CN105190743B - 基于一个或多个收听者的位置来调整扬声器阵列的波束图案 - Google Patents

基于一个或多个收听者的位置来调整扬声器阵列的波束图案 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种指向性调整设备，该指向性调整设备基于收听者相对于扬声器阵列的所检测到的位置来维持恒定的直达混响声能比。该指向性调整设备可包括距离估计器、指向性补偿器和阵列处理器。该距离估计器检测扬声器阵列与收听者之间的距离。基于所检测到的距离，该指向性补偿器计算维持预定义的直达混响声能比的来自由扬声器阵列产生的波束的指向性指数。该阵列处理器接收所计算的指向性指数，并且处理一条声音节目内容的每个通道以产生一组音频信号，该一组音频信号驱动扬声器阵列中的一个或多个换能器以生成具有所计算的指向性指数的波束图案。

Description

基于一个或多个收听者的位置来调整扬声器阵列的波束图案
相关内容
本专利申请要求于2013年3月5日提交的美国临时专利申请No.61/773,078的较早提交日期的权益。
技术领域
音频设备检测收听者距扬声器阵列的距离，并且调整由扬声器阵列输出的波束图案的指向性指数以维持恒定的直达混响声能比。还描述了其他实施例。
背景技术
扬声器阵列可被变化地驱动以形成多个不同的波束图案。可控制并更改所生成的波束图案以改变声辐射所通过的方向和区域。使用扬声器阵列的这种属性允许控制一些声学参数。一个此类参数是直达混响声能比。该比率描述与多少声音经由离开房间中的墙壁和其他反射物体的反射到达收听者相比，收听者直接从扬声器阵列接收到多少声音。例如，如果由扬声器阵列生成的波束图案较窄并且指向收听者，则直达混响声能比将较大，因为收听者正在接收大量的直接能量和相对少量的反射能量。或者，如果由扬声器阵列生成的波束图案较宽，则直达混响声能比较小，因为收听者正在接收反射离开表面和物体的相对较多的声音。
发明内容
扩音器阵列可在房间或收听区域内的收听者处发射直接声能和间接或混响声能。直接声能从扬声器阵列中的换能器直接接收，而混响声能在到达收听者之前反射离开房间中的墙壁或表面。随着收听者移动靠近扬声器阵列，直达混响声能级增大，因为直接声音的传播距离显著减小，而混响声音的传播距离相对不变或仅稍微增大。
本发明的一个实施例是一种指向性调整设备，该指向性调整设备基于收听者相对于扬声器阵列的所检测到的位置来维持恒定的直达混响声能比。该指向性调整设备可包括距离估计器、指向性补偿器和阵列处理器。距离估计器检测扬声器阵列与收听者之间的距离。例如，距离估计器可使用(1)用户输入设备；(2)麦克风；(3)红外传感器；和/或(4)相机来确定扬声器阵列与收听者之间的距离。基于这个所检测到的距离，指向性补偿器计算维持预定义的直达混响声能比的来自由扬声器阵列产生的波束的指向性指数。直达混响声能比可由指向性调整设备的制造商或设计者预先设置，并且能够基于所播放的声音节目内容的内容而变化。阵列处理器接收所计算的指向性指数并且处理一条声音节目内容的每个通道以产生一组音频信号，该一组音频信号驱动扬声器阵列中的一个或多个换能器以生成具有所计算的指向性指数的波束图案。通过维持恒定的直达混响指向性比，指向性调整设备改善由收听者感知的声音的一致性和质量。
以上概述不包括本发明的所有方面的详尽列表。可以预期的是，本发明包括可由上文概述的以及在下文的具体实施方式中公开的并且在随该专利申请提交的权利要求中特别指示的各种方面的所有合适的组合来实施的所有系统和方法。此类组合具有未在上述发明内容中具体阐述的特定优点。
附图说明
本发明的实施例以举例的方式进行说明，而不仅限于各个附图的图示，在附图中类似的附图标号指示类似的元件。应当指出，本公开中提到“一”或“一个”实施例未必是同一实施例，并且它们表示至少一个实施例。
图1示出了根据一个实施例的基于房间或收听区域中的一个或多个收听者的位置来调整所生成的声音图案的宽度的波束调整系统。
图2A示出了根据一个实施例的具有容纳在单个机壳中的多个换能器的一个扩音器阵列。
图2B示出根据另一个实施例的具有容纳在单个机壳中的多个换能器的另一个扩音器阵列。
图3示出根据一个实施例的指向性调整设备的功能单元框图和一些组成硬件部件。
图4A和4B示出了收听者位于距扩音器阵列的各种距离处。
图5示出了可由扬声器阵列生成的具有不同指向性指数的一组示例性声音图案。
具体实施方式
现在阐释参考附图所述的若干个实施例。虽然阐述了许多细节，但应当理解，本发明的一些实施例可在没有这些细节的情况下被实施。在其他情况下，未详细示出熟知的电路、结构和技术，以免模糊对该描述的理解。
图1示出了波束调整系统1，该波束调整系统1基于房间或收听区域3中的一个或多个收听者2的位置来调整由扬声器阵列4发射的所生成的声音图案的宽度。下文将通过举例的方式来描述波束调整系统1的每个元件。
波束调整系统1包括一个或多个扬声器阵列4以用于将声音输出到房间或收听区域3中。图2A示出了具有容纳在单个机壳6中的多个换能器5的一个扬声器阵列4。在该实例中，扬声器阵列4具有在机壳5内以八行和四列均匀对齐的32个不同的换能器5。在其他实施例中，可使用具有均匀或非均匀间隔的不同数量的换能器5。例如，如图2B所示，10个换能器5可在机壳6中以单行对齐，以形成声音棒样式的扬声器阵列4。虽然示出为以平面或直线对齐，但换能器5可沿着弧线以弯曲型式对齐。
换能器5可为全音域驱动器、中音域驱动器、亚低音扬声器、低音扬声器和高音扬声器的任何组合。换能器5中的每个换能器可使用轻质膜片或锥形振膜，其经由柔性悬架连接到刚性框篮或框架，该柔性悬架约束线圈(例如，音圈)以轴向移动穿过圆柱形磁隙。当电音频信号施加到音圈时，由音圈中的电流形成磁场，从而使得其成为可变电磁体。线圈与换能器5的磁系统相互作用，从而生成机械力，该机械力使得线圈(并且因此，所附接的锥形振膜)前后移动，从而在来自源(例如，信号处理器、计算机和音频接收器)的所施加的电音频信号的控制下重现声音。虽然在本文中描述为具有容纳在单个机壳6中的多个换能器5，但在其他实施例中，扬声器阵列4可包括容纳在机壳6中的单个换能器5。在这些实施例中，扬声器阵列4是独立的扩音器。
每个换能器5可被单独且分开地驱动以响应于单独且分立的音频信号来产生声音。通过允许根据不同参数和设置(包括延迟和能级)单独且分开地驱动扬声器阵列4中的换能器5，扬声器阵列4可产生许多指向性图案以模拟或更好地表示向收听者2播放的声音节目内容的相应通道。例如，扬声器阵列4可基于收听者2相对于扬声器阵列4的位置来发射不同宽度和指向性的波束图案。
如图2A和2B所示，扬声器阵列4可包括电线或导管7以用于连接到指向性调整设备8。例如，每个扬声器阵列4可包括两个接线点，并且指向性调整设备8可包括互补接线点。该接线点可分别为在扬声器阵列4和指向性调整设备8的背侧上的接线柱或弹簧夹。电线7单独地缠绕在相应接线点周围或以其他方式耦接到相应接线点以将扬声器阵列4电耦接到指向性调整设备8。
在其他实施例中，扬声器阵列4使用无线协议耦接到指向性调整设备8，使得阵列4和指向性调整设备8不被物理接合，但维持射频连接。例如，扬声器阵列4可包括WiFi接收器，以用于从指向性调整设备8中的相应WiFi发射器接收音频信号。在一些实施例中，扬声器阵列4可包括集成放大器，以用于使用从指向性调整设备8接收的无线音频信号来驱动换能器5。
虽然示出为包括两个扬声器阵列4，但音频系统1可包括通过无线或有线连接来耦接到指向性调整设备8的任何数量的扬声器阵列4。例如，音频系统1可包括六个扬声器阵列4，其表示左前通道、中前通道、右前通道、右后环绕通道、左后环绕通道和低频通道(例如，亚低音扬声器)。下文中，波束调整系统1将被描述为包括单个扬声器阵列4。然而，如上所述，应当理解，系统1可包括多个扬声器阵列4。
图3示出了根据一个实施例的指向性调整设备8的功能单元框图和一些构成硬件部件。图3所示的部件表示指向性调整设备8中包括的元件，并且不应被理解为排除其他部件。下文将通过实例来描述图3的每个元件。
指向性调整设备8可包括多个输入10以用于使用电信号、无线电信号或光信号从一个或多个外部音频源9接收声音节目内容的一个或多个通道。输入10可为一组数字输入10A和10B以及模拟输入10C和10D，包括位于指向性调整设备8的暴露表面上的一组物理连接器。例如，输入10可包括高清晰度多媒体接口(HDMI)输入、光学数字输入(Toslink)、同轴数字输入和唱机输入。在一个实施例中，指向性调整设备8通过与外部音频源9的无线连接来接收音频信号。在这个实施例中，输入10包括无线适配器，以用于使用无线协议来与外部音频源9进行通信。例如，无线适配器可能够使用蓝牙、IEEE 802.11x、蜂窝全球移动通信系统(GSM)、蜂窝式码分多址(CDMA)或长期演进(LTE)进行通信。
如图1所示，外部音频源9可包括膝上型计算机。在其他实施例中，外部音频源9可为能够经由无线或有线连接向指向性调整设备8传输声音节目内容的一个或多个通道的任何设备。例如，外部音频源9可包括台式计算机、便携式通信设备(例如，移动电话或平板电脑)、串流互联网音乐服务器、数字影碟播放器、Blu-ray DiscTM播放器、光盘播放器或任何其他类似的音频输出设备。
在一个实施例中，外部音频源9和指向性调整设备8集成在一个不可分割的单元中。在这个实施例中，扩音器阵列4也可集成到同一单元中。例如，外部音频源9和指向性调整设备8可位于一个计算单元中，其中扩音器阵列4集成在所述单元的左侧和右侧中。
返回到指向性调整设备8，现在将描述来自输入10的一般信号流。首先看数字输入10A和10B，在通过输入10A和/或10B接收到数字音频信号后，指向性调整设备8使用解码器11A和/或11B将电信号、光信号或无线电信号解码成表示声音节目内容的一组音频通道。例如，解码器11A可接收包含六个音频通道的单个信号(例如，5.1信号)并且将该信号解码成六个音频通道。解码器11A可能够解码使用任何编解码或技术(包括高级音频编码(AAC)、MPEG音频层II、MPEG音频层III和自由无损音频编解码(FLAC)编码的音频信号。
转到模拟输入10C和10D，由模拟输入10C和10D接收的每个模拟信号表示声音节目内容的单个音频通道。因而，可能需要多个模拟输入10C和10D来接收一条声音节目内容的每个通道。音频通道可由相应模数转换器12A和12B数字化以形成数字音频通道。
来自解码器11A和11B以及模数转换器12A和12B中的每一者的数字音频通道被输出到多路复用器13。多路复用器13基于控制信号14来选择性地输出一组音频通道。可从指向性调整设备8中的控制电路或处理器或从外部设备接收控制信号14。例如，控制指向性调整设备8的操作模式的控制电路可向多路复用器13输出控制信号14以用于选择性地输出一组数字音频通道。
多路复用器13将所选择的数字音频通道馈入到阵列处理器15。多路复用器13所输出的通道由阵列处理器15处理以产生一组经处理的音频通道。该处理可在时域和频域两者中使用变换诸如快速傅里叶变换(FFT)来操作。阵列处理器15可为专用处理器诸如专用集成电路(ASIC)、通用微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号控制器或一组硬件逻辑结构(例如，滤波器、算术逻辑单元和专用状态机)。阵列处理器15基于来自距离估计器16和/或指向性补偿器17的输入来生成用于驱动扬声器阵列4中的换能器5的一组信号。
距离估计器16确定一个或多个人类收听者2距扬声器阵列4的距离。图4A示出了收听者2在房间3中位于远离扬声器阵列4的某个距离rA处。随着收听者2在房间3内走动并且在正由扬声器阵列4发射声音时，距离估计器16确定距离rA。虽然相对于单个收听者进行描述，但距离估计器16可确定房间3中的多个收听者2的距离rA。
距离估计器16可使用任何设备或算法以用于确定距离r。在一个实施例中，用户输入设备18耦接到距离估计器16以用于帮助确定距离r。用户输入设备18允许收听者2周期性地输入他/她距扬声器阵列4的距离r。例如，在观看电影时，收听者2可最初坐在距扬声器阵列4六英尺的长沙发上。收听者2可使用用户输入设备18将这个六英尺距离输入到距离估计器16中。在电影的中途，收听者2可决定移动到距扬声器阵列4十英尺的桌子处。基于此移动，收听者2可使用用户输入设备18将这个新距离rA输入到距离估计器16中。用户输入设备18可为允许收听者2将距离输入到距离估计器16中的有线或无线键盘、移动设备或任何其他类似设备。在一个实施例中，输入值为非数字值或相对值。例如，收听者2可指示其远离或靠近扬声器阵列4，而不指示具体距离。
在另一个实施例中，麦克风19可耦接到距离估计器16以用于帮助确定距离r。在这个实施例中，麦克风19与收听者2一起定位或邻近收听者2定位。指向性调整设备8驱动扬声器阵列4以发射一组测试声音，该一组测试声音由麦克风19感测并且馈入到距离估计器16以用于处理。距离估计器16基于所感测到的声音来确定测试声音在从扬声器阵列4行进到麦克风19时的传播延迟。传播延迟可随后用于确定从扬声器阵列4到收听者2的距离rA。
麦克风19可使用有线或无线连接来耦接到距离估计器16。在一个实施例中，麦克风19集成在移动设备(例如，移动电话)中，并且使用一个或多个无线协议(例如，蓝牙和IEEE 802.11x)将所感测到的声音传输到距离估计器16。麦克风19可为任何类型的声电换能器或传感器，包括微机电系统(MEMS)麦克风、压电麦克风、驻极体电容式麦克风或动态麦克风。麦克风19可提供一系列极性图案，诸如心形、全向形和8字形。在一个实施例中，麦克风19的极性图案可随时间连续变化。虽然示出和描述为单个麦克风19，但在一个实施例中，多个麦克风或麦克风阵列可用于在房间3中检测声音。
在另一个实施例中，相机20可耦接到距离估计器16以用于帮助确定距离r。相机20可为摄像机或静态图像相机，其在与扬声器阵列4相同的方向上指向房间3中。相机20记录在扬声器阵列4前方的区域的视频或一组静态图像。基于这些记录，相机20单独地或连同距离估计器16一起跟踪收听者2的面部或其他身体部位。距离估计器16可基于这个面部/身体跟踪来确定从扬声器阵列4到收听者2的距离rA。在一个实施例中，在扬声器阵列4输出声音节目内容时，相机20周期性地跟踪收听者2的特征，使得距离rA可被更新并且保持准确。例如，在正通过扬声器阵列4播放歌曲时，相机20可连续跟踪收听者2。
相机20可使用有线或无线连接来耦接到距离估计器16。在一个实施例中，相机20集成在移动设备(例如，移动电话)中，并且使用一个或多个无线协议(例如，蓝牙和IEEE802.11x)将所记录的视频或静态图像传输到距离估计器16。虽然示出和描述为单个相机20，但在一个实施例中，多个相机可用于面部/身体跟踪。
在又一个实施例中，一个或多个红外(IR)传感器21耦接到距离估计器16。IR传感器21捕获从在扬声器阵列4前方的区域中的物体辐射的IR光。基于这些所感测到的IR读数，距离估计器16可确定从扬声器阵列4到收听者2的距离rA。在一个实施例中，在扬声器阵列4输出声音时，IR传感器21周期性地操作，使得距离rA可被更新并且保持准确。例如，在正通过扬声器阵列4播放歌曲时，IR传感器21可连续跟踪收听者2。
红外传感器21可使用有线或无线连接来耦接到距离估计器16。在一个实施例中，红外传感器21集成在移动设备(例如，移动电话)中，并且使用一个或多个无线协议(例如，蓝牙和IEEE 802.11x)将所感测到的IR光读数传输到距离估计器16。
虽然上文相对于单个收听者2进行描述，但在一个实施例中，距离估计器16可确定多个收听者2与扬声器阵列4之间的距离rA。在这个实施例中，收听者2与扬声器阵列4之间的平均距离rA用于调整由扬声器阵列4发射的声音。
使用上述技术的任何组合，距离估计器16计算距离r并且将其馈入到指向性补偿器17以用于处理。指向性补偿器17计算维持恒定直达混响声音比的波束图案。图4A和4B示出了随着距离r增大而造成的相对于收听者2的直达混响声音比的改变。
在图4A中，收听者2距扬声器阵列4该距离rA。在这个示例性情形中，收听者2正接收来自扬声器阵列4的直接声能级DA，并且在原始声音已反射离开房间3中的表面之后，接收来自扬声器阵列4的间接或混响声能级RA。距离rA可被视为直接声音的传播距离，而距离gA可被视为混响声音的传播距离。在一个实施例中，直接声能DA可被计算为而混响声能RA可被计算为其中T60是房间中的混响时间，V是房间的功能容量，并且DI是在收听者2处的由扬声器阵列4发射的声音图案的指向性指数。在该实例中，由于直接声音具有比混响声音短的距离而行进到收听者2(即，较短的传播距离)，所以直接声能级DA大于混响声能级RA。
随着收听者2远离扬声器阵列4移动以生成较大传播距离rB，如图4B所示，直接声能DB有时间在到达收听者2处之前扩散开。这个增大的传播距离rB导致DB显著小于DA。相反，随着收听者2远离扬声器阵列4移动，传播距离gB仅仅从原始距离gA稍微增大。混响传播距离的这个微小变化导致混响能量从RA到RB的边际减小。如图4A和4B所示的混响场仅仅是示例性的。在一些实施例中，混响场可由几百个反射组成，使得当收听者2远离扬声器阵列4(例如，源)移动时，收听者2正远离第一反射移动(如图4A和4B所示)，但收听者2可能实际上正靠近其他反射(例如，离开后墙的反射)移动，使得总体上混响能量不受收听者2在房间3中的位置的显著影响。
如图4A和4B中可见以及上文所述，随着收听者2远离扬声器阵列4移动，直达混响能量比减小，因为反射声波的传播距离仅稍微增大，而直接声波的传播距离相对较多地增大。为了补偿这个比率变化，可基于距离r来改变由扬声器阵列4发射的声音图案的指向性指数DI以维持恒定的直达混响声能比。例如，如果由扬声器阵列生成的波束图案较窄并且指向收听者处，则直达混响声能比将较大，因为收听者正接收大量的直接能量和相对较少量的反射能量。或者，如果由扬声器阵列生成的波束图案较宽，则直达混响声能比较小，因为收听者正接收反射离开表面和物体的相对较多的声音。更改由扬声器阵列4发射的声音图案的指向性指数DI可增大或减小朝向收听者2发射的直接声音和混响声音的量。直接声音和混响声音的这个变化因而更改直达混响能量比。
如上所述，可根据不同参数和设置(包括延迟和能级)来单独地驱动扬声器阵列4中的每个换能器。通过独立地驱动每个换能器5，指向性调整设备8可产生具有不同指向性指数DI的各种指向性图案以维持恒定的直达混响能量比。图5示出了具有不同指向性指数的示例性的一组声音图案。最左侧图案是全向的且对应于低指向性指数DI，中间图案稍微较多指向收听者2处且对应于较大指向性指数DI，并且最右侧图案高度指向收听者2处且对应于最大指向性指数DI。该声音图案集纯粹是示例性的，并且在其他实施例中，可由指向性调整设备8生成并由扬声器阵列4发射其他声音图案。
在一个实施例中，指向性补偿器17可计算具有维持预定义的直达混响能量比的相关联指向性指数DI的指向性图案。可在制造指向性调整设备8期间预先设置预定义的直达混响能量比。例如，可由指向性调整设备8的制造商或设计者预先设置直达混响能量比2:1。在该实例中，指向性补偿器17根据收听者2与扬声器阵列4之间的所检测到的距离r来计算维持2:1的直达混响能量比的指向性指数DI。
在计算指向性指数DI后，指向性补偿器17将这个值馈入到阵列处理器15。如上所述，随着收听者2在房间3中移动，指向性补偿器17可连续地针对由指向性调整设备8播放的声音节目内容的每个通道计算指向性指数DI。由多路复用器13输出的音频通道由阵列处理器15处理以产生一组音频信号，该一组音频信号驱动一个或多个换能器5以产生具有所计算的指向性指数DI的波束图案。该处理可在时域和频域两者中使用变换诸如快速傅里叶变换(FFT)来操作。
在一个实施例中，阵列处理器15基于从指向性补偿器17接收的所计算的指向性指数DI来决定扩音器阵列4中的哪些换能器5输出一个或多个音频片段。在这个实施例中，阵列处理器15还可确定用于通过所选择的换能器5输出片段的延迟和能量设置。一组换能器5、延迟和能级的选择和控制允许根据维持预设直达混响能量比的所计算的指向性指数DI来输出片段。
如图3所示，将声音节目内容的经处理的片段从阵列处理器15传递到一个或多个数模转换器22以产生一个或多个不同的模拟信号。由数模转换器22产生的模拟信号被馈入到功率放大器23以驱动扩音器阵列4的所选择的换能器5。
在一个示例性情形中，收听者2可坐在面对扬声器阵列4的长沙发上。指向性调整设备8可正通过扬声器阵列4播放器乐音乐作品。在这种情形中，指向性调整设备8可设法维持1:1的直达混响能量比。在音乐作品开始后，距离估计器16使用相机20检测到收听者2距扬声器阵列4六英尺。为了基于这个距离来维持1:1的直达混响能量比，该指向性补偿器17计算出扬声器阵列4必须输出具有四分贝的指向性指数DI的波束图案。阵列处理器15被馈入所计算的指向性指数DI，并且处理音乐作品以输出四分贝的波束图案。几分钟之后，距离估计器16在相机20的帮助下检测到收听者2现坐在距扬声器阵列4四英尺处。作为响应，指向性补偿器17计算出扬声器阵列4必须输出具有两分贝的指向性指数DI的波束图案以维持1:1的直达混响能量比。阵列处理器15被馈入更新的指向性指数并且处理音乐作品以输出两分贝的波束图案。在已过去另外几分钟之后，距离估计器16在相机20的帮助下检测到收听者2现坐在距扬声器阵列4十英尺处。作为响应，指向性补偿器17计算出扬声器阵列4必须输出具有八分贝的指向性指数DI的波束图案以维持1:1的直达混响能量比。阵列处理器15被馈入更新的指向性指数并且处理音乐作品以输出八分贝的波束图案。如以上示例性情形中所描述的，指向性调整设备8通过调整由扬声器阵列4发射的波束图案的指向性指数DI来维持预定义的直达混响能量比而不管收听者2的位置如何。
在一个实施例中，在指向性调整设备8中预先设置不同的直达混响能量比，其对应于由指向性调整设备8播放的音频的内容。例如，与电影中的背景音乐相比，电影中的语音内容可具有所需的较高直达混响能量比。以下是内容依赖性直达混响能量比的示例性表格。
内容类型 直达混响能量比
前景对话/语音 4:1
背景对话/语音 3:1
音效 2:1
背景音乐 1:1
指向性补偿器17可同时针对单独流或通道中的音频片段计算具有维持对应直达混响声能比的相关联指向性指数DI的单独波束图案。例如，电影的声音节目内容可具有多个音频流或音频通道。每个通道可包括不同特征或类型的音频。例如，电影可包括五个音频通道，其对应于左前通道、中前通道、右前通道、右后环绕通道和左后环绕通道。在该实例中，中前通道可包含前景语音，左前通道和右前通道可包含背景音乐，并且左后环绕通道和右后环绕通道可包含音效。使用以上表格中所示的示例性直达混响能量比，指向性补偿器17可针对中前方通道维持4:1的直达混响声能比，针对左前方通道和右前方通道维持1:1的直达混响声能比，并且针对左后方环绕通道和右后方环绕通道维持2:1的直达混响声能比。如上所述，将通过计算具有补偿收听者2距扬声器阵列4的变化距离r的指向性指数DI的波束图案来针对每个通道维持直达混响声能比。
在一个实施例中，对与扬声器阵列4相距某个距离r的收听者2显而易见的声压P可被定义为：
其中Q是由指向性调整设备8产生以驱动扬声器阵列4的声音信号的声音功率水平(例如，音量)，T60是房间中的混响时间，V是房间的功能容量，并且DI是由扬声器阵列4发射的声音图案的指向性指数。在一个实施例中，指向性调整设备8通过调整声音功率水平Q和/或由扬声器阵列4发射的波束图案的指向性指数DI来随距离r变化而维持恒定的声压P。
如上文阐述，本发明的一个实施例可为制品，其中机器可读介质(诸如微电子存储器)上存储有指令，所述指令对一个或多个数据处理部件(本文中一般称为“处理器”)进行编程以执行上述操作。在其他实施例中，可能由含有硬连线逻辑部件(例如，专用数字滤波器块和状态机)的特定硬件部件来执行这些操作中的一些操作。那些操作可能替代地由编程数据处理部件和固定硬连线电路部件的任何组合来执行。
虽然已描述并且在附图中示出了某些实施例，但应当理解，此类实施例仅用于说明广义的发明而非对其进行限制，并且本发明并不限于所示和所述的特定构造和布置，因为对于本领域普通技术人员而言可想到各种其他修改。因此将该描述视为示例性的而非限制性的。

Claims (21)

1.一种用于驱动扬声器阵列的方法，包括：
检测收听者的第一位置和所述扬声器阵列之间的第一距离；
检测当所述收听者相对于所述扬声器阵列移动时所述收听者的第二位置和所述扬声器阵列之间的第二距离；
在所述收听者从第一位置移动至第二位置时，基于第二距离针对音频通道来计算波束图案指向性指数，以随所述收听者与所述扬声器阵列之间的距离的变化维持所述收听者处的声压；以及
使用所计算的波束图案指向性指数通过所述扬声器阵列来播放所述音频通道。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所计算的波束图案指向性指数维持在所检测的距离处接收的直接能量与在所检测的距离处接收的反射能量的预定义的比。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所计算的波束图案指向性指数维持预定义的直达混响声音比，并且其中所述预定义的直达混响声音比能够基于所述音频通道的音频内容而变化。
4.根据权利要求1所述的方法，其中使用所计算的波束图案指向性指数来播放所述音频通道包括：
基于所计算的波束图案指向性指数来输出一个或多个波束图案。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述波束图案指向性指数指示所述一个或多个波束图案的水平宽度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述一个或多个波束图案的所述水平宽度随着所述收听者与所述扬声器阵列之间的所述距离减小而增大，并且所述一个或多个波束图案的所述水平宽度随着所述收听者与所述扬声器阵列之间的所述距离增大而减小。
7.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述收听者距所述扬声器阵列的所述距离由以下各项中的一个或多个来执行：(1)用户输入设备；(2)麦克风；(3)红外传感器；或(4)相机。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
调整所述音频通道的声音能量水平以维持所述收听者处的声压。
9.一种指向性调整设备，包括：
距离估计器，所述距离估计器用于检测收听者的第一位置与扬声器阵列之间的第一距离，以及检测当所述收听者相对于所述扬声器阵列移动时所述收听者的第二位置和所述扬声器阵列之间的第二距离；
指向性补偿器，所述指向性补偿器用于在所述收听者从第一位置移动至第二位置时，基于第二距离计算由所述扬声器阵列发射的波束图案的指向性指数，以随所述收听者与所述扬声器阵列之间的距离的变化维持所述收听者处的声压；和
阵列处理器，所述阵列处理器用于驱动所述扬声器阵列以发射具有针对音频通道的所计算的指向性指数的波束图案。
10.根据权利要求9所述的指向性调整设备，其中所述指向性补偿器计算所述指向性指数以维持在所检测的距离处接收的直接能量与在所检测的距离处接收的反射能量的预定义的比。
11.根据权利要求9所述的指向性调整设备，其中所计算的波束图案指向性指数维持预定义的直达混响声音比，并且其中所述预定义的直达混响声音比能够基于所述音频通道的音频内容而变化。
12.根据权利要求10所述的指向性调整设备，其中所述波束图案指向性指数指示所述波束图案的水平宽度。
13.根据权利要求12所述的指向性调整设备，其中所述波束图案的所述水平宽度随着所述收听者与所述扬声器阵列之间的所述距离减小而增大，并且所述波束图案的所述水平宽度随着所述收听者与所述扬声器阵列之间的所述距离增大而减小。
14.根据权利要求9所述的指向性调整设备，还包括以下各项中的一个或多个以帮助所述距离估计器检测所述收听者与所述扬声器阵列之间的所述距离：(1)用户输入设备；(2)麦克风；(3)红外传感器；或(4)相机。
15.一种音频设备，包括：
定位器，所述定位器用于检测收听者相对于扬声器阵列的第一位置、以及当所述收听者相对于所述扬声器阵列移动时所述收听者相对于所述扬声器阵列的第二位置；
计算器，所述计算器用于在所述收听者从第一位置移动至第二位置时，基于所述第二位置针对音频通道来计算波束图案指向性指数，以随所述收听者与所述扬声器阵列之间的距离的变化维持所述收听者处的声压；和
扬声器阵列，所述扬声器阵列用于使用所计算的波束图案指向性指数通过所述扬声器阵列来播放所述音频通道。
16.根据权利要求15所述的音频设备，其中所计算的波束图案指向性指数维持在所检测的位置处接收的直接能量与在所检测的位置处接收的反射能量的预定义的比。
17.根据权利要求15所述的音频设备，其中所计算的波束图案指向性指数维持预定义的直达混响声音比，并且其中所述预定义的直达混响声音比能够基于所述音频通道的音频内容而变化。
18.根据权利要求17所述的音频设备，其中
所述扬声器阵列输出具有所计算的波束图案指向性指数的一个或多个波束图案。
19.根据权利要求18所述的音频设备，其中所述波束图案指向性指数指示所述一个或多个波束图案的水平宽度。
20.根据权利要求19所述的音频设备，其中所述一个或多个波束图案的所述水平宽度随着所述收听者与所述扬声器阵列之间的距离减小而增大，并且所述一个或多个波束图案的所述水平宽度随着所述收听者与所述扬声器阵列之间的所述距离增大而减小。
21.根据权利要求15所述的音频设备，其中所述定位器是以下各项中的一个或多个：(1)用户输入设备；(2)麦克风；(3)红外传感器；或(4)相机。
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