CN113170257B

CN113170257B - 具有共振结构的近场音频装置

Info

Publication number: CN113170257B
Application number: CN201880099726.1A
Authority: CN
Inventors: G.沃尔菲
Original assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Current assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2024-04-30
Anticipated expiration: 2038-12-18
Also published as: KR102562305B1; CN113170257A; EP3900392A1; KR20210104657A; WO2020125940A1

Abstract

一种扬声器设备包括至少一个第一扬声器(10、102)，所述至少一个第一扬声器被布置成与第二位置(P2)相比更靠近第一位置(P1)，其中所述至少一个第一扬声器(10、102)中的每一个声学地耦合至多个第一管状结构(30、301、302、303)。所述第一管状结构(301、302、303)中的每一个包括开口(40、401、402、403)，所述开口被布置成与所述第一位置(P1)相比更靠近所述第二位置(P2)，并且所述第一管状结构(301、302、303)中的每一个被配置为从所述至少一个第一扬声器(10、102)中的每一个接收声音并通过相应的开口(40、401、402、403)发出声音。所述第一管状结构(30、301、302、303)中的每一个的长度(l301、l302、l303)与每个其他第一管状结构的所述长度不同。

Description

具有共振结构的近场音频装置

技术领域

本公开涉及具有共振结构的近场音频装置，尤其涉及声共振器的不利影响的减轻以及声共振结构在近场音频装置中的应用。

背景技术

已知被佩戴在用户的身体上例如佩戴在用户的头部上、用户的肩部上或用户躯干上的任何地方的不同装置。这样的装置可以包含用于放声的放声装置或子组合件，其中当用户佩戴该装置时，至少一个扬声器被布置成靠近用户的至少一个耳部。由于其音频特征，以下将此类装置称为音频装置，尽管根据装置类型，这些音频特征可能不是该装置的主要特征并因此该装置可能通常不被称为音频装置。由于此类音频装置可以被设计为佩戴在用户的身体上，因此它们通常可以被称为可穿戴装置。然而，已知没有佩戴在用户的身体上但是仍然通过以下方式构造的其他装置：当用户使用此类音频装置时，音频装置中包含的至少一个扬声器被定位成靠近用户的至少一个耳部。在本文的上下文中，将至少一个扬声器靠近用户的耳部(例如，小于0.5m)放置的音频装置将称为近场音频装置。特别是如果这样的近场音频装置使耳部(包括耳道入口)至少部分地打开(未覆盖)，则低频声音的产生需要相对较高的空气量排量。尽管这对于具有足够大小和构造的扬声器通常是可行的，但是包括这种扬声器的音频装置的整体尺寸可能会很大。如果需要小尺寸的音频装置，则可以采取不同的措施以增加声压，尤其是在音频装置覆盖的声音频谱的低频端。已知可以增加最初由声源(例如扬声器)产生的声压的声共振结构。例如，这样的结构可以被集成在被称为低音反射扬声器、传输线扬声器或喇叭扬声器的扬声器系统的箱体中。可比较的共振结构可以集成在近场音频装置中，从而将至少一个扬声器和共振结构的至少一个输出端放置成靠近用户的至少一个耳部。通过这种紧密放置，可以产生具有共振结构的这种近场音频装置的特定的有益但也不利的特性。在下文中，将公开允许利用有益特性同时减轻不利方面的解决方案。

发明内容

一种扬声器设备包括至少一个第一扬声器，所述至少一个第一扬声器被布置成与第二位置相比更靠近第一位置，其中所述至少一个第一扬声器中的每一个声学地耦合至多个第一管状结构。所述第一管状结构中的每一个包括开口，所述开口被布置成与所述第一位置相比更靠近所述第二位置，并且所述第一管状结构中的每一个被配置为从所述至少一个第一扬声器中的每一个接收声音并通过相应的开口发出声音。所述第一管状结构中的每一个的长度与每个其他第一管状结构的所述长度不同。

一种方法包括用至少一个第一扬声器发出声音，所述至少一个第一扬声器被布置成与第二位置相比更靠近第一位置，其中所述至少一个第一扬声器中的每一个声学地耦合至多个第一管状结构。该方法还包括：在所述第一管状结构中的每一个中接收由所述至少一个第一扬声器发出的声音，并通过被布置成与所述第一位置相比更靠近所述第二位置的开口从所述第一管状结构中的每一个发出声音。所述第一管状结构中的每一个的长度与每个其他第一管状结构的所述长度不同。

扬声器设备包括至少一个第一扬声器，所述至少一个第一扬声器被布置成与第二位置相比更靠近第一位置，其中所述至少一个第一扬声器声学地耦合至至少一个第一管状结构，并且其中所述至少一个第一管状结构被配置为接收来自所述至少一个第一扬声器的声音，并在被布置成与第一位置相比更靠近第二位置的开口处发出声音。该扬声器设备还包括被布置成与所述第一位置相比更靠近所述第二位置的至少一个第二扬声器，其中所述至少一个第二扬声器被配置为辐射声音，所述声音在所述第二位置处使至少由所述至少一个第一管状结构发出的声音的等级在至少一个第一抵消频率范围内衰减。

一种方法包括用至少一个第一扬声器发出声音，所述至少一个第一扬声器被布置成与第二位置相比更靠近第一位置，其中所述至少一个第一扬声器声学地耦合至至少一个第一管状结构。该方法还包括：在所述至少一个第一管状结构中的每一个中接收由所述至少一个第一扬声器发出的声音，并通过被布置成与所述第一位置相比更靠近所述第二位置的开口从所述至少一个第一管状结构中的每一个发出声音。该方法还包括：用被布置成与所述第一位置相比更靠近所述第二位置的至少一个第二扬声器发出声音，其中由所述至少一个第二扬声器发出的所述声音被配置为在所述第二位置处使至少由所述至少一个第一管状结构发出的声音的等级在至少一个第一抵消频率范围内衰减。

本领域技术人员在查阅以下详述和图式之后，其它系统、方法、特征和优点将为明显的或将会变得明显。意图使所有此类附加系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内，包括在本发明的范围内，并且由随附的权利要求来保护。

附图说明

参阅以下描述和附图可更好地理解方法。图中的部件不一定是按比例的，而是着重示出本发明的原理。此外，图中的相同参考数字指定遍及不同视图中的对应部分。

包括图1A至图1C的图1示意性地示出了扬声器设备的示例。

包括图2A至图2D的图2示意性地示出了另外的扬声器设备的示例。

包括图3A至图3G的图3示意性地示出了再另外的扬声器设备的示例。

图4示意性地示出了扬声器设备的部件的传递函数的示例性波特图。

包括图5A至图5D的图5示意性地示出了示例性扬声器设备。

图6示意性地示出了扬声器设备的部件的不同版本的示例性幅值传递函数。

图7示意性地示出了根据一个示例的扬声器设备。

图8示意性地示出了根据另一个示例的扬声器设备。

图9示意性地示出了根据另一个示例的扬声器设备。

图10示意性地示出了根据另一个示例的扬声器设备。

图11示意性地示出了示例性扬声器设备的部件的传递函数的波特图，其中各个扬声器具有不同的驱动信号。

图12示意性地示出了示例性扬声器设备的部件的传递函数的波特图，其中各个扬声器具有不同的驱动信号并且不同的驱动信号之间具有相对相移。

图13示意性地示出了根据一个示例的信号流程图。

图14示意性地示出了根据与图13相同的示例的信号流程图。

图15示意性地示出了滤波器传递函数和带通滤波器振幅的波特图。

图16示意性地示出了具有不同扬声器驱动信号的扬声器设备的部件的示例性幅值传递函数。

图17示意性地示出了仰角为60°和0°的HRTF的直接声和间接声之间的平均振幅差。

图18示意性地示出了根据一个示例的信号流程图。

图19示意性地示出了根据另一个示例的信号流程图。

图20示意性地示出了根据另一个示例的信号流程图。

图21示意性地示出了针对不同扬声器驱动信号的在两个位置处的扬声器设备的示例性幅值传递函数。

图22示意性地示出了用于产生扬声器驱动信号的第一滤波器和用于确定第一滤波器的传递函数的第二滤波器的幅值传递函数的波特图。

图23示意性地示出了根据另一个示例的信号流程图。

图24示意性地示出了用户佩戴的耳机设备。

图25示意性地示出了耳机设备。

图26示意性地示出了根据一个示例的扬声器设备。

图27示意性地示出了可以戴在用户的颈部上的示例性近场音频装置。

图28示意性地示出了可以戴在用户的颈部上的示例性近场音频装置。

具体实施方式

通过(空气)的振荡质量与自由(外部)空气耦合的部分封闭的空气量通常用于箱体中的扬声器，所述箱体被称为端口式、通风式或低音反射式箱体。根据这种箱体的一种工作原理，振荡质量是管状结构内部的空气的质量，该管状结构具有将内部箱体空间耦合至外部的任意横截面形状。内部箱体空间提供空气弹簧，该空气弹簧与端口内部的空气质量产生共振。在图1中示出了包括低音反射式箱体结构的扬声器设备的示意性示例。扬声器10布置在箱体20内。扬声器10包括膜(未示出)。扬声器10布置在箱体20的壁中，使得膜的一侧面向箱体20的内部，且膜的另一侧面向外部。箱体20包括管30。管30也可以被称为低音反射端口、声音引导件或波导。低音反射端口30形成箱体20的开口。低音反射端口30包括声音开口40，在该声音开口中，声音最终从低音反射端口30逸出到自由空气中。低音反射端口30可以布置在箱体20内部(例如，参见图1A)，或者可以布置在箱体20外部(例如，参见图1B、图1C)。低音反射端口30可以具有相对较小的长度l1，如图1B中示例性地示出的。然而，与箱体20的尺寸相比，低音反射端口30也可能具有相对较大的长度l2，因此其很难装配到箱体20中(例如，参见图1C)。通常，具有开口的箱体中的封闭空气量的声共振被称为亥姆霍兹共振。如果端口30突出进入箱体20中，则可以将端口30内的空气视为空气质量而不是空气弹簧的一部分。因此，在不严重减少提供空气弹簧的空气量的情况下，不能将长端口30集成到箱体20中。

所谓的无源辐射器可以替代地提供振荡质量。无源辐射器通常包括具有一定质量的膜，该膜通过弹性或有弹力的机械结构机械地耦接到内部空气量的箱体。用于扬声器的具有一个或多个封闭空气量和用于将封闭空气量耦合至外部或其他封闭空气量的一个或多个振荡质量的共振结构被称为不同类型的带通型箱体。从图2的示意图中可以看出，带通型箱体20内的扬声器10不直接辐射到自由空气。在四阶带通型箱体的情况下(例如，参见图2A和图2B)，扬声器10安装在一个封闭的腔室20和一个通风的腔室21中。即，扬声器膜的一侧面向封闭的箱体20，并且扬声器膜的另一侧面向具有至少一个开口40的箱体21。在图2A所示的示例中，低音反射端口31延伸到箱体21中并提供通向外部的开口41。在图2B所示的示例中，提供了低音反射端口31，该低音反射端口31延伸到箱体21的外部并且提供通向外部的开口41。六阶带通型箱体(例如，参见图2C和图2D)例如提供了两个通风的腔室20、21。该上下文中的“通风的腔室”指的是具有至少一个开口40、41的箱体。在图2C所示的示例中，扬声器膜的一侧面向箱体20，该箱体20具有延伸到箱体20内部的低音反射端口30。扬声器膜的另一侧面向第二箱体21，该第二箱体21具有延伸到箱体21内部的低音反射端口31。在图2D所示的示例中，低音反射端口30、31延伸到相应的箱体20、21外部，其中低音反射端口的长度l30、l31不必一定相同。如图2D所示，一个低音反射端口30的长度l30可以比另一个低音反射端口31的长度l31短。但是，这仅是示例。低音反射端口30、31也可以具有相同的长度(l30＝l31)。与低音反射式箱体相似，带通型箱体的端口式腔室包括各自的主要由箱体体积和端口尺寸定义的亥姆霍兹共振。

管状或管道结构中也会产生声共振。如果在一端封闭的具有任意横截面形状的管状结构或管道受到声激发，则其会以波长为管状结构长度的四倍的基本共振频率(四分之一波长共振)以及以该基本共振频率的奇整数倍(奇阶谐波)发生共振。特别地利用基本共振以便放大由扬声器产生的声压级的扬声器箱体被广泛地称为传输线或四分之一波扬声器箱体。尽管理想的传输线将不包含任何共振，但是实际的传输线包含多个共振，并且最低的共振通常用于增强辐射声能。因此，在下文中，依赖于管状结构的四分之一波长共振的扬声器箱体或系统将被称为传输线式箱体或扬声器。

图3示出了传输线式箱体的不同示例性变型。传输线式箱体例如可以被实现为在整个长度l20上具有恒定横截面积的管或管道，并且具有一个开口端(开口)40和一个封闭端，并且扬声器10安装在箱体20的壁中，例如在封闭端处或靠近封闭端(例如，参见图3A)。在图3A所示的示例中，箱体20包括顶壁、底壁和前壁。顶壁和底壁彼此平行地布置，前壁垂直于顶壁和底壁布置并且封闭箱体20的一端。箱体20还包括侧壁，但是在图3A中未具体示出。箱体20在其第二端处是敞开的，也就是说，箱体20不包括后壁。渐缩变型可以朝着开口端40(例如，参见图3B)或朝着箱体20(管道)的封闭端(例如，参见图3C)使横截面积变窄。在图3B所示的示例中，顶壁和底壁不彼此平行地布置。在封闭端处的顶壁和底壁之间的距离大于在箱体20的开口端40处的顶壁和底壁之间的距离。在图3C所示的示例中，箱体20包括顶壁和底壁，但不包括前壁。顶壁和底壁不彼此平行布置。在封闭端处的顶壁和底壁之间的距离小于在箱体20的开口端40处的顶壁和底壁之间的距离。特别地，顶壁和底壁可以在箱体20的封闭端直接彼此连接。图3D所示的示例类似于图3A的示例，但扬声器10布置在顶壁而不是前壁中。

至少一个扬声器10可以安装在管道(箱体)20的封闭端处或附近，或沿着管道的纵轴的某个位置(例如，参见图3C和图3D)。在图3A和图3B所示的示例中，一个扬声器10布置在箱体20的前壁中。在图3C和图3D所示的示例中，例如，一个扬声器10布置在箱体20的顶壁中。但是，这些仅是示例。至少一个扬声器10可以安装在箱体20的顶壁、底壁、前壁或侧壁中。

通风管道的几何形状提供了传输线的收缩输出(例如，参见图3E)，从而还引入了亥姆霍兹共振，该共振可能低于管道的基本四分之一波长共振。在图3E的示例中，箱体20包括具有开口的后壁和耦接到箱体20的后壁的开口的低音反射端口30。声音可通过低音反射端口30的开口40离开箱体20。对于如图3F所示的在传输线管道前面的相对较小的耦合腔室，情况也是如此。当在图3E的示例中，箱体20的长度l20与低音反射端口30的长度l30相比较大，而在图3F所示的示例中，箱体20的长度l20与低音反射端口30的长度l30相比相对较小。图3G示出了传输线(箱体20)与耦合腔室(低音反射端口30)和中间腔室(第二箱体22)，该中间腔室可以阻尼更高阶管道共振。图1至图3以非常简单的方式很一般地说明了不同的箱体原理。箱体以及端口和管道的横截面积通常可以具有任意形状。例如，箱体可以不包括特定的壁部分，但是可以具有至少部分连续的壁形状(例如，圆柱形、球形)。

当将图3E和图3F的示例性传输线式箱体与图1C的低音反射式箱体进行比较时，似乎所有这些示例都可以描述为传输线或低音反射式箱体。传输线和低音反射式箱体之间的界限通常很流畅。由于最低共振通常用于低频增强，因此一种可能的区别将是该共振的性质。亥姆霍兹共振可以看作是表征低音反射式箱体，而四分之一波长共振可以看作是表征传输线式箱体。通常，基于端口或管道的长度，或者通常基于箱体内最大的内部尺寸，可以排除至少四分之一波长共振。但是，可以选择几何形状，以使这些共振重叠。另外，这两种共振类型都受到相对较长端口或带有耦合空间的管道的组合的影响。对于这两种共振类型，典型的共振频率(分别为四分之一波长或亥姆霍兹)可能会分别因扬声器后面的耦合空间或长的端口长度而发生相当大的移位。结果，用于共振频率计算的标准公式可能无法提供准确的结果。扬声器后面的后部空间与相对较长的端口或管道相组合的实际共振频率通常低于标准亥姆霍兹共振公式或管道四分之一波长共振所预测的共振频率。这对于对长端口或大箱体体积来说空间有限的近场音频装置可能是有益的。但是，这可能会使将箱体分类为传输线或低音反射式箱体复杂化。

低音反射端口的所有管状共振以及高于传输线的基本共振频率的管状共振在端口式扬声器和传输线扬声器中通常都是不利的，因为它们会干扰扬声器在相应箱体中发出的前部声音。此外，这些共振可能具有长的衰减时间，这会降低声音质量。最后，这些共振可能会被次谐波频率激发，因此可能导致谐波失真。因此，已知减少或阻尼这些共振的多种技术。在传输线扬声器的情况下，基本传输线共振频率通常不被阻尼或不被阻尼得如较高的共振频率那样多，因为它被用于声压放大。对于低音反射扬声器，亥姆霍兹共振通常不被阻尼，而另一方面端口共振则被阻尼。大多数阻尼技术会影响所有这些共振，而其他技术则限于某些频率区域。阻尼所有共振(尽管程度不同)的技术有例如，在箱体和/或端口或管道中应用阻尼材料、沿管道或端口的纵轴的横截面积变型、以及沿纵轴弯曲或折叠管道或端口。在传输线中，一个或多个扬声器沿着管道的纵轴在某些相对位置处的定位可以取决于扬声器位置避免或阻尼某些频率区域中的共振。为了阻尼特定的共振频率，例如可以例如在端口或管道内的压力节点处施加短管、亥姆霍兹吸收器或其他共振结构。

例如，图4示出了来自在扬声器10的后侧处耦接到4,2cm³的小空间(箱体20)的直径为4mm的19,5cm长的管(低音反射端口30)的输出(管，点线)(参见例如图3F)，以及来自扬声器10的直接输出(SPK，虚线)和两者的声和(和，实线)。扬声器输出(SPK)在186Hz处的局部最小值表明，管30和后部空间20的组合充当了调谐到该频率的亥姆霍兹共振器。在给定腔室容积和端口参数的情况下，可以使用以下方程式近似计算亥姆霍兹共振频率：

对于给定示例，方程式2.1得出大约212Hz，其中S是管的横截面积，L'是经过端部校正的管的长度l30(L’＝L+1,7*r)，V是扬声器腔室20中的体积，并且r是管30的直径。测得的亥姆霍兹共振频率比计算出的频率低约14％，这表明端部校正未正常进行，或者通常不足以用于在相对较长的低音反射端口下的共振频率计算。另外，在大约

f＝n*c/(2*L) (2.2),

下可以在管输出中看到多个端口共振，其中n是正整数，c是声速，并且L是管30的长度(l30)。这意味着管30近似充当圆柱形(管状)共振器，其两端是敞开的。扬声器输出在亥姆霍兹共振频率和基本管共振频率(λ/2)下包括局部最小值，但仅显示出更高阶管共振的可忽略不计的影响。但是，管和扬声器输出的声和会受到前五个端口共振的严重调制，与封闭箱扬声器相比，这是一个明显的缺点，并且应对其进行修正以获得良好的音频性能。

由于管输出40和直接扬声器输出之间的相反转，声和在大约165Hz处下降到管输出水平以下，并随着频率降低而迅速下降。与封闭箱扬声器相比，幅值响应的这种陡峭的低频滚降是低音反射扬声器的另一个缺点。如下所述，由于靠近耳部的扬声器和共振器输出位置的特定特性，可以减轻陡峭的滚降。在亥姆霍兹共振频率附近，端口输出远高于扬声器输出，这意味着与封闭箱扬声器相比，对于端口式扬声器和对于任何给定声压级的扬声器偏移要低得多。因此，期望将低音电平提升保持在亥姆霍兹共振频率附近，同时至少减轻端口共振和陡峭的低频振幅滚降的不利影响。

通过使用无源辐射器而不是端口，可以避免端口共振以及通过端口的一般高频泄漏。但是，无源辐射器也有一些缺点。为了提供比有源扬声器更多的声音输出，空气量排量需要更高，因此需要更大的膜和/或更高的膜偏移。因此，无源辐射器的最终尺寸可能会令人望而却步，尤其是对于可穿戴装置而言。此外，无源辐射器通常需要相对较高的膜重量以实现期望的共振频率和偏移。移动质量的脉冲可能导致通常轻型的可穿戴装置对用户产生明显的振动。这种振动可能对用户造成干扰，并且可揭示声源位置，如果要通过适当的信号处理方法合成虚拟声源以使用户感觉到远离音频装置，则这可能是不希望的。

传输线扬声器通常会遇到与低音反射端口类似的问题，这些问题涉及不期望的更高阶管道共振。阻尼这种管道或端口共振的多种方法是已知的。通常，需要这样的阻尼技术来阻尼不期望的共振，同时使所期望的共振(例如，亥姆霍兹共振或四分之一波长共振，其中较低的一者)大部分不受影响。大多数阻尼技术会影响所有这些共振，而一些技术则限于某些窄带频率区域。以下提出的被动阻尼法通常在阻尼端口或管道共振时非常有效，而亥姆霍兹共振几乎不受影响。因此，它们可用于其中最低共振是亥姆霍兹共振的任何共振器实现方式。由于低于例如100Hz的四分之一波长共振需要相当大的管道长度，因此可被调谐为较低频率、具有较短端口长度的亥姆霍兹共振在大多数实际情况下将是最低的(例如，低于端口、管道或箱体的最低四分之一波长共振)。因此，新的阻尼法适用于可穿戴近场音频装置中的大多数可用共振结构。

所提出的阻尼技术的基本概念在图5中示出，该图在图5A至图5D中示出了四个示例性实现方式变型。代替单个端口或管道30(例如，参见图1和图2)，提供了具有不同长度的多个端口或管道301、302、303。尽管图5A至图5D的示例均示出了每个箱体20的三个端口或管道301、302、303，但是可以应用任何数量(m)的端口或管道，其中m≥2。即，每个箱体20具有至少一个开口，一个或多个低音反射端口或管道301、302、303耦接到开口中的每个。因此，声音可能会通过两个或更多个不同的端口或管道301、302、303离开箱体20。端口或管道301、302、303中的每一个的长度为l301、l302、l303，该长度不同于其余端口或管道301、302、303中的每一个的长度。即，l301≠l302≠l303。长度l30m的差异可以以不同的方式实现。在图5中示例性地示出了多个端口或管道301、302、303的各种机械对准。端口或管道输入端以及端口或管道输出端401、402、403可以在相应的平面内对准和/或彼此非常接近地定位。它们可以在一个公共输入端或输出端处连接，或可以包括单独的输入端或输出端。端口或管道输入端与端口或管道输出端401、402、403的相对放置可能会影响阻尼或者端口或管道共振，尤其是对较高的频率。例如，针对给定扬声器系统中期望的阻尼结果的适当放置可以根据经验选择或者可以基于声学模拟。

如在图5A中示例性地示出的，不同的端口或管道301、302、303可以沿着它们各自的纵轴包括不同的曲率或斜率。如果端口或管道301、302、303的输入端彼此靠近(例如，彼此相邻)定位，并且端口或管道301、302、303的输出端401、402、403彼此靠近(例如，彼此相邻)定位，则端口或管道301、302、303的不同曲率或斜率可导致端口或管道301、302、303的不同长度l301、l302、l303。在图5A所示的示例中，端口或管道302中的一者被示出为直管。这仅用于说明目的。通常，所有端口或管道301、302、303可以是弯曲的管。端口或管道301、302、303可以例如集成在诸如耳机设备之类的扬声器装置或可以戴在用户上半身的任何地方的扬声器装置中，并且不同端口或管道301、302、303的曲率可以至少部分地取决于相应扬声器装置的几何形状。例如，也可能的是，不同的端口或管道以不同的曲率或斜率围绕彼此螺旋形延伸。

在图5B所示的示例中，端口或管道301、302、303的输出端401、402、403彼此相邻布置。所有端口301、302、303沿水平方向上的轴线彼此平行地延伸。再次被实施为直管的端口或管道301、302、303仅是示例。端口或管道301、302、303可以可替代地实现为彼此平行地以相同的曲率或斜率延伸的弯曲或成角度的管。然而，端口或管道301、302、303在箱体20内的输入端未布置成彼此直接相邻。端口或管道301、302、303以不同的程度延伸到箱体20中。这导致端口301、302、303的长度不同。

在图5C所示的示例中，端口或管道301、302、303的输入端彼此相邻布置。所有端口或管道301、302、303沿水平方向上的轴线彼此平行地延伸。再次被实施为直管的端口或管道301、302、303仅是示例。端口或管道301、302、303可以可替代地实现为彼此平行地以相同的曲率或斜率延伸的弯曲或成角度的管。然而，端口或管道301、302、303在箱体20外部的输出端401、402、403未布置成彼此直接相邻。端口或管道301、302、303以不同的程度延伸到箱体20外部。这导致端口或管道301、302、303的长度不同。

在图5D所示的示例中，端口或管道301、302、303的输入端以及输出端401、402、403都没有彼此直接相邻布置，从而导致了端口或管道301、302、303的不同长度l301、l302、l303。再次被实施为直管的端口或管道301、302、303仅是示例。端口或管道301、302、303可以可替代地实现为彼此平行地以相同的曲率或斜率延伸的弯曲或成角度的管。显然，具有不同曲率或斜率的端口或管道另外可以包括空间分布的输入端和/或输出端，从而沿其纵轴具有不同的长度。

虽然对于多个端口或管道301、302、303的横截面积和长度的组合没有一般限制，但是可能期望保持由单个端口与一定的后部箱体空间组合提供的亥姆霍兹共振用于多端口设置。例如，这使得能够通过单个端口进行亥姆霍兹频率调谐，并随后实现独立于亥姆霍兹频率的端口共振阻尼。如前所述，某些类型的传输线式箱体以及低音反射式箱体都可以在一个或多个扬声器后面具有空气量，该空气量分别通过管道或端口耦合至自由空气。对于包括公共体积的多端口或多管道设置也可能是这种情况，多个端口或管道在该公共体积处连接。在后一种情况下，基于包括端口或管道在内的箱体的尺寸，可发生箱体的最低共振的频率低于将在最低可能的四分之一波长频率下发生的。另一方面，在至少一个扬声器后面具有后部空间且具有一个或多个相对较长的端口的箱体结构的最低共振频率甚至可能比纯亥姆霍兹共振的情况更低，其中端口中的空气被认为是单个振荡质量。因此，这些特定的共振类型都不能完美地应用于箱体结构内的实际共振。然而，以下将使用术语亥姆霍兹共振来表示一个或多个扬声器后面以及与之相连的所有管道或端口内的空气量的共同共振。该共振可能是箱体结构的最低声共振。

为了维持用单个端口或管道30获得的近似相等的亥姆霍兹共振频率，多个端口或管道301、302、303中的每一个的(平均)端口横截面积可以相等，并且其总和可以等于单个端口或管道30的(平均)横截面积。另外，多个端口或管道301、302、303的平均长度可以等于单个端口或管道30的长度l30。例如，图6示出了端口共振阻尼结果，其中一个(D7 L33)、三个(D4 L28/33/38)和六个端口(D3L28/30/32/34/36/38)分别具有相等的横截面积和不同长度l30m。图6显示了上述端口组合的输出端的测量幅值响应。每端口组合的各个横截面积之和以及每端口组合的所有组合端口的平均长度(大约相等)。可以看出，最低共振(在这种情况下为约90Hz下的亥姆霍兹共振)附近的幅值响应不受影响。大约485Hz下的基本端口共振以及单个端口30中存在的整数倍数都被两个多端口设置阻尼到大约2425Hz下的五次谐波。

通常，与单个端口30相比，端口长度l30m的变化范围会影响被阻尼的每个端口共振周围的频率范围。端口的数量m及其长度l30m在总长度变化范围内的分布可能会影响被阻尼频率区域中的幅值纹波。对于图6所示的示例，端口长度l30m已在整个长度变化范围内线性间隔开，这对于两个多端口设置均同等。因此，与具有三个端口(m＝3)的示例相比，具有六个端口(m＝6)的变型在单个端口30(m＝1)的端口共振周围的阻尼区域中显示出较低纹波。对于在被阻尼频率范围内的稍低纹波，可以选择对数端口长度间隔。各个端口长度例如可以在平均端口长度的±5％至±35％之间变化。

由于传输线管道以及低音反射端口30m的长度l30m影响相应的共振结构的共振频率，因此可以适当地选择这些长度l30m以用于期望的最低共振频率。通常，端口或管道长度l30m越长，最低共振频率越低。在低音反射式箱体以及各种传输线式箱体(例如，带有耦合腔室的传输线式箱体，如图3F所示)的情况下，端口或管道30m的横截面积也会影响最低共振频率(如果后者由亥姆霍兹共振构成)。在这些情况下，低音反射端口或管道的横截面积越小，最低共振频率越低。由于对于这些情况中的任何一种都将需要一定的最小横截面积，以避免过度的失真和空气噪声，因此对于期望的共振频率，所需的端口或传输线长度l30m可能相对较大。

传输线扬声器箱体的管道以及端口式箱体中的端口通常沿其纵轴弯曲或折叠，以适配期望的箱体形状。在两种情况下，横截面的形状和面积可以是恒定的，或可以沿纵轴变化。为了将带有长管道或端口的扬声器箱体集成到音频装置的形状中，可以在该装置内将端口或管道弯曲或折叠。在可穿戴音频装置(例如可以设计为戴在用户的颈部上或头部上)的情况下，自然的选择是弯曲或折叠端口或管道，以使端口或管道围绕用户的颈部或头部的部分延伸。这可以被实现为使得驱动共振结构的任何扬声器10以及端口或管道输出端40m定位于靠近同一个耳部。结果，获得了主要向单个耳部提供声音的典型的低音反射或传输线系统。这在图7中示例性地示出，其示出了折叠的管状结构30，该管状结构将箱体20内位于扬声器10后面的后部空间耦合至自由空气。管30朝向自由空气的开口40靠近或邻近扬声器10定位。扬声器10和朝向自由空气的管开口40两者都主要向第一位置P1提供声音，该第一位置P1比第二位置P2更靠近扬声器10和开口40。尽管图7中的尺寸不是按比例绘制的，并且尽管图7仅主要通过二维图示出了3维设备，但是距离d11和d12象征性地示出了这一点。扬声器10和第一位置P1之间或管30的输出端40与第一位置P1之间的距离d11明显短于扬声器10或管30的输出端40与第二位置P2之间的距离d12。管30的输出端40与第一位置P1之间的距离以及扬声器10与第一位置P1之间的距离不必一定相等。但是，两个距离都可比到第二位置P2的相应距离短得多。当用户佩戴并入了图7所示的箱体结构的音频装置时，第一位置P1和第二位置P2可以是用户耳部的典型位置。

根据另一示例，至少一个扬声器10可以被布置成靠近用户的第一耳部(第一位置P1)，并且端口或管道输出端40可以被布置成靠近用户的第二耳部(第二位置P2)，如图8所示。即，端口30的开口40被布置成远离扬声器10。扬声器10与第一位置P1之间的距离d11可以显著短于扬声器10与第二位置P2之间的距离d12。端口30的输出端40与第二位置P2之间的距离d22可以显著短于端口30的输出端40与第一位置P1之间的距离d21。这可以提供关于相对长的管状结构的机械集成，特别是到可穿戴音频装置中的机械集成的益处，因为可能不需要管30的折叠。另外，由于端口和扬声器的异相信号在各自的耳部处没有声学抵消，因此可以避免典型的低音反射和传输线式箱体的陡峭的低频幅值滚降。相反，这些信号分别由各自的耳部感知，并在用户的听觉系统中组合在一起。左耳和右耳响度级可以有利地加在一起为如用户所接收的更高的双耳响度级。但是，左耳和右耳之间的相反转可能会对用户感知的声音质量产生负面影响。

除了如图8所示的带有远距离的扬声器10和端口输出端40的端口式扬声器之外，第二声源14，例如封闭箱扬声器，可以靠近端口输出端40添加，如图9示例性地所示。图9的实施例基本上类似于图8所示的实施例。然而，图9的设备包括第二箱体24，第二扬声器14安装在其中。第二箱体24不包括任何开口。第二扬声器14从与端口30的开口40相邻的位置辐射声音。端口30的开口40和第二扬声器14布置成与第一位置P1相比，更靠近第二位置P2。因为可以单独控制管输出端40和附加的第二扬声器14的相位，所以可以控制扬声器信号和端口输出，使其声学上的总和远低于端口式扬声器10的最低共振。此外，该设置可以潜在地更好地控制端口或管道共振，因为可以控制第二扬声器14以为那些共振提供补偿或抵消信号。仅对于端口式扬声器10，后者是不可能的，因为抑制端口输出端40处的共振峰的任何均衡将导致扬声器输出中的不期望陷波。利用单独的第二扬声器14不是这种情况。此外，图9的设备还允许至少在第二扬声器14覆盖的频率范围内回放立体声信号。然而，存在来自端口式扬声器10的端口泄漏的缺点，这将增加从该扬声器10到另一个耳部P2的串扰，从而减少立体声分离。左耳P1和右耳P2之间的相反转也可能会对用户感知的声音质量产生负面影响。

最后，第一端口式箱体20的端口可以终止于第二端口式箱体24的扬声器14，且反之亦然，如图10示意性所示。第一箱体20的扬声器10和第二箱体24的端口44可以靠近第一位置P1定位，并且第二箱体24的扬声器14和第一箱体20的端口40可以靠近第二位置P2定位。如在图7至图9的示例中那样，位置P1和P2可以是在使用包括图10的扬声器系统的近场音频装置期间用户的耳部的典型位置。利用图10的扬声器设备，可以控制扬声器信号和相应的附近端口输出信号的相对相位，以便更好地求和在最低的箱体共振以下。然而，与图9的设备相反，图10的设备包括扬声器10、14和端口30、34的交叉耦合，这意味着扬声器信号上的任何相位变化都包括相应箱体20、24的端口输出端40、44的相位变化。因此，单个扬声器上的相位变化会影响两个位置(P1和P2)处相应扬声器和端口输出信号的信号求和。这可能会限制扬声器之间的相对相位操纵。

在图7至图10中，对于箱体20、24中的每个仅示出了一个端口或管道30、34。但是，这仅是示例。如上面关于图5所描述的，每个箱体20、24也可以被实现为具有两个或更多个端口或管道。

图10的交叉耦合共振箱体设备的一个好处是在两个位置(P1和P2)处具有相等的动态余量或最大声压级的一般可用性，只要扬声器和箱体在声学上基本都相同。原则上，尽管两个箱体20、24的扬声器10、14之间的相对相位变化可能会导致两侧上的扬声器和端口输出信号的声学求和不相等，但是这允许在两个位置P1、P2处生成相等的声音信号电平。此外，类似于图9的设备，图10的设备还提供了立体声回放的潜力以及对端口或管道共振的潜在更好的控制，因为可以控制第二扬声器14以为那些共振提供补偿或抵消信号。但是，如果端口共振、端口泄漏和相反转未得到修正或至少未通过适当的措施加以缓解，则可能会对用户感知的声音质量产生负面影响。

对于布置在用户远场中的低音反射或传输线扬声器，端口或管道输出端40与扬声器膜之间的距离通常比端口或管道输出端至用户耳部的距离或扬声器膜与用户耳部之间的距离小得多。结果，用户可以在两个耳部处体验直接扬声器信号和端口输出信号的声和。在图4中示例性地示出了具有上述特性的这种声和信号。但是，如果声音装置将扬声器10、14和端口或管道输出端40、44放置在用户的耳部附近，则端口或管道输出端40、44可以更靠近一个耳部，并且对应的扬声器10、14可以更靠近用户的另一个耳部。因此，端口或管道输出端40、44与对应的扬声器10、14之间的距离可以显著大于端口或管道输出端40、44与相应的耳部之间的距离或扬声器10、14与相应的耳部之间的距离。这意味着用户可以主要在一个耳部处体验来自箱体20、24中的扬声器10、14的直接扬声器输出，而基本上在另一个耳部处接收连接到相应箱体20、24的端口或管道30、34的输出。对于每个箱体具有单个端口或管道的扬声器设备，两个信号在图4中示例性地示出。在这种情况下，低于典型的低音反射扬声器的亥姆霍兹共振频率区域或者低于传输线扬声器的最低共振频率区域(例如λ/4共振)的陡峭的低频滚降，如在图4所示的声和(和)中可见，可能不会在用户的耳部处出现。相反，在该频率范围内(在图4中低于大约100Hz)，在用户耳部处接收到的直接扬声器声音和管输出声音之间实质上存在180°相移。此外，端口或管道输出与直接扬声器输出之间的声级差可能特别接近于最低箱体共振(例如，亥姆霍兹或λ/4)。

相反转会影响位于装置近场中的用户的声音感知以及装置远场中的声压级。在装置的远场中，如果声压级相等，则来自端口或管道输出端40、44和扬声器10、14的反相信号会相互抵消，从而在低于最低共振器共振的频率范围内降低装置外部的声级。尽管这可以被认为是优点，因为装置远场中的较低声级可以减少对用户附近其他人的干扰，但应注意的是，对于封闭箱扬声器系统，这种相反转也是可能的，各个扬声器放置在靠近用户的两个相应耳部的位置，因此在通风式扬声器系统中没有特殊优势。此外，如在图4中示例性地示出的，端口或管道输出40、44与直接扬声器输出之间的相对相位可以随频率变化，这限制了相位实际上反转的频率范围。相比之下，封闭箱扬声器允许以最小的信号处理工作在音频装置的整个频谱上进行相对相反转。在这方面，因此，就其可能降低远场声级而言，通风式箱体类型可被视为不利的。

对于向用户的相应耳部呈现反相信号的音频装置的用户，在相关频率范围内的感知到的声像将受到影响，从而至少部分地外化(被感知为在用户头部之外)。声音可能被感知为源自两个相应的声源，每个声源靠近一个耳部。另外，在耳廓上可能会感觉到振动感，这是由低音音符的反相引起的，并且在耳部信号基本上同相时消失。此外，低音音符可能会被感知为共振或缺乏清晰的时间定义。用户，尤其是熟练的听众可能不喜欢这些效果，但实际上，其他用户(例如，没有经验的用户)可能不会注意到这些效果。根据音频装置的类型，端口或管道输出端40、44以及对应扬声器10、14与用户的相应耳部之间的相对距离可以是基本固定的或稳定的(例如，头戴式装置)或可能会随着头部的移动而变化(例如，安装在肩部上的装置)。如果这些距离随用户的头部移动而变化，则取决于用户的头部相对于端口或管道输出端40、44以及对应的扬声器10、14的位置(由于头部移动)，耳部处的声压级可能会发生很大变化，使得音频装置的传输范围的低频端可能会在某些耳部位置(用户的耳部相对于端口或管道输出端40、44以及对应的扬声器10、14的位置)完全消失。特别是如果声音在头部的相应两侧(例如，在肩部上)异相辐射，则这些异相信号将在头部的相应侧上(例如，头部的前方、后方和上方，用户面向垂直于两肩之间的轴线的前向)的辐射扬声器和端口或管道之间的位置处相互抵消。

可以通过交叉耦合扬声器系统(如图10所示的设备)来减轻或完全补偿耳部位置或典型耳部位置P1、P2之间的相对相反转的这些负面影响。如果两个扬声器系统10、40/14、44基本相同并且由相同的信号驱动，并且相对于位置P1和P2(耳部位置或典型的耳部位置)对称定位，则在两个位置P1和P2处得到的信号类似于来自单个箱体20、24的扬声器10、14和端口输出端40、44的声学求和信号(例如，在图7的位置P1中，或者在图4中示例性地示出为求和信号)，并且因此同相。但是，这也将使陡峭的低频滚降恢复到扬声器箱体的最低共振以下。基本上，在用户的左耳和右耳之间或至少典型的耳部位置P1和P2之间的相对相移的负面影响与音频装置的低频扩展之间存在权衡。

图11基于具有如图8所示的共振结构和远程端口输出端的示例性单个扬声器系统的测量脉冲响应。在仿真头的耳部位置P1、P2处进行测量，其中扬声器10靠近左耳P1定位和对应的端口输出端40靠近右耳P2。为了模拟如图10所示的关于位置P1和P2对称放置的完全对称的交叉耦合扬声器系统，对测得的以及任选地相移或相反转信号进行时域求和，以接收针对两个位置P1、P2的模拟求和信号。因此，图11示出了在第一位置P1(例如，用户的左耳)处第一扬声器10的各个输出信号的测量或模拟的脉冲响应的幅值和相位图(虚线)，该第一扬声器驱动具有远程第一端口开口40的第一共振箱体结构，示出了由相同的远程第二扬声器14驱动的第二相同共振箱体结构的端口输出(点线)以及当两个扬声器10、14用相同的信号(粗实线)或具有相同振幅的反相信号(细实线)驱动时前两个绘制信号的时域总和。通过描述的测量和模拟获得的图在两个位置(P1和P2)上都是相同的，因此仅在图11中显示了位置中的一者P1(例如，用户的左耳位置)。

尽管这些图示出了高达1kHz的频率范围，以便将较低的频率范围放到更大的范围内，但出于以下考虑，低于120Hz的频率范围尤为重要。测得的扬声器系统显示出接近80Hz的亥姆霍兹共振和400Hz左右的分布式半波长端口共振。后者是通过将长度不同但横截面积相等的三个端口301、302、303组合而实现的，类似于上面参考图5所述的设备。关于低频扩展，这些图示出了如果扬声器信号异相(180°相移、相位或信号反转)，则低于约80Hz的扬声器和端口输出端的声学求和会导致较高的振幅电平，而如果驱动信号同相，则声学求和在80Hz至约450Hz之间产生较高输出电平。对于左右扬声器驱动信号之间的相反转(精确的180°相移)，第一和第二位置P1和P2处的声学求和通常是相同的，因此，仅在图11中针对位置中的一者P1(左耳)进行了说明。但是，对于扬声器驱动信号之间的相对相移，因此，基本上也就是除了180°以外的左右耳信号之间的相对相移，在耳部位置P1和P2上的声学求和实际上可能导致在这些相应位置P1、P2上的不同的信号振幅，取决于共振结构施加到端口输出信号的相移。这样的原因是扬声器10、14与相应的端口输出端40、44之间的上述交叉耦合，这导致靠近相应位置P1、P2的相应同位扬声器10、14与端口输出端40、44之间的相对相移不同。一个相关的例外是共振结构不再对相应的后侧扬声器信号施加任何相移的情况。在最低箱体共振的有效频率区域以下基本上是这种情况。如果共振结构的相移不等于90°，则在相应扬声器上具有相等振幅的相同或异相驱动信号(180°的相对相移，也就是反转)通常会针对两个位置产生最大可能的声和相等振幅。对于共振结构的90°相移，同相和异相扬声器驱动信号将在两个位置P1、P2处产生相等的声和振幅。

图12示出了扬声器驱动信号之间的不同相对相移(最下方图)对位置P1(最上方图)和P2(中间图)上的扬声器和端口输出端的声学求和的影响。基于上述内容，同相扬声器驱动信号的和信号(图12中分别为左传声器和、右传声器和(粗实线))或反相驱动信号的和信号(图12中分别为左传声器和全范围反转、右传声器和全范围反转(细实线))中的任一者的较高电平幅值标记在两个位置P1、P2上具有相等电平时可获得的最高振幅。

如果一个位置(例如，P1)在任何频率下都超过了最高可能的相等振幅电平，则另一个位置(例如，P2)将在该频率下具有低于最高可能的相等振幅电平的振幅电平。还可以表明，在两个位置(P1和P2)上产生绝对信号的最高和的扬声器驱动信号之间的相对相移始终导致两个位置P1、P2上相等的信号电平。假设人类听觉系统内的双耳响度总和与左右耳上绝对信号电平的总和相当，而不论相对相位如何，则在位置P1、P2两者处的绝对信号的和将与用户感觉到的装置的响度有关。因此，两个位置上的绝对信号电平可以优选地相等。为了左右耳响度之间的对称性，这也是期望的，以便避免用户感觉到的声像位置向响度更高的一侧移位。

模拟扬声器驱动信号之间的相对相移是由应用于这些信号的全通滤波器引起的。从图12的最下方图可以看出，在40Hz和50Hz之间达到最大相移时施加的相对于频率的可变相对相移为约90°(图12中的最下方图中的RelPhase90(点划线))、约120°(图12中的最下方图中的RelPhase120(点线))或约180°(图12中的最下方图中的RelPhase180(虚线))。扬声器10、14和端口输出端40、44针对位置P1或左传声器(最上方图)和P2或右传声器(最下方图)的对应时域和信号振幅已在图12中用与扬声器驱动信号的相对相位的相应图相同的线型绘出，并根据对应的相移图的最大相移进行标记(例如，左传声器和90度相移对应于RelPhase90)。从图12中可以看出，对于模拟扬声器设置，具有约180°最大移位的相对相移曲线(RelPhase180，虚线)会导致整个频率上的和信号，其振幅电平针对第一位置(左，也就是P1)紧低于可能的最大电平(针对在两个位置上相等的电平)延伸，并且针对第二位置(右或P2)以该电平(80Hz下)或稍高于该电平延伸。由于关于最大输出电平的扬声器驱动信号的最佳相对相位在低于约80Hz时为180°，而在相同频率之上为0°，因此相对相位在0°和180°之间的过渡频率范围会导致非最佳信号求和。为了改善信号求和，可以在相对相位图中以陡峭的斜率使相位的过渡频率范围更窄。但是，这种陡峭的相对相位斜率的实际实现可能会导致其他不利的影响，如应用于相位控制的滤波器的过度共振行为。最终，总会存在狭窄的频率区域，在该区域中直接扬声器输出和管输出的求和不是最佳的，因此位置P1和P2处的信号电平会有所不同。与受影响的频率区域的扩展无关，这种信号电平差可以例如通过扬声器信号的反相电平补偿来补偿，使得两个位置P1、P2或用户的两个耳部都接收相等的声级。为此，可以引起扬声器信号之间的在整个频率上恒定或可变的相对电平差。因为图12的振幅图之间的信号电平变化完全是由扬声器驱动信号之间的相对相移引起的，所以扬声器系统可以再现的最大声压会相应地变化。因此，只要第一和第二扬声器和箱体基本相同并且相对于到用户的两个(典型)耳部位置P1、P2对称定位，则耳部信号电平(例如，图12中的左传声器和右传声器信号)的任何差异都意味着在这些位置处最大可能的声压级的差异。

如上所述，在左右耳部位置之间或更一般地在第一和第二位置P1和P2之间的相反转也存在负面影响，该第一和第二位置P1和P2可为实际的耳部位置，或者仅仅是近场音频装置的用户的典型或预期的耳部位置。因此，对于一些应用，扬声器驱动信号并且最终第一和第二位置P1和P2之间的较小相对相移可能是优选的。因此，还模拟了120°和90°的相对最大相移，并将结果绘制在图12中。具有90°相对相移和相同电平的信号相加为+3dB相对信号电平，而具有120°相对相移的信号相加为初始信号的相同电平。具有交叉耦合的扬声器系统(例如，如图10所示)的近场音频装置可以例如将扬声器10、14和端口输出端40、44定位在用户耳部下方的肩部上。当用户转动头部时，用户耳部与相应扬声器和端口输出端的相对位置可能会发生变化。如果用户耳部的典型耳部位置处的耳部信号异相(反相或180°相移)并且信号电平相等，则它们可以在与两个典型耳部位置相等的自由空气距离的任何位置处完全相互抵消。除其他因素外，在远离典型耳部位置的任何耳部位置处的实际抵消程度可能取决于扬声器和端口输出端距该位置的距离、信号频率以及用户头部的大小和形状。但是，在与用户头部的尺寸相比波长较大的任何信号频率下，典型耳部位置的信号电平将比沿着用户头部与正中面的交点的信号电平高数倍，其中用户面向前面的水平方向。正中面，也称为正中矢状面，在用户的耳部之间的中点穿过用户的头部，从而将头部划分为基本镜像对称的左右两半侧。它垂直于水平面，该水平面也称为横向平面，并且该水平面将用户的头部分为上部和下部，且因此与地面平行。由于以上原因，当用户转动头部而音频装置保持在相同位置时，用户实际耳部位置处的信号电平可能会迅速降低。如果耳部位置处的相对相位为120°或90°，则这些信号不会抵消。因此，由头部移动引起的信号电平变化可能要低得多。例如90°而不是180°的相对相移也将对用户感觉到的声像影响较小，且因此，至少某些用户可能更喜欢。通常，对声像的影响会随着相对相移而减小。

由于用户的耳部之间的相对相移较低的潜在优势，已模拟了扬声器驱动信号之间约120°和90°的最大相移，并且相应直接扬声器和端口输出端的时域信号求和的所得振幅已绘制在图12中。从图12中可以看出，扬声器驱动信号的相对相移偏离180°越大，和信号振幅越低，并且低于80Hz的耳部位置之间的电平差就变得越高。但是，与没有任何相对相移的情况下的最大可能的电平改善相比，尤其是具有120°最大相移的情况，由于扬声器信号之间的相对相移的方向(例如，正或负相对相移)，即使在通常显示比右耳位置(右传声器或P2)低的电平的左耳位置(左传声器或P1)上，也仍然提供显著的电平增加。即使是90°相移，也可以保留左耳最大电平增加的50％以上。因此，取决于针对给定应用的近场音频装置的从属特性的优先级，这两种替代选择都可以被认为是有利的。位置P1和P2之间或用户耳部的典型位置之间的电平差可以例如通过施加到更靠近相应位置P1、P2的扬声器10、14的不同驱动信号电平来补偿。扬声器驱动信号之间的相对电平差可以是恒定的，或可以是随频率变化的。

在提供靠近两个耳部的可单独控制的扬声器的近场音频装置中(例如，图9和图10的设备)，可以应用有害端口或管道共振的主动抵消。尽管可以过滤具有端口或管道的(例如，图8)共振箱体中的扬声器的驱动信号，使得在端口输出端处的任何端口共振均衡，但直接扬声器输出信号将包括与端口输出端中均衡后的峰值相对应的陷波。为了避免端口共振均衡的这种不利影响，可以替代地通过第二独立扬声器辐射的抵消信号在声学上抵消端口共振。

例如，可以基于如图13所示的信号流来应用图9和图10的示例的一个端口40、44的端口共振抵消。图13中的传递函数H表示从第一扬声器10到第一位置(H₁₁到P1)和第二位置(H₁₂到P2)以及从第二扬声器到第一位置(H₂₁到P1)和第二位置(H₂₂到P2)的传递函数。这些传递函数可以包括扬声器传递函数，或者如果两个扬声器10、14的传递函数相等则仅包括从扬声器10、14朝向相应位置P1和P2的声学传递函数。位置P1和P2处的传声器符号代表声学求和点。如果图13的至少上(第一)扬声器10被定位成靠近第一位置P1并且被安装在共振箱体结构20、30中，其中端口输出端40靠近第二位置P2，如图9和图10中示例性地示出，则传递函数H₁₁主要受到从靠近第一位置P1定位的第一扬声器10向第一位置P1的直接信号的影响，而从靠近第一位置P1定位的第一扬声器10向第二位置P2的传递函数H₁₂主要由箱体20、30的扬声器10和声学传递函数限定，箱体20、30的端口开口靠近第二位置P2。H₁₂因此可以包括端口共振。

为了至少部分地在包含端口共振的频率范围内抵消端口输出，可以通过第二扬声器14(在图13的示例性信号流中是下扬声器)辐射抵消信号。抵消信号可以例如通过具有传递函数C₁₂的滤波器从输入信号S1中得出，在图13所示的信号流的情况下，该输入信号S1也是第一扬声器10的输入信号，该滤波器产生施加到第二扬声器14的交叉馈电信号。因此，可以从图13的信号流导出以下方程式(方程式6.1)，其中H_BS表示在有限频带中具有一定衰减的带阻滤波器，这抑制了各个频带中的传递函数H₁₂。

C₁₂*H₂₂+H₁₂＝H₁₂*H_BS (6.1)。

为交叉馈电传递函数C12求解的方程式6.1得出方程式6.2：

该方程式6.2所描述的信号流在图14中示出。

在实际实现方式中，例如，H₁₂/H₂₂可以由数字FIR(有限冲激响应)滤波器提供，而H_BS可以由数字IIR(无限冲激响应)滤波器执行。可以调谐提供H_BS传递函数的滤波器，以对包括端口共振的至少一个频率区域进行期望的抑制。然而，应注意，H_BS的相位响应也将影响剩余的串扰信号H₁₂*H_BS。因此，需要注意确保H_BS的相位至少在第一扬声器10的箱体的亥姆霍兹共振附近的频率区域中基本上为0°。否则，第二扬声器14可以被充电以具有高抵消信号振幅，该高抵消信号振幅仅引起第一扬声器10的箱体20、30的端口40的高输出信号电平的相移。

作为抵消包括端口共振的频率区域的示例，已经进行了基于图13的信号流的模拟。为了获得如图10所示的完全对称的交叉耦合扬声器系统，利用了如图8所示的具有共振结构30和远程端口输出端40的示例性扬声器设备的测量的脉冲响应。在仿真头的耳部位置进行测量，扬声器10靠近左耳(由图13的P1表示)定位，并且对应的端口输出端40靠近右耳(由图13的P2表示)。对应于图13的H₁₁的在P1(左耳)处和对应于图13的H₁₂的在P2(右耳)处测得的脉冲响应也用于第二扬声器14的对应传递函数(H₂₂＝H₁₁并且H₂₁＝H₁₂)，这导致了完全对称的交叉耦合扬声器系统的上述模拟。

已经根据方程式6.3用FxLMS(滤波x最小均方)算法将交叉馈电传递函数C₁₂近似为FIR滤波器，其中H_BP代表带通函数。

由方程式6.3的初始负单位因子表示的信号反相不是近似的一部分，因此，它不包含在所得交叉馈电滤波器(XF滤波器，粗实线)的图15的相位图中。在端口共振抵消的模拟中，将反相作为独立的处理步骤进行。

图15进一步示出了近似的交叉馈电滤波器(XF滤波器，粗实线)的振幅响应以及根据方程式6.3的H_BP的带通的振幅响应。已将最大带通振幅选择为小于1，以限制相关频率范围的抵消，以避免在应用抵消时端口传递函数中出现深陷波。已经设置了根据方程式6.3的C₁₂的近似的FxLMS算法，使得带通函数H_BP的目标相位基本为零，从而避免剩余交叉耦合信号上不必要的相位变化。与应用了端口共振抵消的相同测量位置(进行了抵消的右传声器端口(粗虚线)和进行了抵消的左传声器SPK(细虚线))的模拟信号相比，图16示出了没有端口共振抵消的扬声器(对应于图13的H₁₁)和端口(右传声器端口，粗实线，对应于图13的H₁₂)的测得的振幅传递函数。在此示例中，适当衰减在400Hz附近的分布式半波长端口共振周围的频率区域。如前所述，分布式端口共振由具有不同长度但横截面积相等的三个端口301、302、303的组合通过被动阻尼来实现，类似于先前参考图6所述。与仅均衡端口共振相反，直接扬声器信号(进行了抵消的左传声器SPK，细虚线)在抵消频率范围内没有显示任何明显的陷波。相反，主要通过第二扬声器14的端口44的交叉耦合导致对直接扬声器振幅响应的轻微调制，这可以通过在交叉馈电信号抽头上游的图13的输入信号S1上的均衡滤波器来简单地补偿。在最低的端口共振附近的期望的抵消频率范围之外，在本示例性模拟中仅发生不明显的抵消效果。

图16示例性地示出了测量端口(右传声器端口，粗实线)和扬声器(左传声器SPK，细实线)的振幅传递函数以及应用了端口共振抵消的这些振幅传递函数的模拟版本(进行了抵消的右传声器端口(粗虚线)和进行了抵消的左传声器SPK(细虚线))。

如上所述，为模拟示例特意选择了适度的端口共振抵消。至少一个端口共振附近的抵消频率范围可以通过端口共振抵消来衰减。例如，f_res/k到f_res*k的频率范围，其中f_res是端口共振频率，并且k>1.1或k>1.2。如果期望，可以将端口共振频率区域抵消到比图16所示的更低的残余量。抵消范围也可以扩展以用于频带受限的串扰抵消。

当与没有交叉耦合共振结构的扬声器设备相比时，对于交叉耦合的扬声器设备(如在图10中示例性地示出的)，端口共振和扬声器信号通过相应箱体的端口的一般泄漏会极大地增加用户的左耳和右耳位置之间的串扰。用于声像控制的几种已知方法依赖于双耳定位提示。这样的方法可以支持从通过对所感知的立体声图像的宽度和距离的控制的简单的立体声效果到用户针对环绕声或3D音频应用所感知的多个虚拟声源的合成的任何事物。因此，此类方法的实际应用包括使用近场音频装置的仅立体声回放，例如，戴在用户的肩部或头部或集成在汽车座椅的头枕中的近场音频装置。立体声回放可以通过例如向着用户前方的位置的声像的外在化来增强，而不是在用户的头部内部的位置处感知到声像。可以合成由用户在与物理扬声器位置不一致的不同位置处感知到的多个虚拟声源。可以在这些虚拟声源上再现环绕声格式的不同通道。虚拟现实头戴式耳机可以提供双耳音频信号，包括将由近场音频装置保留的双耳定位提示。

声像控制方法利用的双耳定位提示是耳间时间差(ITD)和耳间声级差(ILD)。ITD是指声音到达相应耳部中的每一个处之间的时间差。ILD是指相应耳部中的每一个处的声压级之差。ILD和ITD都是所谓的头部相关传递函数(HRTF)的一部分，HRTF描述了从人周围的任何源位置到人的双耳的传递函数，因此与频率有关。为了在近场音频装置的用户周围合成虚拟声源，需要对ILD和ITD进行控制。左右耳位置之间的串扰过多会导致有害的双耳提示，因为在一个耳部处再现的任何信号都会在另一个耳部处产生具有一定相对振幅响应和时间延迟的串扰信号。这些虚假的双耳提示干扰了声像控制方法的有意提供的提示，因此使这种方法部分或完全无效。这可能严重限制具有交叉耦合共振结构的近场音频装置的应用。

例如，图17示出了在源侧的耳部(同侧耳)的直达声和在另一侧的耳部(对侧耳)的间接声之间的平均声级差(ILD)。图17所示的声级差通过针对来自50人的60°方位角和0°仰角的声源单独测量的HRTF进行平均。低于约70Hz，测量会受到测量噪声的影响，因此不可靠。显然，与该平均ILD曲线相比具有较高串扰振幅的近场音频装置将无法提供现实的方向提示，至少对于对应的源方向而言，这是无法提供的。但是，即使在相应HRTF中具有较少ILD的源方向的合成也可能遭受所谓的领先效应。即使随后接收到较高的声级，所感知的空间方向也可能由到达耳部的第一声音决定。因此，即使相应方向的耳间声级差低于系统的串扰振幅，具有某些串扰延迟的近场音频装置也可能损害或甚至阻止需要更长的耳间时间延迟(ITD)的方向的合成。与后续声音相比，第一个到达的声音的振幅越低，领先效果越弱。这意味着近场音频装置的串扰的任何减少都会改善装置的潜在虚拟源合成性能。

例如，可以通过如图18示意性所示的信号流来抵消串扰。从图13的单个输入信号流开始，第二输入S2和交叉馈电传递函数C₂₁已添加到图18的系统中。如先前关于图13所描述，传递函数H描述了从相应扬声器10、14到位置P1和P2的传递函数，位置P1和P2可以是例如包括根据图10的扬声器设备的近场音频装置的用户的耳部位置。传递函数H可以包括扬声器传递函数，包括相应的箱体20、24，尽管如果扬声器10、14和箱体20、24基本相同，这就不是必需的。P1和P2位置的传声器符号表示这些相应位置的声学求和点。可以将传声器放置在这些位置以测量对应的传递函数，并将声信号转换为电信号。图18中所示的扬声器10、14还代表求和点和进入声域的换能器。

为了抵消从S1输入到P2位置的串扰，可以应用以下方程式。

C₁₂*H₂₂+H₁₂＝0 (7.1)。

如果对C₁₂求解方程式7.1，则这得出

C₁₂＝-H₁₂/H₂₂ (7.2)。

因此，如果发生以下情况，则可以抵消从S2输入到第一位置P1的串扰：

C₂₁*H₁₁+H₂₁＝0 (7.3)。

因此：

C₂₁＝-H₂₁/H₁₁ (7.4)。

最低箱体共振的频率区域中的串扰是前述用于增加低频输出电平的交叉耦合共振结构的操作原理所固有的。低频串扰对于许多(即使不是大多数)空间音频应用是可以接受的，因为低音通常是单声呈现的。因此，可以允许低频串扰，但对于任何空间音频应用(包括立体声)，低频串扰也应限制在最低可能的频率范围内。此外，具有交叉耦合共振结构的给定近场音频装置的串扰可能部分是由箱体结构(例如低音反射端口)引起的，并且部分是由扬声器到另一个耳部的自由空气串扰引起的。特别是对于较高的频率区域，由于共振结构可能具有低通特性，因此串扰可能会受到自由空气路径的支配。这种自由空气路径的传递函数可以例如随着用户的头部移动或者如果异物(例如，用户的手、衣服等)位于该路径内而急剧变化。因此，将串扰抵消范围限制为更高的频率也可能是有益的。为了控制其中应用串扰抵消的频率范围，可以引入控制传递函数H_SHP，使得：

H_SHP可以例如包括关于幅值响应的带通特性。如果根据方程式7.5和7.6在图18所示的信号流中应用，则H_SHP必须为零相位，因此可以将其理解为随频率变化的控制因子。然而，如果在交叉馈电信号抽头和扬声器10、14之间插入对应的延迟，则它可以是线性相位，如图19所示，具有延迟单元D₁₁和D₂₂。替代地，H_SHP可以具有任何相位响应，只要通过传递函数D₁₁和D₂₂对其进行补偿即可，所述传递函数可通常具有带有与H_SHP相等的相位响应的全通特性。但是，这些仅是适用于串扰抵消的信号流拓扑的示例。

支持串扰抵消的另一个示例性信号流如图20所示。在这种设备中，以递归结构施加用于串扰抵消的交叉馈电信号。这可以补偿更高阶串扰，否则可能会改变扬声器系统的直接传递函数，因为串扰抵消信号本身也表现出串扰。方程式7.1至7.6也适用于图20的该信号流。由于该信号流的递归性质，C₁₂和C₂₁的幅值通常需要等于或小于1。否则，递归交叉馈电结构可能变得不稳定。这意味着，根据方程式7.2和7.4，串扰抵消只能应用于音频系统的直接传递函数的幅值低于对应的间接传递函数的幅值的那些频率。通过方程式7.5和7.6的控制函数H_SHP，可以控制交叉馈电传递函数C₁₂和C₂₁，使得它们的幅值响应低于1。这在交叉耦合共振箱体结构的共振频率处可能是必需的。如前所述，最低的共振频率有利于改善低音，因此通常不需要抵消。但是，半波长管共振可能需要被动阻尼，以避免幅值峰值超过直接信号路径幅值。为了在这种情况下能够进行递归的串扰抵消，可以应用上述的被动共振阻尼法。

如果近场音频装置包括用于用户的每个耳部的多个扬声器，则串扰抵消可以单独地或组合地应用于这些扬声器中的一些或全部。通常，图13和图18至图20中的扬声器符号10、14可以各自代表一组扬声器，所述组扬声器最终由单个源信号S1、S2驱动，该单个源信号是相应扬声器符号10、14的输入信号或输入信号之和。形成一组扬声器的各个扬声器可以彼此并联或串联连接或连接至各个驱动放大器。成组布置的扬声器可以由相同或单独的扬声器输入信号驱动。例如，分频滤波器可以控制提供给扬声器组的各个扬声器的频率范围。扬声器可以位于共振箱体结构内的不同位置。如果设备包括一组扬声器，则传递函数H应理解为从该组扬声器的输入端到相应位置P1、P2的传递函数。

类似地，图13和图18至图20中的传声器符号可以各自表示一组传声器，针对该组传声器，在测量扬声器传递函数H期间以适当的方式组合输出信号。可以在不同位置放置一组传声器中的各个传声器，以在传递函数测量期间实现空间平均。因此，位置P1、P2可以理解为多个位置的平均位置。与从到单个位置的传递函数导出的滤波器相比，从空间平均传递函数导出的串扰抵消信号可以在更大的空间上提供更好的抵消。

针对实际实现方式，图13和图18至图20的单元C₁₂和/或C₂₁可以被实现为FIR滤波器，对于该滤波器可以根据所需的传递函数来解析地导出滤波器系数。另一选项是对于期望的传递函数或抵消范围来近似此类滤波器的系数。对于带宽限制的串扰抵消示例，对于如图10所示的交叉耦合扬声器设备的测量的传递函数H，已使用FxLMS算法对根据图18以及方程式7.5和7.6的交叉馈电滤波器的系数进行近似。交叉馈电滤波器已实现为FIR滤波器。所测量的扬声器设备包括位于人体模型每个耳部下方的肩部上的紧密放置的扬声器10、14和端口输出端40、44。此外，通过如参考图5所描述的具有不同长度的三个端口301、302，303的被动端口共振阻尼避免了串扰路径中高于直接路径幅值的峰值。传递函数是用在人体模型的耳部位置的单个传声器测量的。

对于一个输入信号(例如，S1)，该示例性扬声器和控制信号流设备的测得的串扰抵消性能在图21中示出。图21示出了未应用(上图)和应用(下图)串扰抵消的直接(粗线)和串扰(细线)信号幅值。在本示例中，在约120Hz至6kHz之间实现了串扰降低。在给定的示例中，串扰抵消将200Hz至20kHz之间的串扰降低到小于-10dB。如果不抵消串扰，则超过倍频程的唯一连续的频率范围在5kHz至20kHz之间，其中串扰低于-10dB。但是，这仅是示例。并入了针对低于-10dB的串扰控制的所公开的主动(信号处理)和被动(声学)措施的任何组合的装置的串扰可能会在300Hz至3kHz或200Hz至16kHz之间。串扰抵消对扬声器的直接传递函数的影响没有得到补偿。通常可以通过在输入信号(例如S1)上应用简单的均衡滤波器来实现这种补偿。

所应用的交叉馈电滤波器的传递函数(C₁₂)的波特图如图22所示。除了用于串扰抵消的交叉馈电滤波器的幅值和相位(实线)，还示出了在交叉馈电滤波器系数近似过程中部署的成形滤波器(H_SHP)的幅值(虚线)。自然地，近似的交叉馈电滤波器不能准确地实现根据方程式7.5的理想传递函数，但正如测得的串扰抵消所示，它足够接近。

先前描述的信号处理步骤可以例如组合在如图23所示的信号流中。图23所示的信号流被分成部分B1至B4，部分B1至B4中的每一个具有不同的目的。部分B3和B4与图18所示的设备相同，并且已经在上面参考图18进行了描述。在第一部分B1内，输入信号S1和S2可以分布在传出信号线上。前向路径中的传递函数F₁₁和F₂₂例如可以具有高通特性，而传递函数F₁₂和F₂₁可以包括低通行为。这些高通和低通传递函数可能彼此互补，使得如果并联连接，它们的总和就等于单位增益。在这种情况下，低于特定频率的输入信号可以根据因子d前馈，并根据因子i交叉耦合。对于d＝i＝0.5，各个输入信号S1、S2的低频部分可以均匀地分布在传出信号线上。根据图23的信号流的以下部分中的信号处理，这可能导致低频信号内容在扬声器10、14上的分布基本相等，并最终导致第一和第二位置P1、P2处的信号电平相等。如果d＝1且i＝0，则完整的输入信号可以被前馈，并且再次取决于下游信号处理，可以主要地被施加到前向路径中的各个扬声器10、14。如果在B4部分中的声串扰传递函数(H₁₂，H₂₁)在较低频率范围内(例如，在箱体共振频率附近)显示出比直接传递函数(H₁₁，H₂₂)高的幅值，则输入信号S1和S2的低频部分可以主要交叉耦合至相对位置(S1至P2和S2至P1)。例如，在参照图16和图21描述的示例中就是这种情况，由于箱体的亥姆霍兹共振，其示出了比直接扬声器信号电平更高的端口输出信号电平。如果因子d＝0且i＝1，则输入信号S1、S2的完整低频部分在B1部分内交叉耦合。在这种情况下，可以通过B1中的反向交叉耦合部分地补偿扬声器设备中的后续声串扰，从而使箱体的亥姆霍兹共振附近的频率区域中的较高信号电平靠近对应于相应输入信号(靠近P1的S1和靠近P2的S2)的位置辐射，此处也辐射输入信号S1、S2的高频部分。为此，可以将高通传递函数F₁₁和F₂₂与低通传递函数F₁₂和F₂₁之间的交叉频率选择为最低箱体共振以上的最低频率，其中直接信号和串扰信号的幅值相等(例如，图16的140Hz和图21的115Hz)。结果，仅在交叉频率附近的窄频率区域可以包括高串扰水平。在该频率范围之上和之下，尽管为交叉耦合箱体结构，串扰仍可能相对较低。

在信号流部分B2内，传递函数P₁₁和P₂₂可以施加相移，使得在两条信号线之间实现期望的相对相移。如参照图11和图12所描述的，这可以改善直接扬声器10、14与交叉耦合端口输出端40、44之间的信号求和。如果相对相移在(不在)0°和180°之间，则位置P1和P2或用户耳部的典型位置处产生的不同信号电平可以通过B1部分中的不同因子d、i进行补偿。这意味着因子d或i对于加到图23中的F₁₁或F₂₂传递函数或处理块的输出的信号而言是不同的。或者，换句话说，F₁₂可以等于F₂₁，但是F₁₂*d可以与F₂₁*d不同，这是因为不同信号流分支中的因子d不同。因子i同样如此，使得B2部分在两个相应的输入端上接收不同的低频信号电平。在部分B3中，如先前参考图18至图22所描述的，可以从直接信号中导出串扰抵消信号，以便在受控的频率范围上抵消由部分B4的传递函数H₁₂和H₂₁表示的声串扰。

可以包括如上所述的交叉耦合扬声器设备的近场音频装置可以包括但不限于可以佩戴在用户2的身体上的可穿戴装置。例如，这样的装置可以安装在用户2的头部、颈部或肩部上。头戴式装置可以例如包括虚拟现实头戴式耳机、耳机或可以戴在头部上并将扬声器定位在靠近用户2的耳部的某处的任何其他装置。图24和图25示出了示例性开放式耳机。

图24和图25的示例性耳机在用户的耳部没有被侧向遮盖的意义上是打开的。环形耳杯52仅环绕耳部而不是完全封闭它们。因此，在图24的侧视图中可以看到用户2的右耳。耳杯52可以耦接至头带54。但是，其他类型的开放式耳机可能会朝着用户2的前方、后方、上方和/或下方的方向开放。由于开放式耳机未在耳部周围提供封闭的腔室，因此产生具有足够声压级的低频声音对于具有小形状因数的装置而言是有挑战性的，并且因此本文公开的用于改善低频声压的解决方案对于这种装置可能是有益的。

在图25中的开放式耳机的示意图中，为右耳杯52图示了两个扬声器10F、10R，每个扬声器均包括椭圆形的膜形状。仅更详细地示出了一个耳杯52，因为如果如图24所示由用户佩戴，则另一耳杯可为相对于正中面与右耳杯基本对称的。此外，在前置扬声器10F上方示出了大致矩形的端口输出端44。图25中的虚线概述了示例性内部扬声器腔室20和端口30的布线。右耳杯52中的两个扬声器10F、10R可以共享公共的后腔室20，或者具有单独的后腔室，每个后腔室连接到共享的端口30。尽管仅示出了单个端口30，但是端口30可以包括长度和/或横截面积或形状相等或不同的多个管状结构。端口30可以通过连接耳杯52的头带54跨用户的头部延伸。来自左耳杯的均等配置的端口可包括在右耳杯52的前置扬声器10F上方的开口44。两个端口可以在与相应的后扬声器腔室的连接处从头带54的后向取向的部分翻转位置到头带54的前向取向的部分，以便在相应的耳杯52的前部区域中退出。在图25中，在用户的头部上方的头带54的中央部分中示出了该位置变化。

可以在如图24和图25所示的耳机中实现的示例性交叉耦合共振箱体结构在图26中示出。在图26a)中，每侧(或耳杯52)的两个扬声器10、102、14、142共享公共的后腔室20、24，端口30、34被路由到相对侧(另一耳杯52)。如前所述，端口30、34可包括单个管状结构或具有不同长度的多个管状结构，如在图5中示例性示出的。

图26b)示出了沿端口30、34的纵轴在不同位置处耦接至公共端口30、34的各个后腔室20、202、24、242内的每侧(或耳杯52)的两个扬声器10、102、14、142。在这种情况下，在相对侧(或耳杯52)的相应开口40、44处退出的端口30、34也可以各自包括具有不同长度的多个管状结构(例如参见图5)，或者仅包括单个管状结构。在一个或多个扬声器沿着端口30、34的纵轴耦接至每个端口30、34的情况下，存在多个纵向尺寸，这些尺寸可以理解为端口30、34的长度。一方面，这可以是端口的总长度或最大长度(例如，从开口40、44到图26b中的端口的相应的封闭端)。另一方面，这可以是端口的相应开口40、44与扬声器或扬声器箱体耦接至端口30、34的任何位置之间的长度。所描述的长度中的一个或多个可以在连接至相同扬声器的多个不同端口上变化。但是，重要的是要注意，关于长度或长度变化的任何规范(例如，总长度变化范围或长度在总长度变化范围内的分布)都适用于用于耦接至同一扬声器的所有端口的至少一个统一定义的长度。如图24至图26中所示的可比较的箱体结构可以被集成在任何种类的头戴式装置中，以提供交叉耦合的扬声器设备。

交叉耦合的扬声器设备也可以集成在可以佩戴在用户2的颈部周围和/或肩部上的近场音频装置中。图27中示出了示例性装置。该装置可以是U形的，具有通过中间部分耦接的第一端部和第二端部。第一端部可以布置成靠近用户的一个耳部，并且第二端部可以布置成靠近用户的另一个耳部。该装置可以包括在每个耳部下方的一个扬声器10、14，每个扬声器10、14紧邻端口输出端40、44定位。即，一个扬声器10可以布置在装置的第一端部处，而第二扬声器14可以布置在装置的第二端部处。端口30、34可以贯穿装置，使得端口开口40、44被布置在与对应的扬声器10、14相对的端部处。尽管在用户的每侧仅示出了一个扬声器10、14，但是这种装置通常每侧可以包括多个扬声器。例如，如图27的中间图的透视图中，如果从上方观看，则在相应耳廓前面每侧定位一个扬声器10、14，并且在相应耳廓后面每侧定位一个扬声器。当被用户2佩戴时，该装置可以围绕颈部的一部分并且搁在肩部上。

图28示例性地示出了从每个扬声器10、14后面的相应后部或耦合腔室20、24延伸到另一侧上的扬声器的交叉耦合端口30、34，其中该交叉耦合端口30、34通过开口40、44进入自由空气。这些端口30、34可以再次被理解为单个端口或具有单独尺寸的多个端口(例如，如图5所示的三个端口301、302、303，未在图28中示出)。所示装置中的箱体结构可以类似于图10的箱体结构，尽管其他共振箱体设备也可以集成在此类装置中，例如，如图26所示的共振箱体设备。

可以理解，所示的近场音频装置仅是示例。其他近场音频装置可以例如集成到汽车或其他交通工具的座椅的头枕中。例如，躺椅或类似的座椅设备还可以包括具有交叉耦合的箱体结构的近场音频装置。近场音频装置可以还包括具有或不具有声音引导件的附加扬声器。例如，可以在近场音频装置中采用附加的高频扬声器。

虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是对于本领域普通技术人员来说明显的是，在本发明的范围内更多的实施例及实现方式为可能的。特别地，技术人员将认识到来自不同实施例的各种特征的互换性。尽管已经在某些实施例和示例的上下文中公开了这些技术和系统，但是应当理解，可以将这些技术和系统扩展到具体公开的实施例之外，扩展到其他实施例和/或用途及其明显的修改。因此，除了按照所附权利要求和其等效物以外，本发明不受限制。

已经呈现了实施例的描述用于说明和描述目的。对实施例的适当修改和变型可以根据以上描述进行，或者可以从实践方法中获得。所描述的设备本质上是示例性的，并且可以包括附加元件和/或省略元件。如在本申请中使用的，以单数形式陈述并且以单词“一(a)”或“一(an)”开头的元件应被理解为不排除所述元件的复数形式，除非陈述了这种排除。此外，对本公开的“一个实施例”或“一个示例”的引用不旨在被解释为排除也包含所叙述的特征的附加实施例的存在。术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并不旨在对其对象施加数字要求或特定的位置顺序。所描述的系统本质上是示例性的，并且可以包括附加元件和/或省略元件。本公开的主题包括所公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非明显的组合和子组合。所附权利要求特别指出了来自以上公开的主题，该主题被认为是新颖且非明显的。

Claims

1.一种扬声器设备，其包括：

至少一个第一扬声器(10、102)，所述至少一个第一扬声器被布置成与第二位置(P2)相比更靠近第一位置(P1)，和

至少一个第二扬声器(14、142)，所述至少一个第二扬声器被布置成与所述第一位置(P1)相比更靠近所述第二位置(P2)，

其中所述至少一个第一扬声器(10、102)中的每一个声学地耦合至多个第一管状结构(30、301、302、303)，

其中所述第一管状结构(301、302、303)中的每一个包括开口(40、401、402、403)，所述开口被布置成与所述第一位置(P1)相比更靠近所述第二位置(P2)，并且所述第一管状结构(301、302、303)中的每一个被配置为从所述至少一个第一扬声器(10、102)中的每一个接收声音并通过相应的开口(40、401、402、403)发出声音，并且

其中所述第一管状结构(30、301、302、303)中的每一个的长度(l301、l302、l303)与每个其他第一管状结构(30、301、302、303)的长度不同，

其中所述至少一个第二扬声器(14、142)被控制，以提供补偿或抵消信号，用于所述至少一个第一扬声器(10、102)的最低共振。

2.根据权利要求1所述的扬声器设备，其中所述至少一个第二扬声器(14、142)的扬声器信号和所述至少一个第一扬声器(10、102)的端口式扬声器的端口输出被控制，使其声学上的总和低于端口式扬声器的最低共振。

3.根据权利要求1所述的扬声器设备，

其中所述至少一个第二扬声器(14、142)中的每一个声学地耦合至多个第二管状结构(34)，

其中所述第二管状结构中的每一个包括开口(44)，所述开口被布置成与所述第二位置(P2)相比更靠近所述第一位置(P1)，并且其中所述第二管状结构(34)中的每一个被配置为从所述至少一个第二扬声器(14、142)接收声音并通过相应的开口(44)发出声音，并且

其中所述第二管状结构中的每一个的长度与每个其他第二管状结构的所述长度不同。

4.根据权利要求1所述的扬声器设备，其中所述至少一个第二扬声器(14、142)被配置为辐射声音，所述至少一个第二扬声器(14、142)辐射的所述声音在所述第二位置(P2)处使由所述第一管状结构(301、302、303)发出的声音的等级在至少一个第一抵消频率范围内衰减。

5.根据权利要求3所述的扬声器设备，其中所述至少一个第一扬声器(10、102)被配置为辐射声音，所述至少一个第一扬声器(10、102)辐射的所述声音在所述第一位置(P1)处使由所述第二管状结构发出的声音的等级在至少一个第二抵消频率范围内衰减。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的扬声器设备，其中所有所述第一管状结构(301、302、303)的最大长度和所有所述第一管状结构(301、302、303)的最短长度各自与所有第一管状结构(301、302、303)的平均长度偏离所有第一管状结构(301、302、303)的所述平均长度的大于5％且小于35％。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的扬声器设备，其中所有所述第一管状结构(301、302、303)的相应长度(l301、l302、l303)以线性或对数刻度均匀地分布。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的扬声器设备，其中垂直于每个相应的第一管状结构(301、302、303)的纵轴的所述相应的第一管状结构(301、302、303)的所有横截面的平均面积对于所有所述第一管状结构(301、302、303)来说是相等的。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的扬声器设备，其包括至少三个第一管状结构(301、302、303)或至少五个第一管状结构(301、302、303)，所述第一管状结构被配置为从所述至少一个第一扬声器(10、102)接收声音，并且与所述第一位置(P1)相比更靠近所述第二位置(P2)发出声音。

10.根据权利要求1-4中任一项所述的扬声器设备，其中所述第一管状结构(301、302、303)中的每一个包括至少一个声管共振，针对所述至少一个声管共振的共振频率不同于针对每个其他第一管状结构(301、302、303)的。

11.根据权利要求1-4中任一项所述的扬声器设备，其中所述第一管状结构(301、302、303)被配置为在被布置成与所述第一位置(P1)相比更靠近所述第二位置(P2)的相邻位置处发出声音。

12.根据权利要求1-4中任一项所述的扬声器设备，其中所述至少一个第一扬声器(10、102)中的每一个被配置为从所述第一扬声器(10、102)的两个相应侧面以反极性辐射声音，并且其中所述扬声器设备还包括：

至少一个第一箱体(20、202)，其中所述至少一个第一扬声器(10、102)中的每一个安装在所述至少一个第一箱体(20、202)中的一个的壁中，使得所述第一扬声器在所述第一箱体(20、202)的内部和外部以相应的反极性辐射声音；并且

所述第一管状结构(301、302、303)中的每一个被配置为将在所述至少一个第一箱体(20、202)中的每一个的所述内部上产生的声音通过布置在所述相应的第一管状结构(301、302、303)的一个端部处的所述开口(40、44)引导到所述外部。

13.根据权利要求1-4中任一项所述的扬声器设备，其中所述第一管状结构(301、302、303)被配置为在与所述至少一个第二扬声器(14、142)相邻的位置处发出声音。

14.根据权利要求4所述的扬声器设备，其中由所述至少一个第二扬声器(14、142)辐射的声音在所述第二位置(P2)处使由所述第一管状结构(301、302、303)发出的声音的等级衰减的连续频率范围包括所述第一管状结构(301、302、303)中的每一个的至少一个声管共振频率。

15.根据权利要求1-4中任一项所述的扬声器设备，

其中使用至少一个第一滤波器(C12)处理第一信号(S1)以接收至少一个第一抵消信号，

其中所述第一信号(S1)直接提供给所述至少一个第一扬声器(10、102)，或者被延迟和/或滤波并然后提供给所述至少一个第一扬声器(10、102)，从而至少成为所述至少一个第一扬声器(10、102)的扬声器输入信号的分量，并且

其中所述至少一个第一抵消信号被提供给所述至少一个第二扬声器(14、142)中的至少一个，从而所述第一抵消信号至少成为所述至少一个第二扬声器(14、142)中的至少一个的扬声器输入信号的分量。

16.根据权利要求1-4中任一项所述的扬声器设备，其中使用至少一个第一滤波器(C12)处理所述至少一个第一扬声器(10、102)的输入信号以接收至少一个第一抵消信号，并且所述至少一个第一抵消信号被提供给所述至少一个第二扬声器(14、142)中的至少一个，从而所述第一抵消信号至少成为所述至少一个第二扬声器(14、142)中的至少一个的扬声器输入信号的分量。

17.根据权利要求5所述的扬声器设备，其中所述至少一个第一抵消频率范围等于所述至少一个第二抵消频率范围。

18.根据权利要求1-4中任一项所述的扬声器设备，其中至少在一个频率范围上，所述至少一个第一扬声器(10、102)和所述至少一个第二扬声器(14、142)被配置为以至少90°的相对相移辐射声音。

19.根据权利要求1-4中任一项所述的扬声器设备，其中至少在一个频率范围上，所述至少一个第一扬声器(10、102)和所述至少一个第二扬声器(14、142)被配置为以90°和180°之间的相对相移以及恒定或频率相关的相对等级差来辐射声音，其中所述相对等级差至少部分地补偿由所述相对相移引起的所述第一位置(P1)和所述第二位置(P2)之间的声级差。

20.根据权利要求1-4中任一项所述的扬声器设备，其中所述扬声器设备被集成到装置，所述装置是以下项中的至少一个：耳机、虚拟现实或增强现实头戴式耳机、佩戴在用户(2)的身体上的个人音频装置和头枕。

21.根据权利要求1-4中任一项所述的扬声器设备，其中所述第一位置(P1)对应于所述扬声器设备的用户(2)的第一耳部的位置，并且所述第二位置(P2)对应于所述用户(2)的第二耳部的位置。

22.根据权利要求1-4中任一项所述的扬声器设备，其中所述扬声器设备被集成在近场装置中，并且其中所述近场装置被配置为布置在所述近场装置的用户(2)的头部、颈部或肩部上或附近。

23.一种用扬声器发出声音的方法，其包括：

用至少一个第一扬声器(10、102)发出声音，所述至少一个第一扬声器被布置成与第二位置(P2)相比更靠近第一位置(P1)，其中所述至少一个第一扬声器(10、102)中的每一个声学地耦合至多个第一管状结构(30、301、302、303)，和

用至少一个第二扬声器(14、142)发出声音，所述至少一个第二扬声器被布置成与所述第一位置(P1)相比更靠近所述第二位置(P2)，

在所述第一管状结构(30、301、302、303)中的每一个中接收由所述至少一个第一扬声器发出的声音，并通过被布置成与所述第一位置(P1)相比更靠近所述第二位置(P2)的开口(40、401、402、403)从所述第一管状结构(30、301、302、303)中的每一个发出声音，

其中所述第一管状结构(301、302、303)中的每一个的长度(l301、l302、l303)与每个其他第一管状结构(301、302、303)的长度不同，并且

24.根据权利要求23所述的方法，其中由所述至少一个第二扬声器(14、142)发出的所述声音被配置为在所述第二位置(P2)处使至少由所述第一管状结构(301、302、303)发出的声音的等级在至少一个第一抵消频率范围内衰减。