CN104247457B - 单箱中的多波瓣立体声扬声器 - Google Patents

单箱中的多波瓣立体声扬声器 Download PDF

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Abstract

一种单箱立体声扬声器，其中，在箱结构(CB)中布置至少第一和第二扬声器单元(LL、LR)，以便以相对于水平角交替的第一声波信号(L)的至少三个波瓣、第二声波信号(R)的至少三个波瓣发射声波。这在围绕扬声器的所有位置提供了环绕式的声音体验。

Description

单箱中的多波瓣立体声扬声器
技术领域
本发明涉及音频设备，更具体地，本发明提供一种用于再现立体声音频信号的单箱扬声器。
背景技术
紧凑的单箱立体声扬声器通常在扬声器的正前方提供非常受限的收听窗口，在该窗口可以欣赏到立体声音频信号的环绕式的声音体验。从其他方向收听这种扬声器将会提供一种如同收听单声源的声音体验。
发明内容
可以看出，本发明的目的是提供一种能够提供立体声音频信号再现的单箱扬声器，其在所有围绕扬声器的位置上提供了一种环绕式的声音体验，从而允许将扬声器放在房间中间。
本发明提供了一种扬声器，其被布置为用第一和第二信道接收输入信号，并且相应地产生各自的第一和第二声波信号，该扬声器包括至少第一和第二扬声器单元，它们被布置为根据第一和第二信道产生各自的第一和第二声波信号，其中，至少第一和第二扬声器单元被布置在箱结构中，以便以相对于水平角交替的第一声波信号的至少三个波瓣、第二声波信号的至少三个波瓣发射声波。
这种扬声器是有利的，因为它允许以水平角辐射模式用交替的左、右信道波瓣再现立体声音频信号，优选地覆盖360°的范围。因此，在围绕扬声器的几乎所有位置可以获得环绕式的声音体验。因此，当该扬声器被放入房间中时，其可以在整个房间内产生环绕式的立体声，即使扬声器本身的尺寸非常小并且没有通常所需的用于播放左、右立体声信道的扬声器单元的间隔。特别地，至少三个交替的左、右立体声信道呈角度地分配以水平地覆盖整个360°的范围，从而允许在围绕扬声器的任何位置感知到环绕式的声音。
如同将在下文提到的，可以仅用两个扬声器单元实现根据本发明的扬声器，其中，箱结构的反射部用来以一种模式在水平方向上从两个扬声器单元分配声波信号，从而提供至少三个交替的左、右波瓣。另选地，独立的扬声器单元可被用于产生单独的波瓣，例如，6个独立的扬声器单元的每一个在水平面上都具有狭窄的定向辐射模式，并且被布置在箱结构之内或之上，以便它们指向不同的水平方向。
由于音频信号中的大多数方向信息超过500Hz，因而意识到，涉及提供相对于水平角交替的第一声波信号的至少三个波瓣、第二声波信号的至少三个波瓣的最重要的频率处于1-10kHz的频率范围。因此，在一些实施例中，至少第一和第二扬声器单元和/或箱结构的部分被布置为至少对于高于下限频率的频率来说，例如高于1kHz，2kHz，3kHz，4kHz，或者5kHz，6kHz，7kHz，8kHz，9kHz，或者10kHz的下限频率的频率，产生相对于水平角交替的第一声波信号的至少三个波瓣、第二声波信号的至少三个波瓣。
在优选实施例中，该扬声器是由电池供电，并且被布置为按照无线形式，例如通过Wi-Fi网络接收输入信号，并且因此，扬声器适于放在房间中央，而无需任何连接电缆。进一步，在能够担当Wi-Fi接入点的实施例中，该扬声器可被用在Wi-Fi网络覆盖之外，例如，花园或者海滩上，在这些地方，用户可以将音乐从智能电话、平板或者膝上型计算机等下载到扬声器。
优选地，所述两组各自的第一和第二声波信号的至少三个波瓣相对于水平角被展开，使得覆盖宽的水平角窗口，最优选的是360°。在优选实施例中，扬声器被布置为以相对于水平角交替的第一声波信号的至少4个，例如5、6、7或8个波瓣、第二声波信号的至少4个，例如5、6、7或8个波瓣发射声波。
在一些实施例中，至少第一和第二扬声器单元和/或箱结构的部分被布置为使得第一声波信号的波瓣和第二声波信号的波瓣的每一个都具有水平方向模式，以便第一和第二声波信号的相邻波瓣不重叠。然而，可能重叠第一和第二声波信号的每个相邻波瓣的水平张角的10-30％。最优选地，超过某一频率，例如超过2-6kHz，波瓣基本上不重叠，例如重叠小于相邻波瓣的水平张角的10％。朝着越低的频率，在相邻波瓣之间可以提供逐渐变高的重叠，或者甚至可能优选地，例如，扬声器产生低于某一频率，例如，低于100-800Hz的纯单信号。
至少第一和第二扬声器单元和/或箱结构的部分被布置为至少对于高于下限频率的频率来说，例如高于1kHz、2kHz、3kHz、4kHz、或者5kHz、6kHz、7kHz、8kHz、9kHz、或者10kHz的下限频率，产生相对于水平角交替的第一声波信号的至少三个波瓣、第二声波信号的至少三个波瓣。特别地，扬声器可以包括一个或多个另外的扬声器单元，该另外的扬声器单元被布置为基于第一和第二信道中的至少一个接收电信号，其中，一个或多个另外的扬声器单元相对于箱结构布置，以用不同的水平方向模式产生高于下限频率的声波信号，例如，用在水平面上统一或者基本上统一的方向模式。
优选地，扬声器包括功率放大器，该功率放大器被布置为驱动至少第一和第二扬声器单元，因而允许有源独立的立体声扬声器。
优选地，扬声器包括位于该箱结构内的可充电电池，其中，该可充电电池被布置为向扬声器的所有电力需求电路供电。
优选地，该扬声器包括无线接收机，该无线接收机波布置为用第一和第二信道接收表示为射频信号的输入信号，其中，该无线接收机被布置在该箱结构内，例如，无线接收机被布置为用第一和第二信道从Wi-Fi网络接收输入信号。另选地或者另外，该扬声器可以包括用于接收输入信号的蓝牙接收器。
特别地，该扬声器可被布置用作Wi-Fi接入点，从而允许在没有Wi-Fi网络覆盖的环境中，例如室外，从便携式Wi-Fi装置下载音乐。
应当理解的是，本发明可以以多种方式来实现。在从属权利要求以及下文的描述中限定优选实施例。
附图说明
在下文中将参考附图更详细地描述本发明的实施例。附图示出了实现本发明的一种方式，但不应被解释为限制落入所附权利要求组的范围的其他可能存在的实施例。
图1示出了从单箱立体声扬声器实施例发出的两个立体声信道的水平声音辐射模式的图，
图2示出了如图1的同一水平声音辐射模式的图，但是在其中，该扬声器被靠近反射墙放置，
图3示出了两个偶极辐射扬声器单元和反射面的配置，以提供所希望的水平声音辐射模式的示例的图，
图4示出了图3的配置的更详细的图，
图5示出了被布置在同一垂直轴上的两个半球形高音扬声器和中间反射结构的配置的另一示例的侧截面图，
图6示出了图5的实施例的3D视图，
图7a-d示出了具有不同组的左、右波瓣对的不同的左、右波瓣模式的示例，以及
图8示出了产生众多左、右波瓣的每一个的单独定向的扬声器单元的实施例。
具体实施方式
图1示出了单箱扬声器LS，其具有至少两个扬声器单元，该至少两个扬声器单元提供各自的左、右电立体声音频信号。至少两个扬声器单元被布置在箱结构中，以便它们以水平辐射模式产生各自的左、右信道声波信号波瓣L、R，其中，左、右信道波瓣L、R相对于水平角交替，在所示的实施例中为6个左信道波瓣L和6个右信道波瓣R。两个头部示出了在围绕扬声器的不同位置处的两个听众位置。在一个位置中，左信号L被感知为在左侧，右信号被感知为在右侧。然而，在稍微不同的位置，右信号R被感知为在左侧，且左信号L被感知为在右侧。不过，在围绕扬声器的几乎所有的位置中都可以体验到环绕式的声音体验。
如所示，两个相对定向的主左信道波瓣L(最宽的波瓣)和两个相对定向的主右信道波瓣R(最宽的波瓣)比剩余的副左和副右波瓣L、R占用更大的水平角窗口。然而，在其他实施例中，所有的波瓣可具有相等的水平宽度。
图2示出了具有左波瓣L和右波瓣R的同一辐射模式的同一扬声器LS，但是在此示出的扬声器靠近反射墙放置。在几乎所有的位置仍然可以获得环绕式的声音体验，并且来自墙的反射甚至被用来增强环绕式的声音体验。
从上方观察，图3示出了图1和2所示的辐射模式的可能的实现方式。两个扬声器单元LL、LR产生各自的左、右信道信号L、R。两个扬声器单元LL、LR是偶极辐射器，例如，平面类型或者气动类型扬声器单元。双箭头指示它们的振动膜的运动。这两个单元LL、LR紧密相间，并且在垂直面中布置有它们的振动膜，并且相对于彼此水平地呈90°角。围绕这两个扬声器单元LL、LR布置垂直辐射的结构，以提供声学上的反射面，该反射面用来远离扬声器单元LL、LR以及远离该箱地发出偶极信号，以提供水平交替的左、右信道波瓣L、R。箭头指示如何产生右信道波瓣。两个相对定向的主波瓣是来自扬声器单元的振动膜的各自侧面的直接的声音，同时通过反射结构上的反射产生四个副波瓣。
图4示出了图3所示原理的可能实现方式的更详细的视图。6个稍微弯曲的反射面RS1-6被设置为箱CB结构的一部分，例如通过聚合物或者金属的结构设置。
图5示出了另一实施例的侧视图，其中，左、右信道扬声器单元LL、LR被实现为单极单元，即传统的半球形高音扬声器。这两个半球形高音扬声器LL、LR位于同一垂直轴上，在此还位于圆柱形箱CB的中心轴上。定向这两个扬声器单元，以便它们在相对的垂直方向上发出声音，即朝向彼此。中间的多曲面反射结构RS1用来远离扬声器单元LL、LR地水平地传送声音，以提供如图1和2所图示的水平辐射模式。虚线箭头指示，对于两个方向来说，来自上部的左信道扬声器单元LL的声音L如何在RS1反射。低音扬声器LW被放置在箱的较低部分的外壳中，并且用来在较低音频处以单极形式再现音频信号，例如，将频率分到诸如1-5kHz以内的两个半球形高音扬声器。
该实施例可被标为诸如20-40厘米高的箱高度，而且在其他变形中，该高度可以是40-60厘米甚至更高。
图6示出了图5的实施例的3D视图，其中，箭头指示了来自上部的半球形高音扬声器的、依靠在半球形高音扬声器之间放置的多曲面反射结构的不同部分的反射的三个反射方向，即，三个水平波瓣。这个反射结构被看作是通过聚合物或者金属的材料的弯曲放置来实现。该反射结构的陡度和方向被理解为限定水平波瓣的宽度和方向。该反射结构应该被定型，以相对于单个波瓣的水平和垂直宽度满足所希望的属性，例如依靠诸如本领域技术人员所公知的仿真工具。
图7a-d示出了来自扬声器实施例的不同的辐射模式的示例，其中，两个或更多个扬声器单元和反射箱部分用来在不重叠的不同的水平方向上分配左L和右R信道音频信号。图7a示出了水平辐射模式。
图8示出了一个实施例，其中，通过各自的扬声器单元产生水平分配的左L和右R波瓣。即，每个扬声器单元用于各自的波瓣，在此，图示的扬声器单元的数量是12，也就是，6个用于左波瓣L并且6个用于右波瓣R。扬声器单元自身可以具有狭窄的水平辐射模式，或者它们可以被安装在箱结构的一部分上，该箱结构提供来自每个扬声器单元的结果辐射模式的这种收窄。特别地，这扬声器单元可以是半球形高音扬声器。
总之，本发明提供了一种单箱立体声扬声器，其中，至少第一和第二扬声器单元被布置在箱结构中，使得以相对于水平角交替的第一声波信号的至少三个波瓣、第二声波信号的至少三个波瓣发射声波。这在围绕扬声器的所有位置提供了环绕式的声音体验。
尽管已经结合具体实施例描述了本发明，但是其不应被解释为按照任何方式限制所示的示例。通过所附权利要求组阐明了本发明的范围。在权利要求的上下文中，术语“包括”或者“包含”并不排除其他可能的元件或者步骤。同样，提及的诸如“一个”或者“一种”等之类的引用不应被解释为排除多个。关于图中所示的元件的引用标记的使用也不应被解释为限制本发明的范围。此外，不同权利要求中提及的个别特征也许会被方便地组合，并且不同权利要求中所提及的这些特征并不排除特征的组合是不可能的以及不利的。

Claims (32)

1.一种扬声器，其被布置为用第一和第二信道接收输入信号，并且相应地产生各自的第一声波信号和第二声波信号，该扬声器包括至少第一和第二扬声器单元(LL、LR)，该第一和第二扬声器单元被布置为根据第一和第二信道产生各自的第一声波信号(L)和第二声波信号(R)，其中，至少第一和第二扬声器单元(LL、LR)被布置在箱结构(CB)中，以便以相对于水平角交替的第一声波信号(L)的至少三个波瓣、第二声波信号(R)的至少三个波瓣发射声波，
至少第一和第二扬声器单元(LL、LR)和/或箱结构(CB)的部分被布置为使得第一声波信号(L)的波瓣和第二声波信号(R)的波瓣的每一个都具有水平方向模式，以使第一声波信号(L)和第二声波信号(R)的相邻波瓣最多重叠第一声波信号(L)和第二声波信号(R)的每个相邻波瓣的水平张角的10％。
2.根据权利要求1所述的扬声器，其中，两组所述各自的第一声波信号(L)和第二声波信号(R)的至少三个波瓣相对于水平角展开，以便覆盖至少180°的水平角窗口。
3.根据权利要求1所述的扬声器，其中，两组所述各自的第一声波信号(L)和第二声波信号(R)的至少三个波瓣相对于水平角展开，以便覆盖至少240°的水平角窗口。
4.根据权利要求1所述的扬声器，其中，两组所述各自的第一声波信号(L)和第二声波信号(R)的至少三个波瓣相对于水平角展开，以便覆盖至少300°的水平角窗口。
5.根据权利要求1所述的扬声器，其中，两组所述各自的第一声波信号(L)和第二声波信号(R)的至少三个波瓣相对于水平角展开，以便覆盖360°的水平角窗口。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的扬声器，所述扬声器被布置为以相对于水平角交替的第一声波信号(L)的至少4个波瓣、第二声波信号(R)的至少4个波瓣发射声波。
7.根据权利要求6所述的扬声器，其中，第一声波信号(L)的波瓣为5个、6个、7个或者8个，第二声波信号(R)的波瓣为5个、6个、7个或者8个。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的扬声器，包括在相对于第一和第二扬声器单元(LL、LR)的空间中定位的多个反射面(RS1-6)，该多个反射面被定向为远离箱结构(CB)地传送第一声波信号(L)和第二声波信号(R)，以便以所述各自的第一声波信号(L)和第二声波信号(R)的至少三个波瓣发射声波。
9.根据权利要求8所述的扬声器，其中，第一和第二扬声器单元(LL、LR)是被布置为产生作为偶极声波信号的各自的第一声波信号(L)和第二声波信号(R)的偶极扬声器单元，其中，第一和第二扬声器单元(LL、LR)定向为它们的主轴相对于彼此具有70°-110°的水平角，所述主轴为垂直于第一和第二扬声器单元的振动膜的轴。
10.根据权利要求9所述的扬声器，其中，所述水平角为80°-100°。
11.根据权利要求9所述的扬声器，其中，所述水平角为90°。
12.根据权利要求1-5中任意一项所述的扬声器，其中，第一和第二扬声器单元(LL、LR)是单极扬声器单元，该单极扬声器单元被布置为产生作为单极声波信号的各自的第一声波信号(L)和第二声波信号(R)。
13.根据权利要求12所述的扬声器，其中，第一和第二扬声器单元(LL、LR)被定向为分别在相反的方向上传送声音。
14.根据权利要求13所述的扬声器，其中，所述相反的方向为向上和向下的方向。
15.根据权利要求12所述的扬声器，其中，第一和第二扬声器单元(LL、LR)以相同的垂直轴为中心。
16.根据权利要求12所述的扬声器，其中，第一和第二扬声器单元(LL、LR)是半球形高音扬声器。
17.根据权利要求8所述的扬声器，其中，所述反射面的至少一部分在第一和第二扬声器单元(LL、LR)之间的空间中布置。
18.根据权利要求1或2所述的扬声器，包括被布置为产生第一声波信号的多个扬声器单元，以及被布置为产生第二声波信号的多个扬声器单元。
19.根据权利要求18所述的扬声器，其中，通过各自独立的扬声器单元产生所述第一声波信号的至少三个波瓣，并且其中，通过各自独立的扬声器单元产生所述第二声波信号的至少三个波瓣。
20.根据权利要求1-5中任意一项所述的扬声器，其中，第一和第二扬声器单元被布置为覆盖10kHz以下5kHz以上的音频。
21.根据权利要求1-5中任意一项所述的扬声器，其中，第一和第二扬声器单元被布置为覆盖10kHz以下3kHz以上的音频。
22.根据权利要求1-5中任意一项所述的扬声器，其中，第一和第二扬声器单元被布置为覆盖10kHz以下2kHz以上的音频。
23.根据权利要求1-5中任意一项所述的扬声器，包括被布置在箱结构(CB)内的第三扬声器单元(LW)，其中，第三扬声器单元(LW)被布置为以比第一和第二扬声器单元(LL、LR)低的频率产生音频。
24.根据权利要求1-5中任意一项所述的扬声器，其中，箱结构(CB)的整体形状是圆柱形，并且其中，第一和第二扬声器单元都被布置为靠近该箱结构(CB)的一端。
25.根据权利要求1-5中任意一项所述的扬声器，其中，至少第一和第二扬声器单元(LL、LR)和/或箱结构(CB)的部分被布置为至少对于高于下限频率的频率来说，产生相对于水平角交替的第一声波信号(L)的至少三个波瓣、第二声波信号(R)的至少三个波瓣，所述下限频率为1kHz、2kHz、3kHz、4kHz、5kHz、6kHz、7kHz、8kHz、9kHz或者10kHz。
26.根据权利要求25所述的扬声器，包括被布置为基于第一和第二信道中的至少一个接收电信号的一个或多个另外的扬声器单元，其中，一个或多个另外的扬声器单元被相对于箱结构(CB)布置，以用不同的水平方向模式产生高于下限频率的声波信号。
27.根据权利要求25所述的扬声器，包括被布置为基于第一和第二信道中的至少一个接收电信号的一个或多个另外的扬声器单元，其中，一个或多个另外的扬声器单元被相对于箱结构(CB)布置，以用在水平面上统一的方向模式产生高于下限频率的声波信号。
28.根据权利要求1-5中任意一项所述的扬声器，包括被布置为驱动至少第一和第二扬声器单元(LL、LR)的功率放大器。
29.根据权利要求1-5中任意一项所述的扬声器，包括位于箱结构(CB)内的充电电池，其中，该充电电池被布置为向该扬声器的所有电力需求电路供电。
30.根据权利要求1-5中任意一项所述的扬声器，包括无线接收机，该无线接收机被布置为用第一和第二信道接收表示为射频信号的输入信号，其中，该无线接收机被布置在箱结构内。
31.根据权利要求1-5中任意一项所述的扬声器，包括无线接收机，该无线接收机被布置为用第一和第二信道从Wi-Fi网络接收输入信号，其中，该无线接收机被布置在箱结构内。
32.根据权利要求30所述的扬声器，其中，该扬声器被布置为用作Wi-Fi接入点。
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