声音系统及其操作方法

专利名称：声音系统及其操作方法
技术领域：
本发明涉及声音系统及其操作方法，特别地但并非唯一地涉及空间多声道信号 (如立体声或环绕声音信号)的再现。
背景技术：
声音的立体声再现多年以来在录制的音乐和其它应用方面已经流行，而近年来， 具有多于两个声道的较高的多声道声音再现日益变得普及，如例如由环绕声音系统的普及 性所证实的那样。然而，传统的多声道声音再现具有某些固有的缺陷和限制。例如，传统的 系统要求各个扬声器对于每个声道具有与期望的声源位置相应的位置。但是，用户将扬声 器置于特定位置通常是不现实的，并且希望的是能够提供具有对扬声器位置的减少的约束 的和/或来自较少的位置和/或扬声器的多声道声音再现。而且，为了使听众体验强的空间声音再现，通常有必要使听众处于小的区域(经 常被称为“最佳听音位置(sweet spot)”)内。例如，为了体验立体声再现的实际声舞台， 需要使听众处于距两个扩音器距离相同之处，并且优选地处于由听众和两个扩音器构成的 等边三角形的角上。然而，这一般是不方便的或不现实的，因为声音再现经常并不在专门的收听环境 中进行。例如，对于消费系统而言，扬声器的位置和收听点通常由许多其它的要求(比如房 间布局、家具位置等)来决定。再者，例如当不同的听众可能位于不同的位置(例如在房间 内布置有各种家具)时，经常应满足多个收听位置。为了解决这样的缺陷，已经引入了一些产品来特别使用较少的扬声器位置。例如，已经提出使用全向扬声器，其在所有方向上同等地传播，导致室内均质的声 音分布。尽管这可能允许用户放置扬声器的自由度增加，但它倾向于导致声舞台不宽阔。实 际上，这样的系统倾向于产生扩散的声音，该声音不包含用于用户的许多强的空间提示，从 而导致退化的空间体验。还已提出，处理供给例如立体声扬声器的信号，使得将体验到这些信号是源自比 立体声扬声器的位置更远一些的地方。信号的处理典型地使得源自信号处理和从扬声器到 听众的音频声道的总传递函数将对应于来自位于虚拟位置的扬声器的音频声道的虚拟传 递函数。因此，该虚拟传递函数被估计并用于确定信号的处理。然而，尽管这种方法能够产 生虚幻或虚拟源(例如间隔宽的扬声器)，并可以衰减来自扬声器的直达声，其结果趋于对 从扬声器到听众的音频声道的传递函数的变化高度敏感。因此，该方法对听众位置的变化 高度敏感，并且通常要求听众位于小的最佳听音位置区域内。此外还已提出使用扬声器阵列，其中用于多个面朝前方的驱动器的信号被单独地 处理，以便在听众处产生期望的响应。信号的处理是复杂的，并且典型地包括音频波束形成 算法、陷波生成算法等。尽管在许多实施例中这样的扬声器阵列和复杂的处理可以提供有 利的性能，但是它们也趋于复杂、昂贵且相对较大。因此，改进的声音系统将是有利的，具体地，允许灵活性增加、实施便利、扬声器位
4置和/或扬声器的数量减少、尺寸减小、复杂性降低、成本降低、扬声器位置独立性增加、收 听位置独立性增加、最佳听音位置增加、声舞台更宽阔、空间感改进和/或性能改进的声音 系统将是有利的。

发明内容
因此，本发明寻求优选地单独或以任意组合缓解、减轻或消除上述缺陷中的一个 或多个缺陷。按照本发明的一个方面，提供了一种用于产生声音的声音系统，该系统包括第 一音频驱动器装置，用于发出第一音频信号并具有第一轴上方向；第二音频驱动器装置， 用于发出第二音频信号并具有第二轴上方向，第一轴上方向和第二轴上方向之间的角度大 于90° ；第三音频驱动器装置，用于发出第三音频信号并具有第三轴上方向；第一轴上方 向和第三轴上方向之间的角度大于45°，且第二轴上方向和第三轴上方向之间的角度大于 45° ；第一驱动装置，用于从第一信号产生用于第一音频驱动器装置的第一驱动信号，该第 一驱动装置和第一音频驱动器装置一起具有第一相位响应；第二驱动装置，用于从第二信 号产生用于第二音频驱动器装置的第二驱动信号，该第二驱动装置和第二音频驱动器装置 一起具有第二相位响应；以及第三驱动装置，用于从第二信号产生用于第三音频驱动器装 置的第三驱动信号，该第三驱动装置和第三音频驱动器装置一起具有第三相位响应，并且 第一信号、第二信号和第三信号包括至少一个公共信号分量；其中，在高于第一频率的频率 间隔内，第一相位响应偏离第二相位响应在90°和270°之间；并且第三相位响应是变化 的相位响应，其变化在最接近第一相位响应的第一相位间隔和最接近第二相位响应的第二 相位间隔之间。在许多实施例中，本发明可以允许性能得到改进。特别地，在许多实施例中，本发 明可以提供对扬声器位置和/或收听位置的敏感性降低的收听体验。特别是通常可以实现 最佳听音位置增加。本发明可允许用户体验得到改进，并且在许多应用中可使得被感知的声舞台更宽 阔。在许多实施例中，本发明可允许声舞台感知比从传统的立体声扬声器设置将获得的声 舞台感知更宽。在许多实施例中，本发明可允许在大的收听区域内体验宽声图像。特别地， 这可以从尺寸减小的声音系统实现，并且特别是可以使用单个扬声器装置，要求仅提供单 个扬声器位置。另外，在许多实施例中，本发明可以允许尺寸、复杂性和/或成本降低。第三相位响应可以被认为是处于最接近给定相位响应的相位间隔内，如果这两个 响应之间的相位差小于给定门限。确切的门限可依赖于各实施例，但是对于门限20°，典 型地可实现特别有利的性能，并且对于门限5°，典型地可实现甚至更为有利的性能。等同 地，可相对于到最远的相位响应的相位差来定义间隔。例如，如果第三相位响应到第二相位 响应的相位差超过给定的门限，则第三相位响应可被认为是处于第一间隔内，并且如果到 第一相位响应的相位差超过给定门限，则处于第二间隔内。根据各实施例的优先选择和要 求，所述门限例如可以是30°、90°、120°、145°或170°。对于所有频率，第一和第二相 位间隔可以明确地是非重叠的，并且可以典型地相差至少45°。变化的相位响应可以是从第一相位间隔到第二相位间隔和/或从第二相位间隔到第一相位间隔。该变化的相位响应包括第一和第二相位间隔之间的至少一次转变。在某些实施例中，对于第一轴上方向和第三轴上方向之间的角度大于80°，和/ 或第二轴上方向和第三轴上方向之间的角度大于80°，可以实现性能改进。在许多实施例中，第三轴上方向可以平分第一轴上方向和第二轴上方向之间的角 度。具体地，声音系统可以被设置成使得第一音频驱动器装置和第二音频驱动器装置围绕 第三轴上方向基本对称。在许多实施例中，对于第一和第二音频驱动器装置的音频驱动器之间的距离小于 50cm或者通常更为有利的是小于30cm，可以实现性能改进。第一频率尤其可以是400Hz或800Hz和/或频率间隔可以具有至少1、3或5kHz 的带宽。 按照本发明的可选特征，相位变化包括频率间隔内的频域变化。这在许多实施例中可以允许性能改进和/或实施便利和/或复杂性降低。按照本发明的可选特征，第三相位响应处于所述频率间隔的至少第一频率子间隔 中的第一相位间隔内以及所述频率间隔的至少第二频率子间隔中的第二相位间隔内。这在许多实施例中可以允许性能改进和/或实施便利和/或复杂性降低。第一频率子间隔和第二频率子间隔中的每一个特别地可以具有至少200、400、 800Hz的最小带宽和/或500Hz、IkHz或3kHz的最大带宽。在某些实施例中，第三相位响应在所述频率间隔的至少第一频率子间隔内相对于 第一相位响应具有小于20°的相位差，并且在所述频率间隔的至少第二频率子间隔内相对 于第二相位响应具有小于20°的相位差。按照本发明的可选特征，第三相位响应在所述频率间隔内具有第一相位间隔和第 二相位间隔间的最小两次转变。这可允许性能得到改进。特别地，它可以允许空间感增加和/或与扬声器和/或 收听位置的独立性增加。按照本发明的可选特征，第三相位响应在所述频率间隔内具有第一相位间隔和第 二相位间隔间的最大六次转变。这可以允许性能得到改进，并且可以例如降低所感知的音频质量退化。特别地，它 可以允许所感知的音频质量和空间感增加和/或与扬声器和/或收听位置的独立性增加之 间的折衷得到改进。按照本发明的可选特征，第三驱动装置包括至少一个具有频率变化相位响应的全 通滤波器。这在许多实施例中可以允许性能得到改进和/或实施便利和/或复杂性降低。按照本发明的可选特征，相位变化包括时域变化。这在许多实施例中可以允许性能改进和/或实施便利和/或复杂性降低。特别地， 它在许多实施例中可以允许相位变化便利和/或音频质量感知得到改进。在某些实施例中，相位变化可包括时域变化和频域变化两者。按照本发明的可选特征，声音系统还包括用于仅从立体声信号的第一信号生成所 述第一信号、仅从立体声信号的第二信号生成所述第二信号以及从该立体声信号的第一和 第二信号两者生成所述第三信号的装置。
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该声音系统可提供改进的立体声信号再现。特别地，可提供更宽的声图像和/或 可实现扬声器增加和/或用于立体声信号感知的收听位置独立性增大。此外，该特征可允 许生成改进的立体声图像，并特别地可以允许来自所接收信号的立体声特性被愈来愈多地 保留在所生成的声音信号中。所述第三信号特别地可以被生成为来自该立体声信号的第一和第二信号的平均 或(缩放或加权)总和。特别地，该第三信号可被生成为所接收的立体声信号的单声道分量。在某些实施例中，声音系统可包括用于仅从环绕信号内的一侧信号生成第一信 号、仅从该环绕信号内的另一侧信号生成第二信号并且从该环绕信号的至少一个中心信号 生成第三信号的装置。该声音系统因此可以提供环绕声信号的改进的再现。按照本发明的可选特征，第一相位响应和第二相位响应使得第一音频信号和第二 音频信号的公共信号分量基本异相。这在许多实施例中可以允许性能得到改进和/或实施便利和/或复杂性降低。在许多场景中，如果公共信号至少在90°和270°之间异相，则可以实现有利的 性能；如果公共信号至少在170°和190°之间异相，则经常可以实现甚至更为有利的性 能。按照本发明的可选特征，对于低于第二频率的频率，第一相位响应和第二相位响 应之间的差值低于45°，第二频率小于第一频率。这在许多实施例中可以允许性能改进和/或实施便利和/或复杂性降低。特别地， 它可以允许针对较低频率生成的声级增加。该特征可以例如改进低音和/或降低对亚低音 扬声器的要求。在许多场景中，第二频率可以有利地为200Hz、400Hz或600Hz。按照本发明的可选特征，对于低于第二频率的频率，第一相位响应和第三相位响 应之间的差值低于45°。这在许多实施例中可以允许性能改进和/或实施便利和/或复杂性降低。特别地， 它可以允许针对较低频率生成的声级增加。该特征可以例如改进低音和/或降低对亚低音 扬声器的要求。在许多场景中，第二频率可以有利地为200Hz、400Hz或600Hz。按照本发明的可选特征，第一驱动装置和第二驱动装置中的至少一个装置的增益 响应包括在高于2kHz频率的至少一个频率间隔内频率渐增则增益渐增。这在许多实施例中可以允许性能改进和/或实施便利和/或复杂性降低。特别地， 它可以允许从第一和第二音频驱动器装置向听众提供改进的方向性提示，并且特别地在许 多实施例中可以允许通过来自第一和第二音频驱动器装置的反射的侧向传播的声音信号 提供改进的空间提示。该至少一个频率间隔可以具有至少IkHz、2kHz或3kHz的带宽。按照本发明的可选特征，第一音频驱动器装置和第二音频驱动器装置中的至少一 个装置包括多个驱动器单元。这在许多实施例中可以允许性能改进和/或实施便利和/或复杂性降低。例如，这可以允许针对侧向指向的音频信号比针对正向指向的音频信号所传播的声级增加。每个驱动器单元可以对应于单独的扩音器单元或音频传感器单元。第一音频驱动器装置和第二音频驱动器装置中的至少一个装置内驱动器单元的 数量可以超过第三音频驱动装置中驱动器单元的数量。按照本发明的可选特征，第三音频驱动器装置包括多个驱动器单元。这在许多实施例中可以允许性能改进和/或实施便利和/或复杂性降低。例如， 它可以允许中心音频信号被导向到收听位置而不需要封装套(enclosure)的中心位置被 分配给驱动器单元。例如，它可以允许包含在中心设置的显示器，而仍然允许中心声音信号 被传播。按照本发明的另一个方面，提供了一种用于产生声音的声音系统的操作方法，该 方法包括第一音频驱动器装置发出第一音频信号并具有第一轴上方向；第二音频驱动器 装置发出第二音频信号并具有第二轴上方向，第一轴上方向和第二轴上方向之间的角度大 于90° ；第三音频驱动器装置发出第三音频信号并具有第三轴上方向；第一轴上方向和第 三轴上方向之间的角度大于45°，且第二轴上方向和第三轴上方向之间的角度大于45° ； 第一驱动装置从第一信号产生用于第一音频驱动器装置的第一驱动信号，该第一驱动装置 和第一音频驱动器装置一起具有第一相位响应；第二驱动装置从第二信号产生用于第二音 频驱动器装置的第二驱动信号，该第二驱动装置和第二音频驱动器装置一起具有第二相位 响应；以及第三驱动装置从第二信号产生用于第三音频驱动器装置的第三驱动信号，该第 三驱动装置和第三音频驱动器装置一起具有第三相位响应，并且第一信号、第二信号和第 三信号包括至少一个公共信号分量；其中，在高于第一频率的频率间隔内，第一相位响应偏 离第二相位响应在90°和270°之间；并且第三相位响应是变化的相位响应，其变化在最 接近第一相位响应的第一相位间隔和最接近第二相位响应的第二相位间隔之间。本发明的这些以及其它方面、特征和优点从以下描述的实施例中将是明显的，并 且结合这些实施例进行阐述。


下面仅通过示例参考附图来描述本发明的实施例，其中图1图示了根据本发明一些实施例的扬声器装置的示例；以及图2图示了根据本发明一些实施例的声音系统的示例。
具体实施例以下描述专注于可应用于立体声信号的声音再现的本发明的实施例。然而，应理 解本发明不限于该应用，而是可以应用于针对许多其它类型信号(包括例如单声道或环绕 声信号)的声音再现。图1图示了根据本发明一些实施例的扬声器装置的示例。在该示例中，三个驱动 器101、103、105被安装在封装套107内。每个驱动器特别地可以是扩音器或可以从所提 供的(电)信号生成音频信号的任何其它的声音传感器。在示例中，三个驱动器101、103、 105基本上是相同的(即它们全部是同一种类型的扬声器并且仅仅由于制造变动和容限而 变化)。然而，应理解在其它实施例中，可以使用不同类型的驱动器。
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在示例中，驱动器101、103、105相对于彼此形成角度，使得它们在不同的方向上 传播声音信号(即它们的音束相对于彼此形成角度)。特别是，每个驱动器101、103、105具 有轴上方向109、111、113，并且驱动器101、103、105被设置成使得轴上方向109、111、113相 对于彼此形成角度。驱动器的轴上方向特别地可以是对称的传播轴。例如，驱动器可以是围绕轴上方 向旋转不变的或对称的。所述轴上方向可以是驱动器的最高声音输出方向。因此，该轴上 方向可以对应于最大声音能量被传播的方向。该轴上方向特别地可以由通过驱动器中心的 轴来定义。在该特定示例中，第三驱动器105在中心设置，并且另两个驱动器101、103围绕第 三驱动器105的轴上方向109对称地设置。在使用场景中，第三驱动器105将是一个中心 驱动器，其经常指向标称收听位置。因此，第三驱动器105特别地可以是正面发射(front firing)驱动器并且可以使其声学中心处于封装套107的中心。因此，典型地，第三驱动器 105将被认为是用于扬声器装置的正向扬声器。在示例中，两个其它的驱动器101、103被安装在侧向配置中，使得它们基本上侧 向发出音频信号。因此，在该示例中，第三驱动器103的轴上方向109分别与第一和第二驱 动器101、103的轴上方向111、113之间的α和β角度基本为90°，并且第一和第二驱动 器101、103的轴上方向111、113之间的角度α+β基本为180°。然而，应理解在其它实施 例中，可以使用其它配置，且对于其它角度可以发现所描述的扬声器装置的优点。特别地，已经发现，如果每个角度α和β至少是45°，则可以发现有利的性能。 还已经发现，对于小于135°的角度α和β，发现性能得到改进。实际上在许多实施例中， 对于65°和115°之间、尤其是80°和110°之间的角度α和β，实现了性能改进。应理解在所述特定示例中，使用了对称配置，导致α等于β。然而，应理解在其它 实施例中，可以使用非对称配置，使得α和β可以具有不同的值。然而，这样的配置将被设 置成使得α和β都将超过45°，从而轴上方向111、113之间的角度α+β将超过90°。在所述布置中，驱动器101、103、105之间的距离保持为低，特别地，驱动器101、 103、105之间的距离保持低于50cm。特别地，外部驱动器101、103之间的距离保持低于 50cm，且在许多实施例中低于30cm。这导致从驱动器101、103、105到听众的音频路径的路径长度的任意差明显小于 音频信号的波长。因此，由这些路径长度的差值引起的相位差可以保持相对较低。特别地， 小的距离可以允许驱动器101、103、105被认为是单个位置音频源而非分布式音频源。特别 地，它可以允许外部驱动器101、103作为音频偶极来工作。因此，所描述的扬声器装置允许单盒扬声器系统107在不同方向上传播声音信 号。特别地，不同的驱动器101、103、105被用来正向和侧向地传播声音，从而允许在该系统 所放置的声学环境中，声音被直接地以及表面反射地接收。在所述示例中，针对每个驱动器101-105使用专门的声音处理，以便允许在许多 收听场景中，利用扬声器装置的方向性特性来提供许多益处。图2图示了利用图1的扬声器装置的声音系统的示例。在该示例中，第一驱动器 101被耦合到第一驱动单元201，该第一驱动单元201从第一驱动单元输入信号生成用于第 一驱动器101的第一驱动信号，第二驱动器103被耦合到第二驱动单元203，该第二驱动单元203从第二驱动单元输入信号生成用于第二驱动器103的第二驱动信号，并且第三驱动 器105被耦合到第三驱动单元205，该第三驱动单元205从第三驱动单元输入信号生成用于 第三驱动器101的第三驱动信号。每个驱动单元201-205可以是能够生成用于音频传感器的适当驱动信号的任何 驱动单元。每个驱动单元201-205特别地可以包括用于处理信号的模拟和/或数字功能。 在该特定示例中，每个驱动单元201-205包括用于执行信号处理算法的数字信号处理功能 以及数模转换器，该数模转换器被设置用于将得到的驱动信号转换到模拟域。然后，模拟信 号可以在驱动单元201-205的适当音频放大器部分中被放大。在该示例中，声音系统被设置成从立体声信号再现声音，并且三个驱动单元 201-205被耦合到立体声处理器207，该立体声处理器207被设置成接收包括右声道R和左 声道L的立体声信号，并且生成用于驱动单元201-205的三个输入信号。在该示例中，立体声信号被作为数字取样(非编码的)PCM(脉冲编码调制信号) 接收，并且立体声处理器207生成PCM信号，其被馈送给每个驱动器单元201-205。立体声处理器207特别地生成用于“左”侧向驱动器101的第一驱动单元输入信 号来作为所接收的左立体声信号，并且生成用于“右”侧向驱动器103的第二驱动单元输入 信号作为所接收的右立体声信号。而且，针对中心第三驱动器105生成的第三驱动单元输 入信号被生成为所接收的左和右立体声信号的组合，并且特别地被生成为这两个信号的总 和。因此，用于所述驱动单元201-205的输入信号被生成为S1 = Ls2 = RS3 = 1/2 (L+R)应理解，在其它实施例中，可以使用从立体声信号生成三个驱动单元输入信号的 其它方法。然而，在所描述的示例中，第一驱动单元输入信号仅响应于立体声信号的第一声 道而生成，且将独立于该立体声信号的第二声道，而第二驱动单元输入信号仅响应于第二 声道而生成，且独立于第一声道。因此，每个立体声声道仅贡献于侧向安装的驱动器101、 103中之一的驱动信号。相反，用于中心第三驱动器105的驱动信号包括来自立体声信号的 两个声道的贡献。由驱动器101-105和关联的驱动单元201-205构成的每个驱动路径具有关联的传 递函数，该函数表征所发出的音频信号如何与用于所述路径的驱动单元输入信号相关。该 传递函数可以由幅度响应和相位响应来表征，这两个响应可以既是时间相关的也是频率相 关的。在图2的声音系统中，每个路径的相位响应被小心地控制，使得它们的相互组合 和图1扬声器装置的物理驱动器配置提供许多有益效果。应理解，在许多实施例中，将使用基本相同的驱动器，并且因此每个驱动器的相位 响应将基本相同。因此，在许多实施例中，驱动器的相位响应可以被忽略，且路径间的相位 响应差将仅由驱动单元的相位响应来确定。为了简洁清楚起见，以下描述将专注于如下实施例，其中驱动器101-105基本相 同，且将假定它们仅具有微不足道的相位响应(以及幅度)差。因此，驱动器相位响应可以 被忽略，且路径相位响应将被认为仅由对应的驱动单元相位响应控制。然而，应理解在这样的假设不合适的实施例中，将考虑由驱动单元201-205以及驱动器101-105 —起得到的相 位响应。特别地，每个驱动单元201-205的相位响应可被补偿所测量的驱动器101-105的
相位响应差。在该系统中，第一驱动单元201和第二驱动单元203被设置成在高于第一频率的 频率间隔内具有相差90°和270°之间的相位响应。该第一频率特别地可以是这样的频 率，其导致对于听众典型地感知到声音方向的大多数频率而言存在相位差。例如，第一频率 可以处于从200Hz到800Hz的间隔内。此外，频率间隔可以足够大以便包括通常可听并提 供方向性提示的大多数频率。作为特定示例，第一频率间隔可以至少是lkHz-4kHz，从而确保在向听众提供大多 数方向性提示的间隔内存在相位差。在许多实施例中，通过确保频率差保持在较大的频率 范围内，可以实现性能改进。例如，在许多实施例中，所述频率范围可以至少为800Hz-5kHz。在许多实施例中，第一和第二驱动单元201、203的第一和第二相位响应分别被设 置成基本异相。例如，这些相位响应之间的相位差在所述频率间隔内可以在170°和190° 之间。应理解，第一和第二相位响应典型地可以是时间不变的，并且因此可以总是满足 相位差要求。然而，在某些实施例中，相位响应可以是时变的，并且可能仅可以在大部分时 间满足要求。例如，该要求至少可以在70%、90%或95%的时间得到满足，从而导致声音再 现在大部分时间被改进。在图2的系统中，第三驱动器205的第三相位响应是变化的相位响应，其变化在最 接近第一相位响应的第一相位间隔和最接近第二相位响应的第二相位间隔之间。因此，从 中心第三驱动器105所发出的音频信号从靠近来自第一驱动器101的信号并且远离来自第 二驱动器103的信号变化到靠近来自第二驱动器103的信号并且远离来自第一驱动器101 的信号(和/或反之亦然)。第三驱动单元205的相位响应变化可以在频域和/或时域中提供。以下描述专注 于频域中的相位变化。因此，在这样的示例中，第三驱动单元的相位响应从在某些频率处靠近第一驱动 单元201的相位响应变化到在其它频率处靠近第二驱动单元203的相位响应。在该系统中，所述三个驱动单元输入信号从立体声信号生成且通常是不同的。然 而，它们包含至少一些公共的信号分量。例如，对于音乐表示，包含在声舞台中间的乐器将 出现在所有的三个驱动单元输入信号中，并且也因此被表示在所有三个驱动器101-105所 发出的音频信号中。然而，所发出的音频信号的相位将是不同的，从而使得该乐器侧向发出 的声音将是彼此异相的，而中心发出的声音的相位将依赖于乐器的频率，并将典型地包括 一系列不同的相位。因此，在该系统中，侧向驱动器101、103被提供有基本异相的信号，而中心驱动器 105被提供有相位变化的信号，使得它在某些频率处将与左驱动器同相(且与右驱动器异 相)，并且在其它频率处与右驱动器同相(且与左驱动器异相)。在该设置中，侧向驱动器101、103构成偶极，这导致当听众直接处于扬声器装置 的前方时声音很宽阔。然而，该效果可能很强并且集中在扬声器装置前方的相对小的区域。 然而，中心驱动器105的存在将削弱侧向驱动器101、103的偶极效果，并且还将依赖于不同频率处的相位在这些不同的频率处产生其它偶极。这可导致在更宽的收听区域内体验到声 音空间充分增加。因此，所发出的不同音频信号之间的相位变化与扬声器装置的物理配置一起提供 了多个优点。特别地，它提供了更为扩散的声音，该声音能够提供对增加的声音空间(例如 由于反射)的感知。而且，该系统可以提供对扬声器和收听位置的增加的敏感度。特别地， 可以在宽的收听区域内向用户提供宽阔的声舞台。在该特定的立体声再现示例中，左和右驱动器未被设置成在所述频率间隔内确切 异相。相反地，左驱动器101被馈以左立体声输入信号，而右驱动器103被馈以反相的右立 体声输入信号。在左和右立体声信号上大部分声音能量(如主导音色或主导乐器)通常是 相同的，因此左和右驱动器101、103主要形成偶极。然而，原始的立体声信号内的任何“移动(panned) ”信号(例如吉他主要出现在右 立体声声道内)将保留在最终感知的声舞台内对应的位置，从而提供改进的立体声效果。因此，该系统允许从紧凑的、单盒扬声器装置感知到宽阔的声舞台。尽管，相对于 一些全立体声设置而言，可降低立体声的感知，但在许多场景中由于该改进的宽阔声图像 使听众可以利用大的收听区域，这将完全可以接受。特别地，该声音系统可以听起来就好像它比实施扬声器装置所需的有限物理尺寸 要大得多。而且，不需要使听众直接处于扬声器前方。因此，该系统使得在收听环境中放置 的自由度增加，例如，该系统可以靠墙放置、置于角落里或房间中间。该系统还提供使听众 更加自由地在收听环境中移动或允许迎合听众数量或收听位置的增加。另外，该系统具有 小的物理尺寸，复杂性低并且可以以低成本制造。应理解，第三驱动单元105的相位变化在不同实施例中可以不同。例如，在某些实 施例中，该变化可以使得最接近的相位间隔在20°的参考相位响应内，而在其它实施例中， 最接近的相位间隔可以在5°的参考相位响应内。实际上，在许多实施例中，相位变化被设 置成确保在某些频率处，第三驱动单元105的相位响应和第一或第二驱动单元101、103的 最不同的相位响应之间的相位差超过给定量。例如，相位变化可以使得第三相位响应从超 过给定量地远离第一相位响应变化到超过给定量地远离第二相位响应。根据特定实施例的 特定要求，该值例如可以是60°、90°、120°、150°或170°。在特定实施例中，其中相位变化在频域内进行，该相位变化使得第三相位响应处 于至少第一频率子间隔中的第一相位间隔(最接近第一相位响应)内并且处于至少第二频 率子间隔中的第二相位间隔(最接近第二相位响应)内。因此，对于其中引入相位变化的频率间隔，第三相位响应具有从接近侧驱动器 101、103之一的相位响应的频率间隔到接近于侧驱动器101、103中另一个的相位响应的频 率间隔的至少一次转变。发生在该频率间隔内的相位转变次数对最终的声音感知可能具有显著的影响。特 别地，对于较少的转变，相位变化所获得的优势趋于减小，且影响变得不太显著。此外，对于 次数增加的转变，对所生成的声音的感知趋于变得退化，并且尤其是听众可能开始感知到 由相位变化引入的赝象(换句话说，该相位变化本身可能开始变得可察觉)。已经做了大量的实验并且已经证实了在许多场景和应用中，当第三相位响应具有 最小两次转变时实现了性能改进。同样，实验还证实了当第三相位响应具有最大六次转变
12时实现了性能改进。应理解，可以使用任何控制和提供期望的相位响应变化的适当方式。例如，第三驱 动单元205可以包括离散傅立叶变换，该变换将驱动单元输入信号转换到频域。每个得到 的线元(bin)的相位随后可以被修改以产生相位变化(例如通过复数乘法)。然后，所得到 的信号可以被转换回时域并转换回模拟域以供给第三驱动器105。在该特定示例中，第三驱动装置包括至少一个具有频率变化相位响应的全通滤波 器。特别地，该驱动装置可以包括一阶全通滤波器的级联，其被设计成使得中心驱动器105 在不同频率处与左和右驱动器101、103交替地同相或异相。这可以允许期望的相位变化的 引入和控制有效而复杂性低。在某些实施例中，可替换地或者此外，相位变化可以在时域内进行。例如，第三驱 动单元205的全通滤波器的滤波器特性可以随时间动态地改变。作为另一示例，通过引入 小的时变延迟，第三驱动单元205的相位响应可以随时间动态地变化。在某些应用和场景中，附加的或可替换的时域变化可以提供改进的性能并且允许 用户体验得到改进。同样，在一些实施例中，时域变化可以更容易地引入。在某些实施例中，驱动单元201-205的操作在低频处与在高频处不同。特别地，驱 动单元201-205可以被设置成生成导致所发出的声音信号在低频处更多地同相的信号。例如，第一和第二驱动单元201、203可以被设置使得对于低于给定频率的频率而 言，第一相位响应和第二相位响应之间的差值低于45°。实际上在某些实施例中，对于较低 频率而言，相位差保持低于20°或甚至10°。类似地，第三驱动单元205被设置使得对于低于给定频率的频率而言，第一相位 响应和第三相位响应之间的差值低于45°。实际上在某些实施例中，对于较低频率而言，相 位差保持低于20°或甚至10°。通过确保所发出的音频信号在较低频率处更多地同相，可以实现从三个驱动器 101-105所发出的声音信号在收听位置(更加)相干地加起来，从而提供增加的声压级。特别地，较低频率趋于不包括可感知的方向性提示，且不提供任何显著的空间效 果(听众实际上无法听出低频声音来自哪里)，并且因此对于较低频率的优化可以旨在于 提供更高的声压级。所给定的频率——低于该频率，所发出的声音信号相位对准，而非(如对于较高频 率)是分隔的——将依赖于各实施例和应用的优先选择和特性。然而，在许多场景中，对于 频率400Hz，实现了性能改进。在某些应用中，对于在200Hz和800Hz之间的频率而言，实现 了尤其有利的性能。在某些实施例中，第一和第二驱动单元201、203中至少一个单元的增益响应包括 在至少一个高于2kHz频率的频率间隔内频率渐增则增益渐增。该频率间隔可以覆盖至少 2-5kHz的频率范围。特别地，用于侧向驱动器101、103的驱动单元201、203的每个单元可以包括用于 提供高频增强的功能。例如，驱动单元201、203的每个单元可以包含高通滤波器，其增加了 针对高于3kHz的频率的增益。这在许多应用中可以提供改进的性能，并且尤其可以提供对最适于被反射以产生 侧向方向性提示的频率的增加的强调。因此，可以实现改进的空间体验。
应理解，尽管先前的描述仅仅集中在被用于传播的每个方向的声音道路的单个驱 动器上，但在其它实施例中可以使用多个驱动器。例如，在某些实施例中，侧向装置中的一个或两个可以包括多个驱动器单元。例 如，胜于单个扩音器的是，每个侧向安装的装置可以包括在相同方向形成角度的两个或多 个扬声器。在典型的使用场景中，侧向配置的驱动器101、103需要比中心驱动器105传播更 多的音频功率，并且这可以通过使用在相同方向进行传播的更多驱动器来促成。在某些实施例中，正向扬声器装置可以包括多个驱动器单元。因此，在某些实施例 中，单个中心驱动器105可以由正向方向上形成角度的多个驱动器来代替。这可以例如在 放置各个驱动器单元时提供额外的灵活性。例如，中心驱动器105可以由有一定间距的两 个驱动器来代替，从而允许封装套107还包括需要处于中心的部件，例如显示器。应理解，尽管所描述的实施例集中于由立体声信号进行再现，但是所描述的原理 也可以应用于其它类型的信号。例如，单声道信号可以作为输入信号提供给所有三个驱动单元201-205，导致产生 的相同信号被侧向驱动器101、105异相地传送，并且与中心驱动器105具有变化相位。由 于可以从简单的单声道信号中体验到分布式声舞台和/或扩散的声音，这可以提供增强的 收听体验。作为另一示例，该声音系统可以被用来再现环绕声信号。例如，环绕声处理器可以 代替图2的立体声处理器，并产生第一驱动器单元输入信号作为左前方信号和左后方信号 的和，产生第二驱动器单元输入信号作为右前方信号和右后方信号的和，以及产生第三驱 动器单元输入信号作为中心前方信号。应理解，尽管在上面没有明确地进行描述，但是信号的处理可以包括在模拟域和 数字域之间适当的音量(volumn)调整、放大、转换，频域和时域之间的变换等。应理解，为了清楚起见，以上描述已经结合不同的功能单元和处理器对本发明实 施例进行了描述。然而，在不脱离本发明的情况下，可以使用在不同的功能单元或处理器之 间的任何适当的功能分布。例如，所阐述的由分离的处理器或控制器执行的功能可以由相 同处理器或控制器来执行。因此，对特定功能单元的引用只能被看作是对用于提供所描述 的功能的适当装置的引用，而非表示严格的逻辑或物理结构或构造。本发明可以以包括硬件、软件、固件或其任意组合的任何适当形式来实施。本发明 可以可选地至少部分作为运行在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上的计算 机软件来实施。本发明实施例的元素和部件可以以任何适当方式物理地、功能性地■以及 逻辑地实施。实际上，该功能可以在单个单元、多个单元中实施或作为其它功能单元的一部 分来实施。同样地，本发明可以在单个单元中实施，或者可以被物理地和功能地分布在不同 单元和处理器之间。尽管本发明已经结合一些实施例进行了描述，但本发明并非意图受限于本文所提 及的具体形式。相反，本发明的范围仅由所附权利要求来限制。另外，尽管一个特征可能看 起来是结合具体实施例来描述的，但是本领域的普通技术人员将认识到，所描述的实施例 的各个特征可以按照本发明进行结合。在权利要求中，术语包括并不排除其它元素或步骤 的存在。
此外，尽管单独列出，但是多个装置、元素或方法步骤可以由例如单个单元或处理 器来实施。另外，尽管各特征可以包含在不同的权利要求中，但是它们可能可以被有利地组 合，且包含在不同的权利要求中并不意味着特征的组合不可行和/或不是有利的。同样，特 征包含在一类权利要求中并不意味着限于该类别，而是意味着该特征在适当的情况下同样 适用于其它权利要求 类别。此外，权利要求中特征的次序不意味着这些特征必须以之工作 的任何特定次序，尤其是方法权利要求中各个步骤的次序并不意味着这些步骤必须以该次 序操作。相反，这些步骤可以以任何适当的次序来操作。另外，单数引用不排除多个。因此， 对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用不排除多个。权利要求中的参考标记仅仅是作为 澄清的示例来提供，不应理解为以任何方式限制权利要求的范围。
权利要求
一种用于产生声音的声音系统，包括第一音频驱动器装置(101)，用于发出第一音频信号并具有第一轴上方向(111)；第二音频驱动器装置(103)，用于发出第二音频信号并具有第二轴上方向(113)，第一轴上方向(111)和第二轴上方向(113)之间的角度大于90°；第三音频驱动器装置(105)，用于发出第三音频信号并具有第三轴上方向(109)；第一轴上方向(111)和第三轴上方向(109)之间的角度大于45°，且第二轴上方向(111)和第三轴上方向(109)之间的角度大于45°；第一驱动装置(201)，用于从第一信号产生用于第一音频驱动器装置(101)的第一驱动信号，该第一驱动装置(201)和第一音频驱动器装置(101)一起具有第一相位响应；第二驱动装置(203)，用于从第二信号产生用于第二音频驱动器装置(103)的第二驱动信号，该第二驱动装置(203)和第二音频驱动器装置(103)一起具有第二相位响应；以及第三驱动装置(205)，用于从第二信号产生用于第三音频驱动器装置(105)的第三驱动信号，该第三驱动装置(205)和第三音频驱动器装置(105)一起具有第三相位响应，并且第一信号、第二信号和第三信号包括至少一个公共信号分量；其中，在高于第一频率的频率间隔内，第一相位响应偏离第二相位响应在90°和270°之间；并且第三相位响应是变化的相位响应，其变化在最接近第一相位响应的第一相位间隔和最接近第二相位响应的第二相位间隔之间。
2.权利要求1的声音系统，其中所述相位变化包括所述频率间隔内的频域变化。
3.权利要求2的声音系统，其中第三相位响应处于所述频率间隔的至少第一频率子间 隔中的第一相位间隔内以及所述频率间隔的至少第二频率子间隔中的第二相位间隔内。
4.权利要求2的声音系统，其中第三相位响应在所述频率间隔内具有第一相位间隔和 第二相位间隔间的最小两次转变。
5.权利要求2的声音系统，其中第三相位响应在所述频率间隔内具有第一相位间隔和 第二相位间隔间的最大六次转变。
6.权利要求2的声音系统，其中第三驱动装置(205)包括至少一个具有频率变化相位 响应的全通滤波器。
7.权利要求1的声音系统，其中所述相位变化包括时域变化。
8.权利要求1的声音系统，还包括用于仅从立体声信号的第一信号生成所述第一信 号、仅从该立体声信号的第二信号生成所述第二信号以及从该立体声信号的第一和第二信 号两者生成所述第三信号的装置。
9.权利要求1的声音系统，其中第一相位响应和第二相位响应使得第一音频信号和第 二音频信号的公共信号分量基本异相。
10.权利要求1的声音系统，其中对于低于第二频率的频率，第一相位响应和第二相位 响应之间的差值低于45°，第二频率小于第一频率。
11.权利要求10的声音系统，其中对于低于第二频率的频率，第一相位响应和第三相 位响应之间的差值低于45°。
12.权利要求1的声音系统，其中第一驱动装置(201)和第二驱动装置(203)中的至少 一个装置的增益响应包括在高于2kHz频率的至少一个频率间隔内频率渐增则增益渐增。
13.权利要求1的声音系统，其中所述第一音频驱动器装置(101)和第二音频驱动器装 置(103)中的至少一个包括多个驱动器单元。
14.权利要求1的声音系统，其中在第三音频驱动器装置(105)处包括多个驱动器单兀。
15.一种用于产生声音的声音系统的操作方法，该方法包括第一音频驱动器装置(101)发出第一音频信号并具有第一轴上方向(111)； 第二音频驱动器装置(103)发出第二音频信号并具有第二轴上方向(113)，第一轴上 方向(111)和第二轴上方向(113)之间的角度大于90° ；第三音频驱动器装置(105)发出第三音频信号并具有第三轴上方向(109)；第一轴上 方向(111)和第三轴上方向(109)之间的角度大于45°，且第二轴上方向(111)和第三轴 上方向(109)之间的角度大于45° ；第一驱动装置(201)从第一信号产生用于第一音频驱动器装置(101)的第一驱动信 号，该第一驱动装置(201)和第一音频驱动器装置(101) —起具有第一相位响应；第二驱动装置(203)从第二信号产生用于第二音频驱动器装置(103)的第二驱动信 号，该第二驱动装置(203)和第二音频驱动器装置(103) —起具有第二相位响应；以及第三驱动装置(205)从第二信号产生用于第三音频驱动器装置(105)的第三驱动信 号，该第三驱动装置(205)和第三音频驱动器装置(105) —起具有第三相位响应，并且第一 信号、第二信号和第三信号包括至少一个公共信号分量；其中，在高于第一频率的频率间隔内，第一相位响应偏离第二相位响应在90°和 270°之间；并且第三相位响应是变化的相位响应，其变化在最接近第一相位响应的第一相位间隔和最 接近第二相位响应的第二相位间隔之间。
全文摘要
一种声音系统包括至少三个用于发出音频信号的音频驱动器装置(101，103，105)。这些音频驱动器装置(101，103，105)相对于彼此形成角度以便在形成分开至少45°的角度的不同方向发出声音信号。针对每个音频驱动器装置(101，103，105)提供驱动单元(201，203，205)以便生成驱动信号。相对于彼此形成最大角度的音频驱动器装置(103，105)被设置成发出90°和270°之间异相的音频信号。用于第三音频驱动器装置(101)的驱动装置(201)具有变化的相位响应，其变化导致所发出的音频信号在最接近从其它音频驱动器装置的第一个(103)发出的信号的第一相位间隔和最接近从其它音频驱动器装置的第二个(105)发出的信号的第二相位间隔之间变化。本发明可以例如允许对扬声器和收听位置的敏感性降低。
文档编号H04S5/00GK101971647SQ200980108924
公开日2011年2月9日 申请日期2009年3月5日 优先权日2008年3月14日
发明者L·B·唐格 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司