專利名稱：發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚聲器系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種揚聲器系統(tǒng)。
背景技術：
電聲技術中，廣泛應用著由許多發(fā)聲單元組成的揚聲器系統(tǒng)。發(fā)聲單元數(shù)量多，可 增加擴聲聲壓級；另一方面，許多發(fā)聲單元通過不同形狀組合，能控制發(fā)聲方向?，F(xiàn)有擴聲 技術對增加擴聲聲壓級已經(jīng)非常容易，而對控制發(fā)聲方向卻處于前沿研究階段。
例如，劇院舞臺兩側(cè)的揚聲器系統(tǒng)，垂直發(fā)聲角度應較窄，聲音只射向觀眾席，盡 量減少射向天花板的聲音，因為射向天花板的聲音是無用的，造成擴聲能量浪費。不但如 此，無用的聲音會在空中混響，使聲音清晰度下降，需要對擴聲環(huán)境增加吸聲處理才能收聽 清楚，而吸聲處理的造價為擴聲系統(tǒng)的許多倍，且吸聲與環(huán)境協(xié)調(diào)也非常難辦。在室外，射 向上方的聲音會傳播很遠，造成聲污染。 不僅垂直發(fā)聲角度需要控制，水平發(fā)聲方向也需要調(diào)節(jié)發(fā)聲寬度，并隨著觀眾數(shù)
量變化可調(diào)節(jié)發(fā)聲方向和焦點，以既能剛好又能均勻覆蓋現(xiàn)場觀眾為最佳。 總之，在各種擴聲場合，如果能控制好發(fā)聲方向，則可有效提高音質(zhì)，并大幅度降
低投資，減少建筑聲學處理的麻煩。 為控制好發(fā)聲方向，需要對揚聲器系統(tǒng)朝向和組合形狀進行調(diào)整。然而，不論是調(diào) 整揚聲器系統(tǒng)的朝向，還是形狀調(diào)整，都是非常麻煩的，且不能與各種擴聲環(huán)境協(xié)調(diào)，只好 在音質(zhì)與環(huán)境之間達成一定的妥協(xié)；要做到根據(jù)每場演出情況實時調(diào)整，更是困難。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可以方便對發(fā)聲方向進行三維 空間內(nèi)任意調(diào)節(jié)的揚聲器系統(tǒng)。 本發(fā)明解決其問題所采用的技術方案是一種發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚聲器系統(tǒng)， 包括可對發(fā)聲方向水平和遠近進行調(diào)節(jié)的電子控制器和與其連接的并排多條的可對發(fā)聲 方向垂直和遠近進行調(diào)節(jié)的可控聲柱，通過電子技術而非機械辦法進行發(fā)聲方向調(diào)節(jié)。其 中，所述的電子控制器包括 音頻輸入單元，可以接入來自外界媒體的音頻信號； ADC單元，其連接音頻輸入單元的輸出端，對音頻信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 前級DSP單元，對音頻信號進行頻率特性補償，并可對常用的音效進行控制。 FPGA單元，其連接前級DSP單元的輸出端，可以進行數(shù)字音頻插值，提高采樣頻
率、量化精度，并對音頻信號進行相移控制； 后級多路DSP單元，實現(xiàn)對每路音頻信號不同頻率的幅度和相位控制；
多路DSP單元的輸出端各連接一條可控聲柱。 其中，所述的多條并排的可控聲柱，每條可控聲柱包括外殼、內(nèi)置電路、設置在外 殼上直線排成一列的多個揚聲器單元；所述內(nèi)置電路包括
音頻輸入單元，可以接入來自外界媒體的音頻信號； ADC單元，其連接音頻輸入單元的輸出端，對音頻信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 前級DSP單元，對音頻信號進行頻率特性補償，并可對常用的音效進行控制； FPGA單元，其連接前級DSP單元的輸出端，可以進行數(shù)字音頻插值，提高采樣頻
率、量化精度，并對音頻信號進行相移控制； 后級多路DSP單元，實現(xiàn)對每路音頻信號不同頻率的幅度和相位控制； 多路功放單元，其連接多路DSP單元的輸出端，所述多路功放單元的輸出端各連
接一揚聲器單元，并推動揚聲器單布發(fā)聲； 其中，所述的功放單元為數(shù)字功放。 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的由電子控制器控制多條可控聲柱組成揚聲器系 統(tǒng)。電子控制器利用DSP單元和FPGA單元對不同可控聲柱的音頻信號進行頻率、相位、和 幅度的綜合控制，實現(xiàn)對聲柱排列方向上的發(fā)聲方向和角度控制，及遠近聚集調(diào)節(jié)。而可控 聲柱則可對其沿柱狀方向的發(fā)聲方向和角度進行控制，及遠近聚集調(diào)節(jié)，因此，不需要機械 式調(diào)節(jié)聲柱本身的安裝方位，可用電子的方式實現(xiàn)對聲音發(fā)聲方向的上下、左右、遠近的調(diào) 節(jié)，即發(fā)聲方向的三維電子調(diào)節(jié)，可廣泛應用于競技場館，通過電子調(diào)節(jié)隨意改變聲音的覆 蓋區(qū)域，可很大程度提高語言清晰度、節(jié)省擴聲能量，并且可以簡化安裝施工、做到擴聲器 材與環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。 本發(fā)明中，電子控制器和可控聲柱對聲音的調(diào)節(jié)原理是相同的，下面以可控聲柱 的調(diào)節(jié)原理進行說明可控聲柱利用FPGA單元和DSP單元對音頻信號進行相移控制，可以 方便對聲柱的發(fā)聲方向，即聲波的主瓣方向和寬度進行調(diào)節(jié)。通過調(diào)整各揚聲器單元的音 頻信號的同頻率的延時量，如令其具有間隔相等的延時量，可形成具有一定偏移角度的直 線形的波陣面；而令其具有間隔不等的延時量，可以得到凸弧，凹弧等不同形狀的波陣面， 形成類似光學上聚焦和散焦的效果，以對聲波主瓣的寬度進行調(diào)節(jié)，方便地實現(xiàn)了可控聲 柱在其柱狀方向上的聲音發(fā)聲方向的控制。同理，電子控制器實現(xiàn)了對多條可控聲柱排列 方向上的聲音發(fā)聲方向的控制。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明 圖1是本發(fā)明的聲波波束示意圖； 圖2是本發(fā)明發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚聲器系統(tǒng)原理示意圖； 圖3是本發(fā)明發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚聲器系統(tǒng)結(jié)構示意圖。 圖4是本發(fā)明可控聲柱的音頻信號處理單元示意圖； 圖5是本發(fā)明的聲波主瓣方向調(diào)節(jié)示意圖； 圖6是本發(fā)明的聲波主瓣聚焦形成凹弧波陣面示意圖； 圖7是本發(fā)明的聲波主瓣散焦形成凸弧波陣面示意圖； 圖8是本發(fā)明FPGA單元信號處理流程圖； 圖9是本發(fā)明前級DSP單元信號處理流程圖； 圖10是本發(fā)明后級DSP單元信號處理流程圖。
具體實施例方式
參照圖1，聲柱1所發(fā)出的聲波波束示意，包括有聲波主瓣2，副瓣3及主瓣的偏轉(zhuǎn) 角4及主瓣方向5。參考圖2至圖IO，本發(fā)明的一種發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚聲器系統(tǒng)，包括 可對發(fā)聲方向水平和遠近進行調(diào)節(jié)的電子控制器6和與其連接的并排多條的可對發(fā)聲方 向垂直和遠近進行調(diào)節(jié)的可控聲柱7，所述電子控制器6包括
音頻輸入單元，可以接入來自外界媒體的音頻信號；
ADC單元，其連接音頻輸入單元的輸出端，對音頻信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
前級DSP單元，對音頻信號進行頻率特性補償，并可對常用的音效進行控制。
FPGA單元，其連接前級DSP單元的輸出端，可以進行數(shù)字音頻插值，提高采樣頻 率、量化精度，并對音頻信號進行相移控制； 后級多路DSP單元，實現(xiàn)對每路音頻信號不同頻率的幅度和相位控制。
多路DSP單元的輸出端各連接一條可控聲柱。 結(jié)合圖4，作為優(yōu)選實施方式，所述的多條并排的可控聲柱中，每條可控聲柱7包
括外殼、內(nèi)置電路、設置在外殼上直線排成一列的多個揚聲器單元8 ;所述內(nèi)置電路包括 音頻輸入單元，可以接入來自外界媒體的音頻信號； ADC單元，其連接音頻輸入單元的輸出端，對音頻信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換； 前級DSP單元，對音頻信號進行頻率特性補償，并可對常用的音效進行控制； FPGA單元，其連接前級DSP單元的輸出端，可以進行數(shù)字音頻插值，提高采樣頻
率、量化精度，并對音頻信號進行相移控制； 后級多路DSP單元，實現(xiàn)對每路音頻信號不同頻率的幅度和相位控制； 多路功放單元，其連接多路DSP單元的輸出端，所述多路功放單元的輸出端各連
接一揚聲器單元，并推動揚聲器單元發(fā)聲； 其中，所述的功放單元為數(shù)字功放，使音頻信號的還原更為真實。 本發(fā)明的由電子控制器控制多條可控聲柱組成揚聲器系統(tǒng)。電子控制器利用DSP
單元和FPGA單元對不同可控聲柱的音頻信號進行頻率、相位、和幅度的綜合控制，實現(xiàn)對
聲柱排列方向上的發(fā)聲方向和角度控制，及遠近聚集調(diào)節(jié)。而可控聲柱則利用DSP單元和
FPGA單元對其沿柱狀方向的發(fā)聲方向和角度進行控制，及遠近聚集調(diào)節(jié)，因此，不需要機械
式調(diào)節(jié)聲柱本身的安裝方位，可用電子的方式實現(xiàn)對聲音發(fā)聲方向的上下、左右、遠近的調(diào)
節(jié)，即發(fā)聲方向的三維電子調(diào)節(jié)，可廣泛應用于競技場館，通過電子調(diào)節(jié)隨意改變聲音的覆
蓋區(qū)域，可很大程度提高語言清晰度、節(jié)省擴聲能量，并且可以簡化安裝施工、做到擴聲器
材與環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。 本發(fā)明中，電子控制器6和可控聲柱7對聲音的調(diào)節(jié)原理是相同的，下面以可控聲 柱7的調(diào)節(jié)原理進行說明可控聲柱7利用FPGA單元和DSP單元對音頻信號進行相移控 制，可以方便對聲柱7的發(fā)聲方向，即聲波的主瓣方向和寬度進行調(diào)節(jié)。結(jié)合圖5，僅就調(diào) 節(jié)聲波主瓣方向而言，可將饋給聲柱的音頻信號通過不同的延時單元后再驅(qū)動揚聲器單元 發(fā)聲，以此方法改變波陣面11。以10個揚聲器單元(從上至下依次為1至10號)為例，1 號單元延時為0t，即不延時，10號單元延時最長，為9t。 1號單元發(fā)出的聲波經(jīng)過9ct長的 距離、2號單元發(fā)出的聲波經(jīng)過8ct、3號單元發(fā)出的聲波經(jīng)過7ct、…，與IO號單元發(fā)出的 聲波同時到達波陣面，沿波陣面擴散開去，形成聲波主瓣。由圖5示意可得到主瓣的偏轉(zhuǎn)角
5為6>n = arcsm——
:arcsin了 式中，c為聲速，t和1分別是相鄰兩個揚聲器單元之間的延時量和距離。通過調(diào) 整各揚聲器單元8的音頻信號的同頻率的延時量，如令其具有間隔相等的延時量，可形成 具有一定偏移角度的直線形的波陣面；而令其具有間隔不等的延時量，可以得到凸弧，凹弧 等不同形狀的波陣面，形成類似光學上聚焦和散焦的效果，以對聲波主瓣的寬度進行調(diào)節(jié)， 方便地實現(xiàn)了可控聲柱在其柱狀方向上的聲音發(fā)聲方向的控制。同理，電子控制器實現(xiàn)了 對多條可控聲柱7排列方向上的聲音發(fā)聲方向的控制。 作為優(yōu)選，可在電子控制器6內(nèi)設置紅外線接收模塊，在其外殼上設置紅外線接 口 9，直接利用遙控器進行音頻調(diào)節(jié)，十分方便。當然，同時在可控聲柱7上設置紅外接口 IO，接收遙控器的調(diào)節(jié)信號，進行發(fā)聲方向的調(diào)節(jié)，方便直觀。此外，應當注意的是，組成聲 柱組的聲柱不一定使用本發(fā)明中的可控聲柱，使用一般的聲柱產(chǎn)品也能達到某特定方向上 的聲音調(diào)節(jié)作用，也應屬于本發(fā)明保護的范圍。 當然，本發(fā)明創(chuàng)造并不局限于上述實施方式，熟悉本領域的技術人員在不違背本 發(fā)明精神的前提下還可作出種種的等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申 請權利要求所限定的范圍內(nèi)。
權利要求
一種發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚聲器系統(tǒng)，其特征在于包括可對發(fā)聲方向水平和遠近進行調(diào)節(jié)的電子控制器和與其連接的并排多條的可對發(fā)聲方向垂直和遠近進行調(diào)節(jié)的可控聲柱，所述電子控制器包括音頻輸入單元，可以接入來自外界媒體的音頻信號；ADC單元，其連接音頻輸入單元的輸出端，對音頻信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；前級DSP單元，對音頻信號進行頻率特性補償，并可對常用的音效進行控制；FPGA單元，其連接前級DSP單元的輸出端，可以進行數(shù)字音頻插值，提高采樣頻率、量化精度，并對音頻信號進行相移控制；后級多路DSP單元，實現(xiàn)對每路音頻信號不同頻率的幅度和相位控制；多路DSP單元的輸出端各連接一條可控聲柱。
2. 根據(jù)權利要求1所述的發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚聲器系統(tǒng)，其特征在于所述的多條并排的可控聲柱，每條可控聲柱包括外殼、內(nèi)置電路、設置在外殼上直線排成一列的多個揚聲器單元；所述內(nèi)置電路包括音頻輸入單元，可以接入來自外界媒體的音頻信號；ADC單元，其連接音頻輸入單元的輸出端，對音頻信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；前級DSP單元，對音頻信號進行頻率特性補償，并可對常用的音效進行控制；FPGA單元，其連接前級DSP單元的輸出端，可以進行數(shù)字音頻插值，提高采樣頻率、量化精度，并對音頻信號進行相移控制；后級多路DSP單元，實現(xiàn)對每路音頻信號不同頻率的幅度和相位控制； 多路功放單元，其連接多路DSP單元的輸出端，所述多路功放單元的輸出端各連接一揚聲器單元；其中，所述的功放單元為數(shù)字功放。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)聲方向三維可調(diào)的揚聲器系統(tǒng)。包括可對發(fā)聲方向水平和遠近進行調(diào)節(jié)的電子控制器和與其連接的并排多條的可對發(fā)聲方向垂直和遠近進行調(diào)節(jié)的可控聲柱，所述電子控制器包括音頻輸入單元、ADC單元、前級DSP單元、FPGA單元和后級多路DSP單元。本發(fā)明的由電子控制器控制多條可控聲柱組成揚聲器系統(tǒng)。電子控制器利用DSP單元和FPGA單元對不同可控聲柱的音頻信號進行控制，實現(xiàn)對聲柱排列方向上的發(fā)聲方向和角度控制，及遠近聚集調(diào)節(jié)。因此，不需要機械式調(diào)節(jié)聲柱本身的安裝方位，可用電子的方式實現(xiàn)對聲音發(fā)聲方向的上下、左右、遠近的調(diào)節(jié)，即發(fā)聲方向的三維電子調(diào)節(jié)，可廣泛應用于競技場館等大型場合。
文檔編號H04R5/00GK101720052SQ20091025392
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月30日 優(yōu)先權日2009年11月30日
發(fā)明者彭妙顏, 王恒, 王齊祥 申請人:廣州市迪士普音響科技有限公司