CN110012390A - 收听环境中的低频声场 - Google Patents

Abstract

本公开提供用于在多个位置、例如车辆中的多个座椅位置中均匀化用户的低频收听体验的方法和系统。实例音频系统包括多个低音扬声器，所述低音扬声器被配置成将低频声音输出至收听环境中以产生均匀低频声场。在这种情况下，所述低频声场的均匀性例如在整个扩展的收听空间中是频谱均匀的。

Description

收听环境中的低频声场

技术领域

本文所公开的实施方案总体上涉及具有低频换能器的音频系统，所述低频换能器用于控制收听环境中的低频声场。

背景技术

传统车辆包括收听环境。在收听环境内可以有多个座椅，例如，驾驶员座椅、前排乘客座椅、第一后排座椅、第二后排座椅等。传统车辆还可以包括具有低频扬声器的音频系统。单个低频扬声器可以负责将一些或全部低频声音输出至收听环境中。由于单个低频扬声器，收听环境中的低频声场将在座椅之间明显改变。因此，乘客的低频收听体验将根据座椅选择而明显变化。

发明内容

本公开提供用于在多个位置、例如车辆中的多个座椅位置中均匀化用户的低频收听体验的方法和系统。实例音频系统包括多个低音扬声器，所述低音扬声器被配置成将低频声音输出至收听环境中，以在指定收听区域(例如，估计和/或测量声学传递函数的区域)中产生均匀低频声场。所述实例音频系统还可以包括多个滤波器，所述多个低音扬声器中的每个低音扬声器具有所述多个滤波器中分配给所述低音扬声器的相应滤波器，以产生所述均匀低频声场。在这种情况下，所述低频声场的均匀性例如在扩展的收听区域上是频谱均匀的。

如本文所述，所得的均匀声场是声场控制滤波器(例如，应用于低频扬声器)的结果，所述声场控制滤波器基于从每个个别低频扬声器至限定所关注的受控收听区域的空间中的每个点的声学传递函数来计算。可以基于约束优化来确定滤波器，其中指定的成本函数实现给定目标或目标集(例如，具有例如均匀度、控制扬声器工作或用于实现目标的功率等的所限定各种约束的最小均方)。当每个相应滤波器应用于每个相应低频扬声器时，所得的组合声场理想地实现目标，并且因此在所关注的空间收听区域内产生均匀低频声场。因此，计算所述滤波器并将所述滤波器应用于所述相应低频扬声器，以便控制所述低频扬声器的所述所得的组合声场。

用于通过音频系统的多个低音扬声器产生均匀低频声场的实例方法包括：通过所述音频系统的处理器设置所述均匀低频声场的目标低频声场性能；通过所述处理器限定所述均匀低频声场的收听区域；以及通过所述处理器选择所述多个低音扬声器以输出所述均匀低频声场，所述多个低音扬声器中的每个低音扬声器具有相对于包括所述收听区域的环境指定的相应位置。所述实例方法还可以包括：通过所述处理器计算可以形成所述均匀低频声场的滤波器；将一个或多个滤波器应用于供应到所述多个低音扬声器的低频信号，所述一个或多个滤波器基于预测或目标均匀低频声场进行调谐；以及通过所述多个低音扬声器输出对所述声场的个别贡献，所述个别贡献通过叠加形成所述均匀低频声场。

低频声场的总体可实现性能以及因此均匀性将取决于所述多个低音扬声器相对于期望均匀性的收听区域的位置的空间分集。例如，所述多个低音扬声器的减小的空间分集将降低可实现均匀性。为了表征收听区域内的声场，初始设置可以包括估计或测量从每个个别扬声器到收听环境中的空间中的不同点的声学传递函数。声学传递函数的估计和/或测量可以包括执行模拟(例如，使用收听环境的几何形状的估计或测量，和/或关于类似环境的先前数据)和/或使用麦克风/麦克风阵列来测量环境中的声音传播。

用于车辆的实例音频系统包括：多个低音扬声器；一个或多个非低音扬声器换能器；低频分频器；以及控制器，所述控制器被配置成接收均匀低频声场的目标参数；限定所述车辆内的所述均匀低频声场的收听区域；以及基于所述接收到的目标参数和所述所限定收听区域来计算所述均匀低频声场。所述控制器还可以被配置成：从音频源接收音频信号；将所述音频信号引导至所述低频分频器，所述低频分频器被配置成将所述音频信号分成对应于所述音频信号的第一频率范围的第一信号和对应于所述音频信号的第二频率范围的第二信号，所述第一频率范围低于所述第二频率范围，以及将所述第一信号引导至所述多个低音扬声器中的每个低音扬声器以及将所述第二信号引导至所述一个或多个非低音扬声器换能器中的至少一个换能器。所述控制器还可以被配置成针对每个低音扬声器将相应滤波器应用于所述第一信号以产生相应滤波信号，所述相应滤波信号基于所述计算出的均匀低频声场进行调谐；以及通过所述多个低音扬声器输出每个相应滤波信号以产生所述均匀低频声场。

附图说明

图1示出根据一个或多个实施方案的车辆的示意图。

图2示出根据一个或多个实施方案的音频系统的示意图。

图3示出描绘在优化低频声场时的典型工作流程的流程图。

图4示出根据一个或多个实施方案的车辆的示意图，包括围绕每个乘客头部位置的收听区域以及覆盖一系列座椅位置的较宽收听区域。

图5再次示出如图4中的较宽收听区域，但在座椅位置可以更灵活且乘客没有驾驶车辆的任务的自动驾驶车辆或类似情况下。

图6示出每个区域中的声音系统响应的实例，所述区域表示当低频声场受控制使得每个位置实现类似声压响应时如图4中所示的每个乘客头部位置。

图7示出在用于图6中受控低频声场的图4中所示整个较宽收听区域中计算的声压级的相关标准偏差。

图8示出针对以dB为单位的声压级相对于平均声压级的差在150Hz处的曲面图，所述平均声压级贯穿用于还通过图6和图7描述的受控低频声场的图4中所示的整个较宽收听区域计算。

图9示出车辆的示意图，其中仅单个低音扬声器或重低音扬声器起作用，并且包括围绕每个乘客头部位置的收听区域以及覆盖一系列座椅位置的较宽收听区域。

图10示出每个区域中的所得声压级响应，所述区域表示当仅单个低音扬声器或重低音扬声器起作用时在典型车辆中的如图9中所示的每个乘客头部位置。

图11示出当仅单个低音扬声器或重低音扬声器起作用时在典型车辆中的图9中所示整个较宽收听区域中计算的声压级的所得标准偏差。

图12示出针对以dB为单位的声压级相对于平均声压级的差在150Hz处的曲面图，所述平均声压级当仅单个低音扬声器或重低音扬声器起作用时贯穿典型车辆中的图9中所示整个较宽收听区域计算。

图13示出用于较大车厢的本公开的实施方案。

图14示出低音扬声器的无限挡板响应，其中低音扬声器在其部署在如图13中所示本公开实施方案中时具有密封后壳。

图15示出对于如图13中所示本公开实施方案中部署的五个低音扬声器中的每个低音扬声器的控制滤波器振幅响应。

具体实施方式

本文公开详细实施方案；然而，应理解，所公开实施方案仅仅是可以通过各种替代形式实施的所公开特征的实例。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文所公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为代表性基础。

如本文所使用，由声音系统再现的所得声场的空间特性可以指代如何在限定所关注的收听位置的空间受限区域上测量或感知信号。均匀低频声场可以被定义为在目标区域内的收听位置之间具有低空间偏差，具有与频谱和时间细节相关的目标以及如下文将描述在整个空间目标区域上实现的目标。所得声场的频谱特性可以指代由于控制频率脉冲响应滤波器和声音系统的全局调谐(例如，全局指代调谐滤波器，所述调谐滤波器对于所有低频扬声器/低音扬声器声道共用，因此如果全局滤波器具有合理性质，则不会影响声场控制电位)而在空间中的给定点处测量或感知到(与声音系统的音色相关)的声音信号(例如，频率响应)的频谱密度。均匀频谱分辨率可以指频谱平坦响应，或根据目标曲线(例如，非平坦曲线)的频谱分布。时间特性可以指测量到的系统的时间响应(例如，脉冲响应)，并且可以与低音声再现中的干燥、隆隆声等的感知有关。根据本公开，可以将根据目标时间响应或振铃前/后成形引入声音系统。

图1示出根据一个或多个实施方案的车辆100的示意图。车辆包括车辆内的收听环境或空间101。在收听环境101内，车辆包括多个座椅。多个座椅至少包括第一座椅102和第二座椅103。除了第一座椅102和第二座椅103之外，多个座椅还可以包括额外座椅，例如，第三座椅104和第四座椅105。

在车辆100中，第一座椅102可以是左前FL座椅。当车辆100是左侧驾驶车辆时，左前FL座椅可以是驾驶员座椅。第二座椅103可以是与第一座椅102相邻的右前FR座椅。当车辆100是左侧驾驶车辆时，右前FR座椅可以是前排乘客座椅。第一座椅102和第二座椅103可以位于车辆100的第一排中。第三座椅104可以是位于第一座椅102后方的左后RL座椅。第四座椅105可以是位于第二座椅103后方且与第三座椅104相邻的右后RR座椅。第三座椅104和第四座椅105可以位于车辆100的第二排中。

车辆可以包括用于收听环境101的音频系统106。音频系统106可以包括多个低音扬声器。多个低音扬声器可以包括第一低音扬声器107、第二低音扬声器108和第三低音扬声器109。除了第一低音扬声器107、第二低音扬声器108和第三低音扬声器109之外，多个低音扬声器还可以包括额外低音扬声器，例如，第四低音扬声器110和第五低音扬声器111。

第一低音扬声器107和第二低音扬声器108可以位于车辆100的第一排中。在第一排中，第一低音扬声器107可以靠近第一座椅102且远离第二座椅103，并且第二低音扬声器108可以靠近第二座椅103且远离第一座椅102。

第一低音扬声器107可以位于车辆100的左前门中。或者，第一低音扬声器107可以位于车辆100的中心线CL左侧的另一区域中。将第一低音扬声器107定位在左前门外的另一区域中可以改进乘客的低频收听体验，因为这可以减少否则可能在第一低音扬声器107放置于左前门中时出现的不希望的结构振动。作为放置于另一区域中的实例，当车辆100包括在中心线CL上对准的中央通道时，第一低音扬声器107可以在中央通道中位于中心线CL左侧。作为另一实例，第一低音扬声器107可以位于车辆100的防火墙中，其中所述第一低音扬声器放置在中心线CL左侧。作为另一实例，第一低音扬声器107可以位于第一座椅102下方。声场控制电位与低音扬声器布局中的空间分集和/或散射相关。例如，紧靠彼此定位或聚集在一起的低音扬声器可以减小用于产生均匀低频声场的电位。

第二低音扬声器108可以位于车辆100的右前门中。或者，第二低音扬声器108可以位于车辆100的中心线CL右侧的另一区域中。与第一低音扬声器107类似，出于类似原因，将第二低音扬声器108定位右前门外的另一区域中可以改进乘客的低频收听体验。作为放置于另一区域中的实例，当车辆100包括在中心线CL上对准的中央通道时，第二低音扬声器108可以在中央通道中位于中心线CL右侧。作为另一实例，第二低音扬声器108可以位于车辆100的防火墙中，其中所述第二低音扬声器放置在中心线CL右侧。作为另一实例，第二低音扬声器108可以位于第二座椅103下方。

车辆100的中心线CL可以用作第一低音扬声器107和第二低音扬声器108的镜像线。因此，第一低音扬声器107可以通过中心线CL与第二低音扬声器108镜像。因此，第一低音扬声器107的定向可以通过中心线CL与第二低音扬声器108的定向镜像。

在车辆中，第三低音扬声器109可以位于车辆100的后部，使得第三低音扬声器靠近车辆100的后部且远离车辆100的前部。例如，当车辆100包括后备箱时，第三低音扬声器109可以位于后备箱中。作为另一实例，当车辆100包括后行李箱时，第三低音扬声器109可以位于后行李箱中。作为另一实例，第三低音扬声器109可以位于第三座椅104和第四座椅105后方，例如，位于第三座椅104和第四座椅105的后靠背支撑盘中。第三低音扬声器109可以位于车辆100的中心线CL上。

第四低音扬声器110和第五低音扬声器111可以位于车辆100的第二排中。在第二排中，第四低音扬声器110可以靠近第三座椅104且远离第四座椅105，并且第五低音扬声器111可以靠近第四座椅105且远离第三座椅104。

第四低音扬声器110可以位于车辆100的左后内壁中，所述左后内壁可以连接至车辆100的左后侧板。作为另一实例，第四低音扬声器110可以位于车辆100的左后门中。作为另一实例，第四低音扬声器110可以位于第三座椅104下方。作为另一实例，第四低音扬声器可以位于中心线CL左侧的另一区域中。与第一低音扬声器107类似，出于类似原因，将第四低音扬声器110定位在左后门外的另一区域中可以改进乘客的低频收听体验。

第五低音扬声器111可以位于车辆100的右后内壁中，所述右后内壁可以连接至车辆100的右后侧板。作为另一实例，第五低音扬声器111可以位于车辆100的右后门中。作为另一实例，第五低音扬声器111可以位于第四座椅105下方。作为另一实例，第五低音扬声器可以位于中心线CL右侧的另一区域中。与第一低音扬声器107类似，出于类似原因，将第五低音扬声器111定位在右后门外的另一区域中可以改进乘客的低频收听体验。

车辆100的中心线CL还可以用作第四低音扬声器110和第五低音扬声器111的镜像线。因此，第四低音扬声器110可以通过中心线CL与第五低音扬声器111镜像。因此，第四低音扬声器110的定向可以通过中心线CL与第五低音扬声器111的定向镜像。

第一低音扬声器107、第二低音扬声器108、第三低音扬声器109、第四低音扬声器110和第五低音扬声器111以及多个低音扬声器中的任何额外低音扬声器可以具有相同品牌、型号、尺寸且因此具有相同的频率响应等声学参数，并且有利地具有重叠特征。多个低音扬声器中的每个低音扬声器可以将从20Hz至200Hz(由音频系统输出的总体声音的低频范围部分)的低频声音输出至收听环境101。在音频系统106中，多个低音扬声器中的每个低音扬声器可以被分配其自身的滤波器。例如，在音频系统106中，可以将第一有限脉冲响应FIR滤波器分配给第一低音扬声器107，可以将第二有限脉冲响应FIR滤波器分配给第二低音扬声器108，可以将第三有限脉冲响应FIR滤波器分配给第三低音扬声器109，可以将第四有限脉冲响应FIR滤波器分配给第四低音扬声器110，以及可以将第五有限脉冲响应FIR滤波器分配给第五低音扬声器111。

总体上，音频系统106可以在20Hz至20KHz的频率范围内操作。为此，音频系统106可以包括多个非低音扬声器换能器，例如，中频换能器和高频换能器(例如，以输出由音频系统输出的总体声音的低频和中频范围部分，其中总体声音输出包括由音频系统的非低音扬声器换能器输出的低频和中频范围部分，以及由音频系统的低音扬声器输出的低频范围部分)。音频系统可以包括低频分频器。在低频分频器处，可以存在从低音扬声器的操作至中频换能器的操作的无缝过渡。

例如，低频分频器可以被配置成将进入音频信号分成多个频率范围(例如，至少第一频率范围和第二频率范围)。对应于进入音频信号的第一频率范围的信号可以被引导至音频系统106中的多个低音扬声器，并且对应于进入音频信号的第二频率范围的信号可以被引导至一个或多个中频和高频换能器中的至少一个换能器。低频分频器可以设置在多个低音扬声器的操作范围内(即，在20Hz至200Hz之间的点处)。使用以上实例，第一频率范围可以处于多个低音扬声器的操作范围内，并且第二频率范围可以处于多个非低音扬声器换能器(例如，中频换能器)中的至少一个换能器的操作范围内。低频分频器和/或另一分频器电路可以被配置成进一步拆分进入音频信号，并且将对应于进入音频信号的第三频率范围的信号引导至多个非低音扬声器换能器(例如，高频换能器)中的另一个或多个换能器。以此方式，一个或多个分频器可以用于拆分进入音频，并且基于换能器的操作范围将不同频率范围的进入音频引导至相关联换能器。

音频系统106可以包括用户界面。用户界面可以是显示器。显示器可以是触摸屏显示器。显示器可以位于车辆100的中控面板中。另外或替代地，用户界面可以包括输入硬件元件，例如输入开关。用户界面可以电连接至音频系统106的控制器。所述控制器可以包括具有静态或自适应算法求解的数字信号处理器DSP、图形处理单元GPU、片上系统SOC，和/或另一集成电路IC。例如，控制器可以包括频率脉冲响应(FIR)控制滤波器和/或自适应算法控制，所述自适应算法控制根据通过收听空间(例如，环境条件)中或外部的换能器量化的输入和/或参数来改变或重新计算FIR控制滤波器。控制器可以电连接至音频系统106的调谐器，例如，AM调谐器或FM调谐器。控制器可以电连接至音频系统106的卫星无线电天线。控制器可以电连接至音频系统106的无线天线，例如，蓝牙天线、Wi-Fi天线或Wi-Fi直连天线。在音频系统106中，控制器可以电连接至蜂窝天线、远程信息处理控制单元TCU，和/或GPS天线。控制器可以电连接至音频系统106的存储器装置，例如，随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、电可编程只读存储器EPROM、电可擦除只读存储器EEROM、FLASH、硬盘驱动器HDD，和/或固态驱动器SDD。软件可以存储在存储器装置中，并且可由控制器访问和执行。分配给低音扬声器的滤波器可以存储在存储器装置中。控制器可以电连接至音频系统106的一个或多个输入端口、一个或多个输出端口，和/或一个或多个输入/输出I/O端口。例如智能电话的便携式装置可以通过一个或多个输入/输出I/O端口、输入端口和/或无线天线与音频系统通信。音频系统106可以电连接至电源，例如DC电池。控制器可以电连接至音频系统106中的一个或多个麦克风。音频系统106可以包括扩音器。扩音器可以电连接至控制器。音频系统106可以包括模数转换器ADC、数模DAC、软件中的额外滤波器、物理硬件滤波器、额外音频部件和/或额外硬件部件。

在车辆100中，具有多个低频扬声器和合适滤波器的收听环境101可以产生均匀低频声场。在均匀低频声场中，乘客可以在多个座椅中的每个座椅处感知到相同低频收听体验。因此，如果乘客从第一座椅102移动至第四座椅105，则乘客可以在第四座椅105处感知到与第一座椅102中相同的低频收听体验。通过均匀低频声场的一致感知可以是期望的用户体验，例如，对于音频系统106的默认低频收听体验。可能希望乘客可以选择任何座椅，而不用考虑一个座椅是否比另一个座椅具有更佳低频收听体验。因此，由于均匀性，低频收听体验基本上在收听环境101中的多个座椅中的每个座椅处得到优化(例如，收听环境101中的音频输出的响度可以在收听环境中的多个座椅中的每个座椅处基本上相同，因此收听环境中的音频输出的响度在收听环境中可没有变化)。

在车辆100中，多个低音扬声器以及分配给其的滤波器可以产生均匀低频声场。这可能是由于多个低音扬声器在车辆100中的布置以及针对分配给多个低音扬声器的滤波器设置的值。为了形成均匀声场，可能需要至少第一低音扬声器107、第二低音扬声器108和第三低音扬声器109。另外，可能需要第四低音扬声器110和第五低音扬声器111。此外，可能需要第一有限脉冲响应FIR滤波器、第二有限脉冲响应FIR滤波器和第三有限脉冲响应FIR滤波器来形成均匀声场。另外，在车辆100中，当包括第四低音扬声器和第五低音扬声器时，可能需要第四有限脉冲响应FIR滤波器和第五有限脉冲响应FIR滤波器来形成均匀声场。

在音频系统106中，控制器可以从音频源接收源信号。音频源可以是音频系统106的一部分，例如，存储在音频系统106的存储器装置中的音频文件。或者，音频源可以在音频系统106外部但与音频系统106通信，例如，通过无线天线与音频系统通信并且具有由于与音频系统通信而可以在音频系统上播放的音频文件的便携式装置。源信号可以是数字源信号或模拟源信号。当源信号是模拟源信号时，模数转换器ADC可以将模拟源信号转换成数字源信号。从模拟到数字的转换可以在到达控制器之前发生或在控制器本身内发生。当控制器中包括模数转换器时，可以在控制器本身内发生从模拟到数字的转换。

控制器可以分析和调节源信号。作为分析和调节的一部分，控制器可以将低音信号与例如用于立体声左、立体声右、中央扬声器、多声道系统中的另一扬声器的一个或多个其它频率信号分离。低音信号可以是单声道信号。单声道信号可以是与立体声右信号组合的立体声左信号。单声道信号可以归属于某一频率范围，例如，从20Hz至200Hz的低频率范围。

控制器可以沿着多个低音扬声器中的每个低音扬声器的信号路径发送低音信号(例如，低频信号)。每个信号路径包括其自身的滤波器。在信号路径中，滤波器可以是分配给多个低音扬声器中的特定低音扬声器的有限脉冲响应FIR滤波器。信号路径的有限脉冲响应FIR滤波器可以对共同低音信号进行滤波。可以将滤波低音信号发送至数模转换器DAC。滤波低音信号可以从数字转换成模拟。模拟滤波低音信号可以在扩音器中放大。放大的模拟滤波低音信号可以驱动多个低音扬声器中的特定低音扬声器。为此，特定低音扬声器可以将低频声音输出至收听环境101中。

控制器可以将覆盖音频频谱的其它部分的一个或多个信号发送至多个非低音扬声器换能器中的一个或多个换能器。与低音信号不同，一个或多个其它频率信号可以适合于通过再现整个可听音频频谱来提供合适的音频体验。因此，与多个低音扬声器不同，从控制器发送至多个非低音扬声器换能器的信号可以不相同。例如，如果多个非低音扬声器换能器设置用于5.1多声道环绕声，则除了低音信号之外，控制器可以发送出左前信号、中心信号、右前信号、左环绕信号和右环绕信号。左前信号可以发送至用于非低音扬声器换能器的第一子集的一个或多个信号路径，中心信号可以发送至用于非低音扬声器换能器的第二子集的一个或多个信号路径，右前信号可以发送至用于非低音扬声器换能器的第三子集的一个或多个信号路径，左环绕可以发送至用于非低音扬声器换能器的第四子集的一个或多个信号路径，以及右环绕可以发送至用于非低音扬声器换能器的第五子集的一个或多个信号。非低音扬声器换能器的每个子集可以互相排斥或彼此独立。非低音扬声器换能器的每个信号路径可以包括滤波器、时间延迟、数模转换器DAC和扩音器。

作为另一实例，非低音扬声器换能器可以处于立体声设置。在立体声设置中，除了均匀低音信号之外，控制器可以发送出立体声左信号和立体声右信号。立体声左信号可以发送至用于非低音扬声器换能器的第一子集的一个或多个信号路径，并且立体声右信号可以发送至用于非低音扬声器换能器的第二子集的一个或多个信号路径。非低音扬声器换能器的每个子集同样可以互相排斥或彼此独立。对于非低音扬声器换能器，5.1多声道环绕声设置和立体声设置之外的其它设置也是可能的。车辆100中的声音系统(例如，包括低音扬声器107至111)可以提供均匀低频声场、中频声场和/或高频声场。

图2示出根据一个或多个实施方案的用于将声音输出至收听环境中的音频系统200的示意图。收听环境可以是车辆的车厢。音频系统200可以包括多个低音扬声器201。多个低音扬声器201可以包括N+1个低音扬声器，其中N≥1。测试表明，在某些收听环境中，可能需要三个低音扬声器，以便形成均匀低频声场。当存在包装和成本限制时可能发生这种情况。测试表明，在其它收听环境中，可能需要五个低音扬声器，以便形成均匀低频声场。但是在其它收听环境中，可能需要更多或更少低音扬声器，以便形成均匀低频声场。实际上，低音扬声器的数目将由所需的目标低频声场性能确定，例如，均匀性的所需带宽和其它因素，例如车厢几何形状以及需要均匀性的收听区域的范围。

音频系统200可以包括多个非低音扬声器换能器202。尽管图示两个，但是可以存在多个非低音扬声器换能器202中的额外非低音扬声器换能器。非低音扬声器换能器的品牌、型号、尺寸和声学参数可以彼此不同。另外或替代地，多个非低音扬声器换能器202的一个或多个子集可以具有相同品牌、型号、尺寸和声学参数。

音频系统可以包括控制器203。控制器203可以从音频源接收源信号204。控制器204可以分析和调节源信号204。作为分析和调节的一部分，控制器可以将低音信号205与第一频率信号206和第二频率信号207分离，例如，与中至高立体声左信号和中至高立体声右信号分离。除了低音信号205之外，尽管提及两个频率信号206、207，但是可以存在除了两个频率信号之外的额外频率信号。或者，代替两个频率信号206、207，可以仅存在一个频率信号。因此，第一频率信号206可以与第二频率信号207相同或不同。

多个低音扬声器201的每个信号路径可以从控制器204接收相同低音信号205。多个低音扬声器的每个信号路径可以包括其自身的滤波器块208。每个滤波器块208可以包括滤波器。在每个滤波器块208中，滤波器可以是有限脉冲响应FIR滤波器。每个FIR滤波器的值可以彼此不同。或者，两个或更多个FIR滤波器可以具有相同的值设置。因此，可以根据滤波器块在其相应信号路径中的滤波器对低音信号205进行滤波。因此，当滤波器是具有彼此不同的值的FIR滤波器时，滤波低音信号将彼此不同。

每个滤波器块208可以包括数模转换器DAC和扩音器。相应信号路径的滤波低音信号可以通过数模转换器DAC从数字转换成模拟，随后通过扩音器放大。每个放大的模拟滤波低音信号209、210、211可以被供应到多个低音扬声器201中的其相应低音扬声器。每个放大的模拟滤波低音信号209、210、211可以彼此不同。或者，一个或多个放大的模拟滤波低音信号209、210、211可以相同。作为响应，多个低音扬声器201中的每个低音扬声器可以相应地将低频声音输出至收听环境中。

多个低音扬声器201在收听环境中或周围的分布和定向可以通过被动装置而无需额外滤波产生适当均匀的低频声场。有时，多个低音扬声器201的分布和定向与滤波块208中的滤波器的组合可以实现均匀低频声场。在这些情形中，滤波器块中的滤波器可以进行调谐，以实现均匀低频声场。

第一音频信号可以从控制器203穿过第一调节块212。第一调节块可以包括滤波器、转换器、扩音器，或另一信号调节元件。第一音频信号从第一调节块进行调节，以直接传递到多个非低音扬声器换能器202中的其相应非低音扬声器换能器。作为响应，相应非低音扬声器换能器将中至高频声音输出至收听环境中(例如，比低音扬声器输出的声音更高频的声音)。类似地，第二音频信号可以从控制器203穿过第二调节块213。第二调节块可以包括滤波器、转换器、扩音器，或另一信号调节元件。第二音频信号从第二调节块进行调节，以直接传递到多个非低音扬声器换能器202中的其相应非低音扬声器换能器。作为响应，相应非低音扬声器换能器将中至高频声音输出至收听环境中。

图3示出描绘在优化低频声场时的典型工作流程的流程图。流程图中的步骤可以是手动的或根据需要或多或少地自动化的，并且工作流程中的步骤可以遵循不同次序。最初，在301处指定所需的目标低频声场特征。此指定包括描述所需低频声场的一个或多个参数，所述一个或多个参数可以是但不限于低频声音的所需带宽，例如20Hz至200Hz，和/或在跨越覆盖所需操作带宽的频率范围的低频声场内的空间中的离散点处的声压级值的标准偏差。在302处将收听区域限定为与收听环境101相关的空间区域，例如图4中所示的400。随后在303处选择多个低音扬声器201并且所述多个低音扬声器可以包括N+1个低音扬声器，其中N≥1。对于所述多个低音扬声器，在304处选择与车辆100以及其收听环境101相关的每个低音扬声器的位置。

现在可以在305处计算低频控制滤波器。对于滤波器的计算，可以在306处访问数据库，所述数据库包括相关联的声学传递函数，例如在303处选择的多个低音扬声器与在302处设置的限定收听区域内的空间中的离散点之间的传递路径的脉冲响应或频率响应。离散点可以是具有(但不限于)5cm的间隔的3维网格。取决于所分析的声场的上限频率，此间隔可以更粗糙。传递函数的数据库可以通过在具有真实低音扬声器和麦克风的真实收听环境或车辆内的测量获得，但是传递函数还可以使用虚拟低音扬声器和虚拟麦克风从收听环境或车辆的虚拟模拟模型中获得。此虚拟模型可以是有限元模型。

FIR滤波器(例如，图2的滤波器208)可以应用于低频信号(例如，图2的信号205)，并且被馈送至多个低音扬声器(例如，图2的低音扬声器201)。基于优化方法确定/计算控制滤波器，从而寻求实现在成本函数中定义的给定目标。通过将传递函数从低音扬声器卷积到具有滤波器响应的麦克风来数学地完成评估(通过根据图3的手动/自动迭代方法)，并且因此优化预测所得的低频声场。优化例程可以基于最小均方算法或类似算法。随后，可以在低频声场的所需带宽内的频率处导出指定标准，例如但不限于，从所得的低频声场的声压级的标准偏差。

如果不满足所需低频声场的标准(例如，在307处“否”)，则可以做出多个决策308以修改优化的开始条件。当满足时，可以在309处输出计算出的所得FIR滤波器(例如，图2的滤波器208)。数据310可以用适合于实施滤波器的数据格式存储，并且还在311在例如图6、图7和图8中呈现的数据中显示。

图4示出根据一个或多个实施方案的车辆405的示意图，包括分别用于如图1中所描述的座椅FL、FR、RL和RR的围绕每个乘客头部位置401、402、403和404的收听区域，以及覆盖一系列座椅位置的较宽收听区域400，所述座椅位置可以包括所有座椅位置或座椅组的多个子集。所示收听区域表示乘客的一系列标称耳位置，包括乘客的标称高度范围。收听区域中的低频声场通过如图1中所描述的多个低音扬声器驱动。

图5再次示出如图4中的400的较宽收听区域500，但在座椅位置可以更灵活且乘客没有驾驶车辆的任务因此乘客可以面向与行进方向不同的方向的自动驾驶车辆501或类似情况下。500可以包括所有座椅位置或座椅组的多个子集。收听区域中的低频声场通过如图1中所描述的多个低音扬声器驱动。

图6示出每个区域中的声音系统响应的实例图600，所述区域表示当收听区域中的低频声场由如图1中所描述的多个低音扬声器驱动，并且受控制使得每个位置实现均匀声压时如图4中所示的每个乘客头部位置。

图7示出在用于图6中受控低频声场的图4中所示整个较宽收听区域400中计算的声压级的相关标准偏差的图700。在此实例中，176Hz以下的标准偏差小于2表示68％的响应处于正态分布数据集的平均值的+/-2dB内。

图8示出针对与平均声压级的差在150Hz处的曲面图800，所述平均声压级贯穿用于还通过图6和图7描述的受控低频声场的图4中所示的整个较宽收听区域400。灰度级示出与图4中的较宽收听区域400中的平均声压级以dB为单位的偏差，示出当声场受控时偏差低。

图9示出车辆906的示意图，其中仅单个低音扬声器或重低音扬声器905起作用，并且包括分别用于如图1中所描述的座椅FL、FR、RL、RR的围绕每个乘客头部位置901、902、903、904的收听区域以及覆盖一系列座椅位置的较宽收听区域900。在此实例中，单个低音扬声器或重低音扬声器905放置于所示的后备箱角落区域中。

图10示出每个区域中的所得声压级响应的图1000，所述区域表示当仅单个低音扬声器或重低音扬声器905驱动收听区域中的低频声场时在典型车辆中的如图9中所描述的每个乘客头部位置。在此实例中，单个低音扬声器或重低音扬声器905放置于如图9中所示的行李箱角落区域中，并且声音系统的全局调谐尝试在后座椅中实现平滑频率响应。

图11示出当仅单个低音扬声器或重低音扬声器905驱动收听区域中的低频声场时在典型车辆中的图9中所示整个较宽收听区域900中计算的声压级的所得标准偏差的图1100。在此实例中，单个低音扬声器或重低音扬声器905放置于如图9中所示的行李箱角落区域中，并且声音系统的全局调谐尝试在后座椅中实现平滑频率响应。

图12示出针对与平均声压级的差在150Hz处的曲面图1200，所述平均声压级当仅单个低音扬声器或重低音扬声器905驱动收听区域中的低频声场时贯穿典型运动型多用途车(SUV)中的图9中所示较宽收听区域900。例如，后座椅区域中的听众可以比前座椅区域中的听众体验明显更高的声压级，例如在150Hz处，在图9中的右后座椅区域904位置，听众比在其它座椅体验明显更高的声压级，具体来说，比图9中的左前座椅区域901高声压级12dB。在此实例中，单个低音扬声器或重低音扬声器905放置于图9中所示的后备箱角落区域中。灰度级示出与图9中的较宽收听区域900中的平均声压级的以dB为单位的偏差。

图13示出用于较大车厢130的实施方案，例如但不限于SUV型车厢的实例实施方案。收听区域131覆盖所需收听区域并且可以包括第三排座椅。实例实施方案包括五个相同的低音扬声器132、133、134、135和136，其中前低音扬声器132和133位于车辆的相对侧上的A柱区域下方。两个低音扬声器134和135位于车辆的相对侧上，例如，位于车厢区域中间的后门装饰板中。第五低音扬声器136以高于后备箱地板面的高度位于后备箱区域的侧面上。在一个说明性实例中，此实施方案中的低音扬声器可以具有170mm的底盘直径以及154cm²的辐射面积。所有低音扬声器的声音辐射区域(前侧)辐射到车厢的乘客区域中。在此实施方案中，看到低音扬声器空间分布在车厢内。所有五个低音扬声器132、133、134、135和136各自安装在12升密封壳体中，使得从低音扬声器膜后侧的后部声音辐射与车厢的乘客区域隔离，并且此外显著减少低频音频泄露到车辆外部。

图14示出当低音扬声器具有12升密封后壳时来自图13中所示的实施方案的一个低音扬声器的无限挡板响应的图1400。壳体的体积可以有利地用合适的声学阻尼材料填充。在此实施方案中，作为二阶高通函数的图14中所示的无限挡板响应可以通过Q因子0.9和80Hz的谐振频率来描述。

图15示出对于如图13中所示本公开实施方案中部署的五个低音扬声器中的每个低音扬声器，图2中的控制滤波器208振幅响应的图1500。图例是指图13中所描述的低音扬声器位置，其中左前低音扬声器FLW是132，右前低音扬声器是133，左后低音扬声器RLW是134，右后低音扬声器RRW是135，并且左后备箱低音扬声器TLW是136。控制滤波器在实例实施方案中的实施将产生如图6、图7和图8中所描述的均匀低频声场。

已经出于说明和描述的目的呈现对实施方案的描述。实施方案的合适修改和变化可以鉴于以上描述执行或可以从实践方法获取。例如，除非另外指明，否则一个或多个所描述方法可以通过合适装置和/或装置的组合执行，例如，通过图2的控制器203和扬声器201/202执行。所述方法可以通过用一个或多个逻辑装置(例如，处理器)组合例如存储装置、存储器、硬件网络接口/天线、开关、致动器、时钟电路等的一个或多个额外硬件元件执行所存储指令来执行。所描述的方法和相关联动作还可以按照除了本申请中所描述的次序之外的各种次序并行地和/或同时执行。所描述系统在本质上是示例性的，并且可以包括额外元件和/或省略元件。本公开的主题包括所公开的各种系统和配置以及其它特征、功能和/或特性的所有新颖和不明显的组合和子组合。

如本申请中所使用，以单数形式叙述并且以单词“一”或“一个”开头的元件或步骤应被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非说明了此种排除。此外，对本公开的“一个实施方案”或“一个实例”的引用并不意图解释为排除也结合所叙述特征的额外实施方案的存在。术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，且并不意图对其对象施加数字要求或特定的位置排序。所附权利要求书特别指出了被认为新颖和不明显的以上公开内容的主题。

虽然上文描述了示例性实施方案，但是这些实施方案并非预期描述所公开特征的所有可能形式。相反地，用于本说明书中的词是描述性词而非限制性词，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以作出各种改变。另外，可以组合各个实现的实施方案的特征以形成本公开的其它实施方案。

Claims (20)

1.一种音频系统，所述音频系统包括：

多个低频扬声器，所述多个低频扬声器被配置成将低频声音输出至收听环境中；以及

多个滤波器，所述多个低频扬声器中的每个低频扬声器具有分配给它的所述多个滤波器中的相应滤波器，以产生均匀低频声场。

2.如权利要求1所述的音频系统，其中在所述均匀低频声场中，在所述收听环境中的多个位置中的每个位置处的低频收听体验彼此相同。

3.如权利要求2所述的音频系统，其中所述收听环境在车辆内，并且其中所述收听环境中的所述多个位置包括所述车辆内的不同座椅。

4.如权利要求1所述的音频系统，其中所述多个滤波器包括有限脉冲响应滤波器，所述有限脉冲响应滤波器进行调谐以实现所述均匀低频声场。

5.如权利要求1所述的音频系统，还包括一个或多个中频和高频换能器，所述一个或多个中频和高频换能器被配置成输出由所述音频系统输出的总体声音的中频和高频部分，所述总体声音包括由所述中频和高频换能器输出的所述中频和高频部分以及由所述多个低音扬声器输出的低频部分。

6.如权利要求5所述的音频系统，还包括低频分频器，所述低频分频器被配置成将进入音频信号分成至少第一频率范围和第二频率范围，对应于所述进入音频信号的所述第一频率范围的信号被引导至所述多个低音扬声器，并且对应于所述进入音频信号的所述第二频率范围的信号被引导至所述一个或多个中频和高频换能器中的至少一个中频和高频换能器。

7.如权利要求1所述的音频系统，其中所述多个低音扬声器包括三个低音扬声器。

8.如权利要求1所述的音频系统，其中所述多个低音扬声器包括五个低音扬声器。

9.如权利要求1所述的音频系统，其中所述收听环境在车辆内，并且其中所述多个低音扬声器包括基于所述车辆中的座椅数目的低音扬声器的数量。

10.如权利要求1所述的音频系统，还包括控制器，所述控制器被配置成：

从音频源接收源信号，

分析和调节所述源信号以产生调节的源信号，以及

将所述调节的源信号的至少一部分传输至所述多个低音扬声器，所述控制器与所述多个低音扬声器之间的每个信号路径接收相同低音信号。

11.如权利要求10所述的音频系统，其中所述控制器与所述多个低音扬声器中的每个低音扬声器之间的每个信号路径包括相应滤波器块，每个滤波器块包括所述多个滤波器中的相应滤波器，所述相应滤波器被配置成对在所述相关联信号路径上传输的所述低音信号进行滤波，以产生滤波后的均匀低音信号。

12.如权利要求11所述的音频系统，其中每个滤波器块中的所述相应滤波器设置成与每个其它滤波器块中的每个其它滤波器无关。

13.如权利要求11所述的音频系统，其中每个滤波器块包括数模转换器和扩音器，每个信号路径的所述滤波后的均匀低音信号通过所述信号路径的相应数模转换器转换，随后通过所述信号路径的相应扩音器放大，然后供应至所述信号路径的相应低音扬声器以输出为低频声音，以形成所述均匀低频声场。

14.一种用于通过音频系统的多个低音扬声器产生均匀低频声场的方法，所述方法包括：

通过所述音频系统的处理器设置所述均匀低频声场的目标低频声场性能的特征；

通过所述处理器限定所述均匀低频声场的收听区域；

通过所述处理器选择所述多个低音扬声器以输出所述均匀低频声场，所述多个低音扬声器中的每个低音扬声器具有相对于包括所述收听区域的环境指定的相应位置；

通过所述处理器计算用于实现所述均匀低频声场的一个或多个滤波器；

将所述一个或多个滤波器应用于供应至所述多个低音扬声器的低频信号，所述一个或多个滤波器基于所述均匀低频声场的所述目标低频声场性能的所述特征进行调谐；以及

通过所述多个低音扬声器输出所述均匀低频声场。

15.如权利要求14所述的方法，其中响应于通过所述音频系统的用户界面接收的用户输入设置所述目标低频声场性能，所述用户输入指定所述均匀低频声场的一个或多个目标参数，所述一个或多个目标参数包括所述均匀低频声场的目标带宽，和/或在跨越覆盖所述目标带宽的离散频率范围的所述低频声场内的离散点处的声压级值的目标标准偏差。

16.如权利要求14所述的方法，其中使用通过对所述音频系统的用户界面的用户输入接收的定位信息限定所述收听区域。

17.如权利要求14所述的方法，其中计算用于实现所述均匀低频声场的所述一个或多个滤波器包括：通过所述处理器从数据库检索在所述多个低音扬声器与所述收听区域内的不同离散点之间的声学传递函数。

18.一种用于车辆的音频系统，所述音频系统包括：

多个低音扬声器；

一个或多个非低音扬声器换能器；

低频分频器；以及

控制器，所述控制器被配置成：

接收均匀低频声场的目标参数，

限定所述车辆内的所述均匀低频声场的收听区域，

基于所述接收到的目标参数以及所述所限定收听区域来计算用于实现所述均匀低频声场的一个或多个滤波器，

从音频源接收音频信号，

将所述音频信号引导至所述低频分频器，所述低频分频器被配置成将所述音频信号分成对应于所述音频信号的第一频率范围的第一信号，以及对应于所述音频信号的第二频率范围的第二信号，所述第一频率范围低于所述第二频率范围，

将所述第一信号引导至所述多个低音扬声器中的每个低音扬声器，以及将所述第二信号引导至所述一个或多个非低音扬声器换能器中的至少一个换能器，

对于每个低音扬声器，将所述一个或多个滤波器中的相应滤波器应用于所述第一信号以产生相应滤波信号，所述相应滤波器基于所述均匀低频声场的所述目标参数进行调谐，以及

通过所述多个低音扬声器输出每个相应滤波信号，以产生所述均匀低频声场。

19.如权利要求18所述的音频系统，其中所述控制器还被配置成通过所述至少一个换能器输出所述第二信号，以产生非均匀中频或高频声场。

20.如权利要求18所述的音频系统，其中计算用于实现所述均匀低频声场的所述一个或多个滤波器包括：通过所述控制器从数据库检索在所述多个低音扬声器与所述车辆的所述收听区域内的不同离散点之间的声学传递函数。