[发明专利]一种阵列扬声器及使用该扬声器的音频处理方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种扬声器，尤其涉及一种投射距离远、保证清晰度的扬声器，以及利用该扬声器的具有有效旁瓣抑制的可变指向音频处理方法。

【背景技术】

在火车站、机场、体育馆、会议中心、展览中心、室内外演出场所等大型场合中，观众都希望能听到声场均匀、清晰的声音，这就需要用合适的扩声系统来补偿声功率不足的问题。过去解决这一问题常用的方法是使用分散扩声，即在场地的四周安装多组分散扬声器系统；由于分散式扩声系统设备较多、布线复杂、调试繁琐等缺点，现在越来越倾向于使用指向性较窄的扬声器阵列作为大型场地的扩声系统，所以扬声器阵列得到越来越多的应用。理想的扬声器阵列利用声波干涉原理，在特定的传播方向上可以形成柱面波，相较无指向性点声源所发出的球面波，声压随距离衰减得更慢，可以投射更远的距离。

很多大型的建筑诸如火车站、机场、宗教场所和会议中心等都采用硬结构的装饰材料。由于场地容积大以及装饰材料的吸声性能低会导致场地内的反射声衰减过慢，造成混响时间过长，甚至存在明显的多次回声，这会对语言清晰度造成很大的影响。为提高语言清晰度指标，扬声器的指向性应得到精确的控制，使其发出的声波主能量被集中控制传输到听众区域，同时避免有过多的声能传输到天花板或其他侧墙等容易引起反射的区域，影响语言清晰度。所以在声学环境较差的场合，控制好扬声器的指向性是保证语言清晰度的重要手段。

常规线性扬声器阵列的指向性可以调整，但需要根据场地的情况调整阵列中各个音箱的角度，并对阵列中的各个扬声器单元做单独的调试，因而对安装位置要求较高，调试复杂，同时由于吊装件的限制，阵列中音箱的角度调节范围有限，从而造成指向性控制较难。现有的非常规的扬声器阵列技术较为简单，大部分均采用简单的延时相加方法，即通过对各扬声器单元输出信号进行延时、加权、求和来实现的。采用这种方法，对于不同频率的声音所产生的波束宽度是不同的。因为声频信号是宽带信号，在指向某一个期望方向(即主轴方向)时，低频与高频分量所产生的波束宽度也是不同的，即在某项区域存在频率响应不均匀的问题，而且偏离主轴的角度越大，这种不均匀性越明显，而旁瓣抑制技术可以较好地校正这个问题。而且，如果不作旁瓣抑制处理，产生的旁瓣幅度较大，这样不仅会削弱正确方向上主瓣的强度，造成声能浪费，还可能会引起不必要的反射和混响，降低语言清晰度。

【发明内容】

鉴于上述问题，有必要提供一种投射距离远、保证清晰度的扬声器。

此外，还有必要进一步提供利用上述扬声器的音频处理方法。

一种阵列扬声器，用于处理声频信号转化成声音，包括若干以阵列形式排布的扬声器单元、加权FIR系数存储和分配器、加权FIR滤波器，音频功率放大器及扬声器单元，所述加权FIR滤波器分别与加权FIR系数存储和分配器及音频功率放大器信号连接，所述音频功率放大器与扬声器单元信号连接，并用于驱动扬声器单元，所述输入信号的声波包括主瓣及副瓣，所述加权FIR滤波器接收声频信号，所述加权FIR系数存储和分配器，用于存储波束主瓣指向角和对应的扬声器单元所对应的加权FIR滤波器系数，并根据当前期望的波束主瓣指向角选出对应的系数将其分配给与之相连的加权FIR滤波器，所述加权FIR滤波器滤波后的声频信号经音频功率放大器放大后输出送至对应的扬声器单元。

进一步地，所述加权FIR滤波器为具有时变脉冲响应的FIR滤波器。

进一步地，所述输入信号为数字音频信号，或者输入信号为模拟信号经过模数转换处理为数字信号。

一种音频处理方法，使用了阵列扬声器，该阵列扬声器包括若干扬声器单元、加权FIR系数存储和分配器、加权FIR滤波器，音频功率放大器及扬声器单元，该方法包括以下步骤：

加权FIR滤波器接收输入信号，所述输入信号的声波包括主瓣波束及副瓣波束，所述主瓣波束期望指向角度a，

所述加权FIR系数存储和分配器存储波束主瓣指向角a和扬声器单元所对应的加权FIR滤波器系数，并根据当前期望的波束主瓣指向角选出对应的系数将其分配给与之相连的加权FIR滤波器，

所述加权FIR滤波器用于完成对信号的加权滤波，以得到期望的波束，

所述音频功率放大器放大信号，其输出送至扬声器单元。

进一步地，对于某个期望的波束主瓣指向角通过对信号的不同子带，可离线应用切比雪夫加权的窄带信号波束形成的权系数求解算法得出。

进一步地，所述加权FIR滤波器的系数通过以下步骤得出：