CN101682814B - 用于定向辐射声音的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种操作音频系统的方法，该音频系统向多个收听位置提供音频辐射，方法包括提供至少一个音频信号源。在每个收听位置处，提供至少一个扬声器元件阵列。在至少一个源与第一收听位置的至少一个扬声器元件之间提供滤波器。优化该滤波器使得相比于从第一阵列辐射到第一收听位置的声能，所述滤波器减小从第一阵列辐射到多个收听位置的至少一个其他收听位置的声能。

Description

用于定向辐射声音的系统和方法
本申请要求于2007年7月19日提交的美国专利申请序列号11/780,461的优先权，其整体公开通过引用包含于此。
背景技术
此说明书描述了音频系统，例如用于交通工具，其包括定向扬声器。定向扬声器总体上在美国专利5,870,484和5,809,153中描述。交通工具中的定向扬声器在2005年11月18日提交的美国专利申请11/282,871中有所讨论。美国专利5,870,484和5,809,153以及美国专利申请11/282,871的整体公开通过引用包含于此。
发明内容
在本发明的一个实施方式中，一种操作音频系统的方法，该音频系统将音频辐射提供给多个收听位置，该方法包括提供至少一个音频信号源。在每个收听位置处，提供至少一个扬声器元件阵列，用于接收音频信号以及响应性地辐射输出音频信号。至少一个阵列的扬声器元件相对于彼此而布置，使得从各个扬声器元件辐射的输出音频信号进行相消干涉，由此定义来自至少一个阵列的定向音频辐射。在至少一个源和多个收听位置的第一收听位置处的第一阵列中的至少一个扬声器元件之间提供滤波器。该滤波器对从至少一个源到至少一个扬声器元件的音频信号的幅度和相位进行处理。优化该滤波器，使得相比于从第一阵列辐射到第一收听位置的声能的幅度，该滤波器减小从第一阵列辐射到第一收听位置的声能的幅度。
在本发明的另一实施方式中，一种操作音频系统的方法，该音频系统将音频辐射提供到多个收听位置，该方法包括提供至少一个音频信号源。在每个收听位置处，提供扬声器以用于接收音频信号以及响应性地辐射输出音频信号。在第一收听位置处的第一扬声器接收第一音频信号。在第一音频信号和第二收听位置的第二扬声器之间提供了滤波器，使得第二扬声器接收通过该滤波器的第一音频信号并且响应性地辐射输出音频信号。第一扬声器接收独立于该滤波器的第一音频信号。定义代表该滤波器的转换函数，使得该滤波器对提供给第二扬声器的第一音频信号的幅度和相位进行处理，以便由第二扬声器响应于第一音频信号而辐射到第二收听位置的声能与由第一扬声器响应于第一音频信号而辐射到第二收听位置的声能的合成幅度小于由第一扬声器响应于第一音频信号而辐射到第二收听位置的声能。
在本发明的另一实施方式中，一种用于具有多个座位位置的交通工具的音频系统，其包括至少一个音频信号源。相应的定向扬声器阵列装配在每个座位位置处并且耦合至至少一个源，使得该音频信号驱动相应的定向扬声器阵列以辐射声能。在至少一个源和每个相应的定向扬声器阵列之间的处理电路分别对从至少一个源到每个相应的定向扬声器阵列的音频信号的幅度和相位进行处理，使得每个相应的定向扬声器阵列将声能定向辐射到其所位于的座位位置，以及使得从相应的定向阵列辐射到每个其他座位位置的声能的幅度低于一个水平，该水平是当在其他座位位置的至少一个相应的定向扬声器将声能辐射到其他座位位置时，在每个其他座位位置处的相应的收听者可觉察的水平。
附图说明
本发明的全面和支持性的公开，包括对于本领域普通技术人员而言的最佳模式，在说明书的以下部分中参考附图更详细地阐明，其中：
图1示出了辐射图案的极坐标图；
图2A是根据本发明的一个实施方式的交通工具扬声器阵列系统的示意图；
图2B是图2A中示出的交通工具扬声器阵列系统的示意图；
图2C-2H分别是图2A中示出的扬声器阵列的示意图；
图3A-3J分别是图2A中示出的交通工具扬声器阵列系统的局部框图，其中各个框图示出了与所示扬声器阵列相关联的音频电路；
图4A是针对图2A中示出的扬声器阵列之一绘制的比较幅度的绘图；
图4B是针对参考图4A描述的扬声器阵列的扬声器元件的增益转换函数的绘图；以及
图4C是针对参考图4A描述的扬声器阵列的扬声器元件的相位转换函数的绘图。
在本说明书和附图中参考字符的重用旨在代表本发明的相同或相似特征或元件。
具体实施方式
现将详细参考本发明的特定实施方式，附图中示出了对其的一个或多个示例。每个示例作为对本发明的解释而提供，不是对本发明的限制。实际上，对于本领域技术人员而言很明显的是，可以在本发明中做出修改和变化而不偏离其范围或精神。例如，作为一个实施方式的一部分而说明或描述的特征可以在另一个实施方式上使用以产生更进一步的实施方式。因此，旨在于本发明覆盖这种在本公开(包括所附权利要求)的范围内的修改和变化。
尽管此处附图的若干视图的单元可以在框图中显示并且描述为分离的单元，并且可以称为“电路”，但除非另外指出，这些单元可以实现为模拟电路、数字电路之一或它们的组合，或实现为执行软件指令的一个或多个微处理器。软件指令可以包括数字信号处理(DSP)指令。除非另外指出，信号线路可以实现为分立的模拟或数字信号线路，实现为具有合适信号处理以处理不同的音频信号流的单个分立的数字信号线路，或实现为无线通信系统的单元。一些处理操作可以按照系数的计算和应用来表达。可以通过其它模拟或数字信号处理技术来执行计算和应用系数的等同操作，并且其包括在本专利申请的范围内。除非另外指出，音频信号可以以数字或模拟的形式进行编码；常规的数模或模数换能器没有在附图中给出。简单地说，在给定通道中或从给定阵列“辐射对应于音频信号的声能”将称作从该阵列“辐射”通道。
定向扬声器是具有辐射图案的扬声器，其中在一些方向比在其它方向辐射充分多的声能。定向阵列有多个声能源。在定向阵列中，在所辐射声能的波长相对于声能源彼此之间的间隔而言较大的频率范围上，由声能源辐射的压力波相消干涉，使得该阵列根据发生相消干涉的程度而在不同方向上辐射更多或更少的能量。辐射相对更多声能的方向，例如，声压级为离定向扬声器相同距离的点处任何方向中的最高声压级(SPL)的6dB内(优选地在-6dB到-4dB之间，并且理想地在-4dB到-0dB之间)的方向将称作“高辐射方向”。辐射较少声能的方向，例如，相对于从定向扬声器等距离点处任何方向中的最大值，SPL处于至少-6dB的水平(优选地在-6dB到-10dB之间，并且理想地在下降10dB的水平，例如，-20dB)的方向将称作“低辐射方向”。在所有附图中，定向扬声器示出为具有两个或更多锥形声驱动，锥形直径为1.925英寸，具有大约两英寸的锥元件间隔。定向扬声器可以是不同于锥形的样式，例如，圆顶形或平板形。定向阵列有至少两个声能源，并且可以有多于两个的声能源。增加声能源的数量增加了通过定向扬声器的辐射图案进行控制，例如，可能实现较窄图案或具有给定应用可能期望的更复杂几何图形的图案。在这里所讨论的实施方式中，声能源的数量和方向可以基于布置阵列的环境来确定。产生定向辐射图案所需的信号处理可以通过优化过程来建立，如在下面更详细描述的，其定义了一组操纵声能源的相对幅度和相位以获得期望结果的转换函数。
扬声器和扬声器阵列的方向特性通常利用极坐标图来描述，如图1的极坐标图。极坐标图10代表定向扬声器的辐射特性，在此例子中称作“心形”图案。极坐标图12代表第二类定向扬声器的辐射特性，在此例子中为偶极子图案。极坐标图10和12指示定向辐射图案。由线14指示的低辐射方向可以但不一定是静音方向。高辐射方向由线16指示。在极坐标图中，高辐射方向中向量的长度代表在此方向辐射的声能的相对数量，不过应当理解此协定仅在图1中使用。例如，在心形极坐标图中，方向16a上比方向16b上辐射更多的声能。
图2A是具有音频系统的交通工具乘客车厢的图示。该乘客车厢包括四个座位位置18、20、22和24。与座位位置18相关联的是以通常在低音频率范围以上的频率(在目前描述的实施方式中针对阵列28、30、38、46、48和54大约125Hz以上，针对阵列26、27、34、36、42、44和52大约185Hz以上，这里称作“高”频率)将声能定向辐射到该交通工具舱室中的四个定向扬声器阵列26、27、28和30，以及以低音频率范围(在目前描述的实施方式中从大约40Hz到大约180Hz)辐射声能的定向扬声器阵列32。类似地放置与座位位置20相关联的用于高频的四个定向扬声器阵列34、36、38和30，以及用于低音频率的定向阵列40，与座位位置22相关联的用于高频的四个定向扬声器阵列42、44、46和48，以及用于低音频率的阵列50，以及与座位位置24相关联的用于高频的四个定向扬声器阵列44、52、54和48，以及用于低音频率的阵列56。
附图中给出的阵列元件的特定配置是基于交通工具内收听者的相对位置以及交通工具舱室的配置。本实例用于跨界(cross-over)型运动多用途车。因此，尽管此处描述的扬声器元件位置和方向包括针对此特定车辆布置的一个实施方式，但是应当理解其它阵列布置可以用于此交通工具或其它交通工具(例如，包括但不限于公交车、客货车、飞机或船)或建筑物或其它固定音频场地，以及针对这种交通工具或场地内座位或收听位置的不同数量和配置，取决于期望的性能以及该交通工具或场地的配置。此外，还应当理解可以使用给定阵列内扬声器元件的多种配置，并且其落入本公开的范围。因此，尽管可以由示例性过程来选择阵列位置和配置，并且在下文中更详细地描述四客交通工具中的示例性阵列布置，但是应当理解提供这些仅仅是用于解释目的，而不是对本公开的限制。
可以基于试验和错误来选择声能源的数量和方向，直到在给定交通工具或其它物理环境内实现期望的性能。在交通工具中，物理环境由该交通工具的内部车厢或舱室的容量、舱室的内部几何结构和该内部中物体和表面的物理特性来定义。给定特定环境，系统设计者可以做出阵列配置的初始选择，然后根据下面描述的优化过程优化针对选定配置的信号处理。如果这不能产生可接受的性能，则系统设计者可以改变该阵列配置并且重做优化。该步骤可以重复直到定义的系统满足期望的要求。
虽然下面的论述将阵列配置的初始选择描述为逐步的过程，但是应当理解这仅为解释的目的并且系统设计者可以根据对该设计者而言重要的参数以及根据适合该设计者的方法来选择阵列配置。
确定初始阵列配置的第一步是确定呈现给该交通工具内的收听者的音频信号的类型。例如，如果期望仅呈现单声道声音而不用考虑方向(无论是归因于扬声器位置还是空间提示(spatial cue)使用的方向)，则离收听者足够远的距离布置单个扬声器阵列，以便该音频信号到达两个耳朵，或者将两个扬声器阵列布置得靠近收听者并且分别朝向收听者相应的耳朵，可能就足够了。如果期望立体声，那么两个阵列，例如在收听者头部的每一边并且朝向相应的耳朵可能就足够了。同样地，如果期望宽音场以及前/后音频，则需要更多的阵列。如果前后都期望宽音场，那么可能期望一对阵列前置一对阵列后置。
一旦确定了在每个收听者位置的阵列的数量，就确定了阵列相对于收听者的总体位置。如上指出，在某种程度上，通过扬声器所针对的性能类型可以指示相对于收听者头部的位置。例如，对于立体声，可能期望在收听者头部的每一边放置至少一个阵列，但是在期望环绕声，和/或期望创建空间提示的地方，取决于期望的效果以及交通工具中装配扬声器的位置的可用性，可能期望在收听者前面和后面和/或收听者旁边都放置阵列。
一旦确定了阵列的期望数量和它们总体的相对位置，就确定了该交通工具中阵列的特定位置。一个实际问题是，交通工具中用于扬声器放置的可用位置可能是有限的，并且可能需要在声学立场上的理想期望和该交通工具中的可用性之间进行折衷。此外，阵列位置可以变化，但在目前描述的实施方式中，期望每个阵列将声音引向收听者的至少一个耳朵，并且避免将声音引向该交通工具中的其它收听者或引向邻近的反射表面。在将音频引向期望的位置的同时避免不期望的位置方面，定向阵列的效果增大了在靠近收听者头部布置该阵列的地方，因为这增加了阵列位置与期望和不期望将音频信号辐射到的位置之间的相对路径长度差。因此，在目前描述的实施方式中，期望将该阵列尽可能地靠近收听者头部布置。例如，对于座位位置18，将阵列26和27布置在座位头枕中，非常靠近收听者的头部。将前置阵列28和30布置在顶篷中，而非前仪表板中，因为前一位置放置的扬声器比该阵列布置在前仪表板中的情形离收听者头部更近。
一旦建立了阵列位置，就确定了阵列中声能源的数量和方向。阵列中的一个能量源或换能器可以将声信号引向收听者的一个耳朵，并且这种换能器在此称为“主”换能器。例如，在元件是锥形换能器的情形中，主换能器可以使其锥轴对准收听者期望的头部位置。然而，不一定要该主换能器对准收听者的耳朵，并且通常可以通过比较阵列中每个元件提供的音频信号的衰减来识别主换能器。为了识别主元件，在座位乘员58、70、72和74的期望头部位置处放置相应的扩音器。在每个阵列，依次驱动该阵列中每个元件，并且由每个扩音器记录得到的辐射信号。对在其它座位位置处检测到的音量的幅度进行平均，并且将其与安置该阵列的座位位置处的扩音器接收到的音频的幅度进行比较。对于该阵列中在预期位置处的幅度与在其它位置处的幅度(平均)的比率最高的元件，将其视为主元件。
每个阵列有一个或多个增强该阵列的方向性的次级换能器。多个换能器控制阵列的声学图案的宽度和方向的方式是已知的，因此此处未进行讨论。然而，总体上对宽度和方向的控制度随着次级换能器的数量而增长。因此，例如在需要较低控制度的情形中，阵列可以有较少的次级换能器。此外，元件间隔越小，可以在其上有效控制方向性的频率范围就越大(在高端)。其中，如在目前描述的实施方式中，紧密的元件间隔(近似两英寸)减少高频阵列在较低频率上的有效性，系统可以在每个座位位置处包括低音阵列，如下更详细描述。
总体上，选择在给定座位位置处给定阵列中的次级元件的数量和方向以减少从该阵列到其它座位位置处的预期乘员位置的音频辐射。取决于相对预期收听者放置的阵列所处的变化的声学环境，次级元件的数量和方向可以在给定座位位置处的阵列之中变化。例如，布置在相对收听者对称的位置(即，相对该收听者的类似位置，但在该收听者的相对一边)中的阵列可以相互不对称(即，可以有不同数量和/或不同方向的换能器)以适应声学环境的非对称方面。在这点上，对称可以认为按照从阵列延伸到期望将音频信号引向的点(如任何预期收听者期望的耳朵位置)的线与从阵列延伸到期望减少音频辐射的点(如邻近反射表面和其它收听者期望的耳朵位置)的线之间的角度，以及阵列与期望将音频引向的点之间的距离。用于隔离阵列在期望的座位位置处的辐射输出所需的对阵列方向性的控制度随着这些角度的减少、定义这种小角度的位置数量的增加以及该阵列与期望将音频引向的点之间的距离的增加而增加。因此，当考虑给定收听位置的相对侧上位置处的阵列时，其中该给定收听位置相对于这些参数的一个或多个表现出非对称性，该阵列可以相对于彼此是非对称的以说明该环境的非对称性。
如本领域中应当理解的，关于损害收听者听到的音频质量，通常不太关心来自相对远离预期收听者的交通工具表面的反射，因为该信号通常会衰减并且是时延的，使得反射不会引起显著的干涉。然而，邻近反射可能引起与预期音频的干涉，因此期望针对紧接这种邻近反射表面的扬声器有较高的方向控制度以实现可接受的隔离水平。
总体上，在确定给定阵列中次级元件的数量和方向中这样考虑，为了减少从该阵列泄露的音频，可以布置次级元件以向期望减少音频辐射的位置(诸如反射表面以及其它座位位置中乘员的期望头部位置)提供异相信号能量。就是说，可以放置次级元件以便它们在期望相消干涉的方向上辐射能量。从而，在阵列位于靠近这种表面的位置的情形中，以及在从阵列到期望辐射音频信号的点的线和从阵列到不期望辐射音频信号的点的线之间的角相对小的情形中，比起具有较少这种情形的阵列，需要更多的次级元件总体上朝向这种表面和这种不期望的点。
转向图中给出的示例性布置，在没有邻近反射表面的舱内位置将阵列27和34布置得非常靠近它们相应的收听者，并且一般在它们的预期座位乘员(即，音频信号所定向的乘员位置)与其它交通工具乘员(即，要减少音频泄露的位置)之间。因此，有更多的空间自由度以将声辐射引向目标乘员，而不将声辐射以不期望的水平引向另一乘员，并且因此由两个元件的定向阵列(即，仅具有一个次级元件的阵列)提供的定向控制是足够的。虽然如此，但是应当理解如果需要的话，附加的扬声器元件可以用于这些阵列位置以提供附加的定向控制。
每个外侧高频阵列26、28、36、38、42、46、52和54在至少一个这种邻近反射表面的附近，另外，阵列的各个预期收听者靠近在该阵列与非预期收听者之间延伸的线而对准。因此，期望对这些阵列的方向性有更多的控制度，并且因此该阵列包括更多数量的次级换能器。
关于阵列42和52，每个阵列中的第三元件朝向上使得其轴垂直对准。每个阵列中在水平面(即，图2A页的平面)内对准的其余两个元件关于在交通工具的前向/后向方向上平分扬声器元件对的水平线而对称地布置。因此，这三个扬声器元件分别朝向预期乘员、后门窗和后挡风玻璃，由此促进定向控制以将音频辐射引向座位乘员并且减少到窗户以及后挡风玻璃的辐射。
三个中心阵列30、48和44的每一个可以认为是关于该阵列所服务的两个座位位置中的每一个的多元件阵列。就是说，参考图2B以及下面更详细论述的，扬声器元件30a、30b、30c和30d向两个座位位置18和20都辐射音频信号。元件48a、48b、48c、48d和48e向两个座位位置22和24都辐射音频信号。元件44a、44b、44c和44d向两个座位位置22和24都辐射音频信号。每个中心阵列比阵列26、27、28、34、36、42、46、52和54都更远离相应的座位乘员。因为离收听者距离更长，期望在将音频信号从中心阵列引导到期望的座位乘员方面有更高的精度，以便可以减少到其它座位乘员的辐射。相应地，选择更多数量的声学元件以用于中心阵列。
因此，系统设计者基于要呈现给收听者的音频类型、交通工具的配置以及交通工具中收听者的位置对阵列的数量、阵列的位置、每个阵列中换能器的数量以及每个阵列中换能器的方向做出初始选择。给定初始选择，通过下面详细描述的优化过程来选择用于驱动阵列的信号处理。
图2A-2H示出了针对跨界型运动多用途车选择的阵列配置。如上指出的，交通工具中每个阵列的位置基于总体需求或期望来选择以将扬声器放置在每个收听者的前面、后面和/或侧面，其取决于期望的音频性能。基于该交通工具中可用的物理位置以及给定由期望性能产生的任何约束，最终确定扬声器的特定位置。因为，一旦扬声器已经定位了，就根据下面描述的优化过程来调整用于驱动阵列的信号处理，不必确定将阵列彼此隔离或将阵列从座位乘员隔离的向量和距离，或每个阵列中元件的相对位置和方向，不过按照这种距离、向量、位置和方向来选择阵列位置的过程也在本公开的范围内。因此，下面提供的实例描述了扬声器阵列的总体放置，其目的在于说明并没有提供按比例的附图。
更具体地参考图2B中的座位位置18，扬声器阵列26是三元件阵列，扬声器阵列27是两元件阵列，安置在靠近座位位置18的乘员58期望头部位置并且在其一侧。例如，阵列26和27安置在座位靠背中、座位头枕中、头枕侧面、顶篷中或一些其它类似的位置。一个实施方式中，每个座位的头枕围绕在座位乘员头部的旁边，因此允许阵列的布置更靠近该乘员头部，并且部分地阻挡来自其它座位位置的声能。
阵列27包括两个锥形声学驱动27a和27b，其布置以使得各自的轴27a′和27b′在同一平面(该平面水平延伸穿过交通工具舱室，即，平行于图2B页面的平面)，并且对称地布置在元件27a和27b之间在该交通工具的前向和后向方向上延伸的线60的每一侧。在该交通工具的前向和后向方向上延伸(即，平行于线60)并且穿过座位乘员58头部的期望位置的线(未示出)的侧面，将阵列27安装在交通工具壁阶(offset)中，并且在横穿该线同时也穿过座位乘员58头部的期望位置的从左到右的线(未示出)的后面。
扬声器阵列26包括三个锥形声学驱动26a、26b和26c，其布置使得它们各自的锥轴26a′、26b′和26c′在水平面中，声学元件26c′朝向远离乘员58，并且轴26c′垂直于线60。元件26b朝向前，并且其轴26b′平行于线60，并且垂直于轴26c′。元件26a朝向乘员58的期望头部位置的左耳，以便锥轴26a′穿过该耳朵位置。在穿过乘员58头部的前向/后向线的右侧，将阵列26装配到该交通工具壁阶中，并且在也穿过乘员58的头部的横断线的后面。如这里指出的，例如在靠背或头枕围绕乘员头部的情形中，阵列26和27都可以与该横断线对准或在其前方。
图2C提供了根据座位位置20的透视的座位位置18(还参考图2B)的示意平面视图。图2D提供了根据座位位置22的透视获得的扬声器阵列28的示意图。参考图2B、图2C和图2D，扬声器阵列28包括三个锥形声学元件28a、28b和28c。元件28a和28b关于水平成一定角度朝下并且布置使得它们的锥轴28a′和28b′互相平行。声学元件28c直接朝下使得其锥轴28c′与轴28a′和28b′所定义的平面相交。如图2C所示，声学元件28a和28b对称布置在元件28c的两侧。
扬声器阵列28正好装配在前驾驶员侧门内侧的车顶篷中。元件28c相对于元件28a和28b布置，以便经过元件28c底部中心的线28d和经过声学元件28a和28b底部中心的线28e在元件28a与28b底部之间的平均点处以直角相交。
参考图2B和座位位置20，扬声器阵列34与扬声器阵列27类似地装配并且相对于座位乘员70的布置类似于阵列27相对于座位位置18的乘员58的布置，不同之处在于阵列34在乘员70的左边。阵列34和27都在它们相应座位位置的内侧。
阵列36和38，以及阵列26和28都在它们相应座位位置的外侧。阵列36类似于阵列26装配并且相对于乘员70的布置类似于阵列26相对于乘员58的布置。阵列38类似于阵列28装配并且相对于乘员70的布置类似于阵列28相对于乘员58的布置。阵列34、36和38的结构(包括声学元件的数量、排列和布置)分别是阵列27、26和28的镜像，并且因此这里不进一步论述。
参考座位位置22和24，阵列46和54类似于阵列28和38装配并且相对于座位乘员72和74的布置分别类似于阵列28和38相对于乘员58和70的布置。阵列46和54的结构(包括声学元件的数量、排列和布置)与上面关于阵列28和38的描述相同并且因此这里不进一步论述。
阵列42包括三个锥形声学元件42a、42b和42c。阵列42以类似于外侧阵列26和36的方式装配。然而，声学元件42a和42b相互之间以及相对于乘员72的布置(在外侧)以与元件27a和27b相互之间以及相对于乘员58(在内部)同样的方式来布置，除了元件42a和42b布置在它们座位位置的外侧。元件42a和42b的锥轴在水平面中。声学元件42c朝上，由其锥轴42c′指示。
外侧阵列52类似于外侧阵列42装配并且类似于阵列42相对于座位位置22的乘员72的布置来相对于座位位置24的乘员74进行布置。阵列52的结构(包括声学元件的数量、方向和布置)与上面关于阵列42的论述相同并且因此这里不进一步论述。
仍参考图2B，阵列44优选地布置在中心座位位置的靠背或头枕中、控制台或座位位置22和24之间与阵列42和52近似相等的垂直水平上的其它结构中。
阵列44包括四个锥形声学元件44a、44b、44c和44d。元件44a、44b和44c朝内侧并且布置使得其各自的锥轴44a′、44b′和44c′在水平平面中。轴44b′平行于线60，并且元件44a和44c对称布置在元件44b的两侧使得轴44a′和44c′之间的角度被轴44b′平分。元件44d朝上使得其锥轴44d′垂直于水平面。轴44d′与轴44a′、44b′和44c′的水平面相交。轴44d′与44b′相交并且在元件44a和44c底部中心相交线的后方。
图2E提供了从座位位置20和24之间的点的视角的扬声器阵列48的侧面示意性平面视图。图2F提供了扬声器阵列48的底部示意性平面视图。参考图2B、2E和2F，扬声器阵列48布置在天窗和后挡风玻璃(未示出)之间的车顶篷中。阵列48包括五个锥形声学元件48a、48b、48c、48d和48e。元件48a和48b朝向该阵列的相对侧使得它们的轴48a′和48b′是重合的并且位于平行于水平面的平面中。阵列48均匀地布置在座位位置22和24之间。正交于包含线48a′/48b′的垂直面并且均匀地穿过元件48a和48b之间的垂直面包含阵列44的元件44b和44d的轴44b′和44d′。
元件48e向下打开，使得该元件的锥轴48e′是垂直的。元件48d以向下一定角度朝向座位位置24。其轴48d′总体上与座位位置24的座位乘员74左耳的期望位置对准。元件48c以向下一定角度朝向座位位置22。其轴48c′总体上与座位位置22的座位乘员72右耳的期望位置对准。元件48c的位置和方向相对于包含线44d′和线48e′的垂直面与元件48d对称。
图2G提供了从座位位置20前面的点的扬声器阵列30的示意性侧视图。图2H提供了从阵列48透视的阵列30的示意性平面视图。扬声器阵列30布置在天窗和前挡风玻璃(未示出)之间紧接交通工具天窗前面位置中的车顶篷中。
扬声器阵列30包括四个锥形声学元件30a、30b、30c和30d。元件30a向下朝向该交通工具舱室区域并且布置使得其锥轴30a′垂直于水平面并且包括在包含线48e′和44d′的平面中。声学元件30c类似于元件30b和30d以向下一定角度面朝向后。其锥轴30c′包括在包含轴30a′、48e′和44d′的垂直平面中。
声学元件30b以向下一定角度朝向座位位置20。其锥轴30b′通常与座位位置20的座位乘员70左耳的期望位置对准。
声学元件30d相对于包含线30a′、48e′和44d′的垂直平面与元件30b对称地布置。其锥轴30d′总体上与座位位置18的座位乘员58右耳的期望位置对准。
虽然这里将阵列26、27、34和36的元件、阵列42的元件42a和42b、阵列44的元件44a、44b和44c以及元件52a和52b的轴描述为在图2B页面的平面内，但是这是基于座位乘员58、70、72和74的期望耳朵位置在相同平面的假设。对于这些扬声器阵列在乘员的期望耳朵位置的水平面以下的情形，这些阵列可以是倾斜的，以便“水平元件”的轴指向略微向上并且使得每个阵列的主元件的轴与相应的目标乘员的耳朵重合。从图2B容易看出，这将使得元件42c、44b和52c的轴略微地偏离垂直。
如下面更详细描述的，驱动图2A和图2B中示出的扬声器阵列，以便促进期望的音频信号到各个阵列本地的座位位置乘员的辐射并且同时减少到远离这些阵列的座位位置的声学辐射。在这点上，阵列26、27和28是座位位置18的本地。阵列34、36和38是座位位置20的本地。阵列42和46是座位位置22的本地，以及阵列52和54是座位位置24的本地。针对来自阵列30的预期用于座位位置18的声学辐射，阵列30是座位位置18的本地而远离座位位置20、22和24。然而，针对预期用于座位位置20的声学辐射，阵列30是座位位置20的本地并且远离座位位置18、22和24。类似地，针对来自扬声器阵列44和48的预期用于座位位置22的声学辐射，每个扬声器阵列44和48是座位位置22的本地并且远离座位位置18、20和24。然而，针对预期用于座位位置24的声学辐射，每个阵列44和48是座位位置24的本地并且远离座位位置18、20和22。
如上所述，扬声器阵列的特定位置和相对安排，以及阵列中元件的相对位置和方向，在每个座位位置处进行选择以达到每个座位位置相对于其他座位位置的音频隔离水平。就是说，选择阵列配置以减少该交通工具中从每个座位位置处的阵列泄露到其它座位位置的音频辐射。然而本领域技术人员应当理解，不可能完全消除从一个座位位置处的阵列到其它座位位置的音频信号的所有辐射。因此，如这里使用的一个或多个座位位置相对于其他座位位置的声学“隔离”是指减少从一个座位位置处的阵列泄露到其他座位位置的音频，使得其他座位位置的乘员对泄露的音频信号的感知在可以接受的低水平。可以接受的泄露音频的水平可以根据给定系统的期望性能而变化。
例如，参考图4A，假设除了阵列36的元件36b之外，禁用了图2B的布置中给出的所有扬声器元件。相应的扩音器放置在座位乘员58、70、72和74的期望头部位置处。音频信号通过扬声器元件36b驱动并且由每个扩音器记录。对在位置58、72和74处检测到的音量的幅度进行均匀并且将其与座位位置70的扩音器接收到的音频幅度进行比较。相比于座位位置70处检测到的音频幅度，线200代表在座位位置58、72和74处的平均信号的衰减(以dB)。换句话说，当没有应用下面详细论述的定向控制时，线200代表来自扬声器位置36b的在该交通工具内的衰减。然而，在激活具有这种定向控制的扬声器元件36a和36c之后，衰减增加了，如线202所指示。就是说，当在扬声器位置处应用定向阵列时，相比于直接传达到座位位置20的音频，降低了从座位位置20泄露到其他座位位置的音频幅度。
从大约70Hz到大约700Hz比较线200和202，此处所描述的定向阵列安排总体上减少了大约-15dB到大约-20dB的泄露音频。在大约700Hz到大约4kHz之间，定向阵列改进了衰减大约2到3dB。因此，尽管衰减性能不如较低频率处那么好，但其仍然是改进。对于其它换能器在大约4kHz或更高的频率之上，换能器固有地足够定向，其泄露音频总体上小于低频状况，假设换能器指向其期望辐射音频的区域。
当然，认为可接受的泄露声音的水平可以根据给定系统的期望性能水平而变化。在目前描述的实施方式中，期望相对于其他座位位置的音频，减少从每个座位位置到每个其它座位位置的声音泄露大约10到15dB或以下。如果特定座位位置的乘员禁用了其座位位置的音频，则该乘员可能会听到来自其它座位位置的一定程度的声音泄露(依赖于环境噪声的水平)，但是如果该声音减少在期望的性能水平内被衰减，这就并不意味着他的座位位置没有与其他座位位置隔离。
在大约125/185Hz到大约4kHz的范围内，再次参考图2A和图2B，通过选择滤波器来控制定向性，这些滤波器应用于阵列26、27、28、30、34、36、38、42、46、44、48、52和54的元件的输入信号。这些滤波器对驱动阵列中的换能器的信号进行滤波。总体上，对于给定扬声器阵列元件，总转换函数(Yk)是该元件的输入信号幅度与该元件辐射的音频信号幅度的比率，以及该元件输入信号与该元件辐射的信号的相位差，其中辐射信号是在某个空间点k处测量的。输入信号的幅度和相位是已知的，点k处的辐射信号的幅度和相位可以测量。此信息可以用于计算该总转换函数Yk，其应当在本领域很好理解。
在目前描述的实施方式中，给定阵列的总转换函数Yk可以认为是声学转换函数和由系统定义的滤波器实施的转换函数的组合。针对该阵列内给定的扬声器元件，声学转换函数是输入信号与点k处的辐射信号的比，其中应用于该元件的输入信号没有经过滤波器处理。就是说，其是扬声器特性、扬声器箱体和扬声器元件的环境的结果。
滤波器，例如布置在输入信号与扬声器元件之间的数字信号处理器中实现的无限脉冲响应(IIR)滤波器，其代表总转换函数的系统可选择部分，如下文所解释的。虽然本实施方式参照IIR滤波器描述，但是应当理解可以使用有限脉冲响应滤波器。此外，可以通过模拟电路而不是数字电路来应用适当的滤波器。因此，应当理解为出于解释目的而非限制目的提供本描述。
系统针对每个阵列中的每个扬声器元件包括相应的IIR滤波器。在每个阵列中，所有IIR滤波器接收相同的音频输入信号，但是每个滤波器的滤波器参数可以选择或修改以选择转换函数或以期望的方式改变转换函数，从而独立地选择性地驱动扬声器元件。给定转换函数，本领域技术人员应当理解如何定义数字滤波器，如IIR、FIR或其它类型的数字滤波器，或模拟滤波器以影响转换函数，因此这里不提供滤波器结构的论述。
在目前描述的实施方式中，通过优化音频信号到交通工具内预定位置的辐射的过程，来定义滤波器转换函数。也就是说，假设已经如上所述地选择了交通工具舱室内的每个阵列的位置，并且座位乘员的期望头部位置以及该交通工具内期望定向或降低音频辐射的任何其他位置是已知的，则可以优化每个阵列中每个元件的滤波器转换函数。以阵列26为例，参见图2A，实心箭头指示期望定向音频辐射的方向，而虚线箭头指示期望降低辐射的方向。特别是，箭头261指向乘员58预期的左耳位置。箭头262指向乘员70预期的头部位置。箭头263指向乘员74预期的头部位置。箭头264指向乘员72预期的头部位置，箭头265指向邻近反射表面，即门窗。在下述优化过程的一种实施方式中，邻近反射表面本身并不会视为期望的低辐射位置，因为通过包含那些座位位置作为优化参数，考虑了邻近反射对泄露到期望的低辐射座位位置的音频的影响。也就是说，优化过程减少了泄露到那些座位的音频，不管音频泄露自直线路径还是邻近反射，所以没必要分开考虑邻近反射表面。但在另一种实施方式中，考虑邻近反射表面作为优化参数，因为这些表面可以阻止空间提示的有效使用。所以，在期望使用空间提示的地方，可能希望包含邻近反射表面作为优化参数，从而减少到这些表面本身的辐射。相应地，尽管下面讨论在描述优化参数时包括了邻近反射表面，但是应理解这两种实施方式都是可选的。
作为优化过程的第一步，还参考图3E，考虑第一扬声器元件(优选地为主元件，在此实例中为元件26b)。阵列26中的所有其他元件以及其他阵列中的所有扬声器元件都被禁用。在阵列电路(如数字信号处理器)96-2中定义的用于元件26b的IIR滤波器H26b被初始化为单位函数(即无相位移动的单位增益)或者被禁用。也就是说，IIR滤波器被初始化，使得系统转移函数H26b将输入音频信号转换到元件26b，而未改变输入信号的幅度和相位。如下所述，在本示例中H26b保持为单位函数，并且因此不变化，即使在优化过程中也不变。然而应该理解，H26b可以被优化，此外，滤波器的起点不一定是单位函数。也就是说，在系统优化滤波器函数时，如果滤波器转移函数修改到可以接受的性能，则滤波器的起点可以不同。
在乘员58的左耳预期所处的区域(箭头261所示)内，在多个位置(例如5个)处顺序放置扩音器。对于每个位置上的扩音器，元件26b被相同音量的相同音频信号驱动，并且扩音器接收得到的辐射信号。转换函数依据输入信号的幅度和相位以及输出信号的幅度和相位来计算。针对每次测量计算转换函数。
由于滤波器H26b被设置为单位函数，所计算的转换函数是5次测量中每一个的声学转换函数。所计算的声学转换函数是“G0pk”，这里“0”表示转换函数是针对预期辐射可听信号的区域，“p”表示转换函数是针对主换能器，“k”表示测量位置。在这个例子中，有5个测量位置k，不过应该理解可以采取任何预期的测量次数，所以测量产生5个声学转换函数。
然后扩音器被顺序放在区域(箭头262所示)里的多个位置(例如10)处，预期乘员70的头部处于该区域，并且与在为乘员58的左耳位置测量时一样，以相同音量的相同音频信号驱动元件26b。10个位置可以选择为乘员70的头部中心的10个预期位置，或者测量也可以在乘员70的左耳位置的5个预期位置，在乘员70的右耳位置的5个预期位置处(例如头部前倾、后倾、左倾、右倾和直立)进行。在每一个位置，扩音器接收辐射信号，针对每次测量计算转换函数。所测量的声学转换函数是“G1pk”，其中“1”表示转换函数是针对预期的低辐射区域。
继而扩音器被顺序放在区域(箭头263所示)里的多个(例如10个)位置处，预期乘员74的头部处于该区域(在乘员74的头部中心的预期位置处进行10次测量，或者每个耳朵5个预期位置)，并且与在为乘员58的耳朵位置测量时一样，以相同音量的相同音频信号驱动元件26b。在每一个位置，扩音器接收辐射信号，针对每次测量计算转换函数。测量的声学转换函数是“G1pk”。
接着扩音器被顺序放在区域(箭头264所示)里的多个位置(例如10处)，预期乘员74的头部处于该区域，并且与在为乘员58的耳朵位置测量时一样，以相同音量的相同音频信号驱动元件26b。在每一个位置，扩音器接收辐射信号，针对每次测量计算转换函数。测量的声学转换函数是“G1pk”。
接着扩音器被顺序放在邻近反射表面(也即前驾驶窗)的区域(箭头265所示)里的多个位置(例如10)处，并且与在为乘员58的耳朵位置测量时一样，以相同音量的相同音频信号驱动元件26b。在每一个位置，扩音器接收辐射信号，针对每次测量计算转换函数。测量的声学转换函数的测量是“G1pk”。如果存在任何其他邻近反射表面，也可以针对这些邻近反射表面来确定声学转换函数。
因此，处理器计算了5次声学转换函数G0pk和40次声学转换函数G1pk。
下一步，IIR滤波器26a被设置为单位函数，阵列26中的所有其他扬声器元件以及所有其他阵列中的所有扬声器元件都被禁用。扩音器被顺序放在261所指示的区域里的同样五个位置处，预期乘员58的左耳处于该区域，与元件26b的测量过程一样，当扩音器在5个位置中的每一个时，以相同音量的相同音频信号驱动元件a。这就测量了5个声学转换函数“G0c(26a)k”，这里“c(26a)”代表声学转换函数应用于次级或消声元件26a。
上述针对元件26b的用于确定预期低辐射位置处的声学转换函数的过程，在相同的扩音器位置处为元件26a重复，从而得到元件26a的40个声学转换函数G1c(26a)k。
针对元件26c重复上述过程，对于测量元件26a和26b时同样的扩音器位置，得到5个预期高辐射位置的声学转换函数G0c(26c)k和40个预期低辐射位置的声学转换函数。
相对于45个测量位置k，此过程产生了针对整个阵列的135个声学转换函数。考虑预期辐射区域的5个测量位置的每一个，在位置区域k处的转换函数是：
Y0k＝G0pkH26b+G0c(26a)kH26a+G0c(26c)kH26c。
这里G0c(26a)kH26a表示在特定位置k处针对元件26a测量的声学转换函数乘以IIR滤波器转换函数H26a，以及G0c(26c)kH26c表示在位置k处针对元件26c测量的声学转换函数乘以IIR滤波器转换函数H26c。
在目前描述的实施方式中，所有主元件滤波器保持恒定为单位函数，不过应该理解这不是必须的，并且用于主换能器的滤波器可以和用于次级元件的滤波器一起被优化。但在这种假设下，点k的转换函数就变成了：
Y0k＝G0pk+G0c(26a)kH26a+G0c(26c)kH26c。
在这种假设下，预期低辐射区域的40个测量位置的每一个的转换函数就是：
Y1k＝G1pk+G1c(26a)kH26a+G1c(26c)kH26c
因为阵列26有3个元件，所以上述转换函数包含了3项。从这些描述可以明显看出，项的个数取决于阵列元件的个数。所以对应于阵列27的转换函数就是：
Y0k＝G0pk+G0ckH27a
Y1k＝G1pk+G1ckH27a
接下来，考虑下面的成本函数：
J = [ W eff + W iso N 1 pos Σ k N 1 pos | Y 1 k | 2 ] [ 1 N 0 pos Σ k N 0 pos ( | Y 0 k | 2 + ϵ ) - 1 ]
定义此成本函数用于阵列27的转换函数，不过从本描述中应当理解可以为阵列26的转换函数定义类似的成本函数。项∑|Y1k|2是对低辐射测量位置中每个位置处的平方幅度转换函数的求和。这项除以测量位置的个数来归一化数值。此项乘以权重Wiso，该权重依据期望控制音频信号的方向性的频率范围而不同。在此例中，Wiso是六阶Butterworth带通滤波器。通频带是期望优化的频带，通常从传动器谐振直到大约6kHz或8kHz。对于超过大约125Hz到4kHz范围的频率，Wiso下降到0，而在这个范围内Wiso接近于1。扬声器效率函数Weff是个类似的频率相关权重。在此例中，Weff是六阶Butterworth带通滤波器，以传动器谐振频率为中心，带宽大约1.5个倍频程(octave)。在低频处，Weff防止效率因优化过程而减小。
项∑|Y0k|2是对10个高辐射测量位置中每个位置处的平方幅度转换函数的求和。因为此项可能接近0，因此加入权重ε(例如，0.01)来确保相应的值非零。这项除以测量位置数(此例为5)来归一化数值。
相应地，成本函数J包含了对应于归一化平方的低辐射转换函数的分量，除以归一化平方的高辐射转换函数。在理想的系统中，在预期的低辐射方向不会有泄露音频信号，这样J就变成零。所以，对于给定的阵列，J是与泄露音频水平成正比例、与预期辐射水平成反比例的误差函数。
接下来，成本函数J的梯度可以用下式来计算：
▿ H J = 2 ∂ J ∂ H * = 2 [ W iso N 1 pos Σ k N 1 pos G 1 ck H Y 1 k ] [ 1 N 0 pos Σ k N 0 pos ( | Y 0 k | 2 + ϵ ) - 1 ]
- 2 [ W eff + W iso N 1 pos Σ k N 1 pos | Y 1 k | 2 ] [ 1 N 0 pos Σ k N 0 pos G 0 ck H Y 0 k ( | Y 0 k | 2 + ϵ ) - 2 ]
这个等式为转换函数的解内的每个频率位置(例如，每5Hz)针对实部和虚部产生一系列方向值。为了避免过拟合，可以对梯度应用平滑滤波器。对于IIR实现来说，可以在频域中应用恒定质量因子平滑滤波器以减少基于每个倍频程的特性的个数。不过应该理解可以使用多种适当的平滑函数，梯度结果c(k)可以用下面的函数来使其平滑：
c s ( k ) = Σ i = 0 n - 1 c [ ( k - i ) mod N ] - W sm ( m , i ) ,
这里cs(k)是平滑化的梯度，k是转换函数的离散频率索引(0≤k≤N-1)，Wsm(m，i)是零相位谱平滑窗口函数。这个窗口函数是低通滤波器，其样本索引m对应于截止频率。离散变量m是k的函数，可以认为m(k)是一个带宽函数，这样就可以实现分数倍频程或者其它非统一的频率平滑。在本领域中应当可以理解平滑函数。例如，参见Scott G.Norcross，Gilbert A.Soulodre和Michel C.Lavoie的Subjective Investigations ofInverse Filtering，52.10 Audio Engineering Society 1003，1023(2004)。对于有限脉冲响应滤波器实现而言，频域的平滑可以作为限制了滤波器长度的时间域的窗口而实现。但可以理解，平滑函数不是必须。
如果期望IIR滤波器具有因果关系(causal)，则平滑化的梯度序列可以变换到时间域(通过反向离散傅里叶变换)和所应用的时间域窗口(例如矩形窗，用1表示正时间，0表示负时间)。通过离散傅里叶变换将结果转换回频域。如果不强加因果关系，则可以随后对所有的阵列元件应用全通滤波器来实现阵列转换函数。
在目前描述的实施方式中，傅里叶变换的复数值按步长在梯度的方向上改变，该步长可以通过实验选择为尽可能大但又足够小以允许稳定适应。在目前的例子中，在归一化转换函数中使用0.1的步长。然后这些复数值被用来定义滤波器H27a的FIR滤波器的转换函数的实部和虚部，本领域可以很容易理解，可以导出系数来实现转换函数。由于声学转换函数G0pk、G0ck、G1pk和G1ck已知，就可以重新计算全部转换函数Y0k和Y1k以及成本函数J。确定新的梯度，导致对H27a(或者在阵列26被优化是为H26a和H26c)的进一步调整。重复这个过程直到成本函数不再变化或者变化程度落在一个预定的非零阈值内，或者当成本函数自身低于预定阈值，或者所期望的其他合适标准。在当前例子中，在20次迭代内，如果隔离的变化(例如所有Y1k的平方和)低于0.5dB，就停止优化。
在这种优化步骤的最后，使用公知的优化工具将FIR滤波器系数拟合到IIR滤波器。但要认识到，可以对离散傅里叶变换的复数值执行优化以直接产生IIR滤波器系数。IIR滤波器H26a和H26c的最终系数集存储于硬盘或者闪存中。在系统启动时，控制电路84选择IIR滤波器系数并将其提供给数字信号处理器96-4，其继而将选择的系数加载到滤波器H27a。
针对每个高频阵列重复此过程。对于每个阵列，针对预期的高辐射区域和低辐射区域中的多个位置k计算声学转换函数，如图2A中的实心箭头和虚箭头所指示的，计算结果被优化以确定滤波器所实现的转换函数，将其应用到每个阵列中的次级元件来达到预期性能。上面的讨论作为解释的目的。毋庸置疑，描述的过程是可以修改的。例如，不是针对一个阵列进行所有扩音器测量，然后针对每个其他阵列顺序地进行所有扩音器测量，而是扩音器可以放在预期耳朵位置，然后顺序驱动每个阵列的每个元件来确定空间点k处所有阵列元件的测量。然后扩音器移到下一个位置，重复此过程。此外，应当理解，上述优化过程，包括成本函数和梯度函数，代表一种优化方法，但是也可以使用其他方法。所以，此处所描述的过程仅用作解释目的。
如上所述，中心阵列30、48和44的每一个都用于同时向两个座位位置施加音频。但这并不影响确定阵列元件的滤波器转换函数的过程。例如，参考图3F，每个阵列元件30a、30b、30c和30d由两个信号输入驱动，这两个信号输入在相应的求和联结点404、408、406和402处组合。考虑首先有关位置18的阵列30的信号，元件30d是主元件，元件30a、30b和30c是次级元件。所以为了确定转换函数HL30a、HL30c和HL30b，设置IIR滤波器HL30a为单位函数，并且禁用所有阵列中的所有其他扬声器元件。扩音器顺序放置在预期乘员58的右耳区域中的多个位置(例如5)，当扩音器在5个位置的每一个时，元件30d被相同音量的相同音频信号所驱动。在每个位置处计算G0pk声学转换函数。然后移动扩音器到三个预期低辐射区域的每一个中的10个位置，在图2A中由从阵列30的左侧开始的虚线指示这些辐射区域。在每个位置处，确定低辐射声学函数G1pk。
针对次级元件30a、30b和30c重复该过程，依次将每个滤波器转换函数HL30a、HL30b和HL30c设置为单位函数。测量所有140个声学转换函数之后，如上所述地计算得到的成本函数的梯度，并且滤波器转换函数HL30a、HL30b和HL30c也可以相应更新。重复计算所有的转换函数和成本函数，并且也重复计算梯度。重复此过程直到阵列优化的隔离变化落在预定阈值5dB内。
关于座位位置20，元件30b是主元件。所以，为了确定次级元件的滤波器转换函数HR30a、HR30c和HR30d，将转换函数HR30b初始化为单位函数，并且禁用所有阵列中的所有其它元件。扩音器顺序地放在多个位置(例如，5)，预期乘员70的左耳处于这些位置，当扩音器在5个位置的每一个时，以相同音量的相同音频信号驱动元件30b。针对每个扩音器位置测量声学转换函数G0pk。在图2A中从阵列30的右侧虚线开始的虚线所指示的每个低辐射区域中的10个扩音器位置进行测量。根据这些测量，导出低辐射声学转换函数G1pk。针对每个次级元件30a、30c和30d重复此过程。根据得到的140个转换函数，确定得到的成本函数的梯度，并且滤波器转换函数HR30a、HR30c和HR30d也相应更新。重新计算所有的转换函数和成本函数，也重新计算梯度。重复此过程直到阵列优化的隔离变化落在预定阈值内。
类似的过程应用于中心阵列48和44，如图3G和3H所示。
如上所述，对于每一个其他高频排列，图2A指示了在上述优化过程中进行扩音器测量的高辐射位置和低辐射位置。从阵列28开始，高辐射方向辐射向乘员58的左耳，低辐射方向辐射向乘员70、72和74的预期头部位置的左右耳(尽管指向每个座位乘员70、72和74的低辐射线显示为单线，但是此单线表示特定座位乘员两个耳朵位置的每一个的低辐射位置)。阵列也将低辐射方向辐射向邻近反射表面，也即驾驶员门窗，不过如上所述地邻近反射表面在优化中可能不予考虑。图2A表示二维视图。不过可以理解，由于阵列28装在车顶，朝向乘员58左耳的高辐射方向比朝向乘员74的低辐射方向有更大的向下角度。所以那些方向中比图2A中直接示出的有更大的分叉。
关于阵列27，乘员58右耳处有高辐射位置，乘员70、72和74的预期头部位置的左右耳处有低辐射位置。
关于由阵列30引向位置18的音频，乘员58右耳处有高辐射位置，乘员70、72和74的预期头部位置的左右耳处有低辐射位置。关于由阵列30引向位置20的音频，乘员70左耳处有高辐射位置，乘员58、72和74的预期头部位置的左右耳处有低辐射位置。
关于阵列34，乘员70左耳处有高辐射位置，乘员58、72和74的预期头部位置的左右耳处有低辐射位置。
关于阵列38，乘员70右耳处有高辐射位置，乘员58、72和74的预期头部位置的左右耳处，以及(可选地)邻近反射车辆表面-前面乘客侧的门窗处有低辐射位置。
关于阵列36，乘员70右耳处有高辐射位置，乘员58、72和74的预期头部位置的左右耳处，以及(可选地)邻近反射车辆表面-前面乘客侧的门窗处有低辐射位置。
关于阵列46，乘员72左耳处有高辐射位置，乘员58、70和74的预期头部位置的左右耳处，以及(可选地)邻近反射车辆表面-后面驾驶员侧的门窗处有低辐射位置。
关于阵列42，乘员72左耳处有高辐射位置，乘员58、70和74的预期头部位置的左右耳处，以及(可选地)邻近反射车辆表面-后面驾驶员侧的门窗和后挡风玻璃处有低辐射位置。
关于从阵列48引向座位位置22的音频，乘员72右耳处有高辐射位置，乘员58、70和74的预期头部位置的左右耳处有低辐射位置。
关于从阵列48引向座位位置24的音频，乘员74左耳处有高辐射位置，乘员58、70和72的预期头部位置的左右耳处有低辐射位置。
关于由阵列44引向座位位置22的音频，乘员72右耳处有高辐射位置，乘员58、70和74的预期头部位置的左右耳处有低辐射位置。关于由阵列44引向座位位置24的音频，乘员74左耳处有高辐射位置，乘员58、70和72的预期头部位置的左右耳处有低辐射位置。
关于阵列52，乘员74右耳处有高辐射位置，乘员58、70和72的预期头部位置的左右耳处，以及(可选地)邻近反射车辆表面-后面乘客门窗和后挡风玻璃处有低辐射位置。
关于阵列54，乘员74右耳处有高辐射位置，乘员58、70和72的预期头部位置的左右耳处，以及(可选地)邻近反射车辆表面-后面乘客侧的门窗处有低辐射位置。
如果系统内所有阵列的迭代优化过程继续进行，直到每个阵列优化中成本函数或隔离的幅度变化停止或下降到低于预定阈值，这时整个阵列系统就达到了要求的性能标准。但是，如果对于阵列中的任何一个或者多个，次级元件转换函数没有使得成本函数或隔离下降到预期阈值内，则可以改变阵列的位置和/或方向，并且/或者可以改变阵列中的一个或多个元件的方向，并且/或者可以将声学元件添加到阵列中，并且针对受影响的阵列重复优化过程。继而该过程重新开始直到所有阵列都下降到预期标准内。
前面的讨论假定到达每个座位位置的音频应该在该座位位置处与其它三个座位位置相隔离。这可能是期望的，例如，如果所有四个座位位置都有人并且每个座位位置听不同的音频。但是，考虑一下只有座位位置18和20有人并且这两个座位位置的乘员正在听不同的音频的情况。因为到每个座位乘员的音频是不同的，所以期望座位位置18和座位位置20相互隔离，但是没有必要将座位位置18或20与座位位置22和24任一进行隔离。在确定用于为座位位置18产生音频的阵列中的次级声学元件的IIR滤波器转换函数时，例如，对应于座位乘员72和74的各自头部位置的低辐射位置测量可能会在优化中省略。这样，在定义阵列26的滤波器的时候，优化过程省略了对箭头263和264指示的低辐射区域进行测量以及由此省略了为其计算转换函数。这减少了成本函数中要考虑的转换函数的数量。因为优化中有更少的约束，所以优化达到最小点的可能性更大并且，总体来说，能提供更好的隔离性能。座位位置18和20的其余阵列的滤波器函数的优化同样省略对应于座位位置22和24的低辐射方向的转换函数。
类似地，假设所有四个座位都有人，但是座位位置18、22和24的乘员在听相同的音频，同时座位位置20的乘员听不同的音频。座位位置18的优化过程和前面的例子是一样的。因为座位位置18、22和24的乘员听相同的音频，所有不用关心从这三个座位位置中的任何一个的阵列泄露的音频。因此，这三个座位位置的任何一个的优化将忽略其他两个座位位置的低辐射位置的转换函数。但是，座位位置20相对于其他三个座位位置被隔离。也就是说，它的优化要将其他三个座位位置的转换函数考虑为预期低辐射区域。
总的说来，给定图2A中示出的高辐射区域和低辐射区域，给定座位位置的给定阵列的优化过程仅当另一座位位置(a)有人和(b)正在接收不同于给定座位位置的音频时，才考虑另一座位位置的预期头部位置的声学转换函数。如果另一座位位置有人，但其音频被禁用，则在优化过程中考虑这个座位位置，以便减少辐射到该座位位置的噪音。换句话说，禁用的音频对所有其他音频是公共的。如果在优化中考虑邻近反射表面，则它们可以视为与座位乘员无关或者视为座位位置之间的音频共性。也就是说，即使四个座位位置都在听相同的音频，每个位置都与该座位位置的任何邻近反射表面相隔离。
在另一实施方式中，在选择优化参数时不考虑座位位置之间的音频共性。也就是说，座位位置与其他有人的座位位置相隔离，而不管座位位置接收相同的还是不同的音频。这种座位位置之间的隔离能够减少座位位置之间的相同音频的时间延迟影响，并且能够方便车载会议，如下面所讨论的。这样，在这个实施方式中，仅当另一座位位置有人的时候，给定座位位置的给定阵列的优化过程才会考虑另一座位位置的预期头部位置的声学转换函数(也即，将另一座位位置视为低辐射位置)。
更进一步，系统可以定义预先确定的区域，在这些区域之间音频将被隔离。例如，系统可以允许司机选择区域模式(通过手工输入86到控制电路84，如图3A和3D)，在此模式中，前面的座位位置18和20没有相互隔离但是与后面的座位位置22和24隔离。相反地，后面的座位位置22和24没有相互隔离但是与座位位置18和20隔离。这样，仅当另一座位位置在给定座位位置的预定义区域以外，以及可选地如果另一座位位置有人的时候，给定座位位置的给定阵列的优化过程才会考虑另一座位位置的预期头部位置的声学转换函数。尽管描述了前面/后面区域，但是区域能够按希望地包含任意座位位置群的配置。在系统利用多个区域配置进行操作的情况下，交通工具上的使用者能够通过手动输入86到控制电路89来选择期望的区域配置。
相应地，可以理解，确定哪些座位位置要与给定座位位置隔离的标准可以根据系统的预期使用而变化。此外，在目前描述的实施方式中，如果在给定座位位置处激活音频，则根据这种标准将该座位位置与其他座位位置隔离，不管这个座位位置本身是否有人。
因为交通工具中有有限的座位位置(例如，四个，如图2A和2B的例子所示)，所以存在有限数量的可能的优化参数组合。每个可能的组合由四个座位位置的占据状态和/或可选地，由座位位置之间的音频共性或座位位置区域中的座位位置的包含而定义。当这些参数可应用以及可应用邻近反射表面(如果考虑的化)的时候，这些参数定义了高辐射位置和低辐射位置，这些辐射位置将在四个位置的阵列中的声学元件的优化中考虑。针对座位位置占据状态和音频共性的每个可能组合，执行上述优化，由此针对各个占据/共性/区域组合，为交通工具系统中的所有阵列中的次级元件生成一组滤波器转换函数。这组转换函数与对应于唯一组合的标识符相关联地存储到存储器中。
控制电路84(图3B)确定给定实例中存在哪个组合。在每个座位位置上的交通工具座位都有传感器，此传感器根据人员是否坐在位置上来改变状态。压力传感器目前用在汽车前座中以检测座位的占据，从而激活或去激活前座安全气囊以响应于该传感器，并且这种压力传感器也可以用来检查座位的占据以便确定可应用哪种信号处理组合。这些传感器的输出递送给控制电路84，控制电路由此确定前座的座位占据状态。安置在后座的一套类似的压力传感器出于同样的目的将信号输出给控制电路84。这样，因为每个座位位置乘员通过控制电路84来选择音频，控制电路在任何时候都有用于定义四个座位的占据状态和四个座位位置之间的音频共性的信息。在启动的时候，控制电路84确定那时存在的特定组合，从存储器中选择一组对应于该组合的用于交通工具阵列系统的IIR滤波器系数，并且加载滤波器系数至相应的阵列电路。控制电路84周期性地检查座位传感器的状态和座位音频选择。如果这些输入的状态改变以便改变优化组合，则控制电路84选择对应于新组合的滤波器系数并且相应地更新IIR滤波器。应当理解，尽管此处描述了压力传感器，但是这仅出于示例目的，也可以使用用于检测座位占据状态的其他设备，例如红外线的、超声波的或无线电频率探测器或机械开关。
图4B和4C图形化示出了阵列36(图2B)的转换函数。参考图4B，线204代表通过扬声器元件36b的IIR滤波器应用于其传入的音频信号的幅度频率响应(dB)。线206代表应用于扬声器元件36a的幅度频率响应，线208代表应用于扬声器元件36c的幅度频率响应。图4C示出了应用于传入的音频信号的每个IIR滤波器的相位响应。线210代表应用于元件36b的相位响应，其为频率的函数。线212示出了应用于元件36a的相位移动，而线214示出了应用于元件36c的相位移动。断点频率为185Hz的高通滤波器可以用于IIR滤波器外部的扬声器阵列。作为优化过程的结果，IIR滤波器转换函数在大约4kHz处有效地使用低通滤波器。
如本领域技术人员应当理解的，当定向阵列在高于低音级别的频率以及低于相应波长为最大阵列尺寸的一半的频率上时，一般能够在远场(例如，距离阵列超过最大阵列尺寸的10倍)有效地操作音频阵列。总体上，在定向模式中驱动阵列的最大频率在大约1kHz到2kHz之间，但是在目前描述的实施方式下，给定阵列的定向性能通过该阵列是否能够满足上面描述的优化过程来定义，而不是通过该阵列是否能够辐射出给定的方向性形状来定义。这样，例如，利用相消干涉操作阵列中的多个元件的范围取决于阵列是否满足优化标准，而优化标准取决于阵列中元件的数量、元件的大小、元件的间距、高辐射参数和低辐射参数以及阵列周围的环境，而不是取决于直接相关的阵列中元件的间距。关于图4中描述的阵列38，次级元件对阵列的定向性能的有效贡献可直至大约4kHz。
在此频率范围之上，通常单个扬声器元件本身就足够定向，单个元件将期望的声音辐射引到期望的座位位置的乘员，而没有不期望的声音泄露到其他座位位置。因为主元件系统滤波器在优化过程中保持为单位函数，所以在此范围以上仅仅激活主扬声器元件。
在这点上，目前的讨论集中在高频扬声器阵列(例如，阵列26、27、28、34、36、38、42、46、52、54、44、48和30)。对于低于大约180Hz的频率，每个座位位置提供有向交通工具舱室内辐射的两元件低音阵列32、40、50或56。在目前描述的实施方式下，每个低音阵列中的元件相互分离大约40cm的距离，远远大于高频阵列中的元件的间距。在一个尽可能近的实施方式中，例如元件被安置在靠背中，以便收听者离一个元件比离其他元件更近。在所示实施方式中，座位乘员离近处元件的距离(例如，大约10cm)比两个低音元件之间的距离(例如，大约40cm)更短。
相应地，在目前描述的实施方式中，两个低音元件(32a/32b、40a/40b、50a/50b和56a/56b)安置在各个相应座位位置的靠背中，使得一个低音扬声器比另一低音扬声器离座位位置乘员更近，此距离离听者超过40cm。两个低音扬声器阵列元件的锥轴是重合的或相互间平行(尽管此方向不是必须的)，并且扬声器面朝相反方向。在一个实施方式中，更靠近座位乘员的扬声器元件面朝乘员。但是，这种安排不是必须的，在另一实施方式中，两个元件面向相同方向。来自两元件阵列的两个扬声器的每一个的低音音频信号相互反相一个优化过程确定的数量，如下文所描述的。例如，考虑低音阵列32，在相对远离阵列的点上，比如在座位位置20、22和24，来自元件32a和32b的音频信号抵消，这样减少了它们在这些座位位置处的可听度。但是，因为元件32b比元件32a离乘员58更近，所以来自元件32b的音频信号在乘员58的预期头部位置比从元件32a辐射的信号更强。这样，在乘员58的预期头部位置，来自元件32a的辐射不会明显抵消来自元件32b的音频信号，并且乘员58能够听到这些信号。
如上所述，两个低音元件可被视为一对分隔一段距离的点源。在观察点处的压力是来自这两个源的压力波的组合。在距离设备比元件间的距离相对较大的观察点处，从两个源中的每个源到观察点的距离是相对相等的，并且来自两个辐射点的压力波的幅度近似相等。大体上，在远场中来自两个源的辐射会是相等的。给定来自两个辐射点的声音能量的幅度近似相等，来自两个辐射点的贡献合并的方式主要由观察点处压力波的相对相位来决定。如果假设信号是180°异相，那么它们在远场往往会抵消。然而，在明显更靠近两个辐射点之一的点处，来自两个辐射点的压力波的幅度不是相等的，并且这些点处的声压级主要由来自更近的辐射点的声压级决定。在当前描述的实施方式中，使用两个空间隔离的低音元件，但是应该理解，可以使用多于两个元件，并且通常可以采用各种各样的低音配置。
在驱动低音阵列元件相互之间180°反相的实施方式中，通过类似于上面关于高频阵列讨论的过程的优化过程可以增强隔离。参考图3A和图3I，关于座位位置18和低音阵列32，数字信号处理器96-3定义了各自的滤波器转换函数H32a和H32b，每一个转换函数被定义为数字信号处理器所影响的IIR滤波器的系数。两个元件中离座位乘员58更近的元件32b是主元件，而元件32a是次级元件。
为了开始优化，转换函数H32b设置成恒等函数，并且所有其他扬声器元件(在阵列32中和所有其他阵列中)被禁用。扩音器顺序放置在区域中的多个位置(例如10)，预期乘员58的左右耳朵(每个耳朵对应10个位置中的5个)处于该区域，并且当扩声器在十个位置之一时，使用相同音量的相同音频信号驱动元件32b。在每个位置处，扩音器接收辐射信号，并且针对每个扩音器测量来测量声学转换函数G0pk。
接着，扩音器顺序放置在区域中的多个位置(例如10)，预期乘员70的头部(针对每个耳朵的预期位置5个测量)处于该区域中，并且和针对乘员58的测量一样，利用相同音量的相同音频信号驱动元件32b。在每个位置，扩音器接收辐射信号，并且针对每个扩音器测量来测量声学转换函数G1pk。
接着，扩音器顺序放置在区域中的多个位置(例如10)，预期乘员72(图2A)的头部(针对每个耳朵的预期位置5个测量)处于该区域中，并且和针对乘员58的测量一样，利用相同音量的相同音频信号驱动元件32b。在每个位置，扩音器接收辐射信号，并且针对每个扩音器测量来测量声学转换函数G1pk。
接着，扩音器顺序放在区域中的多个位置(例如10)，预期乘员74(图2A)的头部(每个耳朵的预期位置5个测量)处于该区域中，并且和针对乘员58的测量一样，利用相同音量的相同音频信号驱动元件32b。在每个位置，扩音器接收辐射信号，并且针对每个扩音器测量来测量声学转换函数G1pk。
相应地，计算10个声学转换函数G0pk和30个声学转换函数G1pk。
接下来，转换函数H32a设置成恒等函数，并且所有其他扬声器元件和所有其他阵列被禁用。扩音器顺序放在区域中的同样10个位置，预期乘员58的耳朵处于该区域，并且当扩音器在10个位置的任意一个的时候，和元件32b的测量一样，利用相同音量的相同音频信号驱动元件32a。计算10个声学转换函数G0ck。
在相同的扩音器位置，针对元件32a重复上述针对元件32b的确定预期低辐射位置处的声学转换函数的过程，得到针对元件32a的30个声学转换函数G1ck。
对于全部阵列40个测量位置，此过程得到80个声学转换函数。考虑预期高辐射区域的10个测量位置的每一个，每个位置k处的转换函数是：
Y0k＝G0pkH32b+G0ckH32a，
这里G0ckH32a表示元件32a在特定位置k测量的声学转换函数乘以IIR滤波器转换函数H32a。主元件32b的转换函数H32b再一次被设置为恒等函数。这样，在这种假设下，点k处的转换函数变成：
Y0k＝G0pk+G0ckH32a。
在相同的假设下，在预期低辐射区域中的30个测量位置中每一个的转换函数是：
Y1k＝G1pk+G1ckH32a。
与上面关于高频阵列描述的成本函数类似地定义成本函数J。以上面讨论的相同方式来计算成本函数的梯度，这得到转换函数的解内每个频率位置处的实部和虚部的向量序列(例如每5Hz)。为了避免过度拟合，可以对梯度应用上面讨论的相同平滑滤波器。如果希望IIR滤波器具有因果关系，则可以通过反向离散傅里叶变换将平滑化的梯度序列转换到时域，并且可以应用与上面讨论的相同的时间域窗口。结果被转换回频域。傅里叶变换的复数值在梯度方向上按照上面描述的相同的步长而改变，并且这些复数值用来在每一频率步长处定义滤波器H32a的FIR滤波器的转换函数的实部和虚部。重新计算全部转换函数和成本函数，并且确定新的梯度，导致对H32a的进一步调整。这个过程一直重复直到成本函数不变或者它的变化(或者隔离中的变化)下降到预定阈值内。然后使用公知的优化工具将FIR滤波器系数拟合到IIR滤波器，并且存储该滤波器。
还参照图3J，重复此过程以确定分别对应于低音元件40a，40b，50a，50b，56a和56b的转换函数H40a、H40b、H50a、H50b、H56a和H56b。如同针对阵列32的优化过程，主元件40b、50b和56b的转换函数H40b、H50b和H56b保持为恒等函数，并且针对每个阵列执行优化过程以确定IIR滤波器的系数，以实现转换函数H40a、H50a和H56a。阵列40的高辐射位置是座位位置20的乘员70预期的左右耳位置，而低辐射位置是座位位置18的乘员58、座位位置22的乘员72以及座位位置24的乘员74预期的左右耳位置。阵列50的预期高辐射区域包括座位位置22的乘员72预期的左右耳位置，而低辐射位置是座位位置18的乘员58、座位位置20的乘员70以及座位位置24的乘员74预期的左右耳位置。阵列56的高辐射区域是座位位置24的乘员74预期的左右耳位置，而低辐射位置是座位位置18的乘员58、座位位置20的乘员70、座位位置22的乘员72预期的左右耳位置。
即使低音元件阵列的远场抵消得到固有的隔离，但是基于转换函数的优化，预期一定级别的低音音频会从每个低音阵列泄露到其他三个座位位置。由于泄露的音频出现在低音频率，考虑任何给定的座位位置，预期从任何其他座位位置泄露的音频的幅度和相位不会因为该座位位置的乘员头部位置的变化而快速变化。例如，考虑座位20的乘员70。如果一定程度的音频从低音阵列32泄露到座位位置20，则可以预期泄露音频的幅度和相位不会在乘员70的头部运动正常期望范围内快速变化。在此公开的系统的一个实施方式中，这种特性用来进一步增强低音阵列音频与相应座位位置的隔离。
考虑低音阵列40，例如针对从低音阵列40泄露到座位位置18的低音音频。如图3I所示，驱动低音阵列40的输入信号410也通过求和联结点414而引向低音阵列32。假设只有输入信号410是激活的，也就是说，到所有高频阵列和所有其他低音阵列的所有其他输入信号为零。在上述低音阵列元件的优化中，定义了转换函数H32a、H32b、H40a以及H40b。也就是说，低音阵列元件32a/32b和40a/40b的每一个之间的信号处理，以及共同驱动每对低音元件的相应输入信号是固定的。因此，为此次级优化的目地，阵列32和阵列40的每个可以被看成单个元件。次级优化把阵列40和阵列32看成是共同阵列的元件，信号410是该共同阵列唯一的输入信号。这样做的目地是，把音频引向座位位置20上的座位乘员70的预期头部位置，并减少引向座位位置18上的座位乘员58的预期头部位置的音频。相应地，阵列40可以看成是主“元件”，而阵列32看成次级“元件”。
就次级优化而言，把信号410和在座位位置20上的座位乘员70的预期头部位置上的点k之间的总转换函数称为Y0k(2)，其中“0”代表位置k在期望辐射音频能量的区域内。总转换函数Y0k(2)的第一部分是信号410和通过阵列40辐射到点k的音频之间的转换函数。由于信号410和元件40a和元件40b之间的转换函数是固定的(再次，第一次优化确定的H40a和H40b)，因此该转换函数是固定的，并且可以看成声学转换函数G0pk(2)。G0pk(2)是信号410和位置k之间最终的声学转换函数，其通过元件40a和元件40b，并由对阵列40的第一次优化的结果(或G0pkH40b+G0ckH40a)决定。由于H40b是恒等函数，声学转换函数Gopk(2)可以描述如下：
G0pk(2)＝G0pk+G0ckH40a，其由低音阵列元件40的最终优化生成。
总转换函数Y0k(2)的第二部分是信号410和通过阵列32辐射到相同点k的音频的转换函数。如果滤波器G3240是恒等函数，那么由于信号410和元件32a和元件32b之间的转换函数是固定的(再次，第一次优化确定的H32a和H32b)，因此该转换函数是固定的，且可看作声学转换函数G0ck(2)。G0ck(2)是信号410和位置k之间最终的声学转换函数，其通过元件32a和元件32b，并由对阵列32的第一次优化的结果(G1pkH32b+G1ckH32a)决定。由于H32b是恒等函数，声学转换函数G0ck(2)可以描述如下：
G0ck(2)＝G1pk+G1ckH32a，由低音阵列元件32的最终优化生成。
全通函数可应用于H32a和H32b，以及其他所有低音元件转换函数，以保证因果关系。
当然，由输入信号410贡献的、从阵列32辐射到座位位置20的信号会受系统转换函数G3240的影响，次级声学转换函数G0ck(2)会被系统转换函数所修改。相应地，乘员70的预期头部位置上的点k的总转换函数Y0k(2)是：
Y0k(2)＝G0pk(2)+G3240G0ck(2).
信号410和座位位置18上的乘员58的预期头部位置的点k之间的总转换函数称为Y1k(2)，其中“1”代表k在期望减少音频能量的辐射范围内。总转换函数Y1k(2)的第一部分是信号410和通过阵列40辐射到点k的音频之间的转换函数。由于信号410和元件40a和元件40b之间的转换函数是固定的，因此这个转换函数是固定的，且可以看成声学转换函数G1pk(2)。G1pk(2)是信号410和位置k之间最终的声学转换函数，其通过元件40a和元件40b，并由对阵列40的第一次优化的结果(G1pkH40b+G1ckH40a)决定。由于H40b是恒等函数，声学转换函数G1pk(2)可以描述如下：
G1pk(2)＝G1pk+G1ckH40a，由低音阵列元件40的最终优化生成。
总转换函数Y1k(2)的第二部分是信号410和通过阵列32辐射到相同点k的音频的转换函数。如果滤波器G3240是恒等函数，那么由于信号410和元件32a和元件32b之间的转换函数是固定的，这个转换函数是固定的，且可看作声学转换函数G1ck(2)。G1ck(2)是信号410和位置k之间最终的声学转换函数，其通过元件32a和元件32b，并由对阵列32的第一次优化的结果(G0pkH32b+G0ckH32a)决定。由于H32b是恒等函数，声学转换函数G1ck(2)可以描述如下：
G1ck(2)＝G0pk+G0ckH32a，由低音阵列元件32的最终优化生成。
由输入信号410贡献的、从阵列32辐射到座位位置18的辐射信号受系统转换函数G3240影响，所以次级声学转换函数G1ck(2)会被系统转换函数所修改。相应地，乘员58的预期头部位置的点k的总转换函数Y1k(2)为，
Y1k(2)＝G1pk(2)+G3240G1ck(2)。
由于在第一次优化中，在乘员58和70的预期头部位置有10个扩音器测量位置k，对每个G0pk(2)、G0ck(2)、G1pk(2)和G1ck(2)有10个已知的转换函数。与上述成本函数类似地定义成本函数J。成本函数的梯度采用和上面相同的方法计算，得到转换函数的解内针对每个频率位置(如每5Hz)的实部和虚部的梯度序列。为了避免过拟合，可以对梯度值应用和前面讨论相同的平滑滤波器。如果希望次级抵消IIR滤波器Gxxxx具有因果关系，那么可以通过反向离散傅里叶变换将平滑化的梯度序列变换到时域，并且应用如上所述的相同的时域窗口。结果被转换回频域。傅立叶变换的复数值在梯度方向上按照前述相同的步长而变化，并且这些复数值用于定义滤波器H32a的FIR滤波器的转换函数的实部和虚部。重复此过程直到成本函数不再变化或它的变化(或隔离的变化)落入预先确定的阀值内。FIR滤波器的系数继而拟合到IIR，并且存储该滤波器。
在另一实施方式中，再次假设只有输入410是激活的。信号410和通过阵列40在座位位置18上的乘员58的预期头部位置的点k之间的总转换函数是：
G1pk(2)＝G1pk+G1ckH40a，由低音阵列元件40的最终优化生成。信号410和通过阵列32在座位位置18上的相同点k之间的总转换函数是：
G1ck(2)＝G0pk+G0ckH32a，由低音阵列元件32的最终优化生成。
由输入信号410贡献的、从阵列32辐射到座位位置18的辐射信号受系统转换函数G3240影响，所以次级声学转换函数G1ck(2)会被系统转换函数所修改。相应地，乘员58的预期头部位置的点k上的总转换函数Y1k(2)是：
Y1k(2)＝G1pk(2)+G3240G1ck(2)。
如果希望G1pk(2)和G1ck(2)在点k相互抵消，那么G3240可以设为G1pk(2)除以G1ck(2)，反相偏移180°
在任意一个实施方式中，数字信号处理器96-3使用由相应的方法确定的系数来定义IIR滤波器G3240。输入信号410被导向数字信号处理器96-3，在该处理器中输入信号通过转换函数G3240处理之后，在求和联结点414处被添加到驱动低音阵列32的输入信号412中。相应地，IIR滤波器G3240向驱动阵列32的音频信号添加经处理的音频信号以抵消来自阵列40的预期泄露音频，从而进一步倾向于相对于座位位置18隔离阵列40的低音音频。
使用相同的方式在阵列32和来自驱动低音阵列56的座位特定音频信号处理电路94的信号之间定义类似的转换函数G3256。
使用相同的方式在阵列32和来自驱动低音阵列50的座位特定音频信号处理电路92的信号之间定义类似的转换函数G3250。
如图3I和3J所示，为其他三个低音阵列的每一个定义一组3个次级抵消转换函数。对于每个低音阵列，3个次级抵消转换函数的每一个影响当前低音阵列和输入到其他低音阵列中相应一个以抵消来自其他低音阵列的辐射的输入音频之间的转换函数。然而，应该理解，在其他实施方式中，次级抵消滤波器可能不在所有低音阵列中提供。例如，次级抵消滤波器可能在阵列32和阵列40之间提供，以及在阵列50和阵列56之间提供，但不在前排的低音阵列和后排的低音阵列之间提供。
超出低音频率范围直到大约400Hz，可以预期在任一给定座位位置处来自任何其他座位位置的泄露音频的幅度和相位不会因为该座位位置上的乘员的头部位置的变化而快速变化。相应地，在另一实施方式中，在到每个座位位置的高频阵列的输入信号和每个其他座位位置的阵列之间定义次级抵消滤波器。具体来说，在每个高频阵列(如图2A所示)和每个其他座位位置的阵列(该阵列一般排列在当前阵列和其他座位位置的乘员之间)之间应用次级抵消滤波器。例如参考图2A和图3A，在阵列26和阵列34之间应用抵消滤波器，其从电路96-2的信号上游到信号处理电路90和阵列电路98-2之间的信号的求和联结点。也就是说，如次级抵消滤波器所改动的，应用于阵列26的信号在被阵列的信号处理电路处理之前，也应用于阵列24的输入信号。下面的表格表明了图2A中示出的阵列之间的次级抵消滤波器的关系。为了表述地更清楚，这些抵消滤波器并没有在图中示出。
高频阵列之间的次级抵消滤波器采用和低音阵列的抵消滤波器相同的方式进行定义，不同之处在于每个滤波器有一个内置的低通滤波器，其截止频率在大约400Hz。Wiso被设为大约1kHz。
参考图3A和3D，音频系统可能包含多个耦合到音频信号处理电路的信号源76、78、80，音频信号处理电路布置在音频信号源和扬声器阵列之间。该电路的一个组件是音频信号处理电路82，信号源与其耦合。尽管附图中示出了3个音频信号源，但是应该理解这只为说明之用，可以采用任意希望数目的信号源(如图所示)。在一个实施方式中，每个座位位置至少有一个独立的可选信号源，其可通过控制电路84来选择。例如，音频信号源76-80可能包含音乐内容的源，例如收音机频道或多用途压缩盘(CD)播放器(或者此播放器的单个通道，其可被选为应用希望的输出到该通道，或多个CD播放器的相应通道)，或高密度压缩盘(DVD)播放器通道、蜂窝电话线路或这些源的组合，这些源可通过手工输入86(例如机械旋钮或拨号或数字键盘或开关)由控制电路84来选择，此手工输入可以是驾驶员58可用的或单独对于任一乘员针对其对应座位位置可用的。
音频信号处理电路82连接到座位特定音频信号处理电路88、90、92和94。座位特定音频信号处理电路88分别通过阵列电路96-1，96-2、96-3、96-4和96-5连接到定向扬声器28、26、32、27和30。座位特定音频信号处理电路90分别通过阵列电路98-1、98-2、98-3、98-4和98-5连接到定向扬声器30、34、40、36和38。座位特定音频信号处理电路92分别通过阵列电路100-1、100-2、100-3、100-4和100-5连接到定向扬声器46、42、50、48和44。座位特定音频信号处理电路94分别通过阵列电路102-1、102-2、102-3、102-4和102-5连接到定向扬声器48、44、56、52和54。此外，每个座位特定音频信号处理电路向其他3个座位位置的低音阵列电路输出用于其对应低音阵列的信号，使得其他低音阵列电路可以应用前述次级抵消转换函数。信号处理电路和用于对应高频阵列的阵列电路之间的信号，也通过次级抵消滤波器(如前所述)被引导至其他阵列电路，但是出于清楚起见，这些连接在图中省略了。阵列电路可由相应的数字信号处理器实现，但在当前描述的实施方式中，阵列电路96-1到96-5、98-1到98-5、100-1到100-5以及102-1到102-5包含在公共的数字信号处理器中，该数字信号处理器进一步包含控制电路84。存储器，例如芯片存储器或单独的非易失性存储器，耦合到该公共的数字信号处理器。
为了表述更清楚，在每个阵列电路块96-1到102-5与其对应的扬声器阵列之间只示出了一条通信线。然而，应该认识到，每个阵列电路块独立地驱动其阵列中的每个扬声器元件。所以，从阵列电路块到其对应的阵列的每条通信线都应当理解为表示数目等于阵列中的音频元件数目的多条通信线。
在操作中，音频信号处理电路82将音频从音频信号源76-80提供给定向扬声器26、27、28、30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52、54和56。提供给4组定向扬声器(i)26/28/27/30/32，(ii)30/34/36/38/40，(iii)42/44/46/48/50和(iv)44/48/52/54/56中任意一组的音频信号可以与提供给其他3个定向扬声器组中的一个或多个的音频信号相同，或者提供给4个组中每一个的音频信号可以来自不同的音频信号源。座位特定音频信号处理器88对传输到定向扬声器26/27/28/30/32的音频信号执行操作。座位特定音频信号处理器90对传输到定向扬声器30/34/36/38/40的音频信号执行操作。座位特定音频信号处理器92对传输到定向扬声器42/44/46/48/50的音频信号执行操作。座位特定音频信号处理器94对传输到定向扬声器44/48/52/54/56的音频信号执行操作。
参考座位位置18，传输到定向扬声器26，27，28和30的音频信号可能是单声道的，或可能是立体声信号的左声道(到扬声器阵列26和28)和右声道(到扬声器阵列27和30)，或可能是多声道音频信号的左声道/右声道/中央声道/左环绕声道/右环绕声道。中央声道可以由左右声道扬声器平均地提供或由空间提示所定义。类似的信号布置可应用于其他3个扬声器组。因此，取决于系统的容量，来自音频信号源76、78和80的每条线502、504和505(图3B)可以表示多个单独的声道。响应于接收到用户通过手工输入86的控制信息，控制电路84在508上向音频信号处理电路82发送信号，该信号用于为座位位置18、20、22和24中的一个或多个选择给定的音频信号源76-80。也就是说，信号508为每个座位位置标识选择了哪个信号源。每个座位位置可选择不同的音频信号源，或者一个或多个座位位置可以选择共同的音频信号源。假定信号508为每个座位位置选择音频输入线路502、504和506中的一个，则音频信号处理电路82将所选择的线路502、504或506上的5个声道引导到座位特定音频信号处理电路88、90、92或94以用于适当的座位位置。5个声道各自显示在图3B中，从电路82延伸到处理器电路88。
阵列电路96-1到96-5、98-1到98-5、100-1到100-5和102-1到102-5将上述特定元件转换函数应用到每个阵列元件。所以，阵列电路处理器应用相位移动、极性反转、延迟、衰减和其它信号处理的组合以使得高频定向扬声器(例如，对应于座位位置18的扬声器阵列26、27、28和30)辐射音频信号，从而获得期望的优化性能，如前所述。
前面讨论的扬声器的定向特性导致由对应扬声器阵列组辐射到每个座位位置的声能振幅上远远高于(例如在10dB到20dB的范围)从该座位位置上的扬声器阵列泄露到其他3个座位位置的声能。对应地，每个座位位置上的音频辐射和从该座位位置泄露向其他座位位置的辐射在振幅上的差异使得每个座位乘员能听到他(或她)自己期望的音频源(由乘员通过控制电路84和手工输入86进行控制)，而不会识别出来自其他座位位置的音频的干扰。这就允许乘员选择收听他们自己期望的音频信号源，在不用耳麦的情况下也没有其他座位位置的不愉快干扰。
除了从音频信号源传导音频信号到定向扬声器之外，音频信号处理电路82可以执行其他功能。例如，如果有与一个或多个音频源相关联的均衡模式，则音频信号处理电路可以将该均衡模式应用到所关联的音频信号源的音频信号。
参考图3B，示出了座位位置18和20的图示，其中更详细地示出了座位位置18的座位特定音频信号处理电路。应当理解，其他3个座位位置中的每一个的音频信号处理电路都和图3B中所示的相类似，但为了清晰起见，并没有示出。
作为座位特定音频信号处理电路88的组件而连接到音频信号处理电路82的是座位特定均衡电路104、座位特定动态音量控制电路106、位置特定音量控制电路108、座位特定“其它功能”电路110以及座位特定空间提示处理器112。在图3B中，图3A和图3D中在音频信号处理电路82和座位特定音频处理电路88之间的各条信号线路示出为5条信号线，其代表5个扬声器阵列中对应的每个声道。此通信可通过并行线或交织这5个声道的串行线来实现。在任意一种情况下，各个操作在不同声道中保持同步，以维持正确的相位关系。在操作中，座位特定音频信号处理电路88的均衡器104、动态音量控制电路106、音量控制电路108、座位特定的其他功能电路110(其包含其他信号处理功能，例如插入串音消除)以及座位特定空间提示处理器112(如下所述)处理分别来自音频信号处理电路90、92和94(图3A和图3D)、经由音频信号处理电路82的音频信号。如果需要，可全局应用于给定座位位置的全部阵列的均衡模式可以针对每个座位位置不同，如每个座位位置的对应均衡器104所应用的。例如，如果一个位置上的乘员在接听手机，均衡模式可能适用于语音。如果另一座位位置上的乘员在听音乐，那么均衡模式可适用于音乐。由于座位位置之间的阵列配置、环境和转换函数滤波器的差异，也可能希望特定于座位的均衡。在当前描述的实施方式中，均衡电路104所应用的均衡并不发生改变，由音频信号处理电路82应用适用于语音或音乐的均衡模式，如前所述。
座位特定动态音量控制电路106可以响应交通工具的运行条件(如速度)和/或可以响应就座区域中的声音检测设备，例如扩音器。针对动态音量控制应用交通工具特定条件的输入设备在114中概括指示。动态音量控制的技术在US专利4,944,018和US专利5,434,922中描述，通过引用包含于此。可提供电路以允许每个座位乘员可在其座位位置上控制动态音量。
图3B的布置允许4个座位的乘员使用不同的音量收听音频材料，每个乘员可以通过每个座位位置上的手工输入86和控制电路84，由音量控制108来控制应用于其座位位置的音量。定向扬声器的定向辐射模式导致辐射到高辐射位置的声能明显多于到低辐射位置的声能。因此，每个座位位置处的声能主要来自关联到该就座位置的定向扬声器，而不是来自与其他座位位置关联的定向扬声器，即使与其他座位位置关联的定向扬声器正以相对较大的音量进行辐射。当与座位位置附近的扩音器一起使用时，座位特定动态音量控制电路允许更精细地对每个位置的音量进行动态控制。如果噪声级别(包括环境噪声和其他座位位置泄露的音频)在某一个座位位置(例如座位位置18)上比另一座位位置(比如座位位置20)明显更高，则与座位位置18相关联的动态音量控制提高的音量比与座位位置20相关联的动态音量控制提高得更多。
座位位置的均衡允许对每一个收听位置上的频率响应进行更好的局部控制。均衡模式所基于的测量可以在各个座位位置上进行。
上文描述的定向辐射模式有助于减少由于早期反射导致的频率响应异常，因为向附近反射表面(如侧窗户)辐射的声能的数量减少了。座位特定的其他功能控制电路能够提供通常与车载音频系统相关联的其他功能的座位特定控制，例如音调控制、平衡和消隐。左右的平衡通常简称为“平衡”，其在图3B的系统中可以不同于传统的音频系统而实现，如将在下文描述。
传统音频系统中的左右平衡通常通过改变馈送到一对立体声的左右扬声器的信号的相对级别来执行。然而，出于多种原因，传统的音频系统在控制声音图像的边音(lateral)定位方面效果不佳，其中一个原因是串音管理不足，串音即来自左边扬声器的辐射传到乘员右耳，而来自右边扬声器的辐射传到乘员左耳。从感官上讲，边音定位(或者更广义地说是水平平面上感知的角度位移)依赖于两个因素。一个因素是两个耳朵处的相对声能级别，有时称为“耳间级差”(ILD)或者“耳间强度差”(IID)。另外一个因素是双耳处的声能的时间和相位差(耳间时间差或者“ITD”，和耳间相位差或“IPD”)。ITD和IPD在数学上按已知方式相关，而且可以相互转换，所以无论术语ITD在哪使用，也可以通过适当的转换应用术语IPD。ITD、IPD、ILD和IID空间提示是由响应于音频信号被辐射的声波与头部和双耳的相互作用产生的。有关空间提示更详细的讨论可以在美国专利申请10/309,395中找到，其全文通过引用在此并入。
附图中示出的定向扬声器(除了低音阵列)相对靠近乘员的头部。这样在引导音频到收听者的各个耳朵上有更多的独立性，因此也促进了空间提示的操作。
如上所述，从96-1到96-5、98-1到98-5、100-1到100-5和102-1到102-5的每一个阵列电路块都能独自驱动每个扬声器阵列中的每个扬声器元件。相应地，从每一个阵列电路块到每个独立的扬声器元件之间都有一个独立的音频线。因此，例如如图3A所示，可以理解系统包括从左前阵列电路96-1到阵列28的三个扬声器元件的三条通信线。阵列26、27、32、34、36、38、40、42、46、50、52、54和56中存在类似的布置。然而如前描述的，阵列30、44和48中的每一个同时为两个邻接的座位位置服务。图3C显示了通过前排座位中间偏左阵列电路96-5和前排座位中间偏右阵列电路98-1驱动阵列30的扬声器的布置。因为扬声器元件30a、30b、30c和30d每一个都为座位位置18和20服务，因此这些扬声器元件的每一个都通过信号合成器116、117、118和119而被左阵列电路和右阵列电路所驱动。
为阵列44和48提供类似的布置。关于阵列48，来自后排座位前中部偏左阵列电路100-4(图3D)和后排座位前中部偏右阵列电路102-2(3D)的信号通过对应的求和联结点而组合在一起，然后引导到扬声器元件48a-48e(图2B)。关于阵列44，来自后排座位后中部偏左阵列电路100-5以及来自后排座位后中部偏右阵列电路102-4的相应信号被对应的合成器组合在一起，然后提供给扬声器元件44a-44d。
在各个阵列电路块96-2、96-4、98-2、98-4、100-2、100-5、102-1和102-4中用于阵列26、27、28、30、34、36、38、42、46、48和52的次级阵列元件的转换函数可以是对引导到定向扬声器的信号进行滤波的低通滤波器，其截止频率为4kHz。用于低音扬声器阵列的转换函数的特点是截止频率为180Hz的低通滤波器。
在更进一步的实施方式中，附图中所公开的系统可能运作为车载会议系统。如图2A，可以分别在座位位置18、20、22和24提供相应的扩音器602、604、606和608。应当理解，图2A中示意性示出的扩音器可以布置其对应座位位置的任何合适的可用位置处。例如，针对座位位置22和24，扩音器606和608可以放置在座位位置18和20的座位靠背中。扩音器602和604可以布置在前仪表板或后视镜中。一般来说，扩音器可以布置在车顶蓬，侧立柱或者座位位置的扬声器阵列框架之一中。
但是应该认识到，任何合适的扩音器都可以使用，在目前描述的实施方式中扩音器602、604、606和608是压差式扩音器，其改善了从特定座位检测声音的能力同时抑制交通工具中的其他声音。在一些实施方式中，压差式扩音器可以是有取向的，使得其方向性模式中的零值指向车内附近存在扬声器的一个或多个位置，这些扬声器用来重现扩音器转换的信号。在另一实施方式中，一个或多个定向扩音器阵列通常布置在相对两个或两个以上座位位置的中间。阵列中的扩音器的输出有选择地进行组合，以此加强从某些希望方向在阵列上反弹的声音。由于所希望的方向是已知且固定的，因此在一些实施方式中，阵列可以利用扩音器输出的固定组合来设计以加强希望的位置。在其他实施方式中，定向阵列模式可能变化非常大，其中零值图案指向交通工具内的干扰源，同时仍然专注于从期望位置拾取信息。
还参考图3A，每个扩音器602、604、606和608是音频信号源76-80，其具有到音频信号处理电路82的离散输入线。因此，音频信号处理电路82可以识别语音信号所来源的特定扩音器，并且由此识别特定座位位置。音频信号处理电路82被编程以将从每个扩音器接收到的输入信号所对应的输出信号引导到每个座位位置(除了该语音信号所接收自的座位位置)的座位特定音频信号处理电路88、90、92或94。因此，当音频信号处理电路82接收到来自扩音器602的语音信号时，信号处理电路输出相应的音频信号分别到座位位置20、22和24所对应的座位特定音频信号处理电路90、92和94。当信号处理电路82接收到来自扩音器604的语音信号时，处理电路输出相应的音频信号分别到座位位置18、22和24所对应的座位特定音频信号处理电路88、92和94。当音频信号处理电路82接收到来自扩音器606的语音信号时，信号处理电路输出相应的音频信号分别到座位位置18、20和24所对应的座位特定音频信号处理电路88，90和94。当音频信号处理电路82接收到来自扩音器608的语音信号时，处理电路输出相应的音频信号分别到座位位置18、20和22所对应的座位特定音频信号处理电路88、90和92。
在进一步的实施方式中，车辆乘员(如司机或任何乘客)可以选择(例如，通过输入86到控制电路84)来自该乘员的座位位置的语音要定向到其他哪一个座位位置。因此，例如，虽然默认设置是来自扩音器602的语音被路由到信号处理电路90、92和94，但是驾驶员58可以通过输入82经由适当的指令将车载会议限制到座位20，在这种情况下，语音只被路由到信号处理电路90。由于所有乘客都可以有这种功能，因此有可能在同一车辆中在不同乘客群体间同时进行不同会议。
在目前所描述的实施方式中，对四个座位位置中每一个的扬声器阵列的信号进行处理的转换函数滤波器相对于其他座位位置进行优化，其基于其他座位是否有人，而没有考虑音频源的共性。也就是说，座位乘员而不是音频源的共性是决定是否给定座位位置是否相对于其他座位位置隔离的标准。因此，当语音音频信号处理电路82接收来自给定座位位置的扩音器的语音信号并将对应音频信号输出到其他每个已占据的座位位置时，从其接收该语音信号的座位位置与那些已占据的座位位置中的每一个在声学上相隔离。例如，如果座位乘员58说话，其语音被扩音器602检测到，音频信号处理电路82输出对应的音频信号到驱动座位位置20、22和24(在一个实施方式中，只有座位位置20、22和24被占据)的电路。然而，由于座位位置18被占据，在每个座位位置20、22和24的扬声器阵列与座位位置18相隔离。因此，由于处理电路82不将输出语音信号引导到座位位置18处的扬声器阵列，所以起源于扩音器602的信号所导致的扬声器辐射会以足够高的级别到达扩音器602并由此引起不希望的反馈的概率降低了。在另一实施方式中，在车载会议模式中，所有座位位置与所有其他座位位置都隔离，其可以通过输入86和控制电路84进行选择，而不用考虑座位占据状态。
因为这里描述的隔离配置获得了反馈环路增益的减小，所以会议系统可以更有效地利用简化的反馈减小技术，诸如频率迁移和可编程陷波滤波器。也可以使用其他技术，诸如回声消除。
在另一实施方式中，音频信号处理电路82确实将对应于扩音器输入的音频信号从给定座位位置输出到同一座位位置的扬声器阵列，但是经过了很强的衰减。如在电话侧音技术中，衰减后的回放可以让说话者确认听到其讲话。因此，说话者可以不必提高音调，而回放信号的衰减仍然可以降低在座位位置扩音器处的不期望反馈的可能性。
音频信号处理电路82输出语音音频到各个座位位置，而不考虑其他音频信号源是否同时向那些座位位置提供音频信号。也就是说，虽然在车载会议模式下(不论是由用户通过输入82激活还是通过扩音器的激活而自动激活)，系统可以自动降低其他音频源的音量，但是通过车载会议系统结合其他音频信号源的操作可以进行会谈。
在其它实施方式中，音频信号处理电路82选择性地驱动每个收听位置处的一个或多个扬声器阵列，以提供与扩音器音频相关的方向性提示。也就是说，音频信号处理电路应用语音输出信号到每个接收收听位置处的一个或者多个扬声器阵列，这些扬声器阵列相对于其座位位置的乘员的取向通常对准语音信号所来源的座位位置的乘员。
例如，假设语音信号来自座椅位置18的乘员58，其通过扩音器602。对于座位位置20，音频信号处理电路82只提供相应的音频信号到阵列电路98-1和98-2。因此，乘员70接收到从说话者(乘员58)的大致方向上产生的语音音频。还参考图3D，音频信号处理电路82还输出相应的语音音频信号到座位位置22的阵列46的阵列电路100-1，以及座位位置24的阵列48的阵列电路100-2，由此在这些座位位置的每一个处提供适当的声像。
对于来源自座位位置20的乘员70的语音信号，音频信号处理电路82将相应的信号提供给座位位置18的阵列27和30的阵列电路96-4和96-5，座位位置22的阵列48的阵列电路100-4，以及座位位置24的阵列54的阵列电路102-5。
对于通过扩音器606来源自座位位置22的乘员72的语音信号，音频信号处理电路82将相应的信号提供给座位位置18的阵列26的阵列电路96-2，座位位置20的阵列34的阵列电路98-2，以及座位位置24的阵列44和48的阵列电路102-1和102-2。
对于通过扩音器606来源自座位位置24的乘员74的语音信号，音频信号处理电路82将相应的信号提供给座位位置18的阵列27的阵列电路96-4，座位位置20的阵列36的阵列电路98-4，以及座位位置22的阵列48和44的阵列电路100-4和100-5。
可选地或附加地，类似的声像可以通过空间提示DSP 112由空间提示的应用来定义。在本领域上，定义空间提示以提供声像是很容易理解的，因此，这里没有必要进一步讨论。
尽管上文已经描述了本发明的一个或多个实施方式，但应当理解本发明的任何以及所有等效实现都包括在其范围和精神内。因此，这里所提供的实施方式仅作为举例，并不旨在作为对本发明的限制。因此，可以预期任何和所有这种实施方式都包含在本发明中，并且落入所附权利要求书的范围内。

Claims (18)

1.一种用于提供和操作音频系统的方法，所述音频系统向收听位置提供音频辐射，所述方法包括步骤：
(a)提供至少一个音频信号源；
(b)在多个收听位置的每一个位置处，提供至少一个扬声器元件阵列，所述扬声器元件阵列接收所述音频信号并且响应性地辐射输出声能，其中所述至少一个阵列的扬声器元件相对于彼此而布置，使得从各个所述扬声器元件辐射的所述输出声能相消干涉，由此定义来自所述至少一个阵列的定向音频辐射；
(c)在所述至少一个源和所述多个收听位置的第一收听位置处的第一所述阵列中的至少一个扬声器元件之间提供滤波器，其中所述滤波器对从所述至少一个源到所述至少一个扬声器元件的音频信号进行处理；以及
(d)优化所述滤波器，使得相比于从所述第一阵列辐射到所述第一收听位置的声能的幅度，所述滤波器减小从所述第一阵列辐射到所述多个收听位置的至少一个其他收听位置的声能的幅度，而不用考虑从所述第一阵列辐射到所述多个收听位置的所述至少一个其他收听位置的声能是经由直接路径到达还是经由邻近反射到达。
2.根据权利要求1所述的方法，包括在所述多个收听位置的每个收听位置处提供所述第一阵列。
3.根据权利要求2所述的方法，包括在所述多个收听位置的每个收听位置处提供多个所述第一阵列。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一阵列包括第一所述扬声器元件以及至少一个第二所述扬声器元件，其中步骤(c)包括在所述至少一个源与每个所述第二扬声器元件之间提供一个所述滤波器。
5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(d)包括优化所述滤波器使得相比于从所述第一阵列辐射到所述第一收听位置的声能的幅度，所述滤波器减小从所述第一阵列辐射到所述第一收听位置附近的声学反射表面的声能的幅度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(d)包括步骤：
(d1)驱动所述第一阵列中的每个扬声器元件以辐射第一所述输出声能；
(d2)在所述第一收听位置处以及在所述至少一个其他收听位置处检测第一输出音频信号；
(d3)确定在所述第一收听位置处检测到的第一输出声能与来自所述至少一个源的音频信号之间的第一转换函数；
(d4)确定在所述至少一个其他收听位置处检测到的第一输出声能与来自所述至少一个源的音频信号之间的第二转换函数；
(d5)计算将所述第一转换函数与所述第二转换函数进行比较的成本函数；
(d6)确定成本函数的梯度，所述梯度定义所述成本函数减少的方向；
(d7)根据所述方向修改所述滤波器；以及
(d8)重复步骤(d1)到(d7)直到步骤(d5)满足预定标准。
7.根据权利要求2所述的方法，包括步骤(e)：检测所述至少一个其他收听位置处是否有乘员，以及步骤(f)包括：当在所述至少一个其他收听位置处检测到没有乘员时，针对所述第一收听位置的第一阵列，选择用于所述滤波器的第一组系数以对到所述第一阵列的音频信号进行处理；以及
如果在所述至少一个其他收听位置处检测到有乘员，则选择用于所述滤波器的第二组系数，其中所述第一组系数以及所述第二组系数是预先确定的，使得当选择第二组系数时比选择第一组系数时，从所述第一阵列辐射到所述至少一个其他收听位置的声能的幅度与从所述第一阵列辐射到所述第一收听位置的声能的幅度的比值更小。
8.根据权利要求2所述的方法，包括步骤(e)：检测在所述至少一个其他收听位置的至少一个阵列是否接收到来自所述至少一个源的音频信号，所述音频信号相同于还是不同于由在所述第一收听位置的第一阵列接收到的来自所述至少一个源的音频信号，以及步骤(f)包括：当第一阵列接收的来自所述音频源的音频信号与在所述至少一个其他收听位置的至少一个阵列接收的音频信号相同时，针对在所述第一收听位置的所述第一阵列，选择用于所述滤波器的第一组系数以对到所述第一阵列的音频信号进行处理；以及
如果所述第一阵列接收的来自所述音频源的音频信号不同于在所述其他收听位置的所述至少一个阵列接收的音频信号，则选择用于所述滤波器的第二组系数，其中所述第一组系数和所述第二组系数是预先确定的，使得当选择第二组系数时比选择第一组系数时，从所述第一阵列辐射到所述至少一个其他收听位置的声能的幅度与从所述第一阵列辐射到所述第一收听位置的声能的幅度的比值更小。
9.根据权利要求2所述的方法，
包括步骤(e)：检测至少一个其他收听位置处是否有乘员；包括步骤(f)：检测在所述至少一个其他收听位置的至少一个阵列是否接收到来自所述至少一个源的音频信号，所述音频信号相同于还是不同于由在所述第一收听位置的第一阵列接收到的来自所述至少一个源的音频信号；以及
包括步骤(g)，当在所述至少一个其他收听位置检测到没有乘员并且由所述第一阵列接收到的来自所述音频源的音频信号与在所述至少一个其他收听位置的所述至少一个阵列接收到的音频信号相同时，针对所述第一收听位置的所述第一阵列，选择用于所述滤波器的第一组系数以对到所述第一阵列的音频信号进行处理；以及
如果在所述至少一个其他收听位置检测到有乘员，或者如果由所述第一阵列接收到的来自所述音频源的音频信号不同于在所述至少一个其他收听位置的所述至少一个阵列接收到的音频信号，则选择用于所述滤波器的第二组系数，其中第一组系数和第二组系数是预先确定的，使得当选择第二组系数时比选择第一组系数时，从所述第一阵列辐射到所述至少一个其他收听位置的声能的幅度与从所述第一阵列辐射到所述第一收听位置的声能的幅度的比值更小。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个收听位置位于交通工具中；其中每个收听位置是所述交通工具中的座位位置；以及步骤(a)包括在所述交通工具中提供所述至少一个音频信号源。
11.一种用于提供和操作音频系统的方法，所述音频系统向收听位置提供音频辐射，所述方法包括步骤：
(a)提供至少一个音频信号源；
(b)在多个收听位置的每一个处，提供至少一个扬声器元件阵列，所述扬声器元件阵列接收所述音频信号并且响应性地辐射输出声能；
(c)在所述多个收听位置的每个第一收听位置的第一所述至少一个阵列处，提供在所述至少一个源与所述第一阵列中的至少一个扬声器元件之间的第一滤波器，所述第一滤波器对从所述至少一个源到所述至少一个扬声器元件的第一所述音频信号进行滤波；
(d)优化所述第一滤波器，使得相比于从所述第一阵列辐射到所述第一收听位置的声能的幅度，所述第一滤波器减小从所述第一阵列辐射到所述多个收听位置的至少一个其他收听位置的声能的幅度；
(e)在所述至少一个音频信号源与所述多个收听位置的第二所述收听位置的第二所述至少一个阵列之间，提供在所述第一音频信号与所述第二阵列之间的第二滤波器，使得所述第二阵列经由独立于所述第一滤波器的所述第二滤波器而接收所述第一音频信号并且响应性地辐射声能；以及
(f)选择所述第二滤波器，使得所述第二滤波器对所述第一音频信号进行处理，以便由所述第二阵列响应于所述第一音频信号而辐射到所述第二收听位置的声能与由所述第一阵列响应于所述第一音频信号而辐射到所述第二收听位置的声能进行相消干涉。
12.根据权利要求11所述的方法，其中步骤(f)包括优化代表所述第二滤波器特性的转换函数，以减小由响应于所述第一音频信号的第一阵列和第二阵列辐射到所述第二收听位置的合成声能的幅度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述多个收听位置位于交通工具中；其中每个收听位置是所述交通工具中的座位位置；以及步骤(a)包括在所述交通工具中提供所述至少一个音频信号源。
14.一种用于具有座位位置的交通工具的音频系统，所述音频系统包括：
至少一个音频信号源；
位于多个所述座位位置的第一所述座位位置处的扬声器元件的第一阵列，并且所述第一阵列接收第一所述音频信号并且响应性地辐射输出声能；
位于多个所述座位位置的第二所述座位位置的扬声器元件的第二阵列，并且所述第二阵列接收第二所述音频信号并且响应性地辐射输出声能；
所述音频信号源与所述第二阵列之间的滤波器，所述滤波器对所述第一音频信号进行处理并且将其输出应用于所述第二阵列，使得由所述第二阵列响应于所述滤波器处理的第一音频信号的输出而辐射到所述第二座位位置的声能和由所述第一阵列响应于所述第一音频信号而辐射到所述第二座位位置的声能的合成幅度小于由所述第一阵列响应于所述第一音频信号而辐射到所述第二座位位置的声能。
15.根据权利要求14所述的系统，其中优化代表所述滤波器的转换函数以减小所述声能的合成幅度。
16.根据权利要求14所述的系统，其中第一组系数和第二组系数是预先确定的，使得当所述滤波器实施第二组系数时比所述滤波器实施第一组系数时，第二幅度与第一幅度的比值更小。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述比值是在所述至少一个其他座位位置处检测到的由第一阵列辐射的声能与来自所述至少一个源的音频信号之间的转换函数和在所述第一座位位置处检测到的由第一阵列辐射的声能与来自所述至少一个源的音频信号之间的转换函数的比值。
18.根据权利要求2所述的方法，
包括步骤(e)：检测所述至少一个其他收听位置处是否有乘员；以及
包括步骤(f)：检测在所述至少一个其他收听位置的至少一个阵列是否接收到来自所述至少一个源的音频信号，所述音频信号相同于还是不同于由所述第一收听位置的第一阵列接收的来自所述至少一个源的音频信号；以及
包括步骤(g)：当在所述至少一个其他收听位置检测到没有乘员，并且由所述第一阵列接收的来自所述音频源的音频信号与在所述至少一个其他收听位置的所述至少一个阵列接收到的音频信号相同时，针对所述第一收听位置的所述第一阵列，选择用于所述滤波器的第一组系数以对到所述第一阵列的音频信号进行处理；以及
如果在所述至少一个其他收听位置处检测到有乘员，或者如果所述第一阵列接收到的来自所述音频源的音频信号不同于所述至少一个其他收听位置的所述至少一个阵列接收到的音频信号，则选择用于所述滤波器的第二组系数，其中第一组系数和第二组系数是预先确定的，使得当选择第二组系数时比选择第一组系数时，在所述至少一个其他收听位置处检测到的第一输出声能与来自所述至少一个源的音频信号之间的转换函数和在所述第一收听位置处检测到的第一输出声能与来自所述至少一个源的音频信号之间的转换函数的比值更小。
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