CN106507261A - 用于在扬声器系统中确定或验证空间关系的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定扬声器系统中空间关系的方法，该扬声器系统包括中央控制器、多个扬声器和多个麦克风。该方法包括：使用所述多个扬声器产生声音并使用所述多个麦克风测量所产生的声音。基于所测量的声音确定所述扬声器之间的空间关系，并且基于所确定的空间关系将所述多个扬声器分配至扬声器区域。根据所分配的扬声器区域控制所述多个扬声器的音频。本发明还涉及一种验证这种扬声器系统的安装的方法以及一种具有分区和/或验证功能的扬声器系统。

Description

用于在扬声器系统中确定或验证空间关系的方法

技术领域

本发明涉及确定或验证扬声器安装的布局。

背景技术

很多安装扬声器系统的安装对于该系统的具体布局以及扬声器的空间布置没有或者几乎没有计划。安装者，例如，电工，经常将扬声器分布在其最适合的、最好看的或基本上是最容易安装的位置。经常的情况下，最终的布局并不证明是很好的。其他的安装项目可能已经充分的计划，但是安装者出于这样或那样的原因，决定对于例如扬声器的数目或者类型、精确的安装位置等的计划不予考虑。那么，这种变化的文档可能不总是足够的。

然而，有可能在某个时间点，更加可靠地确定扬声器的位置或空间分布成为相关的，例如，当考虑将扬声器系统分割为区域用于以不同的方式操作扬声器的子集时，或者如果定购扬声器系统的一方希望验证安装者实际已经按照规范安装。

当系统已经按照如上所述的不充分的文档安装，相对于使用者在多个扬声器之间走动直到他觉得有信心发现并探索的所有的扬声器，分区、验证或单独控制的需求没有为使用者留下其他的可能。

即使确定产生充分的文档，通常的安装和操作过程是非常低效的，这是由于必要的文档可能涉及几百个扬声器，这些扬声器的序列号与其位置一起写下来，并设置分层和分区配置开关(如果适用)，所有这些必须在安装过程中手工操作和验证。

发明内容

发明人已经识别出上述引起安装和操作已知扬声器系统错误或者低效率的原因，发明新的有用的方法，用于确定扬声器之间和/或扬声器与房间之间的空间关系，或者验证扬声器系统的安装是否合适。而且，发明人已经发现一种创造性的方式，使得将扬声器分配到区域的任务更有效率，或者在一个实施例中甚至自动的。

在一个方面，本发明涉及用于在扬声器系统中确定空间关系的方法，所述扬声器系统包括中央控制器、多个扬声器以及多个麦克风，所述方法包括：使用多个扬声器产生声音；使用多个麦克风测量所述声音；基于所测量的声音确定所述扬声器之间的空间关系；基于所述所确定的空间关系将所述多个扬声器分配至扬声器区域；以及根据所述所分配的扬声器区域控制所述多个扬声器的音频。

对于与扬声器系统的安装相关的使用，本发明是非常有好处的。当扬声器系统的所有扬声器已经安装在，例如，具有几个房间的建筑中时，每个房间包含几个扬声器并且在不同的房间中对于音频内容或声压经常有不同的需求，本发明的一个实施例可以用来确定哪些扬声器一起属于哪些房间，将它们分配到区域，并为每个区域单独控制音频。类似的，当在诸如大饭店、宽敞的大堂或大厅或者诸如运动或购物中心的大房间中安装了几个扬声器，在大房间的不同部分对音频内容或声压经常有不同的需求，本发明的一个实施例可以用来确定哪些扬声器安装在房间的哪些部分，将扬声器分配到区域，并为每个区域单独控制音频。

于是，扬声器被安装不需要首先单独配置它们属于一个或多个区域，并且不需要安装者在安装扬声器的同时必须维护各个扬声器的序列号或者其他标识符的图表。该信息在本发明中可以“事后(post hoc)”提供。

在优选的实施例中，所分配的区域不是静态或永久的，而是可以根据房间或大厅应用而改变。诸如“现场音乐会”、“会议”或“休闲吧”的应用可能要求扬声器满足不同的角色。

在任意的网络拓扑中，多个扬声器可连接至常规的放大器、有线或无线的扬声器网络、有源或无源的音频总线等，或连接至它们的组合。对于多个扬声器得到呈现的音频，是由中央控制器对它们进行直接或间接控制。中央控制器可以例如发送音频至扬声器，或可以指示扬声器呈现特定音频或呈现发至特定扬声器区域或其他群组的音频。

空间关系可以是，例如，绝对或相对距离，其基于所测量的声音，例如由飞行时间(ToF)、到达时间差(TDOA)和/或幅度或频率响应或类似的技术而确定。空间关系也可以包括或另外包括有关相对或绝对角度的信息或其他空间信息。

根据该方法，空间关系用于将扬声器分配至扬声器区域。这可以例如通过考虑空间关系的模式而进行，比如，一些扬声器被放置在一起明显比另一组的扬声器更接近，或者麦克风的子集不能采集到来自某个扬声器组的任何声音，或者仅仅采集到来自某个扬声器组的微弱或远处声音，从而导致可能的假设：这些扬声器处于与麦克风子集不同的环境，例如，房间或位置。

基于扬声器区域控制扬声器的音频的步骤，例如包括使得分配至不同扬声器区域的扬声器呈现不同的音频内容或采用不同的增益或处理，导致在两个区域有不同的声压。音频的控制可优选地通过中央控制器直接或间接地执行。

当所述空间关系包括距离时，得到优选实施例。

在优选的实施例中，扬声器与麦克风之间的空间关系包括例如根据声音的飞行时间差确定的距离。

当所述空间关系包括空间布置时，得到优选实施例。

根据一个实施例，当已经确定了足够数量的扬声器的空间关系时，它们组成空间布置，即扬声器系统中的扬声器位置的布局。分析扬声器空间关系以确定空间布置可包括二维或三维模型。

该方法可以生动地或明确地产生(可能很多)扬声器的布局图或图表。该图优选地为自动生成，即不需要来自操作员的人工辅助。在一个实施例中，扬声器连接至中央控制器，能够通过每个扬声器发出声音。所生成的图可包含扬声器的相对位置。该图也能够包括比例尺以及扬声器之间的大概距离。

当所述空间布置由辅助信息补充时，得到优选实施例。

辅助信息可例如包括扬声器中的一个的绝对位置或参考，例如，“房间的东北角”，地理或平面图坐标等，从而使得该方法可以更好地确定绝对布局或例如与平面图相关的布局。这些辅助信息可以在声音测量等之前或之后提供。辅助信息还包括操作员驱动的调整或纠正本发明自动提供的空间布置，从而改进随后的区域分配。辅助信息的另一个示例可包括例如来自平面图数据或由操作员输入的关于特征的信息，例如，关于例如房间、墙壁、地板、家具、不规则形状房间等的吸收、反射和混响特性，当解读所测量的声音用于确定空间关系时，该方法可使用这些特征信息。

当所述扬声器是静止的时，得到优选实施例。

本发明的实施例在映射和配置安装好的扬声器系统，即包括安装在天花板、墙壁、柱子等中的多个扬声器的系统，具有明显优势。

当所述麦克风是静止的时，得到优选实施例。

当所述麦克风分别与所述扬声器的个体放置在一起时，得到优选实施例。

在优选的实施例中，每个扬声器盒装有麦克风。

从而，通过麦克风的测量可以认为是两个扬声器之间的测量，于是直接提供这两个扬声器之间的空间关系测量。而且，通过扬声器定位麦克风，由扬声器产生的声音由它自己的麦克风测量，并且一秒钟的若干分之一之后由其他麦克风测量。从而，空间关系可以使用第一测量作为波前的分离时间的参考来确定，而不是依赖来自音频网络或数据音频处理(其固有地引入一些延迟)内部的定时。

麦克风优选地为专用麦克风，并且各种实施例使用各种质量、频谱和灵敏度的麦克风。在一些实施例中，甚至可以使用非常廉价的麦克风或声音传感器，因为这些实施例可主要关注确定麦克风位置处的声音波前的第一检测，例如，直接声音或低阶反射。因此，麦克风信噪比或频率响应不重要。

在另一个实施例中，通过在放大器和扬声器之间采用技术中的已知合适电路将传入的声音信号与放大器的输出信号辨别开来，扬声器自身可以用作麦克风。例如，一个扬声器在那时可以产生声音，而其他扬声器用来测量该声音。

当所述麦克风以预定的阵列布置时，得到优选实施例。

基于扬声器所产生的声音，这种麦克风阵列可确定到每一个扬声器的方向和距离，从而确定扬声器的空间关系。该方法包括一起分析来自基本上所有麦克风的信号，并结合阵列中的麦克风的空间相互关系的知识。

当所述方法进一步包括确定扬声器和反射面之间的以及麦克风与所述反射面之间的空间关系时，得到优选实施例。

在优选的实施例中，将该分析设置为甚至基于低阶反射，即声音在到达麦克风之前从一个表面反射，来确定空间关系。这可以用于确定环境的至少一些表面，以例如提供房间中扬声器位置的指示。该特征的另一个用处是确定扬声器的空间布置，即使当一些扬声器没有直接的声音路径时，例如，由于L形房间或走廊。再一个用处是如果扬声器安装深入一些围墙内，为扬声器的方向性提供约90度的极高衰减。

当所述方法还包括确定反射所产生的声音的反射表面的空间布置时，得到优选实施例。

在一个实施例中，该方法可考虑一个或多个相邻表面，例如墙壁、地板或天花板，可通过所产生的声音与所述表面的声波反射来估计至这些表面的距离。

当确定所述扬声器与相对反射表面之间的空间关系时，得到优选实施例，且其中基于该空间关系进一步确定所述空间布置。

例如，在一个实施例中，多个扬声器可以安装在房间的天花板中，在该情形下相对反射表面将是地板。于是，即使在没有清楚地接收到直接声音的情形中，提供空间关系，优选地为扬声器和地板之间的距离(即地板至天花板的高度)，可便于该方法更精确地确定扬声器的空间布置。

当所述空间布置是基于所述空间关系的最重要的空间关系而确定时，得到优选实施例。

例如，那些对应于所测量接收的声音中最弱的声音的估计的距离或者简单地为最长(估计的)距离可以从扬声器设置的布局模型中排除。而且，每个空间关系，例如估计的距离，优选地伴随着距离估计的不确定性，从而能够将最不确定的距离从实际布局计算中排除。于是，即使基于更少的距离，最终确定的空间布置可以更为准确。

当所述方法还包括确定包含所述扬声器系统的聚集环境(aggregatedenvironment)的至少一部分的空间布置时，得到优选实施例，其中聚集环境包含一个或多个环境。

聚集环境包括一组环境，每一环境包含扬声器系统的一个或多个扬声器。每一环境包括物理区域，例如，走廊、会议室、餐厅或类似的物理分隔的环境。换句话说，环境由诸如墙壁、地板和天花板、门和窗、隔断、植物、窗帘或者甚至空间的比较大的距离作为声波和/或视觉障碍的物理结构来界定。该聚集环境从而例如可以为办公楼、餐厅建筑等，包括一组环境。聚集环境限于包含扬声器系统的扬声器的环境的聚集，于是可以限于建筑的一部分、地板等，并包括单个环境或几个环境。扬声器系统可包括安装在一个或多个环境中的扬声器。扬声器系统的拓扑在电连接或通信连接方面经常与环境的的拓扑完全没有关联。

在优选的实施例中，可以分析声音测量得到关于声波障碍的信息，该信息是通过分析当某些麦克风没有接收到声音或仅模糊或遥远的接收到来自某些扬声器的声音时获得的，从而使能所述环境中不同环境中的扬声器的分组；并且关于反射表面的信息使能估计扬声器和反射表面之间的距离，从而有可能在某些实施例中估计环境的二维或三维物理尺寸，例如，房间的物理尺寸和形状。

当所述分配扬声器至扬声器区域是基于聚集环境中至少一部分的所确定的空间布置时，得到优选实施例。

在优选的实施例中，自动确定的有关环境的信息可以用来作为一个基本建议或基本起始配置，用于如何将扬声器划分至扬声器区域，以进行后面的常规操作。在该实施例很多的实际应用中，以这种方式建立的基本起始配置将非常适用于大多数应用。

环境的拓扑可以不必对应于扬声器区域的拓扑。换句话说，网络拓扑、扬声器连接、环境和扬声器区域是没有限定的，但是至少部分重叠。

当所述方法还包括确定所述扬声器区域的空间布置时，得到优选实施例。

在一个实施例中，还可以为信息确定和提供扬声器区域的空间关系。

当将扬声器预分配至扬声器区域时，得到优选实施例，且其中将所述多个扬声器分配至扬声器区域的步骤包括，基于所确定的空间关系，验证将扬声器预分配至扬声器区域是否匹配所述分配。

在优选的实施例中，扬声器可包括硬件选择器和/或一个可编程存储器，安装者可将其用于在安装过程中为扬声器区域设置预分配。然而，这种预分配易受关闭安装、天花板、墙壁等之后的人为错误和/或改变主意影响，因此包含验证该预分配的实施例是非常有好处的。硬件选择器可例如包括DIP开关、旋转编码器等。

当所述声音是由多个扬声器同时产生的时，得到优选实施例，并且各个声音的频谱内容实质上是不同的。

(所产生的声音的)频谱内容被理解为信号的频域内容，即每频率间隔的功率。当一个扬声器在一些时间周期内的频谱与另一个扬声器在相同时间周期内的的频谱显著不同时，对于这两个扬声器来说，频谱内容被认为是不同的。

在多个扬声器，扬声器系统中或者几个扬声器一起或者甚至所有扬声器，同时产生声音的实施例中，执行确定空间关系非常有效。可以提供扬声器重复几次产生和测量的实施例，以增加可靠性，然而即使在这种情形下，相对于具有很多扬声器的扬声器系统中顺序和迭代的方法，效率可以极大地提高。

当所产生的声音被选择为基于所测量的声音对被优化为互相关函数的最大值，得到优选实施例。

在优选的实施例中，使用相对“短”的声音是有利的，尤其是在混响环境中。“短”声音，即持续时间短的声音，例如突发噪声，可以非常适合于获得具有不同极大值的互相关函数，通过互相关函数可以估计相应的距离。电平、频率内容和声音的包络均可以被优化。考虑实际声波环境中所接收的声音，该优化可以预先或在线进行。例如，可能重复的短声音比具有类似总持续时间的更长的声音可以产生更准确的测量。

当所述各个声音包含所述扬声器的标识符的嵌入信息时，得到优选实施例。

这种标识符可以为例如序列号、音频总线地址、网络节点标识和/或IP地址。通过将待测量的声音与标识符一同传输，控制器能够将各个扬声器的标识符映射至由该方法确定的空间布置，从而便于通过参考空间布置中的位置指明扬声器，对于终端用户来说，空间布置通常比扬声器标识符更方便。关于哪个扬声器标识(identity)被引入哪些测量的知识也可以被用于改进确定空间关系，这是由于如果第一结果是意料外的，其例如能够重复测量，或者在获得身份后，将各个音频处理或声音配置文件应用于特殊环境中的各个扬声器，例如，选择适于硬环境、软环境、所有扬声器之间没有直接路径的房间、噪声环境、敏感环境等的特定声音，以改进第一测量。现有技术中已知的很多方式将标识符信息嵌入声音，例如，调制或音频水印。

当所述方法包括提供由操作员控制的移动装置并通过所述移动装置测量所述声音时，获得优选实施例。

诸如智能手机或平板电脑的移动装置可以识别产生声音的扬声器，而操作员听到相同的声音。因此，操作员可以加入附加信息和/或纠正或调整由确定空间关系的方法估计的信息。

当扬声器系统包括一个或多个有源音频总线和相关总线驱动器时，获得优选实施例，多个扬声器由所述有源音频总线的扬声器节点组成，并且中央控制器连接至所述总线驱动器或与总线驱动器集成。

在有源音频总线用于分布、互联包括放大器和扬声器的扬声器节点并为扬声器节点提供功率的扬声器系统中，本发明的实施例是高度相关的。在一些有源音频总线系统中，总线驱动器或中央控制器可以知道按照距离定义的电气位置或沿扬声器节点的总线电缆临近点。然而，由于扬声器和音频总线是根据任意拓扑安装的，如典型的长总线，例如20至100米，在天花板上已不可预知的方式转向和扭转，能够按照空间布局映射电气识别的扬声器节点是非常有利的。

当多个麦克风中的至少一些连接至所述有源音频总线用来传输它们的测量时，获得优选实施例。

使用具有包括扬声器和麦克风二者的扬声器节点的有源音频总线拓扑，使得具有采用扬声器定位麦克风的上述优点，并且为与扬声器通信提供一种方便的方式，例如，传输音频信号让扬声器呈现，并为与麦克风通信提供一种方便的方式，例如，接收测量的声音或声音的正式或分析版本。

在一个方面，本发明涉及一种具有自动分区的扬声器系统，该扬声器系统包括多个扬声器和多个麦克风；声音测量分析器，其被配置为基于所述扬声器产生的并由所述麦克风测量的声音确定所述扬声器之间的空间关系；分区单元，其被配置为根据从声音测量分析器接收的空间关系分配所述多个扬声器至扬声器区域；以及，中央控制器，其被配置为根据所分配的区域控制所述多个扬声器的声音。

具有自动分区的扬声器系统，与确定空间关系的方法的以上描述的特征和实施例任意一个有利地结合，以获得上述优点。

在一个方面，本发明涉及一种验证扬声器系统安装的方法，该扬声器系统安装包括中央控制器、多个扬声器和多个麦克风；该方法包括：获得辅助信息；使用多个扬声器产生声音；使用该多个麦克风测量所述声音；根据所述辅助信息以及所测量的声音验证该扬声器系统的安装；以及在用户接口或通信接口提供所述验证的结果。

辅助信息可以由操作员输入给定或电子方式提供至执行该方法的验证系统。该验证可以包括，例如，分析所测量的声音并将分析获得的信息与辅助数据比较。用户接口或通信接口可以为任何合适的用户接口，例如，扬声器系统的本地或远程用户接口。验证的结果在提供至用户接口之前，可以存储或不存储在存储介质中。

当辅助信息包括与扬声器系统安装相关的预定参考信息时，获得优选实施例。

在优选的实施例中，辅助信息可包括来自系统设计计划或需求规格(requirements specification)等的细节。辅助信息例如可以仅为从整个安装中待呈现的项目计划或为每个环境(例如房间)详细说明的预期的扬声器的数目。在一个更优选的实施例中，除了扬声器的数目，辅助信息还包括有关扬声器的预期分布或具体位置的进一步的细节，或者在包括不同扬声器型号的安装中，辅助信息可包括关于哪些型号应当出现在哪些房间的信息。

通过将预定参考信息与所测量声音一起，有可能验证要求的对应部分是否已经满足。例如，可分析所测量的声音以确定产生声音的不同扬声器的数目，并且该验证步骤可包括将该测量的扬声器的数目与在安装中打算的扬声器的数目进行比较。也通过分析所测量的声音以估计环境，例如，上述的平面图，可以获得每一环境中估计的扬声器的数目，并将估计的扬声器的数目与项目计划中对应的要求比较。

在另一个实施例中，预定参考信息在测量声音的先前场合，例如几个月或几年前，已经获得，并且包括可能为每个环境、可能为空间关系等的扬声器数目的估计。通过在验证步骤中连同最新测量的声音使用这种参考信息，由于执行了参考测量，有可能确定扬声器是否已经停止工作、开始扭曲或特性的其他变化。任何这种失效的验证可能指示需要维修扬声器系统，或扬声器系统的特定部分。

当该方法包括基于所测量的声音确定所述扬声器之间的空间关系的步骤时，获得优选实施例，且其中所述验证进一步基于所述空间关系。

在优选的实施例中，空间关系，例如空间布置，按照上述关于确定空间布置的方法和/或具有自动分区的扬声器系统所描述的来估计，并用于与诸如需求规范的辅助信息比较，以验证扬声器相对于彼此和/或它们的环境正确安装。

当所述麦克风分别单独与所述扬声器的个体放置在一起时，获得优选实施例。

在优选的实施例中，安装中的每个扬声器的盒子配备麦克风。从而，执行安装的验证可以不用安装或提供任何额外的设备。如果仅仅验证简单的需求，例如，正确的扬声器的数目，非常简单且便宜的麦克风对于测量声音的步骤是足够的，而不管它的频率响应或信噪比。

在一个方面，本发明涉及具有安装验证的扬声器系统，包括多个扬声器和多个麦克风；中央控制器，其包括用于存储辅助信息的存储器；验证单元，其被配置为根据所述辅助信息以及所述扬声器产生并由所述麦克风测量的声音，验证扬声器系统的安装；以及用户接口或通信接口，其被配置为提供从所述验证单元接收的结果。

具有安装验证的扬声器系统可有利地与验证扬声器安装的方法的上述特征和实施例的任意一个结合，从而获得以上描述的好处，下面也可以与确定空间关系的方法和/或具有自动分区的扬声器系统的上述特征和实施例的任意一个结合并，从而获得以上描述的好处。

在一个方面，本发明涉及一种用于确定扬声器系统中空间关系的方法，该扬声器系统包括中央控制器和多个扬声器，该方法包括：使用所述多个扬声器产生声音；使用移动装置的麦克风测量所述声音；基于所测量的声音确定所述扬声器之间的空间关系；基于所确定的空间关系将所述多个扬声器分配至扬声器区域；以及根据所分配的扬声器区域控制所述多个扬声器的音频。

当将多个麦克风的特征交换为移动装置的麦克风和/或将多个麦克风与移动装置的麦克风结合时，使用移动装置的麦克风确定空间关系的方法可有利地与使用多个麦克风确定空间关系的方法、具有自动分区的扬声器系统、验证扬声器安装的方法以及具有安装验证的扬声器系统的上述特征和实施例的任意一个结合，从而获得以上描述的好处。

附图说明

下面，将参照附图描述本发明，其中：

图1a至图1d显示本发明的实施例中扬声器系统安装；

图2显示一个实施例中扬声器系统的子集；

图3a至图3b显示与一个实施例相关的实验过程中所记录的声音；

图4显示实验声音的互相关函数；

图5显示等腰三角形；

图6显示根据本发明分区的各种实施例；

图7显示根据本发明的扬声器系统安装的实施例；

图8(8a-8b)是说明根据本发明的方法的实施例的流程图；以及

图9至图17显示根据本发明的扬声器系统安装的各种实施例。

具体实施方式

图1a至图1d显示两个环境37、38。环境37，例如房间或大厅，从上面看，由6个墙壁围成，并形成L形的房间。五个扬声器安装在房间37的天花板中，由A-E表示，两个扬声器安装在环境38的墙壁上，由F-G表示。在图1a至图1c中，扬声器A产生声音。虚线圆圈表明源于A处的声音的扩展波前。箭头表示声波将到达与B、C和D处的扬声器放置在一起的麦克风。因此，每一图表示在一个时间点的“声音快照(acoustic snapshot)”。

图1a也显示了波被墙壁反射。图1d显示由扬声器B产生的声音首先作为一阶反射被麦克风E接收，即E不接收来自B的直接声音。安装在墙壁的扬声器F-G经历来自天花板、地板和墙壁的反射，但是另一方面比安装在天花板的扬声器，它们之间可经历更好的直接声音测量。

从图1a至图1d还可以预期，位于环境38的扬声器F-G处的麦克风不从房间37的扬声器接收任何明显的声音，反之亦然，但是F-G处的麦克风接收由扬声器F-G产生的声音，从而验证它们实际的确在工作。因此，有可能根据麦克风测量确定扬声器A-E位于不同于扬声器F-G的环境。

图2是扬声器网络的子集图，仅关注位置A 200a和位置B 200b处的2个扬声器202a和202b。麦克风203a和203b也安装在每个扬声器中。控制器201发送信号至扬声器A 202a，其产生声音S，声音S然后被麦克风A 203a和麦克风B 203b接收。

为了显示和分析的目的，记录来自图2结构方式的声音，以信号A 204a和信号B204b表示。然而，在优选的实施例中，声音测量可实时(即在线)进行。

信号A 204a和信号B 204b在图3a和图3b中分别以振幅图显示。信号是持续时间50ms的突发噪声，接1s的静默(这里仅显示前0.3s)。噪声是有限带宽的，且其包络给出了一个短的淡入和淡出。位置A 200a处的麦克风203a，由于接近扬声器A 202a，显示相当干净版本的204a，还显示了背景噪声(电的和声学的)以及信号本身后的室内混响。信号B 204b显示播放信号的模糊得多的版本，具有更明显的混响和突发噪声更低的幅度。

位置A 200a至位置B 200b的距离可直接从信号A 204a和信号B 204b的包络估计。可以对通过中值滤波器或低通滤波器的信号取绝对值来计算包络，或者通过计算产生所谓解析信号的信号的希尔伯特(Hibert)变换来计算包络。图3a和图3b表明突发噪声信号B204b如何开始的比信号A 204a晚大约5ms；该“到达时间差”对应于从位置A至位置B的距离。

图4显示离散时间信号的互相关函数：计算信号A 204a和信号B 204b之间达3000时间延迟(lag)的互相关函数。相较于通过包络，这是一种更先进的测量所接收的声音以计算到达时间差的方法。

第一明显的峰值(P1)，在该情形下也是全局极大值，位于延迟239处。声速在20Ⅲ、干燥条件下为c＝343m/s，系统采样率为fs＝48000Hz。在公式1中，术语偏移是从扬声器A至麦克风A(已知的)短距离(offset＝15cm)。

公式1：distance＝lags/fs*c+offset

于是，根据公式1，P1对应于1.868m的距离。实际上，A和B之间的距离(人工)测量为1.86m。

互相关函数特定的“形状”也取决于所播放信号的内容；因此，可以对信号进行优化以例如在互相关函数中产生最明显的峰值。信号的包络(例如，突发持续时间)、频率内容以及时间结构均产生影响。

如果两个扬声器(A和B)位于二维平面，例如天花板，与扬声器相对的平面的一阶反射将形成一个等腰三角形，像图5所示。在这种情形下，h是地板之上的扬声器(天花板)的高度，a是扬声器之间的距离，而2*b是声音从A至B经过的距离。

在图4中，互相关函数的峰值P2位于延迟569处。再次使用公式1，其对应于4.22m的距离。根据公式2，设置2*b＝4.22，并使用(预定的)高度h＝1.89m，我们能够隔离出项a，得到a＝1.87m。

公式2：

所估计的A至B的距离与基于(上述)直接声音估计的距离几乎一模一样。这展示了如何确定两个扬声器之间的距离，即使直接声音不是可用的，例如，由于物理障碍-例如图1d中扬声器B和E之间，或由于扬声器的“深入”安装，例如在天花板中。

该原理可以推广至包括超过一个的多个平面，且当与房间形状的基本设想结合时，基于足够数量的声音测量，也可以估计额外的参数(例如上述h)。

表1：

	A	B	C	D	E
						A	-	X	X	O	O
B	X	-	O	X	O
						C	X	O	-	X	O
D	O	X	X	-	O
						E	O	O	X	X	-

表1显示了与图1所示的扬声器系统相关的距离矩阵。每一行表示由一个扬声器产生的声音，每一列表示麦克风接收的声音。对角线项“-”表明这些距离微不足道而被排除。标记为“X”的项表明距离传递给用于计算空间布置的方法。标记为“O”的项表明距离是测量过的，但是由于其不是最重要测量的2个相邻者之中的，随后被排除。重要性可以，例如，基于所测量距离的长度或互相关函数的对应峰值的高度，或者它们的组合。通过排除“较不重要”的项，其可与反射相关，例如像E-B项，即使基于稀疏(r)距离矩阵，最终的空间布置可能更为准确。

可以使用现有技术中已知的多维尺度算法(MDS)对包含配对距离组的距离矩阵进行分析。MDS对具有成对的项之间的“相异值(dissimilarities)”的矩阵-在该情形下为测量的距离-进行操作，并产生坐标矩阵，坐标矩阵的配置最小化损失函数。在欧氏距离上操作的经典的MDS也被称为主坐标分析。这些方法可以被用来产生二维或三维的空间布置。如果扬声器没有全部安装在二维平面，例如天花板，后者可能是相关的。

在一个实施例中，组成所产生空间布置的扬声器的相对坐标可以通过例如操作员提供扬声器中的一个的绝对或“已知”位置而“固定”。这种辅助信息可以在产生空间布置的分析之前或之后提供。

所确定的空间布置可以是重叠的，即与环境的可用的平面图或布局图对齐。由于优选的实施例确定具有布置中扬声器之间的(估计的)物理距离(例如，米或英尺)的空间布置，所确定的布置可经简单缩放以匹配现有平面图或绘图的尺寸。而且，实际的对齐可能需要旋转和/或镜像所确定的空间布置。这种旋转/镜像可使用最匹配目标自动确定。或者，如上所述，用户可提供一个或多个“锚点”。

在改进的实施例中，空间布置可以包括周围的反射面，例如墙壁或地板。在这种情况下，包含(例如)MDS的优化中采用的距离函数将不会是简单的欧氏距离，而会扩展至将“直接”距离和“间接”距离都考虑在内，例如平面的一阶反射。距离函数然后将包含对应于表面的相对位置的一个或多个额外的参数，例如公式2中的高度(h)。如果在模型中包含几个额外的“指示变量”，额外的“指示变量”可能需要将每个测量的反射以特定表面结合。优化步骤然后将连同扬声器的相对坐标一起估计这些额外参数。

产生空间布置的另一种方法将单个空间关系组成的组当做一幅图，图的节点是扬声器，边表示测量的距离。已知现有技术中存在几个图形布局算法的几个方法，例如，频谱布局方法，其可以产生扬声器的空间布置。关于这点，反射表面可通过将额外节点加入图形来表示，存在的限制为，例如，属于相同表面的额外节点应当位于相同的2D平面上。

需要注意的是，空间关系的估计不一定必须在上述步骤中执行，即通过距离矩阵等，也可以例如通过预处理从不同麦克风接收的声音然后将这些贡献一起分析来计算获得。

在改进的实施例中，声音由多个扬声器同时产生，于是使得几个扬声器的声波测量能够并列进行。这可以通过确保声音的频谱内容对于不同的扬声器是不同的来实现。换句话说，在一段时间内，各自的声音的频谱应当实质上不同。

声音在不同的频率例如可以具有不同且独特的幅度峰值。或者，可以将频谱分成八度(octave)，其中单个扬声器仅在给定的时间内在八度的一个中播放，说一秒；然后旋转八度布置以允许为每个扬声器进行第二个八度的测量。麦克风接收的声音可通过带通滤波器或基本频率分析进行预处理，从而从多个扬声器中分离同时出现的贡献。

在一个实施例中，来自移动装置(例如，智能手机或平板电脑)的麦克风用于接收扬声器产生的声音。当只有一个麦克风时，该方法要求用户在至少两个位置之间移动移动装置，或者采用两个移动装置。在另一个方法中，信标(iBeacons)、蓝牙LE或类似的简单通信装置与每个扬声器放置在一起，且可以告知具有合适硬件的移动装置关于扬声器标识符以及扬声器离移动装置的距离。从而，通过携带具有麦克风和用于选定信标技术的合适检测硬件以及具有分析所检测距离的软件应用的移动装置在环境中走动，移动装置或者例如(如果将数据发送至中央控制器的)中央控制器可以确定扬声器的空间布置，或者确定所描述的对于确定或验证应用有用的其他属性。

图6显示了一个环节，例如房间或大厅，从上面看安装有8个扬声器，由A-H表示。本发明可基于所确定的空间关系自动地将扬声器分配至区域。

可采用现有技术中已知的聚类分析的不同方法来执行该分配，例如，K均值聚类算法，其基于扬声器的相对位置计算空间形心。K均值可基于分别在A、B、C、D中间的以及E、F、G、H中间的两个形心(在图6中以十字线符号表示)，将本示例中的8个扬声器分配至2个区域：Z1和Z2。

作为一种替代方案，分层聚类可以是有优势的，这是由于他能够连续地将整个区域分为更小的区域，例如，Z2是区域Z3和Z4的分层“母”区域。

图7显示了一种扬声器系统，其中本发明的实施例可以用于例如确定扬声器的空间布置或者用于验证安装。很多扬声器节点301(每一个至少包含扬声器202和麦克风203)优选地通过双向扬声器总线305连接，例如，如下参照图9-17描述的有源音频总线的实施例。扬声器由中央控制器201控制，优选地由扬声器总线的总线驱动器控制。中央控制器201包括处理器302、存储器307和用户和/或通信接口304.

处理器可以用于通过将音频信号和控制信号传输至扬声器节点而控制扬声器，并用于接收和分析由麦克风203产生的音频信号或预处理音频信号。如上所述，处理器还可用作例如分区单元，用于基于所分析的声音测量确定分区建议，或者用作验证单元，用于基于所分析的声音测量验证各种扬声器系统的属性。

存储器可以用来存储声音测量、标识符以及处理器各种分析任务的结果，例如扬声器系统的布局、将扬声器节点映射至区域的分区表。存储器可进一步用来存储电子方式接收的或用户输入的辅助信息，该辅助信息例如包括预期的布局或者验证过程中使用的扬声器的数目，或者例如包括在确定空间布置中使用的有关环境的信息，例如，房间尺寸、地板至天花板的高度等。

用户和/或通信接口可用于将来自处理器、存储器或扬声器节点的结果和信息提供给控制器的操作员，或例如经由LAN、WiFi或互联网连接提供给远程接口(无论是机器还是人)。

图8(8a-8b)的流程图描述了具有4个应用(步骤S8a至S8d)的实施例的工作流程。在步骤S1中，中央控制器发起过程以调查或验证系统中的声波属性或扬声器空间布置。在步骤S2中，一个或多个扬声器播放给定的声音，该声音步骤在S3中由系统中的多个麦克风接收。所接收的声音在步骤S4中被本地预处理，在步骤S5中，将该预处理后的数据送回中央控制器。通常采用不同的扬声器子集，重复步骤S2-S5很多次。预处理步骤S4可包括包络检测或互相关(二者皆如上所述)，或声音中声波反射的分析，或信噪比或频率响应的计算。在步骤S6中，中央控制器分析所接收的组合的数据。可同时执行步骤S2-S5，或者在步骤S2和S3之后按顺序执行步骤S4和S5。

步骤S7-S8中四个示例性的应用a、b、c和d包括如下的内容。在步骤S7a和S8a所示的一个应用中，基于步骤S6的分析确定二维或三维的扬声器空间布置。优选地，为每个单独的环境(例如，包含系统的扬声器的房间)确定空间布置。所确定的空间布置可以用来，例如，将各自的扬声器与空间位置相关联；验证环境中的安装是否合适，例如，如计划所预期的那样；和/或确定系统中某一扬声器(例如，扬声器总线上的扬声器节点)的物理位置。

步骤S7b和S8b所示的另一个应用包括不同的验证情景。首先，从步骤S6的分析确定每个扬声器的信噪比S/N。如果采用相邻麦克风声学测量的信噪比非常低，这表明安装不合适或者有故障。在S/N“无限”低的情况下，即信号相对于噪声来说听不见，有问题的扬声器可能没有合适地连接至总线。而且，可将S/N与之前的S/N进行比较，从而相对S/N的显著变化表明需要检查或维修。

步骤S7c和S8c显示基于步骤S6的数据分析，例如，通过数据确定扬声器如何分组或者扬声器如何在环境中分布，建议区域分配的应用。该应用还可包括使用建议的区域分配准许自动区域分配；在准许前人工调整自动区域分配；或验证预期的扬声器的空间布置。

在步骤S7d和S8d所示的应用中，步骤S6的数据分析被用于对照辅助信息验证扬声器系统。其可用于，例如，验证已经正确安装的(可能是每个环境中的)扬声器的数目和/或类型是否连接至扬声器总线并且工作正常，或者对照较早的测量进行验证。

下面参照图9至图17，对便于本发明确定空间关系并验证安装的扬声器系统的实施例进行描述。所描述的扬声器系统能够在节点中包含麦克风并将麦克风测量或分析发送回中央控制器，并且节点可单独控制，从而能够在需要时根据个体的要求发出声音。

图9显示了根据本发明的扬声器系统的实施例的音频系统33。音频系统33包括有源音频总线5。总线驱动器1提供控制数据、音频以及(优选地)功率至有源音频总线5。很多节点20以菊链的方式连接至有源音频总线。优选地，至少一些数量的节点20包括扬声器，例如内置有源扬声器，在输出阶段采用扬声器输出连接外置无源扬声器，或者采用线路输出或等效物连接外置有源扬声器。

图10根据本发明的实施例以更详细的方式显示了音频系统33的总线驱动器1。总线驱动器1优选地从驱动器电源2获得供电。这种供电可以通过，例如，连接至110/230VAC的电源，或者包括DC源或任何其他电力源。而且，总线驱动器1优选地包括驱动器电源转换器3，其将输入的电源转换成为提供至音频系统33的节点20的DC电压。

驱动器电源2和驱动器电源转换器3共同为总线驱动器1和节点20的所有电子器件提供合适的工作电压，并可以被称为总线电源。总线电源的组件可以在总线驱动器1中实施，或者放置在总线驱动器1的外部并直接耦合至有源音频总线5。

DC电压优选地低于50V并优选地在40V至50V之间。优选地，48V的电压经由有源音频总线5提供至节点20。DC电压应当在有源音频总线5的低损耗(高DC电压限制功率损耗)以及安全或无害数据传输(低DC电压有利于避免管道并符合安全要求)之间平衡。因此，总线驱动器1和节点20之间的通信包括为节点20供电的电源电压以及用于经由节点20广播的音频信号二者。

需要说明的是，电源2的容量可根据音频系统33的尺寸和要求改变，例如，从月50W至超过1000W。而且，如果认为有必要，(总线驱动器1)外部的电源(也称为注入电源)可连接至有源音频总线5。节点20处使用的功率用于为本地放大器、数据处理器等供电。

向有源音频总线提供额外功率的功率注入器也可优选地实施为节点并接收来自总线驱动器的控制数据，例如在优选的实施例中在节点枚举过程中关闭或断开以不干扰当前测量。功率注入器可以例如使用以太网供电(PoE)技术的原理注入功率。功率注入器可提供来自电源(例如电池等)的功率。

优选地，总线驱动器1还包括第一驱动器滤波器4，其从有源音频总线5(这里优选的两个导体以图12至图14的34a和34b表示)去耦合驱动器电源2中的交流电。第一驱动器滤波器4可以采用功率电感来实现，电感值对于所有工作电流优选地大于10uH。

优选地，总线驱动器1还包括驱动器电流传感器6。该电流传感器6是可选的，且如果实施，电流传感器6便于总线驱动器1下游的有源音频总线5上电流消耗的测量。此外，驱动器电流传感器6可以作为有源音频总线电压监控器。

优选地，总线驱动器1还包括驱动器音频接口7，其作为总线驱动器1和外部的音频源8之间的音频信号的接口。本文中的音频可以是从音频源8经由WiFi、蓝牙、以太网、USB、SPDIF、AES/EBU、ADAT、TOSLINK或通过其他任何合适的数字协议发送的模拟(平衡或不平衡电信号)或者是数字音频。因此，当在整个文档中提及音频，所指的是可包括除了诸如简单数据、视频等之外、待在总线驱动器1和节点20之间交换的其他信息。

优选地，总线驱动器1还包括驱动器接口单元9，其作为总线驱动器1和外部控制器10之间控制/信息/状态信号的接口。这些信号可通过WiFi、蓝牙、以太网、USB、RS232、RS485或其他合适的机制发送。

总线驱动器1可包括内部音频源(未示出)或连接至如上所述的外部音频源8。外部音频源8可定位为LAN(LAN：局域网)或因特网的一部分。总线驱动器1经由无线/有线LAN或通过因特网远程访问它。音频源8可以为任何音频播放器，例如诸如平板电脑、智能手机、笔记本等的便携式装置，或者它可以为音频制作和/或音频传输的较大设备的一部分，例如，固定媒体播放器、计算机、数据存储器、收音机、矩阵单元装置、音频功率放大器等。音频源8也可以是驱动器内部的“音乐播放器”，例如，无线电接收器或流媒体接收器，其接收来自因特网的数字音频。

音频源8的类型可以是与音频系统33所在应用相关的任何源，因此对于本发明来说不是很重要。本发明关注的是音频信号的分发，而不是特定音频信号的源或类型。因此，没有对驱动器音频接口7进一步说明，这是因为不同的音频源8(如果不是总线驱动器1的一部分)能够通过各种类型的光的、有线或无线的音频和视频连接器(例如，不同类型和尺寸的插口、插头、连接器、螺丝或无螺丝线连接等类似物)连接至总线驱动器1，并且音频信号可以是各种相关的模拟或数字音频格式、编码、压缩、容器格式等。

接口7和9优选地还可用作其他音频系统、总线驱动器1、因特网等的接口。这样，连接至总线驱动器1的节点20播放的音频能够与相同或其他音频系统33的其他总线驱动器1相互协调。从而，也有可能将音频系统33连接至其他系统，例如家庭自动化系统，并可将从节点20或总线驱动器1收集的信息或提供给这个系统，或者从这个系统获取信息以在音频系统33中使用。

总线驱动器1的的因特网连接也便于音频系统33的远程控制和监控以及音频系统33的各个元件(例如节点20)的远程控制和监控。这意味着可以远程监控节点20的是否运行良好，定位错误便于更快的维修或替换，来自几个音频系统33的数据可以被记录和用于统计和未来的改进等。

需要说明的是，优选地有可能从未示出的控制接口接触音频源8。这种控制接口可用于从音频源8中选择待由节点20播放的特定音频、质量、声级、音频通道等。控制接口的一个示例可以为安装在诸如平板电脑或智能手机上的应用，或者可以例如在总线驱动器1或外部音频源8上实现。

音频系统33便于远程或自动开启节点20的扬声器32的各自的层面控制的这一事实具有几个好处。

首先，这使得具有节点20的单个区域中给定的声音配置文件能够动态改变，而不需要机械调整，例如，每个节点或扬声器32上的旋转开关。这使得区域的第一节点具有第一声音等级，第二节点具有另一更高或更低的声音等级，因此，在酒吧或餐馆的节点的声音等级高于厕所的节点的声音等级，即使在相同区域的节点播放相同的音乐。这对于回放等级要求随每天节奏变化的区域(像酒吧和餐馆)是有好处的。该能力的第二特征是能够实施混合减(mix-minus)。混合减是减小对着麦克风讲话的人附近的音频等级的技术，从而使得这个人不能听见他/她自己的处于放大等级的声音。该特征增加了使用麦克风时的“自然感”。当单个区域中(例如会议室)存在几个麦克风时，需要各个扬声器32根据哪个麦克风被激活而减小它的声音等级。

此外，也可测量节点20的状态信息并将其传输至总线驱动器1。状态信息可以为，例如，温度、功率消耗、扬声器阻抗等。

优选地，总线驱动器1还包括驱动器处理单元11，其被认为是总线驱动器1以及整个音频系统的主要数据处理器。括驱动器处理单元11收集数据和控制/信息信号并作出有关信号路由、节点20操作等的决定。因此，由括驱动器处理单元11控制总线驱动器1的协调和控制信号和数据处理的目的。这可包括定义音频信号的质量、制定数据处理器作出的操作、确定应当从总线驱动器1何时传输音频信号以及传输哪个音频信号、处理由总线驱动器1接收的数据并采取适当的行动校准并设置节点20，等等。

总线驱动器优选地在总线驱动器1和节点20之间配备两个通信信道，但在各种实施例中仅配备一个或超过两个通信信道。配备两个通信信道的优点为，即使当情况使得其中一个通信信道不可用，仍可以确保某种程度的通信。因此，这两个通信信道可优选地根据具有不同缺点和优点的不同的技术来设计。在一个实施例中，第一通信信道可例如允许以相对低频率简单编码的鲁棒通信，但是固有地慢，而第二通信信道可例如允许高频、高数据带宽的先进通信，但是对任何错误都相对敏感。

对于上述第一通信信道，总线驱动器1例如可包括第二驱动器滤波器12和第一驱动器模数转换器14。第二驱动器滤波器12便于经由不属于第一通信信道的总线5接收的信号和噪声的衰减和滤波，且其优选地通过例如电容器将总线的DC功率从第一通信信道的处理中解耦。

在优选的实施例中，来自节点20的穿过第二驱动器滤波器12的第一通信信道信号是具有相对低载波频率FSK(FSK:频移键控)信号，尤其优选的是远低于第二通信信道的频率内容，第二通信信道优选地在远高于人类可听频率范围内工作。本应用的合适的FSK调制方案的示例可以为使用8kHz和12kHz的二进制FSK调制，其中第二驱动器滤波器12可以是允许那一频率区间内的信号通过的带通滤波器。使用用于总线5上通信的机制的通常可达到的比特率在几千个比特/秒(kbit/sec)的范围。通信的方法主要通过期望发送的信息量以及有源音频总线5的带宽而确定。节点20/总线驱动器1的硬件便于数据传输(这里的硬件是任何类型的数据处理器)，并且在大多数情况下相对从总线驱动器1至节点20的传输的音频信号来说是慢的。

第一驱动器模数转换器14促使来自有源音频总线5的节点20的第一通信信道的模拟调制的通信信号(承载数字数据)转换为数字(幅度和时间上均量化)表示。在一些情形中，通过第一通信信道13建立双向通信是有好处的。在总线驱动器1和节点20之间双向通信的情形下，第一驱动器模数转换器14还可包括数模转换器，其将来自驱动器处理单元11的数字信号转换为时间/幅度连续表示的信号，并将该信号经过第二驱动器滤波器12。在后者的情形下，当第一驱动器模数转换器14在有源音频总线5上从一个或多个节点20接收信息时，数模转换器的功能使得数模转换器采用hi-z模式。优选地，驱动器处理单元11经配置以处理通过第一通信信道接收的(例如)FSK信号，和/或产生(例如)FSK信号用于经由第一通信信道发送至节点20。

对于上面提及的第二通信信道，总线驱动器1可例如包括第三驱动器滤波器15和驱动器数字发送器17。第三驱动器滤波器15主要的功能是通过例如电容器从第二通信信道的处理单元解耦总线的DC功率，也可以促使不属于第二通信信道的总线5上信号和噪声的衰减和滤波。

至少应当将来自有源音频总线5的DC成分衰减或者最好完全去除。在优选的实施例中，穿过第三驱动器滤波器15的第二通信信道信号可以为二进制数据信号，包括从驱动器处理单元11至节点20的音频相关的数据和(可选的)控制数据。一种这样的二进制数据流遵循速率通常为44.1kHz或48kHz的AES3(也称为AES/EBU)协议。也可以使用其他速率和/或协议，但是，在过去的几十年中，AES3协议作为一个非常鲁棒的音频传送协议已经证明了它的价值。该标准协议的一部分是“用户数据”和“信道状态”比特。对于此应用，这些可以用作控制节点20的手段。

优选地，作为第二通信信道的一部分，总线驱动器1还包括驱动器数字发送器17，其促使来自驱动器处理单元11的数字数据流转换为差分电信号，该差分电信号可经过第三驱动器滤波器15到达有源音频总线5。在优选的实施例中，电信号遵循RS-422或RS-485协议，其为用于经由长距离和噪声环境传送数字数据的可靠标准协议。这些协议在长达几十年的时间内是很多工业自动化系统中的优选。可选地，驱动器数字发送器17还包括数字接收器(未示出)，从而能够在驱动器1和节点20之间获得双向数据流(半双工)。当接收数据时，驱动器数字发送器17采用hi-z状态，其通常在大多数RS-485收发机集成电路中是内置功能。

这种数字接收器可与驱动器发送器17并联，并优选地为AC耦合至有源音频总线5。

当来自音频源8的音频信号已经通过总线驱动器1处理以符合诸如信号质量的要求，该信号经由有源音频总线5发送至网络节点20的网络。选择数字音频传送是有好处的，在于它免于诸如串扰问题和嗡嗡(50/60Hz)的假声的干扰，促使总线驱动器1和节点20之间有源音频总线5的传输导体34a和34b上传输多个并行双向信息，例如同时多个音频信道连同控制数据的通信。

音频/数据传输(简称音频传输或数据传输)优选地为促使数据长距离(例如，长达几百米)以及在电噪声环境中有效传输、并促使多个节点20至有源音频总线5连接的类型。可以通过传输信号差，即将信息隐藏在两个导体之间的差中，以非常鲁棒的方式完成数据传输。

在优选的实施例中，音频传输符合TIA-485标准(原名为RS-485标准)、非常鲁棒和可靠的电子数字层，也可以使用其他标准。因此，数字编码的音频信息优选地叠加在DC供给电圧上并在有源音频总线5上传输。节点20然后包括音频解码器/节点处理单元23，其将音频信号重建为适于输入节点功率放大器31(也简称节点放大器)或直接输入扬声器32的格式，扬声器32然后产生最终的可听语音、音乐、音调等。

在一个实施例中，驱动器1还包括第二驱动器模数转换器18，其使得驱动器处理单元11读取有源音频总线5上的电流和电压。该信息可用于检测有源音频总线的故障并帮助自动建立总线网络的地图，例如，位于有源音频总线5上的节点20的信息。

总线驱动器1可至少连接至主要电源或电池、模拟音频(平衡或非平衡的)、数字音频(电子的或光的)SPDIF、TOSlink、AES/EBU、ADAT等，诸如以太网、因特网、RS232、CAN等的网络、WiFi、蓝牙等。而且，需要说明的是，总线驱动器1可包括具有按钮、(触摸)屏幕、LED等的用户接口。

优选地，总线驱动器1还包括驱动器总线接口19，其促使总线驱动器1和具有节点20的有源音频总线5之间的连接。该连接可包括减少来自或去往总线驱动器1的EMI(EMI:电磁干扰)元件。这种元件可以为电容器、电阻、电感、瞬态吸收装置以及改进去往或/来自周围环境兼容性的任何其他部件。驱动器总线接口19也可包括物理连接器，其优选地为所谓的凤凰连接器，即用于专业固定安装的典型扬声器接口。

如上所述，总线驱动器1包括一个或多个数据处理器，数据处理器包括控制器单元、模数和数模转换器、滤波器、发射器和接收器、接口等。因此，当音频/数据信号(简称音频信号或数据信号)是模拟信号时，其按照预期的质量被转换为模拟信号的数字表示。类似的，如果音频信号是数字信号，其按照预期的质量被转换为数字信号的模拟表示。为了获得预期的质量的音频信号，数据处理器可执行音频信号的数学运算，例如，对音频信号进行滤波、压缩/解压缩等。

根据本发明的一个实施例，总线驱动器1促使传输并接收去往和来自节点20的音频/数字信号。因此，在节点20能够智能地主动与总线驱动器1通信或回复来自总线驱动器1的询问的情形下，数据处理器可接收并处理这种通信。这种处理可包括将总线驱动器1和节点20之间的双向通信从数字信号转换为模拟信号，或反之亦然。而且，提取节点20发送的信息也可以是必要的且通过上述数据处理器中的一个执行。

图11显示的根据本发明的节点20的优选实施例。节点20优选地包括两个节点-总线接口21(第一节点-总线接口21a、第二节点-总线接口21b)，以便于节点20与有源音频总线5的连接。该连接可包括减少来自/去往总线驱动器1的电磁干扰的EMI元件。这种元件可以为电容器、电阻、电感、瞬态吸收装置以及改进去往或/来自周围环境兼容性的任何其他部件。节点-总线接口21还可以包括物理连接器，优选地为所谓的凤凰连接器。

为了简化安装过程并最小化安装过程中产生的错误风险，人们将总线驱动器1和节点20安装在有源音频总线5可自由地将第一节点-总线接口21a或第二节点-总线接口21b连接至有源音频总线5线缆的上游端，意味着节点20中(从第一节点-总线接口21a至第二节点-总线接口21b)的信号流为向左或向右。而且，允许用户将有源音频总线5线缆优选的两个导体连接至节点-总线接口21a、21b中发现的任何终端，意味着节点20内的有源音频总线部件(第一和第二节点电流传感器22a、22b之间的导体)的极性是正的或负的。再者，这样做是有好处的，是由于其有助于简化安装过程并最小化安装过程中产生的错误。

节点20优选地还包括第一节点电流传感器22a和第二节点电流传感器22b，其经布置以使得能够将节点20的电流消耗与任何下游电流消耗区分开来，而不论电压极性以及信号(优选地为DC电流)方向。

需要说明的是，第一和第二节点电流传感器22a、22b还可包括用于感应总线电平的装置。只要节点处理单元23能够至少获得下游电流消耗，可使用其他合适的传感器结构。电流传感器22可使用霍尔传感器、基于电感的传感器来实现，电流至电源转换可使用具有低阻值的电阻或任何其他合适的机制实现。

理想的情况是，电流传感器22不引起从节点输入至输出的信号的任何改变，从而使得节点-总线接口21处的信号是相同的，意味着信号在两个方向均为完全透明的。

几个电路可建立电流估计，能够估计电流而不论电流的极性和电流流动方向。电流传感器22优选地实现为指示为零(接地电位)的电阻。具备两个(理想的)电流感应电路和了解总线极性使得从动装置能够选择从连接至接地电位的电流感应电路中选择获取电流信息。优选地横跨两个电阻感应电流。这使得节点能够区分它自己的电流消耗以及下游的消耗。

因此，可将电流传感器22连同例如节点处理单元23以及其他未提及的元件称为总线功率监控单元。

节点20优选地还包括第一节点模数转换器24a和第二节点模数转换器24b，使得节点处理单元23能够读取如上所示感应的、总线上的电流和电压。

节点20优选地还包括促使阻断AC电流的第一节点滤波器25。第一节点滤波器25的目的是提取为节点20供电的DC电流。第一节点滤波器25可采用电感相对大(优选地大于100uH)的电感的电感器来实现。这是由于当考虑包括几个节点20的较大音频系统时，这些第一节点滤波器25中的几个将并行安装在有源音频总线5上。

节点20优选地还包括节点电源35，也简称电源转换器。

来自总线驱动器1的DC供给电压在节点20处被转换为例如1V和12V之间的电平，用于为一个或多个数据处理器和节点20的其他功耗元件供电。

为确保有源音频总线5的数字音频信号的高频成分不“短路”，例如，可以在有源音频总线5和节点20的元件之间采用电感器。

节点20优选地还包括传输线路终端单元26，如果节点处于有源音频总线5的一端(优选地，有源音频总线5上一串节点20中最远的或最后的节点20)，传输线路终端单元26理想地插入一个阻抗以消除传输线路反射。节点可确定自身是否处于有源音频总线的一端，或优选地，总线驱动器指示合适的节点插入传输线路阻抗。从节点处理单元23控制输线路终端单元26，节点处理单元23可使用继电器、晶体管、MOSFET或通过任何其它合适的手段插入传输线路终端阻抗。在优选的实施例中，传输线路终端阻抗是串联的电阻和电容器。

需要说明的是，有源音频总线5应当在两端终结。在有源音频总线5的总线驱动器1端，例如可以从驱动器数字发送器17获知输出阻抗。

节点20优选地还包括第二节点滤波器27，其减弱无关信号成分，用来传递数字音频和控制流数据。至少减弱或优选地完全移除DC成分。使用电容器和电阻可实施这种AC耦合。

节点20优选地还包括节点接收器，优选地为节点数字接收器28，其(优选地经由第二通信信道16)接收从总线驱动器1的控制器数字发送器17输出的数字音频信号，并将该信号传输至节点处理单元23。节点数字接收器28也(可选的)包括数字发送器并可采用RS-485接收器/发送机实现。

节点20优选地还包括用于第一通信信道的第三节点滤波器29，其减弱无关无关信号成分，以传递控制/信息/状态数据。在优选的实施例中，如上所述，使用频移键控FSK在不干扰从第二通信信道16发送的数字流数据的载波频率上对数据进行编码。第三节点滤波器29可实现为电感器、电容器和电阻。

节点20优选地还包括节点发送器30，其促使将从节点处理单元23发送的状态数据调制后的版本输出值总线驱动器1。在优选的实施例中，这可通过使用频移键控FSK来完成，这是由于即使最远的节点20尚未终止，FSK是鲁棒的。这样，通过例如从节点20发送至总线驱动器1的标识符能够识别节点20。可以通过使用来自74HC逻辑系列(输出方波信号)的简单缓冲区或者通过使用数模转换器实现节点发送器30。当没有发送数据时，节点发送器30的输出是理想三态。节点发送器30可选地以双向的方式实现，类似于总线驱动器1的第一驱动器模数转换器14。

节点20优选地还包括作为给定节点20的主要数据处理器的节点处理单元23。节点处理单元23(从节点数字接收器28或从未示出的任何其他音频源)接收、处理音频信号，并输出音频信号至节点放大器31或任何其他音频输出信道(未示出)。而且，节点处理单元23至少从节点数字接收器28和/或节点发送器30接收控制信号。解读这些控制信号，并且根据控制要求采取适当的行动。节点处理单元23也是“电缆终端”识别过程和所示实施例的节点枚举过程中重要的一部分。

节点20优选地还包括驱动一个或多个扬声器32的节点功率放大器31。节点功率放大器31优选地接收来自节点处理单元23(或来自其他源)的音频，并可采用模拟和/或数字接口(未示出)接收音频信号。

节点功率放大器31可以为具有模拟输入信号或数字输入信号的模拟(时间连续)或数字(时间离散)的类型。

根据本发明的优选实施例，优选的节点功率放大器31为D类放大器。由于来自驱动器处理单元11的音频信号优选地是数字音频信号，节点功率放大器31优选的为具有数字输入的D类放大器，从而不需要数模转换器。

每个节点20处具有分布式放大，其中每个扬声器具有它自己的节点功率放大器31，声音质量相较于传统的70VRMS/100VRMS系统能够得到改善。在传统的系统中，音频功率信号必须经过作为扬声器节点20的一部分的内置变压器。这种变压器对低频信号产生磁芯饱和影响，意味着总是用滤波器来减弱这些信号成分，从而减弱频谱的低端部分。去除变压器能够增强声音质量，使其具有更好且更“紧(tight)”低音再现。

节点20优选地还包括具有一个或多个无源扬声器的扬声器32。在本发明优选的实施例中，扬声器是电动式的，所具有的阻抗的范围为2-32Ohm。

节点功率放大器31和扬声器32可形成节点20的实用单元36的一部分。实用单元36还可包括数据处理器，其目的在于转换和传输从诸如扬声器32(使得扬声器32作为麦克风)的传感器或其他未示出的的传感器(例如，麦克风、光传感器、烟雾传感器、温度传感器，近距离传感器等，或发射器或致动器，例如发光二极管、显示器等，或接口装置，例如按钮、蓝牙收发器、IR收发器、有线外部设备的连接器等)接收的数据。这些传感器使用的示例可以是麦克风，其优选地经由例如A/D转换器连接至节点处理单元23，节点处理单元23可用做任意如下的用处或其他用处：估计环境噪声水平或语音(例如，确定人的出现)、自动校准、测试扬声器、确定其他扬声器的位置、声音电平触发防盗报警等。

这种传感器可以是单独的或集成到节点20或总线驱动器1，单独的监测节点连接至有源音频总线5，或独立地连接至总线驱动器1等。所记录的信息通过合适的数据处理器经由有源音频总线5传输(如果必要，经过数模转换或模数转换后)至总线驱动器1。可替代地或除此之外，这种信息存储在本地存储器(未示出)中。

如上所述，节点20优选地从总线驱动器1、经由有源音频总线5供应DC电压，有源音频总线5有优选地包含至少两个单独的导体34a和34b。

以功耗表示的节点20的尺寸主要由扬声器32的尺寸确定，根据音频系统33的使用目的，当以最大功率容量工作时，节点20的功耗的示例视需要可以在2W至400W之间或可以更高，如果需要。

节点20包括内置数据处理使得节点20变得智能，从而便于制造物理尺寸更小的、具有个体(有可能是远程)层面控制、音频源选择等功能的节点20。

如上所述，根据本发明优选的实施例，这些数据处理器便于数字信号处理、D类调制并便于接收经由如上所述的标准或私有的协议发送的数字信号。除了以上描述的操作，这些数据处理器还可以便于进行如下非限制性操作列表中的操作，该列表包括：均衡、人工混响、线性滤波、扬声器补偿、限制、有源音频总线上的DC电压的动态下降的补偿、传感器信号登记和转换、频移键控调制、D类调制来驱动扬声器、低音增强、语音和/或音乐鉴别器，其控制语音均衡，从而使得语音更容易被理解和/或使得音质更好等。

需要说明的是，通过总线驱动器1的数据处理器也可以便于一些这样的操作。

需要说明的是，根据本发明的一个实施例，总线驱动器1可至少部分的实现为节点20的一部分。因此，以这种方式，单个节点20可包括总线驱动器1，从而不需要独立的总线驱动器1。

所示的总线驱动器1和节点20由不同的组件构建，并且需要说明的是，参照图9至11提及的组件以及总线驱动器1和节点20可以以任何合适的方式组合以促使形成所需的音频系统33。而且，也需要未提及的组件，例如用于存储音频系统33操作期间获取的信息或连同音频系统33的操作相关的信息一起预下载的信息的驱动器存储器或节点存储器。这些存储器可以具有最小的容量，例如简单的ROM仅包含诸如节点序列号的标识符。然而在大多数情形下，存储器的大小能够存储更多的数据，例如兆字节或千兆字节，并且为能够便于读取和写入的类型。

而且，需要说明的是，提及的几个数据处理器不应当字面理解为这些处理器可替代地实现为一个或多个多功能数据处理器/单元。

本发明的音频系统33便于从总线驱动器1至各个节点20以及从节点20至总线驱动器1的智能音频信号的分发，这将在下面描述。

图12显示了根据本发明实施例的音频系统33，其包括连接至网关的一部分也称为总线驱动器1的音频源8、称为有源音频总线5或传输线的传送介质以及多个节点20。有源音频总线5优选地包括第一导体34a和第二导体34b。

为了将总线驱动器1内部或外部能量源(音频功率放大器或电源)的功率分发至无源或有源节点20，实施有源音频总线5的更优选择是铜缆，因为铜能够提供最好的电导。铝缆也有吸引力，即使它的电阻率更高，但是由于目前电缆的总成本低于铜缆，从而当前它能够提供比铜更好的导电重量比。然而，当应用于标准终端时，例如常见的螺丝端子，铝是有缺点的，因为在薄氧化铝层中，金属氧化物开始作为电绝缘体。而且，螺丝端子需要更大的尺寸以满足需要提供类似于铜的电阻的更大的电线尺寸。

关于模拟形式或数字形式的音频信号的分发，至少存在三种选项，即使用无线电波技术(像WiFi、蓝牙、ANR、ZigBee等)的无线形式、使用玻璃或塑料光导的光形式或者使用导线的电形式。

由于无线技术被认为不够鲁棒，无线技术当前并不被专业音频集成商和顾问认为是一种选择。然而，对于鲁棒要求低的音频系统，无线技术是一种选项，因为随着无线技术的进一步发展，其最有可能在未来用于对鲁棒性要求更高的音频系统33。另一个不选择无线技术作为优选技术的说法是无线系统需要在节点处有接收器/发送器，这将增加功耗，从而增加音频系统33的价格。再者，另一方面，无线系统的好处可补偿某系音频系统33的不足。

光数据传输技术具有有利的性能。首先，光链路的数据带宽性能是极好的。光纤为给定尺寸的光纤提供极其高的数据速率，并且作为线缆长度函数的信号质量损失比电导体低。然而，光纤的缺点是线缆的终止端。当其必须连接至给定装置时，线缆必须被剪断并通过将光转换为电信号的光接收机连接至该装置。相较于简单的RJ45插头或螺丝端子连接器，剪断和安装过程是复杂的。

电导体优选地用作传输导体34a、34b以承载从总线驱动器1至节点20或从节点20至总线驱动器1(二者皆与模拟和数字音频信号传送有关)的音频信号，可以在单端或平衡信号之间做出区分。

在单端方案中，电信息被置于相对于共通接地电势。该方案主要用于短距离，并且简单，对于单个信道音频系统(模拟或数字)仅需要单个发送器和单个接收器。然而，拓扑具有一个主要的缺点，缺乏共模抑制。

为了克服单端通信拓扑的缺点，平衡信号是优选的。该技术对于每个信息流使用两个导体。基本理念是以差分信号(具有两个导体的电压之间的差的信息)发送信息。通常，这需要输出相位相反的有用信号的两个(相同的)独立的发送器。在接收器端，使用具有高共模抑制比的差分放大器的差分放大器发现该差别，意味着两个导体共有的任何信号成分被抵消。这意味着(不同意单端拓扑)，即使发送器装置和发送装置的共有电压电势上下弹跳，这不会引起接收器看见任何错误的差分信号。

当使用平衡信号时，除了具有与共模抑制相关的优点，导体对，尤其是当两个导体扭绞时，对于来自或去往电导体的潜在干扰也具有好得多的性能。这种干扰可例如源自外部源(电缆线架中其它电缆等)的电磁干扰。

因此，根据本发明优选实施例的有源音频总线5是一种具有绝缘双绞铜线的标准商用音频电缆，例如，“百通(Belden)5300U”类型的安全和商用音频电缆。如上所述，也可以使用其他类型的电缆，例如屏蔽或非屏蔽多芯5类(Cat5)电缆或其它电缆，屏蔽和非屏蔽双绞线类型。

确定电缆类型的关键特征在于电缆能够以高比特率传输数字信号以及符合EMC要求。此外，如果能够使用现有70V/100V模拟音频系统中使用的现有电缆将是更好的。出人意料的是，“百通(Belden)5300U”(或类似)类型的电缆能够以高比特率传输数字信号，并且由于导线是绞合的，线缆符合EMC要求并且是通常用于现有70V/100V系统中的。

原则上，使用两个导体屏蔽的电缆给出了一些实施例中可能需要的三个导体的实施方式。

需要说明的是，根据本发明优选的实施例，有源音频总线5将多个节点20连接至总线驱动器1，优选地以菊链网络的方式。尽管从菊链结构图能够表明节点20是串联的，但是从电的角度看，节点20实质上是并联的。

如上所述，音频系统33的节点20优选地通过两个导体类型的传输介质(也称为有源音频总线5)以菊链网络的方式连接。优选的是，有源音频总线包括直接安装在环形端点(也称为图12所示的节点20的节点总线接口21)中的两个导体34a和34b。如图12所示，第一和第二导体34a和34b每一个的一端连接至总线驱动器1的驱动器总线接口19，第一和第二导体34a和34b的相对端连接至节点20a的节点总线接口21。节点20b的节点总线接口21经由第一和第二导体34a和34b链式连接至节点20a的节点总线接口21，以此继续。

如上所述，以这种方式分布节点20，使得安装，即传输导体34a和34b的安装，不会由于混淆导体34a和34b的安装而导致失败，也不会由于混淆将导体34a和34b安装在节点总线接口21a和21b哪一个上而导致特定终端故障。从而，确保音频总是处于使得导体的极性可以被忽视的相位，从而使得在音频系统33中安装节点变得非常容易，一般不需要音频系统的专业知识就可以完成。

优选地，有源音频总线5的导体34a和34b直接连接至节点20。从而，避免使用从节点20至有源音频总线5的另外导体，例如连接另外导体至有源音频总线5的接线盒，这是有好处的，因为这种另外导体可使得从节点20至总线驱动器1的信息通信变得困难。这种通信的示例可以是网络中节点20的自动单个节点识别(例如根据来自总线驱动器1的请求将节点识别发送至总线驱动器1)或位置。

根据本发明，本文所述的节点20以菊链连接的好处是，单个传输线中能够存在多个音频信道(作为多个导体或者单个导体对中作为多个数字音频信道)，从而使得音频系统33以及按照变得更灵活。由于单个线缆(有源音频总线5)能够为超过一个的单个节点20的子集或节点20的区域承载音频信号，可以简化电缆的布局，从而减少人工成本。实际上，可以将包含具有至少一个导体对的传输线路的现有音频系统改装或更新至本发明的音频系统。

图17显示了根据本发明的音频系统33的俯视图，如图17所示，节点20的单个菊链潜在地为几个不同的扬声器区域提供各自的音频信道。

本发明的音频系统33在网络中的音频信道的数目、区域以及菊链网络中节点20的数目以及从总线驱动器1至最后/最远的节点20的有源音频总线5的尺寸或长度方面是非常灵活的。

这种菊链网络的尺寸可以通过音频信道的数目以及这些信道中的音频质量来确定。根据本发明的实施例，即使处于连接有十六个节点20、长度为100m的有源音频总线上，具有两个48kHz音频信道的菊链网络工作良好。

关于菊链的节点20的数目，这里的限制因素是传输线路质量恶化以及每次加入节点20引入的反射引起的比特错误的风险。

每个参数(节点、质量、长度、信道)相互影响，因此，例如如果仅需要一个信道，菊链网络的长度/尺度可以增加。另一个示例为，如果质要求为48kHz每24比特(48kHz/24bit)，那么带宽仅允许两个信道，而相同的带宽(48000*24*2＝2.304Mbit/sec)可以用于四个36kHz每16比特(36kHz/16bit)的信道。

一般来说，需要说明的是，对节点20的控制是优先的，即音频的分布和广播/产生比监测(即节点20向总线驱动器1返回节点20的信息及其周边信息)具有更高优先级。后者的上游状态信息能够以几个kbit/s的速率发送，使得总线驱动器1能够在一秒内从几个节点接收几个字节的简单状态信息。

除了下游音频流和上游状态信息，从总线驱动器1至节点20的下游控制信号(即查询、请求、状态或用户比特等)也以(例如)96kbit/s的速率在有源音频总线5上传输。

音频系统33优选地便于自动初始化，即当接收来自总线驱动器1的请求时，每个节点20返回例如类型、序列号等。

如上所述，双向数据流能够使得端节点20监控。这启动了远程服务功能，其中能够检查包括节点20及其扬声器32的整个音频系统33，精确的错误信息在服务技术人员出现前就在手边。该特征在音频系统33的安装阶段也是有利的，尤其是安装菊链的过程中，验证安装不需要人工检查各个节点20。当总线驱动器1连接至因特网时，可以从连接因特网的任何地方使用该远程服务。

图12至图14所示的网络布局优选地为菊链拓扑，其在所有网络总线驱动器1和网络节点20处于并联电耦合或实质上并联电耦合的地方类似耦合。节点20的节点总线接口21a和21b几乎是短路，仅有来自连接器和电流传感器22的电阻损耗。于是，网络的示例可以如图12至图14所示(未示出连接器和电流传感器)。

为了最小化组成有源音频总线5的电缆的反射，确保电源阻抗(总线驱动器输出阻抗)、电缆阻抗以及端接阻抗(端接阻抗附着于给定分支或菊链的最后/最远节点20的总线导体34a和34b之间)相同或实质上相同是很重要的。在本发明优选的实施例中，这三种阻抗(在100kHz至10MHz范围内，从不同的角度看)都处于40至120Ohm的范围。

然而，网络拓扑不是绑定至纯菊链。使用如图13所示的Y型分离器39，可将有源音频总线5分成两个(或更多个)分支。为了保持阻抗匹配完整，在两个分支的端点插入端接阻抗是很重要的。还进一步需要在Y型分离器39中加入阻抗匹配装置。

图14显示了根据本发明实施例的的环形拓扑有源音频总线的示例。有源音频总线5的如上描述的几个菊链节点20的每一端连接至总线驱动器1的两个音频总线端口。总线驱动器被配置用于将两个端口处理为环形拓扑的一个有源音频总线，或者监测到这种情况本身，例如通过能够在另一端口接收一个端口的它自己的控制数据。优选地，总线驱动器使得端口中的一个不活动，并且在各种实施例中可以在不活动的端口应用传输线路阻抗，或者依靠待检测为最远节点的离不活动的端口最近的节点并如上所述被指示应用它的传输线路阻抗。环形拓扑的实施例的好处在于，在电缆破损的情况下，断开节点连接或截断一部分有源音频总线与总线驱动器连接的其他事件，可以通过手动报警输入、通过检测阻抗不匹配、通信质量低或者通过其他的自动装置检测该情况，并且一旦得出一部分总线不可到达的结论，总线驱动器可以激活第二端口，在两个端口执行节点枚举过程，从而继续与两个单独的有源音频总线操作。换句话说，环形拓扑提供一种冗余，其对于重要的音频系统(例如，紧急或疏散系统)非常有好处。可以通过各种其他实施例实现环形拓扑，例如，通过在有源音频总线的每一端提供各自的总线驱动器，通过人工或自动协调两个总线驱动器中哪一个在常规操作过程中是激活的，从而在中断的情况下，仍然使得另一个总线驱动器接管部分有源音频总线。从而，也可以使总线驱动器功能是冗余的，且总线驱动器可以位于不同的物理位置，那么甚至在本地消防、电力损耗等情况下，可以保留一个驱动器。环形拓扑的变形包括连接至有源音频总线的不同位置的两个或更多个总线驱动器，例如，四个总线驱动器沿有源音频总线分布，并相互协调或被协调得出在常规操作过程中哪一个作为激活总线驱动器来操作。在总线故障的情况下，进行再次协调以确定最合适的总线驱动器来接管总线的任何截断部分的操作，并且每一个激活的总线驱动器执行重新枚举连接的节点的操作。

各种其他拓扑的实施例，包括例如参照图12至图14描述和显示的拓扑的各种组合，对于不同应用、建筑物布局、用途、安全规程等也是可能的并且适用的。

适用于例如图13所示的分支的有源音频总线的Y型分离器39中匹配的阻抗可以使用三个相同的阻抗来建立，也称为如图15(为简单起见为单端)所示的“毛球网络”。从该星型配置的任何端看来，阻抗Z1、Z2和Z3等于R/3+(R/3+R)/2＝R，其确保最小化有问题的反射。然而，网络引入从一个分支至另一个分支的6dB的衰减。

对于2线DC供电的总线，由于当通过总线引入电流时相对小的电阻将导致显著的功率损失，基于纯电阻的方案不适用。为了解决这个问题，可以设计阻抗匹配方式使得阻抗匹配电阻仅对AC“存在”，而在DC时没有。一种方案如图16所示，其中电阻使用电容器DC去耦，并通过电感器L处理DC功率分布。

图17显示了根据本发明的音频系统33的布局。第一总线驱动器1a控制第一有源音频总线5a上的节点20a-20d，第二总线驱动器1b控制第二有源音频总线5b上的节点20e-20h。

节点20a-20h可以位于一个或多个环境中。环境可以例如限定为房间。包含节点20的子集的区域可以限定为或多或少与环境和总线有关，并且不论环境和总线的拓扑，为将任何扬声器分配至区域提供抽象级(abstraction level)。通常，分配区域是用来广播相同的音频或控制共同区域内的节点。需要说明的是，区域或环境中的节点20的子集的群组可包括由不同总线驱动器1控制的节点20。因此，节点20的区域或子集应当被理解为经分组的并且因此播放相同音频信号的一个或多个节点20。

图17显示在两个环境(房间37和38)中分布的节点20a-20d和节点20e-20h的两个菊链。基于房间37的用途，第一房间37可以分为两个区域37a和37b，从而区域37a可以是房间37的繁忙和嘈杂的区域，而区域37b是房间37的休闲区。房间38表示只用一个区域38a。

如果现在有不同的音频信号在环境37和38中广播，必须将节点20a-20h分成不同的区域。从而，区域1包括节点20a-20c以及20h，区域2包括节点20d和20e，而区域3包括节点20f和20g。

表示区域1-3的节点的子集可以自动地或人工地配置至各个区域，便于播放不同的音频或以不同音量播放相同的音频。应当将播放音频信号理解为将音频信号转换为至少人类能听见的语音、音乐、音调等。

在一个实施例中，节点可以在安装过程中预配置，例如关于区域分配、音频信道选择、音频等级或其他基本配置参数。节点的预配置可以例如由包含安装者可以用来设定一个或多个参数的硬件选择器和/或可编程存储器的节点完成，参数在加电后可以被内部电路读取。例如，可以在节点处设有旋转编码器、DIP开关(DIP：双列直插封装)、NFC接收器(NFC：近场通信)、RFID标签(RFID：射频识别)等。在安装过程中，存在至节点的预配置选择器的访问，安装者可预配置例如节点初始属于哪个区域以及初始衰减等级。甚至在节点连接至有源音频总线(即节点接收任何功率)之前，应用预配置。该设置是安装项目计划的一部分或由安装者自行决定。然而，由于这种预配置易受人类错误和/或关闭安装、天花板、墙壁等候改变主意的影响，因此包含验证预配置的实施例是非常有好处的，是一种允许总线驱动器否决节点的预配置的优选实施例。

为便于区域的自动配置，总线驱动器1a和1b可以直接连接或者经由外部音频源8或外部控制器10连接。

因此，聚集环境包括一组环境37和38，每一个包含扬声器系统的一个或多个扬声器(也称为节点)。每一环境包含物理区域，例如，走廊、会议室、餐厅或类似的物理隔开的环境。换句话说，环境由诸如墙壁、地板和天花板、门和窗、隔间、植物、窗帘的作为声音和/或视觉障碍物的物理结构或者甚至相对大的空间距离限定。因此，聚集环境例如可以为包含一组环境的办公楼、餐厅建筑等。聚集环境限于包含扬声器系统的扬声器的环境的聚集，于是可以限于建筑的一部分、地板等，并包括单个环境或几个环境。扬声器系统可包括安装在一个或多个环境中的扬声器。

扬声器系统(也称为菊链节点或音频系统)的拓扑在电连接或通信连接方面经常与环境的的拓扑完全没有关联。

在一个实施例中，可以分析声音测量，通过分析何时听不见某些麦克风或仅隐约听到某些麦克风的声音，获得有关声音障碍物的信息，从而启动所述不同环境中的一组扬声器，并获得有关反射表面的信息，启动扬声器和表面之间的距离估计，从而有可能在特定实施例中估计环境两个维度或三个维度的尺寸，例如，房间的尺寸和形状。在一个实施例中，例如来自相机的视觉信息、通过例如激光器或加速度计的距离测量获得的有关物理的信息、定位系统或蓝图或其他形式的数据或手动输入的数据等，可经分析估计环境的尺寸以及扬声器的相对或绝对位置。在优选的实施例中，自动或人工确定的有关环境的信息可用于为如何将扬声器分配在扬声器区域中以进行随后的正常操作做出基本的建议或基本的起始配置。在很多实际应用中，这种方式建立的基本起始配置将非常适用于大多数的使用情况。

环境的拓扑不必对应于扬声器区域的拓扑。换句话说，网络拓扑、扬声器连接、环境和扬声器区域是没有限定的，但是至少部分重叠。

在优选的实施例中，所分配的扬声器区域不是静态或永久的，而是可以根据房间或大厅应用而改变。诸如“现场音乐会”、“会议”或“休闲吧”的应用可能要求扬声器满足不同的角色。

从以上描述可以看出，创造性的音频系统33具有几个优点，其中，在总线驱动器1和节点20之间的双线有源音频总线5上传输的功率和双向数据特征以及双线34a和34b的无差异极性尤其有利。

在这些优点中，至少可以提及：扬声器32的个别故障监测、各自的增益、延迟和高粒度均衡、节点20的动态寻呼和分组、相同菊链上的多个节点类型、相同菊链上的超过一个的区域或信道、不需要在现有系统的节点之间安装新的传输线就能改造或更新现有音频系统的可能性、网络的第一和最后节点20具有相等的音频质量、便于自动调试定位出现错误的节点以及相较于传统的兼容的音频系统使用更薄的导体34。

相较于例如70VRMS，本音频系统33能够使用更薄的导体34的原因是，在70VRMS中，音频信号的RMS显著低于本发明建议的40V-50V DC系统。因此，本音频系统33的电流以及损耗相对于70VRMS系统显著减少。

相较于传统的70/100V安装技术，至少存在如下优点：

●布线可以是相位无关的。电缆中交换导体对于最终的声音输出不会导致180度的相位变化。

●同时在单个电缆(双绞线)上传输超过一个音频信道。这意味着能够使用单个菊链(电缆)覆盖多个区域。

●系统可包括节点枚举过程，节点枚举过程建立包含囊括总线上第一至最后节点的物理(电连接)序列的所有总线节点的列表。该列表确保所有的电连接功能正常。可以向给定位置报告(经由电子邮件或类似的方式自动报告)来自上次加电获得的列表中的偏差。

●系统包括自检功能，告知安装者/维修人员电缆上最后一个功能节点放置在哪里。

●每个节点可实施个体层面的控制、EQ以及可远程控制的其他DSP相关功能。当系统安装在根据环境调整“声音配置文件”是有利的环境中时，这是一个优点，例如在餐馆中，在一些场合需要调整整个餐馆空间中仅一部分的音量，或者甚至可区分的音频材料(对应于动态/虚拟的路由能力)。

●能够监测每个节点的状态，意味着能够连续跟踪扬声器(和放大器)的状态(温度、功耗、阻抗)。

●由于没有通常要求音频信号经高通滤波以避免低频失真的音频功率变压器，从而可以改进音质。在没有变压器的情况下直接驱动扬声器能够引起更丰富和更紧密的低音再现。

●当再现音频材料时，布线中的功率损耗相较于70/100V系统更低。对于典型的音频信号，波峰因素是12dB。这意味着70V(100V峰值)系统中全尺寸音频(full scale audio)的RMS电压仅为25V，相较于本系统，在总线上可能具有48VDC(＝48Vrms)。假设类似电缆厚度(电阻导电损耗)的情况下，这一差别导致大致是48V系统中电流的两倍的70V系统中的电流变成高四倍的电缆功率损耗(P＝I²·R)。这可以用于(1)使用更细电缆的情形，或者(2)为给定电缆尺寸提供增加的电缆长度(和可接受的损耗)。

●该系统可进一步包括不直接与音频再现相关的几种其他类型的传感器。示例可以是光传感器、烟雾传感器、气体传感器(CO)，近距离传感器或任何其他类型的传感器。来自这些传感器的信息可以传回总线驱动器1并进一步传至因特网和/或连接驱动器和/或总线的其他设备。

●相较于70V(100V峰值)或100V(140V峰值)，总线峰值电压更低。使用48V意味着系统可以通过“任何人”安装，因为48V被视为无危险的，而70V/100V系统的安装要求有资质的人员。

所描述的附图关注为本发明提供特征的元件。因此，需要说明的是，在各种实施例中也可以实施其他未提及的元件。这些元件可以是安装在有源音频总线5以及驱动器处理单元11的传输导体34之间的电容器、总线驱动器1的数据发送器和接收器以及用作防止DC功率信号干扰数据处理的有源音频总线5的传输导体34。

采用相同的方式，电感器可以出现在总线驱动器1的电源3、节点20的电源35以及有源音频总线5的传输导体34之间，以滤波并确保数据通信不影响电源。

需要说明的是，本说明书提及的任何附图的任何元件可以组合以获得符合具体要求的音频系统33。而且，图中的很多元件是现有技术中的元件，由于这些元件及其功能为技术人员所知，因此不再细致描述。

Claims (10)

1.一种确定扬声器系统中空间关系的方法，所述扬声器系统包括中央控制器(201)、多个扬声器(A-G；A-H；202a、202b)以及多个麦克风(203a、203b)，所述方法包括：

·使用所述多个扬声器产生声音(S)；

·使用所述多个麦克风测量所述声音；

·基于所测量的声音确定所述扬声器之间的空间关系；

·基于所述所确定的空间关系，将所述多个扬声器分配至扬声器区域(Z1-Z4)；以及

·根据所述所分配的扬声器区域控制所述多个扬声器的音频。

2.根据权利要求1所述的确定空间关系的方法，其中，所述空间关系包括空间布置。

3.根据前述权利要求中任意一个所述的确定空间关系的方法，其中，所述麦克风分别与单个所述扬声器放置在一起。

4.根据前述权利要求中任意一个所述的确定空间关系的方法，其中，所述方法还包括确定扬声器和反射表面以及麦克风与所述反射表面之间的空间关系。

5.根据前述权利要求中任意一个所述的确定空间关系的方法，其中，所述方法还包括确定反射所述所产生的声音的反射表面的空间布置。

6.根据前述权利要求中任意一个所述的确定空间关系的方法，其中，所述空间布置是基于所述空间关系中最重要的空间关系确定的。

7.一种具有自动分区的扬声器系统，其包括：

·多个扬声器(A-G；A-H；202a、202b)和多个麦克风(203a、203b)；

·声音测量分析器，配置为以基于所述扬声器产生并由所述麦克风测量的声音确定所述扬声器之间的空间关系；

·分区单元，配置为基于从所述声音测量分析器接收的空间关系将所述多个扬声器分配至扬声器区域(Z1-Z4)；以及

·中央控制器(201)，配置为根据所分配的区域控制所述多个扬声器的声音。

8.一种验证扬声器系统的安装的方法，所述扬声器系统的安装包括中央控制器(201)、多个扬声器(A-G；A-H；202a、202b)以及多个麦克风(203a、203b)，所述方法包括：

·获得辅助信息；

·使用所述多个扬声器产生声音(S)；

·使用所述多个麦克风测量所述声音；

·根据所述辅助信息以及所测量的声音验证所述扬声器系统的安装；以及

·在用户接口或通信接口提供所述验证的结果。

9.一种具有安装验证的扬声器系统，其包括：

·多个扬声器(A-G；A-H；202a、202b)和多个麦克风(203a、203b)；

·中央控制器(201)，其包括用于存储辅助信息的存储器；

·验证单元，其经配置以根据所述辅助信息以及所述扬声器产生并由所述麦克风测量的声音验证扬声器系统的安装；以及

·用户接口或通信接口，其经配置以提供从所述验证单元接收的结果。

10.一种确定扬声器系统中空间关系的方法，所述扬声器系统包括中央控制器(201)和多个扬声器(A-G；A-H；202a、202b)，所述方法包括：

·使用所述多个扬声器产生声音(S)；

·使用移动装置的麦克风测量所述声音；

·基于所测量的声音确定所述扬声器之间的空间关系；

·基于所述所确定的空间关系将所述多个扬声器分配至扬声器区域(Z1-Z4)；以及

·根据所述所分配的扬声器区域控制所述多个扬声器的音频。