(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも４つのサラウンド音響チャネルを表わす少なくとも４つの入力信号が空間内のそれぞれ異なる少なくとも４つの位置から生じるように見えるようにする方法であって、前記方法は、
空間内の前記少なくとも４つの各位置に新たな音源となる反射面または共振面を設けるステップと、
空間内の前記少なくとも４つの位置から遠くに配置された単一音響放出装置内の出力トランスジューサの単一アレイを設けるステップと、
前記出力トランスジューサの単一アレイを使用して、前記少なくとも４つの各サラウンド音響チャネルの音波を空間内のそれぞれの各位置へ指向させて前記音波が前記反射または共振面により再伝播されるようにするステップと、を含み、
前記指向させるステップは、
各トランスジューサについて、前記少なくとも４つのサラウンド音響チャネルの音波が空間内のそのチャネルに関する位置へ向けられるように、各出力トランスジューサのアレイ内の位置および空間内の前記各位置に従って選択される各遅延だけ遅延された各入力信号の遅延されたレプリカを、各サラウンド音響チャネルについて得ることにより、各トランスジューサの信号を前記少なくとも４つの各サラウンド音響チャネルについて発生するようにするステップと、
各トランスジューサについて、そのトランスジューサについての前記少なくとも４つの各サラウンド音響チャネルの信号を、デジタル代数加算で加算して、そのトランスジューサへの出力信号を作り出すステップと、
出力信号を各トランスジューサへ送るステップと、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、各出力トランスジューサについて、入力信号の遅延されたレプリカを得る前記ステップは、
前記入力信号を前記予め定められた回数だけ複写して各出力トランスジューサに関するレプリカ信号を得るステップと、
各出力トランスジューサのアレイ内の位置および空間内の前記各位置に従って選択される前記各遅延だけ前記入力信号の各レプリカを遅延させるステップと、
を含む方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法であって、さらに、
各出力トランスジューサとその入力信号に関する空間内の位置との間の距離を求め、
信号チャネルに対する各トランスジューサからの音波が空間内の前記位置に同時に到達するように各遅延値を導出する、ことにより、
前記遅延ステップの前に、各入力信号レプリカに関する各遅延を計算するステップを含む方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、
前記複数の入力信号の中の一つを反転させるステップと、
各出力トランスジューサについて、前記反転された入力信号から引出された音波が空間内のその位置のその入力信号から引出された音波を少なくとも部分的にキャンセルするように空間内の位置へ向けられるように、各トランスジューサのアレイ内の位置に従って選択される各遅延だけ遅延された前記反転された入力信号の遅延されたレプリカを得るステップと、
を含む方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法であって、各出力トランスジューサについて、前記反転された入力信号の遅延されたレプリカを得る前記ステップは、
前記反転された入力信号を前記予め定められた回数だけ複写して各出力トランスジューサに関するレプリカ信号を得るステップと、
各出力トランスジューサのアレイ内の位置に従って選択される各予め定められた遅延だけ前記反転された入力信号の各レプリカを遅延させるステップと、
を含む方法。
【請求項６】
請求項４または５記載の方法であって、前記反転された入力信号はそこから引出された音波が空間内の前記位置におけるその入力信号から引出された音波を実質的にキャンセルするようにスケーリングされる方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、前記スケーリングは、反転されている入力信号について、空間内の前記位置における音波の大きさを求め前記反転された入力信号から引出された音波がその位置における大きさと実質的に同じ大きさを有するように前記スケーリングを選択することにより選択される方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法であって、前記反射面または共振面の少なくとも一つは部屋その他の永久構造の壁により提供される方法。
【請求項９】
少なくとも４つのサラウンド音響チャネルを表わす少なくとも４つの入力信号が空間内のそれぞれ異なる少なくとも４つの位置から生じるように見えるようにしてサラウンド音響効果を創り出す装置であって、前記装置は、
空間内の前記少なくとも４つの位置のそれぞれにおける、新たな音源となる音響反射面または共振面と、
空間内の前記位置から遠くに配置された単一音響放出装置内の出力トランスジューサの単一アレイと、
前記出力トランスジューサの前記単一アレイを使用して、少なくとも４つのサラウンド音響チャネルの各々の音波を空間内のそのチャネルのそれぞれの位置へ指向させて前記音波が前記反射面または共振面により再伝播されるようにするコントローラと、を含み、
前記コントローラは、
複数の分配器であって、指向されるべきサラウンド音響チャネル１つに対し１つ設けられた前記複数の分配器と、
複数の加算器であって、前記アレイ内の出力トランスジューサ１つに対し１つ設けられた前記複数の加算器と、
を備え、各加算器は各分配器から信号を受け取るように各分配器に接続されていて、かつ、該受け取った信号を互いに加算するように構成されていて、
各分配器は、各トランスジューサについて、チャネルの音波が空間内のその入力信号に関する位置へ向けられるように、各出力トランスジューサのアレイ内の位置および空間内の前記各位置に従って選択される各遅延だけ遅延された入力信号の遅延されたレプリカを得るようにされている複写および遅延手段を含み、
各加算器は、各トランスジューサについてデジタル代数加算により、前記分配器から受け取った前記少なくとも４つの各入力信号の各遅延されたレプリカを合計して出力信号を作り出すようにされている加算器と、
チャネル音波がその入力信号に関する空間内の位置へ向かうように出力信号を各トランスジューサへ送る手段と、
を含む装置。
【請求項１０】
請求項９記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、
各出力トランスジューサとその入力信号に関する空間内の位置との間の距離を求め、
信号チャネルに対する各トランスジューサからの音波が空間内の前記位置に同時に到達するように各遅延値を導出する、ことにより、
各入力信号レプリカについて各遅延を計算する計算手段を含む装置。
【請求項１１】
請求項９または１０記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、
前記複数の入力信号の中の一つを反転させるインバータと、
各出力トランスジューサについて、前記反転された入力信号から引出された音波が空間内の第２の位置の入力信号から引出された音波を少なくとも部分的にキャンセルするように空間内の前記第２の位置へ向かうように、各トランスジューサのアレイ内の位置および空間内の前記第２の位置に従って選択される各遅延だけ遅延された前記反転された入力信号の遅延されたレプリカを得るようにされている第２の複写および遅延手段と、
を含む装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の装置であって、前記コントローラは、さらに、前記反転された入力信号から引出された音波が空間内の前記第２の位置の入力信号から引出された音波を実質的にキャンセルするように前記反転された入力信号をスケーリングするスケーラーを含む装置。
【請求項１３】
請求項９から１２のいずれか一項に記載の装置であって、前記反射面はそれが拡散反射したい音響周波数の波長程度の粗さを有する装置。
【請求項１４】
請求項９から１３のいずれか一項に記載の装置であって、前記反射面または共振面は光学的に透明である装置。
【請求項１５】
請求項１０から１４のいずれか一項に記載の装置であって、前記反射面または共振面の少なくとも一つは部屋その他永久構造の壁である装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法または装置であって、出力トランスジューサの前記アレイは２次元平面内に出力トランスジューサの規則正しいパターンを含む方法または装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法または装置であって、前記各出力トランスジューサが前記２次元平面に直角な出力の主要方向を有する方法または装置。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の方法または装置であって、前記２次元平面は曲面である方法または装置。
【請求項１９】
請求項１から１５、または１６から１８のいずれか一項に記載の方法または装置であって、前記出力トランスジューサの各々がデジタル電力増幅器により駆動される方法または装置。
【請求項２０】
請求項１から１５、または１６から１９のいずれか一項に記載の方法または装置であって、出力トランスジューサの前記アレイのトランスジューサにより出力される信号の振幅は音場をより正確に成形するように制御される方法または装置。
【請求項２１】
請求項１から１５、または１６から２０のいずれか一項に記載の方法または装置であって、信号は遅延される前にオーバサンプリングされる方法または装置。
【請求項２２】
請求項１から１５、または１６から２１のいずれか一項に記載の方法または装置であって、信号は複写される前にノイズ整形される方法または装置。
【請求項２３】
請求項１から１５、または１６から２２のいずれか一項に記載の方法または装置であって、信号はアレイの各出力トランスジューサへ送られる前にＰＷＭ信号へ変換される方法または装置。
【請求項２４】
請求項２０に記載の方法または装置であって、前記制御はアレイの周辺回りのトランスジューサへ送られる出力信号の振幅を低減するようなものである方法または装置。
【請求項２５】
請求項２０に記載の方法または装置であって、前記制御はガウス曲線やｒａｉｓｅｄ  ｃｏｓｉｎｅ  ｃｕｒｖｅ等の予め定められた関数に従ってトランスジューサへ送られる出力信号の振幅を低減するようなものである方法または装置。
【請求項２６】
請求項１から１５、または１６から２５のいずれか一項に記載の方法または装置であって、前記各トランスジューサは一群の個別トランスジューサを含む方法または装置。
【請求項２７】
請求項１から１５、または１６から２６のいずれか一項に記載の方法または装置であって、各出力トランスジューサの前に線型または非線形補償器が設けられてそこへ送られる信号を広い周波数範囲にわたって出力トランスジューサの振幅および位相応答に対して修正するまたは該トランスジューサの非線形動作を修正する方法または装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の方法または装置であって、前記補償器は複写される前に入力信号を補償するための線形補償器である方法または装置。
【請求項２９】
請求項２７または２８に記載の方法または装置であって、前記補償器は指向方向の角度に従って高周波成分がブーストされるように音場形状に従って適応可能である線形補償器である方法または装置。
【請求項３０】
請求項１から１５、または１６から２９のいずれか一項に記載の方法または装置であって、音場の変化を徐々に制御する手段が設けられていて、前記手段は信号遅延がサンプルを複写することにより徐々に増加するまたはサンプルをスキップすることにより徐々に減少するように動作する方法または装置。
【請求項３１】
請求項１から１５、または１６から３０のいずれか一項に記載の方法または装置であって、音場指向性はシステムへの信号入力に基づいて変えられ出力トランスジューサのアレイにより出力される方法または装置。
【請求項３２】
請求項１から１５、または１６から３１のいずれか一項に記載の方法または装置であって、出力トランスジューサの多数のアレイが設けられ共有コントローラにより制御される方法または装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】  本発明は操舵可能な若しくはステアラブル（ｓｔｅｅｒａｂｌｅ）音響アンテナに関し、特に、デジタル電子ステアラブル音響アンテナに関する。
【０００２】  フェーズドアレーアンテナは電磁気および超音波音響分野の両方において良く知られている。良く知られてはいないが、それらは単純な形でソニック（可聴）音響領域にも存在する。後者は比較的未完成であり、本発明はその出力を多かれ少なかれ自由に指向するようにステアリングすることができる優れたオーデオ音響アレイに関する改善を提供しようとするものである。
【０００３】  ＷＯ  ９６／３１０８６は単項符号化信号を使用して出力トランスジューサアレイを駆動するシステムについて記載している。各トランスジューサは音圧パルスを作り出すことができ出力される全信号を再生することはできない。
【０００４】  本発明の第１の側面は音場を整形できることが望ましいという問題に向けられている。
【０００５】  第１の側面に従って、出力トランスジューサアレイを使用して信号から引き出された音波を指向させる方法が提供され、前記方法は、
各出力トランスジューサについて、信号の遅延レプリカを得るステップであって、遅延レプリカは各トランスジューサのアレイ内の位置および所与の方向に従って前記信号から引き出された音波を前記方向へ指向させるように選択される各遅延だけ遅延されるステップと、
遅延されたレプリカを各出力トランスジューサへ送る（ルーティングする）ステップと、を含んでいる。
【０００６】  やはり本発明の第１の側面に従って、出力トランスジューサのアレイを使用してシミュレートされた音源（ｏｒｉｇｉｎ）を有する音場を作り出す方法が提供され、前記方法は、
各出力トランスジューサについて、入力信号の遅延レプリカを得るステップであって、遅延レプリカは各トランスジューサのアレイ内の位置およびシミュレートされた音源の位置に従って、実質的に前記シミュレートされた音源において生じるように見える音場を作り出すように選択される各遅延だけ遅延されるステップと、
遅延されたレプリカを各出力トランスジューサへ送るステップと、を含んでいる。
【０００７】  さらに、本発明の第１の側面に従って、音波を指向させる装置が提供され、前記装置は、
出力トランスジューサのアレイと、
各出力トランスジューサについて、信号の遅延レプリカを得るレプリケーション（複写又は複製）および遅延手段であって、遅延レプリカは前記信号から引き出された音波を実質的に前記方向へむけられるように各トランスジューサのアレイ内の位置および所与の方向に従って選択される各遅延だけ遅延される複写および遅延手段と、
遅延レプリカを各出力トランスジューサへ送る手段と、を含んでいる。
【０００８】  さらに、本発明の第１の側面に従って、シミュレートされた音源を有する音場を作り出す装置が提供され、前記装置は、
出力トランスジューサのアレイと、
各出力トランスジューサについて、入力信号の遅延レプリカを得る複写および遅延手段であって、遅延レプリカは前記シミュレートされた音源において生じるように見える音場を作り出すように各トランスジューサのアレイ内の位置およびシミュレートされた音源の位置に従って、選択される各遅延だけ遅延される複写および遅延手段と、
遅延レプリカを各出力トランスジューサへ送る手段と、を含んでいる。
【０００９】  したがって、効率的に音場を整形する方法および装置が提供される。
【００１０】  本発明の第２の側面はある特定方向の音波をキャンセルできることがしばしば望ましいことがあるという問題に向けられている。この側面はトランスジューサアレイを使用して特定の位置における音波をキャンセルすることに向けられる。
【００１１】  本発明の第２の側面に従って、出力トランスジューサアレイを使用してヌル（ｎｕｌｌ）位置における信号から引き出された音波をキャンセルする方法が提供され、前記方法は、
各出力トランスジューサについて、キャンセルされる信号の遅延レプリカを得るステップであって、遅延レプリカは各トランスジューサのアレイ内の位置およびヌル位置に従って選択される各遅延だけ遅延されるステップと、
前記各遅延レプリカ信号をスケーリングおよび反転するステップと、
スケーリングおよび反転されたレプリカを、前記ヌル位置における音場を少なくとも部分的にキャンセルするように、各出力トランスジューサへ送るステップと、を含んでいる。
【００１２】  さらに、本発明の第２の側面に従って、ヌル位置における音波をキャンセルする装置が提供され、前記装置は、
出力トランスジューサのアレイと、
各出力トランスジューサについて、キャンセルされる信号の遅延レプリカを得る複写および遅延手段であって、遅延レプリカは各トランスジューサのアレイ内の位置およびヌル位置に従って選択される各遅延だけ遅延される複写および遅延手段と、
前記各遅延レプリカ信号をスケーリングおよび反転するスケーラー手段およびインバーター手段と、
スケーリングおよび反転された遅延レプリカを、前記ヌル位置における音場を少なくとも部分的にキャンセルするように、各出力トランスジューサへ送る手段と、を含んでいる。
【００１３】  本発明のこの側面により音波を効率的にキャンセルすることができる。
【００１４】  本発明の第３の側面は従来のステレオまたはサラウンド音響装置が多くの配線および対応するセットアップ時間のあるラウドスピーカユニットを有するという問題に向けられている。したがって、この側面は従来ステレオおよびサラウンド音響システムに付随する配線および個別ラウドスピーカ無しで真のステレオまたはサラウンド音場を作り出すことに関連している。
【００１５】  したがって、本発明の第３の側面は各チャネルを表わす複数の入力信号が空間内の各異なる位置から生じるように見えるようにする方法を提供し、前記方法は、
空間内の前記各位置に音響反射または共振面を設けるステップと、
前記出力トランスジューサアレイを使用して、各チャネルの音波を空間内の各位へ指向させて前記音波が前記反射または共振面により再伝播されるようにするステップと、を含み、
前記指向させるステップは、
各トランスジューサについて、チャネルの音波がそのチャネルに関する空間内の位置へ向けられるように、各出力トランスジューサのアレイ内の位置および空間内の前記各位置に従って選択される各遅延だけ遅延された各入力信号の遅延レプリカを得るステップと、
各トランスジューサについて、各入力信号の各遅延レプリカを合計して出力信号を生じるステップと、
出力信号を各トランスジューサへ送るステップと、を含んでいる。
【００１６】  さらに、本発明の第３の側面に従って、各チャネルを表わす複数の入力信号が空間内の各異なる位置から生じるように見えるようにする装置が提供され、前記装置は、
空間内の前記各位置における音反射または共振面と、
空間内の前記位置から遠い出力トランスジューサのアレイと、
前記出力トランスジューサアレイを使用して、各チャネルの音波を空間内のそのチャネルの各位置へ指向させて前記音波が前記反射または共振面により再伝播されるようにするコントローラと、を含み、
前記コントローラは、
各トランスジューサについて、チャネルの音波がその入力信号に関する空間内の位置へ向けられるように、各出力トランスジューサのアレイ内の位置および空間内の前記各位置に従って選択される各遅延だけ遅延された入力信号の遅延レプリカを得るようにされた複写遅延手段と、
各トランスジューサについて、各入力信号の各遅延レプリカを合計して出力信号を生じる加算器手段と、
チャネル音波がその入力信号に関する空間内の位置へ向けられるように出力信号を各トランスジューサへ送る手段と、を含んでいる。
【００１７】  本発明の第４の側面はある特殊効果を達成できるようにトランスジューサがどこに配置されているかを正確に知ることが有用であるという問題に向けられる。
【００１８】  本発明の第４の側面に従って、出力トランスジューサアレイ付近の入力トランスジューサの位置を検出する方法が提供され、前記方法は、
前記アレイの少なくとも３つの出力トランスジューサから区別できる可聴テスト信号を出力するステップと、
各入力トランスジューサにおいて前記各テスト信号を受信するステップと、
各テスト信号の出力と入力トランスジューサにおけるその受信との間の時間を検出するステップと、
前記検出された時間を使用して三角測量により前記入力トランスジューサの見かけの位置を計算するステップと、を含んでいる。
【００１９】  さらに、本発明の第４の側面に従って、入力トランスジューサアレイ付近に置かれた出力トランスジューサの位置を検出する方法が提供され、前記方法は、
前記出力トランスジューサから可聴テスト信号を出力するステップと、
前記アレイ内の少なくとも３つの入力トランスジューサにおいて前記各テスト信号を受信するステップと、
前記テスト信号の出力と各入力トランスジューサにおけるその受信との間の時間を検出するステップと、
前記検出された時間を使用して三角測量により前記出力トランスジューサの見かけの位置を計算するステップと、を含んでいる。
【００２０】  また、本発明の第４の側面に従って、出力トランスジューサアレイ付近に置かれた入力トランスジューサの位置を検出するように動作する装置が提供され、前記装置は、
出力トランスジューサのアレイと、
入力トランスジューサと、
前記出力トランスジューサのアレイおよび前記入力トランスジューサに接続されたコントローラであって、前記コントローラは区別できる各可聴テスト信号を少なくとも３つの前記出力トランスジューサへ送って各テスト信号の出力と入力トランスジューサにおけるその受信間との時間を検出して前記入力トランスジューサの見かけの位置を三角測量により計算するようにされているコントローラと、を含んでいる。
【００２１】  さらに、本発明の第４の側面に従って、入力トランスジューサアレイ付近に置かれた出力トランスジューサの位置を検出するように動作する装置が提供され、前記装置は、
入力トランスジューサのアレイと、
出力トランスジューサと、
前記入力トランスジューサのアレイおよび前記出力トランスジューサに接続されたコントローラであって、前記コントローラは可聴テスト信号を前記出力トランスジューサへ送って前記テスト信号の出力と少なくとも３つの前記入力トランスジューサにおけるその受信との間の時間を検出して前記入力トランスジューサの見かけの位置を三角測量により計算するようにされているコントローラと、を含んでいる。
【００２２】  したがって、この側面によりラウドスピーカアレイ近くのマイクロホンの位置またはマイクロホンアレイの近くのラウドスピーカの位置を標定することができる。この標定機能は音検出およびヌル位置決め機能と有用に組み合わせることができる。
【００２３】  本発明の第５の側面は入力信号のみの単一周波数帯域について音場を整形することに関連している。
【００２４】  本発明の第５の側面に従って、出力トランスジューサアレイを使用して音波を伝播させる方法が提供され、前記方法は、
入力信号を少なくとも２つの周波数帯域へ分周するステップと、
前記出力トランスジューサアレイの各出力トランスジューサについて、前記第１の入力信号の第１の帯域から引き出された音場が所望するように整形されるように各出力トランスジューサのアレイ内の位置に従って選択される各遅延だけ遅延された入力信号の第１の帯域の遅延レプリカを得るステップと、
各出力トランスジューサについて、入力信号の第２の帯域の遅延レプリカを得るステップと、
前記第１および第２の帯域の各レプリカを合計して各トランスジューサについて各出力信号を作り出すステップと、
前記出力信号を各トランスジューサへ送るステップと、を含んでいる。
【００２５】  さらに、本発明の第５の側面に従って、出力トランスジューサアレイを使用して音波を伝播させる方法が提供され、前記方法は、
入力信号を少なくとも２つの周波数帯域へ分周するステップと、
前記出力トランスジューサアレイの各出力トランスジューサについて、各出力トランスジューサのアレイ内の位置および第１の選択された方向に従って選択される各遅延だけ遅延された入力信号の第１の帯域の遅延レプリカを得るステップと、
前記入力信号の前記第１の帯域の前記遅延レプリカをスケーリングおよび反転するステップと、
各出力トランスジューサについて、入力信号の第２の帯域の遅延レプリカを得るステップと、
前記第１および第２の帯域の各レプリカを合計して各トランスジューサについて各出力信号を作り出すステップと、
前記入力信号の第１の帯域から引き出された音波が特定の方向において少なくとも部分的にキャンセルされるように前記出力信号を各トランスジューサへ送るステップと、を含んでいる。
【００２６】  また、本発明の第５の側面に従って、音波を伝播させる装置が提供され、それは、
出力トランスジューサのアレイと、
入力信号を少なくとも２つの周波数帯域へ分割する分周器手段と、
前記出力トランスジューサアレイの各出力トランスジューサについて、各出力トランスジューサのアレイ内の位置に従って選択される各遅延だけ遅延された入力信号の第１の帯域の遅延レプリカを得る複写遅延手段と、を含み、
前記複写および遅延手段はさらに、各出力トランスジューサについて、入力信号の第２の帯域の遅延レプリカを得るようにされており、さらに、
前記第１および第２の帯域の各遅延レプリカを合計して各トランスジューサについて各出力信号を作り出す加算器手段と、
前記出力信号を各トランスジューサへ送る手段と、を含んでいる。
【００２７】  さらに、本発明の第５の側面に従って、音波を伝播させる装置が提供され、それは、
出力トランスジューサのアレイと、
入力信号を少なくとも２つの周波数帯域へ分割する分周器手段と、
前記出力トランスジューサアレイの各出力トランスジューサについて、各出力トランスジューサのアレイ内の位置および第１の選択された方向に従って選択される各遅延だけ遅延された入力信号の第１の帯域の遅延レプリカを得る複写および遅延手段と、
前記入力信号の前記第１の帯域の前記遅延レプリカをスケーリングおよび反転するスケーラー手段およびインバータ手段と、を含み、
前記複写および遅延手段はさらに、各出力トランスジューサについて、入力信号の第２の帯域のレプリカを得るようにされており、さらに、
前記第１および第２の帯域の各遅延レプリカを合計して各トランスジューサについて各出力信号を作り出す加算器と、
前記入力信号の第１の帯域から引き出された音波が特定の方向において少なくとも部分的にキャンセルされるように前記出力信号を各トランスジューサへ送る手段と、を含んでいる。
【００２８】  過剰に大きいエリアにわたってキャンセルしてしまうことがあるため低周波数については反ビーム（ａｎｔｉ−ｂｅａｍ）を伝播させないことが望ましいため、前記した分周はヌリング（ｎｕｌｌｉｎｇ）若しくは無音化時に特に有用である。
【００２９】  本発明の第６の側面は音波がどこに集束されるかをオペレータが標定するのが困難で、システムのセットアップが困難となることがある問題に向けられている。
【００３０】  本発明の第６の側面に従って、音響の集束位置を示す方法が提供され、前記方法は、
空間内の第１の位置で光線が交差するように個別の光源から第１の光線を第１の方向へ第２の光線を第２の方向へ照射するステップと、
第１の入力信号から引き出された第１の音波を空間内の前記第１の位置に集束させるステップと、を含んでいる。
【００３１】  さらに、本発明の第６の側面に従って、音波がどこへ集束されるかをユーザが選択できるようにする装置が提供され、前記装置は、
第１の入力信号および前記第１の入力信号から引き出される出力音波を受信するようにされた少なくとも一つの出力トランスジューサと、
選択可能な第１の方向に第１の光線を照射する第１の光源と、
選択可能な第２の方向に第２の光線を照射する第２の光源と、
前記出力トランスジューサおよび前記第１および第２の光源に接続されたコントローラであって、前記コントローラはユーザ選択に応答して前記第１および第２の方向を選択しかつ前記少なくとも一つの出力トランスジューサを制御して前記第１の入力信号から引き出された音波が前記光線が交差する空間内の第１の位置に集束されるようにするコントローラと、を含んでいる。
【００３２】  本発明の第６の側面により可視光線を使用して信号がどこに集束されるかを表示することができる。これはシステムをセットアップして所望の効果を達成する時に特に有用である。
【００３３】  本発明の第７の側面は出力トランスジューサへ二つ以上の入力信号が送られる時に信号がクリップするすなわち歪むことがある問題に向けられている。
【００３４】  本発明の第７の側面に従って、第１および第２の信号から発生される少なくとも一つの出力信号を制限する方法が提供され、前記方法は、
前記第１の信号をウィンドウして前記第１の信号の連続サンプルを含む第１のウィンドウ部を作り出すステップと、
前記第１の信号の前記ウィンドウ部内の最大サンプルの大きさを求めるステップと、
前記第２の信号をウィンドウして前記第２の信号の連続サンプルを含む第２のウィンドウ部を作り出すステップと、
前記第２の信号の前記ウィンドウ部内の最大サンプルの大きさを求めるステップと、
前記第１および第２のウィンドウ部からの前記最大サンプルを一緒に合計して第１の制御信号を得るステップと、
前記制御信号の大きさに従って前記第１および第２の信号の大きさを減衰させるステップと、
前記第１および第２の信号から前記少なくとも一つの出力信号を発生するステップと、を含んでいる。
【００３５】  さらに、本発明の第７の側面に従って信号制限装置が提供され、それは、
第１の信号の一連の連続サンプルを格納する第１のバァッファと、
第２の信号の一連の連続サンプルを格納する第２のバァッファと、
各サンプリングクロック周期において各バァッファ内に格納された最大値を求める解析手段と、
制御信号を得るように前記最大値を加算する加算器と、
前記制御信号に従って前記第１および第２の信号の各々をある量だけ減衰させる減衰器と、
前記第１および第２の信号から出力信号を発生する手段と、を含んでいる。
【００３６】  したがって、第７の側面により単純かつ有効な方法で入力信号が適切にスケーリングされていかなるクリッピングすなわち歪も回避される。
【００３７】  本発明の第８の側面はアレイの出力トランスジューサが故障して望ましくないビームステアリング効果を生じる問題に向けられている。したがって、この側面はアレイ内の故障した出力トランスジューサの検出、およびその影響の緩和に関連している。
【００３８】  本発明の第８の側面に従って、出力トランスジューサのアレイ内の故障したトランスジューサを検出する方法が提供され、前記方法は、
テスト信号をアレイの各出力トランスジューサへ送るステップと、
前記出力トランスジューサアレイ付近の入力トランスジューサにおいて得られた信号を解析して各出力トランスジューサが故障しているかどうかを確認するステップと、を含んでいる。
【００３９】  本発明の第９の側面は光線がどこへ向けて進められるかあるいは音がどこから来るように見えるかをオペレータが選択する必要がある問題に向けられる。
【００４０】  本発明の第９の側面に従ってオーディオ信号を再生する方法が提供され、前記方法は、
前記オーディオ信号に関連する情報信号を復号するステップと、
前記復号ステップにおいて復号される情報信号に従って前記オーディオ信号を処理するステップと、
前記処理されたオーディオ信号を再生するステップと、を含んでいる。
【００４１】  また、本発明の第９の側面に従って、
再生中にオーディオ信号を含む音場をどのように整形すべきかを判断するステップと、
前記判断結果に従って前記情報信号を符号化するステップと、
を含む方法が提供される。
【００４２】  さらに、本発明の第９の側面に従ってオーディオ信号を再生する装置が提供され、それは、
オーディオ信号を入力する入力端子と、
情報信号を入力する入力端子と、
情報信号を復号する手段と、
出力トランスジューサアレイの各出力トランスジューサについて、各出力トランスジューサのアレイ内の位置および復号された情報信号に従って選択される各遅延だけ遅延された入力信号の遅延レプリカを得るようにされたレプリケータおよび遅延手段と、
前記情報信号に従って音場が達成されるように各遅延レプリカオーディオ信号を各出力トランスジューサへ送る手段と、を含んでいる。
【００４３】  さらに、本発明の第９の側面に従ってデコーダが提供され、
従来の出力トランスジューサドライバとインターフェイスする手段と、
複数のオーディオ信号および複数の関連する情報信号を受信する手段と、
前記情報信号を復号し前記復号結果を使用して従来の出力トランスジューサにより所望の効果が達成されるように前記オーディオ信号を前記出力トランスジューサドライバへ送る手段と、を含んでいる。
【００４４】  したがって、この側面は音場整形情報が記録されるようにしかつ従来の再生装置とのバックコンパチビリティを許す出力トランスジューサアレイにより再生されるオーディオ信号を格納する有利な方法に関連している。したがって、オペレータは信号が再生される度に音場を整形する（例えば、シネマにおける）必要がない。
【００４５】  本発明の第１０の側面はいくつかの衝突する可能性のある制約が与えられると音場を設計するのが困難となることがある問題に向けられる。したがって、この側面はトランスジューサアレイにより出力される音場の設計に関連している。特に、それは所与の優先順位に従って所望の音響効果を達成するのに適切な遅延量およびフィルタ係数の選択に関連している。
【００４６】  本発明の第１０の側面に従って、出力トランスジューサアレイにより作り出されるのが望ましい音場の設計方法が提供され、前記方法は、
実質的に均一なカバレッジが所望されるエリアを識別するステップと、
特定の周波数帯域内の最小カバレッジが所望されるエリアを識別するステップと、
前記識別を重要度順に優先順位付けするステップと、
第２の優先順位の試みられた達成状態が第１の優先順位の達成状態を損なうことがある量を識別するステップと、
前記出力トランスジューサアレイの各出力トランスジューサについて、指向性音場が得られるように各出力トランスジューサへ送られる入力信号をフィルタリングするのに使用される係数を選択するステップであって、音場は第１の優先順位が実際的な拘束内で達成され第２の優先順位の実際的な達成は第１の優先順位の達成を識別された量しか損なわないステップと、を含んでいる。
【００４７】  一般的に、本発明は好ましくは二次元アレイとして配列された複数の空間分布可聴電気音響トランスジューサ（ＳＥＴ）を含み、その各々が所望の指向性効果を達成するために入力信号を修正してから各ＳＥＴへ供給する入力信号分配器を経て同じデジタル信号入力に接続される全デジタルステアラブル音響フェーズドアレーアンテナ（デジタルフェーズドアレーアンテナ、すなわちＤＰＡＡ）システムに応用される。
【００４８】  これにはさまざまな可能性が本来備わっており、実際に好ましいバージョンは下記の文章から判る。
【００４９】  好ましくはＳＥＴは空間内にランダムに配列されるのではなく、平面または曲面（表面）内に配置される。しかしながら、これらは二つ以上の隣接サブアレイの二次元スタック−前後に並べて配置された二つ以上の接近した間隔の平行平面または曲面とすることもできる。
【００５０】  表面内でアレイを構成するＳＥＴは好ましくは接近した間隔とされ、理想的には全体アンテナアパーチュアを完全に満たす。これは真の円形断面ＳＥＴでは実際的ではないが三角、四角または六角断面ＳＥＴ、または一般的に平面をタイルする任意の断面により達成することができる。ＳＥＴ断面が平面をタイルしない場合には、ＳＥＴの少なくとももう一つの表面が少なくとも一つの他のこのような表面の後ろに搭載され、各後方アレイ内のＳＥＴが前方アレイ内の間隙間へ放射するスタック形状のアレイすなわち−三次元−のアレイを作ることにより満たされたアパーチュアの近い近似を達成することができる。
【００５１】  ＳＥＴは好ましくは類似しており、理想的には同一である。もちろん、それらは可聴−すなわち、オーディオ−装置であり、最も好ましくは恐らく２０Ｈｚ（または、それ以下）から２０ｋＨｚ以上（オーディオ帯域）までの全オーディオ帯域を均一にカバーすることができる。あるいは、異なる可聴能力のＳＥＴが使用されることもあるが所望の全範囲を一緒にカバーする。したがって、多数の異なるＳＥＴを物理的に一緒に分類して個別のＳＥＴが出来なくても異なるＳＥＴのグループがオーディオ帯域をカバーできるように複合ＳＥＴ（ＣＳＥＴ）を形成することができる。さらなるバージョンとして、各々が部分的なオーディオ帯域カバレッジしかできないＳＥＴを分類することはできないが、替わりにＳＥＴ間でアレイが全体としてオーディオ帯域の完全またはほぼ完全なカバレッジを有するのに十分なバリエーションでアレイ全体にわたって分散される。
【００５２】  別の形のＣＳＥＴは、各々が同じ信号により駆動される、いくつかの（典型的には二つの）同一のトランスジューサを含んでいる。それにより、大型ＤＰＡＡの利点の多くを保持しながら必要な信号処理および駆動電子装置の複雑さが低減される。以後ＣＳＥＴの位置が引き合いに出される場合には、この位置は全体としてＣＳＥＴの重心である、すなわち、ＣＳＥＴを構成する個別の全ＳＥＴの重力の中心であることが理解される。
【００５３】  表面内でＳＥＴまたはＣＳＥＴの間隔（以後この二つは単にＳＥＴとして示す）−すなわち、アレイの一般的なレイアウトおよび構造およびその中に個別のトランスジューサが配置される方法−は好ましくは規則正しく、それらの表面周りの分布は望ましくは対称的である。したがって、ＳＥＴは最も好ましくは三角、四角または六角格子の間隔とされる。格子のタイプおよび方位はサイドローブの間隔および方向を制御するように選択することができる。
【００５４】  重要ではないが、各ＳＥＴは好ましくは有効に放射（または受波）することができる全波長において少なくとも半球内に全方向性入出力特性を有する。
【００５５】  各出力ＳＥＴは音響放射装置（例えば、従来のラウドスピーカ）の任意簡便なまたは所望の形をとることができ、好ましくは全てが同じではあるが異なることもできる。ラウドスピーカはピストニック音響放射器（トランスジューサ振動板がピストンにより移動される）として知られるタイプとすることができ、このようなケースでは個別のＳＥＴのピストン放射器の最大半径方向範囲（例えば、円形ＳＥＴに対する有効ピストン径）は好ましくは出来るだけ小さく、理想的にはオーディオ帯域の最高周波数の音響波長以下である（例えば、空中では、２０ｋＨｚ音波はおよそ１７ｍｍの波長を有し、円形ピストニックトランスジューサに対しては、およそ１７ｍｍの最大直径が好ましい）。
【００５６】  アレイの平面内のＳＥＴの各アレイの全体ディメンジョンは、非常に好ましくは、アレイの極放射パターンに著しく影響を及ぼすようにされる最低周波数の空中における音響波長以上に選択される。したがって、周波数を３００Ｈｚまでもの低周波数にビームすなわちステアリングできるようにしたい場合には、ステアリングまたはビーミングが要求される各平面に直角な方向のアレイサイズは少なくとも
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でなければならない（ｃsは音速）。
【００５７】  本発明は完全デジタルステアラブルソニック／可聴音響フェーズドアレーアンテナシステムに応用することができ、実際のトランスジューサはアナログ信号により駆動することができるが、最も好ましくはデジタル電力増幅器により駆動される。典型的なこのようなデジタル電力増幅器はＰＣＭ信号入力、クロック入力（または入力ＰＣＭ信号からクロックを引出す手段）、内部発生されるか入力クロックまたは付加出力クロック入力から引き出される出力クロック、およびデジタル（ＰＣＭ）信号またはアナログ信号（後者のケースでは、このアナログ信号は増幅器出力に対する電力を供給することもできる）とすることができるオプショナル出力レベル入力を内蔵している。デジタル電力増幅器の特徴は、任意のオプショナルアナログ出力フィルタリングの前に、その出力は離散値であってステップ状に連続的であり、出力クロック周期に一致する間隔でしかレベルを変えることができないことである。離散出力値は、供給される場合は、オプショナル出力レベル入力により制御される。ＰＷＭベースデジタル増幅器に対して、入力サンプル周期の任意の整数倍にわたる出力信号の平均値は入力信号を表わす。他のデジタル増幅器に対しては、出力信号の平均値は入力サンプル周期よりも大きい周期にわたる入力信号の平均値へ向かう傾向がある。デジタル電力増幅器の好ましい形式はバイポーラパルス幅変調器、および１ビット２進変調器を含む。
【００５８】  デジタル電力増幅器の使用により、各トランスジューサ駆動チャネルにデジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）および線形電力増幅器を設ける−大概のいわゆる“デジタル”システムで見られる−より一般的な要求条件が回避され、したがって、電力駆動効率を非常に高くすることができる。さらに、大概の可動コイル音響トランスジューサが本来誘導性であり、ローパスフィルタとして極めて効率的に機械的に作用するため、デジタル駆動回路とＳＥＴ間で精巧な電子ローパスフィルタリングを付加することは不要となることがある。すなわち、ＳＥＴはデジタル信号で直接駆動することができる。
【００５９】  ＤＰＡＡは一つ以上のデジタル入力端子（入力）を有する。二つ以上の入力端子が存在する場合には、各入力信号を個別のＳＥＴへ送る手段を設ける必要がある。
【００６０】  それは各入力を一つ以上の入力信号分配器を経て各ＳＥＴに接続することによりなされる。最も基本的には、入力信号は単一分配器へ供給され、それは各ＳＥＴへの個別の出力を有する（後述するように、それが出力する信号は所望の目的を達成するように適切に修正される）。あるいは、いくつかの類似の分配器があり、各々が入力信号またはその一部または個別の入力信号を取り込み、次に、各々が個別の出力を各ＳＥＴへ供給する（後述するように、いずれの場合も、それが出力する信号は所望の目的を達成するように分配器により適切に修正される）。複数の分配器の各々が全ＳＥＴへ供給する−後者のケースでは、各分配器から任意の一つのＳＥＴへの出力は結合しなければならず、それは結果として生じる給電が受けることがあるさらに任意の修正の前に加算器回路により簡便に行われる。
【００６１】  入力端子は好ましくはＤＰＡＡ（入力信号）により処理される音を表わす一つ以上のデジタル信号を受信する。もちろん、放射される音を規定するオリジナル電気信号はアナログ形式とすることができ、したがって、本発明のシステムは各々が補助アナログ入力端子（アナログ入力）と一つの入力との間に接続された一つ以上のアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を含むことができ、これらの外部アナログ電気信号を各々が特定の（かつ適切な）サンプルレートＦSiを有する内部デジタル電気信号へ変換することができる。したがって、ＤＰＡＡ内で、入力を越えて処理された信号はＤＰＡＡにより再生される音響波形を表わす時間サンプル量子化デジタル信号である。
【００６２】  その入力に与えられた信号がＤＰＡＡの他のコンポーネントおよびそこへの入力信号と同期していなければ、入力とＤＰＡＡの残りの内部電子処理システムとの間にデジタル−サンプル−レートコンバータ（ＤＳＲＣ）を設ける必要がある。各ＤＳＲＣからの出力は他の全てのＤＳＲＣと同相かつ同じレートでクロックされ、クロックレートおよび／または位相の異なる入力からの異種の外部信号はＤＰＡＡ内で一緒にされ、同期化され、有意に結合されて一つ以上のコンポジット内部データチャネルとされる。ＤＳＲＣはその入力信号のクロックが他の全てのＤＳＲＣ出力に対するマスタークロックとして使用されるならば一つの“マスター”チャネル上で省くことができる。いくつかの外部入力信号が既に共通外部または内部データタイミングクロックを共用しておれば、このようないくつかの有効な“マスター”チャネルがあることがある。
【００６３】  そのアナログ／デジタル変換プロセスは直接同期に対して内部マスタークロックにより制御することができるため、いかなるアナログ入力チャネルにもＤＳＲＣは不要である。
【００６４】  本発明のＤＰＡＡは所望の指向性効果を達成するために各ＳＥＴへ供給する前に入力信号を修正する分配器を内蔵している。分配器は一入力と多数の出力を有するデジタルデバイスまたは一片のソフトウェアである。ＤＰＡＡの入力信号の一つはその入力へ与えられる。それは好ましくは各ＳＥＴに対する一つの出力を有し、あるいは、一つの出力をいくつかのＳＥＴまたはＣＳＥＴの要素間で共用することができる。分配器は入力信号の一般的に異なる修正バージョンをその各出力へ送る。修正は固定したり、制御システムを使用して調整したりすることができる。分配器により実施される修正は信号遅延を加え、振幅制御を適用しかつ／または調節可能にデジタルフィルタリングすることを含むことができる。これらの修正はそれぞれ分配器内に配置される信号遅延手段（ＳＤＭ）、振幅制御手段（ＡＣＭ）および可調節デジタルフィルタ（ＡＤＦ）により実施することができる。ＡＤＦはフィルタ係数を適切に選択することにより信号に遅延を加えるようにすることができる。さらに、この遅延は入力信号の異なる周波数が異なる量だけ遅延されるような周波数依存性とすることができフィルタは信号の任意数のこのような遅延バージョンの和の効果を作り出すことができる。ここで使用される“遅延している”または“遅延した”という用語はＳＤＭだけでなくＡＤＦにより加えられる遅延のタイプも含んでいると解釈しなければならない。遅延はゼロを含む任意の有用な持続時間とすることができるが、一般的には、少なくとも一つの複写された入力信号が非ゼロ値だけ遅延される。
【００６５】  信号遅延手段（ＳＤＭ）は可変デジタル信号時間遅延要素である。ここでは、これらは単一周波数または狭周波数帯域移相要素ではなく真の時間遅延であるため、ＤＰＡＡは広周波数帯域（例えば、オーディオ帯域）にわたって動作する。所与の入力時間と各ＳＥＴ間の遅延を調節する手段があってもよく、各入力／ＳＥＴ組合せに対して別々の可調節遅延手段があれば有利である。
【００６６】  所与のデジタル信号に対して可能な最小遅延は好ましくはその信号のサンプル周期Ｔs以下であり、所与のデジタル信号に対して可能な最大遅延は好ましくは音がトランスジューサアレイを横方向に最大範囲Ｄmax交差するのに要する時間Ｔc以上に選択しなければならず、ここにＴc＝Ｄmax／ｃsでありｃsは空中の音速である。最も好ましくは、所与のデジタル信号に対して可能な遅延の最小増分変化はその信号のサンプル周期Ｔsよりも大きくてはならない。そうでなければ、信号の補間が必要である。
【００６７】  振幅制御手段（ＡＣＭ）は全体ビーム形状修正用のデジタル制御手段として簡便に実現される。それは出力信号の大きさを増減するための増幅器またはオルタネータを含むことができる。ＳＤＭと同様に、好ましくは各入力／ＳＥＴ組合せに対する可調節ＡＣＭがある。振幅制御手段は好ましくは分配器からの各信号出力に異なる振幅制御を加えてＤＰＡＡが有限サイズである事実に対して相互作用するようにされる。それはガウス曲線や累乗余弦曲線等の予め定められた曲線に従って各出力信号の大きさを正規化することにより簡便に達成される。したがって、一般的に、アレイの中心に近いＳＥＴへ行く出力信号は著しい影響は受けないが、アレイの周辺に近いものはアレイのエッジにどれだけ近いかに従って減衰される。
【００６８】  信号を修正するもう一つの方法はその群遅延およびマグニチュード応答が周波数（単純な時間遅延やレベル変化ではなく）の関数として指定されたように変動するデジタルフィルタ（ＡＤＦ）を使用し−これらのフィルタを実現するのに単純な遅延要素を使用して必要な計算を低減することができる。この方法では周波数の関数としてＤＰＡＡ放射パターンを制御することができ、それによりＤＰＡＡの放射パターンの制御は異なる周波数帯域内で個別に調節することができる（ＤＰＡＡの波長サイズ、したがって、その指向性はそうでなければ周波数の強い関数となるため、それは有用である）。例えば、２ｍ範囲のＤＰＡＡに対してはその低周波数カットオフ（指向性に対する）は１５０Ｈｚ領域付近であり、人間の耳はこのような低周波数において音の指向性を確認するのは困難であるため、このような低周波数では“ビームステアリング”遅延および振幅重み付けは適用せず替わりに最適化された出力レベルを得るように努める方がより有用である。さらに、フィルタの使用により各ＳＥＴの放射パターンの不均一性をある程度補償することができる。
【００６９】  ＳＤＭ遅延、ＡＣＭ利得およびＡＤＦ係数はユーザ入力に応答してまたは自動利得下で固定したり変動させたりすることができる。好ましくは、チャネルが使用される間に必要とされる任意の変化は不連続性が聞かれないように多くの小さな増分内でなされる。これらの増分はどれだけ迅速にパラメータを変化できるかを記述する予め定められた“ロールオフ”および“アタック”レートを規定するように選択することができる。
【００７０】  アレイ内の異なるＳＥＴが異なる固有感度を有する場合には、信号処理パス内のさらに奥でデジタル校正を利用するために生じる分解能の任意の損失を最小限に抑えるために、ＳＥＴ自体および／またはそれらの電力駆動回路に直接関連するアナログ方法を使用してこのような差は除くことが好ましい。この細分は多数の入力−チャネル−信号が一緒に（加算）結合されて個別のＳＥＴへ加えられるシステム内のポイントよりも前に低ビット数高オーバーサンプルレートデジタル符号化が使用される場合に特に有用である。
【００７１】  二つ以上の入力が与えられる−すなわち、１番からＩ番までのＩ入力があり１番からＮ番までのＮのＳＥＴがある場合には、各組合せに対して個別に調節可能な遅延、振幅制御および／またはフィルタ手段Ｄin（ここに、Ｉ入力の各々およびＮのＳＥＴの各々間で、Ｉ＝１からＩ，ｎ＝１からＮ）を個別に設けることが好ましい。したがって、各ＳＥＴに対してＳＥＴに加える前に結合すべき、個別の分配器を経由する各入力から一つずつの、Ｉの遅延すなわちフィルタリングされたデジタル信号がある。一般的に、各分配器内には、各ＳＥＴに対して一つずつの、Ｎの個別のＳＤＭ，ＡＣＭおよび／またはＡＤＦがある。前記したように、デジタル信号のこの結合はＩの個別の遅延信号のデジタル代数加算により簡便に行われる−すなわち、各ＳＥＴへの信号はＩ入力の各々からの個別に修正された信号の線形結合である。クロックレートおよび／または位相の異なる二つ以上のデジタル信号にデジタル加算を実施することは一般的に意味のあることではないので、ＤＳＲＣ（前記参照）が望ましい一つ以上の入力から生じる信号のデジタル加算を実施するのはこの要求条件のためである。
【００７２】  入力デジタル信号は好ましくはオーバーサンプリング−ノイズ−整形−量子化器（ＯＮＳＱ）へ通され、それはそれらのビット幅を低減して音響帯域内の信号ノイズ比（ＳＮＲ）を大部分不変としたままそれらのサンプル−レートを増加する。それを行う主な理由はデジタルトランスジューサ駆動回路（“デジタル増幅器”）が実行可能なクロックレートで動作できるようにするためである。例えば、ドライブがデジタルＰＷＭとして実現される場合には、ＰＷＭ回路への信号ビット幅がｂビットで、そのサンプルレートがｓサンプル／秒であれば、ＰＷＭクロックレートｐは、例えば、ｂ＝１６およびｓ＝４４ｋＨｚに対してはｐ＝２bｓＨｚである必要があり、ｐ＝２．８８ＧＨｚとなり、それは現在の技術レベルでは全く実際的ではない。しかしながら、入力信号が４回オーバーサンプルされてビット幅が８ビットへ低減される場合には、ｐ＝２8ｘ４ｘ４４ｋＨａ＝４５ＭＨｚとなり、それは標準論理すなわちＦＰＧＡ回路で容易に達成することができる。一般的に、ＯＮＳＱの使用により信号ビットレートは増す。与えられた例では、オリジナルビットレートはＲO＝１６ｘ４４０００＝７０４Ｋビット／秒であり、オーバーサンプルビットレートはＲｑ＝８ｘ４４０００ｘ４＝１．４０８Ｍビット／秒である（それは二倍高い）。ＯＮＳＱが入力とデジタル遅延発生器（ＤＤＧ）への入力との間に接続される場合には、ＤＤＧは一般的により高いビットレートに適合させるためにより多くの記憶容量を必要とするが、ＤＤＧが入力ビット幅およびサンプルレートで動作し（したがって、ＤＤＧ内に最小記憶容量しか必要としない）、かつＯＮＳＱがＤＤＧ出力とＳＥＴデジタルドライバとの間に接続される場合には、ＳＥＴ毎に一つのＯＮＳＱが必要となり、ＤＰＡＡの複雑さが増しＳＥＴの数は大きい。後のケースではさらに二つのトレードオフがある。
１．ＤＧＧ回路は信号遅延の十分に細密な制御に対する要求条件を受ける低クロックレートで動作することができる。
２．個別のＯＮＳＱのアレイにより、各々からの量子化ノイズを残りの全てからのノイズと相関されないように設計することができ、ＤＰＡＡの出力において量子化ノイズ成分は非相関的に加算されてＳＥＴの数が二倍になる毎に総量子化ノイズパワーに対する６ｄＢではなく僅か３ｄＢしか増加しない。
これらの考慮によりポストＤＤＧ  ＯＮＳＱ（すなわち、ＯＳＮＱの二段−一つの前置ＤＤＧおよび一つの後置ＤＤＧ）はより魅力的なインプリメンテーション戦略となる。
【００７３】  入力デジタル信号は一つ以上の前置補償器へ有利に通されてＳＥＴの線形および／または非線形応答特性を修正する。多数の入力／分配器を有するＤＰＡＡのケースでは、非線形補償が実施される場合に、それはやはりＤＤＧの後で行われるデジタル加算器における個別のチャネルの結合の後でデジタル信号に対して実施されることが重要であり、その結果各ＳＥＴに対して個別の非線形補償器（ＮＬＣ）が必要となる。しかしながら、一つの入力／分配器しかない線形補償のケースでは、補償器は入力の後のデジタル信号ストリーム内に直接配置することができ、入力当たりせいぜい一つの補償器しか必要としない。このような線形補償器は広い周波数範囲にわたってＳＥＴを振幅および位相応答に対して修正するフィルタとして有用に実現され、このような非線形補償器はＳＥＴモータおよびＳＥＴ移動コンポーネントの著しい偏位が必要とされる一般的に非常に非線形な吊下げコンポーネントの不完全（非線形）動作を修正する。
【００７４】  ＤＰＡＡシステムはある距離（理想的には、ＤＰＡＡの聴取エリア内のどこか）にわたってＤＰＡＡ電子装置と通信し（有線、または無線または赤外または他のワイヤレス技術により）、ＤＰＡＡの全ての主要機能にわたる手動制御を提供する遠隔制御ハンドセットにより使用することができる。このような制御システムは下記の機能を提供するのに最も有用である。
１）  どの入力がどの分配器に接続されるか、どれが“チャネル”とも呼ばれるかの選択。
２）  各チャネルの集束位置および／またはビーム形状の制御。
３）  各チャネルに対する個別のボリュームレベル設定の制御。
４）  組込みマイクロホンを有するハンドセットを使用する初期パラメータセットアップ（後述）。
また、それらの放射パターン、集束および最適化手順を調整するためにこのような二つ以上のＤＰＡＡを相互接続する手段、
遅延（ＤＤＧに対する）およびフィルタ係数（ＡＤＦに対する）のセットを格納し呼び戻す手段、があってもよい。
【００７５】  これから提供される説明および図面は、各々がハードウェアコンポーネントまたは信号処理ステップを表わす、ブロック図を使用して本発明を説明するものである。原理的に、本発明は個別の物理的コンポーネントを各ステップを実施するように組立て、それらを図示するように相互接続して実現される。いくつかのステップは、恐らくはいくつかのステップを一つの回路内で結合する、専用またはプログラマブル集積回路を使用して実現される。実際上、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）または汎用マイクロプロセッサを使用して、いくつかの信号処理ステップをソフトウェアで実施するのが最も簡便と思われる。次に、個別のプロセッサまたはマイクロプロセッサを共用する個別のソフトウェアルーチンによりステップのシーケンスを実施することができ、あるいは単一ルーチンへ結合して効率を改善することができる。
【００７６】  図面は一般的にオーディオ信号パスしか図示しておらず、アイデァを伝えるのに必要でない限りクロックおよび制御接続は省かれている。さらに、現実的に多数の要素が含まれると図面が乱雑となって解釈するのが困難となるため、小数のＳＥＴ、チャネル、および関連回路しか図示されていない。
【００７７】  本発明の側面について説明する前に、各側面のいずれかに従って使用するのに適した装置の実施例について説明するのが有用である。
【００７８】  図１のブロック図は単純なＤＰＡＡを示す。入力信号（１０１）が分配器（１０２）へ供給され、その多くの（図では６）出力の各々がオプショナル増幅器（１０３）を介して出力ＳＥＴ（１０４）に接続されており、それは二次元アレイ（１０５）を形成するようにされている。分配器は各ＳＥＴへ送られる信号を修正して所与の放射パターンを作り出す。分配器の前後に付加処理ステップがあることもあり、それらについては後述する。増幅器部の詳細は図１０に示されている。
【００７９】  図２は前面（２０１）および第２の表面（２０２）を形成するようにされたＳＥＴ（１０４）を示し、裏面上のＳＥＴが前面内のＳＥＴ間の間隙を通って放射するようにされている。
【００８０】  図３はアレイ（３０２）を作るようにされたＣＳＥＴ（３０１）、およびアレイ（３０５）を作るように組み合わされた異なる二種のＳＥＴ（３０３，３０４）を示す。図３ａにおいて、ＣＳＥＴの“位置”はＳＥＴＳ群の重心にあるものと考えられる。
【００８１】  図４は矩形アレイ（４０１）および六角形アレイ（４０２）を形成するＳＥＴ（１０４）の考えられる構成を示す。
【００８２】  図５は２つの入力信号（５０１，５０２）および三つの分配器（５０３−５０５）を有するＤＰＡＡを示す。分配器５０３は信号５０１を処理し、５０４および５０５は入力信号５０２を処理する。各ＳＥＴに対する各分配器からの出力は加算器（５０６）により合計され、増幅器１０３を介してＳＥＴ１０４へ通される。入力部の詳細は図６および図７に示されている。
【００８３】  図６は、例示する目的で、三つのデジタル入力（６０１）および一つのアナログ入力（６０２）を有する入力回路の可能な構成を示す。デジタル受信機およびアナログバッファリング回路は明瞭にするために省かれている。内部マスタークロックソース（６０３）があり、それは各デジタル入力上のＤＳＲＣ（６０４）およびアナログ入力上のＡＤＣ（６０５）へ加えられる。大概の現在のオーディオ伝送フォーマット（例えば、Ｓ／ＰＤＩＦ，  ＡＥＳ／ＥＢＵ），ＤＳＲＣおよびＡＤＣは（ステレオ）チャネル対を一緒に処理する。したがって、入力チャネルを対として処理するのが最も簡便である。
【００８４】  図７は同期していることが知られておりかつそこからＰＬＬまたはクロック回復手段（７０２）を使用してマスタークロックが引き出される二つのデジタル入力（７０１）がある構成を示す。この状況は、例えば、いくつかのチャネルが外部サラウンド音響デコーダから供給される場合に生じる。このクロックは次に残りの入力（６０１）上のＤＳＲＣ（６０４）へ加えられる。
【００８５】  図８は分配器のコンポーネントを示す。それは入力回路から来る単一入力信号（１０１）および、各ＳＥＴまたはＳＥＴ群に対して一つずつの、多数の出力（８０２）を有する。入力から各出力へのパスはＳＤＲ（８０３）および／またはＡＤＦ（８０４）および／またはＡＣＭ（８０５）を含んでいる。各信号パスにおいてなされる修正が同じであれば、分配器は信号を分割する前にグローバルＳＤＭ，ＡＤＦおよび／またはＡＣＭ段（８０６−８０８）を含むことにより一層効率的に実現することができる。各分配器の各部分のパラメータはユーザまたは自動制御により変えることができる。それに必要な制御接続は図示しない。
【００８６】  ある環境、特にコンサートホールおよび円形劇場の環境では、トランスジューサのアレイがオープンバックで作られる場合において（すなわち、トランスジューサの裏側周りに音を通さないキャビネットが配置されない）、実焦点を有するビームが形成される時に、ＤＰＡＡはその放射パターンがフロント−バック対称であるという事実を使用することもできる。例えば、音響反射または散乱表面がＰＤＡＡの“フロント”のこのような実焦点の近くに配置される場合には、このような付加反射または散乱表面はＤＰＡＡの後ろの鏡像実焦点に有利に配置して音をさらに所望するように指向させることができる。特に、ＤＰＡＡがその側面を目標聴衆エリアへ向けて配置され、アレイ前面からの軸ずれビームが特定区画の聴衆、例えば、聴衆席の左側へ向けられる場合には、ＤＰＡＡの裏側からのその鏡像集束ビーム（逆位相）は聴衆席の右側の良く分離された区画の同じ聴衆へ向けられる。このようにして、トランスジューサのフロントおよびレア放射場の両方から有用な音響パワーを引出すことができる。図９はオープンバックＤＰＡＡ（９０１）を使用して左側および右側区画の聴衆（９０２，９０３）へ信号を運び、レア放射を利用する様子を示す。異なる部分の聴衆が反対極性の信号を受信する。このシステムはマイクロホン位置を検出するのに使用され（後述する）、その場合いかなる曖昧さもマイクロホンが受信した信号の極性を調べて解消することができる。
【００８７】  図１０は可能な電力増幅器構成を示す。一つのオプションでは、恐らくは分配器または加算器からの、入力デジタル信号（１００１）はＤＡＣ（１００２）およびオプショナル利得／ボリューム制御入力（１００４）を有する線形電力増幅器（１００３）を通過する。出力はＳＥＴまたはＳＥＴ群（１００５）へ供給される。二つのＳＥＴへの供給を示す好ましい構成では、入力（１００６）はオプショナルグローバルボリューム制御入力（１００８）を有するデジタル増幅器（１００７）へ直接供給する。グローバルボリューム制御入力は出力駆動回路への電源としても働く。離散値デジタル増幅器出力は随意アナログローパスフィルタ（１００９）を通過してからＳＥＴ（１００５）に達する。
【００８８】  図１１は分配器の前、（１１０１）のように、または加算器の後、（１１０２）のように、または両方の位置でＯＮＳＱ段をＤＰＡＡに内蔵できることを示している。他のブロック図と同様に、これはＤＰＡＡアーキテクチュアの一つの苦心策を示しているにすぎない。いくつかの苦心策が同時に使用される場合には、追加処理ステップを任意の順序で挿入することができる。
【００８９】  図１２は線形補償器（１２０１）および／または線形補償器（１２０２）の単一分配器ＤＰＡＡへの内蔵を示す。分配器が遅延を加えるだけでフィルタリングや振幅変化を行わない場合には、この位置で非線形補償しか使用できない。
【００９０】  図１３はマルチ分配器ＤＰＡＡにおける線形および／または非線形補償に対する構成を示す。線形補償１３０１は分配器の前の入力段において再度適用することができるが、各出力は個別に非線形に補償しなければならない１３０２。この構成では分配器が信号のフィルタリングまたは振幅変化を行う場合にも非線形補償を行うことができる。デジタル補償によりいかなる欠点も考慮することができるため、補償器の使用により比較的低廉なトランスジューサを使用して良い結果を得ることができる。複写の前に補償が実施される場合には、入力信号当たり一つの補償器しかいらないという付加利点がある。
【００９１】  図１４は三つのＤＰＡＡ（１４０１）の配線を示す。このケースでは、入力（１４０２）、入力回路（１４０３）および制御システム（１４０４）は三つのＤＰＡＡ全てにより共用される。入力回路および制御システムは個別に収納したりＤＰＡＡの一つに内蔵したりすることができ、他はスレーブとして作用する。あるいは、三つのＤＰＡＡは同一とすることができ、スレーブＤＰＡＡ内の冗長回路は単にイナクティブである。このセットアップによりパワーを増加することができ、アレイが横に並べられる場合には、低周波数における指向性が良好となる。
【００９２】    （本発明の第１の側面）
次に、図１５および図１６Ａ−Ｄに関して本発明の第１の側面を一般的に説明する。第１の側面の装置は図１に示す一般的構造を有する。図１５はこの実施例の分配器（１０２）をさらに詳細に示す。
【００９３】
図１５からお判りのように、入力信号（１０１）は入力端子（１５１４）によりレプリケータ（１５０４）へ送られる。レプリケータ（１５０４）は入力信号を所定回数複写して同じ信号を前記所定数の出力端子（１５１８）へ与える。次に、入力信号の各レプリカはそれを修正する手段（１５０６）へ供給される。一般的に、レプリカを修正する手段（１５０６）は信号遅延手段（１５０８）、振幅制御手段（１５１０）および可調節デジタルフィルタ手段（１５１２）を含む。しかしながら、振幅制御手段（１５１０）は完全にオプショナルである。さらに、信号遅延手段（１５０８）および可調節デジタルフィルタ手段（１５１２）の一方または他方は無しで済ますこともできる。レプリカを修正する手段（１５０６）の最も基本的な機能は異なるレプリカがある意味で一般的に異なる量だけ遅延されるようにすることである。出力トランスジューサ（１０４）が入力信号（１０１）のさまざまな遅延バージョンを出力する時に達成される音場を決定するのは遅延の選択である。遅延され好ましくは別に修正されたレプリカは分配器（１０２）から出力端子（１５１６）を介して出力される。
【００９４】  前記したように、各信号遅延手段（１５０８）および／または可調節デジタルフィルタ手段（１５１２）により実施される各遅延の選択は達成される音場のタイプに決定的な影響を及ぼす。本発明の第１の側面は四つの特に有利な音場およびその線形結合に関連している。
【００９５】    （第１の実施例）
本発明の第１の側面に従った音場が図１６Ａに示されている。
【００９６】  さまざまな出力トランスジューサ（１０４）を含むアレイ（１０５）が平面図に示されている。出力トランスジューサの他の列は、例えば、図４Ａまたは図４Ｂに示す列よりも上または下に配置することができる。
【００９７】  この実施例では、さまざまな信号遅延手段（５０８）により各レプリカに加えられる遅延は同じ値、例えば０（例示された平面アレイの場合）、または表面の形状の関数である値（曲面の場合）に設定される。それにより入力信号（１０１）を表わすほぼ平行な音の“ビーム”を発生し、それはアレイ（１０５）に平行な波面Ｆを有する。一般的には“サイドローブ”もあるが、ビーム方向（波面に垂直）の放射は他の方向よりも著しく強い。アレイ（１０５）は関心のある音響周波数において１または数波長の物理的範囲を有するものと推定される。この事実は必要ならばＡＣＭまたはＡＤＦを調節することによりサイドローブは一般的に減衰または移すことができることを意味する。
【００９８】  この第１の実施例における動作モードは一般的にアレイ（１０５）が非常に大きな従来のラウドスピーカを模倣するものと考えることができる。アレイ（１０５）の個別のトランスジューサ（１０４）は全て同相で作動されてアレイの平面に垂直な主方向を有する対称的ビームを発生する。得られる音場は直径Ｄを有する単一の大型ラウドスピーカが使用された場合に得られるものに非常に似ている。
【００９９】    （第２の実施例）
第１の実施例はより一般的な第２の実施例の特定の例と考えられる。
【０１００】
この実施例では、信号遅延手段（１５０８）または可調節デジタルフィルタ手段（１５１２）により各レプリカに加えられる遅延は、アレイの表面を横切るある選択された方向においてトランスジューサ（１０４）間で体系的に増加するように変動される。これは図１６Ｂに示されている。各出力トランスジューサ（１０４）へ送られる前にさまざまな信号に加えられた遅延はトランスジューサの後ろを延びる点線により図１６Ｂに示すことができる。長い点線は長い遅延時間を表わす。一般的に、点線と実際の遅延時間との間の関係はｄn＝ｔn*ｃとなり、ｄは点線の長さを表わし、ｔは各信号に加えられる遅延量を表わしｃは空中の音速を表わす。
【０１０１】
図１６Ｂからお判りのように、出力トランスジューサに加えられる遅延は図１６Ｂを左から右へ移動するにつれて線形に増加する。したがって、トランスジューサ（１０４ａ）へ送られる信号には実質的に遅延はなくアレイを出る一番目の信号である。トランスジューサ（１０４ｂ）へ送られる信号には小さな遅延が加えられ、この信号はアレイを出る二番目の信号である。トランスジューサ（１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅ等）に加えられる遅延は、隣接するトランスジューサの出力間に固定遅延があるように連続的に増加する。
【０１０２】  このような一連の遅延は、使用された体系的遅延増加量によって決まる量だけビームが曲げられる点を除けば、第１の実施例で発生したものと類似のほぼ平行な音の“ビーム”を発生する。非常に小さな遅延（ｔn＜＜Ｔc，ｎ）に対してはビーム方向はアレイ（１０５）に直交する方向に非常に近く、より大きな遅延（ｍａｘ  ｔn）〜Ｔcに対してはビームは表面にほぼ接するように方向に向けることができる。
【０１０３】  前記したように、各トランスジューサからの音波の同じ時間的部分（音波の同じ情報を表わす部分）が一緒に特定方向に進む波面Ｆを形成するように遅延を選択することにより音波を集束することなく指向させることができる。
【０１０４】  分配器によりアレイのエッジ近くに配置されたＳＥＴへ与えられる信号の振幅を低減することにより（アレイの中央に近いＳＥＴへ与えられる振幅に対して）、放射パターン内のサイドローブのレベル（有限アレイサイズによる）を低減することができる。例えば、ガウスまたは累乗余弦曲線を使用して各ＳＥＴからの信号の振幅を求めることができる。有限アレイサイズの影響に対する調節と外側のＳＥＴの低減された振幅によるパワーの減少との間でトレードオフが達成される。
【０１０５】    （第３の実施例）
信号遅延手段（１５０８）および／または適応デジタルフィルタ手段（１５１２）により加えられる信号遅延が、遅延プラスそのＳＥＴ（１０４）からＤＰＡＡの前の空間内の選定点までの音響進行時間の和が全てのＳＥＴに対して同じ値となる−すなわち、選定点における各出力トランスジューサから音波が同相音として到来する−ように選択される場合には、ＤＰＡＡはその点Ｐに音を集束させるようにすることができる。これは図１６Ｃに示されている。
【０１０６】  図１６Ｃからお判りのように、出力トランスジューサ（１０４ａから１０４ｈ）の各々に加えられる遅延は、線形ではないが、やはり増加する。それにより焦点上に集束する湾曲波面Ｆは焦点およびその周り（音の各スペクトル成分の波長にほぼ等しいディメンジョンの領域内）の音響強度が付近の他の点よりも著しく高くなるようにされる。
【０１０７】  集束する音波を得るのに必要な計算は次のように一般化することができる。
焦点位置ベクトル、
0005306565.tif 000003
第ｎトランスジューサ位置、
0005306565.tif 000004
第ｎトランスジューサに対する走行時間、
0005306565.tif 000005
各トランスジューサに対する所要遅延、ｄn＝ｋ−ｔn
ここに、ｋは全ての遅延が正で信頼できることを保証する定オフセットである。
【０１０８】  焦点の位置は前記したように遅延セットを適切に選択することによりＤＰＡＡの前のほとんどどこででも広範に変動させることができる。
【０１０９】    （第４の実施例）
図１６Ｄは各出力トランスジューサへ送られる信号に加えられる遅延を求めるためにさらにもう一つの原理が使用される第１の側面の第４の実施例を示す。この実施例では、見掛けの音源Ｏを有する音場をシミュレートするためにホイヘンスウェーブレットが呼び出される。これは信号遅延手段（１５０８）または適応デジタルフィルタ（１５１２）により作り出される信号遅延をアレイの後ろの空間内の点から各出力トランスジューサまでの音響進行時間に等しく設定することにより達成される。これらの遅延は図１６Ｄに点線で示されている。
【０１１０】  図１６Ｄからシミュレートされた音源位置に最も近く配置されたこれらの出力トランスジューサは音源位置からさらに遠くに配置されたトランスジューサよりも前に信号を出力することが判る。各トランスジューサから放出される波によりセットアップされる干渉パターンは音場を生成しそれは、アレイの前の近距離音場内の聴取者には、シミュレートされた音源から生じるように見える。
【０１１１】  半球波面が図１６Ｄに示されている。これらの和はシミュレート音源から生じている場合に有する波面と同じ曲率および移動方向を有する波面Ｆを生成する。したがって、真の音場が得られる。遅延を計算する方程式は次のようになり、
ｄn＝ｔn−ｊ
ここに、ｔnは第３の実施例のように定義されｊは任意のオフセットである。
【０１１２】  したがって、本発明の第１の側面に従った方法はレプリケータ（１５０４）を使用して、Ｎの出力トランスジューサの各々について一つずつの、Ｎのレプリカ信号を得るステップを含む。これらの各レプリカが次にアレイ内の各出力トランスジューサの位置および達成すべき効果に従って選択される各遅延だけ遅延される（恐らくフィルタリングにより）。次に、遅延信号が各出力トランスジューサへ送られて適切な音場を生成する。
【０１１３】  分配器（１０２）は好ましくは信号を複写することができ各レプリカに遅延を加えられるように個別の複写および遅延手段を含んでいる。しかしながら、例えば、タップ位置が遅延量を決定するＮタップ付き入力バァッファ等の他の構成も本発明に含まれる。
【０１１４】  説明するシステムは線形であるため特定の出力トランスジューサに対する所要遅延信号を単純に一緒に加算することにより前記した四つの効果のいずれかを結合することができる。同様に、システムの線形性はいくつかの入力の各々を前記したように個別に異なって集束させて、異なる音場（異なる入力における信号を表わす）をＤＰＡＡプロパーから遠隔に確立することができる制御され潜在的に広く分離された領域を生じることができることを意味する。
【０１１５】    （本発明の第２の側面）
本発明の第２の側面は音源を指向またはシミュレートせずに“反音（ａｎｔｉ−ｓｏｕｎｄ）”を指向させて音場内に無音スポットを作り出すことができるＤＰＡＡの使用に関連している。
【０１１６】  第２の側面に従ったこのような方法はラウドスピーカの近くに物理的に配置されたマイクロホンから生じる増幅された信号によりラウドスピーカシステムが駆動される時は常に“ハウリング”すなわち正電気音響帰還に苦しむことがある拡声（ＰＡ）システムにおいて特に有用である。
【０１１７】  この状態において、ラウドスピーカの出力が到達し（しばしばかなり狭い周波数帯域で）、マイクロホンによりピックアップされ、次に増幅されてラウドスピーカへ供給され、そこから再度マイクロホンに到達し．．．受信信号の位相および周波数が本マイクロホン信号の出力と一致する場合には、システムが飽和するまで結合された信号が迅速に蓄積してうるさく不快なホイッスルすなわち“ハウリング”を放出する。
【０１１８】  音響帰還を低減または抑制するための反帰還または反ハウルラウンド（ａｎｔｉ−ｈｏｗｌｒｏｕｎｄ）装置が知られている。それらはいくつかの異なる方法で動作することができる。例えば、それらはハウルラウンドが生じる特定の周波数における−利得−増幅量を低減してこれらの周波数におけるループ利得が１よりも小さくなるようにすることができる。あるいは、それらはこのような周波数における位相を修正してラウドスピーカ出力がマイクロホン信号に加わるのではなくそれをキャンセルするようにすることができる。
【０１１９】  もう一つの可能性はマイクロホンからラウドスピーカへの信号パス内に周波数偏移装置（しばしば僅か２，３ヘルツの周波数偏移を作り出す）を含めて、帰還信号がマイクロホン信号と一致しないようにすることである。
【０１２０】  これらの方法はいずれも完全に満足できるものではなく、本発明の第２の側面はマイクロホン／ラウドスピーカシステムがアレイとして配列された複数の個別のトランスジューサユニットを利用する任意の状況、特に、国際特許ＷＯ９６／３１，０８６の明細書に開示されているような多数のこのようなトランスジューサユニットを利用するラウドスピーカシステムにおいて適切な新しい方法を提案する。より詳細には、本発明の第２の側面は各トランスジューサユニットへ供給される信号の位相および／または振幅が、アレイへの影響により一つ以上の選択された方向（それに沿って実際にかつ有効にマイクロホンが並べられている）または一つ以上の選択されたポイントにおける“感度”レベルが著しく低減されるようにされる。すなわち、本発明の第２の側面は、１実施例において、音をピックアップしてハウリングを生じるマイクロホンがある時は常に、またはある理由から高い音響レベルを指向させることが望ましくない場合は常に指向される出力ヌルをラウドスピーカユニットが発生することを提案する。
【０１２１】  音波はキャンセルされる信号の反転バージョンを特定の位置へ集束すなわち指向させることによりキャンセルすることができる（すなわち、ヌルを発生することができる）。キャンセルされる信号は計算または測定により得ることができる。したがって、本発明の第２の側面の方法は一般的に図１の装置を使用して遅延の適切な選択により与えられる指向性音場を提供する。さまざまなトランスジューサ（１０４）により出力される信号は非反転入力信号から引き出される音場内の信号をキャンセルしょうとする音場信号の反転されスケーリングされたバージョンである。この機構の例が図１７に示されている。ここで、入力信号（１０１）はコントローラ（１７０４）へ入力される。コントローラは、恐らく遅延を加えた後で、入力信号を従来のラウドスピーカ（１７０２）へ送る。ラウドスピーカ（１７０２）は入力信号から引き出される音波を音場（１７０６）へ出力する。ＤＰＡＡ（１０４）はこの音場内のいわゆる“ヌル”位置Ｐに実質的に無音スポットを生じるようにされている。これはラウドスピーカ（１７０２）からの信号によるポイントＰにおける音圧の値を計算して達成される。次に、この信号は本発明の第１の側面に従って説明した正規の音響信号を集束させるのと同様な方法を使用して反転されポイントＰに集束される（図１７参照）。位置Ｐにおける音場の正確なレベルを計算または測定しより正確なキャンセルを達成するように反転された信号をスケーリングすることによりほぼ全部のキャンセリングを達成することができる。
【０１２２】  ヌルポイントで測定されるラウドスピーカのインパルス応答により影響される（部屋の音響にも影響されるが、簡単にするためそれは無視する）点を除けばキャンセルすべき音場内の信号はラウドスピーカ（１７０２）に供給される信号とほぼ正確に同じである。したがって、ヌリングが正確に実施されることを保証するラウドスピーカインパルス応答のモデルを有することが有用である。インパルス応答を考慮する修正が使用されない場合には、事実信号をキャンセルするのではなく強化してしまうことがある（例えば、１８０°移相している場合）。インパルス応答（無限の大きさおよび無限に小さい持続時間を有し、しかも有限面積を有するシャープなインパルスに対するラウドスピーカの応答）は一般的にインパルスが加えられた後の連続時間におけるサンプルにより表わされる一連の値からなっている。これらの値はラウドスピーカ（１７０２）への信号入力に加えてインパルス応答を考慮するように修正された信号を得ることができるＦＩＲフィルタの係数を得るようにスケーリングすることができる。次に、この修正された信号を使用して適切な反音を発することができるようにヌリングポイントにおける音場を計算することができる。ヌリングポイントにおける音場は“キャンセルすべき信号”と呼ばれる。
【０１２３】  前記したＦＩＲフィルタにより信号フロー内に遅延が生じるため、適切な同期を得るために他の何でも遅延させることが有用である。すなわち、ラウドスピーカ（１７０２）への入力信号はＦＩＲフィルタにラウドスピーカ（１７０２）のインパルス応答を使用して音場を計算する時間があるように遅延される。
【０１２４】  インパルス応答はラウドスピーカ（１７０２）へ送られる信号にテスト信号を加えヌリングポイントにおける入力トランスジューサを使用してそれらを測定することにより測定することができる。あるいは、システムのモデルを使用して計算することができる。
【０１２５】  本発明のこの側面のもう一つの実施例が図１８に示されている。ここでは、個別のラウドスピーカ（１７０２）を使用して初期音場を生成する替わりに、ＤＰＡＡがこの目的のためにも使用される。このケースでは、入力信号は複写されて各出力トランスジューサへ送られる。位置Ｐにおける音はＤＰＡＡ出力によるものだけであるため、この位置における音響信号の大きさは極めて容易に計算することができる。これは最初に各出力トランスジューサからヌリングポイントまでの走行時間を計算することにより達成される。ヌリングポイントにおけるインパルス応答は、入力信号が初期音場を生成する時に遅延されフィルタリングされ、さらにヌリングポイントまでの走行時間だけ遅延され１／ｒ2距離効果により減衰される各出力トランスジューサに対する各インパルス応答からなっている。
【０１２６】  厳密に言えば、このインパルス応答は個別のアレイトランスジューサのインパルス応答により畳み込まれなければならない（すなわち、フィルタリングされる）。しかしながら、ヌリング信号はこれらの同じトランスジューサを介して再生され、その段において同じフィルタリングを受ける。ヌリングに対するモデルベースインパルス応答ではなく測定した応答を使用している場合には（後述する）、通常出力トランスジューサのインパルス応答により測定した応答を逆畳込み（ｄｅｃｏｎｖｏｌｖｅ）する必要がある。
【０１２７】  前記した要件を使用して得られたキャンセルすべき信号は反転およびスケーリングするされた後で再度複写される。次に、これらのレプリカは反転信号が位置Ｐに集束されるように遅延される。通常反転（ヌリング）信号はそれがヌルするように設計される音場と同じ時間にヌリングポイントに到達できるように、オリジナル（非反転）入力信号をさらに遅延させる必要がある。各出力トランスジューサに対して、入力信号レプリカおよび各遅延反転入力信号レプリカは互いに加えられてそのトランスジューサに対する出力信号を生成する。
【０１２８】  この効果を達成する装置が図１９に示されている。入力信号（１０１）が第１の分配器（１９０６）およびプロセッサ（１９１０）へ送られる。そこからインバータ（１９０２）へ送られ反転入力信号が第２の分配器（１９０８）へ送られる。第１の分配器（１９０６）において入力信号は遅延無しに、または一定の遅延で、さまざまな加算器（１９０４）へ送られる。あるいは、指向された入力信号を得るために遅延セットを加えることができる。プロセッサ（１９１０）は入力信号を処理して入力信号により確立される（入力信号の任意の指向を考慮して）音場を表わす信号を得る。前記したように、この処理は一般的にさまざまなトランスジューサの既知のインパルス応答、各入力信号レプリカに加えられる既知の遅延時間および各トランスジューサからヌリングポイントまでの既知の走行時間を使用してヌリングポイントにおける音場を求めることを含んでいる。第２の分配器（１９０８）は反転音場信号を複写して遅延させ、遅延レプリカがさまざまな加算器（１９０４）へ送られて第１の分配器からの出力に加えられる。次に、単一出力信号が各出力トランスジューサ（１０４）へ送られる。前記したように、第１の分配器（１９０６）は指向性すなわちシミュレートされた音源音場を供給することができる。これは複数の音波を特定の方向へ向けたい時に有用であるが、得られる音場のある部分は非常に静かである必要がある。
【０１２９】  システムが線形であるため、インバータ（１９０２）において実施される反転は第２の分配器を去る各レプリカに対して実施することができる。そのとき一つのインバータ（１９０２）しか必要としないため、明らかに複写する前に反転ステップを実施するのが有利である。反転ステップはフィルタに内蔵することもできる。さらに、分配器（１９０６）がＡＤＦを内蔵する場合には、初期音場およびヌリングビームに関連するフィルタ係数を合計することにより、初期音場とヌリングビームの両方をそれにより発生することができる。
【０１３０】  関心ある位置における音を測定するのに入力トランスジューサ（例えば、マイクロホン）が使用される場合には、既知の装置により生成されていない音場内にヌルポイントを形成することができる。図２０はこのようなシステムのインプリメンテーションを示す。マイクロホン（２００４）がコントローラ（２００２）に接続され空間内の特定位置における音響レベルを測定するようにされている。コントローラ（２００２）は測定信号を反転させてこの反転信号の遅延レプリカを生成し、反転信号をマイクロホン位置に集束するようにする。これによりマイクロホン位置における音場に関する負帰還ループが生成されマイクロホン位置における無音を保証する。もちろん、マイクロホン（２００４）により検出された実際の音響（例えば、ノイズの多い部屋による）とマイクロホン位置に到達する反転検出信号を表わす音波との間に遅延があることがある。しかしながら、低周波数に対しては、この遅延は許容できる。この影響を考慮するために、ＤＰＡＡの出力トランスジューサ（１０４）により出力される信号は低周波数成分しか含まないようにフィルタリングすることができる。
【０１３１】  前記した実施例は一点に集束される反転された（かつ、恐らくはスケーリングされた）音場信号を使用する“ヌリング”の概念について説明している。しかしながら、より一般的なヌリングは第１の側面の第１および第２の実施例について説明したのと同じ方法を使用して平行ビームを指向させることを含んでいる。
【０１３２】  アレイまたは本発明の利点はさまざまである。その一つは音響エネルギを選択的に指向させないようにして“無音スポット”を作り出し、周囲領域の残りに指向されたエネルギは大部分不変のままとすることができることである（前記したように、それはポジティブビームを形成するように整形することができる）。これはラウドスピーカへ供給される信号が全てまたは一部ラウドスピーカアレイ近くのマイクロホンから引き出される場合に特に有用であり、スピーカアレイからこのようなマイクロホンへ“反ビーム”が指向されると、システムのループ利得がこの方向またはこのポイントだけで低減されハウルラウンドが起こる可能性を低減することができる、すなわち、マイクロホンまたはその近くにヌルまたは部分ヌルが配置される。ステージ上または会議でよく見かけるように多数のマイクロホンがある場合には、多数の反ビームをそのように形成して各マイクロホンに指向させることができる。
【０１３３】  聴取エリアの一つ以上の領域が壁その他の境界からの反射の悪影響を受ける所で、反ビームをこれらの境界へ向けてそこからの任意の反射の悪影響を低減して聴取エリア内の音響の品質を改善する時に第３の利点も見られる。
【０１３４】  利用される音響の波長がアレイの物理的ディメンジョンに比べて極端である所では本発明のスピーカシステムにより問題が起こることがある。したがって、トランスジューサアレイの主要な２Ｄディメンジョンの一方または両方のアレイ範囲が、システムの有用な使用範囲内で所与の周波数（Ｆｃ）よりも下で音の一または少数の波長よりも小さい場合には、これらのディメンジョンのいずれかまたは両方で顕著な指向性を作り出すその能力が幾分または著しく低減される。さらに、関連するディメンジョンに比べて波長が非常に大きい場合には、指向性は本質的にゼロとなる。したがって、アレイはいずれの場合にもＦｃよりも低い周波数では指向性の目的に対して有効ではない。しかしながら、さらに悪いことは反ビームを発生するのに使用されるトランスジューサアレイの不要な副作用により、Ｆｃよりも遥かに低い周波数において、全方向の出力エネルギが無意識に遥かに低減されることがあることであり、それは放射器と見なされるトランスジューサアレイが波長よりも空間的に遥かに分離されていない多数の正相および逆相要素を有し、破壊的干渉を発生しその影響は遠距離場内の全方向ではなくとも多くの方向の放射をキャンセルするほど大きく−それは反ビームの発生において望ましくないためである。
【０１３５】  この特殊なケースに対処するために、トランスジューサアレイへの駆動信号は最初にＦｓよりも低い周波数（ＢａｎｄＬｏｗ）およびＦｓよりも高い周波数（ＢａｎｄＨｉｇｈ）へ分割しなければならず、ＦｓはＦｃの領域内のどこかにある（すなわち、Ｆｓよりも低い周波数の信号の波長に比べてそのサイズが小さいため遠距離場内で破壊的に干渉を開始する所）。次に、ＢａｎｄＨｉｇｈが信号が遅延要素を介して標準的方法によりトランスジューサアレイ要素へ供給され、ＢａｎｄＬｏｗ信号は個別に遅延要素周りに向けられアレイ内の全ての出力トランスジューサへ直接供給される（各トランスジューサにおいてその各ＢａｎｄＨｉｇｈ信号の出力と合計される）。このようにして、Ｆｓよりも低い周波数が全体アレイを横切って同相で要素へ供給されて遠距離場内で破壊的に干渉せず、Ｆｓよりも高い周波数は一つ以上のＳＤＭ群によりビーミングおよび反ビーミングされて遠距離場内に有用なビーミングおよび反ビーミングを発生し、低周波数出力は完全なままとされる。このような分周を使用する本発明の実施例は本発明の第５の側面に関して後述する。
【０１３６】  図２０および図１８の装置はマイクロホン（２００４）において検出される入力信号が一般的にＤＰＡＡのトランスジューサ（１０４）により出力されるが、マイクロホン自体の位置においてこの出力信号のキャンセルが行われるように結合することができる。前記したように、システム利得があるレベルよりも高く設定される場合には、通常ハウルラウンド（正電気音響帰還）の確率がある。しばしばこの制限レベルは十分低くマイクロホンのユーザは適切な感度とするために非常に近づかなければならず、それは問題を生じることがある。しかしながら、マイクロホンの方向にヌルすなわち反ビームを作り出すＤＰＡＡセットにより、この望ましくない影響を著しく低減することができ、システム利得をより高いレベルまで高めてより有用な感度を与えることができる。
【０１３７】    （本発明の第３の側面）
本発明の第３の側面は本発明の第１および第２の側面に関して前記した装置と同様な単一音響放出装置だけを使用してサラウンド音響またはステレオ効果を生成するＤＰＡＡシステムの使用に関連している。特に、本発明の第３の側面は音波が反射または共振表面に衝突して再伝播されるように音響の異なるチャネルを異なる方向に指向させることに関連している。
【０１３８】  本発明の第３の側面はＤＰＡＡが屋外（または、実質的に無響状況を有する任意他の場所）で作動される場合に、観察者は個別の音場を容易に知覚するために音響が集束されている領域の近くへ移動する必要がある問題に向けられている。そうしなければ、観察者は生成されている個別の音場を突き止めるのが困難である。
【０１３９】  音響反射面、あるいは吸収した入射音響エネルギを再放射する音響共振体がこのような集束領域内に配置される場合、それは集束された音響を再放射して効果的に、ＤＰＡＡから離れされ、焦点領域に配置された新しい音源となる。平面反射体が使用される場合には、反射音響は主に特定の方向へ向けられ、拡散反射体が存在する場合には、音は反射体の集束された音響がＤＰＡＡから入射するのと同じ側の焦点領域から離れる全方向に多かれ少なかれ再放射される。したがって、異なる入力信号を表わすいくつかの異なる音響信号が前記したようにＤＰＡＡにより異なる焦点領域に集束され、かつ各焦点領域内にそこから音を再指向させるような反射体または共振器が配置される場合には、ここに記載されている設計の単一ＤＰＡＡを使用して真の多重分離音源音響放射器システムを構成することができる。音を集束させることは重要ではなく、音は本発明の第１の側面の第２の実施例のように指向させることができる。
【０１４０】  多数の硬くかつ／または堅固な反射境界面がある非無響状況（通常の室内環境）において、ＤＰＡＡが多重分離集束ビームについて前記したように作動され−すなわち、異なる入力信号を表わす音響信号が異なる分離された領域内に集束され−、特に、これらの集束領域が一つ以上の反射境界面へ向けられる場合には、観察者は自分の正規の指向性音響知覚力だけで個別の音場を容易に知覚することができ、同時にこれらの領域から観察者に達する反射音（境界からの）によりそれらの各々を空間内の個別の焦点領域において突き止めることができる。
【０１４１】  このようなケースでは、観察者は人工的な心理音響学的要素を音響信号内へ導入するＤＰＡＡには決して依存しない真の分離された音場を知覚することを強調したい。したがって、観察者がＤＰＡＡの近距離音場から十分遠ければ、観察者の位置は真の音響標定にとって比較的重要ではない。このようにして、最もリアルな環境において見つかった自然な境界を使用して、一つの物理的ラウドスピーカ（ＤＰＡＡ）だけでマルチチャネル“サラウンド音響”を達成することができる。
【０１４２】  適切な自然反射境界を欠く環境において同じ効果を作り出す場合、音源が生じて次にこれらの表面にビームを向けるように見えることが望ましい人工的反射または共振面の適切な配置により同様に分離されたマルチソース音場を達成することができる。例えば、大きなコンサートホールや外部環境では光学的に透明なプラスチックまたはガラスパネルを配置して視覚インパクトの少ない音響反射体として使用することができる。これらの領域からの音響の広い分散が望ましい場合には、音響散乱反射体または広帯域共振器を替わりに導入することができる（これはより困難であるが光学的に透明とするのは不可能ではない）。
【０１４３】  図２１は聴取者（２１０３）にマルチソースを提供するための単一ＤＰＡＡおよび多数の反射または共振面（２１０２）の使用を示す。心理音響学的キュー（ｃｕｅ）に依存しないため、聴取エリア全体をとおしてサラウンド音響効果を聴くことができる。
【０１４４】  単なる指向ではなく集束が使用される場合には、焦点のサイズにほぼ等しい直径を有する球形反射体を使用して広い角度にわたって拡散反射を達成することができる。拡散反射効果をさらに強化するために、表面は拡散したい音響周波数の波長程度のの粗さを持たなければないない。
【０１４５】  本発明のこの第３の側面は本発明の第２の側面と共に使用して他方のチャネルの反ビームを所与のチャネルに関連する反射体へ向けられるようにすることができる。ステレオ（２−チャネルシステム〉の例をとると、チャネル１は反射体１へ集束されチャネル２は反射体２へ集束されて反射体２においてチャネル１をヌルしかつ反射体１においてチャネル２をヌルする適切なヌリングが含まれる。これは正しいチャネルが各反射面において相当なエネルギを有することを保証する。
【０１４６】  本発明の第３の側面の大きな利点は前記した全てが単一ＤＰＡＡ装置により達成され、各トランスジューサに対する出力信号が（恐らく修正され反転された）入力信号の遅延されたレプリカの合計から蓄積されるということである。したがって、従来サラウンド音響システムに付随する多くの配線および装置がなくて済む。
【０１４７】    （本発明の第４の側面）
本発明の第４の側面は出力トランスジューサアレイ付近におけるマイクロホンの位置またはマイクロホンアレイ付近におけるラウドスピーカの位置を標定するためのマイクロホン（入力トランスジューサ）およびテスト信号の使用に関連している。
【０１４８】  この側面に従って、ＤＰＡＡからの音響放出を感知することができ、配線またはワイヤレス手段によりＤＰＡＡ制御電子装置に接続される一つ以上のマイクロホンが提供される。ＤＰＡＡは三つ以上の（一般的には全ての）ＳＥＴからマイクロホンまでの信号の伝播時間を測定し三角測量することにより一つ以上のＤＰＡＡ  ＳＥＴに対するマイクロホンの標定を計算できるようにされたシステムを内蔵しており、プログラム材料音響の聴取者知覚と干渉することなくＤＰＡＡの使用中にマイクロホンの動きを追跡する可能性が与えられる。ＤＰＡＡ  ＳＥＴアレイがオープンバックである−すなわち、ダイポールのようにトランスジューサの両側から放射する−場合には、ＤＰＡＡの前後におけるマイクロホン位置の潜在的な曖昧さは受信信号の位相（特に、低周波数における）を調べることにより解消することができる。
【０１４９】  演奏中に空気温度と共に変化し、現場の音響効果やスピーカシステムの性能に影響を及ぼす、音速は付加三角測量点を使用することにより同じプロセスにおいて求めることができる。マイクロホン標定は特定のテストパターンを使用するか（例えば、順次各ＳＥＴへの擬似ランダムノイズシーケンスまたはショートパルスシーケンス、ここで
0005306565.tif 000006
において、パルス長ｔpは所要空間分解能ｒs以下）あるいはＤＰＡＡにより放送されるプログラム材料を有する低レベルテスト信号（聞き取れないように設計することができる）を導入し、次に相互相関によりこれらを検出することにより行うことができる。
【０１５０】  ＳＤＭにより加えられる遅延および／またはＡＤＦのフィルタ係数を変更することにより、一つ以上の特定位置における音場を最適化する（ある所望の感覚で）制御システムをＤＰＡＡに付加することができる。前記したマイクロホンが利用できる場合には、この最適化はセットアップ時−例えば、ＤＰＡＡの動作前使用中−または実際の使用中に行うことができる。後者の場合、ＤＰＡＡを制御するのに使用されるハンドセット内に一つ以上のマイクロホンを埋め込むことができ、この場合制御システムはマイクロホンをリアルタイムでアクティブに追跡してハンドセットの位置、したがって、少なくとも一人の聴取者の推定位置において音響を連続的に最適化するように設計することができる。制御システム内にＤＰＡＡのモデル（最もありそうなのはソフトウェアモデル）とその音響特性、プラス随意現在その中に配置されている環境（すなわち、それが使用されている所、例えば聴取室）のモデルを組み込むことにより、制御システムはこのモデルを使用して任意のユーザ指定位置における音響を最適化して任意の煩わしいサイドローブを低減するためのＤＰＡＡパラメータの所要調節を自動的に推定することができる。
【０１５１】  前記した制御システムは、さらに、一つ以上の特定位置−例えば、ＤＰＡＡに接続されるライブ演奏マイクロホンが配置される位置、または望ましくない反射面があることが知られている位置−における音響レベルを最小限に抑えて、“不感帯”を生成するように調節することができる。このようにして、不要な室内残響を回避できるように、不要ｍｉｃ／ＤＰＡＡ帰還を回避することができる。この可能性は本発明の第２の側面に関して検討されている。
【０１５２】  埋込みテスト信号−すなわち、大部分聴衆には知覚できないように設計され、低レベル擬似ランダムノイズシーケンスにより代表され、プログラム信号上に重畳されるＤＰＡＡ電子装置内に発生された付加信号−を使用することにより、一つ以上のライブ演奏マイクロホンを空間的に追跡することができる（前記マイクロホンとＤＰＡＡトランスジューサ間の遅延パターンの適切な処理により）。次に、このマイクロホン空間情報はマイクロホンが移動される時はいつでも“不感帯”の位置決め等の目的に対して使用することができる（埋込みテスト信号はマイクロホン位置において非ゼロ振幅である必要があることをお判り願いたい）。
【０１５３】  図２２は聴取エリア内の場所を指定するマイクロホンの使用に対して可能な構成を示す。マイクロホン（２２０１）は無線送信機（２２０２）および受信機（２２０３）を介してＤＰＡＡ（１０５）のアナログまたはデジタル入力（２２０４）に接続される。より簡便であればワイヤまたは他のワイヤフリー接続を替わりに使用することができる。大概のＳＥＴ（１０４）は正規動作に使用されるかまたは無音である。少数のＳＥＴ（２２０５）がテスト信号を発し、通常のプログラム信号に加えられるかその代わりとされる。テストＳＥＴとマイクロホン間のパス長（２２０６）はテスト信号とマイクロホン信号の比較により推定され、三角測量によりマイクロホンの位置を推定するのに使用される。受信したテスト信号の信号対ノイズ比が悪ければ、数秒にわたって応答を積分することができる。
【０１５４】  屋外演奏では、風がラウドスピーカシステムの性能に著しいインパクトを与える。音の伝播方向は風により影響される。特に、音の所望の伝播方向に垂直に聴衆を横切って吹く風は音響パワーの多くを現場の外へ送り出してしまい、内部のカバレッジは不十分となる。図２３はこの問題を示す。点線に囲まれたエリア２３０２は風が無い場合のＤＰＡＡ（１０５）の音場形状を示す。風Ｗは音場２３０４が得られるように右から吹き、それは音場２３０２の歪められたバージョンである。
【０１５５】  ＤＰＡＡシステムにより、マイクロホン位置発見信号の伝播は横風により同様に影響を受ける。したがって、マイクロホンＭが聴衆エリアの中央に配置されているが、西から横風が吹いていた場合には、位置発見システムにはマイクロホンが聴衆エリアの西にあるように見える。図２３の例をとると、風Ｗによりテスト信号はＤＰＡＡからマイクロホンまで湾曲パスをとる。これによりシステムはマイクロホンを、真の位置Ｍの西の、位置Ｐに誤標定する。これを考慮するために、アレイウェイの放射パターンは見かけのマイクロホン位置Ｐ周りのカバレッジを最適化し、風を補償し、実際の聴衆エリア内に最適カバレッジを与えるように調節される。ＤＰＡＡ制御システムは演奏中にこれらの調節を自動的に行うことができる。制御システムの安定性を保証するために、緩やかな変化しか行ってはならない。システムのロバストさは聴衆エリア全体にわたって既知の位置で多数のマイクロホンを使用して改善することができる。風が変わる場合であっても、音場は所望の方向に実質的に一定に指向し続けることができる。
【０１５６】  本発明の第３の側面に関して前記したように、ＤＰＡＡから遠隔に見かけの音源を配置したい（音響エネルギビームを適切な反射面上に集束させることにより）場合には、前記したマイクロホンの使用により単純な方法でこの状況をセットアップすることができる。一つのマイクロホンが遠隔音源となる表面の近くに配置され、マイクロホンの位置は前記したＤＰＡＡサブシステムにより正確に決定される。次に、制御システムはマイクロホンの位置において集束すなわち指向されたビーム（一つ以上のユーザ選択入力に接続される）を標定するための最適アレイパラメータを計算する。その後、マイクロホンは除去することができる。次に、個別の遠隔音源が選択位置における表面から音響を発する。
【０１５７】  ある程度の冗長度をシステム内に組み込んでより正確な結果を与えるのが有利である。例えば、テスト信号が各出力トランスジューサから入力トランスジューサまで進行するのに要する時間を一般的にアレイ内の全出力トランスジューサに対して計算して、解くべき変数（三つの空間変数および音速）よりも多くの連立方程式を生じることができる。方程式を適切に解くことにより最低全体誤差を生じる変数に対する値を得ることができる。
【０１５８】  テスト信号は擬似ランダムノイズ信号または非可聴信号を含むことができ、それらはＤＰＡＡ  ＳＥＴにより出力されるかまたはいかなる入力信号成分も出力しないトランスジューサを介して出力される遅延入力信号レプリカへ加えられる。
【０１５９】  本発明の第４の側面に従ったシステムは付近に出力トランスジューサがある入力トランスジューサアレイにより構成されるＤＰＡＡ装置にも応用することができる。出力トランスジューサはアレイ内の各入力トランスジューサにより受信される単一テスト信号しか出力することができない。次に、テスト信号の出力とその受信との間の時間を使用して出力トランスジューサの位置を三角測量しかつ／または音速を計算することができる。
【０１６０】  このシステムにより“入力ヌル”を生成することができる。これらは入力トランスジューサアレイがそれに対して低減された感度を有するエリアである。図２４から２６はこのような入力ヌルがどのようにセットアップされるかを示す。最初に、入力ヌルが配置されるべき位置Ｏが選択される。この位置において、全体として入力トランスジューサ（２４０４）のアレイによりピックアップされないノイズを作ることができる。この入力ヌルを生成する方法は、実際にはさらに多くを使用することができるが、三つの入力トランスジューサ（２４０４ａ，２４０４ｂおよび２４０４ｃ）しかないアレイに関して説明する。
【０１６１】  最初に、位置Ｏに配置された点音源から音が発せられる状況について考える。時間０において音が発せられると、パス長が異なるためそれは最初にトランスジューサ（２４０４ｃ）に達し、次にトランスジューサ（２４０４ｂ）その次にトランスジューサ（２４０４ａ）に達する。説明を容易にするために、パルスが１秒後にトランスジューサ（２４０４ｃ）に達し、１．５秒後にトランスジューサ（２４０４ｂ）に達し２秒後にトランスジューサ（２４０４ａ）に達するものと仮定する（これらは単に例示を容易にするために選択された非現実的に大きな図である）。これは図２５Ａに示されている。これらの受信された入力信号は、次に、アレイの入力感度を実際に位置Ｏ上に集束するように量を変動させることにより遅延される。このケースでは、これはトランスジューサ（２４０４ｂ）において受信された入力を０．５秒遅延させ、トランスジューサ（２４０４ｃ）において受信された入力を１秒遅延させることを含んでいる。図２５Ｂから判るように、この結果全入力信号が時間を揃えるように修正される（遅延を加えることにより）。次に、これらの三つの入力信号は合計されて図２５Ｃに示す出力信号を得る。次に、この出力信号をほぼアレイ内の入力トランスジューサ数で割ることによりその大きさが減少される。このケースでは、これは出力信号を３で割って図２５Ｄに示す出力信号を得ることを含んでいる。図２５Ｂに示す信号を達成するためにさまざまな入力信号に加えられた遅延が、次に、出力信号のレプリカから除去される。したがって、出力信号は各入力信号に加えられた遅延量と同じ量を変動させることにより複写され進められる。そのため、図２５Ｄの出力信号は全く進められず最初のヌリング信号Ｎａを生成することはない。出力信号のもう一つのレプリカは０．５秒進められてヌリング信号Ｎｂを生成し出力信号の第３のレプリカは１秒進められてヌリング信号Ｎｃを生成する。ヌリング信号は図２５Ｅに示されている。
【０１６２】  最終ステップとして、これらのヌリング信号は各入力信号から減じられて一連の修正された入力信号を与える。Ｏ点において生じる音のケースに対して予期するように、本例のヌリング信号は入力信号と全く同じであり実質的にゼロの大きさを有する三つの修正された信号が得られる。したがって、本発明の第４の側面の入力ヌリング方法は入力ヌルが配置されている位置Ｏから発せられる信号をＤＰＡＡに無視させるように働くことが判る。
【０１６３】  Ｏ以外の音場内の位置から生じる信号は、図２４の位置Ｘに配置された音源により入力トランスジューサにおいて得られる信号を本発明の方法がどのように処理するかを考えれば判るように、ゼロに低減されることはない。位置Ｘから生じる音は最初にトランスジューサ（２４０４ａ）に到達し次にトランスジューサ（２４０４ｂ）に最後にトランスジューサ（２４０４ｃ）に到達する。これは図２６Ａに示す音響パルスにより理想化される。入力ヌリング方法に従って、これらの受信信号は感度を位置Ｏ上に集束させる量だけ遅延される。したがって、トランスジューサ（２４０４ａ）における信号は遅延されず、トランスジューサ（２４０４ｂ）における信号は０．５秒遅延されトランスジューサ（２４０４ｃ）における信号は１秒遅延される。これから生じる信号が図２５Ｂに示されている。
【０１６４】  次に、これら三つの信号は一緒に加えられて図２６Ｃに示す出力信号を達成する。次に、この出力信号はその大きさを低減するように適切な入力トランスジューサ数で除される。得られる信号が図２６Ｄに示されている。次に、得られた信号は複写され各レプリカは図２６Ｂに示す信号を達成するために入力信号が遅延された量だけ進められる。得られる三つの信号が図２６Ｅに示されている。次に、これらのヌル信号Ｎａ，ＮｂおよびＮｃはオリジナル信号から減じられて修正された入力信号Ｍａ，ＭｂおよびＭｃを得る。図２６Ｆに示す得られる信号から判るように、入力パルスは修正により無視できる程度しか変化しない。入力パルス自体が元のレベルの２／３へ低減されオリジナルパルスレベルの１／３の他の負パルスはノイズとして加えられている。多くの入力トランスジューサを使用するシステムに対して、パルスレベルは一般的にパルスの（Ｎ−１）／（Ｎ）だけ低減されノイズは一般的にパルスの（１／Ｎ）の大きさを有する。したがって、例えば１００のトランスジューサに対して、音がヌリング位置Ｏから遠い点から来る時は修正の影響は無視できる。次に、２６Ｆの信号を従来のビーム形成に使用してＸからの信号を回復することができる。
【０１６５】  本発明の第４の側面で使用したさまざまなテスト信号はさまざまな入力信号に相関関数を適用することにより区別することができる。検出すべきテスト信号は任意の入力信号により相互相関され、このような相互相関の結果が解析されてテスト信号が入力信号内に存在するかどうかを示す。擬似ランダムノイズ信号はどの信号も群内の任意数の他の信号の一次結合とはならないように互いに独立している。それにより相互相関プロセスが問題とするテスト信号を識別することが保証される。
【０１６６】  テスト信号は望ましくはそれらの非可聴性を最大とするように非フラットなスペクトルを有するように定式化される。これは擬似ランダムノイズ信号をフィルタリングして行われる。最初に、それらは耳が比較的鈍感であるオーディオ帯域の領域内に配置されたパワーを有することがある。例えば、耳は３．５ｋＨｚ付近に最大感度を有し、そのためテスト信号は好ましくはこの周波数付近に最小パワーがある周波数スペクトルを有する。第２に、プログラム信号に従ってテスト信号を適応的に変え、テスト信号パワーの多くをマスクされるスペクトルの一部に置くことによりマスキング効果を使用することができる。
【０１６７】  図２７はＤＰＡＡに内蔵するテスト信号発生および解析のブロック図を示す。テスト信号はブロック（２７０１）において発生および解析される。それは入力として、所望のオーディオ信号によるマスキングにより知覚不能とされるテスト信号を設計するための正規の入力チャネル、およびマイクロホン入力２２０４を有する。ＤＳＲＣおよび／またはＡＤＣ等の通常の入力回路は判り易くするために省かれている。テスト信号は専用ＳＥＴ（２７０３）または共用ＳＥＴ２２０５により発せられる。後者のケースでは、テスト信号はテスト信号挿入ステップ（２７０２）において各ＳＥＴへ供給する信号に内蔵される。
【０１６８】  図２８は二つの可能な信号挿入ステップを示す。プログラム入力信号（２８０１）は分配器または加算器から来る。テスト信号（２８０２）は図２７のブロック２７０１から来る。出力信号（２８０３）はＯＮＳＱ、非線形補償器、または直接増幅器段へ行く。挿入ステップ（２８０４）において、テスト信号はプログラム信号へ加えられる。挿入ステップ（２８０５）において、テスト信号はプログラム信号に取って代わる。制御信号は省かれる。
【０１６９】    （本発明の第５の側面）
第２の側面に関して前記したように、入力信号を二つ以上の周波数帯域へ分割しＤＰＡＡ装置を使用して達成される指向性に関してこれらの周波数帯域に個別に対処することがしばしば有利である。このような技術はビーム指向時だけでなく、特定位置における音をキャンセルしてヌルを生成する時にも有用である。
【０１７０】  図２９は異なる周波数帯域のビームを選択的に放つ一般的装置を示す。
【０１７１】  入力信号１０１は信号スプリッタ／コンバイナ（２９０３）に接続され、したがって、並列チャネル内のローパスフィルタ（２９０１）およびハイパスフィルタ（２９０２）に接続される。ローパスフィルタ（２９０１）は分配器（２９０４）に接続され、それは全ての加算器（２９０５）に接続され、それは次にＤＰＡＡ（１０５）のＮのトランスジューサ（１０４）に接続される。
【０１７２】  ハイパスフィルタ（２９０２）は図２の装置（１０２）と同じ装置（１０２）（一般的に、Ｎの可変振幅可変時間遅延要素を含んでいる）に接続され、それは次に加算器（２９０５）の他方のポートに接続されている。
【０１７３】  このシステムはアレイサイズがこれらの低周波数における波長に比べて小さいことによる低周波数の遠距離音場キャンセル効果を克服するのに使用することができる。したがって、このシステムは異なる周波数を音場の整形に関して異なつて処理することができる。ソース／検出器およびトランスジューサ（２９０４）間を低周波数は全て同じ時間遅延（通常はゼロ）および振幅で通過し、より高い周波数はＮトランスジューサの各々について独立にかつ適切に時間遅延および振幅制御される。これにより低周波数のグローバル遠距離音場ヌリング無しにより高い周波数のアンチビーミングすなわちヌリングを行うことができる。
【０１７４】  本発明の第５の側面に従った方法は可調節デジタルフィルタ（５１２）を使用して実施できることをお判り願いたい。このようなフィルタはフィルタ係数に対する適切な値を選択するだけで異なる周波数に対して異なる遅延を与えることができる。この場合、周波数帯域を個別に分割して各周波数帯域から引き出されるレプリカに異なる遅延を適用する必要がない。単一入力信号のさまざまなレプリカをフィルタリングするだけで適切な効果を達成することができる。
【０１７５】    （本発明の第６の側面）
本発明の第６の側面はＤＰＡＡシステムのユーザが特定のチャネルの音が任意特定の時間にどこに集束されるかを必ずしも容易に標定できないという問題に取り組むものである。この問題は空間内の音が集束されるポイントで交差するようにすることができる二本のステアラブル光線を提供することにより緩和される。光線はオペレータの制御下にあり、ＤＰＰＡコントローラはオペレータが光線を交差させる時は常に音響チャネル集束が行われるようにされている。これは部屋の数学的モデルの生成や他の複雑な計算に依存しない非常にセットアップの容易なシステムを提供する。
【０１７６】  二本の光線が提供される場合、それらは空間内のチャネルの集束領域の中心またはその近くで交差するようにＤＰＡＡ電子装置により自動的にステアリングされ、再度たくさんの有用なセットアップ帰還情報をオペレータに提供する。
【０１７７】  二本の光線の色を異ならせることは有用であり、重複領域では第３のの色が知覚されるように異なる原色、例えば、赤および緑が最善である。
【０１７８】  どのチャネルセッティングが光線の位置を制御するかを選択する手段も設けなければならず、これらは全てハンドセットから制御することができる。
【０１７９】  三本以上の光線が提供される場合には、ステアラブル光線対の空間内の交差位置により多数のチャネルの集束領域を同時に際立たせることができる。
【０１８０】  小さなレーザビーム、特に、固体ダイオードレーザは有用なコリメート光源を提供する。
【０１８１】  ステアリングはガルボ（ｇａｌｖｏ）やモータにより、あるいは英国特許出願第０００３，１３６．９号の明細書に記載されているようなＷＨＥＲＭ機構により駆動される小型ステアラブルミラーを介して容易に達成することができる。
【０１８２】  図３０はＤＰＡＡ上のプロジェクタ（３００１，３００２）から発せられて焦点（３００５）を示すステアラブル光線（３００３，３００４）の使用を示す。プロジェクタ（３００１）が赤色光を発しプロジェクタ（３００２）が緑色光を発する場合、焦点では黄色光線が見える。
【０１８３】    （本発明の第７の側面）
ＤＰＡＡ内の多数の光源が同時に使用される場合には、クリッピングや歪を回避するために、ＳＥＴに与えられた合計された信号のどれもがＳＥＴピストンまたは合計器、デジタル増幅器、ＯＮＳＱまたは線形または非線形補償器のフルスケールデジタルレベル（ＦＳＤＬ）の最大偏位を越えないことを保証することが重要となることがある。これはＩピーク信号の各々をスケールダウンまたはピーク制限してどのピークもフルスケールレベルの１／Ｉを越えないようにすることにより回りくどくなく達成することができる。この方法は入力信号がＦＳＤＬにおいて一緒にピーとなる最悪のケースに対処はするが、単一入力に利用できる出力パワーを厳しく制限する。大概のケースでは時折の瞬間（映画サウンドトラックの爆音等）を除けばこれは起こりそうもない。したがって、より高いレベルが使用されこのような同時ピーク中だけピーク制限を使用して過負荷が回避されれば、デジタルシステムのダイナミックレンジをより良く使用することができる。
【０１８４】  デジタルピーリミッターは必要に応じて入力信号デジタルオーディオ信号をスケールダウンして出力信号が指定された最大レベルを超えるのを防止するシステムである。それは入力信号から制御信号を引出し、それをサブサンプリングして所用の計算を低減することができる。制御信号は平滑されて出力信号の不連続性を防止する。利得がピーク（アタック時定数）の前に低減され後で正規に戻される（リリース時定数）レートはリミッターの可聴効果を最小限に抑えるように選択される。それらはユーザの制御下で工場プリセットされるか、または入力信号の特性に従って自動的に調節される。少量のレーテンシが許容できる場合には、制限アクションのアタックフェーズが突然のピークを予想できるように、制御信号を“ルックアヘッド”することができる（制御信号は遅延させずに入力信号を遅延させて）。
【０１８５】  各ＳＥＴが異なる相対遅延を有する入力信号の和を受信するため、入力信号の和からピーリミッター用制御信号を引出すことは十分単純なことではなく、それは一つの和内で一致しないピークが一つ以上のＳＥＴへ与えられる遅延和においてもそうすることがあるためである。各合計信号に独立したピーリミッターが使用される場合、あるＳＥＴが制限され他は制限されなければ、アレイの放射パターンが影響を受ける。
【０１８６】  この影響は全てが同量の利得低減を加えるようにリミッターを連結して回避することができる。しかしながら、一般的にそうであるが、Ｎが大きいとこれは実現するのが複雑であり合計点における過負荷を防止しない。
【０１８７】  本発明の第７の側面に従った別の方法はマルチチャネルマルチフェーズリミッター（ＭＭＬ）であり、その線図が図３１に示されている。この装置は入力信号に作用する。それは現在ＳＤＭにより実現される遅延範囲にわたるタイムウィンドウ内の各入力信号のピークレベルを見つけ、次に、これらのＩピークレベルを合計してその制御信号を作り出す。制御信号がＦＳＤＬを越えなければ、個別のＳＥＴへ与えられたどの遅延和もできず、制限作用は不要である。越える場合には、入力信号はレベルをＦＳＤＬへ下げるように制限しなければならない。アタックおよびリリース時定数およびルックアヘッド量はユーザの制御下としたり応用に従って工場プリセットとすることができる。
【０１８８】  ＯＮＳＱと共に使用される場合、ＭＭＬはオーバーサンプラーの前または後で作用することができる。
【０１８９】  オーバーサンプリングの前に入力信号から制御信号を引出し、次に、オーバーサンプルされた信号に制限作用を適用することによりより低いレーテンシを達成することができ、帯域幅が制限されているため、より低次のより低い郡遅延アンチイメージングフィルタを制御信号に使用することができる。
【０１９０】  任意数のチャネル（入力信号）に対して外挿することができるが、図３１はＭＭＬの２−チャネルインプリメンテーションを示す。入力信号（３１０１）は入力回路または線形補償器から来る。出力信号（３１１１）は分配器へ行く。各遅延ユニット（３１０２）はバァッファを含みその入力信号のいくつかのサンプルを格納し、そのバァッファ内に含まれた最大絶対値を（３１０３）として出力する。バァッファの長さは図示せぬ制御信号により分配器内に実現される遅延範囲を追跡するように変えることができる。加算器（３１０４）は各チャネルからのこれらの最大値を合計（ｓｕｍｓ）する。その出力は応答整形器（３１０５）により指定されたアタックおよびリリースレートを有するより滑らかに変動する利得制御信号へ変換される。分配器（３１１１）へ送られる前に、段（３１１０）において入力信号はそれぞれ利得制御信号に従って減衰される。好ましくは、信号は利得制御信号に比例して減衰される。
【０１９１】  利得変化がピークを予想できるようにするために、チャネル信号パスに遅延（３１０９）を内蔵することができる。
【０１９２】  オーバーサンプリングが内蔵される場合には、それはＭＭＬ内に配置することができアップサンプリング段（３１０６）にアンチイメージフィルタ（３１０７−３１０８）が続く。高品質アンチイメージフィルタは通過帯域内に著しい群遅延を有することがある。３１０８に対する群遅延の少ないフィルタ設計を使用して遅延３１０９を低減または解消することができる。
【０１９３】  分配器はグローバルＡＤＦ（８０７）を内蔵しており、ＭＭＬは信号パス内のそれらの後に最も有用に内蔵され、分配器を個別のグローバルかつパーＳＥＴ段へ分割する。
【０１９４】  したがって、本発明の第７の側面により構造が単純で、クリッピングおよび歪を有効に防止し所用の放射形状を維持する制限装置が得られる。
【０１９５】    （本発明の第８の側面）
本発明の第８の側面はアレイ内の故障したトランスジューサを検出し、その影響を緩和する方法に関連している。
【０１９６】  第８の側面に従った方法は、トランスジューサが故障しているかを確認するために、テスト信号がアレイの各出力トランスジューサへ送られ近くに配置された入力トランスジューサにより受信される（またはされない）ことが必要である。互いに区別できるかぎり、テスト信号は各トランスジューサから順次または同時に出力することができる。テスト信号は一般的に前記した本発明の第４の側面に関連して使用されるものと同じである。
【０１９７】  故障検出ステップは初めにシステムをセットアップする前、例えば、“音響チェック”中に実施することができ、あるいはテスト信号が非可聴すなわち目立たないことを保証することによりシステムの使用中常に実施することができる。これはテスト信号が低振幅の擬似ランダムノイズ信号を含むことにより達成される。それらはトランスジューサ群により一時に送ることができ、これらの群は結局全トランスジューサがテスト信号を送るように変化し、あるいはそれらは実質的に常に全トランスジューサにより送ることができ、ＤＰＡＡから出力したい信号へ加えられる。
【０１９８】  トランスジューサ故障が検出されると、しばしば予測できない出力を回避するためにトランスジューサを無音とすることが望ましい。さらに、故障したトランスジューサの影響を緩和するために無音とされたトランスジューサに隣接するトランスジューサの出力の振幅を低減することが望ましい。この修正は無音とされたトランスジューサの近くに配置された一群の作動中のトランスジューサの振幅を制御するように拡張することができる。
【０１９９】    （本発明の第９の側面）
第９の側面は一つまたは複数の個別の方向に送信されるようにオーディオ出力信号をステアリングするＤＰＡＡ等の再生装置において受信されるオーディオ信号を再生する方向に関連している。
【０２００】  一般的に、ＤＰＡＡに対しては、各トランスジューサにおいて観察される遅延量はオーディオ信号が向けられる方向を決定する。したがって、このようなシステムのオペレータは信号を特定の方向へ向けるように装置をプログラムする必要がある。所望の方向が変化すれば、装置を再プログラムする必要がある。
【０２０１】  本発明の第９の側面は出力オーディオ信号を自動的に指向させることができる方法および装置を提供することにより前記した問題を緩和することができる。
【０２０２】  これはオーディオ信号に関連する情報信号を提供するとにより達成することができ、情報信号は任意特定の時間に音場をどのように整形すべきかについての情報を含んでいる。したがって、オーディオ信号が再生される度に、関連する情報信号が復号され音場を整形するのに使用される。これによりオペレータはオーディオ信号がどこへ向けられなければならないかをプログラムする必要がなくなり、オーディオ信号の再生中にオーディオ信号ステアリング方向を所望により変えることができる。
【０２０３】  本発明の第９の側面は一つまたはいくつかのオーディオチャネルを再生することができる音響再生システムであり、これらのチャネルのいくつかまたは全てが時間変化ステアリング情報の関連ストリーム、およびいくつかのラウドスピーカ給電を有する。ステアリング情報の各ストリームは関連するオーディオチャネルからの信号がラウドスピーカ給電間にどのように分配されるかを制御するために復号システムにより使用される。ラウドスピーカ給電数は典型的に録音されたオーディオチャネル数よりも著しく大きく使用されるオーディオチャネル数はプログラムの途中で変化することがある。
【０２０４】  第９の側面は主として音をいくつかの方向中の一つの方向へ向けることができる再生システムに応用される。これは複数の方法で行うことができる。
・  多くの独立したラウドスピーカを聴衆席周りに分散させ所望の方向に最も近いラウドスピーカ、または最も近いいくつかのラウドスピーカ、へ単純にオーディオ信号を送ることにより指向性を得ることができ、各信号のレベルおよび時間遅延はスピーカ間の所望のポイントにおいてより正確な標定を行うように設定される。
・  機械的に制御可能なラウドスピーカを使用することができる。この方法は音のビームを投射するための従来のトランスジューサ周りのパラボラディッシュまたは超音波搬送波の使用を含むことができる。指向性は音のビームを機械的に回転させたり他に指向させて達成することができる。
・  好ましくは、多数のラウドスピーカが（好ましくは、２Ｄの）フェーズドアレーに配列される。他の側面に関して前記したように、各ラウドスピーカには独立した給電が提供され各給電は音のビームがアレイから投射されるように制御されるその利得、遅延およびフィルタリングを有することができる。このシステムは特定のポイントへビームを投射したり音がアレイの後ろのポイントから来るように見えるようにすることができる。音のビームはそれを聴衆席の壁上に集束させることによりそこから来るように見えるようにすることができる。
【０２０５】  前記した実施例に従って、大概のラウドスピーカ給電はラウドスピーカの大きな二次元アレイを駆動してフェーズドアレーを形成する。聴衆席の周りには独立した、個別のラウドスピーカおよびさらにフェーズドアレーがあることもある。
【０２０６】  第９の側面は実際のオーディオ信号自体を有する関連する音場整形情報を含み、整形情報はオーディオ信号がどのように指向されるかを指示するのに使用することができる。整形情報はその上にビームを集束させたいまたはそこで音源をシミュレートしたい一つ以上の物理的位置を含むことができる。
【０２０７】  ステアリング情報はオーディオ信号の各レプリカへ与えられる実際の遅延からなることができる。しかしながら、この方法によりたくさんの情報からなるステアリング信号となってしまうことがある。
【０２０８】  ステアリング情報は好ましくはオーディオチャネルとして同じデータストリーム内へ多重化される。既存の標準の単純な拡張を介して、それらをＭＰＥＧストリーム内へ結合しＤＶＤ，ＤＶＢ，ＤＡＢまたは任意の将来のトランスポートレイヤにより送り出すことができる。さらに、シネマ内に既に存在する従来のデジタル音響システムを拡張して本発明のコンポジット信号を使用することができる。
【０２０９】  各ラウドスピーカに対する利得、遅延およびフィルタ係数からなるステアリング情報を使用する替わりに、音がどこへ集束されるかまたはどこから来ているように見えるかを単純に記述することができる。聴衆席内に設置する間、復号システムは各ラウドスピーカ給電により駆動されるラウドスピーカの位置および聴取エリアの形状がプログラムされる、またはひとりでに決定される。それは各チャネルがステアリング情報により記述される位置から来るようにするのに必要な利得、遅延およびフィルタ係数を引出すためにこの情報を使用する。ステアリング情報を格納するこの方法により同じレコーディングを異なるスピーカおよびアレイ構成で異なるサイズの空間内で使用することができる。また、格納または送信されるステアリング情報の量が著しく低減される。
【０２１０】  オーディオ−ビジュアルシネマ応用では、アレイは典型的にスクリーン（音響透明材料製）の後ろに配置され、スクリーンサイズのほんの僅かにすぎない。このような大きなアレイの使用により音響のチャネルは投射されたイメージ内の対象の位置に対応するスクリーンの後ろの任意のポイントから来るように見えるようにすることができる。スクリーン高さおよび幅の単位を使用してステアリング情報を符号化し、復号システムにスクリーンの位置を知らせることにより、見かけの音源がイメージ内の同じ場所に留まる間に同じステアリング情報を異なるサイズスクリーンを有するのシネマ内で使用することができる。このシステムは個別の（非アレイ）ラウドスピーカまたは追加アレイにより増大することができる。天井にアレイを置くと特に便利である。
【０２１１】  図３２は本発明を実施する装置を示す。情報信号により多重化されたオーディオ信号がデマルチプレクサ３２０７の端子３２０１へ入力される。デマルチプレクサ３２０７はオーディオ信号および情報信号を個別に出力する。オーディオ信号は復号装置３２０８の入力端子３２０２へ送られ情報信号は復号装置３２０８の端子３２０３へ送られる。複写装置３２０４は入力端子３２０２のオーディオ信号入力をいくつかの同じレプリカへ複写する（ここでは、四つのレプリカが使用されるが、任意の数が可能である）。したがって、複写装置３２０４は各々が入力端子３２０２に与えられた信号と同じである四つの信号を出力する。情報信号は端子３２０３からコントローラ３２０９へ送られ、それは各遅延要素３２１０の各複写信号へ加えられる遅延量を制御することができる。次に、遅延され複写された各オーディオ信号が出力端子３２０５を介して個別のトランスジューサ３２０６へ送られ指向性音響出力を与える。
【０２１２】  端子３２０３における情報信号入力を含む情報は、出力オーディオ信号を情報信号に従って聴衆席周りに指向できるように、時間と共に連続的に変化させることができる。これはオペレータがオーディオ信号出力方向を連続的に監視して必要な調節を行う必要性が起こらないようにする。
【０２１３】  端子３２０３へ入力される情報信号は各トランスジューサ３２０６へ入力される信号へ加えるべき遅延値を含むことができる。しかしながら、情報信号内に格納される情報は替わりにデコーダ３２０９内で適切な遅延セットへ復号される物理的位置情報を含むことができる。これは聴衆席内の物理的位置に遅延セットをマッピングしてその位置への指向性を達成するルックアップテーブルを使用して達成することができる。好ましくは、本発明の第１の側面の記述において与えられたような数学アルゴリズムが使用され物理的位置を遅延値セットへ変換する。
【０２１４】  本発明の第９の側面はステアリング情報を使用して従来のステレオ音響またはサラウンド音響を提供できるように従来のオーディオ再生装置と一緒に使用できるデコーダも含んでいる。ヘッドホーンプレゼンテーションに対しては、ヘッド関連伝達関数を使用してレコーディングの両耳表現を合成し聴取者周りの見かけの音源を位置決めするためにステアリング情報を使用することができる。このデコーダを使用して、記録された信号はオーディオチャネルを含み関連するステアリング情報は、例えば、フェーズドアレーを利用できないため所望ならば従来の方法で再生することができる。
【０２１５】  この明細書において、“聴衆席”が引き合いに出された。しかしながら、前記した技術は大きな公共空間だけでなくホームシネマおよび音楽再生を含む多数の応用に適用することができる。
【０２１６】  前記した説明はアレイ内の全トランスジューサを介して再生される単一オーディオ入力を使用するシステムに関連している。しかしながら、本システムは各入力を個別に処理して各入力に対する一組の遅延係数を計算し（その入力に関連する情報入力に基づいて）各トランスジューサに対して得られた遅延オーディオ入力を合計することにより多数のオーディオ入力の再生に拡張することができる（やはり、全トランスジューサを使用して）。これはシステムの線形性により可能である。これにより同じトランスジューサを使用して個別のオーディオ入力を異なる方法で指向させることができる。したがって、演奏全体をとおして自動的に変化する特定の方向に指向性を有するように多くのオーディオ入力を制御することができる。
【０２１７】    （本発明の第１０の側面）
本発明の第１０の側面はＤＰＡＡにより出力される音場を設計する方法に関連する。
【０２１８】  ユーザが放射パターンを指定したい場合には、ＡＤＦの使用により制約された最適化手順に多くの自由度が許される。ユーザはターゲット、典型的にはカバレッジができるだけ均一でなければならない現場のエリアを指定し、あるいはカバレッジを最小限に抑えなければならない他の領域さらにはカバレッジが問題にならない領域を、恐らくは特定の頻度で、距離と共に体系的に変動させなければならない。領域はマイクロホンまたは他の位置決めシステムの使用により、手動ユーザ入力、またはアーキテクチュアや音響モデル化システムからのデータセットを使用して指定することができる。ターゲットは優先順位によりランク付けすることができる。最適化手順はＤＰＡＡ自体内で実施することができその場合、前記したように、風の変動に応答してあるいは外部コンピュータを使用する個別ステップとして適応させることができる。一般的に、最適化はＡＤＦに対して適切な係数を選択して所望の効果を得ることを含んでいる。これは、例えば、本発明の第１の側面において前記したように単一遅延セットと等価のフィルタ係数で開始し、得られる放射パターンをシミュレーションにより計算して行うことができる。次に、さらに正負ビーム（異なる、適切な遅延を有する）を反復して加え、それらの対応するフィルタ係数を既存セットへ加えるだけで、放射パターンを改善することができる。
【０２１９】    （さらに好ましい特徴）
放射パターンおよび各入力に関連する信号の焦点を、これらの入力におけるプログラムデジタル信号の値に応答して、調節する手段を提供することもでき、このような方法はその入力だけから再生される大きな音がある時にこれらの信号の焦点をしばらく外へ移すことによりステレオ信号およびサラウンド音響効果を誇張するのに使用することができる。したがって、実際の入力信号自体に従ってステアリングを達成することができる。
【０２２０】  一般的に、焦点が移される時は各レプリカに加えられる遅延を変化させる必要があり、それは適切ならばサンプルの複製またはスキップを含む。例えば、多数のサンプルが一時にスキップされる場合に生じるいかなる可聴クリックも回避するように、好ましくは、これは徐々に行われる。
【０２２１】  本発明の技術の実際的な応用は下記の事柄を含む。
家庭娯楽に対しては、多数の真の音源を聴取室内の異なる位置へ投射する能力により、多数の個別の有線ラウドスピーカのクラッター、複雑さおよび配線問題無しにマルチチャネルサラウンド音響を再生することができる。
拡声およびコンサート音響システムに対しては、ＤＰＡＡの放射パターンを三次元内で適応させる能力、および多数の同時ビームにより、
ＤＰＡＡの物理的方位は非常に重要ではなく繰り返し調節する必要がないため、より高速のセットアップ、
典型的には各々が適切なホーン付きの専用スピーカを必要とする多様な放射パターンを一種のスピーカ（ＤＰＡＡ）で達成できるため、より少ないラウドスピーカ在庫、
反射面に到達する音響エネルギを低減することができ、したがって、フィルタおよび遅延係数を調節するだけで支配的エコーを低減するため、より良い了解度、および、
ＤＰＡＡ入力に接続されたライブマイクロホンに到達するエネルギを低減するようにＤＰＡＡ放射パターンを設計できるため、不要音響帰還のより良い制御、が許され、
群集制御および軍事活動に対しては、ＤＰＡＡビームの集束およびステアリングにより（かさばるラウドスピーカおよび／またはホーンを物理的に移動させる必要がなく）容易かつ迅速に再位置決めすることができ、かつ光源追跡手段により容易にターゲット上へ指向される非常に強い音場を遠方領域内に発生し、かつ非侵襲性の強力な音響武器を提供する能力、大きなアレイが使用されるあるいは調整された個別のＤＰＡＡパネル群が広い間隔である場合には、音場はＤＰＡＡ  ＳＥＴ近くよりも焦点領域内で遥かに強くすることができる（全体アレイディメンジョンが十分大きければ、可聴帯域の低端であっても）。
【図面の簡単な説明】
【図１】  単純な単一入力装置の表現を示す図である。
【図２Ａ】  トランスジューサの多表面アレイの正面および斜視図である。
【図２Ｂ】  トランスジューサの多表面アレイの正面および斜視図である。
【図３Ａ】  可能なＣＳＥＴ構成の正面図および他種のＳＥＴからなるアレイの正面図である。
【図３Ｂ】  可能なＣＳＥＴ構成の正面図および他種のＳＥＴからなるアレイの正面図である。
【図４Ａ】  ＳＥＴの矩形および六角形アレイの正面図である。
【図４Ｂ】  ＳＥＴの矩形および六角形アレイの正面図である。
【図５】  多入力装置のブロック図である。
【図６】  それ自体のマスタークロックを有する入力段のブロック図である。
【図７】  外部クロックを回復する入力段のブロック図である。
【図８】  汎用分配器のブロック図である。
【図９】  音を体系的に聴取者へ向けるように動作する出力トランスジューサのオープンバックアレイを示す図である。
【図１０】  本発明の好ましい実施例で使用される線形増幅器およびデジタル増幅器のブロック図である。
【図１１】  図５に示すのと同じ装置内にＯＮＳＱ段を内蔵することができるポイントを示すブロック図である。
【図１２】  図１に示すのと同じ装置内のどこに線形および非線形補償を内蔵することができるかを示すブロック図である。
【図１３】  多入力装置装置内のどこに非線形補償を内蔵することができるかを示すブロック図である。
【図１４】  共通制御および入力段を有するいくつかのアレイの相互接続を示す図である。
【図１５】  本発明の第１の側面に従った分配器である。
【図１６Ａ】  本発明の第１の側面の装置を使用して達成することができる四種の音場を示す図である。
【図１６Ｂ】  本発明の第１の側面の装置を使用して達成することができる四種の音場を示す図である。
【図１６Ｃ】  本発明の第１の側面の装置を使用して達成することができる四種の音場を示す図である。
【図１６Ｄ】  本発明の第１の側面の装置を使用して達成することができる四種の音場を示す図である。
【図１７】  ラウドスピーカによる信号出力を選択的にヌリングする装置を示す図である。
【図１８】  出力トランスジューサのアレイによる信号出力を選択的にヌリングする装置を示す図である。
【図１９】  選択的ヌリングを実現する装置のブロック図である。
【図２０】  ハウリングを低減するためのマイクロホン上へのヌルの集束を示す図である。
【図２１】  サラウンディング音響効果を達成するための出力トランスジューサおよび反射／共振面のアレイの平面図である。
【図２２】  三角測量を使用して入力トランスジューサの位置を標定する装置を示す図である。
【図２３】  音場上への風の影響およびこの影響を低減する装置を示す平面図である。
【図２４】  Ｏ点に位置する入力ヌルを有する三つの入力トランスジューサのアレイを示す平面図である。
【図２５Ａ】  Ｏから生じる信号がどのように少ないウェイトを与えられるかを説明する時間線図である。
【図２５Ｂ】  Ｏから生じる信号がどのように少ないウェイトを与えられるかを説明する時間線図である。
【図２５Ｃ】  Ｏから生じる信号がどのように少ないウェイトを与えられるかを説明する時間線図である。
【図２５Ｄ】  Ｏから生じる信号がどのように少ないウェイトを与えられるかを説明する時間線図である。
【図２５Ｅ】  Ｏから生じる信号がどのように少ないウェイトを与えられるかを説明する時間線図である。
【図２５Ｆ】  Ｏから生じる信号がどのように少ないウェイトを与えられるかを説明する時間線図である。
【図２６Ａ】  Ｘから生じる信号がどのように入力ヌルによる影響を無視できるようにされるかを説明する時間線図である。
【図２６Ｂ】  Ｘから生じる信号がどのように入力ヌルによる影響を無視できるようにされるかを説明する時間線図である。
【図２６Ｃ】  Ｘから生じる信号がどのように入力ヌルによる影響を無視できるようにされるかを説明する時間線図である。
【図２６Ｄ】  Ｘから生じる信号がどのように入力ヌルによる影響を無視できるようにされるかを説明する時間線図である。
【図２６Ｅ】  Ｘから生じる信号がどのように入力ヌルによる影響を無視できるようにされるかを説明する時間線図である。
【図２６Ｆ】  Ｘから生じる信号がどのように入力ヌルによる影響を無視できるようにされるかを説明する時間線図である。
【図２７】  テスト信号発生および解析を図５に示すのと同じ装置にどのように内蔵できるを示すブロック図である。
【図２８】  テスト信号を出力信号内へ挿入する二つの方法を示すブロック図である。
【図２９】  異なる周波数を異なる方法で整形することができる装置を示すブロック図である。
【図３０】  焦点の可視化を許す装置の平面図である。
【図３１】  二つの入力信号を制限してクリッピングや歪を回避する装置のブロック図である。
【図３２】  オーディオ信号に関連する音場整形情報を抽出することができる再生装置のブロック図である。
【図１】
0005306565.tif 000007
【図２Ａ】
0005306565.tif 000008
【図２Ｂ】
0005306565.tif 000009
【図３Ａ】
0005306565.tif 000010
【図３Ｂ】
0005306565.tif 000011
【図４Ａ】
0005306565.tif 000012
【図４Ｂ】
0005306565.tif 000013
【図５】
0005306565.tif 000014
【図６】
0005306565.tif 000015
【図７】
0005306565.tif 000016
【図８】
0005306565.tif 000017
【図９】
0005306565.tif 000018
【図１０】
0005306565.tif 000019
【図１１】
0005306565.tif 000020
【図１２】
0005306565.tif 000021
【図１３】
0005306565.tif 000022
【図１４】
0005306565.tif 000023
【図１５】
0005306565.tif 000024
【図１６Ａ】
0005306565.tif 000025
【図１６Ｂ】
0005306565.tif 000026
【図１６Ｃ】
0005306565.tif 000027
【図１６Ｄ】
0005306565.tif 000028
【図１７】
0005306565.tif 000029
【図１８】
0005306565.tif 000030
【図１９】
0005306565.tif 000031
【図２０】
0005306565.tif 000032
【図２１】
0005306565.tif 000033
【図２２】
0005306565.tif 000034
【図２３】
0005306565.tif 000035
【図２４】
0005306565.tif 000036
【図２５Ａ】
0005306565.tif 000037
【図２５Ｂ】
0005306565.tif 000038
【図２５Ｃ】
0005306565.tif 000039
【図２５Ｄ】
0005306565.tif 000040
【図２５Ｅ】
0005306565.tif 000041
【図２５Ｆ】
0005306565.tif 000042
【図２６Ａ】
0005306565.tif 000043
【図２６Ｂ】
0005306565.tif 000044
【図２６Ｃ】
0005306565.tif 000045
【図２６Ｄ】
0005306565.tif 000046
【図２６Ｅ】
0005306565.tif 000047
【図２６Ｆ】
0005306565.tif 000048
【図２７】
0005306565.tif 000049
【図２８】
0005306565.tif 000050
【図２９】
0005306565.tif 000051
【図３０】
0005306565.tif 000052
【図３１】
0005306565.tif 000053
【図３２】
0005306565.tif 000054