耳機設備、聲音再現系統和聲音再現方法

專利名稱：耳機設備、聲音再現系統和聲音再現方法
技術領域：
本發明涉及耳機設備、包括這種耳機設備并被用于再現聲音的聲音再 現系統和被應用到所述耳機設備或聲音再現系統的聲音再現方法，其中， 用戶通過將該耳機設備戴在他或她的頭上來使用該耳機設備。
背景技術：
已知所謂的噪聲消除系統在耳機設備上實現，且用于消除在通過該耳 機設備來再現諸如曲調之類的內容的聲音時出現的外部噪聲。這樣的噪聲 消除系統已經投入實際使用。噪聲消除系統寬泛地分為反饋系統和前饋系 統。
例如，日本專利早期公布No.平3-214892 (以下稱為專利文獻1)描 述了一種反饋噪聲消除系統的結構，其中，在戴在用戶耳朵上的聲管 (sound tube)內部的噪聲被設在聲管內的耳機單元附近的麥克風單元所拾 取，該噪聲的反相音頻信號被生成，并且該音頻信號被作為聲音經由耳機 單元輸出，從而減小外部噪聲。
同時，日本專利早期公布No.平3-96199 (以下稱為專利文獻2)描述
了一種前饋噪聲消除系統的結構，其中，噪聲大體上被附于耳機設備外部 的麥克風所拾取，基于所需傳遞函數的特性被賦給所述噪聲的音頻信號， 并且得到的音頻信號被從耳機設備輸出。

發明內容
現有耳機設備中的噪聲消除系統具有提供用于左耳和右耳的兩個麥克 風，并且每個麥克風拾取來自所有方向(如果可能)的噪聲，從而可以消 除來自所有方向的噪聲。g卩，現有噪聲消除系統被配置用于消除從所有方 向到達佩戴耳機設備的用戶的噪聲。消除來自所有方向的噪聲將使得得到非常舒適的聽覺環境，以簡單地 收聽所再現的內容的聲音。但是，在這種情況下，用戶將無法聽到來自側 面或后面的聲音，g卩，例如來自用戶的盲點的聲音。因此，當例如在交通 非常擁堵的戶外場所使用這種耳機設備時，用戶為了安全起見必須非常小 心。
此外，取決于用戶使用耳機設備的環境，用戶可能希望聽到在用戶前 方的人的聲音，同時消除來自其它方向的噪聲。
換而言之，當使用耳機設備的噪聲消除系統時，取決于當時的使用環 境、使用目的等，用戶可能希望防止來自特定方向的聲音被消除。基于 此，已經設計出本發明，用以提供滿足這種要求的噪聲消除系統。
根據本發明的一個實施例，提供了一種耳機設備，其包括聲音拾取 部分，配置用于拾取外部聲音；方向性設置部分，配置用于基于從聲音拾
取部分輸出的音頻信號來生成定向拾取音頻信號，該定向拾取音頻信號是
通過根據所需的方向特性拾取所述外部聲音而獲得的音頻信號；擴音器； 音頻信號生成部分，配置用于基于所述定向拾取音頻信號來生成用于削弱 該定向拾取音頻信號的消除用音頻信號；以及驅動信號生成部分，配置用 于生成驅動信號，該驅動信號是用于驅動擴音器的音頻信號，并且至少包 括所述消除用音頻信號。
根據本發明的另一個實施例，提供了一種耳機系統，該系統包括耳機 設備和信號處理設備。耳機設備包括配置用于拾取外部聲音的聲音拾取部 分，和擴音器。信號處理設備包括方向性設置部分，配置用于基于從聲 音拾取部分輸出的音頻信號來生成定向拾取音頻信號，該定向拾取音頻信 號是通過根據所需的方向特性拾取所述外部聲音而獲得的音頻信號；音頻 信號生成部分，配置用于基于所述定向拾取音頻信號來生成用于削弱該定 向拾取音頻信號的消除用音頻信號；以及驅動信號生成部分，配置用于生 成驅動信號，該驅動信號是用于驅動擴音器的音頻信號并且至少包括所述 消除用音頻信號。
根據本發明又一個實施例，提供了一種聲音再現方法，該方法包括以 下步驟由聲音拾取部分拾取外部聲音并輸出音頻信號；基于所述音頻信號來生成定向拾取音頻信號，該定向拾取音頻信號是通過根據所需的方向 特性拾取所述外部聲音而獲得的音頻信號；基于所述定向拾取音頻信號來 生成用于削弱該定向拾取音頻信號的消除用音頻信號；生成驅動信號，該 驅動信號是用于驅動擴音器的音頻信號并且至少包括所述消除用音頻信 號；以及基于所述驅動信號來輸出聲音。
在上述實施例中，首先，作為由用于拾取外部聲音的聲音拾取部分獲 得的音頻信號，獲得了通過根據所需方向性來拾取外部聲音而獲得的音頻 信號。即，其結果是，獲得了與將由設置了所需方向性的聲音拾取部分通 過拾取外部聲音而獲得的音頻信號相等效的音頻信號(即，定向拾取音頻 信號)。然后，該定向拾取音頻信號被用于生成消除用音頻信號，該消除 用音頻信號是這樣的音頻信號，其用于在佩戴耳機設備的用戶收聽再現的 聲音的時候允許消除外部聲音，并且這個消除用音頻信號被從擴音器輸 出。
根據上述結構，并不是消除來自所有周圍空間的外部聲音，而是消除 來自與設定的方向性相對應的空間的外部聲音。
根據本發明，在收聽經由耳機設備來輸出的聲音的時候，僅消除來自 特定方向的空間的外部聲音。這使得滿足了下述要求在使用耳機設備 時，例如，僅不應當消除來自特定方向的外部聲音。


圖1A和1B示出了根據反饋系統的、在耳機設備中的噪聲消除系統的 模型示例；
圖2是表示關于如圖1A和1B所示的噪聲消除系統的特性的波特圖； 圖3A和3B示出了根據前饋系統的、在耳機設備中的噪聲消除系統的 模型示例；
圖4示出了使用麥克風陣列的波束形成的原理；
圖5示出了在聲音以平面波的形式到來的假設之下用于針對使用麥克 風陣列的波束形成的計算的模型示例；
圖6示出了在聲音源是點聲音源的假設之下用于針對使用麥克風陣列的波束形成的計算的模型示例；
圖7示出了在麥克風被布置在曲線上的假設之下使用麥克風陣列的波
束形成的模型示例；
圖8示出了根據本發明一個實施例的耳機設備的示例結構；
圖9示出了用于實際實現使用麥克風陣列的波束形成的示例性基本系
統結構；
圖10示出了根據本發明一個實施例、在耳機設備中的噪聲消除系統 的示例結構；
圖11示出了根據本發明另一個實施例、在耳機設備中的噪聲消除系 統的示例結構；
圖12是示出根據本發明所述另一個實施例、由系統控制部分執行的 過程的流程圖，該過程用于根據環境噪聲來設置將要消除的聲音的聲音源 的位置；以及
圖13示出了根據本發明又一個實施例、在耳機設備中的噪聲消除系 統的示例結構。
具體實施例方式
以下，將參考其中實施了噪聲消除系統的耳機設備的示例情況來描述 本發明的優選實施例。
在描述優選實施例的結構之前，以下將描述在耳機設備中使用的噪聲 消除系統的基本概念。
作為在耳機設備中使用的噪聲消除系統的基本系統，已知的是根據反 饋系統來執行伺服控制的系統和根據前饋系統來執行伺服控制的系統。首 先，以下將參考圖l來描述反饋系統。
圖1A是根據反饋系統的噪聲消除系統的模型示例的示意圖。圖1A示 出了佩戴耳機的用戶的右耳一側，即，兩個(L (左)和R (右))立體 聲通道中的R通道一側。
關于在R通道側的耳機設備的結構，在與佩戴耳機設備的用戶500的 右耳相對應的殼體部分201的內部、在與右耳相對應的位置處設有驅動器202。驅動器202等同于所謂的擴音器，并且作為通過音頻信號的放大輸 出來驅動的結果，將聲音輸出(發射)到空間中。
另外，對于反饋系統，在殼體部分201的內部且接近用戶500的右耳 的位置處設有麥克風203。這樣設置的麥克風203拾取從驅動器202輸出 的聲音和來自外部噪聲源301且輸入到殼體部分201且到達右耳的聲音， 即殼體內噪聲302，該殼體內噪聲302是右耳將聽到的外部聲音。殼體內 噪聲302例如是由下述聲音導致的，即，來自噪聲源301由于聲壓通過耳 墊的空隙等而侵入到殼體部分201的聲音，或者是通過耳機設備的殼體作 為接收來自噪聲源301的聲壓的結果而振動從而使得聲壓傳送到殼體部分 內部而導致的。
然后，根據由麥克風203執行的聲音拾取而獲得的音頻信號，生成用 于消除(削弱或減小)殼體內噪聲302的信號(即，消除用音頻信號)， 例如相對于外部聲音的音頻信號分量具有相反特性的信號，并且這個信號 被反饋，從而與用于驅動驅動器202的必要聲音的音頻信號(音頻源)相 組合。結果，在設在殼體部分201內部且與右耳相對應的位置處的噪聲消 除點400處，從驅動器202輸出的聲音和外部聲音相組合而獲得消除了外 部聲音的聲音，從而使用戶的右耳聽到所得到的聲音。左通道(左耳)側 也設有以上結構，從而獲得在常見雙(L和R)通道立體聲耳機設備中使 用的噪聲消除系統。
圖1B是根據反饋系統的噪聲消除系統的基本模型結構示例的框圖。 在圖1B中，像在圖1A中一樣，僅示出了與R通道(右耳)側相對應的 部件。注意，在L通道(左耳)側同樣也設有類似的系統結構。該圖中示 出的塊各自表示一個與根據反饋系統的噪聲消除系統的具體電路部分、電 路系統等相對應的具體傳遞函數。在此，這些塊將被稱為"傳遞函數 塊"。寫在各個傳遞函數塊中的字符表示該傳遞函數塊的傳遞函數。通過 傳遞函數塊之一的音頻信號(或聲音)被賦給寫在該傳遞函數塊中的傳遞 函數。
首先，獲得由設在殼體部分201內部的麥克風203拾取的聲音，作為 已經通過與麥克風203和下述麥克風放大器相對應的傳遞函數塊101 (其傳遞函數為M)的音頻信號，所述麥克風放大器對麥克風203所獲得的電 信號進行放大并輸出音頻信號。已經通過傳遞函數塊101的音頻信號通過 與反饋(FB)濾波電路相對應的傳遞函數塊102 (其傳遞函數為-p)而被 輸入到組合器103。 FB濾波電路是這樣的濾波電路，在該濾波電路中設有 根據由麥克風203的聲音拾取而獲得的音頻信號來生成上述消除用音頻信 號的特性。FB濾波電路的傳遞函數被表示為-P。
這里假設通過均衡器來對音頻源的音頻信號S (諸如曲調之類的內 容)進行均衡，并且假設音頻信號S通過與該均衡器相對應的傳遞函數塊 107 (其傳遞函數為E)而被輸入到組合器103。
組合器103將以上兩個信號組合(相加)在一起。得到的音頻信號經 功率放大器放大并被輸出到驅動器202作為驅動信號，從而使得該音頻信 號經由驅動器202而被輸出作為聲音。S卩，從組合器103輸出的音頻信號 通過與功率放大器相對應的傳遞函數塊104 (其傳遞函數為A)，然后通 過與驅動器202相對應的傳遞函數塊105 (其傳遞函數為D)，從而使得 聲音被發射到空間。驅動器202的傳遞函數D例如取決于驅動器202的結 構等。
從驅動器202輸出的聲音通過與從驅動器202到噪聲消除點400之間 的空間路徑(空間傳遞函數)相對應的傳遞函數塊106 (其傳遞函數為 H)而到達噪聲消除點400，并在空間中的該點處與殼體內噪聲302相組 合。其結果是，例如，以從噪聲消除點400起傳播到達右耳的輸出聲音的 聲壓P，來自噪聲源301的、已經進入殼體部分201的聲音被消除。
在如圖1B所示的噪聲消除系統的模型示例中，在殼體內噪聲302為 N并且音頻源的音頻信號為S的假設之下，輸出聲音的聲壓P由下式1使 用寫在傳遞函數塊中的傳遞函數M、 -p、 E、 A、 D和H來給出。11 + JZW婦<1一般而言，考慮這個事實，即，根據反饋系統的噪聲消除系統中的傳 遞函數的乘積的絕對值被表示為1<<|ADHMP|，并且在經典控制理論中的 耐奎斯特(Nyquist)穩定判別(式2)可以如下地進行解釋。考慮這樣一個系統，該系統用-ADHMp來表示，并且是通過在圖1B 所示的噪聲消除系統中、在一個點處切斷與殼體內噪聲302 (N)相關的 環路部分而獲得的。在此，這個系統將被稱為"開環路"。例如，當在與 麥克風和麥克風放大器相對應的傳遞函數塊101和與FB濾波電路相對應 的傳遞函數塊102之間的點處切斷以上的環路部分時，可以形成這個開環 路。這個開環路例如具有由圖2的波特圖示出的特性。在該波特圖中，橫 軸表示頻率，而在縱軸上，在下半部分中示出了增益，并在上半部分中示 出了相位。在這個開環路的情況下，為了使上式2基于耐奎斯特穩定判別而得以 滿足，則需要滿足以下兩個條件。條件l:當通過相位為Odeg. (0度)的點時，增益應當小于0dB。 條件2:當增益等于或大于0dB時，不應當通過相位為Odeg.的點。 當不滿足這兩個條件1和2時，環路陷入正反饋，從而導致發生振蕩 (嘯聲(howling))。在圖2中，示出了與以上的條件l相對應的相位裕 度Pa和Pb以及與以上的條件2相對應的增益裕度Ga和Gb。如果這些裕 度很小，則發生振蕩的概率就會依據使用耳機設備(該耳機設備應用了噪 聲消除系統)的各個用戶之間的各種差異、在如何佩戴耳機設備方面的不 同等而增大。在圖2中，例如，當通過相位為0deg.的點時，增益小于0dB，從而得 到增益裕度(margin) Ga禾卩Gb。相反，在當通過相位為0deg.的點時、增益等于或大于OdB的情況下，導致不存在增益裕度Ga或Gb，或者在當通 過相位為0deg.的點時、增益小于0dB卻接近0dB的情況下，導致很小的 增益裕度Ga或Gb，從而例如發生振蕩或者增大了發生振蕩的概率。類似地，在圖2中，當增益等于或大于0dB時，沒有通過相位為Odeg. 的點，從而得到相位裕度Pa和Pb。相反，在當增益等于或大于0dB時、 通過了相位為Odeg.的點的情況下，或者在當增益等于或大于0dB時、相 位接近0deg.的情況下，例如，發生振蕩或者增大了發生振蕩的概率。接下來，以下將描述這樣一種情況，即，利用如圖1B所示的、根據 反饋系統的噪聲消除系統的結構，通過耳機設備來再現和輸出必要的聲 音，同時取消(減小)外部聲音(噪聲)。這里，必要聲音用音頻源的音頻信號S (諸如曲調之類的內容)來表示。注意，音頻信號S并不限于音樂內容的音頻信號或者其它相似內容的 音頻信號。在噪聲消除系統被應用于助聽器等的情況下，例如，音頻信號 S將是由設在殼體外部的麥克風(與設在噪聲消除系統中的麥克風203不 同)通過聲音拾取來拾取必要的周圍聲音而獲得的音頻信號。在噪聲消除 系統被應用于所謂的手機的情況下，音頻信號S將例如是由另一方通過諸 如電話通信之類的通信而接收的話音的音頻信號。簡而言之，音頻信號S 可以對應于任何必須依據耳機設備等的應用來再現和輸出的聲音。首先，將焦點放在式1中的音頻源的音頻信號S。假設與均衡器相對 應的傳遞函數E被設置為具有用下式3表示的特性。[式3]當在頻率軸上看時，以上的傳遞特性E是關于以上開環路的相反特性。將 式3所給出的傳遞函數E代入式l將得到式4，式4示出了在如圖1B所示 的噪聲消除系統的模型中的輸出聲音的聲壓P。 [式4]<formula>formula see original document page 15</formula>關于式4中的項ADHS中的傳遞函數A、 D和H，傳遞函數A對應于 功率放大器，傳遞函數D對應于驅動器202，而傳遞函數H對應于從驅動 器202到噪聲消除點400之間的路徑的空間傳遞函數。因此，如果將殼體 部分201內部的麥克風203設置在耳朵近旁，則對于音頻信號S，獲得了 與由不具有噪聲消除能力的普通耳機獲得的特性等效的特性。接下來，以下將描述根據前饋系統的噪聲消除系統。圖3A示出了根據前饋系統的噪聲消除系統的模型示例。與圖1A — 樣，圖3A僅示出了R通道一側。在前饋系統中，麥克風203被設置在殼體部分201的外部，從而使得 可以拾取來自噪聲源301的聲音。外部聲音，S卩，來自噪聲源301的聲音 被麥克風203拾取，從而獲得音頻信號，并且使這個音頻信號經歷適當的 濾波處理，以生成消除用音頻信號。然后，這個消除用音頻信號與必要聲 音的音頻信號相組合。即，該消除用音頻信號與必要聲音的音頻信號相組 合，從而巻入正反饋。然后，經由驅動器202來輸出通過將消除用音頻信號和必要聲音的音 頻信號相組合而獲得的音頻信號，從而使得在噪聲消除點400處獲得并收 聽到這樣的聲音，該聲音消除了來自噪聲源301且已經進入殼體部分201 的聲音。圖3B示出了根據前饋系統的噪聲消除系統的基本模型結構示例。在 圖3B中，僅示出了與一個通道(R通道)相對應的組件。首先，獲得由設在殼體部分201的外部的麥克風203拾取的聲音，作 為已經通過與麥克風203和麥克風放大器相對應的、具有傳遞函數M的傳 遞函數塊IOI的音頻信號。接下來，已經通過以上傳遞函數塊101的音頻信號通過與前饋(FF) 濾波電路相對應的傳遞函數塊102 (其傳遞函數為-a)而被輸入到組合器 103。 FF濾波電路102是這樣的濾波電路，該電路在其中設置了用于根據由麥克風203通過聲音拾取而獲得的音頻信號來生成上述消除用音頻信號的特性。FF濾波電路102的傳遞函數被表示為-a。 音頻源的音頻信號S被直接輸入到組合器103。組合器103將以上兩個音頻信號相組合，然后功率放大器對得到的音 頻信號進行放大，并作為驅動信號將其輸出到驅動器202，從而使得相應 的聲音被從驅動器202輸出。即，在這種情況下同樣地，從組合器103輸 出的音頻信號通過與功率放大器相對應的傳遞函數塊104 (其傳遞函數為 A)，并進一步地通過與驅動器202相對應的傳遞函數塊105 (其傳遞函 數為D)，從而使得相應的聲音被發射到空間。然后，從驅動器202輸出的聲音通過與從驅動器202到噪聲消除點 400之間的空間路徑(空間傳遞函數)相對應的傳遞函數塊106 (其傳遞 函數為H)而到達噪聲消除點400，并在空間中的該點處與殼體內噪聲 302相組合。如傳遞函數塊110所示，已經從噪聲源301發出、進入到殼體部分 201且已經到達噪聲消除點400的聲音被賦給與從噪聲源301到噪聲消除 點400之間的路徑相對應的傳遞函數(空間傳遞函數F)。同時，外部聲 音，即來自噪聲源301的聲音被麥克風203拾取。如傳遞函數塊111所 示，在到達麥克風203之前，從噪聲源301發出的聲音(噪聲)被賦給與 從噪聲源301到麥克風203之間的路徑相對應的傳遞函數(空間傳遞函數 G)。在與傳遞函數塊傳遞函數塊102相對應的FF濾波電路中，考慮到以 上的空間傳遞函數F和G，同樣也設置了傳遞函數-a。因此，利用從噪聲消除點400起傳播到達右耳的輸出聲音的聲音P， 消除了來自噪聲源301且進入到殼體部分201的聲音。在如圖3B所示的、根據前饋系統的噪聲消除系統的模型示例中，在 從噪聲源301發出的噪聲為N且音頻源的音頻信號為S的假設之下，輸出 聲音的聲壓P通過下式5、使用寫在傳遞函數塊中的傳遞函數M、 -a、 G、 F、 A、 D和H來給出。[式5]<formula>formula see original document page 16</formula>理想地，從噪聲源301到噪聲消除點400之間的路徑的傳遞函數F用下式 6來給出。 [式6]將式6代入到式5，從而使得消除了在式5的右手側的第一和第二項。其 結果是，輸出聲音的聲壓P用下式7來表示。 [式7]尸=爿Dffi這顯示出，來自噪聲源301的聲音被消除，因此僅獲得與音頻源的音頻信 號相對應的聲音。即，理論上，用戶的右耳聽到了噪聲被消除了的聲音。 但是，事實上，很難構建這樣的理想FF濾波電路以使得給出完全滿足式6 的傳遞函數。此外，在不同的個體之間，在耳朵形狀和如何佩戴耳機設備 方面的差異相對很大，并且已知的是，所述差異會改變噪聲出現的位置和 影響降噪(noise reduction)效果的麥克風的位置之間的關系，特別是對于 中高頻范圍。因此，針對中高頻范圍經常會忽略積極的降噪處理，雖然， 主要地會依據耳機設備的殼體結構等等來執行消極的聲音隔離。注意，式6指的是通過包含傳遞函數-a的電子電路來模仿從噪聲源 301到耳朵之間的路徑的傳遞函數。在如圖3A所示的根據前饋系統的噪聲消除系統中，麥克風203設在 殼體的外部。因此，與圖1A所示的根據反饋系統的噪聲消除系統不同， 可以根據用戶耳朵的位置來將噪聲消除點400任意地設置在殼體部分201 的內部。但是，在通常情況下，傳遞函數-a是固定的，并且在設計階段， 傳遞函數-a是針對特定的目標特性來設計的。同時，耳朵大小等因人而 異。因此，存在這樣的可能性，S卩，不能獲得足夠的噪聲消除效果，或者 噪聲分量不是被以相反相位來相加，從而導致諸如發生奇怪的聲音之類的 現象。如此， 一般的理解是，在前饋系統的情況下，振蕩發生的概率較小， 使得具有高穩定性，但是卻很難實現足夠的噪聲降低。另一方面，在反饋系統的情況下，很大的噪聲降低是在預料中的，同時應當當心系統穩定 性。因此，反饋系統和前饋系統具有不同的特征。接下來，以下將描述根據本實施例的耳機設備中的噪聲消除系統。 當試圖實際構建耳機設備中的噪聲消除系統時，例如，用以實現期望 的音響效果的最常規的方式是將來自所有方向的外部聲音都視為噪聲，并 試圖將它們全部消除。這是因為將經由耳機設備來傾聽的聲音一般而言都 是諸如曲調之類的內容的聲音，并且對于收聽所述內容的聲音，消除來自 外部的所有不想要的聲音(無論它們來自哪個方向)是適當的。在反饋系統的前饋下，例如，通過簡單地遵循圖1A和1B的模型示 例，就可以容易地構建這樣的噪聲消除系統。在前饋系統的情況下，根據圖3A和3B的模型示例，同時采用全向麥克風作為單個麥克風203以使得 可以拾取來自所有方向的環境聲音(如果可能)，則可以構建這樣的噪聲 消除系統。以這種方式，可以獲得試圖消除來自所有方向的外部聲音的噪 聲消除系統。例如，在已知的耳機設備中的噪聲消除系統具有這樣的結 構。但是，如之前所提到過的，取決于耳機設備的使用環境等，可能有必 要或者適當的是不消除從特定方向(位置)來到耳機設備的外部聲音，而 不是將來自所有方向的外部聲音作為噪聲來消除。如此，根據本實施例在耳機設備中使用的噪聲消除系統被這樣來配置 以使得不消除來自特定方向(位置)的外部聲音。以下將描述這點。不消除來自特定方向(位置)的外部聲音的根據本實施例的噪聲消除 系統采用前饋系統。如從圖3A清楚可見的，在前饋系統中，用于拾取將 被消除的外部聲音(來自噪聲源)的麥克風203設在殼體部分201的外 部。在本實施例中，如通過以下描述將了解到的，采用使用了所謂的麥克 風陣列的波束形成(beamforming)技術來拾取來自噪聲源的外部聲音。因 此，必須在不同的位置設置多個麥克風(即，麥克風陣列)，用以拾取外 部聲音。因此，前饋系統適合用于這個噪聲消除系統。這里，現在將描述使用麥克風陣列的波束形成技術。參考圖4，假設麥克風203 (203-1到203-n)被以固定間隔來布置在直線FL上，并且聲音是從遠離這個直線FL的特定位置處的聲音源發出 的。這里假設所有的麥克風203 (203-1到203-n)在方向性、靈敏度等方 面都具有相同特性。假設所有的麥克風203 (203-1到203-n)都是全向 的。在這種情況下，聲音源與各個麥克風203-1到203-n之間的距離是不 同的。例如，參考圖5，聲音源與在位置X0處的麥克風203之間的距離和 聲音源與在位置Xn處的麥克風203之間的距離之差用Adn來表示。根據 這個差值，麥克風203在不同時刻拾取到來自聲音源的相同聲波。假設從聲音源的位置到各個麥克風203之間的距離是已知的。于是， 基于從聲音源到麥克風203對之間的距離的差值，可以唯一地確定在各對 麥克風203之間的、聲音從聲音源到達麥克風203所需要的時間上的差 值。因此，如圖4所示，提供了延時設備151 (151-1到151-n)，用于對 由布置在直線FL上的麥克風203 (203-1到203-n)通過拾取來自聲音源 的聲音而獲得的音頻信號進行延時。在這些延時設備151-1到151-n中， 設置了適當的延時時間，用于補償來自聲音源的聲音到達麥克風203所必 須的時間的差值。其結果是，使得由麥克風203-1到203-n通過聲音拾取 而獲得的音頻信號、關于與來自聲音源的位置的聲音相對應的信號分量在 時間軸(相位)上相互一致。從這些延時設備151-1到151n輸出的音頻信 號通過組合器152而被組合(相加)在一起。關于從組合器152輸出的音頻信號，與來自以上聲音源的位置的聲音 相對應的信號分量被加強，原因在于它是時間軸(相位)上相同的信號分 量，并因此具有增大的幅度，同時與來自其它聲音源的聲音相對應的其余 信號分量沒有被加強，原因在于與那些聲音相對應的信號分量在進入組合 器152之前在時間軸(相位)上并不一致而是有變化。換而言之，關于來 自組合器152的音頻信號，僅僅與來自特定聲音源的位置的聲音相對應的 分量被加強，而其余分量相對地被削弱。艮P，根據圖4所示的結構，通過多個麥克風來拾取聲音以獲得音頻信 號，并且這些音頻信號在延時根據特定聲音源的位置來確定的適當延遲時間之后被組合在一起。因此，得到的音頻信號等同于通過高靈敏度地僅拾 取來自特定聲音源的位置的聲音而將獲得的音頻信號。以上是使用麥克風 陣列的波束形成的基本原理。參考圖5，假設多個麥克風203被以固定間隔來布置在直線FL上，并 且在特定聲音源的位置處發出的聲音是以平面波的形式來傳播的。然后， 假設從參考麥克風位置XO到麥克風位置Xn (麥克風位置Xn與參考麥克 風位置XO相距特定距離)之間的距離為Ln，則從聲音源的位置到參考麥 克風位置XO的距離和從聲音源的位置到麥克風位置Xn的距離之間的差值 Adn用下式8來給出。 [式8〗參考圖5，在式8中，e表示與直線FL相垂直的直線VL和來自聲音源的 聲波的傳播方向線路之間的角度。接下來，與以上的距離差值Adn相關聯 地，聲波到達麥克風位置XO所必須的時間和聲波到達麥克風位置Xn所必 須的時間之間的差值Atn用下式9、使用距離差值Adn來給出，并假設聲音 速度被表示為c。 [式9]在如圖4所示的延時設備151-1到151-n中，各個延時時間是基于以這種 方式來獲得的、用于到達所必須的時間的差值Atn來設置的。通過將來自 延時設備151-1到151-n的輸出相組合而獲得的來自組合器152的輸出用 下式10來給出。 [式10]在如圖6所示的模型的情況下，其中，聲音源Src是一個點(g卩，點 聲音源)，并且聲波從這個聲音源發出，則使用麥克風陣列的波束形成可以描述如下。首先，假設參考麥克風位置X0和麥克風位置Xn (麥克風位置Xn與 參考麥克風距離X0相距特定距離)之間的距離為Ln。在如圖6所示的點 聲音源的情況下，從聲音源Src到各個麥克風的距離可以被處理作為以聲 音源Src為中心且穿過麥克風的位置的圓的半徑。因此，假設從聲音源Src 到在參考麥克風位置X0處的麥克風的距離為r0，并且從聲音源Src到在 麥克風位置Xn處的麥克風的距離為rn，則從聲音源的位置到麥克風位置 X0的距離和從聲音源的位置到麥克風位置Xn的距離之間的差值Adn用下 式ll來給出。<formula>formula see original document page 21</formula>[式ll]聲波到達麥克風位置XO所必須的時間和聲波到達麥克風位置Xn所必須的 時間之間的差值Atn用式9來給出，不過在這種情況下，由式ll獲得的值 Adn被代入到式9。于是，通過將來自延時設備151-1到151-n的輸出相組 合而獲得的來自組合器152的輸出用式10來給出。上述圖4、 5和6采用了這樣一種模型，其中，麥克風203被以固定間 隔來布置在一條直線上。但是，只要布置麥克風203的位置是固定的且已 知的，則從特定聲音源的位置到各個麥克風的位置的距離就可以唯一地確 定，因此，也可以確定在各對麥克風之間的距離差值Adn和用于到達所必 須的時間的差值Atn。因此，即使如圖7所示，在例如將麥克風203布置在 曲線CL上的模型下，在各對麥克風之間的距離差值Adn和用于到達所必 須的時間的差值Atn也可以準確地確定，從而實現波束形成。進一步擴展上述見解，不僅僅在將麥克風布置在一條線上的二維配置 中，而且在將麥克風布置在曲線等上的三維配置中，只要各個麥克風的位 置是已知的，就可以準確地確定在各對麥克風之間的距離差值Adn和用于 到達所必須的時間的差值Atn，并因而可以實現波束形成。因此，當實際使 用用于耳機設備中的噪聲消除系統的麥克風陣列來實施波束形成時，可以 構想到以例如如圖8所示的方式來提供耳機設備1中的麥克風203。可以 在本實施例中使用如圖8所示的耳機設備。如圖8所示的耳機設備1是所謂的頭上條帶型(overhead band type)，并且頭帶(headband) 2的兩端附接了右殼體部分3R和左殼體部 分3L。用戶將頭帶2掛在他或她的頭上，以使得在右殼體部分3R和左殼 體部分3L內部的襯墊(pad)部分分別被作用于他或她的右耳和左耳。作為右麥克風陣列部分4R，如圖所示，例如，在右殼體部分3R的外 部部分上設有預定數目的麥克風203，以使得根據預定模式來布置麥克風 203。類似地，在左殼體部分3L上設有由以類似方式來布置的麥克風203 組成的左麥克風陣列部分4L。在如圖4所示的模型中，延時設備151-1到151-n被提供用于各個麥 克風203-1到203-n，以實現波束形成。但是，這個模型是為了說明原理而 設計的。實際上，例如，如圖9所示的結構被采用。在圖9中，提供了濾波電路153-1到153-n，以取代圖4所示的延時設 備151-1到151-n。這些濾波電路153-1到153-n分別具有用Gl(w)到Gn(w) 表示的傳遞特性。應當注意，上述波束形成技術具有方向特性，用于不僅標識方向而且 還標識空間中的位置。換而言之，波束形成技術能夠標識由方向元素和距 離元素的組合來組成的方向特性。因此，例如，在存在位于相同方向卻位 于不同位置處的兩個聲音源的情況下，波束形成能夠標識該兩個聲音源中 的一個，并僅加強來自經標識的聲音源的聲音。例如，在如圖5、 6和7所示的二維麥克風陣列的情況下，需要最少兩 個麥克風以標識空間位置。在如圖8所示的三維麥克風陣列的情況下，需 要最少三個麥克風以標識空間位置。空間位置的標識精確度例如隨著單位 面積中的麥克風數目的增加而增大。接下來，現在將參考圖IO來描述根據本實施例的在耳機設備中的噪聲 消除系統的結構的具體示例。在本實施例中，使用上述麥克風陣列的波束 形成被用于拾取不需要的聲音分量。在圖10中，在圖3B中具有對應部分 的部件被賦給與圖3B中的對應部分相同的標號，并且這里將省略對它們 的描述。與圖3B—樣，圖IO所示的部件對應于兩個(L和R立體聲)通 道之一。如之前所提及的，根據本實施例的噪聲消除系統是基于用于拾取不需 要的聲音分量的麥克風是設在殼體部分的外部的前饋系統的。例如，如對圖10和圖3B進行比較而清楚可見的，在與傳遞函數塊102相對應的FF 濾波電路和隨后的級中，如圖10所示的根據本實施例的噪聲消除系統具 有與圖3B相同的結構。如圖IO所示，在本實施例中，提供了預定數目(多于1)的麥克風 203-1到203-n，用以拾取視為噪聲的不需要的聲音分量。注意，這些麥克 風203-1到203-n例如形成了上述的麥克風陣列部分4 (4R或4L)(參考 圖8)。這些麥克風203-1到203-n具有相同的特性。這里假設麥克風 203-1到203-n是全向的。由麥克風203-1到203-n通過聲音拾取而獲得的信號被具有相同特性 的各個麥克風放大器放大，并且得到的音頻信號被輸出。換而言之，外部 聲音被捕獲作為n個音頻信號，從而通過麥克風203-1到203-n和傳遞函 數塊101-1到101-n，傳遞函數塊101-1到101-n具有傳遞函數M并且其數 目對應于與麥克風相對應的麥克風放大器。這樣獲得的n個音頻信號被輸 入到波束形成處理部分120。在這個情況下，波束形成處理部分120包括消除濾波部分130、加強 濾波部分140和組合器121。組合器121對從這些濾波部分輸出的音頻信 號執行加法或減法。消除濾波部分130包括濾波電路131-1到131-n和組合器132。從傳遞 函數塊101-1到101-n輸出的音頻信號分別被輸入到濾波電路131-1到 131-n。組合器132將來自濾波電路131-1到131-n的輸出組合(相加)起 來。濾波電路131-1到131-n在其中分別設置了表示為Ql到Qn的濾波特 性。濾波電路131-1到131-n具有與如圖9所示的濾波電路153-1到153-n 相等效的功能。即，在已經通過濾波電路131-1至U 131-n的音頻信號中， 與來自空間中的特定位置(該位置是基于關于麥克風陣列部分4的特定方 向和距離來確定的)且將被消除的聲音相對應的信號分量已經被使得在時 間軸(相位)上相互一致。上述濾波特性Ql到Qn被這樣來設置以使得實現這種結果。然后，作為由組合器132執行的對來自濾波電路131-1到 131-n的輸出的組合(相加)的結果，獲得了這樣的音頻信號，在該音頻 信號中，僅加強與來自上述空間位置且將被消除的聲音相對應的信號分 量，與圖9中的來自組合器152的輸出的情況相同。加強濾波部分140包括濾波電路141-1到141-n和組合器142。從傳遞 函數塊101-1到101-n輸出的音頻信號分別被輸入到濾波電路141-1到 141-n。組合器142將來自這些濾波電路的輸出組合(相加)起來。這些濾波電路141-1到141-n在其中分別設置了預定的濾波特性Rl到 Rn，因此，在從濾波電路141-1到141-n輸出的音頻信號中，與來自空間 中的特定位置的聲音相對應的信號分量被使得在時間軸上相互一致。這些 音頻信號被組合器142組合(相加)起來的結果是，獲得了這樣的音頻信 號，在該音頻信號中，僅加強與來自上述空間中的特定位置的聲音相對應 的信號分量。但是，注意，這個空間中的特定位置并不與將要消除的聲音 的聲音源相對應，而與應當著重收聽的聲音的聲音源相對應。然后，在波束形成處理部分120中，組合器121將從消除濾波部分 130中的組合器132輸出的音頻信號和從加強濾波部分140中的組合器142 輸出的音頻信號組合起來，以使得前一個音頻信號被相加，而后一個音頻 信號被相減，并且得到的音頻信號被輸入到后一級中與傳遞函數塊102相 對應的FF濾波電路。在這個情況下的FF濾波電路中，通過特性(傳遞函數-a)被設置成 使得與所輸入的音頻信號相對應的侵入聲音(即，從外部侵入的聲音)會 在噪聲消除點400處被消除。因此，在噪聲消除點400處，與從消除濾波 部分130輸出的音頻信號相對應的侵入聲音首先被消除。相反，與從加強 濾波部分140輸出的音頻信號相對應的侵入聲音在噪聲消除點400處被與 再現聲音相組合(相加)，因此，增大了其聲壓，從而得到加強后的聲音以上述方式，如圖IO所示的本實施例的結構使得得到了這樣一種噪聲 消除系統，其中，來自設置用于消除濾波部分130的波束形成位置的聲音 被消除，而來自設置用于加強濾波部分140的波束形成位置的聲音被著重收聽。如之前提及過的，本實施例旨在"防止從特定聲音源的位置(方向) 到達耳機設備的外部聲音被消除"。因此，在如圖10所示的波束形成處 理部分120中的加強濾波部分MO對于本實施例而言并不是必不可少的。即使波束形成處理部分120僅包括消除濾波部分130，也可以實現以上目 的。但是，在如圖10所示、波束形成處理部分120額外包括加強濾波部分 140的情況下，必須收聽的(即，不應當被消除的)外部聲音變得更加容 易聽見，并且可以以非常大的精確度來設置(精確定位)必須收聽的外部 聲音的聲音源的位置。接下來，現在將描述根據另一個實施例的示例結構，該結構是對圖10 所示的結構的改進。例如，在如圖IO所示的上述實施例中，如在波束形成處理部分120中 設定的將被消除的聲音的聲音源的位置和將被加強的聲音的聲音源的位 置，即,濾波電路131-1到131誦n和濾波電路141-1到141-n的濾波特性可 以視為是固定的。但是，可以構想到，例如可以通過用戶操作或者根據環 境聲音的情況來可變地設置將被消除的聲音的聲音源的位置和將被加強的 聲音的聲音源的位置。以下描述的另一個實施例具有用于實現這個目的的 結構。圖11示出了根據該另一個實施例的實例結構。注意，在圖11中，在 圖10中具有對應部分的部件被賦給與圖10中的對應部分相同的標號，并 且這里將省略對它們的描述。此外，注意，在圖11中，波束形成處理部 分120被表示成單個塊，但是，波束形成處理部分120卻具有與圖IO中的 波束形成處理部分120相似的內部結構。在圖11中示出了系統控制部分161。在這種情況下的系統控制部分 161輸出濾波控制信號Sent,用以改變或者設置波束形成處理部分120中 的濾波電路131-1到131-n和濾波電路141-1到141-n的濾波特性(對應于 傳遞函數Ql到Qn和Rl到Rn)。參考保持在系統控制部分161中的濾波 特性設置模式表格161a，以確定在各個濾波電路中設置什么濾波特性。在這種情況下，例如在耳機設備1的設備體上的預定位置處設置操作部分162。操作部分162包括這樣的操作單元和電路部分，該操作單元用于同時或者獨立地改變將被消除的外部聲音的聲音源的方向和將被加強的 外部聲音的聲音源的方向，而該電路部分用于生成與在所述操作單元上執 行的操作相對應的操作信息信號，并將所生成的操作信號輸出到系統控制部分161。以耳機設備1的設備體上的預定位置為基底的方向檢測部分163例如 使用諸如旋轉羅盤之類的傳感器來檢測耳機設備1所面向的至少一個方向 (方位、梯度等)，并將表示所檢測到的方向的檢測信號輸出到系統控制 部分161。根據這個結構，通過操作操作部分162，用戶可以可變地設置將被消 除的外部聲音的聲音源的位置和/或將被加強的外部聲音的聲音源的位置。當用戶已經對操作部分162進行操作時，操作信息信號被輸入到系統 控制部分161，并且響應于該信號，系統控制部分161從濾波特性設置模 式表格中讀取表示用于設置由所輸入的操作信息信號指定的聲音源的位置 的濾波特性設置模式的數據，并基于該數據來輸出濾波控制信號Scnt。響 應于該濾波控制信號Scnt，波束形成處理部分120可變地設置內部濾波電 路的濾波特性。其結果是，實際上根據用戶操作來改變將該消除的外部聲 音的聲音源的位置和/或將被加強的外部聲音的聲音源的位置。基于從方向檢測部分163輸出的檢測信號，在預先指定的方向上且具 有預先指定的傾斜(梯度)角度的聲音源的位置被標識，以用于消除和/或 加強外部聲音，而無論佩戴耳機設備1的用戶例如如何改變他或她的頭部 的方位。為了這個目的，系統控制部分161基于從方向檢測部分163輸入的檢 測信號來識別出耳機設備1的當前方位和當前傾斜(梯度)角度，并計算 所識別的方位和傾斜角度與所指定的方位和傾斜角度直接的差值。然后， 基于計算得到的差值來調整將被消除的聲音的聲音源的位置和/或將被加強 的聲音的聲音源的位置。根據圖ll所示的結構，通過執行如圖12的流程圖所示的過程，系統控制部分161能夠適應性地至少改變將被消除的聲音的聲音源的位置。在圖12的過程中，首先，控制過程在耳機設備l的電源被打開之前一 直等待，并且當耳機設備l的電源被打開之后，控制過程前進到步驟S102 的過程，并稍后用于設置將被消除的聲音的聲音源的位置。在步驟S102中，將1賦給與濾波特性設置模式表格中的模式號相對應 的變量n，以用于初始化。在步驟S103中，讀取與存儲在濾波特性設置模式表格中的當前模式 號n相對應的濾波特性設置模式，并且將與所讀取的設置模式相對應的濾 波控制信號Scnt輸出到波束形成處理部分120。根據這樣輸出的濾波控制信號Scnt，波束形成處理部分120可變地設 置在消除濾波部分130內的濾波電路131-1到131-n (或者在加強濾波部分 140內的濾波電路141-1到141-n)中的濾波特性。其結果是，作為來自消 除濾波部分130中的組合器132的輸出，獲得了這樣的聲音的音頻信號， 該聲音經歷了針對與所設置的濾波特性相對應的某特定聲音源的位置的波 束形成。然后，在步驟S104中，輸入這樣獲得的來自組合器132的輸出，并且 檢測其電平。在步驟S105中，保持檢測得到的電平的值。在步驟S105的處理之后，在步驟S106中，判斷當前的變量n是否為 最大值。如果判定當前變量n并不是最大值，則在步驟S107中將變量n 遞增l,并重復步驟S103到S106的處理。這里，在濾波特性設置模式表格中，存儲了表示下述模式的數據，該 模式各自關于用于標識分立的聲音源的位置的濾波電路特性，以使得各個 模式號與分立的聲音源相對應。因此，針對各個模式號而重復步驟S103 到S105的處理的結果是，來自根據模式號來設置的聲音源位置的聲音的 電平被保持作為所檢測到的電平的值。然后，在針對所有預定模式號來執 行步驟S103到S105的處理之后，步驟S106中的判斷變為肯定，并且控 制過程前進到步驟S108。在步驟S108中，與所檢測到的電平的最大值相對應的模式號被識 別。在與具有最大檢測電平值的模式號相對應的濾波特性所標識的聲音源的位置處發出的聲音是耳機設備1的周圍環境中最大的。即，在將在耳機 設備1的周圍發出的聲音視為噪聲的情況下，最大噪聲是在與具有最大檢 測電平值的模式號相對應的特定位置處發出的。然后，在步驟S109中，基于與步驟S108中識別得到的模式號相關聯 地存儲在濾波特性設置模式表格中的濾波特性設置模式來輸出濾波控制信 號Scnt。其結果是，在波束形成處理部分120中的消除濾波部分130變得 具有針對獲得最大檢測電平值的聲音源(即，最大噪聲的聲音源)的位置 的方向特性，因此將選擇性地消除來自這個聲音源的位置的聲音。簡而言之，在如圖12所示的過程中，以預定分辨率來逐一標識圍繞在 耳機設備1周圍的聲音源的位置，檢測到從各個聲音源發出的聲音(噪 聲)的電平，并標識具有最大噪聲電平的聲音源的位置，因而將選擇性地 消除來自這個聲音源的位置的聲音。此外，由于對將被消除的聲音的聲音 源的位置的選擇是在耳機設備1的電源已經被打開的時候執行的，所以當 用戶開始使用該耳機設備時就可以自動地獲得適當的噪聲消除效果。但 是，注意，也可以在除了耳機設備1的電源被打開的時候之外的其它時間 來執行對將被消除的聲音的聲音源的位置的選擇。例如，可以根據用戶操 作來開始這個選擇。在這種情況下，存在一些可想到的下述方式，即，根據在步驟S109 中、對消除濾波部分130中的聲音源的位置的設置來設置在加強濾波部分 140中的聲音源的位置的方式。例如，可想到在加強濾波部分140中設置 正好與在消除濾波部分130中設置的聲音源的位置的方向相反的聲音源的 位置。為了使系統控制部分161執行圖12所示的過程，系統控制部分161可 以設有微計算機，并且在該微計算機中的CPU可以執行與圖12的過程相 對應的程序。這種程序可以存儲在上述微計算機內的ROM等中。可替代 地，該程序可以存儲在外部存儲介質等中，以使得可以按需來安裝或更新 所述程序。可替代地，系統控制部分161可以在其中提供一種硬件結構，用于執 行圖12所示的過程。在上述實施例的結構中，通過麥克風陣列來實現波束形成。波束形成 旨在獲得由具有特定方向特性的麥克風拾取的聲音的音頻信號。在不使用 利用麥克風陣列的技術的情況下也可以獲得這種音頻信號。以下，將提出 不使用利用麥克風陣列的技術的其它實施例。曰本專利早期公布No.平5-316587、日本專利早期公布No.平6-75591等的當前受讓人已經提出在其中使用兩個麥克風來實現特定的聲音 拾取方向性的聲音輸入設備和麥克風設備的結構。在以下實施例中采用了 這種結構。艮P，參考圖13，取代圖10所示的麥克風陣列部分4，而提供了麥克風 203畫A和203-B。麥克風203-A和203-B例如設在殼體部分201的外部。 麥克風203-A和203-B的相對位置、方向性等可以遵循在上述日本專利早 期公布No.平5-316587和日本專利早期公布No.平6-75591中的描述。由 麥克風203-A和203-B通過聲音拾取而獲得的音頻信號被輸入到麥克風信 號處理部分120A。麥克風信號處理部分120A具有與在上述日本專利早期 公布No.平5-316587和日本專利早期公布No.平6-75591中描述的用于從 麥克風接收信號并獲得輸出聲音信號的電路結構相等效的結構。然后，從 麥克風信號處理部分120A輸出的音頻信號被輸入到FF濾波電路。在與 FF濾波電路相對應的傳遞函數塊102和隨后級中，圖13與圖IO完全相 同。根據上述結構，與設定的方向性相對應的聲音被選擇性地消除，同時 來自低靈敏度方向的聲音不被消除，從而相對地得到加強。在與圖13的結構相關聯的另一個實施例中，針對每一個通道來提供一 個麥克風，從而可以設置不應當被消除的聲音的聲音源的位置的方向。在這個實施例中，具有某個特定方向的方向性的麥克風被附于耳機設 備1的殼體部分201的外部。關于方向性，麥克風可以是單向的或者是雙 向的。當將各個麥克風附于殼體部分201的外部時，根據將被消除的聲音 的聲音源的位置的方向來導引麥克風的方向性。然后，由麥克風通過聲音 拾取來獲得并經麥克風放大器放大的音頻信號被輸入到FF濾波電路102 以及圖IO等中的隨后部件中。其結果是，來自麥克風方向性所導引至的方向的聲音被消除，同時來自其它方向的聲音不被消除。在以上描述中己經假設如圖10、 11、 13等所示的噪聲消除系統的部件 都設在耳機設備1的一部分上。但是，除了用于拾取包括不需要的聲音(噪聲)在內的聲音的麥克風203和驅動器202之外的至少一個組件可以 設在與耳機設備1相分離的設備上，而不會與本發明的思想相矛盾。這種 噪聲消除耳機系統的示例包括由耳機設備和外部適配設備組成的系統，其 中，外部適配設備包括除麥克風203和驅動器202之外的至少一個組件， 例如，麥克風放大器、FB濾波電路、FF濾波電路、功率放大器等。在噪聲消除系統在具有對內容的音頻信號進行再現的功能的設備(例 如，將通過再現音頻內容而獲得的音頻信號(與音頻源的音頻信號S相對 應)輸出到耳機端子的便攜式音頻播放器，電話設備，或者網絡音頻通信 設備)上實現的情況下，可以在該設備的一部分上提供除麥克風203和驅 動器202之外的至少一個組件。在根據上述實施例的噪聲消除系統中，假設將輸入音頻源的音頻信號 S。但是，對于本發明來說，這種音頻源的音頻信號的輸入并不是必要 的。例如，在一個實施例中，噪聲消除系統僅具有減小來自特定方向或特 定聲音源的位置的噪聲的功能，而不接受這種音頻信號的輸入。可以有效 地使用這種噪聲消除系統，例如，在環境聲音的音量非常大的環境中，用 于允許傾聽前方一個人的聲音并使得消除其它環境聲音。當根據上述實施例來實際構建噪聲消除系統中的電路時，可以使用模 擬或者數字電路。此外，可以組合使用模擬和數字電路兩者，以構建噪聲 消除系統中的電路。本領域技術人員應當了解，在所附權利要求或其等同物的范圍內，根 據設計要求和其它因素可以進行各種修改、組合、子組合和變更。相關申請的交叉引用本發明包含與2007年2月5日向日本專利局提交的日本專利申請JP 2007-025918相關的主題，該申請的全部內容通過引用而結合于此。
權利要求
1.一種耳機設備，包括聲音拾取部分，配置用于拾取外部聲音；方向性設置部分，配置用于基于從所述聲音拾取部分輸出的音頻信號來生成定向拾取音頻信號，該定向拾取音頻信號是通過根據所需的方向特性拾取所述外部聲音而獲得的音頻信號；擴音器；音頻信號生成部分，配置用于基于所述定向拾取音頻信號來生成用于削弱所述定向拾取音頻信號的消除用音頻信號；以及驅動信號生成部分，配置用于生成驅動信號，該驅動信號是用于驅動所述擴音器的音頻信號，并且至少包括所述消除用音頻信號。
2. 如權利要求1所述的耳機設備，其中 所述聲音拾取部分包括多個麥克風，并且所述方向性設置部分通過針對由所述多個麥克風通過聲音拾取而獲得 的音頻信號，對來自特定聲音源的位置的聲音分量到達所述多個麥克風的 延時進行補償并將所述經過延時補償的音頻信號組合在一起，從而生成所 述定向拾取音頻信號，所述延時是基于所述多個麥克風被布置的位置而導 致的。
3. 如權利要求2所述的耳機設備，還包括 另一個聲音拾取部分，該部分包括另外的多個麥克風；以及 另一個方向性設置部分，配置用于通過針對由所述另外的多個麥克風通過聲音拾取而獲得的另外的音頻信號，對來自另一個特定聲音源的位置 的另外的聲音分量到達所述另外的多個麥克風的延時進行補償并將所述經 過延時補償的另外的音頻信號組合在一起，從而生成另一定向拾取音頻信 號，所述延時是基于所述另外的多個麥克風被布置的位置而導致的；其中 所述音頻信號生成部分連同所述消除用音頻信號一起來生成用于加強 所述另 一定向拾取音頻信號的加強用音頻信號。
4. 如權利要求1所述的耳機設備，其中所述聲音拾取部分包括兩個麥克風，其中每個麥克風具有預定方向特 性，并且所述方向性設置部分基于從所述兩個麥克風輸出的音頻信號來執行用 于生成所述定向拾取音頻信號的信號處理。
5. 如權利要求1所述的耳機設備，其中，所述方向性設置部分順序 地生成作為與不同的方向特性相對應的定向拾取音頻信號的臨時定向拾取 音頻信號，并確定所生成的臨時定向拾取音頻信號中滿足預定條件的一個 臨時定向拾取音頻信號為正確的定向拾取音頻信號。
6. 如權利要求5所述的耳機設備，其中，所述方向性設置部分在所 述耳機設備的電源打開時執行所述確定正確的定向拾取音頻信號的過程。
7. —種耳機系統，包括 耳機設備；以及 信號處理設備；其中 所述耳機設備包括聲音拾取部分，配置用于拾取外部聲音，和擴音器；并且 所述信號處理設備包括方向性設置部分，配置用于基于從所述聲音拾取部分輸出的音頻 信號來生成定向拾取音頻信號，該定向拾取音頻信號是通過根據所需的方 向特性拾取所述外部聲音而獲得的音頻信號，音頻信號生成部分，配置用于基于所述定向拾取音頻信號來生成 用于削弱所述定向拾取音頻信號的消除用音頻信號，以及驅動信號生成部分，配置用于生成驅動信號，該驅動信號是用于 驅動所述擴音器的音頻信號并且至少包括所述消除用音頻信號。
8. 如權利要求7所述的耳機系統，其中所述聲音拾取部分包括多個麥克風，并且所述方向性設置部分通過針對由所述多個麥克風通過聲音拾取而獲得 的音頻信號，對來自特定聲音源的位置的聲音分量到達所述多個麥克風的 延時進行補償并將所述經過延時補償的音頻信號組合在一起，從而生成所述定向拾取音頻信號，所述延時是基于所述多個麥克風被布置的位置而導 致的。
9. 如權利要求8所述的耳機系統，其中所述耳機設備還包括另 一個聲音拾取部分，該部分包括另外的多個麥 克風，并且所述信號處理設備還包括另一個方向性設置部分，配置用于通過針對 由所述另外的多個麥克風通過聲音拾取而獲得的另外的音頻信號，對來自 另一個特定聲音源的位置的另外的聲音分量到達所述另外的多個麥克風的 延時進行補償并將所述經過延時補償的另外的音頻信號組合在一起，從而 生成另一定向拾取音頻信號，所述延時是基于所述另外的多個麥克風被布 置的位置而導致的，并且所述音頻信號生成部分連同所述消除用音頻信號一起來生成用于加強 所述另一定向拾取音頻信號的加強用音頻信號。
10. 如權利要求7所述的耳機系統，其中所述聲音拾取部分包括兩個麥克風，每個麥克風具有預定方向特性，并且所述方向性設置部分基于從所述兩個麥克風輸出的音頻信號來執行用 于生成所述定向拾取音頻信號的信號處理。
11. 如權利要求7所述的耳機系統，其中，所述方向性設置部分順序 地生成作為與不同的方向特性相對應的定向拾取音頻信號的臨時定向拾取 音頻信號，并確定所生成的臨時定向拾取音頻信號中滿足預定條件的一個 臨時定向拾取音頻信號為正確的定向拾取音頻信號。
12. 如權利要求11所述的耳機系統，其中，所述方向性設置部分在 所述耳機設備的電源打開時執行所述確定正確的定向拾取音頻信號的過 程。
13. —種聲音再現方法，包括以下步驟 由聲音拾取部分拾取外部聲音并輸出音頻信號；基于所述音頻信號來生成定向拾取音頻信號，該定向拾取音頻信號是 通過根據所需的方向特性拾取所述外部聲音而獲得的音頻信號；基于所述定向拾取音頻信號來生成用于削弱所述定向拾取音頻信號的消除用音頻信號；生成驅動信號，該驅動信號是用于驅動擴音器的音頻信號并且至少包 括所述消除用音頻信號；以及基于所述驅動信號來輸出聲音。
14. 如權利要求13所述的聲音再現方法，其中 所述聲音拾取部分包括多個麥克風，在所述生成所述定向拾取音頻信號時，通過針對由所述多個麥克風通 過聲音拾取而獲得的音頻信號，對來自特定聲音源的位置的聲音分量到達 所述多個麥克風的延時進行補償并將所述經過延時補償的音頻信號組合在 一起，從而生成所述定向拾取音頻信號，所述延時是基于所述多個麥克風 被布置的位置而導致的。
15. 如權利要求14所述的聲音再現方法，還包括以下步驟 由包括另外的多個麥克風的另一個聲音拾取部分拾取聲音并輸出另一音頻信號；以及通過針對由所述另外的多個麥克風通過聲音拾取而獲得的另外的音頻 信號，對來自另一個特定聲音源的位置的另外的聲音分量到達所述另外的 多個麥克風的延時進行補償并將所述經過延時補償的另外的音頻信號組合 在一起，從而生成另一定向拾取音頻信號，所述延時是基于所述另外的多 個麥克風被布置的位置而導致的；其中在所述生成所述消除用音頻信號時，連同所述消除用音頻信號一起來 生成用于加強所述另一定向拾取音頻信號的加強用音頻信號。
16. 如權利要求13所述的聲音再現方法，其中所述聲音拾取部分包括兩個麥克風，每個麥克風具有預定方向特性，并且在所述生成所述定向拾取音頻信號時，基于從所述兩個麥克風輸出的 音頻信號來執行用于生成所述定向拾取音頻信號的信號處理。
17. 如權利要求13所述的聲音再現方法，其中，在所述生成所述定 向拾取音頻信號時，順序地生成作為與不同的方向特性相對應的定向拾取音頻信號的臨時定向拾取音頻信號，并確定所生成的臨時定向拾取音頻信 號中滿足預定條件的一個臨時定向拾取音頻信號為正確的定向拾取音頻信 號。
18.如權利要求17所述的聲音再現方法，其中，在所述生成所述定向拾取音頻信號時，在耳機設備的電源打開時執行所述確定正確的定向拾 取音頻信號的過程。
全文摘要
本發明提供了耳機設備、聲音再現系統和聲音再現方法。一種耳機設備包括聲音拾取部分，配置用于拾取外部聲音；方向性設置部分，配置用于基于從聲音拾取部分輸出的音頻信號來生成定向拾取音頻信號，該定向拾取音頻信號是通過根據所需的方向特性拾取所述外部聲音而獲得的音頻信號；擴音器；音頻信號生成部分，配置用于基于所述定向拾取音頻信號來生成用于削弱該定向拾取音頻信號的消除用音頻信號；以及驅動信號生成部分，配置用于生成驅動信號，該驅動信號是用于驅動擴音器的音頻信號，并且至少包括所述消除用音頻信號。
文檔編號H04R1/10GK101242677SQ20081000623
公開日2008年8月13日 申請日期2008年2月4日 優先權日2007年2月5日
發明者板橋徹德, 淺田宏平 申請人:索尼株式會社