专利名称：音频信号处理装置和音频信号再现系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有良好的声像定位特性的扬声器和头戴耳机系统、以及使良好的声像定位于任意位置时的音频信号处理装置和音频信号再现系统。
本申请以2003年12月15日在日本国申请的专利申请号2003-417334为基础，主张优先权，并经参考在本申请中引用该申请。
背景技术：
在扬声器装置再现声频信号或音响信号时，为了要遍及宽广频段获得良好频率特性，每一驱动单元或扬声器单元完成良好再现的频段随各口径不同，因而使用具有口径相互不同的低音扬声器、高音扬声器、超高音扬声器等多个驱动单元的多路扬声器系统。
多路扬声器系统的各驱动单元的驱动面位置不一致时，各自的再现频段的再现声之间产生传播时延差。举例说明例如图1所示那样的2路扬声器系统106，该扬声器系统包含使从输入端子100供给的模拟音频信号的低频段通过的LPF(低通滤波器)101上连接的低频段驱动单元102、以及使从输入端子100供给的模拟音频信号的高频段通过的HPF(高通滤波器)103上连接的高频段驱动单元104。图1所示的2路扬声器系统106中，由于低频段驱动单元102的驱动面(音响中心)102a与高频段驱动单元104的驱动面(音响中心)104a位置不一致，因此再现频率的低段和高段，产生传播时延差Δt。这样各驱动单元102、104的驱动面102a、104a位置不一致，则声波的波面因再现频段而产生相位偏差，不能用于取得良好声像定位。
因此，实际的电路扬声器系统中，为了解决该问题，有时设法对齐各驱动单元的驱动面。例如如图2所示，2路扬声器系统107中，将高频段驱动单元104的安装位置往箭头号K所示的后方错开，使得HPF103上连接的高频段驱动单元104的驱动面104a与LPF101上连接的低频段驱动器102的驱动面102a对齐。这时，改善成能传播时延差Δt能接近0。然而，为了将高频段驱动单元104的安装位置往图2中箭头号K方向的后方错开，扬声器箱的外壳108的结构复杂。因此，扬声器系统制作成本高，使扬声器系统昂贵。而且，存在高频段驱动单元104、低频段驱动单元102等各驱动单元的输入信号分隔滤波器特性造成的交界频率上的相位特性变差的问题。
图3示出另一多路扬声器系统的例子。此扬声器系统109中，将驱动高段频率的驱动器104和驱动低段频率的驱动器102配置成同轴，使其驱动轴一致，而且本例中利用支柱104b将高频段驱动单元104固定在外壳(扬声器箱)108上。这种同轴配置的多路扬声器系统109中，结构上将高频段驱动单元104配置在低频段驱动单元102的前面，因而高频段驱动单元104与低频段驱动单元102的声波驱动面错开，产生传播时延差Δt。所以，声波的波面必然因再现频段而产生相位偏差，不好用于取得良好声像定位。
接着，说明用2个扬声器实现任意声像定位的系统。记录电影等视像的伴音，并设想使用多个多声道音频信号，利用置于显示视像的屏幕或显示器的两侧和中央的扬声器以及置于视听者后方或两旁的扬声器对其进行再现。然而，扬声器布局有条件，存在局限于收听室能设置再现多声道声音的多个扬声器的收听者的问题。因此，考虑用少量扬声器(例如2个扬声器)使多声道的输入音频信号的多个声像定位于收听者周围的任意位置。
参照图4和图5，说明使用该2个扬声器构成多个虚拟扬声器声源的例子。从输入端子111对图4所示的扬声器装置110供给模拟音频信号。模—数(A/D)变换器112使模拟音频信号变成数字音频信号后，将其供给信号处理装置113。信号处理装置113中，根据后面参照图17阐述的原理，处理Lch用的音频信号和Rch用的音频信号，并且在数—模(D/A)变换器114R将处理输出变换成模拟音频信号后，由放大器115L和放大器11R加以放大，再供给扬声器116L和扬声器116R。这样，使扬声器116L和扬声器116R输出声波。
接着，参照图5说明扬声器装置110的原理。为了使用声源SL和声源SR虚拟地再现声源SO，设从声源SL到达收听者M的左耳YL、右耳YR的音频信号的传递函数分别为HLL和HLR，从声源SR到达收听者M的左耳YL、右耳YR的音频信号的传递函数分别为HRL和HRR，从声源SO到达收听者M的左耳YL、右耳YR的音频信号的传递函数分别为HOL和HOR，则分别如下面所示式(1)和式(2)那样表示声源SL与声源SO的传递关系和声源SR与声源SO的传递关系。
SL＝{(HOL×HRR-HOR×HRL)/(HLL×HRR-HLR×HRL)}×SO……(1)SR＝{(HOR×HLL-HOL×HLR)/(HLL×HRR-HLR×HRL)}×SO……(2)因此，使声源SO的音频信号Sao通过实现式(1)的传递函数部分的滤波器，从而获得左耳用合成音频信号Sbl，同时使音频信号Sao通过实现式(2)的传递函数部分的滤波器，从而获得右耳用合成音频信号Sbr，并且利用这些左耳用的和右耳用的合成信号Sbl、Sbr，驱动配置在声源SL、SR位置上的2个扬声器，从而能使宛如从声源SO的位置产生音频信号Sao的虚拟声源定位。
对更多的虚拟声源，也可设置虚拟声源数量的上述处理。利用这种方法，少量的扬声器声源能构成多个虚拟扬声器声源，因而能减少实际扬声器数量。
使用这种方法时，存在效果因进行再现的扬声器的特性而不同的问题。即，用式(1)、式(2)所示的传递函数取得期望的特性，相当于进行再现的扬声器的特性在传递函数H＝1时，在一般的扬声器的再现中添加该扬声器的特性，因而产生特性偏差。其结果，存在音质和定位的声像质量变差的问题。
本案申请人在日本国专利公开平9-215084号公报中，揭示了一种音响再现装置，其中以非接触耳朵的状态将扬声器配置在收听者耳旁，对该扬声器供给添加与用户耳朵之间的传递特性的相反特性的音频信号，虽然不接触耳朵，再现装置的频率特性也平坦，不受传递特性影响。
综上所述，在多路扬声器系统中，各驱动单元的驱动面不一致时，各自的再现频段产生传播时延差，波面相位偏移，因而存在妨碍良好声像定位的问题。
为了避免这种问题，采取将各驱动单元的驱动面安装成错开从而以机械方式对齐相位的方法时，也存在扬声器单元的复杂安装结构造成的成本提高和因对各扬声器单元的频带限制滤波器而交界频率上的相位特性失真给音质、声像定位造成不良影响的问题。用2个扬声器使声像定位于扬声器外的任意位置的系统中，存在因再现扬声器特性之差异而声像定位质量变差的问题。
又，上述专利公报记载的音响再现装置在头戴耳机装置那样仅收听者个人使用的音响装置中，虽然做成不将扬声器部分直接固定在收听者的耳朵上，并添加对收听者耳朵的传递特性的相反特性后，将音频信号供给扬声器部分，但未揭示任何多路扬声器系统中对交界频率上的相位特性的影响。
本发明的目的在于提供一种能解决上述已有技术具有的问题的新颖的音频信号处理装置和音频信号再现系统。
本发明的另一目的为在于提供一种在多路扬声器系统中不必对齐各驱动单元的驱动面，就能改善扬声器单元之间的时延差进而能改善声像定位的音频信号处理装置和音频信号再现系统。
发明内容
本发明的音频信号处理装置，对具有按频段划分的至少2个驱动单元的扬声器系统供给音频信号，其中，具有根据扬声器系统的脉冲响应的校正特性、处理输入音频信号的滤波器部件，以校正从扬声器系统的大于等于2个的驱动单元的各驱动面辐射的各声波的相位偏差，并且将滤波器部件进行信号处理后的音频输出信号，供给扬声器系统。
滤波器部件根据扬声器系统的脉冲响应的校正特性(例如反脉冲响应特性)，处理输入音频信号。
本发明的音频信号处理装置，对具有按频段划分的至少2个驱动单元的扬声器系统供给音频信号，其中，具有包括根据扬声器系统的脉冲响应的校正特性处理输入音频信号的FIR滤波器的滤波器部件，以校正从扬声器系统的大于等于2个的驱动单元的各驱动面辐射的各声波的相位偏差，并且将包括FIR滤波器的滤波器部件进行信号处理后的音频输出信号，供给扬声器系统。
包括FIR滤波器的滤波器部件，根据扬声器系统的脉冲响应的校正特性(例如反脉冲响应特性)，处理输入音频信号。
此外，本发明的音频信号处理装置，对具有按频段划分的至少2个驱动单元的扬声器系统供给音频信号，其中，包含具有预先利用测量或计算求出的任意传输特性的第1滤波器部件、以及具有扬声器系统的脉冲响应的校正特性以校正扬声器系统中大于等于2个的驱动单元的各驱动面辐射的各声波的相位偏差的第2滤波器部件，并且将来自第2滤波器部件的音频输出信号，供给扬声器系统。
第1滤波器部件将预先根据测量或计算求出的任意传输特性添加到输入音频信号，第2滤波器部件对第1滤波器部件的输出信号添加扬声器系统的脉冲响应的校正特性。
此外，本发明的音频信号处理装置，对具有按频段划分的至少2个驱动单元的扬声器系统供给音频信号，其中，包含具有预先利用测量或计算求出的群延时特性恒定的频率特性的第1滤波器部件、以及具有扬声器系统的脉冲响应的校正特性以校正扬声器系统中大于等于2个的驱动单元的各驱动面辐射的各声波的相位偏差的第2滤波器部件，并且将来自第2滤波器部件的音频输出信号，供给扬声器系统。
第1滤波器部件将预先根据测量或计算求出的群延时特性恒定的频率特性添加到输入音频信号，第2滤波器部件对第1滤波器部件的输出信号添加扬声器系统的脉冲响应的校正特性。
此外，本发明的音频信号处理装置，对具有按频段划分的至少2个驱动单元的扬声器系统供给音频信号，其中，包含具有预先利用测量或计算求出的将由多个扬声器再现输入信号时的声像定位位置控制在任意位置用的特性的第1滤波器部件、以及具有扬声器系统的脉冲响应的校正特性以校正扬声器系统中大于等于2个的驱动单元的各驱动面辐射的各声波的相位偏差的第2滤波器部件，并且将来自第2滤波器部件的音频输出信号，供给扬声器系统。
第1滤波器部件将预先根据测量或计算求出的将利用多个扬声器再现输入信号时的声像定位位置控制在任意位置用的特性，添加到输入音频信号，第2滤波器部件对第1滤波器部件的输出信号，添加扬声器系统的脉冲响应的校正特性。
此外，本发明的音频信号处理装置，对具有按频段划分的至少2个驱动单元的扬声器系统供给音频信号，其中，包含具有预先利用测量或计算求出的任意房间的脉冲响应特性的第1滤波器部件、以及具有扬声器系统的脉冲响应的校正特性以校正扬声器系统中大于等于2个的驱动单元的各驱动面辐射的各声波的相位偏差的第2滤波器部件，并且将来自第2滤波器部件的音频输出信号供给扬声器系统。
第1滤波器部件将预先根据测量或计算求出的任意房间的脉冲响应特性，添加到输入音频信号，第2滤波器部件对第1滤波器部件的输出信号，添加扬声器系统的脉冲响应的校正特性。
此外，本发明的音频信号处理装置，对具有按频段划分的至少2个驱动单元的扬声器系统供给音频信号，其中，包含具有预先利用测量或计算求出的电声变换装置的脉冲响应特性的第1滤波器部件、以及具有扬声器系统的脉冲响应的校正特性以校正扬声器系统中大于等于2个的驱动单元的各驱动面辐射的各声波的相位偏差的第2滤波器部件，并且将来自第2滤波器部件的音频输出信号，供给扬声器系统。
第1滤波器部件将预先根据测量或计算求出的电声变换装置的脉冲响应特性，添加到输入音频信号，第2滤波器部件对第1滤波器部件的输出信号，添加扬声器系统的脉冲响应的校正特性。
本发明的音频信号处理装置，由于在再现频段不产生传播时延差，波面相位无偏差，因而能取得良好的声像定位，可再现添加的任意传输特性而无特性劣化。又能在具有添加的、群延时特性恒定的任意频率特性的滤波器中再现得特性不变差。还能在添加的将多个扬声器再现输入音频信号时的声像定位位置控制在任意位置的特性的滤波器中再现得特性不变差，从而能取得良好的声像定位特性。又能再现添加的任意房间的脉冲响应且特性不变差，从而能再现与测量的特性等效的房间脉冲响应。还能再现添加的电声变换装置的脉冲响应且特性不变差，从而可再现与电声变换装置等效的的再现声。
本发明的音频信号再现系统，包含具有按频段划分的至少2个驱动单元的扬声器系统、以及具有根据扬声器系统的脉冲响应的校正特性，处理输入音频信号，以校正所述扬声器系统中大于等于2个的驱动单元的各驱动面辐射的各声波的相位偏差的滤波器部件的信号处理装置，并且信号处理装置将滤波器部件进行信号处理后得到的音频输出信号，供给扬声器系统。
本发明的另一音频信号再现系统，包含具有按频段划分的至少2个驱动单元的扬声器系统、以及包括具有预先利用测量或计算求出的任意传输特性的第1滤波器部件、以及具有扬声器系统的脉冲响应的校正特性以校正扬声器系统中大于等于2个的驱动单元的各驱动面辐射的各声波的相位偏差的第2滤波器部件的信号处理装置，并且信号处理装置将来自第2滤波器部件的音频输出信号，供给扬声器系统。
本发明的音频信号处理装置，利用滤波器部件根据扬声器系统的脉冲响应的校正特性(例如反脉冲响应特性)处理输入音频信号，因而扬声器系统的再现频段不产生传播时延差，波面相位无偏差，所以能取得良好的声像定位。
此外，本发明的音频信号处理装置，由于第1滤波器部件将根据预先测量或计算求出的任意传输特性添加到输入信号，第2滤波器部件对第1滤波器部件的输出信号添加扬声器系统的脉冲响应的校正特性，因而扬声器系统的再现频段不产生传播时延差，波面相位无偏差，所以能取得良好的声像定位，可再现添加的任意传输特性而无特性劣化。
此外，本发明的音频信号处理装置，由于第1滤波器部件将根据预先测量或计算求出的群时延特性恒定的频率特性添加到输入信号，第2滤波器部件对第1滤波器部件的输出信号添加扬声器系统的脉冲响应的校正特性，因而能在具有添加的、群时延特性恒定的任意频率特性的滤波器中再现得特性不变差。
此外，本发明的音频信号处理装置，由于第1滤波器部件将根据预先测量或计算求出的将多个扬声器再现输入音频信号时的声像定位位置控制在任意位置用的特性添加到输入信号，第2滤波器部件对第1滤波器部件的输出信号添加扬声器系统的脉冲响应的校正特性，因而能在添加的将多个扬声器再现输入音频信号时的声像定位位置控制在任意位置的特性的滤波器中再现得特性不变差，从而可取得良好的声像定位特性。
此外，本发明的音频信号处理装置，由于第1滤波器部件将根据预先测量或计算求出的任意房间的脉冲响应特性添加到输入信号，第2滤波器部件对第1滤波器部件的输出信号添加扬声器系统的脉冲响应的校正特性，所以能再现添加的任意房间的脉冲响应且特性不变差，从而可再现与测量的特性等效的房间脉冲响应。
此外，本发明的音频信号处理装置，由于第1滤波器部件将根据预先测量或计算求出的电声变换装置的脉冲响应特性添加到输入信号，第2滤波器部件对第1滤波器部件的输出信号添加扬声器系统的脉冲响应的校正特性，所以能再现添加的电声变换装置的脉冲响应且特性不变差，从而可再现与例如被称为名器或很难获得的电声变换装置等效的再现声。
此外，本发明的音频信号再现系统，由于包含具有根据扬声器系统的脉冲响应的校正特性处理输入音频信号，以校正所述扬声器系统中大于等于2个的驱动单元的各驱动面辐射的各声波的相位偏差的滤波器部件的信号处理装置，因而扬声器系统的再现频段不产生传播时延差，波面相位无偏差，所以能取得良好的声像定位。
本发明的音频信号再现系统，由于包含包括具有预先利用测量或计算求出的任意传输特性的第1滤波器部件和具有扬声器系统的脉冲响应的校正特性以校正扬声器系统中大于等于2个的驱动单元的各驱动面辐射的各声波的相位偏差的第2滤波器部件的信号处理装置，因而能再现添加的任意传输特性且特性不变差。
从下文中参照附图阐述的实施方式说明，会进一步明白本发明的其它目的、本发明取得的具体优点。
图1是示出各驱动单元的驱动面未对齐的2路扬声器系统的电路框图。
图2是示出各驱动单元的驱动面对齐的2路扬声器系统的电路框图。
图3是示出同轴配置的2路扬声器系统的电路框图。
图4是示出用2个扬声器实现任意声像定位的系统的电路框图。
图5是说明用2个扬声器实现任意声像定位的系统的原理用的俯视图。
图6是示出本发明实施方式1的音频信号再现系统的电路框图。
图7A是示出构成音频信号再现系统的多路扬声器系统的脉冲响应特性的特性图，图7B是示出其振幅频率特性的特性图。
图8A是示出多路扬声器系统的反脉冲响应的特性图，图8B是示出其振幅频率特性的特性图。
图9A至图9C是说明反脉冲响应特性的计算原理用的图。
图10A是示出接近脉冲的脉冲响应的特性图，图10B是示出其振幅频率特性的特性图。
图11是示出数字滤波器具体例的电路图。
图12是概略示出在构成本发明实施方式2的音频信号再现系统的信号处理装置内部进行的信号处理的框图。
图13是示出在信号处理装置内部进行的信号处理具体例的框图。
图14A是示出群延时恒定的滤波器振幅特性的特性图，图14B是示出其脉冲响应的特性图。
图15是示出本发明实施方式3的音频信号再现系统的电路框图。
图16是示出构成本发明实施方式3的音频信号再现系统的信号处理装置的内部组成的电路框图。
图17是示出本发明实施方式9的音频信号再现系统的电路框图。
具体实施例方式
下面，说明实施本发明用的若干实施方式。
实施方式1是图6所示的音频信号再现系统1。在这种音频信号再现系统1中，设想将数字音频信号当作输入信号进行说明。但是，模拟音频信号时，通过首先进行模—数变换，也能同样处理。
图6中，该音频信号再现系统1，具有对从输入端子2输入的数字音频信号添加后面阐述的特性的信号处理装置3、将来自信号处理装置3的处理输出变换成模拟信号的数—模变换器4、对来自数—模变换器4的模拟信号进行放大的功率放大器5、以及包含连接LPF8的低频段驱动器9和连接HPF10的高频段驱动器11的2路扬声器系统7。
2路扬声器系统7与上述图1所示的扬声器系统106相同，其扬声器的低频段驱动单元9的驱动面9a与高频段驱动器11的驱动面11a错开，使再现频率的低频段与高频段产生传播时延差Δt，从而产生声波相位差。
这种组成的音频信号再现系统1，其信号处理装置3对从输入端子2输入的数字音频信号添加例如反特性，作为扬声器系统7的脉冲响应的校正特性。然后，数—模变换器使其复原为模拟信号，并经功率放大器5放大后，供给扬声器系统7。扬声器系统7从低频段驱动单元9的驱动面9a，将通过LPF8的低频段作为低音声波输出，同时从高频段驱动单元11的驱动面11a，将通过HPF10的高频段作为高音声波输出。
添加的校正特性事先测量同时驱动高频带驱动单元11和低频段驱动单元9两者时的扬声器系统7的综合脉冲响应，并利用运算求出其反特性。
例如，设图6示出的扬声器系统7具有图7A所示的脉冲响应和作为其频率区域中的表现的图7B所示的频率特性。算出图7A所示的脉冲响应的反特性，则获得图8A所示的脉冲响应(反脉冲响应)。这时的图8B是振幅频率特性。
根据下面的原理进行反脉冲响应特性的计算。将图9A所示的脉冲IP输入到函数A时，取得脉冲响应RI。将图9B所示那样使该脉冲响应RI返回脉冲IP的传递函数当作反函数A-1。此反函数A-1中如图9C那样输入脉冲IP时，取得反脉冲响应IRI。但是，在低音区中，根据低频段驱动单元9的再现能力(例如非线性失真特性、容许输入电平等条件)，使其滚降(ロ一ルオフ)。
在信号处理装置3中，利用数字滤波器实现此反脉冲响应特性(反脉冲响应)IRI。如果将该反脉冲响应输入到具有函数A的扬声器系统7，则取得脉冲响应IP。因此，在相同的测量点策划扬声器特性时，能取得图10B所示的平坦振幅频率特性和图10A所示的接近脉冲的脉冲响应特性。
接着，说明实现反脉冲响应特性的音频信号再现系统1的信号处理装置3。具体而言，信号处理装置3使用例如图11所示的数字滤波器20实现上述反脉冲响应特性。
图11所示的数字滤波器20中，通过输入端子21将数字音频信号SD串行供给多个延迟电路22～22，同时还将从端子21和延迟电路22～22得到的信号供给乘法电路23～23，使其乘法输出通过加法电路24～24后，在输出端子25上取出。这时，延迟电路22～22给予数字音频信号SD其1周期(1单位时间)τ的延迟，乘法电路23～23以系数的方式具有上述反脉冲响应特性。
上述图2所示的低频段驱动器102的驱动面102a和高频段驱动器104的驱动面104a对齐的理想2路扬声器系统107能忽略各个驱动单元本身具有的脉冲响应时间范围时，不产生上述相位偏差，因而输入脉冲，则如图7A所示，脉冲原样给出，而非具有时间范围的脉冲响应。
这表示即使图6所示的多路扬声器系统7中，如果添入脉冲后，给出脉冲，也等效于低频段驱动单元9的驱动面9a与高频带驱动单元11的驱动面11a对齐。
因此，多路扬声器系统7改善多个扬声器驱动单元的传输时延差造成的传输特性变差，实质上确保各单元相位相同。所以，在包含由信号处理装置3构成的音频信号再现系统1的系统中，对图11所示的数字滤波器20输入音频信号，从而能获得具有良好的声像定位和音质的扬声器再现系统。
本实施方式中，为了说明方便，取为具有LPF8和HPF10的多路扬声器系统，但可根据各驱动单元的再现频率特性，省略滤波器的任一方或双方。这时，也能用本发明。
接着，说明本发明实施方式2。本实施方式2是系统组成与图6所示的相同的音频信号再现系统30。此音频信号再现系统30与实施方式1的音频信号再现系统1不同的是，信号处理装置31内部的信号处理。如图12所示，信号处理装置31进行的信号处理包含具有预先利用测量或计算求出的任意传输特性的滤波器部33、以及实施多路扬声器系统的反脉冲响应特性的滤波器部34。对从输入端子32输入的数字音频信号SD添加滤波器部33根据计算求出的任意传输特性后，滤波器部34添加反脉冲响应特性。具体而言，如图13所示，滤波器部33作为均衡器起作用，对数字音频信号SD添加用户任意设定的频率特性。滤波器部34对滤波器部33的输出数字音频信号添加实施方式1说明的多路扬声器系统7的反特性。
说明滤波器部33实施的均衡器功能。滤波器部33进行均衡器处理时，例如进行添加图14所示的频率1kHz附近为峰值的振幅频率特性的处理时，对数字音频信号SD添加群延时特性恒定的频率特性。
群时延恒定的含义为频段不因时延而变化，因而相位关系不因频段而走样。群时延恒定的滤波器是指例如抽头数为奇数的FIR滤波器的情况下，以第(抽头数+1)/2个乘法器为中心，各乘法系数左右对称。当然，抽头数为偶数时，也左右对称。抽头数2t的FIR滤波器具有与t抽头数相当的群时延。可用图11所示的FIR滤波器实现该群时延特性固定的滤波器。
滤波器部34实施的多路扬声器系统的反特性是已说明那样的特性，利用图11所示的FIR滤波器20对输入信号添加反特性，从而实现图14B所示的脉冲响应。因此，大体上能忽略多路扬声器系统7固有的特性。
其结果，实施方式2的音频信号再现系统30通过使图12、图13所示的处理在信号处理装置31中起作用，能对扬声器输出的脉冲响应排除多路扬声器系统固有的脉冲响应，全部作为仅群延时特性恒定的输出。因此，添加任意频率特性时，能消除特定频率相位偏差，取得在音质和声像定位两方面都良好的多路扬声器系统。
接着，说明本发明实施方式3。该实施方式3是图15所示的组成的音频信号再现系统40，其中用2个扬声器构成虚拟扬声器声源，使声像定位于任意位置。该系统如上述图5所示那样用声源SL和声源SR虚拟地再现声源SO时，排除左右扬声器系统的固有脉冲响应，取得良好的声像定位特性。
因此，音频信号再现系统40具有对从输入端子41L输入的Lch用的音频信号和从输入端子41R输入的Rch用的音频信号实施使声像定位于任意位置还同时使2个扬声器的扬声器系统的影响忽略的处理的信号处理装置42、将来自信号处理装置42的Lch用处理输出和Rch用处理输出变换成模拟信号的数—模变换器43L和数—模变换器43R、放大来自数—模变换器43L和数—模变换器R的模拟信号的放大器44L和放大器44R、以及将来自放大器44L和放大器44R的放大输出变换成声波的多路扬声器系统45L和45R。
信号处理装置42如图16所示，具有包含滤波器47a、47b、47c和47d的滤波器部47，以便使声像定位于任意位置。滤波器部47由滤波器47a、47b、47c和47d构成具有使用2个扬声器使声像定位于任意位置的特性的声像定位滤波器。滤波器47a、47b对来自输入端子41L的数字信号SL叠加将与上述式(1)、式(2)的传递函数部分相同的传递函数变化到时间轴的脉冲响应。滤波器47ac、47d对来自输入端子41R的数字信号SR叠加将与上述式(1)、式(2)的传递函数部分相同的传递函数变化到时间轴的脉冲响应。加法器48L将滤波器47a的滤波器输出和滤波器47c的滤波器输出相加。加法器48R将滤波器47b的滤波器输出和滤波器47d的滤波器输出相加。
加法器48L算出与式(3)相当的加法输出。
HOL×SO＝HLL×SL+HRL×SR……(3)加法器48R算出与式(4)相当的加法输出。
HOL×SO＝HLR×SL+HRR×SR……(4)式(3)×HRR-式(4)×HRL，则为(HOL×HRR-HOR×HRL)SO＝(HLL×HRR-HLR×HRL)SL，将该式加以变换，就成为式(1)。
式(4)×HLL-式(3)×HLR，则为(HOL×HRR-HOR×HRL)SO＝(HLL×HRR-HLR×HRL)SL，将该式加以变换，就成为式(2)。
因此，声源SO音频信号Sao通过加法器48L的系统后，成为左耳用合成音频信号，并且通过加法器48R的系统后，成为右耳用合成音频信号。即，通过驱动配置在声源SL、SR的位置的2个扬声器，能使宛如从声源SO的位置产生音频信号Sao的虚拟声源定位。
此外，在信号处理装置42中，使左耳用合成音频信号通过添加多路扬声器系统45L的反特性的滤波器49L，使右耳用合成音频信号通过添加多路扬声器系统45R的反特性的滤波器49R。
关于扬声器反特性，如上述实施方式1和实施方式2所说明。因此，将实现的声像定位滤波器的输出在扬声器反特性中通过后，供给多路扬声器系统45L、45R，从而能忽略扬声器特性的影响，取得良好的声像定位特性。
滤波器部构成具有用2个扬声器，使声像定位于任意位置的特性的声像定位滤波器，但声源数量为1个或者3个或更多时也同样能处理。用图11所示的FIR滤波器构成各声像定位滤波器。
接着，说明本发明实施方式4。此实施方式4是系统组成与图15所示的相同的音频信号再现系统51。此音频信号再现系统51与实施方式3的音频信号再现系统40不同的，是信号处理装置52内部的一部分信号处理。信号处理装置52的概略组成与图16相同，但不同点是滤波器53在FIR滤波器处理根据测量或计算求出的厅堂或任意房间的脉冲响应。滤波器部53的滤波器53a、53b利用上述根据测量或计算求出的厅堂和任意房间的脉冲响应再现左声源至收听者的左耳、右耳的传递函数，将其叠加到数字信号。滤波器53c、53d利用上述根据测量或计算求出的厅堂和任意房间的脉冲响应再现右声源至收听者的左耳、右耳的传递函数，将其叠加到数字信号。加法器54L将滤波器53a的滤波器输出与滤波器53c的滤波器输出相加。加法器54R将滤波器53b的滤波器输出与滤波器53d的滤波器输出相加。这样，信号处理装置52能再现具有厅堂和任意房间等不同环境下的声场特性的声音。该声音保持原样并进一步添加再现多路扬声器系统45L、45R的声音，难以正确再现声场，因而信号处理装置52进一步使加法器54L的加法输出和加法器R的加法输出通过添加多路扬声器系统45L的反特性的滤波器49L和添加多路扬声器系统45R的反特性的滤波器49R。
关于扬声器反特性，如上述实施方式1和实施方式2所说明。因此，使实现的声场滤波器的输出在扬声器反特性中通过后，供给多路扬声器系统45L、45R，从而能忽略扬声器特性的影响，取得接近测量声场的环境的良好声场特性。
接着，说明本发明实施方式5。此实施方式5，是系统组成与图6所示的相同的音频信号再现系统60。此音频信号再现系统60与实施方式1和实施方式2的音频信号再现系统1和30的不同点是信号处理装置61内部的信号处理。
如图12所示，信号处理装置61进行的信号处理，包含具有预先根据测量或计算求出的任意传输特性的滤波器部33以及实现扬声器的反脉冲响应特性的滤波器部34。详细而言，与图13相同，滤波器部33作为均衡器部起作用，对数字音频信号添加用户任意设定的频率特性。滤波器部34对滤波器部33的输出数字音频信号添加上述实施方式1说明的多路扬声器系统7的反特性。
但是，滤波器部33用图11所示的FIR滤波器构成根据测量或计算求出的其它扬声器的脉冲响应。利用滤波器部33的FIR滤波器实现被称为名器的扬声器的脉冲响应。然后，使添加实现的扬声器脉冲响应的音频信号通过添加多路扬声器系统45L的反特性的滤波器49L和添加多路扬声器系统45R的反特性的滤波器49R后，供给多路扬声器系统45L、45R，从而能忽略扬声器特性的影响，可极为忠实地再现其它被称为名器的扬声器的特性。
接着，说明本发明实施方式6。此实施方式6是系统组成与图6所示的相同的音频信号再现系统70。此音频信号再现系统70与实施方式1、2和5的音频信号再现系统1、30和60的不同点是信号处理装置71内部的信号处理。
如图12所示，信号处理装置71进行的信号处理包含具有预先根据测量或计算求出的任意传输特性的滤波器部33以及实现扬声器的反脉冲响应特性的滤波器部34。详细而言，与图13相同，滤波器部33作为均衡器部起作用，对数字音频信号添加用户任意设定的频率特性。滤波器部34对滤波器部33的输出数字音频信号添加上述实施方式1说明的多路扬声器系统7的反特性。
但是，滤波器部33用FIR滤波器构成根据测量或计算求出的记录笔的脉冲响应。利用滤波器部33的FIR滤波器实现被称为名器的记录笔和当前很难获得的记录笔的脉冲响应。然后，使添加实现的记录笔脉冲响应的音频信号通过添加多路扬声器系统45L的反特性的滤波器49L和添加多路扬声器系统45R的反特性的滤波器49R后，供给多路扬声器系统45L、45R，从而能忽略扬声器特性的影响，可极为忠实地再现并听到记录笔原来的特性。
接着，说明本发明实施方式7。此实施方式7是系统组成与图6所示的相同的音频信号再现系统80。此音频信号再现系统80与实施方式1、2、5和6的音频信号再现系统1、30、60和70的不同点是信号处理装置81内部的信号处理。
如图12所示，信号处理装置81进行的信号处理包含具有预先根据测量或计算求出的任意传输特性的滤波器部33以及实现扬声器的反脉冲响应特性的滤波器部34。详细而言，与图13相同，滤波器部33作为均衡器部起作用，对数字音频信号添加用户任意设定的频率特性。滤波器部34对滤波器部33的输出数字音频信号添加上述实施方式1说明的多路扬声器系统7的反特性。
但是，滤波器部33用FIR滤波器构成根据测量或计算求出的录放机的脉冲响应。录放机是放音机、磁带录音机、CD播放机、MD播放机等。也可以是被称为名器的录放机和当前很难获得的录放机。利用滤波器部33的FIR滤波器实现脉冲响应。然后，使添加实现的录放机脉冲响应的音频信号通过添加多路扬声器系统45L的反特性的滤波器49L和添加多路扬声器系统45R的反特性的滤波器49R后，供给多路扬声器系统45L、45R，从而能忽略扬声器特性的影响，可极为忠实地再现并听到录放机原来的特性。
接着，说明本发明实施方式8。此实施方式8是系统组成与图6所示的相同的音频信号再现系统90。此音频信号再现系统90与实施方式1、2、5、6和7的音频信号再现系统1、30、60、70和80的不同点是信号处理装置91内部的信号处理。
信号处理装置91进行的信号处理如图12所示，详细而言，与图13相同。但是，滤波器部33用FIR滤波器构成根据测量和计算求出的扩音机放大器的脉冲响应。可以是被称为名器的放大器和当前很难获得的放大器。利用滤波器部33的FIR滤波器实现脉冲响应。然后，使添加实现的放大器脉冲响应的音频信号通过添加多路扬声器系统45L的反特性的滤波器49L和添加多路扬声器系统45R的反特性的滤波器49R后，供给多路扬声器系统45L、45R，从而能忽略扬声器特性的影响，可极为忠实地再现并听到扩音机原来的特性。
接着，说明本发明实施方式9。此实施方式9是一种音频信号再现系统，构成用FIR滤波器实现根据测量或计算求出的多个电声变换器的脉冲响应，同时还使决定脉冲响应的滤波器系数可变，从而根据用户的选择或通过改写系数，有选择且可变地再现多个电声变换器的特性。电声变换器是扬声器和头戴耳机系统、记录笔、录放机、带频率特性的装置、扩音机等。
如图17所示，音频信号再现系统120具有对从输入端子121输入的数字音频信号添加后面阐述的特性的信号处理装置122、将来自信号处理装置122的处理输出变换成模拟信号的数—模变换器123、放大来自数—模变换器123的模拟信号的功率放大器124、以及包含连接LPF8的低频段驱动单元9和连接HPF10的高频带驱动单元11的2路扬声器系统7。
音频信号再现系统120，还具有存储多个电声变换器的脉冲响应特性并同时形成脉冲响应改写工作区的存储装置125、选择存储装置125存储的上述脉冲响应并同时进行改写用的控制的控制装置126、以及根据用户的喜好等通过控制装置126选择上述脉冲响应的特性用的特性选择部件127。
如图12所示，信号处理装置122进行的信号处理，包含具有预先根据测量或计算求出的任意传输特性的滤波器部33、以及实现扬声器的反脉冲响应特性的滤波器部34。详细而言，与图13相同，滤波器部33作为均衡器部起作用，对数字音频信号添加用户任意设定的频率特性。滤波器部34对滤波器部33的输出数字音频信号添加上述实施方式1说明的多路扬声器系统7的反特性。
但是，滤波器部33用FIR滤波器构成根据测量或计算求出的多个电声变换器的脉冲响应。将该滤波器用的多个电声变换器的脉冲响应做成能利用来自控制装置126的控制自由改变。存储装置125中存储多个脉冲响应数据，因而用户在控制装置126的控制下，利用特性选择部件127根据声源或喜好选择其中的特性。根据从存储装置125选择的脉冲响应特性改写信号处理装置内的系数，能以新系数收听声音。使此输出通过添加多路扬声器系统7的反特性的滤波器部34后，供给多路扬声器系统7，从而能忽略扬声器特性的影响，有选择且极忠实地再现并听到多个电声变换器原来的特性。
例如，将扬声器用作电声变换器时，能根据音乐源等自由选择并添加较佳的扬声器特性，因而能以比全部切换多个扬声器进行收听时显著简便的方法实现该特性。
在上述一系列说明中，为了说明方便，以将图12的滤波器部和反扬声器特性部分开的方式进行了说明，但用1个滤波器部件当然也能实现通过综合(卷积)该两部的特性后得到的综合特性。
在上述实施方式中，参照图12、图13和图16说明的系统，可交换其滤波器配置，例如可在图13的滤波器部33的前级，设置反扬声器特性滤波器部34。当然也可综合这些滤波器特性并构成1个滤波器。
在上述各实施方式中，与图1所示的2路扬声器系统106相同，都采用低频段驱动单元9的驱动面9a与高频带驱动单元11的驱动面11a不对齐的多路扬声器系统，但也可用上述图15所示那样同轴配置的2路扬声器系统。同轴配置的2路扬声器系统如上文所述，在同一轴上配置高频带驱动单元104和低频段驱动单元102，使其驱动轴一致；由于结构上将高频带驱动单元104配置在低频段驱动单元102的前面，高频带驱动单元104与低频段驱动单元102的声波驱动面错开，产生传播时延差Δt。因此，声波的波面必然因再现频段而相位产生偏差，不能用于取得良好的声像定位。
在本发明的各实施方式中，即使例如图3所示的多个扬声器驱动单元的传输时延差造成的传输特性变差，也能加以改善，从而实质上确保各单元相位相同。因此，通过对包含由信号处理装置3等构成数字滤波器20的音频信号再现系统1等的系统输入音频信号，能获得具有良好的声像定位和音质的扬声器再现系统。
本领域的技术人员会明白本发明不限于参照
的上述实施例，可进行各种更改、置换或与其相当的变换，而不脱离所附权利要求书的范围及其主旨。
权利要求
1.一种音频信号处理装置，对具有按频段划分的至少2个的驱动单元的扬声器系统供给音频信号，其特征在于，具有根据所述扬声器系统的脉冲响应的校正特性，处理输入音频信号的滤波器部件，以校正从所述扬声器系统的所述大于等于2个的驱动单元的各驱动面辐射的各声波的相位偏差，并且将所述滤波器部件进行信号处理后的音频输出信号，供给所述扬声器系统。
2.如权利要求1中所述的音频信号处理装置，其特征在于，将所述大于等于2个的驱动单元，构成以同轴配置方式安装再现高频段的驱动单元和再现低频段的驱动单元。
3.如权利要求1中所述的音频信号处理装置，其特征在于，所述滤波器部件利用FIR滤波器处理所述输入音频信号，以实现所述脉冲响应的校正特性。
4.一种音频信号处理装置，对具有按频段划分的至少2个的驱动单元的扬声器系统供给音频信号，其特征在于，包含具有预先利用测量或计算求出的任意传输特性的第1滤波器部件、以及具有所述扬声器系统的脉冲响应的校正特性以校正所述扬声器系统中所述大于等于2个的驱动单元的各驱动面辐射的各声波的相位偏差的第2滤波器部件，并且将来自所述第2滤波器部件的音频输出信号，供给所述扬声器系统。
5.如权利要求4中所述的音频信号处理装置，其特征在于，所述第1滤波器部件具有的传输特性，是群时延特性恒定的频率特性。
6.如权利要求4中所述的音频信号处理装置，其特征在于，所述第1滤波器部件具有的传输特性，是将由多个扬声器再现输入音频信号时的声像定位位置控制在任意位置用的特性。
7.如权利要求4中所述的音频信号处理装置，其特征在于，所述第1滤波器部件具有的传输特性，是任意房间的脉冲响应特性。
8.如权利要求4中所述的音频信号处理装置，其特征在于，所述第1滤波器部件具有的传输特性，是电声变换装置的脉冲响应特性。
9.如权利要求8中所述的音频信号处理装置，其特征在于，作为所述第1滤波器部件具有的传输特性的电声变换装置的脉冲响应特性，是扬声器或头戴耳机系统的脉冲响应特性。
10.如权利要求8中所述的音频信号处理装置，其特征在于，作为所述第1滤波器部件具有的传输特性的电声变换装置的脉冲响应特性，是记录笔的脉冲响应特性。
11.如权利要求8中所述的音频信号处理装置，其特征在于，作为所述第1滤波器部件具有的传输特性的电声变换装置的脉冲响应特性，是录放机的脉冲响应特性。
12.如权利要求8中所述的音频信号处理装置，其特征在于，作为所述第1滤波器部件具有的传输特性的电声变换装置的脉冲响应特性，是频率特性添加装置的脉冲响应特性。
13.如权利要求8中所述的音频信号处理装置，其特征在于，作为所述第1滤波器部件具有的传输特性的电声变换装置的脉冲响应特性，是扩音机的脉冲响应特性。
14.如权利要求4中所述的音频信号处理装置，其特征在于，所述第1滤波器部件，对所述输入音频信号，添加在多种电声变换装置的脉冲响应特性中有选择地切换后得到的脉冲响应特性。
15.如权利要求4中所述的音频信号处理装置，其特征在于，所述第1滤波器部件和第2滤波器部件由FIR滤波器组成。
16.一种音频信号再现系统，其特征在于，包含具有按频段划分的至少2个驱动单元的扬声器系统、以及具有根据所述扬声器系统的脉冲响应的校正特性，处理所述输入音频信号，以校正所述扬声器系统中所述至少2个驱动单元的各驱动面辐射的各声波的相位偏差的滤波器部件的信号处理装置，并且所述信号处理装置将所述滤波器部件进行信号处理后得到的音频输出信号，供给所述扬声器系统。
17.一种音频信号再现系统，其特征在于，包含具有按频段划分的至少2个驱动单元的扬声器系统、以及包括具有预先利用测量或计算求出的任意传输特性的第1滤波器部件、以及具有所述扬声器系统的脉冲响应的校正特性以校正所述扬声器系统中所述至少2个驱动单元的各驱动面辐射的各声波的相位偏差的第2滤波器部件的信号处理装置，并且所述信号处理装置将来自所述第2滤波器部件的音频输出信号，供给所述扬声器系统。
全文摘要
本发明揭示一种包含具有按频段划分的至少2个驱动单元的扬声器系统的音频信号再现系统。在该系统(1)中，信号处理装置(3)对输入的数字音频信号添加反特性作为扬声器系统(7)的脉冲响应的校正特性后，数—模变换器使该信号复原为模拟信号，并且由功率放大器(5)放大后，将其供给扬声器系统(7)。扬声器系统(7)从低频段驱动单元(9)的驱动面(9a)输出通过LPF(8)的低频段作为低音声波，从高频段驱动单元(11)的驱动面(11a)输出通过HPF(10)的高频段作为高音声波。
文档编号H04R1/28GK1895001SQ20048003708
公开日2007年1月10日 申请日期2004年12月13日 优先权日2003年12月15日
发明者山田裕司, 冲本越 申请人:索尼株式会社