专利名称：头戴耳机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于再生多信道声信号的头戴耳机系统。
近来，随着诸如DVD系统的多媒体系统的日益普及，越来越多的多信道声音信息和视频一起被提供。
按照常规，已经提出了使用头戴耳机用于实际再生多信道声信号的系统。
例如，国际申请WO95/20866公开了一种滤除输入到左右扬声器的信号，以使听众可以辨别出或感觉到在其听众前方或后方提供的声源。
图19表示了在国际申请WO95/20866中描述的头戴耳机系统的结构。
图19所示的头戴耳机系统包括右耳扬声器1901和左耳扬声器1902。扬声器1901和1902固定在远离听众的位置。该头戴耳机系统包括滤波器1910和1911。参考号1960表示位于听众后方的虚声源。
图19中，H1表示从虚声源1960到听众右耳的传递函数。H2表示从虚声源1960到听众左耳的传递函数。在滤波器1910中设置传递函数H1，在滤波器1911中设置传递函数H2。
输入信号Z被输入到滤波器1910和滤波器1911。将滤波器1910的输出输入到右耳机1901及将滤波器1911的输出输入到左耳机1902。
因此，听众可以辨别出虚声源1960。
人类相对容易正确地辨别出他/她右或左侧的声源。原因在于他/她的耳朵在头部的右侧和左侧。可以认为人类根据多个不同类型的信息辨别出他/她右侧或左侧的声源，该信息包括信号从声源到达他/她左耳所需的时间周期、信号从声源到达他/她右耳所需的时间周期、和信号电平的差异。因此，每个人辨别或区分他/她右或左侧声源的能力几乎不存在差异。
人类相对难以正确辨别或区分他/她前方或后方的声源。原因在于信号从声源到达他/她右耳所需的时间周期和信号从声源到达他/她左耳所需的时间周期之间几乎不存在差异。可以认为人类根据声源频谱绝对值的单个信息辨别或区分他/她前方或后方的声源。由于每个人的头型不同，从声源到耳朵的与头部有关的传递函数对每个人来说不同，因此每个人辨别出位于该听众前方或后方声源的能力存在相对较大的差异。
利用图19所示的传统技术，来自位于听众前方或后方声源的声音通过右耳机和左耳机1901和1902的组合以及滤波处理传送给他/她。利用这一技术，由于传递函数的个人差异，难以使听众正确辨别出位于他/她前方或后方的声源。特别对于高频，不同的人辨别前/后声音方向的差异非常大，因为不同人的传递函数的差异对该辨别的影响在高频时比低频时大。
根据本发明的头戴耳机系统包括一头戴耳机；和用于将声信号输出到头戴耳机的信号处理电路。该头戴耳机包括听众右耳的第一扬声器和第三扬声器、听众左耳的第二扬声器和第四扬声器和支撑第一到第四扬声器以使第一和第二扬声器位于一垂直面的前方，第三和第四扬声器位于该垂直面的后方的支撑物，该垂直面包括连接听众右耳孔和左耳孔的直线，第一到第四扬声器不接触听众的右耳和左耳。
在本发明一实施例中，信号处理电路向第一和第二扬声器输出声信号，该声信号使听众辨别出相对于听众位于其前方的前声源。
在本发明一实施例中，信号处理电路向第三和第四扬声器输出声信号，该声信号使听众辨别出相对于听众位于其后方的后声源。
在本发明一实施例中，信号处理电路将用于使听众能够辨别出后声源的声信号中具有预定频率fi或更低频率的声信号输出给第一和第二扬声器，并将该声信号中具有预定频率fi或更高频率的声信号输出给第三和第四扬声器。
在本发明一实施例中，信号处理电路将用于使听众辨别出前声源的声信号中具有预定频率fi或更高频率的声信号输出给第一和第二扬声器，并将该声信号中具有预定频率fi或更低频率的声信号输出给第三和第四扬声器。
在本发明一实施例中，第一和第二扬声器位于垂直面的后方，该垂直面包括连接听众右眼和左眼的直线。
在本发明一实施例中，第三扬声器被放置为使得听众正前方的直线和穿过该第三扬声器前表面中心的竖线之间的角度在大约100度到大约120度的范围内，第四扬声器被放置为使得听众正前方的直线和穿过第四扬声器前表面中心的竖线之间的角度在大约100度到大约120度的范围内。
在本发明一实施例中，头戴耳机还包括用于仅再生低频带音频信号的低频专用扬声器。
在本发明一实施例中，当戴上头戴耳机时，低频专用扬声器位于听众头部的后部附近。
在本发明一实施例中，当戴上头戴耳机时，低频专用扬声器位于听众头顶附近。
在本发明一实施例中，头戴耳机还包括一振动单元，该振动单元根据用于仅再生低频带音频信号的专用低频信号振动，当戴上头戴耳机时，该振动单元被支撑以便紧密接触听众头部的临时区域(temporalregion)。
在本发明一实施例中，该支撑物包括用于支撑第一和第三扬声器的第一支撑部件和用于支撑第二和第四扬声器的第二支撑部件。第三扬声器和第一支撑部件通过第一连接部分连接，以使第三扬声器可以关于第一连接部分旋转。第四扬声器和第二支撑部件通过第二连接部分连接，以使第四扬声器可以关于第二连接部分旋转。
在本发明一实施例中，头戴耳机还包括用于反射从第三扬声器辐射的声音的第一反射板和用于反射从第四扬声器辐射的声音的第二反射板。第三扬声器被放置为使得第三扬声器的振动膜表面包括连接听众右耳孔和第三扬声器中心的直线，且从第三扬声器辐射并经第一反射板反射的声音到达听众的右耳。第四扬声器被放置为使得第四扬声器的振动膜表面包括连接听众左耳孔和第四扬声器中心的直线，且从第四扬声器辐射并经第二反射板反射的声音到达听众的左耳。
因此，这里所描述的本发明具有提供了用于再生多信道声信号的头戴耳机系统，使得不管每个听众辨别能力的差异，他们都可以正确辨别出或感觉到在其前方或后方的虚声源的优点。
在参照附图阅读和理解下面的详细描述时，对本专业技术人员来说，本发明的这些和其它优点将变得很明显。
图1A、1B和1C是根据本发明第一个实施例的头戴耳机201的顶视图、正视图和侧视图；图2是根据本发明第一个实施例的头戴耳机系统101的方框图，说明了信号处理电路301a的结构；图3是根据本发明第一个实施例的头戴耳机系统101的方框图，说明了信号处理电路301b的结构；图4A、4B和4C是根据本发明第二个实施例的头戴耳机202的顶视图、正视图和侧视图；图5是说明关于特定听众的前方传递函数和后方传递函数的例子的图；图6是说明与头部相关的传递函数的个人差异的例子的图；图7是根据本发明第二个实施例的头戴耳机系统202的方框图，说明了信号处理电路302的结构；图8A、8B和8C是根据本发明第三个实施例的头戴耳机203的顶视图、正视图和侧视图；图9是根据本发明第三个实施例的头戴耳机系统103的方框图，说明了信号处理电路303的结构；图10A、10B和10C是根据本发明第四个实施例的头戴耳机204的顶视图、正视图和侧视图，示出了在听众头部的后部附近提供的低频专用扬声器7；图11A、11B和11C是根据本发明第四个实施例的头戴耳机204的顶视图、正视图和侧视图，示出了在听众头部的顶部附近提供的低频专用扬声器7；图12A、12B和12C是根据本发明第四个实施例的头戴耳机204的顶视图、正视图和侧视图，示出了在听众头后部的另一部分附近提供的低频专用扬声器7；图13A和13B是包括具有改进形状的支撑辅助部件21＇的头戴耳机204的顶视图和正视图；图14A和14B是包括具有另一种改进形状的支撑辅助部件21″的头戴耳机204的顶视图和正视图；图15A、15B和15C是根据本发明第五个实施例的头戴耳机205的顶视图、正视图和侧视图，包括振动膜10和11。
图16是根据本发明第六个实施例的头戴耳机206的顶视图；图17是根据本发明第六个实施例的另一种头戴耳机206＇的顶视图；图18A、18B和18C是根据本发明第七个实施例的头戴耳机207的顶视图、正视图和侧视图；和图19表示了传统头戴耳机系统的结构。
此后，将参照附图通过说明性的实施例描述本发明。
该头戴耳机系统101包括一头戴耳机201和用于将声信号输出到头戴耳机201的信号处理电路。
图1A、1B和1C示出了头戴耳机201的结构。图1A是头戴耳机201的顶视图、图1B是头戴耳机201的正视图，和图1C是头戴耳机201的侧视图。
如图1A、1B和1C所示，头戴耳机201包括右耳扬声器1和3、左耳扬声器2和4、和支撑扬声器1到4的支撑物8。
支撑物8包括例如头戴耳机带20和扬声器支撑部件30和31。该支撑物8支撑扬声器1到4以满足下面的条件(1)到(3)。
条件(1)扬声器1和2位于图1A和1C中用点划线400表示的垂直面的前方。用点划线400表示的垂直面定义为垂直面，该垂直面包括连接听众右耳孔和左耳孔的直线。为了方便，用点划线400表示的垂直面将称作“垂直面400”。
条件(2)扬声器3和4位于垂直面400的后方。
条件(3)扬声器1到4的位置不接触听众的右耳和左耳。
扬声器支撑部件30支撑扬声器1和3而扬声器支撑部件31支撑扬声器2和4。扬声器支撑部件30和31通过头戴耳机带20彼此连接。支撑物8还可具有其它的结构和形状，只要支撑物8支撑扬声器1到4以满足上面的条件(1)到(3)。
由于扬声器1到4的上述的位置，扬声器1和3分别具有声音独立的外壳，扬声器2和4也分别具有声音独立的外壳(enclosure)，因此，来自扬声器1的声信号和来自扬声器3的声信号沿着听众的头型分别到达听众的右耳。同样，来自扬声器2的声信号和来自扬声器4的声信号沿着听众的头型分别到达听众的左耳。这意味着为每位听众提供其前方和后方的传递函数信息。结果，听众可以正确辨别出他/她前方或后方的虚声源，与不同个人的辨别能力的差别无关。
图2表示信号处理电路301a的结构。该信号处理电路301a是可用于头戴耳机系统101的这种电路的一个实施例。信号处理电路301a输出声信号到扬声器1和2，以使听众辨别出在听众前方的声源。
图2中，参考号50表示在听众前方用虚线表示的前中心声源。前中心声源50不是真实存在的声源而是由听众认为是真实存在的虚声源。此后，前中心声源50将被称作“虚声源50”。
信号处理电路301a接收右前信号(FR信号)、左前信号(FL信号)、中前信号(FC信号)、右后信号(SR信号)、和左后信号(SL信号)作为输入信号。信号处理电路301a处理这些输入信号以产生声信号，并输出该声信号到头戴耳机201。
信号处理电路301a包括滤波器10a和11a和加法器12a和13a。
滤波器10a处理FC信号。加法器12a将由滤波器10a处理的FC信号和FR信号相加。该加法结果被输出到扬声器1。
滤波器11a也处理FC信号。加法器13a将由滤波器11a处理的FC信号和FL信号相加。该加法结果被输出到扬声器2。
SR信号输出到滤波器3和SL信号输出到扬声器4。
滤波器10a的传递函数X1和滤波器11a的传递函数Y1设计为满足下面的等式(1)和(2)。通过这样设计传递函数X1和Y1，听众便可以正确辨别出虚声源50。
h1·X1+h3·Y1=H1……等式(1)h2·X1+h4·Y1=H2……等式(2)这里，H1是从虚声源50到听众右耳孔的传递函数，而H2是从虚声源50到听众左耳孔的传递函数。而且，h1是从扬声器1到听众右耳孔的传递函数，h2是从扬声器1到听众左耳孔的传递函数，h3是从扬声器2到听众右耳孔的传递函数，及h4是从扬声器2到听众左耳孔的传递函数。
由等式(1)和(2)，X1可用等式(3)表示，Y1可用等式(4)表示。
X1=(h4·H1-h3·H2)/(h1·h4-h2·h3)……等式(3)Y1=(h1·H2-h2·H1)/(h1·h4-h2·h3)……等式(4)该传递函数H1、H2和h1到h4是以特定的听众作为标准来测量的。此特定的听众可以是现实的听众或虚拟的听众。
在不是该特定听众的听众(例如听众A)使用头戴耳机201的情况下，该头戴耳机201包括根据以该特定听众测量的传递函数H1、H2和h1到h4设计的滤波器10a和11a，从虚声源50到听众A右耳孔的传递函数H1＇由等式(5)表示。
H1＇=h1＇·X1+h3＇·Y1=h1＇·{(h4·H1-h3·H2)/(h1·h4-h2·h3)}+h3′·{(h1·H2-h2·H1)/(h1·h4-h2·h3)}={(h1＇·h4-h2·h3＇)·H1+(h1·h3＇-h1＇·h3)·H2}/(h1·h4-h2·h3)……等式(5)这里，h1＇是从扬声器1到听众A右耳孔的传递函数，h3＇是从扬声器2到听众A右耳孔的传递函数。
根据等式(6)，等式(5)变为等式(7)。
h1′·h4-h2·h3′＞＞h1·h3＇-h1＇·h3……等式(6)H1＇={(h1＇·h4-h2·h3＇)/(h1·h4-h2·h3)·H1}=(1+Δh1)·H1……等式(7)同样，用等式(8)表示从虚声源50到听众A左耳孔的传递函数H2＇。
H2＇=(1+Δh2)·H2……等式(8)Δh1和Δh2作为用于校正听众A与上述特定听众个人差异的校正系数。以此方式，头戴耳机系统101能允许任何听众比使用传统的头戴耳机系统更准确地辨别出虚声源50，传统头戴耳机系统仅实现传递函数H1和H2(例如，图19所示的传统头戴耳机系统)。
用于校正不同听众的个人差异的上述技术普遍适用于下面描述的所有实施例。
图3表示信号处理电路301b的结构。信号处理电路301b是可用于头戴耳机系统101的这种电路的另一个实施例。该信号处理电路301b输出声信号到扬声器3和4，以使听众辨别出在其后方的声源。
图3中，参考号60代表听众后方用虚线表示的后声源。后声源60不是真实存在的声源而是由听众认为是真实存在的虚声源。此后，后声源60将称作“虚声源60”。
信号处理电路301b接收右前信号(FR信号)、左前信号(FL信号)、中后信号(SC信号)、右后信号(SR信号)、和左后信号(SL信号)作为输入信号。信号处理电路301b处理这些输入信号以产生声信号，并输出该声信号到头戴耳机201。
信号处理电路301b包括滤波器10b、11b，和加法器12b、13b。
滤波器10b处理SC信号。加法器12b将由滤波器10b处理的SC信号和SR信号相加。该加法结果被输出到扬声器3。
滤波器11b也处理SC信号。加法器13b将由滤波器11b处理的SC信号和SL信号相加。该加法结果被输出到扬声器4。
FR信号被输出到滤波器1,FL信号被输出到扬声器2。
滤波器10b的传递函数X2和滤波器11b的传递函数Y1设计为满足下面的等式(9)和(10)。因此通过设计传递函数X1和Y1，听众可以正确辨别出虚声源60。
h5·X2+h7·Y2=H3……等式(9)h6·X2+h8·Y2=H4……等式(10)这里，H3是从虚声源60到听众右耳孔的传递函数，H4是从虚声源60到听众左耳孔的传递函数。而且，h5是从扬声器3到听众右耳孔的传递函数，h6是从扬声器3到听众左耳孔的传递函数，h7是从扬声器4到听众右耳孔的传递函数，及h8是从扬声器4到听众左耳孔的传递函数。
由等式(9)和(10),X2可用等式(11)表示，Y2可用等式(12)表示。
X2=(h8·H3-h7·H4)/(h5·h8-h6·h7)……等式(11)Y2=(h5·H4-h6·H3)/(h5·h8-h6·h7)……等式(12)
如上所述，在根据本发明第一个实施例的头戴耳机系统101中，利用位于垂直面400(图1A和1C)前方的扬声器1和2再生用于使听众辨别出其前方声源的声信号，利用位于垂直面400(图1A和1C)后方的扬声器3和4再生听众后方的声源。
通过根据听众的头型在从声源到听众的方向设置的传递函数向听众提供其前方声源的信息。听众后方的声源信息也通过该根据听众的头型在从声源到听众的方向设置的传递函数提供给听众。结果，听众可以正确辨别出他/她前方或后方声源，与不同人的辨别能力的差异无关。
在垂直面400(图1A和1C)前方提供的扬声器1和2最好位于由点划线401表示的垂直面的后方。由点划线401表示的垂直面定义与垂直面400平行并包括连接听众右耳和左耳的直线的平面。为了方便，用点划线401表示的垂直面称作“垂直面401”。上述扬声器1和2的位置防止扬声器1和2位于听众的视线范围内。结果，听众可以欣赏在大屏幕上显示的视频而不受到扬声器1和2的干扰。
该头戴耳机系统102包括一头戴耳机202(图4A到4C)和用于将声信号输出到头戴耳机201的信号处理电路302(图7)。
图4A、4B和4C表示了头戴耳机202的结构。图4A是头戴耳机202的顶视图，图4B是头戴耳机202的正视图，图4C是头戴耳机202的侧视图。
如图4A、4B和4C所示，头戴耳机202包括右耳扬声器1和5、左耳扬声器2和6和用于支撑扬声器1、2、5和6的支撑物8。
与第一个实施例相同，支撑物8支撑扬声器1、2、5和6以满足下面的条件(1)到(3)。
条件(1)扬声器1和2位于垂直面400的前方。
条件(2)扬声器5和6位于垂直面400的后方。
条件(3)扬声器1、2、5和6的位置不接触听众的右耳和左耳。
根据本发明的第二个实施例，在用以使听众辨别出位于其后方声源的声信号中，利用位于垂直面400前方的扬声器1和2再生具有预定频率fi或更低频率的声信号。在用以使听众辨别出位于其后方声源的声信号中，利用位于垂直面400后方的扬声器5和6再生具有预定频率fi或更高频率的声信号。利用扬声器1、2或扬声器5、6可以再生具有预定频率的声信号。
预定频率fi最好定义为频带的上限，在此频率从听众前方的声源到听众右(或左)耳的传递函数(此后，称作“前传递函数”)和从听众后方的声源到听众右(或左)耳的传递函数(此后，称作“后传递函数”)之间基本上没有差别。换句话说，传递函数间的差别几乎为零。
使用这样一个其中利用扬声器1和2再生使听众辨别出位于其后方声源的一部分声信号的系统，可以减少扬声器5和6的大小和重量。
在此系统中，利用扬声器1和2再生使听众辨别出位于其前方声源的声信号，扬声器1和2位于垂直面400的前方。
因为听众的头型在前后方向上不对称及听众耳朵的形状在前后方向上不对称，所以产生了前传递函数和后传递函数间的差异。但是，头型和耳朵形状在前半部分和后半部分物理上只相差几个厘米或更少。
可以考虑到声信号的波长和频率的关系来指定上述的预定频率fi。根据第二实施例，预定频率fi被设置在例如大约1kHz到大约3kHz。
每个人头部或耳朵大小的差别只是几个厘米或更少。相应的，由于个人差异而使传递函数开始出现不同的频率几乎与预定频率fi匹配。
图5是说明关于一特定听众的前传递函数和后传递函数例子的曲线图。实线表示0°方向(听众的正前方)上与头部相关的传递函数的例子，虚线表示180°方向(听众的正后方)上与头部相关的传递函数的例子。
从图5所示的例子中，可以看出在大约1kHz或更宽的频带内，前传递函数和后传递函数彼此有很大的不同。
图6是说明0°方向(听众的正前方)上与头部相关的传递函数个人差别的例子的图。实线表示听众A的与头部相关的传递函数的例子，虚线表示听众B的与头部相关传递函数的例子，点划线表示听众C的与头部相关的传递函数的例子。
从图6所示的例子中，可以看出在大约1kHz或更宽的频带内三个听众的与头部相关的传递函数彼此之间有很大的不同。
在图5和6所示的例子中，期望将预定频率fi设置在大约1kHz。通过利用扬声器1和2再生具有预定频率fi或更低频率的声信号(其中不管方向或听众如何，头部相关传递函数基本上没有差异)，扬声器5和6可以具有更小的振动膜和更轻的磁电路。
图7表示信号处理电路302的结构。信号处理电路302将在用于使听众辨别出其后方声源的声信号中具有fi或更低频率的声信号输出到扬声器1和2，将该声信号中具有fi或更高频率的声信号输出到扬声器5和6。
图7中，与之前对照图3讨论的相同元件具有同一参考号，在此将省略对它们的描述。
信号处理电路302包括允许具有fi或更高频率成分的信号通过的高通滤波器(HPF)141和142，和允许具有fi或更低频率成分信号通过的低通滤波器(LPF)151和152。信号处理电路302还包括滤波器110、111、10b、11b、210和211和加法器121和122。
图7中，参考号61和62都代表虚声源。在此例中，虚声源61在听众的右后方，虚声源62在听众的左后方。
SR信号通过HPF 141被输入扬声器5。SR信号也被输入LPF 151。LPF151的输出被输入到滤波器110和111。
SL信号通过HPF 142被输入扬声器6。SL信号也被输入LPF 152。LPF152的输出被输入到滤波器210和211。
SC信号输入到滤波器10b和11b。
加法器121将FR信号、滤波器110的输出、滤波器10b的输出和滤波器210的输出相加。加法结果被输出到扬声器1。
加法器122将FL信号、滤波器111的输出、滤波器11b的输出和滤波器211的输出相加。加法结果被输出到扬声器2。
滤波器110的传递函数X3和滤波器111的传递函数Y3设计为满足下面的等式(13)和(14)。通过这样设计传递函数X3和Y3，听众可以正确辨别出虚声源61。
X3=(h4·H31-h3·H41)/(h1·h4-h2·h3)……等式(13)Y3=(h1·H41-h2·H31)/(h1·h4-h2·h3)……等式(14)这里，H31是从虚声源61到听众右耳孔的传递函数，而H41是从虚声源61到听众左耳孔的传递函数。
滤波器210的传递函数X4和滤波器211的传递函数Y4设计为满足下面的等式(15)和(16)。通过这样设计传递函数X4和Y4，听众可以正确辨别出虚声源62。
X4=(h4·H32-h3·H42)/(h1·h4-h2·h3)……等式(15)Y4=(h1·H42-h2·H32)/(h1·h4-h2·h3)……等式(16)这里，H32是从虚声源62到听众右耳孔的传递函数，而H42是从虚声源62到听众左耳孔的传递函数。
图9表示头戴耳机系统103的结构。该头戴耳机系统103包括一头戴耳机203和用于将声信号输出到头戴耳机203的信号处理电路303。
图8A、8B和8C表示了头戴耳机203的结构。图8A是头戴耳机203的顶视图、图8B是头戴耳机203的正视图、和图8C是头戴耳机203的侧视图。
如图8A、8B和8C所示，头戴耳机203包括右耳扬声器1和5、左耳扬声器2和6和用于支撑扬声器1、2、5和6的支撑物8。
如根据第一个实施例的情况，支撑物8支撑扬声器1、2、5和6以满足下面的条件(1)到(3)。
条件(1)扬声器1和2位于垂直面400的前方。
条件(2)扬声器5和6位于垂直面400的后方。
条件(3)扬声器1、2、5和6的位置不接触听众的右和左耳。
根据本发明的第三个实施例，在用于使听众辨别出位于其前方声源的声信号中，利用位于垂直面400后方的扬声器5和6再生具有预定频率fi或更低频率的声信号。在用于使听众辨别出位于听众前方声源的声信号中，利用位于垂直面400前方的扬声器1和2再生具有预定频率fi或更高频率的声信号。
以与根据第二个实施例的方式相类似的方式设置预定频率fi。
通过这样一个其中利用扬声器5和6再生使听众辨别出位于其前方声源的一部分声信号的系统，可以减少扬声器1和2的大小和重量。
在此系统中，利用扬声器5和6再生使听众辨别出位于其后方声源的声信号，扬声器5和6位于垂直面400的后方。
图9表示信号处理电路303的结构。信号处理电路303将在用于使听众辨别出听众前方声源的声信号中具有fi或更高频率的声信号输出到扬声器1和2，信号处理电路303将该声信号中具有fi或更低频率的声信号输出到扬声器5和6。
图9中，与之前对照图2和图7讨论的相同元件使用相同的参考号并将省略对其描述。图9中，虚声源61在听众的左前方，虚声源62在听众的右前方。
除了HPF 141和142和LPF 151和152，信号处理电路303还包括允许具有fi或更高频率成分信号通过的高通滤波器(HPF)41，和允许具有fi或更低频率成分信号通过的低通滤波器(LPF)51。信号处理电路302还包括滤波器110、111、10a、11a、210和211和加法器123、124、125和126。
FL信号被输入到HPF 141。HPF 141的输出被输入到加法器125。FL信号也被输入到LPF 151。LPF 151的输出被输入到滤波器110和111。
FR信号被输入到HPF 142。HPF 142的输出被输入到加法器126。FL信号也被输入到LPF 152。LPF 152的输出被输入到滤波器210和211。
FC信号被输入到HPF 41和LPF 51。HPF 41的输出被输入到滤波器10a和11a。HPF 51的输出被输入到加法器123和124。
加法器125将HPF 141的输出和滤波器10a的输出相加，并将相加结果输出到扬声器2。
加法器123将SL信号、滤波器110的输出、LPF 51的输出和滤波器210的输出相加，并将相加结果输出到扬声器6。
加法器124将滤波器111的输出、LPF 51的输出、滤波器211的输出和SR信号相加，并将相加结果输出到扬声器5。
加法器126将HPF 142的输出、滤波器11a的输出相加，并将相加结果输出到扬声器1。
根据第四个实施例的头戴耳机系统包括一头戴耳机204和用于将声信号输出到头戴耳机204的信号处理电路(未示出)。
如图10A、10B和10C所示，该头戴耳机204除了在第一到第三实施例中所述的元件外，还包括用于仅再生低频带声信号的低频专用扬声器7。
在第一到第三实施例中，扬声器不接触听众的耳朵。在这种情况下，可能会降低低频带声信号的再生程度。为补偿这种声信号再生程度的降低，提供低频专用扬声器7。因此，头戴耳机204可以令人满意地再生出宽频带声信号。
在低频带，声信号的波长相对较长。因此，前传递函数和后传递函数彼此几乎没有区别。也几乎没有传递函数间的个人差别。相应的，头戴耳机204有可以位于其不同位置的低频专用扬声器7。
图10A、10B和10C表示在听众头部的后上半部分附近提供低频专用扬声器7的例子。在此例中，头戴耳机204包括与头戴耳机带20相连的支撑辅助部件21。支撑辅助部件21支撑低频专用扬声器7，以使扬声器7可以位于听众头部的后上半部分附近。
图11A、11B和11C表示在听众头顶附近提供低频专用扬声器7的例子。在此例中，低频专用扬声器7直接与头戴耳机带20相连，以使扬声器7可以位于听众头顶附近。
图12A、12B和12C表示在听众头部的后下部分附近提供低频专用扬声器7的例子。在此例中，头戴耳机204包括可连在听众肩部的支撑辅助部件22。支撑辅助部件22支撑低频专用扬声器7以使扬声器7可以位于听众头部的后下部分附近。
在图10A、10B和10C所示的例子中，支撑辅助部件21和听众头部的接触面积最好较大一些，以稳固低频专用扬声器7。
图13A和13B示出了具有改进形状以增加与听众头部的接触面积的支撑辅助部件21＇。图14A和14B示出了具有另一种改进形状以增加与听众头部的接触面积的支撑辅助部件21″信号处理电路被构成为向低频专用扬声器7输出仅再生低频带声信号的信号。
如上所述，根据第四个实施例，可以通过提供低频专用扬声器来补偿扬声器的低频再生能力的降低，该扬声器不与听众的耳朵接触。
根据第五个实施例的头戴耳机系统包括一头戴耳机205和用于声信号将输出到头戴耳机205的信号处理电路(未示出)。
图15A、15B和15C表示头戴耳机205的顶视图、正视图和侧视图。
如图15A、15B和15C所示，根据第五个实施例的头戴耳机系统除了在第一到第三实施例中描述的头戴耳机元件201到203外，还包括振动单元10和11。该振动单元10和11根据用于仅再生低频带音频信号的专用低频带信号振动。
在第一到第三实施例中，扬声器不接触听众的耳朵。在这种情况下，可能会降低低频带声信号的再生程度。为补偿这种声信号再生程度的降低，提供振动单元10和11。因此，头戴耳机204可以令人满意地再生出宽频带声信号。
在图15A、15B和15C所示的例子中，在扬声器支撑部件30和听众的临时头部区域之间提供振动单元10，在扬声器支撑部件31和听众的另一临时头部区域之间提供振动单元11。
扬声器支撑部件30支撑扬声器1和5。扬声器支撑部件31支撑扬声器2和6。扬声器支撑部件30和31通过头戴耳机带20彼此连接。
提供振动单元10和11以便紧密接触上述临时头部区域。振动单元10和11的振动传递给头盖骨。结果产生骨传导。因此，听众可以辨别出低频带声音。
头戴耳机205另一个优点在于，因为提供了振动单元10和11以便紧密接触临时头部区域，头戴耳机205不可能从听众头部滑下来。
构成包含在根据第五个实施例的头戴耳机系统的信号处理电路，以便向振动单元10和11输出专用低频带信号。
如上所述，根据第五个实施例，可以通过提供振动单元来补偿扬声器低频能力的降低，该扬声器不与听众的耳朵接触。
根据第六个实施例的头戴耳机系统包括一头戴耳机206和用于将声信号输出到头戴耳机206的信号处理电路(未示出)。
该头戴耳机206具有与第一到第六实施例中描述的任何一个头戴耳机201到206相同的结构。
根据第六个实施例，扬声器3和4位于垂直面400的后方，以使直线40和垂直线45之间所成的角度在大约100度和大约120度的范围内，其中直线40在听众的正前方(即，垂直于垂直面400)，垂直线45分别穿过扬声器3和4前表面的中心并垂直于扬声器3和4的前表面。
通过提供扬声器3和4，听众可以辨别出在偏离直线40大约100度和大约120度的范围内的后方的声源。这符合国际电联(ITU)建议的标准BS.775。由于该结构，听众可以辨别出后方的声源同时感受更佳的声音扩张。
在图16的例子中，提供扬声器3和4，以使直线40和穿过扬声器3和4前表面中心的线之间所成的角度大约是110度。
图16中，线41与直线40大约成110度角并穿过听众头部的中心。线42与直线40大约成110度角并穿过听众的左耳孔。提供扬声器4，以使穿过扬声器4前表面中心的线与线41和42平行。
线43与直线40大约成110度角并穿过听众头部的中心。线44与直线40大约成110度角并穿过听众的右耳孔。提供扬声器3，以使穿过扬声器3前表面中心的线与线43和44平行。
图17表示包括角度调整机构的头戴耳机206＇，该角度调整机构关于听众调整扬声器1到4的角度。
在图17所示的例子中，头戴耳机206＇包括用于支撑扬声器1和3的扬声器支撑部件30和支撑扬声器2和4的扬声器支撑部件31。
扬声器1和扬声器支撑部件30通过一铰链机构彼此连接。同样，扬声器3和扬声器支撑部件30、扬声器2和扬声器支撑部件31、扬声器4和扬声器支撑部件31也通过一铰链机构彼此连接。即，扬声器1到4关于连接部分可旋转的被支撑。
通过提供图17所示的角度调整机构，听众头部正前方(图16中直线40的方向)和穿过每个扬声器1到4前表面中心的线之间的角度可以设置为在上述的最佳范围。
该机构还有助于补偿由于不同人之间的差异而造成的扬声器位置和听众耳朵的不期望的偏离。
听众可以通过调整角度选择他/她最喜欢的声场感觉，该角度是听众头部正前方向和穿过每个扬声器1和2前表面中心的线之间的角度，该扬声器1和2位于垂直面400的前方。
扬声器1和2可以相对于听众固定而扬声器3和4可以调整。或者，扬声器3和4可以相对于听众固定而扬声器1和2可以调整。
如上所述，根据第六个实施例，通过在预定范围内设置角度，听众可以在多信道再生中更精确地辨别声场，该角度是听众正前方和穿过扬声器3和4前表面中心的线之间成的角度，扬声器3和4位于听众的后方。
根据第七个实施例的头戴耳机系统包括一头戴耳机207和用于将声信号输出到头戴耳机207的信号处理电路(未示出)。
图18A、18B和18C表示头戴耳机207的顶视图、正视图和侧视图。
如图18A、18B和18C所示，头戴耳机207包括用于反射从扬声器6辐射的声音的反射板510。
如图18A所示，扬声器6被放置为使得其振动膜表面包括连接听众左耳孔和扬声器6中心的直线500。从扬声器6辐射的声音经反射板510反射并到达听众的左耳。
通过如此提供扬声器6和反射板510，关于扬声器6沿直线500向前传送的声音和关于扬声器6沿直线500向后传送的声音彼此相互作用并在直线5001上降低了幅度。从扬声器6沿扬声器6正前方辐射并经反射板510反射的声音没有被降低地到达听众的左耳。因此，听众可以辨别声音，似乎该声音从虚扬声器520辐射过来。
扬声器6的后表面对声音开放。
可提供用于反射从扬声器5辐射的声音的另一块反射板，扬声器5的位置与扬声器6相似。
根据第七个实施例，听众可以利用位于听众头部附近的扬声器5和6辨别出相对远离听众头部的虚扬声器的声音图像。结果，可以减小头戴耳机207的尺寸。
根据本发明，在垂直面的前方提供第一和第二扬声器，该垂直面包括连接听众右耳孔和左耳孔的直线，在垂直面的后方提供第三和第四扬声器，第一到第四扬声器不接触听众的右耳和左耳。
通过按上述方式提供第一到第四扬声器，来自第一扬声器的声信号和来自第三扬声器的声信号分别沿他/她的头部的轮廓到达听众的右耳。来自第二扬声器的声信号和来自第四扬声器的声信号分别沿他/她的头部的轮廓到达听众的左耳。这意味着将关于每个听众前方和后方的传递函数的信息提供给听众。结果，听众可以正确辨别出他/她前方或后方的虚声源，与不同人辨别能力的差异无关。
在本发明一实施例中，在用于使听众辨别出其后方声源的声信号中，将具有预定频率fi或更低频率的声信号输出给第一和第二扬声器，并将该声信号中具有预定频率fi或更高频率的声信号输出给第三和第四扬声器。
通过以此方式使用第一和第二扬声器，再生使听众辨别出其后方声源的一部分声信号，可以减小第三和第四扬声器的大小和重量。
第一和第二扬声器最好位于垂直面的后方，该垂直面包括连接听众右眼和左眼的直线。通过这种安排，可以防止第一和第二扬声器落入听众的视觉范围内。结果，听众可以欣赏在大屏幕上显示的视频而不受到第一和第二扬声器的干扰。
对于本专业技术人员来说，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，各种其它的改变都很明显并且很容易实现。相应地，所附权利要求的范围并不限制在这里所进行的描述中，而是可以被广泛地去理解。
权利要求
1.一种头戴耳机系统，包括一头戴耳机；和一用于将声信号输出到该头戴耳机的信号处理电路，其中该头戴耳机包括用于听众右耳的第一扬声器和第三扬声器，用于听众左耳的第二扬声器和第四扬声器，和用于支撑第一到第四扬声器的支撑物，该支撑物使得第一和第二扬声器位于一垂直面的前方，第三和第四扬声器位于该垂直面的后方，且使第一到第四扬声器不接触听众的右耳和左耳，所述垂直面包括连接听众右耳孔和左耳孔的直线。
2.根据权利要求1的头戴耳机系统，其中该信号处理电路向第一和第二扬声器输出声信号，该声信号用于使听众辨别出位于其前方的前声源。
3.根据权利要求1的头戴耳机系统，其中该信号处理电路向第三和第四扬声器输出声信号，该声信号用于使听众辨别出位于其后方的后声源。
4.根据权利要求1的头戴耳机系统，其中该信号处理电路将用于使听众能够辨别出后声源的声信号中具有预定频率fi或更低频率的声信号输出给第一和第二扬声器，并将该声信号中具有预定频率fi或更高频率的声信号输出给第三和第四扬声器。
5.根据权利要求1的头戴耳机系统，其中该信号处理电路将用于使听众能够辨别出前声源的声信号中具有预定频率fi或更高频率的声信号输出给第一和第二扬声器，并将该声信号中具有预定频率fi或更低频率的声信号输出给第三和第四扬声器。
6.根据权利要求1的头戴耳机系统，其中第一和第二扬声器位于一垂直面的后方，该垂直面包括连接听众右眼和左眼的直线。
7.根据权利要求1的头戴耳机系统，其中第三扬声器被放置为使得听众正前方的直线和穿过第三扬声器前表面中心的竖线之间的角度在大约100度到大约120度的范围内，第四扬声器被放置为使得听众正前方的直线和穿过第四扬声器前表面中心的竖线之间的角度在大约100度到大约120度的范围内。
8.根据权利要求1的头戴耳机系统，其中该头戴耳机还包括用于仅再生低频带音频信号的低频专用扬声器。
9.根据权利要求8的头戴耳机系统，其中当戴上该头戴耳机时，低频专用扬声器位于听众头部的后部附近。
10.根据权利要求8的头戴耳机系统，其中当戴上该头戴耳机时，低频专用扬声器位于听众头部的顶部附近。
11.根据权利要求1的头戴耳机系统，其中该头戴耳机还包括一振动单元，该振动单元用于根据用来仅再生低频带音频信号的专用低频带信号振动，当戴上该头戴耳机时，该振动单元被支撑以便紧密接触听众头部的临时区域。
12.根据权利要求1的头戴耳机系统，其中该支撑物包括用于支撑第一和第三扬声器的第一支撑部件和用于支撑第二和第四扬声器的第二支撑部件，第三扬声器和第一支撑部件通过第一连接部分连接，以便第三扬声器可以关于第一连接部分旋转，且第四扬声器和第二支撑部件通过第二连接部分连接，以便第四扬声器可以关于第二连接部分旋转。
13.根据权利要求1的头戴耳机系统，其中该头戴耳机还包括用于反射从第三扬声器辐射的声音的第一反射板和用于反射从第四扬声器辐射的声音的第二反射板，第三扬声器被放置为使得第三扬声器的振动膜表面包括连接听众右耳孔和第三扬声器中心的直线，且使从第三扬声器辐射并经第一反射板反射的声音到达听众的右耳，及第四扬声器被放置为使得第四扬声器的振动膜表面包括连接听众左耳孔和第四扬声器中心的直线，且使从第四扬声器辐射并经第二反射板反射的声音到达听众的左耳。
全文摘要
一种头戴耳机系统包括一头戴耳机和用于将声信号输出到头戴耳机的信号处理电路。该头戴耳机包括用于听众右耳的第一扬声器和第三扬声器,用于听众左耳的第二扬声器和第四扬声器,和用于支撑第一到第四扬声器以使第一和第二扬声器位于一垂直面的前方,第三和第四扬声器位于该垂直面的后方的支撑物,该垂直面包括连接听众右耳孔和左耳孔的直线。第一到第四扬声器不接触听众的右耳和左耳。
文档编号H04R5/033GK1311622SQ0111133
公开日2001年9月5日 申请日期2001年2月1日 优先权日2000年2月2日
发明者寺井贤一, 桥本裕之, 角张勳, 滨中浩 申请人:松下电器产业株式会社