專利名稱：具有幾何和電子輻射控制的公共廣播系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的目的為一種系統(tǒng)，其涉及具有聲音的布線聲音反射位置。為在這些位置中獲得聲音的良好清楚度和良好話音可解性，揚聲器必須在朝著聽眾的方向上輻射，以便由聽眾感知的直達(dá)聲音(直接從揚聲器傳播到聽眾的聲音)相對于在通過位置的墻壁的反射后達(dá)到它的聲音的能量，具有相當(dāng)大的能量。此外，擴(kuò)聲系統(tǒng)必須確保廣播的地區(qū)的聲音覆蓋率盡可能地均勻。由于聽眾通常位于有效表面區(qū)的水平面上，應(yīng)當(dāng)考慮具有在垂直平面中發(fā)音和在水平面上很少發(fā)音的柱式揚聲器。
背景技術(shù)：
圖1描述典型的結(jié)構(gòu)。揚聲器(11)必須在聽眾所處的整個區(qū)(12)上以及盡可能寬的頻帶上產(chǎn)生盡可能均勻的聲級。此外，如我們所看到的，必須最小化朝除了朝向聽眾方向的任何地方輻射的聲能以便最小化該位置的反射并到達(dá)聽眾的能量。
已經(jīng)提出了兩種類型的方法來實現(xiàn)該目的幾何控制的網(wǎng)絡(luò)和電子控制的網(wǎng)絡(luò)。
2-1幾何控制的網(wǎng)絡(luò)已知聲音覆蓋率的目標(biāo)，可以追溯揚聲器必須輻射的聲波波前的形狀。專利FR2626886和源于其的專利描述了允許生成接近該目標(biāo)的波前的系統(tǒng)。該原理使用通過擴(kuò)音器在其一端上激勵，并通過在其另一端上的細(xì)長矩形開口輻射的圓柱形波導(dǎo)管。波導(dǎo)管的形狀使得輻射聲場類似由細(xì)長形狀的矩形閥(piston)輻射的生場。通過重疊這些波導(dǎo)管中的幾個，以及將一些波導(dǎo)管相對于其他波導(dǎo)官傾斜，由此可以達(dá)到所需的波前形狀，并可以達(dá)到聲音覆蓋率的期望目標(biāo)。圖2通過連接到八個擴(kuò)音器(21)的八個如在專利FR2626886中所述的波導(dǎo)管(22)的重疊，生成波前(23)，示例說明該原理。專利FR2813986和源于其的那些專利描述允許實現(xiàn)相同目標(biāo)的另一波導(dǎo)管。
然而，波前的幾何合成的原理不可避免地導(dǎo)致?lián)P聲器的曲面形狀。由此，如果意圖豎直地安裝揚聲器，例如安裝在墻壁或支柱上，將難以適用。
主題為“Vertical Array Type Speaker”的專利US5590214提出了一種系統(tǒng)，包括兩列彼此面對安裝并通過垂直狹縫輻射的擴(kuò)音器組成。然而，該系統(tǒng)未設(shè)計成生成確保均勻的聲音覆蓋率的波前。
2-2電子控制網(wǎng)絡(luò)為生成所需波前，也能使用由雷達(dá)獲得的傳統(tǒng)擴(kuò)音器的網(wǎng)絡(luò)和典型的濾波技術(shù)。圖3示例說明使用經(jīng)濾波器(32)和功率放大器(33)連接到擴(kuò)音器(34)并在該圖中標(biāo)記為Rn的延遲(31)來逼近所需波前(35)的原理。因此，例如，以所示距離間隔的擴(kuò)音器的線性和常規(guī)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)選擇下述Rn＝(n-1).a/c/sin()時，已經(jīng)生成沿方向定向的波前，c是聲速，n是擴(kuò)音器指數(shù)。濾波器(32)的適當(dāng)使用允許最小化輻射聲場的結(jié)構(gòu)的頻率變化。專利WO0304780描述了這種類型的系統(tǒng)。不幸的是，使用有限多個擴(kuò)音器(網(wǎng)絡(luò)是離散的并不連續(xù))的事實引發(fā)降低音質(zhì)的主要振幅的副瓣。這些副瓣具有提供的全部較大的振幅，主瓣的方向從常規(guī)偏離到網(wǎng)絡(luò)。
專利EP0791279和與之有關(guān)的那些專利提出了這種類型的系統(tǒng)，以及要求保護(hù)放置擴(kuò)音器的原理，該原理為將規(guī)則地間隔的擴(kuò)音器放置在揚聲器的部分上，然后對數(shù)地間隔。該原理使得限制所需擴(kuò)音器的數(shù)量成為可能，但導(dǎo)致在所有擴(kuò)音器上的不均勻功率分布，從而導(dǎo)致比如果在所有擴(kuò)音器上均勻地分布功率更小的最大輻射聲級，與在幾何網(wǎng)絡(luò)中的情形相同。
電子控制網(wǎng)絡(luò)具有通過簡單地作用于過濾參數(shù)，能將輻射場的結(jié)構(gòu)控制到某一程度而不需要機(jī)械改變系統(tǒng)的優(yōu)點。相反地，其具有生成在高頻率處的高振幅的副瓣的缺點，即當(dāng)波長小于或等于揚聲器相隔的距離時(空間采樣標(biāo)準(zhǔn))。
所謂WFS(“波場合成”)技術(shù)也實現(xiàn)由延遲、濾波器和功率放大器電子控制的擴(kuò)音器的網(wǎng)絡(luò)。通過應(yīng)用Huygens原理，延遲和濾波器的適當(dāng)?shù)目刂剖沟每梢陨蓪?yīng)于在空間中的指定位置所處的虛源的波前成為可能。因此，這也稱為“空間化”。通過擴(kuò)展，已經(jīng)使用該技術(shù)來記錄和再現(xiàn)聲音，以及在室內(nèi)音效中用來在室內(nèi)或室外模擬另一房間的音效(見例如專利EP0335468，US5452360等等)。已經(jīng)在WFS的框架內(nèi)實現(xiàn)擴(kuò)音器的彎曲網(wǎng)絡(luò)(見Evert W.Start的文章“Application of Curved Arrays in Wave Field Synthesis”，預(yù)印(Preprint)No.4143，100thAES大會(Convention)，1996)。專利EP12099498和與之有關(guān)的專利描述了通過特定類型的擴(kuò)音器的WFS的實現(xiàn)。MarkS.Ureda的文章“Wave Field Synthesis with Horn Arrays”(PreprintNo.4144，100thAES大會(Convention)，Copenhagen，1996年5月)描述了通過喇叭形擴(kuò)音器實現(xiàn)WFS。
在所有這些工作中，目的是能生成可變形狀的波前，以及擴(kuò)音器發(fā)射軸的方向垂直于網(wǎng)絡(luò)。專門通過電子參數(shù)(主要是延遲和濾波器)而不是通過改變擴(kuò)音器的方向，如我們已經(jīng)討論過的幾何控制網(wǎng)絡(luò)的情況。

發(fā)明內(nèi)容
作為本發(fā)明的目的的系統(tǒng)的優(yōu)點是將幾何網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點與電子控制網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點結(jié)合，其允許輻射聲場的顯著控制，通過在所有擴(kuò)音器上的均勻分布，優(yōu)化最大發(fā)射功率并最小化旁瓣，同時具有允許易于集成諸如應(yīng)用于墻壁的直線形狀。
為實現(xiàn)此，本發(fā)明的目的是擴(kuò)聲系統(tǒng)，其允許將廣播的地區(qū)的均勻聲音覆蓋，比較電聲源的網(wǎng)絡(luò)，每一電聲源散布(diffuse)由延遲所延遲的、濾波器所濾波以及系統(tǒng)的輸入信號放大器所放大的型式(version)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)基本上是直線和垂直的，由電聲源的發(fā)射軸與網(wǎng)絡(luò)的法線形成的角度θ為θN＞θn-1其中，n是從系統(tǒng)的頂?shù)降自鲂蚓幪柕碾娐曉吹南聵?biāo)，以及延遲對角度θ起作用以便該設(shè)備生成對應(yīng)于將廣播的地區(qū)的所需聲音覆蓋的形狀的波前。
最好選擇電聲源的傾角θ，使得對于每個一電聲源，將所述電聲源的中心與所述電聲源的發(fā)射軸和期望波前之間的交叉點分開距離d為最小。延遲基本上為對n＞1，Rn＝Rn-1+(dn-1-dn)/c，Rn是與第n個電聲源有關(guān)的延遲(按秒計)，R1是任何值，c是以m/s計的聲速，距離d用米表示。
在電聲源均為相同高度的情況下，對于n＞1，在上面給出的延遲的定義基本上對應(yīng)于Rn＝Rn-1+an-1/c.sin((θn+θn-1)/2)，R1是任何值，an是第n個電聲源的中心與第(n+1)的中心分開的距離(按米計)，以及角度θ用弧度表示。


通過參考附圖，閱讀實施例的下述描述，將很好地理解本發(fā)明，其中圖1表示傳統(tǒng)的擴(kuò)音結(jié)構(gòu)；圖2表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的幾何控制網(wǎng)絡(luò)的原理；圖3表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電子控制網(wǎng)絡(luò)的原理；圖4表示以縱切面看的本發(fā)明的原理；圖5表示在揚聲器中安裝的擴(kuò)音器網(wǎng)絡(luò)的前視圖；圖6表示具有基本的矩形膜的擴(kuò)音器的前視圖；圖7以前視圖的形式，表示擴(kuò)音器與矩形和圓形膜的組合；
圖8表示縱切面所看到的本發(fā)明的實施例，其中，電聲源由擴(kuò)音器組成；圖9表示縱切面所看到的本發(fā)明的一個實施例，其中，電聲源具有不同高度。
具體實施例方式
圖4利用縱切面針對八個電聲源的情況顯示了本發(fā)明的原理。N個電聲源(1)的網(wǎng)絡(luò)連接到延遲(3)、濾波器(4)和功率放大器(5)。垂直排列和定向電聲源(1)以便與以適當(dāng)方式選擇的一組延遲(3)結(jié)合，它們產(chǎn)生對應(yīng)于將廣播的區(qū)上的期望聲音覆蓋的期望形狀的波前(6)。當(dāng)然能變換濾波器和延遲的位置，以及能從功率放大器上游插入其他部件(例如限幅器)。將要擴(kuò)散的輸入信號經(jīng)由延遲(3)、濾波器(4)和放大器(5)施加到所述電聲源。
由此，本發(fā)明的獨創(chuàng)性包括同時在幾何方面和電子方面起作用從而生成所需波前(6)。前者通過網(wǎng)絡(luò)的電聲源(1)的方向和定位起作用，而后者尤其通過延遲(3)補償電聲源(1)間的空間間隔而起作用。。
參考圖4，第n電聲源的傾角θa設(shè)置為對所有電聲源，使所述電聲源的中心與所述電聲源的發(fā)射軸與所需波前之間的交叉點分開的距離dn為最小。
由于從頂部到底部編號電聲源(1)，那么連接到第n電聲源的延遲Rn必須是在N時，對n＝2，Rn＝Rn-1+(dn-1+dn)/c，c是聲速(以m/s計)，以及N是電聲源的數(shù)量(Rn按秒計，dn按米計)?？梢圆捎肦1＝0或任何其他值。應(yīng)注意到存在所出現(xiàn)的差值dn-1-dn，由此上述定義不由波前傳播而定。
電聲源(1)的高度稱為底部與所述源的頂端分開的距離。根據(jù)上述原理，以及在電聲源均為相同高度的情況下，對在N時，對于n＝2，根據(jù)公式Rn＝Rn-1+(an-1/c)sin(θn+θn-1)/2，延遲(3)的值能再次表示為電聲源(1)的傾角θ(以弧度計)的函數(shù)，Rn是連接到第n電聲源的延遲(按秒計)，R1是任何值，an是將第n電聲源與第(n+1)電聲源分開的距離(按米計)，以及c再次為聲速(以m/s計)。
在系統(tǒng)位于將要廣播的地區(qū)上的傳統(tǒng)情況下，該原理導(dǎo)致υn＞θn-1的一組角θ。
因此，一組角θ和延遲(3)的值對應(yīng)于波前(6)的一種形狀以及一種給出類型的電聲源。然而，通過指定稍微不同于由上述給出的公式導(dǎo)出的延遲(3)值，以及通過可選地作用在濾波器(4)的增益和頻率響應(yīng)上，可以生成不同于對應(yīng)于角組θ的波前。這允許例如對于處于與所設(shè)計(傾角)的高度不同的列的定位效果的部分校正，或者對于在由所考慮的位置的聲現(xiàn)象產(chǎn)生的某一區(qū)中的不適當(dāng)?shù)穆暭壍男Ｕ?br> 如果電聲源不是均相同，那么也將使用濾波器(4)來校正在它們的頻率和/或時間響應(yīng)特性之間存在的差值。
通過具有適當(dāng)軟件的數(shù)字信號處理器(DSP)，能實現(xiàn)濾波器(4)和延遲(3)。
對所有其他類型的網(wǎng)絡(luò)而言，網(wǎng)絡(luò)的長度是本發(fā)明的主要參數(shù)。它越長，網(wǎng)絡(luò)允許覆蓋的地區(qū)更大，并且低頻時覆蓋的均勻度更好。
在本發(fā)明的第一實施例中，電聲源(1)是直接輻射擴(kuò)音器，這些擴(kuò)音器最好具有基本上矩形的膜。當(dāng)每一擴(kuò)音器以與擴(kuò)音器間允許的間隙一樣高的矩形活塞的方式發(fā)射時，獲得在副瓣抑制方面的最佳性能。圖5表示在揚聲器(52)中安裝的擴(kuò)音器(51)的網(wǎng)絡(luò)的前視圖，輻射面最好基本上是矩形的，在垂直面中可能稍微彎曲以便更好順應(yīng)待恢復(fù)的波前的形狀。圖6表示從前看具有基本上矩形的膜(61)的擴(kuò)音器。
在本發(fā)明的第二實施例中，電聲源(1)是通過波導(dǎo)管輻射的擴(kuò)音器。每一波導(dǎo)管通過基本上矩形的孔發(fā)射以便特定聲速在輻射開口的任何點處在任何時刻基本上是相同的。事實上，當(dāng)波導(dǎo)管如由矩形活塞所實現(xiàn)的通過矩形口發(fā)射時(例如在先前已經(jīng)提過的專利FR2626886和FR2813986中所述)，以及它們的高度與波導(dǎo)管之間的間距所允許的一樣大時，獲得在副瓣抑制方面的最優(yōu)性能。
在本發(fā)明的第三實施例中，電聲源(1)是擴(kuò)音器組，相同組的所有擴(kuò)音器均處于相同的平面中，并排排列并且由相同的電信號激激勵。由此組成相同組的揚聲器以便該組基本上在所考慮的頻帶中如矩形活塞進(jìn)行發(fā)射。事實上，對于對應(yīng)于處在相鄰擴(kuò)音器之間的距離的較低波長，在一個擴(kuò)音器組中的小擴(kuò)音器的規(guī)則組合的輻射接近組合大小的活塞的輻射。圖7從膜的側(cè)端的前面看，提供將擴(kuò)音器組合成用于具有矩形膜和圓形膜(71)的一組擴(kuò)音器的兩個例子。圖8示例說明在八個4個擴(kuò)音器的組的情況下本發(fā)明的實施例。該圖除了由擴(kuò)音器組(81)代替電聲源(1)外與圖4相同。
在本發(fā)明的另一實施例中，電聲源(1)具有不同高度，每一源的高度基本上是相關(guān)角度θ的函數(shù)其越小，源的高度越高。這由圖9進(jìn)行描述，其中，下標(biāo)(1)、(2)、(3)、(4)、(5)和(6)具有與圖4中相同的含義。該實施例具有最小化列的深度的優(yōu)點，在圖9中用p表示。延遲(3)再次基本上為對n＞1，Rn＝Rn-1+(dn-1+dn)/c，Rn是連接到第n電聲源的延遲(按秒計)，R1是任意值，c是以m/s計的聲速，距離d用米表示。
電聲源(1)能安裝或固定在相同揚聲器(2)上。電聲源(1)的膜的后表面能每個在由揚聲器(2)分開產(chǎn)生的獨立體積中輻射，或能都在相同體積中輻射。事實上，對于大于擴(kuò)音器的諧振頻率的頻率，它們基本上受它們的可移動質(zhì)量，而不是由在后面充氣它們的氣體容積的勁度來控制。
在本發(fā)明的另一實施例中，每一電聲源(1)安裝在專用于它的揚聲器上，以及使用機(jī)械系統(tǒng)根據(jù)如上所述的定位和定向原理組合揚聲器。換句話說，電聲源(1)附著到彼此機(jī)械連接的揚聲器上。該實施例使得可以針對系統(tǒng)的給出定位和期望聲音覆蓋，最優(yōu)地調(diào)整電聲源(1)的方向。
通過具有適當(dāng)軟件的數(shù)字信號處理器(DSP)，可實現(xiàn)延遲(3)和濾波器(4)。
延遲(3)、濾波器(4)和放大器(5)能安裝在揚聲器(2)中或能保持在揚聲器外。
權(quán)利要求
1.公共廣播系統(tǒng)，能夠?qū)σ獜V播的地區(qū)進(jìn)行均勻聲音覆蓋，包括電聲源(1)的網(wǎng)絡(luò)，每一電聲源(1)擴(kuò)散由延遲(3)所延遲的、濾波器(4)所濾波，以及系統(tǒng)的輸入信號放大器(5)所放大的型式，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)基本上是直線和垂直的，由電聲源(1)的發(fā)射軸與網(wǎng)絡(luò)的法線形成的角度θ為θn＞θn-1，其中，n是從系統(tǒng)的頂?shù)降装丛鲂蚓幪柕碾娐曉?1)的下標(biāo)，以及延遲(3)與角度θ協(xié)作以便所述系統(tǒng)生成對應(yīng)于要廣播的地區(qū)的理想的聲音覆蓋的形狀的波前。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，選擇電聲源(1)的傾角θ的角度以便對每一電聲源(1)，使所述電聲源的中心與所述電聲源的發(fā)射軸和理想波前之間的交叉點分開的距離d為最小。
3.如權(quán)利要求1和2的至少一個所述的系統(tǒng)，其中，延遲(3)基本上對于n＞1為Rn＝Rn-1+(dn-1-dn)/c，Rn是連接到第n個電聲源的延遲(按秒計)，R1是任何值，c是以m/s計的聲速，距離d用米表示。
4.如權(quán)利要求1至3的至少一個所述的系統(tǒng)，其中，電聲源(1)是直接輻射擴(kuò)音器。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，擴(kuò)音器配置有基本上矩形的膜。
6.如權(quán)利要求1至3的至少一個所述的系統(tǒng)，其中，電聲源(1)是通過波導(dǎo)管輻射的擴(kuò)音器。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，每個波導(dǎo)管通過基本上矩形的開口輻射以便特定聲速在任何時刻在輻射開口的任何點基本上是相同的。
8.如權(quán)利要求1至3的至少一個所述的系統(tǒng)，其中，電聲源(1)是擴(kuò)音器組。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，同一組的擴(kuò)音器是相鄰的、位于相同的平面中，并結(jié)合以便該組在所考慮的頻帶中基本上如矩形活塞進(jìn)行輻射。
10.如權(quán)利要求1至9的至少一個所述的系統(tǒng)，其中，電聲源(1)固定在相同揚聲器(2)上。
11.如權(quán)利要求1至9的至少一個所述的系統(tǒng)，其中，電聲源(1)附著到彼此機(jī)械連接的揚聲器。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，電聲源(1)具有不同高度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于實現(xiàn)對于公共廣播區(qū)域的均勻聲音覆蓋的聲音裝置，其包括電聲源網(wǎng)絡(luò)(1)，其中每個電聲源(1)擴(kuò)散由延遲(3)延遲、由濾波器(4)濾波以及由輸入信號放大器(5)放大的型式。該發(fā)明裝置的特征在于所屬網(wǎng)絡(luò)基本上是直線形的和垂直的，由電聲源(1)的輻射軸和網(wǎng)絡(luò)的法線形成的角度θ選擇為θ
文檔編號H04R5/02GK1965608SQ200580009550
公開日2007年5月16日 申請日期2005年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
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