专利名称：音频特性校正系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及音频特性校正系统，特别是对于从诸如阵列扬声器之类的指向性扬声器发射的声音(或声束)在期望房间的墙面或声音反射板上被反射从而产生虚拟声源的音频环绕系统，其中的音频特性校正系统对在声音反射板上反射的声音的音频特性进行校正。
背景技术：
近来，已经发布了多种类型的音频源并将其投放到公开市场中。例如，因此将5.1声道的多声道音频信号记录在DVD(数字多功能盘)上。用来再现音频源的音频数字环绕系统已经普及到普通家庭。图11是示出了在音频数字环绕系统中扬声器的布局实例的平面图，其中参考符号Zone表示用来执行音频环绕回放的收听房间；参考符号U表示收听位置；参考符号SP-L表示用来再现主左信号L的扬声器；参考符号SP-R表示用来再现主右信号R的扬声器；参考符号SP-C表示用来再现中间信号C的扬声器；参考符号SP-SL表示用来再现左后信号SL的扬声器；参考符号SP-SR表示用来再现右后信号SR的扬声器；参考符号SP-SW表示用来再现超重低音信号(低频信号)LFE的超重低音扬声器(sub-woofer)；参考符号MON表示如电视接收机之类的视频装置。
图11中的音频数字环绕系统可以在收听房间Zone中有效地实现各种音场。然而在该音频数字环绕系统中，多个扬声器在收听房间Zone内被分散配置，该音频数字环绕系统具有以下各种缺点为了将用来环绕回放的后扬声器SP-SL和SP-SR布置在收听位置U的后方，就必须增加各扬声器之间的电线长度，并且后扬声器SP-SL和SP-SR的布置因收听房间Zone的整体形状以及家具布局而受到限制。
作为解决上述缺点的对策，提供一种音频环绕系统，其中，用具有灵敏指向性的各指向性扬声器组成各后扬声器，并且将各后扬声器布置在收听位置的前方，而将声音反射板布置在收听位置的后方。这在例如公开号为H06-178379的日本未审查专利申请中被公开。其中，从指向性扬声器发射的环绕声道声音在声音反射板上被反射，从而显示出与通过将后扬声器布置在收听位置后方而实现的效果相似的效果。图12是示出了在上述日本未审查专利申请公开文献中所公开的音频环绕系统中的扬声器布局实例的平面图，其中参考符号B-L和B-R表示声音反射板。
可以使用如图13所示的另一种方法，其中将位于收听位置后方的后墙面用作声音反射板。例如，公开号为H03-159500的日本未审查专利申请中公开了一种三维立体声回放方法，其中阵列扬声器用来产生在指定空间内的虚拟声源。通过使用这种技术，可以在收听位置的后方产生虚拟扬声器。
如上所述，可以通过在收听位置后方布置声音反射板，或者通过使用收听房间的墙面作为声音反射板来在收听位置后方产生虚拟扬声器。然而，由于墙面或声音反射板的音频特性会影响虚拟扬声器的音频特性，所以这些方法可能很难实现具有良好音频特性的虚拟扬声器。
为解决上述问题而作出本发明；并且本发明的目的之一是提供一种适用于音频环绕系统的音频特性校正系统，在该音频环绕系统中，从指向性扬声器发射的声音在指定房间的墙面或声音反射板上被反射，从而产生虚拟扬声器，其中，对墙面或声音反射板的音频特性进行修正，从而改善虚拟扬声器的音频特性。
发明内容
本发明提供一种适用于音频环绕系统的音频特性校正系统，在该音频环绕系统中，从各个具有灵敏指向性的指向性扬声器发射的声音在预定房间的墙面或声音反射板上被反射，从而产生虚拟扬声器，在该音频特性校正系统中墙面或声音反射板的音频特性被修正。该音频特性校正系统具有特性校正装置用来校正提供给上述指向性扬声器的音频信号的频率-增益特性、频率-相位特性和增益中的至少一个，以这种方法使得在上述墙面或声音反射板上反射的声音在预设的收听位置上具有期望的音频特性。将诸如阵列扬声器或可实现强烈指向性的参量扬声器(parametric speaker)之类的声音发射装置布置在指定位置上；从中输出的声波(即声音)发射到指定墙面或声音反射板上并被反射。因此，可以实现在反射位置上可能实际存在扬声器这样的声音定位。这里的问题是应修正墙面或声音反射板的音频特性。本发明不包括对墙或声音反射板的处理或修改，但可以校正对应于从指向性扬声器发射的声音的音频信号，从而为到达收听位置的声音赋予理想的音频特性(如平滑的音频特性)，或者赋予收听者希望的音频特性。
根据一个实施例，本发明的音频特性校正系统被构成为包括测量装置，用来测量在前述墙面或声音反射板上反射的声音的音频特性；控制装置，用于根据测量结果来控制针对前述特性校正装置的频率-增益特性、频率-相位特性和增益中的至少一个，以这种方法使得在上述墙面或声音反射板上反射的声音在收听位置具有期望的音频特性。
本发明具有用来测量在墙面或声音反射板上反射的声音的音频特性的测量装置，以及用于根据测量结果来控制特性校正装置的频率-增益特性、频率-相位特性和增益中的至少一个的控制装置，以这种方法使得在墙面或声音反射板上反射的声音在收听位置上具有期望的音频特性。根据本发明，可应付由于墙面(或房间)而造成的音频特性差异。通过测量在墙面或声音反射板上反射的声音的音频特性，可以确定是否能得到期望的音频特性。因此，可以通知收听者尽管特性校正装置执行校正也无法实现期望的音频特性。
图1是示出关于根据本发明第一实施例的音频特性校正系统基本部分的构成结构图；图2是示出图1所示特性校正装置内部构成的结构图；
图3A是示出根据第一实施例的音频特性校正操作的简单结构图；图3B示出由音频信号S0实现的平滑频率-增益特性；图3C示出根据图3A所示音频信号S0得到的声音S1的频率-增益特性；图3D示出根据图3C所示声音S1反射而得到的声音S2的频率-增益特性；图3E示出由音频信号S0实现的平滑频率-增益特性；图3F示出通过校正音频信号S0的音频特性而得到的声音S1的频率-增益特性；图3G示出根据图3F所示声音S1的反射而得到的声音S2的频率-增益特性；图4是示出提供给根据本发明第二实施例的音频特性校正系统的指向性扬声器内部构成的结构图，其中使用的是阵列扬声器；图5是用于说明由阵列扬声器实现的虚拟扬声器的指向性控制的图；图6示出了通过使用阵列扬声器实现的多个虚拟扬声器的实例；图7示出了阵列扬声器同步输出主声道和环绕声道音频信号的实例；图8是示出根据本发明第三实施例的音频特性校正系统构成的结构图；图9是示出根据本发明第五实施例的音频特性校正系统构成的结构图；图10是示出根据本发明第六实施例的音频特性校正系统构成的结构图；图11是示出在数字环绕系统中扬声器布局实例的平面图；图12是示出了环绕系统中扬声器布局实例的平面图，其中后扬声器被布置在收听位置前方；以及图13是示出环绕系统中扬声器布局实例的平面图，其中位于收听位置后方的墙面用作声音反射板。
具体实施例方式
下面将参考附图通过举例详细说明本发明的优选实施例。
第一实施例图1是示出根据本发明第一实施例的音频特性校正系统构成的结构图。该音频特性校正系统应用于音频环绕系统，其中图1只示出了环绕声道的构成(即，左后信号SL或右后信号SR)，没有示出主声道的构成(即，主左信号L或主右信号R)。
根据第一实施例的音频特性校正系统由以下装置构成音频信号发生装置1，诸如DVD/CD播放器和AV放大器(音频-视频放大器)；特性校正装置2，用来校正从音频信号发生装置输出的音频信号的频率-增益特性(或频率-振幅特性)、频率-相位特性(或群时延特性)和增益中的至少一个，从而使得在收听房间的墙面或声音反射板4上反射的声音在收听位置U具有期望音频特性；以及指向性扬声器3，用来向墙面或声音反射板4发射声音。
从音频信号发生装置1输出的环绕声道的音频信号S0(即，左后信号SL或右后信号SR)在特性校正装置2中被校正，从而得到音频信号S0’；根据音频信号S0’，指向性扬声器3发射声音S1，然后声音S1在墙面或声音反射板4上被反射；因此，反射的声音S2到达收听位置U。所以可实现这样的声音定位，即，在墙面或声音反射板4的位置上好像实际存在扬声器。该特性校正装置2为音频信号S0赋予期望的频率-增益特性、期望的频率-相位特性或期望的增益，从而输出音频信号S0’。
图2是示出特性校正装置2的构成的结构图。特性校正装置2由以下装置构成A/D转换器(模拟到数字转换器)21，用来将从音频信号发生装置1输出的音频信号S0转换为数字信号；频率特性校正滤波器22，用来校正A/D转换器21的输出信号，以使得在墙面或声音反射板4上反射的声音S2的频率-增益特性在收听位置U具有期望的音频特性；相位特性校正滤波器23，用来校正频率特性校正滤波器22的输出信号，以使得声音S2的频率-相位特性在收听位置U具有期望的音频特性；增益调整电路24，用来调整相位特性校正滤波器23的输出信号的增益，以使得声音S2在收听位置U具有指定的水平(level)；以及D/A转换器(数字到模拟转换器)25，用来将增益调整电路24的输出信号转换为模拟信号。
优选的是，所述频率特性校正滤波器22、相位特性校正滤波器23和增益调整电路24用其特性可被容易地改变的数字电路构成。即，当频率特性校正滤波器22和相位特性校正滤波器23使用数字滤波器时，由于滤波器系数可自由地改变，因此可以实现所有的频率-增益特性和频率-相位特性。此外，当增益调整电路24使用数字乘法器时，可以通过改变乘法系数来自由调整增益。而且，当频率特性校正滤波器22、相位特性校正滤波器23和减调整电路24使用数字电路时，可以依靠外部装置容易地执行控制。
下面，参考图3A到图3G说明校正在墙面或声音反射板4上的频率-增益特性的操作。为了避免声音系统模型实现的复杂性，基于下述假设而设计本实施例，即，假设在房间的空间内建立理想的声音传输特性。
首先说明不执行音频特性校正的操作，即，系统构成中不包括特性校正装置2的操作。当音频信号发生装置1输出音频信号S0时，指向性扬声器3向墙面或声音反射板4发射声音S1。当音频信号S0具有如图3B所示的平滑频率-增益特性，并且指向性扬声器3和空间都具有理想声音传输特性时，声音S1具有如图3C所示的平滑频率-增益特性，并且发射到墙面或声音反射板4上。声音S1反映墙面或声音反射板4的频率-增益特性；因此，到达收听位置U的反射声音S2具有如图3D所示的频率-增益特性。
下面，将说明本实施例所描述的构成中包含特性校正装置2的操作。该特性校正装置2将与墙面或声音反射板4的频率-增益特性相反的特性赋予从音频信号发生装置1输出的音频信号S0(具有如图3E所示的频率-增益特性)。即，特性校正装置2的频率特性校正滤波器22执行校正，从而增加相对于墙面或声音反射板4衰减的指定频率的增益。
由于前述校正，将图3F所示的频率-增益特性赋予指向性扬声器3朝向墙面或声音反射板4而发射的声音S1。当声音S1在墙面或声音反射板4上被反射时，其变得具有如图3D所示的频率-增益特性。结果，如图3D和图3F所示的频率-增益特性互相抵消，从而到达收听位置U的声音S2变得具有如图3G所示的平滑频率-增益特性。如上所述，由指向性扬声器3朝向墙面或声音反射板4发射的声音S1的音频特性通过特性校正装置2被预先校正；因此，可以在收听位置U实现理想的频率-增益特性。
以上说明是关于频率-增益特性的校正；类似的，也可以校正频率-相位特性。即，当随着在墙面或声音反射板4上的反射发生针对特殊频率的相位延迟时，可以依靠特性校正装置2中的相位特性校正滤波器23预先将相应频率在相位上提前。
为了对绝对声压衰减特性进行校正，必须通过特性校正装置2中的增益调整电路24来对增益进行调整，以使得在墙面或声音反射板4上反射的声音S2在收听位置U变得具有最理想的水平(即声压)。
当在收听房间的墙面上得到虚拟扬声器时，存在的问题是虚拟扬声器可能无法实现在实际扬声器中所确保的具有恒定品质的音频特性(即，频率-增益特性、频率-相位特性和增益)，并且由于墙面的材料不同，各房间中的音频特性也可能不同。当将声音反射板用作虚拟扬声器时，为了获得恒定品质或更高品质的音频特性，存在价格变高的可能性。
在本实施例中，将可对墙面或声音反射板4实现的音频特性进行补偿的音频特性预先赋予从指向性扬声器3发射的声音；因此，可以改善在墙面或声音反射板4上反射的声音的音频特性；并且这样实现更实用的虚拟扬声器。
如上所述，该特性校正装置2可用数字滤波器实现。并非必须使用数字滤波器来实现音频特性的校正目的，但是它们可同时实现例如参数均衡器的功能；因此，可用它们来积极地改变系统的频率-相位特性。通过将房间中声场特性的变化积极地加入由特性校正装置2实现的特性中，可以产生适合用户偏好的声场。
顺便提到，本实施例同时校正在墙面或声音反射板4上的频率-增益特性、频率-相位特性和绝对声压衰减特性。由于本发明不必局限于本实施例，所以可以校正上述特性中的至少一个。在图2所示的构成中，A/D转换器21结合在特性校正装置2中。然而，当音频信号发生装置1被设计为输出数字信号时，则不需要A/D转换器21。
第二实施例下面将说明本发明的第二实施例。该第二实施例使用阵列扬声器来作为第一实施例中所示的指向性扬声器3。
图4是示出使用阵列扬声器的指向性扬声器3的构成实例的结构图。第二实施例中的指向性扬声器3包括延迟电路31，用来将与要实现的指向性(声音的焦点位置)相对应的延迟时间提供给从特性校正装置2输出的音频信号S0’；多个增益调整电路32(32-1到32-n)，用来将延迟电路31的输出信号的增益调整到指定水平；多个放大器33(33-1到33-n)，用来放大增益调整电路32的输出信号；以及由放大器33驱动的多个扬声器34(34-1到34-n)。
指向性扬声器3控制从扬声器34发射的声音的指向性，从而使得声音指向指定墙面或声音反射板4。下面将参考图5说明指向性扬声器3的指向性控制。假设圆弧Z是距墙面或声音反射板4的位置P的距离为D而画出的一段圆弧，并且连接位置P与包含在指向性扬声器3中的多个扬声器34(34-1到34-n)的线段被延长并与圆弧Z相交在用虚线圆表示的交点上，从而虚拟扬声器35(35-1到35-n)被布置在虚线圆的位置上。在位置P和虚拟扬声器35之间具有相同的距离D；因此，从虚拟扬声器35发射的声音可在相同的时间到达位置P。
为了确保从包含在指向性扬声3中的扬声器34-i(其中i＝1，2，...，n)发射的所有声音同时到达位置P，需要将对应于扬声器34-i和相应虚拟扬声器35-i之间距离LAi的延迟时间LAi/V(其中，V表示声音传播速度)赋予输入信号。根据阵列扬声器的这一操作原理，指向性扬声器3中的延迟电路31将与扬声器34-i相对应的延迟时间LAi/V赋予输入到此的音频信号S0’，从而得到n个延迟的音频信号。
增益调整电路32-i调整延迟电路31的输出信号增益；之后，放大器33-i放大增益调整电路32-i的输出信号，从而驱动扬声器34-i。由上所述，通过调整赋予与扬声器34-i对应的音频信号的延迟时间，可以控制指向性扬声器3发射的声音的指向性；因此，可以调整扬声器34-i发射的声音在空间中的单个点(即焦点)上的相位。
如上所述，通过使用阵列扬声器，可以实现关于焦点位置的声音定位，该焦点位置对应于空间中可任意设置的单个点，在该焦点可能存在扬声器。这使得在墙面或声音反射板4上布置虚拟扬声器以及产生焦点成为可能，在该焦点墙面或声音反射板4上反射的声音可能聚焦。因此，可以在墙面或声音反射板4与收听位置U之间定义的空间中的期望位置上布置虚拟扬声器。
通过使用包括在阵列扬声器中的多个扬声器，可以同时产生具有不同指向性的多个声音。在这种情况下，如图6所示，可以实现多个虚拟扬声器。另外，如图7所示，可以同时输出主声道音频信号和环绕声道音频信号。在图6的情况下，每个扬声器SP-SL和SP-SR相当于指向性扬声器3；因此，每个扬声器SP-SL和SP-SR同时发射多个具有不同指向性的声音。在图7的情况下，每个扬声器SP-S和SP-S相当于指向性扬声器3；因此，每个扬声器SP-L和SP-R同时发射主声道音频信号和环绕声道音频信号。
顺便提到，当用于阵列扬声器的延迟电路31用数字电路构成时，在特性校正装置2中无需使用D/A转换器25。
第三实施例下面将说明本发明的第三实施例。图8是示出根据第三实施例的音频特性校正系统的结构图，其中与图1所示的第一实施例相同的部分用相同的参考标号表示。第三实施例的音频特性校正系统包括音频信号发生装置1、特性校正装置2、指向性扬声器3、麦克风5、用来分析由麦克风5拾取的声音的音频特性的特性分析装置6、特性校正控制装置7、和用来输出主声道音频信号(即主左信号L或主右信号R)的主扬声器8，所述特性校正控制装置7根据特性分析装置6的分析结果来控制特性校正装置2的频率-增益特性、频率-相位特性和增益中的至少一个，从而使在墙面或声音反射板4上反射的声音S2在收听位置上具有期望的音频特性。上述麦克风5和特性分析装置6构成测量装置，并且特性校正控制装置7构成控制装置。
该音频信号发生装置1产生用于测量的音频信号S0，诸如适合音频特性分析的脉冲信号、具有特定频率带的频带噪声(band noise)和扫描信号。从指向性扬声器3发射的声音S1在墙面或声音反射板4上反射，从而转换为被布置在收听位置上的麦克风5拾取的声音S2。特性分析装置6分析声音S2的音频特性，从而得到系统传输特性，即墙面或声音反射板4的音频特性。特性校正控制装置7计算要赋予音频信号S0的特性，从而修正墙面或声音反射板4的音频特性，这样控制特性校正装置2。
下面将说明用来测量在墙面或声音反射板4上反射的声音S2的频率-增益特性和频率-相位特性的操作，以及根据测量结果用来控制特性校正装置2的频率-增益特性和频率-相位特性的操作。这里，该音频信号发生装置1产生具有某一频带的频带噪声作为用来测量的音频信号S0。在这种情况下，特性校正装置2被置于直通状态(through state) (其中S0＝S0’)，并且主扬声器8被置于OFF状态(即无声状态)。利用指向性扬声器3，将从音频信号发生装置1输出的频带噪声作为声音S1朝向墙面或声音反射板4发射，在那里其被反射，并且之后作为声音S2到达布置在收听位置的麦克风5。
特性分析装置6测量由麦克风5拾取的声音S2的水平(即声压)。在改变了从音频信号发生装置1输出的频带噪声的频率之后，反复执行该测量操作。因此，可以测量声音S2的频率-增益特性。特性分析装置6将声音S2的频率-增益特性的测量结果发送到特性校正控制装置7。
根据由特性分析装置6测量的声音S2的频率-增益特性，特性校正控制装置7计算特性校正装置2中的频率特性校正滤波器22的滤波器特性，从而计算实现滤波器特性的滤波系数，并且将它们设置给频率特性校正滤波器22，从而使得声音在收听位置上具有期望的频率-增益特性。
当音频信号发生装置1产生其频率连续变化的扫描信号或产生脉冲信号来作为用来测量的音频信号S0时，由麦克风5拾取的声音S2在特性分析装置6中被进行数字信号处理，使其可以有效地高精度地测量声音S2的频率-增益特性，并且同时测量声音S2的频率-相位特性。
特性校正控制装置7的操作是在由特性分析装置6测量并分析得到的声音S2的频率-相位特性的基础上进行的，从而其计算特性校正装置2中相位特性校正滤波器23的滤波器特性，从而计算实现滤波器特性的滤波系数并将它们设置到相位特性校正滤波器23，以使得在收听位置实现期望的频率-相位特性。
下面说明用来测量在墙面或声音反射板4上反射的声音S2的绝对声压衰减特性的操作，以及根据测量结果用来控制特性校正装置2的增益的操作。音频信号发生装置1产生具有恒定水平的用于测量的音频信号S0。在这种情况下，特性校正装置2被置于直通状态，并且主扬声器8被置于OFF状态(即无声状态)。指向性扬声器3基于从音频信号发生装置1输出的用来测量的音频信号S0发射声音S1，使得声音S1在墙面或声音反射板4上反射并且成为到达收听位置上的麦克风5的声音S2。该特性分析装置6测量由麦克风5拾取的声音S2的水平(即声压)。
由于指向性扬声器3被置于OFF状态(即无声状态)，用来测量的具有恒定水平的音频信号S0被提供给主扬声器8。在用来测量的音频信号S0的基础上，该主扬声器8产生声音S3，并将其朝向收听位置上的麦克风5发射。该特性分析装置6测量由麦克风5拾取的声音S3的水平(即声压)。参考声音S3的水平，该特性校正控制装置7计算特性校正装置2的增益，从而计算实现该增益的增益系数并将其设置到特性校正装置2中的增益调整电路24，以使得声音S2的水平变得具有最理想值。
在设置了特性校正装置2之后，音频信号发生装置1产生其后提供给主扬声器8的主声道音频信号，并且产生其后提供给特性校正装置2的环绕声道音频信号。
当在收听房间的墙面上实现虚拟扬声器时，由于房间内墙壁的材料差别而存在音频特性差别。根据本实施例，预先测量了墙面或声音反射板4的音频特性。因此，可以应付音频特性的差异。
由于上述测量，直接到达麦克风5的扬声器的声音、通过作为虚拟扬声器的墙面或声音反射板4间接到达麦克风5的声音、以及在其他墙面反射之后到达麦克风5的声音不可避免地混在一起；因此，即使使用混杂数字信号处理技术，也很难只挑选出需要的声音。作为一种在该环境下简化测量的方法，可以使用这样一种方法，其中用定向麦克风作为麦克风5，从而选择性地拾取被测量的声音。
在本实施例中，可根据测量结果将期望的特性设置到特性校正装置2。另外，从音频信号发生装置1输出的用来测量的音频信号S可能被提供给特性校正装置2从而发射声音S1，该声音S1被反射从而得到声音S2，随后针对频率-增益特性、频率-相位特性和绝对声压衰减特性对该声音S2进行再次测量，因此根据再次测量结果将特性再次设置到特性校正装置2。所以可提高校正制度。
本实施例使用了从主扬声器8直接发射到麦克风5的声音S3作为测量关于绝对声压衰减特性的基础。另外，可改变指向性扬声器3的指向性，使得从指向性扬声器3直接发射到麦克风5的声音可被用作测量基础。如上所述，在本实施例中通过使用阵列扬声器可以容易地改变该指向性。
当单个指向性扬声器3(由SP-SL或SP-SR表示的)被用来实现如图6所示的多个虚拟扬声器时，对每一虚拟扬声器提供用来校正音频信号的特性校正装置2可能是必要的。另外，当多个虚拟扬声器被布置在同一墙面时，可以在墙面的单个点上执行前述测量，从而将根据测量结果得到的频率-增益特性、频率-相位特性和增益设置到特性校正装置2。这样简化了测量调整处理。
第四实施例在前述第三实施例中，与墙面或声音反射板上的反射有关的音频特性被测量，从而特性校正控制装置7根据测量结果，为特性校正装置2计算频率-增益特性、频率-相位特性和增益。另外，可将对应于特性校正装置2的频率-增益特性、频率-相位特性和增益的组合的多种类型的校正模式预先设置到特性校正控制装置7，从而该特性校正控制装置7根据测量结果选择适当的校正模式。这就简化了在特性校正控制装置7中的计算处理。
此外，可修改实施例，使得收听者根据在收听位置上的收听结果来为特性校正装置2设置适当的校正模式。在这种情况下，测量处理可实质上被简化。因此，无需使用麦克风5和特性分析装置6。
第五实施例下面将说明本发明的第五实施例。图9是示出根据第五实施例的音频特性校正系统构成的结构图，其中与图8所示第三实施例相同的部分用相同的参考标号表示。通过执行结合第三实施例说明的前述测量，可以测量针对墙面或声音反射板4的音频特性。然而，当使用这种测量功能，例如在具有很高衰减率的吸声墙的情况下，以及在频率-增益特性中存在相对大的波峰值和波谷值的情况下，即使当特性校正装置2根据音频特性的测量结果来执行校正时，在收听位置也不能总是实现期望的音频特性。第五实施例的特点在于当特性校正装置2的期望的校正效果无法期待时，指向性扬声器3的指向性可被自动地改变，从而具有良好音频特性的虚拟扬声器可被布置在墙面或声音反射板4上。
下面，将参考图9说明本实施例的操作。这里，第五实施例与第三实施例在构成方面，以及在对于墙面或声音反射板4上所反射的声音S2的频率-增益特性、频率-相位特性和绝对声压衰减特性的测量操作方面是相同的。
在图9中，特性校正控制装置7a除了具有第三实施例使用的特性校正控制装置7的功能以外，还具有控制指向性扬声器3的指向性的功能，并且在完成测量之后，其向指向性扬声器3中的延迟电路31发送指定的方向性控制系数。该延迟电路31根据该指向性控制系数来改变赋予提供给扬声器34的音频信号的延迟时间，因此改变从指向性扬声器3发射的声音S1的焦点位置。
如上所述，本实施例在改变指向性扬声器3的指向性的同时，重复执行对在墙面或声音反射板4上反射的声音S2的测量。在图9中，指向性扬声器3发射三个声音S1-1、S1-2和S1-3，其每一个都是通过稍许改变指向性而得到的；因此，这些声音在墙面或声音反射板4上被反射从而得到三个其特性被测量的声音S2-1、S2-2和S2-3。该特性校正控制装置7a存储关于声音S2-1、S2-2和S2-3的特性的测量结果，所述声音与在测量中使用的指向性控制系数相关联。
之后，特性校正控制装置7a从存储的声音S2的特性中选择最理想的特性，从而选择相应的指向性控制系数，该指向性控制系数依次对应于墙面或声音反射板4上的位置(即焦点位置)并且被设置为虚拟扬声器的表示位置。
如上所述，本实施例在自动改变指向性扬声器3的指向性的同时执行测量；因此，可以防止在墙面或声音反射板上实现具有较差音频特性的虚拟扬声器。这使得在墙面或声音反射板上能够实现具有良好音频特性的虚拟扬声器。
在改变指向性扬声器3的指向性的同时，通过重复执行对在墙面或声音反射板4上反射的声音S2的测量，当判断出特性校正装置2具有低的校正效果时，特性校正控制装置7a通过通知装置9通知收听者无法获得期望的音频特性。作为一种通知收听者的方法，例如可以打开指定的灯或者将无法获得期望的音频特性的信息显示在显示屏上。随着接收到这样的通知，收听者可以准备另一块具有良好音频特性的声音反射板，从而改善虚拟扬声器的特性。
本实施例自动改变指向性扬声器3的指向性。作为替代，也可提供手动方向控制，由此，当判断出特性校正装置2具有低的校正效果时，该特性校正控制装置7a通过通知装置9通知收听者无法获得期望的音频特性。在这种情况下，收听者可以改变指向性扬声器3的指向性，从而在墙面的另一区域中实现虚拟扬声器；可选的是，收听者可以准备另一具有良好音频特性的声音反射板。
第六实施例下面说明本发明的第六实施例。图10是示出根据第六实施例的音频特性校正系统构成的结构图，其中与图8所示第三实施例相同的部分用相同的参考标号表示。第六实施例的音频特性校正系统包括音频信号发生装置1、特性校正装置2、指向性扬声器3、麦克风5、特性分析装置6b、特性校正控制装置7b、主扬声器8和用来延迟主声道音频信号的延迟校正装置10。该特性分析装置6b测量从主扬声器8发射的声音S3直接到达收听位置的到达时间与从指向性扬声器3发射并被墙面或声音反射板4反射的声音S2到达收听位置的到达时间之间的时间差。该特性校正控制装置7b根据特性分析装置6b的分析结果为延迟校正装置10设置延迟时间，从而使声音S2和S3的到达时间彼此匹配。
由于直接到达收听位置的主扬声器8的声音和通过墙面或声音反射板4的反射而到达收听位置的指向性扬声器3的声音就传播距离而言彼此不同，所以它们到达收听位置的时间也一定彼此不同。为了补偿针对主声道和环绕声道音频信号到达收听位置的到达时间的时间差，本实施例控制赋予主声道音频信号的延迟时间。
作为延迟时间的测量方法，提供用来测量绝对延迟时间的方法，以及用来测量相对于在墙面或声音反射板4上反射的声音S2的相对延迟时间的方法。首先，将说明绝对延迟时间的测量方法。音频信号发生装置1响应从特性分析装置6b输出的触发信号而产生用来测量的音频信号S0，并将其发送到特性校正装置2。该用来测量的音频信号S0通过特性校正装置2被提供给指向性扬声器3，于是声音S1朝向墙面或声音反射板4而发射并在其上被反射，从而得到随后到达处于收听位置的麦克风5的声音S2。特性分析装置6b产生触发信号之后，其还测量麦克风5检测到声音S2的到达时间。
音频信号发生装置1响应从特性分析装置6b输出的触发信号而将用来测量的音频信号S0输出到延迟校正装置10。这时，延迟校正装置10的延迟时间被设置为最小值。用来测量的音频信号S0通过延迟校正装置10提供给主扬声器8，从而将声音S3朝向麦克风5发射。因此，特性分析装置6b在产生触发信号之后测量出麦克风5检测到声音S3的到达时间。之后，特性分析装置6b检测声音S2和S3的到达时间之间的时间差来作为绝对延迟时间。作为替代，音频信号发生装置1可以同时向特性校正装置2和延迟校正装置10提供脉冲信号；之后，根据该脉冲信号测量到达麦克风5的声音S2和S3的到达时间之间的时间差，从而测量绝对延迟时间。
下面将说明相对延迟时间的测量方法。音频信号发生装置1响应从特性分析装置6b输出的触发信号而产生用来测量的音频信号S0，并将其同时发送到特性校正装置2和延迟校正装置10。特性分析装置6b检测由麦克风5拾取的多个声音之间的相互关系，从而计算出相对延迟时间。在这种情况下，可以使用脉冲信号或随机噪声来作为用来测量的音频信号S0。
之后，根据由特性分析装置6b测得的绝对延迟时间或相对延迟时间，特性校正控制装置7b为延迟校正装置10设置延迟值，以使得从主扬声器8发射到收听位置的声音的到达时间与从指向性扬声器3发射到墙面或声音反射板4之后被反射到收听位置的声音的到达时间相匹配。为了容易地确保对延迟时间的精细的调整，优选的是用数字存储器来构成延迟校正装置10。在为延迟校正装置10设置延迟时间之后，音频信号发生装置1将主声道音频信号提供给延迟校正装置10，并且将环绕声道音频信号提供给特性校正装置2。
如上所述，本实施例包括延迟校正装置10，用以延迟主声道音频信号，由此从主扬声器8发射并直接到达收听位置的声音的到达时间可以与从指向性扬声器3发射的由墙面或声音反射板4反射后到达收听位置的声音的到达时间相匹配。
当使用阵列扬声器作为主扬声器8时，阵列扬声器的延迟时间可分担延迟校正装置10的功能。
顺便提到，通过使用微型计算机可实现在第一到第六实施例中所使用的特性分析装置6和6b以及特性校正控制装置7、7a和7b中的至少一部分。
如上所述，本发明适用于这样的环绕系统其中，从指向性扬声器发射的声音在墙面或声音反射板上被反射，以产生虚拟扬声器。
顺便提到，本发明不必局限于上述实施例；并且在本发明范围内的各种变化也可以包含在本发明中。
权利要求
1.一种音频特性校正系统，其适用于音频环绕系统并且用来修正墙面或声音反射板的音频特性，在所述音频环绕系统中，从指向性扬声器发射的声音在墙面或声音反射板上被反射，从而产生虚拟扬声器，所述音频特性校正系统的特征在于对输入到指向性扬声器的音频信号的频率—增益特性、频率—相位特性和增益中的至少一个进行校正，从而使得在墙面或声音反射板上反射的声音，在期望的收听位置具有期望的音频特性。
2.一种音频特性校正系统，其适用于音频环绕系统并且用来修正墙面或声音反射板的音频特性，在所述音频环绕系统中，从指向性扬声器发射的声音在墙面或声音反射板上被反射，从而产生虚拟扬声器，所述音频特性校正系统包括测量装置，用于测量在墙面或声音反射板上反射的声音的音频特性；以及特性校正装置，用于对输入到指向性扬声器的音频信号的频率—增益特性、频率—相位特性和增益中的至少一个进行校正，从而使得在墙面或声音反射板上反射的声音，在期望的收听位置具有期望的音频特性。
3.根据权利要求2所述的音频特性校正系统，还包括控制装置，用于为特性校正装置设置输入到指向性扬声器的音频信号的频率—增益特性、频率—相位特性和增益中的至少一个。
4.根据权利要求1或2所述的音频特性校正系统，其中，用阵列扬声器来构成指向性扬声器。
全文摘要
一种适用于音频环绕系统的音频特性校正系统，在该音频环绕系统中，从指向性扬声器(阵列扬声器)发射的声音在墙面或声音反射板上被反射，从而产生虚拟扬声器，该音频特性校正系统校正输入到指向性扬声器的音频信号的频率－增益特性、频率－相位特性和增益中的至少一个，以使得在所述墙面或声音反射板上反射的声音在期望的收听位置上具有期望的音频特性。
文档编号H04R1/32GK1857031SQ20048002746
公开日2006年11月1日 申请日期2004年9月24日 优先权日2003年9月25日
发明者小长井裕介, 臼井章 申请人:雅马哈株式会社