(57)【要約】      （修正有）【課題】少なくとも２つの異なる寸法の複数の変換器を有するラウドスピーカであって、複数の変換器は第１の軸に関しておよび第１の軸に対して垂直な第２の軸に関して対称的に配置されており、第１の軸または第２の軸のいずれの上でもない位置に、ラウドスピーカに沿って、その中心が置かれる変換器を含む、ラウドスピーカを提供する。【解決手段】ラウドスピーカは、少なくとも２つの異なる寸法の複数の変換器を有し、複数の変換器は第１の軸に関しておよび該第１の軸に対して垂直な第２の軸に関して対称的に配置されており、該ラウドスピーカは、第１の軸または第２の軸のいずれの上でもない位置に、ラウドスピーカに沿って、その中心が置かれる変換器を含む。【選択図】図２
2010200349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本願明細書に記載のラウドスピーカアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は概して、マルチウェイラウドスピーカシステムに関する。詳細には、二次元平面内に対称的に配置されたラウドスピーカドライバにより構成され、ステレオラウドスピーカシステム、マルチチャンネルホームエンターテイメントシステム、および公共案内放送システムとの組合わせ使用において高品質なサウンドを達成し得る、マルチウェイラウドスピーカシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ラウドスピーカの設計者は、システム内の必要な増幅器（例えば、ウェイ）の数に対すると同様に、変換器（例えば、ドライバ）の寸法および数に対する制約があるにもかかわらず、周波数バンドの広い範囲にわたって高品質のサウンドを達成する、制御された指向性を有するラウドスピーカシステムの設計に、常に努力している。広い周波数範囲にわたってこのような高品質のサウンドを実現することは、可聴周波数バンドの専属の（ｄｅｄｉｃａｔｅｄ）各部分に対する変換器の寸法が変化することと、変換器相互の間の間隔に対する制約とのために、困難な課題とされてきた。
【０００３】
可聴周波数範囲に対する高品質なラウドスピーカは、可聴周波数バンドの専属の各部分に対して専用の、複数のドライバを一般に採用し、それはツイータ（一般に２ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）、中間域ドライバ（一般に２００Ｈｚ〜５ｋＨｚ）、およびウーファ（一般に２０Ｈｚ〜１ｋＨｚ）などである。一般により高い周波数のドライバは、より低い周波数のドライバよりも寸法がより小さい。
【０００４】
高いサウンド品質を達成するためには、ラウドスピーカの中でドライバを可能な限り相互に接近して置くことが望ましい。しかしながら、専用のドライバの物理的な寸法のために、ドライバを相互に近接して置く可能性は限られる。ドライバが相互に離れて置かれるほど、より多くの音響的な問題が生じる。
【０００５】
ドライバ自身の物理的な寸法に起因するドライバ相互の間隔のために、その間隔が放射されるサウンドの波長と同程度であるので、ドライバの音響的な出力は、通常アコースティックセンターと呼ばれるラウドスピーカに垂直な１本の線上のみにおいて加え合わされて、意図された周波数に依存しない平坦な応答が得られる。その軸から外れた点においては、各ドライバから空間の考慮する点までの、音波の到達経路長さが異なることによる干渉のために、周波数応答は多かれ少なかれ、歪みを生じる。したがって、大きな空間において、軸から外れた位置でも滑らかな応答が得られるように、制御されたサウンド空間（ｆｉｅｌｄ）を有するラウドスピーカを構成するための多くの試みが、歴史的に存在してきた。
【０００６】
公共の空間などの、大きな空間においてサウンド空間を制御するための現在の技術は、一様に配置された音を強めるためのホーンを使用することである。しかしながら、一様に配置されたホーンの使用には、欠点がある。一様に配置されたホーンは、制約された周波数範囲、固定され方向変換不可能な極性パターン、および比較的高い歪みを有するからである。
【０００７】
現在のホームエンターテイメントのサラウンドサウンドのための二次元アレイ、いわゆるサウンドプロジェクタは、同一の小型の、広いバンドのドライバを直線的に間隔をとって配置したアレイである。この種類のアレイは、複数のサウンドビームを生成することができ、そのサウンドビームは室内に放射し、壁面から聴取者への跳ね返りの間に、所望のサウンド効果を生成する。しかしながら、二次元の、直線的に間隔をとって配置したアレイのドライバは同一のものであり、サウンドプロジェクタの最大の音圧および音響品質は変換器の性能によって制限されるが、それは一般に、専属の周波数バンドに対して最適化されたドライブユニットと比較して、劣るものである。さらに、サウンドプロジェクタは、全て個別に駆動される必要のある非常に多数のドライバを使用し、そのために実行上非常な複雑さおよび高いコストをもたらす。
【０００８】
このように、増幅器と同様に最少数の変換器を使用し、変換器はツイータ、中間域ドライバまたはウーファなどの可聴周波数バンドにわたる専用のドライバを使用することによって高性能に最適化される、高品質の、歪みの少ない、二次元のラウドスピーカの構成に対するニーズが、依然として存在する。ホーンのアレイを使用する固定された装置とは異なり、オンサイトでビームの幅および方向の角度を電子的に変更する、二次元ラウドスピーカの構成に対して、さらなるニーズが依然として存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の要約）
（項目１）  
少なくとも２つの異なる寸法の複数の変換器を有するラウドスピーカであって、該複数の変換器は第１の軸に関しておよび該第１の軸に対して垂直な第２の軸に関して対称的に配置されており、該ラウドスピーカは、  該第１の軸または第２の軸のいずれの上でもない位置に、該ラウドスピーカに沿って（ａｌｏｎｇ  ｔｈｅ  ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ）、その中心が置かれる変換器を含む、ラウドスピーカ。
【００１０】
（項目２）  
上記第１および第２の両方の軸に関して相互に対称的に配置された、ラウドスピーカの上記変換器は、少なくとも１つのデジタルＦＩＲフィルタを経由してフィルタされたデジタル出力信号を、少なくとも１つのパワーＤ／Ａコンバータから受け取る、項目１に記載のラウドスピーカ。
【００１１】
（項目３）  
上記少なくとも２つの異なる寸法の上記複数の変換器は、ツイータおよび中間域ドライバである、項目１に記載のラウドスピーカ。
【００１２】
（項目４）  
上記少なくとも２つの異なる寸法の、上記複数の変換器は、ツイータおよびウーファである、項目１に記載のラウドスピーカ。
【００１３】
（項目５）  
上記少なくとも２つの異なる寸法の、上記複数の変換器は、中間域ドライバおよびツイータである、項目１に記載のラウドスピーカ。
【００１４】
（項目６）  
上記複数のドライバは、ツイータ、中間域ドライバおよびウーファを含む、項目１の記載のラウドスピーカ。
【００１５】
（項目７）  
上記複数の変換器の１つは、上記第１および第２の軸の交点に、その中心が置かれる、項目１に記載のラウドスピーカ。
【００１６】
（項目８）  
上記中央の変換器は、少なくとも１つのデジタルＦＩＲフィルタを経由してフィルタされたデジタル出力信号を、少なくとも１つのパワーＤ／Ａコンバータから受け取る、項目７に記載のラウドスピーカ。
【００１７】
（項目９）  
各ＦＩＲフィルタに対する線形位相フィルタ係数は、初期のドライバ位置を確定することと、システムに対する初期の指向性目的関数を確定することと、該初期の指向性目的関数に基づいてコスト最小化関数を適用することと、該システムの各フィルタに対する線形位相フィルタ係数を計算することと、によって決定される、項目２に記載のラウドスピーカ。
【００１８】
（項目１０）  
上記初期のドライバ位置は、ラウドスピーカの中心である原点に関連する座標である、項目９に記載のラウドスピーカ。
【００１９】
（項目１１）  
上記確定された初期指向性目的関数に基づいて、所定の周波数範囲の対数目盛り上に周波数ポイントが確定される、項目９に記載のラウドスピーカ。
【００２０】
（項目１２）  
上記コスト最小化は、最少の周波数から始まりステップ状に増加し、上記周波数ポイントにおいて適用される関数である、項目９に記載のラウドスピーカ。
【００２１】
（項目１３）  
上記線形位相フィルタ係数を確定する（ｅｓｔａｂｌｉｓｈ）ために、フーリエ近似法が使用される、項目９に記載のラウドスピーカ。
【００２２】
（項目１４）  
アレイが配列されている軸に沿った該アレイの指向性を維持したままで、該アレイが配列されている方向に対して直角方向の軸に沿ったラウドスピーカアレイの該指向性を変更するための方法であって、該方法は、
該線状アレイが配列されている該軸上に中心を有する少なくとも１個の変換器を、該アレイが配列されている該軸上に中心を有する該変換器と実質的に同一の変換器の少なくとも１組のペアによって置き換えることを包含し、
該ペアは、置き換えに際して、該ペアの内の１個の変換器が該アレイが配列されている該軸の片側に配置され、該ペアの別の変換器が該アレイが配列されている該軸の反対側において該アレイが配列されている該軸から同じ距離に配置され、対向するペアは該アレイが配列されている該軸に対して直角方向の該軸から同じ距離に配置されるように、置き換えられる、方法。
【００２３】
（項目１５）  
上記ペアの変換器は、少なくとも１個のデジタルＦＩＲフィルタを経由してフィルタされたデジタル出力信号を、少なくとも１個のパワーＤ／Ａコンバータから受け取る、項目１４のラウドスピーカ。
【００２４】
（項目１６）  
アレイが配列されている軸に沿った該アレイの指向性を維持したままで、該アレイが配列されている方向に対して直角方向の軸に沿ったラウドスピーカアレイの該指向性を変更するための方法であって、該方法は、
該線状アレイが配列されている該軸上に中心を有する少なくとも１個の変換器を、該変換器と実質的に同一の変換器の少なくとも１組のペアによって置き換えることを包含し、
該ペアの変換器は、該アレイが配列されている該軸に沿った点で、該軸に関して相互に鏡像の位置に配置され、その結果として該アレイが配列されている該軸の該指向性が維持される、方法。
【００２５】
（項目１７）  
少なくとも２つの異なる寸法の少なくとも５個の変換器を備えるラウドスピーカシステムであって、
該少なくとも５個の変換器は、第１の軸および該第１の軸に対して直角な第２の軸の両方に関して対称的に配置され、少なくとも１組の実質的に同一の変換器のペアが、その中心を該第１の軸に関して相互に平行に置かれ、該ペアの内の１つの変換器が該第２の軸の片側に置かれ、該ペアの中の他の変換器が該第２の軸の反対側に、該軸からの距離が該ペアの他の変換器と同じ距離となるように置かれている、ラウドスピーカシステム。
【００２６】
（要約）
本発明は、高忠実度（ハイファイ）ステレオシステム、マルチチャンネルホームエンターテイメントシステムまたは公共案内放送システムにおける高品質サウンドを生成することができる、マルチウェイアレイラウドスピーカである。
【００２７】
一実施形態においては、アレイは１個のハウジングの中に配置された、または１個のユニットにアセンブルされた、複数のツイータ、中間域ドライバおよびウーファを含み、そのハウジングまたはユニットはドライバのカップリングを避けるために、いくつかのドライバを相互に分離する密閉された区画を有する。アレイは入力から個別のラウドスピーカドライバへ、または複数のドライバへの様々な信号経路を有する、シングルチャンネルであり得る。それぞれの信号経路はデジタル入力を備え、デジタルＦＩＲフィルタ、単一のドライバまたは複数のドライバと接続されるＤ／Ａコンバータおよび電力増幅器、またはいわゆるパワーＤ／Ａコンバータを含む。
【００２８】
アレイの中のラウドスピーカの性能、位置および配置が、ラウドスピーカの各信号の流れの経路の中の各ＦＩＲフィルタに対する係数を確定する、フィルタ設計アルゴリズムによって決定され得る。当該の周波数範囲内の対数目盛上の周波数ポイントにおいて定義される、初期のドライバ位置および初期の指向性目的関数を使用して、コスト最小化関数が所定の周波数ポイントに対して適用される。コスト最小化関数の適用によって得られた結果が、システムの性能要求に合致しない場合には、ドライバの位置が修正され得、得られる結果がシステムの要求に合致するまで、コスト最小化関数が再適用され得る。得られた結果がシステムの要求と合致したときには、１つの経路内の線形位相ＦＩＲフィルタのそれぞれに対するフィルタ係数が、フーリエ近似法または他の周波数サンプリング法を使用して計算される。
【００２９】
本発明のマルチウェイラウドスピーカは、内蔵のＤＳＰ処理、Ｄ／Ａコンバータおよび増幅器を含み得、またデジタルネットワーク（例えば、ＩＥＥＥ１３９４標準）と接続され得る。さらに、本発明のマルチウェイラウドスピーカシステムは、その手頃な寸法のために、壁に取り付け可能なサラウンドシステムとしても設計され得る。
【００３０】
マルチウェイラウドスピーカシステムは、寸法の異なる、生成される歪みが少ない、高出力を取り扱う、ドライバを採用し得、なぜならば専用のドライバは、広いバンドの同一ドライバのアレイとは異なり、その専属の周波数バンドの中で最適に作動することができるからである。本発明のマルチウェイスピーカ設計はまた、軸から外れた（ｏｕｔ−ｏｆ−ａｘｉｓ）位置においてなめらかな応答を有するために、室内の応答のより良い制御を提供する。システムはさらに、全サウンドパワーと同様に反射されたサウンドの周波数応答を制御し、床および天井の反射を抑制することができる。
【００３１】
本発明の、他のシステム、方法、特徴および利点は、以下の図面および詳細な記載内容を吟味することによって、同業者にとって明白となるであろう。これら全ての付加的なシステム、方法、特徴および利点は、この記載内容に含まれ、本発明の範囲内にあり、添付の請求項によって保護されることが、意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ｙ−軸に沿って原点に対称に取り付けられた、一次元４ウェイラウドスピーカシステムの例、およびシステム内の各ラウドスピーカドライバへの信号の流れのブロック図を示す。
【図２】ｘ−軸およびｙ−軸に沿って原点に対称に取り付けられた、二次元４ウェイラウドスピーカシステムの例、およびシステム内の各ラウドスピーカドライバへの信号の流れのブロック図を示す。
【図３】ラウドスピーカシステムを設計するために使用される、フィルタ設計アルゴリズムのフローチャートである。
【図４】角度に依存する減衰に対する、指向性目的関数を示すグラフである。
【図５】取り付けられたあるツイータの、様々な垂直方向の軸外れ偏位角度で測定された振幅周波数応答を示すグラフである。
【図６】ｘ−軸およびｙ−軸に沿って原点に対称に取り付けられた、別の二次元４ウェイラウドスピーカシステムの例を示す。
【図７】図６に示された各ラウドスピーカドライバへの、信号の流れのブロック図である。
【図８】図６のラウドスピーカシステムの、４個のフィルタの周波数応答を表す。
【図９】様々な角度で測定された、図６のラウドスピーカシステムの結果として得られた水平方向（ｙ−軸）周波数応答を示す。
【図１０】図９に示された水平方向応答と対応する、図６のラウドスピーカシステムの結果として得られた垂直方向（ｘ−軸）周波数応答を示す。
【図１１】ｙ−軸に沿って原点に対称に取り付けられた、一次元（１Ｄ）７ウェイラウドスピーカシステムの実施例、およびシステム内の各ラウドスピーカドライバへの信号の流れのブロック図を示す。
【図１２】図１１のラウドスピーカシステムの、７個のフィルタの周波数応答を示す。
【図１３】様々な角度で測定された、図１１のラウドスピーカシステムの結果として得られた水平方向（ｘ−軸）周波数応答を示す。
【図１４】ｘ−軸およびｙ−軸に沿って対称に取り付けられた、二次元（２Ｄ）マルチチャンネル７ウェイラウドスピーカシステムの実施例を示す。
【図１５】図１４のラウドスピーカシステムの各ラウドスピーカドライバへの、信号の流れのブロック図である。
【図１６】様々な角度で測定された、図１４のラウドスピーカシステムの結果として得られた垂直方向（ｙ−軸）周波数応答を示す。
【図１７】ｘ−軸およびｙ−軸に沿って対称に取り付けられホームシアター用途のために設計された、二次元（２Ｄ）５チャンネルマルチウェイラウドスピーカシステムの実施例を示す。
【図１８】図１７のラウドスピーカシステムに対する、右および左サラウンドチャンネルに対する信号の流れのブロック図である。
【図１９】図１７のラウドスピーカシステムに対する、右および左チャンネルに対する信号の流れのブロック図である。
【図２０】図１７のラウドスピーカシステムに対する、中央チャンネルに対する信号の流れのブロック図である。
【図２１】図１７のラウドスピーカシステムの中央チャンネルの４個のフィルタの周波数応答を示す。
【図２２】様々な角度で測定された図１７のラウドスピーカシステムの中央チャンネルの、結果として得られた水平方向（ｘ−軸）周波数応答を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明は、以下の図面を参照することによって、より良く理解することができる。図面の中の構成部品は必ずしも正しい尺度で描かれているとは限らず、発明の原理を表すためにむしろ強調されている。さらに図面の中において同じ参照番号は、異なる図面において対応する部分を指定する。
【００３４】
図１は本発明の基礎となる一次元（１Ｄ）マルチウェイラウドスピーカ１００の実施例、およびシステム１００の各ラウドスピーカドライバへの信号の流れのブロック図を示す。図１に示されるように、マルチウェイラウドスピーカ１００は、（１）第１のパワーＤ／Ａコンバータ１０３と接続される中央のツイータ１０２、（２）第２のパワーＤ／Ａコンバータ１０５と接続される２個の追加のツイータ１０４および１０６、（３）第３のパワーＤ／Ａコンバータ１０７と接続される２個の中間域ドライバ１０８および１１０、および（５）第４のＤ／Ａコンバータ１０９と接続される２個のウーファ１１２および１１４、を有する４ウェイラウドスピーカとして設計され得る。それぞれのラウドスピーカと増幅器との間の接続は、マルチウェイラウドスピーカの中の異なるウェイを表す。
【００３５】
図１において、変換器（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）としても呼称されるドライバは、図示されるようにセパレータ１３２および１３４によって分離され密閉された区画１２０、１２２、および１２４から成るハウジング１１６の中に取り付けられ得る。ドライバを分離され密閉された区画内に取り付けることによって、隣同士のドライバのカップリングが最少化される。図１には様々な区画が見られるが、ラウドスピーカシステムは、完成した製品として具体化されたときには、区画は消費者から見えないように設計され得る。ウーファ１１２を含む区画１２４は、中間域ドライバ１０８および１１０、およびツイータ１０２、１０４および１０６を含む区画１２０から、セパレータ１３２によって分離され得る。同様にウーファ１１４を含む区画１２２は、中間域ドライバ１０８および１１０、およびツイータ１０２、１０４および１０６を含む区画１２０から、セパレータ１３４によって分離され得る。全てのツイータ１０２、１０４、１０６は中間域ドライバ１０８および１１０と同じ区画１２０に含まれ得、なぜならばツイータ１０２、１０４および１０６は一般に密閉されており、ツイータ１０２、１０４および１０６を中間域ドライバから分離する必要性がないからである。
【００３６】
図１は中央のツイータ１０２、ツイータ１０４および１０６、中間域ドライバ１０８、１１０および低周波数ウーファ１１２および１１４を示し、これらはｙ−軸に沿って直線的に、かつ中央のツイータ１０２に関して対称的に組み込まれている。代表的な配置は、約４０ｍｍ〜５０ｍｍの外直径のツイータ１０２、１０４および１０６、約８０ｍｍ〜１１０ｍｍの外直径の中間域ドライバ１０８および１１０、および約１２０ｍｍ〜２５０ｍｍの外直径のウーファ１１２および１１４を含み得る。一般的には、変換器コーンの寸法は、所望の使用目的および所望のアレイ寸法に基づいて変わり得る。さらに、変換器はネオジウム磁石を使用し得るが、その特定の種類の磁石を使用することは、記載される用途に対して必ずしも必要ではない。
【００３７】
直径５０ｍｍのツイータ、１１０ｍｍの中間域ドライバおよび１６０ｍｍのウーファを使用するとき、システムの実施例は、ｙ−軸上のｘ軸およびｙ軸の交差点である中心点０に組み込まれた、中央のツイータ１０２を含み得る。ツイータ１０４および１０６は、その中心を中心点から約＋／−６０ｍｍの位置に組み込まれ得る。中間域ドライバ１１０および１０８は、次いでその中心を中心点０から約＋／−１５０ｍｍの位置に組み込まれ得る。低周波ウーファ１１２および１１４は、次いでその中心を中心点から約＋／−３００ｍｍの位置に組み込まれ得る。
【００３８】
図１はまた、マルチウェイラウドスピーカシステムの信号の流れのブロック図１４０をも示す。図１は信号の流れ１４２、１４４、１４６および１４８の４個のウェイを示すが、チャンネルは２またはそれ以上のウェイに分割され得る。信号の流れは、ＳＰＤＩＦまたはＩＥＥＥ１３９４およびそれらの派生物などの、標準的な接続フォーマットを使用して実行され得るデジタル入力１５０を備え、図１に示されるような様々な経路またはウェイを経由してドライバに接続されることができる。それぞれの経路またはウェイ１４２、１４４、１４６および１４８は、デジタルＦＩＲフィルタ１５２、およびそれぞれ１個のまたは複数個のラウドスピーカドライバに接続される、パワーＤ／Ａコンバータ１０３、１０５、１０７および１０９を含み得る。パワーＤ／Ａコンバータ１０３、１０５、１０７および１０９は、従来のオーディオＤ／Ａコンバータ（図示されていない）およびパワー増幅器（図示されていない）のカスケードによって、または直接デジタル入力を有するクラスＤパワー増幅器（図示されていない）によって、実現され得る。ＦＩＲフィルタ１５２は、デジタル信号処理器（ＤＳＰ）（図示されていない）によって実行され得る。ラウドスピーカドライバは、図示されているようなツイータ、中間域ドライバまたはウーファであり得る。
【００３９】
作動においては、複数のＦＩＲフィルタ１５２のそれぞれの出力は、複数のパワーＤ／Ａコンバータ１０３、１０５、１０７および１０９に接続され、次いでハウジング１１６の仕切り板（ｂａｆｆｌｅ）に取り付けられた複数のラウドスピーカドライバ１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、および１１４に供給される。１０４と１０６のように１個より多いドライバが、パワーＤ／Ａコンバータ１０３、１０５、１０７および１０９を含む経路またはウェイ１４２、１４４、１４６および１４８に、並列に接続され得る。
【００４０】
図２は、図１のツイータ１０４と１０６および中間域ドライバ１０８と１１０をペアに分離することによって得られる、二次元マルチウェイラウドスピーカ２００を示す。以下でさらに説明するとおり、ペアをなすドライバは相互に電気的に結合され得、図１の一次元（１Ｄ）マルチウェイラウドスピーカ１００と同じフィルタによって供給され得る。従って、ｙ−軸に沿った指向性は影響を受けず、遠距離空間においては当初に規定されたものと同じ指向性が保たれる。しかしながら新しい指向特性が、所望のとおりｘ−軸に沿って導入され得る。
【００４１】
詳細には、図２は４個の追加のツイータ２０４、２０６、２０８および２１０によって円形に囲まれた中央のツイータ２０２を有する、１チャンネル二次元４ウェイラウドスピーカ２００を示す。さらに、ラウドスピーカ２００は４個の中間域ドライバ２１２、２１４、２１６および２１８、および２個のウーファ２２０および２２２を含む。
【００４２】
ツイータ２０４、２０６、２０８および２１０、中間域ドライバ２１２、２１４、２１６および２１８、および２個のウーファ２２０および２２２は全て、中央のツイータ２０２に関して対称的に、ｙ−軸に沿って直線的に整列されている。ペアのツイータ２０４と２０６、およびペアのツイータ２０８と２１０は、それぞれ中央のツイータ２０２の片側に、ｘ−軸によって定義される中心線より上方および下方に、置かれる。同様にペアの中間域ドライバ２１２と２１４は、ツイータ２０２、２０４、２０６、２０８および２１０の上方に位置し、他のペアの中間域ドライバ２１６と２１８は、ツイータ２０２、２０４、２０６、２０８および２１０の下方に位置し、ｘ−軸によって定義される中心線に関して対称的に置かれる。
【００４３】
図１のラウドスピーカシステム１００と同様に、図２のラウドスピーカシステムは約４０ｍｍ〜５０ｍｍの外直径のツイータ２０２、２０４、２０６、２０８および２１０、約８０ｍｍ〜１１０ｍｍの外直径の中間域ドライバ２１２、２１４、２１６および２１８、および約１２０ｍｍ〜２５０ｍｍの外直径のウーファ２２０および２２２を含み得る。以前に述べたとおり、変換器コーンの寸法は所望の用途および所望のアレイ寸法に基づいて変わり得る。
【００４４】
一般に、ｎ個のウェイを有するシステムの設計は、特定の指向性目的関数に関して、最適の位置座標ｙ０，＋／−（ｙ１，ｙ２，ｙ３，・・・，ｙｎ−１）、およびフィルタＦＩＲ（０，１，２，３，・・・，ｎ−１）に対するフィルタ係数を得る。ｎが４に等しく与えられた例において、二次元アレイを生成する場合には、添字（１，・・・，ｍ）、ｍ≦ｎを有するドライバはペア（ここではｍ＝１およびｍ＝２）に分離され得る。また、対応するｘ−軸座標は＋／−（ｘ１，ｘ２，・・・，ｘｍ）であり、一方ｙ−座標は一次元設計の値がそのまま変化せずに残る。
【００４５】
二次元ラウドスピーカシステム２００におけるｙ−座標は、図２に示されるように、ドライバの物理的寸法よりも小さく設計され得、なぜならばドライバを分離しｘ−軸方向に移動することによってスペースが得られるからである。このように二次元設計からは付加的な自由度が得られ、それは一般的にはさらなる性能の改善をもたらす。
【００４６】
ｘ−軸に沿った指向性は、位置のパラメータｘ１，・・・，ｘｍの最適化によって、およびｍの値自身によって、適合され得る。添字（ｍ＋１），・・・，ｎ−１を有するドライバは分離されず、その元の位置に残る。このことは、ｘ−軸に関するアレイは、ｙ−軸に関して設計された本来の標準的アレイの切捨形（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ）バージョンであることを意味する。従って、指向性関数はより高いコーナー周波数を示す。
【００４７】
係数ｘ１，・・・，ｘｍは、なめらかな、周波数に依存しない指向性関数がｘ−軸に沿って得られるように、最適化され得る。ｘ１＜ｙ１，ｘ２＜ｙ２，・・・の場合には、アレイのｘ−軸方向に関する指向性は少ない。ｘ１＝ｙ１，ｘ２＝ｙ２，・・・の場合には、高い周波数において両者は等しい。
【００４８】
図２に提供された実施例において、中央のツイータ２０２は図２に示されるように、ｘ−軸とｙ−軸との交点である、ｙ−軸上の中心点０に組み込まれ得る。ツイータ２０４、２０６、２０８および２１０はその中心を、ｘ−軸に沿って約＋／−３０ｍｍおよびｙ−軸に沿って＋／−４２ｍｍの位置（＋／−３０ｍｍ，＋／−４２ｍｍ）に組み込まれる。
【００４９】
中間域ドライバ２１２、２１４、２１６および２１８は次いでその中心を、ｘ−軸に沿って中心点０から約＋／−８０ｍｍおよびｙ−軸に沿って約＋／−１２０ｍｍの位置（＋／−８０ｍｍ，＋／−１２０ｍｍ）に、組み込まれ得る。ウーファ２２０および２２２は次いでその中心を、中心点から約＋／−３００ｍｍの位置（＋／−０ｍｍ，＋／−３００ｍｍ）に組み込まれる。
【００５０】
図１のラウドスピーカシステム１００と同様に、変換器は、図示されるようにセパレータ２４２および２４４によって分離され密閉された区画２３２、２３４および２３６を備えるハウジング２３０に、組み込まれ得る。ウーファ２２０を含む区画２３２は、セパレータ２４２によって、中間域ドライバ２１２、２１４、２１６および２１８、およびツイータ２０２、２０４、２０６、２０８および２１０を含む区画２３６から分離され得る。同様にウーファ２２２を含む区画２３４は、セパレータ２４４によって、中間域ドライバ２１２、２１４、２１６および２１８、およびツイータ２０２、２０４、２０６、２０８および２１０を含む区画２３６から分離され得る。
【００５１】
図２はまた、マルチウェイラウドスピーカシステム２００の、信号の流れのブロック図２５０をも示す。図２は信号の流れの４個のウェイ２５２、２５４、２５６および２５８を示す。信号の流れは、標準的な接続フォーマットを使用して実行され得るデジタル入力２６４を備え、図２に示される４個のウェイのような、様々な経路またはウェイを経由してドライバと接続される。それぞれの経路またはウェイ２５２、２５４、２５６および２５８は、１個のまたは複数のラウドスピーカドライバと接続されるデジタルＦＩＲフィルタ２６０およびパワーＤ／Ａ変換器２６２を含み得る。
【００５２】
図３は、本発明のラウドスピーカシステムを設計するために使用される、フィルタ設計アルゴリズム３００のフローチャートである。フィルタ設計アルゴリズム３００の目的は、ラウドスピーカのそれぞれの信号の流れ経路に対応する、それぞれのＦＩＲフィルタに対する係数を決定することである。以下にさらに詳細に示されるように、初期のドライバの位置および初期の指向性目的関数が、最初に決定される（３１０）。初期のスピーカおよびドライバの位置または設計配置は、所望のスピーカ寸法、使用目的、製造上の制約条件、美的趣味または他の製品設計上の局面などの、用途に依存する多数の様々な変数に従って設計され得る。次いでドライバの座標が、主軸に沿ってそれぞれのドライバに対して規定される。次いで、指向性目的関数に対する初期の推定値が設定され、それは対数目盛り上で問題の間隔の範囲内で周波数ポイントを設定することを含む。次いで、規定された周波数ポイントにおいてコスト関数が最小化される（３１２）。ステップ３１４で、その結果がシステムの性能要求と合致しない場合には、ドライバの位置が修正され、そしてコスト最小化関数が再び適用される（３１６）。結果が要求と合致するまで、このサイクルが繰り返され得る。結果が要求と合致する場合には、線形位相フィルタ係数が計算される（３１８）。ドライバを等化（イコライズ）するための、および位相シフトを補償するための、およびビームの向きの調整を可能にするための、追加的な計算がまた実行され得る（３２０）。
【００５３】
最初のステップ３１０において、初期のドライバの位置および初期の指向性目的関数が設定される。以前に述べたとおり、ドライバの数、位置、寸法および方向は、第一義的には製品設計の局面によって決定される。方向が決定されたならば、次いで初期の座標値が主軸上のＮ個のドライバに対して、初期のドライバ座標ｐ（ｎ）、ｎ＝１，・・・，Ｎとして規定され得る。例えば図１に示される一次元（１Ｄ）アレイにおいては、Ｎ＝７：ｐ（ｎ）＝［−０．３０，−０．１５、−０．０６、０、０．０６，０．１５，０．３０］ｍ（メートル）である。図２に示される二次元（２Ｄ）アレイにおいては、Ｎ＝７：ｐ（ｎ）＝［−０．３０，−０．１２，−０．０４２，０，０．０４２，０．１２，０．３０］ｍである。
【００５４】
図２に描かれるように、二次元の配置がｘおよびｙの両軸に関して対称的である場合には、二次元配置に対する設計プロセスは１つの次元に対して、例えば上述したように主軸に関して、実施することができる。対称性のゆえに同じ指向性特性が、より高いコーナー周波数を除いて、他の軸に関しても得られる。
【００５５】
初期の指向性目的関数を決定するためには、特定の角度ｑにおけるドライバの所望の性能に基づいて決定される、指向性目的関数Ｔ（ｆ，ｑ）に対する初期推定値が規定されることが必要である。図４は、５個の特定の角度ｑにおける、角度に依存する減衰に対する目的関数の１組の例を示す。指向性目的関数は、予定されるサウンドレベル減衰量をｄＢにより規定（ｙ軸）し、それは無反響の環境でスピーカから十分に大きな距離（スピーカの寸法よりも大きい）において、原点（中央のツイータ）に対する垂直線からの角度ｑにおいて、様々な周波数において測定されることができる。周波数ベクトルｆは、当該の周波数間隔、例えば１００Ｈｚ，・・・，２０ｋＨｚの範囲内の対数目盛り上で、周波数ポイントの組、例えば１００を規定する。
【００５６】
角度ベクトルｑ（ｉ）、ｉ＝１，・・・，Ｎｑは、最適化が実施される角度の組を規定する。図４は、５個の角度における指向性に対する、初期の推定値を示すが、
（Ｎｑ＝５）：ｑ＝［０，１０，２０，３０，４０］°、
大部分の場合には、２個の角度、例えばＮｑ＝２、のみに対して指向性を規定することで十分であり得る。この場合、目的とされる指向性は外側の角度、例えば４０度および、軸上でゼロの指向性が規定される、０度において規定され得る。例えばｑ＝［０，４０］°である。
【００５７】
軸上の目的関数を除いて、各角度における目的関数は、ｆ＝０におけるＴ＝０ｄＢから特定の周波数ｆｃ（例えばｆｃ＝３５０Ｈｚ）におけるＴ＜０ｄＢの値まで、両対数目盛り上で直線的に減少し、その後は一定値を保つ。軸上の目的関数４０２は、全周波数範囲にわたって０ｄＢの一定値を保つ。１０（１０）度４０４、２０（２０）度４１０、３０（３０）度４１２、および４０（４０）度４１４の目的指向性関数は、全てＴ＝０ｄＢから始まり、図４においては３５０Ｈｚによって表されるｆｃに関数が到達するまで、両対数目盛り上を下降し、その後は問題の周波数範囲にわたって一定値を維持する。
【００５８】
初期のドライバ位置および初期の指向性目的関数が決定された後に、次のステップ３１２が、所定の周波数ベクトルポイントｆにおいてコスト関数Ｆ（ｆ）を最小化する。この最小化は、最少の周波数増加ステップ、例えば１００ＨＺ、によって始まり、得られた解を次のステップのための初期解として、それぞれに使用し、下記の方程式を使用することによって行われる。
【００５９】
【数１】
2010200349.tif 000003
および
【００６０】
【数２】
2010200349.tif 000004
ここで、Ｈｍ（ｎ，ｆ，ｑ）は、対象のドライバｎ、周波数ｆ、および角度ｑに対する、軸上（角度０）で得られる応答に対して正規化された、測定された振幅周波数応答の組であり、その例は図５に示されている。図５は、ある取り付けられたツイータの、様々な垂直偏差角度において測定され、軸上の値に対して正規化された周波数応答５００を示す。図５において、線５０２は軸上の応答を表し、線５０４は１０度において測定された周波数応答であり、線５０６は２０度における応答であり、線５０８は３０度における応答であり、線５１０は４０度において測定された周波数応答であり、全て１ｋＨｚと２０ｋＨｚとの間の周波数範囲において測定される。
【００６１】
さらに、最小化は、チャンネルフィルタＣｏｐｔ（ｎ，ｆ）の実数値周波数ポイントを、間隔［０，１］の範囲内で、変化させることによって実行され、ここでｎはドライバの符号、ｆは周波数である。さらに、下記の制約条件
Ｃｏｐｔ（ｎ，ｆ）＝０、  ｆ＞ｆｏ、ｆ＜ｆｕ
が、特定のドライバｎの特性に応じて、満足される必要がある。例えば、ウーファの例においては、上方の作動限界はｆｏ＝１ｋＨｚであり、ツイータに対しては下方の作動限界はｆｕ＝２ｋＨｚであり、中間域ドライバに対してはｆｕ＝３００Ｈｚ、ｆｏ＝３ｋＨｚであり得る。
【００６２】
上記記載されたコスト関数最小化の手順は、Ｔｈｅ  ＭａｔｈＷｏｒｋｓ、Ｉｎｃ．によって所有され配布されるＭａｔｌａｂ（登録商標）ソフトウェアパッケージの部分である、関数「ｆｍｉｎｓｅａｒｃｈ」によって実施され得る。Ｍａｔｌａｂソフトウェアパッケージの中の「ｆｍｉｎｓｅａｒｃｈ」関数は、Ｎｅｌｄｅｒ−Ｍｅａｄシンプレクスアルゴリズムまたはその派生物を使用する。代替案としては、制約されたパラメータの範囲内の予め定義された格子上で、吐き出し（ｅｘｈａｕｓｔｉｖｅ）探査法が適用され得る。コスト関数を最小化するために、他の方法論もまた使用され得る。
【００６３】
得られた結果と目標との間の差異が十分に小さい場合には、または特定の設計用途に対して同業者によって決定されるように許容可能である場合には、次いで線形アレイの中の各信号経路に対するＦＩＲフィルタ係数が得られる。
【００６４】
得られた結果と目標との間の差異が、特定の設計用途に対して許容可能でない場合には、例えば、または大きすぎる場合には、ドライバの位置または幾何学的形状、および／またはパラメータｑ（ｉ）および目的関数Ｔ（ｆ，ｇ）のｆｃ（図４を参照）が、次いで修正される。修正された後、コスト最小化関数が再度適用され、得られた結果と目標が十分に小さいかまたは用途に対する許容範囲内になるまで、プロセスが繰り返される。
【００６５】
図３に示すように、アルゴリズムが目的関数の許容範囲内の結果を与えるように、ドライバの位置およびドライバの幾何学的形状が定められたならば、各信号経路ｎ＝１，・・・，Ｎに対するＦＩＲフィルタ係数が決定される必要があり、これを図３のステップ３１８に示す。ＦＩＲフィルタ係数を決定する１つの方法は、フーリエ近似法（周波数サンプリング法）を使用して、所与の次数（ｄｅｇｒｅｅ）の線形位相フィルタを得ることである。フーリエ近似法または他の周波数サンプリング法を適用するときには、その近似法が十分に正確となるような次数を選択する必要がある。
【００６６】
フーリエ近似法は、Ｔｈｅ  ＭａｔｈＷｏｒｋｓ，Ｉｎｃ．によって所有され配布される、Ｍａｔｌａｂ（登録商標）ソフトウェアパッケージの部分である関数「ｆｉｒｌｓ」によって実施され得る。同様の方法論が、ほかのソフトウェアシステムの中で実行されることによって、コスト関数を最小化するために使用され得る。
【００６７】
追加として、１個またはそれ以上のドライバ（特にツイータ、中間域ドライバ）の測定された周波数応答をイコライズするために、ＦＩＲフィルタに対して修正を行うことができる。これらのフィルタのインパルス応答は、周知の方法によって得ることができ、上記のようにＦＩＲフィルタの係数を決定するときに、線形位相チャンネルフィルタのインパルス応答と結合される（ｃｏｎｖｏｌｖｅｄ）必要がある。さらに、音声コイル（ドライバの音響的中心）は整列されることを得ない。これを補償するために、ＦＩＲインパルス応答に先頭のゼロ（ｌｅａｄｉｎｇ  ｚｅｒｏ）を加えることによって、フィルタに適切な遅延を与えることができる。
【００６８】
二次元マルチウェイラウドスピーカシステムは、ステレオラウドスピーカシステム、マルチチャンネルホームエンターテイメントシステムおよび公共案内放送システムなどの、様々な用途と結合する使用に対して計画され得る。同業者は、ドライバの数、種類、および位置、チャンネルの数、信号の流れの経路または回路の数、を変更し得、同様に、特定の用途に対して指向性を適合させるために、軸に沿った位置パラメータを修正し得る。
【００６９】
図６は、また別の二次元マルチウェイラウドスピーカであり、このラウドスピーカシステムは２個のウーファの代わりに４個のウーファ６２０、６２２、６２４および６２６を含むことを除いては、図２のラウドスピーカと同じである。図６に記された配置は、同業者がサウンド増強用途に使用するために望ましいと考え得る設計である。
【００７０】
図６に提供された実施例において、中央のツイータ６０２は、図６のｘ軸とｙ軸の交点として示される、ｘ−軸上の中心点０に取り付けられ得る。ツイータ６０４、６０６、６０８および６１０はその中心を、ｙ−軸に沿って約＋／−４２ｍｍおよびｘ−軸に沿って約＋／−３０ｍｍの位置（＋／−３０ｍｍ，＋／−４２ｍｍ）に取り付けられる。
【００７１】
中間域ドライバ６１２、６１４、６１６および６１８は、次いでその中心を、ｙ−軸に沿ってその中心点０から約＋／−１１０ｍｍおよびｘ−軸に沿って約＋／−８０ｍｍの位置（＋／−８０ｍｍ，＋／−１１０ｍｍ）に取り付けられ得る。ウーファ６２０、６２２、６２４および６２６は、次いでその中心を、ｙ−軸に沿って約＋／−３００ｍｍおよびｘ−軸に沿って約＋／−１８０ｍｍの位置（＋／−１８０ｍｍ，＋／−３００ｍｍ）に取り付けられる。
【００７２】
図１および図２の、それぞれのラウドスピーカシステム１００および２００と同様に、変換器は、図示されるようにセパレータ６３６および６４２によって分離され密閉された区画６３０、６３２および６３４を備える、ハウジング６３０の中に取り付けられ得る。
【００７３】
図７は、図６のマルチウェイラウドスピーカシステム６００の信号の流れのブロック図７００を示す。図７は、信号の流れの４個のウェイ７０２、７０４、７０６および７０８を示す。信号の流れは標準的な接続フォーマットを使用することによって実行され得るデジタル入力７１０を備え、図７に示される４個のウェイのような様々な経路またはウェイを経由して、ドライバに接続される。それぞれの経路またはウェイ７０２、７０４、７０６および７０８は、それぞれ１個または複数のラウドスピーカドライバと接続される、デジタルＦＩＲフルタ７１２、７１４、７１６、７１８およびパワーＤ／Ａコンバータ７２０、７２２、７２４、７２６を含み得る。
【００７４】
図７に示されるように、信号の流れのウェイ７０２は、図６のラウドスピーカシステム６００のウーファ６２０、６２２、６２４および６２６に供給する。信号の流れのウェイ７０４は、図６のラウドスピーカシステム６００の中間域ドライバ６１２、６１４、６１６および６１８に供給する。信号の流れのウェイ７０６は、図６のラウドスピーカシステム６００のツイータ６０４、６０６、６０８および６１０に供給し、信号の流れのウェイ７０８は、図６のラウドスピーカシステム６００の中央のツイータ６０２に供給する。
【００７５】
図８は、図７に示された４個のフィルタの、図６に示されたものと同様のラウドスピーカシステムに適用されたときの、周波数応答に対して得られた許容された結果のグラフ８００を示す。詳細には、線８０２はＦＩＲフィルタ７１２の周波数応答に対する結果を表す。線８０４はＦＩＲフィルタ７１４の周波数応答に対する結果を示し、線８０６はＦＩＲフィルタ７１６の周波数応答に対する結果を示し、そして線７１８はＦＩＲフィルタ７１８の周波数応答の結果を示す。
【００７６】
図９は、様々な角度における、結果として得られた水平方向（ｙ−軸）の周波数応答を示すグラフ９００である。このグラフは、図３のステップ３１４を通過した後に得られた、フィルタ周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ）を示す。通過したことは、結果が要求と合致したことを意味する。詳細には、線９０２は結果として得られた水平方向軸上の応答Ｖ（ｆ，ｑ（１））を表し、線９０４は５度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（２））であり、線９０６は１０度における応答Ｖ（ｆ，ｑ（３））であり、線９０８は１５度における応答Ｖ（ｆ，ｑ（４））であり、線９１０は２０度における応答Ｖ（ｆ，ｑ（５））であり、線９１２は２５度における応答Ｖ（ｆ，ｑ（６））であり、線９１４は３０度における応答Ｖ（ｆ，ｑ（７））であり、そして線９１６は３５度における応答Ｖ（ｆ，ｑ（８））であり、全て１００Ｈｚと２０ｋＨｚとの間の周波数範囲において示される。
【００７７】
図１０は、様々な角度における、結果として得られた垂直方向（ｘ−軸）の周波数応答を示すグラフ１０００である。詳細には、線１００２は結果として得られた垂直方向軸上の応答Ｖ（ｆ，ｑ（１））を表し、線１００４は５度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（２））であり、線１００６は１０度における応答Ｖ（ｆ，ｑ（３））であり、線１００８は１５度における応答Ｖ（ｆ，ｑ（４））であり、線１０１０は２０度における応答Ｖ（ｆ，ｑ（５））であり、線１０１２は２５度における応答Ｖ（ｆ，ｑ（６））であり、線１０１４は３０度における応答Ｖ（ｆ，ｑ（７））であり、そして線１０１６は３５度における応答Ｖ（ｆ，ｑ（８））であり、全て１００Ｈｚと２０ｋＨｚとの間の周波数範囲において示される。
【００７８】
図１１〜図２２は、ホームエンターテイメントに適したラウドスピーカシステムに対する、マルチウェイラウドスピーカの実施例を示す。
【００７９】
図１１は、ｘ−軸に沿って対称的に組み込まれた一次元（１Ｄ）７ウェイラウドスピーカシステム１１００の実施例、およびこのシステムの各ラウドスピーカドライバへの信号の流れのブロック図１１６０を示す。この実施例は、図１４および図１７に示される二次元（２Ｄ）マルチウェイラウドスピーカシステム設計１４００および１７００に対する基礎として役立ち得、これらのシステム設計はホームエンターテイメント用途、または同業者によって既知の他の適切な用途における使用のために設計され得る。
【００８０】
図１１に示されるように、一次元７ウェイラウドスピーカシステム１１００は、（１）原点に置かれた１個の中央のツイータ１１０２、（２）中央のツイータ１１０２の両側にｘ−軸に沿って＋／−０．０３５ｍの位置に置かれる、第１のペアのツイータ１１０４と１１０６、（３）第１のペアのツイータの両側にｘ−軸に沿って＋／−０．０７ｍの位置に置かれる、第２のペアのツイータ１１０８と１１１０、（４）ｘ−軸に沿って＋／−０．１２ｍの位置に置かれる、第１のペアの中間域ドライバ１１１２と１１１４、（５）ｘ−軸に沿って＋／−０．２０ｍの位置に置かれる、第２のペアの中間域ドライバ１１１６と１１１８、（６）ｘ−軸に沿って＋／−０．３４ｍの位置に置かれる、第３のペアの中間域ドライバ１１２０と１１２２、および（７）ｘ−軸に沿って＋／−０．５４ｍの位置に置かれる、ペアのウーファ１１２４と１１２６、を含み得る。
【００８１】
以前に示された実施形態におけるように、ドライバは様々な区画を有するハウジングに含まれ得る。ツイータ１１０２、１１０４、１１０６、１１０８および１１１０、および中間域ドライバ１１１２および１１１４は、１個の区画１１３０の中に置かれ得る。区画１１３０に隣接して置かれセパレータ１１３２によって一方を分離される区画１１３６は、中間域ドライバ１１１６を含む。区画１１３０の反対側に置かれセパレータ１１３４によって分離される区画１１３８は、中間域ドライバ１１１８を含む。区画１１４４は中間域ドライバ１１２０を含み、片側をセパレータ１１４０によって区画１１３６から分離され、反対側はウーファ１１２４を含む区画１１５２から、セパレータ１１４８によって分離される。同様に、区画１１４６は中間域ドライバ１１２２を含み、片側をセパレータ１１４２によって区画１１３８から分離され、反対側はウーファ１１２６を含む区画１１５４から、セパレータ１１５０によって分離される。
【００８２】
ラウドスピーカシステム１１００はデジタル入力１１８０を受信し得る。信号のフローダイヤグラム１１６０は、中央のツイータ１１０２が、ＦＩＲフィルタ１１７６およびパワーＤ／Ａコンバータ１１７８を含む信号の流れのウェイ１１７４によって、供給されることを示す。第１のペアのツイータ１１０４と１１０６は、ＦＩＲフィルタ１１７８およびパワーＤ／Ａコンバータ１１７８を含む信号の流れのウェイ１１７２によって供給され、第２のペアのツイータ１１０８と１１１０は、ＦＩＲフィルタ１１８０およびパワーＤ／Ａコンバータ１１７８を含む信号の流れのウェイ１１７０によって供給される。第１のペアの中間域ドライバ１１１２と１１１４は、ＦＩＲフィルタ１１８２およびパワーＤ／Ａコンバータ１１７８を含む信号の流れのウェイ１１６８によって供給され、一方では第２のペアの中間域ドライバ１１１６と１１１８は、ＦＩＲフィルタ１１８４およびパワーＤ／Ａコンバータ１１７８を含む信号の流れのウェイ１１６６によって供給される。第３のペアの中間域ドライバ１１２０と１１２２は、ＦＩＲフィルタ１１８６およびパワーＤ／Ａコンバータ１１７８を含む信号の流れのウェイ１１６４によって供給される。最後に、ペアのウーファ１１２４と１１２６は、ＦＩＲフィルタ１１８８およびパワーＤ／Ａコンバータ１１７８を含む信号の流れのウェイ１１６２によって供給される。
【００８３】
図１２は、図１１のラウドスピーカシステムの７個のフィルタの周波数特性を示すグラフ１２００であり、コスト最小化関数が適用され、得られた結果が十分に小さいか、または所望の用途に対する許容範囲内にあることがすでに知られているものである。１２０２によって表される線は、ＦＩＲフィルタ１１７６の周波数応答であり、線１２０４はＦＩＲフィルタ１１７８の周波数応答であり、線１２０６はＦＩＲフィルタ１１８０の周波数応答であり、線１２０８はＦＩＲフィルタ１１８２の周波数応答であり、線１２１０はＦＩＲフィルタ１１８４の周波数応答であり、線１２１２はＦＩＲフィルタ１１８６の周波数応答であり、そして線１２１４はＦＩＲフィルタ１１８８の周波数応答である。
【００８４】
図１３は、様々な角度において計測された、図１１のラウドスピーカシステムの結果として得られた水平方向（ｘ−軸）の周波数応答を示すグラフ１３００である。このグラフは、図３のステップ３１４の要求に合致した後に得られた、フィルタ周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ）を示す。詳細には、線１３０２は結果として得られた水平方向軸上の応答Ｖ（ｆ，ｑ（１））を表し、線１３０４は１０度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（２））であり、線１３０６は１５度における応答Ｖ（ｆ，ｑ（３））であり、線１３０８は２０度における応答Ｖ（ｆ，ｑ（４））であり、線１３１０は３０度における応答Ｖ（ｆ，ｑ（５））であり、全て１００Ｈｚと２０ｋＨｚとの間の周波数範囲において示される。
【００８５】
図１４は、ｘ−軸およびｙ−軸に沿って対称的に組み込まれた、二次元（２Ｄ）マルチチャンネル７ウェイラウドスピーカシステム１４００の実施例を示す。ラウドスピーカシステム１４００は、図１１のラウドスピーカシステム１１００の、ツイータ１１０４、１１０６、１１０８および１１１０、および中間域ドライバ１１１２および１１１４を、ペアに分離することによって得られる。
【００８６】
ラウドスピーカシステム１４００は、２方向の指向性を制御し、中央のツイータ１４０２、４組のペアのツイータ１４０４と１４０６、１４０８と１４１０、１４１２と１４１４、および１４１６と１４１８、４組のペアの中間域ドライバ１４２０と１４２２、１４２４と１４２６、１４２８と１４３０、および１４３２と１４３４、およびペアのウーファ１４３６と１４３８、を含む。最初の２組のペアのツイータ１４０４と１４０６と１４０８と１４１０は、中央のツイータ１４０２に関して正方形の形状に配置される。第３および第４のペアのツイータ１４１２、１４１４、１４１６および１４１８は、ｘおよびｙ軸に沿って対称的に、より離れた四分円（ｑｕａｄｒａｎｔ）上に置かれる。第１および第２のペアの中間域ドライバ１４２０、１４２２、１４２４および１４２８は、ｘおよびｙ軸に沿って対称的に、さらに遠く離れた四分円上に置かれる。以下においてさらに説明されるように、内側の四分円（ｉｎｎｅｒ  ｑｕａｄｒａｎｔ）はｘ−軸に対して４５（４５）度の角度によって定義される。
【００８７】
追加して、中間域ドライバ１４２８、１４３０、１４３２および１４３４、およびウーファ１４３６および１４３８は、ｘ−軸上を直線的に間隔をあけて配置される。ラウドスピーカ１４００のドライバの（ｘ，ｙ）座標は、以下のようになり得る。
【００８８】
ツイータ１４０２：                                  （０，０）
ツイータ１４０４、１４０６、１４０８および１４１０：（＋／−３５，＋／−３５）ｍｍ
ツイータ１４１２、１４１４、１４１６および１４１８：（＋／−７０，＋／−７０）ｍｍ
中間域１４２０、１４２２、１４２４および１４２６：  （＋／−１２０，＋／−１２０）ｍｍ
中間域１４２８および１４３０：                      （＋／−２００，０）ｍｍ
中間域１４３２および１４３４：                      （＋／−３４０，０）ｍｍ
ウーファ１４３６および１４３８：                    （＋／−５４０，０）ｍｍ
図１１に示されたラウドスピーカシステムに関してのように、ドライバは、分離され密閉された区画１４４０、１４４２、１４４４、１４４６、１４４８、１４５０および１４５２を備える仕切板（ｂａｆｆｌｅ）１４７６の中に取り付けられ得る。ツイータ１４０２、１４０４、１４０６、１４０８、１４１０、１４１２、１４１４、１４１６および１４１８、および中間域ドライバ１４２０、１４２２、１４２４および１４２６は、全て区画１４４０に含まれ得る。右側においては、区画１４４０は、三角形の線１４６０によって表されるセパレータによって、区画１４４４から分離され得る。区画１４４４は中間域ドライバ１４３０を含み、その右側は線１４６４によって示されるセパレータによって、中間域ドライバ１４３４を含む区画１４４８から分離され得る。区画１４４８の右側に、ウーファ１４３８を含む区画１４５２がある。区画１４４８および１４５２は、線１４６８によって表されるセパレータによって、相互に分離され得る。
【００８９】
同様に、区画１４４０はその左側において、三角形の線１４６２によって表されるセパレータによって、区画１４４２から分離され得る。区画１４４２は中間域ドライバ１４２８を含み、その左側は線１４６６によって示されるセパレータによって、中間域ドライバ１４３２を含む区画１４４６から分離され得る。区画１４４６の左側に、ウーファ１４３６を含む区画１４５０がある。区画１４４６および１４５０は、線１４７０によって表されるセパレータによって、相互に分離され得る。
【００９０】
図１および図２のドライバに関してのように、ツイータ１４０２、１４０４、１４０６、１４０８、１４１０、１４１２、１４１４、１４１６および１４１８は約４０ｍｍ〜５０ｍｍの外直径であり得、中間域ドライバ１４２０、１４２２、１４２４、１４２６、１４２８、１４３０、１４３２および１４３４は約８０ｍｍ〜１１０ｍｍの外直径であり得、またウーファ１４３６および１４３８は約１２０ｍｍ〜１６０ｍｍの外直径であり得る。
【００９１】
図１５は、図１４のラウドスピーカシステム１４００の、各ラウドスピーカドライバへの信号の流れのブロック図１５００である。図１５に示されるように、以前に設定された、同じ位置座標の組を有するドライバごとに、各々異なる経路またはウェイによって供給され、この結果として７個のウェイのラウドスピーカとなる。ラウドスピーカシステム１４００はデジタル入力１５０２を受け取る。中央のツイータ１４０２は信号の流れのウェイ１５０４によって供給される。ツイータ１４０４、１４０６、１４０８および１４１０は信号の流れのウェイ１５０６によって供給される。ツイータ１４１２、１４１４、１４１６および１４１８は信号の流れのウェイ１５０８によって供給される。中間域ドライバ１４２０、１４２２、１４２４および１４２６は信号の流れのウェイ１５１０によって供給され、一方では、中間域ドライバ１４２８および１４３０は信号の流れのウェイ１５１２によって供給され、また、中間域ドライバ１４３２および１４３４は信号の流れのウェイ１５１４によって供給される。ペアのウーファ１４３６および１４３８は信号の流れのウェイ１５１６によって供給される。それぞれの信号の流れのウェイは、ＦＩＲフィルタ１５１８およびパワーＤ／Ａコンバータ１５２０を含む。
【００９２】
図１６は、図１４のラウドスピーカシステム１４００の、様々な角度で測定された、結果として得られた垂直方向（ｙ−軸）の周波数応答を表すグラフ１６００である。このグラフは、図３のステップ３１４の要求に合致した後に得られた、フィルタの周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ）を示す。詳細には、線１６０２は結果として得られた水平方向軸上の応答Ｖ（ｆ，ｑ（１））を表し、線１６０４は１０度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（２））であり、線１４０６は１５度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（３））であり、線１６０８は２０度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（４））であり、線１６１０は３０度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（５））であり、全て１００ＨＺと２０ｋＨｚとの間の周波数範囲において示される。図１６によって見られるように、図１４の二次元ラウドスピーカシステム１４００に対する垂直方向の周波数応答は、図１１の一次元ラウドスピーカシステム１１００に対する、図１３によって示される水平方向の周波数応答と類似するが、しかし、その周波数以上においてシステムの指向性が現れる下方コーナー周波数については、かなり高い周波数値を有する。
【００９３】
図１７は、ｘ−軸に沿って対称的に取り付けられた、二次元（２Ｄ）５チャンネルマルチウェイラウドスピーカシステム１７００の実施例を示す。ラウドスピーカシステム１７００は、ｘ−軸にそって対称的に取り付けられた、一対の統合された（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）２ウェイステレオスピーカを有するように設計され、特にホームシアター用途向けの使用のために設計されている。以下（図１８〜図２０）でさらに説明されるように、ラウドスピーカシステム１７００は、５個の入力チャンネルＬ（左）、Ｒ（右），Ｃ（中央）、ＬＳ（左サラウンド）、およびＲＳ（右サラウンド）を有し得る。
【００９４】
ラウドスピーカシステム１７００は、２個の追加のツイータ１７４４および１７４６、および２個の追加のウーファを備えることを除いては、図１４のシステムと同じであり、その違いは、外側のウーファはｙ−軸に関して１７３６と１７３８のペア、および１７４０と１７４２のペアに分離され、それぞれのペアのウーファ１７３６と１７３８、１７４０と１７４２の間に置かれた追加のペアのツイータ１７４４と１７４６を有することである。ウーファのペア１７３６と１７３８、および１７４０と１７４２のそれぞれに対して指定されたツイータ１７４４および１７４６を有することによって、ラウドスピーカシステム１７００は、独立のステレオスピーカチャンネル（例えば、ツイータは分離されたチャンネルによって提供される信号を供給され得る）のアレイを備え得る。独立のステレオスピーカチャンネルの目的は、従来のステレオスピーカおよびアレイによって生成される指向性のサウンドビームによって、統合されたサラウンドサウンドシステムを提供し、リスニングルームの壁面反射を使用して間接的に周囲後方（ａｍｂｉｅｎｔ  ｒｅａｒ）チャンネルを再生することである。
【００９５】
図１４に示されたラウドスピーカシステム１４００と同様に、図１７のラウドスピーカシステム１７００は、（１）中央のツイータ１７０２、（２）中央のツイータ１７０２に関して正方形の形に配置された、２つのペアのツイータ１７０４と１７０６、および１７０８と１７１０、（３）ｘ−軸およびｙ−軸に沿って対称的に、さらに離れた四分円上に置かれた、２つの追加のペアのツイータ１７１２と１７１４、および１７１６と１７１８、および（４）ｘ−軸およびｙ−軸に沿って対称的に、一層さらに離れた四分円上に置かれた、２つのペアの中間域ドライバ１７２０と１７２２、および１７２４と１７２６、を有する。四分円はｘ−軸に対して４５（４５）度の角度によって定義される。
【００９６】
追加的に、ラウドスピーカシステム１７００は、中間域ドライバ１７２８、１７３０、１７３２および１７４３を含み、これらはｘ−軸を直線的に間隔をあけて配置される。ラウドスピーカシステム１７００のドライバの（ｘ，ｙ）座標は、以下のようであり得る。
【００９７】
ツイータ１７０２：                    （０，０）
ツイータ１７０４、１７０６、１７０８および１７１０：（＋／−３５，＋／−３５）ｍｍ
ツイータ１７１２、１７１４、１７１６および１７１８：（＋／−７０，＋／−７０）ｍｍ
中間域１７２０、１７２２、１７２４および１７２６：（＋／−１２０，＋／−１２０）ｍｍ
中間域１７２８および１７３０：                    （＋／−２００，０）ｍｍ
中間域１７３２および１７３４：                    （＋／−３４０，０）ｍｍ
ツイータ１７４４および１７４６：                  （＋／−５４０，０）ｍｍ
ウーファ１７３６、１７３８、１７４０および１７４２（＋／−５４０，＋／−９０）ｍｍ
図１、図２、図６、図１１および図１４に示されたラウドスピーカシステムに関するように、ラウドスピーカシステム１７００のドライバは、線１７６６、１７６８、１７７０、１７７２、１７７４および１７７６によってそれぞれ表されるセパレータによって相互に分割される、分離され密閉された区画１７５２、１７５４、１７５６、１７６８、１７６０、１７６２および１７６４を備える仕切板またはハウジング１７５０の中に取り付けられ得る。
【００９８】
図１８〜図２０は、図１７のラウドスピーカシステム１７００の、５個の入力信号に対する信号の流れのブロック図を示す。図１８は、図１７のラウドスピーカシステム１７００のための、サラウンドチャンネルに対する信号の流れのブロック図１８００である。システム１７００の右および左サラウンドチャンネルに対する信号の流れは、遅延値（ｄｅｌａｙ  ｖａｌｕｅ）が異なることを除いては、同一であるので、以下にさらに記載するように、図１８のブロック図１８００は、左および右の両方のサラウンドに対する信号の流れの経路を表す。従って、左および右の両方のサラウンド入力信号は、図１８に示されるものと同様の信号経路システムを経由して伝達する。それぞれの出力信号の和が、図１８に記されるように、次いで計算され、変換器に接続される。ＦＩＲフィルタの出力は、その周波数応答は図１２に示されており、遅延ラインＤ０およびペアの遅延ラインＤ＋／−（１，・・・，６）に、それぞれ接続される。
【００９９】
図１８の信号の流れのブロック図１８００は、下記の方程式に従って、遅延が各経路に加えられることを示す。
【０１００】
Δｔ＝ｐ／ｃ・ｓｉｎα，（ｐ＝ドライバの座標（メートル）、ｃ＝３４５ｍ／ｓｅｃ（音速））
ここで主サウンドビームは、それ以外のときは主軸に対して垂直であるが、角度αの所望の方向に向けられ得る。αに対する代表的な値は、左のサラウンドに対しては−（４０，・・・，６０）度、および右のサラウンドに対しては＋（４０，・・・，６０）度であり、これは角度αおよび−αの方向の側壁に向けてサウンドビームが形成され向けられて、壁で跳ね返ることによって、サラウンド信号として聴取者に届くことを意味する。
【０１０１】
図１８に示されるように、信号の流れの経路図１８００は、右および左サラウンドサウンドチャンネルのためのデジタル入力１８０２および１８０４に対する、それぞれの流れの経路を示す。経路１８０６に対するＦＩＲフィルタ１８２２の出力は、遅延ライン（Ｄ０）１８４０に接続され、それは中央のツイータ１７０２に接続される。経路１８０８に対するＦＩＲフィルタ１８２４の出力は、遅延ライン（Ｄ−１）１８４２および（Ｄ＋１）１８４４に並列に接続される。遅延ライン１８４２は右のペアのツイータ１７０８と１７１０に接続され、遅延ライン１８４４は左のペアのツイータ１７０４と１７０６に接続される。同様に、経路１８１０に対するＦＩＲフィルタ１８２６の出力は、遅延ライン（Ｄ−２）１８４６および（Ｄ＋２）１８４８に並列に接続される。遅延ライン１８４６は右のペアのツイータ１７１６と１７１８に接続され、遅延ライン１８４８は左のペアのツイータ１７１２と１７１４に接続される。遅延ライン（Ｄ−３）１８５０および（Ｄ＋３）１８５２は、中間域ドライバ１７２０と１７２２、および１７２４と１７２６に、それぞれ接続され、それらは経路１８１２に並列に接続され、それはＦＩＲフィルタ１８２８に対する出力経路である。
【０１０２】
中間域ドライバ１７２８および１７３０は、遅延ライン（Ｄ＋４）１８５６および（Ｄ−４）１８５４にそれぞれ接続され、それはＦＩＲフィルタ１８３０に対する出力経路１８１４である。中間域ドライバ１７３２および１７３４は、遅延ライン（Ｄ＋５）１８６２および（Ｄ−５）１８６０にそれぞれ接続され、それはＦＩＲフィルタ１８３２に対する出力経路１８１６である。
【０１０３】
右のペアのウーファ１７４０と１７４２は遅延ライン（Ｄ−６）１８６４に接続され、左のペアのウーファ１７３６と１７３８は遅延ライン（Ｄ＋６）１８６６に接続される。遅延ライン（Ｄ＋６）１８６６および遅延ライン（Ｄ−６）１８６４は、ＦＩＲフィルタ１８３４に対する出力経路１８２０に並列に接続される。
【０１０４】
図１９は、図１７のラウドスピーカシステムのための、右および左チャンネルに対する信号の流れのブロック図である。左および右チャンネルは、従来の２ウェイスピーカのように統合される。左チャンネルは、ビーム形成アレイの部分でないツイータ１７４４、およびウーファ１７３６および１７３８から成る。右チャンネルは、ツイータ１７４６および、ウーファ１７４０および１７４２から成る。
【０１０５】
図１９によって示されるように、左および右チャンネルに対する信号処理１９００は、ステレオ基底（ｂａｓｉｓ）を拡げるためにＨＤフィルタ１９１０およびＨＩフィルタ１９１２から成るステレオ拡張（ｗｉｄｅｎｉｎｇ）回路、および低域（ｌｏｗ  ｐａｓｓ）フィルタ１９１４およびＨＰ高域（ｈｉｇｈ  ｐａｓｓ）フィルタ１９１６を有するクロスオーバー回路、を使用する。
【０１０６】
図２０は、図１７のラウドスピーカシステム１７００のための中央チャンネルに対する信号の流れのブロック図である。中央チャンネルは、図３で定められたように決定された係数を有するＦＩＲフィルタを伴う、ツイータ１７０２、１７０４、１７０６、１７０８、１７１０、１７１２、１７１４、１７１６および１７１８、および中間域ドライバ１７２０、１７２２、１７２４および１７２６の、内側のアレイによって再生される。
【０１０７】
中央チャンネルに対するデジタル信号の出力２０１０は、４個の信号経路２００２、２００４、２００６および２００８に分割され、各経路はそれぞれＦＩＲフィルタ２０１２、２０１４、２０１６および２０１８を有し、またパワーＤ／Ａコンバータ２０２０、２０２２、２０２４および２０２６を、それぞれ有する。経路２００２は中央のツイータ１７０２に供給する。経路２００４は最も内側の四分円のツイータ１７０４、１７０６、１７０８および１７１０に供給する。経路２００６は最も外側の四分円のツイータ１７１２、１７１４、１７１６および１７１８に供給し、経路２００８は中央の四分円の中間域ドライバ１７２０、１７２２、１７２４および１７２６に供給する。
【０１０８】
図２１は、図１７のラウドスピーカシステムの、中央チャンネル（図２０）に使用される４個のＦＩＲフィルタの、周波数応答を示すグラフ２１００である。線２１０２はＦＩＲフィルタ２０１２の周波数応答を表し、線２１０４はＦＩＲフィルタ２０１４の周波数応答を表し、線２１０６はＦＩＲフィルタ２０１６の周波数応答を表し、線２１０８はＦＩＲフィルタ２０１８の周波数応答を表す。
【０１０９】
図２２は、図１７のラウドスピーカシステム１７００の中央チャンネル出力（図２０）の、様々な角度で測定された、結果として得られた水平方向（ｘ−軸）の、そして垂直方向（ｙ−軸）も同じの、周波数応答を表すグラフ２２００である。このグラフは、図３のステップ３１４の要求に合致した後に得られた、フィルタの周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ）を示す。詳細には、線２２０２は結果として得られた水平方向軸上の応答Ｖ（ｆ，ｑ（１））を表し、線２２０４は５度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（２））であり、線２２０６は１０度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（３））であり、線２２０８は１５度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（４））であり、線２２１０は２０度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（５））であり、線２２１２は２５度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（６））であり、線２２１４は３０度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（７））であり、線２２１６は３５度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（８））であり、全て１００ＨＺと２０ｋＨｚとの間の周波数範囲において示される。
【０１１０】
本発明の様々な実施形態が記載されてきたが、さらに多くの実施形態および実行例が、本発明の範囲内において可能であることは、同業者にとって明らかであろう。従って、発明は、添付の請求項およびその均等物を考慮に入れる場合を除いて、制限されるべきではない。
【０１１１】
本発明は、手頃な寸法のラウドスピーカの形態、およびデジタル信号処理の領域で作動するフィルタ設計の方法論を提供する、マルチウェイ・ラウドスピーカシステムである。さらにラウドスピーカシステムは、二次元平面内で対称的に配置されたラウドスピーカドライバを備えるマルチウェイラウドスピーカシステムとして設計されることができ、高品質のサウンド、すなわち垂直および水平の両面の広い範囲にわたる一定の指向性を達成することができ、またステレオラウドスピーカシステム、マルチチャンネルホームエンターテイメントシステムおよび公共案内放送システムと結合して使用することができる。
【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図１４】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２２】
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