專利名稱：高方向性界面?zhèn)髀暺鞯闹谱鞣椒?br> 高方向性界面?zhèn)髀暺?br> 背景技術(shù)：
所說話語的放大在很多情況下是需要的，并且應(yīng)該易于使用且?guī)缀醪灰子谑』蚴д?。通常，這通過將傳聲器置于桿上以收集聲音來解決。尤其是在外行人不得不獨(dú)立使用傳聲器的情況下，證明難以獲得無干擾的放大。克服這樣的障礙的ー種方法是通過使用固定式傳聲器，例如，界面?zhèn)髀暺鳌４蠖鄶?shù)界面?zhèn)髀暺髯裱娙萜髟惭b到界面板并覆蓋有保護(hù)屏的形式。傳聲器以不引人注意的方式安裝并平放在桌子或地板上。例如，與現(xiàn)有技術(shù)水平類似的ー個界面?zhèn)髀暺魇荱S 2009/0097686A1。該美國專利申請是來自日本東京的Audio Technical公司的最新的界面?zhèn)髀暺飨盗小ｋm然那些傳聲器具有講話人不必為了良好的聲音接收而十分靠近的優(yōu)點(diǎn)，但是它 們的方向性特征不充足。僅僅少數(shù)界面?zhèn)髀暺鲝脑撈矫鎮(zhèn)髀暺鞯幕驹碜兓?。US 6，158,902公開了ー種具有一個響應(yīng)的主方向的界面層傳聲器，其中，傳聲器配備有在板表面下方行進(jìn)的至少ー個聲道。與前述類型的其他界面層傳聲器相比，這樣的構(gòu)造增加了方向性特征，但是由于傳聲器的幾何尺寸導(dǎo)致聲學(xué)接收為最優(yōu)的區(qū)域受到限制。US 6，408，080B1涉及ー種將界面層技術(shù)與凹入式反射器連接以提供増加的靈敏度的傳聲器。凹入式反射器可相對于界面層產(chǎn)生表面布置，使得聲波集中在界面層產(chǎn)生表面。因此，致密壓縮層形成為靠近界面層產(chǎn)生表面。雖然與US 6，158，902相比聲學(xué)接收為最優(yōu)的區(qū)域的尺寸増加，但是該傳聲器具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這不允許快速且容易地裝配或改變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將界面?zhèn)髀暺鞯膬?yōu)勢特性像良好的聲音環(huán)繞效果和無梳狀濾波器效應(yīng)與普通單向傳聲器的心形線方向性行為及高信噪比相結(jié)合。已經(jīng)研發(fā)了 ー些方法，用于在通常受到來自構(gòu)成房間的ー個或多個表面(界面)過度反射的較為不理想的聲學(xué)空間中有效地使用傳聲器。在任何房間中，聲音通過兩個路徑行進(jìn)到傳聲器通過直接路徑到達(dá)傳聲器和由于被在房間中的任何堅(jiān)硬表面反射的結(jié)果到達(dá)傳聲器。當(dāng)用戶在傳聲器前面說話時，在說話區(qū)域內(nèi)，聲波直接到達(dá)傳聲器元件，而且將在它前面的平坦平面上反射并重新引導(dǎo)到傳聲器元件。反射行進(jìn)更長的路徑而到達(dá)傳聲器，從而稍后及時到達(dá)，這可以是多相位相互作用的原因。直接和延遲聲音兩者在傳聲器處結(jié)合。在直接和延遲聲音處于同相(連續(xù))的頻率處，信號相加在一起，聲壓變?yōu)閮杀恫⑹狗仍黾?dB SPL0在整個頻率響應(yīng)中這導(dǎo)致一系列的驟升。在直接和延遲信號處于異相的頻率處，信號將彼此抵消，在響應(yīng)中產(chǎn)生驟降或凹谷。在整個頻率響應(yīng)中這導(dǎo)致一系列的驟降，產(chǎn)生梳狀濾波器效應(yīng)，生成不自然的聲音。
為了解決在整個頻率響應(yīng)中的驟升和驟降的問題，需要縮短反射聲音的延遲，使得它大致在與直接聲音到達(dá)傳聲器的同時到達(dá)傳聲器。在本發(fā)明中，這通過將傳聲器元件放置為極其接近(毫米范圍，明顯短于由最高頻率給出的波長)反射平面解決。為此目的，傳聲器元件必須足夠小(半英寸或更小)。傳聲器元件與反射平面的這種接近布置及收集直接和反射聲音提供6dB的増益。簡單地說，與具有相同傳聲器元件的普通傳聲器相比，一個人可在相同信噪比的距離的兩倍距離處說話。
根據(jù)本發(fā)明，具有心形線方向性行為的普通的小的單向傳聲器元件放置為鄰近平面例如桌子，使得傳聲器元件面對該平面。傳聲器元件和該平面之間的角度優(yōu)選為35°。通過使用單向傳聲器元件并將它放置在對齊的保持器中，將改善元件的方向特性，這是因?yàn)閭髀暺髟占苯勇曇?。另外，可獲得界面層技術(shù)的益處，這是因?yàn)閭髀暺髟€收集反射聲音。正好在傳聲器元件之下的表面對高方向性界面?zhèn)髀暺鞯恼w性能具有關(guān)鍵影響。當(dāng)表面不光滑、堅(jiān)硬時，不可能獲得反射及足夠大的額外增益。由此產(chǎn)生的聲音也可通過在頻率范圍內(nèi)吸收和反射的特定部件被畸變。與普通傳聲器相比，由于額外的増益，一個人可在更大距離內(nèi)使用高方向性傳聲器，而不減小信噪比。當(dāng)用戶在更大距離內(nèi)說話時，他具有更大的運(yùn)動靈活性，而不會直接聽見傳聲器信號。由此將產(chǎn)生更小的幅度變化。與緊靠傳聲器的講話人相比，講話人相對于傳聲器在更大距離內(nèi)的運(yùn)動較少。另外，通過使用高方向性界面?zhèn)髀暺?，不會在更大距離內(nèi)產(chǎn)生鄰近效應(yīng)。此外，本發(fā)明不會對講話人的面部形成遮擋。更小的幅度變化及無鄰近效應(yīng)這兩個因素對語音清晰度作出大貢獻(xiàn)。


圖I是平面上的高方向性界面?zhèn)髀暺骷靶枰谋３制鞯膫?cè)視圖，圖2是聲波如何行進(jìn)到傳聲器元件的簡圖，圖3是當(dāng)從用戶的角度觀察時布置在保持器上的高方向性界面?zhèn)髀暺鞯闹饕晥D，圖4是放置在保護(hù)蓋之下的保持器及高方向性界面?zhèn)髀暺鞯囊粋€可行的實(shí)際方案。
具體實(shí)施例方式在圖I中描繪了根據(jù)本發(fā)明的高方向性界面?zhèn)髀暺?0。傳聲器元件12放置在保持器板14中，傳聲器元件12的隔膜16面對包括保持器板14和保持器支座22的保持器20被置于其上的平面18。方向性界面?zhèn)髀暺?0的隔膜齊平地布置在保持器板14中，以使方向性界面?zhèn)髀暺?0和保持器板14 一起形成一個等同的表面。保持器20、保持器板14及保持器支座22可由包括金屬和塑料的各種材料制成。保持器20確保傳聲器元件12相對于平面18以優(yōu)選為35°的角度24對準(zhǔn)。在該位置，傳聲器元件12可檢測在限定的語音區(qū)域28A(圖I)和28B(圖3)中的直接聲音26 (圖2)以及在傳聲器元件12下方的平面18處反射的延遲聲音30 (圖2)。
35°的角度24對于聲學(xué)性能是最優(yōu)的。在更大的角度24，出現(xiàn)在對于不同的豎直語音角度的頻率響應(yīng)中的幅度變化以及減小的方向性，在更小的角度24，心形線行為將抵消低頻，且還可能抵消中頻。在兩種方情況下，將增加聲音的畸變。具有心形線方向性行為的傳聲器元件12是單向的，它是兩種傳聲器類型的組合，即壓カ傳聲器和速度傳聲器的組合。速度部分負(fù)責(zé)高的低沉音靈敏度。由于傳聲器元件12緊靠平面18，所以低頻的低沉噪聲位于傳聲器元件12的兩側(cè)，前側(cè)32和后側(cè)34，并彼此抵消。傳聲器元件12中的壓カ部分確保未消除全部的低頻響應(yīng)。優(yōu)選地，保持器板14具有3mm的厚度36，在傳聲器元件12和保持器板14的邊緣42之間的尺寸42也優(yōu)選為3mm。那些值選擇為増加小的傳聲器元件12的方向性能。通過保持器板14的這個邊緣42和厚度36，聲音將在它從前側(cè)行進(jìn)到后側(cè)時延遲?，F(xiàn)在，可改善小的傳聲器元件12的通常來說弱的方向性。傳聲器元件12放置為盡可能靠近保持器20的拐角40，因?yàn)檫@將減少 在高頻的干擾行為。保持器板14的邊緣42使傳聲器元件12的前側(cè)32和后側(cè)34之間的距離更長。這增加了傳聲器元件12從心形線到超心形線的方向性。設(shè)計(jì)良好的心形線傳聲器元件在90度軸上與在0度軸上相比具有_6dB的SPL減小。理論上來說，在180度軸上它根本不收集聲音。你可通過增加從前側(cè)到后側(cè)的路徑來減少在90度軸上的聲音收集。在90度軸上的靈敏度將小于-6dB。這種類型的傳聲器的示例是超心形線傳聲器。你不得不付出的代價是這樣的傳聲器在后側(cè)更加靈敏。由于本發(fā)明的傳聲器元件12和保持器板14的特定尺寸，在90度軸上的靈敏度小于-6dB，在后側(cè)的靈敏度保持為盡可能低。它的行為變到超心形線傳聲器的方向。這種總體設(shè)計(jì)加上界面給予傳聲器高的方向性行為。本發(fā)明的高方向性的益處是它在語音區(qū)域28A、28B中具有高靈敏度，且在語音區(qū)域28A、28B之外具有低得多的靈敏度。它收集期望的所說話語及極少的周圍干擾噪聲。這導(dǎo)致更好的語音清晰度。它還幫助減少在整個系統(tǒng)中的聲學(xué)反饋的時間。整個系統(tǒng)是傳聲器、放大器及擴(kuò)音器。聲學(xué)反饋是傳聲器放大從擴(kuò)音器收集的它本身的信號的時刻。原因在于高方向性界面?zhèn)髀暺?0與相同元件的普通傳聲器相比具有更高的方向性。帶有傳聲器元件12的保持器20放置于其上的平面18對于高方向性界面?zhèn)髀暺鞯男阅苁顷P(guān)鍵的。平面18必須具有尤其是正好在傳聲器元件12的下方和前面的光滑平坦的表面，從而不會產(chǎn)生聲音的吸收或漫反射。為了相同的原因，平面必須延續(xù)至少20cm,沒有大的平面中斷。當(dāng)平面將聲音反射并引導(dǎo)到傳聲器元件12吋，中斷或短平面將使聲音畸變。圖3示出了傳聲器元件12的一個示例性實(shí)施例的附圖的主視圖。附著到保持器20的傳聲器元件12由優(yōu)選為半圓柱形的保持器板14圍繞，保持器板14保持傳聲器元件12處于合適位置并用于保護(hù)件以使其免受機(jī)械影響。圖4描述了放置在保護(hù)蓋48之下的保持器20和高方向性界面?zhèn)髀暺?0的ー種可能的實(shí)際方案。傳聲器元件12放置在保持器板14上，這如前所述。不是將保持器20直接放置在平面18上，而是將保持器20放置在光滑且固定設(shè)計(jì)的反射平面52的上側(cè)50上。反射平面52配備有至少ー個振動吸收器56，并且放置在底側(cè)54上而非放置在平面18例如桌子58上。振動吸收器56由弾性材料例如橡膠、合成弾性體或泡沫/凝膠填充物制成，并提供解耦效果，這減少了低沉音和振動噪聲。由于聲音僅僅是壓カ波，所以消除不是由需要放大的源產(chǎn)生的振動對于良好的信噪比是關(guān)鍵。單向傳聲器元件的使用及它在反射平面52上的布置對低頻部分進(jìn)行消除。它對低沉音噪聲是積極的貢獻(xiàn)。而且語音頻率范圍的最低部分也將少量地減少。頻率范圍的小部分的放大可固定這樣的減少。該實(shí)際方案的聲音質(zhì)量可通過使用以200Hz為中心頻率的低頻程帶寬濾波器被改善。為了使該低頻程増加幾個dB，語音信號回到它的受抑制的低頻。在増加的200Hz低頻程之下，低頻抵消再次起作用。由于該小的均衡調(diào)整，它同時獲得低頻的語音信號和低沉音噪聲的抵消。保持器20和傳聲器元件12以及例如用于信號轉(zhuǎn)換和電カ供應(yīng)的任何連接線60放置在優(yōu)選為半球形的保護(hù)蓋48下方。保護(hù)蓋必須為了正確的聲學(xué)性能而盡可能敞開并且足夠強(qiáng)硬以保護(hù)傳聲器?！び膳c那些材料一祥的具有非常光滑、堅(jiān)硬及非吸收表面的材料制成的反射平面52可反射聲波。此外，如果頻率被吸收或衰減，則上面描述的6dBSPL增加將不會產(chǎn)生。優(yōu)選地選擇鐵，這是因?yàn)樵摻饘兕~外地極具成本效益且容易加工。如在圖4中看出的，根據(jù)本發(fā)明的高方向性界面?zhèn)髀暺?0可配備有反射平面52，反射平面52使還在具有更小的理想表面的平面像地毯或平面中的縫隙上使用高方向性界面?zhèn)髀暺?0成為可能，這是因?yàn)榉瓷淦矫?2假設(shè)具有平面18的功能。
權(quán)利要求
1.ー種高方向性界面?zhèn)髀暺?10),包括布置在保持器板(14)上的至少ー個單向傳聲器元件(12)，其中，保持器板(14)與包括保持器板(14)和保持器支座(22)的保持器(20)布置于其上的平面(18)之間的角度(24)在30°和40°之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高方向性界面?zhèn)髀暺?10)，其特征在于，所述至少一個傳聲器元件(12)面對保持器(20)布置于其上的平面(18)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一個或多個權(quán)利要求所述的高方向性界面?zhèn)髀暺?10)，其特征在于，保持器板(14)與平面(18)之間的角度(24)是35°。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一個或多個權(quán)利要求所述的高方向性界面?zhèn)髀暺?10)，其特征在于，所述至少一個傳聲器元件(12)和保持器(20)布置在反射平面(52)上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一個或多個權(quán)利要求所述的高方向性界面?zhèn)髀暺?10)，其特征在于，反射平面(52)配備有由包括橡膠、合成弾性體或泡沫/凝膠填充物的弾性材料制成的至少ー個振動吸收器(56)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一個或多個權(quán)利要求所述的高方向性界面?zhèn)髀暺?10)，其特征在于，所述至少一個傳聲器元件(12)和保持器(20)由保護(hù)蓋(48)圍繞。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一個或多個權(quán)利要求所述的高方向性界面?zhèn)髀暺?10)，其特征在于，反射平面(52)和保護(hù)蓋(48)由鐵制成。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一個或多個權(quán)利要求所述的高方向性界面?zhèn)髀暺?10)，其特征在于，保持器板(14)利用它的特定尺寸増加所述至少一個傳聲器元件(12)的方向性。
全文摘要
公開了一種高方向性界面?zhèn)髀暺?10)，其由具有心形線方向性行為的普通的單向傳聲器元件(12)構(gòu)成。傳聲器元件(12)放置在保持器板(14)上，使得傳聲器元件(12)的隔膜(16)面對包括保持器板(14)和保持器支座(22)的保持器(20)布置于其上的平面(18)。保持器(20)確保傳聲器元件(12)相對于平面(18)以優(yōu)選為35°的角度(24)布置。在該位置，傳聲器元件(12)可檢測在限定的語音區(qū)域(28A、28B)中的直接聲音(26)以及在傳聲器元件(12)下方的平面(18)處反射的延遲聲音(30)。在限定的語音區(qū)域(28A，28B)之外，靈敏度顯著降低。
文檔編號H04R1/34GK102771140SQ201080063577
公開日2012年11月7日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者A·范戴克 申請人:羅伯特·博世有限公司