JPS63127697A - 並列配置したトランスデューサにおいて変調信号の音響再生を分割して行う方法及びその方法を実施するためのトランスデューサセット - Google Patents

並列配置したトランスデューサにおいて変調信号の音響再生を分割して行う方法及びその方法を実施するためのトランスデューサセット

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JPS63127697A
JPS63127697A JP62266168A JP26616887A JPS63127697A JP S63127697 A JPS63127697 A JP S63127697A JP 62266168 A JP62266168 A JP 62266168A JP 26616887 A JP26616887 A JP 26616887A JP S63127697 A JPS63127697 A JP S63127697A
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クレマン エルワーズ・ピエロール
クロード ベノワ
ビンセント ベノワ
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Obtaining Desirable Characteristics In Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
  • Signal Processing Not Specific To The Method Of Recording And Reproducing (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は信号スペクトルの周波数範囲を再現するために
、各々特定された複数の並列配置トランスデユーサから
なる電気−音響変換器により音声信号を選択的に再生す
るための方法に関するものである。この方法は厳密には
音声信号を周波数帯域毎に固定的に分割し、これによっ
てフィルタ回路などのような何らの選択回路をも用いる
ことなく、信号の各成分を対応する周波数範囲に対して
最適化されたトランスデユーサに割り当てるようにした
ものである。
本発明はまた、前記方法を実施するためのトランスデユ
ーサのすべての関連機構に関するものである。
従来技術 電気−音響変換器(以下、単に「トランスデユーサ」と
呼ぶ)、特に共鳴包囲体などのような音響負荷に結合さ
れた、少なくとも1つのラウドスピーカからなるトラン
スデユーサによる音声信号の再生においては、各々が一
帯域の音声スペクトルを再生するように特定されたいく
つかのラウドスピーカを用いると有利である。実際上2
0H2〜20000Hzの最大範囲に亘る可聴サウンド
信号の再生は、ラウドスピーカがその可動部分の応答時
間及び運動量について、矛盾した特性を満足しなければ
ならないことを意味する。すなわち応答時間及び運動量
は、音声スペクトルの一端から他端にかけて変化するか
らである。スペクトルをいくつかのバンドに分解すれば
1.最終的に音声スペクトルの各成分の減衰を避けるこ
とができる。
−IIに、高忠実度再生システムにおいては比較的低い
周波数と中間の周波数、及び比較的高い周波数に対応し
て3つの並列チャネルが構成される。
周波数の分割を行うために、現在用いられている技術は
、一方ではトランスデユーサの設計及び構造に基づくが
、他方ではトランスデユーサの電気信号の流れを処理す
ることが含まれる。これらの技術は次の通りである。
−トランスデユーサ(例えば′ブーフ”と呼ばれるラウ
ドスピーカ)を構成する特定の方法の固を性に基づく周
波数制限効果を単純に用いること。
−トランスデユーサへの電気回路中に能動型又は受動型
フィルタ回路を付加すること。
−周波数選択性を導入した音響負荷をラウドスピーカに
関連させること。
これら周知の方法は、電気−音響トランスデユーサの効
率、したがって音声信号の再生品質に逆効果を与えるこ
ととなる3つの主要な欠点を有する。
第1の欠点として、フィルタ回路の使用は増幅回路によ
って補償しなければならないような信号の損失をもたら
す。これは音響再生装置全体の効率を低下させ、大電力
において作動する回路要素を必要とし、各要素には歪み
性の少ない高品質のものが要求されることになる。
さらにフィルタ自体は信号歪みの要因となる。
これはそれらの周波数帯域において完璧な直線伝達関数
を付与することができないからである。
フィルタはさらに周囲温度又は経時変化などの関数であ
るそれらの応答特性の変化に左右される。
第2に、高忠実度音声信号の再生において現在まで採用
されてきた考え方は、それらの効率にむしろ悪影響を与
えるような方向において、電気−音響ラウドスピーカ機
構を設計する傾向にあった。
実際上、電気−音響ラウドスピーカの効率は、次式にお
いて表される。
ここに8 = コイルのインピーダンス?I : スピ
ーカ可動系の総力学的質量S : ピストンの断面積 Zo: 可動コイルの電気インピーダンス1 :可動コ
イルを形成するワイヤの全長ν :可動膜の運動速度 ρ :可動膜の容積質量 R1: 電源の内部インピーダンス この弐の理論的説明は、種々の条件において矛盾が存在
するため通常困難である。簡単に言えば、現在行われて
いる選択は、はとんどBRの積を最大化する方向で一敗
している。これはこの積の値が効率と同じ方向に変化し
、その上昇が過渡条件における好ましい応答性につなが
るような高いダンピング特性をもたらすからであると認
識されている。
ここに積Bfiの最大化は可動コイルの電気インピーダ
ンスZ、に関して中立ではなく、効率に悪影響を与える
ものである。このインピーダンスはワイヤ長2に関連す
るものである。
さらに低い周波数域に特定すれば、ラウドスピーカの使
用条件はある種の周波数の場合、比較的大きい距離に亘
って運動できるラウドスピーカの可動素子の形成を必要
とし、したがって可動コイルの長さを増大させ、間接的
にそのインピーダンスz0を増大せしめるものである。
現存のシステムにおいて固有の第3の欠点は、設置現場
における“ラウドスピーカ及び包囲体”の応答曲線に関
するものある。この応答曲線の典型的な形状は、第1図
に曲線Aで示す通りである。
この曲線から明らかな通り、周波数の再生レベルは50
Hzより100Hzまでは不規則に変化し、100Hz
以上においてほぼ安定化する。この応答曲線を直線化す
るため、現在までに採用されている補正手段は、スピー
カ包囲体に起因する音響現象の重大なダンピングや、撓
みなどの特性を調整することからなっている。この調整
は、例えばその内壁への抑制物!(グラスウール)の詰
込み又はラウドスピーカのパラメータを調整すること(
特にチール法及びスモール法に従ってQTS及びVAS
を調整すること)、ここに応答曲線Bから明らかな通り
、少なくとも低い周波数の場合において、比較的低級な
周知技術に基づくトランスデユーサにより再生されるサ
ウンドパワーレベルは5dBより大きく減衰するもので
ある。
これらの技術を用いたラウドスピーカにおける応答曲線
の直線化は、ラウドスピーカ及び包囲体の効率を大きく
減少させ、これに伴ってすでに述ぺたような欠点を生ず
るものである。
“高音質再生用ラウドスピーカシステム”は、例えば1
986年6月5日付でルーデンドルフに対して与えられ
たドイツ国特許D E −3506139号において記
載されたものが周知されている。このシステムは、各々
が自身の共振周波数に整合したキャパシタを有する並列
接続された複数のラウドスピーカを含むものである。こ
のシテスムはキャパシタが存在するため、一定の周波数
を減衰させ、トランスデユーサの効率を低下させるもの
である。
音響包囲システムはまた、1977年3月3日付でメル
クリアーレ スペシフィーク アコースティック社が出
願したフランス国特許願第7706227号において記
載された通りのものが知られている。
この特許願に記載されたシステムの目的は、特に電気共
振器と関連接続されたラウドスピーカの可動膜への加圧
を緩和する機械的手段を用いることにより、音響包囲体
内に設定されたラウドスピーカの応答曲線を規則化する
ことである。この場合においても提案された構造はトラ
ンスデユーサの応答性を共振周波数のレベルにおいて減
衰させ、その効率を低下させるものである。
発明の目的 本発明の目的は、現存する音響再生装置におけるこれら
種々の欠点を克服することである。
より厳密にいえば、本発明の第1の目的は、何らの改良
又は補足的な負荷を必要とすることなく、音響信号を複
数のトランスデユーサに対して振り分けることからなる
低コスト及び高信頌性の方法を提供することである。
本発明の第2の目的は、各トランスデユーサが最小の電
力損失しか生じない周波数範囲における音声信号成分の
みを再生するようにしたことにより、各トランスデユー
サを最適利用する方法を提供することである。
この最適動作範囲はまた、各ラウドスピーカの可動素子
の最小変移に対応するものであり、その動作周波数範囲
(第3図)の全体に亘って比較的均一となるのものであ
る。
本発明のいま1つの目的は、音声信号を再生するため、
所定の並列セントとして取り付けられた種々のトランス
デユーサを選択することにより、それらの各々が最適モ
ードにおいて効率的に動作するようにしたものである。
発明の要約 以上の説明より明らかとなり、又はこれ以後の説明にお
いて明らかとなるであろう本発明の目的は、共鳴包囲体
において装備され、かつ電源の出力に接続された少なく
とも1つのラウドスピーカにより形成される電気−音響
トランスデユーサを用いた電気信号からの音声再生方法
により達することができる。この方法は付加的な選択又
は補正用フィルタを使用することなく、少なくとも2個
のトランスデユーサを前記電源に並列接続することから
なっている。トランスデユーサの選択は、その各々を与
えられた周波数範囲において選択的に動作させるもので
あり、各トランスデユーサの動作周波数範囲は互いに隣
接して再生すべき音声信号の全範囲をカバーし、前記信
号の各成分は基本的には対応する周波数範囲において動
作するトランスデューサの周波数(f)の関数として選
択的に再生される。すなわち各トランスデユーサは対応
する周波数範囲において最小のインピーダンスを有する
からである。
好ましくはラウドスピーカ及び共鳴包囲体は、各トラン
スデユーサに割り当てられた動作周波数範囲においては
、他のトランスデユーサが同じ範囲において呈するイン
ピーダンスに比して小さく、そのトランスデユーサの最
小インピーダンス域に対応するように選択される。電源
に並列接続されるトランスデユーサの完全セントは、各
最小インピーダンス域(r@波数)が隣接する少なくと
も2個のトランスデユーサから形成される。
実施例の説明 本発明の分割駆動原理は、各トランスデユーサの動作を
周波数スペクトルの制限された範囲内に特定化するとい
う新規の概念に基づ(ものであり、音響再生の忠実度は
最適化されたトランスデユーサにおいて最高となり、他
方、周波数の各トランスデユーサへの割り当ては自動的
になされるものである。
この方法は2つの条件が満たされたとき達せられる。
すなわち、第1の条件は各トランスデユーサが再生され
るべき音声信号の全スペクトル範囲Bに亘って最小のイ
ンピーダンス域を有しなければならないことである。
低い周波数において、インピーダンスの重要な成分は、
この運動インピーダンス(Zem)であり、この運動イ
ンピーダンスはその包囲構造内に取り付けられたラウド
スピーカの可動素子の変移に関連する。
本発明はラウドスピーカ及びその包囲体を選択して両者
間における高い音響結合を生ずるようにしたものである
。これは特にラウドスピーカ及びそれと同一もしくは近
接した共鳴周波数を有する包囲体を結合させることによ
り達せられる。その包囲体内に取り付けられたラウドス
ピーカの可動素子の変移が最小となる周波数範囲(第3
図)に対する運動インピーダンス(Zem)の顕著な減
少範囲Aを第2図において見出すことができる。インピ
ーダンス(Zem)の優越性のため、トランスデユーサ
の最小インピーダンス(Z)は、第2図の範囲Aにほぼ
対応する0本発明においてこの範囲Aは対応するトラン
スデユーサに割り当てられる周波数範囲を規定するため
に選択される。
本発明の方法はこのような(Zem)の特定の役割を考
慮して、なるべくなら低い周波数令頁域において適用さ
れるものである。しかしながらいかなる周波数に関して
も最小インピーダンス(Z)を達成するために、何らか
の手段を講じることもまた本発明の範囲内に含まれるも
のである。この条件はトランスデユーサ(ラウドスピー
カ及び包囲体)の応答曲線の規則性に関する限り、他の
何らの要求をも伴なうものではない、この場合、最小イ
ンピーダンス域Aは明瞭に識別されるものである。
本発明の実行に必要な第2の条件とは、電気的変調源の
出力端において並列接続された種々のトランスデユーサ
が、調和した最小インピーダンス(Z)を有するという
ことである。この条件は第5図に示す通り、Fl及び1
4間における周波数スペクトルがそれらの最小インピー
ダンス(Z)の関数として3つの相互接続されたトラン
スデユーサによる3分割範囲に分解されることにほかな
らない。
実際上、再生されるべき信号の各周波数成分(f)に関
しては、この周波数におけるインピーダンス(Z)が並
列装備された他のラウドスピーカに関して最小となるラ
ウドスピーカが存在し、これによって前記周波数範囲成
分がこのラウドスピーカにおいて好ましく再生されるも
のである。
より厳密にいえば、本発明におけるトランスデユーサは
電流■の優越的な分数を取り、電源から引き出された電
力Pの優越的な分数を消費するものである。すなわち、 ここに〈P〉:消費電力 Re (・・・):・・・の実数部 T     :信号の周期 これにより周波数の自動的な選択が再生されるべき音声
スペクトルの全範囲に亘って実行され、再び前述した2
つの条件を満たすことが必要となる。
並列装備さたトランスデユーサ(T、z 、Tz。
s 、Tx+4)の各動作周波数範囲(Fl−Fg、F
z  F3 、F3  F4 )はそれぞれ隣接して再
生すべき音声信号のスペクトルの全範囲(Fl −F4
)をカバーし、いかなる信号周波数においても損失とな
るべき減衰を生じてはならない。
選択性を提供するため、各周波数範囲に割り当てられた
トランスデユーサは、その周波数範囲において本発明の
トランスデューサセットのうちの他のトランスデユーサ
が具現するインピーダンスより低いインピーダンス(Z
)を有しなければならない。各トランスデユーサ(T1
.tST2,3、Tx、a)に割り当てられた周波数範
囲(p lpt、Fz  F3、Fz  F4)は、好
ましくはそのトランスデユーサが最小インピーダンス(
Z)を有する周波数をもってほぼ中心とするものである
本発明は各々1個のラウドスピーカを有する4基の包囲
体が、信号変INI源の出力に並列的に直列装備された
基本系として構成されたものである。
トランスデユーサは次の各周波数バンド、すなわち31
Hz 〜40H2、40Hz 〜60H2、60Hz 
〜85Hz及び85 Hz 〜120 Hzを選択的に
再生するように設計されたものである。
各トランスデユーサはへルムホルッ共鳴空間に結合され
たダイナミックラウドスピーカより形成されたものであ
り、これによって各組立体に関してはラウドスピーカの
共振周波数及び共鳴空間の共−周波数が互いに等しいか
又は近似の関係となる。
この共振周波数の値は、各トランスデユーサについてそ
れに割り当てられる周波数バンドの中央部に選定される
次の表はラウドスピーカ及び対応する空間の特性を掲げ
たものである。
当然ながら、並列装備さたトランスデユーサの数は、本
発明をそれに限定するものではない。
しかしながら、本発明は150H2より低い周波数の再
生において特に好ましく通用できることを見出したもの
である。実際上、この周波数範囲においては高忠実度性
が大電力信号を再生する場合、最も強く要求されること
が明らかである。この観点において電気−音響システム
の効率を改善し、かつそれが最小インピーダンスを有す
る周波数範囲において、各トランスデユーサを特定化し
ようとする本発明の方法は、これらの問題に対する最適
な解決手段を提供するものである。
本発明は異なった出カドランスデューサにおいて再生さ
れるべき信号の周波数を分割するために、付加的なフィ
ルタ回路又は補正装置を必要としないという利点を有す
る。しかしながら、ある種の応用において、本発明の方
法は電気的もしくは音響的補正手段又はフィルタ回路と
協同して用いることもできる。さらに本発明のトランス
デユーサのセットと協同していくつかの複数電力増幅器
を用いることも可能である。この電力増幅器はまた、再
生されるべき周波数範囲の全体又は一部分のいずれかに
おいても動作させることができる。本発明のトランスデ
ユーサのセットにおいて、同一の増幅器を単一のトラン
スデユーサに対して用いること、またはいくつかのトラ
ンスデユーサに対して用いることが可能である。さらに
付加的なフィルタ回路又は補正装置を用いた場合には、
これらの装置を電力増幅器もしくはトランスデユーサに
直結された増幅器中に挿入することができる。
本発明はまた、増幅器/トランスデユーサ系インピーダ
ンスを改善することにより、完全トランスデユーサシス
テムのインピーダンス曲線を規則化することができる。
しかしながら、常套的なシステムにおいて、増幅器の負
荷は共振周波数付近における周波数を再生する場合、1
:lOの比率において変化するものであり、本発明のト
ランスデユーサの結合は、負荷変動を実施例において約
1:12の比率まで制限するものである。
第6図は3個の関連トランスデユーサ(T + 、2、
Tzll、T4.4)の出力レベルを周波数の関数とし
て略本したものである。
この場合、出力音声レベルは、各トランスデユーサ毎に
それに割り当てられた周波数範囲における最大値に対応
する。さらに出力レベルはレベル累加をもたらすように
規定しなければならない。
より特定すれば、音声信号の各周波数成分(f)は対応
する周波数バンドのトランスデユーサにより基本的に再
生される。しかしながら、各トランスデユーサはその動
作範囲の外側におけ2周波数の信号成分をも相当の減衰
を伴って再生するものである。したがって、各成分の総
合再生レベルは、全トランスデユーサによる再生の総和
により与えられる。
その結果、この総和を考慮してトランスデユーt (T
、、、 )の最大出力レベル(Pl)はトランスデユー
サ(T2、3 、T3,4 )の出力レベル(P2)よ
り大きくなる。また各トランスデユーサ(T+、z 、
T2、i 、Ts、a )に対して特定され、かつ互い
に異なった最大レベルを関連付けることにより、より厳
密な調整を行うことができる。また、その調整の相違は
各応答曲線の非対称性に関連する。すべての場合におい
て各トランスデユーサの最大出力音声レベルを調整する
目的は、音声信号の全周波数範囲に亘り、実質上一定の
累加されたレベルを得ることである。
結論として、本発明の方法はいくつかの効果的な特性を
加算した動作周波数域において、各トランスデユーサを
最適に利用するという基本的な利点を有するものである
本発明は、トランスデユーサの可動素子の変移を最小に
してことにより、低い運動インピーダンスとすることが
できた。
また、各トランスデユーサは概して400Hz又ハ10
00 Hzにおいて規定される“定格インピータンス値
”と称するものに近い、低いインピーダンスにより動作
周波数範囲内において過電圧以下で動作するため、最小
の電圧損失、したがって最大効率を達成することができ
る。
さらに、対応するトランスデユーサに対し、自動的に各
周波数を割り当てることにより自然選択効果を発揮させ
るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は補正を伴わない場合(曲線A)及び周知技術に
よる補正を伴なう場合c曲&IB)におけるラウドスピ
ーカを備えた共鳴包囲体の典型的な応答曲線を示すグラ
フ、第2図は本発明において用いられたラウドスピーカ
及び包囲体間の結合現象((1)域A)を示すためにト
ランスデユーサ(ラウドスピーカ及び包囲体)の運動イ
ンピーダンスの変動を作図したグラフ、第3図はその包
囲体内に装備されたラウドスピーカの可動素子の変移量
を周波数の関数とし、かつ第2図との対応において示し
たグラフ、第4図は音声信号の低い周波数チャンネルを
再生するため、並列に装備された2基のトランスデユー
サを略本した斜視図、第5図は本発明に従い、各最適動
作範囲の関数として音声スペクトルを再生するための完
全セントを形成する種々のトランスデユーサの選択を示
すグラフ、第6図は本発明に従い、トランスデユーサの
完全セントにおける各トランスデユーサの出力音声信号
の再生レベルを示すグラフである。 (Fl 、 、 、  Fl )  ・・・・・・・周
波数(TI、2 、TZ、3 、T2、a )  ・・
トランスデユーサ特許tll[フレマン エルワーズー
 ビニロール同     クロード ベノワ 同     ビンセント ベノワ 代  理  人  新  実  健  部   (外 
 1  名)ネ治正圀I FIG、1 膚 工 輔正図狛 坤正図加 FIG、6

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)共鳴包囲体に取り付けられた、少なくとも1個の
    ラウドスピーカより形成され、かつ電源の出力端子に接
    続された電気−音響トランスデューサを用いてなる電気
    信号より音声信号を再生するための方法であって、 付加的な選択又は補正フィルタ回路を使用することなく
    、前記電源に少なくとも2個のトランスデューサ(T_
    1_、_2、T_2_、_3)を並列接続し、前記トラ
    ンスデューサ(T_1_、_2、T_2_、_3)の各
    々を、再生されるべき音声信号の全範囲(F_1−F_
    3)を覆うように互いに隣接した対応する各動作周波数
    範囲(F_1−F_2、F_2−F_3)において選択
    的に動作させ、さらに 前記トランスデューサが最小インピーダンス(Z)を有
    する周波数範囲において、前記信号の各成分を基本的に
    そのトランスデューサ動作周波数(f)の関数として選
    択的に再生することを特徴とする音声信号の再生方法。
  2. (2)特に共鳴包囲体に装備された少なくとも1個のラ
    ウドスピーカより形成され、かつ電源の出力端子に接続
    された電気−音響トランスデューサ手段により、約15
    0Hz未満の周波数において、電気信号から音声信号を
    再生するための方法であって、 前記電源には付加的な選択又は補正フィルタ回路を用い
    ることなく、少なくとも2個のトランスデューサ(T_
    1_、_2、T_2_、_3)を並列接続し、各トラン
    スデューサ(T_1_、_2、T_2_、_3)を、再
    生されるべき音声信号の全周波数範囲(F_1−F_3
    )を覆うように、互いに隣接して設定された対応する各
    動作周波数範囲(F_1−F_2、F_2−F_3)に
    おいて動作させ、さらに前記信号の各成分を、トランス
    デューサが最小の運動インピーダンス(Zem)を有す
    ることとなる前記対応周波数範囲において、前記信号の
    各成分を基本的にそのトランスデューサ動作における周
    波数(f)の関数として選択的に再生することを特徴と
    する音声信号の再生方法。
  3. (3)各トランスデューサに割り当てられた周波数範囲
    が最小インピーダンス(Z)、又は運動インピーダンス
    (Zem)をそれぞれ有する周波数付近を中心とするも
    のであることを特徴とする、特許請求の範囲第(1)又
    は第(2)項のいずれかに記載の方法。
  4. (4)各周波数範囲(F_1−F_2、F_2−F_3
    )を割り当てられたトランスデューサ(T_1_、_2
    、T_2_、_3)が、その周波数範囲においては前記
    並列接続されたトランスデューサのうちの他のトランス
    デューサが具現するインピーダンスより、それぞれ低い
    インピーダンス(Z)又は運動インピーダンス(Zem
    )を有することを特徴とする特許請求の範囲第(1)な
    いし(3)項のいずれか1項に記載した方法。
  5. (5)各トランスデューサ(T_1_、_2、T_2_
    、_3、)からの最大出力音声信号(P_1、P_2)
    を調整することにより、全周波数範囲(F_1−F_3
    )を通じて音声信号再生における実質上一定の合成レベ
    ルを得るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
    (1)ないし(4)項のいずれか1項に記載の方法。
  6. (6)互いに並列接続されたトランスデューサセットに
    おいて、各トランスデューサは共鳴空間に結合された少
    なくとも1つのラウドスピーカから形成され、前記ラウ
    ドスピーカ及び共鳴空間は可動素子がそのトランスデュ
    ーサに割り当てられた周波数範囲において、最小の変移
    で動作するように選択されたことを特徴とする特許請求
    の範囲第(1)ないし(5)項のいずれか1項に記載の
    方法。
  7. (7)各トランスデューサがヘルムホルツ共鳴空間内に
    装備された、少なくとも1個のダイナミツクラウドスピ
    ーカからなり、前記ラウドスピーカ及びそれと同一のト
    ランスデューサを構成する共鳴空間内の共振周波数が互
    いに等しいか、又は近似していることを特徴とする特許
    請求の範囲第(6)項記載の方法。
  8. (8)150Hz未満の音声周波数の再生に用いること
    を特徴とする特許請求の範囲第(1)ないし(5)項の
    いずれかに記載した方法。
JP62266168A 1986-10-21 1987-10-21 並列配置したトランスデューサにおいて変調信号の音響再生を分割して行う方法及びその方法を実施するためのトランスデューサセット Pending JPS63127697A (ja)

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FR8614583 1986-10-21

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EP0270394A1 (fr) 1988-06-08
US4860365A (en) 1989-08-22
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AU7996987A (en) 1988-05-12
ATE94712T1 (de) 1993-10-15
EP0270394B1 (fr) 1993-09-15
FR2605480B1 (fr) 1990-08-17
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