專利名稱：聲音發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲音裝置，特別是涉及響應(yīng)來自適當(dāng)電子音頻信號(hào)處理裝置的電子信號(hào)而產(chǎn)生并發(fā)射聲音的裝置，尤其涉及一種新穎的揚(yáng)聲器。
傳統(tǒng)揚(yáng)聲器依賴活塞作用，利用由電磁裝置中基本上往復(fù)驅(qū)動(dòng)的隔膜將聲音傳至周圍空氣中，典型地是在內(nèi)部和前面按需要作用于空氣的揚(yáng)聲器紙盆(cone)。這種傳統(tǒng)揚(yáng)聲器的特征是通常具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的箱式殼體，用于在后吸收那些否則會(huì)至少部分與向前傳播的所需聲音分量反相的抵消聲音分量；所需向前傳播的聲音沿有效收聽聲束角的方向性，聲束角越窄，產(chǎn)生的相關(guān)聲音的頻率就越高；在此聲束角內(nèi)產(chǎn)生的聲音強(qiáng)度隨著距離按平方規(guī)律衰減，就象是從點(diǎn)聲源發(fā)出的聲音那樣，靠近該聲源，則聲密度非常高，能用作大功率揚(yáng)聲器。大家知道，多單元紙盆式揚(yáng)聲器有不同的紙盆尺寸，用來產(chǎn)生低、中及高音頻帶，因此需要為這些單元提供信號(hào)的電子交疊網(wǎng)絡(luò)。
最近，我們已經(jīng)開發(fā)了各種形式的聲音裝置，包括全新型式的揚(yáng)聲器，特別是聲音作用和合成的聲輻射，參看PCT申請(qǐng)GB 96/02145。這種揚(yáng)聲器所涉及的聲音作用取決于在有適當(dāng)結(jié)構(gòu)和形狀的面板中特殊規(guī)定的位置處激勵(lì)的彎曲波，這種面板能以基本上非活塞式的形式將合成的表面振動(dòng)聲耦合到空氣中。合成的聲音發(fā)射有效地來自整個(gè)面板表面且在非常寬的角度范圍上產(chǎn)生高度漫射效應(yīng)，去掉了上述現(xiàn)有技術(shù)固有的近程音響及方向性特征，而且單個(gè)面板單元具有非常寬的頻率范圍。這種面板的幾何形狀及剛度特性與激勵(lì)器裝置的設(shè)計(jì)位置一起，有助于達(dá)到表面振動(dòng)效應(yīng)的諧振頻率模式的散播，以便促進(jìn)方向性范圍大的漫射聲音，具有更高的清晰度和精確度，與現(xiàn)有的活塞作用的揚(yáng)聲器形成強(qiáng)烈對(duì)比并優(yōu)于現(xiàn)有的活塞作用的揚(yáng)聲器?，F(xiàn)有的活塞作用的揚(yáng)聲器對(duì)良好的收聽位置經(jīng)常有不方便的限制(可能對(duì)立體聲的生成更顯著)，不可避免地導(dǎo)致聲束角變窄，而且總是令人不舒服的高近程聲響不可避免地導(dǎo)致點(diǎn)聲源的平方衰減效果。另外，現(xiàn)有技術(shù)中專用于中高頻段的不同單元和需要交疊網(wǎng)絡(luò)造成了累贅，而且還需要在箱形的殼體中進(jìn)行復(fù)雜的聲音分量的在后吸收。
本發(fā)明是由對(duì)連續(xù)分布模式面板裝置的音響優(yōu)點(diǎn)特征在三考量而得出的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)合成的散射發(fā)射聲音的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一步擴(kuò)展到發(fā)射的聲音的高級(jí)合成，既有關(guān)于在同一空間內(nèi)的多個(gè)這種板式揚(yáng)聲器(和波長(zhǎng)相關(guān)干涉)，也有關(guān)于從這種空間邊緣的反射效果，如墻壁及/或天花板及/或地板(及駐波干涉)，還有關(guān)于低感聽覺場(chǎng)所及/或插入(intrusiveness)效應(yīng)，因此較好的平衡及/或相互的非相干，及關(guān)于如環(huán)繞家庭影院等裝置的中央、前、后立體聲或一般地在公共演講場(chǎng)合中的多通道的光滑。該考慮首先且最自然關(guān)心及注目焦點(diǎn)是可以適合對(duì)在彎曲波維持板及/或在該板的激勵(lì)中諧振模式的振動(dòng)更好地傳播的任何情況。然而，在此的許多目的和方面，通過基本的重現(xiàn)評(píng)估采用了完全不同的基礎(chǔ)，具體地說，關(guān)于聲音發(fā)射的上述漫射本質(zhì)的基本貢獻(xiàn)，及對(duì)有利地達(dá)到不同的聲音發(fā)射效果如何有用，不論是否有效地模擬自分布模式彎曲波作用的揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音。下面在本發(fā)明不同方面出現(xiàn)的結(jié)果被視為代表更完全不同的方法。
一個(gè)方法來自活塞式典型錐形揚(yáng)聲器聲音帶有明顯特征的有效的相位相干，及來自依賴正在進(jìn)行的波作用的非活塞式分布模式板揚(yáng)聲器聲音的特性相關(guān)的相位不相干。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一聲音發(fā)射裝置包括多個(gè)具有單獨(dú)的激發(fā)驅(qū)動(dòng)器或激勵(lì)裝置的聲音換能器單元的區(qū)域分布陣列，且其驅(qū)動(dòng)信號(hào)能夠?qū)е孪辔桓鞑幌嗤穆曇舭l(fā)射，即直接相關(guān)到該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸入相位，關(guān)于從所述陣列區(qū)域產(chǎn)生有用的散射及/或想要的方向的所有發(fā)射聲音，而沒有窄的聲束角和增加的頻率，適合單獨(dú)單元輸出的合成?？梢韵氲剑鱿辔坏倪m當(dāng)無(wú)序或不相干的關(guān)系能夠應(yīng)用到低到20或更少至高到750或更高的換能器單元陣列。
我們相信在此提到公知的靜電式揚(yáng)聲器是有用的，與紙盆式揚(yáng)聲器比較，相對(duì)較大的聲音發(fā)射區(qū)域是有效地由單獨(dú)的活塞作用式子區(qū)域構(gòu)成，這些子區(qū)域與仔細(xì)排列的相移配合，使揚(yáng)聲器表現(xiàn)出能察覺到的同相和發(fā)射聲音的點(diǎn)源方向性，因此與在此提出的方案有本質(zhì)的差異。
參看上述本發(fā)明的方面，產(chǎn)生整體發(fā)射聲音漫射感覺的多個(gè)單元的所需相位不相干改進(jìn)了傳統(tǒng)揚(yáng)聲器的方向性及近程音響，但該特征并不是上述分布模式彎曲波板所發(fā)生的特征的必然相似特征。實(shí)際上，追求這種板諧振頻率模式的區(qū)域式分布方面的類似特征，可能最本質(zhì)上涉及匹配單元分布及換能器單元的工作頻率相關(guān)。然而，對(duì)于上面PCT申請(qǐng)中依賴于彎曲波作用的板，諧振模式振動(dòng)的區(qū)域分布復(fù)雜而且間隔不均勻，且發(fā)現(xiàn)寬帶濾波器提供完整音頻信號(hào)及/或從原理上將頻率單獨(dú)地分配給單元而包含的不同調(diào)式的換能器單元并不吸引人，至少與本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例允許使用換能器規(guī)則陣列相比是如此，如果不是各單元的所有頻率響應(yīng)能力則更是如此。這種優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)方法還避免了彎曲波作用板有源諧振模式表面分布均勻的不可避免的限制，即能更平坦地傳播，并能獨(dú)立于這種板要求的幾何形狀和剛度。
對(duì)于優(yōu)選的漫射發(fā)射聲音，相對(duì)于整個(gè)陣列的單個(gè)換能器單元的合適的分布，與一般相干的薄膜型傳統(tǒng)揚(yáng)聲器(包括上述的靜電型)相比，表現(xiàn)出無(wú)序特征。與可得到的偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和/或隨機(jī)數(shù)表旨在排除高規(guī)律性和/或聚集的意義相同此處合適的相位分布可以被認(rèn)為是隨機(jī)化了的。關(guān)于它們的相位差，應(yīng)容易被避免單獨(dú)的及/或累積的抵消效果，例如，通過限制成沒有一個(gè)是180°的整數(shù)約數(shù)或除數(shù)而容易地實(shí)現(xiàn)。然而，應(yīng)該明白，不言而喻的是還有種種可能性，任何被認(rèn)為滿足任何具體換能器單元陣列的具體的不同相位分布，通常為了簡(jiǎn)化，對(duì)于相關(guān)的實(shí)施例可以被制成或被看成固定或規(guī)定的。而且，不同相位的數(shù)目不需要與換能器單元的數(shù)目相同，即一些可能是相同的只要不同相位的數(shù)目及分布產(chǎn)生可接受的能察覺到的漫射整體聲音，這種狀況是，可能性越多，所涉及的陣列中就有越多的單元。
目前開展的工作表明，該具體實(shí)施例可以達(dá)到大致與連續(xù)彎曲波作用板揚(yáng)聲器可比較的音頻工作范圍，而在發(fā)射聲音頻率及感覺漫射聲音效果平順方面要優(yōu)于后者。此外，較低音頻亦可以容易地被處理，雖然有些難度。因此，在限制下，對(duì)所涉及陣列尺寸實(shí)用的最低頻率可以有效地處理，類似先前活塞式揚(yáng)聲器，僅僅通過同相基礎(chǔ)上，即基本上相干的基礎(chǔ)上，把相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到所有的換能器單元。當(dāng)然，最終的方向性比起先前大量低頻紙盆式低音揚(yáng)聲器不再是一問題，實(shí)際上，因?yàn)榉欠较蛐远芎玫乇唤邮堋Ｔ摰皖l同相驅(qū)動(dòng)模式可應(yīng)用至少于陣列所有換能器單元，即只用至陣列子區(qū)域的單元，如中間的通常是中心的子區(qū)域隨著頻率上升經(jīng)由低頻范圍，逐漸縮小，一般地按級(jí)躍的形式，而低于上述范圍能由隨機(jī)的不同相位模式很好地處理。
可以理解，對(duì)送至陣列單獨(dú)的聲音換能器單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行相位處理代表了合成所需發(fā)射聲音效果方面非常通用且方便的機(jī)制，構(gòu)成了本發(fā)明另一方面，但不必限制于音頻不同頻帶操作的基本上相干和不相干的組合，也不限制于所涉及的換能器單元鄰近整個(gè)陣列區(qū)域的子區(qū)域或小區(qū)域，即可能按其他式樣也能發(fā)現(xiàn)有益效果的形式，如環(huán)形或角形。
已經(jīng)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，對(duì)送至陣列單獨(dú)聲音換能器單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振幅處理在由陣列所發(fā)射的感覺整體聲音方向具有有益的效果，且該換能器單元驅(qū)動(dòng)信號(hào)的不同振幅的區(qū)域分布構(gòu)成本發(fā)明的另一方面，不論是否伴隨上述優(yōu)選的相位分布。
參見規(guī)則相位方式的陣列聲音換能器單元的操作，模擬替代以上整個(gè)或部分地同相模式亦是可行的，特別是張緊的弦振動(dòng)或薄膜振動(dòng)的任何想要方向，多接頭延遲線可以使用于輸入到各個(gè)單元；及/或彎曲波振動(dòng)為此單二次遞歸全通濾波器可以使用于各單元，可行地，對(duì)各單元的模式轉(zhuǎn)換不同的交疊頻率。當(dāng)然其他的這類操作模式也是可以的，且兩個(gè)或更多基本上有序及/或無(wú)序的相位及/或振幅操作模式的可用性構(gòu)成了本發(fā)明的另一方面。
關(guān)于實(shí)際的結(jié)構(gòu)，單獨(dú)換能器單元的陣列最好具有共同薄片或板載具裝置，其可以為柔性的或堅(jiān)硬的，其提供的表面不必是平面，即可以在一或多方向彎曲及/或有小平面。為了有助于小換能器單元陣列的制造，優(yōu)選載具裝置可以進(jìn)一步幫助驅(qū)動(dòng)信號(hào)單獨(dú)按需要應(yīng)用于這種換能器單元，方便地作為一相關(guān)導(dǎo)體樣式的基體，例如在印刷電路板良好的建立方式之后。實(shí)際上，該載具裝置亦可以用于安裝模塊式半導(dǎo)體集成電路型局部驅(qū)動(dòng)信號(hào)電路。當(dāng)然，該載具裝置進(jìn)一步的影響是促進(jìn)達(dá)成理想整體聲音發(fā)射表面，該表面表現(xiàn)出基本上隨機(jī)的振動(dòng)，在合成的具有所需的低或最少的同相成分。這種情況可以達(dá)到可接受的程度，聲音發(fā)射的相位不效果，無(wú)論頻率如何，方向性都比傳統(tǒng)活塞式揚(yáng)聲器更低(或方向更寬)，并具有功率隨頻率分布更加均勻的特征。
這樣就產(chǎn)生了有益的效果，而無(wú)需尋求對(duì)連續(xù)板揚(yáng)聲器實(shí)際發(fā)生的情況的匹配，包括具體使用的目前實(shí)用的小尺寸的、所需高效的紙盆式活塞式膜片單元。適當(dāng)單元的數(shù)量級(jí)為只有大約10毫米的直徑且具有低至5％-10％的動(dòng)量(與家用紙盆揚(yáng)聲器實(shí)際設(shè)計(jì)相比)，例如每個(gè)換能器單元大約是50毫克，其迄今由于大大超出低品質(zhì)聲音的再現(xiàn)已經(jīng)不被認(rèn)為是可實(shí)行的，但是實(shí)際上對(duì)于此處的目的具有重大的好處，理由是這些單元非常小，具有的聲音發(fā)射模式比軸線傳播特性更明顯地表現(xiàn)出球狀的多向性。
更小單元的發(fā)展，不論是電動(dòng)式包含動(dòng)圈電磁式或其他型式諸如水晶或聚合壓電、駐極體或其他包含稱為微米或納米工程機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用，一旦相關(guān)的興趣被激起，就可預(yù)期技術(shù)的自然演進(jìn)，因此不論如何，可以引人注目地預(yù)期延伸本發(fā)明的有利的應(yīng)用。實(shí)際上，已經(jīng)很明顯并且很本質(zhì)的是，單元越小，則數(shù)量越多，好處就越大，特別是隨著如低成本集成電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)裝置及高容量、高性能的信號(hào)處理裝置，包括數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)型式的并列發(fā)展，相信是代表微小的如果任何事務(wù)超越半導(dǎo)體及計(jì)算機(jī)科技的直線發(fā)展。
特別的換能器單元將根據(jù)功率處理、帶寬及最大壓力等級(jí)特性和某些需要被選擇及設(shè)計(jì)。如果陣列具有較少數(shù)目的換能器單元，線驅(qū)動(dòng)使用用于模塊放大器裝置的，例如CMOS等半導(dǎo)體集成電路，及使用用于數(shù)字處理信號(hào)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器是可行的。從低位容量解碼器的電阻總合是可行的。如果陣列具有較多數(shù)目的換能器單元，例如大約750個(gè)單元以上，則自然地想到求助于其他技術(shù)，諸如有關(guān)的直接數(shù)字驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，這種揚(yáng)聲器至少部分地依賴人類耳朵的整合性質(zhì)。
能得到的數(shù)字信號(hào)處理具有更高的計(jì)算能力，使用數(shù)字信號(hào)處理能容易地處理任何所需特性的聲音發(fā)射的合成，包括收到想要的方向性而不是上文先提及的漫射本質(zhì)。合成信號(hào)編碼可以容易地合并音訊成分并伴隨任何及所有陣列換能器單元所想要的相位及振幅函數(shù)，避免了例如在全0及全1的序列間的不需要的傳遞。
再參見換能器單元，局部驅(qū)動(dòng)裝置及陣列載具裝置和局部能進(jìn)行行/列尋址和時(shí)間及線多路編碼，以響應(yīng)數(shù)字化的處理信號(hào)，如果在多個(gè)金屬鍍層中有需要或想要，載具裝置可以具有用于尋址的印刷電路路徑。此外，利用半導(dǎo)體電路開發(fā)技術(shù)，尤其是尖端的平版印刷技術(shù)，換能器單元亦可以被形成于載具裝置中或上；且如同上文首先指出的，單元可能是靜電式、薄或厚膜壓電式，或依賴微工程機(jī)械技術(shù)制作的非常小具有移動(dòng)部分的裝置，因此可應(yīng)用至移動(dòng)線圈及杠桿輔助電動(dòng)單元典型地如同使用高效率銣永久磁鐵且工作在外部極化場(chǎng)中。適合的壓電式材料包括晶體式，例如，鋇鈦酸鹽或高聚合駐極體；且多層換能器單元利用半導(dǎo)體工藝中普通的層印刷技術(shù)能很容易地一起制造。換能器單元最佳的尺寸是每個(gè)在20毫米以下。前述的尖端平版印刷技術(shù)亦可以應(yīng)用至柔性薄膜等載具裝置，這些薄膜本身具有聲音轉(zhuǎn)換作用，且具有多個(gè)蜂窩驅(qū)動(dòng)位置，這些位置在一矩陣陣列中連接適當(dāng)?shù)仉娺B接。
下面參照附圖以舉例的方式描述實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述各方面的實(shí)施例，其中

圖1A及1B是概略說明板安裝動(dòng)圈式換能器單元的第一矩陣式矩形陣列的前平面圖及邊緣上視圖；圖2A及2B是板安裝動(dòng)圈式換能器單元的第二大致圓形陣列的類似視圖；圖3A及3B是板動(dòng)圈式換能器單元的一較大矩陣式矩形陣列的類似視圖；圖4A及4B是薄片或薄膜安裝壓電式換能器單元的10×10陣列的類似視圖；圖5A及5B類似地示出了由選擇的壓電式薄片或薄膜的金屬鍍層形成的換能器單元位置；圖6A-6D示出了機(jī)電薄膜形式的具體實(shí)施例；圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的應(yīng)用多聲道聲音統(tǒng)的概要方塊電路圖；圖8是一陣列揚(yáng)聲器異相及低頻同相操作的概要說明方塊圖；圖9同樣地進(jìn)一步顯示低頻選項(xiàng)；以及圖10是利用在程控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中數(shù)字信號(hào)處理所實(shí)施的示意電路圖。
圖1、2及3中，示出的是傳統(tǒng)上堅(jiān)硬或剛性的載板11、21及31，其結(jié)構(gòu)不是實(shí)施上面討論過的彎曲波作用分布諧振揚(yáng)聲器(見本申請(qǐng)人的PCT申請(qǐng)GB 96/02145)的優(yōu)選方案，上面帶有動(dòng)圈式換能器12、22及32，其紙盆以不言自明的方式穿過陣列孔內(nèi)。換能器單元12及32是矩陣式5×5及20×20矩形陣列，而換能器單元22是繞著有關(guān)中央單元的內(nèi)圈或中圈為6X及外圈為12X的圓形陣列。如果想要或較偏愛，大致矩形的陣列可以有更多或更少的行及/或列且行與列換能器單元數(shù)目相等或不等，或者包含二進(jìn)制指數(shù)，這些單元行和行之間或列和列之間為相鄰交錯(cuò)的關(guān)系，例如交錯(cuò)半個(gè)間距或者部分交插以增加板單元群的密度；大致圓形的陣列可以在第一圈及第二圈有不同數(shù)目的換能器單元且/或可以有更多圈的換能器單元，各圈有實(shí)用的關(guān)系；且其他陣列及/或逐漸向外的換能器單元部分交插是可行的，例如簡(jiǎn)單或交錯(cuò)連續(xù)的三角形或多邊形，或包含這些分布形式組合的復(fù)合形式，或甚至可以滿足或改變單元密度的不規(guī)則型。
圖4及5各顯示載體薄片或薄膜41及51，為換能器單元42及52的矩陣式10×10的矩形陣列，有a-j行及1-10列，各單元標(biāo)識(shí)為a1-j10。換能器單元42是固定到薄片或薄膜41上的單個(gè)的壓電型，換能器單元52亦是壓電式，是由薄片或薄膜51的實(shí)質(zhì)上為壓電材料(例如為高聚合物型)的相對(duì)表面對(duì)齊的金屬鍍層52A及52B形成和限定的。對(duì)上面概述的情況也可以作出類似的分布變化。然而，可以想到與單元標(biāo)識(shí)一致的行/列尋址，各組行序和列序的加電導(dǎo)體(未示出)中的相應(yīng)一個(gè)，進(jìn)一步請(qǐng)看下文關(guān)于數(shù)字信號(hào)處理。
圖6A-6D圖示使用介電薄膜63當(dāng)作前、后各孔的固定板64F、64B的間的移動(dòng)聲音膜片的應(yīng)用。該機(jī)電薄膜裝置發(fā)聲原理在本領(lǐng)域中是公知的，包括使用本身導(dǎo)電或有導(dǎo)電涂層的固定板，及具有相反充電層的多層薄膜，這些層選擇地金屬噴鍍有或?qū)拥拿恳粋?cè)金屬噴鍍有導(dǎo)電電極。在固定板相對(duì)表面中形成的當(dāng)做對(duì)齊凹部65F、65B的腔，使薄膜63產(chǎn)生有效發(fā)聲的局部變形(而不采用磁性結(jié)構(gòu)厚度變化的方案，目前為止這種方案通常對(duì)揚(yáng)聲器的影響較小)。凹部65A、65B在圖6C中被顯示成圓形或圓頂，在圖6A、B中是特別尖的金字塔形。
區(qū)域板狀電極構(gòu)件62F、62B顯示在位于各腔局部的共同駐極體薄片63的正反兩邊，具有單獨(dú)的傳導(dǎo)路徑66F、66B用于單獨(dú)激發(fā)的目的。
圖1-6都省略了可想到的對(duì)于每個(gè)換能器單元T的驅(qū)動(dòng)放大器(參看稍后附圖中標(biāo)示A)，其可以是半導(dǎo)體集成電路式，能方便地裝在載具11、21、31、41、51、63上，例如安裝在下面，或安裝在下面的印刷電路板上，例如與電鍍孔相配合的連接器接腳，電鍍孔與放大器相連，并經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)金屬噴鍍層中的導(dǎo)電走線供電。
圖7顯示在一多聲道環(huán)境的音響聲統(tǒng)，其包括電子源100，用于把電子音頻信號(hào)提供給聲道輸出101-105，當(dāng)作諸如家庭影院或其他立體環(huán)繞音效果用，包括現(xiàn)在常見的左、右加中央前置揚(yáng)聲器及一對(duì)后置揚(yáng)聲器，在此例中，所有的5個(gè)揚(yáng)聲器均應(yīng)用本發(fā)明的陣列形式，具體并一般地，請(qǐng)參看陣列揚(yáng)聲器113，由多個(gè)上述的換能器單元T1-Tn及單獨(dú)的相聯(lián)的驅(qū)動(dòng)放大器A1-An構(gòu)成。各陣列揚(yáng)聲器111-115的放大器A1-An的音頻信號(hào)供應(yīng)線S1-Sn顯示自相位及/或振幅設(shè)定及輸出裝置121-125供應(yīng)?？梢岳斫?，陣列揚(yáng)聲器111-115不需要都是同一種型式，也不需要有相同數(shù)量的換能器單元T1-Tn，即“n”可能各自不同，雖然左、右前置立體揚(yáng)聲器通常是一樣的，后置揚(yáng)聲器亦通常是相同；而且，本發(fā)明的任何應(yīng)用中，揚(yáng)聲器將接收本質(zhì)相同的信號(hào)，實(shí)施本發(fā)明的陣列揚(yáng)聲器將由共同的相位及/或振幅調(diào)整裝置供應(yīng)信號(hào)。
圖8顯示一個(gè)適當(dāng)?shù)南辔辉O(shè)定的簡(jiǎn)單應(yīng)用，其經(jīng)由自聲道音頻信號(hào)線103分支131至延遲線132，其具有多個(gè)接頭D1-Dn產(chǎn)生，0°與360°之間的相位變化，這些相位變化具有上述的相互關(guān)系，用于當(dāng)經(jīng)過圖示的隨機(jī)化輸出電路133正確施加信號(hào)時(shí)，從換能器單元T1-Tn輸出合成的漫射聲音，隨機(jī)化輸出電路133用于把線D1-Dn上的不同相音頻信號(hào)以合適的無(wú)序方式連接到換能器單元驅(qū)動(dòng)線S1-Sn。雖然有一種含義是每一個(gè)換能器單元T1-Tn具有一唯一相位，但對(duì)本例可能是不需要，即延遲線接頭的數(shù)目，這些線D1-Dn可能少于換能器單元的數(shù)目，因此少于驅(qū)動(dòng)線S1-Sn，甚至只是一些約數(shù)。如果一些換能器單元真的接收到相同相位的音頻信號(hào)，那么通常優(yōu)選的是，這些信號(hào)不都是相鄰的，實(shí)際上有利地分布(或至少非破壞地)以達(dá)到可接受的漫射聲音結(jié)果，雖然它們可能被對(duì)稱地安排在陣列中。對(duì)于約數(shù)的關(guān)系，如果被應(yīng)用至陣列的子區(qū)域或一部分靠其本身權(quán)達(dá)到可以接受的漫射聲音結(jié)果，則所涉及的數(shù)量最好是足夠的，且在一整體陣列中的排列可能具有該子區(qū)域以適當(dāng)?shù)膶?duì)鄰近關(guān)且/或相同及/或不同樣式的變換的對(duì)稱，如前述及進(jìn)一步實(shí)際組合一樣有效。
完全或部分相位“隨機(jī)化”可以以下列式子表示φ(n，m，ω)＝
]>圖9還顯示出了附加的振幅改變裝置151用于隨機(jī)化輸出裝置輸出上的信號(hào)，只有當(dāng)多模式被激活而能夠工作時(shí)，該振幅改變裝置不會(huì)起作用，從節(jié)點(diǎn)說明塊153出來的輸出152說明了外部或框架區(qū)域(153F)或轉(zhuǎn)角(153C)或小區(qū)塊(153P)或錐(153T)或其他(153X)效果，以及程度設(shè)定(153S)。通過可變放大器陣列和至少有些象上述的成組的線連接到選定輸出的方式(但也可以按所需的合適方式)連接到可變放大器上的選擇控制連接。有用的其他(153X)結(jié)果的例子是根據(jù)富立葉變換理論且結(jié)合相關(guān)相位以產(chǎn)生任意的遠(yuǎn)區(qū)域壓力響應(yīng)，對(duì)此，當(dāng)然，可以提供其他延遲線及/或接頭。對(duì)于程度p及相位o的一般的富立葉變換方程式如下p(ω,θ)=ΣnΣmA(n,m,ω)exp(jφ(n,m,ω))exp(jkr(n,m))]]>信號(hào)相位及振幅的處理容易由信號(hào)的數(shù)字式程控?cái)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理進(jìn)行操作，具有很大的柔性及確定性，包含實(shí)現(xiàn)方程及組合且進(jìn)一步合成結(jié)果的處理。因此，利用數(shù)字的方法產(chǎn)生上述和其它的有用特征和效果，而不是采用圖8及9中的模擬方法，尤其有益。因此，參見圖10，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理器161，包括它本身的立即工作存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和在用程序資料。圖中概略示出的處理器161經(jīng)并行總線162A、162B與高容量存儲(chǔ)器163相連，存儲(chǔ)器163中存有的數(shù)據(jù)和程序相關(guān)于相位處理的有用模式，包括隨機(jī)化(163R)、模擬張緊的薄膜(163M)及行波(163T)，并根據(jù)富立葉變換(163F)控制；還相關(guān)于振幅的處理，包括窗口及/或小區(qū)域(163W/P)、框架及/或轉(zhuǎn)角(163F/C)及富立葉變換模式(163F)；且為了一般及特殊控制目的(163C)，根據(jù)所安裝的軟件自動(dòng)選擇并執(zhí)行所述，參看數(shù)據(jù)處理器方塊161的示意性虛線延伸及所穿過的雙向箭頭虛線伸向并從存儲(chǔ)器163的參考成分方塊。不同模式163F、163R、163T、163F、163W/P、163F/C的外部說明利用對(duì)應(yīng)字母等輸入至輸入/輸出165及穿過數(shù)據(jù)處理器方塊161的示意性的虛線延伸。數(shù)據(jù)輸入及輸出總線的標(biāo)號(hào)為166A、166B，位于輸入/輸出裝置165與數(shù)據(jù)處理器161之間，雖然(關(guān)于總線162A、162B)一個(gè)總線在多路開關(guān)的基礎(chǔ)上利用非?？斓臄?shù)據(jù)處理器可以很好地使用。
還給出了交替的模擬音頻信號(hào)和數(shù)字音頻信號(hào)輸入，見聲源及聲道100A、101A-105A及100D、101D-105D，分別接到多路開關(guān)171A、171D。模擬多路開關(guān)的輸出172顯示在173分支以在174處低通濾波，并送至線175，兩條線172及175連接至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)級(jí)176，并輸出并行輸入總線177及178。并行數(shù)字聲道輸出101D-105D被假設(shè)有效地并行輸出在輸入總線177上，雖然它們可以是串行，然后再多路轉(zhuǎn)換的輸出轉(zhuǎn)換成并行。實(shí)際上，如果數(shù)據(jù)處理器161足夠快，能夠以串行信號(hào)供得上每個(gè)聲道的揚(yáng)聲器，則數(shù)字音頻信號(hào)是串列還是并行就應(yīng)很好地選擇了。此外，圖示的多路轉(zhuǎn)換和ADC能夠在輸入/輸出裝置165內(nèi)、最好是在附加于數(shù)據(jù)處理器161的一微處理器控制下完成，可能在，即只有一低通濾波器(或如上述，有多個(gè))上行外部連接(且如果在方塊165內(nèi)的模擬形式的轉(zhuǎn)換是優(yōu)選的以等效于數(shù)字信號(hào)處理，則甚至可能使用于數(shù)字音頻)，如果優(yōu)選等效的數(shù)字信號(hào)處理，則甚至可以省略，即在任何時(shí)候所要求的這種轉(zhuǎn)換完成后。
參見各陣列揚(yáng)聲器，例如再次參見部分113a，用于具有相關(guān)的區(qū)域放大器A1-Am的聲音換能器單元T1-Tm。圖中進(jìn)一步示出單獨(dú)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC1-DACm向所述放大器A1-Am供給信號(hào)。雖然圖中示出并行的輸入總線分支B1-Bm從數(shù)字統(tǒng)輸出181連接至各模/數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC1-DACm，但在足夠快的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理統(tǒng)中可以使用串行輸入，例如，能夠采用移位寄存器和鎖存寄存器處理移位寄存器負(fù)載間鎖存寄存器的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成的聲音換能器單元基本上連續(xù)的模擬驅(qū)動(dòng)信號(hào)。至少當(dāng)時(shí)，且假定提供區(qū)域合成驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制放大器(A1-Am)，把所有有關(guān)的DAC及寄存器裝置裝在或相連在系統(tǒng)輸入/輸出方塊165是優(yōu)選且實(shí)用的，即只有一根線的模擬信號(hào)輸出至區(qū)域換能器單元放大器。
請(qǐng)注意圖10所示的放大器A1-Am是門型(G)，具體地說是雙輸入“與”作用型，以便于單個(gè)的行/列尋址，在任何時(shí)候下能找出想要激活的換能器單元，或者，如果合成的工作周期足夠好，能夠得到滿意的聲音再現(xiàn)，則對(duì)于不同模式的信號(hào)可以基于多路轉(zhuǎn)換。如圖，行(R)及列(C)地址線的組合從輸入/輸出裝置165，包括具體說明的那些，連接至圖示放大器A1-Am的通門。實(shí)踐中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及其輸入/輸出裝置利用陣列揚(yáng)聲器載具上的接收電路產(chǎn)生串行二進(jìn)制字，并周期性地改變待尋址的行和列，這樣做，布線就非常經(jīng)濟(jì)。
權(quán)利要求
1.一種聲音發(fā)射裝置，包括多個(gè)具有單獨(dú)的激勵(lì)驅(qū)動(dòng)裝置的聲音換能器的區(qū)域分布陣列，以及產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)而使聲音換能器輸出相位不同的聲音發(fā)射的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生裝置將相位不同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加至所述驅(qū)動(dòng)裝置，其中，相位分布在陣列區(qū)域上，使所有聲音發(fā)射實(shí)現(xiàn)漫射。
3.如權(quán)利要求1或2所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生裝置將相位不同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加至所述驅(qū)動(dòng)裝置，其中，相位無(wú)序地分布在陣列區(qū)域上，使所有聲音發(fā)射不相干。
4.如權(quán)利要求1所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生裝置將相位不同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加至所述驅(qū)動(dòng)裝置，其中，相位分布模擬所有聲音發(fā)射的所需音響。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生裝置將不同相位加入輸入信號(hào)的基本相同的頻率成分。
6.如上述任一權(quán)利要求所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，所涉及的不同相位隨機(jī)的。
7.如上述任一權(quán)利要求所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，所涉及的不同相位是180°的整數(shù)約數(shù)或除數(shù)以外的數(shù)。
8.如上述任一權(quán)利要求所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，所涉及的不同相位是分別與換能器一一對(duì)應(yīng)的、各不相同的。
9.如上述任一權(quán)利要求所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，前述的驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生裝置產(chǎn)生高于低頻之上的音頻成分，而且驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生裝置還使至少一些聲音換能器產(chǎn)生同相聲音發(fā)射。
10.如權(quán)利要求9所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，所述的一些聲音換能器是陣列的子區(qū)域。
11.如權(quán)利要求9或10所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，所述的一些聲音換能器基本上位于陣列的中部。
12.如權(quán)利要求9、10或11所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，所述的至少一些聲音換能器數(shù)量更多，且對(duì)應(yīng)的所述陣列的子區(qū)域尺寸上更大，而所涉及的聲音頻率更低。
13.如權(quán)利要求9-12中任一項(xiàng)所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生裝置連接有濾波裝置，以獲取輸入信號(hào)的低頻成分或帶。
14.如上述任一權(quán)利要求所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，所述陣列具有至少20個(gè)所述聲音換能器。
15.如上述任一權(quán)利要求所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，所述陣列具有高達(dá)750個(gè)或更多個(gè)所述聲音換能器。
16.如上述任一權(quán)利要求所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，所述聲音換能器是活塞作用式。
17.如上述任一權(quán)利要求所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，所述聲音換能器是紙盆驅(qū)動(dòng)式。
18.如權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，所述聲音換能器是靜電式。
19.如權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，所述聲音換能器是壓電式。
20.如權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，所述聲音換能器是機(jī)電薄膜式。
21.如上述任一權(quán)利要求所述的聲音發(fā)射裝置，其特征在于，所述聲音換能器連接所有換能器或群組共有的載具裝置。
全文摘要
一種聲音發(fā)射裝置包括多個(gè)具有單獨(dú)驅(qū)動(dòng)裝置的聲音換能器的區(qū)域分布陣列,其可以使用任何型式的大量的換能器。驅(qū)動(dòng)信號(hào)使換能器產(chǎn)生分布于陣列區(qū)域上的相位不同的聲音輻射,具有所需的漫射或特殊的聲音屬性。驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生裝置包括相位偏移的更高的音頻成分,還進(jìn)一步同相作用于陣列子區(qū)域中至少一些換能器,以產(chǎn)生低頻成分。
文檔編號(hào)H04R19/00GK1266604SQ9880798
公開日2000年9月13日 申請(qǐng)日期1998年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月5日
發(fā)明者格雷厄姆·班克, 亨利·阿齊馬, 馬丁·科洛姆斯, 尼爾·哈里斯 申請(qǐng)人:新型轉(zhuǎn)換器有限公司