定向聲音的方法和設備的制作方法

專利名稱：定向聲音的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及可控聲學天線，具體地說，涉及用數字電子可控聲學天線。
定相陣列天線在電磁和超聲聲學領域中是眾所周知的。它們在聲(可聽)聲學領域中不那么知名，但以簡單形式存在。后者相對粗略，而本發明試圖提供有關能夠被操縱的較好音頻聲學陣列的改進，使得隨意或多或少地定向其輸出。
WO 96/31086描述了一種系統，它使用一元編碼信號驅動輸出變換器陣列。各變換器能夠建立聲壓脈沖，但不能夠再現要輸出的整個信號。
本發明的第一方面針對最好能夠整形聲場的問題。
根據所述第一方面，提供了一種利用輸出變換器陣列來定向從信號得到的聲波的方法，所述方法包括以下步驟關于各個輸出變換器，獲得所述信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置以及給定方向來選擇的，以便按所述方向來定向從所述信號得到的聲波；將所述延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器。
也根據本發明的第一方面，提供一種利用輸出變換器陣列建立具有模擬原點的聲場的方法，所述方法包括以下步驟關于各個輸出變換器，獲得輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置以及所述模擬原點的位置來選擇的，以便建立看上去基本上象是發自所述模擬原點的聲場；以及將所述延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器。
此外，根據本發明的第一方面，提供一種用于定向聲波的設備，所述設備包括輸出變換器陣列；復制和延遲裝置，所述復制和延遲裝置被安排成關于各個輸出變換器來獲得所述信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置以及給定方向來選擇的，以便基本上按所述方向來定向從要定向的所述信號得到的聲波；以及路由選擇裝置，用于把所述延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器。
此外，根據本發明的第一方面，提供一種建立具有模擬原點的聲場的設備，所述設備包括輸出變換器陣列；復制和延遲裝置，所述復制和延遲裝置被安排成關于各個輸出變換器來獲得輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置以及所述模擬原點的位置來選擇的，以便建立看上去基本上象是發自所述模擬原點的聲場；以及路由選擇裝置，用于把所述延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器。
因此，提供一種用于以有效的方式整形聲場的方法和設備。
本發明的第二方面針對通常希望能夠消除某個特定方向的聲波的問題。這個方面針對的是利用變換器陣列消除特定位置的聲波。
根據本發明的第二方面，提供一種利用輸出變換器陣列來消除從零位置的信號得到的聲波的方法，所述方法包括以下步驟關于各個輸出變換器，獲得要消除的信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置以及零位置來選擇的；
換算并反相各個所述延遲復制信號；以及將所述換算和反相的延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器，使得至少部分消除所述零位置的聲場。
此外，根據本發明的第二方面，提供一種用于消除零位置上的聲波的設備，所述設備包括輸出變換器陣列；復制和延遲裝置，所述復制和延遲裝置被安排成關于各個輸出變換器來獲得要消除的信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置以及所述零位置來選擇的；換算器裝置和反相器裝置，用于換算并反相各個所述延遲復制信號；路由選擇裝置，它將所述換算和反相的延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器，使得至少部分消除在所述零位置的聲場。
本發明的這個方面使聲波有效地被消除。
本發明的第三方面針對傳統立體聲或環繞聲裝置具有許多接線和擴音器單元以及相應設置次數的問題。因此，這個方面涉及在沒有傳統上與立體和環繞聲系統有關的配線和分開的擴音器的情況下建立真立體或環繞聲場。
因此，本發明的第三方面提供一種使表示相應聲道的多個輸入信號看上去象是空間中相應不同位置發出的方法，所述方法包括以下步驟在空間中各個所述位置提供聲反射或諧振曲面；提供距空間中所述位置遠端的輸出變換器陣列；以及利用所述輸出變換器陣列，將各個聲道的聲波定向到空間中相應位置，使所述聲波由所述反射或諧振曲面重發；所述定向步驟包括關于各個變換器，獲得各個輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及空間中所述相應位置來選擇的，使得聲道的聲波被定向到關于所述聲道的空間中的位置；關于各個變換器，對各個輸入信號的相應延遲復制信號進行求和，以產生輸出信號；以及將所述輸出信號路由選擇到相應變換器。
此外，根據本發明的第三方面，提供一種用于使表示相應聲道的多個輸入信號看上去象是從空間中相應不同位置發出的設備，所述設備包括在空間中各個所述位置的聲反射或諧振曲面；距空間中的所述位置遠端的輸出變換器陣列；以及控制器，用于利用所述輸出變換器陣列，將各個聲道的聲波定向到空間中那個聲道的相應位置，使得所述聲波由所述反射或諧振曲面重發；所述控制器包括復制和延遲裝置，所述復制和延遲裝置被安排成關于各個變換器來獲得各個輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及空間中所述相應位置來選擇的，使得聲道的聲波被定向到關于所述聲道的空間中的位置；加法器裝置，所述加法器裝置被安排成關于各個變換器來對各個輸入信號的相應延遲復制信號進行求和，以產生輸出信號；以及路由選擇裝置，它將所述輸出信號路由選擇到相應變換器，使得所述聲道聲波被定向到關于那個輸入信號的空間中位置。
本發明的第四方面針對準確知道變換器的位置以便取得某些特殊效果是有用的問題。
根據本發明的第四方面，提供一種檢測在輸出變換器陣列附近的輸入變換器的位置的方法，所述方法包括以下步驟
從所述陣列的至少三個輸出變換器輸出相應可識別聲測試信號；在所述輸入變換器接收各個所述測試信號；檢測輸出各個測試信號和在輸入變換器接收所述測試信號之間的時間；以及利用所述檢測的時間，通過三角測量來計算所述輸入變換器的視在位置。
還是根據本發明的第四方面，提供一種檢測位于輸入變換器陣列附近的輸出變換器的位置的方法，所述方法包括以下步驟從所述輸出變換器輸出聲測試信號；在所述陣列中的至少三個輸入變換器接收所述測試信號；檢測輸出所述測試信號和在各個輸入變換器接收所述測試信號之間的時間；以及利用所述檢測的時間，通過三角測量來計算所述輸出變換器的視在位置。
也是根據本發明的第四方面，提供一種操作用來檢測位于輸出變換器陣列附近的輸入變換器的位置的設備，所述設備包括輸出變換器陣列；輸入變換器；控制器，它被連接到所述輸出變換器陣列和所述輸入變換器，所述控制器被安排成把相應可識別聲測試信號路由選擇到至少三個所述輸出變換器并檢測輸出各個測試信號和在所述輸入變換器接收所述測試信號之間的時間，以便通過三角測量來計算所述輸入變換器的視在位置。
還是根據本發明的第四方面，提供一種操作用來檢測位于輸入變換器陣列附近的輸出變換器的位置的設備，所述設備包括輸入變換器陣列；輸出變換器；
控制器，它被連接到所述輸入變換器陣列和所述輸出變換器，所述控制器被安排成把聲測試信號路由選擇到所述輸出變換器并檢測輸出所述測試信號和在至少三個所述輸入變換器接收所述測試信號之間的時間，使得通過三角測量來計算所述輸入變換器的視在位置。
因此，這個方面允許定位擴音器陣列附近麥克風的位置或麥克風陣列附近擴音器的位置。這個定位功能可能與聲音方向和零定位功能有利地組合。
本發明的第五方面涉及僅關于輸入信號的單個頻帶來整形聲場。
根據本發明的第五方面，提供一種利用輸出變換器陣列發送聲波的方法，所述方法包括以下步驟頻率劃分輸入信號為至少兩個頻帶；關于所述輸出變換器陣列的各個輸出變換器，獲得所述輸入信號的第一頻帶的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置來選擇的，使得從所述輸入信號的第一頻帶得到的聲場以所需方式被整形；關于各個輸出變換器，獲得所述輸入信號的第二頻帶的復制信號；對所述第一和第二頻帶的相應復制信號進行求和，以建立關于各個變換器的相應輸出信號；以及將所述輸出信號路由選擇到相應變換器。
還是根據本發明的第五方面，提供一種利用輸出變換器陣列發送聲波的方法，所述方法包括以下步驟頻率劃分輸入信號為至少兩個頻帶；關于所述輸出變換器陣列的各個輸出變換器，獲得所述輸入信號的第一頻帶的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及第一選定方向來選擇的；換算并反相所述輸入信號的所述第一頻帶的所述延遲復制信號；關于各個輸出變換器，獲得所述輸入信號的第二頻帶的復制信號；對所述第一和第二頻帶的相應復制信號進行求和，以建立關于各個變換器的相應輸出信號；以及將所述輸出信號路由選擇到相應變換器，使得在特定方向至少部分消除從所述輸入信號的第一頻帶得到的聲波。
也是根據本發明的第五方面，提供一種發送聲波的設備，它包括輸出變換器陣列；頻率劃分裝置，用于把輸入信號分為至少兩個頻帶；復制和延遲裝置，用于關于所述輸出變換器陣列的各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的第一頻帶的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置來選擇的；所述復制器和延遲裝置還被安排成關于各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的第二頻帶的復制信號；加法器裝置，用于對所述第一和第二頻帶的相應復制信號進行求和，以建立關于各個變換器的相應輸出信號；以及路由選擇裝置，用于把所述輸出信號路由選擇到相應變換器。
還是根據本發明的第五方面，提供一種發送聲波的設備，它包括輸出變換器陣列；頻率劃分裝置，用于頻率劃分輸入信號為至少兩個頻帶；復制和延遲裝置，用于關于所述輸出變換器陣列的各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的第一頻帶的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置和第一選定方向來選擇的；換算器裝置和反相器裝置，用于換算并反相所述輸入信號的所述第一頻帶的所述延遲復制信號；所述復制器和延遲裝置還被安排成關于各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的第二頻帶的復制信號；加法器裝置，用于對所述第一和第二頻帶的相應復制信號進行求和，以建立關于各個變換器的相應輸出信號；以及路由選擇裝置，用于把所述輸出信號路由選擇到相應變換器，使得在特定方向至少部分地消除從所述輸入信號的第一頻帶得到的聲波。
上述頻率分離在成零時特別有用，因為希望不發射關于低頻率的反射束，因為它能導致在過大面積上的消除。
本發明的第六方面針對操作員可能對定位聲波在何處聚焦有困難，并因此對設置系統有困難的問題。
根據本發明的第六方面，提供一種指示聲音的焦點位置的方法，所述方法包括以下步驟從分開的源發出第一方向的第一光射束和第二方向的第二光射束，使得光射束相交于空間中第一位置；以及使從第一輸入信號得到的第一聲波聚焦在空間中所述第一位置。
還是根據本發明的第六方面，提供一種用于允許用戶選擇聲波聚焦位置的設備，所述設備包括至少一個輸出變換器，它被安排成接收第一輸入信號并輸出從所述第一輸入信號得到的聲波；第一光源，用于發出可選擇的第一方向的第一光射束；第二光源，用于發出可選擇的第二方向的第二光射束；以及控制器，它被連接到所述輸出變換器和所述第一和第二光源，所述控制器響應于用戶選擇來控制所述第一和第二方向，并控制所述至少一個輸出變換器，使從所述第一輸入信號得到的聲波被聚焦在所述光射束相交的空間中第一位置。
本發明的第六方面允許使用可見光射束指示信號被聚焦在何處。這在設置系統以實現所需效果時特別有用。
本發明的第七方面針對當一個以上輸入信號被路由選擇到輸出變換器時，信號會被削波或失真的問題。
根據本發明的第七方面，提供一種限制至少一個從第一和第二信號產生的輸出信號的方法，所述方法包括以下步驟對所述第一信號開窗，以建立包括所述第一信號的連續抽樣的第一窗部分；確定所述第一信號的所述窗部分中最大抽樣的大小；對所述第二信號開窗，以建立包括所述第二信號的連續抽樣的第二窗部分；確定所述第二信號的所述窗部分中最大抽樣的大小；將來自所述第一和第二窗部分的所述最大抽樣加到一起，以得到第一控制信號；根據所述控制信號的大小衰減所述第一和第二信號的大小；以及從所述第一和第二信號產生所述至少一個輸出信號。
還是根據本發明的第七方面，提供一種信號限制裝置，它包括第一緩沖器，用于儲存第一信號的一系列連續抽樣；第二緩沖器，用于儲存第二信號的一系列連續抽樣；分析裝置，用于在各個抽樣時鐘周期各個緩沖器中儲存的最大值的確定；加法器，用于對所述最大值求和，以得到控制信號；衰減器，用于根據所述控制信號將所述第一和第二信號中的每一個衰減一個量；以及用于從所述第一和第二信號生成輸出信號的裝置。
因此，第七方面使輸入信號被適當地換算，從而以簡單而有效的方式避免任何削波和失真。
本發明的第八方面針對陣列的輸出變換器可能出現故障，引起不希望有的射束操縱效應的問題。因此，這個方面涉及對陣列中有故障的輸出變換器的檢測以及其效應的緩和。
根據本發明的第八方面，提供一種檢測輸出變換器陣列中故障變換器的方法，所述方法包括以下步驟將測試信號路由選擇到所述陣列的各個輸出變換器；以及分析在所述輸出變換器陣列附近的輸入變換器得到的信號，以確定各個輸出變換器是否已經出故障。
本發明的第九方面針對操作員需要選擇射束被操縱到何處或聲音看上去象是來自何處的問題。
根據本發明的第九方面，提供一種再現音頻信號的方法，所述方法包括以下步驟對與所述音頻信號有關的信息信號進行解碼；根據在所述解碼步驟中解碼的信息信號來處理所述音頻信號；再現所述處理的音頻信號。
也是根據本發明的第九方面，提供一種方法，它包括決定包括音頻信號的聲場在再現期間應該如何被整形；以及根據所述決定的結果對所述信息信號進行編碼。
還是根據本發明的第九方面，提供一種用于再現音頻信號的設備，它包括用于輸入音頻信號的輸入端；用于輸入信息信號的輸入端；對所述信息信號進行解碼的裝置；復制器和延遲裝置，所述復制器和延遲裝置被安排成關于輸出變換器陣列的各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置并根據所述解碼的信息信號來選擇的；路由選擇裝置，用于把各個所述延遲復制音頻信號路由選擇到相應輸出變換器，以便根據所述信息信號獲得聲場。
此外，根據本發明的第九方面，提供一種解碼器，它包括用于與傳統輸出變換器驅動器連接的裝置；用于接收多個音頻信號和多個有關信息信號的裝置；用于對所述信息信號進行解碼并利用所述解碼的結果把所述音頻信號路由選擇到所述輸出變換器驅動器以便用傳統輸出變換器取得所需效果的裝置。
因此，這個方面涉及儲存要通過輸出變換器陣列再現的音頻信號的有利方式，它允許記錄聲場整形信息并允許與傳統再現設備的向后兼容。因此，操作員不需要每次再現信號時整形聲場(例如在電影院)。
本發明的第十方面針對在給定了許多可能沖突的約束的情況下設計聲場可能會困難的問題。所以，這個方面涉及要由變換器陣列輸出的聲場的設計。具體地說，它涉及根據給定優先級選擇適當的延遲量和濾波器系數，以實現所需音響效果。
根據本發明的第十方面，提供一種設計想要由輸出變換器陣列建立的聲場的方法，所述方法包括以下步驟識別想要基本均勻覆蓋的區域；識別想要特定頻帶中的最小覆蓋的區域；將上述標識按重要次序區分優先次序；識別第二優先權的嘗試實施可能對第一優先權的實施的損害量；以及關于所述輸出變換器陣列的各個輸出變換器，選擇用于濾波被路由選擇到相應輸出變換器的輸入信號的系數，以獲得定向聲場，所述聲場使第一優先權在實際約束內實施，并且所述第二優先權的實際實施對所述第一優先權的實施僅損害所述識別的量。
一般，本發明適用于最好完全數字可控聲相控陣列天線(數字相控陣列天線，或DPAA)系統，其中包括排列在二維陣列中的多個空間分布的聲電聲變換器(SET)，并且每一個SET都通過輸入信號分配器連接到相同的數字信號輸入，所述分配器在將所述輸入信號提供給各個SET之前對所述輸入信號進行修改，以實現所需的定向效果。
其中所固有的各種可能性以及實際更喜歡的型式，將從下文進行了解-各個SET最好被安排在面或彎曲曲面(曲面)，而不是隨機在空間。但是，它們也可以是兩個或多個相鄰子陣的二維層疊的形式—兩個或多個一個挨一個的距離很近的平行面或彎曲曲面。
在一個曲面中，構成陣列的SET最好距離很近并且理想地完全填充整個天線孔徑。這對實際圓截面的SET是不實際的，但這可以通過三角形、正方形或六邊形截面的SET、或者一般通過具有鋪蓋所述面的任何截面來實現。在SET截面沒有鋪蓋所述面時，對填充孔徑接近的近似可以通過以層疊或一些陣列的形式來構成陣列—即三維的—其中至少一個附加SET曲面被安裝在至少另一個這樣的曲面之后，并且所述陣列中或各個后面陣列中的SET在前面陣列中的間隙之間輻射。
SET最好是相似的，理想情況下它們相同。它們當然是聲裝置，即音頻裝置，并且最好它們能夠均勻地覆蓋整個聲頻帶或許從低到(或低于)20Hz至高到20KHz或更高(音頻帶)。另一方面，可以使用不同聲能力的若干SET，但它們一起覆蓋所期望的整個范圍。所以，多個不同的SET可以在物理上組合在一起形成復合SET(CSET)，其中即使單個的SET不能覆蓋音頻帶，但不同SET的組一起可以覆蓋音頻帶。作為其它變形，可以不對每個只能部分覆蓋音頻帶的一些SET進行分組，而是將它們分散在整個陣列，其中SET中具有足夠的變化，使得陣列作為一個整體完全或近乎完全覆蓋音頻帶。
CSET的另一種形式包含幾個(一般是兩個)相同的變換器，其中每一個變換器由相同信號驅動。這減少了所需信號處理和驅動電子線路的復雜性，同時保留了大型DPAA的許多優點。下文提及CSET的位置時，需要理解這個位置是作為整體的CSET的質心，即形成CSET的所有單個SET的重心。
在曲面中，SET或CSET(在下文中這兩個都被稱為SET)的間隔—即陣列的總體布置和結構以及其中各個變換器被布置的方式—最好是規則的，并且它們在所述曲面的分布最好是對稱的。因此，SET最好以三角形、正方形或六角格子的形式被間隔。格子的類型和方向可以被選擇，以控制旁瓣的間隔和方向。
盡管不是必需的，但各個SET最好在至少一個半球對它能夠有效輻射(或接收)的所有聲音波長具有全向的輸入/輸出特性。
各個輸出SET可以采取任何方便或所需形式的聲輻射設備(例如傳統擴音器)，并且盡管它們最好都一樣，但它們也可以不一樣。擴音器可以是被稱為活塞聲輻射器的類型(其中變換器振膜通過活塞移動)，并且在這樣一種情況下，各個SET的活塞輻射器的最大輻射范圍(例如圓形SET的有效活塞直徑)最好盡可能小，并且理想情況是等于或小于音頻帶中最大頻率的聲波長(例如在空氣中，20KHz聲波的波長大約為17mm，因此，對于圓形活塞變換器，最大直徑最好約為17mm。)陣列面中的所述或各個SET陣列的總尺寸最好被選擇為等于或大于要嚴重影響陣列的極輻射圖的最低頻率在空氣中的聲波長。因此，如果期望能夠發出射束或操縱低到300Hz的頻率，則在與要求操縱或發出射束的各個面成直角的方向，陣列大小最好應該是至少cs√300＝1.1米(其中cs是聲速)。
本發明適用于完全數字可控聲/可聽聲定相陣列天線系統，并且盡管實際變換器能由模擬信號驅動，但它們最好由數字功率放大器驅動。典型的這樣一種數字功率放大器包括PCM信號輸入；時鐘輸入(或從輸入PCM信號導出時鐘的裝置)；輸出時鐘，它可以在內部產生，也可以從輸入時鐘或從附加輸出時鐘輸入得到)；以及任選的輸出電平輸入，它可以是數字(PCM)信號或模擬信號(在后一種情況下，這個模擬信號也可以為放大器輸出提供功率)。數字功率放大器的一種特性是，在任何任選的模擬輸出濾波之前，它的輸出是離散值的并且逐步連續的，并且只能在與輸出時鐘周期匹配的時間間隔改變電平。在提供了任選輸出電平輸入的情況下，離散輸出值由任選輸出電平輸入控制。對于基于PWM的數字放大器，輸出信號在任何整數倍的輸入抽樣周期的平均值表示輸入信號。對于其它數字放大器，輸出信號的平均值趨向于在大于輸入抽樣周期的周期的輸入信號的平均值。數字功率放大器的優選形式包括雙極性脈沖寬度調制器、以及1比特二進制調制器(one-bit binarymodulator)。
數字功率放大器的應用避免了更普遍的需要—存在于大多數所謂的“數字”系統中的—為各個變換器驅動聲道提供數/模轉換器(DAC)和線性功率放大器，因此功率驅動效率可以非常高。此外，由于大多數動圈式聲變換器天生就是電感性的，并且在機械上就作為非常有效的低通濾波器，因此可以不需要在數字驅動電路和SET之間增加復雜的電子低通濾波。換句話說，SET可以直接由數字信號驅動。
DPAA具有一個或多個數字輸入端(輸入)。當出現一個以上輸入端時，有必要提供用于將各輸入信號路由選擇到各SET的裝置。
這可以通過將各輸入經一個或多個輸入信號分配器連接到各SET來完成。作為最基本的，輸入信號被饋送到單個分配器，且該單個分配器具有到各個SET的獨立輸出(并且它輸出的信號適合于被修改，如下所述，以實現期望的目標)。另一方面，可有許多相似的分配器，其中每一個取得所述輸入信號或所述輸入信號的一部分，或者各自的輸入信號，并且，每個分配器接著向各個SET提供各自的輸出(在各種情況下，它輸出的信號適合于通過分配器進行修改，如下所述，以實現期望的目標)。在后一種情況下—多個分配器每一個都饋送所有的SET—從各個分配器到任何一個SET的輸出必須被組合，并且這由加法器電路在結果的饋送可能經歷的任何其它修改之前方便地完成。
輸入端最好接收一個或多個表示要由DPAA處理的聲音的數字信號(輸入信號)。當然，定義要輻射的聲音的原始電信號可為模擬形式，因此，本發明的系統可包括一個或多個模/數轉換器(ADC)，其中每一個被連接在輔助模擬輸入端(模擬輸入)和一個所述輸入端之間，因而允許這些外部的模擬電信號到內部數字電信號的轉換，其中各個具有特定(和適合)的抽樣率Fsi。因此，在DPAA中，除了所述輸入，處理的信號是表示要由DPAA再現的聲波的時間抽樣量化數字信號。
如果出現在某個輸入的信號與PDAA的其它組成部分和輸入信號不同步，則在輸入和DPAA的其余內部電子處理系統之間需要提供數字抽樣率轉換器(DSRC)。各個DSRC的輸出與所有其它DSRC同相并且速率相同地被計時，這樣來自具有不同時鐘頻率和/或相位的輸入的根本不同的外部信號可以在DPAA中同步到一起，并有意義地組合到一個或多個復合內部數據通道。如果那個輸入信號的時鐘接著被用作所有其它DSRC輸出的主時鐘，則在“主”通道上可以省略DSRC。在幾個外部輸入信號已經共享公共外部或內部數據定時時鐘的情況下，則實際上可有幾個這樣的“主”通道。
任何模擬輸入通道都不需要DSRC，因為它的模數轉換處理可以由用于直接同步(direct synchronisation)的內部主時鐘控制。
本發明的DPAA包括分配器，用于在將輸入信號饋送到各個SET之前對輸入信號進行修改，以便實現期望的定向效果。分配器是具有一個輸入和多個輸出的數字設備或軟件。DPAA的輸入信號之一被饋送給它的輸入。它最好對每個SET具有一個輸出；另一方面，一個輸出可以由多個SET或CSET單元共享。分配器一般向它的每個輸出發送所述輸入信號的不同修改型式。修改可以是固定的，或是利用控制系統可調的。由分配器執行的修改可以包括應用信號延遲，應用幅值控制和/或可調數字濾波。這些修改可以由信號延遲裝置(SDM)、幅值控制裝置(ACM)和可調數字濾波器(ADF)完成，它們分別各自位于分配器中。要注意的是，ADF可以被安排成通過濾波器系數的適當選擇對信號應用延遲。此外，所述延遲可以隨頻率而定，使得輸入信號的不同頻率被延遲不同的量，并且濾波器可以產生所述信號的任何數量的這樣延遲型式的效果。在文中所用的術語“延遲”或“延遲的”應被解釋為包括由ADF和SDM應用的延遲的類型。延時可以是包括0的任何有用的持續時間，但一般至少有一個復制輸入信號被延遲一個非0值。
信號延遲裝置(SDM)是可變數字信號時延單元。這里，因為它們不是單個頻率或窄頻帶相移單元，而是真時延，因此DPAA將在寬的頻帶(如音頻帶)上工作。可能有調整給定輸入端和各個SET之間延遲的設備，有利的是，對每個輸入/SET組合有單獨的可調延遲裝置。
對給定數字信號可能的最小延遲最好等于或小于Ts，即信號的抽樣周期；對給定數字信號可能的最大延遲最好應該被選擇得等于或大于Tc，即聲音穿過變換器陣列、穿過變換器陣列最大橫向范圍Dmax所用的時間，其中Tc＝Dmax√Cs，Cs是聲音在空氣中的速度。最好，對給定數字信號可能的最小延遲遞增量應該不大于Ts，即信號的抽樣周期。否則需要信號的內插。
幅值控制裝置(ACM)可以被方便地實現為用于總射束形狀修改的數字幅值控制裝置。它可包括放大器或交流發電機(alternator)，以便增加或減少輸出信號的幅值。就像SDM一樣，對每個輸入/SET組合最好有可調ACM。幅值控制裝置最好被安排成對每個來自分配器的信號輸出應用不同的幅值控制，以中和DPAA是有限尺寸的事實。這可以通過根據諸如高斯曲線或升余弦曲線的預定曲線規一化各個輸出信號的幅值。因此，一般到靠近陣列中心的SET的輸出信號將不會受到嚴重影響，但那些靠近陣列周邊的輸出信號將根據它們靠近陣列邊沿的程度被衰減。
修改信號的另一種方式采用數字濾波器(ADF)，它的群延遲和幅值響應以特定的方式作為頻率的函數變化(而不僅僅是簡單時間延遲或電平改變)—簡單延遲單元可用于實現這些濾波器，以減少必須的計算。這個方法允許將DPAA輻射圖控制為頻率的函數，它允許DPAA輻射圖的控制可以在不同頻帶單獨調整(這是有用的，因為否則DPAA輻射區域的波長的尺寸、進而其方向性將是頻率的強函數(strong function))。例如，對于比方說2米范圍的DPAA，它的低頻截止(對方向性)大約是150Hz區域，并且由于人耳對確定這樣一種低頻率聲音的方向性有困難，因此，在這樣的低頻率下不提供“射束操縱”延遲和幅值加權，而是設法取得優化輸出電平，這會更加有用。另外，濾波器的應用也允許對每個SET的輻射圖中的不均勻性的某種補償。
SDM延遲，ACM增益以及ADF系數可以是固定的或是響應于用戶輸入或在自動控制下變化的。最好，聲道在使用時所需的任何變化都以許多小增量完成，使得聽不到不連續性。可以選擇這些增量以定義預定的描述參數能怎樣塊地變化的“滾降(roll-off)”和“沖擊”率。
如果陣列中不同的SET具有不同的固有靈敏度，則可能最好利用直接與SET本身和/或其功率驅動電路有關的模擬方法來校準這樣的不同，以便最小化分辨率的任何損失，所述損失因在信號處理通路中利用數字校準而引起。這個求精在以下情況下特別有用在系統中多個輸入聲道信號被組合(加)到一起以用于各個SET的那些點之前采用低比特數高過抽樣率的數字編碼。
在提供一個以上輸入的情況下—即有編號為1到I的I個輸入，并且在有編號為1到N的N個SET的情況下，最好對各個組合提供單獨并且單獨可調的延遲、幅值控制和/或濾波器裝置Din，(其中I＝1到I，n＝1到N，在I個輸入中的每一個和N個SET中的每一個之間)。對于各個SET，因此具有I個延遲或濾波的數字信號，通過單獨的分配器來自各個輸入的一個在應用到SET之前被組合。一般在各個分配器中有N個單獨的SDM、ACM和/或ADF，每一個對應一個SET。如上所述，數字信號的這種組合由I個單獨的延遲信號的數字代數相加來方便地完成—即，到各個SET的信號是來自I個輸入中的每一個的單獨修改信號的線性組合。正是因為對源于DSRC(見上文)所希望的一個以上輸入的信號進行數字相加的這個要求，同步這些外部信號，因為一般對具有不同時鐘率和/或相位的兩個或兩個以上的數字信號進行數字相加是沒有意義的。
輸入數字信號最好通過過抽樣噪聲整形量化器(ONSQ)，它減少它們的比特寬度并增加它們的抽樣率，同時保持它們在聲帶中的信噪比(SNR)基本不變。這樣做的主要理由是允許數字變換器驅動電路(“數字放大器”)以合理的時鐘頻率工作。例如，如果驅動電路被實現為數字PWM，則如果到PWM電路的信號比特寬度是b比特，且它的抽樣率為每秒s個抽樣，則PWM時鐘率p需要是p＝2bsHz-例如，對于b＝16，s＝44KHz，則p＝2.88GHz，這個頻率在目前的技術水平下非常不現實。但是，如果輸入信號被過抽樣4倍，并且比特寬度減少到8比特，則p＝28×4×44KHz＝45MHz，這是易于用標準邏輯或FPGA電路實現的。一般，ONSQ的使用增加了信號比特率。在示例中，假定原比特率Ro＝16×44000＝704Kb/s，同時過抽樣比特率為Rq＝8×44000×4＝1.408Mb/s(是前面的兩倍)。如果ONSQ連接在輸入和到數字延遲發生器(DDG)的輸入之間，則DDG一般要求更多的儲存容量以適應更高的比特率；但是，如果DDG在輸入比特寬度和抽樣率下工作(這樣在DDG中需要最小的儲存容量)，而如果ONSQ連接到各個DDG輸出和SET數字驅動器之間，則每個SET需要一個ONSQ，在SET數量很大的情況下，它增加了DPAA的復雜性。在后一種情況中有兩個另外的折衷1.在需要足夠精密控制信號延遲的情況下，DDG電路能以較低時鐘率工作；以及2.在具有不同ONSQ的陣列的情況下，來自其中每個ONSQ的量化噪聲可以被設計為與來自所有其它ONSQ的噪聲不相關，使得在DPAA的輸出中，量化噪聲成分將以不相關的方式相加，因此SET數量的每一個加倍將導致總量化噪聲功率增加3dB而不是6dB。并且這些考慮會使后DDG ONSQ(或兩級OSNQ—一個前DDG和一個后DDG)成為更吸引人的實現策略。
輸入數字信號最好通過一個或多個數字預補償器，以校正SET的線性和/或非線性響應特性。在具有多個輸入/分配器的DPAA的情況下，基本上是如果要執行非線性補償，則在出現在DDG之后的數字加法器中組合了各個聲道之后對數字信號執行非線性補償；這導致對每個SET需要單獨的非線性補償器(NLC)。但是，在線性補償的情況下，或者在僅只有一個輸入/分配器的情況下，補償器可以直接位于輸入之后的數字信號流中，并且每輸入需要最多一個補償器。這樣的線性補償器被有用地實現為濾波器，可以在寬頻范圍上對SET進行幅值和相位響應校正；這樣的非線性補償器一般校正SET馬達和懸掛部件的不完善(非線性)性能，其中在要求SET移動部件相當大偏移情況下，SET馬達和懸掛部件高度非線性。
DPAA系統可與遙控手持機(手持機)一起使用，所述手持機在某一距離(理想的是從DPAA的收聽區域中的任何地方)與DPAA電子線路進行通信(通過有線、或無線電、或紅外、或其它某種無線技術)，并對DPAA的所有主要功能提供手動控制。這樣一種控制系統對提供以下功能非常有用1)選擇哪個輸入要被連接到哪一分配器，也可稱作“聲道；2)控制各個聲道的焦點位置和/或射束形狀；3)控制各個聲道的各自音量級設置；以及4)利用具有內置麥克風(見后面)的手持機進行初始參數設置。也可有互連兩個或多個這樣的DPAA以協調它們的輻射圖、它們的聚焦及它們的優化過程的裝置；儲存并再調用延遲組(對DDG)和濾波器系數(對ADF)的裝置；參考附圖，通過僅為非限制性的示例對本發明進行描述，附圖中

圖1示出簡單的單輸入設備的表示；圖2A和2B示出變換器的多個表面陣列的正視和透視圖；圖3A和3B示出可能的CSET配置的正面圖以及包括多種類型的SET的陣列的正視圖；圖4A和4B示出SET的矩形和六邊形陣列的正視圖；圖5是多輸入設備的方框圖；圖6是具有自己的主時鐘的輸入級的方框圖；圖7是恢復外部時鐘的輸入級的方框圖；圖8是通用分配器的方框圖；圖9示出后面敞開的輸出變換器陣列，它被操作用來以對稱方式把聲音定向到聽眾；圖10是用于本發明最佳實施例的線性放大器和數字放大器的方框圖；圖11的方框圖示出ONSQ級能被結合到與圖5所示相似的設備中的點；
圖12的方框圖示出線性和非線性補償能被結合到與圖1所示相似的設備中的位置；圖13的方框圖示出線性和非線性補償能被結合到多輸入設備中的位置；圖14示出幾個陣列與公共控制和輸入級的互連；圖15示出根據本發明第一方面的分配器；圖16A到16D示出能利用本發明第一方面的設備實現的聲場的四種類型；圖17示出用于選擇性地使由擴音器輸出的信號為零的設備；圖18示出用于選擇性地使由輸出變換器陣列輸出的信號為零的設備；圖19是實現選擇性成零的設備的方框圖；圖20示出為減少嘯叫而在麥克風上的零的聚焦，；圖21的平面圖說明為實現環繞聲效果的輸出變換器陣列和反射/諧振屏；圖22說明利用三角測量來定位輸入變換器位置的設備；圖23的平面圖示出風對聲場的影響以及減少這種影響的設備；圖24的平面圖示出具有位于O點的輸入零的三個輸入變換器的陣列；圖25A到F的時線圖解釋如何給從O點發出的信號較小加權；圖26A到F的時線圖解釋從X點發出的信號如何很小地受輸入成零影響；圖27的方框圖示出測試信號生成和分析如何能被結合到與圖5所示相似的設備中；圖28的方框圖示出將測試信號插入到輸出信號中的兩種方式；圖29的方框圖示出能夠以不同方式整形不同頻率的設備；圖30是允許焦點顯像的設備的平面圖；圖31是限制兩個輸入信號以避免削波或失真的設備的方框圖；以及圖32是能夠提取與音頻信號有關的聲場整形信息的再現設備的方框圖。
在下面提供的描述和圖利用方框圖必要地描述了本發明，其中各框表示硬件部件或信號處理步驟。在原則上，通過建立單獨的物理部件以執行各個步驟、并如所示的那樣對它們進行互連，可以實現本發明。可以利用專用或可編程集成電路實現幾個步驟，可能在一個電路中組合幾個步驟。將會理解，實際上可能最方便的是利用數字信號處理器(DSP)或通用微處理器以軟件執行幾個信號處理步驟。步驟序列可以由單獨的處理器或由共享一個微處理器的單獨的軟件例行程序來執行、或被組合成單個例行程序以提高效率。
圖中一般只給出了音頻信號通路；為了清晰，時鐘和控制連接從略，除非對表達觀點有必要。此外，只示出少量的SET、信道、及其有關電路，因為如果包括實際大量的單元，圖形變得雜亂并且難以解釋。
在描述本發明的各個方面之前，描述適合于按照所述各個方面中任何一個方面使用的設備的實施例將是有用的。
圖1的方框圖描繪一個簡單DPAA。輸入信號(101)饋送到分配器(102)，分配器(102)許多輸出(圖中是6個)中的每一個通過任選的放大器(103)連接到物理上被安排成二維陣列(105)的輸出SET(104)。分配器修改發送到各個SET的信號，以產生所需輻射圖。在分配器之前和之后可以有其它處理步驟，稍后將依次說明。圖10示出了放大器部分的詳細情況。
圖2示出了被安排成構成前曲面(201)和第二曲面(202)的SET(104)，使得后曲面的SET通過前曲面中SET之間的間隙輻射。
圖3示出了被安排成構成陣列(302)的CSET(301)，以及被組合成構成陣列(305)的兩種不同類型的SET(303、304)。在圖3a的情況下，CSET的“位置“可以被認為是在SET組的重心。
圖4示出了構成矩形陣列(401)和六邊形陣列(402)的SET(104)的兩種可能配置。
圖5示出了具有兩個輸入信號(501、502)和三個分配器(503、504、505)的DPAA。分配器503處理信號501，而504和505都處理輸入信號502。從用于各個SET的各分配器的輸出由加法器(506)相加，并經過放大器103到SET104。輸入部分的細節在圖6和7中被示出。
為了說明，圖6示出了具有三個數字輸入(601)和一個模擬輸入(602)的輸入電路的可能配置。為了清晰，省略了數字接收機和模擬緩沖電路。有一個內部主時鐘源(603)，它被施加到各個數字輸入上的DSRC(604)和模擬輸入上的ADC(605)。大多數現行的數字音頻傳輸格式(如S/PDIF、AES/EBU)、DSRC和ADC一起處理聲道的對(立體聲)。所以，最方便的是成對處理輸入聲道。
圖7示出了其中具有兩個數字輸入(701)的一種配置，已知這兩個數字輸入是同步的，并且利用PLL或其它時鐘恢復設備(702)從所述數字輸入導出主時鐘。這種情況將在例如從外部環繞聲解碼器提供幾個聲道時發生。所述時鐘接著被施加到剩余輸入(601)的DSRC(604)。
圖8示出了分配器的部件。它有來自輸入電路的單個輸入信號(101)和多個輸出(802)，每一個輸出對應一個SET和SET組。從輸入到各個輸出的通路包含SDM(803)和/或ADF(804)和/或ACM(805)。如果在各個信號通路中進行的修改是相似的，則分配器可以通過在分解信號之前包括全局SDM、ADF和/或ACM級(806-808)而更有效地實現。各個分配器的各個部分的參數可以在用戶控制或自動控制下變化。沒有示出為此所需的控制連接。
在某些情況下，特別是音樂廳和舞臺設置中，也可能利用下列事實在變換器陣列后面敞開(即變換器的后方周圍沒有放置不透聲(sound-opaque)箱體)的情形下，當形成具有實焦點的射束時，DPAA在它的輻射圖中前后對稱。例如，在上述示例中，聲反射或散射曲面位于DPAA前面靠近這樣的實焦點，附加的這種反射或散射面可以有利地被置于DPAA后面的鏡象實焦點，以進一步以所需方式定向聲音。具體地說，如果DPAA被設置為它的側面對著目標聽眾區，并且來自陣列前面的軸外射束被轉向聽眾的特定部分，比如說聽眾席的左邊，則它的來自DPAA后面的鏡像聚焦射束(反相)將被定向到聽眾席的右邊同一聽眾的適當分開的部分。在這種方式中，可以從變換器的前后輻射場得到有用的聲功率。圖9說明使用后面敞開的DPAA(901)將信號傳送到聽眾(902、903)的左和右部分，利用后輻射。聽眾的不同部分接收具有相反極性的信號。這個系統可被用于檢測麥克風位置(見后)，其中通過檢查麥克風技術的信號的極性，任何模糊都能被解決。
圖10示出可能的功率放大器配置。在一種選項中，可能來自分配器或加法器的輸入數字信號(1001)通過DAC(1002)以及具有可選增益/音量控制輸入(1004)的線性功率放大器(1003)。輸出饋送給SET或SET組(1005)。在最佳配置中，這次示出兩個SET饋送。輸入(1006)直接饋送具有任選全局音量控制輸入(1008)的數字放大器(1007)。全局音量控制輸入也可以方便地用作輸出驅動電路的電源。離散值數字放大器輸出在到達SET(1005)之前任選地通過模擬低通濾波器(1009)。
圖11示出ONSQ級可以或者如(1101)那樣在分配器之前結合到DPAA，或者如(1102)那樣在加法器之后結合到DPAA，或者在兩個位置結合到DPAA。就像其它方框圖那樣，這只示出一種DPAA。如果同時使用幾種，則能以任何順序插入另外的處理步驟。
圖12示出將線性補償(1201)和/或非線性補償(1202)結合到單個分配器DPAA中。如果分配器僅使用純延遲而沒有濾波或幅值改變，則非線性補償只能用于這個位置。
圖13示出多分配器DPAA中線性和/或非線性補償的配置。線性補償1301也可以在分配器之前被用在輸入級，但現在各個輸出必須分別被非線性補償1302。該配置在分配器濾波或改變信號的幅值時也允許非線性補償。補償器的使用允許使用相對便宜的變換器來得到良好結果，因為任何缺陷都可以由數字補償來考慮。如果在復制之前進行補償，這將具有每個輸入信號只需要一個補償器的附加優點。
圖14說明了三個DPAA(1401)的互連。在這種情況中，輸入(1402)、輸入電路(1403)和控制系統(1404)由所有三個DPAA共享。輸出電路和控制系統可以分別裝在或結合到一個DPAA中、其它的作為從DPAA。另一方面，三個DPAA可以相同，而使從DPAA中的冗余電路無效。該設置允許增加的功率，并且如果陣列被并排放置，則在低頻率有更好的方向性。
本發明的第一方面現將參考圖15和圖16A-D概括地描述本發明的第一方面。第一方面的設備具有圖1所示的一般結構。圖15更詳細地示出本實施例的分配器(102)。
從圖5可以看到，輸入信號(101)通過輸入端(1514)被路由選擇到復制器(1504)。復制器(1504)具有將輸入信號復制預定數量并在所述預定數量的輸出端(1518)提供相同信號的功能。輸入信號的各個復制信號接著被提供給用于修改所述復制信號的裝置(1506)。一般，用于修改復制信號的裝置(1506)包括信號延遲裝置(1508)、幅值控制裝置(1510)以及可調數字濾波裝置(1512)。但是，應該指出，幅值控制裝置(1510)完全是任選的。此外，也可以省略信號延遲裝置(1508)和可調數字濾波器(1512)中的不管哪一個。裝置(1506)修改復制信號最基本的功能是提供不同復制信號在某種意義上被延遲通常不同的量。正是選擇延遲確定輸出變換器(104)輸出各種延遲型式的輸入信號(101)時所實現的聲場。延遲的、以及最好是修改的復制信號經輸出端(1516)從分配器(102)輸出。
已經提到，由各個信號延遲裝置(1508)和/或各個可調數字濾波器(1512)執行的相應延遲的選擇決定性地影響實現聲場的類型。本發明的第一方面涉及四個特別有利的聲場及其線性組合。
第一實施例圖16A示出根據本發明的第一方面的第一實施例的聲場。
平面圖中示出包括各種輸出變換器(104)的陣列(105)。輸出變換器的其它行可能位于例如圖4A或4B所示被說明行之上或之下。
在這個實施例中，由各個信號延遲裝置(508)應用到各個復制信號的延遲被設為相同值，例如0(在所說明的平面陣列的情況下)，或設成作為曲面形狀函數的值(在彎曲曲面的情況下)。這產生表示輸入信號(101)的大致平行的聲“射束”，它具有平行于陣列(105)的波陣面F。盡管通常也將有“旁瓣”，但射束方向的輻射(垂直于波陣面)會比其它方向強烈得多。假設陣列(105)的物理范圍是一個或幾個感興趣的聲音頻率上的波長。這個事實表示旁瓣一般在需要時可以通過ACM或ADF的調整被衰減或去除。
這個第一實施例中的工作模式一般可以被看作是其中陣列(105)模仿一個非常大的傳統擴音器的情形。陣列(105)的所有各個變換器(104)都被同相地操作，以產生主方向垂直于陣列平面的對稱射束。得到的聲場將與使用直徑為D的單個大擴音器時得到的聲場非常相似。
第二實施例第一實施例可以被看作是更一般的第二實施例的特例。
在這個實施例中，由信號延遲裝置(1508)或可調數字濾波器(1512)應用到各個復制信號的延遲是變化的，使得延遲在變換器(104)中以穿過陣列表面的某選定方向系統化地增加。這在圖15B中被示出。在各個信號被路由選擇到它們各自的輸出變換器(104)之前應用到這些信號延遲可由圖15B中變換器后面延伸的虛線來形象化。較長的虛線表示較長的延遲時間。通常，虛線和實際延遲時間之間的關系將是dn＝tn*c，其中d表示虛線長度，t表示對各個信號應用的延遲量，以及c表示聲音在空氣中的速度。
可以從圖15B看出，在圖15B中，隨著你從左邊向右邊移動，應用到輸出變換器的延遲線性增加。因此，路由選擇到變換器(104a)的信號基本上沒有延遲并因此是第一個離開陣列的信號。路由選擇到變換器(104b)上的信號應用了小延遲，因此這個信號是第二個離開陣列的信號。應用到變換器(104c、104d、104e等)的延遲逐步增加，使得相鄰變換器的輸出之間存在固定延遲。
這樣一系列延遲產生與第一實施例中產生的相似的大致平行的聲“射束”，只是現在射束偏轉了角度，大小取決于所用的系統延遲增量。對于非常小的延遲(tn＜＜Tc，n)，射束方向將非常接近于與陣列(105)正交；對于較大的延遲(最大tn)～Tc，射束可以被操縱為與所述曲面幾乎正切。
已經描述，聲波可以通過選擇延遲被定向，而沒有聚焦，使來自各個變換器的聲波的相同時間部分(表示相同信息的聲波的那些部分)一起構成以特定方向傳播的前面。
通過減少由分配器提供到距離陣列邊緣更近的SET的信號幅值(相對于提供到距離陣列中部更近的SET的幅值)，輻射圖中旁瓣(由于有限的陣列尺寸)的水平可以被降低。例如，高斯或升余弦曲線可被用于確定來自各個SET的信號的幅值。在調整有限的陣列尺寸的效果和由外部SET中減少的幅值引起的功率減小之間達到折衷。
第三實施例如果由信號延遲裝置(1508)和/或自適應數字濾波器(1502)應用的信號延遲被選擇，使得延遲加上從SET(104)到DPAA前面空間中的選定點的聲波傳播時間的和對所有SET為相同值—即使得來自各個輸出變換器的聲波作為同相聲音到達選定點—于是可能使DPAA把聲音聚焦在那個點P。這在圖16C中被說明。
從圖16C可以看到，盡管這次不是線性，但應用在各個輸出變換器(104a到104h)的延遲也增加。這樣導致彎曲的波陣面F，它收斂于焦點，使得焦點處和焦點周圍(在尺寸大致等于聲音的各個譜分量的波長的范圍中)的聲強顯著地高于附近的其它點。
獲得聲波聚焦所需的計算可被歸納如下焦點位置矢量，f=fxfyfz]]>第n個傳感器位置，Pn=PnxPnyPnz]]>第n個傳感器的發送時間，tn=1c(f-Pn)T(f-Pn)]]>各個傳感器所需延遲，dn＝K-tn其中k是確保所有的延遲為正從而可實現的恒定偏移量。
通過如前所述適當的選擇延遲組，焦點的位置幾乎可以在DPAA前面的任何位置廣泛地變化。
第四實施例圖16D示出第一方面的第四實施例，其中使用了另一個基本原理來確定對路由選擇到各個輸出變換器的信號所應用的延遲。在這個實施例中，調用惠更斯小波理論(Huygens wavelet theorem)模擬具有視在原點O的聲場。這是通過將信號延遲裝置(1508)或自適應數字濾波器(1512)建立的信號延遲設置為等于從陣列后面空間上的一點到各個輸出變換器的聲音傳播時間來實現的。這些延遲在圖16D中用虛線示意。
從圖16D將會看到，那些位置最靠近模擬原點位置的輸出變換器在那些位置距原點位置較遠的變換器之前輸出信號。由各個變換器發出的波所建立的干涉圖建立聲場，它對陣列前面近場中的聽眾來說好像是從模擬原點發出的。
圖16D示出半球形波陣面。這些波陣面合起來建立波陣面F，波陣面F具有的曲率和移動方向與從模擬原點發出的波陣面的一樣。因此，獲得實際聲場。計算延遲的公式現在為dn＝tn-j其中tn的定義同第三實施例，而j是任一偏移量。
因此，可以看到，根據本發明的第一方面的方法涉及利用復制器(1504)獲得N個復制信號，其中每一個對應N個輸出變換器中的一個。這些復制信號中的每一個接著被延遲(也許被濾波)相應的延時，其中所述相應的延時是根據陣列中相應輸出變換器的位置和要達到的效果來選擇的。延遲信號接著被路由選擇到各個輸出變換器，以建立適當的聲場。
分配器(102)最好包括獨立的復制和延遲裝置，使得信號可被復制并且延遲可被應用到各個復制信號。但是，本發明中也包括其它配置，例如，可使用具有N個抽頭的輸入緩沖器，抽頭的位置確定延遲量。
所述系統是線性的，因此它可能通過將一個特定的輸出變換器所需的延遲信號簡單地加在一起來任意組合上面的四種效果中的任何一個。相似地，系統的線性特性表示幾個輸入每一個都可以分別不同地以上述方式被聚焦或被定向，引起可控制并可大大區別的區域，其中不同的聲場(表示在不同輸入處的信號)可以遠離DPAA被適當的建立。例如，可以使第一信號看上去是從DPAA后面的某一距離發出的，而第二信號可以被聚焦在DPAA前面的某一距離的位置上。
本發明的第二方面本發明的第二方面涉及使用DPAA不是用于定向或模擬聲音原點、而是定向“反聲”，使得可在聲場中建立寧靜點。
根據第二方面的這樣一種方法在擴音(PA)系統中特別有用，因為每當擴音器系統由物理上靠近擴音器的麥克風發出的放大信號驅動時，擴音系統會出現“嘯聲”或正的電聲反饋。
在這個情況下，擴音器的輸出到達麥克風(常常以相當窄的頻帶)，并且被麥克風拾取，接著被放大并饋送給擴音器，它又從擴音器到達麥克風...并且在接收信號的相位和頻率與本麥克風信號的輸出匹配時，組合的信號迅速地建立，直到系統飽和。并且發出響亮又討厭的嘯聲、或“嘯聲”噪聲。
已知反反饋或反聲反饋裝置用于減少或抑制聲反饋。它們能以許多不同方式工作。例如。它們可以減少在聲反饋發生的特定頻率上的增益—放大量，使所述頻率上的環路增益小于1。另一方面，它們可以修改所述頻率上的相位，使擴音器的輸出趨向于消除而不是加上麥克風信號。
另一種可能性是在從麥克風到擴音器的信號通路中包括頻移裝置(常產生僅幾赫茲的頻移)，使得反饋信號不再匹配麥克風信號。
這些方法中沒有一個完全讓人滿意，并且本發明的第二方面建議一種新方法，適合于麥克風/擴音器系統采用安排成陣列的多個單獨變換器單元的任何情況，具體地說，適合于擴音器系統利用多個如在比如說國際專利公布WO 96/31086的說明書中公開的變換器單元的情況。更具體地說，本發明的第二部分建議饋送到各個變換器單元的信號的相位和幅值被安排成使得陣列上的效果是在一個或多個選定方向上(沿著所述方向可能實際有麥克風)或在一個或多個選定點上產生大大減少的靈敏度。換句話說，本發明的第二方面在一個實施例中建議擴音器單元陣列產生輸出零，所述輸出零被定向到存在能拾取聲音并產生嘯聲的麥克風位置、或者定向到因為某種原因不希望定向高聲級的位置。
通過將要消除的信號的反相型式聚焦或定向到特定位置，可以消除聲波(即可以形成零)。要消除的信號可以通過計算或測量得到。因此，本發明的第二方面的方法一般利用圖1的設備來提供通過適當選擇延遲所提供的定向聲場。由各種變換器(104)輸出的信號是聲場信號的反相和換算型式，使得它們趨向于消除從未反相輸出信號得到的聲場中的信號。圖17示出這種機制的一個示例。這里，輸入信號(101)被輸入到控制器(1704)。可能在將延遲應用到所述輸入信號之后，控制器將所述輸入信號路由選擇到傳統擴音器(1702)。擴音器(1702)輸出從所述輸入信號得到的聲波，以建立聲場(1706)。DPAA(104)被安排成在這個聲場內所謂的“零”位置P產生基本上寧靜的點。這是通過計算通過擴音器(1702)由所述信號在點P引起的聲壓值來實現的。所述信號接著利用與根據本發明第一方面描述的聚焦正常聲信號相似的方法被反相并聚焦在點P(見圖17)。通過計算或測量位置P處聲場的準確級別并換算所述反相信號，可以實現幾乎完全的消除，使得實現更精確的消除。
聲場中要消除的信號幾乎與提供給擴音器(1702)的信號完全一樣，除了它將受到在成零點測量的擴音器的脈沖響應的影響(它也由房間聲學影響，但為了簡單起見將忽略這一點)。因此，擴音器脈沖響應模型對確保正確實現成零是有用的。如果沒有使用考慮了脈沖響應的校正，可能事實上是增強該信號而不是消除它(例如，如果是180°不同相)。脈沖響應(擴音器對無窮大幅度和無窮小持續時間、但仍具有有限面積的尖銳脈沖的響應)一般包括由在施加了脈沖后的連續時間的抽樣表示的一系列值。這些值可以被換算以得到FIR濾波器的系數，所述系數可以被應用于輸入到擴音器(1702)的信號以獲得考慮了脈沖響應的校正信號。這個校正信號可以接著被用于計算成零點的聲場，從而可以發出適當的反聲射束。成零點的聲場被稱作“要消除的信號”。
由于上面提及的FIR濾波器引起信號流中的延遲，它對延遲其它一切以獲得適當的同步是有用的。換句話說，到擴音器(1702)的輸入信號被延遲，使得存在FIR濾波器利用擴音器(1702)的脈沖響應計算聲場的時間。
脈沖響應的測量可以通過將測試信號加到發送到擴音器(1702)的信號中并利用成零點的輸入變換器對它們進行測量。另一方面，可以利用系統的模型進行計算。
圖18示出本發明這個方面的另一個實施例。這里，沒有使用單獨的擴音器(1702)建立初始聲場，而是將DPAA用于此目的。在這種情況下，輸入信號被復制并被路由選擇到各個輸出變換器。位置P處聲音信號的大小的計算非常簡單，因為在這個位置的聲音僅僅歸于DPAA的輸出。這通過首先計算從各個輸出變換器到成零點的發送時間來實現。在成零點的脈沖響應包括各輸出變換器的各脈沖響應之和，在輸入信號將建立初始聲場時被延遲并被濾波，然后被再被延遲發送時間到成零點并由于1/r2距離效應而被衰減。
嚴格的說，這種脈沖響應應該與各個陣列變換器的脈沖響應進行卷積(即，濾波)。但是，成零信號通過那些相同的變換器被再現，因此它在那一級經相同的濾波。如果我們對成零使用測量的(見下文)而不是基于模型的脈沖響應，則通常有必要對測量的響應與輸出變換器的脈沖響應進行去卷積。
利用上述考慮得到的要消除的信號在重新被復制之前被反相并被換算。接著對這些復制信號應用延遲，使得反相信號聚焦在位置P。通常有必要進一步延遲原始(未反相)輸入信號，使得反相(成零)信號可以在和預定為零的聲場相同的時間到達成零點。對于各個輸出變換器，輸入信號的復制信號和各個延遲反相輸入信號的復制信號被加在一起，以建立那個變換器的輸出信號。
實現這種效應的設備示于圖19。輸入信號(101)被路由選擇到第一分配器(1906)和處理器(1910)。它從處理器(1910)被路由選擇到反相器(1902)，并且反相的輸入信號被路由選擇到第二分配器(1908)。在第一分配器(1906)中，輸入信號沒經延遲地或經恒定延遲地被傳送到各個加法器(1904)。另一方面，應用一組延遲以獲得定向輸入信號。處理器(1910)處理輸入信號以獲得表示由于輸入信號(考慮了輸入信號的所有定向)而將建立的聲場的信號。已經提到，這種處理一般將包括利用各種變換器的已知脈沖響應、應用到各個輸入信號復制信號的已知延遲時間以及從各個變換器到成零點的已知發送時間來確定在成零點的聲場。第二分配器(1908)復制并延遲反相的聲場信號，并且延遲的復制信號被路由選擇到各個加法器(1904)，以便加到第一分配器的輸出中。單個輸出信號接著被路由選擇到各個輸出變換器(104)。如所提及的那樣，第一分配器(1906)可以提供定向的或模擬的原聲場。這在需要以特定方向定向多個聲波但需要結果場的某部分非常寧靜時有用。
由于系統是線性的，可以對各個離開第二分配器的復制信號執行反相器(1902)中執行的反相。顯然，在復制之前執行反相步驟是有利的，因為那樣就只需要一個反相器(1902)。反相步驟也可以結合到濾波器中，此外，如果分配器(1906)結合了ADF，則初始聲場和成零射束都可以由它通過對涉及初始聲場和成零射束的濾波器系數求和產生。
如果輸入變換器(例如麥克風)被用于測量感興趣位置的聲音，則成零點可以在還沒有由已知設備建立的聲場內形成。圖20示出這樣一種系統的實現。麥克風(2004)被連接到控制器(2002)并被安排成測量空間中特定位置的聲級。控制器(2002)對所測量的信號進行反相并建立這個反相信號的延遲復制信號，使得將反相信號聚焦在麥克風位置。這建立了關于麥克風位置的聲場的負反饋回路，這趨于確保麥克風位置的寧靜。當然，在麥克風(2004)檢測的實際聲音(例如由于嘈雜的房間)以及表示到達麥克風位置的反相檢測信號的聲波之間將有延遲。但是，對于低頻率，所述延遲是容許的。為了計及這個效應，DPAA的輸出變換器(104)的信號輸出可以被濾波，使得僅包括低頻分量。
上面的實施例利用聚焦在一個點的反相(還可能換算了的)聲場信號描述了“成零”概念。但是，更常見的是，成零可以包括利用與根據第一方面的第一和第二實施例描述的方法相似的方法定向平行射束。
陣列或本發明的優點是多方面的。一個這樣的優點是聲能可以選擇性地“不”被定向，從而可產生“寧靜點”，同時使定向到環繞區其它部分的能量基本上不變(盡管，已經提及，它可以另外被整形以形成正射束)。這在饋送給擴音器的信號全部或部分是從擴音器陣列附近的麥克風得到的情況下特別有用如果“反射束”是從揚聲器陣列定向到這樣一個麥克風，則在這個方向或就在這個點的系統環路增益被減小，并且聲反饋的可能性被減少；即零或部分零位于麥克風或麥克風附近。在有多個麥克風處，如在舞臺或會議中，多個反射束可以這樣被形成并被定向在各個麥克風。
也可以看到第三個好處，當收聽區的一個或多個區域不利地受反射墻(reflections off walls)或其它邊界影響時，反射束可以被定向在那些邊界，以減少其中任何反射的不利影響，從而提高收聽區中聲音的質量。
本發明的揚聲器系統在采用的聲音波長為比得上陣列的物理尺寸的極端情況下會出現問題。因此，在變換器陣列的主要2D尺寸的一個或兩個中的陣列范圍小于低于系統使用的有用范圍中給定頻率(Fc)的一個或幾個聲音波長的情況下，則它在這些尺寸的一個或兩個中產生有效定向性的能力將某種程度或甚至大大被降低。此外，在波長與相關尺寸的一個或兩者比較非常大時，定向性將基本上為0。因此，在低于頻率Fc時，陣列的定向性目的在任何情況下無效。但是，更糟糕的是，被用于產生反射束的變換器陣列所不希望有的副作用，在頻率遠遠低于Fc時，所有方向的輸出能量可以被無意識地大大減少，因為被看作是輻射器的變換器陣列現在具有多個正相和負相的單元，這些單元在空間上的間距遠遠小于一個波長，產生破壞性干擾，其效果主要是消除遠聲場中如果不是所有方向、那也是許多方向上的輻射—這是在反射束的產生中所不希望的。應該指出，正常的低頻信號可以在對輸出功率沒有太大影響的情況下被操縱。它只是在成零時出現上述功率問題。
為了處理這種特殊情況，到變換器陣列的驅動信號應該首先被分成低于頻率Fs的頻率(低頻段)和高于頻率Fs的頻率(高頻段)，其中Fs大約在Fc的區域中(即，由于陣列與低于頻率Fs的頻率的信號波長相比尺寸小，它在遠聲場中開始破壞性干擾的地方)。接著，高頻段信號通過延遲單元以標準方式被饋送到變換器陣列單元，同時低頻段信號繞過延遲單元被單獨定向并直接被饋送到陣列中所有的輸出變換器(在各個變換器與它的相應的高頻段信號的輸出相加)。在這種方式中，低于Fs的較低頻率同相地被饋送通過整個陣列到各個單元，并且不會在遠聲場進行破壞性干擾，同時一組或多組SDM發出高于Fs的較高頻率射束和反射束，以在遠聲場產生有用的射束和反射束，同時較低頻率的聲場現在保持不受影響。稍后將參考本發明第五方面來描述利用這種頻率劃分的本發明實施例。
圖20和圖18的設備可以被組合，使得在麥克風(2004)檢測的輸入信號一般由DPAA的變換器(104)輸出，但在麥克風本身位置消除了這個輸出信號。如所討論的，聲反饋(正的電聲反饋)的可能性一般在系統增益被設為高于某一級時出現。這個限制級常常足夠低，使麥克風的用戶不得不非常靠近，以得到足夠的敏感度，這可能是成問題的。但是，利用DPAA在麥克風的方向被設置為產生零或反射束，可以大大減少這種不希望的效應，并且系統增將益增加到更高級提供更有益的敏感度。
本發明的第三方面本發明的第三方面涉及利用DPAA系統建立環繞聲或立體效果，其中只利用單個聲音發送設備，這種設備與根據本發明的第一和第二方面已描述的設備相似。具體的說，本發明的第三方面涉及以不同方向定向不同聲道，使聲波撞到反射或諧振面并由此被重發。
本發明的第三方面針對DPAA在室外(或基本無回聲情況的其它任何地方)工作的問題，觀察者需要移動到那些聲音已經被聚焦的區域附近，以便容易感覺獨立的聲場。否則觀察者定位已經建立了的獨立聲場會有困難。
如果聲反射面，或者再輻射所吸收的入射聲能的聲諧振體被放置于這樣的聚焦區，它再輻射聚焦的聲音，并因此有效地成為遠離DPAA并位于聚焦區的新聲源。如果使用平面反射器，則反射的聲音主要被定向到特定的方向；如果使用漫反射器，則聲音被或多或少地再輻射到所述反射器的同一邊遠離聚焦區的所有方向。因此，如果表示不同輸入信號的許多不同聲音信號被DPAA以所述方式聚焦到不同聚焦區，并且在各個聚焦區內放置了這樣的反射器或諧振器使得重新定向來自各個聚焦區的聲音，則利用本文所述設計的單個DPAA可能建立真的多獨立源聲輻射器系統。它實際不是聚焦聲音，而是聲音能以本發明第一方面的第二實施例的方式被定向。
在非無回聲條件下(諸如正常的室內環境)用多個獨立聚焦射束—即用表示聚焦在不同和獨立區域的不同輸入信號的聲音信號—以之前所述方式操作DPAA的情況下，其中具有多個硬和/或主要聲反射邊界曲面，具體地說，在那些聚焦區域被定向到一個或多個反射邊界曲面的情況下，由于反射的聲音(來自邊界)從那些區域到達所述觀察者，一個觀察者僅僅利用他的正常定向聲音感覺就能夠容易地感覺獨立的聲場，同時在它們相應的獨立聚焦區在空間上定位它們中的每一個。
值得強調的是，在這樣一種情況下，觀察者感覺決不依賴于將人工心理聲學要素引入聲音信號的DPAA的實際獨立聲場。因此，只要觀察者離DPAA的近聲場輻射足夠遠，則對于真聲音位置，觀察者的位置相對不太重要。以這樣的方式，利用在大多數實際環境中具有的天然邊界，只用一個物理擴音器(DPAA)可以實現多聲道“環繞聲”。
在缺乏適當自然反射邊界的環境中要產生相似的效果的情況下，可以通過適當放置人工反射或諧振曲面獲得相似的獨立多源聲場，其中聲源最好應該看上去從那些曲面發出并接著在那些表面定向射束。例如，在大型音樂廳或室外環境，光學透明塑料或玻璃板可以被放置并用作幾乎沒有視覺影響的聲音反射器。在需要廣泛傳播來自那些區域的聲音時，可以改為引入聲音散射反射器或寬帶諧振器(這將使光學透明更困難但不是不可能)。
圖21說明利用單個DPAA和多個反射或諧振曲面(2102)為聽眾(2103)提供多個源。由于它不依賴于心理聲學提示，因此可以在整個收聽區聽到環繞聲效果。
在使用聚焦而不僅僅是定向的情況下，直徑大致等于焦點尺寸的球面形狀反射器可被用于在廣角上實現漫反射。為了進一步增強漫反射效果，曲面應該按需要漫反射的聲頻波長的比例有一個粗糙度。
本發明的第三方面可以與本發明的第二方面結合使用，以提供其它聲道的反射束可被定向到與給定聲道有關的反射器。因此，用立體聲(2聲道系統)作例子，聲道1可以被聚焦在反射器1，聲道2可以被聚焦在反射器2，并且將包括適當的成零，以使聲道1在反射器2處為零，并使聲道2在反射器1處為零。這樣將確保只有正確的聲道在相應反射面具有有效能量。
本發明的這個方面的重要優勢在于可以用單個DPAA設備來實現所有上面所述情況，通過輸入信號的延遲復制信號(可能被校正并被反相)的求和來建立各個變換器的輸出信號。因此，傳統上與環繞聲系統有關的許多布線和設備被省去了。
本發明的第四方面本發明的第四方面涉及利用麥克風(輸入變換器)和測試信號來定位輸出變換器陣列附近麥克風的位置或麥克風陣列附近擴音器的位置。
根據這個方面，提供一個或多個能夠檢測來自DPAA的聲發射的麥克風，它們通過有線或無線裝置被連接到DPAA控制電路。DPAA結合子系統，所述子系統被安排成能夠通過測量從三個或更多(一般從所有的)SET到麥克風的信號傳播時間以及三角測量來計算麥克風相對于一個或多個DPAA SET的位置，從而提供在不干擾聽眾對節目素材聲音的感覺的情況下使用DPAA期間跟蹤麥克風的移動可能性。在DPAA SET陣列后面敞開的情況下—即它從變換器的兩邊以偶極子似的方式輻射—可以通過檢查接收信號的相位(特別是在低頻率的情況)來解決可能不明確的麥克風位置，即在DPAA前面還是后面。
聲速在一場演出期間隨氣溫而變化，它影響地點的聲學位置以及揚聲器系統的性能，它可以通過利用附加三角測量點以相同的處理被確定。利用特定測試圖(如依次到各個SET的偽隨機噪聲序列或短脈沖序列，其中在tp≤rs/cs的意義上，脈沖長度Tp等于或短于所需的空間分辨率rs)或通過由DPAA廣播的節目素材中引進低級測試信號(可能被設計為聽不到的)、然后通過交叉相關性對它們進行檢測，可以進行麥克風定位。
控制系統可以被增加到DPAA中，用于通過改變由SDM應用的延遲和/或ADF的濾波器系數來優化(在某種需要的意義上)一個或多個指定位置的聲場。如果上述麥克風可用，那么這個優化可發生在建立時間—例如在DPAA的預執行使用(pre-performance use)期間—或者在實際使用中。在后一種情況下，一個或多個麥克風可以被嵌入用于控制DPAA的手持機，而在這種情況下，控制系統可以被主動地設計為實時跟蹤麥克風，從而連續優化手持機位置的、進而至少一個聽眾的假定位置的聲音。通過在控制系統中建立DPAA的模型(很可能軟件模型)及其聲學特性，任選地加上它目前所處的環境的模型(即它在哪里用，例如試聽室)，控制系統可利用這種模型自動估計對DPAA參數所需的調整，以便優化任何用戶指定的位置的聲音，以減少任何討厭的旁瓣。
也可以使剛剛描述的控制系統調整一個或多個指定位置的聲級—例如實況演出中被連接到DPAA的麥克風所處的位置，或者已知不想要的反射曲面的位置—使其最小化，建立“死區”。以這種方式，可以避免不想要的麥克風/DPAA反饋，以及不想要的室內混響。這種可能性已經在涉及本發明的第二方面的部分進行了討論。
通過利用隱蔽測試信號—也就是，DPAA電子電路中產生的附加信號，所述測試信號被設計為聽眾基本上感覺不到，并且以低級偽隨機噪聲序列為代表，它們被疊加在節目信號上—可以從空間上跟蹤一個或多個實況演出麥克風(通過所述麥克風和DPAA變換器之間延遲圖的適當處理)。這個麥克風空間信息又可被用于諸如定位麥克風被移動到的“死去”(注意隱蔽測試信號在麥克風位置需要具有非0幅值)的目的。
圖22說明了利用麥克風指定收聽區中位置的可能配置。麥克風(2201)通過無線電發射機(2202)和接收機(2203)連接DPAA(105)的模擬或數字輸入(2204)。如果更方便的話，可以使用有線或其它無線連接。大多數SET(104)被用于正常操作或處于無聲狀態。少量的SET(2205)發送測試信號，它們或者被添加到正常節目信號中，或者代替正常節目信號。測試SET和麥克風之間的通路長度(2206)通過比較測試信號和麥克風信號進行推斷，并被用于通過三角測量推斷麥克風的位置。在接收測試信號的信噪比差的情況下，可以在幾秒種對響應求積分。
在室外演出中，風對擴音器系統的性能具有重大影響。聲音的傳播方向受到風的影響。具體的說，刮過聽眾的垂直于所需聲音傳播方向的風，可以引起大量聲能被傳送到演出場外，造成演出場覆蓋不足。圖23說明了這個問題。由虛線圍繞的區2302表示沒有風時DPAA的聲場形狀。風W從右邊刮，得到聲場2304，它是場2302的歪斜型式。
DPAA系統中，麥克風位置定位信號的傳播以同樣的方式受到側風的影響。因此，如果麥克風M被定位在聽眾區的中間，但是側風從西邊刮，對位置定位系統來說麥克風好像是聽眾區的西部。采用圖23的示例，風W使測試信號采取從DPAA到麥克風的彎曲通路。這樣將導致系統錯誤地將麥克風定位在位置P、實際位置M的西面。考慮到這一點，調整陣列方式的輻射圖，以優化視在麥克風位置P周圍的覆蓋范圍，以對風進行補償，并給出實際聽眾區中的最佳覆蓋范圍。DPAA控制系統可以在整場演出中自動進行這些調整。為了確保控制系統的穩定性，只能進行緩慢的改變。系統的健壯性可以利用整個聽眾區中已知位置的多個麥克風進行改進。即使當風發生了變化，聲場能以所需方式基本恒定保持定向。
在需要定位遠離DPAA的視在聲源的情況下，如前面關于本發明第三方面所述(通過將聲能射束聚焦到適當的反射面)，利用之前描述的麥克風提供設置這種情況的簡單方法。麥克風之一臨時放置于成為遠距離聲源的曲面附近，并且麥克風的位置由已經描述了的DPAA子系統準確地確定。控制系統接著計算最佳陣列參數，以定位麥克風位置上的聚焦或定向射束(連接到一個或多個用戶選擇的輸入)。之后可以拿走所述麥克風。獨立的遠距離聲源將接著從所選位置的曲面發出。
將一定的冗余度建立到系統中，以提供更準確的結果將是有利的。例如，對于陣列中所有輸出變換器，一般可以計算測試信號從各個輸出變換器到輸入變換器傳播的時間，導致聯立方程大大多于要求解的變量(三個空間變量和聲速)。產生最小總誤差的變量值可以通過適當求解方程式得到。
測試信號可能包括偽隨機噪聲信號或聽不見的信號，它們被加到由DPAA SET輸出的延遲輸入信號的復制信號中或經不輸出任何輸入信號分量的變換器輸出。
根據本發明的第四方面的系統也適用于由輸入變換器陣列組成的DPAA設備，在所述陣列附近有輸出變換器。輸出變換器只能輸出單個測試信號，該信號被陣列中各個輸入變換器接收。測試信號的輸出及其接收之間的時間接著可以被用于三角測量輸出變換器的位置和/或計算聲速。
利用這個系統，可以建立“輸入零”。這些“輸入零”是輸入變換器陣列將具有減少的敏感度的區域。圖24到26說明了如何建立這樣的輸入零。首先選擇輸入零要處的位置O。在這個位置，總體上，應該可能產生將不被輸入變換器陣列(2404)拾取的噪聲。建立這個輸入零的方法將參考只有三個輸入變換器(2404a、2404b和2404c)的陣列進行描述，盡管在實際中可以使用更多的數量。
首先考慮聲音從位于位置O的點源發送的情形。如果聲音脈沖在時間0被發送，則由于不同的通路長度，它將首先到達變換器(2404c)，接著是變換器(2404b)再然后是變換器(2404a)。為了便于解釋，我們將假定脈沖在1秒后到達變換器(2404c)，1.5秒后到達變換器(2404b)，并且2秒后到達變換器(2404a)(這些是不實際的大數字，僅僅為了便于說明而選擇)。這在圖25A中被示出。這些接收輸入信號接著延遲不同的量，以便實際將陣列的輸入敏感度聚焦在位置O。在這種情況下，這涉及將變換器(2404b)接收的輸入信號延遲0.5秒，并且將變換器(2404c)接收的輸入信號延遲1秒。從圖25B可以看到，這導致將所有的輸入信號(通過應用延遲)修改為按時間對齊。這三個輸入信號接著被相加，以得到如圖25C所示的輸出信號。這個輸出信號的幅度接著通過將輸出信號除以陣列中的輸入變換器數量而被減小。在這種情況下，這涉及到將輸出信號除以3，以得到圖25D中所示的信號。應用到各個輸入信號以得到圖25B所示信號的延遲接著從輸出信號的復制信號中去掉。這樣，輸出信號被復制并超前不同量，所述不同量與應用到各個輸入信號的延遲量相同。因此，圖25D中的輸出信號完全沒有超前，得到第一成零信號Na。輸出信號的另一個復制信號超前0.5秒，建立成零信號Nb，以及輸出信號的第三復制信號超前1秒，建立成零信號Nc。圖25E中示出成零信號。
作為最后的步驟，從各個輸入信號中減去這些成零信號，以得到一系列修改的輸入信號。你可能希望從點O發出聲音的情況，本示例中的成零信號與輸入信號完全一樣，并因此得到三個基本具有0幅值的修改的信號。這樣，可以看到本發明第四方面的輸入成零方法用來使DPAA忽略從輸入零所在的位置O發出的信號。
從聲場中除了O以外的位置發送的信號將不會被減少到0，這將通過考慮本發明的方法是如何處理在輸入變換器得到的、歸因于圖24中位置X處的聲源的信號進行示意。從位置X發出的聲音首先到達變換器(2404a)、接著是變換器(2404b)最后到達變換器(2404c)。這被圖26A所示的聲脈沖理想化。根據輸入成零方法，這些接收信號被延遲，延遲量使敏感度聚焦在位置O。這樣，變換器(2404a)處的信號不被延遲，變換器(2404b)處的信號被延遲0.5秒并且變換器(2404b)處的信號被延遲1秒。由此得到的信號被示意于圖25B。
這三個信號接著被相加以得到如圖26C所示的輸出信號。這個輸出信號接著被除以輸入變換器數量，使其幅值減小。結果信號示意于圖26D。這個結果信號接著被復制，并且各個復制信號超前輸入信號被延遲的量，以實現圖26B中所示的信號。圖26E示出三個結果信號。接著從原來的輸入信號中減去這些成零信號Na、Nb和Nc，以得到修改的輸入信號Ma、Mb和Mc。從圖26F中示意的結果信號可以看到，修正對輸入脈沖的改變是可忽略的。輸入脈沖本身被減少到它們原來電平的三分之二，而原來脈沖電平三分之一的其它負脈沖已經被作為噪聲加上了。對于利用許多輸入變換器的系統，脈沖電平一般被減少到脈沖的(N-1)/(N)，而噪聲一般具有脈沖的(1/N)的幅度。因此，比如說一百個變換器，當聲音來自距成零位置O遠側的點時，修正的效果可忽略不計。26F的信號可以接著被用于常規的波束形成，以從X恢復信號。
用于本發明的第四方面的各種測試信號可通過對各種輸入信號應用相關函數進行區別。要檢測的測試信號與所有輸入信號進行交叉相關，同時分析這樣交叉相關的結果，以指示輸入信號中是否出現了測試信號。偽隨機噪聲信號各自獨立，使組中沒有一個信號是任何數量的其它信號的線性組合。這確保交叉相關處理識別所討論的測試信號。
測試信號最好被明確地表達為具有非平頻譜(non-flatspectrum)，以便使它們最大程度聽不見。這可以通過對偽隨機噪聲信號進行濾波來完成。首先，它們可將功率設置在耳朵相對不敏感的聲頻帶區域。例如，耳朵在3.5KHz附近最敏感，所以測試信號最好在這個頻率附近具有最小功率的頻譜。其次，通過根據節目信號自適應改變測試信號、即通過將大量測試信號功率放在被掩蔽的頻譜部分，可以利用掩蔽效應。
圖27示出將測試信號的發生和分析結合到DPAA中的方框圖。測試信號在框(2701)中被產生并被分析。它具有作為輸入的正常輸入聲道101和麥克風輸入2204，所述正常輸入聲道101是為了設計通過所需音頻信號的掩蔽而聽不到的測試信號。為了清楚，省略了諸如DSRC和/或ADC的普通輸入電路。測試信號由專用SET(2703)或共享SET 2205發射。在后一種情況下，測試信號在測試信號插入步驟中被結合到饋送給各個SET的信號中。
圖28示出兩種可能的測試信號插入步驟。節目輸入信號(2801)來自于分配器或加法器。測試信號(2802)來自于圖27的框2701。輸出信號(2803)到ONSQ、非線性補償器或直接到放大器級。在插入步驟(2804)中，測試信號被加到節目信號中。在插入步驟(2805)中，測試信號代替了節目信號。控制信號被省略。
本發明的第五方面如已經關于第二方面討論的那樣，有時將輸入信號分成兩個或多個頻帶并根據利用DPAA設備實現的方向性分別處理這些頻帶可能是有利的。這樣的技術不僅在射束定向上有用，而且在特定位置消除聲音以建立零的時候也是有用的。
圖29說明用于選擇性發出不同頻帶射束的一般設備。
輸入信號101被連接到信號分解器/合并器(2903)并進而連接到平行聲道中的低通濾波器(2901)和高通濾波器(2902)。低通濾波器(2901)被連接到分配器(2904)，其中分配器(2904)連接到所有加法器(2905)，而這些加法器(2905)又被連接到DPAA(105)的N個變換器(104)。
高通濾波器(2902)連接到與圖2中的裝置(102)相同的裝置(102)(并且其中一般包含N個可變幅值和可變時延單元)，裝置(102)又連接到加法器(2905)的其它端口。
該系統可被用于克服由于陣列尺寸與那些較低頻率的波長相比較小而導致的低頻的遠聲場消除效應。因此，系統允許根據整形聲場對不同頻率進行不同處理。在源/檢測器和變換器(2904)之間經過的所有較低頻率都具有相同的時間延遲(標稱0)和幅值，而較高頻率對N個變換器中的每一個都是獨立進行適當時延和幅值控制。這允許在不需要低頻的全局遠聲場成零的情況下對較高頻率的反射束發射和成零。
要指出，根據本發明的第五方面的方法可以利用可調數字濾波器(512)來執行。這樣的濾波器通過簡單地為濾波器系數選擇適當的值而允許對不同頻率給予不同延遲。在這樣的情況下，不必單獨分解頻帶并對從各個頻帶導出的復制信號應用不同延遲。簡單通過對單個輸入信號的各個復制信號進行濾波可以實現適當的效果。
本發明的第六方面本發明的第六方面針對DPAA系統的用戶不是總能容易地在任何特定時間定位特定聲道的聲音被聚焦在哪里的問題。這個問題通過提供兩個可控光射束來減輕，所述可控光射束能被控制在空間上交叉在聲音被聚焦的點。有利的是，光射束是在操作員的控制之下，并且DPAA控制器被安排成使聲道聚焦發生在操作員使光射束交叉的任何地方。這使系統的建立非常簡單，它不依賴于建立房間的數學模型或其它復雜的計算。
如果提供兩個光射束，則它們可以由DPAA電子電路自動操縱，使其在空間上交叉在聲道的聚焦區的中心或附近，并向操作員提供大量有用的建立反饋信息。
使兩個射束的顏色不同是有用的，不同原色最好，如紅和綠，使得在重疊區可以感覺到第三種顏色。
也應該提供選擇哪些聲道設置控制光射束的位置的裝置，同時這些都可以由手持機控制。
當提供兩個以上光射束時，多個聲道的聚焦區可以由可控光射束對在空間的交叉位置同時加亮。
小型激光射束、特別是固態二極管激光，提供有用的平行光源。
通過由電流(galvos)或馬達、或者由英國專利申請號No.0003136.9的說明書中描述的WHERM機制驅動的小型可控反射鏡，方便地實現操縱。
圖30說明了使用DPAA上的投射器(3001，3002)發送的可控光射束(3003，3004)來示意焦點(3005)。如果投射器(3001)發送紅光而(3002)發送綠光，那么在焦點將看到黃光。
本發明的第七方面如果在DPAA中同時使用多個源以避免削波或失真，那么確保提供給SET的合計信號中沒有一個超過SET活塞的最大偏移或求和單元、數字放大器、ONSQ或線性或非線性補償器的滿度數字電平(FSDL)將是重要的。這可以直接通過對I個輸入信號中的每一個進行按比例縮小或峰值限制以使沒有峰值可以超過滿刻度電平的1/I而實現。這種方法迎合了最糟的情況，其中輸入信號同時在FSDL達到最高，但嚴重限制了單個輸入可用的輸出功率。在大多數應用中，除了偶然的短暫瞬間現象(諸如電影配樂中的爆炸)這種情況不太可能發生。所以，如果使用更高的電平并只在這樣的同時出現的峰值期間通過峰值限制避免超負荷，那么可以更好的利用數字系統的動態范圍。
數字峰值限制器是在必要時按比例縮小輸入數字音頻信號以防止輸出信號超過指定最大電平的系統。它從輸入信號得到控制信號，所述輸入信號可能被二次抽樣以減少所需的計算。對控制信號進行平滑處理以防止輸出信號中的不連續。在峰值之前增益被減小(啟動時間(attack time)常數)以及之后恢復到正常(釋放時間常數)的比率被選擇得使限制器的音響效應最小。它們可以在工廠預設、由用戶控制、或根據輸入信號的特性自動調整。如果可以容許短的等待時間，則控制信號可以“預見” (通過只對輸入信號而不對控制信號進行延遲)，使得限制動作的啟動階段可以預料突然的峰值。
由于各個SET接收具有不同相對延遲的輸入信號的和，因此僅僅是從輸入信號的某個和來為峰值限制器導出控制信號是不夠的，因為不在一個和中出現的峰值可能在提供給一個或多個SET的延遲之和中同時出現。如果獨立的峰值限制器被用于各個求和信號，則在有些SET被限制而另外一些沒有時，將影響陣列的輻射圖。
通過鏈接限制器而使它們都應用同量的增益減少，可以避免這種影響。但是，這在N值大時實現復雜，并且不能防止求和點處的超負荷，N值一般都大。
根據本發明的第七方面的另一種方法是多聲道多相限制器(MML)，圖31示出其方框圖。這種設備作用于輸入信號。它在跨越當前由SDM執行的延遲的范圍的時窗中找到各個輸入信號的峰值電平，接著對這I個峰值電平求和，以產生它的控制信號。如果控制信號沒有超過FSDL，則提供給各個SET的延遲和中沒有一個能超過，因此，不需要限制行為。如果它超過，則輸入信號應該被限制，以使電平降低到FSDL。啟動時間常數和釋放時間常數以及預見量可以由用戶控制或根據應用在工廠預設。
如果與ONSQ級結合使用，則MML可以在過抽樣器(oversampler)之前或之后工作。
通過在過抽樣之前從輸入信號導出控制信號，接著對過抽樣信號進行限制動作，可以實現較短的等待時間；較低級(lower order)、較低組延遲反成像濾波器(anti-imaging filter)可用于控制信號，因為它具有有限的帶寬。
圖31說明MML的兩聲道的實現，盡管它可以外推到任何數量的聲道(輸入信號)。輸入信號(3101)來自輸入電路或線性補償器。輸出信號(3111)到分配器。各個延遲單元(3102)包括緩沖器，并儲存它的輸入信號的大量抽樣，以及輸出如(3103)的緩存器中包含的最大絕對值。緩沖器的長度可以被改變，以跟蹤分配器中未示出的控制信號執行的延遲范圍。加法器(3104)對這些來自各個聲道的最大值進行求和。它的輸出由響應整形器(3105)轉換為具有特定啟動和釋放率的、更平滑變化增益控制信號。在被發送到如(3111)的分配器之前，在級(3110)中，輸入信號每個根據增益控制信號被衰減。最好，信號與增益控制信號成比例地衰減。
延遲(3109)可以被結合到聲道信號通路中，以便允許增益改變以預期峰值。
如果要結合過抽樣，它可以被放在MML中，具有向上抽樣(upsampling)級(3106)，其后跟著反成像濾波器(3107-3108)。高質量反成像濾波器在通頻帶中可以具有相當大的組延遲。對3108使用具有較小組延遲的濾波器設計可以允許延遲3109被減少或被消除。
如果分配器結合全局ADF(807)，則在其之后最有用地結合MML于信號通路中。將分配器分成單獨的全局級和總SET級(per-SETstages)。
因此，本發明的第七方面提供一種結構上簡單的限制裝置，它有效的防止削波和失真，并保持所需的輻射整形。
本發明的第八方面本發明的第八方面涉及用于檢測以及緩和陣列中故障變換器的影響的方法。
根據第八方面的方法要求測試信號被路由選擇到陣列的各個輸出變換器，它被位于附近的輸入變換器所接收(或未接收)，以便確定變換器是否有故障。假如測試信號彼此區分，則測試信號可以依次或同時由各個變換器輸出。測試信號一般與所述的關于本發明的第四方面所用的那些相似。
故障檢測步驟可以在一開始設置系統之前被執行，例如在“聲音檢查”期間，或有利地是，通過確保測試信號聽不見或不會引人注意，它可以在系統使用的所有時間內執行。這是通過假設測試信號包括低幅值的偽隨機噪聲信號來實現的。它們可以同時由變換器組發送，這些組進行變化使最終所有變換器發送一個測試信號，或者它們可以在基本上所有時間中由所有變換器被發送，被加到需要從DPAA輸出的信號中。
如果檢測到變換器故障，通常需要對該變換器靜噪，以避免不可預知的輸出，接著還需減少與被靜噪的變換器相鄰的變換器的輸出的幅值，以便提供對故障變換器影響的某種緩和。這個校正可以延伸至控制位于被靜噪的變換器附近的工作變換器組的幅值。
本發明的第九方面第九方面涉及用于再現在諸如DPAA的再現裝置中接收的音頻信號的方法，所述DPAA操縱音頻輸出信號，使它們主要以一個或多個單獨的方向被發送。
對于DPAA，一般來說，在各個變換器觀測到的延遲量確定音頻信號被定向的方向。因此，它需要這樣一種系統的操作員對所述裝置進行編程，以便以特定方向定向信號。如果所需方向變化，則有必要重新對所述設備進行編程。
本發明的第九方面通過提供一種能夠自動定向輸出音頻信號的方法和設備來設法緩和上述問題。
這是通過提供與音頻信號有關的信息信號來實現的，所述信息信號包括關于在任何特定時間如何整形聲場的信息。這樣，音頻信號每次回放時，有關信息信號被解碼并被用于整形聲場。這樣免除了操作員在音頻信號必須被定向的情況下編程的需要，同時也允許音頻信號的方向在音頻信號的再現期間按需要操縱改變。
本發明的第九方面是一種能夠再現一個或幾個音頻聲道的聲音回放系統，這些聲道中的一些或全部具有一種時間變化操縱信息的有關流，以及大量擴音器饋送。各個操縱信息流由解碼系統使用，以控制來自有關音頻聲道的信號如何在擴音器饋送中被分配。擴音器饋送的數量一般大大高于錄制音頻聲道的數量，并且所用音頻聲道的數量可以在一場節目中變化。
第九方面主要用于能夠以多個方向中的一個方向來定向聲音的再現系統。這能以多種方式進行● 許多獨立的擴音器可以被分散在音樂廳中，并且可以通過簡單地將音頻信號路由選擇到距所需位置最近的擴音器、或通過幾個最近的擴音器得到定向性，其中各個信號的電平和時間延遲被設置為在揚聲器之間的所需點提供更準確的定位。● 可以使用一種機械可控擴音器。這種方法可以涉及傳統變換器周圍拋物面反射器或投射聲束的超聲波載波的應用。定向性可以通過機械地旋轉或定向聲束來實現；并且● 最好地是，將大量擴音器安排在(最好是2D)相控陣列。如關于其它方面所描述的那樣，為各個擴音器提供獨立的饋送，并且各個饋送可以具有自己受控增益、延遲和濾波，使得聲束從陣列投射。該系統可以向特定點投射射束或使聲音看起來來自陣列后面的點。通過將射束聚焦在音樂廳的墻上，可以使聲音射束看起來是來自所述墻。
根據所述實施例，大多數擴音器饋送對構成相控陣列的大型二維擴音器陣列進行驅動。在音樂廳中，也可以有獨立離散的擴音器以及另外的相控陣列。
第九方面包括將聲場整形信息與實際音頻信號本身相關聯，所述整形信息對指示音頻信號將如何被定向是有用的。整形信息可以包括一個或多個需要聚焦射束或需要模擬聲音原點的物理位置。
操縱信息可以由要提供給音頻信號的各個復制信號的實際延遲組成。但是，這種方法導致控制信號包括許多信息。
操縱信息最好作為音頻聲道被多路復用到同一個數據流。通過現有標準的簡單擴展，它們可以被組合成MPEG流，并由DVD、DVB、DAB或任何未來的傳輸層傳送。此外，已經出現在電影院的傳統數字聲音系統可以被擴展，以使用本發明的復合信號。
與其使用由各個擴音器饋送的增益、延遲和濾波器系數組成的操縱信息，還不如改為簡單地描述聲音將被聚焦在哪里或看上去來自于哪里。在音樂廳的安裝期間，關于各個擴音器饋送驅動的擴音器的位置以及收聽區的形狀，對解碼系統進行編程、或由其自己確定。它利用這種信息得到使各個聲道來自操縱信息描述的位置所需的增益、延遲和濾波器系數。這種儲存操縱信息的方法允許相同的記錄用于不同揚聲器和陣列配置以及不同的尺寸空間。它也大大減少了要儲存或發送的操縱信息的數量。
在視聽和電影院應用中，陣列一般在屏幕(由聲學透明材料做成)的后面，并且是屏幕尺寸的相當大的部分。這樣的大陣列的應用允許聲道看上去是從對應于投射圖像中對象位置的屏幕后的任一點發出的，并且跟蹤那些對象的移動。利用平面高度和寬度單位編碼操縱信息，并且告知解碼系統屏幕的位置，將允許相同的操縱信息用于具有不同尺寸的屏幕電影院中，同時視在音頻源保持在圖像中的相同位置。系統可以用離散(非陣列)擴音器或附加的陣列擴充。將陣列放在天花板上可能特別方便。
圖32示出一種執行本發明的裝置。與信息信號復用的音頻信號被輸入到分用器3207的端子3201。分用器3207分別輸出音頻信號和信息信號。音頻信號被路由選擇到解碼裝置3208的輸入端3202，同時信息信號被路由選擇到解碼裝置3208的端子3203。復制裝置3204將在輸入端3202輸入的音頻信號復制成許多相同的復制信號(這里使用了4個復制信號，但任何數量都是可能的)。因此，復制裝置3204輸出四個信號，每一個都與輸入端3202出現的信號相同。信息信號從端子3203被路由選擇到控制器3209，控制器3209能控制在各個延遲單元3210應用到各個復制信號上的延遲量。各個延遲的復制音頻信號接著通過輸出端3205被發送到單獨的變換器3206，以提供定向的聲音輸出。
包含端子3203處輸入的信息信號的信息可以隨時間不斷變化，使得輸出音頻信號能夠根據信息信號在音樂廳中被定向。這避免了操作員不斷監視音頻信號輸出方向以提供必要調整的需要。
顯然，輸入到端子3203的信息信號可以包括應該被應用到輸入到各個變換器3206的信號上的延遲值。但是，儲存在信息信號中的信息可以改為包括物理位置信息，它在解碼器3209中被解碼為適當的延遲組。這可以利用查找表來實現，所述查找表將音樂廳中的物理位置映射為一組延遲以實現對該位置的定向。最好使用諸如在本發明的第一方面的描述中提供數學算法，它將物理位置轉化為一組延遲值。
本發明的第九方面也包括能用于常規音頻回放裝置的解碼器，使得操縱信息能被用于提供傳統的立體聲或環繞聲。對于耳機形式，操縱信息可被用于合成記錄的雙耳表示，其中利用與頭有關的傳遞函數，以定位聽眾周圍的視在聲源。利用這個解碼器，比如說因為沒有可用的相控陣列，如果需要，包括音頻聲道和有關操縱信息的記錄信號可以常規方式被回放。
在本說明書中，提及了“音樂廳”。但是所描述的技術可適用于包括家庭電影和音樂回放以及在大的公共場所的大量應用。
上面的描述涉及利用通過陣列中所有變換器回放的單個音頻輸入的系統。但是，通過單獨處理各個輸入并因此計算各個輸入的一組延遲系數(根據與所述輸入有關的信息信號)以及對為各個變換器得到的延遲音頻輸入求和，所述系統可以被擴展以重放多個音頻輸入(還是利用所有變換器)。由于系統的線性特性，這是可能的。這允許利用相同的變換器以不同方式分開要定向的音頻輸入。因此，許多音頻輸入可以被控制，具有特定方向的定向性，所述特定方向在整個演出期間自動變化。
本發明的第十方面本發明的第十方面涉及設計由DPAA裝置輸出的聲場的方法。
當用戶希望指定輻射圖時，ADF的使用為約束優化過程提供了許多自由度。用戶將指定目標一般是演出場的區域，其中覆蓋應該盡可能均勻、或應該隨距離系統性變化；其它區域，其中可能在特定頻率處覆蓋應該最小；或另外的區域，其中覆蓋無關緊要。通過利用麥克風或其它定位系統、通過用戶人工輸入、或通過使用來自結構或聲模型系統的數據集，可以指定區域。目標可以按優先級分級。優化過程可以在DPAA自身內執行，在此情況下，如上所述，它可以自適應地響應風的變化，或者作為獨立的步驟，利用外部計算機執行，一般來說，優化包括為ADF選擇適當的系數，以實現所需的效果。這可以例如通過以下方式來完成以對應于如本發明第一方面描述的單組延遲的濾波器系數開始，并通過模擬來計算結果的輻射圖。其它正和負射束(具有不同的適當延遲)可以簡單地通過將它們相應的濾波器系數加到現有組而被反復地相加，以改進所述輻射圖。
其它可取的特性可提供對輻射圖和與各個輸入有關的信號的焦點進行調整的裝置，以響應在那些輸入的節目數字信號的值—當只有要從那個輸入再現的大聲時，通過將那些信號的焦點馬上向外移動，這樣一種方法可被用于增大立體聲信號和環繞聲效果。因此，控制可以根據實際輸入信號本身被實現。
通常，當焦點被移動時，需要改變應用到各個復制信號的延遲，所述各個復制信號涉及適當復制或省略的抽樣。這最好逐步完成，以避免任何聽得到的＂喀嚦＂聲，例如在大量抽樣被同時省略時可能發生聽得到的＂喀嚦＂聲。
本發明技術的實際應用包括如下用于家庭娛樂，在試聽室中向不同位置投射多個實聲源的能力使得在沒有多個獨立接線的擴音器的混亂、復雜和布線問題的情況下能再現多聲道環繞聲；用于播音和音樂會音響系統，在三個方向修整DPAA輻射圖以及具有多個同時射束的能力，它允許非常快的設置，因為DPAA的物理定向不是太關鍵，并且不需被重復地調整；更少的擴音器總量，因為一種類型的揚聲器(DPAA)能夠實現多種輻射圖，一般每種輻射圖都需要具有適當喇叭的專用揚聲器；更好的可懂度，因為它簡單地通過調整濾波器和延遲系數，可能減少到達反射曲面的聲能，從而減少主要的回聲；以及更好控制不希望的聲反饋，因為DPAA輻射圖可以被設計成減少到達連接到DPAA輸入的現場麥克風的能量；用于擁擠控制和軍事活動，在遠距離區域產生非常強的聲場的能力，所述場通過DPAA射束的聚焦和控制能方便并快速地重新定位(不需要在物理上移動笨重的擴音器和/或喇叭)，同時它通過跟蹤光源能方便地定位到目標，并提供仍然是非侵害性的強大的聲學武器；如果使用大陣列、或一組可能大間隔的協同獨立DPAA板，則聲場可以做到在聚焦區比DPAA SET附近強得多(如果整個陣列尺寸足夠大，即使在聲頻帶的較低端也是如此)。
權利要求
1.一種利用輸出變換器陣列來定向從信號得到的聲波的方法，所述方法包括以下步驟關于各個輸出變換器，獲得所述信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置以及給定方向來選擇的，以便按所述方向來定向從所述信號得到的聲波；將所述延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述關于各個輸出變換器來獲得要定向的所述信號的延遲復制信號的步驟包括將所述信號復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把要定向的所述信號的各個復制信號延遲所述相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述方向來選擇的。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于還包括以下步驟在所述延遲步驟之前，通過導出路由選擇到各個變換器的復制信號的相應延時，來計算關于各個復制信號的相應延時，使得來自各個變換器的聲波的相同時間部分一起構成以所述方向傳播的波陣面。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于還包括以下步驟在所述延遲步驟之前，通過以下方式計算關于各個復制信號的相應延時確定各個輸出變換器和位于所述方向的空間中的第一位置之間的距離；導出相應延時，使得從要定向的所述信號得到的各個變換器的聲波基本上同時到達空間中的所述位置。
5.一種利用輸出變換器陣列建立具有模擬原點的聲場的方法，所述方法包括以下步驟關于各個輸出變換器，獲得輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置以及所述模擬原點的位置來選擇的，以便建立看上去基本上象是發自所述模擬原點的聲場；以及將所述延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于所述關于各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的延遲復制信號的步驟包括將所述輸入信號復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把所述輸入信號的各個復制信號延遲所述相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述模擬原點來選擇的。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于還包括以下步驟在所述延遲步驟之前，通過導出相應延時，計算關于各個復制信號的相應延時，使得來自各個變換器的聲波被延遲，延遲的時間為所述信號從所述模擬原點到達所述各個變換器所花的時間。
8.一種用于定向聲波的設備，所述設備包括輸出變換器陣列；復制和延遲裝置，所述復制和延遲裝置被安排成關于各個輸出變換器來獲得所述信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置以及給定方向來選擇的，以便基本上按所述方向來定向從要定向的所述信號得到的聲波；以及路由選擇裝置，用于把所述延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器。
9.如權利要求8所述的設備，其特征在于所述復制和延遲裝置包括復制裝置，用于把所述信號復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；以及延遲裝置，用于把要定向的所述信號的各個復制信號延遲所述相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述方向來選擇的。
10.如權利要求9所述的設備，其特征在于還包括計算裝置，用于在所述延遲步驟之前，通過導出路由選擇到各個變換器的復制信號相應延時，計算關于各個復制信號的相應延時，使得來自各個變換器的聲波的相同時間部分一起構成以所述方向傳播的波陣面。
11.如權利要求9所述的設備，其特征在于還包括計算裝置，用于在所述延遲步驟之前，通過以下方式計算關于各個復制信號的相應延時確定各個輸出變換器和位于所述方向的空間中的第一位置之間的距離；導出相應延時，使得從要定向的所述信號得到的各個變換器的聲波基本上同時到達空間中的所述位置。
12.一種建立具有模擬原點的聲場的設備，所述設備包括輸出變換器陣列；復制和延遲裝置，所述復制和延遲裝置被安排成關于各個輸出變換器來獲得輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置以及所述模擬原點的位置來選擇的，以便建立看上去基本上象是發自所述模擬原點的聲場；以及路由選擇裝置，用于把所述延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器。
13.如權利要求12所述的設備，其特征在于所述復制和延遲裝置包括復制裝置，用于把所述輸入信號復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；延遲裝置，用于把所述輸入信號的各個復制信號延遲所述相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述模擬原點來選擇的。
14.如權利要求13所述的設備，其特征在于還包括計算裝置，用于在所述延遲步驟之前，通過導出相應延時，計算關于各個復制信號的相應延時，使得來自各個變換器的聲波被延遲，延遲的時間為所述信號從所述模擬原點到達所述各個變換器所花的時間。
15.一種利用輸出變換器陣列來消除從零位置的信號得到的聲波的方法，所述方法包括以下步驟關于各個輸出變換器，獲得要消除的信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置以及零位置來選擇的；換算并反相各個所述延遲復制信號；以及將所述換算和反相的延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器，使得至少部分消除所述零位置的聲場。
16.如權利要求15所述的方法，其特征在于所述關于各個輸出變換器來獲得要消除的所述信號的延遲復制信號的步驟包括將要消除的所述信號復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把要消除的所述信號的各個復制信號延遲所述相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述零位置來選擇的。
17.如權利要求15或權利要求16所述的方法，其特征在于在從要消除的信號獲得任何延遲復制信號之前對要消除的信號執行所述換算和/或所述反相。
18.如權利要求15到17中的任何一項所述的方法，其特征在于要消除的所述信號也被提供給所述陣列的輸出變換器。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于還包括以下步驟關于各個變換器，獲得所述要消除的信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置來選擇的；關于各個變換器，對所述相應反相和換算的延遲復制信號與所述相應延遲復制信號進行求和，以得到輸出信號；將各個輸出信號路由選擇到其相應變換器。
20.如權利要求19所述的方法，其特征在于所述關于各個輸出變換器來獲得要消除的所述信號的延遲復制信號的步驟包括將要消除的所述信號復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把要消除的所述信號的各個復制信號延遲相應預定延時，所述相應預定延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述零位置來選擇的。
21.如權利要求15到17中的任何一項所述的方法，其特征在于要消除的所述信號被提供給不是所述輸出變換器陣列的一部分的一個或多個輸出變換器。
22.如權利要求15到21中的任何一項所述的方法，其特征在于選擇所述換算，使得來自所述輸出變換器陣列的、從所述反相和換算的要消除的信號得到的聲波在所述零位置具有基本上與從要消除的所述信號得到的聲波相同的大小。
23.如權利要求15到22中的任何一項所述的方法，其特征在于要消除的所述信號由位于所述零位置的輸入變換器來檢測。
24.如權利要求23所述的方法，其特征在于所述輸入變換器可移動，并且所述零位置被選擇為跟蹤所述輸入變換器的位置，以便建立關于在所述零位置的聲場的負反饋回路。
25.一種用于消除零位置上的聲波的設備，所述設備包括輸出變換器陣列；復制和延遲裝置，所述復制和延遲裝置被安排成關于各個輸出變換器來獲得要消除的信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置以及所述零位置來選擇的；換算器裝置和反相器裝置，用于換算并反相各個所述延遲復制信號；路由選擇裝置，它將所述換算和反相的延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器，使得至少部分消除在所述零位置的聲場。
26.如權利要求25所述的設備，其特征在于所述換算器裝置和/或所述反相器裝置被安排在所述復制和延遲裝置之前。
27.如權利要求25或權利要求25所述的設備，其特征在于還包括路由選擇裝置，用于將要消除的所述信號路由選擇到所述陣列的輸出變換器。
28.如權利要求27所述的設備，其特征在于還包括第二復制和延遲裝置，它被安排成關于各個變換器來獲得所述要消除的信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置來選擇的；加法器裝置，用于關于各個變換器來對所述相應反相和換算的延遲復制信號與所述相應延遲復制信號進行求和，以得到輸出信號；路由選擇裝置，它將各個輸出信號路由選擇到其相應變換器。
29.如權利要求25或權利要求26所述的設備，其特征在于還包括不是所述輸出變換器陣列的一部分的、用于輸出要消除的所述信號的一個或多個輸出變換器。
30.如權利要求25到29中的任何一項所述的設備，其特征在于所述換算器被安排成應用換算因子，使得來自所述輸出變換器陣列的、表示所述反相和換算的要消除的所述信號的聲波在所述零位置具有基本上與表示要消除的所述信號的聲波相同的大小。
31.如權利要求25到30中的任何一項所述的設備，其特征在于還包括位于所述零位置的輸入變換器，以便檢測要消除的所述信號。
32.如權利要求31所述的設備，其特征在于所述輸入變換器可移動，并且所述延遲裝置選擇相應延遲，使得所述零位置跟蹤所述輸入變換器的位置，以便建立關于在所述零位置的聲場的負反饋回路。
33.一種使表示相應聲道的多個輸入信號看上去象是空間中相應不同位置發出的方法，所述方法包括以下步驟在空間中各個所述位置提供聲反射或諧振曲面；提供距空間中所述位置遠端的輸出變換器陣列；以及利用所述輸出變換器陣列，將各個聲道的聲波定向到空間中相應位置，使所述聲波由所述反射或諧振曲面重發；所述定向步驟包括關于各個變換器，獲得各個輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及空間中所述相應位置來選擇的，使得聲道的聲波被定向到關于所述聲道的空間中的位置；關于各個變換器，對各個輸入信號的相應延遲復制信號進行求和，以產生輸出信號；以及將所述輸出信號路由選擇到相應變換器。
34.如權利要求33所述的方法，其特征在于所述關于各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的延遲復制信號的步驟包括將所述輸入信號復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把所述輸入信號的各個復制信號延遲所述相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及空間中所述相應位置來選擇的。
35.如權利要求33或權利要求34所述的方法，其特征在于還包括以下步驟在所述延遲步驟之前，通過以下方式計算關于各個輸入信號復制信號的相應延時確定各個輸出變換器和關于那個輸入信號的空間中位置之間的距離；導出相應延遲值，使得來自單個聲道的各個變換器的聲波同時到達空間中的所述位置。
36.如權利要求33到35中任何一項所述的方法，其特征在于還包括以下步驟反相所述多個輸入信號中的一個輸入信號；關于各個輸出變換器，獲得所述反相的輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置來選擇的，使得從所述反相的輸入信號得到的聲波被定向在空間中的某個位置，以便至少部分消除在空間中的那個位置從那個輸入信號得到的聲波。
37.如權利要求36所述的方法，其特征在于所述關于各個輸出變換器來獲得所述反相的輸入信號的延遲復制信號的步驟包括將所述反相的輸入信號復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把所述反相的輸入信號的各個復制信號延遲相應預定延時，所述相應預定延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置來選擇的。
38.如權利要求36或權利要求37所述的方法，其特征在于所述反相的輸入信號被換算，使得從所述反相的輸入信號得到的聲波基本上消除在空間中所述位置從那個輸入信號得到的聲波。
39.如權利要求38所述的方法，其特征在于所述換算是通過以下方式來選擇的關于已經被反相的所述輸入信號，確定在空間中所述位置的聲波的大小，并選擇所述換算使得從所述反相的輸入信號得到的聲波在那個位置基本上具有相同的大小。
40.如權利要求33到39中任何一項所述的方法，其特征在于至少一個所述曲面是由房間的墻或其它固定構件提供的。
41.一種用于使表示相應聲道的多個輸入信號看上去象是從空間中相應不同位置發出的設備，所述設備包括在空間中各個所述位置的聲反射或諧振曲面；距空間中的所述位置遠端的輸出變換器陣列；以及控制器，用于利用所述輸出變換器陣列，將各個聲道的聲波定向到空間中那個聲道的相應位置，使得所述聲波由所述反射或諧振曲面重發；所述控制器包括復制和延遲裝置，所述復制和延遲裝置被安排成關于各個變換器來獲得各個輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及空間中所述相應位置來選擇的，使得聲道的聲波被定向到關于所述聲道的空間中的位置；加法器裝置，所述加法器裝置被安排成關于各個變換器來對各個輸入信號的相應延遲復制信號進行求和，以產生輸出信號；以及路由選擇裝置，它將所述輸出信號路由選擇到相應變換器，使得所述聲道聲波被定向到關于那個輸入信號的空間中位置。
42.如權利要求41所述的設備，其特征在于所述控制器還包括計算裝置，用于通過以下方式計算關于各個輸入信號復制信號的相應延時確定各個輸出變換器和關于那個輸入信號的空間中位置之間的距離；導出相應延遲值，使得來自單個聲道的各個變換器的聲波同時到達空間中的所述位置。
43.如權利要求41或權利要求42所述的設備，其特征在于所述控制器還包括反相器，用于反相所述多個輸入信號中的一個輸入信號；第二復制和延遲裝置，所述第二復制和延遲裝置被安排成關于各個輸出變換器來獲得所述反相的輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置以及空間中第二位置來選擇的，使得從所述反相的輸入信號得到的聲波被定向在空間中所述第二位置，以便至少部分消除在空間中所述第二位置從那個輸入信號得到的聲波。
44.如權利要求43所述的設備，其特征在于所述控制器還包括換算器，用于換算所述反相的輸入信號，使得從所述反相的輸入信號得到的聲波基本上消除在空間中所述第二位置從那個輸入信號得到的聲波。
45.如權利要求41到44中任何一項所述的設備，其特征在于所述曲面為反射的，并且具有需要漫反射的聲頻波長的級別的粗糙度。
46.如權利要求41到45中任何一項所述的設備，其特征在于所述曲面為光學透明的。
47.如權利要求42到46中任何一項所述的設備，其特征在于至少一個所述曲面是房間的墻或其它固定構件。
48.一種檢測在輸出變換器陣列附近的輸入變換器的位置的方法，所述方法包括以下步驟從所述陣列的至少三個輸出變換器輸出相應可識別聲測試信號；在所述輸入變換器接收各個所述測試信號；檢測輸出各個測試信號和在輸入變換器接收所述測試信號之間的時間；以及利用所述檢測的時間，通過三角測量來計算所述輸入變換器的視在位置。
49.如權利要求48所述的方法，其特征在于所述相應可識別聲測試信號從至少四個輸出變換器輸出；以及檢測的時間被用于計算聲音的平均速度的值，以及所述輸入變換器的視在位置。
50.如權利要求48或權利要求49所述的方法，其特征在于所述計算包括形成多于所具有的變量的聯立方程；解這些聯立方程，以找到給出總的最小誤差的變量的值。
51.如權利要求48到50中任何一項所述的方法，其特征在于還包括以下步驟利用與輸出聲測試信號的變換器不同的一組輸出變換器輸出輸入信號。
52.如權利要求48到51中任何一項所述的方法，其特征在于還包括以下步驟通過將所述輸入信號加到所述相應聲測試信號，從所述至少三個輸出變換器輸出輸入信號。
53.如權利要求51或權利要求52所述的方法，其特征在于所述輸入信號是由所述輸入變換器檢測的信號。
54.如權利要求53所述的方法，其特征在于還包括以下步驟關于所述陣列的各個輸出變換器，獲得所述輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述輸入變換器的檢測的位置來選擇的；換算并反相所述輸入信號的所述延遲復制信號；將所述輸入信號的所述換算反相的延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器，使得從所述輸入信號得到聲波在所述輸入變換器的位置基本上被消除。
55.如權利要求54所述的方法，其特征在于所述關于所述陣列的各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的延遲復制信號的步驟包括將所述輸入信號復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把所述輸入信號的各個復制信號延遲所述相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述輸入變換器的檢測的位置來選擇的。
56.如權利要求54或權利要求55所述的方法，其特征在于從所述測試信號得到聲波在所述輸入變換器的位置不被消除。
57.如權利要求54到56中任何一項所述的方法，其特征在于在所述延遲復制信號被建立之前對所述輸入信號執行所述換算和反相。
58.如權利要求51到53中任何一項所述的方法，其特征在于還包括以下步驟關于所述陣列的各個輸出變換器，獲得所述輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述輸入變換器的檢測的位置來選擇的，使得將從所述輸入信號得到的聲波定向到所述輸入變換器的檢測的位置；以及將所述輸入信號的延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器。
59.如權利要求58所述的方法，其特征在于所述關于所述陣列的各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的延遲復制信號的步驟包括將所述輸入信號復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把所述輸入信號的各個復制信號延遲所述相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述輸入變換器的檢測的位置來選擇的。
60.如權利要求58或權利要求59所述的方法，其特征在于選擇所述相應延遲，使得即使在有風或其它不可預測擾動的情況下仍可將聲波定向到所述輸入變換器。
61.如權利要求48到60中任何一項所述的方法，其特征在于還包括以下步驟從所述輸入變換器的所述檢測的視在位置和所述輸入變換器的已知位置來計算風矢量。
62.如權利要求61所述的方法，其特征在于所述計算的風矢量被用于調整輸入信號復制信號的延遲，以便盡管有風也確保所需操作。
63.如權利要求48到62中任何一項所述的方法，其特征在于各個輸出變換器依次輸出測試信號。
64.如權利要求48到62中任何一項所述的方法，其特征在于各個輸出變換器同時發射可識別測試信號。
65.如權利要求63或權利要求64所述的方法，其特征在于所述測試信號包括一組獨立的偽隨機噪聲信號，它們是利用相關函數可識別的。
66.如權利要求63到65中任何一項所述的方法，其特征在于所述測試信號具有整形的頻譜。
67.如權利要求66所述的方法，其特征在于所述頻譜被整形，使功率在音頻帶中較少聽得到的頻率。
68.如權利要求66或權利要求67所述的方法，其特征在于所述頻譜被整形，使得所述測試信號由被路由選擇到所述輸出變換器的信號掩蔽。
69.如權利要求48到68中任何一項所述的方法，其特征在于所述輸入變換器位于操縱用來遠程控制所述輸出變換器的操作的手持遙控器中。
70.一種檢測位于輸入變換器陣列附近的輸出變換器的位置的方法，所述方法包括以下步驟從所述輸出變換器輸出聲測試信號；在所述陣列中的至少三個輸入變換器接收所述測試信號；檢測輸出所述測試信號和在各個輸入變換器接收所述測試信號之間的時間；以及利用所述檢測的時間，通過三角測量來計算所述輸出變換器的視在位置。
71.如權利要求70所述的方法，其特征在于所述測試信號在所述陣列中的第四輸入變換器被接收；以及所述檢測的時間被用于計算聲音的平均速度的值，以及通過三角測量來計算所述輸出變換器的視在位置。
72.如權利要求70或權利要求71所述的方法，其特征在于所述計算包括形成多于所具有的變量的聯立方程；解這些聯立方程，以找到給出總的最小誤差的變量的值。
73.如權利要求70到72中任何一項所述的方法，其特征在于還包括以下步驟在所述陣列的各個輸入變換器接收輸入信號；關于所述陣列的各個輸入變換器，獲得延遲輸入信號，所述延遲輸入信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸入變換器在所述陣列中的位置以及所述輸出變換器的檢測的位置來選擇的；對各個所述延遲輸入信號進行求和，以得到輸出信號。
74.如權利要求73所述的方法，其特征在于還包括以下步驟將所述輸出信號的大小近似除以所述陣列中適當的輸入變換器的數量，以便換算所述輸出信號并優化成零；關于所述陣列的各個輸入變換器，獲得超前的換算輸出信號，所述超前的換算輸出信號被超前相應超前，所述相應超前被選擇成與應用到相應輸入信號的相應延遲的時間量相同。關于各個輸入變換器，從所述相應輸入信號減去所述相應超前的換算輸出信號，以得到一組調整的輸入信號，以便給所述輸出變換器的位置發出的聲波較少的加權。
75.如權利要求73或權利要求74所述的方法，其特征在于在得到所述延遲輸入信號之前從所述接收輸入信號減去所述測試信號。
76.如權利要求70到75中任何一項所述的方法，其特征在于各個所述測試信號包括偽隨機噪聲信號。
77.一種操作用來檢測位于輸出變換器陣列附近的輸入變換器的位置的設備，所述設備包括輸出變換器陣列；輸入變換器；控制器，它被連接到所述輸出變換器陣列和所述輸入變換器，所述控制器被安排成把相應可識別聲測試信號路由選擇到至少三個所述輸出變換器并檢測輸出各個測試信號和在所述輸入變換器接收所述測試信號之間的時間，以便通過三角測量來計算所述輸入變換器的視在位置。
78.如權利要求77所述的設備，其特征在于所述控制器被安排成把相應可識別聲測試信號路由選擇到至少四個輸出變換器；以及所述檢測的時間被用于計算聲音的平均速度的值，以及通過三角測量來計算所述輸入變換器的視在位置。
79.如權利要求77或權利要求78所述的設備，其特征在于所述控制器還被安排成從與輸出聲測試信號的變換器不同的一組輸出變換器來輸出輸入信號。
80.如權利要求77到79中任何一項所述的設備，其特征在于所述控制器還被安排成通過把輸入信號加到所述相應聲測試信號來從所述至少三個輸出變換器輸出輸入信號。
81.如權利要求79或權利要求80所述的設備，其特征在于還包括復制和延遲裝置，用于關于所述陣列的各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置以及所述輸入變換器的檢測的位置來選擇的；換算器裝置和反相器裝置，用于換算并反相所述輸入信號的所述延遲復制信號；路由選擇裝置，用于把所述輸入信號的所述換算反相的延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器，使得從所述輸入信號得到的聲波在所述輸入變換器的位置至少部分被消除。
82.如權利要求81所述的設備，其特征在于從在所述輸入變換器檢測的信號得到所述輸入信號，并且所述控制器還被安排成從所述相應輸入信號減去所述聲測試信號，使得從所述測試信號得到聲波在所述輸入變換器的位置不被消除。
83.如權利要求81或權利要求82所述的設備，其特征在于所述換算器裝置和所述反相器裝置被安排在所述復制和延遲裝置之前，使得在所述輸入信號被復制和延遲之前對對所述輸入信號進行換算和反相。
84.如權利要求79或權利要求81所述的設備，其特征在于還包括第二復制和延遲裝置，用于關于所述陣列的各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述輸入變換器的所述檢測的位置來選擇的，使得把從所述輸入信號得到的聲波定向到所述輸入變換器的檢測的位置；路由選擇裝置，把所述輸入信號的延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器。
85.如權利要求77到84中任何一項所述的設備，其特征在于所述輸入變換器位于操作用來遠程控制所述輸出變換器的操作的手持遙控器中。
86.如權利要求77到85中的任何一項所述的設備，其特征在于所述輸入變換器在所述輸出變換器陣列附近內可移動，并且所述控制器操作用來在輸入變換器移動時跟蹤所述輸入變換器的位置。
87.如權利要求77到86中的任何一項所述的設備，其特征在于所述輸入變換器通過紅外鏈路連接到所述控制器。
88.如權利要求77到87中的任何一項所述的設備，其特征在于還包括計算裝置，用于從所述輸入變換器的所述檢測的視在位置和所述輸入變換器的已知位置來計算風矢量。
89.如權利要求88所述的設備，其特征在于所述計算的風矢量被用于調整輸入信號復制信號的延遲，以便盡管有風也確保所需操作。
90.如權利要求77到89中任何一項所述的設備，其特征在于還包括用于使各個輸出變換器依次輸出測試信號的裝置。
91.如權利要求77到89中任何一項所述的設備，其特征在于還包括用于使各個輸出變換器同時發送可識別測試信號的裝置。
92.如權利要求90或權利要求91所述的設備，其特征在于所述測試信號包括一組獨立的偽隨機噪聲信號，它們是利用相關函數可識別的。
93.如權利要求90到92中任何一項所述的設備，其特征在于所述測試信號具有整形的頻譜。
94.如權利要求93所述的設備，其特征在于所述頻譜被整形，使功率在音頻帶中較少聽得到的頻率。
95.如權利要求93或權利要求94所述的設備，其特征在于所述頻譜被整形，使得所述測試信號由被路由選擇到所述輸出變換器的信號掩蔽。
96.一種操作用來檢測位于輸入變換器陣列附近的輸出變換器的位置的設備，所述設備包括輸入變換器陣列；輸出變換器；控制器，它被連接到所述輸入變換器陣列和所述輸出變換器，所述控制器被安排成把聲測試信號路由選擇到所述輸出變換器并檢測輸出所述測試信號和在至少三個所述輸入變換器接收所述測試信號之間的時間，使得通過三角測量來計算所述輸入變換器的視在位置。
97.如權利要求96所述的方法，其特征在于所述測試信號在所述陣列中的第四輸入變換器被接收；以及所述檢測的時間被用于計算聲音的平均速度的值，以及通過三角測量來計算所述輸出變換器的視在位置。
98.如權利要求96或權利要求97所述的設備，其特征在于所述輸入變換器陣列的各個輸入變換器接收相應輸入信號，所述設備還包括復制和延遲裝置，用于關于所述陣列的各個輸入變換器來獲得延遲輸入信號，所述延遲輸入信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸入變換器在所述陣列中的位置以及所述輸出變換器的檢測的位置來選擇的；加法器，用于對各個所述延遲輸入信號進行求和，以得到輸出信號。
99.如權利要求98所述的設備，其特征在于還包括除法器裝置，用于將所述輸出信號的大小除以所述陣列中輸入變換器的數量，以便換算所述輸出信號；復制和超前裝置，用于關于所述陣列的各個輸入變換器來獲得超前的換算輸出信號，所述超前的換算輸出信號被超前相應超前，所述相應超前被選擇成與應用到相應輸入信號的相應延遲的時間量相同。加法器裝置，用于關于各個輸入變換器從所述相應輸入信號減去所述相應超前的換算輸出信號，以得到一組調整的輸入信號，以便給所述輸出變換器的位置發出的聲波較少的加權。
100.如權利要求98或權利要求99所述的設備，其特征在于還包括第二減法器，用于在得到所述延遲輸入信號之前從所述接收輸入信號減去所述測試信號。
101.如權利要求33到40中任何一項所述的方法，其特征在于利用權利要求48到69中任何一項所述的方法來確定空間中所述相應位置。
102.如權利要求35所述的方法或如權利要求42所述的設備，其特征在于利用權利要求49所述的方法得到聲音速度的值。
103.一種利用輸出變換器陣列發送聲波的方法，所述方法包括以下步驟頻率劃分輸入信號為至少兩個頻帶；關于所述輸出變換器陣列的各個輸出變換器，獲得所述輸入信號的第一頻帶的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置來選擇的，使得從所述輸入信號的第一頻帶得到的聲場以所需方式被整形；關于各個輸出變換器，獲得所述輸入信號的第二頻帶的復制信號；對所述第一和第二頻帶的相應復制信號進行求和，以建立關于各個變換器的相應輸出信號；以及將所述輸出信號路由選擇到相應變換器。
104.如權利要求103所述的方法，其特征在于所述關于所述陣列的各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的第一頻帶的延遲復制信號的步驟包括將所述輸入信號的所述第一頻帶復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把所述輸入信號的所述第一頻帶的各個復制信號延遲相應預定延時，所述相應預定延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述第一選定方向來選擇的。
105.如權利要求103或權利要求104所述的方法，其特征在于根據第一選定方向得到所述延遲，使得從所述輸入信號的第一頻帶得到的聲波以所述第一方向被定向。
106.如權利要求103或權利要求104所述的方法，其特征在于根據模擬原點得到所述延遲，使得所述聲波看上去象是從那個模擬原點發出的。
107.如權利要求103到106中任何一項所述的方法，其特征在于還包括以下步驟關于各個輸出變換器，獲得所述輸入信號的所述第二頻帶的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及第二選定方向來選擇的，使得從所述輸入信號的所述第二頻帶得到的聲波以不同于所述第一方向的所述第二方向被定向。
108.如權利要求107所述的方法，其特征在于所述關于所述陣列的各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的第二頻帶的延遲復制信號的步驟包括將所述輸入信號的所述第二頻帶復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把所述輸入信號的所述第二頻帶的各個復制信號延遲相應預定延時，所述相應預定延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述第二選定方向來選擇的。
109.如權利要求103所述的方法，其特征在于對所述輸入信號的所述第二頻帶的各個復制信號沒有應用延遲或應用恒定延遲。
110.一種利用輸出變換器陣列發送聲波的方法，所述方法包括以下步驟頻率劃分輸入信號為至少兩個頻帶；關于所述輸出變換器陣列的各個輸出變換器，獲得所述輸入信號的第一頻帶的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及第一選定方向來選擇的；換算并反相所述輸入信號的所述第一頻帶的所述延遲復制信號；關于各個輸出變換器，獲得所述輸入信號的第二頻帶的復制信號；對所述第一和第二頻帶的相應復制信號進行求和，以建立關于各個變換器的相應輸出信號；以及將所述輸出信號路由選擇到相應變換器，使得在特定方向至少部分消除從所述輸入信號的第一頻帶得到的聲波。
111.如權利要求110所述的方法，其特征在于所述關于所述陣列的各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的第一頻帶的延遲復制信號的步驟包括將所述輸入信號的所述第一頻帶復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把所述輸入信號的所述第一頻帶的各個復制信號延遲相應預定延時，所述相應預定延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述第二選定方向來選擇的。
112.如權利要求110或權利要求111所述的方法，其特征在于在從要消除的信號獲得任何延遲復制信號之前對要消除的信號執行所述換算和/或所述反相。
113.如權利要求110到112中的任何一項所述的方法，其特征在于所述頻率分解步驟和所述獲得步驟由具有帶通特性的濾波器同時執行，使得僅延遲通過所述第一頻帶。
114.如權利要求103到113中的任何一項所述的方法，其特征在于所述第一頻帶表示比所述第二頻帶高的所述輸入信號的頻帶。
115.一種發送聲波的設備，它包括輸出變換器陣列；頻率劃分裝置，用于把輸入信號分為至少兩個頻帶；復制和延遲裝置，用于關于所述輸出變換器陣列的各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的第一頻帶的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置來選擇的；所述復制器和延遲裝置還被安排成關于各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的第二頻帶的復制信號；加法器裝置，用于對所述第一和第二頻帶的相應復制信號進行求和，以建立關于各個變換器的相應輸出信號；以及路由選擇裝置，用于把所述輸出信號路由選擇到相應變換器。
116.如權利要求115所述的設備，其特征在于根據第一選定方向得到所述延遲復制信號，使得從所述輸入信號的第一頻帶得到的聲波以所述第一方向被定向。
117.如權利要求115所述的設備，其特征在于根據模擬原點得到所述延遲復制信號，使得所述聲場看上去象是從那個模擬原點發出的。
118.如權利要求115到117中的任何一項所述的設備，其特征在于所述復制和延遲裝置被安排成關于各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的所述第二頻帶的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及第二選定方向來選擇的，使得從所述輸入信號的所述第二頻帶得到的聲波以不同于所述第一方向的所述第二方向被定向。
119.如權利要求115所述的設備，其特征在于所述復制器和延遲裝置被被安排成對所述輸入信號的所述第二頻帶的各個復制信號不應用延遲或應用恒定延遲。
120.一種發送聲波的設備，它包括輸出變換器陣列；頻率劃分裝置，用于頻率劃分輸入信號為至少兩個頻帶；復制和延遲裝置，用于關于所述輸出變換器陣列的各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的第一頻帶的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置和第一選定方向來選擇的；換算器裝置和反相器裝置，用于換算并反相所述輸入信號的所述第一頻帶的所述延遲復制信號；所述復制器和延遲裝置還被安排成關于各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的第二頻帶的復制信號；加法器裝置，用于對所述第一和第二頻帶的相應復制信號進行求和，以建立關于各個變換器的相應輸出信號；以及路由選擇裝置，用于把所述輸出信號路由選擇到相應變換器，使得在特定方向至少部分地消除從所述輸入信號的第一頻帶得到的聲波。
121.如權利要求120所述的設備，其特征在于所述換算器裝置和/或所述反相器裝置被安排在所述復制和延遲裝置之前。
122.如權利要求120或權利要求121所述的設備，其特征在于所述頻率劃分器裝置和所述延遲裝置包括僅僅延遲通過所述第一頻帶的濾波器。
123.如權利要求115到122中的任何一項所述的設備，其特征在于所述第一頻帶表示比所述第二頻帶高的所述輸入信號的頻帶。
124.一種指示聲音的焦點位置的方法，所述方法包括以下步驟從分開的源發出第一方向的第一光射束和第二方向的第二光射束，使得光射束相交于空間中第一位置；以及使從第一輸入信號得到的第一聲波聚焦在空間中所述第一位置。
125.如權利要求124所述的方法，其特征在于所述第一光射束與所述第二光射束的顏色不同。
126.如權利要求124或權利要求125所述的方法，其特征在于所述聚焦包括關于輸出變換器陣列的各個輸出變換器，獲得所述第一輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述第一和第二方向來選擇的；以及把所述第一輸入信號的所述延遲復制信號路由選擇到相應變換器。
127.如權利要求126所述的方法，其特征在于所述關于所述陣列的各個輸出變換器來獲得所述第一輸入信號的延遲復制信號的步驟包括將所述第一輸入信號復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把所述第一輸入信號的各個復制信號延遲相應預定延時，所述相應預定延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述第一和第二方向來選擇的。
128.如權利要求126或權利要求127所述的方法，其特征在于所述被路由選擇到各個變換器的第一輸入信號的延時是改變的，以便所述陣列中的各個變換器延遲輸出所述第一聲波，使所述第一聲波同時到達空間中所述第一位置。
129.如權利要求126到128中的任何一項所述的方法，其特征在于還包括以下步驟從分開的源發出第三方向的第三光射束和第四方向的第四光射束，使光射束相交于空間中第二位置；以及使從第二輸入信號得到的第二聲波聚焦在空間中所述第二位置；所述聚焦包括關于所述輸出變換器陣列的各個輸出變換器，獲得所述第二輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述第三和第四方向來選擇的；所述路由選擇步驟由以下步驟代替關于各個輸出變換器，對所述第一輸入信號的相應延遲復制信號與所述第二輸入信號的相應延遲復制信號進行求和，以建立輸出信號；以及將所述輸出信號路由選擇到相應變換器。
130.如權利要求129所述的方法，其特征在于所述關于所述陣列的各個輸出變換器來獲得所述第二輸入信號的延遲復制信號的步驟包括將所述第二輸入信號復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把所述第二輸入信號的各個復制信號延遲相應預定延時，所述相應預定延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述第三和第四方向來選擇的。
131.一種用于允許用戶選擇聲波聚焦位置的設備，所述設備包括至少一個輸出變換器，它被安排成接收第一輸入信號并輸出從所述第一輸入信號得到的聲波；第一光源，用于發出可選擇的第一方向的第一光射束；第二光源，用于發出可選擇的第二方向的第二光射束；以及控制器，它被連接到所述輸出變換器和所述第一和第二光源，所述控制器響應于用戶選擇來控制所述第一和第二方向，并控制所述至少一個輸出變換器，使從所述第一輸入信號得到的聲波被聚焦在所述光射束相交的空間中第一位置。
132.如權利要求131所述的設備，其特征在于所述第一光源發出與所述第二光源不同顏色的光。
133.如權利要求131或權利要求132所述的設備，其特征在于所述至少一個輸出變換器包括輸出變換器陣列并且所述控制器還包括復制和延遲裝置，用于關于所述輸出變換器陣列的各個輸出變換器來獲得所述第一輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述第一和第二方向來選擇的；以及路由選擇裝置，用于把所述第一輸入信號的所述延遲復制信號路由選擇到相應變換器。
134.如權利要求133所述的設備，其特征在于所述延遲裝置改變被路由選擇到各個變換器的所述第一輸入信號的延時，以便所述陣列中的各個變換器延遲輸出所述第一聲波，使所述第一聲波同時到達空間中所述第一位置。
135.如權利要求133或權利要求134所述的設備，其特征在于還包括第三光源，用于發出可選擇的第三方向的第三光射束；第四光源，用于發出可選擇的第四方向的第四光射束；使從第二輸入信號得到的第二聲波聚焦在空間中所述第二位置；所述復制和延遲裝置還被安排成關于所述輸出變換器陣列的各個輸出變換器來獲得第二輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置以及所述第三和第四方向來選擇的；所述路由選擇裝置由以下裝置代替加法器，用于關于各個輸出變換器對所述第一輸入信號的相應延遲復制信號與所述第二輸入信號的相應延遲復制信號進行求和，以建立輸出信號；以及路由選擇裝置，用于將所述輸出信號路由選擇到相應變換器。
136.如權利要求124到130中的任何一項所述的方法或如權利要求131到135中的任何一項所述的設備，其特征在于所述光射束是用戶可獨立控制的，以便用戶可以通過獨立控制所述第一和第二光射束相交的位置把從所述第一信號得到的聲波聚焦在空間中所述第一位置。
137.如權利要求126到130中的任何一項所述的方法或如權利要求133或權利要求134所述的設備，其特征在于利用權利要求49所述的方法得到的聲音的速度的值被用于計算所述相應延時。
138.一種限制至少一個從第一和第二信號產生的輸出信號的方法，所述方法包括以下步驟對所述第一信號開窗，以建立包括所述第一信號的連續抽樣的第一窗部分；確定所述第一信號的所述窗部分中最大抽樣的大小；對所述第二信號開窗，以建立包括所述第二信號的連續抽樣的第二窗部分；確定所述第二信號的所述窗部分中最大抽樣的大小；將來自所述第一和第二窗部分的所述最大抽樣加到一起，以得到第一控制信號；根據所述控制信號的大小衰減所述第一和第二信號的大小；以及從所述第一和第二信號產生所述至少一個輸出信號。
139.如權利要求138所述的方法，其特征在于為陣列中預定數量的輸出變換器產生多個輸出信號；所述方法還包括關于所述陣列的各個輸出變換器，獲得所述第一信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置來選擇的；關于所述陣列的各個輸出變換器，獲得所述第二信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置來選擇的；對所述第一信號的各個延遲復制信號與所述第二信號的各個延遲復制信號進行求和，以獲得關于各個變換器的輸出信號；以及把各個輸出信號路由選擇到變換器陣列中各自的聲輸出變換器，選擇所述預定延遲以定向從所述變換器陣列輸出的聲波。
140.如權利要求139所述的方法，其特征在于所述關于所述陣列的各個輸出變換器來獲得所述第一信號的延遲復制信號的步驟包括將所述第一信號復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把所述第一輸入信號的各個復制信號延遲相應預定延時，所述相應預定延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置來選擇的；并且所述關于所述陣列的各個輸出變換器來獲得所述第二信號的延遲復制信號的步驟包括將所述第二信號復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把所述第二信號的各個復制信號延遲相應預定延時，所述相應預定延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置來選擇的。
141.如權利要求139或權利要求140所述的方法，其特征在于所述第一開窗步驟建立至少(dmax1)*Fs個抽樣的第一窗部分，其中dmax1是單位為秒的最大預定延時，它被應用到所述第一信號的任何復制信號，Fs是單位為Hz的所述第一信號的抽樣頻率，而所述第二開窗步驟建立至少(dmax2)*Fs個抽樣的第二窗部分，其中dmax2是單位為秒的最大預定延時，它被應用到所述第二信號的任何復制信號，Fs是單位為Hz的所述第二信號的抽樣頻率。
142.如權利要求138到141中的任何一項所述的方法，其特征在于還包括在所述衰減所述第一和第二信號的大小的步驟之前對所述第一信號進行過抽樣和反成像濾波(anti-image filtering)；對所述第二信號進行過抽樣和反成像濾波；以及對所述控制信號進行過抽樣和反成像濾波；其中所述反成像濾波步驟把組延遲引入相應濾波信號，并且所述控制信號被延遲，延遲的時間量少于所述第一和第二信號延遲的時間量。
143.如權利要求138到142中的任何一項所述的方法，其特征在于還包括以下步驟在所述衰減步驟之前，相對于所述控制信號延遲所述第一和第二信號。
144.如權利要求138到143中的任何一項所述的方法，其特征在于還包括以下步驟平滑所述控制信號。
145.如權利要求138到144中的任何一項所述的方法，其特征在于所述第一和第二信號所被衰減，衰減量與所述控制信號的大小成比例。
146.一種信號限制裝置，它包括第一緩沖器，用于儲存第一信號的一系列連續抽樣；第二緩沖器，用于儲存第二信號的一系列連續抽樣；分析裝置，用于在各個抽樣時鐘周期各個緩沖器中儲存的最大值的確定；加法器，用于對所述最大值求和，以得到控制信號；衰減器，用于根據所述控制信號將所述第一和第二信號中的每一個衰減一個量；以及用于從所述第一和第二信號生成輸出信號的裝置。
147.如權利要求146所述的信號限制裝置，其特征在于還包括用于為陣列中預定數量的輸出變換器生成多個輸出信號的裝置；將所述第一信號復制所述預定次數以得到關于各個輸出變換器的復制信號的復制器；將所述第二信號復制所述預定次數以得到關于各個輸出變換器的復制信號的復制器；把所述第一信號的各個復制信號延遲相應預定延時的延遲裝置，所述相應預定延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置來選擇的；把所述第二信號的各個復制信號延遲相應預定延時的延遲裝置，所述相應預定延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置來選擇的；加法器，用于對所述第一信號的各個延遲復制信號與所述第二信號的相應延遲復制信號進行求和，以得到關于各個變換器的輸出信號；以及聲輸出變換器陣列，其中每一個被安排成接收來自所述加法器的相應信號，選擇所述預定延遲以定向從所述變換器陣列輸出的聲波。
148.如權利要求147所述的信號限制裝置，其特征在于所述第一緩沖器儲存至少(dmax1)*FS個抽樣，其中dmax1是單位為秒的最大預定延時，它通過所述第一延遲裝置被應用到所述第一信號的任何復制信號，Fs是單位為Hz的所述第一信號的抽樣頻率，而所述第二緩沖器儲存至少(dmax2)*Fs個抽樣，其中dmax2是單位為秒的最大預定延時，它通過所述第二延遲裝置被應用到所述第二信號的任何復制信號，Fs是單位為Hz的所述第二信號的抽樣頻率。
149.如權利要求146到148中的任何一項所述的信號限制裝置，其特征在于還包括過抽樣裝置，用于對所述第一信號、所述第二信號和所述控制信號進行過抽樣；以及反成像濾波裝置，用于對所述過抽樣第一信號、所述過抽樣第二信號和所述過抽樣控制信號進行反成像濾波；其中所述反成像濾波裝置延遲所述第一和第二信號，延遲量大于它延遲所述控制信號的延遲量。
150.如權利要求146到149中的任何一項所述的信號限制裝置，其特征在于還包括被安排在所述衰減器之前延遲所述第一信號的裝置；被安排在所述衰減器之前延遲所述第二信號的裝置。
151.如權利要求146或150中的任何一項所述的信號限制裝置，其特征在于還包括用于整形所述控制信號以使其平滑改變的信號整形器。
152.如權利要求146到151中的任何一項所述的信號限制裝置，其特征在于所述衰減器衰減所述第一和第二信號，衰減量與所述控制信號的大小成比例。
153.一種檢測輸出變換器陣列中故障變換器的方法，所述方法包括以下步驟將測試信號路由選擇到所述陣列的各個輸出變換器；以及分析在所述輸出變換器陣列附近的輸入變換器得到的信號，以確定各個輸出變換器是否已經出故障。
154.如權利要求153所述的方法，其特征在于各個輸出變換器依次發送測試信號。
155.如權利要求153所述的方法，其特征在于各個輸出變換器同時發送可識別測試信號。
156.如權利要求154或權利要求155所述的方法，其特征在于所述測試信號包括一組獨立的偽隨機噪聲信號，它們是利用相關函數可識別的。
157.如權利要求153到156中的任何一項所述的方法，其特征在于還包括使任何已經出故障的輸出變換器靜音。
158.如權利要求153到157中的任何一項所述的方法，其特征在于還包括以下步驟關于各個輸出變換器，獲得輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應變換器在所述陣列中的位置來選擇的，使得以選定方向定向從所述輸入信號得到的聲波；把所述輸入信號的延遲復制信號路由選擇到相應變換器。
159.如權利要求158所述的方法，其特征在于所述關于所述陣列的各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的延遲復制信號的步驟包括將所述輸入信號復制所述預定次數，以得到關于各個輸出變換器的復制信號；把所述輸入信號的各個復制信號延遲相應預定延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置來選擇的。
160.如權利要求159所述的方法，其特征在于還包括以下步驟關于各個輸出變換器，對各個延遲復制信號與相應測試信號進行求和。
161.如權利要求158到160中的任何一項所述的方法，其特征在于還包括以下步驟對所述輸入信號復制信號應用校正，以計及一個或多個所述輸出變換器被靜音的事實，以便使任何故障變換器的影響最小。
162.如權利要求161所述的方法，其特征在于所述校正包括控制路由選擇到故障輸出變換器附近的輸出變換器的延遲復制信號的幅值。
163.如權利要求162所述的方法，其特征在于所述路由選擇到所述輸出變換器的延遲復制信號的幅值被控制，以便你更接近所述故障輸出變換器移動時，延遲復制信號的幅值減小。
164.如權利要求153到163中的任何一項所述的方法，其特征在于所述測試信號具有整形的頻譜。
165.如權利要求164所述的方法，其特征在于所述頻譜被整形，使功率在音頻帶中較少聽得到的頻率。
166.如權利要求164或權利要求165所述的方法，其特征在于所述頻譜被整形，使得所述測試信號由被路由選擇到所述輸出變換器的信號掩蔽。
167.一種再現音頻信號的方法，所述方法包括以下步驟對與所述音頻信號有關的信息信號進行解碼；根據在所述解碼步驟中解碼的信息信號來處理所述音頻信號；再現所述處理的音頻信號。
168.如權利要求167所述的方法，其特征在于所述解碼的信息信號是表示聲場應如何被整形的聲場整形信號。
169.如權利要求168所述的方法，其特征在于所述解碼的信息信號是表示所述音頻信號應該被定向在何處的聲音射束操縱信號。
170.如權利要求168所述的方法，其特征在于所述解碼的信息信號是表示原點的信號，其中所述音頻信號應該看上去象是從所述原點發出的。
171.如權利要求167到170中的任何一項所述的方法，其特征在于所述處理包括關于輸出變換器陣列的各個輸出變換器，獲得所述音頻信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置來選擇的。
172.如權利要求167到169中的任何一項所述的方法，其特征在于所述再現所述處理的音頻信號步驟包括把所述各個所述延遲復制信號路由選擇到輸出變換器陣列的相應輸出變換器，以便根據所述信息信號取得定向的聲音。
173.如權利要求167到169中的任何一項所述的方法，其特征在于所述再現所述處理的音頻信號步驟包括將所述音頻信號饋送到變換器，并使那個變換器指向特定位置，以便根據所述信息信號取得定向的聲音。
174.如權利要求171或權利要求172所述的方法，其特征在于各個所述一定延遲量都是從所述信息信號得到的。
175.如權利要求171或權利要求172所述的方法，其特征在于各個所述一定延遲量都是利用某種算法來計算的，并且所述信息信號包括3D或2D坐標。
176.如權利要求171或權利要求172所述的方法，其特征在于各個所述一定延遲量都利用查找表來計算的，并且所述信息信號包括所述查找表中的地址。
177.如權利要求176所述的方法，其特征在于所述查找表包括將某個物理位置與一組延遲值相關聯的數據庫，所述信息信號包括指示某個物理位置的信息，并且所述處理步驟包括延遲所述n個復制音頻信號，延時量由查找表中與所述信息信號中指示的所述某個物理位置相關聯的項確定。
178.如權利要求176或權利要求177所述的方法，其特征在于還包括通過為各個物理位置建立某些物理位置和一組n個延遲量之間的關聯來計算所述查找表的步驟，所述計算所述查找表的步驟是在所述對信息信號進行解碼的步驟之前被執行。
179.如權利要求167到178中的任何一項所述的方法，其特征在于所述信息信號與所述音頻信號復用。
180.如權利要求179所述的方法，其特征在于所述信息信號和所述音頻信號都是數字信號并且被時分復用。
181.一種方法，它包括決定包括音頻信號的聲場在再現期間應該如何被整形；以及根據所述決定的結果對所述信息信號進行編碼。
182.如權利要求181所述的方法，其特征在于所述編碼的信息信號是表示所述聲場應該如何被整形的聲場整形信號。
183.如權利要求182所述的方法，其特征在于所述編碼的信息信號是表示所述音頻信號應該被定向在何處的聲音射束操縱信號。
184.如權利要求182所述的方法，其特征在于所述編碼的信息信號是表示原點的信號，其中所述音頻信號應該看上去象是從所述原點發出的。
185.如權利要求181到184中的任何一項所述的方法，其特征在于還包括以下步驟將所述信息信號與所述音頻信號相關聯。
186.如權利要求181到185中的任何一項所述的方法，其特征在于所述編碼的信息信號表示焦點位置或模擬原點位置，并且所述對所述信息信號進行編碼的步驟包括將相應位置映射到n個延遲系數的組并將n個延遲系數編碼在所述信息信號中。
187.如權利要求181到185中的任何一項所述的方法，其特征在于所述編碼的信息信號表示焦點位置或模擬原點位置，并且所述對所述信息信號進行編碼的步驟包括將位置代碼與相應位置相關聯并將這個位置代碼編碼到所述信息信號中。
188.如權利要求176、186或187中的任何一項所述的方法，其特征在于相對于在再現所述音頻信號期間使用的輸出變換器確定所述相應位置。
189.如權利要求176、186或187中的任何一項所述的方法，其特征在于相對于房間中的屏幕確定所述物理位置，其中在再現所述信號期間使用的所述輸出變換器位于所述房間。
190.一種用于再現音頻信號的設備，它包括用于輸入音頻信號的輸入端；用于輸入信息信號的輸入端；對所述信息信號進行解碼的裝置；復制器和延遲裝置，所述復制器和延遲裝置被安排成關于輸出變換器陣列的各個輸出變換器來獲得所述輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據相應輸出變換器在所述陣列中的位置并根據所述解碼的信息信號來選擇的；路由選擇裝置，用于把各個所述延遲復制音頻信號路由選擇到相應輸出變換器，以便根據所述信息信號獲得聲場。
191.如權利要求190所述的設備，其特征在于還包括連接到所述音頻信號輸入端和所述信息信號輸入端的分用器，以便通過復用音頻信號和信息信號得到信號可被輸入到所述設備。
192.一種解碼器，它包括用于與傳統輸出變換器驅動器連接的裝置；用于接收多個音頻信號和多個有關信息信號的裝置；用于對所述信息信號進行解碼并利用所述解碼的結果把所述音頻信號路由選擇到所述輸出變換器驅動器以便用傳統輸出變換器取得所需效果的裝置。
193.如權利要求21所述的解碼器，其特征在于它適合用于所述輸出變換器包括裝在頭部的擴音器時。
194.一種設計想要由輸出變換器陣列建立的聲場的方法，所述方法包括以下步驟識別想要基本均勻覆蓋的區域；識別想要特定頻帶中的最小覆蓋的區域；將上述標識按重要次序區分優先次序；識別第二優先權的嘗試實施可能對第一優先權的實施的損害量；以及關于所述輸出變換器陣列的各個輸出變換器，選擇用于濾波被路由選擇到相應輸出變換器的輸入信號的系數，以獲得定向聲場，所述聲場使第一優先權在實際約束內實施，并且所述第二優先權的實際實施對所述第一優先權的實施僅損害所述識別的量。
195.一種建立聲場的方法，所述方法包括以下步驟關于各個輸出變換器，獲得輸入信號的延遲復制信號，所述延遲復制信號被延遲相應延時，所述相應延時是根據如權利要求194所述的方法來選擇的；將所述輸入信號的延遲復制信號路由選擇到相應輸出變換器。
196.如權利要求195所述的方法，其特征在于所述獲得步驟包括將所述輸入信號復制預定次數，以得到關于各個輸出變換器的所述輸入信號的復制信號；把所述輸入信號的各個復制信號延遲所述相應延時。
197.如權利要求194到196的任何一項所述的方法，其特征在于所述區域是通過將輸入變換器放置在那個區域并利用如權利要求48到69中任何一項所述的方法來檢測所述輸入變換器的位置進行識別的。
198.如權利要求194到197的任何一項所述的方法，其特征在于所述選定的延遲是通過選擇濾波器系數進行選擇的，以便建立一般對所述輸入信號的各個頻率分量不同的延時。
199.如權利要求1到69、77到95、101到123、126到130、133到135、139到141、147、148、153到166、171、172、174到178或194到198的任何一項所述的方法或設備，其特征在于所述輸出變換器陣列包括二維面中輸出變換器的規則圖案。
200.如權利要求199所述的方法或設備，其特征在于各個所述輸出變換器具有垂直于所述二維面的主要輸出方向。
201.如權利要求199或權利要求200所述的方法或設備，其特征在于所述二維面是彎曲面。
202.如權利要求1到69、77到95、101到123、126到130、133到135、139到141、147、148、153到166、171、172、174到178或194到201的任何一項所述的方法或設備，其特征在于各個所述輸出變換器由數字功率放大器驅動。
203.如權利要求1到69、77到95、101到123、126到130、133到135、139到141、147、148、153到166、171、172、174到178或194到202的任何一項所述的方法或設備，其特征在于由所述輸出變換器陣列的變換器輸出的信號的幅值被控制，以便更準確整形所述聲場。
204.如權利要求1到69、77到95、101到123、126到130、133到135、139到141、147、148、153到166、171、172、174到178或194到203的任何一項所述的方法或設備，其特征在于所述信號在被延遲之前被過抽樣。
205.如權利要求1到69、77到95、101到123、126到130、133到135、139到141、147、148、153到166、171、172、174到178或194到204的任何一項所述的方法或設備，其特征在于所述信號在被復制之前被噪聲整形。
206.如權利要求1到69、77到95、101到123、126到130、133到135、139到141、147、148、153到166、171、172、174到178或194到205的任何一項所述的方法或設備，其特征在于所述信號在被路由選擇到所述陣列的相應輸出變換器之前被轉換為PWM信號。
207.如權利要求203所述的方法或設備，其特征在于所述控制是為了減少饋送到所述陣列外圍周圍的變換器的輸出信號的幅值。
208.如權利要求208所述的方法或設備，其特征在于所述控制是為了根據諸如高斯曲線或升余弦曲線的預定函數來減少饋送到變換器的輸出信號的幅值。
209.如權利要求1到123、126到130、133到135、139到141、147、148、153到166、171、172、174到178或194到208的任何一項所述的方法或設備，其特征在于各個所述變換器包括一組單獨的變換器。
210.如權利要求1到123、126到130、133到135、139到141、147、148、153到166、171、172、174到178或194到209的任何一項所述的方法或設備，其特征在于在各個輸出變換器之前提供線性或非線性補償器，以便調整路由選擇到所述輸出變換器的信號，以解決所述輸出變換器中的不足。
211.如權利要求210所述的方法或設備，其特征在于所述補償器是用于在輸入信號被復制之前補償輸入信號的線性補償器。
212.如權利要求209或210所述的方法或設備，其特征在于所述補償器是根據所述聲場形狀能改變的，以便根據高頻分量將被定向的角度來增強高頻分量。
213.如權利要求48到69中任何一項所述的方法或設備，其特征在于所述輸出變換器陣列在其兩側建立聲場，并且所述麥克風的位置部分是通過分析在所述輸入變換器接收的信號的極性而被建立的。
214.如權利要求1到123、126到130、133到135、139到141、147、148、153到166、171、172、174到178或194到213的任何一項所述的方法或設備，其特征在于提供逐步控制所述聲場中的變化的裝置。
215.如權利要求214所述的方法或設備，其特征在于所述裝置工作使得信號延遲通過復制抽樣逐步被增加，或通過忽略抽樣被逐步減少。
216.如權利要求1到123、126到130、133到135、139到141、147、148、153到166、171、172、174到178或194到215的任何一項所述的方法或設備，其特征在于所述聲場方向性是根據輸入到系統并由輸出變換器陣列輸出的信號進行變化的。
217.如權利要求1到123、126到130、133到135、139到141、147、148、153到166、171、172、174到178或194到216的任何一項所述的方法或設備，其特征在于提供由共享控制器控制的多個輸出變換器陣列。
218.如權利要求15到32中任何一項所述的用于獲得要消除的信號的方法，其特征在于包括獲得所述輸出變換器或整個陣列的脈沖響應，并利用這個脈沖響應對輸入信號進行濾波，以產生要消除的信號。
219.如權利要求218所述的方法，其特征在于利用測試信號確定所述脈沖響應。
220.如權利要求218或219所述的方法，其特征在于利用對所述變換器脈沖響應的去卷積來補償將輸出所述成零信號的變換器的脈沖響應。
221.如權利要求218所述的方法，其特征在于根據應用到所述輸入信號的延遲和/或濾波以及從各個變換器到所述成零點的傳送時間來確定所述脈沖響應。
222.如權利要求221所述的方法，其特征在于在計算所述總脈沖響應時考慮所述陣列變換器的脈沖響應。
223.如權利要求222所述的方法，其特征在于所述陣列的變換器的脈沖響應是根據所述變換器和所述成零點之間的角度來計算的。
全文摘要
本發明涉及聲可控天線以及其實現各種效果的應用。本發明包括一種方法和設備，用于取得輸入信號、將其復制多次并在將復制信號路由選擇到相應的輸出變換器之前對各個復制信號進行修改，以便建立所需聲場。該聲場可能包括定向射束、聚焦射束或模擬原點。此外，“反聲”可被定向，使得在已經存在的聲場中建立零(寧靜點)。輸入信號的復制信號也能以改變它們的幅值的方式被修改，或者，它們可被濾波，以提供所需延遲。反射或諧振面可被用于實現環繞聲效果，麥克風可位于擴音器陣列前面，光射束可被用于識別當前的焦點位置，當相同裝置輸出一個以上輸入信號時、限制裝置可被用于確保減少削波或失真，并且射束定向性的概念可被用于在由輸入變換器陣列構成的麥克風中實現輸入零或射束。此外，聲場整形信息可與要廣播的音頻信號相關聯。
文檔編號H04R1/40GK1402952SQ0081632
公開日2003年3月12日 申請日期2000年9月29日 優先權日1999年9月29日
發明者A·霍利, P·T·特羅頓, A·G·古迪, I·A·比尼克, P·R·溫德勒 申請人:1...有限公司