CN103181189A

CN103181189A - 阵列扬声器***

Info

Publication number: CN103181189A
Application number: CN2011800428606A
Authority: CN
Inventors: 安东尼·胡利; 埃德加·耶齐德·舒埃里; 保罗·雷蒙德·温德尔
Original assignee: Cambridge Mechatronics Ltd
Current assignee: Cambridge Mechatronics Ltd; Princeton University
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2013-06-26
Also published as: JP2013539286A; WO2012032335A1; EP2614658A1; KR20140007794A; US20130279723A1

Abstract

一种通过使用差分变迹法引导来自阵列扬声器的波束用于在听众位置产生声音和3D声的声音再现***。任选地，串扰消除被应用于被引导到听众的左耳和右耳的波束。

Description

阵列扬声器***

本发明针对扬声器阵列及使用扬声器阵列的方法。更具体地，本发明的目的在于使用这样的阵列改善可得到的声音质量的方法。

阵列扬声器在本领域中是已知的（例如，参见US7,577,260）。包括数字地控制的声换能器的延迟阵列的阵列扬声器能够同时形成几个/许多选择性地指向和聚焦的声音波束，每个声音波束携带不同通道的声信息（例如，在针对前立体声、5.1环绕声等的3.1、5.1、7.1、9.1等的配置中）。单独的波束可用于在用户处或直接地或通过使声音波束从墙壁、地板和天花板或其它声音反射表面或物体反弹而从不同的方向引导声音。在用于创建环绕声感觉的阵列扬声器的正常使用中，前通道信号在收听区域（其中是听众）被直接引导，同时波束焦距被设置为固定距离，该固定距离被选择以优化听众之间的该通道的声音的均匀分布（通常这最好被设置在负焦距长度处，即，给出定位在换能器阵列后面的虚焦点）；前-左和前-右通道信号通常借助左和右墙壁反弹（分别）被引导到收听区域，使得来自这些通道的主要声音从墙壁的方向到达听众，这大大增强了左和右通道的分离感，并且提供了宽的空间收听体验；后左和后右通道通常被弹离侧壁（而且阵列扬声器允许垂直波束操控以及水平波束操控的地方，也被弹离天花板）并且随后被弹离后壁，以最终从与阵列扬声器相反的方向（即从听众后面）到达收听区域，以给予强烈的“环绕声”感觉。在所有这些情况下，通常一旦被设置好，所有通道声音波束的方向、增益、频率响应和焦距在收听会话的持续时间内是固定的，除非用户主动介入以手动修改它们（例如，通过远程控制）。

人耳/脑***通过注意到达右耳和左耳的信号之间的细微差别确定传入的声音的方向，该细微差别主要是振幅差、相对时间延迟和微分频谱定形。所有这些影响由头的几何结构和物理结构造成——主要是因为这将两个耳孔放置在了空间中的不同位置，且在两耳和任何声音的来源之间，存在差异地遮盖、吸收和衍射结构。两耳之间的响应中的差异被归纳为头相关变换函数（HRTF），其是频率和声音来源相对于某一基准例如在水平面前方的直线的角位置的函数。它遵循该HRTF被定义的方式，即，如果声音的来源被传递到听众的每只耳朵的区域，同时耳朵信号之间的差异与特定的声音来源的方向THETA（3D角）的HRTF相同，那么听众将把声音的位置感知为方向THETA，即使它可能由例如耳机直接传递到耳朵。这样的到两只耳朵的基于HRTF的声音传递可被很好地描述为3D声，在如果被准确地完成这个意义上，听众可以感知真实的或完全人工合成的完整的3D声景观（scape）。

传递基于HRTF的3D声（下文仅称为3D声）的许多方法在本领域中被提出。如上所述，最简单的方法可能是借助耳机，但这在实践中对听众往往是不方便的，如果听众正在移动时根本是困难的，而且对于多个听众需要多套耳机。此外，使用耳机时，如果听众移动她的头，那么她将具有令人不安的随她的头而移动的声场的感受，这破坏了该魅力并且听起来不再‘真实’。耳机传递3D声的一个主要优点是，它是简单的，几乎完全消除了两个耳朵信号之间的串扰——其可以精确地将左信号传递到左耳并将右信号传递到右耳。

为了避免使用耳机将3D声传递给听众或多个听众的实际问题，在本领域中许多方法被提出，所述方法用于使用远离听众的两个或多个扬声器传递3D声。当这样做时，待解决的最重要的新问题是减小两个耳朵信号之间的串扰，使得左耳或多或少只听到左信号，且对于右侧同上，即使两耳现在暴露于两个扬声器。这个问题及其解决方案被笼统地称为串扰消除（XTC）。

如果两个扬声器被用于传递3D声，那么它们必须被分开某个最小距离Dmin，该最小距离Dmin由扬声器的物理尺寸（并且类似的考虑事项适用于两个以上的扬声器）确定。凡是期望小的分离的地方，在例如众所周知的立体声偶极XTC实现方式中，那么将被使用的扬声器的尺寸受所需的分离限制，这反过来对可传递的声音质量和振幅具有负面影响。

用于传递3D声的大多数XTC解决方案做出了如下假设:声音的传递和收听发生在基本上无回声的环境中，使得待被串扰消除的唯一的信号直接从扬声器中产生。然而，实际上，大多数实际收听环境包含反射和衍射物体，并且通常被一个或多个墙壁、地板和天花板围绕。在这样的真实环境中，间接到达听众的耳朵的被散射的声音——即从扬声器中通过来自物体和/或地板/墙壁/天花板的一个或多个反射/衍射——与来自扬声器的直接声音相比可具有非常显著的大小，并且在这样的情况下，用传统设备可实现的XTC的程度急剧下降，往往下降到不能工作的级别。大多数分立扬声器的基本无方向性的特性加剧了这个问题——声换能器的物理特性确保凡是扬声器的辐射部分明显小于被发射的声音的波长的地方，那么其辐射或多或少地被均匀分布在所有方向（至少，它将具有非常宽的波束角）。因为与音阶上的中间的C等效的频率的波长是大约四英尺（完全超过一米），所以变得清楚的是，甚至中等大的hi-fi扬声器（大约8英寸的锥体）名义上是无方向性的，直到频率完全超过1KHz。言外之意是，用于为听众传递3D声的真正的实际的扬声器也还将把声音或多或少地分布在听音室周围，这导致非常多的不需要的后向散射到达听众的耳朵且大大削弱了本领域中已知的XTC的形式中的任何的功效。虽然在原则上可以设想的是针对特定的听音室以及在该房间中扬声器和听众的特定位置调整XTC处理过程，但这样的过程将是复杂的、麻烦的并且不大可能产生显著改善的结果，以及对于大多数听众是不实用的。

图像分析和分割以及对象识别过程在现有技术中也是已知的，其当被应用于代表真正的三D场景的视频信号时能够或多或少实时地提取与正被观察的场景中的一个或多个对象有关的图像特征。现今，这些例如通常被发现在视频摄像机中，视频摄像机能够识别场景中的一个或多个人（或也许只是人的脸），以识别这些人的位置（例如，通过在摄像机的显示屏上显示包围框），以及甚至在一些情况下确定图像中的人中的哪些正在笑或眨眼。

本发明提供了一种***，其具有包括至少部分地分布在左到右的方向上并被配置成至少产生左声音波束和右声音波束的多个换能器的扬声器阵列，其中，所述***被配置成使得：

所述左声音波束使用第一变迹模式在第一方向上被引导；

所述右声音波束使用第二变迹模式在第二方向上被引导；

所述第一方向和所述第二方向在所述左到右的方向上具有不同的分量；以及

所述第一和第二变迹模式中的至少一个关于穿过扬声器阵列的中心的垂直轴线是不对称的。

用于被引导的波束中的至少一个波束的非对称变迹为用户提供了更好的波束分离的感觉，这当在立体声或环绕声***中被实现时提供了更好的立体声或环绕声效果。

任选地，第一和第二变迹模式各自关于穿过扬声器阵列的中心的垂直轴线是不对称的。在优选实施方式中，两个波束中的两者都被非对称地变迹。

任选地，第一和第二变迹模式彼此不同。

任选地，第一方向朝向左侧，且第二方向朝向右侧。这是优选设置。

任选地，波束被差分地变迹，使得它们听起来来源于所述阵列的不同部分。

任选地，声音波束的来源的视在位置（apparent location）是偏离中心的。

任选地，左声音波束的来源的视在位置在中心的左侧，且右声音波束的来源的视在位置在中心的右侧。

任选地，所述扬声器阵列包括以规则模式分布的多个换能器。可选地，可以使用不规则的布置。

任选地，所述扬声器阵列包括分布在水平排列的行中的多个换能器。

任选地，所述第一和第二变迹模式分别是窗函数，该窗函数具有峰值并平滑衰减远离所述峰值。

任选地，所述第一和第二变迹模式从如下窗函数中选择：

（a）Hann窗；

（b）余弦窗；

（c）Hamming窗；

（d）Kaiser窗；

（e）Chebyshev窗。

任选地，每个波束带有3D声音节目的不同分量，且串扰消除（XTC）被应用。已知的XTC算法可被使用。

任选地，所述左波束被引导朝向听众的左耳，且所述右波束被引导朝向听众的右耳。

任选地，在阵列的左手端处的换能器中的一个或多个换能器与右波束信号断开，且任选地，在阵列的右手端处的换能器中的一个或多个换能器与左波束信号断开，或反之亦然。

本发明还包括一种使用扬声器阵列引导左声音波束和右声音波束的方法，所述扬声器阵列包括至少部分地分布在左到右的方向上的多个换能器；所述方法包括：

使用第一变迹模式在第一方向上引导所述左声音波束；

使用第二变迹模式在第二方向上引导所述右声音波束；

其中所述第一方向和所述第二方向在所述左到右的方向上具有不同的分量；并且

其中所述第一和第二变迹模式中的至少一个变迹模式关于穿过扬声器阵列的中心的垂直轴线是不对称的。

任选地，所述第一和第二变迹模式各自关于穿过扬声器阵列的中心的垂直轴线是不对称的。

任选地，第一和第二变迹模式彼此不同。

任选地，所述第一方向朝向左侧，且所述第二方向朝向右侧。

任选地，波束被差分地变迹，使得它们听起来似乎来源于所述阵列的不同部分。

任选地，声音波束的来源的视在位置是偏离中心的。

根据本发明的一种实施方式，通过针对左耳和右耳波束不同地变迹（加窗）所述阵列，预定于左耳的波束或多个波束的有效来源位置相对于预定于右耳的波束或多个波束的有效来源位置被不同地定位。

根据本发明的可选特征，阵列扬声器被用于为用户提供3D声。这可以通过对由阵列传输的信号应用串扰消除（XTC）函数来实现，且这可以涉及使用一个或多个头相关变换函数（HRTF）。

现在，本发明将将仅仅借助非限制性实例、参照附图被进一步描述，其中：

图1示出了根据本发明的第一实施方式的水平的线阵列及用于左和右波束的相应的变迹模式；

图2示出了根据本发明的第二实施方式的水平的线阵列及用于左和右波束的相应的变迹模式；

图3示出了根据本发明的第三实施方式的水平的线阵列和用于左和右波束的相应的变迹模式；

图4示出了左和右声音波束分别被指向听众的左耳和右耳的附近的扬声器阵列的平面图。

扬声器阵列可被用来在特定的方向上引导波束，使得波束遵循特定的路径。我们先前在WO01/23104和WO02/078388中已经公开了使用扬声器阵列以沿不同的路径至少引导左和右声音波束。该路径可以例如路由声音指向听众。然而，可以通过选择涉及墙壁反弹的路径提供优异的效果，使得左声音波束从左侧壁的方向接近听众并且右声音波束从右侧壁的方向接近听众。这些文件的公开通过引用并入本文，并且本发明适用于所述路径包括墙壁反弹的***以及使用引导路径的***。

本发明的第一至第三实施方式将参照水平地排列的线阵列描述。这种类型的阵列具有沿水平方向布置的单行的输出换能器（即扬声器）。至少需要两个换能器，且优选有若干换能器。图1至图3示出了九个换能器，但在实践中更多或更少的换能器可被使用。例如，至少6个，优选至少10个，更优选至少15个和最优选至少20个换能器被使用。本发明同样适用于二维阵列，其使换能器也在垂直方向上延伸。无论是使用线性还是二维阵列，方便的是换能器以规则的模式被布置。对于线阵列，这意味着相邻换能器之间的间隔是恒定的。对于二维阵列，这意味着间距例如通过使用正方形或三角形栅格的换能器是一致的。可选地，换能器可被不规则地布置，其可以具有与在WO03/034780和WO2006/030198中所讨论的一样的有用的效果。

对于扬声器阵列，变迹函数本身是已知的。它们已被证明在减少当设法引导声音波束时能够显露出来的旁瓣上是有效的。“旁瓣”是在不需要的方向上传播的不需要的声音波束。在现有技术中公开的变迹函数是关于阵列的垂直中心线对称的并且以与右声音波束相同的方式被应用于左声音波束。这是因为这样的变迹函数的功能是减少旁瓣，并且居中的和相同的变迹函数提供了最好的旁瓣减少。

如果用于波束的变迹函数A(x,y)关于物理阵列的中心是对称的（在1-D或2-D阵列中），则该波束的有效来源位置将是该物理阵列的中心。更精确地，对于具有N个换能器的线阵列，其中第i个换能器TX_i具有沿阵列X_i的位置和相对增益G_i，则阵列的声中心XAc等于全部换能器的增益的第一力矩Mx，它们各自被其各自的变迹参数A_i加权，其中0<=A_i<=1。

Mx=G₁.X₁.A₁+G₂.X₂.A₂+…+G_N.X_N.A_N。

然而，如果用于波束的变迹函数A(x,y)关于物理阵列的中心是不对称的，例如，具有朝向阵列的中心的左侧的更大的总加权值，那么用于该波束的有效声源位置（或如上面所定义的声中心）将是该物理阵列的中心的左侧。对于1到j波束中每一个，通过适当调整换能器加权值A_ij（波束变迹加权值），每个波束的有效来源位置可被调整为阵列的轮廓线内的任何地方，但来源位置（声中心）越靠近物理阵列的边缘移动，则总的辐射功率通常将越弱，这是因为许多加权值此时通常将小于一。通过对由阵列产生的两个或两个以上的波束中的每个使用依赖波束的变迹函数，阵列内的波束来源位置（即波束声中心）可被调整。这可以被用于提供立体声分离效果并且当优化XTC时是特别有用的。因此，本发明可以实现真正的立体声/3D声的最佳听众感受。

因此，本发明在一方面提供了至少一种非对称的变迹模式。这允许左和右波束的有效来源位置彼此偏移，其有助于进一步减少串扰。优选地，该变迹模式是各自不对称的并且对于左和右波束是不同的。左波束和右波束优选在不同的方向上被引导，而且这有助于进一步提高声音分离的感觉。

在本领域两个扬声器的HRTFXTC***的当前状态下，两个单独的声音的来源必定与彼此空间地分开，因为它们由两个单独的扬声器发射。然而，为了在到达听众的右耳和左耳的信号中产生显著的差异，所述两个来源在任何情况下必须沿与朝听众的方向成直角的水平方向被空间地分开。因为小的扬声器或多或少在感兴趣的频率范围内时非定向的，所以假设没有这样的L-R空间来源分离，则到达听众的两耳的信号将或多或少地是相同的，并且可以实现非常少的XTC。

当阵列扬声器取代一对小的来源被使用时，这可以被布置成在垂直于听众方向的L-R方向上具有显著的物理范围，而且可被做成在通过阵列和听众的头部的平面中具有显著的指向性。使用整体（未变迹的）阵列以产生两个波束，L和R信号各自使用一个波束，导致L和R来源位置（声中心）的精确重合，其与分立的两个扬声器的来源的情况完全不同，其中，这种效果实际上是不可能的；在这样的情况下，假设两个波束直接被引导在听众头部，则再次地，将没有产生显著的XTC的可能性。然而，该阵列允许所述两个波束在不同的方向上***纵，例如，L-波束***纵到达听众的L耳的附近，而在R-波束到达听众的R耳的附近，并且由于在使用适当长度的阵列时可能获得相对窄的波束宽度，所以这两个波束可以产生明显不同的信号到达听众的L和R耳并且良好的XTC是可实现的，即使在物理地重合的L和R来源位置（即，在阵列的重心的声中心处的两个来源位置）的情况下。这种L-R耳信号分离的效果还可通过使L和R波束聚焦在距该阵列的距离处进一步增强，该距离与对应的听众的L和R耳朵的距离类似。

因为在实践中，即使当操纵到适当地不同的位置时，两个***纵的波束仍然在听众的耳朵附近有些重叠，所以可能的是通过也沿阵列的直线分离波束来源位置进一步提高该***。一种实现这个的简单的方法是使在阵列的R-手端的阵列换能器中的一个或多个从L-波束中断开，并且任选地，同样使在阵列的L-手端的阵列换能器中的一个或多个与R-波束断开，或反之亦然。这具有使L-波束的有效来源位置偏离到阵列的中心的左侧的位置并使R-波束的有效来源位置（声中心）偏离到阵列的中心的右侧的位置的效果。有了这样的安排，即使当听众或多或少在轴线上时直接向前地（垂直于阵列的平面）引导两个波束（或直接朝向听众，而无论她恰巧被定位在什么地方），某些L/R-耳的XTC以与传统的两个扬声器的布置类似的方式是可实现的，但具有添加的优点，即阵列的指向性将更少的声音发送到听音室的其它部分，并且由于减少了接着而来的反向散射，因此增强了总的XTC。这种组合L＆R来源分离的方法，同时差异地操纵波束（即每一个波束到达合适的听众的耳朵），进一步增强了可实现的XTC的水平。从一个或两个波束中断开一个或多个换能器的副效应是由此形成的缩短阵列的指向性与全阵列的指向性相比被降低，从而增加到达另一耳朵的波束的溢出（即到达右耳的左波束，且反之亦然），其然后损害可实现的XTC的水平。另一副效应是减少了由每个这样的减小的阵列可实现的最大SPL（声压级），其它所有都相同。这些损害可以在每种情况（即每个特定的阵列设计、所需的XTC的频带和所需的听众SPL）下被仔细地判定，以便保持波束宽度和来源分离的最好特征。

被调节成适合于传输到左和右耳的波束可被称为左耳波束和右耳波束或LE-波束和RE-波束。这些LE和RE波束不同于传统的L和R立体声通道，因为它们携带HRTF和XTC信号，而不是纯粹的左和右通道信息。

在一种形式中，本发明包括阵列扬声器，其包括至少部分地分布在左到右的方向上的多个扬声器换能器，其优选以相控阵列或宽带数字延迟阵列的方式被使用以形成至少两个声音波束。这两个波束可被表示为L-波束和R-波束，或者如果它们包括XTC编码则可被表示为LE-波束和RE-波束。因此，LE-波束和RE-波束分别携带包括HRTF（头相关变换函数）XTC（串扰消除）信号的左（L）和右（R）信号。

优选地，L或LE-波束和R或RE-波束二者都朝相应的听众的L和R耳朵附近被引导。

图1示出了具有九个换能器的示例性线阵列。它也示出了用于左声音波束（标记为“L”）和右声音波束（标记为“R”）的变迹模式的第一实施方式。该变迹模式是被应用于通过每个换能器被路由的每个信号的加权。一的加权意指该信号被留下以取其正常值，而零的加权意指该信号被阻断。在零和一之间的加权意指在零衰减和没有衰减之间的衰减的等级。根据第一实施方式，所有换能器都被设置为具有一的变迹加权，除了阵列的最远端。在阵列的左端，左手侧的传感器使左波束信号通过而没有衰减（加权=1）并阻断右波束信号（加权=0）。在阵列的右端，右手侧的换能器使右波束信号未受影响地通过（加权=1）并阻断左波束信号（加权=0）。这对应于对于右波束断开左换能器，且反之亦然，如上面所讨论的。这具有将左声音波束的有效质心移动到左侧以及将右声音波束的有效质心移动到右侧的效果。这在图1中示出，其中，左声音波束的质心示意性地表示为C_L，而右侧声音波束的质心示意性地表示为C_R。如图1所示，对于每个波束不同地断开最远的换能器，创建了一种有效的变迹模式，该变迹模式对所述两个波束而言是不同的。虽然在本实施方式中，对于每个波束的最远的换能器被断开，但是作为替代，它可被布置成使得最远的两个或三个换能器被断开，并且这将有助于将质心C_L和C_R分开进一步的量。

对于两个波束实现有效的L-R来源分离的更复杂的方式包括针对每个L和R波束，将更复杂的变迹函数应用于每个换能器的通道中的一个或多个的增益，其中所述L和R波束变迹函数彼此不同。因此，例如，可以使用非整数的加权函数，并且通常只要L＆R波束阵列的加权的声重心具有肯定的L-R分离，那么就实现了实际的L-R来源位置分离。

根据本发明的第二实施方式，提供了对于L-波束，在最左边的换能器处以1.0开始在最右边的换能器处降低到0.5的线性加权函数以及对于R-波束，在最右边的换能器处以1.0开始在最左边的换能器处降低到0.5的线性加权函数。这在图2中被示意性地示出。正如可被看到的，这提供了比第一实施方式更大程度的来源分离，因为在图2中C_L和C_R比它们在图1中彼此相隔得更远。

对于这些阵列加权函数的其它考虑事项可包括如上所述的最大可实现的SPL中的损耗以及任选地，是否包括波束成形的任何尝试以减少旁瓣，尽管这对于本申请来说是不必要的。主要目的是在每只耳朵处的最大SPL与耳朵之间的最大XTC一致，并且特别是当周围听音室的回声/声学效果被包括时，要都实现这些。

图3示出了本发明的第三实施方式，非线性变迹函数在其中被使用。该函数的特征为其是具有峰值和从该峰值起平滑衰减的曲线。如从图3中可以看出的，左声音波束的峰值位于阵列的左侧，且右声音波束的峰值位于阵列的右侧。这提供了比上述第一和第二实施方式更大水平的声音来源分离。另外，曲线形状的变迹函数用来限制声音波束中的旁瓣。曲线，例如高斯曲线、Hann窗、余弦窗、Hamming窗、Kaiser窗和Chebyshev窗等尤其可被使用。

虽然变迹方案当与HRTF和XTC信号组合时是非常有用的，但应注意，差分地变迹的分离的波束的使用也在其它应用中提供了来源分离的益处，例如用于简单的左通道和右通道的传统的立体声装置以及例如3-D声***的组件。在这样的差分地变迹的方案中，至少两个波束被产生，其听起来似乎来源于该阵列的不同部分。特别地，一个或两个波束可以是偏离中心的，即它们从阵列的偏离中心的部分发出。例如，左波束听起来从阵列的中心的左侧的阵列部分发出，而右波束听起来从中心的右侧的阵列部分发出。另外的波束可以被添加，其例如从阵列的其它部分发出或从阵列的与初始的两个波束相同的部分发出。

根据本发明，阵列扬声器可被使用（取代两个或更多个分立的传统的扬声器），以通过朝听众引导其波束中的两个或更多个（每一个带有3D声的不同分量）将3D声传递到听众的耳朵。阵列扬声器的总体尺寸被选择成使得它能够产生在将被听众感知的3D声的最重要的频带范围内的合理指向的波束，例如从大约200-300Hz一直到5-10KHz。因此，例如，可以预期1.27m（约50英寸——其匹配标称50英寸的对角线的电视屏幕的外壳尺寸）能够产生一直到低于300Hz的频率的良好指向的波束。实验上测得的在～2m的距离处的3dB波束半角当未聚焦时是约21度，这远远小于小的单个换能器扬声器的近90度的半角波束。当聚焦在阵列前面的～2m处时，半角波束宽度减小到～15度。当波束聚焦在在阵列前面的～2m处时，在1KHz处测得的波束半角减小到小于7度。明显地，在这样窄的波束宽度的情况下，从阵列中被辐射的声音在听音室中的所有散射表面周围被扩散地传播的比例，相比于小的分立扬声器的情形，被大大减少。净效果是任何XTC实现方案将具有更大的实现可接受的串扰水平的机会。

在本发明中，阵列扬声器可被用于将声音或3D声传递给听众，其具有附加特征，即携带针对左耳的信息的波束或多个波束被引导朝向听众的左耳，而携带针对右耳的信息的波束或多个波束被引导朝向听众的右耳。因此，在每只耳朵处预定于该耳朵的波束的相对强度相对于另一只耳朵被增强。净效果是在每只耳朵处对所需的信号的提高的鉴别率。

在本发明中，阵列扬声器可被用于将声音或3D声传递给听众，其具有附加特征，即被引导朝向听众的左耳的波束或多个波束还在距阵列某一距离处被聚焦，该距离与听众的左耳距该阵列的距离对应，并且被引导朝向听众的右耳的波束或多个波束还在距阵列某一距离处被聚焦，该距离与听众的右耳距该阵列的距离对应。因此，在每只耳朵处预定于该耳朵的波束的相对强度相对于另一只耳朵被进一步增强。

在图4中，包括声换能器5的阵列的阵列扬声器1在听众3的前面，同时一个声音波束被引导并聚焦到靠近听众3的左耳的焦点20并且另一声音波束被引导并聚焦到靠近听众的右耳的焦点21。由于所述两个波束在其各自的自身焦点处的强度相对于在其它波束的焦点处的相同的波束强度的显著差异，好的听众通道分离可被实现，使得听众3用她的左耳（其靠近焦点20）主要听到第一波束并且用她的右耳（其靠近焦点21）主要听到第二波束。因此，如果这两个波束上的节目素材代表听众将在她戴着耳机的每只耳朵中听到的内容，则使用HRTF信息制备的立体声和全环绕声可被远程传递给听众，而无需电线或耳机。

在本发明中，阵列扬声器可被用来将声音或3D声传递给听众，其具有附加特征，即通过以先前所描述的方式引导每个另外的波束组朝向对应的另外的听众，另一完全独立的两个或多个波束组被用来将声音或3D声传递给一个或多个另外的听众。由于阵列扬声器的线性度，另外的波束基本上不受其它波束的存在的影响，只要总的辐射功率维持在换能器通道中每一个通道的标称线性容量内。此外，因为针对每个听众的波束组可通过朝向该听众适当地引导和聚焦该波束以及通过适当确定用于感兴趣的频率/波长的扬声器阵列的尺寸以实现足够的波束指向性（即适当窄的波束角）被相对地局部化到该听众附近，所以另外的波束将不对其它听众造成不可接受的另外的串扰。

在本发明中，阵列扬声器可以如上所述的被用于将声音或3D声传递给一个或多个听众，其具有附加特征，即视频摄像机被用于观察听众位于的区域中的听音室以及被用于实时或近实时地从所捕捉的视频图像画面中确定一个或多个听众相对于扬声器阵列的位置，并且对于每个这样的位置被跟踪的听众中的一个或多个听众，视频摄像机被用于适当地调整用于将3D声传递给该听众的两个或多个波束的方向，使得随着以及当该听众改变其在房间里的位置时，相关联的波束被保持在到听众的头部的或多或少相同的相对位置中，以适当优化该听众的头部处的XTC。因此，可以提供一种***，其中，视频摄像机被用于检测听众的位置并且声音波束被相应地引导。任选地，一个或多个听众的位置由视频摄像机实时跟踪，并且声音波束被相应地引导。

在本发明中被使用的XTC和HRTF可以根据已知的例子。示例性算法可以在Kirkeby等人（Aalborg大学通信技术系，Fr. Bajers Vej 7, 9220Aalborg

Denmark）的“Design of Cross-talk Cancellation Networks by usingFast Deconvolution”中或Wang等人的“A Stereo Crosstalk CancellationSystem Based on the Common-Acoustical Pole/Zero Model”（EURASIPJournal on Advances in Signal Processing,Volume2010(2010),Article ID719197）中找到。

Claims

1.一种具有扬声器阵列的***，所述扬声器阵列包括至少部分地分布在左到右的方向上并被配置成至少产生左声音波束和右声音波束的多个换能器；其中所述***被配置成使得：

所述左声音波束使用第一变迹模式在第一方向上被引导；

所述右声音波束使用第二变迹模式在第二方向上被引导；

所述第一变迹模式和所述第二变迹模式中的至少一个关于穿过所述扬声器阵列的中心的垂直轴线不对称。

2.根据权利要求1所述的***，其中所述第一变迹模式和所述第二变迹模式各自关于穿过所述扬声器阵列的中心的垂直轴线是不对称的。

3.根据权利要求1或2所述的***，其中所述第一变迹模式和所述第二变迹模式彼此不同。

4.根据前述权利要求中任一项所述的***，其中所述第一方向朝向左侧，且所述第二方向朝向右侧。

5.根据前述权利要求中任一项所述的***，其中所述波束被差分地变迹，使得所述波束听起来来源于所述阵列的不同部分。

6.根据权利要求5所述的***，其中所述声音波束的来源的视在位置是偏离中心的。

7.根据权利要求6所述的***，其中所述左声音波束的来源的视在位置在中心的左侧，且所述右声音波束的来源的视在位置在中心的右侧。

8.根据前述权利要求中任一项所述的***，其中所述扬声器阵列包括以规则模式分布的多个换能器。

9.根据前述权利要求中任一项所述的***，其中所述扬声器阵列包括分布在水平排列的行中的多个换能器。

10.根据前述权利要求中任一项所述的***，其中所述第一变迹模式和所述第二变迹模式各自都是窗函数，所述窗函数具有峰值且离开所述峰值平滑衰减。

11.根据前述权利要求中任一项所述的***，其中所述第一变迹模式和所述第二变迹模式从如下窗函数中选择：

（a）Hann窗；

（b）余弦窗；

（c）Hamming窗；

（d）Kaiser窗；

（e）Chebyshev窗。

12.根据前述权利要求中任一项所述的***，其中每个波束携带3D声音节目的不同分量，且其中串扰消除被应用。

13.根据前述权利要求中任一项所述的***，其中，所述左波束被引导朝向听众的左耳，且所述右波束被引导朝向听众的右耳。

14.根据前述权利要求中任一项所述的***，其中在所述阵列的左手端处的换能器中的一个或多个换能器与右波束信号断开，且任选地，在所述阵列的右手端处的换能器中的一个或多个换能器与左波束信号断开，或反之亦然。

15.一种使用扬声器阵列引导左声音波束和右声音波束的方法，所述扬声器阵列包括至少部分地分布在左到右的方向上的多个换能器；所述方法包括：

使用第一变迹模式在第一方向上引导所述左声音波束；

使用第二变迹模式在第二方向上引导所述右声音波束；

其中所述第一变迹模式和所述第二变迹模式中的至少一个关于穿过所述扬声器阵列的中心的垂直轴线不对称。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一变迹模式和所述第二变迹模式各自关于穿过所述扬声器阵列的中心的垂直轴线不对称。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其中所述第一变迹模式和所述第二变迹模式彼此不同。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中所述第一方向朝向左侧，且所述第二方向朝向右侧。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其中所述波束被差分地变迹，使得它们听起来来源于所述阵列的不同部分。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，其中所述声音波束的来源的视在位置是偏离中心的。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述左声音波束的来源的视在位置在中心的左侧，且所述右声音波束的来源的视在位置在中心的右侧。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的方法，其中所述扬声器阵列包括以规则模式分布的多个换能器。