CN110692256A - 扬声器阵列系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种阵列，该阵列包括多个驱动器，每个驱动器具有相同的尺寸和类型，以将经处理的音频信号转换成声波；用于接收音频信号和控制信号的输入；以及至少一个信号处理器，以根据所接收的音频信号和控制信号来提供经处理的音频信号。信号处理器接收音频信号和控制信号，并且部分地基于音频信号和从控制信号接收的第一参数向第一驱动器提供第一处理信号，并且部分地基于音频信号和从控制信号接收的第二参数向第二驱动器提供第二处理信号。

Description

扬声器阵列系统
技术领域
本公开的方面和示例整体涉及音频系统，并且在一些示例中，更具体地涉及用于将声束转向音频提供给听众的音频系统。
背景技术
声束转向音频阵列系统包括多个扬声器驱动器并且控制发送给驱动器的信号的增益和延迟，使得它们的组合效果是引导声能，使得其有利于特定方向，诸如朝向观众的中心部分，并且使得其提供某些所需的覆盖，例如使得观众的所有成员都接收到可接受的音频体验。传统阵列系统可包括改变或适配阵列的声束转向或其他声学特性的复杂或用户不友好的方法，并且可包括不同尺寸的驱动器，以附加成本和复杂性以降低的可靠性处理频谱的不同部分。
发明内容
方面和示例涉及扬声器阵列系统和方法以及信号处理系统和方法，其以低于常规阵列系统的成本提供改善的声学特性，包括声束转向和覆盖。
根据一个方面，扬声器阵列包括接收音频信号和控制信号的输入，多个驱动器，每个驱动器具有相同尺寸和类型并且配置为将处理过的音频信号转化为声波，以及至少一个信号处理器，该至少一个信号处理器耦接至所述输入并且被配置为接收音频信号和控制信号，并且被配置为向多个驱动器中的第一驱动器提供第一处理信号，该第一处理信号部分地基于音频信号和从控制信号接收的第一参数，以及向多个驱动器中的第二驱动器提供第二处理信号，该第二处理信号部分地基于音频信号和从控制信号接收的第二参数。
第一参数和第二参数可包括时间延迟，相位延迟，振幅，增益，均衡和有限脉冲响应中的至少一者。
在一些示例中，至少一个信号处理器包括至少一个增益部件，该至少一个增益部件被配置为至少基于第一参数来控制由第一驱动器产生的声波的振幅，而与由多个驱动器中的其他驱动器产生的振幅无关。
在一些示例中，至少一个信号处理器包括至少一个延迟部件，该至少一个延迟部件被配置为至少基于第一参数来控制由第一驱动器产生的声波的延迟，而与同多个驱动器中的其他驱动器相关联的任何延迟无关。
在某些示例中，处理器被配置为提供频率范围基本上等于音频信号的频率范围的第一处理信号。
根据一些示例，至少一个信号处理器被配置为向多个驱动器中的每一个提供不同的处理信号，不同的处理信号基于音频信号和从所述控制信号接收的多个参数。
在某些示例中，扬声器阵列包括被配置为将音频信号和控制信号的至少一部分提供至另一个声线阵列的输出。
在一些示例中，至少一个处理器被配置为向第一驱动器提供具有全频率范围的第一处理信号，并且第一驱动器被配置为接收具有全频率范围的第一处理信号。在一些示例中，全频率范围可包括60Hz至18,000Hz的范围，或者可包括100Hz至15,000Hz的范围，或者可包括200Hz至12,000Hz的范围。
在一些示例中，扬声器阵列能够在具有75Hz到13kHz或更好的+/-3dB频率范围和58Hz至16kHz或更好的-10dB频率范围以及均衡的无回声环境中产生同轴声压水平(SPL)。
扬声器阵列可包括至少十二个驱动器。在某些示例中，扬声器阵列具有刚好十二个驱动器。
驱动器可全部具有小于3.5英寸的尺寸。驱动器可全部具有在2英寸至3英寸范围内的尺寸。在某些示例中，驱动器的直径为大约2.5英寸。在某些示例中，驱动器在中心上间隔大约3英寸。
至少一个信号处理器可包括用于多个驱动器中的每一个的一个信号处理信道。
在一些示例中，信号处理器被配置为向第三驱动器提供第三处理信号。第一处理信号、第二处理信号和第三处理信号可分别包括具有非线性关系的第一延迟、第二延迟和第三延迟。
根据另一方面，扬声器阵列包括壳体，接收音频信号和控制信号的输入，耦接到壳体的多个声学换能器，多个声学换能器中的每一个具有相同尺寸和类型并且配置为将处理过的音频信号转化为声波，以及至少一个信号处理器，该至少一个信号处理器耦接至输入并且被配置为接收音频信号和控制信号，并且被配置为向多个声学换能器中的第一声学换能器提供第一处理信号，该第一处理信号部分地基于音频信号和控制信号，以及向多个声学换能器中的第二声学换能器提供第二处理信号，该第二处理信号部分地基于音频信号和控制信号。
在一些示例中，声学阵列包括至少一个增益部件，该至少一个增益部件被配置为控制由第一声学换能器产生的声波的振幅，与由多个声学换能器中的其他声学换能器产生的振幅无关。
在一些示例中，声学阵列包括至少一个延迟部件，该至少一个延迟部件被配置为控制由第一声学换能器产生的声波的延迟，而与同多个声学换能器中的其他声学换能器相关联的任何延迟无关。
在一些示例中，控制信号包括多个参数，多个参数中的每一个包括时间延迟，相位延迟，振幅，增益，均衡和有限脉冲响应中的至少一者。
在一些示例中，至少一个信号处理器被配置为提供频率范围基本上等于音频信号的频率范围的第一处理信号，并且第一声学换能器被配置为再现基本上等于音频信号的频率范围的频率范围。
在一些示例中，至少一个信号处理器被配置为向多个声学换能器中的每一个提供不同的处理信号，多个不同的处理信号基于音频信号和从控制信号接收的多个参数。
某些示例还包括被配置为将音频信号和控制信号的至少一部分提供至另一个扬声器阵列的输出。
在一些示例中，至少一个信号处理器被配置为向第一声学换能器提供具有全频率范围的第一处理信号，并且第一声学换能器被配置为接收具有全频率范围的第一处理信号。在一些示例中，全频率范围可包括60Hz至18,000Hz的范围，或者可包括100Hz至15,000Hz的范围，或者可包括200Hz至12,000Hz的范围。
在一些示例中，声学阵列能够在具有75Hz到13kHz或更好的+/-3dB频率范围和58Hz至16kHz或更好的-10dB频率范围以及均衡的无回声环境中产生同轴声压水平(SPL)。
声学阵列可包括至少十二个声学换能器。在某些示例中，声学阵列具有恰好十二个声学换能器。
声学换能器可全部具有小于3.5英寸的尺寸。声学换能器可全部具有在2英寸至3英寸范围内的尺寸。在某些示例中，声学换能器的直径为大约2.5英寸。在某些示例中，声学换能器在中心上间隔大约3英寸。
至少一个信号处理器可包括用于多个驱动器中的每一个的一个信号处理信道。
在一些示例中，信号处理器被配置为向第三声学换能器提供第三处理信号。第一处理信号、第二处理信号和第三处理信号可分别包括具有非线性关系的第一延迟、第二延迟和第三延迟。
根据另一个方面，提供了一种产生声学声场的方法，该方法包括接收音频信号，接收一个或多个阵列参数，处理音频信号以根据一个或多个阵列参数提供多个处理信号，以及将多个处理信号中的每一个提供给多个声学换能器中的至少一个。
一个或多个阵列参数可包括时间延迟，相位延迟，增益，振幅，均衡和有限脉冲响应中的至少一者。
在一些示例中，多个处理信号中的每一个的频率范围基本上等于音频信号的频率范围。在一些示例中，频率范围可包括60Hz至18,000Hz的范围，或者可包括100Hz至15,000Hz的范围，或者可包括200Hz至12,000Hz的范围。
在一些示例中，一个或多个阵列参数包括多个延迟参数，并且处理音频信号以提供多个处理信号包括根据延迟参数延迟音频信号。
在一些示例中，多个声学换能器能够在具有75Hz到13kHz或更好的+/-3dB频率范围和58Hz至16kHz或更好的-10dB频率范围以及均衡的无回声环境中产生同轴声压水平(SPL)。
多个声学换能器可包括至少十二个声学换能器。在某些示例中，多个声学换能器具有恰好十二个声学换能器。
声学换能器可全部具有小于3.5英寸的尺寸。声学换能器可全部具有在2英寸至3英寸范围内的尺寸。在某些示例中，声学换能器的直径为大约2.5英寸。在某些示例中，声学换能器被定位成在中心上间隔大约3英寸。
一些示例包括在将多个处理信号中的每一个提供给多个声学换能器之前放大多个处理信号中的每一个。一个或多个阵列参数可包括多个增益参数，并且放大多个处理信号中的每一个可包括根据增益参数放大处理信号中的每一个。
某些示例包括将音频信号和一个或多个阵列参数的至少一部分提供至多个次级声学换能器。
以下仍然详细讨论了这些示例性方面和示例的其他方面、示例和优点。本文所公开的示例可以与本文所公开的至少一个原理一致的任何方式与其他示例组合，并且对“示例”、“一些示例”、“另选的示例”、“各种示例”、“一个示例”等的引用不一定互相排斥，并且旨在指示所述的特定特征、结构或特性可包括在至少一个示例中。本文中此类术语的出现未必全都指代相同的示例。
附图说明
下面参考附图讨论至少一个示例的各个方面，这些附图并非旨在按比例绘制。包括附图以提供对各个方面和示例的例证和进一步理解，并且附图并入本说明书并且构成本说明书的一部分，但并非旨在作为本发明的限制的定义。在附图中，在各种图中示出的相同或几乎相同的部件可以类似的数字表示。为清楚起见，并不是在每个图中给每个部件都注上标记。在附图中：
图1为阵列系统的示例的框图；
图2为扬声器阵列的示例的框图；
图3为堆叠阵列的示例的框图；并且
图4为阵列系统的另一个示例的框图。
具体实施方式
本公开的各方面涉及扬声器阵列系统和方法，该扬声器阵列系统和方法包括具有相同尺寸和类型的多个驱动器，并且提供基本上全范围的声场，同时允许通过将阵列参数应用于各个驱动器来进行声束转向和传播。具有相同尺寸和类型的驱动器以产生基本上全范围的声音允许扬声器阵列具有更少的部件，成本较低并且更可靠。尺寸适中的驱动器允许驱动器更紧密地间隔开，并且允许在特定尺寸的壳体内具有更多的驱动器，从而以比具有较大驱动器以产生较低的频率的常规阵列更低的成本产生更准确的声场。
在一些示例中，本文所公开的扬声器阵列系统可包括扬声器阵列，该扬声器阵列具有相同尺寸和类型的多个驱动器并且具有用于每个驱动器的专用信号处理和放大器信道。扬声器阵列通过驱动器的组合效应产生具有某些特性的声场，该声场可包括通过将阵列(例如，声束形成)参数施加到每个驱动器而实现的声束形状，传播，转向，方向等或多个声束。阵列参数通过各种信号处理信道和放大器信道应用于每个驱动器，并且酌情包括每个驱动器的变化的延迟和增益，并且可包括有限脉冲响应滤波器和均衡。有限的脉冲响应滤波器可例如对每个驱动器施加时间延迟，相位延迟，振幅和均衡调节，或这些调节的任何组合。
本文所公开的示例可以与本文所公开的至少一个原理一致的任何方式与其他示例组合，并且对“示例”、“一些示例”、“另选的示例”、“各种示例”、“一个示例”等的引用不一定互相排斥，并且旨在指示所述的特定特征、结构或特性可包括在至少一个示例中。本文中此类术语的出现未必全都指代相同的示例。
应当理解，本文讨论的方法和装置的示例不限于应用到以下描述中提及的或附图中示出的构造细节和部件布置。这些方法和装置能够在其他示例中实施，并且能够以各种方式操作或执行。本文提供的具体实施的示例仅出于进行示意性的目的，并非旨在进行限制。此外，本文所用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应被视为限制。本文使用“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”以及其变型形式旨在涵盖其后列出的项目以及其等同物以及附加的项目。对“或”的引用可以被理解为是包含性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示所述术语中的单个、多于一个和全部中的任何一种。对前和后、左和右、顶部和底部、上部和下部以及垂直和水平的任何引用是为了便于描述，而不是为了将本系统和方法或它们的部件限制成任何一个位置或空间取向。
图1示出了音频系统100的一个示例，该音频系统包括以菊花链布置方式互连的三个扬声器阵列110，通过网络130与扬声器阵列110通信的声场控制器120，以及用户142可从中操作和控制扬声器阵列110的各种设置和参数以确定由扬声器阵列110产生的声学声场的特性的用户接口140。尽管示出了三个扬声器阵列110，但可支持任何数量的扬声器阵列110，包括附加的扬声器阵列110或单个扬声器阵列110。声场控制器120可通过任何合适的通信网络130与扬声器阵列110通信，该通信网络可包括经由无线或有线互连的直接接口或包括一个或多个路由器、交换机等的网络基础结构。在某个示例中，声场控制器120通过数字音频网络接口(诸如Audinate公司的
Figure BDA0002298667200000071
)通过使用因特网协议(IP)在任何合适的物理层(例如，光学，双绞线，无线等)上与扬声器阵列110通信。
扬声器阵列110各自包括多个驱动器，这些驱动器是电声学换能器，其将电音频信号转换成声学信号，例如，声压波。每个驱动器的声压波与其他驱动器的声压波交互，以与扬声器阵列110不同的距离和角度进行建设性地和破坏性的干扰，以在房间内的每个位置处并且在房间内的每个观众成员位置处形成特别感兴趣的一定声学响应。在房间中的每个位置处的声音的强度以及不同频率的强度变化(例如，声音的音调或平衡)在本文中被全面地称为声场、声场或声学声场。
声场控制器120可从音频源150接收声场控制器120处理并且传递至扬声器阵列110的音频信号152。声场控制器存储用于处理音频信号152的系统参数，诸如系统增益，系统均衡器和系统延迟设置，并且存储扬声器阵列110中每个驱动器的声束设置，诸如增益和延迟参数。声场控制器120通过通信网络130经由一条或多条控制消息向扬声器阵列110传送延迟和增益参数。对于扬声器阵列110中的每个驱动器，施加到音频信号的延迟和增益使得驱动器以正确的时间和正确的强度产生声压，以引起声学压力波之间的正确交互，从而形成预期的声场。
此外，声场控制器120可存储每个驱动器的有限脉冲响应(FIR)参数。FIR参数可以有限脉冲响应波形的形式存储，或者可以是FIR滤波器系数的形式，当应用于FIR滤波器时，其产生对滤波后的音频信号的相关响应。有限的脉冲响应参数可为不同频率提供所需的相位延迟，使得典型的时间延迟(同样地应用于所有频率)不可能，但在所有情况下不一定是必需的。另外，根据需要，有限脉冲响应参数可结合所有频率共有的时间延迟、所有频率共有的增益以及均衡中的每一个。然而，在某些示例中，扬声器阵列110中每个驱动器的延迟、增益和均衡由单独的参数来管理，并且使用FIR参数来微调声束转向和传播，并且对其进行专用频率调节。在某些示例中，FIR参数是可选的或未包括。
此外，声场控制器120可存储每个驱动器的均衡参数。每个驱动器的均衡参数可包括均衡参数以基于部件测试来补偿每个驱动器的本机频率响应，或与扬声器阵列110中的壳体和驱动器的安装相结合的每个驱动器的频率响应，或再次与扬声器阵列110中的壳体和驱动器的安装相组合的每个扬声器阵列110中的所有驱动器组的频率响应。在后一种情况下，由声场控制器120存储的均衡参数对于单个扬声器阵列110内的每个驱动器或对于所有扬声器阵列110中的所有驱动器可相同。
在一些示例中，扬声器阵列110可以不同方式接收阵列参数和/或均衡。例如，在一些示例中，声场控制器120可不存储参数，或者扬声器阵列110可不使用由声场控制器120存储的参数或均衡，并且可使用从其他位置接收的参数和/或均衡，诸如来自配置工具，或用作存储在与扬声器阵列110相关联的存储器中的先前预先加载的均衡和/或阵列参数。
声场控制器120具有或可与用户接口140通信，该用户接口可包括例如一个或多个用户输入设备诸如键盘、鼠标、触敏屏幕等，并且可包括一个或多个用户输出设备，诸如屏幕、监视器、灯、蜂鸣器和其他指示器等。用户接口140可与声场控制器120集成，或者可经由直接连接144或通过网络130或其他合适的通信接口经由网络连接146远离声场控制器120。例如，用户接口140可包括专有或非专有的远程计算机、工作站或设备，诸如膝上型计算机、台式计算机、平板电脑、智能电话等，并且此类计算机、工作站或设备可具有显示用户信息和选项并且与声场控制器120通信的专用软件，或者可具有通用软件，诸如经由例如由声场控制器120托管的web服务器与声场控制器120通信。
用户接口140可允许用户142从多个预先加载的声场中选择声场。另外，与用户接口140耦接的声场控制器120可允许通过计算新的阵列参数来创建新的声场。通常，下文更详细地讨论的声场控制器120和扬声器阵列110的信号处理信道使用阵列参数来处理信号以创建所需的声场，该阵列参数可包括振幅，增益，时间延迟，相位延迟，均衡，有限脉冲响应以及其他适用于某个期望的声场的参数。在某个示例中，所施加的阵列参数包括振幅和时间延迟。在另一个示例中，所施加的阵列参数还包括FIR系数。
此类阵列参数可能是系统例如音频系统100所必需的，但通常不是“用户友好的”，因为它们不容易被用户142选择或修改。因此，期望用户142可使用限定所需的声场或声束特征(诸如声束方向、传播、色调平衡等)的用户友好参数。因此，声场工具可结合到声场控制器120中，以允许根据用户指定的声场参数计算阵列参数。另选地，声场工具可与声场控制器120和音频系统100分开存在，并且可提供可加载、编程、存储或以其他方式与音频系统100一起使用的一组或多组阵列参数。在某些示例中，声场控制器120可包括存储器或用于存储此类阵列参数的其他存储能力。
音频信号152在上文中被描述为来自音频源150并且由声场控制器120处理。除此之外或另选地，声场控制器120可存储要提供给扬声器阵列110的音频信号152的一个或多个部分或全部。在其他示例中，音频信号152可通过不同的机构(诸如，直接到与扬声器阵列110中的一者相关联的音频输入)提供给扬声器阵列110。
图2示出了扬声器阵列110的示例，该扬声器阵列包括具有放大器220阵列和数字信号处理器(DSP)230组的多个驱动器210。信号路由器240将在数字接口242或模拟接口244中的一者处接收的音频信号250路由至DSP组230，该DSP组分别针对每个驱动器210处理音频信号250并且向放大器220提供经处理的信号252(每个驱动器一个)。放大器220向驱动器210中的每一个提供放大的处理信号222。扬声器阵列110可具有任何数量的驱动器210、放大器220和DSP 230。
在一个具体示例中，扬声器阵列110具有十二个驱动器210，十二个放大器220和三个DSP 230，每个DSP具有四个DSP信道，总共十二个DSP信道。因此，每个驱动器210具有至少一个DSP信道和至少一个放大器信道，使得每个驱动器210可接收源自所接收的音频信号的唯一的放大处理信号222。每个DSP 230信道根据从声场控制器120传送的延迟参数对所接收的音频信号250施加延迟以提供经处理的信号252。每个DSP 230信道可还根据从声场控制器120接收的均衡参数来施加均衡，并且可附加地或另选地根据预先存储的均衡参数来施加预先存储的均衡。每个DSP 230信道可还根据从声场控制器120接收的增益参数施加增益，并且可根据从声场控制器120接收的FIR参数来施加FIR滤波器。在某些示例中，从声场控制器120接收的增益参数由放大器220代替DSP 230信道或除此之外由DSP230信道来施加。
在某些示例中，由DSP 230信道施加的均衡补偿扬声器阵列110的频率响应，如上所述。在某些示例中，声场控制器120可对与各种频率响应相关联的音频信号152施加均衡，诸如例如，补偿在其中操作扬声器阵列110的房间的频率响应，以补偿由声束形成过程(例如，增益、延迟、FIR滤波器)预期或产生的色调平衡或频率着色，以及/或者施加用户期望的均衡、色彩调节或颜色。
仍然参见图2，扬声器阵列110可包括控制器260，该控制器与扬声器阵列110的各种部件通信并且控制扬声器阵列的各种部件。例如，控制器260可以是与声场控制器120(例如，经由数字接口242)通信以接收各种阵列参数的处理器。控制器260可将参数(例如，增益、延迟、FIR)加载或建立到DSP 230信道和放大器220中。控制器260可还控制信号路由器240以选择接收音频信号250的接口，例如数字242或模拟244，并且可经由菊花链输入/输出接口270从另一个(例如，上游)扬声器阵列110接收音频信号250和/或将音频信号250提供给另一个(例如，下游)扬声器阵列110。
此外，控制器260可检测上游或下游扬声器阵列110的存在，可从上游或下游扬声器阵列110接收或提供声束形成或阵列参数，可与声场控制器120通信关于上游和下游扬声器阵列110的存在，可接收来自上游或下游扬声器阵列110的阵列参数或其他通信并且将参数其传送至上游或下游扬声器阵列110，以及可从上游或下游扬声器阵列110接收针对声场控制器120的通信并且将其传送到声场控制器120。在某些示例中，控制器260可为集成部件，其包括信号路由器240和/或接口242、244、270，并且可包括或结合在DSP 230中的一者或多者中。具有合适编程的任何合适的处理器或合适的逻辑(诸如例如专用集成电路(ASIC)，或可编程门阵列)可用作控制器260或其一部分。
常规扬声器阵列包括双路和三路系统。双路系统通常包括用于中频/低频的驱动器和用于高频的独立驱动器。三路系统通常包括三种独立类型的驱动器，一种用于低音频率或低频(例如，低音喇叭)，另一种用于中程频率，第三种用于高频(例如，高音喇叭)。
在某些示例中，扬声器阵列110包括所有具有相同尺寸和类型的驱动器210，并且不包括具有不同尺寸或类型的任何驱动器。例如，具有相同尺寸和类型的驱动器具有基本上相同的声学特性，包括频率响应和辐射特性。在某些例子中，驱动器210均具有在1.5英寸至6.5英寸范围内的相同尺寸。在具体示例中，驱动器210均具有在2.0英寸至3.5英寸范围内的基本上相同的尺寸，例如所有驱动器210为大约2.5英尺驱动器，例如每个驱动器在中心上间隔大约3英寸。在某些示例中，驱动器210均具有基本上相同的3英寸或更小的尺寸。在其他示例中，驱动器210均具有在4.0英寸至6.0英寸范围内的相同尺寸，诸如所有驱动器210为例如大约5英寸驱动器。在这些示例中，扬声器阵列110中不包括将分开不同频带的交叉部件、功能或特征。在这些示例中不需要交叉特征，因为不存在针对其导向不同频带的附加或不同驱动器。
包括在扬声器阵列110的某些示例中的每个驱动器210是全范围驱动器。在某些示例中，驱动器210具有中等尺寸，如上所述。尺寸适中或相对较小(例如，2.5英寸)的单个尺寸的驱动器210的至少一个有益效果是，相邻驱动器210之间的距离相对于较大尺寸的驱动器可较小。相邻驱动器210之间的较小距离减少扬声器阵列110的竖直声辐射图案中的旁瓣，尤其是在较低频率下。例如，具有在中心上隔开3英寸的2.5英寸驱动器的阵列表现出小于大约4.5kHz的较小或减小的旁瓣。常规系统使用较大的驱动器产生低频率，需要中心点之间的更远距离并且产生不可取的旁瓣。例如，具有在中心上隔开4.8英寸的4英寸驱动器的常规阵列表现出下至2.8kHz或更低的更多或更强的旁瓣。
中等尺寸的单个尺寸的驱动器210的另一个有益效果是更多驱动器210可装配到扬声器阵列110的某个长度或总体尺寸中。因此，对于扬声器阵列的给定结构尺寸，大小适中或较小的驱动器210允许更多声源，从而提供增强的影响和控制声能分布的能力，即，通过例如声束转向、传播等来增强对声学声场的控制。相对于具有较大驱动器的阵列，中等或更小尺寸的单一尺寸驱动器210的进一步益处在于它们可产生较小的频率变化，例如，频率响应中较少和/或中等峰值和倾角。这在中程频率和近场中尤其如此，即，相对于声学波长靠近扬声器阵列。中等尺寸的单个尺寸的驱动器210的另一个有益效果是，这减少了扬声器阵列中驱动器的总数，而不是针对不同频率范围添加驱动器。较少的总驱动器简化和/或减少其他相关联的硬件，诸如DSP信道、数字切换和路由、放大器等，这降低了成本并且提高了可靠性。较大的驱动器的成本高于中等尺寸的驱动器，而多路系统需要更多的驱动器来覆盖不同的频带，所有这些驱动器都以额外的成本提供。此外，一定数量的驱动器需要一定尺寸的壳体和整体结构硬件，使得尺寸适中的驱动器允许较小、更轻、更安全的结构，并且具有较薄的轮廓和更好的美观性。
尺寸相对较小的单一尺寸驱动器的合适物理布置的至少一个示例公开于2007年8月21日公布的标题为LINE ELECTROACOUSTICAL TRANSDUCING的美国专利7,260,235中，该专利据此以引用方式并入以用于所有目的。
在至少一个示例中，阵列的驱动器可交错，使得每个驱动器的中心线不与相邻驱动器的中心线对齐。例如，可将交替的驱动器对准或定位成使得它们的最大辐射图案的方向相对于彼此成一角度。为了便于参考，驱动器的中心线是与驱动器的机械辐射表面的中心前表面垂直的虚线。为了进一步参考，具有交错中心线的阵列的示例公开于2011年5月3日公布的标题为“LINE ARRAY ELECTROACOUSTICAL TRANSDUCING”的美国专利7,936,891中，该专利据此以引用方式并入以用于所有目的。
图3示出了堆叠阵列300，其为菊花链的一组扬声器阵列110。单个扬声器阵列110可单独使用，但如本文所公开的扬声器阵列系统的某些示例允许菊花地链接两个或更多个扬声器阵列110，以提供具有更多驱动器210的较大阵列，这允许堆叠阵列300产生的声场比由单个扬声器阵列110实现的声场实现更广泛的控制和定制。应当指出的是，在所有应用中或在所有情况下，可能不需要形成堆叠阵列300。形成堆叠阵列300的能力可提供增加的柔韧性以适应变化的要求或特定应用。例如，一定的房间尺寸或形状可得益于堆叠阵列300以提供更详细的声束形成，而对于较小的房间或不同形状，单个扬声器阵列110可能已足够。
图3中的堆叠阵列300包括第一扬声器阵列110a、第二扬声器阵列110b和第三扬声器阵列110c。堆叠阵列的另外示例可仅包括两个扬声器阵列110或者可包括四个或更多个扬声器阵列110。在图3所示的示例中，第一扬声器阵列110a接收音频和控制信号350，例如可从如上所述的声场控制器120(参见图1)接收到的音频和控制信号。第一扬声器阵列110a经由菊花链连接352与第二扬声器阵列110b通信，以将音频和控制信号350的相关部分传递至第二扬声器阵列110b。同样，第二扬声器阵列110b经由菊花链连接354与第三扬声器阵列110c通信，以将音频和控制信号350的相关部分传递至第三扬声器阵列110c。
扬声器阵列110中的每一者可经由菊花链连接352、354彼此通信，并且第一扬声器阵列110a可与音频源(例如，图1，音频源150)或控制器(例如，图1，声场控制器120)通信。在某些示例中，扬声器阵列110中的每一者可具有十二个驱动器210，并且堆叠阵列300可因此包括36个驱动器。声场控制器120可为堆叠阵列300中的每个驱动器210存储和传送阵列参数，例如延迟、增益、FIR、均衡等，以产生所选择的(例如，由用户142)声学声场。
扬声器阵列110中的任一者可与声场控制器120或音频源150直接通信，并且术语第一、第二和第三是针对扬声器阵列110任意使用的。例如，第二扬声器阵列110b可与声场控制器120通信并且为堆叠阵列300中的每个驱动器210接收阵列参数，例如延迟、增益、FIR、均衡等，并且根据需要将相关参数传递至第一扬声器阵列110a和第三扬声器阵列110c。类似地，堆叠阵列300可被配置为使得三个扬声器阵列110中的任一个可接收音频信号并且将音频信号传递至其他扬声器阵列110，或者扬声器阵列110中的每一者可直接从音频源接收音频信号。在某些示例中，堆叠阵列300的物理配置和通信连接可由用户142在用户接口140处选择，或者可由各种系统(例如，扬声器阵列110和声场控制器120)或它们的任何组合自动发现。
图4示出了包括至少一个扬声器阵列110的音频系统400的示例，该扬声器阵列通过通信信道与声场控制器120通信，诸如可通过网络130提供。声场控制器120存储扬声器阵列110的阵列参数410，并且通过一条或多条控制消息412将其传送至扬声器阵列110。阵列参数410可包括作为扬声器阵列110的一部分的驱动器210中的每一者的增益、延迟、FIR、均衡和其他参数。应当指出的是，阵列参数410可包括与作为堆叠阵列的一部分的附加扬声器阵列110相关联的驱动器210的参数，例如，图3的堆叠阵列300，并且扬声器阵列110中的一者或多者可通过如上所述的菊花链通信来传送阵列参数410。
阵列参数410可包括用于声束控制的参数，例如转向、方向、传播等，作为用户所选择的声场的一部分，并且通常可被称为声束参数，尽管此类参数可实现除声束之外的声场创建的其他方面。另外，阵列参数410可包括与特定声束配置无关的其他参数，诸如补偿安装在扬声器阵列110中的驱动器210的频率响应的均衡参数。
在某些示例中，声场控制器120传送扬声器阵列110应用于所有驱动器210的一组均衡参数，诸如补偿扬声器阵列110的频率响应的固定扬声器均衡，其可取决于扬声器阵列110的型号或类型。在其他示例中，声场控制器120可以为不同驱动器210传送不同的均衡参数。例如，扬声器阵列110中不同位置处的驱动器210可表现出不同频率响应并且可得益于与扬声器阵列110中的其他驱动器210不同的均衡。另外，不同用户选择的声学声场可得益于扬声器阵列110中的不同均衡。均衡参数可也与声束控制相关联，因为声束图案可产生声学声场的着色，即频率响应的移位，其可至少部分地通过均衡来补偿。
声场控制器120可向音频信号152施加处理以产生经处理的音频信号452，声场控制器120将该音频信号传递至一个或多个扬声器阵列110(例如，直接地或经由菊花链)。例如，声场控制器120可提供系统处理420，该系统处理可包括影响由音频系统400产生的所有声音的增益、延迟、均衡等。例如，系统增益和延迟可有利于调节总体声音水平和定时以匹配房间中的其他扬声器。例如，音频系统400可在室内的一组扬声器中处理并且生成用于后信道的声场，并且可能需要调节定时和水平以匹配前信道，或反之亦然，或者用于左右信道对等等。
驱动器210中的每一个的阵列参数诸如单独的增益、延迟、FIR和均衡参数可通过包括诸如形状、尺寸、材料、观众取向等的房间特性的声场设计工具来选择。此类房间特性可对由声学阵列系统(例如，音频系统400)产生的声场着色，即改变其频率响应。声场控制器120可应用处理430来调节音频信号152的房间特性、声束特征或阵列特性，这些特征可至少部分地由公共处理430补偿，而不考虑各个驱动器210。例如，由于房间特性而改变的频率响应可至少部分地通过在处理430中施加的房间均衡来补偿。声场的另外的着色可为阵列构型的副产物，例如作为堆叠阵列300的一个或多个扬声器阵列110或配置的模型，或所需声束特性的副产物，并且这可至少部分地通过处理430中的阵列和/或声束均衡或其他调节来补偿。另外，声场控制器120可基于用户偏好为音频信号提供用户可选择的选项或调节，诸如均衡、音调、平衡、延迟、增益等，并且此类调节可应用于处理430中的音频信号152。应当理解，音频信号152的任何特性、调节或处理不需要在一个驱动器210处与另一个驱动器210分开调节，可在处理430或系统处理420中的任一个处应用于声场控制器120中。通常应用于所有驱动器210的此类处理可统称为公共处理或系统处理。
在上述各种示例中，有时对一个或多个信号处理信道进行引用。应当理解，各种信号处理信道在本质上可以是数字的或模拟的，并且数字信号处理信道的具体示例可因此具有被替代的模拟对应，并且模拟信号处理可因此具有替代的数字对应。应当理解，信号从数字到模拟的转换，反之亦然，是本领域熟知的，并且此类转换可分别包括一个或多个数模转换器(DAC)和/或模数转换器(ADC)。在上述示例中，可包括这种转换，但不可讨论或示出转换。本领域的技术人员将理解如何根据需要进行此类转换以实现所讨论的示例。具体地讲，应当理解，声场控制器120中以及扬声器阵列110的一个或多个DSP 230信道中的处理可在数字域中进行，而提供给放大器或驱动器的信号(被处理、组合、放大等)可为模拟的。因此，可在例如DSP 230和放大器220之间提供DAC，以将经处理的数字信号转换为待放大的模拟信号。
已经在上文描述了至少一个示例的若干方面，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。此类改变、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的范围内。因此，上述说明书和附图仅是示例性的，并且本发明的范围应由所附权利要求书的适当构造以及其等同内容来确定。

Claims (20)

1.一种扬声器阵列，包括：
输入，所述输入用于接收音频信号和控制信号；
多个驱动器，所述驱动器中的每一个具有相同的尺寸和类型，并且被配置成将经处理的音频信号转换成声波；和
至少一个信号处理器，所述至少一个信号处理器耦接至所述输入并且被配置为接收所述音频信号和所述控制信号，并且被配置为向所述多个驱动器中的第一驱动器提供第一经处理的信号，所述第一经处理的信号部分地基于所述音频信号和从所述控制信号接收的第一参数，以及向所述多个驱动器中的第二驱动器提供第二经处理的信号，所述第二经处理的信号部分地基于所述音频信号和从所述控制信号接收的第二参数。
2.根据权利要求1所述的扬声器阵列，其中所述至少一个信号处理器包括至少一个增益部件，所述至少一个增益部件被配置为至少基于所述第一参数来控制由所述第一驱动器产生的所述声波的振幅，而与由所述多个驱动器中的其他驱动器产生的所述振幅无关。
3.根据权利要求1所述的扬声器阵列，其中所述至少一个信号处理器包括至少一个延迟部件，所述至少一个延迟部件被配置为至少基于所述第一参数来控制由所述第一驱动器产生的所述声波的延迟，而与同所述多个驱动器中的其他驱动器相关联的任何延迟无关。
4.根据权利要求1所述的扬声器阵列，其中所述第一参数和所述第二参数各自包括时间延迟、相位延迟、振幅、增益、均衡和有限脉冲响应中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的扬声器阵列，其中所述至少一个信号处理器被配置为提供频率范围基本上等于所述音频信号的频率范围的所述第一经处理的信号。
6.根据权利要求1所述的扬声器阵列，其中所述至少一个信号处理器被配置为向所述多个驱动器中的每一个提供不同的经处理的信号，所述多个不同的经处理的信号基于所述音频信号和从所述控制信号接收的多个参数。
7.根据权利要求1所述的扬声器阵列，还包括输出，所述输出被配置为将所述音频信号和所述控制信号的至少一部分提供至另一个声线阵列。
8.一种声学阵列，包括：
壳体；
输入，所述输入用于接收音频信号和控制信号；
多个声学换能器，所述多个声学换能器耦接到所述壳体，所述多个声学换能器中的每一个具有相同的尺寸和类型，并且被配置成将经处理的音频信号转换成声波；和
至少一个信号处理器，所述至少一个信号处理器耦接至所述输入并且被配置为接收所述音频信号和所述控制信号，并且被配置为向所述多个声学换能器中的第一声学换能器提供第一经处理的信号，所述第一经处理的信号至少部分地基于所述音频信号和所述控制信号，以及向所述多个声学换能器中的第二声学换能器提供第二经处理的信号，所述第二经处理的信号至少部分地基于所述音频信号和所述控制信号。
9.根据权利要求8所述的声学阵列，其中所述至少一个信号处理器包括至少一个增益部件，所述至少一个增益部件被配置为控制由所述第一声学换能器产生的所述声波的振幅，而与由所述多个声学换能器中的其他声学换能器产生的所述振幅无关。
10.根据权利要求8所述的声学阵列，其中所述至少一个信号处理器包括至少一个延迟部件，所述至少一个延迟部件被配置为控制由所述第一声学换能器产生的所述声波的延迟，而与同所述多个声学换能器中的其他声学换能器相关联的任何延迟无关。
11.根据权利要求8所述的声学阵列，其中所述控制信号包括多个参数，所述多个参数中的每一个包括时间延迟、相位延迟、振幅、增益、均衡和有限脉冲响应中的至少一者。
12.根据权利要求8所述的声学阵列，其中所述至少一个信号处理器被配置为提供频率范围基本上等于所述音频信号的频率范围的所述第一经处理的信号，并且所述第一声学换能器被配置为再现基本上等于所述音频信号的所述频率范围的频率范围。
13.根据权利要求8所述的声学阵列，其中所述至少一个信号处理器被配置为向所述多个声学换能器中的每一个提供不同的经处理的信号，所述多个不同的经处理的信号基于所述音频信号和从所述控制信号接收的多个参数。
14.根据权利要求8所述的声学阵列，还包括输出，所述输出被配置为将所述音频信号和所述控制信号的至少一部分提供至另一个扬声器阵列。
15.一种产生声学声场的方法，所述方法包括：
接收音频信号；
接收一个或多个阵列参数；
处理所述音频信号以根据所述一个或多个阵列参数提供多个经处理的信号；以及
向多个声学换能器中的至少一个提供所述多个经处理的信号中的每一个。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述一个或多个阵列参数包括时间延迟、相位延迟、增益、振幅、均衡和有限脉冲响应中的至少一者。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述一个或多个阵列参数包括多个延迟参数，并且处理所述音频信号以提供多个经处理的信号包括根据所述延迟参数延迟所述音频信号。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括在向所述多个声学换能器中的所述至少一个提供所述多个经处理的信号中的每一个之前，放大所述多个经处理的信号中的每一个。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述一个或多个阵列参数包括多个增益参数，并且放大所述多个经处理的信号中的每一个包括根据所述增益参数放大所述经处理的信号中的每一个。
20.根据权利要求15所述的方法，还包括将所述音频信号和所述一个或多个阵列参数的至少一部分提供至多个次级声学换能器。
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