專利名稱：用于聲變送器陣列的信號(hào)處理設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可操控(steerable)天線和變送器陣列，并且尤其涉及電聲變送器陣列。
背景技術(shù)：
可操控的或定相的陣列天線在電磁及超聲波聲學(xué)兩領(lǐng)域的技術(shù)中是眾所周知的。它們?cè)诼暡?可聽的)聲學(xué)領(lǐng)域是少為人知的。
被公眾所有經(jīng)發(fā)表的International Patent application No(國(guó)際專利申請(qǐng)?zhí)?WO 01/23104說明了聲波的可操控或定相陣列天線及取得各種效果的其使用。該申請(qǐng)說明了這樣的一種方法和裝置，其用于選取輸入信號(hào)，將它復(fù)制若干次且在將每個(gè)所述的復(fù)制品發(fā)射到相應(yīng)的輸出變送器之前對(duì)它們進(jìn)行修改，以便于建立所需要的聲場(chǎng)。這個(gè)聲場(chǎng)可包括定向束、聚焦束或仿真起點(diǎn)。
對(duì)束的方向和束寬的控制，即可操控性被要求以產(chǎn)生且操控寬帶聲信號(hào)，如多通道音頻信號(hào)。這些參數(shù)取決于所發(fā)射信號(hào)的頻率或頻率范圍。此外它們還取決于發(fā)射源的空間設(shè)置?？臻g設(shè)置反過來受到由所采用的變送器的技術(shù)特點(diǎn)和成本所引起的技術(shù)約束。因此，能夠?qū)⒙曇敉渡溥M(jìn)入預(yù)定方向的功能性和經(jīng)濟(jì)性可行的聲能量源，在此簡(jiǎn)而言之被稱為數(shù)字揚(yáng)聲器系統(tǒng)或DLS的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。
在WO 01/23104中，通過延遲沿著陣列的每個(gè)變送器的輸出，束的方向得到控制。當(dāng)所有信號(hào)被從陣列變送器發(fā)射時(shí)，頻率相關(guān)的適當(dāng)延遲導(dǎo)致在所有信號(hào)的預(yù)定位置處的結(jié)構(gòu)干涉。
另一方面，不管作為兩個(gè)最小值之間的角距離被加以測(cè)量還是借助于任何其它已知的定義，在最簡(jiǎn)單的情況下束寬是束方向、其頻率和發(fā)射面積或從中發(fā)出束的源陣列寬度的函數(shù)。對(duì)于前面所說明的陣列，所述束隨著頻率的增加變得較窄。對(duì)于寬帶信號(hào)，即跨躍寬的頻率范圍，潛在地在音頻信號(hào)情況下為許多倍頻程，這使難以在信號(hào)的最低頻率分量下產(chǎn)生且操控束。克服這個(gè)問題的一個(gè)方法是通過延伸天線陣列的側(cè)向尺度。然而，這種較大的陣列使束在高頻時(shí)變窄。在實(shí)際應(yīng)用如例如聲音的投射中，這個(gè)效應(yīng)將是不利的。
因此本發(fā)明的目的是改善聲變送器陣列發(fā)射且操控寬帶聲波信號(hào)的能力同時(shí)將用于其實(shí)施所需要的機(jī)械和電子部件減至最少。
本發(fā)明的另一目的是獲得一種寬帶變換器陣列，其在低頻下發(fā)射具有足夠方向性的以及在高頻下發(fā)射具有足夠束寬的寬帶波信號(hào)。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的是獲得一種寬帶變送器陣列，其對(duì)在到達(dá)聽眾之前具有不同傳播路徑的聲音束具有經(jīng)改善的可操控性。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述目的，本發(fā)明提供一種如在獨(dú)立權(quán)利要求中所要求的方法和裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種能夠操控一個(gè)或更多個(gè)信號(hào)束的電聲變換器陣列。優(yōu)選為音頻信號(hào)的所述信號(hào)由同時(shí)存在于信號(hào)中處于許多不同頻率下的分量組成。通過使用被適當(dāng)加以配置的數(shù)字信號(hào)修改器，如針對(duì)每個(gè)這些不同分量調(diào)節(jié)陣列輸出響應(yīng)的數(shù)字濾波器，非零輸出可以被限制到陣列的子陣列。通過隨著減少信號(hào)分量的頻率而加寬子陣列的邊界，在頻率的整個(gè)范圍上可以取得恒定的束寬度。
在本發(fā)明這個(gè)方面的變型中，通過在這樣的區(qū)域上擴(kuò)展從全振幅或增益到截止或零輸出的降低，有效面積的邊緣變得平滑，其中所述區(qū)域包括操作在那兩個(gè)值之間的增益水平的至少一個(gè)變送器。所述平滑旨在降低作為旁瓣被發(fā)射到主束或束的能量量。
實(shí)施數(shù)字信號(hào)修正器的特別方便的方法是作為數(shù)字有限脈沖響應(yīng)濾波器被編程用來仿真窗口函數(shù)。窗口函數(shù)隨著減少頻率而加寬了非零發(fā)射的面積，因而在大的頻率范圍上維持信號(hào)的恒定束寬。許多不同的窗口函數(shù)可以被用在本發(fā)明這個(gè)方面的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的第二方面是引入將產(chǎn)生聲信號(hào)的可操控束所必要的變送器數(shù)量減至最小的變送器的物理設(shè)置。經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過朝向陣列的外部面積逐漸地或成梯級(jí)地改變相鄰變送器之間的間距，則同具有相等寬度但無規(guī)則間距的陣列相比較，變送器的數(shù)量可以被顯著地降低。作為選擇地，變送器的尺寸可被改變。
通過將對(duì)變送器間距的限制考慮成由本發(fā)明的第一方面所施加，最少數(shù)量變送器的陣列可以被加以設(shè)計(jì)，而還滿足產(chǎn)生接近恒定束寬的寬帶束的需要。所有上述方面適用于一和兩維平的或彎曲的變送器陣列。
從參考下述附圖而對(duì)非限制性實(shí)例進(jìn)行的下述詳細(xì)說明中，本發(fā)明的這些和其它方面將是顯而易見的。


在所述附圖中圖1示例如在國(guó)際專利申請(qǐng)WO-0123104中所說明的多變送器源的實(shí)例；圖2是示出在多變送器源內(nèi)在發(fā)射之前的幾個(gè)信號(hào)處理級(jí)的方框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例而修改的圖2的方框圖；圖4是示例本發(fā)明對(duì)圖1中設(shè)備的影響的側(cè)視圖；圖5A是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)例的增益窗口函數(shù)的曲線圖；圖5B示出源自圖5A窗口函數(shù)的數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)；圖6A是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)例的增益窗口函數(shù)的曲線圖；圖6B示出源自圖5A窗口函數(shù)的數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)；圖7是在較低頻率下帶有增益得到增加的增益窗口函數(shù)；圖8A示例可能的路徑圖案，據(jù)此變送器可被放置在陣列內(nèi)；圖8B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例和圖8路徑圖案而產(chǎn)生的陣列布局。
圖9A示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)例的陣列的徑向陣列布局；圖9B是圖3的方框圖，其示出根據(jù)圖9A的陣列布局的變型；圖10示出根據(jù)本發(fā)明另外實(shí)例的陣列的橢圓形陣列布局；以及圖11是示例根據(jù)本發(fā)明的方法步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
首先其中說明了能夠?qū)⒙曅盘?hào)束操控進(jìn)入一個(gè)或更多個(gè)預(yù)定方向的已知的變送器設(shè)置(也被稱為DLS(數(shù)字揚(yáng)聲器系統(tǒng))。
圖1的基本設(shè)置示出陣列10，其包括被放置在公用底盤12上且被設(shè)置在基本上兩維陣列中的多個(gè)從空間上分布的電聲變送器11-1至11-n。變送器11中的每個(gè)最終被連接到相同的數(shù)字信號(hào)輸入。這個(gè)輸入被修改且被分布以饋給到變送器。通過向信號(hào)中添加延遲或相移以確保源自在預(yù)定位置13，14的個(gè)別變送器的信號(hào)結(jié)構(gòu)干涉。出于本實(shí)例的目的，這些位置是在房間側(cè)或后壁上的光點(diǎn)，其給予足夠反射以重新導(dǎo)引聲音回到房間內(nèi)的聽眾15?；镜膸缀斡?jì)算示出所述延遲是陣列變送器的相對(duì)位置以及位置13，14相對(duì)于變送器11-1至11-n的方向θ的函數(shù)。雖然確定必要的延遲或相移本身是復(fù)雜的任務(wù)，但是本發(fā)明尋求改善可以獨(dú)立于基本的束操控過程而被加以對(duì)待的某些方面。對(duì)于束操控的延遲或相移方面的進(jìn)一步詳情，參見例如所發(fā)表的國(guó)際專利申請(qǐng)WO-0123104，其在此被全面引入。
鑒于延遲和相移計(jì)算是已知的數(shù)學(xué)問題，對(duì)信號(hào)進(jìn)行修改以便于將被適當(dāng)延遲的信號(hào)復(fù)制器饋給到陣列的每個(gè)變送器所必須的電及電子電路可以廣泛地變化且當(dāng)然經(jīng)受在信號(hào)處理領(lǐng)域中的技術(shù)先進(jìn)性。圖2中的部件，如下面更詳細(xì)地提到的，因此被視為與具有相同數(shù)字處理能力的其它部件具有高度可互換性。
在圖2中音頻源數(shù)據(jù)作為以S/PDIF或任何其它已知的音頻數(shù)據(jù)格式的光學(xué)或同軸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流經(jīng)由輸入21被DLS接收。所述數(shù)據(jù)包含簡(jiǎn)單的兩通道立體聲信號(hào)或現(xiàn)代的被壓縮的及被編碼的多通道聲音再現(xiàn)如Dolby Digitaltm5.1DTStm聲音。通過使用數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備和固件22來應(yīng)付這些獨(dú)有的聲學(xué)數(shù)據(jù)格式，多通道輸入21被首先解碼且被解壓縮。它們的輸出被饋給進(jìn)入三對(duì)通道23。反過來，通道對(duì)將輸入提供到多通道采樣率轉(zhuǎn)換器用于轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)的采樣率和位長(zhǎng)度。采樣率轉(zhuǎn)換器級(jí)24的輸出被組合進(jìn)入包括所有六個(gè)通道的單個(gè)高速串行信號(hào)。在傳統(tǒng)立體聲輸入的情況下，僅它們中的兩個(gè)可包含有效數(shù)據(jù)。
被串行的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理(DSP)單元25以進(jìn)一步處理數(shù)據(jù)。所述單元包括一對(duì)從市場(chǎng)上可獲得的Texas InstrumentsTMS320C6701 DSP，其運(yùn)行在133MHz且以浮點(diǎn)格式執(zhí)行大多數(shù)計(jì)算。
第一DSP執(zhí)行濾波以補(bǔ)償所使用的變送器的頻率響應(yīng)中的不規(guī)則性。它提供四倍過采樣及內(nèi)插以去除由過采樣過程所產(chǎn)生的主頻內(nèi)容。
第二DSP執(zhí)行量化和噪聲成形以在采樣率為195kHz下將字長(zhǎng)度降低到九位。
通過使用到十一個(gè)市場(chǎng)上可獲得的Xilinx XCV200現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)26的總線251，來自第二DSP的輸出被并行分布。對(duì)于每個(gè)通道和每個(gè)變送器門陣列應(yīng)用唯一的時(shí)間延遲。它們的輸出是輸入的若干不同版本或復(fù)制品，其數(shù)量等于變送器的數(shù)量乘以通道的數(shù)量。在這個(gè)實(shí)例中當(dāng)變送器211-2至211-n的數(shù)量為132時(shí)，在這個(gè)級(jí)上產(chǎn)生幾百個(gè)不同版本或復(fù)制器的輸入。針對(duì)每個(gè)變送器，通道的個(gè)別版本在加法器27-1至27-n處被求和且被傳遞到脈沖寬度調(diào)制器(PWM)28-1至28-n。每個(gè)脈沖寬度調(diào)制器驅(qū)動(dòng)等級(jí)D的輸出級(jí)29-1至29n，所述輸出級(jí)的供給電壓可以被調(diào)節(jié)以控制到變送器211-1至211-n的輸出功率。
系統(tǒng)初始化在微控制器291的控制之下。一旦被初始化，微處理器被用來經(jīng)由紅外線遠(yuǎn)程控制器(未示出)從用戶取得方向和體積調(diào)節(jié)命令，將它們顯示在系統(tǒng)顯示器上，并且將它們傳遞到第三DSP292。
在系統(tǒng)中的第三DSP被用來計(jì)算能夠被操控的每個(gè)變送器上的每個(gè)通道，例如進(jìn)入不同方向的每個(gè)通道所要求的時(shí)間延遲。例如，第一對(duì)通道可被導(dǎo)引到房間的右和左側(cè)墻(相對(duì)于DLS的位置)而第二對(duì)被導(dǎo)引到后墻的右和左側(cè)以產(chǎn)生環(huán)繞聲音。因此所建立的延遲要求經(jīng)過與數(shù)據(jù)采樣相同的并行總線251被分配到FPGA 26。大多數(shù)上述步驟被更詳細(xì)地在WO-0123104中加以說明。
現(xiàn)在參考如在圖3中所示的本發(fā)明第一實(shí)施例，附加的濾波過程31被添加到圖2的信號(hào)路徑中。應(yīng)該注意到為了將重點(diǎn)放在由本發(fā)明所引入的變化上，相同的參考數(shù)字和符號(hào)分別指定圖2和圖3中相似的部件。
在圖3中，根據(jù)通道在信號(hào)已經(jīng)被分開之后數(shù)字濾波器31-1至31-n被應(yīng)用且被添加。數(shù)字濾波器級(jí)的輸出被發(fā)送到每個(gè)變送器211-1至211-n的PCM級(jí)28-1至28-n。數(shù)字濾波器31-1至31-n可以由單獨(dú)的DSP或門陣列來實(shí)施，或事實(shí)上，可恰好被包括進(jìn)入其它信號(hào)處理設(shè)備25，26。
當(dāng)數(shù)字濾波器的物理實(shí)施可根據(jù)所使用的用來建立DLS的電子部件而變化時(shí)，濾波器在其所要求的響應(yīng)或?qū)π盘?hào)的影響方面被更好地加以說明。
濾波器被設(shè)計(jì)成取決于要被發(fā)射的信號(hào)頻率來控制或修改變送器的輸出。在500Hz至10kHz的頻率范圍內(nèi)，濾波器31-1至31-n尋求維持大約恒定的束寬。這實(shí)際上是通過將頻率相關(guān)的窗口施加到陣列變送器211-1至211-n的輸出振幅上而被實(shí)現(xiàn)。因此，取決于它們?cè)陉嚵袃?nèi)的相對(duì)位置以及取決于要被發(fā)射信號(hào)的頻率內(nèi)容，新濾波器降低了變送器的增益。
在下面的段中，參考圖4至6，本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例以及其進(jìn)一步的變型將被更詳細(xì)地加以說明。
在圖4中，其中示例根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備對(duì)變送器11-1至11-n的陣列10操作的影響。再次地，針對(duì)相同或等效的元件，用在圖4中的數(shù)字等于用在圖1中的那些數(shù)字。
被示于圖4中的兩維曲線41，42，43按頻率增加的次序示例在三個(gè)不同頻率f1，f2和f3下被施加到陣列變送器上的輸出增益。變送器陣列限定具有位于陣列10中心的起點(diǎn)441或零點(diǎn)的平面。垂直于由陣列所限定的上述平面，示出一表示所發(fā)射信號(hào)的增益的虛軸44。任意的即使高的衰減被定義為截止水平且被繪成與變送器陣列平面相重合。因此，分別表示具有頻率f1，f2和f3的信號(hào)內(nèi)容的截止水平的曲線411，421，431指示哪些陣列10變送器貢獻(xiàn)于發(fā)射被放置在由曲線411所設(shè)定的邊界以內(nèi)的變送器貢獻(xiàn)于具有頻率f1的信號(hào)的發(fā)射，被放置在由曲線421所設(shè)定的邊界以內(nèi)的變送器貢獻(xiàn)于具有頻率f2的信號(hào)的發(fā)射，以及等等。位于相應(yīng)邊界外面的變送器操作在截止增益或其下。由曲線411，421，431所圍繞的面積是這樣的三個(gè)代表，其在下面被稱為在給定頻率f下陣列的有效發(fā)射面積。
現(xiàn)在本發(fā)明的目的是將有效發(fā)射面積控制在這樣的極限內(nèi)，所述極限主要由陣列的頻率和物理尺寸所設(shè)定，作為設(shè)定或選擇頻率相關(guān)的束寬的手段。通過作為頻率的函數(shù)改變所述有效面積，這個(gè)被選擇的束寬可以在寬的頻率范圍(典型地倍頻程或以上)上保持在恒定的或接近恒定的值。為此，使用束寬與有效發(fā)射面積的線性尺寸之間的函數(shù)關(guān)系。在最為簡(jiǎn)單的(有限小)的一維陣列情況下，這個(gè)函數(shù)關(guān)系可以由公式[1]表示 ---leff=c2fsinθBW]]>其中l(wèi)eff是對(duì)于給定束寬θBW(作為限定主束的兩個(gè)最小值之間的角而給出)陣列在頻率f下的有效半長(zhǎng)。常數(shù)c是聲音在空氣中的速度。
因此，通過選擇適用于其中尋求本發(fā)明被實(shí)施其中的具體環(huán)境的束寬θBW，圖3中的信號(hào)處理設(shè)備31-1至31-n可以被編程為以頻率相關(guān)的方式降低變送器的輸出，以產(chǎn)生根據(jù)公式[1]的有效發(fā)射面積。
然而，[1]的應(yīng)用假設(shè)在有效面積的邊緣所發(fā)射的信號(hào)從全至零信號(hào)振幅的突然下降。在圖4的環(huán)境中，衰減曲線41，42，43將描繪在邊界曲線411，421，431處到全強(qiáng)度的單個(gè)階梯，等效于矩形窗口的應(yīng)用，而不是到全信號(hào)強(qiáng)度的平滑增加。然而，將陡沿引進(jìn)到發(fā)射面積有可能引起所不希望的在旁瓣被發(fā)射的大量能量，即較少被導(dǎo)引的聲音。因此，下面要說明本發(fā)明更優(yōu)選的變型，所述變型經(jīng)過環(huán)繞有效發(fā)射面積的較寬過渡帶擴(kuò)展了邊緣區(qū)域。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)變送器被如此加以控制，以便于取決于它們距陣列中心的徑向距離，它們的增益被逐漸降低到零。在圖4中，過渡帶被以不勻調(diào)的方式加以示例，導(dǎo)致非常尖的衰減分布或窗口。實(shí)際上具有錐形邊緣的任何已知的窗口函數(shù)可以被應(yīng)用以建立在邊緣具有過渡帶的有效發(fā)射面積。
窗口函數(shù)的選擇由所要求的束寬和旁瓣水平之間的折中而加以確定。適合的窗口函數(shù)包括Hann窗口，其可以由公式[2-1]表示[2-1]--w(r)=cos2(πr2a),if|r|<a]]>(以及否則為零)對(duì)于Hann窗口，在給定束寬θBW下，連接窗口的有效半長(zhǎng)leff與頻率f的關(guān)系為[2-2]---leff=cfsinθBW]]>另一適用的窗口是被表示為下述的cos窗口[3-1]---w(r)=cos(πr2a),if|r|<a]]>(以及否則為零)
對(duì)于cos窗口，等效的關(guān)系[2-2]可以被寫為[3-2]---leff=3c4fsinθBW]]>其它適用的窗口函數(shù)包括Hamming，Kaiser或Chebyshev型的窗口或sin(x)/x型窗口(其變成在兩維下的Bessel函數(shù))，其所有被廣泛地記載。
這樣的窗口函數(shù)的應(yīng)用導(dǎo)致被修改的頻率和有效陣列長(zhǎng)度之間的關(guān)系[1]，[2-2]及[3-2]。
同表示廂式汽車窗口的公式[1]相比，這些錐形窗口函數(shù)的使用加寬了有效長(zhǎng)度leff。然而，[1]的總體特征仍成立，即為了維持恒定的束寬，隨著頻率的增加有效發(fā)射面積需要被減少且反之亦然。
在選擇了適合的窗口函數(shù)之后，可以從其中得到所要求的濾波器響應(yīng)集合，如當(dāng)參考下面的圖5A和5B時(shí)所示。通過使用標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)工具所要求的濾波器響應(yīng)可以然后被轉(zhuǎn)換成在數(shù)字域?qū)嵤V波器的濾波器系數(shù)。從濾波器響應(yīng)中得到濾波器系數(shù)的已知方法是例如通過使用逆傅立葉變換。已知的數(shù)學(xué)或工程程序，如MATLABTM容易地能夠執(zhí)行必要的轉(zhuǎn)換步驟。這個(gè)實(shí)施例的濾波器是線性相位有限脈沖響應(yīng)濾波器，因?yàn)樗灰暈閷?duì)維持相位關(guān)系和通過束操控過程而引入的延遲是有益的。
可以使用另外可選擇的濾波器結(jié)構(gòu)，如具有全通相位校正級(jí)的無限脈沖響應(yīng)濾波器。
獨(dú)立于濾波器結(jié)構(gòu)，有可能執(zhí)行完整的信號(hào)處理，包括本發(fā)明的控制過程及在單數(shù)字信號(hào)處理步驟內(nèi)已知的束操控方法。
再次，許多濾波器參數(shù)(例如濾波器的長(zhǎng)度，增益等)受到由可得到的電及電子部件所確定的約束。對(duì)于音頻系統(tǒng)，所述約束由用來在音頻頻率，即在20Hz和20kHz之間，實(shí)時(shí)對(duì)信號(hào)整形的必要性所進(jìn)一步確定。
如上所陳述，有效發(fā)射面積隨著頻率的增加而減少，從而使越來越少的變送器貢獻(xiàn)于輸出信號(hào)。相反地，當(dāng)頻率減少時(shí)，面積增加。這個(gè)總體特性導(dǎo)致進(jìn)一步對(duì)窗口形狀以及由此濾波器設(shè)計(jì)的有利修改。
首先，當(dāng)窗口的寬度朝向更高的頻率收縮且進(jìn)一步將任何變送器的有限寬度加以考慮時(shí)，最終僅被放置在陣列正中心的變送器再現(xiàn)最高的頻率。因此這些頻率根本沒有被操控。
通過設(shè)定最小的窗口寬度，可以確保足夠數(shù)量的變送器在截止水平處于窗口半徑之內(nèi)，以給信號(hào)一些可操控性。應(yīng)用最小的窗口寬度引起束在較高頻率進(jìn)一步變窄，但是取決于應(yīng)用，可優(yōu)選地是根本不具有任何方向性。
在低頻率極限處，即當(dāng)窗口到達(dá)陣列的物理寬度時(shí)，幾個(gè)不同的窗口設(shè)計(jì)可以被應(yīng)用。就有關(guān)聲音發(fā)射過程的不同方面，每個(gè)設(shè)計(jì)具有優(yōu)點(diǎn)和弱點(diǎn)。
在由圖5A所示例的本發(fā)明實(shí)例中，最小和最大窗口被設(shè)定成適用于陣列的物理極限。圖5A中的圖是Hamming型窗口函數(shù)的一維圖形，其示出放大或增益(單位dB)因子與距中心的徑向距離(單位米)之間的關(guān)系。窗口函數(shù)在從10kHz至40Hz變化范圍的10個(gè)不同頻率值處被繪出。然而，由于最小和最大窗口的實(shí)施，在高頻率端10和20kHz的圖和在高頻率端600，300，150，80和40Hz的圖是相同的。5kHz和2.5kHz以及1.2kHz的圖被示為分開的曲線。在-22dB的衰減，Hamming窗口的最低限度處截止被設(shè)定。在10kHz和600Hz的限制曲線分別表示高和低的頻率端以確保窗口的最小寬度和最大寬度。在實(shí)例中，曲線10kHz應(yīng)用到所有高出10kHz的頻率上，因此確保在高出這個(gè)頻率維持可操控性。曲線600Hz應(yīng)用到所有低于600Hz的頻率，從而避免在陣列邊緣在低頻率信號(hào)水平中的突然變化。這個(gè)變型抑制了旁瓣，但是付出了在陣列邊緣變送器低的利用率的代價(jià)。
在確定了所需要的窗口形狀之后，數(shù)字濾波器可以從中得到。
為了得到例如位于位置R＝0.64m處的變送器的數(shù)字濾波器，通過穿過圖5A窗口函數(shù)以在位置R選取垂直段來登記衰減值與頻率的關(guān)系，則(概念上)獲得表征濾波器的頻率響應(yīng)。正如可以看到的，在R＝0.64m處的截止頻率低于2.5kHz。朝向較低的頻率，濾波器增益快速增加直到到達(dá)600Hz的曲線。對(duì)于低于600Hz的所有頻率，濾波器維持對(duì)應(yīng)的-1dB衰減值。
在圖5B中，其中示出對(duì)于如上所說明的1.28m，0.64m以及分別0.32m，0.16m，0.08m，0.04m，0.02m和0.01m位置的變送器的濾波器頻率響應(yīng)。所述距離作為距陣列中心的徑向距離而被加以測(cè)量。
應(yīng)該注意到分立地相隔的變送器的使用意味著窗口函數(shù)的上述連續(xù)處理僅是粗略的近似。然而變送器分立性質(zhì)的效應(yīng)等效于由通過Riemann和積分的近似而引起的那些效應(yīng)，且可以同樣地得到補(bǔ)償。例如，當(dāng)從給出的窗口函數(shù)計(jì)算濾波器響應(yīng)時(shí)，變送器的分立間距可以通過梯形規(guī)則加以適應(yīng)。在任何分立點(diǎn)處，梯形規(guī)則應(yīng)用以與相鄰變送器位置之間的距離成比例的因子對(duì)窗口函數(shù)進(jìn)行加權(quán)。也可以使用較高級(jí)的近似，如基于多項(xiàng)式或其它的近似。
給定窗口函數(shù)的數(shù)值表示或數(shù)字濾波器的等效頻率響應(yīng)并且將它應(yīng)用到上述提到的濾波器設(shè)計(jì)工具，則得到可以被裝載進(jìn)如圖3所示的數(shù)字濾波器的濾波器系數(shù)。通過上述步驟得到的濾波器系數(shù)在頻率范圍上及對(duì)正在考慮當(dāng)中的應(yīng)用重要的徑向位置上連續(xù)地變化。
在圖5中，在600Hz的限制曲線已經(jīng)被引入以應(yīng)用到低于這樣頻率的所有頻率上，在所述頻率上窗口寬度以及由此有效發(fā)射面積將超出物理陣列的極限。有效地，對(duì)于信號(hào)的整個(gè)頻率范圍或帶寬，這在陣列邊緣處施加了錐形的或平滑的發(fā)射。然而，增加陣列外部變送器使用的其它實(shí)施是可能的。
在由圖6A和圖6B所示例的實(shí)例中，有效發(fā)射陣列被允許增長(zhǎng)超出陣列的物理極限。在圖6A中，對(duì)于分別的10kHz，5kHz，2.5kHz，1.2kHz，600Hz，300Hz，150Hz，80Hz和40Hz，窗口函數(shù)的若干一維圖形示出放大或增益(單位dB)因子與距中心的徑向距離(單位米)之間的關(guān)系。最小窗口被施加。然而，圖6A的窗口函數(shù)具有超出2米的有限輸出水平，而圖5A的所有窗口在這個(gè)半徑或甚至更小的徑向位置處下降到零。就變送器的輸出而言，兩者均示出在相同徑向位置集合處的響應(yīng)函數(shù)的圖5B和6B的比較證明在低頻率下圖6B的響應(yīng)函數(shù)有總體上較高的輸出水平。然而，輸出總體水平得到增加的代價(jià)是在陣列的邊緣引入輸出水平中的梯級(jí)變化(step change)。這個(gè)梯級(jí)隨著頻率的減少而增加，并且反過來，可導(dǎo)致更低頻率的能量被發(fā)射進(jìn)入旁瓣。
針對(duì)陣列有限長(zhǎng)度的另一方案是使用窗口函數(shù)家族當(dāng)?shù)谝淮翱诤瘮?shù)的頻率達(dá)到這樣的值時(shí)，即在所述值處函數(shù)基本上覆蓋了陣列的整個(gè)寬度，即每個(gè)變送器正在被使用，則相同寬度但是具有增加的平均值的窗口可以被用來改善低頻率的功率輸出而不引入非連續(xù)性。在如由圖7所示例的實(shí)例中，cosx窗口函數(shù)被使用，其中對(duì)于其中窗口等于或小于陣列寬度的所有頻率冪x等于2。當(dāng)窗口達(dá)到陣列的極限且頻率進(jìn)一步被減少時(shí)，甚至更小的x值被選擇用于窗口函數(shù)。如圖7中所示，這增加了放大或增益水平而同時(shí)維持窗口的寬度。
根據(jù)上述實(shí)施例，取決于其徑向位置每個(gè)變送器具有單獨(dú)的濾波器。然而，有可能使用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱或近似旋轉(zhuǎn)對(duì)稱以降低濾波器的數(shù)量。在其中若干變送器共享具有不同角坐標(biāo)的徑向位置時(shí)，例如被設(shè)置在圓圈上，這些變送器將要求相同的低通濾波，這樣它們的輸入信號(hào)可以通過公用濾波器被有利地復(fù)用。
同樣，不同的束寬可以被應(yīng)用到數(shù)字揚(yáng)聲器系統(tǒng)的不同通道。被投射在更遠(yuǎn)墻壁處的音頻通道可要求最小的束寬而投射在更靠近DLS表面處的通道可有利地采用較寬的束寬而工作。通過在公式[1]，[2-2]，[3-2]或任何等效關(guān)系式中選擇不同的束寬θBW，不同的窗口集合以及由此不同的濾波器集合被產(chǎn)生，其反過來可以被應(yīng)用到這些不同的通道。
普通的技術(shù)人員將從上述說明中理解到上面所說明的本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)質(zhì)是給予用戶對(duì)DLS輸出特征的較高控制程度。雖然適用于任何變送器陣列，尤其是如圖1中所示已知的被規(guī)則性相隔的變送器陣列，但是本發(fā)明通過引入變送器之間具有不規(guī)則間距的陣列以尋求利用所改善的控制。從下面的說明中，將理解到由本發(fā)明所提議的不規(guī)則陣列設(shè)計(jì)在陣列的外部邊緣共享較小密度的變送器。換句話說，變送器之間的間距隨距陣列中心的距離而增加。本發(fā)明這個(gè)方面的極重要優(yōu)點(diǎn)是同已知的陣列設(shè)計(jì)相比，顯著地降低產(chǎn)生可操控寬帶信號(hào)束所需要的變送器數(shù)量。
為了防止由空間混疊所引起的旁瓣，陣列元件之間的最大間距必須小于它們正在發(fā)射的感興趣的最高頻率的波長(zhǎng)的一些部分。這個(gè)部分最好被選擇成在0.25至0.5范圍內(nèi)。對(duì)于寬帶陣列，其尺寸由感興趣的最低頻率來確定，當(dāng)與均勻間距加以組合時(shí)這個(gè)約束可以導(dǎo)致非常大數(shù)量的變送器。然而，最大允許的間距與在陣列內(nèi)任何點(diǎn)處正在被再現(xiàn)的最高頻率成比例。由于對(duì)于上述窗口設(shè)計(jì)，僅中央陣列元件再現(xiàn)最高的頻率，這是需要最高變送器密度的唯一區(qū)域，并且元件朝向陣列的邊緣可以逐漸變得相距較寬。
在陣列布局的進(jìn)一步變型中，較大的變送器被有利地使用，其中個(gè)別變送器的間距變得較寬，即朝向陣列的外部。較大的變送器在產(chǎn)生低的聲音頻率時(shí)更為高效。然而，大變送器的簡(jiǎn)便使用受到總體上被稱為“高頻聚束(high-frequecy beaming)”技術(shù)現(xiàn)象的限制。高頻聚束是當(dāng)變送器的直徑處于波長(zhǎng)或更大的數(shù)量級(jí)時(shí)所引起的來自活塞式(pistonic)變送器(所不希望的)的方向性輻射。然而，在本實(shí)例中，小到足以滿足最大允許間距的任何變送器也將足夠小以具有可忽略的聚束效應(yīng)，因?yàn)樗闹睆奖炔ㄩL(zhǎng)小得多。
對(duì)于寬帶陣列，可有利地是使用變送器的兩個(gè)、三個(gè)或更多的尺寸。當(dāng)在陣列中幾個(gè)不相同類型的變送器被一起使用時(shí)，可有必要地是使用濾波器來補(bǔ)償它們不同的相位響應(yīng)。
雖然理想地整個(gè)陣列被用來再現(xiàn)最低頻率，但是在陣列中心的小區(qū)域(即小且密集封裝的變送器)可以通過適當(dāng)?shù)膸V波，例如通過在向這些中央變送器發(fā)送信號(hào)的信號(hào)路徑中放置高通濾波器而被排除?；蛘?，頻率響應(yīng)，更具體地變送器差的低頻率響應(yīng)可以被直接地使用以取得相似的效果。如果中央?yún)^(qū)域具有為考慮之中的信號(hào)波長(zhǎng)的一部分的直徑，則束的可操控性主要地并不受來自中央變送器的這種低頻率輸出限制的負(fù)面影響。這個(gè)想法可以被普及以覆含幾種類型的變送器，每種變送器具有不同的低頻率截止。
由于陣列中央?yún)^(qū)域中被密集封裝的陣列變送器的濾波器在低頻率下具有高的截止頻率及平滑的響應(yīng)，因此可以使用相對(duì)短的有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。對(duì)于更靠近于陣列邊緣的變送器，截止頻率更加低，這樣通常地較長(zhǎng)的濾波器被使用。然而，在上述實(shí)施例中，這些外部變送器并不發(fā)射信號(hào)的高頻內(nèi)容。因此，容易可行地是使用多速信號(hào)處理將且由外部變送器所發(fā)射的信號(hào)下采樣到原始采樣速率的一小部分，從而允許使用較短的濾波器而同時(shí)維持控制等級(jí)。
在使用陣列內(nèi)變送器的非均勻分布的變型中，經(jīng)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用窗口化的發(fā)射之前確保每單位陣列面積的均勻輸出是有利的。通過借助于適當(dāng)?shù)囊蜃訉⒚總€(gè)變送器的輸出進(jìn)行比例縮放(scaling)，則這可方便地實(shí)現(xiàn)。這個(gè)因子例如與在變送器位置處每單位面積的輸出成反比。具有均勻的功率輸出便利于本發(fā)明上述方面的應(yīng)用。然而如上所述，數(shù)字信號(hào)處理的總體性質(zhì)允許將這個(gè)比例縮放過程合并到總濾波過程，從而導(dǎo)致一個(gè)濾波器集合。
存在許多用來設(shè)計(jì)符合上述約束的陣列的方法。最好的方案可是使用數(shù)值優(yōu)化技術(shù)。然而，在下述段中一種確定性的但是次優(yōu)化(sub-optimal)的方案被加以說明，其具有產(chǎn)生從視覺上合意的布局這樣的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)這個(gè)實(shí)例，覆蓋所提議陣列的尺度的網(wǎng)格被形成。雖然可使用均勻的網(wǎng)格，但是由于對(duì)于較低頻率的變送器放置精度變得較不重要，所以在陣列中間具有高密度的不規(guī)則間距更為高效。
在設(shè)計(jì)過程的開始給出下述參數(shù)X，Y陣列的尺度m 變送器的最小實(shí)用間距(為了簡(jiǎn)便僅一種類型)Alpha 最大可接受的波長(zhǎng)一部分的變送器間距Beta所要求的陣列寬度與波長(zhǎng)的比值f_max 由陣列所再現(xiàn)的最大頻率c 聲速沿著經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的方形螺旋路徑，開始于中心，擴(kuò)展到覆蓋整個(gè)陣列，在每個(gè)位置·評(píng)估當(dāng)前位置距中心的距離r·評(píng)估截止頻率f_c＝min(Beta*c)/(2*r)，f_max)·評(píng)估最小可允許的變送器間距s＝c*Alphalf_c·評(píng)估實(shí)用的間距s_p＝max(s，m)·評(píng)估到最靠近的已經(jīng)放置的變送器中心的距離，s_m·如果s_m＞s_p，則將變送器放在這里Beta可以具有在水平上和垂直上的不同的值，以允許橢圓束。對(duì)于DLS投射器，這可以被用來改善例如給定數(shù)量的陣列元件或變送器的水平可操控性。
為了確保給定陣列尺寸的最大低頻方向性，當(dāng)初始化上述算法時(shí)變送器可以被手動(dòng)地放置在陣列的最極端。然后當(dāng)完成算法時(shí)，通過對(duì)任何被初始放置的變送器加以考慮，其它變送器的位置被加以計(jì)算。
陣列上的網(wǎng)格位置不需要以螺旋序列被訪問。沿著其它路徑導(dǎo)致具有不同特點(diǎn)的陣列。導(dǎo)致從視覺上吸引人的產(chǎn)品的良好對(duì)稱性可以通過沿著如圖8A中所示的路徑而獲得，其中網(wǎng)格點(diǎn)按被分配給它的數(shù)字順序而被加以訪問。
圖8B示出一種利用這個(gè)方法所設(shè)計(jì)的陣列，其Beta在水平上較在垂直上具有較大的值。變送器811-1至811-n被如此放置以便于上述所說明的約束得到滿足。同樣，變送器在尺寸上有變化，使較小直徑的變送器被放置在陣列的中心。
設(shè)計(jì)變送器陣列布局的另一可選擇的方案是使用變送器的同心環(huán)。從一個(gè)變送器處在陣列的中間開始，隨著環(huán)半徑和被選擇用來滿足最大允許的變送器間距的環(huán)單元數(shù)量的增加，環(huán)被添加，正如在前面陣列布局算法中所評(píng)估的那樣。圖9A示出由這個(gè)方法所產(chǎn)生的陣列，使變送器被設(shè)置在六個(gè)同心環(huán)911-2至911-7中而一個(gè)變送器911-1位于中心。在兩個(gè)外部環(huán)911-6，911-7處的變送器的直徑較中心處變送器的直徑較大。
圖9B是這種有序陣列所要求的信號(hào)處理的可能實(shí)施的方框圖。音頻信號(hào)輸入921進(jìn)入高通濾波器922，其從由較小的中央變送器所發(fā)射的部分信號(hào)中去除信號(hào)的低頻分量。級(jí)923從處在陣列外部邊緣處的較大變送器911-6，911-7所發(fā)射的部分信號(hào)中去除高頻內(nèi)容，并且以較低的采樣速率重新對(duì)剩余的信號(hào)進(jìn)行采樣。應(yīng)該注意到這個(gè)及后來的重新采樣并不引起信號(hào)的損失或惡化，由于實(shí)施有效發(fā)射面積的后面濾波級(jí)確保外部的變送器并不貢獻(xiàn)于信號(hào)的高頻分量。
信號(hào)校正濾波器，93-2補(bǔ)償較小和較大變送器不同的振幅和相位響應(yīng)。
由于單中心變送器911-1將總是發(fā)射所有的高頻分量，所以補(bǔ)償級(jí)93-1的信號(hào)直接地進(jìn)入到數(shù)字信號(hào)處理和延遲添加級(jí)96-1，這與圖2中級(jí)26，27，28和29的組合等效。這個(gè)級(jí)提供了控制且驅(qū)動(dòng)變送器DLS的束操控操作所必須的適當(dāng)延遲、調(diào)制等。在通向較小變送器的最內(nèi)環(huán)的信號(hào)路徑中，存在實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的窗口函數(shù)的第一濾波器931-1。在通向小變送器較寬環(huán)的信號(hào)路徑中，在進(jìn)入到用來實(shí)施所述窗口函數(shù)的第二濾波器931-2之前，信號(hào)穿過另一下采樣級(jí)924。朝向進(jìn)一步遠(yuǎn)離中心而置的變送器，在通向大變送器的路徑中存在類似的濾波級(jí)931-3至931-5和下采樣級(jí)925。
根據(jù)所述變型，每個(gè)濾波器931-1至931-5在一個(gè)環(huán)內(nèi)的所有變送器之間被共享。且因此，通過有效地利用布局的對(duì)稱性，對(duì)信號(hào)的計(jì)算操作數(shù)量顯著地減少。這與圖8B中所說明的散布陣列相對(duì)照，其具有共享相同濾波器的僅2個(gè)或4個(gè)變送器。
有可能擴(kuò)展有序陣列的方案以使用非圓“環(huán)”。這對(duì)應(yīng)于使用非圓形窗口函數(shù)。使用在每個(gè)軸上的不同Beta值(如同圖8B)，則對(duì)應(yīng)橢圓窗口函數(shù)。
如在圖10所示例，通過使用橢圓環(huán)，這可以在有序陣列中被實(shí)現(xiàn)。將變送器以相等的弦距離圍繞橢圓被放置從數(shù)學(xué)上是非微不足道的，但是通過使用已知算法，如二分檢索算法從數(shù)值上可以被實(shí)現(xiàn)。
在由圖10所示例的實(shí)例中，變送器111-1至111-n被示出。如上所提及的水平Beta大于垂直Beta。圍繞每個(gè)橢圓以及在水平軸上的橢圓之間，最大允許的變送器間距極限剛剛得到滿足。然而橢圓之間的間距比所必要時(shí)還要接近，以在所有其它角處滿足這個(gè)極限。因此，通過使用具有相同參數(shù)的非有序布局，設(shè)計(jì)使用比將所必要的還要多的變送器。盡管如此，因降低的DSP要求它可是優(yōu)選的方案。這個(gè)方案可以被進(jìn)一步普及到其它形狀的“環(huán)”，如具有對(duì)應(yīng)形狀窗口的矩形和六角形。
在圖11中，三個(gè)步驟112，113和114被示出，其示例了根據(jù)本發(fā)明實(shí)例的操作步驟順序。在選擇了所要求的束寬或多個(gè)束寬之后，窗口函數(shù)被加以選擇以根據(jù)公式[1]，[2-2]，[3-2]或其它類似函數(shù)來控制發(fā)射特征，即有效發(fā)射面積。然后，濾波器被加以設(shè)計(jì)且編程以將窗口函數(shù)施加到陣列變送器的輸出上。在操作中濾波器確保發(fā)射被正確地加寬或變窄以確保在頻率范圍上恒定的束寬存在于即將發(fā)射的信號(hào)中。
上述步驟可以被應(yīng)用到任何布局的變送器陣列中。然而，所述布局可根據(jù)此前所說明的進(jìn)一步步驟被優(yōu)化。
基于窗口函數(shù)用于設(shè)計(jì)陣列布局的上述方法產(chǎn)生這樣的陣列，即當(dāng)使用對(duì)應(yīng)的濾波器時(shí)，則剛剛滿足所要求的跨越頻率范圍的Alpha條件，由此避免了空間混疊。當(dāng)使用將有效發(fā)射面積減少到低于其優(yōu)化尺寸的較小窗口時(shí)，產(chǎn)生具有較寬束寬的束。如上所闡述，當(dāng)被適當(dāng)結(jié)合進(jìn)數(shù)字信號(hào)處理結(jié)構(gòu)時(shí)，這個(gè)效應(yīng)可以在通道到通道的基礎(chǔ)上被用來控制束寬。因此，用于陣列布局的窗口函數(shù)確定束寬的較低極限，因?yàn)樵噲D產(chǎn)生較窄束將導(dǎo)致空間混疊。
上述是指在給定方向上的束，更具體地指垂直于陣列的方向。這是給定陣列的最小束寬的方向且在其它方向上的束較寬。然而，通過降低垂直方向上的有效發(fā)射面積，上述所呈現(xiàn)的方法還可以被用來維持在不同方向上束的恒定束寬，所述束寬可以被保持恒定在這樣的一個(gè)值，所述值在垂直方向是次優(yōu)化的，但是在大多數(shù)所需要的方向上提供恒定值。
權(quán)利要求
1.一種變送器陣列包括被放置在外部陣列邊界內(nèi)的多個(gè)電聲變送器；在輸入和所述變送器之間用于具有在一個(gè)頻率范圍內(nèi)的信號(hào)分量的寬帶信號(hào)的數(shù)字信號(hào)路徑；以及位于在所述輸入和所述變送器之間的信號(hào)路徑內(nèi)且能夠控制所述變送器輸出的一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器，所述一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器被適用于將響應(yīng)于所述信號(hào)分量而產(chǎn)生的輸出約束到被放置在所述陣列的子陣列內(nèi)的所述變送器子集，所述陣列具有位于所述外部陣列邊界之內(nèi)的外部子陣列邊界，其中所述外部子陣列邊界隨著所述信號(hào)分量頻率的減少被準(zhǔn)連續(xù)地加寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的陣列，其中所述一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器被適用于逐漸地將被放置在子陣列過渡帶內(nèi)的變送器的輸出從全輸出減少到有效零輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的陣列，其中所述一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器被適用于將放置在子陣列過渡帶內(nèi)的至少一個(gè)變送器的輸出降低到這樣一個(gè)振幅值，所述振幅值具有低于全振幅水平且有效地為零振幅水平的值。
4.根據(jù)任何一項(xiàng)權(quán)利要求1至3的陣列，其中所述一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器被適用于朝向外部陣列邊界加寬外部子陣列邊界，以在所述頻率范圍上將束寬有效地維持在經(jīng)預(yù)先選擇的且恒定或接近恒定的值處。
5.根據(jù)任何一項(xiàng)權(quán)利要求1至4的陣列，具有被適用于將信號(hào)設(shè)置成兩個(gè)或更多個(gè)通道的數(shù)字處理器，所述通道具有通向給定位置的不同傳播長(zhǎng)度，其中所述一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器被適用于維持針對(duì)所述兩個(gè)或更多個(gè)通道中每個(gè)的不同束寬。
6.根據(jù)任何一項(xiàng)權(quán)利要求1至5的陣列，其中所述數(shù)字信號(hào)修改器是有限數(shù)字濾波器。
7.根據(jù)任何一項(xiàng)權(quán)利要求1至6的陣列，包括另外的數(shù)字信號(hào)處理器，以操控所述信號(hào)的一個(gè)或更多個(gè)束進(jìn)入預(yù)定的方向。
8.一種變送器陣列包括被放置在外部陣列邊界內(nèi)的多個(gè)電聲變送器；在輸入和所述變送器之間用于具有在一頻率范圍內(nèi)的信號(hào)分量的寬帶信號(hào)的數(shù)字信號(hào)路徑；以及位于在所述輸入和所述變送器之間的信號(hào)路徑內(nèi)且能夠控制所述變送器輸出的一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器，所述一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器被適用于向變送器陣列施加頻率相關(guān)的空間增益窗口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的陣列，其中空間增益窗口的寬度是信號(hào)分量頻率的函數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的陣列，其中窗口函數(shù)具有錐形邊緣，在所述錐形邊緣增益隨著窗口半徑的增加逐漸地降低。
11.根據(jù)權(quán)利要求8，9或10的陣列，其中對(duì)于在所述頻率范圍內(nèi)高于較高閾值頻率的所有頻率，所述窗口函數(shù)是頻率無關(guān)的。
12.根據(jù)權(quán)利要求8，9，10或11的陣列，其中對(duì)于在所述頻率范圍內(nèi)低于較低閾值頻率的所有頻率，所述窗口函數(shù)是頻率無關(guān)的。
13.根據(jù)任何一項(xiàng)權(quán)利要求8至12的陣列，其中針對(duì)頻率范圍內(nèi)低于較低閾值頻率的所有頻率施加一個(gè)或更多個(gè)不同的窗口函數(shù)。
14.一種用于建立波場(chǎng)的變送器陣列包括發(fā)射聲波信號(hào)且被放置在外部陣列邊界處的多個(gè)電聲變送器；以及在輸入和所述變送器之間用于包括在至少一個(gè)頻率范圍內(nèi)的信號(hào)的寬帶信號(hào)的數(shù)字信號(hào)路徑，其中在所述陣列的至少子陣列內(nèi)變送器之間的間距是非均勻的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的陣列，其中相鄰變送器之間的平均距離隨著所述變送器距陣列中心距離的增加而增加。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15的陣列，其中第一尺寸的變送器被放置在陣列的中央子陣列中且第二較大尺寸的變送器被放置在所述中央子陣列的外部。
17.根據(jù)權(quán)利要求14，15或16的陣列，其中一組變送器被連接到所述相同的一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器。
18.一種變送器陣列包括被放置在外部陣列邊界內(nèi)的多個(gè)電聲變送器；在輸入和所述變送器之間用于具有在一頻率范圍內(nèi)的信號(hào)分量的寬帶信號(hào)的數(shù)字信號(hào)路徑；以及位于在所述輸入和所述變送器之間的信號(hào)路徑內(nèi)且能夠控制所述變送器輸出的一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器，所述一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器被適用于將響應(yīng)于所述信號(hào)分量而產(chǎn)生的輸出約束到被放置在所述陣列的子陣列內(nèi)的所述變送器子集，所述陣列具有位于所述外部陣列邊界之內(nèi)的外部子陣列邊界，其中所述外部子陣列邊界隨著所述信號(hào)分量頻率的減少被準(zhǔn)連續(xù)地加寬，并且其中在至少所述子陣列內(nèi)變送器之間的間距是非均勻的。
19.一種操作電聲變送器陣列的方法包括下述步驟控制所述變送器的輸出以便于響應(yīng)于具有一頻率范圍的信號(hào)分量而產(chǎn)生的輸出被約束到被放置在所述陣列的所述子陣列內(nèi)的所述變送器子集，所述陣列具有位于所述外部陣列邊界內(nèi)的外部子陣列邊界；以及隨著減少所述信號(hào)分量的頻率準(zhǔn)連續(xù)地加寬所述外部子陣列邊界。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法包括這樣的步驟，即使用頻率相關(guān)的空間增益窗口函數(shù)來約束輸出。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20的方法包括這樣的步驟，即加寬所述外部子陣列邊界以便于在所述頻率范圍上維持恒定的或接近恒定的束寬。
22.用來再現(xiàn)多通道環(huán)繞聲音信號(hào)的聲音系統(tǒng)，包括至少一個(gè)后通道，所述系統(tǒng)包括變送器陣列，所述變送器陣列包括被放置在外部陣列邊界內(nèi)的多個(gè)電聲變送器；在輸入和所述變送器之間用于具有在一頻率范圍內(nèi)信號(hào)分量的寬帶信號(hào)的數(shù)字信號(hào)路徑；以及位于在所述輸入和所述變送器之間的信號(hào)路徑內(nèi)且能夠控制所述變送器輸出的一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器，所述一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器被適用于將響應(yīng)于所述信號(hào)分量而產(chǎn)生的輸出約束到被放置在所述陣列的子陣列內(nèi)的所述變送器子集，所述陣列具有位于所述外部陣列邊界之內(nèi)的外部子陣列邊界，其中所述外部子陣列邊界隨著所述信號(hào)分量頻率的減少被準(zhǔn)連續(xù)地加寬。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的聲音系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器被適用于朝向外部陣列邊界加寬外部子陣列邊界，以在所述頻率范圍上將束寬有效地維持在經(jīng)預(yù)先選擇的且恒定或接近恒定的值處。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23的聲音系統(tǒng)，具有被適用于將信號(hào)設(shè)置成兩個(gè)或更多個(gè)通道的數(shù)字處理器，所述通道包括至少一個(gè)后通道，所述通道具有通向給定位置的不同傳播長(zhǎng)度，其中所述一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器被適用于針對(duì)所述兩個(gè)或更多個(gè)通道中的每個(gè)維持不同的束寬。
25.根據(jù)權(quán)利要求22，23或24的聲音系統(tǒng)，其中相鄰變送器之間的平均距離隨著所述變送器距陣列中心的距離的增加而增加。
26.根據(jù)權(quán)利要求22，23，24或25的聲音系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器被適用于將頻率相關(guān)的空間增益窗口施加到變送器陣列上。
27.根據(jù)任何一項(xiàng)權(quán)利要求22至26的聲音系統(tǒng)，具有被適用于將信號(hào)設(shè)置成兩個(gè)或更多個(gè)通道的數(shù)字處理器，所述通道包括至少一個(gè)后通道，所述通道具有通向給定位置的不同傳播長(zhǎng)度，其中所述一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器被適用于針對(duì)所述兩個(gè)或更多個(gè)通道中的每個(gè)維持不同的束寬并且適用于將頻率相關(guān)的空間增益窗口施加到變送器陣列上，并且其中相鄰變送器之間的平均距離隨著所述變送器距陣列中心的距離的增加而增加。
28.根據(jù)任何一項(xiàng)權(quán)利要求1至27的陣列、方法或聲音系統(tǒng)，其中所述陣列是兩維陣列。
全文摘要
本發(fā)明提供這樣的變送器陣列，其能夠輸出穿過頻率范圍具有相對(duì)恒定寬度，以及帶有最小旁瓣的聲音束。這是通過利用在輸入聲音信號(hào)和變送器陣列之間的信號(hào)路徑內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)數(shù)字信號(hào)修改器而實(shí)現(xiàn)的?？勺兊拇翱诤瘮?shù)也被加以公開。
文檔編號(hào)H04R3/12GK1602649SQ02824742
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2002年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月11日
發(fā)明者A·G·古迪, P·T·思羅頓, A·霍利 申請(qǐng)人:1...有限公司