KR102353871B1

KR102353871B1 - 가변 음향 라우드스피커

Info

Publication number: KR102353871B1
Application number: KR1020197006073A
Authority: KR
Inventors: 울리치 호바흐
Original assignee: 하만인터내셔날인더스트리스인코포레이티드
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2037-08-31
Also published as: US20190200132A1; WO2018045133A1; JP7071961B2; EP3507992A1; CN109699200A; KR20190044071A; EP3507992A4; CN109699200B; US10728666B2; JP2019530302A

Abstract

M개의 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이는 축 둘레에 원통형 구성으로 배치되며 주파수들의 제 1 범위에서 오디오를 재생하도록 구성된다. N개의 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이는 축 둘레에 원통형 구성으로 배치되며 주파수들의 제 2 범위에서 오디오를 재생하도록 구성된다. 디지털 신호 프로세서는, 주파수들의 제 1 범위에 대하여 입력 채널로부터 제 1 복수의 출력 채널들을 생성하고, 축에 대하여 목표 각도로 오디오 콘텐트의 제 1 빔을 생성하기 위하여 제 1 회전 매트릭스를 사용하여 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이에 제 1 복수의 출력 채널들을 적용하며, 주파수들의 제 2 범위에 대하여 입력 채널로부터 제 2 복수의 출력 채널들을 생성하고, 목표 각도로 오디오 콘텐트의 제 2 빔을 생성하기 위하여 제 2 회전 매트릭스를 사용하여 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이에 제 2 복수의 출력 채널들을 적용한다.

Description

가변 음향 라우드스피커

고려되는 실시예들은 전반적으로 디지털 신호 프로세싱에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 이러한 기술들과 연관된 모든 기능들 및 동작들을 구현하는 것과 관련된 시스템들, 하드웨어, 소프트웨어, 및 알고리즘들의 모든 측면들을 포함하는 가변 음향 라우드스피커에 관한 것이다.

(전형적으로 2-방향, 최대 5-방향) 주파수 대역 당 단일 드라이버들을 이용하는 통상적인 라우드스피커들은 지향성(directivity) 패턴들을 나타내며, 이는 드라이버 크기들, 라우드스피커 인클로저(enclosure) 깊이, 배플(baffle) 폭 및 형상, 및 크로스오버(crossover) 필터 설계에 따라 변화한다. 지향성 패턴은, 일반적으로, 매우 주파수-의존적이며 제어하기 어렵다. 특히, 드라이버들이 방사되는 파장에 대하여 일치하기 않기 때문에 수직 로빙(lobing)이 발생할 수 있으며, 지향성이 중간 및 저 주파수들을 향해 상당히 확장되고, 그에 따라서 의도와 같이 청취자에게 방출하는 것이 아니라 모든 실내 방향들로 사운드 에너지를 방출한다. 일반적으로, 원치 않는 반사들을 감쇠시키고 정밀한 스테레오 이미징을 보장하기 위하여 음향 처리가 필요하다.

하나 이상의 예시적인 실시예들에 있어서, 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이는 축 둘레에 원통형 구성으로 배치되며 주파수들의 제 1 범위에서 오디오를 재생하도록 구성된다. 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이는 축 둘레에 원통형 구성으로 배치되며 주파수들의 제 2 범위에서 오디오를 재생하도록 구성된다. 디지털 신호 프로세서는, 주파수들의 제 1 범위에 대하여 입력 채널로부터 제 1 복수의 출력 채널들을 생성하고, 축에 대하여 목표 각도로 오디오 콘텐트의 제 1 빔을 생성하기 위하여 제 1 회전 매트릭스를 사용하여 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이에 제 1 복수의 출력 채널들을 적용하며, 주파수들의 제 2 범위에 대하여 입력 채널로부터 제 2 복수의 출력 채널들을 생성하고, 축에 대하여 목표 각도로 오디오 콘텐트의 제 2 빔을 생성하기 위하여 제 2 회전 매트릭스를 사용하여 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이에 제 2 복수의 출력 채널들을 적용하도록 프로그래밍된다.

하나 이상의 예시적인 실시예들에 있어서, 제 1 복수의 출력 채널들은 주파수들의 제 1 범위에 대한 입력 채널로부터 생성된다. 제 1 복수의 출력 채널들은, 축에 대하여 목표 각도로 오디오 콘텐트의 제 1 빔을 생성하기 위한 제 1 회전 매트릭스를 사용하여, 축 둘레에 원통형 구성으로 배치되고 주파수들의 제 1 범위를 핸들링하는 M개의 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이에 적용된다. 제 2 복수의 출력 채널들은 주파수들의 제 2 범위에 대한 입력 채널로부터 생성된다. 제 2 복수의 출력 채널들은, 축에 대하여 목표 각도로 오디오 콘텐트의 제 2 빔을 생성하기 위한 제 2 회전 매트릭스를 사용하여, 축 둘레에 원통형 구성으로 배치되고 주파수들의 제 2 범위를 핸들링하는 N개의 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이에 적용된다.

이상에서 기술된 하나 이상의 실시예들의 언급된 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록 하는 방식으로, 이상에서 간략하게 요약된 하나 이상의 실시예들의 더 구체적인 설명이 어떤 특정 실시예들을 참조하여 이루어질 것이며, 이들의 일부가 첨부된 도면들에 예시된다. 그러나, 첨부된 도면들이 오로지 전형적인 실시예들만을 예시하며, 따라서, 어떠한 방식으로도 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며, 마찬가지로 다양한 실시예들의 범위는 다른 실시예들을 포괄한다.
도 1은 예시적인 가변 음향 라우드스피커들을 예시한다.
도 2는 예시적인 가변 음향 라우드스피커들에 대한 예시적인 트랜스듀서 레이아웃들을 예시한다.
도 3은 예시적인 가변 음향 라우드스피커들에 대한 시스템 블록도를 예시한다.
도 3b는 고-주파수 빔포밍을 위해 사용된 4개의 유한 입력 응답 필터들의 예를 예시한다.
도 3c는 12개의 트위터(tweeter) 채널들로 4개의 고-주파수 필터들의 출력들을 라우팅하는 예를 예시한다.
도 3d는 목표 각도로의 빔의 예시적인 리다이렉션(redirection)을 예시한다.
도 3e는 중간-주파수 빔포밍을 위해 사용될 5개의 유한 입력 응답 필터들의 예를 예시한다.
도 3f는 8개의 중간범위 채널들로 5개의 중간-주파수 필터들의 출력을 라우팅하는 예를 예시한다.
도 3g는 저-주파수 빔포밍 필터들의 신호 흐름을 예시한다.
도 3h는 0°의 각도에 대한 예시적인 트위터 회전 매트릭스를 예시한다.
도 3i는 90°의 각도에 대한 예시적인 트위터 회전 매트릭스를 예시한다.
도 3j는 90°와 120° 사이의 각도에 대한 예시적인 트위터 회전 매트릭스를 예시한다.
도 4는 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 예시적인 수직 크로스오버 필터 및 수동(passive) 트위터 필터를 예시한다.
도 5는 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 크로스오버 주파수 응답들의 예를 예시한다.
도 6은 1개 또는 2개의 트위터 열(row)들을 갖는 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 예시적인 수직 응답들을 예시한다.
도 7은 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 예시적인 심장형 우퍼(cardioid woofer) 기능 블록도를 예시한다.
도 8은 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 2개의 빔포밍 필터들 사이의 위상 차이들의 예를 예시한다.
도 9는 예시적인 가변 음향 라우드스피커의 심장형 우퍼에 대한 예시적인 필터 크기(magnitude) 함수들 및 결과적인 음향 응답들을 예시한다.
도 10은 예시적인 가변 음향 라우드스피커의 원통형 인클로저의 예시적인 계산된 극 응답(polar response)들을 예시한다.
도 11은 예시적인 가변 음향 라우드스피커의 60° 및 120° 커버지리(coverage)에 대한 예시적인 지정된 공간 필터들을 예시한다.
도 12는 예시적인 가변 음향 라우드스피커의 180° 및 240° 커버지리에 대한 예시적인 지정된 공간 필터들을 예시한다.
도 13은, 원시(raw) 및 평탄화(smoothed) 둘 모두에 대한, 다양한 수평 각도들 하에서의 예시적인 측정된 중간범위 주파수 응답들을 예시한다.
도 14는 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 모델링된 중간범위 주파수 응답 및 측정된 중간범위 주파수 응답의 예시적인 비교를 예시한다.
도 15는 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 필터들(B0-B3)을 갖는 예시적인 중간범위 드라이버 레이아웃을 예시한다.
도 16은 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 예시적인 180° 커버리지 중간범위 필터 주파수 응답들뿐만 아니라 결과적인 수평 오프-축(off-axis) 음향 응답들을 예시한다.
도 17은 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 중간범위 180° 비밍(beaming)에 대한 정규화된 빔포밍 필터들의 예시적인 위상 응답들을 예시한다.
도 18은 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 예시적인 60° 커버리지 중간범위 필터 주파수 응답들뿐만 아니라 결과적인 수평 오프-축 음향 응답들을 예시한다.
도 19는 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 중간범위 60° 비밍에 대한 정규화된 빔포밍 필터들의 예시적인 위상 응답들을 예시한다.
도 20은 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 필터들(B0-B6)을 갖는 예시적인 트위터 드라이버 레이아웃을 예시한다.
도 21은 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 예시적인 180° 커버리지 트위터 주파수 응답들뿐만 아니라 결과적인 수평 오프-축 음향 응답들을 예시한다.
도 22는 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 트위터 180° 비밍에 대한 정규화된 빔포밍 필터들의 예시적인 위상 응답들을 예시한다.
도 23은 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 예시적인 60° 커버리지 트위터 주파수 응답들뿐만 아니라 결과적인 수평 오프-축 음향 응답들을 예시한다.
도 24는 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 트위터 60° 비밍에 대한 정규화된 빔포밍 필터들의 예시적인 위상 응답들을 예시한다.
도 25는 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 빔포밍, 등화(equalization), 및 크로스오버를 포함하는 예시적인 결합된 중간범위 필터 응답들을 예시한다.
도 26은 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 빔포밍, 등화, 및 크로스오버를 포함하는 예시적인 결합된 트위터 응답들을 예시한다.
도 27은 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 예시적인 결합된 시스템 음향 응답들을 예시한다.
도 28은 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 좁은 빔 +/- 30°에 대한 예시적인 3D 시스템 방사 플롯들을 예시한다.
도 29는 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 넓은 빔 +/- 60°에 대한 예시적인 3D 시스템 방사 플롯들을 예시한다.
도 30은 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 빔포밍을 위한 예시적인 프로세스를 예시한다.
도 31은 다양한 실시예들의 하나 이상의 측면들을 구현하도록 구성된 컴퓨팅 시스템의 개념적인 블록도이다.

필요한 정도로 본 발명의 상세한 실시예들이 본원에 개시되지만; 그러나, 개시된 실시예들은 단지 본 발명의 예이며, 다양하고 대안적인 형태들로 구현될 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 도면들은 반드시 축적이 맞추어지지는 않으며; 특정 컴포넌트들의 세부사항들을 도시하기 위하여 일부 특징들이 과장되거나 또는 축소될 수 있다. 따라서, 본원에서 개시되는 특정한 구조적 및 기능적 세부사항들은 제한적으로 해석되지 않아야 하며, 단지 본 발명을 다양하게 이용하는 것을 당업자에게 교시하기 위한 대표적인 기반으로서 해석되어야 한다.

고려되는 실시예들은 전반적으로 드라이버들의 어레이를 갖는 가변 음향 라우드스피커(variable acoustics loudspeaker; VAL)를 구동하데 사용하기 위한 디지털 신호 프로세싱에 관한 것이다. 일부 실시예들에 있어서, 드라이버들의 어레이는, 사운드 빔들이 성형되고 다양하고 상이한 방향들로 조향(steer)되는 것을 가능하게 하기 위하여 원통형 구성으로 배치될 수 있다. 드라이버들의 어레이는, 예를 들어 그리고 비제한적으로, 트위터들, 중간범위들, 우퍼들, 및/또는 서브우퍼들을 포함할 수 있다. 다수의 예들이 대략적으로 원통형이지만, 드라이버 어레이들의 상이한 배열들 또는 축들이 사용될 수 있다는 것을 주의해야만 한다.

라우드스피커 어레이와 함께 디지털 빔포밍 필터들이 구현될 수 있다. 예를 들어, 선호되는 방향으로 음향 에너지를 집중함으로써, 빔이 형성된다. 빔은 선택가능 목표 방향 또는 각도로 조향될 수 있다. 좌측 및 우측 채널들 둘 모두의 빔을 형성하고 빔들을 적절하게 보냄으로써, 2개의 빔들의 교차점이 이미징을 위한 스윗 스팟(sweet spot)을 형성할 수 있다. 일 예에 있어서, 상이한 빔 폭들이 사용자에 의해 선택될 수 있으며, 이는 상이한 스윗 스팟 크기들을 허용한다. 따라서, 드라이버들의 어레이를 사용함으로써, VAL은 임의적인 공간(room)들 내에서 그리고 공간 처리 없이 작동하는 수직, 수평 및 경사각들에서 정밀하게 제어될 수 있는 지향성을 갖도록 설계될 수 있다.

VAL은 공간(spatial) 지향성 함수들 및 그들의 주파수 의존성의 독립적인 제어를 구현할 수 있다. 본원에서 상세하게 논의되는 바와 같이, VAL은, 포커싱된 스윗 스팟 대 확산 사운드(파티 모드)를 갖는 청취 영역의 조정가능 크기; 정확한 지향성 패턴을 적응시킴으로써 음성 및 악기들의 자연스러운 사운드; 원치 않는 공간 반사들에 의한 산란이 없는 스테레오 파노라마의 오디오 객체들의 자연스러운 이미지; 사운드 필드의 완전 360° 구형 제어; 상이한 채널들을 상이한 빔들에 할당함으로써 공간 내에 별개의 사운드 구역들을 생성하기 위한 능력; (측벽 반사들을 사용하여) 단일 스피커를 이용한 다채널 재생; (예를 들어, 40 Hz 내지 20 KHz 내의) 사이드 로브(side lobe)들이 없는 저 주파수들로의 적어도 20 dB만큼의 후방 에너지의 억제; 및 초-지향성 빔포밍 기술들에 기인하여 인클로저 치수들보다 더 큰 파장들에서의 컴팩트하고 확장성이 뛰어난 빔 제어를 제공할 수 있다.

이전의 라우드스피커들과 비교하면, 그 전체가 본원에 참조로서 통합되는 "Circular Loudspeaker Array With Controllable Directivity"라는 명칭의 미국 특허 공개공보 제2013/0058505호에서 논의되는 바와 같은 공간적 푸리에 분석에 기초하는 분석적인 방법들과는 대조적으로, 본 개시에 있어서 반복적인 방법이 측정 데이터에 기초하여 빔포밍에 적용된다. 본 방법의 이점들은 더 높은 정확성, 더 넓은 대역폭, 필터 주파수 응답들에 걸친 직접 제어, 및 공간 및 주파수에 있어서 임의적인 형상들이 지정될 수 있다는 것이다. 추가적으로, 라우드스피커는, 디지털 크로스오버 필터들을 사용하여 원통형 빔포밍 어레이를 수직 어레이와 결합함으로써 오직 수평 제어와는 대조적으로 완전-구형 제어를 제공할 수 있다. 디지털 크로스오버 필터들은 그 전체가 본원에 참조로서 또한 통합되는 "Loudspeaker Crossover Filter"라는 명칭의 미국 등록특허 제7,991,170호에서 상세하게 논의된다.

도 1은 가변 음향 라우드스피커들(102)의 일 예(100)를 나타낸다. 제 1 VAL(102A)은 동작 프로토타입으로서 도시되며, 제 2 VAL(102B)은 제품 실현물로서 도시된다(집합적으로 VAL(102)). VAL(102)의 전체 형상은 대략적으로 원통형이며, 여기에서 트랜스듀서들의 어레이들이 이를 둘러 균일하게 분포된다. 고 주파수 드라이버들(104)(예를 들어, 각기 12개의 트위터들)의 1개 또는 2개의 열들을 갖는 중앙 트위터 섹션의 측면에는 중간범위 열들(106)(예를 들어 6개 또는 8개의 드라이버들)의 1개 또는 2개의 쌍들, 및 각기 전방 및 후방으로 방사하는 저-주파수 트랜스듀서들의 2개의 쌍들을 사용하는 선택적인 서브우퍼 섹션(108)이 위치한다. 각각의 섹션(예를 들어, 트위터(104), 중간범위(106), 및 저-주파수(108) 섹션들)은 전용 주파수 대역에서 개별적인 수평 빔 제어를 제공한다. 수직 제어는 최적 크로스오버 설계에 의해 달성되며, 크로스오버 주파수들의 선택에 의해 변화될 수 있다.

빔포밍은 선호되는 방향으로 음향 에너지를 보내기 위하여 사용될 수 있는 기술이다. 도 1에 도시된 예들과 같은 VAL(102)은 VAL(102)에 대한 사운드 필드를 성형하기 위하여 음향 빔포밍을 사용할 수 있다.

이하에서 설명되는 바와 같이, 프로세서(예를 들어, 디지털 신호 프로세서/코덱 컴포넌트)는 빔포밍을 위한 신호 프로세싱을 제공한다. 신호 프로세서에 대한 입력은 모노 또는 좌측 및 우측 스테레오 채널들을 포함할 수 있다. 신호 프로세서로부터의 출력은 복수의 채널들을 포함할 수 있으며, 출력들은 각각의 드라이버로부터 빔들을 보내기 위한 다양한 필터링 및 믹싱 동작들에 기초한 콘텐트를 포함한다.

빔포밍을 위하여, 주파수 대역들이 별개로 핸들링될 수 있다. 일 예에 있어서, 라우드스피커는 고-주파수, 중간범위 및 베이스 주파수들을 별개로 핸들링할 수 있다. 특정 가능성으로서, 고-주파수들은 12개의 채널들로 신호 프로세서로부터 24개의 트위터들로 출력될 수 있으며; 중간범위는 8개의 채널들로 8개의 중간범위 드라이버들로 신호 프로세서로부터 출력될 수 있고; 베이스는 2개의 채널들로 신호 프로세서로부터 4개의 베이스 드라이버들로 출력될 수 있다. 다른 예에 있어서, 라우드스피커는 2-방향일 수 있으며, 고 주파수 및 저 주파수를 별개로 핸들링할 수 있다.

도 2는 트랜스듀서들의 배열 및 거리들의 추가적인 세부사항들의 일 예(200)를 제공한다. 예(200)에 도시된 바와 같이, 트위터 어레이(104)의 중심선은 중간범위 어레이들(106)의 중심선으로부터 71 밀리미터(mm)이며, 중간범위 어레이들(106)의 중심선은 저-주파수 어레이(108)의 중심선으로부터 160 mm이다. 추가적으로, 예(200)에 있어서, 트위터 어레이(104)의 직경은 170 mm이며, 트위터 중심들 사이의 간격은 43 mm이다.

도 3은 시스템의 제어 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP)에 의해 수행되는 프로세싱의 시스템 블록도(300)를 제공한다. 도면(300)에 도시된 바와 같이, 필터 길이를 감소시키고 프로세싱 파워를 절약하기 위하여, 8배로 서브-샘플링될 서브우퍼 섹션에 대한 서브-샘플러에 제공될 수 있다. 서브-샘플러 다음에는 저역-통과 크로스오버 필터(HC_LOW)가 이어지며, 그런 다음 각기 전방 서브우퍼들 및 후방 서브우퍼들을 피딩(feed)하는 빔포밍 필터들(H1 및 H2)의 쌍이 이어진다. 상부 및 하부 트랜스듀서들은, 일반적으로, 병렬로 동일한 필터 각각의 증폭기 출력에 연결된다.

중간범위 및 트위터 섹션들은, 트랜스듀서들의 수에 대응하는 더 많은 수의 빔포밍 필터들이 요구된다는 것을 제외하면, 유사하게 동작한다. 도시된 바와 같이, 입력은 또한 2배만큼 서브-샘플링될 중간범위 섹션에 대한 서브-샘플러에 제공될 수 있다. 서브-샘플러 다음에는 대역-통과 크로스오버 필터(HC_MID)가 이어지며, 그런 다음 중간범위 어레이(106)의 드라이버들을 피딩하는 빔포밍 필터들(B0...BN)의 세트가 이어진다. 입력은 또한 고역-통과 크로스오버 필터(HC_H)에 제공되고, 그런 다음 트위터 어레이(104)의 드라이버들을 피딩하는 빔포밍 필터들(B0 .　.　. BM)의 세트에 제공될 수 있다. 수평으로 대칭적인 빔이 희망되는 경우 그리고 트랜스듀서 허용 오차들이 무시될 수 있는 경우 트랜스듀서들의 쌍들이 동일한 필터에 연결될 수 있다는 것을 주의해야만 한다.

빔포밍은 상이한 오디오 주파수들을 선택적으로 필터링함으로써 달성된다. 입력 채널에 상이한 필터들을 적용함으로써, 별개의 출력 채널들이 생성되며 원통형 어레이 내의 상이한 드라이버들로 라우팅된다. 출력들에서의 "회전 메트릭스들"은, 빔을 희망되는 각도로 회전시키기 위하여, 빔포밍 필터 출력들을 상이한 트랜스듀서들에 재-할당하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 빔을 리다이렉트하기 위하여, 어레이들의 드라이버들로의 필터 출력들은 간단하게 적절한 수의 위치들만큼 시프팅된다. 이러한 유연성을 획득하기 위하여, 필터 출력들을 각각의 드라이버에 직접적으로 연결하는 대신에, 어레이의 드라이버들로의 연결 이전에 필터들의 출력들을 조정하기 위하여 회전 매트릭스 또는 믹싱 매트릭스가 사용된다.

도 3b는 고-주파수 빔포밍을 위하여 사용될 길이 256의 4개의 유한 임펄스 응답(finite impulse response; FIR) 필터들(F1-F4)의 일 예(300B)를 예시한다. 예시된 필터들은 필터들의 4개의 뱅크들을 포함하며, 여기에서 필터 뱅크들의 각각은 상이한 빔 폭에 대응한다. 4-필터 뱅크들 중 하나는 빔 폭 파라미터(∈ {1,2,3,4})에 기초하여 트위터 어레이에 대하여 선택될 수 있다. 빔 폭은 이하에서 더 상세하게 논의된다.

도 3c는 12개의 트위터 채널들로 4개의 고-주파수 필터들의 출력들을 라우팅하는 일 예(300C)를 예시한다. 도면에서와 같이 예시적인 12개의 트위터 드라이버들이 배열되며 넘버링된다. 도면에서 아래로 보내지는 빔 각도는 0°이다. 박스들은 이러한 구성에 대하여 각각의 드라이버로 라우팅되는 필터 출력들을 도시한다. 이러한 경우에 있어서, 노드 1이 헤드(head)로 지칭된다.

이러한 예에 있어서, 0°에서 빔을 생성하기 위하여, 4개의 필터들의 출력들이 예(300C)에 도시된 바와 같이 12개의 채널들로 라우팅된다. 스피커 유닛은 드라이브 번호 1이 전방을 향하는 상태로 정렬되는 것으로 가정된다. 필터(F1)는 드라이버 #1으로 보내지며; 필터(F2)는 드라이버 #1에 인접하여 채널들로 라우팅되어 드라이버들 # 12 및 #2로 라우팅되고; 필터들(F3 및 F4)은 유사하게 대칭적으로 라우팅된다.

도 3d는 목표 각도로의 빔의 예시적인 리다이렉션(300D)을 예시한다. 예(300D)에 있어서, 빔의 리다이렉션의 각도는 전방을 향하는 것에 대하여 반시계 방향으로서 도시되지만, 이는 임의적이며 다른 표준들이 사용될 수 있다. 일 예의 예시가 어레이 내에 12개의 등거리 드라이버들을 포함하기 때문에, 어레이 내의 각각의 드라이버는 이전의 드라이버로부터 30° 오프셋된다. 신호를 30° 회전시키기 위하여, 필터 출력들은 1개의 위치만큼 시프트된다. 빔이 n x 30°만큼 회전되는 경우, 헤드 및 필터 매핑들이 n개의 노드들만큼 전진한다. 일 예에 있어서, 신호를 90° 회전시키기 위하여, 필터 출력들은 3개의 위치들만큼 시프트된다. 이를 위하여, F1 출력은 트위터 #4를 구동하도록 회전되며, F2 출력은 트위터들 #3 및 #5를 구동하도록 회전될 수 있는 등이다. (F1의 출력을 포함하는 드라이버가 헤드 드라이버로서 지칭될 수 있다). 30°의 배수들이 아닌 각도들은 선형 보간 기법을 사용하여 주변 필터들을 믹싱함으로써 달성된다. 일 예에 있어서, 드라이버들 사이의 오프셋 양(이러한 예에 있어서, 30° 오프셋)보다 더 작은 잔여 각도가 계산될 수 있으며, 그런 다음 보간을 통해 조정될 수 있다.

도 3e는 중간-주파수 빔포밍을 위하여 사용될 길이(256)의 5개의 FIR 필터들(F1-F5)의 일 예(300E)를 예시한다. 고-주파수 필터들과 관련하여 논의된 바와 유사하게, 예시된 중간-주파수 필터들은 필터들의 4개의 뱅크들을 포함하며, 여기에서 필터 뱅크들의 각각은 상이한 빔 폭에 대응한다.

도 3f는 8개의 중간범위 채널들로 5개의 중간-주파수 필터들의 출력을 라우팅하는 예(300F)를 예시한다. 도시된 바와 같이, 8개의 중간범위 드라이버들이 도면에서와 같이 배열되며 넘버링된다. 도면에서 아래로 보내지는 기본 빔 각도는 0°이다. 박스들은 이러한 구성에 대하여 각각의 드라이버로 라우팅되는 필터 출력들을 도시한다. 이러한 경우에 있어서, 노드 1이 헤드로 지칭된다. 예(300F)는 또한 각도에 대하여 예시적인 반시계 방향 규칙을 사용한다. 여기에서, 8개의 드라이버들이 존재하기 때문에, 하나의 노드만큼 시프팅하는 것이 45°의 변화를 야기한다. 또한 이상에서 논의된 바와 유사하게, 45°의 배수들이 아닌 각도들은 선형 보간에 의해 주변 필터들을 믹싱함으로써 달성된다.

필터 뱅크들 중 하나의 선택과 관련하여 이상에서 언급된 바와 같이, VAL(102)은 4개의 상이한 빔 크기들을 지원한다. 트위터 및 중간범위 주파수들에 대하여, 각각의 크기에 대한 필터들의 상이한 세트가 존재한다. 그러나, 베이스 프로세싱에 대하여, 상이한 기법이 사용된다. 오로지 2개의 베이스 채널들만이 존재한다. 하나(빔 #1)는 전방을 향한 2개의 우퍼들로 전송되며, 다른 하나(빔 #2)는 후방을 향한 2개의 우퍼들로 전송된다. 고정된 채로 남아 있는 2개의 512 탭 FIR 필터들이 존재한다. 각각의 채널의 출력은, 그들의 계수들이 빔 각도 및 빔 폭의 함수인 선형 믹스(linear mix)에 의해 결정된다.

도 3g는 (2개의 바이쿼드(biquad)들을 통과한 후의) 개별적인 512 탭 필터들의 전달 함수들을 나타내는 H1 및 H2를 예시한다. 설명되는 바와 같은 알고리즘은 어떤 지향성이 약 85 Hz에 이르기까지의 오디오 주파수들에 부여되는 것을 가능하게 한다. 수학적으로,

및

이며, 여기에서 a는 빔 폭에 따라 0, 0.15, 0.3, 또는 0.75 중 하나이며, θ는 도 단위의 빔 각도이다.

트위터 및 중간범위 드라이버들의 원형 배열은 필터 출력들의 원형 셔플(shuffle)에 의해 빔이 거친 방식으로 조향되는 것을 가능하게 한다. 12개의 트위터들 및 8개의 중간범위들의 예에 있어서, 트위터 빔은 30°의 증분들에 의해 이러한 방식으로 이동될 수 있으며, 중간범위는 45°의 증분들에 의해 이러한 방식으로 이동될 수 있다. 이러한 유연성을 획득하기 위하여, 필터 출력들을 각각의 드라이버에 직접적으로 연결하는 대신에, 믹싱 또는 회전 매트릭스가 사용된다. 회전 매트릭스들은 필터들의 출력들과 드라이버들에 대한 입력들 사이에서 도 3에서 보여질 수 있다.

도 3h는 0°의 각도에 대한 예시적인 트위터 회전 매트릭스(300H)를 예시한다. 도 3c에 대응하여, 매트릭스(300H)에서 보여질 수 있는 바와 같이, 드라이버 1은 필터(F1)로부터 출력을 수신하는 헤드 드라이버이며, 반면 헤드 드라이버 측면에 있는 드라이버들은 다음의 연속적인 필터들로부터 출력들을 수신한다.

도 3i는 90°의 각도에 대한 예시적인 트위터 회전 매트릭스(300I)를 예시한다. 매트릭스(300I)에서 보여질 수 있는 바와 같이, 드라이버 4는 필터(F1)로부터 출력을 수신하는 헤드 드라이버이며, 반면 헤드 드라이버 측면에 있는 드라이버들은 다음의 연속적인 필터들로부터 출력들을 수신한다.

도 3j는 90°와 120° 사이의 각도에 대한 예시적인 트위터 회전 매트릭스(300J)를 예시한다. 미세 제어를 달성하기 위하여, 이웃 드라이버들에 대한 "사이(in-between)" 각도들의 분수적인 관계에 기초하여 선형 보간이 사용될 수 있다.

다시 도 3d를 참조하면, 각도(ang)는 트위터 빔에 대하여 90°와 120° 사이인 것으로 도시된다. 따라서, 잔여 각도(θ)는 (ang modulo 30)으로서 정의될 수 있다. 가중 인자들 α 및 β는 θ로부터 정의된다. 수학적으로 설명하기 위하여, head = 1 + ang div 30이며, 여기에서 θ = ang modulo 30, β = θ / 30, 및 α = 1 - β이다. 예시된 예에 있어서, 묘사된 빔 각도에 대하여 헤드 = 4이며, 여기에서 더 낮은 인덱스들은 α에 의해 가중되고, 더 높은 인덱스들은 β에 의해 가중된다. 따라서, 회전 매트릭스(300I)와 비교하면, 회전 매트릭스(300J))에서, 1들이 α로 대체되었으며, 그들의 뒤에 오는 노드 엔트리들은 0으로부터 β로 변경되었다.

도 4는 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 수직 크로스오버 필터 및 수동 트위터 필터의 일 예(400)를 예시한다. 수직 빔 제어와 관련하여, VAR(102)은, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 트위터들, 중간범위들, 및 우퍼들의 대칭적인 어레이를 적용함으로써 수직 오프-축 각도들에서 대략적으로 일정한 지향성을 달성할 수 있다. 크로스오버 필터들의 설계의 추가적인 측면들은, 이상에서 언급된 바와 같은 미국 등록특허 제7,991,170호에서 발견될 수 있다.

감쇠 계수 a는 다음과 같이 수직 오프-축 각도 α에서 음향 응답 H에 대하여 지정될 수 있다:

(1)

여기에서, 예를 들어, a = 0.25; 및 α = 45°이다. 여기에서 크로스오버 함수 w(f):

(2)

(3)

(4)

여기에서 각기 C_1/2은 포인트 소스들의 쌍들에 대한 모델들이며, 음향 파장은

이고, c = 346 m/sec이며(사운드의 속도), x_1/2은 중간범위와 트위터 쌍들 사이의 거리를 모델링한다.

식 (1)로부터, 크로스오버 함수 w(f)는 다음과 같이 계산될 수 있다:

(5)

도 5는 이상의 식을 사용하여 설계된 도 4에 도시된 바와 같은 3-방향 크로스오버의 일 예(500)를 도시한다. 크로스오버 필터들은 크로스오버 전달 함수들 w(f)로부터 도출되었으며, 이의 추가적인 측면들은 이상에서 언급된 바와 같은 미국 등록특허 제7,991,170호에서 논의된다.

도 6은 1개 또는 2개의 트위터 열들을 갖는 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 예시적인 수직 응답들(600)을 예시한다. 트레이스(602)가 보여주는 바와 같이, VAL(102) 단지 약 3 KHz에 이르는 일정한 지향성을 달성할 수 있으며, 이는 트위터들이 인계(take over)하는 지점이다. 이는, 도 1 및 도 4의 VAL(102A)에서 도시되는 바와 같이, 트위터들의 제 2 열을 제 1 열에 가깝게 추가함으로써 개선될 수 있다. 제 2 트위터 열은, 1차 크로스오버(H_Lp)를 사용하여 저역 통과 필터링된 신호들에 의해 피딩된다. 이러한 필터는, 도 4의 개략도(404)에서 모델링된 바와 같이, 직렬 연결 및 바이패스 커패시터 C(전형적으로, 5-10uF)를 가지고 간단하게 실현될 수 있다. 트레이스(604)는 약 30 mm의 수직 거리에 제 2 트위터 열을 추가함으로써 일정한 지향성이 10 KHz까지 연장될 수 있다는 것을 입증한다.

저 주파수들에서의 수평 빔 제어와 관련하여, 인클로저 크기를 작게 유지하고 트랜스듀서들의 수를 제한하기 위하여, 중간 및 고 주파수 대역들에서의 더 복잡한 패턴들 대신에, 특정 주파수 지점 이상의 지정된 후방 감쇠를 갖는 고정된 심자형 빔 패턴이 사용될 수 있다.

도 7은 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)에 대한 예시적인 심장형 우퍼 기능 블록도(700)를 예시한다. 일 예에 있어서, 도 2의 우퍼 쌍은 도 7에 도시된 바와 같이 상이한 우퍼들 사이에 정의된 거리 d를 가지고 공유되고 밀봉된 인클로저 내에 구축된다. 무반향실 내의 테스트 마이크로폰이 마이크로폰을 향한 우퍼의 트랜스듀서 응답(H_S2) 및 그런 다음 대향 우퍼로부터의 응답(H_S1)을 측정하기 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 다른 측에서 음압을 최대화하면서 일 측에서 음압을 최소화하기 위한 목표를 갖는 우퍼 필터들(H₁ 및 H₂)의 쌍이 설계될 수 있다. 여기에서 하기와 같은 조건들을 가지면:

(6)

(7)

식 (6) 및 식 (7)은 다음과 같은 필터 전달 함수들을 산출한다:

(8)

(9)

예를 들어, H_rear = 0.05 (-20 dB) 및 H_front = 1의 값들이 설정될 수 있다. 추가로, 이득을 제한하고 필터들을 미리-조절(pre-condition)하기 위하여, 대역-제한 주파수 지점들 f₁ = 80 Hz, f₂ = 300 Hz이 도입될 수 있으며, 이는 다음과 같이 설정될 수 있다:

(10)

(11)

그러면, 유한 임펄스 응답(FIR) 필터들이 역 푸리에 변환 및 시간-영역 윈도윙(windowing)에 의해 획득될 수 있다. 필터 차수(order)들은 소형 우퍼 인클로저 및 (80...300) Hz에 대하여 1 K 아래이다.

도 8은 2개의 우퍼 필터들 사이의 위상 차이의 주파수 응답(800)을 도시한다. 도 9는 로그-규모의 주파수 응답들

를 도시하며, 아래는 전방 및 후방에서의 결과적인 음향 응답들을 도시한다. 이러한 설계를 사용하며, 저 주파수들에서 필요 이득을 낮게 그리고 동일하게 유지하면서 약 100 Hz 이상에서 20 dB 감쇠가 달성될 수 있으며, 그럼으로써 완전 동적 범위(full dynamic range)를 유지할 수 있다. 100 Hz 아래에서, 전-지향성(omni-directional) 방사를 향한 매끄러운 전환이 존재한다.

중간 및 고 주파수들에서의 수평 빔 제어와 관련하여, (Earl. G. Williams, Fourier Acoustics, Academic Press 1999.에서 논의되는 바와 같이), 사운드 소스로서 내장된 각도 반경(α)의 짧은 직사각형 멤브레인(membrane)을 갖는, 반경 a의 긴 원통 둘레의 수평 각도(φ)에서의 원거리 음압(far field sound pressure)은 다음가 같이 계산될 수 있다

(12)

여기에서:

은 제 1 종(first kind) H_n의 한켈 함수의 도함수이며;

는 파수(wave number)이고; 및

K는 충분한 정확성을 위하여 계산될 항(term)들의 수이다(전형적인 일 예에 있어서, K =30).

도 10은 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)의 원통형 인클로저의 예시적인 계산된 극 응답(polar response)들(1000)을 예시한다. 더 구체적으로, 도 10은 각기 f = 2 KHz 및 f = 8 KHz에 대하여 반경(π/12)의 트랜스듀서 및 반경(α = 0.084m)의 원통에 대한 결과적인 응답들을 도시한다. 예시된 예에 있어서, 빔포밍을 지원하기 위한 충분한 후방 감쇠(예를 들어, 20 dB)가 오로지 매우 높은 주파수들에서 달성될 수 있다는 것이 확인될 수 있다. 더 낮은 주파수들에서, 트랜스듀서들의 어레이는, 본 개시의 범위 내인 최적 빔포밍 필터들과 함께 이용되어야만 한다.

일 예로서, 4개의 빔 패턴들(at₁ - at₄)이 다음과 같이 정의될 수 있다.

(13)

이는 k = 1-9, 개별적인 각도들 α_k = [0 15 39 45 60 90 120 150 180] 도에서 데시벨 단위로 감쇠를 지정한다. 패턴들은, 각기 도 11 내지 도 12에 예시된 바와 같은, 커버리지 각도들 60°, 120°, 180°, 240°를 갖는 "공간 필터들"로서 해석될 수 있다.

도 11은 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)의 60° 및 120° 커버지리에 대한 예시적인 지정된 공간 필터들(1100)을 예시한다. 도 12는 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)의 180° 및 240° 커버지리에 대한 예시적인 지정된 공간 필터들(1200)을 예시한다.

도 13은, 원시(raw) 및 평탄화(smoothed) 둘 모두에 대한, 다양한 수평 각도들 하에서의 예시적인 측정된 중간범위 주파수 응답들(1300)을 예시한다. 개시된 빔포밍 필터 설계는 무반향실 내의 음향 측정들에 의해 캡처된 데이터에 기초한다. 트레이스(1302)는 15° 스텝들로 각도들(15...180°)에서의 도 1의 VAL(102A)의 6개의 중간범위 트랜스듀서 쌍들 중 하나에 대한 측정들의 세트를 도시한다. 하부 및 상부 트랜스듀서들은 쌍으로 연결된다. 하나의 트랜스듀서 쌍을 측정하고 소프트웨어-제어형 턴테이블 상에서 라우드스피커를 회전시킴으로써 결과들이 획득된다.

데이터는 원통의 표면 상에서, 특히 음원의 대향되는(음영진(shadowed)) 측에서의 각도들(> 120°)에서, 반사들에 기인하는 심한 변동들을 보여준다. 반사들은, 표면 상의 2차 소스들로서 역할하여 음향 회절을 초래하는 이웃 트랜스듀서들에 의해 초래된다. 추가적인 프로세싱을 위한 데이터를 마련하기 위하여, 평탄화 알고리즘이 적용되며, 이는 위상 정보를 보존하면서 데이터를 평탄화한다. 개별적인 복소 주파수 응답

, k = 1...N)에서 시작하여, 크기

및 언랩 위상(unwrapped phase)

이 계산되며, 그런 다음 각각의 크기 및 위상 값은 다음과 같이 가변 길이의 윈도우에 걸친 그것의 평균으로 대체된다:

(14)

여기에서:

(15)

여기에서 블록 길이 N = 2048이며, s = (1.01.　.　.　1.20)는 평탄화의 희망되는 양에 의존하는 인자이고(전형적으로, s = 1.1);

평탄화된 주파수 응답은

로서 재구성될 수 있다.

트레이스(1304)는 평탄화 이후의 크기의 플롯을 도시한다.

도 14는 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 모델링된 중간범위 주파수 응답 및 측정된 중간범위 주파수 응답의 예시적인 비교(1400)를 예시한다. 따라서, 평탄화된, 측정된, 및 식 (12)에 따라 예상된 응답들 사이에 양호한 매칭이 존재한다는 것이 확인될 수 있다.

빔 필터들은, 다음의 섹션에서 개괄되는 바와 같이 반복적으로 설계된다.

도 15는 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 필터들(B0-B3)을 갖는 예시적인 중간범위 드라이버 레이아웃(1500)을 예시한다. 중간범위 드라이버 레이아웃(1500)에 있어서, 하나의 전방 드라이버가 필터(B0)에 연결되고, +/- 60°에서의 드라이버들의 쌍이 필터(B1)에 의해 둘 모두가 피딩되며, +/- 120°에서의 드라이버들의 다른 쌍이 B2에 연결되고, 후방 드라이버가 B3에 연결된다.

다음의 일반적인 절차는 적어도 4개의 드라이버들을 갖는 임의의 대칭적인 드라이버 레이아웃에 적용될 수 있다. 임의의 수의 드라이버 쌍들이 공간 분해능을 증가시키기 위하여 추가될 수 있다.

측정된, 평탄화된 복소 주파수 응답들(14)은 다음과 같이 매트릭스 형태로 작성될 수 있다:

(16)

주파수 인덱스는 i이고, N은 FFT 길이이며, M은 간격 [0...180]°에서의 각도 측정들의 수이다. 실제로, 15° 스텝의 경우에 M=13, 트위터들에 대하여 N=512, 중간범위들에 대하여 N=2048이 선택된다.

R개의 드라이버들의 어레이(여기서 R은 짝수)는 0°에서 하나의 전방 드라이버, 180°에서 하나의 후방 드라이버, 및 각도들

, r = 1,...,P에 위치된 P = (R - 2)/2개의 드라이버 쌍들을 포함한다. 목표는, 드라이버 쌍들에 연결될 P개의 빔포밍 필터들(C_r) 및 후방 드라이버에 대한 추가적인 필터(C_P+1)의 설계이다.

먼저, 측정된 주파수 응답들은 드라이버 주파수 응답을 제거하기 위하여 전방 응답에 대하여 0보다 더 큰 각도들에서 정규화된다. 이러한 정규화는 이후에 드라이버 등화의 형태로 최종 필터를 설계할 때 다시 인수분해(factor)될 것이다.

(17)

다음 필터 설계 반복이 각각의 주파수 지점에 대하여 개별적으로 작용한다. 편의를 위하여 주파수 인덱스는 다음을 정의하기 위해 제거될 수 있다:

(17-1)

이는 개별적인 각도 a_k에서 측정된 및 정규화된 주파수 응답이다.

방사상-대칭성, 원통형 인클로저, 및 동일한 드라이버들을 가정하면, 어레이의 주파수 응답들 U(k)는 다음과 같이 모든 드라이버들에 대하여 동일한 오프셋 각도를 적용함으로써 각도들 a_k에서 계산될 수 있다:

(18)

공간 필터 값들(C_r)은 하기의 2차 오류 함수를 최소화함으로써 반복적으로 획득될 수 있다:

(19)

t(k)는 빔 형상 또는 커버리지를 지정하기 위한 목표 함수들(13) 중 하나일 수 있으며, 예를 들어,

이다. 대신에, 다른 목표 함수들이 상이한 주파수 대역들에 대하여 선택되거나 또는 상이한 목표 함수들일 수 있으며, 이러한 경우에 t는 주파수 의존적이 된다 t = t(i,k).

(19)에서의 파라미터 a는 선택될 입력 파라미터이다. 이는 다음과 같이 어레이 이득을 지정한다:

(20)

이는 설계에 대한 목표 조건들 중 하나이다. 어레이 이득은 하나의 단일 트랜스듀서에 비하여 어레이가 얼마나 더 크게 재생할지를 지정한다. 이는 하나보다는 더 커야 하지만, 총 트랜스듀서 수 R보다 더 클 수는 없다. 초-지향성 빔포밍을 위해 필요한 어떤 사운드 소거(sound cancellation)를 가능하게 하기 위하여, 어레이 이득은 R보다는 더 작을 것이지만 하나보다는 훨씬 더 커야만 한다.

Q는 각도 목표 지점들의 수이다(예를 들어, 식 (13)에서 Q=9).

w(k)는, 특정 근사 지점 대 다른 근사 지점에서 더 높은 정밀도가 요구되는 경우 사용될 수 있는 가중 함수이다(일반적으로 0.1 < w < 1).

최적화될 변수들은 주파수 인덱스 당 P + 1개의 복수 필터 값들,

이다. 우리는 흥미가 있는 대역 내의 제 1 주파수 지점

에서 시작하고(예를 들어, f₁ = 300 Hz, f_g = 24 KHz, N = 2048 => i₁ = 25), 시작 해법으로서

을 설정하며, 그런 다음, 마지막 지점

(예를 들어, f₂ = 3 KHz => i₂ = 256)에 도달할 때까지 매번 인덱스를 증분함으로써 필터 값들을 계산한다.

실수 및 허수 부분 대신에, 크기

및 위상

=

이 변수들로서 비선형적인 최적화 루틴에 대하여 사용될 수 있다.

이러한 유계(bounded) 비선형적 최적화 문제는 표준 소프트웨어, 예를 들어, 매트랩(Matlab) 최적화 툴박스의 부분인 함수 "fmincon"을 가지고 해결될 수 있다. 다음의 경계들이 적용될 수 있다:

(21)

이는 최대 허용 필터 이득이며, 하나의 계산된 주파수 지점으로부터 다음의 계산될 주파수 지점까지의 크기 값들에 대한 하한 및 상한은, 입력 파라미터 δ에 의해 다음과 같이 지정된다:

(22)

이는 결과적인 주파수 응답들의 평탄화를 제어하기 위한 것이다.

중간범위 예에 있어서, 도 16 내지 도 18은 도 1의 예의 중간범위 드라이버들에 대한 결과들을 도시한다. 중간범위 예에 대한 파라미터들은 다음과 같다:

도면들 내의 필터들(B₁...B₃)은 빔포밍 필터들이지만, 온-축(on-axis) 응답(B₀)으로 정규화된다:

(23)

도 16은 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)에 대한 예시적인 180° 커버리지 중간범위 필터 주파수 응답들뿐만 아니라 결과적인 수평 오프-축 음향 응답들의 예(1600)를 예시한다. 예(1600)에서 표시되는 바와 같이, 매우 매끈한 오프-축 응답들이 실현될 수 있다.

도 17은 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)에 대한 중간범위 180° 비밍(beaming)에 대한 정규화된 빔포밍 필터들의 위상 응답의 예(1700)를 예시한다. 도 18은 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)에 대한 예시적인 60° 커버리지 중간범위 주파수 응답들뿐만 아니라 결과적인 수평 오프-축 음향 응답들의 예(1800)를 예시한다. 예들(1900)은 빔포밍 필터들 사이의 전형적이고 넓은 주파수-독립 위상 오프셋을 실증한다. 예(1800)에서 좁은 빔은, 약 20dB의 후방 감쇠가 명백한 사이드 로브들 없이 달성된다는 것을 확인해 준다.

도 19는 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)에 대한 중간범위 60° 비밍에 대한 정규화된 빔포밍 필터들의 예시적인 위상 응답들(1900)을 예시한다.

도 20은 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)에 대한 필터들(B0-B6)을 갖는 예시적인 트위터 드라이버 레이아웃의 예(2000)을 예시한다. 이전에 개괄된 일반적으로 절차로부터 2개의 편차들이 존재한다. 첫째, 시스템은 오로지 총 12개의 트위터들 중에서 전방 5개만을 사용한다. 후방 트위터들은 오로지 빔 회전 목적들을 위하여만 사용된다(도 3 참조). 둘째, 우측(B₁...B₃) 대 좌측(B₄...B₆)에 대하여 별개의 필터들이 계산된다.

도 21 내지 도 24는 결과들을 도시한다. 도 21은 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)에 대한 예시적인 180° 커버리지 트위터 주파수 응답들뿐만 아니라 결과적인 수평 오프-축 음향 응답들의 예를 예시한다. 도 22는 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)에 대한 트위터 180° 비밍에 대한 정규화된 빔포밍 필터들의 예시적인 위상 응답들(2200)을 예시한다. 도 23은 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)에 대한 예시적인 60° 커버리지 트위터 주파수 응답들(2300)뿐만 아니라 결과적인 수평 오프-축 음향 응답들의 예를 예시한다. 도 24는 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)에 대한 트위터 60° 비밍에 대한 정규화된 빔포밍 필터들의 예시적인 위상 응답들(2400)을 예시한다. 트위터 예에 대한 파라미터들은 다음과 같다:

그래프는 다시, 매우 매끈하고 제어되는 지향성이 전체 가청 주파수 범위 전체에 걸쳐 달성될 수 있다는 것을 보여준다.

시스템 통합 및 결과들과 관련하여, 크로스오버 필터, 빔포밍 필터 및 드라이버 등화가 하나의 필터(F_r) 내로 결합될 수 있다:

(24)

여기에서:

B_r은 식 (23)에 따라 정규화된 빔포밍 필터이며;

H_c는 도 3 및 도 4의 크로스오버 필터들 중 하나이고(식 5 참조); 및

H₀은 드라이버의 음향 주파수 응답이다.

크로스오버 필터를 통합하는 이점은 그것의 대역-제한 속성이다. 결합된 필터는 더 안정적이 되며(임펄스 응답들이 더 빠르게 0으로 수렴하며), 그럼으로써 전체 필터 길이들 및 복잡도를 감소시킨다.

도 25는 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)에 대한 빔포밍, 등화, 및 크로스오버를 포함하는 예시적인 결합된 중간범위 필터 응답들(2500)을 예시한다. 도 26은 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)에 대한 빔포밍, 등화, 및 크로스오버를 포함하는 예시적인 결합된 트위터 응답들(2600)을 예시한다.

도 27은 0°, 60°, 및 120° 수평 오프-축에서 도 1의 예시적인 가변 음향 라우드스피커의 결합된 음향 응답들(2700)을 도시한다.

도 28 및 도 29는, +/-30° 커버리지를 갖는 좁은 빔(13에서 at₁) 및 +/-60° 커버리지를 갖는 더 넓은 빔(at₃)에 대하여 도 1의 예시적인 가변 음향 라우드스피커에 대한 일련의 완전 구형 음향 측정들(2800, 2900)을 디스플레이한다.

도 30은 예시적인 가변 음향 라우드스피커(102)에 대한 빔포밍을 위한 예시적인 프로세스(3000)를 예시한다. 일 예에 있어서, 프로세스는 이상에서 상세하게 논의된 개념들을 사용하여 가변 음향 라우드스피커(102)에 의해 수행될 수 있다. 3002에서, 가변 음향 라우드스피커(102)는 입력 채널을 수신한다. 일 예에 있어서, 입력은 디지털 신호 프로세서에 의해 프로세싱될 가변 음향 라우드스피커(102)에 제공될 수 있다. 일부 예들에 있어서, 입력은 모노 채널을 포함할 수 있으며, 반면 일부 예들에 있어서, 스테레오 채널 또는 더 많은 채널들이 가변 음향 라우드스피커(102)에 제공될 수 있다.

동작(3004)에서, 가변 음향 라우드스피커(102)는 주파수들의 제 1 범위에 대한 제 1 복수의 출력 채널들을 생성한다. 일 예에 있어서, 적어도 도 3 및 도 3b와 관련하여 논의된 바와 같이, 유한 입력 응답 필터들의 세트가 고-주파수 빔포밍을 위해 사용될 복수의 출력 채널들을 생성하기 위하여 디지털 신호 프로세서에 의해 사용될 수 있다. 3006에서, 가변 음향 라우드스피커(102)는 제 1 회전 매트릭스를 사용하여 목표 각도에서 오디오 콘텐트의 제 1 빔을 생성한다. 일 예에 있어서, 적어도 도 3, 도 3c, 도 3d, 도 3h, 도 3i, 및 도 3j와 관련하여 논의된 바와 같이, 4개의 고-주파수 필터들의 출력들이 목표 각도에서 12개의 트위터 채널들로 라우팅될 수 있다. 가변 음향 라우드스피커(102)는, 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 3008에서, 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이로 오디오 콘텐트의 제 1 빔을 적용한다. 일 예에 있어서, 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 트위터 어레이(104)의 드라이버들이다.

동작(3010)에서, 가변 음향 라우드스피커(102)는 주파수들의 제 2 범위에 대한 제 2 복수의 출력 채널들을 생성한다. 일 예에 있어서, 적어도 도 3 및 도 3e와 관련하여 논의된 바와 같이, 유한 입력 응답 필터들의 세트가 중간-주파수 빔포밍을 위해 사용될 복수의 출력 채널들을 생성하기 위하여 디지털 신호 프로세서에 의해 사용될 수 있다. 3012에서, 가변 음향 라우드스피커(102)는 제 2 회전 매트릭스를 사용하여 목표 각도로 오디오 콘텐트의 제 2 빔을 생성한다. 일 예에 있어서, 적어도 도 3, 도 3f, 도 3h, 도 3i, 및 도 3j와 관련하여 논의된 바와 같이, 5개의 중간-주파수 필터들의 출력들이 목표 각도에서 8개의 중간범위 채널들로 라우팅될 수 있다. 가변 음향 라우드스피커(102)는, 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 3008에서, 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이로 오디오 콘텐트의 제 2 빔을 적용한다. 일 예에 있어서, 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 중간범위 어레이들(106)의 드라이버들이다.

도 31은 다양한 실시예들의 하나 이상의 측면들을 구현하도록 구성된 오디오 시스템(3100)의 개념적인 블록도이다. 도시된 바와 같이, 오디오 시스템(3100)은 컴퓨팅 디바이스(3101), 하나 이상의 스피커들(3120), 및 하나 이상의 마이크로폰들(3130)을 포함한다. 컴퓨팅 디바이스(3101)는 프로세서(3102), 입력/출력(I/O) 디바이스들(3104), 및 메모리(3110)를 포함한다. 메모리(3110)는 데이터베이스(3114)와 상호작용하도록 구성된 오디오 프로세싱 애플리케이션(3112)을 포함한다.

프로세서(3102)는 데이터를 프로세싱하거나 및/또는 프로그램 코드를 실행하도록 구성된 임의의 기술적으로 실현이 가능한 형태의 프로세싱 디바이스일 수 있다. 프로세서(102)는, 예를 들어 그리고 비제한적으로, 시스템-온-칩(system-on-chip; SoC), 중앙 프로세싱 유닛(central processing unit; CPU), 그래픽 프로세싱 유닛(graphics processing unit; GPU), 애플리케이션-특정 집적 회로(application-specific integrated circuit; ASIC), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP), 필드-프로그램가능 게이트 어레이(field-programmable gate array; FPGA) 등을 포함할 수 있다. 프로세서(3102)는 하나 이상의 프로세싱 코어들을 포함한다. 동작 시에, 프로세서(3102)는 다른 시스템 컴포넌트들의 동작들을 제어하고 조율하는 컴퓨팅 디바이스(3101)의 마스터 프로세서이다.

I/O 디바이스들(3104)은 입력 디바이스들, 출력 디바이스들, 및 입력을 수신하고 출력을 제공하는 것 둘 모두가 가능한 디바이스들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 그리고 비제한적으로, I/O 디바이스들(3104)은 스피커(들)(3120), 마이크로폰(들)(3130), 원격 데이터베이스들, 다른 오디오 디바이스들, 다른 컴퓨팅 디바이스들 등으로 데이터를 전송하거나 및/또는 이들로부터 데이터를 수신하는 유선 및/또는 무선 통신 디바이스들을 포함할 수 있다.

메모리(3110)는 메모리 모듈 또는 메모리 모듈들의 집합을 포함할 수 있다. 메모리(3110) 내의 오디오 프로세싱 애플리케이션(3112)은, 컴퓨팅 디바이스(3101)의 전체 기능을 구현하고 그에 따라서 전체적으로 오디오 시스템(3100)의 동작을 조율하기 위하여 프로세서(3102)에 의해 실행된다. 예를 들어, 그리고 비제한적으로, 하나 이상의 마이크로폰들(3130)을 통해 획득된 데이터는 하나 이상의 스피커들(3120)으로 송신될 사운드 파라미터들 및/또는 오디오 신호들을 생성하기 위하여 오디오 프로세싱 애플리케이션(3112)에 의해 프로세싱될 수 있다. 오디오 프로세싱 애플리케이션(3112)에 의해 수행되는 프로세싱은, 예를 들어, 그리고 비제한적으로, 필터링, 통계 분석, 귀납 프로세싱, 음향 프로세싱, 및/또는 다른 유형들의 데이터 프로세싱 및 분석을 포함할 수 있다.

스피커(들)(3120)은 컴퓨팅 시스템(3000)과 연관된 오디오 디바이스(예를 들어, 전력 증폭기) 및/또는 컴퓨팅 시스템(3000)으로부터 수신된 하나 이상의 오디오 신호들에 기초하여 사운드를 생성하도록 구성된다. 마이크로폰(들)(3130)은 주변 환경으로부터 음향 데이터를 획득하고 음향 데이터와 연관된 신호들을 컴퓨팅 디바이스(3101)로 송신하도록 구성된다. 그런 다음, 마이크로폰(들)(3130)에 의해 획득된 음향 데이터는 스피커(들)(3120)에 의해 재생될 오디오 신호들을 결정하거나 및/또는 필터링하기 위하여 컴퓨팅 디바이스(3101)에 의해 프로세싱될 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 마이크로폰(들)(3130)은, 예를 들어 그리고 비제한적으로, 차동 마이크로폰, 압전 마이크로폰, 광학 마이크로폰 등을 포함하는 음향 데이터를 획득할 수 있는 임의의 유형의 트랜스듀서를 포함할 수 있다.

일반적으로, 컴퓨팅 디바이스(3101)는 오디오 시스템(3000)의 전체 동작을 조율하도록 구성된다. 다른 실시예들에 있어서, 컴퓨팅 디바이스(3101)는 오디오 시스템(3000)의 다른 컴포넌트들에 결합될 수 있지만 이들과는 별개일 수 있다. 이러한 실시예들에 있어서, 오디오 시스템(3000)은, 개인용 컴퓨터, 오디오-비디오 수신기, 전력 증폭기, 스마트폰, 휴대용 매체 플레이어, 착용형 디바이스 등과 같은 별개의 디바이스 내에 포함될 수 있는, 주변 환경으로부터 획득된 데이터를 수신하고 데이터를 컴퓨팅 디바이스(3101)로 전송할 수 있는 별개의 프로세서를 포함할 수 있다. 그러나, 본원에 개시된 실시예들은 오디오 시스템(3000)의 기능을 구현하도록 구성된 임의의 기술적으로 실현이 가능한 시스템을 고려한다.

다양한 실시예들의 설명은 예시 및 설정의 목적들을 위해 제공되었으며, 개시된 실시예들로 제한되거나 또는 철저해지도록 의도되지 않는다. 다수의 수정들 및 변형들이 설명된 실시예들의 범위 및 사상으로부터 벗어나지 않고 당업자들에게 자명해질 것이다.

본 실시예들의 측면들은 시스템, 방법, 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 따라서, 본 개시의 측면들은 전적으로 하드웨어 실시예, 전적으로 (펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로-코드 등을 포함하는) 소프트웨어 실시예 또는, 그 모두가 본원에서 전반적으로 "모듈" 또는 "시스템"으로 지칭될 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어 측면들을 조합하는 실시예의 형태를 취할 수 있다. 더욱이, 본 개시의 측면들은, 그 위에 구현된 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드를 갖는 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 매체(들) 내에 구현된 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다.

하나 이상의 컴퓨터 판독가능 매체(들)의 임의의 조합이 사용될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 판독가능 신호 매체 또는 컴퓨터 판독가능 저장 매체일 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체는, 예를 들어, 비제한적으로, 전자, 자기, 광, 전자기, 적외선, 또는 반도체 시스템, 장치, 또는 디바이스, 또는 전술한 것들의 임의의 적절한 조합일 수 있다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체의 더 구체적인 예들(철저하지 않은 목록)은 하기의 것을 포함할 것이다: 하나 이상의 와이어들을 갖는 전기적 연결, 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리(ROM), 소거가능 프로그램가능 판독-전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 광 섬유, 휴대용 콤팩트 디스크 판독-전용 메모리(CD-ROM), 광 저장 디바이스, 자기 저장 디바이스, 또는 전술한 것들의 임의의 적절한 조합. 본 문서의 맥락에서, 컴퓨터 판독가능 저장 매체는, 명령어 실행 시스템, 장치, 또는 디바이스에 의해 또는 이와 관련한 사용을 위한 프로그램을 함유하거나 또는 저장하는 임의의 유형적인 매체일 수 있다.

본 개시의 측면들이 본 개시의 실시예들에 따른 방법들, 장치(시스템들), 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 순서도 예시들 및/또는 블록도들을 참조하여 설명되었다. 순서도 예시들 및/또는 블록도들의 각각의 블록, 및 순서도 예시들 및/또는 블록도들 내의 블록들의 조합들이 컴퓨터 프로그램 명령어들에 의해 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램 명령어들은 범용 컴퓨터, 전용 컴퓨터, 또는 머신을 생성하기 위한 다른 프로그램 가능 데이터 프로세싱 장치의 프로세서에 제공될 수 있으며, 그 결과 컴퓨터 또는 다른 프로그램가능 데이터 프로세싱 장치를 통해 실행되는 명령어들이 순서도 및/또는 블록도의 블록 또는 블록들 내에 명시된 기능들/행위들의 구현을 가능하게 한다. 이러한 프로세서들은, 비제한적으로, 범용 프로세서들, 특수-목적 프로세서들, 애플리케이션-특정 프로세서들, 또는 필드-프로그램가능일 수 있다.

도면들 내의 순서도 및 블록도들이 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 시스템들, 방법들, 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 가능한 구현예들의 아키텍처, 기능성, 및 동작을 예시한다. 이러한 점에 있어서, 순서도 또는 블록도들 내의 각각의 블록이 명시된 논리적 기능(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행가능한 명령어들을 포함하는 코드의 모듈, 세그먼트, 또는 부분을 나타낼 수 있다. 일부 대안적인 구현예들에 있어서, 블록 내에 표시된 기능들이 도면들에 표시된 것과 상이한 순서로 일어날 수 있다는 것을 또한 주의해야 한다. 수반되는 기능성에 따라, 예를 들어, 연속적으로 도시된 2개의 블록들이, 실제로는, 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 또는, 블록들이 때때로 역순으로 실행될 수도 있다. 블록도들 및/또는 순서도 예시의 각각의 블록, 및 블록도들 및/또는 순서도 예시 내의 블록들의 조합들이 특수 목적 하드웨어 및 컴퓨터 명령어들의 조합을 수행하거나 또는 역할하거나 또는 지정된 기능들을 수행하는 특수 목적 하드웨어-기반 시스템들에 의해 구현될 수 있다는 것이 또한 주목되어야 할 것이다.

이상에서 예시적인 실시예들이 설명되었지만, 이러한 실시예들이 본 발명의 가능한 모든 형태들을 설명하도록 의도되지 않는다. 오히려, 본 명세서에서 사용된 단어들은 제한적이 아니라 설명적인 단어들이며, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 다양한 변화들이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 추가적으로, 실시예들을 다양하게 구현하는 특징들이 본 발명의 추가적인 실시예들을 형성하기 위하여 결합될 수 있다.

Claims

시스템으로서,
축 둘레에 원통형 구성으로 배치되며 주파수들의 제 1 범위에서 오디오를 재생하도록 구성된 M개의 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이;
축 둘레에 원통형 구성으로 배치되며 주파수들의 제 2 범위에서 오디오를 재생하도록 구성된 N개의 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이; 및
디지털 신호 프로세서로서,
상기 주파수들의 제 1 범위에 대하여 입력 채널로부터 제 1 복수의 출력 채널들을 생성하고,
상기 축에 대하여 목표 각도로 오디오 콘텐트의 제 1 빔을 생성하기 위하여 제 1 회전 매트릭스를 사용하여 상기 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이로 상기 제 1 복수의 출력 채널들을 적용하며,
상기 주파수들의 제 2 범위에 대하여 상기 입력 채널로부터 제 2 복수의 출력 채널들을 생성하고,
상기 축에 대하여 상기 목표 각도로 오디오 콘텐트의 제 2 빔을 생성하기 위하여 제 2 회전 매트릭스를 사용하여 상기 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이로 상기 제 2 복수의 출력 채널들을 적용하도록 프로그래밍되는, 상기 디지털 신호 프로세서를 포함하며,
상기 제 1 회전 매트릭스는 상기 M개의 스피커 엘리먼트들의 각각에 대한 상기 제 1 복수의 출력 채널들의 각각의 가중 인자들을 포함하며, 상기 제 2 회전 매트릭스는 상기 N개의 스피커 엘리먼트들의 각각에 대한 상기 제 2 복수의 출력 채널들의 각각의 가중 인자들을 포함하고, 상기 제 1 어레이의 헤드(head) 엘리먼트는 상기 목표 각도에 가장 가까운 것으로 정의되며, θ는 상기 목표 각도/(360도/M)인 상기 헤드 엘리먼트로부터의 잔여 각도이고, 가중 인자들(α, β)은 β = θ/(360도/M) 그리고 α = 1 - β 인 것으로 정의되며, 그럼으로써
상기 헤드 엘리먼트는 상기 제 1 복수의 출력 채널들의 제 1 출력 채널로부터 α만큼 가중된 출력 및 상기 제 1 복수의 출력 채널들의 제 2 출력 채널로부터 β만큼 가중된 출력을 수신하고,
상기 헤드 엘리먼트에 인접한 상기 제 1 어레이의 엘리먼트들은 상기 제 1 복수의 출력 채널들의 제 2 출력 채널로부터 α만큼 가중된 출력 및 상기 제 1 복수의 출력 채널들의 제 3 출력 채널로부터 β만큼 가중된 출력을 수신하는, 시스템.
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삭제
청구항 1에 있어서, 상기 축에 대한 새로운 목표 각도로의 상기 목표 각도의 변화에 응답하여, 상기 디지털 신호 프로세서는,
상기 축에 대하여 상기 새로운 목표 각도에서 오디오 콘텐트의 상기 제 1 빔을 생성하기 위하여 상기 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이에 상기 제 1 복수의 출력 채널들을 적용하기 위한 상기 제 1 회전 매트릭스의 상기 가중 인자들을 업데이트하며,
상기 축에 대하여 상기 새로운 목표 각도에서 오디오 콘텐트의 상기 제 2 빔을 생성하기 위하여 상기 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이에 상기 제 2 복수의 출력 채널들을 적용하기 위한 상기 제 2 회전 매트릭스의 상기 가중 인자들을 업데이트하도록 프로그래밍되는, 시스템.
청구항 1에 있어서, M 및 N은 양의 정수이며 서로 상이한 값들을 갖는, 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 제 1 복수의 출력 채널들은 유한 입력 응답 필터들의 제 1 세트를 사용하여 생성되며, 상기 제 2 복수의 출력 채널들은 유한 입력 응답 필터들의 제 2 세트를 사용하여 생성되는, 시스템.
청구항 6에 있어서, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 1 세트는 제 1 빔 폭에 대응하는 유한 입력 응답 필터들의 제 1 서브세트 및 제 2 빔 폭에 대응하는 유한 입력 응답 필터들의 제 2 서브세트를 포함하며, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 2 세트는 상기 제 1 빔 폭에 대응하는 유한 입력 응답 필터들의 제 3 서브세트 및 상기 제 2 빔 폭에 대응하는 유한 입력 응답 필터들의 제 4 서브세트를 포함하고,
상기 디지털 신호 프로세서는 상기 제 1 빔 폭의 선택에 응답하여 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 1 및 제 3 서브세트들을 선택하도록 프로그래밍되며,
상기 디지털 신호 프로세서는 상기 제 2 빔 폭의 선택에 응답하여 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 2 및 제 4 서브세트들을 선택하도록 프로그래밍되는, 시스템.
청구항 6에 있어서, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 1 세트 중 제 1 유한 입력 응답 필터는 상기 목표 각도에서 상기 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이의 제 1 스피커 엘리먼트에 대한 제 1 출력 채널을 생성하도록 구성되며, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 1 세트 중 제 2 유한 입력 응답 필터는 상기 제 1 스피커 엘리먼트에 인접한 상기 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이의 제 2 및 제 3 스피커 엘리먼트들에 대한 제 2 출력 채널을 생성하도록 구성되고, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 1 세트 중 제 3 유한 입력 응답 필터는 상기 제 2 및 제3 스피커 엘리먼트들에 인접한 상기 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이의 제 4 및 제 5 스피커 엘리먼트들에 대한 제 3 출력 채널을 생성하도록 구성되는, 시스템.
청구항 8에 있어서, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 2 세트 중 제 1 유한 입력 응답 필터는 상기 목표 각도에서 상기 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이의 제 1 스피커 엘리먼트에 대한 제 1 출력 채널을 생성하도록 구성되며, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 2 세트 중 제 2 유한 입력 응답 필터는 상기 제 1 스피커 엘리먼트에 인접한 상기 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이의 제 2 및 제 3 스피커 엘리먼트들에 대한 제 2 출력 채널을 생성하도록 구성되고, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 2 세트 중 제 3 유한 입력 응답 필터는 상기 제 2 및 제3 스피커 엘리먼트들에 인접한 상기 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이의 제 4 및 제 5 스피커 엘리먼트들에 대한 제 3 출력 채널을 생성하도록 구성되는, 시스템.
방법으로서,
주파수들의 제 1 범위에 대하여 입력 채널로부터 제 1 복수의 출력 채널들을 생성하는 단계;
상기 제 1 복수의 출력 채널들을, 축에 대하여 목표 각도로 오디오 콘텐트의 제 1 빔을 생성하기 위한 제 1 회전 매트릭스를 사용하여, 상기 축 둘레에 원통형 구성으로 배치되고 주파수들의 제 1 범위에서 오디오를 재생하는 M개의 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이에 적용하는 단계;
상기 주파수들의 제 2 범위에 대하여 상기 입력 채널로부터 제 2 복수의 출력 채널들을 생성하는 단계; 및
상기 제 2 복수의 출력 채널들을, 상기 축에 대하여 목표 각도로 오디오 콘텐트의 제 2 빔을 생성하기 위한 제 2 회전 매트릭스를 사용하여, 상기 축 둘레에 원통형 구성으로 배치되고 주파수들의 제 2 범위에서 오디오를 재생하는 N개의 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이에 적용하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 회전 매트릭스는 상기 M개의 스피커 엘리먼트들의 각각에 대한 상기 제 1 복수의 출력 채널들의 각각의 가중 인자들을 포함하며, 상기 제 2 회전 매트릭스는 상기 N개의 스피커 엘리먼트들의 각각에 대한 상기 제 2 복수의 출력 채널들의 각각의 가중 인자들을 포함하고,
상기 제 1 어레이의 헤드(head) 엘리먼트는 상기 목표 각도에 가장 가까운 것으로 정의되며, θ는 상기 목표 각도/(360도/M)인 상기 헤드 엘리먼트로부터의 잔여 각도이고, 가중 인자들(α, β)은 β = θ/(360도/M) 그리고 α = 1 - β 인 것으로 정의되며, 그럼으로써
상기 헤드 엘리먼트는 상기 제 1 복수의 출력 채널들의 제 1 출력 채널로부터 α만큼 가중된 출력 및 상기 제 1 복수의 출력 채널들의 제 2 출력 채널로부터 β만큼 가중된 출력을 수신하고,
상기 헤드 엘리먼트에 인접한 상기 제 1 어레이의 엘리먼트들은 상기 제 1 복수의 출력 채널들의 제 2 출력 채널로부터 α만큼 가중된 출력 및 상기 제 1 복수의 출력 채널들의 제 3 출력 채널로부터 β만큼 가중된 출력을 수신하는, 방법.
삭제
삭제
청구항 10에 있어서, 상기 방법은, 상기 축에 대한 새로운 목표 각도로의 상기 목표 각도의 변화에 응답하여,
상기 축에 대하여 상기 새로운 목표 각도에서 오디오 콘텐트의 상기 제 1 빔을 생성하기 위하여 상기 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이에 상기 제 1 복수의 출력 채널들을 적용하기 위한 상기 제 1 회전 매트릭스의 상기 가중 인자들을 업데이트하는 단계, 및
상기 축에 대하여 상기 새로운 목표 각도에서 오디오 콘텐트의 상기 제 2 빔을 생성하기 위하여 상기 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이에 상기 제 2 복수의 출력 채널들을 적용하기 위한 상기 제 2 회전 매트릭스의 상기 가중 인자들을 업데이트하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 10에 있어서, M 및 N은 양의 정수이며 서로 상이한 값들을 갖는, 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 제 1 복수의 출력 채널들은 유한 입력 응답 필터들의 제 1 세트를 사용하여 생성되며, 상기 제 2 복수의 출력 채널들은 유한 입력 응답 필터들의 제 2 세트를 사용하여 생성되는, 방법.
청구항 15에 있어서, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 1 세트는 제 1 빔 폭에 대응하는 유한 입력 응답 필터들의 제 1 서브세트 및 제 2 빔 폭에 대응하는 유한 입력 응답 필터들의 제 2 서브세트를 포함하며, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 2 세트는 상기 제 1 빔 폭에 대응하는 유한 입력 응답 필터들의 제 3 서브세트 및 상기 제 2 빔 폭에 대응하는 유한 입력 응답 필터들의 제 4 서브세트를 포함하고, 상기 방법은,
상기 제 1 빔 폭의 선택에 응답하여 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 1 및 제 3 서브세트들을 선택하는 단계; 및
상기 제 2 빔 폭의 선택에 응답하여 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 2 및 제 4 서브세트들을 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
청구항 15에 있어서, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 1 세트 중 제 1 유한 입력 응답 필터는 상기 목표 각도에서 상기 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이의 제 1 스피커 엘리먼트에 대한 제 1 출력 채널을 생성하도록 구성되며, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 1 세트 중 제 2 유한 입력 응답 필터는 상기 제 1 스피커 엘리먼트에 인접한 상기 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이의 제 2 및 제 3 스피커 엘리먼트들에 대한 제 2 출력 채널을 생성하도록 구성되고, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 1 세트 중 제 3 유한 입력 응답 필터는 상기 제 2 및 제3 스피커 엘리먼트들에 인접한 상기 스피커 엘리먼트들의 제 1 어레이의 제 4 및 제 5 스피커 엘리먼트들에 대한 제 3 출력 채널을 생성하도록 구성되는, 방법.
청구항 17에 있어서, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 2 세트 중 제 1 유한 입력 응답 필터는 상기 목표 각도에서 상기 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이의 제 1 스피커 엘리먼트에 대한 제 1 출력 채널을 생성하도록 구성되며, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 2 세트 중 제 2 유한 입력 응답 필터는 상기 제 1 스피커 엘리먼트에 인접한 상기 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이의 제 2 및 제 3 스피커 엘리먼트들에 대한 제 2 출력 채널을 생성하도록 구성되고, 상기 유한 입력 응답 필터들의 제 2 세트 중 제 3 유한 입력 응답 필터는 상기 제 2 및 제3 스피커 엘리먼트들에 인접한 상기 스피커 엘리먼트들의 제 2 어레이의 제 4 및 제 5 스피커 엘리먼트들에 대한 제 3 출력 채널을 생성하도록 구성되는, 방법.