CN113853800A - 高度通道条形音箱阵列的向前声辐射的主动消除 - Google Patents

Abstract

多驱动器多通道单外壳高度通道(例如，ATMOS^TM或

)启用的条形音箱扬声器系统260以依赖于用于消除高度通道(或虚拟高度包封)通道的声音213DS的不期望的直接(非天花板反弹)辐射的新方法的方式，使用新的信号处理系统、驱动器安装配置(310L，310R)和方法来提供高保真家庭影院聆听体验。

Description

高度通道条形音箱阵列的向前声辐射的主动消除

优先权要求和相关申请的参考：

本申请要求于2019年3月7日提交的相关的、共同拥有的美国临时专利申请no.62/815,204的优先权，该专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。本申请还涉及(a)共同拥有的美国专利No.9,374,640、(b)共同拥有的美国专利No.9,185,490、和(c)共同拥有的美国专利No.7231,053，为了提供背景信息和命名，这些专利的全部公开内容也通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及在通常称为“环绕立体声”或“家庭影院”系统的多通道系统中的声音再现，并且更具体地涉及构造成用于聆听空间前方的单外壳“条形音箱”式的多驱动器扬声器系统。

背景技术

聆听者使用两个通道的“立体声系统”和“环绕立体声”或“家庭影院”音频系统来进行音乐回放和其他类型的音频再现。环绕立体声或家庭影院扬声器系统构造成与标准化的家庭影院音频系统一起使用，标准化的家庭影院音频系统可以包括多个回放通道，每个回放通道通常由放大器和扬声器服务。在基本的杜比^TM家庭影院音频回放系统中，通常存在五个或更多个基本全范围材料的通道加上被构造成再现频带受限的低频材料的亚低音扬声器通道。基本杜比数字5.1^TM系统中的五个基本全范围通道通常是中央、左前、右前、左环绕和右环绕(例如，如图1A和图1B所示)。左前和右前通道扬声器通常定位于家庭影院系统中视频监视器或电视的左侧和右侧附近，并且左前和右前通道由内容创建者用于“立体声”(例如，音乐)信号和声音效果。

不幸的是，当典型的环绕立体声(例如杜

5.1)扬声器系统安装在聆听者的家中时，遇到了设置问题，并且许多用户还要努力解决扬声器放置、部件连接和相关的复杂性。结果导致，许多聆听者已经转向“条形音箱”式的家庭影院扬声器系统(例如，50)，其将至少左通道、中通道和右通道合并到单外壳(例如，60)中，该外壳构造成用于在用户的视频显示器(如图1C、图1D和图1E所示)和单独的亚低音扬声器(例如，70)附近使用。Polk Audio已经开发了许多条形音箱扬声器系统(例如，50)，包括在(a)共同拥有的美国专利No.9,374,640、(b)共同拥有的美国专利No.9,185,490和(c)共同拥有的美国专利No.7231,053中描述和示出的那些，为了提供背景信息和命名，这些专利的全部公开内容也通过引用并入本文。

这些条形音箱式扬声器系统(“条形音箱”)安装和连接更简单，并且能够构造成为紧凑的有源扬声器产品，以用于几乎任何地方。但是大多数条形音箱对于希望从排列在典型用户的聆听空间中的聆听位置聆听电影和音乐的聆听者不能提供令人满意的性能。传统的家庭影院设备(例如，图1A和图1B中所示的10)需要使用或安装多对扬声器(例如，一对前扬声器16，18，以及放置在就座区域24侧向(26，28)和后方30，32的两对环绕立体通道扬声器，其遵照行业标准Dolby数字^TM和兼容格式。因此，传统的家庭影院设置将聆听者放置在房间12中的屏幕或显示器14前方的聆听位置24处，其中扬声器都对准聆听位置。

与家庭影院系统不同，现代商业电影院现在配备有这样的音响系统：该音响系统被设计成利用安装在聆听者上方的扬声器来创建“沉浸”或“3-D”声场，从而创建来自前方、后方、旁边和头顶的源的声像。例如，

Atmos^TM系统将扬声器放置在影院的天花板中或天花板上以提供头顶声源，并且现在可以在家里使用扬声器来再现

Atmos^TM的“高度”或上仰节目材料，如美国专利9,648,440中描述的，为了定义背景和“Atmos”高度通道命名法，该专利的全部公开内容通过引用并入本文。不能使用商业影院音响设备装备他们的家但想要重新创建用

Atmos^TM系统体验的沉浸式3-D声场的消费者或家庭影院爱好者可配置并且安装具有“虚拟高度”扬声器的系统，诸如在Dolby的美国专利9,648,440中描述和示出的那些。一种竞争性的高度通道或竖向沉浸式上仰音频再现扬声器系统由DTS公司以与

有关的商标名称销售。

然而，高度通道扬声器或具有向上发射上仰模块的扬声器，诸如Dolby的美国专利9,648,440中描述的那些(以及图1E中示出的，主要从其获取)，在实际使用中不完全令人满意，因为顶部发射高度通道扬声器不单独朝向天花板(在图1E中的104处)辐射声音108(对于头顶声像)，并且因此在聆听位置(即，图1A、图1B、图1D和图1E中的24)处产生听觉上有缺陷的再现声音。申请人已经发现听得见的声音缺陷，其由聆听者对来自高度通道110的不期望的直接辐射声音113DS的感知而产生，高度通道遵循从高度通道扬声器110直接朝向聆听位置24的大致水平的线(如图1E所示)。

因此，需要一种更有效的、令人满意且不引人注目的系统和方法，用于当用户试图重新创建或模拟具有高度通道音频再现的现代商业影院系统(例如

Atmos^TM或

系统)所体验的沉浸式3-D声场时，在家庭影院用户的聆听空间中提供影院声音的高保真重放。

发明内容

因此，本发明的目的是通过提供一种用于实现新的扬声器配置和信号处理方法的方法和系统来克服上述困难，所述方法和系统用于克服现有技术配备有ATMOS^TM或

兼容高度通道扬声器的家庭影院产品的问题，当用户试图重新创建或模拟现代商业影院系统(诸如，ATMOS^TM或

系统)所体验的沉浸式3-D声场时，所述方法和系统提供家庭影院用户的聆听空间中的影院声音的高保真重放。

在本发明的系统中，ATMOS或

启用的条形音箱和亚低音家庭影院音响系统(有点类似于图1C和图1D中的50)被改变为在条形音箱外壳中包括面向前的中低音换能器，以再现ATMOS或

高度通道信号的带通相位反转的副本，并且该面向前的中低音换能器构造与左侧和右侧高度通道声音投射扬声器阵列一起工作，所述左侧和右侧高度通道声音投射扬声器阵列被构造和驱动以提供向上对准的高度通道(例如，ATMOS或

)信号的相控阵列波束操纵。为了命名法的目的，在本申请中，术语ATMOS或

可互换使用，以一般地描述高度通道或虚拟高度信号以及旨在产生期望的竖向沉浸式上仰效果的扬声器。

本发明的系统和方法有两个主要方面，第一个方面描述了一种系统，该系统用于在有限带宽上显著降低与高度通道启用的条形音响系统中的高度通道(例如ATMOS)扬声器阵列(例如113DS)相关联的向前辐射声音。通过设计，高度通道信号旨在以规定的辐射模式(例如，108)朝向媒体房间或空间的天花板(例如，102，在点104处)被发送，以便向下反射到聆听区域中(例如，在24处)。从扬声器系统(诸如条形音箱，例如60)朝向聆听者的任何显著的直接辐射对高度通道效应是有害的，这部分地是由于聆听者体验到的被称为“优先性”或“Haas”效应的某种东西。由于这种Haas效应，直接辐射的声音(113DS)将显著减损由似乎源自上方的声音(来自104的实际期望的天花板反射的声音)提供的预期高度线索(cues)。在申请人的开发工作中发现，通过采用条形音箱的面向前的中低音换能器来再现高度通道(例如，ATMOS)信号的带通相位反转的副本，具有左侧和右侧高度通道扬声器阵列的高度通道启用的条形音箱可以被构造和驱动以提供好得多的性能。可以以可测量的方式有效地改善高度通道阵列的辐射模式。

本发明的系统和方法的另一方面涉及以如下的方式操纵从高度通道阵列投射的声音，即其辐射的主轴线在角度范围内是可选择的或可操纵的，并且通常可以偏离基于换能器阵列的几何结构通常预期的主轴线。阵列操纵和与相控阵列操纵相关的控制控制声换能器的辐射主轴线，并且部分地通过确定阵列元件间的时间延迟来实现。根据通常接受的关于相控阵设计的实践(例如，如Yamamoto等人的美国专利9736977中所描述和示出的)，通过增加阵列元件的数量(这在功能上类似于相对于声学波长增加阵列尺寸)可以改善方向性。在申请人的高度通道(例如ATMOS)启用的条形音箱开发工作期间发现，前后尺寸对于操纵阵列的方向性具有特别的重要性。

最重要的是，本发明的系统和方法的优点包括，通过使用在条形音箱的前挡板安装的中低音驱动单元的惊人有效的方法有效地消除向前辐射分量的一些部分(例如，如图1E中所示的113DS)，改进了高度通道启用的条形音箱的每个高度通道阵列的辐射模式。优选地，将通常包括带通滤波、参数均衡和延迟的适当信号处理应用于左侧和右侧高度通道阵列(但是也可以将其应用于仅一个阵列)。以这种方式，“次级源”(直接辐射的信号消除)换能器是已经被发现提供最佳性能的条形音箱的中低音驱动器。本发明的另一个重要优点涉及在存在次级消除源的情况下对高度通道阵列的要求。在没有次级消除源的情况下，高度通道阵列必须相对较大(在前后维度上)，并且通常包括旨在阻挡或吸收声辐射的声学遮挡形式，否则声辐射将直接辐射到聆听区域部分中。部分由于在本发明的系统中使用了消除，高度通道阵列本身的前后尺寸可以比它们在其它情况下的尺寸更小。这意味着由于包括消除换能器，对物理地阻挡或吸收不希望的直达声(113DS)以减轻其经由直达路径到达座位区域24的需求被大大降低。根据本发明的系统和方法的相控阵列和操纵方面获得了许多优点。把相控阵列操纵包括在内允许座位位置的范围更宽而不损害音频性能。相对于常规高度通道(例如，ATMOS)启用的条形音箱(其中ATMOS阵列相对于转向角固定)，确定对于所选聆听位置的最佳转向角的自动校准方案获得更优越的音频性能

向上定向有助于更有效地使用外壳容积，并且允许在作为将该新产品与常规的ATMOS^TM兼容的条形音箱区分开的手段的工业设计上有更多的可能性。

在考虑了本发明的特定实施例的以下详细描述之后，特别是当结合附图考虑时，本发明的上述和更进一步的目的、特征和优点将变得显而易见，其中，各个附图中的相同附图标记用于表示相同的部件。

附图说明

图1A和图1B示出了根据在先技术的在包括聆听位置的家庭影院环境中的多扬声器外壳传统家庭影院声音系统。

图1C和图1D示出了根据在先技术的在包括聆听位置的家庭影院用户的环境中的条形音箱/亚低音家庭影院声音系统。

图1E是示出了根据本发明方法的在包括聆听位置的家庭影院用户的环境中的Dolby ATMOS家庭影院声音系统(如美国专利9648440中所示)的图，该图具有来自(一个或多个)高度通道扬声器的有问题的直接辐射声音路径的附加表示。

图2是根据本发明的配备有虚拟高度或高度通道(例如，ATMOS^TM或

兼容高度扬声器)阵列的条形音箱扬声器系统的透视图，该扬声器系统实施用于条形音箱高度通道阵列的向前声音辐射的主动消除的方法，该方法采用条形音箱前挡板的换能器并且经由相控阵列技术来操纵来自高度通道阵列的声音。

图3是根据本发明的图2的配备有高度通道阵列的条形音箱扬声器系统的正视图，示出了条形音箱前挡板的换能器。

图4是根据本发明的图2和图3的配备有高度通道阵列的条形音箱扬声器系统的右侧视图，示出了条形音箱前挡板的换能器和顶部安装的高度通道阵列的取向。

图5是根据本发明的图2、图3和图4的配备有高度通道阵列的条形音箱扬声器系统的顶侧平面图，示出了内部子外壳，并且以虚线示出了条形音箱前挡板的换能器相对于顶部安装的高度通道阵列的取向。

图6是根据本发明的信号流框图，示出了用于采用条形音箱的前挡板换能器(例如，图2-5的)主动消除条形音箱高度通道阵列的向前声音辐射并经由相控阵列技术来操纵高度通道阵列信号的方法。

图7是示出了根据本发明的用于经由相控阵列技术操纵高度通道阵列信号的方法的图。

图8是根据本发明的方法，示出了在包括聆听位置的用户环境中本发明的增强的高度通道启用的条形音箱系统(当沿着扬声器轴线SA观察时)的图，示出了条形音箱系统部件的取向，以及被消除的、不期望的直接辐射声音路径的表示。

具体实施方式

现在转到图2-8，本发明的系统和方法包括高度通道(例如，ATMOS或

)启用的多驱动器条形音箱扬声器系统260，该系统具有外壳270，该外壳具有面向前的中低音换能器312以再现“主”信号和“环绕”信号，以及高度通道(例如，ATMOS虚拟高度)信号的带通反相副本。安装在前面的中低音换能器312构造成与左侧和右侧高度通道扬声器阵列(310L，310R)一起工作，所述左侧和右侧高度通道扬声器阵列被构造和驱动以提供向上指向的高度通道信号(308，如图8中最佳观察到的)的相控阵列波束操纵。为了定义宽泛的描述性命名法，在本申请中，术语高度通道一般用于描述用于虚拟高度信号的通道和旨在在流行的商业(例如，ATMOS^TM或

系统)系统中产生期望的竖向沉浸式上仰效果的扬声器，因此左侧和右侧高度通道声音投射扬声器阵列(310L，310R)被不同地称为虚拟高度扬声器阵列或高度通道阵列。

根据本发明的结构和方法，在声学上消除了高度通道的带宽的较低部分，否则该较低部分将是直接向前辐射到聆听区域24中的不期望的直接辐射信号(213DS)的一部分。消除信号从条形音箱的前发射扬声器312生成并且辐射。如图6和图8所示，通过接收高度通道(例如，ATMOS)通道内容、带通滤波高度通道信号、相位反转高度通道信号，然后延迟相位反转的带通滤波的高度通道信号以放大用于条形音箱的前发射扬声器312来生成直接信号消除信号。

在初始信号处理方法步骤中，将较高低音范围(例如，大约200至400Hz或更高)上的带通滤波器应用于每个高度通道信号(左高度通道和右高度通道，无论是对Dolby ATMOS节目材料分立，还是当使用诸如Dolby数字5.1或7.1的非ATMOS节目材料时具有分立通道或导出的高度通道的DTS等效节目材料)。在下一步骤中，应用每个带通高度通道信号的相位反转或极性反转。根据(条形音箱系统260的)产品配置，信号然后可以衰减3到9dB，并且可以存在依赖于产品的幅度整形(参数均衡)以完成信号处理，以便导出用于大幅减少来自高度通道扬声器阵列310L，310R的直接室内辐射(例如213DS)的校正次级源，如由聆听者在聆听位置24处感知的。

在没有对用于条形音箱的前发射扬声器312的高度通道消除信号施加延迟的情况下，所导出的次级源辐射将在来自高度通道扬声器310L，310R的直接辐射(即，信号213DS，其假定在声学上被消除)之前到达聆听者。因此，应当对高度通道直接信号消除信号相对于前通道扬声器辐射施加适当的延迟，以便确保聆听区域中的同步辐射和来自次级源的最佳性能。可以通过考虑在次级源(即，面向前的条形音箱扬声器312)的声学中心与阵列310L，310R中的高度通道面向上的扬声器的声学中心之间的距离来简单地计算延迟。

当采用多个扬声器时，为了该延迟计算的目的，优选地导出平均位置：

延迟＝(A_C,A–A_C,f)/c 等式1

其中A_C,A＝Atmos换能器的声学中心的位置，A_C,f＝前挡板次级源的声学中心的位置，并且c＝海平面处的空气中的声速，室温＝343m/s。可以注意到，在一些情况下，由于高度通道(例如，ATMOS^TM或

)兼容的条形音箱的工业设计，所计算的延迟可以接近零。这对于浅条形音箱尤其如此，浅条形音箱的高度通道阵列310L，310R大致放置在沿着扬声器轴线SA对齐的安装在前挡板上的换能器312上方，在这种情况下，选择物理上最接近或最靠近高度通道阵列310L，310R的安装了前挡板的换能器(例如312L，312R)作为次级(消除)源。

本发明的第二方面涉及操纵从条形音箱260向上发射到聆听空间中的电声变换器的多元件阵列。通过将相邻阵列元件或相邻扬声器驱动器换能器的声输出延迟适当的时间量，可以操纵阵列的集合输出(例如，310L和310R)(参见例如图7的图)。原则上，这种相控波束操纵方法类似于相控阵列雷达的操作。通常，元件间延迟取决于元件间距、期望的转向角和声音在空气中(例如，聆听室100的空气中)的速度。例如，对于其三个相同的25mm驱动器之间的中心到中心间距在相邻元件之间为2.25英寸的多元件阵列(例如，三元件阵列310L)，为了实现从直接在条形音箱的中心和聆听者之间的轴线起5.0度的转向角，将从下式计算时间延迟：

t＝l*tan(theta)/c 等式2

其中l是元件间的间距(2.25英寸)，θ是转向角(5度)，并且c是声音和空气的速度(343m/s)。对于该示例性实施例，5度转向角的时间延迟t等于14.6微秒。可以通过以通常称为幅度整形的方式对每个元件的幅度响应应用特定的有限脉冲响应(“FIR”)滤波器来实现对辐射图的进一步改进，从而组合相位和幅度整形两者以得到优化的受控阵列响应。根据本发明，对于波束状的声学阵列，使用FIR滤波器的信号处理方法被改进以用于包括图2-8中所示的条形音箱结构的应用。虽然这里描述和示出的示例性实施例包括多(例如，三个)元件阵列310L和310R，但是也可以使用包括2到5个元件的各阵列来有效地实现本发明的结构和方法。

再次参照图2-5，多通道单外壳高度通道(例如，ATMOS^TM或

)启用的条形音箱扬声器系统260优选地构造成与数字信号处理方法一起使用，用于为聆听空间100(例如，包括聆听位置24)中的聆听者以非常高的保真度再现高度通道音频节目材料，而不管每个聆听者相对于聆听空间内的扬声器的位置如何。

多驱动器多通道单外壳高度通道(例如，ATMOS^TM或

)启用的条形音箱扬声器系统260优选地具有单个底架，该底架包括平坦底部以及也支撑大致竖向的前壁区段或平坦挡板的左侧侧壁构件和右侧侧壁构件，前壁区段或平坦挡板界定扬声器轴线SA并且具有由相对的左端和右端界定的近端表面或前表面。在所示实施例中，单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统的外壳优选地配置有面向前的第一驱动器312L和面向前的第二驱动器312R，第一驱动器312L更靠近左端定位在外壳中心的横向左侧，第二驱动器312R更靠近右端定位在外壳中心的横向右侧。如图2和3中最佳示出的，外壳还对准和支撑其他向前安装和对准的中低音扬声器驱动器和高音扬声器驱动器。

多驱动器多通道单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统260还具有上表面或具有左远端和右远端的外壳壁区段，左远端和右远端承载被构造成生成左高度通道(虚拟高度)的音频的三个驱动器310L的左侧向上发射阵列和被构造成生成右高度通道(虚拟高度)的音频的三个驱动器310R的右侧向上发射阵列。

使用根据本发明修改的信号来驱动面向前的第一驱动器312L，以消除来自左侧高度通道阵列310L的任何不期望的水平投射的直达声(例如，213DS，如图8中最佳观察到的)。将高度通道阵列310L和面向前的驱动器312L的声学中心分开的距离(D_L-AC)优选地小于5.5英寸(但是从驱动器阵列310L声学中心到面向前的驱动器312L声学中心可以是2-8英寸)。驱动器或阵列的“声学中心”是驱动器或阵列的辐射声音起源的点，并且可以随频率变化，但是通常与将驱动器的音圈线圈架连接到其膜片的接合点重合。类似地，使用根据本发明修改的信号来驱动面向前的第二驱动器312R，以消除来自右侧高度通道阵列310R的任何不期望的水平投射的直达声(例如，类似于213DS)。将高度通道阵列310R和面向前的驱动器312R的声学中心分开的距离(D_R-AC)优选地小于5.5英寸(但是从驱动器阵列310R声学中心到面向前的驱动器312R声学中心可以是2-8英寸)。已经发现，在申请人的开发工作中这些间隔以及用于上述和图6所示的消除信号的信号处理400有惊人的效果。

多通道单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统260优选地包括若干专用放大器，每个专用放大器驱动对应的扬声器驱动器(例如，312L，312R)，每个专用放大器被安装并且声学密封到五(5)个子外壳之一中(如图5中所示)，并且系统260包括信号处理算法被编程到微处理器中的信号处理电路以及与包含在专用功率放大器中的DSP电路。

图8示出了在包括聆听位置24的用户环境100中沿着扬声器轴线SA观察到的增强的高度通道启用的条形音箱系统260，示出了条形音箱系统部件的取向，以及被消除的、不期望的直接辐射声音路径213DS的表示。通过采用条形音箱的前挡板安装的中低音驱动单元(例如，312L)中的至少一个有效地消除向前辐射分量(例如，213DS)的显著部分来改进增强的条形音箱系统260的每个高度通道阵列(310L、310R)的辐射方向图。优选地，将通常包括带通滤波、参数均衡和延迟的适当信号处理应用于左侧和右侧高度通道阵列(但是也可以仅将其应用于一个)。以这种方式，“次级源”(直接辐射的信号消除)换能器是条形音箱的中低音驱动器，已经发现这些中低音驱动器提供最佳性能。本发明的另一个重要优点涉及在存在次级消除源的情况下对高度通道阵列的要求。在没有次级消除源的情况下，高度通道阵列必须相对较大(在前后维度上)，并且通常包括旨在阻挡或吸收声辐射的声学遮挡形式，否则声辐射将直接辐射到聆听区域部分中。部分由于在本发明的系统中使用了消除，高度通道阵列本身(例如310L，310R)可以构造为在前后尺寸上惊人地小(例如，如图2-5所示)。这意味着由于包括消除换能器(例如312L，312R)，对物理地阻挡或吸收不希望的直达声(例如213DS)以减轻其经由直达路径到达座位区域24的需求被大大降低。因此，本发明的系统和方法的相控阵列和操纵方面提供了许多优点。把相控阵列操纵包括在内允许座位位置的范围更宽(例如24个)，而不损害音频性能。相对于常规高度通道(例如，ATMOS^TM或

)启用的条形音箱(其中高度通道阵列相对于转向角固定)，确定对于所选聆听位置的最佳转向角(例如，如图7中所示的θ)的自动校准方案获得更优越的音频性能。

本领域技术人员将认识到，本发明使得用于主动消除高度通道阵列的向前声音辐射(例如，213DS)这样一种系统和方法可用：该系统和方法采用条形音箱前挡板的换能器，并且经由相控阵列技术来操纵从高度通道阵列投射的声音。本发明还包括多通道单外壳高度通道(例如，ATMOS^TM或

)启用的条形音箱扬声器系统260，该系统包括第一外壳270，该外壳具有沿着扬声器轴线SA对齐的前挡板表面270F，并且终止于具有大致横向的左侧壁表面270L和右侧壁表面270R的相对横向侧，并且沿着其上边缘终止于顶壁表面270T。

优选地，条形音箱270具有多个声学隔离的子外壳，并且在图5中示出了高度通道阵列310L，310R，每个高度通道阵列310L，310R从具有选定容积10立方英寸(cu.In)(对于每个阵列的三个25mm驱动器的组)的专用子外壳向上发射。示例性条形音箱外壳270的内部容积还包括三个附加子外壳，这三个附加子外壳对应于专用于左、中和右通道扬声器驱动器的内部容积，这些子外壳中的每一个具有1.33L的选定内部容积。左、中和右子外壳中的每一个都被限定在前挡板表面270F的后面，并且为一对沿扬声器轴线SA围绕专用25mm高音扬声器横向排列的中低音驱动器提供开口的子外壳容积(如图5中最佳示出的)。

条形音箱扬声器系统外壳270支撑并对准扬声器驱动器或换能器，这些扬声器驱动器或换能器包括：第一左主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L，其安装在前挡板270F上，靠近左侧壁270L；以及第二右主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312R，其安装在前挡板270F上，靠近所述右侧壁270R；以及第一左三驱动器高度通道扬声器阵列310L，其从所述顶壁表面270T向上对准，靠近左侧壁270L并且使其声学中心与左主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L间隔开2至6英寸(例如，2-3英寸，并且优选地小于5.5英寸)范围内的选定距离D_L-AC。条形音箱扬声器系统260的外壳270还支撑和对准第二右高度通道扬声器阵列310R，第二右高度通道扬声器阵列310R从所述顶壁面向上对准，靠近所述右侧壁并且其声学中心与所述右主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312R间隔开2至6英寸范围内(例如，2-3英寸，并且优选地小于5.5英寸)的距离D_R-AC。

如图3和图6中所示，条形音箱扬声器系统260具有左(“L”)和右(“R”)高度通道(例如，ATMOS^TM或

)信号输入、信号处理以及连接到左主和右主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L，312R的第1放大器和第2放大器。信号处理400用于左和右高度通道信号输入，并且第1放大器和第2放大器(例如420)连接到所述左主和右主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L，312R的，所选带通滤波器404(例如200-400Hz或更高)用于生成经滤波的左和右高度通道信号406，相位反转408构造成反转经滤波的左和右高度通道信号的相位以生成经滤波的反转的左和右高度通道信号410，并且衰减(以及可选地，在框412中的延迟)构造成提供约3-9dB的衰减以生成经电平调整的(并且任选地延迟的)经滤波的反转的左和右直接高度通道消除信号414。于某些产品配置，期望的是本发明的信号处理方法还可包括在图6中未示出的一些校正(补偿)参数均衡(“EQ”)，但其也可被结合到生成经电平调整(并且可选地延迟和EQ'd)经滤波的反转的左和右直接高度通道消除信号414的方法中。图6中所示的处理步骤是示例性的，并且使用模拟或数字信号处理，存在用于组合这些方法步骤或处理的其他序列，以达到生成期望的经电平调整的(并且可选地延迟的和EQ'd)经滤波的反转的左和右直接高度通道消除信号414。

对于来自高度通道阵列(例如，310L，310R，参见图6)的声音，在经转向“波束”方向的替代原型中，三个驱动器(例如，在阵列310L中)的声学中心跨越4.5英寸的距离“l”，因此对于被转向到5度的期望角度θ(“θ”)的波束：

d＝l tanθ＝0.394” (等式3)

因此，

因此t＝2.924(10^-5)秒或约0.03mS(对于θ为5度)。如上所述，虽然这里描述和示出的示例性实施例包括三个元件高度通道阵列310L和310R，但是也可以利用每个阵列包括具有稍微不同间隔的2到5个元件而有效地实现本发明的结构和波束控制方法。

在多驱动器多通道单外壳高度通道(例如，ATMOS^TM或

)启用的条形音箱扬声器系统260中，每个高度通道阵列以选定的天花板反弹角(例如，在5度与20度之间，部分地取决于条形音箱270安装在何处以及条形音箱前后多深、外壳将是什么样的)转向，因此可将转向延迟“t”选择为对应于期望的天花板反弹角并且可在0.03ms至1.3ms以上的范围内，这取决于每个高度通道阵列(例如，310L)中的驱动器的布置和大小。参照图3、图5和图7，示出了多通道单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统260具有承载第一左ATMOS扬声器阵列310L的平坦水平顶壁表面270T，第一左ATMOS扬声器阵列310L包括沿平行于外壳侧壁270L的轴线对齐的三个驱动器的阵列，并且该阵列由信号驱动从而以5至20度范围内的所选第一天花板反弹角从外壳的顶壁表面向上投射高度通道声音；并且所述第二右高度通道扬声器阵列310R也包括沿轴线对齐的三个驱动器的阵列，并且以与所选第一天花板反弹角相同的反弹角向上对准投射高度通道声音。

再次参照图2-5和图8，扬声器系统260包括第一上仰信号相关声源和第二上仰信号相关声源，即(a)顶部发射上仰扬声器(即，换能器或阵列)310L和(b)消除扬声器(即，换能器或阵列)312L。消除扬声器312L由被带通滤波的信号驱动，以将消除限制到中间范围频率(例如，200-400Hz)，该策略依赖于低频对于聆听者较不可定位这一事实。全通滤波器可以允许消除扬声器312L加强低频，而高频由顶部安装的上仰扬声器310L充分控制。优选地，选择消除扬声器312L的方向性以减少不需要的反射，尤其是来自地板和天花板的不需要的反射。因此，对于消除扬声器312L，更大的换能器更好。从消除扬声器312L到聆听者L的距离优选地大致等于或尽可能接近顶发射扬声器310L到聆听者L的距离，以便减小相位误差(相位误差会导致较低效的消除)。如上所述，Haas效应帮助聆听者L集中顶部扬声器反射声音(来自308)。

如上所述，为了定义宽泛的描述性命名法，在本申请中，术语ATMOS或DTS-X不是用作商标，而是用于命名方式并且通常可互换地用于描述旨在产生期望的竖向沉浸式上仰效果的虚拟高度信号和扬声器，因此，左侧和右侧虚拟高度声音投射扬声器阵列(310L，310R)被不同地称为高度通道阵列或ATMOS阵列，并且因此术语ATMOS广泛地指旨在促进或产生期望的竖向沉浸式上仰效果的高度通道或虚拟高度信号、扬声器、信号处理电路或DSP方法。

已经描述了新的和改进的扬声器系统和信号处理方法的优选实施例，相信鉴于这里所阐述的教导，本领域技术人员会提出其它修改、变型和改变。因此，应当理解，所有这些变型、修改和改变都被认为落入本发明的范围内。

Claims (17)

1.一种多通道单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统260，包括：

(a)第一外壳，其具有前挡板表面，所述前挡板表面沿其上边缘终止于顶壁表面；

(b)第一左主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L，其安装在所述前挡板上；

(c)第二右主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312R，其安装在所述前挡板上；

(d)第一左高度通道扬声器驱动器或多元件阵列310L，其从所述顶壁表面向上对准，靠近所述左侧壁，并且所述第一左高度通道扬声器驱动器或多元件阵列310L的声学中心与所述左主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L间隔开2至8英寸范围内(例如，2-3英寸，并且优选地小于5.5英寸)的距离D_L-AC；以及

(e)第二右ATMOS扬声器驱动器或阵列310R，其从所述顶壁表面向上对准，靠近所述右侧壁，并且所述第二右ATMOS扬声器驱动器或阵列310R的声学中心与所述右主ATMOS直接信号消除扬声器驱动器312R间隔开2至8英寸范围内(例如，2-3英寸，并且优选地小于5.5英寸)的距离D_R-AC。

2.根据权利要求1所述的多通道单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统，其中，所述第一外壳前挡板表面沿着扬声器轴线SA对齐并且终止于具有大致横向的左侧壁表面和右侧壁表面的相对横向侧，并且所述第一外壳前挡板表面沿着其上边缘终止于顶壁表面；

其中，所述第一左主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L安装在所述前挡板上，靠近所述左侧壁；

其中，所述第二右主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312R安装在所述前挡板上，靠近所述右侧壁；

其中，所述第一左主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L安装在所述前挡板上，靠近所述左侧壁；并且其中，所述第二右主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312R安装在所述前挡板上，靠近所述右侧壁；

3.根据权利要求1所述的多通道单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统，还包括L和R高度通道(例如，ATMOS^TM或DTS-

)信号输入、信号处理以及连接到所述左主和右左主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L，312R的第1放大器和第2放大器。

4.根据权利要求3所述的多通道单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统，其中，所述信号处理包括：带通滤波器404，其用于生成经滤波的L和R高度通道信号406；以及相位反转408，其构造成将所述经滤波的L和R高度通道的相位反转，以用于生成经滤波的反转的L和R高度通道信号410。

5.根据权利要求4所述的多通道单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统，其中，所述信号处理还包括：

衰减412，其构造成提供约3-9dB的衰减，以生成经电平调节的经滤波的反转的L和R直接高度通道消除信号414。

6.根据权利要求5所述的多通道单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统，其中，所述信号处理还包括：延迟，其构造成生成经电平调整的且延迟的经滤波的反转的L和R直接高度通道消除信号414。

7.根据权利要求1所述的多通道单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统，其中，所述第一左高度通道扬声器阵列310L包括沿轴线对齐并且以5至20度的范围内的所选第一天花板反弹角从所述顶壁表面向上对准的二至五个驱动器的多元件阵列；并且所述第二右高度通道扬声器阵列310R包括沿轴线对齐并且以所述所选第一天花板反弹角向上对准的二至五个驱动器的多元件阵列。

8.根据权利要求7所述的多通道单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统，其中，所述第一左高度通道扬声器阵列310L包括沿轴线对齐的驱动器的相控阵列，并且所述第一左高度通道扬声器阵列310L经由所选延迟处理，以5至20度范围内的所选第一天花板反弹角从所述顶壁表面向上对准。

9.根据权利要求8所述的多通道单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统，其中，所述第一左高度通道扬声器阵列310L包括沿轴线对齐的驱动器的相控阵列，并且所述第一左高度通道扬声器阵列310L经由所选延迟处理，以15度的所选第一天花板反弹角从所述顶壁表面向上对准。

10.根据权利要求2所述的多通道单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统，其中，所述第一左高度通道扬声器驱动器或阵列310L从所述顶壁表面向上对准，靠近所述左侧壁，并且所述第一左高度通道扬声器驱动器或阵列310L的声学中心与所述左主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L间隔开小于8英寸的距离D_L-AC；并且

其中，所述第二右高度通道扬声器驱动器或阵列310R从所述顶壁表面向上对准，靠近所述右侧壁，并且所述第二右高度通道扬声器驱动器或阵列310R的声学中心与所述右主ATMOS直接信号消除扬声器驱动器312R间隔开小于8英寸的距离D_R-AC。

11.一种用于为在房间100中的聆听位置24处的聆听者生成增强的竖向包围聆听体验的方法，包括以下方法步骤：

(a)提供多通道单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统260，所述系统260包括细长外壳，所述细长外壳具有前挡板表面，所述前挡板表面沿其上边缘终止于顶壁表面；所述单壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统260还包括安装在所述前挡板表面上的第一高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L；

(b)在所述单外壳上设置第一高度通道扬声器驱动器或多驱动器阵列310L，所述第一高度通道扬声器驱动器或多驱动器阵列310L从所述顶壁表面向上对准，靠近所述左侧壁，并且所述第一左高度通道扬声器驱动器或多元件阵列310L的声学中心与所述第一高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L间隔开2至8英寸范围内(例如，2-3英寸，并且优选地小于5.5英寸)的距离D_L-AC；

(c)在所述单壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统260中接收第一高度通道信号402，并且响应于所述第一高度通道信号402生成相位反转的第一高度通道信号410；以及

(d)利用响应于所述相位反转的第一高度通道信号生成的第一直接消除驱动信号422来驱动所述第一高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L，从而减少操作时来自所述第一ATMOS扬声器驱动器或阵列310L的直接声音213DS在聆听位置24处的可听见的不利影响。

12.根据权利要求11所述的用于生成增强的竖向包围聆听体验的方法，其中，所述利用第一直接消除驱动信号422来驱动所述第一高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L的步骤包括以下方法步骤：接收所述第一高度通道信号402并且带通滤波所述第一高度通道信号，以生成经带通滤波的第一高度通道信号406。

13.根据权利要求12所述的用于生成增强的竖向包围聆听体验的方法，其中，所述利用第一直接消除驱动信号422来驱动所述第一高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L的步骤还包括以下方法步骤：使所述经带通滤波的第一高度通道信号的相位反转，以生成反转相位的经带通滤波的第一高度通道信号410。

14.根据权利要求13所述的用于生成增强的竖向包围聆听体验的方法，其中，所述利用第一直接消除驱动信号422来驱动所述第一高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L的步骤还包括以下方法步骤：将所述反转相位的经带通滤波的第一高度通道信号衰减3-9db的所选衰减水平，以生成经电平调整的(并且可选地延迟的)经滤波的反转的L和R直接高度通道消除信号414。

15.根据权利要求14所述的用于生成增强的竖向包围聆听体验的方法，其中，所述利用第一直接消除驱动信号422来驱动所述第一高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L的步骤还包括以下方法步骤：放大所述经电平调整的(并且可选地延迟的)经滤波的反转的L和R直接高度通道消除信号414，以生成所述第一直接消除驱动信号422。

16.根据权利要求12所述的用于生成增强的竖向包围聆听体验的方法，其中，所述多通道单外壳高度通道启用的条形音箱扬声器系统260设置有细长外壳，所述细长外壳具有前挡板表面，所述前挡板表面沿着扬声器轴线SA对齐并且终止于具有大致横向的左侧壁表面和右侧壁表面的相对横向侧，并且所述前挡板表面沿着其上边缘终止于顶壁表面；其中，所述条形音箱扬声器系统260还包括安装在所述前挡板上靠近所述左侧壁的第一高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L和安装在所述前挡板上靠近所述右侧壁的第二右主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312R；

(b)所述方法还包括在所述单外壳上设置第一左高度通道扬声器驱动器或阵列310L以及第二右高度通道扬声器驱动器或阵列310R，所述第一左高度通道扬声器驱动器或阵列310L从所述顶壁表面向上对准，靠近所述左侧壁，并且所述第一左高度通道扬声器驱动器或阵列310L的声学中心与所述左主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L间隔开2至8英寸范围内(例如，2至3英寸，并且优选地小于5.5英寸)的距离DL-AC；所述第二右高度通道扬声器驱动器或阵列310R从所述顶壁表面向上对准，靠近所述右侧壁，并且所述第二右高度通道扬声器驱动器或阵列310R的声学中心与所述右主高度通道直接信号消除扬声器驱动器312R间隔开2至8英寸范围内的距离DR-AC(例如，2至3英寸，并且优选地小于5.5英寸)；

(c)在所述条形音箱扬声器系统260中接收左高度通道信号，并且响应于其而生成相位反转的左高度通道信号；以及

(d)利用响应于所述相位反转的左高度通道信号生成的第一直接消除驱动信号来驱动所述第一高度通道直接信号消除扬声器驱动器312L，从而减少操作时来自所述第一左高度通道扬声器驱动器或阵列310L的直接声音213DS在聆听位置24处的可听见的不利影响。

17.根据权利要求16所述的用于生成增强的竖向包围聆听体验的方法，还包括以下方法步骤：

(e)在所述条形音箱扬声器系统260中接收第二右高度通道信号，并且响应于其而生成相位反转的右高度通道信号；以及

(d)利用响应于所述相位反转的右高度通道信号生成的第二直接消除驱动信号来驱动所述第二右高度通道直接信号消除扬声器驱动器312R，从而减少操作时来自所述第二右高度通道扬声器驱动器或阵列310R的直接声音213DS在聆听位置24处的可听见的不利影响。

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