(57)【要約】第１の配列のＭ個のスピーカ要素は、軸の周りに円筒構成で配置され、第１の範囲の周波数で音声を再生するように構成されている。第２の配列のＮ個のスピーカ要素は、軸の周りに円筒構成で配置され、第２の範囲の周波数で音声を再生するように構成されている。デジタル信号プロセッサは、第１の範囲の周波数に関する入力チャネルから第１の複数の出力チャネルを生成し、第１の回転マトリックスを使用して第１の複数の出力チャネルをスピーカ要素の第１の配列に適用し、軸の周りの標的角度で音声コンテンツの第１のビームを生成し、第２の範囲の周波数に関する入力チャネルから第２の複数の出力チャネルを生成し、第２の回転マトリックスを使用して第２の複数の出力チャネルをスピーカ要素の第２の配列に適用し、標的角度で音声コンテンツの第２のビームを生成する。【選択図】なし
2019530302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
軸の周りに円筒構成で配置され及び第１の範囲の周波数で音声を再生するように構成されている第１の配列のＭ個のスピーカ要素と、
前記軸の周りに円筒構成で配置され及び第２の範囲の周波数で音声を再生するように構成されている第２の配列のＮ個のスピーカ要素と、
デジタル信号プロセッサであって、
入力チャネルから前記第１の範囲の周波数のための第１の複数の出力チャネルを生成し、
前記軸の周りの標的角度で音声コンテンツの第１のビームを生成するべく、第１の回転マトリックスを使用して前記第１の複数の出力チャネルを前記第１の配列のスピーカ要素に適用し、
前記入力チャネルから前記第２の範囲の周波数のための第２の複数の出力チャネルを生成し、
前記軸の周りの前記標的角度で音声コンテンツの第２のビームを生成するべく、第２の回転マトリックスを使用して前記第２の複数の出力チャネルを前記第２の配列のスピーカ要素に適用するようにプログラムされる、前記デジタル信号プロセッサと、
を備える、前記システム。
【請求項２】
前記第１の回転マトリックスは前記Ｍ個のスピーカ要素のそれぞれに対する前記第１の複数の出力チャネルのそれぞれの重み付け係数を含み、前記第２の回転マトリックスは前記Ｎ個のスピーカ要素のそれぞれに対する前記第２の複数の出力チャネルのそれぞれの重み付け係数を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の配列のヘッド要素が公式ｈｅａｄ＝１＋ａｎｇ  ｄｉｖ  Ｍ／３６０に従って定義され、θ＝ａｎｇ  ｍｏｄｕｌｏ  Ｍ／３６０、β＝θ／（Ｍ／３６０）、α＝１−β）であり、
前記ヘッド要素は、前記第１の複数の出力チャネルの第１の出力チャネルからαだけ重み付けされた出力と、前記第１の複数の出力チャネルの第２の出力チャネルからβだけ重み付けされた出力とを受信し、
前記ヘッド要素に隣接する前記第１の配列の要素は、前記第１の複数の出力チャネルの第２の出力チャネルからαだけ重み付けされた出力と、前記第１の複数の出力チャネルの第３の出力チャネルからβだけ重み付けされた出力とを受信する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記軸の周りの新しい標的角度への前記標的角度の変化に応答して、前記デジタル信号プロセッサは、
前記第１の複数の出力チャネルを前記第１の配列のスピーカ要素に適用し、前記軸の周りの前記新しい標的角度で前記音声コンテンツの前記第１のビームを生成するべく、前記第１の回転マトリックスの前記重み付け係数を更新し、
前記第２の複数の出力チャネルを前記第２の配列のスピーカ要素に適用し、前記軸の周りの前記新しい標的角度で前記音声コンテンツの前記第２のビームを生成するべく、前記第２の回転マトリックスの前記重み付け係数を更新するようにプログラムされる、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
Ｍ及びＮは正の整数であり、相互に異なる値を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の複数の異なった出力チャネルは第１のセットの有限入力応答フィルタを使用して生成され、前記第２の複数の異なった出力チャネルは第２のセットの有限入力応答フィルタを使用して生成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のセットの有限入力応答フィルタは、第１のビーム幅に対応する第１のサブセットの有限入力応答フィルタと、第２のビーム幅に対応する第２のサブセットの有限入力応答フィルタとを含み、前記第２のセットの有限入力応答フィルタは、前記第１のビーム幅に対応する第３のサブセットの有限入力応答フィルタと、前記第２のビーム幅に対応する第４のサブセットの有限入力応答フィルタとを含み、
前記デジタル信号プロセッサは、前記第１のビーム幅の選択に応答して、前記第１及び第３のサブセットの有限入力応答フィルタを選択するようにプログラムされ、
前記デジタル信号プロセッサは、前記第２のビーム幅の選択に応答して、前記第２及び第４のサブセットの有限入力応答フィルタを選択するようにプログラムされる、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１のセットの有限入力応答フィルタの第１のものは前記標的角度における前記第１の配列のスピーカ要素の第１のスピーカ要素に関する第１の出力チャネルを生成するように構成され、前記第１のセットの有限入力応答フィルタの第２のものは前記第１のスピーカ要素に隣接する前記第１の配列のスピーカ要素の第２及び第３のスピーカ要素に関する第２の出力チャネルを生成するように構成され、前記第１のセットの有限入力応答フィルタの第３のものは前記第２及び第３のスピーカ要素に隣接する前記第１の配列のスピーカ要素の第４及び第５のスピーカ要素に関する第３の出力チャネルを生成するように構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２のセットの有限入力応答フィルタの第１のものは前記標的角度における前記第２の配列のスピーカ要素の第１のスピーカ要素に関する第１の出力チャネルを生成するように構成され、前記第２のセットの有限入力応答フィルタの第２のものは前記第１のスピーカ要素に隣接する前記第２の配列のスピーカ要素の第２及び第３のスピーカ要素に関する第２の出力チャネルを生成するように構成され、前記第２のセットの有限入力応答フィルタの第３のものは前記第２及び第３のスピーカ要素に隣接する前記第２の配列のスピーカ要素の第４及び第５のスピーカ要素に関する第３の出力チャネルを生成するように構成されている、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
方法であって、
第１の範囲の周波数に関する入力チャネルから第１の複数の出力チャネルを生成することと、
前記第１の複数の出力チャネルを、軸の周りの円筒構成に配置される第１の配列のＭ個のスピーカ要素に、前記軸の周りの標的角度で音声コンテンツの第１のビームを生成するための第１の回転マトリックスを使用して適用し、第１の範囲の周波数で音声を再生することと、
前記第２の範囲の周波数に関する前記入力チャネルから第２の複数の出力チャネルを生成すること、
前記第２の複数の出力チャネルを、前記軸の周りの円筒構成に配置される第２の配列のＮ個のスピーカ要素に、前記軸の周りの前記標的角度で音声コンテンツの第２のビームを生成するための第２の回転マトリックスを使用して適用することと、
を含む、前記方法。
【請求項１１】
前記第１の回転マトリックスは前記Ｍ個のスピーカ要素のそれぞれに対する前記第１の複数の出力チャネルのそれぞれの重み付け係数を含み、前記第２の回転マトリックスは前記Ｎ個のスピーカ要素のそれぞれに対する前記第２の複数の出力チャネルのそれぞれの重み付け係数を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の配列のヘッド要素が公式ｈｅａｄ＝１＋ａｎｇ  ｄｉｖ  Ｍ／３６０に従って定義され、θ＝ａｎｇ  ｍｏｄｕｌｏ  Ｍ／３６０、β＝θ／（Ｍ／３６０）、α＝１−βであり、
前記ヘッド要素は、前記第１の複数の出力チャネルの第１の出力チャネルからαだけ重み付けされた出力と、前記第１の複数の出力チャネルの第２の出力チャネルからβだけ重み付けされた出力とを受信し、
前記ヘッド要素に隣接する前記第１の配列の要素は、前記第１の複数の出力チャネルの第２の出力チャネルからαだけ重み付けされた出力と、前記第１の複数の出力チャネルの第３の出力チャネルからβだけ重み付けされた出力とを受信する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記軸の周りの新しい標的角度への前記標的角度の変化に応答して、
前記第１の複数の出力チャネルを前記スピーカ要素の前記第１の配列に適用し、前記軸の周りの前記新しい標的角度で前記音声コンテンツの前記第１のビームを生成するべく、前記第１の回転マトリックスの前記重み付け係数を更新することと、
前記第２の複数の出力チャネルを前記スピーカ要素の前記第２の配列に適用し、前記軸の周りの前記新しい標的角度で前記音声コンテンツの前記第２のビームを生成する前記第２の回転マトリックスの前記重み付け係数を更新することと、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
Ｍ及びＮは正の整数であり、相互に異なる値を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の複数の異なった出力チャネルは第１のセットの有限入力応答フィルタを使用して生成され、前記第２の複数の異なった出力チャネルは第２のセットの有限入力応答フィルタを使用して生成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のセットの有限入力応答フィルタは、第１のビーム幅に対応する第１のサブセットの有限入力応答フィルタと、第２のビーム幅に対応する第２のサブセットの有限入力応答フィルタとを含み、前記第２のセットの有限入力応答フィルタは、前記第１のビーム幅に対応する第３のサブセットの有限入力応答フィルタと、前記第２のビーム幅に対応する第４のサブセットの有限入力応答フィルタとを含み、さらに、
前記第１のビーム幅の選択に応答して、前記第１及び第３のサブセットの有限入力応答フィルタを選択することと、
前記第２のビーム幅の選択に応答して、前記第２及び第４のサブセットの有限入力応答フィルタを選択することと、
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のセットの有限入力応答フィルタの第１のものは前記標的角度における前記第１の配列のスピーカ要素の第１のスピーカ要素に関する第１の出力チャネルを生成するように構成され、前記第１のセットの有限入力応答フィルタの第２のものは前記第１のスピーカ要素に隣接する前記第１の配列のスピーカ要素の第２及び第３のスピーカ要素に関する第２の出力チャネルを生成するように構成され、前記第１のセットの有限入力応答フィルタの第３のものは前記第２及び第３のスピーカ要素に隣接する前記第１の配列のスピーカ要素の第４及び第５のスピーカ要素に関する第３の出力チャネルを生成するように構成されている、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のセットの有限入力応答フィルタの第１のものは前記標的角度における前記第２の配列のスピーカ要素の第１のスピーカ要素に関する第１の出力チャネルを生成するように構成され、前記第２のセットの有限入力応答フィルタの第２のものは前記第１のスピーカ要素に隣接する前記第２の配列のスピーカ要素の第２及び第３のスピーカ要素に関する第２の出力チャネルを生成するように構成され、前記第２のセットの有限入力応答フィルタの第３のものは前記第２及び第３のスピーカ要素に隣接する前記第２の配列のスピーカ要素の第４及び第５のスピーカ要素に関する第３の出力チャネルを生成するように構成されている、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
想到される実施形態は、概して、デジタル信号処理に関し、より具体的には、係る技術に関連付けられる全ての機能及び動作を実施することに関連するシステム、ハードウェア、ソフトウェア、及びアルゴリズムの全ての態様を含む可変音響ラウドスピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数帯ごとに単一のドライバを採用する従来のラウドスピーカ（一般的に、２方向、最大５方向）は、ドライバサイズ、ラウドスピーカのエンクロージャの深さ、バッフル幅及び形状、ならびに交差フィルタ設計が変わる指向性パターンを表す。指向性パターンは、概して、強く周波数に依存し、制御するのが困難である。特に、垂直ロービングは、ドライバが放射波長に対して一致しないため発生し得、指向性は、中間周波数及び低周波数に向かって、かなり広くなり、したがって、意図されるように、聞き手に対してよりもむしろ、全ての部屋の方向に音エネルギーを発してしまう。通常、音響処理は、望まない反射を緩和することと、ステレオイメージングを確実にすることとのために必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
１つ以上の例証的実施形態では、スピーカ要素の第１の配列は、軸の周りに円筒構成で配置され、第１の範囲の周波数で音声を再生するように構成されている。スピーカ要素の第２の配列は、軸の周りに円筒構成で配置され、第２の範囲の周波数で音声を再生するように構成されている。デジタル信号プロセッサは、第１の範囲の周波数に関する入力チャネルから第１の複数の出力チャネルを生成し、第１の回転マトリックスを使用して第１の複数の出力チャネルをスピーカ要素の第１の配列に適用し、軸の周りの標的角度で音声コンテンツの第１のビームを生成し、第２の範囲の周波数に関する入力チャネルから第２の複数の出力チャネルを生成し、第２の回転マトリックスを使用して第２の複数の出力チャネルをスピーカ要素の第２の配列に適用し、軸の周りの標的角度で音声コンテンツの第２のビームを生成するようにプログラムされる。
【０００４】
１つ以上の例証的実施形態では、第１の複数の出力チャネルは、第１の範囲の周波数に関する入力チャネルから生成される。第１の複数の出力チャネルは、第１の範囲の周波数を処理し、第１の回転マトリックスを使用して、軸の周りの円筒構成に配置される第１の配列のＭ個のスピーカ要素に適用され、軸の周りの標的角度で音声コンテンツの第１のビームを生成する。第２の複数の出力チャネルは、第２の範囲の周波数に関する入力チャネルから生成される。第２の複数の出力チャネルは、第２の範囲の周波数を処理し、第２の回転マトリックスを使用して、軸の周りの円筒構成に配置される第２の配列のＮ個のスピーカ要素に適用され、軸の周りの標的角度で音声コンテンツの第２のビームを生成する。
【０００５】
１つ以上の実施形態の列挙された特徴が上記に記載された様式を詳細に理解できるように、上記で簡潔に簡略化された１つ以上の実施形態のより具体的な説明は、ある特定の実施形態を参照することによって行われ得、特定の実施形態のそれぞれは添付図で示される。しかしながら、添付図が典型的な実施形態だけを示し、ひいては、同様に他の実施形態を含む様々な実施形態の範囲に対して、任意の様式でその範囲を限定することを考慮しないことを留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】可変音響ラウドスピーカの例を示す。
【図２】可変音響ラウドスピーカの例に関するトランスデューサの例のレイアウトを示す。
【図３】可変音響ラウドスピーカの例に関するシステムブロック図を示す。
【図３Ｂ】高周波ビーム形成に使用される４つの有限入力応答フィルタの例を示す。
【図３Ｃ】１２個のツイータチャネルに対する４つの高周波フィルタの出力のルーティングの例を示す。
【図３Ｄ】標的角度に対するビームの再配向の例を示す。
【図３Ｅ】中間周波数ビーム形成に使用される５つの有限入力応答フィルタの例を示す。
【図３Ｆ】８個の中音域チャネルに対する５つの中間周波数フィルタの出力のルーティングの例を示す。
【図３Ｇ】低周波数ビーム形成フィルタの信号伝達を示す。
【図３Ｈ】角度０度に関するツイータ回転マトリックスの例を示す。
【図３Ｉ】角度９０度に関するツイータ回転マトリックスの例を示す。
【図３Ｊ】９０度〜１２０度の角度に関するツイータ回転マトリックスの例を示す。
【図４】可変音響ラウドスピーカの例に関する垂直交差フィルタ及び受動ツイータフィルタの例を示す。
【図５】可変音響ラウドスピーカの例に関する交差周波数応答の例を示す。
【図６】１つまたは２つのツイータの列を有する可変音響ラウドスピーカの例に関する垂直応答の例を示す。
【図７】可変音響ラウドスピーカの例に関するカーディオイドウーファ機能ブロック図の例を示す。
【図８】可変音響ラウドスピーカの例に関する２つのビーム形成の位相差の例を示す。
【図９】可変音響ラウドスピーカの例のカーディオイドウーファセクションに関する、フィルタ振幅関数及び結果として生じる音響応答の例を示す。
【図１０】可変音響ラウドスピーカの例の円筒状エンクロージャの算出された極応答の例を示す。
【図１１】可変音響ラウドスピーカの例に関する６０度及び１２０度の対象範囲の規定の空間フィルタの例を示す。
【図１２】可変音響ラウドスピーカの例に関する１８０度及び２４０度の対象範囲の規定の空間フィルタの例を示す。
【図１３】未加工の及び平滑化された、様々な水平角の下で測定された中音域周波数応答の例を示す。
【図１４】可変音響ラウドスピーカの例に関する、モデル化及び測定された中音域周波数応答の比較の例を示す。
【図１５】可変音響ラウドスピーカの例に関するフィルタＢ０〜Ｂ３を伴う中音域ドライバのレイアウトの例を示す。
【図１６】可変音響ラウドスピーカの例に関する、１８０度の対象範囲の中音域フィルタ周波数応答及び結果として生じる水平軸外音響応答の例を示す。
【図１７】可変音響ラウドスピーカの例の中音域１８０度のビームに関する、正規化されたビーム形成フィルタの位相応答の例を示す。
【図１８】可変音響ラウドスピーカの例に関する、６０度の対象範囲の中音域フィルタ周波数応答及び結果として生じる水平軸外音響応答の例を示す。
【図１９】可変音響ラウドスピーカの例の中音域６０度のビームに関する、正規化されたビーム形成フィルタの位相応答の例を示す。
【図２０】可変音響ラウドスピーカの例に関するフィルタＢ０〜Ｂ６を伴うツイータドライバのレイアウトの例を示す。
【図２１】可変音響ラウドスピーカの例に関する、１８０度の対象範囲のツイータ周波数応答及び結果として生じる水平軸外音響応答の例を示す。
【図２２】可変音響ラウドスピーカの例のツイータ１８０度のビームに関する、正規化されたビーム形成フィルタの位相応答の例を示す。
【図２３】可変音響ラウドスピーカの例に関する、６０度の対象範囲のツイータ周波数応答及び結果として生じる水平軸外音響応答の例を示す。
【図２４】可変音響ラウドスピーカの例のツイータ６０度のビームに関する、正規化されたビーム形成フィルタの位相応答の例を示す。
【図２５】可変音響ラウドスピーカの例に関する、ビーム形成、同等化、及び交差を含む、組み合わされた中音域フィルタ応答の例を示す。
【図２６】可変音響ラウドスピーカの例に関する、ビーム形成、同等化、及び交差を含む、組み合わされたツイータ応答の例を示す。
【図２７】可変音響ラウドスピーカの例に関する組み合わされたシステム音響応答の例を示す。
【図２８】可変音響ラウドスピーカの例に関する狭いビーム＋／−３０度に関する３次元システム放射プロットの例を示す。
【図２９】可変音響ラウドスピーカの例に関する幅広いビーム＋／−６０度に関する３次元システム放射プロットの例を示す。
【図３０】可変音響ラウドスピーカの例に関するビーム形成の例示的プロセスを示す。
【図３１】様々な実施形態の１つ以上の態様を実装するように構成されているコンピューティングシステムの概念的ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書中に開示されるが、開示された実施形態は、様々なかつ代替の形式で具現化され得る発明の単なる例であることが理解されよう。図は必ずしも縮尺通りではなく、一部の特徴は、特定の構成要素の詳細を示すために誇張または最小化され得る。したがって、本明細書に開示される具体的な構造的及び機能的詳細は、限定するものではなく、単に当業者が本発明を様々に採用するのに教示するための代表的な基礎として解釈されたい。
【０００８】
想到される実施形態は、概して、ドライバの配列を有する可変音響ラウドスピーカ（ＶＡＬ）を駆動する際に使用されるデジタル信号処理に関する。いくつかの実施形態では、ドライバの配列は、音波ビームが様々に異なる方向に形作られる及び進むことを可能にする円筒形状に配置され得る。ドライバの配列は、例えば、限定することなく、ツイータ、中音スピーカ、ウーファ、及び／またはサブウーファを含み得る。多くの例が大体円筒状である一方、ドライバ配列の異なる配置または軸を使用し得ることを留意されたい。
【０００９】
デジタルビーム形成フィルタは、ラウドスピーカの配列と併せて実装され得る。例えば、好ましい方向に音響エネルギーを強めることによって、ビームを形成する。ビームを選択可能な標的方向または角度に進ませることができる。左チャネル及び右チャネルの両方のビームを形成することによって及びビームを適切に指向することによって、２つのビームの交差は、イメージングに関するスイートスポットを形成し得る。ある例では、異なるビーム幅は、ユーザによって選択可能であり得、異なるスイートスポットサイズを可能にする。したがって、ドライバの配列を使用することによって、ＶＡＬは、任意の部屋で（及び部屋処置なしで）働く垂直角度、水平角度、及び斜角で精密に制御可能な指向性をもたらすように設計され得る。
【００１０】
ＶＡＬは、空間指向性機能及びその周波数依存性の独立制御を実施し得る。本明細書に詳細に説明されるように、ＶＡＬは、集束したスイートスポットと拡散音（パーティモード）との比を伴うリスニングエリアの調整可能サイズと、正確な指向性パターンを適合させることによる声及び楽器の自然音と、望まない部屋反射による拡散なしのステレオパノラマにおける音声オブジェクトの自然イメージと、音場の３６０度全部の球体制御と、異なるチャネルを異なるビームに割り当てることによる部屋に別個の音ゾーンを作る能力と、（側壁反射を使用する）単一のスピーカによるマルチチャネルの再生と、（例えば、４０Ｈｚ〜２０ＫＨｚの範囲内で）サイドローブなしで、低周波数に下がるまで少なくとも２０ｄＢだけの後部エネルギーの抑制と、超指向性ビーム形成技術に起因するエンクロージャ寸法よりも大きい波長におけるコンパクトサイズのかなりスケーリング可能なビーム制御とを提供し得る。
【００１１】
以前のラウドスピーカと比較すると、本開示では、反復する方法は、米国特許出願公開第２０１３／００５８５０５号「Ｃｉｒｃｕｌａｒ  Ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ  Ａｒｒａｙ  Ｗｉｔｈ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ  Ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ」と題されるもの（その全体が参照により本明細書に組み入れられる）に説明されるような空間フーリエ解析に基づく解析手法とは対照的に、測定データに基づいてビーム形成に適用される。本方法の利点は、フィルタ周波数応答にわたって、高精度、広帯域化、直接制御が挙げられ、空間内の任意の形状及び周波数を規定することができることである。加えて、ラウドスピーカは、デジタル交差フィルタを使用して円筒状ビーム形成配列を垂直アレイと組み合わせるだけによる水平制御のみとは対照的に、全球体制御を提供し得る。デジタル交差フィルタは、米国特許第７，９９１，１７０号「Ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ  Ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ  Ｆｉｌｔｅｒ」と題されるもの（また、その全体が参照により本明細書に組み入れられる）に詳細に説明される。
【００１２】
図１は、可変音響ラウドスピーカ１０２の例１００を示す。第１のＶＡＬ１０２Ａは実用試作機で示され、第２のＶＡＬ１０２Ｂは製品実現品として示される（まとめて、ＶＡＬ１０２と称される）。ＶＡＬ１０２の全体形状は、大体円筒状であり、トランスデューサの配列がその周りで均一に分布する。高周波ドライブ１０４の１つまたは２つの列（例えば、それぞれ、１２ツイータ）を伴う中央ツイータセクションは、中音域の列１０６（例えば、６または８個のドライバ）の１つまたは２つのペアと、低周波数トランスデューサの２つのペアを使用する随意的サブウーファセクション１０８とが脇にあり、各々、前方及び後方に放射する。各セクション（例えば、ツイータ１０４のセクション、中音域１０６のセクション、及び低周波数１０８のセクション）は、専用周波数帯で個別の水平ビーム制御を提供する。垂直制御を最適な交差設計によって達成し、交差周波数の選択によって変わり得る。
【００１３】
ビーム形成は、好ましい方向に音響エネルギーを指向するために使用され得る技術である。図１に示される例等のＶＡＬ１０２は、音響ビーム形成を使用して、ＶＡＬ１０２に関する音場を形成し得る。
【００１４】
下記に説明されるように、プロセッサ（例えば、デジタル信号プロセッサ／ＣＯＤＥＣ構成要素）は、ビーム形成用の信号処理を提供する。信号プロセッサに対する入力は、モノラルチャネルまたは左右のステレオチャネルを含み得る。信号プロセッサからの出力は複数のチャネルを含み得、当該出力は、ビームを各ドライバから指向するように様々なフィルタリング及び混合動作に基づくコンテンツを含む。
【００１５】
ビーム形成の目的のために、周波数帯を別個に取り扱い得る。ある例では、ラウドスピーカは、別個に、高周波数、中音域周波数、及びバス周波数を扱い得る。具体的な可能性として、高周波数は１２チャネルの信号プロセッサから２４つのツイータに出力され得る。中音域周波数は８チャネルの信号プロセッサから８個の中音域ドライバに出力され得る。バス周波数は２つのチャネルの信号プロセッサから４つのバスドライバに出力され得る。別の例では、ラウドスピーカは、２方向であり得、高周波数及び低周波数を別個に扱い得る。
【００１６】
図２は、トランスデューサの配置及び距離のさらなる詳細の例２００を提供する。例２００に示されるように、ツイータ配列１０４の中心線は中音域配列１０６の中心線から７１ミリメートル（ｍｍ）にあり、中音域配列１０６の中心線は低周波数配列１０８の中心線から１６０ミリメートル（ｍｍ）にある。加えて、例２００では、ツイータ配列１０４の直径は１７０ｍｍであり、ツイータ中心間の間隔は４３ｍｍである。
【００１７】
図３は、システムの制御デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）によって行われる処理のシステムブロック図３００を提供する。図３００に示されるように、フィルタ長を短くすために及び処理電力を節約するために、入力は１／８にサブサンプリングされるサブウーファセクションに関するサブサンプラに提供され得る。サブサンプラは、低域交差フィルタＨＣ＿ＬＯＷが後に続き、次に、各々、前方サブウーファ及び後方サブウーファを供給するビーム形成フィルタＨ１及びＨ２のペアが続く。上側及び下側トランスデューサは、概して、同じフィルタの各々の増幅器出力に並列に及びそれに接続される。
【００１８】
中音域セクション及びツイータセクションは、トランスデューサの数に対応する、必要であるより大きい数のビーム形成フィルタがあることを除いて、同様に動作する。示されるように、入力は、また、１／２倍にサブサンプリングされる中音域セクションに関するサブサンプラに提供され得る。サブサンプラは、帯域通過交差フィルタＨＣ＿ＭＩＤが後に続き、次に、中音域配列１０６のドライバを供給するビーム形成フィルタＢ０．．．ＢＮのセットが続く。入力は、高域通過交差フィルタＨＣ＿Ｈに、次に、ツイータ配列１０４のドライバに供給されるビーム形成フィルタＢ０．．．ＢＭのセットに、供給される。トランスデューサのペアは、水平な対称ビームが所望される場合及びトランスデューサ許容値を無視することができる場合、同じフィルタに接続され得ることを留意されたい。
【００１９】
異なる可聴周波数を選択的にフィルタリングすることによって、ビーム形成を達成する。異なるフィルタを入力チャネルに適用することによって、違った出力チャネルが生成され、円筒配列で異なるドライバに送られる。当該出力における「回転マトリックス」は、所望角度までビームを回転させるために、ビーム形成フィルタ出力を異なるトランスデューサに再割り当てすることを可能にする。例えば、ビームを再指向するために、配列のドライバに対するフィルタ出力は、単に、適切な数の位置だけシフトする。この順応性を得るために、フィルタ出力を各ドライバに直接接続する代わりに、回転マトリックスまたは混合マトリックスは、配列のドライバへの接続前にフィルタの出力を調整するために使用される。
【００２０】
図３Ｂは高周波ビーム形成に使用される長さ２５６の４つの有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ（Ｆ１〜Ｆ４）の例３００Ｂを示す。示されるフィルタはフィルタの４つのバンクを含み、フィルタバンクのそれぞれ１つは異なるビーム幅に対応する。４つのフィルタバンクの１つは、ビーム幅パラメータ∈｛１，２，３，４｝に基づいてツイータ配列に対して選択され得る。ビーム幅は下記にさらに詳細に説明される。
【００２１】
図３Ｃは１２個のツイータチャネルに対する４つの高周波フィルタの出力のルーティングの例３００Ｃを示す。１２個のツイータドライバの例は、図にあるように配列され及び番号付けられる。ビーム角は０度であり、図の下に向いている。ボックスは、この構成の各ドライバに送られるフィルタ出力を示す。この場合、ノード１はヘッドと言われる。
【００２２】
その例では、０度でビームを生成するために、４つのフィルタ出力は、例３００Ｃに示されるように、１２個のチャネルに送られる。スピーカユニットは、前方に向くドライバ番号１と並んでいることが想定される。フィルタＦ１はドライバ＃１に向かう。フィルタＦ２は、ドライバ＃１に隣接するチャネル（ドライバ＃１２及び＃２）に送られる。フィルタＦ３及びＦ４は、同様に対称的に送られる。
【００２３】
図３Ｄは標的角度に対するビームの再配向３００Ｄの例を示す。例３００Ｄでは、ビームの再配向の角度は、前向きで反時計回りであるように示されるが、これは任意であり、他の基準を使用することもあり得る。例示的な図が当該配列の１２個の等距離のドライバを含むので、当該配列の各ドライバは前のドライバから３０度オフセットされる。したがって、信号３０度を回転させるために、フィルタ出力は１つの位置だけシフトすることになる。ビームがｎ×３０度だけ回転する場合、ヘッド及びフィルタマッピングはｎ個のノードだけ前進する。ある例では、信号を９０度回転させるために、フィルタ出力は３つの位置だけシフトする。それを行うために、Ｆ１出力はツイータ＃４を駆動するために回転し得、Ｆ２出力はツイータ＃３及び＃５を駆動するために回転し得る等が行われる（Ｆ１の出力を含有するドライバは、ヘッドドライバと称され得る）。線形補間のスキームを使用して、周囲のフィルタを混合することによって、３０度の倍数ではない角度を達成する。ある例では、ドライバ間のオフセット量未満である残りの角度（この例では、３０度オフセット）を算出し、ひいては、補間によって調整され得る。
【００２４】
図３Ｅは、中間周波数ビーム形成に使用される長さ２５６の５つのＦＩＲ応答フィルタ（Ｆ１〜Ｆ５）の例３００Ｅを示す。高周波フィルタを用いて説明されるものと同様に、示される中間周波数フィルタはフィルタの４つのバンクを含み、フィルタバンクのそれぞれ１つは異なるビーム幅に対応する。
【００２５】
図３Ｆは８個の中音域チャネルに対する５つの中間周波数フィルタの出力のルーティングの例３００Ｆを示す。示されるように、８個の中音域ドライバは、図にあるように配列され及び番号付けられる。初期設定のビーム角は０度であり、図の下に向いている。ボックスは、この構成の各ドライバに送られるフィルタ出力を示す。この場合、ノード１はヘッドと言われる。例３００Ｆは、また、角度に関する例示的な反時計回りの慣例を使用する。ここで、８個のドライバがあるので、１つのノードをシフトすることによって、４５度の変化をもたらす。また、上記に説明されるようなものと同様に、線形補間によって周囲のフィルタを混合することによって、４５度の倍数ではない角度を達成する。
【００２６】
フィルタバンクの１つの選択に関して上記に言及されたように、ＶＡＬ１０２は４つの異なるビームサイズをサポートする。ツイータ周波数及び中間周波数に関して、サイズ毎にフィルタの異なるセットがある。しかしながら、低音処理に関して、異なるスキームを使用する。２つの低音チャネルだけがある。一方は前方に向いている２つのウーファに送信され（ビーム＃１）、他方は後方に向いている２つのウーファに送信される（ビーム＃２）。固定されたままの２つの５１２のタップＦＩＲフィルタがある。各チャネルの出力は線形混合によって決定され、その線形混合の係数はビーム角度及びビーム幅の関数である。
【００２７】
図３Ｇは、（２つのバイカッドを通過した後の）各々の５１２のタップフィルタの伝達関数を表すＨ１及びＨ２を示す。説明されるようなアルゴリズムは、いくつかの指向性を、約８５Ｈｚを下回る可聴周波数に与えることを可能にする。数学的に考察すると、
【数１】
2019530302.tif 000003
式中、ａは、ビーム幅に応じて、０、０．１５、０．３、または０．７５のうちの１つであり、θは、ビーム角の度数である。
【００２８】
ツイータドライバ及び中音域ドライバの円形配置は、ビームがフィルタ出力の円形シャッフルによって粗野な様式で進むことを可能にする。１２個のツイータ及び８個の中音スピーカの例では、ツイータビームは、３０度の増分だけ、この様式で移動することができ、中音域は４５度の増分だけ移動することができる。この順応性を得るために、フィルタ出力を各ドライバに直接接続する代わりに、混合マトリックスまたは回転マトリックスを使用する。フィルタの出力とドライバへの入力との間における回転マトリクスが図３に見られ得る。
【００２９】
図３Ｈは０度の角度に関するツイータ回転マトリクス３００Ｈの例を示す。図３Ｃに対応するように、マトリクス３００Ｈに見られ得るように、ドライバ１はフィルタＦ１から出力を受信するヘッドドライバである一方、ヘッドドライバが脇にあるドライバは、次に連続するフィルタから出力を受信する。
【００３０】
図３Ｉは９０度の角度に関するツイータ回転マトリクス３００Ｉの例を示す。マトリクス３００Ｉに見られ得るように、ドライバ４はフィルタＦ１から出力を受信するヘッドドライバである一方、ヘッドドライバが脇にあるドライバは、次に連続するフィルタから出力を受信する。
【００３１】
図３Ｊは９０度〜１２０度の角度に関するツイータ回転マトリックス３００Ｉの例を示す。高品質の制御を達成するために、隣接ドライバに対する「中間」角度の部分的関係に基づいて、線形補間を使用し得る。
【００３２】
図３Ｄに戻って参照すると、ツイータビームに対して９０度〜１２０度である角度ａｎｇが示される。それに応じて、残りの角度θは（ａｎｇ  ｍｏｄｕｌｏ  ３０）として定義され得る。重み付け係数α及びβはθから定義される。数学的に説明すると、ｈｅａｄ＝１＋ａｎｇ  ｄｉｖ  ３０、式中、θ＝ａｎｇ  ｍｏｄｕｌｏ  ３０、β＝θ／３０、及びα＝１−βである。例証される例では、描写されたビーム角度に関してｈｅａｄ＝４、式中、低インデックスはαによって重み付けられ、高インデックスはβによって重み付けられる。したがって、回転マトリクス３００Ｉと比較すると、回転マトリクス３００Ｊでは、１ｓはαに代わり、それに代わるノードエントリが０からβに変わっている。
【００３３】
図４は、可変音響ラウドスピーカの例に関する垂直交差フィルタ及び受動ツイータフィルタの例４００を示す。垂直ビーム制御に関して、ＶＡＲ１０２は、図２及び図４に示されるようなツイータ、中音スピーカ、及びウーファの対称配列を適用することによって垂直軸外角度で大体一定の指向性を達成し得る。交差フィルタの設計のさらなる態様は、上記で言及されるような米国特許第７，９９１，１７０号で見つけられ得る。
【００３４】
減衰係数ａは、以下のように、垂直軸外角度αで音響応答Ｈに関して規定されることができる。
【数２】
2019530302.tif 000004
式中、例えば、ａ＝０．２５、α＝４５°である。交差関数
【数３】
2019530302.tif 000005
を用いると、
【数４】
2019530302.tif 000006
式中、
【数５】
2019530302.tif 000007
はポイントソースのペアに関するモデルであり、音響波長は
【数６】
2019530302.tif 000008
であり、ｃ＝３４６ｍ／ｓｅｃ（音速）であり、
【数７】
2019530302.tif 000009
は、各々、中音スピーカとツイータペアとの間の距離をモデル化するものである。
【００３５】
方程式（１）から、交差関数
【数８】
2019530302.tif 000010
を以下のように算出することができる。
【数９】
2019530302.tif 000011
【００３６】
図５は、上記の公式を使用して設計される、図４に示される３方向交差の例５００を示す。交差フィルタは、交差伝達関数ｗ（ｆ）から導出されており、そのさらなる態様は、上記に言及されたような米国特許第７，９９１，１７０号で見つけられ得る。
【００３７】
図６は、１つまたは２つのツイータの列を有する可変音響ラウドスピーカの例に関する垂直応答６００の例を示す。トレース６０２が示すように、ＶＡＬ１０２は、ツイータが引き継がれる点である、最大約３ＫＨｚまで一定の指向性だけを達成し得る。これは、図１のＶＡＬ１０２Ａに及び図４に示されるように、ツイータの第２の列を第１の列の近くに追加することによって改善することができる。第２のツイータ列は、１次交差Ｈ＿Ｌｐを使用して、ローパスフィルタ信号によって供給される。図４の概略図４０４でモデル化されたように、このフィルタは、単に、直列接続及びバイパスコンデンサＣ（一般的に、５〜１０ｕＦ）で実現されることができる。トレース６０４は、約３０ｍｍの垂直距離で第２のツイータ列を追加することによって、一定の指向性を最大１０ＫＨｚまで拡張することができることを示している。
【００３８】
低周波数で水平ビーム制御に関して、エンクロージャサイズを小さく維持するために及びトランスデューサの数を制限するために、ある周波数点を上回る既定の後方減衰を伴う固定のカーディオイド状ビームパターンは、中間周波数帯及び高周波数帯でより複雑なパターンの代わりに利用され得る。
【００３９】
図７は、可変音響ラウドスピーカ１０２の例に関するカーディオイドウーファ機能ブロック図７００の例を示す。ある例では、図７に示されるような図２のウーファのペアは、ウーファ間の定義された距離ｄで、共有の密閉エンクロージャに内蔵されている。無響室内のテスト用マイクロホンは、マイクロホンＨＳ２に対面するウーファのトランスデューサ応答を測定し、次に、反対のウーファＨＳ１からの応答を測定するために使用され得る。したがって、ウーファフィルタＨ１及びＨ２のペアは、他方の側で音圧を最大にしながら、一方の側で音圧を最小にする目的で設計され得る。これらの条件を用いて、下式を計算する。
【数１０】
2019530302.tif 000012
【００４０】
方程式（６）及び（７）から、以下のようなフィルタ伝達関数が生じる。
【数１１】
2019530302.tif 000013
【００４１】
例えば、Ｈｒｅａｒ＝０．０５（−２０ｄＢ）、Ｈｆｒｏｎｔ＝１の値が設定され得る。さらに、ゲインを制限し、フィルタの前提条件を調整するために、帯域制限周波数点ｆ１＝８０Ｈｚ、ｆ２＝３００Ｈｚが導入され得、以下のように設定され得る。
【数１２】
2019530302.tif 000014
【００４２】
次に、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタは、逆フーリエ変換及び時間領域ウィンドウイングによって取得されることができる。フィルタの次数は、一般的に、小さいサイズのウーファのエンクロージャ及び（８０．．．３００）Ｈｚの帯域幅に関して１Ｋを下回る。
【００４３】
図８は、２つのウーファフィルタ間の位相差の周波数応答８００を示す。図９は、ログ振幅の周波数応答Ａ１，２＝２０ｌｏｇ｜Ｈ１，２｜と、その下に、前方及び後方に結果として生じる音響応答とを示す。係る設計を使用して、低周波数で必要なゲインを低く及び同一に維持し、それによって、十分なダイナミックレンジを維持しながら、約１００Ｈｚを上回る２０ｄＢの減衰を達成し得る。１００Ｈｚを下回ると、全方向放射に対するスムーズな移行がある。
【００４４】
中間周波数及び高周波数における水平ビーム制御に関して、音源に内蔵される角半径αの短い長方形膜を伴う半径αの長い円筒の周りの水平角φにおける遠距離場音圧Ｐは、（Ｅａｒｌ．Ｇ．Ｗｉｌｌｉａｍｓ、Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ（１９９９年）に説明されるように）以下のように算出されることができる。
【数１３】
2019530302.tif 000015
式中、
【数１４】
2019530302.tif 000016
左式は、第１種
【数１５】
2019530302.tif 000017
のハンケル関数の導関数である。
【数１６】
2019530302.tif 000018
は波数である。
【数１７】
2019530302.tif 000019
は、高精度に算出される項数である（１つの一般的な例では、Ｋ＝３０）。
【００４５】
図１０は、可変音響ラウドスピーカ１０２の例の円筒状エンクロージャの算出された極応答１０００の例を示す。より具体的には、図１０は、各々、ｆ＝２ＫＨｚ及びｆ＝８ＫＨｚにおいて、半径
【数１８】
2019530302.tif 000020
のトランスデューサ及び半径
【数１９】
2019530302.tif 000021
の円筒に関して結果として生じる応答を示す。例証される例では、ビーム形成をサポートする十分な後方減衰（例えば、２０ｄＢ）は超短波だけで達成し得ることを見ることができる。低周波数において、トランスデューサの配列は、本開示の範囲である最適なビーム形成フィルタとともに採用される必要がある。
【００４６】
ある例では、４つのビームパターンａｔ１〜ａｔ４は以下のように定義され得る。
【数２０】
2019530302.tif 000022
別々の角度（αｋ＝［０  １５  ３９  ４５  ６０  ９０  １２０  １５０  １８０］度、ｋ＝１〜９）で、デシベル単位での減衰を規定している。当該パターンは、各々、図１１〜図１２に示されるように、対象範囲の角度６０度、１２０度、１８０度、２４０度を伴う「空間フィルタ」として解釈されることができる。
【００４７】
図１１は、可変音響ラウドスピーカ１０２の例に関する６０度及び１２０度の対象範囲の規定の空間フィルタ１１００の例を示す。図１２は、可変音響ラウドスピーカ１０２の例に関する１８０度及び２４０度の対象範囲の規定の空間フィルタ１２００の例を示す。
【００４８】
図１３は、未加工の及び平滑化された、様々な水平角の下で測定された中音域周波数応答１３００の例を示す。開示されたビーム形成フィルタ設計は、無響室で音響測定によって取り込まれるデータに基づいている。トレース１３０２は、１５度のステップにでの角度（１５度．．．１８０度）で、図１のＶＡＬ１０２Ａの６つの中音域トランスデューサのペアの１つに関する測定のセットを示す。下側及び上側トランスデューサはペアで接続される。１つのトランスデューサのペアを測定することによって及びソフトウェア制御ターンテーブル上のラウドスピーカを回転させることによって、結果を取得する。
【００４９】
データは、特に、音源＞１２０度の反対側（影がある側）の角度において円筒の表面上の反射に起因する強い変動を示す。当該反射は、表面上の２次的な発信源の機能を果たす隣接のトランスデューサによって生じ、音波回折を生じさせる。さらなる処理に関するデータを準備するために、平滑化アルゴリズムが適用され、平滑化アルゴリズムは、位相情報を保存しながら、データを平滑化する。はじめに、別々の複素周波数応答
【数２１】
2019530302.tif 000023
、ｋ＝１．．．Ｎ、大きさ
【数２２】
2019530302.tif 000024
及びアンラップ位相
【数２３】
2019530302.tif 000025
が算出され、次に、大きさ及び位相値のそれぞれは、可変長のウィンドウにわたるその平均値に代わる。
【数２４】
2019530302.tif 000026
及び
【数２５】
2019530302.tif 000027
式中、ブロック長Ｎ＝２０４８であり、ｓ＝（１．０１．．．１．２０）：平滑化の所望量に応じた係数（一般的には、ｓ＝１．１）
平滑化周波数応答を
【数２６】
2019530302.tif 000028
として再構成することができる。
【００５０】
トレース１３０４は、平滑化後の大きさのプロットを示す。
【００５１】
図１４は、可変音響ラウドスピーカの例に関する、モデル化及び測定された中音域周波数応答の比較１４００の例を示す。それに基づいて、方程式（１２）に従って、平滑化及び測定された予測応答間で良好な一致があることを見ることができる。
【００５２】
ビームフィルタは、以下のセクションで概要を説明するように、反復的に設計される。
【００５３】
図１５は、可変音響ラウドスピーカの例に関するフィルタＢ０〜Ｂ３を伴う中音域ドライバのレイアウト１５００の例を示す。中音域ドライバのレイアウト１５００では、ひとつの前方ドライバはフィルタＢ０に接続され、＋／−６０度のドライバのペアの両方はフィルタＢ１によって供給され、＋／−１２０度の別のドライバのペアはＢ２に接続され、後方ドライバはＢ３に接続される。
【００５４】
以下の基本手順を少なくとも４つのドライバを伴う任意の対称ドライバレイアウトに適用し得る。空間分解能を増加させるために、任意の数のドライバペアを追加することができる。
【００５５】
測定及び平滑化された複数周波数応答（１４）をマトリクス形式で記載することができる。
【数２７】
2019530302.tif 000029
【００５６】
周波数のインデックスはｉであり、ＮはＦＦＴ長であり、Ｍは、区間［０．．．１８０］度の角度測定の数である。実際には、ツイータに関してＮ＝５１２及び中音域に関してＮ＝２０４８であり、１５度のステップの場合、Ｍ＝１３が選ばれる。
【００５７】
Ｒ個のドライバの配列（ここで、Ｒは偶数）は、０度の１つの前方ドライバと、１８０度の１つの後方ドライバと、角度
【数２８】
2019530302.tif 000030
に位置するドライバペア
【数２９】
2019530302.tif 000031
とを含む。目標は、ドライバペアに接続される
【数３０】
2019530302.tif 000032
個のビーム形成フィルタ
【数３１】
2019530302.tif 000033
と、後方ドライバに関する追加フィルタ
【数３２】
2019530302.tif 000034
との設計である。
【００５８】
最初に、測定された周波数応答はドライバ周波数応答を消去するために、前面応答に対してゼロよりも大きい角度で正規化される。この正規化は後で、ドライバ同等化の形式で最終フィルタを設計するときに戻す。
【数３３】
2019530302.tif 000035
【００５９】
以下のフィルタ設計の反復は、別個に周波数点毎に働く。周波数のインデックスは、下式を定義する利便性のために消去され得る。
【数３４】
2019530302.tif 000036
この式では、別々の角度
【数３５】
2019530302.tif 000037
で測定及び正規化された周波数応答のように定義される。
【００６０】
放射相称円筒形状エンクロージャ及び同一のドライバを仮定すると、配列の周波数応答
【数３６】
2019530302.tif 000038
は、同じオフセット角度を全てのドライバに適用することによって、角度
【数３７】
2019530302.tif 000039
で算出されることができる。
【数３８】
2019530302.tif 000040
【００６１】
スペクトルフィルタ値
【数３９】
2019530302.tif 000041
は、２次誤差関数を最小にすることによって、反復的に取得されることができる。
【数４０】
2019530302.tif 000042
【００６２】
【数４１】
2019530302.tif 000043
は、ビーム形状またはビーム対象範囲を規定する目的関数（１３）の１つであり得、例えば、
【数４２】
2019530302.tif 000044
である。その代わりに、他の目的関数が選ばれ得る、または、異なる周波数帯に関する異なる目的関数が選ばれ得る、この場合、ｔは周波数に依存するようになる（
【数４３】
2019530302.tif 000045
）。
【００６３】
（１９）のパラメータａは、選ばれた入力パラメータである。以下のように、アレイゲインを規定する。
【数４４】
2019530302.tif 000046
【００６４】
これは、設計に関する目的条件の１つである。アレイゲインは、アレイが１つの単体トランスデューサと比較してどのくらい大きく再生するのかを規定する。１よりも大きくなるはずであるが、トランスデューサの数Ｒの合計よりも大きくなることができない。超指向性ビーム形成に必要なある程度の音キャンセルを可能にするために、アレイゲインはＲ未満であるが、１よりもかなり大きくなるはずである。
【００６５】
Ｑは、角度目的点の数（例えば、方程式（１３）のＱ＝９）。
【００６６】
【数４５】
2019530302.tif 000047
は、より高精度が、特定の近似点と対別との比において要求される場合に使用されることができる重み関数である（通常、
【数４６】
2019530302.tif 000048
）。
【００６７】
最適化される変数は、周波数インデックス毎に
【数４７】
2019530302.tif 000049
の複素フィルタ値であり、
【数４８】
2019530302.tif 000050
である。着目帯域の第１の周波数点で始まり（
【数４９】
2019530302.tif 000051
、例えば、
【数５０】
2019530302.tif 000052
）、開始解として
【数５１】
2019530302.tif 000053
として設定し、次にその後、最終点に到達するまで毎回、インデックスをインクリメントすることによって算出する（
【数５２】
2019530302.tif 000054
、例えば、
【数５３】
2019530302.tif 000055
）。
【００６８】
実部及び虚部の代わりに、大きさ
【数５４】
2019530302.tif 000056
及び位相
【数５５】
2019530302.tif 000057
は、変数として非線形最適化ルーチンに使用されることができる。
【００６９】
この有界の非線形最適化問題を標準ソフトウェア、例えば、Ｍａｔｌａｂ最適化ツールボックスの一部である関数「ｆｍｉｎｃｏｎ」で解くことができる。以下の境界は
【数５６】
2019530302.tif 000058
最大許容フィルタゲインとして適用されることができ、入力パラメータ
【数５７】
2019530302.tif 000059
によって規定される、ある計算された周波数点から、計算された点の次のものまでの強度値に関する下限及び上限が求められる。
【数５８】
2019530302.tif 000060
結果として生じる周波数応答の平滑度を制御するために計算される。
【００７０】
中音スピーカの例では、図１６〜図１８は、図１の例の中音域ドライバの結果を示す。中音域の例に関するパラメータは次のとおりである。
【表１−１】
2019530302.tif 000061
【表１−２】
2019530302.tif 000062
【００７１】
図のフィルタＢ１．．．Ｂ３はビーム形成フィルタであるが、軸上応答Ｂ０に対して正規化される。
【数５９】
2019530302.tif 000063
【００７２】
図１６は、可変音響ラウドスピーカ１０２の例に関する、１８０度の対象範囲の中音域周波数応答及び結果として生じる水平軸外音響応答の例１６００を示す。例１６００に示されるように、かなり平滑な軸外応答を実現することができる。
【００７３】
図１７は、可変音響ラウドスピーカ１０２の中音域１８０度のビームに関する、正規化されたビーム形成フィルタの位相応答の例１７００を示す。図１８は、可変音響ラウドスピーカ１０２の例に関する、６０度の対象範囲の中音域周波数応答及び結果として生じる水平軸外音響応答の例１８００を示す。例１９００は、ビーム形成フィルタ間の一般的な広域周波数依存位相オフセットを記録したものである。例１８００の狭いビームにより、約２０ｄＢの後方減衰がサイドローブなしで達成されていることを裏付ける。
【００７４】
図１９は、可変音響ラウドスピーカ１０２の中音域６０度のビームに関する、正規化されたビーム形成フィルタの位相応答１９００の例を示す。
【００７５】
図２０は、可変音響ラウドスピーカ１０２の例に関するフィルタＢ０〜Ｂ６を伴うツイータドライバのレイアウトの例２０００を示す。上述に概要が説明された基本手順から２つの逸脱がある。最初に、本システムは、合計１２個のツイータの中から前方７個のものだけを使用する。後方ツイータは、ビーム回転の目的のためだけに使用される（図３参照）。第２に、別個のフィルタは、右側（Ｂ１．．．Ｂ３）と左側（Ｂ４．．．Ｂ６）との比に関して計算される。
【００７６】
図２１〜図２４は結果を示す。図２１は、可変音響ラウドスピーカ１０２の例に関する、１８０度の対象範囲のツイータ周波数応答及び結果として生じる水平軸外音響応答の例を示す。図２２は、可変音響ラウドスピーカ１０２の例のツイータ１８０度のビームに関する、正規化されたビーム形成フィルタの位相応答２２００の例を示す。図２３は、可変音響ラウドスピーカ１０２の例に関する、６０度の対象範囲のツイータ周波数応答２３００及び結果として生じる水平軸外音響応答の例を示す。図２４は、例示的可変音響ラウドスピーカ１０２のツイータ６０度のビームに関する、正規化されたビーム形成フィルタの位相応答２４００の例を示す。ツイータの例に関するパラメータは次のとおりである。
【表２】
2019530302.tif 000064
【００７７】
グラフは、再度、かなり平滑に制御された指向性が可聴周波数帯全体を通して達成されることができることを示す。
【００７８】
システムインテグレーション及び結果に関して、交差フィルタ、ビーム形成フィルタ、及びドライバ同等化を１つのフィルタＦｒに組み合わせることができる。
【数６０】
2019530302.tif 000065
式中、
Ｂｒは、方程式（２３）に従って、正規化されたビーム形成フィルタである。
Ｈｃは、図３及び図４の交差フィルタの１つである（方程式５参照）。
Ｈ０は、ドライバの音響周波数応答である。
交差フィルタを統合する利点は、その帯域制限特性があることが挙げられる。組み合わせられたフィルタは、より安定するようになり（インパルス応答がすぐにゼロに収束する）、それによって、フィルタ長及び複雑性が減少する。
【００７９】
図２５は、可変音響ラウドスピーカ１０２の例に関する、ビーム形成、同等化、及び交差を含む、組み合わされた中音域フィルタ応答２５００の例を示す。図２６は、可変音響ラウドスピーカ１０２の例に関する、ビーム形成、同等化、及び交差を含む、組み合わされたツイータ応答２６００の例を示す。
【００８０】
図２７は、軸外に水平に０度、６０度、及び１２０度で、図１の可変音響ラウドスピーカの例に関する組み合わせられた音響応答２７００を示す。
【００８１】
図２８及ぶ図２９は、＋／−３０度の対象範囲の狭い幅（１３のａｔ１）及び＋／−６０度の対象範囲の広い幅（ａｔ３）を伴い、図１の可変音響ラウドスピーカの例に関する一連の十分な球体制御音響測定２８００、２９００を表示する。
【００８２】
図３０は、可変音響ラウドスピーカ１０２の例に関するビーム形成の例示的プロセス３０００を示す。ある例では、本プロセスは、上記に説明された概念を使用して、可変音響ラウドスピーカ１０２によって行われ得る。３００２において、可変音響ラウドスピーカ１０２は入力チャネルを受信する。ある例では、入力は、デジタル信号プロセッサによって処理される可変音響ラウドスピーカ１０２に提供され得る。いくつかの例では、入力チャネルはモノラルチャネルを含み得る一方、いくつかの例では、ステレオチャネル、またはより多くのチャネルは可変音響ラウドスピーカ１０２に提供され得る。
【００８３】
動作３００４において、可変音響ラウドスピーカ１０２は、第１の範囲の周波数に関する第１の複数の出力チャネルを生成する。ある例では、少なくとも図３及び図３Ｂに関して説明されるように、有限入力応答フィルタのセットは、デジタル信号プロセッサによって使用され、高周波数ビーム形成に使用される複数の出力チャネルを生成し得る。３００６において、可変音響ラウドスピーカ１０２は、第１の回転マトリクスを使用して、標的角度で音声コンテンツの第１のビームを生成する。ある例では、少なくとも図３、図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｈ、図３Ｉ、及び図３Ｊに関して説明されるように、４つの高周波数フィルタの出力は、標的角度で１２個のツイータチャネルに送られ得る。例えば、図３に示されるように、３００８において、可変音響ラウドスピーカ１０２は、音声コンテンツの第１のビームをスピーカ要素の第１の配列に適用する。ある例では、スピーカ要素の第１の配列は、図１及び図２に示されるように、ツイータ配列１０４のドライバである。
【００８４】
動作３０１０において、可変音響ラウドスピーカ１０２は、第２の範囲の周波数に関する第２の複数の出力チャネルを生成する。ある例では、少なくとも図３及び図３Ｅに関して説明されるように、有限入力応答フィルタのセットは、デジタル信号プロセッサによって使用され、中間周波数ビーム形成に使用される複数の出力チャネルを生成し得る。３０１２において、可変音響ラウドスピーカ１０２は、第２の回転マトリクスを使用して、標的角度で音声コンテンツの第２のビームを生成する。ある例では、少なくとも図３、図３Ｆ、図３Ｈ、図３Ｉ、及び図３Ｊに関して説明されるように、５つの中間周波数フィルタの出力は、標的角度で８個の中音域チャネルに送られ得る。例えば、図３に示されるように、３００８において、可変音響ラウドスピーカ１０２は、音声コンテンツの第２のビームをスピーカ要素の第２の配列に適用される。ある例では、スピーカ要素の第１の配列は、図１及び図２に示されるように、中音域配列１０６のドライバである。
【００８５】
図３１は、様々な実施形態の１つ以上の態様を実装するように構成されている音声システム３１００の概念的ブロック図である。示されるように、音声システム３１００は、コンピューティングデバイス３１０１と、１つ以上のスピーカ３１２０と、１つ以上のマイクロホン３１３０とを含む。コンピューティングデバイス３１０１は、プロセッサ３１０２と、入出力（Ｉ／Ｏ）デバイス３１０４と、メモリ３１１０とを含む。メモリ３１１０は、データベース３１１４と相互作用するように構成されている音声処理アプリケーション３１１２を含む。
【００８６】
プロセッサ３１０２は、データを処理するように及び／またはプログラムコードを実行するように構成されている処理デバイスの任意の技術的に実現可能な形態であり得る。プロセッサ３１０２は、例えば、限定することなく、システムオンチップ（ＳｏＣ）、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等を含み得る。プロセッサ３１０２は１つ以上の処理コアを含む。動作中、プロセッサ３１０２はコンピューティングデバイス３１０１のマスタープロセッサであり、他のシステム構成要素の動作を制御及び連携する。
【００８７】
入出力デバイス３１０４は、入力デバイスと、出力デバイスと、入力を受信すること及び出力を提供することの両方が可能であるデバイスとを含み得る。例えば、限定することなく、入出力デバイス３１０４は、スピーカ（複数可）３１２０、マイクロホン（複数可）３１３０、リモートデータベース、他の音声デバイス、他のコンピューティングデバイス等にデータを送信する及び／またはそれらからデータを受信する有線または無線通信デバイスを含み得る。
【００８８】
メモリ３１１０は、メモリモジュール、またはメモリモジュールの群を含み得る。メモリ３１１０の内部の音声処理アプリケーション３１１２は、コンピューティングデバイス３１０１の機能全体を実装するために、ひいては、全体として、音声システム３１００の動作を連動するために、プロセッサ３１０２によって実行される。例えば、限定することなく、１つ以上のマイクロホン３１３０を介して獲得したデータは、１つ以上のスピーカ３１２０に伝達される音パラメータ及び／または音声信号を生成するために、音声処理アプリケーション３１１２によって処理され得る。音声処理アプリケーション３１１２によって行われる処理は、例えば、限定ではなく、フィルタリング、統計分析、ヒューリスティック処理、音響処理、及び／または他の種類のデータ処理及び分析を含み得る。
【００８９】
スピーカ（複数可）３１２０は、コンピューティングシステム３０００及び／またはコンピューティングシステム３０００と関連付けられる音声デバイス（例えば、電力増幅器）から受信される１つ以上の音声信号に基づいて音声を生成するように構成されている。マイクロホン（複数可）３１３０は、音響データを周辺環境から獲得するように及び音響データに関連付けられる信号をコンピューティングデバイス３１０１に伝達するように構成されている。次に、マイクロホン（複数可）３１３０によって獲得された音響データは、スピーカ（複数可）３１２０によって再現される音声信号を判定及び／またはフィルタリングするために、コンピューティングデバイス３１０１によって処理され得る。様々な実施形態では、マイクロホン（複数可）３１３０は、例えば、限定することなく、差動マイクロホン、圧電マイクロホン、光マイクロホン等を含む音響データを獲得することが可能である任意の種類のトランスデューサを含み得る。
【００９０】
概して、コンピューティングデバイス３１０１は、音声システム３０００の動作全体を連動させるように構成されている。他の実施形態では、コンピューティングデバイス３１０１は、音声システム３０００の他の構成要素に、結合されながらも切り離され得る。係る実施形態では、音声システム３０００は、周辺環境から獲得したデータを受信する及びデータをコンピューティングデバイス３１０１に伝達する分離したプロセッサを含み得、コンピューティングデバイス３１０１は、パーソナルコンピュータ、音声ビデオ受信機、電力増幅器、スマートフォン、ポータブルメディアプレイヤー、ウェアラブルデバイス等の分離したデバイスに含まれ得る。しかしながら、本明細書に開示される実施形態は、音声システム３０００の機能を実装するように構成されている任意の技術的に実現可能なシステムを想到したものである。
【００９１】
様々な実施形態の説明は、例証の目的で提示されているが、包括的に、または開示される実施形態に限定されることが意図されていない。多くの修正及び変形例は、説明される実施形態の範囲及び主旨から逸脱することなく当業者には明白である。
【００９２】
本実施形態の態様は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具現化され得る。従って、本開示の態様は、全体的にハードウェア実施形態、全体的にソフトウェア実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）、または全て一般的に「モジュール」もしくは「システム」と称され得るソフトウェア及びハードウェア態様を組み合わせる実施形態の形態をとり得る。さらに、本開示の態様は、１つ以上のコンピュータ可読媒体（複数可）（それに具現化されるコンピュータ可読プログラムコードを有する）に具現化されるコンピュータプログラム製品の形態をとり得る。
【００９３】
１つ以上のコンピュータ可読媒体（複数可）の任意の組み合わせを利用し得る。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体であり得る。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、限定ではないが、電子、磁気、光、電磁気、赤外線、もしくは半導体のシステム、装置、もしくはデバイス、または任意の前述の好適な組み合わせであり得る。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例（網羅的ではないリスト）は、１つ以上の通信回線を有する電気的接続、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記憶デバイス、磁気記憶デバイス、または前述の任意の好適な組み合わせを含むであろう。本文書の文脈において、「コンピュータ可読記憶媒体」は、命令実行システム、装置、またはデバイスによって使用される、またはそれらと接続するプログラムを含有または記憶することができる任意の有形媒体であり得る。
【００９４】
本開示の態様は、本方法の実施形態に従った方法、装置（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート図及び／またはブロック図を参照して上記に説明されている。フローチャート図及び／またはブロック図の各ブロック、及びフローチャート図及び／またはブロック図のブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実施され得ることが理解される。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータのプロセッサ、専用コンピュータ、または機械を製造するための他のプログラム可能データ処理装置に提供され得、それにより、コンピュータまたは他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介して実行する命令は、ブロックまたは複数のブロックのフローチャート及び／またはブロック図に規定される機能／行為の実施を可能にする。係るプロセッサは、限定ではなく、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、アプリケーション特有プロセッサ、またはフィールドプログラム可能プロセッサであり得る。
【００９５】
図のフローチャート及びブロック図は、本開示の様々な実施形態に従ったシステム、方法、装置、及びコンピュータプログラム製品の可能である実施態様のアーキテクチャ、機能、及び動作を示す。この点で、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、規定された論理関数（複数可）を実装するための１つ以上の実行可能命令を含むモジュール、セグメント、またはコードの一部を表し得る。また、いくつかの代替実施態様では、ブロックで留意される機能は、図で留意される順序とは違う順序で起こり得ることを留意されたい。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際に、実質的に同時に実行され得る、または、ブロックは、時々、含有される機能に応じて、逆の順序で実行され得る。また、ブロック図及び／またはフローチャート図の各ブロック、及びブロック図及び／またはフローチャート図のブロックの組み合わせは、規定の機能もしくは行為、または特殊目的ハードウェア及びコンピュータ命令の組み合わせを行う特殊目的ハードウェアベースシステムによって実施され得ることを留意される。
【００９６】
例示的な実施形態が上記に説明されるが、これらの実施形態が本発明の全ての可能な形式を記載することは意図されない。むしろ、明細書で用いられた単語は限定ではなく説明のための単語であり、発明の精神及び範囲から逸脱することなく多様な変更が成され得ることが理解される。加えて、様々な実装実施形態の特徴は組み合わされて本発明のさらなる実施形態を形成し得る。
【図１】
2019530302.tif 000066
【図２】
2019530302.tif 000067
【図３】
2019530302.tif 000068
【図３Ｂ】
2019530302.tif 000069
【図３Ｃ】
2019530302.tif 000070
【図３Ｄ】
2019530302.tif 000071
【図３Ｅ】
2019530302.tif 000072
【図３Ｆ】
2019530302.tif 000073
【図３Ｇ】
2019530302.tif 000074
【図３Ｈ】
2019530302.tif 000075
【図３Ｉ】
2019530302.tif 000076
【図３Ｊ】
2019530302.tif 000077
【図４】
2019530302.tif 000078
【図５】
2019530302.tif 000079
【図６】
2019530302.tif 000080
【図７】
2019530302.tif 000081
【図８】
2019530302.tif 000082
【図９】
2019530302.tif 000083
【図１０】
2019530302.tif 000084
【図１１】
2019530302.tif 000085
【図１２】
2019530302.tif 000086
【図１３】
2019530302.tif 000087
【図１４】
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【図１５】
2019530302.tif 000089
【図１６】
2019530302.tif 000090
【図１７】
2019530302.tif 000091
【図１８】
2019530302.tif 000092
【図１９】
2019530302.tif 000093
【図２０】
2019530302.tif 000094
【図２１】
2019530302.tif 000095
【図２２】
2019530302.tif 000096
【図２３】
2019530302.tif 000097
【図２４】
2019530302.tif 000098
【図２５】
2019530302.tif 000099
【図２６】
2019530302.tif 000100
【図２７】
2019530302.tif 000101
【図２８】
2019530302.tif 000102
【図２９】
2019530302.tif 000103
【図３０】
2019530302.tif 000104
【図３１】
2019530302.tif 000105
【国際調査報告】
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