JPH09506189A - 能動騒音低減及び圧電スピーカを備えたマルチメディア・パーソナルコンピュータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は圧電スピーカパネルとマイクロホンを新規なマルチメディアコンピュータを形成するために統合することに関する。騒音消去のほかに、電子回路とアルゴリズムはまた音声認識装置の性能を強めるために適用されている。

Description

【発明の詳細な説明】 能動騒音低減及び圧電スピーカを備えた マルチメディア・パーソナルコンピュータ 本発明は、様々な新しいディスプレイ、音声、入力及び能動騒音低減機能を備 えた新しいマルチメディア・コンピュータに関する。マルチメディア・パーソナ ルコンピュータなどの音源を必要とする多くの用途において、スピーカ装置の大 きさと重量は、特にやっかいである。スピーカをパーソナルコンピュータ又はラ ップトップコンピュータと別々に運ぶ必要は、旅行のときには特にわずらわしい 。従来の拡声機は、音をよく再生できるのが、大量の空間と重量を必要とする。 空間の所要量は、膜を駆動するために可動コイルを必要とするので、容易には減 らされない。空間と重量に関連する問題に加えて、従来のスピーカにおける駆動 要素によって作られる磁界は、ブラウン管上の表示をゆがめ、そのようなスピー カをモニタに据え付けることを妨げるであろう。 背景技術 圧電拡声機が可動コイル拡声機に代るものとして提案された。そのような装置 は、米国特許第４，３６８，４０１号においてマーチン（Ｍａｒｔｉｎ）によっ て記載され、のちに米国特許第４，４３９，６４０号においてタカヤによって記 載された。両方の発明とも円板形圧電性物質を膜に取付けることを扱っていた。 マーチンの装置は、キャリア板と圧電セラミックの間に厚い糊の層（キャリア板 の厚さの１０ないし５０％）を用いた。接着剤層は、共鳴を減衰させるために働 いた。タカヤは、膜より小さいＱ係数を持ったフィルムを用いることによって同 じことを達成している。両方の発明者は、円板形膜と圧電セラミック板を規定し ている。米国特許第３，４２３，５４３号においてコンパネク（Ｋｏｍｐｎｅｋ ）が種々の形の鉛ジルコン酸‐鉛チタン酸塩混合物のような圧電材料で作られた 複数のセラミックウエーハを用いている。導電性層がウエーハの両側に付けられ て、平らな板に糊付けされている。コンパネクは、この板は鋼のような導電性金 属で作られるのが好ましいが表面を形成する導電性層を上に付けたプラスチック 又は 紙でできていてもよいと述べている。 米国特許第４，３５２，９６１号のクマダの特許にあるもう一つのこのような 装置は、膜に対してだ円などの種々の形を用いることによって周波数応答をさら に向上させることを試みている。彼はまた、スピーカを時計カバー及びラジオダ イアルなどの用途に用いることのできるようにランタンドープジルコニウムチタ ン酸塩などの透明な圧電セラミック材料からスピーカを作ることのできることを 請求している。彼はまた、膜を駆動するためにセラミックの単一層ではなく、バ イモルフを用いている。上の方法は、すべて圧電セラミック素子によって駆動さ れる平らなパネルを用いており、音質をよくするために３次元構造を用いること を試みていない。ダイヤフラムは、ある形式の枠に取付けられて、その枠に諦め 付けられなければならない。 ベイジュ（Ｂａｇｅ）、タカヤ及びディーチュ（Ｄｉｅｔｓｃｈ）は、全部が 米国特許第４，７７９，２４６号において、ダイヤフラムを支持枠に取付ける方 法を論じている。初期の努力は、拡声機に見出されたものを思い出す円錐の形を 駆動するために圧電セラミックを用いた。このような装置をコンパネクの米国特 許第３，４２３，５４３号及びシャフト（Ｓｃｈａｆｆｔ）の米国特許第３，５ ４８，１１６号及び第３，７８６，２０２号に見出すことができる。シャフトは 、拡声機において使用するのに適する装置を構成することを論じている。この装 置は平らなパネルスピーカよりずっとひどく複雑なもので、低いプロフィルのス ピーカが必要とされる用途には適さない。膜の中心を動かないように約束するた めには、ベイグは、米国特許第４，０７９，２１３号において中心柱を持った囲 いを用いている。彼は、中心柱の所在場所までの節点の軌跡を小さくし、従って 装置の周波数応答をよくする。囲いは、中心柱を支持するのに用いられ、圧力逃 がしのために備える穴を有し、音響性能をよくはしない。 マイクロホンアレイの使用は、空間的及び時間的の二つの次元フィルタを用い ている米国特許第５，０５８，１７０号において金森によって論じられた。この 発明は、ラップトップコンピュータ及びデスクトップ用途に対するビデオ表示装 置（ＶＤＵ）におけるリニアアレイの適用を含んでいる。センサ要素付ビームフ ォーミングがまた、公開の文献において、ＩＥＥＥ、ＡＳＳＰマンガン１９８８ ネン４月号のバン・ベイン（Ｖａｎ Ｖｅｅｎ）及びバックレー著「ビームホー ミング：空間フィルタリングへの多目的アプローチ」という論文において論じら れている。 発明の簡単な説明 現在のマルチメディアコンピュータは、二つの問題で悩んでいる。一つの問題 は、マルチメディア装置において現在用いられているスピーカ装置の可搬性であ る。第２の問題は、マルチメディアコンピュータにおける音声認識装置がやかま しい環境において十分に働かないことである。音声認識は、人間の会話がデジタ ル化されて分析され、幾つかの語又は句を識別する方法である。これは、現在キ ーボード又はマウスで行われているコンピュータへの指令を使用者が話すことが できるようにするであろう。この方法はマイクロホンからの優れた信号対雑音比 を必要とする。この理由のために、良好な感度、平坦な周波数応答及び低い雑音 下限を持った高品質マイクロホンを必要とする。これを達成する現在の手段は音 圧傾度マイクロホンを用いることによっている。残念なことに、これは話し手に 彼の口に非常に接近してマイクロホンを置くことを要求する、というのは音圧傾 度マイクロホンによって作られる信号は、マイクロホンからの距離の２乗で減少 するからである。 本発明はこれらの問題の両方に解決策を与える。ＰＺＴ製の圧電要素をデスク トップコンピュータの内壁又はラップトップコンピュータの表示パネルの内側に 適用することによって、これらの要素をスピーカに変換する。本発明の一つの目 的は電気エネルギーを音響エネルギーに有効に変換する複数の圧電ウエハによっ て駆動される３次元拡声機を提供することである。さらにそのほかの目的は３次 元構造に集積された多重平坦パネルスピーカを用いることによってステレオ音を 再生することである。もう一つの目的はマルチメディアパーソナルコンピュータ 、ビデオモニタ、テレビジョン、ラップトップコンピュータ、ラジオなど用のよ うな電子装置を、同時に拡声機として働きながら、収納できる囲いを提供するこ とである。 追加の目的は、ステレオ再生の質を良くするために囲いの体積を用いることで ある。特に空気質量をスピーカ装置の低周波性能を向上させるために用いること ができる。箱にある穴が同調をとるためと対流及び強制空気冷却の両方のための 空気流を許すためとの両方に用いられる。ダクトが空気流を方向づけて、スピー カの音響的性質を調節し、ファン騒音を消去する手段を与えるために穴に加えら れる。なおもう一つの目的はスピーカを囲いに蓋として用いることができるよう に膜を取付け枠と一体にする手段を提供することである。スピーカをコンピュー タハウジング又はディスプレイに作り込むことによって、マルチメディアコンピ ュータをかなり携帯しやすくすることができる。 ラップトップディスプレイのパーソナルコンピュータのケースをスピーカ装置 に変換しファン騒音を小さくするほかに、さらにもう一つの目的は内蔵可変感度 マイクロホンを音声処理用途用のディスプレイハウジングの中に備えることであ る。従って音響認識を改良する鍵がマイクロホン感度を制御する手段である。バ イアス電圧によって定められる感度を備えるマイクロ加工マイクロホンがこれを 達成する一つの方法である。これはまたマイクロホンが聴き取る範囲を決める手 段を与える。マイクロホン感度を調節すること及びソフトウエアパラメータを変 えることによって、使用者は、彼の音声認識装置を動作させようと思うコンピュ ータからの距離を決めることができる。この非常に敏感で制御できるマイロホン の適用は音声認識装置の手離し操作を可能にしている。実際に、既存の音声認識 ソフトウエアでの最近の実験がマイクロホンから１．２メートル離れた距離で１ ００％の成功率を与えた。３．６メートルほど離れた距離では、音声認識率は７ ０％ほどのものであった。マイクロ加工マイクロホンの第２の利点はマイクロホ ンが極めて小さくコンピュータ内部の既存の回路に直接付けて作り付けることが できることである。マイクロホンの寸法の小さなことはまた高度の方向性を形成 するために用いられるマイクロホンアレイの形成を可能にするであろう。マイク ロ加工マイクロホンで可能な可変感度はアレイを方向と同様に距離で制御できる 手段を与える。 マイクロホンをパーソナルコンピュータのラップトップ形に作り付け、ディス プレイパネルをスピーカ装置に変えることによってマルチメディア装置をすべて の既存のラップトップコンピュータと同じくらいにポータブルにできる。マイク ロホンの導入はまた音質を良くするために圧電スピーカを等化する手段を与える 。 従って、新しい改良されたマルチメディア計算装置を提供することは本発明の 一つの目的である。 もう一つの目的は、平坦な表面の上のスピーカとして新しい関係で圧電要素を 用いることである。 もう一つの目的は、ファン騒音を減らし、マイクロホン又はマイクロホンアレ イの周りに静寂領域を作り、音声認識性能を向上し、そしてダクト同調をよくす るためにパーソナルコンピュータにおいて能動騒音低減と圧電素子を結合するこ とである。 本発明のさらにもう一つの目的は、オーディオ再生を促進し、より良い中間領 域性能を与えるためにパーソナルコンピュータにおいて圧電素子を用いることで ある。 本発明のなおもう一つの目的は、よりスリムなスタイリングと軽量の構成を容 易にするためにパーソナルコンピュータ、モニタなどに用いるための圧電スピー カを提供することである。 本発明のもう一つの目的は、音声認識回路を備えたパーソナルコンピュータの 動作を強化するために改良された感度を持つマイクロ加工マイクロホンを採用す ることである。 本発明のなおもう一つの目的は、コンピュータ及びモニタのための高感度、平 坦な周波数応答マイクロホンを提供することである。 図面の簡単な説明 図１は、好ましい実施例の後面図、 図２は、好ましい実施例の内部の側面図、 図３は、各パネルに取付けたモノリシックパッチを示す好ましい実施例の断面 図、 図４は、多層パッチを示す圧電駆動パネルの一つの断面図、 図５は、ダクトがファン騒音を低減するためにファンに追加されているもう一 つの実施例の側面図、 図６は、二つの圧電要素を駆動する手段を例示しており、図６にはまたマイク ロ加工マイクロホンの可能な取付場所が示されており、 図７は、圧電スピーカ装置（図面は単一オーディオチャンネル、を例示し、ス テレオは二組の回路を用いて達成される）のための駆動回路の詳細であり、 図８は、圧電スピーカ装置の周波数応答のプロットであり、 図９は、圧電要素とマイクロホンをラップトップコンピュータに配置する考え 方を例示し、 図１０は、圧電要素とマイクロホンをデスクトップコンピュータ用のビデオ表 示装置に配置する考えを例示し、 図１１は、圧電スピーカを持ったラップトップコンピュータに入れた各要素の フェーズドアレイの概念を例示し、 図１２は、圧電スピーカを持ったデスクトップコンピュータ用のビデオ表示装 置に入れた各要素のフェーズドアレイの概念を例示し、 図１３は、マイクロホンアレイを聴取方向と距離を制御するために用いている 手段を例示し、 図１４は、角度と周波数の関数としたマイクロホンアレイ利得のプロット、 図１５は、基本的パーソナルコンピュータ装置に統合されたマルチメディア構 成要素の線図、 図１６は、能動騒音消去のデジタル型のものを例示し、 図１７は、能動騒音消去のアナログ型の線図、 図１８は、本発明の等化回路のブロック線図、 図１９は、囲いなし圧電駆動式構造の斜視図、 図２０は、第２の囲いなし圧電駆動式構造の斜視図である。 スピーカ装置の好ましい実施例の説明 図１は、好ましい実施例の構成を例示している。スピーカ囲い１０は、金属又 はプラスチックでできている。実験において、囲い４．８ｍｍのプラスチックで 作られた。全体の寸法は２５．４ｃｍ×４０．６ｃｍ×１５．２ｃｍで代表的パ ーソナルコンピュータの囲いを表すように選択された。各側面は個々に切られて 張り合わされた。真空形成などの様々な他の方法を用いることもできる。後部に ある穴１１が冷却用のファンが置かれている空気入口として働いている。前部に ある第２の穴（図示なし）が空気に囲いから出てゆくことができるようにする。 圧電パッチ１２、１３は囲いの大きい方の側面に糊付けされ、電力増幅器１４に 電気的に接続されている。圧電パッチの数を囲い内に用いられる材料の種類に従 って変えることができ、囲いの内側又は外側のいずれかに取付けできる。囲いの 大きい側面はそれらが最も有効に音を放射するので選ばれた。圧電パッチを同様 に小さい方の側面に取付けることが可能である。実演装置の場合、３０ワット増 幅器が２０：１昇圧変圧器と共に用いられた。低電力消費なのでもっと小さな増 幅器が通常用いられるであろう。増幅器１４への入力は音声信号発生器に接続さ れている。囲い１０の側面図か図２に示されている。囲いの後部は格子と空気フ ィルタ２３によって覆われたファン２１のための穴２２を含んでいる。囲いの内 部にはパーソナルコンピュータに見出されるもののような電子装置がある。圧電 セラミック１２、１３が大きなパネルに取付けられている。前通気孔２５も示さ れている。ファンと通気孔の孔の位置は、装置の性能に重要ではない。囲い１０ の断面が図３に示されている。圧電セラミックパッチ３０、３４は、接着層３３ 、３５で囲いの側面に接着されている。銅製の電極３１、３２、３６及び３７は 圧電セラミックパッチの上側と下側に取付けられている。電圧を上電極３１、３ ６と下電極３２、３７の間に加えると、圧電セラミックパッチ３０、３４の長さ の変化が、パネルの曲りをもたらす歪みを生ずる。パネルのたわみの方向は電圧 の極性によって変る。ある用途においては圧電セラミックパッチを駆動するのに 必要な電圧レベルを安全又はその他の理由で低くすることが望ましいことがある 。この場合には、本明細書に引用して組入れられている米国特許出願第０８／０ ５７，９４４号に記載された種類の多層圧電セラミックパッチを用いることがで きる。図４は、４層のアクチュエータを示している。４層の圧電セラミック材料 ４１、４２、４３及び４４は張り付けられてパネル４７にエポキシで接着されて いる。電極４５、４６は電圧をそれらの間に加えるとき、極性が各層の間で変る ように各層の間に置かれている。 図５は、ダクト５０が冷却ファン５２に加えられているなおもう一つの実施例 を示している。ダクト５０は二つの目的を果たす。第１に、ダクト内の空気の体 積は低周波応答を向上させるために囲いを同調させるために用いられる。そのよ うな方法は拡声機囲い設計において普通である。第２に、能動騒音低減装置５１ が冷却ファン５２からの騒音を減衰させるために加えられている。一つの方法は 、チャプリンの米国特許第４，１２２，３０３号に記載されたような適応フィー ドホワード装置を含んでいる。上流のマイクロホン５３は、ファン５２からの騒 音を検知し、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）５６に入力する。第２のマイクロ ホン５４は消去した後の残差雑音をモニタし、またＤＳＰ５６に入力する。ＤＳ Ｐ５６は、消去信号を計算してそれをファン５２のものと同じ騒音スペクトルを 発生することのできる拡声機５５に出力する。騒音を受動的に低減するのにファ イバガラス又はオープンセル発泡プラスチックなどの材料５７を用いることがで きる。 図６は、同じ音声増幅器６０によって駆動される二つの圧電素子５８、５９の 駆動を示している。これらの装置は並列に接続されている。このような構成は、 駆動されているパネルが特に堅いときに必要である。 図７は、圧電スピーカ装置の基本的回路を示している。コンピュータ音響カー ドからの音声出力は標準音声増幅器６２の入力６１に与えられる。この増幅器か らの出力は、モーガン−マトロク・コーポレーション（Ｍｏｒｇａｎ‐Ｍａｔｒ ｏｃ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）で販売されているもののような圧電要素６４に ゆく前に昇圧変圧器６３に送られる。圧電要素は従来の拡声機より高い電圧を必 要とするので、電圧の上昇は必要である。増幅器６２は、線形増幅器としてアペ ックス・コーポレーション（ＡＰＥＸ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からＰＡ−２ ６として市販されている。 図８は、図１に描かれたものと同じようなパーソナルコンピュータの中にある 圧電スピーカの周波数応答のプロットである。曲線は、周波数応答が２００Ｈｚ 〜１０ＫＨｚで大体平坦である。 図９は、ラップトップコンピュータの用途に対する本発明のもう一つの実施例 を示している。下側ケース６５は下側隅に置かれた圧電要素６６を備えている。 圧電要素６７とマイクロホン６８がラップトップコンピュータの蓋６９の中に配 置されている。これは携帯用マルチメディア装置を達成する一つの手段である。 本発明のもう一つの実施例がデスクトップコンピュータと共に用いられるビデ オ表示装置（ＶＤＵ）のための図１０に示されている。圧電要素７０、７１はＶ ＤＵシエル７２の内壁に配置されている。マイクロホン７３がＶＤＵの頂部に配 置されている。陰極線管すなわちＣＲＴを含むＶＤＵのケースの中に圧電装置を 用いることは、従来のスピーカにおける磁気駆動装置が磁界の表示に与える影響 によりＶＤＵにおいてそれらを使うことを不可能にしているので、特に重要であ る。圧電要素とマイクロホンの適用はデスクトップ用途に対する自立マルチメデ ィア装置を作る方法である。 図１１は、ラップトップコンピュータ用途用の本発明のもう一つの実施例を示 している。下側ケース７４には下側隅に置かれた圧電要素７５がある。圧電要素 ７６と三つのマイクロホン７７、７８、７９から成るマイクロホンアレイはラッ プトップコンピュータの蓋８０の中に置かれている。これはマイクロホン装置が 音声認識装置における背景騒音の影響を少なくするために非常に指向性である可 能性のある携帯用マルチメディア装置を達成する一つの手段である。能動騒音低 減装置１０７が静寂領域を設けることを強化するために用いられている。 図１２は、デスクトップコンピュータと一緒に用いられるＶＤＵのための本発 明のためのもう一つの実施例を示している。圧電要素８１、８２はＶＤＵシエル ８３の内壁に配置されている。三つのマイクロホン８４、８５、８６から成るマ イクロホンアレイがＶＤＵの頂部に置かれている。これはマイクロ装置が背景騒 音の影響を小さくするために高度の指向性を与えているデスクトップ用途に用い られる自立マルチメディア装置を作っている。 図１３は、マイクロホンアレイのデータを処理する手段を示している。三つの マイクロホン８７、８８、８９はアナログ‐デジタル変換器９０、９１、９２に 送られる。アナログ‐デジタル変換器からの出力は、有限インパルスフィルタ９ ３、９４、９５に送り込まれる。各フィルタからの出力は合成デジタル出力９７ を発生するために加算接合部９６で加算される。自動利得調節アルゴリズム９８ が乗除デジタル‐アナログ変換器９９、１００、１０１の出力を制御するために 用いられる。アナログ‐デジタル変換器はマイクロ加工マイクロホンに加わるバ イアス電圧を変えるための手段となる。バイアス電圧を変えることによって、各 要素の感度が制御される（信号利得もまたエレクトレットマイクロホンについて 制御されてもよいが追加の回路を必要とする）。これは、デジタル信号処理装置 と共同して、マイクロホンアレイにおける指向性のほかに距離を制御する手段を 与える。フィルタと利得調節装置はまたステレオ入力及び出力を持ったアナログ デバイスＭＳＰ５５などの単一ＤＳＰ（デジタル信号処理装置）チップに取付け できる。追加の実施例にはデジタル信号処理装置と共にＡＳＩＣチップにアナロ グ‐デジタル及びデジタル‐アナログ変換器がある。 図１４は、７．５ｃｍ離して置かれた三つのマイクロホン要素から成るマイク ロホンアレイの指向性のプロットである。指向性は、アレイから０．５ｍ離れた 所で計算されている。 プロットは、周波数及び当る音の入射角の関数として利得を表示しており、０ 度はアレイに垂直である。 図１５は、マルチメディア特徴と能動騒音制御を代表的なパーソナルコンピュ ータ装置に統合したものを示している。マイクロホン入力１０２はそれがフィル タされてデジタル情報に変換される音声カードに送られる。デジタルデータはＡ Ｔ／Ｌｏｃａｌバス１０４を横切って音声認識ソフトウエアがある主プロセッサ １０５に送られる。音声カードはまた主処理装置からのデジタル音声情報を圧電 スピーカを駆動する音声増幅器１０６に送られるアナログ信号に変換する。二つ の音声チャネルがステレオ動作のために必要である。能動騒音低減（ＡＮＲ）回 路１０７は電源１０８におけるファン騒音をなくすために用いられている。ＡＮ Ｒはまた音声認識における背景騒音の影響を少なくするためにマイクロホンの近 くの領域を静かにするために用いられている。ＡＮＲはまたハードとフロッピー ディスク駆動装置１１０によって発生される騒音を小さくするために用いられて いる。ＡＮＲは、図１６及び１７においてブロック線図の形で示されている。Ａ ＮＲは必要とされる性能の融通性と程度に従って純アナログまたはデジタル信号 の処理装置（ＤＳＰ）に基づいている。ＲＡＭ記憶装置盤１０９、ハードとフロ ッピーディスク駆動装置１１０及びビデオグラフィックス・アダプタＶＧＡ１１ １は完全なパーソナルコンピンピュータ装置を詳述するために示されている。 図１６は、能動騒音消去装置のデジタル信号処理装置に基づいたものを示して いる。マイクロホン出力１１２はデジタル信号処理装置１１４への騒音スペクト ルのデジタルバージョンを与えるアナログ‐デジタル変換器１１３に送られる。 デジタル信号処理装置は騒音を分析して騒音を消去する適当な波形を発生するよ うに設計されたアルゴリズムを含んでいる。ＤＳＰで計算された駆動信号はデジ タル‐アナログ変換器１１５によってアナログ音声信号に変換され、アナログ音 声信号は音声増幅器１１６に送られ、次にスピーカ１１７に送られる。 図１７は、アナログ能動騒音消去装置の信号調整セグメントの低減通過１１８ 及び帯域通過１１９、１２０の各段の継続接続を示している。低減通過フィルタ は、本質的に、適当な抵抗とコンデンサを持った単一の演算増幅器である。帯域 通過フィルタは四つの演算増幅器と適当な抵抗及びコンデンサから成る可変状態 フィルタである。マイクロホン１２１とスピーカ１２２は、電気‐音響フィード バックループの不可欠な要素を構成している。位相における直線性を確実にする ために非常に広い帯域のマイクロホンを選択すること及びスピーカの直線性を良 くするためにスピーカの背後に発泡プラスチック充填キャビティを置くことによ って、装置内の残りの非直線性は低減通過フィルタ及び帯域通過フィルタの性質 を調整することによって補償される。低減通過及び帯域通過フィルタの性質はフ ィルタの各々における抵抗とコンデンサの値を変えることによって調節される。 図１８は、マイクロホン１２４を音声フィードバック回路の一部分として用い られるスピーカ装置の等化を達成する手段を示している。マイクロホン１２４か らの信号は圧電スピーカ１２５の音響出力の電気的等化を表している。等化装置 １２６はマイクロホン信号を通常スピーカを駆動するのに用いられる電気音声入 力１２７と比較する。スピーカの駆動装置はマイクロホンからの電気信号が意図 した電気音響信号にできるだけ近く一致するまで等化装置によって調節される。 等化装置を微粉演算増幅器又はＦＩＲフィルタを用いて実現してもよい。 図１９は、圧電要素１２８の指向性スピーカ装置を形成するためにオープン３ 次元構造１３０の一方の側面１２９への適用を示している。追加の要素１３１を ステレオ音響を作るために隣接側面１３２に置くことができる。これは非囲い構 造である。 図２０は、オープンスピーカ装置のもう一つの実施例を示している。圧電要素 １３３、１３４は二面角コーナ反射器を形成するためにパネルの隣接側面１３４ 、１３５に置かれている。第３の表面１３７はスピーカ装置のための支持手段と な っている。また非囲い構造が用いられている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒルドブランド、ステフェン エフ アメリカ合衆国バージニア州22202 アー リントン サウス 17ス ストリート 1101 (72)発明者 ココナスキー、ウイリアム アメリカ合衆国メリーランド州21044 コ ロンビア ヒッコリー リッジ ロード 10310 (72)発明者 ハイニー、ジェイムス ダブリュ アメリカ合衆国バージニア州22041 フォ ールス チャーチ ベイ ツリー コート 6538

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．３次元スピーカ装置において、 各次元がほぼ平坦な表面手段を有し、各前記平坦な表面手段はそれらの 一つの刺激を受けるのに応じて振動するようにした３次元を有しある空気体積を 大体取り囲んでいる構造手段と、 前記平坦な表面の一つに置かれて、前記構造手段の中及び周りに音響を 再生するために信号の流れに応じて振動する少なくとも一つの変換手段とを備え 、 それによって前記全体の構造手段が拡声機として作用する３次元スピー カ装置。 ２．前記変換手段が圧電要素手段を備える請求項１に記載の装置。 ３．前記圧電要素手段が個別圧電パネルの積層品から構成され、各パネルは 個別に刺激されるようになっている請求項２に記載の装置。 ４．各々が個別圧電要素手段を備える少なくとも二つの変換手段がある請求 項１に記載の装置。 ５．前記個別圧電要素手段の少なくとも一つが個別圧電パネルの積層品から 構成されている請求項４に記載の装置。 ６．各前記個別圧電要素手段が前記構造手段の同じ平坦な表面手段に取付け られている請求項４に記載の装置。 ７．各前記個別圧電要素手段が前記構造手段の異なる平坦な表面手段に取付 けられている請求項４に記載の装置。 ８．前記構造手段の低周波応答を同調させて空気の流れを出し入れすること のできるようにしたポート手段をさらに備える請求項１に記載の装置。 ９．前記ポート手段が前記構造手段の冷却を改良できるようにしたファン手 段を備える請求項８に記載の装置。 １０．前記ファン手段の運転によって発生される騒音の同調と制御を可能にす るダクト手段をさらに備える請求項９に記載の装置。 １１．独得の変換手段を備え、それによって音声入出力を増大するパーソナル コンピュータ装置において、 表示手段を備え、かつ多重平坦表面の壁手段を備えた３次元囲い手段と 、 前記平坦表面手段の少なくとも一つに取付けられた変換手段と、 入力を受けてそれらを視覚表示装置及び音声の出力に変換する制御手段 を備え、 前記囲い手段は前記変換手段の活性化に応じてスピーカとして作用する パーソナルコンピュータ装置。 １２．前記平坦平面手段が他方の平坦表面手段より大きい１対の表面手段を備 えている請求項１１に記載の装置。 １３．前記変換手段が圧縮パネル手段を備える請求項１１に記載の装置。 １４．前記圧電パネル手段が少なくとも二つの圧電要素の積層品を備え、各要 素は前記制御手段によって別々に活性化されて音声出力を発生するように構成さ れている請求項１３に記載の装置。 １５．前記圧電パネル手段が前記囲い手段の内側壁手段に接合されている請求 項１３に記載の装置。 １６．前記囲い手段がプラスチックで構成されている請求項１５に記載の装置 。 １７．前記制御手段への入力を発生するように構成された入力手段をさらに備 える請求項１１に記載の装置。 １８．前記入力手段がマイクロホン手段を備える請求項１７に記載の装置。 １９．前記マイクロ加工されたマイクロホン手段の感度を制御するように構成 されたバイアス電圧手段をさらに備える請求項１８に記載の装置。 ２０．前記入力手段が音声認識回路手段と前記制御手段への入力信号を発生す るように前記音声認識回路手段と作用するマイクロホン手段とを備える請求項１ ７に記載の装置。 ２１．前記マイクロホン手段が前記表示手段に隣接した前記３次元囲い手段に 取付けられた多重マイクロホンを備える請求項２０に記載の装置。 ２２．前記制御手段がアナログ‐デジタル変換器及びデジタル‐アナログ変換 器を持った集積回路手段からなり、 前記マイクロホン手段はマイクロホンのアレイを備え、前記集積回路手 段は前記マイクロホンを制御する請求項２０に記載の装置。 ２３．前記制御手段がコンピュータ音響カード手段、音声増幅器及び昇圧変圧 器手段を備え、 前記変換手段は圧電手段を備え、 前記コンピュータ音響カード手段は前記音声増幅器に送り込まれて前記 昇圧変圧器手段を通して前記圧電要素手段へ入り前記音声出力を発生するように 前記圧電要素手段に振動させる音声出力を発生する請求項２０に記載の装置。 ２４．前記制御手段が 前記マイクロホンアレイ入力を処理するアナログ‐デジタル変換手段と 、 前記変換手段からの出力を受ける有限インパルスフィルタ手段と、 前記インパルス手段の出力を受けて合成デジタル出力を作る加算手段と 、 合成デジタル出力を処理する自動利得調節手段と、 前記処理された出力を受けて前記マイクロホン手段の感度を変える乗除 デジタル‐アナログ変換手段とを備える請求項２０に記載の装置。 ２５．前記マイクロホン手段がマイクロ加工マイクロホンを備え、前記デジタ ル‐アナログ変換手段が前記マイクロホンにかかるバイアス電圧を変えてその感 度及び従ってマイクロホンの距離と指向性を制御する請求項２４に記載の装置。 ２６．前記フィルタと利得調節装置が単一のデジタル信号処理チップからなる 請求項２４に記載の装置。 ２７．前記制御手段がまた能動騒音制御手段を備えている請求項２０に記載の 装置。 ２８．冷却ファンを備えた電源手段をさらに備え、前記能動騒音制御手段が前 記ファン手段によって発生された騒音を減衰させる請求項２７に記載の装置。 ２９．前記能動騒音制御手段が前記音声認識回路手段の中の背景騒音の効果を 取り除くために前記マイクロホン手段の領域内の騒音を減衰させる請求項２７に 記載の装置。 ３０．前記制御手段と関連し、前記変換手段を駆動するために前記制御手段に 入る音声信号入力を作るディスク駆動手段をさらに備え、前記能動騒音制御手段 が前記ディスク駆動手段に伴う騒音を減衰させる請求項２７に記載の装置。 ３１．前記能動駆動制御手段が不快な騒音を分析して不快な騒音を消去するた めの反対波を発生するデジタル信号処理手段を備えている請求項２７に記載の装 置。 ３２．前記デジタル信号処理手段が低減通過と帯域通過の段の縦続接続を含む 請求項３１に記載の装置。 ３３．前記低減通過段が単一の演算増幅器であり、前記帯域通過段が演算増幅 器から成る可変段フィルタである請求項３２に記載の装置。 ３４．前記変換手術と前記マイクロホン手段が電気‐音響フィードバックルー プを構成するように互いに選択されて置かれている請求項３３に記載の装置。 ３５．新規な構成に統合圧電パネルとマイクロホンを用いるラップトップコン ピュータにおいて、 主ハウジング手段と、 前記主ハウジング手段に物理的にかつ作動できるように接合され、中空 囲いとして形作られている蓋手段と、 前記蓋手段に載っていて可視表示を与える表示手段と、 前記蓋手段にあって音声出力を与えるために前記中空囲いと共同する圧 電パネル手段と、 前記主ハウジング手段の中に位置して前記圧電音声出力と前記可視表示 手段を入力信号に応じて駆動する制御手段と、 前記制御手段への入力を与える入力手段とを備えるラップトップコンピ ュータ ３６．前記圧電パネル手段が前記表示手段に隣接して前記蓋手段に取付けられ た多重圧電要素を備える請求項３５に記載のコンピュータ。 ３７．前記圧電要素が前記蓋手段の内壁に接合されている請求項３６に記載の コンピュータ。 ３８．前記主ハウジング手段の中に取付けられた追加の圧電要素をさらに備え る請求項３６に記載のコンピュータ。 ３９．前記主ハウジング手段の中にあって前記第１の音声出力と共同してステ レオ効果を作る第２の音声出力を作る追加の圧電パネル手段をさらに備える請求 項３５に記載のコンピュータ。 ４０．前記圧電パネル手段が低周波における改良された音響再生と改良された 中域性能を作るように設計されている請求項３５に記載のコンピュータ。 ４１．前記入力手段が少なくとも一つのマイクロホン手段を備える請求項３５ に記載のコンピュータ。 ４２．前記入力手段がエレクトレットマイクロホンのアレイから成り、それら の感度を調節する可変利得増幅手段をさらに備える請求項４１に記載のコンピュ ータ。 ４３．前記制御手段への選択された入力を作るために前記マイクロホンアレイ と作用する音声認識手段をさらに備える請求項４２に記載のコンピュータ。 ４４．前記音声認識手段の性能を改良し、前記マイクロホンアレイに隣接した 静寂の領域を作る能動騒音制御手段をさらに備える請求項４３に記載のコンピュ ータ。 ４５．前記入力手段は前記制御手段への入力信号を作るために音声認識手段及 び前記音声認識手段と作用するマイクロホン手段を備える請求項３５に記載のコ ンピュータ。 ４６．前記蓋手段の上にある前記表示手段に隣接して取付けられた多重マイク ロホンをさらに備える請求項４５に記載のコンピュータ。 ４７．前記制御手段がアナログ‐デジタル変換器及びテジタル‐アナログ変換 器を持った集積回路手段からなり、 前記マイクロホン手段はマイクロホンのアレイを備え、前記集積回路手 段は前記マイクロホンを制御する請求項４６に記載のコンピュータ。 ４８．前記制御手段がコンピュータ音響カード手段、音声増幅器及び昇圧変換 器手段を備え、 前記コンピュータ音響カード手段は前記音声増幅器に送られて前記昇圧 変圧器手段を通って前記圧電要素手段へ入り前記音声出力を発生するように前記 圧電要素手段に振動させる音声出力を発生する請求項４５に記載のコンピュータ 。 ４９．前記制御手段が 前記マイクロホン手段入力を処理するアナログ‐デジタル変換手段と、 前記変換手段からの出力を受ける有限インパルスフィルタ手段と、 前記インパルス手段の出力を受けて合成デジタル出力を作る加算手段と 、 前記合成デジタル出力を処理する自動利得調節手段と、 前記処理された出力を受けて前記マイクロホン手段の感度を変える乗除 デジタル‐アナログ変換手段とを備える請求項４５に記載のコンピュータ。 ５０．前記マイクロホン手段がマイクロ加工マイクロホンを備え、前記デジタ ル‐アナログ変換手段が前記マイクロホンにかかるバイアス電圧を変えてその感 度及び従ってマイクロホンの距離と指向性を制御する請求項４９に記載のコンピ ュータ。 ５１．前記フィルタと利得調節装置が単一のデジタル信号処理チップからなる 請求項４９に記載のコンピュータ。 ５２．前記制御手段がまた能動騒音制御手段を備えている請求項４５に記載の コンピュータ。 ５３．冷却ファンを備えた電源手段をさらに備え、前記能動騒音制御手段が前 記ファン手段によって発生された騒音を減衰させる請求項５２に記載のコンピュ ータ。 ５４．前記能動騒音制御手段が前記音声認識回路手段の中の背景騒音の効果を 取り除くために前記マイクロホン手段の領域内の騒音を減衰させる請求項５２に 記載のコンピュータ。 ５５．前記制御手段と関連し、前記変換手段を駆動するために前記制御手段に 入る音声信号入力を作るディスク駆動手段をさらに備え、前記能動騒音制御手段 が前記ディスク駆動手段に伴う騒音を減衰させる請求項５２に記載のコンピュー タ。 ５６．前記能動駆動制御手段が不快な騒音を分析して不快な騒音を消去するた めの反対波を発生するデジタル信号処理手段を備えている請求項５２に記載のコ ンピュータ。 ５７．前記デジタル信号処理手段が低減通過と帯域通過の段の縦続接続を含む 請求項５６に記載のコンピュータ。 ５８．前記低減通過段が単一の演算増幅器であり、前記帯域通過段が演算増幅 器から成る可変段フィルタである請求項５７に記載のコンピュータ。 ５９．可視／音声通信モードで用いるためのモニタにおいて、 上部、後部、及び側部壁を有するハウジング手段と、 前記ハウジング内に取付けられ前記ハウジング手段の開いた前部を通し てビデオ出力を表示するビデオ表示装置と、 前記ビデオ表示手段と連結された音声増幅手段と、 前記ハウジング手段の少なくとも一つの壁に取付けられて前記ビデオ出 力と共同して音声出力を与えるために前記音声増幅手段によって駆動される圧電 手段とを備えるモニタ。 ６０．ステレオ効果を作るように前記ハウジングの向かい合った壁に圧電手段 がある請求項５９に記載のモニタ。 ６１．前記ハウジング手段の上に取付けられて選択されたビデオ／音声出力を 作るように前記ビデオ表示手段に入力するマイクロホン手段をさらに備える請求 項５９に記載のモニタ。