(57)【要約】  本発明は、異なるアポダイゼイションを使用してアレイスピーカからのビームを向けることによって聴取者位置でサウンドおよび３Ｄサウンドを生成するサウンド再生システムである。オプションで、クロストークキャンセルを、聴取者の左耳および右耳に向けられるビームに適用することができる。
2013539286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的に左右方向に分布し、少なくとも左サウンドビームおよび右サウンドビームを生成するように構成された複数のトランスデューサを含むスピーカ・アレイを有するシステムであって、
前記左サウンドビームが、第１のアポダイゼイションパターンを用いて第１の方向に向けられ、
前記右サウンドビームが、第２のアポダイゼイションパターンを用いて第２の方向に向けられ、
前記第１の方向および前記第２の方向が、前記左右方向において異なる成分を有し、
前記第１のアポダイゼイションパターンおよび前記第２のアポダイゼイションパターンのうちの少なくとも１つが、前記スピーカ・アレイの中央を通る垂直軸周りで非対称になる、システム。
【請求項２】
前記第１のアポダイゼイションパターンおよび前記第２のアポダイゼイションパターンは、それぞれ、前記スピーカ・アレイの中央を通る垂直軸周りで非対称である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のアポダイゼイションパターンおよび前記第２のアポダイゼイションパターンは、互いに異なる、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の方向は左に向かい、前記第２の方向は右に向かう、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記ビームは、当該ビームが前記アレイの異なる部分から発すると思わせるように、異なってアポダイズされる、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
サウンドの前記ビームの前記ソースと思わせる位置は、中央を外れている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
サウンドの前記左ビームの前記ソースと思わせる位置は、中央の左であり、サウンドの前記右ビームの前記ソースと思わせる位置は、中央の右である、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記スピーカ・アレイは、規則的なパターンで分布する複数のトランスデューサを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記スピーカ・アレイは、水平に配置された行内に分布する複数のトランスデューサを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１のアポダイゼイションパターンおよび前記第２のアポダイゼイションパターンは、それぞれ、ピーク値および前記ピーク値から離れる滑らかな減衰を有する窓関数である、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１のアポダイゼイションパターンおよび前記第２のアポダイゼイションパターンは、次の窓関数
（ａ）ハン窓、
（ｂ）余弦窓、
（ｃ）ハミング窓、
（ｄ）カイザー窓、
（ｅ）チェビシェフ窓
から選択される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
各ビームは、３Ｄサウンドプログラムの異なる成分を担持し、クロストークキャンセルが適用される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記左ビームは、聴取者の左耳に向かって向けられ、前記右ビームは、聴取者の右耳に向かって向けられる、請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記アレイの左端の前記トランスデューサのうちの１つまたは複数は、前記右ビーム信号から切断され、オプションで、前記アレイの右端の前記トランスデューサのうちの１つまたは複数は、前記左ビーム信号から切断され、またはその逆である、請求項１から１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
少なくとも部分的に左右方向で分布する複数のトランスデューサを含むスピーカ・アレイを使用して、左サウンドビームおよび右サウンドビームを向ける方法であって、
前記左サウンドビームを第１のアポダイゼイションパターンを用いて第１の方向に向けるステップと、
前記右サウンドビームを第２のアポダイゼイションパターンを用いて第２の方向に向けるステップと、を含み、
前記第１の方向および前記第２の方向は、前記左右方向において異なる成分を有し、
前記第１のアポダイゼイションパターンおよび前記第２のアポダイゼイションパターンのうちの少なくとも１つは、前記スピーカ・アレイの中央を通る垂直軸周りで非対称である、方法。
【請求項１６】
前記第１のアポダイゼイションパターンおよび前記第２のアポダイゼイションパターンは、それぞれ、前記スピーカ・アレイの中央を通る垂直軸周りで非対称である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のアポダイゼイションパターンおよび前記第２のアポダイゼイションパターンは、互いに異なる、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の方向は左に向かい、前記第２の方向は右に向かう、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記ビームは、前記ビームが前記アレイの異なる部分から発すると思わせるように、異なってアポダイズされる、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
サウンドの前記ビームの前記ソースと思わせる位置は、中央を外れている、請求項１５から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
サウンドの前記左ビームの前記ソースと思わせる位置は、中央の左であり、サウンドの前記右ビームの前記ソースと思わせる位置は、中央の右である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記スピーカ・アレイは、規則的なパターンで分布する複数のトランスデューサを含む、請求項１５から２１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカ（拡声器，ラウドスピーカ）・アレイおよびスピーカ・アレイを使用する方法を対象とする。より具体的には、本発明は、そのようなアレイを用いて達成可能な音質を改善する方法を意図している。
【背景技術】
【０００２】
アレイスピーカは、当技術分野で既知である（たとえば、米国特許第７５７７２６０号を参照されたい）。音響トランスデューサのディジタル制御式遅延アレイ（digitally controlled delay-array）を含むアレイスピーカは、音響情報の異なるチャネルをそれぞれが搬送する（たとえば、前方ステレオ、５．１サラウンドなどの３．１、５．１、７．１、９．１などの構成での）複数／多数の選択的に向けられ焦点を合わされたサウンドのビームを同時に形成することができる。別々のビームを使用して、直接に、またはサウンドを壁、床、および天井または他のサウンドを反射する表面もしくは物体から跳ね返らせることによって異なる方向からのいずれかで、ユーザにサウンドを向けることができる。サラウンドサウンド感覚を作成するためのアレイスピーカの通常の使用では、前方チャネル信号は、聞き取り領域（その中に聴取者がいる）にまっすぐ向けられ、ビーム焦点距離は、聴取者の間でのそのチャネルのサウンドの均等な分布を最適化するために選択された固定距離にセットされ（しばしば、これは、負の焦点距離で最もよくセットされる、すなわち、変換器アレイの背後に位置決めされた仮想焦点を与える）、前方左チャネル信号および前方右チャネル信号は、一般に、左右の壁の跳ね返り（それぞれ）を介して聞き取り領域に向けられ、その結果、これらのチャネルからの支配的サウンドが、壁の方向から聴取者に到達し、左チャネルおよび右チャネルの分離の感覚を大きく高め、広い空間聞き取り経験を提供し、後方左チャネルおよび後方右チャネルは、一般に、側壁から反射され（アレイスピーカは、天井からの垂直ビームの方向付け（ステアリング）および水平ビームの方向付けをも可能にする）、その後、後壁から反射されて、最終的に、アレイスピーカと反対の方向（すなわち、聴取者の背後）から聞き取り領域に達して、「サラウンドサウンド」の強い感覚を与える。これらの状況のすべてにおいて、セットアップされた後に、すべてのチャネルサウンドビームの方向、利得、周波数応答、および焦点距離が、ユーザがそれらを手動で変更する（たとえば、リモートコントロールを介して）ために能動的に介入しない限り、聞き取りセッションの持続時間の間に固定される。
【０００３】
人間の耳／脳系は、右耳に達する信号と左耳に達する信号との間のわずかな差、主に振幅差、相対時間遅れ、および差分スペクトル成形に注目することによって、入ってくるサウンドの方向を判定する。これらの効果のすべてが、頭部の幾何学的構造および物理的構造によって、主にこれらが２つの耳開口部を、２つの耳と任意の音源との間の異なるシャドウイング構造、吸収構造、および回折構造を有する空間内の異なる位置に配置するので、引き起こされる。２つの耳の間の応答の差は、頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）すなわち、周波数と、何らかの基準に対する相対的な音源の角度位置、たとえば水平面内で直進との関数として要約される。このＨＲＴＦがこのように定義されることから、音源が、聴取者の各耳の領域に送達され、耳信号の間の差が特定の音源方向シータ（３Ｄ角度）についてＨＲＴＦと同一である場合に、聴取者は、サウンドがたとえばヘッドホンによって耳に直接に送達される場合であっても、サウンドの位置を方向シータであるものとして感知することになる。そのようなＨＲＴＦベースの両耳へのサウンド送達は、正確に行われる場合に、聴取者が完全な３Ｄの音の広がりを、実際であれ完全に合成的であれ知覚できるという意味で、３Ｄサウンドとしてよく記述することができる。
【０００４】
ＨＲＴＦベースの３Ｄサウンド（以下では単に３Ｄサウンド）を送達する多数の方法が、従来技術で提案されている。上で説明したように、最も単純なものは、おそらくはヘッドホンを介するが、これは、しばしば、実用において聴取者に不便であり、聴取者が移動しつつある場合には全く困難であり、複数の聴取者のために複数セットのヘッドホンを必要とする。また、ヘッドホンを用いると、聴取者が頭を動かす場合に、聴取者は、聴取者の頭と共に音場が移動するという落ち着かない知覚を有し、これが、興奮を冷まし、もはや「リアル」に聞こえなくなる。３Ｄサウンドのヘッドホン送達の１つの主要な利益は、２つの耳信号の間のクロストークをほぼ完全に除去することが単純であり、左信号を左耳に、右信号を右耳に正確に送達することができることである。
【０００５】
ヘッドホンを用いる１人または複数の聴取者への３Ｄサウンド送達の潜在的問題を回避するために、聴取者から離れた複数のスピーカを用いて３Ｄサウンドを送達する多数の方法が、当技術分野で提案されている。これが行われる時に、解決すべき重要な新しい問題は、両方の耳が両方のスピーカにさらされるにもかかわらず、左耳が事実上左信号のみを聞き、右についても同様であるように、２つの耳信号の間のクロストークの削減である。この問題およびその解決策を、包括的にクロストークキャンセル（Cross-Talk-Cancellation、ＸＴＣ）と称する。
【０００６】
２つのスピーカが、３Ｄサウンドの送達に使用される場合には、これらのスピーカは、必ず、スピーカの物理的寸法によって決定される最小距離Ｄｍｉｎだけ離される（同様の考慮事項が、３つ以上のスピーカにあてはまる）。たとえば周知のＳｔｅｒｅｏ  Ｄｉｐｏｌｅ  ＸＴＣ実施態様のように、小さい分離が望ましい場合には、使用されるスピーカのサイズは、所望の分離によって制限され、この制限は、送達可能な音質および振幅に関する否定的な意味合いを有する。
【０００７】
３Ｄサウンドを送達するほとんどのＸＴＣ解決策は、サウンドの送達および聞き取りが、本質的に無反響のセッティングで行われ、その結果、クロストークキャンセルされる信号だけがスピーカから直接に生じるという仮定を設ける。しかし、実際には、ほとんどの実用的な聞き取り環境は、反射物体および回折物体を含み、一般に、１つまたは複数の壁、床、および天井によって囲まれる。そのような実際の環境では、聴取者の耳に間接的に（すなわち、物体からの１つまたは複数の反射／回折、および／または床／壁／天井を介してスピーカから）達する散乱されたサウンドは、スピーカからの直接のサウンドと比較して非常に大きい大きさを有する可能性があり、その場合に、従来の機器を用いて達成可能なＸＴＣの度合は、劇的に、しばしば動作不能なレベルまで低下する。この問題は、ほとんどのディスクリートスピーカの十分に無指向性の特性によって悪化し、音響トランスデューサの物理的特性は、スピーカの放射部分が放たれるサウンドの波長より大幅に小さい場合に、その放射がすべての方向で事実上均一に分配される（少なくとも、非常に広いビーム角を有する）ことを保証する。音階上の中央ハと同等の周波数の波長が、約４フィート（１ｍを十分に超える）なので、適度に大きいハイファイスピーカ（たとえば、８インチコーン）は、１ＫＨｚを十分に超える周波数まで名目上は無指向性であることが明白になる。その言外の意味は、聴取者への３Ｄサウンド送達に使用される実際の実用的なスピーカが、大体聞き取り室全体にもサウンドを分配し、聴取者の耳への非常に大きい望まれない後方散乱をもたらし、当技術分野で既知のすべての形態のＸＴＣの有効性を大幅に減少させることである。原理的に、特定の聞き取り室のためおよびその室内のスピーカおよび聴取者の特定の位置のためにＸＴＣプロセスをチューニングすることが考えられるが、そのようなプロセスは、複雑で面倒であり、大幅に改善された結果をもたらす可能性が低いと同時に、ほとんどの聴取者にとって非実用的である。
【０００８】
画像分析プロセス、画像セグメント化プロセス、および物体識別プロセスも、当技術分野で既知であり、これらは、実際の３Ｄシーンを表すビデオ信号に適用された時に、見られているシーン内の１つまたは複数の物体に関するイメージ特徴をおおよそリアルタイムで抽出することができる。これらは、現在、たとえば、シーン内の１人または複数の人（またはおそらくは人の顔のみ）を識別できるビデオカメラ、これらの人の位置を識別できる（たとえば、カメラのディスプレイスクリーン上に囲む箱を表示することによって）ビデオカメラ、および場合によってはイメージ内の人のどれが微笑みまたはウインクしているのかを判定できるビデオカメラに一般的に見られる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、少なくとも部分的に左右方向（左から右への方向）で分布し、少なくとも左サウンドビームおよび右サウンドビームを生成するように構成された複数のトランスデューサを含むスピーカレイを有するシステムであって、
前記左サウンドビームが、第１のアポダイゼイション（apodisation(apodization)：隣接する濾波帯域などの重なりの制御）パターンを用いて第１の方向に向けられ、
前記右サウンドビームが、第２のアポダイゼイションパターンを用いて第２の方向に向けられ、
前記第１の方向および前記第２の方向が、前記左から右への方向において異なる成分を有し、
前記第１のアポダイゼイションパターンおよび前記第２のアポダイゼイションパターンのうちの少なくとも１つが、スピーカ・アレイ（スピーカ配列）の中央を通る垂直軸周りで非対称になる
ように構成される、システムを提供する。
【００１０】
向けられたビームのうちの少なくとも１つに関する非対称アポダイゼイションは、ユーザにビーム分離のよりよい感覚を与え、ステレオシステムまたはサラウンドサウンドシステムで実施される時に、よりよいステレオ効果またはサラウンドサウンド効果を提供する。
【００１１】
オプションで、第１のアポダイゼイションパターンおよび第２のアポダイゼイションパターンは、それぞれ、スピーカ・アレイの中央を通る垂直軸周りで非対称である。好ましい実施形態では、２つのビームの両方が、非対称にアポダイズ（apodise(apodize)：隣接する濾波帯域などの重なりが制御）される。
【００１２】
オプションで、第１のアポダイゼイションパターンおよび第２のアポダイゼイションパターンは、互いに異なる。
【００１３】
オプションで、第１の方向は、左に向かい、第２の方向は、右に向かう。これが、好ましいセットアップである。
【００１４】
オプションで、ビームは、ビームがアレイの異なる部分から発すると思わせるように、異なってアポダイズされる。
【００１５】
オプションで、サウンドのビームのソースと思わせる位置は、中央を外れている。
【００１６】
オプションで、サウンドの左ビームのソースと思わせる位置は、中央の左であり、サウンドの右ビームのソースと思わせる位置は、中央の右である。
【００１７】
オプションで、前記スピーカ・アレイは、規則的なパターンで分布する複数のトランスデューサを含む。代替案では、不規則な配置を使用することができる。
【００１８】
オプションで、前記スピーカ・アレイは、水平に配置された行内に分布する複数のトランスデューサを含む。
【００１９】
オプションで、前記第１のアポダイゼイションパターンおよび前記第２のアポダイゼイションパターンは、それぞれ、ピーク値およびピーク値から離れる滑らかな減衰を有する窓関数である。
【００２０】
オプションで、前記第１のアポダイゼイションパターンおよび前記第２のアポダイゼイションパターンは、次の窓関数
（ａ）ハン窓、
（ｂ）余弦窓、
（ｃ）ハミング窓、
（ｄ）カイザー窓、
（ｅ）チェビシェフ窓
から選択される。
【００２１】
オプションで、各ビームは、３Ｄサウンドプログラムの異なる成分を担持し、クロストークキャンセル（ＸＴＣ）が、適用される。既知のＸＴＣアルゴリズムを使用することができる。
【００２２】
オプションで、前記左ビームは、聴取者の左耳に向かって向けられ、前記右ビームは、聴取者の右耳に向かって向けられる。
【００２３】
オプションで、アレイの左端のトランスデューサのうちの１つまたは複数は、右ビーム信号から切断され、オプションで、アレイの右端のトランスデューサのうちの１つまたは複数は、左ビーム信号から切断され、またはその逆である。
【００２４】
本発明は、さらに、少なくとも部分的に左から右への方向で分布する複数のトランスデューサを含むスピーカ・アレイを使用して、左サウンドビームおよび右サウンドビームを向ける方法であって、
前記左サウンドビームを第１のアポダイゼイションパターンを用いて第１の方向に向けるステップと、
前記右サウンドビームを第２のアポダイゼイションパターンを用いて第２の方向に向けるステップと
を含み、前記第１の方向および前記第２の方向は、前記左から右への方向において異なる成分を有し、
前記第１のアポダイゼイションパターンおよび前記第２のアポダイゼイションパターンのうちの少なくとも１つは、スピーカ・アレイの中央を通る垂直軸周りで非対称である
方法を含む。
【００２５】
オプションで、前記第１のアポダイゼイションパターンおよび前記第２のアポダイゼイションパターンは、それぞれ、スピーカ・アレイの中央を通る垂直軸周りで非対称である。
【００２６】
オプションで、第１のアポダイゼイションパターンおよび第２のアポダイゼイションパターンは、互いに異なる。
【００２７】
オプションで、前記第１の方向は、左に向かい、前記第２の方向は、右に向かう。
【００２８】
オプションで、ビームは、ビームがアレイの異なる部分から発すると思わせるように、異なってアポダイズされる。
【００２９】
オプションで、サウンドのビームのソースと思わせる位置は、中央を外れている。
【００３０】
オプションで、サウンドの左ビームのソースと思わせる位置は、中央の左であり、サウンドの右ビームのソースと思わせる位置は、中央の右である。
【００３１】
本発明の実施形態によれば、左耳用の１つまたは複数のビームの有効ソース位置は、左耳ビームおよび右耳ビームのアレイを異なってアポダイズ（ウィンドウイング）することによって、右耳用の１つまたは複数のビームの有効ソース位置に対して相対的に異なって位置決めされる。
【００３２】
本発明のオプションの特徴によれば、アレイスピーカが、３Ｄサウンドを聴取者に送達するのに使用される。これを、アレイによって伝送される信号にクロストークキャンセル（ＸＴＣ）関数を適用することによって達成することができ、これは、１つまたは複数の頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を使用することを含むことができる。
【００３３】
本発明を、添付図面を参照して、非限定的な例のみとしてこれからさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態による、水平直線アレイならびに左ビームおよび右ビームの対応するアポダイゼイションパターンを示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態による、水平直線アレイならびに左ビームおよび右ビームの対応するアポダイゼイションパターンを示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態による、水平直線アレイならびに左ビームおよび右ビームの対応するアポダイゼイションパターンを示す図である。
【図４】左サウンドビームおよび右サウンドビームがそれぞれ聴取者の左耳および右耳の付近に向けられた状態のスピーカ・アレイを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
スピーカ・アレイを使用して、ビームを特定の方向に向け、その結果、ビームが特定の経路に従うようにすることができる。我々は、以前に、ＷＯ０１／２３１０４およびＷＯ０２／０７８３８８で、少なくとも左サウンドビームおよび右サウンドビームを異なる経路に沿って向けるためのスピーカ・アレイの使用を開示した。経路を、サウンドを聴取者に直接にルーティングするものなどとすることができる。しかし、左サウンドビームが左側壁の方向から聴取者に接近し、右サウンドビームが右壁の方向から聴取者に接近するように、壁跳ね返りを含む経路を選択することによって、優れた効果を提供することができる。これらの文書の開示は、参照によって本明細書に組み込まれ、本発明は、経路が壁跳ね返りを含むシステムならびに直接経路が使用されるシステムに適用可能である。
【００３６】
本発明の第１のから第３の実施形態を、水平に配置された直線アレイを参照して説明する。このタイプのアレイは、水平方向に沿って配置された出力トランスデューサ（すなわち、スピーカ）の単一の直線を有する。少なくとも２つのトランスデューサが必要であり、好ましくは、複数のトランスデューサがある。図１から３に、９つのトランスデューサを示すが、より多数またはより少数を実際に使用することができる。たとえば、少なくとも６つ、好ましくは少なくとも１０個、より好ましくは少なくとも１５個、最も好ましくは少なくとも２０個のトランスデューサが使用される。本発明は、２次元アレイに同等に適用可能であり、この２次元アレイは、垂直方向にも延びるトランスデューサを有する。直線または２次元のアレイのどちらが使用されようとも、トランスデューサを規則的なパターンで配置することが便利である。直線アレイについて、これは、隣接するトランスデューサの間の間隔が一定であることを意味する。２次元アレイについて、これは、たとえばトランスデューサの正方形または三角形の格子を使用することによって、間隔が一定であることを意味する。代替案では、トランスデューサを不規則に配置することができ、これは、ＷＯ０３／０３４７８０およびＷＯ２００６／０３０１９８で述べられているように、有用な効果を有することができる。
【００３７】
アポダイゼイション関数は、本質的に、スピーカ・アレイについて既知である。アポダイゼイション関数は、サウンドビームを向けようとする時に現れる可能性があるサイドローブを減少させるのに有効であることが示されている。「サイドローブ」は、望まれない方向に進む望まれないサウンドビームである。従来技術で開示されたアポダイゼイション関数は、アレイの垂直中央線周りに対称であり、左サウンドビームについて右サウンドビームと同一の形態で適用される。これは、そのようなアポダイゼイション関数の機能が、サイドローブを減少させることであったからであり、最良のサイドローブ低減が、センタリングされた同一のアポダイゼイション関数を用いて提供されるからである。
【００３８】
あるビームのアポダイゼイション関数Ａ（ｘ，ｙ）が、物理アレイ（１Ｄアレイまたは２Ｄアレイの）の中央周りで対象である場合には、そのビームに関する有効ソース位置は、物理アレイの中央になる。Ｎ個のトランスデューサを有し、第ｉトランスデューサＴＸiがアレイに沿った位置Ｘiおよび相対利得Ｇiを有する、直線アレイについて、より正確には、アレイの音響中心ＸＡcは、それぞれのアポダイゼイションパラメータＡiによってそれぞれ重みを付けられたトランスデューサの全体の利得の第１のモーメントＭｘと等しく、０≦Ａi≦１である。
Ｍｘ＝Ｇ1．Ｘ1．Ａ1＋Ｇ2．Ｘ2．Ａ2＋…＋ＧN．ＸN．ＡN
【００３９】
しかし、あるビームのアポダイゼイション関数Ａ（ｘ，ｙ）が、物理アレイの中央周りで非対称であり、たとえば、アレイの中央の左に向かってより多くの合計重みを有する場合には、そのビームの有効ソース位置（または、上で定義した音響中心）は、物理アレイの中央の左になる。１からｊまでのビームのそれぞれについてトランスデューサ重みＡij（ビームアポダイゼイション重み）を適切に調整することによって、各ビームの有効ソース位置を、アレイの輪郭内のどこにでも調整することができるが、ソース位置（音響中心）が物理アレイの縁の近くに移動されると、多くの重みが通常は１未満になるので、合計の放射されるパワーは通常はより弱くなる。アレイによって生成される複数のビームのそれぞれについてビーム依存アポダイゼイション関数を使用することによって、アレイ内のビームソース位置（すなわち、ビーム音響中心）を調整することができる。これを使用して、ステレオ分離効果を提供することができ、これは、ＸＴＣを最適化する時に特に有用である。したがって、本発明は、真のステレオ／３Ｄサウンドの最適な聴取者知覚を達成することができる。
【００４０】
したがって、本発明は、一態様で、少なくとも１つの非対称アポダイゼイションパターンを提供する。これは、左ビームおよび右ビームの有効ソース位置をお互いからオフセットすることを可能にし、クロストークをさらに減少させるのを助ける。好ましくは、アポダイゼイションパターンは、それぞれ非対称であり、左ビームおよび右ビームについて異なる。左ビームおよび右ビームは、好ましくは、異なる方向に向けられ、これは、サウンド分離の感覚をさらに高めるように働く。
【００４１】
現在の技術的現状の２スピーカＨＲＴＦ  ＸＴＣシステムでは、サウンドの２つの別々のソースは、２つの別々のスピーカによって放たれるので、必ずお互いから空間的に分離される。しかし、聴取者の右耳および左耳に達する信号の大きい差を生成するためには、２つのソースは、どの場合でも、聴取者に向かう方向に直角の水平方向に沿って空間的に分離されなければならない。小さいスピーカは、関心を持たれている周波数にわたっておおよそ非指向性なので、そのようなＬ−Ｒ空間ソース分離がなければ、聴取者の２つの耳に達する信号は、おおよそ同一になり、非常にわずかなＸＴＣを達成することしかできない。
【００４２】
アレイスピーカが、１対の小さいソースの代わりに使用される時には、このアレイスピーカを、聴取者方向に垂直なＬ−Ｒ方向で大きい物理的広がりを有するように配置することができ、このアレイスピーカを、アレイおよび聴取者の頭を通る平面内で強い指向性を有するようにすることができる。すべての（アポダイズされない）アレイを使用して、Ｌ信号およびＲ信号それぞれについて１つの２つのビームを生成することによって、ＬおよびＲのソース位置（音響中心）の正確な一致がもたらされ、これはディスクリート２スピーカソースの場合とは全く異なり（ディスクリート２スピーカソースでは、この効果は実用的に不可能である）、その状況では、両方のビームが聴取者の頭にまっすぐ向けられた場合、やはり大きいＸＴＣを生成する可能性がなくなる。しかし、アレイは、２つのビームを異なる方向に、たとえば、Ｌビームを聴取者のＬ耳の付近に、Ｒビームを聴取者のＲ耳の付近に向けることを可能にし、適当な長さのアレイを用いて可能な相対的に狭いビーム幅のゆえに、この２つのビームは、聴取者のＬ耳およびＲ耳に大幅に異なる信号を生成することができ、物理的に一致するＬおよびＲのソース位置（すなわち、両方のソース位置がアレイの音響重心にある）を用いても、よいＸＴＣが達成可能である。このＬ−Ｒ耳信号分離効果を、対応する聴取者のＬ耳およびＲ耳の距離に似たアレイからの距離にＬビームおよびＲビームの焦点を合わせることによって、さらに高めることができる。
【００４３】
実際には、２つの方向付されたビームは、それでも、聴取者の耳の付近で多少オーバーラップするので、適当に異なる位置に向けられる時であっても、アレイの線に沿ってビームソース位置をも分離することによって、システムをさらに強化することが可能である。これを達成する単純な方法は、アレイのＲ側端でアレイトランスデューサのうちの１つまたは複数をＬビームから切断し、オプションで、同様に、アレイのＬ側端でアレイトランスデューサのうちの１つまたは複数をＲビームから切断すること、またはその逆である。これは、アレイの中央の左の位置へＬビームの有効ソース位置をオフセットし、アレイの中央の右の位置へＲビームの有効ソース位置（音響中心）をオフセットするという効果を有する。そのような配置を用いると、聴取者がおおよそ軸上にある（または、聴取者がどこに位置決めされていようと、聴取者に向かって直接に）両方のビームをまっすぐに（アレイの平面に垂直に）向ける場合であっても、あるＬ／Ｒ耳ＸＴＣが、従来の２スピーカ配置と同様に達成可能であるが、アレイの指向性が、聞き取り室の他の部分にはるかにより少ないサウンドを送り、したがって、それが保証する減少した後方散乱のゆえに全体的なＸＴＣを高めるという追加の利益を伴う。ＬおよびＲのソース分離のこの方法を、ビームを異なって（すなわち、それぞれを聴取者の適当な耳に）向けることと組み合わせることによって、達成可能なＸＴＣのレベルがさらに高まる。一方または両方のビームから１つまたは複数のトランスデューサを切断することの副作用は、そのように形成された短縮されたアレイ（１つまたは複数）の指向性が、アレイ全体の指向性と比較して下げられ、したがって、反対の耳へのビーム（１つまたは複数）（すなわち、右耳への左ビームおよびその逆）のこぼれが増え、これが達成可能なＸＴＣのレベルを損なうことである。さらなる副作用は、そのような短縮されたアレイのそれぞれによって達成可能な最大ＳＰＬ（音圧レベル）を下げることであり、それ以外のすべては等しい。これらの妥協を、ビーム幅およびソース分離の最良の特徴を維持するために、各状況で（すなわち、各特定のアレイ設計、ＸＴＣの所望の周波数帯、および所望の聴取者ＳＰＬを用いて）注意深く判断することができる。
【００４４】
左耳および右耳への伝送に適切に条件付けられたビームを、左耳ビームおよび右耳ビームまたはＬＥビームおよびＲＥビームと呼ぶことができる。これらのＬＥビームおよびＲＥビームは、純粋な左チャネル情報および右チャネル情報ではなく、ＨＲＴＦ信号およびＸＴＣ信号を搬送するという点で、従来のＬステレオチャネルおよびＲステレオチャネルとは異なる。
【００４５】
ある形態では、本発明は、好ましくはサウンドの少なくとも２つのビームを形成するためにフェーズドアレイまたはブロードバンドディジタル遅延アレイの形態で使用される、少なくとも部分的に左から右の方向に分布する複数のスピーカトランスデューサを含むアレイスピーカを含む。ビームを、ＬビームおよびＲビームと表すことができ、あるいは、ビームがＸＴＣコーディングを含むので、ＬＥビームおよびＲＥビームと表すことができる。したがって、ＬＥビームおよびＲＥビームは、それぞれ、ＨＲＴＦ（頭部伝達関数）ＸＴＣ（クロストークキャンセル済み）信号を含む左（Ｌ）信号および右（Ｒ）信号を担持する。
【００４６】
好ましくは、ＬビームまたはＬＥビームとＲビームまたはＲＥビームとの両方が、対応する聴取者のＬ耳およびＲ耳の付近に向かって向けられる。
【００４７】
図１に、９つのトランスデューサを有する例示的な直線アレイを示す。この直線アレイは、左サウンドビーム（「Ｌ」とマークされている）および右サウンドビーム（「Ｒ」とマークされている）のアポダイゼイションパターンの第１の実施形態をも示す。アポダイゼイションパターンは、各トランスデューサを介してルーティングされる各信号に適用される重み付けである。１の重み付けは、その信号が通常の値を取るままにされることを意味し、０の重み付けは、その信号がブロックされることを意味する。０と１との間の重み付けは、０減衰と無減衰との間のあるレベルの減衰を意味する。第１の実施形態によれば、すべてのトランスデューサは、アレイの最も遠い端を除いて１のアポダイゼイション重みを有するようにセットされる。アレイの左端では、左端トランスデューサは、左ビーム信号を減衰なしで通し（重み付け＝１）、右ビーム信号をブロックする（重み付け＝０）。アレイの右端では、右側トランスデューサは、右ビーム信号を無変更で通し（重み付け＝１）、左ビーム信号をブロックする（重み付け＝０）。これは、上で述べたように、右ビームについて左トランスデューサを切断し、その逆を行うことに対応する。これは、左サウンドビームの有効重心を左に移動し、右サウンドビームの有効重心を右に移動するという効果を有する。これは、図１に示されており、図１では、左サウンドビームの重心がＣLと概略的に表され、右サウンドビームの重心がＣRと概略的に表される。図１に示されているように、最も遠いトランスデューサをビームごとに異なって切断することは、２つのビームについて異なる有効アポダイゼイションパターンを生成する。この実施形態では、ビームごとに最も遠いトランスデューサが切断されるが、その代わりに最も遠い２つまたは３つのトランスデューサが切断されるように配置することができ、これは、重心ＣLおよびＣRをさらなる量だけ分離するように働く。
【００４８】
２ビームについて有効なＬ−Ｒソース分離を達成する、より複雑な方法は、ＬビームおよびＲビームのそれぞれについてトランスデューサごとのチャネルのうちの１つまたは複数の利得により複雑なアポダイゼイション関数を適用することを含み、ここで、ＬおよびＲのビームアポダイゼイション関数は、互いに異なる。したがって、たとえば、非整数重み付け関数を使用することができ、一般に、ＬビームアレイおよびＲビームアレイの重み付けされた音響重心が正のＬ−Ｒ分離を有する限り、有効Ｌ−Ｒソース位置分離が達成される。
【００４９】
本発明の第２の実施形態によれば、Ｌビームについて左端トランスデューサの１．０から始まり、右端トランスデューサの０．５まで減少し、Ｒビームについて右端トランスデューサの１．０から始まり、左端トランスデューサの０．５まで減少する、線形重み付け関数が提供される。これを、概略的に図２に示す。この図からわかるように、これは、ＣLおよびＣRおよび図１より図２でお互いからより大きく離れているので、第１の実施形態より高い度合のソース分離をもたらす。
【００５０】
これらのアレイ重み付け関数の形態に関する他の考慮事項は、上で説明したように最大の達成可能なＳＰＬの損失を含み、オプションで、サイドローブ（副ローブ）を減少させるためのビーム成形の試みが含まれるかどうかを含むが、これは、本願にとって必要ではない。主な目標は、耳の間の最大ＸＴＣと一貫する各耳での最大ＳＰＬであり、特に取り囲む聞き取り室の反響／音響学が含まれる時のこの両方である。
【００５１】
図３に、非線形アポダイゼイション関数が使用される、本発明の第３の実施形態を示す。この関数は、ピーク値およびピーク値から離れる滑らかな減衰を有する曲線として特徴を表される。図３からわかるように、左サウンドビームのピークは、アレイの左側に配置され、右サウンドビームのピークは、アレイの右側に配置される。これは、上で説明した第１のおよび第２の実施形態よりさらに高いレベルの音源分離をもたらす。さらに、アポダイゼイション関数の曲線の形状は、サウンドビーム内のサイドローブを制限するように働く。とりわけ、ガウス曲線、ハン窓、余弦窓、ハミング窓、カイザー窓、およびチェビシェフ窓などの曲線を使用することができる。
【００５２】
アポダイゼイション方式は、ＨＲＴＦ信号およびＸＴＣ信号と組み合わされる時に極端に有用であるが、異なってアポダイズされ分離されたビームの使用が、単純な左右のチャネルに関する従来のステレオおよび３Ｄサウンドシステムのコンポーネントとしてなど、他の応用例でもソース分離の利益をもたらすことに留意されたい。そのような異なってアポダイズされる方式では、アレイの異なる部分から発出すると思わせる少なくとも２つのビームが生成される。具体的には、一方または両方のビームをオフセンタにすることができる、すなわち、それらは、アレイのオフセンタ部分から発出する。たとえば、左ビームは、アレイの中央の左側のアレイの部分から発出するように思わせ、右ビームは、中央の右側のアレイの部分から発出するように思わせる。たとえば、アレイの他の部分から発出するか、アレイの、最初の２つのビームと同一の部分から発出する、さらなるビームを追加することができる。
【００５３】
本発明によれば、アレイスピーカを使用して（２つ以上の従来のディスクリートスピーカの代わりに）、そのビーム（それぞれが３Ｄサウンドの異なる成分を担持する）のうちの複数を聴取者の方に向けることによって、聴取者の耳に３Ｄサウンドを送達することができる。アレイスピーカの全体的なサイズは、聴取者によって知覚される３Ｄサウンドに関する周波数の最も重要な帯域、たとえば、約２００〜３００Ｈｚから５〜１０ＫＨｚまでにわたって適度に指向性のビームを生成することができるように選択される。したがって、たとえば、１．２７ｍ（約５０インチ、公称対角５０インチのＴＶスクリーンのケースサイズと一致する）は、３００Ｈｚ未満の周波数まで下に、明確に向けられたビームを生成することができると期待することができる。約２ｍの距離で実験的に測定された３ｄＢビームの半角は、焦点を合わされない時に約２１°であり、これは、小さい単一トランスデューサスピーカのほぼ９０°の半角よりはるかに小さい。アレイの前約２ｍに焦点を合わされた時に、半角ビーム幅は約１５°に減少する。１ＫＨｚで、測定されたビーム半角は、ビームがアレイの前約２ｍに焦点を合わされた時に７°未満に減少する。明らかに、そのように狭いビーム幅を用いると、聞き取り室内のすべての散乱する表面にわたって拡散的に広がるアレイからの放射されるサウンドの伝搬は、小さいディスクリートスピーカのケースに対して大幅に減少される。正味の効果は、すべてのＸＴＣ実施態様が、許容可能なクロストークレベルを達成する、はるかに高い可能性を有することである。
【００５４】
本発明では、左耳の情報を担持する１つまたは複数のビームが聴取者の左耳に向かって向けられ、右耳の情報を担持する１つまたは複数のビームが聴取者の右耳に向かって向けられるという追加の特徴を伴って、アレイスピーカを使用して、聴取者にサウンドまたは３Ｄサウンドを送達することができる。この形態で、各耳での、その耳用のビームの相対強度が、反対の耳に対して相対的に強められる。正味の効果は、各耳での所望の信号の改善された区別である。
【００５５】
本発明では、聴取者の左耳に向かって向けられる１つまたは複数のビームが、アレイからの聴取者の左耳の距離に対応するアレイからの距離で焦点を合わされもし、聴取者の右耳に向かって向けられる１つまたは複数のビームが、アレイからの聴取者の右耳の距離に対応するアレイからの距離で焦点を合わされもするという追加の特徴を伴って、アレイスピーカを使用して、聴取者にサウンドまたは３Ｄサウンドを送達することができる。この形態で、各耳での、その耳用のビームの相対強度が、反対の耳に対して相対的にさらに強められる。
【００５６】
図４では、音響トランスデューサ５のアレイを含むアレイスピーカ１が、聴取者３の前にあり、１つのサウンドビームが、聴取者３の左耳の近くの焦点２０に向けられ、これに焦点を合わされ、もう１つのサウンドビームが、聴取者の右耳の近くの焦点２１に向けられ、これに焦点を合わされている。他方のビームの焦点での同一ビームの強度に対する相対的なそのそれぞれ自体の焦点での２つのビームの強度の大きい差のゆえに、よい聴取者チャネル分離を達成することができ、その結果、聴取者３は、左耳で第１のビームを支配的に聞き（左耳は焦点２０に近い）、右耳で第２のビームを支配的に聞く（右耳は焦点２１に近い）。したがって、この２つのビーム上のプログラム材料が、聴取者がヘッドホンを着用している場合に各耳で聞くはずのものを表す場合に、ステレオサウンドおよびＨＲＴＦ情報を使用して準備されたフルサラウンドサウンド信号を、ワイヤまたはヘッドホンなしで聴取者にリモートに送達することができる。
【００５７】
本発明では、複数のビームのもう１つの完全に独立のセットが、ビームの各追加のセットを前に説明した形でそれぞれの追加の聴取者の方に向けることによって、１人または複数の追加の聴取者にサウンドまたは３Ｄサウンドを送達するのに使用されるという追加の特徴を伴って、アレイスピーカを使用して、聴取者にサウンドまたは３Ｄサウンドを送達することができる。アレイスピーカの線形性のゆえに、追加のビームは、放射される総パワーがトランスデューサチャネルのそれぞれの名目上線形の能力内に留まる限り、他のビームの存在によってほとんど影響されない。さらに、聴取者ごとのビームのセットを、ビームをその聴取者に向かって適切に向け、焦点を合わせることによって、および適度なビーム指向性（すなわち、適切に狭いビーム角）を達成するための当該の周波数／波長に関するスピーカ・アレイの適切なサイズ設定によって、その聴取者の付近に相対的に局所化することができるので、追加のビームは、他の聴取者（１人または複数）への許容できない追加のクロストークを引き起こさない。
【００５８】
本発明では、ビデオカメラが、聴取者が位置する領域内の聞き取り室を見て、取り込まれたビデオイメージフレームからリアルタイムまたはほぼリアルタイムで聴取者のうちの１人または複数のスピーカ・アレイに対する相対的な位置を識別し、そのような位置を追跡される聴取者のうちの１人または複数について、その聴取者が室内での位置を変更する時にその聴取者に３Ｄサウンドを送達するのに称される複数のビームの方向を適切に調整するのに使用され、関連するビームが、その聴取者の頭でＸＴＣを適切に最適化するためにその聴取者の頭に対しておおよそ同一の相対位置に保持されるという追加の特徴を伴って、アレイスピーカを上で説明したように使用して、１人または複数の聴取者にサウンドまたは３Ｄサウンドを送達することができる。したがって、ビデオカメラが、聴取者の位置を検出するのに使用され、サウンドビームが、それに従って向けられるシステムを提供することができる。オプションで、１人または複数の聴取者の位置が、ビデオカメラによってリアルタイムで追跡され、サウンドビームが、それに従って向けられる。
【００５９】
本発明で使用されるＸＴＣおよびＨＲＴＦを、既知の例に従うものとすることができる。例示的なアルゴリズムは、"Design of Cross-talk Cancellation Networks by using Fast Deconvolution", Kirkeby et al, Department of Communication Technology, Aalborg University, Fr. Bajers Vej 7, 9220 Aalborg 0, Denmark、または"A Stereo Crosstalk Cancellation System Based on the Common-Acoustical Pole/Zero Model", Wang et al, EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, Volume 2010 (2010), Article ID 719197に見出すことができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  アレイスピーカ
３  聴取者
５  音響トランスデューサ
２０  焦点
２１  焦点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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