专利名称：音频再现系统及其方法
技术领域：
本发明涉及用于再现多声道环绕音频信号、例如5.1声道环绕音频信号的方法和系统。
背景技术：
被称为家庭影院的音频-视频再现系统正得以广泛地使用。音频-视频再现系统将来自数字多功能盘(DVD)的视频再现在相对较大屏幕的显示器上，同时使用诸如5.1声道环绕音频系统等多声道环绕音频系统进行声音再现。从而，音频-视频再现系统再现强有力的音频-视频内容。
5.1声道的音频-视频再现系统使用四种类型的扬声器收听者前方的扬声器(下文称为前扬声器)、收听者的正前方的扬声器(下文称为中央扬声器)、收听者后方的扬声器(下文称为后扬声器)和专用于低频声音的扬声器。作为低频扬声器的低音炮负责100Hz或以下的频带中的单声道声音。其它扬声器在从100Hz到20kHz的范围内工作。
典型的已知5.1声道音频-视频再现系统在图31中示出。如图31中所示，左前声道扬声器10FL被置于收听者4的左前方，右前声道扬声器10FR被置于收听者4的的右前方，并且中央声道扬声器10C被置于收听者的正前方。
另外，左后声道扬声器10RL被置于收听者4的左后方，而右后声道扬声器10RR被置于收听者4的右后方。作为低频效果(LFE)声道扬声器的低音炮10SW被置于任何方便的位置。
六个扬声器10FL、10FR、10C、10RL、10RR和10SW被安装在其箱内，并被置于其位置上。六个扬声器通常离开收听者4约2米的距离。
在已知音频-视频再现系统中，具有15升的体积的扬声器箱被用于左前和右前声道扬声器。如今被安装在体积大约1升的小箱中的左前和右前声道扬声器中的每一个也被称为卫星扬声器。因为这些扬声器天生不能提供低频声音，且为了对此进行补偿，添加了专用于低频声音的称为低音炮的扬声器。如果低音炮以外的其它扬声器被安装在小箱中，则提供给低音炮10SW的音频信号的交叉频率通常为150Hz，稍高于典型的100Hz，但仍是足够低的频率。
在如此配置的扬声器系统中，当从DVD再现5.1声道音频信号时生成足够低频的声音。另外，因为再现方还包括专用于低频声音的特别声道，所以低频声音以过去从未有过的方式充满整个房间。因此，用户能享受声音和视频的强有力的呈现。
然而，由薄弱的墙壁和地板材料制成的小房间可能没有足够的空间来容纳6个扬声器，并且可能导致由于声音泄漏到房间外面而引起的噪声问题。
当用户希望用普通的5.1声道扬声器系统享受来自DVD的音频-视频内容中的强有力的音频声音时，需要90dB或以上的声级。当用户试图享受多声道声音的效果时，需要解决对周围环境的噪声问题。
如果声音是高频的，即使单单一扇门或一堵墙也能容易地隔离声音。然而，低至100Hz左右的低频声音不能被容易地隔离。小房间不足以隔离低频声音。尤其是，由低音炮处理的40Hz至50Hz的声音回响很大，并且会传播到相对较广的区域内的各处。
由低音炮再现的声音不仅可能泄漏到隔壁房间还可能泄漏到楼上或楼下的房间，从而可能打扰隔壁房间的人。声音的频率越低，则声音越难以隔离。低音炮是一个问题，而不能充分享受在其它方面优异的5.1音频再现系统。
日本未审专利申请第5-95591号公报中公开了一种音频再现系统，其中中频至高频声音由小扬声器(被安装在扬声器箱中)再现，而低频声音用低频耳机或使用骨骼传导机构在收听者耳朵附近被再现。
根据此公开，低频声音使用耳机或骨骼传导机构来再现。收听者听到的高声级的低频声音不传播至隔壁房间或邻居房屋。
发明内容
在日本未审专利申请第5-95591号公报中公开的技术采用诸如耳机或骨骼传导机构代替扬声器来在收听者的耳朵附近再现声音。虽然对振动器的接受程度随用户的喜好而有所不同，但是这种振动器在低频性能方面不如扬声器且预计不会被用户广泛地接受。另外，戴头戴式耳机或骨骼传导耳机收听者会感到不便。
该公开技术减轻了低频声音的噪声问题，但没有满足在有限空间内安装许多扬声器的需求。
因此希望提供一种用少于声道数的数目的扬声器来再现多声道环绕信号、且即使以高音量级再现信号也能控制传播到邻家的声级的音频再现方法和音频再现系统。
本发明的一个实施例的音频再现系统包括一对扬声器单元；安装单元，用于以使从每一扬声器单元的振膜的正面和背面发出的声音被混合的方式将未安装到隔音板的这一对扬声器单元安装于收听者的双耳附近；以及音频信号输出单元，用于以使收听者收听由该对扬声器单元再现的声音感觉就象声音是从其它扬声器装置发出一样的方式虚拟声音成像输入音频信号并将虚拟声音成像的信号输出至该对扬声器单元。
收听者能听到高音量级的声音，因为扬声器单元被保持在收听者的耳朵附近。
因为扬声器单元没有被安装在隔音板上，所以所再现的声音从扬声器单元的振膜的正面和背面发出。从振膜的正面发出的声音和从振膜的背面发出的声音彼此的相位相反。当这些声音在外部传播时，这些声音相互抵消且其强度衰减。声音的频率越低，则声音衰减越大。传到邻居房屋的声音，尤其是低频声音显著地衰减。
根据本发明的诸实施例，扬声器单元虚拟声音成像(声像定位)出多声道环绕声的前声道声音或后声道声音，然后将经处理的信号再现为前声道声音或后声道声音。本发明的实施例消除了前声道扬声器和后声道扬声器的必要。
根据本发明的诸实施例，扬声器单元安装收听者的耳朵附近。如果以高音量级再现声音，则低频声音向邻居房屋的传播被控制。因为提供给扬声器单元的音频信号是被虚拟声音成像的，所以多声道环绕声音的前声道声音和后声道声音由扬声器单元虚拟地再现。从而，用较少数目的扬声器来再现多声道环绕声。
图1是根据本发明第一实施例的音频再现系统的框图；图2示出根据本发明的第一实施例的音频再现系统的扬声器设置配置。
图3示出根据本发明的第一实施例的扬声器设置；图4是说明根据本发明的第一实施例的音频再现系统的操作的曲线图；图5示出根据本发明的第一实施例设置的扬声器；图6A和图6B示出根据本发明的第一实施例安装的扬声器；图7是根据本发明的第一实施例的音频再现系统中的音频信号输出装置的框图；图8是说明图7的音频信号输出装置的一部分的图；图9是根据本发明的第二实施例的音频再现系统的框图；图10示出根据本发明的第二实施例的音频再现系统中的扬声器安装范例。
图11是根据本发明的第三实施例的音频再现系统的框图；图12示出根据本发明的第三实施例的音频再现系统中的扬声器设置配置；图13示出根据本发明的第三实施例的音频再现系统中的扬声器安装范例；图14A和14B示出根据本发明的第三实施例的音频再现系统中安装的扬声器；图15是根据本发明的第三实施例的音频再现系统中的音频信号输出装置的框图；图16是说明图15的音频信号输出装置的一部分的图；图17是示出根据本发明的第四实施例的音频再现系统的框图；图18示出根据本发明的第三实施例的音频再现系统中的扬声器设置配置；图19是根据本发明的第四实施例的音频再现系统中的音频信号输出装置的框图；图20示出根据本发明的一个实施例的音频再现系统中的扬声器安装范例；图21示出根据本发明的一个实施例的音频再现系统中的扬声器安装范例；图22示出根据本发明的一个实施例的音频再现系统中的扬声器安装范例；图23示出根据本发明的一个实施例的音频再现系统中的扬声器安装范例；图24示出根据本发明的一个实施例的音频再现系统中的扬声器安装范例；图25示出根据本发明的一个实施例的音频再现系统中的扬声器安装范例；图26示出根据本发明的一个实施例的音频再现系统中的扬声器安装范例；图27示出根据本发明的一个实施例的音频再现系统中的扬声器安装范例；图28示出根据本发明的一个实施例的音频再现系统中的扬声器安装范例；图29示出根据本发明的一个实施例的音频再现系统中的扬声器安装范例；图30示出根据本发明的一个实施例的音频再现系统中的扬声器安装范例；以及图31示出一个已知音频再现系统中的典型扬声器安装范例。
具体实施例方式
下面将结合附图对根据本发明诸实施例的用于再现5.1声道环绕声的音频再现系统进行说明。
第一实施例下面描述本发明的第一实施例的音频再现系统。该音频再现系统基于由DVD播放器再现的视频信号和音频信号或基于由电视接收机接收到的数字广播信号来再现视频和5.1声道环绕声。
图1示出第一实施例的音频再现系统。
如图1所示，第一实施例的音频再现系统包括具有两个扬声器11FL和11FR的电视接收机1；DVD播放器2；音频信号输出装置3；安装在收听者4耳朵附近的两个扬声器11SW1和11SW2。
根据本发明的第一实施例，电视接收机1的两个扬声器11FL和11FR用作5.1声道环绕声的左前和右前声道音频信号。两个扬声器11FL和11FR可以安装于电视接收机1内或者可以与电视接收机1分开设置。
根据本发明的第一实施例，设置于收听者4的耳朵附近的两个扬声器11SW1和11SW2起到用于5.1声道环绕声的低频声的低音炮的作用。根据第一实施例，音频信号输出装置3虚拟声音成像5.1声道环绕声的左后和右后声道音频信号，并向用作低音炮的两个扬声器11SW1和11SW2提供虚拟声音成像的信号。
电视接收机1具有接收数字广播信号的功能。电视接收机1从数字广播信号再现数字广播节目的音频信号，并将所再现的数字广播节目的视频显示在电视接收机1的显示屏1D上，同时从扬声器11FL和11FR输出所再现的数字广播节目的声音。
如果数字广播节目的音频是多声道环绕声，则从扬声器11FL和11FR发出的所再现的数字广播节目的声音除了左前和右前声道声音以外还包含中央声道声音以及左后和右后声道声音。
根据第一实施例，由电视接收机1接收然后再现的音频信号Au1被提供给音频信号输出装置3。
DVD播放器2再现和输出DVD上所记录的视频信号和音频信号。由DVD播放器2再现的视频信号Vi被提供给电视接收机1。然后，响应于视频信号Vi所再现的视频被显示在电视接收机1的显示屏1D上。由DVD播放器2再现的音频信号Au2被提供给音频信号输出装置3。
根据第一实施例，音频信号输出装置3具有解码5.1声道环绕声的数据的功能。当由电视接收机1接收的数字广播节目的信号被再现成5.1声道环绕声时，音频信号输出装置3产生要提供给分别安装在收听者4的两耳附近的第一扬声器11SW1和第二扬声器和11SW2的音频信号。
当使用由DVD播放器2再现的视频和音频时，音频信号输出装置3不仅向安装在收听者4的耳朵附近的第一扬声器11SW1和第二扬声器11SW2提供音频信号，还生成用于电视接收机1中的左声道和右声道扬声器11FL和11FR的音频信号，然后向相应的扬声器提供该音频信号。
根据第一实施例，音频信号输出装置3向电视接收机1中的扬声器11FL提供左前声道音频信号L和中央声道音频信号C，并向电视接收机1中的扬声器11FR提供右前声道音频信号R和中央声道音频信号C。
音频信号输出装置3向扬声器11SW1提供如下所述地虚拟声音成像的左后声道音频信号RL*以及低频音频信号LFE，并向扬声器11SW2提供如下所述地虚拟声音成像的右后声道音频信号RR*以及低频音频信号LFE。
参照图2对本发明的第一实施例的音频再现系统中的扬声器设置配置进行讨论。
如图2所示，左前声道扬声器11FL被设置在收听者4的左前方，而右前声道扬声器11FR被设置在收听者4的右前方。
电视接收机1内装有扬声器11FL和11FR。扬声器11FL包括扬声器单元13FL和装扬声器单元13FL的小扬声器箱12FL。扬声器箱12FL的前面板(诸如电视接收机1的前面板)用作支承扬声器单元13FL的隔音板。扬声器11FR包括扬声器单元13FR和装扬声器单元13FR的小扬声器箱12FR。扬声器箱12FR的前面板(诸如电视接收机1的前面板)用作支承扬声器单元13FR的隔音板。如果不需要区分扬声器11FL和11FR，则在下文中将扬声器11FL和11FR中的每一个都称为前扬声器。
根据第一实施例，扬声器11SW1和扬声器11SW2被设置在收听者4的耳朵附近且收听者4的头部以每一扬声器的振膜面向收听者4的相应耳朵的方式夹在其间。低音炮11SW1和11SW2保持不与收听者4的头和耳朵直接接触。这两个扬声器11SW1和11SW2没有装在扬声器箱内，从而从每一扬声器单元的振膜的正面和背面发出的声音被混合。在扬声器11SW1和11SW2中的每一个上均没有安装隔音板。更具体来说，扬声器11SW1和11SW2中的每一个以其振膜向外曝露的方式被安装。任选地，只要音响效果不受任何影响，可以用网或开孔的板覆盖扬声器或可以将开孔的隔音板安装于扬声器。
根据第一实施例，向两个扬声器11SW1和11SW2共同提供低频音频信号LFE，因此它们发出相互同相的LFE声道低频声音。两个扬声器11SW1和11SW2因而起到低音炮的作用。下文也将这两个扬声器11SW1和11SW2称为低音炮。
因为在上述设置中在收听者4的耳朵附近发出LFE声道低频声音，所以收听者4可听到高音量级的声音。在离收听者4一定距离处，从低音炮11SW1和11SW2的扬声器单元中的每一个的振膜的正面和背面发出的声音变成相位相差180°，因而相互抵消至他人几乎听不到的音量。与公知技术不同，本发明的第一实施例的音频再现装置可防止低频声音传播到邻居房屋从而避免打扰邻居。
为了验证低频声音的衰减，如图3所示，由话筒14在离扬声器单元11SW距离d处拾取的来自诸如17cm大小的扬声器单元11SW之类的低音炮的声音，然后对所拾取的声音进行声压级的频率特性方面的分析。图4是扬声器单元11SW的频率特性的曲线图。在此情形中，扬声器单元11SW没有被装入箱中并且没有将隔音板安装于扬声器单元11SW。
当扬声器单元11SW与话筒14之间的距离分别设置为10cm、20cm、40cm和80cm时，测得图4的四条频率特性曲线。
如图4所示，如果扬声器单元11SW没有装在音箱中，则1kHz以下的声音被显著地衰减，并且声音频率越低，声音的衰减越显著。
根据第一实施例，低音炮11SW1和11SW2与收听者4的左耳和右耳之间的相应距离dsw被设置成其中低频声音没有太多衰减地被传播的范围。在本文中该距离dsw被设置成大约20cm。
第一扬声器11SW与收听者4的每个耳朵之间的距离通常为2m。根据第一实施例，低音炮11SW1和11SW2与收听者4的每个耳朵之间的20cm的距离dsw是公知技术中的距离的十分之一。
因此，使收听者4感受到声压所需的能量是公知技术中所需的能量的百分之一。例如，如果采用本发明的第一实施例的装置，则可以用1W的放大器实现由100w的放大器提供的声压。
根据第一实施例，提供给扬声器的音频信号输出的功率中的差异使声音扩散较小。在例如20Hz、30Hz和40Hz的低频声音下，低频声音同相相互抵消，并且除了非常靠近低音炮11SW1和11SW2的人以外，其它人几乎听不到声音。另一方面，因为许多能量集中在声音的低频区，所以DVD软件程序的隔离强大声音效果的有效性更显著。
使用上述设置，如果只衰减低频声音很重要，则实现了充分的效果。类似地，即使从低音炮11SW1和11SW2再现低频声音以外的声音，也可实现隔音效果。
5.1声道环绕声还包括中央声道声音以及左后和右后声道声音。在公知技术中，中央声道扬声器11C包括扬声器箱12c和装在扬声器箱12c中的扬声器单元13c。扬声器单元13C被固定于由图2中的虚线表示的扬声器箱12c的用作隔音板的前面板。中央声道扬声器11C被设置在收听者4的前方。
类似地，在公知技术中，左后声道扬声器11RL包括后扬声器单元13RL和装入了该后扬声器单元13RL的小扬声器箱12RL。后扬声器单元13RL被固定于由图2中的虚线表示的扬声器箱12RL的用作隔音板的前面板。右后声道扬声器11RR包括后扬声器单元13RR和装入了后扬声器单元13RR的小扬声器箱12RR。后扬声器单元13RR被固定于由图2中的虚线表示的扬声器箱12RR前面板。
然而，根据第一实施例，未设置分别专用于中央声道声音以及左后和右后声道声音的扬声器11C、11RL和11RR。如前所述，使用电视接收机1中的两个扬声器11FL和11FR和设置在收听者4的耳朵附近的两个扬声器11SW1和11SW2来再现声音。
更具体来说，中央声道音频信号C被加至左前声道音频信号L和右前声道音频信号R中的每一个，然后所得的信号被分别提供给扬声器11FL和11FR用于声音再现。
左后声道音频信号RL被虚拟声音成像成左后声道音频信号RL*，然后左后声道音频信号RL*被提供给面向收听者4的左耳的扬声器11SW1。右后声道音频信号RR被虚拟声音成像成右后声道音频信号RR*，然后右后声道音频信号RR*被提供给面向收听者4的右耳的扬声器11SW2。
因为扬声器11SW1和11SW2中的每一个与收听者4的每一耳朵之间的距离很小，所以左后和右后声道音频信号RL和RR的辐射能被降低以有利于隔音。
左后和右后声道的声音再现由置于收听者4的耳朵附近的低音炮11SW1和11SW2进行。因为左后和右后声道声音主要来源于收听者4后面的声音残响，所以左后和右后声道音频信号的定位不那么重要。可用较少数目的扬声器和低噪声级产生优良的环绕声。
如前所述，因为收听者4的耳朵与相应的低音炮11SW1和11SW2之间的距离dsw从约典型的2米缩短至约20cm，所以能将低音炮11SW1和11SW2的声压降低约20dB。对左后和右后声道音频信号RL和RR也是如此，并且从而实现节能。
作为一个扬声器安装范例，扬声器可以安装在按摩椅上。
图5示出这样一个例子。预期安装在收听者4的耳朵附近的两个扬声器11SW1和11SW2被安装在椅子20上。
椅子20具有例如飞机中商务舱坐椅的结构。扬声器固定器22被安装于椅子20靠背21的顶部21a上。扬声器固定器22支承低音炮11SW1和11SW2。
图6A和图6B示出扬声器固定器22的一个例子。扬声器固定器22被构造成由例如铝制成的金属管221。如图6B所示，金属管221为扁平的环形结构。低音炮11SW1和11SW2以及其它辅助低音炮11SW3和11SW4被保持在由金属管221所界定的空间内。
如果单有低音炮11SW1和11SW2低频声音功率不足，则辅助低音炮11SW3和11SW4支持置于收听者4的耳朵附近的低音炮11SW1和11SW2。辅助低音炮11SW3和11SW4并非必不可少的要素。
根据第一实施例，仅向辅助低音炮11SW3和11SW4提供低频信号(LFE信号)。和低音炮11SW1和11SW2一样，辅助低音炮11SW3和11SW4还可以接收已虚拟声音成像的音频信号。
金属管221具有扁平的环形结构。在如图6A所示的平面图中，金属管221的扁平的环形部分大致为U形以使得金属管221包围除收听者4头部的正面以外的头部的两侧(耳朵)和背面。
脚部222a和222b从金属管221延伸以将金属管221支承于椅子20的靠背21。脚部222a和222b将金属管221可拆卸地连接到椅子20上的靠背21。椅子20的靠背21的顶部21a具有用于收容脚部222a和22b的深槽(未图示)。通过收容在靠背21中的深槽中的脚部222a和222b，金属管221被固定于靠背21。
低音炮11SW1和11SW2由U形金属管221以当收听者4坐在椅子20上时使低音炮11SW1和11SW2面向收听者4的左耳和右耳的方式支承。辅助低音炮11SW3和11SW4由金属管221以当收听者4坐在椅子20上时使辅助低音炮11SW3和11SW4面向收听者4的头部的背面的方式支承。
当收听者4坐在椅子20上时，收听者4的头部(双耳)与低音炮11SW1到11SW4中的每一个之间的距离为大约20cm。
音频信号输出装置3通过信号线(扬声器缆线)向低音炮11SW1到11SW4提供相应声道音频信号。
图7是根据本发明的第一实施例的音频信号输出装置3的框图。第一实施例的音频信号输出装置3包括音频信号处理器300以及包括微机的控制器100。
控制器100包括中央处理单元(CPU)101。控制器100还包括用于存储软件程序的只读存储器(ROM)103、作为CPU101的工作区的随机存取存储器(RAM)104、多个输入-输出端口105到108、用户操作接口110以及头部相关后方传递函数存储111，每一要素均通过系统总线102连接至CPU101。用户操作接口110包括接收向音频信号输出装置3的输入的键盘和与远程指挥者通信的遥控接收器。
根据第一实施例，音频信号输出装置3能接收来自电视接收机1的音频信号Au1和来自DVD播放器2的音频信号Au2。音频信号Au1和音频信号Au2被提供给输入选择开关301。
当用户向用户操作接口110输入操作输入时，输入选择开关301响应于来自控制器100中的输入-输出接口105的开关信号执行开关操作。当用户选择来自电视接收机1的音频信号时，输入选择开关301选择音频信号Au1。当来自DVD播放器2的音频信号被选中时，输入选择开关301选择音频信号Au2。
由输入选择开关301选择的音频信号被提供给5.1声道解码器302。在从输入选择开关301接收到音频信号Au1和音频信号Au2之一时，5.1声道解码器302将所选择的音频信号解码，从而输出左前和右前声道音频信号L和R、中央声道音频信号C、左后和右后声道音频信号RL和RR、以及低频音频信号LFE。
来自5.1声道解码器302的左前声道音频信号L和中央声道音频信号C由合成器303合成，并且将所得的合成输出(L+C)通过放大器305输出至音频输出端子307。然后，输出至音频输出端子307的音频信号被提供给电视接收机1中的一个扬声器11FL。
来自5.1声道解码器302的右前声道音频信号R和中央声道音频信号C由合成器304合成，并且将所得的合成信号(R+C)通过放大器306输出至音频输出端子308。然后，输出至音频输出端子308的音频信号被提供给电视接收机1中的另一个扬声器11FR。
放大器305和306具有用于使其音频信号输出静音的静音功能，并且响应于来自控制器100中的输入-输出接口107的静音信号来使其音频信号输出静音。
当根据本发明的第一实施例从电视接收机1接收音频信号Au1时，由电视接收机1再现的音频信号从扬声器11FL和11FR输出。放大器305和306被静音控制成不将来自音频信号输出装置3的音频信号提供给电视接收机1中的扬声器11FL和11FR。
当从DVD播放器2接收音频信号Au2时，放大器305和306不被静音控制，从而允许该音频信号输出至电视接收机1中的扬声器11FL和11FR。
代替对放大器305和306的静音控制，5.1声道解码器302可以在解码来自电视接收机1的音频信号期间不输出左前和右前声道音频信号L和R以及中央声道音频信号C。用于这一操作的控制信号可以从输入-输出接口106提供。
经5.1声道解码器302解码的左后和右后声道音频信号RL和RR被提供给作为虚拟声源处理器的后方传递函数卷积电路310。
使用数字滤波器，后方传递函数卷积电路310将来自5.1声道解码器302的左后和右后声道音频信号RL和RR与由头部相关后方传递函数存储111准备的头部相关后方传递函数卷积。
如果输入音频信号不是数字信号，则后方传递函数卷积电路310将输入音频信号转换成数字信号，将该数字信号与头部相关后方传递函数卷积，并将经卷积的信号转换回模拟信号。
头部相关后方传递函数被如下所述地测定，然后存储在头部相关后方传递函数存储111中。图8示出如何测定头部相关后方传递函数。
如图8所示，左声道测定话筒41和右声道测定话筒42被置于收听者4的左耳和右耳附近。左后声道扬声器11RL被置于收听者4后面通常预期安装左后声道扬声器11RL的位置处。例如，然后，由左声道测定话筒41和右声道测定话筒42拾取由左后声道扬声器11RL响应于脉冲耳发出的声音。从所拾取的声音测定从左后声道扬声器11RL到收听者4的左耳和右耳的传递函数(左后声道的头部相关后方传递函数)。
类似地，由右后声道扬声器11RR响应于脉冲而发出的声音由话筒41和42拾取。从所拾取的声音测定从右后声道扬声器11RR到收听者4的左耳和右耳的传递函数(右后声道的头部相关后方传递函数)。
在平面视图中，后扬声器RL位于从收听者4的前后纵向线顺时针旋转30度的线上在收听者4后面距离约2米处，而后扬声器RR在一平面视图中位于从收听者4的前后纵向线逆时针旋转30度的线上在收听者4后面距离约2米处。使用这一设置来测定从每一扬声器到每一耳朵的传递函数。
对传递函数进一步进行讨论。从左后方到左耳的传递函数被称为传递函数A。所测定的从耳朵附近的扬声器11SW1到话筒41的传递函数被称为传递函数B。在传递函数B乘以传递函数X得到传递函数A的前提下确定传递函数X。如果提供给近扬声器11SW1的信号与所确定的传递函数X卷积，则从扬声器11SW1发出的声音听上去就好象该声音来自收听者4后面2米处。
不一定需要确定传递函数X。有时可能传递函数A就足够了。在以上讨论中，已讨论了单个传递函数。在实践中，如图8所示，使用多个传递函数。
头部相关后方传递函数被存储在头部相关后方传递函数存储111中。然后头部相关后方传递函数通过输入-输出接口108提供给后方传递函数卷积电路310，并用于将左后和右后声道音频信号RL和RR与头部相关后方传递函数卷积。当后方传递函数卷积电路310分别向设置在离收听者4的双耳很近的扬声器11SW1和11SW2提供左后和右后声道音频信号RL*和RR*时，收听者4能就好象他听到来自左后和右后声道扬声器11RL和11RR的声音一样听到来自扬声器11SW1和11SW2的声音。
虚拟声音成像的左后和右后声道音频信号RL和RR中的每一个的电平可低于向左后和右后声道扬声器11RL和11RR提供的信号的电平。这是因为扬声器11SW1和11SW2设置于收听者4的双耳附近。
以上处理又称为虚拟声源处理，因为作为上述头部相关传递函数卷积的结果听到的声音就好象是从虚拟扬声器发出的。
以此方式，后传递函数卷积电路310分别向合成器311和312提供虚拟声音成像的左后和右后声道音频信号RL*和RR*。向合成器311和312提供来自5.1声道解码器302的低频音频信号LFE。来自合成器311和312的输出音频信号分别通过放大器313和314输出至音频输出端子315和316。
音频输出端子315和316分别与置于收听者4的双耳附近的扬声器11SW1和11SW2连接。用作低音炮的扬声器11SW1和11SW2再现低频音频信号LFE并同时再现虚拟声音成像的左后和右后声道音频信号RL*和RR*。
来自电视接收机1的音频信号Au1由5.1声道解码器302解码用于声音再现。在此情形中，应注意从扬声器11FL和11FR输出的声音包含左后和左后声道声音。
更具体而言，从设置在收听者4的双耳附近的扬声器11SW1和11SW2输出的左后和右后声道声音的声像定位可能受到从电视接收机1中的扬声器11FL和11FR发出的声音中所包含的左后和右后声道声音的影响。
根据第一实施例，扬声器11SW1和11SW2被设置在收听者4的双耳附近，因此比电视接收机1中的扬声器11FL和11FR离收听者4的双耳近得多。从扬声器11SW1和11SW2发出的声音比来自电视接收机1中的扬声器11FL和11FR的声音到达收听者4要早得多。
根据哈斯(Haas)效应，收听者4只将来自扬声器11SW1和11SW2的声音听作为后方声音。因此不必从提供给电视接收机1中的扬声器11FL和11FR的音频信号移除左后和右后声道音频信号。
要向辅助低音炮11SW3和11SW4提供的音频信号系统未在图7中示出。如前所述，可只向辅助低音炮11SW3和11SW4提供低频音频信号LFE。任选地，除了低频音频信号LFE以外还可以向辅助低音炮11SW3和11SW4提供左后和右后声道音频信号RL和RR。
根据将多声道扬声器安装于图5的椅子20上的第一实施例的音频再现系统，坐在椅子20上的收听者4能使用比声道数少的数目的扬声器来享受高音量级且富于现场感的多声道声音，同时显著地减少了声音向周围环境的泄漏。
根据第一实施例，未装入箱内并设置于收听者4的双耳附近的低音炮11SW1和11SW2显著地减小了有力的低频声音向隔壁房间的泄漏。低音炮以外的扬声器的左后和右后声道声音被虚拟声音成像，然后从扬声器11SW1和11SW2输出。低电平的音频信号因而可行。不仅低频声音而且其它频率声音被以其向周围环境的泄漏度受控的方式再现。收听者4即使在午夜也能充分享受DVD，而不必担心其它人。
因为扬声器11SW1和11SW2被设置在收听者4的双耳附近，所以音频输出功率能降低至公知技术的大约1/100。这实现了节能而且降低了硬件(例如输出放大器)所涉的成本。因为小音频输出功率可行，所以扬声器不需要很大冲程。轻薄而又低成本设计的扬声器就够了。使用小音频输出功率减少了发热，从而允许使用紧凑设计的电源。还可以电池驱动。该装置能嵌入椅子中。
本发明的第一实施例的音频再现系统通常可节能而不降低收听者4的满足程度同时减少了外泄到周围环境的噪声。
典型的隔音窗将5kHz的声音衰减约45dB，1kHz的约36dB，而100Hz的降到20bB。在100Hz以下，声音的衰减度降低。低音炮的隔音的有效性比隔音窗的隔音有效性显著得多。当考虑到如果用户使房间震耳欲聋以享受音频-视频内容所涉及的代价时就更是如此了。
根据本发明的第一实施例，当使用DVD播放器2时，音频信号Au2通过音频信号输出装置3提供给电视接收机1中的扬声器11FL和11FR。如接收数字广播节目时那样，可以向电视接收机1提供来自DVD播放器2的音频信号Au2使得从扬声器11FL和11FR输出包含5.1声道声音的声音。在这一操作中，从音频信号输出装置3延伸至扬声器11FL和11FR的音频信号线变得没有必要。
音频信号输出装置3可能被安装于椅子20的座椅表面下的预定位置中。在这一安装中，音频信号输出装置3能通过信号缆线接收来自作为多声道音频信号的源的电视接收机1和DVD播放器2之一的音频信号Au2。信号缆线在椅子20与电视接收机1和DVD播放器2之一之间延伸。通过在DVD播放器2中设置用于通过无线电波或光来无线发送多声道音频信号的装置并在音频信号输出装置3中设置用于通过无线电波或光来无线接收多声道音频信号的接收器可消除椅子20与电视接收机1和DVD播放器2之一之间的信号缆线。
当多声道音频信号以无线电波或光的形式从诸如DVD播放器2等多声道音频源输出时，DVD播放器2与音频再现系统之间的链路变成无线的，且椅子20可以自由移动。
第二实施例根据本发明的第一实施例，左前和右前声道扬声器是电视接收机1中的扬声器11FL和11FR。作为对比，根据本发明的第二实施例的音频再现系统，左前和右前声道扬声器是两个分离的扬声器51FL和51FR。
如图9所示，扬声器51FL包括扬声器箱52FL和装入扬声器箱52FL中的扬声器单元53FL。扬声器单元53FL被固定于扬声器箱52FL的用作其隔音板的前面板。扬声器51FR包括扬声器箱52FR和装入扬声器箱52FR中的扬声器单元53FR。扬声器单元53FR被固定于扬声器箱52FR的用作其隔音板的前面板。
根据第二实施例，来自DVD播放器2的视频信号Vi被提供给与扬声器分离的显示监视器15而不是提供给电视接收机1，并被显示在显示监视器15的显示屏15D上。
两个扬声器51FL和51FR可以安装于任何位置。根据第二实施例，如图10所示，扬声器51FL和51FR被安装在椅子20上。
根据第二实施例，左前声道扬声器51FL被安装在可拆卸地安装在椅子20的左扶手23L上所装的臂24L的一端上。左扶手23L包括允许可拆卸地支承臂24L的安装件(未示出)。在其一端支承扬声器51FL的臂24L被安装于安装件，从而被固定于椅子20。扬声器51FL被定位成不妨碍正在观看显示屏上的视频的收听者4的视野的位置。
右前声道扬声器51FR(未示出)被类似地安装于臂的一端。该臂与椅子20的右扶手的安装件连接。
根据第二实施例，图3的音频信号输出装置3不需要输入选择开关301。也不需要对放大器305和306的静音控制功能。输出至音频输出端子307和308的音频信号被分别提供给左前和右前声道扬声器51FL和51FR。
第二实施例的其余部分与第一实施例相同。
根据第二实施例，左前和右前声道扬声器51FL和51FR被设置成离收听者4相对较近，且来自扬声器51FL和51FR的比第一实施例中的扬声器11FL和11FR中低的声音的音量级可行。因此，第二实施例的音频再现系统更能起到隔音作用。
第三实施例根据第一和第二实施例，音频再现系统虚拟声音成像左后和右后声道音频信号，从而允许减少使用的扬声器数目，并实现隔音。即使后扬声器被置于相对较靠近收听者4处，环绕效果和低噪声特征也不会退化。
根据本发明的第三实施例，真实的后扬声器被设置于收听者4附近。要向左前和右前声道扬声器提供的音频信号被虚拟声音成像，然后被提供给置于收听者4的双耳附近的两个扬声器11SW1和11SW2。左前和右前声道两个扬声器因而被消除。
图11示出本发明的第三实施例的音频再现系统。如在图11中所示的第二实施例中那样，来自DVD播放器2的视频信号Vi被提供给显示监视器15以将相应的视频显示在显示屏15D上。
不仅作为低音炮的扬声器11SW1和11SW2置于收听者4的双耳附近，而且左后和右后声道两个扬声器61RL和61RR也置于收听者4的双耳附近。如图11所示，扬声器61RL包括小扬声器箱62RL和装入扬声器箱62RL中的左后扬声器单元63RL。扬声器单元63RL被固定于扬声器箱62RL的用作其隔音板的前面板。扬声器61RR包括小扬声器箱62RR和装入扬声器箱62RR中的右后扬声器单元63RR。扬声器单元63RR被固定于扬声器箱62RR的用作其隔音板的前面板。
从DVD播放器2向音频输出装置3只提供音频信号Au2。音频信号输出装置3分别生成要向低音炮11SW1和11SW2(取决于设置还有要向辅助低音炮11SW3和11SW4)提供的低频音频信号LFE、以及要向左后和右后声道扬声器61RL和61RR提供的左后和右后声道音频信号RL和RR。音频信号输出装置3将左前和右前声道音频信号L和R虚拟声音成像为音频信号FL*和FR*，并分别向低音炮11SW1和11SW2提供音频信号FL*和FR*。中央声道音频信号C被合成到要被虚拟声音成像的左前和右前声道音频信号L和R中的每一个中。
图12示出本发明的第三实施例的扬声器设置配置。根据第三实施例，如由实线轮廓所表示的，真实的扬声器包括置于收听者4的双耳附近的两个低音炮11SW1和11SW2以及左后和右后两个扬声器61RL和61RR。如前所述，不仅扬声器11SW1和11SW2，左后和右后声道扬声器61RL和61RR也与收听者隔开约等于20cm的距离dsw。
如图12所示，不采用由虚线轮廓表示的中央声道扬声器11C和左前和右前声道扬声器11FL和11FR。要向这些扬声器提供的音频信号被虚拟声音成像，然后提供给扬声器11SW1和11SW2。这些扬声器将声音再现成使收听者4感觉好象扬声器如虚线所表示的那样存在。
中央声道音频信号被加入左前和右前声道音频信号，并且其中组合有中央声道音频信号的左前和右前声道音频信号被虚拟声音成像。收听者4感觉好象他听到来自虚线所表示的中央声道扬声器11C的位置的中央声道音频。
和本发明的第一和第二实施例一样，第三实施例可以应用于按摩椅的结构。下面对这一应用进行描述。
图13示出安装在椅子20上的第三实施例的音频再现系统。除了低音炮11SW1和11SW2外还将左后和右后声道扬声器61RL和61RR安装在椅子20上。与第一实施例中相同的要素用相同的标号指定并在此省略其讨论。
如图13以及14A和14B所示，左后和右后声道扬声器61RL和61RR与低音炮11SW1和11SW2一起被安装于扬声器固定器22。具体来说，在平面视图中，左后和右后声道扬声器61RL和61RR被与收听者4的前后纵向线成相应角度地支承于由收听者4的头部后面的扬声器固定器22的扁平环形结构所限定的空间内。
如在第一实施例中那样，还安装了辅助低音炮11SW3和11SW4。
当收听者4坐在椅子20上时，收听者4的头部(或双耳)与相应的低音炮11SW1至11SW4以及扬声器11RL和11RR之间的距离约为20cm。
图15是根据本发明的第三实施例的音频信号输出装置3的框图。和第一实施例的音频信号输出装置3一样，第三实施例的音频信号输出装置3包括音频信号处理器300和控制器100。
第三实施例的控制器100与第一实施例的控制器100的不同之处在于使用头部相关前方传递函数存储112而不是头部相关后方传递函数存储111。控制器100的其余部分与第一实施例的控制器100相同。
第三实施例的音频信号处理器300中消除了第一实施例的输入选择开关301。如在第一实施例中那样，第三实施例的音频信号处理器300包括5.1声道解码器302和前方传递函数卷积电路320而不是第一实施例中的后方传递函数卷积电路310。
在接收到来自DVD播放器2的音频信号Au2时，5.1声道解码器302对音频信号Au2进行解码，从而输出左前和右前声道音频信号L和R、中央声道音频信号C、左后和右后声道音频信号RL和RR以及低频音频信号LFE。
来自5.1声道解码器302的左前声道音频信号L和中央声道音频信号C由合成器303合成为合成输出信号(L+C)。然后该合成输出信号被提供给作为虚拟声源处理器的前方传递函数卷积电路320。来自5.1声道解码器302的右前声道音频信号R和中央声道音频信号C由合成器304合成为合成输出信号(R+C)。然后，该合成输出信号被提供给前方传递函数卷积电路320。
前方传递函数卷积电路320的结构与后方传递函数卷积电路310相同。使用数字滤波器，前方传递函数卷积电路320将来自合成器303和合成器304的音频信号与预存在头部相关前方传递函数存储112上的头部相关传递函数卷积。
如果输入音频信号不是数字信号，则前方传递函数卷积电路320将输入音频信号转换成数字信号，将该数字信号与头部相关前方传递函数卷积，并将卷积后的信号转换回模拟信号。
头部相关前部传递函数被如下所述地测定，然后存储在头部相关前部传递函数存储112中。图16示出如何测定头部相关前方传递函数。
如图16所示，左声道测定话筒41和右声道测定话筒42分别被置于收听者4的左耳和右耳附近。左前声道扬声器11FL被置于收听者4前面通常预期安装左前声道扬声器11FL的位置处。例如，然后，由左声道测定话筒41和右声道测定话筒42拾取由左前声道扬声器11FL响应于脉冲而发出的声音。从所拾取的声音测定从左前声道扬声器11FL到收听者4的左耳和右耳的传递函数(左前声道的头部相关前方传递函数)。
类似地，由右前声道扬声器11FR响应于脉冲而发出的声音由话筒41和42拾取。从所拾取的声音测定从右前声道扬声器11FR到收听者4的左耳和右耳的传递函数(右前声道的头部相关前方传递函数)。
在平面视图中前扬声器FL位于从收听者4的前后纵向线逆时针旋转30度的线上在收听者4前面距离约2米处，而在平面视图中前扬声器FR位于从收听者4的前后纵向线顺时针旋转30度的线上在收听者4前面距离约2米处。使用这一设置来测定从每一扬声器到每一耳朵的传递函数。
对传递函数进一步进行讨论。如图16中所示，从左前方到左耳的传递函数被称为传递函数A。所测定的从耳朵附近的扬声器11SW1到话筒41的传递函数被称为传递函数B。在传递函数B乘以传递函数X得到传递函数A的前提下确定传递函数X。如果提供给近扬声器11SW1的信号与所确定的传递函数X卷积，则从扬声器11SW1发出的声音感觉好象该声音来自收听者4左前方2米处。
不一定需要确定传递函数X。有时可能传递函数A就足够了。在以上讨论中，已讨论了单个传递函数。在实践中，在图16中使用多个传递函数。
头部相关前方传递函数被存储在头部相关前方传递函数存储112中。前方传递函数卷积电路320将音频信号与通过输入-输出端口109提供的头部相关前方传递函数卷积。前方传递函数卷积电路320输出虚拟声音成像的与中央声道音频信号C合成的左前声道音频信号FL*以及虚拟声音成像的与中央声道音频信号C合成的右前声道音频信号FR*。
前方传递函数卷积电路320向置于收听者4的双耳附近的扬声器11SW1和11SW2提供音频信号(FL*+C)和(FR*+C)。收听者4感觉从扬声器11SW1和11SW2输出的声音好像是从左前和右前声道扬声器11FL和11FR发出的，并且好象中央声道声音是从中央扬声器发出的。
音频信号(FL*+C)和(FR*+C)的电平可低于向左后和右后声道扬声器11RL和11RR提供的信号电平，因为扬声器11SW1和11SW2被置于收听者4的双耳附近。
以此方式，前方传递函数卷积电路320分别向合成器321和322提供虚拟声音成像的音频信号(FL*+C)和(FR*+C)。向合成器321和322提供来自5.1声道解码器302的低频音频信号LFE。来自合成器321和322的输出音频信号分别通过放大器323和324输出至音频输出端子315和316。
音频输出端子315和316与置于收听者4的双耳附近的低音炮11SW1和11SW2连接。作为低音炮，扬声器11SW1和11SW2再现低频音频信号LFE同时还再现虚拟声音成像的音频信号(FL*+C)和(FR*+C)。
要向辅助低音炮11SW3和11SW4提供的音频信号系统未在图15中示出。如前所述，可以向辅助低音炮11SW3和11SW4只提供低频音频信号LFE。任选地，除了低频音频信号LFE以外还可以向辅助低音炮11SW3和11SW4提供虚拟声音成像的音频信号(FL*+C)和(FR*+C)。
根据第三实施例，来自5.1声道解码器302的左后和右后声道音频信号RL和RR的分别通过放大器325和326输出至音频输出端子327和328。因此，左后和右后声道音频信号RL和RR分别由与音频信号端子327和328连接的左后和右后声道扬声器61RL和61RR以声音形式输出。
因为根据第三实施例，左后和右后声道扬声器61RL和61RR被置于收听者4的双耳附近，所以向其提供的低电平的左后和右后声道音频信号RL和RR可行。
如在第一和第二实施例中那样，根据第三实施例，收听者4能使用比声道数少的数目的扬声器来享受高音量级且富于现场感的多声道声音，同时显著地减少了声音向周围环境的泄漏。该音频再现系统还实现节能。
根据第三实施例，音频再现系统不采用前扬声器，并且音频信号被虚拟声音成像，然后提供给置于收听者4的双耳附近的扬声器11SW1和11SW2。这进一步减少了向周围环境的声音泄漏。
第四实施例根据第四实施例，通过允许从置于收听者4的耳朵附近的两个扬声器11SW1和11SW2输出全部5.1声道环绕声音，使隔音和节能性能最大化。
图17示出根据本发明的第四实施例的音频再现系统。如图17所示，如在第二和第三实施例中那样，来自DVD播放器2的视频信号Vi被提供给显示监视器15以将视频显示在显示屏15D上。
只有低音炮11SW1和11SW2置于收听者4的附近。
音频信号输出装置3只接收来自DVD播放器2的音频信号Au2。响应于音频信号Au2，音频信号输出装置3生成要向低音炮11SW1和11SW2(取决于设置还有要向辅助低音炮11SW3和11SW4)提供的低频音频信号LFE、左前和右前声道音频信号FL和FR、以及左后和右后声道音频信号RL和RR。音频信号输出装置3还将所生成的每一信号虚拟声音成像，然后将虚拟声音成像的信号提供给低音炮11SW1和11SW2。中央声道音频信号C被与要被虚拟声音成像的左前和右前声道音频信号L和R中的每一个合成。
图18示出第四实施例的扬声器设置配置。根据第四实施例，使用的扬声器只有由实线轮廓表示的置于收听者4的双耳附近的两个扬声器11SW1和11SW2。
未使用由虚线轮廓表示的中央声道扬声器11C、左前和右前声道扬声器11FL和11FR、以及左后和右后声道扬声器11RL和11RR。要向这些扬声器提供的音频信号被虚拟声音成像，然后实际地提供给扬声器11SW1和11SW2。收听者4感觉好象这些声音是由虚线轮廓表示的位置处的扬声器发出的。
中央声道音频信号被加入左前和右前声道音频信号中。其中合成了中央声道音频信号的左前和右前声道音频信号被虚拟声音成像。如由图18中的虚线所表示的，收听者4虚拟地听到中央声道音频信号就好象相应的声音是从中央声道扬声器11C的位置发出的一样。
根据第四实施例，如前面在图5和图6A和6B中示出的，扬声器11SW1和11SW2(取决于设置还有辅助低音炮11SW3和11SW4)可以被安装在椅子20上。
图19是根据本发明的第四实施例的音频信号输出装置3的框图。和前面的实施例的音频信号输出装置3一样，第四实施例的音频信号输出装置3还包括音频信号处理器300和由微机组成的控制器100。
第四实施例的控制器100与第一实施例的控制器100的不同之处在于除了头部相关后方传递函数存储111以外还包括头部相关前方传递函数存储112，还在于另外还包括输入-输出端口109。控制器100的其余部分与第一实施例的控制器100几乎相同。
第四实施例的音频信号处理器300中不包括第一实施例的输入选择开关301。第四实施例的音频信号处理器300中还包括5.1声道解码器302、第一实施例的后方传递函数卷积电路310和第三实施例的前方传递函数卷积电路320等。
在接收到来自DVD播放器2的音频信号Au2时，5.1声道解码器302对音频信号Au2进行解码，从而生成左前和右前声道音频信号L和R、中央声道音频信号C、左后和右后声道音频信号RL和RR以及低频音频信号LFE。
同第三实施例中一样，来自5.1声道解码器302的左前声道音频信号L和中央声道音频信号C由合成器303合成，并且合成输出音频信号(L+C)被提供给前方传递函数卷积电路320。来自5.1声道解码器302的右前声道音频信号R和中央声道音频信号C由合成器304合成且合成输出音频信号(R+C)被提供给前方传递函数卷积电路320。
同第一实施例中一样，来自5.1声道解码器302的左后和右后声道音频信号RL和RR被提供给用作虚拟声源处理器的后方传递函数卷积电路310。
如参照图8结合第一实施例所讨论的，头部相关后方传递函数存储111存储头部相关后方传递函数。存储在头部相关后方传递函数存储111上的头部相关后方传递函数被读取并通过输入-输出接口108提供给后方传递函数卷积电路310。后方传递函数卷积电路310将来自5.1声道解码器302的左后和右后声道信号与头部相关后方传递函数卷积。
如参照图16结合第三实施例所讨论的，头部相关前方传递函数存储112存储头部相关前方传递函数。存储在头部相关前方传递函数存储112上的头部相关前方传递函数被读取并通过输入-输出端口109提供给前方传递函数卷积电路320。前方传递函数卷积电路320将来自合成器303和304的其中合成了中央声道音频信号C的左前和右前声道信号的每一个与头部相关前方传递函数卷积。
合成器321将来自前方传递函数卷积电路320的虚拟声音成像的与中央声道音频信号C合成的左前声道音频信号与来自5.1声道解码器302的低频音频信号LFE合成。然后，合成信号被提供给合成器331。合成器331将该合成信号与来自后方传递函数卷积电路310的虚拟声音成像的左后声道音频信号合成。从合成器331得到的合成信号通过放大器333和音频输出端子335提供给扬声器11SW1。
类似地，合成器322将来自前方传递函数卷积电路320的虚拟声音成像的与中央声道音频信号C合成的右前声道音频信号与来自5.1声道解码器302的低频音频信号LFE合成。然后，合成信号被提供给合成器332。合成器332将该合成信号与来自后方传递函数卷积电路310的虚拟声音成像的右后声道音频信号合成。从合成器332得到的合成信号通过放大器334和音频输出端子336提供给扬声器11SW2。
低音炮11SW1和11SW2再现低频音频信号LFE并同时再现虚拟声音成像的前方音频信号(FL*+C)和(FR*+C)和虚拟声音成像的后方音频信号RL*和RR*。
图19中未示出要向辅助低音炮11SW3和11SW4提供的音频信号系统。如前所述，可向辅助低音炮11SW3和11SW4只提供低频音频信号LFE。另外，除了低频音频信号LFE以外，还可以向辅助低音炮11SW3和11SW4提供虚拟声音成像的音频信号(FL*+C)和(FR*+C)或虚拟声音成像的后方音频信号RL*和RR*。
根据第四实施例，收听者4能只用置于收听者4的双耳附近的扬声器11SW1和11SW2来享受高音量级而又富于现场感的多声道声音，同时显著减少向周围环境的声音泄漏。该音频再现系统还实现节能。
其它实施例根据上述实施例，扬声器被安装在椅子上使得当收听者4坐在椅子上时扬声器靠近收听者4的双耳。将扬声器设置于收听者4的双耳附近的机构不限于椅子。
根据上述实施例，固定于椅子的扬声器固定器支承不包含在扬声器箱中并且不固定于隔音板的低音炮11SW1和11SW2的扬声器单元。扬声器固定器不一定要固定于椅子。
图20和21示出如上述实施例中的由铝管制成的支承扬声器11SW1和11SW2的两个扬声器固定器。该扬声器固定器将扬声器11SW1和11SW2可拆卸地连接至椅子。
如图20所示，扬声器11SW1和11SW2分别固定于扬声器固定器72的T形臂部72a的两侧上。扬声器11SW1和11SW2以其使振膜面相互面对的方式在其间保持预定距离地安装在扬声器固定器72上。
在此情况中，第一扬声器11SW1的振膜表面与第二扬声器11SW2的振膜表面之间的距离被设置成当收听者4的头部在扬声器11SW1和11SW2之间时使收听者4的双耳与相应的扬声器11SW1和11SW2隔开结合图2讨论的距离dsw。
扬声器固定器72的中心臂72b被插入设置于椅子71中的扬声器固定器槽71a中。中心臂72b从而将扬声器固定器72固定于椅子71。
椅子71的扬声器固定器槽71a以当收听者4坐在椅子71上时使中心臂72b大致与收听者4的中心线对齐的方式设置于椅子71的背部的中心部分。
当如图20所示收听者4用扬声器11SW1和11SW2来享受音乐时，收听者4将扬声器固定器72的中心臂72b插入扬声器固定器槽71a从而将扬声器11SW1和11SW2安装在椅子71上。
当如图20所示收听者4坐在椅子71上时，扬声器11SW1和11SW2在其间保持预定距离地设置于收听者4的双耳附近。低频声音甚至低声级的低频声音能以足够的音量再现，并且泄漏到周围环境的噪声更少。
如图21所示，扬声器11SW1和11SW2被分别固定于扬声器固定器731和扬声器固定器732。扬声器固定器槽71b被设置于当收听者4坐在椅子71上时椅子71的背部的靠近收听者4的一侧肩膀的一侧上。扬声器固定器槽71b收容扬声器固定器731。扬声器固定器槽71c被设置于当收听者4坐在椅子71上时椅子71的背部的靠近收听者4的另一侧肩膀的另一侧上。扬声器固定器槽71c收容扬声器固定器732。
当如图21所示收听者4用扬声器11SW1和11SW2收听音乐时，收听者4将扬声器固定器731插入椅子71的扬声器固定器槽71b中，并将扬声器固定器732插入椅子71的扬声器固定器槽71c中。从而将扬声器11SW1和11SW2安装在椅子71上。
扬声器固定器731和732被如图21所示地安装在椅子71上。扬声器11SW1的振膜表面与扬声器11SW2的振膜表面之间的距离被设置成当收听者4的头部在扬声器11SW1和11SW2之间时使收听者4的双耳与相应的扬声器11SW1和11SW2之间的距离为参照图2所述的距离dsw。
当如图21所示收听者4坐在椅子71上时，扬声器11SW1和11SW2被设置于收听者4的双耳附近且其间保持预定距离dsw。低频声音、甚至低声级的低频声音能以足够的音量再现，并且泄漏到周围环境的噪声更少。
参见图20和21，在标准使用期间，扬声器固定器72、或扬声器固定器731和732能被移除，并且扬声器11SW1和11SW2不会挡住椅子71的使用者并且易于操作。
扬声器11SW1和11SW2的应用不限于上述椅子。
图22示出由扬声器固定器74支承的扬声器11SW1和11SW2。如图所示，支承相互面对且保持与图20和21所示距离相同的距离的扬声器11SW1和11SW2的扬声器固定器74由来自屋顶的悬吊部件75悬挂。
如图22所示，来自屋顶的悬吊部件的长度是可调节的(虽然这种机构未被示出)。通过调节悬吊部件75的长度，扬声器11SW1和11SW2被设置于收听者4的双耳附近，且当收听者4坐在椅子71上时允许其间有预定距离dsw。
图23示出由独立型扬声器固定器76支承的扬声器11SW1和11SW2。扬声器固定器76支承如图20和21所示地其间保持预定距离地相互面对的扬声器11SW1和11SW2。
图24示出分别由独立型扬声器固定器771和772以与图23的机构类似的方式支承的扬声器11SW1和11SW2。如图24所示，扬声器11SW1和11SW2分别由独立型扬声器固定器771和772支承。
参见图23，如果扬声器固定器76被正确地关于收听者4放置，则扬声器11SW1和11SW2也如图20和21所示地被正确地放置。
参见图24，扬声器固定器771和772完全相互分离。收听者4可以将独立型扬声器固定器771和772放置在任何方便的位置处。
图25示出由扬声器固定器78支承的扬声器11SW1和11SW2。固定于墙壁79的扬声器固定器78支承如图20和21所示地其间保持预定距离地相互面对的扬声器11SW1和11SW2。
如图25所示，扬声器11SW1和11SW2之间的距离由扬声器固定器78以类似于图23所示的方式加以固定，而收听者4仅需将他的头部放在扬声器11SW1和11SW2之间的中心中。
图26A和26B示出可拆卸地安装到椅子71上的扬声器固定器83。如图26A所示，钢板被嵌入椅子71的背部81的里面。
扬声器固定器83支承如图20和21所示地其间保持距离地相互面对的扬声器11SW1和11SW2。扬声器固定器83具有与其用螺栓固定的磁体单元84。扬声器固定器83以磁体单元84由磁力吸附于嵌入椅子71的背部81中的钢板82的方式被固定于椅子71的背部81。
如图26A和26B所示，收听者4只需坐在椅子71上即可使他的头部在扬声器11SW1和11SW2之间。
已经讨论了低音炮11SW1和11SW2相对于收听者4的设置的例子。本发明可应用于多人同时听音乐的情况。图27至30示出多个收听者享受音乐的情况下扬声器11SW1和11SW2的这种设置范例。
图27和图28A至28C示出扬声器被置于两个收听者4A和4B的耳朵附近的音频再现系统。这里的设置范例是图26A和26B的例子的应用。
参见图27，由铝管制成的扬声器固定器85支承用于收听者4A的扬声器11SW1A和11SW2A以及用于收听者4B的扬声器11SW1B和11SW2B。
一钢板(未示出)以与图26A所示的相同的方式嵌入如图28A所示的沙发87的背部。磁体单元86(见图27)用螺栓固定至扬声器固定器85。由此扬声器固定器85以磁体单元86由磁力吸附于嵌入沙发87的背部的钢板的方式被固定于沙发87。
扬声器11SW1A和11SW2A与收听者4A的位置关系以及扬声器11SW1B和11SW2B与收听者4B的位置关系与上述的位置关系保持不变。如图28B所示，扬声器11SW2A和扬声器11SW2B不是分别面对扬声器11SW1A和11SW1B，并从收听者4A和收听者4B后方发出声音。扬声器11SW2A和扬声器11SW2B在与扬声器11SW1A和11SW1B从其振膜发出声音的方向垂直的方向上从其振膜发出声音。
来自扬声器11SW1A和11SW2A中的每一个的振膜的声音在与来自扬声器11SW1B和11SW2B中的每一个的振膜的声音传播的方向垂直的方向上传播。
如果虚线在垂直于振膜的方向上从扬声器11SW2A和11SW2B的每一振膜的中心延伸，则该虚线以距离dsw经过每一收听者的耳朵。
当如图28A所示收听者4A和4B坐在沙发87上时，扬声器11SW1A和11SW2A向收听者4A提供其再现的声音而扬声器11SW1B和11SW2B向收听者4B提供其再现的声音。
如图28B所示，向扬声器11SW1A和11SW2A提供音频信号以使得扬声器11SW1A和11SW2A从其振膜(扬声器单元的正面)向收听者4A的双耳发出同相的声波。类似地，向扬声器11SW1B和11SW2B提供音频信号以使得扬声器11SW1B和11SW2B从其振膜(扬声器单元的正面)向收听者4B的双耳发出同相的声波。在图28B和28C中，符号“+”和“-”表示声波的相位，且“+”和“-”的相位相反。
如图28B所示，收听者4A的两个扬声器和收听者4B的两个扬声器提供同相的声波。如果收听者4A和收听者4B相对地相互隔开，则用于收听者4A的两个扬声器和用于收听者4B的两个扬声器如图28C所示地提供反相的声波。
如图29所示，用于收听者4A的扬声器11SW1A和11SW2A被以使其振膜相互面对且使收听者4A的头部在扬声器11SW1A和11SW2A之间的方式设置。类似地，用于收听者4B的扬声器11SW1B和11SW2B被以使其振膜相互面对且使收听者4B的头部在扬声器11SW1B和11SW2B之间的方式设置。
在图29的设置范例中，用于收听者4A的扬声器11SW2A与扬声器11SW2B优选设置成使从其振膜的背面发出的声波相互抵消。向这些扬声器提供音频信号以使得从用于收听者4A的扬声器11SW1A和11SW2A发出的声波与来自用于收听者4B的扬声器11SW1B和11SW2B的声波相位相反。
图28A至28C和图29所示的向多个收听者提供音乐的音频再现系统采用磁体单元将扬声器固定器固定于沙发。还有各种其它机构可用，包括图22中所示的来自屋顶的悬吊机构、图23和24的独立扬声器固定器、以及将扬声器固定器固定于墙壁的机构。
参见图20至29，所要安装的扬声器是低音炮。每一扬声器固定器可以按需要支承后扬声器等。
其它实施例的修改因为根据上述实施例设置于收听者4的双耳附近的扬声器11SW1和11SW2面对收听者4的双耳，所以低频声音高效率地到达收听者4。扬声器的设置位置不限于这种位置。例如，如图30所示，扬声器设置位置可以在以收听者4的头部的中心为中心的球面(具有dsw+收听者4的头部的半径的距离)中的任何一点。然而，扬声器优选放置在收听者4的面部平面后的空间内。如图30所示，将扬声器放置在收听者4的面部平面前的空间内是不理想的。
在上述实施例中，设置于收听者4的双耳附近的扬声器11SW1和11SW2一直是低音炮。但扬声器11SW1和11SW2不一定是低音炮，并且低音炮可以分开设置。
安装扬声器11SW1和11SW2的扬声器单元以允许以声音相加的方式从每一振膜的正面和背面发出声音的机构不限于上述管安装结构。例如，用于低频声音的扬声器单元可被固定在其中开有多个大尺寸的孔的板上，且通过诸孔从每一振膜的正面和背面发出的声音可以被相加在一起。
音频再现系统再现5.1声道音频信号。本发明可应用于不仅再现5.1声道音频信号还再现多个其它声道音频信号的音频再现系统。
本领域的技术人员应理解，根据设计需要和其它因素可出现各种修改、组合、子组合以及变更，但它们仍在所附权利要求或其等效技术方案的范围内。
权利要求
1.一种音频再现系统，包括一对扬声器单元；安装装置，用于以使从每一扬声器单元的振膜的正面和背面发出的声音被混合的方式将未安装于隔音板的所述一对扬声器单元安装于收听者的双耳附近；以及音频信号输出装置，用于以使收听者收听由所述一对扬声器单元再现的声音会感觉就象所述声音是从其它扬声器装置发出的方式来虚拟声音成像输入音频信号并将所虚拟声音成像的信号输出至所述一对扬声器单元。
2.如权利要求1所述的音频再现系统，其特征在于，所述输入音频信号包含多声道环绕声的后声道音频信号，以及所述音频信号输出装置以使收听者收听由所述一对扬声器单元再现的声音会感觉就象所述声音是从设置于所述收听者后方的扬声器装置发出的方式来虚拟声音成像所述后声道音频信号并将所虚拟声音成像的信号输出至所述一对扬声器单元。
3.如权利要求2所述的音频再现系统，其特征在于，向所述扬声器单元提供的是所述多声道环绕声的低频音频信号。
4.如权利要求1所述的音频再现系统，其特征在于，所述输入音频信号包含多声道环绕声的前声道音频信号，以及所述音频信号输出装置以使收听者收听由所述一对扬声器单元再现的声音会感觉就象所述声音是从设置于所述收听者前方的扬声器装置发出的方式来虚拟声音成像所述前声道音频信号并将所虚拟声音成像的信号输出至所述一对扬声器单元。
5.如权利要求4所述的音频再现系统，其特征在于，向所述扬声器单元提供的是所述多声道环绕声的低频音频信号。
6.如权利要求1所述的音频再现系统，其特征在于，所述输入音频信号包含多声道环绕声的前声道音频信号和后声道音频信号，以及所述音频信号输出装置以使收听者收听由所述一对扬声器单元再现的声音会感觉就象所述声音是从设置于所述收听者前方的扬声器装置发出的方式来虚拟声音成像所述前声道音频信号并将所虚拟声音成像的信号输出至所述一对扬声器单元，并以使所述收听者收听由所述一对扬声器单元再现的声音会感觉就象所述声音是从设置于所述收听者后方的扬声器装置发出的方式来虚拟声音成像所述后声道音频信号并将所虚拟声音成像的信号输出至所述一对扬声器单元。
7.如权利要求6所述的音频再现系统，其特征在于，向所述扬声器单元提供的是所述多声道环绕声的低频音频信号。
8.如权利要求1所述的音频再现系统，其特征在于，所述安装装置将所述扬声器单元安装到收听者可坐在上面的椅子上。
9.如权利要求1所述的音频再现系统，其特征在于，所述一对扬声器单元分别面向收听者的右耳和左耳安装。
10.如权利要求9所述的音频再现系统，其特征在于，所述安装装置在收听者的面部平面后方的空间内安装所述一对扬声器单元。
11.如权利要求4所述的音频再现系统，其特征在于，所述安装装置还安装用于所述多声道环绕声的后声道音频信号的扬声器。
12.一种再现音频声音的方法，包括以下步骤以使从每一扬声器单元的振膜的正面和背面发出的声音被混合的方式将未安装于隔音板的一对扬声器单元安装于收听者的双耳附近；以及以使收听者收听由所述一对扬声器单元再现的声音会感觉就象所述声音是从其它扬声器装置发出的方式来虚拟声音成像输入音频信号并将所虚拟声音成像的信号输出至所述一对扬声器单元。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括以使收听者收听由所述一对扬声器单元再现的声音会感觉就象所述声音是从设置于所述收听者后方的扬声器装置发出的方式来虚拟声音成像后声道音频信号并将所虚拟声音成像的信号输出至所述一对扬声器单元，其中所述输入音频信号包含多声道环绕声的后声道音频信号。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，向所述扬声器单元提供的是所述多声道环绕声的低频音频信号。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括以使收听者收听由所述一对扬声器单元再现的声音会感觉就象所述声音是从设置于所述收听者前方的扬声器装置发出的方式来虚拟声音成像输入音频信号并将所虚拟声音成像的信号输出至所述一对扬声器单元，其中所述输入音频信号包含多声道环绕声的前声道音频信号。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，向所述扬声器单元提供的是所述多声道环绕声的低频音频信号。
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括以使收听者收听由所述一对扬声器单元再现的声音会感觉就象所述声音是从设置于所述收听者前方的扬声器装置发出的方式来虚拟声音成像前声道音频信号并将所虚拟声音成像的信号输出至所述一对扬声器单元，并以使所述收听者收听由所述一对扬声器单元再现的声音会感觉就象所述声音是从设置于所述收听者后方的扬声器装置发出的方式来虚拟声音成像后声道音频信号并将所虚拟声音成像的信号输出至所述一对扬声器单元，其中所述输入音频信号包含多声道环绕声的前声道音频信号和后声道音频信号。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，向所述扬声器单元提供的是所述多声道环绕声的低频音频信号。
19.一种音频再现系统，包括一对扬声器单元；安装单元，用于以使从每一扬声器单元的振膜的正面和背面发出的声音被混合的方式将未安装于隔音板的所述一对扬声器单元安装于收听者的双耳附近；以及音频信号输出单元，用于以使收听者收听由所述一对扬声器单元再现的声音会感觉就象所述声音是从其它扬声器装置发出的方式来虚拟声音成像输入音频信号并将所虚拟声音成像的信号输出至所述一对扬声器单元。
全文摘要
一种音频再现系统，包括一对扬声器单元；安装单元，用于以使从每一扬声器单元的振膜的正面和背面发出的声音被混合的方式将未安装于隔音板的该对扬声器单元安装于收听者的双耳附近；以及音频信号输出单元，用于以使收听者收听由该对扬声器单元再现的声音会感觉就象该声音是从其它扬声器装置发出的方式来虚拟声音成像输入音频信号并将所虚拟声音成像的信号输出至该对扬声器单元。
文档编号H04R1/20GK101014210SQ200710006349
公开日2007年8月8日 申请日期2007年1月31日 优先权日2006年2月1日
发明者横田哲平, 木原信之 申请人:索尼株式会社