[發(fā)明專利]使用模態(tài)分頻網(wǎng)絡(luò)控制板式揚聲器的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680048665.7
• 申請日: 2016-08-19
• 公開（公告）號: CN107925824B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 大衛(wèi)·艾倫·安德森;馬克·F·博科
• 申請（專利權(quán)）人: 羅切斯特大學(xué)
• 主分類號: H04R7/04
• 分類號: H04R7/04;H04R3/14
• 代理公司: 北京柏杉松知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11413
• 代理人: 謝攀;劉繼富

描述了以類似于典型錐形驅(qū)動器分頻網(wǎng)絡(luò)的方式，以基于頻率區(qū)域的不同參數(shù)驅(qū)動板式揚聲器的系統(tǒng)和方法。這些系統(tǒng)和方法可以使用獨立控制的驅(qū)動器的陣列來實現(xiàn)，這些驅(qū)動器允許設(shè)計者強調(diào)或不強調(diào)某些頻帶中的某些模態(tài)。調(diào)諧板的運動的特性也能夠影響較大空間中而不僅僅是在單個位置處的聲學(xué)性質(zhì)。本文中描述的系統(tǒng)和方法能夠允許設(shè)計者對板的特性和性能進(jìn)行一定程度的控制。

相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2015年8月20日提交的名稱為“使用模態(tài)分頻網(wǎng)絡(luò)來控制板式揚聲器的系統(tǒng)和方法”的美國臨時申請第62/207,690號的優(yōu)先權(quán)和利益，其通過引用整體并入本文。

背景技術(shù)

錐形揚聲器的大小和重量可能是薄輕電子產(chǎn)品的瓶頸。依靠剛性板的彎曲運動來產(chǎn)生聲輻射的揚聲器已經(jīng)被提出作為近一個世紀(jì)的傳統(tǒng)設(shè)計的替代。由電磁線圈驅(qū)動器或壓電彎曲裝置致動其振動的板(稱為“分布式”或“擴散式”模態(tài)揚聲器(DML))，由于其以復(fù)雜組合的諧振模態(tài)振動的方式而能夠具有一些有前途的聲學(xué)特性。但是，它并沒有變得像常見的錐形揚聲器那樣廣泛。盡管與笨重的錐形揚聲器相比，薄而輕的板具有集成到更多空間的潛能，但它們可能會受到微弱和混響的低音響應(yīng)的影響，并且可能被認(rèn)為對高保真音頻應(yīng)用是不佳的。

對驅(qū)動器和板之間的機械阻抗匹配、板輻射效率和板頻率響應(yīng)特性的研究能夠表明板能夠適于用作音頻再現(xiàn)的源。由于它們復(fù)雜且空間復(fù)雜的振動特性，板能夠具有在音頻頻帶上相對全向的輻射模式。然而，因為板式揚聲器的構(gòu)造可能涉及使用單個小型驅(qū)動器來致動板，因此板式揚聲器能夠受到初始局部驅(qū)動力在板的整個表面上的擴散所引起的時間(等同相位)失真的影響。已經(jīng)表明時間失真會影響高保真音頻再現(xiàn)，特別是在語音應(yīng)用中。當(dāng)板以其諧振頻率響起時，時間響應(yīng)問題能夠使音樂和語音中的高振幅瞬態(tài)失真。此外，傳統(tǒng)的單個驅(qū)動器DML的語音傳輸指數(shù)可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的揚聲器的語音傳輸指數(shù)，這能夠使得它們對于關(guān)鍵的音頻再現(xiàn)不太理想。

微弱的低音和混響效果在一定程度上可以通過使用均衡和數(shù)字逆濾波器來補償。然而，先前提到的空間擴散屬性能夠使逆濾波僅在板的輻射區(qū)域中所選擇的空間點處起作用，因此對于意圖在大面積上再現(xiàn)音頻的揚聲器可能意義不大。意圖降低混響的具有高內(nèi)阻尼的材料也能夠具有引起微弱的低音響應(yīng)的效果。

因此，所需要的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的挑戰(zhàn)(其中一些已在上面描述了)的裝置、系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容

板式揚聲器能夠提供一種方便的方式以將音頻集成到裝置或空間中，這些裝置或空間的形狀因子是顯著的，但是它們的聲音通常能夠用微弱和混響的低音響應(yīng)來表征。此外，由于聲輻射的空間漫射性質(zhì)，這個問題可能不容易通過均衡或逆濾波來修正。由音頻信號驅(qū)動的板的力學(xué)和聲學(xué)能夠使用與線性時不變(LTI)系統(tǒng)相同的原理來分解和分析，從而允許電氣系統(tǒng)補償機械缺陷。本文描述的是稱為“模態(tài)分頻網(wǎng)絡(luò)”的電后端控制系統(tǒng)，以廣泛地調(diào)諧板的聲學(xué)響應(yīng)。所公開的方案使用獨立控制的驅(qū)動器的陣列以更好地控制板的特性。輸入信號首先通過傳統(tǒng)的分頻網(wǎng)絡(luò)，該分頻網(wǎng)絡(luò)旨在將信號分離到多個頻帶。每個頻帶通過針對該頻帶為每個驅(qū)動器分配相對振幅的“空間濾波器”。對于使用這種系統(tǒng)的聲音再現(xiàn)，板的頻率響應(yīng)和瞬態(tài)特性能夠比由其他常規(guī)手段驅(qū)動的板的聽起來好得多。

因此，在本公開的一個方面，分頻網(wǎng)絡(luò)能夠利用獨立控制的驅(qū)動器的陣列來實現(xiàn)，以允許在調(diào)諧板的機械響應(yīng)中具有很大的靈活性。例如，這能夠允許其對于音樂和語音信號運行良好。模擬能夠表明，在不必犧牲低音響應(yīng)的情況下，使用這些技術(shù)能夠降低板式揚聲器的脈沖響應(yīng)的衰減時間，從而給予如高保真揚聲器一樣的更好的性能。在一些情況下，這些系統(tǒng)和方法可以假定板上的單個驅(qū)動器適用于在整個音頻帶寬上進(jìn)行音頻再現(xiàn)，不像錐形揚聲器通常需要不同大小的多個驅(qū)動器。

本文中描述了以類似于典型錐形驅(qū)動器分頻網(wǎng)絡(luò)的方式，以基于頻率區(qū)域的不同參數(shù)來機械驅(qū)動板的系統(tǒng)和方法。這些系統(tǒng)和方法可以使用獨立控制的驅(qū)動器的陣列來實現(xiàn)，這些驅(qū)動器允許設(shè)計者強調(diào)或不強調(diào)某些頻帶中的某些板模態(tài)。調(diào)諧板的運動特性也能夠影響板輻射聲進(jìn)入的空間中的各處而不僅單個空間位置處的聲學(xué)性質(zhì)。