利用扬声器阵列的稳健串扰消除的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关内容
[0002] 本申请要求2013年3月14日提交的美国临时专利申请61/782, 287的较早提交 日期的权益。
技术领域
[0003] 本发明描述了通过实现一个或多个约束来利用扬声器阵列执行串扰消除的音频 接收器。还描述了其他实施例。
【背景技术】
[0004] 单个扬声器可能在收听者的双耳处都产生声音。例如，收听者的左侧的扬声器将 仍然会在收听者右耳处产生一些声音。串扰消除器的目的是允许在收听者一只耳朵处产生 声音但不在另一只耳朵处产生声音。这种隔离允许在一只耳朵处产生任何任意的声音而不 会溢流到另一只耳朵。独立在每只耳朵处控制声音可用于建立声音来自远离扬声器的位置 的印象。
[0005] 原则上，串扰消除器仅需要两个扬声器（即，两个自由度）来独立控制两只耳朵处 的声音。很多串扰消除器通过补偿收听者头部附近衍射的声音所产生的效应来控制收听者 耳朵处的声音，这种效应通常被称为头相关传递函数（HRTF)。给定右音频输入信道d R和左 音频输入信道可以将串扰消除器表示为：
[0006]
[0007] 在这一方程中，由传递函数的反函数H1补偿由于来自扬声器的声音造成的收听 者头部的传递函数H，以分别在收听者的右耳和左耳处产生右输出信道f R和左输出信道f\。 很多仅使用两个扬声器的串扰消除器在一些频率下存在条件不佳的问题。例如，这些系统 中的扬声器需要利用大信号来驱动以实现串扰的消除，并且对理想条件的变化非常敏感。 换句话讲，如果利用表示声音从扬声器向收听者耳朵传播的假定传递函数H来设计系统，H 的小变化也可能导致串扰消除器停止工作。这种情况的一个实例是在无回声环境（即，没 有声学反射）中测量传递函数H，但然后在有很多反射的实际房间中实施的时候。
【发明内容】
[0008] 本发明的一个实施例是一种音频接收器，其利用具有多个换能器的扬声器阵列来 执行串扰消除。音频接收器检测收听者在房间或收听区域中的位置，并然后利用与检测到 的收听者的位置对应的一个或多个波束图案矩阵处理一条声音节目内容以通过扬声器阵 列输出。波束图案矩阵各自对应于特定音频频率，并且是根据一个或多个约束生成的，且可 以在音频接收器中预设。约束可以包括（1)在收听者的左耳处最大化/增大一条声音节目 内容的左信道并最小化/减小右信道，（2)在收听者的右耳处最大化/增大右信道并最小 化/减小左信道，以及（3)最小化/减小房间所有其他区域中的声音。这些约束使得音频 接收器主要向收听者发射声波。通过向收听者发射声波而不在房间中的其他区域中发射， 实现了串扰的消除，其中由于响应于房间的频率的变化导致的效应最小或影响减小。
[0009] 以上概述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 中特别指出的各个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】
[0010] 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，并且这意味着至少一个。
[0011] 图IA示出了根据一个实施例的具有音频系统的房间或收听区域。
[0012] 图IB示出了根据另一个实施例的具有音频系统的房间或收听区域。
[0013] 图2A示出了根据一个实施例的容纳于单个机柜中的扬声器阵列。
[0014] 图2B示出了根据另一个实施例的容纳于单个机柜中的扬声器阵列。
[0015] 图3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。
[0016] 图4A示出了房间中第一位置处的收听者。
[0017] 图4B示出了房间中第二位置处的该收听者。
[0018] 图5A示出了根据一个实施例的用于利用一组麦克风为单个收听者生成波束图案 矩阵的系统。
[0019] 图5B示出了根据一个实施例的用于利用一组麦克风为多个收听者生成波束图案 矩阵的系统。
[0020] 图6示出了根据一个实施例的用于利用图5A和5B中所示的麦克风配置生成波束 图案矩阵的方法。
【具体实施方式】
[0021] 现在将解释参考所附附图描述的若干实施例。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【具体实施方式】的理解。
[0022] 图IA示出了音频系统1，其包括外部音频源2、音频接收器3和一个或多个扬声器 阵列4。音频系统1向预期收听者6所在的房间或收听区域7中输出声音节目内容。收听 者6通常坐在音频系统1主要指向或瞄准的目标位置处。目标位置通常在房间7的中心， 但可以在房间7的任何指定区域中。
[0023] 外部音频源2可以是能够向音频接收器3传输表示声音节目内容的一个或多个音 频流以进行处理的任何设备。例如，图IA的系统1中的外部音频源2是膝上型计算机，其 通过有线或无线连接向音频接收器3传输表示声音节目内容的一个或多个音频流以进行 处理。在其他实施例中，外部音频源2可以是台式计算机、平板电脑、移动设备（例如，移动 电话或移动音乐播放器）和远程媒体服务器（例如，互联网流音乐或电影服务）中的一种 或多种。
[0024] 如图IA中所示，音频系统1的部件分布于并容纳于单独的单元中。相反，如图IB 的音频系统1的实施例中所示，音频接收器3集成于扬声器阵列4内以提供独立的单元。在 该实施例中，扬声器阵列4通过有线或无线连接直接从外部音频源2接收表示声音节目内 容的一个或多个音频流。
[0025] 尽管被描述为从外部音频源2接收音频流，但音频接收器3可以访问存储介质中 本地存储的音频流。在该实施例中，音频接收器3从本地存储介质检索音频流以进行处理， 无需与外部音频源2交互。
[0026] 如下文将要更详细所述，音频接收器3可以是用于处理音频流并驱动一个或多个 扬声器阵列4的任何类型的设备或设备组。例如，音频接收器3可以是膝上型计算机、台式 计算机、平板电脑、移动设备或家庭影院音频接收器。
[0027] 现在转向扬声器阵列4,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4。在该实例中，扬声器阵列4具有在机柜6中均匀排列成八行四列的32 个换能器5。在其他实施例中，可以使用间距均匀或不均匀的不同数量的换能器5。例如， 如图2B中所示，可以在机柜6中将十个换能器5排列成单行，以形成声音条形式的扬声器 阵列4。尽管被示为排列成平面或直线，但可以沿着圆弧将换能器5排列成曲线样式。
[0028] 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 扬声器的任意组合。换能器5中的每个换能器都可以使用轻质膜，或锥体，通过约束线圈 (例如音圈）的柔性悬架连接到刚性盆架或框架，以通过圆柱形磁隙沿轴向运动。在向音圈 施加音频电信号时，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，其使得线圈（从而导致附接的锥体）前后运动，由此在所施加的 来自源（例如信号处理器、计算机和音频接收器）的音频电信号控制下再现声音。尽管本 文描述的是单个机柜6中容纳了多个换能器5,但在其他实施例中，扬声器阵列4可以包括 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4是独立的扬声器。
[0029] 每个换能器5可以被逐个独立地驱动，以响应于独立且不同的音频信号产生声 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 4中的换能器5,扬声器阵列4可以产生众多方向性模式，以模拟或更好地呈现向收听者6 播放的声音节目内容的相应信道。例如，可以由扬声器阵列4发射具有不同宽度和方向性 的波束图案。
[0030] 如图IA中所示，扬声器阵列4可以包括线路或导管，以用于连接到音频接收器3。 例如，每个扬声器阵列4可以包括两个布线点，并且音频接收器3可以包括互补的布线点。 布线点可以是分别在扬声器阵列4和音频接收器3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4电耦接到音频接收器3。
[0031] 在其他实施例中，如图IB中所示，扬声器阵列4可以利用无线协议耦接到音频接 收器3,使得阵列4和音频接收器3并不物理地连接但维持射频连接。例如，扬声器阵列4 可以包括WiFi接收器，以用于从音频接收器3中的对应WiFi发射器接收音频信号。在一 些实施例中，扬声器阵列4可以包括集成放大器，以用于利用从音频接收器3接收的无线音 频信号驱动换能器5。如上所述，扬声器阵列4可以是独立的单元，其包括用于根据下述技 术进行信号处理和驱动每个换能器5的部件。
[0032] 尽管图IA中示出的是包括两个扬声器阵列4,但音频系统1可以包括通过无线或 有线连接耦接到音频接收器3的任意数量的扬声器阵列4。例如，音频系统1可以包括六个 扬声器阵列4,表示左前信道、中前信道、右前信道、右后环绕信道、左后环绕信道和低频信 道（例如，超低音扬声器）。在另一个实施例中，音频系统1可以包括单个扬声器阵列4,如 图IB中所示。单个扬声器阵列4可以是声音