专利名称：声光转换器及声场可视化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使声场可视化的技术。
背景技术：
一直以来，对声场可视化的技术提出了各种方案(例如参照非专利文献1及2)。 非专利文献1记载了 使一个麦克风在音响空间内上下、左右移动，按时序分别测量多个场所的声压，使LED (发光二极管)等发光体以与该声压对应的亮度发光，从而使声场可视化。 而非专利文献2中记载了 在辐射作为可视化对象的声音的音响空间内配置多个麦克风， 测量声压，用计算机装置统计其测量结果，使该音响空间中的声压分布图表化并显示到显示装置中。非专利文献1 西田公至、丸山朗，“発光夕· ^才一 K f用0亡音場 可視化测定法”(使用了发光二极管的声场的可视化测定法)、日本機械学会論文集(C编)51卷461号 (1985 年)非专利文献2 水野恵一郎，“騒音^可視化”(噪声的可视化)、噪声控制Vol.22， No.1(1999)ρρ20-23使声场可视化的技术在掌握例如铁路车辆车厢内、或航空设备机舱内的噪声分布并采取噪声对策时，起到重要的作用。但是，使声场可视化的技术的可期待有效性的用途， 不限于对传递到铁路车辆车厢内或航空设备机舱内的噪声的解析、降低的利用。近年来，更为舒适地控制收听声音的声场可视化技术的有效性受到期待。例如，随着以家庭影院为代表的高性能家庭音频设备的普及，在这些音频设备的配置、增益等的调整中，想利用声场的可视化技术的需求日渐高涨，人们期待通过声音的可视化技术可满足这一需求。这是因为， 如果使辐射到起居室等音响空间内的声音的声压分布及其移动变化(即声波的传播状态) 可视，则可通过视觉确认其传播状态的同时，适当调整音频设备的配置位置、增益等，以获得所需的传播状态，即使是不具有与音频相关的专业知识的终端用户，也可轻松进行音频设备的配置位置等的优化。并且，在会议室、乐器练习室等音响空间内，也期待可降低被称为颤动回声、隆隆作响的音响问题。进一步，在乐器、扬声器等发声体的产品测试(例如乐器是否按其设计演奏声音的测试)、辅助设计、或商品的音响性能方面，也期待作为用于传递到终端用户的手段的声场可视化技术的有效性。但是，在非专利文献1公开的技术中，使一个麦克风在音响空间内移动并按时序进行声压的测量，因此对同一时刻的多个场所的声压无法同时可视化(即，无法使音响空间内的声压分布可视化)。而在非专利文献2公开的技术中，虽然可使音响空间内的声音的瞬时传播状态可视化，但需要统计由各麦克风测量的声压并进行图表化的计算机装置，变为大型的系统。因此，存在无法在家庭中轻松使用的问题。并且，如非专利文献2公开的技术所示，在使用多个麦克风(或者由多个麦克风构成的麦克风阵列)进行声场可视化的技术中，除了系统整体变得复杂的问题外，还存在以下问题麦克风的设置对声场的影响(麦克风阵列本身产生的影响、麦克风阵列和信号处理装置之间的布线产生的影响)较大的问
4题；需要以其他方法取得表示各麦克风的配置位置的位置信息的问题；一次确定的信道数难以扩展的问题；麦克风集音的结果需要显示到其他显示装置，因此失去位置信息的同时性和实时性，无法直观地使声场可视化的问题。
发明内容
本发明是鉴于以上问题而提出的，其目的在于提供一种可轻松地使辐射到音响空间的声音的传播状态可视化的技术。为解决上述课题，本发明的一个方式提供一种声光转换器，具有麦克风；发光部；以及发光控制部，与选通信号同步地取得上述麦克风的输出信号瞬时值，并使上述发光部以与所取得的上述瞬时值对应的亮度发光。上述声光转换器可还具有生成并输出上述选通信号的信号发生部。并且，在配置有上述声光转换器的声场可视化系统中，可具有控制装置，该控制装置与作为利用上述多个声光转换器进行可视化的对象的声音的发声同步地生成并输出上述选通信号。如在辐射作为可视化对象的声音的音响空间内的彼此不同的位置上设置上述多个声光转换器，则由各声光转换器执行以下处理与作为可视化对象的声音的发声同步、且与从上述控制装置输出的选通信号同步地取得麦克风的输出信号的瞬时值，使发光部以与该瞬时值对应的亮度发光。因此，若使用矩形波信号作为上述选通信号，使上述多个声光转换器各自包括的发光控制部与选通信号的上升沿或下降沿同步地取得麦克风的输出信号的瞬时值，并且使上述控制装置对应使用者的操作随着时间的经过同时改变上述选通信号的上升周期，则使用者可通过视觉掌握上述音响空间内的作为可视化对象的声音的声压分布及其时间变化。
图1是表示本发明的第一实施方式的声场可视化系统IA的构成例的框图。图2是表示声光转换器10 (k)的构成例的图。图3是用于说明声场可视化系统IA中含有的控制装置20的动作的图。图4是用于说明从该控制装置20输出的选通信号SS的输出方式的图。图5是用于说明从该控制装置20输出的选通信号SS的输出方式的图。图6是用于说明本发明的第二实施方式的图。图7是表示本发明的第三实施方式的包括声光转换器30 (k)的声场可视化系统IB 的构成例的图。图8是表示该声光转换器30 (k)的构成例的图。图9是用于说明该声场可视化系统IB的使用例的图。图10是表示本发明的第四实施方式的包括声光转换器40的声场可视化系统IC 的构成例的图。图11是表示该声光转换器40的构成例的图。图12是表示本发明的第五实施方式的声光转换器50的构成例的图。图13是表示本发明的第六实施方式的声光转换器60的构成例的图。
图14是表示该声光转换器60的变形例的图。图15是表示本发明的第七实施方式的声光转换器70的构成例的图。
具体实施例方式以下参照
本发明的实施方式。(A 第一实施方式)图1是表示本发明的一个实施方式的声场可视化系统IA的构成例的框图。如图 1所示，声场可视化系统IA包括声光转换器阵列100、控制装置20及声源3。构成声场可视化系统IA的声光转换器阵列100、控制装置20及声源3例如设置在音响空间中，该音响空间是例如设置了家庭影院的起居室等。在该声场可视化系统IA中，在控制装置20的控制下，使声源3辐射声波，该声波的特定波面的传播状态通过声光转换器阵列100可视化。声光转换器阵列100将声光转换器10 (k ;k = 1 N，N是2以上的整数)以矩阵状排列而构成。对构成声光转换器阵列100的各声光转换器10 (k)，从控制装置20提供选通信号SS (在本实施方式中是矩形波信号)。各个声光转换器10 (k)分别执行以下处理与选通信号SS的上升沿同步地测量其配置位置处的该时刻的声压瞬时值，辐射与该瞬时值对应的亮度的光，直到选通信号SS下次上升为止。另外，在本实施方式中，说明了与选通信号SS的上升沿同步地进行声压测量等的情况，当然也可以与选通信号SS的下降沿同步地执行这些处理，也可与选通信号SS上升沿(或下降沿)以外的任意定时同步地测量声压。 例如是以下情况使用矩形波信号作为选通信号SS时，以出现预定的波形图案(例如0101 等)为契机而进行声压的测量。并且，在本实施方式中，使用了矩形波信号作为选通信号 SS,当然也可使用三角波信号、正弦波信号作为选通信号SS。图2是表示声光转换器10 (k)的构成例的框图。如图2所示，声光转换器10 (k)具有麦克风110、发光控制部120及发光部130。在图2中虽省略了详细图示，但声光转换器 10 (k)是将图2所示的各构成要素集成到一边为Icm左右的基板上而构成的(其他实施方式的声光转换器也同样)。麦克风110例如是MEMS (Micro ElectroMechanical Systems 微机电系统)麦克风、小型ECM(Electret CondenserMicrophone 驻极体麦克风)，输出表示所集音的声音波形的声音信号。如图2所示，发光控制部120包括取样保持电路122和电压电流转换电路124。作为上述取样保持电路122及电压电流转换电路124，使用公知构造的电路即可。取样保持电路122以选通信号SS的上升沿为契机而进行从麦克风110输出的声音信号的取样，并保持所取样到的瞬时值(电压)直到选通信号SS下次上升为止， 并且将该电压施加给电压电流转换电路124。此外，在与选通信号SS的下降沿同步地进行声压测量的方式中，由取样保持电路122执行以下处理即可以选通信号SS的下降沿为契机而对从麦克风110输出的声音信号进行取样，并保持取样结果直至选通信号SS下次下降为止。关于声音信号的取样是以选通信号SS的上升沿为契机而进行，还是以选通信号SS 的下降沿为契机而进行，在声光转换器阵列100出厂时等预先设定即可。电压电流转换电路124产生电流值与由取样保持电路122施加的电压成正比的电流，并提供给发光部130。发光部130例如是可见光LED，辐射亮度与由电压电流转换电路 1 提供的电流大小对应的可见光。声场可视化系统IA的使用者目视声光转换器阵列100 中的各声光转换器10 (k)的发光部130的发光亮度分布、其时间变化，从而可通过视觉掌握从声源3辐射的声波的特定波面的传播状态。控制装置20是如下装置通过信号线等连接到各个声光转换器10 (k)和声源3 上，并进行声光转换器10 (k)及声源3的运行控制。控制装置20在对未图示的操作部进行指示开始运行的操作后，输出用于驱动声源3的驱动信号MS，进一步与驱动信号MS的输出同步地输出选通信号SS (上升)。另外，在本实施方式中，说明了通过使选通信号SS上升而向各声光转换器10 (k)指示对声压瞬时值进行取样的情况，当然也可通过使选通信号SS下降而向各声光转换器10(k)指示对声压瞬时值进行取样。关于对应驱动信号MS使声源3辐射出怎样的声音，存在各种方式。例如，将稳定声音作为可视化对象时，由使声源3持续辐射出图3 (a)所示的声音波形由正弦波表示的声音即可。并且，以猝发声音作为可视化对象时，如图3(b)所示，使控制装置20以一定周期 (图3(b)中示例了具有和图3(a)所示的正弦波信号相同的周期Tf的情况，当然也可是和该正弦波信号的周期不同的周期)输出驱动信号MS，另一方面，也可使声源3以被提供驱动信号MS为契机而在时间长度Ts (Ts < Tf)上辐射声音，经过时间Ts之后停止辐射声音，直到提供后续的驱动信号MS为止。此外，如图3(b)所示，在依次辐射出猝发声音的方式中， 为了避免因辐射作为可视化对象的声音的音响空间中的混响而将先辐射的声音的波面错误地可视化的情况，需要确定有声区间的时间长度Ts及驱动信号MS的输出周期(图3(b) 所示的例子中是Tf)，使得在有声区间Ts从声源3输出的声波能量在时间长度Tf-Ts的无声区间内充分衰减。并且，也可使用脉冲声音来替代猝发声音。本实施方式的特征是，与驱动信号MS的输出同步地使控制装置20输出选通信号 SS0其中，选通信号SS的输出方式及使选通信号SS的输出与驱动信号MS的输出同步的同步方法，存在各种方式。具体而言包括如图4(a)所示，与驱动信号MS的输出同步地仅使选通信号SS上升一次的方式；如图4(b)及图4(c)所示，使选通信号SS多次上升的方式。图4(a)示例了以下情况从开始输出驱动信号MS的时刻经过了时间Td时，仅使选通信号SS上升一次，上述驱动信号MS用于使声源3辐射稳定声音(声音波形是以周期 Tf的正弦波表示的声音)。根据该方式，在各声光转换器10 (k)中，对从输出驱动信号MS 开始经过了时间Td时的声压瞬时值进行取样，使发光部130以与该取样结果对应的亮度发光。这样一来，由各个声光转换器10 (k)的发光部130的发光亮度分布来表示从作为可视化对象的声波的辐射开始经过了时间Td时的瞬时声压分布的图像(静态图像的图像)映入到观测者眼中。图4(b)及图4(c)示例了以下情况使声源3辐射稳定声音时，使选通信号SS多次上升。具体而言，图4(b)中示例了以下情况使选通信号SS以一定周期(图4(b)中是与作为可视化对象的声音的周期相同的周期)上升；图4(c)中示例了以下情况逐渐加长使选通信号SS上升的时间间隔。如图4(b)所示，使用与作为可视化对象的声音的周期相同周期的信号作为选通信号SS时，每当选通信号SS上升时，即可获得上述静态图像之类的图像。与之相对，当选通信号SS的周期和作为可视化对象的声音的周期不一致时，可将以声速传播的波面的传播状态下降到肉眼可观察到的帧速并可视化。例如，可视化对象的声波频率fobs( = 1/Tf)为500Hz时，作为选通信号SS使用频率fstr( = 1/Tss) = 499Hz 的信号，从而可使各声光转换器10 (k)的发光部130以fobs-fstr = IHz的频率闪烁，肉眼可掌握各声光转换器10 (k)的发光部130的闪烁状态。此时，声速V = 340m/s时，视声速Ψ = VX (fobs-fstr)/fobs = 68cm/s，将时间轴伸长至Ij 500倍进行观测。即，通过适当调整作为可视化对象的声音频率fobs和选通信号SS的频率fstr的差值，可使时间轴适当伸长而对作为可视化对象的声波的传播状态进行观测。如图4 (C)所示，在使选通信号SS上升的时间间隔不恒定的情况下，在彼此相邻的取样定时下以相位偏移的状态进行声压瞬时值的取样，各取样定时下的发光部130的发光亮度对应该相位的偏差而不同。例如如图4(c)所示，在使选通信号SS的上升间隔以一定量 Δ T 加长(换言之，按照 Td(I) -Td (2) =Td(l) + AT-Td(3) =Td(2) + AT……，使延迟时间Td以一定量ΔΤ加长)的方式中，如同各声光转换器10(k)的发光亮度逐帧变化的动画一样映入到观测者眼中，从声源3辐射到音响空间内的声波的传播状态可表示为速度Δ T 的慢动作。因此，也可通过适当调整选通信号SS的上升间隔Tss(k)(或延迟时间Td(k) :k 是自然数)，使时间轴适当伸长而观测作为可视化对象的声波的传播状态。图5是用于说明作为可视化对象的声音是猝发声音(参照图3(b))时的选通信号 SS的输出方式的图。具体而言，图5(a)与图4(b)所示的情况同样地示例了以下情况从开始输出驱动信号MS经过了时间Td，从该经过了时间Td的时刻起，以一定周期(与驱动信号MS的输出周期Tf相同的周期)使选通信号SS上升。在图5(a)所示的方式中，和图 4(b)所示的情况一样，总是在相同的相位处对声压瞬时值进行取样，各取样定时下的声光转换器10(k)的发光部130的发光亮度变得相同。即，在图5(a)所示的方式中，表示猝发声波的特定波面的声压分布的静态图像，可按选通信号SS的各上升定时获得。此外，仅使选通信号SS上升一次时，可获得表示作为可视化对象的声波的特定波面的该上升定时下的声压分布的静态图像，这与上述图4(a)中一样。图5(b)和图4(c)中一样，示例了以下情况选通信号SS的上升周期不恒定(图 5(b)所示的方式中，以一定量ΔΤ加长)。在图5(b)所示的方式中，和图4(c)所示的方式一样，在彼此相邻的取样定时下，以相位偏移了与时间ΔΤ对应的量的状态对声音瞬时值进行取样。因此，例如若使驱动信号MS的输出周期Tf和一般动画的帧速一样同为1/30， 则观测者的眼中如同映入各声光转换器10 (k)的发光亮度按30帧/秒进行变化的动画一样，可使上述观测者从视觉上掌握从声源3辐射到音响空间内的猝发声波的特定波面的传播状态(该波面像波纹一样扩散并通过的状态)。此外，每秒的帧数显然可大于30。并且，若预先规定Td(I) =LL/V，通过对设置在控制装置20上的操作件的操作，由观察者适当调整，以使Td(k) (k = 2以上的自然数)收敛于规定的时间区间Tr (以从开始输出驱动信号MS起经过了时间Td的时刻为起点、从开始输出驱动信号MS起以有声区间Ts 的末端为终点的时间区间)内，则可使到达与声源3分离距离LL的位置的瞬时附近的波面传播状态加快或减慢而进行观测。并且如图5(c)所示，对应驱动信号MS手动或自动改变输出猝发声波时的相位，也可获得同样的效果。如图5(c)所示，在对应驱动信号MS改变输出猝发声波时的相位的方式中，可获得以下效果在取样保持电路122的时间分解能力的细致度有限的情况下，在控制装置20 —侧如果可细致控制上述相位，则可通过较细致的时间分解能力使猝发声波的波面的传播状态可视化。因此，根据本实施方式，无论作为可视化对象的声音是稳定声音还是猝发声音，通过设置在音响空间内的声光转换器10 (k)的各个发光部130的发光亮度的空间分布(或该空间分布的时间变化)，观测者均可从视觉上掌握该作为可视化对象的声音的传播状态。
并且，在本实施方式的声场可视化系统IA中，不包括统计通过各声光转换器 10 (k)测量的声压的计算机装置，通过适当调整选通信号SS的上升间隔(或延迟时间 Td(k))，可使时间轴适当伸长而观测可视化对象的声波的传播状态，因此无需高速相机等。 因此，也可适于家庭等中的个人应用，可轻松地使从配置在起居室等中的音频设备等辐射到起居室内的声音的特定波面的传播状态可视化，应用于上述音频设备的配置位置及增益、扬声器平衡的调整。进一步，在本实施方式中，可获得以下效果由于与驱动信号MS的输出同步地将选通信号SS输出到控制装置20，因此可高精度地对声源3对应驱动信号MS所辐射的声音的波面进行取样，该声波的传播状态的重现精度也提高。并且，驱动信号MS(即用于向声源 3指示开始辐射作为可视化对象的声音的信号)和选通信号SS的对应也是明确的，因此无需在各声光转换器10 (k)中组装用于判断相位差的机构(例如PLL)、触发发生器。(B 第二实施方式)在上述第一实施方式中，将多个声光转换器10(k)以矩阵状排列而构成声光转换器阵列100，也可将声场可视化系统IA中含有的多个声光转换器10 (k)分别配置在音响空间内的彼此不同的位置上，使声源3辐射的声波的传播状态可视化。其中，各声光转换器 10 (k)的配置方法包括各种方式。以下参照图6(a) (c)说明声光转换器10(k)的具体配
置方式。图6 (a) (c)是从其顶棚方向观察配置有声场可视化系统IA的音响空间2的俯视图。图6(a)示例了以下情况将声源3和各个声光转换器10(k)在同一平面(例如音响空间2的地板面)上以一条直线排列的方式(以下称为一维配置方式)，图6(b)及(c) 示例了以下情况声源3和各个声光转换器10 (k)在同一平面上排列，但所有声光转换器 10 (k)并不是以一条直线排列的方式(以下称为二维配置方式)。并且，也可是将声光转换器10 (k)三维配置(例如，如果音响空间2是立方体状，则分别配置在该音响空间2的地板及顶棚的四个角部上的共八个部位上等)的方式。总之，根据需要可视化的声音的声源方向、音响空间2的形状及大小，从一维、二维及三维配置方式中选择适当的配置方式来配置声光转换器10 (k)即可。配置完声源3及各个声光转换器10 (k)后，声场可视化系统IA的使用者通过通信线等将声源3及各个声光转换器10 (k)连接到控制装置20，进行对控制装置20指示输出驱动信号MS的操作。控制装置20根据由使用者提供的指示开始输出驱动信号MS，并与驱动信号MS的输出同步(例如通过图4(b)或图5(a)的输出方式等)地开始输出选通信号 SS0这样一来，各声光转换器10 (k)与选通信号SS的上升同步地对各配置位置上的声压进行取样，并使发光部130以与该声压对应的亮度发光。例如如图6 (a)所示，使距声源3的距离按照声光转换器10(1)—声光转换器10( —声光转换器10 C3)的顺序远离地一维配置声光转换器10 (k)时，声光转换器10 (1)、10 (2)及10 (3)的各发光部130在选通信号SS 最初上升的时刻对应距声源3的距离而以不同的亮度发光，之后每当选通信号SS上升时， 各发光亮度依次变化。声场可视化系统IA的使用者通过观测如图6(a)所示地配置的各声光转换器10 (k)的发光部130的发光亮度的时间变化，通过视觉可直观地掌握从声源3辐射到音响空间2的声波的传播状态。(C 第三实施方式)
图7是表示本发明的第三实施方式的包括声光转换器30(k)的声场可视化系统IB 的构成例的图。首先，该声场可视化系统IB的不同点在于，代替声光转换器10(k)而具有声光转换器30 (k)。并且，参照图7可知，与声场可视化系统IA的不同点在于为使声光转换器30(1)从控制装置20接受选通信号SS、声光转换器30 (k:k = 2 N)从声光转换器 30(k-l)接受选通信号SS，控制装置20及声光转换器30 (k)以所谓雏菊链方式连接。以下以作为与第二实施方式的不同点的声光转换器30 (k)为中心进行说明。图8 (a)是表示声光转换器30 (k)的构成例的图。对比图8 (a)和图2可知，声光转换器30(k)和声光转换器10(k)的不同点在于，具有选通信号传输控制部140。如图8(a) 所示，选通信号传输控制部140将由外部提供的选通信号SS提供给发光控制部120，并且通过延迟单元142传输到后级装置(在本实施方式中是其他声光转换器30 (k))。延迟单元 142例如由多级移位寄存器构成，将被提供的选通信号SS延迟与该移位寄存器级数对应的量并输出。图8(a)示例了将从外部接受的选通信号SS传输到一台后级装置的构成，也可传输到多台后级装置。例如，向2台后级装置传输选通信号SS时，如图8(b)所示，在选通信号传输控制部140上设置两个延迟单元(14 及142b)，将从外部提供到声光转换器30 (k) 的选通信号SS分流为三部分，将其中之一提供到发光控制部120，并且将其他二部分分别通过延迟单元14 及142b传输到各个不同的后级装置，该处理由选通信号传输控制部140 执行即可。例如，需要使声光转换器30 (k)如图9(a)所示进行一维配置、或如图9 (b)所示以矩阵状配置时，优选由图8(a)所示结构的声光转换器30 (k)构成声场可视化系统1B，需要如图9(c)所示地将声光转换器30 (k)以三角形状配置时，优选由图8(b)所示结构的声光转换器构成声场可视化系统1B。这是因为，声光转换器间的信号线的布线及延迟时间的计
算变得容易。接着说明本实施方式的声场可视化系统IB的使用例。如上所述，本实施方式的声场可视化系统IB中含有的声光转换器30 (k)和声光转换器10 (k)的不同点在于以雏菊链方式传输控制装置20产生的选通信号SS ；并且，传输时通过延迟单元142产生延迟。由于上述结构的不同，根据本实施方式可获得和第二实施方式不同的效果。例如如图9(a)所示，距声源3的距离逐渐变远地一维配置声光转换器30(1)、 30 (2)及30 (3)，使声光转换器30 (1)的延迟单元142的延迟时间Dl为与声光转换器30 (1) 和声光转换器30( 之间的间隔Ll对应的值(该间隔Ll除以声速而得到的值)，使声光转换器30( 的延迟单元142的延迟时间D2为与声光转换器30( 和声光转换器30( 之间的间隔L2对应的值，则可以使从声源3辐射的声波的一个波面的传播状态可视化。并且，在二维配置声光转换器30 (k)的方式中，与所谓延迟控制方式的麦克风阵列中的指向性控制一样，通过调整各声光转换器30 (k)的延迟单元142的延迟时间，可进行下述指向性控制 使从特定方向传播来的声音的传播状态可视化。根据这种进行指向性控制的方式，在音响空间2内设置多个声源3，由控制装置20对这些声源3进行驱动控制，在音响空间2内使各声源3向预定的服务区域辐射声音的情况下，若在该服务区域内设置各声光转换器30 (k)， 并逐个地分别驱动多个声源3，则按照各声源3可使从各声源3向上述服务区域辐射的声音的传播状态可视化。以上说明了本发明的第三实施方式，但延迟单元142不是必需的，当然也可省略。 这是因为，即使省略延迟单元142，也可获得和第二实施方式的声场可视化系统一样的效果，这一点不变。(D:第四实施方式)图10是表示本发明的第四实施方式的包括声光转换器40的声场可视化系统IC 的构成例的图。比较图10和图7可知，声场可视化系统IC和声场可视化系统IB的不同点在于代替声光转换器30(1)而设置了声光转换器40 ；该声光转换器40未连接到控制装置 20上。以下以作为与第三实施方式的不同点的声光转换器40为中心进行说明。图11是表示声光转换器40的构成例的图。如图11所示，声光转换器40具有作为矩形波信号发生电路的信号发生部150，其与声光转换器30 (k)的不同点在于将该信号发生部150产生的矩形波信号作为选通信号SS提供给发光控制部120。具体而言，在声光转换器40中，以由麦克风110集音的声音的声压(或特定频率成分的声压)超过规定阈值为契机而使信号发生部150产生选通信号SS，由此，可以与作为可视化对象的声音的发声同步地产生选通信号SS。此外，也可使信号发生部150执行从麦克风110的输出信号提取规定间距的信号成分的间距提取处理，将通过该间距提取处理而获得的信号作为选通信号 SS使用。由于具有这样的信号发生部150，所以在图10所示的声场可视化系统中，声光转换器40未连接到控制装置20上。因此，根据本实施方式，可与作为可视化对象的声音的发声同步地生成选通信号SS，其中，上述选通信号SS用于使声光转换器40及声光转换器30 (k) 执行以下处理对作为可视化对象的声音(对应驱动信号MS从声源3辐射的声音)的瞬时值进行取样，并根据该瞬时值使发光部130发光。此外，在以上说明中示出了以下方式以由麦克风110集音的声音的声压超过规定阈值为契机而使信号发生部150产生选通信号SS，但不限于该方式。例如，也可使用温度、流量、湿度、振动(换能器)、声音、光(紫外线、红外线等)、电磁波、放射线、重力、磁场等其他物理量，在检测到它们时使信号发生部150产生选通信号SS。(E 第五实施方式)图12是表示本发明的第五实施方式的声光转换器50的构成例的图。比较图12和图2可知，声光转换器50和声光转换器10 (k)的不同点在于具有插入到麦克风110和发光控制部120之间的滤波处理部160。该滤波处理部160例如是带通滤波器，在从麦克风110输出的声音信号中，仅有预定频率范围(以下称为通过区域)的信号成分通过。因此，声光转换器50的发光部130以由麦克风10集音的声音中属于上述通过区域的信号成分的声压所对应的亮度发光。因此，如果将图1的声场可视化系统IA的声光转换器10 (k)替换为声光转换器50并进行声场可视化，则可仅使特定频率成分(即属于上述通过区域的成分)的声音的传播状态可视化。因此，在辐射到音响空间的声音中，仅使特定频率成分的传播状态可视化具有以下优点。例如，在构成乐曲的多个部分中，通过该频带确定作为该乐曲的卖点的部分(例如吉他独奏、女高音独唱等)，仅使该部分的声音的传播状态可视化，则可通过视觉直观地掌握该部分的声音是否在整个音响空间无偏向地传播。一般情况下，优选作为乐曲卖点的部分在音响空间的任意场所均可同样收听，因此当其传播状态有偏向时，为了校正该偏向，需
11要调整音频设备的配置位置等。根据本实施方式，具有以下优点使作为乐曲卖点的部分的声音的传播状态可视化，可直观掌握有无偏向，易于通过尝试-错误方式找出最佳的配置位置等。并且，通过使比可听频带(具体是20Hz到20kHz为止的频带)低的频带的声音 (所谓低频声音)可视化，可掌握低频声音的传播情况(从哪个方向传播而来等)。如果长时间持续暴露于低频声音下，则会产生头痛、眩晕等影响健康的情况，但众所周知该声源的确定比较困难。如使用本实施方式的声光转换器50使低频声音的传播状态可视化，则通过参照其传播方向，可以容易地确定其声源。在上述本实施方式中，在图2所示的声光转换器10(k)的麦克风110和发光控制部120之间插入滤波处理部160以构成声光转换器50，也可在图8(a)所示的声光转换器 30 (k)或图8(b)所示的声光转换器的麦克风110和发光控制部120之间插入滤波处理部 160，并且也可在图11所示的声光转换器40的麦克风110和发光控制部120之间插入滤波处理部160。(F 第六实施方式)图13是表示本发明的第六实施方式的声光转换器60的构成例的图。该声光转换器60具有麦克风110、滤波处理部170、三个发光控制部(120a、 120b及120c)以及发光部130，其中，发光部130包括分别发出不同颜色的光的三个发光体 (130a、130b及130c)。例如，发光体130a是发出红色光的LED，发光体130b是发出绿色光的LED，发光体130c是发出蓝色光的LED。在声光转换器60中，从麦克风110输出的声音信号被提供给滤波处理部170。如图13所示，滤波处理部170具有带通滤波器174a、174b及174c，从麦克风110提供给滤波处理部170的声音信号被分别提供给这三个带通滤波器。如图13所示，带通滤波器17 连接到发光控制部120a上，带通滤波器174b连接到发光控制部120b上，带通滤波器17 连接到发光控制部120c上。带通滤波器17如、174b、17 具有彼此不重叠的通过区域。具体而言，带通滤波器 17 以可听频带中的高频侧(例如4kHz到20kHz的频带)为通过区域，带通滤波器17 以该低频侧(20Hz到IkHz的频带)为通过区域，带通滤波器174b以它们之间的频带(以下称中频)为通过区域。因此，带通滤波器17 仅使高频信号成分通过并提供给发光控制部120a。同样，带通滤波器174b仅使中频信号成分通过并提供给发光控制部120b，带通滤波器17 仅使低频信号成分通过并提供给发光控制部120c。S卩，带通滤波器174a、174b及 17 起到对麦克风110的输出信号进行频带分割的频带分割滤波器的作用。如图13所示，发光控制部120a和发光体130a连接，发光控制部120b和发光体 130b连接，发光控制部120c和发光体130c连接。发光控制部120a、120b及120c分别具有与声光转换器10(k)的发光控制部120(参照图2)相同的结构，对各个连接端的发光体进行发光控制。例如，发光控制部120a与选通信号SS的上升沿(或下降沿)同步地对由带通滤波器17 提供的声音信号进行取样，并使发光体130a以与所取样到的瞬时值对应的亮度发光。同样，发光控制部120b与选通信号SS的上升沿(或下降沿)同步地对由带通滤波器174b提供的声音信号进行取样，并使发光体130b以与所取样到的瞬时值对应的亮度发光，发光控制部120c与选通信号SS的上升沿(或下降沿)同步地对由带通滤波器 174c提供的声音信号进行取样，并使发光体130c以与所取样到的瞬时值对应的亮度发光。
如上所述，带通滤波器17 仅使高频信号成分通过，带通滤波器174b仅使中频信号成分通过，带通滤波器17 仅使低频信号成分通过。因此，声光转换器60的发光体130a 以与由麦克风110集音的声音的高频成分声压对应的亮度发光，发光体130b以与中频成分声压对应的亮度发光，发光体130c以与低频成分的声压对应的亮度发光。因此，当由麦克风110集音的声音是所谓白噪声(S卩，均勻地含有从低频到高频的各信号成分的声音)时， 声光转换器60的发光体130a、130b及130c分别以基本相同的亮度发出红色、绿色及蓝色的光，它们的合成光作为白色光被观测到。与之相对，由麦克风110集音的声音是高频侧的信号成分较强的声音时，上述合成光作为带红色的光被观测到；相反，当是低频的信号成分较强的声音时，作为带蓝色的光被观测到。因此，使用声光转换器60构成声场可视化系统 (具体而言将图1的声光转换器10 (k)全部替换为声光转换器60，以构成声场可视化系统等)，将使声源3输出白噪声以作为可视化对象的声音的驱动信号MS从控制装置20提供给声源3，使用上述声场可视化系统使从声源3辐射的声音(即白噪声)的传播状态可视化， 则可掌握各频率成分是否均勻地在音响空间内传播。如上所述，根据本实施方式，对于辐射到音响空间的声音的传播状态及该声音的各频率成分是否均勻传播，可轻松地可视化。另外，在本实施方式中，以彼此发光色不同的三个发光体构成发光部130，当然也可以以彼此发光色不同的两个或四个以上发光体构成发光部130。并且，在本实施方式中，以发光体130a、130b及130c各自发出的光的合成光是否是白色光为基准，判断各频率成分是否在音响空间内均勻传播。但高频(或低频)声音的均勻传播比其他频率成分优先时，也可以以上述合成光是否是与白色光相比带红色(蓝色)的颜色为基准，来判断高频(或低频)声音是否在音响空间内均勻传播。此外，在上述第六实施方式中，按照各频带成分使辐射到音响空间的声音的传播状态可视化。但是，仅掌握上述音响空间中的各频带成分的声压分布即足以时，如图14所示，当然也可在滤波处理部170和发光部130之间插入电压电流转换电路lMa、124b及 IMc (换言之，从发光控制部120a、120b及120c分别省略取样保持电路122)，构成声光转换器。并且，在图13或图14所示的声光转换器上也可设置选通信号传输控制部140，也可进一步设置信号发生部150。(G 第七实施方式)图15是表示本发明的第七实施方式的声光转换器70的构成例的图。比较图15和图1可知，声光转换器70和声光转换器10 (k)的不同点在于具有存储部180 ；替代发光控制部120而设置发光控制部220。存储部180例如可以是RAM(随机存储器)等易失性存储器，也可是闪存等可改写数据的非易失性存储器。发光控制部220 和发光控制部120的不同点在于除了取样保持电路122及电压电流转换电路IM外，还具有数据写入/读出控制部126。该数据写入/读出控制部126以被提供了指示开始写入数据的外部信号为契机，来开始进行如下处理将表示由取样保持电路122保持的瞬时值的数据依次写入到存储部180 ；以被提供了指示开始读出数据的外部信号(或存储部180 中容纳的数据到达一定量，或选通信号SS的输入在一定时间中断)为契机，来执行如下处理将这些数据以与选通信号SS的周期相同的周期按照写入顺序依次读出，执行将与该数据所示的瞬时值对应的电压施加给电压电流转换电路124。由于形成这种结构，所以根据本实施方式的声光转换器70，例如从声源辐射稳定声音(如图3(a)所示，声音波形由周期Tf的正弦波表示的声音)时，通过使用周期 Tss ( ^ Tf)的选通信号SS，之后可重现从任意时刻(即被提供了指示开始写入数据的外部信号的时刻)开始的该声音的传播状态。例如，从声源3辐射的声音的频率是500Hz时，作为选通信号SS使用频率499Hz的选通信号SS即可。并且，如图4(a)或图5(b)所示，即使使用上升间隔逐渐变长的选通信号SS，也可获得同样的效果。并且，可以以被提供了指示开始写入数据的外部信号为契机，使数据写入/读出控制部1 执行以下处理使取样保持电路122以高时间分解能力进行取样，将该取样结果写入到存储部180 ；并且，以被提供了指示开始读出数据的外部信号为契机(或存储部180 中容纳的数据达到一定量)，使数据写入/读出控制部126执行以下处理以比写入时的周期长的周期(例如时间长度为写入时的周期的1000倍的周期)将这些数据按照其写入顺序依次读出，将与各数据所示的瞬时值对应的电压施加给电压电流转换电路124。根据该方式，可详细记录从声源3辐射到音响空间的声音的从任意时间开始的传播状态，并慢速重放记录内容。但当使取样保持电路122以高时间分解能力进行取样时，为满足标本化定理， 当然优选使取样周期尽量短。此外，指示开始写入(开始读出)数据的外部信号的作用也可由选通信号SS担当。(H:变形)以上说明了本发明的第一至第七实施方式，当然也可对这些实施方式追加以下变形。(1)在上述实施方式中，通过目视配置在音响空间内的各不同位置的声光转换器的发光部以何种程度的亮度发光，可以令使用者掌握该音响空间内的声波的传播状态。但是，也可通过普通摄像机等拍摄并记录上述各发光部的发光形态。此时，即使现场无法进行观测，只要以所记录的材料进行观测即可，在这种应用(用途、方法)中，也可使用红外线 LED等非可见光的LED。(2)在上述实施方式中，通过有线通信进行控制装置20和声光转换器之间的选通信号SS的传输，但也可通过无线通信进行。并且，也可是在各声光转换器上设置GPS接收部，根据由该GPS接收部接收到的绝对时间信息，使各声光转换器产生选通信号。并且，以雏菊链方式传输选通信号SS的方式中，也可考虑将发光部130发出的光作为选通信号SS 使用。并且，在声光转换器50上设置选通信号传输控制部140的方式中，提供表示滤波处理部160的通过区域的数据，并将选通信号SS传输到后级装置，在后级装置中，根据由选通信号SS提供的数据设定滤波处理部160的通过区域。根据该方式，无需对声场可视化系统中含有的所有声光转换器逐一进行通过区域的设定，可省略该设定作业的时间。(3)在上述实施方式中，说明了进行从声源3直接辐射的直接声音的可视化的情况，也可将由音响空间2的壁部、顶棚形成的反射声音作为可视化对象。在进行该间接声音的可视化时，优选声场可视化系统1C。具体而言，使声光转换器40的信号发生部150进行以下处理。即，检测出由麦克风110集音的声音的声压从上升变为下降的局部峰值，以检测出第二个(或第二个局部峰值之后的)局部峰值为契机而使信号发生部150执行输出选通信号SS的处理。其中，之所以以检测出第二个(或第二个局部峰值之后的)局部峰值为契机而使信号发生部150产生选通信号SS，是因为，第一个局部峰值与直接声音对应，第二个局部峰值之后的局部峰值与一次反射声音等间接声音对应。
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(4)在上述各实施方式中，将LED等发光元件用作发光体以构成发光部130，当然也可将电灯(或粘贴有彩色玻璃纸的电灯)、霓虹灯管用作上述发光体。但从反应速度、耗电的角度出发，优选使用LED等发光元件。(5)在上述各实施方式中，由电压电流转换电路IM将从取样保持电路122输出的电压值转换为电流值与该电压值成正比的电流，并提供给发光部130。这样一来，确保了由麦克风110集音的声音的声压和发光部130的发光亮度之间的线性关系，但不需要这种线性关系时，当然可省略电压电流转换电路124。并且，优选替代电压电流转换电路124，使用PWM调制电路、PDM调制电路。此外，作为PWM调制电路、PDM调制电路，可使用公知的构成。并且，在替代电压电流转换电路1 而使用PWM调制电路、PDM调制电路的方式中，优选在PWM调制电路、PDM调制电路的前级设置好A/D转换器。并且，在上述实施方式中，使用取样保持电路122对麦克风110的输出信号的瞬时值进行取样并加以保持，也可省略取样保持电路122，与选通信号SS同步地取得麦克风110的输出信号的瞬时值，并使麦克风 110以与该取得结果对应的亮度发光，并且，也可将麦克风110的输出信号总是施加给电压电流转换电路124。此外，也可以以麦克风110的输出信号的信号强度超过规定阈值为契机而将麦克风110的输出信号施加给电压电流转换电路124，使发光部130发光。(6)在上述实施方式中，除了第四实施方式外，说明了控制装置20生成选通信号 SS的情况，但本发明不限于此。即，如第四实施方式的声光转换器40所示，在其他实施方式中也可由多个声光转换器中的一个声光转换器产生选通信号SS。
权利要求
1.一种声光转换器，其特征在于，具有 麦克风；发光部；以及发光控制部，与选通信号同步地取得上述麦克风的输出信号瞬时值，并使上述发光部以与所取得的上述瞬时值对应的亮度发光。
2.根据权利要求1所述的声光转换器，其特征在于，还具有生成并输出上述选通信号的信号发生部。
3.一种声场可视化系统，其特征在于， 具有多个权利要求1所述的声光转换器；并且，具有控制装置，该控制装置与作为利用上述多个声光转换器进行可视化的对象的声音的发声同步地生成并输出上述选通信号。
4.根据权利要求3所述的声场可视化系统，其特征在于，上述控制装置输出驱动信号，并与上述驱动信号的输出同步地输出上述选通信号；其中，上述驱动信号用于驱动作为利用上述多个声光转换器进行可视化的对象的声音的声源。
5.根据权利要求3或4所述的声场可视化系统，其特征在于，上述多个声光转换器各自包括的发光控制部分别与上述选通信号的上升沿或下降沿同步地取得麦克风的输出信号瞬时值；上述控制装置随着时间的经过而改变上述选通信号的上升周期或下降周期。
6.根据权利要求5所述的声场可视化系统，其特征在于， 上述选通信号是矩形波信号。
7.根据权利要求3或4所述的声场可视化系统，其特征在于，上述多个声光转换器各自包括的发光控制部分别与上述选通信号的上升沿或下降沿同步地取得麦克风的输出信号瞬时值；上述控制装置对应使用者的操作来改变上述选通信号的上升周期或下降周期。
8.根据权利要求7所述的声场可视化系统，其特征在于， 上述选通信号是矩形波信号。
9.根据权利要求3或4所述的声场可视化系统，其特征在于， 上述多个声光转换器分别具有存储部；上述多个声光转换器各自的发光控制部分别执行第一处理，将表示上述麦克风的输出信号瞬时值的数据依次写入到上述存储部中；以及第二处理，与上述选通信号同步地、或以比上述第一处理的写入周期长的周期依次读出上述存储部中存储的数据，并使上述发光部以与该数据所表示的瞬时值对应的亮度发光。
10.根据权利要求1或2所述的声光转换器，其特征在于，具有选通信号传输控制部，该选通信号传输控制部使上述选通信号延迟预定的时间， 并将上述选通信号传输至一个或多个其他声光转换器。
11.一种声场可视化系统，其特征在于，具有多个权利要求10所述的声光转换器；并且，具有控制装置，该控制装置与作为利用上述多个声光转换器进行可视化的对象的声音的发声同步地生成上述选通信号，并输出至上述多个声光转换器中的一个或多个声光转换器。
12.根据权利要求1或2所述的声光转换器，其特征在于，具有滤波处理部，该滤波处理部对上述麦克风的输出信号实施滤波处理，并将经滤波处理后的信号提供给上述发光控制部。
13.根据权利要求12所述的声光转换器，其特征在于，上述发光部具有分别以不同颜色发光的多个发光体；上述滤波处理部包括频带分割滤波器，该频带分割滤波器将上述麦克风的输出信号分割成预先与上述多个发光体分别建立对应的频带成分；上述发光控制部执行以下处理按照由上述滤波处理部分割成的各个频带成分取得瞬时值，并使上述多个发光体分别以与该发光体所对应的频带成分瞬时值对应的亮度发光。
14.根据权利要求2所述的声光转换器，其特征在于，上述信号发生部对上述麦克风执行间距提取处理，并将通过上述间距提取处理得到的信号用作上述选通信号。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种声光转换器及声场可视化系统，可以使辐射到音响空间内的声音传播状态轻松地可视化。上述声光转换器具有发光部；麦克风；以及发光控制部，与选通信号同步地取得上述麦克风的输出信号的瞬时值，并使上述发光部以与所取得的上述瞬时值对应的亮度发光。上述选通信号由声光转换器的信号发生部生成并输出，或由声场可视化系统内的控制装置与作为可视化对象的声音的发声同步地生成并输出。
文档编号G10L21/06GK102456353SQ20111028131
公开日2012年5月16日 申请日期2011年9月14日 优先权日2010年10月22日
发明者栗原诚, 藤森润一 申请人:雅马哈株式会社