CN106031195A - 用于方向性控制的扬声器转换器布置 - Google Patents
用于方向性控制的扬声器转换器布置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种扬声器系统以及一种具有受控的方向性的扬声器，该扬声器包括分布在主体的两个或以上的表面上的多个声音转换器单元，每个所述声音转换器单元通过被装置所控制，该装置用于依赖频率的每个独立的声音转换器单元的a)水平/增益调节和b)延时/相位调节。发声转换器单元被设置在两个或多个的转换器阵列中，其中包含在至少两个或多个的转换器单元阵列中的转换器单元的物理布置是对称布置并且围绕公用轴线是镜像的。本发明还涉及一种用于控制各个声音转换器单元的方法，以获得给定目标的方向性。
Description
技术领域
本发明总体上涉及扬声器领域，并且更具体地涉及控制扬声器的方向性特征的手段。进一步更具体地，本发明在转换器配置中应用对称性，以获得包括多个独立的扬声器驱动单元的扬声器系统的优化的方向性特征。
背景技术
多年以来，扬声器的方向性已经在扬声器的设计人员当中受到广泛考虑。一般的共识似乎是扬声器的方向性和多种感知方面之间的相关性的调查在未来的创新的声音系统的发展中是非常重要的。从Bang&Olufsen A/S的申请WO2011/144499中公开的内容以及相关的实验可以知道，具有单个扬声器或扬声器单元是有利的，随着该扬声器的方向特征能够被改变，以获得扬声器系统的整体的优化音频性能。
在US2005/0169493中描述了扬声器阵列系统，其中，在单个平面中，相同类型的扬声器，即高音扬声器、中音扬声器以及低音扬声器被对称地设置。美国(US)公开的目的是提供扬声器的紧凑布置，从而通过扬声器的物理布置物理地避免发出的声音中的失真。为了完成该目的，该申请US2005/0169493还公开了能够用于达到紧凑的平面设计的算法。换言之，算法能够被用于在被感知到的声音发出和物理设计的约束之间达到最好的设计平衡。
另一扬声器布置从US2005/0169493中已知，其中，对称的扬声器阵列被用在全方向性系统中(公共地址)，该系统意图在于在来自扬声器的任何方向中创建大致均匀的方向性。
发明内容
根据本发明，提供一种扬声器系统，该扬声器系统提供广泛范围的扬声器方向性。根据本发明的扬声器系统实现可控的方向性。
在下文中，说明扬声器系统在具体的配置中包括一个或多个转换器单元阵列的概念。公开的装置使得配置能够最优化声音方向性并且提供用户感知到的优化的声音质量。
根据本发明，提供一种扬声器系统，该扬声器系统包括多个扬声器转换器单元阵列。波束图案在水平平面上能够转向到特定的聚焦方向上，并且在期望的方向上具有相关的/确定的波束宽度。波束宽度至少在本发明的上下文中应该被理解为从各个独立阵列发出的声音波束的组合图案。
在该说明书中，扬声器阵列应当被理解为多个扬声器单元，典型地是相同类型的扬声器单元，即低音、中音或高音，其中阵列中的多个扬声器被设置在一起，从而阵列将在大致公用的水平表面中传输声音。在一些实施例中，阵列中的扬声器可以倾斜到阵列的平面之外。这意味着如果所有的扬声器单元被设置在平面中，它们典型地将基本上垂直于该平面传输声音，但是如果一个或多个扬声器单元相对于平面倾斜，那么将在不垂直于之前所述的平面的方向上传输声音。然而，实际上，扬声器单元将在与绝对垂直于扬声器的平面的方向不同的方向上传输声音，但是当理论上讲并且尤其是讨论方向性时，通常讨论垂直于设置有扬声器单元的平面方向性方向。
波束图案被理解为来自扬声器单元的感知声音。典型地，扬声器单元在一个方向上引导该声音，但是由于扬声器的配置和声波在空气中的传播，声音相对于期望的传输方向存在一定程度的扩展。这称为波束宽度。声音相对于期望的传输方向的扩展以及相关的声压称为方向性。
本发明公开了扬声器配置，该配置具有全面且响亮的声压，其中在一个方向中具有较大的密度并且具有降低的侧向波瓣。
在本说明书中，方向性被定义为基于位置的频率响应和参考方向的频率响应之间的比值。该方向性只有在水平平面中是有意义的。
波束图案的优选方向指向房间中的用户位置；另外，还包括房间的特征和扬声器系统的物理放置。每个扬声器转换器单元的待被调节的声音参数是根据“依赖频率的复增益”定义的。结果，在本发明的第一有利实施例中，本发明提供具有受控的方向性的扬声器转换器配置，所述配置包括：
·两个或多个扬声器阵列，每个阵列包括多个声音转换器单元，每个声音转换器单元包括用于所述多个声音转换器单元中的每一个且用于所述多个转换器单元中的每一个的依赖频率的复增益的控制的装置；
·扬声器阵列中的至少两个以如下的物理布局而设置，该物理布局围绕与第一扬声器阵列相关的第一中心线是对称的；
·以及其中，由依赖频率的复增益控制的且用于所述多个转换器单元中的每一个的发出的声音的方向性被指向或聚焦向用户的收听位置；
·一种布置，其中，扬声器阵列中的至少一个被配置为使得至少一个扬声器转换器单元相对于相同阵列中的另一扬声器转换器单元倾斜。
利用此配置和通过设计用于控制所述多个声音转换器单元中的每一个的依赖频率的复增益的装置，可能将感知到的声音聚焦到收听者。通过进一步布置扬声器阵列使得不仅仅直接朝向收听者传输声音，还在其他方向上传输声音，从而提供一种更加完整和全面的声音图片，其中该声音图片明显地改善了视听体验。
根据本发明的第一方面的具有受控方向性的扬声器转换器单元配置是如下的配置：该配置的特征在于该配置包括两个或多个扬声器阵列，各个阵列由多个声音转换器单元组成，其中各个单元由独立的功率放大器驱动，并且可以地包括过滤装置，其中设置有包括由“依赖频率的复增益”定义的参数(依赖频率的增益/电压和相位/延时)的控制装置。
本发明的第二方面是扬声器系统转换器单元配置：
·当在共同的坐标中被映射到第一平面(X、Y)中时，扬声器阵列中的至少两个以等同的物理布局设置；
·当在共同的坐标中被映射到第二平面(Y、Z)中时，扬声器阵列中的至少两个以等同的物理布局设置；
·其中，至少一个扬声器阵列被配置为使得至少一个第一扬声器转换器相对于第二扬声器转换单元倾斜或成角度。
本发明的第三方面是扬声器系统转换器单元配置：
·其中第一扬声器阵列被配置为分配高频声音；
·其中第二扬声器阵列被配置为分配中频声音。
·其中第三扬声器阵列被配置为分配低频声音。
·其中第一扬声器阵列被物理地位于第二扬声器阵列之上；
·其中第二扬声器阵列被物理地位于第三扬声器阵列之上。
通过具有传递功能能够获得方向性控制，其中传递功能用于与可能指向用户的任何方向相关的各个转换器单元。因此，所有的转换器单元的总和给出需要的方向性。
在本发明的优选实施例中，扬声器系统的转换器单元，如物理地配置的那样，满足根据给出的前提条件的各个参数设置：
·扬声器阵列的物理布局，即如何相对于彼此组织各个转换器单元，该包括用于距离和角度的数据值；
·这些数据包括出厂预设，并且可以通过外部源，例如经由无线链路，被修改或重新加载；
·收听者的位置。这包括人相对于扬声器系统的距离和角度。
经由定位在用户的位置处的装置，例如具有APP(该APP将脉冲数据与扬声器系统交换)的智能手机，或者通过嵌入到扬声器系统的替代装置(例如，类似于相机聚焦点探测系统的距离和角度测量装置)，来获得这些数据。
该距离和角度数据被传输到多个独立的扬声器系统中的每一个，并且变成指针，该指针被用作基准以针对于各个扬声器系统的各个转换器单元对相应的组的调节参数进行寻址。
在本发明的另一方面，包括两个或多个扬声器阵列的一个或多个扬声器系统转换器单元配置中的每一个是根据工厂定义值被预设有参数。该参数通过“依赖频率的复增益”而定义。
在又一方面，根据由用户定义的优选的收听位置，调节一个或多个扬声器系统转换器单元配置的方向性。
经由来自无线控制装置的与用户的对话中获得收听位置。标准的装置(例如、红外，射频、蓝牙等)可以被用于与远程的终端通信。
利用用户相对于一个或多个扬声器系统转换器单元配置的具体X、Y位置，可以确定用户的相对角度和距离信息，或者用户的收听位置。相应地，特定的扬声器转换器配置满足用于该情况而定义的一组参数。
在优选的实施例中，这些校正参数属性可以动态地使用并且包括；
-预定的一组的过滤属性被用作缺省的校正过滤，从而在用于一个或多个扬声器单元中的每一个的单个路径中是可行的，以及
-预定的多组独立的过滤属性与用于一个或多个扬声器中的每一个的不同的扬声器位置相关，以及
-预定的一组的过滤属性被选择并且被用作实际的校正过滤，从而位于用于一个或多个扬声器中的每一个的单个路径中，其中该组过滤属性基于扬声器和收听者的X、Y位置而被选择。
-与用于一个或多个扬声器中的每一个的扬声器位置相关的预定的多组独立的过滤属性可以被替换为来自外部源的数据。
本发明的进一步的有利的实施例在与扬声器转换器配置相关的从属权利要求中被列出。具体地，一个实施例的特征在于：以每个转换器单元位于具有单个物理容积体的一个独立的阻尼腔中的方式来设置所有的转换器单元。这使得：虽然通过为各个转换器单元提供各自的物理容积体，而将多个扬声器转换器单元设置成一个公共的扬声器单元，但是没有来自转换器单元的后侧的干扰，该干扰否则将干扰正确的声音发出，由于临近和相邻的转换器单元，该声音可能失真。
此外，通过适当地设计各个物理容积体，可能优化与剩余的转换器单元分开的各个和任一个独立的转换器单元的性能。
本发明也设计扬声器自身，即，扬声器包括如前述权利要求的任一项所述的具有受控的方向性的扬声器转换器配置，其中所述扬声器具有壳体，所述壳体具有至少四个侧面，其中来自各个阵列的扬声器单元被设置在至少四个侧面中的至少三个中。通过设置扬声器，其中，来自各个阵列的扬声器单元被设置在至少三个侧面中，显而易见的是使用依赖频率的复增益方法对方向性的控制将延迟和加速从多个独立的扬声器中声音发出，从而因为控制单元和方向性直接指向用户，所以用户在收听位置感知到高质量的声音性能。通过在扬声器的不同的侧面设置扬声器单元，可以达到的是：存在侧边斜率并且该侧边斜率使得声音图片变得丰满，但是由于受控的方向性，方向性所指向于的收听者将感受到发出的声音，因为全面和广泛的声音图片提供最好的声音复制。
在另一有利实施例中，所有的转换器单元、驱动器、过滤器、放大器和电源单元被包含在所述扬声器壳体中或内部，并且所述壳体在外表面上设置有用于所述放大器和电源单元的冷却装置。
利用此实施例，扬声器变成基本上设备齐全的单元，其中只有单个电缆和电源电缆需要被适当地连接，从而使得扬声器能够工作。通过将所有的转换器单元、驱动器、过滤器、放大器和电源单元整合在所述扬声器壳体中或内部，扬声器在使用中将变得较热，但是通过在扬声器的外表面上提供冷却装置，能够控制扬声器的工作温度，从而在扬声器内部和中设置所有的装置不会影响扬声器的性能。
在本发明的又一有利实施例中，所述壳体由铸造材料制成，所述铸造材料选自如下的材料中的一个或多个：铝或铝合金、铸钢、铸铁、基于水泥的纤维强化高强度混泥土，或者基于改进的树脂的材料。传统地，用于扬声器的壳体由多种木质产品或钢壳制成，但是通过提供刚性扬声器外壳，能够达到多个优点。
一个优点是：在使用中，壳体趋于非常坚硬结实并且重量较重，因为例如提供到低频扬声器单元的任何功率将被转换为发出的声音，并且不会被其他情况下的薄或非刚性壳体吸收。
此外，由于用于铸造这些类型的物体的较重材料，扬声器单元的任何震动不会借助于壳体被传递，但是将铸造材料抵消和吸收，从而各个和每个扬声器转换器单元将不会受到设置在相同的壳体中的其他的扬声器转换器单元的影响。
在本发明的又一有利实施例中，所述侧面中的至少两个不是平面。传统地，扬声器部设置有大致平面/平坦的表面，从而能够将声音引导至收听位置/用户，不会受到来自相邻的扬声器单元的失真和干扰影响。
然而，利用本发明提供的方向性控制，可能提供非平面的侧面，该非平面的侧面除了在相对于用户的水平平面中提供最佳的声音分布/发出之外，也能够在竖直平面中提供声音，从而能够向用户提供更加全方位的声音感知图片。同时，通过能够提供非平面侧面，扬声器设计能够比之前的情况设想得更加富有想象力。
附图说明
通过阅读本发明的实施例的如下详细说明，并且参考附图，更好地理解本发明，其中：
图1示出了扬声器系统转换器单元配置的优选实施例的前侧视图。
图2示出了扬声器系统转换器单元配置的优选实施例的后侧视图。
图3示出了包含在扬声器系统转换器单元配置中的扬声器阵列中每一个的优选实施例的剖面视图。
图4示出了转换器单元配置中的细节的剖面视图。
图5示出了扬声器系统转换器单元配置的优选实施例的侧视图。
图6示出了转换器单元配置中的具有角度细节的剖面视图。
图7示出了扬声器系统设置和收听者位置的两个示例。
图8示出了与用于本发明的实施例的方向性相关的一个光束图案。
图9示出了用于本发明的实施例的系统控制方框图。
图10示出了如何设置方向性控制的示意布局。
图11至图14示出了多个方向性图案。
具体实施方式
在下文的详细说明中，附图标记和符号在不同的附图或图中可以被用于表示等同的、相应的或类似的部件。此外，可以针对具体的实施例，给出示例、尺寸、模型、值、范围，但是一般地不认为是限定。在电路图中，为了简化视图起见，已知的电力和接地连接和类似的已知的元件可以被省略。
在下文中，说明扬声器系统的概念，该扬声器系统在具体的配置中包括一个或多个转换器单元阵列。如本文公开的布置使得配置能够优化声音方向性并且具有如用户感知到的强化的声音质量。
根据本发明的扬声器系统可以包括立体的-或者任何多通道配置。
图7a)和图7b)示出示出了立体的典型示例(图7a)以及5通道系统(图7b)。用户的脸部(收听位置100)被取向为在朝向扬声器(71、72、73、76、77)的方向上；该方向变成使能方向性的直线，对于作为目标的用户，从而整个扬声器系统通过该布置可以被控制，从而在该特定的方向(82)上提供优化的收听。
根据本发明的一个方面的具有受控的方向性的扬声器转换器单元配置是特征在于包括两个或多个扬声器阵列(5、6、7)配置，参见图2。各个阵列包括多个声音转换器单元。在图4中示出了一个阵列11，该阵列11包括三个单元(11a、11b和11c)。各个单元(11a、11b和11c)通过独立的功放驱动并且可选地包括过滤装置，其中提供有包括由“频率依赖的复增益”(频率依赖的增益/水平和相位/延时)限定的参数的控制装置。各种其他阵列配置也是可以想到的，但是它们大体上如图4所示。
本发明的第二方面是扬声器系统转换器单元配置：
·其中，如图1、图2和图5所示，当在共同的坐标中被映射到第一平面(X、Y)中时，至少两个扬声器阵列(5、6、7)以等同的物理布局设置。
·其中，也如图1、图2和图5所示，当在共同的坐标中被映射到第二平面(Y、Z)中时，至少两个扬声器阵列(11、12、13)以等同的物理布局设置。
·其中，至少一个扬声器阵列被配置为使得至少第一扬声器转换器(11’、12’、13’)相对于第二扬声器转换器单元(11、12、13)是倾斜的或成角度的。
本发明的第三方面是扬声器系统转换器单元配置：
·其中，第一扬声器阵列(5、11)被配置为分配高频声音；
·其中，第二扬声器阵列(6、12)被配置为分配中频声音；
·其中，第三扬声器阵列(7、13)被配置为分配低频声音；
·其中，第一扬声器阵列(5、11)被物理地定位在第二扬声器阵列(6、12)之上；
·其中，第二扬声器阵列(6、12)被物理地定位在第三扬声器阵列(7、13)之上。
通过具有传递功能能够获得方向性控制，其中传递功能用于与可能指向用户的任何方向相关的各个转换器单元。因此，所有的转换器单元的总和给出需要的方向性。
在本发明的优选实施例中，扬声器系统的转换器单元，如物理地配置的那样，满足根据给出的前提条件的各个参数设置：
·扬声器阵列(5、6、7、11、12、13)的物理布局，即如何相对于彼此组织各个转换器单元，这包括用于距离和角度的数据值。对于“距离”和“角度”，应当被理解为多个轴线之间的相对角，其中单个转换器单元沿着各个轴线发出声音，并且距离应当被理解为包含在扬声器配置的阵列中的多个单元之间的相对距离。
这些数据包括出厂预设，并且可以通过外部源，例如经由无线链路，被修改或重新加载。
·收听者的位置。这包括人相对于扬声器系统的距离和角度。
经由定位在用户的位置处的装置，例如具有APP(该APP将脉冲数据与扬声器系统交换)的智能手机，或者通过嵌入到扬声器系统的替代装置(例如，类似于相机聚焦点探测系统的距离和角度测量装置)，来获得这些数据。
该距离和角度数据被传输到多个独立的扬声器系统中的每一个，并且变成指针，该指针被用作基准以针对于各个扬声器系统的各个转换器单元对相应组的调节参数进行寻址。
在本发明的另一方面，包括两个或多个扬声器阵列的一个或多个扬声器系统转换器单元配置中的每一个根据工厂定义值被预设有参数。该参数通过“频率依赖的复增益”而定义。
在又一方面，根据由用户定义的优选的收听位置，调节一个或多个扬声器系统转换器单元配置的方向性。
经由来自无线控制装置的与用户的对话中获得收听位置。标准的装置(例如、红外，射频、蓝牙等)可以被用于与远程的终端(无线控制设备)通信。
从用户相对于一个或多个扬声器系统转换器单元配置的具体X、Y位置，可以确定用户的相对角度和距离信息，或者用户的收听位置。相应地，特定的扬声器转换器配置满足用于该情况而定义的一组参数。
在优选的实施例中，这些校正参数属性可以动态地使用并且包括：
-预定的组的过滤属性被用作缺省的校正过滤，从而在用于一个或多个扬声器单元中的每一个的单个路径中是可行的，以及
-预定的多组独立的过滤属性与用于一个或多个扬声器中的每一个的不同的扬声器位置相关；以及
-预定的组的过滤属性被选择并且被用作实际的校正过滤，从而位于用于一个或多个扬声器中的每一个的单个路径中，其中该组过滤属性基于扬声器和收听者的X、Y位置而被选择。
-与用于一个或多个扬声器中的每一个的扬声器位置相关的预定的多组独立的过滤属性可以被替换为来自外部源的数据。
在优选的实施例中，这些校正过滤属性与扬声器和用户/收听位置的X、Y位置先关，扬声器和用户/收听位置的X、Y位置在简单的索引表中以离散的方式被映射为关于距离(D)和角度(A)的信息。
如果距离位置(Dpos)、角度位置(Apos)位于位置1到位置2(pos1–>pos2)的范围中，然后应用过滤设置1(filter set)。
| 角度 | 距离 | 过滤 | 指针 |
| Apos1->Apos2 | Dpos1->Dpos2 | Fset1 | 1 |
| Dpos2->Dpos3 | Fset2 | 2 | |
| +++ | +++ | // | |
| DposN->DposM | FsetN | N | |
| Apos2->Apos3 | Dpos1->Dpos2 | Fset1.1 | N+1 |
| Dpos2->Dpos3 | Fset2.1 | N+2 | |
| +++ | +++ | // | |
| DposN->DposM | FsetN.1 | N+N | |
| // | |||
| Apos3->Apos4 | Dpos1->Dpos2 | Fset1.2 | 2N+1 |
| Dpos2->Dpos3 | Fset2.2 | 2N+2 | |
| +++ | +++ | // | |
| DposN->DposM | FsetN.2 | // | |
| +++ | |||
| AposP->AposQ | Dpos1->Dpos2 | Fset1.p | // |
| Dpos2->Dpos3 | Fset2.p | // | |
| +++ | +++ | // | |
| DposN->DposM | FsetN.p | // | |
上述的表格示出了位置(角度、距离)到过滤指针的映射，该指针(index)对与一个用户位置相关的预定多组独立的A、D值进行寻址，其中，预定多组独立的其他A、D坐标与其他用户位置相关，并且其中指针与一组相应的过滤属性相关，该组相应的过滤(filter)属性用在和用于特定的扬声器位置。
图1示出了本发明的优选实施例的前侧视图。包含在阵列中的多个声音转换器单元被配置在扬声器系统中，扬声器系统包括：
·能够提供高频声音的转换器阵列，该阵列包括三个转换器(11)和两个转换器(11’)，两个转换器11’在立体图中显示为稍微相对倾斜。转换器单元11的发声轴线垂直于附图的平面，然而用于转换器单元11’的相应轴线相对于这些轴线是成角度的或倾斜的，并且不垂直于附图的平面。
该转换器布置在X、Y坐标系统(1)中沿着公用Y轴线4是对称的。
·能够提供中频声音的转换器阵列，该阵列包括三个转换器(12)和两个转换器(12’)，两个转换器(12’)在立体图中显示为稍微相对倾斜，以对照第一阵列如上说明的方式相同。该转换器布置在X、Y坐标系统(1)中沿着公用Y轴线(4)是对称的。
·能够提供低频声音的转换器阵列，该阵列包括一个转换器(13)和两个转换器(13’)，两个转换器(13’)在立体图中显示为稍微相对倾斜。该转换器布置在X、Y坐标系统(1)中沿着公用Y轴线(4)是对称的。
在优选实施例中，以每个转换器单元位于具有单个物理容积体的一个阻尼腔中的方式来设置所有的转换器单元；这是为了避免意外发出的声音波瓣(lobe)。这在图3b中被示意性示出，其中具有多个分开的容积体(17、18、19)，即，每个转换器(15、12、12’)单元分别具有一个容积体。多个分开的容积体只在图3b中被示出，但是可以用于或用在所有阵列和实施例中的所有扬声器转换器单元。
在示例实施例中，转换器单元被配置有：
·32mm(毫米)直径的高频转换器单元，频率2500Hz至4000Hz(2500Hz->4000Hz)；
·86mm直径的中频转换器单元，频率250Hz至3500Hz(250Hz->3500Hz)；
·260mm直径的低频转换器单元，频率20Hz至350Hz(20Hz->350Hz)。
图2示出了本发明的优选实施例的后侧视图。多个声音转换器阵列被配置在扬声器系统中，该扬声器系统包括；
·能够提供高频声音的转换器阵列(5)，该阵列包括两个转换器(14)，两个转换器(14)在立体图中显示为稍微相对倾斜。
该转换器布置(5)沿着公用Y轴线(4)是对称的。
·能够提供中频声音的转换器阵列(6)，该阵列包括两个转换器(15)，两个转换器(15)在立体图中显示为稍微相对倾斜。
该转换器布置沿着公用Y轴线(4)是对称的。
·能够提供低频声音(16)的转换器阵列(7)。
该转换器(16)沿着公用Y轴线(4)是对称的。
在根据本发明的扬声器转换器配置的优选实施例中：
·第一扬声器阵列中的声音源的数量是7个；
·第二扬声器阵列中的声音源的数量是7个；
·第三扬声器阵列中的额声音源的数量是4个。
这在图3a)至图3c)中示出，其中，这些图描述了通过第一、第二和第三阵列(等级)(如图2中的虚线(5、6、7)所示)的剖面(在使用中，与水平剖面对应)。
图3a)至图3c)显示了本发明的特定实施例的剖面视图(水平)，这些图描述了用于低频、中频、高频声音渲染单元中的每一个的优选的扬声器转换器布置。
从图3a)至图3c)中可以看出，在低频、中频、高频声音渲染单元中存在对称设置。该对称可以是完全对称或局部对阵；从而获得最高的声音质量，中频和高频优选地可以是完全对称的。
在图3a)中，示出了低范围的转换器布置。一个转换器13在对应于(在本实施例中至少)方向性方向的方向(82)上发出声音。两个其他转换器(13’)相对于第一转换器(13)是倾斜的或者成角度的，并且第四转换器16将在与方向82相反的方向上发出声音。
在图3b)中，示出了包括7个转换器的中级布置。位于高级布置中的前部转换器12和前部转换器11被设置为如图4所示(以及图1)，并且包括三个分开的单元。如图3b)所示，转换器单元被设置在被集成在扬声器中的各个物理容积体17、18、19中。各个物理容积体可以被设置为用于扬声器转换器配置中的所有转换器单元，无论它们是低频、中频还是高频转换器。
转换器单元可以被安装在密闭的腔(20)中，该腔包括用于每个转换器单元的各个容积体(17、18、19)，并且按照需要包括阻尼材料(damping material)。
根据一个特定的扬声器系统性能需求，所有的转换器单元的全部或子集被安装在它们各自的容积体中。这适用于低、中和高扬声器阵列转换器单元。作为示例，三个转换器(12)单元被安装在三个容积体(18、19、18)中。
图4显示了扬声器阵列的中心部件的俯视图，该中心部件包括三个扬声器转换器单元(11)，并且相同配置可以用于扬声器转换器单元(12)。该配置在中频和高频扬声器阵列中是优选的。该阵列中的转换器单元中的两个(11a、11c)可以相对于中心转换器(11b)倾斜角度α。
作为示例，该角度可以位于10至20(10->20)度等的范围内。
从图1中可以看出，转换器(11和12)在X、Y平面(1)的Y方向上是偏置(offset)的，但是在X方向上是重叠的。
图5显示了本发明的优选实施例的侧视图，包括：
·能够提供高频声音的转换器阵列，该阵列包括三个转换器(11)。
·能够提供中频声音的转换器阵列，该阵列包括三个转换器(12)。
·能够提供低频声音的转换器阵列，该阵列包括一个转换器(13)和一个转换器(13’)，转换器13’相对于期望的方线性方向(82-参见图3和图4)是相对倾斜的。
·能够提供高频声音的转换器阵列，该阵列包括转换器(14)，转换器(14)在立体图中显示为相对于期望的方线性方向(82-参见图3和图4)是稍微相对倾斜的。
·能够提供中频声音的转换器阵列，该阵列包括两个转换器(15)，转换器15在立体图中显示为相对于期望的方线性方向(82-参见图3和图4)是稍微相对倾斜的。
·转换器阵列的构件是能够提供频率声音(16)。
从图5中可以看出，优选实施例限定如下的配置：声音转换器被设置在沿着Z轴线偏置的两个或以上的平面中(4、8、9)。
转换器单元阵列配置中的一个重要方面是：转换器单元靠近在一起，并且它们听觉上被感知为一个整体。
图6示出了用于低频、中频、高频声音渲染单元中每一个的扬声器转换器单元布置的剖面(水平)视图。
从图中可以看出，在三个系统中存在对称设置。为了能够在生成多个方向中的方向性的特征中获得灵活性，两个或多个声音转换器相对于扬声器系统的前部被倾斜或成角度。
示出的示例是：其中一个转换器(15)倾斜γ角度，作为示例，该角度可以位于30至90(30->90)度等的范围内。
另一转换器(12’)倾斜β角度，作为示例，该角度可以位于60至90(60->90)度等的范围内。
另一转换器13’倾斜δ角度，作为示例，该角度可以位于60至120(60->120)度等的范围内。
图7显示了优选实施例的两个示例，其中一个示例为立体设置(图7a)，并且另一示例为具有5通道的多通道系统(图7b)。包括根据本发明的两个扬声器系统的立体设置具有左通道(76)和右通道(77)。优选的收听位置如图所示利用用户位置(100)和扬声器系统的中心线(期望的方向性方向)示出，其中，用户面朝前。替代地，用户可以移动到任何其他收听位置(101)，并且重构扬声器系统，从而因此适应该收听位置。明显的，在这些替代位置感知到的声音质量具有与最优质量相比较低的质量，在最优位置中，用户处于扬声器系统的中心线的前方。相同的考虑适用于如图7b)所示的设置。
图8以公用的方式示出了来自给定的扬声器转换器的波束图案。扬声器转换器被定位在圆心，其中，发出声音的转换器方向沿着“0”所示的径向。肾形图形(81)示出了来自扬声器的声音传播，也称为方向性，其示出了方向(沿着圆周的角度)以及声压(示出为消音(dB)：声压越高，朝向圆周的弧度越长)。
因此，图8示出了一个波束图案，涉及100Hz(赫兹)并且具有用于本发明的一个实施例的方向性(81)。当扬声器系统(10)的中心线沿着方向(81)与目标，即收听位置(100)，对齐时，获得最好性能。定位在扬声器转换器后方的收听者(未示出)，即，成180度，不能接收到任何声音。
参考图11至图14，示出了图8中的对应于肾形方向性81的多个方向性图案。
在图11中示出了多个扬声器转换器单元，例如，对应于参考图3B和图3C所示的配置，其中，如下参考图9和图10所示的控制器已经被调节，从而扬声器转换器单元将发出声音，从而获得大致全方位的方向性101。曲线101对应于参考图8所讨论的由附图标记81表示的方向性图案。在图11B中示出的另一方向性图案102，其中，目的是获得较宽的方向传播，但是从方向性102明显地看出，声音图片，即由收听者感知到的声音，与一起紧密地设置在扬声器布置的前部103中的三个扬声器转换器单元而言，被指向前方。在图12A和图12B中，示出了如下的情况：其中，控制器已经调节了到扬声器单元的复增益和延时输入，从而如图12A所示，声音方向性朝左，并且在图12B中，声音方向性105朝右。
如图11至图14所示的所有示例的共同点在于如下的事实：方向性“0”位于扬声器转换器单元布置的理论中心。该“0”对应于如图8所示的圆的中心。
在图13A和图13B中示出了相应的情况，然而，方向性图案106、107分别指向后和右，以及后和左。通过控制由到控制器的输入实现的复增益和延时，能够获得这些图案，从而通过扬声器转换器布置以受控的方式发出期望的方向性。
最后，在图14中，示出了如下的情况：其中，方向性108被聚焦在较窄的向前方向上，从而例如定位在如图8所示的位置处的收听者可以感知到完全和全面的声音图片。
转而参考图9，图9示出了能够管理根据本发明的扬声器系统(96、97、98)的声音性能的系统控制器(90)。包括存储部件的微型计算机或数字信号处理器是系统(90)的核心，并且执行如下的任务：
·确定房间的声音特征。麦克风(91)支持房间的声音阻抗的测量。参数值被存储为配置数据(95)。麦克风(91)根据实际的产品需求可以被构建在或者被连接到外部设备中。
·根据实际的产品需求，用于初始扬声器配置的出厂特定数据和属性可以被定义和存储为预设数据表(94)，这些数据表在操作期间经由远程连接器(92)可以被修改或重加载；该远程连接器可以是有线的、或者无线红外的、WiFi等。
数据包括通过“依赖频率的复增益”控制而定义的参数。
·用户可以经由MMi部件(93)而给出初始控制命令功能；通过初始命令功能(93)可以将诸如电源开/管、启动诸如“重启”等的特定功能或任何其他相关控制功能的命令输入到系统中。
·确定用户的位置或用户的收听位置。在优选的实施例中，外部系统，例如智能手机上的APP，完成此任务。用于角度和距离的实际值经由也包含在远程连接器(92)中的WiFi装置而被传输到扬声器系统。
·根据测量的用户位置和与该位置相关的定义的预设值(94)调节用于各个扬声器转换器(96、97、98)的电压和延时参数。
在图10中，示意性示出了例如如图3所示的配置中的各个转换器单元11、12、14、15如何设置有它们自己有限的输入响应过滤，从而控制单元将根据期望的输入控制FIR。在上下文中，标记110表示音频输入。
本发明适用于任何高质量声音系统，该声音系统是具有立体设置或例如具有五通道的任何多通道系统的扬声器系统。
该系统可适用于用户收听位置并且提供由用户感知到的高质量声音。
Claims (14)
1.一种具有受控的方向性的扬声器转换器配置，所述配置包括：
·两个或多个扬声器阵列，每个阵列包括多个声音转换器单元，声音转换器单元包括：用于所述多个声音转换器单元中的每一个声音转换器单元且用于所述多个转换器单元中的每一个声音转换器的频率依赖的复增益的控制的装置；
·至少两个扬声器阵列以如下的物理布局而设置，该物理布局围绕与第一扬声器阵列相关的第一中心线是对称的；
·以及其中，由频率依赖的复增益控制的且用于所述多个转换器单元中的每一个转换器单元的发出的声音的方向性，被指向或聚焦向用户的收听位置；
·一种布置，其中，至少一个扬声器阵列被配置为使得至少一个扬声器转换器单元相对于相同阵列中的另一扬声器转换器单元倾斜或成角度。
2.根据权利要求1所述的扬声器转换器配置，其中，当在共同的坐标中被映射到第一平面(X、Y)中时，至少两个扬声器阵列以等同的物理布局被设置。
3.根据权利要求1所述的扬声器转换器配置，其中，当在共同的坐标中被映射到第二平面(Y、Z)中时，至少两个扬声器阵列以等同的物理布局被设置。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的扬声器转换器配置，其中，第一扬声器阵列被配置为分配高频声音，并且其中第二扬声器阵列被配置为分配中频声音。
5.根据权利要求4所述的扬声器转换器配置，其中，第三扬声器阵列被配置为分配低频声音。
6.根据权利要求5所述的扬声器转换器配置，其中，第一扬声器阵列被物理地定位在第二扬声器阵列之上，并且其中，第二扬声器阵列被物理地定位在第三扬声器阵列之上。
7.根据权利要求6所述的扬声器转换器配置，其中，以每个转换器单元的单个物理容积体的方式在独立的阻尼腔中来布置所有的转换器单元。
8.一种包括根据权利要求1至7中的任一项所述的具有受控的方向性的扬声器转换器配置的扬声器，其中，所述扬声器具有壳体，所述壳体具有至少四个侧面，其中来自各个阵列的扬声器单元被设置在所述至少四个侧面中的至少三个侧面中。
9.根据权利要求8所述的扬声器，其中，所有的转换器单元、驱动器、过滤器、放大器和电源单元被包含在所述扬声器壳体中或内部，并且所述壳体在外表面上提供有用于所述放大器和电源单元的冷却装置。
10.根据权利要求8或9所述的扬声器，其中，所述壳体由铸造材料制成，所述铸造材料选自如下的材料中的一个或多个：铝或铝合金、铸钢、铸铁、基于水泥的纤维强化高强度混泥土，或者基于改进的树脂的材料。
11.根据权利要求8所述的扬声器单元，其中，所述侧面中的至少两个侧面不是平面。
12.根据权利要求8至11中的任一项所述的扬声器，其中，提供独立的无线控制设备，所述无线控制设备与或者能够与用于多个转换器单元中的每一个转换器单元的控制的装置进行通信，所述通信向用于控制的装置提供与用户相对于扬声器的位置有关的输入，其中所述输入被装置使用以调节扬声器的方向性。
13.一种使用根据权利要求8至12中的任一项所述的扬声器的方法，所述扬声器包括根据权利要求1至7中的任一项所述的扬声器转换器配置，其中，提供无线控制设备，并且其中，用于控制扬声器的方向性的装置与所述无线控制设备通信，其中，响应于从无线控制设备所接收的输入，用户除了控制诸如音量、低音和高音以及其他的声音定性参数等的扬声器参数，并且还向用于控制的扬声器装置提供关于无线控制装置相对于扬声器的位置的信息，其中输入被用于控制和引导扬声器转换器单元的方向性。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，无线控制设备能够独立于无线装置相对于扬声器的位置而控制扬声器转换器单元的方向性。
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Inventor after: Gert Kudall Monk Inventor after: Jacob Diller than Inventor before: Gert Kudall Monk |
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| GR01 | Patent grant |