CN103109545B - 音频系统及用于操作音频系统的方法 - Google Patents

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Abstract

一种将定向阵列用于辐射中频声能并使用无源定向设备来辐射高频的三路音频系统。该系统包括左声道、右声道以及中央声道。分隔网络将左声道和右声道分离成低频含量、中段频率含量以及高频含量。全向声学设备辐射对应于组合左声道、右声道和中央声道的低频含量的声能。第一定向阵列，包括信号处理电路和不止一个声学驱动器，用于辐射对应于左声道和右声道信号中的一个的中段含量的声能，使得与沿其他方向相比横向地辐射更多对应于左声道信号和右声道信号中的一个的中段含量的声能。第一无源定向设备，用于辐射对应于左声道和右声道信号中的一个的高频含量的声能，使得与沿其他方向相比横向地辐射更多左声道信号和右声道信号中的一个的高频含量的声能。

Description

音频系统及用于操作音频系统的方法
技术领域
本说明书描述采用定向音频设备的用于电视机的音频系统。
背景技术
发明内容
在一方面，音频系统至少包括左声道、右声道以及中央声道。该音频系统包括分隔网络，用于将左声道、右声道以及中央声道分离成低频含量、中段频率分量以及高频分量；全向声学设备，其用于辐射对应于组合左声道、右声道和中央声道的低频含量的声能；第一定向阵列，其包括信号处理电路和不止一个声学驱动器，用于辐射对应于左声道和右声道信号中的一个的中段含量的声能，使得与沿其他方向相比横向地辐射更多对应于左声道信号和右声道信号中的一个的中段含量的声能；以及第一无源定向设备，用于辐射对应于左声道和右声道信号中的一个的高频含量的声能，使得与沿其他方向相比横向地辐射更多对应于左声道信号和右声道信号中的一个的高频含量的声能。该音频系统可以包括用于辐射声能的第二定向阵列，包括信号处理电路和不止一个声学驱动器，该声学驱动器用于辐射对应于左声道和右声道中的另一个的中段含量的声能，使得与沿其他方向相比横向地辐射更多对应于左声道和右声道信号中的另一个的高频含量的声能；以及第二无源定向设备，用于辐射对应于左声道和右声道中的另一个的中段含量的声能，使得与沿其他方向相比横向地辐射更多对应于左声道和右声道中的另一个的高频含量的声能。可以将第一定向阵列、第二定向阵列、第一无源定向设备和第二无源定向设备安装在公共外壳中。该公共外壳可以是电 视机机箱。第一定向阵列和第二定向阵列可以包括至少一个公共驱动器。所述音频系统还可以包括用于辐射声能的第三定向阵列，包括信号处理电路和不止一个声学驱动器，该声学驱动器用于辐射对应于中央声道的中段含量的声能，使得沿着与第一定向阵列的更大辐射的方向和第二定向阵列的更大辐射的方向基本上正交的方向辐射更多对应于中央声道信号的声能。所述音频系统还可以包括用于辐射中央声道的高频含量的非定向高频声学设备。可以在电视机屏的垂直相对侧将非定向高频设备和第三定向阵列定位于电视机中。第一定向阵列、第二定向阵列和第三定向阵列中的至少两个可以共同地包括至少一个声学驱动器。与第一定向阵列的更大辐射的方向和第二定向阵列的更大辐射的方向基本上正交的方向是基本上向上的。与第一定向阵列的更大辐射的方向和第二定向阵列的更大辐射的方向基本上正交的方向可以基本上朝向预定收听区域。全向设备可以包括波导。可以将该波导安装在电视机机箱中。第一定向阵列、第二定向阵列和第三定向阵列中的至少两个可以共同地包括不止一个声学驱动器。第一定向阵列、第二定向阵列以及第三定向阵列可以共同地包括不止一个声学驱动器。可以将音频系统安装在电视机机箱中。全向声学设备、第一定向阵列、第二定向阵列、第三定向阵列、第一无源定向设备以及第二无源定向设备每个具有出口，声能通过该出口被辐射到环境，并且出口中没有一个在电视机机箱的正面中。第一无源定向设备可以包括开槽管道型无源定向声学设备，其包括被声学地耦合到管道以向管道中辐射声能的声学驱动器。管道可以包括沿着管道的长度的至少一部分的细长开口；以及在该开口中的声阻材料，气压波通过该声阻材料被辐射到环境。用体积速度来表征气压波。可以将管道、开口以及声阻材料配置成使得体积速度沿着管道的长度是基本上恒定的。
在另一方面，一种用于操作至少包括左声道、右声道以及中央声道的音频系统的方法，包括全向地辐射对应于组合左声道、右声道以及中央声道的低频含量的声能；从包括信号处理电路和不止一 个声学驱动器的第一定向阵列定向地辐射对应于左声道的中段含量的声能，使得与沿其他方向相比向左辐射更多对应于左声道信号的声能；从包括信号处理电路和不止一个声学驱动器的第二定向阵列定向地辐射对应于右声道的中段含量的声能，使得与沿其他方向相比向右辐射更多对应于右声道信号的声能；从包括信号处理电路和不止一个声学驱动器的第三定向阵列定向地辐射对应于中央声道的中段含量的声能，使得沿着与第一定向阵列的更大辐射的方向和第二定向阵列的更大辐射的方向基本上正交的方向辐射更多对应于中央声道信号的声能；从第一无源定向设备定向地辐射对应于左声道的高频含量的声能，使得与其他方向相比向左辐射更多声能；以及从第二无源定向设备定向地辐射对应于右声道的高频含量的声能，使得与其他方向相比向右辐射更多声能。该方法还可以包括非定向地辐射中央声道的高频含量。非定向地辐射中央声道的高频含量可以包括从电视机屏的与中央声道的中段含量的定向辐射垂直相对的一侧辐射。全向地辐射对应于组合左声道、右声道和中央声道的低频含量的声能可以包括从波导辐射。全向地辐射可以包括从安装在电视机机箱中的波导辐射。沿着与第一定向阵列的更大辐射的方向和第二定向阵列的更大辐射的方向基本上正交的方向定向地辐射可以包括基本上向上地辐射。沿着与第一定向阵列的更大辐射的方向和第二定向阵列的更大辐射的方向基本上正交的方向定向地辐射可以包括基本上朝着预定收听区域辐射。从第一定向阵列定向地辐射、从第二定向阵列定向地辐射、从第三定向阵列定向地辐射、从第一无源定向设备定向地辐射和从第二无源定向设备定向地辐射可以包括从电视机机箱辐射。从第一定向阵列定向地辐射、从第二定向阵列定向地辐射、从第三定向阵列定向地辐射、从第一无源定向设备定向地辐射和从第二无源定向设备定向地辐射可以包括从电视机机箱的侧面、底部或顶部中的一个辐射。
在另一方面，一种用于电视机的音频系统可以包括电视机机箱；开槽管道型无源定向声学设备，其包括声学驱动器，被声学地耦合 到管道以向管道中辐射声能。管道可以包括沿着管道的长度的至少一部分的细长开口；以及在该开口中的声阻材料，气压波通过该声阻材料被辐射到环境。可以用体积速度来表征气压波。可以将管道、开口以及声阻材料配置成使得体积速度沿着管道的长度是基本上恒定的。可以将无源定向声学设备安装在电视机机箱中以定向地从电视机机箱横向地辐射声波。管道可以是弯曲的或卷曲的中的至少一个。所述开口可以是沿着其长度弯曲或卷曲的中的至少一个。该开口可以在弯曲或卷曲的面中。电视机机箱可以向后逐渐缩减，并且可以安装无源定向声学设备，使得开槽管道型无源定向声学设备的卷曲或弯曲壁基本上平行于电视机机箱的背面和侧面壁。该开口可以包括两段，在管道的顶面中的第一段和在管道的侧面中的第二段。用于电视机的音频系统，其中，该声学设备可以用于横向地从电视机辐射左声道或右声道的高频含量。无源定向声学设备可以用于辐射在2kHz以上的左声道或右声道含量。音频系统还可以包括用于横向地从电视机辐射左声道或右声道的中段频率含量的定向阵列。所述音频系统还可以包括用于辐射左声道或右声道；左声道或右声道中的另一个；以及中央声道的低音频率含量的波导结构。管道的横截面面积可以沿着管道的长度减小。
当结合以下图来阅读时，根据以下详细描述，其他特征、对象以及优点将变得显而易见，在所述附图中：
附图说明
图1A、1C和1E是安装在电视机中的音频模块的顶视图；
图1B和1D是安装在电视机中的音频模块的前视图；
图2是音频模块的前视图，示出了中央声道扬声器的位置；
图3A是音频系统的方框图；
图3B是示出了图3A的音频系统的某些元件的替换配置的方框图；
图4A是音频系统的低频设备的视图；
图4B是音频系统的实际实现的等角图；
图5是音频模块的视图；
图6A-6D是被用作定向阵列的音频模块的元件的视图；
图7A和7B是无源定向声学设备的视图；
图7C是图7A和7B的无源定向设备的实际实现的等角视图；以及
图8是安装在电视机中的无源定向音频设备的视图。
具体实施方式
虽然可以在方框图中示出附图的多个视图的元件并描述为分立元件，并且可以称为“电路”，但除非另外说明，可以将元件实现为模拟电路、数字电路或执行软件指令的一个或多个微处理器中的一个或组合。该软件指令可以包括数字信号处理(DSP)指令。可以由模拟电路或由执行软件的微处理器来执行操作，所述软件执行等价于模拟操作的数学或逻辑操作。除非另外说明，可以将信号线实现为离散模拟或数字信号线、作为具有适当信号处理以处理音频信号的单独流的单个离散数字信号线或者作为无线通信系统的元件。可以用方框图来描述过程中的某些。可以用一个元件或多个元件来执行在每个方框中执行的活动，并且其可以在时间上分离。执行方框的活动的元件可以是在物理上分离的。一个元件可以执行不止一个方框的活动。除非另外指明，可以以数字或模拟形式对音频信号或视频信号或两者进行编码和传输；在图中可能未示出常规模数或数模转换器。为了措辞简单起见，将“辐射对应于声道x中音频信号的声能”称为“辐射声道x”。本文所使用的“定向阵列”指的是如下的阵列，其使用如下的组合：信号处理、几何结构、放置以及不止一个声学驱动器的配置来促使辐射沿某些方向比沿其他方向更大。定向阵列包括诸如在美国专利5,870,484和美国专利5,809,153中描述的干涉阵列。在本文中所使用的“无源定向设备”指的是不使用任何信号处理、而是仅使用机械或物理装置或设备来 促使相对于辐射元件的直径而言很大(例如2x)的波长的辐射沿某些方向比沿其他方向更大的设备。无源定向设备可以包括下面在图7A-7C中示出并在本说明书的相应部分中描述的声透镜、喇叭、偶极子辐射器或开槽管道型定向设备。
图1A示出了音频模块10的视图。可以使音频模块10与电视机12相关联或构建到电视机12中。音频模块辐射对应于至少包括左声道、右声道以及中央声道的音频系统的某些频率范围的声信号。
左声道中段(LM)频率声音是由定向阵列辐射的，使得如所指示的，与其他方向相比，横向地向相对于收听区域为左的那个方向辐射更多声能。右声道中段(LM)频率声音是由定向阵列辐射的，使得如所指示的，与其他方向相比，横向地向相对于收听区域为右的那个方向辐射更多声能。
左声道高(LH)频率声音是由无源定向设备辐射的，使得如所指示的，与其他方向相比，横向地向左辐射更多声能。右声道高(LH)频率声音是由无源定向设备辐射的，使得如所指示的，与其他方向相比，横向地向右辐射更多声能。
定向地横向地辐射左和右声道促使收听者所经历的辐射更多地是间接辐射而不是直接辐射或朝向收听区域的左和右声道的辐射。促使更多的辐射是间接辐射导致更宽阔的声像，并且允许收听区域中的横向中间部分中的从设备的左和右声道辐射。
图1B-1E示出了中央声道的辐射模式的不同实施方式。
在图1B和1C中，由定向阵列辐射中央声道中段(CM)频率声音，使得与沿其他方向辐射的相比，沿着与左和右声道中段频率声音的最大辐射的方向基本上正交的方向辐射更多能量。由无源定向设备定向地辐射中央声道高(CH)频率声音，使得与沿其他方向辐射的相比，沿着与左和右声道中段频率声音的最大辐射的方向基本上正交的方向辐射更多能量。在图1B中，中央声道中段频率声音和高频声音的最大辐射方向是相对于收听区域而言向上的方向。在图1C中，中央声道中段频率声音和高频声音的最大辐射方向朝向收听 区域的方向。在其他实施方式中，中央声道中段频率和高频的最大辐射的方向可以是基本上向下的。中央声道中段频率声音的最大辐射方向和中央声道高频声音的最大辐射声道不需要是同一方向；例如，可以基本上向上辐射中央声道中段频率声音，并且可以基本上朝着收听区域辐射中央声道高频声音。可以将下面将描述的低频设备安装在电视机机箱46中。
在图1D和1E中，由定向阵列辐射中央声道中段频率声音，使得与沿其他方向辐射的相比，沿着与左和右声道中段频率声音的最大辐射的方向基本上正交的方向辐射更多能量。中央声道高频声音是基本上全向地辐射的。在图1D中，中央声道中段频率的最大辐射方向相对于收听区域向上。在图1E中，中央声道中段频率声音的最大辐射方向是朝向收听区域。
当在电视机中实现时，中央声道高频声学设备可以垂直地在电视机屏的与中央声道定向阵列相对的一侧以促使声像在电视机屏上垂直地居于中央。例如，如图2中所示，如果中央声道定向阵列44在电视机屏52上面，则可以将中央声道高频声学设备45定位于电视机屏下面。
图3A是示出图1A-1E的音频模块10的某些信号处理元件的方框图。图3A的信号处理元件是三路分隔系统，其将输入声道分离成三个频带(在下文中称为低音频带、中段频带以及高频带)的部件，其中没有一个基本上被任何其他频带涵盖。图3A的信号处理元件不同地处理和辐射三个频带。
左声道信号L、右声道信号R和中央声道信号C在信号加法器29处被组合且被低通滤波器24低通滤波以提供组合的低频信号。组合低频信号是由低频辐射设备26辐射的，低频辐射设备26诸如低音扬声器或另一声学设备，其包括诸如端口、波导或无源辐射器的低频增强元件。替换地，左声道信号、右声道信号和中央声道信号可以被低通滤波，然后在被低频辐射设备辐射之前被组合，如图3B中所示。
在图3A中，左声道信号被带通滤波器28带通滤波并被左声道阵列30定向地辐射。左声道信号被高通滤波器32高通滤波，并且被无源定向设备34定向地辐射(如从元件34延伸的箭头所指示的)。
右声道信号被带通滤波器28带通滤波，并且被右声道阵列38定向地辐射，如图1A-1E中所示。右声道信号被高通滤波器32高通滤波，并且被无源定向设备42定向地辐射。 
中央声道信号被带通滤波器28带通滤波且被中央声道阵列44定向地辐射，如图1B-1E中所示。中央声道信号被高通滤波器32高通滤波，并且被高频声学设备45(如上所述，其可以是定向或全向的，如从元件45延伸的点线箭头所指示的)定向地辐射。
在一个实施方式中，低通滤波器24的截止频率是250Hz，用于带通滤波器28的通带是250Hz至2.5kHz，并且用于高通滤波器32的截止频率是2kHz。
在一个实施方式中，图3A的低频设备26包括如被整体地通过引用结合到本文中的美国公开专利申请2009-0214066 A1中所述的波导结构。在图4A中图解地示出了波导结构。在图4B中示出了图4A的低频设备的实际实现。图4B中的参考标号对应于图4A的相同标号的元件。低频设备可以包括由安装在波导的闭端411附近的六个2.25英寸声学驱动器410A-410D驱动的波导412。存在沿着波导在位置434A和434B处被声学地耦合到波导的声学体积422A和422B。波导的横截面面积在开端418处增加。图4B的实施方式具有相对于其他两个维度而言很小的一个维度，并且能够被方便地装入平板大屏幕电视机机箱中，诸如电视机12的机箱46。
在图3A中图解地将定向阵列30、38和44示为具有两个声学驱动器。在实际实施方式中，其可以具有不止两个声学驱动器且可以共享公共声学驱动器。在一个实施方式中，左定向阵列30、右定向阵列38和中央定向阵列44被实现为多元件定向阵列，诸如在整体地通过引用结合到本文中的Berardi等人在2010年3月3日提交的美国专利申请12/716,309中所述的。
图5示出了适合于左声道阵列30、图3A的右声道阵列38和中央声道阵列44(全部在图3A中示出)的声学模块。音频模块212包括多个(在本实施例中七个)声学驱动器218-1-218-7。声学驱动器中的一个218-4位于模块的横向中央附近，在音频模块的顶部附近。三个声学驱动器218-1-218-3位于音频模块的左末端220附近并紧密地且不均匀地间隔开，使得l1≠l2，l2≠l3，l1≠l3。另外，可以布置间距，使得l1＜l2＜l3。同样地，距离l6≠l5，l5≠l4，l6≠l 4。另外，可以布置间距，使得l6＜l5＜l4。在一个实施方式中，l1＝l6＝55mm，l2＝l5＝110mm，并且l3＝l4＝255mm。图3A的左声道阵列30、右声道阵列38和中央声道阵列44每个包括七个声学驱动器318-1-218-7的子集。
图1A-1E的中段频带的定向辐射模式是通过由声学驱动器218-1-21807的子集组成的干扰型定向阵列实现的。在美国专利5,870,484和美国专利5,809,153中讨论了干扰型定向阵列。在各个声学驱动器基本上全向地辐射的频率下(例如具有超过声学驱动器的辐射表面的直径两倍的相应波长的频率)，来自每个声学驱动器的辐射破坏性地或非破坏性地与来自每个其他声学驱动器的辐射相干扰。破坏性和非破坏性干扰的组合效果是沿某些方向的辐射相对于沿任何方向的最大辐射而言明显较少，例如-14dB。可以将辐射明显小于沿任何方向的最大辐射的方向称为“零方向”。促使收听者所经历的更多辐射是间接辐射是通过促使音频模块与收听者之间的方向是零方向且因此更多辐射相对于收听者被横向地定向而实现的。
图6A示出了音频模块212的视图，示出了音频模块的定向阵列的配置。音频模块用来辐射多声道音频信号源222的声道。通常，供与电视机一起使用的多声道音频信号源至少具有左(L)、右(R)和中央(C)声道。在图6A中，左声道阵列30包括声学驱动器218-1、218-2、218-3、218-4和218-5。声学驱动器218-1-218-5分别被信号处理电路224-1-224-5耦合到左声道信号源238，信号处理电路224-1-224-5分别施加传递函数所表示的信号处理H1L(z)-H5L(z)。 传递函数H1L(z)-H5L(z)对左声道音频信号的影响可以包括相移、时间延迟、极性倒转等中的一个或多个。传递函数H1L(z)-H5L(z)通常被实现为数字滤波器，但可以用等价模拟器件来实现。
在操作中，经传递函数H1L(z)-H5L(z)修改的左声道信号L被声学驱动器218-1-218-5变换成声能。来自声学驱动器的辐射破坏性地和非破坏性地相干扰以导致期望的定向辐射模式。为了实现宽阔的立体像，左阵列232将辐射横向地朝着房间的左边界定向，如箭头213所指示的，并取消朝向收听者的辐射。例如，在Boone等人在J.Audio Eng.Soc.，Vol 57中的Design of a Highly Directional Endfire Loudspeaker Array中描述了使用数字滤波器来应用传递函数以创建定向干扰阵列。van der Wal等人在1996年6月的J.Audio Eng.Soc.，Vol.44，No.6中的Design of Logarithmically Spaced Constant Directivity-Directivity Transducer Arrays中还相对于麦克风，Ward等人在1995年2月的J.Acoust.Soc.Am.97(2)中的Theory and design of broadband sensor arrays with frequency invariant far-field beam patterns中，还相对于扬声器讨论了该概念。在数学上，可以一般地将定向麦克风阵列概念应用于扬声器。
同样地，在图6B中，右声道阵列38包括声学驱动器218-3、218-4、218-5、218-6和218-7。声学驱动器218-3-218-7分别被耦合到右声道信号源240和信号处理电路224-3-224-7，信号处理电路224-3-224-7分别施加传递函数H3R(z)-H7R(z)所表示的信号处理。传递函数H3R(z)-H7R(z)的效果可以包括相移、时间延迟、极性倒转等中的一个或多个。传递函数H3R(z)-H7R(z)通常被实现为数字滤波器，但是可以用等价模拟器件来实现。
在操作中，经传递函数H3R(z)-H7R(z)修改的右声道信号R被声学驱动器218-3-218-7变换成声能。来自声学驱动器的辐射破坏性地和非破坏性地相干扰以导致期望的定向辐射模式。为了实现宽阔的立体像，右声道234将辐射横向地朝着房间的右边界定向，如箭头215所指示的，并且取消朝向收听者的辐射。
在图6C中，中央声道阵列44包括声学驱动器218-2、218-3、218-4、218-5和218-6。声学驱动器218-2-218-6分别被信号处理电路224-2-224-6耦合到中央声道信号源242，信号处理电路224-2-224-6分别施加传递函数H2C(z)-H6C(z)所表示的信号处理。传递函数H2C(z)-H6C(z)的效果可以包括相移、时间延迟、极性倒转等中的一个或多个。传递函数H2C(z)-H6C(z)通常被实现为数字滤波器，但是可以用等价模拟器件来实现。
在操作中，经传递函数H2C(z)-H6C(z)修改的中央声道信号C被声学驱动器218-2-218-6变换成声能。来自声学驱动器的辐射破坏性地和非破坏性地相干扰以导致期望的定向辐射模式。
在图6D中示出了用于中央声道阵列44的替换配置，其中，中央声道阵列44包括声学驱动器218-1、218-3、218-4、218-5和218-7。声学驱动器218-1、218-3、218-5和218-7分别被信号处理电路224-1、224-3、224-5和224-7耦合到中央声道信号源242，信号处理电路224-1、224-3、224-5和224-7分别施加传递函数H1C(z)、H3C(z)-H5C(z)和H7C(c)所表示的信号处理。传递函数H1C(z)、H3C(z)-H5C(z)和H7C(z)的效果可以包括相移、时间延迟、极性倒转等中的一个或多个。传递函数H1C(z)、H3C(z)-H5C(z)和H7C(z)通常被实现为数字滤波器，但是可以用等价模拟器件来实现。
在操作中，经传递函数H1C(z)、H3C(z)-H5C(z)和H7C(z)修改的中央声道信号C被声学驱动器218-1、218-3-218-5和218-7变换成声能。来自声学驱动器的辐射破坏性地和非破坏性地相干扰以导致期望的定向辐射模式。
图6C和6D的中央声道阵列44可以将辐射向上定向，如箭头217中所示，并且在某些实施方式中，略微向后，并取消朝向收听者的辐射，或者在其他实施方式中，可以将辐射朝着收听区域定向。
其他类型的定向阵列适合于用作定向阵列30、38和44。例如，每个阵列可以具有少到两个声学驱动器，而没有任何声学驱动器被阵列共享。
在一个实施方式中，如图7A和7B中图解所示地实现图3A的左无源定向设备34和右无源定向设备42，实际示例(没有声学驱动器)在图7C中。图7A和7B的无源定向设备根据在整体地通过引用结合到本文中的美国公开专利申请2009-0274329 A1中所述的原理进行操作。
图7A-7C的无源定向设备310包括具有安装在一端中的声学驱动器314的矩形管道316。管道从一个末端开始逐渐缩减，其中，声学驱动器314被安装到另一端，使得另一端处的横截面面积基本上为零。基本上行进管道的长度的纵向狭槽318被声阻材料320覆盖，声阻材料320诸如未烧结不锈钢丝布，165×800平纹斜纹荷兰织物。管道、狭槽以及声阻材料的尺寸和特性被设置成使得体积速度沿着管道的长度是基本上恒定的。
在图7C的实际实施方式中，矩形管道的一个纵向段354以与第二段352的45度角弯曲。图7A的狭槽318被划分成两段，管道的第一段354的侧面356中的狭槽的一段318A和管道的第二段352中的顶面358中的狭槽的第二段318B。
图7B的开槽管道型定向扬声器的实施方式在某些情况下是特别有利的。图8示出了电视机机箱112中的卷曲或弯曲开槽管道型定向辐射器110。点线表示从顶部看的电视机机箱112的侧面和背面。由于装饰或其他原因，机箱的背面向内部逐渐缩减，使得机箱的背面比正面窄。开槽管道型定向辐射器位于机箱中，使得卷曲或弯曲大体上遵循机箱的逐渐缩减，或者换言之，使得开槽管道型定向辐射器的卷曲或倾斜壁与电视机机箱的背面和侧面基本上平行。定向辐射器可以通过机箱侧面中的开口辐射，其例如可以是百叶窗开口。定向扬声器的最强辐射方向大体上是侧向的且略微向前，如箭头62所指示的，这对于用作诸如图3A的设备32和42的无源定向设备而言是期望的。
其他类型的无源定向设备可以适合于无源定向设备32和42，例如喇叭、透镜等。
将无源定向设备用于高频是有利的，因为其在不要求定向阵列的情况下提供期望的方向性。设计在对应于高频的短波长下有效地工作的定向阵列是困难的。在具有接近于辐射元件直径的相应波长的频率下，辐射元件本身可能变成定向的。
在不脱离本发明概念的情况下，可以实现本文公开的特定设备和技术的许多使用和偏离。因此，应将本发明理解为涵盖本文公开的每个新型特征和特征的新型组合，并且仅仅受到所附权利要求的精神和范围的限制。

Claims (15)

1.一种音频系统，包括：
分隔网络，其用于将左声道、右声道和中央声道分离成低频含量、中段频率含量以及高频含量；
全向声学设备，其用于辐射对应于组合左声道、右声道和中央声道的低频含量的声能；
第一定向阵列，包括信号处理电路和不止一个声学驱动器，用于辐射对应于左声道信号和右声道信号中的一个的中段含量的声能，使得与沿其他方向相比横向地辐射更多对应于左声道信号和右声道信号中的一个的中段含量的声能；以及
第一无源定向设备，用于辐射对应于左声道信号和右声道信号中的一个的高频含量的声能，使得与沿其他方向相比横向地辐射更多左声道信号和右声道信号中的一个的高频含量的声能。
2.根据权利要求1所述的音频系统，还包括：
用于辐射声能的第二定向阵列，包括信号处理电路和不止一个声学驱动器，其用于辐射对应于左声道和右声道中的另一个的中段含量的声能，使得与沿其他方向相比横向地辐射更多对应于左声道信号和右声道信号中的另一个的高频含量的声能；以及
第二无源定向设备，用于辐射对应于左声道和右声道中的另一个的高频含量的声能，使得与沿其他方向相比横向地辐射更多对应于左声道信号和右声道信号中的另一个的高频含量的声能。
3.根据权利要求2所述的音频系统，其中所述第一定向阵列、第二定向阵列、第一无源定向设备和第二无源定向设备被安装在公共外壳中。
4.根据权利要求2所述的音频系统，其中所述第一定向阵列和所述第二定向阵列包括至少一个公共声学驱动器。
5.根据权利要求2所述的音频系统，还包括用于辐射声能的第三定向阵列，包括信号处理电路和不止一个声学驱动器，其用于辐射对应于中央声道的中段含量的声能，使得沿着与第一定向阵列的更大辐射的方向和第二定向阵列的更大辐射的方向基本上正交的方向辐射更多对应于中央声道信号的声能。
6.根据权利要求5所述的音频系统，还包括用于辐射中央声道的高频含量的非定向高频声学设备。
7.根据权利要求5所述的音频系统，其中所述第一定向阵列、第二定向阵列和第三定向阵列中的至少两个共同地包括至少一个声学驱动器。
8.根据权利要求1所述的音频系统，其中所述全向声学设备包括波导。
9.根据权利要求8所述的音频系统，其中所述波导被安装在电视机机箱中。
10.根据权利要求5所述的音频系统，其中所述第一定向阵列、第二定向阵列和第三定向阵列中的至少两个共同地包括不止一个声学驱动器。
11.根据权利要求5所述的音频系统，其中所述第一定向阵列、第二定向阵列和第三定向阵列共同地包括不止一个声学驱动器。
12.根据权利要求1所述的音频系统，安装在电视机机箱中。
13.根据权利要求5所述的音频系统，其中所述音频系统被安装在电视机机箱中，并且所述全向声学设备、第一定向阵列、第二定向阵列、第三定向阵列、第一无源定向设备以及第二无源定向设备的每个具有出口，声能通过所述出口被辐射到环境，其中没有一个出口在电视机机箱的正面中。
14.根据权利要求1所述的音频系统，其中所述第一无源定向设备包括：
开槽管道型无源定向声学设备，包括
声学驱动器，其被声学地耦合到管道以向管道中辐射声能，
所述管道包括
沿着管道长度的至少一部分的细长开口；以及
所述开口中的声阻材料，气压波通过所述声阻材料被辐射到环境，
气压波是用体积速度表征的，所述管道、所述开口以及所述声阻材料被配置成使得体积速度沿着管道的长度是基本上恒定的。
15.一种用于操作音频系统的方法，所述方法包括：
全向地辐射对应于组合左声道、右声道和中央声道的低频含量的声能；
从包括信号处理电路和不止一个声学驱动器的第一定向阵列定向地辐射对应于左声道的中段含量的声能，使得与沿其他方向相比向左辐射更多对应于左声道信号的声能；
从包括信号处理电路和不止一个声学驱动器的第二定向阵列定向地辐射对应于右声道的中段含量的声能，使得与沿其他方向相比向右辐射更多对应于右声道信号的声能；
从包括信号处理电路和不止一个声学驱动器的第三定向阵列定向地辐射对应于中央声道的中段含量的声能，使得沿着与第一定向阵列的更大辐射的方向和第二定向阵列的更大辐射的方向基本上正交的方向辐射更多对应于中央声道信号的声能；
从第一无源定向设备定向地辐射对应于左声道的高频含量的声能，使得与其他方向相比向左辐射更多声能；以及
从第二无源定向设备定向地辐射对应于右声道的高频含量的声能，使得与其他方向相比向右辐射更多的声能。
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