JP6858133B2 - 音響拡散マニホルド - Google Patents

Description

本発明は、音響構成、特に、流体空間内に拡散波を生成する手段を提供する音響構成に関する。より詳細には、本発明は、拡散波を生成するように適合されたラウドスピーカ構成に関する。

ＷＯ２０１２０１５６５０は、流体空間内で拡散波を生成して、エネルギーを明瞭化し、音声信号を搬送する空間内の特定情報を強める反射体およびその他の構成を開示している。部分的に、マニホルドを簡単に開示している。

一部のスピーカドライバは、超高周波数で、見掛け音響中心の運動が大幅に加速する。音響中心はドライバの音声コイルに向かって、より高速に、たとえば約１０ｋＨｚで移動し始める。

ＷＯ２０１２０１５６５０に開示される音響反射体の実施形態の一部の設計は、音響中心の幾何学的運動の影響を受けやすく、このような運動に順応しなければならなかった。

本発明の目的は、ＷＯ２０１２０１５６５０に開示される発明の改良を提供することである。

本発明は、
Ｎ×１またはＮ×Ｎマトリックスで配列される複数（ＮまたはＮ２）個の音響チャネル（ただし、Ｎは奇素数である）の面を備え、
各音響チャネルがラウドスピーカドライバによって駆動され、各チャネル長が関係
Ｔｉ．ｊ＝［（ｉ２＋ｊ２）ｒｅｍＮ］^＊単位遅延
によって決定され、
Ｔが数列内に系列値を有するチャネル間の遅延であり、Ｎが素数である、
音響拡散マニホルドトランスデューサシステムを提供する。

チャネルは、スピーカドライバからの音波が決まった順序で到達するように、アウトレット装置で終端となるべく配置される。各チャネルのアウトレットは同じ面積を有する。チャネルは、ラウドスピーカドライバによって生成される音波のための経路であり、好ましくは、任意の適切な断面積を有する閉鎖管である。好ましくは、各経路の断面積は同一であるが、経路の長さは拡散を実現するアルゴリズムによって決定される。

好ましくは、音響拡散マニホルドで使用される数列は、平方剰余系列、バーカーコード、自己相関系列、または相補系列から選択される。

他の適切な数列は、バーカーコード、ゼロ自己相関系列、または相補系列などの信号処理で使用される数列である。

バーカーコードは、＋１および−１から成るＮ個の値の系列であり、

である。

自己相関とは、信号とその信号自身の相互相関のことである。簡単に説明すると、自己相関とは、測定値間の時間間隔の関数としての測定値間の類似性である。自己相関は、ノイズに埋め込まれた周期的信号が存在することなどの繰り返しパターンを見つけるため、またはその高調波振動数によって示される信号において欠落した基本周波数を識別するための数学的ツールである。自己相関は、関数または時間領域信号などの一連の値を解析するための信号処理で使用されることが多い。

相補系列（ＣＳ）は、応用数学から派生したものであり、位相のずれた非周期的自己相関係数の合計がゼロになるという有用な性質を有する系列のペアである。２値からなる相補系列は、Ｍａｒｃｅｌ Ｊ．Ｅ．Ｇｏｌａｙによって１９４９年に初めて発表された。１９６１〜１９６２年に、Ｇｏｌａｙは、長さ２_Ｎの系列を構築するためのいくつかの方法を提示し、長さ１０および２６の相補系列の例を示した。１９７４年に、Ｒ．Ｊ．Ｔｕｒｙｎは、長さｍの系列と長さｎの系列から長さｍｎの系列を構築するための方法を提示し、この方法は、形式２^Ｎ１０^Ｋ２６^Ｍの任意の長さの系列の構築を可能にした。

音響マニホルドの等角図である。 ラウドスピーカドライバと音響拡散マニホルドの等角図である。 図１に示す音響拡散マニホルドの平面図と立面図である。 ハードオンコライダの取入領域の底面図である。 ハードオンコライダに配置された同心スプリッタのデータ点をすぐに特定する平面図である。 マニホルドのハードオンコライダ部と放射アウトレット部の両方を示す代表図である。 「ツイスタ」コンポーネントの詳細等角図である。 ツイスタ要素の部分の断面スライスを示す図である。 非圧縮チャネル設計を示す図である。 圧縮チャネル設計を示す図である。 小型音響拡散マニホルドの等角図である。 小型音響拡散マニホルドの骨組みを示す等角図である。 小型音響マニホルドの区間要素経路の上層を示す図である。 小型音響拡散マニホルドの下層４０１を示す図である。 Ｃｏｂｒａマニホルドのアウトレットの大きさを示す図である。 Ｃｏｂｒａマニホルドのハードオンコライダ分岐領域を示す図である。 本発明のラウドスピーカの捕捉インパルス応答の詳細図である。 本発明のマニホルドの高速フーリエ変換ＦＦＴを示す図である。 ウェーブレット過渡リング放射を伴うマニホルドラウドスピーカの等角図である。 ウェーブレットリングを放射する単独のマニホルドラウドスピーカに関連する聴き手を示す図である。 個々に異なるウェーブレットリングパターンを放射するマニホルドラウドスピーカのステレオ空間を示す図である。 ３つのマニホルドスピーカを使用する完全サラウンドサウンドシステムを示す図である。 ５つのマニホルドラウドスピーカが使用される拡張仮想空間環境を示す図である。 マニホルドスピーカドライバ構成の等角図である。 ２つのマニホルドスピーカ構成を含む自動車ダッシュボードの等角図である。 マニホルドスピーカドライバの等角図である。 フラットスクリーンＴＶの前側等角図である。 フラットスクリーンＴＶの後側の等角図である。 トーンとその高速フーリエ変換をグラフで示す図である。 トーンとその高速フーリエ変換をグラフで示す図である。 トーンとその高速フーリエ変換をグラフで示す図である。 ラウドスピーカの阻止帯域中の低音エネルギーに基づく急位相信号投入システムの概略図である。

図１は、７区間１０２を備える音響拡散マニホルド１０１の等角図であり、２つの区間対がツイスタ部１０３を通って相互に位置を入れ替える結果、７区間すべてが０〜６（７要素）の連続系列でアウトレット１０４に至る。

各区間１０２の長は、平方剰余系列の解によって決定され、レイアウトの妥協案が実際の構造のＱＲＤ設計と人間工学を満たす区間距離変動要件に対応できるように、一定のオフセット距離が各区間の長さに追加される。

ＱＲＤの解は、区間間の相対長変動がアウトレット１０４で系列２、４、１、０、１、４、２に収まるように決定する。ハードオンコライダ（ｈａｒｄ−ｏｎ ｃｏｌｌｉｄｅｒ）の自然の７区間内の相対位置は４、２、１、０、１、２、４である。したがって、「２」および「４」要素を表す外側要素が、ハードオンコライダからアウトレットまでの経路に沿って相互に入れ替わることが不可欠である。

図２は、ラウドスピーカドライバと音響拡散マニホルドの２つのコンポーネントの連結位置を示す等角図である。マニホルド２０１は、ハードオンコライダと称されるスプリッタ取入口２０３でドライバ２０２に連結される。「ハードオンコライダ」の役割は、ラウドスピーカドライバのピストン運動によって生成される音響波を７（またはＮ）個に等しく方向づけることであるが、個々の音響波は区間チャネルに沿って移動する。これは、音響エネルギーの歪みまたは反射を生じさせずに達成されるべきである。したがって、この部分を規定する際、断面積を維持することと、一般的な音響波誘導設計方法とを考慮すべきである。

ゼロに等しい自己相関を持つ拡散波の応答を生成できる数学的数列の１つは、平方剰余系列（ＱＲＳ）として知られる。ＱＲＳは、任意の奇素数Ｎ（たとえば、１、３、５、７、１１、１３、１７、１９、２３、２９．．．）に等しい総要素長を有する数列であり、Ｎはマニホルドにおける区間の数である。個々の要素の解は、関係Ｓ_ｎ＝ｎ^２ｒｅｍＮ（すなわち、ｎ^２からＮの倍数を減算したときの結果である最小非負剰余）によって決定される。

表１は、７個の要素を有する系列（すなわちＮ＝７）に対して導出されたＱＲＳの解を示す。

系列の任意の１つの期間（Ｎ個の隣接する要素）を使用して拡散波機能を実現できることはＱＲＳの性質である。したがって、系列は、任意の数ｎまたはその分散、すなわち、周期的幅におけるＮｗ（ただし、ｗは凹みの幅である）が系列の１つの完全な周期の解である限り、その数で始まることができる。以下の表２は、ｎ＝４で始まり、ｎ＝１０を含む、すなわち、Ｎ＝７個の要素である。

以下の表３は、ｎ＝２で始まり、ｎ＝６を含む、すなわち、Ｎ＝５個の要素である。解４、１、０、１、４は、表２の解２、４、１、０、１、４、２の中に入れ子構造となって現れる。小さな素数の解が大きな素数の解の中に入れ子構造となって現れることはＱＲＳの性質である。

任意のＮの１組の解Ｓ_ｎが用途に適さない場合、定数を各解Ｓ_ｎに加算して式Ｓ_ｎ＝（Ｓ_ｎ＋ａ）ｒｅｍＮ（ただし、ａは定数である）に適用することができる。

よって、Ｎ＝７の固有解が０、１、４、２、２、４、１である場合、たとえばａ＝３を各Ｓｎに加算して、解を３、４、０、５、５、０、４に変換することができる。

図３は、図１に示す音響拡散マニホルドの平面図と立面図である。

ＡＡに沿った図３の断面図は要素３０６を詳細に示し、音響エネルギーが移動コイルラウドスピーカのピストン運動から、区間要素の長に沿った水平運動へと変換される。

図４は、図１、２、３に示すマニホルドのハードオンコライダの同心スプリッタ取入口領域４０１の底面図である。

この図は、ハードオンコライダ部である７（Ｎ）個の均等区間に分割される円形領域が、移動コイルラウドスピーカから７（Ｎ）個の均等領域部分に音響エネルギーをどのように分割するかを詳細に示す。

次に、ハードオンコライダによって生成される各均等部分は、ツイスタ３０３を介して、個別誘導のために経路長の異なる区間要素用の経路に進入し、アウトレット３０７まで音響的に送られる３０６。

一部のスピーカドライバは、超高周波数で見掛け音響中心の運動が大幅に加速する。音響中心はドライバの音声コイルに向かって、より高速に、たとえば１０ｋＨｚ以上で移動し始める。マニホルド設計はハードオンコライダ領域４０１に同心スプリッタ構成を組み込む（図４）。この構成により、ラウドスピーカドライバに同心であり、同心軸を中心として音響駆動波をＮ個の同一な部分に分割するため、音響中心の移動による誤差が排除される。よって、音響中心位置の変化は、経路上でドライバに同心である限り、Ｎ個すべての区間において対称的に存在する。

本発明者による音響反射体の実施形態の過去の設計は、音響中心の幾何学的運動の影響を受けやすく、このような運動に順応しなければならなかった。

図３のマニホルド３０１は、長の差がＱＲＳ×単位深さの解である複数のチャネルを有する。すなわち、チャネル０（３０２）の長さは０^＊単位長＋定数ｌであり、凹み０（３０２）に隣接するチャネル１（３０３）の長さは１^＊単位深さ＋定数ｌであり、凹み１（３０３）に隣接するチャネル２（３０４）の長さは２^＊単位深さ＋定数ｌである。定数「ｌ」は各チャネルの長さ内に存在するため、チャネル間の長さの差の一部を成さない。ソース３０２（図２）から放射される音響エネルギーの成分は、チャネル３０２、３０３、３０４、３０５を有するアウトレット３０７から放射されるとき、遠距離空間で混合されて拡散波符号化音場を呈することが望ましい。ＱＲＳの「完全な」解は、名目上は放射方向から±ＰＩ／２角度方向内、実際はそれ以上の角度で、アウトレット３０７からあらゆる角度方向に均等な音響エネルギーを提供する。

全範囲の用途に適した音響拡散マニホルドの好適な実際的設計では、チャネルアウトレット幅は８．１５ｍｍとなるように選択される。したがって、反射体全体は５７．０５ｍｍである。

設計周波数が２６００Ｈｚとなるように選択されるときの典型的なＱＲＤ解を表４に示す。
表４

区間チャネル長を測定するデータは、音響タイミング（位相）および振幅が同一である限り、ハードオンコライダ領域上の任意の適切な点であってもよい。

図５は、各区間の外周で同心スプリッタの周囲に定義されるデータ点を示す。この点は同心スプリッタの区間で対称であるため、各点に存在する音響エネルギーは時間的に同一であるとみなすことができ、各関連チャネル開始点までのゼロデータと考えることができる。

図６は、マニホルドのハードオンコライダ部の同心スプリッタと放射アウトレット部分の両方の代表図である。アウトレットはハードオンコライダの片側に配置されるため、区間部分はアウトレット上のＱＲＤ要素の系列位置に適合して自然に分散される。

最も近い区間部分には「０」要素の役割が与えられ、その区間部分とアウトレットとの間の経路長は最小に設定される。通常、この距離を０ｍｍに設定することは実際的ではない。したがって、結果として生じる距離は、すべての要素経路までの設定距離を追加するように、他のすべての要素経路の長に追加される定数「ｌ」とみなされる。たとえば、基準として表４を使用すると、定数「ｌ」は５０ｍｍに設定される。実際には、この長さ「ｌ」はメートルにすることができる。このような長い定数長では、ドライバをアウトレットからある程度遠隔に配置することができる。このようにして、ドライバはフラットスクリーンＴＶのベースに配置し、放射アウトレットはスクリーンの縁部に配置することができる。同様に、自動車でも、ドライバはダッシュボードの中心に埋め込み、アウトレットはダッシュボードの表面に置くことができる。

「０」区間に隣接するハードオンコライダ要素には、「１」要素経路が割り当てられる。基準として表４を使用すると、この経路の長は６９ｍｍであり、定数「ｌ」５０ｍｍと「１」要素の解１９ｍｍから成る。

「１」要素がとる経路は、アウトレットまでの移動全体が経路長で６９ｍｍの並進となるように構成される。通常、区間チャネル経路の中心線は、長を測定するための基準とみなされる。何らかの音響現象により生じる誤差は、要素経路の微調整によって要素長を実際増減させて誤差を補償することにより補正することができる。

「１」要素に隣接する区間には、「２」要素経路長が割り当てられる。基準として表４を使用すると、「２」要素経路長は８８．２ｍｍであり、定数「ｌ」５０ｍｍと「２」要素経路長３８．２ｍｍから成る。

「２」要素がとる経路は、アウトレットまでの移動全体が経路長で８８．２ｍｍの並進となるように構成される。

「２」要素に隣接する区間には、「４」要素経路長が割り当てられる。これらの２つの区間が相互に隣接して、ハードオンコライダの７区間を完成させる。基準として表４を使用すると、「４」要素経路長は１２６．２ｍｍであり、定数「ｌ」５０ｍｍと「４」要素経路長７６．２ｍｍから成る。

「４」要素がとる経路は、アウトレットまでの移動全体が経路長で１２６．２ｍｍの並進となるように構成される。しかしながら、「２」要素と「４」要素は相互に横断して、最終的にはアウトレットマニホルドにおいて正しい系列とならなければならない。

図７は、区間要素「２」と「４」の「ツイスタ」コンポーネントを示す詳細等角図であり、ここで「４」によって決定される経路長の外側要素６０２は、一定断面積変換部６０１を介して「２」によって決定される経路長の内側要素６０３と位置を交換する。この図では、区間要素形成の外側の要素６０２は、アウトレットに達するまでに内側位置に最終的に変換されるようにツイスタによって操作される。

図８は、開始点と終了点を含むツイスタ部を通る７区間を示す。開始時、分離フィンは垂直であり、「４」要素の面積（Ａ４）は「２」要素の面積と等しい（Ａ２）。次の区間では、中央の分離フィンが中心点を中心に回転し始めている。最初よりも分離フィンの長は長く、幅はわずかに短い。このようにして、Ａ４およびＡ２の正確な断面積を維持することができる。

次の区間では、分離フィンは垂直限度を超えて横断し側壁に至る。長さが短くなり幅が広がる結果、断面積Ａ４およびＡ２は維持される。このプロセスが残りの区間でも継続する。この一定の断面積は、音響エネルギーがツイスタ部を横断する際にチャネルおよびチャネル２に関して維持される。

２つの主な設計変数である単位深さと要素幅は、音響拡散マニホルドが有効である有用周波数帯域幅を決定する。最小有用周波数は、様々な凹み深さによりもたらされる経路の量によって制御される。最大有用周波数は凹みの幅によって制御される。関連する波長が２×チャネル幅と等しい周波数よりも高い周波数の場合、音響エネルギーはチャネル長に沿って直接経路を移動しない。音響エネルギーはチャネル長に沿って対角経路を移動するため、有効長は物理長よりも長い。このため、拡散プロセスは許容誤差を超える。

機械的な拡散波発生器の低周波数の設計周波数を制御するため、単位長は設計波長の１／Ｎ倍に等しくなるように設定される。たとえば、単位長が１９ミリメートルでＮ＝７の場合、設計波長は以下によって与えられる。
Ｘ＝Ｎ×１９ミリメートル＝１３３ミリメートル

上記から、設計周波数は以下によって算出される。
Ｆ ＝ｃ／λ_Ｄ
＝３４３／（１３３×１０^−３）
＝２．６ｋＨｚ

設計周波数より下では、凹みは音源周波数の位相に対して寸法的に不十分になり、音響構成は通常の放射体または平面反射体として作用する。反射体が効果的である最高周波数、すなわち、カットオフ周波数は、個々の凹み幅ｗまたは設計周波数との関係によって決定される。先の例を使用すると、凹み幅が９．５ミリメートルである場合、カットオフ周波数は以下によって与えられる。
λ ＝ｗ×２
＝１９ミリメートル

よって、周波数は、以下によって与えられる。
Ｆ ＝ｃ／λ_ｗ
＝３４３／（１９×１０^−３）
＝１８．０５ｋＨｚ

高周波の有効性を制限する別の要因は、系列が設計周波数の（Ｎ−１）倍の周波数で機能しないことである。すなわち、先の例の数字をここでも使用すると、
λ_ｈｉｇｈ ＝λ_Ｄ／（Ｎ−１）
λ_Ｄ ＝１３３ｍｍ
よって、
λ_ｈｉｇｈ ＝１３３ｍｍ／６
＝２２．２ｍｍ
よって、
ｆ_ｈｉｇｈ ＝３４３／λ_Ｄ
＝３４３／２２．２ｍｍ
＝１５．５ｋＨｚ

本例では、設計周波数によって決定されるカットオフ周波数が２つの制限周波数のうちの低い方より小さく、実際の高周波カットオフ点である。したがって、２つの周波数のうちの低い方がカットオフ周波数、すなわち１５．５ｋＨｚとなる。

拡散波機能の自己相関性質による誤差干渉から保護するために、高度な注意と正確な補償を設計に組み込まなければならない。ゼロ自己相関では、それ自身による出力は、ヒトの聴取システムの受容器官などの知覚力の鋭い受容器官によって解釈できる意味のある情報を伝えない。結果として生じる拡散波機能は「無音」である。しかしながら、許容誤差は非常に小さいため、理想からの百分率誤差は振幅または位相の３％より小さくすべきである。誤差が大きいほど、拡散波機能はより聞こえるようになる。聴取空間環境で聞きたいのは、拡散波機能ではなく駆動源信号の強度である。ＱＲＳは広範囲の周波数を生じるので、名目上、設計の有用スペクトルの上端が３％未満の誤差の基準を維持することが重要である。周波数スペクトルが低くなるにつれて、成分波超が増加し、音源の空間的原点がスペクトル領域上で静止しているとすれば、経路の伝播による誤差は比較的小さくなる。

好適な実施形態では、ハードオンコライダの断面積はアウトレットの総面積と同じである。個々の音響ダクトの断面積がソースからアウトレットまで一定となるような取り組みがなされる。

図９は、同心スプリッタ区間の面積がチャネル経路の断面積と同一である非圧縮断面積構造を示す。

ＥＧ−同心スプリッタ径が５０ｍｍである場合、同心スプリッタの面積は以下によって与えられる。
Ａｒｅａ_ＣＳ ＝ＰＩ×２５ｍｍ^２
＝１９６３ｍｍ^２
１区間の面積は、
Ａｒｅａ_{Ｓｅｃｔｏｒ}＝１９６３ｍｍ^２／７
＝２８０ｍｍ^２

チャネル幅が９．５ｍｍである場合、チャネル高は以下によって与えられる。
Ｈｅｉｇｈｔ＝Ａｒｅａ_{Ｓｅｃｔｏｒ}／Ｗｉｄｔｈ
＝２８０／９．５
＝２９．５ｍｍ

別の実施形態では、ハードオンコライダ（３０５または図３）を形成する音響拡散マニホルドの部分は、ハードオンコライダ分岐部の区間アウトレットの断面積を最初の分岐面積程度に圧縮することで、音響ダクト内の音響波の体積速度を増幅するために使用される。これにより、ダクト内の音圧レベルが上昇する。面積圧縮技術を利用して、音響波が不所望の歪みを生じないように注意を払うべきである。

図１０は、同心スプリッタ区間の面積がチャネル経路の断面積よりも大きい圧縮断面積構造を示す。

ＥＧ−同心スプリッタ径が５０ｍｍである場合、同心スプリッタの面積は以下によって与えられる。
Ａｒｅａ_ＣＳ ＝ＰＩ×２５ｍｍ^２
＝１９６３ｍｍ^２
１区間の面積は、
Ａｒｅａ_{Ｓｅｃｔｏｒ}＝１９６３ｍｍ^２／７
＝２８０ｍｍ^２

チャネル幅が９．５ｍｍである場合、チャネル高は以下によって与えられる。
Ｈｅｉｇｈｔ＝Ａｒｅａ_{Ｓｅｃｔｏｒ}／（Ｗｉｄｔｈ×Ｓｃａｌｅ）
＝２８０／（９．５×２）
＝１４．８ｍｍ

２のスケールファクタを導入することによって、アウトレット高を半減させた。

その結果、チャネル内の音響エネルギーの体積速度は、先の非圧縮構成の２倍となると予測できる。

このようなアプローチの利点は、アウトレットマニホルドのサイズを低減することができるため、その結果として生じる設計をコンパクトにできることである。

図１１〜１６は、スマートフォン型の携帯電話での使用に適した小型マニホルドを示す。

図１１は、凹部１１０３を介してＣｏｂｒａスマートフォンラウドスピーカ１１０２を収容するように設計された小型音響拡散マニホルド１１０１の等角図であり、凹部１１０３はハードオンコライダによって７つの均等な部分に分割され、ＱＲＤによって決定される可変長経路によりアウトレットアレイ１１０４に向けて誘導される。

ラウドスピーカドライバは、周波数の適用範囲にわたって完全ピストンとして挙動すると考えられる。これが当てはまらない場合、同心スプリッタハードオンコライダ分岐構成を使用することができる。

ラウドスピーカドライバをハードオンコライダ領域に直接連結させることが好適でない場合、小さな空隙を利用して、これらの要素を弾性的に連結することができる。低周波数を吸収する弾性空間効果は、スマートフォンのラウドスピーカドライバの有効放射部の下方で発生するように構成される。Ｃｏｂｒａラウドスピーカの場合、有効放射領域は通常５００Ｈｚ以上である。よって、弾性空隙は、５００Ｈｚ以上で音響ショートカットとなるべきである。

図８は、ケースなしの小型音響拡散マニホルド７０１の骨組みを示す等角図である。アウトレット７０４に至るまでの７（Ｎ）個の要素用の各種経路が表示される。目的は、ＱＲＤで音声信号を巻きこむことによって提供される所望の音響効果を失うことなく、できる限りコンパクトな設計にすることである。

小型音響拡散マニホルドの低周波設計周波数を制御するため、単位長は設計波長の１／Ｎ倍と等しくなるように設定される。たとえば、単位長が１５．５ミリメートルであり、Ｎ＝７の場合、設計波長は以下によって与えられる。
Ｘ＝Ｎ×１５．５ミリメートル＝１０８．６ミリメートル

上記から、設計周波数は以下によって算出される。
Ｆ ＝ｃ／λ_Ｄ
＝３４３／（１０８．６×１０^−３）
＝３．１６ｋＨｚ

設計周波数より下では、凹みは音源周波数の位相に対して寸法的に不十分になり、音響構成は通常の放射体または平面ドライバとして作用する。反射体が効果的である最高周波数、すなわち、カットオフ周波数は、個々の凹み幅ｗまたは設計周波数との関係によって決定される。先の例を使用すると、凹み幅が３．０ミリメートルである場合、カットオフ周波数は以下によって与えられる。
λ ＝ｗ×２
＝６．０ミリメートル
よって、周波数は、以下によって与えられる。
Ｆ ＝ｃ／λ_ｗ
＝３４３／（６．０×１０^−３）
＝５７．２ｋＨｚ

高周波の有効性を制限する別の要因は、系列が設計周波数の（Ｎ−１）倍の周波数で機能しないことである。すなわち、先の例の数字をここでも使用すると、
λ_ｈｉｇｈ ＝λ_Ｄ／（Ｎ−１）
λ_Ｄ ＝１０８．６ｍｍ
よって、λ_ｈｉｇｈ ＝１０８．６ｍｍ／６
＝１８．０ｍｍ
よって、ｆ_ｈｉｇｈ ＝３４３／λ_Ｄ
＝３４３／１８．０ｍｍ
＝１９ｋＨｚ

本例では、設計周波数によって決定されるカットオフ周波数が２つの制限周波数のうちの低い方よりも小さく、実際の高周波カットオフ点である。したがって、２つの周波数のうちの低い方がカットオフ周波数、すなわち１９ｋＨｚとなる。

図１２は、小型スマートフォン音響拡散マニホルドの区間要素経路の上層を示す。この層１２０１には、Ｃｏｂｒａスマートフォンラウドスピーカを収容するのに十分で、適切で、かつ有効である切り込み１２０２が形成される。

表５を参照すると、中心要素１２０５は経路長１６ｍｍが与えられる。

要素「４」への取入口１２０７は中心要素１２０５に隣接するが反対側である。これらの要素はダクト１２０７を介して下層に進路変更され、位置１２０３で隣接アレイアウトレットで再び現れる。これらの「４」経路は、７８ｍｍ長となるように長さが操作される。

中心「０」要素１２０５と同じ側だが、両側には経路長３１．５ｍｍの「１」要素１２０４が形成される。

図１０は、小型音響マニホルドの下層１３０１を示す。この層も、凹部１３０２を介してＣｏｂｒａスマートフォンラウドスピーカを収容するのに十分で、適切で、かつ有効であり、上層９０１と同位置に位置する。

上層１２０１は、ダクト１２０７および１３０３を介してアウトレットに向けて経路１３０４に音響エネルギーを供給し、ダクト１３０５を介して音響エネルギーをアウトレット層まで送る。

図１５は、標準的なスマートフォンマニホルド設計のアウトレットの大きさを示す。チャネルアウトレットは２ｍｍ幅で１ｍｍ高である。したがって、断面積は２ｍｍ^２である。７つのチャネルは３ｍｍ間隔で配置される。これにより、出力アレイの幅は２０ｍｍ、高さは１ｍｍである。

アウトレットの総面積は７×２ｍｍ^２＝１４ｍｍ^２である。

図１６は、ｃｏｂｒａダイヤフラムの分岐領域を示す。

ｃｏｂｒａのダイヤフラムは半径コーナーを有するため、「２」要素の分岐領域ではこれを補償するように注意を払わなければならない。ダイヤフラム上方の領域は非常に小さいため、分岐ハードオンコライダ領域に通常サイズのチャネル領域を設けることができない。よって、圧縮スケールが使用される。

ダイヤフラムの長さは１２ｍｍ、高さは８ｍｍである。よって、１２×８＝９６ｍｍ^２の断面積を有する。

アウトレットは１４ｍｍ^２であるため、この設計には９６／１４＝６．９のスケールの圧縮係数が含まれる。よって、チャネル内の体積速度はダイヤフラムでの体積速度の６．９倍である。こうした高スケールファクタを実行する際、チャネル内に非線形音圧レベルを導入しないように注意する必要がある。

図１７は、本発明のラウドスピーカの捕捉インパルス応答の詳細図である。これは、最大記録値前の−２０ｃｍから最大記録値後の２０ｃｍまでの音声ウィンドウである。ｔ＝０ｃｍ辺りの中心部はＧａｂｏｒウェーブレットのような形状である。しかし、中間部を見ると、Ｇａｂｏｒウェーブレットの前後の測定で多数の信号が存在する。これは、十分に減衰されなかったスペクトルボックスからの「リンギング」の場合がある。図１８は、Ｃｏｂｒａマニホルド用に開発された本発明のマニホルドの高速フーリエ変換ＦＦＴを示す。本実施形態は、スマートフォンなどの小型家電製品での使用に適する。したがって、音声信号内の急激な位相変化を聴取空間に一時的にマークする機能を有する（ウェーブレット符号化）。ＦＦＴの従来技術の基準は、このウェーブレット符号化マニホルドの追加によるわずかな歪みを示す。このスペクトル曲線は、ホストスマートフォンエレクトロニクスによって等価させることができる。

この装置では、５００ｚ未満のスペクトル低音域がほとんど発生しない。低温が５００Ｈｚ未満のＦＦＴエネルギーを必要とするスペクトル情報チャネルではなく側頭の情報チャネルを介して脳に認知されるように、搬送周波数の５００Ｈｚ以上で低音を等価の急激な位相跳躍に変換することはもっともらしく思われる。５００Ｈｚ未満のスペクトルエネルギーは単に、こうした小型スピーカドライバによって物理上サポートされない。

体積速度の上昇により音圧レベルを高める利点は、聴取空間に放射される音圧レベルを高めることである。

図１９は、半径ｔ０２で位相異常（側頭活動）が生じる音場を放射するマニホルドラウドスピーカｔ０１を示す。この位相の過渡現象は、名目上はウェーブレットｔ０３であり、このウェーブレットには、マニホルドラウドスピーカｔ０１の周囲の半径ｔ０２で円形リング１０４が存在する。

図２０は、２つのテンポラルウェーブレットリングｚ０６を引き起こす２つの位相異常を放射する同じマニホルドラウドスピーカｚ０１を示す。この放射音場内に立っているヒトは両耳ｚ０３およびｚ０２を介してこれらのテンポラルリングｚ０６を聴き、ヒトの知覚システムに零相画像ｚ０５を生じさせる。

図２１は、各チャネルの位相異常に基づきテンポラルリングｙ０３およびｙ０４を放射するマニホルドラウドスピーカｙ０１およびｙ０２のステレオ空間を示す。ステレオミックス内のモノラル情報は、スピーカｙ０６の中心線に沿ってコヒーレントな音響エネルギーを発揮する。聴き手ｙ０７は、マニホルドスピーカｙ０１およびｙ０２からの両方の直接的エネルギーを聞く。また、左および右ステレオ信号間の相互作用によって形成されて、スペクトル音場とテンポラル音場を生じる零相幻像音場を体験する。位相一致はこの零相音場に存在する。左チャネルと右チャネル間のわずかな差が、零相音場内に仮想現実音響を構築する。

この画像は、被写界深度だけでなく、チャネル間の鏡像も示す。

図２２は、聴き手ｋ０７の周囲に配置された３つのマニホルドラウドスピーカｋ０１、ｋ０２、ｋ０３を示す。これらの３つのマニホルドラウドスピーカｋ０１、ｋ０２、ｋ０３は、このモノラルコンテンツからの３つの直接音場と相互作用音場からの３つの幻像零相音場を生成する。これにより横方向に没入型の聴取空間が提供される。

図２３は、５個のマニホルドラウドスピーカｙ０１、ｙ０２、ｙ０３、ｙ０４、ｙ０５で形成された完全な仮想現実音声空間を示す。マニホルドスピーカｙ０１、ｙ０２、ｙ０３、ｙ０４は聴き手ｙ０６を中心に水平方向に４チャンネル方式で配置される。マニホルドスピーカｙ０５は聴き手ｙ０６の上方に配置される。これらのマニホルドラウドスピーカｙ０１、ｙ０２、ｙ０３、ｙ０４、ｙ０５は各音源からのモノラルコンテンツから５つの直接零相片耳認知を生成する。それらのラウドスピーカは、水平方向の音源の相互作用から以下の６個の水平方向ステレオ零相音場を生成する。

そして、以下のステレオ相互作用から４つの空中零相音場を形成する。

これにより、５チャネル音声信号の記録と操作を通じて没入型のリアリティのある音響が提供される。デジタルファイル内の音声の５チャネル符号化は当該業界において既知である。上述するような零相区間は、「ライブの」音響音場のシミュレーションである。
６個の水平方向ステレオ零相音場
４個の垂直零相音場
５個の直接単零相音場

図２４は、ハードオンコライダに対して堅固に搭載されるスピーカドライバ２４０４を備えたマニホルド２４０３を示す。この二重構成の概略では、この２つの部品が相互に入れ子になっている。アウトレットは、この構造を自動車のダッシュボードに適合させるような形状をとる。図２５は、自動車ダッシュボード内に搭載される図２４のマニホルドスピーカ構成２４０５および２５０６を示す。ドライバにとって唯一の視覚的影響は、マニホルドのアウトレットアレイである。これは従来のステレオ構成である。

図２６は、ハードオンコライダに対して堅固に搭載されるスピーカドライバ２６１３を備えたマニホルド２６１２を示す。この二重構成の概略では、この２つの部品が相互に入れ子になっている。アウトレットは、この構造をフラットスクリーンＴＶの裏に適合させるような形状をとる。

図２７は、図２６の構造が搭載されたフラットスクリーンＴＶ２７１６の等角図である。アウトレット２７１４および２７１５はＴＶ２７１６の前面に位置する。

図２８は、マニホルド２７１４および２７１５が可視であるフラットスクリーンＴＶ２７１６の後部等角図である。マニホルド２７１４および２７１５はプラスチック製であるため、ＴＶの後部カバー全体が装着されるときと同時に射出成形される。このため、製造コストが大幅に低減される。

図２９は、５００Ｈｚ搬送波から成る構成「トーン」を示す。しかしながら、３ミリ秒毎に、急激な９０度の位相変化が発生する２１。高速フーリエ変換が示すように、これはスペクトル的に約４１０Ｈｚと７５０Ｈｚ成分の組み合わせとして見える。しかしながら、このトーンでは、３ミルライン間隔の３３３Ｈｚが優勢である。

図３０は、８００Ｈｚ搬送波から成る構成「トーン」を示す２４。高速フーリエ変換が示すように、これはスペクトル的に８００Ｈｚのみとして見える２５。

図３１は、８００Ｈｚ搬送波と１０ミリ秒間隔の小さな位相変化（１５度）から成る構成「トーン」を示す２６。高速フーリエ変換が示すように、これはスペクトル的に８００Ｈｚのみとして見える。しかしながら、１００Ｈｚのトーンは１０ミリ秒の位相変化により聞き取ることができる。スマートフォンは、５００Ｈｚ〜７００Ｈｚ未満の小さなエネルギーを有することが知られている。物理的スピーカドライバは、この領域未満のトーンをサポートすることができない。

図３２は、まず音声信号を７００Ｈｚ成分未満（３２３２）と７００Ｈｚ成分超（３２２９）に分割することによって、低音域をスマートフォンの通過帯域（７００Ｈｚ以上）に挿入するシステムを示す。高い方の通過領域３２２９はスマートフォンスピーカ３２３１に供給され、その後、調相機３２３０を通過する。音声信号３２３１の低い部分は、低音情報を抽出するフィルタを通過して、通過帯域３２２９信号上で位相変化させる。この方法では、低音は位相変化として７００Ｈｚ以上の音声信号に符号化され、低音がヒトの側頭の知覚システムを通る際に知覚可能となる。

同様に、他の家電製品および産業用途の寸法と出力に適したその他のラウドスピーカドライバも、ドライバに連結されたときに、明瞭性、到達範囲、聴取体験のイメージを向上させるように設計された音響拡散マニホルドを備えることができる。

他の適切な数列は、バーカーコード、ゼロ自己相関系列、または相補系列などの信号処理で使用される数列である。

本発明は特定の実施形態を参照して説明した。当業者にとっては、様々な変更を行うことができ、発明のより広範な範囲を逸脱せずに他の実施形態を使用できることは自明であろう。たとえば、相対系列要素の時間遅延を達成するその他のゼロ自己相関系列または方法も本発明で使用することができる。したがって、特定の実施形態のこれらおよびその他の変形も本発明に含まれる。

Claims (6)

1. 音響拡散マニホルドトランスデューサシステムであって、前記システムが、
   マニホルドインレットおよびマニホルドアウトレットを有するマニホルドと、
   前記マニホルドに連結される音響ラウドスピーカドライバと、
   を備え、
   前記マニホルドインレットが、前記音響ドライバと連通する音響経路に通じる複数のＮ個の（Ｎは奇素数である）インレットを有し、前記マニホルドアウトレットが、Ｎ×１またはＮ×Ｎマトリックスに配列された前記音響経路用に複数のＮ個の（Ｎは奇素数である）アウトレットを有する面を備え、
   各経路の断面積が同一であり、
   各経路長が関係Ｔｉ．ｊ＝［（ｉ２＋ｊ２）ｒｅｍＮ］＊単位遅延によって決定され、
   Ｔが数列内に系列値を有する経路間の遅延であり、Ｎが奇素数である、音響拡散マニホルドトランスデューサシステム。
2. 前記音響経路のインレットが前記音響ドライバを中心に放射状に配置されて、ハードオンコライダを形成する、請求項１に記載の音響拡散マニホルドトランスデューサシステム。
3. 前記ハードオンコライダの断面積が前記アウトレットの総面積と略同じである、請求項２に記載の音響拡散マニホルドトランスデューサシステム。
4. Ｎが７である、請求項１に記載の音響拡散マニホルドトランスデューサシステム。
5. 前記音響経路のアウトレットが、前記ハードオンコライダから９０度超の角度で配向される、請求項２に記載の音響拡散マニホルドトランスデューサシステム。
6. 携帯電話、自動車のダッシュボード、またはテレビスクリーン支持台に嵌合される、請求項５に記載の音響拡散マニホルドトランスデューサシステム。

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