CN102598718B - 用于再现具有改进的声像的多通道声音的扩音器系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于在收听区中以改进的声像来再现多通道声音的扩音器系统。所述扩音器系统包括：第一扬声器阵列，位于相对于所述收听位置的第一位置；以及第二扬声器阵列，位于相对于所述收听位置的第二位置。所述第一扬声器阵列包括用于辐射所述多通道声音的第一声音的第一辐射波瓣和用于辐射所述第一声音的延迟版本的至少第二辐射波瓣；所述第二扬声器阵列包括用于辐射所述多通道声音的第二声音的第一辐射波瓣和用于辐射所述第二声音的延迟版本的至少第二辐射波瓣；所述扩音器系统包括：用于修改与每个辐射波瓣相关联的所述辐射或者极坐标图案的装置，其中，所述系统被设置为使与所述第一阵列和所述第二阵列大致等距的收听位置暴露于来自所述第二波瓣或者来自所述第一波瓣的辐射，并且与所述第一阵列和所述第二阵列不大致等距的收听位置暴露于来自一个阵列的所述第一波瓣的辐射和来自另一个阵列的所述第二波瓣的辐射两者，从而所述收听区中的大致全部位置以大致相等的到达时间接收到来自所述第一阵列和所述第二阵列的声音辐射。

Description

用于再现具有改进的声像的多通道声音的扩音器系统
技术领域
本发明涉及用于再现具有改进的声像的多通道声音的扩音器系统。在一些实施方式中，根据本发明的扩音器系统可适用于充当家庭影院的收听区中。在其它实施方式中，这种扩音器系统可适用于诸如商业剧院或者电影院的相对较大的观众厅。
背景技术
多通道声音在此定义为从超过两个音频通道(例如，5.1或者7.1通道，包括5个或者更多个中高频通道和低音扩音器通道)再现的声音，通常通过布置在收听区的前部、后部和可能的侧部多个扬声器来再现。多通道声音可以提供加入的自由度以创建浸入式或者环绕声音收听体验。然而，这种系统趋于昂贵并且安装起来较复杂，特别对于诸如家庭影院这样的小型设备。另外，可接受的浸入式或者环绕声音收听体验通常被限制于在收听区中心附近的相对较小的收听区域。因此，期望如果系统可以设计为提供更少的扬声器但是提供针对收听区中的大致全部位置的可接受的环绕声音体验，特别是包括模拟环绕声音的多通道声音。
存在多种技术来将多通道声音混合成二通道格式。一些技术将全部信号组合成二通道格式，并且仅仅调整混合信号的相对增益。其它技术包括在混合处理中对音频信号应用频率整形、幅度调整和/或相位移位或者上述组合。所使用的技术可以依赖于音频信号的格式和内容以及最终的二通道混合体的期望用途。
现有技术中的技术，包括专业记录应用中的技术不提供将多通道信号再现为二通道格式的通过有限数量的离散通道实现逼真的音频再现的有效方法。结果，大量的负责提供对声音的浸入式感知的环境信息被丢失或者屏蔽。尽管现有技术尝试再现多通道声音以通过有限数量的通道在收听区实现逼真的体验，但是还存在很大的改进外壳。
本发明可以提供一种扩音器系统，用于以改进的声像在两个通道或者其它有限通道格式在收听区再现多通道声音，从而收听区中的大致全部位置都可以感知到以大致相同的到达时间从每个通道到达的声音。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于在收听区中以改进的声像来再现多通道声音的扩音器系统，所述扩音器系统包括：
第一扬声器阵列，其位于相对于所述收听区的第一位置；
第二扬声器阵列，其位于相对于所述收听区的第二位置；
所述第一扬声器阵列包括用于辐射所述多通道声音的第一声音的第一辐射波瓣和用于辐射所述第一声音的延迟版本的至少第二辐射波瓣；
所述第二扬声器阵列包括用于辐射所述多通道声音的第二声音的第一辐射波瓣和用于辐射所述第二声音的延迟版本的至少第二辐射波瓣；以及
用于修改与每个辐射波瓣相关联的极坐标图案或者辐射的装置，
其中，所述系统被设置为使得与所述第一阵列和所述第二阵列大致等距的收听位置暴露于来自所述第二波瓣或者来自所述第一波瓣的辐射，并且与所述第一阵列和所述第二阵列不大致等距的收听位置暴露于来自一个阵列的所述第一波瓣的辐射和来自另一个阵列的所述第二波瓣的辐射两者，从而所述收听区中的大致全部位置都以大致相等的到达时间接收到来自所述第一阵列和所述第二阵列的声音辐射。
所述第一扬声器阵列可以位于相对于所述收听区的左前部位置，并且所述第二扬声器阵列可以位于相对于所述收听区的右前部位置。
在一些实施方式中，所述第一扬声器阵列可以位于相对于所述收听区的左下部位置，并且所述第二扬声器阵列可以位于相对于所述收听区的左上部位置。
在一些实施方式中，所述第一扬声器阵列可以位于相对于所述收听区的右下部位置，并且所述第二扬声器阵列可以位于相对于所述收听区的右上部位置。
每个扬声器阵列都可以与用于从诸如双通道或者立体声声音这样的节目源产生模拟环绕声音的装置相关联。另选地，节目源可以包括已通过任何适当方式或者任何适当装置混合或者矩阵化为双通道声音的多通道声音。用于产生模拟环绕声音的装置可以包括经由涉及头部的传递函数(HRTF)滤波器而再现的声音。
授权给Begault的美国专利No.5,438,623中公开了包括HRTF滤波器的系统的一个示例。在Begault的专利中，各个音频信号被划分为两个信号，这两个信号被根据针对左耳和右耳的涉及头部的传递函数(HRTF)延迟和滤波。得到的信号接着重组合以产生旨在通过耳机播放的左和右输出信号。
在E.A.B.Shaw的题为"TransformationofSoundPressureLevelFromtheFreeFieldtotheEardrumintheHorizontalPlane",J.Acoust.Soc.Am.,Vol.56,No.6,December1974,以及S.Mehrgarat和V.Mellert的题为"TransformationCharacteristicsoftheExternalHumanEar",J.Acoust.Soc.Am.,Vol.61,No.6,June1977的文章中描述了可以用于实现感知方位角的HRTF传递函数的其它示例，其公开在此通过引用并入。
用于修改与每个辐射波瓣相关联的辐射或者极坐标图案的装置可以包括至少一个不透声构件。所述不透声构件可以包括突出到所述收听区中的声音分离或者反射挡板。另选地或者附加地，用于修改辐射或者极坐标图案的装置可以包括用于成型与每个扬声器阵列相关联的外壳的装置。
所述第一扬声器阵列可以包括用于辐射所述第一声音的进一步延迟版本的第三辐射波瓣，所述第二扬声器阵列可以包括用于辐射所述第二声音的进一步延迟版本的第三辐射波瓣。包括三个或者更多个辐射波瓣的扩音器系统可以适用于诸如公共剧院和音乐厅这样的更大的观众厅。所述扩音器系统可以包括：用于调整与每个辐射波瓣相关联的声压级的装置。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于诸如家庭影院这样的房间中的收听区的扩音器系统，所述收听区在平面示图中包括抽象的前端部和后端部以及抽象的右侧边和左侧边，所述扩音器系统包括：
第一扬声器阵列和第二扬声器阵列，每个扬声器阵列都包括离散的至少第一声音辐射波瓣和第二声音辐射波瓣；
其中，第一扬声器阵列可布置在房间的左前部位置，因而来自所述扬声器阵列的垂直于前端部或者后端部的线总体上限定了所述收听区的抽象的左侧边，使得第一扬声器阵列的第一声音辐射波瓣指向大致在所述收听区的前端部和后端部之间的中途的、总体上在所述收听区的右侧边的区域内的位置，并且使得第二声音辐射波瓣指向大致在所述收听区的前端部和后端部中途的、从所述左侧边起在所述右侧边和所述左侧边之间的距离的总体上约四分之一处的区域内的位置；
其中，第二扬声器阵列可布置在房间的右前部位置，因而来自所述扬声器阵列的垂直于前端部或者后端部的线总体上限定了所述收听区的抽象的右侧边，使得第二扬声器阵列的第一声音辐射波瓣指向大致在所述收听区的前端部和后端部之间的中途的、总体上在收听区的左侧边的区域内的位置，并且使得第二扬声器阵列的第二声音辐射波瓣指向大致在所述收听区的前端部和后端部之间的中途的、总体上在所述收听区的右侧边的区域内的位置；
其中，与第一扬声器阵列的第一声音辐射波瓣相关联的辐射或者极坐标图案被修改，使得它在所述收听区中的在从第一扬声器阵列经过所述收听区的前端部和后端部之间的大致中途的、从右侧边起在右侧边和左侧边之间的距离的总体上约四分之三的位置的线与所述收听区的右侧边之间限定的区域中以较低的声压级被接收，并且其中，与第二扬声器阵列的第一声音辐射波瓣相关联的辐射或者极坐标图案被修改，使得它在所述收听区中的在从第二扬声器阵列经过所述收听区的前端部和后端部之间的大致中途的、从左侧边起在左侧边和右侧边之间的距离的总体上约四分之三的位置的线与所述收听区的左侧边之间限定的区域中以较低的声压级被接收。
根据本发明的又一个方面，提供了一种用于在收听区中以改进的声像来再现多通道声音的扩音器系统，所述扩音器系统包括：
左扬声器集群，其位于相对于所述收听区的左前部位置，所述左扬声器集群包括位于相对于所述收听区的左下部位置的第一扬声器阵列和位于相对于所述收听区的左上部位置的第二扬声器阵列；
右扬声器集群，其位于相对于所述收听区的右前部位置，所述右扬声器集群包括位于相对于所述收听区的右下部位置的第三扬声器阵列和位于相对于所述收听区的右上部位置的第四扬声器阵列；
每个左扬声器阵列都包括用于辐射所述多通道声音的第一声音的第一辐射波瓣和用于辐射所述第一声音的延迟版本的至少第二辐射波瓣；
每个右扬声器阵列都包括用于辐射所述多通道声音的第二声音的第一辐射波瓣和用于辐射所述第二声音的延迟版本的至少第二辐射波瓣；以及
用于修改与每个辐射波瓣相关联的所述辐射或者极坐标图案的装置；
其中，所述系统被设置为使得与所述左集群和右集群大致等距的收听位置暴露于来自与所述左集群或者右集群相关联的延迟的辐射波瓣或者非延迟的辐射波瓣的声音辐射，与左集群和右集群不大致等距的收听位置暴露于来自与所述左集群或者右集群相关联的延迟的辐射波瓣和非延迟的辐射波瓣两者的声音辐射，与下扬声器阵列和上扬声器阵列大致等距的收听位置暴露于来自与所述上阵列或者下阵列相关联的延迟的辐射波瓣或者非延迟的辐射波瓣的声音辐射，与下扬声器阵列和上扬声器阵列不大致等距的收听位置暴露于来自与所述上阵列和下阵列相关联的延迟的辐射波瓣和非延迟的辐射波瓣两者的声音辐射，从而所述收听区中的大致全部位置都在大致相同到达时间接收到来自所述阵列的声音辐射。
每个扬声器阵列的第一声音辐射波瓣的辐射或者极坐标图案都可以与每个阵列相关联地按照任何适当方式由任何适当装置来修改。所述用于修改辐射或者极坐标图案的装置可以包括诸如声音分离或者反射构件这样的不透声构件。在一个实施方式中，声音分离或者反射构件可以包括从所述或者每个扬声器阵列突出到房间或者收听区中的挡板。另选地或者附加地，所述用于修改辐射或者极坐标图案的装置可以包括用于成型与每个扬声器阵列相关联的外壳的装置。
在寻求在收听区中创建声像使得所述区中的大致全部位置都在大致相同到达时间接收到来自每个阵列的声音辐射的实施方式中，每个扬声器阵列都可以与放大器和延时电路相关联。所述放大器可以是可调整的以提供增益使得从诸如左扬声器阵列的第一扬声器阵列到达位于收听区中的任意位置的听众的声音的声压级可以大致等于从诸如右扬声器阵列的第二扬声器阵列到达同一听众的声音的声压级。与每个扬声器阵列相关联的所述延时电路可以是可调整的以提供相对于沿着所述阵列的至少另一个辐射波瓣传输的声音延时了的沿着阵列的至少一个辐射波瓣传输的声音，从而从第一(例如，左)扬声器阵列和第二(例如，右)扬声器阵列指向位于所述收听区中的任意位置的听众的重合声音可以在大致相等的到达时间到达所述听众。
针对不大致等距收听位置的所述延时(Td)可以由算式Td＝(Dn–Df)/v获得，其中，Dn是不等距收听位置与较近的扬声器阵列之间的距离，Df是不等距收听位置与较远的扬声器阵列之间的距离，而v是声速。
每个扬声器阵列都可以包括至少两个扬声器，其中一个可以提供第一声音辐射波瓣，而另一个可以提供第二声音辐射波瓣。在家庭影院的系统中，每个扬声器阵列可以包括三个扬声器或者三个扬声器面板，其中每个阵列的最内部扬声器或者面板可以提供第一声音辐射波瓣，每个阵列的最外部的两个扬声器或者面板可以组合地提供第二声音辐射波瓣。每个扬声器阵列都可以与放大器相关联，并且最外部的两个扬声器可以与信号延迟电路相关联以提供从每个阵列的两个最外部扬声器或者面板的声音传输的延迟。
在一些实施方式中，每个阵列的扬声器或者面板都可以包括中到高频范围的相对窄的极坐标图案。每个阵列的最内部扬声器或者面板都可以包括静电扬声器面板。在一些实施方式中，每个阵列的所有扬声器或者面板都可以包括静电扬声器面板。
如上所述的扩音器系统可以在诸如家庭影院的收听区中提供可接受的环绕声音效果。如果成本合理，该系统可以还包括进一步的辐射波瓣。与该进一步的辐射波瓣相关联的极坐标或者辐射图案可以被修改，并且该进一步的辐射波瓣可以被布置从而它们的声音投射轴指向作为与第一辐射波瓣和第二辐射波瓣相关联的中间位置的收听区中的位置，或者均衡布置在等距和不等距收听位置之间。进一步的辐射波瓣可以类似于与每个扬声器阵列相关联的第一辐射波瓣和第二辐射波瓣工作。
附图说明
下面将参照附图来描述本发明的优选实施方式，其中：
图1示出幅度差(dB)与延迟差(ms)的曲线图，用于例示HAAS或者优先效应；
图2A示出根据本发明一个实施方式的扩音器系统的示意平面图；
图2B示出根据本发明实施方式的扩音器系统的示意平面图，包括用于在收听区的左向右或者说水平方向上提供改进的声像的装置；
图3A示出包括扩音器系统的阶梯电影院观众厅的垂直投影图；
图3B示出根据本发明实施方式的扩音器系统的示意垂直投影图，包括用于在收听区的下向上或者说竖直方向上提供改进的声像的装置；
图4是示出被测试的扬声器面板和不透声声音分离挡板的极坐标图或者曲线图；
图5到图7示出分别在1KHz、2KHz和5KHz测试的具有声音分离挡板的静电扬声器面板的声音辐射图案的极坐标图或者曲线图；
图8示出安装了不透声声音分离挡板并且在相对于面板的中心线的多个角测量的静电扬声器面板的频率响应曲线图；
图9示出扩音器系统的朝向屏幕的视图，包括在左向右和下向上方向提供改进的声像的装置。
具体实施方式
与通常的理解相反，声音到达的方向基于到达时间和响度两者而不仅仅是响度而被人耳感知。这是被称为“HAAS”或者“优先”效应的心理声学现象，并且在图1所示的曲线中例示。对于在1-30毫秒的到达时间差和高达12dB的声压级差的波前，到达时间是感知的声音方向的主要决定因素。这是位于该曲线下方的区域。因此声音被感知为来自到达的第一波前的方向，即使第一波前可能在声压级上比之后的波前低了高达12dB。此效应可以用于通过在每个听众处引导经时间校正的波前，在收听区中的大致全部位置提高立体或者模拟环绕像。没有此时间校正，则仅仅离左和右扬声器等距的位置才可以接收到中心化的立体或者模拟环绕像。
参照图2A，用于房间(例如家庭影院)内的收听区12的扩音器系统10用平面标示图示出为大致四边形并且被想象上的前端部14和后端部16和想象上的右侧18和左侧20包围。扩音器系统10包括两个扬声器阵列22、24，每个扬声器阵列具有离散的至少第一声音辐射波瓣26和第二声音辐射波瓣28。一个扬声器阵列22可以布置在房间的左前部位置，来自该扬声器阵列的垂直于前端部14或者后端部16的线总体上限定了收听区12的抽象左侧边20。该阵列被定位成第一声音辐射波瓣26指向大致在收听区12的前端部14和后端部16中途的、总体上在收听区12的右侧边18的区域34中的位置。当如此定位时，扬声器阵列22被排列成第二声音辐射波瓣28指向大致在收听区12的前端部14和后端部16中途的、从左侧板20起在左侧边20和右侧边18之间的距离的总体上约四分之一处的区域36中的位置。
另一个扬声器阵列24可以布置在房间的右前部位置，来自该扬声器阵列的垂直于前端部14或者后端部16的线总体上限定了收听区12的抽象右侧边18。在该位置，扬声器阵列24的第一声音辐射波瓣26指向大致在收听区12的前端部14和后端部16中途的、总体上在收听区12的左侧边20的区域30中的位置。该定位还使第二声音辐射波瓣28指向大致在收听区12的前端部14和后端部16中途的、从右侧18起右侧边18和左侧边20之间的距离的总体上约四分之一处的区域32中的位置。
与每个扬声器阵列的第一声音辐射波瓣26相关联的辐射或者极坐标图案被修改使得沿着右扬声器阵列24的第一声音辐射波瓣26投射的声音在收听区12中在从右扬声器阵列24通过收听区12的前端部14和后端部16之间的大致中途的、从右侧边18起在右侧边18和左侧边20之间的距离的总体上约四分之三的位置线之间限定的区域中以较低的声压级接收，并且使得沿着左扬声器阵列22的第一声音辐射波瓣26投射的声音在收听区12中在从左扬声器阵列22通过收听区12的前端部14和后端部16之间的大致中途的、从左侧边18起在右侧边18和左侧边20之间的距离的总体上约四分之三的位置线之间限定的区域中以较低的声压级接收。
每个扬声器阵列22、24都可以包括三个静电面板，其中最内部的静电面板22A、24A提供第一声音辐射波瓣26，最外部的静电面板22B、22C、24B、24C组合起来提供第二声音辐射波瓣28，其中声音辐射波瓣28可以被认为是与最外部静电面板22B、22C、24B、24C相关联的声音辐射波瓣38、40的组合效应(参见图2A)。
与扬声器阵列22、24中每一个的第一声音辐射波瓣26相关联的辐射或者极坐标图案被经过声学地分离构件而修改，例如从各个扬声器阵列22和24投射到房间的声音分离或者反射挡板42。
图2B例示了又一个实施方式，其中使用公用的附图标记来表示与图2A的实施方式相对应的部件和装置。
参照图2B，左扬声器阵列(LSA)22和右扬声器阵列(RSA)24分别位于房间的左前部和右前部位置。房间包含收听区12。收听区12中的示例收听位置由P1、P2和P3指示。为了清楚，仅仅引用三个位置，但是其它收听位置可以位于收听区12中，在P1、P2和P3的前部或者后部。LSA22具有分别与阵列的内扬声器面板22A和外扬声器面板22B相关联的第一离散声音辐射波瓣SPA1L和第二离散声音辐射波瓣SPA2L。RSA24具有分别与阵列的内扬声器面板24A和外扬声器面板24B相关联的第一离散声音辐射波瓣SPA1R和第二离散声音辐射波瓣SPA2R。左通道音频输入信号LC44和右通道音频输入信号RC46被放大器48放大，并且分别馈送到内扬声器面板LSA22和外扬声器面板RSA24，而去往外扬声器22B、24B的信号被延时电路TD49延迟。左通道44和右通道46可以从节目源50经过HRTF滤波器51获得。
每个扬声器阵列的第一声音辐射波瓣26总体上指向在收听区12的前端部14和后端部16之间的大致中途、相对于各个阵列在收听区12的相反侧上的区域。为了便于描述，这些区域在图2B中指示为对应于图2A中的区域34的LA1和对应于图2A中的区域30的RA1。每个扬声器阵列22、24的第二声音辐射波瓣28总体上指向在收听区12的前端部14和后端部16之间的大致中途、从收听区的侧边大致等于收听区的宽度的四分之一的距离处、收听区12的与各个阵列相同侧的区域。为了便于描述，这些区域在图2B中指示为对应于图2A中的区域36的LA2和对应于图2A中的区域32的RA2。
左扬声器阵列22和右扬声器阵列24分别装配有声音分离挡板42FL和42FR，从阵列突出到房间内。声音分离挡板的效果是为了与第一声音辐射波瓣SPA1L26和SPA1R26相关联地修改辐射或者极坐标声音图案，从而在声音辐射波瓣26的“屏蔽”侧接收到总体上减小的声压级。该修改的结果是沿着SPA1R26投射的声音可以不影响位于RA2的左侧的收听位置(参照图2A的区域32)。类似地，沿着SPA1L26投射的声音可以不影响位于LA2的右侧的收听位置(参照图2A的区域36)。
位于P2附近的听众可以听到从每个扬声器阵列的外部面板22B、24B投射的集中于声音辐射波瓣SPA2L和SPL2R28的声音。由于以上概括的原因，听众可能听不到来自每个扬声器阵列的内部面板22A、24A的声音。来自外部面板22B、24B两者的声音可以延时相等的量，从而P2附近的听众可以通过接收大小和到达时间大致相同的来自左扬声器阵列和右扬声器阵列的声音而感知集中的声像。
位于P1附近的听众可以听到来自LSA22的外部面板22b的集中于其第二声音辐射波瓣SPA2L28的经延时的左通道声音，并且可以听到来自RSA24的内部面板24A的右通道声音。因为来自RSA24的内部面板24A的声音信号没有被延时，所以可以通过HAAR效应占优于从RSA24的外部面板到达P1的剩余经延时的声音。经延时的左通道声音和未延时的右通道声音之间的关系可以是右通道声音似乎来自位于RSA24的内部面板24A前部距离等于声音在与延时器TD49相关联的延迟时间中行进的距离的“虚拟”右侧面板VLSR52。该效应是听众P1可以感知大致在LSA22的外部面板22B和虚拟面板VLSR52之间的中途的方向56上的声像，从听众的角度来说这种声像似乎在与P2附近的听众感知的声像大致类似的位置处。由于类似原因，P3附近的听众可以感知大致在RSA22的外部面板24B和虚拟面板VLSL52之间的中途的方向58上的声像，从听众的角度来说这种声像似乎在与P2附近的听众感知的声像大致类似的位置处。
在约4米宽约3米深并且前端部距离扬声器阵列约1米的收听区中测试如图2A所示的每个阵列都包括三个静电面板的本发明的实施方式。每个阵列的静电面板都为约860mm高和130mm宽，并且分离挡板42从每个阵列的最内部静电面板以90°延伸，约为180mm宽。
用此实施方式的实验指示收听区中不存在容易感知的过渡(transition)区域，并且对于收听区中的大致全部位置处的听众，从听众的角度而言环绕声像的感知位置都是类似的。因此，对于整个收听区中的大致全部位置可以提供改进的环绕声音效果。
图3A示出包括针对相对于观众厅的左前部或者右前部位置的前扬声器集群的阶梯电影院观众厅60的垂直投影图。以下描述左扬声器集群，尽管右扬声器集群可以是大致相同固定。左扬声器集群包括相对于电影院屏幕的左下位置的位于观众厅的前部的第一扬声器阵列61和位于相对于电影院屏幕的左上位置的第二扬声器阵列62。
对于位置靠近观众厅前部的听众A，即使阵列61产生在收听位置比阵列62低了多达12dB的声压级，来自下部扬声器阵列61的声音在来自上部扬声器阵列62的声音之前到达，也造成表观声像发源于更接近电影院屏幕底部的位置IA。
对于位置靠近观众厅后部的听众B，来自下部扬声器阵列61的声音在来自上部扬声器阵列62的声音之前到达，造成表观声像发源于从电影院屏幕的中部向上抬并且离开的位置IB。
可以看到在如上所述的电影院观众厅中仅仅位于靠近观众厅中心的听众C将体验到似乎发源于电影院屏幕的近似中心位置的声像IC。这就要求来自下部扬声器阵列61的声音与来自上部扬声器阵列62的声音在大致相同的时间到达。
图3B示出适用于对于图3A所示种类的电影院观众厅中的大致全部位置改进声像的局部化的扩音器系统的侧视图。以下描述引用左扬声器集群，但是可等同应用于右扬声器集群(未示出)。
左扬声器集群包括相对于电影院屏幕位于左下位置的第一扬声器阵列61和相对于电影院屏幕位于左上位置的第二扬声器阵列62。第一扬声器阵列61包括下部扬声器面板63和上部扬声器面板64，用于产生目的地分别指向观众厅的前部和后部的离散的第一辐射波瓣和第二辐射波瓣。
第二扬声器阵列62包括下部扬声器面板65和上部扬声器面板66，用于产生目的地分别指向观众厅的前部和后部的离散的第一辐射波瓣和第二辐射波瓣。
节目源70经过HRTF滤波器71提供左通道音频输入信号72。信号被放大器73放大并且分别馈送到下部和上部扬声器面板63-66。去往扬声器阵列61的下部面板63的信号被第一延时电路TD174延迟。去往扬声器阵列62的上部面板66的信号被第二延时电路TD275延迟。
下部扬声器面板63、65的辐射波瓣总体上指向位于观众厅的近似中前部的区域，即，观众厅的前部和中部之间的中途处。
上部扬声器面板64、66的辐射波瓣总体上指向位于观众厅的近似中后部的区域，即，观众厅的中部和后部之间的中途处。
对于位置接近观众厅前部的观众，来自下部扬声器阵列61的下部扬声器面板63的声音相对于来自上部扬声器阵列62的下部扬声器面板65被延迟了与TD174相关联的时间T1。时间延迟T1创建了位于扬声器面板65前部等于声音在延迟时间T1中行进的距离的虚拟扬声器面板65A。这允许来自上部扬声器面板65的波前与来自下部扬声器面板63的波前在近似相同时间到达听众并且对于更接近电影院屏幕中心的听众产生了表观像。
对于位置接近观众厅后部的观众，来自上部扬声器阵列62的上部扬声器面板66的声音相对于来自下部扬声器阵列61的上部扬声器面板64被延迟了与TD275相关联的时间T2。时间延迟T2创建了位于扬声器面板64前部等于声音在延迟时间T2中行进的距离的虚拟扬声器面板64A。这允许来自下部扬声器面板64的波前与来自上部扬声器面板66的波前在近似相同时间到达听众并且对于更接近电影院屏幕中心的听众产生了表观像。
由于阶梯座位相对于电影院屏幕的中心的非对称排布，所以时间延迟T1可能一般小于时间延迟T2，以确保观众厅中的大致全部位置的听众都可以体验到似乎发源于相对于电影院屏幕的近似中心的位置的声像。
图4示出被测试的扬声器面板80和相关联的不透声声音分离挡板81的极坐标图或者曲线图。扬声器面板80朝向为使与扬声器面板80相关联的声音辐射波瓣82沿着极坐标图的0°-180°轴排列并且声音分离波瓣81对扬声器面板80朝向90°。该图包括在极坐标图的30°和90°之间延伸的扇区83。挡板81的效果是使沿着辐射波瓣82投射的声音大致被扇区83所标记的区域屏蔽。
图5到图7例示分别在1KHz、2KHz和5KHz测量的与每个扬声器阵列的第一声音辐射波瓣诸如图2B中的波瓣26相关联的极坐标图或者曲线图，具有屏蔽类似于图4中的扇区83的区域的声音分离挡板。极坐标图或者曲线图中的每个划分表示5dB的声压级。集中于0°轴的辐射波瓣可以表示例如图2B的波瓣26。
图8示出与装配有诸如图4中的挡板81的声音分离挡板的静电扬声器面板的声音辐射图案相关联的频率响应曲线图。分别在1kHz、2kHz和5kHz的频率在针对0°曲线和针对15°、30°和45°的曲线之间用SPL(以dB为单位)标记这些曲线图。可见在大多数频率和大多数角，在被测试的扬声器面板的“被屏蔽”侧，与“未屏蔽”侧相比较存在声压级的修改。用现有或者锥形扬声器或者装配由声音分离挡板的阵列，特别是当阵列被构建成线源时，可以获得类似的屏蔽效果。
期望结果是与非延迟扬声器面板相关联减小500Hz以上的声压级。挡板在大于约100Hz的频率有效，尽管测试结果示出200Hz到400Hz之间的峰值，但这是由于房间共振效应和麦克风排布造成的。从图8的曲线图可见效果随着角度而增加。没有诸如图4所示的挡板的声音分离挡板，如果在经延迟的扬声器面板的声压的10dB内，非延迟扬声器面板可以占优于来自经延迟的扬声器面板。没有声音分离挡板的结果会导致听众听不到延迟的声音源。
图9示出电影院观众厅中的扩音器系统的朝向屏幕的视图，包括在收听区的左右(水平)方向(参照图2B)提供改进的声像的装置，以及在收听区12的上下(竖直)方向(参见图3B)提供改进的声像的装置。
扩音器系统包括相对于观众厅位于左前部的左扬声器集群90和相对于观众厅位于右前部的右扬声器集群91。
左扬声器集群90包括相对于观众厅位于左下部的下部扬声器阵列92和相对于观众厅位于左上部的上部扬声器阵列93。
右扬声器集群91包括相对于观众厅位于右下部的下部扬声器阵列94和相对于观众厅位于右上部的上部扬声器阵列95。
下部扬声器阵列92包括上部静电面板对92A/92B和下部静电面板对92C/92D。下部静电面板92A/92B与放大器96及线延迟电路TD97相关联。上部静电面板92C/92D与放大器96及延时电路TD97相关联。
下部扬声器阵列94包括上部静电面板对94A/94B和下部静电面板对94C/94D。下部静电面板94A/94B与放大器96及延时电路TD97相关联。上部静电面板94C/94D也与放大器96及延时电路TD97相关联。
上部扬声器阵列93包括上部静电面板对93A/93B和下部静电面板对93C/93D。下部静电面板93A/93B与放大器96及延时电路TD97相关联。上部静电面板93C/93D也与放大器96及延时电路TD97相关联。
上部扬声器阵列95包括上部静电面板对95A/95B和下部静电面板对95C/95D。下部静电面板95A/95B与放大器96及延时电路TD97相关联。上部静电面板95C/95D也与放大器96及延时电路TD97相关联。
静电面板92A/92B、94A/94B以及相关联的放大器96和延时电路97的排列和功能类似于参照图2B描述的扬声器面板22A/22B、24A/24B、相关联的放大器98和延时电路TD49的排列和功能。
静电面板92C/92D、94C/94D以及相关联的放大器96和延时电路97的排列和功能类似于参照图2B描述的扬声器面板22A/22B、24A/24B、相关联的放大器48和延时电路TD49的排列和功能。
类似地评论适用于静电面板93A/93B、95A/95B和它们相关联的放大器96和延时电路97以及静电面板93C/93D、95C/95D和它们相关联的放大器96和延时电路97，其排列和功能类似于参照图2B描述的扬声器面板22A/22B、24A/24B、相关联的放大器48和延时电路TD49的排列和功能。
如此处描述的内部扬声器面板和外部扬声器面板以及相关联的放大器48/49和延伸电路TD49/47的排列和功能是为了在收听区/观众厅的左右(水平)方向上提供改进的声像。
静电面板92A/92B与延时电路TD198进一步相关联，静电面板93C/93D与延时电路TD299进一步相关联。类似地，静电面板94A/94B和95C/95D与延伸电路TD198和TD299相关联。
静电面板92A/92C、94A/93C以及相关联的放大器96和延时电路TD198和TD299的排列和功能类似于参照图3B描述的扬声器面板63/64、65/66、相关联的放大器73和延时电路TD174和TD275的排列和功能。
静电面板92B/92D、93B/93D以及相关联的放大器96和延时电路TD198和TD299的排列和功能也类似于参照图3B描述的扬声器面板63/64、65/66、相关联的放大器73和延时电路TD174和TD275的排列和功能。
类似地评论适用于静电面板94A/94C、95A/95C和它们相关联的放大器97和延时电路TD198和TD299以及静电面板94B/94D、95B/95D和它们相关联的放大器97和延时电路TD198和TD299，其排列和功能类似于参照图3B描述的扬声器面板63/64、65/66、相关联的放大器73和延时电路TD174和TD275的排列和功能。
如此处描述的上部扬声器面板和下部扬声器面板以及相关联的放大器73/96和延伸电路TD174/98和TD275/99的排列和功能是为了在收听区/观众厅的上下(竖直)方向上提供改进的声像。
图9所示的扬声器集群的排列适用于提供顶部和底部左声音通道和右声音通道的声音源。该集群还适用于仅仅提供离散的左声音通道和右声音通道的声音源。在后一情况下，左上部阵列92和左下部阵列93可以并联连接到左声音源，右上部阵列94和右下部阵列95可以并联连接到右声音源。
此处描述的本发明可以经过变化、修改和/或添加不同于具体描述的，并且应理解本发明包括落入以上说明书的实质和范围内的全部这些变化、修改和/或添加。
例如，可以理解此处描述的扩音器系统可以应用于任意数量的扩音器对(总共2n个通道)以改进与每个扬声器对相关联的声像的局部化。例如，此处描述的系统可以应用于包括两个前部和两个后部扬声器阵列或者集群的设备，包括4通道、5.1通道等，其中可以按照类似于前扬声器阵列或者集群对的方式来改进与后扬声器阵列或者集群对相关联的声像的局部化。在一些实施方式中，扩音器系统可以应用于在方形或者矩形长方体的各个角排列的四个扬声器阵列对，以分别限定四个扬声器的上平面和下平面，即，四个扬声器在前部并且四个扬声器在后部。依赖于收听区或者观众厅的可用高度，上扬声器平面可以相对于下扬声器平面竖直地隔开约2-3m或者其它适当距离。

Claims (42)

1.一种用于在收听区中以改进的声像来再现多通道声音的扩音器系统，所述扩音器系统包括：
第一扬声器阵列，其位于相对于所述收听区的第一位置；
第二扬声器阵列，其位于相对于所述收听区的第二位置；
所述第一扬声器阵列包括用于辐射所述多通道声音的第一声音的第一辐射波瓣和用于辐射所述第一声音的延迟版本的至少第二辐射波瓣；
第一声音分离构件，其突出到所述收听区中，用于使与所述多通道声音的所述第一声音相关联的所述第一辐射波瓣和与所述第一声音的所述延迟版本相关联的所述第二辐射波瓣分离；
所述第二扬声器阵列包括用于辐射所述多通道声音的第二声音的第一辐射波瓣和用于辐射所述第二声音的延迟版本的至少第二辐射波瓣；
第二声音分离构件，其突出到所述收听区中，用于使与所述多通道声音的所述第二声音相关联的所述第一辐射波瓣和与所述第二声音的所述延迟版本相关联的所述第二辐射波瓣分离，并且
其中，所述第一辐射波瓣和所述第二辐射波瓣以及所述第一声音分离构件和所述第二声音分离构件被布置为互相配合，使得与所述第一阵列和所述第二阵列等距的收听位置暴露于来自所述第二辐射波瓣的辐射或者来自所述第一辐射波瓣的辐射，并且与所述第一阵列和所述第二阵列非等距的收听位置暴露于来自一个阵列的所述第一辐射波瓣的辐射和来自另一个阵列的所述第二辐射波瓣的辐射两者；使得所述收听区中的全部位置都以相等的到达时间接收到来自所述第一阵列和所述第二阵列的声音辐射。
2.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述第一扬声器阵列位于相对于所述收听区的左前部位置，并且所述第二扬声器阵列位于相对于所述收听区的右前部位置。
3.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述第一扬声器阵列位于相对于所述收听区的左下部位置，并且所述第二扬声器阵列位于相对于所述收听区的左上部位置。
4.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述第一扬声器阵列位于相对于所述收听区的右下部位置，并且所述第二扬声器阵列位于相对于所述收听区的右上部位置。
5.根据上述任意一项权利要求所述的扩音器系统，其中，所述再现的多通道声音包括经由涉及头部的传递函数(HRTF)滤波器而再现的声音。
6.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述第一扬声器阵列包括用于辐射所述第一声音的进一步延迟版本的第三辐射波瓣，并且所述第二扬声器阵列包括用于辐射所述第二声音的进一步延迟版本的第三辐射波瓣。
7.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述第一声音分离构件和所述第二声音分离构件包括至少一个声音反射构件。
8.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述第一声音分离构件和所述第二声音分离构件包括突出到所述收听区中的挡板。
9.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，所述第一声音分离构件和所述第二声音分离构件包括用于成型与每个扬声器阵列相关联的外壳的装置。
10.根据权利要求1所述的扩音器系统，所述扩音器系统包括用于调整与每个辐射波瓣相关联的声压级的装置。
11.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，每个扬声器阵列都包括至少两个扬声器面板，其中一个扬声器面板提供第一声音辐射波瓣，另一个扬声器面板提供第二声音辐射波瓣。
12.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，每个扬声器阵列都包括三个扬声器面板，其中每个阵列的最内部扬声器面板提供第一声音辐射波瓣，每个阵列的最外部的两个扬声器面板组合地提供第二声音辐射波瓣。
13.根据权利要求11或12所述的扩音器系统，其中，每个阵列的所述扬声器面板都包括在中到高频范围的相对窄的辐射或者极坐标图案。
14.根据权利要求11或12所述的扩音器系统，其中，每个阵列的最内部扬声器面板都包括静电扬声器面板。
15.根据权利要求11或12所述的扩音器系统，其中，每个阵列的所有扬声器面板都包括静电扬声器面板。
16.根据权利要求1所述的扩音器系统，其中，针对非等距收听位置，延时Td由算式Td＝(Dn–Df)/v获得，其中，Dn是从非等距收听位置到较近的扬声器阵列之间的距离，Df是从非等距收听位置到较远的扬声器阵列之间的距离，而v是声速。
17.根据权利要求1所述的扩音器系统，所述扩音器系统包括两个另外的扬声器阵列，每个另外的阵列都具有离散的第一声音辐射波瓣和第二声音辐射波瓣，其中一个所述另外的扬声器阵列可位于所述收听区的右后部位置，另一个所述另外的扬声器阵列可位于所述收听区的左后部位置，其中，与每个另外的扬声器阵列的第一声音辐射波瓣相关联的辐射或者极坐标图案被分离，并且其中，所述另外的扬声器阵列可位于所述收听区的后部从而它们的声音辐射波瓣指向所述收听区，并且分离后的辐射或者极坐标图案经过必要的修正与前部扬声器阵列类似地工作。
18.一种用于房间中的收听区的扩音器系统，所述收听区在平面示图中包括抽象的前端部和后端部以及抽象的右侧边和左侧边，所述扩音器系统包括：
第一扬声器阵列和第二扬声器阵列，每个扬声器阵列都包括离散的至少第一声音辐射波瓣和第二声音辐射波瓣；
其中，第一扬声器阵列可位于所述房间的左前部位置，因而来自所述扬声器阵列的垂直于所述前端部或者后端部的线总体上限定了所述收听区的所述抽象的左侧边，使得第一扬声器阵列的第一声音辐射波瓣指向在所述收听区的所述前端部与所述后端部之间的中途、总体上在所述收听区的所述右侧边的区域内的位置，并且使得第二声音辐射波瓣指向在所述收听区的所述前端部与所述后端部之间的中途、从所述左侧边起在所述右侧边与所述左侧边之间的距离的总体上约四分之一处的区域内的位置；
其中，第二扬声器阵列可位于所述房间的右前部位置，因而来自所述扬声器阵列的垂直于所述前端部或者后端部的线总体上限定了所述收听区的所述抽象的右侧边，使得第二扬声器阵列的第一声音辐射波瓣指向在所述收听区的所述前端部与所述后端部之间的中途、总体上在所述收听区的所述左侧边的区域内的位置，并且使得第二扬声器阵列的第二声音辐射波瓣指向在所述收听区的所述前端部与所述后端部之间的中途、从所述右侧边起在所述右侧边与所述左侧边之间的距离的总体上约四分之一处的区域内的位置；
其中，与第一扬声器阵列的第一声音辐射波瓣相关联的辐射或者极坐标图案被分离，使得它在所述收听区中的在从第一扬声器阵列经过所述收听区的所述前端部与所述后端部之间的中途、从所述右侧边起在所述右侧边与所述左侧边之间的距离的总体上约四分之三的位置的线与所述收听区的所述右侧边之间限定的区域中以较低的声压级被接收，并且其中，与第二扬声器阵列的第一声音辐射波瓣相关联的辐射或者极坐标图案被分离，使得它在所述收听区中的在从第二扬声器阵列经过所述收听区的所述前端部与所述后端部之间的中途、从所述左侧边起在所述左侧边与所述右侧边之间的距离的总体上约四分之三的位置的线与所述收听区的所述左侧边之间限定的区域中以较低的声压级被接收。
19.根据权利要求18所述的扩音器系统，其中，每个扬声器阵列都包括用于分离与第一声音辐射波瓣相关联的辐射或者极坐标图案的装置。
20.根据权利要求18或19所述的扩音器系统，其中，每个扬声器阵列都与放大器和延时电路相关联，
其中，所述放大器是可调的以提供增益使得从第一扬声器阵列到达位于所述收听区中的任意位置的听众的声音的声压级等于从第二扬声器阵列到达同一听众的声音的声压级，并且
其中，与每个阵列相关联的所述延时电路是可调的以提供相对于沿着阵列的至少一个辐射波瓣传输的声音延时了的沿着该阵列的至少另一个辐射波瓣传输的声音，使得从第一扬声器阵列和第二扬声器阵列指向位于所述收听区中的所述任意位置的听众的重合声音将在相等的到达时间到达所述听众。
21.根据权利要求20所述的扩音器系统，其中，每个阵列的第二辐射波瓣都与信号延迟电路相关联以在声音传送上相对于每个阵列的第一辐射波瓣提供延迟。
22.根据权利要求19所述的扩音器系统，其中，用于分离辐射或者极坐标图案的所述装置包括至少一个声音分离或反射构件。
23.根据权利要求22所述的扩音器系统，其中，所述声音分离或反射构件包括突出到所述收听区中的挡板。
24.根据权利要求19所述的扩音器系统，其中，用于分离辐射或者极坐标图案的所述装置包括用于成型与每个扬声器阵列相关联的外壳的装置。
25.根据权利要求18所述的扩音器系统，所述扩音器系统包括用于调整与每个辐射波瓣相关联的声压级的装置。
26.根据权利要求18所述的扩音器系统，其中，每个扬声器阵列都包括至少两个扬声器面板，其中一个扬声器面板提供第一声音辐射波瓣，另一个扬声器面板提供第二声音辐射波瓣。
27.根据权利要求18所述的扩音器系统，其中，每个扬声器阵列都包括三个扬声器面板，其中每个阵列的最内部扬声器面板提供第一声音辐射波瓣，每个阵列的最外部的两个扬声器面板组合地提供第二声音辐射波瓣。
28.根据权利要求26或27所述的扩音器系统，其中，每个阵列的所述扬声器面板都包括在中到高频范围的相对窄的辐射或者极坐标图案。
29.根据权利要求26或27所述的扩音器系统，其中，每个阵列的最内部扬声器面板都包括静电扬声器面板。
30.根据权利要求26所述的扩音器系统，其中，每个阵列的所有扬声器面板都包括静电扬声器面板。
31.根据权利要求20所述的扩音器系统，其中，针对非等距收听位置的延时Td由算式Td＝(Dn–Df)/v获得，其中，Dn是从非等距收听位置到较近的扬声器阵列之间的距离，Df是从非等距收听位置到较远的扬声器阵列之间的距离，而v是声速。
32.根据权利要求18所述的扩音器系统，所述扩音器系统包括两个另外的扬声器阵列，每个另外的阵列都具有离散的第一声音辐射波瓣和第二声音辐射波瓣，其中一个所述另外的扬声器阵列可位于所述收听区的右后部位置，另一个所述另外的扬声器阵列可位于所述收听区的左后部位置，其中，与每个另外的扬声器阵列的第一声音辐射波瓣相关联的辐射或者极坐标图案被分离，并且其中，所述另外的扬声器阵列可位于所述收听区的后部从而它们的声音辐射波瓣指向所述收听区，并且分离后的辐射或者极坐标图案经过必要的修正与前部扬声器阵列类似地工作。
33.一种用于权利要求1所述的扩音器系统的扩音器阵列，所述扩音器阵列包括并排布置的两个扬声器面板，使得一个扬声器面板提供第一声音辐射波瓣，另一个扬声器面板提供第二声音辐射波瓣。
34.根据权利要求33所述的扩音器阵列，所述扩音器阵列包括并排布置的三个扬声器面板，其中，每个阵列的最内部的扬声器面板提供第一声音辐射波瓣，每个阵列的最外部的两个扬声器面板组合地提供第二声音辐射波瓣。
35.根据权利要求33所述的扩音器阵列，其中，所述第一声音分离构件和所述第二声音分离构件包括不透声构件。
36.根据权利要求35所述的扩音器阵列，其中，所述不透声构件包括从阵列突出到所述收听区的声音分离挡板。
37.根据权利要求33所述的扩音器阵列，其中，通过成型与每个扬声器面板相关联的外壳来分离与第一声音辐射波瓣相关联的辐射或者极坐标图案。
38.根据权利要求33所述的扩音器阵列，其中，每个扬声器面板都包括在中到高频的相对窄的辐射或者极坐标图案。
39.根据权利要求33所述的扩音器阵列，其中，每个阵列的最内部的扬声器面板都包括静电扬声器面板。
40.根据权利要求33所述的扩音器阵列，其中，所述阵列的所有扬声器面板都包括静电扬声器面板。
41.根据权利要求33所述的扩音器阵列，所述扩音器阵列包括：与所述阵列的扬声器面板相关联的放大器；和用于与第二声音辐射波瓣相关联的扬声器面板的信号延迟电路，以在与该辐射波瓣相关联的声音传输时提供延迟。
42.一种用于在收听区中以改进的声像来再现多通道声音的扩音器系统，所述扩音器系统包括：
左扬声器集群，其位于相对于所述收听区的左前部位置，所述左扬声器集群包括位于相对于所述收听区的左下部位置的第一扬声器阵列和位于相对于所述收听区的左上部位置的第二扬声器阵列；
右扬声器集群，其位于相对于所述收听区的右前部位置，所述右扬声器集群包括位于相对于所述收听区的右下部位置的第三扬声器阵列和位于相对于所述收听区的右上部位置的第四扬声器阵列；
每个左扬声器阵列都包括用于辐射所述多通道声音的第一声音的第一辐射波瓣和用于辐射所述第一声音的延迟版本的至少第二辐射波瓣；
每个右扬声器阵列都包括用于辐射所述多通道声音的第二声音的第一辐射波瓣和用于辐射所述第二声音的延迟版本的至少第二辐射波瓣；
其中，每个扬声器阵列都包括相应的声音分离构件，该声音分离构件突出到所述收听区中，用于使每个第一辐射波瓣与每个第二辐射波瓣分离，并且
其中，所述第一辐射波瓣和所述第二辐射波瓣以及各自的所述声音分离构件被布置为互相配合，使得与所述左集群和所述右集群等距的收听位置暴露于来自与所述左集群或者所述右集群相关联的延迟的辐射波瓣或者非延迟的辐射波瓣的声音辐射，与所述左集群和所述右集群非等距的收听位置暴露于来自与所述左集群或者右集群相关联的延迟的辐射波瓣和非延迟的辐射波瓣两者的声音辐射，与下扬声器阵列和上扬声器阵列等距的收听位置暴露于来自与所述上阵列或者下阵列相关联的延迟的辐射波瓣或者非延迟的辐射波瓣的声音辐射，与所述下扬声器阵列和所述上扬声器阵列非等距的收听位置暴露于来自与所述上阵列和所述下阵列相关联的延迟的辐射波瓣和非延迟的辐射波瓣两者的声音辐射，使得所述收听区中的全部位置都在相同的到达时间接收到来自所述阵列的声音辐射。
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