專利名稱：一種利用多波束實(shí)現(xiàn)環(huán)繞立體聲的重發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)繞立體聲重發(fā)裝置，具體地說(shuō)是涉及一種利用多波束實(shí)現(xiàn)環(huán)繞
立體聲的重發(fā)裝置。
背景技術(shù)：
波束跟蹤技術(shù)廣泛應(yīng)用于雷達(dá)，聲納以及光等領(lǐng)域。利用波束跟蹤技術(shù)，可以改變波束主瓣的指向性。在無(wú)線電系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)動(dòng)天線的方向可以進(jìn)行波束跟蹤。在光系統(tǒng)中，通過改變媒介中的反射率也可以達(dá)到波束跟蹤的目的。對(duì)于上述兩者系統(tǒng)，無(wú)線電信號(hào)通常是窄帶調(diào)制信號(hào)，頻率越高，方向性越強(qiáng)；光線本身是直線傳播的，因此要形成波束，并指向某一方向，效果明顯。如聚光燈。 相比波束跟蹤技術(shù)在上述領(lǐng)域中的應(yīng)用，在聲學(xué)中，還是個(gè)新的方向。由于音頻信號(hào)的頻率范圍很廣，從20Hz到20kHz，并且相應(yīng)波長(zhǎng)相對(duì)要長(zhǎng)。因此通過揚(yáng)聲器控制波束指向性要復(fù)雜的多。具體而言，由揚(yáng)聲器所形成的波束的寬度不夠窄，由于波長(zhǎng)的原因會(huì)產(chǎn)生能量泄露，引起旁瓣幅度的增加以及柵欄效應(yīng)，造成波束指向性的偏差或錯(cuò)誤。同時(shí)基于實(shí)用性的考慮，揚(yáng)聲器陣列的尺寸不能太大。 3D音頻指的是由重發(fā)的聲音效果盡可能接近于真實(shí)的聲音。應(yīng)用中，聲音的效果都是通過聲音傳感器實(shí)現(xiàn)，如用揚(yáng)聲器，耳機(jī)等。目前環(huán)繞立體聲中對(duì)3D音頻的一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的音頻技術(shù)。但是，由于環(huán)繞立體聲需要在一個(gè)固定的環(huán)境中提前布置好多個(gè)揚(yáng)聲器的位置，需要專業(yè)的布線知識(shí)，使用起來(lái)并不方便，特別是在開放環(huán)境中，如大型的會(huì)議和展覽會(huì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有環(huán)繞立體聲重發(fā)裝置的不足，在于提供一種利用多波
束實(shí)現(xiàn)環(huán)繞立體聲的重發(fā)裝置，該裝置能夠在不改變揚(yáng)聲器的位置，通過設(shè)定波束的指向
性，控制聲音方向，實(shí)現(xiàn)環(huán)繞立體聲的效果。
為達(dá)到上述的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 —種利用多波束實(shí)現(xiàn)環(huán)繞立體聲的重發(fā)裝置，該裝置包含上、中、下三層交錯(cuò)排列的線性揚(yáng)聲器陣列1、2、3，一對(duì)左右低頻揚(yáng)聲器4、波束控制器5，其特征在于上、下兩層揚(yáng)聲器1、3分別由四組揚(yáng)聲器組成，每7個(gè)揚(yáng)聲器構(gòu)成一個(gè)波束單元，分為左上波束單元11、左下波束單元31、右上波束單元12、右下32波束單元，分別對(duì)應(yīng)環(huán)繞立體聲的左環(huán)繞聲通道、左通道、右環(huán)繞聲通道、右聲道；中間層揚(yáng)聲器組2由一組13個(gè)揚(yáng)聲器構(gòu)成中央波束單元21，對(duì)應(yīng)環(huán)繞立體聲的中央聲道；左、右低頻揚(yáng)聲器4用于低音補(bǔ)償，對(duì)應(yīng)于環(huán)繞立體聲的低音部分，波束控制器5由數(shù)字信號(hào)處理器51、52、53、54、55組成，分別與上述各波束單元連接，用于產(chǎn)生不同波束單元相應(yīng)方位的聲場(chǎng)波束，控制揚(yáng)聲器的輸出。
上述波束單元結(jié)構(gòu)為，波束輸出指定方向角度為^，波束單元的揚(yáng)聲器個(gè)數(shù)為N，上述波束單元的尺寸D為D = (N-l)d+a其中d表示相鄰揚(yáng)聲器之間的距離，a表示揚(yáng)聲器外周邊直徑。 本發(fā)明的一種利用多波束實(shí)現(xiàn)環(huán)繞立體聲的重發(fā)裝置與現(xiàn)有的環(huán)繞立體聲重發(fā)裝置相比具有如下優(yōu)點(diǎn) (1)該裝置的線性揚(yáng)聲器陣列位置固定，沒有過多的布線限制，也無(wú)需將揚(yáng)聲器圍成環(huán)狀，裝置使用方便靈活。 (2)聲音方向控制方便，在不改變揚(yáng)聲器的位置，通過設(shè)定各個(gè)波束的指向性來(lái)控制聲音方向，每個(gè)波束單元的方位通過單獨(dú)的數(shù)字處理器進(jìn)行控制，即可實(shí)現(xiàn)環(huán)繞立體聲效果。


圖1為本發(fā)明的一種利用多波束實(shí)現(xiàn)環(huán)繞立體聲的重發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1中波束單元的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為波束形成的示意圖； 圖4為單元波束所形成的聲壓分布灰度圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。 如圖l所示，一種利用多波束實(shí)現(xiàn)環(huán)繞立體聲的重發(fā)裝置，該裝置包含上、中、下
三層交錯(cuò)排列的線性揚(yáng)聲器陣列1、2、3以及一對(duì)左右低頻揚(yáng)聲器4、波束控制器5，其特征
在于上、下兩層揚(yáng)聲器1 、3分別由四組揚(yáng)聲器組成，每7個(gè)揚(yáng)聲器構(gòu)成一個(gè)波束單元，為左
上11、左下31、右上12、右下32波束單元，分別對(duì)應(yīng)環(huán)繞立體聲的左環(huán)繞聲通道、左通道、
右環(huán)繞聲通道、右聲道；中間層揚(yáng)聲器組2由一組13個(gè)揚(yáng)聲器構(gòu)成中央波束單元21，對(duì)應(yīng)
環(huán)繞立體聲的中央聲道；左右低頻揚(yáng)聲器4用于低音補(bǔ)償，對(duì)應(yīng)于環(huán)繞立體聲的低音部分。
波束控制器5由數(shù)字信號(hào)處理器51、52、53、54、55組成，分別與11、31、21、 12、32波束單元
連接，用于產(chǎn)生不同波束單元相應(yīng)方位的聲場(chǎng)波束，控制各自對(duì)應(yīng)揚(yáng)聲器的輸出。 圖2所示為波束單元結(jié)構(gòu)x、 y表示橫縱坐標(biāo)，9 s為波束形成方向(即聲音的投
射方向)，d表示相鄰揚(yáng)聲器之間的距離，a表示揚(yáng)聲器外周邊直徑，波束單元的揚(yáng)聲器個(gè)數(shù)
為N，波束單元的尺寸為D = (N-l)d+a。根據(jù)聲壓原理可得p(k， r， t) = exp(j cot-jkr) (1) 該裝置采用活塞式揚(yáng)聲器，所形成的聲壓為
(2)
sin 61 2;zt; 其中p。是個(gè)常數(shù)，表示常溫下在空氣介質(zhì)中的聲壓值，9表示揚(yáng)聲器到rj巨離與
y軸的夾角，c表示聲速，A為對(duì)應(yīng)頻率聲音的波長(zhǎng)，"為角頻率，P。為媒介密度，衛(wèi)為l
階貝塞爾函數(shù)。 如圖2所示，第n個(gè)揚(yáng)聲器的時(shí)間延遲為 tn = (n-l) A t (3) A t = sin 9 s d/c (4)
4
該時(shí)間延遲由各個(gè)波束單元對(duì)應(yīng)的各自的數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行控制c
總的聲壓為N個(gè)揚(yáng)聲器疊加后的聲壓，可表示為
<formula>formula see original document page 5</formula> 下面進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)，測(cè)試本發(fā)明的一種利用多波束實(shí)現(xiàn)環(huán)繞立體聲的重發(fā)裝置中 波束單元的形成方向以及在空間聲壓的分布。如圖3所示，為極坐標(biāo)下所描述的波束形成 圖。預(yù)先設(shè)定波束期望角度45，頻率采用3000Hz，選擇揚(yáng)聲器的個(gè)數(shù)為7個(gè)，通過數(shù)字信號(hào) 處理器控制到各個(gè)揚(yáng)聲器的延時(shí)。從圖3中可以看到在45度形成波束。如圖4所示，對(duì)聲壓 值采用灰度標(biāo)準(zhǔn)，灰度值越高，代表所形成的聲壓越大。橫坐標(biāo)為歸一化的尺度，表示揚(yáng)聲 器的長(zhǎng)度。縱坐標(biāo)表示從揚(yáng)聲器陣列到聽者的距離，也是歸一化的尺度。從圖4中看出，在 45度角方向上所形成的聲壓的灰度值相對(duì)于其它角度方向所形成的聲壓的灰度值要高。
將環(huán)繞立體聲系統(tǒng)5. 1格式的音頻信號(hào)先解碼成六路獨(dú)立的音頻信號(hào)，經(jīng)過功放 后，根據(jù)聲場(chǎng)環(huán)境設(shè)定各個(gè)波束單元的波束投射方向，通過各自數(shù)字信號(hào)處理器51 、52、53、 54、55調(diào)節(jié)到達(dá)各個(gè)揚(yáng)聲器的延時(shí)時(shí)間，使得波束單元11、12、21、31、32在指定方向形成波 束，可形成多聲道音場(chǎng)重現(xiàn)環(huán)繞立體聲效果。
權(quán)利要求
本發(fā)明涉及一種利用多波束實(shí)現(xiàn)環(huán)繞立體聲的重發(fā)裝置，該裝置包含上、中、下三層交錯(cuò)排列的線性揚(yáng)聲器陣列1、2、3以及一對(duì)左右低頻揚(yáng)聲器4、波束控制器5，其特征在于上、下兩層揚(yáng)聲器1、3分別由四組揚(yáng)聲器組成，每7個(gè)揚(yáng)聲器構(gòu)成一個(gè)波束單元，為左上11、左下31、右上12、右下32波束單元，分別對(duì)應(yīng)環(huán)繞立體聲的左環(huán)繞聲通道、左通道、右環(huán)繞聲通道、右聲道；中間層揚(yáng)聲器組2由一組13個(gè)揚(yáng)聲器構(gòu)成中央波束單元21，對(duì)應(yīng)環(huán)繞立體聲的中央聲道；左右低頻揚(yáng)聲器4用于低音補(bǔ)償，對(duì)應(yīng)于環(huán)繞立體聲的低音部分。波束控制器5由數(shù)字信號(hào)處理器51、52、53、54、55組成，分別與上述各波束單元連接，用于產(chǎn)生不同波束單元相應(yīng)方位的聲場(chǎng)波束，控制揚(yáng)聲器的輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用多波束實(shí)現(xiàn)環(huán)繞立體聲的重發(fā)裝置，它包含上、中、下三層交錯(cuò)排列的線性揚(yáng)聲器陣列、一對(duì)左、右低頻揚(yáng)聲器、波束控制器上、下兩層揚(yáng)聲器分別由四組揚(yáng)聲器組成，每7個(gè)揚(yáng)聲器構(gòu)成一個(gè)波束單元，為左上、左下、右上、右下波束單元，分別對(duì)應(yīng)環(huán)繞立體聲的左環(huán)繞聲通道、左通道、右環(huán)繞聲通道、右聲道；中間層揚(yáng)聲器組由一組揚(yáng)聲器構(gòu)成中央波束單元，對(duì)應(yīng)環(huán)繞立體聲的中央聲道；左右低頻揚(yáng)聲器用于低音補(bǔ)償，對(duì)應(yīng)于環(huán)繞立體聲的低音部分；波束控制器5由五個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器組成，分別與上述各波束單元連接。該裝置的線性揚(yáng)聲器陣列位置固定，沒有過多的布線限制，無(wú)需圍成環(huán)狀，即可方便、靈活地實(shí)現(xiàn)環(huán)繞立體聲效果。
文檔編號(hào)H04S3/00GK101754085SQ20101002308
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者方勇, 湯永清, 黃青華 申請(qǐng)人:上海大學(xué)