音频系统的制作方法

专利名称：音频系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种音频系统。在一方面，本发明涉及通过添加高强度、宽频带声音致动器所进行的对例如刚性或挠性面板等其他方面非回应性主体的转换，以创建智能表面，其可发射和/或接收声信号以提供谨慎音频或噪音屏蔽或者为了安全目的而感测攻击。当多个这种面板被激活时，可将本发明的音频系统描述为提供具有相关声音轨迹特性或封闭体积的单一智能表面。
将被影响的体积可为固定或移动智能表面的单一或多重排列。
本发明的另外一个方面还涉及对从这些智能表面或结构元件发出的噪音等级进行控制，以避免环境噪音污染并且创建声音屏蔽区域(或体积)或对所转换的表面或结构元件的更高噪音控制等级。
背景技术：
平板扬声器已为我们所熟知，且通常包括呈叠层塑料、卡片或木材的刚性面板，该面板的一面上附着有一声换能器(acoustic transducer)。典型换能器为动圈式电磁设备或压电设备。
类似地，传统锥形定向扬声器以再现音频信号或屏蔽信号从而明显减小周围噪音的影响而著称。
磁致伸缩设备亦为已知，例如我们同在申请中的国际专利申请案PCT/GB02/01111中所描述及主张的类型。在需要激活较大面板以便发声时，尤其可使用这些设备。通过磁致伸缩致动器使较大面板发声的效应是使声波作为分布式平面信号分布在整个面板上，如我们同在申请中的申请案中所描述。此类型的信号与定向声音的区别在于只要振动分布在面板或结构的整个范围内，此减小了射程但是在驱动对象的整个范围内创建更平坦、更一致的音频输出。
在永久性或临时性建筑中，存在为了许多不同目的而安装的多重音频及安全系统；这些目的包括音频再现、布告、辅助紧急通告、多媒体以及影音放大。一些设施还包括主动声音屏蔽系统或被动声音隔离，或保密屏蔽面板或主动音频系统。此外，尤其在较低或易于接近窗口处，通常装配有防入侵、反间谍或破坏行为的侦测设备。
通常使用多个锥形扬声器或平板来实现音频再现。
一般通过安装专用锥形扬声器系统来实现多媒体。
传统上使用多个锥形扬声器(multiple cone speakers)或平板来实现布告，而有时使用音频再现系统。
传统上使用多个锥形扬声器或平板来实现紧急通告，有时使用音频再现系统。
一般通过将锥形扬声器精确定位在个人区域的上方、或定位在房间的顶角且向下聚焦于人一般聚集的房间中心来实现主动声音屏蔽，其例如是桌子周围。也可将平面扬声器用于此目的。在大多数情况下，该设施专用于此目的。
一般使用专用于此目的的多个锥形扬声器或平板来实现主动保密屏蔽。
被动声音隔离通常用于建筑物中以减小声音从一个房间或区域传递到另一个房间或区域。
外围防入侵设备通常定位在窗上或门上，并且若被惊扰则侦测运动或振动。
防破坏行为系统一般包括摄像机、红外线及设计用于侦测运动的入侵设备。
反间谍问题极为重要，且将成为附加被动安全系统——即，百叶窗或隔板——的主题。
在一些国家，例如瑞典，不允许对个人进行CCTV(闭路电视)监视，除非该个人犯罪或违法。
在许多建筑物中可见，系统设计的分离通常导致多个音频和屏蔽系统、摄像机以及侦测设备，从而导致过高的成本并且浪费资源。
美国(HIPPA保密标准)和欧洲的建筑物标准中关于噪音及其控制的新的立法引入将上述各种功能性中的一些或全部组合入一个设施分级的要求，提供用以满足建筑师、手册和建筑承包公司各种需要的新方法的机会。
此还涉及对人口密集型噪音环境中的噪音控制，例如在客户服务中心或夜总会等需要能够保密地拨打电话，并且能够屏蔽以确保电话另一端的接受者能够听到说话内容的环境。
此外，关于信息通信、尤其关于弱视人群的新的欧洲残疾立法对在公共场所提供信息和指导提出新的标准。应理解，此新的立法将迫使地方政权、展览组织者以及公共场所组织者创建新的方法以向立法中涉及的人群提供音频输出。
可知，从商业、立法或设施观点以及从终端用户或客户观点来看，将最初非设计用于传输音频信号的表面和结构转换成可发射建设性的音频(语音、音乐等)或屏蔽或遮蔽信号的音频发射表面或结构的这一方法具有许多优点。
在使用扬声器或面板声音发射器于公共场所提供信息时，从面板或扬声器发出的声音的音量通常是恒定的，或者可回应于意见或要求进行手动上调和下调。这极为不便，并通常是因为周围噪音等级的变化而造成，从而所发出的声音在不同时刻会呈现为过高或不足。若将扬声器用作发射器，此发射器的点声源性质意味着声音通常会发射到其所需区域之外，从而产生噪音公害。
众所周知，在汽车加速行驶和周围噪音等级增加时，汽车中使用自动增益控制(AGC)电路来增加无线电的音量。此外，使用信号压缩来减小汽车无线电的无线电输出的动态范围，从而在高周围噪音等级中仍能够听到音乐中的轻音量成分，而无需使音乐中的高音量成分过高。设计这些机制以避免驾车者不断地调节音量控制。已发现点源发射器，扬声器，不能以此方式进行有效控制，除非用于严格限定的空间体积(例如，一组头戴式耳机)。众所周知，为了能够被注意(该范围的下端)并被听到和理解(该范围的上端)，声音仅需高于周围噪音等级少量几个分贝。
我们的PCX申请案PCT/GB02/01111描述了使用致动器、尤其磁致伸缩致动器来驱动面板以用作广告或信息媒体，例如商店中的信息站、橱窗本身或火车和公共汽车面板和窗口。

发明内容
本发明涉及一种系统方案，其中构成建筑物和车辆的表面、面板和结构元件以及用于日常生活的多个产品，例如标记、桌子、吧台、墙壁、隔板、隔板台、橱柜和壁橱，可通过附着到面板本身或支撑这些面板的结构的单个或多个致动器来激活，或者可通过使用音频信号直接刺激、或回应于感测系统而创建音频信号来激活，由此创建智能表面以实现任何数量的功能性等级；但是非必须局限于本文所述的所有功能性。
根据本发明，提供一种用于例如封闭空间的音频系统，其包含一耦接到一面板的音频致动器，该面板位于所述封闭空间内或定义所述封闭空间，从而当通过控制器将音频信号供应至该致动器时可导致该面板发出声音；以及一耦接到所述面板或相邻面板的声音传感器，以传感所述面板中的声振动，该传感器连接到该控制器，藉此配置，该控制器可以根据传感器所传感的振动改变供应至该致动器的音频信号。
本发明的另一方面提供一种音频系统，其包含一耦接到一面板的音频致动器，当通过控制器将音频信号供应至该致动器时可导致该面板发出声音；以及一耦接到所述面板或相邻面板的声音传感器，以传感所述面板中的声振动，该传感器连接到该控制器，藉此配置，该控制器可以侦测所传感的声振动的预定特征，并且回应于此输出修改信号。此输出可为声音，或可启动远程设备，例如CCTV(闭路电视)摄影机或远程警报。
本发明的又一方面涉及一种可提供音频信号的装置，该音频信号对附近周围噪音具有可感知的减小了的影响，藉此由于屏蔽源接近用户而可感知周围噪音较低或更不具影响力。由于大脑将屏蔽信号感知为主要信号，因此此影响可为心理声学(psycho-acoustic)影响，从而减小表观周围噪音。
本发明的另一方面提供一种以可控方式影响噪音等级的方法和装置，以使用户在存在高等级周围噪音的情况下能够以改进的方式执行任务。在一实施例中，可为在夜总会或酒吧或饭店中，这些场所使用较大表面发射器来创建可屏蔽周围噪音的音频信号，从而允许对话的进行、电话的拨打或体验到远低于一般噪音之较低等级的周围噪音。
音频致动器可内部地或外部地集成入面板构造，或可在之后装配到现有面板。
较佳包括音频再现、布告、辅助紧急通告、多媒体以及影音放大。本发明还解决内部噪音管理、个人保密隔板、房间保密隔板、外部噪音控制以及可能的外部反间谍安全和破坏行为侦测传感。
在将致动器耦接到刚性面板时所发生的音频输出将音频传输到面板的两侧。两侧上的影响大体上相等。通过使用声音隔离可对此进行调节，藉此通过例如泡沫、橡胶硅酮等软填充材料或挡板或反射材料可使面板的一侧与另一侧隔音，以确保声音主要在一个方向上。但是，在一些情况下，使用双向通信是有价值的，例如对于火车窗口，车辆内的音频和站台上的音频都是有益的。类似地，当合并有感测系统时，可感测面板(例如，宾馆房间中)的一侧并作用于另一侧上，以减小房间之间的噪音影响。类似地，在双层玻璃单元中，致动器可位于前玻璃之内侧并感测玻璃外侧上的运动或压力。
此技术的另一应用可为结构的转换，以使其能够传递音频信号以及视觉图像，例如地图或时刻表。随着对为弱视人群管理方面的需求的增加，对从通常与声音产生无关的大量信息源提供声音的要求也不断增加。传统的音频再现方法由于其方向性特征将产生噪音污染，且将受到其所产生的噪音污染的限制。声音主动表面或结构的集成将使智能表面或结构制造者能够遵守这些新的规则，而不会增加噪音污染。在本发明中，面板由于与驱动帧的关系而被驱动，实现视觉图像的随意变化而无需对音频生成配置进行任何修改。驱动平面的声音动力学倾向于展示多个小点源，其充当平板源声音以在较宽的音频射程区域内产生较低等级的声音。
在致动器定位精确性对于面板性能具有关键性的地方，磁致伸缩的大功率输出使得致动器谨慎地定位在结构元件内或定位在其它不会影响用户观看(若可随意使用，则亦可为透明)、视觉设计和特征或其它标记或结构可能具有的功能性的任何其它适当位置。
可提供音频标志(audio signage)或音频结构等功能性的系统的最简单的形态为信号发生器，其可向视觉面板或结构提供音频信号。
可理解，可将更为复杂的系统，包括噪音管理感测能力和其它等级的功能性，建构成此系统，当与数字信号处理系统组合时，若用户选择使用集成触控式面板或感测系统进行询问，则能够对任何特定标志或标志结构进行外部或局部监测和定址。以此方式，处理器可将攻击、查询(接触)或特定噪音减小信号发送到所识别的标记或标记结构。
举例而言，若将此方法用于国家传输系统标志结构，则可将装配有双向感测系统的系统中的任何标志用作类似地装配为内部通信或通信系统的系统中之任何其它标记的通信装置。通过此媒体，也可提供全国性更新。
由于各个设备可装配有其自身的信号放大器或从集中式处理器向其提供信号放大器，因此在系统中任何点询问的能力可局限于标记或结构即时轨迹内的音频再现，或通过整个网络传输。
此优点为允许集中式数字音频储存用于整个网络的分布或仅以局部區域为基础进行分布。
此智能表面的音频性能不依赖于修改或向仅用于传送视觉图像的图形资料添加设备。此视觉图像是可置换的或为一次性的，以便于重复使用。根据本发明，提供一种刚性构件结构，其特征为音频系统，该音频系统转换公共和商业场所的其它非音频设计产品或结构(例如，信息标记或公共汽车候车亭，或其元件)，其包含音频信号发生器或连接到类似设备的无线电链路以及耦接该结构之部分的单一或多个音频致动器，从而在通过控制器将音频信号供应至该致动器时，致使该结构和面板发出声音。在该设备的一些表现形式中，将音频传感器耦接到该标记或结构，从而传感附近的音频振动，该传感器连接到该控制器，藉此配置，该控制器根据传感器所传感的振动改变供应至该致动器的音频信号。
根据本发明，提供一种声音设备，其可能是但非局限于声耦接到一或多个结构构件的磁致伸缩致动器，其中这些结构构件提供多种功能性，包括但非局限于提供地方布告、对外布告、公共时刻表信息，促销信息、娱乐性音乐再现和紧急通告，以及对来自结构轨迹内的该结构另一侧的外来噪音的主动声音屏蔽。此外，还可包括防攻击或破坏行为侦测以作为致动器的又一功能，因为其还可被调节用以智能传感其外侧上的行为，通过对声压或实体压力(实体攻击行为，或攻击)作出反应或通过在上面划写时识别工具或笔的影响。
其中的结构或表面的构造可不同，共同特征是具有一由玻璃、塑料、木材或其它透明、半透明或不透明抛光板材制成的较大刚性面板(至少在一个轴向上为刚性)，以及一由铝、不锈钢、涂漆钢、MDF玻璃、塑料、片状GRC、GRP、木材或木嵌板或传统标志和广告或公共汽车候车亭市场中所用的其它材料制成的支承结构。
智能表面或结构可用于公共、公共播送或商业场所，在这些地方，音频信号的添加对于信息、广告或促销等目的而言是有利的，通过使用高强度、宽频带声音致动器以使用该标记结构中任何数量的元件生成局部音频信号，从而创建音频信号。可通过任何音频信号发生器、CD、小型盘、PC、媒体服务器或MP3、或能够转换来自任何类型远程信号发生器的信号的无线电连接设备对致动器进行输入。本发明可因为其相关的局部因频特性而被描述为单一驱动元件结构，或者当激活多个元件时被描述为元件的驱动组合。设计该驱动结构以用于接受可移除视觉面板，确保磁致伸缩驱动的输出强度足以使振动传播通过视觉面板的通常较大的范围，在整个结构周围创建更全面的音频轨迹。
智能表面可含有展示区域平面布置图的印刷信息以及用于使用户在该区域内定位特定区段的印刷信息。使用感应式、电容性或其它感测设备的覆盖触控式面板可允许用户触碰标记的特定区域以触发可听到的广播讲话信息。若结合地方政府信息服务或时刻表，则可将指令和信息通过听觉传播至用户。
应理解，作为系统方案，在即将颁布的立法要求具有可变公共信息或用于弱视人群的听觉信息、或需要更深能级的信息以加强或支持标志信息的公共场所和商业场所，智能表面和结构在许多领域具有优势。在需要间歇性反应式音频输出时，例如当某人接近标记或结构时，可将简单红外线或PIR探测器集成入该组合，以识别人体的接近并且启动音频信息。
在需要将信息的外部更新通过听觉传递给智能表面或结构附近的某人时，可组合使用传输与侦测以确保不向无人空间传送音频信号，且可使该系统只有在可侦测的附近空间里有人要求时才进行通信。
登广告者还要求媒体公司扩展二维的印刷广告媒体以涵盖听觉讯息和信息，并且若不加以控制，数位标志的大量扩展可在周围环境中产生非所要的或不能接受的不和谐噪音。
智能表面还可用于控制例如酒吧和饭店等公共场所的噪音，在这些场所，从附近对话到背景音乐到与饮食服务相关的噪音等高度背景噪音使得难以进行私人对话，或者对听觉不灵敏的人来说几乎不能进行任何对话。类似地，本发明提供一种用于局部产生和控制噪音的系统，其使用附加磁致伸缩致动器以驱动桌面、吧台、或安装在天花板或地板、墙壁或其它通常与音频输出无关的所选区域或结构之下或之内的由平坦刚性材料制成的较大面板，从而创建改进的噪音控制系统。例如，此系统可用于夜总会或酒吧，这些场所需要噪音控制以允许很接近噪音源的人拨打电话。在这种情况下，面板材料可用于传输屏蔽信号，其可对抗周围噪音。在平面屏蔽信号附近，由于更为恒定的白或粉红屏蔽信号的心理声学影响，所以更易于对话，还可在电话话筒不受屏蔽信号影响的情况下拨打电话。在此状况下，通过使用适当频率的信号来设计所生成的信号，以使其不会与电话的敏感话筒发生冲突。
类似地，在客服中心，高密度的接线员彼此极为接近地进行工作(一般间距为六英尺)，因此需要屏蔽由于接线员同时讲话所生成的一些不和谐的噪音。通过使用磁致伸缩致动器在心理声学上驱动桌面或墙壁(根据定义其接近说话者)，接线员将听到更多的一致的屏蔽声音，而且听到更少的背景噪音，并且若控制频率以使其不与电话话筒相冲突，则接受者也可受益于由于添加屏蔽而可感觉到的等级降低了的背景噪音。
可预期，作为系统方案，本发明在家庭和商业建筑物的许多领域具有优势，诸多类型的运输和临时性及紧急结构，包括更具成本效应的声音设施，更为谨慎且更易于设计成具有附加可能的方案，这些运输和临时性及紧急结构更具成本效应、更为可信和可定址，且进一步可证明能够迎合新兴的更高要求的建筑、膳宿、信息以及保密标准。本发明还可用于例如桌子、标记、吧台及任何其它元件组合的转换，这些元件具有足够的刚性和完整性从而可通过添加下文所述的磁致伸缩致动器而转换成音频输出。
根据本发明的另一方面，提供一种声音设备，其可能为但非局限于声耦接到面板的磁致伸缩致动器，用以提供多重功能性，其包括下列各项中的一些而非所有、且非局限于娱乐性音乐再现、外部布告、广告目的、地方布告、外部辅助紧急通告、多媒体再现和图像放大、对来自面板另一侧的外来噪音的主动声音屏蔽、面板或结构轨迹内的保密屏蔽及房间保密、或其内的局部保密屏蔽面板。此外，可包括防入侵者、反间谍或破坏行为侦测设备以作为该系统能力的一个功能，从而监控面板的状态。
通过对声压或实体压力(风声、实体攻击行为或攻击)作出反应，或通过在其上涂写时识别工具或笔的影响，该致动器还能够智能传感其外侧上的活动。
该系统的反间谍方面在我们的同在申请中的国际专利申请案PCT/GB02/01111有描述及主张。
对外部压力、声压或实体压力的侦测较佳是通过集成入致动器的传感器或通过远程传感器来执行，该远程传感器可连接到主体。此传感器可在主动核(active core)之上或之下集成入磁致伸缩致动器以充当Terfenol-D材料(或其它GMM)的次级功能或激发线上的压电设备。其可测量实际力，或其可测量反作用力。此传感器的功能为传感实际输出信号或传感以指令该主动设备。
在特定类型的涂鸦中，使用坚硬工具或类似物通过刻划而损坏玻璃表面。此对玻璃具有严重视觉影响，并且通常称为荷兰式涂鸦(DutchGraffiti)。另一种形式的涂鸦是通过标记笔(marker pen)和气溶胶喷射油漆来进行。在每种情况下，将通过集成式或独立安装的传感器，在所传感的玻璃或表面上侦测到不同声信号。在坚硬工具的情况下，可识别到250Hz到12KHz范围内的信号，并且可向控制器发送信号。
在抗涂鸦感测和外部周围噪音传感的情况下，可以多种方式对此进行判定。编码器接口盒将被设置成寻找其想要的一或多种类型的信号(通过判定预置序列或频率选择或其它手段)，例如标记笔或坚硬工具，或者其可被设置以寻找与例如飞机或交通噪音等关于上升的外部噪音的趋势。可理解，可使用任何数量的预置或学习算法来寻找和遮蔽或屏蔽或发出反相信号以补偿或减小所传感的噪音的影响。此可包括来自例如建筑工地等外部的噪音、来自相邻房间或空间的噪音、来自例如所述工具或攻击或破坏行为等特定信号的噪音，或者仅创建可屏蔽房间一部分内的对话或讨论的局部周围噪音隔板。
应理解，尽管将发出声音的表面或面板通常为矩形，例如当用作窗子时，但是本发明非局限于对具有任何特定形状或目的的智能表面的使用。
智能表面可为墙壁或门，或为天花板或地板、垂直面板、水平面板、桌子、较大结构的元件、或展示等等支持使用磁致伸缩致动器产生音频的足够刚性特征的任何构件。可将大量智能表面连接在一起以创建房间或通常由侧壁限制的一定体积的空间(例如，公共汽车候车亭)。房间可为单一模件，例如临时性建筑或独立隔室，或者其可为建筑物中多个房间的一部分。这些房间可为较大房间的区段，也可非完全由墙壁包围。这些房间可为静态的并且固定至底面，或者是可移动的并且为运输系统的一部分。可根据由使用相同发明的彼此间隔的智能表面所提供的不同功能性对这些房间进行再分，从而提供所述声音环境。
智能表面的构造可以变化，其共同特征为刚性(至少在一个轴向上)和尺寸，包括玻璃、塑料、金属、MDF、片状GRC、GRP、石膏板、清水墙、木嵌板或传统建筑业和运输业中所使用的任何其它材料。
智能表面可为复合构造，其使用不同类型的具有内芯和附加功能性表面的材料，例如用于临时建筑构造的隔热板，这些材料的特征为结构完整性外表面、太阳光发射板、泡沫芯材结构蜂窝芯、航空和航天铝蜂窝芯皱纹夹心板以及挤压聚碳酸酯或类似结构的薄片，以及作为其构成的组成部分的耐火膜。面板的质量可较低(小型窗面板)，或为悬挂或附着至适当支承结构的大块400+Kg玻璃板或单面天花板。
致动器较佳为超磁致伸缩材料(GMM)致动器，例如我们同在申请中的国际专利申请案PCT/GB02/01111中所描述及主张的类型，或为其按比例放大版本。較佳地，致动器是被谨慎地结合在该结构内，或结合在面板之中或之上，或之后装配，例如通过粘合剂或通过螺钉和装配架等物理保持系统。
通过本发明的任何方面而成的音频信号可为正音频信号或表观负音频信号，其可抵消高度周围声音的影响以用于所述的各种不同目的。
本发明的声音设备的另一应用是屏蔽或可感知地减小周围噪音。通过使该设备结合集成入其中或远程安装的传感器向、或能够在其物理位置的一定距离内集中声音的集成或远程话筒、以及可生成例如白或粉红噪音信号等对应于话筒或传感器所接收到的噪音的反相遮蔽或屏蔽信号的噪音降低或屏蔽控制器，可将该设备用于减小房间内可感知的噪音、进入房间的噪音或仅影响房间的一部分中的噪音。类似地，此可应用于房间定义之外的转换成音频发生器的结构。可配置噪音减小以使其具有广谱影响或减小所选频带的振幅。例如，通过配置布局，可在需要时通过周围噪音侦测来启动或通过接通使其被局部激活。以此方式，例如，可在开放式办公室或类似场所中提供临时性安静区段，无需在该区段周围提供高质量的墙壁，而仅通过激活天花板、地板或邻接的壁板。类似地，可通过激活所占用的床之上或之下的智能表面来提供医院中的患者隐私。此还具有向患者提供更为安静的环境而无需独立房间的优势。
在需要间歇性反应式智能表面时，例如可侦测和减小如传递入建筑物中的飞机噪音和建筑工地噪音等的窗和双层玻璃单元，较佳将传感器集成入致动器并且将致动器安装该外部玻璃面板上以便于更精确进行传感。
对建筑物管理方的日益提高的要求还增加了对提供对来自临时建筑外部和内部的声音隔离的需要。当前所用的构造方法在其可隔离的噪音的量方面受到限制，导致这些类型的建筑物不适用于人类居住，除非添加更多的材料(以及重量和成本)。将主动智能表面隔声板集成到这些建筑物的外部板壁能够使制造商遵守这些新的规则，而无需显著增加材料含量及重量。
主动智能表面可用于需减小或屏蔽外部轨道噪音或隧道噪音的火车中。
在他人主张致动器的定位精确性对面板性能具关键性之处，磁致伸缩的大功率输出使得致动器可谨慎定位在智能表面的拐角处或定位在不会影响用户视野(若为玻璃)或智能表面所具有的其它功能的其它适当位置。
可提供智能表面功能性的形式最为简单的系统为信号发生器，其向面板内或面板上的设备提供音频信号。此将位于编码器接口盒内、可理解，可将包括感测能力功能性的更为复杂的系统建构成此系统，当与数字信号处理系统组合时，可对任何特定智能表面进行监测和定址。因此，可通过处理器将警报或特定噪音减小信号发送到所识别的智能表面地址。此可包括激活外部设备，例如CCTV摄像机或安全设备。
需对编码器接口盒进行大量输入和输出。下文在图5中对此进行示意性展示。
编码器接口盒应为完全通用并且能够接受来自包括模拟和数字音频、话筒以及传感器等广泛设备的输入。
同样，此设备还可用于监控和影响多个设备的输出，如所述包括但非局限于磁致伸缩设备。
若此方法用于办公建筑，则装配有双向感测系统的任何窗口均可用作任何其它类似装配的窗口的通信装置，以充当内部通信或通信系统的一种形式。
由于各个设备可装配有其自身的信号放大器或从集中式处理器提供，因此在系统中任何点输入的能力可局限于限定体积或单一面板轨迹内的音频再现，或通过整个设施传输的音频再现。
此优势为允许储存集中式数位音频以分布在建筑物中的整个智能表面收纳或仅分布在局部定址表面上。
根据本发明的另一方面，提供一种噪音控制系统，其包含与刚性表面相关的话筒；连接到该话筒的控制构件，用以侦测周围声音并且配置以生成与所侦测到的声音反相的控制信号；以及一换能器，向其供应该控制信号，该换能器附着到该表面以致使该表面发出声波，该声波可减小话筒周围区域内的周围声音的振幅。
该换能器较佳包括超磁致伸缩材料(GMM)元件，其在音频磁场影响下的张力的改变可诱发声波进入该表面。
例如，该致动器可为在我们同在申请中的国际申请案WO 01/72084中揭示和主张的类型的致动器，但是也可使用其它形式的致动器。
已发现，通过使例如桌子或吧台等表面发出声波，话筒处的局部声能太小以至于不能导致系统中的音频反馈，但是所发出的所有能量足以实现显著噪音减小效应。应理解，由于所发出的反相声音或屏蔽信号是基于话筒所接收到的声音，因此在话筒附近噪音减小效应最大，而随着远离话筒逐渐变小。为了达到最佳效应，需要复数个话筒及相关致动器。
较佳配置该控制构件以对话筒所接收到的声音进行过滤，例如从声音减小过程中滤除话筒位置处的语音，由此允许在话筒范围内进行正常对话，同时减小背景噪音。
换能器可适当地附着到桌面的下侧，但是在不能实现此方式时，可将其附着到该结构的上表面或刚性部分。话筒可安装在该表面之上或该表面之下，该表面中具有一孔以允许接收到噪音。
本发明还提供一构件，其用以改变所发出的声音等级以使其高于周围噪音恒定的等级，并且用于修整所发出的语音外壳以使其处于所需的区域且避免不必要的噪音污染。其还可用于创建白或粉红噪音或音乐信号的外壳或幕帘，从而屏蔽私人对话以使其不会被他人无意中听到，或者创建可抑制外部噪音的区段以创建“安静”区域或可感觉到安静的区域。


了本发明的例示性实施例，其中图1是组合式声音致动器及传感器的示意性截面图；图2是致动器及传感器的替代性组态的类似视图；图3是双层玻璃窗面板的示意性截面图，其中安装有一根据另一实施例的组合式致动器及传感器；图4是类似于图3的视图，其展示安装在壁腔内的致动器及传感器设备；图5是根据本发明的控制器的电路方块图；图6是其上安装有噪音控制系统的桌子的视图；图7是图1中的系统的换能器的截面图；图8是适用于音频输出的标记显示器的正视图；图9是图8中的标记的俯视图；以及图10和11说明用于图8和9中所示的音频标记的致动器和波状外形装配架。
具体实施例方式
首先参照图1和2，该致动器基本上相同于我们同在申请中的国际专利申请案PCT/GB02/01111中所描述的致动器，其包括外壳1，该外壳1还充当反应物料且包含内芯2，该内芯2是由超磁致伸缩材料(″giantmagnetostrictive material，GMM″)元件构成，该超磁致伸缩材料(″GMM″)元件由电磁线圈所围绕且位于多个永磁铁之间。该元件受到弹簧3的预应力并且耦接到推进器4，而推进器4又连接到底座5，底座5在使用中被压向声波将传输入其中的表面。将压电感测元件6合并入致动器以传感该致动器所连接的表面内的声信号。在图1所示的实例中，感测元件6提供在底座5的外部表面上，而在图2所示的实例中，感测元件位于内芯2与外壳1的内表面之间。
图3和4说明使用中处于不同位置的不同类型的组合式声音致动器和感测元件。致动器/传感器设备30为我们的申请案PCT/GB2003/005616中所描述的类型，且具有在致动器主体32与枢轴安装在其上的底座33之间延伸的内芯31，其中弹簧连接使组件32和33保持在一起并向内芯31内的GMM元件提供预应力。在图3中，致动器30安装在密封双层玻璃窗单元的彼此间隔开的窗玻璃34与35之间，从而对一个窗玻璃起作用。压电感测元件36安装在底座33与窗玻璃35之间。在图4中，致动器30安装在石膏板墙壁或天花板构件41的内表面上，而石膏板墙壁或天花板构件41通常安装在板条42上，板条42附着至实心壁结构43。或者，墙壁可为间柱式结构或涉及石膏板或其它隔板的任何其它建筑结构。图4中的致动器30可相同于图3中的致动器，或者压电感测元件可合并入致动器，例如位于内芯31与主体32之间。
图5说明用于本发明系统的控制器的典型组态。该控制器包括中央处理器50，其具有用于例如音乐、通告或通信等的音频输入端51，以及连接到耦接至该控制器的致动器中的感测元件的传感器输入端52，例如图1至4中所示。包括一电力网供电53。还可提供备用电池。将音频输出54提供给功率放大器55。而功率放大器55例如可依序地连接到建筑物或车辆中的多个致动器或者可连接到单个致动器或向独立组的致动器。白噪音发生器56连接到处理器以回应于所侦测到的噪音向致动器或向所选的致动器提供声音-屏蔽输出，或例如是通过监视窗口或其它面板中的振动来防止间谍活动。噪音识别模组57将传感器所侦测到的声信号与声音标记库进行比较以识别面板上的潜在破坏性攻击，例如通过切割或刻划所产生的破坏性攻击，并且回应于对这种信号的侦测输出警报信号。警报信号可引起向所连接的面板和/或向相邻面板输出音频，并且还可通过通信接口58和通信链路59(例如RS232/RS488/IEEE 488.2/以太网)将讯息传输到远程监控位置。
图6说明安装在桌面中的典型配置，但是应理解，该系统非限制于使用桌子，或用于说明表面上。例如酒吧或饭店中的桌子具有桌面60，其中具有贯穿的中心孔61，该中心孔61中具有一话筒62以便将周围噪音转换成电信号，随后将该电信号馈入安装在例如桌面之下的控制器63。控制器63可适当地包括一中央处理单元，其被编程以执行过滤操作，此过滤操作将滤除话筒附近的语音并且随后对剩余信号进行移相，从而在通过换能器和桌面再发射出时，如下文所述，其十分接近周围声音，但是相位与其相差180度，由此至少在接近话筒的区域内大体上消除该声音。此效应为当坐在桌子边上的人向安装有话筒的桌子中心倾斜时可感受到周围噪音的减小，从而更易于听到对话。将来自控制器63的输出信号馈入附着至桌子底侧的GMM换能器64，下文将参照图7对其进行更为详细地描述，从而将音频信号耦合入桌面，该桌面随后充当扬声器以发出声音。
该系统的另一应用可为安装在服务台或吧台上，使得酒吧服务员或食品服务员能够听到构成该系统之部分的话筒附近的口头订单，而无需客户大声叫喊以克服一般背景噪音。
现参照图7，该GMM换能器包括一外壳65，例如由钢铁制成以向磁铁提供返回磁路，如下文所述，外壳65中具有一由超磁致伸缩材料构成的棒66(方便起见，其可包含两块端对端的GMM)，其中各端配置非磁性垫片67，例如由能够传递力的铝或陶瓷材料制成，以将GMM棒66自盘状磁铁68隔开，盘状磁铁68的直径大体上大于棒66的宽度。塑料内芯69用于定位且固持GMM棒66和垫片，并且承载电磁线圈70，该电磁线圈70通过电线(未图示)连接到独立的激发信号源。底座71将致动器所产生的力传递到所要位置。
应理解，本发明非局限于对特定组态的换能器的使用，图7中所示的换能器仅作为可用设备的一个实例。
尽管参照水平表面对该系统进行说明，但是应理解，声音辐射表面可为垂直表面，例如壁板。表面是否平坦并不重要。
图8展示一典型音频标记构造，其特征为磁致伸缩致动器72安装在空心结构柱73之内。音频发生器74还可与电源及需要时存在的AGC控制设备一起安装在空心柱73之内。空心柱73通过致动器和传输到附着至该柱的刚性视觉面板75的频率而被激活。
图9展示磁致伸缩致动器72和通过与符合其外型的装配架附着至空心柱73内侧的方法，以确保所有生成的信号传输通过该标记结构。
图10和图11展示磁致伸缩致动器72和与符合其外型装配架76的细节。
权利要求
1.一种音频系统，其包含一耦接到一主体的音频致动器，当通过控制器将音频信号供应至该致动器时，可致使该主体发出声音；以及一耦接到所述主体或耦接到一相邻主体的声音传感器，用以传感所述主体中的声振动，该传感器连接到该控制器，藉此配置，该控制器根据该传感器所传感的振动改变供应至该致动器的音频信号。
2.一种音频系统，其包含一耦接到一主体的音频致动器，当通过控制器将音频信号供应至该致动器时，可致使该主体发出声音；以及一耦接到所述主体或耦接到一相邻主体的声音传感器，用以传感所述主体中的声振动，该传感器连接到该控制器，藉此配置该控制器以侦测所传感的声振动的预定特征，并且回应于此输出修改信号。
3.根据权利要求1或2所述的音频系统，其中所述致动器和所述传感器耦接到相同主体。
4.根据权利要求3所述的音频系统，其中所述传感器合并入所述致动器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的音频系统，其中所述致动器为磁致伸缩致动器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的音频系统，其中所述传感器为压电设备。
7.根据前述权利要求中任一项所述的音频系统，其中所述主体为刚性或挠性面板。
8.根据权利要求7所述的音频系统，其中所述面板为建筑物或车辆的天花板、壁板、地板或窗玻璃。
9.根据前述权利要求中任一项所述的音频系统，其中配置所述控制器以在来自所述传感器的输出中侦测具有预定特征的声信号，并且将根据所述特征选择的音频输出信号供应到所述致动器。
10.根据权利要求9所述的音频系统，其中所述侦测特征表示周围噪音且所述输出信号为随机声音信号，例如白噪音或粉红噪音，其适合于提供对所述周围噪音的一定程度的屏蔽。
11.根据权利要求9所述的音频系统，其中所述侦测特征表示供应至所述致动器的音频信号的品质，且所述控制器适合于根据所述侦测特征来修正所供应的音频信号，从而改进该空间内多发出的声音。
12.根据权利要求2所述的音频系统，其中所述预定特征表示对所述主体的破坏性攻击。
13.根据权利要求1所述的音频系统，其中所述预定特征表示该空间内的人所发出的声音。
14.根据权利要求2、12或13所述的音频系统，其中所述修改信号引起听觉和/或视觉警报的输出。
15.根据权利要求13所述的音频系统，其中所述修改信号用以控制该空间内的照明和/或供热操作。
16.根据权利要求13所述的音频系统，其中所述修改信号用以控制对所述致动器的音频信号供应。
17.一种噪音控制系统，其包括一与刚性表面相关的话筒；控制构件，其连接到所述话筒以侦测周围声音并且经配置以生成与所侦测到的声音反相的控制信号；以及一换能器，向其供应所述控制信号，所述换能器附着至该表面以致使该表面发出声波，其可减小所述话筒附近区域内的周围声音的振幅。
18.根据权利要求17所述的噪音控制系统，其中所述换能器包括一超磁致伸缩材料(GMM)元件，其在音频磁场影响下的张力的改变诱发声波进入所述表面。
19.根据权利要求17或18所述的噪音控制系统，其包括用以从控制信号中过滤出所述话筒附近的语音的构件。
20.一种桌子，其中或其上安装有根据权利要求17、18或19中任一项所述的噪音控制系统。
21.一种吧台或柜台，其中或其上安装有根据权利要求17、18或19中任一项所述的噪音控制系统。
22.一种音频系统，其包括一耦接到一非平板主体的音频致动器，用以在通过控制器将音频信号供应到所述致动器时致使该主体发出声音。
23.根据权利要求22所述的音频系统，其中所述主体为管状主体。
24.根据权利要求23所述的音频系统，其中所述管状主体为一项街道附属设施或其支架。
25.根据权利要求24所述的音频系统，其中其中所述管状主体为标记(sign)的支撑柱。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的音频系统，其中所述管状主体的截面为非圆形。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的音频系统，其中所述音频致动器是安装在所述管状主体内。
28.根据权利要求22至27中任一项所述的音频系统，其中所述音频致动器为包括超磁致伸缩材料(GMM)元件的换能器，所述超磁致伸缩材料(GMM)元件在音频磁场影响下的张力的改变可诱发声波进入该表面。
全文摘要
根据本发明的一个方面，提供一种音频系统，其包括一耦接到一主体的音频致动器，当通过控制器将音频信号供应至致动器时，可致使主体发出声音；以及一耦接到主体或耦接到一相邻主体的声音传感器，用以传感主体中的声振动，传感器连接到控制器，藉此配置控制器以根据传感器所感应的振动改变供应至致动器的音频信号。在另一方面，本发明提供一种音频系统，其包含一耦接到一主体的音频致动器，当通过控制器将音频信号供应至致动器时，可致使主体发出声音；以及一耦接到主体或耦接到一相邻主体的声音传感器，用以传感所述主体中的声振动，传感器连接到控制器，藉此配置控制器以侦测所传感的声振动的预定特征，并且回应于此输出警报信号。
文档编号G10K11/00GK1843054SQ200480021886
公开日2006年10月4日 申请日期2004年6月2日 优先权日2003年6月2日
发明者布莱恩·道格拉斯·史密斯, 马汀·杰弗瑞·阿斯顿 申请人:Feonic公共有限公司