JP2005218092A - ラウドスピーカ列システム - Google Patents

Abstract

【課題】 さまざまな物理的な大きさのドライバを含み、垂直及び水平の両平面の大領域に渡り所定で一定の指向性を達成することができるラウドスピーカシステムを提供すること。
【解決手段】 本発明は、コンパクトなラウドスピーカ構成を提供するマルチチャンネル・ラウドスピーカシステム及びディジタル信号処理領域において作動するフィルター設計方法論である。更に、ラウドスピーカシステムはさまざまな物理的な大きさのドライバを含むように設計することができ、垂直および水平の両平面における広い領域に対して前述の一定の指向性を達成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般にマルチウェイ・スピーカシステムに関する。特に高品質の音響を達成できる多数のドライバの配列より成るマルチウェイ・スピーカシステムに関する。

（関連技術）
オーディオ周波数範囲における高品質のラウドスピーカは、一般に可聴周波帯域に対する専用部品を使った複数の特殊ドライバを使用する、例えば、ツイター（一般に２ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）と、中音域ドライバ（一般に２００Ｈｚ〜５ｋＨｚ）と、ウーファー（一般に２０Ｈｚ〜１ｋＨｚ）である。放散された音響の波長と比較し得る専門ドライバの物理的寸法に起因する必要な間隔を開ける必要性のために、ドライバの音響出力は、ラウドスピーカに対して垂直な１つのライン上だけで（通常いわゆる音響中心で）、意図した平面の、周波数から独立した応答に集約される。その軸外では、周波数応答は、ドライバから空間中の想定された点まで音波が到達する経路長が異なることにより引き起こされる干渉によって多少歪められる。歴史上、円滑な軸外応答を有し、大空間に対する制御された音場を有するラウドスピーカを作り上げるための多くの試みがなされた。
例えば、Ｄ’Ａｐｐｏｌｉｔｏはマルチウェイ・ラウドスピーカのロービングエラー（ｌｏｂｉｎｇ ｅｒｒｏｒｓ）を除去するために幾何学的な方法（即ち、鉛直軸に沿って対称的に配置した中央ツイター及び２つのウーファーを用いた構成）を提案した。数人のラウドスピーカ製造者は、その方法を採用し、更に１つまたは２つの中央ツイターの周辺に対称的に構成された中音域ドライバ及びウーファーの配列を用いてそれを拡張さえした。Ｄ’Ａｐｐｏｌｉｔｏが設計し、Ｄ’Ａｐｐｏｌｉｔｏの手法を採用した製造業者らは、パッシブ（ｐａｓｓｉｖｅ）あるいはアナログクロスオーバー（ａｎａｌｏｇ ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ）回路もしくはディジタル領域でアナログフィルターを代行（ｅｍｕｌａｔｅ）するディジタルフィルターを利用する。アナログあるいはパッシブクロスオーバー回路は、必然的に位相歪を導入する。更に、この設計によって、間隔をあけることは最適でなく、一般的に、理想的な滑らかな応答から軸外逸脱を完全に避けるには大きすぎる結果となる。

代替解決案において、基本設計概念は、大きなバンド遷移を避けるために非常に急峻な、「煉瓦壁（ｂｒｉｃｋ ｗａｌｌ）」有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルターを適用することであり、それによりエラーが聞こえなくなる。しかしながら、可聴な不連続を除けば、関連するドライバ個々の極性の応答は、それでも遷移点で異なり得る。このように、この設計による解決法によっては、可聴範囲の全体にわたって所定の、滑らかな極性の動作を達成することは困難であり得る。
更にもう１つの代替において、Ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａｌは対数的に間隔を置いて配置されたトランスジューサ配列が、非常によく制御された指向性（１次元において広い周波数範囲を通じてほぼ一定である）を達成し得ることを示唆している。この技術の若干の実施形態は、米国特許第６，１２８，３９５号に記載されている。前述の技術と同様に、この設計技法は制約を受けている。なぜなら、（ｉ）対数間隔は、一定の公式だけに従って定められ、（ｉｉ）フィルター設計は、特定の場合に有効なだけであり、（ｉｉｉ）実際の間隔が対数間隔から逸脱する場合、重大なエラーが発生し得て、それは、ドライバの物理的な大きさ、あるいは設計の制約条件に起因して不可避であり得るからである。更に、この設計は、１種類のドライバ（即ち、フルレンジ・ドライバ）に制限され、パブリックアドレス（ｐｕｂｌｉｃ ａｄｄｒｅｓｓ）システムに対する適用を制限している。
米国特許第６，１２８，３９５号

このように、さまざまな物理的な大きさのドライバを含み、垂直及び水平の両平面の大領域に渡り所定で一定の指向性を達成することができるラウドスピーカシステムを提供することによって、従来技術の制約を克服するラウドスピーカ構成及びフィルター設計に対する要求が依然存在する。

（発明の要約）
本発明は、単一の、コンパクトな、線配列ラウドスピーカから高品質の音響を作り出すことができるマルチウェイ・ラウドスピーカ・スピーカシステムであり、それは、典型的な左右及び前後のサラウンドサウンド・チャンネル及び中央チャンネルを有する従来のサラウンドサウンド娯楽システムで利用することが可能である。

１つの実施形態において、線配列は、ドライバのカップリングを防止するために特定のドライバを相互に切り離す密封された区分室を有する単一のハウジングに配置されるか、もしくは単一のユニットとして組立てられた複数のツイターと、中音域ドライバと、ウーファーとを包含する。線配列は、入力から個々のラウドスピーカドライバか、もしくは複数のドライバへのさまざまな信号経路を有する単チャンネル配列であり得る。各々の信号経路は、ディジタル入力から成り、ディジタルＦＩＲフィルター及び単一ドライバもしくは複数ドライバのいずれにかに接続しているパワーＤ／Ａ変換器を含む。

線配列のラウドスピーカドライバの性能と、ポジショニングと、配置は、ラウドスピーカの各々の信号流路の各々のＦＩＲフィルターの係数を決めるフィルター設計アルゴリズムによって決定され得る。費用極小化関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）は、初期ドライバ位置及び初期指向性目標関数を用いて所定の周波数点に適用され、それは関連周波数範囲内の対数目盛上に周波数点を決定する。費用極小化関数のアプリケーションから得られた結果がシステムの性能要件を満たさない場合、ドライバの位置は、次ぎに変更され得、得られた結果がシステム要件を満たすまで、費用極小化関数は再び適用され得る。一旦得られた結果がシステム要件を満たすと、単一信号経路の各々のＦＩＲフィルターの線形位相フィルター係数は、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演算される。

本発明のマルチウェイ・ラウドスピーカは、内蔵のＤＳＰプロセッシングと、Ｄ／Ａ変換器と、増幅器とを含むことができ、ディジタルネットワーク（例えばＩＥＥＥ １３９４標準）に結合し得る。更に、本発明のマルチウエースピーカーシステムは、そのコンパクトな大きさのため壁に取付け可能なサラウンドシステムとして設計され得る。

マルチウェイ・スピーカーシステムは、歪を低化し、高出力操作ができるよう、異サイズのドライバを使用することが可能である。なぜなら、同等の広帯域ドライバの配列に対して、専門ドライバはそれらの専用の周波数帯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、滑らかな軸外応答によって室内応答のより良好な制御を提供することができる。このシステムは、全音響パワーの制御と同様に、更に反射音の周波数応答を制御することが可能であり、それによって、床及び天井反射を抑制する。

本発明のラウドスピーカは、該ラウドスピーカのｘ軸とｙ軸のほぼ交差する位置に設置され１つの中央ドライバと、
該中央ドライバに関するｘ軸とｙ軸の両軸に関し該ラウドスピーカに沿って対称に設置された中央ドライバとサイズの違う少なくとも２つのドライバを有する該ラウドスピーカと、
少なくとも１つのパワーＤ／Ａ変換器からディジタル出力信号をそれぞれ受信する中央ドライバに関し対称に設置されている、該中央ドライバ及び該２つのドライバと、
少なくとも１つのディジタルＦＩＲフィルターを通してフィルターを掛けられているディジタル出力信号と、を備える。

一つの実施形態では、前記中央ドライバはツイターである。

一つの実施形態では、前記少なくとも２つのドライバはウーファーである。

一つの実施形態では、前記少なくとも２つのドライバは中音域ドライバである。

一つの実施形態では、前記中央ドライバから、前記少なくとも２つのドライバより更に遠い点に位置する少なくとも２つの追加ドライバを更に備える。

一つの実施形態では、前記少なくとも２つの追加ドライバはウーファーである。

一つの実施形態では、前記少なくとも２つのドライバはツイターであり、前記ラウドスピーカは更に少なくと２つの追加トランスジューサを含み、前記中央ドライバと少なくとも２つのドライバは、前記中央ドライバに関し対称である前記２つの追加トランスジューサの間に位置する。

一つの実施形態では、前記少なくとも２つの追加トランスジューサは、中音域スピーカである。

一つの実施形態では、前記少なくとも２つの追加トランスジューサは、ウーファーである。

本発明の他のラウドスピーカは、基点として設計されたラウドスピーカ上の１点に位置する中央ツイターと、
該基点に関し対称に位置する少なくとも２つの中音域ドライバであって、該中央ツイターよりサイズの大きい該少なくとも２つの中音域ドライバと、
該少なくとも２つの中音域ドライバよりサイズの大きな、少なくとも２つのウーファーであって、該中央ツイターから該少なくとも２つの中音域ドライバよりもより遠くに位置し、該基点に関し対称に配置された少なくとも２つのウーファーと、を備え、
該中央ツイターと、少なくとも２つの中音域ドライバと、少なくとも２つのウーファーとは、少なくとも１つのパワーＤ／Ａ変換器よりディジタル出力信号を受信し、該ディジタル出力信号は、少なくとも１つのディジタルＦＩＲフィルターを通じフィルターを掛けられている。
一つの実施形態では、前記中央ツイターに関し対称的に配置され、前記中央ツイターと前記少なくとも２つの中音域ドライバとの間に位置する、少なくとも２つの追加ツイターを、更に含む。

一つの実施形態では、前記中央ツイターと、少なくとも２つの中音域ドライバと、前記少なくとも２つのウーファーとが、前記少なくとも２つの追加ウーファーの間に位置するように、前記ラウドスピーカの前記対向縁の近くに位置する少なくとも２つの追加ウーファーを、更に含む。

本発明のさらに他のラウドスピーカは、少なくとも１つの中央ツイターと、
少なくとも２つの追加ツイターであって、該少なくとも２つの追加ツイターの１つは、該中央ツイターのそれぞれの側に位置する少なくとも２つの追加ツイターと、
少なくとも２つの中音域ドライバであって、該少なくとも２つの中音域ドライバの１つは、該少なくとも２つの追加ツイターのそれぞれの側に位置する少なくとも２つの中音域ドライバと、
少なくとも２つのウーファーであって、該少なくとも２つのウーファーの一つは、該少なくとも２つの中音域ドライバのそれぞれの側に位置する少なくとも２つのウーファーとを更に備え、
該少なくとも１つの中央ツイターと、少なくとも２つの追加ツイターと、少なくとも２つの中音域ドライバと、該少なくとも２つのウーファーとは、それぞれ少なくとも１つのパワーＤ／Ａ変換器よりディジタル出力信号を受信し、該ディジタル出力信号は、少なくとも１つのディジタルＦＩＲフィルターを通じフィルターを掛けられている。

本発明の線配列ラウドスピーカ・システムを設計する方法は、
該初期のドライバ位置を決めること、
該システムの該初期指向性目標関数を設定すること、
該初期指向性目標関数に基づき費用最小化関数を適用すること、および
該システムの各フィルターに対する線形位相フィルター係数を演算すること、を包含する。

一つの実施形態では、前記初期ドライバ位置は、前記ラウドスピーカの前記基点に関する座標である。

一つの実施形態では、周波数点は、前記所定の初期指向性目標関数に基づく所定の周波数範囲を有する対数目盛に確立されている。

一つの実施形態では、前記費用極小化は、最低周波数から段階を追って増加始める、前記周波数点で適用された関数である。

一つの実施形態では、前記所望の性能基準値に対し費用極小化関数から得られる結果を確認するステップを更に備える。

一つの実施形態では、前記費用最小化関数から得られた結果が最適でない場合、前記ドライバの前記初期位置を調整すること、
該調整されたドライバ初期位置に基づきドライバの新規初期位置を確立すること、および
該ドライバの新規初期位置に基づき前記コスト最小化関数を再適用すること、を更に備える。

一つの実施形態では、前記フーリエ近似法が、前記線形位相フィルター係数を決定するために利用される。

他のシステム、方法、本発明の機能及び効果は、以下の図及び詳細な説明を参酌することによって当業者にとって明らかであるかまたは明らかになる。全てのこの種の付加的なシステム、方法、機能及び効果は本願記載の中に含まれ、本願発明の範囲内であり、添付の特許請求の範囲によって保護されることを意図している。

（詳細な説明）
本発明は、以下の図面を参照すると良く理解できる。図中の要素は必ずしも縮尺どおりではなく、代わりに発明の原理がはっきりと分かるように強調されている。更に、図中では、異なる図の全体にわたって対応する部分に同種の参照数字が割当てられている。

図１は、本発明の１次元の（１Ｄ）マルチウェイ・ラウドスピーカ１００の実施例及びシステム１００の各々のラウドスピーカドライバに対する信号流のブロック図を示す。図１に示すように、マルチウェイ・ラウドスピーカ１００は、以下を有する６経路としてラウドスピーカを設計し得る：
（ｉ）第１パワーＤ／Ａ変換器１０３に接続している中央ツイター１０２、（ｉｉ）第２パワーＤ／Ａ変換器１０５に接続している２個の付加的ツイター１０４及び１０６、（ｉｉｉ）第３パワーＤ／Ａ変換器１０７に接続している２個の中音域ドライバ１０８及び１１０、（ｉｖ）第４パワーＤ／Ａ変換器１０９に接続している２個の中音域ドライバ１１２及び１１４、（ｖ）第５パワーＤ／Ａ変換器１１１に接続している２個のウーファー１１６及び１１８及び（ｖｉ）第６パワーＤ／Ａ変換器１１３に接続している４つのウーファー１２０、１２２、１２４及び１２６。各々の増幅器に対するラウドスピーカ間の接続は、マルチウェイ・ラウドスピーカの異なる方向を示す。このように、ラウドスピーカは単チャンネルマルチウェイ・ラウドスピーカとして設計し得る。

図（１）において、ドライバ（また、トランスジューサと呼ばれる）はセパレーター１３６、１３８、１４４、１４６、１５０及び１５２によって示されるように、別々の封じられた区分室１２８、１３０、１３２、１３４、１４０、１４２及び１４８によって構成されるハウジング１５４内に設置し得る。別々の封じられた区分室にドライバを設置することによって、隣接したドライバの接続は最小化される。さまざまな区分室が図１に見られるにもかかわらず、ラウドスピーカシステムは完成品に実現されるときに区分室が消費者の目に見えないように設計され得る。ウーファー１２０と１２２を含む区分室１２８は、ウーファー１１６を含む区分室１３２からセパレーター１３６によって切り離され得る。同様に、ウーファー１２６と１２４を含む区分室１３０は、ウーファー１１８を含む区分室１３４からセパレーター１３８によって切り離され得る。区分室１４０及び１４２に含まれる中音域ドライバ１１２及び１１４はそれぞれ、区分室１３２及び１３４からセパレーター１４４及び１４６によってそれぞれ切り離され得る。全てのツイター１０２、１０４、１０６、及び中音域ドライバ１１０と１０８もまた区分室１４８に含まれ得て、セパレーター１５０及び１５２によって、区分室１４０及び１４２から切り離され得る。

図１によれば、中央ツイター１０２、ツイター１０４及び１０６、中音域ドライバ１１０、１０８、１１２、１１４、１１６及び１１８、低周波ウーファー１２０、１２２、１２４及び１２６がｙ軸に沿い線形に、中央ツイター１０２に関して対称的に設置されている。典型的な配置では、外径約４０ｍｍのツイター１０２、１０４及び１０６、外径約８０ｍｍの中音域ドライバ１１０、１０８、１１２、１１４、１１６及び１１８、外径約１２０ｍｍウーファー１２０、１２２、１２４及び１２６を含み得る。典型的には、トランスジューサのコーン寸法は、所望のアプリケーション及び所望の配列サイズに基づいて異なり得る。更に、トランスジューサはネオジ鉄系（ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ）磁石を利用し得るが、記載されているアプリケーションがその特定の種類の磁石を利用することは必要でない。

中央ツイター１０２は、ｘ軸とｙ軸との交点である中心点０においてｙ軸上に設置し得る。ツイター１０４及び１０６は、その中心を中心点から約＋／−４０ｍｍの位置に設置し得る。中音域ドライバ１１０及び１０８は、その中心を中心点０から約＋／−１１０ｍｍの位置に設置し得る。中音域ドライバ１１２及び１１４は、その中心を中心点から約＋／−２２０ｍｍの位置に設置し得る。次に、低周波ウーファー１１６及び１１８は、その中心を中心点から約＋／−３５０ｍｍの位置に設置し得る。低周波ウーファー１２０及び１２４は、その中心を中心点から約＋／−５２０ｍｍの位置に設置し得る。次に、低周波ウーファー１２２及び１２６は、その中心を中心点から約＋／−８６０ｍｍの位置に設置し得る。

図１はまた、マルチウエー・ラウドスピーカーシステムの信号流のブロック図１６０を示す。図１が信号流の６つの方向１６２、１６４、１６６、１６８、１７０及び１７２を示する一方、チャンネルは２個以上の方向に分け得る。信号流は、標準インタフェースフォーマット（例えばＳＰＤＩＦまたはＩＥＥＥ１３９４及びそれらの派生体）を使用して実施することがきるディジタル入力１７４を備え得て、図１に示されるようなさまざまな経路または方向を通じてドライバに接続することが可能である。各々の経路即ち方向１６２、１６４、１６６、１６８、１７０及び１７２は、単装もしくは多連装ラウドスピーカドライバのいずれかに接続するディジタルＦＩＲフィルター１７６及びパワーＤ／Ａ変換器１０３、１０５、１０７、１０９、１１１及び１１３を含み得る。パワーＤ／Ａ変換器１０３、１０５、１０７、１０９、１１１及び１１３は、従来のオーディオＤ／Ａ変換器（図示せず）とパワーアンプ（図示せず）とのカスケードとして実現し得る、もしくは直接ディジタル入力を有するクラスＤ（ｃｌａｓｓ−Ｄ）パワーアンプ（図示せず）として実現し得る。ＦＩＲフィルター１７６は、ディジタル信号処理装置（ＤＳＰ）（図示せず）によって実施され得る。ラウドスピーカドライバは、図示されているようなツイター、中音域ドライバまたはウーファー（例えば図示されるそれら）であり得る。

操作において、各々のマルティプルＦＩＲフィルター１７６の出力は多連装パワーＤ／Ａ変換器１０３、１０５、１０７、１０９、１１１及び１１３に接続されており、次に、それらはハウジング１５４の仕切り（ｂａｆｆｌｅ）に設置されている多連装ラウドスピーカドライバ１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２２、１２４及び１２６に供給される。１個以上のドライバ（例えば１２０、１２２、１２４及び１２６）は、パワーＤ／Ａ変換器１１３を含む経路即ち信号経路１６２と並列に結合され得る。

図２は、もう１つの１次元マルチウェイ・ラウドスピーカであり、図１のラウドスピーカと同様であるが、４個に換えて２個の中音域ドライバ、６個に換えて４個のウーファーを包含する。特に、図２は２個の付加的ツイター２０４及び２０６で囲まれた中央ツイター２０２を有する単チャンネル１次元４経路ラウドスピーカ２００を示す。更に、ラウドスピーカ２００は、２個の中音域ドライバ２０８及び２１０及び４個のウーファー２１４、２１６、２１８及び２２０を含む。ツイター２０２、２０４及び２０６、中音域ドライバ２０８及び２１０、並びに４個のウーファー２１４、２１６、２１８及び２２０は、全て中央ツイター２０２に関して対称にｙ軸に沿って直線状に配置されている。

３つの信号経路（図示せず）は、区分室２２６に供給され得る。第１経路は中央ツイター２０２に供給し得、第２経路はツイター２０４及び２０６に供給され得、第３経路は中音域ドライバ２０８及び２１０に供給され得る。区分室２２６のちょうど上下に、（線２２８及び２３０によってそれぞれ示されるセパレーターによって分割され）ウーファー２１４及び２１８並びにウーファー２１６及び２２０をそれぞれ含んでいる区分室２２２及び２２４がある。ウーファー２１４、２１８、２１６及び２２０は、第４経路によって全て供給され得る。

図２にて示されたマルチウェイラウドスピーカの典型的配置は、外径約４０ｍｍのツイター２０２、２０４及び２０６、外径約８０ｍｍの中音域ドライバ２０８及び２１０、並びに外径約１６０ｍｍのウーファー２１４、２１６、２１８及び２２０を含み得る。前述の通り、トランスジューサのコーン寸法は、所望のアプリケーションと所望の配列のサイズに基づき異なり得る。信号経路の数及び特定の種類のドライバの数もまた変更し得る。

中央ツイター２０２は中心点０（図２におけるｘ軸とｙ軸との交点）でｙ軸上に設置し得る。次にツイター２０４及び２０６は、それらの中心が中心点から＋／−約４０ｍｍに設置し得る。

次に、中音域ドライバ２０８及び２１０は、それらの中心が中心点０から＋／−約１１０ｍｍに設置し得る。低周波はウーファー２１４及び２１６は、それらの中心が中心点から＋／−約２４０ｍｍに設置し得る。次に、低周波はウーファー２１８及び２２０は、それらの中心が中心点から＋／−約３８０ｍｍに設置し得る。

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するフィルター設計アルゴリズム３００のフローチャートである。フィルター設計アルゴリズム３００の目的は、ラウドスピーカの各々の信号流路の各々のＦＩＲフィルターの係数を決定することである。以下詳細に示すように、初期ドライバ位置及び初期指向性目標関数が最初に決定される（ステップ３１０）。スピーカ及びドライバの初期位置または設計上の配置構成は、アプリケーションによって異なる多数の変数（例えば、所望のスピーカサイズ、意図したアプリケーションまたは使用、製造上の制約、審美的又は他の製品設計形態）に従って決定される。次に、ドライバ座標は、主軸に沿って各々のドライバに対して規定される。次に、指向性目標関数の初期推測が設定され、それは関連あるインターバル内で対数目盛上に周波数点を確立することを含む。費用関数は、それから所定の周波数点で最小化される（ステップ３１２）。結果がシステムの性能要件を満たさない場合（ステップ３１４）、ドライバの位置は次に変更され、費用極小化関数が再度適用される（ステップ３１６）。このサイクルは結果が要件を満たすまで繰返され得る。一旦結果が要件を満たすと、線形位相フィルター係数が演算される（ステップ３１８）。ドライバを均等化し、位相シフトのために補償し、ビームステアリング（ｂｅａｍ ｓｔｅｅｒｉｎｇ）を改善するため追加演算（ステップ３２０）がまた行われ得る。

第１ステップ３１０において、初期ドライバ位置及び初期指向性目標関数が設定される。前述のように、数、位置、寸法及びドライバのオリエンテーション（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）は、主に製品設計形態によって決定される。一旦オリエンテーションが決定されると、次に初期座標値は、主軸上のＮドライバの初期ドライバ座標ｐ（ｎ）、ｎ＝１．．．Ｎに対して規定され得る。例えば、図１で示した１次元（１Ｄ）の配列において、Ｎ＝１３：ｐ（ｎ）＝［−．８６、−．５２、−．３５、−．２２、−．１１、−．０４、０、．０４．１１、．２２、．３５、．５２、．８６］ｍ（メーター）である。

初期指向性目標関数を決定するには、指向性目標関数Ｔ（ｆ，ｑ）の初期推測が規定されなければならず、指向性目標関数は特定角度ｑでドライバの所望の性能に基づいて決定される。図４は、５つの特定角度ｑで角度従属する減衰の目標関数の実施例の組を示しているグラフである。指向性目標関数は、デシベル（ｙ軸）表記の所望の騒音レベル減衰を特定し、その測定は無響環境においてスピーカから十分に大きい距離（スピーカの大きさより大きい）で、基点（中央ツイター）に対して垂直な線からｑ度離れた角度でのさまざまな周波数で測定可能である。周波数ベクトルｆは、関連するインターバル内（例えば１００Ｈｚ．．．２０ｋＨｚ）の対数目盛上で一組の周波数点（例えば１００）を特定する。

角度ベクトルｑ（ｉ），ｉ＝ｌ，．．，Ｎ_ｑは、最適化が達成される一組の角度を特定する。一方図４は、５個の設定角における指向性対する最初の推測を示す：
（Ｎ_ｑ＝５）：ｑ＝［０，１０，２０，３０，４０］°、
ほとんどの場合、それは２個の角度だけ、すなわち（Ｎ_ｑ＝２）で指向性を特定するのに十分であり得る。この場合、目標とされた指向性は、外側の角度で決定され得る、例えば、４０度、及び０度（軸上でゼロ指向性特定）即ちｑ＝［０，４０］°である。

軸上の目標関数を除き、各々の角度の目標関数は、ｆ＝０のＴ＝０デシベル（ｄＢ）から特定された周波数ｆ_ｃ（例えばｆ_ｃ＝３５０Ｈｚ）の値Ｔ＜０デシベルまで二重対数目盛上で線形に下降しており、その後は一定値を維持する。軸上目標関数４０２は、全周波数範囲に渡り０デシベルで一定のままである。１０度における４０４、２０度における４１０、３０度における４１２及び４０度における４１４の目標指向関数の全てがＴ＝０デシベルで開始し、関数がｆ_ｃに達するまで二重対数目盛上を下降し（図４の３５０Ｈｚで例示される）、それから、残りの解析周波数範囲全体に渡り一定値を維持する。

初期ドライバ位置及び初期指向性目標関数が決定されたあと、次のステップ３１２は、最低の段階的周波数増加量（例えば１００Ｈｚ）から始め、それぞれ、最初の解としての得られた解を次のステップのために使用し、次の方程式を使用することにより所定の周波数ベクトル点ｆで費用関数Ｆ（ｆ）を最小化することである：

以下を使って、

ここで、Ｈ_ｍ（ｎ，ｆ，ｑ）は、軸（角度０）において得られた反応に対する正規化された対象とされたドライバｎ、周波数ｆ及び角度ｑの一組の測定された振幅特性であり、その実施例は図５で示される。図５は、軸に対し正規化されたさまざまな垂直変位角度における、単装ツイターの周波数応答測定結果５００を示す。図５において、ライン５０２は軸上の応答を示し、ライン５０４は１０度で測定された周波数応答であり、ライン５０６は２０度での応答であり、ライン５０８は３０度での応答であり、ライン５１０は４０度で測定された周波数応答であり、全てが１ｋＨｚと２０ｋＨｚとの間の周波数範囲で測定された。

更に、最小化は、チャンネルフィルターの実数値周波数点Ｃ_ｏｐｔ（ｎ，ｆ）を変化することによって実現され、ここにおいてｎはインターバル［０，１］内のドライバ指標で、ｆはインターバル［０，１］内の周波数である。加えて、制約
Ｃ_ｏｐｔ（ｎ，ｆ）＝０、ｆ＞ｆ_ｏ、 ｆ＜ｆ_ｕ
は達成されねばならず、また特定のドライバｎの特性に依存している。例えば、ウーファーの場合上側の作動限界は、ｆ_ｏ＝ｌｋＨｚであり、ツイターの場合下側の作動限界は、ｆ_ｕ＝２ｋＨｚであり、中音域ドライバに対しては、ｆ_ｕ＝３００Ｈｚ、ｆ_ｏ＝３ｋＨｚであり得た。

費用関数を最小化するための前述の手順は、関数（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）「ｆｍｉｎｓｅａｒｃｈ」によって達成し得、それは、Ｔｈｅ Ｍａｔｈ Ｗｏｒｋｓ社によって所有され、配布されるＭａｔｌａｂ（商標登録）ソフトウェアパッケージの一部分である。Ｍａｔｌａｂソフトウェアパッケージの「ｆｍｉｎｓｅａｒｃｈ」関数は、Ｎｅｌｄｅｒ−Ｍｅａｄシンプレックスアルゴリズムまたはそれらの派生物（ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）を使用する。あるいは、制約されたパラメータ範囲上の定義済みグリッドの上の徹底的な探索が適用され得る。他の方法論は、また、費用関数を最小化するために用い得る。

得られた結果と目標間との偏差が十分に小さいか、もしくは特定の設計を適用するため当業者によって決定されるものとして受け入れ可能な場合、線配列の各々の信号経路のＦＩＲフィルター係数が次ぎに得られる。図６は、ｙ軸に沿って決定された図１で示されるものに類似した線配列の受け入れ可能な得られた結果のグラフ６００である。グラフは、図３のステップ３１４を通過した後の得られたフィルター周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ）を示す。通過することとは、結果が要件を満たしたことを意味する。図６において、ライン６０２は、軸上における応答Ｖ（ｆ，ｑ（１））を示し、ライン６０４は１０度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（２））であり、ライン６０６は、２０度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（３））であり、ライン６０８は、３０度における周波数応答Ｖ（ｆ，ｑ（４））であり、ライン６１０は、４０度におけるＶ（ｆ，ｑ（５））の測定された周波数応答であり、全て５０Ｈｚと２０ｋＨｚとの間の周波数範囲で示されている。

図７は、一旦費用極小化関数が適用され、得られた結果が十分に小さいか、もしくは所望のアプリケーションの受容範囲内と判明している図１において示される線配列ラウドスピーカシステムの６つの信号経路の各々の結果として生じる周波数応答Ｃ_ｏｐｔ（ｎ，ｆ）を示すグラフ７００である。Ｌ１または７０２によって表されるラインは、中央チャンネルツイター１０２（図１）に供給する第１信号経路の周波数応答であり、Ｌ２または７０４はツイター１０４及び１０６（図１）に供給する第２信号経路の周波数応答であり、Ｌ３または７０６は中音域ドライバ１１０及び１０８（図１）に供給する第３信号経路の周波数応答であり、Ｌ４または７０８は中音域ドライバ１１４及び１１６（図１）に供給する第４信号経路の周波数応答であり、Ｌ５または７１０はウーファー１１６及び１１８に供給する第５信号経路の周波数応答であり、Ｌ６または８１２はウーファー１２０，１２２、１２４及び１２６を供給する第６信号経路の周波数応答である。

得られた結果と目標との間の偏差が特定の設計アプリケーションで受け入れられない場合、（即ち、またはあまりに大きい場合）、ドライバ位置または幾何学的配置、および／またはパラメータｑ（ｉ）及び目標が関数Ｔ（ｆ，ｇ）のｆｃは（図３を参照）、次に変更されなければならない。一旦変更されると、費用極小化関数は再び適用されなければならず、得られた結果及び目標十分に小さいか、もしくはアプリケーションの許容範囲である結果に成るまで、プロセスは繰り返されなければならない。

図３で示すように、アルゴリズムが目標関数の受容範囲内で結果を得るように、一旦ドライバ位置及びドライバ幾何学的配置が配備されると、各々の信号経路ｎ＝１．．．ＮのＦＩＲフィルター係数が、次に、決定されねばならない（図３のステップ３１８として描かれている）。所与の角度の線形位相フィルターを得るために、ＦＩＲ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）を使用することである。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場合は、近似が十分に正確になるように角度選択をしなければならない。

フーリエ近似法は、関数「ｆｉｒｌｓ」によって達成し得、それはＴｈｅ Ｍａｔｈ Ｗｏｒｋｓ社によって所有され、配布されるソフトウェアパッケージＭａｔｌａｂ（商標登録）の一部分である。費用関数を最小化するために、他のソフトウェアシステムを実行することにより類似の方法論を使用し得る。

図８は、図７のＬ４または７０８と同等である１つの信号経路８０２の周波数応答と共に、ＦＩＲフィルター係数が、前述の方法に従って得られた後の直線位相ＦＩＲフィルター８０４の周波数応答を示すグラフ８００である。

加えて、修正は、一つ以上のドライバの（特にツイター、中音域ドライバで）測定された周波数応答を均等化するために、ＦＩＲフィルターに対し行うことが可能である。この種のフィルター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、それは、前述のように、ＦＩＲフィルター係数を決定する場合に直線位相チャンネルフィルターのインパルス応答に関連付け（ｃｏｎｖｏｌｖｅｄ）されねばならない。更に、ボイスコイル（ドライバの音響中心）は、整列配置され得ない。これを補償するために、ＦＩＲインパルス応答に先行ゼロを加えることによって、適切な遅延をフィルターに組み込むことができる。

更に、次の方程式に従って遅延を、各々のチャンネルに加えることができる：
Δｔ＝ｐ／ｃ・ｓｉｎα、（ｐ＝ドライバ座標、ｃ＝３４５ｍ／秒）
ここにおいて、主音波ビーム（代替として主軸に対して垂直である）は、角度αで所望の方向に向けることができる。

更に、１次元レイアウトの幾何学的配置は、前述のように幾何学的配置を対称形に行うことにより、設計プロセスが２次元で（即ち、ｘ及びｙ軸に沿って）実施されうるように変更可能である。対称性によって、より高いコーナー（ｃｏｒｎｅｒ）周波数以外では、同じ指向性特性はｙ軸（垂直）に沿って生じる。

本発明の各種実施形態が記載されている一方、より多くの実施形態及び実施態様が本発明の範囲内で可能であることは、当業者にとって明らかである。従って、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物を考慮する以外、本発明は限定されてはならない。

基点に対称的にｙ軸に沿って設置される１次元の６経路ラウドスピーカシステムの実施例を示し、システムの各々のラウドスピーカドライバに対する信号流を示すブロック図である。 基点に対称的にｙ軸に沿って設置される９個のラウドスピーカドライバを使用する１次元（１Ｄ）の４経路ラウドスピーカシステムの実施例を示する図である。 ラウドスピーカシステムを設計するために使用するフィルター設計アルゴリズムのフローチャートである。 アングル（ａｎｇｌｅ）従属減衰の指向性目標関数を例示しているグラフである。 さまざまな垂直軸外（ｏｕｔ−ｏｆ−ａｘｉｓ）変位角で単装ツイターの振幅特性の測定値を示すグラフである。 図１で示す、ｙ軸に沿って決定される線配列に類似した線配列の受容可能な得られた結果を示すグラフである。 費用極小化関数適用後の図１で示す線配列設計の信号経路に割当てられたディジタルフィルターの周波数応答を示しているグラフである。 ＦＩＲフィルター係数後が確立され、適用された後の線形ＦＩＲフィルターの周波数応答と共に図７で示す第３信号経路の円滑化された周波数応答を示すグラフである。

符号の説明

１００ マルチウェイ・ラウドスピーカ
１０２ 中央ツイター
１０３ 第１パワーＤ／Ａ変換器
１０４、１０６ 付加的ツイター
１０５ 第２パワーＤ／Ａ変換器
１０７ 第３パワーＤ／Ａ変換器
１０８、１１０ 中音域ドライバ
１０９ 第４パワーＤ／Ａ変換器
１１１ 第５パワーＤ／Ａ変換器
１１２、１１４ 中音域ドライバ
１１３ 第６パワーＤ／Ａ変換器
１１６、１１８ ウーファー
１２０、１２２、１２４、１２６ ウーファー
１２８、１３０、１３２、１３４、１４０、１４２、１４８ 区分室
１３６、１３８、１４４、１４６、１５０、１５２ セパレーター
１５４ ハウジング

Claims (20)

1. 該ラウドスピーカのｘ軸とｙ軸のほぼ交差する位置に設置され１つの中央ドライバと、
   該中央ドライバに関するｘ軸とｙ軸の両軸に関し該ラウドスピーカに沿って対称に設置された中央ドライバとサイズの違う少なくとも２つのドライバを有する該ラウドスピーカと、
   少なくとも１つのパワーＤ／Ａ変換器からディジタル出力信号をそれぞれ受信する中央ドライバに関し対称に設置されている、該中央ドライバ及び該２つのドライバと、
   少なくとも１つのディジタルＦＩＲフィルターを通してフィルターを掛けられているディジタル出力信号と、
   を備える、ラウドスピーカ。
2. 前記中央ドライバはツイターである、請求項１に記載のラウドスピーカ。
3. 前記少なくとも２つのドライバはウーファーである、請求項１に記載のラウドスピーカ。
4. 前記少なくとも２つのドライバは中音域ドライバである、請求項１に記載のラウドスピーカ。
5. 前記中央ドライバから、前記少なくとも２つのドライバより更に遠い点に位置する少なくとも２つの追加ドライバを更に備える、請求項１に記載のラウドスピーカ。
6. 前記少なくとも２つの追加ドライバはウーファーである、請求項５に記載のラウドスピーカ。
7. 前記少なくとも２つのドライバはツイターであり、前記ラウドスピーカは更に少なくと２つの追加トランスジューサを含み、前記中央ドライバと少なくとも２つのドライバは、前記中央ドライバに関し対称である前記２つの追加トランスジューサの間に位置する、請求項２に記載のラウドスピーカ。
8. 前記少なくとも２つの追加トランスジューサは、中音域スピーカである、請求項７に記載のラウドスピーカ。
9. 前記少なくとも２つの追加トランスジューサは、ウーファーである、請求項７に記載のラウドスピーカ。
10. 基点として設計されたラウドスピーカ上の１点に位置する中央ツイターと、
    該基点に関し対称に位置する少なくとも２つの中音域ドライバであって、該中央ツイターよりサイズの大きい該少なくとも２つの中音域ドライバと、
    該少なくとも２つの中音域ドライバよりサイズの大きな、少なくとも２つのウーファーであって、該中央ツイターから該少なくとも２つの中音域ドライバよりもより遠くに位置し、該基点に関し対称に配置された少なくとも２つのウーファーと、を備え、
    該中央ツイターと、少なくとも２つの中音域ドライバと、少なくとも２つのウーファーとは、少なくとも１つのパワーＤ／Ａ変換器よりディジタル出力信号を受信し、該ディジタル出力信号は、少なくとも１つのディジタルＦＩＲフィルターを通じフィルターを掛けられている、ラウドスピーカ。
11. 前記中央ツイターに関し対称的に配置され、前記中央ツイターと前記少なくとも２つの中音域ドライバとの間に位置する、少なくとも２つの追加ツイターを、更に含む、請求項１０に記載のラウドスピーカ。
12. 前記中央ツイターと、少なくとも２つの中音域ドライバと、前記少なくとも２つのウーファーとが、前記少なくとも２つの追加ウーファーの間に位置するように、前記ラウドスピーカの前記対向縁の近くに位置する少なくとも２つの追加ウーファーを、更に含む、請求項１０に記載のラウドスピーカ。
13. 少なくとも１つの中央ツイターと、
    少なくとも２つの追加ツイターであって、該少なくとも２つの追加ツイターの１つは、該中央ツイターのそれぞれの側に位置する少なくとも２つの追加ツイターと、
    少なくとも２つの中音域ドライバであって、該少なくとも２つの中音域ドライバの１つは、該少なくとも２つの追加ツイターのそれぞれの側に位置する少なくとも２つの中音域ドライバと、
    少なくとも２つのウーファーであって、該少なくとも２つのウーファーの一つは、該少なくとも２つの中音域ドライバのそれぞれの側に位置する少なくとも２つのウーファーとを更に備え、
    該少なくとも１つの中央ツイターと、少なくとも２つの追加ツイターと、少なくとも２つの中音域ドライバと、該少なくとも２つのウーファーとは、それぞれ少なくとも１つのパワーＤ／Ａ変換器よりディジタル出力信号を受信し、該ディジタル出力信号は、少なくとも１つのディジタルＦＩＲフィルターを通じフィルターを掛けられている、ラウドスピーカ。
14. 線配列ラウドスピーカ・システムを設計する方法であって、
    該初期のドライバ位置を決めること、
    該システムの該初期指向性目標関数を設定すること、
    該初期指向性目標関数に基づき費用最小化関数を適用すること、および
    該システムの各フィルターに対する線形位相フィルター係数を演算すること、を包含する、方法。
15. 前記初期ドライバ位置は、前記ラウドスピーカの前記基点に関する座標である、請求項１４に記載の方法。
16. 周波数点は、前記所定の初期指向性目標関数に基づく所定の周波数範囲を有する対数目盛に確立されている、請求項１４に記載の方法。
17. 前記費用極小化は、最低周波数から段階を追って増加始める、前記周波数点で適用された関数である、請求項１４に記載の方法。
18. 前記所望の性能基準値に対し費用極小化関数から得られる結果を確認するステップを更に備える、請求項１４に記載の方法。
19. 前記費用最小化関数から得られた結果が最適でない場合、前記ドライバの前記初期位置を調整すること、
    該調整されたドライバ初期位置に基づきドライバの新規初期位置を確立すること、および
    該ドライバの新規初期位置に基づき前記コスト最小化関数を再適用すること、を更に備える、請求項１４に記載の方法。
20. 前記フーリエ近似法が、前記線形位相フィルター係数を決定するために利用される、請求項１４に記載の方法。

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