CN1759635A - 用于再现声音的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种声音再现方法及其装置利用了用于提高所产生空间宽阔感的，在至少部分重叠的频率范围上被同时驱动的分布式扬声器和活塞式扬声器。本文献披露的内容包括单声道、立体声和多通道的声音再现系统以及电子乐器，如数字钢琴。

Description

用于再现声音的装置和方法

技术领域

本发明与一种用于再现声音的方法和装置有关，并包括一种新颖的扬声器组合以及驱动该组合的一种新颖的电子线路。本发明特别适用于再现录制的声音或广播声音和来自电子乐器，特别是数字钢琴的声音。

背景技术

多年以来，用电的方法来产生和再现声音一直是研究开发的主题。研究的一个方面关注扬声器的性能，其目的在于提高它们产生的声音的保真性和质量，例如，要生产一种这样的扬声器，其移动元件将忠实地跟随驱动它们的电信号的变化。研究开发的另一个方面关注对代表声音的电信号进行编码、记录、广播和解码等工作的技术，其目的在于提高由解码信号驱动的扬声器再现的声音的真实性。

保真性和扬声器设计

作为寻求扬声器技术改进的结果，当前出现了一些以各自不同原理运行的不同型号的扬声器。

例如，传统的锥形扬声器，其中用较硬材料制成的并被配合安装的锥盆通过一个移动线圈或是移动磁铁进行电磁驱动。这种类型的扬声器可能实际上最流行，并在大量不同应用中得到了广泛的使用，它们各自有其自身的独特设计要求。应用的例子体现在家庭娱乐系统中，并被用来再现音乐、语音和音频-视频材料，以及有线广播系统，计算机的声音输出，影院和剧院的声响系统，车载娱乐系统，有线广播系统和电气或电子乐器如数字钢琴之中。

到目前为止尚未能设计出一种能在整个声频范围，特别是在从50Hz或更低频率至约20KHz的频率范围内产生较好保真性的声音的锥形扬声器。因而高质量的声音，例如对于忠实于原声的音乐再现系统，只能通过组合使用两个或更多的各自针对一个特定频段进行设计的锥形扬声器单元来得到。从而这些单元的驱动信号通过名为分频电路的电路，并由后者将处于不同频带的驱动信号送至合适的锥形扬声器。许多高质量扬声器系统通常采用至少三种扬声器，一种用于高频，这便是高音扬声器，一种用于中频范围，第三种则用于低频，它们分别被称为低音扬声器和次低音扬声器。现代锥形扬声器系统能在人耳能听到的频率范围的大部分区域以一条相当平直的频率响应曲线再现具有相对较高保真性的声音，并且到目前为止是在再现音乐的场合中得到最广泛应用的一种扬声器。

另一种在用的扬声器是静电扬声器，在其中，一张被稍微拉伸的塑料薄膜由一对电极产生的信号制造的交变静电场引发振动，且薄膜被放置在该对电极之间。由于薄膜特别轻，因而它具有较低的机械惯量，于是薄膜的运动甚至能以相对较高的保真性再现施加到其上的高频信号。静电扬声器的一个特性是，与其他类型的扬声器相比，它们产生的声音具有高度的清晰性。然而，当前能买到的静电扬声器不能再现音乐中出现的最低频率的声音。除此之外，以及除了静电扬声器产生的声音声压电平低于锥形扬声器产生的声音声压电平的事实，许多人认为静电扬声器在它们能够工作的频率范围确实提供了具有特别高的保真性的声音。

上述锥形扬声器和静电扬声器通过锥盆或薄膜的活塞式运动产生声音。

近年来，不依赖于活塞式运动的第三种扬声器已被投入使用。这便是分布式扬声器。许多出版物对其进行了介绍，例如：

(a)PCT申请号为WO 97/09842的文献；

(b)美国专利申请号为6399870的文献；

(c)一篇出现在由Hachette Filipacchi Magazines有限公司出版的1998年9月号的“声音”杂志上的由Henry Azima撰写的名为“NXT面临困境(NXT Up Against Wall)”的文章；

(d)由Neil Harris和Malcolm Omar Hawksford撰写并在于1997年9月26日至29日在纽约举行的第103届声频工程协会大会上宣读的一篇名为“作为一种宽带声辐射器的分布式扬声器(DML)(Thedistributed Mode Loudsspeaker(DML)as a Broad-Band AcousticRadiator)”的文章；

(e)由Henry Azima和Neil Harris撰写并在于1997年9月26日至29日在纽约举行的第103届声频工程协会大会上宣读的一篇名为“分布式辐射器散射场的边界相互作用(Boundary Interaction of DiffuseField Distributed Mode Radiators)”的文章；

(f)由Joerg W.Panzer和Neil Harris撰写并在于1998年5月16日至19日在阿姆斯特丹举行的第104届声频工程协会大会上宣读的一篇名为“分布式扬声器仿真模型(distributed Mode Loudspeaker SimulationModel)”的文章；

(g)由Joerg Panzer和Neil Harris撰写并在于1998年9月26日至29日在加州旧金山举行的第105届声频工程协会大会上宣读的一篇名为“分布式扬声器辐射仿真(distributed Mode Loudspeaker RadiationSimulation)”的文章；

这些出版物被罗列于此，以供参考。许多出版物还对这种分布式扬声器的构造和工作特点作了介绍，其中一些出版物在上述文章和论文中已有所提到。

如上述出版物所述，一个分布式扬声器包括一块面板和附加到该面板上的一个或多个换能器，当它被一种电声信号触发时，便会在面板中产生共振的弯曲波，这些波以一种复杂的形式分布在面板的表面或是面板表面的所要求的部分。由换能器将面板激发到这些分布式共振模式，要求面板的制造方式使得它能被激发到这些分布式共振模式以及根据面板的特性精心布置换能器或换能器群以使得面板中能产生所要的共振模式。分布式扬声器领域的专家能使用许多不同种材料和不同形式的换能器来设计不同尺寸的分布式扬声器。

成功的设计分布式扬声器是一种复杂的过程，因为面板的振动方式及其频率响应取决于包括面板宽度，高度，厚度，材料，材料密度，泊松比，抗弯刚度，衰减系数，剪切比，剪切模量，换能器性质和位置以及采用的换能器数量在内的大量不同参数。在实际中，有必要根据数学方程式计算出频率响应，关于这方面可参见上述与分布式有关的出版物。可以从邮政编码为PE29 6FW的位于亨廷顿的Hinchingbrook商业园的kingfisher路的Signet大楼的NewTransducers有限公司买到用于进行这些计算，从而方便了成功设计分布式扬声器的一种计算机程序。这种计算机程序允许设计师输入或者选择要设计的扬声器的不同相关参数，然后，该程序计算出要设计的扬声器的频率响应和振动特性，以让设计师能够作出正确的设计决定。

除了上述的计算机程序，分布式扬声器可以在一些不同地点买到，如位于英格兰剑桥郡亨廷顿Glebe路Cirrus大楼的邮政编码为PE297DX的Amina Technologies有限公司；位于苏格兰Coatbridge邮政编码为ML5 4TF的Tannoy有限公司；位于英格兰剑桥郡亨廷顿Stonehill的邮政编码为PE296EY的Mission(UK)有限公司；或是位于美国Lancaster哥伦比亚大道500号的邮编为PA 17603的ArmstrongWorld Industries公司。

在将分布式扬声器与其他形式的扬声器进行组合方面已有多种不同的建议。例如，因为当前能得到的分布式扬声器不能准确的再现低于100Hz的频率的声音，有人建议将它们与一种与分布式扬声器分隔开的次低音扬声器结合使用，且这两种扬声器通过合适的过滤(分频)电路进行驱动。同样地，扬声器组合也能以成组方式买到，在一个共用箱体中的该种组合包括被用作高音扬声器的分布式扬声器，被用作低音扬声器和/或中音范围的扬声器的一个或多个传统的锥形扬声器，以及传统的分频电路，以使得分布式扬声器被处于合适高音扬声器的频带范围的信号专门地进行驱动，锥形扬声器或锥形扬声器群被处于合适低音扬声器和中音范围扬声器的频带范围的信号专门地进行驱动。

在美国专利号为6351542(Azima等人)的文献中介绍了另一个关于利用了分布式扬声器的一种全频率范围扬声器系统的建议。在该专利中，一个分布式扬声器构成了封闭小室的一面墙。该小室通过一条管道连到包含低频扬声器(低音扬声器)的一个箱体，使得包含低音扬声器的箱体中产生的气压变化通过管道被传送至封闭小室。分布式扬声器在其边缘处用屈从性材料进行支撑，使得它能够响应封闭小室中的气压变化而进行活塞式移动，从而，通过实际上发生与低音扬声器一致的活塞式振动，产生了低频声音。

上面已提及的PCT申请号为WO 97/09842的文献中揭示了对于分布式扬声器的大量可能应用和配置。在该PCT申请文献中披露的一种配置建议在分布式扬声器中采用曲线型面板，其目的在于将声音往一个特定方向上集中。另一种配置(如该PCT申请中图65所示)建议将包含有传统扬声器箱的至少一面墙作为无源面板，该面板能进行共振式的振动，但是，它并不是由电磁换能器引发振动，而是在当包含低音扬声器，中音范围的扬声器和高音扬声器的传统锥形扬声器被驱动时由扬声器箱体中出现的气压变化引发的共振而引起振动的。据说，该配置能实现想要的音染。

分布式扬声器的一个重要优势是它们能被制成相当平整的形状，这使得它们能被用于使用锥形扬声器不方便或是在视觉上显得唐突的场合。然而，分布式扬声器尚没有在高保真音乐再现领域得到广泛使用，这可能是因为，尽管它们能够被制作用来在人耳可听见的频率范围的大部分产生声音，它们的频率响应却不如精心设计的锥形扬声器的频率响应平直。

真实性和声音编码技术

对于改进再现后声音的真实性的研究导致了立体声系统的开发成功，在这种系统中，包括不同信号的录音或广播被送入彼此分隔的通道中，以驱动放置在收听者前方的扬声器，使其朝收听者的左方和右方发声。这些系统在20世纪50和60年代开始得到广泛使用，且现在仍然被继续使用。它们给收听者留下一种印象，即声音在其前方的不同位置被产生并且移动和穿过了声音“舞台”。它们也同样给予收听者一种印象，即它们再现的由交响乐团或是如钢琴之类的乐器发出的声音具有空间宽阔感，且保留了完整的声音成分，而这比起使用单个信号通道来再现声音更为优越。

为了进一步提高收听者印象中的空间宽阔感，并提供一些可能的特殊效果，如让收听者感觉到声源在收听者所处的三维空间内发生明显的移动，四通道系统，也叫四声道系统，于20世纪60年代被开发出来。尽管当时为其制作了一些录音和广播，四声道系统却没有得到广泛使用。该系统的问题之一是，它们需要特殊的录音和广播技术，其中，不同的信号在不同的通道中进行编码，四个扬声器实际上被放置在房间的四角，且收听者处于四个扬声器之间的空间的中心区域。尽管这些系统在那时没有得到广泛使用，相对于立体声系统，它在收听者印象中的空间宽阔感和“包围性”方面还是有所改善，如给收听者留下他在一间比其实际所处房间尺寸大得多的房间内收听音乐的印象，并使收听者产生被声音包围的感觉。综合起来，这些印象给予收听者一种心理声学体验，这种体验更接近于他在一间具有能提供合适的声音被墙反射电平和合适反射次数的声学设施的音乐厅中收听音乐时的体验。

近年来，所谓的“环绕声”系统已被投入使用，特别是在影院和所谓的“家庭影院”娱乐系统中。环绕声的主要目的之一是产生特殊的声学效果，如模拟车辆通过包含环绕声系统和收听者的空间时发出的声音。环绕声系统一般包含五条通道，分别用于驱动收听者前方左侧和右侧的扬声器，收听者左侧和右侧的扬声器和一个处于前方中央位置的扬声器。该系统要求将要进行再现的信号在五条通道中各自独立的进行编码，以使得每个彼此独立的扬声器能被其专用信号如经过编码的录音和广播信号进行驱动。通过合适的信号编码，与立体声系统相比，环绕声系统在空间宽阔感和包围性方面有所改善。

发明内容

如上所述，尽管在过去的几十年中，人们在扬声器设计和信号编码领域取得了长足的进步，仍然有必要开发一套能以合理的成本从电信号中产生音质得到提高的声音的系统，特别是要开发一套所产生的空间宽阔感有所提高的系统。

在一方面，当前的发明通过同时驱动至少一个活塞式扬声器和至少一个分布式扬声器，在空间宽阔感和/或包围性方面取得了改进，且其中各扬声器工作的频率范围在人耳能听到的频率范围的至少一部分区域发生了重叠。最好是，上述频率范围的重叠部分包括相对较低的频率部分。

我们惊异的发现，通过使用这种方法来法制声音，能取得增强的空间宽阔感和/或包围性，即使在单通道(单声道)系统中也是如此。因此，本发明可被用于单通道、立体声和多通道声音再现系统。

下面，将通过援引业已进行的对比性试验和由附图中图1至图7表示的这些试验结果进一步讨论在空间宽阔感和包围性以及声音浑厚性方面取得的改进。并且，将通过援引附图中图8至图31来介绍本发明的实施例。

附图说明

附图中：

图1示出了在使用一个立体声再现系统的第一次试验中测得的横向早期能量分数(LEF)的柱状图，其中对单独使用传统的锥形扬声器，单独使用分布式扬声器，以及使用根据本发明设计的包括前两者的扬声器组合等各种情况下取得的横向早期能量分数进行了比较。

图2是一张示出了在与图1相关的讨论中提及的试验中测得的双耳听觉互相关系数(IACC)的柱状图。

图3和图4是与图1和图2类似的柱状图，但是它们示出的是在使用一个单声道系统的第二试验中测得的LEF和IACC。

图5和图6分别示出了本发明的第三次试验中使用的一个传统的锥形扬声器和一个分布式扬声器的频率响应。

图7示出了与图5和图6相关的扬声器被同时驱动时得到的频率响应，且图7的各条不同曲线示出了两个扬声器的相对声压电平被改变时得到的结果。

图8是根据本发明的第一实施例作出的一种立体声再现装置的框图。

图9是包含在图8的装置中的一种扬声器组合的示意透视图。

图10用示意横截面图示出了包括在图9的扬声器组合中的分布式扬声器的一部分，并示出了一个被附加到扬声器面板上的电磁激励器。

图11是图9中扬声器组合中的分布式扬声器中一个截面的示意的透视图，示出了在一支持框架中进行的扬声器面板安装。

图12是图9中扬声器组合的示意的侧截面图，示出了用于扬声器组合的一个示意方框电路图。

图13是根据本发明的第二实施例作出的一种立体声再现装置的框图。

图14是用于驱动被包括在图13的装置中的分布式扬声器的一种同样包括在该装置中的信号调节电路的电气框图。

图15是示出了对图14中电路所作修改的电气框图，构成本发明第三实施例的一局部电气框图。

图16是根据本发明的第四实施例作出的一种立体声再现装置的框图。

图17是根据本发明的第五实施例作出的一种立体声再现装置的框图。

图18是根据本发明的第六实施例作出的一种立体声再现装置的框图。

图19是包括在图18装置中的一种立体声放大器的电气框图。

图20是根据本发明的第七实施例作出的一种立体声再现装置的框图。

图21是根据本发明的第八实施例作出的一种立体声再现装置的框图。

图22是根据本发明的第九实施例作出的一种立体声再现装置的示意的透视图。

图23是图22中所示装置的局部电路图。

图24是根据本发明的第十实施例作出的一种立体声再现装置的框图。

图25是根据本发明的第十一实施例作出的一种“环绕声”再现装置的框图。

图26是根据本发明一实施例设计的一种数字大钢琴的透视图。

图27是图26中的数字钢琴的示意性框图。

图28是一张根据本发明一实施例设计的一种竖式数字钢琴的后部透视图。

图29是图28中数字钢琴的框图。

图30是对根据本发明设计的数字钢琴另一实施例的框图；以及

图31是根据本发明的另一实施例而作的一种附加装置的框图，如图所示，该附加装置被连接到一种传统的数字钢琴上，使得该附加装置和数字钢琴共同实施本发明。

具体实施方式

试验

对试验的一般介绍

为了对根据本发明而将分布式扬声器和活塞式扬声器合并使用所取得的在人们印象中空间宽阔感的意外增大进行研究，在一些不同环境中使用不同的扬声器及其他装置作了不同的试验。

在所有的试验中均使用了顶级质量的用作演播室监听器的锥形扬声器系统和顶级质量的分布式扬声器。每个试验均在专家级听众身上进行了主观收听测试，且不同的收听者被置身于不同的试验之中。

在一个试验(下面将要进行详细介绍的第一试验)中我们使用了被放置在一个专业收听室内的一套立体声系统，以模拟在家庭起居室中通常会遇到的典型的声学收听条件。该收听室大体上与一间大起居室尺寸相同，且在其墙四周随机分布了反射和非反射性的表面，在其地板上铺有地毯，且配置了一些对声音具有高吸收性的家具和物件。声音是相当“沉闷”的，因为起居室中包含了柔软的陈设品和帘子。

第二试验在一个尺寸约为上面提到的第一试验中使用的收听室尺寸一半的不同专业收听室中使用单声道装置而进行，且其墙吸收超过10000Hz的频率。与第一试验类似，声音显得相当“沉闷”。在该试验中，使用了单声道装置。

第三试验中也使用了单声道装置。扬声器被放置在一个特别不利的声学环境之中，即它们处于两个各自约为2米宽的走廊的交叉处，且这两个走廊的延伸方向彼此垂直。收听测试在将受试者安置在距离扬声器约3米的一个走廊中，且扬声器朝向受试者所在的走廊里面放置的条件下进行。在所有的试验中，主观听力测试揭示了，与单独驱动锥形扬声器或是单独驱动分布式扬声器相比，同时驱动分布式扬声器和锥形扬声器时，人们能感觉到空间宽阔感有所提高。为了确定这种感觉上的空间宽阔感提高是否仅仅是人们的一种主观印象，还是同时也拥有科学依据，在第一试验和第二试验中，我们根据传统的测量方法，对横向早期能量分数(LEF)和双耳听觉互相关系数(IACC)进行了测量。下面，将对LEF和IACC参数的含义作更为全面的解释。

在收听测试中，考虑了在试验中使用的不同装置产生的声音的主观质量。在第一试验(立体声装置)中，分布式扬声器和锥形扬声器的声压电平在测量用麦克风处被设置成几乎相同的值，且主观感受上认为，来自扬声器组合的声音质量比单独由锥形扬声器产生的声音质量或是单独由分布式扬声器产生的声音质量更好。

在第二试验中，分布式扬声器的声压电平被设置成比锥形扬声器的声压电平低4.2分贝(在麦克风处测得)。这个数据是在试验了一系列不同的相对声压电平后被选定的。这里，由扬声器组合产生的声音质量同样被认为比单独由锥形扬声器产生的声音质量或是单独由分布式扬声器产生的声音质量更好。

在第三试验中，我们对改变分布式扬声器和锥形扬声器的相对声压电平对于声音的主观质量的影响进行了测试，并发现，以比驱动锥形扬声器的声压电平低5±3分贝的声压电平驱动分布式扬声器能提供最佳的感觉到的声音质量，且我们发现这个声音质量比单独收听分布式扬声器或是单独收听锥形扬声器时感觉到的声音质量更好。

第三试验也包括了用以确定单独使用上述两种扬声器时的频率响应和使用扬声器组合时的频率响应的测量。扬声器组合的频率响应是在其扬声器受到驱动的一系列不同相对电平上被确定的。从这些试验和计算中我们发现，从扬声器组合中能得到的频率响应曲线比单独使用分布式扬声器时得到的频率响应曲线更为平滑。

现在，将更为详细的介绍这三个试验。

第一试验详述(立体声)

第一试验在下述条件下，使用下述装置进行：

(a)试验房间是一间典型的干燥房间，并在其侧面和后墙随机放置了一些额外的声音吸收面板。该房间的大小为6.87米长×4.6米宽×2.79米高＝88.17立方米容积。

(b)扬声器和麦克风被放置在一个等边三角形的顶点上。扬声器和麦克风之间的距离为2米(三角形边长为2米)，且扬声器被放置在离房间墙壁一定间隔的位置上。

(c)扬声器组合由两个传统的锥形扬声器和两个分布式扬声器组成。

(d)传统的锥形扬声器采用的是Genelec的型号为1029A的集成了放大器的40W监听器。技术数据：低音5″驱动单元；高音3/4″金属圆顶驱动单元；分频频率为3.3KHz；频率响应范围为70-18000Hz。

(e)采用的分布式扬声器由Amina Technologies有限公司(上面已提及)制造，由610mm×492mm大小的铝芯、聚酯箱体和4个激励器(每个激励器功率为10W)组成。每个分布式扬声器是一块额定功率为40W的开式后面板。其频率响应范围为80Hz-20KHz。

(f)对于LEF测量，我们使用了一种CALREC Soundfield的型号为ST250的麦克风。对于IACC测量，我们使用了一种B+K测试头和Torsor Simulater的型号为4100的麦克风。

(g)对于这些测量，使用了一种最大长度序列信号，并求取了其脉冲响应，还进行了脉冲响应的空间测量。使用的软件是PC版的带Aurora插件的Cool Edit Pro程序。

(h)分布式扬声器和锥形扬声器被驱动用来在麦克风处产生大体相等的声压电平。

一名收听者位于诸如一个音乐厅之类的收听空间中，接收直接来自声源(例如一个交响乐团)的声音能量和经过收听空间边界反射的声音能量。收听者在接受到直接来自声源的声音后约50毫秒的时间内接收到的从收听空间边界反射回来的能量占总能量的比例便是人们所知的横向早期能量分数(LEF)。由于较高频率比较低频率被吸收得更多，同时一般也比较低频率包含的能量少，因而绝大部分的反射能量处于低频范围内。传统技术中，在一系列频带上进行对LEF的测量，特别是在以下频带：

88Hz至176Hz(称为125倍频带)

176Hz至353Hz(称为250倍频带)

353Hz至707Hz(称为500倍频带)

707Hz至1414Hz(称为1000倍频带)

人们普遍认为，在音乐厅环境中，且处于极限范围内，在这些频带中的LEF越高，人们印象中的空间宽阔感就越高。由于本发明的目标是创造一种空间宽阔感有所提高的印象，我们测量了通过同时驱动分布式扬声器和锥形扬声器产生的联合声场的LEF，并将其与分别单独驱动分布式扬声器和锥形扬声器时测得的LEF进行了比较。

图1是一张示出了试验结果的柱状图。从该图中可以看出，画垂直影线的柱500a，500b，500c，500d分别示出了在上面定义的每个倍频带中单独使用锥形扬声器测得的LEF。画电平影线的柱502a至502d示出了在同样的倍频带中单独使用分布式扬声器测得的LEF。画交叉影线的柱504a至504d示出了在相同的倍频带中使用根据本发明设计的分布式扬声器和锥形扬声器组合测得的LEF。

从图1中可以看出，在每个倍频带中，由根据本发明设计的分布式扬声器和锥形扬声器组合产生的声场的LEF均明显的比由锥形扬声器单独产生的声场的LEF高。从而，图1表明，与单独使用锥形扬声器相比，人们使用根据本发明设计的扬声器组合时主观感觉到的在空间宽阔感方面的明显提高，与在上述倍频带中前者的声场的LEF比后者的声场的LEF有所增加的这一事实相符合，这也与在音乐厅环境中提高在这些频带中的LEF可以提高人们印象中的空间宽阔感这一被广泛接收的观点相一致。换句话说，由根据本发明设计的扬声器组合产生的声场与由锥形扬声器单独产生的声场的不同之处在于，在一个被认为与改善人们印象中的空间宽阔感相关的重要参数(LEF)上，前者比后者有所增加。我们认为，这可以作为以下推理的一个确证，即在上面提到的主观收听测试中，与单独使用锥形扬声器相比，使用根据本发明设计的扬声器组合时，人们感觉到的空间宽阔感的增加是因为后者相对前者创造了一个物理上不同的声场。

同样可以注意到，在125和250倍频带中，扬声器组合与锥形扬声器之间在LEF上的差异幅值远比这两者在500和1000倍频带中的LEF差异再现大。而这个特性与声音浑厚性的增加有关。用不同的方式表达就是，如果在四个倍频带中，如图1所示的LEF差异幅值均相同，便表明，空间宽阔感得到了提高，但是声音的浑厚性却没有增强。

从图1中也可以注意到，在所有四个频带中，单独使用分布式扬声器时的LEF均比单独使用锥形扬声器的LEF大。在125和250倍频带中，单独使用分布式扬声器时的LEF比使用扬声器组合时的LEF小。在500和1000倍频带中，单独使用分布式扬声器和使用扬声器组合时两者的LEF幅值相近，因而在这些倍频带中，使用两者所表现出的空间宽阔感的差异几乎是不可察觉的。这些结果暗示，同时也由主观收听测试所证实，与单独使用分布式扬声器相比，使用根据本发明设计的扬声器组合在空间宽阔感上取得的增加不如其相比于单独使用锥形扬声器在空间宽阔感上取得的增加显著，且分布式扬声器产生的空间宽阔感比锥形扬声器产生的空间宽阔感高。然而，本发明的重要之处在于，在保持保真性的同时，相对于单独使用锥形扬声器，在空间宽阔感方面取得了显著的提高。应当记得，分布式扬声器尚未在需要高电平的保真性的场合得到广泛应用。

双耳听觉互相关系数(IACC)是对收听者双耳接收的声压信号的相关程度的一种量度。因此，传统上使用一个模拟头来测量IACC，且该模拟头在与人的耳道相对应的位置开有孔洞，并在每个孔洞中放有麦克风。普遍认为，在1000、2000和4000倍频带中的一个或多个频带中，此相关系数的低数值表明空间宽阔感有所增强。上述这些倍频带的数值如下所示：

1000倍频带：707至1414Hz(上面已提到)

2000倍频带：1414至2825Hz

4000倍频带：2825至5650Hz

图2是一张示出了在第一试验中进行的IACC测量的结果的柱状图。在图2中，画垂直影线的柱506a至506d，画电平影线的柱508a至508d，以及画交叉影线的柱510a至510d分别示出了在四个倍频带中，即500倍频带(在上述与LEF相关的介绍中提到)、1000倍频带、2000倍频带、40000倍频带中单独使用锥形扬声器、单独使用分布式扬声器以及使用根据本发明设计的扬声器组合时的IACC。从图中容易看出，在1000、2000、4000倍频带中，使用根据本发明设计的扬声器组合时的AICC值明显比单独使用锥形扬声器时的IACC值低。由于已经解释过的原因，即在这些频带中这个系数的数值越低，在人们印象中空间宽阔感就越高，因而上述现象与LEF数值一样，又一次表明空间宽阔感有所提高。

尽管图2中包括了在500倍频带中测得的IACC值，但这些数据实际上是无关的，因为，由于可以理解的原因，在这个频带中的声音能量波长使得我们可以预计收听者双耳接收到的能量将具有较高的相关系数。

因此可以看出，在第一次试验中使用的立体声装置上测得的LEF和IACC与在收听测试中人们对空间宽阔感的主观印象相一致。

第二试验详述(单声道)

第二试验是在下列条件下，使用下列装置进行的：

(a)试验房间被经过声学处理，以吸收超过10000Hz的声音，且其反射时间为0.3秒。该房间的大小为5.6米长×3.2米宽×2.4米高＝43.28立方米容积。

(b)在这些测量中使用的麦克风放置在扬声器轴线上距离扬声器1.5米远的地方。分布式扬声器的前表面与传统的锥形扬声器箱的后表面大体垂直。

(c)采用的锥形扬声器是Tannoy的型号为6NFM MARK II的近场双同心监听器，其频率响应范围为44Hz至20KHz。该种单元的优点在于，测量时其HF和LF处于轴上同一点。采用的分布式扬声器面板由Amina Technologies有限公司生产，并包括一个500×700mm的浸渍有树脂的蜂巢状纸芯和具有4个激励器(每个激励器功率为10W)的箱体。每个分布式扬声器是一块开式的后面板，且其频率响应范围为从80Hz至20KHz。

(d)对于LEF测量，我们使用了一种AKG公司的型号为C34的可变极性麦克风。对于IACC测量，我们使用了一种Neuman双耳测试头。

(e)这里我们再次从一种最大长度信号中抽取频率响应和空间数据。采用的软件是PC版的MLSSA软件。

(f)采用一个独立的放大器，以将分布式扬声器面板的声压电平设置成比Tannoy锥形扬声器的声压电平低4.2分贝。

图3和图4是示出了在第二试验中测得的LEF和IACC的柱状图。且其柱的画影线方式具有与图1和图2中的画影线方式相同的含义。因而，图3中的柱512a至512d和图4中的柱518a至518d分别代表了单独使用锥形扬声器时的LEF和IACC；图3中的柱514a至514d和图4中的柱520a至520d分别代表了单独使用分布式扬声器时的LEF和IACC；图3中的柱516a至516d和图4中的柱522a至522d分别代表了使用根据本发明设计的分布式扬声器和锥形扬声器组合时的LEF和IACC。与图1和图2一样，图3和图4中的每个柱代表了在一个特定的倍频带中的相关值，如图中所示。

仔细观察图3可以发现，在每个倍频带中，根据本发明设计的扬声器组合的LEF值均比单独的传统锥形扬声器和单独的分布式扬声器的LEF值高。正如前面已解释过的，这一现象与在主观收听测试中人们感觉到的空间宽阔感提高是相一致的。而柱516b和512b之间的差异幅值比柱516c和512c(在250和500倍频带中的LEF值)之间的差异幅值大这一事实表明声音的浑厚性有明显的提高。

图4表明，在1000和4000倍频带中，根据本发明设计的扬声器组合的IACC值远比单独的锥形扬声器的IACC值低。这一现象与人们观察到的空间宽阔感的提高是一致的，然而，在2000倍频带中，IACC值518C和522C几乎是相同的。且如与图2相关的介绍所说明的一样，图4中示出的500倍频带中的IACC值是无关的。

图3和图4所示均与在使用单声道系统的第二试验中进行的主观收听测试中人们印象中的空间宽阔感提高相一致。

第三试验详述(单声道)

试验在与上述的第一和第二试验不同的环境中，使用与第一和第二试验中不同的装置进行。该试验包括在一个不利的声学环境(上面已对此进行介绍)中进行使用一种单通道(单声道)装置的主观测试，以及在一间无回声室中进行的频率响应测量。试验中，没有进行LEF和IACC测量。

在这些测量中使用的传统锥形扬声器是一种JBL的型号为LSR32的无源演播室监听器，它包括三个覆盖了从约30Hz至20KHz的频率范围的驱动单元。而使用的分布式扬声器由Amina Technologies有限公司生产。该分布式扬声器面板由一个浸渍了树脂的蜂巢形纸芯和一个浸渍了树脂的玻璃纤维箱体构成，其大小为60cm×60cm。且其中还配有4个电磁激励器，其频率响应范围为80Hz至20KHz。

该分布式扬声器面板被放置在传统扬声器顶部，并附有粘性很强的双面胶带。粉红噪声被用作所有测量的测试信号，以确保在所有关注的频率上保持足够的信噪比(粉红噪声是一种宽带随机信号，它在每个倍频程的带宽上包含相等的信号能量)。来自信号发生器的输出信号通过一对通用滤波器组连接到一个双通道功率放大器，以将合适频率范围的信号送至每个扬声器。两个扬声器的相对输出电平通过一个与驱动器成一直线的可转换衰减器进行调节，并被送至为传统扬声器提供动力的放大器。

轴上频率响应

图5示出了传统锥形扬声器的轴上频率响应幅值，图6则示出了分布式扬声器的轴上频率响应幅值。根据生产商的建议，我们去除了分布式扬声器面板的低于100Hz的低频响应部分。一个联机的衰减器被调整以在从500Hz至5KHz的范围内提供来自两种扬声器的几乎相同的轴上频率响应电平。

在一台计算机上，以考虑相位和不考虑相位两种情况对图5和图6中所示的频率响应进行了叠加。在经过上述处理所得的频率响应和使用扬声器组合时的频率响应之间所作的比较清楚表明，两种扬声器之间出现了相位相加，从而也存在相互干扰。而这意味着，同时也是令人惊异的，两种扬声器的合并输出的频率响应可以通过在考虑相位的情况下将各种扬声器单独测得的频率响应相加而精确确定。由于这种情形的存在，我们便可能用任意的相对输出电平来确定扬声器组合的频率响应。图7示出了扬声器组合的频率响应，它是在分布式扬声器输出电平相对于传统扬声器输出电平以3dB的步长从-12dB变化到+12dB的情况下，通过如上所述的计算机将这两种扬声器的频率响应进行相加得到的。

主观评价

我们使用了与测量中相同的装置对两种扬声器进行了主观测试，但是测试是在一个半反射空间(如上所述的用于拦截声波的走廊)中，而不是在无回声室中进行的。

所有收听测试在一个使用播放来自CD唱片的许多种不同的音乐录音的单声道装置上进行。首先，当分布式扬声器被接入和退出时，感觉到空间宽阔感上的明显变化。受试者认同，与单独使用锥形扬声器相比，加入分布式扬声器面板可以改善空间宽阔感。其次，我们对两种扬声器的相对输出电平进行调节，直到受试者一致认定一个对应于感觉到的改进的最佳相对电平。而这是通过使用放大器的“平衡”控制来保持一个稳定的综合输出电平而实现的。受试者认同，分布式扬声器面板的输出电平比在上述测量中使用的输出电平(从500Hz至5000Hz中使用的相等电平)少5dB为最佳设置。受试者在±3dB的范围内认同这个最佳设置值。

所作的又一测试包括建立相对电平的阈值，当一种扬声器被接入和退出而另一种扬声器保持原有状态不变时，超过这个值我们将感受不到声音的变化。很快确定，对于分布式扬声器面板其检测阈值为-35dB，对于传统扬声器，其检测阈值为-20dB。

讨论

频率响应测量值清楚表明，分布式扬声器面板的频率响应不如传统锥形扬声器的频率响应平滑。考虑到不同的声波发射机制，这并不完全让人感到惊奇。同时，分布式扬声器面板的频率响应在约7KHz处有一个明显的回落。然而，令人惊奇的是分布式扬声器面板和传统扬声器相互干扰的程度。分布式扬声器面板以它们自己的方式发射声音，是因为其面板表面上方的振动场在本质上是近似发散的。因此，预期没有特定的相位与发射声场相关联是很合乎情理的；然而，这些测量的结果却表明，至少在空间中的一点上和在一个窄的频带内(若非全部的声频)该面板具有一个可测得且可重复的相位响应，而这又对来自另一扬声器的声音辐射产生相长干涉。

图7示出了当分布式扬声器输出电平相对于传统的锥形扬声器的输出电平发生变化时两种扬声器的合并输出的频率响应。如预期的那样，低电平的分布式扬声器输出对于传统锥形扬声器的频率响应几乎没有影响，而在较高的相对电平下，频率响应则由来自分布式扬声器的部分起主导作用。然而，这幅图中最有趣的一点是两种扬声器之间的某一相对输出电平，在该电平上，传统锥形扬声器的频率响应本应比较平滑，但此时却受到了扬声器面板输出的干扰。该图表明，在本试验中，对于超过-3dB的相对电平，锥形扬声器的频率响应将受到分布式扬声器面板的不利影响，然而在较低的相对电平下，情况却不是这样。这与人们的主观观察相符，即对于想要的音质，-5dB的相对电平接近最优；从而，较高的分布式扬声器输出电平将提高空间宽阔感，但也将使得综合输出的频率响应变差，人们可在这二者之间取得折衷。

本试验的结论及其总结

与第一和第二试验中一样，主观测试表明空间宽阔感有了明显提高。而这些测试是在一个不利的声学环境使用具有扬声器的单声道系统中进行的。频率响应测量和计算表明，根据本发明设计的扬声器组合在合适电平的驱动信号作用下，可以取得比单独的分布式扬声器的频率响应优越得多的频率响应。

实施例

从上述关于已进行的试验的讨论中我们可以得知，主观测试和科学测量均表明，通过加入分布式扬声器，并且不必加入额外的信号通道和使用复杂的信号编码技术，本发明为解决提高由扬声器产生的空间宽阔感的问题提供了一个实用简便的解决方案，特别是它能做到在采用一种高质量的宽工作频率范围的活塞式扬声器时，既能提高其产生空间宽阔感，又不会牺牲声音的保真性。

将本发明运用到实际当中，则分布式扬声器和活塞式扬声器必须工作在声频带的一个共有部分上。最好是，两种扬声器均工作在几乎整个声频带上，例如活塞式扬声器可以工作在从20Hz至20KHz的频率范围，而分布式扬声器可以工作在从100Hz至20KHz的频率范围，或者，当分布式扬声器的技术得到进一步发展时，两种扬声器均能在整个声频范围即从20Hz至20KHz的范围上工作。本发明的范围包括取决于其环境，如成本和预期用途，而采用较窄频带。例如，分布式扬声器可以限制在一个比上述频带窄得多的频带范围内工作，例如从100Hz至1000Hz的一个频带，或是从200Hz至2000Hz的一个频带，或是包含一个或多个包含其范围直到4000Hz或直到6000Hz的倍频带的一个频率范围。通过一个更具体的例子可以说明这一点，分布式扬声器或分布式扬声器群的频带可以是从100Hz至6000Hz，而活塞式扬声器群的频带可以从800Hz至8000Hz。

作为另一可选方案，假设分布式扬声器和活塞式扬声器工作于某频率范围的一个共有部分，则活塞式扬声器的最高工作频率可以比分布式扬声器的最高工作频率低得多，以使得在最高频率部分，高音扬声器仅由分布式扬声器构成。

因此，在一般情况下，分布式扬声器的工作频率范围可以比活塞式扬声器的工作频率范围宽或是窄。分布式扬声器的频率范围的最低极限工作频率可以比活塞式扬声器的频率范围的最低极限频率低或者高：而分布式扬声器的频率范围的最高极限工作频率也可以比活塞式扬声器的频率范围的最高极限频率低或者高。对于不同用途和不同市场，取决于应用和成本以及特殊要求，可以通过试验来决定活塞式扬声器和分布式扬声器的最佳工作频率范围。

下面，将对本发明的一系列实施例进行介绍。在绝大多数实施例中将不给出具体频率。应当根据对这些实施例的介绍而设计的特殊产品的使用场合，从上述讨论中提到的频率范围中选择出这些频率。同样的，也不会描述以下实施例中的扬声器或声音再现装置工作时的放置地点，将由音响系统的用户或安装者决定在任何特殊的收听空间中这些器材的最佳位置。当分布式扬声器在物理上与活塞式扬声器分隔开来时，两种扬声器可以被放置在相邻位置，也可以将其中一个放到另一个的顶部或其他位置，例如，分布式扬声器可以放置在为收听者预留的区域的后面或侧面。应知，在环绕声系统中，扬声器的安放位置是十分关键的，并且取决于信号在不同通道中的编码，而这种信号编码又是在假设扬声器处于预先规定的位置的前提下进行的，但本发明并不受此约束。

还应知，测试(没有在上述对试验的介绍中提到)表明，可以在活塞式扬声器和分布式扬声器的输出之间引入一个延时，特别是，可以相对于那些送至活塞式扬声器的信号，将送至分布式扬声器的信号进行延时。在引入延时的场合，延时一般不应超过80ms，最好不超过35ms。在非正式测试中，人们已发现，在立体声应用或是环绕声应用中引入这种延时可以增强声音的“成像”或“定位”。当人们收听音乐时，这种在声音的成像和定位方面的提高改善了声音的清晰度。

之所以出现这种改善，是因为延时导致了活塞式扬声器产生的声音的暂态过程没有被分布式扬声器产生的声音的暂态过程屏蔽，而分布式扬声器产生的声音的暂态过程却被活塞式扬声器产生的声音的暂态过程所屏蔽。

尽管在上述与LEF和IACC以及延时的影响相关的讨论中给出了一些关于这些影响的理论解释，应知，申请人并不受这些解释的约束。已给出的解释是建立在声学领域当前的知识和测量技术基础之上的，但应清楚认识到，人类接触到的声音对他们的心理声学影响是一个极其复杂的主题，很难对此(在某些情况下不可能)作出准确的解释。

现在，对本发明的一些实施例进行介绍。

第一实施例

图8至图12示出了根据本发明的第一实施例设计的立体声再现系统。

如图8所示，该系统包括一些输入装置2，如一个CD播放器，一个立体声FM调谐装置和/或一个立体声磁带播放器；和一个传统构造的立体声放大器单元4，从而便包括了通常的前置放大器，控制电路和功率放大器，以及再现立体声音如音乐的一对分别连接到放大器4的左右声道输出的扬声器输出单元6。每个扬声器单元6包括根据本发明的阐述进行驱动的传统锥形扬声器和一个分布式扬声器。这两个扬声器单元6是完全相同的。

如图9所示，每个扬声器单元6包括一个包含传统的全频率双频道锥形扬声器系统的箱体8，且该锥形扬声器系统由一个基频/中频扬声器10和一个高音扬声器12组成。锥形扬声器10和12中各自包括一个电磁驱动单元，该单元或是属于移动线圈型，或是属于移动磁铁型，并被用来驱动各自的锥盆。箱体8具有前方、后方、顶部、底部以及侧面面板8a，8b，8c，8d，8e，8f。前方面板8a上开有孔14和16，在孔后面配置了扬声器10和12的锥盆。扬声器10和12的锥盆封闭了孔14和16，使得箱体8如传统技术中一样形成一个封闭小室，在此小室中锥形扬声器的配置方式使得这些扬声器以一种传统方式在空气中产生声音。箱体8中的封闭小室内部可包含任何传统结构或衰减材料。

在箱体8的顶部沿垂直方向固定了一个分布式扬声器22，该扬声器由一个扬声器面板24和一个附加到面板24后部的电磁激励器26组成。一个沿边缘30固定到箱体8上的长方形框架28将面板24大体支持在箱体8的前表面所在的平面内，且这种支持方式允许激励器26将面板24激励到公知的共振型分布式振动状态。

面板24和框架28形成了被放置在箱体8顶部的箱体32的前壁，且该箱体的侧面，后方和顶壁32a全部由包含许多小孔的金属网制成，以使得面板24的后表面产生的声音可以相当自由地穿过网壁并传播至空气中。

激励器26由一个圆柱形的非磁性轻型硬质线圈架34，一个缠绕在线圈架34并由线圈架34支撑的电气线圈36组成，所有这些均在图10中的示意的横截面图中示出。磁铁38实际上是杯状的，并由一种圆形末端或底部壁38a，一种圆柱形侧壁38b和一个实心圆柱的中央磁芯组成。柔软的屈从性材料被粘合剂固定在磁铁38的中央磁芯38c和线圈架34的内部圆柱形表面之间，以相对于线圈架屈从地支撑磁铁，使得当线圈36被一种交变电气信号进行励磁时，得到的电磁力在线圈36和磁铁38之间发生作用，从而引发线圈架34和磁铁38之间的相对振动。与上面所述不同，且如已知的分布式扬声器技术一样，磁铁是未经支持的，但是它远比线圈架重，从而因磁铁38的重量而具有的机械惯量使得振动能被传递到面板24。如已知的分布式扬声器技术一样，为磁铁38提供额外的支持(图10中没有示出这样一种额外的支持，本实施例中也没有包括这样一种支持)是可能的，但是，这种构造必须允许磁铁进行振动。

图10中示意表示的面板24包括一个内部的蜂巢状结构，该结构包含从其后方延伸至其前方的通道，且这些通道分别被前表面层24b和后表面层24c封闭。该结构是根据适用于分布式扬声器的设计原则选取的，要求它重量轻，且如上面介绍的一样，要求在激励器26的激励下它能被激发至以弯曲波形式存在的共振型分布式振动状态。根据适用于分布式扬声器的设计原则，该结构被进行了适当的设计，并被放置到面板之中以实现上述目的。

正如已指出的，为了允许产生这些振动，面板24被屈从性地安装在框架28中。图11说明了一例为此而采用的合适的配合安装手段，即一根柔软的泡沫塑料条40被粘牢在面板24的边缘区域24d和框架28的一个后表面28a(如图中L形横截面部分所示)之间。泡沫塑料块40存在不连续部分，且没有任何附加装置连接到面板24的区域24e，从而面板24的边缘区域24e可以自由振动。根据用于分布式扬声器的设计原则，选取面板24的区域24d和24e以使得该面板被激励到共振型分布式振动的能力得到最优化。

如图12所示，每个扬声器单元16包括一对通过合适的导线连接到图8中所示的传统的放大器4的输出端的输入端子，且该端子将驱动信号提供给锥形扬声器10和12以及分布式扬声器22。这些信号通过低通滤波器44和高通滤波器46分别加到低音锥形扬声器10和高音锥形扬声器12，从而组合而构成传统的分频电路。这些信号通过一个高通保护滤波器和衰减电路48提供给分布式扬声器22。我们以一种特定的方式设计和配置锥形扬声器10和12以及滤波器44和46，以使得扬声器14和16一起可以再现从20Hz至20KHz的整个声频范围内的绝大部分声音，从而构成了一个常规的锥形扬声器系统。考虑到在当前的技术发展阶段，分布式扬声器不能，至少在整体上不能有效率地再现低于100Hz频率的声音的事实，我们也以一种特定的方式设计和配置具有被包含在电路48中的高通保护滤波器的分布式扬声器，以使得它能够在合乎实际的情况下产生尽可能多的整个声频范围内的声音。因而，电路48被配置用来去除低于100Hz的信号，以使得分布式扬声器22能再现处于100Hz至20KHz范围内的声音频率。一个衰减器被包括在电路48中，以使得分布式扬声器22产生的声压电平低于由锥形扬声器14和16产生的声压电平。例如，(在上述已进行的试验的上下文中已得到解释)，一个在-5dB基础上加、减3dB的声压电平是两者之间一个理想的声压电平差异。从而，如果其部件制造质量足够好，与单独的传统扬声器、单独的分布式扬声器和一种在其中仅用作高音扬声器的分布式扬声器和用作低音扬声器的锥形扬声器组合所能得到的声音相比，图8至图12中所示实施例可提供一种空间宽阔感得到改善的高保真的音乐再现系统。

高通滤波器衰减电路48最好能由用户进行调整，以使其能根据其偏好和房间的声学条件通过试探法设置不同的衰减电平。同样，该电路最好也能进行调整，以使其能在加到分布式扬声器的信号中引入一个0至35毫秒范围的延时。

在使用中，可以用一种传统的方式放置图8至12所示系统中的扬声器，但是必须保证分布式扬声器既能向前又能向后发射声音，即不能让扬声器的后部直接靠上可能妨碍从分布式扬声器发出的声音向后传播的墙壁或是其他物品。

第二实施例

图13示出了本发明的另一实施例，在本例中，在一个包含如前所述的传统输入装置、传统的立体声放大器和一对传统的锥形扬声器50的传统的高保真音乐再现系统中增加了一对辅助声音再现单元52，一个用于右通道，一个用于左通道，这样便将传统的高保真系统转变成了一个基于本发明构想的系统。

每个辅助单元52包括一个分布式扬声器54和一个具有被分别连接到放大器4的左、右扬声器输出的输入端子58的信号调节放大器56，且后者的输出端子60被连接到对应的分布式扬声器54。每个信号调节放大器通过如图中附图标记62所示的主电源进行供电。为方便起见，输入端子58可以通过短导线分别连接到扬声器单元50的端子，这样便避免了在放大器4的输出和辅助单元52的输入之间连入额外的长导线。

图14是各信号调节放大器56的框图。如图所示，一个衰减器64被连到输入端子58，并将信号提供给一个数字控制的音量控制电路66，后者的输出通过一个七波段均衡器68传送至一个其输出连接到端子60的功率放大器70。

衰减器64包括一个连接到端子58的高阻值电阻，该端子具有一个分接头74，以便将上面所提到的低电平信号送至数字音量控制器66。为电阻72选择了一个恰当的电阻值，以使得信号调节放大器56和穿过放大器4的输出端子的扬声器50的连接部分总阻抗与扬声器50单独提供的总阻抗尽可能接近，以便使放大器4不会受到在它与传统的锥形扬声器相连之外还将它与辅助单元相连的不利影响。七波段均衡器包括一些用于预先设定将要应用到七个不同频带中的相对放大比例的预设控制器68a。我们以一种特定的方式来选取控制器68a的设定值，以使得它至少在某些程度上能够补偿分布式扬声器54频率响应的任何变化，并且切除任何较低频率成分，如低于100Hz的频率，因为分布式扬声器在这个频率范围也许不能再现出令人满意的声音。

一个微控制器76控制数字式音量控制电路66、均衡器68和功率放大器70。而微控制器76反过来可以被系统的用户和一种对用于音量调节的手持式遥控装置(图中没有示出)作出响应的红外检测器的信号所操纵，该系统的用户可以相对于锥形扬声器产生的声音来调节分布式扬声器产生的声音。为了防止浪费电能，装置56被制造成，当没有来自放大器4的信号传送给它时，它将进入一种断电模式。一个输入检测器电路82被连接到分接开关74，并对分接开关74处出现的信号作出反应，当感应到此信号时，它便将一个控制信号送至微控制器76，后者配置的程序随即使其进入一个加电模式，电路将在此模式下工作。

在图13和14所示的实施例中，传统的锥形扬声器50在整个频率范围上工作，而分布式扬声器在尽可能大的范围内工作，如与前面的实施例相关的讨论中已提及的，因而，如附图13和14所示，在现有的高保真声音再现系统中加入一对辅助单元，现有系统便可被转化为一个实施了本发明并且提高了空间宽阔感的改进的系统。

从而，辅助单元52可以独立于作为一个整体的高保真系统进行制造和售卖，这样它们便可以被加入到现有的高保真系统中。信号调节放大器可被物理地安装在一个基座上或是在一个箱体内。而该基座或箱体也可以作为分布式扬声器的支承或与之相分离。

另外，尽管图13图示说明了两个彼此分离的信号调节放大器56，提供一种双通道的信号调节放大器，其每个通道包括已介绍过的输入衰减器64、数字音量控制器66、均衡器68以及功率放大器70，但是一个微控制器控制了两个通道。在这种配置中，输入检测器可被连接到两个输入衰减器，并被配置成当感应到在两个通道之一或是在两个通道上出现的信号时，它便会促使电路进入一种加电模式。这样一种双通道信号放大器，其所有部件均可包括在一个单独的箱体之中，而该箱体可以被集成到用于分布式扬声器之一的或是作为与分布式扬声器分离制造的物品的一个基座或支承箱体中。提供单个的微控制器也能降低成本。

为了尽可能简化将辅助单元52连接到现有的声音再现系统的操作，可为每个辅助单元52提供额外的输出端子(图中没有示出)，这些端子直接连接到输入端子58，并被用来通过一根可包括在如上所述的辅助单元中的短导线(图中没有示出)连接到分布式扬声器。在如上所述的提供了两个信号调节放大器的修改例中，可存在两套这样的额外输出端子，每套端子用于一个通道。

第三实施例

图15图示说明了对图14中所示电路的输入端所作的修改，这是为了允许信号调节放大器不仅接收处于较高(扬声器)电平(如图14中所示配置的场合)的输入，也接收处于线路电平的输入。为此目的，一个线路电平输入端子82被连接到输入开关84的一个输入端，且后者的另一输入端被连接到衰减器64的输出。输入检测器电路80为输入检测器电路86所取代，该检测器电路有两个输入端，一个连接到分接头74，另一个连接到线路电平输入82。输入检测器电路86被配置成将在线路电平输入端82或分接头74处出现信号时进行指示的信号传送至微控制器76，而微控制器被配置成解释该信号并正确地设置输入开关84，使后者将其输出端连接到线路输入或是分接头74。如图14所示，微控制器也响应来自输入检测器86的信号，使电路进入加电模式。

与图14所示的实施例一样，如前所述，可以在单个的单元中配置左右两个通道，并可用单个微控制器来控制它们。

同样地，如前所述，也可以提供直接连接到输入端子58和用于连接传统的锥形扬声器50的额外的输出端子，以简化将辅助单元连接到现有声音再现系统的操作。

第四实施例

图16示出了另一形式的将传统的高保真系统转化为本发明的实施例的辅助单元。在图16中，传统的高保真单元包括输入装置2和传统的放大器4以及一对传统的锥形扬声器50，在本实施例中，假定这一对锥形扬声器比将要加入的分布式扬声器效率更高。因此，图16中示出了左、右辅助单元88，每一个辅助单元包括一个连接到输入端子90的分布式扬声器54以及一个连接输入端子90和输出端子94的衰减器电路92，其中输出端子用于连接传统的锥形扬声器50。

图16中所示的配置假定当所有扬声器被连入时，跨越端子90的阻抗处于放大器4能处理的阻抗范围内。

第五实施例

图17中所示配置与图16中所示配置类似，除了假定前者的分布式扬声器54比锥形扬声器50效率更高这一点以外。因而衰减电路92被连接在输入端子90和分布式扬声器54之间，而不是连接在输入端子90和输出端子94之间。正如图16中所示实施例一样，假定当所有扬声器被连入时，跨越端子90的阻抗处于放大器4能处理的阻抗范围内。

第六实施例

参见图18，一种声音再现系统包括传统的输入装置2，如前所述，一个特意制造的立体声放大器100具有分别连到分布式扬声器106和传统的锥形扬声器108的第一和第二左立体声道输出端子102，104，以及分别连到分布式扬声器114和传统的锥形扬声器116的第一和第二右立体声道输出端子110，112。传统的锥形扬声器108和116最好均是全频范围的扬声器，并可以是例如具有传统的分频电路的二路或三路装置，使得锥形扬声器一起能再现从20Hz至20KHz频率范围的声音。同样的，如前所述，分布式扬声器106和114工作频率在符合实际的情况下应能覆盖尽可能多的声频，并如前所述最好能产生从100Hz至20KHz频率范围的声音。

如图19所示，放大器100包括一个用于接收用户选择的来自传统设备2的输入的输入选择器电路118，并具有左输出端子120和右输出端子122。左输出端子120被连到左分布式扬声器信号处理通道124，它们的输出分别连接到端子102和104的左锥形扬声器信号处理通道126的输入端子。右输出端子122被连到右分布式扬声器信号处理通道128，它们的输出分别连接到端子110和112的右锥形扬声器信号处理通道130的输入端子。

通道124，126，128，130由一个微控制器控制，该微控制器接收来自一些传统控制器136和一个相对音量控制器140的控制输入。传统控制器136由音响系统的用户来驱动，可包括所有的常规控制器，如左-右平衡控制器、高音和低音控制器以及图示均衡器控制器等。相对音量控制器140也用来让用户操作，设定作为一方的分布式扬声器106、114和作为另一方的锥形扬声器108、116之间的相对音量。

各分布式扬声器通道124包括一个数字音量控制器、带预设定的七段均衡器和功率放大器，与图14所示的部件66、68、68a、70类似。各锥形放大器通道126和128包括用以驱动传统的锥形放大器的传统电路，例如适当或需要时，其中可以有通常的滤波器、音量控制器(本例中为数字控制方式)、功率放大器和图示均衡器。

传统控制器136控制四个通道124、126、128、130以按照传统控制器138(音量、滤波、均衡等)产生需要的输出。相对音量控制器140一方面调节送至端子102和110的信号的相对功率电平，另一方面调节送至端子104和112的信号的相对功率电平，以使得分布式扬声器106和114产生的音量或声压电平可以相对于传统锥形扬声器108和116产生的音量或声压电平进行调节，最好是如前所述，将分布式扬声器的输出设成比锥形扬声器的输出少5±3分贝，以及考虑到用户偏好和房间声学条件及所使用扬声器的特性而提供其他可能的设置值。

从而，根据本实施例，我们提供了一种具有用于与上述分布式扬声器和锥形扬声器进行简易连接的第一和第二左通道以及第一和第二右通道的新颖的立体声放大器，这样便实施了本发明。

第七实施例

图20是本发明另一实施例的框图，该实施例包括一个机内的声音再现装置142。该机内装置142具有用于分别连接到有源分布式扬声器145和有源传统锥形扬声器146的第一和第二左线路电平连接器插座143和144以及用于分别连接到有源分布式扬声器149和有源传统锥形扬声器150的第一和第二右线路电平连接器插座147和148。这里的与扬声器相关的“有源”一词的含义是与其传统上的含义和图中的说明一致的，即扬声器配有内置功率放大器，从而使它们能够从线路电平信号再现声音。

机内再现装置142包括一个或多个立体声信号源151，例如一个FM无线电调谐装置和/或CD播放器，这些信号源具有分别输出到左和右通道152和153的左、右输出。每个这样的通道包括一个音量控制器154，该音量控制器的输出端子被连接到一个相对音量控制电路156的输入端和一个主功率放大器157的输入端，且在左通道一侧连接到输出插座144，在右通道一侧连接到输出插座148。左、右内置的传统锥形扬声器包括在装置142中，并通过各自的开关159连接到各自功率放大器157的输出端。连接器143，144，147，148最好是用于接受标准插头的标准插座。在插座144和148与其各自的开关159之间引入了一种机械连接，使得当有插头(图中没有示出)插进这些插座时，这些开关断开以断开内置扬声器。

一个由用户操作的主音量控制装置160同时控制两个通道的主音量控制电路154。设有供用户操纵的控制件如旋纽来调整相对音量控制电路156，使得用户能以相对于锥形扬声器的输出来调节分布式扬声器的输出。在本实施例中，假定两个相对音量控制电路中的每一个拥有其自身的独立用户控制单元，使得左右通道中的分布式扬声器和锥形扬声器的相对音量可以被彼此独立地进行调节。如果用户要求，还可以对电路进行修改，使得配备一个由用户驱动的单一控制元件便可以同时调节左右通道的相对音量。

最好是，扬声器145，146，149，150再现的声音频率范围符合前面与分布式扬声器和传统的锥形扬声器相关的介绍，且它们的相对音量可以设置，如本说明书的不同部分所述。

从对图20的介绍中明显可见，分布式扬声器145和149可以与外部的锥形扬声器146和150组合使用，也可以与内置扬声器158结合使用。

机内声音再现装置142可以是一种诸如便携式收音机或便携式CD播放机或便携式收音机/CD播放器之类的便携式装置，也可以是，例如，一台电视接收机或如便携式电脑之类的计算机的声音系统。

第八实施例

除了略去了内置的扬声器158、主放大器157和开关159(及其相关的连到插座144和148的机械连接)，图21中的实施例与图20中的实施例完全相同。

第九实施例

图22和图23示出了本发明的一实施例，该实施例包括如图18所示的左侧的分布式扬声器和传统的锥形扬声器106、108，以及右侧的分布式扬声器和传统的锥形扬声器114、116，且这些扬声器由一种分别具有左、右通道线路电平输出端166、167的传统的便携式播放机165如CD播放机或磁带播放机通过一个放大器单元164进行驱动。

该放大器单元包括箱体168，该箱体含有左和右通道缓冲放大器169，170，第一和第二左通道功率放大器171，172，以及第一和第二右通道功率放大器173，174。左和右通道输入引线175，176分别通过传统插头177和178连接到线路电平输出166和167，以将由便携式播放机165产生的左和右线路电平信号分别送至缓冲放大器169和170的输入端。左通道功率放大器171和172分别独立地放大缓冲放大器169产生的用于通过端子179和180分别驱动分布式扬声器106和传统的锥形扬声器108的信号。类似地，右通道功率放大器173和174分别独立地放大缓冲放大器170提供的用于通过端子181和182分别驱动分布式扬声器114和传统的锥形扬声器116的信号。

四个功率放大器171，172，173，174包括各自的音量控制电路，以使得四个扬声器的输出能被各自独立地进行调节。在本实施例中，分布式扬声器和传统的锥形扬声器的工作频率范围如前所述，且分布式扬声器和传统的锥形扬声器的声压输出的差异也能在如前所述的范围内进行调节。

放大器单元164使用了一个具有线路电平输出的传统的立体声播放器，并在该传统的立体声播放器以外又加入了两个传统的锥形扬声器和两个分布式扬声器，从而使得实施本发明成为可能。可以独立于其他部件制造和销售该放大器单元。出售时，可以带有或不带有连接引线。

在一修改例中，当播放器配有可以接受标准的立体声插头如“迷你插头”的传统插座时，图22和23中示出的单个插头177和178可以被这种插头取代。

第十实施例

图24示出了本发明的另一机内声音再现装置形式的实施例。本实施例包括了一个以185表示的箱体，该箱体中包含了所有实施本发明所需的部件。因此，箱体185包含了左、右分布式扬声器186、187和分别包括高音扬声器188a和189a，低音扬声器188b和189b以及传统分频电路188c和189c的左、右双频道传统锥形扬声器系统188、189。一个或多个立体声信号源和所需的控制以及扬声器驱动电路用附图标记190概括表示，也包括在箱体185中，并配备了通常的由用户驱动的控制件，如音量、平衡、高音和低音控制。用于驱动和控制分布式扬声器和传统的锥形扬声器的信号通道如前所述，从而它可以既包括一个总音量控制器，又包括一个用于调节分布式扬声器和传统扬声器之间相对音量电平的相对音量控制器。

如前面实施例中一样，分布式扬声器产生的声音频率范围大部分与传统的锥形扬声器产生的声音频率范围相重合，或最好是前者与后者几乎相同，尽管在机内装置中其产生的声音频率范围可能比在家庭中使用的高保真系统产生的声音频率范围要小。该机内装置185可以具有任何不同的形式，如便携式收音机和/或CD播放机和/或磁带播放机，一种电视接收器或是一台便携式电脑。当本发明在一台计算机中实施时，部分或所有控制功能可以通过软件实现。

第十一实施例

本发明可用于所谓的“环绕声”系统中。图25示出了这样一种实施例。

参见图25，传统的环绕声输入装置191被连接到一个具有五个通道即左前方、中前方和右前方通道以及左侧通道和右侧通道的传统环绕声放大器192，且后者的每一个通道被连接到将放置在一间收听室中的合适位置的各自不同的扬声器6。各扬声器6如图9至图13中关于扬声器的详细介绍所述，用它们可在一个环绕声系统中实施了本发明。

本发明在数字钢琴中的实施

众所周知，即使是当前可以得到的最优质的数字钢琴也仅能产生音乐性相对较差的声音。在数字钢琴中实施本发明可以使数字钢琴产生更为真实的音乐声成为可能。特别是，假定钢琴的制造质量足够好，根据本发明设计的数字钢琴将可以产生具有随机成分的高度丰富的声音，且这些随机成分可以给收听者留下一种印象，即产生的声音音质接近于高质量声学效果的大钢琴所产生的声音音质。而这可以用比顶级声学钢琴小得多的成本来实现。

大钢琴

图26示出了一台根据本发明的一实施例设计的数字式大钢琴的透视图。该钢琴包括被钢琴腿201支撑的一个琴箱200和处于打开位置的被一个传统撑杆203支撑的一个传统铰链连接盖板202。一种通常用于数字式钢琴的键盘204和一套起常规作用的踏板205由琴箱200在通常位置支撑。该钢琴最好包括(如从数字钢琴中已得知的)一个连接到键盘的传统的高质量大钢琴机械装置，以给予演奏者一种他所演奏的钢琴是高质量音乐会大钢琴的感觉。

箱体4支持两个扬声器组合210和212，其中每个组合包括分别与键盘的高音、中音和低音部分对准的高音扬声器216、中音扬声器214和次低音扬声器218。扬声器216，214，218中的每一个都是一种传统的电磁驱动型锥形扬声器，且其配置方式使得它们的锥盆垂直朝上，因而它们产生的声音便能被钢琴盖反射。对于高音扬声器和中音扬声器来说最好采用这种定向，但对于次低音扬声器而言这种定向却不是特别重要。

箱体4也支撑了两个水平放置的分布式扬声器220和222，以使得它们能向上和向下发射声音。本例中，分布式扬声器220和222的面板尺寸可各为700×500mm。

应知，图26中所示的扬声器放置方式，即传统扬声器被群集在靠近键盘的地方而分布式扬声器远离键盘，仅仅是一种用于示例的情形。在另外的情况下，传统的扬声器和分布式扬声器可被相互交错地进行排列，或是它们之间的相对位置正好与图26中所示的相反。并且，传统扬声器组合中的高音扬声器、中音扬声器和次低音扬声器也可彼此分隔，且与分布式扬声器相互交错地进行排列。

如图27所示，来自踏板开关206的信号和响应来自被配置在钢琴键盘204下方的红外线拾音器207的信号而产生的MIDI信号被传送到第一声信号发生器230和第二声信号发生器231。这两个声信号发生器用来对MIDI信号和来自踏板开关的信号107作出反应以产生再现大钢琴声音的声信号。可以通过使用一台包含用于此目的软件的传统计算机来实现第一和第二声信号发生230和231。

本实施例中的第一声信号发生器230包含第一高质量样本库232和第一声音模块234。第二声信号发生器包含第二高质量样本库237、第二声音模块238和物理模拟单元239。各样本库232和237中包含录自不同高质量大钢琴、最好是演奏钢琴的数字样本。从而，例如，第一声音样本库232中可能包括一个1.6Gb大小的Steinway样本库，而第二样本库237中可能包括一个30Mb大小的Yamaha声音样本库。声音模块234，238包含用于根据接受到的MIDI信号和来自踏板开关107的信号从样本库232，237中选取声音样本的软件程序。由于第二样本库237(在本实施例中)比第一样本库232小得多，第二声信号发生器中还包括一个用来以一种传统方式修改由第二声音模块238选取的声音样本的物理模拟单元239。

来自发生器230的声信号被一个放大器240放大，经放大的信号被用于驱动两个分布式扬声器220，222。

来自发生器231的声信号由放大器245放大，并被送至分频单元247来驱动两个传统扬声器210，212。分频单元247以一种传统方式分别通过高频、中频和低频信号，且这些信号一直到达传统扬声器210，212的高音扬声器216、低音扬声器214和次低音扬声器218。

锥形扬声器在整个声频即在从20Hz至20KHz的范围中的绝大部分，或是在从45Hz至20KHz的范围内再现声音。分布式扬声器则在符合实际的前提下，在此范围内的尽可能大的频率范围内，即从80Hz至20KHz或从100Hz至20KHz的范围上产生声音。如前所述或是取决于钢琴演奏时所处的礼堂或房间的声学条件，分布式扬声器产生的声压电平可以被调整成比传统的锥形扬声器产生的声压电平低，或者，分布式扬声器输出可以与传统的锥形扬声器输出处于几乎相同的声压电平甚至可以超过。为了使得分布式扬声器的声压电平能够独立于传统的锥形扬声器的声压电平地调节，最好为分布式扬声器和锥形扬声器配备彼此独立的音量控制器，这些音量控制器在图中没有示出。

演奏钢琴时，分布式扬声器和传统扬声器同时被驱动。从而，分别通过分布式扬声器和传统的锥形扬声器传播的不同空气扰动模式联合产生复杂且成分丰富的空气扰动模式，且这种复杂性和丰富性源自于不同特性之间的相互作用，以提供一个比单个类型的扬声器产生的声音成分丰富得多的声音。这种声音的丰富性被进一步增强，是因为用于驱动分布式扬声器的信号与用于驱动传统扬声器的信号不同。

而且，如与上述试验有关的介绍所解释的一样，通过分布式扬声器和传统的锥形扬声器相组合，在空间宽阔感方面取得了改善。

尽管在本实施例中采用了来自两个不同类型的大钢琴样本，仍然可以通过利用来自三个或更多不同类型的大钢琴样本来进一步提高声音的丰富性，在此情况下，不同的扬声器可以被来自各自不同组样本的信号进行驱动。此外，也可以采用来自不同于Steinway和Yamaha大钢琴的其他钢琴的样本，且最好采用当前最佳质量的的乐器，这样我们使用的样本库中便包含了来自利用当前最新技术制造的乐器的最大数量的样本。更确切地说，由于计算机存储容积不断增加，而其成本却不断降低，从而使得提供包含越来越多的样本的样本库成为可能。因而，提供的音质也将变得越来越好。

竖式数字钢琴

参见图28，所产生的声音音质比图26和27中所示钢琴的差，成本也较低的竖式数字钢琴包含一个具有背板252的琴箱251，该背板支撑一对分布式扬声器253和一对传统的锥形扬声器254。在本实施例中，与前面实施例形成对比的是，为了降低成本，仅提供了两个锥形扬声器。分布式扬声器配置成与琴箱251的背板252所在平面平行。而两个传统扬声器254的锥盆轴上垂直于背板252所在平面。

图29是图28中钢琴的示意性框图。与前面的实施例相对比，为了降低成本，仅提供了单一的包括样本库262和声音产生模块260的单一声信号发生器。发生器230根据接收到的来自红外线拾音器207和踏板开关107的信号，利用样本库262产生声信号。

在前一实施例中，分布式扬声器253和传统的锥形扬声器254被通过放大器245，247同时驱动，以使电子钢琴产生一种由分布式扬声器253和传统扬声器254的声音输出组合而成的空气扰动模式，从而可以更加近似地模仿如前所述的一种声音装置产生的声音的传播。然而，从图29中可以清楚地看出，本实施例中没有包括分频电路，因为我们假定两个锥形扬声器254是相同的，从而具有一个相对受限的频率范围，而分布式扬声器的频率范围应当尽可能与传统的锥形扬声器的频率范围相重叠，以如与上述试验相关的讨论中所叙述的那样来提高空间宽阔感。然而，图28和29中所示的实施例，其声音音质不可能与图26和27中所示实施例的声音音质同样好。尽管，在使用合适质量的部件的前提下，图28和29中的实施例能实现超过当前许多数字钢琴的综合音质。

为了取得进一步改进，图30中示出了对图29中电路的一种修改。这里，发生器230，260产生的声信号被送至一个如数字信号处理单元的信号修改单元265，并由后者产生一个送往驱动锥形扬声器254的放大器247的经修改的信号。信号修改单元265可用来改变声音产生单元260输出的声信号的定时和音色。这种声音修改单元包括一传统的用户界面(图中没有示出)，该界面可由用户选择对信号产生单元260输出的信号的修改方式。通过这种方式，声音的丰富性可以在一定程度上得到增强，因为驱动锥形扬声器的信号质量与驱动分布式扬声器的信号质量略有不同。如果用户要求，还可以在声音产生模块260和驱动分布式扬声器的放大器245之间加入一个额外的信号修改单元，以进一步提高声音的丰富性。

尽管在前面三个实施例中，声音被描述成通过成对的分布式扬声器和成对的传统扬声器进行输出，但应知，使用单一的分布式扬声器和单一的锥形扬声器同时输出声音，也可以得到类似的对应于同样的音符的空气扰动模式的随机混合。

尽管在前面的实施例中描述了一种利用红外线运动检测技术检测琴键运动的红外线运动检测系统，也可以用其他手段来检测琴键的按下，例如，一种机电运动检测系统可以被用来检测琴键被触动时的位置、压力和速度。

用于数字钢琴的辅助单元

许多人已经拥有数字钢琴。图31说明了被连接到一个辅助单元302以形成实施本发明的钢琴的一种传统数字钢琴300。

如图所示，辅助单元302包括一个由放大器306驱动的分布式扬声器304，该放大器接收来自声信号发生器(该发生器如前所述)的信号，且该声音发生器通过一条电缆310和一个插头312与通常在当前的数字钢琴上配备的MIDI信号输出端314相连。

传统的数字钢琴300包括一个三路传统锥形扬声器系统316，该系统包含通过传统的分频电路(图中没有示出)驱动的一个低音扬声器318、一个中音扬声器320和一个高音扬声器322，因此可以用来产生覆盖整个声频范围即从20Hz至20KHz的范围的绝大部分频段的声音。分布式扬声器可用来产生扬声器系统316的频率范围内绝大部分频段的声音如从100Hz至20KHz的声音。

尽管图31中没有示出，传统的数字钢琴300通过使用通常录自优质的演奏钢琴的一个声音样本库来进行工作。声信号发生器230也包括一个样本库，基于图26和27中的实施例解释的原因，最好其中包含录自不同型号的优质音乐会大钢琴的样本。

辅助单元302可以独立于数字钢琴进行制造和销售，如此，辅助单元可连接到一台购买者已拥有的数字钢琴上。通过简单地将辅助单元302连接到数字钢琴已有的MIDI输出端，同时保证数字钢琴的音量控制设置到一个特定电平，使得除了分布式扬声器304产生声音之外传统扬声器系统316也产生声音，这样本发明的优点便能够得到体现。

变形例和修改例

从以上叙述中可以看出，可通过许多种不同的途径来实施本发明。在本发明范围之内，可对上述实施例的种种变体进行许多进一步的修改。

例如，本发明可被用于有线广播系统、剧院和影院的声响系统，车载娱乐系统，以及录音和广播工作室的监听系统中。

除了数字钢琴之外，本发明还可被用于再现来自其他电气或电子乐器如电吉他的声音。

尽管在上面介绍和说明的各实施例中使用了传统的锥形扬声器，但至少在某些特定场合，还可能使用其他形式的活塞式扬声器，如静电扬声器和包括用于振动的平板或薄膜并由压电换能器进行驱动的压电扬声器。然而，在绝大多数情况下还是优先采用电磁驱动型的锥形扬声器。

尽管在从图8至图24的所有声音再现装置的实施例中对立体声装置进行了说明，任何这些实施例也可以被修改成单通道的单声道装置。如前面所阐述，也可以在单声道装置中取得本发明的效果。

前面已对相对于施加到活塞式扬声器的信号在施加到分布式扬声器的信号中引入一个延时的做法进行了讨论。这种做法可以被用于参照各图介绍的任何实施例中，还可用于任何其他实施例中。最好在引入延时的场合，用户可对此进行调节，以使其符合本发明应用的环境。

此外，还可以对施加到分布式扬声器和/或活塞式扬声器的信号进行额外的类似处理，如提供回声、均衡或其他效应。

在对上述一些实施例的介绍中给出了不同的优先频率范围和相对输出电平。应知，这些只是示例，还存在许多种可能的变化。然而，分布式扬声器或扬声器群的频率范围与活塞式扬声器或扬声器群的频率范围应当重叠这一点是十分重要的。另外，尽管在许多实施例中，特别是在实施了本发明的声音再现系统中，通过将分布式扬声器的声压电平配置成比锥形扬声器的声压电平略低，如只有几个分贝的差异，将可以取得最佳效果，当分布式扬声器产生声音的声压电平远比锥形扬声器产生的低时，仍然可以取得声音效果上的改善，当然，此时分布式扬声器的声压电平不能太低以至于所产生的声音不能被察觉。在试验中，当分布式扬声器的声压电平低于锥形扬声器的声压电平-35dB之多时其声音仍然可被察觉，但在这个电平上所取得的声效改善是微不足道的。

在一些特定场合，分布式扬声器产生的声压电平高于活塞式扬声器产生的声压电平可能更为理想。

Claims (75)

1.一种产生声音的过程，包括通过用一种代表要再现的声音的电信号来同时驱动分布式扬声器和活塞式扬声器，且分布式扬声器和活塞式扬声器装置的工作频率范围至少在声频范围的一部分。

2.如权利要求1所述的过程，其特征在于，所述分布式扬声器和活塞式扬声器工作在基本相同的频率范围。

3.如权利要求1所述的过程，其特征在于，所述分布式扬声器工作在比活塞式扬声器窄的频率范围。

4.如权利要求3所述的过程，其特征在于，所述分布式扬声器的频率范围全部在活塞式扬声器的频率范围。

5.如权利要求1所述的过程，其特征在于，所述分布式扬声器至少工作在100Hz至1000Hz的频率范围。

6.如权利要求1所述的过程，其特征在于，所述分布式扬声器至少工作在200Hz至2000Hz的频率范围。

7.如权利要求1所述的过程，其特征在于，所述分布式扬声器工作在上限不低于6000Hz的频率范围。

8.如权利要求1所述的产生声音的过程，其特征在于，所述分布式扬声器工作在被该分布式扬声器不工作的频带所分隔的第一频率范围和第二频率范围，但至少其中一个频率范围与所述活塞式扬声器的至少一部分频率范围相重叠。

9.如前面任一项权利要求所述的过程，其特征在于，所述分布式扬声器装置产生的声压电平低于由所述活塞式扬声器装置产生的声压电平。

10.如权利要求9所述的过程，其特征在于，所述分布式扬声器装置产生的声压电平比所述活塞式扬声器装置产生的声压电平低5±3分贝。

11.如前面任一项权利要求所述的过程，其特征在于，所述分布式扬声器装置产生的声音相对于所述活塞式扬声器装置产生的声音延时。

12.如权利要求11所述的过程，所述延时不超过80ms。

13.如权利要求12所述的过程，所述延时不超过35ms。

14.如前面任一项权利要求所述的过程，其特征在于，所述分布式扬声器基于设计参数的选取值利用对分布式扬声器特性的数学计算进行设计。

15.如前面任一项权利要求所述的过程，其特征在于，所述声音由录音或广播信号再现。

16.如前面任一项权利要求所述的过程，其特征在于，所述过程在用于产生单声道声音的单个通道中进行。

17.如权利要求1至15中任一项所述的过程，其特征在于，所述过程在用于产生立体声的两个通道中同时进行。

18.如权利要求1至15中任一项所述的过程，其特征在于，所述过程在一个环绕声系统的各通道中同时进行。

19.如权利要求1至18中任一项所述的过程，其特征在于，所述过程在车辆或船只中进行。

20.如权利要求1至18中任一项所述的过程，其特征在于，所述过程在家庭环境中进行。

21.一种包含活塞式扬声器、分布式扬声器以及通过代表要再现声音的电信号驱动所述扬声器的电路装置的扬声器组合，该组合配置成使所述扬声器工作在与声频范围的至少一部分相重叠的频率范围。

22.如权利要求21所述的组合，其特征在于，所述分布式扬声器与活塞式扬声器工作在基本相同的频率范围。

23.如权利要求21所述的组合，其特征在于，所述分布式扬声器工作在比所述活塞式扬声器窄的频率范围。

24.如权利要求23所述的组合，其特征在于，所述分布式扬声器的频率范围完全在所述活塞式扬声器的频率范围内。

25.如权利要求21所述的组合，其特征在于，所述分布式扬声器至少工作在100Hz至1000Hz的频率范围。

26.如权利要求21所述的组合，其特征在于，所述分布式扬声器至少工作在200Hz至2000Hz的频率范围。

27.如权利要求21所述的组合，其特征在于，所述分布式扬声器工作在上限不低于6000Hz的频率范围。

28.如权利要求21所述的组合，其特征在于，所述分布式扬声器工作在由该分布式扬声器不工作的频带隔开的第一频率范围和第二频率范围，至少其中一个频率范围与所述活塞式扬声器频率范围的至少一部分重叠。

29.如权利要求21至28中任一项所述的组合，其特征在于，所述分布式扬声器装置用来产生比所述活塞式扬声器产生的声压电平低的声压电平。

30.如权利要求29所述的组合，其特征在于，所述分布式扬声器装置用来产生比所述活塞式扬声器装置产生的声压电平低5±3分贝的声压电平。

31.如前面任一项权利要求所述的组合，其特征在于，包括用以将所述分布式扬声器装置产生的声音相对于所述活塞式扬声器产生的声音延时的装置。

32.如权利要求11所述的组合，其特征在于，所述延时不超过80毫秒。

33.如权利要求12所述的组合，其特征在于，所述延时不超过35毫秒。

34.一种单声道声音再现系统，包含至少一个信号源、放大器装置和由放大器装置驱动的如权利要求21至33中任一项所述的扬声器组合。

35.一种立体声再现装置，包括如权利要求21至33中任一项所述的第一和第二扬声器组合以及一个用于驱动所述扬声器的包含连接到所述第一和第二扬声器组合的第一和第二通道的立体声放大器。

36.一种数字钢琴，包含键盘、脚踏板和响应键盘和脚踏板的触动而产生代表钢琴声音的电信号的装置，以及由所述电信号驱动的如权利要求21至33中任一项所述的扬声器组合。

37.一种电乐器，用来产生代表要再现的乐音的电信号，以及由所述电信号驱动的如权利要求21至33中任一项所述的扬声器组合。

38.一种辅助装置，其中包括：一个分布式扬声器装置，以及包含高阻抗输入装置和放大来自该高阻抗输入装置的信号并驱动所述分布式扬声器装置的电路，所述辅助装置适合与包含一个放大器和一个活塞式扬声器的用于实现如权利要求1所述过程的声音再现系统相连。

39.如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述电路包括至少一个音量控制器。

40.如权利要求38或39所述的装置，其特征在于，包括第一和第二分布式扬声器装置，所述电路包括使所述辅助装置能够连到立体声再现系统的第一和第二通道，且该立体声再现系统包括一个立体声放大器和至少第一和第二活塞式扬声器，以进行如权利要求1所述的过程。

41.一个改造现有的包括信号源、放大器和至少一个活塞式扬声器装置的声音再现系统的过程，包括将一个分布式扬声器装置连接到所述系统，以将该系统改成适于进行如权利要求1至20中任一项所述的过程。

42.一个改造设有活塞式扬声器装置的数字钢琴的过程，包括将一个分布式扬声器装置连接到该数字钢琴，以将该数字钢琴改造成适于进行如权利要求1至20中任一项所述的过程。

43.一个改造设有活塞式扬声器装置的电乐器的过程，包括将一个分布式扬声器装置连接到该电乐器，以将该乐器改造成适于进行如权利要求1至20中任一项所述的过程。

44.一个机内声音再现装置，包括至少一个信号源、至少一个如权利要求21至33中任一项所述的扬声器组合以及放大来自信号源的信号并用放大后的信号驱动扬声器组合的装置。

45.一个放大代表声音的信号的放大器，包括左通道装置和右通道装置，各所述通道装置包括驱动分布式扬声器的第一通道和驱动活塞式扬声器的第二通道。

46.一种电路，包括连接到一个立体声信号产生装置的左、右输出端的左、右输入端，以及连接到该左、右输入端的、用以分别缓冲被加载信号的第一和第二缓冲放大器，各所述缓冲放大器将其输出连接到相应的一对下一级放大器，且该对放大器能分别提供用以驱动一个左分布式扬声器和一个左活塞式扬声器的第一和第二左通道输出信号以及用以驱动一个右分布式扬声器和一个右活塞式扬声器的第一和第二右通道输出信号。

47.如权利要求46所述的电路，其特征在于，包括用以调节由各对放大器提供的输出信号的相对电平的装置。

48.连接到一个数字钢琴的辅助装置，其中包括：接收来自该数字钢琴的代表键盘和踏板触动的信号的输入装置；包含数字钢琴的数字样本库和根据输入信号从所述样本库中选取信号的装置的声信号发生装置；放大选自所述库中的信号的放大器；以及适合由该放大器产生的信号驱动的分布式扬声器装置。

49.在由边界限定的聆听空间中，增强由代表要再现声音的信号驱动的至少一个扬声器所产生的声音的空间宽阔感的过程，所述过程包括通过所述信号驱动至少另外一个扬声器来产生一个合并声场，在此声场中，至少一个参数的值与由所述至少一个扬声器单独产生的声场中该参数的值不同，这种数值上的不同能够使空间宽阔感得到提高。

50.如权利要求49所述的过程，其特征在于，所述参数是横向早期能量分数，所述不同是其数值上的增加。

51.如权利要求49所述的过程，其特征在于，所述参数是双耳听觉互相关系数，所述不同是其数值上的增加。

52.在由边界限定的聆听空间中，增强由代表要再现声音的信号驱动的至少一个扬声器所产生的声音的空间宽阔感的过程，所述过程包括通过所述信号驱动至少另外一个扬声器来产生一个合并声场，在此声场中，其横向早期能量分数的值相对于由所述至少一个扬声器单独产生的声场中该参数的值有所增加，而其双耳听觉互相关系数相对于由所述至少一个扬声器单独产生的声场中该参数的值有所减少。

53.在设有键盘、踏板以及响应对键盘和踏板的触动而产生代表所述触动的控制信号的控制信号发生器的一种数字钢琴中，其改进包括：

一种响应所述控制信号而产生各自代表所述触动且各自模拟彼此不同的第一和第二钢琴产生的声音的第一和第二驱动信号的驱动信号发生器；

由所述第一驱动信号驱动并通过产生第一类型空气扰动模式来传播声音的至少一个第一扬声器；以及

由所述第二驱动信号与所述第一扬声器同时驱动并通过产生第二类型的空气扰动模式来传播声音的至少一个第二扬声器。

54.如权利要求53所述的改进，其特征在于，所述至少一个第一扬声器是一种分布式扬声器，所述至少一个第二扬声器包含一种用于传播声音的活塞式移动元件。

55.如权利要求53所述的改进，其特征在于，所述至少一个第一扬声器是一种分布式扬声器，所述至少一个第二扬声器是一种锥形扬声器。

56.在设有键盘、踏板以及响应对键盘和踏板的触动而产生代表所述触动的控制信号的控制信号发生器的一种数字钢琴中，其改进包括：

一个包含代表来自第一种类型的大钢琴声音的数字样本的第一样本库；

一种响应所述控制信号而产生一种代表所述触动的第一驱动信号的第一驱动电路，且该信号源自所述第一样本库的数字样本；

一个包含代表来自第二种类型的大钢琴声音的数字样本的第二样本库；

一种响应所述控制信号而产生一种代表所述触动的第二驱动信号的第二驱动电路，且该信号源自所述第二样本库的数字样本，所述第一和第二驱动电路同时产生各自的第一和第二驱动信号；

至少一个通过所述第一驱动信号进行驱动的分布式扬声器；以及

至少一个通过所述第二驱动信号进行驱动的锥形扬声器。

57.在设有键盘、踏板以及响应对键盘和踏板的触动而产生代表所述触动的控制信号的控制信号发生器的一种数字钢琴中，其改进包括：

一个包含代表来自一种大钢琴声音的数字样本的样本库；

一种响应所述控制信号而产生一种代表所述触动的驱动信号的

驱动电路，该信号源自所述样本库的数字样本；

至少一个由所述驱动信号驱动的分布式扬声器；以及

至少一个由所述驱动信号与所述至少一个分布式扬声器同时驱动的锥形扬声器。

58.在设有键盘、踏板以及响应对键盘和踏板的触动而产生代表所述触动的控制信号的控制信号发生器的一种数字钢琴中，其改进包括：

一个包含代表来自一种大钢琴声音的数字样本的样本库；

响应所述控制信号而产生一种代表所述触动且源自所述数字样本的第一驱动信号并产生一种代表所述触动且源自所述数字样本的第二驱动信号的一种驱动电路，所述第二驱动信号至少有一个参数相对于所述第一驱动信号作了修改；

至少一个由所述驱动信号之一驱动的分布式扬声器；

至少一个由所述驱动信号中的另一信号与所述至少一个分布式扬声器同时驱动的锥形扬声器。

59.在设有键盘、踏板以及响应对键盘和踏板的触动而产生代表所述触动的控制信号的控制信号发生器的一种数字钢琴中，至少一个样本库中包含代表来自至少一种大钢琴的声音的数字样本，且一种驱动电路响应所述控制信号而产生一种代表所述触动且源自所述至少一个样本库的数字样本的驱动信号，其改进包括：

至少一个由所述驱动信号驱动并能通过产生一种第一类型的空气扰动模式来传播声音的第一扬声器；

至少一个由所述驱动信号与所述第一扬声器同时驱动且能通过产生一种第二类型的空气扰动模式来传播声音的第二扬声器。

60.一种电子乐器，其中包括：

一个由对应各个音符的键组成的键盘；

一个连接到键盘且响应对键盘的触动而产生相应的驱动信号的信号发生器；

一个连接到信号发生器且响应信号发生器的驱动信号而产生与音符对应的声音的第一声音再现单元，所述第一声音再现单元由一个面板型扬声器和至少一个响应声信号而在面板扬声器中引起共振的换能器组成；以及

一个连接到信号发生器且与所述第一声音再现单元同时地响应信号发生器的驱动信号而产生与音符对应的声音的第二声音再现单元；所述第二声音再现单元包含至少一个锥形扬声器。

61.如权利要求60所述的电子乐器，其特征在于，所述第一和第二声音再现单元用来接收来自所述信号发生器的相同信号，所述第一和第二声音再现单元响应驱动信号的接收而产生声音。

62.如权利要求60所述的电子乐器，其特征在于，所述第一声音再现单元用来产生第一声音频率范围内的声音，所述第二声音再现单元用来产生第二声音频率范围内的声音，所述第一和第二声音频率范围有相当大的部分相重叠。

63.如权利要求62所述的电子乐器，其特征在于，所述信号发生器响应对键盘的触动而产生代表由对所述第一钢琴键盘的相应触动而产生的声音的第一驱动信号并产生代表由对所述第二钢琴键盘的相应触动而产生的声音的第二驱动信号，所述第一声音再现单元响应而产生与所述第一驱动信号对应的声音，所述第二声音再现单元响应而产生与所述第二驱动信号对应的声音。

64.如权利要求60所述的电子乐器，其特征在于，所述信号发生器通过一种信号修改器连接到所述第一和第二声音再现单元之一，所述信号修改器用来修改由信号发生器产生的驱动信号的定时、音色、混响和音量等参数中的至少一个参数而产生一种经修改的信号，而所述第一和第二声音再现单元之一响应一个所述经修改的信号而产生与音符对应的声音。

65.如权利要求60所述的电子乐器，其特征在于，所述第一声音再现单元包含一个或多个分布式扬声器。

66.如权利要求60所述的电子乐器，其特征在于，所述第二声音再现单元包括：

多个锥形扬声器，各所述锥形扬声器用来输出处于规定频率范围内的声音；

一个从所述信号发生器接收驱动信号并将处于规定频率范围内的驱动信号送至从所述多个锥形扬声器选取的扬声器的分频电路。

67.如权利要求60所述的电子乐器，其特征在于，所述第一和第二声音再现单元各包括一个用来平衡具有不同频率声音的所述声音再现单元的输出的均衡器。

68.一种模拟某种键盘乐器声音的方法，包含以下步骤：

设置一个由与音符对应的键组成的键盘；

设置一个响应对键盘的触动而产生相应驱动信号的信号发生器；

触动键盘，产生相应的驱动信号；

利用所述产生的驱动信号同时驱动一个包含平面共鸣板和一个响应所述声信号而在共鸣板中引发共振的换能器的第一声音再现单元，以及一个包含锥形扬声器的第二声音再现单元。

69.如权利要求68所述的方法，其特征在于，利用同一驱动信号来驱动第一和第二声音再现单元而产生声音。

70.如权利要求69所述的方法，其特征在于，所述第一和第二声音再现单元被驱动而产生具有第一和第二声音频率范围的声音，所述第一和第二声音频率范围有相当大部分相重叠。

71.如权利要求69所述的方法，其特征在于，所述驱动信号的生成包括生成表示由所述钢琴键盘的相应触动而产生的第一和第二钢琴声音的第一和第二驱动信号，其中的第一驱动信号和第二声音驱动信号分别被所述第一声音再现单元和第二声音再现单元利用而产生声音输出。

72.如权利要求68所述的方法，其特征在于，对于产生的声信号的所述利用包括：修改所产生信号的定时、混响和音量等参数中的至少一个参数和利用经修改的信号来驱动所述第一和第二声音再现单元中的一个单元，以及利用未经修改的信号来驱动所述第一和第二声音再现单元中的另一单元。

73.如权利要求68所述的方法，其特征在于，所述第一声音再现单元包含一个或多个NXT扬声器。

74.如权利要求68所述的方法，其特征在于，所述第二声音再现单元包括多个锥形扬声器和一个有选择地将不同频率的驱动信号加到从所述一些扬声器中选取的扬声器的分频电路，所述方法包括用从所述不同频率的声信号中选取的信号来驱动所述多个扬声器，并同时用具有与用于驱动所述多个扬声器的信号相对应的频率的信号来同时驱动所述至少一个换能器。

75.如权利要求74所述的方法，其特征在于，所述方法还包括平衡用于驱动所述第一和第二声音再现单元的声信号，以使得所述第一和第二声音再现单元的频率响应在所述声音再现单元的频率输出范围内基本保持不变。

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