CN111065033B - 扩音器布置 - Google Patents

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Abstract

一种示例性扩音器布置，包括：座椅，所述座椅被配置成支撑坐在所述座椅中的收听者，使得所述收听者的头部处于收听位置；以及扩音器阵列，所述扩音器阵列固定到所述座椅并且设置于在所述座椅的靠背前面并且当所述头部处于所述收听位置时在所述头部旁边的位置。所述扩音器阵列包括至少一个扩音器并且具有代表主广播方向的主广播轴线，所述扩音器阵列的所述主广播方向指向所述头部。

Description

扩音器布置
技术领域
本公开涉及扩音器布置。
背景技术
独立声音区(ISZ)系统(例如)可以在任何给定的空间虚拟源中或相互隔离的声区中产生，在这种背景中，也被称作“独立声音区”(ISZ)或简称为声音区。产生独立声音区已吸引了很多关注，不仅是因为有可能在各种各样的区域中提供不同的声源，而且尤其是因为有希望在声隔离区中进行电话扬声器通话。ISZ系统产生声波场，所述声波场在特定位置处产生声照射(增强)区(被称作亮区)并且在其他区域中产生声变暗(抑制)区(被称作暗区)。亮区与暗区之间的声对比度越大，特定区之间的串话消除(CTC)将越有效并且ISZ系统将表现得越好。
普通的ISZ系统在(例如)安装在车辆中时利用集成在座椅的头枕中的扩音器。因此，在收听者坐在座椅中时，所述扩音器设置于收听者头部的后面，这表示在大多数情况下在对应声音区的后端。这样在亮区中会导致非所要的声学性能，因为声音在从后面传来时不可避免地会被感知到，这样会给收听者造成不自然的声音印象。此外，因为声音在收听者的头部和肩膀处衍射，因此由于通过头枕中的扩音器辐射的声音的大量散射，可能会使CTC性能恶化。希望改进ISZ系统以及利用类似的扩音器布置的系统的性能。
发明内容
一种示例性扩音器布置包括：座椅，所述座椅被配置成支撑坐在所述座椅中的收听者，使得所述收听者的头部处于收听位置；以及扩音器阵列，所述扩音器阵列固定到所述座椅并且至少部分地设置于在所述座椅的靠背前面并且当所述头部处于所述收听位置时在所述头部侧面的位置。所述扩音器阵列包括至少一个扩音器并且具有代表主广播方向的主广播轴线，所述扩音器阵列的所述主广播方向指向所述头部。
在审查了以下详细描述和附图之后，其他布置、特征和优点将是或将变成本领域的技术人员显而易见的。希望所有此类额外布置、特征和优点包括在此描述内、属于本发明的范围内并且通过以下权利要求书来进行保护。
附图说明
参考以下图式和描述可以更好地理解所述布置。图式中的部件不必按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。此外，在图式中，相同的附图标记指示不同视图中的对应部分。
图1是坐在具有示例性声学头枕的座椅中的收听者的透视图；
图2是图1中绘示的情形的正视图；
图3是图1和图2中绘示的情形的俯视图；
图4是图1至图3中绘示的情形的侧视图；
图5是示出集成于壳体中并且具有单个扩音器的扩音器的示意图；
图6是示出集成于壳体中并且具有两个相同的扩音器的扩音器阵列的示意图；以及
图7是示出集成于壳体中的双向扩音器阵列的示意图。
具体实施方式
已发现，通过将扩音器设置在较靠近收听者的耳朵处，例如，通过将扩音器放在收听者头部的侧面位置，不仅可以在亮区中产生更自然的声音感觉，而且还可以实现更好的CTC性能。可以通过将房间的声学特性(例如，由硬反射表面的大小和位置限定)考虑在内来实现进一步改进。相应地设计的扩音器布置通过在声学上聚焦耳朵位置来改进亮区的声学特性并且通过减少在暗区内感知到的反射声能并且通过使用头枕扬声器的经改进的对准使得显著地减小由声音从收听者的头部和肩膀以及从房间的反射表面偏转导致的声学干扰来改进CTC性能。通过调整扩音器位置使之适于(亮和暗)声音区来实现对所述系统的消极的一面的改进。
图1是在收听者101坐在具有头枕102的座椅(未图示)中由此限定了收听者的头部103的收听位置时从收听者101的右前方观看的收听者101的透视图。两个扩音器阵列104和105(阵列105在图1中不可见)经由头枕102附接到座椅并且当头部103处于收听位置时设置于在座椅的靠背(未图示)前面并且在头部103的相对侧的位置。这表示扩音器阵列104和105设置于头部103的侧面，即，与头部103的耳朵106和107相邻(耳朵107在图1中不可见)。扩音器阵列104和105各自具有代表相应的主广播方向的主广播轴线(方向)108、109。两个扩音器阵列104和105的主广播方向指向头部103。在所示实例中，所述主广播方向尤其指向头部103的下巴110或嘴巴111。
扩音器阵列104和105可以直接地(未图示)或间接地(如图所示)固定到所述座椅。在所示实例中，由金属、塑料或任何其他适当的刚性材料制成的基本上u形的刚性薄片112从上往下套在头枕102上，出于乘客安全和/或舒适的原因，所述刚性薄片可以完全地或部分地覆盖有泡沫层或任何其他适当的柔软材料。更多或更少的u形支撑结构113在薄片112的背面上(即，在转动离开头部103的那面上)固定到薄片112，并且被设置成对位于头部103的侧面位置的扩音器阵列104和105提供支撑。可选地，所述支撑结构可以直接地固定到头枕102或座椅(例如，其靠背)。在所示实例中，支撑结构113包括多个(例如，五个)互连的部分，但可选地可以设计成一体式的，即，为单件式的。在另一个可选方案中，单件式或多件式支撑结构可以集成在靠背或头枕中。另外，所述支撑结构可以手动地或自动地、电气地、水力地或机械地倾斜、移动或缩回以便于收听者靠上去。扩音器阵列104和105可以集成在相应(通风或不通风)的壳体114和115中，所述壳体可以将扩音器阵列104和105固定到支撑结构113。
图2是图1中绘示的布置的正视图，其中z轴线由直线箭头Z指示，所述Z箭头与扩音器阵列105(另外地或可选地与104)的中点A相交(源自中点A)并且在垂直方向上延伸。y轴线由直线箭头Y指示，所述直线箭头Y源自扩音器阵列105(104)的中点A并且与扩音器阵列垂直地相交(垂直地延伸远离所述扩音器阵列)，并且z轴线与y轴线之间的角度α由曲线箭头指示。另外，扩音器阵列104、105的中点在图2中由点A和B绘示。中点A(以及中点B)就沿着z轴线的水平面来说可以对应于收听者的下巴110的水平面，并且具有所集成的扩音器阵列104、105的外壳114、115的大小可以被设定尺寸以允许收听者101具有不受阻碍的全景视野，而不会不利地影响亮区中的声学特性以及CTC性能。
另外，设置于此水平面处的扩音器阵列在操作中在收听者的头部处产生比在较高水平面(例如，在耳朵水平面)处的情况少的反射，这样导致更好的CTC性能。在另一个实例中，点A与点B之间的距离被选择为大于头枕102的宽度并且等于或小于座椅的靠背的宽度。所述距离可以是(例如)350mm以允许收听者101自由地并且安全地移动。由角度α表示的扩音器阵列105(104)的对应倾斜可以被选择为大约在0°与50°之间。角度α大体上对于亮区和暗区的分离是有点重要的，并且尤其是考虑到在建筑物中或房间的包层(例如，其天花板)中利用的材料和形状。举例来说，如果反射性硬表面(诸如玻璃)用在天花板中，那么声音反射的角度可以是使得声音经由在占用者的头部处以及在天花板处并且取决于其他占用者坐在这个房间中何处而发生的反射来从亮区传递到暗区。因此，角度α可以被选择为使得将在暗区处可感知到的反射降至最少。如果(例如)天花板不是反射性的(例如，无天窗)，那么角度α可以被选择为较大的，因为天花板的吸音特性(例如，顶篷中的吸音材料)使声音衰减并且因此减少传递到暗区的反射声能，这样会增强CTC性能。举例来说，角度α可以被选择为约20°。
图3是图1和图2中绘示的布置的俯视图，其中x轴线由直线箭头X指示，所述箭头X与扩音器阵列105(另外地或可选地与104)的中点A相交(源自中点A)并且在水平方向上延伸。y轴线同样由直线箭头Y指示，所述直线箭头Y与扩音器阵列105(104)的中点A相交(源自中点A)并且相对于x轴线成角度β(由曲线箭头指示)延伸远离扩音器阵列105(104)。扩音器阵列104、105的中点在图3中由点A和B绘示。中点A和B可以被设置成使得中点A与B之间的虚拟线与收听者的耳朵106、107相交以实现亮区性能与CTC之间的最佳平衡，这与布置在耳朵后面(即，较靠近头枕)的扩音器阵列形成对比，布置在耳朵后面会在亮区中展现出坏的声学特性但具有稍微好一点的CTC。就在x方向上设置于离头枕较远处的扩音器阵列来说，可感知到的甜蜜点区域也移动到前面，导致在亮区中较好的声学特性但具有稍微坏一点的CTC。从头枕到扩音器阵列的中间位置的距离可以是(例如)约130mm。
由角度β表示的扩音器阵列的对应倾斜可以是大约在0°与30°之间。这个角度对于亮区与暗区的分离来说有些重要，因为此倾斜允许在收听者的头部处在除了紧邻所述扩音器的占用者位置的方向以外的方向上反射声音。此倾斜角还允许扩大亮区并且有益于感知到的性能，即便头部朝向收听位置附近移动。此倾斜角还允许使收听者的头部可用的区域变宽。角度β可以是(例如)约15°。
图4是图1至图3中所绘示的布置的侧视图，其中结合x轴线与z轴线之间的倾斜角γ来绘示如上文结合图2和图3中描绘的x线轴和z轴线。由于扩音器阵列105(104)的方向性图(辐射特性)的旋转对称性，此倾斜角对区分离和CTC没有重大影响。
参看图5至图7，扩音器阵列104和105可以各自包括一个或多个扩音器。如图5中所示，在最小配置中，利用每阵列(和壳体502)一个扩音器501。出于成本和空间原因，可以采用此最小配置。在这种配置中，扩音器表面的中点形成阵列的中点A(B)，所述扩音器的中点可以放置于与沿着x轴线的收听者的耳朵的位置对应的位置。可以通过使用两个或更多个扬声器来进一步改进整个布置的性能。然而，在考虑关于扩音器数目的改进范围之后，已揭露每阵列两个扩音器提供最好的成本与性能比。如果每阵列603(和壳体604)两个扩音器601和602如图6中所绘示般使用，那么扩音器的中点A(B)的放置(完全在扩音器601与602之间)可以与沿着x轴线的收听者的耳朵的位置匹配。可选地，所述中点可以是扩音器601或602的中点。在另一个实例中，每阵列两个(或更多个)扩音器尽可能彼此靠近地放置。另外，每个扬声器可以任选地以其自己的密封的声学体积来操作，使得所述扬声器在最大的可能程度上不会干扰彼此。每阵列采用两个或更多个扩音器还允许使用波束成形算法来进一步改进亮区中的声学特性以及CTC性能。
在图7中所示的另一个实例中，具有不同的光谱特性的两个扩音器701和702形成集成于壳体704中的阵列703。为了改进不同声音区的低频分离，所述扩音器中的一者(例如，扩音器701)是较低频扩音器，诸如低音喇叭或合适的中音扩音器。另一个扩音器702可以是较高频扩音器，诸如合适的中音扩音器或高音喇叭。
在另一个实例中，扩音器702的中点可以形成阵列703的中点A(B)。在另一个实例中，阵列703的中点A(B)可以位于沿着x轴线接近于收听者的耳朵的位置处，而较低频扩音器701放置于沿着x轴线在收听者的耳朵的位置后面的位置，即，比扩音器702的位置更接近于头枕。在另一个实例(未图示)中，较低频扩音器也可以直接放置于头枕或靠背中，但可以指向收听者的耳朵位置。头枕以及更大程度上是靠背允许安装较大的扩音器，诸如较高功率较低频率的扩音器，所述扩音器可以(例如)在一些应用中利用，诸如独立声音区系统和道路噪声控制系统。
在另一个实例中，较低频扩音器701和较高频扩音器702尽可能彼此接近地布置。然而，归因于设计、安全或间距原因，可能希望将较接近于头枕的较低频扩音器移动到头枕或靠背中。扩音器位置的此改变可能会导致在低频率时CTC性能的恶化，但是这可以通过使用更强大的扩音器来克服并且因此归因于较低频扩音器与独立区的紧密接近而相比于普通布置提供对低频率性能的一些改进。
再次参看图1中所示的实例，支撑结构113在此处(如已经概述的)为多件式结构并且具有两个端件116和117，所述端件通过将壳体114、115包围在壳体114、115的所有侧面之内来用作具有所集成的扩音器阵列104和105的壳体114和115的载架，而正面被设计成使得所要的断开边缘出现，所述断开边缘不仅提高了乘客安全性而且还发现会在较高频率下在亮区中提供可感知到的更好的声学性能。还发现，具有深度5mm至10mm的硬断开边缘(无软成型)提供了良好的声学结果，并且对CTC无负面影响。波导119(120)布置于壳体114(115)与端件116(117)之间。壳体114(115)可以朝向端件116(117)内部移动。波导119(120)可以包括硬断开边缘以增强较高频率性能，例如，高达20kHz。
还参看图1，通过在独立声音区系统和具有类似要求的系统(诸如免提电话系统、车载通信系统、自动噪声控制系统等)中将一个或多个麦克风118集成于阵列、壳体和/或载架中，也可以实现改进，因为麦克风的位置紧密接近收听者的嘴巴或耳朵的可能位置，在图1中所示的实例中，所述位置是在壳体114、115上方在载架116、117的前部分与后部分之间的中间。取决于沿着x轴线的载架的位置，麦克风可以可选地设置于载架的前部分或后部分中。可选地，麦克风可以集成于壳体或扩音器阵列中，而非载架。如果一个或多个麦克风设置于头部的每一侧，那么这样允许在收听者转动她/他的头时避免所记录的语音声级的偏差。可以应用波束成形来进一步改进性能，由此增大有效的信噪比(SNR)。然而，由于麦克风位置在大多数情形中已完全在混响半径内，因此在大多数情况中每侧单个麦克风可以足够地运作。在一些实例中，麦克风(像扩音器)指向收听者的头部，例如，指向乘客的嘴巴。以此方式，壳体和/或载架的遮挡作用帮助抑制来自除了乘客的嘴巴之外的源的声音。
呈现对实施方案的描述以进行说明和描述。可以鉴于以上描述来执行对实施方案的合适的修改和改变或者可以通过实施所述方法来获得对实施方案的合适的修改和改变。所描述的布置的性质是示例性的，并且可以包括额外的元件和/或省去元件。
如本申请中所使用，按单数叙述并且前面具有词语“一个”或“一”的元件将被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非陈述了此类排除。此外，对本公开的“一个实施方案”或“一个实例”的提及不意欲被解释为排除也结合了所述特征的额外的实施方案的存在。术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并且不意欲对其对象施加数字要求或特定位置次序。
虽然已描述了本发明的各种实施方案，但是本领域的普通技术人员将显而易见，在本发明的范围内更多的实施方案和实现方式是可能的。明确地说，本领域的技术人员将认识到来自不同实施方案的各种特征的可互换性。虽然已在某些实施方案和实例的情形中公开了这些技术和布置，但是将理解，这些技术和系统可以在除了具体地公开的实施方案之外还扩展到其它实施方案和/或使用以及其明显的修改。

Claims (20)

1.一种扩音器布置，所述扩音器布置包括：
座椅，所述座椅被配置成支撑坐在所述座椅中的收听者使得所述收听者的头部处于收听位置；扩音器阵列，所述扩音器阵列固定到所述座椅并且当所述头部处于所述收听位置时至少部分地设置于在所述座椅的靠背前面并且在所述头部的一侧的位置，所述扩音器阵列包括至少一个扩音器并且具有代表主广播方向的主广播轴线，所述扩音器阵列的所述主广播方向指向所述头部的下巴或嘴巴；以及
具有沿着z轴线的水平面的中点，所述水平面对应于沿着所述z轴线的所述头部的下巴或嘴巴的水平面，所述z轴线与所述扩音器阵列和另一个扩音器阵列中的至少一者的中点相交并且在垂直方向上延伸；
其中所述扩音器阵列和所述另一个扩音器阵列中的至少一者在所述z轴线与y轴线之间倾斜了第一角度，所述y轴线与所述中点垂直地相交，并且所述z轴线与所述y轴线之间的所述第一角度是在0°与50°之间；
其中所述扩音器阵列和所述另一个扩音器阵列中的至少一者在所述y轴线与x轴线之间倾斜了第二角度，所述x轴线与所述中点和头枕相交并且在水平方向上延伸，并且所述y轴线与所述x轴线之间的所述第二角度是在0°与30°之间。
2.如权利要求1所述的布置，所述另一个扩音器阵列固定到所述座椅并且当所述头部处于所述收听位置时至少部分地设置于在所述座椅的所述靠背前面并且在所述头部的一侧的位置，使得所述扩音器阵列和所述另一个扩音器阵列设置在所述头部的相对侧，所述另一个扩音器阵列包括至少一个扩音器并且具有代表主广播方向的主广播轴线，所述另一个扩音器阵列的所述主广播方向指向所述头部的下巴或嘴巴。
3.如权利要求2所述的布置，所述布置还包括附接到所述座椅的头枕，其中所述扩音器阵列和所述另一个扩音器阵列中的至少一者经由所述头枕固定到所述座椅。
4.如权利要求2所述的布置，所述布置还包括支撑结构，所述支撑结构被配置成将所述扩音器阵列和所述另一个扩音器阵列中的至少一者固定到所述座椅。
5.如权利要求4所述的布置，其中所述支撑结构在所述座椅的头枕或所述靠背中是可倾斜的、可移动的或可缩回的。
6.如权利要求2所述的布置，其中所述扩音器阵列和所述另一个扩音器阵列中的至少一者集成在壳体中。
7.如权利要求6所述的布置，其中所述壳体具有至少两个单独的声学体积。
8.如权利要求1所述的布置，
其中所述中点是沿着所述x轴线处于与所述收听者的耳朵对应或在所述收听者的所述耳朵后面或在所述收听者的所述耳朵前面的位置。
9.如权利要求1所述的布置，所述布置包括具有相应的所述中点的所述扩音器阵列和相应中点的所述另一个扩音器阵列，其中所述扩音器阵列的所述中点与所述另一个扩音器阵列的所述中点之间的距离大于头枕的宽度并且等于或小于所述座椅的所述靠背的宽度。
10.如权利要求1所述的布置，其中所述布置具有被配置成实现所述收听者的不受阻碍的全景视野的上水平面。
11.如权利要求2所述的布置，其中所述扩音器阵列和所述另一个扩音器阵列中的至少一者包括两个相同的扩音器。
12.如权利要求11所述的布置，其中具有相同的扩音器的所述扩音器阵列和具有相同的扩音器的所述另一个扩音器阵列中的至少一者的中点由所述两个相同的扩音器之间的距离的一半或由所述两个相同的扩音器中的一者的中点限定。
13.如权利要求12所述的布置，其中所述扩音器阵列和所述另一个扩音器阵列中的至少一者还包括具有不同光谱特性的两个扩音器。
14.如权利要求13所述的布置，其中具有不同光谱特性的所述两个扩音器中的一者具有低频特性，而所述两个扩音器中的另一者具有高频特性。
15.如权利要求14所述的布置，其中具有不同光谱特性的扩音器的所述扩音器阵列和具有不同光谱特性的扩音器的所述另一个扩音器阵列中的至少一者的所述中点由具有所述高频特性的所述两个扩音器的中心限定。
16.如权利要求15所述的布置，其中具有不同光谱特性的扩音器的所述扩音器阵列和具有不同光谱特性的扩音器的所述另一个扩音器阵列中的至少一者的所述中点设置于与所述收听者的耳朵对应的位置处或设置于所述收听者的所述耳朵与所述座椅的头枕或所述靠背之间的位置处。
17.如前述权利要求中的任一项所述的布置，其中，所述扩音器阵列位于第一载架上的第一壳体中，所述另一个扩音器阵列位于第二载架上的第二壳体中，其中所述扩音器阵列、所述第一壳体和所述第一载架被配置成限定断开边缘从而产生波导，其中所述另一扩音器阵列、所述第二壳体和所述第二载架被配置成限定断开边缘从而产生波导。
18.如权利要求17所述的布置，所述布置还包括设置于所述扩音器阵列、所述另一个扩音器阵列、所述第一壳体、所述第二壳体、所述第一载架和所述第二载架中的至少一者中的至少一个麦克风。
19.如权利要求18所述的布置，其中，所述至少一个麦克风设置于所述第一壳体、所述第二壳体、所述第一载架或所述第二载架的上半部中。
20.如权利要求18或19所述的布置，其中，所述至少一个麦克风设置成与所述收听者的嘴巴或所述收听者的耳朵相邻。
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