专利名称：声场再现设备和声场空间再现系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种声场再现设备和声场空间再现系统，该设备和系统提供带有现实感觉的虚拟的现实空间。
背景技术：
扬声器或立体声耳机被用于再现三维声场。当用扬声器时，声场在传播到一定范围的聆听区域中再现。因为声场被综合地再现，声场中的聆听者就能精确地感觉到声场中被想象将被听到的声音。另一方面，当用立体声耳机时，被想象将再现到在声场中的聆听者耳朵的声音通过控制再现和传播到聆听者耳朵的波形而再现到聆听者的耳朵中。
对于常规的三维声场再现，聆听者将自己置于一个虚拟的现实空间中的预先确定的虚拟聆听位置上，该聆听位置是一个固定的位置，从而聆听来自固定的或移动的虚拟声源的再现的声音。但通过这样的技术，聆听者只能听到到达虚拟的现实空间中规定的聆听位置及其附近的声音。或者说，不可能以聆听者能在虚拟的空间中自由移动这样的方式再现声场空间。
为了处理这个问题，专利文件1(日本专利申请待批公报7-312800号)提出了一种再现声音图象的技术，该技术将聆听者的位置，方向，移动速度和移动方向与声场空间中的每个声源的位置，方向，移动速度和移动方向相匹配，该声场空间是假设聆听者用的是立体声耳机，通过处理直接的声音，最初反射的声音以及回响的声音，同时又考虑到该声场空间的各种特性而产生的。
但是，上述专利文件1(日本专利申请待批公报7-312800号)中叙述的技术仅能将空间再现到听见的感觉。也就是说，聆听者不可能获得在虚拟的现实空间中自由移动的感觉或者是自由下落的感觉。
另外，当声场通过立体声耳机的方式再现时，聆听者不可能和其他的聆听者一起共享所产生的声场空间。或者说，聆听者不可能有在再现的声场中和其他聆听者交流的乐趣。例如，不可能向移动车辆或餐车中的乘客提供这样的空间。
关于再现一个空间，聆听者可以获得在一个实际的声源被设置在一个聆听室以及聆听者在该室中移动这样的空间中移动的听觉感受。但是，这就必须准备一个全尺寸的声场空间，而这样的安排是不现实的。
发明内容
鉴于上述问题，因此本发明的一个目的是提供一种声场再现设备和声场空间再现系统，该设备和系统能在一个聆听区域中综合地产生符合要求的声场，通过该设备和系统，在聆听区域中的聆听者能感受到虚拟空间中的声音。
在本发明的一个方面，上述目的通过提供一种声场再现设备而达到，该声场再现设备适合于在现实空间的一个预先确定的区域中从内容数据再现虚拟空间中的声场，该内容数据包括有关虚拟空间中声源位置的信息和响应指出虚拟空间中聆听者位置的有关聆听者位置的信息的声音数据，该设备包括声场综合参数产生装置，频率转换装置，声场综合装置和声场再现装置。声场综合参数产生装置用于响应聆听者位置和声源位置之间相对的位置关系在有关聆听者位置的信息和有关声源位置的信息的基础上产生声场综合参数；频率转换装置用于在作为根据有关聆听者位置的信息和有关声源位置的信息的相对位置关系的函数的声音数据上进行频率转换操作；声场综合装置用于在经受频率转换的声音数据和所产生的声场综合参数上进行回旋操作和综合n个声道中的每一个声道的声音数据；声场再现装置用于进行波前综合的操作，应用所综合的每个声道的声音数据和在预先确定的区域中再现声场。
在本发明的另一个方面提供了一种声场空间再现系统，该系统包括声场再现设备和回响设备。声场再现设备适合于在现实空间的一个预先确定的区域中从内容数据再现虚拟空间中的声场，该内容数据包括有关虚拟空间中声源位置的信息和响应指出虚拟空间中聆听者位置的有关聆听者位置的信息的声音数据；回响设备用于产生在现实空间中的一个虚拟空间中的环境的回响。所述声场再现设备具有声场综合参数产生装置，频率转换装置，声场综合装置和声场再现装置。声场综合参数产生装置用于响应聆听者位置和声源位置之间相对的位置关系在有关聆听者位置的信息和有关声源位置的信息的基础上产生声场综合参数；频率转换装置用于在作为根据有关聆听者位置的信息和有关声源位置的信息的相对位置关系的函数的声音数据上进行频率转换操作；声场综合装置用于在经受频率转换的声音数据和所产生的声场综合参数上进行回旋操作以及综合n个声道中的每一个声道的声音数据；声场再现装置用于进行波前综合的操作，应用所综合的每个声道的声音数据和在预先确定的区域中再现声场。
这样，通过根据本发明的声场再现设备和声场空间再现系统，真实空间的聆听区域中综合产生的声场响应聆听者位置和声源位置之间的相对位置关系在有关聆听者位置的信息和有关声源位置的信息的基础上受到控制。因此，聆听者感受到响应如果存在的聆听者的任何移动的声音图象，而如果聆听者没有移动，则聆听者会感受到自己正在移动的任何一种适当的感觉。
另外，因为声场空间在一个预先确定的区域中再现，所有处在该区域中的聆听者都能分享同一个声场空间。
还有，当物体和空气流的加速响应声音图象相对于聆听者的变化根据有关聆听者位置的信息发生相对于聆听者的变化时，聆听者可以有一种在移动中的自然感受。
图1是根据本发明的声场再现设备第一实施例的说明其构型的示意性框图；图2是记录在可用在第一实施例中的光盘中的数据的示意图；图3是可应用到本发明中的阵列扬声器的示意图；图4A到4D是通过应用本发明实现的声场综合的示意图；图5是可用于本发明的目的的声场综合装置的示意框图；图6是声场再现设备的第一实施例的操作的前半部分流程图；图7是声场再现设备的第一实施例的操作的后半部分流程图；图8是根据本发明的声场再现设备的第二实施例的说明其构型的示意性框图；图9是声场再现设备的第二实施例的操作的流程图；图10是根据本发明的声场再现设备的第三实施例的说明其构型的示意性框图；图11是声场再现设备的第三实施例的操作的流程图；图12是根据本发明的声场空间再现系统的第四实施例的说明其构型的示意性框图；图13是根据本发明的声场空间再现系统的第五实施例的说明其构型的示意性框图。
具体实施例方式
现在，根据本发明的声场再现设备将根据用于再现声场空间的光盘重放单元进行叙述，该光盘重放单元通过应用聆听者用其能感受到所需要的声音图象的阵列扬声器而再现声场空间。应注意，下文叙述中有关声源位置的信息(下文将称为声源位置信息)和有关聆听者位置的信息(下文将称为聆听者位置信息)分别指在虚拟空间中声源的位置和聆听者的位置。
图1是根据本发明的声场再现设备第一实施例的说明其构型的示意性框图。参考图1，以数据包格式的图象数据，文本数据和声音数据以图2A所示的方式复合和记录在和声场再现设备一起使用的作为记录媒介的光盘上。和阵列扬声器的声源一样多的声道如图2B所示被分配给每一个声音包。虚拟声源上的声音数据和有关虚拟声源位置的信息如图2C所示被分配给每一个声道。应注意，为了本发明的目的，声音数据不仅可被用于表达人类的声音，也可用于表达鸟叫声，机动车引擎声，音乐，音响效果以及任何其他声音。
图1所示的第一实施例的声场再现设备包括用于输入虚拟空间中聆听者位置的聆听者位置信息输入单元1，用于以被输入的聆听者位置信息为基础重放光盘的光盘重放单元2，用于去复合再现数据的去复合电路3，用于解码基于聆听者位置信息和声源位置信息选择的数据包中每个声道的声音数据的声音数据解码电路4，用于储存经解码的声源位置信息的声源位置信息储存缓冲器5，用于通过计算机确定根据聆听者位置信息和声源位置信息控制声道的声场综合参数的声场综合参数计算装置6，用于基于声场综合参数和声道的声音数据综合声场的声场综合装置7，用于基于聆听者位置信息控制声场综合参数计算装置和声场综合装置的声场综合控制单元8，用于放大声场为其综合的声道的声音信号的放大器电路9，用于通过使用声道的声源回响声场空间的扬声器系统10，用于解码由去复合电路3分离的文本数据的文本数据解码电路11，用于再现经解码的文本数据的文本再现电路12，用于解码由去复合电路3分离的图象数据的图象数据解码电路13，用于基于聆听者位置信息处理经解码的图象数据的声场图象处理电路14，用于再现已经为声场和图象处理过的图象数据的图象再现电路15，用于将文本套叠在图象上的套叠电路16，和用于显示再现图象的图象显示单元17。
根据本发明，通过应用扬声器系统10的阵列扬声器以在聆听区域回响所需要的声场提供能被多人共享的声场空间。应用这样的阵列扬声器的声场回响系统是一种适合于控制从阵列扬声器发射的声波从而在聆听区域回响声场的声场综合系统，该回响的声场和由从真实空间的声源发射的声波产生的声场完全相同(见inter alia，Takeda et al.，“A Discussion on Synthesis UsingMulti-Channel Speaker Reproduction”，Collected Papers on Reports at AcousticalSociety of Japan，September 2000，pp.407-408)。更具体地说，如图3所示，阵列扬声器受到控制，从而在靠近阵列扬声器的前线限定的评估区域中的每一个以及所有的评估点将由虚拟声源产生的声场和由阵列扬声器产生的声场之间的差异的错误减至最小，并且在评估区域中的声场以这样的方式回响，其发出的声音就好象从虚拟的声源位置发出一样。或者说，串联插入各个扬声器的滤波器的传输函数H1(f)，...，H8(f)以这样的方式受到控制，作为在从虚拟声源位置到评估点的传输函数A(f)和从作为驱动点的阵列扬声器中的每一个扬声器到评估点的所有传输函数H1(f)C1(f)，...，H8(f)C8(f)的总和之间的差异的错误能量。此时，从每一个驱动点(扬声器)到评估点的传输函数C1(f)，...，C8(f)被计算为距离衰减特性，假设驱动点为点声源。这样，从阵列扬声器发出的声波的波前被综合为从声源位置发出的声波，因此，聆听区域中的声场由通过评估区域的声波以这样的方式回响，其发出的声音就好象从虚拟的声源位置发出一样。
例如，在聆听者H如图4A所示在实际声场中通过声源A1，B1，C1移动的情况下回响声场时，控制阵列扬声器的声场综合装置7的特性不受到实际聆听室中聆听者的聆听位置的移动的影响，而仅受到如图4C和4D所示的虚拟声源的移动(例如A3→A4)的影响。
现在将参考图1和图5叙述通过应用阵列扬声器的声场的综合。声场综合参数计算装置6通过计算机确定根据声源位置信息控制阵列扬声器的各个扬声器的声道的数字滤波器系数(H1(f)，...，Hn(f))。如果探测到聆听位置正在根据来自聆听位置信息输入单元1的聆听位置信息移动，声场综合参数计算装置6通过计算机确定相应于聆听位置和声源位置之间的相对位置关系的数字滤波器系数。
如图5所示，声场综合装置7具有滤波器系数修改电路7a，滤波器系数缓冲电路7b，回旋操作电路7c，频率转换系数计算电路7d和频率转换电路7e。滤波器系数修改电路7a修改由声场综合参数计算装置通过计算机确定为聆听位置和声源位置之间的相对位置关系的变化的函数的数字滤波器系数，并将经修改的数字滤波器系数通过滤波器系数缓冲电路7b的途径发送到回旋操作电路7c。由于声源和聆听者的相对移动速度而发生多普勒效应，频率转换系数计算电路7d通过计算机从声源位置信息和聆听者位置信息确定声源的声音数据的频率转换系数并由频率转换电路7e的方式进行频率转换操作。回旋操作电路7c根据经修改的滤波器系数和作为频率转换的结果获得的声音数据进行回旋操作并输出声学信号。因为由于多普勒效应引起的频率变化的范围被确定为通过媒介传播的波的速度和声源或聆听点的移动速度之间的相对关系的函数，虚拟声源的频率转换系数就从声源位置信息中的声源移动速度和聆听点移动速度计算。虽然有各种用于频率转换的技术，日本专利申请待批公报6-20448号中揭示的方法可以适用于本发明的目的。
在这种方法中，声场综合装置7具有不仅应用声场综合滤波器系数进行声音数据的滤波操作，而且为了和由于声源或聆听位置的移动引起的多普勒效应相对应进行声音数据的频率转换操作这样的功能性特征，并且应用阵列扬声器进行聆听区域中声场的回响。因此，虽然聆听者是在一个有限的声音空间中聆听再现的声音，但在聆听区域中的聆听者可具有聆听声音的同时在一个大空间中移动的感受。虽然图5中回旋操作电路7c是在应用有限范围脉冲响应(FIR)滤波器的假设下形成，但其也可以在应用无限脉冲响应(IIR)滤波器的假设下形成。
下文将参考图6叙述第一实施例的声场再现设备的操作。光盘重放单元2基于输入到聆听者位置信息输入单元1的聆听者位置信息从光盘读出如图2所示的复合数据(步骤S6-1)。然后去复合电路3将读出的数据去复合并探测图象数据，文本数据，声音数据及其标题以便将其互相分离(步骤S6-2)。然后取决于光盘重放单元2的再现环境从标题数据选择必要的数据包(步骤S6-3)并将经选择的数据包的数据传输到相应于经选择的数据包标题的解码器(步骤S6-4)。再现环境以聆听者位置信息为基础因此可作为从聆听者位置信息输入单元1输入的聆听者位置信息的函数而变化。
在步骤S6-4中传输到声音数据解码电路4的声音数据和声源位置信息数据被解码并储存在缓冲器中(步骤S6-5)。指出每个声道的声源位置，声源的移动速度和移动方向的声源位置信息被储存在声源位置信息储存缓冲器5中。
声场综合参数计算装置6通过计算机确定用于根据来自声源位置信息储存缓冲器5的声源位置信息控制阵列扬声器的各个声道的数字滤波器的系数(H1(f)，...，Hn(f))(步骤S6-6)。
如果在步骤S6-7中探测到聆听者位置根据来自聆听者位置信息输入单元1的聆听者位置信息移动，声场综合控制单元8将修改信息传输到声场综合参数计算装置6和声场综合装置7以便使其通过计算机再次从作为聆听者位置和声源位置的函数变化的声源的相对位置确定数字滤波器参数(步骤S6-6)。如果没有探测到聆听者位置移动，声场综合装置7通过计算机从声源位置信息和聆听者位置信息确定声音数据的频率转换系数并在频率转换电路7e进行频率转换的操作(步骤S6-8)。
声场综合装置7根据如步骤S6-6中计算的经修改的滤波器系数以及作为在步骤S6-8中频率转换的结果获得的声音数据重复回旋操作，重复的次数等于声源的个数(步骤S6-9)。用于回旋操作的声音数据被输出到阵列扬声器(步骤S6-10)。
在步骤S6-4中从去复合电路3传输的文本数据和图象数据分别由文本数据解码电路11和图象数据解码电路13根据标题数据中包含的编码方法和帧速率解码(步骤S6-11)。然后经解码的图象数据由声场图象处理电路14根据聆听者位置信息处理(步骤S6-12)。例如，图象数据将被处理后响应聆听者的移动而移动场景图象。另一方面，经解码的文本信号根据在标题数据中包含的时序信息叠合在图象信号上(步骤S6-13)并以和显示单元匹配的图象信号格式输出到显示单元(步骤S6-14)。
在这种方法中，作为通过计算机确定数字滤波器系数的结果，聆听者即使完全没有移动也可感觉到好象在移动一样。
储存为一定的声源位置预先通过计算机确定的滤波器系数的滤波器系数库可以替代通过计算机确定数字滤波器系数的声源综合参数计算装置6而使用。滤波器系数库选择和声源位置匹配的滤波器系数。如果声源被发现处于中间位置并且滤波器系数库未储存任何匹配的滤波器系数，就用内推法通过计算机确定滤波器系数。
下文将参考图7叙述包括替代声场综合参数计算装置6的滤波器系数库的声场再现设备的操作。
光盘重放单元2基于输入到聆听者位置信息输入单元1的聆听者位置信息从光盘读出如图2所示的复合数据(步骤S7-1)。然后去复合电路3将读出的数据去复合并探测图象数据，文本数据，声音数据及其标题以便将其互相分离(步骤S7-2)。然后取决于光盘重放单元2的再现环境从标题数据选择必要的数据包(步骤S7-3)并将经选择的数据包的数据传输到相应于经选择的数据包标题的解码器(步骤S7-4)。再现环境以聆听者位置信息为基础因此可作为从聆听者位置信息输入单元1输入的聆听者位置信息的函数而变化。
在步骤S7-4中传输到声音数据解码电路4的声音数据和声源位置信息数据被解码并储存在缓冲器中(步骤S7-5)。指出每个声道的声源位置，声源的移动速度和移动方向的声源位置信息被储存在声源位置信息储存缓冲器5中。
滤波器系数库选择用于根据来自声源位置信息储存缓冲器5的声源位置信息控制阵列扬声器的各个声道的数字滤波器的系数(H1(f)，...，Hn(f))(步骤S7-6)。此时确定将被选择的滤波器系数是否在滤波器系数库中发现(步骤S7-6)。如果确定没有发现将被选择的滤波器系数并且因此声源被发现处于滤波器系数库储存系数参数的两个位置的中间位置，则通过计算机计算内推数据(步骤S7-8)。另一方面，如果确定将选择的滤波器系数在滤波器系数库中被发现，则处理操作进行到步骤S7-9。
如果在步骤7-9探测到聆听者位置根据来自聆听者位置信息输入单元1的聆听者位置信息移动，声场综合控制单元8将修改信息传输到滤波器系数库和声场综合装置7以便使其再次从作为聆听者位置和声源位置的函数变化的声源的相对位置选择数字滤波器系数(步骤S7-6)。如果没有探测到聆听者位置移动，声场综合装置7通过计算机从声源位置信息和聆听者位置信息确定声音数据的频率转换系数并在频率转换电路7e进行频率转换的操作(步骤S7-10)。
声场综合装置7根据如步骤S7-7中选择的滤波器系数或在步骤S7-8中用内推法确定的滤波器系数和作为在步骤7-10中的频率转换的结果获得的声音数据重复回旋操作，重复的次数等于声源的个数(步骤S7-11)。用于回旋操作的声音数据被输出到阵列扬声器(步骤S7-12)。
在步骤S7-4中从去复合电路3传输的文本数据和图象数据分别由文本数据解码电路11和图象数据解码电路13根据标题数据中包含的编码方法和帧速率解码(步骤S7-13)。然后经解码的图象数据由声场图象处理电路14根据聆听者位置信息处理(步骤S7-14)。例如，图象数据将被处理后响应聆听者的移动而移动场景图象。另一方面，经解码的文本信号根据在标题数据中包含的时序信息叠合在图象信号上(步骤S7-15)并以和显示单元匹配的图象信号格式输出到显示单元(步骤S7-16)。
在这种方法中，通过将声场再现设备构型成包括滤波器系数库替代声场综合参数计算装置6用于通过计算机确定控制阵列扬声器的声道的数字滤波器系数，就可以取消通过计算机确定滤波器系数并简化系统。
图8是根据本发明的声场再现设备的第二实施例的说明其构型的示意流程图。将使用的带有本第二实施例的光盘适合于储存和其他信息复合的聆听者位置信息。该光盘储存聆听者2位置的聆听者位置信息，该聆听者位置可随着重放光盘操作的进行而变化。
第二实施例的声场再现设备从储存聆听者位置信息的光盘读取聆听者位置信息并根据该聆听者位置信息再现声场空间。
更具体地说，该实施例的声场再现设备包括用于重放光盘的光盘重放单元201，用于去复合读出数据的去复合电路301，用于解码聆听者位置信息的聆听者位置解码电路18，用于储存经解码的聆听者位置信息的聆听者位置信息储存缓冲器19，用于解码声音数据包的每个声道的声音数据和声源位置信息的声音数据解码电路4，用于储存经解码的声源位置信息的声源位置信息储存缓冲器5，用于通过计算机确定根据聆听者位置信息和声源位置信息控制声道的声场综合参数的声场综合参数计算装置6，用于在声场综合参数和声道的声音数据的基础上综合声场的声场综合装置7，用于在聆听者位置信息的基础上控制声场综合参数计算装置和声场综合装置的声场综合控制单元8，用于放大声场为之综合的声道的声音信号的放大器电路9，用于通过使用n声道的声源回响声场空间的扬声器系统10，用于解码由去复合电路301分离的文本数据的文本数据解码电路11，用于再现经解码的文本数据的文本再现电路12，用于解码由去复合电路301分离的图象数据的图象数据解码电路13，用于在聆听者位置信息的基础上处理经解码的图象数据的声场图象处理电路14，用于再现已经为声场和图象进行过处理的图象数据的图象再现电路15，用于将文本叠合在图象上的叠合电路16以及用于显示再现图象的图象显示单元17。
下文将参考图9叙述第二实施例的声场再现设备的操作。光盘重放单元201从光盘读出复合数据(步骤S9-1)。然后去复合电路301将读出的数据去复合并探测图象数据，文本数据，声音数据及其标题以便将其互相分离(步骤S9-2)。然后取决于光盘重放单元2的再现环境从标题数据选择必要的数据包(步骤S9-3)并将经选择的数据包的数据传输到相应于经选择的数据包标题的解码器(步骤S9-4)。聆听者可从为再现准备的并预先储存在光盘上的场景中选择再现环境。
在步骤S9-4中传输到聆听者位置数据解码电路18的聆听者位置信息数据被解码(步骤S9-5)并根据再现环境输出到声场综合控制单元8和声场图象处理电路14(步骤S9-6)。
在步骤9-4中传输到声音数据解码电路4的声音数据和声源位置信息数据被解码并储存在缓冲器中(步骤S9-7)。指出每个声道的声源位置，声源的移动速度和移动方向的声源位置信息被储存在声源位置信息储存缓冲器5中。
声场综合参数计算装置6根据来自声源位置信息储存缓冲器5的声源位置信息通过计算机确定控制阵列扬声器的各个声道的数字滤波器的系数(H1(f)，...，Hn(f)) (步骤S9-8)。
声源的声音数据的频率转换系数通过计算机从声源位置信息和聆听者位置信息中确定，然后频率转换电路7e进行频率转换的操作(步骤S9-9)。
声场综合装置7根据如步骤S9-8中计算的经修改的滤波器系数以及作为在步骤S9-9中频率转换的结果获得的声音数据重复回旋操作，重复的次数等于声源的个数(步骤S9-10)。用于回旋操作的声音数据被输出到阵列扬声器(步骤S9-11)。
在步骤S9-4中从去复合电路301传输的文本数据和图象数据分别由文本数据解码电路11和图象数据解码电路13根据标题数据中包含的编码方法和帧速率解码(步骤S9-12)。然后经解码的图象数据由声场图象处理电路14根据聆听者位置信息处理(步骤S9-13)。例如，图象数据将被处理后响应聆听者的移动而移动场景图象。另一方面，经解码的文本信号根据在标题数据中包含的时序信息叠合在图象信号上(步骤S9-14)并以和显示单元匹配的图象信号格式输出到显示单元(步骤S9-15)。
滤波器系数库可被用于替代如图7所示通过计算机确定数字滤波器系数的声场综合参数计算装置6。
在这种方法中，通过声场再现设备的第二实施例，如果机动车运动但改变了机动车外的声源和聆听者之间的位置关系，可以再现不改变机动车中的声源和聆听者之间的位置关系的内容数据，因此聆听者可感觉到好象在汽车或火车中移动一样。
图10是根据本发明的声场再现设备第三实施例的说明其构型的示意性框图。通过该第三实施例，设备的操作者为进行数据再现而操作设备，而再现进行控制单元根据进行数据再现的操作和当前的数据再现情形控制重放光盘的操作。光盘储存该设备的操作者用其进行数据再现的操作的进行控制信息，聆听者的位置可以取决于进行数据再现的操作而适当地改变。
这样，通过该声场再现设备的第三实施例，聆听者位置信息被确定为进行数据再现的操作的函数。例如，在TV游戏的情况下，进行数据再现的操作相应于游戏机的操作，数据响应游戏机的操作而读取，聆听者位置根据游戏的控制进行信息而确定。
更具体地说，本实施例的声场再现设备包括由设备的操作者操作的用于进行数据再现的进行操作信息输入单元20，用于响应进行数据再现的操作控制聆听者位置和确定聆听者位置信息的再现进行控制单元21，用于响应进行数据再现的操作重放光盘的光盘重放单元202，用于去复合再现的数据的去复合电路302，用于解码去复合的进行控制数据的进行控制数据解码电路22，用于储存经解码的进行控制信息的进行控制信息储存缓冲器23，用于解码声音数据包的每个声道的声音数据和声源位置信息的声音数据解码电路4，用于储存经解码的声源位置信息的声源位置信息储存缓冲器5，用于通过计算机确定根据聆听者位置信息和声源位置信息控制声道的声场综合参数的声场综合参数计算装置6，用于在声场综合参数和声道的声音数据的基础上综合声场的声场综合装置7，用于在聆听者位置信息的基础上控制声场综合参数计算装置和声场综合装置的声场综合控制单元8，用于放大声场为之综合的声道的声音信号的放大器电路9，用于通过使用n声道的声源回响声场空间的扬声器系统10，用于解码由去复合电路301分离的文本数据的文本数据解码电路11，用于再现经解码的文本数据的文本再现电路12，用于解码由去复合电路302分离的图象数据的图象数据解码电路13，用于在聆听者位置信息的基础上处理经解码的图象数据的声场图象处理电路14，用于再现已经为声场和图象进行过处理的图象数据的图象再现电路15，用于将文本叠合在图象上的叠合电路16以及用于显示再现图象的图象显示单元17。
下文将参考图11叙述第三实施例的声场再现设备的操作。光盘重放单元202在再现进行控制单元21的控制下从光盘读出复合数据(步骤S11-1)。然后去复合电路301将读出的数据去复合并探测图象数据，文本数据，声音数据及其标题以便将其互相分离(步骤S11-2)。然后取决于光盘重放单元2的再现环境从标题数据选择必要的数据包(步骤S11-3)并将经选择的数据包的数据传输到相应于经选择的数据包标题的解码器(步骤S11-4)。再现环境当再现进行控制单元21根据操作者为进行数据再现对设备进行的操作和当前的数据再现情形控制光盘重放单元202时获得。
在步骤S11-4中传输到进行控制数据解码电路22的进行控制数据被解码，经解码的进行控制信息被储存在进行控制信息储存缓冲器23中(步骤S11-5)。再现进行控制单元21比较储存在进行控制信息储存缓冲器23中的进行控制信息和由设备的操作者输入的进行操作信息并根据进行数据再现控制聆听者位置(步骤S11-6)。进行控制信息包括这样的范围上的信息，进行数据再现的操作被允许到这个范围，因此操作者在该范围内进行数据再现的操作。再现进行控制单元21根据进行控制信息确定聆听者位置。在经确定的聆听者位置上的聆听者位置信息被输出到光盘重放单元202，声场综合控制单元8和声场图象处理电路14(步骤S11-7)。
在步骤11-4中传输到声音数据解码电路4的声音数据和声源位置信息数据被解码并储存在缓冲器中(步骤S11-8)。指出每个声道的声源位置，声源的移动速度和移动方向的声源位置信息被储存在声源位置信息储存缓冲器5中。
声场综合参数计算装置6根据来自声源位置信息储存缓冲器5的声源位置信息通过计算机确定控制阵列扬声器的各个声道的数字滤波器的系数(H1(f)，...，Hn(f))(步骤S11-9)。
如果在步骤11-10探测到聆听者位置根据来自聆听者位置信息输入单元1的聆听者位置信息移动，声场综合控制单元8将修改信息传输到声场综合参数计算装置6和声场综合装置7以便使其再次从作为聆听者位置和声源位置的函数变化的声源位置的相对位置通过计算机确定数字滤波器系数(步骤S11-9)。如果没有探测到聆听者位置变化，声场综合装置7通过计算机从声源位置信息和聆听者位置信息确定声源的声音数据的频率转换系数并在频率转换电路7e进行频率转换的操作(步骤S11-11)。
声场综合装置7根据如步骤S11-9中计算的经修改的滤波器系数和作为在步骤S11-11中的频率转换的结果获得的声音数据重复回旋操作，重复的次数等于声源的个数(步骤S11-12)。用于回旋操作的声音数据被输出到阵列扬声器(步骤S11-13)。
在步骤S11-4中从去复合电路302传输的文本数据和图象数据分别由文本数据解码电路11和图象数据解码电路13根据标题数据中包含的编码方法和帧速率解码(步骤S11-14)。然后经解码的图象数据由声场图象处理电路14根据从再现进行控制单元21输出的聆听者位置信息处理(步骤S11-15)。例如，图象数据将被处理后响应聆听者的移动而移动场景图象。另一方面，经解码的文本信号根据在标题数据中包含的时序信息叠合在图象信号上(步骤S11-16)并以和显示单元匹配的图象信号格式输出到显示单元(步骤S11-17)。
滤波器系数库可以用于替代如图7所示通过计算机确定数字滤波器系数的声场综合参数计算装置6。
在这种方法中，通过声场再现设备的第三实施例可以再现取决于如TV游戏的情况中的进行数据再现的操作改变聆听者位置信息的内容数据。
图12是根据本发明的声场空间再现系统的第四实施例的说明其构型的示意性框图。除了和第三实施例相同的声场再现设备以外，该第四实施例还包括用于使聆听者感觉到加速的座位驱动单元，该加速作为由进行数据再现的操作根据聆听者位置信息产生的移动的结果被施加到聆听者。
更具体地说，本发明的第四实施例的声场空间再现系统包括和第三实施例相同的声场再现设备，用于探测聆听者的座位位置的位置传感器24，用于在来自位置传感器24的座位位置信息和来自再现进行控制单元21的聆听者位置信息的基础上控制移动距离和座位加速的移动距离/加速控制单元25，以及用于作为来自移动距离/加速控制单元25的座位的移动距离和加速的函数而驱动座位的座位驱动单元26。
图11的流程图也应用到第四实施例的声场空间再现系统的操作上，因此下文仅叙述控制座位移动单元的操作。再现进行控制单元21根据和其他信息复合并储存在光盘上的进行控制信息和有关进行操作的信息输出聆听者位置信息。移动距离/加速控制单元25基于作为来自再现进行控制单元21的进行控制信息和来自位置传感器24的座位位置信息的函数变化的聆听者位置信息确定使聆听者感到好象正在移动的座位的移动距离和加速并将驱动信号传输到座位驱动单元26。
在这种方法中，第四实施例的声场空间再现系统给聆听者非常自然地移动的感觉。
图13是根据本发明的声场空间再现系统的第五实施例的说明其构型的示意性框图。该第五实施例适合于控制空气体积，空气流方向，空气流速率和空气流温度，该空气流(风)根据由于进行操作产生的移动而可能改变的聆听者位置被施加到聆听者身上。
更具体地说，第五实施例的声场空间再现系统包括和第三实施例相同的声场再现设备以及用于探测聆听区域温度的温度传感器27，用于探测聆听区域中空气体积，空气流方向和空气流速率的空气流传感器28，用于控制将在下文叙述的吹风机30和温度调节单元31的空气体积/空气流方向/空气流速率/温度控制单元29，用于将风吹向聆听区域的吹风机30和用于调节聆听区域温度的温度调节单元31。
图11的流程图也应用于第五实施例的声场空间再现系统的操作，因此下文仅叙述控制吹风机30和温度调节单元31的操作。再现进行控制单元21根据和其他信息复合并储存在光盘上的进行控制信息输出聆听者位置信息和有关进行操作的信息。空气体积/空气流方向/空气流速率/温度控制单元29以聆听者位置信息的基础上根据来自再现进行控制单元21的进行控制信息确定使聆听者感到好象正在移动而必须的空气体积，空气流方向，空气流速率和温度。温度传感器27和空气体积传感器28恒定地探测空气体积，空气流方向，空气流速率和聆听区域的温度并将有关这些因素的信息传递到空气体积/空气流方向/空气流速率/温度控制单元29。
这样，通过第五实施例的声场空间再现系统，风和温度的作用引起触觉，使聆听者自然地感觉到好象正在移动。
虽然操作光盘重放系统被用于上述实施例，但本发明决不限于此。例如，光盘重放系统可以由网络传输/接收单元取代。
通过这样的安排，有关将被再现的图象，文本，声音和声源的信息将从网络分配。网络传输/接收单元访问分配有关图象，文本，声音和声源的服务器并检验用户终端。然后，网络传输/接收单元从用户可得到的图象/声音内容目录选择所需要的内容，将其下载或发送用于再现。不然，系统设备的操作和上述实施例相同。
虽然上文进行了详尽的叙述，根据本发明的声场再现设备和声场空间再现系统作为任意选择的在虚拟空间中聆听者位置的函数作用在聆听者的听觉，视觉和其他感觉上并提供一种给聆听者身历其境的感觉的声场空间。
权利要求
1.一种声场再现设备，该声场再现设备适合于在现实空间的一个预先确定的区域中从内容数据再现虚拟空间中的声场，该内容数据包括有关虚拟空间中声源位置的信息和响应指出虚拟空间中聆听者位置的有关聆听者位置的信息的声音数据，该设备包括声场综合参数产生装置，用于响应聆听者位置和声源位置之间相对的位置关系在有关聆听者位置的信息和有关声源位置的信息的基础上产生声场综合参数；频率转换装置，用于在作为根据有关聆听者位置的信息和有关声源位置的信息的相对位置关系的函数的声音数据上进行频率转换操作；声场综合装置，用于在经受由频率转换装置进行的频率转换的声音数据以及由声场综合参数产生装置产生的声场综合参数上进行回旋操作和综合n个声道中的每一个声道的声音数据；声场再现装置，用于进行波前综合的操作，应用所综合的每个声道的声音数据和在预先确定的区域中再现声场。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中声场综合参数产生装置在聆听者位置和声源位置的相对位置关系的基础上从来自预先储存的声场综合参数的参数中选择声场综合参数。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中内容数据包括图象数据；和该设备进一步包括用于根据有关聆听者位置的信息处理图象数据的图象处理装置。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中内容数据包括有关聆听者位置的信息。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中内容数据包括用于使内容数据的再现进行的进行控制数据；和该设备进一步包括再现进行装置，用于在进行控制数据的基础上进行内容数据的再现；进行操作装置，由聆听者使用以操作内容数据的进行；和再现进行控制装置，用于响应进行操作装置的操作而控制内容数据再现的进行和准备有关聆听者位置的信息。
6.一种声场空间再现系统，该系统包括声场再现设备，适合于在现实空间的一个预先确定的区域中从内容数据再现虚拟空间中的声场，该内容数据包括有关虚拟空间中声源位置的信息和响应指出虚拟空间中聆听者位置的有关聆听者位置的信息的声音数据；和回响设备，用于产生在现实空间中的一个虚拟空间的环境的回响；所述声场再现设备具有声场综合参数产生装置，用于响应聆听者位置和声源位置之间相对的位置关系在有关聆听者位置的信息和有关声源位置的信息的基础上产生声场综合参数；频率转换装置，用于在作为根据有关聆听者位置的信息和有关声源位置的信息的相对位置关系的函数的声音数据上进行频率转换操作；声场综合装置，用于在经受频率转换的声音数据和所产生的声场综合参数上进行回旋操作以及综合n个声道中的每一个声道的声音数据；声场再现装置，用于进行波前综合的操作，应用所综合的每个声道的声音数据和在预先确定的区域中再现声场。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，其中回响设备具有用于根据有关聆听者位置的信息移动聆听者座位的座位移动装置。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，其中回响设备具有用于根据有关聆听者位置的信息向聆听者吹动空气的空气吹动装置。
全文摘要
声场再现设备根据聆听者位置和声源位置之间的相对位置关系产生声场综合参数并根据聆听者位置和声源位置之间的相对位置关系在声音数据上进行频率转换的操作。为了综合每个声道的声源的声音，在经受频率转换的声音数据和所产生的声场综合参数上进行回旋操作。经综合的声音通过应用n声道声源以在预先确定的区域中再现声场经受对于经综合的声音的波前。
文档编号H04R3/12GK1625302SQ20041010062
公开日2005年6月8日 申请日期2004年12月2日 优先权日2003年12月2日
发明者三浦雅美, 矢部进 申请人:索尼株式会社