专利名称：声像定位设备和方法以及记录媒介的制作方法
相关应用参照本发明包含涉及2005年5月31日在日本专利局申请的日本专利申请JP2004-162322的主题，其整个内容通过引用结合在此。
背景技术：
发明领域本发明涉及声像定位设备，且适合应用于定位通过耳机复制的声像到任意位置的声像定位设备。
相关技术简述多信道音频信号大量用作随同诸如电影的图像一起的声音。假设这样将被记录的多信道音频信号使用安排在诸如屏幕的图像表示平面两边和中央的扬声器来再生，且这个扬声器放在听者的后面或两边。可以使用安排在这样固定位置一组扬声器，通过再生这些音频信号，来建立对于实际听起来象图像中声源位置的再生声音的声像位置来说，具有自然增宽的声场。
然而，当这样的音频信号在耳机设备上复制时，再生声音的声像定位在听者的头部。由此再生声音的声像位置不是和图像中声源的位置成一直线，引起一个非常不自然的声场。同样，每个信道的音频信号的定位位置不能个别地独立地再生，因此类似交响乐团的多于一个的音乐声音在头部均一定位，来组成不自然的声场。
为了改善这样耳机设备中不自然的声像定位，提出了一种耳机设备，其中测量或计算从扬声器的任意位置到听者二个耳朵的脉冲响应，使用数字滤波器在音频信号中旋绕有关的脉冲响应，再生音频信号，从而获得刚刚从实际扬声器再生的自然声像的听觉定位(例如指的是日本专利申请公开号码2000-227350)。
图1表示了用于听觉定位一个信道上音频信号的声像的耳机设备100的结构。耳机设备100在模数变换电路2中，把经由输入端子1输入在一个信道上的模拟音频信号SA变换成数字形式，来产生数字音频信号SD，把它提供到数字处理电路3L和3R。数字处理电路3L和3R对数字音频信号SD执行听觉定位的信号处理。
当要被定位的声源SP在听者M的前面时，如图2所示，从声源SP输出的声音经由具有转移函数HL和HR的路径到达听者M的左右耳朵。在其中转移函数HL和HR被变换成时间轴的左右信道上的脉冲响应被预先测量或计算。
数字处理电路3L和3R把左右信道上的脉冲响应旋绕成为数字音频信号SD，并输出数字音频信号SDL和SDR。在这方面，数字处理电路3L和3R中的每个是由有限脉冲响应(FIR)滤波器组成，如图3所示。
数模变换电路4L和4R把数字音频信号SDL和SDR变换成模拟形式，来产生模拟音频信号SAL和SAR，其在对应的放大器5L和5R中被放大，并提供给耳机6。且耳机6的声学单元(电声传感器单元)6L和6R把模拟音频信号SAL和SAR变换成声音并输出它。
因此，从耳机6输出的左右再生声音变成等同于从声源SP经由具有转移函数的HL和HR的路径获得的声音，如图2所示。从而，当听者戴上耳机6听重现声音时，如图2所示声像定位在声源SP的位置(即听觉定位)。
参考图4，下面将说明用于定位头外部多信道视频数字信号的声像的耳机设备101。在此耳机设备101中，三个信道上音频信号在头外部被定位到与声源SPa、SPb和SPc相对应的位置，如图5所示。在其中从声源SPa到听者M的二个耳朵的转移函数HaL和HaR，从声源SPb到听者M的二个耳朵的转移函数HbL和HbR，从声源SPc到听者M的二个耳朵的转移函数HcL和HcR变换在时间轴的该脉冲响应被事先测量和计算。
在图4中，耳机设备101的模数变换电路2a把经由输入端子1a输入的模拟音频信号SAa变换成为数字形式，来产生数字音频信号SDa，其提供给后级的数字处理电路3aL和3aR。同样，模数变换电路2b把经由输入端子1b输入的模拟音频信号SAb变换成为数字形式，来产生数字音频信号SDb，其提供给后级的数字处理电路3bL和3bR。同样，模数变换电路2c把经由输入端子1c输入的模拟音频信号SAc变换成为数字形式，来产生数字音频信号SDc，其提供给后级的数字处理电路3cL和3cR。
数字处理电路3aL、3bL和3cL把用于左耳的脉冲响应旋绕成为数字音频信号SDa、SDb和SDc，并提供数字音频信号SDaL、SDbL和SDcL给加法电路7L。同样，数字处理电路3aR、3bR和3cR把用于右耳的脉冲响应旋绕成为数字音频信号SDa、SDb和SDc，并提供数字音频信号SDaR、SDbR和SDcR给加法电路7R。数字处理电路3aL和3aR、3bL和3bR、3cL和3cR中每个由和数字处理电路3L和3R相同的FIR滤波器组成，如图1所示。
加法电路7L将脉冲响应被旋绕成的数字音频信号SDaL、SDbL和SDcL相加，以产生在左信道上的数字音频信号SDL。同样，加法电路7R将脉冲响应被旋绕成的数字音频信号SDaR、SDbR和SDcR相加，以产生在右信道上的数字音频信号SDR。
数模变换电路4L和4R把数字音频信号SDL和SDR变换成模拟形式，来产生模拟音频信号SAL和SAR，其在对应的放大器5L和5R中被放大，并提供给耳机6。且耳机6的声学单元把模拟音频信号SAL和SAR变换成为声音并输出它。
这时，从耳机6输出的左右重现声音变成等同于从声源SPa、SPb和SPc经由具有转移函数的HaL和HaR、HbL和HbR、HcL和HcR的路径获得的声音，如图5所示。从而，当听者戴上耳机6听重现声音时，如图5所示声像定位在声源SPa、SPb和SPc的位置。在处理在四个或更多信道上的音频信号时，声像以相同的方式被听觉定位。
另一个方面，当在扬声器上再生多信道音频信号时，存在一个问题，即由于收听室的有限面积，对应信道的大量扬声器不能被安排。根据一个实施例，试图采用有限数量的扬声器来组成听者周围若干声像。
图6示出采用二个扬声器9L和9R，用于定位声像在任何位置的扬声器设备200，其中经由输入端子1输入的模拟音频信号SA通过模数变换电路2被变换成数字形式，来产生提供给数字处理电路8L和8R的数字音频信号SD。
数字处理电路8L和8R把定位声像的脉冲响应(下文所描述的)旋绕成为数字音频信号SD，并输出数字音频信号SDL和SDR。数字处理电路8L和8R中的每个是由和图1所示的数字处理电路3L和3R相同的FIR滤波器组成。
数模变换电路4L和4R把数字音频信号SDL和SDR变换成模拟形式，来产生模拟音频信号SAL和SAR，其在对应的放大器5L和5R中被放大，并提供给扬声器9L和9R。且扬声器9L和9R把模拟音频信号SAL和SAR变换成为声音并输出它。
下面将描述数字处理电路8L和8R中声像定位处理的概念。将考虑在听者M的左右前方安排声源SPL和SPR，通过声源SPL和SPR等价地再现(定位)在任何位置的虚拟声源SPx的情况，如图7所示。
在此，假如转移函数HLL从声源SPL到听者M左耳的转移函数HLR从声源SPL到听者M右耳的转移函数HRL从声源SPR到听者M左耳的转移函数HRR从声源SPR到听者M右耳的转移函数HXL从虚拟声源SPX到听者M左耳的转移函数HXR从虚拟声源SPX到听者M右耳的转移函数通过下面的表达式给出声源SPL和SPR。
SPL＝(HXL×HRR-HXR×HRL)/(HLL×HRR-HLR×HRL)×SPX ...(1)SPR＝(HXR×HLL-HXL×HLR)/(HLL×HRR-HLR×HRL)×SPX ...(2)因此，数字处理电路8L和8R把如表达式(1)或(2)中的转移函数被转换成时间轴的脉冲响应旋绕成数字音频信号SD，来定位声像在虚拟声源SPx的位置。
虽然在上面的描述中，用二个扬声器9L和9R把在一个信道上的音频信号声音定位在任何位置，但是，采用与如图4所示多信道耳机设备101相同的结构，用二个扬声器可以把每个多信道音频信号的声音定位在任何位置。
发明概述在上面耳机设备或扬声器设备中，通过把基于转移函数的脉冲响应旋绕成为音频信号，声像被定位在任何位置。然而，当多信道音频信号中的每个被再生作为在任何位置的具有明晰空间定位的声像时，有可能要求对每个声源旋绕具有足够长度的脉冲响应，将导致一个问题是数字处理电路具有大量的运算，使得设备的结构复杂化。
因此，需要声像定位设备显著地降低运算的数量来实现声像的定位。
本发明提供用于基于从声源的定位位置到听者左右耳朵的脉冲响应，通过产生用于在左右信道定位的音频信号，来把重现声像定位到声源定位位置的声像定位设备，包括用于向下抽样定位到听者后面声源的定位位置的后方音频信号的抽样速率变化装置，和用于基于从听者后面声源的定位位置到听者左右耳朵的脉冲响应，对通过抽样速率变化装置向下抽样的后方音频信号执行信号处理，并产生用于定位的音频信号的信号处理装置。
基于向下抽样定位到听者后面声源定位位置的音频信号之后的脉冲响应执行信号处理，为此可以降低信号处理装置中的运算数量，而不损坏声像的空间定位。
同样，在发明中，声源定位设备设置用于从输入音频信号产生后方音频信号的后方音频信号产生装置。
此外，信号处理装置基于从听者后面声源定位的第一个位置到听者左右耳朵的脉冲响应，对向下抽样后的后方音频信号执行信号处理，来产生使声像定位在声源定位的第一个位置的定位用第一音频信号，并通过反相定位用第一音频信号，经由听者头部的中心平面，产生用于声像定位在与声源定位的第一个位置相反位置的声源定位的第二个位置的定位用第二音频信号。
从而，可以大大降低信号处理装置中的运算数量。
采用本发明，定位听者后面声像的运算数量可以被大大降低，使声像定位设备具有更简单的结构。
结合附图，本发明的特性、原理和效用将变得更加明显，图中相同的部分使用相同的参考号码或字符来表示。
附图简述在附图中图1是表示传统耳机设备的整体结构的方框图；图2是说明耳机设备中声像定位的示意图；图3是表示FIR滤波器结构的方框图；图4是表示多信道耳机设备结构的方框图；图5是说明多信道的转移函数的示意图；图6是表示传统扬声器设备的整体结构的方框图；图7是说明扬声器设备中转移函数的示意图；图8是表示根据本发明第一实施例的耳机设备整体结构的方框图；图9是说明第一实施例中声像定位的示意图；图10A和10B是转移函数频率的特性图表；图11是表示FIR滤波器结构的方框图12是表示IIR滤波器结构的方框图；图13是表示根据本发明第二实施例的耳机设备整体结构的方框图；图14是说明第二实施例中声像定位的示意图；图15是表示根据本发明第三实施例的耳机设备整体结构的方框图；和图16是用于定位向后音频信号的信号处理程序的流程图。
较佳实施例详述下面将参考附图详细描述本发明的较佳实施例。
(1)第一实施例(1-1)耳机的整体结构图8中，其中图1和4那些共同部分用相同符号表示，参考号码10表示作为根据本发明第一实施例声像定位设备的耳机设备。图8中，二个信道上的输入音频信号SAa和SAb被听觉定位在声源SPa和SPb的位置，如图9所示。其中从声源SPa到听者M的二个耳朵的转移函数HaL和HaR，以及从声源SPb到听者M的二个耳朵的转移函数HbL和HbR被变换成时间轴的脉冲响应，被预先测量或计算。
众所周知，从后方到人耳朵的传输频率特性(图10A)在高频区域中在头部或外耳影响下低于从前方到人耳朵的传输频率特性(图10B)(即从后面来的声音在高频特性方面下降)。从而，后分定位的脉冲响应与用于前方定位的脉冲响应相比，可以去除高频成分。
考虑到这点，耳机设备10以比执行前方定位处理的数字处理电路12aL和12aR更低的抽样速率，运行执行后方定位处理的数字处理电路12bL和12bR。
换句话说，图8中，耳机设备10的模数转换电路2a作为声像定位设备，以预设抽样速率把经由输入端子1a输入的模拟音频信号SAa变换成为数字形式，来产生数字音频信号SDa，其被提供给用于前方定位的数字处理电路12aL和12aR。
数字处理电路12aL把其中从声源SPa到听者M左耳的转移函数HaL(图9)被变换成时间轴的脉冲响应旋绕成为数字音频信号SDa，提供数字音频信号SDaL到用于左信道的加法电路7L。同样，数字处理电路12aR把其中从声源SPa到听者M右耳的转移函数HaR(图9)被变换成时间轴的脉冲响应旋绕成为数字音频信号SDa，把数字音频信号SdaR提供到用于右信道的加法电路7R。
相反，模数转换电路2b，以和模数转换电路2a一样的抽样速率把经由输入端子1b输入的模拟音频信号Sab变换成为数字形式，来产生数字音频信号SDb，其被提供给抽选过滤器(decimation filter)11。抽选过滤器11作为抽样速率变化装置，以1/n抽样速率(n是2或更大的整数)对数字音频信号SDb执行向下抽样，并提供向下抽样后的信号给用于后方定位的数字处理电路12bL和12bR。
数字处理电路12bL作为信号处理装置，旋绕其中从声源SPb到听者M左耳的转移函数HbL(图9)被变换成时间轴的脉冲响应成为数字音频信号SDb，把数字音频信号SDbL提供到内插滤波器13L。内插滤波器13L以抽样速率的n倍对数字音频信号SDbL进行向上抽样，来恢复原始数字音频信号SDb的相同抽样速率，并提供向上抽样之后的信号给用于左信道的加法电路7L。
同样，数字处理电路12bR作为信号处理装置，把其中从声源SPb到听者M右耳的转移函数HbR(图9)被变换成时间轴的脉冲响应旋绕成为数字音频信号SDb，把数字音频信号SDbR提供到内插滤波器13R。内插滤波器13R以n倍的抽样速率对数字音频信号SDbR进行向上抽样，来恢复原始数字音频信号SDb的相同抽样速率，并提供向上抽样之后的信号给用于右信道的加法电路7R。
加法电路7L将数字音频信号SDaL和SDbL相加，来产生左信道上的数字音频信号SDL。同样，加法电路7R将数字音频信号SDaR和SDbR相加，来产生右信道上的数字音频信号SDR。
数模变换电路4L和4R把数字音频信号SDL和SDR变换成模拟形式，来产生模拟音频信号SAL和SAR，其被对应的放大器5L和5R放大，并提供给耳机6。且耳机6的声学单元6L和6R把模拟音频信号SAL和SAR变换成为声音并输出它。
这时，从耳机6输出的左右重现声音构与成当模拟音频信号SAa和SAb提供给放在声源SPa和SPb的位置的扬声器(图9)时的几乎相同的声场，其中重现声音的声像被定位在听者M的头外部。
(1-2)减少在耳机设备中运算的数量数字处理电路12bL、12bR、12aL和12aR的每个由如图11所示的FIR滤波器组成。用于后方定位的数字处理电路12bL和12bR以用于前方定位数字处理电路12aL和12aR的抽样速率的1/n运行。
例如，取n＝2，假设数字处理电路12bL和12bR中分接头的数量是T，数字处理电路12aL和12aR，在数字音频信号SDb的每二个抽样对2T(＝2×T)个分接头执行旋绕运算，从而在每个抽样对T个分接头执行旋绕运算。相反，如果没有执行向下抽样，数字处理电路12bL和12bR中分接头的数量是双倍或2T，数字处理电路12aL和12aR，在数字音频信号SDb的每个抽样对2T(＝2×T)分接头执行旋绕运算。
如此，耳机设备10以1/n抽样速率运行用于后方定位的数字处理电路12bL和12bR，且和没有执行向下抽样时比较，运算数量降低成1/n2。
在此，为了使数字处理电路12bL和12bR能以低抽样速率运行，可能要求如上所述用于向下抽样的抽选滤波器11和用于向上抽样的内插滤波器13L、13R，使得在耳机设备10中的运算数量被相应地增加。
实际上，抽选滤波器11和内插滤波器13L、13R中每个可以由如图12所示的无限脉冲响应(IIR)滤波器组成。抽选滤波器11和内插滤波器13L、13R与用于旋绕具有足够长度的脉冲响应的FIR滤波器的数字处理电路12aL、12aR、12bL和12bR相比，以可忽视的很少的运算来运行。从而，耳机设备10大大降低了在整个设备上运算的数量。
采用上面的结构，用于后方定位的数字处理电路12aL和12aR以1/n的抽样速率运行，为此耳机设备10的结构通过降低运算数量被简化，而不损坏声像的空间定位。
(2)第二实施例(2-1)耳机设备的整体结构图13中，与图8中那些共同部分用相同的符号表示，参考号码20表示作为根据本发明第二实施例的声像定位设备的耳机设备。二个信道上的输入音频信号SAa和SAb被听觉定位在声源SPa和SPb到听者M前方左右的位置，如图14所示。从音频信号SAa和SAb产生用于后方定位的音频信号SAc和SAd，并听觉定位在声源SPc和SPd到听者M后方左右的位置。其中从声源SPa到听者M的二个耳朵的转移函数HaL和HaR，从声源SPb到听者M的二个耳朵的转移函数HbL和HbR，从声源SPc到听者M的二个耳朵的转移函数HcL和HcR和从声源SPd到听者M的二个耳朵的转移函数HdL和HdR被变换成时间轴的脉冲响应，被预先测量或计算。
在此，耳机设备20，类似耳机设备10，以比用于执行对前方定位处理的数字处理电路12aL和12aR、12bL和12bR更低的抽样速率，运行用于对视频信号SAc和SAd执行后方定位处理的数字处理电路12cL、12cR、12dL和12dR。从而降低在整个设备的运算数量。
换句话说，耳机设备20的模数转换电路2a作为声像定位设备，B3经由输入端子1a输入的模拟音频信号Saa变换成为数字形式，来产生数字音频信号SDa，其被提供给数字处理电路12aL和12aR和加法电路14c和14d。数字处理电路12aL旋绕其中从声源SPa到听者M左耳的转移函数HaL(图14)被变换成时间轴的脉冲响应成为数字音频信号SDa，并提供数字音频信号SDaL到用于左信道的加法电路7L。同样，数字处理电路12aR把其中从声源SPa到听者M右耳的转移函数HaR被变换成时间轴的脉冲响应旋绕成为数字音频信号SDa，提供数字音频信号SDaR到用于右信道的加法电路7R。
同样，模数转换电路2b把经由输入端子1b输入的模拟音频信号Sab变换成为数字形式，来产生数字音频信号SDb，其被提供给数字处理电路12bL和12bR和加法电路14c和14d。数字处理电路12bL把其中从声源SPb到听者M左耳的转移函数HbL变换成时间轴的脉冲响应旋绕成为数字音频信号SDb，并提供数字音频信号SDbL到用于左信道的加法电路7L。同样，数字处理电路12bR把其中从声源SPb到听者M右耳的转移函数HbR变换成时间轴的脉冲响应旋绕成为数字音频信号SDb，提供数字音频信号SDbR到用于右信道的加法电路7R。
加法电路14c从数字音频信号SDb减去数字音频信号SDa，来产生如图14所示用于定位到声源SPc左后方的数字音频信号SDc，并提供给抽选过滤器11c。抽选过滤器11c作为抽样速率变化装置以1/n抽样速率(n是2或更大的整数)对数字音频信号SDc执行向下抽样，并提供向下抽样的信号给用于后方定位的数字处理电路12cL和12cR。
数字处理电路12cL作为信号处理装置，把其中从声源SPc到听者M左耳的转移函数HcL变换成时间轴的脉冲响应旋绕成为数字音频信号SDc，并提供数字音频信号SDcL到加法电路14L。同样，数字处理电路12cR作为信号处理装置，把其中从声源SPc到听者M右耳的转移函数HcR变换成时间轴的脉冲响应旋绕成为数字音频信号SDc，并提供数字音频信号SDcR到加法电路14R。
同样，加法电路14d从数字音频信号SDa减去数字音频信号SDb，来产生用于定位到声源SPd右后方的数字音频信号SDd，并提供给抽选过滤器11d。抽选过滤器11d作为抽样速率变化装置以1/n抽样速率对数字音频信号SDd执行向下抽样，并提供向下抽样的信号给用于后方定位的数字处理电路12dL和12dR。
数字处理电路12dL作为信号处理装置，把其中从声源SPd到听者M左耳的转移函数HdL变换成时间轴的脉冲响应旋绕成为数字音频信号SDd，提供数字音频信号SDdL到加法电路14L。同样，数字处理电路12dR作为信号处理装置，把其中从声源SPd到听者M右耳的转移函数HdR变换成时间轴的脉冲响应旋绕成为数字音频信号SDd，提供数字音频信号SDdR到加法电路14R。
加法电路14L将数字音频信号SDcL和SDdL相加来产生从后方二个声源SPc和SPd到左耳的成分的数字音频信号SDrL，并提供它给内插滤波器13L。内插滤波器13L以n倍的抽样速率对数字音频信号SDrL进行向上抽样，并提供向上抽样的信号给用于左信道的加法电路7L。
同样，加法电路14R将数字音频信号SDcR和SDdR相加来产生从后方二个声源SPc和SPd到右耳的成分的数字音频信号SDrR，并提供它给内插滤波器13R。内插滤波器13R以n倍的抽样速率对数字音频信号SDrR进行向上抽样，并提供向上抽样的信号给用于右信道的加法电路7R。
加法电路7L将数字音频信号SDaL、SDbL和SDrL相加来产生左信道上的数字音频信号SDL。同样加法电路7R将数字音频信号SDaR、SDbR和SDrR相加来产生右信道上的数字音频信号SDR。
数模变换电路4L和4R把数字音频信号SDL和SDR变换成模拟形式，来产生模拟音频信号SAL和SAR，其被对应的放大器5L和5R放大，并提供给耳机6。且耳机6的声学单元6L和6R把模拟音频信号SAL和SAR变换成为声音并输出它。
这时，从耳机6输出的左右重现声音构成与当如图14所示那样扬声器放在声源SPa到SPd时的几乎相同的声场，其中重现声音的每个声像是听者M的听觉定位。
(2-2)减少在耳机设备中的算术操作用于后方定位的数字处理电路12cL、12cR、12dL和12dR的每个以用于前方定位的数字处理电路12aL、12aR、12bL和12bR的1/n的抽样速率运行。
因此，耳机设备20，类似于第一实施例的耳机设备10，和不执行向下抽样相比，可以把用于后方定位的数字处理电路12cL、12cR、12dL和12dR中运算的数量降低成1/n2。用于向下抽样的抽选滤波器11c和11d以及用于向上抽样的内插滤波器13L和13R中的每个由IIR滤波器组成，其中运算的数量小到可以被忽略。
采用上面的结构，用于后方定位的数字处理电路12cL、12cR、12dL和12dR以1/n的抽样速率操作，从而耳机设备20的结构通过降低运算数量被简化，而不损坏声像的空间定位。
(3)第三实施例虽然第二实施例中耳机设备20中，从输入音频信号SAa和SAb产生用于后方定位的音频信号SAc和SAd，但是当定位用于后方定位的音频信号SAc和Sad的声源SPc和SPd位置(图14)在听者M的头部中心平面的两边时，可以进一步简化用于后方定位的数字处理电路(如图13所示的12cL、12cR、12dL和12dR)。
换句话说，图13中，从内插滤波器13L提供给用于左信道的加法电路7L的数字音频信号SDrL通过下面表达式来给出。
SDrL＝SDcL+SDdL＝SDc×HcL+SDd×HdL＝(SDb-SDa)HcL+(SDa-SDb)HdL＝(SDa-SDb)×(HdL-HcL)...(3)另一方面，从内插滤波器13R提供给用于右信道的加法电路7L的数字音频信号SDrR通过下面表达式来给出。
SDrR＝SDcR+SDdR＝SDc×HcR+SDd×HdR＝(SDb-SDa)HcR+(SDa-SDb)HdR＝(SDa-SDb)×(HcR-HdR)...(4)在此，当声源SPc和SPd的位置在听者M头部中心平面的两边时，HcL＝HdR且HcR＝HdL，从而，数字音频信号SDrL和SDrR通过下面表达式(5)和(6)来给出。
SDrL＝(SDa-SDb)×(HdL-HcL)＝(SDa-SDb)×(HdR-HcL)...(5)SDrR＝(SDb-SDa)×(HcR-HdR)
＝(SDb-SDa)×(HcR-HcL)...(6)因为表达式(5)和(6)中所有的转移函数是HcR-HcL，假设Hz＝HcR-HcL，且SDz＝SDb-SDa，则数字音频信号SDrL和SDrR通过下面表达式(7)和(8)来给出。
SDrL＝(SDa-SDb)×(HdL-HcL)＝-SDz×Hz...(7)SDrR＝(SDb-SDa)×(HcR-HcL)＝SDz×Hz ...(8)因此，通过反相数字音频信号SDrL产生数字音频信号SDrR，由此可以从一个数字处理电路产生数字音频信号SDrL和SDrR。
图15中，与图13中那些共同部件用相同的符号表示，参考号码30表示作为根据本发明第三实施例的声像定位设备的耳机设备，其中用于模数变换电路2a和2b以及数字处理电路12aL、12aR、12bL、12bR和图13所示的用于耳机设备20的那些电路相同，省略对这些电路的说明。
加法电路14z从数字音频信号SDb减去数字音频信号SDa，来产生数字音频信号SDz，并提供给抽选过滤器11z。抽选过滤器11z作为抽样速率变化装置以1/n抽样速率(n是2或更大的整数)对数字音频信号SDz执行向下抽样，并提供向下抽样后的信号给用于后方定位的数字处理电路12z。
数字处理电路12z作为信号处理装置，把其中转移函数Hz(＝HcR-HcL)变换成时间轴的脉冲响应旋绕成为数字音频信号SDz，并把右后方的数字音频信号SDrR提供到内插滤波器13z。内插滤波器13z以n倍的抽样速率对数字音频信号SDrR进行向上抽样，并提供向上抽样后的信号给用于右信道的加法电路7R和反相电路15。反相电路15反相数字音频信号SDrR来产生左后方的数字音频信号SDrL，并提供它给用于左信道的加法电路7L。
且加法电路7L将数字音频信号SDaL、SDbL和SDrL相加来产生左信道上的数字音频信号SDL。同样加法电路7R将数字音频信号SDaR、SDbR和SDrR相加来产生右信道上的数字音频信号SDR。
数模变换电路4L和4R把数字音频信号SDL和SDR变换成模拟形式，来产生模拟音频信号SAL和SAR，其被对应的放大器5L和5R放大，并提供给耳机6。且耳机6的声学单元6L和6R把模拟音频信号SAL和SAR变换成为声音并输出它。
这时，当如图14所示扬声器放在声源SPa到SPd时，从耳机6输出的左右重现声音组成几乎相同的声场，其中重现声音的每个声像是听者M的听觉定位。
在这个耳机设备30中，一个数字处理电路12a执行作为第二实施例的耳机设备20中信号处理装置的四个数字处理电路12cL、12cR、12dL和12dR等同的处理，从而通过大大减少运算的数量，耳机设备30的结构被简化，而不损坏声像的空间定位。
(4)其他实施例虽然在第一到第三实施例中，这个发明被应用到用于听觉定位声像的耳机设备中，但是这个发明不局限于这些实施例，而可能应用到如图6所示的用于定位声像到任何位置的扬声器设备。
虽然在第一到第三实施例中，以1/n(n是2或更大的整数)用于后方定位的数字处理电路的抽样频率来执行向下抽样，但是这个发明不局限于此，但可能以1/m(m是实数)用于后方定位的数字处理电路的抽样频率来执行向下抽样。
同样，虽然在第二实施例中，通过从数字音频信号SDb中减去数字音频信号SDa来产生用于定位到声源SPc的数字音频信号SDc，通过从数字音频信号SDa中减去数字音频信号SDb来产生用于定位到声源SPd的数字音频信号SDd，且在向下抽样数字音频信号SDc和数字音频信号SDd之后旋绕脉冲响应，但是这个发明不局限于此，而可能通过反相数字音频信号SDc来产生数字音频信号SDd，且在向下抽样数字音频信号SDc和数字音频信号SDd之后旋绕脉冲响应。此外，数字音频信号SDc可以被向下抽样和反相，且脉冲响应在向下抽样后可以被旋绕成作为数字音频信号SDd的反相信号。从而，耳机设备20的整个运算数量可以进一步减少。
此外，虽然在第二和第三实施例中，通过增加或减去多个输入音频信号来产生用于后方定位的音频信号，但是这个发明不局限于此，而可以通过各种方法产生用于后方定位的音频信号，包括把具有抽取频宽的部分输入音频信号作为用于后方定位的音频信号。
此外，虽然在第一到第三实施例中，包括向下抽样用于后方定位的音频信号、脉冲响应的旋绕和向上抽样的一系列信号处理通过诸如抽选滤波器、数字处理电路和内插滤波器的硬件来执行，但是这个发明不局限于此，而可以通过在诸如数字信号处理器(DSP)的信息处理装置上来执行的信号处理程序来执行用于定位声像的一系列处理。
参考图16的流程图，下面将描述用于执行这样处理的声像定位处理程序。耳机设备的信息处理装置进入声像定位处理常规程序RT1的开始步骤，并进行到向下抽样用于后方定位的数字音频信号的步骤SP1。然后，程序进行到下一个步骤SP2。
在步骤SP2，耳机设备的信息处理装置旋绕其中预先测量或计算的转移函数被变换成时间轴的脉冲信号成为向下抽样后的数字音频信号。然后，程序进行到下一个步骤SP3。在步骤SP3，耳机设备的信息处理装置在旋绕脉冲响应之后方上抽样数字音频信号来恢复原始抽样速率，并输出向上抽样后的音频信号给在后级的加法电路(未表示)。然后程序回到步骤SP1。
以此方式，即使当通过声像定位处理程序来对用于后方定位的音频信号执行信号处理，脉冲响应在向下抽样用于后方定位的音频信号后被旋绕，由此信息处理装置具有较低的处理负担。
这个信号处理程序可以被存储或分配到诸如CD-ROM、DVD或半导体存储器的记录媒介中，并在听者使用的个人计算机上或信号处理设备上执行。当然，这个信号处理程序可以通过网络下载到个人计算机。
这个发明适用于为了定位音频信号的声像到任何位置的目的。
那些业内技术熟练人士应该可以理解成，可基于设计的要求和其他因素进行各种修改、组合、子组合和变更，因为它们在所附的权利要求书或等同的范围内。
权利要求
1.一种声像定位设备，用于基于从声源定位的所述位置到听者左右耳朵的脉冲响应，定位声像在声源定位的位置，以产生用于在左右信道定位的音频信号，其特征在于，所述声像定位设备包括抽样速率变化装置，用于向下抽样定位到听者后面声源定位的所述位置的后方音频信号；和信号处理装置，用于基于从听者后面声源定位的所述位置到听者左右耳朵的脉冲响应，对通过所述抽样速率变化装置向下抽样后的所述后方音频信号执行信号处理，来产生用于定位的所述音频信号。
2.如权利要求1所述的声像定位设备，其特征在于，还包括后方音频信号产生装置，用于从输入音频信号产生所述后方音频信号。
3.如权利要求2所述的声像定位设备，其特征在于，所述后方音频信号产生装置从大量所述输入音频信号产生大量用于定位声像在听者后面声源的不同位置的后方音频信号；和所述信号处理装置基于相应的脉冲响应对向下抽样后的所述大量后方音频信号的每个执行信号处理，来产生用于定位的所述音频信号。
4.如权利要求2所述的声像定位设备，其特征在于，所述信号处理装置基于从听者后面声源定位的第一个位置到听者左右耳朵的脉冲响应对向下抽样后的所述后方音频信号执行信号处理，来产生使声像定位在声源定位的所述第一个位置的定位用第一音频信号，并通过反相定位用所述第一音频信号，经由听者头部的中心平面，产生用于声像定位在与该声源定位的所述第一个位置相反位置的声源定位的第二个位置的定位用第二音频信号。
5.一种声像的定位方法，用于基于从声源定位的所述位置到听者左右耳朵的脉冲响应，定位重现声像在声源的定位位置，以产生用于在左右信道定位的音频信号，其特征在于，所述声像定位方法包括向下抽样定位到听者后面声源定位的所述位置的后方音频信号的抽样速率变换步骤；和基于从听者后面声源定位的所述位置到听者左右耳朵的脉冲响应，对在所述抽样速率变换步骤向下抽样后的所述后方音频信号执行信号处理，来产生用于定位的所述音频信号。
6.一种记录声像定位程序的程序记录媒介，该声像定位程序用于基于从声源定位的所述位置到听者左右耳朵的脉冲响应，定位重现声像在声源定位的位置，以产生用于在左右信道定位的音频信号，其特征在于，所述程序记录媒介包括向下抽样定位到听者后面声源定位的所述位置的后方音频信号的抽样速率变换步骤；和基于从听者后面声源定位的所述位置到听者左右耳朵的脉冲响应，对在所述抽样速率变换步骤向下抽样后的所述后方音频信号执行信号处理，来产生用于定位的所述音频信号的信号处理步骤。
全文摘要
为了使定位声像的运算数量比相关技术更小，用于定位重现声像在声源位置的声像定位设备把经由从声源定位的任选位置到听者左右耳朵的每个路径的脉冲信号旋绕成为音频信号，来产生用于在左右信道上定位的音频信号。在向下抽样定位到听者后面的声源位置的音频信号之后，旋绕脉冲响应，从而用于旋绕脉冲响应的信号处理装置的运算数量大大降低，而不损坏声像的空间定位。
文档编号H04R5/00GK1705408SQ20051007546
公开日2005年12月7日 申请日期2005年5月31日 优先权日2004年5月31日
发明者沖本越, 山田裕司 申请人:索尼株式会社