噪声减小装置和音频再生装置的制作方法

专利名称：噪声减小装置和音频再生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及噪声减小(noisereduction)装置和音频再生装置。
背景技术：
已知有一种噪声减小系统，该系统降低来自周围环境的噪声并向用户 提供较安静的环境。
这种类型的噪声减小系统的一个示例是执行主动式噪声减小的主动式 系统的噪声减小系统。主动式系统的噪声减小系统基本上具有以下所描述 的配置。该主动式系统的噪声减小系统利用充当声-电转换装置的麦克风来 收集外部噪声，根据噪声的音频信号来生成相位与所收集的噪声的相位在 声学上相反的噪声减小音频信号，利用充当电-声转换装置的扬声器来再生 所生成的噪声减小音频信号，并将该噪声减小音频信号与所述噪声相组合 以降低噪声(参见日本专利No.2778173)。
在市场上，还存在一种新兴的音频再生装置，该装置在使用噪声减小 系统来降低外部环境的噪声的状态下将听众想听的音乐的音频信号(下文 中称为音乐信号)提供给再生噪声减小音频信号的扬声器，并再生音乐信 号以提供令人满意的所再生的声场(以下还称为再生声场)空间，在该声 场空间中外部噪声被降低了 。

发明内容
当仅向用于发出用于降低噪声的噪声减小声音以抵消外部噪声的扬声 器提供噪声减小音频信号并执行足够的噪声抵消时，从扬声器发出的声音 被抵消且没有被用于收集外部噪声的麦克风收集。因此，在这种情况下不 会发生问题。但是，当向提供噪声减小音频信号的扬声器提供音乐信号 时，用于收集外部噪声的麦克风也收集从扬声器发出的音乐声音。因此，会发生所谓的啸叫(howling)。
因此，已经设计出用于防止发生啸叫的各种发明。但是，在当前情形 下，在充分显示出噪声减小效果且防止发生啸叫方面还没有获得令人满意 的结果。
因此，希望提供能够利用简单的结构来获得足够的噪声降低同时防止 啸叫的噪声减小装置。
根据本发明的一个实施例，提供了一种噪声减小装置，包括 具有扬声器单元的扬声器，其中，通过保持装置来保持该扬声器，以
使其能够混合从扬声器的振动板的前后方发出的声音；
麦克风，该麦克风被设置在从扬声器的振动板的前后方发出的声音被
混合且抵消的区域中；以及
用于向扬声器提供通过将麦克风所收集的音频信号的相位反转而获得 的噪声减小音频信号的装置。
在具有扬声器单元的通过保持装置来保持以使其能够混合从振动板的 前后方发出的声音的扬声器中，从振动板的前方发出的声波和从振动板的 后方发出的声波具有相反的相位。因此，在与包括扬声器的振动板的外部 周缘端的表面相平行的表面中的且在振动板的外部周缘端的更外侧的区域 中，存在从振动板的前后方发出的声音被混合且相互抵消从而将声压降低 到几乎为零的区域。
根据本发明的这个实施例，由于收集外部噪声的麦克风被设置在声压 几乎为零的区域中，所以从扬声器发出的声音不会被麦克风收集。因此， 麦克风仅收集外部噪声。
当通过将麦克风所收集的外部噪声的音频信号的相位反转而获得的噪 声减小音频信号被提供给扬声器时，该外部噪声可以被抵消或降低。在这 种情况下，由于从扬声器发出的声音并不包括在麦克风所收集的声音中， 所以不会发生所谓的啸叫。
根据本发明的这个实施例，通过将麦克风所收集的音频信号的相位反 转而获得的噪声减小音频信号被提供给扬声器，其中，所述麦克风被设置 在从扬声器的振动板的前后方发出的声音被混合且抵消的区域中。因此，可以提供能够获得足够的噪声减小效果同时防止啸叫的噪声减小装置。


图1是根据本发明第一实施例的噪声减小装置的基本结构的示例的框图；图2是用于说明根据第一实施例的噪声减小装置的用于收集外部噪声 的麦克风的布局位置的示图；图3A到图3C是用于说明根据第一实施例的噪声减小装置所获得的噪 声减小效果的示图；图4是用于使用传递函数来说明根据第一实施例的噪声减小装置的噪 声减小操作的示图；图5是用于示意性地说明根据本发明第二实施例的噪声减小装置的示图；图6是示出根据第二实施例的噪声减小装置的结构示例的框图；图7是示出根据第二实施例的噪声减小装置中的扬声器和用于收集外 部噪声的麦克风的布局示例的示图；图8是示出根据本发明第三实施例的包括噪声减小装置的音频再生装 置中的扬声器和用于收集外部噪声的麦克风的布局示例的示图；图9是示出根据第三实施例的包括噪声减小装置的音频再生装置的系 统配置的示例的示图；图10是用于说明图9所示的根据第三实施例的音频再生装置的示图；图11是用于说明图9所示的根据第三实施例的音频再生装置的示图；图12是用于说明图9所示的根据第三实施例的音频再生装置的曲线图；图13是示出图9所示的根据第三实施例的音频再生装置中的音频信 号输出设备单元的结构示例的框图；图14A和14B是用于说明图9所示的音频信号输出设备单元的一部分的结构的示图；图15是用于说明图9所示的音频信号输出设备单元的一部分的结构 的示图；图16是示出根据图9所示的根据第三实施例的音频再生装置中的音 频信号接收分配单元的结构示例的框图；图17A和17B是示出根据本发明一个实施例的包括噪声减小装置的音频再生装置中的扬声器和用于收集外部噪声的麦克风的布局示例的示图； 以及图18是示出根据本发明这个实施例的包括噪声减小装置的音频再生 装置中的扬声器和用于收集外部噪声的麦克风的布局的另一个示例的示 图。
具体实施方式
以下将参考附图来说明本发明的实施例。图1到4是用于说明根据本发明第一实施例的噪声减小装置的理论结 构的示例的示图。在图1所示的根据第一实施例的噪声减小装置中，扬声器1被布置在 听众3的耳朵附近。扬声器1被配置成所谓的裸装扬声器，其中，扬声器 单元自身并没有收纳在音箱中，并且没有与挡板相附接，以使得可以混合 从扬声器的振动板的前方和后方发出的声音。在裸装扬声器l中，如图2所示，从振动板的前方发出的声波Sf和从 振动板的后方发出的声波Sb被混合。从振动板的前方发出的声波Sf的相 位和从振动板的后方发出的声波Sb的相位彼此相反。因此，从振动板的 前方和后方发出的声音被混合并相互抵消从而将声压降低到接近于零的区 域(下文中称为声压零区域)Zo存在于与包括扬声器1的振动板的外部周 缘端的表面相平行的表面中且在振动板的外部周缘端的外侧的区域中。可以在扬声器1再生声音时通过使用麦克风来收集从扬声器1发出的 声波从而检查声压零区域Zo。在图2中，用虚线4来指示出这个区域。在本实施例中，用于收集外部噪声的麦克风2被布置在声压零区域Zo的任意位置处。特别地，例如，由于接近于扬声器1的框架的外部周缘的 区域是声压零区域Zo，所以麦克风2被固定于扬声器1的框架上并被布置在声压零区域Zo中。在这个示例中，麦克风2的保持装置是扬声器1。从听众3周围的噪声源到达的外部噪声Nz (参见图3A)被麦克风2 收集起来。经历过麦克风2的声-电转换而获得的外部噪声Nz的音频信号 通过麦克风放大器11而被提供给低通滤波器12。低通滤波器12的输出音 频信号被提供给用于噪声减小的滤波电路13，于是噪声减小音频信号被生 成。该噪声减小音频信号通过混合电路14和功率放大器15而被提供给扬 声器l。提供低通滤波器12的原因如下所述。具体而言，从裸装扬声器1的 振动板的前方和后方发出的声音中的低频声音具有声音抵消的实质效果。 从裸装扬声器1的振动板的前方和后方发出的声音的中高频分量实质上在 声压零区域Zo中被衰减，却并没有完全降低到零。因此，在本实施例中，为了使得可以更加确定地降低噪声，在麦克风 2所收集的外部噪声Nz中，利用低通滤波器12来将噪声减小目标局限于 低频分量，其中，当麦克风2被布置在声压零区域Zo中时低频分量几近 完全被抵消。这使得可以稳定地降低噪声而不会有啸叫(howling)。低通 滤波器12的截止频率例如被设置为等于或低于200Hz的频率，并且在本 示例中，为200Hz。滤波电路13基本上是用于将外部噪声Nz的音频信号的相位反转以生 成噪声减小音频信号的电路。滤波电路13在考虑到外部噪声声源位置和 噪声应当抵消的听众3的收听位置(即，噪声抵消位置)之间的空间传递 函数的情况下执行校正，并校正麦克风放大器11和功率放大器15的特 性。在这个示例中，滤波电路13包括数字滤波器。虽然并未在图中示出，但是滤波电路13可以包括A/D转换器、数字 滤波器和D/A转换器，其中，A/D转换器将来自低通滤波器12的模拟音 频信号转换成数字音频信号，数字滤波器包括从A/D转换器接收数字音频 信号的FIR (有限脉冲响应)滤波器，并且D/A转换器将经过数字滤波器 处理的数字音频信号转换成模拟音频信号。作为滤波电路13的数字滤波器的滤波系数，提供了用于反转输入音 频信号的相位并校正空间传递函数以及放大器11和14的特性的值。在本实施例中，如上所述，噪声减小目标局限于低频分量。但是，由 于低频分量的低频声音区域是人类不存在方向感的区域，所以由滤波电路 13使用空间传递函数来执行的校正可以省略。因此，并不一定要提供图扬声器1所示的滤波电路13。但是，当考虑到对放大器11和15的特性的校 正时，提供所述特性的校正范围内的滤波电路13将更好。可以向混合电路14提供听众3希望收听的音乐源S。但是，并不一定 要执行音乐源S的提供。如果听众3不希望收听音乐源S，则也并不一定 要提供混合电路14。在上述结构的情况下，当音乐源S不存在时，从扬声器l发出噪声减 小声音Sc (参见图3C)。由于噪声减小音频信号是通过将外部噪声Nz的音频信号的相位反转 来获得的，所以当外部噪声Nz是图3A所示的外部噪声Nz时，噪声减小 声音Sc是与外部噪声Nz反相的声音，如图3C所示。因此，外部噪声Nz 和与外部噪声Nz反相的噪声减小声音Sc被合成。其结果是，在听众3的 耳朵附近听到了噪声Nz降低了的或者消除了的声音Ms，如图3B所示。具有图1所示的结构的噪声减小装置是所谓的前馈系统的噪声减小装 置。将参考图4使用传递函数来说明前馈系统的噪声减小装置的噪声减小 操作。图4是使用与图1所示的框图相关联的单元的传递函数来表示各个 单元的框图。在图4中，A表示功率放大器14的传递函数，D表示充当驱动器的扬 声器1的传递函数，M表示与麦克风2的一部分和麦克风放大器11相对 应的传递函数，-a表示设计用于前馈系统的噪声降低的滤波器的传递函 数，该滤波器的传递函数包括用于相位反转的传递函数。F表示从外部噪 声源的位置到接近于听众3的耳朵的抵消点(cancel point)的位置的空间 传递函数。在如图4所示地表示各个单元的情况下，当噪声信号被表示为N时， 在具有图1所示的方框结构的噪声减小装置中、在接近于听众3的耳朵的抵消点处的声压P如下所示P = -ADMaN + FN + ADS(1)这里，当空间传递函数F被表示为F兰ADMa (2)时，即，如果滤波电路13的传递函数-a被设计成满足式(2)，则式 (1)被改变为如下 P兰ADS (3)因此，在抵消点处的声压P中，噪声Nz被抵消，并且仅存在音乐源 S。在式(3)中，当假设音乐源S=0时，g卩，不存在音乐源时，P三0。抵 消点处的这个声压P意味着噪声Nz被抵消，并且噪声Nz并不存在。第二实施例在第一实施例的说明中，说明了根据第一实施例的噪声减小装置的理 论结构的示例。在本发明第二实施例中，噪声减小装置被应用于实现汽车 中的噪声降低的目的。一般而言，汽车的引擎噪声和汽车运转时由轮胎旋转引起的噪声(轮 胎噪声)是低频噪声。第二实施例的一个目的就是降低这种引擎噪声和轮 胎噪声。图5是用于说明第二实施例中发出噪声减小声音的扬声器的配置的示 例的示图。在第二实施例中，在坐在驾驶座上或坐在司机旁边的座位上的 听众3的耳朵后边提供了用于降低左耳和右耳附近的噪声的扬声器1L和 1R。与第一实施例中所说明的扬声器1 一样，扬声器1L和1R被配置成所 谓的裸装扬声器，其中，扬声器单元并没有收纳在音箱中并且没有与挡板 相附接，以使得可以混合从扬声器单元的振动板的前方和后方发出的声 音。在关于从各个扬声器1L和1R发出的声音的声压几乎为零的区域Zo 中布置了用于收集外部噪声的麦克风2L和2R。事实上，与第一实施例中 所说明的一样，例如，麦克风2L和2R分别被固定于扬声器1L和1R的框 架的外部周缘上，并且被布置在声压零区域Zo中。从听众3周围的噪声源(在这个示例中即引擎噪声源21和轮胎噪声源22)到达的外部噪声Nz分别被麦克风2L和2R收集起来。基于麦克风 2L和2R分别收集的外部噪声Nz、按与第一实施例相同的方式来生成的用 于左通道和右通道的噪声减小音频信号分别被提供给扬声器1L和1R。因 此，从引擎噪声源21和轮胎噪声源22到达的外部噪声Nz在听众3的左 耳和右耳附近都被抵消，并且噪声降低被执行。根据第二实施例的噪声减小装置的结构示例的框图在图6中示出。在 图6所示的示例中，与第一实施例所说明的一样，噪声减小目标局限于例 如等于或低于200Hz的低频分量。这样就去除了第一实施例中的滤波电路 13。附接于扬声器1L的麦克风2L所收集的外部噪声Nz的音频信号通过 麦克风放大器IIL而被提供给低通滤波器12L，从而使得外部噪声Nz的 音频信号仅仅局限于频率例如等于或低于200Hz的低频分量，其中，扬声 器1L被布置在听众3的左耳之后并且被设置在声压零区域Zo之中。来自低通滤波器12L的噪声Nz的低频分量被提供给构成功率放大器 的差分放大器16L的反相输入端。因此，从差分放大器16L中获得了通过 将来自低通滤波器12L的噪声Nz的低频分量的相位反转而获得的噪声减 小音频信号，并且该噪声减小音频信号被提供给扬声器1L。因此，用于左耳的噪声减小声音被从扬声器1L发出，并且在声学上 被与外部噪声Nz相组合。与第一实施例一样，听众3的左耳附近的外部 噪声Nz被降低或者被抵消。以相同的方式，由附接于扬声器1R的麦克风2R收集的外部噪声Nz 的音频信号通过麦克风放大器IIR而被提供给低通滤波器12R，从而使得 外部噪声Nz的音频信号仅仅局限于频率例如等于或低于200Hz的低频分 量，其中，扬声器2L被布置在听众3的右耳之后并且被设置在声压零区 域Zo之中。来自低通滤波器12R的噪声Nz的低频分量被提供给构成功率放大器 的差分放大器16R的反相输入端。因此，从差分放大器16R中获得了通过 将来自低通滤波器12R的噪声Nz的低频分量的相位反转而获得的噪声减 小音频信号，并且该噪声减小音频信号被提供给扬声器1R。因此，用于右耳的噪声减小声音被从扬声器1R发出，并且在声学上被与外部噪声Nz相组合。与第一实施例一样，听众3的右耳附近的外部 噪声Nz被降低或者被抵消。如图7所示，扬声器1L和1R以及麦克风2L和2R可以附接于汽车座 位31的头靠32的左侧和右侧。在图6所示的结构中，听众3希望收听的在左右两个通道中的音乐源 的音频信号被提供给差分放大器16L和16R正相输入端。因此，听众3可 以在外部噪声(即，引擎噪声和轮胎噪声)被降低或者被抵消的状态下收 听音乐源的音乐。但是，在图7所示的示例的情况下，扬声器1L和1R被设置在听众3 的两只耳朵附近且在耳朵之后。因此，音乐再生声音的音频图像(audio image)可能位于听众3的头部附近。因此，以下将在一个实施例中详细描 述，提供给差分放大器16L和16R的正相输入端的作为音乐源的左通道和 右通道中的音频信号(例如，在两个立体声通道的情况下)被形成为经历 过虚拟声源处理的信号，以致使听众3感觉声音好像是从设置在听众3的 左前方和右前方的扬声器发出的。当音乐源例如是5. 1通道多环绕音频信号时，该音频信号被形成为经 过扬声器1L和1R的虚拟声源处理的信号，以使得用于所有通道的扬声器 都位于适当的位置处。第三实施例根据本发明第三实施例的音频再生装置包括根据上述实施例的噪声减 小装置，并且可以再生5.1通道多环绕声音。与第二实施例一样，第三实 施例被应用于安装在汽车上的音频再生装置。在第二实施例中，提供噪声减小音频信号的两个扬声器被用作用于听 众3的左耳和右耳的扬声器。两个扬声器1L和1R被设置在汽车座位31 的头靠32的左侧和右侧，如图7所示。在座位31是驾驶座的情况下，当 司机在倒车时检查后方时，设置在头靠32的左侧和右侧的扬声器1L和 1R很可能会干扰司机的视线。因此，在第三实施例中，仅由一个针对低频的裸装扬声器5提供噪声减小音频信号。如图8所示，扬声器5被设置在头靠32之中。扬声器5被 附接在头靠32之中，而没有附接于挡板。头靠32在垂直方向上可能较长，以使得扬声器5位于听众3坐在座位 上时其头部所处位置的部分的上方。头靠32被布置成使得扬声器5的声 音发出振动表面朝向听众3的两只耳朵的方向，即使扬声器5的位置在听 众3的头部的上方也是如此。在第三实施例中，与上述实施例一样，噪声减小目标仅仅是低频分 量。如上所述，由于低频声音区域是人类不存在方向感的区域，所以即使 像本示例中一样扬声器5是存在于听众3身后的一个扬声器，也可以达到 期望中的抵消或降低外部噪声的低频分量的目的。在本实施例中，扬声器5是针对低频的扬声器。因此，例如，使用了 孔径等于或大于16cm的相对较大的椭圆形扬声器。在本示例中，收集外部噪声Nz的麦克风6被附接于扬声器5的框架 上。如上所述，麦克风6的附接位置处在声压零区域Zo中，在该声压零 区域Zo中关于从扬声器5发出的声音的声压几乎为零。在图8所示的示 例中，麦克风6被附接于听众3的左耳之后的位置处。虽然仅在左耳之后 提供麦克风6，并且没有为右耳提供麦克风。但是，当噪声减小目标局限 于如上所述的低频分量时，由于不存在方向感，所以不会发生问题。在第三实施例中，听众3希望收听的音乐等的低频分量被从扬声器5 发出。但是，听众3希望收听的音乐等的中高频分量由针对中高频的两个 小型扬声器7L和7R发出。作为针对中高频的两个扬声器7L和7R，例如 可以使用孔径为2cm的小型扬声器。如图8所示，这两个扬声器被设置在 头靠32中的扬声器5的左下方和右下方。在本示例中，与扬声器5—样，针对中高频的这两个扬声器7L和7R 分别被配置成没有与挡板相附接的裸装扬声器。但是，针对中高频的扬声 器7L和7R可以与挡板附接并收纳在音箱中，而不是配置成裸装扬声器。为了更加精确地仅收集噪声，需要将针对中高频的扬声器7L和7R布 置成使得针对从用于中高频的扬声器7L和7R发出的声音的声压零区域与 针对从扬声器5发出的声音的声压零区域相互重叠，并且将麦克风6设置在重叠的声压零区域中。
在第三实施例中，听众3希望收听的音乐等的音频信号(例如，左右 两个通道中的立体声信号和5.1通道多环绕信号)被使得经历稍后将描述
的虚拟声源处理，被提供给扬声器5以及7L和7R，并且被再生。因此， 所生成的再生声场与在下述情况下生成的那些再生声场相同，所述情况是 指用于与左右两个通道中的原始立体声信号和5.1通道多环绕信号相对应 的通道的扬声器被布置在适当的位置处并且这些信号被再生的情况。
在第三实施例中，由设置在听众3附近的三个扬声器5、 7L、和7R 来发出在所有立体声双通道和5.1通道多环绕音频通道中的声音，从而最 大化噪声降低和节能的效果。
在第三实施例中，允许作为司机的听众3A和例如坐在司机旁边的座 位上的听众3B在最佳环境中分别欣赏左右双通道中的立体声和5.1通道环 绕声音。
图9是示意性地示出根据第三实施例的音频再生系统的示图。在图9 中，为听众3A和听众3B提供的组件的一部分是相同的。相同的组件被用 相同的标号和符号来表示。对应于听众3A的组件的后缀为A，并且对应 于听众3B的组件的后缀为B。
在第三实施例中，如图9所示，在驾驶座31A和司机旁边的座位31B 的每一个中都布置了三个扬声器。对于坐在驾驶座31A上的听众3A，在 本示例中，在驾驶座31A的头靠32A中，针对低频且用于噪声减小的扬声 器5A被布置在听众3A的头部中央之后，并且针对中高频的扬声器7LA 和7LR被布置在扬声器5A下方的左右两侧。麦克风6A被附接于针对从 扬声器5A发出的声音的声压零区域Zo中。
对于坐在司机旁边的座位31B上的听众3B，在本示例中，在司机旁 边的座位31B的头靠32B中，针对低频且用于噪声减小的扬声器5B被布 置在听众3B的头部中央之后，并且针对中高频的扬声器7LB和7LB被布 置在扬声器5B下方的左右两侧。
针对低频且用于噪声减小的扬声器5A和5B是如上所述的裸装扬声 器。在本示例中，针对中高频的扬声器7LA和7RA以及扬声器7LB和7RB分别是如上所述的裸装扬声器。如上所述，针对中高频的扬声器7LA 和7RA以及扬声器7LB和7RB可以与挡板相附接并收纳在音箱中，而不 是被配置成裸装扬声器。
如图9所示，除了如上所述的扬声器之外，根据第三实施例的音频再 生系统还包括音频信号输出设备单元40、音频信号接收分配单元50A和 50B、 DVD (数字多功能光盘)播放器60、和CD (光盘)播放器70。
来自DVD播放器60的音频信号Aul和来自CD播放器70的音频信 号Au2被提供给音频信号输出设备单元40。在某个情况下，来自DVD播 放器60的音频信号Aul是5.1通道环绕声音。但是，来自CD播放器70 的音频信号Au2是左右双通道中的音频信号。
在第三实施例中，音频信号输出设备单元40具有与5.1通道多通道环 绕声系统相对应的解码功能。当其试图再生来自DVD播放器60的5.1通 道环绕声信号时，音频信号输出设备单元40生成这样的音频信号，该音 频信号将被提供给设置在用户3A或3B的双耳附近且在听众3A或3B的 头部之后的扬声器5A、 7LA和7RA以及扬声器5B、 7LB禾Q7RB。
音频信号输出设备单元40对所生成的提供给扬声器5A、 7LA和7RA 或扬声器5B、 7LB和7RB的音频信号进行复用，并且在本示例中，将该 音频信号通过使用无线电波的无线电通信来发送到音频信号接收分配单元 50A和50B。
在本实施例中，音频信号输出设备单元40具有以下功能使前置左 通道和前置右通道中的音频信号经历虚拟声源处理，并生成发送给音频信 号接收分配单元50A和50B的双通道中的信号。音频信号输出设备单元 40还具有这样的功能使5.1通道多环绕音频信号经历虚拟声源处理，并 生成发送给音频信号接收分配单元50A和50B的双通道中的信号。
当来自DVD播放器60或CD播放器70的左右双通道中的音频信号被 输入时，如稍后将描述的，根据第三实施例的音频信号输出设备单元40 对前置左右双通道中的音频信号执行虚拟声源处理，生成发送给音频信号 接收分配单元50A和50B的双通道中的音频信号，并将这些音频信号发送 给音频信号接收分配单元50A和50B。从音频信号输出设备单元40向音频信号接收分配单元50A和50B的 无线电传输并不限于通过无线电波的传输。也可以使用超声波和光。
音频信号接收分配单元50A和50B对从音频信号输出设备单元40接 收的双通道中的音频信号进行解码，并从所述双通道的音频信号中分离出 左右双通道中的低频分量和中高频分量。音频信号接收分配单元50A和 50B生成分别提供给听众3A和3B的三个扬声器5A、 7LA和7RA以及三 个扬声器5B、 7LB和7RB的信号，并将这些信号提供给这些扬声器。
来自音频信号接收分配单元50A的左通道中高频分量SHLA和右通道 中高频分量SHRA分别被提供给用于驾驶座31A的左通道的中高频扬声器 7LA和用于驾驶座31A的右通道的中高频扬声器7RA。来自音频信号接收 分配单元50A的低频分量SLA被提供给驾驶座31A的低频扬声器5A。
来自音频信号接收分配单元50B的左通道中高频分量SHLB和右通道 中高频分量SHRB分别被提供给用于司机旁边的座位31B的左通道的中高 频扬声器7LB和用于司机旁边的座位31B的右通道的中高频扬声器 7RB。来自音频信号接收分配单元50B的低频分量SLB被提供给司机旁边 的座位31B的低频扬声器5B。
不言而喻，音频信号输出设备单元40与音频信号接收分配单元50A 和50B可以通过作为线束的电线(线缆)来连接，而不是通过无线电发送 和接收。
在第三实施例中，由布置在听众3A和3B的左耳之后的麦克风6A和 6B收集的外部噪声NzA和NzB分别被提供给音频信号接收分配单元50A 和50B。
音频信号接收分配单元50A和50B分别生成通过将麦克风6A和6B 所收集的外部噪声NzA和NzB的音频信号的低频分量的相位反转而获得 的噪声减小音频信号，并分别将这些噪声减小音频信号提供给针对低频且 用于噪声减小的扬声器5A和5B。
因此，在第三实施例中，对于各个听众3A和3B,在执行噪声减小处 理的同时执行双通道立体声再生和5.1多通道环绕再生。
对第三实施例中的扬声器配置和再生声场(reproduced sound field)的说明
参考图10来说明根据上述第三实施例的音频再生装置中的扬声器配 置和再生声场的示例。
在5.1多通道环绕声的情况下，存在前置左右双通道、中间通道、后 置左右双通道、以及专用于低频的通道。过去，用于各个通道的再生声音
的扬声器8FL、 8FR、 8C、 8RL、 8RR和8LFE被针对听众3的位置来布置 在图10中的用虚线指示的位置中。通过扬声器8FL、 8FR、 8C、 8RL、 8RR和8LFE来再生与这些扬声器相对应的通道的音频信号，藉此来生成 多通道环绕声场。
过去，作为扬声器8FL、 8FR、 8C、 8RL、 8RR和8LFE，以音箱的前 面侧为挡板的、扬声器单元所附接于的扬声器被如图所示地针对听众3来 布置。
在第三实施例中，并没有布置扬声器8FL、 8FR、 8C、 8RL、 8RR和 8LFE。取而代之的是，在听众3的附近且在听众3的头部之后布置了三个 扬声器5、 7L禾n7R。
在扬声器5、 7L和7R中，扬声器5是针对低频的扬声器。在本实施 例中，使用具有相对较大孔径的椭圆形扬声器作为扬声器5。扬声器5被 布置在听众3的头部中央(恰好在头部处)之后。扬声器5被配置成裸装 扬声器，其中，扬声器的扬声器单元并没有收纳在音箱中并且不与挡板相
附接，以使得可以混合从扬声器的振动板的前方和后方发出的声音。
扬声器7L和7R是针对中高频的扬声器，并且是孔径小于扬声器5的 孔径的扬声器。扬声器7L和7R被布置在扬声器5的左右两侧，使它们与 听众3的左右耳相对，从而使得它们的振动板分别从听众3的头部后方与 听众3的左右耳相对。在这个示例的情况下，与扬声器5 —样，扬声器7L 和7R也被配置成如上所述的没有与挡板相附接的裸装扬声器。
在本实施例中，经历过虚拟声源处理(稍后将描述)的5.1多通道音 频信号的低频分量被提供给布置在听众3的附近且在其头部之后的扬声器 5，并且低频声音被从扬声器5发出。因此，在本实施例中，扬声器5起 到了与超低音扬声器(subwoofer)等效的作用。经历过虚拟声源处理(稍后将描述)的5.1多通道音频信号的中高频
分量被提供给布置在听众3的附近且在其头部之后的扬声器7L和7R，并 且中高频声音被从扬声器7L和7R发出。
因此，由听众3的头部之后的扬声器5在听众3的耳朵附近发出LFE 通道中的低频声音。但是，在远离听众3的位置处，从扬声器5的扬声器 单元的前方和后方发出的声音在相位上彼此相差180度，并且相互抵消。 因此，听众3几乎不会听到这些声音。因此，可以防止过去的这种情形 低频声音传播到邻域(例如，隔壁的屋子)并引起麻烦。
为了检査低频声音的衰减，如图11所示，在消声室中，利用位于与 扬声器单元8SW相距距离"d"的位置处的麦克风MC来收集来自用于超 低音扬声器的、孔径例如为17厘米的扬声器单元8SW的声音，并且对其 声压水平的特性进行测量。然后，获得了图12所示的结果。在这种情况 下，扬声器单元8SW没有收纳在箱体中且不与挡板相附接。
图12所示的四条频率特性曲线是在扬声器单元8SW与麦克风MC之 间的距离"d"分别为IO厘米、20厘米、40厘米和80厘米时的那些频率 特性曲线。
从图12可见，当扬声器单元被配置成没有收纳在箱体中的裸装扬声 器时，等于或低于lkHz的声音被大大衰减。尤其可以确定，更低频声音 的衰减量更大。
在本实施例的情况下，扬声器5与听众3的左耳和右耳之间的距离 dsw被设置成低频声音被发送到听众3的耳朵而没有被大大地衰减的距 离，即，在本示例中大约为20厘米。
例如，在过去的通用配置中，扬声器5和听众3的耳朵之间的距离是 2米，然而在本示例中，扬声器5和听众3的耳朵之间的距离被设置为20 厘米。在本实施例的情况下，所述距离是过去的距离的1/10。
因此，在本实施例中，使听众3可以感觉到与过去相同的声压所需的 能量仅仅需要过去的通用配置中的1/100。换而言之，如果在上述通用示 例中需要100W (瓦)的放大器，则在本实施例的情况下，即使在1W的 放大器的情况下听众3也能够感觉到相同的声压。在本实施例中，因为仅提供给扬声器的音频信号输出存在不同，所以
声音扩散较小。此外，低频声音(例如，在20Hz、 30Hz和40Hz处的声 音)按照相位而被抵消。除了在起到超低音扬声器的作用的扬声器5的扬 声器单元的有限近旁之外，几乎听不到这些声音。另一方面，通过收集这 种低频频带内的巨大能量而获得了在DVD软件中包括的强有力的音响效 果。因此，进一步提高了噪声隔离的效果。
利用上述配置，在仅仅关注低频声音，仅考虑低频声音的衰减的情况 下，有效地获得了所述效果。
在本实施例中，不仅是低频声音，而且还利用听众3的双耳附近的两 个扬声器7L和7R来再生了中高频声音。换而言之，所有通道中的音频信 号都是经历过虚拟声源处理的音频信号，这些音频信号被提供给听众3后 方的与听众3的左耳和右耳相对的扬声器7L和7R，并且被再生。
与扬声器5—样，从扬声器7L和7R到听众3的耳朵的距离很小。因 此，关于中高频音频信号，还可以降低在其声域中的辐射能量，并有助于 噪声隔离。
根据第三实施例的音频信号输出设备单元40的结构示例
图13是示出根据第三实施例的音频信号输出设备单元40的结构示例 的框图。根据第三实施例的音频信号输出设备单元40包括控制单元100 和音频信号处理单元200，其中，控制单元100包括为计算机。
在控制单元100中，其中存储有软件程序等的ROM (只读存储器) 103、用于工作区域的RAM (随机存取存储器)104、并行输入和输出端 口 105、 106、 108和109、用户操作接口单元110、后置头部相关传递函 数(HRTF)存储单元111、前置头部相关传递函数存储单元112等通过系 统总线102来连接到CPU (中央处理单元)101。作为用户操作接口单元 110，除了直接设置在音频信号输出设备单元40中的按键操作单元等之 外，还存在包括遥控器和遥控接收单元的操作单元。
如上所述，在本实施例中，可以将来自DVD播放器60的音频信号 Aul和来自CD播放器70的音频信号Au2输入到音频信号输出设备单元 40。所输入的音频信号Aul和An2被提供给输入选择开关电路201。利用开关信号来切换输入选择开关电路201，其中，所述开关信号是
根据通过用户操作接口单元110来执行的听众3的选择操作的、通过控制 单元100的输入和输出端口 105来提供的信号。当听众3选择来自DVD 播放器60的声音时，开关电路201被切换成选择音频信号Aul。当选择来 自CD播放器70的声音时，开关电路201被切换成选择音频信号Au2。
开关电路201所选择的音频信号被提供给扬声器5.1通道解码单元 202。当在开关电路201处输出来自DVD播放器60的音频信号Aul并且 在用户操作接口单元110中选择了扬声器5.1通道时，5.1通道解码单元 202对该音频信号Aul进行通道解码处理，并输出前置左通道和前置右通 道中的音频信号L和R、中间通道中的音频信号C、后置左通道和后置右 通道中的音频信号RL和RR、以及低频音频信号LFE。
在5.1通道解码单元202中通过对音频信号Aul进行解码而得到的后 置左右双通道的音频信号RL和RR被提供给充当虚拟声源处理单元的后 置传递函数巻积电路210。
后置传递函数巻积电路210例如使用数字滤波器、相对于来自5.1通 道解码单元202的后置左右双通道中的音频信号RL和RR来对预先在后 置头部相关传递函数存储单元111中准备的后置头部相关传递函数进行巻 积。
因此，在后置传递函数巻积电路210中，当输入其中的音频信号不是 数字信号时，该输入音频信号被转换为数字信号。在后置头部相关传递函 数在其中被巻积之后，输入音频信号被复位成模拟信号并被输出。
在本示例中，后置头部相关传递函数被如下所示地测量计算，并被存 储在后置头部相关传递函数存储单元111中。图14A和14B是用于说明后 置头部相关传递函数的测量方法的示图。
如图14A所示，用于左通道测量的麦克风ML和用于右通道测量的麦 克风MR被设置在听众3的左右双耳附近。用于后置左通道的扬声器8RL 被设置在听众3身后的、用于后置左通道的扬声器通常被布置在的地方。 例如，在用于后置左通道的扬声器8RL再生脉冲时发出的发出声音被各个 麦克风ML和MR所收集。根据所收集的声音的音频信号来测量从后置扬声器8RL向左右耳传递的传递函数(用于后置左通道的后置头部相关传递 函数)。
以相同的方式，例如，在用于后置右通道的扬声器8RR再生脉冲时发 出的发出声音被各个麦克风ML和MR所收集。根据所收集的声音的音频 信号来测量从后置扬声器8RR向左右耳传递的传递函数(用于后置右通道 的后置头部相关传递函数)。
可取的是，当后置扬声器8RL和8RR被设置在与听众3的后方中央 左右成30度且与其相距2m的位置处时，测得从各个扬声器向双耳传递的 传递函数，并将所测得的传递函数用作后方头部相关传递函数。
以下将进一步补充对传递函数的说明。例如，在图14A中，从左后方 向左耳传递的传递函数被表示为传递函数A。如图14B所示，通过测量从 耳朵附近的扬声器7L向麦克风ML传递的传递函数而获得的传递函数被 表示为传递函数B。传递函数X被计算得到，其中，传递函数X与传递函 数B相乘将得到传递函数A。相对于发送到耳朵附近的扬声器7L的信号 声音来对计算所得的传递函数X进行巻积。于是，听众3感觉从该点处的 扬声器7L发出的声音就好像是从听众3左后方2m的位置传播而来的声 音。关于右通道，可以以相同的方式来计算传递函数。
传递函数X并不总是必须计算。在某种情况下，仅必须计算传递函数 A。以上作为代表性传递函数来说明了一个传递函数。但是，不言而喻， 如图14A和14B所示，实际上存在多个传递函数。
如上所述来测得的后置头部相关传递函数被存储在后置头部相关传递 函数存储单元111中，通过输入和输出端口 108而被提供给后置传递函数 巻积电路210，并在后置传递函数巻积电路210中被巻积。因此，当来自 后置传递函数巻积电路210的音频信号RI^和RI"被提供给布置在双耳附 近的扬声器7L和7R并被再生时，听众3将听到就好像是从听众3后方的 后置左右扬声器8RL和8RR发出的再生声音。
此时经历过虚拟声源处理的后置左右通道中的音频信号RL"n収*的 电平可以低于提供给扬声器8RL禾卩8RR的信号的电平。这是因为扬声器 7L和7R被设置在听众3的耳朵附近。因为头部相关传递函数巻积而使得听到了好像是从虚拟扬声器位置发 出的声音。因此，在本说明书中，上述处理被称为虚拟声源处理。
如上所述来自后置传递函数巻积电路210的经历过虚拟声源处理的音
频信号RI^和RI^被提供给合成单元211和212。
来自5.1通道解码单元202的前置左通道中的音频信号L和中间通道 中的音频信号C被合成单元203合成。这些音频信号的合成输出音频信号 (L+C)被提供给前置传递函数巻积电路220，前置传递函数巻积电路220 构成了虚拟声源处理单元。来自5.1通道解码单元202的前置右通道中的 音频信号R和中间通道中的音频信号C被合成单元204合成。这些音频信 号的合成输出音频信号(R+C)被提供给前置传递函数巻积电路前置传递 函数巻积电路220。
前置传递函数巻积电路220具有与后置传递函数巻积电路210相同的 结构。前置传递函数巻积电路220例如使用数字滤波器、相对于来自合成 单元203和204的音频信号来对预先在前置头部相关传递函数存储单元 112中准备的前置头部相关传递函数进行巻积。
因此，在前置传递函数巻积电路220中，当输入其中的音频信号并不 是数字信号时，该输入音频信号将被转换为数字信号。在前置头部相关传 递函数在其中被巻积之后，输入音频信号被复位成模拟信号并被输出。
在本示例中，前置头部相关传递函数被如下所述地测量，并被存储在 前置头部相关传递函数存储单元112中。图15是用于说明前置头部相关 传递函数的测量方法的示图。
如图15所示，用于左通道测量的麦克风ML和用于右通道测量的麦 克风MR被设置在听众3的左右双耳附近。用于前置左通道的扬声器8FL 被设置在听众3前方的、用于前置左通道的扬声器通常被布置在的地方。 例如，当用于前置左通道的扬声器8FL再生脉冲时发出的发出声音被各个 麦克风ML和MR所收集。根据所收集的声音的音频信号来测量从前置扬 声器8FL向左右耳传递的传递函数(用于前置左通道的前置头部相关传递 函数)。
以相同的方式，例如，在用于前置右通道的扬声器8FR再生脉冲时发出的发出声音被各个麦克风ML和MR所收集。根据所收集的声音的音频 信号来测量从前置扬声器8FR向左右耳传递的传递函数(用于前置右通道 的前置头部相关传递函数)。
可取的是，当前置扬声器8FL和8FR被设置在与听众3的前方中央左 右成30度且与其相距2m的位置处时，测量从各个扬声器向双耳传递的传 递函数，并应用所测得的传递函数作为前方头部相关传递函数。
以下将进一步补充对传递函数的说明。例如，在图15中，从左前方 向左耳传递的传递函数被表示为传递函数A。通过测量例如从耳朵附近的 扬声器7L和7R向麦克风ML传递的传递函数而获得的传递函数被表示为 传递函数B。传递函数X被计算得到，其中，传递函数X与传递函数B相 乘将得到传递函数A。相对于发送到耳朵附近的扬声器7L的信号声音来 对计算所得的传递函数X进行巻积。于是，听众3感觉从该点处的扬声器 7L发出的声音就好像是从听众3左前方2m的位置传播而来的声音。
但是，传递函数X并不总是必须计算。在某种情况下，仅必须计算传 递函数A。以上作为代表性传递函数来说明了一个传递函数。但是，不言 而喻，如图15所示，实际上存在多个传递函数。
如上所述测得的前置头部相关传递函数被存储在前置头部相关传递函 数存储单元112中，通过输入和输出端口 109而被提供给前置传递函数巻 积电路220，并在前置传递函数巻积电路220中被巻积。
从前置传递函数巻积电路220中获得了通过将中间通道中的音频信号 C与经历过虚拟声源处理的前置左通道中的音频信号FI^合成而获得的音 频信号以及通过将中间通道中的音频信号C与经历过虚拟声源处理的前置 右通道中的音频信号？尺*合成而获得的音频信号。
返回来参考图9，来自前置传递函数巻积电路220的音频信号 (FL*+C)禾tl (FR*+C)被提供给布置在听众3A或3B的双耳附近的扬声 器7LA和7RA或者7LB和7RB，并被再生。在这种情况下，听众3A或 3B将听到就好像是从左前方和右前方处的前置扬声器8FL和8FR发出的 再生声音，并将听到就好像是从设置在中央的扬声器发出的中间通道声此时的音频信号(FL*+C)和(FR*+C)的电平可以低于提供给扬声 器8FL和8FR的信号的电平。这是因为扬声器7LA和7RA或者7LB和 7RB在听众3A或3B的耳朵附近。
这样，来自前置传递函数巻积电路220的经历过虚拟声源处理的音频 信号(FL*+C)和(FR*+C)被提供给合成单元213和214。来自5.1通道 解码单元202的低频音频信号LFE被提供给合成单元213和214。合成单 元213和214的输出音频信号被提供给合成单元211和212。
来自前置传递函数巻积电路220的经历过虚拟声源处理的、与中间通 道中的音频信号相合成的前置左通道中的音频信号在合成单元213中被与 来自5.1通道解码单元202的低频音频信号LFE相合成。然后，在合成单 元211中，该音频信号被与来自后置传递函数巻积电路210的经历过虚拟 声源处理的后置左通道中的音频信号相合成，从而得到用于左通道的信号 L承。
以相同的方式，来自前置传递函数巻积电路220的经历过虚拟声源处 理的、与中间通道中的音频信号相合成的前置右通道中的音频信号在合成 单元214中被与来自5.1通道解码单元202的低频音频信号LFE相合成。 然后，在合成单元212中，该音频信号被与来自后置传递函数巻积电路 210的经历过虚拟声源处理的后置右通道中的音频信号相合成，从而得到 用于右通道的信号R*。
来自合成单元211和212的合成音频信号"和R^被提供给复用单元 215并被复用，并且通过无线电而被从无线电发送单元216发送到音频信 号接收分配单元50A和50B。
音频信号接收分配单元50A和50B各自从音频信号输出设备单元40 接收无线电波，从所接收的无线电波中提取经复用的音频信号，对该音频 信号进行解复用，并分离出用于左右双通道的音频信号1^*和R*。音频信 号接收分配单元根据用于左右双通道的音频信号L^和《*来生成将被提供 给低频用扬声器5A和5B的信号SLA和SLB以及将被提供给中高频用扬 声器7LA和7RA与扬声器7LB和7RB的信号SHLA和SHRA与信号 SHLB禾n SHRB，并将这些信号分别提供给与这些信号相对应的扬声器5A禾卩5B。
因此，扬声器5A和5B主要再生低频音频信号LFE。扬声器7LA和 7RA与扬声器7LB和7RB再生经历过虚拟声源处理的前置音频信号 (FL*+C)和(FR*+C)以及经历过虚拟声源处理的后置音频信号RI^和 RR*。
当从开关电路201输出来自CD播放器70的左右双通道中的音频信号 时，或者当来自DVD播放器60的音频信号是左右双通道中的音频信号 时，仅仅左右双通道中的音频信号L和R被从5.1通道解码单元202输 出，并被提供给前置传递函数巻积电路220。相对于这些音频信号对前置 传递函数进行巻积，并使这些音频信号经历虚拟声源处理。这时，后置传 递函数巻积电路210没有被上电且没有被启动。
来自前置传递函数巻积电路220的双通道信号通过合成单元213、 214、 211和212经由复用单元215和无线电发送单元216而被提供给音频 信号接收分配单元50A和50B。
因此，此时，通过使左右双通道中的音频信号经历虚拟声源处理而得 到的音频信号在扬声器5A、 7LA和7RA或者扬声器5B、 7LB和7RB中 被再生，就好像所再生的声音是从位于听众3A或3B的左前方和右前方的 前置扬声器发出似的。
这样 ，在第三实施例中，听众3A或3B可以仅使用听众3A或3B的 双耳附近且在听众3A或3B后方的三个扬声器来欣赏大音量的逼真的多通 道声音。此外，可以极大地降低向邻域的声音泄漏，并实现音频再生系统 的节能。
所再生的声场被提供给各个听众3A和3B。因此，存在与由固定地设 置在汽车的仪表板、门等上的扬声器提供的再生声场不同的效果，即，音 频图像定位并不依据听众的位置而变化，并且一般可以向各个听众提供最 佳再生声场。
在第一实施例中也说明过，与过去将扬声器布置在车载音频系统中的 门等上的情况相比，由于可以极大地降低听众头部后方的三个扬声器5、 7L和7R中的声功率，所以还存在可以降低电池负荷的优点。音频信号接收分配单元的结构示例
音频信号接收分配单元50A和50B生成了上述用于音频再生的信号。 此外，音频信号接收分配单元50A和50B还生成了提供给扬声器5A和5B 的用于噪声减小且针对低频的噪声减小音频信号，并将该噪声减小音频信 号提供给扬声器5A和5B。
音频信号接收分配单元50A和50B具有相同的结构。根据此实施例的 音频信号接收分配单元50A的结构的一个示例在图16中示出。在图16所 示的示例中，与第二实施例一样，并没有提供滤波电路。
在本示例中，通过无线电从音频信号输出设备单元40发送而来的信 号被无线电接收单元51接收，并被提供给多重解码单元52。在多重解码 单元52中，所接收的信号中的经过复用的音频信号经历了解复用处理， 并且双通道中的信号y和11*被解码。
来自多重解码单元52的双通道中的信号！^*和R+分别被提供给频带分 割电路53L和53R。频带分割电路53L禾n 53R分别将所输入的信号"和 11*分离成低频分量SLLA和SLRA以及中高频分量SHLA和SHRA。例 如，低于200Hz的频率分量被设置为低频分量，并且高于200Hz的频率分 量被设置为中高频分量。分离频率并不限于200Hz，并且例如可以是 100Hz。
来自频带分割电路53L的左通道中的中高频分量SHLA通过放大器 54L而被提供给扬声器7LA。来自频带分割电路53R的右通道中的中高频 分量通过放大器54R而被提供给扬声器7RA。
来自频带分割电路53L和频带分割电路53R的低频分量SLLA和 SLRA被提供给合成器55，并且被合成。低频分量的合成输出信号SLA通 过充当功率放大器的差分放大器56而被提供给扬声器5A。
因此，充当超低音扬声器的扬声器5A主要再生低频音频信号LFE。 扬声器7L和7R再生了经历过虚拟声源处理的后置左右通道中的中高频音 频信号。
在本实施例中，由麦克风6A收集的外部噪声Nz的音频信号通过麦克 风放大器57而被提供给低通滤波器58，以将该音频信号仅仅局限于频率例如等于或低于200Hz的低频分量。
来自低通滤波器58的噪声Nz的低频分量被提供给差分放大器56的 反相输入端，其中差分放大器56构成了功率放大器。因此，从差分放大 器56中获得了通过将来自低通滤波器58的噪声Nz的低频分量的相位反 转而获得的噪声减小音频信号，并且该噪声减小音频信号被提供给扬声器 5A。
因此，噪声减小声音被从扬声器5A发出，并且在声学上被与外部噪 声Nz相合成。与第一和第二实施例一样，听众3A的耳朵附近的外部噪声 Nz被降低或者抵消了。
如上所述，利用根据第三实施例的音频再生系统，坐在座位上的听众 3A和3B可以使用数目少于通道数目的扬声器来欣赏大音量的逼真的多通 道声音。另外，可以极大地降低向邻域的声音泄漏。
此外，在引擎噪声和轮胎噪声被降低或被抵消的状态下，可以欣赏多 通道声音并获得舒服的声场。
特别地，在本实施例中，由于用于低音再生的扬声器5并没有收纳在 音箱中并且被布置在听众3的附近且在头部后方的耳朵附近，所以可以极 大地衰减向邻近房间的重低音泄漏。如上所述，由于由听众3的耳朵附近 的扬声器7L和7R发出后置左右通道中的声音作为经历过虚拟声源处理的 声音，所以可以降低该声音的音频信号电平。因此，不仅可以进一步降低 低音泄漏，而且还可以降低向邻域的声音泄漏的水平。因此，即使在深夜 也可以欣赏例如足够大音量的DVD娱乐表演，而不用担心其他人。
由于扬声器5、 7L和7R被布置在听众耳朵附近，所以在极端情况 下，可以将音频信号输出功率设置为大约过去的1/100。因此，可以节能 并极大地降低硬件成本(输出放大器)。还存在一个优点由于仅需要小 功率作为音频输出功率，所以可以使用不需要大冲程(stroke)的薄、 轻、且便宜的扬声器。由于音频输出功率降低了，所以热量生成减少并且 还可以实现诸如电源之类的设备的尺寸的减小。因此，扬声器的电池驱动 也可行了，并且可以将扬声器嵌入在椅子的设计等中。
因此，可以在整体上实现对音频再生系统的节能。存在以下优点可以提供这样的音频再生系统，该音频再生系统降低了向邻域传递的噪声， 而不会降低欣赏声音的个人的满意程度。
在图9所示的配置中，为每一个听众都提供了音频信号接收和分配单 元。但是，音频信号接收分配单元可以为多个听众所共用。但是，在那种 情况下，设置在声压零区域中的各个麦克风的输出音频信号(外部噪声音 频信号)被提供给该共用音频信号接收分配单元，其中，所述声压零区域 是关于从用于发出噪声减小声音的且布置在各个听众后方的扬声器发出的 声音的声压零区域。
提供给各个听众的用于噪声减小且针对低频的扬声器5的音频信号中 的噪声减小音频信号必须是通过将由相应麦克风收集的音频信号的相位反 转而获得的噪声减小音频信号。因此，提供给各个听众的用于噪声减小且 针对低频的扬声器5的音频信号必须分开来生成，并分别提供给与各个听
众相对应的扬声器5。
另一方面，作为针对中高频的双通道中的信号，在共用音频信号接收 分配单元中共同生成的相同信号可以分别被提供给布置在各个听众的头部
附近后方的扬声器7L和7R，共同作为用于多个听众的信号。
不严而言，在没有提供音频信号接收分配单元50A和50B等的情况 下，音频信号输出设备单元40可以具有音频信号接收分配单元的功能， 并通过扬声器线缆向各个扬声器提供与用于各个听众的扬声器5、 7L和 7R相对应的音频信号。
在第三实施例中，多环绕声音的所有通道中的音频信号都经历了虚拟 声源处理，并被提供给听众3附近且在头部后方的三个扬声器。但是，例 如，还可以由附接于汽车仪表板和门上的扬声器来再生前置左右通道中的 声音，并由头部后方的三个扬声器来再生通过使后置通道中的音频信号经 历虚拟声源处理而获得的音频信号。
此外，还可以这样5.1通道的所有通道中的音频信号都经历虚拟声 源处理并由头部后方的三个扬声器再生，并且由固定地设置在汽车的仪表 板、门等上的扬声器来补充性地提供定位相对较难的中间通道。
其它实施例和修改第三实施例中的用于噪声减小且针对低频的扬声器和针对中高频的两 个扬声器的布局位置并不限于上述实施例中的布局位置。
例如，图17A和17B所示的扬声器的布局位置的示例也是可以的。在
图17A和17B所示的示例中，针对低频的扬声器5附接在头靠32中，而 没有与挡板相附接。如图17A所示，针对中高频的扬声器7L和7R被附接 于座位31的椅背33顶部的左右两肩部分，而没有与挡板相附接。在这种 情况下，可取的是，如图17B所示，针对中高频的扬声器7L和7R被附接 为使得听众3的双耳方向处在声波的发射方向上。
在根据上述实施例的音频再生装置中，扬声器1、 1L和1R或者扬声 器5、 7L和7R的布局位置并不限于这些实施例中的布局。例如，如图18 所示，所述布局位置可以是任何位置，而只要这些位置处在围绕听众3的 头部的、半径例如为(听众3的头部半径+ dsw)的球形表面80上。但 是，如图18所示，希望扬声器的布局位置处在比听众3的脸部更后方的 区域中。
但是，在根据这些实施例的噪声减小装置中的扬声器1、 1L和1R的 布局位置并不必须在如图1B所示的比听众3的脸部更后方的区域中。
在上述实施例中，用于噪声减小且针对低频的扬声器和针对中高频的 扬声器被固定附接于椅子上。但是，保持这些扬声器的方法并不限于这 种。例如，各个扬声器可以按位于地板上的支架的形式来保持，或者可以 从天花板悬垂。
在上述实施例中，用于收集外部噪声的麦克风被附接于用于发出噪声 减小声音的扬声器的框架上。但是，该麦克风可以通过诸如支架或夹持臂 之类的预定保持装置来保持在关于从用于发出噪声减小声音的扬声器发出 的声音的声压零区域中，而不是通过扬声器的框架来保持。
在对这些实施例的说明中，说明了用于再生5.1通道中的多通道音频 信号的音频再生系统。但是，本发明适用于所有音频再生系统，不仅是再 生5.1通道中的音频信号的音频再生系统，而且是再生双通道或三通道的 音频信号的音频再生系统。
在以上说明中，汽车的引擎噪声和轮胎噪声被作为噪声源来说明。但是，本发明并不限于用于汽车的噪声减小装置。例如，当假定听众所坐的 是躺椅而不是汽车的座位时，诸如飞机空间和房子的起居室之类的环境空 间中的噪声降低可以是本发明的目标。
由于扬声器保持装置并不限于如上所述的椅子，所以其它各种噪声环 境中的噪声降低也时本发明的目标。
本领域技术人员应当了解，在所附权利要求或其等同物的范围内，根 据设计要求和其它因素可以进行各种修改、组合、子组合和变更。
本发明包含与在2007年4月19日向日本专利局提交的日本专利申请 JP 2007-110005相关的主题，该申请的全部内容通过引用而结合于此。
权利要求
1.一种噪声减小装置，包括具有扬声器单元的扬声器，其中，通过保持装置来保持该扬声器，以使其能够混合从所述扬声器的振动板的前后方发出的声音；麦克风，该麦克风被设置在从所述扬声器的振动板的前后方发出的所述声音被混合且抵消的区域中；以及用于向所述扬声器提供通过将所述麦克风所收集的音频信号的相位反转而获得的噪声减小音频信号的装置。
2. 如权利要求1所述的噪声减小装置，还包括低通滤波器，该低通 滤波器用于将提供给所述扬声器的所述噪声减小音频信号限制到所述麦克 风所收集的音频信号的低频分量。
3. 如权利要求1所述的噪声减小装置，其中，除了所述噪声减小音 频信号之外，还向所述扬声器提供预定音频信号。
4. 如权利要求3所述的噪声减小装置，其中，所述扬声器被所述保 持装置保持为布置在听众耳朵附近。
5. —种音频再生装置，包括具有扬声器单元的用于左右通道的第一和第二扬声器，其中，通过保持装置来保持所述第一和第二扬声器，以使其能够混合从所述扬声器的振动板的前后方发出的声音；第一和第二麦克风，所述第一和第二麦克风被设置在从所述第一和第 二扬声器各自的振动板的前后方发出的声音被混合且抵消的区域中；用于向所述第一和第二扬声器提供通过将所述第一和第二麦克风所收 集的音频信号的相位反转而获得的噪声减小音频信号的装置；以及音频信号提供装置，用于分别向所述第一和第二扬声器提供预定音频 信号。
6. 如权利要求5所述的音频再生装置，其中，从所述音频信号提供 装置向所述第一和第二扬声器提供的所述预定音频信号经历采用头部相关 传递函数的虚拟声源处理，以致使听众听到好像是从位于与所述第一和第二扬声器的位置不同的位置处的其它扬声器发出的声音。
7. —种音频再生装置，包括布置在听众附近的具有扬声器单元的第一扬声器，其中，通过保持装 置来保持所述第一扬声器，以使其能够混合从所述扬声器的振动板的前后 方发出的声音；麦克风，该麦克风被设置在从所述第一扬声器的振动板的前后方发出 的声音被混合且抵消的区域中；用于向所述第一扬声器提供通过将所述麦克风所收集的音频信号的相位反转而获得的噪声减小音频信号的低频分量的装置；第二和第三扬声器，该第二和第三扬声器由第二保持装置保持且被布 置在所述听众附近、所述第一扬声器的左右侧；分离装置，用于从输入音频信号中分离并获得低频分量和用于左右通 道的中高频分量；用于向所述第一扬声器提供由所述分离装置分离得到的所述低频分量 与所述噪声减小音频信号的低频分量相加之和的装置；以及用于向所述第二和第三扬声器提供由所述分离装置分离得到的用于左 右通道的所述中高频分量的装置。
8. 如权利要求7所述的音频再生装置，其中，提供给所述第二和第 三扬声器的音频信号经历采用头部相关函数的虚拟声源处理，以使得所述 听众听到好像是从位于与所述第二和第三扬声器的位置不同的位置处的其 它扬声器发出的声音。
9. 一种噪声减小装置，包括具有扬声器单元的扬声器，其中，通过保持单元来保持该扬声器，以 使其能够混合从所述扬声器的振动板的前后方发出的声音；麦克风，该麦克风被设置在从所述扬声器的振动板的前后方发出的所 述声音被混合且抵消的区域中；以及被配置用于向所述扬声器提供通过将所述麦克风所收集的音频信号的 相位反转而获得的噪声减小音频信号的单元。
10. —种音频再生装置，包括具有扬声器单元的用于左右通道的第一和第二扬声器，其中，通过保 持单元来保持所述第一和第二扬声器，以使其能够混合从所述扬声器的振 动板的前后方发出的声音；第一和第二麦克风，所述第一和第二麦克风被设置在从所述第一和第 二扬声器各自的振动板的前后方发出的声音被混合且抵消的区域中；被配置用于向所述第一和第二扬声器提供通过将所述第一和第二麦克风所收集的音频信号的相位反转而获得的噪声减小音频信号的单元；以及 音频信号提供单元，其被配置用于分别向所述第一和第二扬声器提供预定音频信号。
11. 一种音频再生装置，包括-布置在听众附近的具有扬声器单元的第一扬声器，其中，通过保持单 元来保持所述第一扬声器，以使其能够混合从所述扬声器的振动板的前后 方发出的声音；麦克风，该麦克风被设置在从所述第一扬声器的振动板的前后方发出 的声音被混合且抵消的区域中；被配置用于向所述第一扬声器提供通过将所述麦克风所收集的音频信 号的相位反转而获得的噪声减小音频信号的低频分量的单元；第二和第三扬声器，该第二和第三扬声器由第二保持单元来保持且被 布置在所述听众附近、所述第一扬声器的左右侧；分离单元，其被配置用于从输入音频信号中分离并获得低频分量和用 于左右通道的中高频分量；被配置用于向所述第一扬声器提供由所述分离单元分离得到的所述低 频分量以及所述噪声减小音频信号的低频分量相加之和的单元；以及被配置用于向所述第二和第三扬声器提供由所述分离单元分离得到的 用于左右通道的所述中高频分量的单元。
全文摘要
本发明提供了噪声减小装置和音频再生装置。噪声减小装置包括具有扬声器单元的扬声器，其中，通过保持装置来保持该扬声器，以使得可以混合从扬声器的振动板的前后方发出的声音；麦克风，该麦克风被设置在从扬声器的振动板的前后方发出的声音被混合且相互抵消的区域中；以及用于向扬声器提供通过将麦克风所收集的音频信号的相位反转而获得的噪声减小音频信号的装置。
文档编号H04R3/02GK101304621SQ20081009500
公开日2008年11月12日 申请日期2008年4月21日 优先权日2007年4月19日
发明者横田哲平 申请人:索尼株式会社