專利名稱：耳機(jī)裝置及其聲音再現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耳機(jī)裝置和用于耳機(jī)裝置的聲音再現(xiàn)方法，尤其涉及再現(xiàn)雙聲道聲音信號(hào)的耳機(jī)裝置等。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，有ー種聲音再現(xiàn)方法，根據(jù)該聲音再現(xiàn)方法，耳機(jī)用戶(收聽者)在他/她的頭部佩戴耳機(jī)從而蓋住兩耳并且從兩耳收聽聲音信號(hào)(聲學(xué)信號(hào))。根據(jù)此聲音再現(xiàn)方法，產(chǎn)生ー種所謂的偏側(cè)性(lateralization)現(xiàn)象，即使當(dāng)來自信號(hào)源的信號(hào)是立體聲信號(hào)時(shí)，再現(xiàn)的聲像也保留在收聽者的頭部內(nèi)。另ー方面，作為耳機(jī)使用的聲音再現(xiàn)方法，還有ー種雙耳收集的聲音再現(xiàn)方法。雙耳收集的聲音再現(xiàn)方案如下。具體而言，將稱為仿真頭部擴(kuò)音器的擴(kuò)音器提供給仿真頭部的左右耳的耳洞，所述仿真頭部是基于對(duì)耳機(jī)用戶的頭部的假定。來自信號(hào)源的聲音信號(hào)由仿真頭部擴(kuò)音器收集。如果耳機(jī)用戶確實(shí)佩戴了此耳機(jī)并且再現(xiàn)這樣收集的聲音信號(hào)，耳機(jī)用戶可以感覺到就像耳機(jī)用戶在收聽直接來自信號(hào)源的聲音一祥。根據(jù)這樣的雙耳收集的聲音再現(xiàn)方法，可以增強(qiáng)方向感、定位感、現(xiàn)場(chǎng)感等。然而，為了實(shí)現(xiàn)這樣的雙耳收集的聲音再現(xiàn)方法，需要準(zhǔn)備ー種信號(hào)源作為特殊的源，所述源與用于揚(yáng)聲器再現(xiàn)的源是不同的，其用仿真頭部擴(kuò)音器收集聲音源信號(hào)。因此，可以考慮以下再現(xiàn)效果例如，使用典型的雙聲道聲音信號(hào)(立體聲信號(hào))，從而以與通過由耳機(jī)應(yīng)用前述耳機(jī)雙耳收集的聲音再現(xiàn)方法獲得的揚(yáng)聲器再現(xiàn)相同的方式在頭部之外(揚(yáng)聲器位置)定位。為了使用耳機(jī)獲得在頭部之外的聲像定位，從耳機(jī)用戶的外耳道的入口到外部的輻射阻抗與在耳機(jī)未佩戴狀態(tài)的情況下的輻射阻抗變得不同。具體而言，來自耳機(jī)的聲波在耳廓和耳機(jī)發(fā)聲單元之間重復(fù)復(fù)雜的反射，并從外耳道的入口傳送到鼓膜。由于此原因，即使試圖將最佳特性傳送到外耳道的入口或鼓膜的表面，反射也會(huì)擾亂該特性。因此，有難以穩(wěn)定地獲得令人滿意的聲像定位的缺點(diǎn)。例如，根據(jù)在日本專利No. 3637596中描述的耳機(jī)再現(xiàn)方法，通過使從外耳道的入ロ到外部的輻射阻抗與在未佩戴狀態(tài)下的輻射阻抗接近來增強(qiáng)聲像定位。具體而言，日本專利No. 3637596公開了耳機(jī)發(fā)聲單兀被設(shè)置為與耳機(jī)用戶的耳廓分尚。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)在日本專利No. 3637596中公開的耳機(jī)再現(xiàn)方法，可以使從外耳道的入口到外部的輻射阻抗與在未佩戴狀態(tài)下的輻射阻抗接近，從而增強(qiáng)聲像定位。然而，從耳機(jī)發(fā)聲 單元輻射的聲波在傳播過程中變成從作為聲源的發(fā)聲單元產(chǎn)生的球面波并被發(fā)射。因此，有以下缺點(diǎn)耳廓中的反射和折射的影響持續(xù)直到聲波到達(dá)外耳道的入口或鼓膜，這改變了特性。期望提供ー種令人滿意的再現(xiàn)聲音信號(hào)的耳機(jī)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種耳機(jī)裝置，所述耳機(jī)裝置包括聲音再現(xiàn)單元，其分別再現(xiàn)聲音信號(hào)，并被布置為與耳機(jī)用戶的耳廓分離，其中每個(gè)所述聲音再現(xiàn)單元由包括多個(gè)揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器陣列構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，耳機(jī)裝置具有分別再現(xiàn)聲音信號(hào)的聲音再現(xiàn)單元。每個(gè)聲音再現(xiàn)單元被布置為與耳機(jī)用戶的耳廓分離，并由包括多個(gè)揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器陣列構(gòu)成。通過如上所述由揚(yáng)聲器陣列構(gòu)成每個(gè)聲音再現(xiàn)單元，可以令人滿意地再現(xiàn)聲音信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，從揚(yáng)聲器陣列的每個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)可以被配置為使得由所述聲音信號(hào)形成的聲音集聚(focus)在預(yù)定位置。也就是說，聲壓高的虛擬聲源在預(yù)定位置產(chǎn)生。例如，通過向從揚(yáng)聲器陣列的每個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)附加時(shí)間差和/或電平差來進(jìn)行集聚。另外，通過將揚(yáng)聲器陣列的每個(gè)揚(yáng)聲器布置在曲面上以便圍繞耳機(jī)用戶的耳廓，來進(jìn)行集聚。在這種情況下，可以按照集聚的位置實(shí)現(xiàn)不同的效果。例如，集聚可定位在耳機(jī)用戶的外耳道的入ロ處。在這種情況下，在耳機(jī)用戶的外 耳道的入口處合成虛擬聲源。由于虛擬聲源是無形的聲源，因此從耳機(jī)用戶的外耳道的入ロ到外部的輻射阻抗與在未佩戴狀態(tài)下的輻射阻抗接近，從而可以降低由于揚(yáng)聲器陣列中的反射造成的特性破壞。相應(yīng)地，聲學(xué)特性較少受耳廓影響，可以提供穩(wěn)定的聲學(xué)特性，減少由于個(gè)體差異的變化的影響。另外，集聚可以定位在揚(yáng)聲器陣列和耳機(jī)用戶的外耳道的入口之間。在這種情況下，虛擬聲源在揚(yáng)聲器陣列和耳機(jī)用戶的外耳道的入口之間合成。通過在這樣的位置合成虛擬聲源，在耳道附近沒有有形的發(fā)聲單元，沒有反射在發(fā)聲單元中產(chǎn)生，所以可以獲得穩(wěn)定的特性。而且，可以通過使用耳機(jī)用戶自己的耳道特性來增強(qiáng)聲像的前方定向。另外，集聚可以定位在揚(yáng)聲器陣列后方。在這種情況下，虛擬聲源在揚(yáng)聲器陣列后方合成。通過在這樣的位置合成虛擬聲源，可以增強(qiáng)在聲像定向中的距離感。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，從揚(yáng)聲器陣列的每個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)被配置為使得由所述聲音信號(hào)形成的聲音變成平面波。在這種情況下，可以使耳機(jī)用戶的耳道中的反射和折射的狀態(tài)接近于通過把揚(yáng)聲器放置為遠(yuǎn)離耳機(jī)用戶并由此實(shí)現(xiàn)自然的聲像定位的再現(xiàn)中的反射和折射狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，耳機(jī)裝置可進(jìn)ー步包括檢測(cè)耳機(jī)用戶頭部狀態(tài)的頭部動(dòng)作檢測(cè)單元，其中，基于由頭部動(dòng)作檢測(cè)單元檢測(cè)到的耳機(jī)用戶的頭部的狀態(tài)來控制由聲音信號(hào)形成的聲像的定向(orientation)。例如,集聚的位置基于耳機(jī)用戶的頭部的狀態(tài)而改變。在這種情況下，例如可以修正聲像定向位置從而即使當(dāng)耳機(jī)用戶的頭部移動(dòng)時(shí)也不會(huì)偏離，并且可以使聲像位置與移動(dòng)的圖像位置一致。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，例如每個(gè)聲音再現(xiàn)單元可以布置在耳機(jī)用戶的耳廓前方或后方。在這種情況下，揚(yáng)聲器陣列的發(fā)聲表面被布置為相對(duì)于面對(duì)耳機(jī)用戶耳廓的表面有預(yù)定角度。以這種方式，例如即使當(dāng)每個(gè)聲音再現(xiàn)單元布置在耳機(jī)用戶的耳廓前方時(shí)也可以減小由于揚(yáng)聲器陣列中的反射造成的特性破壞。根據(jù)本技術(shù)可以提供令人滿意的再現(xiàn)聲音信號(hào)的耳機(jī)裝置。


圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的立體聲耳機(jī)系統(tǒng)的配置示例的框圖2是示出通過揚(yáng)聲器再現(xiàn)來傳播聲音的狀態(tài)的圖；圖3是示出作為包括在立體聲耳機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)字濾波器示例的FIR濾波器的圖；圖4是說明由包括以陣列形狀布置的多個(gè)揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器陣列構(gòu)成耳機(jī)単元中用于左右聲道的聲音再現(xiàn)單元的圖；圖5是說明耳機(jī)単元被布置為不與耳機(jī)用戶(收聽者)的耳廓接觸的配置示例的圖；圖6是示出耳機(jī)用戶在他/她頭部佩戴耳機(jī)的狀態(tài)的圖；圖7是說明耳機(jī)単元中的聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)布置在耳機(jī)用戶的耳廓后方的圖；圖8是說明耳機(jī)単元中的聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)布置在耳機(jī)用戶的耳廓前方的圖；圖9A和9B是不出從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音集聚在預(yù)定位置的配置示例的圖；圖IOA和IOB是不出從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音集聚在預(yù)定位置的另ー個(gè)配置示例的圖；圖11是示出當(dāng)在聲音信號(hào)SL和SR是數(shù)字信號(hào)的階段通過延遲器件和電平調(diào)節(jié)器將時(shí)間差和/或電平差加在從姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)上時(shí)立體聲耳機(jī)系統(tǒng)的配置示例的框圖；圖12是說明從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音的集聚可以定位在耳機(jī)用戶(收聽者)的外耳道的入口處的圖；圖13是示出通過每個(gè)揚(yáng)聲器布置在平面上的揚(yáng)聲器陣列來實(shí)現(xiàn)聲音集聚到外耳道的入口的示例的圖；圖14是說明從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音的集聚可以定位在揚(yáng)聲器陣列和外耳道的入口之間的圖；圖15是說明從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音的集聚可以定位在揚(yáng)聲器陣列后方的圖；圖16是說明從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音是平面波的情況的圖；圖17是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的立體聲耳機(jī)系統(tǒng)的配置示例的框圖；圖18是示出耳機(jī)用戶(收聽者)佩戴具有構(gòu)成頭部動(dòng)作檢測(cè)單元的傳感器的耳機(jī)單元的狀態(tài)的圖；圖19A和19B是示出當(dāng)耳機(jī)用戶面對(duì)前方時(shí)的傳輸特性HL和HR不同于當(dāng)耳機(jī)用戶面對(duì)相對(duì)于前方旋轉(zhuǎn)了角度9的方向時(shí)的傳輸特性HL 0和HR0的圖；圖20是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的立體聲耳機(jī)系統(tǒng)的配置示例的框圖；、
圖21A至圖21C是示出更新由聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)按照頭部動(dòng)作來合成的虛擬聲源的位置的示例的圖；以及圖22是說明虛擬聲源的位置可以依據(jù)耳機(jī)用戶(收聽者)的頭部動(dòng)作的角度9而處于聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)后方的圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種耳機(jī)裝置，包括聲音再現(xiàn)單元，其分別再現(xiàn)聲音信號(hào)，并被布置為與耳機(jī)用戶的耳廓分離，其中每個(gè)所述聲音再現(xiàn)單元由包括多個(gè)揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器陣列構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于耳機(jī)裝置的聲音再現(xiàn)方法，包括用包括多個(gè)揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器陣列構(gòu)成立體聲耳機(jī)裝置的每個(gè)聲音再現(xiàn)單元，并將每個(gè)聲音再現(xiàn)單元布置為與耳機(jī)用戶的耳廓分離；以及經(jīng)由每個(gè)揚(yáng)聲器陣列再現(xiàn)聲音信號(hào)。在下文中將給出本發(fā)明的實(shí)施例的描述。另外，將按以下順序給出描述。
I.第一實(shí)施例2.第二實(shí)施例3.第三實(shí)施例〈I.第一實(shí)施例>[立體聲耳機(jī)系統(tǒng)的配置示例]圖I不出了根據(jù)第一實(shí)施例的立體聲耳機(jī)系統(tǒng)10的配置不例。立體聲耳機(jī)系統(tǒng)10具有輸入端101、A/D轉(zhuǎn)換器102、信號(hào)處理單元103、D/A轉(zhuǎn)換器104L和104R、放大器105L和105R以及耳機(jī)單元106。輸入端101是聲音信號(hào)SA輸入的端子。A/D轉(zhuǎn)換器102將輸入到輸入端101的聲音信號(hào)SA由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送。信號(hào)處理單元103進(jìn)行濾波以從聲音信號(hào)SA獲得左聲道聲音信號(hào)SL和右聲道聲音信號(hào)SR。具體而言，信號(hào)處理單元103包括用于從聲音信號(hào)SA獲得左聲道音聲信號(hào)SL的濾波器(濾波器I) 103L和用于從聲音信號(hào)SA獲得右聲道聲音信號(hào)SR的濾波器(濾波器2) 103R。在此,聲音信號(hào)SL和SR構(gòu)成雙聲道聲音信號(hào)。圖2示出了由揚(yáng)聲器再現(xiàn)來傳播聲音的狀態(tài)。揚(yáng)聲器SP再現(xiàn)的聲音具有増加了在收聽者M(jìn)的耳朵內(nèi)的反射和折射以及在房間內(nèi)的反射等特性。揚(yáng)聲器SP再現(xiàn)的聲音在到左耳的傳輸特性HL和到右耳的傳輸特性HR分別加在其上后到達(dá)收聽者M(jìn)的兩耳。濾波器103L是具有從位于預(yù)期將聲像定向到的位置處的聲源(揚(yáng)聲器SP)到收聽者M(jìn)的左耳的傳播特性HL的濾波器，而濾波器103R是具有從位于預(yù)期將聲像定向到的位置處的聲源(揚(yáng)聲器SP)到收聽者M(jìn)的右耳的傳播特性HR的濾波器。通過用信號(hào)處理單元103中的濾波器103L和103R獲得聲音信號(hào)SL和SR，即使當(dāng)收聽者M(jìn)使用耳機(jī)收聽聲音吋，也可以使聲音等同于由揚(yáng)聲器再現(xiàn)并傳播到收聽者M(jìn)的兩耳的聲音。也就是說，收聽者M(jìn)即使用耳機(jī)也可以收聽定向的聲音，就像揚(yáng)聲器SP產(chǎn)生聲音一祥。例如，濾波器103L和103R由FIR(有限脈沖響應(yīng))濾波器構(gòu)成，如圖3所示。例如用脈沖響應(yīng)數(shù)據(jù)測(cè)量傳播特性HL和HR，并且用FIR濾波器實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)。D/A轉(zhuǎn)換器104L和104R將信號(hào)處理單元103獲得的聲音信號(hào)SL和SR由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。放大器105L和105R將由D/A轉(zhuǎn)換器104L和104R轉(zhuǎn)換的模擬聲音信號(hào)SL和SR放大,并將放大的聲音信號(hào)SL和SR提供給用于耳機(jī)單兀106中的左聲道和右聲道的聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R。用于耳機(jī)單元106中的左聲道和右聲道的聲音再現(xiàn)單元106L和106R由包括以陣列形狀布置的多個(gè)揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器陣列構(gòu)成，如圖4所示。每個(gè)聲音再現(xiàn)單元106L和106R具有如圖5所示的結(jié)構(gòu)。具體而言，每個(gè)聲音再現(xiàn)單元106L和106R具有布置為不與耳機(jī)単元106的用戶(收聽者)的耳廓接觸(即與耳廓分離)的結(jié)構(gòu)。如在附圖中所示，接觸單元109被提供為通過耳機(jī)單元107L和107R內(nèi)的支撐柱108伸出，聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R置于耳機(jī)單元107L和107R的前方。接觸単元109形成環(huán)形，并具有耳機(jī)用戶的耳廓插入接觸単元109的中空部分的配置。圖6示出了耳機(jī)用戶(接收者)在他/她頭部佩戴耳機(jī)単元106的狀態(tài)。在這種情況下，前述的接觸単元109被壓在耳機(jī)用戶的臉的側(cè)部上，并且聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R處于聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R與耳機(jī)用戶的耳廓相隔預(yù)定距離的狀態(tài)。圖7和8示意性地示出了當(dāng)從耳機(jī)用戶的頭部上方觀看時(shí)，在如前所述的耳機(jī)用戶在他/她頭部佩戴耳機(jī)単元106的狀態(tài)下聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)的布置示例。雖 然為了簡化附圖在圖7和8中示出僅示出聲音再現(xiàn)單元106L，但對(duì)于聲音再現(xiàn)單元106R也同樣適用。在圖7的示例中，聲音再現(xiàn)單元106L布置在耳機(jī)用戶的耳廓后方。在圖8的示例中，聲音再現(xiàn)單元106L布置在耳機(jī)用戶的耳廓前方。兩個(gè)布置位置對(duì)于聲音再現(xiàn)單元都是可用的。在這些情況下，聲音再現(xiàn)單元106L的發(fā)聲表面與面對(duì)耳機(jī)用戶耳廓的表面(例如在圖中由虛線示出的表面)不平行，并有預(yù)定角度。利用這樣的配置，可以減小由于聲音再現(xiàn)單元106L中的反射造成的特性破壞。根據(jù)此實(shí)施例，從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)被配置為使得由聲音信號(hào)形成的聲音集聚在預(yù)定位置。在這種情況下，在該預(yù)定位置產(chǎn)生聲壓高的虛擬聲源。另外，在此實(shí)施例中，從聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的每個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)被配置為使得由聲音信號(hào)形成的聲音變成平面波。圖9不出了從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音集聚在預(yù)定位置的配置示例。在此配置示例中，如圖9B所示，構(gòu)成聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)的每個(gè)揚(yáng)聲器布置在曲面上以便集聚在與每個(gè)揚(yáng)聲器相隔相同距離的點(diǎn)上，即集聚位置。在這種情況下，不需要給每個(gè)揚(yáng)聲器單獨(dú)設(shè)置延遲時(shí)間和電平，并且可以由用于每個(gè)聲道輸出的ー個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器和ー個(gè)放大器實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理，或相對(duì)于揚(yáng)聲器的數(shù)量減少D/A轉(zhuǎn)換器和放大器的數(shù)量。在這種情況下，如前所述，當(dāng)耳機(jī)用戶佩戴耳機(jī)単元106吋，每個(gè)揚(yáng)聲器布置在曲面上從而圍繞耳機(jī)用戶的耳廓。圖9A是聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的前視圖。如圖9B所示，每個(gè)聲音信號(hào)SL和SR經(jīng)由放大器105L和105R提供給構(gòu)成聲音再現(xiàn)單兀106L和106R的姆個(gè)揚(yáng)聲器。圖IOA和IOB不出了從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音集聚在預(yù)定位置的另ー個(gè)配置示例。另外，圖IOA和IOB也不出了使從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音是平面波的配置示例。在此配置示例中，構(gòu)成聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)的每個(gè)揚(yáng)聲器(揚(yáng)聲器単元)布置在如圖IOB中所示的平面上。圖IOA是聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的前視圖。因?yàn)樵谶@種情況下可以將每個(gè)揚(yáng)聲器布置在平面上，所以揚(yáng)聲器陣列的結(jié)構(gòu)變得簡單。另外，還可以自由地設(shè)置合成的虛擬聲源的位置。如圖IOB所示，每個(gè)聲音信號(hào)SL和SR經(jīng)由包括延遲器件IllL和IllR以及放大器105L和105R的串行電路提供給構(gòu)成聲音再現(xiàn)單元106L和106R的每個(gè)揚(yáng)聲器。雖然圖IOB中的延遲器件IllL和IllR沒有在圖I中示出，但是延遲器件IllL和IllR例如插在D/A轉(zhuǎn)換器104L和104R與放大器105L和105R之間。在圖IOA和IOB中所示的配置示例中，可以通過由延遲器件和放大器將時(shí)間差和/或電平差加在從姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)上，來使從每個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音集聚在預(yù)定位置。在圖IOB中，在聲音信號(hào)SL和SR轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后，由延遲器件IllL和IllR以及放大器105L和105R將時(shí)間差和/或電平差加在從姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)上。然而，也可以考慮在聲音信號(hào)SL和SR是數(shù)字信號(hào)的階段由延遲器件和電平調(diào)節(jié)器將時(shí)間差和/或電平差加在從姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)上的配置。圖11示出了在這種情況下的立體聲耳機(jī)系統(tǒng)的配置示例。在這種情況下，延遲器件121L和121R以及電平調(diào)節(jié)器122L和122R插在濾波器103L和103R與D/A轉(zhuǎn)換器104L和104R之間。另外，延遲器件121L和121R以及電平調(diào)節(jié)器122L和122R的順序可以是相反的。
在這種情況下，集聚可位于聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的聲音產(chǎn)生表面前方和后方。例如，通過加時(shí)間差或電平差以使得從周邊部分到中心延遲時(shí)間變長而電平變低，可以將集聚定位在聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的聲音產(chǎn)生表面的前方并在此位置合成虛擬聲源。另ー方面，通過加時(shí)間差或電平差以使得從中心到周邊部分延遲時(shí)間變長而電平變小，可以將集聚定位在聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的聲音產(chǎn)生表面的后方并在此位置合成虛擬聲源。在圖IOA和IOB中示出的配置示例中，如果時(shí)間差和/或電平差不由延遲器件和放大器加到從姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)上，則可以使由從姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)形成的聲音成為平面波。在這種情況下，延遲器件IllL和IllR不是必需的。下面將給出圖I中示出的立體聲耳機(jī)系統(tǒng)10的操作的描述。聲音信號(hào)SA輸入到輸入端101。在聲音信號(hào)SA由A/D轉(zhuǎn)換器102從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，聲音信號(hào)SA輸入到信號(hào)處理單元103。信號(hào)處理單元103用濾波器(濾波器I) 103L對(duì)聲音信號(hào)SA進(jìn)行濾波以獲得左聲道聲音信號(hào)SL。另外，信號(hào)處理單元103用濾波器(濾波器2)103R對(duì)聲音信號(hào)SA進(jìn)行濾波以獲得右聲道聲音信號(hào)SR。信號(hào)處理單元103獲得的每個(gè)聲音信號(hào)SL和SR分別由D/A轉(zhuǎn)換器104L和104R從數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。然后，聲音信號(hào)SL和SR在由放大器105L和105R放大后，提供給聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R用于耳機(jī)単元106中的兩個(gè)聲道。然后，構(gòu)成聲音再現(xiàn)單兀106L和106R的揚(yáng)聲器陣列中的姆個(gè)揚(yáng)聲器由聲音信號(hào)SL和SR驅(qū)動(dòng)。在這種情況下，例如，從聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的每個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音集聚在預(yù)定位置，并在該預(yù)定位置合成虛擬聲源。或者，例如，在這種情況下可以使從聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的每個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音是平面波。[集聚狀態(tài)和平面波]首先，將給出從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音集聚在預(yù)定位置的情況的描述，所述位置對(duì)應(yīng)以下(I)至(3)之一。(I) “耳機(jī)用戶(收聽者)的外耳道的入口”
從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音的集聚可以定位在耳機(jī)用戶(收聽者)的外耳道的入口處，如圖12所示。在此描述的外耳道的入口包括外耳道的入口附近。圖13示出了通過由每個(gè)揚(yáng)聲器布置在平面上的揚(yáng)聲器陣列來實(shí)現(xiàn)將聲音集聚在外耳道的入口處的示例。在這種情況下，在外耳道的入口處合成虛擬聲源。此聲源不是實(shí)體的聲源。因此，從外耳道的入口到外部的輻射阻抗變得與在未佩戴耳機(jī)的狀態(tài)下的輻射阻抗接近，并且可以減小由于作為聲音產(chǎn)生單元的揚(yáng)聲器陣列的反射造成的特性破壞。因此，在這種情況下聲學(xué)特性較少受到耳廓影響，并且可以減小由于個(gè)體差異的變化造成的影響并因此為耳機(jī)用戶提供穩(wěn)定的聲學(xué)特性。另外，通過在耳廓和真實(shí)揚(yáng)聲器之間產(chǎn)生聲壓較高的虛擬聲源，可以減小在能量傳播上的衰減，并因此即使真實(shí)的聲音產(chǎn)生單元遠(yuǎn)離外耳道的入口也可以保證足夠的音量。(2) “在揚(yáng)聲器陣列和外耳道的入口之間的位置”從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音的集聚可以定位在揚(yáng)聲器陣列和外耳道的入口之間，如圖14所示，并且虛擬聲源在此位置合成。在這種情況下，因?yàn)槁曉床皇菍?shí)體的聲源，作為發(fā)聲単元的揚(yáng)聲器陣列不在耳廓附近提供，并且在揚(yáng)聲器陣列中沒有反射，因此可以獲得穩(wěn)定的特性。雖然在這種情況下在耳機(jī)用戶(收聽者)的耳廓中發(fā)生反射，但是所述反射與耳機(jī)用戶通常收聽的聲音的反射相同。也就是說，因?yàn)閺耐舛赖娜肟趥魉偷焦哪さ穆曇舭ǘ鷻C(jī)用戶(收聽者)的耳廓的特性，所以可以提聞聲像的如方定向。(3) “在揚(yáng)聲器陣列后方的位置”從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音的集聚可以定位在揚(yáng)聲器陣列后方，如圖15所示，并且沒有實(shí)體的虛擬聲源在此位置合成。在這種情況下，因?yàn)樘摂M聲源已經(jīng)遠(yuǎn)離耳機(jī)用戶(收聽者)合成，所以可以增強(qiáng)在聲像定向上的距離感。接著，將給出使從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音成為平面波的情況的描述，如圖16所示。例如，從處于遠(yuǎn)離耳機(jī)用戶(收聽者)的位置的真實(shí)聲源(例如，位于耳機(jī)收聽者前方的揚(yáng)聲器)到收聽者的兩耳的聲波在耳廓附近變得接近于平面波。另外，由置于耳機(jī)用戶前方的揚(yáng)聲器以接近平面波的形式產(chǎn)生處于低頻帶的聲波(即，具有長波長的聲波)。通過如上所述地使從聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的每個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音成為平面波，可以使耳機(jī)用戶的耳廓中的反射和折射的狀態(tài)與由放置在遠(yuǎn)離耳機(jī)用戶的揚(yáng)聲器再現(xiàn)的狀態(tài)相似。因此，實(shí)現(xiàn)了自然的聲像定向。另外，在低頻帶中的聲音再現(xiàn)性增強(qiáng)。 可以在如上所述的圖I中示出的立體聲耳機(jī)系統(tǒng)10中令人滿意地再現(xiàn)雙聲道聲音信號(hào)。具體而言，從聲音再現(xiàn)單兀(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音可以集聚在預(yù)定位置，并且可以在所述預(yù)定位置合成虛擬聲源。如上所述，通過將集聚定位在耳機(jī)用戶的外耳道的入口處、在揚(yáng)聲器陣列和外耳道的入口之間、在揚(yáng)聲器陣列后方等，可以實(shí)現(xiàn)與集聚位置一致的各種效果。另外，可以使從聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R的每個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)所形成的聲音成為平面波，并因此實(shí)現(xiàn)使自然聲像定向變?yōu)榭赡艿男Ч?，如上所述?lt;2.第二實(shí)施例>[立體聲耳機(jī)系統(tǒng)的配置示例]圖17示出了根據(jù)第二個(gè)實(shí)施例的立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOA的配置示例。在圖17中，對(duì)與圖I和11中那些組件對(duì)應(yīng)的組件給出同樣的參考數(shù)字，并且將適當(dāng)?shù)厥÷云湓敿?xì)描述。立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOA具有輸入端101、A/D轉(zhuǎn)換器102、信號(hào)處理單元103、D/A轉(zhuǎn)換器104L和104R、放大器105L和105R以及耳機(jī)單元106。另外，立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOA具有在信號(hào)處理單元103 (濾波器103L和103R)與D/A轉(zhuǎn)換器104L和104R之間的延遲器件121L和121R以及電平調(diào)節(jié)器122L和122R。 在立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOA中，耳機(jī)単元106具有檢測(cè)耳機(jī)用戶(收聽者)的頭部的狀態(tài)的傳感器131。傳感器131是如陀螺儀傳感器、重力加速度傳感器、磁傳感器等的角速度傳感器。傳感器131構(gòu)成頭部動(dòng)作檢測(cè)單元。圖18示出了耳機(jī)用戶(收聽者)佩戴具有傳感器131的耳機(jī)單元106的狀態(tài)。因?yàn)槎鷻C(jī)的聲音再現(xiàn)單元一般固定到耳機(jī)用戶(收聽者)的頭部，所以聲音再現(xiàn)単元與頭部動(dòng)作相關(guān)聯(lián)地移動(dòng)。圖17所示的立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOA將通過耳機(jī)再現(xiàn)的聲像定向位置修正為即使當(dāng)頭部的狀態(tài)如上所述地改變時(shí)所述聲像定向位置也不會(huì)偏離。立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOA根據(jù)傳感器131的輸出信號(hào)來更新信號(hào)處理單元103中的濾波器103L和103R的系數(shù)，即濾波器103L和103R的傳播特性，并且進(jìn)行操作以使得聲像定向位置固定。例如，假設(shè)HL和HR表示耳機(jī)用戶(收聽者)面對(duì)前方時(shí)的傳播特性，如圖19A所示，而HL 0和HR0表示當(dāng)耳機(jī)用戶(收聽者)面對(duì)從前方旋轉(zhuǎn)了角度0的方向時(shí)的傳播特性，如圖19B所示。設(shè)置在濾波器103L和103R中的系數(shù)按照頭部的角度0在濾波器103L中從HL變化到HL 0，而在濾波器103R中從HR變化到HR 0。如上所述，即使當(dāng)頭部狀態(tài)改變時(shí)，也可以通過根據(jù)耳機(jī)用戶(收聽者)頭部的動(dòng)作更新濾波器103L和103R的系數(shù)，即傳播特性，來固定聲像定向位置。例如，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的耳機(jī)，當(dāng)收聽到伴隨運(yùn)動(dòng)圖像的聲音信號(hào)吋，運(yùn)動(dòng)圖像位置按照頭部的動(dòng)作偏離聲像位置。然而根據(jù)圖17A中示出的立體聲耳機(jī)系統(tǒng)10A，當(dāng)頭部狀態(tài)改變時(shí)，可以按照耳機(jī)用戶(收聽者)的頭部動(dòng)作改變?yōu)V波器103L和103R的特性，并因此避免聲像位置相對(duì)于運(yùn)動(dòng)圖像位置的偏離。也就是說，可以使運(yùn)動(dòng)圖像的方向與聲像的方向一致，并因此實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)圖像和聲音再現(xiàn)。如上所述，通過使聲像定向方向與當(dāng)耳機(jī)用戶未佩戴耳機(jī)時(shí)聲音如何發(fā)出等效，可以實(shí)現(xiàn)聲像的前定向感增強(qiáng)的效果，這在耳機(jī)再現(xiàn)中是很難的。<3.第三實(shí)施例>[立體聲耳機(jī)系統(tǒng)的配置示例]圖20示出了根據(jù)第三個(gè)實(shí)施例的立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOB的配置示例。在圖20中，對(duì)與圖1、11和17中那些組件對(duì)應(yīng)的組件給出同樣的參考數(shù)字，并且將適當(dāng)?shù)厥÷云湓敿?xì)描述。立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOB具有輸入端101、A/D轉(zhuǎn)換器102、信號(hào)處理單元103、D/A轉(zhuǎn)換器104L和104R、放大器105L和105R以及耳機(jī)單元106。另外，立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOA具有在信號(hào)處理單元103 (濾波器103L和103R)與D/A轉(zhuǎn)換器104L和104R之間的延遲器件121L和121R以及電平調(diào)節(jié)器122L和122R。在立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOB中，耳機(jī)單元106以如前述立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOA中同樣的方式具有檢測(cè)耳機(jī)用戶(收聽者)的頭部的狀態(tài)的傳感器131。立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOB以如前述耳機(jī)系統(tǒng)IOA中同樣的方式，通過耳機(jī)再現(xiàn)將聲像定向位置修正為即使當(dāng)頭部狀態(tài)改變時(shí)聲像定向位置也不偏離。前述立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOA根據(jù)傳感器131的輸出信號(hào)，按照頭部的動(dòng)作來更新信號(hào)處理單元103的濾波器103L和103R中的系數(shù)，即濾波器103L和103R的傳播特性。然而，立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOB根據(jù)傳感器131的輸出信號(hào)，即頭部的動(dòng)作，來更新由聲音再現(xiàn)單 兀(揚(yáng)聲器陣列)106L和106R合成的虛擬聲源的位置。具體而言,立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOB根據(jù)傳感器131的輸出信號(hào)(即頭部的動(dòng)作)來控制輸出到揚(yáng)聲器陣列的每個(gè)揚(yáng)聲器的聲音信號(hào)的延遲時(shí)間和/或電平，并移動(dòng)虛擬聲源的位置。在這種情況下，基于傳感器131的輸出信號(hào)來控制延遲器件121L和121R以及電平調(diào)節(jié)器122L和122R中的延遲量和電平調(diào)節(jié)量。例如，當(dāng)耳機(jī)用戶(收聽者)如圖21A所示地面對(duì)前方時(shí)，虛擬聲源在位置Pa合成。接著，當(dāng)耳機(jī)用戶(收聽者)如圖21B所示地將他/她的頭部向左方旋轉(zhuǎn)角度0井面對(duì)左方時(shí)，虛擬聲源在遠(yuǎn)離耳廓的位置Pb合成。另ー方面，當(dāng)耳機(jī)用戶(收聽者)如圖21C所示地將他/她的頭部向右方旋轉(zhuǎn)角度9并面對(duì)右方時(shí)，虛擬聲源在接近耳廓的位置Pc合成。在圖21A至21C中，虛擬聲源定位在聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列106L)的前方。然而，如圖22所示，虛擬聲源也可以根據(jù)耳機(jī)用戶(收聽者)的頭部動(dòng)作的角度0而處于聲音再現(xiàn)單元(揚(yáng)聲器陣列)106L后方的后部位置Pb。如上所述，根據(jù)圖20中示出的立體聲耳機(jī)系統(tǒng)10B，按照頭部的動(dòng)作來控制虛擬聲源位置。因此，可以即使當(dāng)頭部的狀態(tài)改變時(shí)也以與圖17示出的立體聲耳機(jī)系統(tǒng)IOA同樣的方式固定聲像定向位置并因此實(shí)現(xiàn)同樣的效果。另外，因?yàn)楦鶕?jù)立體聲耳機(jī)系統(tǒng)10B，虛擬聲源的控制與波表面合成的聲像的控制相對(duì)應(yīng)，所以可以實(shí)現(xiàn)較少受耳機(jī)用戶(收聽者)的耳廓特性影響的聲像控制。本公開包含2011年2月25日在日本專利局提交的日本優(yōu)選權(quán)專利申請(qǐng)JP
2011-040964中所公開的主題相關(guān)的主題，所述日本優(yōu)選權(quán)專利申請(qǐng)的全部內(nèi)容通過引用合并在此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要和其它因素進(jìn)行各種變型、組合、子組合和改變，只要這些變型、組合、子組合和改變?cè)谒綑?quán)利要求或其同等物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種耳機(jī)裝置，包括 聲音再現(xiàn)單元，其分別再現(xiàn)聲音信號(hào)，并被布置為與耳機(jī)用戶的耳廓分離， 其中每個(gè)所述聲音再現(xiàn)單元由包括多個(gè)揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器陣列構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耳機(jī)裝置， 其中從所述揚(yáng)聲器陣列的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的聲音信號(hào)被配置為使得由所述聲音信號(hào)形成的聲音集聚在預(yù)定位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耳機(jī)裝置， 其中通過向從所述揚(yáng)聲器陣列的姆個(gè)揚(yáng)聲器輸出的所述聲音信號(hào)附加時(shí)間差和/或電平差來進(jìn)行所述集聚。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耳機(jī)裝置，進(jìn)ー步包括 頭部動(dòng)作檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述耳機(jī)用戶的頭部的狀態(tài)， 其中所述集聚的位置根據(jù)由所述頭部動(dòng)作檢測(cè)單元檢測(cè)到的所述耳機(jī)用戶的頭部的狀態(tài)而改變。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耳機(jī)裝置， 其中通過將所述揚(yáng)聲器陣列的每個(gè)揚(yáng)聲器布置在曲面上以便圍繞所述耳機(jī)用戶的耳廓，來進(jìn)行所述集聚。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耳機(jī)裝置， 其中所述集聚定位在所述耳機(jī)用戶的外耳道的入口處。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耳機(jī)裝置， 其中所述集聚定位在所述揚(yáng)聲器陣列和所述耳機(jī)用戶的外耳道的入口之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的耳機(jī)裝置， 其中所述集聚定位在所述揚(yáng)聲器陣列后方。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耳機(jī)裝置， 其中從所述揚(yáng)聲器陣列的每個(gè)揚(yáng)聲器輸出的所述聲音信號(hào)被配置為使得由所述聲音信號(hào)形成的聲音變成平面波。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耳機(jī)裝置，進(jìn)ー步包括 頭部動(dòng)作檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述耳機(jī)用戶的頭部的狀態(tài)， 其中根據(jù)由所述頭部動(dòng)作檢測(cè)單元檢測(cè)到的所述耳機(jī)用戶的頭部的狀態(tài)來控制由所述聲音信號(hào)形成的聲像的定向。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耳機(jī)裝置， 其中每個(gè)所述聲音再現(xiàn)單元布置在所述耳機(jī)用戶的耳廓前方。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的耳機(jī)裝置， 其中所述揚(yáng)聲器陣列的發(fā)聲表面被布置為相對(duì)于面對(duì)所述耳機(jī)用戶的耳廓的表面有預(yù)定角度。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的耳機(jī)裝置， 其中每個(gè)所述聲音再現(xiàn)單元布置在所述耳機(jī)用戶的耳廓后方。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的耳機(jī)裝置， 其中所述揚(yáng)聲器陣列的發(fā)聲表面被布置為相對(duì)于面對(duì)所述耳機(jī)用戶的耳廓的表面有預(yù)定角度。
15.一種用于耳機(jī)裝置的聲音再現(xiàn)方法，包括 用包括多個(gè)揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器陣列構(gòu)成立體聲耳機(jī)裝置的每個(gè)聲音再現(xiàn)單元，并將每個(gè)聲音再現(xiàn)單元布置為與耳機(jī)用戶的耳廓分離；以及經(jīng)由每個(gè)揚(yáng)聲器陣列再現(xiàn)聲音信號(hào)。
全文摘要
本公開提供了一種耳機(jī)裝置及其聲音再現(xiàn)方法。所述耳機(jī)裝置包括聲音再現(xiàn)單元，其分別再現(xiàn)聲音信號(hào)，并被布置為與耳機(jī)用戶的耳廓分離，其中每個(gè)所述聲音再現(xiàn)單元由包括多個(gè)揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器陣列構(gòu)成。
文檔編號(hào)H04R1/10GK102651831SQ20121003685
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者今譽(yù), 沖本越, 山田裕司 申請(qǐng)人:索尼公司