[发明专利]扩声扬声器点阵的指向性控制方法和音箱

说明书

技术领域

本发明涉及一种扩声扬声器点阵的指向性控制方法和音箱，具体来说，涉及一种能够同时实现扩声扬声器点阵垂直方向和水平方向上的辐射方向及辐射角度的可编程控制的指向性控制方法和音箱。

背景技术

在各种厅堂及场馆扩声设计中，为了满足高品质的扩声应用要求，基于演出的实际需要，需设计安装大量的扬声器，但是，在实施过程中经常出现以下情况：

其一、由于厅堂的装饰装修要求，往往不能提供足够的空间安装大型的音箱组，音箱组要么减小体积，要么安装在一些不理想的位置。如采用较小体积的办法，只能选用一些较小功率的音箱，但难以达到演出所需的声压级要求；如采用安装在不理想的位置，则要求音箱的指向性控制能力很强，以便准确覆盖到观众区。

其二、音箱组中各个音箱之间存在较大的距离差，扩声的大部分频段存在大量的交叠覆盖，产生严重的梳妆滤波效应，劣化音质。

其三、音箱组中的各音箱由于指向性控制能力有限，有大部分的能力投射到厅堂的墙面，经反射与直达声相干涉，也严重劣化音质，甚至产生回声现象。

其四、由于音箱组的指向性控制能力不强，特别是在低频段，有大量的能量辐射到舞台区并进入舞台区的拾音话筒，形成反馈环路，容易产生啸叫现象，极大的影响扩声品质。

为了提高音箱的指向性控制能力，常用的做法主要有两种，其一是采用号角方式，即在扬声器的驱动器前加上一个号角，这种方式的控制能力有限，特别是在低频段的控制能力不强，或要求很大的体积；另外一种方式是采用扬声器阵列，如常见的线阵列音箱，但只能控制水平方向或垂直方向的角度，两个方向不能同时控制，也不能随意改变找阵列的辐射方向。

另外，市场中还有采用音柱的方式实现指向性控制，但是同样只能控制水平或垂直的方向，不能同时控制两个方向，而且由于单元之间的距离较大，造成在高频段产生严重的干涉现象，劣化音质，不适合高品质的扩声应用，同时在高频段的指向性控制能力变差，产生很强的旁瓣。

如果两个扬声器单元之间的距离为d，扬声器辐射声音的频率为f，其波长λ=c/f, c为声波在空气中的传播速度。当d< λ/2时，两扬声器单元叠加后的声场辐射面有1个主波瓣，无干涉谷点，即不存在劣化音质的梳状滤波现象。当d>λ/2，两扬声器单元叠加后的声场辐射面有多个主波瓣，多个强干涉谷点，即存在劣化音质的梳状滤波现象，辐射面有1个主波瓣，2个强干涉谷点，当距离为2λ两扬声器声场预测结果，辐射面有3个主波瓣，4个强干涉谷点。

目前的扩声音柱主要有以下两种形式：其一，采用多只扬声器单元组成一个扬声器列，改变每只扬声器单元之间的延时值，可以改变音柱在垂直方向的辐射方向和辐射角度，但其水平方向的辐射角度和辐射方向固定，不能改变。为了播放较低频率的声音以满足实际扩声的需求，扬声器单元尺寸不能过小，这样，造成扬声器单元间的距离过大，以4寸扬声器单元为例，扬声器单元之间的距离最小只能控制在10.2厘米，以10.2厘米为λ/2，其频率为1416赫兹，也即频率大于1416赫兹的声音将存在梳状滤波现象，劣化音质，同时指向性变差，出现旁瓣。

其二，采用多只单元组成扬声器列（a单元），同时采用多只号角组成号角阵列（b单元），同样可以改变音柱在垂直方向的辐射方向和辐射角度，但其水平方向的辐射角度和辐射方向固定，不能改变。a单元负责播放低频段的声音，b单元负责播放高频段的声音，避免高频由于梳状滤波造成的音质劣化。但是，由于b单元采用号角辐射，每个单元本身具有较强指向性控制，目的是减小交叠覆盖，以减少梳状滤波现象，但是由于不能共同覆盖，使得高频声音的辐射角度和辐射方向不能采用电子方式调整，只能采用物理的方式调整号角的辐射角度和方式方向，操作较困难。

发明内容

针对以上的不足，本发明提供了一种能够同时实现扩声扬声器点阵垂直方向和水平方向上的辐射方向及辐射角度的可编程控制的指向性控制方法和音箱，其指向性控制能力强，扩声音质高，特别适合于各种厅堂和场馆的声响系统中。

本发明的扩声扬声器点阵的指向性控制方法包括：

1）设置扬声器单元点阵；

2）对输入扬声器单元点阵每列的扬声器单元的音频信号分别进行可编程延时处理，对输入扬声器单元点阵每行的扬声器单元的音频信号分别进行可编程延时处理；

3）通过扬声器单元进行音频信号输出。

所述步骤1）与步骤2）之间还包括：

11）对输入扬声器单元点阵的音频信号进行分频处理；