利用揚聲器陣列的穩健串擾消除的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關內容
[0002] 本申請要求2013年3月14日提交的美國臨時專利申請61/782, 287的較早提交 日期的權益。
技術領域
[0003] 本發明描述了通過實現一個或多個約束來利用揚聲器陣列執行串擾消除的音頻 接收器。還描述了其他實施例。
【背景技術】
[0004] 單個揚聲器可能在收聽者的雙耳處都產生聲音。例如，收聽者的左側的揚聲器將 仍然會在收聽者右耳處產生一些聲音。串擾消除器的目的是允許在收聽者一只耳朵處產生 聲音但不在另一只耳朵處產生聲音。這種隔離允許在一只耳朵處產生任何任意的聲音而不 會溢流到另一只耳朵。獨立在每只耳朵處控制聲音可用于建立聲音來自遠離揚聲器的位置 的印象。
[0005] 原則上，串擾消除器僅需要兩個揚聲器（即，兩個自由度）來獨立控制兩只耳朵處 的聲音。很多串擾消除器通過補償收聽者頭部附近衍射的聲音所產生的效應來控制收聽者 耳朵處的聲音，這種效應通常被稱為頭相關傳遞函數（HRTF)。給定右音頻輸入信道d R和左 音頻輸入信道可以將串擾消除器表示為：
[0006]
[0007] 在這一方程中，由傳遞函數的反函數H1補償由于來自揚聲器的聲音造成的收聽 者頭部的傳遞函數H，以分別在收聽者的右耳和左耳處產生右輸出信道f R和左輸出信道f\。 很多僅使用兩個揚聲器的串擾消除器在一些頻率下存在條件不佳的問題。例如，這些系統 中的揚聲器需要利用大信號來驅動以實現串擾的消除，并且對理想條件的變化非常敏感。 換句話講，如果利用表示聲音從揚聲器向收聽者耳朵傳播的假定傳遞函數H來設計系統，H 的小變化也可能導致串擾消除器停止工作。這種情況的一個實例是在無回聲環境（即，沒 有聲學反射）中測量傳遞函數H，但然后在有很多反射的實際房間中實施的時候。
【發明內容】
[0008] 本發明的一個實施例是一種音頻接收器，其利用具有多個換能器的揚聲器陣列來 執行串擾消除。音頻接收器檢測收聽者在房間或收聽區域中的位置，并然后利用與檢測到 的收聽者的位置對應的一個或多個波束圖案矩陣處理一條聲音節目內容以通過揚聲器陣 列輸出。波束圖案矩陣各自對應于特定音頻頻率，并且是根據一個或多個約束生成的，且可 以在音頻接收器中預設。約束可以包括（1)在收聽者的左耳處最大化/增大一條聲音節目 內容的左信道并最小化/減小右信道，（2)在收聽者的右耳處最大化/增大右信道并最小 化/減小左信道，以及（3)最小化/減小房間所有其他區域中的聲音。這些約束使得音頻 接收器主要向收聽者發射聲波。通過向收聽者發射聲波而不在房間中的其他區域中發射， 實現了串擾的消除，其中由于響應于房間的頻率的變化導致的效應最小或影響減小。
[0009] 以上概述不包括本發明的所有方面的詳盡列表。可以預期的是，本發明包括可由 上文概述的各個方面以及在下文的【具體實施方式】中公開并且在隨該申請提交的權利要求 中特別指出的各個方面的所有合適組合來實施的所有系統和方法。此類組合具有未在上述
【發明內容】
中具體闡述的特定優點。
【附圖說明】
[0010] 本發明的實施例以舉例的方式進行說明，而不僅限于各個附圖的圖示，在附圖中 類似的附圖標號指示類似的元件。應當指出，本公開中提到"一"或"一個"實施例未必是 同一實施例，并且這意味著至少一個。
[0011] 圖IA示出了根據一個實施例的具有音頻系統的房間或收聽區域。
[0012] 圖IB示出了根據另一個實施例的具有音頻系統的房間或收聽區域。
[0013] 圖2A示出了根據一個實施例的容納于單個機柜中的揚聲器陣列。
[0014] 圖2B示出了根據另一個實施例的容納于單個機柜中的揚聲器陣列。
[0015] 圖3示出了根據一個實施例的音頻接收器的功能單元框圖和一些構成硬件部件。
[0016] 圖4A示出了房間中第一位置處的收聽者。
[0017] 圖4B示出了房間中第二位置處的該收聽者。
[0018] 圖5A示出了根據一個實施例的用于利用一組麥克風為單個收聽者生成波束圖案 矩陣的系統。
[0019] 圖5B示出了根據一個實施例的用于利用一組麥克風為多個收聽者生成波束圖案 矩陣的系統。
[0020] 圖6示出了根據一個實施例的用于利用圖5A和5B中所示的麥克風配置生成波束 圖案矩陣的方法。
【具體實施方式】
[0021] 現在將解釋參考所附附圖描述的若干實施例。雖然闡述了許多細節，但應當理解， 本發明的一些實施例可在沒有這些細節的情況下實施。在其他情況下，未詳細示出熟知的 電路、結構和技術，以免模糊對本【具體實施方式】的理解。
[0022] 圖IA示出了音頻系統1，其包括外部音頻源2、音頻接收器3和一個或多個揚聲器 陣列4。音頻系統1向預期收聽者6所在的房間或收聽區域7中輸出聲音節目內容。收聽 者6通常坐在音頻系統1主要指向或瞄準的目標位置處。目標位置通常在房間7的中心， 但可以在房間7的任何指定區域中。
[0023] 外部音頻源2可以是能夠向音頻接收器3傳輸表示聲音節目內容的一個或多個音 頻流以進行處理的任何設備。例如，圖IA的系統1中的外部音頻源2是膝上型計算機，其 通過有線或無線連接向音頻接收器3傳輸表示聲音節目內容的一個或多個音頻流以進行 處理。在其他實施例中，外部音頻源2可以是臺式計算機、平板電腦、移動設備（例如，移動 電話或移動音樂播放器）和遠程媒體服務器（例如，互聯網流音樂或電影服務）中的一種 或多種。
[0024] 如圖IA中所示，音頻系統1的部件分布于并容納于單獨的單元中。相反，如圖IB 的音頻系統1的實施例中所示，音頻接收器3集成于揚聲器陣列4內以提供獨立的單元。在 該實施例中，揚聲器陣列4通過有線或無線連接直接從外部音頻源2接收表示聲音節目內 容的一個或多個音頻流。
[0025] 盡管被描述為從外部音頻源2接收音頻流，但音頻接收器3可以訪問存儲介質中 本地存儲的音頻流。在該實施例中，音頻接收器3從本地存儲介質檢索音頻流以進行處理， 無需與外部音頻源2交互。
[0026] 如下文將要更詳細所述，音頻接收器3可以是用于處理音頻流并驅動一個或多個 揚聲器陣列4的任何類型的設備或設備組。例如，音頻接收器3可以是膝上型計算機、臺式 計算機、平板電腦、移動設備或家庭影院音頻接收器。
[0027] 現在轉向揚聲器陣列4,圖2A示出了具有容納于單個機柜6中的多個換能器5的 一個揚聲器陣列4。在該實例中，揚聲器陣列4具有在機柜6中均勻排列成八行四列的32 個換能器5。在其他實施例中，可以使用間距均勻或不均勻的不同數量的換能器5。例如， 如圖2B中所示，可以在機柜6中將十個換能器5排列成單行，以形成聲音條形式的揚聲器 陣列4。盡管被示為排列成平面或直線，但可以沿著圓弧將換能器5排列成曲線樣式。
[0028] 換能器5可以是全音域驅動器、中音域驅動器、超低音揚聲器、低音揚聲器和高音 揚聲器的任意組合。換能器5中的每個換能器都可以使用輕質膜，或錐體，通過約束線圈 (例如音圈）的柔性懸架連接到剛性盆架或框架，以通過圓柱形磁隙沿軸向運動。在向音圈 施加音頻電信號時，電流在音圈中產生磁場，使其成為可變電磁體。線圈和換能器5的磁性 系統交互作用，產生磁力，其使得線圈（從而導致附接的錐體）前后運動，由此在所施加的 來自源（例如信號處理器、計算機和音頻接收器）的音頻電信號控制下再現聲音。盡管本 文描述的是單個機柜6中容納了多個換能器5,但在其他實施例中，揚聲器陣列4可以包括 容納于機柜6中的單個換能器5。在這些實施例中，揚聲器陣列4是獨立的揚聲器。
[0029] 每個換能器5可以被逐個獨立地驅動，以響應于獨立且不同的音頻信號產生聲 音。通過允許根據不同的參數和設置（包括延遲和能量水平）逐個獨立地驅動揚聲器陣列 4中的換能器5,揚聲器陣列4可以產生眾多方向性模式，以模擬或更好地呈現向收聽者6 播放的聲音節目內容的相應信道。例如，可以由揚聲器陣列4發射具有不同寬度和方向性 的波束圖案。
[0030] 如圖IA中所示，揚聲器陣列4可以包括線路或導管，以用于連接到音頻接收器3。 例如，每個揚聲器陣列4可以包括兩個布線點，并且音頻接收器3可以包括互補的布線點。 布線點可以是分別在揚聲器陣列4和音頻接收器3后方的接線柱或彈簧夾。導線獨立纏繞 或通過其他方式耦接到相應的布線點，以將揚聲器陣列4電耦接到音頻接收器3。
[0031] 在其他實施例中，如圖IB中所示，揚聲器陣列4可以利用無線協議耦接到音頻接 收器3,使得陣列4和音頻接收器3并不物理地連接但維持射頻連接。例如，揚聲器陣列4 可以包括WiFi接收器，以用于從音頻接收器3中的對應WiFi發射器接收音頻信號。在一 些實施例中，揚聲器陣列4可以包括集成放大器，以用于利用從音頻接收器3接收的無線音 頻信號驅動換能器5。如上所述，揚聲器陣列4可以是獨立的單元，其包括用于根據下述技 術進行信號處理和驅動每個換能器5的部件。
[0032] 盡管圖IA中示出的是包括兩個揚聲器陣列4,但音頻系統1可以包括通過無線或 有線連接耦接到音頻接收器3的任意數量的揚聲器陣列4。例如，音頻系統1可以包括六個 揚聲器陣列4,表示左前信道、中前信道、右前信道、右后環繞信道、左后環繞信道和低頻信 道（例如，超低音揚聲器）。在另一個實施例中，音頻系統1可以包括單個揚聲器陣列4,如 圖IB中所示。單個揚聲器陣列4可以是聲音