(57)【要約】本発明は音を受信し再生する音響変換器のアセンブリ、システムおよび方法に関する。アセンブリは、ＸＹＺ座標系のＸ軸方向に８の字形状の指向性パターンを有する第１の音響変換器と、第１のカプセルに関して垂直に位置され、ＸＹＺ座標系のＹ軸方向に８の字形状の指向性パターンを提供する第２の音響変換器とを具備している。アセンブリは、さらに第１および第２の音響変換器に関して垂直に位置され、ＸＹＺ座標系システムの軸のうちの１つの軸にしたがって配置されたこれらの音響変換器を使用してＸＹ平面とＸＹＺ平面の両者で空間音響の構成を可能にする第３の音響変換器を具備することを特徴とする。本発明はさらにアセンブリにより受信された信号を処理するシステムおよび方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＸＹＺ座標系のＸ軸方向に８の字形状の指向性パターンを与える第１の音響変換器（10）と、
第１のカプセルに関して垂直に位置され、ＸＹＺ座標系のＹ軸方向に８の字形状の指向性パターンを与える第２の音響変換器（10）とを具備している音響の受信または再生のための音響変換器のアセンブリにおいて、
さらに前記第１および第２の音響変換器に関して垂直に位置されている第３の音響変換器（30）を具備し、ＸＹＺ座標系の軸の１つにしたがって位置されたこれらの音響変換器を使用してＸＹ面とＸＹＺ平面の両者で音響の受信または再生を可能にしていることを特徴とするアセンブリ。
【請求項２】
前記第３の音響変換器（30）は８の字形状の指向性パターンを与えることを特徴とする請求項１記載のアセンブリ。
【請求項３】
音響変換器（10、20、30）は重ねられていることを特徴とする請求項１または２記載のアセンブリ。
【請求項４】
音響変換器（10、20、30）は各変換器の外部周辺表面が２つの他のカプセルの外部表面に直ぐ近く位置するように隣接して配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のアセンブリ。
【請求項５】
第１および第２の音響変換器（10、20）はその上に少なくとも部分的に位置されている濾波部（21、22）を含んでいることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記濾波部（21、22）は湾曲した形状を有し、それによってその外部表面（ｒ）は信号を中間音響変換器へ反射するように構成され、その内部表面（ｐ）はそこに衝突する信号を減衰するように構成されていることを特徴とする請求項５記載のアセンブリ。
【請求項７】
信号透過開口（23）が濾波部（21、22）の壁に設けられていることを特徴とする請求項５または６記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記音響変換器（10、20、30）は二重ダイヤフラムマイクロホンカプセルであることを特徴とする請求項１または２記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記音響変換器（10、20、30）はハイドロホンであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記音響変換器（10、20、30）は高声器であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項１１】
半分ずつの指向性パターン（Ａ、Ｂ）を含む平面でみたとき８の字のディメンションのパターンを有する二重ダイヤフラム音響変換器（ｋ）によって音響信号を受信し、
前記音響変換器（ｋ）により受信される音響信号から第１の結合手段（31）により第１の信号（Ａ１）（Ａ１＝Ａ−Ｂ）を生成する音響再生のために音響信号を受信する方法において、
無指向性パターンを有する指向性パターンもまた８の字形状の指向性パターンを有する音響変換器（ｋ）から同時に受信されるような方法で、第２の結合手段（32）により第２の信号を（Ａ２）（Ａ２＝Ａ＋Ｂ）を同時に生成するステップを含んでいることを特徴とする受信方法。
【請求項１２】
空間音響を再生するため音響信号を受信するための請求項１１記載の方法において、
半分ずつの指向性パターン（Ａ、Ｂ）を補助配向装置（180）へ与え、半分の信号ＡはＢと共通するＣＢとＡとを含み、半分の信号ＢはＡと共通するＣＡとＢとを含み、
（Ａ＋ＣＢ）から（Ｂ＋ＣＡ）を減算することにより第１の合計手段（181）で信号を結合し、それによって共通の信号部分Ｃが消去され、信号（Ａ−Ｂ）が結合の結果として得られ、
ＦＦＴユニット（高速度フーリエ変換）で周波数変換を行い、その変換係数は周波数ディメンションの信号を表し、
第２の合計手段（182）で（Ａ＋ＣＢ）と（Ｂ＋ＣＡ）を同時に結合し、それによって信号（Ａ＋Ｂ＋２Ｃ）が結合の結果として得られ、
ＦＦＴユニットの帯域のように均等な狭い周波数帯域を有するデジタルＳＳフィルタ（スペクトル減算）へ信号（Ａ＋Ｂ＋２Ｃ）を与え、
ＦＦＴユニットから得られる情報にしたがって周波数帯域を減衰し、それによって共通のＣ部分（ＣＡ、ＣＢ）がＡとＢから得られ、結果的なＣ部分は狭い指向性パターンを提供することを特徴とする受信方法。
【請求項１３】
音響再生のための音響信号受信システムにおいて、
半分の信号ＡはＢと共通するＣＢとＡとを含み、半分の信号ＢはＡと共通するＣＡとＢとを含んでいる半分ずつの指向性パターンを受信するための配向捕捉装置（180）と、
（Ａ＋ＣＢ）から（Ｂ＋ＣＡ）を減算することにより信号を結合し、それによって共通の信号部分Ｃが消去され、信号（Ａ−Ｂ）が結合の結果として得られる第１の合計手段（181）と、
信号の周波数変換を行い、その変換係数は周波数ディメンションの信号を表しているＦＦＴユニット（高速度フーリエ変換）と、
（Ａ＋ＣＢ）と（Ｂ＋ＣＡ）とを同時に結合し、それによって信号（Ａ＋Ｂ＋２Ｃ）が結合の結果として得られる第２の合計手段（182）と、
ＦＦＴユニットの帯域のように均等な狭い周波数帯域を有する信号（Ａ＋Ｂ＋２Ｃ）を受信するためのデジタルＳＳフィルタ（スペクトル減算）と、
ＦＦＴユニットから得られる情報にしたがって周波数帯域を減衰し、それによって共通のＣ部分（ＣＡ、ＣＢ）がＡとＢから得られ、結果的なＣ部分は狭い指向性パターンを提供する手段を具備することを特徴とする音響信号受信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空間の音響を記録し再生する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホームシアターがさらに一般的になるにしたがって、大部分の消費者はホームシアターを有している。ホームシアターの目的はレコーディングの状態でのような確かな空間音響を再生することである。現在、装置は最も一般的には５．１型であり、これは２つの前面高声器と、１つの中央高声器と、２つの後面高声器と、低周波数音響効果のためのＬＦＥチャンネルにより制御される１つのサブウーハを含んでいる。他のこのようなサラウンドシステムは７．１、８．１、１０．２システムを含んでおり、これらの一部は通常の消費者用ではなく劇場使用専用に設計されている。しかしながらこのような５．１装置は６つのチャンネルを必要とするが高さの情報を含まない。このようなシステムでは、高声器は視聴者周辺の設計された位置に配置される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、元のレコーディングの状態にしたがって音を再生することは実用的には不可能であり、したがって可能な限り本物のような音を発生する音界を発生するための技術が使用されている。例えばイヤホーンによる再生では、ＨＲＴＦ（ヘッドに関連される伝達関数）により耳の性質をモデル化する試みがなされている。しかしながらＨＲＴＦにより変更される信号は伝統的に人工的にパンされたモノソースである。
【０００４】
１９７０年代に、空間的音響のための記録技術として設計されたアンビソニックス（Ambisonics）と呼ばれる技術が空間音響の記録と再生のために開発された。しかしながら音の記録では、アンビソニックス技術は高価である。記録において、四面体の形態で置かれ４つの隣接する心臓型のカプセルにより３６０゜全体の音場を受信する傾向がある音場マイクロホンが使用されなければならない。特許明細書EP 0869967 B1号は空間音響を記録することを意図するマイクロホンを開示している。それにおいて、マイクロホンは無指向性パターンを有する。この場合には、マイクロホンは堅いボールの表面に置かれなければならない。ボールの表面に置かれた幾つかのマイクロホンの間にはボールの直径の長さの距離が存在する。この距離は有害な時間差を生じさせる。
【０００５】
したがって本発明の目的は、音響変換器の簡単に構成されたアセンブリと、音響信号を受信し再生する方法を提供することである。音響変換器のアセンブリと、指向された方向および二次元または三次元の空間音響を受信し再生することを意図された方法は、簡単な構造にかかわらず、空間音響の高品質の受信または再生を可能にする方法で行われる。本発明の目的は独立請求項で述べられていることを特徴とするアセンブリおよび方法によって実現される。好ましい実施形態は従属請求項で説明されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の特徴は、２または３個の二重ダイヤフラム音響変換器により、３つの可聴信号としてのＸＹ平面で異なる方向の信号の受信を可能にする音響変換器のアセンブリおよび方法を提供することである。このアセンブリにより発生され、本物の二次元空間音響に対応する３つの可聴信号の中から、異なるｎ方向の信号が分離されることができ、ここでｎは例えば８である。転送または再生のために、この方法は逆に行われることもでき、それによって対応する信号は、８つの異なる方向の信号の場合、３つの信号に変換されることができる。本発明の１特徴による３つの音響変換器のアセンブリはＸＹＺ平面においても信号の受信を可能にする。ＸＹＺ平面では、Ｚ平面は高さの情報に対応し、ＸとＹは水平平面における可聴信号情報に対応している。
【０００７】
本発明の第２の特徴は、２または代わりに３個の音響変換器によって、異なる方向の信号のＸＹ平面での再生を可能にする音響変換器のアセンブリを提供することである。音響変換器の別の代わりのアセンブリは信号の再生をＸＹＺ平面でも可能にする。本発明の１特徴によれば、高低平面（Ｚ平面）信号は２つの異なるエレメントで再生されることができる。
【０００８】
本発明の付加的な特徴では、音響変換器のアセンブリが与えられ、それにおいて濾波部がアセンブリの２つの変換器に付加される。この濾波部の１目的は、音響変換器のカプセルに対する音響補正を行うことである。別の目的は２以上の音響変換器の表面に信号が衝突することを防止しようとすることである。第３の目的は例えば約４５度および９０度の予め定められた方向からの高い周波数の減衰を減少させることである。
【０００９】
本発明のさらに別の特徴は二重ダイヤフラムを具備する１つの音響変換器から無指向性パターンおよび８の字パターンの両者の同時の提供を可能にするアセンブリおよび方法を提供することである。転送および再生のため、本発明の方法はまた逆に行われることも可能である。したがって本発明の特徴は１つの音響変換器により、無指向性パターンと８の字パターンを半分ずつにした異なる指向性パターンの組合せの受信および再生を可能にするアセンブリおよび方法を提供することである。
【００１０】
本発明のさらに別の特徴は、二重ダイヤフラム音響変換器のアセンブリにより受信される信号からの平面二次元空間音響に対して、無指向性パターンを有する信号Ｘ、Ｙおよび信号Ｗを発生する構成および方法を提供することである。
【００１１】
本発明のさらに別の特徴は、３つの二重ダイヤフラム音響変換器のアセンブリにより受信される信号からの三次元の空間音響で、信号Ｘ、Ｙおよび信号Ｗを発生する構成および方法を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の特徴は、Ｘ、Ｙ平面で観察される平面空間音響に対して意図された信号Ｘ、Ｙおよび信号Ｗから空間音響を再生する構成および方法を提供することである。
【００１３】
本発明のさらに別の特徴は、空間音響を目的とする信号Ｘ、Ｙ、ＺおよびＷからの三次元音を再生する構成および方法を提供することである。
【００１４】
本発明のさらに別の特徴は、本発明のアセンブリにしたがった再生のための構成および方法に関連される補助装置を提供することであり、ここでは信号がヘッドホンから再生されるために送信されるとき、視聴者の頭の動きが考慮される。
【００１５】
本発明のさらに別の特徴は、装置がそれ自体を信号源方向を指向し、予め定められた選択に基づいて信号源をたどる方法で、音響変換器のアセンブリで受信された信号に追従するための本発明によるアセンブリと関連される補助装置を提供することである。
【００１６】
本発明のさらに別の特徴は、指向方向の所定の部分を分離するように音響変換器のアセンブリにより受信された信号の指向性パターンを狭めるため本発明のアセンブリと関連される補助装置を提供することである。
【００１７】
本発明の１特徴によれば、マイクロホンのように、８の字の指向性パターンを有する２つの音響変換器が相互に関して垂直に設けられ、３つの可聴信号としてＸＹ平面で異なる方向から信号を受信することを可能にする。第３の信号は８の字の指向性パターンを有する受信された信号から無指向性パターンを有する１つのＷ信号を発生することにより得られる。幾つかの例えば８つの方向の信号はアセンブリにより発生される３つの可聴信号から分離されることができる。本発明の１特徴によれば、この動作は逆に行われることができ、それによって異なる方向の対応する８つの信号は３つの信号に変換されることができる。
【００１８】
本発明の別の特徴によれば、マイクロホンまたはハイドロホンのように８の字の指向性パターンを有する３個の音響変換器は相互に関して垂直に設けられ、３つの可聴信号Ｘ、Ｙ、ＷとしてＸＹ平面において、４つの信号Ｘ、Ｙ、Ｚ、ＷとしてＸＹＺ平面において異なる方向の信号の受信を可能にする。ＸＹＺ平面では、Ｚ平面は高低情報に対応し、ＸとＹは水平面の可聴信号情報に対応する。
【００１９】
さらに、本発明の特徴によれば、高声器のように、２またはその代わりに３個の音響変換器によって、異なる方向の信号のＸＹ平面での再生を可能にする音響変換器のアセンブリが提供される。別の特徴によれば、音響変換器のアセンブリは信号の再生をＸＹＺ平面でも可能にする。この場合１特徴によれば、高低平面（Ｚ平面）の信号は２つの異なるエレメントで再生されることができる。
【００２０】
本発明の１つの付加的な特徴は、音響変換器のアセンブリを提供することであり、ここでは濾波部がアセンブリの２つの変換器に付加される。この濾波部の目的は、Ｚ平面で音響変換器のカプセルに対する音響補正を行うことである。この濾波部を使用する目的は、約４５度および９０度の方向からの高い周波数の減衰を防止することである。この目的が無指向性パターン信号を生成するためにカプセルの１つを使用することであるならば、濾波部は有効である。
【００２１】
本発明のさらに別の特徴は１つの二重ダイヤフラム音響変換器から無指向性パターンおよび８の字パターンの両者を同時に生成する構成および方法を提供することである。転送および再生のため、その方法は逆に行われることも可能である。したがって本発明の１特徴では、１つの音響変換器により、無指向性パターンと８の字パターンを半分ずつにした指向性パターンの組合せを再生する構成および方法を提供することである。
【００２２】
本発明のさらに別の特徴は、二重ダイヤフラム音響変換器により受信される信号から信号Ｘ、Ｙおよび無指向性信号Ｗを発生する構成および方法を提供することである。
【００２３】
本発明のさらに別の特徴は、３つの二重ダイヤフラム音響変換器により受信される信号から信号Ｘ、Ｙ、Ｚおよび無指向性信号Ｗを発生する構成および方法を提供することである。
【００２４】
本発明のさらに別の特徴は、Ｘ、Ｙ平面で観察される平坦な空間音響の信号Ｘ、Ｙおよび無指向性信号Ｗから空間音響を再生する構成および方法を提供することである。
【００２５】
本発明のさらに別の特徴は、平坦な空間音響の信号Ｘ、Ｙ、Ｚおよび無指向性信号Ｗから空間音響を再生する構成および方法を提供することである。
【００２６】
本発明のさらに別の特徴は、本発明による再生のための構成および方法に関連される補助装置を提供することであり、それにより信号が再生されるために送信されるとき、視聴者の頭の動きが考慮される。
【００２７】
本発明のさらに付加的な特徴は、分解能を改良するために受信された信号の指向性パターンを狭めるために本発明による構成および方法の信号に関連される補助装置を提供することである。
【００２８】
所望の音響材料は例えばモノミックス、ステレオミックス、５．１ミックスまたは他のミックスにより本発明のアセンブリで発生された記録から後に発生されることができ、それによって音響変換器のアセンブリは再生のため全ての方向から全ての音響信号を受信し転送するから、選択された数の信号は無段階で含まれることができる。本発明の特徴による実施形態は音響を受信するマイクロホンのように、方法を実行する音響変換器を提供し、異なる方向から来る信号が空間音響の再生のために記憶されることを可能にする。音響変換器は音響を再生するための高声器であってもよい。本発明によるマイクロホンまたは高声器は音響変換器部分および可聴信号処理部分を構成する。
【００２９】
可聴信号処理部は分離／結合部を具備し、それは結合および／または分離手段を具備することができる。マイクロホンカプセルのような音響変換器のユニットは相互にすぐ近接して位置され、したがって音は可能な限り同時に全てのカプセルに到達する。いわゆる１点配置のこのようなマイクロホンの配置は正確な方向情報の転送を可能にする。このような１点技術の使用は信号の和および差処理を可能にする。
【００３０】
本発明のさらに別の目的は、会議室におけるマイクロホンを提供することであり、このようなマイクロホンは、異なる方向の信号がこの方法にしたがって分離されるように、本発明の方法とその方法を実行する装置を使用する。異なる方向から受信される信号は分離され、比較され、減衰され、必要ならば、会議マイクロホンが一度に一方向の音源／話者を分離／強調することを可能にし、したがって交渉に対する受信パーティがスピーチと話者を識別することを容易にする。
【００３１】
本発明のさらに別の目的は、３つの変換器ユニットの使用により空間音響を提供することを可能にする高声器のような音響変換器を提供することである。空間音響は本発明の方法にしたがって信号を結合することにより与えられる。
【００３２】
本発明のさらに別の目的は、本発明のアセンブリで提供される実際の空間音響を再生するためのヘッドホンのような音響変換器を提供することである。空間音響は本発明による方法にしたがって信号をヘッドホン中の高声器に結合することにより提供される。ヘッドホンは視聴者の頭の動きを観察するための装置が設けられることができる。補助装置は実時間での両耳の記録を提供することを可能にし、それによって頭の動きは信号プロセッサへ供給され、その信号プロセッサはＨＲＦＴ（ヘッドに関連される伝達関数）における動作の変化を計算する。
【００３３】
本発明の特徴によるマイクロホンの配置は、例えば会議室にマイクロホンを設けて、マイクロホンが異なる方向の信号が本発明により分離されるように、本発明の方法およびその方法を行う装置を使用することを可能にする。この場合、異なる方向から受信される信号は分離され、比較され、減衰され、必要ならば会議マイクロホンが一度に一方向の音源／話者を分離／強調することを可能にし、したがって会議で開くパーティはスピーチと話者を識別することが容易であることが認められる。マイクロホンはそれ自体は知られている二重ダイヤフラムのマイクロホンカプセルであることができ、その小さいカプセル構造は構成をコンパクトにすることを可能にする。新しい種類のカプセル構成は全ての方向からの類似の再生を可能にする。マイクロホンの再生は電気的または音響的に補正されることができる。本発明の結合配置は半分にされた２つの指向性パターンと円形を有する指向性パターンを含んだ８の字としての二重ダイヤフラムマイクロホンエレメントの同時的な使用を可能にし、これによって本発明により音源の正確な位置の決定が可能である。
【００３４】
本発明の１実施形態は水中の音響フィールドで使用される簡単な構造、即ちハイドロホンの音響変換器を提供する。ハイドロホンは静磁性および静電性またはピエゾ原理に従って使用されるダイヤフラムを具備することができる。本発明の実施形態によるアセンブリは例えば送信機および受信機、深度測音機の両者として適している。
【００３５】
本発明の特徴の実施形態によれば、３つのユニットにより空間音響を提供するための高声器のような音響変換器が提供される。信号は本発明の方法にしたがって高声器に結合される。これは５または８個の高声器が３個の高声器ユニットと置換されることを可能にする。この場合、高声器は例えば通常の円錐素子または平面のダイポール高声器であってもよい。高声器は前方向と同じ方法であるが反対の位相で後方向に放射する。この場合、ＸＹ平面の可聴信号は壁によって視聴者へ反射される。高さの方向を強調するために、Ｚの高低平面の信号は２つの異なるエレメントで反復されることができる。高声器のエレメントは二重ダイヤフラムであってもよく、その場合には圧力はダイヤフラム間から別々の空間、例えば容器へ導かれる。前記マイクロホンアセンブリは４つの信号を発生することができ、それらの信号は異なる比および極性で従来知られている（ＭＳ、Ｂｌｕｍｌｅｉｎおよびアンビソニックス）方法により結合されることができる。アセンブリにより可能にされた構成および方法により発生される信号は前記フォーマット、特にアンビソニックスＢフォーマットと互換性がある。
【００３６】
したがって、音響変換器のアセンブリはコンパクトなマイクロホンを実現する。２程度の少数の小さい８の字のカプセルは例えば８．１サラウンドマイクロホンを実現する。音響変換器の新しいアセンブリは１つのカプセルの構造が知られているので、有効であり、製造が容易である。新しい方法での構造の使用はカプセルの時間および伝達関数の差が最小であるので、音響的に良好に動作するサラウンドマイクロホンを可能にする。二次元または三次元のサラウンドマイクロホンは良好なダイナミック特性を有する。それは前記利点と妥協せずに十分に大きいからである。その動作では、新しい種類の構成は周波数、位相または他の電気的補償を必要とせず、したがって音響品質は可能な限り本物に近い状態が維持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明を添付図面を参照して好ましい実施形態と共に詳細に説明する。  
図１の（Ａ）は音響変換器のアセンブリの構造および配置の１実施形態を示している。アセンブリは音響信号を受信し再生するための３つの重畳された音響変換器10、20、30を具備し、その第１の音響変換器10は水平の前／後方向（ここではＸ座標軸の方向）で８の字の指向性パターンを有し、半分ずつの指向性パターンＸＡ、ＸＢを含んでいる。第２の音響変換器20は水平の右／左方向（ここではＹ座標軸の方向）で８の字の指向性パターンを有し、半分ずつの指向性パターンＹＡ、ＹＢを含んでいる。第３の音響変換器30はＺ座標軸の方向で上方／下方の指向性パターンを有し、ＸＹ平面で観察されるとき円形形状を有し、半分ずつの指向性パターン（ＺＡ、ＺＢ）を含んでいる。このアセンブリでは、中心点は可能な限り相互に近接し、さらに可能な限り相互の重複が少なくされている。音響変換器間の角度は９０度である。好ましくは音響変換器10、20、30は二重ダイヤフラムのマイクロホンカプセルであってもよく、この場合、半分ずつの指向性パターンＸＡ、ＸＢ、ＹＡ、ＹＢ、ＺＡ、ＺＢには別々のダイヤフラムにより与えられている。音響信号を受信するための本発明のアセンブリはハイドロホンを構成するために使用されることもできる。信号の再生では、音響変換器は高声器素子であってもよい。
【００３８】
図１の（Ｂ）は音響変換器10、20、30のアセンブリの構造および配置の別の実施形態を示している。この場合、音響変換器は各変換器の周辺の表面が他の２つのカプセルの外部表面の直ぐ近くであるように近接して位置されている。このアセンブリはマイクロホンまたは高声器のような音響変換器の回転軸間の距離を小さくし、同時にそれらの間の距離が等しくすることを可能にする。
【００３９】
先の実施形態では、３つの音響変換器ユニットは、マイクロホンの場合、音が可能な限り同時に全てのユニットに到着し、高声器の場合、音は可能な限り同時にユニットから転送されるように近接して組み立てられている。このような１点技術の使用では、信号は和および差を形成することが可能である。
【００４０】
図２の(Ａ)および(Ｂ)は、濾波のための濾波部21、22が図１の(Ａ)の音響変換器中に配置されている１実施形態を示している。この図面では、濾波部は最上部と最下部の音響変換器に設けられている。濾波部21、22は湾曲した形態を有し、これは音響変換器の上部に少なくとも部分的に固定されている。ここで濾波部21、22は半円形の形態であるが、その高さと湾曲の曲率とは所望される濾波または減衰特性を実現するために変更されることができる。湾曲した濾波部の外部表面ｒは信号を中間の音響変換器へ反射するように構成され、その内部表面はそこに衝突する信号の反射を減衰するように構成されている。減衰材料ｐは音響エネルギを熱エネルギへ変換する材料であってもよい。濾波部21、22の壁には信号が透過可能な開口23が設けられ、この開口は図２の（Ａ）の上部の音響変換器に示されている。濾波部の目的は正確な音響変換器への信号の衝突を改良することであり、変換器は本発明により可能な限り近接して配置されている。
【００４１】
図２の（Ｂ）は図２の（Ａ）に示されている音響変換器の濾波部の動作原理を示している部分的断面図である。信号ｅ、ｆ、ｇは中間音響変換器のカプセルｋ３へ反射される。信号ａは最上部のカプセルｋ２に衝突する。信号ｂは図２の（Ａ）に示されている開口23を通ってカプセルｋ２に衝突する。上から斜めに到着する信号ｄはカプセルｋ２から反射され、その後濾波部21の減衰材料ｐに衝突する。減衰材料ｐと反射性の外部表面ｒはカプセルｋ１の濾波部22中に示されている。
【００４２】
図３は１つの二重ダイヤフラムを有する音響変換器の１つのマイクロホンカプセルから無指向性パターンおよび８の字パターンを同時に得るための結合図を示している。偏極電圧入力は外部電源によりカプセルｋで発生される。カプセルｋは２つのダイヤフラムＡとＢを有し、その信号は別々に別々の増幅器（増幅器／インピーダンス変換器）（33、34）へ供給される。信号はその後結合手段31で合計され、それによって第１の信号Ａ−Ｂが得られる。８の字指向性パターンを有するこの信号の電気的な外部干渉は減算を伴って消去される。図３の結合は第２の信号Ａ＋Ｂを得るために第２の結合手段32による信号の同時的な合計を可能にし、この第２の信号は無指向性パターンを有する。信号Ａ，Ｂの合計では、信号の干渉も合計され、他方ではこの干渉は複数のマイクロホンカプセルの無指向性信号が合計されるならば減少される。２次元および３次元の実施形態では、１乃至３のカプセルの信号は恐らく無指向性信号を発生するために使用される。この構成により、２次元の空間音響はただ２つのカプセルだけで実現される。３次元の空間音響では、高さ情報を提供する第３のマイクロホンカプセルが必要とされる。
【００４３】
図４の（Ａ）は二重ダイヤフラムを有する３個のカプセルから４つの信号を得るための１実施形態の結合図を示している。３個のカプセルにより与えられる信号から、全ての信号差が取られ、増幅器42、43、44で信号Ｘ、Ｙ、Ｚへ増幅される。和は合計手段41により全ての信号から取られ、和はその後、他の出力に対応するように増幅器45でスケールされる。ここで合計手段41により得られた信号Ｗ３はそれが全てのカプセルと全ての方向からの信号を取るので、無指向性パターンを有する最適な信号である。増幅器42、43、44は平衡されなければならない。信号Ｗ３はまた代わりに合計とただ１つのカプセルまたは２つのカプセルの信号をスケールすることによってのみ、例えばＸＡ＋ＸＢ＋ＺＡ＋ＺＢで計算されることもできる。
【００４４】
図４の（Ｂ）は二重ダイヤフラムを有する２つのカプセルから３つの信号Ｘ、Ｙ、Ｗ２を得るための２次元の実施形態の結合図を示している。垂直方向はこの実施形態では省略されている。このような２次元の実施形態は例えばビデオカメラまたは空間音響を記録するための他の対応する装置で使用可能である。
【００４５】
図４の（Ｃ）は１つの二重ダイヤフラムを有する３つのカプセルから３つの信号Ｘ、ＹとＷ１を得るための１実施形態の結合図を示している。ここで、高さ方向のカプセルが存在するが、無指向性パターン信号を提供するためにのみ使用されている。例では、信号ＺＡとＺＢのみが合計されるが、さらに信号の対ＸＡ、ＸＢおよびＹＡ、ＹＢの一方または両者が均等に良好に合計されることができる。
【００４６】
図５は左から右方向におけるユニットＹの指向性パターンを示している。指向性パターンでは、正の指向性パターンの半分のＹＡは右側であり、負の指向性パターンの半分のＹＢは左側である。
【００４７】
図６は前から後方向におけるユニットＸの指向性パターンを示している。指向性パターンでは、正の指向性パターンの半分のＸＡは上側であり、負の指向性パターンの半分のＸＢは下側である。
【００４８】
図７は図４の（Ａ）の実施形態の結合にしたがって計算された無指向性信号の指向性パターンを示しており、ここでは３つの音響変換器の信号が合計されている。
【００４９】
図８は４５度の方向における図４の（Ｂ）の実施形態の結合にしたがって計算された信号の指向性パターンを示している。図面から、計算された信号は心臓型パターンを有し、これがいわゆる配向パターンである。心臓型パターンを有するこのようなマイクロホンは与えられた方向および前記方向の側面上の音を効率的に捕捉するが、後部の無声状態から来る音を逃す。図９は２７０度の方向における図４の（Ｂ）の実施形態の結合にしたがって計算された信号の指向性パターンを示している。
【００５０】
図１０はＸＹＺ方向に信号を方向付けるための１実施形態の図を示している。図面にしたがって、帯域通過フィルタは受信される音の周波数を選択するために使用されることができる。周波数は例えば迂回する車により発生される音が除去されることができる方法で周波数制御装置により限定されることができる。帯域幅制御装置により、装置は例えばスピーチ周波数範囲の幅を通過させるように設定されることができる。
【００５１】
信号はその後、全波整流器により整流され、積分装置により積分される。応答制御装置は変化に対するマイクロホンの反応を制御するために使用されることができる。応答制御装置はアタック速度からなる時定数を新しい音へ調節し、現在の方向を見放す遅延を調節することができる。時定数は例えば装置の反応を突然の音、例えば突然の咳の音へ調節することに使用されることができる。
【００５２】
信号はその後、合計手段101で合計される。信号が前面から来るならば、信号は正である。反対に、信号が後部から来るとき信号は負である。信号は高低方向で同じように計算される。信号が上から来るとき加算の結果は正であり、下から来るとき負である。さらに装置は飽和装置を具備し、これによってー１から＋１間の値が計算で得られることができる。
【００５３】
ここでブロックＹは類似しているが、合計手段と飽和装置の代わりにこれは信号が左であるか右にあるかを決定するための比較装置を含んでいる。ここで角度計算を簡単にするためにアブラプトな決定が行われるが、これは結果の正確度を深刻に弱めない。この場合、比較装置は信号を予め定められた点で他の側面に転送する。この方向ＸとＹアセンブリは０と３６０度との間の方向決定を可能にする。ブロックＸとＹの構造は反対に構成されることも可能であり、それによって比較装置は信号Ｘのブロックに位置されることに注意すべきである。
【００５４】
方向計算は計算ユニット105で行われる、角度は式、角度＝ＡＢＳ（ＳＩＮ−１）ＰＸ＋９０＋（ＰＹ＊１８０）により計算される。高さは式、高さ＝（ＳＩＮ−１）ＺＸにより計算される。さらに、計算ユニット105は方向ＸＹウィンドウ限定制御ユニットと、Ｚウィンドウ限定制御ユニットを含むことができる。ＸＹウィンドウ限定制御ユニットは例えば後部から来る全ての信号を除去するために使用されることができ、Ｚウィンドウ限定制御ユニットは与えられた高さ方向の方向、例えば４５度を超える方向から来る信号を限定するために使用されることができる。
【００５５】
このアセンブリは人間の耳の動作をシミュレートする音響追跡マイクロホンの十分な正確度を有する簡単な構成を可能にする。装置は例えばビデオカメラ、会議マイクロホンなどで使用可能である。インタビュー状態および会議状態では、装置は話をしている人に追従することができる。これは高さ方向でも実現され、これは話者が異なる身長であるか、異なる高さの場所にいるときに問題である。装置の動作は再生において反対にも構成可能である。
【００５６】
装置は全ての方向を聴き、音が来る方向を決定し、この方向を示す。適切な設定を使用して、装置は監視のためにも使用可能である。この場合、装置は音源を追跡し、別の装置によっても使用される音源方向情報を生成できる。この場合、この方向情報は例えば監視カメラの方向を制御するために使用されることができ、１つのカメラがさらに大きいスペースを正確に監視するために使用されることを可能にする。
【００５７】
装置は本発明による音響変換器で記録された音を処理するために使用されることができる。装置は好ましくは映画のサウンドトラックのようなサウンドトラックの処理にも利用可能である。さらに処理することにより、異なる人の声が異なる音響チャンネルに分離されることができる。装置により発生される信号の中から、所望の方向のオブジェクトが分離されることができ、これは前記方向に関連される余分な音を除去することにより強調されることができる。したがって所定の人またはオブジェクトにより発生される音は例えば別の音響チャンネルに分離されることができる。更に行われる処理で、前記装置はマイクロホンが別の音源、例えば迂回する自動車を追跡し始めるときの状況における記録のためのオーバーライド動作を行うためにも使用されることができる。識別は強度にしたがって行われるが、幾つかの他の選択規準を使用して行われることもできる。
【００５８】
図１１乃至図１３は方向ＸＹＺにおいて図１０の実施形態にしたがった装置の指向性パターンの１例である。
【００５９】
図１４の（Ａ）は例えば３人の人が同時に話しているときの会議の音の受信状態を示している。図１４の（Ｂ）は図１０の実施形態による本発明の装置140が図１４の（Ａ）の状態からただ一人の人の音を分離し強調する状態を示している。このようなマイクロホンは例えば通信会議またはビデオ会議で使用可能である。装置140は３つの信号を受信するため２または３個のマイクロホンを具備している。３つの信号は結合手段により例えば異なる方向の８つの信号に分離され、これらは例えば予め定められた規則、ボリュームに基づいて比較される。したがって、大部分の信号または最も強い信号が来る方向が識別される。信号処理は弱い信号を減衰し、選択された信号を強調する。このような場合、信号は相互から分離され、その分離は全ての参加者が別々のマイクロホンを持つ必要なく改良されることができる。
【００６０】
図１５は本発明による音響変換器の高声器の２次元の１実施形態を示している。方向ＸおよびＹの高声器素子151と152は相互に関して垂直に重ねられている。ここで、素子Ｗ（無指向）は上部素子153と下部素子154とに分割される。素子Ｗは低周波数を再生するために使用されることもできる。したがって信号処理は音響変換器が高声器のとき反対に実行されることができる。この場合、５または８個の高声器に対して意図されている信号は本発明による高声器を備えた２、３または４個の高声器素子で構成されることができる。
【００６１】
図１６は図１５の高声器が部屋に置かれている１実施形態を示している。再生される信号は多チャンネルの無線送信器により高声器アセンブリ160と、低周波数の再生を意図されているサブウーハ161へ送信される。高声器と接続して配置されている受信機はその信号を受信しそれらを再生する。図は信号が壁を経て視聴者へ反射され、したがって空間音響の印象を生成する状態を示している。低周波数を有する信号（Ｘ．１）は濾波手段（ＬＦＥ）を使用することにより実施形態にしたがって受信される信号から分離され、そのＬＦＥは低周波数を有する信号（Ｘ．１）を分離するように構成されている。低周波数信号は低周波数の再生を意図されている分離されたサブウーハ161により再生されることができる。高声器はさらに光源（図示せず）を具備することができ、それによって照明装置に使用される電力が使用されることができる。これは信号が３つのチャンネルで無線で伝送されるときに特に有効である。この場合、高声器ユニットは遠隔制御の制御を受けるための受信機ユニットを具備する。この場合、遠隔制御（図示せず）は照明と、可聴信号の強度を制御するために使用されることができる。同じ遠隔制御はまた光の制御に使用されることができる。
【００６２】
図１７は本発明による方法の信号がヘッドホン170で与えられている実施形態を示している。本発明により発生された信号Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗは信号処理ユニット173、例えば復号器で処理される。信号処理ユニット173はヘッドホン中のジャイロスコープセンサ171により受信された空間情報172を受信するように構成されている。空間情報172は所定の基準点に関する位置および傾斜情報を含んでいてもよい。多チャンネルのパンおよび方位角復号器173は両セットの情報を受信し、ｎチャンネル174、例えば２６チャンネルと、ＨＲＦＴユニット175の異なる方向の信号を発生する。測定ベースのＨＲＦＴ処理の目的はヘッドホンに対する耳の性質に対応して音を発生することである。実際の空間音響を表すこれらの信号の中から、ＨＴＲＦユニットは視聴者の右および左ヘッドホンへ信号右および左を発生し、この信号はヘッドホン170を経て視聴者へ空間音響を与える。この構成は視聴者に対してすぐれた空間音響を与えるだけでなく、事実上の音情景を与え、これは視聴者の頭部の動きにしたがってそれ自身を適合する。例えば視聴者が部屋の縁にいても、或いは視聴者の頭が別の方向へ向いていても、テレビジョンから聞こえるソロシンガーの歌は常に画像源が位置されている方向から聞こえる。このような音の情景はワイドスクリーン、幾つかのスクリーンまたはアイスクリーンが使用されるとき、例えばコンピュータゲームのシミュレーションの目的では特に有効である。
【００６３】
図１８Ａは信号の受信または再生の方向付けをするための本発明の１実施形態を示している。ここで信号ＡとＢは本発明による音響変換器で受信され、そこから信号は配向補助装置へ供給される。２つのチャンネルＡとＢは配向補助装置180へ与えられ、そのうちの一方はＡおよびＢと共通するＣＢを含んでいる。第２のチャンネルはＢおよびＡと共通するＣＡを含んでいる。
【００６４】
信号は（Ａ＋ＣＢ）から（Ｂ＋ＣＡ）を減算することにより第１の合計手段181で結合される。共通の信号部分Ｃはしたがって消去され、信号（Ａ−Ｂ）が結合の結果として得られる。
【００６５】
周波数変換はその後ＦＦＴ装置(高速度フーリエ変換)で行われ、ここでは変換係数は周波数ディメンションの信号を表している。信号処理では、このような周波数変換は例えば高速度フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムの使用により実行されることができる。
【００６６】
同時に信号（Ａ＋ＣＢ）と（Ｂ＋ＣＡ）は第２の合計手段182において結合される。信号（Ａ＋Ｂ＋２Ｃ）が結果として得られる。信号（Ａ＋Ｂ＋２Ｃ）はその後、ＦＦＴ装置でのように均一な狭い周波数帯域を有するデジタルＳＳ（スペクトル減算）フィルタへ入力される。これらの周波数帯域はＦＦＴ装置から得られる情報にしたがって減衰され、それによって共通のＣ部分（ＣＡ、ＣＢ）がＡおよびＢから得られる。このＣ部分は配向を導くために使用されることができる。狭くされた指向性パターンが結果として得られ、それによって本発明による音響変換器によって与えられる２つの信号は、信号が広い指向性パターンを有する音響変換器から受信されても、方向付けされた点状の指向を行うようにこの解決方法で使用されることができる。図１８Ａはこの図１８Ａによる方法が２つの音響変換器により受信される信号のために実行されている１実施形態を示している。この方法は２つの方向、例えば方向ＸＹの信号について図１８Ａにしたがって実行される。結果として得られるＣ部は再度、図１８Ａの方法ステップで処理され、それによって得られる結果はやはり方向付けされたＣ部である。
【００６７】
当業者には、技術の進歩と共に、本発明の基本的なアイディアが種々の方法で行われることができることは明白である。したがって、本発明とその実施形態は前述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載の範囲内で変化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】音響変換器の構造および配置の実施形態を示す図。
【図２】濾波のための付加的な素子が図１の(Ａ)の音響変換器に構成されている１実施形態を示す図と、その図に示されている音響変換器の付加的な素子の濾波の原理を示す断面図。
【図３】１つの二重ダイヤフラムを有するカプセルから無指向性パターンおよび８の字パターンを実現するための結合図。
【図４】３つの二重ダイヤフラムを有するカプセルから４つの信号を得るための実施形態と、２つの二重ダイヤフラムを有する２つのカプセルから３つの信号を得るための実施形態と、１つの二重ダイヤフラムを有する３つのカプセルから３つの信号を得るための実施形態のそれぞれの結合図。
【図５】左から右方向におけるＹユニットの指向性パターンを示す図。
【図６】前から後方向におけるＸユニットの指向性パターンを示す図。
【図７】図４の（Ａ）の実施形態の結合にしたがって計算された無指向性パターンを示す図。
【図８】４５度の方向における図４の（Ｂ）の実施形態の結合にしたがって計算された信号の指向性パターンを示す図。
【図９】２７０度の方向における図４の（Ｂ）の実施形態の結合にしたがって計算された信号の指向性パターンを示す図。
【図１０】方向ＸＹＺに信号を配向するための１実施形態を示す図。
【図１１】方向ＸＹＺにおいて図１０による実施形態の図にしたがって配向された指向性パターンの１例を示す図。
【図１２】方向ＸＹＺにおいて図１０による実施形態の図にしたがって配向された指向性パターンの１例を示す図。
【図１３】方向ＸＹＺにおいて図１０による実施形態の図にしたがって配向された指向性パターンの１例を示す図。
【図１４】３人の人が同時に話しているときの音を受信するための会議マイクロホンの１実施形態を示す図と、本発明の１実施形態による装置がその図の状態から一人の人の音のみを分離し強調する状態を示す図。
【図１５】本発明による音響変換器の高声器の１実施形態を示す図。
【図１６】図１５の高声器が部屋に置かれている１実施形態を示す図。
【図１７】音響変換器のヘッドホンである実施形態を示す図。
【図１８Ａ】信号の受信または再生を配向するための本発明の１実施形態を示す図。
【図１８Ｂ】図１８Ａのステップがさらに受信および再生を配向するため２つの信号対に対して行われる１実施形態を示す図。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年3月27日(2007.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＸＹＺ座標系のＸ軸方向に８の字形状の指向性パターンを与えることのできる第１の二重ダイヤフラム音響変換器（10）と、
第１のカプセルに関して垂直に位置され、ＸＹＺ座標系のＹ軸方向に８の字形状の指向性パターンを与えることのできる第２の二重ダイヤフラム音響変換器（10）とを具備している音響の受信または再生のための音響変換器のアセンブリにおいて、
さらに前記第１および第２の音響変換器に関して垂直に位置されている第３の二重ダイヤフラム音響変換器（30）を具備し、ＸＹＺ座標系の軸の１つにしたがって位置されたこれらの音響変換器を使用してＸＹ面とＸＹＺ平面の両者で音響の受信または再生を可能にしていることを特徴とするアセンブリ。
【請求項２】
前記第３の二重ダイヤフラム音響変換器（30）は８の字形状の指向性パターンを与えることができることを特徴とする請求項１記載のアセンブリ。
【請求項３】
二重ダイヤフラム音響変換器（10、20、30）は重ねられていることを特徴とする請求項１または２記載のアセンブリ。
【請求項４】
二重ダイヤフラム音響変換器（10、20、30）は各変換器の外部周辺表面が２つの他のカプセルの外部表面に直ぐ近く位置するように隣接して配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のアセンブリ。
【請求項５】
第１および第２の二重ダイヤフラム音響変換器（10、20）はその上に少なくとも部分的に位置されている濾波部（21、22）を含んでいることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記濾波部（21、22）は湾曲した形状を有し、それによってその外部表面（ｒ）は信号を中間二重ダイヤフラム音響変換器へ反射するように構成され、その内部表面（ｐ）はそこに衝突する信号を減衰するように構成されていることを特徴とする請求項５記載のアセンブリ。
【請求項７】
信号透過開口（23）が濾波部（21、22）の壁に設けられていることを特徴とする請求項５または６記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記二重ダイヤフラム音響変換器（10、20、30）は二重ダイヤフラムマイクロホンカプセルであることを特徴とする請求項１または２記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記二重ダイヤフラム音響変換器（10、20、30）はハイドロホンであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記二重ダイヤフラム音響変換器（10、20、30）は高声器であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のアセンブリ。
【請求項１１】
半分ずつの指向性パターン（Ａ、Ｂ）を含む平面でみたとき８の字のディメンションのパターンを提供することができる二重ダイヤフラム音響変換器（ｋ）によって音響信号を受信し、
前記二重ダイヤフラム音響変換器（ｋ）により受信される音響信号から第１の結合手段（31）により第１の信号（Ａ１）（Ａ１＝Ａ−Ｂ）を生成する音響再生のために音響信号を受信する方法において、
無指向性パターンを有する指向性パターンもまた８の字形状の指向性パターンを有する二重ダイヤフラム音響変換器（ｋ）から同時に受信されるような方法で、第２の結合手段（32）により第２の信号を（Ａ２）（Ａ２＝Ａ＋Ｂ）を同時に生成するステップを含んでいることを特徴とする受信方法。
【請求項１２】
空間音響を再生するため音響信号を受信するための請求項１１記載の方法において、
半分ずつの指向性パターン（Ａ、Ｂ）を補助配向装置（180）へ与え、半分の信号ＡはＢと共通するＣＢとＡとを含み、半分の信号ＢはＡと共通するＣＡとＢとを含み、
（Ａ＋ＣＢ）から（Ｂ＋ＣＡ）を減算することにより第１の合計手段（181）で信号を結合し、それによって共通の信号部分Ｃが消去され、信号（Ａ−Ｂ）が結合の結果として得られ、
ＦＦＴユニット（高速度フーリエ変換）で周波数変換を行い、その変換係数は周波数ディメンションの信号を表し、
第２の合計手段（182）で（Ａ＋ＣＢ）と（Ｂ＋ＣＡ）を同時に結合し、それによって信号（Ａ＋Ｂ＋２Ｃ）が結合の結果として得られ、
ＦＦＴユニットの帯域のように均等な狭い周波数帯域を有するデジタルＳＳフィルタ（スペクトル減算）へ信号（Ａ＋Ｂ＋２Ｃ）を与え、
ＦＦＴユニットから得られる情報にしたがって周波数帯域を減衰し、それによって共通のＣ部分（ＣＡ、ＣＢ）がＡとＢから得られ、結果的なＣ部分は狭い指向性パターンを提供することを特徴とする受信方法。
【請求項１３】
音響再生のための音響信号受信システムにおいて、
半分の信号ＡはＢと共通するＣＢとＡとを含み、半分の信号ＢはＡと共通するＣＡとＢとを含んでいる半分ずつの指向性パターンを受信するための配向捕捉装置（180）と、
（Ａ＋ＣＢ）から（Ｂ＋ＣＡ）を減算することにより信号を結合し、それによって共通の信号部分Ｃが消去され、信号（Ａ−Ｂ）が結合の結果として得られる第１の合計手段（181）と、
信号の周波数変換を行い、その変換係数は周波数ディメンションの信号を表しているＦＦＴユニット（高速度フーリエ変換）と、
（Ａ＋ＣＢ）と（Ｂ＋ＣＡ）とを同時に結合し、それによって信号（Ａ＋Ｂ＋２Ｃ）が結合の結果として得られる第２の合計手段（182）と、
ＦＦＴユニットの帯域のように均等な狭い周波数帯域を有する信号（Ａ＋Ｂ＋２Ｃ）を受信するためのデジタルＳＳフィルタ（スペクトル減算）と、
ＦＦＴユニットから得られる情報にしたがって周波数帯域を減衰し、それによって共通のＣ部分（ＣＡ、ＣＢ）がＡとＢから得られ、結果的なＣ部分は狭い指向性パターンを提供する手段を具備することを特徴とする音響信号受信システム。
【国際調査報告】
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2008543143.tif 000025
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