专利名称：具有几何和电子辐射控制的公共广播系统的制作方法
技术领域：
本发明的目的为一种系统，其涉及具有声音的布线声音反射位置。为在这些位置中获得声音的良好清楚度和良好话音可解性，扬声器必须在朝着听众的方向上辐射，以便由听众感知的直达声音(直接从扬声器传播到听众的声音)相对于在通过位置的墙壁的反射后达到它的声音的能量，具有相当大的能量。此外，扩声系统必须确保广播的地区的声音覆盖率尽可能地均匀。由于听众通常位于有效表面区的水平面上，应当考虑具有在垂直平面中发音和在水平面上很少发音的柱式扬声器。
背景技术：
图1描述典型的结构。扬声器(11)必须在听众所处的整个区(12)上以及尽可能宽的频带上产生尽可能均匀的声级。此外，如我们所看到的，必须最小化朝除了朝向听众方向的任何地方辐射的声能以便最小化该位置的反射并到达听众的能量。
已经提出了两种类型的方法来实现该目的几何控制的网络和电子控制的网络。
2-1几何控制的网络已知声音覆盖率的目标，可以追溯扬声器必须辐射的声波波前的形状。专利FR2626886和源于其的专利描述了允许生成接近该目标的波前的系统。该原理使用通过扩音器在其一端上激励，并通过在其另一端上的细长矩形开口辐射的圆柱形波导管。波导管的形状使得辐射声场类似由细长形状的矩形阀(piston)辐射的生场。通过重叠这些波导管中的几个，以及将一些波导管相对于其他波导官倾斜，由此可以达到所需的波前形状，并可以达到声音覆盖率的期望目标。图2通过连接到八个扩音器(21)的八个如在专利FR2626886中所述的波导管(22)的重叠，生成波前(23)，示例说明该原理。专利FR2813986和源于其的那些专利描述允许实现相同目标的另一波导管。
然而，波前的几何合成的原理不可避免地导致扬声器的曲面形状。由此，如果意图竖直地安装扬声器，例如安装在墙壁或支柱上，将难以适用。
主题为“Vertical Array Type Speaker”的专利US5590214提出了一种系统，包括两列彼此面对安装并通过垂直狭缝辐射的扩音器组成。然而，该系统未设计成生成确保均匀的声音覆盖率的波前。
2-2电子控制网络为生成所需波前，也能使用由雷达获得的传统扩音器的网络和典型的滤波技术。图3示例说明使用经滤波器(32)和功率放大器(33)连接到扩音器(34)并在该图中标记为Rn的延迟(31)来逼近所需波前(35)的原理。因此，例如，以所示距离间隔的扩音器的线性和常规网络当选择下述Rn＝(n-1).a/c/sin()时，已经生成沿方向定向的波前，c是声速，n是扩音器指数。滤波器(32)的适当使用允许最小化辐射声场的结构的频率变化。专利WO0304780描述了这种类型的系统。不幸的是，使用有限多个扩音器(网络是离散的并不连续)的事实引发降低音质的主要振幅的副瓣。这些副瓣具有提供的全部较大的振幅，主瓣的方向从常规偏离到网络。
专利EP0791279和与之有关的那些专利提出了这种类型的系统，以及要求保护放置扩音器的原理，该原理为将规则地间隔的扩音器放置在扬声器的部分上，然后对数地间隔。该原理使得限制所需扩音器的数量成为可能，但导致在所有扩音器上的不均匀功率分布，从而导致比如果在所有扩音器上均匀地分布功率更小的最大辐射声级，与在几何网络中的情形相同。
电子控制网络具有通过简单地作用于过滤参数，能将辐射场的结构控制到某一程度而不需要机械改变系统的优点。相反地，其具有生成在高频率处的高振幅的副瓣的缺点，即当波长小于或等于扬声器相隔的距离时(空间采样标准)。
所谓WFS(“波场合成”)技术也实现由延迟、滤波器和功率放大器电子控制的扩音器的网络。通过应用Huygens原理，延迟和滤波器的适当的控制使得可以生成对应于在空间中的指定位置所处的虚源的波前成为可能。因此，这也称为“空间化”。通过扩展，已经使用该技术来记录和再现声音，以及在室内音效中用来在室内或室外模拟另一房间的音效(见例如专利EP0335468，US5452360等等)。已经在WFS的框架内实现扩音器的弯曲网络(见Evert W.Start的文章“Application of Curved Arrays in Wave Field Synthesis”，预印(Preprint)No.4143，100thAES大会(Convention)，1996)。专利EP12099498和与之有关的专利描述了通过特定类型的扩音器的WFS的实现。MarkS.Ureda的文章“Wave Field Synthesis with Horn Arrays”(PreprintNo.4144，100thAES大会(Convention)，Copenhagen，1996年5月)描述了通过喇叭形扩音器实现WFS。
在所有这些工作中，目的是能生成可变形状的波前，以及扩音器发射轴的方向垂直于网络。专门通过电子参数(主要是延迟和滤波器)而不是通过改变扩音器的方向，如我们已经讨论过的几何控制网络的情况。
发明内容
作为本发明的目的的系统的优点是将几何网络的优点与电子控制网络的优点结合，其允许辐射声场的显著控制，通过在所有扩音器上的均匀分布，优化最大发射功率并最小化旁瓣，同时具有允许易于集成诸如应用于墙壁的直线形状。
为实现此，本发明的目的是扩声系统，其允许将广播的地区的均匀声音覆盖，比较电声源的网络，每一电声源散布(diffuse)由延迟所延迟的、滤波器所滤波以及系统的输入信号放大器所放大的型式(version)，其特征在于，所述网络基本上是直线和垂直的，由电声源的发射轴与网络的法线形成的角度θ为θN＞θn-1其中，n是从系统的顶到底增序编号的电声源的下标，以及延迟对角度θ起作用以便该设备生成对应于将广播的地区的所需声音覆盖的形状的波前。
最好选择电声源的倾角θ，使得对于每个一电声源，将所述电声源的中心与所述电声源的发射轴和期望波前之间的交叉点分开距离d为最小。延迟基本上为对n＞1，Rn＝Rn-1+(dn-1-dn)/c，Rn是与第n个电声源有关的延迟(按秒计)，R1是任何值，c是以m/s计的声速，距离d用米表示。
在电声源均为相同高度的情况下，对于n＞1，在上面给出的延迟的定义基本上对应于Rn＝Rn-1+an-1/c.sin((θn+θn-1)/2)，R1是任何值，an是第n个电声源的中心与第(n+1)的中心分开的距离(按米计)，以及角度θ用弧度表示。
通过参考附图，阅读实施例的下述描述，将很好地理解本发明，其中图1表示传统的扩音结构；图2表示根据现有技术的几何控制网络的原理；图3表示根据现有技术的电子控制网络的原理；图4表示以纵切面看的本发明的原理；图5表示在扬声器中安装的扩音器网络的前视图；图6表示具有基本的矩形膜的扩音器的前视图；图7以前视图的形式，表示扩音器与矩形和圆形膜的组合；
图8表示纵切面所看到的本发明的实施例，其中，电声源由扩音器组成；图9表示纵切面所看到的本发明的一个实施例，其中，电声源具有不同高度。
具体实施例方式
图4利用纵切面针对八个电声源的情况显示了本发明的原理。N个电声源(1)的网络连接到延迟(3)、滤波器(4)和功率放大器(5)。垂直排列和定向电声源(1)以便与以适当方式选择的一组延迟(3)结合，它们产生对应于将广播的区上的期望声音覆盖的期望形状的波前(6)。当然能变换滤波器和延迟的位置，以及能从功率放大器上游插入其他部件(例如限幅器)。将要扩散的输入信号经由延迟(3)、滤波器(4)和放大器(5)施加到所述电声源。
由此，本发明的独创性包括同时在几何方面和电子方面起作用从而生成所需波前(6)。前者通过网络的电声源(1)的方向和定位起作用，而后者尤其通过延迟(3)补偿电声源(1)间的空间间隔而起作用。。
参考图4，第n电声源的倾角θa设置为对所有电声源，使所述电声源的中心与所述电声源的发射轴与所需波前之间的交叉点分开的距离dn为最小。
由于从顶部到底部编号电声源(1)，那么连接到第n电声源的延迟Rn必须是在N时，对n＝2，Rn＝Rn-1+(dn-1+dn)/c，c是声速(以m/s计)，以及N是电声源的数量(Rn按秒计，dn按米计)。可以采用R1＝0或任何其他值。应注意到存在所出现的差值dn-1-dn，由此上述定义不由波前传播而定。
电声源(1)的高度称为底部与所述源的顶端分开的距离。根据上述原理，以及在电声源均为相同高度的情况下，对在N时，对于n＝2，根据公式Rn＝Rn-1+(an-1/c)sin(θn+θn-1)/2，延迟(3)的值能再次表示为电声源(1)的倾角θ(以弧度计)的函数，Rn是连接到第n电声源的延迟(按秒计)，R1是任何值，an是将第n电声源与第(n+1)电声源分开的距离(按米计)，以及c再次为声速(以m/s计)。
在系统位于将要广播的地区上的传统情况下，该原理导致υn＞θn-1的一组角θ。
因此，一组角θ和延迟(3)的值对应于波前(6)的一种形状以及一种给出类型的电声源。然而，通过指定稍微不同于由上述给出的公式导出的延迟(3)值，以及通过可选地作用在滤波器(4)的增益和频率响应上，可以生成不同于对应于角组θ的波前。这允许例如对于处于与所设计(倾角)的高度不同的列的定位效果的部分校正，或者对于在由所考虑的位置的声现象产生的某一区中的不适当的声级的校正。
如果电声源不是均相同，那么也将使用滤波器(4)来校正在它们的频率和/或时间响应特性之间存在的差值。
通过具有适当软件的数字信号处理器(DSP)，能实现滤波器(4)和延迟(3)。
对所有其他类型的网络而言，网络的长度是本发明的主要参数。它越长，网络允许覆盖的地区更大，并且低频时覆盖的均匀度更好。
在本发明的第一实施例中，电声源(1)是直接辐射扩音器，这些扩音器最好具有基本上矩形的膜。当每一扩音器以与扩音器间允许的间隙一样高的矩形活塞的方式发射时，获得在副瓣抑制方面的最佳性能。图5表示在扬声器(52)中安装的扩音器(51)的网络的前视图，辐射面最好基本上是矩形的，在垂直面中可能稍微弯曲以便更好顺应待恢复的波前的形状。图6表示从前看具有基本上矩形的膜(61)的扩音器。
在本发明的第二实施例中，电声源(1)是通过波导管辐射的扩音器。每一波导管通过基本上矩形的孔发射以便特定声速在辐射开口的任何点处在任何时刻基本上是相同的。事实上，当波导管如由矩形活塞所实现的通过矩形口发射时(例如在先前已经提过的专利FR2626886和FR2813986中所述)，以及它们的高度与波导管之间的间距所允许的一样大时，获得在副瓣抑制方面的最优性能。
在本发明的第三实施例中，电声源(1)是扩音器组，相同组的所有扩音器均处于相同的平面中，并排排列并且由相同的电信号激激励。由此组成相同组的扬声器以便该组基本上在所考虑的频带中如矩形活塞进行发射。事实上，对于对应于处在相邻扩音器之间的距离的较低波长，在一个扩音器组中的小扩音器的规则组合的辐射接近组合大小的活塞的辐射。图7从膜的侧端的前面看，提供将扩音器组合成用于具有矩形膜和圆形膜(71)的一组扩音器的两个例子。图8示例说明在八个4个扩音器的组的情况下本发明的实施例。该图除了由扩音器组(81)代替电声源(1)外与图4相同。
在本发明的另一实施例中，电声源(1)具有不同高度，每一源的高度基本上是相关角度θ的函数其越小，源的高度越高。这由图9进行描述，其中，下标(1)、(2)、(3)、(4)、(5)和(6)具有与图4中相同的含义。该实施例具有最小化列的深度的优点，在图9中用p表示。延迟(3)再次基本上为对n＞1，Rn＝Rn-1+(dn-1+dn)/c，Rn是连接到第n电声源的延迟(按秒计)，R1是任意值，c是以m/s计的声速，距离d用米表示。
电声源(1)能安装或固定在相同扬声器(2)上。电声源(1)的膜的后表面能每个在由扬声器(2)分开产生的独立体积中辐射，或能都在相同体积中辐射。事实上，对于大于扩音器的谐振频率的频率，它们基本上受它们的可移动质量，而不是由在后面充气它们的气体容积的劲度来控制。
在本发明的另一实施例中，每一电声源(1)安装在专用于它的扬声器上，以及使用机械系统根据如上所述的定位和定向原理组合扬声器。换句话说，电声源(1)附着到彼此机械连接的扬声器上。该实施例使得可以针对系统的给出定位和期望声音覆盖，最优地调整电声源(1)的方向。
通过具有适当软件的数字信号处理器(DSP)，可实现延迟(3)和滤波器(4)。
延迟(3)、滤波器(4)和放大器(5)能安装在扬声器(2)中或能保持在扬声器外。
权利要求
1.公共广播系统，能够对要广播的地区进行均匀声音覆盖，包括电声源(1)的网络，每一电声源(1)扩散由延迟(3)所延迟的、滤波器(4)所滤波，以及系统的输入信号放大器(5)所放大的型式，其特征在于，所述网络基本上是直线和垂直的，由电声源(1)的发射轴与网络的法线形成的角度θ为θn＞θn-1，其中，n是从系统的顶到底按增序编号的电声源(1)的下标，以及延迟(3)与角度θ协作以便所述系统生成对应于要广播的地区的理想的声音覆盖的形状的波前。
2.如权利要求1所述的系统，其中，选择电声源(1)的倾角θ的角度以便对每一电声源(1)，使所述电声源的中心与所述电声源的发射轴和理想波前之间的交叉点分开的距离d为最小。
3.如权利要求1和2的至少一个所述的系统，其中，延迟(3)基本上对于n＞1为Rn＝Rn-1+(dn-1-dn)/c，Rn是连接到第n个电声源的延迟(按秒计)，R1是任何值，c是以m/s计的声速，距离d用米表示。
4.如权利要求1至3的至少一个所述的系统，其中，电声源(1)是直接辐射扩音器。
5.如权利要求4所述的系统，其中，扩音器配置有基本上矩形的膜。
6.如权利要求1至3的至少一个所述的系统，其中，电声源(1)是通过波导管辐射的扩音器。
7.如权利要求6所述的系统，其中，每个波导管通过基本上矩形的开口辐射以便特定声速在任何时刻在辐射开口的任何点基本上是相同的。
8.如权利要求1至3的至少一个所述的系统，其中，电声源(1)是扩音器组。
9.如权利要求8所述的系统，其中，同一组的扩音器是相邻的、位于相同的平面中，并结合以便该组在所考虑的频带中基本上如矩形活塞进行辐射。
10.如权利要求1至9的至少一个所述的系统，其中，电声源(1)固定在相同扬声器(2)上。
11.如权利要求1至9的至少一个所述的系统，其中，电声源(1)附着到彼此机械连接的扬声器。
12.如权利要求1所述的系统，其中，电声源(1)具有不同高度。
全文摘要
本发明涉及一种用于实现对于公共广播区域的均匀声音覆盖的声音装置，其包括电声源网络(1)，其中每个电声源(1)扩散由延迟(3)延迟、由滤波器(4)滤波以及由输入信号放大器(5)放大的型式。该发明装置的特征在于所属网络基本上是直线形的和垂直的，由电声源(1)的辐射轴和网络的法线形成的角度θ选择为θ
文档编号H04R5/02GK1965608SQ200580009550
公开日2007年5月16日 申请日期2005年3月11日 优先权日2004年3月25日
发明者格扎维埃·梅尼亚尔 申请人:活动音频公司