JP6416922B2 - 改良された指向性調整可能な音響システム - Google Patents

Description

本発明は、電子音響の音源の指向性の制御に関連し。プロ用、産業用、家庭用の音響システムで使用されているかどうかを問わない。

電子音響の音源は一般に「音響スピーカ」、「ラウドスピーカシステム」、「ソースライン」、又は「サウンドスピーカ又はシステム」と呼ばれる。

音源を適正にする本質的な特徴の中で、指向性、より具体的には音声スペクトルの限定された部分にわたって指向性を制御する方法は、プロ用のアプリケーションにおいて重要な役割を果たしている。指向性は、一般に角度領域に対応する角度を指定する角度領域では、音圧レベル（Ｓｏｕｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ）すなわちＳＰＬは製造業者により指定された周波数範囲において一定である。したがって、例えば、このような音源は１ｋＨｚから１０ｋＨｚに制御される９０°の水平方向の指向性を示す、といわれる。国際的な取り決めによれば、用語「制御される（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ）」は、１ｋＨｚと１０ｋＨｚ間の９０°の領域ではＳＰＬは＋／−３ｄＢ内で一定であるという意味を含む。これに対して、この角度領域外でのＳＰＬの減衰はできるだけ高く、一般には６ｄＢより高くなければならない。

プロ用音響システムでは、音源の指向性は、２つの平面、水平面及び垂直面を区別する。２つの平面では、この特性は一般的に異なる値を示す。音源の指向性を制御する技術はラウドスピーカの起源に遡る。

今日では、音源の指向性を制御することができる２つの独立した方法がある。第１は従来の機械的なもので、それは音ホーンの使用及び／又はいくつかの変換器のアレイ状の配置に非常に大きく基づいている。このクラスに属する「音源」製品は、プロ用分野かどうかを問わず、与えられた水平又は垂直面に対し、音響スピーカの部品の材料構成により１度限りに設定される単一の指向性を示す。このように、変換器の選択、それらの接続周波数、圧縮室の駆動部又は電気力学スピーカの開口部の前面に取り付けられたホーン又は導波ガイドのタイプは、したがって、多かれ少なかれ拡張されたスペクトル帯域にわたって音源の指向特性を決定する。

音源オブジェクトの物理的寸法を大きく超える波長となるすべての周波数は、不可避的な物理法則により制御できないことが知られているので、中音域と高音域の周波数だけが制御されることを想起すべきである。したがって、音響スピーカが１辺３０ｃｍの立方体であるとすると、１００Ｈｚより低い周波数、すなわち３．４ｍより大きい波長を制御することはできない。中間周波数、すなわち、その周波数が典型的には約２００ｋＨｚから約１ｋＨｚ間に含まれる中音域ラウドスピーカに対応する中間周波数では、変換器のアドホック配置を行って、いくつかのラウドスピーカ間の干渉に作用することにより良好な制御を得ることが可能である。高周波数、すなわち、その周波数が典型的には約１ｋＨｚから約１０ｋＨｚ間に含まれる高音域ラウドスピーカに対する高周波数では、ガイド及び／又はホーンの形状により所望の指向を得るために、「ツイーター」とよく呼ばれる高音域ラウドスピーカ又は圧縮室駆動部の開口部又はマウスピースの前に導波ガイド及び／又はホーンを取り付ける必要がある。

機械的なアプローチの利点は、そのシンプルなデザインと適度なコストであり、これにより中／高周波数で興味深い結果を提供する。機械的な不変性に起因する欠点は、同じ製品では指向性のいくつかの選択肢をユーザに提供することができないことである。

この欠点は、導波ガイドの出力端に方向可変フラップを挿入することにより、ユーザの選択に応じてユーザにより調整される、可変配置のホーン又は導波ガイドの導入へと導いた。また、中音域変換器に組み込まれた方向可変エレメントを有し、第１のクラスの機械的に動作する音源に属するアウトライン（Outline)のMINI COM.P.A.S.S.（登録されたトレードマーク）の名前を持つ装置が知られている。残念ながら、そのような設定は中／高音セットのいくつかの物理的パラメータにのみ作用するので、全体の所望の周波数範囲全体を通しての性能のレベルには限界がある。

指向性を制御する第２の方法は、最近１０年の間に登場した、それは、ＤＳＰタイプのコンポーネント（ＤＳＰはデジタル信号プロセッサを表す）により提供される電子的手段に基づいている。多くは同一である変換器は、事前に定義された物理的な配置に応じて関係づけられている。変換器は、製造業者によって選択された通常の周波数範囲にわたって動作する。ＤＳＰコンポーネントのおかげで、振幅と位相のパラメータ、すなわちフィルタリング、利得、位相シフト、遅延時間のパラメータが、変換器の少なくとも１つに適用され、複合音源と考えられるラウドスピーカアセンブリの指向性を修正及び制御することを可能にする。このアプローチの利点は、同一の物理的構成に対して異なる指向性を提供する能力にある。これは、高品質な制御を得るためには、かなりの数の変換器を常に必要とすることを示している。その欠点は、一般的に変換器増幅ＤＳＰコンポーネントを実装しているため、その高いコストにあり、かつ、典型的には、４ｋＨｚ以上の周波数で、波長が各変換器の大きさよりも小さくなるとすぐに、非常に高い周波数の制御の問題に対処することが不可能に近くなる。

したがって、欧州特許公開ＥＰ１６３５６０６号公報に記載の装置は、中／高音域変換器に機械的及び音響的に作用する調整フラップを有する、第１のクラスの機械的に動作する音源に属する。本方法は、周波数応答を線形化する単独の目的のために、異なるフラップの設定のために異なるＤＳＰパラメータを使用する。中／高音域変換器に共通する周波数範囲はない。中音域と高音域の変換器間の接続周波数が固定され、したがって、フラップの向きから独立している。

本発明の目的は、十分に単純な調整で特に効果的な指向性を示すシステムを提供することにより既知のラウドスピーカシステムの欠点を克服することにある。

この目的は、音響システムのための本発明に基づき達成される。音響システムは、少なくとも１つの高音域変換器と、少なくとも１つの中音域変換器と、選択された角度領域に対応する高音域変換器の放音指向性を生成するように高音域変換器の放音に作用する方向可変フラップ（６）と、を備え、中音域変換器と高音域変換器は、共通の周波数範囲で放出するように設定され、高音域変換器への信号と中音域変換器への信号とに作用する少なくとも１つのデジタル信号プロセッサ型制御モジュールを備え、共通の周波数範囲において、高音域変換器及び／又は中音域変換器上に少なくとも１つの振幅パラメータを適用し、高音域変換器（１）及び／又は中音域変換器上に少なくとも１つの位相パラメータを適用し、方向可変フラップにより生成される前記指向性として同じ選択された角度領域に対応する高音域変換器と中音域変換器とにより構成される１対の放音指向性を生成することを特徴とする。

有利には、方向可変フラップとＤＳＰ型制御モジュールは、それらの各々が選択された角度領域内で、実質的に一定の音圧レベルに応じて音波の存在を発生するように構成され、方向可変フラップとＤＳＰ型制御モジュールは、選択された角度領域内で最高の音レベルに関係する６ｄＢよりも高い減衰にしたがい選択された角度領域の外のあらゆる角度で音波を減衰させるように構成される。

有利には、音響システムは共通の周波数範囲は方向可変フラップの向きに基づいて可変となるように構成される。

有利には、音響システムは、少なくとも２つの中音域変換器と少なくとも１つの高音変換器を備え、中音域変換器は高音域変換器の両側に配置されている。

有利には、音響システムは、フラップの１つを少なくとも部分的に囲むケースを含み、そのフラップの少なくとも１つは高音域変換器により放出される音ストリームの反対に向けられた表面と高音域変換器により放出される音ストリームから離れる方向に向けられた表面を有し、ケースは高音域変換器より放出される音ストリームから離れる方向に向けられたフラップ（６）の表面の前方に、外部の物体により作られる衝撃からこの表面を保護するために障害物を形成する。

有利には、少なくとも１つの中音域変換器は、略円錐状の可動ダイアフラムを有し、少なくとも1つのフラップのケースは、前記ダイアフラムの略円錐形状の部分に適合するように成形される。

有利には、音響システムは持ち運び可能な音響システムを構成する。

有利には、音響システムは、少なくとも２つの低音域変換器を備え、少なくとも２つの低音変換器は、少なくとも１つの高音変換器と少なくとも２つの中音域変換器により構成されるアセンブリの両側に配置される。

有利には、音響システムは、高音域変換器によって放出された音波を伝える少なくとも1つの導波ガイドを有する。

有利には、音響システムは、高音域変換器によって生成される音波が通り抜けて放出されるスロットを有し、少なくとも２つの中音域変換器は、そのスロットの両側に配置される。

本発明の他の特徴、目的及び利点は、添付の図面を参照しながら、以下の詳細な説明を読むことにより明らかになる。

本発明の１実施形態に係るラウドスピーカシステムの断面図である。 この同じラウドスピーカシステムの方向可変フラップ部分の断面図である。

図１に示すラウドスピーカシステムは、中音域と高音域変換器のＫ字型の構成を含む。前から見たときに、このラウドスピーカシステムは、システムを、その中心で、横切る垂直面に関して対称である。前面の中央から始めると、直線状に組み込まれている圧縮室駆動部１がある。圧縮室駆動部１は、前面上で垂直長手方向のスロット３の形での出力端を提示する重ねられた導波ガイド２に結合される。このスロット３の両側には、前面上に、スロット３に最も近い位置に中音域変換器４が組み込まれている。これらの中音域変換器４の両側には中音域セクションに近接して配置される低音域変換器５が組み込まれている。

高音域変換器１は、約１ｋＨｚと約１０ｋＨｚの間に含まれる周波数で構成される高音域周波数を放出する。中音域変換器は、２００Ｈｚから約１ｋＨｚの間に含まれる周波数で構成される中音域周波数を放出する。低音域変換器は約２００Ｈｚより低い周波数で構成される低音域周波数を放出する。

スロット３の両側に、中音域変換器４を部分的に隠す壁６が付加され、その壁の向きは、高音域の指向性に応じた角度領域上に高音音域変換器１により放出される高周波数の方向付けを可能にする。

ここで、これらの壁６は方向可変フラップを形成する。したがって、これらの方向可変フラップ６の機械的な設定は、導波ガイド２の出力端で行われ、導波ガイドは、圧縮室駆動部により構成される高周波数変換器１の開口部に順番に接続される。アセンブリは、その完成した装置が、前面において、垂直面に対して対称となるように、固定面上の放射方向に取り付けられる２つ以上の中音域変換器４の間に配置される。ここで、導波ガイド２の出力端に位置するフラップ６は移動可能で、いくつかの方向が事前に選択できる。

ここで、フラップ６は、２つのそれぞれのケース７にトラップされている。各ケース７は、高音域の音ストリームから離れる方向のフラップ６の下面で区切られた空間の周りに延びている。したがって、ケース７は、外部の物体が下からフラップに接触できないようにフラップ６を保護する。各ケース７は、対応するフラップ６の事前に選択された回転と向きのシステムを収容し、さらに、保護する。本実施形態では、各ケース７は、各中音域変換器と重なる部分を有する。この重なる部分では、各ケース７は中音域変換器４の可動ダイアフラムにより区切られた円錐形の空間に入り込み、ダイアフラムの形状に適合する。したがって、この重複部分は、中音域圧縮室として機能する。

ここで、フラップ６は個々に方向付けることができ、本システムについて、右か左かは最も上昇した位置に配置されたフラップがどれであるかによる。音ストリームの方向付けの非対称な設定を採用できる。

フラップ６の回転は、高音域変換器の動作範囲にわたって、典型的には８００Ｈｚ以上の範囲の周波数で高音域の指向性を変更することができる、しかしながら、フラップ６の大きさは、オープン又はクローズモードで、効果的な制御を確保するのに十分な大きさであることを条件とする。実際、フラップの出力端において小さすぎる物理的な寸法のために、フラップが狭い角度領域上で締めつけられるような指向性の制御の損失に留意すべきである。

この影響を解消するために、ＤＳＰを用いてこれらの変換器を革新的に活性化する１つの設定が、本願システムの中音域変換器に導入され、その低い部分の中音域の制御の損失を音響的に補償する。

本装置では、中音域変換器４及び高音域変換器１は共通の周波数範囲で動作し、ＤＳＰコンポーネントは、共通の周波数範囲にわたって高音変換器１及び中音域変換器４の振幅及び位相パラメータを設定し、パラメータによって達成される指向性が、高音域でのフラップ６の設定によって生成される指向性と同じになるようにする。この目的のために、中央に位置する高音域変換器１とその両側に位置する２つの同一の中音域変換器４から構成される少なくとも３つのソースポイントがＤＳＰにより電子的に結合され、それ自体は既知の方法で、結果として生ずる音響総和が所望の指向性に変換される。

言い変えると、本処理は、フィルタリング、利得、位相及び遅延パラメータを調整することからなり、遅延が周波数に依存する位相シフトに等価であること及びフィルタリングが周波数に依存する振幅に等価であることは、本実施形態と同様である。この技術は、例えば、前述した装置の両側に配置されるいくつかの追加のソースポイントで一般化され、さらに、段階的に増加するように、低い周波数での制御を行い、他のセクションとそれとを関連させる。したがって、その指向性が指向フラップの向きの変動によるだけでなく、ＤＳＰコンポーネントにより適用される処理の協調的変動によっても可変となるラウドスピーカシステムが実現される。

ここで、高音域変換器１は、デジタル信号処理だけでなく増幅も、実装された制御モジュールに含まれるＤＳＰコンポーネントにより供給される。中音域周波数と高音域周波数との間の遷移のためのハイパスフィルタは値Ｆｃに設定される。本実施例では、音響総和が最大の角度領域１１０°で最も有利になるように、高音域部の利得と遅延は中音域部に関連して調整される。利得の減衰は、フラップ６の向きに応じてＦｃとＦｃ×２．５との間で変化するＦｒｃ以下の周波数の範囲での公称利得に関連して［Fｃ，Ｆｒｃ］の周波数の範囲にわたり、６ｄＢよりも低くフラップの向きに応じて変化する値により、実現される。追加遅延は、フラップの向きに応じて変化する高音域部分に適用される。また、中音域変換器４は、デジタル信号処理と増幅を作り出す制御モジュールにより提供され、ここで、これらのモジュールの数は変換器の各タイプに１つであるが、変形例として、例えば、それぞれの変換器にそれぞれ対応する複数の制御モジュールに置き換え可能である。ここで、制御モジュールは、図に示されるラウドスピーカシステムの外に配置されているが、変形例として、そのようなラウドスピーカシステムに統合してもよい。

中音域変換器が並列に関係付けられているとき、中音域周波数と高音域周波数の間の遷移のためのローパスフィルタはＦｃに設定され、中音域変換器４と高音域変換器１との周波数の間の重複部分のローパスフィルタは、フラップ６の向きに応じてＦｃとＦｃ×２．５との間で変化するＦｒｃの値に設定される。ここで、Ｆｒｃ以下の周波数の範囲にわたる公称利得に関連して［Fｃ，Ｆｒｃ］の周波数の範囲にわたる利得の減衰は６ｄＢより高い減衰値で実行4される。

本ラウドスピーカシステムは本システムの端部に配置されたハンドル手段を用いて、１人または２人によって持ち運びできるシステムで構成される。

したがって、本実施形態において、以下の表で与えられる周波数と減衰は所望の指向性に対応して実現され付与され、これらの周波数と減衰は変換器の物理的な構成に依存して変更可能であり、ここでの値は１ｋＨｚに等しいＦｃ値に対して与えられる。

記載されている装置は、高音域部に作用する方向可変フラップ６の使用による音源の機械的な設定及びＤＳＰコンポーネントによる低音域５、中音域４及び高音域６の変換器の設定を組み合わせて、ここでの共通周波数の範囲が高音域のフラップ６の向きに依存して変化する少なくとも２つの変換器のタイプに共通する周波数の範囲を実現する。機械的及び電子的なパラメータは、中音域変換器４により再生される中音域の周波数に対して高音域で得られる指向性の制御を拡張するように調整される。したがって、変換器の関連する振幅と位相パラメータは、高音域と中音域の指向性の間でのマッチングを得るためにＤＳＰコンポーネントにより変更される。したがって、３００Ｈｚから１０ｋＨｚを超える周波数までの適切な制御により、６０°と１２０°の間の範囲の程度での角度領域にわたり上記装置を含む音源の指向性を調整することが可能となる。

Claims (9)

1. 音響システムであって、
   少なくとも１つの高音域変換器（１）と、
   少なくとも１つの中音域変換器（４）と、
   選択された角度領域に対応する前記高音域変換器（１）の放音指向性を生成するように前記高音域変換器（１）の放音に作用する方向可変フラップ（６）と、を備え、
   前記中音域変換器（４）と前記高音域変換器（１）は、共通の周波数範囲で放出するように設定され、前記高音域変換器（１）への信号と前記中音域変換器（４）への信号とに作用する少なくとも１つのデジタル信号プロセッサ型制御モジュールを備え、前記共通の周波数範囲において、前記高音域変換器（１）及び／又は前記中音域変換器（４）上に少なくとも１つの振幅パラメータを適用し、前記高音域変換器（１）及び／又は前記中音域変換器（４）上に少なくとも１つの位相パラメータを適用し、前記方向可変フラップ（６）により生成される前記指向性と同じ前記選択された角度領域に対応する前記高音域変換器と前記中音域変換器とにより構成される１対の放音指向性を生成すること、及び、前記共通の周波数範囲は前記方向可変フラップ（６）の向きに基づいて可変となるように構成されること、を特徴とする音響システム。
2. 前記方向可変フラップと前記ＤＳＰ型制御モジュールは、それらの各々が前記選択された角度領域内で、実質的に一定の音圧レベルに応じて音波の存在を発生するように構成され、前記方向可変フラップ（６）と前記ＤＳＰ型制御モジュールは、前記選択された角度領域内での最高の音レベルに関係する６ｄＢよりも高い減衰にしたがい前記選択された角度領域の外のあらゆる角度において前記音波を減衰させるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
3. 少なくとも２つの中音域変換器（４）と少なくとも１つの高音変換器（１）を備え、前記中音域変換器（４）は前記高音域変換器（１）の両側に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の音響システム。
4. 前記フラップ（６）の１つを少なくとも部分的に囲むケース（７）を含み、前記フラップの少なくとも１つは前記高音域変換器（１）により放出される音ストリームの反対に向けられた表面と高音域変換器（１）により放出される前記音ストリームから離れる方向に向けられた表面を有し、前記ケース（７）は前記高音域変換器（１）より放出される前記音ストリームから離れる方向に向けられた前記フラップ（６）の前記表面の前方に、外の物体により作られる衝撃からこの表面を保護するために障害物を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の音響システム。
5. 前記少なくとも１つの中音域変換器（４）は、略円錐状の可動ダイアフラムを有し、前記少なくとも1つのフラップ（６）の前記ケース（７）は、前記ダイアフラムの前記略円錐形状の部分に適合するように成形されることを特徴とする請求項４に記載の音響システム。
6. 前記音響システムは、持ち運び可能なラウドスピーカシステムを構成することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の音響システム。
7. 少なくとも２つの低音域変換器（５）を備え、
   前記少なくとも２つの低音変換器（５）は、前記少なくとも１つの高音変換器（１）と前記少なくとも２つの中音域変換器（４）により構成されるアセンブリの両側に配置されることを特徴とする請求項３に記載の音響システム。
8. 前記高音域変換器（１）によって放出された音波を伝える少なくとも1つの導波ガイド（２）を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の音響システム。
9. 前記高音域変換器（１）により生成される音波が通りぬけて放出されるスロット（３）を有し、前記少なくとも２つの中音域変換器（４）は前記スロット（３）の両側に配置されることを特徴とする請求項３に記載の音響システム。

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