JP2009543496A - 少なくとも２つのスピーカ装置と、音声コンテンツ信号を処理するための１つのユニットとを有するスピーカシステム - Google Patents

Abstract

スピーカシステムは、少なくとも２つの独立型複合スピーカ装置(1L、1R)を有し、当該複合スピーカ装置はそれぞれ、高い方の周波数範囲の音を再生するための第１のスピーカ(7)の、水平に配向されているアレイ(5)を有するフレーム(3)を備える。当該システムは、低周波数範囲の音を再生するための第２のスピーカ(11)をさらに備える。それらの周波数範囲は、クロスオーバ周波数f_cを有している。第１のスピーカは、それぞれ最大1000mm²の第１の放射面(9)を有し、第２のスピーカは、第２の放射面(13)を有する。各装置(1L、1R)では、各第１の放射面の中央領域(9a)は、第２の放射面の中央領域(13a)から垂直距離ｄで位置決めされ、750≦f_c≦3000Hz、及びd≧2λf_cであり、ここで、λｆ_cはクロスオーバ周波数で再生された音の波長であり、距離ｄは、最小75mmで最大3000mmである。当該システムは、また、音声コンテンツ信号を処理する手段であって、第１のスピーカへ入力する個別の信号を生成し、結果としてスピーカシステムの使用中に、各装置の第１のスピーカのアレイの指向性のある音響信号をもたらす、手段を有する。当該システムは、高い忠実度の品質を有するサウンドを再生することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピーカシステムであって、当該スピーカシステムは、少なくとも２つの独立型スピーカ装置を備え、当該スピーカ装置はそれぞれ、高い方の周波数範囲において音を再生するための少なくとも１つの第１のスピーカのアレイと、低い方の周波数範囲において音を再生するための少なくとも１つの第２のスピーカとを有するフレームを備える、スピーカシステムに関する。

理想的なスピーカは、歪み又は圧縮を生じることなく、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの可聴周波数全域にわたるスペクトルを生成する、非常に小さなパルス点音源（pulsating point source）によってのみ近似することができることが当該技術分野において既知である。単一のフルレンジスピーカは常に、非線形挙動に関する当該スピーカの物理的制約に起因して、性能に関して妥協せざるを得ないという困難を抱えている。このことから、高音質の音声を再生するために、それぞれ特定の周波数範囲において良好に機能する２つのスピーカ、すなわち高い方の周波数範囲において音を再生するための第１のスピーカ（通常、ツイータと呼ばれる）及び低い方の周波数範囲において音を生成するための第２のスピーカ（通常、ウーハと呼ばれる）から成る構成が用いられる。現在の教示によれば、理想的な全音域の点音源に近づけるために、そのような構成におけるスピーカは互いに近接して配置される。しかしながら、そのような複合スピーカ装置は、理想からは程遠く、クロスオーバ周波数の周囲において音響位相、音響レベル及び音響出力が不規則的になり、結果として、再生される音にうなり及び変化が生じるという問題を抱えている。本明細書において、用語「クロスオーバ周波数」は、第１のスピーカの電気的及び／又は機械的及び／又は音響的に減少した音響レベルと、第２のスピーカの電気的及び／又は機械的及び／又は音響的に減少した音響レベルが同じである周波数を意味することに留意されたい。ここで、第１のスピーカ及び第２のスピーカの組み合わせから少なくとも３メートルの距離において測定されるその組み合わせの音圧レベルは概ね釣り合う。

電気フィルタを用いて、スピーカシステムの第１のスピーカ又は第２のスピーカに対して適切な周波数を向けることができ、それゆえ、他の周波数におけるサウンドレベルを低減することができる。

リスナーが把握する特性を改善するために、左右のサウンドチャンネルに加えて複数のサウンドチャンネルを有する多重チャンネル音声システムが既知である。これらのシステムは、消費者の家庭において徐々に一般的になってきている。このような多重チャンネル音声システムの短所は、リスナールームに広範囲にわたって多くの変換器を配置しなければならないことである。さらに、必要となる配線は、常に望ましいものとは限らない。

上述の多重チャンネル音声システムに対する代替形態であって、一般的な家庭の部屋に多くの場合によりよく適する代替形態は、それぞれが、可聴音のビームを生成することができる電気−音響変換器アレイを備える装置を活用することである。このようなアレイ装置は、多重チャンネルの音声入力信号を受信することができ、異なるチャンネルから方向付けられた可聴音ビームを生成して、壁及び／又は天井の境界での反射に補助されて仮想的な音源を生成する。このようなアレイ装置では、入力信号に適用する位相シフト、遅延及び／又は平滑化を用いてビーム処理を実現することができる。このような装置を有する装置は、特許文献１から既知である。この既知のシステムは、電気−音響高周波数変換器アレイの周辺に配置される低周波数変換器を備える。このアレイ装置は、多重音声信号又は多重チャンネル音声入力信号を入力することができ、方向付け可能且つ焦点合わせ可能な可聴音ビームを独立に生成する。

ＰＣＴ国際公開ＷＯ２００４／０７５６０１Ａ１号

家庭用のコンパクト、即ち小型のスピーカアレイシステムは、約１００Ｈｚ〜約２００Ｈｚを下回る可聴周波数範囲をカバーするサブウーハと組合わせて、約１００Ｈｚ〜約２００Ｈｚを超える可聴周波数範囲をカバーする小型の広帯域変換器を必要とする。音声信号の低周波数成分を多くの変換器を用いて効率よくビーム処理するには、変換器アレイの外側の変換器間の最小距離が、再生される音の波長の約半分であることが必要となる。従って、コンパクトアレイシステムでは、ビーム化された音の低中周波数成分を得ることは容易ではない。一方、効率的にビーム処理することができる音声信号の最も高い周波数成分は、アレイ内の隣接する変換器間の距離によって決まる。より正確には、このビーム処理では、変換器間に短い距離が必要とされる。しかし、変換器間の距離は、変換器の横の寸法、一般的には直径によって制限される。低周波数で要求される音圧レベルの点からは、比較的大きい横の寸法を必要とする。このことは、スピーカアレイ装置の変換器間の距離は、ビーム処理される高周波数のサウンド出力を生成するために要求されるほどは小さくすることができないということを意味している。言い換えれば、従来のコンパクトアレイ技術は、それぞれが広帯域をカバーしなければならない変換器を使用するという性能上の妥協である。

本発明の目的は、上述した種類のスピーカシステムを提供することであり、当該スピーカシステムは、既知の同様の装置に対して改善された音質の音を再生することができる。

この目的は、本発明によるスピーカシステムによって達成され、当該スピーカシステムは、少なくとも２つの独立型スピーカ装置を備え、当該スピーカ装置はそれぞれ、高い方の周波数範囲において音を再生するための少なくとも１つの第１のスピーカ（さらにツイータとも呼ばれる）のアレイと、低い方の周波数範囲において音を再生するための少なくとも１つの第２のスピーカ（さらにウーハとも呼ばれる）とを有するフレームを備え、それらの周波数範囲はクロスオーバ周波数ｆ_cを有し、第１のスピーカはそれぞれ、最大１０００ｍｍ²の第１の放射面を有し、第２のスピーカは第２の放射面を有し、各装置において、各第１の放射面の中央エリアは、システムを使用中であるとみなされる場合、第２の放射面の中央エリアから垂直距離である距離ｄで位置決めされ、７５０Ｈｚ≦ｆ_c≦３０００Ｈｚ、及びｄ≦２λｆ_cであり、ここで、λｆ_cはクロスオーバ周波数において再生される音の波長であり、ｄは最小７５０ｍｍ且つ最大３０００ｍｍであり、当該システムは、第１のスピーカに対する個別の信号を生成するためにサウンドコンテンツを処理する手段を含み、結果として、システムの使用中に、各装置の第１のスピーカのアレイの、指向性のある音響信号が生じる。

本発明によるスピーカシステムに適用される方策は、新たな設計思想に基づく。この設計思想は、１つ又は複数の第２のスピーカの音と、複数の第１のスピーカの直接音との間に、ほとんど、又は好ましくは全く干渉があってはならないことを暗示する。これに関連して、本明細書において用語「直接音」は、音源から直に、それゆえ反射することなく、或る特定の場所に達する音を意味することに留意されたい。（上述したように）第２のスピーカの位置を第１のスピーカから、特定の最小距離ｄに配置することによって、干渉を低減することができる。明確にするために、標準的な使用条件では、第１のスピーカは第２のスピーカの上方に配置されることに留意されたい。床のような仕切りの近くに第２のスピーカを配置することによって、それらの場所において拡散音が生成される可能性があり、その場所では、第１のスピーカ及び第２のスピーカの音の周波数が互いに交錯する。これに関連して、本明細書において用語「拡散音」は、音源から或る特定の場所に直に達するのではなく、反射した後に達する音を意味することに留意されたい。

適用される設計思想は、スピーカシステムが、音声再生の質を妥協することなくサウンドコンテンツを効率的に生成することができるということをさらに暗示する。上記で定義されたようなツイータのアレイと、上述の処理手段とを組合わせることによって、本発明によるスピーカシステムは、音声信号の周波数成分を処理して、個別の信号を生成すると共に、これらの信号をツイータに方向付けすることが可能となる。これによって、ツイータのアレイは、異なる音声信号に関して所望の方向へ十分定義された音ビームを生成する。

これに関連して、本発明の本質的な態様は、ビーム化された音の周波数範囲と、ツイータアレイにおけるツイータの周波数範囲とが合致し、それによって音の高音質が保証されることであることに留意されたい。

本発明によるスピーカ装置の音質は、同様の最新のスピーカ装置に対して明瞭度、明澄度及びホログラフィックイメージングの点から改善される。このため、本発明によるスピーカ装置は、音声再生のため、並びにＴＶ、ビデオ及びマルチメディアの音を増幅するための高忠実度装置として適している。それは、多元スピーカ構成に関連する現在の設計及び性能の限界に対する解決策を提供する。

本発明によるスピーカの実用的な実施の形態では、音声コンテンツ信号を処理する手段は、位相シフトユニット、遅延ユニット、及び／又は異なる信号の平滑化ユニットを備える。このようなユニットは、それ自体が既知である。音声信号を生成する方法は、例えば、ＰＣＴ国際公開ＷＯ２００５／０９１６７８Ａ１号、ＰＣＴ国際公開ＷＯ０２／０７８３８８Ａ２号、米国特許第４，３４９，３２８号、及び上述のＰＣＴ国際公開ＷＯ２００４／０７５６０１Ａ１号に記載されている（これら全ての特許文献を参照により本明細書に援用する。）

ＰＣＴ国際公開ＷＯ２００５／０９１６７８Ａ１号には、サラウンドレフトチャンネル及びサラウンドライトチャンネルに関する音信号を処理する方法が記載されている。その方法によって、これらのチャンネルの結果信号の間に、継続的に変化する遅延を生成する。

ＰＣＴ国際公開ＷＯ０２／０７８３８８Ａ２号には、入力信号を獲得し、獲得した入力信号を複数回複製し、複製した入力信号をそれぞれの出力変換器に振り分ける前に当該入力信号のそれぞれを修正し、それによって所望の音場を生成する、方法及び装置が記載されている。この音場は、方向付けられたビーム、焦点あわせされたビーム若しくはシミュレートされた原音を含むことができる。

米国特許４，３４９，３２８号には、一列に、且つ互いに等距離となるように離間して配置された奇数個の変換器を含む複数の変換器ユニットを備える、電気−音響処理が記載されている。これらの変換器は、キャビネットに収容されている。変換器の接続端子は、個々の振幅制御装置を介して電子送信チャンネルに接続される。振幅制御装置は、信号を増幅又は減衰し、位相シフト又は単なる反転動作を行うことができる。この目的を達成するために、振幅制御装置は、増幅器若しくは減衰器、又は、抵抗器のような構成要素によって構成されている。振幅制御装置は、電気−音響処理の変換係数間の比率が特別な関係を形成するように調整されている。

本発明によるスピーカ装置の好ましい一実施の形態は、パラメータ１０００Ｈｚ≦ｆ_c≦２０００Ｈｚ、及びｄ≧３λｆ_cであって、特に１０００Ｈｚ≦ｆ_c≦１５００Ｈｚを有する。

低い方の周波数範囲、すなわち第２のスピーカの周波数範囲は、共振周波数からクロスオーバ周波数までに及ぶ。第２のスピーカは、２０Ｈｚ〜１０ｋＨｚ（典型的には５０Ｈｚ〜５ｋＨｚ）の周波数範囲を有することができる。高い方の周波数範囲、すなわち第１のスピーカの周波数範囲は、クロスオーバ周波数から上に向かって拡張する。第１のスピーカは、５００Ｈｚ〜１００ｋＨｚ（典型的には８００Ｈｚ〜４０ｋＨｚ）の周波数を有することができる。

一対の第２のスピーカ（ウーハ）が部屋の床の近くに配置され、第１のスピーカが第２のスピーカ（ツイータ）の上方に、必要な距離ｄで配置されるステレオ構成を用いて実験が行われた。予想されていたように、再生されるステレオ音像（音楽）が、床の近くのゾーンに位置する低周波数成分と、より高いゾーンに位置する高周波数成分とに分離するのではなく、驚くべきことに、再生される音の周波数成分に関係なく、ステレオ音像は、第１のスピーカの直ぐ下（又は近く）の垂直面内に非常に安定して位置することがわかった。さらに、最も驚くべきことは、明澄度、ステージング、均質性及び透明性の点で、再生される音の音質が極めて高いことであり、それゆえ、本当の意味でのホログラフィックステレオイメージングの感覚が得られたことである。実験の具体的なパラメータは、１ｋＨｚのクロスオーバ周波数、第１のスピーカアレイと第２のスピーカ対との間の１ｍの垂直距離ｄ、及び、それぞれが３０ｍｍの実効的な直径を有するドーム形の膜を有する複数の第１のスピーカを使用することである。

完全を期すために、ここで、ツイータのアレイが現在の原理に従って、すなわち第２のスピーカの近くに取り付けられるが、他のパラメータを変更することなく、且つ同じフィルタ及び同じ構成要素を利用する場合には、その構成の上記のホログラフィック能力が完全に失われることをここに報告する。

ウーハが部屋の床の近くに配置され、ツイータのアレイがウーハの上方に、必要な距離ｄで配置されるモノラル構成では、ステレオ音像を除いて、同様の効果が得られた。

本発明によるスピーカ装置の実用的な一実施の形態は、第１のスピーカの第１の放射面が円形の輪郭を有し、大きくても直径が３５ｍｍであるという特徴を有する。既に上述された理由から、直接放射面は、ドーム形の膜の一部であることが好ましい。実用上の理由から、第２のスピーカは、第１のスピーカのアレイの下に配置される。

通常、第１のスピーカのアレイは、少なくとも本発明によるシステムを使用する間は、実質的に水平に、位置合わせされている。一般的には、アレイの複数の第１のスピーカは一列に配置され、互いに等距離となるように位置合わせすることができる。各スピーカ装置は、２つ以上の第１のスピーカのアレイを設けられることができる。この特徴によって、垂直方向にビーム化することが可能となる。

第１のスピーカの１つ又は複数のアレイは、曲線形状を有することができる。この特徴によって、超高周波信号のビーム化を改善する。

１つのアレイにおける第１のスピーカの数は、好ましくは、少なくとも３つである。３つ以上のスピーカによって、広い周波数範囲での信号のビーム化が可能となる。ツイータ間距離を最適化することが可能となる。

本発明によるシステムの好ましい実施の形態は、請求項２〜１２に記載され、明確にされている。

本発明はさらにスピーカハウジングに関する。このハウジングは、原理的には、先行する段落において説明されたものと同じ認識に基づいており、特に、１つ又は複数の第２のスピーカが、両方の種類のスピーカから放出される音の間に全く干渉がないか、又は最小限の干渉しかないような距離で、第１のスピーカの１つ又は複数のアレイに対して配置されなければならないという課題、及び第１のスピーカへ入力する個別の信号を生成するために音声コンテンツを処理する手段を適用し、結果として第１のスピーカの１つ又は複数のアレイからステレオサウンドビームを放出するという課題に基づく。

本発明によるスピーカハウジングは、高い方の周波数範囲において音を再生するための第１のスピーカの少なくとも１つのアレイと、低い方の周波数範囲において音を再生するための第２のスピーカとを備え、その周波数範囲は、クロスオーバ周波数ｆ_cを定義し、第１のスピーカのアレイはハウジングの第１の面、好ましくは正面に配置され、各第１のスピーカは最大１０００ｍｍ²の第１の放射面を有し、第２のスピーカはハウジングの第１の面ではない第２の面に位置決めされ、第２の放射面を有し、各第１の放射面の中央エリアは、少なくとも使用中に第２の放射面の中央エリアに対して垂直距離ｄで位置決めされ、７５０Ｈｚ≦ｆ_c≦３０００Ｈｚであり、好ましくは１０００Ｈｚ≦ｆ_c≦２０００Ｈｚであり、特に１５００Ｈｚ≦ｆ_c≦２０００Ｈｚであり、１５０ｍｍ≦ｄ≦１０００ｍｍであり、第１のスピーカへ入力する個別の信号を生成するために、音声コンテンツ信号を処理する手段が提供され、結果として、使用中に、第１のスピーカのアレイから指向性のある音響信号をもたらす。

本発明によるスピーカハウジングは、スピーカシステムを参照して上述した本発明の利点と同様の利点を有する。

本発明によるスピーカハウジングの好ましい実施の形態、及びこのハウジングの実施態様のための好ましいパラメータが、請求項１４〜２２に記載され、明確にされている。本発明のスピーカハウジングの、特有で具体的な驚くべき特徴は、第１のスピーカが直接音場を与えるために用いられ、第２のスピーカ（複数可）が拡散音場、すなわち反射後に得られる音場を与えるために用いられることである。

本発明は、本発明によるシステムによって形成されるスピーカ構成を設けられるか、又は本発明によるハウジングを有する、音声装置及び／又はビデオ装置にも関する。そのスピーカハウジングは、装置そのもののハウジングであってもよく、又は一種のサブハウジングであってもよい。上述したような原理が適用される結果として、本発明による装置の音質は最高級のレベルを有する。本明細書に関連して、ビデオ装置はモニタであってもよい。

さらに、本発明は、独立型スピーカ装置に関し、本発明によるシステムでの使用に合わせて設計及び構成されている。この独立型スピーカ装置は、請求項２４に規定されている。

独国実用新案第８３ ０４ ８３２号は、ＴＶ装置におけるスピーカ構成を開示していることに留意されたい。この既知の構成は、モノラルサウンドを再生する場合に２つ以上のスピーカを含み、ステレオサウンドを再生する場合に３つ以上のスピーカを含む。詳細には、その既知の構成は、高周波スピーカと、サブウーハと呼ばれる低周波スピーカとを備え、且つ任意選択で中間周波スピーカを備える。高周波スピーカ、及び存在する場合中間周波スピーカは、ＴＶ装置の正面部分から放射し、一方、サブウーハは、４０Ｈｚ〜２００Ｈｚ又は３００Ｈｚの周波数範囲を有し、空気孔を利用して、ＴＶ装置の背面又は底面から放射する。したがって、既知のＴＶ装置において適用される既知のスピーカ構成は、本発明による装置において適用されるスピーカ構成による音の態様とは、ほとんど似ていない。

さらに、独国実用新案第１６ ８７ ８８８号は、高周波サウンドシステム及び低周波スピーカ又は広帯域システムを設けられるスピーカボックスを開示していることに留意されたい。高周波サウンドシステムは、正面からだけでなく、後方のような他の方向においても、約１０００Ｈｚ以上の周波数を有する音を放射するように設計及び構成される。このため、適用される高周波サウンドシステムは、複数の放射面を有するという固有の特徴を有する。特に、この特徴によって、その既知のスピーカボックスは、本発明によるスピーカ構造と本質的に異なる。

特許請求の範囲を参照して、特許請求の範囲において規定されるような特徴の種々の組み合わせが可能であり、本発明の範囲内にあることが意図されていることに留意されたい。

本発明の上述した目的、特徴及び利点、並びに他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な例示的な説明を添付の図面と合わせて読むと、容易に明らかになるであろう。

本発明によるスピーカシステムのスピーカ装置の一実施形態を表す概略図である。 本発明によるスピーカシステムのスピーカ装置の一実施形態を表す概略図である。 本発明によるスピーカシステムのスピーカ装置の一実施形態を表す概略図である。 本発明によるスピーカシステムのスピーカ装置の一実施形態を表す概略図である。 本発明によるスピーカシステムのスピーカ装置の一実施形態を表す概略図である。 本発明によるスピーカシステムのスピーカ装置の一実施形態を表す概略図である。 本発明によるスピーカシステムのスピーカ装置の一実施形態を表す概略図である。 本発明によるスピーカシステムのスピーカ装置の一実施形態を表す概略図である。 本発明によるスピーカシステムのスピーカ装置の一実施形態を表す概略図である。 ＴＶセットに適用される、本発明によるスピーカハウジングに関する一実施形態の概略的な正面図である。 本発明による装置の一実施形態の概略的な正面図を示したものである。 本発明によるスピーカシステムの一実施形態によるスピーカ及び処理ユニットの配置を示すブロック図を示したものである。

図１を参照すると、２つの独立型複合スピーカ装置１Ｌ、及び１Ｒの配置が示されている。これらの複合スピーカ装置は、それぞれ左右に位置し、また、床４ａ及び壁４ｂを有する部屋内に存在する仮想リスナー１００の前方に位置する。各スピーカ装置１Ｌ、１Ｒはフレーム３を有し、フレーム３は、ボックス３ａ、及び、例えばロッド状の形態の軸部３ｂを備える。軸部３ｂの下端は、ボックス３ａに固定されている。ボックス３ａは、床４ａ等のような面上へ配置するためものものである。各軸部３ｂの上端は、高い方の周波数範囲の音を再生するツイータ（第１のスピーカ）７のアレイを設けられる。各ツイータ７は、第１の放射面９を有する。各ボックス３ａは、低い方の周波数範囲の音を再生する、第２の放射面１３を有するウーハ（第２のスピーカ）１１を設けられる。

ウーハは既知のウーハとすることができる。ツイータ７は、たとえばドーム形の膜を有する従来の市販のツイータとすることができるが、その実効放射面の直径が最大３５ｍｍであり、それよりも小さいことが好ましいという付加的な条件を伴う。この例では、各ツイータ７の実効放射面の直径は３０ｍｍである。この例では、スピーカ構成のクロスオーバ周波数ｆ_cは１．５ｋＨｚである。ツイータ７の周波数範囲は９００Ｈｚ〜３０ｋＨｚであり、ウーハ１１の周波数範囲は６０Ｈｚ〜５ｋＨｚである。ツイータ７とウーハ１１との間に最小限必要とされる距離、すなわち、各装置１Ｌ、１Ｒのツイータ７の中央エリア９ａからウーハ１１の中央エリア１３aまで測定される垂直距離ｄは、クロスオーバ周波数において再生される音の波長λｆ_cの少なくとも２倍であり、すなわち、別の表記では、ｄ≧２λｆ_cである。この例では、ｄは９００ｍｍである。

一般に知られているように、クロスオーバ周波数における波長λｆ_cは、空気中の音速（約３４０ｍ／ｓ）をクロスオーバ周波数ｆ_cで割った商によって求めることができ、すなわち、別の表記では、λｆ_c＝〜３４０／ｆ_c（ｉｎ ｍ）である。

図１に示すシステムのアレイ５は、実質的に水平に配向されている。図３において例として示されるように、各スピーカ装置１Ｌ、１Ｒに、ツイータ７の２つ以上のアレイを設けることができる。また、図５において例として示されるように、各スピーカ装置１Ｌ、１Ｒに、１つ以上のウーハ１１を設けることもできる。これに関連して、本発明の範囲内では、ウーハ１１を有せず、ひいては、ツイータの１つ又は複数のアレイのみを有する独立型スピーカ装置に適用することさえ可能であることに留意されたい。この場合、１つ又は複数の独立型ウーハが設けられる。

本発明によるシステムは、ツイータ７に入力する個別の信号を生成する、音声コンテンツ信号処理手段を設けられる。これによって、指向性のある音響信号を放射することが可能となる。図１０に、このような音声コンテンツ信号処理手段の例を図式的に示す。図１に示すように、装置１Ｌのツイータ７のアレイ５は、サラウンド左音声ビームＢ_L1並びに左前方及び中央音声ビームＢ_L2を生成することができる。装置１Ｒのツイータ７のアレイ５は、対応するビーム、すなわち、サラウンド右音声ビームＢ_R1並びに右前方及び中央音声ビームＢ_R2を生成することができる。

図２〜図５、図６Ａ〜図６Ｃ、及び図７の実施形態に関連する以下の記述においては、図１の実施形態における同様の部分に対応する部分に関して、原則として同じ参照符号が用いられ、一方、独立型複合スピーカ装置に関連する実施形態も、符号１によって示されることに留意されたい。

図２に開示される実施形態は、基部３ａ及び軸部３ｂを有する。基部３ａは、面、特に床上に配置するための足１０を設けられる。基部３ａは、上記の面に垂直に配置される放射面１３を有するウーハ１１を収容する。軸部３ｂは、３つのツイータ７を有するアレイ５を支える。各ツイータ７は、スピーカ装置の前方に位置するリスナーに向かって音を放射するために、軸部３ｂに平行に配置される放射面９を設けられる。

図３に開示される実施形態は、軸部３ｂに対して垂直に配向される第２の放射面１３を有するウーハ１１を収容する基部３ａを有する。

本実施形態では、独立型スピーカ装置１は、フレーム、すなわち軸部３ｂを備え、これは、それぞれが第１の放射面９を有する、ツイータ７の３つのアレイ５ａ、５ｂ、５ｃを支える。アレイ５ａのツイータ７の放射面９の中央領域９ａとウーハ１１の放射面１３との間の垂直距離は、本明細書で規定される必要距離ｄである。

図４に開示されている実施形態は、矩形のボックス状の構造体によって構成されると共に、５つのツイータ７のアレイ５とウーハ１１とを収容する支持体またはフレーム３を有する。

図５に示す実施形態は、５つのツイータ７のアレイと、３つのウーハ１１又は３つのウーハ１１のアレイとを備える。

図６Ａに開示される実施形態は、５つのツイータ７のアレイ５と１つのウーハ１１とを備える。

本実施形態では、アレイ５が曲線化されている、すなわちツイータが曲線状に位置決めされているが、これはその他の実施形態でも適用することができる。図６Ｂには、アレイ５が、拡大された正面図で表示されている。図６Ｃには、アレイ５が、対応する上面図で表示されている。

図７に開示される実施形態は、互いに一定の距離で配置されていない５つのツイータ７のアレイ５を有する。

図１〜図５、図６Ａ〜図６Ｃ、及び図７に開示される実施形態は全て、本発明の高品質な音響効果を得るために必要とされるパラメータを有する。より具体的には、ツイータ７のそれぞれは、最大１０００ｍｍ²の第１の放射面９を有し、全ての場合において、距離ｄ≧２λｆ_c及び７５０ｍｍ≦ｄ≦３０００ｍｍ、及び７５０Ｈｚ≦ｆ_c≦３０００Ｈｚを有する。図６Ａでは、図１と同様に、隣接するツイータ７間の距離は、文字ｓによって示されており、外側のツイータ７間の距離は、文字ｗによって示されている。距離ｓ及び距離ｗが、効率的にビーム化するための或る必要条件を満たさなければならないことは、周知の事実である。これに関連して、全ての実施形態は、以下の必要条件を満たすことを知らせておく。
ｆ＜ｃ／（２×ｓ）、ここで、距離ｓは、効率的なビーム化が可能な最高周波数をもたらす；
ｆ＞ｃ／（２×ｗ）、ここで、距離ｗは、効率的なビーム化が可能な最低周波数を規定する。ｃは、音速であることに留意されたい。多重チャンネルサウンドを生成するために、２つ、又は、所望するならばそれ以上のこのような複合スピーカ装置のセットを形成することができる。図１に示す実施形態は、以下のパラメータを有する：
ｆ_c＝２ｋＨｚ
ｓ＝３０ｍｍ
ｗ＝１５０ｍｍ
ｄ＝９００ｍｍ
ツイータ７の有効直径は２５ｍｍである。

ここで図８を参照すると、本発明によるスピーカハウジング１０１の一実施形態を見ることができる。この例では、スピーカハウジング１０１は、その正面１０３ａに画面１０４を有するＴＶセットのテレビハウジング１０３によって構成される。この例では、スピーカハウジング１０１は、４つのツイータ１０７の２つのアレイ１０５を備え、２つのウーハ１１１をさらに備える。ツイータ１０７は、テレビハウジング１０３の正面１０３ａに、又はその近くに配置される放射面１０９を有し、それにより正面１０３ａから音を放射することができる。それに対して、ウーハ１１１は、それらの放射面１１３がテレビハウジング１０３の背面に、又はその近くに配置されるように取り付けられ、それによって、ウーハ１１１は使用中に、その面から音を放射する。ツイータ１０７はハウジング１０１の高位において取り付けられ、ウーハ１１１はハウジングの低位において取り付けられる。スピーカハウジング１０１において適用されるようなスピーカ構成は、以下の付加的な要件を満たす：（１）ツイータ１０７の放射面１０９はそれぞれ最大１０００ｍｍ²の大きさを有する、（２）クロスオーバ周波数ｆ_cは７５０Ｈｚ〜３０００Ｈｚの範囲内にある、（３）一方の側にあるツイータ１０７及び他方の側にあるウーハ１１１は、中央エリア１０９ａから中央エリア１１３ａまで測定されて、１５０ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲内の垂直距離ｄで配置される。ツイータ１０７はドーム形のツイータであり、１５００Ｈｚ≦ｆ_c≦２０００Ｈｚであることが好ましい。この例では、距離ｄは３５０ｍｍである。スピーカハウジング１０１は、典型的には図１０に示される、音声コンテンツ信号を処理する手段を備える。

図９は、図８に示すハウジングの代替形態を開示している。この代替形態のスピーカハウジング１０１では、４つのスピーカ１０７の２つのアレイ１０５はそれぞれ、前面１０３ａにおいて、ハウジングの低位に取り付けられる。ウーハ１１１は、高位に取り付けられる。その他の部分については、本実施形態は、本発明の必要条件を満たし、また、図９の実施形態と同様である。

図１０は、図１に示す配置と同様の配置を含むと共に、ツイータに入力する個別の信号を生成する、オーディオ信号を処理する手段を備える、本発明によるスピーカシステムの一例を示している。より詳細には、図示するシステムは、（１）仮想リスナーのそれぞれ左右に配置される２つのスピーカ装置１Ｌ及び１Ｒであって、各当該装置１Ｌ及び１Ｒがツイータ７のアレイ５及びウーハ１１を備える、スピーカ装置１Ｌ及び１Ｒと、（２）処理ユニット５１と、（３）フィルタユニット５３と、（４）増幅ユニット５５及び入力ユニット５７とを備える。処理ユニット５１は、高周波数処理サブユニット５１_h及び低周波数処理サブユニット５１_lを有する。フィルタユニット５３は、ハイパスフィルタ５３_h及びローパスフィルタ５３_lを有する。増幅ユニット５５は個別の増幅器５５_iを有し、増幅器５５_iは、処理ユニット５１の出力信号を個別のツイータ及びウーハを駆動するのに認識されるレベルまで増幅する単一電圧増幅器としての役割を果たす。入力ユニット５７は、この例では、３つの入力信号、すなわち前方信号ｉ_f、サラウンド信号ｉ_s及び中央信号ｉ_cを受信する役割を果たす。ここで、前方信号ｉ_fは、前方左信号ｉ_fl及び前方右信号ｉ_frを含み、サラウンド信号ｉ_sは、サラウンド左信号ｉ_sl及びサラウンド右信号ｉ_srを含む。異なる音声チャンネル、この例では前方、サラウンド及び中央チャンネルのデジタル又はアナログ入力チャンネルを適用することができることに留意されたい。入力チャンネルは、チューナー、ＤＶＤ装置、ＣＤ−ＲＯＭ装置又は映画のサウンドトラックのような外部ソース又は内部ソースを起源とすることができ、システムの使用中、異なる入力成分、つまり前方、サラウンド及び中央成分が、さらなる処理に個別に利用可能であるように処理される。信号ｉ_f、ｉ_s、及びｉ_cは、フィルタユニット５３を通過し、結果的にハイパス信号ｉ_h及びローパス信号ｉ_lが生じる。フィルタリングの基準周波数は、クロスオーバ周波数である。このことは、ハイパス信号は、クロスオーバ周波数を超える音声コンテンツを示し、ローパス信号は、クロスオーバ周波数を下回る音声コンテンツを示すことを意味する。

ハイパスフィルタ信号ｉ_hは、処理サブユニット５１_hで処理される。ここで、入力成分、すなわち入力信号ｉ_f、ｉ_s、及びｉ_cを起源とするハイパス信号ｉ_hは、増幅ユニット５５を通過した後、アレイ１Ｌ及びアレイ１Ｒのそれぞれのツイータ７に対する入力用の複合信号Ｉ_cl及び複合信号Ｉ_crに混合される。当該複合信号Ｉ_cl及び複合信号Ｉ_crの位相関係は、アレイ１Ｌ及び１Ｒが、明確に異なる方向に、異なる音声信号を放射するようなものである。言い換えれば、それ自体既知であり得る処理サブユニット５１_hの目的は、スピーカアレイ１Ｌ及び１Ｒの所望の音響指向性を達成するために、個別のハイパス成分を混合して増幅ユニット５５の増幅器に音声入力信号を提供することである。このように、異なる成分の個別の指向性パターンを生成することができ、それによって、例えば、前方、中央、及びサラウンド成分が、例えば、図１に示す音声ビームＢ_L1、Ｂ_L2、Ｂ_R1、Ｂ_R2に対応する、異なる方向へビーム化される。上述の信号処理にアルゴリズムを適用することができる。ローパス信号ｉ_lは処理サブユニット５１_lに加えられる。このサブユニット５１_lは、増幅ユニット５５を通過後、左に位置するウーハ及び右に位置するウーハであるウーハ１１に対する入力用のステレオ信号Ｉ_sを生成するためにローパス成分を処理及び平滑化するミキサとして機能する。所望するならば、個々のローパス成分の位相及び／又は時間を修正し、ツイータアレイ１Ｌ及び１Ｒのサラウンド効果を助けることができる。ウーハ１１の回路に、例えば心理音響アルゴリズムを適用することによって、クロスオーバ周波数を下回る周波数に関して仮想サウンドを生成することができる。この方法では、ツイータ７のアレイ１Ｌ及び１Ｒによって生成されるサウンドは、ウーハ１１の仮想サラウンドサウンドを用いて完成することができる。

２つ以上のウーハの場合には、所望するならば、クロスオーバ周波数を下回る音声コンテンツを、クロスオーバ周波数を超える音声コンテンツに関連する上記記載と同様に、外側のウーハ間の距離に応じて決まる最も低い周波数までの周波数を有する音をビーム化するために処理することができる。

本発明は、本明細書において開示される実施形態には限定されないことに留意されたい。例えば、低音周波数だけを再生するために、サブウーハをさらに用いることもできる。そのようなサブウーハの周波数範囲は、サブウーハの共振周波数から約２００Ｈｚまでの範囲とすることができる。

Claims (24)

1. スピーカシステムであって、
   少なくとも２つの独立型複合スピーカ装置であって、該独立型複合スピーカ装置はそれぞれ、高い方の周波数範囲の音を再生するための第１のスピーカの少なくとも１つのアレイ、及び、低い方の周波数範囲の音を再生するための少なくとも１つの第２のスピーカを有するフレームを備え、前記高い方の周波数範囲及び前記低い方の周波数範囲は、クロスオーバ周波数ｆ_cを有し、前記第１のスピーカはそれぞれ、最大１０００ｍｍ²の第１の放射面を有し、前記第２のスピーカは、第２の放射面を有し、各該装置において、各前記第１の放射面の中央領域は、該システムを使用中であるとみなされる場合、前記第２の放射面の中央領域から垂直距離である距離ｄで位置決めされ、
   ７５０≦ｆ_c≦３０００Ｈｚ、及びｄ≧２λｆ_cであり、ここで、λｆ_cはクロスオーバ周波数で再生された音の波長であり、ｄは最小７５０ｍｍ且つ最大３０００ｍｍであり、
   音声コンテンツ信号を処理する手段であって、前記第１のスピーカへ入力する個別の信号を生成し、結果として前記スピーカシステムの使用中に、各前記装置の前記第１のスピーカのアレイの指向性のある音響信号をもたらす手段と、
   を備えるスピーカシステム。
2. 前記処理手段は、位相シフトし、且つ／又は、遅延し、且つ／又は、異なる信号を平滑化するユニットを含む、請求項１に記載のスピーカシステム。
3. １０００Ｈｚ≦ｆ_c≦２０００Ｈｚ、及びｄ≧３λｆ_cである、請求項１又は２に記載のスピーカシステム。
4. １０００Ｈｚ≦ｆ_c≦１５００Ｈｚである、請求項３に記載のスピーカシステム。
5. 前記低い方の周波数範囲は、共振周波数から前記クロスオーバ周波数まで及ぶ、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスピーカシステム。
6. 前記高い方の周波数範囲は、前記クロスオーバ周波数から拡張する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスピーカシステム。
7. 前記第１の放射面は円形の輪郭を有し、直径は最大３５ｍｍである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスピーカシステム。
8. 前記第２のスピーカは、前記第１のスピーカの真下に位置決めされる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスピーカシステム。
9. 前記第１の放射面はドーム形の膜の一部である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスピーカシステム。
10. 前記第１のスピーカのアレイは、少なくとも前記システムの使用中、実質的に水平に配向されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のスピーカシステム。
11. 前記第１のスピーカのアレイは、曲線形状を有する、請求項１０に記載のスピーカシステム。
12. 各前記スピーカ装置は、スピーカの２つ以上のアレイを設けられ、各前記スピーカのアレイは、互いに重なって配置される、請求項１０又は１１に記載のスピーカシステム。
13. スピーカハウジングであって、
    高い方の周波数範囲の音を再生する第１のスピーカの少なくとも1つのアレイと、
    低い方の周波数範囲の音を再生する少なくとも1つの第２のスピーカと、
    を備え、前記高周波数範囲及び前記低周波数範囲は、クロスオーバ周波数ｆ_cを定義し、前記第１のスピーカの前記アレイは、該ハウジングの第１の面に位置決めされ、各前記第１のスピーカは、最大１０００ｍｍ²の第１放射面を有し、前記第２のスピーカは、該ハウジングの前記第１の面とは異なる第２の面に位置決めされると共に、第２の放射面を有し、各前記第１の放射面の中央領域は、少なくとも使用中に、前記第２の放射面の中央領域に関して垂直距離ｄで位置決めされ、７５０Ｈｚ≦ｆ_c≦３０００Ｈｚであり、ｄは、最小１５０ｍｍ且つ最大１０００ｍｍであり、第１のスピーカに入力する個別の信号を生成するために音声コンテンツ信号を処理する手段が提供され、結果として使用中に、前記第１のスピーカのアレイの指向性のある音響信号をもたらすスピーカハウジング。
14. 前記処理手段は、位相シフトし、且つ／又は、遅延し、且つ／又は、異なる信号を平滑化するユニットを含む、請求項１３に記載のスピーカハウジング。
15. １０００Ｈｚ≦ｆ_c≦２０００Ｈｚである、請求項１３又は１４に記載のスピーカハウジング。
16. １５００Ｈｚ≦ｆ_c≦２０００Ｈｚである、請求項１５に記載のスピーカハウジング。
17. 前記低い方の周波数範囲は、共振周波数から前記クロスオーバ周波数にまで及ぶ、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のスピーカハウジング。
18. 前記高い方の周波数範囲は、前記クロスオーバ周波数から拡張する、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のスピーカハウジング。
19. 前記第１の放射面は円形の輪郭を有し、直径は最大３５ｍｍである、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のスピーカハウジング。
20. 前記第２のスピーカは前記ハウジングの背面に取り付けられる、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のスピーカハウジング。
21. 前記第１の放射面はドーム形の膜の一部である、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のスピーカハウジング。
22. 前記第１のスピーカのアレイと同様のさらなるアレイ、及び、さらなる前記第２のスピーカを備える、請求項１３〜２１のいずれか一項に記載のスピーカハウジング。
23. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のシステムによって形成されるスピーカ構成を設けられるか、又は請求項１３〜２２のいずれか一項に記載のハウジングを有する、音声装置及び／又はビデオ装置。
24. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載されると共に該請求項のいずれか一項において定義されるように特徴付けられたスピーカシステムでの使用に適した独立型複合スピーカ装置。

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