專利名稱：音響再現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有高方向性的音響再現(xiàn)裝置，其調(diào)制可聽頻帶的信號地放射超聲波頻帶的信號作為傳送信號，并能夠在特定的空間范圍內(nèi)再現(xiàn)可聽頻帶的聲波。
背景技術(shù)：
音響再現(xiàn)裝置能夠通過振動膜直接向空氣等介質(zhì)中放射可聽頻帶的聲波，并能夠利用衍射效應(yīng)來使可聽頻帶的聲波大范圍傳播。與此對比，為了使可聽頻帶的聲波僅在特定的空間范圍內(nèi)選擇性地傳播，具有高方向性的超方向性揚聲器、或者參數(shù)揚聲器等音響再現(xiàn)裝置正不斷實用化。在該音響再現(xiàn)裝置中，利用可聽頻帶的信號對作為傳送信號的超聲波頻帶信號進行調(diào)制，并以規(guī)定的增益進行放大，且將放大后的信號輸入到超聲波振子等產(chǎn)生超聲波的放聲部。放聲部將該信號作為超聲波頻帶的聲波放射到空氣等介質(zhì)中。從放聲部放射出的聲波因作為傳送信號的超聲波的傳播特性，以高方向性在介質(zhì)中傳播。超聲波頻帶的聲波在介質(zhì)中傳播時，可聽頻帶的聲波的振幅因介質(zhì)的非線性性而累積性地增加，并且，超聲波頻帶的聲波因介質(zhì)的吸收或球面擴散而衰減。其結(jié)果是，經(jīng)調(diào)制到超聲波頻帶的可聽頻帶的信號通過介質(zhì)的非線性性而自解調(diào)為從原可聽頻帶信號源輸出的可聽頻帶信號，從而能夠僅在有限的狹窄空間范圍內(nèi)再現(xiàn)可聽聲音。在這種音響再現(xiàn)裝置中，從放聲部放射并在介質(zhì)中被解調(diào)的可聽頻帶的聲波的聲壓依賴于頻率，因此難以忠實地再現(xiàn)從可聽頻帶信號源輸出的原可聽頻帶的信號。圖10表示從放聲部放射出的可聽頻帶的聲波的聲壓的頻率特性C101。圖10同時表示聲壓不依賴于頻率的固定的理想聲壓的頻率特性C102。由于自解調(diào)后的聲波的聲壓與原可聽頻帶信號的大小的二階微分成正比，因此從放聲部放射并在介質(zhì)中被解調(diào)的可聽頻帶的聲波的低頻段上的聲壓低于高頻段上的聲壓。在可聽頻帶信號包含各種各樣的頻率分量的情況下，從放聲部放射并在介質(zhì)中被解調(diào)的可聽頻帶的聲波的聲壓根據(jù)頻率不同而產(chǎn)生偏差，不具有理想的頻率特性C102，因此無法高忠實度地對可聽頻帶信號進行解調(diào)。圖11是專利文獻1所記載的現(xiàn)有技術(shù)的音響再現(xiàn)裝置101的框圖。音響再現(xiàn)裝置101具備可聽頻帶信號源102 ；校正處理部103，其對來自可聽頻帶信號源102的可聽頻帶信號進行校正；調(diào)制器104，其利用由校正處理部103校正后的信號對傳送信號進行調(diào)制并輸出調(diào)制信號；功率放大器105，其放大來自調(diào)制器104的調(diào)制信號；和放聲部106，其將由功率放大器105放大后的信號向外部輸出。圖12表示圖10所示的聲壓的頻率特性C101、C102、和校正處理部103對可聽頻帶信號實施的校正的校正曲線PlOl。校正曲線PlOl具有與頻率特性ClOl上下相反的特性。 這樣，校正處理部103用校正曲線PlOl對來自可聽頻帶信號源的可聽頻帶信號的振幅進行校正并輸出。由此，再現(xiàn)從放聲部7輸出并在介質(zhì)中自解調(diào)的可聽頻帶信號。但是，在圖11所示的音響再現(xiàn)裝置101中，無法根據(jù)位置忠實地對可聽頻帶信號進行解調(diào)。
專利文獻1 JP特開2004-3^236號公報

發(fā)明內(nèi)容
音響再現(xiàn)裝置在收聽位置對聲波進行再現(xiàn)。該音響再現(xiàn)裝置具備校正處理部，其對具有可聽頻帶的頻率的可聽頻帶信號進行校正；傳送信號振蕩器，其生成傳送信號；調(diào)制器，其輸出用由校正處理部校正后的可聽頻帶信號對傳送信號進行調(diào)制而得到的調(diào)制信號；和放聲部，其根據(jù)從調(diào)制器輸出的調(diào)制信號來輸出聲波。校正處理部基于從放聲部到收聽位置的距離來對可聽頻帶信號進行校正。該音響再現(xiàn)裝置能夠與收聽位置無關(guān)地高忠實度地再現(xiàn)原可聽頻帶信號。


圖IA是本發(fā)明的實施方式1中的音響再現(xiàn)裝置的框圖。圖IB是實施方式1中的音響再現(xiàn)裝置的放聲部的概略圖。圖2表示從現(xiàn)有技術(shù)的音響再現(xiàn)裝置輸出并經(jīng)自解調(diào)的可聽頻帶聲波的傳播特性。圖3表示從實施方式1中的音響再現(xiàn)裝置輸出并經(jīng)自解調(diào)的可聽頻帶聲波的聲壓的頻率特性。圖4表示實施方式1中的音響再現(xiàn)裝置的校正處理部的校正特性。圖5表示從實施方式1中的音響再現(xiàn)裝置輸出并經(jīng)自解調(diào)的聲波的傳播特性。圖6表示從實施方式1中的音響再現(xiàn)裝置輸出并經(jīng)自解調(diào)的聲波的聲壓的頻率特性。圖7是實施方式1中的音響再現(xiàn)裝置的校正處理部的框圖。圖8是本發(fā)明的實施方式2中的音響再現(xiàn)裝置的框圖。圖9是實施方式2中的音響再現(xiàn)裝置的測距部的概略圖。圖10表示聲波的聲壓的頻率特性。圖11是現(xiàn)有技術(shù)的音響再現(xiàn)裝置的框圖。圖12表示現(xiàn)有技術(shù)的音響再現(xiàn)裝置的校正處理部的校正特性。符號說明
1音響再現(xiàn)裝置
2可聽頻帶信號源
3校正處理部
3B校正曲線設(shè)定部
3C存儲部
3D校正運算部
4調(diào)制器
5傳送信號振蕩器
7放聲部
9音響再現(xiàn)裝置
10測距部
IOA超聲波產(chǎn)生器IOB超聲波傳感器
具體實施例方式(實施方式1)圖IA是本發(fā)明的實施方式1中的音響再現(xiàn)裝置1的框圖。可聽頻帶信號源2產(chǎn)生具有可聽頻帶的頻率的可聽頻帶信號?？陕狀l帶大致為20Hz 20kHz。校正處理部3對可聽頻帶信號進行校正。由校正處理部3校正后的信號被送往調(diào)制器4。傳送信號振蕩器 5產(chǎn)生具有比可聽頻帶的最高頻率高的頻率的傳送信號。在實施方式1中，傳送信號的頻率是高于20kHz的超聲波頻帶的頻率。調(diào)制器4輸出用由校正處理部3校正后的信號對傳送信號以振幅調(diào)制進行調(diào)制而得到的調(diào)制信號。從調(diào)制器4輸出的調(diào)制信號由功率放大器6 放大，并被送往放聲部7。圖IB是放聲部7的概略圖。放聲部7由多個超聲波振子7A構(gòu)成，分別設(shè)置在超聲波振子7A內(nèi)的壓電元件根據(jù)從功率放大器6送來的信號而振動，從而將與該信號相應(yīng)的聲波放射到空氣等介質(zhì)中。該聲波具有傳送波信號的頻率，是具有比可聽頻帶的最高頻率高的頻率的超聲波。作為超聲波從放聲部7向介質(zhì)放射的聲波具有作為超聲波的傳播特性的特征的高方向性地在介質(zhì)中傳播。超聲波頻帶的聲波在介質(zhì)中傳播時，由于介質(zhì)的非線性性，可聽頻帶的聲波的振幅累積性地增加。與此同時，超聲波頻帶的頻率的傳送波信號由于介質(zhì)的吸收或球面擴散而衰減。其結(jié)果是，從放聲部7放射的聲波自解調(diào)為基于對傳送波信號進行了調(diào)制的可聽頻帶信號的可聽頻帶的頻率的聲波。這樣，在音響再現(xiàn)裝置1中，通過利用具有高方向性的超聲波作為傳送信號來從放聲部7放射聲波，從而僅在有限的特定的位置處再現(xiàn)可聽頻帶信號。在將音響再現(xiàn)裝置1 作為美術(shù)館或博物館的展示物的說明用的揚聲器來使用的情況下，能夠只對特定的人物傳
播聲音。在校正處理部3連接有外部輸入部8。使用者對外部輸入部8進行操作來手動設(shè)定從放聲部7到收聽聲波的收聽位置的距離。接下來，對在校正處理部3中校正可聽頻帶信號的方法進行說明。—般而言，從放聲部7輸出并在介質(zhì)中被解調(diào)的可聽頻帶的聲波的傳播特性根據(jù)頻率而變化。即，從放聲部7輸出并在介質(zhì)中被解調(diào)的可聽頻帶的聲波的聲壓根據(jù)其頻率、 以及從放聲部7到收聽聲波的收聽位置的距離而變化。圖2表示基于Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov (KZK)理論公式而求出的從放聲部7再現(xiàn)的聲波的傳播特性。在圖2中，橫軸表示從放聲部7到收聽位置的距離，縱軸表示聲波的聲壓。如圖2所示，表示聲波的頻率Π、頻率f2、頻率f3(fl < f2 < f3)下的各自的傳播特性的曲線不同，進而在各曲線(頻率Π f3的各個)中，聲壓根據(jù)離放聲部7 的距離而變化。圖3表示基于KI理論公式而求出的、圖2所示的收聽距離的值dl、d2上的聲壓的頻率特性。在圖3中，橫軸表示聲波的頻率，縱軸表示聲波的聲壓。最低頻率fn和最高頻率fm分別是從放聲部7放射的聲波的頻率分量中的最低頻率和最高頻率。另外，圖3所示的聲壓的頻率特性相當(dāng)于在音響再現(xiàn)裝置1中不設(shè)置校正處理部3的情況下從放聲部7 輸出并在介質(zhì)中被解調(diào)的可聽頻帶的聲波的聲壓的頻率特性。如圖3所示，在從放聲部7輸出并在介質(zhì)中被解調(diào)的可聽頻帶的聲波中，低頻率的分量的聲壓大于高頻率的分量的聲壓。在收聽距離的值dl、d2上的頻率特性不同，即，聲壓的頻率特性根據(jù)從放聲部7到收聽位置的距離而變化。圖11所示的現(xiàn)有技術(shù)的音響再現(xiàn)裝置101與從放聲部107到收聽位置的距離無關(guān)地輸出相同的聲波，因此存在根據(jù)收聽位置不同而難以高忠實度地對原可聽頻帶信號進行解調(diào)的情況。為了在圖3所示的距離的值dl、d2的收聽位置處忠實地對原可聽頻帶信號進行解調(diào)，校正處理部3根據(jù)經(jīng)自解調(diào)的可聽頻帶的聲波的聲壓的頻率特性來對可聽頻帶信號進行校正。圖4表示校正處理部3存儲的、分別與收聽距離的值dl、d2對應(yīng)的校正曲線P1、 P2。校正曲線PI、P2用以下方法導(dǎo)出。首先，在從放聲部7到使用者收聽的位置的收聽距離的值dl、d2上，通過Ka(理論公式來求取經(jīng)自解調(diào)的可聽頻帶的聲波的聲壓的頻率特性。進而，按照相對于所求出的頻率特性具有反特性的頻率特性的方式來創(chuàng)建校正曲線 P1、P2。即，多條校正曲線P1、P2分別具有具有根據(jù)不用校正處理部3校正的信號而從放聲部7輸出的可聽頻帶的頻率的聲波的聲壓的頻率特性的反特性的頻率特性。在此，反特性的頻率特性是指，使以縱軸表示聲壓、以橫軸表示頻率的頻率特性的坐標(biāo)圖在縱軸方向反轉(zhuǎn)而得到的頻率特性。即，圖4所示的校正曲線PI、P2具有使圖3所示的從放聲部7到收聽位置的距離的值dl、d2上的聲波的聲壓的頻率特性在縱軸方向反轉(zhuǎn)后的形狀。另外，在實施方式1中基于Ka(理論公式來求取校正曲線PI、P2。也可以基于與 KZK理論公式類似的近似式、或者實測值來求取。在基于實測值來求取的情況下，能夠使校正曲線PI、P2成為符合實際使用的正確的曲線。這樣，實施方式1中的音響再現(xiàn)裝置1的校正處理部3存儲從放聲部7到收聽位置的距離的多個值dl、d2、和與多個值dl、d2分別對應(yīng)的多條校正曲線P1、P2。其結(jié)果是，校正處理部3能夠與各種各樣的收聽位置對應(yīng)地從多條校正曲線中選擇最合適的校正曲線， 并且通過用所選擇的校正曲線來對可聽頻帶信號進行校正，從而能夠高忠實度地將可聽頻帶信號解調(diào)為原可聽頻帶信號。另外，收聽位置的距離的多個值的個數(shù)不限定于2，也可以為3以上的任意的數(shù)。校正處理部3存儲分別與距離的值對應(yīng)的多條校正曲線。對從放聲部7到收聽位置的距離為值dl時的音響再現(xiàn)裝置1的動作進行說明。圖5表示從音響再現(xiàn)裝置1的放聲部7到收聽位置的距離為值dl時的該收聽位置處的聲波的聲壓的頻率特性。因為距離的值是dl，所以校正處理部3用校正曲線Pl對可聽頻帶信號進行校正。即，使針對校正處理部3的可聽頻帶信號的頻率Π的分量的增益大于針對頻率f3的分量的增益。由此，能夠在距離的值dl的收聽位置處使頻率f 1以及頻率f3的分量的聲壓與頻率f2的分量的聲壓一致。這樣，能夠使從放聲部7輸出并在介質(zhì)中被解調(diào)的可聽頻帶的聲波的聲壓的頻率特性像圖6所示的理想頻率特性那樣，在距離的值dl上變得平坦，能夠高忠實度地將從可聽頻帶信號源2輸出的可聽頻帶信號解調(diào)為原可聽頻帶信號。同樣，在從放聲部7到收聽位置的距離為值d2的情況下，校正處理部3用校正曲線P2與上述同樣地對可聽頻帶信號進行校正。由此，能夠在距離的值為d2的收聽位置處， 高忠實度地對從可聽頻帶信號源2輸出的可聽頻帶信號進行解調(diào)。雖然在實施方式1的音響再現(xiàn)裝置1中，使頻率fl以及頻率f3的分量的聲壓與頻率f2的分量上聲壓一致，但不限于此，也可以使頻率f 1 f3的分量的聲壓與頻率f 1的分量或頻率f3的分量的聲壓一致，或者也可以使與頻率fl f3的分量的聲壓以外的任意的聲壓一致。從放聲部7到收聽位置的距離的多個值、和分別與這些值對應(yīng)的多條校正曲線作為校正表存儲在校正處理部3中。在音響再現(xiàn)裝置1中，由外部輸入部8來設(shè)定從放聲部 7到收聽位置的距離的值。校正處理部3參照校正表，從存儲的多條校正曲線中，唯一地決定與所設(shè)定的值對應(yīng)的校正曲線，并用所選出的校正曲線對從可聽頻帶信號源2發(fā)送來的可聽頻帶信號的振幅進行校正。接下來，關(guān)于校正處理部3的動作的詳細(xì)內(nèi)容在以下進行說明。圖7是校正處理部3的框圖。校正處理部3具備距離參數(shù)設(shè)定部3A ；校正曲線設(shè)定部:3B ；存儲部3C，其與校正曲線設(shè)定部3B連接；和校正運算部3D。距離參數(shù)設(shè)定部3A與外部輸入部8連接，校正運算部3D與可聽頻帶信號源2以及調(diào)制器4連接。若用外部輸入部8設(shè)定從放聲部7到收聽位置的距離的值，則所設(shè)定的值作為信號被輸入到距離參數(shù)設(shè)定部3A。距離參數(shù)設(shè)定部3A從外部輸入部8接受了該信號后，從η 個值dl dn中選擇一個與所輸入的信號對應(yīng)的值，并將所選擇的值作為信號送往校正曲線設(shè)定部3B。校正曲線設(shè)定部:3B基于送來的該信號，從存儲在存儲部3C中的校正表中的多條校正曲線Pl Pn中，選擇與所選擇的值對應(yīng)的校正曲線。校正運算部3D利用由校正曲線設(shè)定部:3B選擇的校正曲線，對從可聽頻帶信號源 2送來的可聽頻帶信號的振幅進行校正，并送往調(diào)制器4。這樣，通過由使用音響再現(xiàn)裝置1的使用者用外部輸入部8來設(shè)定從放聲部7到收聽位置的距離，能夠在任意的收聽位置處收聽高忠實度地將可聽頻帶信號解調(diào)為原可聽頻帶信號后的聲波。(實施方式2)圖8是本發(fā)明的實施方式2中的音響再現(xiàn)裝置9的框圖。在圖8中，對與圖IA所示的實施方式1中的音響再現(xiàn)裝置1相同的部分付與相同的參照編號。實施方式2中的音響再現(xiàn)裝置9，取代圖IA所示的實施方式1中的音響再現(xiàn)裝置1的外部輸入部8而具備測距部10。在音響再現(xiàn)裝置9中在校正處理部3連接有測距部10。測距部10測定從放聲部 7到收聽位置的距離。圖9是測距部10的概略圖。測距部10具備超聲波產(chǎn)生器10A，其產(chǎn)生超聲波； 超聲波傳感器10B，其接收超聲波；和運算部10C。從超聲波產(chǎn)生器IOA送來的超聲波到達(dá)存在于收聽位置Xl的使用者而被反射，并由超聲波傳感器IOB接收。運算部IOC測定從超聲波產(chǎn)生器IOA發(fā)送超聲波開始到由超聲波傳感器接收為止的時間，并基于測定出的時間，來求取從放聲部7到收聽位置Xl的距離Ll的值。在此，超聲波產(chǎn)生器IOA和超聲波傳感器IOB分別由獨立的兩個超聲波振子形成?；蛘?，也可以是超聲波產(chǎn)生器IOA由超聲波振子形成，超聲波傳感器IOB共用超聲波產(chǎn)生器IOA的超聲波振子而形成。測距部10除了使用超聲波以外，也可以諸如以利用光的傳感器來形成，但優(yōu)選使用超聲波。如圖IB所示，因為放聲部7由多個超聲波振子7A構(gòu)成，所以可以將放聲部7的多個超聲波振子7A中的一部分超聲波振子作為超聲波產(chǎn)生器IOA和超聲波傳感器IOB來使用。在此情況下，因為從放聲部7到收聽位置Xl的距離Ll和從測距部10到收聽位置Xl 的距離一致，所以測距部10能夠正確地測定距離Ll的值。由測距部10測定出的從放聲部7到收聽位置Xl的距離Ll的值作為信號被輸入到校正處理部3。校正處理部3與實施方式1中的音響再現(xiàn)裝置1同樣，基于所測定出的值來從多條校正曲線Pl Pn中唯一地選擇校正曲線。校正處理部3用所選擇的校正曲線來對從可聽頻帶信號源2送來的可聽頻帶信號的振幅進行校正。由此，音響再現(xiàn)裝置9能夠在任意的收聽位置處高忠實度地將從可聽頻帶信號源2輸出的可聽頻帶信號解調(diào)為原可聽頻帶信號。因為實施方式2中的音響再現(xiàn)裝置9具備測距部10，所以即使使用者不手動設(shè)定從放聲部7到收聽位置的距離的值，也能夠得到與實施方式1中的音響再現(xiàn)裝置1相同的效果，從而成為易用性高的音響再現(xiàn)裝置。另外，在實施方式1、2中，距離Ll的值dl dn不僅可以是一般由距離的單位表示的值，還可以是與距離對應(yīng)的其他的值。(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)本發(fā)明的音響再現(xiàn)裝置能夠與收聽位置無關(guān)地高忠實度地再現(xiàn)可聽頻帶信號，作為只在有限的空間范圍內(nèi)再現(xiàn)可聽頻帶的聲音的、方向性高的音響再現(xiàn)裝置優(yōu)選。
權(quán)利要求
1.一種音響再現(xiàn)裝置，其在收聽位置處對聲波進行再現(xiàn)，其中， 所述音響再現(xiàn)裝置具備校正處理部，其對具有可聽頻帶的頻率的可聽頻帶信號進行校正； 傳送信號振蕩器，其生成傳送信號；調(diào)制器，其輸出用由所述校正處理部校正后的所述可聽頻帶信號對所述傳送信號進行調(diào)制而得到的調(diào)制信號；和放聲部，其根據(jù)從所述調(diào)制器輸出的所述調(diào)制信號來輸出聲波， 所述校正處理部基于從所述放聲部到所述收聽位置的距離來對所述可聽頻帶信號進行校正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音響再現(xiàn)裝置，其中， 所述校正處理部包括存儲部，其存儲距離的多個值、和與所述多個值分別對應(yīng)的多條校正曲線； 校正曲線設(shè)定部，其基于從所述放聲部到所述收聽位置的所述距離的值，從所述多條校正曲線中唯一地選擇校正曲線；和校正運算部，其使用選擇的所述校正曲線來對所述可聽頻帶信號進行校正。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的音響再現(xiàn)裝置，其中， 所述多條校正曲線分別具有如下頻率特性具有根據(jù)不用所述校正處理部校正的信號而從所述放聲部輸出的可聽頻帶的頻率的聲波的聲壓的頻率特性的反特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的音響再現(xiàn)裝置，其中，所述聲波的所述聲壓的所述頻率特性是通過實測求出的特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音響再現(xiàn)裝置，其中，還具備測距部，其測定從所述放聲部到所述收聽位置的所述距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的音響再現(xiàn)裝置，其中， 所述測距部包括超聲波產(chǎn)生器，其產(chǎn)生超聲波；和超聲波傳感器，其接收產(chǎn)生的所述超聲波。
全文摘要
一種音響再現(xiàn)裝置，在收聽位置處對聲波進行再現(xiàn)。該音響再現(xiàn)裝置具備校正處理部，其對具有可聽頻帶的頻率的可聽頻帶信號進行校正；傳送信號振蕩器，其生成傳送信號；調(diào)制器，其輸出用由校正處理部校正后的可聽頻帶信號對傳送信號進行調(diào)制而得到的調(diào)制信號；和放聲部，其根據(jù)從調(diào)制器輸出的調(diào)制信號來輸出聲波。校正處理部基于從放聲部到收聽位置的距離來對可聽頻帶信號進行校正。該音響再現(xiàn)裝置能夠與收聽位置無關(guān)地高忠實度地將可聽頻帶信號再現(xiàn)為原可聽頻帶信號。
文檔編號H04R17/00GK102172043SQ20098013920
公開日2011年8月31日 申請日期2009年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月6日
發(fā)明者今野文靖, 多田真樹, 武田克, 水口雅史 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社