CN1778141A - 车辆的扬声器阵列 - Google Patents

Abstract

一种车辆的音频处理系统，其设置有多个扬声器以形成单独线性阵列。该扬声器线性阵列可设置在车辆中的车辆挡板上，基本上位于挡板和车窗汇合的位置。当扬声器线性阵列由音频信号驱动时，车辆中的收听者可感觉到在垂直方向和水平方向上集中且狭窄的声音图样。该声音图样是由阵列中每个扬声器生成的直接声音脉冲和反射声音脉冲相长合并的结果。通过使用音频信号的延迟、衰减和相位调节，可以对声音图样进行控制、限制和导向到车辆中的一个或者多个位置。

Description

车辆的扬声器阵列

技术领域

本发明涉及扬声器。更具体地，本发明涉及一种车辆中的扬声器阵列。

背景技术

扬声器线性阵列技术已经使用了多年。通常扬声器线性阵列用于声音加强系统。在其最简单的形式中，相邻的线性阵列传感器的相互作用修改了线性阵列的声辐射特征。在商业应用中，线性阵列的主轴通常垂直布置。一种示例性的垂直布置的线性阵列是用于大型表演场所的JBL Pro VerTec扬声器阵列。

车辆通常包括有一定形式的带有扬声器的音频系统。调谐和优化车辆中的音频信号通常比在普通房间(如家里)要困难。在车辆中，扬声器必须要置于车辆制造商提供的可用空间中，而不是放在最佳的收听位置，例如在家庭影院系统中扬声器的通常位置。此外，障碍物(例如前座、乘客等等)对扬声器发射出的声波形成了妨碍。另外，玻璃、塑料和其它反射性强的表面和座椅、车厢顶蓬内衬等等形成了声音吸收表面，从而会造成不良的声场。被反射的声音可能与扬声器发射的声波是异相的，并可能引起多通带滤波。另外，声音的吸收会消除频率或频率的范围。结果，立体声形成的图像可能不准确，并且/或者带有其它不良特性。

发明内容

本发明提供了车辆中的扬声器阵列。该扬声器阵列可在车辆中运行，该车辆具有包括传感器阵列和相关放大器的音频系统，从而为车辆中的收听者生成单声道、立体声或者多通道声场图像。该传感器阵列由多个微型宽带扬声器组成，这些扬声器可位于车辆窗户(例如挡风玻璃)和车辆中的水平架或挡板(例如仪表板)相交的地方。换句话说，扬声器阵列可置于窗户和挡板的汇合处。

该阵列由一个或者多个音频信号驱动，该音频信号是由一组被处理器控制的多通道自动放大器提供的，该放大器能够将独立的处理器/放大器能量提供给阵列中的各个扬声器。通过将阵列设置成水平穿过车辆纵向延伸成一条直线，该阵列可在整个阵列的侧向上提供精确的成像。换句话说，尽管声音实际上从每个扬声器发出，当阵列由单一的信号驱动时，从收听者的角度来看，感觉到声音是从位于收听者正前方(或者后方)的扬声器发射的。类似地，当阵列由立体声信号驱动时，可根据发射声音的相位/延迟和振幅选择将该精确成像而定位于阵列上的任何位置。

由于阵列的物理位置，以及阵列中包括的直径相对较小的扬声器，声场的水平覆盖图样可有效地使声场成像变窄和集中。此外，垂直覆盖图样可被拓宽。但是，由于阵列相对于反射表面的位置，收听者感觉到的图像变窄。因为车辆中的乘客位于扬声器阵列的近场内部，所以图像的清晰度也会大大提高。换句话说，车辆中的收听者可收听阵列中的不同部分。因此，当扬声器阵列的不同部分由多通道音频信号(例如左和右声道信号)驱动时，可获得清楚和分离的独立通道的成像。由于扬声器阵列产生了在侧向上狭窄且集中的声场成像，所以在获得清楚和分离的成像的同时可实现最小的串扰。此外，通过感觉到的由直接和反射声音的结合所产生的在垂直方向上狭窄且集中的声场，可实现清楚和分离的成像。

可采用不同的音频信号处理配置来进一步控制扬声器阵列生成的声场的覆盖图样。例如，可利用信号延迟将阵列生成的音频内容集中在驾驶员和/或乘客位置。也可使用振幅校正(amplitude shading)来减小串扰并集中该阵列。选择性地使用延迟、振幅校正和使驱动阵列中扬声器的音频信号反向可在车辆中为一个或者多个乘客形成私密区。

对于本领域技术人员而言，参看以下的附图和详细说明，本发明的其它系统、方法、特征和优点是显而易见的。所有这些其它的系统、方法、特征和优点都包括在该说明和本发明的范围中，并且由所附的权利要求保护。

附图说明

参考随后附图和说明可以更好地理解本发明。图中的构件并不一定是按比例绘制的，其重点放在说明本发明的原理上。此外，在图中，不同视图中类似的附图标记表示相应的部分。

图1是包括声音系统的示例车辆的平面视图。

图2是示例车辆和声音系统的一部分的结构图。

图3是图1所示的示例扬声器阵列的示意图。

图4是车辆中示例扬声器阵列的频率响应图。

图5是图1所示的另一个示例扬声器阵列的示意图。

图6是使图5所示扬声器阵列对准某一确定方向的一系列延迟数据的表格。

图7是图1所示再一个示例扬声器阵列的示意图。

具体实施方式

图1是包括音频系统100的车辆的平面图。尽管其它类型的交通工具，例如卡车、公共汽车、船、摩托车和飞机，也可作为其它示例，在示出的示例中，该交通工具是汽车。尽管示出了具体示例的构造，也可以使用其它包括有较少或者更多音频系统元件的结构。音频系统100包括单独的线性扬声器线性阵列102和音频处理系统104。

该扬声器线性阵列102包括多个扬声器106。扬声器线性阵列102包括至少四个排列成一排的扬声器106。也可使用其它构造的扬声器线性阵列，例如在一个阵列中具有多行扬声器，或者线性阵列中的扬声器被布置成彼此之间基本上非线性排列，例如在水平和/或垂直方向上偏开。此外，可在车辆中的各个位置处布置一个或者多个扬声器线性阵列。

扬声器线性阵列102中的扬声器106可以是宽带的，例如20Hz到20kHz。此外，扬声器106的直径可以很小，例如直径大约为12.5mm、30.0mm或者大约在50.0mm以内的任何其它直径。扬声器106的结构包括连接到一个或多个激励器的面板，和/或没有外壳。也可使用其它的扬声器106，例如包括外壳的扬声器。此外，该激励器可包括传感器和/或驱动器，例如连接到锥体或者振膜的传感器。另外，扬声器106可以是(或者可以包括)带有短轴为50mm或更小且主轴为任意长度的辐射面的电动平面扬声器。一个示例的扬声器为Harman Multimedia生产的Odyssey1或者Odeyssey2扬声器。Harman Multimedia是加利福尼亚州Northridge的Harman International Industries Incorporated的分公司。

音频处理系统104可以是能够生成放大音频信号以驱动扬声器的硬件和软件的任何组合。音频处理系统104可包括多个音频元件，例如收音机、电话、游戏机(game counsel)、CD、DVD、其派生物，例如超级音频、蓝色激光和高清晰度装置等等。音频处理系统104可使用或产生一个通道的音源材料(单声道)、两个通道的音源材料(如左和右立体声信号)、5.1通道音频信号、6通道音频信号、7.1通道音频信号和/或任何其它音源材料。该音频处理系统104可控制用于驱动扬声器106的音频信号的振幅、相位、混频比例、均衡等等。来自车辆中的数据总线、传声器和/或其它任何转换装置的信息可与音频处理系统104一起控制混频及对准参数(aiming parameter)。

扬声器线性阵列102中的每个扬声器106可由音频处理系统104中包括的音频放大器的分离通道提供的音频信号驱动。或者，多个扬声器106可同时由音频放大器的单独通道提供的音频信号驱动。多个扬声器106可以成组，以便相邻地放置扬声器106。或者，多个扬声器106可在扬声器线性阵列102中对称或者不对称地分散布置。放大器的各个通道也可包括处理器，例如数字信号处理器(DSP)，其可提供复杂的处理，包括均衡、滤波、延迟和限幅器/压缩性能。例如，为了车辆中一个或多个收听位置处的扁平响应，可对扬声器线性阵列102的频率响应进行均衡。

车辆还可包括前扬声器、侧扬声器、后扬声器，一个或者多个副低音扩音器(subwoofer)、坐椅靠背扬声器等等，它们由音频处理系统104驱动，以便与扬声器线性阵列102协同工作。这些其它的扬声器可包括频率响应在预定范围内的一个或多个扬声器驱动器，例如高音扩音器(tweeter)、中音扩音器或者低音扩音器。

音频处理系统104还可包括处理，例如数字信号处理(DSP)技术，以控制扬声器线性阵列102的声辐射特征。具体地，可利用信号延迟和/或振幅/相位的修改来改变扬声器线性阵列102的覆盖图样。该处理也可使扬声器线性阵列102实现交互式的对准，从而覆盖车辆中的一个或多个特定收听区域。可对扬声器线性阵列102中的扬声器106进行信号延迟和/或振幅校正(amplitude shading)，从而通过更改各个传感器之间声波的相互作用，有效地改变来自阵列的声辐射形态。

此外，可使用更多的复杂算法，以便同时在扬声器线性阵列102上添加多个覆盖图样特征。多个覆盖图样特征可使得声场被修改为同时适应车辆内的多个收听位置(座位)。另外，通过管理扬声器线性阵列102中的扬声器106之间的相位关系，可以生成无信号区域。因此，可以生成分区的音频。

带宽的限制限制了分区的音频，由于阵列尺寸与波长的比率，该带宽限制限制了覆盖图样的控制范围。这样的分区音频的说明性示例能够在车辆中两个不同座位上同时听到两个语音广播节目，而不会出现音频重叠。这可以提供个人的音频私密性，就像收听者戴着耳机一样。生成分区音频和无信号区域的能力对于免提电话通讯也有很大的帮助。例如，分区音频可从司机与第三方以免提电话交谈中给乘客提供私密性。司机可以在接收到呼入电话时通过启用使用分区音频和无信号区域的“私密模式”来实现保密。

说明性的车辆包括若干大致平坦的表面，其汇合在带有玻璃声音反射表面的外围边缘处。例如，车辆通常有水平架，其包括仪表板110、后挡板112、侧窗挡板114和车厢顶蓬内衬挡板116。扬声器线性阵列102可置于一个或多个靠近相邻放置的反射表面的水平架中/上。因此，纵向延伸的扬声器线性阵列102形成的线与附近的声音反射表面大体平行。

在说明性的示例中，扬声器线性阵列102设置在一个或多个除霜口118和挡风玻璃120之间的仪表板110上的狭窄的较浅区域。优选地，该区域不与车辆厂商所采用的机械或工业设计发生冲突。在一个示例中，扬声器线性阵列102包括五个扬声器106，它们在整个仪表板110上以相等的距离间隔布置，因此，第一扬声器106靠近车辆的一侧布置，第二扬声器106靠近车辆的相对一侧布置，第三、第四和第五扬声器106在第一和第二扬声器106之间等距离间隔布置，以形成一条水平线。在另一个示例中，很多扬声器106可连续布置，以形成如图1所示的从车辆一侧到车辆的相对一侧水平延伸的一条水平线。在再一个示例中，任意数量的扬声器106可在整个车辆上等距离间隔布置，以形成一条水平线。在其它示例中，至少一部分扬声器106并非相互等距离地间隔布置。

因为仪表板110必须配合车辆的车厢，仪表板110大体延伸过车辆的整个宽度。例如，仪表板可能比车辆车厢的内径短5-10mm。此外，因为扬声器线性阵列102也许不能完全延伸到仪表板的对面，所以扬声器线性阵列102是大体延伸过车辆的整个宽度。例如，扬声器线性阵列102的近端和远端可设置在距离车辆车厢内壁形成的边界10-30mm处。

扬声器线性阵列106可形成与挡风玻璃120基本平行的线。在一个例子中，扬声器线性阵列106形成的线为直线。在另一个示例中，扬声器线性阵列106形成具有预定曲率半径的线。在再一个实施例中，扬声器线性阵列106可形成包括多个不同或相同曲率半径的线。在另一个实施例中，扬声器阵列106可形成具有至少一个直线部分和至少一个带有曲率半径的部分的线。

将扬声器线性阵列102设置在靠近仪表板110与挡风玻璃120汇合处的位置可以减少在其它位置设置扬声器的需要，并且避免与整车装置的可用位置相关的冲突。此外，由于紧靠挡风玻璃120提供的成角度的声音反射表面，扬声器线性阵列102可被优化来进行声音成像(sound imaging)并提供定义明确的图像。

在另外的示例中，或者此外，扬声器线性阵列102可置于紧靠车辆后挡风玻璃122的后围上盖板112中。在另一个示例中，或者此外，扬声器线性阵列102可置于紧靠相应侧挡风玻璃124的一个或者多个侧窗挡板114中。当扬声器线性阵列102置于在车辆同一侧的多个侧窗挡板114中时，每个侧窗挡板114可以具有独立的扬声器线性阵列102，或者单个扬声器线性阵列102可以分散在多个侧窗挡板114中。在另一个示例中，或者此外，扬声器线性阵列102置于紧靠一个或者多个相应侧挡风玻璃124的车厢顶蓬内衬挡板116中。

图2是图1所示车辆的一部分结构的剖面图，其包括仪表板110、挡风玻璃120和扬声器线性阵列102中的一个扬声器106。为清楚起见，仅示出了扬声器线性阵列102的一个扬声器106，然而，扬声器阵列中的所有扬声器106都可以相似地示出和说明。扬声器106被特别置于除霜口118和仪表板110与挡风玻璃120的交点202之间。在这个说明性的示例中，扬声器106距离交点202一个预定的距离“X”。如下所述，扬声器106可靠近交点202布置，以获得期望的在垂直方向上拓宽的图样覆盖，同时使收听者所感受的音场在垂直方向上变窄。因此，预定距离“X”尽可能小，可以仅是容纳扬声器106的物理尺寸所需的距离。

通常，仪表板110的表面和挡风玻璃120的表面实际上并没有相交，而是汇合在交点202处。该汇合点通常沿着仪表板110和挡风玻璃120表面部分的外围边缘。因此，仪表板110和在仪表板110之上延伸的挡风玻璃120之间的角(θ)是按照挡风玻璃120相对于仪表板110的倾角或者斜度形成的。

扬声器106安装于仪表板110上，且扬声器106的前表面大致平行于仪表板110的表面，而且基本上面向垂直方向。因为仪表板110形成有各种突起和部件，所以扬声器线性阵列102是大体平行于仪表板110。每个扬声器106的前表面也可至少部分地面对挡风玻璃120。当扬声器线性阵列102中的各个扬声器106由音频信号驱动时，声波从各个扬声器106的前表面发射出来。

由于扬声器106的全向(omni-directional)特征，从扬声器106发射出的声波可被定义为直接声音脉冲204和反射声音脉冲206。此外，由于扬声器106的直径相对较小，例如19mm，与较大直径的扬声器相比，例如90mm直径的扬声器，脉冲204和206的振幅相对较大，而持续时间相对较短。一部分直接声音脉冲204a是不被反射或以其它方式被声反射和/或声吸收表面阻碍的声波。反射声音脉冲206是由挡风玻璃120反射了一部分直接声音脉冲204b而生成的。作为反射的结果，在与扬声器106所在位置相对的挡风玻璃120一侧形成了虚拟扬声器210。

虚拟扬声器210被旋转为大体垂直的位置。由于挡风玻璃120的角度，虚拟扬声器210的位置可以是大体垂直。挡风玻璃120的角度可以在30度和90度之间变化。例如，当挡风玻璃角度在45度时，虚拟扬声器210的前表面垂直于扬声器106的前表面。如果挡风玻璃角度小于45度，虚拟扬声器210的前表面朝向仪表板110形成一定角度。如果是另一种情况，挡风玻璃120的角度大于45度，虚拟扬声器210的前表面偏离仪表板110形成一定角度。

虚拟扬声器210可在仪表板110上方垂直距离为“Y”处提供反射声音脉冲206。该垂直距离是基于扬声器106的前表面和挡风玻璃120的表面之间的距离。此外，该垂直距离受到挡风玻璃120的角度(θ)的约束，例如30度、35度、40度、45度和50度。由于反射的原因，反射声音脉冲206的路径比直接声音脉冲204略长。换句话说，在直接声音脉冲204和反射声音脉冲206之间存在有一定的相位差。

为了减小相位差，可将扬声器106大体置于交点202处。由于物理扬声器的安装约束，扬声器106可接近、邻接或与交点202并列地安装，使之大致处于交点202的位置。可通过减小直接声音脉冲204a和反射声音脉冲206之间的路径长度差异来实现相位差的减小。

相位差的最小化可使同一扬声器106的直接声音脉冲204a和反射声音脉冲206相长地基本上同相位地合并，从而感觉形成了单独的声源。“基本上同相位”是指在频率约为100Hz到约为10kHz之间的相移小于90度。由于扬声器106和虚拟扬声器210相对非常靠近，这种感觉到的单独声源也使得收听者感觉到合成的垂直声场变窄并集中。但是，由于直接和反射声音脉冲204和206结合的原因，垂直覆盖实际上被拓宽了。因此，收听者相对于扬声器阵列的高度变化仍然可以提供变窄的、集中的且定义明确的垂直声场的感受效果。

在扬声器线性阵列102中的各个扬声器106相长地将扬声器106的直接声音脉冲204a和同样的扬声器106的反射声音脉冲206合并。因此，直接和反射声的振幅基本上相近。脉冲的“相长地合并”是指两种声波合并形成声波，该声波的频率响应偏差在约100Hz和约10kHz之间平均小于+/-5dB。

作为“两个”声源(实际扬声器和虚拟扬声器)合并的结果，灵敏性和声音输出在振幅上被加倍。由于靠近挡风玻璃120的成角度的声音反射表面，所以垂直声音覆盖被拓宽，同时感受到在垂直方向上狭窄、清晰、图像定义明确的声场。此外，由于单行的扬声器阵列构造，感受到的声音图像在水平方向上也很清晰。因此，收听者所感觉到的扬声器线性阵列102产生的合成覆盖图样是在垂直方向和水平方向上都较狭窄和集中的声场。由于声场在垂直方向和水平方向上较为集中，扬声器线性阵列102产生的声音图像的成像和感觉会特别清晰、清楚、定义明确，并且其尺寸是有限的。

在车辆中，扬声器线性阵列102可按照其主轴水平布置。在这样的布置方向中，扬声器线性阵列102能够沿着水平轴提供覆盖图样控制。此外，扬声器线性阵列102的位置紧靠、相邻或者和仪表板(IP)110与挡风玻璃120的交点202并列，从而形成扬声器线性阵列102中的各个扬声器106的声反射或者虚拟(镜像)图像。结果，扬声器线性阵列102的有效灵敏度和最大输出增加。此外，扬声器线性阵列102还可包括在水平轴上的覆盖图样控制和在垂直轴上的感受覆盖图样控制。为了获得最佳的覆盖，根据再现频率的音频波长可以计算相邻扬声器106之间的距离。还可监视并有效控制扬声器线性阵列102频率响应的左右和上下变化。

图3是说明安装于车辆上的示例性弯曲扬声器线性阵列302的示意图。在该示例中，扬声器线性阵列302包括五十四个连续排列的扬声器，其设置于仪表板上，形成如上所述紧靠车辆挡风玻璃的单独一排扬声器阵列。在其它的示例中，任意其它数量的扬声器可在车辆中的上述位置形成扬声器线性阵列302。扬声器线性阵列302具有一定宽度(W)304，其基本上是车辆的宽度。也可采用其它宽度，例如车辆宽度的一部分。扬声器线性阵列302可被设置形成具有确定的曲率半径(R)306，该曲率半径与车辆挡风玻璃的曲率半径相对应。在所示的示例中，宽度(W)304为大约1146cm，根据宽度(W)304，曲率半径(R)306大约为1870cm。在其它的示例中，曲率半径(R)306可小于2米，宽度(W)304可小于1.5米。在示例的扬声器线性阵列302中，各个扬声器为19mm直径的宽带驱动器(约350Hz到约20kHz)。

扬声器线性阵列302可安装在仪表板中。或者，扬声器线性阵列302可使用五十四个独立的模块化的扬声器/外壳的组合。阵列中的扬声器可以预定的中心到中心的侧向间距连续地排列。在示例的扬声器线性阵列302中，中心到中心的侧向间距为大约21.6mm。驱动扬声器线性阵列302的音频信号也可驱动远离扬声器线性阵列302的其它位置处的扬声器，例如置于车辆前门中的200mm低音扩音器。可对提供给其它扬声器的音频信号进行滤波。例如低音扩音器的扬声器可接收在约400Hz处高通滤波的音频信号。

在图3中，还示出了前驾驶员位置310和前乘客位置312。根据车辆前座的可滑动位置，将位置310和312置于预定的距离范围(D)314。距离(D)设置在扬声器线性阵列302的近场之中。根据声源的尺寸确定扬声器的近场。在单独一排扬声器阵列的情况下，声源的尺寸为扬声器阵列的长度。每个位置310和312也以预定距离(C)318偏离扬声器线性阵列302的中心轴316。在所示的示例中，预定距离(C)318大约为37cm。

使用各种结构的扬声器线性阵列302进行客观和主观性能测试。在第一示例结构中，单个的音频信号(单声道)被用来驱动整个扬声器线性阵列302。在该示例中，车辆整个前座区域内的所有点获得了良好的覆盖。感觉到的声源宽度相对较窄，并且感觉是来自扬声器线性阵列302中的单独一个扬声器。当收听者在扬声器线性阵列302前方水平地从一端到另一端移动，由于所产生声场的侧向覆盖图样狭窄且集中，声源似乎总是从收听者正前方的位置产生的。因此，当收听者沿着扬声器线性阵列302的中心轴316而定位时，居中的单一声源是特别有效的音频源材料，因为其听起来像是来自扬声器线性阵列302的正中心，所以当收听者实际上接收整个扬声器线性阵列302的水平和垂直覆盖图样时，好像只有扬声器线性阵列302中心的扬声器(所示示例中的扬声器27)在工作。

图4是基于用未被均衡的单个(单一的)音频信号驱动图3的整个扬声器线性阵列302的一套频率响应曲线。在图4中，示出了在前驾驶员位置310处的扬声器线性阵列302的第一未均衡频率响应402。此外，还示出了在前乘客位置312处的未均衡频率响应404。最后，示出了位于中心轴316上距离(D)314(图3)处的中心位置320的未均衡频率响应406。

很明显，使用扬声器线性阵列302显著地减少了频率响应中的偏离量，而在很多车辆的传统音频系统中会出现这样的情况。由于扬声器线性阵列302提供的声场的侧向覆盖图样狭窄且集中，在前驾驶员位置310、中心位置320和前乘客位置312处的扬声器线性阵列302的各个频率响应大体相似。在前驾驶员位置310、中心位置320和前乘客位置312处的扬声器阵列的原始频率响应包括3-dB/8度的高频衰减(roll off)，如图所示。该衰减是由于扬声器线性阵列302的弯曲造成的。扬声器线性阵列302中的单个扬声器的响应基本上是扁平的。

在图3中，在另一个示例结构中，可由右音频信道馈入的右半部阵列(驱动器1-27)和左侧音频信道馈入的左半部阵列(驱动器28-54)以立体声驱动扬声器线性阵列302。在该示例结构中，阵列中的单独扬声器没有延迟或校正(shading)，但是可以使用均衡来修正3-dB/8度的高频衰减。利用立体声节目的素材，扬声器线性阵列302可以获得与单声道信号完全不同的声场效果。当从中心处或者靠近中心处320收听时，生成清晰的、定义明确的立体声图像，其具有在整个扬声器线性阵列302宽度内的宽泛信号(panned signal)的精确立体声图像。

由于扬声器线性阵列302中的扬声器的覆盖图样在水平方向上狭窄且集中，收听者感觉到的图像与大致在仪表板正中心的单个扬声器106所产生的相似，所以中心的立体声图像尤其显著。此外，由于感觉到的反射音频声音产生的覆盖图样在垂直方向上狭窄且集中，无论收听者相对于扬声器线性阵列302的高度如何，收听者都可以感觉到图像来自于扬声器线性阵列和反射音频声音的组合。

利用狭窄和集中的声场产生的对定义明确的、精确的立体声图像的感觉是基于扬声器线性阵列302的指向性特征。此外，狭窄和集中的声场可以让收听者收听从扬声器线性阵列302不同部分发出的声音。换句话说，由于所感受到的由独立扬声器106产生的声场在垂直方向和水平方向上具有紧凑和集中的束状特征，不同扬声器106或阵列中扬声器106的若干部分可以被收听者的每个耳朵听到。因此，狭窄和集中的声场的指向性可通过保持左右立体声信号各自声束的分离而有效地消除串话干扰。换句话说，扬声器线性阵列302的左半部可为收听者的左耳提供声场，而扬声器线性阵列302的右半部可为收听者的右耳提供声场。

图5是另一个示例结构中的扬声器线性阵列302的原理图。与上述示例结构相似，扬声器线性阵列302可以被由右音频信道馈入的右半部阵列(驱动器1-27)和左侧音频信道馈入的左半部阵列(驱动器28-54)以立体声驱动。然而，在该示例中，为改进前驾驶员位置310处的立体声图像，可将扬声器线性阵列302矫直且对准前驾驶员位置310。可以通过使用延迟来执行扬声器线性阵列302的矫直和对准。驱动扬声器阵列中302的每个扬声器的每个音频信号的选择性延迟可用来控制和/或对准阵列产生的声场/成像。

用于驱动扬声器线性阵列302的音频信号的信号处理延迟可用于在位置310和312处矫直和对准扬声器线性阵列302。或者，可以矫直扬声器线性阵列302以对准中心位置320或者车辆中任何其它位置。以朝向前驾驶员位置310的确定角(A)502矫直和对准扬声器线性阵列302，从而提供对准前驾驶员位置310的虚拟直线阵列。在一个示例中，确定角(A)502大约为18.8度。

图6是为图5所示的扬声器线性阵列302中的各个扬声器(N)602提供示例性偏移值和相应延迟的表格。偏移值604代表扬声器线性阵列302中的各个扬声器602应该偏移或物理移动的距离，从而重组阵列使之成为对准前驾驶员位置310的直线。以毫秒为单位的延迟606给各个扬声器602提供了示例性的延迟，从而模拟各个扬声器602的偏移或移动的量。采样号608代表了示例信号处理系统运行的时钟主频(clock speed)。因此，该延迟四舍五入为符合信号处理系统的时钟主频。在图6中，示例信号处理系统的时钟主频为48kHz。

在该示例结构中，也经历了上述结构的正成像(positive imaging)特征，但是现在是在前驾驶员位置310处。沿着扬声器线性阵列302的水平线保持了精确成像。由于直接声音脉冲和反射声音脉冲的结合以及串扰的消除而形成了狭窄和集中的声束，使得对中心图像的印象特别深刻。感受到中心图像好像是从直接脉冲和反射脉冲高度处的扬声器线性阵列302的中心发出的，就像在该位置只有一个声源在工作。

图7是另一个示例结构中的扬声器线性阵列302的原理图。该示例结构被设置为对前驾驶员位置310和前乘客位置312两者提供音频内容的声场覆盖。为了提供这样的双声场覆盖，扬声器线性阵列302中的扬声器驱动器每隔一个使用延迟分别对准前驾驶员位置310和/或在车辆中的一个或多个乘客位置。在该示例中，扬声器线性阵列302同时对准前驾驶员位置310和前乘客位置312，从而同时在车辆两侧获得声场覆盖并提供音频内容。

扬声器线性阵列302的若干部分以朝向前驾驶员位置310的确定角(A)502被矫直和对准，从而提供对准前驾驶员位置310的第一虚拟直线阵列。此外，扬声器线性阵列302的若干部分以朝向前乘客位置312的确定角(B)702被矫直和对准，从而提供对准前乘客位置312的第二虚拟直线阵列。因此，扬声器线性阵列302产生的声场的第一部分对准第一方向，而扬声器线性阵列302产生的声场的第二部分对准第二方向。在所示的示例中，每个确定角为大约18.8度。

在示例结构中，扬声器线性阵列302中所有偶数扬声器驱动器对准前驾驶员位置310，而所有奇数扬声器驱动器对准前乘客位置312。在其它示例中，可采用其它结构的阵列(例如，阵列中预定的扬声器组、阵列中扬声器的重复图样等等)使之对准车辆中的前驾驶员位置和/或一个或多个乘客位置。

在另一个示例中，可以根据车辆的各种相关参数，例如车辆乘坐情况、座椅位置、窗户位置等等，动态地调整扬声器线性阵列302，使其覆盖最大化。扬声器线性阵列302的动态调节可由音频处理系统104(图1)自动执行。可以根据外部传感器、可由用户配置的设置或任何其它可用于确定扬声器线性阵列302的具体结构的各种参数，来自动调节该可动态调节的配置。例如，可由用户配置的设置可以是一个开关或者按钮，用来手动改变覆盖图样。此外，扬声器线性阵列302可根据驱动扬声器线性阵列302中的扬声器的音频内容或者节目素材而被动态地对准。例如，扬声器线性阵列302对音乐产生的成像可能与对语音(例如电话交谈)的成像不同。可以根据音频内容或者节目素材的来源，例如CD播放机或者手机，自动检测音频内容或者节目素材，或者可以根据可由用户配置的设置手动执行。

扬声器线性阵列302也可被设置为对车辆里的一个或多个乘客中的每一个提供声场管理。例如，可将扬声器线性阵列302配置为给车辆中的特定座椅位置形成私密区。可使用扬声器线性阵列302的一部分将期望的音频内容对准期望的位置，而使用扬声器线性阵列302的另一部分使反向的音频内容对准，从而消除期望位置附近的声音“泄漏”，这样就形成了私密区。这可以被称为无信号区域。除对准以外，反向的音频内容可进一步被延迟，从而有效地消除声音的“泄漏”。

例如，当第一车辆乘客在收听谈话节目，而第二车辆乘客在接收导航指示，导航指示的反向声场可消除第一乘客的声场中的导航指示的音频内容。类似地，谈话节目的音频内容可被反向并对准第二乘客的声场，从而消除第一乘客声场的“泄漏”。因此，通过用扬声器线性阵列302中的选定的驱动器来将音频内容对准，可以使声音的消除最大化。这种精确的对准和图样覆盖的能力是由扬声器线性阵列302产生的在垂直方向和侧向上感受到的狭窄且集中的声束而实现的。不仅可以实现大致精确的消除，还由于消除了串扰，使得串扰被最小化，并使得私密区的私密性最大化。

在另一个示例结构中，立体声信号如上所述驱动扬声器线性阵列302，其未被校正(shading)，但是利用施加到扬声器线性阵列302中每个扬声器的多个延迟，同时被对准前驾驶员位置310和前乘客位置312两者。该示例结构使所有的扬声器同时覆盖车辆中的多个位置。此外，该示例结构有效地生成在中心线316处相交的两个虚拟直线阵列。可利用多个延迟在车辆乘客的声场中产生成像，其代表音频内容的多个声源，例如代表置于乘客后面的右后或者左后扬声器。也可使用多个延迟用于模拟环绕声、logic 7或者其它多通道输出声场效果。此外，扬声器线性阵列302可配置为与车辆中的其它扬声器(例如上述的低音扩音器)协同运行，从而进一步增强乘客的声场和/或在其中的成像。

在另一个示例结构中，扬声器线性阵列302由立体声信号驱动，并且如前参照图5所述对准前驾驶员位置310。在该示例中，提供给扬声器线性阵列302中的所选扬声器驱动器的音频信号被衰减，从而进一步对准扬声器线性阵列302产生的声场成像。这种形式的衰减可作为Legendre校正(Legendre shading)，并且可由Legendre校正函数(Legendre shading function)确定。在该示例结构中，送给扬声器阵列中间的扬声器驱动器(如驱动器20-30)的音频信号为全振幅，而音频信号水平逐渐且一致地减小，使得扬声器线性阵列302外缘的驱动器以确定的量被衰减，例如+12dB。

在另外的示例结构中，提供给外侧扬声器驱动器的音频信号水平为全振幅，且音频信号的振幅平滑地衰减，从而使得靠近扬声器线性阵列302中心轴316的扬声器驱动器减小确定的量，例如大约-12dB。在另一个示例中，扬声器线性阵列302可分为第一部分和第二部分。提供给各个部分中间处的扬声器驱动器的音频信号水平为全振幅，音频信号振幅可平滑地衰减，使得在靠近各个部分外围的扬声器驱动器处减少确定的量，例如大约-12dB。在另外的示例中，可使用Legendre校正函数的其它设置来生成相长声波(constructive sound wave)和相消声波(destructive sound wave)，并在扬声器线性阵列302产生的声场中提供声束对准。

在另一个示例结构中，扬声器线性阵列302由立体声信号驱动且没有校正或者延迟。在该示例结构中，扬声器阵列分为三个相等的部分：左：扬声器驱动器1-18；中间：扬声器驱动器19-36；和右：扬声器驱动器37-54。左立体声信号(L)发送到扬声器左组，右立体声信号(R)发送到扬声器右组，而单独的左立体声信号加上右立体声信号(L+R)发送到扬声器中间组。再一次，扬声器线性阵列302在垂直方向和侧向上集中且狭窄的覆盖图样在该三部分中的每一个上提供了清晰成像的感觉。在另外的示例中，扬声器线性阵列302可分为任意数量的部分，以模拟如前所述的各种成像和/或无信号区域。

上述的声场包括用来安装在车辆中的扬声器线性阵列。该扬声器线性阵列被设置为布置在车辆中靠近声音反射表面的水平架上。当一个或者多个音频信号驱动包括在阵列中的每个扬声器时，产生一个声场或者声束。声场是由直接声和反射声的合并而形成的。来自每个扬声器的直接声和反射声被结合，从而形成拓宽的垂直覆盖和狭窄集中的高度侧向指向的覆盖。结果，位于扬声器阵列产生的近场中的收听者感觉到侧向上的清晰精确的图像和垂直方向上的清晰精确的图像。由于直接声和反射声的合并，声波的敏感度和振幅增加。此外，沿着扬声器线性阵列的长度表现出声源的精确成像。

尽管说明了本发明的各种实施例，本领域的普通技术人员很清楚，在本发明的范围内可实现更多的实施例和实施方式。

Claims (42)

1.一种用于车辆中的音频系统，所述音频系统包括：

具有至少四个扬声器的线性阵列；和

被设置为安装在车辆中的基本上水平的架子，其中所述阵列安装在所述架子上，使其位置与在所述架子上方延伸的声音反射表面相邻，且在所述架子和所述声音反射表面之间形成确定的角。

2.如权利要求1所述的音频系统，其中所述线性阵列并列地设置于所述声音反射表面和所述架子的汇合处，并且每个所述扬声器的前表面被设置为基本上与所述架子平行。

3.如权利要求1所述的音频系统，其中所述扬声器相对于所述声音反射表面被设置于所述架子中，使得每个所述扬声器提供的直接声音脉冲与所述扬声器产生的反射声音脉冲相长地合并。

4.如权利要求3所述的音频系统，其中所述直接声音脉冲和所述反射声音脉冲由相同的各个扬声器产生。

5.如权利要求1所述的音频系统，其中所述扬声器为全方向的，且其被设置为可在所述扬声器产生的声场的水平轴上实现覆盖图样控制。

6.如权利要求1所述的音频系统，其中所述架子的长度大致为所述车辆的宽度，并且所述扬声器沿着该长度相互大致等距离地设置在所述架子中。

7.如权利要求1所述的音频系统，其中所述扬声器相互连续地布置，以形成延伸长度基本上为所述架子长度的一条线。

8.一种用于车辆中的音频系统，所述音频系统包括：

车辆的挡风玻璃；

车辆的挡板，其从所述挡风玻璃伸出，以在所述挡风玻璃和所述挡板之间形成一个角；

至少四个扬声器，其相邻地置于所述挡板中，以形成基本上跨过所述车辆宽度延伸的一条线，并且其基本上平行于所述挡风玻璃，其中所述扬声器置于所述挡板中，与所述挡风玻璃相邻。

9.如权利要求8所述的音频系统，其中所述至少四个扬声器置于在所述挡风玻璃和也位于所述挡板中的除霜口之间的所述挡板中。

10.如权利要求8所述的音频系统，其中所述至少四个扬声器中的每一个的直径小于50毫米。

11.如权利要求8所述的音频系统，其中所述的线是具有预定曲率半径的单独一条线。

12.如权利要求8所述的音频系统，其中所述的线是具有多个预定曲率半径的单独一条线。

13.如权利要求8所述的音频系统，其中所述的线形成单独一条直线。

14.如权利要求8所述的音频系统，其中所述至少四个扬声器置于所述挡板中以面向基本垂直的方向，并且形成一个声场，其中来自所述扬声器的直接声音脉冲和来自被所述挡风玻璃反射的所述扬声器的直接声音脉冲相长地合并。

15.如权利要求8所述的音频系统，其中所述扬声器可协同工作，以利用所述扬声器生成的直接声音脉冲产生可控制的水平声场，并且每个所述扬声器也可通过所述直接声音脉冲的第一部分和所述直接声音脉冲的第二部分的由所述挡风玻璃反射而提供的反射声音脉冲的所述相长合并，生成垂直声场。

16.如权利要求8所述的音频系统，其中所述至少四个扬声器可被配置为将音频内容对准第一预定位置，并还可将音频内容对准与所述第一预定位置不同的第二预定位置。

17.一种用于车辆中的音频系统，所述音频系统包括：

具有至少四个扬声器的扬声器线性阵列；

指向所述线性阵列的第一半的第一音频信号；和

指向所述线性阵列的第二半的第二音频信号，

其中所述扬声器线性阵列基本上设置于车辆挡板和车辆挡风玻璃的汇合处。

18.如权利要求17所述的音频系统，其中所述第一音频信号为左立体声信号，所述第二音频信号为右立体声信号。

19.如权利要求17所述的音频系统，其中所述扬声器线性阵列为单独线性阵列，其被设置来为收听者生成声音图像，收听者感觉到所述声音图像仅仅是从最接近收听者的一个所述扬声器发射出来的。

20.如权利要求17所述的音频系统，其中所述扬声器线性阵列中的所述扬声器被单独延迟的音频信号驱动，以将所述线性阵列产生的所述声场的第一部分对准在第一方向，并将所述扬声器线性阵列产生的所述声场的第二部分对准在第二方向。

21.如权利要求20所述的音频系统，其中所述扬声器线性阵列中相邻放置的所述扬声器被驱动，以将所述声场的不同部分对准。

22.如权利要求20所述的音频系统，其中所述扬声器线性阵列中的所述扬声器被分为第一组和第二组，以将所述声场相应的所述第一部分和所述第二部分对准。

23.如权利要求17所述的音频系统，其中所述扬声器线性阵列配置有用来将音频内容对准在第一预定位置的所述扬声器线性阵列的第一部分和用来将音频内容对准在第二预定位置的所述扬声器线性阵列的第二部分。

24.一种用于车辆中的音频系统，所述音频系统包括：

具有至少四个扬声器的单独线性阵列；和

基本上水平的架子，其被设置为安装在车辆中，所述线性阵列紧靠所述水平架子的外围边缘安装；

其中所述外围边缘设置于所述车辆中，与一个声音反射表面相邻，所述声音反射表面与所述水平架子形成一个确定角，使得所述单独线性阵列可被设置为将来自一个所述扬声器的直接声音脉冲和所述声音反射表面将所述直接声音脉冲反射而产生的反射声音脉冲相长地合并。

25.如权利要求24所述的音频系统，其中所述直接声音脉冲和所述反射声音脉冲的相长合并是所述线性阵列接近所述声音反射表面的结果。

26.如权利要求24所述的音频系统，其中根据至少一个与所述车辆有关的可改变参数，所述单独线性阵列中的多个扬声器被选择性地提供延迟音频信号。

27.如权利要求26所述的音频系统，其中所述至少一个可改变参数是可由用户配置的设置。

28.如权利要求26所述的音频系统，其中所述至少一个可改变参数为音频内容与电话交谈有关的指示。

29.如权利要求24所述的音频系统，其中当所述音频内容为音乐时，所述单独线性阵列中的多个扬声器被选择性地提供第一组延迟音频信号，而当所述音频内容为语音时，被提供第二组延迟音频信号。

30.如权利要求24所述的音频系统，其中所述单独线性阵列中的多个扬声器被提供延迟音频信号，以将音频内容对准在第一预定位置和第二预定位置两者。

31.如权利要求24所述的音频系统，其中所述单独线性阵列中的第一组扬声器被提供延迟音频信号以将音频内容对准在第一预定位置，且所述单独线性阵列中的第二组扬声器被提供延迟音频信号以将音频内容对准在第二预定位置。

32.如权利要求31所述的音频系统，其中在所述第一组中的每个所述扬声器被设置为与所述第二组中的至少一个所述扬声器相邻。

33.如权利要求24所述的音频系统，其中所述单独线性阵列配置有所述单独线性阵列的第一部分，用来将未被反向的音频内容对准在一预定位置，并且配置有所述单独线性阵列的第二部分，以将被反向的相同音频内容对准第二预定位置，从而消除所述的未被反向的音频内容。

34.如权利要求33所述的音频系统，其中所述未被反向的音频内容是通过使用延迟而对准，并且其中已被反向的所述的相同音频内容通过使用延迟而对准，并且所述已被反向的相同音频内容也可以被施加另外的延迟。

35.如权利要求24所述的音频系统，其中所述的相长合并带来的声场频率响应在100赫兹和10,000赫兹之间平均小于正和负5分贝。

36.一种用于车辆中的音频系统，所述音频系统包括：

直接声音脉冲，它是由形成在一个线性阵列中的多个扬声器的每一个产生的；

反射声音脉冲，它是由所述直接声音脉冲的一部分被声音反射表面反射而生成的；

其中由于所述扬声器靠近所述声音反射表面，所述直接声音脉冲和所述反射声音脉冲基本上同相位地合并。

37.如权利要求36所述的音频系统，其中所述扬声器形成在车辆挡板中的单独线性阵列中，而所述声音反射表面为所述车辆的挡风玻璃。

38.如权利要求36所述的音频系统，其中所述扬声器形成在一个线性阵列中，所述线性阵列的曲率半径与所述声音反射表面的曲率半径大体一致。

39.如权利要求36所述的音频系统，其中所述单独线性阵列设置于一个表面中，基本上处于所述线性阵列与所述声音反射表面汇合形成一个确定角的位置。

40.如权利要求36所述的音频系统，其中所述表面为纵向延伸的大致水平的表面，且所述声音反射表面相邻于所述水平表面在径向上延伸，使得所述线性阵列被设置为基本平行于所述表面，并且至少部分地面向所述声音反射表面。

41.如权利要求36所述的音频系统，其中所述直接声音脉冲和所述反射声音脉冲是从所述线性阵列中的单个扬声器生成的。

42.如权利要求36所述的音频系统，其中基本上同相位是当所述直接声音脉冲和所述反射声音脉冲之间的相移在100Hz和10kHz之间小于90度异相。

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