JP2013538509A - 能動的および受動的な指向性音響放射 - Google Patents

Abstract

中域周波数音響エネルギーを放射する指向性アレイと、高域周波数を放射する受動的指向性デバイスとを使用するスリーウェイ音声システム。このシステムは、左チャネル、右チャネル、および中央チャネルを含む。クロスオーバネットワークが左チャネル、および右チャネルを低域周波数コンテンツ、中域周波数コンテンツ、および高域周波数コンテンツに分割する。全方向性音響デバイスが、混合された左チャネル、右チャネルおよび中央チャネルの低域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを放射する。信号処理回路および2つ以上の音響ドライバを含む第1の指向性アレイが、左チャネル信号および右チャネル信号のうちの一方の中域コンテンツに対応する音響エネルギーを、左チャネル信号および右チャネル信号のうちの一方の中域コンテンツに対応する音響エネルギーが他の方向よりも横方向に多く放射されるように放射する。第1の受動的指向性デバイスが、左チャネル信号および右チャネル信号のうちの一方の高域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを、左チャネル信号および右チャネル信号のうちの一方の高域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーが他の方向よりも横方向に多く放射されるように放射する。

Description

本明細書では、指向性音声デバイスを使用するテレビジョン受像機用音声システムについて記述する。

下記の文献が従来技術として知られている。

米国特許第5,870,484号 米国特許第5,809,153号 米国特許出願公開第2009-0214066 A1号 米国特許出願第12/716,309号 米国特許出願公開第2009-0274329 A1号

Boone他、Design of a Highly Directional Endfire Loudspeaker Array、J. Audio Eng. Soc.、Vol 57 van der Wal他、Design of Logarithmically Spaced Constant Directivity-Directivity Transducer Arrays、J. Audio Eng. Soc.、Vol. 44, No. 6、1996年6月 Ward他、Theory and design of broadband sensor arrays with frequency invariant far-field beam patterns、J. Acoust. Soc. Am. 97 (2)、1995年2月

一態様では音声システムが、少なくとも左チャネル、右チャネル、および中央チャネルを含む。この音声システムは、左チャネル、右チャネル、および中央チャネルを低域周波数コンテンツ、中域周波数コンテンツ、および高域周波数コンテンツに分割するためのクロスオーバネットワークと、混合された左チャネル、右チャネルおよび中央チャネルの低域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを放射する全方向性音響デバイスと、左チャネルの信号および右チャネルの信号のうちの一方の信号の中域コンテンツに対応する音響エネルギーが他の方向よりも横方向に多く放射されるように、左チャネルの信号および右チャネルの信号のうちの一方の信号の中域コンテンツに対応する音響エネルギーを放射するための信号処理回路および2つ以上の音響ドライバを備える第1の指向性アレイと、左チャネルの信号および右チャネルの信号のうちの一方の信号の高域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーが他の方向よりも横方向に多く放射されるように、左チャネルの信号および右チャネルの信号のうちの一方の信号の高域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを放射するための第1の受動的指向性デバイスと、を備える。音声システムは、音響エネルギーを放射するための第2の指向性アレイであって、左チャネルの信号および右チャネルの信号のうちの他方の信号の中域コンテンツに対応する音響エネルギーが他の方向よりも横方向に多く放射されるように、左チャネルの信号および右チャネルの信号のうちの他方の信号の中域コンテンツに対応する音響エネルギーを放射するための信号処理回路および2つ以上の音響ドライバを備える第2の指向性アレイと、左チャネルの信号および右チャネルの信号のうちの他方の信号の高域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーが他の方向よりも横方向に多く放射されるように、左チャネルの信号および右チャネルの信号のうちの他方の信号の高域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを放射するための第2の受動的指向性デバイスと、を含むことができる。第1の指向性アレイ、第2の指向性アレイ、第1の受動的指向性デバイスおよび第2の受動的指向性デバイスは、共通の筐体内に取り付けることができる。共通の筐体はテレビジョン受像機キャビネットでありうる。第1の指向性アレイおよび第2の指向性アレイは、少なくとも1つの音響ドライバを共有しうる。音声システムはさらに、音響エネルギーを放射する第3の指向性アレイを含むことがあり、この第3の指向性アレイは、中央チャネル信号に対応する音響エネルギーが、第1の指向性アレイのより多い放射の方向と第2の指向性アレイのより多い放射の方向とに実質的に直交する方向により多く放射されるように、中央チャネルの信号の中域コンテンツに対応する音響エネルギーを放射するための、信号処理回路および2つ以上の音響ドライバを備える。音声システムは、中央チャネルの高域周波数コンテンツを放射する無指向性高域周波数音響デバイスをさらに含みうる。無指向性高域周波数デバイスおよび第3の指向性アレイは、テレビジョン受像機においてテレビジョン受像機画面の垂直方向の両側に配置することができる。第1の指向性アレイ、第2の指向性アレイおよび第3の指向性アレイのうちの少なくとも2つは、少なくとも1つの音響ドライバを共有しうる。第1の指向性アレイの放射のより大きい方向と第2の指向性アレイの放射のより大きい方向とに実質的に直交する方向は、実質的に上向きである。第1の指向性アレイの放射のより大きい方向と第2の指向性アレイの放射のより大きい方向とに実質的に直交する方向は、意図された聴取場所に実質的に向かう方向である。全方向性デバイスは導波路を備えうる。導波路は、テレビジョン受像機キャビネット内に取り付けることができる。第1の指向性アレイ、第2の指向性アレイおよび第3の指向性アレイのうちの少なくとも2つは、2つ以上の音響ドライバを共有している。第1の指向性アレイ、第2の指向性アレイおよび第3の指向性アレイは、2つ以上の音響ドライバを共有しうる。音声システムは、テレビジョン受像機のキャビネット内に取り付けることができる。全方向性音響デバイス、第1の指向性アレイ、第2の指向性アレイ、第3の指向性アレイ、第1の受動的指向性デバイス、および第2の受動的指向性デバイスはそれぞれ、音響エネルギーを周囲に向けて放射する出口を有し、これらの出口はどれもテレビジョン受像機の前面にあり得ない。第1の受動的指向性デバイスは、管に音響的に結合されて管の中に音響エネルギーを放射する音響ドライバを含む溝付き管型受動的指向性音響デバイスを備えうる。管は、管の全長の少なくとも一部分に沿った細長い開口と、圧力波を周囲に向けて放射する開口内の音響抵抗材料とを含みうる。圧力波は、体積速度によって特性が示される。管、開口、および音響抵抗材料は、体積速度が管の全長に沿って実質的に一定になるように構成される。

別の態様では、少なくとも左チャネル、右チャネルおよび中央チャネルを備える音声システムを動作させる方法は、混合された左チャネル、右チャネルおよび中央チャネルの低域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを全方向性で放射するステップと、信号処理回路および2つ以上の音響ドライバを備える第1の指向性アレイから、左チャネルの中域コンテンツに対応する音響エネルギーを、左チャネル信号に対応する音響エネルギーが他の方向よりも左方向に多く放射されるように指向性で放射するステップと、信号処理回路および2つ以上の音響ドライバを備える第2の指向性アレイから、右チャネルの中域コンテンツに対応する音響エネルギーを、右チャネル信号に対応する音響エネルギーが他の方向よりも右方向に多く放射されるように指向性で放射するステップと、信号処理回路および2つ以上の音響ドライバを備える第3の指向性アレイから、中央チャネルの中域コンテンツに対応する音響エネルギーを、中央チャネル信号に対応する音響エネルギーが、第1の指向性アレイの放射のより大きい方向と第2の指向性アレイの放射のより大きい方向とに実質的に直交する方向により多く放射されるように指向性で放射するステップと、第1の受動的指向性デバイスから、左チャネルの高域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを、音響エネルギーが他の方向よりも左方向に多く放射されるように指向性で放射するステップと、第2の受動的指向性デバイスから、右チャネルの高域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを、音響エネルギーが他の方向よりも右方向に多く放射されるように指向性で放射するステップとを含む。この方法はさらに、中央チャネルの高域周波数コンテンツを無指向性で放射するステップを含みうる。中央チャネルの高域周波数コンテンツを無指向性で放射するステップは、テレビジョン受像機画面の、中央チャネルの中域コンテンツを指向性で放射するのとは垂直方向に反対の側から放射するステップを含みうる。混合された左チャネル、右チャネルおよび中央チャネルの低域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを全方向性で放射するステップは、導波路から放射するステップを含みうる。全方向性で放射するステップは、テレビジョン受像機キャビネット内に取り付けられた導波路から放射するステップを含みうる。第1の指向性アレイの放射のより大きい方向と第2の指向性アレイの放射のより大きい方向とに実質的に直交する方向に指向性で放射するステップは、実質的に上向きで放射するステップを含みうる。第1の指向性アレイの放射のより大きい方向と第2の指向性アレイの放射のより大きい方向とに実質的に直交する方向に指向性で放射するステップは、意図された聴取場所に実質的に向けて放射するステップを含みうる。第1の指向性アレイから指向性で放射するステップと、第2の指向性アレイから指向性で放射するステップと、第3の指向性アレイから指向性で放射するステップと、第1の受動的指向性デバイスから指向性で放射するステップと、第2の受動的指向性デバイスから指向性で放射するステップとは、テレビジョン受像機キャビネットから放射するステップを含みうる。第1の指向性アレイから指向性で放射するステップと、第2の指向性アレイから指向性で放射するステップと、第3の指向性アレイから指向性で放射するステップと、第1の受動的指向性デバイスから指向性で放射するステップと、第2の受動的指向性デバイスから指向性で放射するステップとは、テレビジョン受像機キャビネットの側面、底面または上面のうちの1つから放射するステップを含みうる。

別の態様では、テレビジョン受像機用音声システムが、テレビジョン受像機キャビネットと、溝付き管型受動的指向性音響デバイスとを含むことがあり、この音響デバイスは、管に音響的に結合されて管の中に音響エネルギーを放射する音響ドライバを含む。管は、管の全長の少なくとも一部分に沿った細長い開口と、圧力波を周囲に向けて放射する開口内の音響抵抗材料とを含みうる。圧力波は、体積速度によって特性が示されうる。管、開口、および音響抵抗材料を、体積速度が管の全長に沿って実質的に一定になるように構成することができる。受動的指向性音響デバイスは、テレビジョン受像機キャビネットから音波を横方向に指向性で放射するようにテレビジョン受像機キャビネット内に取り付けることができ、管は、曲がったものまたは湾曲したものの少なくとも1つでありうる。開口は、その全長に沿って曲がったものまたは湾曲したものの少なくとも1つでありうる。開口は、曲がった面または湾曲した面にありうる。テレビジョン受像機キャビネットは後方に少しずつ狭めることができ、受動的指向性音響デバイスは、溝付き管型受動的指向性音響デバイスの曲がった壁または湾曲した壁がテレビジョン受像機キャビネットの裏面および側壁と実質的に平行になるように取り付けることができる。開口は、管の上面にある第1の区域と、管の側面にある第2の区域との2つの区域を備えることがある。音響装置は、左チャネルまたは右チャネルの高域周波数コンテンツをテレビジョン受像機から横方向に放射するためのものであり得る、請求項10.0に記載のテレビジョン受像機用音声システム。受動的指向性音響デバイスは、2kHzを超える左チャネルコンテンツまたは右チャネルコンテンツを放射するためのものでありうる。音声システムはさらに、左チャネルまたは右チャネルの中域周波数コンテンツをテレビジョン受像機から横方向に放射する指向性アレイを含みうる。音声システムは、左チャネルまたは右チャネルと、左チャネルまたは右チャネルのもう一方のものと、中央チャネルとのバス周波数コンテンツを放射する導波路構造物をさらに含みうる。管の断面積は、管の全長に沿って減少しうる。

他の特徴、目的、および利点は、以下の詳細な説明を以下の図面と併せ読めば明らかになろう。

テレビジョン受像機内に取り付けられた音声モジュールの上面図である。 テレビジョン受像機内に取り付けられた音声モジュールの前面図である。 テレビジョン受像機内に取り付けられた音声モジュールの上面図である。 テレビジョン受像機内に取り付けられた音声モジュールの前面図である。 テレビジョン受像機内に取り付けられた音声モジュールの上面図である。 中央チャネルスピーカの位置を示す、音声モジュールの前面図である。 音声システムのブロック図である。 図3Aの音声システムの諸要素の一部の代替構成を示すブロック図である。 音声システムの低周波デバイスの図である。 音声システムの実際の実施態様の等角図である。 音声モジュールの図である。 指向性アレイとして使用される音声モジュールの諸要素の図である。 指向性アレイとして使用される音声モジュールの諸要素の図である。 指向性アレイとして使用される音声モジュールの諸要素の図である。 指向性アレイとして使用される音声モジュールの諸要素の図である。 受動的指向性音響デバイスの図である。 受動的指向性音響デバイスの図である。 図7Aおよび図7Bの受動的指向性デバイスの実際の実施態様の等角図である。 テレビジョン受像機内に取り付けられた受動的指向性音声デバイスの図である。

図面のいくつかの図の諸要素は、ブロック図に個別要素として示され説明されることがあり、また「回路」と呼ばれることがあるが、特に指示がない限り、これらの要素は、アナログ回路、デジタル回路、あるいはソフトウェア命令を実行する1つまたは複数のマイクロプロセッサのうちの1つ、または組み合わせとして実施されてよい。ソフトウェア命令には、デジタル信号処理(DSP)命令が含まれうる。諸動作は、アナログ回路またはマイクロプロセッサによって実施することができ、このマイクロプロセッサは、アナログ動作と数学的または論理的に等価なものを実施するソフトウェアを実行する。特に指示がない限り信号線は、個別のアナログもしくはデジタル信号線として、音声信号の別々の流れを処理する適切な信号処理と共に単一の個別デジタル信号線、あるいは無線通信システムの要素として実施されてよい。処理の一部はブロック図で説明されることがある。各ブロックで実施される機能は、1つの要素によっても複数の要素によっても実施することができ、また時間的に隔てることもできる。あるブロックの機能を実施する諸要素は、物理的に分離されていてよい。1つの要素が2つ以上のブロックの機能を実施することがある。特に指示がない限り、音声信号もしくは映像信号、または両方がデジタル形式またはアナログ形式で符号化および伝送されてよく、従来のデジタル-アナログ変換器またはアナログ-デジタル変換器が図に示されないことがある。表現を簡単にするために、「チャネルxの音声信号に対応する音響エネルギーを放射する」を「チャネルxを放射する」と言うことがある。本明細書で「指向性アレイ」とは、放射がいくつかの方向で他の方向よりも大きくなるようにするために、信号処理と2つ以上の音響ドライバの形状、配置および構成とを合わせたものを用いるアレイを指す。指向性アレイには、米国特許第5,870,484号および米国特許第5,809,153号などに記載されている干渉アレイが含まれる。本明細書で「受動的指向性デバイス」とは、何らかの信号処理を用いるのではなく、放射要素の直径と比べて大きい(例えば、×2)波長の放射がいくつかの方向で他の方向よりも大きくなるようにするための、機械的または物理的な構成物もしくはデバイスだけを用いるデバイスを指す。受動的指向性デバイスには、以下および図7A〜7Cに示され、また本明細書の対応する部分で説明される音響レンズ、ホーン、ダイポール放射器またはスロット管型の指向性デバイスが含まれうる。

図1Aは、音声モジュール10の図を示す。音声モジュール10は、テレビジョン受像機12に付属または内蔵することができる。音声モジュールは、少なくとも左チャネル、右チャネルおよび中央チャネルを含む音声システムに対応するいくつかの周波数範囲の音響信号を放射する。

左チャネル中域(LM)周波数の音は、図示のように、聴取場所に対して他の方向よりも横左方向に多くの音響エネルギーが放射されるように指向性アレイによって放射される。右チャネル中域(RM)周波数の音は、図示のように、他の方向よりも横右方向に多くの音響エネルギーが放射されるように指向性アレイによって放射される。

左チャネル高域(LH)周波数の音は、図示のように、他の方向よりも横左方向に多くの音響エネルギーが放射されるように受動的指向性デバイスによって放射される。右チャネル高域(RH)周波数の音は、図示のように、他の方向よりも横右方向に多くの音響エネルギーが放射されるように受動的指向性デバイスによって放射される。

左右のチャネルが指向性で横方向に放射されることにより、聴取者が受ける放射は、直接放射または聴取場所に向かう左右のチャネルの放射よりも間接放射が多くなる。より多くの放射が間接放射になるようにすると、より広々とした音像が生じ、また聴取場所の横方向中間のデバイスから左右のチャネルを放射することが可能になる。

図1B〜1Eは、中央チャネルの放射パターンのそれぞれ異なる実施態様を示す。

図1Bおよび図1Cでは、中央チャネル中域(CM)周波数の音は、左右チャネルの中域周波数の音の最大放射の方向と実質的に直交する方向に放射されるエネルギーが他の方向に放射されるものより多くなるように、指向性アレイによって放射される。中央チャネル高域(CH)周波数の音は、左右チャネルの中域周波数の音の最大放射の方向と実質的に直交する方向に放射されるエネルギーが他の方向に放射されるものより多くなるように、受動的指向性デバイスによって指向性放射される。図1Bで、中央チャネル中域周波数の音および高域周波数の音の最大放射の方向は、聴取場所に対して上向きである。図1Cでは、中央チャネル中域周波数の音および高域周波数の音の最大放射の方向は、聴取場所に向かう方向である。他の実施態様では、中央チャネル中域周波数および高域周波数の最大放射の方向は、実質的に下向きになることがある。中央チャネル中域周波数の音の最大放射の方向と、中央チャネル高域周波数の音の最大放射の方向とは、同じ方向である必要がない。例えば、中央チャネル中域周波数の音は実質的に上向きに放射されてよく、中央チャネル高域周波数の音は実質的に聴取場所に向けて放射されてよい。以下で説明する低周波デバイスを、テレビジョン受像機キャビネット46内に取り付けることができる。

図1Dおよび図1Eで、中央チャネル中域周波数の音は、左右チャネルの中域周波数の音の最大放射の方向と実質的に直交する方向に放射されるエネルギーが他の方向に放射されるものより多くなるように、指向性アレイによって放射される。中央チャネル高域周波数の音は、実質的に全方向性で放射される。図1Dで、中央チャネル中域周波数の最大放射の方向は、聴取場所に対して上向きである。図1Eでは、中央チャネル中域周波数の音の最大放射の方向は、聴取場所に向かう方向である。

テレビジョン受像機で実施される場合、中央チャネル高域周波数音響デバイスは、音像がテレビジョン受像機画面上の垂直方向の中心に来ることになるように、テレビジョン受像機画面の垂直方向で、中央チャネル指向性アレイの反対側に配置することができる。例えば、図2に示されるように、中央チャネル指向性アレイ44がテレビジョン受像機画面52の上方にある場合、中央チャネル高域周波数音響デバイス45をテレビジョン受像機画面の下方に配置することができる。

図3Aは、図1A〜1Eの音声モジュール10のいくつかの信号処理要素を示すブロック図である。図3Aの信号処理要素は、スリーウェイクロスオーバシステムの一部であり、このシステムは、入力チャネルを3つの周波数帯域(以下、バス周波数帯域、中域周波数帯域、および高域周波数帯域と呼ぶ)に分割し、これらのどれもが他の周波数帯域を実質的に少しも包含しない。図3Aの信号処理要素は、3つの周波数帯域を別々に処理し放射する。

左チャネル信号L、右チャネル信号Rおよび中央チャネル信号Cは、信号加算器29で混合され、低域通過フィルタ24で低域通過フィルタリングされて複合低域周波数信号が得られる。複合低域周波数信号は、ウーファまたは別の音響デバイス(ポート、導波路、または受動放射器などの低域周波数増強要素を含む)などの低域周波数放射デバイス26によって放射される。あるいは、図3Bに示されるように、左チャネル信号、右チャネル信号および中央チャネル信号は、低域通過フィルタリングしてから、低域周波数放射デバイスによって放射される前に混合せることもできる。

図3Aで、左チャネル信号は、帯域通過フィルタ28で帯域通過フィルタリングされ、左チャネルアレイ30によって指向性で放射される。左チャネル信号は、高域通過フィルタ32で高域通過フィルタリングされ、受動指向性デバイス34によって(要素34から延びる矢印で示されるように)指向性で放射される。

右チャネル信号は、帯域通過フィルタ28で帯域通過フィルタリングされ、図1A〜1Eに示されるように、右チャネルアレイ38によって指向性で放射される。右チャネル信号は、高域通過フィルタ32で高域通過フィルタリングされ、受動指向性デバイス42によって指向性で放射される。

中央チャネル信号は、帯域通過フィルタ28で帯域通過フィルタリングされ、図1B〜1Eに示されるように、中央チャネルアレイ44によって指向性で放射される。中央チャネル信号は、高域通過フィルタ32で高域通過フィルタリングされ、高域周波数音響デバイス45によって指向性で放射される(上述したように、この放射は、要素45から延びる点線の矢印で示されるように指向性でも全方向性でもよい)。

一実施態様では、低域通過フィルタ24の折点周波数は250Hz、帯域通過フィルタ28の通過帯域は250Hz〜2.5kHz、高域通過フィルタ32の折点周波数は2kHzである。

一実施態様では、図3Aの低周波デバイス26は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第2009-0214066 A1号に記載されている導波路構造物を含む。この導波路構造物は図4Aに図示されている。図4Aの低周波デバイスの実際の一実施態様が図4Bに示されている。図4Bの参照番号は、同様に番号付けされた図4Aの各要素に対応する。低周波デバイスは導波路412を含むことがあり、これは、導波路の閉鎖端411の近くに取り付けられた6つの2.25インチ音響ドライバ410A〜410Fによって駆動される。導波路に沿って、場所434Aおよび434Bで導波路に音響的に結合された音響容積422Aおよび422Bがある。導波路の断面積は開放端418で大きくなる。図4Bの実施態様は、1つの寸法が他の2つの寸法と比べて小さく、テレビジョン受像機12のキャビネット46などのフラットパネルワイド画面テレビジョン受像機のキャビネット内に都合よく密閉することができる。

指向性アレイ30、38および44が、図3Aに2つの音響ドライバを有して図示されている。実際の実施態様では、これらのアレイは2つより多い音響ドライバを有することがあり、また共通の音響ドライバを共有することがある。一実施態様では、左指向性アレイ30、右指向性アレイ38、および中央指向性アレイ44は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる、Berardi他の2010年3月3日出願の米国特許出願第12/716,309号に記載されているものなどの多要素指向性アレイとして実施される。

図5は、左チャネルアレイ30、図3Aの右チャネルアレイ38、および中央チャネルアレイ44(すべて図3Aに図示)に適している音響モジュールを示す。音声モジュール212は複数の、この実施形態では7つの、音響ドライバ218-1〜218-7を含む。音響ドライバのうちの1つ218-4は、モジュールの横方向中心の近くの、音声モジュールの最上部の近くに配置される。3つの音響ドライバ218-1〜218-3は、音声モジュールの左末端220の近くに配置され、距離l1≠l2、l2≠l3、l1≠l3になるように、接近した不均一な間隔があけられる。加えて、この間隔はl1<l2<l3になるように配置される。同様に、距離l6≠l5、l5≠l4、l6≠l4である。加えて、この間隔はl6<l5<l4になるように配置されてよい。一実施態様では、l1=l6=55mm、l2=l5=110mm、およびl3=l4=255mmである。図3Aの左チャネルアレイ30、右チャネルアレイ38および中央チャネルアレイ44はそれぞれ、7つの音響ドライバ218-1〜218-7のサブセットを含む。

図1A〜1Eの中域周波数帯域の指向性放射パターンは、音響ドライバ218-1〜218-7のサブセットから成る干渉型指向性アレイによって実現することができる。干渉型指向性アレイは、米国特許第5,870,484号および米国特許第5,809,153号で論じられている。個々の音響ドライバが実質的に全方向性で放射する周波数において(例えば、音響ドライバの放射面の直径の2倍を超える波長に該当する周波数)、それぞれの音響ドライバからの放射は、他のそれぞれの音響ドライバからの放射と弱め合うように、または強め合うように干渉する。弱め合う干渉と強め合う干渉を合わせた効果は、いくつかの方向の放射がいずれかの方向の最大放射と比べて、例えば-14dBと著しく小さくなることである。放射がいずれかの方向の最大放射よりも著しく小さくなる方向は、「ヌル方向」と呼ばれることがある。聴取者が受ける放射のより多くを間接放射にすることは、音声モジュールと聴取者の間の方向がヌル方向になるようにすることで実現され、その結果、より多くの放射が聴取者に対して横方向に向けられることになる。

図6Aは、音声モジュール212の図であり、この音声モジュールの指向性アレイの構成が示されている。音声モジュールは、多チャネル音声信号源222のチャネルを放射するために使用される。通常、テレビジョン受像機で使用するための多チャネル音声信号源は、少なくとも左(L)、右(R)および中央(C)のチャネルを有する。図6Aで、左チャネルアレイ30は、音響ドライバ218-1、218-2、218-3、218-4および218-5を含む。音響ドライバ218-1〜218-5は、それぞれ信号処理回路224-1〜224-5によって左チャネル信号源238に結合され、これら信号処理回路はそれぞれ、伝達関数H1L(z)〜H5L(z)によって表される信号処理を施す。左チャネル音声信号に対する伝達関数H1L(z)〜H5L(z)の効果には、移送シフト、時間遅延、転極、およびその他のうちの1つ以上が含まれうる。伝達関数H1L(z)〜H5L(z)は通常、デジタルフィルタとして実施されるが、同等のアナログデバイスで実施されてもよい。

動作時、伝達関数H1L(z)〜H5L(z)によって修正された左チャネル信号Lは、音響ドライバ218-1〜218-5によって音響エネルギーに変換される。各音響ドライバからの放射は、弱め合うようにも強め合うようにも干渉して所望の指向性放射パターンが得られる。広々としたステレオ音像を実現するために、左アレイ232は、矢印213で示されるように放射を部屋の左側境界の方に横方向に向け、聴取者に向かう放射を相殺する。伝達関数を適用して指向性干渉アレイを作り出すデジタルフィルタの使用法は、例えば、Boone他、Design of a Highly Directional Endfire Loudspeaker Array、J. Audio Eng. Soc., Vol 57に記載されている。この概念はまた、マイクロフォンに関してvan der Wal他、Design of Logarithmically Spaced Constant Directivity-Directivity Transducer Arrays、J. Audio Eng. Soc.、Vol. 44, No. 6、1996年6月、で論じられており(スピーカに関しても論じられている)、またWard他、Theory and design of broadband sensor arrays with frequency invariant far-field beam patterns、J. Acoust. Soc. Am. 97 (2)、1995年2月、で論じられている。数学的に、指向性マイクロフォンアレイの概念は、一般にスピーカに適用することができる。

同様に、図6Bで、右チャネルアレイ38は、音響ドライバ218-3、218-4、218-5、218-6および218-7を含む。音響ドライバ218-3〜218-7は、それぞれ右チャネル信号源240および信号処理回路224-3〜224-7に結合され、これら信号処理回路はそれぞれ、伝達関数H3R(z)〜H7R(z)によって表される信号処理を施す。伝達関数H3R(z)〜H7R(z)の効果には、移送シフト、時間遅延、転極、およびその他のうちの1つ以上が含まれうる。伝達関数H3R(z)〜H7R(z)は通常、デジタルフィルタとして実施されるが、同等のアナログデバイスで実施されてもよい。

動作時、伝達関数H3R(z)〜H7R(z)によって修正された右チャネル信号Rは、音響ドライバ218-3〜218-7によって音響エネルギーに変換される。各音響ドライバからの放射は、弱め合うようにも強め合うようにも干渉して所望の指向性放射パターンが生じる。広々としたステレオ音像を実現するために、右アレイ234は、矢印215で示されるように放射を部屋の右側境界の方に横方向に向け、聴取者に向かう放射を相殺する。

図6Cで、中央チャネルアレイ44は、音響ドライバ218-2、218-3、218-4、218-5および218-6を含む。音響ドライバ218-2〜218-6は、それぞれ信号処理回路224-2〜224-6によって中央チャネル信号源242に結合され、これら信号処理回路はそれぞれ、伝達関数H2C(z)〜H6C(z)によって表される信号処理を施す。伝達関数H2C(z)〜H6C(z)の効果には、移送シフト、時間遅延、転極、およびその他のうちの1つ以上が含まれうる。伝達関数H2C(z)〜H6C(z)は通常、デジタルフィルタとして実施されるが、同等のアナログデバイスで実施されてもよい。

動作時、伝達関数H2C(z)〜H6C(z)によって修正された中央チャネル信号Cは、音響ドライバ218-2〜218-6によって音響エネルギーに変換される。各音響ドライバからの放射は、弱め合うようにも強め合うようにも干渉して所望の指向性放射パターンが生じる。

中央チャネルアレイ44の代替構成が図6Dに示され、中央チャネルアレイ44は、音響ドライバ218-1、218-3、218-4、218-5および218-7を含む。音響ドライバ218-1、218-3〜218-5、および218-7は、それぞれ信号処理回路224-1、224-3〜224-5、および224-7によって中央チャネル信号源242に結合され、これら信号処理回路はそれぞれ、伝達関数H1C(z)、H3C(z)〜H5C(z)、およびH7C(z)によって表される信号処理を施す。伝達関数H1C(z)、H3C(z)〜H5C(z)、およびH7C(z)の効果には、移送シフト、時間遅延、転極、およびその他のうちの1つ以上が含まれうる。伝達関数H1C(z)、H3C(z)〜H5C(z)、およびH7C(z)は通常、デジタルフィルタとして実施されるが、同等のアナログデバイスで実施されてもよい。

動作時、伝達関数H1C(z)、H3C(z)〜H5C(z)、およびH7C(z)によって修正された中央チャネル信号Cは、音響ドライバ218-1、218-3〜218-5、および218-7によって音響エネルギーに変換される。各音響ドライバからの放射は、弱め合うようにも強め合うようにも干渉して所望の指向性放射パターンが生じる。

図6Cおよび図6Dの中央チャネルアレイ44は、矢印217で示されるように、放射を上の方に向けることができ、またいくつかの実施態様では、放射をわずかに後方に向けて聴取者の方への放射を相殺することができ、あるいは他の実施態様では、聴取場所の方に放射を向けることもできる。

他のタイプの指向性アレイで、指向性アレイ30、38、および44として使用するのに適切なものがありうる。例えば、それぞれのアレイが有する音響ドライバは、どの音響ドライバも複数のアレイによって共有されなければ、わずか2つでもよい。

一実施態様では、図3Aの左の受動的指向性デバイス34および右の受動的指向性デバイス42が、図7Cの実際例(音響ドライバなし)と共に図7Aおよび図7Bに図示されるように実施される。図7Aおよび図7Bの受動的指向性デバイスは、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第2009-0274329 A1号に記載されている原理により動作する。

図7A〜7Cの受動的指向性デバイス310は、音響ドライバ314が一方の端部に取り付けられた長方形の管316を含む。この管は、音響ドライバ314が取り付けられている端部から他方の端部に向かって、他方の端部の断面積が実質的にゼロになるように先細りになっている。実質的に管の全長にわたって伸びる縦方向の溝318が、165×800平綾畳織の非焼結ステンレス鋼ワイヤクロスなどの音響抵抗材料320で覆われる。管、溝および音響抵抗材料の寸法および特性は、体積速度が管の全長に沿って実質的に一定になるように設定される。

図7Cの実際の実施態様では、長方形管の1つの縦方向区域354が、第2の区域352に対して45度の角度で曲げられている。図7Aの溝318は、管の第1の区域354の側面356の溝の1つの区域318Aと、管の第2の区域352の上面358の溝318Bの第2の区域との、2つの区域に分割される。

図7Bの溝付き管型指向性スピーカの実施態様は、いくつかの状況で特に有利である。図8は、テレビジョン受像機キャビネット112内の湾曲または曲がった溝付き型指向性放射器110を示す。点線は、上から見たテレビジョン受像機キャビネット112の側面および裏面を表す。見かけまたは他の理由で、キャビネットの後部は内側に少しずつ狭められ、その結果、キャビネットの後部は前部よりも狭くなる。溝付き管型指向性放射器は、湾曲部または曲がり部が概してキャビネットの少しずつ狭くなる部分に追従するように、言い換えると、溝付き管型指向性放射器の湾曲または傾斜した壁が実質的にテレビジョン受像機の裏面および側面と平行になるように、キャビネット内に配置される。指向性放射器は、キャビネットの側面の、例えばルーバ付き開口であり得る開口を通して放射することができる。この指向性スピーカの最強放射の方向は概して、矢印62で示されるように横向きでわずかに前方に向かい、このスピーカは、図3Aのデバイス32および42などの受動的指向性デバイスとして使用するのに望ましい。

他のタイプの受動的指向性デバイスで、例えばホーン、レンズなど、受動的指向性デバイス32および42として適切なものがありうる。

高域周波数に対して受動的指向性デバイスを使用することは、指向性アレイを必要とせずに所望の指向性が得られるので有利である。高域周波数に該当する短波長で効果的に動作する指向性アレイを設計するのは困難である。放射要素の直径に近づく波長に該当する周波数では、放射要素自体が指向性になりうる。

本明細書に開示された特定の装置および技法の多数の利用および展開が、本発明の概念から逸脱することなく行われうる。結果として、本発明は、本明細書に開示されたあらゆる新規の特徴、および諸特徴の新規の組み合わせを包含すると解釈されるべきであり、また添付の特許請求の趣旨および範囲によってのみ限定されるべきである。

10 音声モジュール
12 テレビジョン受像機
24 低域通過フィルタ
26 低域周波数放射デバイス
28 帯域通過フィルタ
29 信号加算器
30 左チャネルアレイ
32 高域通過フィルタ
34 左の受動的指向性デバイス
38 右チャネルアレイ
42 右の受動的指向性デバイス
44 中央チャネルアレイ
45 要素
52 テレビジョン受像機画面
62 矢印
110 湾曲または曲がった溝付き型指向性放射器
112 テレビジョン受像機キャビネット
212 音声モジュール
213 矢印
215 矢印
217 矢印
218-1〜218-7 音響ドライバ
220 音声モジュールの左末端
222 多チャネル音声信号源
224-1〜224-7 信号処理回路
232 左アレイ
238 左チャネル信号源
310 受動的指向性デバイス
314 音響ドライバ
316 管
318 溝
318A 溝の1つの区域
318B 溝の第2の区域
320 音響抵抗材料
352 第2の区域
354 縦方向区域、第1の区域
356 側面
358 上面
410A〜410F 2.25インチ音響ドライバ
412 導波路
418 開放端
422A、422B 音響容積
434A、434B 場所
LM 左チャネル中域
LH 左チャネル高域
RM 右チャネル中域
RH 右チャネル高域
CM 中央チャネル中域
CH 中央チャネル高域
L 左チャネル
R 右チャネル
C 中央チャネル
H1L(z)〜H5L(z) 伝達関数
H3R(z)〜H7R(z) 伝達関数
H2C(z)〜H6C(z) 伝達関数
H1C(z)、H3C(z)〜H5C(z)、H7C(z) 伝達関数

Claims (39)

1. 左チャネル、右チャネル、および中央チャネルを低域周波数コンテンツ、中域周波数コンテンツ、および高域周波数コンテンツに分割するクロスオーバネットワークと、
   混合された左チャネル、右チャネルおよび中央チャネルの低域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを放射する全方向性音響デバイスと、
   前記左チャネルの信号および前記右チャネルの信号のうちの一方の信号の中域コンテンツに対応する音響エネルギーが他の方向よりも横方向に多く放射されるように、前記左チャネルの信号および前記右チャネルの信号のうちの前記一方の信号の前記中域コンテンツに対応する音響エネルギーを放射するための信号処理回路および2つ以上の音響ドライバを備える第1の指向性アレイと、
   前記左チャネルの信号および前記右チャネルの信号のうちの前記一方の信号の高域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーが他の方向よりも横方向に多く放射されるように、前記左チャネルの信号および前記右チャネルの信号のうちの前記一方の信号の前記高域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを放射するための第1の受動的指向性デバイスと、
   を備える、音声システム。
2. 音響エネルギーを放射するための第2の指向性アレイであって、前記左チャネルの信号および前記右チャネルの信号のうちの他方の信号の中域コンテンツに対応する音響エネルギーが他の方向よりも横方向に多く放射されるように、前記左チャネルの信号および前記右チャネルの信号のうちの他方の信号の中域コンテンツに対応する音響エネルギーを放射するための信号処理回路および2つ以上の音響ドライバを備える第2の指向性アレイと、
   前記左チャネルの信号および前記右チャネルの信号のうちの前記他方の信号の高域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーが他の方向よりも横方向に多く放射されるように、前記左チャネルの信号および前記右チャネルの信号のうちの前記他方の信号の高域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを放射する第2の受動的指向性デバイスと、
   をさらに備える、請求項1に記載の音声システム。
3. 前記第1の指向性アレイ、前記第2の指向性アレイ、前記第1の受動的指向性デバイスおよび前記第2の受動的指向性デバイスが共通の筐体内に取り付けられる、請求項2に記載の音声システム。
4. 前記共通の筐体がテレビジョン受像機キャビネットである、請求項3に記載の音声システム。
5. 前記第1の指向性アレイおよび前記第2の指向性アレイが少なくとも1つの音響ドライバを共有している、請求項2に記載の音声システム。
6. 音響エネルギーを放射する第3の指向性アレイであって、前記中央チャネルの信号に対応する音響エネルギーが、前記第1の指向性アレイのより多い放射の方向と前記第2の指向性アレイのより多い放射の方向とに実質的に直交する方向により多く放射されるように、前記中央チャネルの信号の中域コンテンツに対応する音響エネルギーを放射するための信号処理回路および2つ以上の音響ドライバを含む第3の指向性アレイをさらに備える、請求項1に記載の音声システム。
7. 前記中央チャネルの高域周波数コンテンツを放射する無指向性高域周波数音響デバイスをさらに備える、請求項6に記載の音声システム。
8. 前記無指向性高域周波数デバイスおよび前記第3の指向性アレイが、テレビジョン受像機においてテレビジョン受像機画面の垂直方向の両側に配置される、請求項7に記載の音声システム。
9. 前記第1の指向性アレイ、前記第2の指向性アレイおよび前記第3の指向性アレイのうちの少なくとも2つが、少なくとも1つの音響ドライバを共有している、請求項6に記載の音声システム。
10. 前記第1の指向性アレイの放射のより大きい前記方向と前記第2の指向性アレイの放射のより大きい前記方向とに実質的に直交する前記方向が実質的に上向きである、請求項6に記載の音声システム。
11. 前記第1の指向性アレイの放射のより大きい前記方向と前記第2の指向性アレイの放射のより大きい前記方向とに実質的に直交する前記方向が、意図された聴取場所に実質的に向かう方向である、請求項6に記載の音声システム。
12. 前記全方向性デバイスが導波路を備える、請求項1に記載の音声システム。
13. 前記導波路がテレビジョン受像機キャビネット内に取り付けられる、請求項12に記載の音声システム。
14. 前記第1の指向性アレイ、前記第2の指向性アレイおよび前記第3の指向性アレイのうちの少なくとも2つが、2つ以上の音響ドライバを共有している、請求項12に記載の音声システム。
15. 前記第1の指向性アレイ、前記第2の指向性アレイおよび前記第3の指向性アレイが、2つ以上の音響ドライバを共有している、請求項14に記載の音声システム。
16. テレビジョン受像機のキャビネット内に取り付けられる、請求項1に記載の音声システム。
17. 前記全方向性音響デバイス、前記第1の指向性アレイ、前記第2の指向性アレイ、前記第3の指向性アレイ、前記第1の受動的指向性デバイス、および前記第2の受動的指向性デバイスがそれぞれ、音響エネルギーを周囲に向けて放射する出口を有し、前記出口のどれもが前記テレビジョン受像機の前面にはない、請求項16に記載の音声システム。
18. 前記第1の受動的指向性デバイスが、
    管に音響的に結合されて前記管の中に音響エネルギーを放射する音響ドライバを含む溝付き管型受動的指向性音響デバイスを備え、
    前記管が、
    前記管の全長の少なくとも一部分に沿った細長い開口と、圧力波を前記周囲に向けて放射する前記開口内の音響抵抗材料とを含み、
    前記圧力波が体積速度によって特性が示され、前記管、前記開口、および前記音響抵抗材料が、前記体積速度が前記管の全長に沿って実質的に一定になるように構成される、請求項1に記載の音声システム。
19. 音声システムを動作させる方法であって、
    混合された左チャネル、右チャネルおよび中央チャネルの低域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを全方向性で放射するステップと、
    信号処理回路および2つ以上の音響ドライバを備える第1の指向性アレイから、前記左チャネルの中域コンテンツに対応する音響エネルギーを、前記左チャネル信号に対応する音響エネルギーが他の方向よりも左方向に多く放射されるように指向性で放射するステップと、
    信号処理回路および2つ以上の音響ドライバを備える第2の指向性アレイから、前記右チャネルの中域コンテンツに対応する音響エネルギーを、前記右チャネル信号に対応する音響エネルギーが他の方向よりも右方向に多く放射されるように指向性で放射するステップと、
    信号処理回路および2つ以上の音響ドライバを備える第3の指向性アレイから、前記中央チャネルの中域コンテンツに対応する音響エネルギーを、前記中央チャネル信号に対応する音響エネルギーが、前記第1の指向性アレイの放射のより大きい方向と前記第2の指向性アレイの放射のより大きい方向とに実質的に直交する方向により多く放射されるように指向性で放射するステップと、
    第1の受動的指向性デバイスから、前記左チャネルの高域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを、音響エネルギーが他の方向よりも左方向に多く放射されるように指向性で放射するステップと、
    第2の受動的指向性デバイスから、前記右チャネルの高域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを、音響エネルギーが他の方向よりも右方向に多く放射されるように指向性で放射するステップとを含む、方法。
20. 前記中央チャネルの高域周波数コンテンツを無指向性で放射するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
21. 前記中央チャネルの前記高域周波数コンテンツを無指向性で放射するステップが、テレビジョン受像機画面の、前記中央チャネルの前記中域コンテンツを指向性で放射するのとは垂直方向に反対の側から放射するステップを含む、請求項20に記載の方法。
22. 前記混合された左チャネル、右チャネルおよび中央チャネルの前記低域周波数コンテンツに対応する音響エネルギーを全方向性で放射する前記ステップが、導波路から放射するステップを含む、請求項19に記載の方法。
23. 全方向性で放射する前記ステップが、テレビジョン受像機キャビネット内に取り付けられた導波路から放射するステップを含む、請求項22に記載の方法。
24. 前記第1の指向性アレイの放射のより大きい前記方向と前記第2の指向性アレイの放射のより大きい前記方向とに実質的に直交する方向に指向性で放射する前記ステップが、実質的に上向きで放射するステップを含む、請求項19に記載の方法。
25. 前記第1の指向性アレイの放射のより大きい前記方向と前記第2の指向性アレイの放射のより大きい前記方向とに実質的に直交する方向に指向性で放射する前記ステップが、意図された聴取場所に実質的に向けて放射するステップを含む、請求項19に記載の方法。
26. 第1の指向性アレイから指向性で放射する前記ステップと、第2の指向性アレイから指向性で放射する前記ステップと、第3の指向性アレイから指向性で放射する前記ステップと、第1の受動的指向性デバイスから指向性で放射する前記ステップと、第2の受動的指向性デバイスから指向性で放射する前記ステップとが、テレビジョン受像機キャビネットから放射するステップを含む、請求項19に記載の方法。
27. 第1の指向性アレイから指向性で放射する前記ステップと、第2の指向性アレイから指向性で放射する前記ステップと、第3の指向性アレイから指向性で放射する前記ステップと、第1の受動的指向性デバイスから指向性で放射する前記ステップと、第2の受動的指向性デバイスから指向性で放射する前記ステップとが、テレビジョン受像機キャビネットの側面、底面または上面のうちの1つから放射するステップを含む、請求項19に記載の方法。
28. テレビジョン受像機キャビネットと、
    第1の溝付き管型受動的指向性音響デバイスと、
    を備えるテレビジョン受像機用音声システムであって、
    前記第1の音響デバイスが、管に音響的に結合されて前記管の中に音響エネルギーを放射する第1の音響ドライバを含み、
    前記管が、前記管の全長の少なくとも一部分に沿った細長い開口、および圧力波を周囲に向けて放射する前記開口内の音響抵抗材料を含み、
    前記圧力波が体積速度によって特性が示され、前記管、前記開口、および前記音響抵抗材料が、前記体積速度が前記管の全長に沿って実質的に一定になるように構成され、
    前記受動的指向性音響デバイスが、前記テレビジョン受像機キャビネットから音波を横方向に指向性で放射するように前記テレビジョン受像機キャビネット内に取り付けられる、テレビジョン受像機用音声システム。
29. 前記管が、曲がったものまたは湾曲したものの少なくとも1つである、請求項28に記載のテレビジョン受像機用音声システム。
30. 前記開口が、その全長に沿って曲がったものまたは湾曲したものの少なくとも1つである、請求項29に記載のテレビジョン受像機用音声システム。
31. 前記開口が、曲がった面または湾曲した面にある、請求項29に記載の溝付き管型受動的指向性音響デバイス。
32. 前記テレビジョン受像機キャビネットが後方に少しずつ狭められ、前記受動的指向性音響デバイスが、前記溝付き管型受動的指向性音響デバイスの曲がった壁または湾曲した壁が前記テレビジョン受像機キャビネットの裏面および側壁と実質的に平行になるように取り付けられる、請求項29に記載のテレビジョン受像機用音声システム。
33. 前記開口が、前記管の上面にある第1の区域と、前記管の側面にある第2の区域との2つの区域を備える、請求項29に記載のテレビジョン受像機用音声システム。
34. 前記受動的指向性音響デバイスが、左チャネルまたは右チャネルの少なくとも一方の高域周波数コンテンツを前記テレビジョン受像機キャビネットから横方向に放射する、請求項28に記載のテレビジョン受像機用音声システム。
35. 前記受動的指向性音響デバイスが、2kHzを超える左チャネルコンテンツまたは右チャネルコンテンツの少なくとも一方を放射する、請求項34に記載のテレビジョン受像機用音声システム。
36. 前記左チャネルまたは右チャネルの中域周波数コンテンツを前記テレビジョン受像機から横方向に放射する指向性アレイをさらに備える、請求項34に記載のテレビジョン受像機用音声システム。
37. 前記左チャネル、前記右チャネルおよび中央チャネルのバス周波数コンテンツを放射する導波路構造物をさらに備える、請求項36に記載のテレビジョン受像機用音声システム。
38. 前記管の断面積が前記管の全長に沿って減少する、請求項28に記載の音声システム。
39. 第2の溝付き管型受動的指向性音響デバイスをさらに備える請求項28に記載の音声システムであって、前記第2の音響デバイスが、
    管に音響的に結合されて前記管の中に音響エネルギーを放射する第2の音響ドライバを含み、
    前記第2の管が、
    前記管の全長の少なくとも一部分に沿った細長い開口と、圧力波を前記周囲に向けて放射する前記開口内の音響抵抗材料とを含み、
    前記圧力波が体積速度によって特性が示され、前記管、前記開口、および前記音響抵抗材料が、前記体積速度が前記管の全長に沿って実質的に一定になるように構成され、
    前記第1の受動的指向性音響デバイスが、前記テレビジョン受像機キャビネットから音波を横左方向に指向性で放射するように前記テレビジョン受像機キャビネット内に取り付けられ、前記第2の受動的放射器が、前記テレビジョン受像機キャビネットから音波を、意図された聴取場所の相対位置からは横右方向に指向性で放射するように前記テレビジョン受像機キャビネット内に取り付けられる、音声システム。

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