(57)【要約】  ２台のラウドスピーカにより再生されたときに、多数のサウンドチャンネルの空間認知を改良する方法であり、２台のラウドスピーカはリスナーに対して前方に位置し、各チャンネルが方向を表現し、チャンネルの一部、すなわち前方以外からの方向を表すようなサウンドチャンネルは、ヘッドフォン処理とクロストークキャンセラでの処理を経て前記ラウドスピーカに入力し、前記サウンドチャンネルの他の部分は、すなわち前方からの方向を表すようなサウンドチャンネルは、ヘッドフォン処理とクロストークキャンセラでの処理を経ずに前記ラウドスピーカに入力する。ヘッドフォン処理には、ヘッドフォン処理とクロストークキャンセラでの処理を経て前記ラウドスピーカに入力されたチャンネルに、方向定位のためのHRTFsを適用することを含み、さらに、ヘッドフォン処理とクロストークキャンセラでの処理を経て前記ラウドスピーカに入力されたチャンネルに、模擬的な反射及び／又は人工的なアンビエンスを加えることを含んでもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２台のラウドスピーカにより再生されたときに、多数のサウンドチャンネルの空間認知を改良する方法であって、各チャンネルが方向を表現し、
前記チャンネルの一部はヘッドフォン処理とクロストークキャンセラでの処理を経て前記ラウドスピーカに入力し、
前記サウンドチャンネルの他の部分はヘッドフォン処理とクロストークキャンセラでの処理を経ずに前記ラウドスピーカに入力することからなる、多数のサウンドチャンネルの空間認知を改良する方法。
【請求項２】
前記２台のラウドスピーカはリスナーに対して前方に位置し、前方以外からの方向を表すサウンドチャンネルは、ヘッドフォン処理とクロストークキャンセラでの処理を経て前記ラウドスピーカに入力され、前方からの方向を表すサウンドチャンネルは、ヘッドフォン処理とクロストークキャンセラでの処理を経ずにラウドスピーカに入力される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ヘッドフォン処理には、ヘッドフォン処理とクロストークキャンセラでの処理を経て前記ラウドスピーカに入力されたチャンネルに、方向定位のためのHRTFsを適用することを含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ヘッドフォン処理にはさらに、ヘッドフォン処理とクロストークキャンセラでの処理を経て前記ラウドスピーカに入力されたチャンネルに、模擬的な反射及び／又は人工的なアンビエンスを加えることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
サウンドチャンネルをヘッドフォン処理とクロストークキャンセラでの処理を経ずに前記ラウドスピーカに入力することには、このようなサウンドチャンネルが３以上あるときに、このようなサウンドチャンネルの数を２に減らすため、このようなサウンドチャンネルをエンコーディングすることが含まれる、請求項１乃至請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記エンコーディングはマトリックスエンコーディングによりなる、請求5の方法。
【請求項７】
前記マトリックスエンコーディングは３：２マトリックスエンコーディングである、請求項6の方法。
【請求項８】
２台のラウドスピーカにより再生されるとき、多数サウンドチャンネルの空間認知を改良するオーディオ装置であって、各チャンネルが方向を表現し、
前記サウンドチャンネルの一部を受け取り２個の出力信号を出力するプロセッサであって、前記チャンネルプロセッサには、方向定位のためのHRTFsとクロストークキャンセラを採用したヘッドフォンプロセッサが含まれるプロセッサと、
前記プロセッサの出力の内の１つを受け取り、その方向に応じた相対的な比率で前記プロセッサに入力されたチャンネル以外のチャンネルを受け取り、前記ラウドスピーカの１つに信号を出力する第１の加算結合器と、
前記プロセッサの出力の内の他の１つを受け取り、その方向に応じた相対的な比率で前記プロセッサに入力されたチャンネル以外のチャンネルを受け取り、前記ラウドスピーカの他の１つに信号を出力する第２の加算結合器とからなる、オーディオ装置。
【請求項９】
前記２台のラウドスピーカはリスナーに対して前方に位置し、前方からの方向を表すサウンドチャンネルが、第１の加算結合器と第２の加算結合器につなげられ、前方以外からの方向を表すサウンドチャンネルが、前記ヘッドフォンプロセッサにつなげられる、請求項８の装置。
【請求項１０】
前記ヘッドフォンプロセッサはさらに、模擬的な反射プロセッサ及び／又は人工的なアンビエンスプロセッサを含む、請求項８又は請求項９の装置。
【請求項１１】
さらに、Ｎ：２マトリックスエンコーダからなり、多数チャンネルの内のヘッドフォンプロセッサにつなげられていないチャンネルが、当該Ｎ：２マトリックスエンコーダを経由して前記加算結合器につなげられる、請求項８乃至請求項１０の装置。
【請求項１２】
５個のサウンドチャンネル、Ｌ，Ｃ，Ｒ，Ｌｓ，及びＲｓ、があり、前記プロセッサは前記ＬｓとＲｓ信号を受け取り、第１の加算結合器と前記第２の加算結合器のうち１方の結合器は、Ｌチャンネルのすべてを受け取り、Ｒチャンネルをまったく受け取らず、他方の結合器は、Ｒチャンネルのすべてを受け取り、Ｌチャンネルをまったく受け取らず、両方の結合器は、実質的に同じ比率でＣチャンネルを受け取るような、相対的な比率で、前記Ｌ，Ｃ，及びＲチャンネルが前記第１の加算結合器と前記第２の加算結合器に入力される、請求項８の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオ信号処理に関する。とりわけ、本発明は、2台のラウドスピーカにより生み出された多数チャンネル音源の空間認知を改良する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドルビープロロジック（Dolby Pro logic）ドルビーディジタル（Dolby Digital）（Dolby, Dolby Pro logic,及びDolby Digitalは、Dolby Laboratories Licensing Corporationの登録商標である）のようなマルチチャンネル音源再生システムは、例えば、特定の場所に特定の角度で置かれた５台のスピーカを必要とする。これはコストが掛かり場所を取る。コストと場所を節約するためには、後部ラウドスピーカを省略したサラウンド音響が望ましいであろう。しかしながら、従来は、前方のラウドスピーカは前方の音像しか表現できない。
【０００３】
多方向から来ていることを表す音を、ヘッドフォンに再現するために2つの信号にまとめ、多方向から来ているように見せかける複数チャンネルの処理方法が知られている。クロストークさせることなく、ヘッドフォンの左の信号再生音を左耳に入れ、右の再生音を右耳に入ることで、リスナーの側方からと共に、前方又は場合によっては後方から音が聞こえるように見せかけることができる。
【０００４】
各チャンネルの音を、本来の方向から来るものとしてヘッドフォンのリスナーが認知するための、ヘッドフォンに対するこのような処理には、通常、特定の方向からの音を表す多数チャンネルの各々の入力を考慮し、2つの耳に対して必要とされる明確な方向からの経路を模擬するために、各入力に対して適当なHRTFs（頭部伝達関数）を適用することが最小限含まれている。２を越える入力に応答して２つの出力を出すようなヘッドフォン用の処理は、「マルチ座標バイノーラルステアリング（multi-axis binaural steering）」処理や「マルチ座標バイノーラルシンセサイザ（multi-axis binaural synthesizers）」や「ヘッドフォンバーチャルサウンド（headphone virtual surround）」等の様々な名前で呼ばれている。ヘッドフォンプロセッサによっては、方向定位のためのHRTFsの適用に加えて、模擬的な反射及び／又は人工的なアンビエンスを１以上のチャンネルに加えるような処理を施すこともある。方向定位のためのHRTFsを用いるだけであろうと、さらに人工的な反射及び／又はアンビエンスなどを付加しようとも、このようなプロセッサをすべてここでは、「ヘッドフォンプロセッサ（headphone processors）」と呼ぶ。ヘッドフォンプロセッサの例は、公開された国際出願WO 99/14983（米国を指定）及び米国特許5,371,799; 5,809,149及び6,195,434B1の記載に含まれている。これらの出願及び特許は、各々すべて参照用としてこの明細書に組み込まれる。
【０００５】
従来の２チャンネル立体音響素材は、２台のラウドスピーカにより再生することができるものである。リスナーの耳は両方のラウドスピーカから、もちろん、異なる経路長と周波数応答で音を受け取る。言い換えれば、そこには音響的なクロストークが発生する。一般に、このように再生された音は、ラウドスピーカ同士をつなぐ空間内において直線上に出現する。
【０００６】
少なくとも一部の音響的なクロストークを打ち消すために二つのラウドスピーカへの信号をあらかじめ補正しておくことも知られている。このことにより、見かけ上の音源位置を、ラウドスピーカ同志をつなぐ空間から十分外側に置くことができる。そして、このことは「バーチャルサラウンド」処理の基盤となる。クロストークが打ち消される限りにおいて、２つのラウドスピーカから耳に入る音響はヘッドホンから入る音響に似ている。すなわち、クロストークがない。クロストークキャンセラ（「スペシャライザー（spatializers）」や「パノラミックプロセッサ（panoramic processors）」のように呼ばれている）は、少なくとも米国特許3,236,949（Atal and Shroeder）より前に周知技術となっている。パーソナルコンピュータのリゾースの消費が非常に少ない、コンピュータのソフトウエアに組み込まれた音響クロスフィードキャンセラは、Davis他により１９９７年３月１４日に出願された米国特許出願S.N.08/819,582に開示されている。この出願は、すべて参照用としてこの明細書に組み込まれる。
【０００７】
周知のとおり、多数チャンネルを表現する信号は、本来ラウドスピーカ同志をつなぐ空間以外から来る音も含めて、ヘッドフォンでの再生のためであるかのように処理され、次に音響クロストークキャンセラを経由して、コンピュータのモニターやテレビのブラウン管の両側にあるような従来の立体音響を構成する２台の前方のラウドスピーカに送られる。このヘンドフォン処理とクロストークキャンセラでの処理の組み合わせにより、音源の位置を、たった２台の前方のラウドスピーカを用いて、側方や場合によっては後方にあるよう見せかけることができる。
【０００８】
図１は、５チャンネル音源（各チャンネルが左前方、中央前方、右前方、左サラウンド、右サラウンドのような方向を表現する）のような多数チャンネルの音源に対する複数のチャンネルについての先行技術の構成を示す概略ブロック図である。ヘッドフォンプロセッサの２つの出力は、これもまた２つの出力をもつクロストークキャンセラに用いられ。クロストークキャンセラの１つの出力は第１のラウドスピーカ６で、他の出力は第２のラウドスピーカ８で使用される。
【０００９】
１対のラウドスピーカへ信号を送る、ヘンドフォン処理とクロストークキャンセラでの処理の組み合わせは、クロストークキャンセラのみの処理よりすぐれている。なぜなら、ヘンドフォンでの再生は、方向定位のためのHRTFs（クロストークキャンセラは一方の耳から他方の耳へのHRTFsのみ含まれる）の導入により付加的な方向キューを導入するからであり、ヘッドフォンプロセッサにおいては、明白な音響位置（ラウドスピーカーの外側）とリスナーの耳との間に多数音響経路（反射も含む）が模擬されるからである。このようにして、ヘンドフォン処理とクロストークキャンセラでの処理の組み合わせにより、仮想的な音響像がリスナーの側方のみならず後方からも現れるようにすることができる。
【００１０】
しかしながら、このようなヘンドフォン処理とクロストークキャンセラでの処理の組み合わせにも欠点がある。多数チャンネル音源における前方のサウンドチャンネル（左前方、中央前方、右前方）は、ラウドスピーカにより再生しようとされるものであり、左前方及び右前方を再生する２つのラウドスピーカによりうまく再生され、仮想的な、あるいは「幻覚の」中央前方像（もちろんリスナーが２つのスピーカに対して適切な位置に居ることが条件となる）をも表現する。したがって、前方音声チャンネルの処理は必要とせず、（「最小処理（least treatment）」原理に従い）無効とすべきである。前方チャンネルのヘッドフォン処理は少なくとも、例えば、着色つまり音色の変更をもたらす方向定位のためのHRTFsの適用を必要とする。他のヘッドフォン処理技術、例えば反射や反響の模擬は、前方チャンネル信号の目立ちそして不必要な変更を導くかも知れず、またはアーティファクトを発生させるかもしれない。クロストークキャンセル処理も逆に前方チャンネルに悪影響を与えるかもしれない。クロストークキャンセル処理は、反射材がほとんどないリスニングルームでの再生環境で最も効率的である。したがって、現実的な「リアルリスニングルーム」に適用すると、クロストークキャンセル処理は不完全となる。このように、前方チャンネルでのヘッドフォン処理が透明であっても、図１に示した先行技術でのクロストークキャンセル処理前方チャンネルでの再現性はおそらく適当ではないであろう。
【発明の開示】
【００１１】
本発明によれば、１対のラウドスピーカによるサラウンドチャンネルの再現性を改良するという利点を保持しながら、フロントチャンネルの再現性を損なうことが避けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図２は、５チャンネル音源（各チャンネルが、左前方（L）、中央前方（C）、右前方（R）、左サラウンド（Ls）、及び右サラウンド（Rs）といった方向を表す）のような、多数チャンネル音源における複数のチャンネルが（左サラウンド及び右サラウンドのような）２次チャンネルに、ヘッドフォンプロセッサとクロストークキャンセラを経由して、適用されて、前方に位置する１対のラウドスピーカに入力され、さらに、（左、中央、右のような）主チャンネルに、ヘッドフォン処理やクロストークキャンセル処理を経由せずに適用されて、１対のラウドスピーカに入力されるような、多数チャンネル音源の複数のチャンネルを受け取る本発明の構成についての理想的な機能ブロック図である。
【００１３】
図２の構成に適用された多数方向をもつ音源自体は重要ではなく、これは、例えばドルビープロロジック音源、ドルビーディジタル音源、ディジタルシアターシステムコーポレーション（「DTS」）音源（DTSは登録商標）、離散音源、または他の音源などを含むあらゆる音源に用いてもよい。本発明は、３つの主チャンネルと２つの２次チャンネルを具備する実施例を用いて説明するが、この発明はこのように限定されるものではない。例えば、左と右のような２つの主チャンネルのみがあり、加えて／又は、（例えば、左前方サラウンド（LFS）、左後方サラウンド（LRS）、右前方サラウンド（RFS）、右後方サラウンド（RRS）、及び中央サラウンド（CS）といった）５個の２次チャンネルのような２以上の２次チャンネルがあるものとしてもよい。２次チャンネルの数は、ヘッドフォンプロセッサの複雑さと、多数方向からの音の配置を模擬できる能力によってのみ制限される。
【００１４】
図２に示すように、構成の一部は、従来の技術である３：２エンコーダとして構成されたドルビーMPマトリックスエンコーダを構成するものである。このマトリックスエンコーダ１０は、３つの入力信号、すなわち、左前方、中央前方、及び右前方（L,C,R）を受け取り、２つの最終出力、すなわち左トータル及び右トータル（Lt及びRt）、を生み出す。C入力は、等分され、音響パワーを一定に保持するために３ｄB下げて L入力とR入力に加えられる。
【００１５】
エンコードされた、左トータル（Lt）及び右トータル（Rt）の信号は、以下のとおり表現することができる。
【００１６】
Lt = L + 0.707C 及び
Rt = R + 0.707C
ここで、Lは左前方入力信号、Rは右前方入力信号、そしてCは中央前方入力信号である。エンコードされたLt信号が左に位置する前方ラウドスピーカにより再生され、エンコードされたRt信号が右に位置する前方ラウドスピーカにより再生された時、仮想的な、あるいは「幻覚の」中央チャンネル像が適当な位置に居るリスナーに感知される。中央チャンネルを用いるか否かは重要ではなく、省略してもよい。この場合、LとRの入力信号を、中央チャンネルに混入させるためのマトリックスを要求せずに、直接ラウドスピーカに加えてもよい。もしエンコーダマトリックスが使われるなら、−３ｄBで中央チャンネルに加える必要はなく、他の混合レベルを用いてもよい。いずれにせよ、本発明によれば、（左前方、中央前方（もし使うなら）、右前方のような）２つの前方ラウドスピーカにより再生されることを意図する主チャンネルは、ヘッドフォンプロセッサ及び／又はクロストークキャンセラを経由して２つのラウドスピーカに入力するものではない。
【００１７】
さらに図２を参照すると、左サラウンド（Ls）の補助的なチャンネル信号及び右サラウンド（Rs）の補助的なチャンネル信号が、ヘッドフォンプロセッサ１２の左サラウンド（Ls）入力及び右サラウンド（Rs）入力に加えられる。ヘッドフォンプロセッサ１２は、上述のような特性を持っている。このようなヘッドフォンプロセッサはまた、図２に示すような、左前方（L）信号、中央前方（C）信号、及び右前方（R）信号の入力を受け取ってもよい。しかし、この入力は使われない。以上に説明したように、ヘッドフォンプロセッサ１２が２以上の２次チャンネル入力処理が可能であることを条件に、ヘッドフォンプロセッサ１２に追加の補助的なチャンネル信号を加えてもよい。ヘッドフォンプロセッサ１２は、左ヘッドフォン（Lh）と右ヘッドフォン（Rh）の２つの出力信号を出力する。これらの出力は、ヘッドフォンのリスナーに２次チャンネルの各入力が要求された方向から来たものと感知させることを意図するものである。LhとRhの出力信号はヘッドフォンには入力されずクロストークキャンセラに入力される。ここで、今度は、左キャンセラ（Lc）と右キャンセラ（Rc）と呼ばれる、Lh信号とRh信号のクロストークキャンセル処理されたバージョンを出力する。Lc信号は左バーチャル信号（Lv）を生成するために加算器１６にてLt信号と加算され合体し、Rc信号は右バーチャル信号（Rv）を生成するために加算器１８にてRt信号と加算され合体する。Lv信号は、次に、適切に左に置かれた前方のラウドスピーカ（図示せず）につなげられ、Rv信号は、適切に右に置かれた前方のラウドスピーカ（図示せず）につなげられる。このようなラウドスピーカによるLv信号とRv信号の再生は、適切な位置に居るリスナーに、２次チャンネルサラウンドでの強化した幻覚像を提供する一方、ヘッドフォンプロセッサ及び／又はクロストークキャンセル処理の欠点を無くした主チャンネルの音を知覚させる。
【００１８】
本発明及びその様々な特徴に基づく変更又は修正による他の実施形態は、当業者にとって明らかであり、本発明は具体的に記載された実施の形態に限定されないことは了解されるべきである。
【００１９】
本発明とその種々の特徴は、ハードウエアにより、ディジタル信号処理装置、プログラムされた汎用ディジタルコンピュータ及び／又は専用ディジタルコンピュータのソフトウエアの機能として、又はハードウエアとソフトウエアを組み合わせた機能として、実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】５チャンネル音源（各チャンネルが、左前方、中央前方、右前方、左サラウンド、及び右サラウンドといった方向を表す）のような、多数チャンネル音源における複数のチャンネルがヘッドフォンプロセッサとクロストークキャンセラを経由して、前方に位置する１対のラウドスピーカに入力される、先行技術の構成を示す概略ブロック線図である。
【図２】本発明の構成についての理想的な機能ブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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