專利名稱：產(chǎn)生聲場(chǎng)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可控聲天線，并具體涉及^:字電控聲天線。
背景技術(shù)：
相控陣天線在電磁和超聲聲學(xué)領(lǐng)域是眾所周知的。在有聲(可聽(tīng) 見(jiàn)的)聲學(xué)領(lǐng)域，他們不為人所熟知卻以簡(jiǎn)單的形式存在。后者相對(duì) 原始，而本發(fā)明尋求提供涉及能夠被控制的高級(jí)音頻聲陣列的改進(jìn)以 便隨意或多或少地控制其輸出。
WO 96/31086描述了一種系統(tǒng)，它^f吏用一元編碼信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)輸出 換能器陣列，各換能器能夠產(chǎn)生聲壓脈沖但不能復(fù)制全部將被輸出的 信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面解決這樣的問(wèn)題該問(wèn)題在多個(gè)聲道由單個(gè)輸 出換能器陣列輸出而各聲道被定向在不同方向時(shí)出現(xiàn)。由于事實(shí)上各 聲道采用不同路徑到達(dá)收聽(tīng)者，因此當(dāng)它們到達(dá)收聽(tīng)者的位置時(shí)，聲 道會(huì)失去同步，并且是可聽(tīng)見(jiàn)的。
根據(jù)第一方面，提供了使用輸出換能器陣列產(chǎn)生包括多個(gè)聲道的 聲場(chǎng)的方法，所述方法包括
為各聲道選擇各輸出換能器的第 一延遲值，其中根據(jù)各換能器在 陣列中的位置選出所述第一延遲值；
為各聲道選擇第二延遲值，其中根據(jù)聲道的聲波從所述陣列到收聽(tīng)者的期望傳輸距離選出所述第二延遲值；
對(duì)于各輸出換能器，獲得表示各聲道的信號(hào)的延遲復(fù)制信號(hào)，各 延遲復(fù)制信號(hào)被具有包括所述第 一延遲值的第 一分量和包括所述第 二延遲值的第二分量的值延遲。
同樣根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用于產(chǎn)生聲場(chǎng)的裝置，所述
裝置包括
多個(gè)輸入端，用于輸入分別表示不同聲道的多個(gè)信號(hào)； 輸出換能器陣列；
復(fù)制部件，用于獲得各輸出換能器的各相應(yīng)輸入信號(hào)的復(fù)制信
號(hào)；
笫一延遲部件，用于用相應(yīng)的第一延遲值延遲各信號(hào)的各復(fù)制信 號(hào)，第一延遲值根據(jù)各輸出換能器在陣列中的位置被選出；
第二延遲部件，用于用笫二延遲值延遲各信號(hào)的各復(fù)制信號(hào)，為 各聲道選擇第二延遲值，其中根據(jù)該聲道的聲波/人陣列到收聽(tīng)者的期 望傳輸距離選擇第二延遲值。
因此，提供了一種方法和裝置，用于向各聲道施加兩類延遲以便 為各聲道減少不同傳輸距離的影響。
本發(fā)明的第二方面解決輸出換能器陣列在^L聽(tīng)?wèi)?yīng)用中產(chǎn)生的問(wèn) 題。由于經(jīng)常需要在聲道上施加不同的延遲以便產(chǎn)生期望的效果，聲 道會(huì)明顯地滯后于視頻圖像。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了采用輸出換能器陣列再現(xiàn)包括多 個(gè)聲道的聲音內(nèi)容，在視聽(tīng)演示中提供圖像和聲音之間的時(shí)間一致性 的方法，所述方法包括
對(duì)于各輸出換能器，用相應(yīng)的音頻延遲值延遲表示聲道的各信號(hào) 的復(fù)制信號(hào)；
用視頻延遲值延遲視頻信號(hào)，算得的所述視頻延遲值使顯示相應(yīng) -f見(jiàn)頻圖像的時(shí)間基本為時(shí)間上對(duì)應(yīng)的聲道到達(dá)收聽(tīng)者的時(shí)間。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了在視聽(tīng)演示中在圖像和多個(gè)聲道之間提供時(shí)間一致性的裝置，所述裝置包括
輸出換能器陣列；
復(fù)制和延遲部件，用于為各輸出換能器獲得表示聲道的各信號(hào)的 延遲復(fù)制信號(hào)；
視頻延遲部件，用于用視頻延遲值延遲相應(yīng)的視頻信號(hào)，算得的 所述視頻延遲值使顯示相應(yīng)視頻圖像的時(shí)間基本為時(shí)間上對(duì)應(yīng)的聲 道到達(dá)收聽(tīng)者的時(shí)間。
因此，本發(fā)明的這個(gè)方面使;f見(jiàn)頻和聲道能夠在正確時(shí)間(例如與 另一個(gè)時(shí)間一致)到達(dá)收看者/收聽(tīng)者。
本發(fā)明的第三方面解決的問(wèn)題是不同聲道可能有不同內(nèi)容，因此
因此，本發(fā)明的第三方面提供采用輸出換能器陣列產(chǎn)生包括多個(gè) 聲道的聲場(chǎng)的方法，所述方法包括
對(duì)于各聲道，獲得各輸出換能器表示所述聲道的信號(hào)的復(fù)制信 號(hào)，以便獲得各聲道的一組復(fù)制信號(hào)；
對(duì)從第一聲道信號(hào)產(chǎn)生的第一組復(fù)制信號(hào)應(yīng)用第一窗口函數(shù)；
對(duì)從第二聲道信號(hào)產(chǎn)生的第二組復(fù)制信號(hào)應(yīng)用不同的第二窗口函數(shù)。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供產(chǎn)生包括多個(gè)聲道的聲場(chǎng)的 裝置，所述裝置包括 輸出換能器陣列；
復(fù)制部件，用于對(duì)各輸出換能器提供表示所述多個(gè)聲道中的各個(gè) 聲道的信號(hào)的復(fù)制信號(hào)；
開窗部件，用于對(duì)從第一聲道信號(hào)產(chǎn)生的第一組復(fù)制信號(hào)應(yīng)用第 一窗口函數(shù)并對(duì)從第二聲道信號(hào)產(chǎn)生的第二組復(fù)制信號(hào)應(yīng)用不同的 第二窗口函數(shù)。
因此，這個(gè)方面使不同窗口函數(shù)能夠被應(yīng)用到不同聲道，給予了 更令人滿意的聲場(chǎng)并且使獨(dú)立調(diào)節(jié)各聲道的音量更為容易。本發(fā)明的笫四方面解決需要大陣列來(lái)控制低頻然而較小陣列就 能控制高頻獲得相同準(zhǔn)確度的問(wèn)題。此外，低頻比高頻需要更高的功 率。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供采用輸出換能器陣列產(chǎn)生聲場(chǎng)的方
法，所述方法包括
將輸入信號(hào)分為至少低頻分量和高頻分量；
采用陣列第一部分上的輸出換能器輸出所述低頻分量；以及
采用所述陣列第二部分上的輸出換能器輸出所述高頻分量，其中 所述陣列第二部分小于所述第 一部分。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了用于產(chǎn)生聲場(chǎng)的裝置，所述裝置 包括
輸出換能器陣列，其中在陣列的第一區(qū)域中，輸出換能器的排列 比在所述陣列的剩余區(qū)域中更為緊密。
因此，這個(gè)方面允許使用有效數(shù)量的輸出換能器，使所有頻率以 期望的方向性被輸出。
本發(fā)明的第五方面涉及陣列的有效配置，這種配置能夠?qū)⒙曇艋?本定向在期望平面中。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種輸出換能器陣列，其中的每 個(gè)輸出換能器在一條線上相互鄰近；所述輸出換能器中的各個(gè)換能器大。
因?yàn)槁曇糁饕杏谠陉嚵星胺剿綌U(kuò)展的平面中，所以上述配 置特別有用。由于各換能器的長(zhǎng)條形特性，所以能實(shí)現(xiàn)在平面上的集 中，并且因?yàn)殛嚵兄杏卸鄠€(gè)換能器，所以獲得了方向性。
本發(fā)明的第六個(gè)方面解決根據(jù)用戶需要，采用反射面或共鳴面將 窄或?qū)挼穆暿ㄏ虻较薅ㄎ恢玫男枨蟆?br> 根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了使表示各聲道的多個(gè)輸入信號(hào)似 乎從空間中相應(yīng)的不同位置發(fā)出的方法，所述方法包括在空間中各所述位置提供聲反射或共鳴面；
在空間中遠(yuǎn)離所述位置指出提供輸出換能器陣列；以及
使用所述輸出換能器陣列，將各聲道的聲波定向到空間中各相應(yīng) 位置以便使所述聲波被所述反射或共鳴面發(fā)送，所述聲波被聚焦在空
間中所述反射或共鳴面的前方或后方的位置； 所述定向步驟包括
對(duì)于各換能器，獲得用各延遲值延遲的各輸入信號(hào)的延遲復(fù)制信 號(hào)，各延遲值根據(jù)各輸出換能器在陣列中的位置以及所述各聚焦位置 來(lái)選擇，以便聲道的聲波被定向到相應(yīng)聲道的聚焦位置；
對(duì)于各換能器，總和各輸入信號(hào)的相應(yīng)延遲復(fù)制信號(hào)以產(chǎn)生輸出 信號(hào)；以及
將輸出信號(hào)傳遞到相應(yīng)的換能器。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了用于使表示相應(yīng)聲道的多 個(gè)輸入信號(hào)似乎從空間中各不同位置發(fā)出的裝置，所述裝置包括 空間中各所述位置處的聲反射或共鳴面； 空間中遠(yuǎn)離所述位置之處的輸出換能器陣列；以及 控制器，用于利用所述輸出換能器陣列，將各聲道的聲波定向到 空間中所述聲道的相應(yīng)位置以便所述聲波凈皮所述反射或共鳴面再次 發(fā)送，所述聲波被聚焦在空間中所述反射或共鳴面的前方或后方的位 置；
所述控制器包括
復(fù)制和延遲部件，用于為各換能器獲得一皮相應(yīng)延遲值延遲的輸入 信號(hào)的延遲復(fù)制信號(hào)，各延遲值根據(jù)相應(yīng)輸出換能器在陣列中的位置 以及相應(yīng)聚焦位置選出，以便聲道的聲波被定向到那個(gè)輸入信號(hào)的聚 焦位置；
加法部件，用于為各換能器總和各輸入信號(hào)的相應(yīng)延遲復(fù)制信號(hào) 以產(chǎn)生輸出信號(hào)；以及
將輸出信號(hào)傳遞到相應(yīng)換能器的部件，以便聲道聲波被定向到那個(gè)輸入信號(hào)的聚焦位置。
本發(fā)明的第六方面使窄或?qū)挼穆暿軌蚋鶕?jù)選在反射器/共鳴器 后方或前方的聚焦位置被再次發(fā)送。
本發(fā)明的第七方面解決難以準(zhǔn)確地確定聲音纟皮定向到或聚焦到 哪里的問(wèn)題而且需要直觀的方法使操作員能夠控制(根據(jù)反饋)聲音 被定向到或聚焦到哪里。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了選擇聲音聚焦方向的方法，所述
方法包括
攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)期望的方向，采用取景器或其它篩選部件確定該方向 是否是期望的方向；
計(jì)算要施加到輸入信號(hào)的 一組復(fù)制信號(hào)上的多個(gè)信號(hào)延遲以便 將聲音定向在所選方向上。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了確定聲音被定向到何處的 方法，所述方法包4舌
根據(jù)聲音被定向的方向自動(dòng)調(diào)節(jié)攝像機(jī)所對(duì)準(zhǔn)的方向；
從取景器或其它篩選部件辨別攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)的方向。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了用于建立或監(jiān)視聲場(chǎng)的裝 置，所述裝置包括
輸出換能器陣列；
可定向攝像機(jī)；
控制所述輸出換能器陣列和所述攝像機(jī)的部件，以便所述攝像機(jī)
因此，本發(fā)明的第七方面使用戶能夠以直觀簡(jiǎn)單的方式確定聲音 尋皮定向的方向。
通常，本發(fā)明適用于更優(yōu)的全數(shù)控聲學(xué)相控陣天線(數(shù)字相控陣 天線，或DPAA)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個(gè)空間分布的音速電聲換能器 (SET),這些換能器排列在二維陣列中并且各換能器通過(guò)輸入信號(hào) 分配器連接到相同的數(shù)字信號(hào)輸入端，輸入信號(hào)分配器在把輸入信號(hào)輸送到各SET之前對(duì)其進(jìn)行修改以便獲得期望的方向效果。
通過(guò)以下描述將了解本發(fā)明內(nèi)在的各種可能性和實(shí)際上是首選
的型式
SET^皮最優(yōu)地排列在平面或曲面(Surface)而不是隨機(jī)地排列在 空間中。然而，它們也可以是兩個(gè)或多個(gè)鄰近子陣列的2維棧的形式一 兩個(gè)或多個(gè)緊密的一個(gè)接著一個(gè)的平行平面或曲面。
在曲面中，構(gòu)成陣列的SET最好是緊密排列的，而且理想的是完 全填滿整個(gè)天線孔隙。這對(duì)于實(shí)際的圓截面SET是不實(shí)際的，但對(duì)于 三角形、正方形或六邊形截面SET或通常的覆蓋平面的任何截面卻是 可以實(shí)現(xiàn)的。在SET截面沒(méi)有覆蓋整個(gè)平面的情況下，通過(guò)使陣列以 ?；蚨嚓嚵械男问揭焕缛S陣列，其中至少一個(gè)SET的附加曲面被 安裝在至少 一個(gè)其它這種曲面的后面，而且在那個(gè)或每個(gè)在后面的陣 列中的SET在前面陣列中的縫隙之間輻射，則可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)準(zhǔn)確的近 似于填滿孔隙。
SET最好是相似的，理想的情況是相同的。它們當(dāng)然是音速的一 即音頻裝置，并且它們能最好夠均勻地覆蓋可能低至(或低于)20Hz, 到高至20KHz或更高(聲頻帶寬)的全部聲頻帶(Audio Band)。或 者，可以使用不同音速能力的SET但是一起覆蓋期望的全部范圍。因 此，可將多個(gè)不同的SET物理地組合起來(lái)，形成合成SET (CSET), 其中即使單獨(dú)的SET不能覆蓋所述聲頻帶，但不同SET的組合在一 起可覆蓋該聲頻帶。作為另一個(gè)變化，每個(gè)能夠覆蓋僅部分聲頻帶的 SET可以不被組合而是分散在陣列中，在SET之中有足夠的變化使陣 列作為一個(gè)整體完全或幾乎完全覆蓋所述聲頻帶。
CSET的替代形式包括幾個(gè)(通常是兩個(gè))相同的換能器，分別 由相同信號(hào)驅(qū)動(dòng)。這樣減少了所需信號(hào)處理和驅(qū)動(dòng)電子電路的復(fù)雜性 而保留了大型DPAA的很多優(yōu)點(diǎn)。下文中將提及CSET的位置，應(yīng)理 解該位置是CSET作為一個(gè)整體的質(zhì)心，例如，構(gòu)成CSET的所有單 獨(dú)SET的重心。在曲面中，SET或CSET (下文中這兩個(gè)形式都用SET表示)的間距一也就是陣列的整體布局和結(jié)構(gòu)以及其中各換能器被放置的方式最好是MJ"的，并且它們?cè)谇嫔系姆植甲詈檬菍?duì)稱的。因此SET最好被放置為三角形、正方形或六邊形的點(diǎn)陣。可選擇點(diǎn)陣的樣式和方向以控制旁瓣的間距和方向。
雖然不是基本的，但各SET最好在它能夠有效發(fā)射(或接收)的
各個(gè)輸出SET可以采用任何方便或期望的聲音輻射裝置形式(例如，傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器)，雖然它們最好是相同的，但它們可以不同。揚(yáng)聲器的類型可以是活塞式聲輻射器(其中換能器膜片被活塞推動(dòng))并且在這種情況下，各SET的活塞式輻射器的最大輻射范圍(例如，對(duì)圓形SET是有效活塞直徑)最好盡可能地小，而理想的是和聲頻帶寬中最高頻率的聲音波長(zhǎng)一樣小或比它更小(例如在空氣中，20KHz的聲波具有大約17mm的波長(zhǎng)，那么對(duì)于圓形活塞式換能器，大約17mm的最大直徑是最好的，最好有更小的尺寸以確保全方向性)。
最好將陣列平面中的SET或各SET陣列的全部尺寸選為等于或大于空氣中最低頻率的聲音波長(zhǎng)，最低頻率會(huì)極大地影響陣列的極輻射圖。因此，如果期望能夠發(fā)送或控制低至300Hz的頻率，那么在與
cs/3001.1米(這里Cs是聲速)。
本發(fā)明適用于全#:控聲速/可聽(tīng)聲學(xué)相控陣天線系統(tǒng)，而當(dāng)實(shí)際的換能器可被模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)它們最好由數(shù)字功率放大器驅(qū)動(dòng)。典型的這種數(shù)字功率放大器包括PCM信號(hào)輸入；時(shí)鐘輸入(或者從輸入PCM信號(hào)獲得時(shí)鐘的部件)；輸出時(shí)鐘，它由內(nèi)部產(chǎn)生，或^Mv輸入時(shí)鐘或從另外的輸出時(shí)鐘輸入獲得；以及可選的輸出電平輸入，它可以是數(shù)字(PCM)信號(hào)或模擬信號(hào)(如果是后者，該模擬信號(hào)還可為放大器輸出提供功率)。數(shù)字功率放大器的特征是在任何可選的模擬輸出濾波前，其輸出是離散值并按步連續(xù)，并且只能在與輸出時(shí)鐘周
12期匹配的時(shí)間間隔中改變電平。離散輸出值由提供的可選輸出電平輸 入控制。對(duì)于基于PWM的數(shù)字放大器，在任意整數(shù)倍數(shù)的輸入采樣 周期上的輸出信號(hào)平均值代表輸入信號(hào)。對(duì)于其它數(shù)字放大器，在大 于輸入采樣周期的周期上，輸出信號(hào)的平均值趨向輸入信號(hào)平均值。 數(shù)字功率放大器的最優(yōu)形式包括雙極性脈寬調(diào)制器，以及一位二進(jìn)制 調(diào)節(jié)器。
采用數(shù)字功率放大器避免了在大多數(shù)所謂"數(shù)字"系統(tǒng)中存在的
更普通的需求一提供數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)以及用于各換能器驅(qū)動(dòng)聲道 的線性功率放大器，因此功率驅(qū)動(dòng)效率可以很高。此外，由于大多數(shù) 動(dòng)圏式聲換能器本身是感應(yīng)的，并且機(jī)械上^f艮有效地充任低通濾波 器，因此可以不需要在數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路和SET之間增加復(fù)雜的電子低通 濾波。換而言之，可以用數(shù)字信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)SET。
DPAA具有一個(gè)或多個(gè)it字輸入端(輸入端)。當(dāng)存在一個(gè)以上 的輸入端時(shí)，需要提供用于將各輸入信號(hào)傳送到各個(gè)SET的部件。
這可以通過(guò)用一個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)分配器將各輸入連接到各 SET完成。首先，輸入信號(hào)被發(fā)送到單個(gè)分配器，并且那個(gè)分配器對(duì) 各SET具有單獨(dú)的輸出(并且其輸出信號(hào)被適當(dāng)?shù)匦薷?，如下文所述?以便到達(dá)期望的終端)。或者，可以有多個(gè)相似的分配器，每個(gè)分配 器接收輸入信號(hào)或部分輸入信號(hào)，或單獨(dú)的輸入信號(hào)，然后分別為各 SET提供單獨(dú)的輸出(并且在每種情況下，其輸出信號(hào)被分配器適當(dāng) 地修改，如下所述，以便達(dá)到期望的終端)。在后一種情況下一多個(gè) 分配器，每個(gè)分配器向所有SET輸出的情況下一從各分配器到任一 SET的輸出必需被組合，并且這在對(duì)最終輸入進(jìn)行進(jìn)一步修改之前通 過(guò)加法器電^各便利地完成。
輸入端最好接收一個(gè)或多個(gè)表示一個(gè)或多個(gè)將由DPAA處理的 聲音的數(shù)字信號(hào)(輸入信號(hào))。當(dāng)然，最初定義將被發(fā)射的聲音的電 信號(hào)可以是模擬形式的，因此本發(fā)明的系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn) 換器(ADC) , ADC連接在輔助模擬輸入端(模擬輸入端)和一個(gè)輸入端之間，因此能夠?qū)⑦@些外部模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為內(nèi)部數(shù)字電信
號(hào)，它們分別具有特定的(而且合適的)的采樣率Fs,。因此，在DPAA
中，除了輸入端，所處理的信號(hào)是時(shí)間采樣的量化數(shù)字信號(hào)，表示將
被DPAA再現(xiàn)的聲音波形。
本發(fā)明的DPAA包括分配器，分配器在將輸入信號(hào)發(fā)送到各SET 之前對(duì)其進(jìn)行修改以便獲得期望的方向效果。分配器是數(shù)字裝置或軟 件，它有一個(gè)輸入和多個(gè)輸出。其中一個(gè)DPAA的輸入信號(hào)被發(fā)送到 其輸入端。它最好對(duì)一個(gè)SET有一個(gè)輸出；替代地， 一個(gè)輸出可在多 個(gè)SET或CSET的若干單元中共享。分配器將輸入信號(hào)的一般不同修 改型式發(fā)送到其各輸出。修改可以是固定的，或可使用控制系統(tǒng)調(diào)節(jié) 的。由分配器進(jìn)行的修改可包括應(yīng)用信號(hào)延遲，應(yīng)用振幅控制和/或可 調(diào)節(jié)的數(shù)字濾波。這些修改可由分別位于分配器中的信號(hào)延遲部件
應(yīng)注意，ADF可用于通過(guò)正確選擇濾波器系數(shù)對(duì)信號(hào)施加延遲。此外， 可使該延遲依賴于頻率，這樣，輸入信號(hào)的不同頻率被不同量延遲而 且濾波器可產(chǎn)生信號(hào)的任意數(shù)量的延遲型式的總和的效果。這里所用 術(shù)語(yǔ)"延遲，，應(yīng)解釋為包括由ADF和SDM施加的延遲類型。延遲可 以是包括零的任何有用的時(shí)段，但通常，至少一個(gè)復(fù)制輸入信號(hào)用非 零值延遲。
信號(hào)延遲部件(SDM)是可變數(shù)字信號(hào)時(shí)延元件。這里，由于這 些不是單頻，或窄頻帶，相移元件實(shí)際是時(shí)間延遲，因此DPAA將在 寬頻帶(例如聲頻帶)上操作?？梢杂性诮o定輸入端和各SET之間調(diào) 節(jié)延遲的部件，而且有利的是，有用于各輸入/SET組合的單獨(dú)可調(diào)的 延遲部件。
對(duì)于給定數(shù)字信號(hào)，可能的最小延遲最好與Ts—樣小或更小， Ts是那個(gè)信號(hào)的采樣周期；對(duì)給定數(shù)字信號(hào)，可能的最大延遲最好應(yīng) 選為和Tc一樣大或更大，Te是聲音越過(guò)換能器陣列最大橫向范圍Dmax 所用的時(shí)間，其中Tc = Dmax/cs， Cs是聲音在空氣中的速度。最好的是，對(duì)于給定數(shù)字信號(hào)，延遲中可能的最小增量變化應(yīng)不大于Ts， Ts是那 個(gè)信號(hào)的采樣周期。否則，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行內(nèi)插處理。為了總的聲束形狀修改，振幅控制部件(ACM)被便利地實(shí)現(xiàn)為 數(shù)字振幅控制部件。它可包括放大器或交流發(fā)電機(jī)(alternator)以便 增加或減少輸出信號(hào)的幅值。就像SDM,這里最好有可調(diào)的ACM用 于各輸入/SET組合。振幅控制部件最好用于向來(lái)自分配器的各信號(hào)輸 出施加不同振幅控制以便通過(guò)使用窗口函數(shù)抵消DPAA尺寸有限的 問(wèn)題。這可通過(guò)根據(jù)預(yù)定的曲線例如高斯曲線或升余弦曲線將各輸出 信號(hào)的幅值歸一化來(lái)方便地實(shí)現(xiàn)。因此，通常去往陣列中心附近的SET 的輸出信號(hào)不會(huì)受到嚴(yán)重影響，但是那些到陣列邊界附近SET的輸出 信號(hào)將根據(jù)那些SET距離陣列邊緣的遠(yuǎn)近被衰減。另一修改信號(hào)的方法采用數(shù)字濾波器(ADF),其群延遲和幅度 響應(yīng)作為頻率的函數(shù)按特定方式變化(而不僅僅是筒單的時(shí)延或電平該方法允許將DPAA輻射圖作為頻率的函數(shù)控制，這使DPAA輻射圖 的控制能夠在不同頻段中被分別調(diào)節(jié)(這是有用的，因?yàn)镈PAA輻射 區(qū)的波長(zhǎng)尺寸及其方向性是頻率的強(qiáng)函數(shù))。例如，對(duì)于比如說(shuō)寬度 2米的DPAA,其低頻截止頻率(方向性)大約是150Hz區(qū)域，而由 于人耳難以確定如此低頻的聲音的方向性，因此不在此低頻施加"聲 束控制"延遲和振幅加權(quán)而是采用優(yōu)化輸出電平將更為有用。此外， 采用濾波器還能夠?qū)Ω鱏ET輻射圖中的不均衡作一些補(bǔ)償。SDM延遲、ACM增益以及ADF系數(shù)可以是固定的，或者根據(jù) 用戶輸入改變，或者可被自動(dòng)控制的。最優(yōu)地，當(dāng)聲道在使用中時(shí)， 以很多小的增量作出所需的任何改變以便聽(tīng)不到中斷?？蛇x出這些增 量以定義預(yù)定的"下降，，和"發(fā)生"率，它們用來(lái)描述參數(shù)能夠改變 的速度。在提供一個(gè)以上的輸入端一例如編號(hào)為1到I的I個(gè)輸入端以及 有編號(hào)為1到N的N個(gè)SET時(shí)，最好為各組合提供單獨(dú)的和單獨(dú)可調(diào)的延遲、振幅控制和/或?yàn)V波部件Din (其中i = 1至I, n=l至N,介 于各I個(gè)輸入和各N個(gè)SET之間)。因此，對(duì)于各SET,將有I個(gè)經(jīng) 延遲或?yàn)V波的數(shù)字信號(hào)，分別通過(guò)單獨(dú)的分配器來(lái)自各輸入端，在用 于SET之前將^皮合并。通常在各分配器中有N個(gè)單獨(dú)的SDM, ACM 和/或ADF, —個(gè)SET —個(gè)。如上所述，數(shù)字信號(hào)的這種合并可以通 過(guò)數(shù)字代數(shù)相加這I個(gè)單獨(dú)的延遲信號(hào)方便地完成一即到各SET的信 號(hào)是來(lái)自I個(gè)輸入端中的各個(gè)輸出端的單獨(dú)修改的信號(hào)的線性組合。 對(duì)源自多于一個(gè)輸入端的信號(hào)執(zhí)行數(shù)字相加的需求意味著可能需要 使用數(shù)字采樣率轉(zhuǎn)換器(DSRC)，以同步這些外部信號(hào)，因?yàn)橥ǔ?對(duì)具有不同時(shí)鐘速度和/或相位的兩個(gè)或更多數(shù)字信號(hào)執(zhí)行數(shù)字相加 是沒(méi)有意義的。
DPAA系統(tǒng)可與遙控手持機(jī)(Handset )共同使用，手持機(jī)與DPAA 電子電路在一定距離(理想的是從DPAA收聽(tīng)區(qū)中的任何地方)進(jìn)行 通信(通過(guò)有線，或無(wú)線電或紅外或其它無(wú)線技術(shù))，并提供手動(dòng)控 制DPAA的所有主要功能。這種控制系統(tǒng)在提供以下功能時(shí)最為有 用
1) 選擇將哪個(gè)(哪些)輸入端連接到哪個(gè)分配器，還 可稱之為"聲道，，；
2) 控制各聲道的聚焦位置和/或聲束形狀；
3) 為各聲道控制各聲量設(shè)置；以及
4) 使用具有內(nèi)置麥克風(fēng)的手持機(jī)進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置 (見(jiàn)下文)。
還可以有
使兩個(gè)或多個(gè)這種DPAA互連的部件以1更調(diào)整其輻射圖、其聚焦 以及其優(yōu)化過(guò)程；
存儲(chǔ)和取回延遲集合(針對(duì)DDG)以及濾波系數(shù)(針對(duì)ADF) 的部件。


本發(fā)明將僅以非限定例示的方式作進(jìn)一 步描述，參照所附示意
圖，其中
圖1示出了簡(jiǎn)單的單輸入裝置的圖示； 圖2是多輸入裝置的方框圖； 圖3是通用分配器的方框圖4是用于本發(fā)明的最優(yōu)實(shí)施例的線性放大器和數(shù)字放大器的方
框圖5示出了帶有集中控制和輸入級(jí)的幾個(gè)陣列的互連； 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第一方面的分配器； 圖7A至7D示出了四種類型的聲場(chǎng)，它們可使用本發(fā)明第一方 面的裝置實(shí)現(xiàn)。
圖8示出了當(dāng)房間中三個(gè)聲道被定向在不同方向時(shí)，三條不同的 聲束路徑。
圖9示出了向各聲道施加延遲的裝置以便用于不同的傳輸距離； 圖10示出了用于根據(jù)施加到音頻聲道的延遲來(lái)延遲視頻信號(hào)的
裝置；
圖IIA至IID示出了用于解釋本發(fā)明第三方面的各種窗口函數(shù)； 圖12示出了用于向不同聲道應(yīng)用不同窗口函數(shù)的裝置； 圖13是示出了能夠用不同方式修整不同頻率的裝置的方框圖； 圖14示出了用于將不同頻段發(fā)送到單獨(dú)的輸出換能器的裝置； 圖15示出了用于將不同頻^f殳發(fā)送到重疊的輸出換能器組的裝置； 圖16示出了陣列的的正面圖，其中的符號(hào)表示各換能器輸出的 頻段。
圖17示出了根據(jù)本發(fā)明第四方面的輸出換能器陣列，中心附近 具有更密集的換能器區(qū)。
圖18示出了具有長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)的單個(gè)換能器； 圖19示出了圖18所示的換能器陣列；
17圖20示出了為獲得環(huán)繞聲效，輸出換能器陣列的平面圖以及反
射/共鳴屏；
圖21示出了換能器陣列的平面圖和反射/共鳴面，其中從表面反 射聲束圖22示出了根據(jù)本發(fā)明第七方面附有攝像機(jī)的陣列的側(cè)視圖23是根據(jù)本發(fā)明第一方面揚(yáng)聲器系統(tǒng)的典型設(shè)置圖24是根據(jù)本發(fā)明第一方面的優(yōu)選實(shí)施例數(shù)字揚(yáng)聲器系統(tǒng)的第
一部分的方框圖25是根據(jù)本發(fā)明第一方面的優(yōu)選實(shí)施例數(shù)字揚(yáng)聲器系統(tǒng)的第
二部分的方框圖；以及
圖26是根據(jù)本發(fā)明第一方面的優(yōu)選實(shí)施例數(shù)字揚(yáng)聲器系統(tǒng)的第
三部分的方框圖。
具體實(shí)施例方式
下文中的說(shuō)明和附圖采用框圖必要地描述了本發(fā)明，用各框表示 硬件組件或信號(hào)處理步驟。本發(fā)明原則上可以通過(guò)建立單獨(dú)的物理組 件以執(zhí)行各步驟，并如所示將它們互連來(lái)實(shí)現(xiàn)。可使用專用的或可編 程的集成電路實(shí)現(xiàn)多個(gè)步驟，有可能將多個(gè)步驟合并在一個(gè)電路中。 應(yīng)該理解，在實(shí)踐中，采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或通用微處理器 以軟件執(zhí)行多個(gè)信號(hào)處理步驟最為方便。可以用單獨(dú)的處理器或共享 一個(gè)微處理器的單獨(dú)軟件程序執(zhí)行步驟序列，或者將步驟序列合并到 一個(gè)程序中以提高效率。
附圖通常只示出音頻信號(hào)路徑；除非需要表達(dá)概念，為了清晰起 見(jiàn)，省略了時(shí)鐘和控制連接。此外，僅示出了少數(shù)SET、聲道及其關(guān) 聯(lián)電路，因?yàn)槿绻藢?shí)際大量的單元，圖會(huì)變得混亂并難以解釋。
在說(shuō)明本發(fā)明的各方面之前，描述根據(jù)各個(gè)方面中的任一方面適 用的裝置實(shí)施例是有用的。
圖1的方框圖描述了簡(jiǎn)單的DPAA。輸入信號(hào)(101)凈皮發(fā)送到分配器(102)，分配器(102)的多個(gè)(圖中為6個(gè))輸出分別通過(guò) 可選的放大器(103)連接到輸出SET (104),輸出SET (104)物 理上構(gòu)成二維陣列(105)。分配器修改發(fā)送到各SET的信號(hào)以產(chǎn)生 期望的輻射圖。在分配器之前和之后可以有另外的處理步驟，稍后說(shuō) 明。
圖2示出了有兩個(gè)輸入信號(hào)(501, 502 )和三個(gè)分配器(503-505 ) 的DPAA。分配器503處理信號(hào)501，而504和505都處理輸入信號(hào) 502。來(lái)自各SET的各分配器的輸出被加法器(506)總和，并通過(guò)》丈 大器103到達(dá)SET 104。
圖3示出了分配器的組件。它具有一個(gè)來(lái)自輸入電路的輸入信號(hào) (IOI)和多個(gè)輸出(802)， 一個(gè)輸出用于一個(gè)SET或SET組。從 輸入到各輸出的路徑包括SDM ( 803 )和/或ADF (804)和/或ACM (805)。如果在各信號(hào)路徑中所作的修改是相似的，可通過(guò)包括全部 SDM、 ADF和/或ACM級(jí)(806-808 )在分割信號(hào)之前更有效地實(shí)現(xiàn) 分配器。各分配器的各部分的參數(shù)可通過(guò)用戶或自動(dòng)控制改變。其所 需的控制連接未示出。
圖4示出了可能的功率放大器配置。在一種選擇中，輸入數(shù)字信 號(hào)(1001)，可能來(lái)自分配器或加法器，通過(guò)DAC(1002)和線性功率 放大器(1003)(帶有可選的增益/音量控制輸入(1004))。輸出進(jìn) 入一個(gè)SET或一組SET (1005)。在最優(yōu)配置中，這時(shí)示出了兩個(gè)SET 輸入端，輸入(1006)直接輸入到數(shù)字放大器(1007)，數(shù)字放大器 帶有可選的全局音量控制輸入(1008)。全局音量控制輸入還可方便 地作為輸出驅(qū)動(dòng)電路的電源。離散值的數(shù)字放大器輸出在到達(dá)SET (1005)之前可選地通過(guò)模擬低通濾波器(1009)。
圖5示出了三個(gè)DPAA(1401)的互連。這時(shí)，輸入(1402)、輸入電 路(1403 )和控制系統(tǒng)(1404)被三個(gè)DPAA共享。輸入電路和控制 系統(tǒng)可以是分開放置或結(jié)合在一個(gè)DPAA中，而其它DPAA作為輔件。 替代地，三個(gè)DPAA可以是相同的，只不過(guò)輔助DPAA中的冗余電路是不活動(dòng)的。這種設(shè)置使功率提高，而且如果陣列^^并排^:置，則在
低頻時(shí)有更好的方向性。
圖6和7A至7D的裝置具有圖1所示的一般結(jié)構(gòu)。圖6更詳細(xì) 地示出了更優(yōu)的分配器(102)。
如圖6所示，輸入信號(hào)(101)由輸入端(1514)發(fā)送到復(fù)制器 (1504)。復(fù)制器(1504)具有將輸入信號(hào)復(fù)制預(yù)定次數(shù)并在所述預(yù) 定數(shù)量的輸出端(1518)提供相同信號(hào)的功能。然后輸入信號(hào)的各復(fù) 制信號(hào)被提供給部件(1506)用于修改復(fù)制信號(hào)。通常，用于修改復(fù) 制信號(hào)的部件(1506)包括信號(hào)延遲部件(1508 )、振幅控制部件(1510) 和可調(diào)數(shù)字濾波部件(1512)。然而，應(yīng)注意振幅控制部件(1510) 是完全可選的。此外，也可以省去這個(gè)或那個(gè)信號(hào)延遲部件(1508) 和可調(diào)數(shù)字濾波器(1512)。部件(1506)最基本的功能-修改復(fù)制 信號(hào)是為了使不同復(fù)制信號(hào)在某種意義上被通常不同的量延遲。當(dāng)輸 出換能器(104)輸出不同延遲型式的輸入信號(hào)(101)時(shí)，對(duì)于延遲 的選擇決定了獲得的聲場(chǎng)。經(jīng)延遲以及最好是修改后的復(fù)制信號(hào)被由 輸出端(1516)從分配器(102)輸出。
如所述，由各信號(hào)延遲部件(1508)和/或各可調(diào)數(shù)字濾波器(1512) 所進(jìn)行的對(duì)各延遲的選擇嚴(yán)重地影響了所獲得聲場(chǎng)的類型。通常，有 四個(gè)特別有利的聲場(chǎng)，它們可以被線性地組合。
第一聲場(chǎng)
第一聲場(chǎng)如圖7A所示。
包含各輸出換能器(104)的陣列(105)在平面圖中示出。其它 行的輸出換能器可以位于所示行之上或之下。
由各信號(hào)延遲部件(508 )施加到各復(fù)制信號(hào)的延遲被設(shè)為相同 值，例如0 (在所示的平面陣列的情況下)，或所設(shè)值為曲面形狀的 函數(shù)(在曲面情況下)。這樣產(chǎn)生了表示輸入信號(hào)(101)的基本平 行的聲"束"，它具有與陣列(105)平行的波前F。在聲束方向的輻 射(與波前垂直)比在其它方向的強(qiáng)烈很多，雖然通常也會(huì)有"旁瓣，，。假設(shè)陣列(105)具有的物理擴(kuò)展是在所關(guān)心的聲音頻率的一個(gè)或幾
個(gè)波長(zhǎng)。這意味著如果需要，旁瓣通常能通過(guò)調(diào)節(jié)ACM或ADF被 削弱或去除。
操作模式通常被認(rèn)為是陣列(105)模擬很大的傳統(tǒng)揚(yáng)聲器。陣 列(105)的所有單獨(dú)的換能器(104)在同相操作以產(chǎn)生對(duì)稱的聲束， 其基本方向與陣列平面垂直。所獲得的聲場(chǎng)將與使用一個(gè)直徑為D的 大揚(yáng)聲器所獲得的聲場(chǎng)相似。
第二聲場(chǎng)
第 一聲場(chǎng)可被認(rèn)為是更普通的第二聲場(chǎng)的特例。
這里，使由信號(hào)延遲部件(1508)或可調(diào)數(shù)字濾波器(1512)施 加到各復(fù)制信號(hào)的延遲不同，以便在陣列表面上的某個(gè)選定方向，延 遲在換能器中系統(tǒng)地增加。如圖7B所示。在信號(hào)被傳遞到其各自的 輸出換能器(104)之前施加到各信號(hào)的延遲在圖7B中可由在換能器 后延伸的虛線表示。虛線越長(zhǎng)表示延遲時(shí)間越長(zhǎng)。通常，虛線和實(shí)際 延遲時(shí)間之間的關(guān)系將是dn-tjc,其中d表示虛線的長(zhǎng)度，t表示施 加到各信號(hào)的延遲量，c表示聲音在空氣中的速度。
如圖7B所示，當(dāng)你在圖7B中從左到右移動(dòng)時(shí)，施加到輸出換 能器的延遲線性增加。因此，傳遞到換能器(104a)的信號(hào)基本上沒(méi) 有延遲，因此是第一個(gè)離開陣列的信號(hào)。被傳遞到換能器U04b)的 信號(hào)被施加了少許延遲因此該信號(hào)是第二個(gè)離開陣列的。施加到換能 器(104c，、 104d、 104e等)的延遲接連增加以便在鄰近的換能器的輸出 之間有固定的延遲。
這一 系列延遲產(chǎn)生了與第 一聲場(chǎng)所產(chǎn)生的聲束相似的基本平行 的聲"束，，，只是現(xiàn)在聲束轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，該角度由所用的系統(tǒng)延遲 增量決定。對(duì)于很小的延遲&<< Tc, n),聲束方向?qū)缀醮怪庇陉嚵?(105);對(duì)于較大的延遲(最大tn) Te聲束可被控制為幾乎與表面 正切。
如所述，通過(guò)選擇延遲，聲波不用進(jìn)行聚焦就可以被定向，這樣
21來(lái)自各換能器的聲波的相同時(shí)間部分(那些表示相同信息的聲波部 分) 一起形成在特定方向傳^"的波前F。
通過(guò)減少由分配器向位于靠近陣列邊緣的SET提供的信號(hào)的振
幅(相對(duì)于向更靠近陣列中間的SET提供的振幅)，輻射圖中的旁瓣
的電平(由于有限陣列尺寸)會(huì)減少。例如，高斯或升余弦曲線可用
于確定來(lái)自各SET的信號(hào)的振幅。在調(diào)節(jié)有限陣列尺寸的影響和由于 外部SET中振幅減少而導(dǎo)致的功率減少之間取得折衷。 第三聲場(chǎng)
如果選擇由信號(hào)延遲部件(1508 )和/或自適應(yīng)數(shù)字濾波器(1512) 施加的信號(hào)延遲，使延遲加上從那個(gè)SET ( 104)到DPAA前的空間 中的選擇點(diǎn)的聲音傳播時(shí)間的總量對(duì)于所有SET是同一值一即使得 聲波作為同相聲音從各輸出換能器到達(dá)選擇點(diǎn)——那么可使DPAA 將聲音聚焦到那個(gè)點(diǎn)P。如圖7C所示。
如圖7C所示，施加到各輸出換能器(104a到104h)的延遲再次 增加，雖然這時(shí)不是線性的。這導(dǎo)致了彎曲的波前F，它聚集在焦點(diǎn) 上，這樣在焦點(diǎn)及其附近(在尺寸大約等于各聲音光譜分量的波長(zhǎng)的 區(qū)域內(nèi))的聲音強(qiáng)度大大高于附近其它點(diǎn)的聲音強(qiáng)度。
獲得聲波聚焦所需的計(jì)算可歸納如下
焦點(diǎn)位置矢量，/=
第n個(gè)換能器位置，尸 =
戶 凡
第n個(gè)換能器的傳輸時(shí)間，^=丄*/-W-O 各換能器所需的延遲，dn=k-tn
其中k是恒定偏移量以確保所有延遲是正數(shù)因此是可實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)如上所述適當(dāng)選擇延遲集合，焦點(diǎn)的位置可在DPAA前的幾 乎任4可地方被大范圍地改變。 第四聲場(chǎng)
圖7D示出了第四聲場(chǎng)，其中還采用了另一個(gè)基本原理來(lái)確定施 加到傳遞到各輸出換能器的信號(hào)的延遲。在此實(shí)施例中，調(diào)用了惠更 斯子波理論來(lái)模擬聲場(chǎng)，該聲場(chǎng)具有視在原點(diǎn)O。這點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò) 將由信號(hào)延遲部件(1508)或自適應(yīng)數(shù)字濾波器(1512)產(chǎn)生的信號(hào) 延遲設(shè)置為與從陣列后的空間中某 一 點(diǎn)到各輸出換能器的聲音傳播 時(shí)間相等來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些延遲在圖7D中由虛線表示。
如圖7D所示，那些距離模擬原點(diǎn)位置最近的輸出換能器在那些 距離原點(diǎn)位置較遠(yuǎn)的換能器之前輸出信號(hào)。從各換能器發(fā)射的聲波所 建立的干涉圖產(chǎn)生聲場(chǎng)，對(duì)于陣列前近場(chǎng)的收聽(tīng)者，該聲場(chǎng)似乎起源 于模擬原點(diǎn)。
圖7D示出了半球波前。這些波前的總和產(chǎn)生了波前F，它的曲 率與移動(dòng)方向與假設(shè)起源于模擬原點(diǎn)的波前所具有的曲率與移動(dòng)方 向相同。因此，獲得了真正的聲場(chǎng)。用于計(jì)算延遲的等式現(xiàn)在是
dn=tn-j
其中tn如在第三實(shí)施例中定義而j是任意的偏移量。
因此可以看出，通常采用的方法包括使用復(fù)制器(1504)獲得N 個(gè)復(fù)制信號(hào)，分別用于各輸出換能器(N個(gè))。然后各復(fù)制信號(hào)被各 延遲進(jìn)行延遲(也許通過(guò)濾波)，延遲根據(jù)各輸出換能器在陣列中的 位置以及要獲得的效果被選出。然后延遲的信號(hào)被傳遞到各輸出換能 器以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)穆晥?chǎng)。
分配器(102)最好包括單獨(dú)的復(fù)制和延遲部件以^/f言號(hào)可被復(fù) 制而且延遲可被施加到各復(fù)制信號(hào)。然而，本發(fā)明包括其它配置，例 如，可釆用有N個(gè)抽頭的輸入緩沖器，抽頭的位置決定延遲量。
所述系統(tǒng)是線性系統(tǒng)因此僅僅通過(guò)將所需延遲的信號(hào)加起來(lái)用 于特定的輸出換能器就可能組合上述四個(gè)效果中的任意之一。同樣，
23系統(tǒng)的線性本質(zhì)意味著幾個(gè)輸入可按上述方式分別被單獨(dú)地和不同地聚焦或定向，得到了可控的和潛在廣泛的獨(dú)立區(qū)域，其中不同聲場(chǎng)
(代表在不同輸入端的信號(hào))可以被正確地建立在遠(yuǎn)離DPAA處。例如，可使第 一信號(hào)似乎源于DPAA后的一定距離而第二信號(hào)可被聚焦到DPAA前一定距離的位置。本發(fā)明的第一方面
本發(fā)明的第一方面涉及多聲道系統(tǒng)中DPAA的使用。如所述，采
面圖中示意性地示出了這點(diǎn)，陣列(3801 )用于將第一聲束(Bl)基本筆直地定向到收聽(tīng)者(X)。如圖7A或7B所示，可以聚焦或不聚焦。第二聲束(B2)以一個(gè)小角度被引導(dǎo)，以便聲束經(jīng)過(guò)收聽(tīng)者(X)并在墻(3802)上經(jīng)過(guò)多次反射，最后再次到達(dá)收聽(tīng)者。第三聲束(B3)以一個(gè)大角度被引導(dǎo)以便它在側(cè)壁上反射一次并到達(dá)收聽(tīng)者。這種系統(tǒng)的典型應(yīng)用是家庭影院系統(tǒng)，其中聲束(Bl)表示中央聲道，聲束B2表示右環(huán)繞(傳統(tǒng)系統(tǒng)中的右后揚(yáng)聲器)聲道，聲束B3表示左聲道。右聲道和左環(huán)繞聲道還可有更多的聲束，但在圖8中為了清晰起見(jiàn)被省略了。顯然，聲束在到達(dá)用戶之前傳播了不同距離。例如，中央聲束可傳播4.8米，左右聲道可傳播7.8米，而環(huán)繞聲道傳播12.4米。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，可向傳播距離最短的聲道施加額外的延遲以便各聲道基本同時(shí)到達(dá)用戶。
圖9示出了用于實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)的裝置。三個(gè)聲道(3901， 3902， 3903)被輸入各延遲部件(3904)。延遲部件(3904 )及時(shí)用延遲控制器(3909)所確定的量延遲各聲道。然后，被延遲的聲道經(jīng)過(guò)分配器(3905)、加法器(3906)、放大器(3907 )和輸出換能器(3908 )。分配器(3905 )復(fù)制并延遲復(fù)制信號(hào)以便如圖8所示將聲道定向到不同方向。延遲控制器(3909)根據(jù)那個(gè)聲道的聲波在到達(dá)用戶之前期望傳播的距離選擇延遲。采用上述例示，環(huán)繞聲道傳播得最遠(yuǎn)因此根本不被延遲。左聲道被延遲13.5 ms這樣它與環(huán)繞聲道同時(shí)到達(dá)，而中央聲道被延遲22.4 ms這樣它與環(huán)繞聲道和左聲道同時(shí)到達(dá)。這樣確保了所有聲道同 時(shí)到達(dá)收聽(tīng)者。如果聲道的方向被改變，延遲控制器(3909)可考慮 這點(diǎn)從而相應(yīng)地調(diào)節(jié)延遲。圖9中，延遲部件(3904)在分配器之前 示出。然而，它們可以被有利地合并到分配器中以便延遲控制器 (3909 )向各分配器輸入信號(hào)而該延遲被施加到由分配器輸出的所有 復(fù)制信號(hào)上。此外，在另一個(gè)替代的實(shí)際應(yīng)用中，可使用單個(gè)延遲控 制器(3909)為各聲道復(fù)制信號(hào)選擇所得到的延遲從而向各分配器發(fā) 送延遲數(shù)據(jù)，而不需要單獨(dú)的延遲元件(3904)。 本發(fā)明的第二方面在上述第一方面中，到達(dá)用戶的聲音中的延遲可能很大，而且當(dāng) 聲音幅度增加時(shí)更加明顯。對(duì)于視聽(tīng)?wèi)?yīng)用，這可導(dǎo)致圖像先于聲音而 產(chǎn)生不好的效果。可采用圖IO所示裝置解決該問(wèn)題。從諸如DVD播 放器的源(4001 )提供相應(yīng)的音頻和-純頻信號(hào)。這些信號(hào)被同時(shí)讀出 并且是時(shí)間一致的。采用聲道分割器(4004)從音頻信號(hào)獲得各音頻 聲道并且各聲道被用于圖9所示的裝置。音頻延遲控制器(3909)被 連接到^f見(jiàn)頻延遲部件(4005)以i"更視頻信號(hào)被適當(dāng)?shù)牧垦舆t使聲音和 圖像同時(shí)到達(dá)用戶。然后視頻延遲部件的輸出被輸出到篩選部件 (4006)。所施加的視頻延遲通常參照聲束傳播的最大距離計(jì)算，即 圖8中的環(huán)繞聲道。這時(shí)視頻延遲將被設(shè)置為與聲束B2的傳播時(shí)間 相等，聲束B2不被音頻延遲部件(3904)延遲。通常期望用整數(shù)幀 延遲視頻信號(hào)，意味著視頻延遲值只是大致與所計(jì)算的值相等。即使 是環(huán)繞聲道因?yàn)榻?jīng)過(guò)任何處理(例如濾波)也會(huì)遭受一些延遲。因此， 可將另外的成分添加到視頻延遲值以便解決該處理延遲。此外，將視 頻信號(hào)延遲直到沿直接路徑(例如圖8中的Bl )到達(dá)收聽(tīng)者的聲音離 開揚(yáng)聲器通常更為簡(jiǎn)單。最終的誤差通常較小，而且由于當(dāng)前的AV 系統(tǒng)，收聽(tīng)者習(xí)慣于它。權(quán)利要求11和16通過(guò)短語(yǔ)"基本在...的時(shí) 間"，旨在覆蓋由于整數(shù)一見(jiàn)頻幀的采用的準(zhǔn)確值或近似值的系統(tǒng)。 作為一種改進(jìn)，也可將^f見(jiàn)頻延遲部件連接到(見(jiàn)圖IO中的虛線)各分配器(3905)以便也可對(duì)由于聲束方向的原因所施加的任何延遲作適當(dāng)?shù)目紤]。作為另一種改進(jìn)，可采用視頻處理電路提供聲音系統(tǒng)的用戶界面的在屏顯示。在更為普遍的軟件實(shí)施例中，音頻延遲的各組件將由微處理器作為程序的 一部分計(jì)算而且將為各復(fù)制信號(hào)計(jì)算完整的延遲值。然后這些值將用于計(jì)算適當(dāng)?shù)囊曨l延遲。本發(fā)明的第三方面
當(dāng)使用多聲道時(shí)，向各聲道應(yīng)用不同窗口函數(shù)是有益的。窗口函數(shù)以損耗功率的代價(jià)減少了 "旁瓣"的影響。所采用窗口函數(shù)類型的選擇依賴于所需的結(jié)果聲束的品質(zhì)。因此，如果聲束方向性很重要，應(yīng)釆用圖IIA所示的窗口函數(shù)。如果對(duì)方向性需求較低，可采用圖IID所示的更平緩的函數(shù)。
圖12示出了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)的裝置。該裝置基本與圖9所示裝置相同，除了省略了額外的延遲部件(3904)。然而這種額外的延遲部件可與本發(fā)明的這個(gè)方面結(jié)合。圖12中額外的組件(4101 )被置于分配器之后。該組件應(yīng)用窗口函數(shù)。該組件可有利地與分配器組合，但是為了清晰起見(jiàn)單獨(dú)示出。開窗部件(4101)為聲道向復(fù)制信號(hào)組應(yīng)用窗口函數(shù)。因此，可配置系統(tǒng)以便為各聲道選擇不同窗口函數(shù)。
該系統(tǒng)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。具有高的低音內(nèi)容的聲道通常需要具有高電平而方向性不是那么重要。因此，可為這種聲道改變窗口函數(shù)以滿足這些需要。圖11A-D示出了例示。圖IIA示出了典型的窗口函數(shù)?？拷嚵?4102)外部的換能器具有比中心的換能器更低的輸出電平以減少旁瓣并改善方向性。如果音量#1調(diào)高，所有輸出電平增加而且陣列中心的一些換能器會(huì)飽和(見(jiàn)圖11B),已經(jīng)達(dá)到滿刻度偏轉(zhuǎn)(FSD)。為了避免這點(diǎn)，可改變窗口函數(shù)的形狀而不是僅僅放大各換能器的輸出。這在圖11C和11D中示出。當(dāng)音量提高時(shí)，外部換能器在產(chǎn)生全部聲音中起更重要的作用。雖然這樣增加了旁瓣，但是也增加了功率輸出，提供了更大的聲音，而不用任何剪輯(飽和)。
上述技術(shù)對(duì)于更高頻率分量最為重要。因此，本方面可與第四方面(見(jiàn)下文)有利地結(jié)合。對(duì)于較低的頻率，其中方向性不易獲得而 且不太重要，可采用平坦("貨車車廂")窗口函數(shù)實(shí)現(xiàn)最大功率輸 出。而且，圖11D中所示改變窗口函數(shù)來(lái)增加聲量不是基本的，圖 11B所示的飽和在實(shí)際中不會(huì)可察覺(jué)到地使品質(zhì)變差因?yàn)榇翱诤瘮?shù)仍 然下降到零點(diǎn)避免了邊緣的不連續(xù)，而電平的不連續(xù)比坡度的不連續(xù) 造成的損害更大，如圖11B所示。 本發(fā)明的第四方面
陣列可獲得的方向性是將被定向的信號(hào)的頻率以及陣列尺寸的 函數(shù)。為了定向低頻信號(hào)，需要比以相同的分辨率引導(dǎo)高頻信號(hào)更大 的陣列。此外，低頻通常比高頻需要更大功率。因此，將輸入信號(hào)分
割為兩個(gè)或更多頻段并根據(jù)采用DPAA裝置獲得的方向性分別處理
這些頻段是有利的。
圖13示出了用于有選擇地發(fā)送不同頻段聲束的普通裝置。
輸入信號(hào)101被連接至信號(hào)分割器/組合器(2903 )從而在并聯(lián)聲 道中到達(dá)低通濾波器(2901 )和高通濾波器(2902)。低通濾波器(2901) 連接至分配器(2904)，分配器(2904)連接所有加法器(2905)， 加法器(2905)依次連接DPAA(105)的N個(gè)換能器(104)。
高通濾波器(2902)連接裝置(102)，裝置(102)與圖1中的 裝置(102 )相同(而且通常其中包括N個(gè)可變振幅和時(shí)變延遲元件)， 裝置(102)依次連接加法器(2905)的其它端口。
該系統(tǒng)可用于克服低頻的遠(yuǎn)場(chǎng)消除效果，因?yàn)殛嚵谐叽缗c那些在 更低頻率的波長(zhǎng)相比是小的。因此系統(tǒng)使不同頻率能夠根據(jù)聲場(chǎng)的定 形被區(qū)別對(duì)待。較低的頻率全部以相同的時(shí)延(額定為零)和振幅在 源/檢波器和換能器(2904)之間經(jīng)過(guò)，而到N個(gè)換能器中的每個(gè)換 能器的較高頻率分別被適當(dāng)?shù)匮訒r(shí)和控制振幅。這允許了較高頻率的 逆成束(anti-beaming)或趨于零而無(wú)需使低頻的整體遠(yuǎn)場(chǎng)趨于零。
應(yīng)注意根據(jù)本發(fā)明的第四方面的方法可采用可調(diào)數(shù)字濾波器 (512)實(shí)現(xiàn)。這種濾波器通過(guò)為濾波器系數(shù)簡(jiǎn)單地選擇合適的值使
27不同延遲能夠與不同頻率一致。這種情況下，無(wú)需分別分割頻段并將 不同延遲施加到取自各頻段的復(fù)制信號(hào)。僅僅通過(guò)將單個(gè)輸入信號(hào)的 各種復(fù)制信號(hào)濾波就能得到適當(dāng)?shù)男Ч?br> 圖14示出了本方面的另一個(gè)實(shí)施例，其中采用陣列的不同輸出 換能器組來(lái)發(fā)送輸入信號(hào)(101 )的不同頻段。如圖13,輸入信號(hào)(101 )
被高通濾波器(3402)和低通濾波器(3405 )分別分割為高頻段和低 頻段。低頻信號(hào)被傳遞到第一組換能器(3404)而高頻段被傳遞到第 二組換能器(3405)。第一組換能器(3404)比高頻換能器(3405) 跨越更大的陣列物理范圍。通常，換能器組跨越的范圍(即，性能尺 寸的大小)基本與將被發(fā)送的最短波長(zhǎng)成比例。這樣使兩個(gè)(或者所 有，如多于兩個(gè))頻段的方向性基本相同。
圖15示出了本方面的另一個(gè)實(shí)施例，其中一些輸出換能器在頻 段之間共享。信號(hào)又被低通濾波器(3501 )和高通濾波器(3502)分 割為低頻和高頻分量。低頻分配器(3503 )將輸入信號(hào)的低頻分量的 適當(dāng)延遲復(fù)制信號(hào)傳遞到第一組輸出換能器(3505)。在此例示中， 這笫一組包括陣列中的所有換能器。高頻分配器將輸入信號(hào)的高頻分 量傳遞到第二組輸出換能器(3506)。這些換能器是整個(gè)陣列的子集 并且，如圖所示，可以為與用于輸出低頻分量的換能器相同的換能器。 在這種情況下，要求加法器(3504)在輸出之前將低頻與高頻信號(hào)相 加。因此，在此實(shí)施例中，使用更多的換能器輸出低頻分量因而可獲 得在低頻中所需的更大功率。為了進(jìn)一步提高在低頻的功率輸出，外 側(cè)的換能器(其單獨(dú)輸出低頻)可以更大以及更強(qiáng)大。
此方法的優(yōu)點(diǎn)在于所獲得的方向性在所有頻率相同并將最少的 換能器用于高頻，結(jié)果降低了復(fù)雜性和成本。當(dāng)采用圖14所示設(shè)置 時(shí)，這點(diǎn)尤為適用，其中有在陣列外部附近的#^頻專用換能器和中心 附近的高頻換能器。另 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可使用更便宜的有限范圍換能器而 不是全范圍換能器。
圖16示意性地示出了換能器陣列的正面圖，各符號(hào)表示一個(gè)換能器(注意符號(hào)與所用換能器的形狀無(wú)任何關(guān)系)。當(dāng)采用圖14的 方法時(shí)，正方形符號(hào)表示用于輸出低頻分量的換能器。圓形符號(hào)表示 輸出中間范圍成分的換能器而三角形符號(hào)表示輸出高頻分量的換能 器。
當(dāng)采用圖15的方法，三角形符號(hào)表示輸出全部三種頻率范圍成 分的換能器。圓形符號(hào)表示只輸出中間范圍和低頻信號(hào)的換能器而正 方形符號(hào)表示只輸出低頻的換能器。
本發(fā)明的此方面與上述第三方面是完全兼容的，因?yàn)榭墒褂么翱?br> 函數(shù)，以及在分配器(3403, 3503， 3507)之后進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)采用專 用換能器時(shí)(如圖14),高頻換能器的中心陣列的出現(xiàn)所導(dǎo)致的低頻 窗口函數(shù)中的"洞"通常不會(huì)損害性能，特別是如果該洞與低頻聲道 復(fù)制的最短波長(zhǎng)相比足夠小。
圖16中明顯示出用于高頻的換能器比用于低頻的換能器少而且 相鄰換能器之間的間距是不變的。然而，可接收的最大換能器間距隨 波長(zhǎng)而變以避免在高頻的旁瓣需要更緊密排列(例如，每V2)的換 能器。這使在換能器和驅(qū)動(dòng)電子電路方面的費(fèi)用更高， 一方面來(lái)覆蓋 足夠大的區(qū)域以引導(dǎo)低頻，而另一方面用緊密排列的換能器引導(dǎo)高 頻。為了解決這個(gè)問(wèn)題，提供了如圖17所示的陣列。該陣列中位于 中心部分附近的輸出換能器具有比平均密度更高的輸出換能器密度。 因此，可使用更多緊密排列的換能器來(lái)輸出高頻而無(wú)需增加陣列的范 圍以及聲束的方向性。大的低頻區(qū)域被排列不太緊密的換能器覆蓋而 中心高頻區(qū)域是更緊密排列的區(qū)域，在所有頻率優(yōu)化了成本和性能。 在圖17中，正方形僅僅示出了換能器的存在而不是如圖16示出信號(hào) 輸出的形狀或類型。
本發(fā)明的第五方面
圖i8示出了長(zhǎng)度L比寬度W長(zhǎng)的換能器。該換能器可有利地用 于類似如圖19中所示的換能器的陣列中。這里，換能器3701 —個(gè)接 一個(gè)排列在一條線上這樣這條線在與各換能器最長(zhǎng)邊垂直的方向延伸。這種配置提供的聲場(chǎng)能夠在水平面一皮很好地引導(dǎo)，而且由于各換 能器的長(zhǎng)條形狀，該聲場(chǎng)大多數(shù)的能量在水平面上。只有很少的聲能 被定向到其它平面，從而使工作效率高。因此，第五方面提供了由長(zhǎng) 形換能器組成的1維陣列，它在一個(gè)方向具有緊密的方向性(由于長(zhǎng) 條形狀)而在另一個(gè)方向具有可控的方向性(由于陣列的性質(zhì))。各
換能器的縱橫比最好至少為2: 1，更好的是3: 1，而更好的仍是5: 1。各換能器的長(zhǎng)條形性質(zhì)使聲效集中在平面中而一條線上的換能器 陣列提供了平面中良好的方向性。該陣列可被用作本發(fā)明任何其它方 面中的陣列。
本發(fā)明的第六方面
本發(fā)明的第六方面涉及DPAA系統(tǒng)的使用，從而僅僅使用與上述 裝置相似的單個(gè)聲音發(fā)出裝置來(lái)產(chǎn)生環(huán)繞聲或立體聲效果。更具體地 說(shuō)，本發(fā)明的第六方面涉及將不同聲道定向到不同方向以便聲波撞擊
在反射面或共鳴面上從而^ic送。
本發(fā)明的第六方面解決的問(wèn)題是當(dāng)DPAA在室外工作(或具有基 本是無(wú)回聲狀況的其它地方)觀察者需要向這些聲音被聚焦的區(qū)域移 近以 <更容易感知各聲場(chǎng)。否則觀察者難以定位所產(chǎn)生的各聲場(chǎng)。
如果聲反射表面，或替代地，再發(fā)射所吸收入射聲能的聲共鳴體， 被置于聲束路徑中，它再發(fā)射聲音，因此有效地成為新的聲源，該聲 源遠(yuǎn)離DPAA，并位于由所用聚焦(如果有)確定的區(qū)域。如使用平 面反射體，那么反射聲被主要定向到特定方向；如采用漫反射體，那 么當(dāng)聲音從DPAA入射時(shí)，聲音在反射體的相同的一側(cè)或多或少在反 射體的各個(gè)方向被再發(fā)射。因而，如果多個(gè)表示不同輸入信號(hào)的不同
聲音信號(hào)被DPAA以所述方式定向到不同區(qū)域，并且在各區(qū)域中放置 了這種反射體或共鳴器以便從各區(qū)域使聲音改變方向，那么可采用這 里所述的單個(gè)DPAA的設(shè)計(jì)構(gòu)造實(shí)際多個(gè)獨(dú)立源聲音發(fā)射器系統(tǒng)。
圖20示出了采用單個(gè)DPAA和多個(gè)反射或共鳴面(2102)來(lái)向 收聽(tīng)者(2103)提供多個(gè)源。因?yàn)椴灰蕾囆睦戆凳?，環(huán)繞聲效果在整個(gè)收聽(tīng)區(qū)i或是可以聽(tīng)見(jiàn)的。
聲束可以是不聚焦的，如上參照?qǐng)D7A或7B所述，或聚焦的， 如上參照?qǐng)D7C所述?？蓪⒕劢刮恢眠x在各反射體/共鳴器前面，在其 上面或其后面以獲得期望的效果。圖21示意性地示出了當(dāng)聲束分別 聚焦在發(fā)射體前面或后面時(shí)所獲得的效果?？刹僮鱀PAA ( 3301 )以 將聲音定向到房間(3304)中設(shè)立的反射體(3302和3303 )。
當(dāng)聲束被聚焦在反射體(3302)前面的點(diǎn)F1時(shí)(見(jiàn)圖21)，聲 束在焦點(diǎn)變窄并向其后蔓延。聲束在從反射體反射后繼續(xù)蔓延而在位 置Pl的收聽(tīng)者將聽(tīng)到聲音。由于反射，用戶將感到聲音是從幻象焦 點(diǎn)F1發(fā)出。因此在P1的收聽(tīng)者將感到聲音是從房間(3304)外發(fā)出。 此外，所獲得的聲束很寬這樣在房間(3304)下半部分的大部分收聽(tīng) 者將聽(tīng)到聲音。
如果聲音被聚焦在反射體(3303 )之后的點(diǎn)F2 (見(jiàn)圖21)，聲 束在完全變窄到達(dá)焦點(diǎn)之前被反射。在反射后，聲束蔓延而在位置P2 的收聽(tīng)者將能夠聽(tīng)見(jiàn)聲音。由于反射，用戶將感到聲音是從反射體前 面的反射焦點(diǎn)F2，發(fā)出的。因此，在P1的收聽(tīng)者將感到聲音是從近旁 發(fā)出的。此外，獲得的聲束^艮窄這樣能將聲音定向到房間中的更小部 分的收聽(tīng)者。因此，由于上述原因，將聲束聚焦在反射體/共鳴器之外 的其它位置是有利的。
當(dāng)按上述方式用多個(gè)分離的聲束操作DPAA時(shí)——即，用表示不 同輸入信號(hào)的聲音信號(hào)，這些不同輸入信號(hào)被定向到不同和分離的區(qū) 域一一在非消聲環(huán)境中(例如在正常的房間環(huán)境中)其中有多個(gè)硬的 和/或主要的聲音反射邊界面，以及特別是那些區(qū)域在一個(gè)或多個(gè)反射 邊界面被引導(dǎo)的地方，那么觀測(cè)者僅利用其正常的方向聲音知覺(jué)就能 夠輕易地感知到各聲場(chǎng)，同時(shí)利用從那些區(qū)域到達(dá)觀察者的反射聲音 (從邊界)，在其各自的焦點(diǎn)區(qū)域(如果有的話)找到空間中的各聲 場(chǎng)。
著重強(qiáng)調(diào)的是，在這種情況下，觀察者察覺(jué)到真實(shí)的各聲場(chǎng)，該聲場(chǎng)決不會(huì)依賴DPAA將人工心理聲學(xué)元素引入聲音信號(hào)。因此，對(duì) 于真正的聲音位置，觀察者的位置相對(duì)不重要，只要他距離DPAA的 近場(chǎng)輻射足夠遠(yuǎn)。在這種方式下，僅用一個(gè)物理?yè)P(yáng)聲器(DPAA)， 利用在多數(shù)真實(shí)環(huán)境中建立的自然邊界，就能獲得多聲道"環(huán)繞聲"。
當(dāng)要在缺少適當(dāng)?shù)淖匀环瓷溥吔绲沫h(huán)境中產(chǎn)生相似的效果時(shí)，通 過(guò)在期望的似乎是聲源起源的地方適當(dāng)?shù)姆胖萌斯し瓷浠蚬缠Q面可 獲得相似的分離的多源聲場(chǎng)，然后在那些表面引導(dǎo)聲束。例如，在大 音樂(lè)廳或外界環(huán)境中，可放置光學(xué)透明塑料或玻璃板并且用作視覺(jué)影 響很小的聲音反射體。在期望有來(lái)自那些區(qū)域的廣泛聲散射時(shí)，替代 地，可引入聲散射反射體或?qū)拵Ч缠Q器(這會(huì)更難但是要構(gòu)成光學(xué)透 明不是不可能)。
可采用球形反射體在大角度上獲得漫反射。為了進(jìn)一步增強(qiáng)漫反 射效果，表面具有的粗糙程度應(yīng)該與其期望漫射的聲音頻率的波長(zhǎng)相 當(dāng)。
本發(fā)明此方面的主要優(yōu)點(diǎn)是可用單個(gè)DPAA裝置實(shí)現(xiàn)所有上述 內(nèi)容，從輸入信號(hào)的延遲復(fù)制信號(hào)的總和建立各換能器的輸出信號(hào)。 因此，避免了傳統(tǒng)上與環(huán)繞系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的很多配線和裝置。
本發(fā)明的第七方面
本發(fā)明的笫七方面解決的問(wèn)題是DPAA系統(tǒng)的用戶不能在任何 特定時(shí)間總能輕易發(fā)現(xiàn)特定聲道的聲音被引導(dǎo)或聚焦到何處。相反， 用戶可能想在空間中的特定位置引導(dǎo)或聚焦聲音，這需要進(jìn)行復(fù)雜計(jì) 算以施加正確延遲等。通過(guò)提供攝像機(jī)部件，使該部件指向特定方向 可緩解該問(wèn)題。然后與攝像機(jī)連接的部件可用于計(jì)算攝像機(jī)的指向從 而調(diào)節(jié)延遲。有利的是，攝像機(jī)是在操作者的直接控制下(例如在三 角架上或使用操縱桿)而且采用DPAA控制器使得無(wú)論操作者使攝像 機(jī)指向何處，都會(huì)發(fā)生聲道定向。這使建立系統(tǒng)非常容易，不用依賴 于建立房間的數(shù)學(xué)模型或其它復(fù)雜計(jì)算。
有利地，可提供檢測(cè)照相機(jī)聚焦在房間中何處的部件。那么，聲束可被聚焦在相同點(diǎn)。這使建立系統(tǒng)非常簡(jiǎn)單，因?yàn)榭稍诜块g中期望 聚焦聲音的地方放置標(biāo)志從而操作員通過(guò)看著電視監(jiān)控器就可使照 相機(jī)鏡頭聚焦在這些標(biāo)志上。于是系統(tǒng)可自動(dòng)建立軟件以便為在那一 點(diǎn)聚焦聲音計(jì)算正確的延遲。替代地，可在房間中確定參照點(diǎn)以選拷: 聲音聚焦。例如，可預(yù)編程房間的簡(jiǎn)單模型以便搡作者能夠在照相機(jī) 的視野中選擇目標(biāo)以確定聚焦距離。在兩種情況下，當(dāng)采用照相機(jī)聚 焦距離而且當(dāng)采用房間模型時(shí)，利用從照相機(jī)(搖攝，俯仰，距離) 或房間(x,y，z)到揚(yáng)聲器(旋轉(zhuǎn)，上升，距離)的座標(biāo)轉(zhuǎn)換是有利的， 這里兩個(gè)座標(biāo)系的原點(diǎn)不同。
在操作的逆模式中，可由DPAA電子電路自動(dòng)控制照相機(jī)以便照 相機(jī)指向聲束當(dāng)前被操縱的方向，其中在發(fā)生聲音聚焦的點(diǎn)上自動(dòng)聚 焦，如果有的話。這樣為操作者提供了大量有用的建立反饋信息。
還應(yīng)該提供用于選擇哪些聲道設(shè)置被照相機(jī)位置控制的部件而 且這些可全部由手持機(jī)控制。
圖22示出了使用攝像機(jī)(3602)的側(cè)面圖，攝像機(jī)(3602)放 置在DPAA (3601 )上以指向與聲音聚焦相同的點(diǎn)?？墒褂盟欧妱?dòng) 機(jī)(3603 )操縱照相機(jī)。替代地，照相機(jī)可被安裝在單獨(dú)的三角架上 或手持或是現(xiàn)存CCTV系統(tǒng)的一部分。
對(duì)于CCTV應(yīng)用，當(dāng)使用多個(gè)照相機(jī)來(lái)覆蓋一個(gè)區(qū)域時(shí)，可采用 單個(gè)陣列將聲音定向到其中 一 個(gè)照相機(jī)正在指向的區(qū)域中的任何位 置。因此，通過(guò)選擇指向特定點(diǎn)的照相機(jī)和向麥克風(fēng)講話，操作者可 將聲音(諸如語(yǔ)音命令或指令)定向到區(qū)域/房間中的特定點(diǎn)。
其它優(yōu)選特性
可提供部件調(diào)節(jié)涉及各輸入端的信號(hào)的輻射圖和焦點(diǎn)，以響應(yīng)在 那些輸入端的程序數(shù)字信號(hào)的值一 _通過(guò)當(dāng)有高聲將僅從那個(gè)輸入 端凈皮復(fù)制時(shí)，即刻向外移動(dòng)那些信號(hào)的焦點(diǎn)，這種方法可用于擴(kuò)大立 體聲信號(hào)和環(huán)繞聲效果。因此，根據(jù)實(shí)際輸入信號(hào)本身可完成操縱。
通常，當(dāng)焦點(diǎn)被移動(dòng)時(shí)，需要改變施加到各復(fù)制信號(hào)的延遲，其中包括適當(dāng)?shù)膹?fù)制或略過(guò)樣本。最好逐漸完成這點(diǎn)以避免任何可聽(tīng)見(jiàn) 的滴答聲，例如如果一次大量樣本被略過(guò)時(shí)可能會(huì)發(fā)生這種情況。 本發(fā)明的技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用包括以下方面
對(duì)于家庭娛樂(lè)，向試聽(tīng)室中不同位置發(fā)射多個(gè)真實(shí)聲源的能力允 許了多聲道環(huán)繞聲的復(fù)制而沒(méi)有多個(gè)獨(dú)立接線揚(yáng)聲器的混亂、復(fù)雜和 配線的問(wèn)題。
對(duì)于擴(kuò)音機(jī)和音樂(lè)會(huì)聲響系統(tǒng)，在三維中裁剪DPAA輻射圖的能 力，以及有多個(gè)同時(shí)發(fā)生的聲束允許
更加快速地建立，因?yàn)镈PAA的物理方位不是很重要并且不需要 反復(fù)調(diào)節(jié)；
作為一種類型的揚(yáng)聲器(DPAA),較小的揚(yáng)聲器設(shè)備可獲得很 多種輻射圖，通常分別需要帶有合適喇叭的專用揚(yáng)聲器；
更好的可理解性，因?yàn)榭蓽p少到達(dá)反射面的聲能，因此僅僅通過(guò) 調(diào)節(jié)濾波器和延遲系數(shù)就能減少主要回聲；以及
對(duì)于不需要的聲反饋有更好的控制，因?yàn)镈PAA輻射圖可被設(shè)計(jì) 為減少到達(dá)與DPAA輸入連接的實(shí)時(shí)麥克風(fēng)的能量。
對(duì)于人群控制和軍事行動(dòng)，有在遠(yuǎn)距離區(qū)域產(chǎn)生很強(qiáng)的聲場(chǎng)的能 力，通過(guò)聚焦和控制DPAA聲束(不必物理地移動(dòng)龐大的揚(yáng)聲器和/ 或喇。八)，該聲場(chǎng)可以簡(jiǎn)易快速地重新定位，并且通過(guò)追蹤燈源該聲 場(chǎng)可輕易地被定向到目標(biāo)上，并提供強(qiáng)大的無(wú)需進(jìn)入形式的聲武器； 如果采用大陣列，或一組可能間隔^艮寬的坐標(biāo)上分離的DPAA組，那 么可使聲場(chǎng)在聚焦區(qū)域中比DPAA SET附近強(qiáng)得多(如果整個(gè)陣列尺 寸足夠大，即使在音頻帶的較低端也是如此)。
上述任何方面可在實(shí)際裝置中組合起來(lái)以提供所述的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明第 一方面的優(yōu)選實(shí)施例
下面說(shuō)明本發(fā)明第一方面的優(yōu)選實(shí)施例，顯然，此實(shí)施例也采用 了上述其它方面的技術(shù)。
參照?qǐng)D23,數(shù)字揚(yáng)聲器10包括換能器或揚(yáng)聲器陣列11,控制該陣列以便音頻輸入信號(hào)作為聲束12-1、 12-2被發(fā)射，聲束12-1、 12-2 可被定向到陣列前的半空間中的任何方向(在一定范圍內(nèi))。利用謹(jǐn) 慎選擇的反射路徑，收聽(tīng)者13將感覺(jué)從陣列發(fā)射的聲束好像源自其 最后反射的地方。
在圖23中，示出了兩個(gè)聲束12-1和12-2。第一聲束12-1被定向 到可以是房間的一部分的側(cè)壁161上，并直接反射到收聽(tīng)者13。收聽(tīng) 者感到該聲束源自反射點(diǎn)17，也就是來(lái)自右邊。第二聲束12-2，由虛 線表示，在到達(dá)收聽(tīng)者13前經(jīng)過(guò)兩次反射。然而，當(dāng)最后一次反射 在后方拐角發(fā)生時(shí)，收聽(tīng)者將感到聲音象是從他或她后面的源發(fā)出。
盡管數(shù)字揚(yáng)聲器可用于很多方面，采用幾個(gè)放置在收聽(tīng)者位置周 圍不同位置的幾個(gè)分離的揚(yáng)聲器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)環(huán)繞聲系統(tǒng)是特別有利 的。數(shù)字揚(yáng)聲器，通過(guò)為環(huán)繞聲音頻信號(hào)的各聲道產(chǎn)生聲束，并將聲 束引導(dǎo)到適當(dāng)?shù)姆较颍谑章?tīng)者位置產(chǎn)生了真正的環(huán)繞聲而不需要另 外的揚(yáng)聲器或額外的配線。
在圖24至26中，以方框圖的形式示出了數(shù)字揚(yáng)聲器系統(tǒng)的組件。 在輸入處，通用格式音頻原始資料以脈碼調(diào)制(PCM)的形式從諸如 光盤(CD)、數(shù)字化視頻光盤(DVD)等裝置被數(shù)字揚(yáng)聲器作為光 學(xué)或同軸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流以S/PDIF的形式接收。不過(guò)也可使用其它輸入 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)格式。該輸入數(shù)據(jù)可包括簡(jiǎn)單的雙聲道立體對(duì)，或壓縮和編 碼的多聲道聲道例如DolbyDigitaltm5. 1或DTSta，或音頻信息的多個(gè) 離散的數(shù)字聲道。
編碼的和/或壓縮的多聲道輸入首先利用可用于標(biāo)準(zhǔn)音頻和-f見(jiàn)頻 格式的裝置和獲得許可的固件在解碼器中被解碼和/或解壓縮。還組合 了模數(shù)轉(zhuǎn)換器(未示出)以允許連接(AUX)至模擬輸入源，模擬輸 入源被迅速地轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)牟蓸訑?shù)字格式。所得到的輸出通常包括 三、四或更多對(duì)的聲道。在環(huán)繞聲場(chǎng)中，這些聲道通常指左、右、中 央、環(huán)繞(后)左和環(huán)繞(后)右聲道。其它聲道可出現(xiàn)在諸如低頻 效果聲道(LFE)的信號(hào)中。
35地，各聲道可通過(guò)單個(gè)聲道SRC傳遞)用于重新同步和重新采樣到內(nèi)
部(或可選地，外部)標(biāo)準(zhǔn)采樣率時(shí)鐘[SSC](通常大約為48.8KHz或 97.6KHz)和位長(zhǎng)(通常為24位)，使內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘能夠獨(dú)立于源數(shù) 據(jù)時(shí)鐘。采樣率轉(zhuǎn)化解決了由于時(shí)鐘速度不準(zhǔn)確、時(shí)鐘偏移和時(shí)鐘不 兼容而產(chǎn)生的問(wèn)題。具體地說(shuō)，如果數(shù)字揚(yáng)聲器的最后的功率輸出階 段要成為數(shù)字脈寬調(diào)節(jié)[PWM]轉(zhuǎn)換類型以獲得高效率，最好在PWM 時(shí)鐘和輸入PWM調(diào)節(jié)器的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)鐘之間完全同步。SRC提供了 這種同步，并且避免了任何外部數(shù)據(jù)時(shí)鐘的變化。
最后，當(dāng)兩個(gè)或更多數(shù)字輸入聲道具有不同數(shù)字時(shí)鐘時(shí)(可能因 為它們來(lái)自例如分離的數(shù)字麥克風(fēng)系統(tǒng))，那么同樣，SRC確保所有 不同信號(hào)在內(nèi)部是同步的。
SRC的輸出以內(nèi)部產(chǎn)生的釆樣率48，8KHz^L轉(zhuǎn)化為8聲道的24 位字。
采用一個(gè)或多個(gè)(一般是兩個(gè)或三個(gè))數(shù)字信號(hào)處理器[DSP]單 元處理數(shù)據(jù)。例如可以是運(yùn)行在133MHz的Texas Instruments生產(chǎn)的 TMS320C6701 DSP，以及為了易于編碼以浮點(diǎn)格式執(zhí)行多數(shù)計(jì)算的 DSP,或者為了獲得最高處理速度采用定點(diǎn)格式的DSP。替代地，特 別是執(zhí)行定點(diǎn)計(jì)算時(shí)，可在一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA) 單元中執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理。另一個(gè)替代是DSP和FPGA的組合。一 些或所有信號(hào)處理可替代地用定制硅以專用集成電路的形式實(shí)現(xiàn)。
DSP級(jí)執(zhí)行數(shù)字音頻數(shù)據(jù)輸入信號(hào)的濾波用于增強(qiáng)頻率響應(yīng)均 衡以補(bǔ)償用于數(shù)字揚(yáng)聲器最后階段的聲輸出換能器的頻率響應(yīng)(例 如，轉(zhuǎn)移函數(shù))中的不規(guī)則。
可以可選地在該級(jí)(最好)或可能在之前或之后的處理級(jí)通過(guò)另 外組合( 一個(gè)或多個(gè))低頻效應(yīng)[LFE]聲道與一個(gè)或多個(gè)其它聲道(例 如中央聲道)，從而減少單獨(dú)處理的聲道lt量，以便使該級(jí)之外的處 理最 少。然而，如果系統(tǒng)采用了單獨(dú)的子低音揚(yáng)聲器或如果處理功率不是問(wèn)題，那么可在整個(gè)處理鏈中維持更多離散的聲道。
DSP級(jí)還在全部8個(gè)聲道上扭j亍抗混淆和音調(diào)控制濾波，以及8
次過(guò)采樣和向全部8次過(guò)采樣數(shù)據(jù)率的內(nèi)插，在390KHz產(chǎn)生8聲道的24位字輸出樣本。信號(hào)限制和數(shù)字音量控制也在該DSP中執(zhí)行。
ARM微處理器經(jīng)紅外遙控從用戶向數(shù)字揚(yáng)聲器發(fā)送的實(shí)時(shí)聲束控制設(shè)置，為每個(gè)換能器產(chǎn)生時(shí)延數(shù)據(jù)。假設(shè)數(shù)字揚(yáng)聲器能夠獨(dú)立操作各輸出聲道(一個(gè)被操縱的輸出聲道用于一個(gè)輸入聲道，通常4至6個(gè))，將執(zhí)行大量的單獨(dú)延遲計(jì)算；該數(shù)量等于輸出聲道的數(shù)量乘以換能器數(shù)量。由于數(shù)字揚(yáng)聲器也能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)操縱各聲束，那么也需要快速執(zhí)行計(jì)算。 一旦算出，延遲需求在與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采樣本身相同的并行總線上被分發(fā)至FPGA (這里延遲實(shí)際上被施加到各數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)樣本流)。
ARM核心也處理所有系統(tǒng)初始化和外部通信。
信號(hào)流進(jìn)入Xilinx現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列邏輯，該邏輯控制高速靜態(tài)緩沖器RAM器件以產(chǎn)生施加到8個(gè)聲道中的各聲道的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)樣本所需的延遲，其中為輸出換能器(在此實(shí)現(xiàn)是256個(gè))中的每個(gè)換能器產(chǎn)生各聲道的離散延遲型式。
切趾法(Apodisation),或陣列孔徑開窗法(例如，為各換能器向信號(hào)施加分級(jí)權(quán)重因數(shù)，作為各換能器到陣列中心的距離的函數(shù)，以控制聲束形狀)在FPGA中分別被應(yīng)用到各聲道的延遲信號(hào)型式。這里應(yīng)用切恥法使不同輸出聲束能夠具有修整不同的聲束形狀。這些獨(dú)立的延遲和獨(dú)立的窗口數(shù)字樣本流， 一個(gè)用于8個(gè)聲道之一而且用于256個(gè)換能器之一總共產(chǎn)生8 x 256 = 2048個(gè)延遲型式，然后在FPGA中為各換能器總和以便為256個(gè)換能器單元中的每一個(gè)產(chǎn)生單獨(dú)的390kHz 24位信號(hào)。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，切趾法或陣列孔徑開窗法，在求和級(jí)后可立刻為所有聲道可選地被執(zhí)行(而不是分別為各聲道，在求和級(jí)之前)，但是在這種情況下，來(lái)自數(shù)字揚(yáng)聲器的各聲束輸出將具有相同的窗口函數(shù)，盡管該函數(shù)也許不是最佳的。然后24位，390kHz的256個(gè)信號(hào)各自通過(guò)也在FPGA中的量化 /噪聲整形電路來(lái)將數(shù)據(jù)采樣字長(zhǎng)減少到390kHz的8位，同時(shí)維持音 頻帶(例如從 20Hz到 20KHz的信號(hào)頻段)中的高信噪比[SNR]。
一個(gè)有用的實(shí)現(xiàn)是使SSC成為DSP主處理時(shí)鐘速度的精確的有 理凄t分?jǐn)?shù)，例如100MHz/256 =390,625 Hz,它將系統(tǒng)中的采才羊數(shù)據(jù)速 率鎖定在處理時(shí)鐘。使數(shù)字PWM計(jì)時(shí)時(shí)鐘頻率也是DSP主處理時(shí)鐘 速度的精確的有理數(shù)分?jǐn)?shù)是有利的。使PWM時(shí)鐘頻率是內(nèi)部數(shù)字音 頻采樣數(shù)據(jù)速率的精確的整數(shù)倍是特別有利的，例如對(duì)9位PWM是 512倍的采樣率(因?yàn)?9 = 512)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)字長(zhǎng)減少到8，而同時(shí)增 加采樣率是有用的，原因如下
i) 采樣率增加使數(shù)據(jù)字延遲的分辨率更高；例如48KHz的數(shù)據(jù) 率時(shí)，可用的最小延遲增量是1個(gè)采樣周期，或~ 21微秒，而對(duì)195KHz 的數(shù)據(jù)率，可用的最小延遲增量是(1采樣周期) 5.U殷秒。重要的 是使聲音路徑長(zhǎng)度補(bǔ)償分辨率(=時(shí)延分辨率乘以聲速)與聲輸出換 能器直徑相比更精細(xì)?？諝庵?1微秒的聲音在NTP大約傳播7mm， 當(dāng)使用直徑為10mm的換能器時(shí)，該分辨率太粗糙。
ii) 當(dāng)字長(zhǎng)小時(shí)，將PCM數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為實(shí)際時(shí)鐘速度的數(shù)字 PWM更為容易；例如，48KHz數(shù)據(jù)率的16位字要求PWM時(shí)鐘速度 為65536x48KHz 3. 15GHz (非常不切實(shí)際)，而195KHz數(shù)據(jù)率的 8位字要求PWM時(shí)鐘速度為256 x 390 KHz ~ lOOMHz (很實(shí)用)； 以及
iii) 因?yàn)椴蓸勇试黾樱黾拥目捎眯盘?hào)帶寬為采樣率的一半，例如 對(duì)于 195KHz的采樣率可用信號(hào)帶寬 96KHz;量化處理(位的減 少)有效地將量化噪聲加到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)上；通.過(guò)光鐠整形由量化處理產(chǎn) 生的噪聲，大部分可被移到基帶信號(hào)之上的頻率(例如，我們這種情 況下在~ 20KHz以上)，在基帶頂部之間的區(qū)域中(~ > 20KHz且< 可用信號(hào)帶寬 96KHz);效果是現(xiàn)在幾乎所有原始信號(hào)信息被數(shù)字 數(shù)據(jù)流攜帶而SNR的損失很少。
38帶有減少的采樣字寬的數(shù)據(jù)流分別以31.25 Mb/s的速率并帶有附 加音量數(shù)據(jù)在26個(gè)串行數(shù)據(jù)流中分布。各數(shù)據(jù)流被分配給26個(gè)驅(qū)動(dòng) 板之一。
驅(qū)動(dòng)電路板，如圖25所示，最好物理上在其驅(qū)動(dòng)的換能器所在 處，為其控制的各換能器提供脈寬調(diào)制BD類輸出驅(qū)動(dòng)電路。在本例 中，各驅(qū)動(dòng)板與十個(gè)換能器連接，由此換能器直接與BD類輸出驅(qū)動(dòng) 電路的輸出連接，無(wú)需任何插入的低通濾波器[LPF]。
各PWM發(fā)生器驅(qū)動(dòng)D類功率開關(guān)或輸出級(jí)，該輸出級(jí)直接驅(qū)動(dòng) 一個(gè)換能器，或者串聯(lián)或并聯(lián)的一對(duì)相鄰換能器?？蓴?shù)字調(diào)節(jié)D類功 率開關(guān)的電源電壓以控制到換能器的輸出功率電平。通過(guò)在大范圍上 控制該電源電壓，例如10: 1,換能器的功率可被控制在寬得多的范 圍上，對(duì)10: 1的電壓范圍是100: 1，或通常對(duì)N: l的電壓范圍是 N2:l。因此可實(shí)現(xiàn)大范圍電平控制(或"音量"控制)而不減少數(shù)字 字長(zhǎng)，所以不會(huì)由于進(jìn)一步量化(或損失分辨率)而發(fā)生信號(hào)衰退。
上的低損耗開關(guān)調(diào)節(jié)器執(zhí)行。對(duì)應(yīng)各D類開關(guān)有一個(gè)開關(guān)調(diào)節(jié)器以便 使電源線間調(diào)制最小化。為了降低成本，可采用各開關(guān)調(diào)節(jié)器提供成 對(duì)的，三個(gè)一組的，四重的或其它整凄t倍數(shù)的D類功率開關(guān)。
D類功率開關(guān)或輸出級(jí)，直接驅(qū)動(dòng)聲輸出換能器。在普通的D類 功率放大器驅(qū)動(dòng)中，例如通常采用的所謂"AD類"放大器，需要在 D類功率級(jí)和換能器之間放置電子低通濾波器[LPF](總是模擬電子 LPF)。這是因?yàn)榇艙Q能器(甚至是壓電式換能器)的普通形式對(duì)AD 類》文大器輸出的高能量中所呈現(xiàn)的高頻PWM載頻呈現(xiàn)4氐負(fù)載阻抗。 例如，帶有零基帶輸入信號(hào)的AD類放大器繼續(xù)在其輸出產(chǎn)生PWM 開關(guān)頻率(在本例中將是在 50或100MHz)的全振幅(通常是雙才及 性的)傳號(hào)空號(hào)比[MSR]為1:1的的輸出信號(hào)，如果它連接在額定的8 歐姆負(fù)載上，將在那個(gè)負(fù)載中消耗全部可用功率，同時(shí)不產(chǎn)生有用的 聲輸出信號(hào)。通常采用的電子LPF具有的截止頻率在最高所需信號(hào)輸出頻率之上(例如〉20KHz )但是正好在PWM開關(guān)頻率之下(例如~ 50 MHz),因此有效地阻礙了 PWM載波并將浪費(fèi)的功率最小化。這 種LPF必需以盡量低的功率損耗向電子負(fù)載(例如聲換能器)發(fā)送全 部信號(hào)功率；通常這些LPF采用最少兩個(gè)功率電感以及兩個(gè)，或通常 更多，三個(gè)電容器；LPF體積龐大而且建立起來(lái)比較昂貴。在單聲道 (或很少聲道)放大器中，這種LPF出于成本的原因可以容許，而且 更重要的是，在PWM放大器與其負(fù)載(例如，傳統(tǒng)揚(yáng)聲器)分別放 置，它需要與其負(fù)載用可能是很長(zhǎng)的導(dǎo)線連接，在任何情況下，由于 很不同的原因，需要這種LPF，即，為了防止高頻PWM載波進(jìn)入連 接導(dǎo)線，這樣很可能將導(dǎo)致較高幅度的不想要的雜散電磁輻射[EMI]。 在數(shù)字揚(yáng)聲器中，聲換能器通過(guò)短導(dǎo)線被直接連接至物理上鄰近 的PWM功率開關(guān)，并且全部放在同一外殼中，避免了EMI的問(wèn)題。 在數(shù)字揚(yáng)聲器中，PWM發(fā)生器是BD類的，它們產(chǎn)生BD類PWM信 號(hào)，該信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸出功率開關(guān)并依次驅(qū)動(dòng)聲輸出換能器。BD類PWM 輸出信號(hào)的特性是它們?cè)谌穹p極性脈沖輸出之間回零，因而是三 態(tài)的，不象AD類信號(hào)是兩態(tài)的。因此，當(dāng)BD類PWM系統(tǒng)的數(shù)字 輸入信號(hào)為零時(shí)，那么BD類功率輸出狀態(tài)為零，而不是如AD類PWM 所產(chǎn)生的全功率雙極性1:1 MSR信號(hào)。因此BD類PWM功率開關(guān)將 零功率傳遞至該狀態(tài)下的負(fù)載(聲換能器)因?yàn)闆](méi)有全功率PWM 載波信號(hào)要屏蔽，所以不需要LPF。因此在數(shù)字聲換能器中，通過(guò)采 用BD類PWM放大器陣列來(lái)直接驅(qū)動(dòng)換能器的整體陣列，由于不需 要功率LPF陣列，極大地節(jié)約了成本并損耗了功率。BD類很少用于 傳統(tǒng)音頻放大器中，首先因?yàn)榕c相似的線性AD類放大器相比，它更 難于構(gòu)成線性程度很高的BD類放大器；其次由于上述原因，考慮到 EMI，通常無(wú)論如何都需要LPF，因此失去了 BD類的主要益處。
聲輸出換能器本身是非常有效的電聲LPF,因此來(lái)自BD類PWM 級(jí)的PWM載波的絕對(duì)極小值被作為聲能發(fā)出。因此在數(shù)字揚(yáng)聲器數(shù) 字陣列揚(yáng)聲器中，BD類PWM與同箱中的聲換能器連接，沒(méi)有電子LPF，對(duì)于高效、高功率、多換能器驅(qū)動(dòng)是非常有效的并且節(jié)約成本 的解決方案。此外，由于對(duì)應(yīng)輸入聲道之一的任何一個(gè)(或多個(gè))輸 出聲道到數(shù)字揚(yáng)聲器的聲音(收聽(tīng)者聽(tīng)到的)，是來(lái)自各個(gè)聲輸出換 能器聲音的總和，因而與來(lái)自驅(qū)動(dòng)這些換能器的各功率放大器級(jí)的輸 出總和相關(guān)，功率開關(guān)和換能器輸出中的非系統(tǒng)錯(cuò)誤將趨于平均為零 并且只能被最低程度地聽(tīng)見(jiàn)。因此與傳統(tǒng)非陣列音頻系統(tǒng)相比，如所 述所構(gòu)建的陣列揚(yáng)聲器的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)單獨(dú)組件的質(zhì)量要求放寬了 。在數(shù)字揚(yáng)聲器的具體實(shí)現(xiàn)中，有254個(gè)聲輸出換能器配置在大約 成矩形擴(kuò)展的三角形陣列中， 一個(gè)陣列縱軸(范圍為7個(gè)垂直列，每 列20個(gè)換能器，每一個(gè)由6列、每列19個(gè)換能器分開)并且各垂直 列的換能器中的每?jī)蓚€(gè)輸出換能器以電的方式與正好在其下的換能 器串聯(lián)或并聯(lián)，這樣導(dǎo)致了各聲道的一百三十二 (132)個(gè)不同型式， 在本例中聲道數(shù)為5，即總共六百六十個(gè)聲道。如果數(shù)字揚(yáng)聲器能夠 以與換能器陣列平面所成的小角度上控制聲束，則換能器直徑足夠小 是重要的以便確保一直到高音頻(例如> 12KHz至15KHz)換能器 的近似全向輻射。因此直徑在5mm和30mm之間的換能器對(duì)于整個(gè) 音頻帶的覆蓋是最優(yōu)的。理想的是，換能器到換能器的距離與從數(shù)字 揚(yáng)聲器發(fā)送的最短聲音波長(zhǎng)相比要小，以便使聲輻射的"偽，，旁瓣的 生成最少化(例如非有意產(chǎn)生的聲能束并且不是在期望的方向發(fā)射)。 鑒于對(duì)可能的換能器尺寸的實(shí)際考慮，換能器間距在5mm至45mm 范圍中是最好的。三角形陣列布局對(duì)于陣列中換能器的高面存儲(chǔ)密度 也是最好的。如圖26所示，數(shù)字揚(yáng)聲器用戶界面在任何適當(dāng)連接的視頻顯示 器、例如等離子屏幕上產(chǎn)生在屏顯示的建立、狀態(tài)和控制信息覆蓋圖。 為此，來(lái)自任何連接可—見(jiàn)聽(tīng)源(例如DVD播放器)的;^見(jiàn)頻信號(hào)可以 通過(guò)數(shù)字揚(yáng)聲器在到達(dá)顯示屏的路徑中成為環(huán)路，這里數(shù)字揚(yáng)聲器狀 態(tài)和命令信息也覆蓋在程序視頻上。如果從數(shù)字揚(yáng)聲器的端到端信號(hào) 處理操作的處理延遲足夠長(zhǎng)(例如當(dāng)在前兩個(gè)DSP上運(yùn)行的補(bǔ)償濾波器的長(zhǎng)度長(zhǎng)的情況下，其中該長(zhǎng)度依賴于換能器的線性度和所需的均 涂性)，那么為了避免同步的問(wèn)題，可將可選的視頻幀結(jié)合到環(huán)通視 頻路徑中，以將所顯示的^L頻與輸出聲音再同步。
權(quán)利要求
1.一種利用輸出換能器陣列產(chǎn)生聲場(chǎng)的方法，所述陣列包括分布在所述陣列的第一部分上的第一換能器和分布在所述陣列的第二部分上的第二換能器，所述第二部分比所述第一部分小，所述方法包括將輸入信號(hào)分為至少低頻分量和高頻分量；利用所述陣列的所述第一部分輸出所述低頻分量；為所述陣列的在至少所述第二部分中的換能器選擇延遲值；以及利用所述陣列的所述第二部分輸出所述高頻分量，其中各換能器的高頻分量被延遲相應(yīng)的延遲值；由此，至少高頻聲束被定向在特定方向。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述陣列的所述第二部分包括 位于所述陣列中心附近的所述輸出換能器的子集。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中存在三個(gè)或三個(gè)以上被分開的 信號(hào)頻率分量，以及確定所述陣列中用于信號(hào)分量的部分，以便所述 信號(hào)分量中的最短波長(zhǎng)與用于輸出所述信號(hào)分量的陣列部分之比對(duì) 所有信號(hào)分量基本不變。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述陣列的用于所述高頻分量 的所述第二部分不用于所述低頻分量。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中與所述陣列的整體平均輸出換 能器密度相比，所述陣列的用于所述高頻分量的所述第二部分包括更 大的輸出換能器密度。
6. 如權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的方法，還包括為所述陣列的 在所述第一部分中的換能器選擇延遲值，以及各換能器的低頻分量被 延遲相應(yīng)的所選延遲值。
7. 如權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，只有所述陣列 的所述第一部分輸出所述低頻分量，以及只有所述陣列的所述第二部 分輸出所述高頻分量。
8. —種裝置，用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的 方法。
9. 用于產(chǎn)生聲場(chǎng)的裝置，所述裝置包括輸出換能器陣列，其中在所述陣列的第一區(qū)域中，輸出換能器的 排列比在所述陣列的其它部分中更緊密；所述裝置被配置為將延遲施加到提供給輸出換能器的信號(hào)上以 提供特定方向上的聲束。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述第一區(qū)域基本位于所述 陣列的中心。
11. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中在所述第一區(qū)域中的輸出換 能器不如在所述陣列其它部分中的輸出換能器的功率大。
12. 如權(quán)利要求9、 10或11所述的裝置，其中所述第一區(qū)域中的 輸出換能器比在所述陣列其它部分中的輸出換能器小。
13. 如權(quán)利要求9、 10或11所述的裝置，還包括用于將信號(hào)的高 頻分量傳遞到所述陣列的所述第一區(qū)域但不傳遞到所述陣列其它部 分的部件。
14. 如權(quán)利要求13所述的裝置，還包括用于將信號(hào)的低頻分量傳 遞到所述陣列其它部分的部件。
15. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中只有所述高頻分量^皮延遲。
16. 如權(quán)利要求9、 IO或U所述的裝置，其中，所述聲場(chǎng)包括可 聽(tīng)聲音。
17. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述高頻分量和所述低頻 分量被定向在相同的方向。
18. —種輸出換能器陣列，所述陣列中輸出換能器在一條線上相 互鄰近地排列；其中各個(gè)所述輸出換能器在與所述線垂直的方向上的 尺寸比與所述線平行的方向上的尺寸大。
19. 如權(quán)利要求18所述的陣列，其中各輸出換能器具有縱橫比， 所述縱橫比定義為與所述線垂直的尺寸和與所述線平行的尺寸的比，并且所述縱橫比至少為2:1。
20. 如權(quán)利要求19所述的陣列，其中所述縱橫比至少為3: 1。
21. 如權(quán)利要求18至20中任何一項(xiàng)所述的陣列，其中所述配置 使得聲音基本集中在一個(gè)平面中，所述平面包括所述線并且從所述換 能器的聲發(fā)射側(cè)垂直地延伸出去。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及一種方法和裝置，用于接收輸入信號(hào)，將該信號(hào)多次復(fù)制并在將其傳遞到相應(yīng)輸出換能器之前修改各復(fù)制信號(hào)，以產(chǎn)生期望聲場(chǎng)。該聲場(chǎng)可包括定向聲束、聚焦聲束或模擬原點(diǎn)。第一方面，延遲加到聲道以消除不同傳輸距離的影響。第二方面，延遲加到視頻信號(hào)以解決加到聲道上的延遲。第三方面，不同窗口函數(shù)應(yīng)用到各信道以提高使用靈活性。第四方面，與輸出低頻的換能器相比，較小的換能器范圍被用于輸出高頻。還在中心附近提供更大換能器密度的陣列。第五方面，提供一排長(zhǎng)條形換能器以在平面中提供良好方向性。第六方面，聲束被聚焦在表面之前或之后以提供不同的聲束寬度和模擬原點(diǎn)。第七方面，利用攝像機(jī)指示聲音被定向到何處。
文檔編號(hào)H04S1/00GK101674512SQ20091016558
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2002年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月27日
發(fā)明者A·G·古迪, A·霍利, D·T·賴安, I·A·比內(nèi)克, J·達(dá)維斯, M·G·伊斯頓, P·R·溫德?tīng)? P·T·特勞頓 申請(qǐng)人:1...有限公司