(57)【要約】オーディオ入力信号に応答して、複数のサラウンド・サウンド・チャネルを生成するオーディオ・システムであって、単一の筐体の中に、サラウンド・サウンド入力信号を受信するように適合された増幅器システムと、部分的にフェーズド・アレイとして配列され、前記サラウンド・サウンド入力信号に基づいてサラウンド・サウンドを放出するように適合された複数の電気音響トランスデューサを含み、前記筐体は、少なくとも１つの左および少なくとも１つの右の電気音響トランスデューサおよび前記左右のトランスデューサを通じて放出するために前記入力信号の低周波コンテンツを分けるフィルタを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ入力信号に応答して、複数のサラウンド・サウンド・チャネルを生成するオーディオ・システムであって、
単一の筐体内にサラウンド・サウンド入力信号を受信するように調整された増幅器システムおよび部分的にフェーズド・アレイとして配置され、サラウンド・サウンド入力信号に基づいてサラウンド・サウンドを放出するように調整された複数の電気音響トランスデューサを含み、前記筐体は、少なくとも１つの左および少なくとも１つの右の電気音響トランスデューサおよび前記左右のトランスデューサを通じて放出するために前記信号の低周波コンテンツを分けるフィルタを含むオーディオ・システム。
【請求項２】
前記筐体の正面上に装着されたフェーズド・アレイおよびそれぞれの側面の左右のトランスデューサを有する請求項１記載のオーディオ・システム。
【請求項３】
所定の複数のサラウンド・サウンド放出モードの間で選択するコンフィギュレーション・システムを含み、サラウンド・サウンドの特定チャネルの放出のためにモードがトランスデューサを動作または動作を停止させる請求項２記載のオーディオ・システム。
【請求項４】
コンフィギュレーション・システムは、サラウンド・サウンドの右左のチャネルの放出モードの間で選択する請求項３記載のオーディオ・システム。
【請求項５】
左右チャネルの放出は、外部制御信号の設定により左右トランスデューサ、フェーズド・アレイのトランスデューサの左右コラム、フェーズド・アレイ全体またはそれらの組合わせに切り替えられるコンフィギュレーション・システムが提供される請求項４記載のオーディオ・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、聴取者を多方向音場内に没入させる多重チャネルを有するサラウンド・サウンド・システムに関する。特に、本発明は、単一のコンパクトな筐体からサラウンド・サウンドを発生できるサラウンド・サウンド・システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オーディオ／ビジュアル・システム内に多重チャネル立体音響が広く使用されるようになった。技術のこの趨勢は、従来のステレオ音響再生システムから離れて、「サラウンド・サウンド」技法へ向かっており、そこでは、音場が聴取者の両側および後方へダイナミックに（そして意図的に）シフトされる。
【０００３】
聴取者に感知される特性を改良するために、左右（およびオプションとして、中央）のサウンド・チャネルに加えて、１つまたはそれ以上のサラウンド・サウンド・チャネル（これまで、しばしば「アンビアンス」または「特殊効果」チャネルと呼ばれた）を含む、多チャネル音響再生システムが知られている。これらのシステムは、今や映画劇場内で比較的に一般的であり、顧客の家庭で、ますます普通になってきている。消費者の家庭でのそうしたシステムの急増の蔭にある力は、サラウンド・サウンド・ホーム・ビデオ・ソフトウェアの広い利用可能性であり、主に劇場発表のために製作されたサラウンド・サウンド活動写真（映画）が引続きホーム・ビデオ媒体（たとえばデジタル・ビデオ・ディスク（DVD）、ビデオカセット、ビデオディスクおよび放送またはケーブル・テレビ）へ転移した。
【０００４】
聴取者の後ろへ広がる音場を供給するまたは聴取者の後ろにサウンド・イメージを限定するような仕方で音が再生される場合は、２つの（フロント）拡声器が右左のチャネル再生のために聴取者の左右正面に配置され、少なくとも１つまたは２つのリア拡声器がサラウンド、すなわちリア・チャネル再生のために聴取者の後ろに追加的に配置される。更に現代のサラウンド・サウンド・システムは、正面左および正面右のスピーカの間に聴取者の正面に配置された中央スピーカを含む。音響品質を改良するために、オーディオ信号の低周波部分は、追加のサブ・ウーファに向けられている。聴取者に対するサブ・ウーファの厳密な位置は、サラウンド・サウンド・システムの全体的な性能のために決定的なものではない。
【０００５】
しかしながら、普通の家庭では、１つの部屋の中に５ないし６の拡声器を配置することが困難である。新しいサラウンド・サウンド・システムがしばしば既存のステレオ・システムに対応しないので、ユーザは、１つの部屋の中に２つの既存システムを持つか（スピーカの数が７ないし８になる）または古いシステムを除去するかを選択することになる。これは明らかに不満足なので、近年ではサラウンド・サウンドを発生するスピーカの数を減らすか、または少なくとも新しいサラウンド・サウンド・システムと既存のステレオ装置の間の統合を改良して提供する試みがなされてきた。
【０００６】
ハードウエア構成要素の数を減らすことを目指す最も進歩したシステムが、共有公開国際特許出願ＷＯ−０１２３１０４に記述されている。ＷＯ−０１２３１０４において、トランスデューサのアレイは、個別に操縦できる多数の音響ビームを発生する。動作において、これらのビームは、聴取者の左右の反射面または壁の適当な位置へ向けられ、聴取者の後ろの壁の左右の隅へ向けられる。聴取者の位置に向かって反射される音響は、これらの位置に配置された拡声器から投影されたかのような仕方によく似た方法で、いわゆる「スイート・スポット」に集中する。従って、このシステムは、部屋の中の１つよりも多い位置に拡声器を配置する必要をなくす。
【０００７】
多くのアプリケーションのために満足できるものではあるが、より小さな部屋での設置を容易にするために、そうしたシステムの全体的な寸法を減少させる必要が認められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って本発明の１つの目的は、ＷＯ−０１２３１０４の装置を改良して、従来のテレビジョン・セットに比較しうる寸法を有する単一の筐体からサラウンド・サウンドを発生できるシステムを生成するようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的のために、本発明は、独立請求項に請求される装置を供給する。
【００１０】
本発明の第１の面によれば、１つのオーディオ入力信号に応答して複数のサラウンド・サウンド・チャネルを生成するオーディオ・システムが供給され、これは単一の筐体またはハウジング内にサラウンド・サウンド入力信号を受信するように適合した増幅器システムおよび複数の電気音響トランスデューサを含み、この電気音響トランスデューサのいくつかは、異なった方向にサラウンド・サウンド・チャネルを向けることにより、サラウンド・サウンド入力信号に基づいたサラウンド・サウンドを放出するように適合されたフェーズド・アレイとして配置され、筐体は、少なくとも１つの左および少なくとも１つの右の電気音響トランスデューサを含み、左右の変換器を通じての放出のために入力信号の低周波コンテンツを分流するフィルタを含む。
【００１１】
本質的に本発明は、聴取者の位置において、従来のテレビジョン・セットのサイズのハウジングから本当のサラウンド・サウンド環境を発生できるコンパクトなサラウンド・サウンド・システムであって、筐体の両側面にそれぞれ位置する少なくとも２つのウーファ・スピーカを使用し、正面に位置するトランスデューサのフェーズド・アレイを使用する。
【００１２】
本発明の第１実施例において、ウーファ・スピーカは、サラウンド・サウンド信号の低周波コンテンツの再生に使用され、トランスデューサ・アレイは、信号内に存在する左、右、中央、サラウンド左／右および他のチャネルを発生する。
【００１３】
本発明の更なる好ましい実施例において、このシステムは、種々な環境への敏速な適応のために、放出モード制御を含む。特に、この新規なオーディオ・システムは、サラウンド・サウンド再生が放出される左右のチャネルのモードを変えることができ、これにより特定チャネル放出のためにトランスデューサを動作させたり、停止させたりすることができる。この新規な機能は、さまざまな環境においてユーザの選好のためにシステムの利用可能性を強化する。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の面は、添付図面を参照しながら以下の非限定的な例の詳細な説明から明らかになる。
【実施例】
【００１５】
図１に、単一の筐体（またはハウジング）１１０を有するオーディオ・システム１００を示す。正面パネル１１１には、トランスデューサのアレイ１２１がある。左側面１１２および右側面１１３は、それぞれ左右のウーファ拡声器１２２（ＷＬ）および１２３（ＷＲ）を装着するために使用される。さらに、筐体１１０に収められているのは、増幅器部１３０であって、これは、入力ソケット１３１を通じてＤＶＤプレーヤーまたは受信機などの外部オーディオ信号源に接続されている。この増幅器部は、主電源１３３により供給されるパワー・ユニット１３２を有する。
【００１６】
図２の基本ブロック図は、増幅器部１３０の主要構成要素を示す。多重チャネル・オーディオ信号は、エンコードされたデジタル・ビット・ストリーム２１１として着信するものとする。このデジタル・データは、デコーダ・システム２１２に入るが、デコーダ・システム２１２は、信号を左L、右Ｒおよび中央Ｃチャネル、サラウンド・チャネルＳＣ（サラウンドまたは左後方、サラウンドまたは右後方など）および低周波効果チャネルＬＦＥを含む種々のオーディオ・チャネル信号に分離する。
【００１７】
このようにデコードされた信号は、クロス・オーバ回路２１３への入力を形成し、クロス・オーバ回路２１３は、種々のオーディオ・チャネルの間の低周波コンテンツの分配を制御する。図３に示すように、適当な利得調節３１１の後に、サラウンド・チャネルおよびＬ、Ｒ、Ｃチャネルは、両方ともハイ・パス・フィルタ３１２およびロウ・パス・フィルタ３１３を使用してバンド分割され、それらの低周波コンテンツは、ＬＦＥ信号と共にウーファ・チャネルに加えられて、結局、左右のウーファ・チャネルＷＬ、ＷＲを通じて放出される。高周波コンテンツは、通過される。
【００１８】
ＷＬチャネルおよびＷＲチャネルを通じて放出される他の信号は、下記の放出モード制御システム２１４により決定される。
【００１９】
図２に示したクロス・オーバ回路２１３と放出モード制御システム２１４は、両方ともデジタル信号処理ユニット２１５のサブ・セクションとして便利に実施され、デジタル信号処理ユニット２１５は、フェーズド・トランスデューサ・アレイ２１２全体およびウーファＷＬ、ＷＲのために、パワー・ドライバ・ユニット２１６を制御する。このシステムは、別々に操縦可能な音の細いビームを発生することができ、この細いビームを聴取者に向けて投射しまたは壁および／または天井から反射させることができる。そうしたシステムは、前記出願人会社から利用可能で購入できる。フェーズド・トランスデューサ・アレイの実施と操作に関する更なる詳細は、図４を参照しながら以下に説明する。
【００２０】
図４において、サラウンド・チャネル４３は、標準的なサンプル・レートおよびビット長への変換のために入力を多重チャネル・サンプル・レート変換器４４に供給する。サンプル・レート変換器ステージ４４の出力は、全てのチャネルを含む単一の高速シリアル信号に組み合わせられる。
【００２１】
直列化されたデータは、デジタル信号処理（ＤＳＰ）ユニット４５に入ってデータを更に処理する。このユニットは、商用のテキサス・インスツルメント社のＴＭＳ３２０Ｃ６７０１ＤＳＰを含み、これは１３３ＭＨｚで動作し、計算の大部分を浮動小数点フォーマットで実行する。
【００２２】
第１のＤＳＰは、フィルタリングを遂行して、使用されたトランスデューサの周波数応答内の乱れを補償する。それは４回のオーバ・サンプリングおよび補間を供給して、オーバ・サンプリング処理により発生した高周波コンテンツを除去する。
【００２３】
第２のＤＳＰは、量子化とノイズ整形も実行して、１９５ｋHｚのサンプル・レートにおいて９ビットへ語長を減少させる。
【００２４】
第２のＤＳＰからの出力は、バス４５１を使用して、１１の商用Ｘｉｌｉｎｘ  ＸＣＶ２００フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）４６に並列に分配される。これらのゲート・アレイは、各チャンネルおよび各トランスデューサについて、独自の時間遅延を与える。それらの出力は、入力の多数の異なったバージョンまたはレプリカであって、その数は、チャネルの数にトランスデューサの数をかけたのに等しい数である。この例では、トランスデューサ１２１の数は７４であるので、このステージで、入力の数百の異なったバージョンまたはレプリカが発生される。これらのチャネルの個別バージョンは、各トランスデューサについて加算器４７−１から４７−ｎで加算されて、パルス幅変調器（ＰＷＭ）４８−１から４８−ｎに渡される。各パルス幅変調器は、クラスＤ出力ステージ４９−１から４９−ｎを駆動し、これらの出力電圧は、トランスデューサ１２１への出力電力を制御するために調節できる。注意すべきは、システム制御の観点から左右のウーファ・スピーカＷＬ、ＷＲは、このアレイのトランスデューサ１２１として取り扱いできることである。
【００２５】
システムの初期化は、マイクロ・コントローラ４９１の制御の下にある。初期化されると、マイクロ・コントローラが使用されて、赤外線遠隔コントローラ（図示なし）を介して、ユーザから方向およびボリューム調節コマンドを取って、それをシステム・ディスプレイ上に表示して第３のＤＳＰ４９２に渡す。
【００２６】
システム内の第３のＤＳＰ４９２は、各トランスデューサ上の各チャネルについて、各チャネルを異なった方向に操縦できるようにするのに必要な時間を計算するために使用される。たとえば、チャネルの第１のペアを（サラウンド・サウンド再生システムの位置に対して）部屋の左右の壁へ向けることができ、またサラウンド・サウンドを発生するために第２のペアを後ろの壁の左右に向けることができる。このように設定された遅延の要件は、データ・サンプルと同一の並列バス４５１上でＦＰＧＡ４６に配分される。上記のステップの大部分は、明細書に参考文献として組み込まれているＷＯ−０１２３１０４に一層詳細に記述されている。
【００２７】
マイクロ・コントローラ４９１およびＤＳＰ４９２は、チャネル情報に放出マトリックスを重ねることにより放出モードを制御してトランスデューサ１２１の出力を制御する。
【００２８】
図５の例において、放出マトリックスは、ｎ個の数のアレイまたはベクトルであって、アレイ内の数の位置は、その数の値により制御されるトランスデューサを示す。この放出マトリックスは、一組の「１」および「０」として、実施できる。一方の「１」は、トランスデューサが問題のチャネルを出力することを示し、他方の１つの０は、それをブロックすることを示す。
【００２９】
マイクロコントローラのメモリへ対応する放出マトリックスをロードすることにより、種々の放出モードを実施できる。特定の３つの放出モードが左右の信号チャネルについて考えられる。第１のＬ／Ｒ放出モードは、左右のチャネルをそれぞれ左右のウーファに向ける。図５Ａにおいて、このモードのためのマトリックスは、ウーファ・トランスデューサを表現する下部の隅の位置ＷＬおよびＷＲにより示されている。第２のＬ／Ｒ放出モードは、図５Ｂにマトリックスで示され、アレイのトランスデューサの第１のコラムに左チャネルを向け、トランスデューサ・アレイの最後のコラムの右にチャネルを向けるが、ウーファを除外している。図５Ｃに示す第３の放出モードにおいて示されるのは、単純な通過モードであって、左右のチャネルをアレイ全体により放出することができ、したがって操縦可能なビームとして放出される。これらのビームは、反射面に対して向けられ、反射の後で反射スポットから発生するものとして認識される。
【００３０】
必要に応じて放出チャンネルへのトランスデューサを追加したり差し引いたりして、他のトランスデューサ構成を含むように放出モードを修正する方法は、容易に理解できる。たとえば低周波コンテンツをアレイの正面下部または中央に配置したウーファ拡声器へ向けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】本発明によるオーディオ・システムの透視図である。
【図１Ｂ】図１Ａのシステムの水平断面図である。
【図２】本発明によるオーディオ・システムのブロック図である。
【図３】図２のシステムの一部の面を示す略図である。
【図４】図２のシステムの更なる詳細を図示する略図である。
【図５】図２のシステムの放出モード制御の詳細を図示する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【国際調査報告】
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