一種揚聲器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種揚聲器系統(tǒng)，包括：可對發(fā)聲方向進行調(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；前級DSP單元，對音頻信號進行頻率特性補償和音效控制；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，所述后級多路DSP單元集成有放大單元和DAC，經(jīng)過所述后繼多路DSP單元處理的數(shù)字信號經(jīng)所述放大單元放大后，由DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號后輸出。
【專利說明】一種揚聲器系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種揚聲器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，廣泛應(yīng)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(shù)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。
[0003]例如，劇院舞臺兩側(cè)的揚聲器系統(tǒng)，垂直發(fā)聲角度應(yīng)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(yuǎn)，造成聲污染。
[0004]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。
[0005]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(dá)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。
[0006]另外，對音頻信號的處理需要借助DSP設(shè)備，由于DSP處理器只能處理數(shù)字信號，如果輸入音頻信號為模擬音頻信號，則需要先通過ADC(Analogtc)Digital Converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器)將模擬音頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。數(shù)字信號經(jīng)過DSP處理器進行各種設(shè)定的信號處理步驟后，再通過DAC(DigitaltoAnalogConverter,數(shù)模轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換成模擬信號傳輸至下一個音箱模塊，例如功放模塊、喇叭模塊等(由一個或多個獨立的喇叭單元組成)。
[0007]然而由于DAC自身的特性，經(jīng)過DAC轉(zhuǎn)換輸出的模擬信號會帶有一定量的本底噪音，這個本底噪音的大小是大致固定的，只和DAC自身相關(guān)，和輸入音箱的數(shù)字音頻信號或集成該DAC的器件無關(guān)。雖然普通情況下聽眾一般不易察覺這個噪音的存在，但是這個噪音畢竟還是存在的，功放模塊會把這個噪音連同有效音頻信號一起放大輸出。當(dāng)輸入音箱的音頻信號音量(電平)過小時，經(jīng)喇叭單元還原出聲音的噪音將會變得明顯起來，嚴(yán)重時甚至?xí)绊懸粝涞臄U音效果和音響系統(tǒng)整體聲效。
[0008]因此降低DAC輸出的本底噪音對于設(shè)計和制造音箱來說是一個重要技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]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)。
[0010]本發(fā)明解決其問題所采用的技術(shù)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(yuǎn)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(yuǎn)近進行調(diào)節(jié)的可控聲柱，通過電子技術(shù)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:
[0011]音頻輸入單元，可以接入來自外界媒體的音頻信號；
[0012]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；
[0013]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。
[0014]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；
[0015]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，所述后級多路DSP單元集成有放大單元和DAC，經(jīng)過所述后繼多路DSP單元處理的數(shù)字信號經(jīng)所述放大單元放大后，由DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號后輸出；
[0016]多路DSP單元的輸出端各連接一條可控聲柱。
[0017]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(shè)置在外殼上直線排成一列的多個揚聲器單兀；所述內(nèi)置電路包括:
[0018]音頻輸入單元，可以接入來自外界媒體的音頻信號；
[0019]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；
[0020]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；
[0021]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；
[0022]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，所述后級多路DSP單元集成有放大單元和DAC，經(jīng)過所述后繼多路DSP單元處理的數(shù)字信號經(jīng)所述放大單元放大后，由DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號后輸出；
[0023]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兀，并推動揚聲器單布發(fā)聲；
[0024]其中，所述的功放單元為數(shù)字功放。
[0025]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(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(yīng)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。
[0026]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(xué)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?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進ー步說明:
[0028]圖1是本發(fā)明的聲波波束示意圖；
[0029]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；
[0030]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(gòu)示意圖。
[0031]圖4是本發(fā)明可控聲柱的音頻信號處理單元示意圖；
[0032]圖5是本發(fā)明的聲波主瓣方向調(diào)節(jié)示意圖；
[0033]圖6是本發(fā)明的聲波主瓣聚焦形成凹弧波陣面示意圖；
[0034]圖7是本發(fā)明的聲波主瓣散焦形成凸弧波陣面示意圖；
[0035]圖8是本發(fā)明FPGA單兀イ目號處通流程圖；
[0036]圖9是本發(fā)明前級DSP單元信號處理流程圖；
[0037]圖10是本發(fā)明后級DSP單元結(jié)構(gòu)示意框圖。
【具體實施方式】
[0038]參照圖1，聲柱I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10,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(yuǎn)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(yuǎn)近進行調(diào)節(jié)的可控聲柱7，所述電子控制器6包括:
[0039]音頻輸入?yún)g元，可以接入來自外界媒體的音頻信號；
[0040]ADC単元，其連接音頻輸入?yún)g元的輸出端，對音頻信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0041 ] 前級DSP単元，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。
[0042]FPGA単元，其連接前級DSP単元的輸出端，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；
[0043]后級多路DSP単元，實現(xiàn)對每路音頻信號不同頻率的幅度和相位控制，所述后級多路DSP単元集成有放大單元和DAC，經(jīng)過所述后繼多路DSP単元處理的數(shù)字信號經(jīng)所述放大單元放大后，由DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號后輸出。
[0044]多路DSP単元的輸出端各連接一條可控聲柱。
[0045]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(shè)置在外売上直線排成一列的多個揚聲器単元8 ;所述內(nèi)置電路包括:
[0046]音頻輸入?yún)g元，可以接入來自外界媒體的音頻信號；
[0047]ADC単元，其連接音頻輸入?yún)g元的輸出端，對音頻信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0048]前級DSP単元，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；
[0049]FPGA単元，其連接前級DSP単元的輸出端，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；
[0050]后級多路DSP単元，實現(xiàn)對每路音頻信號不同頻率的幅度和相位控制，所述后級多路DSP単元集成有放大單元和DAC，經(jīng)過所述后繼多路DSP単元處理的數(shù)字信號經(jīng)所述放大單元放大后，由DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號后輸出；
[0051]多路功放単元，其連接多路DSP単元的輸出端，所述多路功放単元的輸出端各連接ー揚聲器單兀，并推動揚聲器單兀發(fā)聲；
[0052]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。
[0053]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単元和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(yuǎn)近聚集調(diào)節(jié)。而可控聲柱則利用DSP単元和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(yuǎn)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(yuǎn)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(yīng)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)ー。
[0054]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単元和DSP単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)動揚聲器単元發(fā)聲，以此方法改變波陣面11。以10個揚聲器単元(從上至下依次為I至10號)為例，I號単元延時為0t，即不延吋，10號単元延時最長，為9t。I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10號單元發(fā)出的聲波同時到達(dá)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)角為:
【權(quán)利要求】
1.一種揚聲器系統(tǒng),包括:可對發(fā)聲方向進行調(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，所述后級多路DSP單元集成有放大單元和DAC，經(jīng)過所述后級多路DSP單元處理的數(shù)字信號經(jīng)所述放大單兀放大后，由DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號后輸出； 多路DSP單元的輸出端各連接一條可控聲柱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的揚聲器系統(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(shè)置在外殼上直線排成一列的多個揚聲器單兀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的揚聲器系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)置電路還包括:音頻輸入單元，可以接入來自外界媒體的音頻信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的揚聲器系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)置電路還包括: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。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的揚聲器系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)置電路還包括: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。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的揚聲器系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)置電路還包括: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。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的揚聲器系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)置電路還包括: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，所述后級多路DSP單元集成有放大單元和DAC，經(jīng)過所述后繼多路DSP單元處理的數(shù)字信號經(jīng)所述放大單元放大后，由DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號后輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的揚聲器系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)置電路還包括: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。
【文檔編號】H04R1/32GK103501477SQ201310454165
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】黃家旺 申請人:蘇州貝賽特信息科技有限公司