CN112689225B - 一种声学装置和音频系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及声学领域，特别涉及一种声学装置和音频系统，声学装置包括：扬声器驱动器和波导结构；波导结构环绕扬声器驱动器设置，波导结构具有：对应于从扬声器驱动器发出的直接行进到聆听位置的声音的第一频率响应，使得对扬声器驱动器发出的直接行进到聆听位置的声音添加头部相关传递函数，所述头部相关传递函数为从扬声器驱动器位置直接行进到聆听位置的声音提供高度提示，从而模拟来自聆听环境上方的声音；以及对应于从扬声器驱动器发出的需要经过反射行进到聆听位置的声音的第二频率响应，第一频率响应和第二频率响应的比值等于头部相关传递函数。
Description
技术领域
本申请涉及声学领域，特别涉及一种声学装置和音频系统。
背景技术
人耳接收到来自自然界发出的声音是来自多个方向的，但如果把这些声音记录后重放时，受限于扬声器的数量，通过扬声器重放的声音与原声源相比，就无法感知声音的方位，而如果想要重现特定方位的声音，如来自上方的声音，那么需要在聆听者上方额外设置扬声器才能够实现。
对此，如何通过不增加扬声器数量、不改变扬声器位置的前提下，重现其他方向的声音，成为待解决的难题。
发明内容
本申请实施例之一提供一种声学装置，其包括：扬声器驱动器和波导结构；所述波导结构环绕所述扬声器驱动器设置，且所述波导结构的表面形成多条沿着所述扬声器驱动器径向排布的曲线结构，所述扬声器驱动器被构造成播放环绕声音频或沉浸式音频中的至少一个；所述波导结构具有：对应于从所述扬声器驱动器发出的直接行进到聆听位置的声音的第一频率响应，使得对所述扬声器驱动器发出的直接行进到聆听位置的声音添加头部相关传递函数，所述头部相关传递函数为从所述扬声器驱动器位置直接行进到聆听位置的声音提供高度提示，从而模拟来自聆听环境上方的声音；以及对应于从所述扬声器驱动器发出的需要经过反射行进到聆听位置的声音的第二频率响应，使得从所述扬声器驱动器发出的需要经过反射行进到聆听位置的声音不具有高度提示信息，其中，所述第一频率响应和所述第二频率响应的比值等于所述头部相关传递函数。
在一些实施例中，所述第一频率响应为以第一角度偏离所述扬声器驱动器轴线时的第一离轴响应，所述第二频率响应为以第二角度偏离所述扬声器驱动器轴线时的第二离轴响应。
在一些实施例中，所述第二离轴响应为频域上的平滑曲线。
在一些实施例中，所述第一频率响应为以第一角度偏离所述扬声器驱动器轴线时的第一离轴响应，所述第二频率响应为多个角度偏离所述扬声器驱动器轴线时的平均响应。
在一些实施例中，所述第二频率响应对应于所述声学装置的功率响应。
在一些实施例中，所述声学装置的功率响应为频域上的平滑曲线。
在一些实施例中，所述扬声器驱动器为高频扬声器驱动器。
在一些实施例中，所述扬声器驱动器包括驱动器锥盆和锥盆防尘盖，所述波导套接在所述驱动器锥盆和所述锥盆防尘盖的外侧。
在一些实施例中，所述波导结构表面的每条曲线相对于所述扬声器驱动器的轴线对称分布。
本申请实施例之一提供一种音频系统，所述音频系统包括如上述的声学装置；所述音频系统用于处理包括执行软件指令的一个或多个计算机或处理设备混合、呈现和回放所述音频系统中的源音频信息。
附图说明
本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
图1是根据本申请一些实施例所示的声学装置的应用场景示意图；
图2是根据本申请一些实施例所示的声学装置的结构示意图；
图3是根据本申请一些实施例所示的波导结构的剖面结构示意图；
图4是根据本申请一些实施例所示的声学装置的频响图；
图5是根据本申请一些实施例所示的声学装置的应用场景示意图；
图6是根据本申请另一些实施例所示的声学装置的应用场景示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
本申请所描述的一个或多个实施例可以在音频或音频-视觉系统中实现，该音频或音频-视觉系统处理包括执行软件指令的一个或多个计算机或处理设备混合、呈现和回放系统中的源音频信息。
图1是根据本申请一些实施例所示的声学装置的应用场景示意图。
如图1所示，在一些实施例中，声学装置的应用场景100中包括声学装置110、聆听者120和聆听环境。
声学装置110是一种把音频信息(例如，包含音频信息的电信号)转变为声音的换能器件。声学装置110可以通过不同方式获取音频信息，例如，读取特定媒介(例如，硬盘、CD)上的存储资料，或者通过网络获取包含音频信息的网络数据等。示例性的声学装置110可以包括喇叭。在一些实施例中，声学装置110可以包括一个或多个喇叭，如依照立体声组建的2个喇叭的组合，依照家庭影院组建的2.1音响(3个喇叭)、5.1音响(6个喇叭)、7.1音响(8个喇叭)或7.1.4(12个喇叭)等。在一些实施例中，声学装置110发出的声波也可以看成是一个或多个喇叭叠加得到的。
聆听者120所听到的声音的品质和效果一定程度上取决于声学装置110的结构、聆听环境、以及声学装置110在聆听环境中的位置。仅仅为了方便描述，以下对从声学装置110发出声音到聆听者120听到的过程中，聆听者120在聆听环境内的位置不发生变化的情况进行描述。需要知道的是，通过利用本申请所描述的声学装置110及其与聆听环境的耦合，可以使得位于不同位置的聆听者都获得增强的沉浸式听音效果。
所述聆听环境可以指任何开放的、部分包围的或者完全包围的区域，诸如可以被用于单独回放音频内容或与视频或者其它内容一起回放、并且可体现在家庭、剧院、影院、演播室等中的房间。所述房间至少具备一个边界，该边界可以是天花板、地面或墙面等，进一步的，墙面还可以分别位于聆听者120的不同方位，例如前、后、左和右侧四面。这里所描述的房间的边界可以理解为对声音具有一定的反射和吸收的作用，且该反射和吸收作用会改变声音的频率分布。
在一些实施例中，应用场景100中还可以包括驱动声学装置110所需的数模转换器(DAC)和功率放大器(Amplifier)等，在本说明书中不做限制。
在一些实施例中，声学装置100可以用来播放不同类型的音频，例如，环绕声音频或沉浸式音频中的至少一个。环绕声音频通过多个声道或特定算法能够模拟出聆听者120前后空间方位的音频；沉浸式音频通过多个声道或特定算法能够还原聆听者120空间高度(上方或下方)的音频。在一些实施例中，为了给聆听者120提供逼真的高度和环绕的感受，可以在声学装置100产生声音的过程中引入头部相关传递函数实现。
这里所说的头部相关传递函数(Head—Related Transfer Function，HRTF，也称为双耳传输函数)可以描述声波从声源到双耳的传输过程。它可以模拟人的生理结构(如头、耳廓以及躯干等)对声波进行综合滤波的结果。例如，在实际应用中，可以利用声学装置110播放用HRTF处理过的信号(也可以描述为在源音频信号中添加HRTF)，或者通过声学装置110的结构对已经产生的声音进行调节以使得最终播放的声音中包含HRTF效果，来模拟出各种不同的空间听觉效果，从而模拟出声源在不同位置发出声音的效果。
在一些实施例中，HRTF可以表示为
其中θ为竖直方向的角度(仰角)，
为水平方向的角度，ω为声波的角频率。仰角θ可以反映声源在竖直方向上相对于聆听者120的位置，不同的仰角θ可以对应竖直方向上的不同的高度提示信息；水平角
可以反映声源在水平方向上相对于聆听者120的位置。
在一些实施例中，能够为聆听者120提供沉浸式听音效果的声音中不仅要包含源音频信息，还需要进一步添加头相关函数，来改变聆听者120感受到的声源的位置。仅仅出于说明的目的，源音频信息中包含的声音内容可以表示为x(ω)，聆听者120在聆听位置所听到的声音表示为y(ω)，在较为理想的情况下，聆听者120听到的声音可以表示为：
在源音频信号转化为声音，并进一步通过聆听环境传递到聆听者的过程中，原始的声音内容中应该增加一定的头部相关传递函数。例如，为了使聆听者120听到的声音中具备特定的头部相关传递函数，在一些实施例中，可以采用在电子域中主动添加头部相关传递函数。具体的，通过在源音频的数字信号中添加头部相关传递函数(如在源音频中加入头部相关传递函数或在原始音源解码过程中加入头部相关传递函数效果器等)，可以使得声学装置110产生的声音具备头部相关传递函数的效果。
仅作为示例，如图1所示，为了使声音具备高度提示信号，可以在电子域中对原始音频信息x(ω)添加头部相关传递函数，再由声学装置将添加头部相关传递函数后的信号转换为声音传递出去。
如图1所述，声学装置110的轴线与水平面夹角为70°，此时离轴角度为25°的声音(由声波114来表示)在聆听环境的上边界(天花板)经过一次反射后被聆听者120听到，离轴角度为70°的声音(由声波112来表示)会不经过反射，而直接被聆听者120听到。聆听环境对声音进行一次反射的效果可以等同于在声音中添加另一个头部相关传递函数。为了简洁起见，在电子域中添加的头部相关传递函数以及基于上边界反射而添加的头部相关传递函数可以都表示为
其表示含有仰角为45°的高度提示信息。再则，考虑到声学装置110上以25°偏离轴线的离轴响应(本申请所说的离轴响应可以理解为声学装置及其结构对偏离轴线一定角度而向外发射的声音具有一定的调节作用，该调节可以改变声音中的频率分布)可以表示为H25(ω)，以70°偏离轴线的离轴响应可以表示为H70(ω)，可以将该实施例中聆听者120听到的声音表示为：
为方便描述，公式(2)中H25(ω)可以近似看成是声学装置110的平轴响应，即H25(ω)可以近似成1，但由于播放环绕声音频或沉浸式音频的声学装置110并不是全向喇叭，故H25(ω)与H70(ω)会存在明显的差别，因此需要考虑并保留H70(ω)，此时公式(2)可以写成：
由于声波114传播到聆听者120的距离大于未经反射而直达聆听者120的声波112的传播距离，故声波114会滞后于声波112到达聆听者120。考虑到聆听者120的大脑会将某个声源的先到达声音解释为给出了该声源的方向，声波112所对应的声音成分，即上述等式中含有H70(ω)部分，由于其未经反射，因此会先达到聆听者120，其将决定聆听者120感知到的声音方向。但是由于其离轴角度较大，声学装置110施加在声波112上的离轴响应不可忽略，会影响头部相关传递函数的效果。而且，公式(3)中与声波114(经历一次反射的声音)对应的声音成分，即公式(3)中等号右边的第二项，由于存在头部相关传递函数的平方运算，会导致其与声波112产生明显差异，因此很难使得聆听者120感受到统一的声音效果。综上，该方案由于导致头部相关传递函数效果变差，所重现的声音中高度提示信息并不明显，且声音的保真度并不高。
除了上述在电子域中添加头部相关传递函数，本申请的一些实施例可以在声学域中添加头部相关传递函数，使得经过不同声学路径后传递到聆听者的声音具有相同或近似的头部相关传递函数，从而使聆听者能够感受到统一的声音效果。不同于上述在电子域中添加头部相关传递函数的方式，这里所说的在声学域中添加头部相关传递函数的方式可以通过设计声学装置的结构来实现。简单来说，通过设计声学输出装置的结构，可以使得声学输出装置的偏离不同轴线角度的离轴响应(例如，以70°偏离轴线的离轴响应，以25°偏离轴线的离轴响应等)具有等同或类似头部相关传递函数的效果。
图2是根据本申请一些实施例所示的声学装置的结构示意图。
参考图2，声学装置210包括扬声器驱动器211和波导结构213。在一些实施例中，该声学装置210可以适用于图1所示的应用场景100中，作为图1中的声学装置110。
需要说明的是，扬声器驱动器211为响应于电音频输入信号而产生声音的电声换能器，扬声器驱动器211可以通过任何适当的类型、几何形状、和大小实现，并且可包括号角、锥盆、带式换能器等。
在一些实施例中，声学装置210还可以包括固定扬声器驱动器211的结构，可以称之为箱体或壳体。在一些实施例中，在箱体上还可以设置多个扬声器驱动器211。
在一些实施例中，扬声器驱动器211可以是锥盆扬声器，其特点是结构简单，能量转换效率高。锥盆扬声器的分类方式包括基于频带的分类(高音、中音、低音等)以及基于材料的分类(如制浆、防弹纤维、高分子人造纤维等)，各类型的结构可以相同也可以不同。
扬声器驱动器211可以包括驱动器锥盆和锥盆防尘盖。驱动器锥盆可以在磁铁和音圈的带动下，将电信号转化为机械运动，通过驱动器锥盆带动空气运动，从而发出声音。为了避免灰尘和杂质等进入扬声器驱动器211内部，在驱动器锥盆中心处还设有锥盆防尘盖，可选的，在一些实施例中，锥盆防尘盖还具备远离驱动器锥盆方向的圆锥形外轮廓，以此提供一定程度上的相位校正功能。
在一些实施例中，除了上述的驱动器锥盆和锥盆防尘盖以及用于驱动的磁铁和音圈外，扬声器驱动器211根据其形式的不同，还可以具有其他结构，如带式扬声器中还可以包括带状振膜，在此不作限制。
波导结构213可以在一个或多个方向延伸，并且可以对在其上或其中传播的声波进行调节的结构。在一些实施例中，波导结构213环绕所述扬声器驱动器211设置。例如，所述波导结构可以套接在所述驱动器锥盆和所述锥盆防尘盖的外侧。
如图2所示，所述波导结构213的表面形成多条沿着所述扬声器驱动器211径向排布的曲线结构215。所述多条曲线结构215沿着扬声器驱动器211的轴线方向高低起伏，在扬声器驱动器211的周侧形成波浪形结构，其作用在于，当由扬声器驱动器211产生的声波经过该曲线结构215时，根据其不同的起伏，会对不同频率的声音造成不同的影响。具体的，这些曲线结构215中每一条距离扬声器驱动器211的轴线的距离决定了它们对声音产生影响的频率。这里所说的每一条曲线结构可以理解为波导结构213的表面凸起(沿着扬声器驱动器轴线方向向外延伸的类似于波峰的形状)或下凹(沿着扬声器驱动器轴线方向向内延伸的类似于波谷的形状)形成的结构。曲线结构215上凸起或下凹的幅度及其距离扬声器驱动器211的距离会影响扬声器驱动器211产生的沿着特定角度向外辐射的声音的频率分布。
在本实施例中，所述波导结构213表面的每条曲线相对于所述扬声器驱动器211的轴线对称分布，且波导结构213沿任意径向方向剖开得到的剖面均相同。
图3是根据本申请一些实施例所示的波导结构的剖面结构示意图。
图4是根据本申请一些实施例所示的声学装置的频响图。
图3是波导结构213沿径向的剖面示意图。如图3所示，波导结构213表面靠近扬声器驱动器的区域(即波导结构上靠近中心的区域)会形成高低起伏的凸起或下凹，远离扬声器驱动器的区域则会逐渐趋于平坦。以下选取曲线结构215上的下凹215a和凸起215b作为示例进行说明。需要知道的是，下凹215a或凸起215b沿着扬声器驱动器的周向方向环绕形成的曲线可以理解成是曲线结构215上的一条曲线结构。仅作为说明的目的，在沿着扬声器驱动器211的径向方向(即图中的x方向)上，下凹215a位于距离波导结构213的内边界1.2cm到1.5cm的范围内。下凹215a上最高点和最低点之间的垂直距离(即图中的y方向上的距离)大约为4cm。在沿着扬声器驱动器211的径向方向上，凸起215b位于距离波导结构213的内边界2.7cm到3.5cm的范围内。凸起215b的形状与半径约为4.3cm的圆弧形曲线类似，且凸起215b上最高点和最低点之间的垂直距离大约为5cm。可以理解，通过波导结构213上类似下凹215a和/或凸起215b所形成的曲线结构215，可以对以不同角度向外辐射的声音的频率分布进行调节，以达到预期效果。
图4显示出波导结构213对扬声器驱动器211所产生的声音的影响。扬声器驱动器211发出的声音的频率响应可以表示为410(为简单起见，将其假设成在频域内的水平线)，而波导结构213对偏离扬声器驱动器轴线的某一角度的离轴响应可以表示为420。需要知道的是，为了方便显示每条响应线的频率分布，图4中两条响应线之间的相对位置仅仅是出于说明的目的，并不代表实际情景中扬声器驱动器211发出的声音的频率响应和波导结构213的离轴响应的相对幅值大小。可以看出，在频率低于1kHz的范围内，波导结构对扬声器驱动器211发出的声音的频率响应的改变较小，可以忽略不计，而在频率高于2kHz的范围内，波导结构对扬声器驱动器211发出的声音的频率响应产生较大的影响。可以理解的是，根据波导结构213的不同曲线形状及其不同的相对于扬声器驱动器轴线的距离，扬声器驱动器发出的不同偏离角度的声音在经过波导结构213的调节后，会具有不同的频率响应曲线。这个过程也可以理解为，波导结构213可以为扬声器驱动器发出的不同方向的声音施加不同的频率响应。
在一些实施例中，为了满足其它条件下对扬声器驱动器产生的声音施加不同的频率响应，波导结构213表面的曲线结构还可以不相对于扬声器驱动器211的轴线对称分布。仅作为示例，可以根据实际场景，使扬声器驱动器211靠近天花板一侧的波导结构与扬声器驱动器211靠近两侧墙壁的方向的波导结构表面形成不同数量和/或形式的曲线，以使声音在不同扩散方向上具备不同变化。
在一些实施例中，波导结构213还可以是其他形式，如波导结构213为圆环形并具备弧线的截面，或波导结构213具备号角状轮廓。
如上所述，波导结构213可以为扬声器驱动器发出的不同方向的声音施加不同的频率响应。在一些实施例中，波导结构213为某个方向的声音所施加的频率响应可以与头部相关传递函数有关。例如，图3中的波导结构213可以使得，对所述扬声器驱动器211发出的直接行进到聆听位置的声音添加头部相关传递函数，所述头部相关传递函数为从所述扬声器驱动器211位置直接行进到聆听位置的声音提供高度提示，从而模拟来自聆听环境上表面的声音。在这个过程中，所述高度提示信息通过波导结构213对声音的调节和/或聆听环境边界对声音的反射来添加在扬声器驱动器所产生的声音中，使声学装置在无需安装于聆听环境的上表面时，依然能够使聆听者120感受到来自聆听环境上方的声音。后文中将采用不同聆听环境作为示例进行具体解释。
在一些其他实施例中，为了向聆听者120听到的声音中添加特定的声音效果，还可以同时利用波导结构213的形状在声学域添加头部相关传递函数，以及在扬声器驱动器211的电子域添加头部相关传递函数。
在一些实施例中，扬声器驱动器211可以为高频扬声器驱动器。由于头部相关传递函数在2kHz以上具有明显的效果，可以通过波导结构213仅将头部相关传递函数的效果添加到高频信号中。具体的，这里所说的高频扬声器驱动器可以用于重放频率范围大于1kHz，大于1.5kHz，或者大于2kHz的高频信号。示例性的高频扬声器驱动器可以是球顶形扬声器或铝带扬声器等。
在一些实施例中，由于人耳的声音定位机制与声音频率有关，例如，对低频信号靠相位差定位，对中频信号靠声强差定位，对高音则靠时间差定位，可以根据实际使用场景，针对不同扬声器驱动器211和波导结构213进行调整，以增加环绕声音频的环绕感或沉浸式音频的音效。
图5是根据本申请一些实施例所示的声学装置的应用场景示意图。
图5所示的应用场景200，包括聆听者120和声学装置210。在一些实施例中，声学装置210可以通过箱体或其他支撑结构，固定、放置或安装于聆听者120的前方或后方。
为了便于说明，应用场景200中包括的至少一个天花板。在一些其他实施例中，应用场景200中还可以包括地板，两侧墙壁，声学装置210、聆听者120后方墙壁中的一个或多个。可以理解的是，当应用场景200中存在天花板时，聆听者120可以听到的声学装置210产生的不需要经过反射而直接行进到聆听位置的声音，以及需要经过天花板反射后才能行进到聆听位置的声音。
声学装置210的波导结构可以具有：对应于从所述扬声器驱动器211发出的直接行进到聆听位置的声音的第一频率响应，即对应于声波212的第一频率响应。由于声波212以第一角度偏离所述扬声器驱动器211轴线，所述第一频率响应也可以叫做第一离轴响应。所述第一频率响应可以与头部相关传递函数有关。在这种情况下，可以理解的是，声学装置210的波导结构对声学装置210发出的声波212进行调节，对该直接行进到聆听位置的声音施加第一频率响应，其效果等效于对该直接行进到聆听位置的声音添加头部相关传递函数。所述头部相关传递函数可以为直接行进到聆听位置的声音(即声波212)提供高度提示，从而模拟来自聆听环境上方的声音。
进一步可选地，声学装置210的波导结构还可以具有：对应于从所述扬声器驱动器211发出的需要经过反射行进到聆听位置的声音的第二频率响应，即对应于声波214的第二频率响应。由于声波214以第二角度偏离所述扬声器驱动器211轴线，所述第二频率响应也可以叫做第二离轴响应。在一些实施例中，所述第一频率响应和所述第二频率响应的比值等于所述头部相关传递函数。
出于说明的目的，如图5所示的应用场景200中，声学装置210可以倾斜设置。扬声器驱动器211的轴线与水平面夹角为70°，此时离轴角度为25°的声音(即声波214表示的以第二偏离角25°偏离轴线的声音)在天花板经过一次反射后被聆听者120听到，离轴角度为70°的声音(即声波212表示的以第一偏离角70°偏离轴线的声音)不经过反射，而直接被聆听者120听到。聆听环境对声音进行一次反射的效果可以等同于在声音中添加另一个头部相关传递函数。
为了简洁起见，继续采用含有仰角为45°的高度提示信息的头部相关传递函数为作为示例。与图1中场景不同的地方在于，图5中没有在电子域中对源音频信息x(ω)添加头部相关传递函数。与图1中场景类似，声学装置210的第二离轴响应可以表示为H25(ω)，第一离轴响应可以表示为H70(ω)，如前文所述，所述第一频率响应和所述第二频率响应的比值等于所述头部相关传递函数，即：
聆听者120在聆听位置所听到的声音包括直接到达的声音和经过反射的声音，表示为：
其中，x(ω)·H70(ω)表示聆听者120在聆听位置听到的直接到达的声音，
表示聆听者120在聆听位置听到的经过反射的声音。
在一些实施例中，由于偏离轴线的角度较小，所述第二离轴响应H25(ω)可以近似为频域上的平滑曲线，即H25(ω)可以近似为扬声器的平轴响应，此时，H25(ω)＝1，则公式(5)可以简化为：
同样地，公式(4)可以转化为：
将公式(7)代入上述公式(6)，可以得到聆听者120在聆听位置所听到的声音为：
由公式(8)可以看出，聆听者120在聆听位置所听到的声音都是添加了头部相关传递函数的原始音频信息。进一步的，如前文中所提到的，聆听者120的大脑会将某个声源的先到达声音解释为给出了该声源的方向。在本实施例中，优先到达聆听者120的聆听位置的声音(即与第一离轴响应对应的声音)包含具备仰角45°的高度提示信息的头部相关传递函数，也就是说聆听者120通过其前方设置的声学装置可以感受到来自聆听空间上方的空间音效。而且，由于聆听者120先后听到的声音(即声波212和声波214)具有相同表达(相同的头部相关传递函数)，可以使得聆听者120感受到统一的声音效果，提升用户体验。
在一些实施例中，在应用场景300内可以设置多个该声学装置210，如两个声学装置210分别置于聆听者120左前方和右前方，用以提供环绕声，同时通过声学装置210的波导结构213使得环绕声具备高度信息。此外，在一些实施例中，声学装置210内还可以具备多个扬声器驱动器211，多个扬声器驱动器211中的一部分主要用于发出直接行进到聆听位置的声音，该声音可以在通过波导结构213的调节后具备高度提示信息。所述多个扬声器驱动器中另一部分主要用于发出需要经过反射后才行进到聆听位置的声音，该声音可以在经过反射后具备高度提示信息。这部分扬声器驱动器可以不面对聆听者120设置(如具备墙面或天花板时，这部分扬声器驱动器可以面对墙面或天花板)，以减少由于声波扩散而直接被聆听者120听到的部分，保证头部相关传递函数的效果。
需要知道的是，以上对声学装置210的描述仅仅是示例性的，并不限制声学装置210的结构及其在其它类似场景中的应用。例如，在一些可选的实施例中，在保证声学装置210的波导结构具有对应于直接行进到聆听位置的声音的第一频率响应的前提下，上述波导结构具有的第二离轴响应不是必须的，这种情况下，仍然可以确保聆听者先听到的声音中包含高度提示信息。
图6是根据本申请另一些实施例所示的声学装置的应用场景示意图。
图6所示的应用场景300，与图5类似，包括聆听者120和声学装置210，不同之处在于，应用场景300模拟了室内环境，即包括天花板、地面以及四周的墙面，在声音的扩散过程中，在遇到天花板、地面以及四周的墙面时均会发生反射。可以理解的是，聆听者120在应用场景300中可以听到声学装置210产生的不需要经过反射而直接行进到聆听位置的声音，以及需要经过天花板、地面以及四周的墙面反射后才能行进到聆听位置的声音。
声学装置210的波导结构213具有：对应于从所述扬声器驱动器211发出的直接行进到聆听位置的声音的第一频率响应，即对应于声波312的第一频率响应，可以表示为Hdir(ω)。由于声波312以第一角度偏离所述扬声器驱动器211轴线，所述第一频率响应也可以叫做第一离轴响应。所述第一频率响应可以与头部相关传递函数有关。在这种情况下，可以理解的是，声学装置210的波导结构对声学装置发出的声波312进行调节，对该直接行进到聆听位置的声音施加第一频率响应，其效果等效于对该直接行进到聆听位置的声音添加头部相关传递函数。所述头部相关传递函数可以为直接行进到聆听位置的声音(即声波312)提供高度提示，从而模拟来自聆听环境上方的声音。
进一步可选地，声学装置210的波导结构213还可以具有：对应于从所述扬声器驱动器211发出的需要经过反射行进到聆听位置的声音的第二频率响应，即对应于声波314(天花板反射)、声波315(墙面反射，包括后墙反射)以及声波316(地面反射)的第二频率响应，可以表示为HSP(ω)。由于声波314，315和316等分别对应于不同的偏离所述扬声器驱动器轴轴线的角度，在一些实施例中，所述第二频率响应可以是该多个角度偏离所述扬声器驱动器轴线时的平均响应，即所述第二频率响应可以综合反映波导结构213对扬声器驱动器211上以多个角度发射的声音的调节作用。
在一些实施例中，所述第一频率响应和所述第二频率响应的比值等于所述头部相关传递函数(简洁起见，继续采用含有仰角为45°的高度提示信息的头部相关传递函数为作为示例)，即：
考虑到应用场景300中没有在电子域对源音频信息x(ω)添加头部相关传递函数，聆听者120在聆听位置听到的声音可以表示为：
y(ω)＝x(ω)·Hdir(ω)+x(ω)·HSP(ω) (10)
其中，x(ω)·Hdir(ω)表示聆听者120在聆听位置听到的直接到达的声音，x(ω)·HSP(ω)表示聆听者120在聆听位置听到的经过反射的声音的总和。
将公式(9)代入公式(10)，可以得到：
通常来说，声学装置210的辐射功率可以体现声学装置210向所有方向，包括不同的偏离扬声器驱动器轴线的角度，的辐射情况。因此，在一些实施例中，综合反映波导结构213对扬声器驱动器211上以多个角度发射的声音进行调节的所述第二频率响应对应于所述声学装置210的功率响应。在一些实施例中，对扬声器驱动器211设计者来说，功率响应的目标是尽可能平滑，以提供尽可能平滑的聆听体验。在该前提下，考虑到为所有角度发射的声音提供平稳的响应，以确保良好的音质，第二频率响应HSP(ω)可以近似看成1，则公式(11)可以写成：
其中，
表示先到达聆听者120的声音，其中带有高度提示信息，而x(ω)表示后到达聆听者120位置的声音，其不具备高度提示信息但更加接近源音频的内容。因此由公式(12)可以看出，在该应用场景300下，虽然声学装置位于在聆听者120前方，但能够给聆听者120带来声音从聆听环境上方到达聆听者120的空间体验，同时声音信息的保真度高，聆听体验平滑。
需要知道的是，以上对声学装置210的描述仅仅是示例性的，并不限制声学装置210的结构及其在其它类似场景中的应用。例如，在一些可选的实施例中，在保证声学装置210的波导结构具有对应于直接行进到聆听位置的声音的第一频率响应的前提下，上述波导结构具有的第二离轴响应不是必须的，这种情况下，仍然可以确保聆听者先听到的声音中包含高度提示信息。
本申请实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)通过将声音效果添加在声学域中，相较于添加在电子域的方案，成本大大降低；(2)通过波导结构213的设置，保证了使用者能够明确的感受到头部相关传递函数所提供高度提示；(3)通过扬声器驱动器211和波导结构213的构造，使得接收到高度提示信息同时，声音信息的保真度高。
需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。
Claims (10)
1.一种声学装置，其特征在于，包括：
扬声器驱动器和波导结构；所述波导结构环绕所述扬声器驱动器设置，且所述波导结构的表面形成多条沿着所述扬声器驱动器径向排布的曲线结构，所述扬声器驱动器被构造成播放环绕声音频或沉浸式音频中的至少一个；
所述波导结构具有：
对应于从所述扬声器驱动器发出的直接行进到聆听位置的声音的第一频率响应，使得对所述扬声器驱动器发出的直接行进到聆听位置的声音添加头部相关传递函数，所述头部相关传递函数为从所述扬声器驱动器位置直接行进到聆听位置的声音提供高度提示，从而模拟来自聆听环境上方的声音；以及
对应于从所述扬声器驱动器发出的需要经过反射行进到聆听位置的声音的第二频率响应，使得从所述扬声器驱动器发出的需要经过反射行进到聆听位置的声音不具有高度提示信息，其中，所述第一频率响应和所述第二频率响应的比值等于所述头部相关传递函数。
2.如权利要求1所述的声学装置，其特征在于：
所述第一频率响应为以第一角度偏离所述扬声器驱动器轴线时的第一离轴响应，所述第二频率响应为以第二角度偏离所述扬声器驱动器轴线时的第二离轴响应。
3.如权利要求2所述的声学装置，其特征在于：
所述第二离轴响应为频域上的平滑曲线。
4.如权利要求1所述的声学装置，其特征在于：
所述第一频率响应为以第一角度偏离所述扬声器驱动器轴线时的第一离轴响应，所述第二频率响应为多个角度偏离所述扬声器驱动器轴线时的平均响应。
5.如权利要求4所述的声学装置，其特征在于：
所述第二频率响应对应于所述声学装置的功率响应。
6.如权利要求5所述的声学装置，其特征在于：
所述声学装置的功率响应为频域上的平滑曲线。
7.如权利要求1所述的声学装置，其特征在于：
所述扬声器驱动器为高频扬声器驱动器。
8.如权利要求1所述的声学装置，其特征在于：
所述扬声器驱动器包括驱动器锥盆和锥盆防尘盖，所述波导套接在所述驱动器锥盆和所述锥盆防尘盖的外侧。
9.如权利要求1所述的声学装置，其特征在于：
所述波导结构表面的每条曲线结构相对于所述扬声器驱动器的轴线对称分布。
10.一种音频系统，其特征在于：
所述音频系统包括如权利要求1～9任一项所述的声学装置；所述音频系统用于处理包括执行软件指令的一个或多个计算机或处理设备混合、呈现和回放所述音频系统中的源音频信息。
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