具有高空声音投射的扬声器系统的制作方法

1.一个或多个实施方案涉及一种具有高空声音投射的扬声器系统。


背景技术：

2.音频系统可包括用于在水平平面中提供来自360
°
半径的声音(即，“环绕”声音)的多个扬声器。音频系统还可包括用于在竖直平面内提供声音的扬声器，包括与安装到顶板的扬声器相结合的安装到地板的扬声器。


技术实现要素：

3.一种扬声器系统设有：机箱，所述机箱具有前面；以及至少一个向前发射驱动器，所述至少一个向前发射驱动器由所述机箱支撑以沿着第一轴线投射声音，所述第一轴线大体垂直于所述机箱的所述前面。至少一个向上发射驱动器由所述机箱支撑并以锐角张角被布置在所述至少一个向前发射驱动器上方，其中所述至少一个向上发射驱动器适于沿着第二轴线向上投射在高于1khz的频率下的声音，所述第二轴线以所述锐角张角从所述第一轴线有角度地偏移。
4.在一个或多个实施方案中，一种扬声器系统设有机箱，所述机箱具有前面。至少一个向前发射驱动器由所述机箱支撑以沿着第一轴线投射声音，所述第一轴线大体垂直于所述机箱的所述前面。至少一个向上发射驱动器由所述机箱支撑并被布置在所述至少一个向前发射驱动器上方以沿着第二轴线投射高频声音，所述第二轴线以锐角张角从所述第一轴线有角度地偏移。控制器被编程为将前音频通道的中频分量提供到所述至少一个向前发射驱动器，以及将顶音频通道的高频分量提供到所述向上发射驱动器。
5.在一个或多个实施方案中，一种扬声器系统设有：机箱，所述机箱具有前面；以及三个驱动器：第一驱动器、第二驱动器和第三驱动器，所述三个驱动器由所述机箱支撑。所述第一驱动器沿着第一轴线投射声音，所述第一轴线大体垂直于所述机箱的所述前面。所述第二驱动器被布置在所述第一驱动器上方以沿着第二轴线投射高频声音，所述第二轴线以锐角张角从所述第一轴线有角度地偏移。所述第三驱动器被布置在所述第一驱动器下方以沿着第三轴线投射低频声音，所述第三轴线大体平行于所述第一轴线。控制器被编程为：将前音频通道的中频分量提供到所述第一驱动器；将顶音频通道的高频分量提供到所述第二驱动器以作为中频声音沿着所述第二轴线投射；以及将所述前音频通道的低频分量提供到所述第三驱动器。
6.在一个或多个实施方案中，提供了一种用于从扬声器系统投射高空声音的方法。将前音频通道的中频分量提供到第一驱动器以沿着第一轴线投射，所述第一轴线大体垂直于机箱的前面。将顶音频通道的高频分量提供到第二驱动器以作为高频声音沿着第二轴线投射，所述第二轴线以锐角张角从所述第一轴线有角度地偏移。将所述前音频通道的低频分量提供到第三驱动器以沿着第三轴线投射低频声音，所述第三轴线大体平行于所述第一轴线。
附图说明
7.图1是根据一个或多个实施方案的在收听环境内的包括具有高空声音投射的扬声器系统的音频系统的前透视图；
8.图2是图1的扬声器系统中的一个的侧视图，示出了高空声音投射和向前声音投射；
9.图3是根据一个或多个实施方案的图2的扬声器系统的示意图；
10.图4是图2的扬声器系统的一部分的放大图；
11.图5是示出用于测量图2的扬声器系统的指向性、包括测量麦克风相对于扬声器系统的位置的测试设置的图；
12.图6是示出来自图5的每个麦克风的频率响应曲线的曲线图；
13.图7是示出向前指向性曲线以及目标指向性曲线的曲线图；
14.图8是在收听环境内的包括具有高空声音投射的另一个扬声器系统的音频系统的前透视图；
15.图9是根据一个或多个实施方案的在收听环境内的包括具有高空声音投射的其他扬声器系统的音频系统的前透视图。
具体实施方式
16.根据需要，本文中公开了详细实施方案；然而，将理解，所公开的实施方案仅仅是示例性的并且可以各种和替代性形式来体现。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本公开的代表性基础。
17.参考图1，示出了根据一个或多个实施方案的具有高空声音投射的扬声器系统，并且该扬声器系统由数字100表示。扬声器系统100包括由机箱106支撑的向上发射驱动器102和一个或多个向前发射驱动器104。向上发射驱动器102安装到机箱106的上部部分，并且被布置为围绕向上轴线108将顶发射声束朝向上表面(例如，顶板)投射，从而朝向目标收听区域反射。该反射的顶发射声束模拟由安装到顶板的扬声器(未示出)生成的声音。向前发射驱动器104在机箱内安装在向上发射驱动器102下方，并且被布置为围绕向前轴线110并从机箱106的前面将向前声束朝向目标收听区域投射。根据一个或多个实施方案，扬声器系统100包括基座112，该基座搁置在下表面上并以塔式或柱式配置支撑机箱106。
18.扬声器系统100可与其他音频、视觉和外围装置组合以提供家庭娱乐系统114。在一个或多个实施方案中，音频装置包括箱式扬声器118和第二扬声器系统120，它们分布在房间内的各个位置以在水平平面中从宽半径提供声音。在其他实施方案中，家庭娱乐系统114还包括侧扬声器和后扬声器(未示出)，以共同提供360度“环绕”声音。类似于扬声器系统100，第二扬声器系统120包括由机箱126支撑的向上发射驱动器122和一个或多个向前发射驱动器124。向上发射驱动器122围绕向上轴线128投射顶发射声束，并且向前发射驱动器124围绕向前轴线130直接朝向目标收听区域投射向前声束。第二扬声器系统120还包括基座132，该基座以塔式或柱式配置支撑机箱126。扬声器可为便携式无线扬声器或固定式有线扬声器。
19.家庭娱乐系统114还可包括电视机134和音频源136，诸如dvd播放器、视频游戏机、
音频接收器和路由器。家庭娱乐系统114还包括用于控制包括在家庭娱乐系统114中的装置的各种方面的家庭控制器142。例如，家庭控制器142可将来自音频源136的音频分成与房间中的不同位置(例如，前中、左前、右前、左后、右后、左上、右上等)相对应的多个通道。家庭控制器142可包括分频功能并且基于频率(例如，高、中、低等)将音频分成不同的通道。家庭控制器142可将音频通道提供到适当的扬声器。例如，家庭控制器142可将右前和右上音频通道提供到扬声器系统100，并且将左前和左上音频通道提供到第二扬声器系统120。在其他实施方案中，家庭控制器142将所有的音频通道提供到每个扬声器，并且扬声器基于其位置来选择适当的通道。
20.如上所述，家庭控制器142可将音频分成多个通道，包括顶通道或高度通道。这样的顶通道可由音频源用来模拟固定或移动的高空声音，例如，在高空飞行的飞机。现有的家庭音频系统可包括安装到顶板的扬声器(未示出)以提供这样的顶通道声音。然而，安装到顶板的扬声器可能很昂贵并且难以安装和/或安装后难以移动。
21.参考图2，扬声器系统100模拟来自安装到地板的扬声器组件的高空声音，该安装到地板的扬声器组件通常比安装到顶板的扬声器更便宜并且更容易安装。向上发射驱动器102围绕向上轴线108将顶发射声束144(虚线示出)朝向顶板投射，并且该束朝向目标收听区域向下反射。顶板的表面由适当的材料和纹理组成，以将顶发射的声束144向下反射到收听环境中。向前发射驱动器104围绕向前轴线110将向前声束146(虚线示出)投射到收听环境中。顶发射声束144因其间接声音路径以及在声束之间的空间距离而比向前声束146花费更长的时间才能到达目标收听区域。
22.参考图3，根据一个或多个实施方案，扬声器系统100是具有布置在窄机箱中的驱动器的线阵列的无源或有源扬声器系统。扬声器系统100包括连接到单独的放大器(未示出)的控制器148。扬声器系统100包括以塔式/柱式扬声器配置布置在机箱106内的竖直线阵列内的向上发射驱动器102和多个向前发射驱动器。多个向前发射驱动器包括：第一向前发射驱动器104、第一中间驱动器150、第二中间驱动器152和下部驱动器154。下部驱动器154可为单个全程驱动器或以任何配置布置以提供面向前的声音的多个驱动器。
23.指向性是声源的方向特性的量度。它通常表达为以分贝为单位的指向性指数或q的无量纲值。指向性指示与源所生成的所有声能相比，有多少声音将朝向特定区域/方向定向。增加的指向性意味着声能在特定方向上饱和。
24.扬声器系统100包括恒定束宽换能器(驱动器)的垂直线阵列，以在收听区域内提供大致均匀的声场和优越的指向性。根据一个或多个实施方案，驱动器是小直径驱动器(例如，20至40mm)以装配在窄机箱内，诸如harman的radiance tower
tm
。常规的扬声器典型地提供一个最佳听音位置，而对于扬声器系统100，整个目标收听区域都是最佳听音位置。sst的优越指向性行为意味着可实现自定义声束，以便以高指向性将声音定向到具体方向。不仅如此，可将多个声束叠加，以在不同的位置/角度传递不同的声音。这使得sst成为良好的解决方案，以同时从同一阵列将声束直接朝向收听者以及朝向顶板(以提供高空声音的感觉)定向。
25.家庭控制器142将音频信号分成与不同位置相对应的多个通道，并且将一个或多个通道提供到与扬声器系统100的位置相关联的控制器148，例如，右前通道(fr)和右上通道(tr)。
26.控制器148包括用于针对每个驱动器调节听到信号以改善扬声器系统100的指向性的电路。控制器148包括用于将信道信号分成不同频带的分频滤波器。控制器148还可包括延迟电路，以通过相对于收听区域补偿对应的声束之间的空间距离来将向前发射驱动器104、150、152和154与向上发射驱动器102时间对准。控制器148还可包括增益电路以用于放大声音分量，或包括衰减电路以用于衰减声音分量，以便补偿驱动器之间的效率差异或跨驱动器执行振幅束控。控制器148还可以包括均衡电路以用于调整每个驱动器的频率响应来实现累积(总体)期望的频率响应。根据一个或多个实施方案，控制器148可经由数字信号处理器(dsp)来实现，或者可包括模拟传输线路电路部件，例如，电感器、电容器和电阻器。
27.尽管控制器148被示出为单个控制器，但它可包含多个控制器，或者可被体现为一个或多个其他控制器内的软件代码。控制器148通常包括任意数量的微处理器、asic、ic、存储器(例如，闪存、rom、ram、eprom和/或eeprom)和软件代码，以彼此共同合作来执行一系列操作。这样的硬件和/或软件可在组件中组合在一起以执行某些功能。本文描述的控制器或装置中的任一个或多个包括可从使用多种编程语言和/或技术创建的计算机程序编译或解译的计算机可执行指令。一般来说，处理器(诸如，微处理器)例如从存储器、计算机可读介质等接收指令，并执行指令。处理单元包括能够执行软件程序的指令的非暂时性计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可为但不限于电子存储装置、磁性存储装置、光学存储装置、电磁存储装置、半导体存储装置或它们的任何合适的组合。根据一个或多个实施方案，控制器148还包括存储在存储器内的预定数据或“查找表”。
28.应注意，根据一个或多个实施方案，向上发射驱动器102是安装到机箱106的上部部分158的高频高音扬声器。在一个或多个实施方案中，向上发射驱动器102是高强度、高敏感性、小直径高频(1.3khz至20khz)高音扬声器，例如，tymphany型号d26nc05
‑
06。控制器148包括用于调节提供到向上发射驱动器102的右上(tr)通道信号的电路。控制器148包括截止频率(f
c0
)的高通滤波器160以用于去除tr信道信号的低频部分。在一个或多个实施方案中，截止频率(f
c0
)为1.5khz。控制器148还包括具有延迟(d0)的延迟电路162以用于相对于收听区域补偿对应的声束之间的空间距离。由于顶发射声束144采取间接路径到达收听区域，因此它典型地是最慢的信号。因此，在一个或多个实施方案中，延迟(d0)为零秒。控制器148包括具有增益(g0)的增益电路164以用于放大声音分量来补偿驱动器之间的效率差异。根据一个或多个实施方案，由于向上发射驱动器102是高效率、高频高音扬声器，因此(g0)等于一或单位增益。控制器148还包括具有参数均衡器(peq)滤波器的均衡电路166以实现高度提示滤波器并改变声束的频率响应。
29.根据一个或多个实施方案，第一向前发射驱动器104是宽带驱动器，其在机箱106内安装在向上发射驱动器102下方，并且被布置为围绕向前轴线110并从机箱106的前面168将向前声束146朝向目标收听区域投射。在一个或多个实施方案中，第一向前发射驱动器104是中程驱动器。控制器148包括用于调节提供到第一向前发射驱动器104的右前(fr)通道信号的电路。控制器148包括允许在(f
l1
至f
h1
)之间的频率的宽带通滤波器170。在一个或多个实施方案中，宽带通滤波器170允许在200hz至2khz之间的频率。控制器148还可包括具有延迟(d1)的延迟电路172以用于通过相对于收听区域补偿对应的声束之间的空间距离来将第一向前发射驱动器104与向上发射驱动器102时间对准。控制器148包括具有增益(g1)的增益电路174以用于放大声音分量来补偿驱动器之间的效率差异。控制器148还包括具有
peq滤波器的均衡电路176以用于调整频率响应。
30.根据一个或多个实施方案，第一中间驱动器150和第二中间驱动器152在机箱106内安装在第一向前发射驱动器104下方，并且被布置为围绕与向前轴线110平行的向前轴线并从机箱106的前面168将向前声束(未示出)朝向目标收听区域投射。在一个或多个实施方案中，该对中间驱动器是中程驱动器。控制器148包括用于调节提供到第一中间驱动器150和第二中间驱动器152的右前(fr)通道信号的电路。
31.控制器148包括允许在(f
l2
至f
h2
)之间的频率的带通滤波器180。在一个或多个实施方案中，宽带通滤波器180允许在400hz至1.5khz之间的频率。控制器148还可包括具有延迟(d2)的延迟电路182以用于通过相对于收听区域补偿对应的声束之间的空间距离来将第一中间驱动器150与向上发射驱动器102时间对准。控制器148包括具有增益(g2)的增益电路184以用于放大声音分量来补偿驱动器之间的效率差异。控制器148还包括具有peq滤波器的均衡电路186以用于调整频率响应。
32.控制器148包括允许在(f
l3
至f
h3
)之间的频率的带通滤波器190。在一个或多个实施方案中，宽带通滤波器190允许在400hz至1.5khz之间的频率。控制器148还可包括具有延迟(d3)的延迟电路192以用于通过相对于收听区域补偿对应的声束之间的空间距离来将第二中间驱动器152与向上发射驱动器102时间对准。控制器148包括具有增益(g3)的增益电路194以用于放大声音分量来补偿驱动器之间的效率差异。控制器148还包括具有peq滤波器的均衡电路196以用于调整频率响应。
33.根据一个或多个实施方案，下部驱动器154在机箱106内安装在中间驱动器150、152下方，并且被布置为围绕与向前轴线110平行的向前轴线并从机箱106的前面168将向前声束(未示出)朝向目标收听区域投射。应注意，四个驱动器的组合将声音向上投射，尽管在一个或多个实施方案中，四个驱动器中的三个面向前，但总体声学轮廓被配置为将声音向上投射到顶板。面向前的部件主要来自104，如图1所示。在一个或多个实施方案中，下部驱动器154包括驱动器的阵列，诸如harman的radiance
tm
或citation
tm tower。控制器148包括用于调节提供到下部驱动器154的右前(fr)通道信号的电路。控制器148包括具有截止频率(f
l4
)的低通滤波器200以用于去除fr信道信号的高频部分。在一个或多个实施方案中，截止频率(f
l4
)为500hz。控制器148还可包括具有延迟(d4)的延迟电路202以用于通过相对于收听区域补偿对应的声束之间的空间距离来将下部驱动器154与向上发射驱动器102时间对准。控制器148包括具有增益(g4)的增益电路204以用于放大声音分量来补偿驱动器之间的效率差异。控制器148还包括具有(peq)滤波器的均衡电路206以用于调整频率响应。
34.图3所示的控制器148的电路元件可使用已知的模拟部件(例如，电容器、电感器、电阻器等)和已知的电路设计来实现为模拟电路。可选地，它可使用数字信号处理器(dsp)部件、逻辑门、可编程阵列或其他数字电路来实现为数字电路。
35.参考图4，还可通过改变扬声器的机械参数来改善扬声器系统100的指向性，所述机械参数诸如驱动器的倾角(α)或张角(β)、驱动器之间的竖直间隔或高度(h)、驱动器相对于机箱106的外表面的横向宽度位置(w)以及驱动器的频率。
36.每个驱动器的倾角(α)是指驱动器的发射轴线与穿过驱动器的中心并垂直于机箱106的正面延伸的假想轴线之间的角偏移。张角(β)是指两个竖直地相邻的驱动器的发射轴线之间的角偏移。在一个或多个实施方案中，向前发射驱动器104、150、152各自具有零度的
倾角(α)和相对于下部驱动器的零度的张角(β)。向上发射驱动器102具有锐角倾角(α0)，该锐角倾角等于其张角(β0)且在60度与80度之间。在一个或多个实施方案中，α0和β0都等于70度。
37.驱动器之间的竖直间隔或高度(h)是基于驱动器的尺寸，并且指向性随线阵列中的驱动器的数量增加而增加。在一个或多个实施方案中，驱动器等距地间隔开，例如以40mm的间隔。
38.向上发射驱动器相对于机箱106的外表面的横向宽度位置(w)也是基于驱动器的尺寸。在一个或多个实施方案中，向上驱动器位于在机箱106的前表面168与后表面208之间的中心，例如，使得w1和w2等于40mm。
39.图5示出了用于在多个方向上测量扬声器系统(诸如扬声器系统100)的指向性的测试装置。该测试装置包括用于测量向前指向性的第一麦克风502和用于测量向后指向性的第二麦克风504。
40.图6是示出由第一麦克风502测量到的第一频率响应曲线602和由第二麦克风504测量到的第二频率响应曲线604的曲线图。图7是示出向前指向性曲线702以及目标指向性曲线704的曲线图。
41.图8和图9示出了附加的实施方案，其中在不同类型的扬声器组件中实现具有高空声音投射的扬声器系统。参考图8，示出了根据一个或多个实施方案的具有高空声音投射的条式音箱扬声器系统，并且该扬声器系统由数字800表示。扬声器系统800包括全部由机箱806支撑的一对向上发射驱动器802、803和一对向前发射驱动器804、805。向上发射驱动器802安装到机箱806的上部部分，并且被布置为围绕向上轴线808、809将顶发射声束朝向上表面(例如，顶板)投射，从而朝向目标收听区域反射。该反射的顶发射声束模拟由安装到顶板的扬声器(未示出)生成的声音。向前发射驱动器804在机箱内安装在向上发射驱动器802下方，并且被布置为围绕向前轴线810、811并从机箱806的前面将向前声束朝向目标收听区域投射。根据一个或多个实施方案，扬声器系统800在条式音箱中实现。
42.参考图9，示出了根据一个或多个实施方案的具有高空声音投射的一对箱式音箱扬声器系统，并且该扬声器系统由数字900表示。每个扬声器系统900包括由机壳906支撑的向上发射驱动器902和至少一个向前发射驱动器904。每个向上发射驱动器902安装到机箱906的上部部分，并且被布置为围绕向上轴线908将顶发射声束朝向上表面(例如，顶板)投射，从而朝向目标收听区域反射。该反射的顶发射声束模拟由安装到顶板的扬声器(未示出)生成的声音。每个向前发射驱动器904在机箱内安装在对应的向上发射驱动器902下方，并且被布置为围绕向前轴线(未示出)并从机箱906的前面将向前声束朝向目标收听区域投射。根据一个或多个实施方案，扬声器系统900在箱式音箱中实现。
43.虽然在上文描述了示例性实施方案，但这些实施方案并不意图描述所有可能的形式。相反，本说明书中使用的词语是描述词语，而不是限制词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可做出各种改变。另外，可对各种实现的实施方案的特征进行组合以形成其他实施方案。