬声器，和第一扬声器驱动单元在高于第一频带的第二频带以基本不同的幅度电平基本反相地驱动第一和第二扬声器。
2.根据权利要求1的一种声音重现装置，其中第一扬声器驱动单元处理第一声音信号，以向第一扬声器输出用于驱动第一扬声器的第一驱动信号，并处理第二声音信号，以向第二扬声器输出用于驱动第二扬声器的第二驱动信号，第一扬声器驱动单元包括相位差控制单元，用于控制第一和第二驱动信号间的相位差，使之在第一频带中位于0°附近和在第二频带中位于180°附近；和增益差控制单元，用于控制第一和第二驱动信号之间的增益差，使之等于或大于包含至少第二频带的一个频带中的某个规定值。
3.根据权利要求2的声音重现装置，其中相位差控制单元控制第一和第二驱动信号之间的相位差，使其在基本位于第一和第二频带之间的过渡频带中在0°和180°之间变化。
4.根据权利要求2的声音重现装置，其中第一扬声器驱动单元包括用于对第一和第二声音信号中的一个滤波的滤波器以及用于对第一和第二声音信号中的另外一个进行放大的放大器，滤波器具有根据输入信号的频率改变输入信号相位的频率相位特性，和滤波器起到相位差控制单元的功能，以及放大器起到增益差控制单元的功能。
5.根据权利要求2的声音再现装置，其中第一扬声器驱动单元包括用于对第一和第二声音信号之一滤波的滤波器，和用于放大滤波器输出的放大器。滤波器具有根据输入信号的频率改变输入信号的相位的频率相位特性，和滤波器起到相位差控制单元的功能，以及放大器起到增益差控制单元的功能。
6.根据权利要求2的声音再现装置，其中第一扬声器驱动单元包括对第一和第二声音信号之一进行滤波的滤波器，滤波器具有根据输入信号的频率改变输入信号的频率相位特性以及无论输入信号为何频率均保持输入信号增益为非零的基本上常数的频率增益特性，和滤波器作为相位差控制单元和增益差控制单元运行。
7.根据权利要求2的声音再现装置，其中按指定比例分配非立体声信号以获得第一和第二声音信号。
8.根据权利要求1的声音再现装置，其中第一和第二扬声器各自所在的位置间的距离小于17cm。
9.根据权利要求1的声音再现装置，其中声音再现装置用于移动终端设备中。
10.根据权利要求1的声音再现装置，还包括第三扬声器；和用于驱动第一扬声器、第二扬声器和第三扬声器的第二扬声器驱动单元，其中第一扬声器驱动单元驱动第一和第二扬声器以获得第一方向特性，第二扬声器驱动单元驱动第一扬声器、第二扬声器和第三扬声器，以获得第二方向特性，并且第一和第二方向特性彼此不同。
11.根据权利要求10的声音再现装置，其中第二扬声器驱动单元包括与第一扬声器连接的第一滤波单元；与第二扬声器连接的第二滤波单元；和与第三扬声器连接的第三滤波单元，其中第一滤波单元的第一滤波系数，第二滤波单元的第二滤波系数和第三滤波单元的第三滤波系数中的至少两个彼此不同。
12.根据权利要求10的声音再现装置，其中第二扬声器驱动单元包括与第一和第二扬声器连接的第一滤波单元；和与第三扬声器连接的第三滤波单元，其中第一滤波单元的第一滤波系数和第三滤波单元的第三滤波系数彼此不同。
13.根据权利要求1的声音再现装置，还包括用于将第一扬声器输出的声音传播到声音再现装置外面的传声筒；和用于驱动第一和第二扬声器的第二扬声器驱动单元，其中第一扬声器驱动单元驱动第一和第二扬声器以获得第一方向特性，第二扬声器驱动单元驱动第一扬声器和第二扬声器，以使传声筒和第二扬声器具有第二方向特性，并且第一和第二方向特性彼此不同。
14.一种移动终端设备，包括包括了第一扬声器，第二扬声器，第三扬声器以及第一和第二扬声器驱动单元的声音再现装置；用于确定是驱动第一扬声器驱动单元还是驱动第二扬声器驱动单元的驱动确定单元；用于产生声音信号的信号产生单元；和切换单元，用于执行切换操作，以根据驱动确定单元的确定结果，将信号产生单元产生的信号输出到第一扬声器驱动单元或第二扬声器驱动单元，其中第一扬声器驱动单元驱动第一和第二扬声器，以得到第一方向特性，第一扬声器驱动单元在第一频带中的基本相同的相位驱动第一和第二扬声器，第一扬声器驱动单元在高于第一频带的第二频带中的基本相反的相位上和基本不同的幅度电平驱动第一和第二扬声器，第二扬声器驱动单元驱动第一扬声器、第二扬声器和第三扬声器，以得到第二方向特性，和第一和第二方向特性彼此不同。
全文摘要
本发明的声音再现装置包括第一扬声器；第二扬声器；用于驱动第一和第二扬声器的第一扬声器驱动单元，第一扬声器驱动单元在第一频带中的基本相同的相位上驱动第一和第二扬声器，且第一扬声器驱动单元在高于第一频带的第二频带中的基本相反的相位和基本不同的幅度电平上驱动第一和第二扬声器。
文档编号H04R3/12GK1400847SQ02131808
公开日2003年3月5日 申请日期2002年7月30日 优先权日2001年7月30日
发明者阿部一任, 寺井贤一 申请人:松下电器产业株式会社