CN112655222A

CN112655222A - 具有一组非恒定曲率的音频播放装置

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Publication number: CN112655222A
Application number: CN201980053712.0A
Authority: CN
Inventors: 尤阿希姆·霍林; 克里斯多夫·孔贝; 克里斯汀·埃尔
Original assignee: L Acoustics SAS
Current assignee: L Acoustics SAS
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2021-04-13
Anticipated expiration: 2039-07-19
Also published as: US20210297772A1; CN112655222B; EP3824652A1; US11463807B2; FR3084230A1; FR3084230B1; WO2020016538A1

Abstract

本发明涉及一种用于播放音频的装置(300)，该装置包括单个箱体(310)，并且该单个箱体(310)中的叠置的至少两个的高频声源(320)，以及叠置的多个中频和/或低频声源(330)，该多个中频和/或低频声源被布置在高频声源(320)的左侧和/或右侧，该高频声源(320)被单独地耦合到波导(340)，以产生具有一组非恒定曲率的垂直波阵面。该装置(300)能够最小化声源之间的不连续性，使得能够播放高质量音频(无寄生波瓣)，以极大地降低了重量和制造成本，并且能够快速安装，与现有装置相反，不需要对每个声源相对于彼此进行角度调整。

Description

具有一组非恒定曲率的音频播放装置

技术领域

本发明涉及一种声音扩散装置，用于表演空间例如音乐厅或露天音乐节的舞台。

背景技术

现代音响系统的目标是确保对于观众的声音覆盖尽可能均匀，并且覆盖整个音频频谱(20Hz-20kHz)。

这涉及向观众传递的音量(dB SPL-分贝“声压级”)，优选地传递等效强度的音量，安装人员能够根据需要调节音量。还必须保证最佳的声音质量，即没有干扰。

为了实现这一点，通常在声音扩散装置或系统中增加声源。如果所有的声源都被布置在同一点上，则每个声源的贡献将正确地相加。但实际上，这是不可能的，因为声源具有不可忽略的体积。

此外，使用“点声源型”扬声器使得不能实现均匀声音强度的目的，因为该类型的产品的自然衰减是每增加一倍的距离衰减6dB。

为了获得更高的SPL，还可以组合件多个该类型的扬声器。对于观众来说，该布置产生了干扰声场，干扰声场的频率的半波长比元件所分隔开的距离短。

使用被称为“线声源”的扬声器使得能够通过以下方式来实现上述目的，即：大幅提高长距离传输声音强度的能力，同时仅通过将高频距离增加一倍仍然可以确保3dB的损耗，并且确保声场没有任何干扰。

“线声源”类型的扬声器包括：

·将低频扬声器和中频扬声器堆叠在一起，形成一条曲线，在扬声器之间留下阶部，该阶部小于每个扬声器需要再现的最小半波长；

·将高频扬声器(压缩马达)与矩形输出波导耦合，即使当两个马达之间的阶部远大于要再现的最小波长，该组合件也可以产生无干扰的等相线波阵面。

波导是一种物理装置，波导使得能够在输出端获得大致平坦的等相线波阵面。因此，波导的作用与压缩马达上的漏斗相同，主要区别是波导占用的空间较小。实际上，与声音扩散装置期望的紧凑性相反，在输出端获得的平坦的等相线波阵面需要无限长的漏斗。

另外，为了能够适应所有类型的观众并能够根据需要对观众的SPL的衰减进行建模，通常，这些扬声器以模块化的方式被设计为相对较小的元件，元件的高度总体上是最高的扬声器的高度。

然后，为了实现覆盖、强度和均匀的目的，每个扬声器能够以可变的方式相对于相邻的扬声器倾斜。

该角度的灵活性使得能够通过在元件之间以小角度或无角度堆叠大量的扬声器以将能量集中在一个方向(通常是远程观众)上，或者通过在元件之间以大角度组合件扬声器，使用很少的能量覆盖大的角形扇区。

然而，这种与小型可定向元件的模块化相关联的灵活性具有许多缺点：

-扬声器之间的具有可变角度的固定装置的增加，导致了更长的安装时间、额外的成本和额外的重量；

-需要大量木板以用于关闭每个元件的音量，这也会产生额外的成本和额外的重量；

-由于这些分隔板的存在以及组装所需的间隙，波阵面不连续，从而导致出现了偏移寄生波瓣。这些不受控制的波瓣例如可能造成舞台上的音乐家获得不希望得到的反馈(即Larsen)；和

-由于扬声器的一般梯形的截面而造成的音量损失(以便能够使扬声器相对于相邻元件倾斜而不放大波阵面的不连续性)。

因此，真正需要一种能够快速安装的简单的声音扩散装置，该声音扩散装置能够被调整为适合任何类型的观众，并且提供高质量的声音扩散(无寄生波瓣)。

发明内容

为了解决一个或多个上述的缺点，本发明涉及一种声音扩散装置，该声音扩散装置包括单个箱体，以及该单个箱体中的叠置的至少两个高频声源，以及叠置的多个中频和/或低频声源，该多个中频和/或低频声源被布置在高频声源的左侧和/或右侧，高频声源被单独地耦合到波导，以产生具有固定非恒定曲率的垂直波阵面。

更特别地，至少两个叠置的高频声源形成弯曲垂直堆叠。有利地，该弯曲垂直堆叠具有固定非恒定的物理曲率。每个高频声源都具有主发射方向。弯曲垂直堆叠的物理曲率显然与代表该弯曲垂直堆叠的轮廓曲线的弧的曲率相同。

高频声源的弯曲垂直叠堆的物理曲率的另一种定义也可以是由两个连续声源的主发射方向形成的连续角度。

对于大于或等于三的多个高频声源N，非恒定高频声源的弯曲垂直叠堆的物理曲率是由两个连续的高频声源的主发射方向形成的至少一个角度alpha_i的曲率，i是1到N-1之间的整数，角度alpha_i与其他角度alpha_n不同，因为n与i不同。

更准确地，固定高频声源的弯曲垂直叠堆的物理曲率是用户不能修改的曲率。

能够单独或结合使用的特征或特定的实施例包括：

·每个波导包括输出端，波导的输出端以完全连接的方式被布置，从而形成连续的波段；

·垂直波阵面的曲率是非恒定且固定的，并且其演变是单调的；

·高频声源在幅值和相位上被单独地电子控制，以便将产生的波阵面调整为以观众为扩散目标；

·在多个中频和/或低频声源中，至少有一个声源在中频范围内发射，声音扩散装置还包括：

o可定向襟翼，该可定向襟翼影响至少一个高频声源的声音发射，以根据选定的角形扇区产生高频声源的声音发射方向性，高频声源和在中频范围内发射的声源被配置为在共同的频率范围内发射；和

o至少一个数字信号处理器类型的控制模块，该控制模块作用于高频声源的目标信号和在中频范围内发射的声源的目标信号，以便在高频声源和/或在中频范围内发射的声源的至少一个幅值参数上，以及在高频声源和/或在中频范围内发射的声源的至少一个相位参数上应用共同的频率范围，从而根据与可定向襟翼产生方向性所选定的角形扇区相同的角形扇区，产生由高频声源和在中频范围内发射的声源形成的耦合的声音发射的方向性。

能够单独或与前述特征结合使用的另一个特征是，弯曲垂直叠堆的曲率具有单调级数。

能够单独或与前述特征结合使用的另一个特征是，声音扩散装置包括至少三个高频声源。

能够单独或与前述特征结合使用的另一个特征是，电子控制放大通道能够提供每个高频声源或多个高频声源，以及提供在多个中频和/或低频声源中的每个声源或多个声源。

为了覆盖远离舞台的观众，特别地，本发明涉及一种声音扩散装置，该声音扩散装置具有延伸范围，其中，高频声源的组合件产生总垂直开口角度小于或等于20°的声音发射的全局方向性。

为了覆盖靠近舞台的观众，本发明还涉及一种声音扩散装置，该声音扩散装置具有延伸垂直开口，其中，高频声源的组合件产生总垂直开口角度大于20°的声音发射的全局方向性。

为了覆盖更大范围的观众，本发明还涉及一种声音扩散组合件，该声音扩散组合件能够包括至少一个具有延伸范围的第一声音扩散装置和如上所定义的声音扩散装置，扩散装置的叠置使得产生的声音扩散组合件产生具有固定非恒定曲率的垂直波阵面。

换句话说，有利地，具有延伸范围的声音扩散装置能够被耦合并且与如上所述的另一个声音扩散装置组合件在一起。

特别地，具有延伸范围的声音扩散装置能够被耦合到相同的具有延伸范围的声音扩散装置。术语“相同的”应被理解为是“具有延伸范围”的声音扩散装置300_F的严格复制品，声音扩散装置具有完全相同的工艺、几何和物理特征。换句话说，具有延伸范围的声音扩散装置能够被均匀耦合。

扩散组合件包括至少一个具有延伸范围的第一声音扩散装置和如上所定义的声音扩散装置，所述声音扩散装置被叠置并形成具有固定非恒定物理曲率的弯曲垂直堆叠。

能够单独或与该组合件结合使用的特定特征或实施例包括：

·高频声源在幅值和相位上被单独地电子控制，以便将产生的波阵面调整为以观众为扩散目标，并补偿由该装置的组合件产生的可能的非单调性；和/或

·声音扩散组合件还包括固定构件，该固定构件被配置为使得每个声音扩散装置通过固定点而不用角度调整连接到分别位于上方或下方的声音扩散装置。

能够单独或与前述特征结合使用的该组合件的另一特征是，声音扩散组合件的不同声音扩散装置的高频声源在幅值和相位上被单独地电子控制，以便将产生的波阵面调整为以观众为扩散目标，并补偿由扩散组合件形成的弯曲垂直堆叠的物理曲率的可能的非单调性，该弯曲垂直堆叠是由组合件装置彼此组合件而产生的。

能够单独或与前述特征结合使用的另一特征是，高频声源在幅值和相位上被单独地电子控制，在多个中频和/或低频声源的幅值和相位上与电子控制相结合能够取决于所考虑的频率。

能够单独或与前述特征结合使用的另一特征是，多个电子控制放大通道中的每个能够提供声音扩散组合件的不同声音扩散装置的一个或多个高频声源中的一个或多个，以及声音扩散组合件的不同声音扩散装置的多个中频和/或低频声源中的一个或多个。

附图说明

通过阅读以下仅以示例的方式给出的描述并参考附图，将更好地理解本发明。在附图中：

-图1a和图1b示出了装备有声音扩散装置的舞台，该声音扩散装置被布置成标准立体声布置(图1a)或被调整扩散空间声音信号的布置(图1b)；

-图2示出了舞台、从侧面观看的观众的物理分布、以及观众的四个特征点的位置：混音室(FOH)、声音扩散装置的下方、后方以及上方；

-图3a和图3b分别示出了在声音扩散装置周围的声压场，该声音扩散装置包括产生不连续波阵面的、弯曲垂直堆叠的扬声器，以及相对于混音室中的声级为参考，在图2的四个特征点处由该声音扩散装置产生的声级。

-图4示出了根据本发明的第一实施例的声音扩散装置；

-图5a和图5b分别示出了根据图4的实施例的声音扩散装置周围的声压场，以及相对于混音室中的声级为参考，在图2的四个特征点处由该声音扩散装置产生的声级；

-图6示出了最大角度θ₀的演变，超过最大角度θ₀，寄生波瓣作为声源的水平函数出现，声音发射方向性的倾斜度受电子控制；

-图7a到图7e表示对扬声器的垂直堆叠执行数字仿真的结果；特别地：

o图7a示出了该堆叠在垂直平面上的物理部署和观众的两个特征点的位置：混音室(FOH)和观众的起点(邻近处)；

o图7b示出了在不应用电子控制的情况下，该部署的幅值在观众、舞台和天花板上的频率响应曲线；

o图7c示出了在不应用电子控制的情况下，并且在减去最小传播周期之后，该部署的相位在图7a的两个特征点处的频率响应曲线；

o图7d示出了在为了均匀的目的而应用电子控制之后，该部署的幅值在观众、舞台和天花板上的频率响应曲线；和

o图7e示出了在为了均匀的目的而应用电子控制端之后，并且在减去最小传播周期之后，该部署的相位在图7a的两个特征点处的频率响应曲线；

-图8a到图8e示出了对于扬声器的弯曲垂直堆叠执行的数字仿真的结果；特别地：

o图8a示出了该堆叠在垂直平面上的物理部署以及观众的两个特征点的位置：混音室(FOH)和观众的起点(邻近处)；

o图8b示出了在不应用电子控制的情况下，该部署的幅值在观众、舞台和天花板上的频率响应曲线；

o图8c示出了在不应用电子控制的情况下，并且在减去最小传播周期之后，该部署的相位在图8a的两个特征点处的频率响应曲线；

o图8d示出了为均匀的目的而应用电子控制之后，该部署的幅值在观众、舞台和天花板上的频率响应曲线；和

o图8e示出了在为了均匀的目的而应用电子控制之后，并且在减去了最小传播周期之后，该部署的相位在图8a的两个特征点处的频率响应曲线；

-图9a到9c示出了根据本发明的第二实施例对声音扩散装置执行的数字仿真的结果。特别地：

o图9a示出了该装置在垂直平面上的物理部署以及观众的两个特征点的位置：混音室(FOH)和观众的起点(邻近处)；

o图9b示出了在不应用电子控制的情况下，该装置的幅值在观众、舞台和天花板上的频率响应曲线；

o图9c示出了在不应用电子控制的情况下，并且在减去最小传播周期后，该装置的相位在图9a的两个特征点处的频率响应曲线；

o图9d示出了在为了均匀的目的而应用电子控制后，该装置的幅值在观众、舞台和天花板上的频率响应曲线；和

o图9e示出了在为了均匀的目的而应用电子控制后，并且在减去最小传播周期后，该装置的相位在图9a的两个特征点处的频率响应曲线；

-图10示出了“具有延伸范围”的声音扩散装置；

-图11示出了具有“延伸垂直开口”的声音扩散装置；

-图12示出了根据第一实施例的声音扩散组合件；和

-图13示出了根据第二实施例的声音扩散组合件。

定义

在说明书的其余部分中，“声音扩散装置”由一个或多个声源形成，声源的频率范围或频带可以相同或不同。

在本领域中经常被使用的且为任意的切割将至少部分覆盖了20Hz-20KHz的人类可听范围的声谱切割成三个或四个频带。高频带HF覆盖对应于高频声音的最高频率，通常在1kHz-20kHz的范围内。中频带MF覆盖中频，通常在200Hz-1kHz的范围内。低频带LF覆盖对应于低音的低频，通常在60Hz–200Hz的范围内。最后，对应于低音或超低音声音的超低频带TBF可选择地覆盖最低频率，通常频率低于60Hz。实际上，能够使用相同的部件来恢复LF和MF频带的信号。通常，声源能够在多个频率范围内发射，但在下文中将由声源的主要发射范围来定义。

在说明书的其余部分中，术语“观众”表示相对于舞台参加演出的听众或观众的物理分布。如图1a-图1b和图2所示，该物理分布能够具有不同的配置。

例如，在音乐厅中，观众2可能相对靠近舞台1，而在露天音乐节中，观众2可能分布更广泛。

观众2也可以在高度上分布，其中，观众可以位于地面Z0上，也可以呈阶梯式抬高或由任意相似的结构ZH抬高。

声音扩散的目标是由声音工程师根据观众确定的。这些目标与声音的分布和对于观众而言的声音质量有关。为此，声音工程师依靠频率响应曲线实现该目标，如图7b到图7e甚至图8b到图8e所示。在这些曲线图中，每条曲线代表声级(单位为dB)或相位(单位为度)，所述曲线是位于观众中的某一点处的听众所听到的频率的函数。

理想地，当扩散的声音对于全部观众而言都是均匀的(即相同的声级和相同的频率轮廓)，所有幅值的曲线都应该被叠置。然而实际上，观众的前部(靠近舞台)和后部(远离舞台)之间的声级趋于衰减。

因此，其中一个目标是使得所有曲线具有相同的形式(即相同的频率轮廓)并且彼此尽可能接近。存在的其他种类的目标，例如：

·在观众的前部和后部之间具有线性声级衰减，该衰减由规律间隔的曲线表示；或者还有

·在观众的第一部分中具有恒定声级，然后在观众的第二部分中声级线性降低，这将由第一组闭合曲线和第二组规律间隔的曲线表示。

此外，其中一个目标是由声音扩散装置发射出的声音信号的所有频率分量在同一时刻和同一相位到达观众的任意一点。

理想地，根据该目标，在减去最小传播周期后，相位的频率响应曲线应该全部与零相位水平轴线混合。

最小传播周期被定义为声压波从最接近的扬声器到达观众中的给定点处所花费的时间。

一旦定义了所需求的声音扩散目标，就必须选择使用一个或多个声音扩散装置。

每个声音扩散装置能够由三个主要技术特征来定义：声音扩散装置的总垂直开口、声音扩散装置的总水平开口以及声音扩散装置的范围。

术语“范围”表示通常位于舞台1的前部的声音扩散装置3与在观众2中正确(以清晰/连贯的方式)听到由该装置3扩散的声音的深度之间的距离。

术语“总开口”或方向性波瓣，通常表示在观察到6dB的损耗所处的角度的两倍，其对应于声音强度相对于相关声音装置的轴线(即垂直或水平)降低了50％。该轴线被定义为在所考虑的方向上声音强度最大的方向。

具体实施方式

图1a示出了标准立体声布置10，该标准立体声布置包括两个声音扩散装置3，两个声音扩散装置都位于舞台1上方的一个高度处，一个声音扩散装置位于舞台1的左侧L，另一个声音扩散装置位于舞台1的右侧R。图1b示出了布置100，该布置适于扩散空间声音信号并且包括四个声音扩散装置3。

每个声音扩散装置3包括扬声器的垂直堆叠，该垂直堆叠相对于彼此倾斜，以便使声音扩散装置3的整体垂直方向机械地向观众2的方向倾斜。

为了说明这种现象，在图2中，舞台1和该声音扩散装置3的侧视图使得能够看到呈虚线的、垂直于每个扬声器的轴线以及倾斜度，该倾斜度是观众2的目标区域的函数。因此，该装置3的安装非常复杂，因为必须确定每个扬声器之间的最佳倾斜角度，以便根据观众2确定关键点或中点，使得向观众2扩散的声音能够均匀分布。此外，该扬声器堆叠会产生不连续的波阵面。

图3a示出了在该装置3周围的特定频率为1324Hz的声压场，对应于在装置3的后面出现的声音强度的峰值。深灰色区域表示声压很大，因此，声级很大。相反，浅灰色区域表示声级减小。图3b示出了在观众的四个特征点处产生的声级：混音室(FOH)、该声音扩散装置的下方、后方以及上方，相对于混音室的声级。在这里，装置3包括具有可变曲率的12个扬声器的组合件，每个扬声器包括HF声源和两个MF声源，每个扬声器具有13mm厚的分隔板，并且每个扬声器之间的组装间隙约为5mm。与混合室中的声级相比，这些曲线图使得能够看到在声音扩散装置3的下方、后方、上方以及上方的显著的和不良的声级的存在。

为了解决这些安装问题以及在舞台1上存在寄生波瓣的问题，本发明的第一实施例涉及如图4所示的声音扩散装置300。

声音扩散装置300包括单个箱体310，并且在该单个箱体中，至少叠置两个高频声源320，以及叠置多个被布置在高频声源320的左侧和/或右侧的中频和/或低频声源330，高频声源320被单独地耦合到波导340，以便产生具有固定非恒定曲率的垂直波阵面。

至少两个叠置的高频声源形成弯曲垂直堆叠。有利地，该弯曲垂直堆叠具有固定非恒定的物理曲率。每个高频声源都具有主发射方向。弯曲垂直堆叠的物理曲率显然与代表该弯曲垂直堆叠的轮廓曲线的弧的曲率相同。

高频声源的弯曲垂直堆叠的物理曲率的另一种定义也可以是由两个连续声源的主发射方向形成的连续角度。

有利地，声音扩散装置300包括至少三个高频声源320。

对于大于或等于三的多个高频声源N，非恒定高频声源的弯曲垂直叠堆的物理曲率是由第i个到第i+1个连续高频声源320的主发射方向形成的至少一个角度阿尔法_i(alpha_i)的曲率，i是1到N-1之间的整数，角度alpha_i与其他角度alpha_n不同，因为n与i不同。

固定高频声源320的弯曲垂直叠堆的物理曲率是不适合用户修改的曲率。

有利地，每个波导340包括输出端，波导的输出端连接在一起以形成连续的波段，并因此形成连续的波阵面。

为了在不依靠电子控制的情况下获得令观众满意的声音分布，垂直波阵面的固定非恒定曲率最好是单调的。

图5a示出了在该装置300周围的声压场，该声压场在相同的1324Hz的特定频率下，并具有与图3a相同的颜色代码。图5b示出了相对于混音室的声级为参考，在观众的三个相同特征点处产生的声级。装置300被组成用于12个高频声源的堆叠的数字仿真，没有任何的分隔板或组装间隙，因此产生连续的波阵面。这些曲线图使得能够看到在声音扩散装置300的下方、后方以及上方不良声级的寄生波瓣的消失或强烈的衰减。

因此，该类型的声音扩散装置300能够实现，特别是由单个扬声器(即单个箱体310)中多个声源组合件来实现：

·最小化声源之间的不连续性，以减少或抑制寄生波瓣；

·通过抑制扬声器的堆叠中的声源之间存在的不同的水平面板以显著降低装置的重量和制造成本，还促进装置300的运输及其安装；和

·能够快速安装，不需要调整每个声源相对于彼此的角度。

实际上，高频声源的弯曲垂直叠堆的曲率是固定的，不能由用户调整。因此，用户不必为安装不同的声源而进行任何调整。

为了将产生的波阵面调整到扩散目标，高频声源320能够在幅值和相位上被单独地电子控制。

电子控制(或DSP-数字系统处理)能够调整组件的方向性波瓣的倾斜，而不需要对其进行物理倾斜。

为理解该现象，考虑N个点声源的垂直直线布置，点声源的间距为d，且具有高度为d的矩形声源的方向性，可以证明，在由声源的距离r和角度θ定义的布置的平面的任意点上，相对于投影轴线的声级SPL为：

其中k是对应于

的波数，f是所考虑的频率，以及c是在相关介质(此处为空气)中的声速。

通过对该布置的每个声源应用不同的相位调节，能够使得主声音波瓣倾斜θ₀角度。

以类似的方式可以证明，相对声级为：

不产生寄生波瓣的物理或电子调整也可以被考虑接受，因为相对于主波瓣，声音强度大于-12dB，并且声源的距离相同。

因此，可以证明存在最大角度θ₀，超过该最大角度，在上述定义的阈值处出现强度更大的寄生波瓣。该最大角度能够由以下公式表示为频率和声源声级的函数：

其中，x₀是方程式的解

为了接近观众，通常使布置的最后一个扬声器与水平方向成45度以上的角度。当该布置悬挂在很高的高度上时尤其如此，当该布置放置在舞台上方或场地的几何结构不允许低位安装时，可能会发生这种情况。

图6的曲线图描述了10kHz和16kHz两个频率的最大角度θ₀随每个声源的高度的变化。

需要注意的是，为了在10kHz时获得45°的角度θ₀，必须具有高度为10mm的单一声源，并且该声源在16kHz时只能够电子地倾斜27°。声源线的这种半离散化涉及大量的小型部件和带有DSP的放大通道，该解决方案似乎并不有利。

在同一张曲线图中示出了，对于30mm高的声源，在10kHz时最大角度θ₀为14°，在16kHz时最大角度θ₀为9°。

该声源能够在没有太多复杂性的情况下被使用，但是即使在10kHz时也不可能实现所述45°的角度，而不会在范围之外产生寄生波瓣。

由于这些原因，由使垂直直线的声源线电子弯曲组成的技术不能够获得与物理弯曲的声源线一样好的结果。

相比之下，140mm高的声源的线能够实现在10kHz时最大角度θ₀为3°，在16kHz时最大角度θ₀为2°。因此，为了堆叠高频声源而调整物理曲率与高频声源的单独电子控制的关联，在幅值和相位上结合或不结合低频和/或中频的单独电子控制，似乎是最佳解决方案。

以下数字模拟以更直观和定量的方式说明了这些不同配置的优点和缺点。

图7a到图7e示出了使用扬声器的垂直直线堆叠获得的仿真结果，该垂直直线堆叠包括位于同一水平面中的两个中频和/或低频声源之间的高频声源。在图7a中，从垂直直线堆叠开始的实线表示总覆盖的垂直开口。图7b示出了在声源上应用电子控制之前，由该垂直直线堆叠产生的幅值的频率响应曲线。深灰色的曲线对应于观众，浅灰色的曲线对应于舞台和天花板。图7c表示在声源上应用电子控制之前，并且在减去最小传播周期之后，在混音室(FOH)中以及在观众的起点(邻近处)，由该垂直直线堆叠产生的相位的频率响应曲线。图7d示出了在声源上应用了电子控制之后，由该垂直直线堆叠产生的幅值的频率响应曲线，曲线的颜色代码与图7b相同。图7e表示在声源上应用电子控制之后，并且在减去最小传播周期之后，在混音室和观众的起点计算得出由该垂直直线堆叠产生的相位的频率响应曲线。

图8a到图8e表示使用扬声器的弯曲垂直堆叠获得的仿真结果，该弯曲垂直堆叠包括位于同一水平面中的两个中频和/或低频声源之间的高频声源。在图8a中，从弯曲垂直堆叠开始的实线表示总覆盖的垂直开口。图8b示出了在优化每个声源之间的角度之后，以及在声源上应用电子控制之前，由该弯曲叠堆产生幅值的频率响应曲线，曲线的颜色代码与图7b相同。图8c示出了在优化每个声源之间的角度之后，在声源上应用电子控制之前，并且在减去最小传播周期之后，在混音室中以及在观众的起点，由该弯曲垂直堆叠产生的相位的频率响应曲线。图8d示出了在优化每个声源之间的角度之后，以及在声源上应用了电子控制之后，由该弯曲叠堆产生的幅值的频率响应曲线，并且曲线的颜色代码与图7b相同。图8e示出了在优化每个声源之间的角度之后，在声源上应用了电子控制之后，以及在减去最小传播周期之后，在混音室和观众的起点计算得出由该弯曲垂直堆叠产生的相位的频率响应曲线。

最后，图9a到图9e示出了使用如上所述的具有固定非恒定物理曲率的声音扩散装置300获得的仿真结果。在图9a中，从声音装置300开始的实线示出了总覆盖的垂直开口。图9b示出了由该装置300仅从固定非恒定物理曲率产生的幅值的频率响应曲线，并且曲线的颜色代码与图7b相同。图9c示出了在减去最小传播周期之后，在混音室中以及在观众的起点计算得出由该装置300仅从固定非恒定物理曲率产生的相位的频率响应曲线。图9d示出了通过DSP通道的声源，在幅值和相位上应用了电子控制之后，由该装置300产生的幅值的频率响应曲线，并且曲线的颜色代码与图7b相同。图9e示出了通过DSP通道的声源，在幅值和相位上应用了电子控制之后，在减去最小传播周期之后，在混音室以及观众的起点计算得出由该装置300产生的相位的频率响应曲线。

结果表明，图8a到图8e的解决方案提供了令人满意的整体响应，该响应在高频(曲线簇的幅值较小，且曲线相位较粗糙)下仍然是完全的。另一方面，舞台和天花板上的声级(图8b和图8d的浅灰色曲线中可见)具有大量的高频峰，其声级相当于观众的声级，这是有问题的。

图7a到图7e的垂直直线布置，其对于观众的覆盖仅由电子的方法获得(图7d和图7e的情况)，该布置对于观众导致了整体上令人满意的幅值上的频率响应。然而，在应用过大的幅值和相位的参数后，在仅以电子方式执行倾斜的情况下，舞台上的声级，特别是天花板上的声级，具有与观众声级相等的6KHz峰值，这与偏移寄生波瓣的出现相关。此外，相位曲线非常粗糙，并且声音信号的不同频率分量到达观众的时间延迟转化得很明显。

然而，由图9a到图9e的配置获得的结果在整个音频频谱上，在幅值和相位上都是令人满意的。在幅值和相位上应用了电子校正参数前后，舞台和天花板上的声级远低于观众的声级，并且相位曲线的波动很小。

另一种方法是提高对装置300的方向性和声音发射的质量的控制，并且与上述实施例兼容，添加可定向的襟翼。

为了实现这一点，在多个中频和/或低频声源中，需要至少有一个声源在中频范围内发射。然后，声音扩散装置300可以装备有作用于至少一个高频声源320的声音发射的可定向襟翼，以根据选定的角形扇区产生高频声源的声发射方向性，高频声源和在中频范围发射的声源被配置为在共同的频率范围下发射。

声音扩散装置还包括至少一个数字信号处理器类型的控制模块，该控制模块作用于高频声源的目标信号和在中频范围内发射的声源的目标信号，以便在至少一个高频声源和/或在中频范围内发射的声源的幅值参数上，以及至少一个在高频声源和/或在中频范围内发射的声源的相位参数上应用共同的频率范围，从而产生由高频声源和在中频范围内发射的声源形成的耦合的声音发射的方向性，该声音发射的方向性根据由可定向襟翼产生的方向性选择相同的角形扇区。

在文献EP3063950B1中描述了该实施例的不同变体。

取决于观众2的物理分布，具有如上所述的声音扩散装置300的两种特定类型可能是有利的。

如果声音扩散装置朝着远离舞台的观众或掠入射的观众发射，则定义了“具有延伸范围”的声音扩散装置300_F，其中，高频声源310的组合件产生具有总垂直开口角度小于或等于20°的整体声音发射方向性，如图10所示。这对应于相对较弱的固定非恒定曲率，由垂直于右侧装置上的低波长的线表示。

图10右侧的曲线图示出了由“具有延伸范围”的声音扩散装置300_F形成的高频声源310的弯曲垂直堆叠的物理曲率的级数另一种表示，相对于图10的子图，其中“具有延伸范围”的声音扩散装置300_F的曲率值由垂直于波阵面的线表示。该曲线图示出了在第i个声源和第i+1个声源之间的角度alpha_i的值的级数，i是从1到N-1的整数，N是高频声源310的数量。可以看出，对应于相对较低的固定非恒定曲率，两个最高的高频声源310之间的角度与两个最低的高频声源310之间的角度之间的距离(垂直方向)很小。在这种特定情况下，弯曲垂直堆叠的物理曲率是单调的。

对于声音扩散装置向靠近舞台的观众或后者分布在很大的垂直角度扇形区域的观众发射，定义了“具有延伸垂直开口”的声音扩散装置300_W，其中，高频率声源310的组合件产生具有总垂直开口角度大于20°的整体声音发射方向性，如图11所示。这对应于较大的固定非恒定曲率，由垂直于右侧装置上的较长长度的波阵面的线表示。

图11的右侧的曲线图示出了由“具有延伸垂直开口”的声音扩散装置300_W形成的高频声源310的弯曲垂直堆叠的物理曲率的级数的另一种表示，相对于图11的子图，其中“具有延伸垂直开口”的声音扩散装置300_W的曲率值由垂直于波阵面的线表示。该曲线图示出了由“具有延伸垂直开口”的声音扩散装置300_W形成的高频声源310的弯曲垂直堆叠的物理曲率的级数，即，第i个声源和第i+1个声源之间的角度alpha_i的值的级数，i是从1到N-1的整数，N是高频声源310的数量。可以看出，两个最高的高频声源310之间的角度与两个最低的高频声源310之间的角度之间的距离(垂直方向)大于图10中的距离，与图10中“具有延伸范围”的声音扩散装置300_F的情况相比，“具有延伸垂直开口”的声音扩散装置300_W具有更大的固定非恒定曲率。在这种特定情况下，弯曲垂直堆叠的物理曲率也是单调的。

对于需要更大的声音功率的观众2的物理分布的配置，或者对于更复杂的分布和/或更广泛的分布，声音扩散组合件至少包括“具有延伸范围”的第一声音扩散装置300_F和如上所定义并叠置的声音扩散装置300、300_F或300_W，如此生成的声音扩散组合件产生具有固定非恒定曲率的垂直波阵面，如图12所示。

换句话说，“具有延伸范围”的声音扩散装置300_F能够被耦合到如上定义的另一个声音扩散装置300、300_F或300_W，并且可以通过固定装置组装。

特别地，“具有延伸范围”的声音扩散装置300_F可以被耦合到“具有延伸范围”的相同的声音扩散装置300_F。

由如上所述的两个声音扩散装置的叠置形成的声音扩散组合件形成具有固定非恒定物理曲率的弯曲垂直堆叠。

为了补偿由图12和图13所示的装置组合件产生的可能的非单调性，高频声源在幅值和相位上能够单独地被电子控制。

特别地，这可以是由声音扩散组合件形成的弯曲垂直堆叠的物理曲率的非单调性。高频声源320和/或低频和/或中频声源330能够在幅值和相位上被电子控制，因此，使得能够调整由声音扩散组合件发射的声音波阵面为以观众为扩散目标。

实际上，“具有延伸范围”的两个装置300_F的叠置会产生曲率的不连续性，因此会产生非单调性，如图13中的阴影所示。

如图10和图11所示，图13右侧的曲线图表示由两个“具有延伸范围”的声音扩散装置300_F的组合件形成的高频声源310的弯曲垂直堆叠的物理曲率的级数的另一种表示，相对于图13的子图，该声音扩散组合件的曲率值由垂直于波阵面的线表示。在该图中，在声源7和声源9之间观察到角度的级数的非单调性，对应于由声音扩散组合件形成的弯曲垂直叠堆的物理曲率的级数的单调性的中断。在这种情况下，DSP控制使得能够重新调整由声音扩散组合件发射的声音波阵面以使其适应扩散目标。

最后，为了便于安装，有利地，扩散组合件能够包括固定装置，该固定装置被配置为使得每个声音扩散装置由固定点且不需要调整角度连接到分别位于上方或下方的声音扩散装置。

附图标记说明

1 舞台

2 观众

3 声音扩散装置

10 标准立体声布置

100 适于扩散空间声音信号的布置

300 声音扩散装置

300_F “具有延伸范围”的声音扩散装置

300_W “具有延伸垂直开口”的声音扩散装置

310 箱体

320 高频声源目标

330 低频或中频声源

340 波导

R 右侧

FOH 混音室(Front of House)

L 左侧

W 舞台的宽度

Claims

1.一种声音扩散装置(300)，所述声音扩散装置包括单个箱体(310)以及所述单个箱体(310)中的叠置的至少两个高频声源(320)，以及叠置的多个中频和/或低频声源(330)，所述多个中频和/或低频声源被布置在所述高频声源(320)的左侧和/或右侧，所述高频声源(320)被单独地耦合到波导(340)，并且根据具有固定非恒定物理曲率的弯曲垂直堆叠被布置。

2.根据权利要求1所述的声音扩散装置(300)，其中，所述高频声源(320)在幅值和相位上被单独地电子控制，以便将所产生的波阵面调整为以观众为扩散目标。

3.根据权利要求1或2所述的声音扩散装置(300)，其中，所述每个波导(340)包括输出端，所述波导的输出端以完全连接的方式被布置，以便形成连续的频带。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的声音扩散装置(300)，其中，所述弯曲垂直堆叠的物理曲率的级数是单调的。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的声音扩散装置(300)，其中，在所述多个中频和/或低频声源(330)中，至少有一个声源在中频范围内发射，所述声音扩散装置还包括：

可定向襟翼，所述可定向襟翼作用于至少一个所述高频声源的声音发射，以根据选定的角形扇区产生所述高频声源的声音发射方向性，所述高频声源和所述在中频范围内发射的声源被配置为在共同的频率范围内发射；和

至少一个数字信号处理器类型的控制模块，所述控制模块作用于所述高频声源的目标信号和所述在中频范围内发射的声源的目标信号，以便在所述高频声源和/或在所述中频范围内发射的声源的至少一个幅值参数上，以及在所述高频声源和/或在所述中频范围内发射的声源的至少一个相位参数上应用共同的频率范围，从而根据与所述可定向襟翼产生方向性所选定的角形扇区相同的角形扇区，产生由所述高频声源和在所述中频范围内发射的声源形成的耦合的声音发射的方向性。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的声音扩散装置(300_F)，所述声音扩散装置具有延伸范围，其中，所述高频声源(320)的组合件产生全局声音发射方向性，所述全局声音发射方向性的总垂直开口角度小于或等于20°。

7.根据权利要求1到5中任一项所述的声音扩散装置(300_W)，所述声音扩散装置具有延伸垂直开口，其中，所述高频声源(320)的组合件产生全局声音发射方向性，所述全局声音发射方向性的总垂直开口角度大于20°。

8.根据权利要求6所述的具有延伸范围的声音扩散装置(300_F)，其中，所述声音扩散装置能够由固定装置根据权利要求1到7中的任一项所述的第二声音扩散装置(300，300_F或300_W)从上方或下方耦合和叠置。

9.根据权利要求8所述的具有延伸范围的声音扩散装置(300_F)，其中，所述第二声音扩散装置与具有延伸范围的所述声音扩散装置(300_F)相同。

10.根据权利要求2到9中任一项所述的声音扩散装置，其中，电子控制放大通道适于提供每个所述高频声源或多个所述高频声源，以及提供在多个所述中频和/或低频声源中的每个声源或多个声源。

11.一种声音扩散组合件，所述声音扩散组合件包括至少一个根据权利要求8所述的具有延伸范围的第一声音扩散装置(300_F)和根据权利要求1到9中任一项所述的第二声音扩散装置(300，300_F或300_W)，所述第一声音扩散装置和所述第二声音扩散装置被叠置并形成弯曲垂直堆叠，并具有固定非恒定物理曲率。

12.根据权利要求11所述的声音扩散组合件，其中，所述高频声源(320)在幅值和相位上被单独地电子地控制，以便将产生的波阵面调整为以观众为扩散目标，并补偿由所述装置的组合件产生的可能的非单调性。

13.根据权利要求12所述的声音扩散组合件，其中，所述非单调性是由所述声音扩散组件形成的所述弯曲垂直堆叠的物理曲率的非单调性。