JP6970018B2 - 一定幅のビーム幅を持った配列可能な拡声器 - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、一般に配列可能な拡声器システムに関し、更に詳しくは非配列面（non-arraying plane）に配列した拡声器システムにおけるビーム幅の制御に関する。

拡声器のビーム幅は、その操作周波数範囲（coverage）を決定する。広いビーム幅を生じるように設計された従来の拡声器で遭遇する課題は、拡声器の操作周波数範囲に亘って（over）、特にクロスオーバー以下の中間〜低い周波数でビーム幅が不安定になるか、或いは一定でなくなることである。拡声器の操作周波数に亘って一定のビーム幅を保持する拡声器は、明確に画定された（defined）ロールオフ点及びロールオフ点を超えて予測される最小エネルギーで聴衆を予想どおり公平にカバーする。この音は、拡声器の操作周波数領域に亘って同じであり、操作周波数範囲の縁端部付近では拡声器の前にいるように、明瞭で十分なくらいである。ビーム幅外、即ち、拡声器の操作周波数範囲のパターン外では、残響の場を興奮させたり、室内反射から有害な干渉を誘引する音響エネルギーは非常に少ない。また野外開催地や祭りでは、隣接する舞台又は居住地近くへの“溢出（spillover）”は減少する。

コンパクトなマルチウエイ拡声器システムでは、多数の変換器類（“類”は“複数”を意味する。以下同じ）から一定のビーム幅を得るのは困難である。これまで行われた試みとしては、キャビネットサイズ、歪、ローブ形成（lobing）、過大パターンの狭小化、及び／又は位相の問題で妥協点（tradeoffs）を得ることが含まれる。
これらの妥協点としては、下記事項が含まれる。
・コーンドライバー類及び導波管（又は導波管類）（ホーン又はホーン類）を互いに隣同士に配置すると、オフ軸（off-axis）の狭小化及びクロスオーバー周波数でのローブ形成を生じる可能性がある。
・多数の変換器類／ホーン類を同軸上に（coaxially）装着すると、ビーム幅の非一貫性、及び変換器／導波管の設計で諸強度の妥協（forces compromises）が生じる可能性がある。
・コーンドライバー類を一層密集させて（closer together）押せるように非常に狭いホーンを作ると、ＨＦドライバーの負荷（loading）、及び／又はビーム幅の一貫性と妥協することになる。
・後部（rear）装着ドライバー類用のホーン壁類に開口類をカットすると、ＬＦ出力又はＬＦドライバー負荷、及び／又は操作周波数範囲のパターンと妥協することになる。
・全てのドライバー類により給与された単一の長いホーンを用いると、ホーンの長さに見合う（comparable）ＬＦ長さ及び／又は効率のため、かなり大型の囲いが必要となる。

発明の開示
本発明の配列可能な拡声器システムは以上の妥協点を回避する。本発明は、比較的低いクロスオーバー周波数においても、十分なコンプレッションドライバーの負荷に従って広帯域パターンを制御する、配列可能な拡声器システムを提供する。このような拡声器システムを達成するには、ホーン口の大きさ（size）は、かなり大きくなければならないが、得られる低ドライバーがシャドウする（shadowing）問題はほぼ除去される。その他、設計に固有の問題、即ち、オフ軸でのローブ形成、一貫性のないビーム幅、及び不十分なコンプレッションドライバーの負荷はほぼ除去される。

ホーンとコーン類の両者が全体の音響出力に寄与するクロスオーバー周波数領域では、これらの周波数においてＬＦ出口路（exit channel）類により付与された変換器類のほぼ同一の音響センター類により呼称ビーム幅は維持される。クロスオーバー領域を通る変換器類の合計（summed）位相レスポンスも拡声器の呼称操作周波数範囲角度内のいずれかの角度のままである。その結果、空間的に一貫性であり、したがって、聴取領域内の音と同じ音を出す拡声器が得られる。

本発明は、ＬＦ変換器の直径、したがって、ＬＦ効率及び最大出力を犠牲にすることなく、キャビネットの幅を最小化することにより、配列可能な拡声器、特にライン配列エレメントからメリットが得られる（benefit）。市場は一層小さくて軽く、一層力強いサウンドシステムを要求しているが、未だキャビネット全体の大きさ及びＬＦ出力は一般に連鎖している（link）。現在、ＬＦ性能は非常に狭いキャビネットからでも維持でき、性能低下なく、聴衆の視線を大幅に改善している。

本発明の配列可能な拡声器は、囲い（enclosure）を形成する頂部壁、底部壁及び側部壁類を有するキャビネットを含む。このキャビネットは、前開口（front opening）付き前部（front）及び該前開口を通過する中心軸を更に有する。前記囲いの前開口の背後の前記囲い中心軸上にある囲い内にはホーン装着用構造が配置され、またキャビネット内の前記ホーン装着用構造には高周波変換器用ホーンが装着される。

ホーンは、口末端部（mouth end）、喉（throat）末端部、該喉末端部から口末端部まで延在するフレアー状側部壁類、並びに該側部壁類間に延在する頂部壁及び底部壁を画定する前部外周部分を有し、更にこのホーンは、ホーンの前記喉末端部からホーンの口末端部を通って延在し、伝播軸を画定する軸を有する。前記ホーンの前部外周部分は、側部外周縁端部（edge）類、頂部外周縁端部及び底部外周縁端部を含む。

ホーンは、該ホーンの伝播軸が前記囲いの中心軸とほぼ整列するように、且つ該ホーンの口末端部が前記囲いの前開口に位置するように、前記囲い内のホーン装着用構造に装着される。前記ホーンの口末端部は、この口末端部近くの囲いの前開口に側部室開口類（side chamber openings）が創生されるように、且つ前記ホーンの前部外周部分の頂部外周縁端部及び底部外周縁端部のそれぞれ上方及び下方にある囲いの前部に頂部隙間及び底部隙間が創生されるように、前記囲いの前開口よりも小さい。前記ホーンの喉末端部には高周波変換器が装着される。

ホーン装着用構造の反対側部類（opposite sides）上にある前記囲いの前開口背後の囲い内に低周波変換器装着用構造類が配置される。各低周波変換器装着用構造には、前記低周波変換器類が前記ホーンの伝播軸に対して所定の前向き角度で前記ホーンの反対側部類上にある前記囲い内に位置するように、少なくとも１種の前向き（forward facing）低周波変換器が装着される。各前向き低周波変換器は、前記ホーンのフレアー状側部壁及び前記キャビネットの前部にある側部室開口類の１種（one）に向いている（face）。

前記前向き低周波変換器類と前記ホーンのフレアー状側部壁類の両者間には、或る量（a volume）の空気を含む低周波側部室類が形成され、ホーンの口末端部に隣接する囲いの前開口において前記側部室開口類を通る大気に繋がる。前記ホーンの頂部壁の上及び該ホーンの底部壁の下には、少なくとも以下の特徴を有する低周波出口路類が形成される。
・或る量（a volume）の空気を含有するための容量を有する。
・ 前記ホーンの支持構造の周り（about）から該ホーンの前部外周部分の頂部外周縁端部及び底部外周縁端部のそれぞれ上方及び下方にある囲い前部の隙間まで延在する。
・前記低周波変換器側部室に繋がる。
・前記ホーンの前部外周部分の頂部外周縁端部及び底部外周縁端部のそれぞれ上方及び下方にある頂部隙間及び底部隙間を通る大気に繋がる。

本発明の他の一面では拡声器は、クロスオーバー回路を有する高周波変換器用補正回路手段及び低周波変換器用補正回路手段を含む。この補正回路は、アナログ回路であってもよいし、ＤＳＰ技術で実施してもよく、クロスオーバー周波数以上の、影響を受けた周波数（以下、“被影響周波数”という）範囲内でビーム幅歪み効果を補償する。補償されるビーム幅歪み効果は、前記ホーンと低周波変換器類の両者間で形成された低周波側部路類により捕獲されると共に、該低周波側部路類から反射される被影響周波数範囲内でホーンから伝搬した残留音響エネルギーによって生じる。

本発明のその他の面を以下の明細及び特許請求の範囲並びに添付図面から明らかとなろう。

本発明による配列可能な拡声器の前部の立面図である。

図１において、２−２線で切断した断面図である。

図１において、拡声器キャビネットの頂部を除いた頂部平面図である。

図１において、３−３線で切断した断面図である。

図１における頂部斜視図である。

図１における前部立面図である。

図２において、５Ａ−５Ａ線で切断した断面図である。

図６Ａ及び図６Ｂは、図１〜５に示した拡声器用の一例の信号処理回路における高周波路及び低周波路のブロック図である。

拡声器の水平面−６ｄＢビーム幅を本発明に従って拡声器の操作周波数範囲に亘って測定したグラフである。

図１〜５に図示した拡声器のコーンドライバー類に関する未処理のオン軸（on-axis）周波数レスポンスのグラフである。

図１〜５に図示した拡声器のコーンドライバー類の極座標レスポンスを、 小さい側部ローブ類を表示した約１．４ｋＨｚで示す極座標グラフである。

図７に示すように、拡声器の操作周波数範囲に亘って測定した拡声器の水平面−６ｄＢビーム幅を、ホーン単独の測定ビーム幅と比較したグラフである。

発明を実施するための最良の形態
周波数範囲を示すため、ここで使用した“低い”及び“高い”は、低い周波数から高い周波数までのクロスオーバーが起こる場合、中間の周波数を包含する相対的用語であると理解される。例えば“低周波数”変換器（時には“ドライバー”ということがある）という場合、この変換器は、クロスオーバー未満の周波数でも、またクロスオーバー周波数範囲に入るまで上昇する周波数でも作動する（operate）ことは理解されよう。同様に、“高周波”変換器という場合、この変換器は、クロスオーバー周波数範囲に入るまで下降する周波数でも、またクロスオーバーを超える（above）周波数でも、作動する（operate）ことは理解されよう。また変換器を“高い”又は“低い”として特徴化しても、以下、拡声器の低周波数変換器に関連して述べるように、この変換器がその呼称操作（operating）周波数範囲外に若干の音響エネルギーを生成できるという可能性は妨げない。

配列可能な拡声器は、導波管（ホーン）に装着した、コンプレッションドライバーのような少なくとも１種の高周波変換器と；全ての変換器音響出力が、非配列面において、ほぼ一定の広いビーム幅を持った拡声器からコアキシャルに（coaxially）放射するように、密集したスペースの（closer spaced）配列で構成された少なくとも１対の低周波変換器（ドライバー）類と；で構成される。図示の実施形態では、以下に説明するように、拡声器類を垂直面に配置すると、水平面ではビーム幅の制御が起こる。しかし、本発明は水平面配置可能な拡声器類を用いても同様に実施可能であることは理解されよう。この場合、一定のビーム幅制御は垂直面で起こる。

図１を参照すると、図１は配列可能な拡声器１１の前部を示す。拡声器１１は、拡声器の概要（the short）を画定する頂部縁端部１３及び底部縁端部１５を備えた長方形輪郭を有することが判る。或いは図面に示す向きでは、拡声器の垂直面の大きさ又は高さが判る。一方、末端部類１７，１９は、拡声器の長さを画定するか、或いは図示するように、拡声器の水平面（horizontal）の大きさを示す。前記拡声器概要の大きさは、垂直面（vertical）か水平面かどうかで、拡声器類を配列できる面を画定できる。拡声器の前部は音響的に透過性のグリルスクリーン２１で覆われる。グリルスクリーン２１は、拡声器の長さに亘って延在し、垂直面では、好ましくは拡声器の頂部縁端部１３及び底部縁端部１５庭田って包む（wrap）ように、高さ全体に延在する。拡声器の頂部及び底部に亘って包むグリルスクリーンを供給すると、拡声器の前部から出る音を伝搬することができる。なお、通常、音が出ない領域からは音は出ない。

図２，２Ａ，３，４，５，５Ａ及び５Ｂは、グリルスクリーン背後の拡声器の内部部品類（internal componenents）を表示する。拡声器キャビネット２３は、頂部壁２５，底部壁２７及び側部壁２９を有する。これら全ての内部部品類によって、前記部品類を収容するための囲い３１が形成される。キャビネット２３の前部３３は、キャビネットのほぼ全体の長さ及び高さに亘って延在できる前開口３５を供給するため開いている。キャビネットの中心軸Ｃは、この前開口を通過して軸を供給する。軸の周りは、前記ホーン及び後述する低周波変換器類の両者がグループ化されている。キャビネット側部壁２９に装着した側部フレーム２０は、拡声器及び配置可能な（deployable）連係（linkages）２２を持ち上げるためのハンドルを供給する。連係２２は、一方のスピーカーボックスを他方のスピーカーボックスと垂直面に所望の拡がり（splay）角度で連結して（link）１種の（one）拡声器配列を創生するのに使用される。

拡声器の内部部品類にはホーン３７、高周波変換器、好適にはコンプレッションドライバー３９、及び１対の低周波変換器類、好適には、適合した１対の低周波コーンドライバー類４１が含まれる。これらホーン及び変換器の内部部品類は、本発明の性能上のメリットを達成するため、互いに特別に固定された空間的（spatial）相互関係で囲い内に支持される。これらの支持構造類には、囲いの前開口背後の囲いの中心軸Ｃ上に配置されたホーン装着用構造類、及びホーン装着用構造の反対側部類上の囲いの前開口背後の囲い内に配置された低周波変換器装着用構造類が含まれる。図示の実施形態では、ホーン装着用構造及びコーンドライバー装着用構造類は、拡声器キャビネットの前開口に平行する平坦な中心壁４３、及びキャビネットの前開口に対し前向きに角度を付けて曲げた（angled）（以下、“角度を付けた”という。）斜面（bezel）側部壁類４５を有する単一の金属製、好適には鋳造金属製の斜面フレーム４２の形状で提供される。中心壁４３は、ホーン装着用構造として役立つよう好適な開口類（図示せず）に合わせて大きさを決め供給される。こうしてホーンは、ホーンの伝播軸Ｐが拡声器キャビネットの中心軸Ｃと整列するように、中心壁４３に装着できる。角度を付けた斜面側部壁は、コーンドライバー装着用構造として役立つ。コーンドライバー類をこのような角度を付けた側部壁に装着することにより、コーンドライバー類は、ホーンの伝播軸に対し所定の前向き（forward facing）角度で、ホーンの反対側部類上のキャビネット囲い内に配置される（positioned）。コーンドライバー類の位置決め（positioning）を、キャビネットの前開口及び垂直面の長さ、高さ等を含む大きさ（size）に関連するホーンの大きさ決め（sizing）と組み合わせることにより、所望のビーム幅制御が達成できる。

ホーンは、側部外周縁端部類４９、頂部外周縁端部５１及び底部外周縁端部５３で形成された前部外周部分４７を有する。この前部外周部分は、拡声器の前部開口に位置するホーンの口末端部５５を画定する。ホーンは、延在する喉末端部５７、及びホーンの喉末端部からホーンの口末端部まで延在するフレアー状側部壁類によって部分的に形成されたベル部分５９を更に有する。ホーンの頂部壁６３及び底部壁６５は、フレアー状側部壁類間に延在してベル部分を完成する。コンプレッションドライバー３９は、ホーンの喉末端部に一連の（a line of）バーチャル音響源類を供給するよう、例えば米国特許第６，６６８，９６９号に開示されるようなマニホールド（図２Ａのエレメント６６）を通ってホーン喉末端部５７の所でホーンの背部（back）に繋げることができる。コンプレッションドライバーの背部は、コーンドライバー４１の背部と同様、囲い内の空気を循環させる内部冷却フアン類６７で冷却できる。

拡声器の前部から見ると、ホーンの前部外周部分の大きさは、ホーンの各外周縁端部４９，５１，５３に平行する囲いの前開口３５よりも小さくなるような大きさである。ホーンの側部類、即ち、ホーンの口５５の側部外周縁端部類４９の外側では、ホーンの前部外周部分と拡声器前部の末端部１７間の隙間は、囲い前部内で側部出入（port）開口類６９を通る大気に対し、囲いの内側へ出入させると共に、前向きに角度を付けたコーンドライバー類４１（及びそれらの支持構造類）とホーンのフレアー状側部壁類６１の背部類６２間の低周波側部室類７１内の空気量の大気に連結させるのに十分な隙間である。これらの低周波側部室類（“ＬＦ側部室類”）は、ホーンと出入開口類６９の両者間の出入開口類の内側に位置する側部室開口類７３を通る大気に繋がる（coupled to）。ホーンの頂部及び底部でのホーンの前部外周部分の大きさは、ホーンの前部外周部分の頂部外周縁端部５１及び底部外周縁端部５３と拡声器の頂部外周縁端部及び底部外周縁端部との両者間は、空気出口隙間類７５が存在するような大きさである。これらの隙間類及び隙間類背後の空気量は、所望のビーム幅制御の際、重要な役割を演じる。

頂部隙間７５及び底部隙間７５背後の空気量は、ホーン３７の頂部壁６３及び底部壁６５と拡声器キャビネット２３の頂部壁２５と底部壁２７の間のスペース類により創生される。これらのスペース類はコーンドライバー類４１の前にあるＬＦ側部室類７１に連結し、ホーンの上方及び下方にあって、コーンドライバー類により生成する低周波（ＬＦ）音用低周波に使用される低周波出口路類（符号７７で示す。）として作用する。

拡声器の各種部品類は、例えば以下の仕様を備えることができる。
・拡声器キャビネット前部の内側幅（ＣＷ）：５６７ｍｍ
・拡声器キャビネット前部の内側高さ（ＣＨ）：２５７ｍｍ
・ホーン口の外側幅（ＨＷ）：３２２ｍｍ
・ホーン口の外側高さ（ＨＨ）：２２９ｍｍ
・ホーン深さ（ＨＤ）：１５９ｍｍ
・ 低周波変換器（符号４１）：
９インチ(２２８ｍｍ)長の可動域（excursion）コーンドライバー
・ 高周波変換器（符号３９）：３インチ(７６ｍｍ)コンプレッションドライバー
非配列方向ではＬＦ側部室類７１及びＬＦ出口路類７７はビーム幅にどのような影響を与えるのかを更に説明するため、低周波コーンドライバー類を中心に装着したホーン３７のいずれかの側部の背後に、また前記装着したホーン３７のいずれかの側部に装着して観察すると、これらＬＦ側部室類及びＬＦ出口路類の放射用表面類７９は、ホーンの大型フレアー状側部壁類６１により大部分不明瞭になることが判る。従来の配置構成では、ホーンの側部壁類は堅固な邪魔板類を創生する。これらの邪魔板は、ホーン側部周囲の各々別個のコーンの出力に向けている。そうすると、ホーンの幅により分離した２種の（two）明瞭な低周波源類が創生する。ホーンが十分広ければ、コーンドライバー類は、ホーンに対するクロスオーバーの下方の中間周波数において、十分なパターンの狭小化及び恐らくオフ軸（off-axis）でのローブ形成を示すだろう。中間の操作周波数範囲を有する拡声器では、このようなパターンの狭小化はメリットになり得る。しかし、広い操作周波数範囲を所望するならば、問題になり得るし、また操作周波数範囲の水平面では不均一な周波数及び位相レスポンスが生じる可能性がある。

ここで説明した拡声器では、コーンドライバー類の音響出力の一部は、ホーンの側部類からの音響出力と合併して（combined）、ホーンの上方及び下方にあるＬＦ出口路類７７を通る方に向かう。ホーンの側部類からの音響出力と合併した、これら中心路類からの音響出力は、連続的な低〜中間の周波数源を創生する。この周波数源は、拡声器の低〜中間周波数の大（substantial）部分に亘って呼称ビーム幅角度を維持する。コーンドライバー出力の大部分は、ホーン側部の周囲に向けられるので、別個の低周波数源のメリットは保持される。コーンドライバー出力の残部は、通常、ホーンによってブロックされる中心領域から放射されるので、依然として、各種欠点は除去される。これは、ホーンの大きさ及び形状又はホーン壁部類の統合性（integrity）に妥協することなく達成される。

ＬＦ側部室類の容量は好適には、クロスオーバー周波数に上がるまでの使用可能レスポンスを維持しながら、低周波数での効率を最大化するように調整される。容量が大きすぎると、クロスオーバー周波数の下方のコーンドライバーレスポンスで早まったロールオフを生じる。容量が小さすぎると、効率が犠牲になる。

ＬＦ側部室類７１及びＬＦ出口路類７７の相対容量は重要である。ＬＦ側部室類の容量は、理想的にはコーン類とキャビネット前部の間のキャビネットの全空気量に対し、凡そ７５％含まなければならない。この場合、ホーンにより取り上げられた量、即ち、ＬＦ側部室類とＬＦ出口路類との合計（combined）量は含まない。したがって、ＬＦ出口路類の容量はこの合計空気量に対し約２５％である。ホーンの上方及び下方にある空気出口隙間類７５におけるＬＦ出口路類の口面積は、好ましくはコーンドライバー類の放射用表面類７９の合計表面積に対し約２６％以上である。ＬＦ出口路の長さは、ホーン前部での出口隙間７５から装着用斜面フレーム４２の中心壁４３での出口路の背部まで測定して、好ましくは、クロスオーバー周波数での波長に対し約３０％以下である。コーンドライバー類の中心間スペース（center-to-center spacing）は、クロスオーバー周波数での波長に対し約５０％以下である。コーンドライバーの好ましい角度は、囲み前部の面（plane）に対し約３３度である。

以上の数値（figures）は、所望のビーム幅制御について受け入れできない損失を出さない限り、凡そ＋／−２０％まで変化してよいと推定される。以下の概算範囲が考えられる。
・ ＬＦ側部室類の空気量：合計空気量に対し約８０％〜約７０％。
この場合、ＬＦ出口路類の空気量は約２０％〜約３０％に相当する。
・空気出口隙間におけるＬＦ出口路の口面積：
コーンドライバー類の放射用表面類の合計表面積に対し約２０％〜約３０％。
・ＬＦ出口路の深さ：クロスオーバー周波数での波長に対し約３５％以下。
・ コーンドライバー類の中心間スペース：
クロスオーバー周波数での波長に対し約６０％以下。
・ 囲い前部の面に対するコーンドライバーの角度：約２７度〜約３９度。

特大の（oversized）ホーン口の大きさ（dimensions）は、最低可能周波数（クロスオーバー）に下がるまで（down to）の両面（both planes）でパターンの制御を与える。この実施形態では、クロスオーバーに下がるまで呼称水平ビーム幅を維持するため、ホーンの幅を非常に大きくする。ホーンの高さは、小型ＬＦ出口路用のスペースを前記出口路の上方及び下方で終了とし（terminate）ながら、垂直面のパターン制御も最大化する。ホーンの設計は全（overall）放射パターンを創生し、この全放射パターンにより高周波数範囲の大（substantial）部分に亘って呼称ビーム幅角度が維持される。

ＬＦ出口路類７７の第二のメリットは、拡声器の物理的大きさに関する。特大のコーン類を比較的狭い囲いに合わせるため、これらのコーン類は、角度を付けて曲げた背部（be angled back）のような“ハマグリの貝殻”型構成でキャビネット内に入れなければならない。このような構成により、若干の周波数類では出力が増大し、その他の周波数類では出力が低下する。このような貝殻型コーン類の前に大型ホーンを置くと、大型コーンは、波長がホーンの最大大きさ（dimension）に対し１／４から１／２に近づく周波数類では、出力が更に低下する可能性がある。若干のコーン類の周波数類での出力用に第二のパス（pass）を与えると、ＬＦ出口路類は前記問題を軽減する。第二のパスを与えないと、出力レベルは著しく低下する。

本発明の別の面は、クロスオーバーの上方の、影響を受けた周波数（以下、“被影響周波数“という）範囲、通常、１〜２ｋＨｚの臨界範囲で水平面の制御を更に向上する。ホーン３７のいずれの側部上のＬＦ側部室類７１もビーム幅歪曲効果、特にクロスオーバーの上方、例えば約１．４ｋＨｚを中心としたビーム幅を生じる可能性がある。ホーンの口で起こる回折及びＬＦ側部室類の大きさや形状のため、１．４ｋＨｚ付近を中心とするホーンで生成した若干の残留オフ軸音響エネルギーは、ＬＦ側部室類及び反射された背部に捕獲される。このような反射エネルギーの到着遅れは、この周波数で拡声器の操作周波数範囲パターンを狭小化するホーンのオフ軸エネルギー中に弱め合う干渉（destructive interference）をもたらす（lead to）ことができる。

図６Ａ及び６Ｂに示す補正回路のような特定の補正回路手段は、図示のホーン−コーン構成にコーンドライバー類の特定の音響挙動を利用すると、この問題を処理して解決する拡声器の信号に含むことができる。図示のコーンドライバー構成は、当然、クロスオーバー（例えば６２５Ｈｚ）の上方の音響出力を相当量、ロールオフする（roll off）が、少量のコーンドライバー音響エネルギーはクロスオーバーの上方のオフ軸に依然として発出する（emanate）。この現象を図８及び図９に示す。図８は、図示した拡声器１１のホーン−コーン構成におけるコーンドライバー類４１（単独、また追加の信号処理を受けない）の周波数レスポンスを示す。コーンドライバー類は、Ｘで示したクロスオーバー周波数の領域ではロールオフしないが、１〜２ｋＨｚの範囲、詳しくはＬＦ側部室類７１により捕獲され反射された残留ホーンエネルギーの周波数範囲内で隆起（bump）を示すことが判る。図９は、凡そ１．４ｋＨｚでコーンドライバー類により生成したオン軸（０度）エネルギー及びこの周波数、即ち、ＬＦ側部室類から反射されたホーンエネルギーの発生が知見される周波数でオフ軸側部ローブ類が存在することを示す極座標グラフである。コーンドライバー類により生成したオフ軸音響エネルギーは、ＬＦ側部室類から反射した残留ホーンエネルギーの操作周波数範囲パターン狭小化効果を相殺するのに利用できるが、コーンドライバー類により生成した音響エネルギーが所望周波数範囲内に或る程度保留されている場合に限られる。

本発明の別の改良面によれば、クロスオーバーの上方のコーンドライバー出力を完全にロールオフするため、従来の急勾配（steep）で高位（high-order）の電子的な低パス（electronic low pass）を使用するよりも、むしろ一層緩やかな（gradual）フイルターを使用して、ホーンに適切な音響クロスオーバーと１〜２ｋＨｚの臨界的周波数範囲内でのオフ軸コーンドライバーエネルギーの装備（harnessing）との両者を可能にする。全パス（all-pass）型フイルターは、ＬＦ側部室類により捕獲された遅延オフ軸ホーンエネルギーを、弱め合う干渉によりほぼ相殺するように、このオフ軸ホーンエネルギーの位相を操作するのに使用される。遅延オフ軸ホーンエネルギーをほぼ（substantially）相殺しなければ、水平面で過剰なビーム幅狭小化を生じることになる。

ここで図６Ａ及び６Ｂを参照して、一例の補正回路を説明する。図示の補正回路は、図６Ａに示す低路（low channel）１００及び図６Ｂに示す高路（high channel）１０２を含むことが判る。両路とも拡声器の高周波変換器と低周波変換器（図１〜５に示すコンプレッションドライバー３９及びコーンドライバー４１）の両者間でオーディオ入力信号を分割するのに必要なクロスオーバー回路用エレメント類を組み込んでいる。クロスオーバー機能は、図示した補正回路の数種の（several）エレメント類により付与される。これらのエレメント類は、回路の低路及び高路にそれぞれ一次低パス型フイルターＬ１及び一次高パス型フイルターＨ２を含む。これら一次の低パス型フイルター及び高パス型フイルターは、それぞれパラメトリック（parametric）・シェルビング（shelving）ＥＱ類（Ｌ３、Ｈ３）と、帯域低減用帯域パス型フイルターＬ７と、二次長円形低パス型フイルターＬ８及び二次長円形高パス型フイルターＨ７のような他の回路フイルター類と共同で（together with）作用する。低路内の長方形フイルターＬ８により生成した停止帯域波紋（stop band ripple）は、停止帯域中の所望周波数範囲の音響エネルギーに隆起（bump）を有利に付与できる。このような全体的フイルター構成は、ＬＦ側部室類４１により捕獲された残留音響エネルギーを相殺する目的で、コーンドライバー類に１〜２ｋＨｚ範囲内の十分な音響エネルギーを生成させるため、コーンドライバー類に所望の比較的緩やかなロールオフを付与する。

更に図６Ａ及び６Ｂを参照すると、高パス型フイルターＬ２及び低パス型フイルターＨ８は、オーディオ帯域外に減衰（attenuation）を付与し、また可動域制御ブロック類Ｌ６、Ｈ６は、低周波変換器及び高周波変換器に保護（protection）を付与する。１．４ｋＨｚでのビーム幅補正は、長方形フイルターＬ８、Ｈ７により提供できる。またゲイン構築（structuring）及び動的レベル制御は、ゲイン／リミッターＬ５又はアンプＨ５により提供できる。フラットな位相レスポンスが得られる位相補正は、位相補正ブロックＬ４、Ｈ４により達成され、これはＦＩＲフイルター又は一筋の（a string of）ＩＩＲ全パス型フイルターで実施できる。

ＬＦ側部室４１に捕獲されたホーンからの残留音響エネルギーを、弱め合う干渉により相殺するのに必要な位相シフトについては、図示の補正回路内において、低周波路内のブロックＬ９により位相シフトは達成される。このブロックは、被影響周波数領域に中心を置いた（centered in）、この場合は１．５ｋＨｚに中心を置いた全パス型フイルターにより実施できる。好適には、このフイルターは、Ｑが４．０の二次全パス型である。

図６Ａ及び６Ｂに図示した補正回路は、アナログ回路又はデジタル信号処理の何れによっても実施できることは理解されよう。図６Ａ及び６Ｂに示したフイルターのパラメーター類は、ここで説明した一例の拡声器で使用される一例のパラメーター類である。これらのパラメーター類には、前述した大きさ類（dimensions）が含まれる。他の部品の大きさ及び特徴を有する本発明の拡声器について前述した範疇に適合するように補正回路を設計することは、当業者の精通範囲内である。

以上説明し、図６Ａ及び６Ｂに図示した補正回路で得られたビーム幅制御の向上により、第三オクターブ周波数平滑化を保持する水平面−６ｄＢビーム幅は、３００Ｈｚ〜１８ｋＨｚから１１０度＋／−２０度である。図７のグラフは、これらの測定結果を示す。図１０のグラフは、ホーン単独について測定したビーム幅を示す点線を追加した図７のグラフを示す。図１０には、ホーン単独による１．４ｋＨｚでの操作周波数範囲パターンの狭小化が見られる。

明細書及び添付図面に本発明の一実施形態をかなり詳細に説明したが、明確に指示しない限り、本発明はこのような詳細に限定されるのを意図するものではないことは理解されよう。ここには明確に開示されていない本発明の他の実施形態も、当業者ならば、この開示から容易に明確となろう。

米国特許第６，６６８，９６９号

Claims (18)

1. 囲いを形成する頂部、底部及び側部壁を有すると共に、前開口（front opening）付き前部（front）及び該前開口を通過する中心軸を有するキャビネットと、
   前記前開口の背後の前記囲いの中心軸上に配置されたホーン装着用構造と、
   口末端部（mouth end）、喉（throat）末端部、該喉末端部から口末端部まで延在するフレアー状側部壁類、並びに該フレアー状側部壁類間に延在する頂部壁及び底部壁を有すると共に、前記喉末端部から前記口末端部を通って延在する軸を有するホーンであって、該軸はホーンの伝播軸を画定し、前記ホーンの前部外周部分は側部外周縁端部類（edges）、頂部外周縁端部及び底部外周縁端部を含み、前記ホーンは、前記ホーンの伝播軸が前記囲いの中心軸とほぼ整列するように、且つ前記ホーンの口末端部が前記囲いの前開口に位置する（positioned at）ように、囲い内のホーン装着用構造に装着され、前記ホーンの口末端部は、前記ホーンの口末端部近くの囲いの前開口に側部室開口類（side chamber openings）が創生されるように、且つ前記ホーンの前部外周部分の頂部外周縁端部及び底部外周縁端部のそれぞれ上方及び下方にある囲いの前部に頂部隙間（gap）及び底部隙間が創生されるように、前記囲いの前開口よりも小さい、高周波変換器用のホーンと、
   前記ホーンの喉末端部に装着された高周波変換器と、
   前記ホーン装着用構造の反対側部類上（on opposite sides of）にある囲いの前開口背後の囲い内に配置された（positioned in）低周波変換器装着用構造類と、
   低周波変換器類が前記ホーンの反対側部類上の囲い内にホーンの伝播軸に対して所定の前向き（forward facing）角度で位置するように、各低周波変換器装着用構造に装着された少なくとも一つ（one）の前向き低周波変換器であって、各前向き低周波変換器は前記キャビネットの前部において、前記ホーンのフレアー状側部壁及び前記側部室開口類の内の一つ（one）に向く（face）ように、前記ホーンの伝播軸の方へ内向きに向いている（faces inwardly toward）、前向き低周波変換器と、
   を備え、
   前記前向き且つ内向きの（forward and inwardly facing）低周波変換器類と前記ホーンのフレアー状側部壁類の両者間には或る量（a volume）の空気を含有する低周波側部室類（side chambers）が形成され、該低周波側部室類は、前記ホーンの口末端部に隣接する囲いの前開口において、前記側部室開口類を通る大気に繋がり（coupled to）、
   前記ホーンの頂部壁の上方及び該ホーンの底部壁の下方には低周波出口路類（exit channels）が形成され、該低周波出口路類は、
   ・或る量の空気を含有するための容量を有し、
   ・前記ホーン装着用構造の周り（about）から該ホーンの前部外周部分の頂部外周縁端部及び底部外周縁端部のそれぞれ上方及び下方にある囲いの前部における隙間類（gaps）まで延在し、
   ・前記低周波側部室類に繋がり、
   ・前記ホーンの前部外周部分の頂部外周縁端部及び底部外周縁端部のそれぞれ上方及び下方にある頂部隙間及び底部隙間を通り大気に繋がる、
   との特徴を有する配列可能な拡声器。
2. 前記低周波変換器類が、２７度〜３９度の前向き角度で前記囲い内に配置される請求項１に記載の配列可能な拡声器。
3. 前記低周波変換器類が、３３度の前向き角度で前記囲い内に配置される請求項１に記載の配列可能な拡声器。
4. 前記低周波出口路類の空気量が、前記低周波側部室類と前記低周波出口路類との合計（combined）空気量に対し２０％〜３０％の範囲である請求項１に記載の配列可能な拡声器。
5. 前記低周波出口路類の空気量が、前記低周波側部室類と前記低周波出口路類との合計空気量に対し２５％である請求項１に記載の配列可能な拡声器。
6. 前記低周波変換器類がコーンドライバー類であり、各コーンドライバーが中心を有する請求項１に記載の配列可能な拡声器。
7. 前記低周波変換器類がクロスオーバー周波数以下でオーディオ信号を受信し、前記ホーンの反対側部類上にある前記コーンドライバー類がクロスオーバー周波数での信号波長に対し６０％以下の中心間スペースを有する請求項６に記載の配列可能な拡声器。
8. 前記低周波変換器類がクロスオーバー周波数以下でオーディオ信号を受信し、前記ホーンの反対側部類上にある前記コーンドライバー類がクロスオーバー周波数での信号波長に対し５０％以下の中心間スペースを有する請求項６に記載の配列可能な拡声器。
9. 前記低周波変換器類がクロスオーバー周波数以下でオーディオ信号を受信し、前記低周波出口路類の頂部と底部の間の深さが、前記ホーン装着用構造の周りから（from about）該ホーンの前部外周部分の頂部外周縁端部及び底部外周縁端部のそれぞれ上方及び下方にある囲いの前部の隙間まで測定して、クロスオーバー周波数での信号波長に対し３５％以下である請求項６に記載の配列可能な拡声器。
10. 前記低周波変換器類が放射用表面類を有し、ホーンの前部外周部分の頂部外周縁端部及び底部外周縁端部のそれぞれ上方及び下方にある頂部隙間（gap）及び底部隙間が低周波出口路類の口（mouth）を形成し、該口は口面積を有し、該口面積は前記コーンドライバー類の放射用表面類の合計表面積に対し２０〜３０％の範囲である請求項６に記載の配列可能な拡声器。
11. 前記ホーン装着用構造及び前記低周波変換器装着用構造類は、前記ホーンに対しては平坦な中心部壁を有し、前記低周波変換器類に対しては角度を付けた斜面（bezel）型の側部壁類を有する単一斜面型フレームの形態である請求項１に記載の配列可能な拡声器。
12. 前記拡声器の操作用周波数範囲は、前記低周波変換器類と前記高周波変換器の両者が前記拡声器の音響出力に寄与するクロスオーバー周波数範囲を含み、該拡声器は、前記ホーンと前記低周波変換器類との間で形成された低周波側部室類により捕獲され、該低周波側部室類で反射されて、前記ホーンから伝搬した残留音響エネルギーにより生じたクロスオーバー周波数以上の、影響を受けた周波数範囲内で、ビーム幅歪み効果を補償するための、クロスオーバー回路を有する、高周波変換器及び低周波変換器類用の補正回路手段を更に含む請求項１に記載の配列可能な拡声器。
13. 前記補正回路手段が、前記低周波側部室類により捕獲された残留音響エネルギーを相殺するのに十分な音響エネルギーを低周波変換器類に前記影響を受けた周波数範囲内で生成させるため、低周波変換器類にクロスオーバー周波数に亘っても（over）クロスオーバー周波数を超えて（above）も緩やかな（gradual）ロールオフを生じるように選択され、構成されたフイルターを含む請求項１２に記載の配列可能な拡声器。
14. 前記補正回路手段が、低周波変換器類の音響出力の位相を前記影響を受けた周波数範囲内でシフトする手段を更に含む請求項１３に記載の配列可能な拡声器。
15. 前記低周波変換器類の音響出力の位相をシフトする手段が、前記影響を受けた周波数範囲内の中心に置いた２次全パス（2nd order all-pass）型フイルターを含む請求項１４に記載の配列可能な拡声器。
16. 囲いを形成する頂部、底部及び側部壁を有すると共に、前開口付き前部及び該前開口を通る中心軸を有するキャビネットと、
    前記前開口の背後の前記囲いの中心軸上に配置されたホーン装着用構造と、
    口末端部、喉末端部、該喉末端部から口末端部まで延在するフレアー状側部壁類（side walls）、並びに該側部壁類間に延在する頂部壁及び底部壁を有すると共に、前記喉末端部から前記口末端部を通って延在する軸を有するホーンであって、前記軸は、前記ホーンの喉末端部に装着した高周波変換器により生じた音用の伝播軸を画定し、ホーンの前部外周部分は側部外周縁端部類、頂部外周縁端部及び底部外周縁端部を含み、前記ホーンは、該ホーンの伝播軸が前記囲いの中心軸とほぼ整列するように、且つ前記ホーンの口末端部が前記囲いの前開口に位置するように、前記囲い内のホーン装着用構造に装着され、前記ホーンの口末端部は、ホーンの口末端部近くの囲いの前開口に側部室開口類が創生されるように、且つ前記ホーンの前部外周部分の頂部外周縁端部及び底部外周縁端部のそれぞれ上方及び下方にある囲いの前部に頂部隙間及び底部隙間が創生されるように、前記囲いの前開口よりも小さい、高周波変換器用のホーンと、
    前記ホーン装着用構造の反対側部類上の囲いの前開口背後の囲い内に配置された低周波変換器装着用構造類と、
    低周波変換器類が前記ホーンの伝播軸に対し２７度〜３９度の所定の前向き角度でホーンの反対側部上の前記囲い内に位置するように、各低周波変換器装着用構造に装着された少なくとも一つの前向き低周波変換器であって、各前向き低周波変換器は前記ホーンのフレアー状側部壁及び前記キャビネット前部にある側部室開口類の内の一つに向いている、少なくとも一つの前向き低周波変換器と、
    を備え、
    或る量の空気を含む低周波側部室類は、前記少なくとも一つの前向き低周波変換器と前記ホーンのフレアー状側部壁の両者間に形成され、更に該低周波側部室類は、前記ホーンの口末端部に近い囲いの前開口において側部室開口類を通る大気に繋がり、
    低周波出口路類は前記ホーンの頂部壁の上方及び該ホーンの底部壁の下方に形成され、更に該低周波出口路類は、
    ・或る量の空気を含有するための容量を有し、
    ・低周波出口路類の空気量は、低周波側部室類と低周波出口路類との合計空気量に対し２０％〜３０％の範囲であり、
    ・前記ホーン装着用構造の周り（about）から該ホーンの前部外周部分の頂部外周縁端部及び底部外周縁端部のそれぞれ上方及び下方にある囲いの前部の隙間まで延在し、
    ・前記低周波側部室類に繋がり、
    ・前記ホーンの前部外周部分の頂部外周縁端部及び底部外周縁端部のそれぞれ上方及び下方にある頂部隙間及び底部隙間を通る大気に繋がる、
    との特徴を有する配列可能な拡声器。
17. 前記低周波変換器類がクロスオーバー周波数以下でオーディオ信号を受信し、前記ホーンの反対側部上にある前記低周波変換器類がクロスオーバー周波数での信号波長に対し６０％以下の中心間スペースを有する請求項１６に記載の配列可能な拡声器。
18. 前記低周波変換器類がクロスオーバー周波数以下でオーディオ信号を受信し、前記ホーンの反対側部上にある前記低周波変換器類がクロスオーバー周波数での信号波長に対し５０％以下の中心間スペースを有する請求項１７に記載の配列可能な拡声器。

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