JP4625756B2 - Loudspeaker array system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a loudspeaker including a plurality of transducers of at least two different sizes wherein the transducers are symmetrically arranged with respect to a first axis and with respect to a second axis perpendicular to the first axis, and the centers of some of the transducers are located along the loudspeaker at positions not on the first and second axes. <P>SOLUTION: The loudspeaker includes a plurality of transducers of at least two different sizes wherein the transducers are symmetrically arranged with respect to a first axis and with respect to a second axis perpendicular to the first axis, and the loudspeaker includes some of the transducers which are located along the loudspeaker at positions not on the first and second axes. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&amp;INPIT

Description

(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。
(Technical field)
The present invention generally relates to multi-way loudspeaker systems. Specifically, it consists of loudspeaker drivers arranged symmetrically in a two-dimensional plane, achieving high quality sound when used in combination with stereo loudspeaker systems, multichannel home entertainment systems, and public information broadcasting systems A multi-way loudspeaker system.

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。   Loudspeaker designers have a wide range of frequency bands, despite constraints on the size and number of transducers (eg, drivers) as well as the number of amplifiers (eg, ways) required in the system. Efforts are constantly being made to design loudspeaker systems with controlled directivity that achieve high quality sound over time. Achieving such high quality sound over a wide frequency range is due to the changing dimensions of the transducers for each dedicated portion of the audible frequency band and the constraints on the spacing between the transducers. Therefore, it has been regarded as a difficult task.

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。   High quality loudspeakers for the audible frequency range typically employ multiple drivers, dedicated to each dedicated portion of the audible frequency band, which include a tweeter (typically 2 kHz to 20 kHz), a midrange driver (typically 200 Hz to 5 kHz). ), And a woofer (generally 20 Hz to 1 kHz). Generally, higher frequency drivers are smaller in size than lower frequency drivers.

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。   In order to achieve high sound quality, it is desirable to place the drivers as close together as possible in the loudspeaker. However, due to the physical dimensions of dedicated drivers, the possibilities for placing drivers in close proximity to each other are limited. The further away the drivers are from each other, the more acoustic problems arise.

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。   Because of the driver's own physical dimensions due to the driver's own physical dimensions, the driver's acoustic output is transmitted to a loudspeaker, usually called an acoustic center, because the distance is comparable to the wavelength of the emitted sound. Add only on one vertical line to obtain a flat response independent of the intended frequency. At points off the axis, the frequency response is more or less distorted due to interference due to different acoustic path lengths from each driver to the point of space consideration. Thus, there have historically been many attempts to construct a loudspeaker having a controlled sound space so that a smooth response is obtained even in off-axis positions in large spaces.

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。   The current technology for controlling sound space in large spaces, such as public spaces, is to use horns to enhance the sound evenly arranged. However, the use of uniformly arranged horns has drawbacks. This is because uniformly arranged horns have a constrained frequency range, a fixed, non-redirectable polar pattern, and a relatively high distortion.

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。   A current two-dimensional array for home entertainment surround sound, the so-called sound projector, is an array of identical, small, wide-band drivers that are linearly spaced. This type of array can produce multiple sound beams, which radiate into the room and produce the desired sound effect during the bounce from the wall to the listener. However, the drivers in a two-dimensional, linearly spaced array are identical and the maximum sound pressure and sound quality of a sound projector is limited by the transducer's performance, which is generally exclusive. This is inferior to a drive unit optimized for a certain frequency band. In addition, sound projectors use a very large number of drivers that all need to be driven individually, which results in tremendous complexity and high cost.

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。   In this way, a minimum number of converters are used, as well as amplifiers, which are optimized for high performance by using dedicated drivers that span the audible frequency band, such as tweeters, mid-range drivers or woofers. There remains a need for a quality, low distortion, two dimensional loudspeaker configuration. Unlike fixed devices that use an array of horns, there is still a need for a two-dimensional loudspeaker configuration that electronically changes the beam width and direction angle on-site.

(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。
(Summary of the Invention)
(Item 1)
A loudspeaker having a plurality of transducers of at least two different dimensions, the transducers being arranged symmetrically with respect to a first axis and with respect to a second axis perpendicular to the first axis The loudspeaker is
A loudspeaker comprising a transducer whose center is located along the loudspeaker at a position that is not on either the first axis or the second axis.

(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。
(Item 2)
The transducer of the loudspeaker, arranged symmetrically with respect to both the first and second axes, converts the filtered digital output signal through at least one digital FIR filter into at least one power. The loudspeaker according to item 1, which is received from the D / A converter.

(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。
(Item 3)
The loudspeaker of item 1, wherein the plurality of transducers of the at least two different dimensions are tweeters and mid-range drivers.

(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。
(Item 4)
The loudspeaker of item 1, wherein the plurality of transducers of the at least two different dimensions are a tweeter and a woofer.

(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。
(Item 5)
The loudspeaker of item 1, wherein the plurality of transducers of the at least two different dimensions are midrange drivers and tweeters.

(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。
(Item 6)
The loudspeaker according to item 1, wherein the plurality of drivers include a tweeter, a mid-range driver, and a woofer.

(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。
(Item 7)
The loudspeaker according to item 1, wherein one of the plurality of transducers is centered at an intersection of the first and second axes.

(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。
(Item 8)
Item 8. The loudspeaker of item 7, wherein the central converter receives a digital output signal filtered through at least one digital FIR filter from at least one power D / A converter.

(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。
(Item 9)
Linear phase filter coefficients for each FIR filter determine an initial driver position, determine an initial directivity objective function for the system, and apply a cost minimization function based on the initial directivity objective function The loudspeaker of claim 2, wherein the loudspeaker is determined by: calculating a linear phase filter coefficient for each filter of the system.

(項目10)
上記初期のドライバ位置は、ラウドスピーカの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。
(Item 10)
Item 10. The loudspeaker according to item 9, wherein the initial driver position is a coordinate related to an origin that is the center of the loudspeaker.

(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。
(Item 11)
Item 10. The loudspeaker according to item 9, wherein a frequency point is determined on a logarithmic scale of a predetermined frequency range based on the determined initial directivity objective function.

(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。
(Item 12)
Item 10. The loudspeaker of item 9, wherein the cost minimization is a function that starts at a minimum frequency and increases stepwise and is applied at the frequency point.

(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。
(Item 13)
Item 10. The loudspeaker according to item 9, wherein a Fourier approximation method is used to establish the linear phase filter coefficients.

(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。
(Item 14)
To change the directivity of the loudspeaker array along the axis perpendicular to the direction in which the array is arranged, while maintaining the directivity of the array along the axis in which the array is arranged The method comprising:
At least one transducer having a center on the axis on which the linear array is arranged, the transducer being substantially identical to the transducer having a center on the axis on which the array is arranged. Including replacing by at least one pair;
When the pair is replaced, one transducer of the pair is placed on one side of the axis where the array is arranged, and another transducer of the pair is placed on the axis where the array is arranged. On the other side of the array so that the array is arranged at the same distance from the axis where the array is arranged, and the opposing pairs are arranged at the same distance from the axis perpendicular to the axis where the array is arranged To be replaced.

(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。
(Item 15)
15. The loudspeaker of item 14, wherein the pair of converters receives a digital output signal filtered through at least one digital FIR filter from at least one power D / A converter.

(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。
(Item 16)
To change the directivity of the loudspeaker array along the axis perpendicular to the direction in which the array is arranged, while maintaining the directivity of the array along the axis in which the array is arranged The method comprising:
Replacing at least one transducer centered on the axis in which the linear array is arranged with at least one pair of transducers substantially identical to the transducer;
The pair of transducers are arranged at mirror points with respect to the axis at points along the axis in which the array is arranged, so that the directivity of the axis in which the array is arranged Is maintained, the way.

(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。
(Item 17)
A loudspeaker system comprising at least five transducers of at least two different dimensions,
The at least five transducers are arranged symmetrically with respect to both a first axis and a second axis perpendicular to the first axis, and at least one substantially identical transducer pair Are centered parallel to each other with respect to the first axis, one transducer of the pair is placed on one side of the second axis, and the other transducer in the pair is A loudspeaker system placed on the opposite side of the second axis so that the distance from the axis is the same distance as the other transducers of the pair.

(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。
(wrap up)
The present invention is a multi-way array loudspeaker capable of producing high quality sound in a high fidelity (high fidelity) stereo system, a multi-channel home entertainment system or a public information broadcasting system.

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。   In one embodiment, the array includes a plurality of tweeters, midrange drivers and woofers arranged in a single housing or assembled into a single unit, the housing or unit being a driver coupling. In order to avoid this, it has a sealed compartment separating several drivers from each other. The array can be single channel with various signal paths from the input to individual loudspeaker drivers or to multiple drivers. Each signal path comprises a digital input and includes a digital FIR filter, a D / A converter and a power amplifier connected to a single driver or multiple drivers, or a so-called power D / A converter.

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。   The performance, position and placement of the loudspeakers in the array can be determined by a filter design algorithm that establishes coefficients for each FIR filter in each signal flow path of the loudspeaker. A cost minimizing function is applied to a given frequency point using the initial driver position and the initial directivity objective function defined at a frequency point on a logarithmic scale within that frequency range. If the results obtained by applying the cost minimizing function do not meet the system performance requirements, the driver position can be modified and the cost minimizing function can be reinstated until the resulting results meet the system requirements. Can be applied. When the results obtained meet the system requirements, the filter coefficients for each of the linear phase FIR filters in one path are calculated using Fourier approximation or other frequency sampling methods.

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。   The multi-way loudspeaker of the present invention may include built-in DSP processing, D / A converters and amplifiers, and may be connected to a digital network (eg, IEEE 1394 standard). Furthermore, the multi-way loudspeaker system of the present invention can also be designed as a wall-mounted surround system because of its affordable dimensions.

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。   Multi-way loudspeaker systems can employ drivers with different dimensions, less distortion produced, high power handling, because dedicated drivers are different from their wide band identical driver arrays, This is because it can operate optimally in the frequency band. The multi-way speaker design of the present invention also provides better control of room response because it has a smooth response in an out-of-axis position. The system can also control the frequency response of the reflected sound, as well as the total sound power, and suppress floor and ceiling reflections.

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。   Other systems, methods, features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art upon examination of the following drawings and detailed description. It is intended that all these additional systems, methods, features and advantages be included in this description, be within the scope of the invention, and be protected by the accompanying claims.

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。   The invention can be better understood with reference to the following drawings. The components in the drawings are not necessarily drawn to scale, but are rather emphasized to represent the principles of the invention. Moreover, the same reference numbers in the drawings designate corresponding parts in the different drawings.

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。   FIG. 1 shows an embodiment of a one-dimensional (1D) multi-way loudspeaker 100 on which the present invention is based, and a block diagram of the signal flow to each loudspeaker driver of the system 100. As shown in FIG. 1, the multi-way loudspeaker 100 is connected to (1) a central tweeter 102 connected to the first power D / A converter 103, and (2) connected to the second power D / A converter 105. Two additional tweeters 104 and 106, (3) two mid-range drivers 108 and 110 connected to the third power D / A converter 107, and (5) a fourth D / A converter 109. Can be designed as a 4-way loudspeaker having two woofers 112 and 114 connected to each other. The connection between each loudspeaker and the amplifier represents a different way in the multi-way loudspeaker.

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。   In FIG. 1, a driver, also referred to as a transducer, may be mounted in a housing 116 consisting of compartments 120, 122, and 124 separated and sealed by separators 132 and 134 as shown. By installing the driver in a separate and sealed compartment, the coupling between adjacent drivers is minimized. Although various compartments can be seen in FIG. 1, the loudspeaker system can be designed so that the compartments are not visible to the consumer when embodied as a finished product. The compartment 124 containing the woofer 112 can be separated by a separator 132 from the compartment 120 containing the mid-range drivers 108 and 110 and the tweeters 102, 104 and 106. Similarly, the compartment 122 containing the woofer 114 may be separated by a separator 134 from the compartment 120 containing the mid-range drivers 108 and 110 and the tweeters 102, 104 and 106. All the tweeters 102, 104, 106 can be included in the same compartment 120 as the mid-range drivers 108 and 110 because the tweeters 102, 104, and 106 are generally hermetically sealed and remove the tweeters 102, 104, and 106 from the mid-range drivers. This is because there is no need to separate them.

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。   FIG. 1 shows a central tweeter 102, tweeters 104 and 106, midband drivers 108, 110 and low frequency woofers 112 and 114, which are linear along the y-axis and symmetrical with respect to the central tweeter 102. It has been incorporated. Typical arrangements include tweeters 102, 104 and 106 having an outer diameter of about 40 mm to 50 mm, mid-range drivers 108 and 110 having an outer diameter of about 80 mm to 110 mm, and woofers 112 and 114 having an outer diameter of about 120 mm to 250 mm. May be included. In general, the dimensions of the transducer cone can vary based on the desired intended use and the desired array dimensions. Further, although the transducer may use neodymium magnets, the use of that particular type of magnet is not necessary for the application described.

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。   When using a 50 mm diameter tweeter, a 110 mm midrange driver and a 160 mm woofer, an example of the system is a central tweeter built into the center point 0 which is the intersection of the x-axis and y-axis on the y-axis. 102 may be included. The tweeters 104 and 106 may be incorporated with their centers approximately +/− 60 mm from the center point. The midrange drivers 110 and 108 can then be incorporated at their centers about 0 / + 150 mm from the center point 0. Low frequency woofers 112 and 114 may then be incorporated at their centers approximately +/− 300 mm from the center point.

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。   FIG. 1 also shows a signal flow block diagram 140 of a multi-way loudspeaker system. Although FIG. 1 shows four ways of signal flows 142, 144, 146 and 148, the channel may be divided into two or more ways. The signal flow comprises a digital input 150 that can be implemented using a standard connection format, such as SPDIF or IEEE 1394 and their derivatives, via various paths or ways as shown in FIG. Can be connected to the driver. Each path or way 142, 144, 146 and 148 includes a digital FIR filter 152 and a power D / A converter 103, 105, 107 and 109, each connected to one or more loudspeaker drivers. obtain. Power D / A converters 103, 105, 107 and 109 are class D power amplifiers with a cascade of conventional audio D / A converters (not shown) and power amplifiers (not shown) or with direct digital inputs (Not shown). FIR filter 152 may be performed by a digital signal processor (DSP) (not shown). The loudspeaker driver can be a tweeter, midrange driver or woofer as shown.

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。   In operation, each output of the plurality of FIR filters 152 is connected to a plurality of power D / A converters 103, 105, 107 and 109, and then a plurality of loudspeakers attached to a baffle of the housing 116. Supplied to drivers 102, 104, 106, 108, 110, 112, and 114. More than one driver, such as 104 and 106, may be connected in parallel to a path or way 142, 144, 146 and 148 that includes power D / A converters 103, 105, 107 and 109.

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。   FIG. 2 shows a two-dimensional multi-way loudspeaker 200 obtained by separating the tweeters 104 and 106 and the mid-range drivers 108 and 110 of FIG. As described further below, the paired drivers can be electrically coupled together and supplied by the same filter as the one-dimensional (1D) multiway loudspeaker 100 of FIG. Therefore, the directivity along the y-axis is not affected, and the same directivity as originally defined is maintained in the long-distance space. However, new directivity characteristics can be introduced along the x-axis as desired.

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。   Specifically, FIG. 2 shows a one-channel two-dimensional four-way loudspeaker 200 having a central tweeter 202 circled by four additional tweeters 204, 206, 208 and 210. In addition, the loudspeaker 200 includes four midrange drivers 212, 214, 216 and 218, and two woofers 220 and 222.

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。   The tweeters 204, 206, 208 and 210, the midrange drivers 212, 214, 216 and 218, and the two woofers 220 and 222 are all symmetrically aligned with respect to the central tweeter 202 and linearly aligned along the y-axis. Has been. The pair of tweeters 204 and 206 and the pair of tweeters 208 and 210 are placed on one side of the central tweeter 202, respectively, above and below the centerline defined by the x-axis. Similarly, the pair of midrange drivers 212 and 214 are located above the tweeters 202, 204, 206, 208 and 210, and the other pair of midrange drivers 216 and 218 are tweeters 202, 204, 206, 208 and 210. Is placed symmetrically with respect to the centerline defined by the x-axis.

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。   Similar to the loudspeaker system 100 of FIG. 1, the loudspeaker system of FIG. 214, 216 and 218, and woofers 220 and 222 having an outer diameter of about 120 mm to 250 mm. As previously mentioned, the dimensions of the transducer cone can vary based on the desired application and the desired array dimensions.

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,+/−(y1,2,3,・・・,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+/−(x,x,・・・,x)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。 In general, the design of a system with n ways is the optimal position coordinates y 0, +/− (y 1, y 2, y 3, ..., Y n−1 ) for a particular directivity objective function. , And filter coefficients for the filter FIR (0, 1, 2, 3,..., N−1). In the example where n is given equal to 4, when generating a two-dimensional array, drivers with subscripts (1,..., m), m ≦ n are pairs (here m = 1 and m = 2). ). The corresponding x-axis coordinate is +/− (x 1 , x 2 ,..., X m ), while the y-coordinate remains as it is without changing the one-dimensional design value.

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。   The y-coordinate in the two-dimensional loudspeaker system 200 can be designed smaller than the physical dimensions of the driver, as shown in FIG. 2, because space is gained by separating the driver and moving in the x-axis direction. Because it is. Thus, an additional degree of freedom is gained from the two-dimensional design, which generally results in further performance improvements.

x−軸に沿った指向性は、位置のパラメータx,・・・,x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。 The directivity along the x-axis can be adapted by optimization of the position parameters x 1 ,..., x m and by the value of m itself. The driver with the suffix (m + 1),..., N−1 is not separated and remains in its original position. This means that the array on the x-axis is a truncated version of the original standard array designed on the y-axis. Thus, the directivity function exhibits a higher corner frequency.

係数x,・・・,x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。x<y,x<y,・・・の場合には、アレイのx−軸方向に関する指向性は少ない。x=y,x=y,・・・の場合には、高い周波数において両者は等しい。 The coefficients x 1 ,..., X m can be optimized so that a smooth, frequency-independent directivity function is obtained along the x-axis. In the case of x 1 <y 1 , x 2 <y 2 ,..., the directivity in the x-axis direction of the array is small. In the case of x 1 = y 1 , x 2 = y 2 ,..., both are equal at high frequencies.

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。   In the embodiment provided in FIG. 2, the central tweeter 202 can be incorporated at a center point 0 on the y-axis, which is the intersection of the x-axis and the y-axis, as shown in FIG. The tweeters 204, 206, 208 and 210 incorporate their centers at positions about +/− 30 mm along the x-axis and +/− 42 mm along the y-axis (+/− 30 mm, +/− 42 mm). It is.

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。   The midrange drivers 212, 214, 216 and 218 then center at about +/− 80 mm from the center point 0 along the x-axis and about +/− 120 mm along the y-axis (+/− 80 mm). , +/− 120 mm). The woofers 220 and 222 are then incorporated at their centers at a location approximately +/− 300 mm (+/− 0 mm, +/− 300 mm) from the center point.

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。   Similar to the loudspeaker system 100 of FIG. 1, the transducer may be incorporated into a housing 230 comprising compartments 232, 234 and 236 separated and sealed by separators 242 and 244 as shown. The compartment 232 containing the woofer 220 may be separated from the compartment 236 containing the mid-range drivers 212, 214, 216 and 218 and the tweeters 202, 204, 206, 208 and 210 by the separator 242. Similarly, compartment 234 containing woofer 222 may be separated by separator 244 from compartment 236 containing midrange drivers 212, 214, 216 and 218 and tweeters 202, 204, 206, 208 and 210.

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。   FIG. 2 also shows a signal flow block diagram 250 of the multi-way loudspeaker system 200. FIG. 2 shows the four ways 252, 254, 256 and 258 of the signal flow. The signal flow comprises a digital input 264 that can be implemented using a standard connection format and is connected to the driver via various paths or ways, such as the four ways shown in FIG. . Each path or way 252, 254, 256 and 258 may include a digital FIR filter 260 and a power D / A converter 262 connected to one or more loudspeaker drivers.

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)。   FIG. 3 is a flowchart of a filter design algorithm 300 used to design the loudspeaker system of the present invention. The purpose of the filter design algorithm 300 is to determine the coefficients for each FIR filter that correspond to each signal flow path of the loudspeaker. As shown in more detail below, an initial driver position and an initial directivity objective function are first determined (310). Initial speaker and driver locations or design arrangements are designed according to a number of different variables depending on the application, such as desired speaker dimensions, intended use, manufacturing constraints, aesthetic taste or other product design aspects. Can be done. Driver coordinates are then defined for each driver along the principal axis. An initial estimate for the directional objective function is then set, which involves setting a frequency point within the interval of interest on a logarithmic scale. The cost function is then minimized (312) at the defined frequency points. In step 314, if the result does not match the system performance requirements, the driver position is modified and the cost minimization function is again applied (316). This cycle can be repeated until the results meet the requirements. If the result meets the requirement, linear phase filter coefficients are calculated (318). Additional calculations may also be performed 320 to equalize the drivers and to compensate for phase shifts and to allow adjustment of beam orientation.

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。   In an initial step 310, an initial driver position and an initial directivity objective function are set. As previously mentioned, the number, position, dimensions and orientation of the drivers are primarily determined by the product design aspects. Once the direction has been determined, initial coordinate values can then be defined for the N drivers on the main axis as initial driver coordinates p (n), n = 1,. For example, in the one-dimensional (1D) array shown in FIG. 1, N = 7: p (n) = [− 0.30, −0.15, −0.06, 0, 0.06, 0.15. 0.30] m (meters). In the two-dimensional (2D) array shown in FIG. 2, N = 7: p (n) = [− 0.30, −0.12, −0.042,0, 0.042, 0.12,0 .30] m.

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。   As depicted in FIG. 2, if the two-dimensional arrangement is symmetric about both the x and y axes, the design process for the two-dimensional arrangement is for one dimension, eg, for the principal axis as described above. Can be implemented. The same directivity characteristic due to symmetry is obtained for the other axes, except for higher corner frequencies.

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。   In order to determine the initial directivity objective function, an initial estimate for the directivity objective function T (f, q), which is determined based on the desired performance of the driver at a specific angle q, may be defined. is necessary. FIG. 4 shows a set of example objective functions for angle dependent attenuation at five specific angles q. The directional objective function defines the expected sound level attenuation in dB (y-axis), which is at the origin (center tweeter) at a sufficiently large distance (larger than the speaker dimensions) from the speaker in an anechoic environment. Can be measured at various frequencies at angle q from the vertical to. The frequency vector f defines a set of frequency points, for example, 100 on a logarithmic scale within the frequency interval of interest, for example, 100 Hz,.

角度ベクトルq(i)、i=1,・・・,N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、
(N=5):q=[0,10,20,30,40]°、
大部分の場合には、2個の角度、例えばN=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。
The angle vectors q (i), i = 1,..., N q define the set of angles at which optimization is performed. FIG. 4 shows the initial estimate for directivity at five angles,
(N q = 5): q = [0, 10, 20, 30, 40] °,
In most cases it may be sufficient to define the directivity for only two angles, eg N q = 2. In this case, the intended directivity can be defined at an outer angle, for example 40 degrees and 0 degrees, where a directivity of zero on the axis is defined. For example, q = [0, 40] °.

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。   Except for the objective function on the axis, the objective function at each angle is linear on the logarithmic scale from T = 0 dB at f = 0 to a value of T <0 dB at a specific frequency fc (eg, fc = 350 Hz). Decrease, and then keep a constant value. The on-axis objective function 402 maintains a constant value of 0 dB over the entire frequency range. The objective directivity functions for 10 (10) degree 404, 20 (20) degree 410, 30 (30) degree 412 and 40 (40) degree 414 all start at T = 0 dB and are represented by 350 Hz in FIG. The logarithmic scale descends until the function reaches fc, and then remains constant over the frequency range of interest.

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。   After the initial driver position and initial directivity objective function are determined, the next step 312 minimizes the cost function F (f) at a predetermined frequency vector point f. This minimization is done by starting with the smallest frequency increase step, eg 100HZ, using the resulting solution as the initial solution for the next step, respectively, and using the following equation:

Figure 0004625756
および
Figure 0004625756
and

Figure 0004625756
ここで、H(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。
Figure 0004625756
Where H m (n, f, q) is the measured amplitude frequency normalized to the response obtained on-axis (angle 0) for the target driver n, frequency f and angle q. A set of responses, an example of which is shown in FIG. FIG. 5 shows a frequency response 500 of an attached tweeter measured at various vertical deviation angles and normalized to on-axis values. In FIG. 5, line 502 represents the on-axis response, line 504 is the frequency response measured at 10 degrees, line 506 is the response at 20 degrees, line 508 is the response at 30 degrees, and line 510 Are frequency responses measured at 40 degrees, all measured in the frequency range between 1 kHz and 20 kHz.

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
opt(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。
Further, minimization is performed by changing the real-valued frequency points of the channel filter C opt (n, f) within the interval [0,1], where n is the sign of the driver and f is Is the frequency. Further, the following constraints C opt (n, f) = 0, f> fo, f <fu
However, it must be satisfied according to the characteristics of the specific driver n. For example, in the woofer example, the upper operating limit is fo = 1 kHz, for the tweeter the lower operating limit is fu = 2 kHz, for the mid-range driver fu = 300 Hz, fo = 3 kHz. possible.

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。   The cost function minimization procedure described above is described in The MathWorks, Inc. Can be implemented by the function “fminsearch”, which is part of the Matlab® software package owned and distributed by. The “fminsearch” function in the Matlab software package uses the Nelder-Mead simplex algorithm or a derivative thereof. As an alternative, an exploratory exploration method can be applied on a predefined grid within constrained parameters. Other methodologies can also be used to minimize the cost function.

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。   If the difference between the obtained result and the target is small enough, or acceptable as determined by the practitioner for a particular design application, then each of the linear arrays FIR filter coefficients for the signal path are obtained.

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。   If the difference between the obtained result and the target is not acceptable for a particular design application, for example, or too large, the driver position or geometry and / or the parameter q (I) and the fc (see FIG. 4) of the objective function T (f, g) are then modified. After correction, the cost minimization function is applied again and the process is repeated until the results and targets obtained are sufficiently small or within acceptable limits for the application.

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。   As shown in FIG. 3, if the driver position and driver geometry are determined so that the algorithm gives results within the tolerance of the objective function, then each signal path n = 1,. The FIR filter coefficients for N need to be determined, as shown in step 318 of FIG. One way to determine FIR filter coefficients is to use a Fourier approximation method (frequency sampling method) to obtain a linear phase filter of a given degree. When applying the Fourier approximation method or other frequency sampling methods, it is necessary to select an order such that the approximation method is sufficiently accurate.

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。   The Fourier approximation method is described in The MathWorks, Inc. Can be implemented by the function “fires”, which is part of the Matlab® software package owned and distributed by. Similar methodologies can be used to minimize the cost function by being executed in other software systems.

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。   Additionally, modifications can be made to the FIR filter to equalize the measured frequency response of one or more drivers (especially tweeters, midrange drivers). The impulse responses of these filters can be obtained by well-known methods and need to be convolved with the impulse response of the linear phase channel filter when determining the coefficients of the FIR filter as described above. Furthermore, the voice coil (the driver's acoustic center) cannot be aligned. To compensate for this, an appropriate delay can be given to the filter by adding a leading zero to the FIR impulse response.

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。   Two-dimensional multi-way loudspeaker systems can be planned for use in conjunction with various applications, such as stereo loudspeaker systems, multi-channel home entertainment systems, and public information broadcast systems. The person skilled in the art can change the number, type and position of the drivers, the number of channels, the number of signal flow paths or circuits, as well as the axis to adapt the directivity for a particular application. The position parameters along can be modified.

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。   FIG. 6 is another two-dimensional multi-way loudspeaker, the loudspeaker system of FIG. 2 except that it includes four woofers 620, 622, 624 and 626 instead of two woofers. Same as loudspeaker. The arrangement described in FIG. 6 is a design that may be desirable for those skilled in the art to use for sound enhancement applications.

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。   In the example provided in FIG. 6, the central tweeter 602 may be attached to a center point 0 on the x-axis, shown as the intersection of the x-axis and y-axis in FIG. The tweeters 604, 606, 608 and 610 are centered about +/− 42 mm along the y-axis and about +/− 30 mm along the x-axis (+/− 30 mm, +/− 42 mm). It is attached.

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。   The mid-range drivers 612, 614, 616 and 618 are then centered at positions about +/− 110 mm from their center point 0 along the y-axis and about +/− 80 mm along the x-axis (+/− −80 mm, +/− 110 mm). Woofers 620, 622, 624 and 626 are then centered about +/− 300 mm along the y-axis and approximately +/− 180 mm along the x-axis (+/− 180 mm, +/− 300 mm). ).

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。   Similar to the respective loudspeaker systems 100 and 200 of FIGS. 1 and 2, the transducer includes a compartment 630, 632, and 634 separated and sealed by separators 636 and 642 as shown. Can be mounted inside.

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。   FIG. 7 shows a signal flow block diagram 700 of the multi-way loudspeaker system 600 of FIG. FIG. 7 shows the four ways 702, 704, 706 and 708 of the signal flow. The signal flow comprises a digital input 710 that can be implemented by using a standard connection format and is connected to the driver via various paths or ways such as the four ways shown in FIG. . Each path or way 702, 704, 706 and 708 is connected to one or more loudspeaker drivers, respectively, with digital FIR filters 712, 714, 716, 718 and power D / A converters 720, 722, 724, 726 may be included.

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。   As shown in FIG. 7, signal flow way 702 provides to woofers 620, 622, 624 and 626 of loudspeaker system 600 of FIG. Signal flow way 704 provides to mid-range drivers 612, 614, 616 and 618 of loudspeaker system 600 of FIG. The signal flow way 706 feeds the tweeters 604, 606, 608 and 610 of the loudspeaker system 600 of FIG. 6, and the signal flow way 708 feeds the central tweeter 602 of the loudspeaker system 600 of FIG. To do.

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。   FIG. 8 is a graph of acceptable results obtained for the frequency response of the four filters shown in FIG. 7 when applied to a loudspeaker system similar to that shown in FIG. 800 is shown. Specifically, line 802 represents the results for the frequency response of FIR filter 712. Line 804 shows the results for the frequency response of FIR filter 714, line 806 shows the results for the frequency response of FIR filter 716, and line 718 shows the results of the frequency response of FIR filter 718.

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。   FIG. 9 is a graph 900 illustrating the resulting horizontal (y-axis) frequency response at various angles. This graph shows the filter frequency response V (f, q) obtained after passing through step 314 of FIG. Passing means that the result met the requirement. Specifically, line 902 represents the resulting horizontal axis response V (f, q (1)), line 904 is the frequency response V (f, q (2)) at 5 degrees, Line 906 is the response V (f, q (3)) at 10 degrees, line 908 is the response V (f, q (4)) at 15 degrees, and line 910 is the response V (f, q (20) at 20 degrees. (5)), line 912 is the response V (f, q (6)) at 25 degrees, line 914 is the response V (f, q (7)) at 30 degrees, and line 916 is 35 The response in degrees V (f, q (8)), all shown in the frequency range between 100 Hz and 20 kHz.

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。   FIG. 10 is a graph 1000 illustrating the resulting vertical (x-axis) frequency response at various angles. Specifically, line 1002 represents the resulting vertical axis response V (f, q (1)), line 1004 is the frequency response V (f, q (2)) at 5 degrees, Line 1006 is the response V (f, q (3)) at 10 degrees, line 1008 is the response V (f, q (4)) at 15 degrees, and line 1010 is the response V (f, q (20) at 20 degrees. (5)), line 1012 is the response V (f, q (6)) at 25 degrees, line 1014 is the response V (f, q (7)) at 30 degrees, and line 1016 is 35 The response in degrees V (f, q (8)), all shown in the frequency range between 100 Hz and 20 kHz.

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。   FIGS. 11-22 show an embodiment of a multi-way loudspeaker for a loudspeaker system suitable for home entertainment.

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。   FIG. 11 shows an example of a one-dimensional (1D) 7-way loudspeaker system 1100 that is symmetrically incorporated along the x-axis, and a block diagram 1160 of the signal flow to each loudspeaker driver of the system. . This embodiment may serve as a basis for the two-dimensional (2D) multi-way loudspeaker system designs 1400 and 1700 shown in FIGS. 14 and 17, which system designs may be used for home entertainment applications or other known by those skilled in the art. Can be designed for use in appropriate applications.

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。   As shown in FIG. 11, a one-dimensional 7-way loudspeaker system 1100 includes (1) one central tweeter 1102 placed at the origin, and (2) both sides of the central tweeter 1102 along the x-axis. First pair of tweeters 1104 and 1106, placed at +/− 0.035 m, (3) on both sides of the first pair of tweeters, at +/− 0.07 m along the x-axis. A second pair of tweeters 1108 and 1110, (4) a first pair of midrange drivers 1112 and 1114, located at +/− 0.12 m along the x-axis, (5) x− A second pair of mid-range drivers 1116 and 1118, located at +/− 0.20 m along the axis, (6) located at +/− 0.34 m along the x-axis, Three pairs of midrange drivers 1120 and 112 , And (7) x- along the axis is placed at a position of +/- 0.54 m, may include a woofer 1124 and 1126, of the pair.

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。   As in the previously shown embodiments, the driver can be contained in a housing having various compartments. Tweeters 1102, 1104, 1106, 1108 and 1110, and midrange drivers 1112 and 1114 may be placed in a single partition 1130. A compartment 1136 placed adjacent to the compartment 1130 and separated one by the separator 1132 includes an intermediate zone driver 1116. A compartment 1138 that is placed on the opposite side of the compartment 1130 and separated by the separator 1134 includes an intermediate zone driver 1118. Compartment 1144 includes mid-range driver 1120, separated on one side from compartment 1136 by separator 1140, and on the opposite side from compartment 1152 containing woofer 1124 by separator 1148. Similarly, compartment 1146 includes mid-range driver 1122, separated on one side from compartment 1138 by separator 1142 and on the opposite side from compartment 1154 containing woofer 1126 by separator 1150.

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。   The loudspeaker system 1100 can receive a digital input 1180. The signal flow diagram 1160 shows that the central tweeter 1102 is supplied by a signal flow way 1174 that includes a FIR filter 1176 and a power D / A converter 1178. The first pair of tweeters 1104 and 1106 is provided by a signal flow way 1172 that includes an FIR filter 1178 and a power D / A converter 1178, and the second pair of tweeters 1108 and 1110 includes an FIR filter 1180 and a power D Supplied by a signal flow way 1170 including an A converter 1178. The first pair of midrange drivers 1112 and 1114 is provided by a signal flow way 1168 that includes a FIR filter 1182 and a power D / A converter 1178, while the second pair of midrange drivers 1116 and 1118 includes: Supplied by signal flow way 1166 including FIR filter 1184 and power D / A converter 1178. The third pair of midrange drivers 1120 and 1122 is provided by a signal flow way 1164 that includes a FIR filter 1186 and a power D / A converter 1178. Finally, the pair of woofers 1124 and 1126 is provided by a signal flow way 1162 that includes a FIR filter 1188 and a power D / A converter 1178.

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。   FIG. 12 is a graph 1200 showing the frequency characteristics of the seven filters of the loudspeaker system of FIG. 11, where a cost minimizing function is applied and the resulting result is small enough or acceptable for the desired application. It is already known to be in. The line represented by 1202 is the frequency response of the FIR filter 1176, the line 1204 is the frequency response of the FIR filter 1178, the line 1206 is the frequency response of the FIR filter 1180, and the line 1208 is the frequency response of the FIR filter 1182. , Line 1210 is the frequency response of FIR filter 1184, line 1212 is the frequency response of FIR filter 1186, and line 1214 is the frequency response of FIR filter 1188.

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。   13 is a graph 1300 illustrating the resulting horizontal (x-axis) frequency response of the loudspeaker system of FIG. 11, measured at various angles. This graph shows the filter frequency response V (f, q) obtained after meeting the requirements of step 314 of FIG. Specifically, line 1302 represents the resulting response V (f, q (1)) on the horizontal axis, line 1304 is the frequency response V (f, q (2)) at 10 degrees, Line 1306 is the response V (f, q (3)) at 15 degrees, line 1308 is the response V (f, q (4)) at 20 degrees, and line 1310 is the response V (f, q (30) at 30 degrees. (5)), all shown in the frequency range between 100 Hz and 20 kHz.

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。   FIG. 14 shows an embodiment of a two-dimensional (2D) multi-channel 7-way loudspeaker system 1400 that is symmetrically incorporated along the x-axis and y-axis. The loudspeaker system 1400 is obtained by separating the tweeters 1104, 1106, 1108 and 1110 and the mid-range drivers 1112 and 1114 of the loudspeaker system 1100 of FIG. 11 into pairs.

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。   The loudspeaker system 1400 controls the directivity in two directions, and includes a central tweeter 1402, four pairs of tweeters 1404 and 1406, 1408 and 1410, 1412 and 1414, and 1416 and 1418, and four pairs of intermediate regions. Drivers 1420 and 1422, 1424 and 1426, 1428 and 1430, and 1432 and 1434, and a pair of woofers 1436 and 1438 are included. The first two pairs of tweeters 1404, 1406, 1408, and 1410 are arranged in a square shape with respect to the central tweeter 1402. Third and fourth pairs of tweeters 1412, 1414, 1416 and 1418 are placed symmetrically along the x and y axes and on a more distant quadrant. The first and second pairs of midrange drivers 1420, 1422, 1424 and 1428 are placed symmetrically along the x and y axes and on a farther quadrant. As described further below, the inner quadrant is defined by an angle of 45 (45) degrees with respect to the x-axis.

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。   Additionally, midrange drivers 1428, 1430, 1432 and 1434, and woofers 1436 and 1438 are linearly spaced on the x-axis. The (x, y) coordinates of the driver of the loudspeaker 1400 can be as follows:

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。
Tweeter 1402: (0,0)
Tweeters 1404, 1406, 1408 and 1410: (+/− 35, +/− 35) mm
Tweeters 1412, 1414, 1416 and 1418: (+/− 70, +/− 70) mm
Intermediate areas 1420, 1422, 1424 and 1426: (+/− 120, +/− 120) mm
Midrange 1428 and 1430: (+/− 200,0) mm
Midrange 1432 and 1434: (+/− 340,0) mm
Woofers 1436 and 1438: (+/− 540,0) mm
As with the loudspeaker system shown in FIG. 11, the driver may be mounted in a baffle 1476 comprising separate and sealed compartments 1440, 1442, 1444, 1446, 1448, 1450 and 1452. . The tweeters 1402, 1404, 1406, 1408, 1410, 1412, 1414, 1416 and 1418, and the midrange drivers 1420, 1422, 1424 and 1426 can all be included in the partition 1440. On the right side, compartment 1440 may be separated from compartment 1444 by a separator represented by triangular line 1460. Compartment 1444 includes midrange driver 1430, and its right side can be separated from compartment 1448 that includes midrange driver 1434 by a separator indicated by line 1464. To the right of compartment 1448 is a compartment 1452 that includes a woofer 1438. Compartments 1448 and 1452 may be separated from each other by a separator represented by line 1468.

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。   Similarly, compartment 1440 can be separated from compartment 1442 on the left by a separator represented by triangular line 1462. Compartment 1442 includes midrange driver 1428, and its left side can be separated from compartment 1446 that includes midrange driver 1432 by a separator indicated by line 1466. To the left of the compartment 1446 is a compartment 1450 that includes a woofer 1436. Compartments 1446 and 1450 may be separated from each other by a separator represented by line 1470.

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。   As with the drivers of FIGS. 1 and 2, the tweeters 1402, 1404, 1406, 1408, 1410, 1412, 1414, 1416 and 1418 can be about 40 mm to 50 mm in outer diameter and the mid-range drivers 1420, 1422, 1424. , 1426, 1428, 1430, 1432 and 1434 may have an outer diameter of about 80 mm to 110 mm, and woofers 1436 and 1438 may have an outer diameter of about 120 mm to 160 mm.

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。   FIG. 15 is a block diagram 1500 of the signal flow to each loudspeaker driver in the loudspeaker system 1400 of FIG. As shown in FIG. 15, each previously set driver with the same set of position coordinates is fed by a different path or way, resulting in a seven way loudspeaker. The loudspeaker system 1400 receives a digital input 1502. The central tweeter 1402 is provided by a signal flow way 1504. The tweeters 1404, 1406, 1408 and 1410 are provided by a signal flow way 1506. The tweeters 1412, 1414, 1416 and 1418 are provided by a signal flow way 1508. The midrange drivers 1420, 1422, 1424 and 1426 are provided by the signal flow way 1510, while the midrange drivers 1428 and 1430 are provided by the signal flow way 1512 and the midrange drivers 1432 and 1434 are Supplied by signal flow way 1514. Pairs of woofers 1436 and 1438 are provided by a signal flow way 1516. Each signal flow way includes an FIR filter 1518 and a power D / A converter 1520.

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。   FIG. 16 is a graph 1600 representing the resulting vertical (y-axis) frequency response of the loudspeaker system 1400 of FIG. 14 measured at various angles. This graph shows the frequency response V (f, q) of the filter obtained after meeting the requirements of step 314 of FIG. Specifically, line 1602 represents the resulting response on the horizontal axis V (f, q (1)), line 1604 is the frequency response V (f, q (2)) at 10 degrees, Line 1406 is the frequency response V (f, q (3)) at 15 degrees, line 1608 is the frequency response V (f, q (4)) at 20 degrees, and line 1610 is the frequency response V (30 at 30 degrees. f, q (5)), all shown in the frequency range between 100 Hz and 20 kHz. As seen by FIG. 16, the vertical frequency response for the two-dimensional loudspeaker system 1400 of FIG. 14 is similar to the horizontal frequency response shown by FIG. 13 for the one-dimensional loudspeaker system 1100 of FIG. However, the lower corner frequency at which the directivity of the system appears above that frequency has a fairly high frequency value.

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。   FIG. 17 shows an example of a two-dimensional (2D) 5-channel multi-way loudspeaker system 1700 mounted symmetrically along the x-axis. The loudspeaker system 1700 is designed to have a pair of integrated two-way stereo speakers, mounted symmetrically along the x-axis, specifically designed for use for home theater applications. Yes. As further described below (FIGS. 18-20), the loudspeaker system 1700 includes five input channels L (left), R (right), C (center), LS (left surround), and RS. (Right surround).

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。   The loudspeaker system 1700 is the same as the system of FIG. 14 except that it includes two additional tweeters 1744 and 1746, and two additional woofers, with the difference that the outer woofer is y- With respect to the axis, it is separated into 1736 and 1738 pairs, and 1740 and 1742 pairs, with an additional pair of tweeters 1744 and 1746 located between each pair of woofers 1736 and 1738, 1740 and 1742. By having tweeters 1744 and 1746 designated for woofer pairs 1736 and 1738, and 1740 and 1742, respectively, loudspeaker system 1700 provides independent stereo speaker channels (eg, tweeters are provided by separate channels). Can be provided with an array of signals). The purpose of the independent stereo speaker channel is to provide an integrated surround sound system with directional sound beams generated by traditional stereo speakers and arrays, and indirectly behind the surroundings using listening room wall reflections (Ambient rear) Playing a channel.

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。   Similar to the loudspeaker system 1400 shown in FIG. 14, the loudspeaker system 1700 of FIG. 17 has two pairs arranged in a square shape with respect to (1) the central tweeter 1702 and (2) the central tweeter 1702. Tweeters 1704 and 1706, and 1708 and 1710, (3) two additional pairs of tweeters 1712 and 1714 placed symmetrically along the x- and y-axes and on a farther quadrant. , And 1716 and 1718, and (4) two pairs of mid-range drivers 1720 and 1722, and 1724, placed symmetrically along the x-axis and y-axis, on a further quadrant. And 1726. The quadrant is defined by an angle of 45 (45) degrees with respect to the x-axis.

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。   Additionally, the loudspeaker system 1700 includes midrange drivers 1728, 1730, 1732 and 1743, which are spaced linearly along the x-axis. The (x, y) coordinates of the driver of the loudspeaker system 1700 may be as follows:

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。
Tweeter 1702: (0,0)
Tweeters 1704, 1706, 1708 and 1710: (+/− 35, +/− 35) mm
Tweeters 1712, 1714, 1716 and 1718: (+/− 70, +/− 70) mm
Intermediate areas 1720, 1722, 1724 and 1726: (+/− 120, +/− 120) mm
Midrange 1728 and 1730: (+/− 200,0) mm
Intermediate zone 1732 and 1734: (+/− 340,0) mm
Tweeters 1744 and 1746: (+/− 540,0) mm
Woofers 1736, 1738, 1740 and 1742 (+/− 540, +/− 90) mm
As with the loudspeaker system shown in FIGS. 1, 2, 6, 11 and 14, the loudspeaker system 1700 drivers are represented by lines 1766, 1768, 1770, 1772, 1774 and 1776, respectively. It can be mounted in a divider or housing 1750 comprising separated and sealed compartments 1752, 1754, 1756, 1768, 1760, 1762 and 1764 that are separated from each other by a separator.

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Dおよびペアの遅延ラインD+/−(1,・・・,6)に、それぞれ接続される。 FIGS. 18-20 show block diagrams of signal flow for the five input signals of the loudspeaker system 1700 of FIG. 18 is a block diagram 1800 of the signal flow for the surround channel for the loudspeaker system 1700 of FIG. Since the signal flow for the right and left surround channels of the system 1700 is the same except for different delay values, the block diagram 1800 of FIG. It represents the signal flow path for both the right and right surround. Thus, both left and right surround input signals are transmitted via a signal path system similar to that shown in FIG. The sum of each output signal is then calculated and connected to the transducer, as described in FIG. The frequency response of the output of the FIR filter is shown in FIG. 12, and is connected to the delay line D 0 and the pair of delay lines D +/− (1,..., 6) , respectively.

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。
The signal flow block diagram 1800 of FIG. 18 shows that a delay is added to each path according to the following equation:

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。
Δt = p / c · sin α, (p = driver coordinates (meter), c = 345 m / sec (sound speed))
Here, the main sound beam is otherwise perpendicular to the main axis, but can be directed in the desired direction of the angle α. Typical values for α are-(40, ..., 60) degrees for the left surround and + (40, ..., 60) degrees for the right surround. Means that the sound beam is formed and directed toward the side walls in the directions of angles α and −α and bounces off the walls, thereby reaching the listener as a surround signal.

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(D)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。 As shown in FIG. 18, signal flow path diagram 1800 shows the respective flow paths for digital inputs 1802 and 1804 for the right and left surround sound channels. The output of FIR filter 1822 for path 1806 is connected to delay line (D 0 ) 1840, which is connected to central tweeter 1702. The output of FIR filter 1824 for path 1808 is connected in parallel to delay lines (D −1 ) 1842 and (D +1 ) 1844. Delay line 1842 is connected to the right pair of tweeters 1708 and 1710 and delay line 1844 is connected to the left pair of tweeters 1704 and 1706. Similarly, the output of FIR filter 1826 for path 1810 is connected in parallel to delay lines (D −2 ) 1846 and (D +2 ) 1848. Delay line 1846 is connected to the right pair of tweeters 1716 and 1718 and delay line 1848 is connected to the left pair of tweeters 1712 and 1714. Delay lines (D −3 ) 1850 and (D +3 ) 1852 are connected to mid-range drivers 1720 and 1722, and 1724 and 1726, respectively, which are connected in parallel to path 1812, which is the output path for FIR filter 1828 It is.

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。 Midband drivers 1728 and 1730 are connected to delay lines (D +4 ) 1856 and (D −4 ) 1854, respectively, which is the output path 1814 to FIR filter 1830. Midrange drivers 1732 and 1734 are connected to delay lines (D +5 ) 1862 and (D −5 ) 1860, respectively, which is the output path 1816 to FIR filter 1832.

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。
The right pair of woofers 1740 and 1742 are connected to delay line (D- 6 ) 1864,
The left pair of woofers 1736 and 1738 is connected to delay line (D +6 ) 1866. Delay line (D +6 ) 1866 and delay line (D −6 ) 1864 are connected in parallel to output path 1820 for FIR filter 1834.

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。   FIG. 19 is a block diagram of the signal flow for the right and left channels for the loudspeaker system of FIG. The left and right channels are integrated like a conventional 2-way speaker. The left channel consists of a tweeter 1744 that is not part of the beamforming array, and woofers 1736 and 1738. The right channel consists of a tweeter 1746 and woofers 1740 and 1742.

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。   As shown by FIG. 19, signal processing 1900 for the left and right channels includes a stereo widening circuit consisting of an HD filter 1910 and an HI filter 1912 to expand the stereo basis, and a low pass. A crossover circuit having a filter 1914 and an HP high pass filter 1916 is used.

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。   FIG. 20 is a block diagram of signal flow for the center channel for the loudspeaker system 1700 of FIG. The center channel includes tweeters 1702, 1704, 1706, 1708, 1710, 1712, 1714, 1716 and 1718, and midband drivers 1720, 1722, with FIR filters having coefficients determined as defined in FIG. Reproduced by the inner array of 1724 and 1726.

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。   The digital signal output 2010 for the central channel is divided into four signal paths 2002, 2004, 2006 and 2008, each path having a FIR filter 2012, 2014, 2016 and 2018, respectively, and a power D / A converter 2020. , 2022, 2024 and 2026, respectively. The path 2002 feeds the central tweeter 1702. Path 2004 feeds the innermost quadrant tweeters 1704, 1706, 1708 and 1710. Path 2006 feeds to the outermost quadrant tweeters 1712, 1714, 1716 and 1718, and path 2008 feeds the middle quadrant midrange driver 1720, 1722, 1724 and 1726.

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。   FIG. 21 is a graph 2100 showing the frequency response of the four FIR filters used for the center channel (FIG. 20) of the loudspeaker system of FIG. Line 2102 represents the frequency response of FIR filter 2012, line 2104 represents the frequency response of FIR filter 2014, line 2106 represents the frequency response of FIR filter 2016, and line 2108 represents the frequency response of FIR filter 2018.

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。   FIG. 22 shows the resulting horizontal (x-axis) and vertical (y-axis) of the center channel output (FIG. 20) of the loudspeaker system 1700 of FIG. 17, measured at various angles. ) Is the same graph 2200 representing the frequency response. This graph shows the frequency response V (f, q) of the filter obtained after meeting the requirements of step 314 of FIG. In particular, line 2202 represents the resulting horizontal axis response V (f, q (1)), line 2204 is the frequency response V (f, q (2)) at 5 degrees, Line 2206 is the frequency response V (f, q (3)) at 10 degrees, line 2208 is the frequency response V (f, q (4)) at 15 degrees, and line 2210 is the frequency response V (20 at 20 degrees. f, q (5)), line 2212 is the frequency response V (f, q (6)) at 25 degrees, line 2214 is the frequency response V (f, q (7)) at 30 degrees, Line 2216 is the frequency response V (f, q (8)) at 35 degrees, all shown in the frequency range between 100 HZ and 20 kHz.

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。   While various embodiments of the present invention have been described, it will be apparent to those skilled in the art that many more embodiments and implementations are possible within the scope of the present invention. Accordingly, the invention should not be limited except in light of the attached claims and their equivalents.

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。   The present invention is a multi-way loudspeaker system that provides affordable loudspeaker configurations and filter design methodologies that operate in the area of digital signal processing. Furthermore, the loudspeaker system can be designed as a multi-way loudspeaker system with loudspeaker drivers arranged symmetrically in a two-dimensional plane, covering a wide range of high quality sound, ie both vertical and horizontal A certain directivity can be achieved and can be used in combination with a stereo loudspeaker system, a multi-channel home entertainment system and a public information broadcasting system.

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。FIG. 3 shows an example of a one-dimensional four-way loudspeaker system, mounted symmetrically at the origin along the y-axis, and a block diagram of the signal flow to each loudspeaker driver in the system. 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。FIG. 2 shows an example of a two-dimensional 4-way loudspeaker system, mounted symmetrically at the origin along the x-axis and y-axis, and a block diagram of the signal flow to each loudspeaker driver in the system. 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。Fig. 3 is a flow chart of a filter design algorithm used to design a loudspeaker system. 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。It is a graph which shows a directivity objective function with respect to attenuation depending on an angle. 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。FIG. 6 is a graph showing the amplitude frequency response of an attached tweeter measured at various vertical off-axis deflection angles. 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。Fig. 5 shows an example of another two-dimensional four-way loudspeaker system mounted symmetrically at the origin along the x-axis and y-axis. 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。FIG. 7 is a block diagram of signal flow to each loudspeaker driver shown in FIG. 6. 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。7 represents the frequency response of four filters of the loudspeaker system of FIG. 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。FIG. 7 shows the resulting horizontal (y-axis) frequency response of the loudspeaker system of FIG. 6 measured at various angles. 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。FIG. 10 shows the resulting vertical (x-axis) frequency response of the loudspeaker system of FIG. 6 corresponding to the horizontal response shown in FIG. 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。FIG. 4 shows an example of a one-dimensional (1D) 7-way loudspeaker system, mounted symmetrically at the origin along the y-axis, and a block diagram of the signal flow to each loudspeaker driver in the system. 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。12 shows the frequency response of seven filters of the loudspeaker system of FIG. 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。FIG. 12 shows the resulting horizontal (x-axis) frequency response of the loudspeaker system of FIG. 11, measured at various angles. 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。Fig. 4 illustrates an embodiment of a two-dimensional (2D) multi-channel 7-way loudspeaker system mounted symmetrically along the x-axis and y-axis. 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。FIG. 15 is a block diagram of signal flow to each loudspeaker driver of the loudspeaker system of FIG. 14. 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。FIG. 15 shows the resulting vertical (y-axis) frequency response of the loudspeaker system of FIG. 14 measured at various angles. 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。Fig. 4 illustrates an example of a two-dimensional (2D) 5-channel multi-way loudspeaker system that is mounted symmetrically along the x-axis and y-axis and designed for home theater applications. 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。FIG. 18 is a block diagram of the signal flow for the right and left surround channels for the loudspeaker system of FIG. 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。FIG. 18 is a block diagram of signal flow for the right and left channels for the loudspeaker system of FIG. 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。FIG. 18 is a block diagram of signal flow for the center channel for the loudspeaker system of FIG. 17. 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。FIG. 18 shows the frequency response of four filters in the center channel of the loudspeaker system of FIG. 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。FIG. 18 shows the resulting horizontal (x-axis) frequency response of the center channel of the loudspeaker system of FIG. 17 measured at various angles.

Claims (15)

ラウドスピーカアレイであって、
該ラウドスピーカアレイは、
デジタルオーディオ信号をオーディオサウンド源から受け取るように構成された少なくとも1つのデジタルFIRフィルタと、
フィルタされた信号を該少なくとも1つのFIRフィルタから受け取るように構成された少なくとも1つのパワーD/Aコンバータであって、該少なくとも1つのデジタルFIRフィルタは、最適化された変換器の位置に対して決定された線形位相フィルタ係数を含む、少なくとも1のパワーD/Aコンバータと、
少なくとも2つの異なる寸法の複数の変換器であって、該複数の変換器は、該最適化された変換器の位置において第1の軸および第2の軸について対称的に配置されており、該第2の軸は、該第1の軸に垂直であり、2次元のラウドスピーカアレイにおいて該最適化された変換器の位置は、該第1の軸に沿って該複数の変換器の座標を変化させることによって、コスト最小化関数に従って決定および最適化されており、該複数の変換器は、該第1の軸について対称的に配置された同一の変換器の第1のペアであって、該第2の軸に対して平行に整列された同一の変換器の第1のペアと、該変換器の第1のペアと同一の変換器の第2のペアとを含み、該変換器の第2のペアは、該第2の軸について該第1のペアと対称的に配置されており、該複数の変換器は、該少なくとも1つのパワーD/Aコンバータに結合されている、複数の変換器と
を含む、ラウドスピーカアレイ。
A loudspeaker array,
The loudspeaker array
At least one digital FIR filter configured to receive a digital audio signal from an audio sound source;
At least one power D / A converter configured to receive a filtered signal from the at least one FIR filter, the at least one digital FIR filter relative to an optimized transducer position; At least one power D / A converter including the determined linear phase filter coefficients;
A plurality of transducers of at least two different dimensions, wherein the plurality of transducers are arranged symmetrically about the first axis and the second axis at the position of the optimized transducer; The second axis is perpendicular to the first axis , and the position of the optimized transducer in a two-dimensional loudspeaker array is the coordinates of the plurality of transducers along the first axis. Determined and optimized according to a cost minimization function, wherein the plurality of transducers is a first pair of identical transducers arranged symmetrically about the first axis, A first pair of identical transducers aligned parallel to the second axis, and a second pair of transducers identical to the first pair of transducers, The second pair is disposed symmetrically with the first pair about the second axis, and the second pair A plurality of converters coupled to the at least one power D / A converter; and a loudspeaker array.
前記少なくとも2つの異なる寸法の前記複数の変換器は、ツイータおよび中間域ドライバである、請求項1に記載のラウドスピーカアレイ。   The loudspeaker array of claim 1, wherein the plurality of transducers of the at least two different dimensions are tweeters and mid-range drivers. 前記少なくとも2つの異なる寸法の前記複数の変換器は、ツイータおよびウーファである、請求項1に記載のラウドスピーカアレイ。   The loudspeaker array of claim 1, wherein the plurality of transducers of the at least two different dimensions are a tweeter and a woofer. 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、請求項1に記載のラウドスピーカアレイ。   The loudspeaker array according to claim 1, wherein the plurality of drivers includes a tweeter, a mid-range driver, and a woofer. 中央の変換器をさらに含み、該中央の変換器の中心は、前記第1の軸と前記第2の軸の交点にある、請求項1に記載のラウドスピーカアレイ。   The loudspeaker array according to claim 1, further comprising a center transducer, wherein the center of the center transducer is at the intersection of the first axis and the second axis. 前記中央の変換器は、前記少なくとも1つのデジタルFIRフィルタを介してフィルタされた信号を前記少なくとも1つのパワーD/Aコンバータから受け取る、請求項5に記載のラウドスピーカアレイ。   The loudspeaker array of claim 5, wherein the central converter receives a signal filtered through the at least one digital FIR filter from the at least one power D / A converter. 各FIRフィルタに対する前記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、請求項1に記載のラウドスピーカアレイ。   The linear phase filter coefficients for each FIR filter determine an initial driver position, determine an initial directivity objective function for the system, and determine a cost minimization function based on the initial directivity objective function. The loudspeaker array of claim 1, determined by applying and calculating a linear phase filter coefficient for each filter of the system. 前記初期のドライバ位置は、前記ラウドスピーカの中心である原点に対する座標である、請求項7に記載のラウドスピーカアレイ。   The loudspeaker array according to claim 7, wherein the initial driver position is a coordinate with respect to an origin that is a center of the loudspeaker. 前記確定された初期の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、請求項7に記載のラウドスピーカアレイ。   8. A loudspeaker array according to claim 7, wherein frequency points are determined on a logarithmic scale of a predetermined frequency range based on the determined initial directivity objective function. 前記コスト最小化関数は、最小の周波数から始まりステップ状に増加する、前記周波数ポイントにおいて適用される、請求項7に記載のラウドスピーカアレイ。   8. The loudspeaker array of claim 7, wherein the cost minimizing function is applied at the frequency points, starting at a minimum frequency and increasing in steps. 前記線形位相フィルタ係数を確定するために、フーリエ近似法が利用される、請求項7に記載のラウドスピーカアレイ。   The loudspeaker array of claim 7, wherein a Fourier approximation method is utilized to determine the linear phase filter coefficients. 第2の軸に垂直な第1の軸に沿った2次元ラウドスピーカアレイの指向性を変更するための方法であって、1次元ラウドスピーカアレイの複数の変換器のそれぞれの中心は、初期には該第2の軸にあり、
該方法は、
該1次元ラウドスピーカアレイの少なくとも1つの変換器を、少なくとも1つのペアの変換器で置き換えることによって、該2次元ラウドスピーカアレイを形成することであって、該少なくとも1つのペアの変換器は、該置き換えられた少なくとも1つの変換器と実質的に同一であり、該少なくとも1つのペアの変換器は、該第1の軸および該第2の軸について対称的に配置されている、ことと、
コスト最小化関数に従って該2次元ラウドスピーカアレイが所定の性能要求に合うまで、少なくとも1つの変換器の座標を該第1の軸に沿って変化させることによって、該2次元ラウドスピーカアレイの該変換器の該位置を最適化することと、
該最適化された変換器の位置に配置された変換器に接続された少なくとも1つのデジタルFIR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
を含む、方法。
A method for changing the directivity of a two-dimensional loudspeaker array along a first axis perpendicular to a second axis, wherein each center of a plurality of transducers of the one-dimensional loudspeaker array is initially Is on the second axis;
The method
Forming the two-dimensional loudspeaker array by replacing at least one transducer of the one-dimensional loudspeaker array with at least one pair of transducers, the at least one pair of transducers comprising: Substantially identical to the replaced at least one transducer, the at least one pair of transducers being arranged symmetrically with respect to the first axis and the second axis;
The transformation of the two-dimensional loudspeaker array by changing the coordinates of at least one transducer along the first axis until the two-dimensional loudspeaker array meets a predetermined performance requirement according to a cost minimizing function. Optimizing the position of the vessel;
Calculating linear phase filter coefficients for at least one digital FIR filter connected to a transducer located at the location of the optimized transducer.
前記ペアの変換器は、前記少なくとも1つのデジタルFIRフィルタを介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、請求項12に記載の方法。   The method of claim 12, wherein the pair of converters receives a digital output signal filtered through the at least one digital FIR filter from at least one power D / A converter. 2次元アレイ状に配置された複数の変換器に接続された複数のデジタルフィルタに対する線形位相フィルタ係数を決定する方法であって、
該方法は、
該複数の変換器に対する初期の位置を決定することであって、該複数の変換器は、第1の軸および第2の軸について対称的であり、該第2の軸は、該第1の軸に垂直である、ことと、
該初期の位置における該複数の変換器に対する初期の指向性目的関数を決定することと、
規定された周波数ポイントにおけるコスト関数を最小化することと、
該コスト関数を最小化するステップの結果を該初期の指向性目的関数と比較することと、
該コスト関数を最小化するステップの結果と該初期の指向性目的関数との差が所定の性能要求に合う場合には、該複数のフィルタに対する該線形位相フィルタ係数を計算することと、
該コスト関数を最小化するステップの結果と該初期の指向性目的関数との差が該所定の性能要求に合わない場合には、該第1の軸に沿って複数の変換器の位置を変化させ、該コスト関数を最小化するステップと該結果を該初期の指向性目的関数と比較するステップとを繰り返すことと
を包含する、方法。
A method for determining linear phase filter coefficients for a plurality of digital filters connected to a plurality of transducers arranged in a two-dimensional array comprising:
The method
Determining an initial position for the plurality of transducers, the plurality of transducers being symmetric about a first axis and a second axis, wherein the second axis is the first axis; Being perpendicular to the axis,
Determining an initial directivity objective function for the plurality of transducers at the initial position;
Minimizing the cost function at a specified frequency point;
Comparing the result of the step of minimizing the cost function with the initial directivity objective function;
If the difference between the result of the step of minimizing the cost function and the initial directivity objective function meets a predetermined performance requirement, calculating the linear phase filter coefficients for the plurality of filters;
If the difference between the result and initial directivity target function the step of minimizing the cost function it does not meet the predetermined performance requirements are the positions of the plurality of transducers along the axis of the first Changing and minimizing the cost function and comparing the result with the initial directivity objective function.
ラウドスピーカシステムであって、
該ラウドスピーカシステムは、
デジタルオーディオ信号をオーディオサウンド源から受け取るように構成された少なくとも1つのデジタルFIRフィルタと、
フィルタされた信号を該少なくとも1つのFIRフィルタから受け取るように構成された少なくとも1つのパワーD/Aコンバータであって、該少なくとも1つのデジタルFIRフィルタは、最適化された変換器の位置に対して決定された線形位相フィルタ係数を含む、少なくとも1つのパワーD/Aコンバータと、
少なくとも2つの異なる寸法の少なくとも5つの変換器であって、該少なくとも5つの変換器のうちの4つの変換器は、第1の軸および第2の軸の両方の軸について対称的に配置されており、該第2の軸は、該第1の軸に垂直であり、該少なくとも5つの変換器のうちの1つの変換器の中心は、該第1の軸と該第2の軸の交点にあり、該対称的に配置された変換器は、最適化された変換器の位置に配置されている、少なくとも5つの変換器と
を含み、
2次元のラウドスピーカアレイにおいて該最適化された変換器の位置は、該第1の軸に沿って該複数の変換器の座標を変化させることによって、コスト最小化関数に従って決定および最適化されており、
該少なくとも5つの変換器は、同一の変換器の少なくとも1つのペアを含み、該同一の変換器の少なくとも1つのペアは、該第1の軸について対称的に配置され、該第2の軸に対して平行に整列されており、該複数の変換器は、該少なくとも1つのパワーD/Aコンバータからオーディオ信号出力を受け取るように構成されている、ラウドスピーカシステム。
A loudspeaker system,
The loudspeaker system includes:
At least one digital FIR filter configured to receive a digital audio signal from an audio sound source;
At least one power D / A converter configured to receive a filtered signal from the at least one FIR filter, the at least one digital FIR filter relative to an optimized transducer position; At least one power D / A converter including the determined linear phase filter coefficients;
At least five transducers of at least two different dimensions, wherein four of the at least five transducers are arranged symmetrically with respect to both the first axis and the second axis. The second axis is perpendicular to the first axis, and the center of one of the at least five transducers is at the intersection of the first axis and the second axis. And the symmetrically arranged transducer comprises at least five transducers arranged at the location of the optimized transducer, and
The position of the optimized transducer in a two-dimensional loudspeaker array is determined and optimized according to a cost minimizing function by changing the coordinates of the plurality of transducers along the first axis. And
The at least five transducers include at least one pair of identical transducers, and the at least one pair of identical transducers is symmetrically arranged about the first axis and is on the second axis A loudspeaker system, wherein the plurality of converters are configured to receive an audio signal output from the at least one power D / A converter.
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