本申請要求提交于2014年9月30日的美國臨時專利申請62/057,982的權(quán)益，并且該申請據(jù)此將該臨時專利申請以引用方式并入本文。

公開了具有連續(xù)開放的周向號筒的揚(yáng)聲器陣列，該號筒提供改進(jìn)的增益、定向聲音控制和減少的寄生波束或旁瓣(通常在高于混疊頻率處生成，使得生成的波束不再被很好地控制)。還描述了其他實(shí)施方案。

背景技術(shù)：

揚(yáng)聲器陣列通常由計算機(jī)和家用電子產(chǎn)品使用以用于將聲音輸出到收聽區(qū)域中。每個揚(yáng)聲器陣列可由多個換能器組成，該多個換能器布置在相關(guān)聯(lián)的機(jī)柜或殼體的單個平面或表面上。聲號筒可與換能器一起使用以提高這些換能器輸出聲音的效率。具體地，號筒可提供(1)一個或多個頻帶中的額外的聲增益和(2)指向性控制。

盡管號筒可提供一些效率改進(jìn)，但是號筒也可導(dǎo)致?lián)Q能器之間的混疊問題。具體地，號筒可增大來自揚(yáng)聲器陣列中的相鄰的換能器的聲音進(jìn)行混合的點(diǎn)之間的距離。該距離基于鄰近換能器之間的聲音混合來限定混疊頻率，在高于該混疊頻率處，聲音可失真。

另外，傳統(tǒng)的號筒設(shè)計遭受由號筒的形狀和尺寸造成的陡峭的截止頻率。因此，由換能器產(chǎn)生的低于該頻率的聲音被截止或與更高頻率內(nèi)容相比被不一致地修改。

在此部分中描述的方法是可執(zhí)行的方法，但不一定是先前已設(shè)想或執(zhí)行的方法。因此，除非另外指明，否則不應(yīng)認(rèn)為在此部分中描述的方法中的任一個僅僅憑借其被包括在此部分中而有資格作為現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文描述了在收聽區(qū)域內(nèi)工作的音頻系統(tǒng)。音頻系統(tǒng)可包括音頻接收器和揚(yáng)聲器陣列。音頻接收器可耦接到揚(yáng)聲器陣列以驅(qū)動揚(yáng)聲器陣列中的各個換能器，以將各個聲音波束或輻射方向圖發(fā)射到收聽者的收聽區(qū)域中。在一個實(shí)施方案中，揚(yáng)聲器陣列可包括用于控制由換能器產(chǎn)生的聲音的連續(xù)開放的周向號筒。在該實(shí)施方案中，一個或多個換能器可鄰近號筒的喉部耦接。該連續(xù)開放的周向號筒可1)在聽覺頻率范圍內(nèi)不具有非期望的混疊效應(yīng)的情況下提高換能器的功率效率，和/或2)提供對由換能器發(fā)射的聲音的垂直控制。

具體地，通過為由換能器發(fā)射的聲音進(jìn)行混合而提供無阻擋的開放腔，連續(xù)開放的周向號筒可減少相鄰的換能器(例如，在換能器環(huán)中的直接相鄰的換能器)之間的混合距離，使得增大對應(yīng)的混疊頻率。該混疊頻率描述了在不生成或產(chǎn)生由換能器之間的聲音混合而造成的混疊效應(yīng)的情況下由換能器發(fā)射的最高頻率。因此，通過增大混合距離，連續(xù)開放的周向號筒可在不具有非期望效應(yīng)的情況下增大由換能器產(chǎn)生的最大頻率。

另外，連續(xù)開放的周向號筒可提供對由換能器產(chǎn)生的聲音的改善的定向控制，包括水平控制和垂直控制。例如，連續(xù)開放的周向號筒的外拐角可為彎曲的。與在號筒的口部處突然截斷的號筒相比，這些彎曲的拐角在頻率范圍內(nèi)更均勻地改善了增益。

以上概述不包括本發(fā)明的所有方面的詳盡列表?？深A(yù)期的是，本發(fā)明包括可由上文概述的各個方面以及在下文的具體實(shí)施方式中公開并且在隨該專利申請?zhí)峤坏臋?quán)利要求中特別指出的各個方面的所有合適的組合來實(shí)施的所有系統(tǒng)和方法。此類組合具有未在上述發(fā)明內(nèi)容中具體闡述的特定優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

本發(fā)明的實(shí)施方案以舉例的方式進(jìn)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(biāo)號指示類似的元件。應(yīng)當(dāng)指出，本公開中提到本發(fā)明的“一個”(“an”或“one”)實(shí)施方案未必是同一實(shí)施方案，并且它們表示至少一個實(shí)施方案。另外，為了簡明起見以及減少附圖的總數(shù)，可使用給定的附圖來示出本發(fā)明的多于一個實(shí)施方案的特征部，并且針對給定的實(shí)施方案可不需要附圖中的所有元件。

圖1示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的具有音頻接收器、揚(yáng)聲器陣列和收聽者的收聽區(qū)域的視圖。

圖2示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的音頻接收器的部件圖。

圖3a示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的揚(yáng)聲器陣列的部件圖。

圖3b示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的具有連續(xù)開放的周向號筒的揚(yáng)聲器陣列的視圖。

圖4a示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的可由揚(yáng)聲器陣列產(chǎn)生的一組示例性指向性/輻射方向圖。

圖4b示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的使用一組換能器在水平面中發(fā)射前向心型輻射方向圖的揚(yáng)聲器陣列的頂視圖。

圖5a示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的耦接到換能器的號筒。

圖5b示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的耦接到一組換能器的一組號筒。

圖6示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的當(dāng)使用連續(xù)開放的周向號筒時用于一組換能器的混合距離。

圖7示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的存儲在揚(yáng)聲器陣列的上部部分內(nèi)并將聲音引導(dǎo)穿過連續(xù)開放的周向號筒的一組換能器。

圖8示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的存儲在揚(yáng)聲器陣列的上部部分和下部部分內(nèi)并將聲音引導(dǎo)穿過連續(xù)開放的周向號筒的一組換能器。

圖9示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的具有連續(xù)開放的周向號筒的揚(yáng)聲器陣列的視圖。

圖10示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的具有用于連續(xù)開放的周向號筒的不同角度的內(nèi)壁的揚(yáng)聲器陣列的視圖。

圖11示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的具有不同類型換能器的揚(yáng)聲器陣列。

圖12示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的具有一組分頻器的揚(yáng)聲器陣列的俯視圖。

圖13示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的用于一組揚(yáng)聲器陣列的一組示例性聲速曲線。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將解釋參考所附附圖所述的若干個實(shí)施方案。雖然闡述了許多細(xì)節(jié)，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的一些實(shí)施方案可在沒有這些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其他情況下，未詳細(xì)示出熟知的電路、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以免模糊對該描述的理解。

圖1示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的在收聽區(qū)域101內(nèi)工作的音頻系統(tǒng)100的視圖。音頻系統(tǒng)100可包括音頻接收器103和揚(yáng)聲器陣列105。音頻接收器103可耦接到揚(yáng)聲器陣列105以驅(qū)動揚(yáng)聲器陣列105中的各個換能器109，以將各個聲音波束/輻射方向圖發(fā)射到收聽者107的收聽區(qū)域101中。在一個實(shí)施方案中，揚(yáng)聲器陣列105可包括用于控制由換能器109產(chǎn)生的聲音的連續(xù)開放的周向號筒113。在該實(shí)施方案中，一個或多個換能器109可鄰近號筒113的喉部115耦接。如下文將更詳細(xì)地描述，該連續(xù)開放的周向號筒113可1)在聽覺頻率范圍內(nèi)不具有非期望的混疊效應(yīng)的情況下提高換能器109的功率效率，和/或2)提供對由換能器109發(fā)射的聲音的垂直控制。

在一些實(shí)施方案中，陣列105的換能器109可被配置為生成波束方向圖。該波束方向圖可表示一條聲音節(jié)目內(nèi)容的各個信道。例如，揚(yáng)聲器陣列105可生成波束方向圖，該波束方向圖表示一條聲音節(jié)目內(nèi)容(例如，音樂作品或電影的音軌)的左前方信道、右前方信道和前方中心信道。

下文將以舉例方式來描述圖1中所示的音頻系統(tǒng)100的每個元件。在其他實(shí)施方案中，音頻系統(tǒng)100可包括除下文所述和如圖1中所示的部件之外的附加部件。

圖2示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的音頻接收器103的部件圖。音頻接收器103可為能夠驅(qū)動揚(yáng)聲器陣列105中的一個或多個換能器109的任何電子設(shè)備。例如，音頻接收器103可為臺式計算機(jī)、膝上型計算機(jī)、平板計算機(jī)、家庭影院接收器、機(jī)頂盒和/或移動設(shè)備(例如智能電話)。音頻接收器103可包括硬件處理器201和存儲器單元203。

在此使用的處理器201和存儲器單元203是指可編程數(shù)據(jù)處理部件和數(shù)據(jù)存儲裝置的任何合適的組合，其執(zhí)行實(shí)施音頻接收器103的各種功能和操作所需的操作。處理器201可以是通常在智能電話中找到的應(yīng)用處理器，而存儲器單元203可指微電子非易失性隨機(jī)存取存儲器。操作系統(tǒng)可與特定于音頻接收器103的各種功能的應(yīng)用程序一起存儲于存儲器單元203中，所述應(yīng)用程序?qū)⒂商幚砥?01運(yùn)行或執(zhí)行以執(zhí)行音頻接收器103的各種功能。

音頻接收器103可包括用于從外部設(shè)備例如遠(yuǎn)程設(shè)備接收音頻信號的一個或多個音頻輸入205。例如，音頻接收器103可從流媒體服務(wù)的遠(yuǎn)程服務(wù)器接收音頻信號。音頻信號可表示一條聲音節(jié)目內(nèi)容(例如音樂作品或電影的音軌)的一個或多個信道。例如，與一條多信道聲音節(jié)目內(nèi)容的單個信道對應(yīng)的單個信號可由音頻接收器103的輸入205接收。在另一個示例中，單個信號可對應(yīng)于一條聲音節(jié)目內(nèi)容的多個信道，該多個信道被復(fù)用到單個信號上。音頻接收器103的處理器201可同時接收多個音頻信道信號作為輸入，并且處理這些信號以產(chǎn)生多個聲換能器驅(qū)動信號(以將輸入信號中的音頻內(nèi)容呈現(xiàn)為聲音)，例如作為波束形成過程以控制用于驅(qū)動換能器的信號中的每個信號的相對相位和增益，使得換能器沿著水平面生成聲音波束方向圖。

在一個實(shí)施方案中，音頻接收器103可包括數(shù)字音頻輸入205a，該數(shù)字音頻輸入從外部設(shè)備和/或遠(yuǎn)程設(shè)備接收數(shù)字音頻信號。例如，音頻輸入205a可為toslink連接器或數(shù)字無線接口(例如無線局域網(wǎng)(wlan)適配器或藍(lán)牙適配器)。在一個實(shí)施方案中，音頻接收器103可包括模擬音頻輸入205b，該模擬音頻輸入從外部設(shè)備接收模擬音頻信號。例如，音頻輸入205b可以是接線柱、彈簧線夾或拾音插頭，其被設(shè)計成接收導(dǎo)線或?qū)Ь€管和對應(yīng)的模擬信號。在另一個實(shí)施方案中，處理器201可通過對編碼的音頻文件例如mpeg文件進(jìn)行解碼來獲得其輸入音頻信道信號。

在一個實(shí)施方案中，音頻接收器103可包括用于與揚(yáng)聲器陣列105通信的接口207。接口207可使用有線介質(zhì)(例如導(dǎo)線管或?qū)Ь€)與揚(yáng)聲器陣列105通信，如圖1所示。在另一個實(shí)施方案中，接口207可通過無線連接與揚(yáng)聲器陣列105通信。例如，網(wǎng)絡(luò)接口207可使用一個或多個無線協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)用于與揚(yáng)聲器陣列105通信，包括ieee802.11套標(biāo)準(zhǔn)、ieee802.3、蜂窩全球移動通信系統(tǒng)(gsm)標(biāo)準(zhǔn)、蜂窩碼分多址(cdma)標(biāo)準(zhǔn)、長期演進(jìn)(lte)標(biāo)準(zhǔn)和/或藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)。

圖3a示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的揚(yáng)聲器陣列105的部件圖。如圖3a中所示，揚(yáng)聲器陣列105可包括用于從音頻接收器103接收驅(qū)動信號的接口301。驅(qū)動信號可用于驅(qū)動揚(yáng)聲器陣列105中的換能器109中的每個換能器。就接口207而言，接口301可使用有線協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)和/或一個或多個無線協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，包括ieee802.11套標(biāo)準(zhǔn)、ieee802.3、蜂窩全球移動通信系統(tǒng)(gsm)標(biāo)準(zhǔn)、蜂窩碼分多址(cdma)標(biāo)準(zhǔn)、長期演進(jìn)(lte)標(biāo)準(zhǔn)和/或藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)。在一些實(shí)施方案中，揚(yáng)聲器陣列105可包括用于對發(fā)送至揚(yáng)聲器陣列105中的換能器109中的每個換能器的驅(qū)動信號進(jìn)行放大的功率放大器307，以及用于將驅(qū)動信號從數(shù)字域轉(zhuǎn)換到模擬域的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)303，功率放大器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器兩者均結(jié)合到揚(yáng)聲器機(jī)柜111中。盡管描述為且示出為與音頻接收器103分開，在一些實(shí)施方案中，音頻接收器103的一個或多個部件可結(jié)合到揚(yáng)聲器陣列105的外殼內(nèi)。例如，揚(yáng)聲器陣列105可包括硬件處理器201、存儲器單元203和一個或多個音頻輸入205。

圖3b示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的揚(yáng)聲器陣列105的側(cè)視圖。如圖3b所示，揚(yáng)聲器陣列105將多個換能器109容納在機(jī)柜111中。機(jī)柜111可為由兩個截頭圓錐部分117a和117b組成的揚(yáng)聲器機(jī)柜或揚(yáng)聲器殼體，該兩個截頭圓錐部分相對于彼此旋轉(zhuǎn)180°并在其相應(yīng)的較小的基部區(qū)域處彼此接合，以形成換能器109所位于的腰部區(qū)域。機(jī)柜111的內(nèi)部體積可用于容納相關(guān)聯(lián)的電子硬件，諸如安裝在機(jī)柜111內(nèi)的放大器和交叉電路，但是其主要的功能可為防止由換能器109的振動膜的后向表面(圖3b中不可見)生成的聲波，從而與在換能器109的振動膜的前向表面(如圖3b中所示為可見的)上生成的聲波相互作用并從截頭圓錐部分117a,117b向側(cè)面和向外發(fā)射。如下文將更詳細(xì)地描述，這些截頭圓錐部分117a和117b(如所接合的)在腰部區(qū)域處形成連續(xù)開放的周向號筒113，這可用于改善集成換能器109的性能或用于提供對揚(yáng)聲器陣列105的垂直聲音控制。截頭圓錐部分117a,117b的較大基部區(qū)域中的一者或兩者可接合至相應(yīng)的外壁，如下文圖9中的外壁127a,127b所示。

盡管相對于截頭圓錐部分117a,117b有所描述，在其他實(shí)施方案中，機(jī)柜111可由任何形狀或部分組成，該形狀或部分提供用于限定連續(xù)開放的周向號筒113的喉部115的狹窄的內(nèi)圓周(或腰部)以及限定號筒113的口部119的張開的或較寬的外部部分。例如，在其他實(shí)施方案中，機(jī)柜111可由一個或多個截頭體、錐體、棱錐、三棱柱、球體或任何其他類似的形狀組成。

在一些實(shí)施方案中，機(jī)柜111可由雙曲線體形狀限定，該雙曲線體形狀類似于由上述截頭圓錐部分117a和117b形成的機(jī)柜111。在該實(shí)施方案中，機(jī)柜111可包括比中間或腰部部分寬的上部部分和下部部分。上部部分和下部部分可向內(nèi)漸縮以與較窄的中間部分交匯，以形成連續(xù)開放的周向號筒113的喉部115。在這些實(shí)施方案中的每個實(shí)施方案中，置于垂直于圖3b所示的頁面的水平面中且被定位成切入中間部分的機(jī)柜111的水平橫截面可為圓形的，使得連續(xù)開放的周向號筒113圍繞機(jī)柜111的整個周長均勻地延伸。

在一些實(shí)施方案中，機(jī)柜111可為至少部分中空的并可允許換能器109安裝在機(jī)柜111的內(nèi)表面上，其中聲音輸出孔形成于腰部部分的柱形壁中，輸出孔中的每個輸出孔與換能器中的相應(yīng)的一個換能器的振動膜對準(zhǔn)，或機(jī)柜111可允許換能器109安裝在機(jī)柜111的外表面上(例如，在每個換能器安裝的地方，使得其振動膜被定位在腰部部分的柱形表面的外側(cè)或從腰部部分的柱形表面向外間隔開)。機(jī)柜111可由任何材料制成，包括金屬、金屬合金、塑料聚合物或他們的某種組合。

如圖3a和圖3b所示并且如上所述，揚(yáng)聲器陣列105可包括一組換能器109。換能器109可為全音域驅(qū)動器、中音域驅(qū)動器、次重低揚(yáng)聲器、低音揚(yáng)聲器和高音揚(yáng)聲器的任何組合，盡管在一個實(shí)施方案中他們均可為彼此的復(fù)制品。換能器109中的每個換能器可使用經(jīng)由迫使線圈(例如音圈)軸向地移動通過柱形磁隙的柔性懸架連接到剛性籃架或框架的輕質(zhì)振動膜或錐體。當(dāng)電音頻信號被施加到音圈時，由音圈中的電流形成磁場，從而使其成為可變電磁體。線圈和換能器109磁系統(tǒng)相互交互，從而生成使線圈(并因此使所附接的錐體)來回移動的機(jī)械力，由此在來自音頻源諸如音頻接收器103的所施加的音頻電信號的控制下再現(xiàn)聲音。雖然描述了用作換能器109的電磁動態(tài)揚(yáng)聲器驅(qū)動器，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，其他類型的揚(yáng)聲器驅(qū)動器諸如壓電驅(qū)動器、平面電磁驅(qū)動器和靜電驅(qū)動器也是可能的。如圖3b和4b所示，在一個實(shí)施方案中，每個換能器109的振動膜的背面面向內(nèi)(到由整組換能器9形成的環(huán)中)，而正面面向外。

重新參見圖3a，可響應(yīng)于從音頻源(例如音頻接收器103-參見圖1)所接收的單獨(dú)且離散的音頻驅(qū)動信號而使用功率放大器307來獨(dú)立且單獨(dú)地驅(qū)動每個換能器109以產(chǎn)生聲音。通過允許揚(yáng)聲器陣列105中的換能器109根據(jù)不同參數(shù)和設(shè)置(包括延遲和電壓電平)被獨(dú)立且單獨(dú)地驅(qū)動，揚(yáng)聲器陣列105可產(chǎn)生準(zhǔn)確地表示從音頻接收器103所接收到的一條聲音節(jié)目內(nèi)容的每個信道的多個指向性或波束輻射方向圖。在一些實(shí)施方案中，可使用如下數(shù)字過濾技術(shù)，該技術(shù)例如通過處理器201賦予換能器109的位于數(shù)字域中的各個驅(qū)動信號以可變增益和相位(相對于彼此)，該處理器可為音頻接收器103的一部分(參見圖2)。波束形成過程可例如通過處理器201在給定的一組兩個或更多個輸入音頻信道上執(zhí)行，以產(chǎn)生多個期望的聲輸出方向圖，通過將各個(數(shù)字形式的)換能器驅(qū)動信號經(jīng)由接口301傳輸?shù)絛ac303而呈現(xiàn)該聲輸出方向圖。

例如，在一個實(shí)施方案中，揚(yáng)聲器陣列105可沿著如先前附圖所示垂直于機(jī)柜111的直立姿勢(或垂直于中心豎直軸線102)的水平面產(chǎn)生如圖4a所示的指向性或輻射方向圖中的一個或多個指向性或輻射方向圖。在圖4a中，全向性方向圖(具有低指向性指數(shù)，di)示出于右邊，超心型方向圖(具有高di)示出于右邊，而心型方向圖示出于中間。圖4b示出了根據(jù)一個實(shí)施方案的使用一組換能器109在水平面中發(fā)射前(或右)向心型輻射方向圖的揚(yáng)聲器陣列105的頂視圖。由揚(yáng)聲器陣列105產(chǎn)生的同步指向性方向圖可不僅形狀不同而且其各自的參考軸的方向也不同。例如，不同的指向性方向圖可在收聽區(qū)域101中“指向”不同的方向以針對不同的區(qū)或不同的收聽者107表示不同的信道或多條不同的聲音節(jié)目內(nèi)容。

如果換能器109不得不變得更小以裝配到更小的機(jī)柜111中，則換能器109的功率性能或增益性能可缺失。為了改善換能器109的性能，可在每個換能器109(或換能器109中的所選擇的換能器)的主聲音輸出開口處使用號筒。具體地，聲號筒可用于：1)提高換能器109的效率(例如，增加換能器109輸出的聲音的聲增益)，和/或2)控制聲音輻射到收聽區(qū)域101中的方向。

例如，如圖5a所示，單個換能器109連接到號筒401的喉部403，并且號筒401的橫截面積隨著從號筒401的喉部403到口部405的距離而增大。橫截面隨距離的變化以及號筒401的詳細(xì)形狀可被選擇為在操作的指定頻率范圍內(nèi)為由換能器109發(fā)射的聲音增加指定的增益水平。在這個意義上，號筒401可被視為聲變換器，該聲變換器提供換能器109的振動膜材料和圍繞揚(yáng)聲器陣列105的較低密度空氣之間的阻抗匹配。結(jié)果為來自換能器109的聲輸出功率更大。號筒401的形狀還可被設(shè)計為表現(xiàn)出不同的無源指向性特性。

以往，當(dāng)還沒有放大器可用時，號筒在增加聲增益方面是非常有用的。盡管現(xiàn)在放大器隨時可用，但號筒可繼續(xù)為有用的，因?yàn)樗麄冞€在特定的頻率范圍內(nèi)改善換能器109的增益性能并可提供無源定向控制。因此，號筒可使得較小的換能器109能夠在移動設(shè)備或其他緊湊型設(shè)備中使用，在這些設(shè)備中，放大器可能不是合適的選擇(例如出于尺寸或熱量考慮)。

在一些實(shí)施方案中，圖5a中所示的號筒401可與彼此并排布置的多個換能器109一起使用。例如，如圖5b所示，多個號筒401可分別與多個換能器109一起使用，所述多個換能器以環(huán)形或圓形形式并排定位。在該實(shí)施方案中，來自每個換能器109的聲音行進(jìn)穿過號筒401的對應(yīng)喉部403，并且在離開號筒401的口部405時與來自相鄰的換能器109的聲音混合。因此，在該布置方式中的號筒401在相鄰的換能器109之間提供聲音阻隔件，其中該阻隔件從鄰近并耦接到換能器109的喉部403延伸到口部405，使得來自相鄰的換能器109的聲音不允許混合，直到該聲音從號筒401離開之后。

圖5b所示的距離d表示來自相鄰的換能器109的聲音被允許混合到一起的點(diǎn)(即，該情況下為聲音離開相應(yīng)號筒401的點(diǎn))之間的間隔。圖5b所示的號筒401在聲音可與來自其他換能器109的聲音混合之前將聲音向外且遠(yuǎn)離換能器109引導(dǎo)(使用一組阻隔件或限定號筒401的形狀的壁)，并且這可指示距離d。具體地，由于號筒401向外張開，并且由于號筒401的設(shè)計增加了長度(例如從喉部403到口部405計算)，因此號筒401和其對應(yīng)的換能器109可需要彼此間隔得更遠(yuǎn)。這增大了換能器109之間的距離或間距，從而導(dǎo)致了相鄰號筒401之間的混合距離d類似地增大。出于簡單性和一致性，該距離d可沿著任何合適的數(shù)學(xué)上定義的曲線來測量(針對每個相鄰的一對號筒401)，該曲線連接相鄰號筒401的口部405的中心。類似地，針對圖6的實(shí)施方案，混合距離d可沿著合適的數(shù)學(xué)上定義的曲線(換能器109前面)來測量，該曲線連接相鄰的換能器109的振動膜的中心。

在一些情況下，由換能器109產(chǎn)生的聲音的混合可導(dǎo)致混疊問題?；殳B可局限于基于距離d的特定頻帶。例如，可在由換能器109產(chǎn)生的聲音的波長小于混合距離d時發(fā)生混疊。換句話講，由相鄰的換能器109產(chǎn)生的(并且如收聽者107所聽到的)聲音可在小于閾值波長的波長處(相當(dāng)于在高于閾值頻率的頻率處)表現(xiàn)出混疊。由于較高頻率聲音與較低頻率聲音相比具有較短波長，隨著距離d增大，可由換能器109產(chǎn)生的聲音的不具有混疊效應(yīng)的頻率下降(例如，混合距離d和混疊頻率之間的反比關(guān)系)。換句話講，隨著混合距離d增大，“混疊頻率”(在高于該頻率處具有可在收聽者107的位置聽到的聲音中的大量混疊)下降。因此，為了確?？捎蓳P(yáng)聲器陣列105在較高頻率處產(chǎn)生聲音而不發(fā)生混疊效應(yīng)，混合距離d應(yīng)當(dāng)減小。

在一個實(shí)施方案中，本文所述的揚(yáng)聲器陣列105通過提供連續(xù)開放的周向號筒113來減小距離d。如上所述且如圖3b所示，連續(xù)開放的周向號筒113可包括喉部115、口部119和一組內(nèi)壁123a,123b。喉部115由號筒113的最窄端限定并鄰近或耦接到換能器109環(huán)。相比之下，口部119形成于號筒113的相對端處并由號筒113的腰部端限定。內(nèi)壁123a,123b分別標(biāo)記號筒113的上半部和下半部，或上邊界和下邊界，并可提供喉部115和口部119之間的漸縮的或成角度的連接，使得號筒113向外張開(即，增大從喉部115到口部119移動的直徑)。

組合的喉部115、口部119和內(nèi)壁123可延伸機(jī)柜111的整個圓周或周邊(例如360°圍繞機(jī)柜111的中心豎直軸線102)，使得號筒113為周向開放的并且換能器109之間沒有阻隔件。與圖5b中每個獨(dú)立的號筒401形成針對每個對應(yīng)換能器109的聲音阻隔件的布置方式相比，圖3b中所示的連續(xù)開放的周向號筒113可允許多個換能器109在喉部115處并排放置，在每個換能器109之間不具有阻隔件。盡管內(nèi)壁123形成針對由換能器109產(chǎn)生的聲音的上部阻隔件和下部阻隔件，但是這些內(nèi)壁123不限制換能器109之間的聲音的混合。例如，圖6示出了如圖3b的布置方式的頂視圖，在圖3b中，換能器109圍繞連續(xù)開放的周向號筒113的喉部115并排布置。由于在該實(shí)施方案中在每個相鄰的一對換能器109之間沒有阻隔件，因此來自換能器109中的每個換能器的聲音可在由換能器109產(chǎn)生或發(fā)射不久之后被混合到一起(例如他們在號筒113的喉部115中混合)。具體地，來自相鄰的換能器109的聲音混合所處的混合距離d與圖5b中所示的距離d相比可減小。

基于來自相鄰的換能器109的進(jìn)入相同環(huán)境(例如，參見圖1，號筒113的喉部115)且被允許混合到一起的聲音之間的該減小的混合距離d，當(dāng)使用連續(xù)開放的周向號筒113時，混疊頻率可增大。如上所述，基于混合距離d，混疊頻率為如下頻率，在該頻率處，較高頻率的聲音可造成非期望的混疊效應(yīng)。因此，由于與圖5b所示的閉合的或分段的號筒401相比，連續(xù)開放的周向號筒113基于減小的混合距離d提供較高的混疊頻率，圖3b和圖6中的換能器109可使用較高頻率的聲音驅(qū)動而不存在混疊效應(yīng)。另外，連續(xù)開放的周向號筒113還可提供效率改進(jìn)(即，改善的增益性能)和類似于傳統(tǒng)號筒設(shè)計的垂直聲音控制。

在一個實(shí)施方案中，連續(xù)開放的周向號筒113可使用機(jī)柜111的部件形成。例如，如上所述，機(jī)柜111可由兩個截頭圓錐部分117a和117b形成，這兩個截頭圓錐部分如圖3b所示接合在一起。具體地，兩個截頭圓錐部分117a和117b中的一個截頭圓錐部分可相對于另一個旋轉(zhuǎn)180°，并隨后接合以形成機(jī)柜111的大體沙漏形狀或雙曲線體形狀。下部部分117b的底部可為平坦的，以便使得機(jī)柜111能夠平穩(wěn)地安置在平坦表面諸如如圖1的示例中所示的桌面上或安置在地面上。該大體沙漏形狀或雙曲線體形狀具有限定號筒113的喉部115的狹窄的或漸縮的部分以及限定號筒113的口部119的較寬的或張開的部分。盡管機(jī)柜111被描述為由接合到一起或耦接到一起的獨(dú)立部分117a和117b形成，但是機(jī)柜111可通過不同方式制成，諸如通過接合到一起的兩個或更多個垂直或水平連續(xù)的件制成。連續(xù)開放的周向號筒113可在其口部119的拐角125a,125b處具有彎曲表面，使得機(jī)柜111具有真正雙曲線體形狀，例如如圖9所示。

在一個實(shí)施方案中，換能器109環(huán)可圍繞連續(xù)開放的周向號筒113的喉部115定位。如圖3b和圖6所示，換能器109可在水平面中圍繞喉部115對齊，使得換能器109中的每個換能器與上部部分117a的較大基部垂直等距并與機(jī)柜111的較小部分117b的較大基部垂直等距。

盡管如圖3b和圖6所示并如上所述，換能器109被均勻地布置在號筒113的喉部115處，其振動膜基本上垂直取向，在其他實(shí)施方案中，換能器109可圍繞號筒113的喉部115以不同方式布置。例如，由于連續(xù)開放的周向號筒113的喉部115形成于機(jī)柜111的最窄或腰部部分，因此沿著該部分布置所有換能器109使其振動膜位于垂直取向可為困難的。換句話講，由喉部115提供的狹隘的空間可不允許使用大的更具威力的換能器109(除非喉部的直徑變得更大，并且機(jī)柜的頂部部分和底部部分117a,117b也變得更大)。有限的空間還可導(dǎo)致散熱問題，該問題由具有高密度換能器109的封閉區(qū)域中的較差的熱耗散導(dǎo)致。為了緩解這些空間限制，換能器109中的一些或全部換能器(可一起形成環(huán))可相反位于上部部分117a的中空部分內(nèi)，其位于喉部115的上方(并且位于上部部分117a的頂部下方)，如圖7所示。由于號筒113漸縮，使得喉部115為機(jī)柜111的最窄元件(如圖7中從側(cè)視圖看)，與將換能器109安裝在喉部115處，例如如圖3b和圖4b所示全部垂直取向相比，喉部115上方的逐漸變寬的上部部分117a的任何部分可為換能器109的放置或安裝提供更多的空間，并且具體地為位于正后方的附接的用于驅(qū)動其相應(yīng)的振動膜的馬達(dá)的放置或安裝提供更多的空間。在圖7的實(shí)施方案中，由換能器109產(chǎn)生的聲音可被引導(dǎo)以通過狹槽701流入連續(xù)開放的周向號筒113中。狹槽701可為從上部部分117a的側(cè)壁的外表面延伸到機(jī)柜111中并且在聲學(xué)上將每個相應(yīng)換能器109的振動膜的前表面接合到(連續(xù)開放的周向號筒113的)喉部115的通道。在一些實(shí)施方案中，狹槽701中的一個或多個狹槽可包括一個或多個彎曲部或曲線。彎曲部或曲線允許換能器109放置或安裝在機(jī)柜111內(nèi)的不同位置和取向中，同時仍然允許由每個換能器109產(chǎn)生的聲音到達(dá)連續(xù)開放的周向號筒113的喉部115。在圖7所示的版本中，狹槽701使得其能夠使相應(yīng)的換能器109被取向?yàn)槭沟闷湔駝幽榛旧纤降?而非如圖3b,4b中為垂直的)，從而允許其相應(yīng)的馬達(dá)在上部部分117a內(nèi)有更多空間。當(dāng)換能器109如圖3b所示安裝在喉部115處時由于狹槽701在圍繞喉部115的同一點(diǎn)處傳遞由對應(yīng)的換能器109產(chǎn)生的聲音，相鄰的換能器109之間的混合距離d可保持相同或幾乎相同。假定混合距離d保持較小(與圖5a和5b所示的號筒401相比)，圖7所示的揚(yáng)聲器陣列105的混疊頻率可如上所述保持較高，使得高頻率聲音可由換能器109發(fā)射而不存在或不發(fā)生混疊效應(yīng)。

盡管如上所述且如圖7所示所有換能器109均整個容納在上部部分117a內(nèi)，但是在另一個實(shí)施方案中，所有換能器109(一起仍然形成環(huán))可類似地被整個放置在或安裝在下部部分117b內(nèi)。在一些其他實(shí)施方案中，換能器109可被交替放置在頂部部分和下部部分117a,117b內(nèi)(在其間交替)，如圖8所示。在該實(shí)施方案中，由于換能器109被交替放置在喉部115的上方和下方，在每個頂部部分或底部部分117a,117b內(nèi)，換能器109中的相鄰的換能器之間具有甚至更多的空間，這些換能器位于機(jī)柜111的相同的部分117a,117b內(nèi)以用于安裝。類似于圖7所示的揚(yáng)聲器陣列105，圖8所示的揚(yáng)聲器陣列105可使用狹槽701以將聲音從換能器109引導(dǎo)至連續(xù)開放的周向號筒113的喉部115。

如上所述，連續(xù)開放的周向號筒113減少揚(yáng)聲器陣列105中的相鄰的換能器109之間的混疊效應(yīng)。具體地，相鄰的換能器109(例如在換能器109環(huán)中直接相鄰的換能器109)之間的混疊距離d可減小，使得對應(yīng)的混疊頻率增大。該混疊頻率描述了在不生成或產(chǎn)生由換能器109之間的聲音混合而造成的混疊效應(yīng)的情況下可由換能器109發(fā)射的最高頻率。因此，通過減小混合距離d，連續(xù)開放的周向號筒113可在不具有非期望效應(yīng)的情況下增大由換能器109產(chǎn)生的頻率范圍。

如圖3b和圖4b所示并且如上所述，揚(yáng)聲器陣列105可包括如圖所示并排定位的換能器109的單個環(huán)。在一個實(shí)施方案中，在換能器109環(huán)中的換能器109中的每個換能器可為相同的類型或型號，例如復(fù)制品。換能器109環(huán)可沿著水平面或在水平面中對齊，使得換能器109中的每個換能器與頂部截頭圓錐部分117a的平面的較大的基部垂直等距并與機(jī)柜111的底部截頭圓錐部分117b的平面的較大的基部垂直等距。另外，該水平面可垂直于機(jī)柜111的直立姿勢(如圖所示)。盡管沿著水平面對齊的換能器109的單個環(huán)可通過調(diào)整施加至每個換能器109的驅(qū)動信號的相對增益和相位來提供動態(tài)的水平波束控制，但是對由揚(yáng)聲器陣列105發(fā)射的聲音的垂直控制可被限制。具體地，通過缺失換能器109的多個堆疊環(huán)，對聲音的動態(tài)定向控制可限制于該水平面。

由于對由換能器109的單個環(huán)產(chǎn)生的聲音的動態(tài)垂直控制也許為不可能的，因此可使用更多無源方案。例如，連續(xù)開放的周向號筒113可用于輔助控制聲音從換能器109環(huán)垂直擴(kuò)散到收聽區(qū)域101中。如圖9所示，連續(xù)開放的周向號筒113可張開以控制聲音沿著垂直軸線的方向。號筒113可在制造期間被調(diào)整以適應(yīng)揚(yáng)聲器陣列105的不同性能要求。例如，上部內(nèi)壁和下部內(nèi)壁123a,123b(相對于水平面)的角度和口部119的對應(yīng)尺寸可被調(diào)整以形成聲音的更大或更小的垂直擴(kuò)散到收聽區(qū)域101中(參見圖1)。在其他實(shí)施方案中，將內(nèi)壁123a,123b分別連接至外壁127a,127b并限定口部119的入口的拐角125a,125b可為彎曲的或倒圓的，如圖9所示。該彎曲與諸如圖3b所示的尖銳的或突兀的拐角125相比可提供更一致的頻率響應(yīng)。

盡管如上所述圖3b中的號筒113的設(shè)計可減少混疊效應(yīng)，其尖銳的拐角125可對所有頻率中的增益進(jìn)行不一致的改善或增加。相反，尖銳的拐角125可為一些頻率中的增益帶來最大的改善而為其他頻率范圍中的增益提供較少的增加或不提供增加(例如，具體地對低頻率內(nèi)容而言)。頻率中的該不一致的響應(yīng)可對由揚(yáng)聲器陣列105產(chǎn)生的聲音造成非期望的變化。相比之下，圖9所示的號筒113的彎曲拐角125可提供更理想的號筒設(shè)計，該號筒設(shè)計不太可能在低頻率處具有減少的增益。具體地，在圖9的號筒113中，側(cè)壁123a可在拐角125a處逐漸張開并與垂直取向的外壁127接合；類似地，側(cè)壁123b在拐角125b處張開并與垂直取向的外壁127b接合?？善谕槍τ墒褂眠@些彎曲拐角125的換能器109產(chǎn)生的聲音的更為一致的頻率響應(yīng)。

盡管圖9中示出為相同的，但是內(nèi)壁123a的角度和形狀(沿著上部部分117a或由上部部分117a限定)可另選地不同于內(nèi)壁123b的角度和形狀(沿著下部部分117b或由下部部分117b限定)。例如，如圖10所示，沿著下部部分117b的內(nèi)壁123b可為平面的并相對于垂直取向的中心豎直軸線102垂直，例如整個為水平的，而沿著上部部分117a的內(nèi)壁123a保持和先前實(shí)施方案諸如圖9中類似，在該實(shí)施方案中不為平面的并且(相對于水平面)向上傾斜。另外，下部部分117b的拐角125b可與上部部分117a的拐角125a相比為更尖銳的，如圖所示。在該實(shí)施方案中，內(nèi)壁123b的斜度的缺失和(下部部分117b的)尖銳成角的拐角125b可有助于號筒113將聲音引導(dǎo)遠(yuǎn)離可能進(jìn)行反射的表面，揚(yáng)聲器陣列105可位于該表面上(例如桌子或地面)。內(nèi)壁123a的向上的斜度和上部部分117a的彎曲拐角125a可將由換能器109產(chǎn)生的聲音朝向收聽者107引導(dǎo)。在其他實(shí)施方案中，號筒113(機(jī)柜111)的上部部分117a和下部部分117b可以不同方式形成以提供對聲音輸出的期望的垂直控制。

盡管上文相對于相同換能器109的單個環(huán)有所描述，但是揚(yáng)聲器陣列105可包括沿著機(jī)柜111或在機(jī)柜111內(nèi)布置的附加換能器。例如，圖11示出了揚(yáng)聲器陣列105，該揚(yáng)聲器陣列具有用于產(chǎn)生第一組音頻頻率或被設(shè)計為由第一組音頻頻率驅(qū)動的第一組換能器109a(其中第一組換能器109a可為換能器109的單個環(huán)，諸如圖3b所示的換能器109)、用于產(chǎn)生第二組頻率或被設(shè)計為由第二組頻率驅(qū)動的第二組換能器109b以及用于產(chǎn)生第三組頻率或被設(shè)計為由第三組頻率驅(qū)動的第三組換能器109c。在該示例中，具有容納在機(jī)柜111的位于號筒113下方且由外壁127b限定的部分內(nèi)的一組換能器109b,109c，以及容納在機(jī)柜111的位于號筒113上方且由外壁127a限定的部分內(nèi)的另一組換能器109b,109c。例如，第一組換能器109a可針對高頻率內(nèi)容(例如5khz-10khz)使用或設(shè)計，第二組換能器109b可針對中頻率內(nèi)容(例如1khz-5khz)使用或設(shè)計，并且第三組換能器109c可針對低頻率內(nèi)容(例如100hz-1khz)使用或設(shè)計。用于驅(qū)動換能器109a,109b和109c中的每個換能器的這些頻率范圍可通過使用可結(jié)合在揚(yáng)聲器陣列105(未示出)內(nèi)的一組濾波器來實(shí)施。由于由第一換能器109a產(chǎn)生的聲波的波長小于由換能器109b產(chǎn)生的聲波的波長，因此與這些換能器109a(參見圖6)相關(guān)聯(lián)的混合距離d應(yīng)當(dāng)被設(shè)計為小于與換能器109b相關(guān)聯(lián)的混合距離d。具體地，為了防止混疊效應(yīng)，換能器109a的混合距離d應(yīng)當(dāng)足夠小，使得由高頻率內(nèi)容產(chǎn)生的小波長不小于距離d。然而，由于換能器109b產(chǎn)生具有較大波長的較低頻率的內(nèi)容(即，中頻率內(nèi)容)，因此換能器109b的距離d可變得較大，例如，換能器109b不需要像換能器109a那樣緊湊。類似地，換能器109c可被布置為具有與換能器109a和換能器109b相比更大的混合距離d。由于換能器109b和換能器109c的混合距離d可變得更大而不出現(xiàn)混疊效應(yīng)，因此對于這些換能器109b和換能器109c而言，使得能夠減小距離d的連續(xù)開放的周向號筒113可為不必需的。在這些實(shí)施方案中，如果針對換能器109b和109c的這些環(huán)的增益效率改善或定向控制為期望的，則傳統(tǒng)的號筒401，諸如圖5a和圖5b所示的那些，可添加到換能器109b,109c中的一個或多個換能器中。

盡管連續(xù)開放的周向號筒113在上文中被描述為“完全開放的”周向號筒113，但是在一些實(shí)施方案中，分頻器129可被添加或放置在相鄰的一對換能器109之間，如圖12所示。分頻器129可為在相鄰的一對換能器109之間從喉部115向外延伸的平坦的剛性件或段，其沿著號筒113大體橫向于或垂直于內(nèi)壁123a,123b(在號筒113限定圓形口部119的情況下)。盡管在附圖中未示出，但是分頻器129可接合到內(nèi)壁123a,123b二者并可在垂直方向上變寬(隨著其沿著內(nèi)壁123a,123b向外延伸)。相鄰的一對分頻器129可被視為針對每個換能器109分隔號筒113的口部119的一部分。分頻器129的例如沿著從圓形口部119的中心截取的半徑(r)測量的長度尺寸可被選擇為在混疊開始所處的頻率與針對給定的放大器功率和換能器109偏移在較低頻率處所實(shí)現(xiàn)的定向控制的量之間折中，所述圓形口部119可與如圖12所示的圓形喉部115同心。例如，如圖12所示的針對所有換能器119的一組分頻器129可各自在其喉部115處的內(nèi)端點(diǎn)和其外端點(diǎn)之間介于25毫米長和60毫米長之間。與圖12的實(shí)施方案相比，在其他實(shí)施方案中，分頻器129從口部119延伸整個距離至(連續(xù)開放的周向號筒113的)喉部115。分頻器129的尺寸(如圖12)可被設(shè)置為從口部119延伸僅一部分距離至喉部115。

此外，分頻器129可為在周向號筒113(其位于圖12所示的口部119的邊界內(nèi))的共享空間內(nèi)發(fā)生混合之前從換能器109發(fā)出的聲音提供有效的“短號筒”。在混合之前提供短號筒部分可具有在由分頻器129形成的短號筒的出口處使粒子速度平滑的效果，使得減少混疊效應(yīng)。例如，一組小的換能器109與一組大的換能器109相比可具有更糟的混疊效應(yīng)，這是由于在較小的換能器109之間具有附加的空余空間，在一組小的換能器109中，每個相鄰對彼此間隔距離d(例如，將一個換能器的振動膜的中心接合至另一個換能器的振動膜的中心的直線，并且需注意，這可并非為上文所述的混合距離d)，在一組大的換能器109中，每個相鄰對同樣間隔相同的距離d。圖13示出了兩條示例性速度曲線a和b，其可由小換能器的環(huán)和大換能器的環(huán)產(chǎn)生。在兩種情況下，混疊發(fā)生在相同頻率處，但是(較小換能器的環(huán)的)曲線a比曲線b具有更糟的混疊效應(yīng)。由混頻器129形成的短號筒具有使得如曲線a所示的一組小換能器109的速度曲線看上去更像曲線b的效應(yīng)，使得減少混疊效應(yīng)。

雖然已描述并且在附圖中示出了某些實(shí)施方案，但應(yīng)當(dāng)理解，此類實(shí)施方案僅用于說明廣義的發(fā)明而非對其進(jìn)行限制，并且本發(fā)明并不限于所示和所述的特定構(gòu)造和布置，因?yàn)閷τ诒绢I(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言可想到各種其它修改。因此，要將描述視為示例性的而非限制性的。