複数のポートを有するスピーカエンクロージャを備える音響再生システム及び関連する処理回路
音響再生システムは、スピーカエンクロージャの一面に取り付けられた第１スピーカ及び第２スピーカを有するスピーカエンクロージャを備えている。第１スピーカ及び第２スピーカは、スピーカエンクロージャの第１の空間及び第２の空間内にそれぞれ収容され、前記各空間は仕切りによって分割され、第１ポート及び第２ポートとそれぞれ連通している。第１ポート及び第２ポートは、第１スピーカ及び第２スピーカによって形成される両側のユニットに位置している。本発明によると、処理手段は、第１電気信号及び第２電気信号を第１スピーカ及び第２スピーカにそれぞれ適用するのに用いられ、第１電気信号及び第２電気信号は、第１の空間、第１スピーカ及び第１ポートを備える第１ハーフスピーカエンクロージャと、第２の空間、第２スピーカ及び第２ポートを備える第２ハーフスピーカエンクロージャとの間の音響距離に比例する変動時間によって互いに相殺されるように、周波数に応じて変化する区別化位相処理により単一の信号から発生している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通常バスレフレックス型（位相反転型）スピーカエンクロージャと呼ばれる、複数のポートを有するスピーカエンクロージャを備える音響再生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
音響再生システムにおいては、再生した音波の高い指向性が必要となる場合がある。該指向性は、放射された音響エネルギーをある特定の方向、通常、再生の対象となる一般の人々に向けて集中させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
指向性を高めるための標準的な技術は、音が各音源間の距離ｄを移動するのにかかる時間に対応する遅延τを各音源のうちの１つに導入することによって、逆相で距離ｄの間隔が空いている２つの全方向性音源の間に干渉を起こすことである。
【０００４】
したがって、ある一定の周波数帯域では、２つの音源によって放射された複数の音響信号は、遅延していない音源（０°）の正面では２つの音源の軸上で干渉によって強め合うが、遅延した音源（１８０°）の後方で２つの音源の軸上で互いに相殺し合っている。他の方向では、放射された圧力は、正面方向に形成された角度に反比例して減少し、その結果として放射極線図がカージオイド（cardioid）形になる。
【０００５】
同じ原理に基づき、音が複数の音源間の距離ｄを移動するのにかかる時間よりも短い遅延τを使用することは、ハイパーカージオイド（hypercardioid）型の指向性をもたらし、つまり極端な場合には、ゼロ遅延はさらに双方向性型の指向性をもたらす。反対に、音が複数の音源間の距離ｄを移動するのにかかる時間よりも長い遅延τは、インフラカージオイド（infracardioid）型の指向性をもたらす（かなり長い遅延τは、全方向性型の指向性さえももたらす）。
【０００６】
しかしながら、指向性の制御は、制限された周波数帯域においてのみ得られる。各音源間の間隔と適用される遅延によって定められた周波数ｆ１未満においては、指向性関数は保持されるが、第２音源を追加することは軸上に放射された圧力を減少させる。ある一定の周波数ｆ２を超える周波数においては、第２音源を追加することは軸上に放射された圧力を減少させ、指向性関数を連続的に変形させることになる。カージオイド指向性関数の場合、周波数ｆ１とｆ２との間の距離は２．３オクターブであり、該距離は、装置の有効操作範囲を表している（図１１の破線の曲線を参照）。
【０００７】
また、複数のポートまたは複数のバスレフレックス型スピーカエンクロージャを用いたスピーカエンクロージャも周知である。この種のスピーカエンクロージャ特有の特徴は、無限大バッフルスピーカエンクロージャと比較して最低周波数で放射の効率を高めるよう１つ以上のポートを使用することである。
【０００８】
それゆえ、図１３に示すように、バスレフレックススピーカエンクロージャは少なくとも２つの放射面を有しており、１つは、スピーカエンクロージャの同調周波数ｆｃ付近で放射する１つのポートまたは複数のポート（曲線ＥＶ）であり、もう１つは、提供限界周波数（contribution limit frequency）ｆＬを超える周波数で放射して１つまたは複数のポートの放射を上回るスピーカ（曲線ＨＰ）である。これら２つの周波数ｆｃ及び周波数ｆＬは、１つのポートまたは複数のポートの長さと、１つのポートまたは複数のポートの領域と、スピーカエンクロージャ内に含まれる空気の量とによって定められる。
【０００９】
さらに、図１４に示すように、スピーカは同調周波数ｆｃを超える周波数ではポートと同相で放射し、同調周波数ｆｃ未満の周波数ではポートと逆相で放射している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
当該状況下において、本発明は、特に高い指向性が得られ、比較的簡単な手段によって上述よりも高い周波数帯域に第２音源を追加することによって軸上の圧力を増加させる各ポートを有するスピーカエンクロージャを備えている音響再生システムに関連する。
【００１１】
したがって、本発明は、エンクロージャの一面に取り付けられた第１スピーカ及び第２スピーカを有するスピーカエンクロージャを備え、前記第１スピーカ及び前記第２スピーカは、仕切りによって分割される前記スピーカエンクロージャの第１の容量及び前記スピーカエンクロージャの第２の容量内にそれぞれ受容され、第１ポート及び第２ポートを通ってそれぞれ放出し、前記第１ポート及び前記第２ポートは、前記第１スピーカ及び前記第２スピーカによって形成される組み合わせの両側にそれぞれ位置している音響再生システムであって、処理手段は、周波数に応じて変動する区別化位相処理（differentiated phase processing）によって同じ信号から得られる第１電気信号及び第２電気信号が、前記第１の容量、前記第１スピーカ及び前記第１ポートを含む第１ハーフエンクロージャと、前記第２の容量、前記第２スピーカ及び前記第２ポートを含む第２ハーフエンクロージャとの間の音響距離に（少なくとも実質的に）比例する変動時間によって相殺されるように、前記第１スピーカ及び前記第２スピーカに前記第１電気信号及び前記第２電気信号をそれぞれ適用するように構成されることを特徴とする、音響再生システムを提案する。
【００１２】
カージオイド放射図を得るために、区別化処理は、第１電気信号及び第２電気信号を、各ポートの同調周波数と各スピーカの提供限界周波数とを含む周波数帯域を少なくとも通じて、第１の容量、第１スピーカ及び第１ポートを含む第１ハーフエンクロージャと、第２の容量、第２スピーカ及び第２ポートを含む第２ハーフエンクロージャとの間の音響距離に相当する時間によって逆相で相殺させることができる。
【００１３】
パイパーカージオイド放射図を得るために、区別化処理は、第１電気信号及び第２電気信号を、第１の容量、第１スピーカ及び第１ポートを含む第１ハーフエンクロージャと、第２の容量、第２スピーカ及び第２ポートを含む第２ハーフエンクロージャとの間の音響距離の三分の一に相当する時間によって逆相で相殺させることができる。
【００１４】
インフラカージオイド放射図を得るために、区別化処理は、第１電気信号及び第２電気信号を、第１の容量、第１スピーカ及び第１ポートを含む第１ハーフエンクロージャと、第２の容量、第２スピーカ及び第２ポートを含む第２ハーフエンクロージャとの間の音響距離の三倍に相当する時間によって逆相で相殺させることができる。
【００１５】
代わりに、区別化処理は、第１電気信号及び第２電気信号を、第１の容量、第１スピーカ及び第１ポートを含む第１ハーフエンクロージャと、第２の容量、第２スピーカ及び第２ポートを含む第２ハーフエンクロージャとの間の音響距離に相当する時間によって同相で相殺させることができる。その後、音響レベルは、遅延した音源側にある各音源の軸上で高まる。
【００１６】
上述の状況において、相殺によって発生した遅延は、２つの信号間に同相で導入される（この場合音響レベルは遅延した音源側にある各音源の軸上で高まる）か、あるいは、互いに逆の極性である２つの信号間に逆相で導入されることが見られる（この場合音響レベルは遅延した音源の反対側にある各音源の軸上で高まる）。
【００１７】
「同相で相殺する」という表現は、相殺が各信号に同相で適用されること（「同相にしてから相殺する」と表現されることもある）、そして相殺によって各信号がそれゆえ演繹的に同相ではないことを意味していると解釈されなければならないことは明らかである。同様に、「逆相で相殺する」という表現は、相殺が各信号に逆相で導入されることを意味している（たとえ逆相と相殺が以下に特定するように同じ遅延操作によって導入できるとしても、「逆相にしてから相殺する」と表現されることもある）。
【００１８】
２つの信号間の逆相は、２つのスピーカのうちの１つスピーカの複数の電気端子を反転させることによって、または２つの信号のうちの１つの信号に半分の時間に相当する遅延を導入することによって得られる。
【００１９】
区別化処理は、通常、最大放射効率の方向を第１スピーカ及び第２スピーカによって形成された軸に沿うようにするものである。したがって、第１スピーカ及び第２スピーカによって形成された軸は、通常、対象となる聴衆領域に向けられている。
【００２０】
一実施形態においては、処理手段は、第１スピーカと第２スピーカとに、第１操作モードでは同一の電気信号を、第２操作モードでは区別化処理により得られる第１電気信号及び第２電気信号を選択的に適用するように構成されている。したがって、実質的に全方向性操作モードと指向性操作モードとの間で交互に行うことが可能である。
【００２１】
実際には、第１スピーカと第２スピーカとを同一のものにすることができ、第１の容量と第２の容量とを仕切りを中心に対称にすることができる。
【００２２】
以下に詳細に説明される有利な特徴によると、第１スピーカ及び第２スピーカは第１の距離にあり、第１ポート及び第２ポートは第２の距離にあり、第２の距離の第１の距離に対する比率は、２から３までの間である。特に、該比率は２．２から２．５までの間にすることができる。
【００２３】
区別化する方法で処理された複数の信号を受信するために、スピーカエンクロージャは、第１スピーカに電気的に接続される各接続ポイントの第１の対と、第２スピーカに電気的に接続される各接続ポイントの第２の対とを備え、処理手段は、第１電気信号を各接続ポイントの第１の対に、第２電気信号を各接続ポイントの第２の対にそれぞれ適用するように構成されている。
【００２４】
実際には、前記処理手段は例えばフィルタを備え、前記フィルタの位相伝達関数は周波数に応じて変動する遅延を生成し、前記遅延は、第１の容量、第１スピーカ及び第１ポートを含む第１ハーフエンクロージャと、第２の容量、第２スピーカ及び第２ポートを含む第２ハーフエンクロージャとの間の音響距離に実質的に相当するものである。
【００２５】
さらに、本発明は、スピーカエンクロージャの壁に第２スピーカと共に取り付けられている第１スピーカに対して第１電気信号を適用するように構成されている処理回路を提案し、前記スピーカエンクロージャは、仕切りによって分割されている第１の容量及び第２の容量を備え、各容量は前記第１スピーカと前記第２スピーカとをそれぞれ受容し、各スピーカは前記第１スピーカ及び前記第２スピーカによって形成された組み合わせの両側に位置する第１ポート及び第２ポートとそれぞれ連通しており、処理手段は、前記第１スピーカと前記第２スピーカとそれぞれに、周波数に応じて変動する区別化位相処理により同一の信号から得られる第１電気信号及び第２電気信号を適用するように構成され、前記第１の容量、前記第１スピーカ及び前記第１ポートを含む前記第１ハーフエンクロージャと、前記第２の容量、前記第２スピーカ及び前記第２ポートを含む前記第２ハーフエンクロージャとの間の前記音響距離に（少なくとも実質的に）比例する変動時間によって前記第１電気信号及び前記第２電気信号が相殺されるような処理手段であることを特徴とする。
【００２６】
この処理回路は、音響再生システムに関連する上述の任意の特徴のいくつかを同様に備えることができる。
【００２７】
本発明の他の特徴及び利点が、添付の図面を参照し、以下の記載を考慮することによりさらに明らかになるであろう。
【００２８】
図１及び図２（ａ）に示すスピーカエンクロージャと図４に示す処理回路とを備える本発明の教示に従った音響再生システムの実施例を以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の教示に従ったシステムのスピーカエンクロージャの正面図である。
【図２（ａ）】図１の切断線II−IIに沿った断面におけるスピーカエンクロージャの図である。
【図２（ｂ）】図２（ａ）のスピーカエンクロージャの複数のポートを製造する代替方法を示している。
【図２（ｃ）】図２（ａ）のスピーカエンクロージャの複数のポートを製造する代替方法を示している。
【図３】２つのバスレフレックス型システムの間の音響距離を示している。
【図４】図１のスピーカエンクロージャの各スピーカに適用される各電気信号を処理する主な構成要素を概略的に示している。
【図５】全方向性放射モードで、一般の人々の方を向いている図１のスピーカエンクロージャを示している。
【図６】指向性放射モードで、各スピーカが側面にある状態で、９０°回転させたスピーカエンクロージャを示している。
【図７】指向性放射モードで、各スピーカが上面にある状態で、９０°回転させたスピーカエンクロージャを示している。
【図８】全方向性放射モードにおける、スピーカエンクロージャからの放射の極線図である。
【図９】図６の指向性放射モードにおける、スピーカエンクロージャからの放射の極線図である。
【図１０】図７の指向性放射モードにおける、スピーカエンクロージャからの放射の極線図である。
【図１１】本発明のシステムの場合及び従来のシステムの場合における第２音源の存在によって生じる軸上のゲイン（gain）を示している。
【図１２（ａ）】指向性放射モードにおける、図１に示すタイプの各スピーカエンクロージャの想定可能な異なる種類の組み立てを示している。
【図１２（ｂ）】指向性放射モードにおける、図１に示すタイプの各スピーカエンクロージャの想定可能な異なる種類の組み立てを示している。
【図１２（ｃ）】指向性放射モードにおける、図１に示すタイプの各スピーカエンクロージャの想定可能な異なる種類の組み立てを示している。
【図１２（ｄ）】全指向性モードにおける、図１に示すタイプの各スピーカエンクロージャの想定可能な組み立てを示している。
【図１３】バスレフレックススピーカエンクロージャの周波数の関数としての振幅反応曲線を示している。
【図１４】同じタイプのスピーカエンクロージャの周波数の関数としての位相反応曲線を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１および図２に示すスピーカエンクロージャは、エンクロージャの外側の側壁６に実質的に平行である内側の仕切り４によって２つの左右対称のハーフエンクロージャ３、５に分割された、全体が平行六面体形状のバスレフレックス型スピーカエンクロージャ２である。そのようなスピーカエンクロージャ２は、特にサブウーファーの形成に適している。
【００３１】
本明細書に記載の種類と同じ種類の構造になるよう組み合わされた２つの別々のスピーカエンクロージャを代わりに使用することもできる。
【００３２】
各側壁６とは別の前面の壁上に、スピーカエンクロージャは、内側の仕切り４の両側にそれぞれ位置する２つのスピーカ１０、１１を備えることによって、その結果スピーカが２つのハーフエンクロージャ３、５のうち１つをそれぞれ占有している。
【００３３】
なお、本明細書に記載の実施例においては、前面８は、スピーカエンクロージャ２の全体の形状である平行六面体の長辺及び短辺によって画定されている。
【００３４】
スピーカ１０、１１は、スピーカの主な放射方向が前面８に対して実質的に直角かつスピーカエンクロージャの外側に向けられるように前面８上に取り付けられている。この方向は、慣習によりＸ方向と呼ばれる。
【００３５】
スピーカ１０、１１はここでは同一のものであり、前面８の平面上に位置するＹ軸に沿って整列し、スピーカエンクロージャ２の最も長い辺と実質的に平行である。
【００３６】
さらに、スピーカ１０、１１の整列がＹ方向にほぼ並列している結果、２つのスピーカ１０、１１を分けている距離ＤＨＰ（すなわち、スピーカの振動板が位置するスピーカのそれぞれの中央を結ぶ距離）は比較的小さく、ここでは、Ｘ方向に垂直な各スピーカの外径より大きくなることはほとんどない。
【００３７】
本明細書に記載のスピーカエンクロージャ２は、短辺（Ｙ方向と共に前面８の平面を画定するＺ方向）をさらに備え、該短辺の寸法は、各スピーカの直径より大きくなることはほとんどない。
【００３８】
ハーフエンクロージャ３、５はそれぞれ、各ハーフエンクロージャ３、５内にある内側の仕切り４の両側に位置するパイプ１２、１３を備え、各パイプは、スピーカエンクロージャ２の前面８上に形成されたポート１４、１５に通じている。代わりに、各ポートは同様に適切に各側面上に開いていてもよい。
【００３９】
ポート１４、１５は、それぞれスピーカエンクロージャの全高（Ｚ方向）に延び、前面８の周縁にＹ方向に位置している。
【００４０】
ポートの他の形状及び配置も必然的に想定可能であり、例えば、ポートは円形でもよい。
【００４１】
したがって、ポート１４、１５はスピーカ１０、１１と同一線上に置かれるが、２つのスピーカ１０、１１の組み合わせのそれぞれの両側に位置している。その結果、ポート１４とポート１５の間の距離ＤＥＶは、各スピーカ間の距離ＤＨＰよりも長くなる。以下に説明するように、上記の距離のＤＥＶ／ＤＨＰの比率は通常２から３までであり、好ましくは２．２から２．５までであり、これにより以下に記載する最大限の効果を得られる（理論的には、２．３の比率が最も良い）。
【００４２】
本明細書に記載の実施例では、ＤＥＶは９６ｃｍ、ＤＨＰは４３ｃｍである。
【００４３】
各パイプ１２、１３は、関連する外側の側壁６と内壁１６、１７との間にそれぞれ形成され、パイプ１２、１３の全体の方向は、外側の側壁６と平行である。
【００４４】
各内壁１６、１７は、スピーカエンクロージャ２の背面と実質的に平行である拡張部１８、１９で前面８と向かい合って終端する。
【００４５】
代わりに、例えばプラスチック材料のチューブ１２"、１３"（図２（ｃ））または異形パネル１６'、１７'（図２（ｂ））を用いて、ポート１４、１５を異なった形で製造できる。（図２（ｂ）及び図２（ｃ）では、図２（ａ）と同様の構成要素には、「'」や「"」の記号をそれぞれ加えて同じ参照番号を用いている。）
【００４６】
したがって、各ハーフエンクロージャ３、５は、バスレフレックス型システムを形成し、該システムのポート１４、１５は、ポートの領域とポートの長さとスピーカエンクロージャの容量とによって定められる同調周波数ｆｃ付近で音を放射し、該システムのスピーカは、主に同調周波数ｆｃを上回る提供限界周波数ｆＬを超えて放射する。
【００４７】
仕切り４を基準にして２つのハーフエンクロージャ３、５の左右対称構造と同一スピーカ１０、１１の使用とにより、２つのポート１４、１５及び２つのスピーカ１０、１１は、共通の同調周波数ｆｃ及び共通の提供限界周波数ｆＬを備えている。
【００４８】
２つのスピーカを結んでいる軸上の位置で、後方のハーフエンクロージャ３と前方のハーフエンクロージャ５との間の音響距離ＤＡ（ｆ）は、この軸方向にこれら２つのハーフエンクロージャによって生じる圧力間の位相差に相当し、該位相差は、音波の位相差と等しい距離の形で表される。この位相差は、関連する周波数の関数に応じて変動する。
【００４９】
したがって、音響距離ＤＡ（ｆ）と位相差Δφ（ｆ）との関係は、次の式で表すことができる。
ここで、Ｃは空気中の音速（メートル毎秒：ｍ／ｓ）であり、ｆは想定される周波数（ヘルツ：Ｈｚ）である。
【００５０】
その結果、音響距離に相当する時間は、次のように表される。
【００５１】
それゆえ、音響距離は、各ハーフエンクロージャ間の物理的距離と、各音源間の位相関係に関連がある各効果とを組み合わせる。したがって、音響距離は、ポート１４とポート１５との間の距離、ポートの同調周波数ｆｃ、スピーカ１０とスピーカ１１との間の距離、スピーカの提供限界周波数ｆＬ、及びバスレフレックス型スピーカエンクロージャ特有のポートとスピーカとの位相関係に左右される。
【００５２】
その結果、図３に示すように、バスレフレックススピーカエンクロージャの同調周波数ｆｃ未満では、後方のハーフエンクロージャと前方のハーフエンクロージャとの間の音響距離は、各ポート間と各スピーカ間とを逆相で誘導された距離によって伸ばされている各ポート間の距離ＤＥＶと等しくなる。
【００５３】
音響距離は、同調周波数ｆｃで各ポート間の物理的距離ＤＥＶと等しい。
【００５４】
スピーカの同調周波数ｆｃと提供限界周波数ｆＬとの間で、音響距離は、各ポート間の物理的距離ＤＥＶから各スピーカ間の物理的距離ＤＨＰに減少する。
【００５５】
スピーカの提供限界周波数ｆＬを超えると、音響距離は、各スピーカ間の物理的距離ＤＨＰと等しい漸近線になる傾向がある。
【００５６】
スピーカエンクロージャ２は、最終的に２つのコネクタ２０、２１（これらは接続ポイントの対を構成する）を備えることとなり、各コネクタは、個々のスピーカ１０、１１に電気的に接続される。
【００５７】
音響再生システムは、処理回路Ｔをさらに含んでおり、該処理回路の主な構成要素を図４に示す。
【００５８】
処理回路Ｔは、コネクタ２２を通って音源Ｓから放射される音響信号を画定している電気信号を受信する。
【００５９】
処理回路Ｔは、入力コネクタ２２をコネクタ２０に接続される第１出力コネクタに直接接続し、コネクタ２０は、エンクロージャ２の２つのスピーカのうちの第１スピーカ（例えば、スピーカ１０）に接続される。
【００６０】
以下に説明する電気回路により、処理回路Ｔは、さらに入力コネクタ２２を、第２スピーカ１１のコネクタ２１に接続される第２出力コネクタに接続する。
【００６１】
前述の電気回路は、入力コネクタ２２を通って音源Ｓから届く電気信号を入力として受信する制御スイッチＫを有し、制御スイッチＫは、操作モードを指定する情報Ｍの関数に応じて、選択的にこの信号を第２出力コネクタに直接接続されたスイッチＫの第１出力に、あるいはフィルタＦを通って第２出力コネクタに接続されたスイッチＫの第２出力に適用させる。上記の特徴を以下に説明する。
【００６２】
第１操作モードでは、スイッチＫは、処理回路Ｔの入力コネクタ２２を処理回路Ｔの第２出力コネクタに電気的に接続するように、情報Ｍによって（例えば、手動または論理回路によって）制御される。
【００６３】
したがってこの操作モードでは、２つのスピーカ１０、１１は、同一の複数の信号（すなわち、ここでは音源から送られた信号）を受信する。考えうる一変形例によると、音源Ｓから受信した電気信号用の追加処理を設けることは当然可能であるが、それでもそのような処置が第１操作モードで２つのスピーカ１０、１１に送られる複数の信号間に何の違いをもたらすことはない。
【００６４】
次に、２つのスピーカ及び２つのポートは、音源Ｓによって生成された信号を再生する同一の音波をそれぞれ放射する。該音波は、特に各スピーカの提供限界周波数ｆＬを超え、それぞれスピーカエンクロージャの同調周波数ｆｃ付近で、図８に図示するように、特に指向性を制御することなく全体的にエンクロージャの前方（上記で画定されるＸ方向）に向かう。それゆえスピーカエンクロージャは、図５に示すように、一般に聴衆に対して配置される。
【００６５】
第２操作モードにおいては、スイッチＫは、入力コネクタ２２をフィルタＦを通って第２出力コネクタ２１に接続する。このフィルタＦは、一方では信号の極性を反転させ、もう一方では処理された信号の周波数に応じて変化する遅延関数τ（ｆ）を生成することによって、２つのハーフエンクロージャ間の音響距離を出来る限り埋合わせている。遅延関数は、数式τ（ｆ）＝ＤＡ／Ｃで表され、ここでＣは音速である。
【００６６】
全域通過移相器型の単純なアナログフィルタを上記のフィルタに使用することができ、例として、その場合の伝達関数は次のように表される。
ここで、ｊは虚数単位（−１の平方根）であり、ｆは周波数であり、そしてｆ０は要求される可変遅延関数τ（ｆ）に最も近づくように選択される。
【００６７】
効率を上げ、指向性をより制御するためには、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタを代わりに使用することができ、該フィルタの位相伝達関数（この種のフィルタ用の振幅伝達関数から独立した関数）は、上記のように定められる遅延関数τ（ｆ）と等しくなるよう画定される。
【００６８】
図９及び図１０に示すように、この第２操作モードでは、２つのスピーカ１０、１１が、複数のスピーカの軸（上記に画定したＹ軸）上に各スピーカの提供限界周波数ｆＬを超えてカージオイド指向性で放射し、さらにポート１４、１５を結ぶ同じＹ軸上にポートの同調周波数ｆｃ付近で同じカージオイド指向性で放射するシステムが存在し、いずれの場合も、２．３オクターブの周波数帯域を超えている。
【００６９】
それゆえ、軸上の効率が高まることによってＹ軸上の指向性を得られる周波数帯域は、標準的な技術によって得られる周波数帯域よりもはるかに大きい。
【００７０】
ポート１４、１５間の距離ＤＥＶとスピーカ１０、１１間の距離ＤＨＰとの距離比ＤＥＶ／ＤＨＰは、同調周波数ｆｃ付近に設定された良好な指向性域と提供限界周波数ｆＬを超えて設定された良好な指向性域との間に干渉が起きないように、比率の最大値をおおよそ２．３にして使用するのが好ましい（本明細書に記載の実施形態では、比率は２．３という厳密な値である）。
【００７１】
本明細書に記載の実施例では、図１１から明らかに分かるように、正方向のゲイン（gain）は、特に広い周波数帯域を通じて第２音源を追加することによって得られ、図中の実線の曲線は、前述したシステム内に周波数の関数として第２音源を追加することによって誘導されたゲインを表している（破線は、発明の概要で説明した従来の状況に第２音源を追加することによって誘導されたゲインを表している）。
【００７２】
この第２操作モードにおいて、スピーカエンクロージャ２は、図６に示すように、９０°回転して、すなわち、上記に画定したＹ方向が一般の人々の方を向くように使用されることが分かる。この図では、複数のスピーカを保持する壁が垂直である（側面上に複数のスピーカがある）が、図７に示すように、スピーカエンクロージャは、複数のスピーカが上方または下方を向いている状態で同様に配置されてもよい（重要な点は、複数のスピーカの配列によって画定される軸が一般の人々に向けられることである）。
【００７３】
各ポート間の距離は、低周波数域を通じて第２音源を加えることによってゲインを得ることを可能にするので、各ポートを各スピーカの両側に配置することは特に有益である。そして、各スピーカ間の距離は、これらの構成要素の従来の周波数位置に対応して、比較的高い周波数域を通じて第２音源を加えることによって、変形させることなく、ゲイン及び指向性の制御を可能にする。
【００７４】
本発明は、当然ながら記載の実施形態に限定されるものではない。
【００７５】
他の複数の実施形態では、２つの電気信号のいずれの極性も反転させることなく、遅延関数τ（ｆ）によって２つの音源のうち１つの音源を遅延させることにより、指向性の制御の損害よりも、遅延した音源の正面の軸上の装置の効率化を支持している。
【００７６】
さらに、図１２（ａ）から図１２（ｃ）に示すように、前述の原理に従って動作する複数のスピーカエンクロージャを組み立て可能であり、また次のようなさまざまな構成が考えられる。例えば、図１２（ａ）は、背中合わせの２つのスピーカエンクロージャを示しており（すなわち、各スピーカエンクロージャは図６のように配置され、各スピーカエンクロージャのスピーカは、他のエンクロージャと対面しない）、図１２（ｂ）においては、２つのスピーカエンクロージャは向かい合っており（すなわち、各スピーカエンクロージャは図６のように配置され、各スピーカエンクロージャのスピーカは、他方のスピーカエンクロージャの方に向けられ、ここでは、各スピーカエンクロージャの間にエンクロージャの奥行きの半分の間隔を空けている）、図１２（ｃ）では、２つのスピーカエンクロージャを並列させている（すなわち、各スピーカエンクロージャは図７のように配置され、側壁を通じて接触している）。（図１２（ｄ）は、全方向性モードにおける２つのスピーカエンクロージャの組立てを示している。）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通常バスレフレックス型（位相反転型）スピーカエンクロージャと呼ばれる、複数のポートを有するスピーカエンクロージャを備える音響再生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
音響再生システムにおいては、再生した音波の高い指向性が必要となる場合がある。該指向性は、放射された音響エネルギーをある特定の方向、通常、再生の対象となる一般の人々に向けて集中させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
指向性を高めるための標準的な技術は、音が各音源間の距離ｄを移動するのにかかる時間に対応する遅延τを各音源のうちの１つに導入することによって、逆相で距離ｄの間隔が空いている２つの全方向性音源の間に干渉を起こすことである。
【０００４】
したがって、ある一定の周波数帯域では、２つの音源によって放射された複数の音響信号は、遅延していない音源（０°）の正面では２つの音源の軸上で干渉によって強め合うが、遅延した音源（１８０°）の後方で２つの音源の軸上で互いに相殺し合っている。他の方向では、放射された圧力は、正面方向に形成された角度に反比例して減少し、その結果として放射極線図がカージオイド（cardioid）形になる。
【０００５】
同じ原理に基づき、音が複数の音源間の距離ｄを移動するのにかかる時間よりも短い遅延τを使用することは、ハイパーカージオイド（hypercardioid）型の指向性をもたらし、つまり極端な場合には、ゼロ遅延はさらに双方向性型の指向性をもたらす。反対に、音が複数の音源間の距離ｄを移動するのにかかる時間よりも長い遅延τは、インフラカージオイド（infracardioid）型の指向性をもたらす（かなり長い遅延τは、全方向性型の指向性さえももたらす）。
【０００６】
しかしながら、指向性の制御は、制限された周波数帯域においてのみ得られる。各音源間の間隔と適用される遅延によって定められた周波数ｆ１未満においては、指向性関数は保持されるが、第２音源を追加することは軸上に放射された圧力を減少させる。ある一定の周波数ｆ２を超える周波数においては、第２音源を追加することは軸上に放射された圧力を減少させ、指向性関数を連続的に変形させることになる。カージオイド指向性関数の場合、周波数ｆ１とｆ２との間の距離は２．３オクターブであり、該距離は、装置の有効操作範囲を表している（図１１の破線の曲線を参照）。
【０００７】
また、複数のポートまたは複数のバスレフレックス型スピーカエンクロージャを用いたスピーカエンクロージャも周知である。この種のスピーカエンクロージャ特有の特徴は、無限大バッフルスピーカエンクロージャと比較して最低周波数で放射の効率を高めるよう１つ以上のポートを使用することである。
【０００８】
それゆえ、図１３に示すように、バスレフレックススピーカエンクロージャは少なくとも２つの放射面を有しており、１つは、スピーカエンクロージャの同調周波数ｆｃ付近で放射する１つのポートまたは複数のポート（曲線ＥＶ）であり、もう１つは、提供限界周波数（contribution limit frequency）ｆＬを超える周波数で放射して１つまたは複数のポートの放射を上回るスピーカ（曲線ＨＰ）である。これら２つの周波数ｆｃ及び周波数ｆＬは、１つのポートまたは複数のポートの長さと、１つのポートまたは複数のポートの領域と、スピーカエンクロージャ内に含まれる空気の量とによって定められる。
【０００９】
さらに、図１４に示すように、スピーカは同調周波数ｆｃを超える周波数ではポートと同相で放射し、同調周波数ｆｃ未満の周波数ではポートと逆相で放射している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
当該状況下において、本発明は、特に高い指向性が得られ、比較的簡単な手段によって上述よりも高い周波数帯域に第２音源を追加することによって軸上の圧力を増加させる各ポートを有するスピーカエンクロージャを備えている音響再生システムに関連する。
【００１１】
したがって、本発明は、エンクロージャの一面に取り付けられた第１スピーカ及び第２スピーカを有するスピーカエンクロージャを備え、前記第１スピーカ及び前記第２スピーカは、仕切りによって分割される前記スピーカエンクロージャの第１の容量及び前記スピーカエンクロージャの第２の容量内にそれぞれ受容され、第１ポート及び第２ポートを通ってそれぞれ放出し、前記第１ポート及び前記第２ポートは、前記第１スピーカ及び前記第２スピーカによって形成される組み合わせの両側にそれぞれ位置している音響再生システムであって、処理手段は、周波数に応じて変動する区別化位相処理（differentiated phase processing）によって同じ信号から得られる第１電気信号及び第２電気信号が、前記第１の容量、前記第１スピーカ及び前記第１ポートを含む第１ハーフエンクロージャと、前記第２の容量、前記第２スピーカ及び前記第２ポートを含む第２ハーフエンクロージャとの間の音響距離に（少なくとも実質的に）比例する変動時間によって相殺されるように、前記第１スピーカ及び前記第２スピーカに前記第１電気信号及び前記第２電気信号をそれぞれ適用するように構成されることを特徴とする、音響再生システムを提案する。
【００１２】
カージオイド放射図を得るために、区別化処理は、第１電気信号及び第２電気信号を、各ポートの同調周波数と各スピーカの提供限界周波数とを含む周波数帯域を少なくとも通じて、第１の容量、第１スピーカ及び第１ポートを含む第１ハーフエンクロージャと、第２の容量、第２スピーカ及び第２ポートを含む第２ハーフエンクロージャとの間の音響距離に相当する時間によって逆相で相殺させることができる。
【００１３】
パイパーカージオイド放射図を得るために、区別化処理は、第１電気信号及び第２電気信号を、第１の容量、第１スピーカ及び第１ポートを含む第１ハーフエンクロージャと、第２の容量、第２スピーカ及び第２ポートを含む第２ハーフエンクロージャとの間の音響距離の三分の一に相当する時間によって逆相で相殺させることができる。
【００１４】
インフラカージオイド放射図を得るために、区別化処理は、第１電気信号及び第２電気信号を、第１の容量、第１スピーカ及び第１ポートを含む第１ハーフエンクロージャと、第２の容量、第２スピーカ及び第２ポートを含む第２ハーフエンクロージャとの間の音響距離の三倍に相当する時間によって逆相で相殺させることができる。
【００１５】
代わりに、区別化処理は、第１電気信号及び第２電気信号を、第１の容量、第１スピーカ及び第１ポートを含む第１ハーフエンクロージャと、第２の容量、第２スピーカ及び第２ポートを含む第２ハーフエンクロージャとの間の音響距離に相当する時間によって同相で相殺させることができる。その後、音響レベルは、遅延した音源側にある各音源の軸上で高まる。
【００１６】
上述の状況において、相殺によって発生した遅延は、２つの信号間に同相で導入される（この場合音響レベルは遅延した音源側にある各音源の軸上で高まる）か、あるいは、互いに逆の極性である２つの信号間に逆相で導入されることが見られる（この場合音響レベルは遅延した音源の反対側にある各音源の軸上で高まる）。
【００１７】
「同相で相殺する」という表現は、相殺が各信号に同相で適用されること（「同相にしてから相殺する」と表現されることもある）、そして相殺によって各信号がそれゆえ演繹的に同相ではないことを意味していると解釈されなければならないことは明らかである。同様に、「逆相で相殺する」という表現は、相殺が各信号に逆相で導入されることを意味している（たとえ逆相と相殺が以下に特定するように同じ遅延操作によって導入できるとしても、「逆相にしてから相殺する」と表現されることもある）。
【００１８】
２つの信号間の逆相は、２つのスピーカのうちの１つスピーカの複数の電気端子を反転させることによって、または２つの信号のうちの１つの信号に半分の時間に相当する遅延を導入することによって得られる。
【００１９】
区別化処理は、通常、最大放射効率の方向を第１スピーカ及び第２スピーカによって形成された軸に沿うようにするものである。したがって、第１スピーカ及び第２スピーカによって形成された軸は、通常、対象となる聴衆領域に向けられている。
【００２０】
一実施形態においては、処理手段は、第１スピーカと第２スピーカとに、第１操作モードでは同一の電気信号を、第２操作モードでは区別化処理により得られる第１電気信号及び第２電気信号を選択的に適用するように構成されている。したがって、実質的に全方向性操作モードと指向性操作モードとの間で交互に行うことが可能である。
【００２１】
実際には、第１スピーカと第２スピーカとを同一のものにすることができ、第１の容量と第２の容量とを仕切りを中心に対称にすることができる。
【００２２】
以下に詳細に説明される有利な特徴によると、第１スピーカ及び第２スピーカは第１の距離にあり、第１ポート及び第２ポートは第２の距離にあり、第２の距離の第１の距離に対する比率は、２から３までの間である。特に、該比率は２．２から２．５までの間にすることができる。
【００２３】
区別化する方法で処理された複数の信号を受信するために、スピーカエンクロージャは、第１スピーカに電気的に接続される各接続ポイントの第１の対と、第２スピーカに電気的に接続される各接続ポイントの第２の対とを備え、処理手段は、第１電気信号を各接続ポイントの第１の対に、第２電気信号を各接続ポイントの第２の対にそれぞれ適用するように構成されている。
【００２４】
実際には、前記処理手段は例えばフィルタを備え、前記フィルタの位相伝達関数は周波数に応じて変動する遅延を生成し、前記遅延は、第１の容量、第１スピーカ及び第１ポートを含む第１ハーフエンクロージャと、第２の容量、第２スピーカ及び第２ポートを含む第２ハーフエンクロージャとの間の音響距離に実質的に相当するものである。
【００２５】
さらに、本発明は、スピーカエンクロージャの壁に第２スピーカと共に取り付けられている第１スピーカに対して第１電気信号を適用するように構成されている処理回路を提案し、前記スピーカエンクロージャは、仕切りによって分割されている第１の容量及び第２の容量を備え、各容量は前記第１スピーカと前記第２スピーカとをそれぞれ受容し、各スピーカは前記第１スピーカ及び前記第２スピーカによって形成された組み合わせの両側に位置する第１ポート及び第２ポートとそれぞれ連通しており、処理手段は、前記第１スピーカと前記第２スピーカとそれぞれに、周波数に応じて変動する区別化位相処理により同一の信号から得られる第１電気信号及び第２電気信号を適用するように構成され、前記第１の容量、前記第１スピーカ及び前記第１ポートを含む前記第１ハーフエンクロージャと、前記第２の容量、前記第２スピーカ及び前記第２ポートを含む前記第２ハーフエンクロージャとの間の前記音響距離に（少なくとも実質的に）比例する変動時間によって前記第１電気信号及び前記第２電気信号が相殺されるような処理手段であることを特徴とする。
【００２６】
この処理回路は、音響再生システムに関連する上述の任意の特徴のいくつかを同様に備えることができる。
【００２７】
本発明の他の特徴及び利点が、添付の図面を参照し、以下の記載を考慮することによりさらに明らかになるであろう。
【００２８】
図１及び図２（ａ）に示すスピーカエンクロージャと図４に示す処理回路とを備える本発明の教示に従った音響再生システムの実施例を以下に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の教示に従ったシステムのスピーカエンクロージャの正面図である。
【図２（ａ）】図１の切断線II−IIに沿った断面におけるスピーカエンクロージャの図である。
【図２（ｂ）】図２（ａ）のスピーカエンクロージャの複数のポートを製造する代替方法を示している。
【図２（ｃ）】図２（ａ）のスピーカエンクロージャの複数のポートを製造する代替方法を示している。
【図３】２つのバスレフレックス型システムの間の音響距離を示している。
【図４】図１のスピーカエンクロージャの各スピーカに適用される各電気信号を処理する主な構成要素を概略的に示している。
【図５】全方向性放射モードで、一般の人々の方を向いている図１のスピーカエンクロージャを示している。
【図６】指向性放射モードで、各スピーカが側面にある状態で、９０°回転させたスピーカエンクロージャを示している。
【図７】指向性放射モードで、各スピーカが上面にある状態で、９０°回転させたスピーカエンクロージャを示している。
【図８】全方向性放射モードにおける、スピーカエンクロージャからの放射の極線図である。
【図９】図６の指向性放射モードにおける、スピーカエンクロージャからの放射の極線図である。
【図１０】図７の指向性放射モードにおける、スピーカエンクロージャからの放射の極線図である。
【図１１】本発明のシステムの場合及び従来のシステムの場合における第２音源の存在によって生じる軸上のゲイン（gain）を示している。
【図１２（ａ）】指向性放射モードにおける、図１に示すタイプの各スピーカエンクロージャの想定可能な異なる種類の組み立てを示している。
【図１２（ｂ）】指向性放射モードにおける、図１に示すタイプの各スピーカエンクロージャの想定可能な異なる種類の組み立てを示している。
【図１２（ｃ）】指向性放射モードにおける、図１に示すタイプの各スピーカエンクロージャの想定可能な異なる種類の組み立てを示している。
【図１２（ｄ）】全指向性モードにおける、図１に示すタイプの各スピーカエンクロージャの想定可能な組み立てを示している。
【図１３】バスレフレックススピーカエンクロージャの周波数の関数としての振幅反応曲線を示している。
【図１４】同じタイプのスピーカエンクロージャの周波数の関数としての位相反応曲線を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１および図２に示すスピーカエンクロージャは、エンクロージャの外側の側壁６に実質的に平行である内側の仕切り４によって２つの左右対称のハーフエンクロージャ３、５に分割された、全体が平行六面体形状のバスレフレックス型スピーカエンクロージャ２である。そのようなスピーカエンクロージャ２は、特にサブウーファーの形成に適している。
【００３１】
本明細書に記載の種類と同じ種類の構造になるよう組み合わされた２つの別々のスピーカエンクロージャを代わりに使用することもできる。
【００３２】
各側壁６とは別の前面の壁上に、スピーカエンクロージャは、内側の仕切り４の両側にそれぞれ位置する２つのスピーカ１０、１１を備えることによって、その結果スピーカが２つのハーフエンクロージャ３、５のうち１つをそれぞれ占有している。
【００３３】
なお、本明細書に記載の実施例においては、前面８は、スピーカエンクロージャ２の全体の形状である平行六面体の長辺及び短辺によって画定されている。
【００３４】
スピーカ１０、１１は、スピーカの主な放射方向が前面８に対して実質的に直角かつスピーカエンクロージャの外側に向けられるように前面８上に取り付けられている。この方向は、慣習によりＸ方向と呼ばれる。
【００３５】
スピーカ１０、１１はここでは同一のものであり、前面８の平面上に位置するＹ軸に沿って整列し、スピーカエンクロージャ２の最も長い辺と実質的に平行である。
【００３６】
さらに、スピーカ１０、１１の整列がＹ方向にほぼ並列している結果、２つのスピーカ１０、１１を分けている距離ＤＨＰ（すなわち、スピーカの振動板が位置するスピーカのそれぞれの中央を結ぶ距離）は比較的小さく、ここでは、Ｘ方向に垂直な各スピーカの外径より大きくなることはほとんどない。
【００３７】
本明細書に記載のスピーカエンクロージャ２は、短辺（Ｙ方向と共に前面８の平面を画定するＺ方向）をさらに備え、該短辺の寸法は、各スピーカの直径より大きくなることはほとんどない。
【００３８】
ハーフエンクロージャ３、５はそれぞれ、各ハーフエンクロージャ３、５内にある内側の仕切り４の両側に位置するパイプ１２、１３を備え、各パイプは、スピーカエンクロージャ２の前面８上に形成されたポート１４、１５に通じている。代わりに、各ポートは同様に適切に各側面上に開いていてもよい。
【００３９】
ポート１４、１５は、それぞれスピーカエンクロージャの全高（Ｚ方向）に延び、前面８の周縁にＹ方向に位置している。
【００４０】
ポートの他の形状及び配置も必然的に想定可能であり、例えば、ポートは円形でもよい。
【００４１】
したがって、ポート１４、１５はスピーカ１０、１１と同一線上に置かれるが、２つのスピーカ１０、１１の組み合わせのそれぞれの両側に位置している。その結果、ポート１４とポート１５の間の距離ＤＥＶは、各スピーカ間の距離ＤＨＰよりも長くなる。以下に説明するように、上記の距離のＤＥＶ／ＤＨＰの比率は通常２から３までであり、好ましくは２．２から２．５までであり、これにより以下に記載する最大限の効果を得られる（理論的には、２．３の比率が最も良い）。
【００４２】
本明細書に記載の実施例では、ＤＥＶは９６ｃｍ、ＤＨＰは４３ｃｍである。
【００４３】
各パイプ１２、１３は、関連する外側の側壁６と内壁１６、１７との間にそれぞれ形成され、パイプ１２、１３の全体の方向は、外側の側壁６と平行である。
【００４４】
各内壁１６、１７は、スピーカエンクロージャ２の背面と実質的に平行である拡張部１８、１９で前面８と向かい合って終端する。
【００４５】
代わりに、例えばプラスチック材料のチューブ１２"、１３"（図２（ｃ））または異形パネル１６'、１７'（図２（ｂ））を用いて、ポート１４、１５を異なった形で製造できる。（図２（ｂ）及び図２（ｃ）では、図２（ａ）と同様の構成要素には、「'」や「"」の記号をそれぞれ加えて同じ参照番号を用いている。）
【００４６】
したがって、各ハーフエンクロージャ３、５は、バスレフレックス型システムを形成し、該システムのポート１４、１５は、ポートの領域とポートの長さとスピーカエンクロージャの容量とによって定められる同調周波数ｆｃ付近で音を放射し、該システムのスピーカは、主に同調周波数ｆｃを上回る提供限界周波数ｆＬを超えて放射する。
【００４７】
仕切り４を基準にして２つのハーフエンクロージャ３、５の左右対称構造と同一スピーカ１０、１１の使用とにより、２つのポート１４、１５及び２つのスピーカ１０、１１は、共通の同調周波数ｆｃ及び共通の提供限界周波数ｆＬを備えている。
【００４８】
２つのスピーカを結んでいる軸上の位置で、後方のハーフエンクロージャ３と前方のハーフエンクロージャ５との間の音響距離ＤＡ（ｆ）は、この軸方向にこれら２つのハーフエンクロージャによって生じる圧力間の位相差に相当し、該位相差は、音波の位相差と等しい距離の形で表される。この位相差は、関連する周波数の関数に応じて変動する。
【００４９】
したがって、音響距離ＤＡ（ｆ）と位相差Δφ（ｆ）との関係は、次の式で表すことができる。
ここで、Ｃは空気中の音速（メートル毎秒：ｍ／ｓ）であり、ｆは想定される周波数（ヘルツ：Ｈｚ）である。
【００５０】
その結果、音響距離に相当する時間は、次のように表される。
【００５１】
それゆえ、音響距離は、各ハーフエンクロージャ間の物理的距離と、各音源間の位相関係に関連がある各効果とを組み合わせる。したがって、音響距離は、ポート１４とポート１５との間の距離、ポートの同調周波数ｆｃ、スピーカ１０とスピーカ１１との間の距離、スピーカの提供限界周波数ｆＬ、及びバスレフレックス型スピーカエンクロージャ特有のポートとスピーカとの位相関係に左右される。
【００５２】
その結果、図３に示すように、バスレフレックススピーカエンクロージャの同調周波数ｆｃ未満では、後方のハーフエンクロージャと前方のハーフエンクロージャとの間の音響距離は、各ポート間と各スピーカ間とを逆相で誘導された距離によって伸ばされている各ポート間の距離ＤＥＶと等しくなる。
【００５３】
音響距離は、同調周波数ｆｃで各ポート間の物理的距離ＤＥＶと等しい。
【００５４】
スピーカの同調周波数ｆｃと提供限界周波数ｆＬとの間で、音響距離は、各ポート間の物理的距離ＤＥＶから各スピーカ間の物理的距離ＤＨＰに減少する。
【００５５】
スピーカの提供限界周波数ｆＬを超えると、音響距離は、各スピーカ間の物理的距離ＤＨＰと等しい漸近線になる傾向がある。
【００５６】
スピーカエンクロージャ２は、最終的に２つのコネクタ２０、２１（これらは接続ポイントの対を構成する）を備えることとなり、各コネクタは、個々のスピーカ１０、１１に電気的に接続される。
【００５７】
音響再生システムは、処理回路Ｔをさらに含んでおり、該処理回路の主な構成要素を図４に示す。
【００５８】
処理回路Ｔは、コネクタ２２を通って音源Ｓから放射される音響信号を画定している電気信号を受信する。
【００５９】
処理回路Ｔは、入力コネクタ２２をコネクタ２０に接続される第１出力コネクタに直接接続し、コネクタ２０は、エンクロージャ２の２つのスピーカのうちの第１スピーカ（例えば、スピーカ１０）に接続される。
【００６０】
以下に説明する電気回路により、処理回路Ｔは、さらに入力コネクタ２２を、第２スピーカ１１のコネクタ２１に接続される第２出力コネクタに接続する。
【００６１】
前述の電気回路は、入力コネクタ２２を通って音源Ｓから届く電気信号を入力として受信する制御スイッチＫを有し、制御スイッチＫは、操作モードを指定する情報Ｍの関数に応じて、選択的にこの信号を第２出力コネクタに直接接続されたスイッチＫの第１出力に、あるいはフィルタＦを通って第２出力コネクタに接続されたスイッチＫの第２出力に適用させる。上記の特徴を以下に説明する。
【００６２】
第１操作モードでは、スイッチＫは、処理回路Ｔの入力コネクタ２２を処理回路Ｔの第２出力コネクタに電気的に接続するように、情報Ｍによって（例えば、手動または論理回路によって）制御される。
【００６３】
したがってこの操作モードでは、２つのスピーカ１０、１１は、同一の複数の信号（すなわち、ここでは音源から送られた信号）を受信する。考えうる一変形例によると、音源Ｓから受信した電気信号用の追加処理を設けることは当然可能であるが、それでもそのような処置が第１操作モードで２つのスピーカ１０、１１に送られる複数の信号間に何の違いをもたらすことはない。
【００６４】
次に、２つのスピーカ及び２つのポートは、音源Ｓによって生成された信号を再生する同一の音波をそれぞれ放射する。該音波は、特に各スピーカの提供限界周波数ｆＬを超え、それぞれスピーカエンクロージャの同調周波数ｆｃ付近で、図８に図示するように、特に指向性を制御することなく全体的にエンクロージャの前方（上記で画定されるＸ方向）に向かう。それゆえスピーカエンクロージャは、図５に示すように、一般に聴衆に対して配置される。
【００６５】
第２操作モードにおいては、スイッチＫは、入力コネクタ２２をフィルタＦを通って第２出力コネクタ２１に接続する。このフィルタＦは、一方では信号の極性を反転させ、もう一方では処理された信号の周波数に応じて変化する遅延関数τ（ｆ）を生成することによって、２つのハーフエンクロージャ間の音響距離を出来る限り埋合わせている。遅延関数は、数式τ（ｆ）＝ＤＡ／Ｃで表され、ここでＣは音速である。
【００６６】
全域通過移相器型の単純なアナログフィルタを上記のフィルタに使用することができ、例として、その場合の伝達関数は次のように表される。
ここで、ｊは虚数単位（−１の平方根）であり、ｆは周波数であり、そしてｆ０は要求される可変遅延関数τ（ｆ）に最も近づくように選択される。
【００６７】
効率を上げ、指向性をより制御するためには、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタを代わりに使用することができ、該フィルタの位相伝達関数（この種のフィルタ用の振幅伝達関数から独立した関数）は、上記のように定められる遅延関数τ（ｆ）と等しくなるよう画定される。
【００６８】
図９及び図１０に示すように、この第２操作モードでは、２つのスピーカ１０、１１が、複数のスピーカの軸（上記に画定したＹ軸）上に各スピーカの提供限界周波数ｆＬを超えてカージオイド指向性で放射し、さらにポート１４、１５を結ぶ同じＹ軸上にポートの同調周波数ｆｃ付近で同じカージオイド指向性で放射するシステムが存在し、いずれの場合も、２．３オクターブの周波数帯域を超えている。
【００６９】
それゆえ、軸上の効率が高まることによってＹ軸上の指向性を得られる周波数帯域は、標準的な技術によって得られる周波数帯域よりもはるかに大きい。
【００７０】
ポート１４、１５間の距離ＤＥＶとスピーカ１０、１１間の距離ＤＨＰとの距離比ＤＥＶ／ＤＨＰは、同調周波数ｆｃ付近に設定された良好な指向性域と提供限界周波数ｆＬを超えて設定された良好な指向性域との間に干渉が起きないように、比率の最大値をおおよそ２．３にして使用するのが好ましい（本明細書に記載の実施形態では、比率は２．３という厳密な値である）。
【００７１】
本明細書に記載の実施例では、図１１から明らかに分かるように、正方向のゲイン（gain）は、特に広い周波数帯域を通じて第２音源を追加することによって得られ、図中の実線の曲線は、前述したシステム内に周波数の関数として第２音源を追加することによって誘導されたゲインを表している（破線は、発明の概要で説明した従来の状況に第２音源を追加することによって誘導されたゲインを表している）。
【００７２】
この第２操作モードにおいて、スピーカエンクロージャ２は、図６に示すように、９０°回転して、すなわち、上記に画定したＹ方向が一般の人々の方を向くように使用されることが分かる。この図では、複数のスピーカを保持する壁が垂直である（側面上に複数のスピーカがある）が、図７に示すように、スピーカエンクロージャは、複数のスピーカが上方または下方を向いている状態で同様に配置されてもよい（重要な点は、複数のスピーカの配列によって画定される軸が一般の人々に向けられることである）。
【００７３】
各ポート間の距離は、低周波数域を通じて第２音源を加えることによってゲインを得ることを可能にするので、各ポートを各スピーカの両側に配置することは特に有益である。そして、各スピーカ間の距離は、これらの構成要素の従来の周波数位置に対応して、比較的高い周波数域を通じて第２音源を加えることによって、変形させることなく、ゲイン及び指向性の制御を可能にする。
【００７４】
本発明は、当然ながら記載の実施形態に限定されるものではない。
【００７５】
他の複数の実施形態では、２つの電気信号のいずれの極性も反転させることなく、遅延関数τ（ｆ）によって２つの音源のうち１つの音源を遅延させることにより、指向性の制御の損害よりも、遅延した音源の正面の軸上の装置の効率化を支持している。
【００７６】
さらに、図１２（ａ）から図１２（ｃ）に示すように、前述の原理に従って動作する複数のスピーカエンクロージャを組み立て可能であり、また次のようなさまざまな構成が考えられる。例えば、図１２（ａ）は、背中合わせの２つのスピーカエンクロージャを示しており（すなわち、各スピーカエンクロージャは図６のように配置され、各スピーカエンクロージャのスピーカは、他のエンクロージャと対面しない）、図１２（ｂ）においては、２つのスピーカエンクロージャは向かい合っており（すなわち、各スピーカエンクロージャは図６のように配置され、各スピーカエンクロージャのスピーカは、他方のスピーカエンクロージャの方に向けられ、ここでは、各スピーカエンクロージャの間にエンクロージャの奥行きの半分の間隔を空けている）、図１２（ｃ）では、２つのスピーカエンクロージャを並列させている（すなわち、各スピーカエンクロージャは図７のように配置され、側壁を通じて接触している）。（図１２（ｄ）は、全方向性モードにおける２つのスピーカエンクロージャの組立てを示している。）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンクロージャの一面に取り付けられた第１スピーカ（１０、１０’、１０”）及び第２スピーカ（１１、１１’、１１”）を有するスピーカエンクロージャ（２）を備え、
前記第１スピーカ及び前記第２スピーカは、仕切り（４）によって分割される前記スピーカエンクロージャの第１の容量及び前記スピーカエンクロージャの第２の容量内にそれぞれ受容され、第１ポート（１２、１２’、１２”）及び第２ポート（１３、１３’、１３”）を通ってそれぞれ放出し、前記第１ポート及び前記第２ポートは、前記第１スピーカ及び前記第２スピーカによって形成される組み合わせの両側にそれぞれ位置している、音響再生システムであって、
処理手段（Ｔ）は、周波数に応じて変動する区別化位相処理によって同じ信号から得られる第１電気信号及び第２電気信号が、前記第１の容量、前記第１スピーカ及び前記第１ポートを含む第１ハーフエンクロージャと、前記第２の容量、前記第２スピーカ及び前記第２ポートを含む第２ハーフエンクロージャとの間の音響距離に比例する変動時間によって相殺されるように、前記第１スピーカ及び前記第２スピーカに前記第１電気信号及び前記第２電気信号をそれぞれ適用するように構成されることを特徴とする、音響再生システム。
【請求項２】
前記区別化処理は、前記第１電気信号及び前記第２電気信号を前記音響距離に相当する変動時間によって逆相で相殺させるものである、請求項１に記載の音響再生システム。
【請求項３】
前記区別化処理は、前記第１電気信号及び前記２電気信号を前記音響距離の三分の一に相当する変動時間によって逆相で相殺させるものである、請求項１に記載の音響再生システム。
【請求項４】
前記区別化処理は、前記第１電気信号及び前記第２電気信号を前記音響距離の三倍に相当する変動時間によって逆相で相殺させるものである、請求項１に記載の音響再生システム。
【請求項５】
前記区別化処理は、前記第１電気信号及び前記第２電気信号を音響距離に相当する時間によって同相で相殺させるものである、請求項１に記載の音響再生システム。
【請求項６】
前記区別化処理は、最大放射効率の方向を前記第１スピーカ及び前記第２スピーカによって形成された軸（Ｙ）に沿うようにさせる、請求項１から５のいずれかに記載の再生システム。
【請求項７】
前記第１スピーカ及び前記第２スピーカによって形成された前記軸は、対象となる聴衆領域に向けられている、請求項１から６のいずれかに記載の再生システム。
【請求項８】
前記処理手段は、前記第１スピーカと前記第２スピーカとに、第１操作モードでは同一の電気信号を、第２操作モードでは区別化処理により得られる前記第１電気信号及び前記第２電気信号を選択的に適用（Ｋ）するように構成される、請求項１から７のいずれかに記載の再生システム。
【請求項９】
前記第１スピーカ及び前記第２スピーカは同一であり、前記第１の容量及び前記第２の容量は前記仕切りを基準にして対称である、請求項１から８のいずれかに記載の再生システム。
【請求項１０】
前記第１スピーカ及び前記第２スピーカは第１の距離（ＤＨＰ）離れており、前記第１ポート及び前記第２ポートは第２の距離（ＤＥＶ）離れており、前記第２の距離の前記第１の距離に対する比率は、２から３までの間である、請求項１から９のいずれかに記載の再生システム。
【請求項１１】
前記比率が、２．２から２．５までの間である、請求項１０に記載の再生システム。
【請求項１２】
前記スピーカエンクロージャは、前記第１スピーカに電気的に接続される各接続ポイント（２０、２０’、２０”）の第１の対と、前記第２スピーカに電気的に接続される各接続ポイント（２１、２１’、２１”）の第２の対とを備え、前記処理手段は、前記第１電気信号を各接続ポイントの前記第１の対に、前記第２電気信号を各接続ポイントの前記第２対にそれぞれ適用するように構成されている、請求項１から１１のいずれかに記載の再生システム。
【請求項１３】
前記処理手段はフィルタ（Ｆ）を備え、前記フィルタの位相伝達関数は周波数に応じて変動する遅延を生成し、前記遅延は、前記第１の容量、前記第１スピーカ及び前記第１ポートを含む前記第１ハーフエンクロージャと、前記第２の容量、前記第２スピーカ及び前記第２ポートを含む前記第２ハーフエンクロージャとの間の前記音響距離に実質的に相当する、請求項１から１２のいずれかに記載の再生システム。
【請求項１４】
スピーカエンクロージャの壁に第２スピーカと共に取り付けられている第１スピーカに対して第１電気信号を適用するように構成されている処理回路であって、前記スピーカエンクロージャは仕切りによって分割されている第１の容量及び第２の容量を備え、前記各容量は前記第１スピーカと前記第２スピーカとをそれぞれ受容し、前記各スピーカは前記第１スピーカ及び前記第２スピーカによって形成された組み合わせの両側に位置する第１ポート及び第２ポートとそれぞれ連通し、
処理手段は、前記第１の容量、前記第１スピーカ及び前記第１ポートを含む前記第１ハーフエンクロージャと、前記第２の容量、前記第２スピーカ及び前記第２ポートを含む前記第２ハーフエンクロージャとの間の前記音響距離に比例する変動時間によって第１電気信号及び第２電気信号が相殺されるように、周波数に応じて変動する区別化位相処理により同一の信号から得られる前記第１電気信号及び前記第２電気信号を前記第１スピーカ及び前記第２スピーカのそれぞれに適用するように構成されることを特徴とする、処理回路。
【請求項１５】
前記処理手段は、前記第１スピーカと前記第２スピーカとに、第１操作モードでは同一の電気信号を、第２操作モードでは区別化処理により得られる前記第１電気信号及び前記第２電気信号を選択的に適用するように構成される、請求項１４に記載の処理回路。
【請求項１６】
前記処理手段はフィルタを有し、前記フィルタの位相伝達関数は周波数に応じて変動する遅延を生成し、前記遅延は前記第１の容量、前記第１スピーカ及び前記第１ポートを含む前記第１ハーフエンクロージャと、前記第２の容量、前記第２スピーカ及び前記第２ポートを含む前記第２ハーフエンクロージャとの間の前記音響距離に実質的に相当する、請求項１４または１５に記載の処理回路。
【請求項１】
エンクロージャの一面に取り付けられた第１スピーカ（１０、１０’、１０”）及び第２スピーカ（１１、１１’、１１”）を有するスピーカエンクロージャ（２）を備え、
前記第１スピーカ及び前記第２スピーカは、仕切り（４）によって分割される前記スピーカエンクロージャの第１の容量及び前記スピーカエンクロージャの第２の容量内にそれぞれ受容され、第１ポート（１２、１２’、１２”）及び第２ポート（１３、１３’、１３”）を通ってそれぞれ放出し、前記第１ポート及び前記第２ポートは、前記第１スピーカ及び前記第２スピーカによって形成される組み合わせの両側にそれぞれ位置している、音響再生システムであって、
処理手段（Ｔ）は、周波数に応じて変動する区別化位相処理によって同じ信号から得られる第１電気信号及び第２電気信号が、前記第１の容量、前記第１スピーカ及び前記第１ポートを含む第１ハーフエンクロージャと、前記第２の容量、前記第２スピーカ及び前記第２ポートを含む第２ハーフエンクロージャとの間の音響距離に比例する変動時間によって相殺されるように、前記第１スピーカ及び前記第２スピーカに前記第１電気信号及び前記第２電気信号をそれぞれ適用するように構成されることを特徴とする、音響再生システム。
【請求項２】
前記区別化処理は、前記第１電気信号及び前記第２電気信号を前記音響距離に相当する変動時間によって逆相で相殺させるものである、請求項１に記載の音響再生システム。
【請求項３】
前記区別化処理は、前記第１電気信号及び前記２電気信号を前記音響距離の三分の一に相当する変動時間によって逆相で相殺させるものである、請求項１に記載の音響再生システム。
【請求項４】
前記区別化処理は、前記第１電気信号及び前記第２電気信号を前記音響距離の三倍に相当する変動時間によって逆相で相殺させるものである、請求項１に記載の音響再生システム。
【請求項５】
前記区別化処理は、前記第１電気信号及び前記第２電気信号を音響距離に相当する時間によって同相で相殺させるものである、請求項１に記載の音響再生システム。
【請求項６】
前記区別化処理は、最大放射効率の方向を前記第１スピーカ及び前記第２スピーカによって形成された軸（Ｙ）に沿うようにさせる、請求項１から５のいずれかに記載の再生システム。
【請求項７】
前記第１スピーカ及び前記第２スピーカによって形成された前記軸は、対象となる聴衆領域に向けられている、請求項１から６のいずれかに記載の再生システム。
【請求項８】
前記処理手段は、前記第１スピーカと前記第２スピーカとに、第１操作モードでは同一の電気信号を、第２操作モードでは区別化処理により得られる前記第１電気信号及び前記第２電気信号を選択的に適用（Ｋ）するように構成される、請求項１から７のいずれかに記載の再生システム。
【請求項９】
前記第１スピーカ及び前記第２スピーカは同一であり、前記第１の容量及び前記第２の容量は前記仕切りを基準にして対称である、請求項１から８のいずれかに記載の再生システム。
【請求項１０】
前記第１スピーカ及び前記第２スピーカは第１の距離（ＤＨＰ）離れており、前記第１ポート及び前記第２ポートは第２の距離（ＤＥＶ）離れており、前記第２の距離の前記第１の距離に対する比率は、２から３までの間である、請求項１から９のいずれかに記載の再生システム。
【請求項１１】
前記比率が、２．２から２．５までの間である、請求項１０に記載の再生システム。
【請求項１２】
前記スピーカエンクロージャは、前記第１スピーカに電気的に接続される各接続ポイント（２０、２０’、２０”）の第１の対と、前記第２スピーカに電気的に接続される各接続ポイント（２１、２１’、２１”）の第２の対とを備え、前記処理手段は、前記第１電気信号を各接続ポイントの前記第１の対に、前記第２電気信号を各接続ポイントの前記第２対にそれぞれ適用するように構成されている、請求項１から１１のいずれかに記載の再生システム。
【請求項１３】
前記処理手段はフィルタ（Ｆ）を備え、前記フィルタの位相伝達関数は周波数に応じて変動する遅延を生成し、前記遅延は、前記第１の容量、前記第１スピーカ及び前記第１ポートを含む前記第１ハーフエンクロージャと、前記第２の容量、前記第２スピーカ及び前記第２ポートを含む前記第２ハーフエンクロージャとの間の前記音響距離に実質的に相当する、請求項１から１２のいずれかに記載の再生システム。
【請求項１４】
スピーカエンクロージャの壁に第２スピーカと共に取り付けられている第１スピーカに対して第１電気信号を適用するように構成されている処理回路であって、前記スピーカエンクロージャは仕切りによって分割されている第１の容量及び第２の容量を備え、前記各容量は前記第１スピーカと前記第２スピーカとをそれぞれ受容し、前記各スピーカは前記第１スピーカ及び前記第２スピーカによって形成された組み合わせの両側に位置する第１ポート及び第２ポートとそれぞれ連通し、
処理手段は、前記第１の容量、前記第１スピーカ及び前記第１ポートを含む前記第１ハーフエンクロージャと、前記第２の容量、前記第２スピーカ及び前記第２ポートを含む前記第２ハーフエンクロージャとの間の前記音響距離に比例する変動時間によって第１電気信号及び第２電気信号が相殺されるように、周波数に応じて変動する区別化位相処理により同一の信号から得られる前記第１電気信号及び前記第２電気信号を前記第１スピーカ及び前記第２スピーカのそれぞれに適用するように構成されることを特徴とする、処理回路。
【請求項１５】
前記処理手段は、前記第１スピーカと前記第２スピーカとに、第１操作モードでは同一の電気信号を、第２操作モードでは区別化処理により得られる前記第１電気信号及び前記第２電気信号を選択的に適用するように構成される、請求項１４に記載の処理回路。
【請求項１６】
前記処理手段はフィルタを有し、前記フィルタの位相伝達関数は周波数に応じて変動する遅延を生成し、前記遅延は前記第１の容量、前記第１スピーカ及び前記第１ポートを含む前記第１ハーフエンクロージャと、前記第２の容量、前記第２スピーカ及び前記第２ポートを含む前記第２ハーフエンクロージャとの間の前記音響距離に実質的に相当する、請求項１４または１５に記載の処理回路。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２ａ】
【図１２ｂ】
【図１２ｃ】
【図１２ｄ】
【図１３】
【図１４】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２ａ】
【図１２ｂ】
【図１２ｃ】
【図１２ｄ】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２０１０−５３４９６５（Ｐ２０１０−５３４９６５Ａ）
【公表日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１７４４６（Ｐ２０１０−５１７４４６）
【出願日】平成２０年７月２１日（２００８．７．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００８／００１０７６
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０４３９９４
【国際公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【出願人】（５０４０２９０８６）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２１日（２００８．７．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００８／００１０７６
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０４３９９４
【国際公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【出願人】（５０４０２９０８６）
【Ｆターム（参考）】
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