專利名稱：發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種揚(yáng)聲器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電聲技術(shù)中，廣泛應(yīng)用著由許多發(fā)聲單元組成的揚(yáng)聲器系統(tǒng)。發(fā)聲單元數(shù)量多，可 增加擴(kuò)聲聲壓級(jí)；另一方面，許多發(fā)聲單元通過不同形狀組合，能控制發(fā)聲方向?，F(xiàn)有擴(kuò)聲 技術(shù)對(duì)增加擴(kuò)聲聲壓級(jí)已經(jīng)非常容易，而對(duì)控制發(fā)聲方向卻處于前沿研究階段。
例如，劇院舞臺(tái)兩側(cè)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，垂直發(fā)聲角度應(yīng)較窄，聲音只射向觀眾席，盡 量減少射向天花板的聲音，因?yàn)樯湎蛱旎ò宓穆曇羰菬o用的，造成擴(kuò)聲能量浪費(fèi)。不但如 此，無用的聲音會(huì)在空中混響，使聲音清晰度下降，需要對(duì)擴(kuò)聲環(huán)境增加吸聲處理才能收聽 清楚，而吸聲處理的造價(jià)為擴(kuò)聲系統(tǒng)的許多倍，且吸聲與環(huán)境協(xié)調(diào)也非常難辦。在室外，射 向上方的聲音會(huì)傳播很遠(yuǎn)，造成聲污染。 不僅垂直發(fā)聲角度需要控制，水平發(fā)聲方向也需要調(diào)節(jié)發(fā)聲寬度，并隨著觀眾數(shù)
量變化可調(diào)節(jié)發(fā)聲方向和焦點(diǎn)，以既能剛好又能均勻覆蓋現(xiàn)場觀眾為最佳。 總之，在各種擴(kuò)聲場合，如果能控制好發(fā)聲方向，則可有效提高音質(zhì)，并大幅度降
低投資，減少建筑聲學(xué)處理的麻煩。 為控制好發(fā)聲方向，需要對(duì)揚(yáng)聲器系統(tǒng)朝向和組合形狀進(jìn)行調(diào)整。然而，不論是調(diào) 整揚(yáng)聲器系統(tǒng)的朝向，還是形狀調(diào)整，都是非常麻煩的，且不能與各種擴(kuò)聲環(huán)境協(xié)調(diào)，只好 在音質(zhì)與環(huán)境之間達(dá)成一定的妥協(xié)；要做到根據(jù)每場演出情況實(shí)時(shí)調(diào)整，更是困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可以方便對(duì)發(fā)聲方向進(jìn)行三維 空間內(nèi)任意調(diào)節(jié)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)。 本發(fā)明解決其問題所采用的技術(shù)方案是一種發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)， 包括可對(duì)發(fā)聲方向水平和遠(yuǎn)近進(jìn)行調(diào)節(jié)的電子控制器和與其連接的并排多條的可對(duì)發(fā)聲 方向垂直和遠(yuǎn)近進(jìn)行調(diào)節(jié)的可控聲柱，通過電子技術(shù)而非機(jī)械辦法進(jìn)行發(fā)聲方向調(diào)節(jié)。其 中，所述的電子控制器包括 音頻輸入單元，可以接入來自外界媒體的音頻信號(hào)； ADC單元，其連接音頻輸入單元的輸出端，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 前級(jí)DSP單元，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行頻率特性補(bǔ)償，并可對(duì)常用的音效進(jìn)行控制。 FPGA單元，其連接前級(jí)DSP單元的輸出端，可以進(jìn)行數(shù)字音頻插值，提高采樣頻
率、量化精度，并對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行相移控制； 后級(jí)多路DSP單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)每路音頻信號(hào)不同頻率的幅度和相位控制；
多路DSP單元的輸出端各連接一條可控聲柱。 其中，所述的多條并排的可控聲柱，每條可控聲柱包括外殼、內(nèi)置電路、設(shè)置在外 殼上直線排成一列的多個(gè)揚(yáng)聲器單元；所述內(nèi)置電路包括
音頻輸入單元，可以接入來自外界媒體的音頻信號(hào)； ADC單元，其連接音頻輸入單元的輸出端，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 前級(jí)DSP單元，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行頻率特性補(bǔ)償，并可對(duì)常用的音效進(jìn)行控制； FPGA單元，其連接前級(jí)DSP單元的輸出端，可以進(jìn)行數(shù)字音頻插值，提高采樣頻
率、量化精度，并對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行相移控制； 后級(jí)多路DSP單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)每路音頻信號(hào)不同頻率的幅度和相位控制； 多路功放單元，其連接多路DSP單元的輸出端，所述多路功放單元的輸出端各連
接一揚(yáng)聲器單元，并推動(dòng)揚(yáng)聲器單布發(fā)聲； 其中，所述的功放單元為數(shù)字功放。 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的由電子控制器控制多條可控聲柱組成揚(yáng)聲器系 統(tǒng)。電子控制器利用DSP單元和FPGA單元對(duì)不同可控聲柱的音頻信號(hào)進(jìn)行頻率、相位、和 幅度的綜合控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)聲柱排列方向上的發(fā)聲方向和角度控制，及遠(yuǎn)近聚集調(diào)節(jié)。而可控 聲柱則可對(duì)其沿柱狀方向的發(fā)聲方向和角度進(jìn)行控制，及遠(yuǎn)近聚集調(diào)節(jié)，因此，不需要機(jī)械 式調(diào)節(jié)聲柱本身的安裝方位，可用電子的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音發(fā)聲方向的上下、左右、遠(yuǎn)近的調(diào) 節(jié)，即發(fā)聲方向的三維電子調(diào)節(jié)，可廣泛應(yīng)用于競技場館，通過電子調(diào)節(jié)隨意改變聲音的覆 蓋區(qū)域，可很大程度提高語言清晰度、節(jié)省擴(kuò)聲能量，并且可以簡化安裝施工、做到擴(kuò)聲器 材與環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。 本發(fā)明中，電子控制器和可控聲柱對(duì)聲音的調(diào)節(jié)原理是相同的，下面以可控聲柱 的調(diào)節(jié)原理進(jìn)行說明可控聲柱利用FPGA單元和DSP單元對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行相移控制，可以 方便對(duì)聲柱的發(fā)聲方向，即聲波的主瓣方向和寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過調(diào)整各揚(yáng)聲器單元的音 頻信號(hào)的同頻率的延時(shí)量，如令其具有間隔相等的延時(shí)量，可形成具有一定偏移角度的直 線形的波陣面；而令其具有間隔不等的延時(shí)量，可以得到凸弧，凹弧等不同形狀的波陣面， 形成類似光學(xué)上聚焦和散焦的效果，以對(duì)聲波主瓣的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，方便地實(shí)現(xiàn)了可控聲 柱在其柱狀方向上的聲音發(fā)聲方向的控制。同理，電子控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)多條可控聲柱排列 方向上的聲音發(fā)聲方向的控制。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明 圖1是本發(fā)明的聲波波束示意圖； 圖2是本發(fā)明發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)原理示意圖； 圖3是本發(fā)明發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本發(fā)明可控聲柱的音頻信號(hào)處理單元示意圖； 圖5是本發(fā)明的聲波主瓣方向調(diào)節(jié)示意圖； 圖6是本發(fā)明的聲波主瓣聚焦形成凹弧波陣面示意圖； 圖7是本發(fā)明的聲波主瓣散焦形成凸弧波陣面示意圖； 圖8是本發(fā)明FPGA單元信號(hào)處理流程圖； 圖9是本發(fā)明前級(jí)DSP單元信號(hào)處理流程圖； 圖10是本發(fā)明后級(jí)DSP單元信號(hào)處理流程圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，聲柱1所發(fā)出的聲波波束示意，包括有聲波主瓣2，副瓣3及主瓣的偏轉(zhuǎn) 角4及主瓣方向5。參考圖2至圖IO，本發(fā)明的一種發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，包括 可對(duì)發(fā)聲方向水平和遠(yuǎn)近進(jìn)行調(diào)節(jié)的電子控制器6和與其連接的并排多條的可對(duì)發(fā)聲方 向垂直和遠(yuǎn)近進(jìn)行調(diào)節(jié)的可控聲柱7，所述電子控制器6包括
音頻輸入單元，可以接入來自外界媒體的音頻信號(hào)；
ADC單元，其連接音頻輸入單元的輸出端，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
前級(jí)DSP單元，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行頻率特性補(bǔ)償，并可對(duì)常用的音效進(jìn)行控制。
FPGA單元，其連接前級(jí)DSP單元的輸出端，可以進(jìn)行數(shù)字音頻插值，提高采樣頻 率、量化精度，并對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行相移控制； 后級(jí)多路DSP單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)每路音頻信號(hào)不同頻率的幅度和相位控制。
多路DSP單元的輸出端各連接一條可控聲柱。 結(jié)合圖4，作為優(yōu)選實(shí)施方式，所述的多條并排的可控聲柱中，每條可控聲柱7包
括外殼、內(nèi)置電路、設(shè)置在外殼上直線排成一列的多個(gè)揚(yáng)聲器單元8 ;所述內(nèi)置電路包括 音頻輸入單元，可以接入來自外界媒體的音頻信號(hào)； ADC單元，其連接音頻輸入單元的輸出端，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 前級(jí)DSP單元，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行頻率特性補(bǔ)償，并可對(duì)常用的音效進(jìn)行控制； FPGA單元，其連接前級(jí)DSP單元的輸出端，可以進(jìn)行數(shù)字音頻插值，提高采樣頻
率、量化精度，并對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行相移控制； 后級(jí)多路DSP單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)每路音頻信號(hào)不同頻率的幅度和相位控制； 多路功放單元，其連接多路DSP單元的輸出端，所述多路功放單元的輸出端各連
接一揚(yáng)聲器單元，并推動(dòng)揚(yáng)聲器單元發(fā)聲； 其中，所述的功放單元為數(shù)字功放，使音頻信號(hào)的還原更為真實(shí)。 本發(fā)明的由電子控制器控制多條可控聲柱組成揚(yáng)聲器系統(tǒng)。電子控制器利用DSP
單元和FPGA單元對(duì)不同可控聲柱的音頻信號(hào)進(jìn)行頻率、相位、和幅度的綜合控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)
聲柱排列方向上的發(fā)聲方向和角度控制，及遠(yuǎn)近聚集調(diào)節(jié)。而可控聲柱則利用DSP單元和
FPGA單元對(duì)其沿柱狀方向的發(fā)聲方向和角度進(jìn)行控制，及遠(yuǎn)近聚集調(diào)節(jié)，因此，不需要機(jī)械
式調(diào)節(jié)聲柱本身的安裝方位，可用電子的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音發(fā)聲方向的上下、左右、遠(yuǎn)近的調(diào)
節(jié)，即發(fā)聲方向的三維電子調(diào)節(jié)，可廣泛應(yīng)用于競技場館，通過電子調(diào)節(jié)隨意改變聲音的覆
蓋區(qū)域，可很大程度提高語言清晰度、節(jié)省擴(kuò)聲能量，并且可以簡化安裝施工、做到擴(kuò)聲器
材與環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。 本發(fā)明中，電子控制器6和可控聲柱7對(duì)聲音的調(diào)節(jié)原理是相同的，下面以可控聲 柱7的調(diào)節(jié)原理進(jìn)行說明可控聲柱7利用FPGA單元和DSP單元對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行相移控 制，可以方便對(duì)聲柱7的發(fā)聲方向，即聲波的主瓣方向和寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)。結(jié)合圖5，僅就調(diào) 節(jié)聲波主瓣方向而言，可將饋給聲柱的音頻信號(hào)通過不同的延時(shí)單元后再驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器單元 發(fā)聲，以此方法改變波陣面11。以10個(gè)揚(yáng)聲器單元(從上至下依次為1至10號(hào))為例，1 號(hào)單元延時(shí)為0t，即不延時(shí)，10號(hào)單元延時(shí)最長，為9t。 1號(hào)單元發(fā)出的聲波經(jīng)過9ct長的 距離、2號(hào)單元發(fā)出的聲波經(jīng)過8ct、3號(hào)單元發(fā)出的聲波經(jīng)過7ct、…，與IO號(hào)單元發(fā)出的 聲波同時(shí)到達(dá)波陣面，沿波陣面擴(kuò)散開去，形成聲波主瓣。由圖5示意可得到主瓣的偏轉(zhuǎn)角
5為6>n = arcsm——
:arcsin了 式中，c為聲速，t和1分別是相鄰兩個(gè)揚(yáng)聲器單元之間的延時(shí)量和距離。通過調(diào) 整各揚(yáng)聲器單元8的音頻信號(hào)的同頻率的延時(shí)量，如令其具有間隔相等的延時(shí)量，可形成 具有一定偏移角度的直線形的波陣面；而令其具有間隔不等的延時(shí)量，可以得到凸弧，凹弧 等不同形狀的波陣面，形成類似光學(xué)上聚焦和散焦的效果，以對(duì)聲波主瓣的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)， 方便地實(shí)現(xiàn)了可控聲柱在其柱狀方向上的聲音發(fā)聲方向的控制。同理，電子控制器實(shí)現(xiàn)了 對(duì)多條可控聲柱7排列方向上的聲音發(fā)聲方向的控制。 作為優(yōu)選，可在電子控制器6內(nèi)設(shè)置紅外線接收模塊，在其外殼上設(shè)置紅外線接 口 9，直接利用遙控器進(jìn)行音頻調(diào)節(jié)，十分方便。當(dāng)然，同時(shí)在可控聲柱7上設(shè)置紅外接口 IO，接收遙控器的調(diào)節(jié)信號(hào)，進(jìn)行發(fā)聲方向的調(diào)節(jié)，方便直觀。此外，應(yīng)當(dāng)注意的是，組成聲 柱組的聲柱不一定使用本發(fā)明中的可控聲柱，使用一般的聲柱產(chǎn)品也能達(dá)到某特定方向上 的聲音調(diào)節(jié)作用，也應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。 當(dāng)然，本發(fā)明創(chuàng)造并不局限于上述實(shí)施方式，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本 發(fā)明精神的前提下還可作出種種的等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申 請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于包括可對(duì)發(fā)聲方向水平和遠(yuǎn)近進(jìn)行調(diào)節(jié)的電子控制器和與其連接的并排多條的可對(duì)發(fā)聲方向垂直和遠(yuǎn)近進(jìn)行調(diào)節(jié)的可控聲柱，所述電子控制器包括音頻輸入單元，可以接入來自外界媒體的音頻信號(hào)；ADC單元，其連接音頻輸入單元的輸出端，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；前級(jí)DSP單元，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行頻率特性補(bǔ)償，并可對(duì)常用的音效進(jìn)行控制；FPGA單元，其連接前級(jí)DSP單元的輸出端，可以進(jìn)行數(shù)字音頻插值，提高采樣頻率、量化精度，并對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行相移控制；后級(jí)多路DSP單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)每路音頻信號(hào)不同頻率的幅度和相位控制；多路DSP單元的輸出端各連接一條可控聲柱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于所述的多條并排的可控聲柱，每條可控聲柱包括外殼、內(nèi)置電路、設(shè)置在外殼上直線排成一列的多個(gè)揚(yáng)聲器單元；所述內(nèi)置電路包括音頻輸入單元，可以接入來自外界媒體的音頻信號(hào)；ADC單元，其連接音頻輸入單元的輸出端，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；前級(jí)DSP單元，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行頻率特性補(bǔ)償，并可對(duì)常用的音效進(jìn)行控制；FPGA單元，其連接前級(jí)DSP單元的輸出端，可以進(jìn)行數(shù)字音頻插值，提高采樣頻率、量化精度，并對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行相移控制；后級(jí)多路DSP單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)每路音頻信號(hào)不同頻率的幅度和相位控制； 多路功放單元，其連接多路DSP單元的輸出端，所述多路功放單元的輸出端各連接一揚(yáng)聲器單元；其中，所述的功放單元為數(shù)字功放。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)。包括可對(duì)發(fā)聲方向水平和遠(yuǎn)近進(jìn)行調(diào)節(jié)的電子控制器和與其連接的并排多條的可對(duì)發(fā)聲方向垂直和遠(yuǎn)近進(jìn)行調(diào)節(jié)的可控聲柱，所述電子控制器包括音頻輸入單元、ADC單元、前級(jí)DSP單元、FPGA單元和后級(jí)多路DSP單元。本發(fā)明的由電子控制器控制多條可控聲柱組成揚(yáng)聲器系統(tǒng)。電子控制器利用DSP單元和FPGA單元對(duì)不同可控聲柱的音頻信號(hào)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)聲柱排列方向上的發(fā)聲方向和角度控制，及遠(yuǎn)近聚集調(diào)節(jié)。因此，不需要機(jī)械式調(diào)節(jié)聲柱本身的安裝方位，可用電子的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音發(fā)聲方向的上下、左右、遠(yuǎn)近的調(diào)節(jié)，即發(fā)聲方向的三維電子調(diào)節(jié)，可廣泛應(yīng)用于競技場館等大型場合。
文檔編號(hào)H04R5/00GK101720052SQ20091025392
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者彭妙顏, 王恒, 王齊祥 申請(qǐng)人:廣州市迪士普音響科技有限公司