揚聲器陣列裝置以及用於設置揚聲器陣列裝置的聲束的方法

2023-05-30 11:36:51 3

專利名稱：揚聲器陣列裝置以及用於設置揚聲器陣列裝置的聲束的方法
技術領域：
本發明涉及一種輸出多個聲束以再現環繞立體聲的揚聲器陣列裝置，特別涉及一種安裝位置具有高自由度的揚聲器陣列裝置，以便能夠容易地設置該聲束。
背景技術：
在背景技術中，已經有人提出一種技術，在該技術中通過使用由布置在一個矩陣中的多個揚聲器組成的揚聲器陣列來形成多個聲束，這樣來控制音頻信號傳播的方向性(例如，參見專利文件1)。通過使用這項技術，不必像在背景技術的環繞立體聲系統中那樣在使用者(收聽者)周圍安裝多個揚聲器，而是可以從一面板似的揚聲器陣列輸出多個聲束來再現環繞立體聲。
圖12是安裝有專利文件1中公開的裝有揚聲器裝置房間的透視圖。圖12示出了具有構成了5.1ch環繞立體聲系統的揚聲器陣列的揚聲器裝置的例子的示圖。在此，在下面的描述中，在5.1ch環繞立體聲系統中，將前置左聲道稱為L(左)ch，將前置右聲道稱為R(右)ch，將中置聲道稱為C(中)ch，將後置左聲道稱為SL(左環繞)ch，將後置右聲道稱為SR(右環繞)ch，以及將亞低音揚聲器稱為LFE(低頻效果)ch。
圖12所示的揚聲器裝置213具有幾百個放置在一個面板內的預定陣列中的揚聲器單元。當環繞立體聲從每一揚聲器單元每一聲道輸出時，該揚聲器裝置213調節定時，以便發出束狀的環繞立體聲。該揚聲器裝置213延遲並控制這些聲束，使得這些聲束在空間中所希望一點上有一焦點。每一聲道中的聲音被天花板或牆壁反射，從而形成了一朝著牆壁的聲源。這樣，就再現出多聲道的音場。如圖12所示，視頻裝置212安裝在靠近房間牆壁220中央部分並在使用者U前面的位置，放置在視頻裝置212下面的該揚聲器裝置213像中置揚聲器(C)和低音補償亞低音揚聲器(LEF)那樣直接將聲音輸出到使用者。另外，該揚聲器裝置213使得使用者U左右側牆壁221和222反射聲束，以便形成虛擬的Rch揚聲器214和虛擬的Lch揚聲器215。此外，該揚聲器裝置213使得使用者U左右側牆壁221和222和使用者U後面牆壁223反射聲束，從而在使用者U後面左右側形成虛擬的SRch揚聲器216和虛擬的SLch揚聲器217。以這種方式，在使用揚聲器陣列的環繞立體聲系統中，來自各個聲道的音頻信號經延遲和控制而形成聲束，並且這些形成聲束的聲音被牆壁反射，從而形成多個聲源。這樣，可以獲得環繞立體聲感覺，好像使用者U的周圍安裝了多個揚聲器。
專利文件1JP-T-2003-510924，該文件結合在本申請中作為參考。
當安裝了背景技術中的揚聲器陣列裝置時，有關使用者收聽位置、以及作為有關安裝環境形狀的信息的房間寬度、深度以及高度的信息被給予該揚聲器陣列裝置。這樣，可以自動計算聲束角度，從而對聲束進行設置。當未在該揚聲器陣列裝置中提供這樣的設置功能時，專業人士在收聽位置收聽來自該揚聲器陣列裝置的再現聲音的同時手動調節聲束角度。
然而，在前一種方法情況下，存在這樣的問題，即，對該揚聲器陣列裝置要被安裝到的房間的形狀和安裝位置存在限制。即，除非安裝該揚聲器陣列裝置的房間具有諸如圖12所示的長方體或立方體之類的理想形狀，並且該揚聲器陣列裝置安裝於滿足可計算條件的位置和方向上，否則不能得到正確的聲束角度。基於此原因，在特殊形狀的房間或布置有大型家具的房間裡不能自動設置該揚聲器陣列裝置的聲束。因此，出現了只能手動調節該聲束角度的情況。
另一方面，在後一種方法情況下，大部分聲束的調節依靠設置人員的主觀性。因此，收聽環境中易於出現個體差異，並且設置操作需要知識和經驗。基於此原因，專業地調節該聲束角度的專業人士通常進行如上所述的聲束調節。因此，已經出現使用者很難調節聲束角度的問題。
因此，本發明的一個目的是提供一種揚聲器陣列裝置，其中，該揚聲器陣列裝置具有很高的安裝自由度，從而使用者可容易地設置聲束，並提供了一種設置該揚聲器陣列裝置聲束的方法。

發明內容
本發明具有作為解決上述問題的手段的以下配置。
(1)一種揚聲器陣列裝置，包括具有多個基於測試音頻信號輸出聲束的揚聲器的揚聲器陣列；用所述聲束進行掃描的測試聲音掃描部；麥克風，放置在收聽位置，並且用於採集測試聲音，所述測試聲音包括直達聲音和從該揚聲器陣列輸出的聲束的反射聲音；存儲部，其用於存儲麥克風採集到的測試聲音的信號電平，並且存儲與該測試聲音對應的聲束輸出的掃描角度；選擇部，其基於存儲在該存儲部中的測試聲音的信號電平來選擇信號電平的多個峰值；以及聲束設置部，其用於把所選的多個峰值的掃描角度設置為聲束輸出角度，該聲束輸出角度是分別輸出多個聲道環繞立體聲的聲道的聲束的角度。
該揚聲器陣列的多個揚聲器被置於一個矩陣或多行中。
該揚聲器陣列裝置包括信號處理部，該信號處理部用於將從外部輸入的音頻信號分配到揚聲器陣列的全部或部分揚聲器，並用於控制從這些揚聲器輸出聲音的輸出定時，從而從該揚聲器陣列輸出聲束。
在背景技術的揚聲器陣列裝置中，為了再現環繞立體聲，在安裝該裝置後，專業人士需要在再現聲音的同時調節方向以輸出各個聲道的聲束。這會導致成本增加。在該配置中，當該揚聲器陣列裝置安裝在房間中時，將麥克風置於使用者的收聽位置。測試聲音的聲束從該揚聲器陣列輸出，同時自動轉動(掃描)。在此情況下，這些聲束被麥克風採集。根據從該揚聲器陣列直接輸出到麥克風的測試聲音或者從房間牆壁反射到麥克風的測試聲音來檢測信號電平的峰值。因此，為了在收聽位置再現最佳的環繞立體聲，在短時間內能容易地檢測房間牆壁的位置，在該位置上，從該陣列揚聲器輸出的聲束應被反射以便能夠最佳地再現多聲道音頻信號。另外，檢測到峰值的角度被設置為在多聲道音頻信號的各個聲道中聲束應被輸出的角度。這樣，不管安裝該揚聲器陣列裝置的房間的形狀、家具的布局等等，在安裝該揚聲器陣列裝置後，使用者可容易地對再現多聲道環繞立體聲進行設置。
(2)該聲束設置部把測試聲音的信號電平最高位置峰值的掃描角度設置為該多聲道環繞立體聲中置聲道的聲束輸出角度。
通常，不管安裝該揚聲器陣列裝置的房間的形狀，揚聲器陣列向收聽位置輸出的直達聲音被設為多聲道環繞立體聲中置聲道的聲束。該直達聲音的信號電平高於牆壁反射聲束的信號電平。在從該揚聲器陣列裝置輸出的聲音中，該直達聲音具有最高的信號電平。因此，如果從存儲在存儲部的測試音頻信號的信號電平中選擇最高峰值，則可以容易地檢測出被設為中置聲道輸出角度的峰值。當確定了該中置聲道聲束的輸出角度時，也就能夠確定使用者的左右側。這樣，根據該輸出角度，可以容易地設置其他聲道的輸出角度。
(3)當從存儲在存儲部中的測試聲音的信號電平中選擇的峰值數目小於該多聲道環繞立體聲的聲道數目時，該聲束設置部把所選峰值的掃描角度設置為多聲道環繞立體聲的一個聲道或多個聲道的聲束輸出角度，並且把除了設置了聲束輸出角度的聲道之外的聲道的聲音設置為要被輸出以直接傳播到收聽位置的直達聲音。
在這種配置中，當從該測試聲音信號的信號電平中選擇的峰值數目小於該多聲道環繞立體聲的聲道數目時，可以進行設置以使該多聲道環繞立體聲的所有聲道都被輸出為聲束。因此，這樣設置可使不用任何牆壁的反射就直接傳播到收聽位置的直達聲音被輸出為除了已經設置了聲束輸出角度的那些聲道以外的聲道。例如，在5.1ch環繞立體聲情況下，假定檢測到三個峰值。這種情況下，這樣設置，即，最高峰值被設為中置聲道的聲束輸出角度，其他峰值被設為環繞立體聲聲道的聲束輸出角度，同時直達聲音作為前置聲道輸出。這樣，即使由於該揚聲器陣列裝置的安裝位置、房間的形狀、家具的布局等原因導致有些聲道不能被輸出為聲束，根據這個情況也可以適當地對再現該多聲道環繞立體聲進行設置。
(4)該揚聲器陣列裝置包括信息提供部，當該聲束設置部所設置的多聲道環繞立體聲中置聲道的聲束輸出角度以不小於預定角度的角度從垂直於該揚聲器陣列正面的方向移動時，所述信息提供部至少提供提示使用者改變收聽位置或提示使用者改變聲音再現方法的信息。
假定該多聲道環繞立體聲中置聲道的聲束輸出角度以不小於預定角度的角度從垂直於該揚聲器陣列正面的方向移動。在此情況下，如果該環繞立體聲是以分別設為聲束輸出角度的峰值來再現的話，則該環繞立體聲將會失衡。在這種配置中，該信息提供部至少給使用者提供信息以提示使用者改變收聽位置或提示使用者改變聲音再現方法。因此，在上述情況下，可以改變設置，從而以平衡方式再現該環繞立體聲。
(5)當針對多個聲道分別設置的輸出角度對於中置聲道的聲束輸出角度是不對稱的時，該聲束設置部使用指向多個方向的聲束來形成多個聲道之一的信號定位作為幻象，從而形成對稱的音場。
假定中置聲道一側的峰值數目與另一側的一樣，但是檢測到的峰值角度是不對稱的。在此情況下，如果該環繞立體聲按照原樣再現，則該環繞立體聲將會失衡。因此，這種配置中，當多個聲道中的聲音平衡不好時，指向多個方向的聲束被輸出為一對聲道中的一個聲道的信號，這樣，來自不同方向的多個同樣音頻信號可在根據不同方向中間的信號的功率而內部劃分的方向上形成虛擬的幻象聲源。因此，即使多個音頻信號如上所述來自不同的方向，收聽者也不能把這些信號識別為單獨的信號，而是只能把它們識別為來自該幻象的一個音頻信號。這樣，當調節該幻象使之形成在與另一聲道的信號對稱的位置上時，可以以平衡方式再現該環繞立體聲。
(6)該揚聲器陣列裝置還包括一輸入部，用於接受該揚聲器陣列裝置主體安裝位置信息的輸入；其中，根據該主體的安裝位置信息，該聲束設置部從存儲在所述存儲部中的測試聲音的信號電平中選擇多個峰值。
當來自該揚聲器陣列裝置測試音頻信號的聲束轉動時，通常能夠獲得其特性根據該揚聲器陣列裝置安裝在房間中的位置而發生改變的測試音頻信號。然而，存在有這樣的情況，即，儘管該揚聲器陣列裝置安裝在房間的不同位置，但是可以獲得具有幾乎相同特點的測試音頻信號。這種情況下，不能適當地設置多聲道環繞立體聲各個聲道的聲束輸出角度。在這種配置中，根據輸入部收到的該裝置主體的安裝位置信息來選擇多個峰值。因此，不用擔心上述問題發生，而可以根據該揚聲器陣列裝置的安裝位置來設置該聲束的最佳輸出角度。
(7)該測試聲音掃描部用在聲束掃描範圍中心具有最大值的包絡來調製該測試聲音的信號電平。
在這種配置中，用幾乎在聲束掃描範圍中心具有最大值的包絡來調製信號電平。當該揚聲器陣列裝置的收聽位置幾乎被置於該聲束掃描範圍中心時，可容易地檢測出要被設為中置聲道輸出角度的峰值。當確定了中置聲道聲束的輸出角度時，可確定使用者的左和右。這樣，根據該輸出角度，可容易的設置其他聲道的輸出角度。
(8)該揚聲器陣列根據不具相關性的測試音頻信號並限於可形成聲束的頻帶內來輸出聲束。
在這種配置中，該揚聲器陣列裝置輸出這樣的聲音，該聲音限於可由該揚聲器陣列形成聲束的頻帶內，並且不具有周期性和相關性，就好像它們是噪聲。因此，該聲束可在希望的範圍內轉動。即使未被反射的聲束與一被牆壁等反射的聲束重疊，也不用擔心會發生幹涉，而可以安全地採集測試聲音。
(9)一種用於設置揚聲器陣列裝置中的聲束的方法，包括步驟根據測試音頻信號來從具有多個揚聲器的揚聲器陣列輸出聲束；用這些聲束進行掃描；在收聽位置採集包括直達聲音和從該揚聲器陣列輸出的聲束的反射聲音的測試聲音；存儲在所述聲音採集步驟中所採集的測試聲音的信號電平，並存儲與該測試聲音對應的聲束所要輸出的掃描角度，從而使該信號電平與該掃描角度相關聯；根據所存儲的測試聲音的信號來選擇該信號電平的多個峰值；以及設置在選擇步驟中所選擇的多個峰值的掃描角度，作為聲束輸出角度，所述聲束輸出角度是多聲道環繞立體聲聲道的聲束應被輸出的角度。
(10)在聲束設置步驟中，測試聲音的信號電平為最高時的峰值的掃描角度被設為多聲道環繞立體聲中置聲道的聲束輸出角度。
(11)在聲束設置步驟中，當從存儲的測試聲音的信號電平中選擇的峰值數目小於該多聲道環繞立體聲的聲道數目時，把所選峰值的掃描角度設為多聲道環繞立體聲的一個或多個聲道的聲束輸出角度，同時把除了設置了聲束輸出角度的聲道以外的聲道的聲音設為要被輸出來直接傳播到收聽位置的直達聲音。
(12)用於設置聲束的方法還包括以下步驟當聲束設置部所設置的多聲道環繞立體聲中置聲道的聲束輸出角度以大於或等於預定角度的角度從垂直於該揚聲器陣列正面的方向移動時，至少提供信息來提示使用者改變收聽位置或提示使用者改變聲音再現方法。
(13)在聲束設置步驟中，當針對多個聲道分別設置的輸出角度對於中置聲道的聲束輸出角度不對稱時，使用指向多個方向的聲束來把這些聲道其中之一的信號定位形成為幻象，從而形成對稱的音場。
(14)用於設置聲束的方法還包括接受該揚聲器陣列裝置主體的安裝位置信息的輸入的步驟；
其中，在聲束設置步驟中，根據該主體的安裝位置信息，從存儲在存儲部中的測試聲音的信號電平中選擇多個峰值。
(15)在測試聲音掃描步驟中，用在該聲束掃描範圍中心具有最大值的包絡來調製測試聲音的信號電平。
(16)在聲束輸出步驟中，輸出基於不具有相關性的測試音頻信號並且限於可形成聲束的頻帶內的聲束。
在這些配置中，可以獲得類似於(1)到(8)的效果。
當根據本發明的揚聲器陣列裝置安裝在房間中時，麥克風置於使用者收聽位置，並且從揚聲器陣列中輸出測試聲音，從而自動的使聲束轉動(用聲束掃描)。在此情況下，該聲束被麥克風採集。因此，從揚聲器陣列直接輸出到麥克風的聲音或從房間牆壁反射到麥克風的聲音可被檢測作為信號電平的峰值。這樣，為了在收聽位置再現最佳的環繞立體聲，可以在短時間內容易地檢測出從陣列揚聲器輸出的聲束應被反射從而能最佳地再現多聲道音頻信號的房間牆壁的位置。當所檢測到的峰值的掃描角度被設為多聲道音頻信號中各個聲道的聲束應被輸出的角度時，不管安裝有該揚聲器陣列裝置的房間的形狀、家具的布局等等，安裝該揚聲器陣列裝置後，使用者都能容易地設置來再現該多聲道環繞立體聲。


圖1是示出根據本發明一實施例的一種揚聲器陣列裝置的示意結構的框圖。
圖2是揚聲器陣列的布置圖。
圖3是安裝該揚聲器陣列裝置的房間的俯視圖，該俯視圖是用於說明該揚聲器陣列裝置用聲束進行掃描的操作、以及麥克風採集該聲束的操作的示圖。
圖4是示出角度與掃描信號增益之間的關係、以及角度與焦距之間的關係的示圖。
圖5是用於說明在安裝該揚聲器陣列裝置時的操作的示圖。
圖6是用於說明在安裝該揚聲器陣列裝置時的操作的示圖，其不同於圖5。
圖7是用於說明在安裝該揚聲器陣列裝置時的操作的示圖，其不同於圖5和圖6。
圖8是用於說明在安裝該揚聲器陣列裝置時的操作的示圖，其不同於圖5到圖7。
圖9A是示出在聲束設置模式下揚聲器陣列裝置採集的數據的例子的示圖。
圖9B是示出在該聲束設置模式下揚聲器陣列裝置採集的數據的例子的示圖。
圖9C是示出在該聲束設置模式下揚聲器陣列裝置採集的數據的例子的示圖。
圖9D是示出在該聲束設置模式下揚聲器陣列裝置採集的數據的例子的示圖。
圖9E是示出在該聲束設置模式下揚聲器陣列裝置採集的數據的例子的示圖。
圖10是用於說明安裝該揚聲器陣列裝置的操作的示圖。
圖11是用於說明在該揚聲器陣列裝置執行聲束設置模式時的操作的流程圖。
圖12是安裝有專利文件1所公開的一種揚聲器裝置的房間的俯透視圖。順便提一下，圖中標號標明的部分為1.揚聲器陣列裝置；2.麥克風；3.轉換器；4.系統控制部；5.存儲部；6.操作部；7.顯示部；8.幻象形成部；9.聲束形成部；10.揚聲器陣列。
具體實施例方式
圖1是根據本發明一實施例的一種揚聲器陣列裝置的示意結構的框圖。圖2是揚聲器陣列布置圖，其中(A)顯示了揚聲器按矩陣排列的情況，(B)顯示了揚聲器排列為三行的情況，(C)顯示了揚聲器排列為三行的情況，其中第二行中的揚聲器相對於第一行和第三行中的揚聲器發生了移位。下面將描述用作5.1ch環繞立體聲系統的揚聲器陣列裝置的例子。在下面的描述中，把5.1ch環繞立體聲系統中前置左聲道稱為L(左)ch，把前置右聲道稱為R(右)ch，把中置聲道稱為C(中)ch，把後置左聲道稱為SL(左環繞)ch，把後置右聲道稱為SR(右環繞)ch，並把亞低音揚聲器稱為LFE(低頻效果)ch。在5.1ch環繞立體聲系統中，LFEch的音頻信號方向性很弱，而從該揚聲器陣列裝置把音頻信號直接輸出到使用者。因此，在下面的描述中將省略有關該LFEch的音頻信號處理的描述。
該揚聲器陣列裝置1包含麥克風2、A/D轉換器3、系統控制部4、存儲部5、操作部6、顯示部7、幻象形成部8、聲束形成部9、和揚聲器陣列10。另外，該揚聲器陣列裝置1包含Lch端子、Rch端子、SLch端子、SRch端子和Cch端子作為5.1ch環繞立體聲音頻信號的外部輸入端子。此外，幻象形成部8包含Lch放大器21a和21b、Rch放大器22a和22b、SLch放大器23a、23b和23c、SRch放大器24a、24b和24c、Lch加法器25、Rch加法器26和Cch加法器27。另外，聲束形成部9包含用於分別對從幻象形成部8輸出的5個音頻信號進行延遲處理的延遲部31、用於將從延遲部31輸出的5個音頻信號放大的功率放大器32-1到32-5、以及用於分別對從功率放大器32-1到32-5輸出的信號進行加法運算的加法器33。聲束形成部9由n個模塊組成，並且揚聲器陣列10由n個揚聲器30組成，這樣，所述多個揚聲器30分別連接到該聲束形成部9的多個輸出端。
除去麥克風2的該揚聲器陣列裝置1的部分稱為主體1h。
該麥克風2是一種無方向性麥克風，其與A/D轉換器3相連。
該A/D轉換器3將麥克風2採集的模擬音頻信號轉換(採樣)為數字音頻信號，並且將數字音頻信號輸出到系統控制部4。
該系統控制部4包含使用者I/F處理部11、聲束控制處理部12、測量數據分析處理部13、和聲源位置校正處理部14。
根據該操作部6接受的操作，使用者I/F處理部11向該揚聲器陣列裝置1的每一部分輸出一控制信號。根據該裝置的狀態，使用者I/F處理部11使顯示部7顯示內容以通知使用者。
當執行聲束設置模式以設置各個聲道的聲束應被輸出的角度時，例如，當安裝該揚聲器陣列裝置1時，該聲束控制處理部12將測試音頻信號輸出到聲束形成部9，以便用從該揚聲器陣列10輸出的測試聲音聲束進行掃描(轉動所述聲束)。
當執行聲束設置模式時，該測量數據分析處理部13使存儲部5存儲從該揚聲器陣列10輸出並由麥克風2採集的測試音頻信號。當採集到該音頻信號時，該測量數據分析處理部13讀取存儲在該存儲部5中的音頻信號並檢測該音頻信號中的峰值。根據這些峰值，該測量數據分析處理部13設置每一聲道Cch，Lch，Rch，SLch和SRch的聲音應被輸出的角度。該測量數據分析處理部13將結果輸出到聲束控制處理部12。
根據從測量數據分析處理部13輸出的分析結果，聲束控制處理部12將角度設置信號輸出到聲束形成部9。該角度設置信號將被用來分別設置聲道的角度。作為麥克風2採集到的掃描信號的分析結果，當聲道中的角度平衡不好時，該測量數據分析處理部13輸出一信號給聲源位置校正處理部14。
根據測量數據分析處理部13接收到的信號，該聲源位置校正處理部14將一聲源位置校正信號輸出到幻象形成部8。
當進行提高測量精確性的設置時，該系統控制部4控制該揚聲器陣列裝置1的每一部分進行多次掃描，以便對音頻信號進行求積分/求平均等處理。
通過系統控制部4，存儲部5存儲從A/D轉換器3輸出的數字音頻信號。
例如，當安裝了該揚聲器陣列裝置時，該操作部6接收來自使用者的各種設置的輸入，並且根據這些輸入向系統控制部4輸出一信號。
根據從該系統控制部4輸出的控制信號，顯示部7顯示要被傳輸到使用者的內容。
當需要形成幻象(虛擬圖像)時，根據系統控制部4輸出的聲源位置校正信號幻象形成部8進行使特定聲道的音頻信號幻象化的處理，並且將生成的幻象形成信號輸出到聲束形成部9。
這裡，該幻象表示一虛擬聲源，該虛擬聲源位於從不同方向到達的多個(同樣的)音頻信號不同方向中的中間方向(根據信號功率內部劃分的方向)。即使如上所述多個音頻信號從不同方向到達，收聽者也不能個別地識別這些信號，而是將它們識別成從幻象到達的一個音頻信號。根據系統控制部4輸出的聲源位置校正信號，幻象形成部8對特定聲道的音頻信號進行幻象化處理，並將生成的幻象形成信號輸出到該聲束形成部9。這樣，多個聲束被設置為從不同的方向到達使用者收聽位置，就好像聲音是從幻象聲源輸出的。
根據從系統控制部4輸出的聲道的角度設置信號，聲束形成部9針對各個聲道分別形成聲束，並且將音頻信號輸出到揚聲器陣列10。當從系統控制部4輸出掃描信號時，聲束形成部9處理該音頻信號，以便用從該揚聲器陣列10輸出的聲束進行掃描，並將該音頻信號輸出到該揚聲器陣列10。
根據從聲束形成部9中輸出的音頻信號，該揚聲器陣列10輸出各個聲道的聲束。
這裡，如圖2所示，該揚聲器陣列10包含多個(n個)以矩陣、行等預定排列布置在一個面板上的揚聲器30。當從每一聲道的每個揚聲器輸出環繞立體聲時，該揚聲器陣列10調節定時，以便發射束狀的環繞立體聲。該揚聲器陣列10延遲並控制這些聲束，從而這些聲束在牆壁表面等所希望位置上有一焦點。各個聲道的聲音被安裝了該揚聲器陣列裝置1的房間的牆壁反射，從而在希望點上產生了聲源。這樣，形成了多聲道音場以再現環繞立體聲。
接著將描述該揚聲器陣列裝置1的操作。圖3是安裝有該揚聲器陣列裝置的房間的俯視圖。圖3是用於說明該揚聲器陣列裝置用聲束進行掃描的操作和麥克風採集聲束的操作的示圖。這裡，為了容易地理解本發明，圖3將描述安裝有該揚聲器陣列裝置1的房間的情況，其中，所述房間為具有理想形狀的長方體，並且該揚聲器陣列裝置1的主體1h被置於靠近房間40前面牆壁41的中間附近。
當該揚聲器陣列裝置1安裝在房間40時，該揚聲器陣列裝置1的主體1h被置於使用者所希望的位置，該位置靠近前面牆壁41的中間，這樣該揚聲器陣列10的前表面與前面牆壁41平行，並且對著後面牆壁43，從而輸出聲音到房間內部，如圖3(A)所示。與該揚聲器陣列裝置1的A/D轉換器3相連的麥克風2被置於使用者的收聽位置(聽眾位置)。在此情況下，優選地是，麥克風2的高度與使用者的收聽位置相適合。圖3(A)顯示了收聽位置被設置在房間40中央靠近後面牆壁43位置的情況。
當安置了該揚聲器陣列裝置1的主體1h和麥克風2，並且設置了聲束設置模式時，在從房間40上方看該揚聲器陣列10時，該揚聲器陣列裝置1用聲束從平行於該揚聲器陣列10前表面的一個方向(以下稱為「0°方向」)向平行於該揚聲器陣列10前表面的另一方向(以下稱為「180°方向」)進行掃描(轉動聲束)。在安裝有該揚聲器陣列裝置1的某些形狀的房間裡或在安裝有該揚聲器陣列裝置1的某些位置中，聲束的掃描角度θ可被設為除滿足關係0°≤θ≤180°的值以外的值。
當這樣進行聲束掃描時，根據從該揚聲器陣列10輸出的聲束掃描角度θ，該聲束被房間40的左側牆壁42，後面牆壁43和右側牆壁44反射。在此情況下，聲束的直達聲音和各個牆壁反射的聲束的間接聲音被麥克風2採集，並且獲得了該聲束應被輸出的最佳角度。
例如，如圖3(B)所示，當掃描角度θ＝θ1時，左側牆壁42和右側牆壁44反射的聲束34a到達麥克風2。因此，該聲束34a的角度不適合作為L聲道聲束應被輸出的角度。當掃描角度θ＝θ2時，左側牆壁42反射的聲束34b到達麥克風2。因此，該聲束34b的角度適合作為該聲束應被輸出的角度。這樣，該角度可被設為該Lch聲束的輸出角度。此外，當掃描角度θ＝θ3時，左側牆壁42和後面牆壁43反射的聲束34c到達麥克風2。因此，該聲束34c的角度適合作為SLch聲束應被輸出的角度。這樣，該角度可被設為SLch聲束的輸出角度。另外，當掃描角度θ＝θ4時，聲束34d直接到達麥克風2。因此，該聲束34d的角度適合作為該聲束應被輸出的角度。這樣，該角度可被設為Cch聲束的輸出角度。
儘管這些聲束角度本應依賴於該揚聲器陣列裝置1的形狀和揚聲器陣列10中各個揚聲器的布局，但是系統控制部4設置從該聲束設置模式下的揚聲器陣列10輸出的聲束，使之不具相關性，而是輸出聲束角度限制在可控制範圍內的音頻信號。例如，4kHz左右無周期的聲波、或例如無周期噪聲的聲波適合作為測試音頻信號。這樣，該聲束可在預定範圍內轉動。另外，即使未被反射的聲束與經牆壁等反射的聲束重疊，仍可以無幹擾地正確採集測試聲音。
在該揚聲器陣列裝置1中，根據該揚聲器陣列裝置1安裝的位置和高度，可把從該揚聲器陣列10的前表面輸出的聲束仰角(俯角)設置為所希望的角度。另外，可以以這樣的方式設計該揚聲器陣列裝置1，該方式為，在從0°到180°的範圍內用聲束進行掃描使仰角(俯角)變化，這樣，聲束被輸出到整個房間。結果，例如，當由天花板和後面牆壁反射的聲束在最佳位置形成虛擬揚聲器時，可以形成最佳音場。
圖4是示出掃描信號角度與增益之間的關係、以及該角度與焦距之間的關係的示圖。優選地是，該測試聲音的信號電平被設置成具有調製的包絡，該包絡在聲束掃描範圍的中心具有峰值，這樣，在掃描(以下也稱為「掃描信號」)同時從揚聲器陣列10輸出的測試聲音的聲束的增益在所推薦的使用者收聽位置(垂直於該揚聲器陣列10的正面)最高。即，如圖4(A)所示，可進行這樣設置，使得該掃描信號的增益級按照一峰值在90°的拋物線而變化。結果，當把收聽位置設置在該揚聲器陣列10前面時，該Cch聲束的輸出角度被設為90°。這樣，可容易地設置該Cch聲束的輸出角度。另外，可以提高每個具有長聲束路徑的環繞立體聲聲道的檢測靈敏度(S/N比)。此外，可以容易地為每個聲道的聲束設置最佳角度。
優選地是，設置該掃描信號的焦距，這樣，在每個掃描角度，在使用者收聽位置上的聲束直徑最窄。即，如圖4(B)所示，可進行這樣的設置，使得聲束直徑最窄的焦距按照一峰值在90°的拋物線而變化。這樣，可以改善麥克風位置的聲束的角度靈敏度。
接著，在安裝揚聲器陣列裝置1時，將對用於設置聲束的輸出角度的具體操作進行描述。圖5是用於說明在安裝該揚聲器陣列裝置時的操作的示圖(A)是示出了當把揚聲器陣列裝置安裝在具有長方體形狀的房間中的前面牆壁靠近中間的位置時，用於測量聲束的操作的俯視圖；(B)是顯示測量數據的示圖；並且(C)是在安裝了揚聲器陣列裝置後的長方體房間的俯視圖。
如圖5所示，該揚聲器陣列裝置1的主體1h安裝在靠近作為具有理想形狀房間的長方體房間50中前面牆壁51的中間的位置。在此情況下，使用者U將麥克風2置於使用者U要聽環繞立體聲的收聽位置。當使用者U設置該聲束設置模式時，開始用聲束進行掃描。即，在揚聲器陣列10前面，用聲束在從0°方向到180°方向範圍內進行掃描的同時，揚聲器陣列裝置1通過麥克風2採集聲束。該音頻數據存儲在存儲部5中。當終止用聲束進行掃描時，該系統控制部4從存儲部5讀取數據並分析該數據，可以得到如圖5(B)的結果。這裡，圖5(B)顯示了已經去噪後的數據。事實上，由於噪聲等原因，測量數據的波形會發生變形或微小改變。在圖5(B)顯示的圖中，橫坐標表示聲束角度，縱坐標表示麥克風2採集到的音頻數據增益。為了容易地從音頻數據中檢測多個峰值，把閾值設置為這樣的等級，即，僅能檢測到最多由牆壁反射兩次的聲束。此外，以後所述的所有角度-增益關係圖都以與圖5(B)相同的方式表示。
該系統控制部4把峰值57的掃描角度θa3設置為Cch聲束應被輸出的角度，該掃描角度θa3具有位於有效範圍內且具有不小於預定寬度的寬度的峰值的最高增益級。設為Cch的聲音具有最高的增益級，因為它被測定為聲束的直達聲音。如參考圖4(A)所述，該增益按照一在90°具有峰值的拋物線變化，從而Cch聲音具有最高的增益級。
隨後，該系統控制部4選擇並檢測除了太靠近設為Cch的峰值57的那些峰值、或者那些與根據常識來說不可能作為虛擬揚聲器安裝角度的角度相對應的峰值以外，在設為Cch的峰值的相對兩側(時間上的前和後，和角度上的左和右)的區域中存在有多少超過增益閾值的峰值。當同樣數目的峰值位於設為Cch的峰值57相對兩側上時，該系統控制部4將峰值分配到環繞立體聲聲道和前置聲道，以便增加與設置為Cch的峰值57之間的距離，並且計算對應於這些峰值的角度。即，該系統控制部4把掃描角度θa1設置為Lch的輸出角度，把掃描角度θa2設置為SLch的輸出角度，把掃描角度θa3設置為如上所述Cch的輸出角度，把掃描角度θa4設置為SRch的輸出角度，並且把掃描角度θa5設置為Rch的輸出角度。
當音頻聲音等從外部輸入時，如圖5(C)所示，該揚聲器陣列裝置1將作為直達聲音的Cch聲音、作為左側牆壁52一次反射的反射聲音的Lch聲音、作為左側牆壁52和後面牆壁53兩次反射的反射聲音的SLch聲音、作為右側牆壁54和後面牆壁53兩次反射的反射聲音的SRch聲音、和作為右側牆壁54一次反射的反射聲音的Rch聲音輸出到使用者U。這樣，使用者U可在收聽位置欣賞收聽到理想的環繞立體聲。
圖6是用於說明安裝該揚聲器陣列裝置的操作的示圖(A)是示出當該揚聲器陣列裝置安裝在具有長方體形狀房間的牆角時測量聲束的操作的俯視圖；(B)是示出去噪後的測量數據的示圖；和(C)是在安裝該揚聲器陣列裝置後長方體房間的俯視圖。
圖6示出了這樣的情況，即，該揚聲器陣列裝置1安裝在作為具有長方體形狀的房間60的前面牆壁61和左側牆壁62之間端部的牆角，這樣，該揚聲器陣列10的前表面斜對著房間內部。同樣在這種情況下，以同樣方式執行聲束設置模式，以便採集聲音數據。
當如圖6(A)所示安置該揚聲器陣列裝置1，並且執行聲束設置模式以採集音頻數據時，獲得了如圖6(B)所示的增益級高於閾值的峰值65-69。在此情況下，因為有增益級高於閾值的5個峰值，以如圖5(B)一樣的方式，該揚聲器陣列裝置1將設置聲束應被輸出的角度。
然而，如圖6(A)所示，應被設為Lch的峰值65得自於由左側牆壁62和後面牆壁63兩次反射的聲束，並且應被設為Rch的峰值69得自於由右側牆壁64和後面牆壁63兩次反射的聲束。前置聲道的聲音聽著是來自應該聽到環繞立體聲的方向。因此，那些角度不適合作為聲束應被輸出的角度。
為避免這樣的問題，根據本發明該揚聲器陣列裝置1具有輔助信息功能，在該輔助信息功能中，在執行聲束設置模式之前可輸入安裝有該揚聲器陣列裝置1的位置。該揚聲器陣列裝置1接受與在房間牆角或沿著牆壁安裝該揚聲器陣列裝置1的位置相關的信息。由於在該揚聲器陣列裝置1中提供了輔助信息功能，所以，根據聲束的峰值檢測角度和有關安裝該揚聲器陣列裝置1的位置信息，可以設置該聲束應被輸出的角度。
例如，在圖6顯示的例子中，該揚聲器陣列裝置1安裝在房間60的牆角。因此，在執行聲束設置模式之前，使用者操作該操作部6選擇「牆角式安裝」。
結果，即使當檢測出峰值對於如圖6(B)所示的中央峰值兩兩對稱時，該揚聲器陣列裝置1的系統控制部4也設置這樣的立體聲的再現，其具有靠近中央峰值作為環繞立體聲聲道的兩個峰值，以及作為前置聲道的直達聲音。
該系統控制部4把具有位於有效範圍內的峰值的最高增益級的峰值67的掃描角度θb3設置為該Cch聲束應被輸出的角度。該系統控制部4選擇並檢測除了那些太靠近設為Cch的峰值67的峰值、或與根據常識來說不可能作為虛擬揚聲器安裝角度的角度相對應的峰值以外，在設為Cch的峰值相對兩側的區域內有多少超過增益閾值的峰值。即，當掃描角度θ＝θb2和θb4時，選擇峰值66和68。在此情況下，設為Cch的峰值66一側出現的峰值數目與另一側出現的峰值數目相同。由於相對兩側出現的峰值數目只有2個，所以，這2個峰值被分配給環繞立體聲聲道，並且直達聲音被分配給前置聲道，從而實現立體聲的再現。
因此，如圖6(C)所示，當音頻聲音等從外部輸入時，該揚聲器陣列裝置1將作為直達聲音的Cch，Lch和Rch聲音、作為由後面牆壁63一次反射的反射聲音的SLch聲音、和作為由右側牆壁64一次反射的反射聲音的SRch聲音輸出到使用者U。這樣，使用者U可在收聽位置欣賞收聽理想的環繞立體聲。
例如，當Cch、Lch和Rch聲音作為直達聲音從該揚聲器陣列10輸出時，優選地是，進行這樣的設置，即，從該揚聲器陣列10的中部輸出Cch聲音，從該揚聲器陣列10中央的左側輸出Lch聲音，並且從該揚聲器陣列10中央的右側輸出Rch聲音。還優選地是，輸出Lch和Rch的區域被劃分成低頻區、中頻區和高頻區，而不會把聲音形成聲束，並且聲音從各個區輸出。
圖7是用於說明安裝該揚聲器陣列裝置的操作的示圖(A)是示出當該揚聲器陣列裝置安裝在具有長方體形狀的房間中靠近前面牆壁的中心而不同於圖5中的位置時，測量聲束的操作的俯視圖；並且(B)是示出測量數據的示圖。
圖7示出了這樣的情況，即，該揚聲器陣列裝置1的主體1h安裝在圖5所示的長方體房間50的前面牆壁51靠近中部的位置，並且使用者的收聽位置設在房間中心和左側牆壁52的中間。使用者U將麥克風2放置在使用者U應該聽到環繞立體聲的位置。使用者U設置用於測量的聲束設置模式。採集的數據存儲在存儲部5中。該系統控制部4從存儲部5中讀取採集到的聲音數據並分析該數據。該系統控制部4把峰值71的掃描角度θ＝θc2設置為Cch聲束應被輸出的角度，該掃描角度具有位於有效範圍內的峰值的最高增益級。接著，該系統控制部4選擇並檢測除了太靠近設為Cch的峰值的那些峰值、或與根據常識來說不可能作為虛擬揚聲器的安裝角度的角度相對應的峰值以外，設為Cch的峰值71的相對兩側有多少超過增益閾值的峰值。結果，選取與掃描角度θ＝θc1、θc3、θc4和θc5相對應的全部四個峰值70、72、73和74。在此情況下，收聽位置可以從該揚聲器陣列10的前面大範圍移動。因此，對於除了設為Cch的峰值71以外的這些峰值，峰值71一側的峰值數目與另一側的峰值數目不一樣。如果這些峰值被分別的分配給多個聲束的輸出角度，則在收聽位置環繞立體聲將會失衡。為解決這個問題，在該揚聲器陣列裝置1中，當收聽位置的角度以不小於預定恆定角度的角度移動時，收聽位置被改變，或者提示使用者改變收聽位置的內容被顯示在顯示部7上。可選的，提示使用者改變聲束配置的內容顯示在顯示部7上。例如，作為提示使用者改變收聽位置的內容，該揚聲器陣列裝置1使得該顯示部7顯示一指令，用於將收聽位置移動到該揚聲器陣列10前面相對位置並且再次執行聲束設置模式。可選的，作為提示使用者改變配置的內容，該揚聲器陣列裝置1使得顯示部7顯示一指令，用於選擇設置模式以立體聲地再現所有聲道，或用於再現作為立體聲的Lch和Rch，以及再現作為環繞立體聲的SLch和SRch。使用者根據這個指令改變收聽位置，並且再次執行聲束設置模式。可選的，使用者改變配置，從而可進行在該揚聲器陣列裝置1中適當地再現環繞立體聲的設置。
接著將描述當該揚聲器陣列裝置1安裝在不理想的房間中時設置聲束輸出角度的具體操作。圖8是用於說明設置該揚聲器陣列裝置的操作的示圖(A)是示出該揚聲器陣列裝置1安裝在房間靠近前面牆壁中心並且聲束被測量的操作的俯視圖；和(B)是顯示測量數據的示圖。
圖8示出了房間75，其中，長方體房間的右側牆壁81側設置有走廊75R，從而延長了後面牆壁78。該揚聲器陣列裝置1的主體1h放置在靠近前面牆壁76的中部的位置，並且使用者的收聽位置設置在不包括走廊75R的房間75的中心。使用者U將麥克風2放置在使用者U應該聽到環繞立體聲的位置。當使用者U設置聲束設置模式時，該揚聲器陣列裝置1開始用聲束進行掃描並採集音頻數據。結果，如圖8(B)所示，獲得了增益高於閾值的全部四個峰值。即，這四個峰值包括對應於掃描角度θd1的峰值82、對應於掃描角度θd2的峰值83、對應於掃描角度θd3的峰值84、和對應於掃描角度θd4的峰值86。系統控制部4把峰值的掃描角度θ＝θd3設置為Cch聲束應被輸出的角度，該掃描角度具有在有效範圍內的峰值的最高增益級。接著，系統控制部4選擇並檢測除了太靠近設為Cch的峰值的那些峰值、或與根據常識來說不可能作為虛擬揚聲器的安裝角度的角度相對應的峰值之外，在設為Cch的峰值84的相對兩側區域內有多少超過增益閾值的峰值。結果，選擇與掃描角度θ＝θd1、θd2和θd4相對應的全部3個峰值82，83和86。對於除了設為Cch的峰值84之外的那些峰值，峰值84一側的峰值數目與另一側峰值的數目不同。如果這些峰值被該揚聲器陣列裝置1分別分配給聲束的輸出角度，則環繞立體聲將會在收聽位置失衡。為解決這個問題，在揚聲器陣列裝置1中，收聽位置被改變，或者提示使用者改變聲束配置的內容被顯示在該顯示部7上。
例如，作為提示使用者改變配置的內容，該揚聲器陣列裝置1使得顯示部7顯示一選擇設置模式的指令，用於立體聲地再現所有聲道，或用於再現作為立體聲的Lch和Rch並再現作為環繞立體聲的SLch和SRch。
當使用者根據這個指令改變配置以便選擇設置模式再現作為立體聲的Lch和Rch或再現作為環繞立體聲的SLch和SRch時，進行這樣的設置，即，把對於設為Cch的峰值84基本對稱的掃描角度θ＝θd1和θd4分配給SLch和SRch，並且把Lch和Rch立體聲地再現為前置聲道的聲音。
該揚聲器陣列裝置1可被設為自動確定模式。當對於設為Cch的峰值一側的峰值的數目與另一側的峰值數目不同時，配置被自動改變。即，如上所述，進行這樣的設置，即，把對於設為Cch的峰值84基本對稱的掃描角度θ＝θd1和θd4分配給SLch和SRch，並且把Lch和Rch立體聲地再現為前置聲道的聲音。
當音頻聲音等從外部輸入時，如圖8(C)所示，該揚聲器陣列裝置1將作為直達聲音的Cch、Lch和Rch聲音、作為左側牆壁77一次反射的反射聲音的SLch聲音、和作為右側牆壁81一次反射的反射聲音的SRch聲音輸出到使用者U。這樣，即使在不理想形狀的房間75中，使用者U也能適當地再現出環繞立體聲。
圖9是示出揚聲器陣列裝置在聲束設置模式下採集的數據的例子的示圖。可能會有安裝該揚聲器陣列裝置1的房間是不理想的情況。即使房間具有理想形狀，也可能會有高於閾值的峰值數目大於或小於在某些家具布局中所需聲道數目的情況。例如，假定當該揚聲器陣列裝置1安裝在房間中時，執行聲束設置模式來用聲束進行掃描，從而獲得了圖9(A)所示數據。在此情況下，該揚聲器陣列裝置1的系統控制部4選擇一峰值，該峰值的增益級在位於如上所述的有效範圍內的峰值中是最高的。在圖9(A)所示的數據中，峰值96的增益級是最高的，而波形是脈衝式，而且具有不大於一常數的寬度。這種波形不可能作為一聲束。這樣，峰值96作為噪聲被排除。該系統控制部4將除了峰值96外具有最高增益級的峰值94設置為Cch聲束應被輸出的角度。接著，該系統控制部4選擇並檢測在設為Cch的峰值的相對兩側區域內有多少超過增益閾值的峰值。在此情況下，太靠近設為Cch的峰值94的峰值93和95因為該聲束會遮住使用者所以被排除，這樣，可以在揚聲器方向設置定位。峰值91對應於使用者恰好位於揚聲器附近的情況。該峰值91不可能正常使用。該峰值91的角度也是不可取的設置角度。因此，峰值91被排除。結果，系統控制部4將峰值92和97分配為SLch和SRch聲束應被輸出的角度。
假定執行聲束設置模式，從而獲得了圖9(B)所示數據。在此情況下，該揚聲器陣列裝置1的系統控制部4把作為具有位於有效範圍內的峰值的最高增益級的峰值的峰值103設置為Cch聲束應被輸出的角度。接著，該系統控制部4選擇並檢測在設為Cch的峰值的相對兩側區域內有多少超過增益閾值的峰值。在圖9(B)所示數據情況下，在設為Cch的峰值一側有2個峰值，並且另一側有3個峰值。因此，需要考慮對稱性。在此情況下，峰值103與峰值101之間的角度差大體上等於峰值103與峰值106之間的角度差，並且峰值103與峰值102之間的角度差大體上等於峰值103與峰值104之間的角度差。因此，峰值105被排除，並且峰值101、峰值102、峰值104和峰值106分別被設為Lch、SLch、SRch和Rch聲束的輸出角度。
假定執行聲束設置模式，從而獲得圖9(C)所示數據。在此情況下，該揚聲器陣列裝置1的系統控制部4把作為具有位於有效範圍內的峰值的最高增益級的峰值的峰值114設為Cch的輸出角度。接著，該系統控制部4選擇並檢測在設為Cch的峰值的相對兩側區域內有多少超過增益閾值的峰值。在圖9(C)所示數據的情況下，在設為Cch的峰值114一側的峰值數目與另一側峰值數目一樣。即，一側有3個峰值，並且另一側也有3個峰值。因此，選擇了位於有效範圍內的峰值。設為Cch的峰值114兩側相鄰的峰值113和115是有效峰值，並且對於峰值114來說對應於大體上對稱的角度。因此，該系統控制部4將分別把峰值113和峰值115設置為SLch和SRch應被輸出的角度。當有多個峰值時，該系統控制部4可以進行設置，這樣位於有效範圍內的並且具有與距離分配給後置環繞立體聲的峰值儘可能遠的峰值被分配給前置聲道。因此，不使用峰值112和116，而把峰值111設為Lch的輸出角度，並且把峰值117設為Rch的輸出角度。
假定執行聲束設置模式，從而獲得了圖9(D)所示數據。在此情況下，該揚聲器陣列裝置1的系統控制部4把作為具有位於有效範圍內的峰值的最高增益級的峰值的峰值123設為Cch的輸出角度。接著，該系統控制部4選擇並檢測在設為Cch的峰值相對兩側區域內有多少超過增益閾值的峰值。在圖9(D)所示數據的情況下，在設為Cch的峰值123一側有1個峰值，並且在另一側有2個峰值。因此，需要考慮對稱性。在此情況下，峰值123與峰值121之間的角度差大體上等於峰值123與124之間的角度差。因此，排除峰值122，並且分別將峰值121和峰值124設為SLch和SRch的輸出角度。Lch和Rch作為立體聲被再現出來。
假定執行聲束設置模式，從而獲得了圖9(E)所示數據。在此情況下，該揚聲器陣列裝置1的系統控制部4把作為具有位於有效範圍內的峰值的最高增益級的峰值的峰值126設為Cch的輸出角度。接著，該系統控制部4選擇並檢測在設為Cch的峰值的相對兩側區域內有多少超過增益閾值的峰值。在圖9(E)所示數據的情況下，在設為Cch的峰值123一側有1個峰值，而另一側沒有峰值。因此，不存在對稱性。因此，該系統控制部4將Lch和Rch設為直達聲音從而作為立體聲再現出來，或者將Cch設為直達聲音從而將其作為非立體聲(monaural sound)再現出來。
接著將描述根據聲束設置模式下進行測量的結果該揚聲器陣列裝置1形成幻象的情況。圖10是用於說明安裝該揚聲器陣列裝置的操作的示圖(A)是示出當該揚聲器陣列裝置安裝在靠近具有長方體形狀的房間的前面牆壁的左側的位置時，用於測量聲束的操作的俯視圖；(B)是顯示測量數據的示圖；(C)是在安裝了該揚聲器陣列裝置之後的長方體房間的俯視圖。
如圖10所示，當該揚聲器陣列裝置1的主體1h安裝在靠近具有理想形狀的長方體房間130中部的前面牆壁131的左側的位置時，使用者將麥克風2放置在環繞立體聲的收聽位置，並且設置聲束設置模式來採集音頻數據。該系統控制部4把作為具有位於有效範圍內的峰值的最高增益級的峰值的峰值137的掃描角度設為Cch的輸出角度。
接著，該系統控制部4選擇並檢測在設為Cch的峰值的相對兩側的區域內有多少超過增益閾值的峰值。在圖10(B)所示數據的情況下，在設為Cch的峰值137相對兩側的每一側有2個峰值。其中，選擇位於有效範圍內的峰值。該系統控制部4確定除了設為Cch的峰值137外的每一峰值135、136、138和139是否具有有效的角度，並且確定這些峰值是否對稱。
該系統控制部4使用下面的表達式確定這些峰值的對稱性。即，利用數學運算來測定□前置和□環繞是否大於預定閾值□前置＝角度(前置L)-{180°-角度(前置R)}…(表達式1)□環繞＝角度(環繞L)-{180°-角度(環繞R)}…(表達式2)在圖10(B)所示數據的情況下，□前置和□環繞是大於預定閾值的值。因此，該系統控制部4進行形成幻象聲源的處理。該揚聲器陣列裝置1的系統控制部4被設計為使得幻象聲源形成在這樣的位置，該位置與到達收聽者的聲束中與設為Cch的聲束形成較小角度的聲束對稱。
例如，在圖10(A)所示聲束的情況下，根據對應於Lch的峰值135與設為Cch的峰值137之間的角度θ11和對應於Rch的峰值139與設為Cch的峰值137之間的角度θ12中較小的角度，形成了幻象聲源。即，根據圖10(B)所示的數據，系統控制部4將設為Cch的峰值137與峰值135之間夾角c和峰值137與峰值139之間夾角d相比較，並選擇較小的角θc。
另外，根據對應於SLch的峰值136與設為Cch的峰值137之間夾角θ13和對應於SRch的峰值138與設為Cch的峰值137之間夾角θ14中較小的角度，形成了幻象聲源。即，根據圖10(B)所示的數據，該系統控制部4將設為Cch的峰值137與相鄰的峰值136之間夾角a和峰值137與峰值138之間夾角b相比較，並選擇較大的角θb。
假定前置聲音和環繞立體聲兩者都是由聲束形成的。在此情況下，對於前置聲音，該系統控制部4將聲源位置校正信號輸出到幻象形成部8，從而形成Cch和Lch外的Lch的幻象聲源，並形成Cch和Rch外的Rch的幻象聲源。對於環繞立體聲，該系統控制部4將聲源位置校正信號輸出到幻象形成部8，從而形成Lch和SLch外的SLch的幻象聲源，並形成Rch和SRch外的SRch的幻象聲源。
另一方面，假定只有環繞立體聲是由聲束形成的。在此情況下，對於環繞立體聲，該系統控制部4將聲源位置校正信號輸出到幻象形成部8，從而形成Cch和SLch外的SLch的幻象聲源，並形成Cch和SRch外的SRch的幻象聲源。
因此，在圖10(B)所示數據的情況下，如圖10(C)所示，該系統控制部4形成Lch和Rch作為聲束135和138以外的環繞立體聲，並形成SLch和SRch的幻象140和141。因此，即使使用者收聽位置不在房間130的中央而且也不對稱時，使用者仍然可欣賞收聽適當再現的環繞立體聲。
當進行自動控制執行這些設置後，該揚聲器陣列裝置1提示使用者U通過測試音確定該設置。如果沒問題，則可按照如每一聲道的電平調節、頻率特性調節、時間對準調節等自動調節順序進一步將最佳的環繞立體聲提供給使用者U。
接著將參考流程圖描述該揚聲器陣列裝置1執行聲束設置模式的操作。圖11是用於說明該揚聲器陣列裝置執行聲束設置模式的操作的流程圖。
使用者U將該揚聲器陣列裝置1的主體1h安裝在房間中所希望的位置，並且將麥克風2放置在收聽位置。使用者U操作該主體1h的操作部6輸入該揚聲器陣列裝置1在房間中的安裝位置(在牆角或沿牆壁)，其後啟動聲束設置模式。
當由於該操作部6的操作使得在輸入該揚聲器陣列裝置1的安裝位置後、該揚聲器陣列裝置1的系統控制部4檢測出啟動聲束設置模式的輸入時(s1)，該系統控制部4形成了掃描信號並將該掃描信號輸出到聲束形成部9。因此，聲束形成部9形成的聲束信號被提供給該揚聲器陣列10，從而用掃描信號掃描從0°方向到180°方向的範圍。麥克風2採集房間牆壁反射的聲音和從揚聲器陣列10輸出的直達聲音。採集到的聲音數據被A/D轉換器3轉換為數字音頻信號，並且累積在存儲部5中(s2)。
當該系統控制部4終止掃描操作時，輸出信號使得系統控制部4開始分析音頻信號。即，該系統控制部4從存儲部5中讀取，分析音頻數據，並且為Cch設置具有位於有效範圍內的峰值的最高增益級的峰值的掃描角度(s3)。該系統控制部4確定為Cch設置的掃描角度是否在可允許的範圍內(不大於一預定角度)(s4)。當為Cch設置的掃描角度不在可允許範圍內時，該系統控制部4改變麥克風2被放置的收聽位置，或使得顯示部7顯示內容以提示使用者改變揚聲器陣列1的安裝位置(s5)。系統控制部4處於待機狀態，直到使用者根據該指示改變位置並且檢測到操作部6的再次操作為止(s1)。
另一方面，在步驟s4中，該系統控制部4檢查、選擇並檢測除了那些太靠近設為Cch的峰值、或與根據常識來說不可能作為虛擬揚聲器的安裝角度的角度對應的那些峰值之外，在設為Cch的峰值相對兩側(時間上的前和後，角度上左和右)區域中有多少超過增益閾值的峰值(邊帶峰值)。在此情況下，檢驗Cch的側峰值的對稱性(s6)。
當在設為Cch的峰值的相對兩側不能選擇和檢測側峰值時(s7)，該系統控制部4進行設置，以便以立體聲模式或非立體聲模式把來自該揚聲器陣列10的直達聲音再現到收聽位置(s10)。該系統控制部4使得顯示部7顯示內容以提示使用者執行檢查以確認從該揚聲器陣列裝置1輸出的聲音的設置(s16)。
另一方面，當能夠在步驟s7中選擇並檢測在設為Cch的峰值的相對兩側上的多個側峰值時，該系統控制部4確認該揚聲器陣列裝置1的安裝位置。當安裝位置是沿著牆壁時(s8)，該系統控制部4確認設為Cch的峰值的相對兩側的峰值的數目(s9)。當在Cch相對兩側的每側有2個峰值時，聲道被分別分配給峰值，從而把前置聲音和環繞立體聲輸出為聲束(s11)。接著，該系統控制部4通過使用前述表達式1和2計算分配給環繞立體聲的聲束的聲道之間的角度差(s13)。
當在步驟s8中該揚聲器陣列裝置1的安裝位置位於房間牆角時(s8)，而且當在步驟s9中Cch相對兩側每側上有1個峰值時，這些峰值被分配給環繞立體聲，以便再現作為聲束的環繞立體聲，同時為立體聲再現設置前置聲音(s12)。然後，執行步驟s13的處理。
當完成了步驟s13的處理時，該系統控制部4確定分配給環繞立體聲的聲束聲道之間的角度差是否大於閾值(s14)。當角度差大於閾值時，該系統控制部4進行角度校正並且進行形成幻象聲源的處理(s15)。當步驟s15結束時，或當在步驟s14中角度差不大於閾值時，該系統控制部4使得顯示部7顯示內容以提示使用者進行檢查以確認環繞立體聲的設置，並等待來自操作部6的輸入(s17)。
當操作部6收到的結果是「OK」時，該系統控制部4保持這些設置並終止該處理。另一方面，當在步驟s17中操作部6收到的結果是「NG」時，該系統控制部4執行步驟s5的處理。
在前述方式下，根據本發明，可以容易而快速地進行不同於背景技術的揚聲器陣列裝置中的聲束設置。另外，這種設置在自動電平、質量和距離校正技術中表現良好。根據本發明，可通過自動測量進行一系列聲束設置。
儘管根據具體的優選實施例描繪並說明了本發明，但是對於本領域技術人員來說明顯的是，可以在不通過本發明的實質，範圍或目的的情況下做各種改變或變形。
本申請是基於2004年6月23日提交的2004-185364號日本專利申請，其內容在此引作參考。
工業實用性當把根據本發明的揚聲器陣列裝置安裝在房間中時，把麥克風放置在使用者將進行收聽的位置，並且從揚聲器陣列輸出測試音，從而自動轉動聲束(用聲束掃描)。在此情況下，麥克風採集聲束，從而可把從揚聲器陣列直接輸出到麥克風的聲音、和從房間牆壁反射到麥克風的聲音檢測為信號電平的峰值。這時，為了在收聽位置再現最佳的環繞立體聲，可以在短時間內容易地檢測出從該揚聲器陣列輸出的聲束應在其上反射從而最佳地再現多聲道音頻信號的房間牆壁的位置。當檢測出的峰值的掃描角度被設為多聲道音頻信號中的各個聲道聲束應被輸出的角度時，在安裝了該揚聲器陣列裝置後，不用考慮安裝了該揚聲器陣列裝置的房間的形狀、家具的布局等等，使用者可以容易地進行設置以再現多聲道環繞立體聲。
權利要求
1.一種揚聲器陣列裝置，包括揚聲器陣列，其具有多個用於基於測試音頻信號輸出聲束的揚聲器；測試聲音掃描部，其用所述聲束進行掃描；麥克風，放置在收聽位置，並採集包括直達聲音和從該揚聲器陣列輸出聲束的反射聲音的測試聲音；存儲部，其用於存儲由麥克風採集到的測試聲音的信號電平，並且存儲與該測試聲音相對應的聲束被輸出的掃描角度；選擇部，其基於存儲在該存儲部中的測試聲音的信號電平來選擇所述信號電平的多個峰值；以及聲束設置部，其把所選的多個峰值的掃描角度設置為聲束輸出角度，所述聲束輸出角度為分別輸出多聲道環繞立體聲的聲道的聲束的角度。
2.根據權利要求1所述的揚聲器陣列裝置，其中，該聲束設置部把測試聲音的信號電平為最高的峰值的掃描角度設置為多聲道環繞立體聲的中置聲道的聲束輸出角度。
3.根據權利要求1所述的揚聲器陣列裝置，其中，當從存儲在存儲部中的測試聲音的信號電平中選擇的峰值數目小於多聲道環繞立體聲的聲道數目時，該聲束設置部把所選峰值的掃描角度設置為多聲道環繞立體聲中一個或多個聲道的聲束輸出角度，並且把除了設置了聲束輸出角度的聲道以外的聲道的聲音設置為要被輸出以直接傳播到收聽位置的直達聲音。
4.根據權利要求2所述的揚聲器陣列裝置，還包括信息提供部，當所述聲束設置部所設置的多聲道環繞立體聲的中置聲道的聲束輸出角度以大於或等於預定角度的角度從垂直於所述揚聲器陣列正面的方向移動時，該信息提供部至少提供提示使用者改變收聽位置或提示使用者改變聲音再現方法的信息。
5.根據權利要求2所述的揚聲器陣列裝置，其中，當為多個聲道分別設置的輸出角度對於中置聲道的聲束輸出角度不對稱時，所述聲束設置部通過使用指向多個方向的聲束把多個聲道之一的信號定位形成為一幻象以便形成一對稱的音場。
6.根據權利要求1所述的揚聲器陣列裝置，還包括輸入部，其用於接受所述揚聲器陣列裝置的主體的安裝位置信息的輸入，其中，根據所述主體的安裝位置信息，所述聲束設置部從存儲在所述存儲部中的測試聲音的信號電平中選擇多個峰值。
7.根據權利要求1所述的揚聲器陣列裝置，其中，所述測試聲音掃描部用在聲束掃描範圍的中心具有最大值的包絡來調製所述測試聲音的信號電平。
8.根據權利要求1所述的揚聲器陣列裝置，其中，所述揚聲器陣列根據不具相關性的測試音頻信號並限於可形成聲束的頻帶內來輸出聲束。
9.一種用於設置揚聲器陣列裝置中的聲束的方法，包括步驟根據測試音頻信號來從具有多個揚聲器的揚聲器陣列輸出聲束；用這些聲束進行掃描；在收聽位置採集包括直達聲音和從該揚聲器陣列聲束輸出的反射聲音的測試聲音；存儲在所述聲音採集步驟中所採集的測試聲音的信號電平，並存儲與所述測試聲音相對應的聲束所要輸出的掃描角度，從而使所述信號電平與所述掃描角度相關聯；根據所存儲的測試聲音的信號電平來選擇該信號電平的多個峰值；以及把在所述選擇步驟中所選擇的多個峰值的掃描角度設置為聲束輸出角度，所述聲束輸出角度是輸出多聲道環繞立體聲聲道的聲束的角度。
10.根據權利要求9所述的設置聲束的方法，其中，在所述聲束設置步驟中，測試聲音的信號電平為最高時的峰值的掃描角度被設為多聲道環繞立體聲的中置聲道的聲束輸出角度。
11.根據權利要求9所述的設置聲束的方法，其中，在所述聲束設置步驟中，當從存儲的測試聲音的信號電平中選擇的峰值數目小於該多聲道環繞立體聲的聲道數目時，所選峰值的掃描角度被設為多聲道環繞立體聲的一個或多個聲道的聲束輸出角度，同時除了設置了聲束輸出角度的聲道以外的聲道的聲音被設為要被輸出以直接傳播到收聽位置的直達聲音。
12.根據權利要求10所述的設置聲束的方法，還包括這樣的處理，其中，當所述聲束設置步驟所設置的多聲道環繞立體聲的中置聲道的聲束輸出角度以大於或等於預定角度的角度從垂直於該揚聲器陣列的正面的方向移動時，至少提供信息來提示使用者改變收聽位置或提示使用者改變聲音再現方法。
13.根據權利要求10所述的設置聲束的方法，其中，在所述聲束設置步驟中，當為多個聲道分別設置的輸出角度對於中置聲道的聲束輸出角度不對稱時，通過使用指向多個方向的聲束來把多個聲道之一的信號定位形成為幻象，從而形成一對稱的音場。
14.根據權利要求9所述的設置聲束的方法，還包括接受該揚聲器陣列裝置主體的安裝位置信息的輸入的處理，其中，在所述聲束設置步驟中，根據所述主體的安裝位置信息，從存儲在存儲部中的測試聲音的信號電平中選擇多個峰值。
15.根據權利要求9所述的設置聲束的方法，其中，在所述測試聲音掃描步驟中，用在所述聲束掃描範圍的中心具有最大值的包絡來調製該測試聲音的信號電平。
16.根據權利要求9所述的設置聲束的方法，其中，在所述聲束輸出步驟中，輸出基於無相關性的測試音頻信號並且限於可形成聲束的頻帶內的聲束。
全文摘要
提供了一種揚聲器陣列裝置，該揚聲器陣列裝置的安裝位置具有很高的自由度，並且使用者可以很容易地設置其聲束。還提供了一種設置該揚聲器陣列裝置的聲束的方法。該揚聲器陣列裝置(1)使得聲束由限於可調節聲束角度的頻帶的音頻信號形成，用聲束在該揚聲器陣列(10)的前端從0°到180°進行掃描，並且由無方向性麥克風(2)採集該聲束的直達聲音和反射聲音。分析採集到的聲音數據以檢測等於或高於閾值的峰值。檢查每個峰值的對稱性。當對稱存在時，檢測到峰值的角度被設為輸出環繞立體聲的每個聲道的聲束的角度。因此，根據安裝該揚聲器陣列裝置的房間的形狀和安裝位置，可以將該聲束髮射角度設置在最佳位置。
文檔編號H04S5/02GK1973465SQ20058002083
公開日2007年5月30日 申請日期2005年6月21日 優先權日2004年6月23日
發明者澤米進 申請人:山葉株式會社