扬声器的整个指向性范围内的音色恒定性的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关内容
[0002] 本专利申请要求于2013年3月11日提交的美国临时专利申请No. 61/776, 648的 较早提交日期的权益。
技术领域
[0003] 本发明的实施例涉及一种用于在整个指向性和频率范围内驱动扬声器阵列以保 持收听区域中的音色恒定性的系统和方法。还描述了其他实施例。
【背景技术】
[0004] 基于阵列的扬声器有能力在空间上将其输出整形成三维空间中的各种波束模式。 这些波束模式为所发射的声音限定不同的指向性（例如，不同的指向性指数）。在用于驱动 扬声器阵列的每种波束模式变化时，音色也随之变化。音色是区分另外在声音响度、音高和 持续时间方面匹配的不同类型声音生成的声音质量（例如，语音和乐器之间的差异）。不协 调的音色导致用户/听众感受到变化的且不协调的声音。
【发明内容】
[0005] 本发明的实施例涉及一种用于在整个方向性和频率范围内驱动扬声器阵列以保 持收听区域中的音色恒定性的系统和方法。在一个实施例中，使用（1)第一波束模式的指 向性指数、（2)收听区域中的收听者位置处的直达混响声能比DR和（3)收听区域的估计混 响时间T 6。来确定描述收听区域的与频率无关的房间常数。基于这一房间常数，可为第二 波束模式产生取决于频率的偏移。该偏移描述第一波束模式和第二波束模式之间的分贝差 异，以实现收听区域中的波束模式之间的恒定音色。例如，可将第二波束模式的水平提高或 降低该偏移，以匹配第一波束模式的水平。可针对由扬声器阵列发射的每种波束模式来计 算偏移值，使得波束模式保持恒定音色。保持恒定音色改善了音频质量，不论收听区域特性 和用于呈现声音节目内容的波束模式如何。
[0006] 以上
【发明内容】
不包括本发明的所有方面的详尽列表。可以预期的是，本发明包括 可由上文概述的各个方面以及在下文的【具体实施方式】中公开并且在随该申请提交的权利 要求中特别指出的各种方面的所有合适组合来实施的所有系统和方法。此类组合具有未在 上述
【发明内容】
中具体阐述的特定优点。
【附图说明】
[0007] 本发明的实施例以举例的方式进行说明，而不仅限于各个附图的图示，在附图中 类似的附图标号指示类似的元件。应当指出，本公开中提到"一"或"一个"实施例未必是 同一实施例，并且它们表示至少一个实施例。
[0008] 图1示出了根据一个实施例的具有音频接收器、扬声器阵列和收听设备的收听区 域的视图。
[0009] 图2A示出了根据一个实施例的具有容纳于单个机柜中的多个换能器的一个扬声 器阵列。
[0010] 图2B示出了根据另一个实施例的具有容纳于单个机柜中的多个换能器的一个扬 声器阵列。
[0011] 图3示出了具有变化的指向性指数的三个示例性极性模式。
[0012] 图4示出了根据一个实施例的在收听区域中产生直射和反射声音的扬声器阵列。
[0013] 图5示出了根据一个实施例的音频接收器的功能单元框图和一些构成硬件部件。
[0014] 图6示出了根据一个实施例的在整个方向性和频率范围范围内保持扬声器阵列 的音色恒定性的方法。
【具体实施方式】
[0015] 现在参考所附附图来描述若干个实施例。虽然阐述了许多细节，但应当理解，本发 明的一些实施例可在没有这些细节的情况下被实施。在其他情况下，未详细示出熟知的电 路、结构和技术，以免模糊对本描述的理解。
[0016] 图1示出了具有音频接收器2、扬声器阵列3和收听设备4的收听区域1的视图。 音频接收器2可耦接到扬声器阵列3,以驱动扬声器阵列3中的各个换能器5,从而将各种 声音/波束/极性模式发射到收听区域1中。如下文更详细所述的，收听设备4可感测由 音频接收器2和扬声器阵列3产生的这些声音。
[0017] 尽管示出了单个扬声器阵列3,但在其他实施例中，可将多个扬声器阵列3耦接到 音频接收器2。例如，可在收听区域1中定位三个扬声器阵列3,以相应代表音频接收器2 输出的一条声音节目内容（例如，音乐作品或电影的声道）的左前、右前和前方中心通道。
[0018] 如图1中所示，扬声器阵列3可包括用于连接到音频接收器2的线路或管道。例 如，扬声器阵列3可包括两个布线点，并且音频接收器2可包括互补的布线点。布线点可以 是分别在扬声器阵列3和音频接收器2后方的接线柱或弹簧夹。导线独立缠绕或通过其他 方式耦接到相应的布线点，以将扬声器阵列3电耦接到音频接收器2。
[0019] 在其他实施例中，扬声器阵列3可使用无线协议耦接到音频接收器2,使得阵列3 和音频接收器2并不物理连接但保持射频连接。例如，扬声器阵列3可包括用于从音频接 收器2中的对应WiFi发射器接收音频信号的WiFi接收器。在一些实施例中，扬声器阵列 3可包括用于使用从音频接收器2接收的无线音频信号来驱动换能器5的集成放大器。如 上所述，扬声器阵列3可以是包括根据下述技术进行信号处理和驱动每个换能器5的部件 的独立单元。
[0020] 图2A示出了具有容纳于单个机柜6中的多个换能器5的一个扬声器阵列3。在本 实例中，扬声器阵列3具有三十二个不同的换能器5,在机柜6内均匀排列成八行四列。在 其他实施例中，可使用间隔均匀或不均匀的不同数量的换能器5。例如，如图2B中所示，可 在机柜6中将十个换能器5排列成单行，以形成声音条样式的扬声器阵列3。尽管被示出为 排列成平面或直线，但可将换能器5沿圆弧排列成曲线方式。
[0021] 换能器5可以是全音域驱动器、中音域驱动器、超低音扬声器、低音扬声器和高音 扬声器。换能器5中的每个换能器都可使用轻质膜或纸盆经由约束线圈（例如，音圈）的 柔性悬架连接到刚性盆架或框架，以通过圆柱形磁隙轴向移动。在向音圈施加电子音频信 号时，电流在音圈中产生磁场，使其成为可变电磁体。线圈和换能器5的磁性系统交互作用 产生磁力，从而导致线圈（从而导致附着的纸盆）前后运动，由此在来自源（例如，信号处 理器、计算机和音频接收器2)的所施加的电子音频信号控制下再产生声音。尽管这里描述 的是单个机柜6中容纳的多个换能器5,但在其他实施例中，扬声器阵列3可包括容纳于机 柜6中的单个换能器5。在这些实施例中，扬声器阵列3是独立扬声器。
[0022] 每个换能器5可被逐个独立地驱动，以响应于独立且离散的音频信号产生声音。 通过允许根据不同的参数和设置（包括延迟和能量水平）逐个独立地驱动扬声器阵列3 中的换能器5,扬声器阵列3可产生许多声音/波束/极性模式，以模拟或更好地呈现向收 听者播放的声音节目内容的相应通道。例如，可由扬声器阵列3发射具有不同指向性指数 (DI)的波束模式。图3示出了具有变化的DI (从左到右，DI越来越高）的三个示例性极性 模式。可按照分贝或线性方式（例如，1，2,3等）来呈现DI。
[0023] 如上所述，扬声器阵列3向收听区域1中发射声音。收听区域1是扬声器阵列3 所在的且定位收听者以收听由扬声器阵列3发射的声音的位置。例如，收听区域1可以是 房子或商业设施之内的房间或室外区域（例如，剧场）。
[0024] 如图4中所示，扬声器阵列3可在收听区域1中产生直射声音和回响/反射声音。 直射声音是由扬声器阵列3产生的到达目标位置（例如，收听设备4)而未从墙壁、地板、天 花板或收听区域1中的其他物体/表面反射的声音。与此相比，混响/反射声音是由扬声 器阵列3产生的从墙壁、地板、天花板或收听区域1中的另一个物体/表面反射之后到达目 标位置的声音。以下等式描述了基于扬声器阵列3发射的多种声音的汇总而在收听设备4 处测量的压力。
[0025]
[0026] 等式 1
[0027] 在以上等式中，G(f)是无回声轴向压力平方水平，r是扬声器阵列3和收听设备4 之间的距离，T 6。是收听区域1中的混响时间，V是收听区域1的功能容积，以及DI是扬声 器阵列3发射的波束模式的指向性指数。可将声压分解成直接和混响分量，其中直接分量 由I限定，并且混响分量由
限定。
[0028] 如上文所示和所述的，混响声场取决于收听区域1属性（例如，TJ、扬声器阵列3 发射的波束模式以及描述收听区域1的与频率无关的房间常数（例如，
）。混响声场 可能导致音频信号的人感知的音色变化。通过基于所发射波束模式的DI控制扬声器阵列 3产生的声音的混响场，还可以控制音频信号的感知音色。在一个实施例中，音频接收器2 驱动扬声器阵列3以在整个方向性和频率范围范围内保持音色恒定性，如下文进一步所述 的。
[0029] 图5示出了根据一个实施例的音频接收器2的功能单元框图和一些构成硬件部 件。尽管被示为独立的，但在一个实施例中，音频接收器2集成在扬声器阵列3内。图5中 所示的部件代表包括在音频接收器2中的元件，并且不应被解释为排除其他部件。下文将 以举例方式来描述音频接收器2的每个元件。
[0030] 音频接收器2可包括主系统处理器7和存储器单元8。在此统一使用的处理器7