CN101252792B - 扬声器阵列设备及其信号处理方法 - Google Patents
扬声器阵列设备及其信号处理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101252792B CN101252792B CN2008100052674A CN200810005267A CN101252792B CN 101252792 B CN101252792 B CN 101252792B CN 2008100052674 A CN2008100052674 A CN 2008100052674A CN 200810005267 A CN200810005267 A CN 200810005267A CN 101252792 B CN101252792 B CN 101252792B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- audio signal
- frequency range
- unit
- separation
- loudspeaker unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 claims abstract description 216
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000007634 remodeling Methods 0.000 description 26
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- GOLXNESZZPUPJE-UHFFFAOYSA-N spiromesifen Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C)=C1C(C(O1)=O)=C(OC(=O)CC(C)(C)C)C11CCCC1 GOLXNESZZPUPJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
- H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only
- H04R1/26—Spatial arrangements of separate transducers responsive to two or more frequency ranges
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
- H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
- H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
- H04R1/403—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers loud-speakers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
- H04R3/12—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for distributing signals to two or more loudspeakers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
- H04R2201/40—Details of arrangements for obtaining desired directional characteristic by combining a number of identical transducers covered by H04R1/40 but not provided for in any of its subgroups
- H04R2201/401—2D or 3D arrays of transducers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R2430/00—Signal processing covered by H04R, not provided for in its groups
- H04R2430/20—Processing of the output signals of the acoustic transducers of an array for obtaining a desired directivity characteristic
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
- H04R3/12—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for distributing signals to two or more loudspeakers
- H04R3/14—Cross-over networks
Abstract
本发明涉及一种扬声器阵列设备及其信号处理方法，即使在根据不同频率范围的音频信号进行声音播放的情况下，该扬声器阵列设备也能够很容易地执行指向性控制。该扬声器阵列设备包括用于播放高频范围声音的一个扬声器单元、以及用于播放低频和高频范围声音的另一个扬声器单元。被高通滤波器处理过的信号被用于生成被这些扬声器单元用来播放高频范围声音的两种音频信号。由于两种音频信号彼此相似地发生相位转动，因此提供至两个扬声器单元的音频信号的相位在高频范围内彼此一致，这就使得指向性控制的实现变得很容易。
Description
技术领域
本发明涉及具有改进的指向性的扬声器阵列设备及其信号处理方法。
背景技术
作为具有改进的指向性(即窄指向性)的扬声器系统，例如，已知的有其中装配有多个扬声器的扬声器阵列。扬声器阵列适合用于通过控制将从扬声器中发出的声音的幅度、相位、和/或其它特性来控制声音指向性状态，这样播放的声音可被射向希望的地方。由于播放的声音甚至能以较少的衰减传送到远处，所以扬声器阵列通常在大厅等处使用。
另一方面，由于扬声器阵列的指向性状态控制包括低频范围限制和高频范围限制，所以扩展扬声器阵列的声音频率范围是很困难的。例如，日本专利公开2006-67301公开了这样的技术，其中低频范围限制和高频范围限制可彼此独立地设置以扩展声音频率范围。具体地说，在这种技术中，高频范围的声音适合从彼此相距较近的小型扬声器发出，而低频范围的声音适合从彼此相距较远的大型扬声器发出。换句话说，不同类型的扬声器有选择地被用于发出不同频率范围的声音，从而独立地针对各个频率范围执行指向性状态控制。为了将声音分成不同频率范围的多个分量，利用高通滤波器(下文中称为HPF)和功能与HPF相反的低通滤波器(下文中称为LPF)，可将用于声音播放的音频信号分成不同频率范围的信号分量，所述高通滤波器具有这样的功能：允许高频范围声音的音频信号分量通过，同时禁止低频范围声音的音频信号分量通过。
然而，用于高频范围声音的扬声器尺寸很小，因此其最大可能音量小于用于低频范围声音的大型扬声器。因此，例如，可以考虑使用这样的方法，即，根据不通过HPF和LPF的音频信号从大型扬声器发出整个频率范围内的声音，并且根据通过HPF的音频信号从小型扬声器发出高频范围内的声音。但是，在音频信号通过HPF之前和音频信号通过HPF之后，音频信号的相位内发生了取决于频率的变化(转动)。就高频范围而言，通过HPF的用于高频范围的音频信号的相位从不经过HPF的用于整个频率范围声音的音频信号的相位偏移，这就使得恰当地控制整个扬声器阵列的高频范围声音的指向性变得很困难。
发明内容
本发明提供了一种扬声器阵列设备，即使在根据不同频率范围的音频信号进行声音播放的情况下，该扬声器阵列设备也能够很容易地执行指向性控制；并且本发明还提供了用于这种扬声器阵列设备的信号处理方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种扬声器阵列设备，其具有多种扬声器单元，每个扬声器单元具有多个扬声器，所述扬声器阵列设备包括：产生单元，其用于产生输入音频信号一部分频率范围的分离的音频信号；第一声音播放单元，其用于根据所述分离的音频信号来使用一种扬声器单元播放声音；信号处理单元，其用于执行信号处理，以使得输入音频信号的相位在所述分离的音频信号的预定频率范围内与所述分离的音频信号的相位相一致；和第二声音播放单元，其用于根据被所述信号处理单元进行了信号处理的音频信号来使用与所述一种扬声器单元不同的另一种扬声器单元播放声音。
在本发明中，所述产生单元用于产生其频率范围与所述分离的音频信号不同的第二分离的音频信号，并且所述信号处理单元用于执行信号处理以将所述分离的音频信号与所述第二分离的音频信号加在一起。
所述分离的音频信号的频率范围不低于预定频率。所述多种扬声器单元包括三种以及更多种扬声器单元，并且所述扬声器阵列设备还包括第三声音播放单元，所述第三声音播放单元用于使用与所述第一声音播放单元和所述第二声音播放单元的扬声器单元不同的其它种类的扬声器单元来播放声音。
所述产生单元用于将输入音频信号分成三个或更多频率范围的音频信号分量，然后将分离的音频信号分量中多个频率范围的多个音频信号分量加在一起，从而产生所述分离的音频信号，并且其中所述信号处理单元用于执行信号处理以将分离的音频信号分量中其频率范围与所述分离的音频信号不同的分离的音频信号分量和所述分离的音频信号中一部分频率范围内的分离的音频信号加在一起。
根据本发明的扬声器阵列设备，还包括调节单元，用于调节所述分离的音频信号的幅度，其中所述信号处理单元用于使输入音频信号的相位在所述分离的音频信号的预定频率范围内与所述分离的音频信号的相位一致，并且调节所述分离的音频信号在该频率范围内的幅度。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于扬声器阵列设备的信号处理方法，所述扬声器阵列设备具有多种扬声器单元，每个扬声器单元具有多个扬声器，所述方法包括步骤：产生步骤，产生输入音频信号一部分频率范围的分离的音频信号；第一声音播放步骤，根据所述分离的音频信号来使用一种扬声器单元播放声音；信号处理步骤，通过信号处理单元执行信号处理，以使得输入音频信号的相位在所述分离的音频信号的预定频率范围内与所述分离的音频信号的相位相一致；和第二声音播放步骤，根据被信号处理单元进行了信号处理的音频信号来使用与所述一种扬声器单元不同的另一种扬声器单元播放声音。
根据本发明，可以提供一种扬声器阵列设备，即使在根据不同频率范围的音频信号进行声音播放的情况下，该扬声器阵列设备也能够很容易地执行指向性控制；并且还提供了用于这种类型的扬声器阵列设备的信号处理方法。
通过以下参考附图对示例性实施例及其改型进行的描述，本发明的其它特性将变得明显。
附图说明
图1是示出了根据本发明一个实施例的扬声器阵列设备的结构的框图；
图2A是示出了图1所示的扬声器阵列设备中的一个扬声器单元的结构的框图；
图2B是示出了扬声器阵列设备中的另一个扬声器单元的结构的框图；
图3是示出了扬声器阵列设备的外观的透视图；
图4A示出了扬声器阵列设备的信号分离器中的LPF的频率相位特性；
图4B示出了LPF的频率幅度特性；
图4C示出了扬声器阵列设备的信号分离器中的HPF的频率相位特性；
图4D示出了HPF的频率幅度特性；
图5是示出了根据实施例的第五种改型的扬声器阵列设备的结构的框图；
图6是示出了根据实施例的第七种改型的扬声器阵列设备的结构的框图；
图7示出了根据实施例的第七种改型的增益放大器的频率幅度特性；
图8示出了根据第七种改型的APF的频率相位特性；
图9是示出了根据实施例的第八种改型的扬声器阵列设备的结构的框图；
图10是示出了根据实施例的第十种改型的扬声器阵列设备的结构的框图；
图11A示出了根据第十种改型的信号分离器中的LPF的频率相位特性；
图11B示出了LPF的频率幅度特性；
图11C示出了信号分离器中的HPF的频率相位特性；以及
图11D示出了HPF的频率幅度特性。
具体实施方式
现在通过参考示出了其中的优选实施例和对优选实施例的改型的附图对本发明予以详细描述。
首先，将对本发明的一个实施例扬声器阵列设备1的结构予以说明。图1的框图示出了包括扬声器阵列单元2的扬声器阵列设备1，其中扬声器单元2具有扬声器单元21、22，后面将参考图2A至图3对扬声器单元21、22予以描述。图2A和图2B的框图示出了扬声器单元21、22的结构，而图3从外部视图上示出了扬声器是怎么样安装在扬声器阵列设备1上的。如图2A所示，扬声器单元21包括扬声器211-1至211-12、放大器212-1至212-12、和指向性控制器213-1至213-12。具体地说，扬声器单元21包括十二组指向性控制器、放大器、和扬声器。每个扬声器都连接至对应的一个放大器，而该放大器又依次连接至对应的一个指向性控制器。
输入至扬声器单元21的音频信号Sa被分配至指向性控制器213-1至213-12。在控制器单元7的控制下，指向性控制器213-1至213-12各自对输入的音频信号Sa执行延迟处理和用于改变幅度的信号处理，并且把经过信号处理的音频信号输出至各个放大器212-1至212-12。在控制器单元7的控制下，分别从各个指向性控制器输出的音频信号被放大器212-1至212-12放大。根据被放大的信号，声音从扬声器211-1至211-12播放出去。
如图2B所示，扬声器单元22的结构与扬声器单元21类似，不同点在于它包括二十五组指向性控制器、放大器、和扬声器。具体地说，扬声器单元22包括扬声器221-1至221-25、放大器222-1至222-25、和指向性控制器223-1至223-25。如图3中虚线框所示，扬声器221-1至221-25被布置在扬声器阵列设备1的中心部分。扬声器单元21的扬声器211-1至211-12的直径大于扬声器单元22的扬声器221-1至221-25，它们被布置在扬声器221-1至221-25的周围。在控制器单元7的控制下，扬声器单元21、22对输入的音频信号进行信号处理从而播放声束，这些声束各自都具有预定的指向性状态，在指向性状态下声束以预定的指向性角度被定向至希望的指向性方向，这就使得声束可以进行希望的传播。
再次参见图1，扬声器阵列设备1包括幅度调节器3，其具有集成在其中的增益放大器31至33。这些增益放大器31至33被用于以预设增益αa、αa’、和αb放大从信号分离器5输入的各个音频信号。从增益放大器31、32输出的经放大的音频信号在加法器4中被加在一起并且输出至扬声器单元21，而从增益放大器33输出的经放大的音频信号被输出至扬声器单元22。预设增益αa、αa’、和αb的设置是在控制器单元7的控制下执行的。
信号分离器5包括LPF 51和HPF 52。低通滤波器LPF 51使得从信号输入单元6输入的信号中高于预设截止频率的频率范围内的音频信号分量衰减，并且将低于预设截止频率的频率范围(下文中称为低频范围)内的音频信号分量输出。LPF 51对输入的音频信号执行信号处理以根据频率改变输入的音频信号的幅度。这时，输入的音频信号的相位根据频率转动。
与LPF 51相反，高通滤波器HPF 52使得从信号输入单元6输入的音频信号中低于预设截止频率的频率范围内的音频信号分量衰减，并且将高于预设截止频率的频率范围(下文中称为高频范围)内的音频信号分量输出。这时，如同LPF 51的情况一样，音频信号的相位根据频率转动。预设的截止频率的设置是在控制器单元7的控制下执行的。
如上所述，控制器单元7控制扬声器阵列单元2的扬声器单元21、22的指向性控制器和放大器、幅度调节器3的增益放大器31至33、和信号分离器5的LPF 51和HPF 52。可根据用户通过对操作单元8进行操作而输入的指令，或者可根据存储在存储单元9中的预设值执行控制。存储单元9中的预设值代表了声束的指向性状态和音量、LPF 51和HPF 52的预设截止频率、增益放大器31至33的增益，等等。当存储单元9中以查找表的形式存储了多组预设值时，控制器单元7可根据用户通过对操作单元8进行操作而从存储在存储单元9中多组预设值选择出来的一组预设值对扬声器阵列设备1的不同部分进行控制。
以下将对扬声器阵列设备1的操作予以说明。首先，用户对操作单元8进行操作以选择用于控制器单元7进行的控制的一组预设值。控制器单元7根据选择的预设值来控制扬声器阵列设备1的不同部分。以下说明了从当音频信号Sin从信号输入单元6输入时到当声音从扬声器阵列单元2发出时所执行的程序。
从信号输入单元6输入的音频信号Sin被输出至信号分离器5并被分配至LPF 51和HPF 52。在控制器单元7的控制下，LPF 51和HPF 52的预设截止频率都被设置为1KHz。于是，LPF 51被构建成具有如图4A和4B所示的频率特性的低通滤波器，而HPF 52被构建成具有如图4C和4D所示的频率特性的高通滤波器。在图4A至图4D中，横坐标表示了音频信号的频率。在图4B和图4D每幅图中，纵坐标表示滤波器输出信号相对于滤波器输入信号的幅度变化量；在图4A和图4C每幅图中，纵坐标表示滤波器输出信号相对于滤波器输入信号的相位转动量。LPF 51对输入音频信号Sin进行信号处理，从而如图4B所示地根据频率改变信号的幅度，并且如图4A所示地转动其相位，并且将得到的音频信号SL输出至幅度调节器3的增益放大器31。另一方面，HPF 52对音频信号Sin进行信号处理，从而如图4D所示地根据频率改变信号的幅度并且如图4C所示转动其相位，并且将得到的音频信号SH输出至幅度调节器3的增益放大器32、33。
在控制器单元7的控制下，幅度调节器3的增益放大器31至33的增益被分别设置为αa、αa’、和αb。增益放大器31将幅度是输入音频信号SL幅度的αa倍的音频信号Sga输出至加法器4。增益放大器32将幅度是输入音频信号SH幅度的αa’倍的音频信号Sga’输出至加法器4。加法器4将音频信号Sga和Sga’加在一起并将得到的音频信号Sa输出至扬声器单元21。另一方面，幅度调节器3的增益放大器33将幅度是输入音频信号SH幅度的αb倍的音频信号Sb输出至扬声器单元22。如上所述，音频信号Sa、Sb都是利用被HPF 52处理过的信号生成的，所以，这些音频信号的相位在高频范围被类似地转动。因此，使得音频信号Sa、Sb的相位在高频范围内彼此一致。
输入至扬声器单元21的音频信号Sa通过指向性控制器213-1至213-12和放大器212-1至212-12被提供到扬声器211-1至211-12，并且基于所提供的信号Sa的声音从扬声器211-1至211-12播放出去。另一方面，输入至扬声器单元22的音频信号Sb通过指向性控制器223-1至223-25和放大器222-1至222-25被提供到扬声器221-1至221-25，并且基于所提供的信号Sa的声音从扬声器221-1至221-25播放出去。
一旦声音从扬声器单元22的扬声器221-1至221-25播放出去，扬声器单元22就根据从HPF 52输出的高频范围音频信号SH播放声音。换句话说，从扬声器单元22播放出来的声音是基于音频信号Sin的高频范围分量的，而音频信号SH正是产生自该音频信号Sin。另一方面，一旦声音从扬声器单元21的扬声器211-1至211-12播放出去，扬声器单元21就根据从加法器4输出的音频信号播放声音，由加法器4把从LPF51输出的低频范围的音频信号SL和从HPF52输出的高频范围的音频信号SH加在一起来获得输出的音频信号。换句话说，从扬声器单元21播放出来的声音是基于音频信号Sin的整个频率范围分量的，音频信号SL和SH正是产生自音频信号Sin。
声音播放时，高频范围声音是从扬声器单元21、22两个单元播放出去的。从扬声器单元21播放出来的整个频率范围的声音所根据的音频信号Sa、和从扬声器单元22播放出来的高频范围的声音所根据的音频信号Sb，都是由经过HPF 52处理过的信号生成的。因此，音频信号Sa、Sb的高频范围的相位都被彼此相似地转动了。于是，音频信号Sa、Sb的相位在高频范围彼此是一致的，这就可以防止在高频范围内发生相位位错；而其实当输入音频信号Sin本身被用作用于从扬声器单元21播放整个频率范围声音的音频信号时，位错是可能产生的；于是，声束的指向性控制可以很容易地实现。
以上描述了本发明的一个优选实施例。本发明还可以按照以下描述的各种形式实现。
第一种改型
在实施例中，声音以单个声束的形式从扬声器单元21、22播放出去。就高频范围而言，声音能以来自扬声器单元21的扬声器211-1至211-12和扬声器单元22的扬声器221-1至221-25的不同声束的形式发出。在那种情况下，在控制器单元7的控制下，扬声器单元21的指向性控制器213-1至213-12和扬声器单元22的指向性控制器223-1至223-25以从各个扬声器单元21、22播放不同声束的方式分别对音频信号Sa、Sb执行延迟/幅度信号处理。即使在那种情况下，还是可以实现与实施例所实现的效果相类似的效果。
第二种改型
优选的是，为实施例的信号分离器5中的LPF 51和HPF 52设置的预设截止频率等于或者大于扬声器单元22的扬声器221-1至221-25的固有谐振频率。为了提高对从扬声器单元21输出的低频范围声束的指向性控制的效果，预设截止频率优选地尽可能地小到可以执行对扬声器单元21、22的高频范围声束的指向性控制。通过参照以上来确定预设截止频率的上限和下限，可以有效地实现指向性控制。
第三种改型
在扬声器单元21的扬声器211-1至211-12和扬声器单元22的扬声器221-1至221-25的相位特性彼此并不相同的情况下，可以布置全通滤波器或者其它相位校正装置来校正相位特性的差异。在那种情况下，相位校正装置可布置于紧随音频信号Sa输入至扬声器单元21的级之后，从而相位特性经过校正的音频信号被输出至指向性控制器213-1至213-12。同样，相位校正装置可布置于紧随音频信号Sb输入至扬声器单元22的级之后，从而相位特性经过校正的音频信号被输出至指向性控制器223-1至223-25。相位校正装置可被布置在扬声器单元21、22中。用于校正扬声器的相位特性之间的差异的相位校正装置可被布置在幅度调节器3和扬声器211-1至211-12之间的、以及调节器3和扬声器221-1至221-25之间的任意级处。
第四种改型
在实施例中，扬声器单元21的扬声器211-1至211-12的直径大于扬声器单元22的扬声器221-1至221-25。然而，扬声器单元21的扬声器的直径并不是必然地大于扬声器单元22的扬声器的直径。
第五种改型
在实施例中，信号分离器5包括HPF 52，音频信号SH从该HPF52输出至幅度调节器3的增益放大器32、33。可替换地，如图5所示，可以使用两个HPF 52-1、52-2来对音频信号Sin执行信号处理。得到的音频信号SH-1可从HPF 52-1输出至增益放大32，而得到的另一个音频信号SH-2可从HPF 52-2输出至增益放大器33。在那种情况下，分别从HPF 52-1、52-2输出的音频信号SH-1、SH-2的相位频率特性应该是相同的，但是其幅度频率特性可以是不相同的。即使在那种情况下，还是可以实现与实施例所实现的效果相类似的效果。
第六种改型
在实施例中，为增益调节器3的增益放大器31至33设置的增益αa、αa’、和αb可根据扬声器阵列单元2的扬声器的各种特性来计算，这在下面将予以说明。
为了使得扬声器阵列单元2的音量在低频和高频范围间相同，扬声器阵列单元2应该以这样的方式构建以满足下面给出的式(1)，其中Na代表了扬声器单元21的扬声器数目(实施例中为十二)，Nb代表了扬声器单元22的扬声器数目(实施例中为二十五)，等于10(SPLa/20)的Pa代表了扬声器单元21的(低频范围的)扬声器声压，SPLa代表了扬声器单元21的(低频范围的)扬声器效率，等于10(SPLa′/20)的Pa’代表了扬声器单元21的(高频范围的)扬声器声压，SPLa’代表了扬声器单元21的(高频范围的)扬声器效率，等于10(SPLb/20)的Pb代表了扬声器单元22的(高频范围的)扬声器声压，SPLb代表了扬声器单元22的(高频范围的)扬声器效率。
αa×Pa×Na＝αa′×Pa′×Na+αb×Pb×Nb (1)
通过按照这样的方式设置增益αa、αa’、和αb以满足式(1)，可使得扬声器阵列单元2的低频范围的音量与扬声器阵列单元2的高频范围的音量的比值等于基于低频范围内的音频信号Sin生成的音量和基于高频范围内的音频信号Sin生成的音量的比值。通过在高频范围内确定扬声器单元21、22之间的音量平衡，增益αa’和αb之间的关系可被确定。例如，为了使得扬声器单元21的扬声器211-1至211-12在高频范围内的音量等于扬声器单元22的扬声器221-1至221-25在高频范围内的音量，增益αa’和αb应该满足关系式αa′×Pa′＝αb×Pb。
应该注意的是，在增益αa等于数值1的情况下，幅度调节器3中就不一定需要布置增益放大器31。即使在那种情况下，幅度调节器3所期望的效果还是可以通过增益放大器32、33来实现。类似地，如果增益αa’或者αb等于数值1，那么幅度调节器3中就不一定需要布置增益放大器32或者增益放大器33。具体地说，增益αa、αa’、和αb每个增益都是有赖于其它两个增益而确定的，因此，它们中的每一个都可能等于数值1。换句话说，幅度调节器3不使用增益放大器31至33中的任何一个就可以实现类似的效果。
第七种改型
在实施例中，根据预设截止频率(LPF和HPF)而被分开的不同频率范围的音频信号被加在一起以形成整个频率范围的音频信号，该音频信号随后从扬声器单元21输出。可选地，可使用全通滤波器，这样就不会将输入信号分成不同频率范围的分量，而是根据频率改变输入信号的相位。在那种情况下，扬声器阵列设备1可被构建成图6所示的下述结构。
这种扬声器阵列设备1包括增益放大器10，其用于执行信号处理从而根据频率改变输入音频信号Sin的幅度，并且将得到的信号输出至HPF 52和APF(全通滤波器)53。在这种改型中，增益放大器10对输入音频信号Sin执行信号处理，并且将幅度如图7所示地根据频率而改变的音频信号Sg输出。不管增益放大器10通过信号处理如何使音频信号Sin的相位转动，都不会影响这种改型的效果。APF 53执行信号处理以如图8所示地根据频率转动输入音频信号Sg的相位，并且将经过信号处理的音频信号Sa输出至扬声器单元21。另一方面，HPF 52对输入音频信号Sg执行与在实施例中执行的信号处理同样的信号处理，并且将得到的音频信号SH输出至增益放大器33。增益放大器33以预设增益αb将输入音频信号SH放大，并且将得到的音频信号Sb输出至扬声器单元22。扬声器阵列设备1的其它结构与实施例相同，所以对其描述的被省略。
如上所述，APF 53执行的用于转动音频信号的相位的信号处理等同于在实施例中执行的处理，以将音频信号分成多个频率范围分量并将需要的分量加在一起，并且增益放大器10执行的处理等同于增益放大器31、32在实施例中执行的处理。于是，实施例实现的效果在这种改型中也能实现。
第八种改型
在实施例中，使用了两种类型的扬声器单元，即扬声器单元21、22。除此之外，还可以使用扬声器单元23。也就是说，总共布置了三种类型的扬声器。在这样的情况下，扬声器阵列设备1可被构建成如图9所示的结构。具体地说，在实施例中的幅度调节器3中增加了增益放大器34。增益放大器34以增益αc对输入的音频信号SL执行放大处理，并将放大后的音频信号Sc输出至扬声器单元23，扬声器单元23的结构与扬声器单元21、22的结构类似(但是它们在指向性控制器、放大器、和扬声器组数上可能有所不同)。根据以上结构，扬声器单元21播放了整个频率范围的声音，扬声器单元22播放高频范围的声音，而扬声器单元23播放低频范围的声音。此外，音频信号Sa和音频信号Sc都是利用经LPF 51信号处理过的信号生成的。由于音频信号Sa、Sc的相位在低频范围被彼此相似地转动，所以音频信号Sa低频范围的相位和音频信号Sc的相位彼此相同。此外，音频信号Sa和音频信号Sb都是利用经HPF 52信号处理过的信号生成的，并且它们的相位在高频范围被彼此相似地转动。于是，音频信号Sa高频范围内的相位和音频信号Sb的相位彼此相同，于是即使在低频范围内也可以实现更灵活的指向性控制。
第九种改型
在实施例中，扬声器阵列单元2被构建成根据经HPF 52信号处理过的音频信号SH来播放声音并且根据通过将经LPF 51信号处理过的音频信号SL和经HPF 52信号处理过的音频信号SH加在一起而得到的音频信号来播放声音。可选地，LPF 51和HPF 52之间的关系可以反过来。具体地说，扬声器阵列单元2可根据经LPF 51信号处理过的音频信号SL来播放声音，并且可根据一音频信号来播放声音，所述音频信号是通过把经LPF 51信号处理过的音频信号SL和经HPF52信号处理过的音频信号SH加在一起而得到的。
第十种改型
在实施例中，输入音频信号Sin被信号分离器5分成两个频率范围的分量。但是，输入音频信号Sin可被分成更多个频率范围的分量。在这种情况下，扬声器阵列设备1可被构建成如图10所示的结构。以下是对这种改型的说明。
除了实施例中的结构以外，信号分离器5还包括具有预设截止频率(在本改型中为400Hz)的低通滤波器LPFa 54(其频率特性如图11A和图11B所示)，和具有与LPFa 54相同的预设截止频率的高通滤波器HPFa 55(其频率特性如图11C和图11D所示)。LPFa 54(以如图11A和图11B所示的频率特性)对从LPF 51输出的音频信号SL以与实施例相类似的方式执行信号处理，并且将得到的音频信号SLL输出至增益放大器31。类似地，HPFa55对从LPF 51输出的音频信号SL执行信号处理，并且将得到的音频信号SLH输出至增益放大器32。
加法器41将从增益放大器31输出的音频信号Sga和从增益放大器32输出的音频信号Sga’加在一起，并且随后将得到的音频信号Sa输出至扬声器单元21。另一方面，加法器42将从增益放大器32输出的音频信号Sgb和从增益放大器35输出的音频信号Sgb’加在一起，并且随后将得到的音频信号Sb输出至扬声器单元22。与其它增益放大器类似，增益放大器35以预设增益αb’将输入的音频信号放大，并且将放大后的音频信号输出。
根据以上结构，频率范围等于或小于1kHz的声音从扬声器单元21播出，而频率范围等于或大于400Hz的声音从扬声器单元22播出。因此，400Hz到1kHZ之间的频率范围内的声音从所有扬声器播出。音频信号Sa和音频信号Sb都是利用经LPF 51和HPFa 55信号处理过的信号生成的，并且它们的相位在400Hz到1kHZ的频率范围内被相似地转动。换句话说，在400Hz到1kHZ的频率范围内，音频信号Sa和音频信号Sb的相位是彼此相同的。于是，各个扬声器单元的指向性控制器可以很容易地实现指向性控制。虽然本改型只包括扬声器单元21、22，但是也可以使用如同第八种改型一样的更多的扬声器单元。在这样的情况下，输入音频信号Sin被信号分离器5分成不同频率范围的音频信号，并且分开的音频信号每个都被幅度调节器3放大。随后，放大的音频信号中的任意几个被加在一起，而得到的音频信号则被输出至各个扬声器单元。根据这样的结构，即使属于同一频率范围的声音从多个扬声器单元输出，输入这些扬声器单元的音频信号在这样的频率范围内的相位也是一样的。因此，这些扬声器单元的指向性控制器可以很容易地实现指向性控制。
Claims (7)
1.一种扬声器阵列设备，其具有多种扬声器单元，每个扬声器单元具有多个扬声器，所述扬声器阵列设备包括：
产生单元，其用于产生分离的音频信号，所述分离的音频信号的频率范围是输入音频信号的频率范围的一部分；
第一声音播放单元，其用于根据所述分离的音频信号来使用一种扬声器单元播放声音；
信号处理单元，其用于执行信号处理，以使得输入音频信号的相位在所述分离的音频信号的预定频率范围内与所述分离的音频信号的相位相一致，所述分离的音频信号的预定频率范围是所述分离的音频信号的频率范围的全部或一部分；和
第二声音播放单元，其用于根据被所述信号处理单元进行了信号处理的音频信号来使用与所述一种扬声器单元不同的另一种扬声器单元播放声音。
2.如权利要求1所述的扬声器阵列设备，其中所述产生单元用于产生其频率范围与所述分离的音频信号不同的第二分离的音频信号，并且所述信号处理单元用于执行信号处理以将所述分离的音频信号与所述第二分离的音频信号加在一起。
3.如权利要求1所述的扬声器阵列设备，其中所述分离的音频信号的频率范围不低于预定频率。
4.如权利要求2所述的扬声器阵列设备，其中所述多种扬声器单元包括三种以及更多种扬声器单元，并且所述扬声器阵列设备还包括第三声音播放单元，所述第三声音播放单元用于使用与所述第一声音播放单元和所述第二声音播放单元的扬声器单元不同的其它种类的扬声器单元来播放声音。
5.如权利要求1所述的扬声器阵列设备，其中所述产生单元用于将输入音频信号分成三个或更多频率范围的音频信号分量，然后将分离的音频信号分量中多个频率范围的多个音频信号分量加在一起，从而产生所述分离的音频信号，所述分离的音频信号的频率范围由所述多个频率范围构成，并且其中
所述信号处理单元用于执行信号处理，以将分离的音频信号分量中其频率范围与所述分离的音频信号的频率范围不同的分离的音频信号分量和构成所述分离的音频信号的频率范围的多个频率范围中的一部分频率范围内的分离的音频信号分量加在一起。
6.如权利要求1所述的扬声器阵列设备，还包括调节单元，用于调节所述分离的音频信号的幅度，其中所述信号处理单元用于使输入音频信号的相位在所述分离的音频信号的预定频率范围内与所述分离的音频信号的相位一致，并且调节所述分离的音频信号在该频率范围内的幅度。
7.一种用于扬声器阵列设备的信号处理方法，所述扬声器阵列设备具有多种扬声器单元，每个扬声器单元具有多个扬声器，所述方法包括步骤：
产生步骤，产生分离的音频信号，所述分离的音频信号的频率范围是输入音频信号的频率范围的一部分；
第一声音播放步骤，根据所述分离的音频信号来使用一种扬声器单元播放声音；
信号处理步骤，通过信号处理单元执行信号处理，以使得输入音频信号的相位在所述分离的音频信号的预定频率范围内与所述分离的音频信号的相位相一致，所述分离的音频信号的预定频率范围是所述分离的音频信号的频率范围的全部或一部分；和
第二声音播放步骤，根据被信号处理单元进行了信号处理的音频信号来使用与所述一种扬声器单元不同的另一种扬声器单元播放声音。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007-039611 | 2007-02-20 | ||
| JP2007039611A JP4506765B2 (ja) | 2007-02-20 | 2007-02-20 | スピーカアレイ装置および信号処理方法 |
| JP2007039611 | 2007-02-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101252792A CN101252792A (zh) | 2008-08-27 |
| CN101252792B true CN101252792B (zh) | 2012-11-07 |
Family
ID=39283893
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100052674A Expired - Fee Related CN101252792B (zh) | 2007-02-20 | 2008-02-20 | 扬声器阵列设备及其信号处理方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8363845B2 (zh) |
| EP (1) | EP1962549B1 (zh) |
| JP (1) | JP4506765B2 (zh) |
| CN (1) | CN101252792B (zh) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5565044B2 (ja) * | 2010-03-31 | 2014-08-06 | ヤマハ株式会社 | スピーカ装置 |
| US9788103B2 (en) * | 2010-09-03 | 2017-10-10 | Cirrus Logic International Semiconductor Ltd. | Speaker system which comprises speaker driver groups |
| CN102186129B (zh) * | 2011-05-20 | 2014-11-26 | 广州励丰文化科技股份有限公司 | 扩声扬声器点阵的指向性控制方法和音箱 |
| JP6090039B2 (ja) * | 2013-07-30 | 2017-03-08 | ヤマハ株式会社 | スピーカ装置 |
| JP5708724B2 (ja) * | 2013-07-09 | 2015-04-30 | 沖電気工業株式会社 | 音響再生装置及びプログラム |
| US9609451B2 (en) * | 2015-02-12 | 2017-03-28 | Dts, Inc. | Multi-rate system for audio processing |
| WO2018045133A1 (en) | 2016-08-31 | 2018-03-08 | Harman International Industries, Incorporated | Variable acoustics loudspeaker |
| US10645516B2 (en) | 2016-08-31 | 2020-05-05 | Harman International Industries, Incorporated | Variable acoustic loudspeaker system and control |
| CN106502623A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-03-15 | 北京小米移动软件有限公司 | 音频输出装置及方法 |
| GB2568223A (en) * | 2017-09-15 | 2019-05-15 | Gowler Hart David | Bass generator 20Hz> audio system reinforcement |
| CN108391196B (zh) * | 2018-03-19 | 2021-05-07 | 深圳市冠旭电子股份有限公司 | 一种音频信号处理装置及音箱 |
| CN110881164B (zh) * | 2018-09-06 | 2021-01-26 | 宏碁股份有限公司 | 增益动态调节的音效控制方法及音效输出装置 |
| US11109156B2 (en) * | 2019-07-24 | 2021-08-31 | Barefoot Sound, Llc | Method and apparatus for improving effective signal-to-noise ratio of analog to digital conversion for multi-band digital signal processing devices |
| CN112112363A (zh) * | 2020-10-21 | 2020-12-22 | 湖南兴龙环境艺术工程有限公司 | 智能建筑玻璃 |
| WO2022193934A1 (zh) * | 2021-03-18 | 2022-09-22 | 海信视像科技股份有限公司 | 一种显示装置、激励器及音频信号播放方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1130329A (zh) * | 1994-11-17 | 1996-09-04 | 松下电器产业株式会社 | 声音电路 |
| CN1675959A (zh) * | 2002-08-16 | 2005-09-28 | 格伦迪希多媒体公司 | 扬声器设备 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63206100A (ja) * | 1987-02-23 | 1988-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | マルチウエイスピ−カ装置 |
| JP2713080B2 (ja) * | 1993-03-05 | 1998-02-16 | 松下電器産業株式会社 | 指向性スピーカ装置 |
| EP1402755A2 (en) * | 2001-03-27 | 2004-03-31 | 1... Limited | Method and apparatus to create a sound field |
| JP4214834B2 (ja) * | 2003-05-09 | 2009-01-28 | ヤマハ株式会社 | アレースピーカーシステム |
| JP3876850B2 (ja) * | 2003-06-02 | 2007-02-07 | ヤマハ株式会社 | アレースピーカーシステム |
| JP4002548B2 (ja) * | 2003-10-06 | 2007-11-07 | ローム株式会社 | 等化回路 |
| JP4124182B2 (ja) * | 2004-08-27 | 2008-07-23 | ヤマハ株式会社 | アレイスピーカ装置 |
| US20080025518A1 (en) * | 2005-01-24 | 2008-01-31 | Ko Mizuno | Sound Image Localization Control Apparatus |
| US8238576B2 (en) * | 2005-06-30 | 2012-08-07 | Cirrus Logic, Inc. | Level dependent bass management |
-
2007
- 2007-02-20 JP JP2007039611A patent/JP4506765B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-02-04 EP EP08002043.1A patent/EP1962549B1/en not_active Not-in-force
- 2008-02-20 US US12/034,269 patent/US8363845B2/en active Active
- 2008-02-20 CN CN2008100052674A patent/CN101252792B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1130329A (zh) * | 1994-11-17 | 1996-09-04 | 松下电器产业株式会社 | 声音电路 |
| CN1675959A (zh) * | 2002-08-16 | 2005-09-28 | 格伦迪希多媒体公司 | 扬声器设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1962549B1 (en) | 2015-06-10 |
| JP2008205822A (ja) | 2008-09-04 |
| US20080199017A1 (en) | 2008-08-21 |
| CN101252792A (zh) | 2008-08-27 |
| EP1962549A3 (en) | 2008-09-10 |
| US8363845B2 (en) | 2013-01-29 |
| JP4506765B2 (ja) | 2010-07-21 |
| EP1962549A2 (en) | 2008-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101252792B (zh) | 扬声器阵列设备及其信号处理方法 | |
| US6766025B1 (en) | Intelligent speaker training using microphone feedback and pre-loaded templates | |
| CN101267686B (zh) | 扬声器阵列设备及其信号处理方法 | |
| US8175304B1 (en) | Compact loudspeaker system | |
| US8824709B2 (en) | Generation of 3D sound with adjustable source positioning | |
| US20070253575A1 (en) | Method and system for surround sound beam-forming using the overlapping portion of driver frequency ranges | |
| CN102804810A (zh) | 频谱管理系统 | |
| US20150139427A1 (en) | Signal processing apparatus, signal processing method, program, and speaker system | |
| JP2001224098A (ja) | オーディオシステムにおける音場補正方法 | |
| WO2005067341A1 (ja) | スピーカ装置 | |
| JPH11502983A (ja) | 低音オーディオスピーカ駆動回路 | |
| CN107105383A (zh) | 用于再生环绕音的扬声器 | |
| JP5023713B2 (ja) | 音響発生装置 | |
| CN111836158A (zh) | 一种多波束信号处理方法及装置 | |
| JPS639300A (ja) | スピ−カシステム | |
| JP3952571B2 (ja) | スピーカ装置 | |
| US20140307895A1 (en) | Acoustic set comprising a speaker with controlled and variable directivity | |
| AU2016254322B2 (en) | An apparatus for reproducing a multi-channel audio signal and a method for producing a multi channel audio signal | |
| US20160173986A1 (en) | Ultra-low distortion integrated loudspeaker system | |
| US9161132B2 (en) | Audio processing apparatus with selection to and from multi-room mode | |
| RU2762879C1 (ru) | Способ обработки звукового сигнала и устройство обработки звукового сигнала | |
| RU2765334C1 (ru) | Способ обработки звукового сигнала и устройство обработки звукового сигнала | |
| EP1068774A1 (en) | Intelligent speaker tuning using non-volatile memory | |
| US8687822B1 (en) | Filtering system for equalizing a loudspeaker system | |
| US20140376725A1 (en) | Sound enhancement for powered speakers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121107 Termination date: 20170220 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |