CN112352440A

CN112352440A - 声学辐射再现

Info

Publication number: CN112352440A
Application number: CN201880095592.6A
Authority: CN
Inventors: D·A·埃德格伦; M·I·肯尼迪
Original assignee: Zound Industries International AB
Current assignee: Zound Industries International AB
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2021-02-09
Also published as: WO2020011372A1; EP3821616A1; CN118488357A; US11496849B2; US20210274300A1

Abstract

一种产生声学辐射图案的方法，所述方法包括：接收表示第一声学辐射图案的输入音频信号；基于输入音频信号来生成声学单极和声学偶极，其中生成声学单极和声学偶极是用以产生基本类似于第一声学辐射图案的第二声学辐射图案。

Description

声学辐射再现

技术领域

本申请涉及声学辐射产生。具体地，本申请涉及用于产生声学辐射图案（acousticradiation pattern）的方法和设备。

背景技术

在音频回放应用中，使用声音产生设备来回放一段音频。例如，可以通过家庭娱乐系统的扬声器单元来输出以电子文件编码的音乐记录。存在回放系统和扬声器的许多不同配置，其旨在向收听者提供高质量的音频回放。

许多声音记录技术涉及捕获声学辐射图案。此图案表示在强度和方向两者上由声学源（例如乐器）产生的声场。GB394325中描述了一种可以以其记录声学辐射图案的方式。在其发明人A.D. Blumlein之后，所描述的方法被称为“布鲁姆林录音（Blumleinrecording）”。此记录可以通过使用被配置成捕获声学源的声场（包括其方向性质量）的两个或更多扩音器来捕获声学源的空间或“真实方向性”印象。这本质上是一种模仿人类听力的方式，其中当声波到达我们的左耳和右耳中的每一个时，人类会检测到声场中的相位和强度差。然后，大脑可以使用这个来确定该声音从其到来的方向。

可以以电子信号来编码所捕获的音频，并且可以定义声场的左侧和右侧。布鲁姆林所提出的电立体声信号编码由现在的经典和简单关系来描述：

在这些关系中，“中间”信号表示立体图像的中心，并且“侧边”信号表示那个图像的边缘。在这些等式中，经编码的侧边信号的符号描述了模拟电信号的相位，由此暗示了左和右变量是由中间向量和侧边向量所定义的张量。上面的等式可以应用于从声学域注册的电子信号，并且具有固有的心理声学属性（当回放它们时收听者将如何感知它们），该属性取决于正在注册的扩音器如何关于彼此以及关于要捕获的声场而在几何上被放置。

虽然有许多声音记录和回放技术可用，但是在本领域中通常会忽略当生成音频以供收听者消费时准确地再现输入音频段的声学辐射图案。迄今为止，还不存在如何以准确的方式再现输入音频信号中携带的声学辐射图案的解决方案。

发明内容

本申请的发明人已经认识到：通过提供一种被设计成产生具有与以输入信号编码的形状相对应的形状的声场的音频输出方法和装置，而不是基于其他因素来选择信令方法和换能器配置，可以实现改进的声场再现。

根据本公开的一方面，提供了一种产生声学辐射图案的方法，所述方法包括：接收表示第一声学辐射图案的输入音频信号，基于输入音频信号来生成声学单极和声学偶极，其中生成声学单极和声学偶极是用以产生基本类似于第一声学辐射图案的第二声学辐射图案。

可选地，输入音频信号包括与第一声学辐射图案的左侧相对应的第一信号分量和与第一声学辐射图案的右侧相对应的第二信号分量。可选地，第一信号分量表示由第一记录设备捕获的第一声学辐射图案的记录，并且第二信号分量表示由第二记录设备捕获的第一声学辐射图案的记录。可选地，同时捕获由第一记录设备捕获的记录和由第二记录设备捕获的记录。可选地，第一和第二记录设备是扩音器。

可选地，所述方法包括基于第一信号分量和第二信号分量之和来生成声学单极。可选地，所述方法包括基于第一信号分量和第二信号分量之间的差来生成声学偶极。

可选地，第一声学辐射图案对应于立体声（binaural）录音。可选地，第一声学辐射图案对应于布鲁姆林录音。

可选地，所述方法包括在第一换能器处生成声学单极，并且在至少一个第二换能器处生成声学偶极。可选地，第一换能器包括低音扩音器或全音域驱动器（full-rangedriver）。可选地，至少一个第二换能器包括第一源和第二源，所述第一源和第二源被配置成在彼此基本上相反的方向上发射声学辐射。可选地，第一和第二源之间的距离大约是第一声学辐射图案的代表性波长的一半。可选地，基于预定频率范围来确定第一与第二源之间的距离。可选地，预定频率范围大约是300Hz至6000Hz。

可选地，至少一个第二换能器包括被配置成生成第一和第二源两者的声学辐射的中音驱动器（midrange driver）。可选地，至少一个第二换能器包括：被配置成生成第一源的声学辐射的至少一个第一中音驱动器、以及被配置成生成第二源的声学辐射的至少一个第二中音驱动器。可选地，至少一个第二换能器包括：被配置成生成第一源的声学辐射的至少一个第一高音扩音器、以及被配置成生成第二源的声学辐射的至少一个第二高音扩音器。

可选地，生成声学单极和声学偶极包括使用均衡（equalisation）来控制声学单极的幅度与声学偶极的幅度的比。可选地，第二声学辐射图案与第一声学辐射图案基本相同。可选地，所述方法进一步包括从设置在相同扬声器箱体中的源生成声学单极和声学偶极。可选地，第二声学辐射图案是在扬声器箱体周围的任何位置中以基本相同的音量由收听者可感知的。

根据本公开的另一方面，提供了一种扬声器设备，所述扬声器设备包括：接口，其被配置成接收表示第一声学辐射图案的输入音频信号，第一换能器和至少一个第二换能器，其被配置成基于输入音频信号来生成声学单极和声学偶极，其中第一和第二换能器被配置成生成声学单极和声学偶极，以产生基本类似于第一声学辐射图案的第二声学辐射图案。

可选地，第一和第二换能器被配置成基于第一信号分量和第二信号分量之和来生成声学单极。可选地，第一和第二换能器被配置成基于第一信号分量和第二信号分量之间的差来生成声学偶极。

可选地，第一换能器被配置成生成声学单极，并且至少一个第二换能器被配置成生成声学偶极。可选地，第一换能器包括低音扩音器或全音域驱动器（full-rangedriver）。可选地，至少一个第二换能器包括第一源和第二源，所述第一源和第二源被配置成在彼此基本上相反的方向上发射声学辐射。可选地，第一和第二源之间的距离大约是第一声学辐射图案的代表性波长的一半。可选地，基于预定频率范围来确定第一源与第二源之间的距离。可选地，预定频率范围大约是300Hz至6000Hz。

可选地，扬声器设备进一步包括控制单元，所述控制单元被配置成使用均衡来控制声学单极的幅度与声学偶极的幅度的比。可选地，第二声学辐射图案与第一声学辐射图案基本上相同。可选地，第一和第二换能器被设置在相同扬声器箱体中。可选地，第二声学辐射图案是在扬声器箱体周围的任何位置中以基本相同的音量由收听者可感知的。

附图说明

现在将参考附图来描述本公开的示例性实施例，在附图中：

图1示出了示例声学辐射图案；

图2示出了产生声学辐射的方法；

图3示出了执行信号处理的方法；

图4示出了中间信号和侧边信号的均衡的示例；

图5示出了具有单极扬声器和偶极扬声器的扬声器设备的示意示例；

图6示出了具有单极扬声器和偶极扬声器的另一扬声器设备的示意示例；

图7示出了图6的扬声器设备的代表性描绘；

图8示出了具有三个单极扬声器的扬声器设备的代表性描绘；

图9示出了具有三个单极扬声器的另一扬声器设备的代表性描绘；

图10示出了具有三个单极扬声器的另一扬声器设备的代表性描绘；

图11示出了具有三个单极扬声器的另一扬声器设备的代表性描绘；

图12示出了具有四个单极扬声器的扬声器设备的代表性描绘；以及

图13示出了具有单极扬声器的多个阵列的另一扬声器设备的代表性描绘。

遍及说明书和附图，相似的参考数字指代相似的部分。

具体实施方式

如上面所讨论的，可以就“中间”和“侧边”信号来描述声学源的声学辐射图案。图1示出了此类声学辐射图案100的示例。声学辐射图案100包括表示声学辐射图案100的中心的“中间”部分102。声学辐射图案100还包括：表示声学辐射图案100的一个边缘的第一侧边部分104和表示声学辐射图案100的另一边缘的第二侧边部分106。

可以以多个方式来注册声学辐射图案100。例如，可以进行如GB394325中所描述的布鲁姆林录音。在一些实施例中，可以如本领域中已知的那样进行立体声录音。在其他实施例中，可以使用可捕获声学辐射图案100的其他记录技术。例如，真实的立体声录音或人工的立体声录音也将是合适的。

可以使用上面描述的布鲁姆林等式来将所捕获的声学辐射图案100编码成电信号，以提供左信号和右信号。可以将结果得到的电信号提供到音频输出设备，以用于回放给收听者。在本领域中常见的立体声标准中，左信号和右信号分别被馈送到两个单极扬声器中，从而为收听者的每只耳朵提供刺激。

然而，本申请的发明人已经考虑到的事物是，声学辐射图案100的中间部分102和侧边部分104、106表示两个正交的音频通道，该音频通道驻留在相同的空气空间中并且将由收听者使用两只耳朵来处理。认识到这个正交性允许将声学辐射图案100描述为两个声学源：表示中间部分102的单极和表示侧边部分104、106的偶极。声学单极是从其原点在所有方向上生成声音的声学源。声学偶极是以反相（antiphase）在两个相对的半球中生成声音的声学源。可以将其想象为从相同点但是在相反的方向上进行作用的两个单极。迄今为止，在本领域中还没有领会到，所捕获的声学辐射图案100可以由单极和偶极来表示。通过生成分别表示中间部分102和侧边部分104、106的声学单极和声学偶极，可以为收听者准确地再现声学辐射图案100。

图2示出了根据上面描述的原理来产生声学辐射图案的方法200。在步骤202处，接收表示第一声学辐射图案的输入音频信号。在本公开中，音频信号可以是可由声学换能器转换成声压的任何信号，诸如电信号或无线非声学信号。可以以本领域中已知的任何适当方式来接收音频信号。例如，可以从便携式或非便携式电子音频设备来接收它。此类音频设备的非限制性示例是高保真立体声、智能电话、MP3播放器、FM/AM或DAB收音机等。音频信号可以以无线方式来接收，例如经由蓝牙或者经由物理手段（诸如，电缆）。

在步骤204处，基于输入音频信号来生成声学单极和声学偶极。在一些实施例中，包括左侧分量和右侧分量的输入音频信号被转换成单极信号和偶极信号，如将关于图3所描述的。然后，可以基于这些信号来生成声学单极和声学偶极，其中单极信号表示第一声学辐射图案的中间部分，并且偶极信号表示第一声学辐射图案的侧边部分。以这种方式，可以再现由输入音频信号携带的第一声学辐射图案。实际上，以如下特定目的来生成声学单极和声学偶极：即产生基本类似于第一声学辐射图案的第二声学辐射图案。迄今为止，这在本领域中尚未被尝试。在一些实施例中，有可能产生与第一声学辐射图案基本相同的第二声学辐射图案。

使用图2的方法，有可能在单个扬声器单元中再现经编码的声学辐射图案。已经发现的是，除了改进的立体声图像之外，对于大约50 dB_20µPa的声压水平（SPL），所产生的声学辐射可以被感知高达14dB更响，并且对于大约80 dB_20µPa的SPL，其可以被感知高达大约8dB更响。因此，该方法提供了改进的声音再现，特别是以音频信号编码的复杂的中间和侧边部分。

为了提供和优化上面提到的单极和偶极信号，可以在输入音频信号被传递到将产生声音的最终换能器之前将信号处理应用于该输入音频信号。图3中示出了执行此信号处理的方法300。

在步骤302处，接收输入音频信号。这可以以基本类似于图2中的步骤202的方式来完成。在此实施例中，输入音频信号包括两个分量。第一分量对应于第一声学辐射图案的左侧，并且第二分量对应于第一声学辐射图案的右侧。

左信号分量和右信号分量可以以多个方式来生成。在一个实施例中，左侧分量表示由第一记录设备捕获的第一声学辐射图案的记录，并且右侧分量表示由第二记录设备捕获的第一声学辐射图案的记录。第一和第二记录设备可以是扩音器，该扩音器可以在其中存在第一声学辐射图案的空间中彼此间隔开。记录设备可以同时捕获第一声学辐射图案，使得在两个不同的位置处捕获第一声学辐射图案。此类记录的一个示例是本领域中已知的立体声录音。如GB394325中所描述的，此类记录图案的另一示例是布鲁姆林录音。在其他实施例中，输入信号可以表示在计算上生成的声学辐射图案，其中左侧和右侧分量也是以本领域中已知的任何合适方式在计算上生成的。

使用上面讨论的等式，可以示出的是，可以从输入的左侧和右侧信号来生成单极和偶极信号。因为单极表示声学辐射图案100的中间部分102并且偶极表示侧边部分104、106，所以可以确定下面的关系：

如可以看到的，在中间和侧边信号与左和右信号之间存在因数为2的电平差。仅当考虑绝对电平时（例如，当数字流上的饱和可导致削波时），此电平差才是重要的。在这个实施方式中，并且因为两个向量对在两侧上被相等地影响，所以总体信令效果可以被写为：

在步骤304处，基于左侧信号分量和右侧信号分量之和来生成声学单极信号。这也可以被称为中间信号。在步骤306处，基于左侧信号分量和右侧信号分量之间的差来生成声学偶极信号。这也可以被称为侧边信号。

在步骤308处，基于中间信号来生成声学单极。在步骤310处，基于侧边信号来生成声学偶极。如将关于图5至图13所解释的，这可以使用换能器来完成。以这种方式，产生第二声学辐射图案，如关于图2所讨论的。

为了优化所生成的音频，可以处理中间和侧边信号。此处理被称为均衡，并且可以用来控制中间信号的幅度与侧边信号的幅度的比。可以基于多个因素来选择中间信号与侧边信号之间的比，该多个因素例如是将携带信号的换能器的特定箱体位置（即扬声器单元的声学配置）。图4中示出了均衡的示例。

如本领域中已知的，中间信号402和侧边信号404可以经受多频带动态范围压缩（DRC）。DRC减少了响亮声音的音量和/或放大了安静的声音，从而减小或压缩了音频信号的动态范围。在此实施例中，使用低频DRC 406和高频DRC 408来压缩中间信号。使用高频DRC410来压缩侧边信号。以这种方式，可以通过调整信号链的每个分支的输入与输出的阈值比来控制中间信号的幅度与侧边信号的幅度的比。这样做的另一个益处是，通过设置上限来保护换能器免受可能潜在有害的高幅度信号所影响。

经压缩的信号然后可以被传递通过数字滤波器，以创建用于多路换能器系统的分频器（crossover）。在此实施例中，低频压缩的中间信号传递通过低通滤波器（LPF）412，高频压缩的中间信号被传递通过高通滤波器（HPF）414，并且高频压缩的侧边信号被传递通过HPF 416。这对系统进行调谐以提供期望的SPL/频率响应，并且在于输出级处将侧边信号与中间信号进行合并之前调整侧边信号的截止频率。

然后，可以将压缩和滤波的信号用来创建适当的输出信号，以驱动每个换能器。图4示出了具有一个低频低音扩音器和两个高频换能器（诸如，全音域低音扩音器或高音扩音器）的有源扬声器的情况。在这个实施例中，增益418被应用于经低通滤波的中间信号，该中间信号可以作为低频输出420发送到低音扩音器。经高通滤波的中间信号可以被拆分成增益被应用于其的前部信号422和后部信号424。前部和后部信号422、424控制单极扬声器在扬声器箱体中的放置。例如，可以将较高电平应用到前部信号箱体设计，其指示这是必要的。增益426也被应用到侧边信号。将前部信号422与侧边信号426求和428，以提供前部高频输出430。确定后部信号424与侧边信号426之间的差432，以提供后部高频输出434。

除了上面讨论的优点之外，所描述的均衡方法还允许所生成的单极和偶极的总体SPL频率响应被单个地线性化。这确保了中间信号与侧边信号的信号完整性被遵守。例如，如果中间信号不需要对其频率响应特性进行与侧边信号相同的更改，则可以单个地对它们进行处理。将领会到的是，可以使用本领域中已知的其他均衡方法，并且图4中所示的处理仅是一个示例。

关于图3和图4描述的信号处理可以在扬声器单元的外部执行，其中最终的输出信号420、430和434以任何合适的方式被馈送到该单元。然后，可以将输出信号发送到生成音频单极和偶极的换能器。替代地，信号处理可以完全在扬声器单元内执行。在这种情况下，包括左和右分量的输入信号以任何合适的方式馈送到该单元。然后，可以在控制单元处对其进行处理，以提供最终的输出信号420、430和434，其被传递到扬声器单元中的换能器。在另一替代中，信号处理可以部分在外部执行和部分在内部执行。例如，左信号和右信号可以在扬声器单元外部被处理成中间信号和侧边信号。然后，中间和侧边信号可以以任何合适的方式被馈送到该单元，并且在控制单元处的扬声器单元内被处理，以针对换能器提供最终的输出信号420、430和434。

如本领域中已知的，可以在实施例中使用的换能器是将电信号转换成声音的换能器。可以使用产生单极声场的单极扬声器和产生偶极声场的偶极扬声器两者。此类换能器的示例是低音扩音器、超低音扩音器、中音扬声器和高音扩音器，但是可以使用可将输入电信号转换成声音的任何合适的换能器。可以使用不同的换能器配置来提供期望的单极-偶极配置。一些示例配置将在下面讨论。

换能器可以被布置在一个或多个扬声器单元中，但是在关于图5至图13描述的实施例中，采用了单个扬声器单元。也就是说，所有换能器被包含在单个扬声器箱体中。迄今为止，尚未实现可以以本文中所描述的方式准确地再现输入声学辐射图案的单个扬声器单元。这些扬声器单元包括前部挡板、后部挡板、两个侧边挡板、顶部挡板和底部挡板），从而给予扬声器长方体形状。本领域技术人员将领会的是，可以使用其他挡板配置，该配置使得换能器的适当放置能够创建期望的声学辐射图案。例如，还可以使用圆柱形扬声器单元。替代地，可以使用条形音箱来提供期望的声学辐射图案。

在一些实施例中，声学单极在第一换能器处生成，并且声学偶极在第二换能器处生成。在这些示例中，第一换能器可以是单极扬声器，并且第二换能器可以是偶极扬声器。单极扬声器是最常见的扬声器设计，并且可以用一路、二路或三路系统（即频率范围专用换能器）来实现。偶极扬声器是产生偶极声场的单个换能器。偶极扬声器通过直接从驱动器的前和后表面创建空气移动（作为声压波）来工作，而不是通过阻抗匹配一个或两个输出到空气来工作。驱动器的前和后表面可以被视为相应的声学辐射源。

图5示意性地示出了包括单极扬声器502和偶极扬声器504的扬声器设备500的示例。在实施例中，单极扬声器502是低音扩音器。在其他实施例中，单极扬声器502是全音域驱动器。在实施例中，偶极扬声器504可以是可在相反方向上生成声学辐射以便提供偶极声场的中音驱动器。将设想到的是，可以使用本领域中已知的任何其他合适的换能器来提供单极扬声器502和/或偶极扬声器504。单极与偶极的中心之间的距离应当尽可能小，以便更好地重现如它被记录的声音。

遵循布鲁姆林的简单等式，图5中所示的换能器可以在系统内旋转90°，并且馈送左和右信号，而不是上面的中间信号和侧边信号。在图6中示意性地示出了这个，其中单极扬声器602和偶极扬声器604被布置成沿着相同的轴线而面对。在图7中更具代表性地示出了这个。在所描绘的扬声器设备700中，两个全音域扬声器驱动器702、704被用作单极扬声器和偶极扬声器。它们彼此相对地安装，并且两个无源从属膜706、708用于所生成的单极的低频扩展。在一些实施例中，无源从属膜706、708仅用于单极。

图5至图7的配置表示简单的设计，其中仅需要两个换能器——单极扬声器和偶极扬声器来产生期望的声学辐射图案。替代地，可以使用单极扬声器来代替偶极扬声器，并且两个单极的相互作用将遵循上面描述的布鲁姆林等式来提供所要求的单极和偶极声学辐射图案100。

在本领域中已知的是，需要考虑偶极的源之间的箱体内部距离，这是因为如果该距离太小，则结果得到的频率将导致群组延迟和收听者的耳朵之间的相位差。因此，本领域技术人员将领会到，将偶极实现为两个单极可能是优选的，其中每个单极分别提供偶极的每一侧。也就是说，每个单极是在与偶极扬声器的每一侧相同的通路中的相应声学辐射源。

在本领域中还已知的是，如果此距离太大，则将发生由于相位差引起的信号消除。将左和右单极扬声器移动得彼此更靠近将改进偶极信号完整性，并且暗示两个单极可以安装在相同箱体中。在这里，推荐使用内部分区。

为了使收听者以最优方式来感知回放的音频，那个音频的频率应当在人类听力范围中。具体地，期望在大约300Hz和6000Hz之间的频率。频率的知识允许使用以下关系来确定音频的代表性波长，其中λ是音频的波长，c是声音在空气中的速度，并且f是音频的频率：

通过使用波长，可以确定偶极的第一与第二源之间的距离。已知的是，此距离应当大约为第一声学辐射图案的代表性波长的一半，以避免两个信号由于干扰而彼此抵消。因此，偶极的源之间的距离d可以通过以下关系来给出：

通过使用上面给出的频率范围，偶极的源之间的大约0.02至0.3m的距离范围可以确定为最优。这允许偶极的源被包含在相同箱体内。如果外部声学路径比所要求的更短，则还需要考虑箱体周围的折射。此折射取决于挡板边缘阻抗和信号波长与箱体尺度（dimension）的比。对于此特定配置，这通常发生在大约3 kHz至4 kHz的频率以下。在此频带以上，仅需要考虑直接膜辐射散布。

在图8至图13中代表性地示出了其中使用两个单极扬声器来提供偶极声音图案的配置的一些示例。在每个情况下，单极扬声器可以由低音扩音器、全音域扬声器或本领域中已知的任何其他合适的换能器来提供。偶极扬声器可以由扬声器的不同组合来提供，如将解释的那样。为了清楚起见，未图示每个换能器和通风口的所有需要的内部体积，并且将该内部体积视为针对其设计的基本声学知识。

图8示出了扬声器设备800，其中单极由面向箱体前部的低音扩音器802来提供。偶极由面向箱体前部的第一中音驱动器804和面向箱体后部的第二中音驱动器806来提供。在这个配置中，因为中音扬声器之一面向箱体前部，所以中音扬声器804、806将以适当的比来携带中间信号和侧边信号两者。扬声器设备800还包括面向箱体后部的无源从属辐射器808，以用于所生成的单极的低频扩展。

图9示出了扬声器设备900，其中单极由面向箱体前部的低音扩音器902来提供。偶极由面向箱体的一侧的第一中音驱动器904和面向箱体的另一侧的第二中音驱动器906来提供。在这个配置中，因为中音扬声器904、906安装在箱体的任一侧上，所以中音驱动器904、906的每个膜垂直于前部挡板来安装，并且因此表示所生成的偶极的单极，即它们将是异相的。因此，中音扬声器904、906将仅携带侧边信号。扬声器设备900还包括面向箱体后部的无源从属辐射器908，以用于所生成的单极的低频扩展。扬声器设备900的配置提供了更简单的声学设计，这是因为不需要混合中间和侧边信号，如针对图8中所示的扬声器设备800的情况那样。这简化了所要求的信号处理。

图8和9的配置优选地用于箱体中，其中外部尺度将占据一和两升之间。通过扩大扬声器单元的大小，可以增强单极的低频性能和所生成的声压水平。图8和9之间的差异类似于图5和6之间的差异，其中扬声器相对地旋转90°。

图10示出了基本类似于图8中所示的扬声器设备800的扬声器设备1000。扬声器设备1000包括面向箱体前部的低音扩音器1002以提供单极。偶极由面向箱体前部的第一中音驱动器1004和面向箱体后部的第二中音驱动器1006来提供。扬声器设备1000具有更大的箱体，以便增强单极的低频性能和所生成的声压水平。例如，扬声器设备1000的总箱体容量可以为大约2至5升，而扬声器设备800和900的总箱体容量可以为大约1至2升。此配置在低（低音）频率（例如大约60Hz频率）提供较高的SPL。

扬声器设备1000还包括代替无源从属辐射器808的通风口1008。通风口具有比无源从属辐射器更少的损耗，这给予了更均匀的滚降（roll-off）。然而，由于湍流，通风口显示更多的噪音，尤其是在较小箱体中。因此，无源从属辐射器可更适合于较小箱体（通常具有小于2升的总箱体容量的那些），而通风口可以用于较大设备中。

图11示出了类似于图10中所示的扬声器设备1000的扬声器设备1100。在这种情况下，单极由面向箱体前部的低音扩音器1102来提供。然而，偶极由面向箱体前部的第一高音扩音器1104和面向箱体后部的第二高音扩音器1106来提供。在这个配置中，高音扩音器1104、1106还将携带中间信号的上频带。

通过使用较大箱体并且采用更传统的三路扬声器驱动器配置，另外的配置是可能的，其中低、中间和高频带主要由相应的扬声器驱动器来产生。在许多情况下，低频率由低音扩音器产生，中音频率由中音扬声器产生，并且高频率由高音扩音器产生。

图12示出此类配置的示例。扬声器单元1200包括低音扩音器1202、前部中音驱动器1204、后部中音驱动器1206、高音扩音器1208和通风口1210。低音扩音器1202和高音扩音器1208用来提供单极，并且中音驱动器1204、1206用来提供偶极。将领会到的是，相应的驱动器可以用来携带中间和侧边信号的部分，使得中间信号不排他性地由低音扩音器1202和高音扩音器1208来携带，并且侧边信号不排他性地由中音驱动器1204、1206来携带。

在图13中示出进一步的示例配置，其中在阵列配置中采用了若干中音驱动器，以减小来自地板和天花板的垂直反射。扬声器单元1300包括低音扩音器1302、前部中音驱动器阵列1304、后部中音驱动器阵列1306、第一侧边中音驱动器阵列1308、第二侧边中音驱动器阵列1308、前部高音扩音器1312、后部高音扩音器1314和通风口1316。类似于图12的配置，低音扩音器1302和高音扩音器1312、1314主要用来提供单极，并且中音驱动器1304、1306、1308和1310用来提供偶极。偶极是由如下来生成的：通过安装在前部挡板上和相邻侧边挡板之一上的中音来再现侧边信号的一半，然后由安装在后部挡板和其余侧边挡板上的中音来再现反相的侧边信号。中音阵列1304、1306、1308和1310的配置将使声学单极和偶极两者的所生成的散布集中到水平面。

在这个配置中，中间信号仅能够通过安装在前部挡板或两侧上的换能器来再现。在后部挡板上增加高音扩音器对于单极和偶极两者的带宽是有益的（即，可以再现更多的带宽，并且因此存在中间和侧边信号的更好的再现）。偶极取向可以旋转或配置为双偶极或对称/半四极。如果将中音和高音扩音器对移动到垂直于前部挡板的壁，则需要调整中间和侧边信号之间的电平比。这个配置的优点是，声音的总体散布被改进，其中中间和侧边信号比以及中音阵列相位完全取决于期望的辐射图案。

除了单极-偶极再现之外，图13的配置将允许如下变型：该变型更适合于重新创建使用布鲁姆林扩音器录音技术所捕获的声学辐射图案。这被称为半四极辐射图案或“布鲁姆林对”。这可以通过生成彼此垂直配置的两个偶极来实现。这通过携带正的侧边信号的前部和后部中音阵列1304、1306和携带负的侧边信号的侧边中音阵列1308、1310来实现。特别地，在此实施方式中，箱体不需要具有立方体形状或任何其他常规形式，这允许提供进一步的设计选项。

除了上面讨论的声音水平的增加之外，已经发现的是，在扬声器箱体周围的任何位置中，由本文中公开的扬声器单元所产生的声学辐射图案是以基本相同的音量由收听者可感知的。这相比于当前系统提供了优势，在当前系统中，声音具有固有的方向性质量，并且收听者的感知会取决于其相对于扬声器单元的位置而被损害。

虽然已经详细地公开了特定的实施例，但是这仅仅是出于说明的目的而完成的，并且不意图是限制性的。特别地，要设想的是，可以在所附权利要求的范围内进行各种替换、变更和修改。而且，虽然本文中可以采用特定术语，但是它们仅在一般性和描述性意义上被使用并且不用于限制的目的。此外，如本文中所使用的，术语“包括/包括有”或“包含/包含有”不排除其他元件的存在。

Claims

1.一种产生声学辐射图案的方法，所述方法包括：

接收表示第一声学辐射图案的输入音频信号；

基于输入音频信号来生成声学单极和声学偶极；

其中生成声学单极和声学偶极是用以产生基本类似于第一声学辐射图案的第二声学辐射图案。

2.根据权利要求1所述的方法，其中输入音频信号包括：

对应于第一声学辐射图案的左侧的第一信号分量；以及

对应于第一声学辐射图案的右侧的第二信号分量。

3.根据权利要求2所述的方法，其中：

第一信号分量表示由第一记录设备捕获的第一声学辐射图案的记录；以及

第二信号分量表示由第二记录设备捕获的第一声学辐射图案的记录。

4.根据权利要求3所述的方法，其中同时捕获由第一记录设备捕获的记录和由第二记录设备捕获的记录。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中第一和第二记录设备是扩音器。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，包括基于第一信号分量和第二信号分量之和来生成声学单极。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，包括基于第一信号分量和第二信号分量之间的差来生成声学偶极。

8.根据任何前述权利要求所述的方法，其中第一声学辐射图案对应于立体声录音。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中第一声学辐射图案对应于布鲁姆林录音。

10.根据任何前述权利要求所述的方法，包括：在第一换能器处生成声学单极，并且在至少一个第二换能器处生成声学偶极。

11.根据权利要求10所述的方法，其中第一换能器包括低音扩音器或全音域驱动器。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述至少一个第二换能器包括第一源和第二源，所述第一源和第二源被配置成在彼此基本相反的方向上发射声学辐射。

13.根据权利要求12所述的方法，其中第一源和第二源之间的距离大约是第一声学辐射图案的代表性波长的一半。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中基于预定频率范围来确定第一源与第二源之间的距离。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中所述预定频率范围是大约300Hz至6000Hz。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中所述至少一个第二换能器包括被配置成生成第一源和第二源两者的声学辐射的中音驱动器。

17.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中所述至少一个第二换能器包括：

至少一个第一中音驱动器，其被配置成生成第一源的声学辐射；以及

至少一个第二中音驱动器，其被配置成生成第二源的声学辐射。

18.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中所述至少一个第二换能器包括：

至少一个第一高音扩音器，其被配置成生成第一源的声学辐射；以及

至少一个第二高音扩音器，其被配置成生成第二源的声学辐射。

19.根据任何前述权利要求所述的方法，其中生成声学单极和声学偶极包括：使用均衡来控制声学单极的幅度与声学偶极的幅度的比。

20.根据任何前述权利要求所述的方法，其中第二声学辐射图案与第一声学辐射图案基本相同。

21.根据任何前述权利要求所述的方法，包括从设置在相同扬声器箱体中的源生成声学单极和声学偶极。

22.根据权利要求21所述的方法，其中第二声学辐射图案是在扬声器箱体周围的任何位置中以基本相同的音量由收听者可感知的。

23.一种扬声器设备，其包括：

接口，其被配置成接收表示第一声学辐射图案的输入音频信号；

第一换能器和至少一个第二换能器，其被配置成基于输入音频信号来生成声学单极和声学偶极；

其中第一换能器和第二换能器被配置成生成声学单极和声学偶极，以产生基本上类似于第一声学辐射图案的第二声学辐射图案。

24.根据权利要求23所述的扬声器设备，其中输入音频信号包括：

对应于第一声学辐射图案的左侧的第一信号分量；以及

对应于第一声学辐射图案的右侧的第二信号分量。

25.根据权利要求24所述的扬声器设备，其中：

26.根据权利要求25所述的扬声器设备，其中同时捕获由第一记录设备捕获的记录和由第二记录设备捕获的记录。

27.根据权利要求25或26所述的扬声器设备，其中第一和第二记录设备是扩音器。

28.根据权利要求24至27中任一项所述的扬声器设备，其中第一和第二换能器被配置成基于第一信号分量和第二信号分量之和来生成声学单极。

29.根据权利要求24至28中任一项所述的扬声器设备，其中第一和第二换能器被配置成基于第一信号分量和第二信号分量之间的差来生成声学偶极。

30.根据权利要求23至29中任一项所述的扬声器设备，其中第一声学辐射图案对应于立体声录音。

31.根据权利要求23至29中任一项所述的扬声器设备，其中第一声学辐射图案对应于布鲁姆林录音。

32.根据权利要求23至31中任一项所述的扬声器设备，其中第一换能器被配置成生成声学单极，并且至少一个第二换能器被配置成生成声学偶极。

33.根据权利要求32所述的扬声器设备，其中第一换能器包括低音扩音器或全音域驱动器。

34.根据权利要求32或33所述的扬声器设备，其中所述至少一个第二换能器包括第一源和第二源，所述第一源和第二源被配置成在彼此基本相反的方向上发射声学辐射。

35.根据权利要求34所述的扬声器设备，其中第一和第二源之间的距离大约是第一声学辐射图案的代表性波长的一半。

36.根据权利要求34或35所述的扬声器设备，其中基于预定频率范围来确定第一与第二源之间的距离。

37.根据权利要求36中任一项所述的扬声器设备，其中所述预定频率范围是大约300Hz至6000Hz。

38.根据权利要求34至37中任一项所述的扬声器设备，其中所述至少一个第二换能器包括被配置成生成第一和第二源两者的声学辐射的中音驱动器。

39.根据权利要求34至37中任一项所述的扬声器设备，其中所述至少一个第二换能器包括：

40.根据权利要求34至37中任一项所述的扬声器设备，其中所述至少一个第二换能器包括：

41.根据权利要求23至40中任一项所述的扬声器设备，其中所述扬声器设备进一步包括控制单元，所述控制单元被配置成使用均衡来控制声学单极的幅度与声学偶极的幅度的比。

42.根据权利要求23至41中任一项所述的扬声器设备，其中第二声学辐射图案与第一声学辐射图案基本相同。

43.根据权利要求23至42中任一项所述的扬声器设备，其中第一和第二换能器被设置在相同扬声器箱体中。

44.根据权利要求43所述的扬声器设备，其中第二声学辐射图案是在扬声器箱体周围的任何位置中以基本相同的音量由收听者可感知的。