CN107113519A - 用于水平波束控制的多驱动器声号筒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有机柜的扬声器阵列，在机柜中形成了用于控制由多个换能器产生的声音的连续开放的周向号筒，该多个换能器定位在机柜中，位于号筒的喉部。该连续开放的周向号筒可1)在听觉频率范围内不具有非期望的混叠效应的情况下提高换能器的功率效率，以及2)通过张开来提供对由换能器发射的声音的垂直控制。

Description

用于水平波束控制的多驱动器声号筒

本申请要求提交于2014年9月30日的美国临时专利申请62/057,982的权益，并且该申请据此将该临时专利申请以引用方式并入本文。

技术领域

公开了具有连续开放的周向号筒的扬声器阵列，该号筒提供改进的增益、定向声音控制和减少的寄生波束或旁瓣(通常在高于混叠频率处生成，使得生成的波束不再被很好地控制)。还描述了其他实施方案。

背景技术

扬声器阵列通常由计算机和家用电子产品使用以用于将声音输出到收听区域中。每个扬声器阵列可由多个换能器组成，该多个换能器布置在相关联的机柜或壳体的单个平面或表面上。声号筒可与换能器一起使用以提高这些换能器输出声音的效率。具体地，号筒可提供(1)一个或多个频带中的额外的声增益和(2)指向性控制。

尽管号筒可提供一些效率改进，但是号筒也可导致换能器之间的混叠问题。具体地，号筒可增大来自扬声器阵列中的相邻的换能器的声音进行混合的点之间的距离。该距离基于邻近换能器之间的声音混合来限定混叠频率，在高于该混叠频率处，声音可失真。

另外，传统的号筒设计遭受由号筒的形状和尺寸造成的陡峭的截止频率。因此，由换能器产生的低于该频率的声音被截止或与更高频率内容相比被不一致地修改。

在此部分中描述的方法是可执行的方法，但不一定是先前已设想或执行的方法。因此，除非另外指明，否则不应认为在此部分中描述的方法中的任一个仅仅凭借其被包括在此部分中而有资格作为现有技术。

发明内容

本文描述了在收听区域内工作的音频系统。音频系统可包括音频接收器和扬声器阵列。音频接收器可耦接到扬声器阵列以驱动扬声器阵列中的各个换能器，以将各个声音波束或辐射方向图发射到收听者的收听区域中。在一个实施方案中，扬声器阵列可包括用于控制由换能器产生的声音的连续开放的周向号筒。在该实施方案中，一个或多个换能器可邻近号筒的喉部耦接。该连续开放的周向号筒可1)在听觉频率范围内不具有非期望的混叠效应的情况下提高换能器的功率效率，和/或2)提供对由换能器发射的声音的垂直控制。

具体地，通过为由换能器发射的声音进行混合而提供无阻挡的开放腔，连续开放的周向号筒可减少相邻的换能器(例如，在换能器环中的直接相邻的换能器)之间的混合距离，使得增大对应的混叠频率。该混叠频率描述了在不生成或产生由换能器之间的声音混合而造成的混叠效应的情况下由换能器发射的最高频率。因此，通过增大混合距离，连续开放的周向号筒可在不具有非期望效应的情况下增大由换能器产生的最大频率。

另外，连续开放的周向号筒可提供对由换能器产生的声音的改善的定向控制，包括水平控制和垂直控制。例如，连续开放的周向号筒的外拐角可为弯曲的。与在号筒的口部处突然截断的号筒相比，这些弯曲的拐角在频率范围内更均匀地改善了增益。

以上概述不包括本发明的所有方面的详尽列表。可预期的是，本发明包括可由上文概述的各个方面以及在下文的具体实施方式中公开并且在随该专利申请提交的权利要求中特别指出的各个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

本发明的实施方案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，本公开中提到本发明的“一个”(“an”或“one”)实施方案未必是同一实施方案，并且它们表示至少一个实施方案。另外，为了简明起见以及减少附图的总数，可使用给定的附图来示出本发明的多于一个实施方案的特征部，并且针对给定的实施方案可不需要附图中的所有元件。

图1示出了根据一个实施方案的具有音频接收器、扬声器阵列和收听者的收听区域的视图。

图2示出了根据一个实施方案的音频接收器的部件图。

图3A示出了根据一个实施方案的扬声器阵列的部件图。

图3B示出了根据一个实施方案的具有连续开放的周向号筒的扬声器阵列的视图。

图4A示出了根据一个实施方案的可由扬声器阵列产生的一组示例性指向性/辐射方向图。

图4B示出了根据一个实施方案的使用一组换能器在水平面中发射前向心型辐射方向图的扬声器阵列的顶视图。

图5A示出了根据一个实施方案的耦接到换能器的号筒。

图5B示出了根据一个实施方案的耦接到一组换能器的一组号筒。

图6示出了根据一个实施方案的当使用连续开放的周向号筒时用于一组换能器的混合距离。

图7示出了根据一个实施方案的存储在扬声器阵列的上部部分内并将声音引导穿过连续开放的周向号筒的一组换能器。

图8示出了根据一个实施方案的存储在扬声器阵列的上部部分和下部部分内并将声音引导穿过连续开放的周向号筒的一组换能器。

图9示出了根据一个实施方案的具有连续开放的周向号筒的扬声器阵列的视图。

图10示出了根据一个实施方案的具有用于连续开放的周向号筒的不同角度的内壁的扬声器阵列的视图。

图11示出了根据一个实施方案的具有不同类型换能器的扬声器阵列。

图12示出了根据一个实施方案的具有一组分频器的扬声器阵列的俯视图。

图13示出了根据一个实施方案的用于一组扬声器阵列的一组示例性声速曲线。

具体实施方式

现在将解释参考所附附图所述的若干个实施方案。虽然阐述了许多细节，但应当理解，本发明的一些实施方案可在没有这些细节的情况下实施。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示出了根据一个实施方案的在收听区域101内工作的音频系统100的视图。音频系统100可包括音频接收器103和扬声器阵列105。音频接收器103可耦接到扬声器阵列105以驱动扬声器阵列105中的各个换能器109，以将各个声音波束/辐射方向图发射到收听者107的收听区域101中。在一个实施方案中，扬声器阵列105可包括用于控制由换能器109产生的声音的连续开放的周向号筒113。在该实施方案中，一个或多个换能器109可邻近号筒113的喉部115耦接。如下文将更详细地描述，该连续开放的周向号筒113可1)在听觉频率范围内不具有非期望的混叠效应的情况下提高换能器109的功率效率，和/或2)提供对由换能器109发射的声音的垂直控制。

在一些实施方案中，阵列105的换能器109可被配置为生成波束方向图。该波束方向图可表示一条声音节目内容的各个信道。例如，扬声器阵列105可生成波束方向图，该波束方向图表示一条声音节目内容(例如，音乐作品或电影的音轨)的左前方信道、右前方信道和前方中心信道。

下文将以举例方式来描述图1中所示的音频系统100的每个元件。在其他实施方案中，音频系统100可包括除下文所述和如图1中所示的部件之外的附加部件。

图2示出了根据一个实施方案的音频接收器103的部件图。音频接收器103可为能够驱动扬声器阵列105中的一个或多个换能器109的任何电子设备。例如，音频接收器103可为台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、家庭影院接收器、机顶盒和/或移动设备(例如智能电话)。音频接收器103可包括硬件处理器201和存储器单元203。

在此使用的处理器201和存储器单元203是指可编程数据处理部件和数据存储装置的任何合适的组合，其执行实施音频接收器103的各种功能和操作所需的操作。处理器201可以是通常在智能电话中找到的应用处理器，而存储器单元203可指微电子非易失性随机存取存储器。操作系统可与特定于音频接收器103的各种功能的应用程序一起存储于存储器单元203中，所述应用程序将由处理器201运行或执行以执行音频接收器103的各种功能。

音频接收器103可包括用于从外部设备例如远程设备接收音频信号的一个或多个音频输入205。例如，音频接收器103可从流媒体服务的远程服务器接收音频信号。音频信号可表示一条声音节目内容(例如音乐作品或电影的音轨)的一个或多个信道。例如，与一条多信道声音节目内容的单个信道对应的单个信号可由音频接收器103的输入205接收。在另一个示例中，单个信号可对应于一条声音节目内容的多个信道，该多个信道被复用到单个信号上。音频接收器103的处理器201可同时接收多个音频信道信号作为输入，并且处理这些信号以产生多个声换能器驱动信号(以将输入信号中的音频内容呈现为声音)，例如作为波束形成过程以控制用于驱动换能器的信号中的每个信号的相对相位和增益，使得换能器沿着水平面生成声音波束方向图。

在一个实施方案中，音频接收器103可包括数字音频输入205A，该数字音频输入从外部设备和/或远程设备接收数字音频信号。例如，音频输入205A可为TOSLINK连接器或数字无线接口(例如无线局域网(WLAN)适配器或蓝牙适配器)。在一个实施方案中，音频接收器103可包括模拟音频输入205B，该模拟音频输入从外部设备接收模拟音频信号。例如，音频输入205B可以是接线柱、弹簧线夹或拾音插头，其被设计成接收导线或导线管和对应的模拟信号。在另一个实施方案中，处理器201可通过对编码的音频文件例如MPEG文件进行解码来获得其输入音频信道信号。

在一个实施方案中，音频接收器103可包括用于与扬声器阵列105通信的接口207。接口207可使用有线介质(例如导线管或导线)与扬声器阵列105通信，如图1所示。在另一个实施方案中，接口207可通过无线连接与扬声器阵列105通信。例如，网络接口207可使用一个或多个无线协议和标准用于与扬声器阵列105通信，包括IEEE 802.11套标准、IEEE802.3、蜂窝全球移动通信系统(GSM)标准、蜂窝码分多址(CDMA)标准、长期演进(LTE)标准和/或蓝牙标准。

图3A示出了根据一个实施方案的扬声器阵列105的部件图。如图3A中所示，扬声器阵列105可包括用于从音频接收器103接收驱动信号的接口301。驱动信号可用于驱动扬声器阵列105中的换能器109中的每个换能器。就接口207而言，接口301可使用有线协议和标准和/或一个或多个无线协议和标准，包括IEEE 802.11套标准、IEEE 802.3、蜂窝全球移动通信系统(GSM)标准、蜂窝码分多址(CDMA)标准、长期演进(LTE)标准和/或蓝牙标准。在一些实施方案中，扬声器阵列105可包括用于对发送至扬声器阵列105中的换能器109中的每个换能器的驱动信号进行放大的功率放大器307，以及用于将驱动信号从数字域转换到模拟域的数模转换器(DAC)303，功率放大器和数模转换器两者均结合到扬声器机柜111中。尽管描述为且示出为与音频接收器103分开，在一些实施方案中，音频接收器103的一个或多个部件可结合到扬声器阵列105的外壳内。例如，扬声器阵列105可包括硬件处理器201、存储器单元203和一个或多个音频输入205。

图3B示出了根据一个实施方案的扬声器阵列105的侧视图。如图3B所示，扬声器阵列105将多个换能器109容纳在机柜111中。机柜111可为由两个截头圆锥部分117A和117B组成的扬声器机柜或扬声器壳体，该两个截头圆锥部分相对于彼此旋转180°并在其相应的较小的基部区域处彼此接合，以形成换能器109所位于的腰部区域。机柜111的内部体积可用于容纳相关联的电子硬件，诸如安装在机柜111内的放大器和交叉电路，但是其主要的功能可为防止由换能器109的振动膜的后向表面(图3B中不可见)生成的声波，从而与在换能器109的振动膜的前向表面(如图3B中所示为可见的)上生成的声波相互作用并从截头圆锥部分117A,117B向侧面和向外发射。如下文将更详细地描述，这些截头圆锥部分117A和117B(如所接合的)在腰部区域处形成连续开放的周向号筒113，这可用于改善集成换能器109的性能或用于提供对扬声器阵列105的垂直声音控制。截头圆锥部分117A,117B的较大基部区域中的一者或两者可接合至相应的外壁，如下文图9中的外壁127A,127B所示。

尽管相对于截头圆锥部分117A,117B有所描述，在其他实施方案中，机柜111可由任何形状或部分组成，该形状或部分提供用于限定连续开放的周向号筒113的喉部115的狭窄的内圆周(或腰部)以及限定号筒113的口部119的张开的或较宽的外部部分。例如，在其他实施方案中，机柜111可由一个或多个截头体、锥体、棱锥、三棱柱、球体或任何其他类似的形状组成。

在一些实施方案中，机柜111可由双曲线体形状限定，该双曲线体形状类似于由上述截头圆锥部分117A和117B形成的机柜111。在该实施方案中，机柜111可包括比中间或腰部部分宽的上部部分和下部部分。上部部分和下部部分可向内渐缩以与较窄的中间部分交汇，以形成连续开放的周向号筒113的喉部115。在这些实施方案中的每个实施方案中，置于垂直于图3B所示的页面的水平面中且被定位成切入中间部分的机柜111的水平横截面可为圆形的，使得连续开放的周向号筒113围绕机柜111的整个周长均匀地延伸。

在一些实施方案中，机柜111可为至少部分中空的并可允许换能器109安装在机柜111的内表面上，其中声音输出孔形成于腰部部分的柱形壁中，输出孔中的每个输出孔与换能器中的相应的一个换能器的振动膜对准，或机柜111可允许换能器109安装在机柜111的外表面上(例如，在每个换能器安装的地方，使得其振动膜被定位在腰部部分的柱形表面的外侧或从腰部部分的柱形表面向外间隔开)。机柜111可由任何材料制成，包括金属、金属合金、塑料聚合物或他们的某种组合。

如图3A和图3B所示并且如上所述，扬声器阵列105可包括一组换能器109。换能器109可为全音域驱动器、中音域驱动器、次重低扬声器、低音扬声器和高音扬声器的任何组合，尽管在一个实施方案中他们均可为彼此的复制品。换能器109中的每个换能器可使用经由迫使线圈(例如音圈)轴向地移动通过柱形磁隙的柔性悬架连接到刚性篮架或框架的轻质振动膜或锥体。当电音频信号被施加到音圈时，由音圈中的电流形成磁场，从而使其成为可变电磁体。线圈和换能器109磁系统相互交互，从而生成使线圈(并因此使所附接的锥体)来回移动的机械力，由此在来自音频源诸如音频接收器103的所施加的音频电信号的控制下再现声音。虽然描述了用作换能器109的电磁动态扬声器驱动器，但本领域的技术人员将认识到，其他类型的扬声器驱动器诸如压电驱动器、平面电磁驱动器和静电驱动器也是可能的。如图3B和4B所示，在一个实施方案中，每个换能器109的振动膜的背面面向内(到由整组换能器9形成的环中)，而正面面向外。

重新参见图3A，可响应于从音频源(例如音频接收器103-参见图1)所接收的单独且离散的音频驱动信号而使用功率放大器307来独立且单独地驱动每个换能器109以产生声音。通过允许扬声器阵列105中的换能器109根据不同参数和设置(包括延迟和电压电平)被独立且单独地驱动，扬声器阵列105可产生准确地表示从音频接收器103所接收到的一条声音节目内容的每个信道的多个指向性或波束辐射方向图。在一些实施方案中，可使用如下数字过滤技术，该技术例如通过处理器201赋予换能器109的位于数字域中的各个驱动信号以可变增益和相位(相对于彼此)，该处理器可为音频接收器103的一部分(参见图2)。波束形成过程可例如通过处理器201在给定的一组两个或更多个输入音频信道上执行，以产生多个期望的声输出方向图，通过将各个(数字形式的)换能器驱动信号经由接口301传输到DAC 303而呈现该声输出方向图。

例如，在一个实施方案中，扬声器阵列105可沿着如先前附图所示垂直于机柜111的直立姿势(或垂直于中心竖直轴线102)的水平面产生如图4A所示的指向性或辐射方向图中的一个或多个指向性或辐射方向图。在图4A中，全向性方向图(具有低指向性指数，DI)示出于右边，超心型方向图(具有高DI)示出于右边，而心型方向图示出于中间。图4B示出了根据一个实施方案的使用一组换能器109在水平面中发射前(或右)向心型辐射方向图的扬声器阵列105的顶视图。由扬声器阵列105产生的同步指向性方向图可不仅形状不同而且其各自的参考轴的方向也不同。例如，不同的指向性方向图可在收听区域101中“指向”不同的方向以针对不同的区或不同的收听者107表示不同的信道或多条不同的声音节目内容。

如果换能器109不得不变得更小以装配到更小的机柜111中，则换能器109的功率性能或增益性能可缺失。为了改善换能器109的性能，可在每个换能器109(或换能器109中的所选择的换能器)的主声音输出开口处使用号筒。具体地，声号筒可用于：1)提高换能器109的效率(例如，增加换能器109输出的声音的声增益)，和/或2)控制声音辐射到收听区域101中的方向。

例如，如图5A所示，单个换能器109连接到号筒401的喉部403，并且号筒401的横截面积随着从号筒401的喉部403到口部405的距离而增大。横截面随距离的变化以及号筒401的详细形状可被选择为在操作的指定频率范围内为由换能器109发射的声音增加指定的增益水平。在这个意义上，号筒401可被视为声变换器，该声变换器提供换能器109的振动膜材料和围绕扬声器阵列105的较低密度空气之间的阻抗匹配。结果为来自换能器109的声输出功率更大。号筒401的形状还可被设计为表现出不同的无源指向性特性。

以往，当还没有放大器可用时，号筒在增加声增益方面是非常有用的。尽管现在放大器随时可用，但号筒可继续为有用的，因为他们还在特定的频率范围内改善换能器109的增益性能并可提供无源定向控制。因此，号筒可使得较小的换能器109能够在移动设备或其他紧凑型设备中使用，在这些设备中，放大器可能不是合适的选择(例如出于尺寸或热量考虑)。

在一些实施方案中，图5A中所示的号筒401可与彼此并排布置的多个换能器109一起使用。例如，如图5B所示，多个号筒401可分别与多个换能器109一起使用，所述多个换能器以环形或圆形形式并排定位。在该实施方案中，来自每个换能器109的声音行进穿过号筒401的对应喉部403，并且在离开号筒401的口部405时与来自相邻的换能器109的声音混合。因此，在该布置方式中的号筒401在相邻的换能器109之间提供声音阻隔件，其中该阻隔件从邻近并耦接到换能器109的喉部403延伸到口部405，使得来自相邻的换能器109的声音不允许混合，直到该声音从号筒401离开之后。

图5B所示的距离D表示来自相邻的换能器109的声音被允许混合到一起的点(即，该情况下为声音离开相应号筒401的点)之间的间隔。图5B所示的号筒401在声音可与来自其他换能器109的声音混合之前将声音向外且远离换能器109引导(使用一组阻隔件或限定号筒401的形状的壁)，并且这可指示距离D。具体地，由于号筒401向外张开，并且由于号筒401的设计增加了长度(例如从喉部403到口部405计算)，因此号筒401和其对应的换能器109可需要彼此间隔得更远。这增大了换能器109之间的距离或间距，从而导致了相邻号筒401之间的混合距离D类似地增大。出于简单性和一致性，该距离D可沿着任何合适的数学上定义的曲线来测量(针对每个相邻的一对号筒401)，该曲线连接相邻号筒401的口部405的中心。类似地，针对图6的实施方案，混合距离D可沿着合适的数学上定义的曲线(换能器109前面)来测量，该曲线连接相邻的换能器109的振动膜的中心。

在一些情况下，由换能器109产生的声音的混合可导致混叠问题。混叠可局限于基于距离D的特定频带。例如，可在由换能器109产生的声音的波长小于混合距离D时发生混叠。换句话讲，由相邻的换能器109产生的(并且如收听者107所听到的)声音可在小于阈值波长的波长处(相当于在高于阈值频率的频率处)表现出混叠。由于较高频率声音与较低频率声音相比具有较短波长，随着距离D增大，可由换能器109产生的声音的不具有混叠效应的频率下降(例如，混合距离D和混叠频率之间的反比关系)。换句话讲，随着混合距离D增大，“混叠频率”(在高于该频率处具有可在收听者107的位置听到的声音中的大量混叠)下降。因此，为了确保可由扬声器阵列105在较高频率处产生声音而不发生混叠效应，混合距离D应当减小。

在一个实施方案中，本文所述的扬声器阵列105通过提供连续开放的周向号筒113来减小距离D。如上所述且如图3B所示，连续开放的周向号筒113可包括喉部115、口部119和一组内壁123a,123b。喉部115由号筒113的最窄端限定并邻近或耦接到换能器109环。相比之下，口部119形成于号筒113的相对端处并由号筒113的腰部端限定。内壁123a,123b分别标记号筒113的上半部和下半部，或上边界和下边界，并可提供喉部115和口部119之间的渐缩的或成角度的连接，使得号筒113向外张开(即，增大从喉部115到口部119移动的直径)。

组合的喉部115、口部119和内壁123可延伸机柜111的整个圆周或周边(例如360°围绕机柜111的中心竖直轴线102)，使得号筒113为周向开放的并且换能器109之间没有阻隔件。与图5B中每个独立的号筒401形成针对每个对应换能器109的声音阻隔件的布置方式相比，图3B中所示的连续开放的周向号筒113可允许多个换能器109在喉部115处并排放置，在每个换能器109之间不具有阻隔件。尽管内壁123形成针对由换能器109产生的声音的上部阻隔件和下部阻隔件，但是这些内壁123不限制换能器109之间的声音的混合。例如，图6示出了如图3B的布置方式的顶视图，在图3B中，换能器109围绕连续开放的周向号筒113的喉部115并排布置。由于在该实施方案中在每个相邻的一对换能器109之间没有阻隔件，因此来自换能器109中的每个换能器的声音可在由换能器109产生或发射不久之后被混合到一起(例如他们在号筒113的喉部115中混合)。具体地，来自相邻的换能器109的声音混合所处的混合距离D与图5B中所示的距离D相比可减小。

基于来自相邻的换能器109的进入相同环境(例如，参见图1，号筒113的喉部115)且被允许混合到一起的声音之间的该减小的混合距离D，当使用连续开放的周向号筒113时，混叠频率可增大。如上所述，基于混合距离D，混叠频率为如下频率，在该频率处，较高频率的声音可造成非期望的混叠效应。因此，由于与图5B所示的闭合的或分段的号筒401相比，连续开放的周向号筒113基于减小的混合距离D提供较高的混叠频率，图3B和图6中的换能器109可使用较高频率的声音驱动而不存在混叠效应。另外，连续开放的周向号筒113还可提供效率改进(即，改善的增益性能)和类似于传统号筒设计的垂直声音控制。

在一个实施方案中，连续开放的周向号筒113可使用机柜111的部件形成。例如，如上所述，机柜111可由两个截头圆锥部分117A和117B形成，这两个截头圆锥部分如图3B所示接合在一起。具体地，两个截头圆锥部分117A和117B中的一个截头圆锥部分可相对于另一个旋转180°，并随后接合以形成机柜111的大体沙漏形状或双曲线体形状。下部部分117B的底部可为平坦的，以便使得机柜111能够平稳地安置在平坦表面诸如如图1的示例中所示的桌面上或安置在地面上。该大体沙漏形状或双曲线体形状具有限定号筒113的喉部115的狭窄的或渐缩的部分以及限定号筒113的口部119的较宽的或张开的部分。尽管机柜111被描述为由接合到一起或耦接到一起的独立部分117A和117B形成，但是机柜111可通过不同方式制成，诸如通过接合到一起的两个或更多个垂直或水平连续的件制成。连续开放的周向号筒113可在其口部119的拐角125A,125B处具有弯曲表面，使得机柜111具有真正双曲线体形状，例如如图9所示。

在一个实施方案中，换能器109环可围绕连续开放的周向号筒113的喉部115定位。如图3B和图6所示，换能器109可在水平面中围绕喉部115对齐，使得换能器109中的每个换能器与上部部分117A的较大基部垂直等距并与机柜111的较小部分117B的较大基部垂直等距。

尽管如图3B和图6所示并如上所述，换能器109被均匀地布置在号筒113的喉部115处，其振动膜基本上垂直取向，在其他实施方案中，换能器109可围绕号筒113的喉部115以不同方式布置。例如，由于连续开放的周向号筒113的喉部115形成于机柜111的最窄或腰部部分，因此沿着该部分布置所有换能器109使其振动膜位于垂直取向可为困难的。换句话讲，由喉部115提供的狭隘的空间可不允许使用大的更具威力的换能器109(除非喉部的直径变得更大，并且机柜的顶部部分和底部部分117a,117b也变得更大)。有限的空间还可导致散热问题，该问题由具有高密度换能器109的封闭区域中的较差的热耗散导致。为了缓解这些空间限制，换能器109中的一些或全部换能器(可一起形成环)可相反位于上部部分117A的中空部分内，其位于喉部115的上方(并且位于上部部分117a的顶部下方)，如图7所示。由于号筒113渐缩，使得喉部115为机柜111的最窄元件(如图7中从侧视图看)，与将换能器109安装在喉部115处，例如如图3b和图4b所示全部垂直取向相比，喉部115上方的逐渐变宽的上部部分117A的任何部分可为换能器109的放置或安装提供更多的空间，并且具体地为位于正后方的附接的用于驱动其相应的振动膜的马达的放置或安装提供更多的空间。在图7的实施方案中，由换能器109产生的声音可被引导以通过狭槽701流入连续开放的周向号筒113中。狭槽701可为从上部部分117A的侧壁的外表面延伸到机柜111中并且在声学上将每个相应换能器109的振动膜的前表面接合到(连续开放的周向号筒113的)喉部115的通道。在一些实施方案中，狭槽701中的一个或多个狭槽可包括一个或多个弯曲部或曲线。弯曲部或曲线允许换能器109放置或安装在机柜111内的不同位置和取向中，同时仍然允许由每个换能器109产生的声音到达连续开放的周向号筒113的喉部115。在图7所示的版本中，狭槽701使得其能够使相应的换能器109被取向为使得其振动膜为基本上水平的(而非如图3b,4b中为垂直的)，从而允许其相应的马达在上部部分117a内有更多空间。当换能器109如图3B所示安装在喉部115处时由于狭槽701在围绕喉部115的同一点处传递由对应的换能器109产生的声音，相邻的换能器109之间的混合距离D可保持相同或几乎相同。假定混合距离D保持较小(与图5A和5B所示的号筒401相比)，图7所示的扬声器阵列105的混叠频率可如上所述保持较高，使得高频率声音可由换能器109发射而不存在或不发生混叠效应。

尽管如上所述且如图7所示所有换能器109均整个容纳在上部部分117A内，但是在另一个实施方案中，所有换能器109(一起仍然形成环)可类似地被整个放置在或安装在下部部分117B内。在一些其他实施方案中，换能器109可被交替放置在顶部部分和下部部分117A,117B内(在其间交替)，如图8所示。在该实施方案中，由于换能器109被交替放置在喉部115的上方和下方，在每个顶部部分或底部部分117a,117b内，换能器109中的相邻的换能器之间具有甚至更多的空间，这些换能器位于机柜111的相同的部分117a,117b内以用于安装。类似于图7所示的扬声器阵列105，图8所示的扬声器阵列105可使用狭槽701以将声音从换能器109引导至连续开放的周向号筒113的喉部115。

如上所述，连续开放的周向号筒113减少扬声器阵列105中的相邻的换能器109之间的混叠效应。具体地，相邻的换能器109(例如在换能器109环中直接相邻的换能器109)之间的混叠距离D可减小，使得对应的混叠频率增大。该混叠频率描述了在不生成或产生由换能器109之间的声音混合而造成的混叠效应的情况下可由换能器109发射的最高频率。因此，通过减小混合距离D，连续开放的周向号筒113可在不具有非期望效应的情况下增大由换能器109产生的频率范围。

如图3B和图4B所示并且如上所述，扬声器阵列105可包括如图所示并排定位的换能器109的单个环。在一个实施方案中，在换能器109环中的换能器109中的每个换能器可为相同的类型或型号，例如复制品。换能器109环可沿着水平面或在水平面中对齐，使得换能器109中的每个换能器与顶部截头圆锥部分117A的平面的较大的基部垂直等距并与机柜111的底部截头圆锥部分117B的平面的较大的基部垂直等距。另外，该水平面可垂直于机柜111的直立姿势(如图所示)。尽管沿着水平面对齐的换能器109的单个环可通过调整施加至每个换能器109的驱动信号的相对增益和相位来提供动态的水平波束控制，但是对由扬声器阵列105发射的声音的垂直控制可被限制。具体地，通过缺失换能器109的多个堆叠环，对声音的动态定向控制可限制于该水平面。

由于对由换能器109的单个环产生的声音的动态垂直控制也许为不可能的，因此可使用更多无源方案。例如，连续开放的周向号筒113可用于辅助控制声音从换能器109环垂直扩散到收听区域101中。如图9所示，连续开放的周向号筒113可张开以控制声音沿着垂直轴线的方向。号筒113可在制造期间被调整以适应扬声器阵列105的不同性能要求。例如，上部内壁和下部内壁123a,123b(相对于水平面)的角度和口部119的对应尺寸可被调整以形成声音的更大或更小的垂直扩散到收听区域101中(参见图1)。在其他实施方案中，将内壁123a,123b分别连接至外壁127a,127b并限定口部119的入口的拐角125a,125b可为弯曲的或倒圆的，如图9所示。该弯曲与诸如图3B所示的尖锐的或突兀的拐角125相比可提供更一致的频率响应。

尽管如上所述图3B中的号筒113的设计可减少混叠效应，其尖锐的拐角125可对所有频率中的增益进行不一致的改善或增加。相反，尖锐的拐角125可为一些频率中的增益带来最大的改善而为其他频率范围中的增益提供较少的增加或不提供增加(例如，具体地对低频率内容而言)。频率中的该不一致的响应可对由扬声器阵列105产生的声音造成非期望的变化。相比之下，图9所示的号筒113的弯曲拐角125可提供更理想的号筒设计，该号筒设计不太可能在低频率处具有减少的增益。具体地，在图9的号筒113中，侧壁123a可在拐角125a处逐渐张开并与垂直取向的外壁127接合；类似地，侧壁123b在拐角125b处张开并与垂直取向的外壁127b接合。可期望针对由使用这些弯曲拐角125的换能器109产生的声音的更为一致的频率响应。

尽管图9中示出为相同的，但是内壁123a的角度和形状(沿着上部部分117A或由上部部分117A限定)可另选地不同于内壁123b的角度和形状(沿着下部部分117B或由下部部分117B限定)。例如，如图10所示，沿着下部部分117B的内壁123b可为平面的并相对于垂直取向的中心竖直轴线102垂直，例如整个为水平的，而沿着上部部分117A的内壁123a保持和先前实施方案诸如图9中类似，在该实施方案中不为平面的并且(相对于水平面)向上倾斜。另外，下部部分117B的拐角125b可与上部部分117A的拐角125a相比为更尖锐的，如图所示。在该实施方案中，内壁123b的斜度的缺失和(下部部分117B的)尖锐成角的拐角125b可有助于号筒113将声音引导远离可能进行反射的表面，扬声器阵列105可位于该表面上(例如桌子或地面)。内壁123a的向上的斜度和上部部分117A的弯曲拐角125a可将由换能器109产生的声音朝向收听者107引导。在其他实施方案中，号筒113(机柜111)的上部部分117A和下部部分117B可以不同方式形成以提供对声音输出的期望的垂直控制。

尽管上文相对于相同换能器109的单个环有所描述，但是扬声器阵列105可包括沿着机柜111或在机柜111内布置的附加换能器。例如，图11示出了扬声器阵列105，该扬声器阵列具有用于产生第一组音频频率或被设计为由第一组音频频率驱动的第一组换能器109A(其中第一组换能器109A可为换能器109的单个环，诸如图3B所示的换能器109)、用于产生第二组频率或被设计为由第二组频率驱动的第二组换能器109B以及用于产生第三组频率或被设计为由第三组频率驱动的第三组换能器109C。在该示例中，具有容纳在机柜111的位于号筒113下方且由外壁127B限定的部分内的一组换能器109B,109C，以及容纳在机柜111的位于号筒113上方且由外壁127A限定的部分内的另一组换能器109B,109C。例如，第一组换能器109A可针对高频率内容(例如5kHz-10kHz)使用或设计，第二组换能器109B可针对中频率内容(例如1kHz-5kHz)使用或设计，并且第三组换能器109C可针对低频率内容(例如100Hz-1kHz)使用或设计。用于驱动换能器109A,109B和109C中的每个换能器的这些频率范围可通过使用可结合在扬声器阵列105(未示出)内的一组滤波器来实施。由于由第一换能器109A产生的声波的波长小于由换能器109B产生的声波的波长，因此与这些换能器109A(参见图6)相关联的混合距离D应当被设计为小于与换能器109B相关联的混合距离D。具体地，为了防止混叠效应，换能器109A的混合距离D应当足够小，使得由高频率内容产生的小波长不小于距离D。然而，由于换能器109B产生具有较大波长的较低频率的内容(即，中频率内容)，因此换能器109B的距离D可变得较大，例如，换能器109B不需要像换能器109A那样紧凑。类似地，换能器109C可被布置为具有与换能器109A和换能器109B相比更大的混合距离D。由于换能器109B和换能器109C的混合距离D可变得更大而不出现混叠效应，因此对于这些换能器109B和换能器109C而言，使得能够减小距离D的连续开放的周向号筒113可为不必需的。在这些实施方案中，如果针对换能器109B和109C的这些环的增益效率改善或定向控制为期望的，则传统的号筒401，诸如图5A和图5B所示的那些，可添加到换能器109B,109C中的一个或多个换能器中。

尽管连续开放的周向号筒113在上文中被描述为“完全开放的”周向号筒113，但是在一些实施方案中，分频器129可被添加或放置在相邻的一对换能器109之间，如图12所示。分频器129可为在相邻的一对换能器109之间从喉部115向外延伸的平坦的刚性件或段，其沿着号筒113大体横向于或垂直于内壁123a,123b(在号筒113限定圆形口部119的情况下)。尽管在附图中未示出，但是分频器129可接合到内壁123a,123b二者并可在垂直方向上变宽(随着其沿着内壁123a,123b向外延伸)。相邻的一对分频器129可被视为针对每个换能器109分隔号筒113的口部119的一部分。分频器129的例如沿着从圆形口部119的中心截取的半径(r)测量的长度尺寸可被选择为在混叠开始所处的频率与针对给定的放大器功率和换能器109偏移在较低频率处所实现的定向控制的量之间折中，所述圆形口部119可与如图12所示的圆形喉部115同心。例如，如图12所示的针对所有换能器119的一组分频器129可各自在其喉部115处的内端点和其外端点之间介于25毫米长和60毫米长之间。与图12的实施方案相比，在其他实施方案中，分频器129从口部119延伸整个距离至(连续开放的周向号筒113的)喉部115。分频器129的尺寸(如图12)可被设置为从口部119延伸仅一部分距离至喉部115。

此外，分频器129可为在周向号筒113(其位于图12所示的口部119的边界内)的共享空间内发生混合之前从换能器109发出的声音提供有效的“短号筒”。在混合之前提供短号筒部分可具有在由分频器129形成的短号筒的出口处使粒子速度平滑的效果，使得减少混叠效应。例如，一组小的换能器109与一组大的换能器109相比可具有更糟的混叠效应，这是由于在较小的换能器109之间具有附加的空余空间，在一组小的换能器109中，每个相邻对彼此间隔距离d(例如，将一个换能器的振动膜的中心接合至另一个换能器的振动膜的中心的直线，并且需注意，这可并非为上文所述的混合距离D)，在一组大的换能器109中，每个相邻对同样间隔相同的距离d。图13示出了两条示例性速度曲线A和B，其可由小换能器的环和大换能器的环产生。在两种情况下，混叠发生在相同频率处，但是(较小换能器的环的)曲线A比曲线B具有更糟的混叠效应。由混频器129形成的短号筒具有使得如曲线A所示的一组小换能器109的速度曲线看上去更像曲线B的效应，使得减少混叠效应。

虽然已描述并且在附图中示出了某些实施方案，但应当理解，此类实施方案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，因为对于本领域的普通技术人员而言可想到各种其它修改。因此，要将描述视为示例性的而非限制性的。

Claims (21)

1.一种扬声器阵列，包括：

多个第一换能器，所述多个第一换能器用于将声音发射到收听区域中；和

机柜，所述机柜用于容纳第一换能器，所述机柜形成包括喉部和口部的连续开放的周向号筒，其中所述连续开放的周向号筒从所述喉部到所述口部向外张开，

其中所述多个第一换能器以围绕所述连续开放的周向号筒的所述喉部的环形形式耦接到所述机柜。

2.根据权利要求1所述的扬声器阵列，还包括：

第一多个滤频器，所述第一多个滤频器用于将由第一换能器发射的声音的频率范围限制为第一预定义的频率范围。

3.根据权利要求2所述的扬声器阵列，其中第一换能器围绕所述号筒的所述喉部布置，使得各第一换能器之间的距离小于位于该预定义的频率范围中的最高频率处的所述声音的波长。

4.根据权利要求1所述的扬声器阵列，其中所述机柜由耦接到一起的上部部分和下部部分形成，其中所述上部部分和所述下部部分单独地向内渐缩，使得所述机柜形成沙漏形状。

5.根据权利要求4所述的扬声器阵列，其中所述机柜的所述沙漏形状的狭窄部分或腰部限定所述连续开放的周向号筒的所述喉部。

6.根据权利要求1所述的扬声器阵列，其中所述机柜包括位于所述口部处的上部拐角和下部拐角，其中该拐角为弯曲的。

7.根据权利要求4所述的扬声器阵列，其中所述上部部分的锥形相对于第一换能器所处的平面的锐角不同于所述下部部分的锥形相对于第一换能器所处的所述平面的锐角。

8.根据权利要求4所述的扬声器阵列，其中所述上部部分的锥形相对于第一换能器所处的平面的角度以及所述下部部分的锥形相对于第一换能器所处的所述平面的角度控制由所述多个第一换能器在垂直方向上产生的声音的扩散。

9.根据权利要求1所述的扬声器阵列，还包括：

多个分频器，其中每个分频器位于所述多个第一换能器中的相邻的一对换能器之间，其中每个分频器从所述连续开放的周向号筒的所述喉部向外延伸。

10.根据权利要求2所述的扬声器阵列，还包括：

多个第二换能器，所述多个第二换能器结合在所述机柜内并位于所述连续开放的周向号筒的外侧；和

第二组滤频器，所述第二组滤频器用于将由所述多个第二换能器发射的声音的频率范围限制为第二预定义的频率范围，其中所述第一预定义的范围高于所述第二预定义的频率集。

11.根据权利要求1所述的扬声器阵列，其中所述多个第一换能器的所述环形形式形成垂直于所述机柜的直立姿势的水平面。

12.根据权利要求11所述的扬声器阵列，还包括：

波束形成处理器，所述波束形成处理器用于控制用于驱动所述多个第一换能器的信号的相对相位和增益，使得所述多个第一换能器沿着所述水平面生成声音波束方向图。

13.一种扬声器阵列，包括：

多个换能器，所述多个换能器用于将声音发射到收听区域中；和

连续开放的周向号筒，所述连续开放的周向号筒包括喉部和口部，其中所述号筒沿着上部壁和下部壁从所述喉部到所述口部向外张开，

其中所述多个换能器以围绕所述喉部的环形形式耦接到所述连续开放的周向号筒并朝向所述口部发射声音，并且

其中所述连续开放的周向号筒通过提供用于所述多个换能器发射声音到其中的均匀开放的且不受限的周向腔来减小如下距离：在所述距离处，混合由相邻的换能器产生的声音。

14.根据权利要求13所述的扬声器阵列，其中所述连续开放的周向号筒由包括上部部分、中间部分和下部部分的扬声器机柜的双曲线体形状限定，其中所述中间部分比所述上部部分和所述下部部分窄。

15.根据权利要求14所述的扬声器阵列，其中所述上部部分向内渐缩以与该窄的中间部分交汇，并且下部部分向内渐缩以与该窄的中间部分交汇。

16.根据权利要求15所述的扬声器阵列，其中所述双曲线体形状的所述中间部分限定所述连续开放的周向号筒的所述喉部。

17.根据权利要求12所述的扬声器阵列，还包括：

一组滤频器，所述一组滤频器用于将由所述多个换能器发射的声音的频率范围限制为第一预定义的频率范围。

18.根据权利要求16所述的扬声器阵列，其中所述多个换能器围绕所述号筒的所述喉部布置，使得各换能器之间的距离小于位于该预定义的频率范围中的最高频率处的所述声音的波长。

19.根据权利要求13所述的扬声器阵列，其中上部部分包括邻近所述口部且与所述号筒的所述喉部相对的倒圆的拐角，其中所述上部部分的所述拐角向上并远离所述喉部弯曲，

其中下部部分包括邻近所述口部且与所述号筒的所述喉部相对的倒圆的拐角，其中所述下部部分的所述拐角向下并远离所述喉部弯曲。

20.根据权利要求13所述的扬声器阵列，其中所述多个换能器的所述环形形式形成垂直于所述机柜的直立姿势的水平面。

21.根据权利要求19所述的扬声器阵列，还包括：

波束形成器处理器，所述波束形成器处理器用于控制用于驱动所述多个换能器的信号的相对相位和增益，使得所述多个换能器沿着所述水平面生成声音波束方向图。