CN113574910B - 高置声道扬声器及相关方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种高置声道扬声器，其具有集成声学反射器以将声音从天花板向下反射到监听者。所述声学反射器通过创建扬声器外壳外的真实声源的虚拟图像来补偿薄换能器。所述声学反射器的焦点通过修改反射器表面的曲率来控制。所述换能器被安装在倾斜平面上，以在向后向上倾斜方向上辐射声音。所述声学反射器被安装在同一倾斜平面上，使得所述换能器的辐射轴直接入射到所述声学反射器表面上。所述声音在向前、向上倾斜方向上朝向所述天花板投射以从所述天花板反射并且向下反射到所述监听者。所述扬声器可通过所述扬声器所附接到的面板在声学上与所述监听者遮挡开来。

Description

高置声道扬声器及相关方法和系统

相关申请案的交叉引用

本申请案要求2019年2月27日申请的第62/811,371号美国临时专利申请案及2019年11月7日申请的第62/932,135号美国临时专利申请案的优先权，其每一者的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

一或多个实施方案大体上涉及音频扬声器，且更明确来说，涉及具有集成声学反射器的高置声道扬声器。

背景技术

现代音频多声道音频内容可包含意在高于监听者的音频源的高置声道。高置声道扬声器(也称为高置扬声器或高置扬声器模块)将其声能的绝大多数朝向天花板辐射。通过从天花板反射声音，高置扬声器重现音频，就好像声源位于天花板中一样。

家庭音频/视频(A/V)系统越来越多地具备对音频重放系统构成重大挑战的装置。平板显示器、便携式及平板电脑、智能手机、微型音频系统等都约束可用于安装及容置音频扬声器的空间。在其中存在对高置扬声器的物理尺寸(例如厚度(或深度))的约束的情况下，直接向上发射扬声器可能无法产生足够有效或期望的高度效应。由于减小的厚度约束，当与传统高置扬声器相比时，换能器的声学中心与内凹壁结构(例如，电视面板)之间的距离显著减小。这导致声能从内凹壁结构反射，而不是形成从天花板的声音反射。这种破坏性干扰最小化重现高置声道内容的声能，并导致监听者将音频感知为来自内凹壁结构的破坏性干扰，且非从上方反射。另外，通常需要在高置扬声器中使用窄(薄)换能器以便满足厚度限制。由于从换能器辐射的远场压力取决于换能器的辐射表面的大小，因此与传统高置扬声器相比，薄的高置扬声器模块具有较低的声学输出及较窄的频散模式。需要解决这些及其它限制以便增强薄换能器扬声器及反射高置声道扬声器中使用的其它类似换能器的向上发射效应。

发明内容

实施例涉及高置声道扬声器，其具有与高置声道扬声器一起使用的集成声学反射器(也称为声学透镜)。所述声学反射器用于将源自于高置扬声器换能器的声能向上反射、塑形并聚焦到天花板或类似的房间上表面。所述声学反射器通过创建高置扬声器外壳(或箱)外的真实声源的虚拟图像而有效地帮助克服所述换能器的受约束厚度。通过修改声学反射器表面的曲率控制所述声学反射器的焦点。

所述高置扬声器换能器被安装在扬声器箱的倾斜平面上，使得声能在向后向上倾斜方向上辐射。所述声学反射器的基底部分被安装在同一倾斜平面上或与换能器安装平面平行的平面上，使得所述换能器的辐射轴直接入射到声学反射器表面上。所述声学反射器在向前向上倾斜方向上将入射声音辐射的绝大多数朝向天花板反射并聚焦以提供用于具有高度内容的音频的有效音频高度暗示。实施例还进一步涉及制造具有集成反射器的高置扬声器的方法。

所述高置扬声器可被安装在电视或其它重放装置的后面板上，使得所述面板至少部分地遮挡从所述高置扬声器换能器传输的声音，并最小化从所述换能器到监听者的任何直接声音传输，从而将声音的全部或绝大多数聚焦到天花板，以便向下反射到监听者。

附图说明

在以下附图中，相似参考数字用于指代相似的元件。尽管以下附图描绘各种实例，但一或多个实施方案不限于附图中描绘的实例。

图1A说明依据一些实施例的与声学反射器一起使用的实例高置扬声器模块。

图1B说明依据一些实施例的并入有图1A的高置扬声器模块的实例声学反射器。

图1C是依据一些实施例的图1A的换能器箱的剖视图。

图1D说明依据一些实施例的与声学反射器及双电动机换能器成一体的高置扬声器的剖视图。

图2A说明依据一些实施例的与平板电视一起使用的声学反射器高置声道扬声器的透视图。

图2B是具有附接的声学反射器高置声道扬声器的图2A的平板显示器的前视图。

图3说明依据一些实例实施例的如用于将声音从天花板反射到监听者的图2A及2B的A/V装置及扬声器组合件。

图4A、4B及4C说明依据一些实施例的声学反射器高置声道扬声器的一些相关设计参数，其中图4A说明声学高置声道扬声器的厚度，图4B说明与换能器的倾斜角相关的变量，且图4C说明依据一些实施例的界定声学反射器的几何形状的变量。

图5A说明具有带平滑边角的凸表面的声学反射器高置声道扬声器的侧透视图。

图5B说明依据一些实施例的图5A的扬声器的前透视图。

图6说明依据一些实施例的具有多个换能器的声学反射器高置声道扬声器。

图7A说明依据一些实施例的具有平坦表面声学反射器的声学反射器高置声道扬声器的侧视图。

图7B说明依据一些实施例的图7A的扬声器的前透视图。

图7C说明依据一些实施例的用于声学反射器的组合的线性及曲线表面的实例。

图8A说明依据一些实施例的具有用于声学反射器的两部分弯曲壁结构的声学反射器高置声道扬声器的侧视图。

图8B是依据一些实施例的图8A的扬声器的前透视图。

图9A说明依据一些实施例的具有用于高置声道扬声器的嵌入式声学反射器表面的波导的前透视图。

图9B是依据一些实施例的图9A的扬声器的剖视图。

图10A是依据一些实施例的用于具有椭圆形口轮廓的声学反射器高置声道扬声器的封闭壁结构的前透视图。

图10B说明依据一些实施例的图10A的扬声器的前剖视图。

图11是说明依据一些实施例的用于图9A的实例矩形口声学反射高置声道扬声器的声学方向性响应的等高线图。

图12说明依据一些实施例的沿具有嵌入式声学反射器表面的高置扬声器波导的参考轴的实例振幅响应曲线。

图13说明依据一些实施例的用于高置扬声器的前容积腔室的共振器设计。

图14说明依据一些实施例的具有共振器的图12的频率响应曲线。

图15A是依据一些实施例的显示器面板的前透视图，所述显示器面板带具有用以将声音从房间的天花板及墙壁引导的声学反射器的高置及侧置扬声器两者。

图15B是依据一些实施例的图15A的显示器面板及扬声器的侧视图。

具体实施方式

实施例涉及一种与高置声道扬声器一起使用或成一体的声学反射器设计。所描述的实施例中的任一者可单独使用或以任何组合彼此一起使用。尽管各种实施例可能已受可在说明书中讨论的当前及已知解决方案的各种缺陷激励，但实施例不一定解决这些缺陷中的任一者。不同的实施例可解决不同的缺陷，且一些可仅被部分地解决。

为了本描述的目的，以下术语具有相关联的含义：术语“声道”意指音频信号加元数据，其中位置被编码为声道标识符，例如，左前或右上环绕；“基于声道的音频”是通过具有相关联的标称位置，例如5.1、7.1等(即，刚刚定义的声道的集合)的预定义的一组扬声器区域格式化用于重放的音频；术语“对象”意指具有参数化源描述的一或多个音频声道，例如表观源位置(例如，3D坐标)、表观源宽度等；“基于对象的音频”意指如刚刚定义的对象集合；及“沉浸式音频”(替代地“空间音频”或“自适应音频”)意指基于声道及对象或基于对象的音频信号加元数据，其使用音频流加元数据(其中位置被编码为空间中的3D位置)基于重放环境渲染音频信号；及“监听环境”意指任何开放的、部分封闭的或完全封闭的区域，例如可用于将音频内容单独重放或与视频或其它内容一起重放的房间，且可在家庭、电影院、剧院、礼堂、工作室、游戏机及其类似者中体现。

术语“扬声器(speaker或loudspeaker)”意指音频重放扬声器，其具有围封一或多个驱动器的箱，术语“驱动器”意指将电音频信号转换为声波的个别音频换能器，且可经实施为圆锥体、喇叭、微型扬声器或平面驱动器，且可为全范围驱动器或经配置以重放特定频率范围，例如高音扬声器、中音驱动器、低音扬声器、超低音扬声器等。术语“箱”意指容置换能器或多个换能器(或驱动器)的扬声器外壳或箱体，且其通常完全封闭以在声学上隔离换能器，但如果某些音频响应特性需要，也可通风或部分敞开。

描述与高置声道扬声器一起使用或成一体的声学反射器设计的系统及方法。高置声道扬声器的换能器(也称为真实声源)通常被安装在扬声器箱的内凹倾斜平面上，使得换能器的辐射轴直接入射到天花板上。此类扬声器可称为直接向上发射扬声器。这些扬声器经设计使得最大化重现高置声道内容的声能。取决于扬声器的配置及倾斜角，可能存在从高置扬声器到达监听者的天花板反射及直接声音分量两者。为了增强直接向上发射扬声器效应，重要的是听众应感知从上方反射的声音，而不是从扬声器本身反射的声音。因此，高置扬声器可使用声学遮挡来减小朝向监听者的水平声学泄漏。可通过使换能器凹陷到其安装平面中以物理地阻挡直接朝向监听者辐射的声波来引入声学遮挡。另外，高度暗示滤波器可被应用到向上发射扬声器，以修改频率响应，使得声源看似源自于天花板。

在实施例中，具有向上倾斜换能器的高置发射扬声器包含声学反射器，所述声学反射器用于反射、塑形并聚焦从扬声器换能器向上传输到天花板或高于监听者的其它表面的声能。高置扬声器换能器被安装在倾斜平面上，使得声能在向后向上倾斜方向上辐射。声学反射器的基底部分被安装在同一倾斜平面或与换能器安装平面平行的平面上，使得换能器的辐射轴直接入射到声学反射器表面上。声学反射器在向前向上倾斜方向上将入射声音辐射的绝大多数朝向天花板反射并聚焦，以提供重现音频信号中存在的音频高度暗示。声学反射器用作声学透镜，从而创建高置扬声器箱外的真实声源的虚拟图像，从而克服强加在换能器上的可能厚度约束，例如当在平板电视中使用时。反射器表面与反射器前面的换能器位置之间的几何关系控制与真实声源等效的虚拟图像的创建的良好程度。另外，反射器的聚焦能力通过主焦点来表征，所述主焦点通过修改反射器表面的曲率来控制。焦点越远，高置扬声器模块的声学最佳点(sweet spot)越大。主焦点需要按照每一产品类别的声学最佳点要求进行定制。例如，65”电视的观众距离大于55”电视的观众距离。因此，针对每一产品类别，具有集成反射器的高置扬声器模块的声学设计可能是唯一的，其中产品类别可能指代具有显示器面板的重放装置的大小及配置。

实施例涉及一种与高置声道扬声器一起使用或成一体的声学反射器设计。图1A说明依据一些实施例的与声学反射器一起使用的实例高置扬声器模块。如图1A中所展示，高置扬声器102包含箱103，所述箱103通常是封闭的箱体，但可代替为或为通风的箱体，以增强扬声器的低频响应。上表面104向上倾斜，且换能器106被安装到这个上表面104，以向上朝向监听环境的天花板投射声音。扬声器箱103可被放置在地板上或与地板平行，使得上表面104的角度使声音从换能器106以与地板平面的适当角度(例如在0度到90度之间)朝向天花板投射。换能器106可为任何适当类型的驱动器，例如高音扬声器、中音或甚至低音扬声器。其可被实施为单个换能器或换能器的阵列。其也可为任何适当的形状，例如圆形或长方形，如所展示。

图1A的扬声器102经配置以包含或附接到声学反射器。图1B说明依据一些实施例的并入有图1A的高置扬声器模块的实例声学反射器。如图1B中所展示，声学反射器108附接到箱103的向下或下侧105，使得其从箱的这个下侧向上延伸。

如在图1B中可见，声学反射器经配置以将声波从换能器106朝向天花板或监听环境的其它上表面反射、塑形并聚焦。高置扬声器换能器106被安装在上表面104的倾斜平面上，使得声能在向后、向上倾斜方向上辐射。声学反射器108被安装在与换能器相同的倾斜平面上，使得换能器的辐射轴直接入射到声学反射器108的内表面上。声学反射器在向前、向上倾斜方向上朝向天花板反射、塑形并聚焦入射声音的绝大多数。

声学反射器108可为通过适当手段(例如胶水、钉子、螺钉、接合等)附接到高置扬声器102的单独单元。替代地，其可为与扬声器箱103成一体的或作为扬声器箱103的部分制造的结构。在任一情况下，此类扬声器被称为“声学反射器高置声道扬声器”110或任何等效或类似术语。

图1C是依据一些实施例的图1A的换能器箱的剖视图。在图1C中，表面112表示换能器114的安装平面，所述换能器114可为具有辐射表面114的薄高置扬声器换能器。这个换能器通过换能器篮116耦合到箱111。当箱沿其开口端附接到装置或面板时，箱111的壁界定密封的声学后容积118。虚线120表示高置扬声器换能器的音频投射平面。换能器辐射表面114可与换能器篮116平齐对准，所述换能器篮116继而与辐射表面112平齐对准。然而，如果必要，辐射表面114可取而代之凹陷在辐射表面112内或在辐射表面112上方延伸。图1C中所展示的换能器是长方形或跑道形换能器，但取决于箱111的配置，可使用任何其它适当形状的换能器。

图1D说明依据一些实施例的与声学反射器及双电动机换能器成一体的高置扬声器的剖视图。任何适当的换能器设计可与高置声道扬声器110一起使用，且在图1D中所展示的实施例中，双换能器电动机设计被展示作为实例。在图1D的剖视图中，双换能器电动机120被展示在密封的声学后容积区域118中。这个换能器电动机设计负责将电信号转换为音圈的机械移动。换能器电动机设计由音圈、磁铁、钢片组件组成。尽管展示双换能器电动机，但取决于系统约束及要求，任何适当数量的换能器电动机也是可能的，例如单个换能器或换能器的阵列。另外，换能器的倾斜角可通过安装平面112固定，或其可为可变的，例如通过手动或电(伺服)控制。此外，针对不同的换能器，双换能器或多换能器电动机设计可能具有不同倾斜角。

声学反射器高置声道扬声器110可与任何适当的音频装置、音频重放系统、扬声器系统等一起使用。在实施例中，此类扬声器与带来特定空间或安装约束的装置一起使用，例如平板电视、便携式计算机、平板计算机等，其经配置以重放包含至少一些高置声道音频内容的沉浸式音频内容。

图2A说明依据一些实施例的与平板电视一起使用的声学反射器高置声道扬声器。包括具有箱103、换能器及声学反射器108的扬声器110的经安装扬声器组合件200被展示为附接到平板电视屏幕202的一侧。取决于电视202或其它装置的配置，扬声器组合件200可被安装在显示器面板的前侧或背侧中的任一者或两者上，且可经定位在任何适当的位置，例如如所展示的上边角205，或者任何其它适当的位置。此外，可使用多于一个的扬声器组合件，例如上边角中的每一者上各一个，用于立体声重放等。

图2B说明具有安装在显示器面板的后侧上的声学反射器高置声道扬声器的图2A的平板电视的前视图。如图2B中所展示，扬声器110被安装在显示器面板202后侧的上边角上，使得面板本身阻挡来自扬声器的任何直接声音辐射。也就是说，扬声器经安装使得其与显示器202的顶部边缘210齐平或低于显示器202的顶部边缘210。尽管扬声器被展示为安装在边角处，但它们可被安装在沿显示器202的上边缘210的任何适当位置。

尽管图2A及2B说明声学反射器高置声道扬声器110结合平板电视的使用，但应理解，实施例并不限于此，且可使用任何适当的音频或音频/视频(A/V)重放装置，例如台式计算机、便携式计算机、游戏机、平板装置、移动电话等。

声学反射器高置声道扬声器110可通过适当手段(例如胶水、钉子、螺钉、接合等)附接到装置或面板202。替代地，其可为与面板202成一体的或作为面板202的部分制造的结构。

如图2A及2B中所展示，声学反射器高置声道扬声器110的配置及位置被安装在显示器面板的后面及这个面板的上表面下方，使得箱103的倾斜平面、高置扬声器换能器及声学反射器108在结构上及声学上都与面向面板的前侧的监听者完全遮挡开来。装置或面板202可抵靠墙壁或其它结构放置，以增强或修改声学反射器高置声道扬声器110相对于监听者的遮挡。

图3说明依据一些实例实施例的如用于将声音从天花板反射到监听者的图2A及2B的A/V装置及扬声器组合件。如图3中所展示，具有面板202及附接的声学反射器高置声道扬声器的A/V装置经定位使得扬声器以一定角向上投射声音到天花板304，在所述天花板304声音可接着向下反弹回到位于特定观看位置302的监听者或观看者(“用户”)。

当与面板202一起使用时，声学反射器高置声道扬声器110的相关组件是附接到扬声器箱103的背面或下侧105的声学反射器108。声学反射器108具有形成为凹形的壁部分308，使得产生声学反射器表面306以提供来自换能器106的声音的经引导反射。换能器106被安装在箱103的倾斜上表面104上，以将声音引导到声学反射器表面306上。

来自声学反射器高置声道扬声器110的经反射声音分量包括沿换能器的辐射轴从换能器106投射到声学反射器108的声学反射器表面306的直接声音310。这个声音作为从声学反射器的声音反射312向上投射到天花板(或其它房间上表面)304。然后，声音从天花板314向下反射到处于观看位置302的监听者。

应注意，提供图3的实例实施例以展示来自声学反射器高置声道扬声器的声音从天花板表面的反射，并不必按比例绘制，且扬声器及A/V装置在房间内的任何配置及放置都是可能的。

为了产生期望的反射声音，可定义并指定声学反射器高置声道扬声器110的特定参数。图4A、4B及4C说明依据一些实施例的声学反射器高置声道扬声器的一些相关设计参数。在实施例中，指示声学反射高置声道扬声器的性能的变量中的至少一些包括：扬声器的厚度、反射器的表面几何形状(例如，平坦、凹、凸或平坦与曲线的组合)、反射器的长度、换能器的辐射轴在反射器上的入射点、倾斜安装平面的倾斜角(例如，大于0度且小于90度)、换能器的形状(例如，圆形或长方形)、换能器的数量以及声学反射器相对于换能器的放置。变量中的每一者的数值特定于特定装置及系统，可取决于独特产品要求而变动。

如图4A中所展示，第一设计参数是箱103的厚度(1)。厚度(1)表示高置扬声器模块附接到装置或显示器面板之前的整体厚度。基于实施方案约束，厚度(1)是有助于确定绝大多数或所有其它参数的参数。高置扬声器的厚度通常基于整体A/V装置(例如电视、计算机、游戏机等)的工业设计(ID)要求提供或指定。所有参数一起确定反射器的声学性能，且通常被优化使得来自声学反射器108的声音反射312的绝大多数朝向天花板304反射并聚焦，以通过将声音从天花板反射到监听者/观看者位置302来创建沉浸式音频体验。在实例平板电视显示器实施方案中，厚度(1)约为24mm，但可取决于装置及系统配置使用任何适当的厚度。

第二设计参数是声学反射器108的反射器表面306的表面几何形状。这个几何形状可为平坦的、凹的或凸的，或组合这些几何形状中的任一者的复合表面，如特定应用所需。图4A到4C中所说明的几何形状是凹形几何形状，但实施例不限于此。图4C说明依据一些实施例的界定声学反射器的几何形状的变量。如上面所陈述，图4C的所说明实施例展示具有实例凹表面几何形状的声学反射器。凹表面通常比平面或凸表面更有助于反射、塑形及聚焦声波。当界定反射器几何形状及尺寸时，必须界定或识别反射器的长度(7)。声学反射器用作声学透镜，从而创建真实声源的虚拟图像。反射器的长度、真实声源的位置及反射器表面306的曲率经设计使得虚拟图像的特性等效于真实声源。另外，反射器表面的曲率量及真实声源的位置也控制反射器的主焦点的位置。

凹形声学反射器表面306的曲率通常使用具有两个控制点的样条曲线界定，一个点在反射器表面的基底处，且另一点在反射器的出口处。曲线在这两个点处被切向驱动。实例曲率提供曲线在出口处65度及在反射器的基底处101度的终止角，然而这是一个实例，且任何其它实际配置也是可能的。基底点经选择使得基底点与换能器之间存在最小指定距离(例如，至少1mm)。此最小指定距离有利于将声学反射器容易地组装到高置扬声器模块上。出口点经选择使得在满足所期望的反射器表面曲率要求的同时，可实现具有最小可制造壁厚(例如，至少1.5mm)的声学反射器设计。在实例实施方案中，反射器基底处的厚度(9)约为3mm，且反射器的顶部部分的厚度约为4mm，且声学反射器的最小壁厚为1.8mm。

图4B说明依据一些实施例的界定换能器相对于声学反射器的倾斜角的变量。如图4B中所展示，倾斜角(3)(也称为塞塔θ)是其中或其上安装换能器106的倾斜表面104的安装平面的倾斜量。倾斜平面的长度(6)直接从换能器的厚度(5)、反射器表面(306)的曲率及倾斜角(3)导出。通常，换能器的厚度(5)对高置扬声器模块的声压级(SPL)输出及方向性具有不同的影响，因为换能器的辐射远场声压直接取决于换能器的辐射表面积。随着厚度减小，个别换能器的辐射表面积减小，且因此SPL输出减小并导致高置扬声器的较窄频散。可通过使用多个换能器来增加SPL输出而补偿这种减小。可通过充分设计声学反射器306轮廓来补偿方向性要求。

在实例实施例中，倾斜角的值是基于厚度要求及也基于换能器的整体z尺寸(也称为高度)的10度倾斜；倾斜平面的长度约为24.5mm，且换能器的厚度(5)约为15mm。这仅为了实例的目的而提供，且任何其它实际尺寸及倾斜角也是可能的。

换能器106在箱103内及在倾斜平面104上的放置也可取决于系统要求而变动。如图4B中所展示，换能器106的安装位置距外壳103的背侧405的距离可经设置为指定距离(4)。这个距离通常经选择使得在换能器电动机与高置扬声器外壳壁之间存在最小间隙。在实例实施例中，这个距离可约为4.5mm，但实施例不限于此。换能器的后安装位置与反射器的基底之间的某些最小距离(例如，1mm)可经选择以促进声学反射器108与扬声器箱103的组装。

倾斜角(3)连同声学反射器306的几何形状及换能器106的大小及配置一起通常确定反射的声波312、314的轨迹。在实施例中，换能器安装平面104可以相对于水平面的0度与90度之间的角度向前倾斜。如图3，换能器106沿与箱的倾斜表面的前表面(面)垂直或基本上垂直的直轴310辐射声能到声学表面306。尽管说明10度的实例倾斜角，但应注意，可使用任何类似角度，例如，可取决于扬声器的配置、声学表面的几何形状以及装置及房间的大小使用任何角度。

换能器可以固定角度安装(基于箱的倾斜表面)，或其经安装使得倾斜角可被手动调整，例如通过可移动的换能器安装组件。替代地，伺服机构可用于允许换能器的倾斜角及投射方向的自动或电控制。倾斜角可经配置或修改以帮助通过从天花板反射将声音投射到监听环境内的不同或更中心位置。

针对图4A到C中所展示的实施例，凹形声学反射器表面306具有沿其顶部边缘的相对尖锐边角。在某些情况下，当声波离开反射器表面时，此类尖锐边角可能产生一定程度的声学衍射。为了减轻这种声学衍射效应，凹形反射器表面可被修圆磨光以产生平滑的边角末端终止。图5A说明依据一些实施例的具有带平滑边角的凸表面的声学反射器高置声道扬声器的侧视图，且图5B说明依据一些实施例的这个扬声器的前透视图。

一或多个进一步实施例的以下描述将侧重于其与先前描述的实施例之间的差异。因此，两个实施例所共同的特征将从以下描述省略，且因此应假设先前描述的实施例的特征在或至少可在进一步实施例中实施，除非其以下描述另有要求。

如图5A及5B中所展示，具有凹形声学反射表面506的声学反射器508具有沿声学反射器508的长度504的上边角502。这个边角是修圆的或平滑的以消除沿边角的长度的任何尖锐度。可使用指定半径(例如，2mm)的圆角来产生此中的这种平滑的末端终止。可取决于装置及扬声器配置及尺寸，提供各种程度的圆度或平滑度。声学反射器的终止处的这个平滑(非尖锐)边角有助于减轻在声波离开声学反射器时发生的声学衍射，且平滑边角可经塑形以优化这个效应。

如上面所陈述，声学反射器高置声道扬声器可经配置为具有任何实际数量及配置的换能器或多个换能器。典型的实施方案可能每个扬声器具有一个圆形换能器，但取决于系统要求及约束，可能使用不同数量的不同形状的换能器。图6说明依据一些实施例的具有多个换能器604、606的声学反射器高置声道扬声器602。使用多个换能器通常增加来自高置扬声器的声能辐射的量，有助于改进听众的沉浸式音频体验。针对图6的实例实施例，使用具有长方形(跑道)形状的两个换能器，但也可使用其它数量、形状及放置。

在某些情况下，使用多个换能器可能增加整体扬声器空间要求，然而，可通过在给定应用的换能器大小与数量之间找到适当的权衡而实现期望的声学响应。

如上面所陈述，声学反射器几何形状可经配置为任何适当的表面形状，例如凹形(如所展示)或任何其它适当的几何形状。在实施例中，声学反射器可具有平坦的反射器表面几何形状。在图7A及7B中说明此类实施例。图7A说明依据一些实施例的具有平坦表面声学反射器704的声学反射器高置声道扬声器702的侧视图，且图7B说明依据一些实施例的图7A的扬声器的前透视图。声学反射器708的平坦表面706经配置以远离换能器倾斜。可通过提供锥形反射器来产生这个定向，所述锥形反射器在其顶端708处比其附接到箱703的底端处更窄。图7B的实施例展示稍微向后倾斜的声学反射器。声学反射器可取而代之经配置以具有向前锥度，使得顶端比底端宽。如所需要，可提供任何适当量的锥度或不提供锥度。可取决于装置及扬声器系统的配置及约束，以任何适当的方式配置平坦声学投射器704的倾斜量或锥角。例如，这种平坦反射器表面几何形状可用于其中凹形表面由于厚度或其它约束而不太可行的情况。另外，与经塑形(凹形、凸形、复合)声学反射器相比，平坦表面反射器可能更便宜且更易于制造及安装。

在实施例中，可组合不同类型的笔直表面或弯曲表面以形成声学反射器。图7C说明依据一些实施例的用于声学反射器的经组合线性及曲线表面的实例。如图7C中所展示，声学反射器711具有弯曲表面712及平坦或线性表面部分714。可取决于系统要求及配置，改变这些不同表面的相对分布。

针对到目前为止描述的实施例，声学反射器被安装到倾斜扬声器箱的一侧，以形成声学反射器高置声道扬声器110，其自身在一侧上敞开。如图2A中所展示，当扬声器通过装置或面板202的背表面安装到装置时，这个敞开侧封闭。如图3中所展示，当被安装在适当位置中时，这提供声波到天花板的全反射的音频遮挡。在实施例中，声学反射器可包括两部分结构，所述两部分结构封闭箱的两侧，如图8A及8B中所说明。图8A说明依据一些实施例的具有用于声学反射器的两部分弯曲壁结构的声学反射器高置声道扬声器的侧视图，且图8B是依据一些实施例的图8A的扬声器的前透视图。如图8A中所展示，如上面所描述，凹形声学反射器808被安装到倾斜斜率箱803的下侧，以反射由换能器805传输的声音。针对此实施例，弯曲壁结构806被添加并附接到倾斜斜率箱803的相对(较高)侧。这创建扩口壁结构802，其形成用于从换能器805投射的声波的均匀传输声道。

使用图8A中所说明的扩口壁结构802有助于增加从声学反射器808朝向天花板反射的声能的量。扩口壁结构有助于减轻声学反射器808的真空与遮挡结构(通常为面板202的背面)之间的声学驻波的发生。此外，扩口壁结构802还提供用于独立高置扬声器的结构及声学遮挡。图8B说明具有扩口壁结构802的声学反射器高置声道扬声器的透视图。这个视图说明弯曲壁结构806在扬声器箱803上沿其较高侧的长度的附接。附接可通过任何适当的机构，例如胶水、钉子、螺钉、一体制造等。

图8A的扩口壁结构被展示为提供由声学反射器808的曲率界定的均匀曲线，但实施例不限于此。弯曲壁结构806的曲率可经配置以不同于声学反射器808的曲率。例如，其可被提供为笔直的、平坦的或倾斜的表面或凸形的或复合形状的壁。弯曲壁结构806及声学反射器808中的任一者或两者的任何适当形状或曲率可用于创建用于扩口壁结构802的期望扩口形状。

图8A及8B的实施例具备具有开口端的扩口壁结构。在实施例中，这些端可封闭，以使用沿声学反射器高置声道扬声器的长度及宽度侧两者的弯曲壁结构产生声学反射器，如图9A及9B中所说明。图9A是依据一些实施例的用于声学反射器高置声道扬声器的封闭扩口壁结构的前透视图，且图9B说明依据一些实施例的图9A的扬声器的前剖视图。如图9A中所展示，封闭扩口壁结构902被安装在高置声道扬声器箱903上或形成为高置声道扬声器箱903的一部分。封闭扩口壁结构包括附接到箱903的下侧的用于反射来自换能器905的声波的声学反射器908及附接到箱903的较高侧的弯曲壁结构906。一个侧壁910附接到这些壁结构以在声学上封闭扩口壁结构902的一端，且第二侧壁911附接到壁结构以在声学上封闭扩口壁结构902的另一端。高置扬声器的宽度侧上的这个封闭扩口壁结构将有助于减轻高置扬声器换能器的杂散辐射。

侧壁910及911本身可经塑形或弯曲以增强任何声音传输及反射效应。如图9B中所展示，侧壁结构910及911两者相对于换能器905或多个换能器905向内弯曲(凸形)，但实施例不限于此。形状及曲率或任一或两个侧壁可经配置以产生具有特定期望轮廓的声音传输隧道，例如圆柱形横截面、扩口横截面等。这种轮廓可称为扬声器“口轮廓”，因为封闭壁结构在被安装在高置扬声器上时，有效地形成口。口轮廓可具有不同的轮廓，包含矩形形状、椭圆形形状、圆形形状、梯形形状等。

图10A是依据一些实施例的具有椭圆形口轮廓的声学反射器高置声道扬声器的封闭壁结构的前透视图，且图10B说明依据一些实施例的图10A的扬声器的前剖视图。如图10A中所展示，封闭椭圆形壁结构1002被安装在高置声道扬声器1003上。如可看到，借助于壁结构的前壁、后壁及侧壁的内表面1006的塑形，壁结构的开口1010形成为椭圆形形状。曲率在图10B的透视剖视图中展示。如图10A中所展示的用于口开口的椭圆形轮廓可用于控制高置扬声器的方向性。可采用其它形状来赋予不同的方向性特性。

在实施例中，封闭壁结构可形成为配装到扬声器箱1003上或形成为扬声器箱1003的部分的整体结构。针对这个实施例，可将曲面雕刻成或形成为适当尺寸及材料的管状(矩形或圆形)结构的部分。弯曲内表面区域1006可经形成使得提供用于换能器1005上方的容积的任何适当的形状。

任何适当数量及形状/大小的换能器都可用于封闭壁结构、声学反射高置声道扬声器。针对其中口1010形成为窄椭圆形的图10B的实例实施例，可使用两个或更多个矩形换能器，如所展示。替代地，可使用小圆形换能器的线性阵列。

如上面所提及，特定口轮廓可用于控制高置扬声器的方向性。图11是说明依据一些实施例的图9A的实例矩形口声学反射高置声道扬声器的声学方向性响应1102的等高线图1100。方向性等高线图1100通过展示远场SPL跨从-90度到+90度的不同水平角度的变动来提供与高置扬声器模块的空间响应相关的信息。针对所展示的实例方向性响应1102，扬声器展现高达12度、高达14kHz的均匀方向性。通过优化高置扬声器模块的水平方向性，扬声器的实施例可确保来自电视屏幕的轴上或离轴均匀声能分布。

在其中高置扬声器相对较薄(例如，箱厚度约2mm)的实例实施例中，高置扬声器模块的预期操作带宽在200Hz到18kHz的范围内。针对图9A的实施例，具有封闭的声学反射器的高置扬声器形成或充当波导。这个声学反射器波导(反射器外壳)有效地充当像一个封闭的声学管(声学管道)。通常，封闭声学管的基频与其长度相关。当由高置扬声器换能器生成的声波的波长与反射器波导声腔的基频一致时，声波的振幅可能增大，从而增大高置扬声器系统的响度。

图12说明依据一些实施例的在指定距离(例如1m)处沿高置扬声器的参考轴的实例频率响应曲线。跨操作频率范围(例如，200到14kHz)针对以dB为单位的声压级(SPL)绘制频率响应1200。如在图12的实例曲线图1202中可见，在频率响应中在1.65kHz下存在12dB共振峰值。实施例包含共振器机构以均衡这个共振峰值，以便使用基于波导的声学反射器改进高置扬声器的声音质量。

在实施例中，物理共振器被包含在声学反射器高置声道扬声器中，以减轻共振峰值，如图12中所展示。共振器充当声学滤波器元件，其当被精确调谐时，减轻高置扬声器系统的共振响应。共振器可经设计为亥姆霍兹共振器设计或四分之一波共振器，或类似设计。共振器通常被放置在反射器波导腔(也称为高置扬声器的前容积腔室)内的高压区域中。共振器的某些组件包含共振器容积、用于填充共振器容积的声学阻尼材料的量以及材料(例如，冲孔网)的质量。

图13说明依据一些实施例的高置扬声器共振器。所述共振器经设计为四分之一波共振器。这种共振器的尺寸经配置以与高置扬声器本身的尺寸匹配，且在实例实施例中为约22mm(长)x10 mm(宽)x53 mm(深)。图13说明具有安装在箱1310的倾斜表面中的两个换能器1308的共振器1300的剖视前视图。由反射壁的前/后及侧壁形成的反射波导部分1302创建扬声器1300的前容积腔室。为了减小由封闭管创建的振幅放大(声学共振)，共振器槽或声腔1304经形成到固持换能器1308的倾斜表面中。图13的实施例说明四分之一波共振器设计，其中槽1304是四分之一波共振器，其中开口1304覆盖有冲孔网(或等效材料)，且共振器槽填充有阻尼材料1306。声学阻尼材料1306通过其流动电阻率(Rf)材料性质表征，例如约每平方米10,000Pa.s或类似值。声学阻尼材料的一些常见实例包含岩棉(rockwool)、玻璃纤维等。填充有阻尼材料的共振器槽覆盖有声学网或格栅组件，以提供额外的声学阻力及机械支撑，以在扬声器的使用寿命期间保持声学阻尼材料完好无损。

代替四分之一波共振器，可使用不同类型的共振器设计，例如亥姆霍兹共振器，其是具有颈部及容积元件的共振器。还可使用其它适当类型的共振器。

图14说明依据一些实施例的具有共振器的图12的实例频率响应曲线。如图表1400中所展示，曲线图1402说明不具有共振器的封闭反射器高置扬声器的实例频率响应，且曲线图1403说明当使用具有阻尼材料及冲孔网的共振器槽时的频率响应，例如如图13。如在图14中可见，在某一SPL级的1.65kHz下，存在共振峰值的显著减小，例如约为5dB。

尽管相对于与闭环声学反射器高置扬声器一起使用的共振器的某些操作范围及配置描述实施例，但应注意，实施例并不限于此，且还可使用其它操作范围及配置。

除了被引导到房间的天花板的高度反射声音外，用于被遮挡扬声器的声学反射器结构还可用于对着其它表面，例如房间的墙壁或多个墙壁反射声音。针对这个实施例，扬声器模块被称为“侧置反射音频扬声器”，且通常被安装在重放装置的显示器的侧面或其它表面上。

图15A是依据一些实施例的具有高置及侧置扬声器两者的显示器面板的前透视图，所述高置及侧置扬声器具有用以将声音从房间的天花板及墙壁引导的声学反射器。如图15A中所展示，显示器屏幕1500具有背侧，所述背侧具有经安装为向上发射的声学反射高置扬声器1502以及侧向发射侧置反射扬声器1504。由于透视图，仅展示一个侧置反射扬声器1504，然而，针对对称性及立体声或多声道音频，可提供每侧一个侧置反射音频扬声器。

图15B是依据一些实施例的图15A的显示器面板及扬声器的侧视图。如在图15B中可见，侧置反射音频扬声器1504经定位并配置以在与面板平行的方向上直接从显示器面板1500的侧向外投射声音。替代地，取决于其中放置显示器面板的房间侧壁或表面的位置、距离及配置，这个扬声器或多个扬声器可经定位以在显示器面板后面或前面以一定角度投射声音。另外，每侧可提供多于一个侧置反射音频扬声器，例如在线性阵列中。类似地，任意数量的高置扬声器1502可被提供并沿显示器面板1500的顶部边缘安装。

在实施例中，例如当显示器被安装(mounted或installed)为高于地面时，可沿显示器面板1500的底部边缘安装底部发射反射扬声器，以向下投射声音用于从房间的地板向上反射。

侧向及/或底部发射反射扬声器可用于重放含有特定侧面或底部音频声道的基于对象的或沉浸式音频，或具有重现意在从监听者下方或侧面发出的声源的侧面或底部暗示的音频。

本文所描述的声学反射器高置声道扬声器或侧向发射扬声器的实施例可与任何适当的装置或应用一起使用，尤其是需要减小厚度的扬声器的那些装置或应用。减小厚度的高置扬声器设计的实例应用是具有沉浸式声音扬声器的电视。这种电视可具备非常薄的平板显示器，因此需要具有小于30mm的厚度的扬声器。由于这种电视的放置高度取决于最终用户，因此通常更好的是设计提供其自身声音反射的高置扬声器，以重新创建高置组件，而不是使用后壁反射的扬声器。

除非上下文另有明确要求，否则在整个描述及权利要求中，词语“包括(comprise、comprising)”及其类似者应以包含性意义来解释，而不是以排他性或详尽性意义来解释。使用单数或复数的词语也分别包含复数或单数。当词语“或”用于指两个或更多个项目的列表时，所述词语涵盖所述词语的以下所有解释：列表中的项目中的任一者、列表中的所有项目以及列表中的项目的任何组合。

虽然已以实例的方式并依据特定实施例描述一或多个实施方案，但应理解，一或多个实施方案不限于此。本描述旨在涵盖如所属领域技术人员将显而易见的各种修改及类似布置。因此，应对所附权利要求的范围给予最广泛的解释，以便涵盖所有此类修改及类似布置。

Claims (15)

1.一种用于传输将从监听环境的上表面反射的声波的高置声道扬声器，其包括：

外壳，其具有由倾斜表面接合的第一侧及第二侧，其中所述第一侧具有比所述第二侧低的垂直高度；

换能器，其被安装在所述倾斜表面上并经定位以沿与由所述倾斜表面界定的平面垂直的辐射轴辐射声能；

声学反射器，其附接到所述第一侧并经配置以将所述辐射声能引导、塑形并聚焦到所述监听环境的所述上表面；以及

壁结构，其附接到所述第二侧并在基本上平行于所述声学反射器的所述外壳上方延伸。

2.根据权利要求1所述的高置声道扬声器，其中所述声学反射器包括在所述第一侧上方延伸并具有内表面及外表面的平面结构。

3.根据权利要求2所述的高置声道扬声器，其中所述声学反射器的所述内表面是相对于所述换能器的所述辐射轴的平坦、凸形或凹形几何形状中的一者。

4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的高置声道扬声器，其中由所述倾斜表面界定的所述平面具有与所述监听环境的地板平面之间大于0度且小于90度的倾斜角。

5.根据权利要求3所述的高置声道扬声器，其中所述声学反射器的所述内表面具有所述凹形几何形状，且其中接合所述内表面及外表面的边缘具有圆形轮廓。

6.根据权利要求3或5所述的高置声道扬声器，其中所述声学反射器的所述内表面具有所述凹形几何形状，且其中所述壁结构具有用于附接到音频重放装置的面板的外表面，及与所述声学反射器的所述内表面的所述凹形几何形状匹配的凸形内表面。

7.根据权利要求1到3和5中任一权利要求所述的高置声道扬声器，其中所述声学反射器及所述壁结构的相应端侧通过相应的端壁接合以形成在所述倾斜表面上方延伸的经塑形声音传输柱。

8.根据权利要求7所述的高置声道扬声器，其中所述经塑形传输柱具有将辐射声音引导到所述监听环境的所述上表面的声音传输开口，且进一步其中所述声音传输开口的横截面形状为圆形、矩形、方形、梯形或椭圆形中的一者。

9.根据权利要求7所述的高置声道扬声器，其进一步包括一或多个声腔，所述一或多个声腔经切割成与所述换能器相邻的所述倾斜表面或所述经塑形声音传输柱的一或多个内表面，以提供共振器以减轻由所述经塑形传输柱的封闭声学管效应引入的共振峰值。

10.根据权利要求9所述的高置声道扬声器，其中一或多个槽填充有声学阻尼材料并由冲孔网覆盖，且其中所述共振器包括四分之一波共振器或亥姆霍兹共振器。

11.根据权利要求1到3和5中任一权利要求所述的高置声道扬声器，其中所述换能器为单个换能器或成阵列的多个换能器中的一者，且进一步其中所述换能器的形状为圆形或矩形中的一者，且其中所述换能器为高音扬声器、中音或低音扬声器驱动器中的一者。

12.一种用于从监听环境的天花板反射具有高度暗示的沉浸式音频内容的声波的方法，其包括：

将声波沿辐射轴从高置声道扬声器的换能器引导到附接到所述高置声道扬声器的声学反射器，其中所述声学反射器被安装在与所述换能器相同的倾斜平面上，使得所述换能器的所述辐射轴直接入射到所述声学反射器的内表面上，且其中所述声学反射器在向前向上倾斜方向上将从所述换能器入射的声音辐射朝向所述天花板反射、塑形并聚焦，以提供所述沉浸式音频内容的所述高度暗示，

其中所述高置声道扬声器包括具有由所述倾斜平面接合的第一侧及第二侧的外壳，其中所述第一侧具有比所述第二侧低的垂直高度，且其中所述声学反射器附接到所述第一侧，以及所述高置声道扬声器进一步包括附接到所述第二侧并在基本上平行于所述声学反射器的所述外壳上方延伸的壁结构。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述声学反射器的内表面是相对于所述换能器的所述辐射轴的平坦、凸形或凹形几何形状中的一者，且其中所述倾斜平面具有与平行于所述天花板的地板平面之间的大于0度且小于90度的倾斜角。

14.一种声学系统，其包括：

音频重放装置，其包括面板；及

根据权利要求1到11中任一权利要求所述的高置声道扬声器，所述高置声道扬声器的外壳的第二侧附接到所述面板的背侧，其中所述面板的至少一部分形成屏障，所述屏障提供与面向所述面板的前侧的监听者的声学遮挡，使得减少从所述换能器到所述监听者的直接声音传输。

15.根据权利要求14所述的声学系统，其中所述面板包括平板显示器屏幕，且所述音频重放装置包括电视、台式计算机、便携式计算机、桌上计算机、移动电话或游戏机中的一者。