(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対のスピーカによって再生されるステレオオーディオ信号を仮想的に拡張するための方法であって、前記方法は、
左オーディオ信号と右オーディオ信号とを備えるステレオオーディオ信号を受信することと；
前記左オーディオ信号を左チャネルに供給し、前記右オーディオ信号を右チャネルに供給することと；
１対のスピーカと聴取者の反対側の両耳との間のクロストークを完全に打ち消す試みにおいて、計算集約型頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を採用することなく前記クロストークの影響を軽減することと、ここで、前記軽減することは、
１つ以上のプロセッサによって、
反転済み左オーディオ信号を生成するために前記左オーディオ信号を反転させることと、
前記反転済み左オーディオ信号を前記右オーディオ信号と組み合わせることと、
反転済み右オーディオ信号を生成するために前記右オーディオ信号を反転させることと、
前記反転済み右オーディオ信号を前記左オーディオ信号と組み合わせることと、
を備える；
左フィルタ処理済み信号を生成するために、第１の音響ダイポールに単一の第１の逆ＨＲＴＦを適用することと、前記第１の逆ＨＲＴＦは前記左チャネルから前記右チャネルへの第１のクロストーク経路よりもむしろ前記左チャネルの第１の直接経路に適用される；
右フィルタ処理済み信号を生成するために、第２の音響ダイポールに単一の第２の逆ＨＲＴＦ関数を適用することと、前記第２の逆ＨＲＴＦは前記右チャネルから前記左チャネルへの第２のクロストーク経路よりもむしろ前記右チャネルの第２の直接経路に適用される、ここで、前記第１および第２の逆ＨＲＴＦは前記左および右フィルタ処理済み信号の間の両耳間強度差（ＩＩＤ）をもたらす；
増強済み左オーディオ信号を生成するために第１の低域通過フィルタにより前記左オーディオ信号を増強することと；
増強済み左フィルタ処理済みオーディオ信号を生成するために前記増強済み左オーディオ信号を前記左フィルタ処理済み信号と組み合わせることと；
増強済み右オーディオ信号を生成するために第２の低域通過フィルタにより前記右オーディオ信号を増強することと；
増強済み右フィルタ処理済みオーディオ信号を生成するために前記増強済み右オーディオ信号を前記右フィルタ処理済み信号と組み合わせることと、
増強済み左オーディオ信号を生成するために、少なくとも前記左フィルタ処理済み信号を高域通過フィルタ処理することにより前記増強済み左フィルタ処理済み信号を増強することと；
増強済み右オーディオ信号を生成するために、少なくとも前記右フィルタ処理済み信号を高域通過フィルタ処理することにより前記増強済み右フィルタ処理済み信号を増強することと；
聴取者によって左右のスピーカの間の実際の距離よりも広く知覚されるように構成されたステレオイメージをもたらすように、前記１対のスピーカにおける再生のために前記左および右増強済み信号を供給することと、
を備える方法。
【請求項２】
前記軽減することは、前記左オーディオ信号に第１の遅延を適用することをさらに備えており、前記軽減することは、前記右オーディオ信号に第２の遅延を適用することをさらに備えており、前記第１および第２の遅延は、両耳間時間差（ＩＴＤ）をもたらすように選択される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記増強済み左または右信号を増強することは、
より低い周波数をより高い周波数と比べて増強することによってより高い周波数のクリッピングを回避するために、前記増強済み左および右オーディオ信号のうちの一方または両方のダイナミックレンジの圧縮を実行すること
をさらに備える請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ダイナミックレンジの圧縮を実行することは、
前記左および右フィルタ処理済み信号のうちの一方または両方にリミッタを適用すること
を備える請求項３に記載の方法。
【請求項５】
１対のスピーカによって再生されるステレオオーディオ信号を仮想的に拡張するためのシステムであって、前記システムは、
左オーディオ信号および右オーディオ信号を受信し、
反転済み左オーディオ信号を生成するために前記左オーディオ信号を反転させ、
前記反転済み左オーディオ信号を前記右オーディオ信号と組み合わせ、
反転済み右オーディオ信号を生成するために前記右オーディオ信号を反転させ、
前記反転済み右オーディオ信号を前記左オーディオ信号と組み合わせる
ように構成された音響ダイポールコンポーネント；
左フィルタ処理済み信号を生成するために第１の音響ダイポールに単一の第１の聴き取り応答関数を適用し、
右フィルタ処理済み信号を生成するために第２の音響ダイポールに単一の第２の聴き取り応答関数を適用する、
ように構成された両耳間強度差（ＩＩＤ）コンポーネント；
増強済み左オーディオ信号を生成するために前記左オーディオ信号を増強するように構成された第１の低域通過フィルタ；
増強済み右オーディオ信号を生成するために前記右オーディオ信号を増強するように構成された第２の低域通過フィルタ；
増強済み左フィルタ処理済みオーディオ信号を生成するために前記増強済み左オーディオ信号を前記左フィルタ処理済み信号と組み合わせように構成された第１の結合器；
増強済み右フィルタ処理済みオーディオ信号を生成するために前記増強済み右オーディオ信号を前記右フィルタ処理済み信号と組み合わせるように構成された、第２の結合器；
増強済み左および右オーディオ信号を生成するために、少なくとも前記左および右フィルタ処理済み信号を高域通過フィルタ処理することにより前記左および右フィルタ処理済み信号を増強するように構成された増強コンポーネント；
を備えており、
ここで、前記システムは、聴取者によって前記左右のスピーカの間の実際の距離よりも広く知覚されるように構成されたステレオイメージをもたらすように、左右のスピーカによる再生のために前記増強済左および右フィルタ処理済み信号を供給するように構成され；
前記音響ダイポールコンポーネントおよび前記ＩＩＤコンポーネントは、１つ以上のプロセッサによって実現されるように構成されている、システム。
【請求項６】
前記第１および第２の聴き取り応答関数は、実質的に同じスペクトル特性を有する請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１および第２の聴き取り応答関数は、利得においてのみ相違する請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記利得の相違が、前記左右のスピーカの間の両耳間強度差をもたらす請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記音響ダイポールコンポーネントは、前記左および右オーディオ信号のうちの一方または両方に利得を加えるようにさらに構成されている請求項５ないし８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記音響ダイポールコンポーネントおよび前記ＩＩＤコンポーネントは、前記左右のスピーカの間のクロストークを完全に打ち消すことなく、ステレオ分離をもたらすように構成されている請求項５ないし８のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、「ステレオイメージ拡張システム（Stereo Image Widening System）」という名称の２０１０年１０月２０日付の米国仮特許出願第６１／４０５，１１５号について、米国特許法第１１９条（ｅ）に規定の優先権を主張し、この米国仮特許出願の開示の全体が、ここでの言及によって援用される。
【背景技術】
【０００２】
ステレオサウンドを、複数のマイクロホンを使用して左側および右側のオーディオ信号を別々に記録することによって生成することができる。あるいは、ステレオサウンドを、モノラル信号にバイノーラル（binaural）合成フィルタを適用して左側および右側のオーディオ信号を生成することによって合成することができる。ステレオサウンドは、多くの場合、ステレオ信号がヘッドホンによって再生される場合に優秀な性能を有する。しかしながら、信号が２つのスピーカによって再生される場合、２つのスピーカおよび聴取者の両耳の間のクロストーク（crosstalk）が生じ、ステレオ知覚が損なわれる可能性がある。したがって、クロストークキャンセラが、左側のスピーカ信号が聴取者の右耳にて聴かれることがなく、右側のスピーカ信号が聴取者の左耳にて聴かれることがないように、両方の信号の間のクロストークを打ち消し、あるいは軽減するために、使用されることが多い。
【発明の概要】
【０００３】
いくつかの実施形態において、既存のクロストーク打ち消しシステムと比べて少ない処理リソースでステレオイメージを広げることができるステレオ拡張システムおよび関連の信号処理アルゴリズムが、本明細書に記載される。これらのシステムおよびアルゴリズムを、スピーカが互いに近く配置されている携帯デバイスまたは他のデバイスにおいて好都合に実行し、そのようなデバイスにおいて生み出されるステレオ効果を、より少ない演算の負担で増強することができる。しかしながら、本明細書に記載のシステムおよびアルゴリズムは、携帯デバイスに限られず、より一般的に、複数のスピーカを有する任意の装置において実行することが可能である。
【０００４】
開示を要約する目的で、本発明の特定の態様、利点、および新規な特徴が、本明細書に説明されている。本明細書に開示される本発明の個々の実施形態において、必ずしもそのような利点のすべてが達成される必要はないことを、理解すべきである。すなわち、本明細書に開示される本発明を、本明細書において教示される１つの利点または利点群を達成または最適化するが、必ずしも本明細書において教示または示唆されうる他の利点を達成することのないやり方で、具現化または実行することが可能である。
【０００５】
いくつかの実施形態においては、１対のスピーカによって再生されるステレオオーディオ信号を仮想的に拡張するための方法が、左オーディオ信号と右オーディオ信号とを含むステレオオーディオ信号を受信することを含む。この方法は、前記左オーディオ信号を左チャネルに供給し、前記右オーディオ信号を右チャネルに供給することと、１対のスピーカと聴取者の反対側の両耳との間のクロストークの影響を、クロストークを完全に打ち消す試みにおいて計算集約型頭部伝達関数（computationally-intensive head-related transfer functions:ＨＲＴＦ）または逆ＨＲＴＦを使用することなく、音響ダイポール（dipole）の原理を使用して軽減することとをさらに含むことができる。使用は、（１つ以上のプロセッサによって）少なくとも（ａ）前記左オーディオ信号を反転させて反転済み左オーディオ信号を生成し、（ｂ）前記反転済み左オーディオ信号を前記右オーディオ信号と組み合わせることによって、第１の音響ダイポールを近似すること、少なくとも（ａ）前記右オーディオ信号を反転させることによって反転済み右オーディオ信号を生成し、（ｂ）前記反転済み右オーディオ信号を前記左オーディオ信号と組み合わせることによって、第２の音響ダイポールを近似すること、および前記第１の音響ダイポールに単一の第１の逆ＨＲＴＦを適用して左フィルタ処理済み信号を生成することを含むことができる。前記第１の逆ＨＲＴＦを、前記左チャネルから前記右チャネルへの第１のクロストーク経路よりもむしろ、前記左チャネルの第１の直接経路に適用することができる。この方法が、前記第２の音響ダイポールに単一の第２の逆ＨＲＴＦを適用して右フィルタ処理済み信号を生成することをさらに含むことができ、ここで前記第２の逆ＨＲＴＦを、前記右チャネルから前記左チャネルへの第２のクロストーク経路よりもむしろ、前記右チャネルの第２の直接経路に適用することができ、前記第１および第２の逆ＨＲＴＦによって、前記左および右フィルタ処理済み信号の間に両耳間強度差（ＩＩＤ）がもたらされる。さらに、この方法は、前記１対のスピーカにおける再生のために前記左および右フィルタ処理済み信号を供給することによって、聴取者によって前記左右のスピーカの間の実際の距離よりも広く知覚されるように構成されたステレオイメージをもたらすことを含むことができる。
【０００６】
いくつかの実施形態においては、１対のスピーカによって再生されるステレオオーディオ信号を仮想的に広げるためのシステムが、左オーディオ信号および右オーディオ信号を受け取り、少なくとも（ａ）前記左オーディオ信号を反転させて反転済み左オーディオ信号を生成し、（ｂ）前記反転済み左オーディオ信号を前記右オーディオ信号と組み合わせることによって、第１の音響ダイポールを近似し、少なくとも（ａ）前記右オーディオ信号を反転させて反転済み右オーディオ信号を生成し、（ｂ）前記反転済み右オーディオ信号を前記左オーディオ信号と組み合わせることによって、第２の音響ダイポールを近似することができる音響ダイポールコンポーネントを含む。このシステムが、前記第１の音響ダイポールに単一の第１の聴き取り応答関数を適用して左フィルタ処理済み信号を生成し、前記第２の音響ダイポールに単一の第２の聴き取り応答関数を適用して右フィルタ処理済み信号を生成することができる両耳間強度差（ＩＩＤ）コンポーネントをさらに含むことができる。このシステムは、左右のスピーカによる再生のために前記左および右フィルタ処理済み信号を供給することによって、聴取者によって前記左右のスピーカの間の実際の距離よりも広く知覚されるように構成されたステレオイメージをもたらすことができる。さらに、前記音響ダイポールコンポーネントおよび前記ＩＩＤコンポーネントを、１つ以上のプロセッサによって実現することができる。
【０００７】
いくつかの実施形態においては、非一時的物理的な電子ストレージが、プロセッサによって実行することができる命令を記憶しており、そのような命令は、１つ以上のプロセッサによって実行されたときに、１対のスピーカによって再生されるステレオオーディオ信号を仮想的に広げるためコンポーネントを実現する。それらのコンポーネントは、左オーディオ信号および右オーディオ信号を受信し、少なくとも（ａ）前記左オーディオ信号を反転させて反転済み左オーディオ信号を生成し、（ｂ）前記反転済み左オーディオ信号を前記右オーディオ信号と組み合わせることによって、第１の模擬音響ダイポールを形成し、少なくとも（ａ）前記右オーディオ信号を反転させて反転済み右オーディオ信号を生成し、（ｂ）前記反転済み右オーディオ信号を前記左オーディオ信号と組み合わせることによって、第２の模擬音響ダイポールを形成することができる音響ダイポールコンポーネントを含むことができる。さらにコンポーネントは、前記第１の模擬音響ダイポールに単一の第１の逆頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を適用して左フィルタ処理済み信号を生成し、前記第２の模擬音響ダイポールに単一の第２の逆ＨＲＴＦを適用して右フィルタ処理済み信号を生成するように構成された両耳間強度差（ＩＩＤ）を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図面の全体を通して、参照番号は、参照先の構成要素の間の類似性を示すために再度使用されることがある。図面は、本明細書に記載の本発明の実施形態を説明するために提示されており、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図１】図１は、クロストーク軽減の筋書きの実施形態を示す。
【図２】図２は、ステレオイメージの拡張に使用することができる理想的な音響ダイポールの原理を示す。
【図３】図３は、聴取者のオーディオ体験を向上させるために拡張されたステレオイメージを使用する典型的な聴取の筋書きを示す。
【図４】図４は、ステレオ拡張システムの実施形態を示す。
【図５】図５は、図４のステレオ拡張システムのさらに詳細な実施形態を示す。
【図６】図６は、典型的な頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）の時間ドメインにおけるプロットを示す。
【図７】図７は、図６の典型的なＨＲＴＦの周波数応答のプロットを示す。
【図８】図８は、図７のＨＲＴＦを反転させることによって得られた逆ＨＲＴＦの周波数応答のプロットを示す。
【図９】図９は、図８の逆ＨＲＴＦを操作することによって得られた逆ＨＲＴＦの周波数応答のプロットを示す。
【図１０】図１０は、図９の逆ＨＲＴＦのうちの１つについて、周波数応答のプロットを示す。
【図１１】図１１は、ステレオ拡張システムの実施形態の周波数掃引のプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
Ｉ．はじめに
携帯型の電子デバイスは、典型的には、小さな間隔で配置された小型のスピーカを備えている。間隔が小さいことで、これらのスピーカでは、チャネルの分離が乏しくなり、音像が広がりに欠ける傾向にある。結果として、そのようなスピーカにおいては、ステレオおよび３Ｄの音響効果を聴くことがきわめて困難である可能性がある。現在のクロストーク打ち消しアルゴリズムは、スピーカのクロストークを軽減または打ち消すことによって、これらの問題を軽減しようとしている。しかしながら、これらのアルゴリズムは、多数の頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を利用する傾向にあるため、実行が演算に関して高価につく可能性がある。例えば、一般的なクロストーク打ち消しアルゴリズムは４つ以上のＨＲＴＦを使用するが、これは、演算に係るリソースが限られている可搬のデバイスにおいて実行するには、演算に関する負担が大きすぎる可能性がある。
【００１０】
好都合なことに、いくつかの実施形態において、本明細書に記載のオーディオシステムは、既存のクロストーク打ち消しの手法と比べて少ない演算リソースの消費にて、ステレオ拡張を提供する。一実施形態においては、オーディオシステムが、多数のＨＲＴＦの代わりに、各々のチャネル経路にたった１つの逆ＨＲＴＦを使用する。クロストークの打ち消しに一般的に使用されているＨＲＴＦを排除することで、打ち消し後のクロストーク経路の伝達関数がゼロでなければならないというクロストーク打ち消しの根底にある仮定が取り除かれる。しかしながら、いくつかの実施形態においては、オーディオシステムにおいて音響ダイポールの特徴を実行することで、この仮定を無視しながら、依然としてステレオ拡張をもたらし、おそらくは少なくとも或る程度のクロストーク軽減をもたらすことを、好都合に可能にできる。
【００１１】
本明細書に記載のオーディオシステムの特徴を、電話機、ラップトップ、その他のコンピュータ、携帯メディアプレイヤー、などの携帯型の電子デバイスにおいて、これらのデバイスの内部のスピーカまたはこれらのデバイスへと接続された外部のスピーカによって再生されるステレオイメージの拡張に使用することができる。本明細書に記載のシステムの利点は、いくつかの実施形態において、電話機、タブレット、ラップトップ、またはスピーカが狭い間隔で配置されている他のデバイスなど、可搬のデバイスにおいて最も顕著となりうる。しかしながら、本明細書に記載のシステムの利点の少なくとも一部は、とりわけテレビ受像機およびカーステレオシステムなど、可搬のデバイスと比べてスピーカの間隔がより大きい装置においても達成可能である。より一般的には、本明細書に記載のオーディオシステムを、２つ以上のスピーカを有する装置など、任意のオーディオ装置において実現することができる。
【００１２】
ＩＩ．典型的なステレオイメージ拡張の特徴
図面を参照すると、図１が、クロストークの軽減の筋書き１００の実施形態を示している。筋書き１００においては、聴取者１０２が、左側スピーカ１０４Ｌおよび右側スピーカ１０４Ｒを含む２つのスピーカ１０４から広がる音を聴取する。スピーカ１０４の出力と聴取者１０２の耳において受信される音との間の関係を表す伝達関数１０６も示されている。これらの伝達関数は、同一側経路（same-side path）伝達関数（「Ｓ」）および交代側経路（alternate side path）伝達関数（「Ａ」）を含む。交代側経路の「Ａ」伝達関数１０６が、各々のスピーカと聴取者１０２の反対側の耳との間のクロストークをもたらす。
【００１３】
既存のクロストーク打ち消し技法の目的は、「Ａ」伝達関数の値がゼロになるように「Ａ」伝達関数を打ち消すことにある。これを行うために、そのような技法は、図１の上半分に示されるようなクロストーク処理を実行することができる。この処理は、多くの場合、左側（Ｌ）および右側（Ｒ）のオーディオ入力信号を受信し、これらの信号を多数のフィルタ１１０、１１２へと供給することによって始まる。クロストーク経路フィルタ１１０および直接経路フィルタ１１２の両者が図示されている。クロストーク経路フィルタ１１０および直接経路フィルタ１１２が、クロストークを打ち消すようにオーディオ入力信号を操作するＨＲＴＦを実行することができる。クロストーク経路フィルタ１１０が、クロストークの打ち消しの大部分を実行するが、それ自身が二次クロストーク作用を引き起こす可能性がある。直接経路フィルタ１１２が、これらの二次クロストーク作用を軽減でき、あるいは打ち消すことができる。
【００１４】
一般的な仕組みは、各々のクロストーク経路フィルタ１１０を、−Ａ／Ｓ（または、その推定値）に設定することである（ここで、ＡおよびＳは、上述の伝達関数１０６である）。直接経路フィルタ１１２を、さまざまな技術を使用して実現することができ、このいくつかの例が、その開示の全体がここでの言及によって援用される「三次元音場の合成方法（Method of Synthesizing a Three Dimensional Sound-Field）」という名称の１９９９年６月１４日付の米国特許第６，５７７，７３６号の図４に図示および説明されている。クロストーク経路フィルタ１１０の出力が、それぞれのチャネルの各々の結合ブロック１１４を使用して直接経路フィルタ１１２の出力と組み合わせられ、出力オーディオ信号が生成される。フィルタ処理の順序を、例えば直接経路フィルタ１１２を結合ブロック１１４とスピーカ１０４との間に配置することによって逆にしてもよいことに、注意すべきである。
【００１５】
クロストークキャンセラの欠点の１つは、クロストークの打ち消しの効果を知覚するために、聴取者の頭部が２つのスピーカ１０４の真ん中または２つのスピーカ１０４の間の小さなスイートスポットの範囲内に正確に位置していなければならない点にある。しかしながら、聴取者がそのようなスイートスポットを特定することが難しい場合があり、あるいはスイートスポットの辺りを移動し、スイートスポットに出入りする可能性があるため、クロストークの打ち消しの効果が低くなる。クロストークの打ち消しの他の欠点として、使用されるＨＲＴＦが、個々の聴取者の耳の実際の聴き取りの応答関数と異なる可能性がある。したがって、クロストークの打ち消しのアルゴリズムは、一部の聴取者において他の聴取者と比べて良好に機能する可能性がある。
【００１６】
クロストークの打ち消しの有効性におけるこれらの欠点に加えて、クロストーク経路フィルタ１１０によって使用される−Ａ／Ｓの計算が、演算に関して高価につく可能性がある。モバイルデバイスおよび演算能力が比較的低い他のデバイスにおいては、このクロストークの演算を排除することが望ましくあり得る。本明細書に記載のシステムおよび方法は、実際に、このクロストークの計算を排除する。したがって、クロストーク経路フィルタ１１０が、クロストーク処理から除去することができる旨を示すために、破線で図示されている。これらのフィルタ１１０を取り除くことは、これらのフィルタ１１０がクロストークの打ち消しの大部分を実行しているがゆえに、直感に反している。これらのフィルタ１１０がないと、交代側経路伝達関数（Ａ）の値をゼロにすることができない。しかしながら、（おそらくは他の特徴の中でもとりわけ）音響ダイポールの原理を使用することによって、これらのクロストークフィルタ１１０を、良好なステレオ分離を依然としてもたらしながら、好都合に取り除くことができる。
【００１７】
いくつかの実施形態においては、クロストークの打ち消しに使用される音響ダイポールが、スイートスポットのサイズを既存のクロストークアルゴリズムと比べて大きくすることもでき、聴き取りの応答関数の個人差に正確には一致しないＨＲＴＦを補償することができる。さらに、より詳細に後述されるように、クロストークの打ち消しに使用されるＨＲＴＦを、いくつかの実施形態においてクロストーク経路フィルタ１１０の排除を促進するように調節することができる。
【００１８】
本明細書に記載のオーディオシステムにおいて音響ダイポールの原理をどのように使用できるのかについての説明を助けるために、図２が、理想的な音響ダイポール２００を示している。ダイポール２００は、同様であるが逆位相である音響エネルギを放射する２つの点音源２１０、２１２を備えている。ダイポール２００は、二次元において、第１の軸２２４に沿った最大音響放射と第１の軸２２４に垂直な第２の軸２２６に沿った最小音響放射とを有する２つのローブ（lobe）２２２を含む放射パターンを生成する。最小音響放射の第２の軸２２６は、２つの点音源２１０、２１２の間に位置する。したがって、音源２１０、２１２の間のこの軸２２６に沿って位置する聴取者２０２は、クロストークが少なく、あるいは皆無である広がりのあるステレオイメージを知覚することができる。
【００１９】
理想的な音響ダイポール２００の物理的な近似を、２つのスピーカを背中合わせに配置し、一方のスピーカに他方のスピーカへと供給される信号を反転させた信号を供給することによって、構築することができる。モバイルデバイスのスピーカは、典型的には、このやり方で配置し直すことが不可能であるが、いくつかの実施形態においては、スピーカをこのような構成にて備える装置を設計することが可能である。しかしながら、一方のオーディオ入力の極性を反転させ、この反転させた入力を他方のチャネルと組み合わせることで、音響ダイポールをソフトウェアまたは回路にて模擬または近似することができる。例えば、左チャネルの入力を（１８０度）反転させ、右チャネルの入力と組み合わせることができる。非反転の左チャネルの入力を、左側のスピーカへと供給でき、右チャネルの入力および反転させた左チャネルの入力（Ｒ−Ｌ）を、右側のスピーカへと供給することができる。得られる再生が、左チャネルの入力に関して模擬による音響ダイポールを含むと考えられる。
【００２０】
同様に、右チャネルの入力を反転させ、左チャネルの入力と組み合わせる（Ｌ−Ｒを生成する）ことで、第２の音響ダイポールを生成することができる。このようにして、左側のスピーカがＬ−Ｒ信号を出力できる一方で、右側のスピーカがＲ−Ｌ信号を出力することができる。本明細書に記載のシステムおよびプロセスは、ステレオ分離を向上させるために、１つまたは２つのダイポールによるこの音響ダイポールの模擬を、随意により他の処理とともに実行することができる。
【００２１】
図３が、ステレオイメージを拡張して、聴取者のオーディオ体験を向上させるために音響ダイポールの技術を使用する典型的な聴き取りの筋書き３００を示している。筋書き３００においては、聴取者３０２が、タブレットコンピュータであるモバイルデバイス３０４によって出力されるオーディオを聴取する。モバイルデバイス３０４は、デバイスのサイズが小さいがゆえに互いに比較的近い位置にある２つのスピーカ（図示されていない）を備えている。模擬による音響ダイポールを使用し、おそらくは本明細書に記載の他の特徴を使用するステレオ拡張処理が、聴取者３０２にとってステレオサウンドの拡張された知覚を生み出すことができる。このステレオ拡張が、聴取者３０２がサウンドを発していると知覚することができる仮想の音源である２つの仮想のスピーカ３１０、３１２によって表されている。このように、本明細書に記載のステレオ拡張の特徴は、デバイス３０４における実際のスピーカの間の物理的な距離よりも大きく離れた音源の知覚を生み出すことができる。好都合なことに、ステレオ分離を向上させる音響ダイポールにおいては、クロストーク経路をゼロに等しく設定するというクロストークの打ち消しの仮定を、無視することができる。存在しうる他の利点の中でもとりわけ、典型的なクロストークの打ち消しのアルゴリズムと比べて、ＨＲＴＦの個人差が聴取体験にあまり影響しない。
【００２２】
図４が、ステレオ拡張システム４００の実施形態を示している。ステレオ拡張システム４００は、上述の音響ダイポールの特徴を実行することができる。さらに、ステレオ拡張システム４００は、ステレオサウンドを拡張し、あるいは他のやり方で向上させるための他の特徴を備えている。
【００２３】
図示のコンポーネントには、両耳間時間差（ＩＴＤ）コンポーネント４１０、音響ダイポールコンポーネント４２０、両耳間強度差（ＩＩＤ）コンポーネント４３０、および随意による増強コンポーネント４４０が含まれる。これらのコンポーネントの各々を、ハードウェアおよび／またはソフトウェアにて実現できる。さらに、いくつかの実施形態においては、図示のコンポーネントの少なくとも一部を省略でき、いくつかの実施形態においては、コンポーネントの順序を並べ直すこともできる。
【００２４】
ステレオ拡張システム４００は、左右のオーディオ入力４０２、４０４を受け取る。これらの入力４０２、４０４が、両耳間時間差（ＩＴＤ）コンポーネントへともたらされる。ＩＴＤコンポーネントは、左右の入力４０２、４０４の間に両耳間時間差を生成するために１つ以上の遅延を使用することができる。この入力４０２、４０４の間のＩＴＤは、スピーカの出力の間に幅または方向性の感覚を生み出すことができる。ＩＴＤコンポーネント４１０によって適用される遅延の量は、左右の入力４０２、４０４にエンコードされたメタデータに依存することができる。このメタデータは、左右の入力４０２、４０４における音源の位置に関する情報を含むことができる。音源の位置にもとづき、ＩＴＤコンポーネント４１０は、音が示された音源から到来しているように見えるようにするための適切な遅延を生成することができる。例えば、音が左方から到来すべき場合に、ＩＴＤコンポーネント４１０は、左の入力４０２には遅延を加えずに、右の入力４０４へと遅延を加えることができ、あるいは右の入力４０４に左の入力４０２よりも大きな遅延を加えることができる。いくつかの実施形態においては、ＩＴＤコンポーネント４１０が、その開示の全体がここでの言及によって援用される「オーディオ処理のためのシステムおよび方法（Systems and Methods for Audio Processing）」という名称の２００６年９月１３日付の米国特許第８，０２７，４７７号（「‘４７７号特許」）に記載の考え方の一部またはすべてを使用して、ＩＴＤを動的に計算する。
【００２５】
ＩＴＤコンポーネント４１０は、左チャネル信号および右チャネル信号を音響ダイポールコンポーネント４２０へともたらす。図３に関して上述した音響ダイポールの原理を使用して、音響ダイポールコンポーネント４２０は、音響ダイポールを模擬または近似する。例えば、音響ダイポールコンポーネント４２０は、左チャネル信号および右チャネル信号の両方を反転させ、反転させた信号を反対側のチャネルと組み合わせることができる。結果として、２つのスピーカによって生成される音波を、２つのスピーカの間で打ち消すことができ、あるいは他のやり方で軽減することができる。便利のため、本明細書の残りの部分においては、反転させた左チャネル信号を右チャネル信号に組み合わせることによって生成されるダイポールを「左音響ダイポール」と呼び、反転させた右チャネル信号を左チャネル信号に組み合わせることによって生成されるダイポールを「右音響ダイポール」と呼ぶ。
【００２６】
一実施形態においては、音響ダイポール効果の大きさを調節するために、音響ダイポールコンポーネント４２０が、反対側のチャネルの信号に組み合わせられるべき反転させた信号に、利得を適用することができる。この利得が、反転させた信号の大きさを減らし、あるいは増やすことができる。一実施形態においては、音響ダイポールコンポーネント４２０によって適用される利得の大きさが、２つのスピーカの実際の物理的な隔たりに依存することができる。いくつかの実施形態において、２つのスピーカが近いほど、音響ダイポールコンポーネント４２０によって適用される利得は小さくてよく、その逆も然りである。この利得は、２つのスピーカの間の両耳間強度差を効果的に生成することができる。この効果を、種々のスピーカの構成を補償するために調節することができる。例えば、ステレオ拡張システム４００が、ユーザによるスピーカの実際の物理的な幅の入力を可能にするスライダ、テキストボックス、または他のユーザインターフェイス制御部を有するユーザインターフェイスを提供することができる。この情報を使用して、音響ダイポールコンポーネント４２０は、反転させた信号に加える利得を相応に調節することができる。いくつかの実施形態においては、この利得を、音響ダイポールコンポーネント４２０によるだけでなく、図４に示した一連の処理の任意の時点において加えることができる。あるいは、いかなる利得も加えられない。
【００２７】
音響ダイポールコンポーネント４２０によって適用される利得を、選択されたスピーカの幅にもとづいて固定することができる。しかしながら、別の実施形態においては、反転させた信号経路の利得が、左または右のオーディオ入力４０２、４０４にエンコードされたメタデータに依存し、入力４０２、４０４の方向性の感覚を高めるために使用可能である。例えば、左の信号に右の信号と比べてより大きい分離を生じさせるために、より強い左の音響ダイポールを、左の反転させた入力に利得を使用して生成することができ、その逆も然りである。
【００２８】
音響ダイポールコンポーネント４２０は、処理後の左チャネル信号および右チャネル信号を、両耳間強度差（ＩＩＤ）コンポーネント４３０へともたらす。ＩＩＤコンポーネント４３０は、２つのチャネルまたはスピーカの間の両耳間強度差を生成することができる。一実施形態においては、ＩＩＤコンポーネント４３０が、上述の利得を実行する音響ダイポールコンポーネント４２０の代わりに、左チャネルおよび右チャネルの一方または両方に上述の利得を適用する。ＩＩＤコンポーネント４３０は、左右の入力４０２、４０４にエンコードされた音位置情報にもとづいて、これらの利得を動的に変化させることができる。各チャネルの利得の差が、ユーザの耳の間にＩＩＤをもたらすことができ、一方のチャネルの音が他方のチャネルの音と比べて聴取者により近いという知覚をもたらすことができる。ＩＩＤコンポーネント４３０によって適用される利得は、いくつかの実施形態において各々のチャネルに適用される個々の逆ＨＲＴＦの差異の欠如を補償することもできる。さらに詳しく後述されるように、単一の逆ＨＲＴＦを各々のチャネルへと適用でき、ＩＩＤおよび／またはＩＴＤを、チャネル間の分離の感覚を生成または強調するために適用することができる。
【００２９】
各々のチャネルの利得に加え、あるいは代えて、ＩＩＤコンポーネント４３０は、一方または両方のチャネルに逆ＨＲＴＦを含むことができる。さらに、逆ＨＲＴＦを、クロストークを軽減するように選択することができる（後述）。複数の逆ＨＲＴＦに、ステレオ効果を高めるように固定することができる異なる利得を割り当てることができる。あるいは、これらの利得が、後述のようにスピーカの構成にもとづいて可変であってよい。
【００３０】
一実施形態においては、ＩＩＤコンポーネント４３０が、各々のチャネルについて、複数の逆ＨＲＴＦのうちの１つを所望の方向性を生み出すように動的に選択し、利用することができる。ＩＴＤコンポーネント、音響ダイポールコンポーネント４２０、およびＩＩＤコンポーネント４３０が協働し、音源の位置の知覚を左右することができる。上記にて援用した‘４７７号特許に記載のＩＩＤ技法を、ＩＩＤコンポーネントによって使用することもできる。さらに、簡略化された逆ＨＲＴＦを、‘４７７号特許に記載のように使用することができる。
【００３１】
いくつかの実施形態においては、ステレオ拡張システム４００によって生成されるＩＴＤ、音響ダイポール、および／またはＩＩＤが、伝達関数の値がゼロでないクロストーク経路（図１を参照）を補償することができる。すなわち、いくつかの実施形態においては、チャネルの分離を、既存のクロストーク打ち消しのアルゴリズムにおいて使用されるよりも少ない演算リソースでもたらすことができる。しかしながら、図示のコンポーネントのうちの１つ以上を、或る程度のステレオ分離を依然としてもたらしながら省略できることに、注意すべきである。
【００３２】
随意による増強コンポーネント４４０も示されている。１つ以上の増強コンポーネント４４０を、ステレオ拡張システム４００において設けることができる。一般に、増強コンポーネント４４０は、左チャネル信号および右チャネル信号のいくつかの特徴を、そのような信号のオーディオ再生を向上させるために調節することができる。図示の実施形態においては、随意による増強コンポーネント４４０が、左チャネル信号および右チャネル信号を受信し、左右の出力信号４５２、４５４を生成する。左右の出力信号４５２、４５４を、左右のスピーカへと供給でき、あるいはさらなる処理のために他のブロックへと供給することができる。
【００３３】
増強コンポーネント４４０は、小さなスピーカにおける再生を増強するためにオーディオ信号をスペクトル的に操作するための特徴を含むことができ、このいくつかの例が、図４に関して後述される。より一般的には、増強コンポーネント４４０は、カリフォルニア州サンタアナのエスアールエス  ラボズ  インコーポレイテッド（ＳＲＳ  Ｌａｂｓ，Ｉｎｃ．）の以下の米国特許および特許出願公開、とりわけ第５，３１９，７１３号、第５，３３３，２０１号、第５，４５９，８１３号、第５，６３８，４５２号、第５，９１２，９７６号、第６，５９７，７９１号、第７，０３１，４７４号、第７，５５５，１３０号、第７，７６４，８０２号、第７，７２０，２４０号、第２００７／００６１０２６号、第２００９／０１６１８８３号、第２０１１／００３８４９０号、第２０１１／００４０３９５号、および第２０１１／００６６４２８号（これらの各々は、その全体がここでの言及によって援用される）のいずれかに記載のオーディオ増強のいずれかを含むことができる。さらに、増強コンポーネント４４０を、入力４０２、４０４と出力４５２、４５４との間に示されている信号経路の任意の地点に挿入することができる。
【００３４】
ステレオ拡張システム４００を、デバイスにおいて、システム４００の態様を制御する機能をユーザに提供するユーザインターフェイスとともに備えることができる。ユーザは、デバイスの製造者または販売者であってよく、あるいはデバイスの末端ユーザであってよい。制御部は、ステレオ拡張効果の全体的な制御またはステレオ拡張効果の各態様の個別の制御をユーザが（間接的または直接的に）行うことを可能にするスライダなどの形態であってよく、あるいは随意により調節可能な値であってよい。例えば、スライダを、より広いステレオ効果またはより狭いステレオ効果を全体的に選択するために使用することができる。他の例では、他の特徴の中でもとりわけＩＴＤ、一方または両方のダイポールの反転させた信号の経路の利得、あるいはＩＩＤなど、ステレオ拡張システムの個別の特徴を調節できるよう、より多数のスライダを設けることができる。一実施形態においては、本明細書に記載のステレオ拡張システムが、携帯電話機において最大約４〜６フィート（約１．２〜１．８ｍ）またはそれ以上の左右のチャネルの間の分離をもたらすことができる。
【００３５】
主としてステレオを意図しているが、ステレオ拡張システム４００の特徴を、３つ以上のスピーカを有するシステムにおいて実行することも可能である。例えば、サラウンドサウンドシステムにおいて、音響ダイポールの機能を、左後ろおよび右後ろのサラウンドサウンドの入力に１つ以上のダイポールを生成するために使用することができる。さらに、ダイポールを、多数の他に考えられる構成の中でもとりわけ、前側の入力と後ろ側の入力との間または前側の入力と中央の入力との間に生成することができる。サラウンドサウンドの環境において使用される音響ダイポール技術は、音場における幅の感覚を向上させることができる。
【００３６】
図５が、図４のステレオ拡張システム４００のより詳細な実施形態、すなわちステレオ拡張システム５００を示している。ステレオ拡張システム５００は、ステレオ拡張システム４００の１つの典型的な実施例を呈しているが、ステレオ拡張システム４００の特徴のいずれかを実行することができる。図示のシステム５００は、ＤＳＰプロセッサなど（ＦＰＧＡを基盤とするプロセッサなど）の１つ以上のプロセッサによって実行することができるアルゴリズムの流れを表している。システム５００は、アナログおよび／またはデジタル回路を使用して実現することができるコンポーネントを呈することもできる。
【００３７】
ステレオ拡張システム５００は、左右のオーディオ入力５０２、５０４を受信し、左右のオーディオ出力５５２、５５４を生成する。説明を容易にするため、左のオーディオ入力５０２から左のオーディオ出力５５２への直接の信号経路を、本明細書においては左チャネルと称し、右のオーディオ入力５０４から右のオーディオ出力５５４への直接の信号経路を、本明細書においては右チャネルと称する。
【００３８】
入力５０２、５０４の各々が、遅延ブロック５１０へとそれぞれ供給される。遅延ブロック５１０は、ＩＴＤコンポーネント４１０の典型的な実施例を呈している。上述のように、遅延５１０は、いくつかの実施形態においては、音場の広がりまたは方向性の感覚を生み出すために異なってよい。遅延ブロックの出力が、結合器５１２へと入力される。結合器５１２は、遅延後の入力を（マイナスの符号によって）反転させ、遅延および反転後の入力を各々のチャネルの左右の入力５０２、５０４と組み合わせる。したがって、結合器５１２が、各々のチャネルにおいて音響ダイポールを生成するように機能する。すなわち、結合器５１２は、音響ダイポールコンポーネント４２０の典型的な実施例である。例えば、左チャネルの結合器５１２の出力が、Ｌ−Ｒｄｅｌａｙｅｄであってよい一方で、右チャネルの結合器５１２の出力は、Ｒ−Ｌｄｅｌａｙｅｄであってよい。音響ダイポールコンポーネント４２０を実現するための別のやり方が、遅延ブロック５１０と結合器５１２との間（または、遅延ブロック５１０の前）にインバータを設け、結合器５１２を加算器（減算器ではなく）に変えることであることに、注意すべきである。
【００３９】
結合器５１２の出力が、逆ＨＲＴＦブロック５２０へともたらされる。これらの逆ＨＲＴＦブロック５２０は、上述のＩＩＤコンポーネント４３０の典型的な実施例である。逆ＨＲＴＦ  ５２０の典型的な実施例の好都合な特徴が、さらに詳しく後述される。各々の逆ＨＲＴＦ  ５２０が、フィルタ処理された信号を結合器５２２へと出力し、結合器５２２は、図示の実施形態においては、随意による増強コンポーネント５１８からの入力も受け取る。この増強コンポーネント５１８は、（チャネルに応じて）左または右の信号５０２を入力として取り、増強された出力を生成する。この増強された出力は、後述される。
【００４０】
各々の結合器５２２が、結合後の信号を別の随意による増強コンポーネント５３０へと出力する。図示の実施形態においては、増強コンポーネント５３０が、高域通過フィルタ５３２およびリミッタ５３４を備えている。高域通過フィルタ５３２を、携帯電話機など、低音の周波数の再生能力が限られているきわめて小型のスピーカを有しているいくつかのデバイスに使用することができる。この高域通過フィルタ５３２は、逆ＨＲＴＦ  ５２０または他の処理によって引き起こされる低周波数範囲の増強を軽減することによって、小型のスピーカにおける低周波ひずみを軽減することができる。しかしながら、この低周波成分の軽減は、低および高周波成分の不釣り合いを引き起こし、音質の色変化につながる可能性がある。したがって、上述の増強コンポーネント５１８は、元の入力５０２、５０４の少なくとも低周波数の部分を逆ＨＲＴＦ  ５２０の出力と混合するための低域通過フィルタを備えることができる。
【００４１】
高域通過フィルタ５３２の出力が、ハードリミッタ（hard limiter）５３４へともたらされる。ハードリミッタ５３４は、少なくとも何らかの利得を信号へと加える一方で、信号のクリッピングを軽減することもできる。より一般的には、いくつかの実施形態において、ハードリミッタ５３４が、低周波数の利得を強調する一方で、高い周波数におけるクリッピングまたは信号飽和を軽減することができる。結果として、ハードリミッタ５３４を、音の色を実質的に変えることがない実質的に平坦な周波数応答の生成を助けるために使用することができる（図１１を参照）。一実施形態においては、ハードリミッタ５３４が、実験的に決定される何らかのしきい値を下回る低い周波数の利得を大きくする一方で、このしきい値を上回るより高い周波数には利得をほとんどまたはまったく加えない。他の実施形態においては、より低い周波数へとハードリミッタ５３４によって加えられる利得の大きさが、より高い周波数に加えられる利得よりも大きい。より一般的には、任意の動的なレンジ圧縮機を、ハードリミッタ５３４の代わりに使用することができる。ハードリミッタ５３４は随意であり、いくつかの実施形態においては省略可能である。
【００４２】
増強コンポーネント５１８のどちらかを、省略でき、他の増強の特徴と置き換えることができ、あるいは他の増強の特徴と組み合わせることができる。
【００４３】
ＩＩＩ．典型的な逆ＨＲＴＦの特徴
次に、典型的な逆ＨＲＴＦ  ５２０の特徴を、さらに詳しく説明する。理解できるとおり、逆ＨＲＴＦ  ５２０を、クロストーク経路フィルタ１１０（図１）の排除をさらに促進するように設計することができる。すなわち、いくつかの実施形態において、逆ＨＲＴＦ、音響ダイポール、およびＩＴＤコンポーネントの特徴の任意の組み合わせが、演算に関して過酷なクロストーク経路フィルタ１１０の使用の排除を促進することができる。
【００４４】
図６が、ステレオ拡張システム４００または５００において使用するための改良された逆ＨＲＴＦを設計するために使用することができる典型的な頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）６１２、６１４の時間ドメインのプロット６００を示している。各々のＨＲＴＦ  ６１２、６１４が、聴取者の耳についての模擬による聴き取りの応答関数を示している。例えば、ＨＲＴＦ  ６１２が右耳についてであってよく、ＨＲＴＦ  ６１４が左耳についてであってよく、あるいはその逆も然りである。時間に関して整列させられているが、ＨＲＴＦ  ６１２、６１４を、いくつかの実施形態においてはＩＴＤを生み出すために互いに遅延させることができる。
【００４５】
ＨＲＴＦは、典型的には、１メートルの距離で測定される。そのようなＨＲＴＦのデータベースは、市販されている。しかしながら、モバイルデバイスは、典型的には、ユーザによって聴取者の頭部から２５〜５０ｃｍの範囲に保持される。この聴取範囲をより正確に反映するＨＲＴＦを生成するために、いくつかの実施形態においては、市販のＨＲＴＦをデータベースから選択する（あるいは、１ｍの範囲において生成する）ことができる。次いで、選択されたＨＲＴＦの大きさを、約３ｄＢ、約２〜６ｄＢ、または約１〜１２ｄＢ、あるいは何らかの他の値など、選択された量だけ減らすことができる。しかしながら、送受話器のユーザの耳までの典型的な距離が、典型的なＨＲＴＦについて測定された１ｍの距離の約半分（５０ｃｍ）であることから、３ｄＢの差が、いくつかの実施形態においては良好な結果をもたらすことができる。しかしながら、他の範囲も、やはり所望の効果の少なくとも一部またはすべてをもたらすことができる。
【００４６】
図示の例では、ＨＲＴＦ  ６１４を３ｄＢ（または、何らかの他の値）だけ減らすことによって、左右のチャネルの間にＩＩＤが生成されている。したがって、ＨＲＴＦ  ６１４の大きさがＨＲＴＦ  ６１２よりも小さい。
【００４７】
図７が、図６の典型的なＨＲＴＦ  ６１２、６１４の周波数応答のプロット７００を示している。プロット７００に、ＨＲＴＦ  ６１２、６１４のそれぞれの周波数応答７１２、７１４が示されている。図示の典型的な周波数応答７１２、７１４は、２５〜５０ｃｍの距離範囲において右側５度に位置しているという音源の知覚を生じさせることができる。しかしながら、これらの周波数応答を、別の場所から到来する音源の知覚を生じさせるように調節することができる。
【００４８】
図８が、図７のＨＲＴＦ周波数応答７１２、７１４を反転させることによって得られた逆ＨＲＴＦ  ８１２、８１４の周波数応答のプロット８００を示している。一実施形態において、逆ＨＲＴＦ  ８１２、８１４は、反数（additive inverse）である。逆ＨＲＴＦ  ８１２、８１４は、非反転のＨＲＴＦがスピーカから耳への実際の伝達関数を表すことができ、したがってこの関数の反転をクロストークの打ち消しまたは軽減に使用することができるため、クロストークの軽減または打ち消しにおいて有用となりうる。図示の典型的な逆ＨＲＴＦ  ８１２、８１４の周波数応答は、とりわけ高い周波数において異なっている。これらの相違が、クロストークの打ち消しのアルゴリズムにおいて一般的に利用される。例えば、ＨＲＴＦ  ８１２を、図１の直接経路フィルタ１１２として使用できる一方で、ＨＲＴＦ  ８１４を、クロストーク経路フィルタ１１０として使用することができる。これらのフィルタを、好都合に、ステレオ画像を広げるためにクロストーク経路フィルタ１１０を使用する必要性を除去または軽減する直接経路フィルタ１１２を生み出すように調整することができる。
【００４９】
図９が、図８の逆ＨＲＴＦ  ８１２、８１４を操作することによって得られた逆ＨＲＴＦ  ９１２、９１４の周波数応答のプロット９００を示している。これらの逆ＨＲＴＦ  ９１２、９１４は、逆ＨＲＴＦ  ８１２、８１４のパラメータを調節して実験を試み、逆ＨＲＴＦをいくつかの異なる携帯デバイスにおいて目隠し聴き取り試験にて試験することによって得られている。いくつかの実施形態において、低い周波数を弱めることで、音の色を実質的に変えることなく良好なステレオ拡張効果をもたらすことができることが明らかになった。あるいは、高い周波数を弱めることも可能である。低い周波数の低減が、図示の逆フィルタ９１２、９１４によって、これらの逆フィルタがスピーカと聴取者の耳との間の典型的なクロストークＨＲＴＦの逆数（multiplicative inverse）であるがゆえに生じる（例えば、逆ＨＲＴＦの別の組における低周波数の減衰に関して図７を参照）。したがって、図示の周波数応答のプロット９００の低周波数が、逆フィルタ９１２、９１４によって強調されているが、クロストークの実際の低周波数は強調されない。
【００５０】
見て取ることができるとおり、逆ＨＲＴＦ  ９１２、９１４は、周波数特性において類似している。この類似性は、一実施形態において、携帯デバイスまたは他の小型デバイスにおけるスピーカの間隔が比較的小さい可能性があり、結果として各々のスピーカからのクロストークを軽減するための逆ＨＲＴＦが類似するがゆえに生じる。好都合には、この類似性ゆえに、逆ＨＲＴＦ  ９１２、９１４の一方を、図１に示したクロストーク処理から省くことができる。したがって、例えば図１０に示されるように、単一の逆ＨＲＴＦ  １０１２を、ステレオ拡張システム４００、５００において使用することができる（図示の逆ＨＲＴＦ  １０１２を任意の所望の利得レベルへと拡大／縮小することができる）。とくには、クロストーク経路フィルタ１１０を、処理から省くことができる。４つのフィルタ１１０、１１２によるこれまでの演算は、合計で４つのＦＦＴ（高速フーリエ変換）畳み込みおよび４つのＩＦＦＴ（逆ＦＦＴ）畳み込みを含む可能性がある。クロストーク経路フィルタ１１０を省くことで、ＦＦＴ／ＩＦＦＴの演算を、オーディオ性能をあまり犠牲にすることなく半分にすることができる。代わりに、逆ＨＲＴＦフィルタ処理を時間ドメインにおいて実行することができる。
【００５１】
上述のように、ＩＩＤコンポーネント４３０が、各々のチャネルの逆ＨＲＴＦに異なる利得を適用する（あるいは、一方のチャネルに利得を適用するが、他方のチャネルには適用しない）ことによって、各々のチャネルへと適用される逆ＨＲＴＦの類似性または同一性を補償することができる。利得の適用は、各々のチャネルに第２の逆ＨＲＴＦを適用することと比べ、処理に関してはるかに軽い負担であることができる。本明細書において使用されるとき、用語「利得」は、通常の意味に加えて、いくつかの実施形態においては減衰も指すことができる。
【００５２】
逆ＨＲＴＦ  １０１２の周波数特性は、約７００〜９００Ｈｚにおいて始まり、約３ｋＨｚおよび４ｋＨｚの間の谷へと達する周波数帯におけるおおむね減衰の応答を含む。約４ｋＨｚから約９ｋＨｚ〜約１０ｋＨｚの間まで、周波数応答の大きさはおおむね増加している。約９ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの間から始まり、少なくとも約１１ｋＨｚまで続く範囲において、逆ＨＲＴＦ  １０１２は、１０ｋＨｚ〜１１ｋＨｚの範囲に２つの顕著なピークを有するより振動的な応答を有する。図示されていないが、逆ＨＲＴＦ  １０１２は、約２０ｋＨｚの辺りに位置する可聴スペクトルの終わりまでなど、１１ｋＨｚよりも上のスペクトル特性も有することができる。さらに、逆ＨＲＴＦ  １０１２は、約７００〜９００Ｈｚを下回るより低い周波数についてはいかなる効果も有さないものとして示されている。しかしながら、別の実施形態においては、逆ＨＲＴＦ  １０１２が、これらの周波数における応答を有する。好ましくは、そのような応答は、低い周波数における減衰効果である。しかしながら、中立（平坦）または強調の効果も、いくつかの実施形態においては有益となりうる。
【００５３】
図１１が、１つの典型的なスピーカ構成に特有のステレオ拡張システム５００の実施形態の典型的な周波数掃引のプロット１１００を示している。プロット１１００を生成するために、対数掃引１２１０をステレオ拡張システム５００の左チャネルへと供給する一方で、右チャネルは無音とした。得られたシステム５００の出力は、左出力１２２０および右出力１２２２を含んでいる。これらの出力の各々は、２０Ｈｚから２０ｋＨｚまでの可聴スペクトルの大部分または全体にわたって実質的に平坦な周波数応答を有している。これらの実質的に平坦な周波数応答は、上述の処理にもかかわらず音の色が実質的に変わらないことを示している。一実施形態においては、逆ＨＲＴＦ  １０１２の形状および／またはハードリミッタ５３４が、音の色の変化を少なくし、小型のスピーカからの低周波ひずみを少なくするために、この実質的に平坦な応答を促進する。とくには、ハードリミッタ５３４が、高い周波数のクリッピングを生じることなく周波数応答の平坦さを増強するために低い周波数を増強できる。ハードリミッタ５３４は、いくつかの実施形態においては、逆ＨＲＴＦ  １０１２によって引き起こされる色の変化を補償するために低い周波数を増強する。いくつかの実施形態においては、低い周波数の代わりに高い周波数を減衰させる逆ＨＲＴＦが構成される。そのような実施形態においては、ハードリミッタ５３４が、実質的に平坦な周波数応答を生成するために、より低い周波数を制限し、あるいは強調せずに、より高い周波数を強調することができる。
【００５４】
ＩＶ．さらなる実施形態
いくつかの実施形態において、左右のオーディオ信号を、コンピュータにとって読み取り可能な媒体（例えば、ＤＶＤ、Ｂｌｕ−Ｒａｙディスク、ハードディスク装置、など）などに位置するデジタルファイルから読み出すことができることに、注意すべきである。別の実施形態においては、左右のオーディオ信号が、ネットワークを介して受信されるオーディオストリームであってよい。左右のオーディオ信号を、左右のオーディオ信号をデコードすることによって３つ以上の出力信号を生み出すことができるように、Ｃｉｒｃｌｅ  Ｓｕｒｒｏｕｎｄのエンコード情報でエンコードすることができる。別の実施形態においては、左右のオーディオ信号が、最初にモノラル（「モノ」）信号から合成される。多数の他の構成が可能である。さらに、いくつかの実施形態においては、図８の逆ＨＲＴＦのいずれかを、ステレオ拡張システム４００、５００によって図９および１０に示した修正逆ＨＲＴＦの代わりに使用することができる。
【００５５】
Ｖ．用語
本明細書に記載の変種以外の多数の他の変種が、本明細書の開示から明らかであろう。例えば、実施形態に応じて、本明細書に記載の任意のアルゴリズムの特定の行為、事象、または機能を、別の順序で実行することができ、あるいは追加、合併、または完全に省略することも可能である（例えば、アルゴリズムの実行に上述のすべての行為または事象が必要というわけではない）。さらに、特定の実施形態においては、複数の行為または事象を、例えばマルチスレッド処理、割り込み処理、もしくは複数のプロセッサまたはプロセッサコアあるいは他の並列アーキテクチャによって、順次にではなくて同時に実行することができる。さらに、異なるタスクまたは処理を、協働して機能する別々の装置および／またはコンピュータシステムによって実行することが可能である。
【００５６】
本明細書に開示の実施形態に関連して説明した種々の例示の論理ブロック、モジュール、およびアルゴリズムの各段階を、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両者の組み合わせとして実現することができる。このハードウェアおよびソフトウェアの入れ換え可能性を明瞭に示すために、種々の例示のコンポーネント、ブロック、モジュール、および段階は、上記においては、おおむねそれらの機能に関して説明されている。そのような機能がハードウェアまたはソフトウェアのどちらで実現されるかは、個々の用途ならびに全体としてのシステムに課せられる設計の制約に依存する。上述の機能を、個々の用途の各々においてさまざまなやり方で実行することができるが、そのような実行の決定を、本発明の技術的範囲からの離脱を引き起こすものと解釈してはならない。
【００５７】
本明細書に開示の実施形態に関連して説明した種々の例示の論理ブロックおよびモジュールを、本明細書に記載の機能を実行するように設計された汎用のプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブルな論理素子、ディスクリートなゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートなハードウェアコンポーネント、あるいはこれらの任意の組み合わせなどの装置によって実現または実行することができる。汎用のプロセッサは、マイクロプロセッサであってよいが、代案においては、プロセッサが、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械、あるいはこれらの組み合わせ、などであってよい。プロセッサを、演算装置の組み合わせとして実現することもでき、例えばＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと結合した１つ以上のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実現することができる。主としてデジタル技術に関して説明を行ったが、プロセッサは、本質的にアナログのコンポーネントを含むこともできる。例えば、本明細書に記載の信号処理アルゴリズムのいずれかを、アナログ回路にて実行することができる。コンピュータ環境は、これらに限られるわけではないが、例えばマイクロプロセッサにもとづくコンピュータシステム、メインフレームコンピュータ、デジタル信号プロセッサ、可搬のコンピュータデバイス、電子手帳（personal organizer）、デバイスコントローラ、および電気機器における計算エンジンなど、任意の種類のコンピュータシステムを含むことができる。
【００５８】
本明細書に開示の実施形態に関連して説明した方法、プロセス、またはアルゴリズムの各段階を、ハードウェア、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュール、または両者の組み合わせにおいて、直接的に具現化することができる。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、またはコンピュータにとって読み取り可能な任意の他の形態の非一時的記憶媒体、媒体、あるいは技術的に公知の物理的なコンピュータ記憶装置に属することができる。典型的な記憶媒体を、記憶媒体からの情報の読み出しおよび記憶媒体への情報の書き込みが可能であるようにプロセッサに接続することができる。代案においては、記憶媒体がプロセッサと一体であってよい。プロセッサおよび記憶媒体が、ＡＳＩＣに属することができる。ＡＳＩＣは、ユーザ端末に属することができる。代案においては、プロセッサおよび記憶媒体が、個別のコンポーネントとしてユーザ端末に属することができる。
【００５９】
とりわけ「・・・できる」、「・・・してもよい」、「・・・が可能である」、「例えば」、など、本明細書において使用される条件付きの表現は、一般に、とくにそのようでないと述べられず、あるいは使用の文脈からそのようでないと理解されない限り、特定の特徴、要素、および／または状態が特定の実施形態には含まれるが、他の実施形態には含まれない旨を伝えることを意図している。したがって、そのような条件付きの表現は、一般に、特徴、要素、および／または状態が１つ以上の実施形態にとって必ずや必要であるという意味ではなく、１つ以上の実施形態がこれらの特徴、要素、および／または状態が任意の特定の実施形態に含まれ、あるいは実行されるかどうかを著者の入力または促しにより、あるいは著者の入力または促しを必要とせずに決定するための論理を必ずや含むという意味でもない。用語「・・・を備える」、「・・・を含む」、「・・・を有する」、などは、同義語であり、制限のないやり方で包含を意味して使用され、さらなる要素、特徴、行為、動作、などを排除するものではない。また、用語「または」は、（除外の意味ではなくて）包含の意味で使用され、例えば要素の列挙をつなげるために使用されるとき、用語「または」は、列挙される要素のうちの１つ、一部、またはすべてを意味する。
【００６０】
以上の詳細な説明は、種々の実施形態に適用された新規な特徴を図示し、説明し、指摘しているが、例示した装置またはアルゴリズムの形態および詳細において、種々の省略、置換、および変更が、本発明の技術的思想から離れることなく可能であることを、理解できるであろう。理解されるとおり、いくつかの特徴を他の特徴とは別個に使用または実施できるため、本明細書に記載の本発明の特定の実施形態を、本明細書に記載の特徴および利点をすべては提供しない形態で具現化することが可能である。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[１]  １対のスピーカによって再生されるステレオオーディオ信号を仮想的に拡張するための方法であって、前記方法は、
左オーディオ信号と右オーディオ信号とを備えるステレオオーディオ信号を受信することと；
前記左オーディオ信号を左チャネルに供給し、前記右オーディオ信号を右チャネルに供給することと；
１対のスピーカと聴取者の反対側の両耳との間のクロストークを完全に打ち消す試みにおいて、前記クロストークの影響を軽減するために、計算集約型頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を採用することなく音響ダイポールの原理を採用することと、ここで、前記採用することは、
１つ以上のプロセッサによって、
少なくとも（ａ）反転済み左オーディオ信号を生成するために前記左オーディオ信号を反転させることと、（ｂ）前記反転済み左オーディオ信号を前記右オーディオ信号と組み合わせることとによって、第１の音響ダイポールを近似することと、
少なくとも（ａ）反転済み右オーディオ信号を生成するために前記右オーディオ信号を反転させることと、（ｂ）前記反転済み右オーディオ信号を前記左オーディオ信号と組み合わせることとによって、第２の音響ダイポールを近似することと、
を備える；
左フィルタ処理済み信号を生成するために、前記第１の音響ダイポールに単一の第１の逆ＨＲＴＦを適用することと、前記第１の逆ＨＲＴＦは前記左チャネルから前記右チャネルへの第１のクロストーク経路よりもむしろ前記左チャネルの第１の直接経路に適用される；
右フィルタ処理済み信号を生成するために、前記第２の音響ダイポールに単一の第２の逆ＨＲＴＦ関数を適用することと、前記第２の逆ＨＲＴＦは前記右チャネルから前記左チャネルへの第２のクロストーク経路よりもむしろ前記右チャネルの第２の直接経路に適用される、ここで、前記第１および第２の逆ＨＲＴＦは前記左および右フィルタ処理済み信号の間の両耳間強度差（ＩＩＤ）をもたらす；
聴取者によって左右のスピーカの間の実際の距離よりも広く知覚されるように構成されたステレオイメージをもたらすように、前記１対のスピーカにおける再生のために前記左および右フィルタ処理済み信号を供給することと、
を備える方法。
[２]  前記第１の音響ダイポールを近似することは、前記左オーディオ信号に第１の遅延を適用することをさらに備えており、前記第２の音響ダイポールを近似することは、前記右オーディオ信号に第２の遅延を適用することをさらに備えており、前記第１および第２の遅延は、両耳間時間差（ＩＴＤ）をもたらすように選択される前記[１]に記載の方法。
[３]  増強済み左オーディオ信号を生成するために前記左オーディオ信号を増強することと；
増強済み左フィルタ処理済みオーディオ信号を生成するために前記増強済み左オーディオ信号を前記左フィルタ処理済み信号と組み合わせることと；
増強済み右オーディオ信号を生成するために前記右オーディオ信号を増強することと；
増強済み右フィルタ処理済みオーディオ信号を生成するために前記増強済み右オーディオ信号を前記右フィルタ処理済み信号と組み合わせることと、
をさらに備える前記[１]または[２]に記載の方法。
[４]  前記供給することを実行する前に、前記左および右フィルタ処理済み信号を増強すること
をさらに備える前記[１]ないし[３]のいずれか一項]に記載の方法。
[５]  前記増強することは、
第２の左フィルタ処理済み信号を生成するために前記左フィルタ処理済み信号を高域通過フィルタ処理することと、これにより、前記左フィルタ処理済み信号中の低周波ひずみを軽減する；
第２の右フィルタ処理済み信号を生成するために前記右フィルタ処理済み信号を高域通過フィルタ処理することと、これにより、前記右フィルタ処理済み信号中の低周波ひずみを軽減する、
を備える前記[４]に記載の方法。
[６]  前記増強することは、
より低い周波数をより高い周波数と比べて増強することによってより高い周波数のクリッピングを回避するために、前記左および右オーディオ信号のうちの一方または両方のダイナミックレンジの圧縮を実行すること
をさらに備える前記[４]または[５]に記載の方法。
[７]  前記ダイナミックレンジの圧縮を実行することは、
前記左および右フィルタ処理済み信号のうちの一方または両方にリミッタを適用すること
を備える前記[６]に記載の方法。
[８]  １対のスピーカによって再生されるステレオオーディオ信号を仮想的に拡張するためのシステムであって、前記システムは、
左オーディオ信号および右オーディオ信号を受信し、
少なくとも（ａ）反転済み左オーディオ信号を生成するために前記左オーディオ信号を反転させ、（ｂ）前記反転済み左オーディオ信号を前記右オーディオ信号と組み合わせることによって、第１の音響ダイポールを近似し、
少なくとも（ａ）反転済み右オーディオ信号を生成するために前記右オーディオ信号を反転させ、（ｂ）前記反転済み右オーディオ信号を前記左オーディオ信号と組み合わせることによって、第２の音響ダイポールを近似する
ように構成された音響ダイポールコンポーネント；および
左フィルタ処理済み信号を生成するために前記第１の音響ダイポールに単一の第１の聴き取り応答関数を適用し、
右フィルタ処理済み信号を生成するために前記第２の音響ダイポールに単一の第２の聴き取り応答関数を適用する、
ように構成された両耳間強度差（ＩＩＤ）コンポーネント；
を備えており、
ここで、前記システムは、聴取者によって前記左右のスピーカの間の実際の距離よりも広く知覚されるように構成されたステレオイメージをもたらすように、左右のスピーカによる再生のために前記左および右フィルタ処理済み信号を供給するように構成され；
前記音響ダイポールコンポーネントおよび前記ＩＩＤコンポーネントは、１つ以上のプロセッサによって実現されるように構成されている、システム。
[９]  前記供給することは、
前記左および右フィルタ処理済み信号を増強して増強済み左および右信号をもたらし、前記増強済み左および右信号を前記左右のスピーカの各々へともたらすように構成された少なくとも１つの増強コンポーネントへと、前記左および右フィルタ処理済み信号をもたらすこと
を備えている前記[８]に記載のシステム。
[１０]  前記第１および第２の逆ＨＲＴＦは、実質的に同じスペクトル特性を有する前記[８]または[９]に記載のシステム。
[１１]  前記第１および第２の逆ＨＲＴＦは、利得においてのみ相違する前記[１０]に記載のシステム。
[１２]  前記利得の相違が、前記左右のスピーカの間の両耳間強度差をもたらす前記[１１]に記載のシステム。
[１３]
前記音響ダイポールコンポーネントは、前記左および右オーディオ信号のうちの一方または両方に利得を加えるようにさらに構成されている前記[８]ないし[１２]のいずれか一項]に記載のシステム。
[１４]  前記音響ダイポールコンポーネントおよび前記ＩＩＤコンポーネントは、前記左右のスピーカの間のクロストークを完全に打ち消すことなく、ステレオ分離をもたらすように構成されている前記[８]ないし[１２]のいずれか一項]に記載のシステム。
[１５]  プロセッサによって実行することができる命令を記憶している非一時的物理的な電子ストレージであって、
前記命令は、１つ以上のプロセッサによって実行されたときに、１対のスピーカによって再生されるステレオオーディオ信号を仮想的に拡張するためのコンポーネントを実現し、
前記コンポーネントは、
左オーディオ信号および右オーディオ信号を受信し、
少なくとも（ａ）反転済み左オーディオ信号を生成するために前記左オーディオ信号を反転させ、（ｂ）第１の模擬音響ダイポールを形成するために前記反転済み左オーディオ信号を前記右オーディオ信号と組み合わせ、
少なくとも（ａ）反転済み右オーディオ信号を生成させるために前記右オーディオ信号を反転させ、（ｂ）第２の模擬音響ダイポールを形成するために前記反転済み右オーディオ信号を前記左オーディオ信号と組み合わせる、ように構成された音響ダイポールコンポーネントと；
左フィルタ処理済み信号を生成するために前記第１の模擬音響ダイポールに単一の第１の逆頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を適用し、
右フィルタ処理済み信号を生成するために前記第２の模擬音響ダイポールに単一の第２の逆ＨＲＴＦを適用する、ように構成された両耳間強度差（ＩＩＤ）と、
を備える非一時的物理的な電子ストレージ。
[１６]  前記第１および第２の逆ＨＲＴＦは、同じ逆ＨＲＴＦである前記[１５]に記載の非一時的物理的な電子ストレージ。
[１７]  前記第１および第２の逆ＨＲＴＦは、同じ逆ＨＲＴＦから導出される前記[１５]または[１６]に記載の非一時的物理的な電子ストレージ。
[１８]  前記ＩＩＤコンポーネントは、前記第１の逆ＨＲＴＦに前記第２の逆ＨＲＴＦとは異なる利得を割り当てることによって両耳間強度差を生成するように構成されている前記[１８]に記載の非一時的物理的な電子ストレージ。
[１９]  １つ以上の物理的なプロセッサに組み合わせられた前記[１５]ないし[１８]のいずれか一項]に記載の非一時的物理的な電子ストレージ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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