CN106664489B - 扬声器系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的扬声器系统包括扬声器阵列，所述扬声器阵列包括能被分别控制的多个电声音换能器，使得能够经由所述多个电声音换能器为位于车辆的车辆内部的不同收听位置的不同用户再现用户特定的音频信号。此处，扬声器阵列或扬声器阵列的声音出口特别地被布置在车辆内部的收听位置中的至少两个收听位置之间，即例如在驾驶员和乘客座椅之间。

Description

扬声器系统
本发明的实施例涉及用于车辆的扬声器系统，特别是具有扬声器阵列的扬声器系统，一般涉及不同布置配置的具有多个电声音换能器的扬声器阵列，并且涉及具有声音导向的扬声器阵列。
未来的车内信息娱乐系统和关联的车内扬声器系统必须满足复杂交通情况下的挑战性任务。因此，绝对可靠的功能是先决条件，其中在任何驾驶情况下必须避免驾驶员的风险，例如错误功能引起的驾驶员的风险。此处，通信要求和快速的信息提供以及无干扰的音频再现扮演着重要的角色。此处，不仅车辆声音被认为是伪信号，而且不同音频内容的并行消费也被认为是伪信号，诸如当从几个乘客的角度看同时执行打电话和消费媒体内容时，即是如此。这种挑战迫使系统特性能够允许受限音频区域(称为声音区域或收听区域)的各自的声音暴露。
通常，除了电声部件之外，用于调节适配系统的噪声抑制和有效数据通信的有效算法对于实现这些系统而言是必要的。
从这个问题出发，分别存在在市场中使用的并且至少部分已证明的若干概念。一个示例是：通过在相应的声音区域中使用与收听者的耳朵直接相邻的扬声器，例如通过在每个收听区域的相应汽车座椅的相应头枕中的扬声器集成，来实现的个性化声音暴露(借助声音区域)。在美国专利8,126,159中公开了一种将扬声器分组的这种系统。该方法的一个优点是由于收听距离的巨大差异而导致的相邻声音区域之间的高度声学分离。这是基于(在理想的球面波传播下)距离加倍电平降低约6dB的理论模型。这种方法的缺点是例如由于头部运动导致的对干扰的高度敏感性。一方面，这导致高的电平波动和空间感知的显著障碍，例如，丢失立体图像。
第二种现有技术方法涉及可以通过使用超声技术生成的个性化声音区域。收听声音被调制到超声载波上并以高度聚焦的方式辐射到收听区域。这种调制原理的先决条件是辐射非常高的超声电平，例如，高于130dB。该方法的优点在于：由于波长与由扬声器的尺寸和扬声器阵列的尺寸分别限定的有效“辐射区域”的尺寸的有利比率，超声以比声学频率范围的频率更聚焦的方式辐射。因此，在保持所使用的扬声器技术的尺寸的情况下，可以提高声音区域的声学分离。这种方法的缺点不仅在于超声从某些功率电平起可能是不健康的(在这方面，参见医学领域中的用于破坏肾结石的超声使用)，而且在于当使用超声时超声在车辆内部的强反射结果，这对声道分离具有不利影响。此外，超声的使用引起高功率消耗，其等价于低能效。另外，由于解调原理引发高度非线性的传输行为，导致低的声音质量，其通常仅足以用于语音再现。
另一现有技术方法基于所谓的波束成形。为此，使用若干扬声器，其例如分布在车辆内，和/或分组形成扬声器阵列。通过对每个扬声器的特定控制，获得例如针对各个声音区域的定向声音辐射。在该上下文中，参考了美国专利8,073,156，其公开了在车辆中使用线性扬声器阵列。由此，有可能集中关注车辆中的一个或若干位置的声音样式。专利文档US2012/0121113公开了在包括相应控制器的车辆中使用另一扬声器阵列。其相对于第一方法的优点在于更稳定的声音区域，即使有头部移动亦是如此。此外，不再需要使得扬声器安装位置与就座位置直接相邻。与第二种方法相比，没有由于高的声压引起的潜在风险。另外，与该超声方法相比，可以获得较好的声音质量。然而，缺点在于可获得的声音聚焦，其经常导致不充分的通道分离，特别是由可实现的阵列尺寸、可实现的声音换能器距离(与相邻的电声音换能器的距离)和每个阵列的声音换能器的数量引起的不充分的通道分离。另外，车辆中的空间声学影响、反射和空间模式分别降低先前波束成形方法的通道分离。
此外，美国专利7,343,020公开了一种具有定向平面声音换能器的汽车音频系统，其用于为每个乘客分别生成立体声或环绕声。美国专利2003/0021433公开了一种扬声器配置以及一种信号处理器，其用于通过使用中央扬声器为每个乘客分别生成立体声声道。欧洲专利2 143 300 B1公开了一种具有定向到相应的就座位置(＝收听位置)的定向声音换能器的车辆扬声器系统。后面这三种来自美国/欧洲专利的方法的共同点在于，由于要导出的扬声器技术，可能导致不充分的通道分离或串扰。因此，需要一种改进的方法。
本发明的目的是提供一种用于扬声器系统的概念，特别是用于车辆扬声器系统的概念，其防止上述缺点，并因此允许生成具有良好的通道分离的高质量环绕声。
该目的通过独立权利要求的主题来解决。
根据第一方面的实施例包括一种用于车辆的具有扬声器阵列的扬声器系统。一种扬声器阵列包括能被分别控制的多个电声音换能器，使得能够经由所述多个电声音换能器为位于车辆内部的不同收听位置的不同用户再现用户特定的音频信号。扬声器阵列，或在使用声音导向器(sound guide)的情况下的扬声器阵列的声音出口，特别地被布置在车辆内部的至少两个收听位置之间，即例如在驾驶员和乘客座椅之间。
因此，第一方面的实施例基于如下发现：具体就通道分离而言，例如就当在不同的收听位置再现不同的音频内容时的通道分离而言，居中(就所有的或相关的收听位置而言的居中的意义上)布置扬声器阵列可以改进用于车辆的扬声器系统。对于每个收听位置(或每个相关的收听位置)，所使用的扬声器系统可以构建单独的波束，或者针对立体声，每个区域构建若干单独的波束。由于扬声器阵列的居中布置，例如布置在座椅之间的车顶内衬中，将获得如下结果：扬声器阵列到每个相关的收听位置具有大约相同的距离，使得每个波束具有相似的延伸，并且特别地，波束的方向是相反地定向的，这对于通道分离是最佳的，特别对于用户特定的音频再现而言更是如此。
如上所述，根据实施例，扬声器阵列的优选定位将是在车辆的车顶内衬中、在中央控制台中、在仪表板中或在后部搁架中，其中，根据另外的实施例，特别重要的是阵列与收听位置之间的距离，至少是阵列与相关的收听位置(所有收听位置的子集)之间的距离，分别基本相同，例如具有+/-30％的偏差。
根据另外的实施例，取决于收听位置，可以提供至少一个附加扬声器，例如通常存在于门和镜三角中的扬声器和/或不同定位的附加扬声器。该附加扬声器还可被实现为结构声音换能器。该附加扬声器优选地被布置为比扬声器阵列更靠近用户。由于这种密集的布置，下面的情形是可能的：从附加扬声器辐射出的声音对于其他收听位置而言几乎可被忽略，这是因为可以使用由于收听位置的巨大差异导致的显著降低的声音级别和较大的级别差异。通过该附加扬声器，下面的情况是可能的：可以针对每个收听位置生成立体声，而且可以生成具有局部电平增加或频率扩展(例如低音)的单声道。
还可以基于声学波束成形技术，在多个电声音换能器和扬声器阵列的帮助下，生成立体声。此处，例如，每个收听位置生成至少两个波束或者还生成一个立体声波束。在该上下文中，应当注意，借助于模拟心理声学效应的变换函数，有可能将要生成的声源虚拟地定位在空间中。根据另外的实施例，当通过波束成形来定位源时，通过考虑收听者的就座位置或头部位置来跟踪波束将是有利的，使得独立于就座位置，始终得到良好的再现效果。
根据另一实施例，扬声器系统包括分别控制电声音换能器和/或附加扬声器(例如用于波束成形)的信号处理器。
根据第二方面的另一实施例提供了一种扬声器阵列，其具有：多个第一电声音换能器，例如布置在第一线中的小型声音换能器；以及，多个第二电声音换能器，例如布置在所述第一线中的大的声音换能器。这里，第一电声音换能器之间的平均距离小于第二电声音换能器之间的平均距离。
根据第二方面的另一实施例，第一电声音换能器被布置在第一面区域中，而第二电声音换能器被布置在第二面区域中。此处，第一电声音换能器(例如，又是用于高音范围的小型电声音换能器)的布置的平均密度大于第二电声音换能器(例如，用于低音范围的大的电声音换能器)的平均密度。
该第二方面的实施例基于下述发现：阵列中的不同类型的声音换能器的布置不一定需要均等地分布，相反，当通常用于高频范围的较小的声音换能器比用于较低频率范围的较大的声音换能器相比以更高的“封装密度”进行安装甚至是有利的，因为选择在较高频率范围中高度聚焦的辐射和针对较高频率范围进行定位比在低频率范围中更好。因此，这种声音换能器布置提供了下述优点：可以获得宽的频率范围和针对精确的声音聚焦的选项。
在相应实施例中，上述布置可以或者通过每侧由第二电声音换能器之一包围第一电声音换能器中的至少两个来在一条线上执行，或者在正方形内的两维范围中执行。此外，还可能提供另外的第三电声音换能器，其以类似的布置结合到阵列中。这里，类似的布置意味着相同类型的相邻声音换能器之间的平均距离随着声音换能器侧数(sides)的增加而增加，并且平均密度减小。
根据该第二方面的扬声器阵列适于用作根据第一方面的扬声器系统中的扬声器阵列。这是特别有利的，因为所述的具有不同封装密度的阵列布置提供了实现具有可调节的高度定向的特性同时具有例如对于车辆内部的中央布置是必须的小的安装空间的阵列的选择。
根据第三方面的又一实施例提供了一种扬声器阵列，其具有多个电声音换能器，所述电声音换能器耦合在它们的声音辐射区域中，分别具有用于声音输出和声音控制的声音导向器，其中每个声音导向器包括声音出口开口。该多个声音出口开口被布置为使得声音出口开口之间的平均距离小于并置的电声音换能器之间的(可能的)平均距离。
该第三方面的实施例基于以下发现：在扬声器阵列中，特别是关于在声音辐射期间的选择性声音聚焦的各个声源的紧凑分布将是优选的。为了获得紧凑分布，甚至是例如由于大的声音换能器导致的针对具有大的扩展的阵列，根据本发明(针对该第三方面)，使用漏斗形声音导向器，每个漏斗形声音导向器均耦合到电声音换能器。这里，声音导向器的声音出口开口小于声音导向器的声音入口开口，使得声音出口开口可以布置为紧凑的场。因此，可以改善耦合到多个声音导向器的阵列的定向特性。
根据实施例，根据该第三方面的扬声器阵列可以容易地与第二方面的扬声器阵列的基本思想相结合。此外，在第一方面的扬声器系统中使用声音导向器分别是可能的和有利的。
在下文中将基于附图详细讨论本发明的实施例。附图示出了：
图1a是根据第一方面的第一实施例(单声道)的车辆中的扬声器阵列的布置的示例图；
图1b是根据第一方面的另一实施例(部分立体声)的车辆中的布置的示意图；
图1c和图1d是根据第一方面的另外的实施例(部分立体声)的车辆中的扬声器阵列与附加声音换能器的组合的布置的示意图；
图2a是用于根据图1a-1d的实施例的扬声器系统的具有不同类型的声音换能器的扬声器阵列的示意图；
图2b是根据第二方面的实施例的具有不同类型的声音换能器的线性扬声器阵列的示意图；
图2c是根据第二方面的另一实施例的具有不同类型的平面布置的声音换能器的扬声器阵列的示意图；
图2d是根据第二方面的另一实施例的具有不同类型的声音换能器的扬声器阵列的示意图；
图3是根据第三方面的实施例的具有多个声音导向器的扬声器阵列的示意图。
在基于附图更详细地讨论本发明的实施例之前，应当注意，相同的要素或结构配有相同的附图标记，使得该说明是可互换的或相互适用的。
图1a示出了以俯视图示意示出的具有四个收听位12a，12b，12c和12d的车辆内部10，每个收听位置由潜在收听者可就座的座椅来限定。用于车辆内部10的扬声器系统1包括扬声器阵列20，该扬声器阵列20包括多个电声音换能器20a-20h。
如本文所示，阵列20相对于车辆内部10而言以相对居中的方式布置，其具有这样的效果：阵列20被至少布置在两个收听位置(所有收听位置12a-12d的子集)之间，这里甚至布置在四个收听位置12a-12d之间。用于扬声器阵列的可能安装空间例如相应地是车顶内衬、中央控制台，而且备选地还可以是仪表板和后部搁架。通常，这意味着扬声器阵列20可被相应地安装在收听区域12a-12d的上方或下方，或者甚至安装在与收听区域12a-12d相同的高度以及收听者的耳朵的高度。为了完整起见，应当注意，集中地涉及所有收听区域12a-12d或至少涉及收听区域12a-12d的子集，例如收听区域12a和12b。在下文中，将讨论以这种方式实现的用于车辆的扬声器系统的操作模式。
在所示示例中，扬声器系统阵列在每个收听位置12a-12d形成一个波束22a-22d，所述波束22a-22d优选地指向收听区域12a-12d或至少分配给收听区域12a-12d。这些波束22a-22d的形成是这样执行的：扬声器阵列20的声音换能器20a-20h被不同地控制，例如通过考虑所谓的波束成形算法来不同地控制，其还可以结合各个换能器20a-20h的辐射特性和空间声学的影响。在该信号处理的上下文中，参考了波场合成的教导的基础，其大量地提供了本文执行的波束成形的基础。这意味着扬声器阵列20被配置为在每个收听位置12a-12d构建单独的波束22a-22d，其中，由于居中布置，每个波束22a-22d的方向(从中心朝向收听位置12a-12d)是相反定向的。另外(由于居中布置)，扬声器阵列20到每个收听位置12a-12d具有近似相同的距离，使得每个波束22a-22d具有相似的特性(例如，扩大和级别)。这两个特性对所获得的通道22a-22d之间的通道分离做出了显著贡献。通过波束成形生成波束22a-22d的优点在于：通道分离是如此良好，使得可以为收听区域12a-12c生成用户特定的音频信号。由此，能够在不同的收听区域12a-12d中再现不仅具有不同响度甚至具有不同音频内容的不同的音频信号。另外，还可能的是：在声音区域12a-12d之一中，可以通过噪声消除来特别生成静音。
参考图1a的实施例，应当注意，所示的布置甚至满足第二可选条件，即，扬声器阵列20与各个收听位置12a-12d之间的距离基本相同，即具有+/-30％的容差(居中布置)。此外，阵列20的居中位置降低了空间声学对声音区域的伪影响，例如，由于侧窗处的声音反射引起的伪影响。
根据实施例，代替整个扬声器阵列20，耦合到扬声器阵列的声音导向器的声音出口(参见图3)可以居中定位或大体上位于至少两个收听区域12a-12d之间。声音导向器通常包括：每个声音换能器20a-20h一个声音导体，该声音导体耦合到相应的声音换能器20a-20h，其中，声音导体的多个声音出口形成声音导向器的声音出口。这里，实际的声音换能器阵列20例如由于空间缺乏，可被安装在汽车内的特定位置(例如，行李箱中)，并且声音导向器可以将声音引导到相应的居中声音出口点。
通过以这种方式布置的扬声器阵列，还有可能在每个收听位置12a-12d生成立体声甚或3D环绕声，如参考图1b所示。
图1b示出了具有四个收听位置12a-12d和扬声器系统1的扬声器阵列20的车辆内部10的俯视图。基于位置12a讨论立体声的生成，然而也可以转换到其他收听位置12a-12d。
如图1b所示，为收听位置12a生成包括波束22aL和22aR的双光束。波束22aL和22aR一方面指向收听位置12a处的收听者的左耳(22aL)，另一方面指向右耳(22aR)。针对每个收听位置12a-12d生成声音通道不限于针对立体声的数量2。相反，可以针对每个收听位置12a-12d生成若干波束，以便模拟环绕声。这里，根据另外的实施例，当在信号处理中生成波束22aL、22aR、22b、22c和22d时，为了改善虚拟声源在内部10中的定位，还可以考虑模拟心理声学效应的变换函数。这种变换函数的示例是HRTF函数和/或布劳尔特定向频带。
根据另外的实施例，在对波束22aL、22aR、22b、22c和22d进行定向时，还可以考虑声音反射(例如，经由玻璃区域的声音反射)或声音吸收。事先还考虑使用直接声音再现和/或间接声音再现的程度(即通过结合墙的反射或者还结合可选的声音导向器)。
再次，根据另外的实施例，波束22aL、22aR、22b、22c和22d的定向还可能取决于限定收听位置12a-12b、12c和12d的就座位置。这里，例如，扬声器系统到打开(电动)座椅调节的信息耦合是可能的。
在图1c和图1d中公开了扬声器系统的另一实施例，其中，中央扬声器阵列20与至少一个附加扬声器或附加扬声器阵列(或概括而言，与包括至少一个附加扬声器的附加系统)相组合。附加扬声器的可能位置是A柱、B柱、C柱、头枕或车顶内衬。
图1c示出了具有四个收听位置12a-12d的车辆内部10(俯视图)，扬声器系统1’的扬声器阵列20被居中布置，其中附加扬声器30a(这里，例如在车顶内衬中，或者备选地在B柱或头枕中)被分配给第一收听位置12a。从收听者的角度看，在收听位置12a处，该附加扬声器30a在背离扬声器阵列20(这里在左侧)的一侧上，并且优选地比中央扬声器阵列20更靠近耳朵，但这不是必须的。因此，还确保实现了另外的可选条件，即附加扬声器30a被布置为与其它收听位置12b-12d相比更接近收听位置12a。
如此处所示，附加扬声器30a生成分配给在收听位置12a处的收听者的一只耳朵(左耳)的波束32aL，同时另一只耳朵(右耳)暴露于(由扬声器阵列20生成的)波束22aR。因此，在所示的实施例中，可以在收听位置12a处生成立体声。附加扬声器30a的使用不限于立体声，以这种方式，附加扬声器30a通常可以用于支持在收听位置12a处的声音暴露(具有级别增加的单声道)。这里，有利的是，附加扬声器30a位于靠近收听位置的位置，使得利用了声音级别随着距离下降的原理，这具有以下效果：附加扬声器30a的声音级别在所分配的收听区域12a中比在其他收听区域12b-12d中要更大。这特别有助于提高声音区域12a-12d之间的声学分离。通常，附加扬声器30a的优点可以在于：通过使用心理声学效果来改善所分配的声音区域的声音质量和空间印象。通常，应当注意，通过分别将声音换能器20和30a布置为尽可能靠近收听位置(这里为12a)，参见例如针对收听位置12a的声音换能器20和30a，直接声音的比例增加，使得反射被尽可能地隐藏或可忽略。
图1d示出了具有扬声器系统1”的车辆内部10的侧视图。这里，示出了收听位置12b和收听位置12d，其中可以进一步看到，扬声器阵列20被布置在收听位置12d和12b的中央上方(即，在车顶内衬中)。针对波束22所定向的(后部)收听位置12d，提供了附加扬声器30d(这里，提供在后部搁架中，用于生成波束32d)，其就特性和目的而言对应于图1c的附加扬声器30a。
根据另外的实施例，还如图1d所示，在每个收听位置(这里是12d和12b)提供结构声激励器作为附加扬声器是有可能的。在所示的实施例中，针对收听位置12b的座椅包括结构声激励器35b，而针对收听位置12d的座椅包括结构声激励器35d。这些结构声激励器35b和35d中的每一个分别机械地牢固地连接到针对收听位置12b和12d的座椅(座椅框架或头枕)(例如，经由底部空间)，或者通常分配给收听者的位置，并且配置为分别输出结构声36b和36d，使得结构声36b和36d到达相应的收听者。这些结构声音换能器35b和35d特别适合作为低音范围中的支持，其中小型阵列的声音再现(由于有限的阵列尺寸)不能被充分地聚焦。通过可选的声音解耦装置，可以确保结构声36d和36b分别不能在其它收听区域(例如，12a和12c)中被感知到，这也有助于提高声音区域12a-12d之间的声学分离。
图2a示出了具有多个类型A的声音换能器52a-52d和多个类型B的声音换能器54a-54d的扬声器阵列50。类型A的声音换能器与类型B的电声音换能器54a-54d具体地在其尺寸方面不相同，因此通常(但不是必须的)它们的可转换频率范围不相同(B用于高音范围，例如＞1000Hz或50OHz；A用于低音范围，例如＜2000Hz或＜500Hz)。此外，类型A的声音换能器52a-52b的定向特性也可以不同于类型B的声音换能器54a和54b。声音换能器52a-52d和54a-54b以线性声音换能器阵列的形式布置，并且总体上包括的声音换能器的数量要少于具有2个并行的相同长度的类型A阵列和类型B阵列的结构包括的声音换能器的数量。图2a中所示的具有线形状的这些阵列布置50优选地被用作图1a-1d的扬声器系统1，1’或1”的阵列。
即使当关于图1a-1d讨论的阵列已被示出为A、B、A、B、A、B、A、B的形式，但是交替布置的基本思想还可以转移到具有多于两种不同声音换能器类型的声音换能器阵列，使得例如A、B、C、A、B、C的声音换能器布置将是可能的。另一种可能的替代方案是声音换能器布置A、A、B、B、A、A、B、B。
将参照图2b讨论扬声器阵列60，其中其他的优点将变得明显。关于扬声器阵列60，还应该注意的是，其也可用于机动车辆领域之外的扬声器系统，或者仅阵列60提供优点。图2b示出了具有声音换能器52a-52f(类型A)和声音换能器54a-54f(类型B)的扬声器阵列60。这里，声音换能器52a-52f和54a-54f沿着阵列60的线布置，使得声音换能器54a-54f的平均距离dB小于声音换能器52a-52f的平均距离dA，参见dB＜dA。此外，还可以确定类型B的声音换能器的平均距离dB小于所有使用的声音换能器的中值平均距离dAB(参见图2a和2b)。平均距离dB相对于平均距离dA的这种形成可以分别通过不同的声音换能器52a-52f和54a-54f的相应顺序来实现。
如图2b所示，可能的实现模式将是A、A、B、A、B、B、B、A、B、A、A形式的声音换能器的组合。在图2b示出的阵列60中，类型B的四个声音换能器(参见54b-54e)被布置在内部60i中，其每一侧被一个类型A声音换能器(参见52c和52d)包围，其中这种布置再次每侧被一个B型声音换能器(参见54a和54f)包围。这整个声音换能器布置然后再次由两个类型A的声音换能器(参见52a，52b，52e和52f)包围，每侧一个。换言之，这种分布也可被描述为对数或至少近似对数。
在阵列60的这种声音换能器布置中，可以确保在内部(参见由附图标记60i标记的区域)设置高密度的类型B的声音换能器，其在高音范围中操作，高音的特征在于良好的辐射特性调节。与外部或外部区域60a相比，这尤其适用。通过这种布置，可以考虑系统固有的两个条件，即：扬声器阵列60应该大于聚焦辐射的波长，这对于低音再现而言由于声音换能器54a-54h的大小而特别成问题；以及，同时相邻扬声器的距离应该小于用于无错再现的波长，这对于高音再现而言由于声音换能器52a-52h的大小而特别成问题。
图2b中描述的准对数布置的原理还可被转移到如图2c所示的平面声音换能器阵列。图2c示出了阵列70，其具有被总共8个类型B的声音换能器54a-54i四面包围(即，每侧一个)的类型B的中央声音换能器54e。以这种方式，电声音换能器54a-54d生成3×3的类型B的电声音换能器54a-54d的场。关于整个声音换能器布置70，该3×3的声音换能器54a-5ei的场位于阵列区域70的中心。该中心由附图标记70i指示。该3×3的声音换能器54a-54i的场再次被类型A的声音换能器52a-52h四面包围。
在该实施例中，由于二维性而称为密度的声音换能器54a-54i的平均距离小于外部70a中的声音换能器52a-52h的平均距离。这意味着内部70a中的密度与外部70a中的密度(由单位面积的声音换能器52a-52h和54a-54i的数量来限定)相比更高。即使利用这种区域布置，也可以获得针对高频范围的声音换能器54a-54i中的相对高度聚集的辐射而言的小的声音换能器距离，并且可以获得针对较低频率范围的设计引入的更大的声音换能器距离(相对聚焦的辐射而言)(参见声音换能器52a-52h)。
即使当仅以声音换能器阵列70的棋盘样式的形状解释了平面声音换能器布置时，也应当注意，其它平面布置也是可能的，例如，同心布置，其在特定区域中，例如在中心(70i)中，具有特定类型(B)的声音换能器的集中，其中“声音换能器密度”在整个区域上存在变换。类型A/B的声音换能器的布置不一定必须是对称的。以该方式，不对称布置，即在低音阵列(参见52a-52h)的中心70i处的稍微偏移的高音阵列(参见54a-54i)，也是可能的。有利地，以这种方式可以获得由于不连续性而导致的辐射函数中的伪影的减少。这种效果的原因在于：例如，居中放置在壳体前面的高音扬声器中的边缘反射。
扬声器阵列60和70可被用作图1a-1d的实施例的阵列，并且与图2a的扬声器阵列相比，在方向性方面具有优点，特别是当进行用于调整低频和高频范围内的定向特性的波束形成时具有优点，以及可以高于有助于防止空间混叠效应的定向特性。
通过声音换能器阵列60和70获得的中心60i和70i中的类型B的声音换能器的集中度和外部60a和70a中的类型A的声音换能器的集中度也可以通过参考图2d描述的具有两级的声音换能器来获得。
图2d示出了扬声器阵列80，其具有在第一平面中彼此线性(直接)布置的多个声音换能器52a-52h(类型A)。此外，声音换能器阵列80包括也彼此线性(邻接)布置的多个声音换能器54a-54h(类型B)。这两种声音换能器类型52a-52h和54a-54h被布置在两个不同的平面中，即彼此前后，或者也彼此偏移以及上下。这两个线阵列的布置具有共同点，即声音换能器52a-52h和54a-54h所布置在的线是同等的，即平行。因此，尽管同类型的声音换能器52a-52h和54a-54h分别都是直接并置，但是类型B的声音换能器(54a-54h)的平均距离dB小于类型A的声音换能器平均距离dA是可能的。
应当注意，对于该实施例来说，类型A的声音换能器是布置在第一平面中还是在第二平面中是不重要的，反之亦然，即类型B的声音换能器是布置在第一平面中还是在第二平面中是不重要的。
然而，可选地，优选地按照低的平均距离dB布置的类型B的声音换能器被布置在类型A的声音换能器布置的中心位置是重要的，使得扬声器阵列的这个实施例还可以获得针对高频范围的声音换能器在中心的集中。
在另外的实施例中，在第三平面中布置另外的声音换能器，即类型C的声音换能器，是可能的。
参考图2a-2d的扬声器布置，应该注意，可以分别向各个换能器52a-52h和54a-54h分配复杂的定向特性，例如通过声音导向器或通过声音换能器本身来实现这一点。
另一实施例涉及若干线阵列(例如阵列50和60)的组合，使得形成平面扬声器阵列。线阵列50或60可以具有不同数量的声音换能器，使得例如也产生线阵列的不同长度。此外，每个线阵列的声音换能器距离不同也是可能的，例如，这是基于可以使用不同声音换能器类型的事实而存在的。根据另外的实施例，每个线阵列自身可以包括不同的声音换能器类型，其中，每个线阵列具有一种类型的线阵列的组合是优选的。一个实施例的特征在于：两个具有声音换能器类型A的线阵列包围三个具有声音换能器类型B的线阵列。以这种方式，形成平面扬声器阵列，其中特定类型的声音换能器集中在中心。
参照图3，下面将描述上述扬声器阵列的扩展，其中该扩展不限于这种阵列或机动车辆领域。
图3示出了扬声器阵列90，这里实现为相同类型的八个声音换能器52a-52h的组合。这些声音换能器52a-52h(或者更精确地，声音换能器52a-52h的膜56)中的每一个在其辐射侧耦合到声音导向器92a-92h。这些声音导向器92a-92h是漏斗形的且可选地是弯曲的元件，使得声音导向器92a-92h的声音出口开口(参见附图标记94)小于在电声音换能器52a-52h那侧上的声音入口开口(参考附图标记56)(在所有维度上或在至少一个维度上)。声音导向器92a-92h的漏斗被配置为使得声音输入56与声音出口94相比发生了偏移，其中，根据与声音换能器52a-52h的组合，使用不同的偏移比，使得声音出口开口的总面积可以整体上减小。
因此，声音导向器92a-92h的声音出口开口94可以以平均距离dS彼此紧密地布置。因此，尽管是具有大规模扩展的扬声器阵列90，但是获得了在声音出口开口94之间的非常小的平均距离dS(特别是与平均距离dA相比)，这得到改进的可调节的特性(这是分别由于声音出口开口94的紧凑距离dS导致的声音辐射面积的减小以及由于减小的虚拟声音换能器距离dS获得的)以及阵列(例如，在车辆内)的更好的定位选择。
声音导向器92a-92h与扬声器阵列50、60、70或80之一的组合是可能的，使得声音导向器还可被用于图1a-1d的扬声器系统1，1’or 1”的实施例。因此，还可以(如上面已经指出的)配置声音导向器92，使得实际的声音换能器阵列90(或者50、60、70、80)例如由于缺乏空间而被安装在汽车内的特定位置处(例如，在行李箱中)，并且声音导向器将声音引导到相应的声音出口点，例如在车顶中的声音出口点，这允许节省空间的安装。
关于图1a-1d，应当注意，扬声器系统的扬声器的布置和扬声器阵列的布置也可以分别以预定的方向(例如，朝向收听位置12a-12d的方向)进行，使得实现每个声音换能器的定向辐射是可能的，这有助于通过扬声器的位置降低对声音区域中的空间声学的影响。
根据另外的实施例，还可以提供信号控制装置，其根据上述原理分别控制阵列20和扩展阵列50、60、70、80、90(参见，收听区域12a-12d中的单声道再现，或收听区域12a-12d中的立体声再现)，因此允许形成相应数量的高度聚焦的声音辐射波束22a-22d、22aL、22aR。
参考图1a-1d，还应注意，用户特定信号还可以意味着在特定收听区域(例如，驾驶员收听区域12a)中其他音频信息(例如，信息娱乐信号或电信音频)的衰减。
根据另外的实施例，扬声器系统可以包括频率分离装置或处理器，其被配置为：当输入信号仅包括收听内容(即，针对相应收听位置/就座位置处的人的内容)时，将输入信号的中心的较高频率提供给阵列，例如，以可以执行波束成形的方式来实现该提供；以及在相应的就座位置处的结构声音换能器处输出较低频率。在要再现的音频内容包括若干并行内容(例如旨在针对不同收听位置/就座位置)的情况下，频率分离装置和音频处理器分别被配置为：以可以分别针对不同收听位置处的不同收听区域再现音频内容的方式，借助波束成形将要再现的所有音频内容的中心整个频率提供给阵列，同时分出较低频率并将其分别传递给不同座椅和收听位置的不同结构声音换能器。总而言之，这提供了以下优点：可以通过阵列针对不同的收听位置以定向方式再现中心的较高频率，同时经由结构声音换能器仅局部地表示较低频率。该过程的原因在于：具体地，经由阵列不能对低频进行很好的导向，使得通过波束成形实现的对低频的分离常常导致问题。通过使用分别明确地分配给各个就座和收听位置的结构声音换能器，将不会发生这些声音换能器的声音信号的重叠。
另外的实施例提供了一种扬声器阵列，其具有布置在第一线上的多个第一电声音换能器和布置在第一线或与第一线平行的线上的多个第二电声音换能器。这里，第一电声音换能器之间的平均距离(dB)小于第二电声音换能器之间的平均距离(dB)。
另外的实施例提供了一种扬声器阵列，其具有布置在第一平面区域中的多个第一电声音换能器和布置在该第一平面区域中的多个第二电声音换能器。此处，第一电声音换能器的平均密度小于第二电声音换能器的平均密度。
另外的实施例提供了一种扬声器阵列，其具有多个电声音换能器，所述电声音换能器耦合到第一区域中的用于声音输出的第一声音导向器，其中每个声音导向器包括声音出口开口。此处，多个声音出口开口被布置为使得声音出口开口之间的平均距离(dS)小于并置的电声音换能器之间的可能的平均距离(dA)。
参考图1a-1d的扬声器阵列20，应当注意，在示意图中示出的扬声器阵列20中的声音换能器20a-20h的几何取向是假设的，并且不一定反映现实情况。因此，各个声音换能器20a-20h的取向可以相应地偏离，或者甚至可以随着位置而变化(强烈地倾斜向第一侧，倾斜向第一侧，朝向底部，倾斜向第二侧，强烈地倾斜向第二侧)。
上述实施例仅介绍对本发明的原理的说明。显然，对本文详细描述的布置的修改和变形对于本领域其他技术人员而言将是明显的。因此，意图在于，本发明仅由所附权利要求的范围限制，而不由本文基于对实施例的描述和讨论给出的具体细节来限制。

Claims (17)

1.一种用于车辆的扬声器系统(1，1’，1”)，包括：
扬声器阵列(20，50，60，70，80，90)，包括多个电声音换能器(20a-20h，52a-52h，54a-54i)，所述多个电声音换能器(20a-20h，52a-52h，54a-54i)能够被分别控制，使得能够经由所述多个电声音换能器(20a-20h，52a-52h，54a-54i)为位于车辆内部(10)的不同收听位置(12a-12d)的不同用户再现用户特定的音频信号，
其中，所述扬声器阵列(20，50，60，70，80，90)被布置在车辆的车顶内衬中，在车辆内部(10)中的至少所有收听位置(12a-12d)之间的中心位置，使得所述扬声器阵列(20，50，60，70，80，90)和所有收听位置(12a-12d)之间的距离是相同的，偏差在+/-30％的范围内，
其中，所述扬声器系统(1，1’，1”)在每个收听位置包括至少一个附加扬声器系统，所述附加扬声器系统包括至少一个附加扬声器(30a，30d)或附加扬声器阵列，
其中，所述附加扬声器系统包括结构声扬声器(35b，35d)，所述结构声扬声器(35b，35d)被布置在分配给所述收听位置的底部空间中、分配给所述收听位置的座椅中和/或分配给所述收听位置的头枕中，和/或所述结构声扬声器(35b，35d)机械耦合到分配给所述收听位置的座椅；
其中，所述扬声器系统(1，1’，1”)被配置为：在所述扬声器阵列(20，50，60，70，80，90)的所述多个电声音换能器(20a-20h，52a-52h，54a-54i)的帮助下，执行声学波束成形以形成波束(22a-22d，22aL，22aR)；
其中，通过所述扬声器阵列(20，50，60，70，80，90)针对不同的收听位置以定向方式再现中频和高频，同时通过结构声换能器仅局部地表示低频。
2.根据权利要求1所述的扬声器系统(1，1’，1”)，其中所述附加扬声器系统比所述扬声器阵列(20，50，60，70，80，90)更靠近用户。
3.根据权利要求1所述的扬声器系统(1，1’，1”)，其中所述附加扬声器系统被布置在分配给所述收听位置的座椅中、分配给所述收听位置的A柱、B柱、C柱的位置、和/或分配给所述收听位置的车顶内衬和/或头枕中。
4.根据权利要求1所述的扬声器系统(1，1’，1”)，其中所述附加扬声器系统被配置为输出声音(32al，32d，36b，36d)，使得相对于其他收听位置(12a-12d)而言，所述声音(32al，32d，36b，36d)中的大部分到达各自的收听位置(12a-12d)。
5.根据权利要求1所述的扬声器系统(1，1’，1”)，其中所述附加扬声器系统被布置为更靠近用户的一只耳朵而不是用户的另一只耳朵。
6.根据权利要求5所述的扬声器系统(1，1’，1”)，其中所述扬声器阵列(60，70，80)包括另外的多个第三电声音换能器。
7.根据权利要求1所述的扬声器系统(1，1’，1”)，其中所述扬声器系统(1，1’，1”)被配置为，在所述附加扬声器系统的帮助下，在每个收听位置(12a-12d)再现立体声或者再现局部级别增加的单声道。
8.根据权利要求1所述的扬声器系统(1，1’，1”)，其中所述扬声器系统(1，1’，1”)被配置为，在所述多个电声音换能器(20a-20h，52a-52h，54a-54i)的帮助下，在每个收听位置(12a-12d)生成至少两个波束(22aL，22aR)或一个立体声波束；和/或
其中，所述扬声器系统(1，1’，1”)被配置为通过使用模拟心理声学效应的变换函数将声源虚拟定位在车辆内部(10)形成的空间中。
9.根据权利要求1所述的扬声器系统(1，1’，1”)，其中波束成形基于相对于用户而言的直接和/或间接的声音再现。
10.根据权利要求1所述的扬声器系统(1，1’，1”)，其中分配给收听位置的每个波束的声压级别和/或辐射方向被选择，以使得所述声压级别在吸收和/或反射之后在其它收听位置(12a-12d)处低于收听阈值。
11.根据权利要求1所述的扬声器系统(1，1’，1”)，其中所述扬声器系统(1，1’，1”)被配置为：通过考虑在收听位置处的座椅调节或用户的头部位置来执行波束成形，和/或根据座椅调节和/或用户的头部位置来跟踪所述波束(22a-22d，22aL，22aR)。
12.根据权利要求1所述的扬声器系统(1，1’，1”)，其中所述扬声器系统(1，1’，1”)包括控制器，所述控制器被配置为分别控制所述电声音换能器(20a-20h，52a-52h，54a-54i)。
13.根据权利要求1所述的扬声器系统(1，1’，1”)，其中所述扬声器系统(1，1’，1”)包括：
扬声器阵列(60，70，80)，包括：
多个第一电声音换能器(54a-54i)，被布置在第一线上；以及
多个第二电声音换能器(52a，52h)，被布置在第一线上或平行于所述第一线的线上，
其中，所述第一电声音换能器(54a-54i)之间的平均距离(dB)小于所述第二电声音换能器(54a-54i)之间的平均距离(dA)；
或者
扬声器阵列(70)，包括：
多个第一电声音换能器(54a-54i)，被布置在第一平面区域(70i)中；以及
多个第二电声音换能器(52a-24h)，被布置在所述第一平面区域(70a)中，
其中，所述第一电声音换能器(52a-52h)的平均密度小于所述第二电声音换能器(52a-52h)的平均密度。
14.根据权利要求13所述的扬声器系统(1，1’，1”)，其中所述多个第一电声音换能器(54a-54i)被所述多个第二电声音换能器(52a-24h)完全包围。
15.根据权利要求13所述的扬声器系统(1，1’，1”)，其中所述第一电声音换能器(54a-54i)中的至少两个被所述第二电声音换能器(52a-52h)中的两个包围。
16.根据权利要求13所述的扬声器系统(1，1’，1”)，其中所述第一电声音换能器(54a-54i)被配置为再现由第一中心频率限定的第一频率范围，所述第二电声音换能器(52a-52h)被配置为再现由第二中心频率限定的第二频率范围，
其中所述第一中心频率高于所述第二中心频率。
17.一种用于车辆的扬声器系统(1，1’，1”)，其中所述扬声器系统(1，1’，1”)包括：
扬声器阵列(20，50，60，70，80，90)，包括多个电声音换能器(20a-20h，52a-52h，54a-54i)，所述多个电声音换能器(20a-20h，52a-52h，54a-54i)能够被分别控制，使得能够经由所述多个电声音换能器(20a-20h，52a-52h，54a-54i)为车辆内部(10)中的不同收听位置(12a-12d)处的不同用户再现用户特定的音频信号，
其中所述扬声器阵列(20，50，60，70，80，90)或所述扬声器阵列(20，50，60，70，80，90)的声音出口(94)被布置在所述车辆内部(10)的收听位置(12a-12d)中的至少两个收听位置之间，
其中所述扬声器系统(1，1’，1”)在每个收听位置包括至少一个附加扬声器系统，所述附加扬声器系统包括至少一个附加扬声器(30a，30d)或附加扬声器阵列，
其中所述附加扬声器系统包括结构声音扬声器(35b，35d)，所述结构声音扬声器(35b，35d)布置在分配给所述收听位置的底部空间中、分配给所述收听位置的座位中和/或分配给所述收听位置的头枕中，和/或所述结构声扬声器(35b，35d)机械耦合到分配给所述收听位置的座椅，
其中，所述扬声器系统(1，1’，1”)包括：
扬声器阵列(90)，包括：
多个电声音换能器(52a-52h)，耦合到第一声音导向器(92a-92h)，用于在第一区域(56)中输出声音，其中每个声音导向器(92a-92h)包括声音出口开口(94)，
其中，所述多个声音出口开口(94)被布置为使得所述声音出口开口(94)之间的平均距离(dS)小于并置的电声音换能器(52a-52h)之间的可能的平均距离(dA)。
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