專利名稱：揚聲器系統(tǒng)及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及揚聲器系統(tǒng)及其操作方法，并且特別地(而非排他地)涉及用于環(huán)繞音響系統(tǒng)的后方聲道的揚聲器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，正如例如各種環(huán)繞音響系統(tǒng)的廣受歡迎所證明的那樣，空間音響設(shè)備已變得越來越受歡迎。例如，家庭影院系統(tǒng)的愈加普及使得環(huán)繞音響系統(tǒng)在許多私人家庭中都很常見。然而傳統(tǒng)的環(huán)繞音響系統(tǒng)的一個問題在于其需要放置在特定位置處的大量分離的揚聲器。例如，傳統(tǒng)的杜比5. I環(huán)繞音響系統(tǒng)需要左、右后方揚聲器以及前方中央、左、右揚聲器。此外還可以使用低頻超低音喇叭。·大量的揚聲器不僅會增加成本，而且還會對于用戶降低實用性并增加不便。具體來說，在傾聽者的前方以及后方的特定位置處需要擴(kuò)音器通常被視為一個缺點。由于所需的布線以及它們對于房間內(nèi)飾的物理影響，后方擴(kuò)音器是特別成問題的。為了緩解這一問題，已經(jīng)進(jìn)行了研究以便給出適于再現(xiàn)或模擬環(huán)繞音響系統(tǒng)但是使用降低數(shù)目的揚聲器位置的揚聲器集合。這樣的揚聲器集合使用定向聲音輻射，以便在將導(dǎo)致聲音通過來自音響環(huán)境中的各個物體的反射而到達(dá)用戶的方向上引導(dǎo)聲音。例如，可以引導(dǎo)音頻信號，使其將通過側(cè)壁的反射而到達(dá)傾聽者，從而為用戶提供聲音源自傾聽者側(cè)面(或者甚至后面)的印象。然而這樣的提供虛擬聲源的方法往往沒有位于傾聽者后方的真實源那么魯邦，并且往往提供降低的音頻質(zhì)量和降低的空間體驗。實際上常常難以準(zhǔn)確地引導(dǎo)音頻信號以便提供實現(xiàn)所期望的虛擬聲源位置的所期望的反射。此外，意圖從用戶的后面接收到的音頻信號也往往通過直接路徑或替換的非意定路徑到達(dá)用戶，從而損害空間體驗。實際上，已經(jīng)確認(rèn)例如家庭影院和環(huán)繞系統(tǒng)的消費者的其中一個最高優(yōu)選項是利用盡可能少而小的擴(kuò)音器單元獲得令人信服的環(huán)繞體驗。優(yōu)選地，消費者將希望能夠緊緊利用單一緊湊系統(tǒng)而具有優(yōu)良的沉浸式體驗。為了實現(xiàn)這樣的優(yōu)選項，已經(jīng)開發(fā)出其中可以從單個擴(kuò)音器箱生成多個空間聲道的擴(kuò)音器設(shè)置。這通常是通過包括多個揚聲器驅(qū)動器的擴(kuò)音器箱而實現(xiàn)的，其中以每一個揚聲器驅(qū)動器的不同權(quán)重來單獨驅(qū)動所述多個揚聲器驅(qū)動器。這就允許形成定向音頻射束，并且可以例如用來朝向側(cè)面引導(dǎo)環(huán)繞聲道，從而使得所述環(huán)繞聲道將由于墻壁反射而從側(cè)面或后面到達(dá)傾聽位置。然而雖然這樣的方法常常能夠產(chǎn)生令人愉悅的寬廣、空曠的音響體驗，但是其在提供空間環(huán)繞音響體驗方面確實往往不是最優(yōu)的。例如，所述方法往往依賴于特定的音頻環(huán)境以及例如適當(dāng)?shù)膲Ρ诘拇嬖趤矸瓷渎曇?。結(jié)果，這樣的系統(tǒng)在某些情形中可能往往不會提供從后面到達(dá)傾聽者的聲音的準(zhǔn)確并且高度真實的印象。因此，情況通常是為了獲得最優(yōu)的空間用戶體驗，通常希望使用位于用戶側(cè)面或后方的擴(kuò)音器。然而雖然通過例如把環(huán)繞揚聲器放置在傾聽位置的側(cè)面或后面，常?？梢垣@得改進(jìn)的性能，但是這樣的揚聲器往往被視為是不合期望的。因此希望例如環(huán)繞音響系統(tǒng)的揚聲器盡可能小，并且這例如導(dǎo)致了相對小的空間(衛(wèi)星式)揚聲器與單個超低音喇叭相組合的典型設(shè)置。然而這樣的方法往往不會提供最優(yōu)的聲音質(zhì)量。此外，由于超低音喇叭的存在往往會模糊或混淆傾聽者所感知的空間提示(spatial cue),因此空間體驗往往會受到損害。此外，為了提供合理的聲音質(zhì)量和空間體驗，必須把超低音喇叭與空間揚聲器之間的交越頻率保持得相對低。這就導(dǎo)致需要空間揚聲器具有特定尺寸，以便提供可接受的音頻質(zhì)量以及朝向低頻的聲壓。因此，一種改進(jìn)的揚聲器系統(tǒng)將是有利的，并且特別是一種將允許促進(jìn)實現(xiàn)、促進(jìn)設(shè)置、降低揚聲器的數(shù)目和/或尺寸、改進(jìn)空間體驗、改進(jìn)音頻質(zhì)量以及/或者改進(jìn)性能的系統(tǒng)將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明嘗試單獨地或者按照任何組合優(yōu)選地減輕、緩解或者消除前面提·到的一個或更多缺點。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種揚聲器系統(tǒng)，其包括被設(shè)置成響應(yīng)于第一驅(qū)動信號再現(xiàn)聲音的第一揚聲器，所述第一揚聲器被設(shè)置成再現(xiàn)將到達(dá)傾聽位置的聲音；被設(shè)置成響應(yīng)于第二驅(qū)動信號再現(xiàn)聲音的第二揚聲器；驅(qū)動電路，包括用于接收供再現(xiàn)的音頻信號的接收器，用于響應(yīng)于對所述音頻信號的第一濾波而生成第一驅(qū)動信號的第一驅(qū)動電路，所述第一濾波具有第一通帶，用于響應(yīng)于對所述音頻信號的第二濾波而生成第二驅(qū)動信號的第二驅(qū)動電路，所述第二濾波具有第二通帶，所述第二通帶包括低于第一頻帶的頻帶；用于相對于第一驅(qū)動信號延遲第二驅(qū)動信號的延遲；并且其中所述揚聲器系統(tǒng)被設(shè)置成按照定向福射式樣從第二揚聲器定向地福射聲音，所述定向福射式樣具有朝向所述傾聽位置的凹口(notch)。發(fā)明人認(rèn)識到，對于音頻信號方向的人類感知的某些特性可以被用來提供一種允許利用更小和/或更少的揚聲器改進(jìn)音頻性能的揚聲器系統(tǒng)。具體來說，可以利用非常小的揚聲器實現(xiàn)準(zhǔn)確的空間聲源定位，同時提供不受限于所述非常小的揚聲器的特性的聲音質(zhì)量。具體來說，在許多實施例中，被提供給用戶的定向提示可以由第一揚聲器的空間位置主導(dǎo)，同時允許由第二揚聲器提供音頻質(zhì)量的一大部分。所述系統(tǒng)嘗試將顯著的人類空間提示集中在第一揚聲器處，同時從第二揚聲器提供顯著的音頻質(zhì)量提示。具體來說，所述系統(tǒng)可以與對來自第二揚聲器的聲音的增大發(fā)散的音頻感知相組合地利用被稱作所謂的“優(yōu)先效應(yīng)”(或Haas效應(yīng))的心理聲學(xué)現(xiàn)象，以便將空間提示集中到第一揚聲器。優(yōu)先效應(yīng)代表這樣的現(xiàn)象當(dāng)從不同位置處的兩個源接收到相同的聲音信號并且延遲足夠小時，所述聲音被感知為僅僅來自在先的聲源的方向，即來自首先到達(dá)的信號。因此，所述心理聲學(xué)現(xiàn)象指的是人腦從首先接收到的信號分量導(dǎo)出大多數(shù)空間提示這一事實。發(fā)明人認(rèn)識到，優(yōu)先效應(yīng)還可以被用于其中不同的揚聲器不輻射相同的信號而是輻射相同信號的不同頻帶的情形。定向較低頻音響設(shè)備的使用會增大優(yōu)先效應(yīng)的強(qiáng)度，并且允許顯著增大第二揚聲器的相對權(quán)重同時仍然保持所期望的空間感知。例如，其可以允許第二揚聲器覆蓋更大的頻率范圍以及/或者被用在更高的相對水平，從而提供改進(jìn)的聲音質(zhì)量。需要由第一揚聲器覆蓋的降低的頻率范圍可以允許顯著降低尺寸和功率。第一揚聲器例如可以是非常小的高音喇叭。第一和/或第二揚聲器可以包括多個揚聲器元件或驅(qū)動器。所述系統(tǒng)例如可以允許環(huán)繞音響設(shè)置中的非常小的后方擴(kuò)音器，同時仍然提供高 首頻質(zhì)量和準(zhǔn)確的空間體驗。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，從傾聽位置到第一揚聲器的方向與從傾聽位置到第二揚聲器的方向之間的角度不小于60度。本發(fā)明可以利用兩個不同的擴(kuò)音器再現(xiàn)音頻，同時僅需要放置一個擴(kuò)音器來提供所期望的空間提示。因此，在許多實施例中本發(fā)明可以允許在放置揚聲器方面的高度靈活性，并且特別可以允許將兩個揚聲器放置在與傾聽位置的顯著不同的方向上，同時仍然允許感知到單個聲源。在一些實施例中，所述角度可以有利地是不小于90度。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，所述音頻信號是環(huán)繞音響多聲道音頻信號的環(huán)繞聲道的信號，并且第一揚聲器被設(shè)置成使得來自第一揚聲器的聲音從非前方方向到達(dá)傾聽位置。本發(fā)明可以提供一種用于環(huán)繞音響系統(tǒng)的環(huán)繞聲道的有利的揚聲器系統(tǒng)，并且特別可以允許準(zhǔn)確的空間環(huán)繞再現(xiàn)同時只需要放置非常小的揚聲器來提供所需的空間提示。非前方方向可以特別是相對于從傾聽位置到環(huán)繞音響系統(tǒng)設(shè)置的中央前方位置的方向偏移不小于60度的方向。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，第一揚聲器是環(huán)繞音響系統(tǒng)的一部分并且被放置在環(huán)繞音響系統(tǒng)的前方方向角度區(qū)間之外，所述前方方向區(qū)間包括相對于從傾聽位置到環(huán)繞音響中央聲道音頻源的方向偏移小于60度的角度。本發(fā)明可以提供一種用于環(huán)繞音響系統(tǒng)的環(huán)繞聲道的有利的揚聲器系統(tǒng)，并且特別可以允許準(zhǔn)確的空間環(huán)繞再現(xiàn)和高音頻質(zhì)量同時只需要放置非常小的揚聲器來提供所需的空間提示。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，在傾聽位置的方向上來自第二揚聲器的音頻的強(qiáng)度低于來自第二揚聲器的音頻的最大強(qiáng)度不小于10dB。這可以提供有利的效果并且特別可以提供第二揚聲器的直接路徑的適當(dāng)衰減，從而適當(dāng)?shù)卦鰪?qiáng)優(yōu)先效應(yīng)。在一些實施例中，所述強(qiáng)度可以有利地低于最大強(qiáng)度不小于20dB。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，第一通帶具有屬于400Hz到IkHz的頻率范圍的下限3dB截止頻率。這在許多實施例中可以提供改進(jìn)的性能。具體來說，可以實現(xiàn)音頻質(zhì)量與空間感知之間的有利折中。在一些實施例中，所述下限3dB截止頻率可以有利地不小于600Hz、700Hz 或 800Hz。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，第一通帶具有不超過1000Hz的下限3dB截止頻率。這可以允許改進(jìn)優(yōu)先效應(yīng)，并且降低第一揚聲器未提供足夠的信號從而提供所期望的空間提示的風(fēng)險。
根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，第二通帶具有不小于500Hz的上限3dB截止頻率。這在許多實施例中可以提供改進(jìn)的性能。具體來說，可以實現(xiàn)音頻質(zhì)量與空間感知之間的有利折中。在一些實施例中，所述上限3dB截止頻率可以有利地不小于600Hz、700Hz 或 800Hz。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，第二通帶具有不超過1000Hz的上限3dB截止頻率。這可以允許改進(jìn)優(yōu)先效應(yīng)并且降低第一揚聲器未提供足夠的信號從而提供所期望的空間提示的風(fēng)險。
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根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，第一通帶和第二通帶的等增益頻率屬于400Hz到IkHz的頻率范圍。這在許多實施例中可以提供改進(jìn)的性能。具體來說，可以實現(xiàn)音頻質(zhì)量與空間感知之間的有利折中。在一些實施例中，對于處在700Hz到900Hz范圍內(nèi)的等增益頻率發(fā)現(xiàn)特別有利的性能。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，第一濾波是高通濾波，而第二濾波是低通濾波。這可以提供特別有利的性能并且/或者可以促進(jìn)實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，所述延遲被設(shè)置成相對于第一驅(qū)動信號使第二驅(qū)動信號延遲，所述延遲超出從第一揚聲器到傾聽位置的傳輸路徑與從第二揚聲器到傾聽位置的直接路徑之間的傳輸路徑延遲差異的不超過40msec。這可以提供改進(jìn)的性能并且特別可以提供在第一揚聲器的方向上基本上被感知為單一源的再現(xiàn)音頻信號。因此其可以允許第一和第二揚聲器表現(xiàn)為放置在從中接收到來自第一揚聲器的聲音的方向上的單個擴(kuò)音器。所述特征可以允許實現(xiàn)特別魯邦的優(yōu)先效應(yīng)。在一些實施例中，對于小于16msec或者甚至小于5msec的相應(yīng)的相對延遲可以實現(xiàn)改進(jìn)的性能。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，第一揚聲器包括參數(shù)化揚聲器。這可以在許多實施例中提供特別強(qiáng)的空間體驗，并且可以允許第一揚聲器的外形非常小的實現(xiàn)方式。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，第二揚聲器包括多個音頻驅(qū)動器，并且第二驅(qū)動器電路被設(shè)置成把第二驅(qū)動信號生成為所述多個音頻驅(qū)動器的單獨相位偏移量信號，從而提供定向輻射式樣。這可以提供特別有利的實現(xiàn)方式和操作。具體來說，其可以允許一種用以衰減較低頻率的直接路徑從而強(qiáng)化優(yōu)先效應(yīng)的低復(fù)雜度且高度高效的方法。所述相位偏移量可以是固定的且靜態(tài)的，或者可以是動態(tài)更新的。因此，所述多個音頻驅(qū)動器可以提供固定的定向射束，或者可以提供動態(tài)可操控的射束。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，第一揚聲器被集成在視聽再現(xiàn)器件中，而第二揚聲器則遠(yuǎn)離所述視聽再現(xiàn)器件。這可以在許多實施例中提供特別合乎期望的用戶體驗。其例如可以允許一種系統(tǒng)，其中外形受限的器件可以提供在空間上被感知為源自該器件的音頻，而聲音質(zhì)量不需要受限于所述器件的物理規(guī)格。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，揚聲器系統(tǒng)還包括用于動態(tài)地生成針對從第二揚聲器到傾聽位置的方向的方向估計的估計器；以及用于修改所述定向輻射式樣以便在所估計的方向上提供所述凹口的控制器。這可以在許多情形中提供改進(jìn)的性能，并且可以提供系統(tǒng)對于特定環(huán)境的增大靈活性和適應(yīng)性。根據(jù)本發(fā)明的一項可選特征，所述揚聲器系統(tǒng)還包括用于接收來自用戶的方向指示的用戶輸入；以及用于修改所述定向輻射式樣以便在所述方向指示所指示的方向上提供所述凹口的控制器。這可以在許多情形中提供改進(jìn)的性能，并且可以提供系統(tǒng)對于特定環(huán)境的增大靈活性和定制。 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種操作揚聲器系統(tǒng)的方法，所述揚聲器系統(tǒng)包括被設(shè)置成響應(yīng)于第一驅(qū)動信號再現(xiàn)聲音的第一揚聲器，所述第一揚聲器被設(shè)置成再現(xiàn)將到達(dá)傾聽位置的聲音；被設(shè)置成響應(yīng)于第二驅(qū)動信號再現(xiàn)聲音的第二揚聲器；所述方法包括接收供再現(xiàn)的音頻信號；響應(yīng)于對所述音頻信號的第一濾波而生成第一驅(qū)動信號，所述第一濾波具有第一通帶；響應(yīng)于對所述音頻信號的第二濾波而生成第二驅(qū)動信號，所述第二濾波具有第二通帶，所述第二通帶包括低于第一頻帶的頻帶；相對于第一驅(qū)動信號延遲第二驅(qū)動信號；并且其中按照定向福射式樣從第二揚聲器定向地福射聲音，所述定向福射式樣具有朝向所述傾聽位置的凹口。參照下面描述的(一個或多個)實施例，本發(fā)明的這些和其他方面、特征和優(yōu)點將顯而易見并且將進(jìn)行闡述。


將僅僅通過舉例的方式參照附圖來描述本發(fā)明的實施例，其中
圖I不出了傳統(tǒng)的五聲道環(huán)繞音響系統(tǒng)中的揚聲器系統(tǒng)設(shè)置；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的揚聲器系統(tǒng)的各個元件的一個例子；
圖3示出了定向擴(kuò)音器的各個元件的一個例子；
圖4不出了定向擴(kuò)音器的聲音福射式樣的一個例子；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的揚聲器系統(tǒng)的各個元件的一個例子；
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的揚聲器系統(tǒng)的各個元件的一個例子；以及 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的揚聲器系統(tǒng)的各個元件的一個例子。
具體實施例方式下面的描述集中于本發(fā)明的適用于環(huán)繞音響系統(tǒng)并且特別適用于具有五個空間聲道的系統(tǒng)的實施例。然而將認(rèn)識到，本發(fā)明不限于這一應(yīng)用，而是可以適用于許多其他音頻再現(xiàn)系統(tǒng)，其中例如包括單一音頻聲道系統(tǒng)。圖I不出了傳統(tǒng)的五聲道環(huán)繞音響系統(tǒng)(比如家庭影院系統(tǒng))中的揚聲器系統(tǒng)設(shè)置。所述系統(tǒng)包括提供中央前方聲道的中央揚聲器101，提供左前方聲道的左前方揚聲器103，提供右前方聲道的右前方揚聲器105，提供左后方聲道的左后方揚聲器107，以及提供右后方聲道的右后方揚聲器109。所述五個揚聲器101-109 —起提供傾聽位置111處的空間音響體驗，并且允許該位置處的傾聽者體驗到環(huán)繞和沉浸式音響體驗。在許多家庭影院系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還可以包括低頻效應(yīng)(LFE)聲道的超低音喇叭。
針對大量揚聲器以及把這些揚聲器放置到傾聽位置的側(cè)面或后面的需求通常被消費者認(rèn)為是不方便的。這對于比如意圖在并非針對音響體驗優(yōu)化或?qū)Ｓ玫沫h(huán)境中具有廣泛吸引力和應(yīng)用的家庭影院系統(tǒng)之類的產(chǎn)品來說是特別不利的。這還會由于揚聲器的聲音質(zhì)量與尺寸等等之間的折中而進(jìn)一步加劇。實際上，特別希望環(huán)繞揚聲器是小的，使得它們可以是分立的并且不顯眼的。然而為了在特別低頻下提供適當(dāng)?shù)穆曇糍|(zhì)量和聲壓水平，傳統(tǒng)的環(huán)繞揚聲器在其可以有多小方面通常受到限制。下面將描述允許由至少兩個揚聲器提供對于音頻信號的聲音再現(xiàn)的方法，其中一個揚聲器在提供空間提示方面非常重要而另一個揚聲器在提供低頻音頻質(zhì)量方面非常重要。在許多實施例中，非常小的高頻揚聲器可以主導(dǎo)空間感知，而較大的低頻揚聲器則可以主導(dǎo)低頻音頻質(zhì)量。因此，所述系統(tǒng)可以允許僅僅放置決定空間位置的非常小的揚聲器，而 音頻質(zhì)量不受限于從這樣的小擴(kuò)音器所能實現(xiàn)的音頻質(zhì)量。所述方法例如對于比如圖I的環(huán)繞音響系統(tǒng)的環(huán)繞聲道可能是有利的。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的揚聲器系統(tǒng)的一個例子。所述揚聲器系統(tǒng)包括驅(qū)動電路201，其接收(單聲道)音頻信號并且利用兩個揚聲器203、205對其進(jìn)行再現(xiàn)。所述音頻信號例如可以代表多聲道信號的一個聲道，比如環(huán)繞音響系統(tǒng)的后方環(huán)繞聲道。在該例中，第一揚聲器203是小的高頻擴(kuò)音器(比如高音喇叭)，并且在下文中將被稱作高頻擴(kuò)音器203。第二揚聲器205是較大的低頻揚聲器(在下文中將被稱作低頻揚聲器205 )。高頻擴(kuò)音器203被設(shè)置成再現(xiàn)聲音，從而使其主要從某一給定方向到達(dá)傾聽位置。因此，高頻擴(kuò)音器203被設(shè)置成提供具有對應(yīng)于從所述給定方向到達(dá)的聲音的空間提示的信號。將認(rèn)識到，每一個揚聲器203、205可以由多個驅(qū)動單元實施，并且例如可以包括比如低音反射端口或無源驅(qū)動單元之類的無源聲音輻射器。驅(qū)動電路201包括接收器207，其接收來自適當(dāng)?shù)膬?nèi)部或外部源的音頻信號。例如，所述音頻信號可以接收自環(huán)繞音響解碼器。所述音頻信號是電信號，并且可以被提供為模擬或數(shù)字的時間連續(xù)或時間離散(采樣)的信號。接收器207耦合到第一驅(qū)動電路，所述第一驅(qū)動電路在下文中被稱作高頻驅(qū)動電路209并且進(jìn)一步耦合到高頻擴(kuò)音器203。高頻驅(qū)動電路209被設(shè)置成從所述音頻信號生成用于高頻擴(kuò)音器203的第一驅(qū)動信號。高頻驅(qū)動電路209能夠包括濾波以作為所述處理的一部分，從而只把所述音頻信號的頻譜的一部分饋送到高頻擴(kuò)音器203。在許多實施例中，所述濾波是高通濾波，其通帶覆蓋高于給定截止頻率(比如例如3dB截止頻率)的頻率。然而將認(rèn)識到,在其他實施例中，高頻驅(qū)動電路209可以例如通過衰減非常高的頻率(比如高于音頻范圍的頻率)而實際上提供帶通濾波。因此，高頻驅(qū)動電路201驅(qū)動高頻擴(kuò)音器203以再現(xiàn)音頻信號的較高頻率。所生成的信號包括強(qiáng)的空間提示，因此非常小的揚聲器就可以提供強(qiáng)的空間體驗。將認(rèn)識到，高頻驅(qū)動電路209還可以包括其他信號處理功能，比如例如放大、數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換等等?？梢园凑杖魏芜m當(dāng)?shù)男问綄嵤└哳l驅(qū)動電路209，其中例如包括數(shù)字信號處理器、模擬放大電路等等。通常，高頻驅(qū)動電路209將包括數(shù)字信號處理功能(比如運行在比如例如數(shù)字信號處理器之類的適當(dāng)處理平臺上的可執(zhí)行代碼)與模擬處理功能(比如模擬音頻功率放大器)的組合。然而將認(rèn)識到，高頻驅(qū)動電路209可以被完全實施為可執(zhí)行代碼(例如利用與第一揚聲器203的數(shù)字接口)或模擬電路。接收器207還通過延遲213耦合到第二驅(qū)動電路211。第二驅(qū)動電路211在下文中被稱作低頻驅(qū)動電路211，并且被設(shè)置成從音頻信號生成用于低頻擴(kuò)音器205的第二驅(qū)動信號。高頻驅(qū)動電路211能夠包括濾波以作為所述處理的一部分，從而只把音頻信號的頻譜的一部分饋送到低頻擴(kuò)音器205。在許多實施例中，所述濾波是低通濾波，其通帶覆蓋低于給定截止頻率(比如例如3dB截止頻率)的頻率。然而將認(rèn)識到，在其他實施例中，低頻驅(qū)動電路211可以例如通過衰減非常低的頻率(比如低于音頻范圍的頻率)而實際上提供帶通濾波。將認(rèn)識到，低頻驅(qū)動電路211還可以包括其他信號處理功能，比如例如放大、數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換等等?？梢园凑杖魏芜m當(dāng)?shù)男问綄嵤┑皖l驅(qū)動電路211，其中例如包括數(shù)字信號處理器、模擬放大電路等等。通常，低頻驅(qū)動電路211將包括數(shù)字信號處理功能(比如運行 在比如例如數(shù)字信號處理器之類的適當(dāng)處理平臺上的可執(zhí)行代碼)與模擬處理功能(比如模擬音頻功率放大器)的組合。然而將認(rèn)識到，低頻驅(qū)動電路211可以被完全實施為可執(zhí)行代碼(例如利用與第二揚聲器205的數(shù)字接口)或模擬電路。低頻驅(qū)動電路211的通帶將包括低于高頻驅(qū)動電路209的通帶的至少一個頻率區(qū)間。在許多實施例中，所述通帶可以互補(bǔ)，其中低頻驅(qū)動電路211覆蓋較低頻率而高頻驅(qū)動電路209的通帶覆蓋較高頻率。例如，驅(qū)動電路209、211的濾波可以使得低頻驅(qū)動電路211對于低于給定截止頻率的頻率具有較高增益，而高頻驅(qū)動電路209則對于高于所述截止頻率的頻率具有較高增益(所述增益例如可以針對第一和第二擴(kuò)音器203、205的效率差異進(jìn)行補(bǔ)償)。在一些實施例中，低頻驅(qū)動電路211的通帶可以與對應(yīng)于高頻驅(qū)動電路209的通帶重疊，但是其仍然將包括沒有被包括在該更高通帶中的至少一個頻率范圍。因此，所述揚聲器系統(tǒng)使用兩擴(kuò)音器設(shè)計，其中再現(xiàn)的音頻由小的高頻擴(kuò)音器203和大的低頻擴(kuò)音器205提供。然而所述方法還使用各種技術(shù)來確保高頻擴(kuò)音器203提供比低頻擴(kuò)音器205強(qiáng)很多且通常主導(dǎo)的定向提示。具體來說，引入延遲213以便相對于高頻驅(qū)動信號延遲低頻驅(qū)動信號。所述延遲被設(shè)定到實現(xiàn)優(yōu)先效應(yīng)的數(shù)值，從而使得空間感知由高頻擴(kuò)音器203主導(dǎo)。當(dāng)兩個擴(kuò)音器輻射相同的信號但是其中一個信號以相對于另一個信號的短延遲被接收到時，發(fā)生該優(yōu)先(或Haas)效應(yīng)。所述效應(yīng)通常對于處在從大約Imsec到通常為5_40msec的上限的范圍內(nèi)的相對延遲而發(fā)生。在這樣的情況中，聲音被感知為從未經(jīng)延遲的擴(kuò)音器的方向到達(dá)。發(fā)明人認(rèn)識到，這一效應(yīng)不僅受限于其中從兩個擴(kuò)音器輻射相同信號的情況，而且還可以對于其中不同擴(kuò)音器輻射相同音頻信號的不同頻率范圍的系統(tǒng)實現(xiàn)。例如，在一個擴(kuò)音器再現(xiàn)低于特定交越頻率的所有頻率并且另一個擴(kuò)音器再現(xiàn)高于所述交越頻率的所有頻率的情況下。來自低頻擴(kuò)音器205的聲音福射還是具有定向福射式樣的定向聲音福射,所述定向輻射式樣具有朝向傾聽位置111的凹口。所述傾聽位置可以是名義上的、虛擬的或假定的傾聽位置。所述凹口對應(yīng)于在朝向傾聽位置111的方向上輻射的音頻的降低的強(qiáng)度，因此較低頻率的音頻往往將通過間接的路徑(比如墻壁和天花板的反射)到達(dá)傾聽位置，并且將相應(yīng)地為傾聽者提供更加發(fā)散的聲音。這樣的發(fā)散的聲音往往會降低空間感知提示，并且相應(yīng)地與優(yōu)先效應(yīng)合作來相對于高頻擴(kuò)音器203降低低頻擴(kuò)音器205的空間感知。具體來說，所述兩種效應(yīng)已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)組合以提供由來自高頻擴(kuò)音器203的聲音主導(dǎo)的空間感知，即使對于由低頻擴(kuò)音器205產(chǎn)生的總音頻的相對大部分也是如此。因此實現(xiàn)了一種系統(tǒng)，其中空間感知由小的高頻揚聲器主導(dǎo)，同時由于使用了可以相對自由地放置的較大的低頻揚聲器而允許改進(jìn)較低頻率下的聲音質(zhì)量。發(fā)明人特別發(fā)現(xiàn)，心理聲學(xué)優(yōu)先感知的魯棒性(即所有聲音像是來自高頻聲音的位置的程度)取決于幾個系統(tǒng)參數(shù)，其中最值得注意的是兩個擴(kuò)音器之間的水平平衡以及二者之間的交越頻率。例如如果低頻擴(kuò)音器的水平被設(shè)置得過高，則低中頻率來自該揚聲器就變得明顯。因此在這種情況下就感知到兩個分開的源，這是不合期望的。類似地，當(dāng)所·述交越頻率被設(shè)置得過高時，發(fā)生相同的效應(yīng)。在本方法中，取代對于低頻使用單個傳統(tǒng)的擴(kuò)音器(其實質(zhì)上是全向的)，使用在傾聽位置(111)的方向上具有凹口(并且特別為‘零信號’)的定向輻射式樣的擴(kuò)音器。結(jié)果，從低頻擴(kuò)音器205到達(dá)傾聽者的直接聲音的數(shù)量被最小化。大部分低頻聲音通過墻壁處的反射間接地到達(dá)傾聽者。這就導(dǎo)致低頻音頻更加發(fā)散，因此定向感知被顯著降低。具體來說，聲音被更少得多地感知為源自低頻擴(kuò)音器205的位置。這可以在保持所輻射的低頻聲音的相同總數(shù)量時實現(xiàn)。實際上這意味著對于高頻擴(kuò)音器203與低頻擴(kuò)音器205之間的給定水平平衡，優(yōu)先效應(yīng)的魯棒性將顯著更大。這例如將允許對于所述效應(yīng)的給定魯棒性程度可以增大低頻聲音的水平，從而得到更加“完滿”的音響體驗。因此，通過優(yōu)先效應(yīng)與定向低頻聲音輻射之間的相互作用，可以顯著地改進(jìn)空間感知、音頻質(zhì)量或全部二者。將認(rèn)識到，在不背離本發(fā)明的情況下，可以使用從低頻擴(kuò)音器205提供定向聲音輸出的任何適當(dāng)方式。例如，低頻擴(kuò)音器205可以使用被設(shè)計或安放成使其具有定向特性的單個驅(qū)動單元。在該具體實例中，低頻擴(kuò)音器205是利用以相反相位驅(qū)動的兩個驅(qū)動器單元來構(gòu)造的，正如圖3中所示出的那樣。在本領(lǐng)域內(nèi)已知，這樣的設(shè)置會得到對應(yīng)于如圖4中所示的偶極的定向輻射式樣。因此，所述設(shè)置沿著低頻擴(kuò)音器205的中心軸301提供零信號。低頻擴(kuò)音器205可以相應(yīng)地被放置成使得該軸指向傾聽位置111。將認(rèn)識到，所述凹口在由低頻擴(kuò)音器205提供的定向輻射式樣中可以確實為零信號，但是不需要如此。還將認(rèn)識到，所述凹口的方向不需要與去到傾聽位置的方向直接對準(zhǔn)，而是可以簡單地足夠接近從而使所述凹口提供對沿著從低頻擴(kuò)音器205到傾聽位置111的直接路徑福射的聲音的適當(dāng)衰減。實際上，所述凹口可以在傾聽位置111的方向上提供相對于最大射束增益/強(qiáng)度的適當(dāng)衰減，從而使得來自低頻擴(kuò)音器205的聲音主要被間接地接收到。在許多實施例中，所述設(shè)置可以使得所述凹口提供對在傾聽位置的方向上輻射的聲音相對于最大強(qiáng)度方向的不小于IOdB的衰減。在一些實施例中，通過所述凹口提供至少20dB的衰減，可以實現(xiàn)有利的性能。
在如圖3中所例示的那樣利用多個驅(qū)動器的一些實施例中，低頻擴(kuò)音器205可以朝向傾聽位置111成角度，以便提供對直接路徑的增大衰減。然而在其他實施例中，可以對其中一個驅(qū)動器應(yīng)用固定的相位偏移量。這樣的相位偏移量導(dǎo)致零信號的角度被修改，并且可以相應(yīng)地修改擴(kuò)音器以便沿著適當(dāng)?shù)慕嵌忍峁┰龃蟮乃p，其中所述適當(dāng)?shù)慕嵌炔淮怪庇诟鱾€驅(qū)動器沿其對準(zhǔn)的軸。取決于音頻環(huán)境和具體情形的具體特性，可能有利的是具有相對窄的凹口或者相對寬的凹口。然而在許多實施例中，所述凹口的寬度可以有利地處于針對相對于最大強(qiáng)度的IOdB衰減所測量的5度到90度之間。這在許多情形中可以提供在音頻環(huán)境中分散低頻聲音的愿望與足夠地衰減直接路徑的愿望之間提供有利的折中，而不需要低頻擴(kuò)音器205與傾聽位置111的精確對準(zhǔn)。在許多實施例中，所述角度甚至可以更加有利地處于20度到70度之間。在許多實施例中，低頻驅(qū)動電路211的傳遞函數(shù)具有低通傳遞特性，因此低頻驅(qū) 動電路211的濾波可以對應(yīng)于低通濾波。類似地，高頻驅(qū)動電路209的傳遞函數(shù)可以具有聞通傳遞特性，因此聞頻驅(qū)動電路209的濾波可以對應(yīng)于聞通濾波。低頻驅(qū)動電路211的通帶可以相應(yīng)地是低通帶,而高頻驅(qū)動電路209的通帶可以是高通帶。因此兩個驅(qū)動電路209、211可以一起表示信號，其中低頻擴(kuò)音器205再現(xiàn)較低頻率并且高頻擴(kuò)音器203再現(xiàn)較高頻率。所述兩個通帶可以具有某一交越頻率，其可以被測量為(例如包括擴(kuò)音器203、205的效率的驅(qū)動電路209、211的)兩條路徑對其完全相同的頻率。因此該交越頻率可以被視為主導(dǎo)的揚聲器在低頻擴(kuò)音器205與高頻擴(kuò)音器203之間改變的頻率。在許多實施例中，所述交越頻率有利地處在400Hz到IkHz的頻率范圍內(nèi)。這通常會提供高頻擴(kuò)音器203的所需尺寸、音頻質(zhì)量以及空間體驗之間的高度有利的折中。具體來說，對于大多數(shù)信號其確保所述信號的足夠比例由高頻擴(kuò)音器203再現(xiàn)，從而為優(yōu)先效應(yīng)提供足夠的空間提示，同時確保所述信號的足夠比例由低頻擴(kuò)音器205再現(xiàn)，從而使得即使對于非常小的高頻擴(kuò)音器203也獲得高的總體音頻質(zhì)量。在許多情形中，對于處在700Hz-900Hz的頻率范圍內(nèi)并且特別處于基本上800Hz的交越頻率，發(fā)現(xiàn)特別有利的折中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這在許多情形中會提供由低頻擴(kuò)音器205再現(xiàn)的最高聲音比例，而不導(dǎo)致空間體驗的不可接受的降低。因此它可以在許多情形中允許特別小的高頻擴(kuò)音器203。將認(rèn)識到，在一些實施例中，所述兩個通帶可以重疊，在這種情況下所述交越頻率可以被認(rèn)為是重疊頻率范圍內(nèi)的任何頻率。此外，所述通帶可以由其截止頻率表征。具體來說，可以確定低頻驅(qū)動電路211的通帶的上限(最高頻率)3dB截止頻率。類似地，可以確定高頻驅(qū)動電路209的通帶的下限(最低頻率)3dB截止頻率。因此，所述上限3dB截止頻率可以被視為由低頻擴(kuò)音器205應(yīng)對的最高頻率，而所述下限3dB截止頻率可以被視為由高頻擴(kuò)音器203應(yīng)對的最低頻率。將認(rèn)識到，這兩個截止頻率不需要重合，并且實際上低頻擴(kuò)音器205的上限3dB截止頻率可以高于或低于高頻擴(kuò)音器203的下限3dB截止頻率，這取決于個別實施例的優(yōu)選項(例如允許通帶之間的重疊或間隙)。所述截止頻率有利地處在從400到IkHz的頻率范圍內(nèi)，并且更加有利地處在從700-900Hz的頻率范圍內(nèi)。正如對于交越頻率范圍所描述的那樣，這可以在許多實施例中提供特別有利的折中。在所述方法中，延遲213被設(shè)定成使得來自高頻擴(kuò)音器203的信號略微在來自低頻擴(kuò)音器205的信號之前被接收到，從而引入優(yōu)先效應(yīng)。為了實現(xiàn)最優(yōu)的優(yōu)先效應(yīng)，延遲213可以被設(shè)定成反映音頻環(huán)境的具體屬性。具體來說，可以應(yīng)用包括兩個分量的延遲τ。第一延遲分量Tt1補(bǔ)償由于分別源自高頻擴(kuò)音器203和低頻擴(kuò)音器205的聲波去到傾聽者耳朵的不同路徑長度所導(dǎo)致的行進(jìn)時間差異。應(yīng)用該延遲導(dǎo)致來自高頻擴(kuò)音器203和低頻擴(kuò)音器205的聲音同時到達(dá)傾聽者的耳朵。除了該補(bǔ)償延遲之外，為了實現(xiàn)優(yōu)先效應(yīng)還需要一個附加延遲分量Tt2。因此延遲213所施加的總延遲是T = TtfT t2。τ t2的數(shù)值并不十分關(guān)鍵，只要其典型地處于大約Ims與優(yōu)先效應(yīng)的上限之間即 可，這取決于信號類型。對于最為關(guān)鍵的信號類型短咔音(short click), τ t2的上限是ms，因此在某些情形中可能有利的是將延遲Tt2選擇在l-5ms的范圍內(nèi)。這樣的延遲例如可以被使用在其中有可能仔細(xì)地設(shè)立其中傳輸路徑延遲是公知并且靜態(tài)的配置中的情形中。然而對于補(bǔ)償延遲Tt1 (傳輸路徑延遲)所需要的數(shù)值則在很大程度上取決于房間的幾何布局、擴(kuò)音器放置以及傾聽位置，并且處于幾毫秒到幾十毫秒(例如3-30ms)范圍內(nèi)的通常配置中。這意味著對于處在l-5ms之間的Tt2的小數(shù)值，總的所需延遲在很大程度上由τ tl的確切數(shù)值決定，并且有必要仔細(xì)設(shè)定τ tl的數(shù)值以便對應(yīng)于實際的幾何配置。在一些實施例中，延遲213可以相應(yīng)地是能夠響應(yīng)于從高頻擴(kuò)音器203到傾聽位置111的傳輸路徑的傳輸路徑延遲數(shù)值而改變的延遲。高頻擴(kuò)音器203的傳輸路徑延遲數(shù)值可以被減小從低頻擴(kuò)音器205到傾聽位置111的傳輸路徑的傳輸路徑延遲數(shù)值，從而生成被用來抵消所述路徑變化的傳輸路徑延遲差異數(shù)值。可以由用戶人工地施行傳輸路徑延遲補(bǔ)償，例如人工設(shè)定相對傳輸路徑延遲τ h。這一設(shè)定例如可以是基于由用戶測量所述兩個物理路徑長度，或者由用戶人工調(diào)節(jié)延遲控制直到感知到所期望的效應(yīng)為止。作為另一個例子，可以把麥克風(fēng)放置在傾聽位置111處并且將其耦合到驅(qū)動電路201。來自麥克風(fēng)的測量信號隨后可以被用來適配延遲213，從而使其既補(bǔ)償傳輸路徑延遲差異又提供所期望的優(yōu)先效應(yīng)。例如，可以通過分別從高頻擴(kuò)音器203和低頻擴(kuò)音器205輻射校準(zhǔn)信號來施行測程距離測量處理。因此，在所描述的例子中，所述系統(tǒng)被設(shè)置成引入一個延遲，其比從高頻擴(kuò)音器203到傾聽位置111的傳輸路徑與從低頻擴(kuò)音器205到傾聽位置111的路徑之間的傳輸路徑延遲差異高出不超過40msec。實際上，在許多實施例中，所述延遲有利地比該傳輸路徑延遲差異高出不超過15msec或者甚至5msec。實際上這可以通過基于確定所述傳輸路徑延遲差異對系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)和適配來實現(xiàn)，并且/或者可以通過針對具體的房間特性控制各個揚聲器的位置來實現(xiàn)。為了使得系統(tǒng)對于實際的幾何配置不那么敏感，在一些實施例中可能優(yōu)選的是把τ t2的數(shù)值設(shè)定得相對高。這種方法在許多情形中的一個優(yōu)點在于，在大多數(shù)情況下于是將不需要根據(jù)具體配置設(shè)定延遲τ t1；即相同的延遲將適合于傳輸路徑延遲差異的相對大的變化。然而由于Tt2可以被設(shè)定得高于5ms，因此優(yōu)先效應(yīng)可能對于非常短的信號(比如打擊樂中的瞬態(tài))不再完美地工作。圖2的系統(tǒng)可以特別用于環(huán)繞音響多聲道音頻信號的環(huán)繞聲道。所述環(huán)繞聲道可以特別是環(huán)繞音響系統(tǒng)的側(cè)面或后方聲道，并且可以被用來提供側(cè)面或后方揚聲器的空間體驗。因此，所述系統(tǒng)可以被設(shè)置成使得來自高頻擴(kuò)音器203的聲音從非前方方向(即從側(cè)面或從后方)到達(dá)傾聽位置(111)。前方方向可以是處于左前方揚聲器與右前方揚聲器之間的所有方向，或者可以更加具體地被確定為相對于從傾聽位置到中央前方聲道的標(biāo)稱位置的方向(即從傾聽位置到中央揚聲器的方向)小于60度的角度。例如，圖2的方法可以有利地被用來提供圖I的后方揚聲器107、109的其中之一。所述方法可以特別被用來把高頻擴(kuò)音器203放置在環(huán)繞聲道的所期望的位置處，即放置在與環(huán)繞聲道聲源的適當(dāng)位置相對應(yīng)的位置處。這可以特別有利地處在非前方方向·上，并且特別處在相對于從傾聽位置111到對應(yīng)于環(huán)繞音響中央聲道的標(biāo)稱位置(通常對應(yīng)于中央揚聲器的位置)的方向小于60度的前方方向角度區(qū)間之外。因此,高頻擴(kuò)音器203按照期望被放置在用戶的側(cè)面或后方。例如如果圖2的系統(tǒng)被用來替代圖I的左后方揚聲器107，則高頻擴(kuò)音器203被放置在該左后方揚聲器的位置處。然而低頻擴(kuò)音器205不與高頻擴(kuò)音器203位于一處，而是與之遠(yuǎn)離。例如，低頻擴(kuò)音器205可以位于前方方向上(例如處于中央方向的60度內(nèi))。在圖5中不出了這樣的設(shè)置的一個例子。與傳統(tǒng)的環(huán)繞音響系統(tǒng)相比，這種方法具有顯著的優(yōu)點，即后方揚聲器可以非常小。所述小外形可以特別由于使用相對高的交越頻率(例如800Hz)而實現(xiàn)，該交越頻率遠(yuǎn)高于在傳統(tǒng)的基于超低音喇叭的系統(tǒng)中所能實現(xiàn)的交越頻率。高交越頻率允許對于傾聽者的后方使用不顯眼的、低功率并且可能甚至是無線的揚聲器。此外，使用定向低頻擴(kuò)音器205來輻射環(huán)繞聲道的中/低頻部分會提供對于全范圍后方源的非常令人信服的感知，而不是通常與小衛(wèi)星式揚聲器相關(guān)聯(lián)的微小聲音。此外，由于低頻擴(kuò)音器205的位置對于環(huán)繞聲道的所感知空間起源并不十分關(guān)鍵，因此可以相對自由地放置低頻擴(kuò)音器205。具體來說，其可以常常與例如相應(yīng)的側(cè)前方揚聲器位于一處，例如在本例中是與左前方揚聲器103位于一處。實際上有可能把低頻擴(kuò)音器205與左前方揚聲器103相組合，從而使其再現(xiàn)左前方聲道和左后方聲道的低/中頻分量兩者。這可以降低對于環(huán)繞音響系統(tǒng)所需要的揚聲器的成本并且降低其數(shù)目/尺寸。在一些實施例中，高頻擴(kuò)音器203也可以被放置在前方方向上。例如，如圖6中所示，高頻擴(kuò)音器203可以被實施為定向揚聲器，其通過墻壁的反射到達(dá)傾聽位置111。這樣的用于提供環(huán)繞聲道的方法被開發(fā)來從單個擴(kuò)音器箱提供空間環(huán)繞體驗。然而所述方法與圖2的方法相組合提供特別適用的協(xié)作。具體來說，圖2的方法允許更高的交越頻率，因此允許更加精確地反射信號以提供空間感知。實際上，所反射的信號可以被限制到能夠被更加精確地控制及反射的更高頻率。因此就實現(xiàn)了改進(jìn)的空間體驗。此外，用于這樣的反射系統(tǒng)的揚聲器通常是利用多個驅(qū)動器單元來實施的，所述多個驅(qū)動器單元被單獨地相位偏移以便在所期望的方向上提供定向音頻射束。然而這一功能可以被再用來也提供低頻擴(kuò)音器205的所期望的定向性。因此，相同的驅(qū)動器單元可以被用來提供低頻擴(kuò)音器205的定向低頻聲音再現(xiàn)和高頻擴(kuò)音器203的定向高頻聲音再現(xiàn)兩者。在一些實施例中，高頻擴(kuò)音器203可以處在視聽再現(xiàn)器件中，而低頻擴(kuò)音器205則可以遠(yuǎn)離所述視聽再現(xiàn)器件。所述視聽再現(xiàn)器件可以是能夠再現(xiàn)視聽素材并且特別是與音頻和視頻相關(guān)聯(lián)的素材的任何器件。所述方法例如可以被用來把高頻擴(kuò)音器203與平板電視集成在一起，而低頻擴(kuò)音器205則被提供為可以更加自由地放置的單獨的箱子，比如例如放置在地板上或者電視的側(cè)面。這可能是高度有益的，因為平板電視的特征在于非常平坦并且具有非常纖細(xì)的邊框，從而使其非常難以集成能夠再現(xiàn)全范圍音頻的擴(kuò)音器。在這種使用情況中，所描述的方法可以被用來把集成在電視中的小高頻高音喇叭與單獨的可自由放置的低-中頻擴(kuò)音器相組合，其中輻射式樣在傾聽者的方向上具有凹口(例如偶極式揚聲器)以及適當(dāng)延遲應(yīng)用于其信號。這就使得能夠感知到來自電視的全范圍聲音，而實際上只有高頻源自該處。在一些實施例中，高頻擴(kuò)音器203可以包括參數(shù)化擴(kuò)音器，其具有小型、高度定向的超聲揚聲器的形式。 具體來說，高頻擴(kuò)音器203可以包括定向超聲換能器，其被設(shè)置成朝向一個表面發(fā)射超聲從而通過至少該表面的反射到達(dá)傾聽位置。例如，在圖6的情形中，高頻擴(kuò)音器203可以是一個超聲換能器。這例如可以導(dǎo)致提供改進(jìn)的虛擬環(huán)繞聲源，這是因為使用了高度定向的超聲信號而不是無法以相同的程度控制的傳統(tǒng)的音頻帶信號。所述方法可以允許減少由于從定向超聲換能器到傾聽者的非意定信號路徑而導(dǎo)致的空間降低。例如，所述定向超聲換能器可以被放置在傾聽者的前方，但是偏離傾聽者朝向墻壁成角度以進(jìn)行反射。在這樣的情形中，被感知為源自定向超聲換能器的實際位置的聲音的數(shù)量將少得多并且常常無關(guān)緊要。具體來說，可以實現(xiàn)用于生成虛擬環(huán)繞音響的窄得多的并且明確定義的音頻射束，從而允許改進(jìn)控制并且生成改進(jìn)的空間體驗。實際上，這樣的超聲換能器具有高度定向的聲束。一般來說，擴(kuò)音器的定向性(窄度)取決于與波長相比的擴(kuò)音器尺寸?？陕牭穆曇艟哂刑幱趶膸子⒋绲綆子⒊叩姆秶鷥?nèi)的波長，并且由于這些波長與大多數(shù)擴(kuò)音器的尺寸相當(dāng)，因此聲音通常全向傳播。然而對于超聲換能器，波長小得多，相應(yīng)地有可能產(chǎn)生比所輻射波長大得多的聲源，從而導(dǎo)致形成非常窄的高度定向的射束。這樣的高度定向射束可以被控制得好很多，并且在圖6的系統(tǒng)中其可以通過房間墻壁的明確定義的反射被導(dǎo)向傾聽位置111。所反射的聲音將到達(dá)耳朵，為傾聽者給出聲源位于房間后面的感知。類似地，通過把超聲射束導(dǎo)向側(cè)壁或天花板，有可能分別生成處于傾聽者側(cè)面和上方的感知聲源。因此，圖6的系統(tǒng)使用具有非常定向的聲束的超聲換能器作為位于傾聽位置111前方的環(huán)繞揚聲器或者作為其一部分。該超聲射束可以容易地被導(dǎo)向房間側(cè)面或后面的墻壁，從而使得反射的聲音將到達(dá)傾聽者的耳朵從而提供聲源被放置在房間后面的感知。特別通過由環(huán)繞聲道的音頻信號對超聲載波信號進(jìn)行幅度調(diào)制而生成所述超聲信號。該已調(diào)信號隨后被從高頻擴(kuò)音器203輻射。超聲信號不可由人類傾聽者直接感知，但是調(diào)制音頻信號可以自動變?yōu)榭陕牰恍枰魏翁囟ǖ墓δ?、接收器或聽覺器件。具體來說，從換能器到傾聽者的音頻路徑中的任何非線性都可以充當(dāng)解調(diào)器，從而重建被用來調(diào)制超聲載波信號的原始音頻信號。這樣的非線性可以在傳輸路徑中自動發(fā)生。具體來說，空氣作為傳輸介質(zhì)固有地表現(xiàn)出導(dǎo)致超聲變?yōu)榭陕牭姆蔷€性特性。因此，在該例中，空氣本身的非線性屬性就導(dǎo)致從高強(qiáng)度超聲信號的音頻解調(diào)。因此，超聲信號可以被自動解調(diào)以便為傾聽者提供音頻聲音。使用超聲換能器進(jìn)行音頻輻射的例子和進(jìn)一步描述例如可以在F. JosephPompei 的博士論文“Sound from Ultrasound: The Parametric Arrays as an AudibleSound Source”(2002, Massachusetts Institute of Technology)中找到。使用環(huán)繞聲道的超聲輻射會提供非常窄的射束。這允許更好地定義及控制反射，并且特別可以提供對到達(dá)傾聽位置的角度的更加精確的控制。因此，所述方法可以允許更好地定義及控制環(huán)繞聲源的虛擬感知位置。此外，使用超聲信號可以允許將這樣的位置感知為更接近一個點源，即沒有那么模糊。此外，超聲換能器的窄射束降低了沿著其他路徑的聲音輻射，并且特別降低了通過直接路徑到達(dá)傾聽位置的任何聲音的聲音水平。 相應(yīng)地，所描述的方法通常提供了顯著更好地定義的虛擬環(huán)繞音響位置以便由用戶感知。具體來說，被提供給傾聽者的空間方向提示顯著地更加精確且更加均勻并且與后面(或傾聽者側(cè)面)的聲源位置一致。在一些實施例中，低頻擴(kuò)音器205包括多個音頻驅(qū)動器，并且第二驅(qū)動電路211被設(shè)置成將第二驅(qū)動信號生成為用于所述多個音頻驅(qū)動器的單獨相位偏移量信號，以便生成音頻射束。因此，在這種方法中，低頻擴(kuò)音器205可以使用具有單獨的相位調(diào)節(jié)的多個音頻驅(qū)動器來提供定向輻射式樣。在圖3中示出了一個低復(fù)雜度實例，其中兩個音頻驅(qū)動器被異相驅(qū)動以便提供偶極輻射式樣。在圖7中示出了另一個例子。在該例中，低頻擴(kuò)音器205包括可以被單獨控制的三個驅(qū)動器單元701。低頻驅(qū)動電路211包括共同驅(qū)動電路，其包括比如濾波和放大功能之類的共同功能。共同信號被饋送到射束成型器705，所述射束成型器705隨后通過對于每一個音頻驅(qū)動器701應(yīng)用單獨的權(quán)重生成用于單獨的音頻驅(qū)動器701的單獨驅(qū)動信號。所述權(quán)重允許獨立于其他音頻驅(qū)動器701設(shè)定其中一個音頻驅(qū)動器701的驅(qū)動信號的相位偏移量以及可能的增益。通過控制單獨的音頻驅(qū)動器701的權(quán)重，可以按照本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的那樣控制音頻驅(qū)動器701的陣列的所得到的組合定向輻射式樣。在一些實施例中，射束成型器705可以提供固定的靜態(tài)射束成型，但是在圖7的實例中，所述系統(tǒng)還包括處理器707，其控制射束成型器705的射束成型。例如，處理器707可以向射束成型器705提供所述定向輻射式樣的零信號的所期望的角度，后者作為響應(yīng)確定適當(dāng)?shù)臋?quán)重。在一些實施例中，處理器707可以被設(shè)置成接收來自用戶的用戶輸入。用戶輸入可以特別表明所期望的方向，并且射束成型器705隨后可以繼續(xù)在所期望的方向上引導(dǎo)零信號。因此，所述系統(tǒng)可以允許用戶人工地把所述凹口導(dǎo)向優(yōu)選的傾聽位置。例如，可以要求傾聽者調(diào)節(jié)用戶接口中的滑動器或類似控制，直到其感知到最強(qiáng)的錯覺或者‘最佳的音響’為止。因此可以實現(xiàn)一種用于針對具體環(huán)境定制系統(tǒng)的非常簡單的方法。在一些實施例中，處理器707可以被設(shè)置成動態(tài)地估計從低頻擴(kuò)音器205到傾聽位置的方向，并且可以把所估計的方向饋送到射束成型器705以便在相應(yīng)的方向上提供凹□。將認(rèn)識到，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會想到用于估計去到空間中的一點的方向的許多方法，并且在不背離本發(fā)明的情況下可以使用任何適當(dāng)?shù)姆椒?。這樣的系統(tǒng)在其中傾聽位置例如被認(rèn)為對應(yīng)于傾聽者的位置的情形中跟蹤傾聽位置的移動方面可能是特別高效的。實際上，空間錯覺的強(qiáng)度取決于被導(dǎo)向傾聽者的凹口。如果傾聽者移出該凹口，則源自高頻擴(kuò)音器203的全范圍聲音的錯覺將大為降低。因此，基于一種跟蹤方法控制所述凹口可以使得系統(tǒng)能夠自動調(diào)節(jié)到用戶位置。作為具體的例子，所述方向確定可以是基于超聲范圍檢測、紅外傳感器、基于RFID令牌(其中傾聽者將攜帶在其身上或者嵌入在遙控器中的RFID標(biāo)簽)或者可以是基于視頻。將認(rèn)識到，前面為了清楚起見參照不同的功能電路、單元和處理器描述了本發(fā)明·的各個實施例。然而將認(rèn)識到，在不背離本發(fā)明的情況下可以使用不同功能電路、單元或處理器之間的任何適當(dāng)?shù)墓δ芊植肌＠?，被示出為由分開的處理器或控制器施行的功能可以由相同的處理器或控制器施行。因此，對具體功能單元或電路的參考僅僅應(yīng)被視為對用于提供所描述的功能的適當(dāng)裝置的參考，而不是表明嚴(yán)格的邏輯或物理結(jié)構(gòu)或組織。可以按照任何適當(dāng)?shù)男问絹韺嵤┍景l(fā)明，其中包括硬件、軟件、固件或這些的任何組合。本發(fā)明可以可選地被至少部分地實施為運行在一個或更多數(shù)據(jù)處理器和/或數(shù)字信號處理器上的計算機(jī)軟件。本發(fā)明的一個實施例的各個元件和組件可以在物理、功能和邏輯方面按照任何適當(dāng)?shù)姆绞絹韺嵤?。實際上，所述功能可以被實施在單個單元中、實施在多個單元中或者被實施為其他功能單元的一部分。因此，本發(fā)明可以被實施在單個單元中或者可以在物理和功能方面分布在不同的單元、電路和處理器之間。雖然結(jié)合一些實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不意圖被限制到這里所闡述的具體形式。相反，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求書限制。此外，雖然可能看起來結(jié)合特定實施例描述了某一項特征，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以根據(jù)本發(fā)明組合所描述的實施例的各項特征。在權(quán)利要求書中，“包括” 一詞不排除其他元件或步驟的存在。此外，雖然是被單獨列出的，但是例如可以由單個電路、單元或處理器實施多個裝置、元件、電路或方法步驟。此外，雖然單獨特征可能被包括在不同的權(quán)利要求中，但是可能有利地將這些特征相組合，并且包括在不同的權(quán)利要求中并不意味著所述特征的組合不是可行的和/或有利的。此外，在一類權(quán)利要求中包括某一項特征并不意味著限制到該類，而是表明所述特征在適當(dāng)情況下同樣適用于其他權(quán)利要求類別。此外，各項特征在權(quán)利要求中的順序并不表明所述特征必須按其工作的任何特定順序，并且特別是方法權(quán)利要求中的單獨步驟的順序并不意味著必須按照該順序來施行各個步驟。相反，可以按照任何適當(dāng)?shù)捻樞騺硎┬兴霾襟E。此外，單數(shù)參考并不排除復(fù)數(shù)。因此，對“一個”、“某一”、“第一”、“第二”等的參考并不排除多個。權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記僅僅是作為澄清實例而提供的，并不應(yīng)當(dāng)被理解為以任何方式限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種揚聲器系統(tǒng),包括 被設(shè)置成響應(yīng)于第一驅(qū)動信號再現(xiàn)聲音的第一揚聲器(203),所述第一揚聲器(203)被設(shè)置成再現(xiàn)將到達(dá)傾聽位置(111)的聲音； 被設(shè)置成響應(yīng)于第二驅(qū)動信號再現(xiàn)聲音的第二揚聲器(205)； 驅(qū)動電路(201)，包括 用于接收供再現(xiàn)的音頻信號的接收器(207)， 用于響應(yīng)于對所述音頻信號的第一濾波而生成第一驅(qū)動信號的第一驅(qū)動電路(209)，所述第一濾波具有第一通帶， 用于響應(yīng)于對所述音頻信號的第二濾波而生成第二驅(qū)動信號的第二驅(qū)動電路(211)，所述第二濾波具有第二通帶，所述第二通帶包括低于第一頻帶的頻帶； 用于相對于第一驅(qū)動信號延遲第二驅(qū)動信號的延遲(213);并且 其中，所述揚聲器系統(tǒng)被設(shè)置成按照定向福射式樣從第二揚聲器定向地福射聲音，所述定向輻射式樣具有朝向所述傾聽位置(111)的凹口。
2.權(quán)利要求I的揚聲器系統(tǒng)，其中，從傾聽位置(111)到第一揚聲器(201)的方向與從傾聽位置(111)到第二揚聲器(205)的方向之間的角度不小于60度。
3.權(quán)利要求I的揚聲器系統(tǒng)，其中，所述音頻信號是環(huán)繞音響多聲道音頻信號的環(huán)繞聲道的信號，并且第一揚聲器(203)被設(shè)置成使得來自第一揚聲器(203)的聲音從非前方方向到達(dá)傾聽位置(111)。
4.權(quán)利要求2的揚聲器系統(tǒng)，其中，第一揚聲器(203)是環(huán)繞音響系統(tǒng)的一部分并且被放置在環(huán)繞音響系統(tǒng)的前方方向角度區(qū)間之外，所述前方方向區(qū)間包括相對于從傾聽位置到環(huán)繞音響中央聲道音頻源的方向偏移小于60度的角度。
5.權(quán)利要求I的揚聲器系統(tǒng)，其中，在傾聽位置的方向上來自第二揚聲器(205)的音頻的強(qiáng)度低于來自第二揚聲器的最大音頻強(qiáng)度不小于10dB。
6.權(quán)利要求I的揚聲器系統(tǒng)，其中，第一通帶具有屬于400Hz到IkHz的頻率范圍的下限3dB截止頻率。
7.權(quán)利要求I的揚聲器系統(tǒng)，其中，第一通帶和第二通帶的等增益頻率屬于400Hz到IkHz的頻率范圍。
8.權(quán)利要求I的揚聲器系統(tǒng)，其中，第一濾波是高通濾波而第二濾波是低通濾波。
9.權(quán)利要求I的揚聲器系統(tǒng)，其中，所述延遲(213)被設(shè)置成相對于第一驅(qū)動信號延遲第二驅(qū)動信號，所述延遲超出從第一揚聲器(203)到傾聽位置(111)的傳輸路徑與從第二揚聲器(205)到傾聽位置(111)的直接路徑之間的傳輸路徑延遲差異的數(shù)量不超過40msec ο
10.權(quán)利要求I的揚聲器系統(tǒng)，其中，第一揚聲器(203)包括參數(shù)化揚聲器。
11.權(quán)利要求I的揚聲器系統(tǒng)，其中，第二揚聲器(205)包括多個音頻驅(qū)動器(701),并且第二驅(qū)動電路(211)被設(shè)置成把第二驅(qū)動信號生成為所述多個音頻驅(qū)動器(701)的單獨的相位偏移量信號，從而提供定向輻射式樣。
12.權(quán)利要求I的揚聲器系統(tǒng)，其中，第一揚聲器(203)被集成在視聽再現(xiàn)器件中，而第二揚聲器(205)則遠(yuǎn)離所述視聽再現(xiàn)器件。
13.權(quán)利要求I的揚聲器系統(tǒng)，還包括用于動態(tài)地生成針對從第二揚聲器(205)到傾聽位置(111)的方向的方向估計的估計器(707);以及 用于修改所述定向輻射式樣以便在所估計的方向上提供所述凹口的控制器(705)。
14.權(quán)利要求I的揚聲器系統(tǒng)，還包括 用于接收來自用戶的方向指示的用戶輸入(707);以及 用于修改所述定向輻射式樣以便在所述方向指示所指示的方向上提供所述凹口的控制器(705)。
15.一種操作揚聲器系統(tǒng)的方法，所述揚聲器系統(tǒng)包括 被設(shè)置成響應(yīng)于第一驅(qū)動信號再現(xiàn)聲音的第一揚聲器(203),所述第一揚聲器(203)被設(shè)置成再現(xiàn)將到達(dá)傾聽位置(111)的聲音； 被設(shè)置成響應(yīng)于第二驅(qū)動信號再現(xiàn)聲音的第二揚聲器(205);所述方法包括 接收供再現(xiàn)的音頻信號； 響應(yīng)于對所述音頻信號的第一濾波而生成第一驅(qū)動信號，所述第一濾波具有第一通帶; 響應(yīng)于對所述音頻信號的第二濾波而生成第二驅(qū)動信號，所述第二濾波具有第二通帶，所述第二通帶包括低于第一頻帶的頻帶； 相對于第一驅(qū)動信號延遲第二驅(qū)動信號；并且其中，按照定向福射式樣從第二揚聲器定向地輻射聲音，所述定向輻射式樣具有朝向所述傾聽位置(111)的凹口。
全文摘要
一種揚聲器系統(tǒng)包括第一揚聲器(203)和第二揚聲器(205)。驅(qū)動電路接收音頻信號，并且包括響應(yīng)于對音頻信號的具有第一通帶的第一濾波而生成用于第一揚聲器(203)的第一驅(qū)動信號的第一驅(qū)動電路(209)。第二驅(qū)動電路(211)響應(yīng)于具有第二通帶的第二濾波而生成用于第二揚聲器(205)的第二驅(qū)動信號，所述第二通帶包括低于第一通帶的頻帶。延遲(213)相對于第一驅(qū)動信號延遲第二驅(qū)動信號。按照定向輻射式樣定向地輻射來自第二揚聲器的聲音，所述定向輻射式樣具有朝向傾聽位置(111)的凹口。所述系統(tǒng)利用優(yōu)先效應(yīng)和非直接低頻音頻輻射來確保定向提示主要由第一揚聲器(203)提供，所述第一揚聲器(203)可以是小的并且遠(yuǎn)離第二揚聲器(205)。
文檔編號H04R1/32GK102792712SQ201180014506
公開日2012年11月21日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者W.J.拉姆布, W.P.J.德布魯伊恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司