专利名称：扬声系统的制作方法
技术领域：
本发明是关于音响装置，尤其是关于扬声系统。
背景技术：
扬声系统为多个扬声单体以阵列、单列，或共平面等方式所排列的集合。 而在扬声系统中的各个扬声单体又可分别采用各种不同的设计，例如动圈式
(moving-coil)扬声器、压电式(piezoelectric)扬声器、或是静电(electrostatic)扬声 器等。许多传统的扬声器的体积较大，无法满足人们对轻、薄、短、小电子装 置的需求。为了能使扬声器更具可移植性，诸如平面型(planar)或可挠式(flexible) 扬声器皆被开发出来。在某些实施例中，轻薄且具可挠性的薄膜材质如聚二氟 亚乙烯(polyvinylidene fluoride, PVDF)薄膜可被应用于压电式扬声器上。
对于扬声系统或扬声单体而言，尚有一特征需要考量，此即扬声器的"指 向性"。指向性可通过对该扬声系统或扬声单体向各方发送声音的音压进行量 测而得。在某些应用中扬声系统实施了 "增益指向性(increased directivity)"， 使得声能或声波能朝特定方向或朝较窄小的区域传播。
多种方法用于提供较佳的扬声器指向性。例如，相位操控技术(steering technology)可被应用于控制音频的相位。又例如，超音波换能器可应用于参数 音响系统(parametric audio system)中，用以在非线性传输介质中产生音波信号 或超音波信号。特别的是，具有一般指向性的参数音响系统包括了组件诸如调 幅器、驱动放大器，及超音波换能器阵列。该调幅器对信号进行调变可使得声 波以超音波为载波而传送到一指定方向。 一个或一个以上的驱动放大器可用以 放大该调变信号，而具有超音波换能器的超音波换能器阵列可被用以产生超音 波，并沿一选定投射路径透过空气传播之。
由于空气对声波的非线性传播响应的特性，该调变信号或调变波可在透过 空气传播时被解调变，因而沿该选择路径再次产生被载送的声波。参数音响系 统中的换能器会被驱动放大器所驱动，然而，其所需的电压可能高达数百伏特。在一些实例中，在驱动放大器与换能器之间使用高压将会导致整个系统的成本 及尺寸因而增加。
因此，若能在某些应用中使用兼具指向性及可挠性的扬声阵列将会十分理
术百
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种扬声系统，在某些应用中使用兼 具指向性及可挠性的扬声阵列，使音响效果更好。
本发明的一实施例揭露了一种扬声系统，包括一音频接收接口、 一调变电 路、 一相位控制电路，以及多个扬声单元。其中该音频接收接口用以接收一音
频；该调变电路耦接于该音频接收接口，用以调变该音频的一低频成份以产生 一调变信号；该相位控制电路耦接该调变电路和该音频接收接口，用以接收该 调变信号及该音频的一高频成份以控制至少下列两者其中之一该调变信号的 一相位、该音频的该高频成份的一相位；该多个扬声单元耦接该相位控制电路， 用以依照该相位控制电路所提供的信号产生声波。
本发明另一实施例也揭露了一种扬声系统，包括一音频接收接口、 一调变 电路、 一相位控制电路、多个扬声单元，以及至少一声音侦测单元。该音频接 收接口用以接收一音频；该调变电路耦接于该音频接收接口用以调变该音频的 一低频成份以产生一调变信号；该相位控制电路耦接该调变电路和该音频接收 接口，用以接收该调变信号及该音频的一高频成份以控制至少下列两者其中之 一该调变信号的一相位、该音频的该高频成份的一相位；该多个扬声单元耦 接该相位控制电路，用以依照该相位控制电路所提供的信号产生声波；该至少 一声音侦测单元，耦接该音频接收接口、该调变电路、及该相位控制电路中的 至少一个，用以侦测声音并提供回馈控制所需的信号。
本发明实施例的扬声系统通过在某些应用中使用兼具指向性及可挠性的 扬声阵列，可以使音响效果更好。
为了让本发明能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细 说明如下。
图1为一扬声系统的方块图； 图2为另一种扬声系统的方块图； 图3为一实施例的静电扬声器的剖面图； 图4为另一实施例的静电扬声器的剖面图； 图5为一实施例的静电扬声系统的结构剖面图; 图6为一实施例的扬声阵列示意图 图7为具有不规则形状的扬声阵列示意图。主要组件符号说明
100 扬声器系统 105 控制系统 108 扬声器 110 信号控制电路 115 调变电路 118 相位控制电路 120 音源 — 125-超音载波产生单元 130~调幅器 140 预补偿器 210 信号控制电路 215~调变电路 218~相位控制电路 220~音源 250 噪声消除系统 255~麦克风 260 噪声预放大电路 265 相位延迟电路 270 混合器 300 静电扬声器 310a 电极 310b 电极320~隔膜
330a 空腔
330b 空腔
340a 3恥d 元素
350a 支持部
350b 支持部
400-静电扬声器
420~驻极体隔膜
500 可挠性驻极体扬声器
510a 可挠性封装
510b 可挠性封装
520 驻极体隔膜
具体实施例方式
本发明配合附图做详细的描述，然而非用以限制本发明。相反的，在不脱离后附的权利要求书范围中所界定的范围及精神，本发明当可做所有型式的更动及润饰。
图1为一扬声系统的方块图，该图与揭露的实施例一致。参照图1，扬声器系统100包括控制系统105及数个扬声器108。该控制系统105分别或联合地耦接至该扬声器108。在一实施例中，该控制系统105包括信号控制电路110、调变电路115以及相位控制电路118。该信号控制电路110用以自音源120接收音频，举例而言，透过一音频接收接口接收一个或一个以上的音频输入。
该信号控制电路110将该音频中的低频成份提供给调变电路115，而将该音频中的高频成分提供给相位控制电路118。举例而言，当从该音源120而来的音频包含低于20千赫(20KHz)的低频成份时，则该低频成份被导送至调变电路115。其低频临限值可依照不同的应用、设计及欲达成的音响效果而有所变更。当该音频包括高于40千赫(KHz)的高频成份时，则将该高频成份导送至相位控制电路118。在一实施例中，信号控制电路110可当作成一滤波器，如高通滤波器、低通滤波器，或上述两者的组合。图1中的调变电路U5在一实施例中，可包括超音载波产生单元125、调幅器130以及预补偿器140。为了响应该低频成份，信号控制电路110可将该低频成份提供给预补偿器140。预补偿器140可用来避免对该低频成份以一超音载波进行调变时所产生的线性失真。在该调幅器130中，预补偿器140所产生的预补偿信号会被由超音载波产生单元125所产生的超音载波所调变。而在调变之后，该调变信号会被提供至该相位控制电路118以进行相位控制及信号放大。该相位控制电路118所产生的放大信号会被输出至该等扬声器以产生音波，例如具有设计指向性的音波。在某些实施例中，可通过使用线性滤波器补偿调变后的信号以避免线性失真。
信号控制电路IIO用以将该高频成份导送至该相位控制电路118。相位控制电路118对该高频成份进行相位控制，并在某些实施例中进行信号放大。该放大信号会被输出至该扬声器108。
在某些应用中，扬声系统是操作于充斥各种背景声音及噪声的环境的。图2为另一种扬声系统的方块图，该图与揭露的实施例一致。参照图2，扬声系统包括了可用来消除部分或全部噪声的噪声消除系统250。该噪声消除系统250包括一个或一个以上的声音侦测单元(例如麦克风)255、 一噪声预放大电路260以及一相位延迟电路265。
麦克风255用以收集声音信息，例如从四周环境而来的杂音，并提供进行回馈控制或杂音控制所需的信号。由麦克风255收集而来的杂音信号被提供至噪声预放大电路260，而该噪声预放大电路260可产生与收集而来的信号相似、但相位反转180度的信号。该放大信号于是被供应至该相位延迟电路265以控制相位延迟或使相位差最小化。相位延迟电路265的输出接着被提供至混合器270，该混合器270则将该杂音消除信号与自音源220而来的音频合并。该合并的信号会被该信号控制电路210依照该信号的频谱提供至调变电路215或相位控制电路218或上述两者。该扬声器响应该放大信号而产生声波，其中该声波可消除部分侦测到的杂音。
扬声系统中的扬声单元可为一种或多种型式的扬声器的组合，这些型式包括静电扬声器、驻极体扬声器、可挠式驻极体扬声器、可挠式压电扬声器等。在实施例中使用 一静电扬声器。
图3为一实施例的静电扬声器的剖面图，该图与揭露的实施例一致。参照图3，静电扬声器300可依照库伦定律(Coulomb，s law)的原理操作。两隔膜上分别具有等量但极性相反电荷，能够在其上形成一股推拉力。在一实施例中，静电扬声器包括两个多孔电极310a与电极310b，以及界于两电极之间的一隔膜320。其中元素340a、 340b、 340c及340d可由绝缘材质制成，并可将隔膜320与电极310a及电极310b相阻隔而形成空腔330a及空腔330b，而隔膜320则可因此更自由地振动，并使得声波能被传送于封装之外。电极310a、电极310b及隔膜320可被支持部350a及350b所支持。
图4表示另一实施例的静电扬声器的剖面图，该图与揭露的实施例一致。参照图4，静电扬声器400包括驻极体隔膜420，而该驻极体隔膜420包含夹在两驻极体层之间的一导电层。本设计提供静电扬声器的另一种组态。
图5表示一实施例的静电扬声系统的结构剖面图，该图与揭露的实施例一致。参照图5，可挠性驻极体扬声器或扬声系统包括多个由可挠性支持部所支持的子区块。换句话说，图5中所示的各个封装可相对其他封装移动或扭转。在一实施例中，可挠性驻极体扬声器500包括置于可挠性封装510a及可挠性封装510b两者间的驻极体隔膜520。图5中所示的扬声单元可视为具有三个子区块的一扬声单体。将数个这种扬声单元合并及排列成一阵列即如图6所示。参照图6，其中每个长方形或正方形可表示一扬声装置，例如具有图6的封装的驻极体扬声器。该扬声装置包括界于两相邻单元间的可挠性支持部。在一实施例中，各单元具有边长为E的正方形外观并具有宽度为B的支持部。其中各个扬声装置的外形、尺寸及其间距离可随不同设计与应用而改变。可挠性封装510a以及可挠性封装510b可具有不同的形状，诸如方形、圆形、多边形，或如图7所示的任何规则或不规则的形状。这些封装的剖面形状同样可变更。
在一实施例中，具有多个扬声单元或具有多组电极的扬声系统可分别被控制。多个扬声单元间的互动与干扰需要被考量。举例而言， 一扬声器中的一驻极体或隔膜的运动可能会影响到其它单元中驻极体或隔膜的运动。因此必需考量扬声器间互动与干扰的效应。
假设在一实施例中有N组电极，则其中第i组电极对第j组电极所造成的振幅效应为Aij(",A)，而造成的相位效应为P，j(w,A)。矩阵[A]表示振幅效应而矩阵[P]表示相位效应，而各矩阵的大小为NxN，可透过测量或模拟而取得数据。矩阵[A]与[P]可随各扬声单元或电极的材质、尺寸或其它因子而改变。这些参数或参数矩阵可用来控制如何以信号驱动扬声器。
举例而言，可通过考量或补偿其它扬声器对特定一扬声器所造成的振幅效应、相位效应或综合效应，来调整施加于该特定扬声器的信号。或者，将不同信号供应至不同扬声器来改善听觉效果或扬声器的指向性等。在某些实例中，扬声器的频率分布或效应(如低频效应)可被调整或补偿。在一实施例中，可将一个或一个以上的预补偿电路耦接于一信号接收接口或信号输入端之间，以使这些信号在被放大或供应至扬声器单元前即被补偿或调整。
在一实施例中，一扬声系统中各个扬声单的设计或选用具有相当多不同的考量，例如封装形状、封装尺寸、隔膜尺寸、隔膜形状、隔膜材质及厚度等等。举例而言，调整上述因子其中一个即有可能影响到所产生声波的相位或其它特性。在一实例中，调整一个或多个因子如封装尺寸、隔膜尺寸、隔膜形状等可能会改变声波的相位，并且控制了声波的方向或指向性。在某些实例中，扬声阵列的综合特性以及该阵列中该多个扬声器的个别特性可被改变以调整该阵列的指向性或其它音响效果。
图1的相位控制电路118的输出信号在操作上可被供应至一个或一个以上的静电扬声器的电极。举例而言，该输出信号可被供应至图3中的电极310a与电极310b、图4的电极410a及410b，以及图5的电极或可挠性封装510a及可挠性封装510b。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1、一种扬声系统，其特征在于，包括一音频接收接口，用以接收一音频；一调变电路，耦接于该音频接收接口，用以调变该音频的一低频成份以产生一调变信号；一相位控制电路，耦接该调变电路和该音频接收接口，用以接收该调变信号及该音频的一高频成份以控制至少下列两者其中之一(1)该调变信号的一相位；以及(2)该音频的该高频成份的一相位；以及；多个扬声单元，耦接该相位控制电路，用以依照该相位控制电路所提供的信号产生声波。
2、 根据权利要求1所述的扬声系统，其特征在于，该音频接收接口包括 一信号控制电路用以将该音频的该低频成份提供给该调变电路并将该音频的 该高频部分提供给该相位控制电路。
3、 根据权利要求1所述的扬声系统，其特征在于，该调变电路还包括一预补偿电路，用以在对一载波以该音频的该低频成份进行调变时补偿一失真。
4、 根据权利要求3所述的扬声系统，其特征在于，该载波包括一超音波 信号。
5、 根据权利要求1所述的扬声系统，其特征在于，该相位控制电路包括 一放大器，用以放大该调变信号及该音频的该高频成份。
6、 根据权利要求1所述的扬声系统，其特征在于，还包括一噪声消除电 路，耦接于该音频接收接口，用以移除一背景的噪声。
7、 根据权利要求6所述的扬声系统，其特征在于，该噪声消除电路包括 至少一麦克风用以侦测该噪声。
8、 根据权利要求7所述的扬声系统，其特征在于，该噪声消除电路还包 括一噪声预放大电路，耦接至该至少一麦克风，用以放大收集而来的噪声并产 生一噪声消除信号。
9、 根据权利要求8所述的扬声系统，其特征在于，该噪声消除电路还包 括一相位延迟电路以控制该噪声消除信号中的一相位延迟。
10、 根据权利要求9所述的扬声系统，其特征在于，该音频接收接口接收 该噪声消除信号，并将该噪声消除信号与该音频合并。
11、 根据权利要求1所述的扬声系统，其特征在于，该扬声单元包括静电 扬声器、驻极体扬声器、可挠式驻极体扬声器和可挠式压电式扬声器中至少一 个。
12、 根据权利要求1所述的扬声系统，其特征在于，该音频的该低频成份 不含超过20千赫以上的频率。
13、 根据权利要求1所述的扬声系统，其特征在于，该音频的该高频成分 不含低于40千赫以上的频率。
14、 一种扬声系统，其特征在于，包括-一音频接收接口，用以接收一音频；一调变电路，耦接于该音频接收接口，用以调变该音频的一低频成份以产 生一调变信号；一相位控制电路，耦接该调变电路和该音频接收接口，用以接收该调变信 号及该音频的一高频成份以控制至少下列两者其中之一(1) 该调变信号的一相位；以及(2) 该音频的该高频成份的一相位；多个扬声单元，耦接该相位控制电路，用以依照该相位控制电路所提供的 信号产生声波；以及至少一声音侦测单元，耦接该音频接收接口、该调变电路、及该相位控制 电路中的至少一个，用以侦测声音并提供回馈控制所需的信号。
15、 根据权利要求14所述的扬声系统，其特征在于，该音频接收接口包 括一信号控制电路用以将该音频的该低频成份提供给该调变电路并将该音频 的该高频部分提供给该相位控制电路。
16、 根据权利要求14所述的扬声系统，其特征在于，该调变电路还包括 一预补偿电路，用以在对一载波以该音频的该低频成份进行调变时补偿一失 真。
17、 根据权利要求16所述的扬声系统，其特征在于，该载波包括一超音 波信号。
18、 根据权利要求14所述的扬声系统，其特征在于，该相位控制电路包括一放大器，用以放大该调变信号及该音频的该高频成份。
19、 根据权利要求14所述的扬声系统，其特征在于，该声音侦测单元包 括至少一麦克风以侦测一背景的噪声。
20、 根据权利要求14所述的扬声系统，其特征在于，还包括具有一噪声 预放大电路的一噪声消除电路，耦接于该声音侦测装置，其中该噪声预放大电 路用以放大收集而来的噪声并产生一噪声消除信号。
21、 根据权利要求20所述的扬声系统，其特征在于，该噪声消除电路还 包括一相位延迟电路以控制该噪声消除信号中的一相位延迟。
22、 根据权利要求21所述的扬声系统，其特征在于，该音频接收接口接 收该噪声消除信号，并将该噪声消除信号与该音频合并。
23、 根据权利要求14所述的扬声系统，其特征在于，该扬声单元包括静 电扬声器、驻极体扬声器、可挠式驻极体扬声器和可挠式压电式扬声器中至少一个。
24、 根据权利要求14所述的扬声系统，其特征在于，该至少一声音侦测 单元耦接该噪声消除电路，该噪声消除电路耦接至该音频接收接口并产生用以 消除一噪声的音频。
全文摘要
本发明提供一种扬声系统，包括一音频接收接口、一调变电路、一相位控制电路，以及多个扬声单元。其中该音频接收接口用以接收一音频；该调变电路耦接于该音频接收接口，用以调变该音频的一低频成份以产生一调变信号；该相位控制电路耦接该调变电路和该音频接收接口，用以接收该调变信号及该音频的一高频成份以控制至少下列两者其中之一该调变信号的一相位、该音频的该高频成份的一相位；该多个扬声单元耦接该相位控制电路，用以依照该相位控制电路所提供的信号产生声波。
文档编号H04R3/12GK101656904SQ20091011782
公开日2010年2月24日 申请日期2009年3月6日 优先权日2008年2月22日
发明者吕英毅, 吴文中, 李世光, 柯文清, 萧文欣, 贺仁萱, 郑志强, 陈嘉伦, 黄继德 申请人:财团法人工业技术研究院