CN201585117U - 发声方向三维可调的扬声器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发声方向三维可调的扬声器系统。包括可对发声方向水平和远近进行调节的电子控制器和与其连接的并排多条的可对发声方向垂直和远近进行调节的可控声柱，所述电子控制器包括音频输入单元、ADC单元、前级DSP单元、FPGA单元和后级多路DSP单元。本实用新型的由电子控制器控制多条可控声柱组成扬声器系统。电子控制器利用DSP单元和FPGA单元对不同可控声柱的音频信号进行控制，实现对声柱排列方向上的发声方向和角度控制，及远近聚集调节。因此，不需要机械式调节声柱本身的安装方位，可用电子的方式实现对声音发声方向的上下、左右、远近的调节，即发声方向的三维电子调节，可广泛应用于竞技场馆等大型场合。

Description

发声方向三维可调的扬声器系统

技术领域

本实用新型涉及一种扬声器系统。

背景技术

电声技术中，广泛应用着由许多发声单元组成的扬声器系统。发声单元数量多，可增加扩声声压级；另一方面，许多发声单元通过不同形状组合，能控制发声方向。现有扩声技术对增加扩声声压级已经非常容易，而对控制发声方向却处于前沿研究阶段。

例如，剧院舞台两侧的扬声器系统，垂直发声角度应较窄，声音只射向观众席，尽量减少射向天花板的声音，因为射向天花板的声音是无用的，造成扩声能量浪费。不但如此，无用的声音会在空中混响，使声音清晰度下降，需要对扩声环境增加吸声处理才能收听清楚，而吸声处理的造价为扩声系统的许多倍，且吸声与环境协调也非常难办。在室外，射向上方的声音会传播很远，造成声污染。

不仅垂直发声角度需要控制，水平发声方向也需要调节发声宽度，并随着观众数量变化可调节发声方向和焦点，以既能刚好又能均匀覆盖现场观众为最佳。

总之，在各种扩声场合，如果能控制好发声方向，则可有效提高音质，并大幅度降低投资，减少建筑声学处理的麻烦。

为控制好发声方向，需要对扬声器系统朝向和组合形状进行调整。然而，不论是调整扬声器系统的朝向，还是形状调整，都是非常麻烦的，且不能与各种扩声环境协调，只好在音质与环境之间达成一定的妥协；要做到根据每场演出情况实时调整，更是困难。

实用新型内容

为了解决上述的问题，本实用新型的目的在于提供一种可以方便对发声方向进行三维空间内任意调节的扬声器系统。

本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：一种发声方向三维可调的扬声器系统，包括可对发声方向水平和远近进行调节的电子控制器和与其连接的并排多条的可对发声方向垂直和远近进行调节的可控声柱，通过电子技术而非机械办法进行发声方向调节。其中，所述的电子控制器包括：

音频输入单元，可以接入来自外界媒体的音频信号；

ADC单元，其连接音频输入单元的输出端，对音频信号进行模数转换；

前级DSP单元，对音频信号进行频率特性补偿，并可对常用的音效进行控制。

FPGA单元，其连接前级DSP单元的输出端，可以进行数字音频插值，提高采样频率、量化精度，并对音频信号进行相移控制；

后级多路DSP单元，实现对每路音频信号不同频率的幅度和相位控制；

多路DSP单元的输出端各连接一条可控声柱。

其中，所述的多条并排的可控声柱，每条可控声柱包括外壳、内置电路、设置在外壳上直线排成一列的多个扬声器单元；所述内置电路包括：

音频输入单元，可以接入来自外界媒体的音频信号；

ADC单元，其连接音频输入单元的输出端，对音频信号进行模数转换；

前级DSP单元，对音频信号进行频率特性补偿，并可对常用的音效进行控制；

FPGA单元，其连接前级DSP单元的输出端，可以进行数字音频插值，提高采样频率、量化精度，并对音频信号进行相移控制；

后级多路DSP单元，实现对每路音频信号不同频率的幅度和相位控制；

多路功放单元，其连接多路DSP单元的输出端，所述多路功放单元的输出端各连接一扬声器单元，并推动扬声器单元发声；

其中，所述的功放单元为数字功放。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的由电子控制器控制多条可控声柱组成扬声器系统。电子控制器利用DSP单元和FPGA单元对不同可控声柱的音频信号进行频率、相位、和幅度的综合控制，实现对声柱排列方向上的发声方向和角度控制，及远近聚集调节。而可控声柱则可对其沿柱状方向的发声方向和角度进行控制，及远近聚集调节，因此，不需要机械式调节声柱本身的安装方位，可用电子的方式实现对声音发声方向的上下、左右、远近的调节，即发声方向的三维电子调节，可广泛应用于竞技场馆，通过电子调节随意改变声音的覆盖区域，可很大程度提高语言清晰度、节省扩声能量，并且可以简化安装施工、做到扩声器材与环境的协调统一。

本实用新型中，电子控制器和可控声柱对声音的调节原理是相同的，下面以可控声柱的调节原理进行说明：可控声柱利用FPGA单元和DSP单元对音频信号进行相移控制，可以方便对声柱的发声方向，即声波的主瓣方向和宽度进行调节。通过调整各扬声器单元的音频信号的同频率的延时量，如令其具有间隔相等的延时量，可形成具有一定偏移角度的直线形的波阵面；而令其具有间隔不等的延时量，可以得到凸弧，凹弧等不同形状的波阵面，形成类似光学上聚焦和散焦的效果，以对声波主瓣的宽度进行调节，方便地实现了可控声柱在其柱状方向上的声音发声方向的控制。同理，电子控制器实现了对多条可控声柱排列方向上的声音发声方向的控制。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型的声波波束示意图；

图2是本实用新型发声方向三维可调的扬声器系统原理示意图；

图3是本实用新型发声方向三维可调的扬声器系统结构示意图。

图4是本实用新型可控声柱的音频信号处理单元示意图；

图5是本实用新型的声波主瓣方向调节示意图；

图6是本实用新型的声波主瓣聚焦形成凹弧波阵面示意图；

图7是本实用新型的声波主瓣散焦形成凸弧波阵面示意图；

图8是本实用新型FPGA单元信号处理流程图；

图9是本实用新型前级DSP单元信号处理流程图；

图10是本实用新型后级DSP单元信号处理流程图。

具体实施方式

参照图1，声柱1所发出的声波波束示意，包括有声波主瓣2，副瓣3及主瓣的偏转角4及主瓣方向5。参考图2至图10，本实用新型的一种发声方向三维可调的扬声器系统，包括可对发声方向水平和远近进行调节的电子控制器6和与其连接的并排多条的可对发声方向垂直和远近进行调节的可控声柱7，所述电子控制器6包括：

音频输入单元，可以接入来自外界媒体的音频信号；

ADC单元，其连接音频输入单元的输出端，对音频信号进行模数转换；

前级DSP单元，对音频信号进行频率特性补偿，并可对常用的音效进行控制。

FPGA单元，其连接前级DSP单元的输出端，可以进行数字音频插值，提高采样频率、量化精度，并对音频信号进行相移控制；

后级多路DSP单元，实现对每路音频信号不同频率的幅度和相位控制。

多路DSP单元的输出端各连接一条可控声柱。

结合图4，作为优选实施方式，所述的多条并排的可控声柱中，每条可控声柱7包括外壳、内置电路、设置在外壳上直线排成一列的多个扬声器单元8；所述内置电路包括：

音频输入单元，可以接入来自外界媒体的音频信号；

ADC单元，其连接音频输入单元的输出端，对音频信号进行模数转换；

前级DSP单元，对音频信号进行频率特性补偿，并可对常用的音效进行控制；

FPGA单元，其连接前级DSP单元的输出端，可以进行数字音频插值，提高采样频率、量化精度，并对音频信号进行相移控制；

后级多路DSP单元，实现对每路音频信号不同频率的幅度和相位控制；

多路功放单元，其连接多路DSP单元的输出端，所述多路功放单元的输出端各连接一扬声器单元，并推动扬声器单元发声；

其中，所述的功放单元为数字功放，使音频信号的还原更为真实。

本实用新型的由电子控制器控制多条可控声柱组成扬声器系统。电子控制器利用DSP单元和FPGA单元对不同可控声柱的音频信号进行频率、相位、和幅度的综合控制，实现对声柱排列方向上的发声方向和角度控制，及远近聚集调节。而可控声柱则利用DSP单元和FPGA单元对其沿柱状方向的发声方向和角度进行控制，及远近聚集调节，因此，不需要机械式调节声柱本身的安装方位，可用电子的方式实现对声音发声方向的上下、左右、远近的调节，即发声方向的三维电子调节，可广泛应用于竞技场馆，通过电子调节随意改变声音的覆盖区域，可很大程度提高语言清晰度、节省扩声能量，并且可以简化安装施工、做到扩声器材与环境的协调统一。

本实用新型中，电子控制器6和可控声柱7对声音的调节原理是相同的，下面以可控声柱7的调节原理进行说明：可控声柱7利用FPGA单元和DSP单元对音频信号进行相移控制，可以方便对声柱7的发声方向，即声波的主瓣方向和宽度进行调节。结合图5，仅就调节声波主瓣方向而言，可将馈给声柱的音频信号通过不同的延时单元后再驱动扬声器单元发声，以此方法改变波阵面11。以10个扬声器单元(从上至下依次为1至10号)为例，1号单元延时为0t，即不延时，10号单元延时最长，为9t。1号单元发出的声波经过9ct长的距离、2号单元发出的声波经过8ct、3号单元发出的声波经过7ct、…，与10号单元发出的声波同时到达波阵面，沿波阵面扩散开去，形成声波主瓣。由图5示意可得到主瓣的偏转角为：

${\mathrm{\θ}}_0=\arcsin \frac{9\mathrm{ct}}{9l}$

$=\arcsin \frac{\mathrm{ct}}{l}$

式中，c为声速，t和1分别是相邻两个扬声器单元之间的延时量和距离。通过调整各扬声器单元8的音频信号的同频率的延时量，如令其具有间隔相等的延时量，可形成具有一定偏移角度的直线形的波阵面；而令其具有间隔不等的延时量，可以得到凸弧，凹弧等不同形状的波阵面，形成类似光学上聚焦和散焦的效果，以对声波主瓣的宽度进行调节，方便地实现了可控声柱在其柱状方向上的声音发声方向的控制。同理，电子控制器实现了对多条可控声柱7排列方向上的声音发声方向的控制。

作为优选，可在电子控制器6内设置红外线接收模块，在其外壳上设置红外线接口9，直接利用遥控器进行音频调节，十分方便。当然，同时在可控声柱7上设置红外接口10，接收遥控器的调节信号，进行发声方向的调节，方便直观。此外，应当注意的是，组成声柱组的声柱不一定使用本实用新型中的可控声柱，使用一般的声柱产品也能达到某特定方向上的声音调节作用，也应属于本实用新型保护的范围。

当然，本实用新型创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (2)

1.一种发声方向三维可调的扬声器系统，其特征在于：包括可对发声方向水平和远近进行调节的电子控制器和与其连接的并排多条的可对发声方向垂直和远近进行调节的可控声柱，所述电子控制器包括：

音频输入单元，可以接入来自外界媒体的音频信号；

ADC单元，其连接音频输入单元的输出端，对音频信号进行模数转换；

前级DSP单元，对音频信号进行频率特性补偿，并可对常用的音效进行控制；

FPGA单元，其连接前级DSP单元的输出端，可以进行数字音频插值，提高采样频率、量化精度，并对音频信号进行相移控制；

后级多路DSP单元，实现对每路音频信号不同频率的幅度和相位控制；

多路DSP单元的输出端各连接一条可控声柱。

2.根据权利要求1所述的发声方向三维可调的扬声器系统，其特征在于：所述的多条并排的可控声柱，每条可控声柱包括外壳、内置电路、设置在外壳上直线排成一列的多个扬声器单元；所述内置电路包括：

音频输入单元，可以接入来自外界媒体的音频信号；

ADC单元，其连接音频输入单元的输出端，对音频信号进行模数转换；

前级DSP单元，对音频信号进行频率特性补偿，并可对常用的音效进行控制；

FPGA单元，其连接前级DSP单元的输出端，可以进行数字音频插值，提高采样频率、量化精度，并对音频信号进行相移控制；

后级多路DSP单元，实现对每路音频信号不同频率的幅度和相位控制；

多路功放单元，其连接多路DSP单元的输出端，所述多路功放单元的输出端各连接一扬声器单元；

其中，所述的功放单元为数字功放。

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