专利名称：扬声器阵列用的音频信号供给装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种向由多个扬声器单元构成的扬声器阵列供给声音等的音频信号的音频信号供给装置。
背景技术：
近年来，以等离子电视机或液晶电视机为代表的超薄超大型电视机，在一般家庭中迅速普及。目前，该超薄超大型电视机存在可视角狭小的问题，但通过种种改良，可视角问题得以大幅改善，在设置于大房间里的情况下，多个观众也能从各个位置享受影像。这样，虽然对影像有过各种考虑，但并没有对声音有所考虑。例如，超薄超大型电视机所采用的扬声器，多为将目前所使用的扬声器组合后的扬声器，其具有两声道等的偶极型的指向特性。(参照专利文献1)专利文献1特开平11-69474号公报但是，使用了上述扬声器的超薄超大型电视机中，存在与扬声器正面相比扬声器周围的声音品质恶化的问题。此外，为了在远离电视机的位置听到清晰的声音，必须要增大从该扬声器输出的声音的音量，但在声音打搅他人的深夜或在不具备隔音设备的密集型的住宅中，存在不能使上述音量过大而必须使用耳塞式耳机或头戴式耳机来收听的问题。
发明内容
本发明目的在于，鉴于上述问题，提供一种阵列扬声器用的音频信号供给装置，其可以实现广泛的指向性，也可以实现听众能以小音量进行听取的高效的指向性。
为了解决上述问题，本发明涉及的扬声器阵列用的音频信号供给装置，其向由多个扬声器单元构成的扬声器阵列供给音频信号，其特征在于，具有延迟部件，其按照所提供的延迟控制信息，对向所述各扬声器单元供给的各音频信号分别实施延迟处理；加权部件，其按照所提供的增益控制信息，对向所述各扬声器单元供给的各音频信号分别进行加权处理；存储部件，其存储用于使所述扬声器阵列的指向特性成为窄指向性的第一指向性参数、和用于使该扬声器阵列的指向特性成为宽指向性的第二指向性参数；输入部件，其输入所述指向特性的选择指示；以及指向性控制部件，其根据所输入的所述选择指示，选择所述各指向性参数中的某一个，并基于选择出的指向性参数，生成所述延迟控制信息和所述增益控制信息，向所述延迟部件和所述加权部件供给。
根据这种结构，用户可以通过利用遥控器操作等选择扬声器阵列的指向特性这一的简单操作，来切换窄指向性和宽指向性，该窄指向性是即使整体音量小，在某个方向(焦点方向)的位置上也可以听到充分音量的乐音，该宽指向性是无论什么听取位置，都可以听取高品质的乐音。
而且，在上述结构中，也可以在表示选择所述窄指向性的选择指示中，包含用于确定指示方向的位置信息，在输入表示选择所述窄指向性的选择指示的情况下，所述指向性控制装置选择所述第一指向性参数，并根据选择出的第一指向性参数和所述位置信息，生成所述延迟控制信息。
此外，本发明涉及的另一音频信号供给装置，其向由多个扬声器单元构成的扬声器阵列供给音频信号，其特征在于，具有分支部件，其将所输入的音频信号分支为两个或两个以上；第一处理部件，其按照所提供的第一指向性控制信息，对向所述各扬声器单元供给的被分支的1个音频信号，分别实施延迟处理和/或加权处理；第二处理部件，其按照所提供的第二指向性控制信息，对向所述各扬声器单元供给的被分支的1个音频信号，分别实施延迟处理和/或加权处理；指向性控制部件，其生成所述第一指向性控制信息和所述第二指向性控制信息，以使得由所述第一处理实现的所述扬声器阵列的指向特性、和由所述第二处理实现的所述扬声器阵列的指向特性不同，并将生成的各控制信息向所述第一处理部件和第二处理部件供给；以及加法部件，其对由所述第一处理部件实施了处理的音频信号、和由所述第二处理部件实施了处理的音频信号进行加法运算。
根据这种结构，可以将一个音频信号以两个不同的指向特性同时输出。由此，例如图10所示，在同一空间内(例如起居室)，健全人和听力障碍者同时视听的情况下，对于健全人用的乐音2，宽指向性地输出，同时对于听力障碍者用的乐音1，以朝向听力障碍者的窄指向性输出，由此可以使健全人和听力障碍者都满意地听取乐音。
在这里，在上述结构中，由所述第一处理实现的所述扬声器阵列的指向特性也可以是窄指向特性，由所述第二处理实现的所述扬声器阵列的指向特性也可以是宽指向特性(参照图10)，此外，由所述各处理实现的所述扬声器阵列的各指向特性，也可以是分别朝向各不相同的方向的窄指向性(参照图11)。
此外，也可以在所述分支部件和所述第一处理部件之间，设置对所述被分支的一个音频信号进行频率特性校正的频率特性校正部件，所述第一处理部件按照所提供的第一指向性控制信息，对向所述各扬声器单元供给的进行了所述频率特性校正后的每个音频信号分别实施处理。
如上所述，根据本发明，可以在实现宽指向性的同时，实现即使音量小听众也能清楚地听取的高效的指向性。
图1是用于说明第一基本原理涉及的延迟阵列方式的指向性控制的图。
图2是例示该原理涉及的扬声器阵列的指向性分布的图。
图3是表示应用了该原理的阵列扬声器系统的主要部分结构的图。
图4是表示采用了第二基本原理涉及的贝塞尔阵列方式的阵列扬声器系统的主要部分结构的图。
图5是例示该原理涉及的扬声器单元的配置和增益之间的关系的图。
图6是表示第1实施方式的阵列扬声器系统的主要部分结构的图。
图7是例示该实施方式涉及的操作画面的图。
图8是例示该实施方式涉及的操作画面的图。
图9是表示第2实施方式涉及的阵列扬声器系统的主要部分结构的图。
图10是例示第2实施方式涉及的指向性控制图形的图。
图11是例示第2实施方式涉及的指向性控制图形的图。
具体实施例方式
以下，在说明本发明涉及的各实施方式之前，首先说明本发明的基本原理。
图1是用于说明使用了第一基本原理涉及的扬声器阵列(由多个小型扬声器单元SP构成)的延迟阵列方式的指向性控制的图。如果将延迟量分别加到向各扬声器单元SP供给的音频信号中，则从各扬声器单元SP输出的声波同时到达焦点，上述延迟量对应于从扬声器阵列的中心到空间上的某个点(焦点)的路径、与从扬声器单元SP到焦点的路径之差。换言之，可以看作是在图1中各个虚线表示的假想的发音位置(离焦点的距离L相等的位置)配置各扬声器单元SP，由此，焦点位置的声压局部地升高。
图2是例示采用了延迟阵列方式的扬声器阵列的指向性分布的图，实线表示每3dB的声压的等压线。另外，扬声器阵列是假定在宽度100cm(图2中所示的X＝-50～50cm)之间，大致间隔5cm地以直线状配置扬声器单元。如该图所示，在采用了延迟阵列方式的扬声器阵列中，可以得到如同朝向焦点放出声波束这种指向性分布。
图3表示采用了上述延迟阵列方式的阵列扬声器系统100的主要部分结构。扬声器阵列100具备由多个扬声器单元210-k(1≤k≤n)构成的扬声器阵列200、延迟电路300、指向性控制装置400、加权单元500、以及放大单元600。另外，通常在延迟电路300的前段或放大单元600的前段等，设置A/D变换器或D/A变换器，但为了简化而省略。
延迟电路300根据由指向性控制装置400提供的延迟控制信息，对向各扬声器单元210-k供给的各音频信号进行延迟处理。指向性控制装置400为了在所期望的位置上形成焦点，求得应加到上述各音频信号上的延迟量，生成表示所求得的各延迟量的延迟控制信息，向延迟电路300供给。具体地说，为了补偿从焦点到各扬声器单元210-k的距离差，根据各扬声器单元210-k的空间坐标和焦点的空间坐标，计算上述各延迟量。
加权单元500由与扬声器单元210-k数量相等的乘法器510-k构成，对由延迟电路300供给的延迟处理后的各音频信号，附加由窗口函数系数或增益系数等权重系数得到的权重。放大单元600由与扬声器单元210-k数量相等的放大器610-k构成，对由加权单元500附加了规定的权重的各音频信号进行放大。通过放大单元600放大后的音频信号，被输入构成扬声器阵列200的各扬声器单元210-k，作为声波输出。从各扬声器单元210-k输出的声波，在空间上的某一点(焦点)处成为同相位，以实现该焦点方向的声压局部地变高的效率优良的指向性(以下称为窄指向性)。
如上所述，利用使用了延迟阵列方式的阵列扬声器系统100，可以实现窄指向性，同时仅通过延迟量的变更，就可以任意地变更指向方向。
接下来，对使用了第二基本原理涉及的扬声器阵列的贝塞尔阵列方式的指向性控制进行说明。所谓贝塞尔阵列，是通过对规则排列的扬声器单元列(扬声器阵列)，用基于贝塞尔函数的系数进行加权处理，以使声音的放射特性成为球面状的一种方法。另外，所述原理本身因为是现有的公知技术因而省略，作为参考文献，有“使用贝塞尔系数的多重扬声器阵列(Multiple loudspeaker arrays using Besselcoefficients)”(W.J.W.KITZEN，ELECTRONIC COMPONENTS ANDAPPLICATIONS，VOL.5 NO.4 SEPTEMBER 1983)等。
该贝塞尔阵列作为实现宽指向性的方法被广泛使用，例如增加扬声器数量以获得音量，同时向散布在广阔空间内的全部听众播放乐音。图4是表示采用了贝塞尔阵列方式的阵列扬声器系统100′的主要部分结构的图，图5是例示构成扬声器阵列200的各扬声器单元210-k的配置和增益的关系的图。另外，这些图中与图3中相对应的部分标注相同的标号，省略其详细说明。
图4、图5所示的扬声器阵列200，由隔着大致恒定的间隔以直线状配置的7个扬声器单元210-1～-7构成。构成加权单元500的各乘法器510-1～-7，对向各自对应的扬声器单元210-1～-7供给的音频信号，附加利用由根据贝塞尔函数推导出的贝塞尔系数C1～C7得到的权重(增益)。这样，通过实施基于贝塞尔函数的加权处理，实现如同无指向的点声源以放射状放出声波这样的指向性。
以上详细地说明了本发明涉及的各基本原理。接下来，对应用了各基本原理的第1实施方式加以说明。
第1实施方式图6是表示第1实施方式涉及的阵列扬声器系统100″的主要部分结构的图。该阵列扬声器系统100″，是实现窄指向性和宽指向性的切换(选择)的系统，具备图3所示的延迟阵列方式的阵列扬声器系统100的主要部分和图5所示的贝塞尔阵列方式的阵列扬声器系统100′的一部分。另外，对与图3和图5对应的部分，标注相同的标号并省略其详细说明。
各扬声器单元210-k由直径数cm以下的小型扬声器单元形成。众所周知，由于小型扬声器单元具有在宽频率范围内接近无指向的宽指向性，所以在利用贝塞尔阵列方式的指向性控制中，可以实现非常宽的指向性。此外，在延迟阵列方式的指向性控制中，可以左右很宽地朝向焦点方向，而且，通过紧密地排列小型扬声器单元，可以控制高频区域的音频信号。
在指向性控制装置(存储部件)400中，存储着第一指向性参数P1和第二指向性参数P2。第一指向性参数P1是用于实现使从各扬声器单元210-k输出的声波朝向某个方向(焦点方向)来实现窄指向性的参数，第二指向性参数P2是用于实现使从各扬声器单元210-k输出的声波在全体空间扩散的宽指向性的参数。指向性控制装置(指向性控制部件)400按照由操作部700供给的扬声器阵列200的指向特性选择指示，选择第一指向性参数P1或第二指向性参数P2中的某一个，并基于选择出的某个指向性参数，生成延迟控制信息和增益控制信息(详细如后所述)。
操作部(输入部件)700是输入上述扬声器阵列200的指向特性的选择指示等的部件，由各种操作按钮和遥控器等构成。图7是例示连接在阵列扬声器系统100″上的显示装置(例如等离子电视机)上所显示的操作画面g1。在操作画面g1中显示应选择宽指向性和窄指向性中的某一个的消息。用户根据该消息，利用遥控器操作，选择某一个指向特性。在这里，例如如果选择窄指向性，则在显示装置上显示图8所示的操作画面g2。用户将该操作画面g2所示的收听位置图标11，通过遥控器操作等移动至所期望的位置(参照图8所示的虚线)。如果进行了这一连串操作，则操作部700将表示选择窄指向性的选择指示、和表示收听位置的位置信息(用于确定指向方向的位置信息)，提供给指向性控制装置400。
指向性控制装置400按照由操作部700供给的选择指示，选择第一指向性参数P1，同时根据所供给的位置信息，确定焦点位置等。此外，根据所选择的第一指向性参数P1和所确定的焦点的位置等，求出应向供给各扬声器单元210-k的音频信号施加的延迟量，生成表示所求得的各延迟量的延迟控制信息，将其向延迟电路(延迟部件)300供给。与此同时，指向性控制装置400根据所选择的第一指向性参数P1，求出应向供给各扬声器单元210-k的音频信号乘以的系数(该情况下，为适当的窗口系数)，生成表示所求得的各系数的增益控制信息，将其向加权单元500供给。其结果，向阵列扬声器系统100″输入的音频信号由延迟电路300进行相位控制，由加权单元500附加由窗口函数系数得到的权重之后，从所对应的各扬声器单元210-k，作为声波输出。从各扬声器单元210-k输出的声波，在空间的某一点(焦点)成为同相位，以实现用户所期望的窄指向性。
另一方面，在显示装置显示操作画面g1的状态下，如果用户利用遥控器操作等选择宽指向性，则操作部700向指向性控制装置400供给表示选择宽指向性的选择提示。指向性控制装置400按照由操作部700供给的选择指示，选择第二指向性参数P2。接着，指向性控制装置400根据所选择的第二指向性参数P2，求出应向供给各扬声器单元210-k的音频信号施加的延迟量、和应对各音频信号乘以的系数。在这里，由于选择用于实现宽指向性的第二指向性参数P2，所以指向性控制装置400求出“0”或者即使不是“0”也都相等的延迟量、和由贝塞尔函数推导出的贝塞尔阵列系数。指向性控制装置400生成表示这些内容的延迟控制信息和增益控制信息，分别向延迟电路300和加权单元500供给。其结果，输入到阵列扬声器系统100″的音频信号，由加权单元500″附加由贝塞尔阵列系数得到的权重，实现宽指向性。
如上说明所述，利用第1实施方式涉及的阵列扬声器系统100″，可以在窄指向性和宽指向性之间切换，所述窄指向性是在整体音量小的情况下，也能够在某个方向(焦点方向)的位置上收听到充分音量的乐音，所述宽指向性是不论在什么收听位置，都能收听高品质的乐音。
另外，在上述例子中，采用贝塞尔阵列方式来实现宽指向性，但例如也可以由通过控制上述延迟量而在扬声器阵列200的正面中心附近生成焦点的方法、或以从扬声器阵列200的后方的某个点输出乐音的方式进行模拟的方法，来实现宽指向性。而且，这些方法都可以用上述阵列扬声器系统100″的结构来实现。
第2实施方式在上述第1实施方式中，例示了可以选择宽指向性和窄指向性中的某一个的方式，在以下所示的第2实施方式中，对使宽指向性和窄指向性同时并存的方式进行说明。
在社会急速步入高龄化的当前，家庭内听力衰退的高龄者(以下称为听力障碍者)和健全人观看同一电视机的机会增加。这种情况下，视听时的音量多会成为问题。例如，有时候对于健全人来说合适的音量，对于听力障碍者来说会因音量过小而听不到，或者如果调节到适合听力障碍者的音量时，对于健全人来说音量过大。
基于上述问题，提出了设置听力障碍者专用的扬声器等的方法(例如，参照特开2000-197196号公报)，或者使用指向性强的阵列扬声器向听力障碍者输出乐音，而健全人在避开声压大的指向方向的位置进行视听的方法(参照特开平11-136788号公报)。
但是，上述特开2000-197196号公报公开的方法所产生的问题在于，必须另外确保用于设置听力障碍者专用的扬声器的空间。此外，特开平11-136788号公报所公开的方法所产生的问题在于，由于上述指向方向朝向听力障碍者，所以在避开指向方向的位置视听的健全人，不能十分满意地听取高品质乐音。
第2实施方式涉及的发明鉴于这些现有技术的问题，其目的在于，在听力衰退的听力障碍者和健全人同时视听的情况下，也能够提供令听力障碍者和健全人都满意的乐音。
图9是表示第2实施方式涉及的阵列扬声器系统100的主要部分结构的图。此外，对于阵列扬声器系统100，与图6所示的阵列扬声器系统100″对应的部分标注相同的标号，并省略其详细说明。此外，以下说明中，假定宽指向性和窄指向性都由延迟控制实现的情况。
分支单元800将输入至阵列扬声器系统100的音频信号，分支成两个，将分支后的音频信号向第一延迟电路300和第二延迟电路300′供给。
第一延迟电路300和第二延迟电路300′，分别按照由指向性控制装置400提供的第一延迟控制信息和第二延迟控制信息，对向各扬声器单元210-k供给的各音频信号施加延迟处理。指向性控制装置(指向性控制部件)400以由这些各延迟电路300、300′来实现不同指向特性的方式，生成第一延迟控制信息和第二延迟控制信息。具体地说，生成第一延迟控制信息和第二延迟控制信息，以使得如图10所示，在从扬声器阵列200观察，正面靠左的前方健全人听取、正面靠右的前方听力障碍者听取的情况下，对健全人用的乐音2，以宽指向性输出，对听力障碍者用的乐音1，以朝向听力障碍者的窄指向性输出。此外，对于听力障碍者的收听位置和健全人的收听位置，由遥控器操作等进行输入即可。此外，在以下的说明中，为了方便，假定由第一延迟电路300实现宽指向性，由第二延迟电路300′实现窄指向性的情况。
第一延迟电路300对各音频信号实施用于实现宽指向性的延迟处理，向所对应的各乘法器510-k供给。另一方面，第二延迟电路300′对各音频信号实施用于实现窄指向性的延迟处理，向所对应的各乘法器510′-k供给。乘法器510-k、510′-k对各延迟处理后的音频信号，分别附加由规定的权重系数得到的权重，并将其向加法单元900供给。
加法单元900由与扬声器单元210-k数量相等的加法器910-k构成。各加法器910-k对由所对应的各乘法器510-k、510′-k供给来的各音频信号进行加法运算。由各加法器910-k加法运算后的音频信号经由放大器610-k，向所对应的扬声器单元210-k供给。
其结果，如图10所示，健全人用的乐音2由扬声器阵列200以宽指向性输出，同时听力障碍者用的乐音1由扬声器阵列200以窄指向性输出。由此，在听力障碍者和健全人在同一空间内同时进行视听的情况下，也可以同时满意地听取乐音。
在这里，也可以在上述第一延迟电路300或第二延迟电路300′的某一个的前段设置均衡器(equalizer)(频率特性校正部件)，以对频率特性进行校正的方式构成。一般地，听力低下的听力障碍者存在难以听到高频成分的声音的倾向。鉴于此，例如可以如图9虚线所示，将均衡器EQ设置在第二延迟电路300′的前段，对分支后的音频信号的频率特性进行校正。此外，也可以在各延迟电路300、300′的前段分别设置均衡器EQ，对听力障碍者用的乐音1和健全人用的乐音2的各频率特性分别进行校正。利用这种方法，可以减轻乐音1和乐音2的干涉或空间的音响特性的影响。当然，也可以使各听取者通过操作部700的操作(遥控器操作等)，独立地设定均衡器EQ的各参数。
此外，上述例子中，说明了通过第一延迟电路300和第二延迟电路300′，使宽指向性和窄指向性同时并存的方式，但并不限定于此。要点在于，使两种或两种以上的不同指向特性同时并存即可，也可以同时实现朝向两个方向的窄指向性(参照图11)。详细地说，如图11所示，对于听力障碍者用的乐音1，以窄指向性朝向听力障碍者输出，另一方面，对于健全人用的乐音2，以窄指向性朝向健全人输出。在这种情况下，利用第一延迟电路300和第二延迟电路300′，生成第一延迟控制信息和第二延迟控制信息，以使得分别实现朝向听力障碍者的窄指向性和朝向健全人的窄指向性。另外，当然也可以将音频信号分支数和延迟电路的数量扩大为3个或3个以上，以同时实现多个指向性。
在上述例子中，利用延迟控制来实现宽指向性，但也可以如第1实施方式所示，利用加权控制来实现宽指向性。此外，第2实施方式涉及的结构(将延迟电路并列设置等)也适用于上述第1实施方式涉及的阵列扬声器系统100″，可以实现朝向两个方向的窄指向性。
权利要求
1.一种扬声器阵列用的音频信号供给装置，其向由多个扬声器单元构成的扬声器阵列供给音频信号，其特征在于，具有延迟部件，其按照所提供的延迟控制信息，对向所述各扬声器单元供给的各音频信号分别实施延迟处理；加权部件，其按照所提供的增益控制信息，对向所述各扬声器单元供给的各音频信号分别进行加权处理；存储部件，其存储用于使所述扬声器阵列的指向特性成为窄指向性的第一指向性参数、和用于使该扬声器阵列的指向特性成为宽指向性的第二指向性参数；输入部件，其输入所述指向特性的选择指示；以及指向性控制部件，其根据所输入的所述选择指示，选择所述各指向性参数中的某一个，并基于选择出的指向性参数，生成所述延迟控制信息和所述增益控制信息，向所述延迟部件和所述加权部件供给。
2.如权利要求1所述的音频信号供给装置，其特征在于，根据所述第二指向性参数生成的延迟控制信息所表示的延迟量，是0或相等的延迟量。
3.一种扬声器阵列用的音频信号供给装置，其向由多个扬声器单元构成的扬声器阵列供给音频信号，其特征在于，具有分支部件，其将所输入的音频信号分支为两个或两个以上；第一处理部件，其按照所提供的第一指向性控制信息，对向所述各扬声器单元供给的被分支的1个音频信号，分别实施延迟处理和/或加权处理；第二处理部件，其按照所提供的第二指向性控制信息，对向所述各扬声器单元供给的被分支的1个音频信号，分别实施延迟处理和/或加权处理；指向性控制部件，其生成所述第一指向性控制信息和所述第二指向性控制信息，以使得由所述第一处理实现的所述扬声器阵列的指向特性、和由所述第二处理实现的所述扬声器阵列的指向特性不同，并将生成的各控制信息向所述第一处理部件和第二处理部件供给；以及加法部件，其对由所述第一处理部件实施了处理的音频信号、和由所述第二处理部件实施了处理的音频信号进行加法运算。
4.如权利要求3所述的扬声器阵列用的音频信号供给装置，其特征在于，由所述第一处理实现的所述扬声器阵列的指向特性是窄指向性，由所述第二处理实现的所述扬声器阵列的指向特性是宽指向性。
5.如权利要求4所述的音频信号供给装置，其特征在于，所述第二处理所实施的延迟处理的延迟量，是0或相等。
6.如权利3所述的扬声器阵列用的音频信号供给装置，其特征在于，在所述分支部件和所述第一处理部件之间，设置有对所述被分支后的音频信号进行频率特性校正的频率特性校正部件，所述第一处理部件按照所提供的第一指向性控制信息，对向所述各扬声器单元供给的进行了所述频率特性校正后的音频信号分别实施处理。
全文摘要
在对阵列扬声器系统的指向性进行控制的指向性控制装置中，预先设置实现窄指向性的第一指向性参数、和实现宽指向性的第二指向性参数。指向性控制装置按照经由操作部输入的扬声器阵列的指向特性的选择指示，选择第一指向性参数或第二指向性参数中的某一个。并且，指向性控制装置基于所选择的指向性参数，进行向延迟电路供给的所述延迟控制信息的生成以及向加权单元供给的增益控制信息的生成。
文档编号H04S1/00GK1906972SQ20058000195
公开日2007年1月31日 申请日期2005年1月4日 优先权日2004年1月5日
发明者小长井裕介 申请人:雅马哈株式会社