CN108141664B - 用于波束形成阵列中的驱动器单元的波束形成声音的方法和声音装置 - Google Patents

用于波束形成阵列中的驱动器单元的波束形成声音的方法和声音装置 Download PDF

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Abstract

一个实施例提供包含以端射阵列线性地排列的多个驱动器单元的声音装置，和对于每个驱动器单元，用于由驱动器单元接收的信号的单独数字信号处理的相应的数字滤波器。

Description

用于波束形成阵列中的驱动器单元的波束形成声音的方法和 声音装置
技术领域
一个或多个实施例一般地涉及扬声器，并且具体地，涉及利用环形辐射器扬声器的波束形成阵列和波束形成阵列的数字信号处理(digital signal processing，DSP)优化。
背景技术
当连接到集成放大器、电视(television，TV)机、收音机、音乐播放器、电子声音产生设备(例如，智能手机)、视频播放器等时，扬声器产生声音。
发明内容
技术方案
一个实施例提供包含以端射(end-fire)阵列线性地排列的多个驱动器单元的声音装置，和对于每个驱动器单元，用于由驱动器单元接收的信号的单独数字信号处理的相应的数字滤波器。
附图说明
图1示出根据实施例的示例波束形成阵列；
图2示出根据实施例的带有不同的端射配置布局的另一示例波束形成阵列；
图3示出根据实施例的带有不同的端射配置布局的另一示例波束形成阵列；
图4A示出根据实施例的带有不同的端射配置布局的另一示例波束形成阵列；
图4B是示出根据一个实施例的对于图4A中的波束形成阵列以分贝(decibel，dB)的声音指向性曲线的示例曲线图；
图5A示出根据实施例的带有不同的端射配置布局的另一示例波束形成阵列；
图5B是示出根据一个实施例的对于图5A中的波束形成阵列以dB的声音指向性曲线的示例曲线图；
图6A示出根据实施例的带有不同的端射配置布局的另一示例波束形成阵列；
图6B是示出根据一个实施例的对于图6A中的波束形成阵列以dB的声音指向性曲线的示例曲线图；
图7A示出根据实施例的带有不同的端射配置布局的另一示例波束形成阵列；
图7B是示出根据一个实施例的对于图7A中的波束形成阵列以dB的声音指向性曲线的示例曲线图；
图8示出根据实施例的用于测量波束形成阵列中的驱动器单元的角度响应的方法；
图9示出根据一个实施例的用于波束形成阵列的示例数字滤波器；
图10是示出没有用数字信号处理(DSP)的单独驱动器单元的角度增益的示例曲线图；
图11是示出根据实施例的用DSP的单独驱动器单元的角度增益的示例曲线图；
图12是根据实施例的用于定义数字滤波器的进程的示例流程图；
图13是根据实施例的用于产生波束形成阵列的进程的示例流程图；以及
图14是示出包含有用于实施公开的实施例的计算机系统的信息处理系统的高级框图。
具体实施方式
一个实施例提供了包含以端射阵列线性地排列的多个驱动器单元的声音装置，和对于每个驱动器单元，用于由驱动器单元接收的信号的单独数字信号处理的相应的数字滤波器。
根据一个或多个示例性实施例，包括在声音装置中的多个驱动器单元的总数是偶数。
根据一个或多个示例性实施例，包括在声音装置中的多个驱动器单元的总数是奇数。
根据一个或多个示例性实施例，对应于每个驱动器单元的每个数字滤波器将数字信号处理应用到连接到驱动器单元的每个放大信道的每个电信号衬垫。
根据一个或多个示例性实施例，每个数字滤波器在离轴衰减和增加的声音频率带宽中提供增加的性能。
另一实施例提供对于阵列中的驱动器单元的波束形成声音的方法。方法包含：对于阵列中的每个驱动器单元，在预定角度的集合处的预定频率网格上测量驱动器单元的角度响应；和对于频率网格的每个频率，基于沿预定角度的集合加权的参考角度响应来定义目标角度响应。方法进一步包含：对于频率网格的每个频率，基于目标角度响应和在预定角度的集合中的每个角度的频率处测量的每个角度响应，来估计最佳增益向量；以及对于阵列中的每个驱动器单元，基于每个最佳增益向量估计来定义数字滤波器。
根据一个或多个示例性实施例，波束形成阵列是端射波束形成阵列。
一个实施例提供用于产生波束形成阵列的方法。方法包含：确定期望的衰减，基于期望的衰减来确定端射配置布局，以及通过根据端射配置布局排列多个驱动器单元，来制造波束形成阵列。
参考以下描述、所附权利要求和附图，一个或多个实施例的这些和其它特征、方面以及优点将变得被理解。
实施方式
以下描述是用于示出一个或多个实施例的一般原理的目的而做出的，并且不意味着限制本文中所要求保护的发明构思。并且，本文中描述的具体的特征能够与各种可能的组合和置换中的每一个中的其它描述的特征组合使用。除非在本文中另外特别地定义，否则将给所有术语以其最宽泛的可能的解释，包括从说明书暗示的含义以及由本领域技术人员理解的和/或如在词典、论文等中定义的含义。
一个或多个实施例一般地涉及扬声器，并且具体地，涉及利用环形辐射器扬声器的波束形成阵列和波束形成阵列的数字信号处理(DSP)优化。一个实施例提供包含以端射阵列线性地排列的多个驱动器单元的声音装置；和对于每个驱动器单元，用于由驱动器单元接收的信号的单独数字信号处理的相应的数字滤波器。
另一实施例提供对于阵列中的驱动器单元的波束形成声音的方法。方法包含：对于阵列中的每个驱动器单元，在预定角度的集合处的预定频率网格上测量驱动器单元的角度响应。对于频率网格的每个频率，基于沿预定角度的集合加权的规律的角度响应来定义相应的目标角度响应，并且基于相应的目标角度响应和在预定角度的集合中的每个角度处的频率处测量的每个角度响应，来定义相应的最佳增益向量。方法进一步包含，对于每个驱动器单元，基于每个最佳增益向量估计来定义相应的数字滤波器。
一个实施例提供用于产生波束形成阵列的方法。方法包含：确定期望的衰减，基于期望的衰减来确定端射配置布局，并且通过根据端射配置布局排列多个驱动器单元，来制造波束形成阵列。
典型地，包含安装在其外壳内的单个规律的直接辐射器的扬声器在不同的频率(即，低频、中频和高频)提供不同的声音指向性。例如，在低频处，来自扬声器的声音分布是全向的。在中频和高频处，作为扬声器的振动膜的一个或多个维度靠近接近于辐射的声音波长中的一个或多个的结果，扬声器可以发射带有不规律的指向性的声音。
在音频再现的一些应用中，期望在频率的范围上获得恒定的声音指向性并沿期望的方向产生声音的窄的分散。为了在频率的范围上获得窄的分散和恒定的声音指向性，为了在期望的方向引导声音的波束，发明的一个实施例提供了以端射阵列配置(“端射扬声器阵列”)排列的驱动器的阵列。每个驱动器及其相应的放大信道被提供了合适的多信道数字信号处理(DSP)。
发明的另一实施例提供了用于由端射扬声器阵列产生的声音的波束形成的一个或多个数字滤波器。为了在大的频率带宽上(即，频率的大范围或大的频率间隔)获得对于整个阵列指定的、高度指向的角度响应，阵列中的每个驱动器具有相应的定义的最佳滤波器。
另一实施例提供了以不同的方向辐射声音的扬声器，其中所辐射的声音的辐射模式是基于扬声器及其圆柱体的维度。
图1示出根据实施例的示例波束形成阵列100。波束形成阵列100包含多个驱动器单元10和多个圆柱形容器(“圆柱体”)15。每个驱动器单元10被安置在其自己的独立的外壳(未示出)中。在一个实施例中，每个驱动器单元10包含环形辐射器。每个驱动器单元10(及其独立的外壳)安装在圆柱体15中的一个上。
如图1中所示，波束形成阵列100A包含一对相对的端壁A和端壁B。第一端塞25和第二端塞25可以分别地放置在端壁A和端壁B处。波束形成阵列100可以进一步包含放置在波束形成阵列100的中心C处的可选的中心塞20。
包括在波束形成阵列100中的驱动器单元10的数量可以变化。N是包括在波束形成阵列100中的驱动器单元10的数量，其中N＞2，并且N可以是偶数或者奇数任一。Di是包括在波束形成阵列100中的驱动器单元10，其中1≤i≤N。Ej是包括在波束形成阵列100中的圆柱体15，其中j≤N。
驱动器单元10是以端射配置沿第一轴线2(例如，y轴)线性地排列的。驱动器单元10的数量和沿第一轴线2的驱动器单元10的排列可以被调整，从而各种端射配置布局是可能的。例如，如图1中所示，波束形成阵列100可以包含八(8)个驱动器单元10，诸如驱动器单元D1、D2、...、和D8。
每个圆柱体15容纳驱动器单元10中的至少一个。在一个实施例中，每个驱动器单元10具有其自己的相应的圆柱体15，驱动器单元10安装在圆柱体15上。在另一实施例中，多个驱动器单元10可以安装在相同的圆柱体15上。例如，如图1中所示，驱动器单元D1和D2安装在第一圆柱体E1上，驱动器单元D3安装在第二圆柱体E2上，驱动器单元D4安装在第三圆柱体E3上，驱动器单元D5安装在第四圆柱体E4上，驱动器单元D6安装在第五圆柱体E5上，并且驱动器单元D7和D8安装在第六圆柱体E6上。
基于驱动器单元10的物理约束，驱动器单元10可以被物理地定向为面对相同的方向或不同的方向。例如，如图1中所示，如果两个驱动器单元10安装在相同圆柱体15上(例如，安装在第一圆柱体E1上的驱动器单元D1和D2)，则两个驱动器单元10可以被物理地定向为面对不同的方向。如另一示例，如果每个驱动器单元10具有其上安装驱动器单元10的其自己的相应的圆柱体15，则驱动器单元10可以被物理地定向为面对相同的方向。
Figure BDA0001604861580000051
是球面坐标系统，其中θ是从波束形成阵列100的对称轴(例如，y轴)的一端测量的方位角，并且
Figure BDA0001604861580000052
是仰角。每个驱动器单元10在仰角
Figure BDA0001604861580000053
上向单极声源类似地传播声音。结果，波束形成阵列100的声音指向性在仰角
Figure BDA0001604861580000054
上和在大的声音频率带宽(例如，10Hz到10kHz)上是基本上全向的。
用波束形成阵列100，仅在方位角θ上的声音指向性的优化是必要的，从而简化解决由声音的波束形成引起的任意问题的进程。如稍后在本文中详细地描述的，在一个实施例中，可以利用数字滤波器来优化在方位角θ上的声音指向性。
与传统的扬声器相比，波束形成阵列100与数字滤波器一起允许在大的声音频率带宽(例如，10Hz到10kHz)上的声音的窄的分散和恒定的声音指向性。用波束形成阵列100和数字滤波器，可以在期望的方向引导声音的波束。
可以在回音壁(sound bar)、多声道扬声器系统、麦克风、超声应用、声纳应用等中利用波束形成阵列100。
已经发现传统的扬声器阵列允许在单个十年上8dB的衰减，其中θ＝90度。相比之下，如稍后图4B、图5B、图6B和图7B中所示，波束形成阵列100关于包括在阵列100中的驱动器单元10的物理布局和特性是强健的，使得在三十年上20dB的衰减成为可能。
图2示出根据实施例的带有不同的端射配置布局的另一示例波束形成阵列200。波束形成阵列200包含多个驱动器单元10和多个圆柱体15。包括在波束形成阵列200中的驱动器单元10的数量可以是偶数或者奇数任一。例如，如图2中所示，波束形成阵列200可以包含七(7)个驱动器单元10，诸如驱动器单元D1、D2、...、和D7。
每个圆柱体15容纳驱动器单元1O中的至少一个。在一个实施例中，每个驱动器单元10具有其自己的相应的圆柱体15，驱动器单元10安装在圆柱体15上。在另一实施例中，多个驱动器单元10可以安装在相同的圆柱体15上。例如，如图2中所示，驱动器单元D1和D2安装在第一圆柱体E1上，驱动器单元D3安装在第二圆柱体E2上，驱动器单元D4安装在第三圆柱体E3上，驱动器单元D5安装在第四圆柱体E4上，并且单元D6和D7安装在第五圆柱体E5上。
图3示出根据实施例的带有不同的端射配置布局的另一示例波束形成阵列300。波束形成阵列300包含在波束形成阵列300的中心C处驱动器单元10的紧密地间隔的聚类(cluster)。包括在波束形成阵列300中的驱动器单元10的数量可以是偶数或者奇数。例如，如图3中所示，波束形成阵列300包括六(6)个驱动器单元10，诸如驱动器单元D1、D2、...、和D6。
波束形成阵列进一步包含多个圆柱体15。每个圆柱体15容纳驱动器单元10中的至少一个。在一个实施例中，每个驱动器单元10具有其自己的相应的圆柱体15，驱动器单元10安装在圆柱体15上。例如，如图3中所示，驱动器单元D1安装在第一圆柱体E1上，驱动器单元D2安装在第二圆柱体E2上，驱动器单元D3安装在第三圆柱体E3上，驱动器单元D4安装在第四圆柱体E4上，驱动器单元D5安装在第五圆柱体E5上，驱动器单元D6安装在第六圆柱体E6上。在另一实施例中，多个驱动器单元10可以安装在相同的圆柱体15上。
波束形成阵列300中除了两个驱动器单元10之外的所有在波束形成阵列300的中心C周围尽可能靠近地/紧密地间隔，然而剩余的两个驱动器单元10放置在波束形成阵列300的相对的端壁A和B的接近内。例如，如图3中所示，波束形成阵列300中的驱动器单元D2、D3、D4和D5排列为放置在中心C周围的紧密地间隔的聚类，并且两个剩余的驱动器单元D1和D6分别地放置在端壁A和B的接近内。驱动器单元10可以尽可能一起靠近地/紧密地间隔的程度是基于对于驱动器单元10的尺寸可能的最小独立外壳。
图4A示出根据实施例的带有不同的端射配置布局的另一示例波束形成阵列400。波束形成阵列400包含相等地间隔开的多个驱动器单元10。包括在波束形成阵列400中的驱动器单元10的数量可以是偶数或者奇数任一。例如，如图4A中所示，波束形成阵列400可以包含六(6)个驱动器单元10，诸如驱动器单元D1、D2、...、和D6。
s1是驱动器单元D1和D2之间的间隔，s2是驱动器单元D2和D3之间的间隔，s3是驱动器单元D3和D4之间的间隔，s4是驱动器单元D4和D5之间的间隔，以及s5是驱动器单元D5和D6之间的间隔。驱动器单元10之间存在相等的间隔(即，s1＝s2＝s3＝s4＝s5)。
图4B是示出根据一个实施例的对于图4A中的波束形成阵列400以分贝(dB)的声音指向性曲线的示例曲线图410。曲线图410示出对于[0°，360°]的范围中的每个方位角θ和对于[10Hz，10kHz]范围中的每个声音频率的相对于目标方向的声音指向性。图4A中的波束形成阵列400产生约180°的声音的窄的分布/分散，对于低于8kHz的频率，在90°到270°的范围之外有至少20dB的衰减。
图5A示出根据实施例的有不同的端射配置布局的另一示例波束形成阵列420。波束形成阵列420包含放置在大约波束形成阵列420的中心C的两个驱动器单元10，和相等地间隔开的额外的驱动器单元10。包括在波束形成阵列420中的驱动器单元10的数量可以是偶数或者奇数任一。例如，如图5A中所示，在图5A中的波束形成阵列420可以包含六(6)个驱动器单元10，诸如驱动器单元D1、D2、...、和D6。
s1是驱动器单元D1和D2之间的间隔，s2是驱动器单元D2和D3之间的间隔，s3是驱动器单元D4和D5之间的间隔，以及s4是驱动器单元D5和D6之间的间隔。如图5A中所示，驱动器单元D3和D4放置为尽可能靠近于中心C，并且驱动器单元D1、D2、D5和D6是相等地间隔的(即，s1＝s2＝s3＝s4)。由于中心塞20不包括驱动器单元10，所以两个驱动器单元D3和D4到中心C的接近能够如机器构造允许的那样靠近。
图5B是示出根据一个实施例的对于在图5A中的波束形成阵列420以分贝为单位的声音指向性曲线的示例曲线图430。曲线图430进一步示出：随着驱动器单元10之间的间隔增加，声音性能在高频处降低。
图6A示出根据实施例的带有不同的端射配置布局的另一示例波束形成阵列440。波束形成阵列440包含多个驱动器单元10，其中驱动器单元10之间的间隔是几何的(例如，驱动器单元10之间的间隔的相等的比例)或对数的。包括在波束形成阵列440中的驱动器单元10的数量可以是偶数或者奇数任一。例如，如图6A中所示，图6A中的波束形成阵列440可以包含六(6)个驱动器单元10，诸如驱动器单元D1、D2、...、和D6。
s1是驱动器单元D1和D2之间的间隔，s2是驱动器单元D2和D3之间的间隔，s3是驱动器单元D4和D5之间的间隔，以及s4是驱动器单元D5和D6之间的间隔。如图6A中所示，驱动器单元D1和D2之间的间隔s1等于驱动器单元D5和D6之间的间隔s4，并且驱动器单元D2和D3之间的间隔s2等于驱动器单元D4和D5之间的间隔s3。间隔s1对s2的比例与间隔s4对s3的比例相同。
图6B是示出根据一个实施例的对于在图6A中的波束形成阵列440以dB的声音指向性曲线的示例曲线图450。与曲线图410(图4A)和430(图5B)相比，曲线图450示出：波束形成阵列440提供了带有期望的衰减的更宽的声音频率带宽。
图7A示出根据实施例的带有不同的端射配置布局的另一示例波束形成阵列460。波束形成阵列460包含多个驱动器单元10，其中除了两个驱动器单元10之外的所有在波束形成阵列460的中心C周围尽可能靠近地/紧密地间隔，并且剩余的两个驱动器单元10放置在波束形成阵列460的相对的端壁A和端壁B的接近内。包括在波束形成阵列460中的驱动器单元10的数量可以是偶数或者奇数。例如，如图7A中所示，波束形成阵列460可以包括六(6)个驱动器单元10，诸如驱动器单元D1、D2、...、和D6。
s1是驱动器单元D1和D2之间的间隔，s2是驱动器单元D2和D3之间的间隔，s3是驱动器单元D4和D5之间的间隔，并且s4是驱动器单元D5和D6之间的间隔。如图7A中所示，驱动器单元D2、D3、D4和D5排列为放置在尽可能靠近于中心C的紧密地间隔的聚类，并且剩余的驱动器单元D1和D6分别地放置在端壁A和端壁B的接近内。驱动器单元D1和D2之间的间隔s1等于驱动器单元D5和D6之间的间隔s4。驱动器单元D2和D3之间的间隔s2等于驱动器单元D4和D5之间的间隔s3。驱动器单元D2、D3、D4和D5可以尽可能一起靠近地/紧密地间隔的程度是基于对于驱动器单元10的尺寸可能的最小独立外壳。
图7B是示出根据一个实施例的对于在图7A中的波束形成阵列460以dB的声音指向性曲线的示例曲线图470。与曲线图410(图4A)、430(图5B)、和450(图6B)相比，曲线图470示出：波束形成阵列460提供了带有期望的衰减的最宽的声音频率带宽。
图8示出根据实施例的用于测量波束形成阵列100中的驱动器单元10的角度响应的方法。在一个实施例中，对于波束形成阵列100，可以利用数字滤波器来优化在方位角θ上的声音指向性。为了在大的频率带宽(例如，10Hz到10kHz)上获得特定的、高度指向的角度响应，数字滤波器是对于波束形成阵列100中的每个驱动器单元10定义的。
特别地，对于波束形成阵列100中的每个驱动器单元10，在波束形成阵列100周围的圆12上有规律地间隔的角度处的给定的频率网格(即，一组频率值)上测量驱动器单元10的角度响应。参考源是用作参考的波束形成阵列100中的驱动器单元10(例如，最靠近波束形成阵列的中心的驱动器单元10)。使用参考源的角度响应(“参考角度响应”)来定义目标角度响应，其中沿有规律地间隔的角度将角度加权应用到参考角度响应，从而目标角度响应在频率网格的特定方向上是最大的。在频率网格的每个频率处，对于驱动器单元10的角度响应计算最佳增益，以达到目标角度响应。一旦对于频率网格的每个频率的复数增益是已知的，则定义用于驱动器单元10的时间域滤波器(例如，有限脉冲响应滤波器)。
在另一实施例中，目标角度响应不需要是参考源的角度响应的函数；相反，目标角度响应可以是任何任意的复数响应。
在一个实施例中，所应用的角度加权的类型是正开窗功能。正开窗功能的示例可以包括但不限于高斯(Gaussian)加权、汉宁(Hanning)、汉明(Hamming)、布莱克曼(Blackman)、布莱克曼哈里斯(BlackmanHarris)、切比雪夫(Chebychev)、和扁球(ProlateSpheroidal)(斯莱皮恩(Slepian))序列。
在一个实施例中，为每个驱动器单元10定义的每个数字滤波器是有限脉冲响应(finite impulse response，FIR)滤波器。
频率响应函数(Frequency Response Funtion，FRF)是以帕斯卡每伏特(Pa/V)表示复数增益的函数，r是波束形成阵列100中从原点1到驱动器单元10的距离，k是在范围[1，K]中的源索引，ω是频率网格的频率，以及Dθk，ω是从源索引k处的源(即，波束形成阵列100的驱动器单元Dk)到频率ω和角度θ处的圆12上的点(r，θ)的角度FRF。
使用叠加原理，对于给定角度θ和频率ω，波束形成阵列100的总角度FRF是每个源(即，波束形成阵列100中的每个驱动器单元10)的每个角度FRF的总和。根据下面提供的方程(1)计算总角度FRF：
Figure BDA0001604861580000101
使用参考源的角度FRF来定义目标角度FRF，其中沿角度θ将角度加权应用到参考源的角度FRF。根据下面提供的方程(2)计算目标角度FRF：
Figure BDA0001604861580000102
其中，k0是参考源的源索引，并且Wθ是对于角度θ是最大的所应用的角度加权的类型(即，真正严格地为正的)(例如，高斯加权)。
对于每个频率ω，估计应用到每个驱动器单元10的角度FRF的复数权重Gk，ω(即，复数增益)，从而从单元的FRF的加权总和到目标角度FRF的欧几里得距离被最小化。欧几里得距离由下面提供的方程(3)表示：
Figure BDA0001604861580000111
在一个实施例中，使用标准线性最小二乘技术/解法来估计复数权重Gk，ω。对于每个驱动器单元Dk，沿频率的相应的最佳增益向量Gk，：定义FRF，通过反向快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)可以从该FRF导出FIR滤波器。在另一实施例中，可以使用用于估计在给定的频率ω处的最佳增益的其它数学方法来代替。
下面的表1提供了用于定义对于波束形成阵列100中的每个驱动器单元10的数字滤波器的示例伪代码。
[表1]
Figure BDA0001604861580000112
例如，表1中引用的矩阵R可以根据下面提供的方程(4)来表示：
Figure BDA0001604861580000121
对于给定的ωω(4)。
例如，表1中引用的向量T可以根据下面提供的方程(5)来表示：
Figure BDA0001604861580000122
其中上标T是矩阵转置，并且矩阵转置T的条目由方程(2)表示。
例如，表1中引用的向量G可以根据下面提供的方程(6)来表示：
G＝[G1，G2，...GN]T (6)
表1中引用的向量G可以根据下面提供的方程(7)来计算：
G＝[DHD]-1DHR (7)
其中上标H是矩阵共轭转置。
图9示出根据一个实施例的用于波束形成阵列100的示例数字滤波器。波束形成阵列100的每个驱动器单元10具有相应的数字滤波器。例如，第一驱动器单元D1具有相应的数字滤波器G1，第二驱动器单元D2具有相应的数字滤波器G2，......，第(n-1)个驱动器单元Dn-1具有相应的数字滤波器Gn-1，以及第n个驱动器单元Dn具有相应的数字滤波器Gn。对应于每个驱动器单元10的每个数字滤波器提供通过连接到驱动器单元10的每个放大信道的每个电气信号衬垫接收的信号的单独数字信号处理(DSP)。数字滤波器在离轴衰减(例如，至少10dB更多的衰减)中和在增加的声音频率带宽上提供增加的性能。
图10是示出没有用DSP的单独驱动器单元10的角度增益的示例曲线图510。曲线图510包括曲线530的集合，其中每个曲线表示在1000Hz的声音频率处阵列中的单独驱动器单元Di(例如，D1、D2、...、D9)的角度增益。曲线图510进一步包括表示每个单独驱动器单元Di的每个角度增益的总和的曲线520。如曲线图510中所示，阵列发射带有有限的声音指向性的声音，在阵列的垂直处(即，大约90度和270度)带有最大值。
图11是根据实施例的示出用DSP的单独驱动器单元10的角度增益的示例曲线图540。每个曲线551、552、...、559分别地表示在1000Hz的声音频率处波束形成阵列中用DSP的单独驱动器单元D1、D2、...、D9的角度增益。曲线图540进一步包括表示每个单独驱动器单元D1、D2、...、D9的每个角度增益的加权总和的曲线550。如曲线图540中所示，波束形成阵列沿期望的方向(例如，180度)产生声音的窄的分散。
图12是根据实施例的用于定义数字滤波器的进程900的示例流程图。在进程框901中，对于波束形成阵列中的每个驱动器单元，在预定角度的集合处的预定频率网格上测量驱动器单元的角度响应。在进程框902中，对于频率网格的每个频率，基于沿预定角度的集合加权的参考角度响应来定义目标角度响应。在进程框903中，对于频率网格的每个频率，基于目标角度响应和在预定角度的集合中的每一个处的频率处测量的每个角度响应，来估计最佳增益向量。在进程框904中，对于阵列中的每个驱动器单元，基于每个最佳增益向量估计来定义数字滤波器。
图13是根据实施例的用于产生波束形成阵列的进程950的示例流程图。在进程框951中，确定期望的衰减。在进程框952中，通过确定要包括在波束形成阵列中的多个驱动器单元的总数和确定沿轴线的多个驱动器单元的线性排列，基于期望的衰减，来确定端射配置布局。在进程框953中，通过根据端射配置布局排列多个驱动器单元，来制造波束形成阵列。在进程框954中，对于每个驱动器单元，为驱动器单元定义相应的数字滤波器。
图14是示出包含有用于实施公开的实施例的计算机系统600的信息处理系统的高级框图。计算机系统600包括一个或多个处理器601，并且能够进一步包括电子显示器设备602(用于显示视频、图形、文本、和其它数据)、主存储器603(例如，随机存取存储器(randomaccsess memory，RAM))、储存器设备604(例如，硬盘驱动器)、可移除储存器设备605(例如，可移除储存器驱动器、可移除存储器模块、磁带驱动器、光盘驱动器、其中已经存储有计算机软件和/或数据的计算机可读介质)、用户接口设备606(例如，键盘、触摸屏、小键盘、定点设备)、以及通信接口607(例如，调制解调器、网络接口(诸如以太网卡)、通信端口、或PCMCIA(Personal Computer Memory Card International Association，个人计算机存储器卡国际协会)插槽和卡)。主存储器603可以存储当由一个或多个处理器601运行时，使得一个或多个处理器601执行进程900的进程框901-904的指令。
通信接口607允许软件和数据在计算机系统600和外部设备之间传递。计算机系统600进一步包括前述设备/模块601到607连接到其的通信基础设施608(例如，通信总线、交叉杆、或网络)。
经由通信接口607传递的信息可以是以信号的形式，诸如电子、电磁、光、或能够由通信接口607接收的其它信号，经由携带信号并且可以使用电线或电缆、光纤、电话线、蜂窝电话链路、射频(RF)链路、和/或其它通信信道实施的通信链路。本文中表示框图和/或流程图的计算机程序指令可以被加载到计算机、可编程数据处理装置、或处理设备上，以使得在其上执行的一系列操作产生计算机实施的进程。在一个实施例中，对于进程900(图12)和进程950(图13)的处理指令可以在主存储器603、储存器设备604和可移除储存器设备605上存储为程序指令，用于由处理器601的运行。
已经参考方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图描述了实施例。这样的图示/图表的每个框、或其组合能够通过计算机程序指令来实施。当被提供到处理器时，计算机程序指令产生机器，从而经由处理器运行的指令创建用于实施在流程图和/或框图中指定的功能/操作的手段。在流程图/框图中的每个框可以表示硬件和/或软件模块或逻辑。在替代的实施方式中，在框中注释的功能可以在图中注释的顺序之外发生、同时地发生等。
术语“计算机程序介质”、“计算机可用介质”、“计算机可读介质”、和“计算机程序产品”一般地是用来指代诸如主存储器、次存储器、可移除储存器驱动器、安装在硬盘驱动器中的硬盘、和信号的介质。这些计算机程序产品是用于向计算机系统提供软件的手段。计算机可读介质允许计算机系统从计算机可读介质读取数据、指令、消息或消息包、以及其它计算机可读信息。例如，计算机可读介质可以包括非易失性存储器，诸如软盘、ROM(readonly memory，只读存储器)、闪速存储器、磁盘驱动存储器、CD-ROM(compact disk-ROM，只读光盘驱动器)、和其它永久性储存器。这对于例如在计算机系统之间传输诸如数据和计算机指令的信息是有用的。计算机程序指令可以存储在能够以具体的方式指导计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备的计算机可读介质中，从而存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的指令的制品。
如将被一个本领域技术人员领会，实施例的方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，实施例的方面可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)、或组合可以在本文中一般地被称为“电路”、“模块”、或“系统”的软件和硬件方面的实施例的形式。并且，实施例的方面可以采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品体现在具有体现在其上的计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质。
可以利用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读储存器介质。例如，计算机可读储存器介质可以是但不限于电子、磁、光、电磁、红外、或半导体的系统、装置、或设备、或前述的任意合适的组合。计算机可读储存器介质的更多特定的示例(非穷举列表)将包括以下：具有一个或多个电线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM(erasableprogrammable read only memory，可擦除可编程只读存储器)或闪速存储器)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存器设备、磁储存器设备、或前述的任意合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读储存器介质可以是能够容纳或存储用于通过或与指令运行系统、装置、或设备连接的使用的程序的任意有形的介质。
用于实现对于一个或多个实施例的方面的操作的计算机程序代码可以写入一个或多个编程语言的任意组合中，包括诸如Java、Smalltalk、C++等的面向对象编程语言，和诸如“C”编程语言或相似的编程语言的传统过程编程语言。程序代码可以完全在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为独立的软件包、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上或完全在远程计算机或服务器上运行。在后一情形中，远程计算机可以通过网络的任意类型连接到用户的计算机，包括局域网(local area network，LAN)或广域网(wide area network，WAN)、或者可以被做出到外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)的连接。
以上参考方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图，描述了一个或多个实施例的方面。将理解，流程图图示和/或框图中的每个框、和在流程图图示和/或框图中的框的组合，能够由计算机程序指令实施。这些计算机程序指令可以被提供到专用计算机、或其它可编程数据处理装置以产生机器，从而经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器运行的指令，创建了用于实施在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的手段。
这些计算机程序指令也可以存储在能够以具体的方式指导计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备起作用的计算机可读介质中，从而存储在计算机可读介质中的指令产生包括实施在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的指令的制品。
计算机程序指令也可以被加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，以使得要在计算机、其它可编程装置、或其它设备上执行的一系列操作步骤产生计算机实施的进程，从而运行在计算机或其它可编程装置上的指令提供用于实施在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的进程。
附图中的流程图和框图示出根据各种实施例的系统、方法、和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能、和操作。在这一点上，流程图或框图中的每个框可以表示模块、程序段、或指令的部分，其包含用于实施(多个)指定的逻辑功能的一个或多个可运行的指令。在一些替代的实施方式中，在框中注释的功能可以在图中注释的顺序之外发生。例如，连续示出的两个框可以实际上基本上同时运行，或框可以有时以相反的顺序运行，取决于牵涉的功能。也将注意，框图和/或流程图图示的每个框、和在框图和/或流程图图示中的框的组合，能够由执行指定的功能或动作或者实现专用硬件和计算机指令的组合的专用的基于硬件的系统来实施。
权利要求中对以单数的元素的引用不意图意味着“一个且仅”(除非明确地如此陈述)，而是“一个或多个”。对于本领域普通技术人员当前已知的或稍后将知晓的上述示例性实施例的元素的所有结构和功能的等同物意图由本权利要求涵盖。
本文中使用的术语仅是为了描述具体的实施例的目的，并不意图是发明的限制。如本文使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式“一”、“一”、和“该”意图包括复数形式。将进一步理解，术语“包含”和/或“包含”在本说明书中被使用时，指定陈述的特征、整数、步骤、操作、元素、和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其组的存在或添加。
以下权利要求中所有手段或步骤加功能元素的相应的结构、材料、动作、和等同物，意图包括用于执行与如特别地要求保护的其它要求保护的元素组合的功能的任意结构、材料、或动作。已经为了图示和描述的目的呈现了实施例的描述，但不意图是穷举或限制以公开的形式的实施例。对本领域的普通技术人员，许多修改和变化将是明显的，而不脱离发明的范围和精神。
虽然已经参考其某些版本描述了实施例；然而，其它版本是可能的。因此，所附权利要求的精神和范围不应该限于本文中所容纳的优选版本的描述。

Claims (14)

1.一种声音装置，包含：
基于多个驱动器单元的物理配置布局，以端射波束形成阵列线性地排列的多个驱动器单元；
对于每个驱动器单元，用于由驱动器单元接收的一个或多个信号的单独数字信号处理的相应的数字滤波器；以及
至少一个容器，其中，每个容器容纳安装在容器上的驱动器单元中的至少一个，
其中，通过确定多个驱动器单元的总数和每个驱动器单元沿轴的线性排列，基于期望的衰减来确定所述物理配置布局，以及
其中，所述每个驱动器单元的方向基于所述物理配置布局。
2.如权利要求1所述的声音装置，其中，每个驱动器单元包含环形辐射器。
3.如权利要求1所述的声音装置，其中，多个驱动器单元相等地间隔开。
4.如权利要求1所述的声音装置，其中，多个驱动器单元之间的间隔是几何的或对数的中的一个。
5.如权利要求1所述的声音装置，其中，多个驱动器单元的线性排列进一步包含：
放置在端射波束形成阵列的第一末端处的多个驱动器单元的第一驱动器单元；
放置在端射波束形成阵列的第二末端处的多个驱动器单元的第二驱动器单元；以及
放置聚类在端射波束形成阵列的第一末端和第二末端之间的中点周围的多个驱动器单元的剩余驱动器单元。
6.一种用于波束形成阵列中的驱动器单元的波束形成声音的方法，包含：
对于波束形成阵列中基于多个驱动器单元的物理配置布局排列的每个驱动器单元，在预定角度的集合处的预定频率网格上测量每个驱动器单元的角度响应；
对于频率网格的每个频率，基于沿预定角度的集合加权的参考角度响应，定义目标角度响应；
对于频率网格的每个频率，基于目标角度响应和在预定角度的集合中的每一个处的频率处测量的每个角度响应，估计最佳增益向量；以及
对于波束形成阵列中的每个驱动器单元，基于每个最佳增益向量估计定义数字滤波器，
所述波束形成阵列包括至少一个容器，其中，每个容器容纳安装在容器上的驱动器单元中的至少一个，通过确定多个驱动器单元的总数和每个驱动器单元沿轴的线性排列，基于期望的衰减来确定所述物理配置布局，以及
其中，所述每个驱动器单元的方向基于所述物理配置布局。
7.如权利要求6所述的方法，其中，基于沿预定角度的集合加权的参考角度响应定义目标角度响应包含将角度加权应用到参考角度响应。
8.如权利要求7所述的方法，其中，应用的角度加权是基于正开窗功能。
9.如权利要求6所述的方法，其中，基于每个最佳增益向量估计定义数字滤波器包含通过将反向快速傅立叶变换(FFT)应用到每个最佳增益向量估计，为每个驱动器单元创建有限脉冲响应(FIR)滤波器。
10.一种用于产生端射波束形成阵列的方法，包含：
确定期望的衰减；
基于期望的衰减确定多个驱动器单元的物理配置布局；以及
基于多个驱动器单元的物理配置布局，制造所述波束形成阵列，
所述波束形成阵列包括至少一个容器，其中，每个容器容纳安装在容器上的驱动器单元中的至少一个，
其中，基于期望的衰减确定物理配置布局包括：
确定多个驱动器单元的总数；以及
确定每个驱动器单元沿轴的线性排列，以及
其中，所述每个驱动器单元的方向基于所述物理配置布局。
11.如权利要求10所述的方法，其中，根据物理配置布局排列多个驱动器单元包含：相等地间隔开所述多个驱动器单元。
12.如权利要求10所述的方法，其中，根据物理配置布局排列多个驱动器单元包含：
几何地或对数地间隔开多个驱动器单元。
13.如权利要求10所述的方法，其中，根据物理配置布局排列多个驱动器单元包含：
将多个驱动器单元的第一驱动器单元放置在端射波束形成阵列的第一末端处；
将多个驱动器单元的第二驱动器单元放置在波束形成阵列的第二末端处；以及
将多个驱动器单元的剩余驱动器单元聚类在端射波束形成阵列的第一末端和第二末端之间的中点周围。
14.如权利要求10所述的方法，进一步包含：
对于每个驱动器单元，为驱动器单元定义相应的数字滤波器，其中，数字滤波器将数字信号处理应用到连接到驱动器单元的每个放大信道的每个电信号衬垫。
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