KR20050101571A - 사운드 빔 스피커 장치 - Google Patents

Abstract

스피커 장치는 어레이 둘레에 위치한 저주파 사운드를 재생하는데 채택된 추가 변환기와 조종 가능한 사운드 빔을 생성할 수 있는 전기-음향 변환기의 어레이를 구비한다.

Description

사운드 빔 스피커 장치{SOUND BEAM LOUDSPEAKER SYSTEM}

본 발명은 가청음 빔을 발생하는 전기-음향 변환기의 어레이를 구비하는 디바이스에 관한 것이다. 특정적으로는, 복합 소리 또는 복합-채널 소리 입력신호를 수신하여, 홈 엔터테인먼트 또는 전문 사운드 재생 응용물에 적합한 수준으로 조종 및 집중 가능한 가청음 빔을 독립적으로 생성하는 그러한 어레이 디바이스에 관한 것이다.

근래, 오디오/비쥬얼 시스템에서 다-채널 스테레오폰 사운드가 광범위하게 사용되어져 왔음을 알고 있다. 이러한 기술 경향은 종래 스테레오 사운드 재생 시스템으로부터 멀어지고, 그리고 사운드 필드가 청취자의 측방과 후방으로 동적으로(그리고 의도적으로) 이동되는 "서라운드 사운드" 기술 쪽으로 진행한 것이다.

청취자의 수신 특성을 향상시키기 위해, 다-채널 사운드 재생 시스템은 좌우(선택적으로, 중앙) 사운드 채널에 더하여 1개 이상의 서라운드-사운드 채널(일반적으로 과거에는 "분위기(ambience)" 또는 "특수-효과"채널로 언급하였음)을 구비하는 것으로 알려져 있다. 이러한 시스템은 이제는 영화관에서는 상당히 일반적인 것이고, 가정 소비자에게도 점점 일반적인 것으로 되고 있다. 소비자 가정으로 확산되는 상기 시스템 뒤에서 작용하는 힘은, 주로 영화 개봉용으로 제작되어 홈 비디오 미디어(예를 들면, 디지털 비디오 디스크(DVDs), 비디오 카세트, 비디오 디스크, 및 방송 또는 케이블 텔레비젼)로 변환된 서라운드-사운드 영사(영화)인, 광범위하게 활용할 수 있는 서라운드-사운드 홈 비디오 소프트웨어에 있다.

사운드가 청취자의 뒤에서 확산되는 사운드 필드를 제공하거나 또는 청취자의 뒤에서 사운드 이미지를 집중하거나 하는 방식으로 재생되는 경우에는, 2개(전방) 스피커가 좌우 채널 재생용으로 청취자의 좌우측 전방에 배치되고 그리고 적어도 1개 또는 2개의 후방 스피커가 서라운드 또는 후방 채널 재생을 위해 청취자 뒤에 추가로 배치된다. 또한, 현대 서라운드 사운드 시스템은 전방 좌측 스피커와 전방 우측 스피커와의 사이에서 청취자의 전방에 배치된 중앙 스피커를 구비한다. 음질 향상을 위해서는, 오디오 신호의 저-주파 부분을 추가 서브우퍼로 향하게 한다. 청취자에 대한 서브우퍼의 정확한 위치가 서라운드-사운드 시스템의 전체 성능에 주요한 영향을 끼치지는 않는다.

그런데, 일반적인 가정에서는 실내에 5 ~ 6개의 스피커를 배치하는데 어려움을 갖는다. 종종, 신규 서라운드 사운드 시스템이 임의의 현존 스테레오 시스템과 맞지 않아서, 사용자는 한 실내에 2개 공동-현존 시스템을 갖춘 상태로 있거나(스피커의 수가 7~8개에 이름) 또는 종래 시스템을 포기하기도 한다. 분명히 불만족스런 이러한 사실은 근래 스피커의 수를 줄여서 서라운드 사운드를 생성하거나 또는 적어도 새로운 서라운드 사운드 시스템과 임의의 기존 스테레오 장비와의 사이에 양호한 통합이 이루어지게 하려는 시도를 하게 만들었다.

하드웨어 성분의 수를 감소시키는 것을 목적으로 발명된 가장 발전된 시스템으로 국제특허출원 WO 01/23104호, WO 02/078388호, WO 03/034780호에 기술된 것을 들 수 있다. WO 01/23104호에서는 변환기 어레이가 다수의 독립적 조종가능한 사운드 빔을 생성한다. 조작 시에, 사운드 빔은 청취자 뒤에 벽의 좌우 코너를 향하는 방향으로 그리고 청취자의 좌우측 벽 또는 반사면의 적절한 구역을 향해 방향진다. 반사 음은 청취 지점 쪽으로, 마치 청취 지점에 위치한 스피커에서 투영되는 것과 매우 흡사한 방식으로 소위 "청취 타점(sweet spot)"이라 불리는 청취 지점 에 집중한다. 따라서, 상기 시스템은 실내의 한 구역 보다 많은 곳에서 스피커를 구비할 필요가 있는 것이다.

상기 출원건들이 많은 적용에서 만족한 것이기는 하지만, 어레이의 변환기 수를 감소시킬 필요와, 양질의 사운드 재생을 유지하면서 음향 성에 대한 요건을 갖출 필요가 있는 것이다. 또한, 작은 실내에서 설치가 용이하도록 시스템의 전체크기를 줄일 필요도 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 WO 01/23104호의 장치를 개량하여 변환기의 수와 크기를 감소하고 단일 포위체(enclosure)에서 서라운드 사운드를 생성할 수 있는 시스템을 생산하는 것이다.

도1은 종래 변환기 어레이 장치의 정면도이다.

도2A 내지 도2J는 본 발명의 변경에 따른 변환기 어레이 장치의 정면도이다.

도3A는 변환기 어레이 시스템의 주 기능 요소의 블록 다이어그램이다.

도3B는 변환기 어레이 시스템의 구동 섹션 요소의 블록 다이어그램이다.

도4는 변환기 어레이 시스템의 교차 시스템을 설명하는 도면이다.

도5는 도1의 공지된 사운드 빔 스피커 시스템과 도2A의 신규 사운드 빔 시스템 사이에 빔 품질을 모의 대비하여 나타낸 도면이다.

도6A 내지 도6G는 유효하게 사용가능한 윈도우 펑션과 불균일한 변환기 간격을 그래프로 나타낸 도면이다.

도7은 본 발명에 따르는 시스템의 사용을 설명하는 도면이다.

도8은 다른 사용자에게 다른 오디오 신호를 제공하는 사운드 프로젝터를 위에서 보고 나타낸 도면이다.

본 발명은 첨부 청구범위에 기재된 내용을 특징으로 한다.

상기 사실에 의거 본 발명의 제1면은, 서라운드 사운드 입력신호에 기본한 서라운드 사운드를 방출하는데 채택되고 위상 어레이(phased array)로서 배열된 전기-음향 변환기와 서라운드 사운드 입력신호를 수신하는데 채택된 증폭 시스템을 포함하며, 상기 어레이는 복수의 고주파 변환기와 상기 어레이 둘레에 배열된 1개, 2개 또는 그 이상의 저주파 변환기를 구비하는, 오디오 입력신호에 반응하는 복수의 서라운드-사운드 채널을 생성하는 오디오 시스템을 제공한다.

어레이는 변환기 사이에 사전-결정된 간격 또는 거리로 공간 배열된 변환기(spatial arrangement of transducers)로 이해한다. 본 발명의 어레이는 상술된 특허출원 WO 01/23104호와 WO 02/078388호에서 예로서 기재된 바와 같이 단일 또는 그룹 변환기용 구동 신호를 지연하여 동조된다. 어레이의 변환기는 단일 수용 또는 장착 프레임의 전방 평판에 위치한 모든 변환기와 평면 어레이에 최상으로 배열된다.

저주파 변환기는 어레이의 다수부를 이루는 다른 어레이 변환기의 고주파 성능과 대비되는 향상된 저주파 재생 성능을 가지는 특징이 있다. 일반적으로 양호한 저주파 재생은, 더 낮은 주파수 범위에서 더 높은 음향 출력 파워레벨(SPL)을 가지거나 또는 더 낮은 차단 주파수(cut-off frequency)에 의해 형성된다. 또한, 일반적인 규정(rule)으로, 보다 낮은 주파수 변환기 또는 "우퍼"는 상기 어레이에 다른 변환기와 대비되는 대용량 공기를 운영하여 동작하여, 대형 다이어프램 직경 또는 대형 변환기 행정의 어느 하나 또는 양쪽을 갖는다.

저주파 변환기의 수는 양호하게 5 또는 짝수 10 또는 짝수 50의 인수로 어레이의 다수부를 이루는 고주파 변환기의 수보다 작다. 고주파 또는 어레이 변환기의 절대 값은 양호하게 200 미만이며, 보다 양호하게는 150 미만 또는 짝수 120 미만이다. 특정적으로, 수직방향 조종을 필요로 하지 않거나 희망하지 않는 경우에, 어레이 변환기의 수는 50, 30 또는 짝수 20 미만이 된다. 조종 가능한 사운드 빔을 생성하는데 따른 최소 제한 값은 양호하게 5보다 크며, 보다 양호하게는 8보다 크고 그리고 더욱 양호하게는 12보다 크다. 저주파 변환기의 수는 양호하게 20 미만이며, 보다 양호하게는 10 보다 작고 그리고 더욱 양호하게는 7보다 못하다.

양호한 변경예에서, 고주파 변환기가 근접 이격진 것인 반면에 2개 저주파 변환기 간의 최근접 거리는 크게 된다. 이웃한 고주파 변환기의 중앙지점 사이에 양호한 평균 거리는 50mm 또는 그 이하 임에 비하여, 이웃한 저주파 변환기의 중앙지점 사이에 거리는 양호하게 100mm보다 크거나 400mm보다도 훨씬 더 크다.

2개 그룹의 변환기 만을 사용하는 것이 양호하기는 하지만, 중간 범위 주파수를 재생하기 위한 제3 또는 더 많은 그룹의 변환기를 사용하는 것을 본 발명의 변경예로 고찰할 수 있다. 또한, 어레이가 그 자신이 어레이의 부분이 아닌 종래의 서브-우퍼에 사용될 수도 있다. 그러한 변경을 위해서, 상술된 특징을 어레이의 다수부를 이루는 상기 변환기와 저주파 컨텐트를 재생하는데 최선으로 채택되는 어레이의 상기 변환기에 적용한다.

저주파 변환기의 최적한 사용이 만들어지도록, 본 발명은 양호하게 입력신호를 여과하는 저패스 필터 시스템(LPF)을 구비하여 저주파 변환기용의 1개 이상의 구동신호를 제공한다. 상기 LPF는 양호하게 고주파 변환기에서 방출되도록 신호에서 나오는 저주파 컨텐트를 감소하고 그리고 저주파 변환기에 의해 주로 재생용 저주파 컨텐트를 방향지게 하는 주파수 교차 시스템으로 양호하게 실시된다.

따라서, 어레이의 변환기 다수부는 저주파 컨텐트의 파워의 주 부분을 재생하는데 사용되지 않고 그리고 그 내역은 고주파 재생용으로 최적하게 있도록 변경될 수 있다. 교차 주파수는 광범위 주파수 내에서 선택된다.

상기 어레이 둘레 주위에 배치된 저주파 변환기를 가진 상태에서, 대략 타원 형태의 어레이에 어레이 변환기를 배열하고 어레이의 다수부를 이루는 상기 변환기와 대비된 양호한 저주파 재생을 하는 변환기를 더하여서 조종 가능한 가청 사운드의 빔에 필요한 변환기의 수를 감소할 수 있다는 사실이 발견되어져 있다.

대략 타원형태의 모양은, 양쪽 종열과 횡열에 대한 변환기의 수가 어레이의 중간쪽으로 증가하는 분리된 계란형 모양과, 육각형 또는 팔각형과 같은 다각형태를 포함하는 타원형태에 가까운 모양을 갖는다. 계란 또는 모의-계란형 어레이의 양호한 종횡비(aspect ratio)는 7:4 정도이고; 다른 양호한 외관 비율은 16:9 정도이다. 양쪽 경우에, 장길이 축의 양호한 배향 방향은 수평적이다.

그런데, 낮은 수의 변환기에서, 타원체는 1개, 2개, 또는 3개 수평선 어레이 변환기의 기본적 라인 어레이가 있는 어레이로 저하된다. 상기 라인은 변환기 사이에 거리가 더욱 감소하도록 삼각형 그리드를 형성하게 엇갈려 배치할 수 있다.

부가의 변형예에서, 타원체는 1개, 2개, 또는 3개 수평선의 기본적 라인 어레이이며 부가로 어레이 높이가 어레이 측부 또는 날개부를 따라서 측정되는 공칭 높이를 초과하는 중앙 구역, 영역 또는 간격을 갖는 어레이를 구비한다. 다른 한 편, 상기 어레이는 나머지 어레이보다 더 넓은 중앙 2차원 클러스터(cluster)를 가질 수 있다.

저주파 변환기를 다양한 방식으로 예를 들면 어레이의 좌우측에 또는 그 밑에 또는 그 위에 세로단으로 배열 시킬 수 있지만, 양호하게는 변환기를 계란형 어레이에 외접하는 사각형 모서리 내에 배치하는 것이다. 타원형 또는 계란형 어레이의 사각형 포위체의 모서리에 저주파 변환기를 설치하는 것은 단일 전방 패널에서 활용할 수 있는 영역을 최적하게 사용할 수 있다는 잇점이 있다.

본 발명의 다른 양호한 변경 실시예에서는, 저주파 변환기를 서라운드 사운드 입력 중앙 채널을 재생하는데 사용한다. 저주파 변환기를 통한 중앙 채널의 재생은 독점적인 것이다. 이러한 경우 및 다른 경우에서, 저주파 변환기는 또한 양호하게 오디오 스펙트럼의 대부분 또는 전체를 커버하는, 광대역 변환기이다.

만일, 2개, 3개 또는 그보다 많은 저주파 변환기가 사용되면, 변환기는 서브-어레이를 구성하는 것으로 이해되며, 그리고 저주파 변환기가 시스템의 엣지 또는 모서리 근처에 있고, 변환기는 상당한 상대적인 물리적 범위를 가지어서, 저주파로 빔을 형성할 수 있다.

저주파 변환기가 어레이의 4개 모서리에, 예를 들면 각 모서리 구역에 1개 이상 위치하고, 그리고 저주파 에너지의 전부 또는 대부분이 우퍼에서 방사되는, 변경 실시예에서는, (모우멘트용으로 적용되는 임의 윈도우 함수를 고려하지 않음)어레이의 전체구멍을 횡단하여 균일하게 분포된 메인 변환기 어레이에서 나오는 방사와는 다르게, 이러한 저주파 서브-어레이가 엣지에 집중된 에너지의 전부 또는 대부분을 갖는다는 것을 알 수 있다. 이러한 사실에 대한 효과는 동일한 물리적 범위에 있는 균일하게 조명된 구멍크기에서 나오는 것에 비해 양호하게 분리된 모서리에 위치한 변환기 서브-어레이에서 나오는 것이 상당히 좁은 협폭 방사 빔을 만들게 하는 것이다. 따라서, 변환기를 모서리에 가진 구성은, 상당한 비용절감을 가지는 것에 더하여 일정 어레이 구조의 공중과 위에서(over and above) 달성할 수 있는 활용 가능한 저주파 빔 기밀도도 향상한다. 유사하게, 라인의 각 단부에 저주파 변환기를 가진 라인 어레이에서도 달성된다.

상술된 잇점이 인식되었다면, 또한 각종 저주파 변환기에 대한 저주파 신호를 적절한 상관-시간 지연동작으로, 메인 고주파 변환기 어레이가 나머지 주파수를 조종 및/또는 집중하는 것과 똑같은 방식으로(그러나 아마도 동일한 기밀도에 대한 것은 아님) 저주파 빔을 조종 및/또는 집중할 수 있다는 사실도 명확하게 이해되었을 것이다.

서브-어레이의 이러한 조종동작(steering), 집중동작(focusing) 및 빔 기밀동작(beam tightening)은 메인 변환기 어레이의 빔 조종동작에 더하여 상술된 중앙 채널의 양쪽 재생과 관련하여 행해지게 된다. 각 저주파 채널로의 신호통로에 적절한 형태의 로우 패스(LP: low pass) 필터 기능을 사용하여, 어레이에 고주파 변환기로 공급된 레벨에 대한 저주파 변환기로 공급된 임의로 주어진 주파수에 신호 레벨의 비율이, 메인 어레이와 관련하여 저주파 변환기를 구동하는 빔-기밀동작 작용이 최대이도록 그리고 저주파-고주파 변환기 간격(필수적으로, 저주파 변환기의 직경이 더 커졌기 때문에 이웃간에 간격이(neighbor-to-neighbor spacing) 고주파 변환기보다 더 커짐)으로 야기되는 격자 사이드-로브(grating sidelobes)의 레벨이 최소이도록 변경된다.

본 발명의 특정적으로 유익한 변경예에서, 적어도 활성 다이어프램 구역의 외부 둘레에 저주파 변환기를 구비하는 어레이의 변두리는 저주파 교차(cross-over)에 의해 정해진다. 이러한 변경예에서, 어레이 크기(길이, 폭 또는 직경)는 교차 주파수에 파장의 절반과 같거나 그보다 작다.

다르게는, 특히 상기 교차가 보다 넓은 주파수 범위로 확산하는 경우에, 교차 주파수는 오디오 밴드에 고주파 변환기의 제1공진(F₀)에 의해 기술적으로 형성될 수 있다. 우퍼 사이에 거리는 0.5c/F₀(c는 음속도) 또는 그보다 작은 값으로 설정된다. 대부분의 실시목적에 적합하게 하기 위해서, F₀은 고주파 변환기의 Fc(차단 주파수)에 의한 연산을 위해 대체된다.

사이드-로브는 고주파 변환기로 균일하게, 저주파 변환기 사이에 공간 또는 구역을 채워서 부가적으로 감소될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 포텐셜 사이드-로브(potential sidelobes)는 진폭(또는 균일 단계를 사용)으로 감소되어 F₀ 또는 Fc 밑에 주파수 범위 이상으로 고주파 변환기의 대략 동일한 또는 "평(flat)"반응을 유지하고, 그리고 동시에, 고주파 변환기의 출력신호와 우퍼 출력신호와의 사이에 위상 변이(phase shift)을 보정한다. 양호하게, 이러한 변형예에서는 우퍼에 대한 신호통로에 위상-변이동작 필터를 구비하여 우퍼 방출이 고주파 변환기와 동일한 위상변이를 확실하게 받게 한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 최대 우퍼 분리가 ≤0.5c/Fo에 있어야 하는 제약은 강력한 격자 사이드-로브를 야기하지 않고 후술되는 바와 같이 완화할 수 있다. 만일, 어레이의 중앙과 그 둘레에 위치한 메인 어레이를 포함하는 변환기의 소 섹션이 저 공진 주파수를 가진 광대역 변환기로 대체되어, 말하자면 Fo', 메인 어레이의 이러한 중앙 섹션이 Fo 밑에 주파수로 그리고 적어도 Fo'까지 아래로 또는 하강(말하자면, F_L)하는 주파수로 상당한 음향 파워 출력을 제공할 수 있고 그리고 보상 등가 필터(compensatory equalisation filter)가 사용되면, 다음 우퍼는 c/F'o>>0.5c/Fo만큼 큰 거리로 분리된다. 명료하게, 메인 어레이의 부분집합용 교차 주파수는 Fo 밑으로, F'o으로 아래로 또는 FL과 동일하게 감소되어야 한다. 이러한 격자 사이드-로브 감소 접근방식은 1개 패치 이상의 치환 대역폭 어레이 변환기의 삽입으로 확장되는 것이며, 상기 패치는 양호하게, 얼마나 많은 패치가 사용되는지에 따르며, 메인 어레이의 폭과 높이를 횡단하여 거의 균등하게 이격진다. 다음, 우퍼 분리는 한층 더 정적(still)을 증가한다.

또한, 양호하게 어레이의 둘레를 향하는 방향으로 보다 넓게 이격동작 하는 것을 사용하여, 어레이를 균일하지 않게 횡단하는 어레이 변환기를 위치시키는 부가적인 잇점이 있다.

어레이에 의해 생성된 사운드 빔의 빔 품질은 어레이 엣지를 부드럽게 하는 윈도우 펑션을 사용하여 더욱 향상된다. 중앙 지대에서 멀어지게 경사진 적절한 윈도우 펑션은 예를 들어 코사인 윈도우즈, 한닝(Hanning) 윈도우즈 또는 다른 유사 윈도우 펑션 이다.

윈도우 펑션은 양호하게 어레이 내의 변환기의 위치에 따르는 인수를 가진 변환기의 출력 진폭을 평가하여 실행된다.

따라서, 본 발명은, 모두가 시스템의 전방면에 위치하는, 상당히 저렴한 가격의 변환기를 이루는 고주파의 어레이를 사용하고, 그리고 고가의 변환기를 이루는 저주파를 제한된 수로 사용하여 제작된, 종래 텔레비젼 크기의 하우징에서, 실제 서라운드-사운드 환경을 청취자 자리에서 생성할 수 있는 콤팩트한 서라운드-사운드 시스템에 사용되는 것이다. 텔레비젼 모니터는 시스템 위 또는 밑에 설치되어져 동시적으로 비디오와 오디오 데이터를 재생할 수 있는 유닛을 형성하거나 또는, 변환기 어레이에 직접 결합되어져 파워 서플라이 유닛과 케이스워크(casework)를 할당하고 외부 배선과 접속을 감소하여 비용을 보다 절감시킨 것이다.

다르게는, 빔 조종 성능이 "듀얼 모노(dual mono)"모드에 사용되어 2개 다른 방향으로 2개 이상의 다른 소스의 오디오 채널을 투영한다. 이러한 변경 실시예는 각 윈도우와 상관된 오디오 신호가 예를 들어 다른 시청자를 향하는 다른 방향으로 투영된다.

고주파 변환기는 성능과 비용(저렴한 비용)에 맞게 선택된다. 양호하게, 변환기의 효율적인 방사 직경은 10-50mm 범위에 있으며, 보다 양호하게는 20-40mm 범위에 있다. 그러한 변환기 어레이는 가정 또는 다른 실내(예, 사무실)에 설치되는 사운드 시스템용으로 적절한 것이다. 사운드 프로젝터가 대형 개최지 예를 들면 공연장에 사용되게 또는 확성장치(Public Address system)로서 사용되게 설계되는 장소에서, 대형 어레이 변환기는 예를 들어 50mm 또는 그보다 큰 직경 또는 편평한 100mm 또는 그보다 큰 직경의 것이 사용된다.

본 발명의 어레이는 양호하게 평탄하거나(즉, 동일 평면에 모든 변환기가 위치함) 어느 정도 평탄한(즉, 변환기는 대체로 동일 평면에 위치하거나 실질적인 목적으로 평면으로 여겨질 수 있는 구조로 배열된 것) 것이다. 각각의 변환기는 양호하게 어레이에 있는 다른 각각의 변환기의 수직 축에 대해 평행하고 그리고 어레이 면에 수직하는 수직 축을 가진다.

본 발명은 또한 조종 가능한 적어도 1개 빔을 가진 사운드의 적어도 2개 빔을 동시적으로 발생할 수 있는 전기-음향 변환기의 어레이를 구비하는 스피커 시스템을 포함하는 것이며, 상기 변환기의 제1세트는 대체로 저주파 사운드를 방출할 수 없는 고주파 변환기이며, 상기 변환기의 제2세트는 저주파 사운드를 방출할 수 있는 저주파 또는 광대역 변환기이며, 상기 시스템은 고주파 변환기에 의해 방출되어지는 신호에서 나오는 저주파 컨텐트를 여과하고 그리고 저주파 변환기에 의해방출되어지는 신호에 상기 저주파 컨텐트를 더하는 필터 시스템을 구비한다.

이러한 배열은 비싸지 않은 고주파 변환기를 허용하여 어레이의 벌크를 형성하고 저주파 또는 광대역 변환기의 작은 세트를 사용하여 모든 저주파 신호를 출력한다.

특히 낮은 비용의 변형예에서는, 어레이가 양호하게 1개, 2개 또는 3개 수평선을 가진 라인 어레이이다. 이러한 것은 빔이 수직방향으로 가능한 약간의 지향성을 가지고 수평면으로 향하게 한다.

본 발명은 또한 라인 어레이 형성체로 배열된 복수의 변환기를 구비하는 스피커 시스템을 포함하며, 여기서 변환기 사이에 평균 간격은 어레이의 단부를 향하는 방향으로 증가한다.

변환기의 불균일한 간격은, 특히 듀얼-모노 적용에 유용한 사이드 로브 파워 내의 실질적인 저하가 있게 한다.

본 발명은 또한 전기-음향 변환기의 어레이를 사용하여 사운드 빔을 생성하는 벙법을 포함하며, 상기 방법은: 고주파 변환기가 충당된 신호를 여과하여 저주파 컨텐트를 제거하고; 그리고 저주파 변환기가 충당된 신호에 저주파 컨텐트를 더하는 것이다.

또한, 본 발명은 수평 정렬된 라인 어레이를 사용하여 2개 각각의 청취자용 사운드의 2개 빔을 생성하는 방법을 포함하며, 상기 방법은 제1청취위치로 제1오디오 프로그램이 방향지게 하고 그리고 다른 청취위치인 제2위치로 제2오디오 프로그램이 방향지게 한다.

본 발명의 상기 면과 그외 다른 면이 첨부 도면을 참고로 기술되는, 본 발명을 한정하는 것이 아닌 설명을 목적으로 이하에 기술한다.

도1은 종래 변환기 어레이 스피커 시스템의 전방면(100)을 나타낸 도면이다. 이하에 기재에서, 이러한 시스템과 본 발명의 변경에 따른 신규 시스템을 일반적으로 "사운드 프로젝터"로서 언급한다.

도1의 종래 사운드 프로젝터 시스템은 각각 35mm의 직경을 가지는 254변환기(111)의 어레이(110)를 구비한다. 변환기는 사각형 포위체 또는 외주를 가진 삼각형 피치 그리드에 배열된다. 어레이(10) 자신은 사각형 기본판(101)에 설치된다. 기본판의 전체치수는 900mm 길이와 552mm 높이 이다. 변환기(111)는 가청 스펙트럼의 대부분을 횡단하는 양호한 사운드 재생부를 가진것과 명목상으로는 동일한 것이다. 주어진 작은 다이어프램 크기에서, 무빙 코일 시스템의 이동은 충분한 파워를 달성하기 위해서 대형으로 만들 필요가 있으며, 따라서, 종래 설계에서 사용된 변환기는 제작에 상당한 어려움이 있으며 비용이 많이 드는 것이다.

종래기술은, 차례로 예를 들어 스테레오 또는 서라운드 사운드인 1개 이상 채널 오디오 신호의 1개 이상 채널을 재생하는데 사용된 1개 이상의 사운드 조종 빔을 생성하는데 사용되는 균일한 간격의 대역폭 변환기의 2D어레이를 제공한 것이다. 1개 빔은 어레이를 횡단하여 변환기 시간지연에 대한 삽입(inserting per-transducer time delays)으로 조종되고 그리고 주어진 어레이에서 나오는 동시성 복합 빔(multiple simultaneous beams)은 일직선 중복겹침(linear superposition)으로 생성된다. 그런데, 상기와 같은 조종식 배열의 성공적인 기술적 및 상업적 실시에는 다음과 같은 다양한 문제를 극복하여야 한다.

정의: DSP(Digital Sound Projector), 복합-빔 조종형 음향 위상 어레이 스피커를 개별 실시.

HF(High Frequency)[즉, >2-4kHz]

LF(Low Frequency)[즉, <300-500Hz]

MF(Medium Frequency)[LF와 HF 사이]

일부 문제의 해결:

-저 비용/복잡도로 양호한 지향을 달성

-소량 변환기를 가진 로우 사이드-로브 레벨을 달성

-저 비용으로 양호한 LF 성능을 달성

-텔레비젼 디스플레이 케이싱을 내측부에 끼워 설치하기에 충분히 작은 유용한 DSP를 제조

-저 비용으로 동시성 듀얼-모노 오디오 실시를 가능하게 함.

변환기의 수와 성질(Number and Disposition of Transducers)

어레이를 형성하는 변환기의 수는 어레이의 구역에 비례하고 상호-변환기 분리(inter-transducer separation) 면적에 반비례 한다. 불필요한 빔 사이드-로브(격자 사이드-로브)는 임계 주파수(Fc) 위에 주파수에서 어레이에 의해 생성되고, 여기서 Fc는 상호-변환기 분리와 동일한 정도의 파장인 음파 주파수 이다. 이러한 격자 사이드-로브는 주 소망 빔과 동일하거나 유사한 세기이며 유사한(협폭) 빔 폭의 것이어서, 용이하게 무시되지 않는다. 이러한 격자 사이드-로브의 해로운 영향을 최소로 하기 위해서는, 상호-변환기 분리를 가능한 작게하여 가능한 높은 Fc를 만들 필요가 있다. 이상적인 Fc는 예를 들어 가청 주파수보다 높은 >= ~20kHz이지만, 이것은 약 17mm 이하의 변환기 분리를 필요로 하며, 여기서 상기 분리는 20kHz로 공중에서의 소리 파장 정도이다.

평면 또는 곡선 2D어레이용으로, 이러한 변환기 분리의 상한치는, 더 큰 변환기가 어레이에 물리적으로 끼워 설치되지 않는 정도의 변환기 직경을 상한치로 판단한다. 주어진 성능(예를 들면, dB/W @ 1m에서의 감도, 최대 파워성능, 및 대역폭)을 가진 변환기의 비용과 복잡도는, 그 물리적 직경이, 부분적으로 저 주파 감도가 다이어프램 구역의 면적에 비례하고 그리고 소형 다이어프램에서 나오는 대형 LF출력이 교대로 매우 긴 마그네틱 갭, 또는 매우 길고, 중량이고 그리고 비능률적인 코일의 어느 하나를 필요로 하는 매우 큰 익스커전(excursion)을 필요로 하기 때문에 감소되어 매우 급하게 증가한다.

주어진 변환기 타입용으로는 어레이와 그 구동 전자(C)의 비용과 복잡도가 필요한 변환기의 수에 따라 대략 선형적으로 증가한다. 분석 형태(실질적으로 사각형인지의 여부)에서, 특정 포위체 직경 폭(W)과 높이(H)의 2D어레이용으로 구역(A)은 다음으로 구해진다.

A = k W H

여기서, 사각형 어레이용으로 k=1 이고, 그리고 타원형 어레이와 같은 다른 형태용으로는 k < 1 이다. 만일, c가 공중에서의 음속(~340m/s)이고 그리고 Fh가 불필요한 사이드 로브가 없는 어레이에 의해 조종되는 최고 주파수이면, 변환기 분리(S)는 다음에 따라서 작용한다.

S <= c/F_h

여기서, c/F_h는 공중 주파수(F_h)에서의 파장이다. 이러한 결과는 빔이 어레이에 대해 정상적으로 조종될 때에 케이스를 유지한다는 사실에 주의한다. 빔이 임의 각도(b)로 축을 이탈하여 조종됨으로서, 사이드-로브가 먼저 어레이 축에 대해 ~90도 각으로 나타나고 그리고 S는 더욱 감소되어 사이드-로브를 소거한다. 상기 빔이 축을 90도 이탈하여 조종되면, S는 임의 격자 사이드-로브를 막도록 S <= c/2F_h를 만족시켜야 한다. 수반되는 모든 것 중에서, 빔이 축선상에 있는 경우인, b=0인 경우만을 판단하지만, 상기 내용과 유사한 판단은 계속 적용한다.

어레이 내의 변환기의 대략적인 수(N)는 다음의 식으로 구해진다.

N = k(W / S)(H / S)

그리고 각 치수에서 최근접한 전체 변환기의 개략적인 수는

N = k Round(W/S) Round(H/S)

Round(x)는 인접 정수에 대한 편각을 감소하는 임의 적절한 함수이다.

끝으로, 상술된 바와 같이 변환기의 수(N)와 비례하는 비용(C)을 상기한다.

C = jN

여기서, j는 임의 근접한 비례 상수 값이다. 따라서, 필요한 변환기의 수(N)는 k, W, H, 및 F_h ²(왜냐하면, S <= c/F_h이기 때문)에 대해서 대체로 비례하는 값이다.

동시에, 어레이의 빔-조종 성능은 그 범위에 비례한다. 예를 들면, W의 값이 클수록 가능한 수평적 빔 폭이 더 좁아지고, 그리고 H의 값이 클수록 가능한 수직적 빔 폭은 더 좁아진다. 또한, S의 값이 작을수록(그리고 결과적으로 F_h의 값이 클수록), 불필요한 사이드-로브 없이 최대 조종가능한 주파수는 더 높아진다. 따라서, 비용/성능 잇점은 수치를 작게하고 크게하는 사이에서의 절충 문제가 된다. 여기에서는 "최적한" 해결이란 없고 오직, 비용을 더 고려하느냐 또는 성능을 더 고려하느냐의 택일적인 해결방식만이 있을 뿐이다.

상기 내용에서는, 프리젠테이션을 간단하게 하기 위해서, 변환기를 수평 및 수직 직사각형(실질적인 사각형) 그리드에 배열시킨 것임에 주의한다. 더 나은 실질적으로 균일한 변환기 배열에는, 생성된 사이드-로브의 역효과가 최소이도록 선택된 그리드 지향성을 가진 삼각형 그리드 배치를 포함시킬 수 있다. 각각에서, 그러한 그리드 배열은 다른 것이지만 유사한 방식을 적용한 것이며, 그러한 것 모두가 본 발명에 포함되는 것이다. 본원에서는 설명을 명료하게 하기 위해서 오직 사각형 그리드 배열 만을 기술한다.

설명 만을 목적으로 하는 도면을 예를 들어 나타낸다. 일 예의 장방형 사각-그리드 어레이는 대략 치수가 W=800mm, H=600mm를 가지고, F_h는 ~8kHz이게 선택된다.(전-범위 조종 성능 대 적절한 매우 작은 직경 변환기의 이용도를 절충)

이때, S <= c/F_h 이고,

그래서 S <= 340/8000~42.5mm 이다.

실질적인 판단용으로, S=40mm이 선택된다. 이때, 사각-그리드 어레이용으로 k=1 이고, N=k Round(W/S) Round(H/S)

=Round(800/40) Round(600/40)

=20x15 =300

따라서, 상기 어레이는 약 300개 변환기, 각각의 변환기(총 300)를 구동하는 분리 증폭기 및 300증폭기의 어레이를 구동하는 대량 수의 신호처리 채널(입력 오디오 소스 채널의 수에 따름)을 필요로 한다.

스테레오-단독 신호를 재생 또는 중앙-채널 만이 더해진 스테레오 신호의 재생용으로, 모델링, 분석 및 실습으로, 협폭 수평 치수의 사운드 빔이 양호하게 역활을 하고(좌- 및 우-채널 사운드 빔이 좌- 및 우-벽 또는 청취 구역의 다른 반사물을 떠나 부딪칠 때에) 그리고 부가로 수직 빔 폭이 성공적인 재생을 하는데 상대적으로 중요하지 않은 것임이 발견되었다. 따라서, 오디오 실시 시에 저 충돌로 어레이의 비용과 복잡도를 감소하도록, H어레이 치수(높이)를 W치수(폭)와 상관하여 현저하게 감소하고, 따라서 어레이의 비용과 복잡도 및 거의 직접 비율로 그 전자 구동을 감소한다. 제한적으로, H는 그 값이 감소되고, 여기서

Round(H / S) = 1 이지만, 부가의 것은 없으며, H 치수는 적어도 사용된 어레이 변환기의 수직 범위 만큼 크게 되어서, 수직 어레이 빔 폭이 대략 개별 변환기 빔 폭 만큼 넓게 되며, 여기에는 기본적으로 1개 "열(row)"의 변환기가 있다.

사용된 어레이 그리드 패턴에 따라, 예를 들어 삼각형 그리드가 사용될 때에는 직선적일 필요는 없다. 이러한 한정인 경우에, 비용(C)은:

C = jN = jk Round(W/S) Round(H/S) = jk Round(W/S)

부가로, 모델링, 분석 및 실험에 의해 완전 서라운드-사운드도 흔히 상기 RHA(Reduced-Height Arrays)에서 성공적으로 재생될 수 있음을 발견하였다. 상기 어레이는 H << W, 예를 들면 H < W/4 또는 even H < W/8 또는 그 미만, 또는 even H~S를 가지고, 여기서 수직 치수는 수평 변환기 간격과 거의 동일하다. 상기 어레이는 협폭 수평 빔 이지만 광폭 수직 빔을 생성하고, 그리고 서라운드-사운드의 필요한 효과를 생성하며, 측방 벽 및/또는 후방 벽을 부딪쳐 나가 그 뒤로부터 청취자에게 복귀하여, 청취구역의 측방 벽 또는 후방 벽의 후방을 향하는 방향으로 그 빔의 통로를 이탈하여서 청취자가 소리를 들을 수 없는, 청취자를 지나가는 수직형 팬(fan)-빔(예를 들면, 수평방향 협폭, 수직방향 광폭)을 지향하도록 청취 구역의 어느 일 측에 충분한 공간이 있는 청취 환경인 경우에 서라운드-사운드를 성공적으로 생성한다.

따라서, 이러한 면에서, 본 발명은 상당히 저렴한 비용으로 수용할 수 있는 성능을 제공하는 것이다.

변환기의 사이즈와 선택(Size and Selection of Transducers)

상술한 바와 같이, 소 직경 대역폭 어레이 변환기(예를 들면, HF에 의해 LF를 포함)는, 전체적으로 어레이가 고가이고 광범위한 소비자가 사용하기에 적용 가능하지 않은 매우 큰 익스커션을 필요로 하여, 특히 LF단부를 커버하도록 제조하기가 어렵고 비용이 많이 드는 것이다.

이러한 문제의 해결은 모든 LF오디오 성분의 재생을 통해 1개 이상의 LF변환기를 더하는 것이다. 다음, 나머지 어레이 변환기는 중간과 고 주파수를 생성하는데 소요되며, 간단한 저 비용 변환기로 충분하게 된다. 양호하게, LF변환기("우퍼")는 어레이 경계부에, 바로 내부에, 또는 둘레에 위치한다. 재생되는 모든 오디오 채널로부터 모든 LF신호성분(이러한 상황에서는 LF가 약 300-400Hz 밑에 있음을 의미함)을 재생하는데 사용된다.

양호한 LF재생을 위해, 상기 우퍼는 일반적으로 어레이 변환기보다 큰 직경을 가진다. 어레이 둘레에 우퍼를 배치하여 어레이 변환기의 근접한 균일한 간격을 방해하지 않고, 따라서 우퍼가 어레이 몸체 내에 배치되는 경우에 발생하는 추가의 불필요한 격자 사이드-로브의 발생을 피한다.

LF성분의 할당은 여러 방법으로 행해진다. 가장 간단한 경우에, LF성분은 각각의 오디오 입력 채널에서 나오는 것을 여과하여 1개 이상의 우퍼에 전해진다. 정제는 좌-전방과 좌-후방 채널에서 1개 이상의 어레이 좌측에 위치한 우퍼로 LF오디오 성분을 할당하고 그리고 우-전방과 우-후방 채널에서 어레이의 우측에 위치한 우퍼로 LF오디오 성분을 할당한다. 이러한 사실은 오디오 신호의 좌/우 분리를 향상한다. 그러한 배열에서는 유리하게, 중앙 채널의 LF오디오 성분이 어레이의 좌우에 위치한 우퍼(들) 사이에서 대략 동일하게 분포된다. 부가의 정제에서, 중앙 채널의 LF성분이 전체적으로 또는 부분적으로 어레이의 중앙 또는 그 근처에 광대역 LF-수용가능한 어레이의 소 그룹으로 대신하여 할당된다. 그런데, 그러한 중앙 LF어레이 변환기는 만일 이들이 소망 어레이-변환기 간격을 방해하지 않고, 따라서 나머지 어레이-변환기보다 더 고가이고 및/또는 복잡하게 된다면, 필히 소 직경을 가질 것이다.

직접 전방 채널(Direct Front Channels)

어레이가 청취실의 코너(벽 중의 한 벽의 중간에 대향)에 또는 코너에 가깝게 배치되면, 올바른 방향으로부터(예를 들면 전방 좌 및 우측 구역) 청취자에게 도달하는 빔 궤적을 구비하도록, 전방-좌 및 전방-우(스테레오 또는 서라운드-사운드) 채널을 나타내는 사운드 빔용으로 적절한 경계지점을 발견하기가 더욱 곤란하게 된다.

이러한 문제에 대한 해결은 어레이의 경계부에, 그 내부에, 또는 그 주위에 적어도 2개 대형 LF변환기를 더하지만, 어레이의 좌우측에 우세하게 위치시키고, 그리고 전방-좌 및 전방-우 채널(각각)의 전체 스펙트럼을 재생하는데 상기 변환기 만을(예를 들면, 어레이에 다른 것은 없음) 사용하는 것이다.

만일, 상기 LF변환기가 전-범위 반응(예를 들면, LF 내지 HF, 여기서 HF는 15kHz 내지 20kHz에 이름을 의미함) 능력이 있으면 유익하다. 이러한 목적용의 LF변환기는 "위저(whizzer)"콘이 설치된 우퍼와 같은 대역폭 변환기가 양호하다.

다르게는, 만일 대형 LF변환기가 전체 좌- 및 우-전방 오디오 채널-대역폭을 재생할 수 없으면, 상기 변환기는 좌- 및 우-채널의 LF성분이 좌- 및 우-LF변환기로 각각 지향하는 밴드 스플리터 필터와 상기 LF성분이 개별적으로 인접한/최근접한 1개 이상의 어레이 변환기로 지향하는 밴드 스플리터 필터를 가진 상태로, LF변환기 각각에 최근접하여 있는 1개 이상의 어레이 변환기와 관련하여 사용된다. 이러한 방식에서는, 전방-좌 채널이 어레이의 좌측 엣지에서부터 우월하게 유래하고 그리고 전방-우 채널은 어레이의 우측 엣지로부터 우월하게 유래하며, 2개- 또는 복합-채널 소스의 정상 L과 R스테레오 성분의 수용할 수 있는 랜더링(rendering)을 제공한다.

이러한 접근은 LF변환기의 물리적 분리가 더 넓을수록 작업이 양호하며, 특히 이미지와 함께하는 사운드 재생용으로 사용될 때에 현대의 28" 내지 40+" 비쥬얼 디스플레이 스크린(TVs)과 관련하여서는 더욱 그러하다. 그런데, 또한 LF변환기의 소 분리에도 적용할 수 있다. 청취자에 의해 받아들여지는 좌/우 사운드-스테이지 스페셜 분리는 종래의 것의 사용에 의한 것보다 더욱 향상된 것이며, 당분야 기술의 와이드-스테레오 신호 처리 알고리즘에서는 널리 알려진 곳이다.

불 균일 어레이(Non-uniform arrays)

서라운드-사운드 RHS(Reduced-Height-Arrays)의 비용과 복잡도는 여전히, 텔레비젼 세트와 같은 매우 높은 볼륨량 소비 디바이스용으로 너무 높다. 상기 디바이스가 발전적이 되기 위해서는 비용을 가능한 최소로 하는 만큼 변환기, 구동 증폭기 및 신호 처리채널의 수를 감소시킬 필요가 있는 반면에, 여전히 가능한 전방-좌, 중앙, 전방-우 및 후방-좌 그리고 후방-우 채널을 하이로 유지한다. 상기 적용이 예를 들어 와이드-스크린 TV(예를 들면, 42"플라즈마 스크린)이면, 전체 스크린 폭을 대략 횡단하여 모든 전방-채널 사운드가 분포되도록 스크린과 같은 넓이에 가깝게 어레이를 가지는 것이 바람직하다. 최대 허용할 수 있는 변환기 간격(S)(상술된 바로서, 바람직하지 않은 격자 사이드-로브를 방지)을 주어서, 상업용으로 너무 큰 총 비용(C)(=jN)을 이루는 최소 수의 변환기(N >=Round(W/S))와 밀접한 관련을 갖는다. 실질적인 예: 42" 대각선 16:9면-비율 디스플레이 스크린으로 가정하면, W = 930mm이다. 만일 음향과 변환기-선택 이유로 S=40mm 이면, W=930mm이다. 만일 음향과 변환기-선택 이유로 S = 40mm이면, 스크린과 동일한 높이(H)를 갖는 예를 들면 H=523mm인 완전 2D사각-그리드 어레이는 다음을 요구할 것이다.

N=k Round(W/S) Round(H/S)

=1xRound(930/40) Round(523/40)=23x13

=299 변환기

2D어레이의 높이(H)가 여전히 다음을 필요로 하는 1개 변환기(이러한 사각 그리드 예에서)의 높이로 감소되어져 있다.

Nmin = Round(930/40)=23 변환기

23개 구동 진폭과 많은 신호처리 채널(예를 들어 5-조종된 사운드-빔 시스템용으로, 최소 5x23=115신호처리 채널)과 함께 한다.

이러한 비용/복잡도 문제를 해결할 수 있는 기술을 기술한다. 먼저, 상술된 접근방식을 사용하여, 어레이 변환기가 비-LF 저비용 디바이스로 실시되고, 그리고 적어도 1쌍의 대직경, LF 또는 광대역 변환기가 LF오디오 성분을 재생하는데 어레이의 좌우 엣지에 사용되고 그리고 가능한 전체 전방-좌 및 전방-우 채널(스테레오 및/또는 서라운드 사운드용)도 사용된다. 그런데, 제한된 높이인 경우(어레이가 1변환기 높이)에서도 이러한 기술은 여전히 상당한 수의 어레이 변환기를 필요로 하며 그리고, 예를 들어 정확히 LF변환기 사이에서 최소로 부가의 21개(또는 21개 정도) 어레이 변환기가 주어진다. 어레이 변환기 간격(S)의 증가는 비용과 복잡도를 감소시키지만 40mm설계 목표치를 넘는 변환기 간격(S)의 증가는 빔 방향성이 1개 또는 그 이상 또는 모든 청취자가 듣지 못하게 될 때에(예를 들면, 1개 이상의 벽 또는 천장과 부딪친 후에만 들을 수 있는 후방-좌 또는 -우 채널 빔) 청취자에게 주파수적으로 바로 향하게 되는 8kHz부근 이상에서 수용불가한 전체-진폭 사이드-로브를 생성한다.

상기 해결방식은 경제적으로 받아들일 수 있는 수로 즉, Nred < Nmin으로 변환기의 수를 감소한 것이지만, 종래에서와 같이 균일한 상호-변환기 간의 간격을 사용하는 대신에, 상호-변환기 간의 간격을 균일하지 않게 만들며, 특히 인접 쌍의 변환기 사이에 간격을 증가시키는데 어레이의 중앙으로부터 상기 쌍의 변환기 사이에 간격이 더욱 증가하도록 만든다. 상기 효과는 격자 사이드-로브를 "스미어 없는(smear out)", 최대진폭을 감소하고 그리고 해를 끼치는 수치 값을 낮추는 효과가 있다.

그 일부분이 이러한 면에서 유익한 효과를 달성하는 다수 방법이 있으며, 그러한 방법은 주어진 길이(또는 높이) 또는 전체 어레이 크기로 소수 전체 수의 변환기가 배열되게 하며, 반면에 바람직하지 않은 전체-진폭 격자 사이드-로브 빔의 생성을 방지한다. 일 특정적으로 유익한 구성을 이하에 기술하며, 그 공정은 어레이의 다음과 같은 기본 치수(예를 들면, 사각형/장방형 어레이용 폭 또는 높이, 또는 삼각형 어레이의 3개 주 방향의 하나)에 맞게 기술된다.

i)먼저, 이러한 치수의 어레이에 변환기의 짝수 또는 홀수를 사용하는지를 판단;

ii)짝수이면, 변환기의 제1(중앙)쌍이 어레이의 중앙선(이러한 치수에서)을 중심으로 균일하게 이격지고; 홀수이면, 제1변환기가 이러한 치수에서 어레이의 중앙에 배치;

ⅲ)다음, 만일 변환기의 나머지 부분에 홀수를 분배하거나, 또는 만일 모든 변환기가 짝수이면, 평균 어레이 진폭이 예를 들어 사각형, 코사인, Hanning, Hamming, Gaussian 등과 같은 유용한 구멍 조명함수에 가까운 균일 구동 변환기를 사용하는 상기 치수를 따라서 밀집된다. 상기 간격 안을 판단하는 방법을 이하에 기술한다. 상술된 간격 안에 변경은 1개 이상의 변환기에 공급되는 다른 파워 레벨을 사용하며(아마도, 예를 들어 이들은 상기 어레이의 단부 또는 단부 근처에 일 변환기가 우퍼일 때에, 그리고 가능한 대역폭 우퍼일 때에 대형 또는 소형 파워조작능력을 가지는 다른 변환기이기 때문): 이러한 변경 안에서, 동일한 목표는, 예를 들어 다른 이유에 적합하게 선택된 개별 변환기에 대한 특정한 파워 또는 진폭 분포 상태에서, 어레이의 평균 로칼 진폭 밀도가 변환기의 간격을 적절하게 하여 소망 구멍 조명 함수(desired aperture illumination function)를 엄밀하게 따라 만들어지며, 그리고 일반적으로, 더 높은 진폭을 가진 변환기가 이들이 다른 상황에 있는 것보다 그 이웃에서 더 멀리 이격지게 되고, 그리고 감소 진폭을 가진 변환기가 그 이웃에 대해 더 가깝게 이격지게 되는(예를 들면, 초기 비-변경 안에 비해) 것을 목적으로 한다.

상기 분포 간격안의 핵심적인 잇점은 통상의 어레이(임계 간격 주파수 위)로 생성된 협폭의 전체 진폭이 일정하게 이격진 격자 사이드-로브를, 광폭 저 진폭으로 분포된 이격진 사이드-로브로 변경하여, 임의 일 방향으로 특정된 "지점"이지 않고 사이드-로브 "내의" 청취자가 지각 영향(perceptual effect)을 거의 받지 않는 것이다.

상술된 방식에 따라 선택된 비-균일한 어레이 변환기 이격 방법의 일 잇점을 이하에 기술한다. 간략한 설명을 위해 균일한 변환기 진폭을 갖는 1차원 어레이 구조를 설명하지만, 이 방법은 본 발명의 일부이기도 한 불균일한 변환기 진폭을 가진 2차원 이상의 어레이 구조에서도 용이하게 실현되는 것이다.

이러한 방식의 기본은 1차원-진폭 밀도(1-D 어레이용) 또는 2차원-진폭 밀도(2-D 어레이용)를 유용한 윈도우 또는 명제 함수(apodisation-function)에 따라 로칼(인접) 변환기로 평균내는 것이며, 그 일반적인 예는 코사인, 한닝 및 가우시안을 구비한다. 일반적으로, 균일 구동되는 변환기용으로, 그 분리는 명제 함수가 더 낮은(lower) 어레이 구멍의 부분에서 더 크게 있다.(일반적으로 상기 함수는 어레이 엣지 쪽으로 어레이 중앙에서 완만하게 감소)한다.

일 특정한 실시를 이하에 기술한다. 여기서, y는 limits x=a 및 x=b와 사이에 정적분 x임을 아래에서는 y=적분(x) 식으로 나타내는 것을 사용한다.

A)어레이 길이(L)[길이 단위]를 선택하고, 척도 인수 S=1/L을 정의함. 어레이 길이가 단위로 되도록 척도 거리 단위(x)를 정의.

B)예를 들어, W(x)=cos(pi x/2)로 구멍 중량 함수를 선택.

C)어레이 내의 변환기의 수(N)를 선택.

D)변환기 번호 0,1,2,...N-1이 x=X₀, X₁, X₂,...X_N-1[NB로 척도된 거리 단위]로 위치되게 함.

E)예를 들면, 총 윈도우 진폭은 x=X₀ 내지 x=X_N-1에서, A=적분(W(x))으로 하고; 이때, 필요한 것은 평균으로 X_i, X_i+1에 각각의 (N-1)인접 쌍의 변환기 사이에 구멍이 총 진폭으로 동일한 분포 y(i)=A/(N-1)로 만드는 것이다.

F)다음, X₀=-1/2로 설정하고; 제1변환기는 x=-1/2로 정의한다.

G)x=X₀ 내지 x=X₁으로, y(0)=A/(N-1)=적분(W(x))이 되는 X₁을 구함.

[주의:적분식 윈도우 함수(W(x))용으로 용이하게 해석하여 구해짐. 보다 복잡한 윈도우 함수용으로는 용이하게 수치적으로 구하여짐]

H)나머지 X_i를 i=2 내지 N-1로 순차적으로 유사 컴퓨터 계산하여 구하며, 예를 들면, x=X_i-1 내지 x=X_i으로, y(i-1)=A/(N-1)=적분(W(x))

I)근사값 X_N-1=+1/2으로, 예를 들어 Nth변환기는 단위-길이 어레이의 끝에서 구해진다. 이때, 어레이에 있는 변환기의 [길이 단위] 위치는 S로 X₀, X₁, X₂,...X_N-1를 나누어서 구해진다.

실질적으로, 추가의 유용한 변환기 간격 분포는 정의된 선형 매개변수(R, 0 <=R <=1)를 전개하여 구해지며, 여기서 R=0은 균일한 간격을 산출하고 그리고 R=1은 상기 방법에 의해 연산된 완전한 비-균일 간격을 산출한다. 먼저, 중량 함수 W(x)는 일반 버젼 W'(x)으로 대체되어서 다음과 같이 된다.

1=적분(W'(x)), x=X₀=-1/2 내지 x=X_N-1=+1/2

유사하게, 일반적인 균일한 또는 사각형 중량 함수 U'(x)=1은 다음의 특성을 가지는 것을 볼 수 있다.

1=적분(U'(x)), x=X₀=-1/2 내지 x=X_N-1=+1/2

다음, G)와 H)단계에서는 상기 식 대신에 다음을 사용한다.

G)y(0)=1/(N-1)=(1-R)적분(U'(x))+R적분(W'(x))으로, X₁을 구하고, 여기서 앞에서와 같이, 양쪽 적분은 x=X₀ 내지 x=X₁ 이다.

J)유사 계산법으로 예를 들면 다음의 식으로 순차적인 i=2 내지 N-1까지 나머지 Xi를 구한다.

Y(i-1)=1/(N-1)=(1-R)적분(U'(x))+R적분(W'(x)), x=Xi-1 에서 x=Xi 까지를 다시 적분.

따라서, 상기 변환기 간격 분포의 무한 집단은 0<=R<=1 이도록 R의 값을 선택하여 각각 그리고 매 구멍 중량 함수(W(x))용으로 계산된다. R의 특정 값은 이러한 적용에서 다른 경우로 기술된 종류의 적용을 위해 특히 유용한 어레이 구조를 생성한다. 예를 들면, W(x)=Cos(pi x/2)를 가진 R~0.8은 2(또는 그 이상) 청취자에게 동시적으로 다른 프로그램을 제공하기에 적절한 낮은 최대 피크 사이드-로브 진폭을 갖는 사이드-로브 에너지의 매우 넓은 공간 분포을 제공하지만, R의 많은 다른 값은 유용한 결과를 갖고, 그리고 컴퓨터에서 상술된 알고리즘을 실시하고 상기 어레이에 의해 생성된 빔을 모델로 하는 다른 프로그램(또는 동일한 프로그램의 다른 부분)에 변환기의 입력 위치용으로 X_i의 출력 값을 사용하여 선택된다.

약간 다른 특성을 가진 변환기 불균일한 간격 방식의 다른 집단은, 어레이의 중앙에서 시작하는, 연속성 변환기 쌍의 간격으로 이루어진 등비수열에 기본한다. 순 등비수열(여기서 (X_i+1-X_i) 대 (X_i-X_i-1)의 비는 j<=i<=-1의 상수)은 양호한 결과를 제공하고, 격자 사이드-로브의 진폭과 마찬가지로 제1빔 스커트 진폭을 크게 감소시키는 특별한 성질을 가지며, 여기서 j는 중앙 또는 중앙의 우측에 제1변환기의 수(예를 들면, j=N/2 또는 (N+1)/2)이고 그리고 j보다 작은 수의 변환기는 어레이의 중앙에 대하여 거울상 대칭으로 위치한다. 다시, 매개변수(R)는, 주어진 적용물에서 빔과 사이드-로브 물체의 어떠한 특징이더라도 최적하게 하도록 선택될 수 있는 다른 무한 집단의 간격까지 주어진 상승값 사이에서 모든 R의 값인 상태로, 상술된 바와 같은 유사 함수식 방법으로 불균일하게 이격진 등비수열 간격(R=1)과 순 균일한 어레이 간격(R=0) 사이에 원만한 혼합을 생성하는 것으로 정의한다. 불균일 지수 변환기 간격은 등비수열 간격과 등가로 나타난다.

어레이 중앙에 대하여 재 대칭하는 어레이 중앙에서부터 연속하는 변환기 거리의 등비수열은 변환기 불균일한 간격 방식의 부가적인 다른 집단에 사용된다. 또한, 순 등비수열(여기서 (X_i+1/X_i) 대 (X_i/X_i-1)의 비는 j<=i<=N-1의 상수)도 유용하며, 여기서 j는 중앙 또는 중앙의 우측에 제1변환기의 수 이고 그리고 j보다 작은 수의 변환기는 어레이의 중앙에 대하여 거울상 대칭으로 위치한다. 다시, 매개변수(R)는, 다른 무한 집단의 간격까지 주어진 상승값 사이에서 모든 R의 값인 상태로, 상술된 바와 같은 유사 함수식 방법으로 중앙으로부터의 거리의 등비수열(R=1)과 균일한 어레이 간격(R=0) 사이에 원만한 혼합을 생성하는 것으로 정의한다.

유사하게, 다른 간격 방식을 간격을 형성하는데 사용한다.

(Xi+1-Xi) = p log(Iq)

여기서 p와 q는 상수이다. 다시, 상기와 같은 간격 방식은 특정한 환경에서 유용한 임의 범위의 빔 형태와 사이드-로브 모양의 특성을 가진다.

어레이 변환기를 적절하게 불균일한 간격으로 이격진 임의적인 선택 효과는, 격자 사이드-로브가 이제는 더 이상 완전 진폭이지 않은 것(예를 들면, 소망 메인 빔에 대한 세기와 유사) 즉, 이들은 최대 사이드-로브 피크 진폭이 신호 빔 진폭 밑으로 적어도 5dB로 감소되도록, 일반적으로 10dB 감소되도록 진폭이 낮아지게 되는 것이다. 따라서, 상기 어레이에 변환기의 최소 수용할 수 있는 수는 더 이상 최대 허용할 수 있는 간격에 대한 어레이 포위체 치수의 비(예를 들면, ~W/S x H/S)로 제어되지 않지만, 대신에 매우 적은 수의 변환기와 허용할 수 있는 신호 대 노이즈 비율(이러한 경우에 신호는 소망 방향에서 나오는 소리의 가청 레벨이고 그리고, 노이즈는 스미어 없는 빔 사이드-로브에서 나오는 소리의 가청 레벨이다)과의 사이에서 선택할 수 있는 타협으로 제어된다. 이러한 사실은 성능에 대한 비용이 균형을 이루도록 추가의 자유도를 어레이 설계자에게 제공한다.

어레이 성능의 이러한 개량은 임의의 추가적인 신호 처리를 사용하지 않고 달성되어짐에 주의한다. 즉, 예를 들면 주파수-독립 신호 지연 만이 적용될 필요가 있으며 그리고 각각의 변환기 구동 채널에 더해지는 여분의 가외 필터가 없이 상기 이득이 이루어져(아마도, 임의 경우에서, 한계에 가까운 추가 컴퓨터 연산 또는 전기 회로도로 실시되는 간단한 진폭 중량 함수와는 다름), 추가 비용이 발생하지 않는다. 이러한 것은 특히 어레이가 이건 출원인이 소유한 특허번호 WO 01/23104호에 기술된 특정한 경우의 성능을 가지고 서로 실질적으로 근접하여 있는 다른 청취자에게 다른 소리가 지향하게 하는데 사용되는 경우에 가치가 있다. 예를 들면, 먼저, 소파 오디오 프로그램(AP1)의 한 끝에 일 청취자(L1)에게(아마도, 소파에서 보는 스크린에 디스플레이된 비디오 프로그램(VP1)과 상관) 그리고 제2사운드 빔에 의해, 동일한 소파, 오디오 프로그램(AP2)의 다른 한 끝에 제2청취자(L2)에게(아마도, 동일한 또는 다른 스크린으로 보는 비디오 프로그램(VP2)과 상관) 제공되기를 희망할 때에 균일하게 이격진 어레이의 경우를 고려한다. 2명 청취자는 수평면에서(일반적으로 대략 동일한 수평 레벨로 있지만, 일 청취자가 예를 들어 마루에 앉아 있으면 다른 레벨이 가능) 어레이의 중앙에 임의 각도(A)로 대응한다. L1에 지향 빔이, Fx에 사이드-로브 빔이 L2로 향하도록 동일 각도(A)로 메인 빔과 분리되는 Fc위에 주파수(Fx)를 함유할 때에, L2는 전체 파워에 주파수(Fx)로 L1의 프로그램 오디오를 청취하고 그리고 상당하지만 점진적으로 감소된 레벨에 L1의 오디오 프로그램의 Fz에 인접한 주파수가 부가되어, 상기 주파수는 Fx와는 다르다. 이러한 장애는 매우 혼란함을 주게 된다. 특정 어레이의 Fc의 값과 청취자의 각도 분리에 따라서, 동시적으로 발생하는 다양한 주파수(Fx1, Fx2,...)가 있다. 동일한 전체 치수의 어레이가 사용될 때에 발생하는 경우와 대비하여 설계된 불균일한 변환기 간격은 양호하다. 지금은, 실질적으로 불균일한 어레이에 있는 상당히 감소된 변환기의 수(유사한 크기의 균일한 어레이에 수와 대비)를 가진 완전 레벨로 프로그램된 L1이 비의도적으로 L2의 프로그램을 청취하는 주파수(Fx)가 없으며, 의도하지 않은 청취자에게 도달된 의사 사이드-로브 레벨은 의도된 청취자에 의해 수용된 레벨 밑으로 5dB 또는 그 밑으로 되도록 설계한다. 따라서, 이러한 구조는 보다 고가이고 복잡한 균일 어레이의 성능을 능가하는 매우 값어치 있게 성능이 향상된 것이다.

유사한 감소된 사이드-로브 간섭의 잇점은 청취자 도달방향 사이를 양호하게 분리하고 복합 빔 서라운드-사운드 실시를 위해 불균일한 어레이를 사용할 때에 획득될 수 있는 것이다.

불균일한 어레이의 변화(Variants of non-uniform arrays)

상술된 불균일 어레이에서, 어레이 변환기는 중앙에서 근접 이격지고 어레이의 끝으로 향하여 보다 넓게 이격진다. 따라서, 중앙에서 멀어진 위치에서 대직경의 변환기를 설치할 수 있다. 실질적으로, 엣지를 향하여 점진적으로 간격이 증가하여, 엣지 쪽으로의 변환기 직경은 점진적으로 증가할 수 있다. 상기 특징은 대직경 변환기가 소직경 변환기와 대비하여 증가된 감도와 향상된 효율을 가지고, 일반적으로 비용은 동일하다. 따라서, 전체 성능은 비용의 증가가 거의 없거나 전혀 없이 향상된다.

상술된 불균일 라인 어레이에서, 변환기의 일반적인 배열은 인접 쌍의 변환기가 증가된 분리를 가지고, 더 멀리, 변환기의 쌍이 어레이의 중앙으로부터 멀어진다. 이러한 사실이 수직 중심선에 대하여 대칭으로 있는 어레이를 제공하도록 한다.

만일, 어레이 중앙의 어느 일 측부에 위치한 변환기 간격의 불균일성이 중앙에 대하여 대칭성이 아니면, 예를 들어 변환기 위치가 중앙에 대하여 거울상이 아니면, 최대 사이드-로브 값에서의 부가적인 감소가 이루어진다.(예를 들면, 사이드-로브는 비대칭으로 보다 더 "스미어 없는 것(smeared out)"이 된다.

등비 간격 열을 생성하기 위한 상술된 방법에 비-선형 매개변수(R)를 사용하고, 상기 방법은 중심선의 어느 일측에 대칭성 변환기 위치를 생성하며, 여기서 0<=R<=1 이다. 비대칭성 불균일한 패턴은 중앙선의 어느 일측에 변환기 위치를 위한 매개변수(R)의 다른 값을 사용하여 생성된다. 이러한 경우에, 중앙의 양측부에 간격은 여전히 기하형상적으로 상관되지만, 중앙의 각 측부에 있는 실질 간격은 다르다.

실질적인 이러한 예는 다음과 같다. 여기서는 명료한 설명을 위해 1D의 예를 나타내었지만, 상기 접근법은 2D와 3D에서도 동일하게 양호하게 일을 한다.

21개 변환기를 가진 1m 길이의 어레이를 고려한다. 직접 조종되는(어레이에 대해 수직) 빔을 가진 19.75kHz에서, -90도 내지 +90도 범위에 가장 작은 최대 사이드-로브 값은 R=0.98인, 수직 중앙선에 대하여 이격진 대칭 기하형상 변환기로 달성되며, 이때 최대 사이드-로브 레벨은 -7.73dB이다. R(좌)=1.0 및 R(우)=0.41(도2I에 도시)로 비대칭 불균형 이격되어, 최대 사이드-로브 레벨은 여분의 성분, 어레이 사이즈 또는 신호 프로세싱이 없이 유효한 1.6dB의 향상을 제공하며, -9.33dB까지 떨어진다.

상술된 해결방식을 실시하는데 가능한 배열의 수는, 소 원형부가 고주파 변환기(청구범위에서는 제1변환기로 언급)를 나타내고 그리고 대 원형부가 저주파 또는 광대역 변환기를 나타내는 도2A-H에 도시된다. 고주파 변환기는 적절히 출력되는 저주파 오디오 신호를 받아들일 수 없다.

도2A는 본 발명에 따르는 제1변환기 어레이 스피커 시스템의 전면(200)을 나타낸 도면이다.

새로운 사운드 프로젝터는, 삼각형의 기부 또는 상부가 어레이의 폭과 평행하도록 방향진 삼각형 피치인 40mm등변삼각형 피치에 장착된 38mm직경을 가진 132개의 작은 고주파(HF) 변환기(211)의 어레이(210)를 구비한다. 어느 정도 타원형을 이루는 어레이는 17변환기의 중앙 수평 열을 포함하고 그리고 변환기의 나머지 레이아웃은 일반적으로, 모두 132개를 만드는 17열 위와 아래로 16, 15, 12, 9/10 및 4/6변환기로 이루어진 연속하는 인접 열을 포함하며, 삼각형 그리드로 수평 중앙선을 중심으로 대칭적으로 배열된다.

따라서, 변환기는 그 중앙이 그 좌 또는 우 방향으로 세로행의 위 또는 아래 또는 등가로 있는 가로행에 2개 변환기 사이에 중간선에 배치된다. 가로행 또는 세로행에 대한 변환기의 수는 계란 형태로 어레이를 제공하는 어레이의 중간을 향하는 방향으로 증가한다.

어레이(210)는 4개 동일 사이즈 저주파(LF) 변환기 또는 우퍼(212)를 장착하기 위한 코너가 남겨진 사각형 기초 평판(201)에 장착된다. 저주파 변환기는 약 105mm직경을 가진다. LF변환기의 중앙 대 중앙 간격은 200mm를 초과 한다. LF변환기와 HF변환기 사이에 중앙 대 중앙 거리는 85mm 내지 240mm 범위에 있다.

기초평판의 전체 치수는 734mm길이와 434mm높이이고 따라서 상업적으로 활용할 수 있는 일 클라스의 텔레비젼 세트 사이즈와 대체로 양호하게 짝을 이룬다.

38mm직경 고주파 변환기의 -3dB차단 주파수(Fc)는 c/Fc=0.86m의 차단 파장에 대응하는 대략 400Hz이다. 따라서, 사이드-로브를 감소하기 위해서는 최근접한 저주파 변환기 사이에 중간-지점 간격이 약 0.43m로 설정하는 것이 가장 좋으며, 저주파 변환기 사이에 구역은 고주파 변환기로 밀집 충전된다.

우퍼 간격의 이러한 제약은 Fc 밑으로의 고주파 변환기의 응답 곡선에서 강하를 보정하는데 채택된 신호 진폭을 통한 차단 주파수를 효과적으로 감소하여 완화될 수 있다. 그런데, 바람직하지 않은 위상 변이가 "과-구동"으로 언급되는 이러한 공정을 통해 도입된다. 위상 편이에도 불구하고, 모든 변환기의 위상은 고주파 및 저주파 변환기 양쪽으로부터 방출되는 소리를 조종하도록 정확한 지연을 도입하는 목적에 맞게 제어가능한 상태를 유지한다. 따라서, 후술되는 신호 처리작업은 예를 들어 우퍼 신호의 신호통로에 도입된 위상 편이 또는 보상 필터를 구비한다. 도2B의 변경예에서, 저주파 변환기(212)는 메인 어레이(210)의 하부 엣지에 위치한 라인을 따라서 설치된다. 이러한 경우, 저주파 변환기는 도2A에 도시된 경우에 비해 더 높은 주파수(변환기 간격과 상관)로 소리를 조종하도록 서브-어레이를 형성한다.

도2C 내지 도2J는 본 발명의 부가 변형예를 나타낸 도면이다. 도2C, 도2D 및 도2E는 본 발명의 감소 높이 어레이(200)(RHA:Reduced Height Arrays)를 나타낸 도면이다. 각각에서, 고주파 변환기(211)의 어레이(210)는 수평방향으로 연장하고, 어레이의 높이는 폭 보다 상당히 작은 치수이다. 각 어레이는 저주파 만의 또는 광대역(저주파, 중간주파 및 고주파) 전송 능력을 가진 대직경 변환기(212)에 의해 각각의 수평방향 단부에서 마감된다. 도2C와 도2D에서는 3개와 2개 열의 변환기를 나타내며, 도2E는 단일선 변환기를 나타낸다. 그러한 감소 높이 어레이는 도2A와 도2B에 도시된 대형 어레이보다 덜 복잡하고 비용이 덜 소요되며, 그 콤팩트한 형태는 이들이 텔레비젼 스크린에 또는 그 옆에(양호하게, 밑 또는 위) 설치하기에 적절하게 제조된다.

도2F-J는 본 발명의 불균일한 어레이의 예를 나타낸 도면이다. 고주파 변환기(211)의 수평방향 간격은 어레이(210)의 길이를 따라서 변경되며, 상기 간격은 어레이의 양쪽 단부를 향하는 방향으로 대형이 설치된다. 도2F에서는 모두 동일한 크기로 이루어진 변환기(211)의 어레이(210)를 나타내며, 반면에 도2G는 대직경 변환기(212)로 대체된 단부 변환기를 나타낸다. 도2H는 모두 동일한 크기의 변환기(211)를 나타내며, 이러한 경우에는 변환기 직경이 직선 라인에 배열되기에는 너무 직경이 크다. 이러한 경우, 어레이의 중앙에 5개 변환기(213)가 엇갈려 배치되고 이들은 수직적으로 옮겨지고, 반면에 수평방향 간격은 도2F와 도2G에서와 같이 남게 된다. 도2F 내지 도2G의 배열은 원하지 않는 사이드-로브의 생성 없이 높은 방향성 사운드 빔의 생성을 허용하고, 따라서 듀얼 모노 또는 서라운드 사운드와 같은 적용물에서 특정적인 잇점이 있다.

도2I는 수직 중앙선을 중심으로 불균일하고 비대칭적인 변환기 분리의 예를 나타낸 도면이다. 이러한 구조는 사이드 로브 감소란 면에서 유용한 여분의 성능을 달성하는 것으로 알려져 있다.

도2J는 변환기 사이즈가 어레이의 단부를 향하는 방향으로 증가하여 변환기가 그 간격이 변하더라도 전체를 통해서 근접하게 이격진 불균일한 어레이를 나타낸 도면이다. 대형 변환기는 소형 변환기보다 더 민감하고 효율적이어서, 적절한 배열은 성능 향상을 제공한다. 도2J에 도시된 변환기는 도2F 내지 도2H에서와 같은 상호-변환기 간격을 가진다.

다음의 기술에서는 신규 사운드 프로젝터의 다양한 성분을 기술한다. 대부분의 성분은 공지된 시스템에 사용된 것과 유사하거나 동일한 것이며, 새로운 배열의 채택 만을 요구한 것이다.

도3A를 참고로 기술한다. 입력부(301)에서, 오디오 소스 재료는 S/PDIF 포맷 또는 다른 산업표준 포맷으로 광학 또는 동축 전기적 디지털 데이터 스트림의 어느 하나로서의 사운드 프로젝터에 의해 콤팩트 디스크(CDs), 디지털 비디오 디스크(DVDs) 등과 같은 디바이스에서 나오는 것을 수신한다.

이러한 입력 데이터는 단순한 2개 채널 스테레오 쌍 또는, Dolby Digital^tm5.1 또는 DTS^tm과 같은 압축 및 엔코드 멀티-채널 사운드트랙, 또는 오디오 정보의 멀티플 이산 디지털 채널의 어느 하나를 함유한다.

엔코드 및/또는 압축 멀티-채널 입력은 표준 오디오와 비디오 포맷용으로 활용할 수 있는 디바이스와 펌웨어를 사용하는 디코더(302)에서 먼저 암호해독 및/또는 압축해제 된다. 또한, 아날로그 대 디지털 컨버터(도시 않음)가 합체되어, 적절한 샘플 디지털 포맷으로 바로 변환되는 아날로그 입력 소스에 접속(AUX)이 이루어지게 한다. 결과 출력물은 일반적으로 3개, 4개 또는 그 이상의 쌍의 채널을 포함한다. 서라운드-사운드의 필드에서, 상기 채널은 흔히 좌, 우, 중앙, 서라운드(또는 후방) 좌 및 서라운드(또는 후방) 우 채널으로 언급된다. 다른 채널은 저주파 실효 채널(LFE)과 같은 신호에 제공된다.

상기 채널 또는 채널-쌍은 신호가 내부 시스템 클록(304)의 클록 신호로 동조된 48.8kHz와 24bit 양자(quantisation)의 내부 데이터 흐름으로 전환된 SRC(sample-rate-converters)(305)에 각각 공급된다.

다음, 신호 스트림은, 96kHz신호 스트림에 변환기, 내삽(interpolation) 및 업-샘플링의 특성 또는 성능용 보상을 제공하는 DSP(digital signal processing)단계(306)에 진입한다. 이러한 DSP단계 내에서도, 이하에 도4를 참고하여 보다 상세하게 기술되는 신호 스트림에서 나오는 저주파 컨텐트를 제거하도록 대응 필터가 실시된다.

부가의 DSP단계(307)는, 390kHz에서 24-bit 워드(word) 출력 샘플의 8채널을 생성하며, 모든 입력 오디오 채널(일반적으로 8개)에서의 안티-에일리어스(anti-alias)와 톤 제어 필터작업과, 전체 8배 오버샘플 데이터 비율에 대한 오버-샘플링과 내삽을 실시한다. 신호 제약과 디지털 볼륨-제어는 이러한 DSP단계에서도 실시된다.

DSP단계는 1개 이상의 디지털 신호 처리기 장치를 구비한다. 이것은 상용할 수 있는 DSPs를 사용하여 실시될 수 있다. 상기 신호 처리작업의 일부 또는 전부가 택일적으로 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)의 형태로 주문형 실리콘으로 실시된다.

컨트롤 유저 인터페이스 유닛(303)에서 ARM(RTM)코어에 일반적으로 기본하여 있는 마이크로프로세서는, 원격제어 또는 인터페이싱 컴퓨터 디바이스에 의해 디지털 사운드 프로젝터로 사용자에 의해 보내진 실-시간 빔-조종 세팅에서 나오는 어레이 변환기용 타이밍 지연 데이터를 연산한다. 선택적으로, 이러한 타이밍 연산은 보다 강력한 DSPs로 전해진다. 사운드 프로젝터가 각각의 출력 채널이(각각의 오디오 입력 채널용으로, 일반적으로 4개 내지 6개, 조종된 출력 채널) 독립적으로 조종할 수 있게 제공되어, 대형 수의 분리 지연 계산이 실시된다. 이러한 수는 변환기의 수와 조종된 출력 채널과의 곱과 동일하다. 만일, 디지털 사운드 프로젝터가 실 시간으로 각각의 빔을 동적으로 조종할 수도 있다면, 상기 컴퓨터 계산도 현저한 지연 없이 실시될 필요가 있을 것이다. 일단 컴퓨터 계산이 되었으면, 지연 요청 또는 시간은 FPGA(field programmable gate array)(308)에 분포되며, 여기서 상기 지연은 실질적으로, 각각의 출력 변환기용으로 생성된 각각의 채널의 이산 지연된 형태로, 8개 채널의 각각의 디지털 오디오 데이터 샘플에 적용된 소망 지연을 발생하도록 고속도 정적 버퍼 RAM버퍼(309)를 사용하여 적용된다.(도2A의 실시예에서 132) 선택적으로 이러한 지연 기능은 ASIC 내에서 효과적으로 보다 저렴한 비용으로 실시된다. 또한, 컨트롤 유저 인터페이스(303)에 ARM코어도 모든 시스템 시동부 및 외부 통신을 취급한다.

신호 스트림은 고속도 정적 버퍼 RAM디바이스(309)를 제어하는 FPGA논리부로 진행한다.

공지된 디바이스에서, 24-비트 폭과 390kHz에서의 132 신호는 DSP단계의 FPGA(308)에서 실시되는 양자화/노이즈 형성 회로를 통해 각각 지나가서 390kHz에서 8비트로 데이터 샘플 워드 길이를 감소하며, 반면에 노이즈 형성기술을 사용하는 가청 밴드(예를 들면 ~20Hz 내지 ~20kHz 까지의 신호 주파수 밴드) 내에서 높은 신호-대-노이즈-비율(SNR)을 유지한다. 부가로, 이러한 단계에서는 소망 윈도우 함수에 따라 각각의 변환기 출력에 중량을 더할 수 있다.

감소된 샘플 워드 폭을 가진 데이터 스트림은 각각 31.25Mb/s로 13개 일렬 데이터 스트림으로 분포되고 그리고 추가 볼륨 레벨 데이터를 함유한다. 각 데이터 스트림은 13개 구동 보드 중의 어느 한 개에 배정된다. 4개 추가 신호 스트림은 저주파 변환기의 구동부에 배정된다.

도3B에 도시된 이들을 구동하는 변환기(313)에 양호하게 물리적으로 국소 위치한 구동회로 보드는, 이들을 제어하는 각각의 변환기용의 펄스-폭-변조 클래스-BD 출력 구동회로(310, 312)를 제공한다. 다른 파워 증폭기도 적용할 수 있다.

구동회로에 보내지는 공급전압은 클래스-D파워 스위치로서 동일한 인쇄회로기판(PCBs)에 장착된 저-손실 절환 조절장치(311)에 의해 변경된다. 절환 조절장치는 파워 공급선 상호변조를 최소로 하는 각각의 클래스-D스위치용이다. 비용을 줄이기 위해서, 각각의 절환 조절장치는 2채널, 3채널, 4채널 또는 다른 정수의 복합 클래스-D 파워스위치를 공급하는데 사용된다.

임의 저주파 또는 광대역 변환기는, 변환기(313)의 수 대로 구비하고 지연 신호를 제공하여 조종식 어레이 부분을 만들게 된다. 지연은 FGPA(308)에 임의 어레이 변환기를 가지고 연산된다. 상기 변조에서는, LF변환기가 사운드의 조종 빔으로 변환하거나 또는 메인 어레이와 무관한 서브 어레이로서 제어될 수 있다.

저주파 컨텐트는 모든 입력 채널에서 여과되고 신호 스트림을 형성하도록 더해져 4개 저주파 변환기에 의해 배출된다. 도4의 기본 다이어그램은 사운드 프로젝터 내에 있는 교차 또는 대응 필터 성분을 나타낸 도면이다. 다-채널 오디오 신호는 좌(L), 우(R), 중앙(C)채널, 서라운드 채널(SC)(서라운드 또는 후방 좌측, 서라운드 또는 후방 우측) 및 저주파 유효 채널(LFE)을 구비하는 다양한 오디오 채널 신호로 분리되는 엔코드 디지털 비트스트림으로 도달하도록 취해 진다.

따라서 디코드 신호는 교차 시스템(410)에 입력부를 형성한다. 도3에 도시된 바와 같이, 적절한 게인 조정부(411) 뒤에 n서라운드 채널과 L,R,C채널은 하이 패스와 로우 패스 필터(412,413)를 사용하여 양쪽 밴드를 분할하고 그리고 저주파 컨텐트는 LFE신호와 함께 저주파 채널에 더해져서 최종적으로, 저주파 우퍼의 출력이 좌우 각각에 합산된 좌우 저주파 또는 우퍼 채널(WL, WR)을 통해 방출된다.

도4에 도시된 대응 필터 또는 교차 시스템(410)은 상술된 사운드 프로젝터의 디지털 신호처리 유닛의 서브-섹션으로 양호하게 실시된다.

만일, 모든 오디오 주파수(예를 들면, 70Hz 내지 20kHz)가 고주파 변환기로서와 마찬가지로 우퍼에 공급된다면, 다음 임의적으로 부가된 바람직하지 않은 격자 사이드-로브는, ~1.3kHz 주파수에 출현을 개시하고(우퍼와 고주파 변환기 사이에 240mm 최장 길이 중앙-대-중앙 틈으로 인함) 그리고, 상기 틈 크기의 범위로 인하여 ~1.3kHz와 ~3.8kHz 사이에 주파수에 진폭에서 더욱 우세하고 강력하게 되는 결과를 초래한다.

설정에 의해, 우퍼의 추가 범위로 인한 어레이 크기의 유용한 실질적 증가에 비해 약 3.8kHz에 거의 완전한 차단(예를 들면, -20dB 이상으로 감쇠)과 약 1.3kHz로 진폭이 감소를 개시하도록 우퍼와 일렬로 로우 패스 대응 필터가, 동일한 이유에 맞는 방사 빔 폭의 상관 감소와 함께 달성되며, 그리고 생성된 추가 격자 로브는 진폭이 작게 유지(예를 들면, 메인 빔보다 <~-20dB)되는 것이, 설계와 실험에 의해 알려져 있다.

저주파 변환기 또는 우퍼로 공급된 신호의 절대 진폭은 대응적으로 각 고주파 변환기에 공급된 신호 레벨보다 큼으로, 방사된 음향 면적 파워 밀도(패널(201)의 평면)가 대략 오디오 밴드의 부분에서 일정하고, 여기서 우퍼는 예를 들어 [~300 - 400Hz] 내지 [1kHz - 1.3kHz] 범위에 있는, 메인 변환기 어레이의 면적 연장부로서 사용되며, HF변환기보다 더 큰 방사 구역을 가진 상기 우퍼는 각각의 HF변환기보다 더 많은 음향 파워를 방사할 필요가 있다. 즉, 2개 타입의 변환기의 상대적 감도가 이러한 조건을 만족할 때를 고려할 필요가 있으며, 그리고 그 파워 처리능력도 관측될 필요도 있다.

다시, 이러한 예에서, 대체로 모든 저주파 파워가 [~300 - 400Hz] 밑에 오디오 밴드에 우퍼(그리고 MF/HF변환기로 약간 또는 전무)로 공급된다. ~1kHz와 ~4kHz 사이에 경과 영역(transition region)에서, LP필터는, 어레이의 격자 사이드-로브 성능에 영향을 거의 주지 않는 주파수대에 걸쳐 빔 기밀도의 유용성 증가(빔 폭의 감소)를 제공하는 증가 주파수를 가진 연속적으로 더욱 작아지는 파워에 혼합한다.

도4의 필터는 또한 입력 신호에서 전방-좌 및 전방-우 채널을 여과하여, 신호가 저주파 또는 광대역 변환기에 배타적으로 또는 비-배타적으로 향하게 하는데 사용된다.

상술된 시스템은 상기 인용된 국제특허원 WO 01/23104호와 WO 02/078388호에 예로서 기술된 공지된 대형 어레이에 의해 생성된 임의 면에서의 사운드 빔의 품질을 능가하는 양질의 사운드 빔을 방출한다. 도5는, 도2A에서 설명된 본 발명의 어레이에 의해 생성된 빔을 가진 도1에 도시된 바와 같이 배열된 공지된 256변환기 어레이에 의해 발생되는 사운드 빔의 세기 프로필과 대비되는 모의 외형상 도표를 나타낸 도면이다. 상기 빔은 300Hz의 주파수를 가지고 그리고 어레이의 전방으로 바로 향하여, 빔 중앙의 방향이 도표의 중앙에 있다. 상기 도표 축은 수평적 및 수직적인 각도(예를 들면, 중앙에 0도를 가진, -90도 내지 +90도)로 있다.

도5A의 도표 외형상은 사운드 에너지(예를 들면, -3dB)의 드롭(drop)상태를 나타낸 제1외형선(51)을 나타낸다. 빔 폭은 외형선(51)의 2개 부분 사이에 거리에 비례한다. 도5B에서, 빔은 4개 저주파 변환기의 사용을 나타내지 않고, 도2A에 도시된 바와 같은 어레이에 의해 생성된다. 제1외형선(51)은 도5A에 도시된 것보다 더 넓은 빔을 나타내며, 비가시성 이다. 도5C에서, 코너에 4개 저주파 변환기는 메인 어레이의 변환기용 구동 신호와 상관하여 세기/진폭(10)의 신호로 구동된다. 여기서는, 다시 외형선(51)의 2개 지선이 빔을 협폭으로 하는 추가의 저주파 변환기의 유익한 효과를 설명하기 위해 가시성으로 나타내었다. 양방향 화살표(52)는 도5C에 외형선(51) 사이에 거리를 나타내며; 동일한 길이의 화살표를 양자 간의 대비 설명이 이루어지도록 다른 도표에 나타내었다. 도5D에서, 코너에 있는 4개 저주파 변환기는 거의 동일한 어레이의 양쪽 부분의 출력을 나타내는 메인 어레이의 변환기를 위한 구동 신호와 상관된 세기(32)의 신호로 구동된다. 함께 근접 이동한 외형선(51)의 양쪽 지선과, 그 다음의 보다 낮은 외형선도 출현시키어서, 부가의 협폭 빔을 나타낸다. 도5E에서, 코너에 4개 저주파 변환기는 메인 어레이의 변환기용 구동 신호와 상관된 세기(100)의 신호로 구동된다. 부가의 외형선으로 나타낸 바와 같은 빔의 명료함(sharpness)이 더욱 향상된다.

빔의 품질(기밀성과 바람직하지 않은 사이드-로브 감소)은 변환기 사이에 불규칙한 간격을 사용하고 그에 따라서, 방출 신호의 주파수에 따른 어레이 크기(그리고 그에 따른 방출 변환기의 수)를 제약하는 신호 통로에 윈도우 함수를 도입하거나 이웃한 변환기 사이에 거리를 변경하여 더욱 향상된다.

25개 변환기를 가진 1m길이의 일렬 어레이를 기준으로 하여 도시한 도6A 내지 도6G는 불균일한 간격과 윈도우 작업의 효과를 나타낸 것이다. 각 도면의 상부에는 변환기 레이아웃과 간격(원의 크기는 척도 않음)을 나타내는 일렬 도시된 점원을 도시하였다. 각 도면의 하부에는 각도에 대한 dB로 SPL(sound pressure level)의 컴퓨터 계산된 도표를 나타내었으며, 여기서 영(제로)도는 사운드 프로젝터 면에 대해 수직한 전진방향이다.

도6A와 도6B는 각각 필연 판단(apodisation)(윈도우 작업)이 되지 않은 균일한 어레이와 필연 판단된 균일한 어레이를 나타낸 도면이다. 10kHz 사운드 빔은 우측에 피크(61)를 초래하며, 55도 우측으로 조종된다. 윈도우 작업이 안된 도6A에서 메인 빔(들)은 복합 구멍 로브(64)의 '스커츠(skirts)'를 갖는다. 도6B에서는 본 발명에 따른 코사인 윈도우의 필연 판단이 적용되어져 있으며 그리고 '스커츠'가 사라진 것이다. 이러한 것은 빔의 기밀성을 향상시킨다.

도6C와 도6D는 각각 균일 및 불균일한 변환기 간격으로 이루어진 어레이를 나타낸 도면이다. 4.5kHz는 한닝 윈도우의 필연 판단으로 55도 우측으로 조종된다. 도6C의 균일한 어레이에서는 55도에 메인 빔(61)이 -70도에 완전 파워 사이드-로브(62)를 가진다. 도6D의 본 발명에 따르는 불균일한 변환기 간격으로, 완전 파워 사이드-로브는 상당히 감소된 진폭의 사이드-로브(65)의 열을 생성하도록 스미어가 없는 것이다(smear out). 모든 곳에서 메인 빔보다 17dB 더 낮은 것보다 더 많다. 그러한 사이드-로브는 청취자에 의해 거의 탐지되지 않으며, 따라서 이러한 배열은 예를 들면, 스테레로, 서라운드 사운드 또는 듀얼 모노에 적용하여 향상된 사운드 필드를 생성한다.

도6E와 도6F는 듀얼 모노 적용용의 불균일한 어레이의 잇점을 부가로 설명하는 도면이고, 여기서 2명 청취자는 2개의 다른 오디오 프로그램으로 청취한다. 상술한 바와 같이, 메인 빔(7.8kHz에, 한닝 윈도우)은 이러한 경우에는 30도 우측으로 조종되고, 여기서는 아마도 제1청취자는 앉아 있는 것이다. 도6F의 균일한 변환기 간격으로, 메인 빔(61)에 더해진 완전 파워 사이드-로브(62)가 있다. 사이드-로브(62)는 아마도 제2청취자가 앉아 있을 자리 주변인, 30도 좌측 방향으로 있다. 만일 제2청취자가 두번째 다른 오디오 프로그램(30도 좌측에 대해 조종되는 제2사운드 빔으로 사운드 프로젝터에 의해 생성됨)을 청취하면, 이들은 제1청취자의 프로그램에서 나오는 높은음의 사이드-로브에 의해 상당한 혼란을 겪게 된다. 대조적으로, 도6F의 불균일한 어레이 상태에서는 완전 파워(0 dB) 사이드-로브가 없으며, 그리고 30도 좌측의 제2청취자의 위치에서, 사이드-로브(66)는 메인 빔과 대비되는 17dB 다운 이다. 이것은 특히, 만일 제2청취자가 자신의 오디오 프로그램을 청취하고 있으면, 가청성은 거의 없는 것이다.

도6G는 20Hz 내지 20kHz까지의 모든 주파수에 걸쳐 분리적으로 합체된 신호(67)(실선)와 노이즈(68)(점선)를 나타낸다. 어레이는 R=0.73의 기하학적-이격진 불균일한 어레이이다. 메인 빔(61)은 30도 우측이 조종된다. 노이즈 레벨(68)은 어느 장소에서도 메인 빔에 피크 신호 레벨(도6G에서 0dB로 도시)보다 덜한 13dB보다 더 크다. 따라서, 이러한 변환기 배열은 전체 가청성 스펙트럼을 횡단하는 양호한 사운드 정위(localisation)를 제공한다.

도7은 서라운드 사운드 시스템으로 사용될 때에 사운드 프로젝터(70)를 나타낸 도면이다. 변환기 어레이 또는 스피커(71)는 대부분의 소 변환기(711)와 4개 대형 저주파 변환기(712)를 구비한다. 상기 시스템은 오디오 입력 신호가 사운드빔(들)(72-1, 72-2)으로 방출되도록 제어를 받는다.

사운드 빔(72-1, 72-2)은 어레이 전방에 절반-공간 내에서 제한된 범위 내에서의 임의 방향으로 향하게 된다. 주의 깊게 선택된 반사로의 사용으로, 청취자(73)는 거울상과 다르지 않게 벽에 의해 반사되는 그 마지막 반사 구역에서 나오는 또는 보다 정확하게는 어레이의 상에서 나오는 것과 같이 어레이에 의해 방출된 사운드 빔을 수신한다.

도7에서는 2개 사운드 빔(72-1, 72-2)을 도시하였다. 제1빔(72-1)은 실내의 부분으로 있는 측벽(761)으로 향하고 그리고 청취자(73) 방향으로 반사된다. 청취자는 반사 지점(77)의 뒤 또는 전방에 위치한, 따라서 우측에서 나오는 어레이 상에서 나오는 것과 같이 이러한 빔을 수신한다. 점선으로 나타낸 제2빔(72-2)은 청취자(73)에게 도달하기 전에 2번 반사를 받는다. 그런데, 마지막 반사가 후방 코너에서 발생함으로, 청취자는 자신의 뒤에 음원으로부터 방출되는 것과 같이 소리를 들을 것이다.

도8을 참고로 설명한다. 도8은 듀얼 모노 모드에 사용될 때에 본 발명의 사운드 프로젝터를 나타낸 도면이다. 사운드 프로젝터(80)는 예를 들어 수직 설치된 평판 스크린 LCD TV(도8에서 명확하게 나타내기 위해 사시도로 도시)와 같은 텔레비젼 세트(81) 밑에 배치된다. 텔레비젼(81)은 제1프로그램을 보여주는, 스크린의 좌측 반부(82)에 비디오1(V1)과 스크린의 우측 반부(83)에 제2프로그램(V2)인 복합 윈도우 모드(픽처 모드에 픽처로서도 공지)에서 동작한다. 상기 프로그램은 TV(81)의 전방에 위치한 소파(86)에 앉아서 보는 2인 시청자(84, 85)에 의해 보여지게 된다. 프로그램(V1)에 대응하는 오디오 트랙(A1)은 사운드 프로젝터에 의해 재생되고 그리고, 결과 사운드 빔(87)은 소파(86)의 좌측 끝에 앉아 있는 사람(84) 방향으로 조종된다. 실선(871)은 빔(87)의 경계부를 그린다. 유사하게, 프로그램(V2)에 대응하는 오디오 트랙(A2)은 소파(86)의 우측 끝에 앉아 있는 두번째 사람(85)으로 향하는 사운드 빔(88)으로 재생된다. 점선(881)은 빔(88)의 경계부를 그린다. 양쪽 빔(87, 88)은 청취자 위치(84, 85) 근처에서 집중되어 나타난다. 소파(86) 위치에서, 2개 사운드 빔은 겹쳐지지 않는다. 따라서, 좌측 사람(84)은 좌측 그림(V1)에 대응하는 좌측 오디오 트랙(A1)만을 듣고 그리고, 유사하게 우측 사람(85)은 우측 그림(V2)에 대응하는 우측 오디오 트랙(A2) 만을 듣는다.

도시된 사운드 프로젝터(80)는 각각의 끝에서 LF우퍼(91)와 불균일하게 이격진 HF변환기(90)의 단일 열을 포함하는 본 발명의 실시예이다. 이러한 배열에서는 완전-파워 사이드-로브가 형성되지 않아서, 청취자(84, 85)가 다른 청취자의 프로그램에서 고진폭 사운드에 의한 어떠한 방해도 받지 않는다. 각각의 청취자는 기본적으로 개별적으로 청취자(84, 85)에게 향하는 메인 오디오 빔(87)에서 실시되는 이들이 시청하는 프로그램에서 나오는 오디오 컨텐트 만을 듣는다.

본 발명의 범위 내에서 다른 배열도 가능한 것임을 볼 수 있다. 예를 들면, 청취자는 분리하여 앉아 있게 되며, 이러한 경우 한 사람이 다른 사람보다 텔레비젼에 더 가깝게 보게 되거나 또는, 이들이 다른 수직높이로 예를 들면 한 사람은 앉아 있고 다른 한 사람은 마루에 서 있는 상태로 있다. 상술한 바와 같이, 각각의 청취자는 일 오디오 빔 또는 '모노' 만을 수신한다. 이들이 시청하고 있는 프로그램의 스테레오 좌측과 스테레오 우측 신호에 대응하는 각 청취자에게 2번 오디오 빔이 방향지도록 동일하게 할 수 있다. 이러한 경우에, 스테레오 좌측 빔은 청취자 위치의 좌측으로 정확히 방향지고 그리고 스테레오 우측 빔은 시청자 우측으로 정확히 향하게 한다. 유사하게, 각 청취자는 그들이 시청하고 있는 프로그램에 대응하는 후방 사운드 빔을 수신한다. 부가로, 상기 내용은 2명 청취자용의 배열을 기술한 것이지만; 청취 구역 주위에 배치된 3개 이상의 청취자용 독립 오디오 빔을 제공하도록 사운드 프로젝터용으로 가능한 것이다. 끝으로, 도8에서는 사운드 프로젝터(80)가 텔레비젼(81)으로부터 분리된 것으로 나타낸다. 결합 오디오-비디오 디스플레이 유닛을 형성하여, 텔레비젼(81)내에 통합된다.

사운드 프로젝터가 놓여저 많은 사용이 되며, 특히 청취자의 위치 부근에 다른 구역에 배치된 다수의 부니 스피커를 이용하는 종래 서라운드-사운드 시스템을 대체하는 특정한 잇점이 있다. 서라운드 사운드 소리신호의 각 채널용 빔을 생성하고 적절한 방향으로 상기 빔을 조종하여, 디지털 사운드 프로젝터가 부가 스피커 또는 추가 배선 없이 청취자 위치에서 실질 서라운드-사운드를 생성한다.

Claims (53)

1. 조종 가능하게 있는 1개 이상의 빔을 가진 적어도 2개의 사운드 빔을 동시적으로 생성하는 제1전기-음향 변환기와, 어레이 둘레 근처에 위치한 저주파 사운드를 재생하는데 채택되는 저-주파 변환기를 포함하는 어레이를 구비한 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
2. 제1항에 있어서, 신호에서 나오는 저주파 컨텐트를 여과하여 제1변환기로 방출 방출하고 그리고 저주파 컨텐트를 신호에 더하여 저주파 변환기로 방출하는 필터 시스템을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 저주파 변환기는, 제1변환기의 주파수 범위를 대체로 포함하며 빔 조종동작 어레이의 부분으로 있는 주파수 범위를 넘는 신호를 방출하는데 채택된 광대역 변환기인 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 제1변환기에 인접 이웃하거나 그를 따라서 있는 어레이의 좌우측 옆에 위치한 저주파 변환기가 각각 좌우 채널을 출력하도록 배열된 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 저주파 변환기는 제1변환기의 주파수 범위를 대체로 구비하는 주파수 범위를 넘는 신호를 방출하도록 채택된 광대역 변환기이고 그리고 상기 시스템은 어레이의 좌우측 근방에 위치한 저주파 변환기가 각각 좌우 채널을 출력하도록 배열된 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개 빔은 서라운드 사운드 신호의 채널인 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 2개 빔은, 어레이와 상관한 다른 구역에 청취자가 다른 오디오 신호의 하나 만을 우월하게 각각 개별적으로 수신하는, 2개 이상의 다른 오디오 신호인 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 인접한 제1변환기 사이에 간격은 불균일한 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
9. 제8항에 있어서, 제1변환기 사이에 간격 평균은 어레이 둘레를 향하여 증가하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 각 변환기용 출력신호 진폭은 윈도우 함수에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
11. 제10항에 있어서, 윈도우 함수는 어레이 둘레를 향하여 점진적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 저주파 변환기의 수는 1과 20 사이에 범위에 있는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
13. 제12항에 있어서, 저주파 변환기의 수는 1과 10 사이에 범위에 있는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
14. 제13항에 있어서, 저주파 변환기의 수는 1 내지 4 범위에 있는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
15. 제14항에 있어서, 저주파 변환기의 수는 1 내지 2 범위에 있는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 최근접 이웃한 제1변환기의 중간지점 간격은 제1변환기의 최저 음향 공진 주파수에 대응하는 파장의 절반과 같거나 그보다 작은 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
17. 제16항에 있어서, 제1변환기의 어레이는 저주파 변환기 사이에 구역에 조밀하게 채워지는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 변환기에서 발생하는 위상 변이를 보상하는 위상 변이작업 또는 보상 회로를 부가로 구비하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이는 제1변환기의 1개, 2개, 또는 3개 수평방향 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 저주파 변환기는 수평방향 라인의 끝 또는 그 근방에 위치하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이는 제1변환기가 수직방향으로 엇갈리는 방식으로 배열된 중앙 지대를 구비하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이는 대략 타원형 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 저주파 변환기는 타원형 모양 어레이와 외접하는 사각형 코너 또는 코너 근처에 위치하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 제1변환기의 수는 200 미만인 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
25. 제24항에 있어서, 제1변환기의 수는 50 미만인 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 제1변환기의 수는 5 미만인 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 제1변환기의 수는 저주파 변환기의 수의 2배 보다 큰 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 제1변환기의 수는 저주파 변환기의 수의 4배 보다 큰 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 제1변환기의 수는 저주파 변환기의 수의 10배 보다 큰 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 일 빔은 사운드의 모조 신호를 지연하고, 적어도 상기 어레이의 제1변환기를 사용하는 모의 지연된 출력에 의한 조종성이 있는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 따르는 오디오 시스템과 비디오 정보를 디스플레이 하는 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 미디어 장치.
32. 제31항에 있어서, 비디오 정보를 디스플레이 하는 시스템은 텔레비젼 시스템인 것을 특징으로 하는 미디어 장치.
33. 제31항에 있어서, 사운드의 적어도 2개 독립적 조종식 빔을 재생하도록 청구범위 1항에 따르는 스피커 장치와 상기 비디오 정보를 디스플레이 하는 모니터와 비디오 및 오디오 신호 입력부를 제공하는 미디어 플레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 미디어 장치.
34. 조종 가능하게 있는 적어도 1개 빔을 가진 적어도 2개 사운드 빔을 동시적으로 생성할 수 있는 전기-음향 변환기의 어레이를 구비하는 스피커 장치에서, 상기 변환기의 제1세트는 대체로 저주파 사운드를 방출할 수 없는 고주파 변환기이고, 상기 변환기의 제2세트는 저주파 사운드를 방출할 수 있는 저주파 또는 광대역 변환기이고, 상기 장치는, 예정된 신호에서 나오는 저주파 컨텐트를 여과하여 고주파 변환기로 방출하고 그리고 저주파 컨텐트를 예정된 신호에 더하여 저주파 변환기로 방출하는 필터 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
35. 제34항에 있어서, 상기 어레이는 라인 어레이인 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
36. 제35항에 있어서, 변환기의 제2세트는 라인 어레이의 끝에 위치하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
37. 스피커 장치는 라인 어레이 형성체에 배열된 복수의 변환기를 포함하며, 변환기 사이에 평균 간격은 어레이 끝을 향해 증가하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
38. 제37항에 있어서, 상기 변환기는 대체로 저주파 사운드를 방출할 수 없는 고주파 변환기인 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
39. 제37항 또는 제38항에 있어서, 상기 어레이 끝에서 저주파 또는 광대역 변환기를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
40. 제34항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이는 변환기의 1개, 2개 또는 3개의 수평방향 라인으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
41. 제1항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이의 폭은 어레이 높이의 적어도 2배인 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
42. 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이의 폭은 어레이 높이의 적어도 4배인 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
43. 제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어레이의 폭은 어레이 높이의 적어도 8배인 것을 특징으로 하는 스피커 장치.
44. 전기-음향 변환기의 어레이를 사용하여 사운드 빔을 생성하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

    저주파 컨텐트를 제거하도록 고주파 변환기용으로 예정된 신호를 여과하는 단계와;

    저주파 변환기용으로 예정된 신호에 저주파 컨텐트를 더하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
45. 어레이를 사용하여 2명의 개별 청취자를 위한 2개 사운드 빔을 생성하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

    제1청취위치에 제1오디오 프로그램을 빔 투영하는 단계와;

    다른 제2청취위치에 제2오디오 프로그램을 빔 투영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
46. 제45항에 있어서, 상기 어레이는 수평방향 정렬 라인 어레이인 것을 특징으로 하는 방법.
47. 제46항에 있어서, 상기 라인 어레이는 어레이의 양쪽 단부 쪽으로 증가하는 평균 간격을 가진 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
48. 제47항에 있어서, 부가의 개별 청취위치로 부가의 오디오 프로그램을 빔 투영하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
49. 제1항 내지 제48항 중 어느 한 항에 따르는 장치 또는 방법에 있어서, 상기 제1 또는 고주파 변환기는 50mm 미만의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 장치 또는 방법.
50. 제1항 내지 제49항 중 어느 한 항에 따르는 장치 또는 방법에 있어서, 상기 저주파 변환기는 50mm 보다 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 장치 또는 방법.
51. 제1항 내지 제50항 중 어느 한 항에 따르는 장치 또는 방법에 있어서, 상기 저주파 변환기는 100mm 보다 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 장치 또는 방법.
52. 제1항 내지 제51항 중 어느 한 항에 따르는 장치 또는 방법에 있어서, 상기 저주파 변환기는 제1 또는 고주파 변환기의 직경 크기의 적어도 2배의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 장치 또는 방법.
53. 제1항 내지 제52항 중 어느 한 항에 따르는 장치 또는 방법에 있어서, 어레이 중앙에 또는 그 근방에 위치한 1개 이상의 제1 또는 고주파 변환기를, 대체로 저주파를 재생할 수 있는 광대역 변환기로 대체하는 것을 특징으로 하는 장치 또는 방법.