(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音リスニング環境内の異なる位置から放出されているようにリスナーにより望ましく解釈されるオーディオ情報を含む少なくとも２つの異なるオーディオ入力信号対を有する少なくとも４つのオーディオ入力信号（ＭL、ＭR、ＳL、ＳR）を受け取るマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）において、
前記オーディオ入力信号の第１の対（ＭL、ＭR）を受け取り、第１の周囲成分（２６８）を分離させるように構成され、前記オーディオ入力信号の第１の対（ＭL、ＭR）の前記第１の周囲成分（２６８）に第１の伝達関数（２７０）を個々に適用して第１の可聴的音像を生み出し、前記第１の可聴的音像が第１の位置から放出されているようにリスナーにより知覚される第１の電子的手段（２６４）と、
前記オーディオ入力信号の第２の対（ＳL、ＳR）を受け取り、第２の周囲成分（３０４）を分離させるように構成され、前記オーディオ入力信号の第２の対（ＳL、ＳR）の前記第２の周囲成分（３０４）に第２の伝達関数（３０６）を個々に適用して第２の可聴的音像を生み出し、前記第２の可聴的音像が第２の位置から放出されているようにリスナーにより知覚される第２の電子的手段（３００）と、
第１のステレオ出力信号（ＬOUT）を発生させるために、前記第１および第２の電子的手段（２６４、３００）から受け取ったオーディオ入力信号の前記第１および第２の対（ＭL、ＭR、ＳL、ＳR）の前記第１および第２の周囲成分（２６８、３０４）を、前記第１の対のオーディオ入力信号（ＭL、ＭR）からの前記オーディオ入力信号のうちの一方（ＭL）と、前記第２の対のオーディオ入力信号のうちの一方（ＳL）とミキシングする手段（１２４、２８０、２８４）とを具備し、
前記ミキシングする手段（１２４、２８０、２８４）は、さらに、第２のステレオ出力信号（ＲOUT）を発生させるために、位相が異なるように前記第１および第２の周囲成分（２６８、３０４）を、前記第１の対のオーディオ入力信号（ＭL、ＭR）からの前記オーディオ入力信号のうちのもう一方（ＭR）と、前記第２の対のオーディオ入力信号のうちのもう一方（ＳR）と結合するマルチチャンネルオーディオプロセッサ。
【請求項２】
第３の電子的手段（３０２）が、前記オーディオ入力信号の第２の対（ＳL、ＳR）中のモノラル成分を分離させ、前記モノラル成分に第３の伝達関数（３２０）を電子的に適用し、等化されたモノラル成分を生成させ、
前記ミキシングする手段は、さらに、１対の前記ステレオ出力信号（ＬOUT、ＲOUT）を発生させるために、前記等化されたモノラル成分を、前記第１および第２の周囲成分（２６８、３０４）と結合する請求項１記載のマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）。
【請求項３】
前記オーディオ信号の第１の対（ＭL、ＭR）は、リスナーに対して左フロント位置と右フロント位置とに対応するオーディオ情報を含む請求項１記載のマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）。
【請求項４】
前記オーディオ信号の第２の対（ＳL、ＳR）は、リスナーに対して左リア位置と右リア位置とに対応するオーディオ情報を含む請求項１記載のマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）。
【請求項５】
前記第１の電子的手段（２６４）、前記第２の電子的手段（３００）、および前記ミキシング手段（１２４、２８０、２８４）は、デジタル信号処理装置において実現される請求項１記載のマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）。
【請求項６】
前記第１の電子的手段（２６４）は、前記第１の周囲成分（２６８）における複数の周波数成分を前記第１の伝達関数（２７０）により修正するようにさらに構成され、
前記修正することは、前記第１の周囲成分（２６８）における複数の周波数成分に第１の周波数応答曲線を適用することを含み、
前記第１の周波数応答曲線の利得は、約１２５Ｈｚでピーク利得を持ち、約１２５Ｈｚより上および約１２５Ｈｚより下でオクターブ当たり約６ｄＢの率で減少し、約１．５ｋＨｚから約２．５ｋＨｚの間の周波数で最小利得を持ち、約１．５ｋＨｚから約２．５ｋＨｚの間の周波数より上の周波数で約７ｋＨｚまでオクターブ当たり約６ｄＢの率で増加し、そして約２０ｋＨｚまで増加し続ける請求項１記載のマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）。
【請求項７】
前記第２の電子的手段（３００）は、前記第２の周囲成分（３０４）における複数の周波数成分を前記第２の伝達関数（３０６）により修正するようにさらに構成され、
前記修正することは、前記第２の周囲成分（３０４）における複数の周波数成分に第２の周波数応答曲線を適用することを含み、
前記第２の周波数応答曲線の利得は、約１２５Ｈｚでピーク利得を持ち、約１２５Ｈｚより上および約１２５Ｈｚより下でオクターブ当たり約６ｄＢの率で減少し、約１．５ｋＨｚから約２．５ｋＨｚの間で最小利得を持ち、約１．５ｋＨから約２．５ｋＨｚより上の周波数で約１０．５ｋＨｚから約１１．５ｋＨｚの間の周波数までオクターブ当たり約６ｄＢの率で増加し、そして約１１．５ｋＨから約２０ｋＨｚの間の周波数で減少する請求項６記載のマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）。
【請求項８】
前記マルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）は、
フロント左信号（ＭL）、フロント右信号（ＭR）、リア左信号（ＳL）、リア右信号（ＳR）、およびセンター信号（ＣIN）を含む少なくとも５つのディスクリートオーディオ信号を受け取り、
オーディオ記録から前記５つのディスクリートオーディオ信号（ＭL、ＭR、ＳL、ＳR、ＣIN）を抽出するオーディオプレイバック装置をさらに具備し、
前記第１の電子的手段（２６４）は、前記フロント左信号（ＭL）および前記フロント右信号（ＭR）の前記第１の周囲成分（２６８）を等化して、空間的に補正された第１の周囲成分（（ＭL−ＭR）P）を得て、
前記第２の電子的手段（３００）は、前記リア左信号（ＳL）および前記リア右信号（ＳR）の前記第２の周囲成分（３０４）を等化して、空間的に補正された第２の周囲成分（（ＳL−ＳR）P）を得て、
前記第３の電子的手段（３０２）は、前記リア左信号（ＳL）および前記リア右信号（ＳR）の直接フィールド成分を等化して、空間的に補正された直接フィールド成分（（ＳL＋ＳR）P）を得て、
前記ミキシング手段（１２４、２８０、２８４）は、
前記空間的に補正された第１の周囲成分（（ＭL−ＭR）P）を、前記空間的に補正された第２の周囲成分（（ＳL−ＳR）P）と、前記空間的に補正された直接フィールド成分（（ＳL＋ＳR）P）と、前記リア左信号（ＳL）と結合して第１のステレオ出力信号（ＬOUT）を生成させるようにして、第１のステレオ出力信号（ＬOUT）を発生させる左ミキサ（２８０）と、
反転された空間的に補正された第１の周囲成分（（ＭR−ＭL）P）を、反転された空間的に補正された第２の周囲成分（（ＳR−ＳL）P）と、前記空間的に補正された直接フィールド成分（（ＳL＋ＳR）P）と、前記リア左信号（ＳR）と結合して第２のステレオ出力信号（ＲOUT）を生成させるようにして、第２のステレオ出力信号（ＲOUT）を発生させる右ミキサ（２８４）と、
前記第１および第２のステレオ出力信号（ＬOUT、ＲOUT）を再生して、ユーザのサラウンド音経験を生み出す手段とをさらに備えている請求項１記載のマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）。
【請求項９】
前記センター信号（ＣIN）は前記左ミキサ（２８０）へ入力されて、前記第１のステレオ出力信号（ＬOUT）の一部として結合され、前記センター信号（ＣIN）は前記右ミキサ（２８４）へ入力されて、前記第２のステレオ出力信号（ＲOUT）の一部として結合される請求項８記載のマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）。
【請求項１０】
前記センター信号（ＣIN）と、前記フロント左信号（ＭL）および前記フロント右信号（ＭR）の直接フィールド成分（ＭL＋ＭR）とが、前記左および右ミキサ（２８０、２８４）により前記第１および第２のステレオ出力信号（ＬOUT、ＲOUT）の一部としてそれぞれ結合される請求項８記載のマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）。
【請求項１１】
センターチャンネルスピーカマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）による再生のために、前記センター信号（ＣIN）が、第３の出力信号（Ｃ）として提供される請求項８記載のマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）。
【請求項１２】
前記第１の電子的手段（２６４）、前記第２の電子的手段（３００）、前記第３の電子的手段（３０２）、および前記ミキシング手段（１２４、２８０、２８４）はパーソナルコンピュータ（２０２）の一部であり、
前記オーディオプレイバック装置は、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）プレーヤーである請求項８記載のマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）。
【請求項１３】
前記第１の電子的手段（２６４）、前記第２の電子的手段（３００）、前記第３の電子的手段（３０２）、および前記ミキシング手段（１２４、２８０、２８４）はテレビの一部であり、
前記オーディオプレイバック装置は、前記テレビシステムに接続された関連するデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）プレーヤーである請求項８記載のマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）。
【請求項１４】
マルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）は、半導体基板上に形成されたアナログ回路として実現される請求項１記載のマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）。
【請求項１５】
前記マルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）は、マイクロプロセッサにより実行されるソフトウェアフォーマットにおいて実現される請求項１記載のマルチチャンネルオーディオプロセッサ（２４、６０、２５０）。
【請求項１６】
リスナーの周辺に配置されたスピーカ用であり、左フロント信号（ＭL）、右フロント信号（ＭR）、左リア信号（ＳL）、および右前後信号（ＳR）を含む、少なくとも４つのオーディオ信号源信号（ＭL、ＭR、ＳL、ＳR）をエンファシスさせて、サラウンド音環境をシミュレートするために、１対のスピーカによる聴覚的再生用の左右の出力信号（ＬOUT、ＲOUT）を生成させる方法において、
前記オーディオ信号源信号（ＭL、ＭR、ＳL、ＳR）を修正して、前記信号源信号（ＭL、ＭR、ＳL、ＳR）の選択された対のオーディオ内容に基づいて第１および第２の周囲成分（２６８、３０４）を含む処理されたオーディオ信号を生成させて、以下の式；
第１の空間的に補正された周囲信号（Ｐ1）は、
Ｐ1＝Ｆ1（ＭL−ＭR）
第２の空間的に補正された周囲信号（Ｐ2）は、
Ｐ2＝Ｆ2（ＳL−ＳR）
空間的に補正されたモノラル信号（Ｐ3）は、
Ｐ3＝Ｆ3（ＳL＋ＳR）
にしたがって規定される処理されたオーディオ信号を発生させ、
第１、第２および第３の伝達関数（Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3）はオーディオ信号の空間的内容をエンファシスして、結果として得られる処理されたオーディオ信号の、ラウドスピーカによる再生の際にリスナーに対して奥行きの知覚を達成するステップと、
前記第１および第２の空間的に補正された周囲信号（Ｐ1、Ｐ2）を、前記空間的に補正されたモノラル信号（Ｐ3）と、前記左オーディオ信号源信号（ＭL、ＳL）と結合して、下記の式；
ＬOUT＝Ｋ1ＭL＋Ｋ2ＳL＋Ｋ3Ｐ1＋Ｋ4Ｐ2＋Ｋ5Ｐ3
により列挙される成分を含む左出力信号（ＬOUT）を生成させるステップと、
位相が異なる前記第１および第２の空間的に補正された周囲信号（Ｐ1、Ｐ2）を、前記空間的に補正されたモノラル信号（Ｐ3）と、前記右オーディオ信号源信号（ＭR、ＳR）と結合して、以下の式；
ＲOUT＝Ｋ6ＭR＋Ｋ7ＳR−Ｋ8Ｐ1−Ｋ9Ｐ2＋Ｋ10Ｐ3
により列挙される成分を含む右出力信号（ＲOUT）を生成させるステップとを含み、
ここで、Ｋ1〜Ｋ10は、各オーディオ信号（ＭL、ＭR、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、ＳL、ＳR）の利得を決定する、ゼロでない独立変数である方法。
【請求項１７】
前記第１、第２および第３の伝達関数（Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3）は、約５００Ｈｚから４ｋＨｚの間の周波数に対して、約５０から５００Ｈｚの間および約４から１５ｋＨｚの間の周波数増幅により特徴付けられる等化レベルを適用し、
前記第１の伝達関数（Ｆ1）は第１の周波数応答曲線を適用し、第１の周波数応答曲線の利得は、約１２５Ｈｚでピーク利得を持ち、約１２５Ｈｚより上および約１２５Ｈｚより下でオクターブ当たり約６ｄＢの率で減少し、約１．５ｋＨｚから約２．５ｋＨｚの間の周波数で最小利得を持ち、約１．５ｋＨから約２．５ｋＨｚの間の周波数より上の周波数で約７ｋＨｚまでオクターブ当たり約６ｄＢの率で増加し、そして約２０ｋＨｚまで増加し続け、
前記第２および第３の伝達関数（Ｆ2、Ｆ3）は、第２の周波数応答曲線を適用し、第２の周波数応答曲線の利得は、約１２５Ｈｚでピーク利得を持ち、約１２５Ｈｚより上および約１２５Ｈｚより下でオクターブ当たり約６ｄＢの率で減少し、約１．５ｋＨｚから約２．５ｋＨｚの間で最小利得を持ち、約１．５ｋＨから約２．５ｋＨｚより上の周波数で約１０．５ｋＨから約１１．５ｋＨｚの間の周波数までオクターブ当たり約６ｄＢの率で増加し、約１１．５ｋＨｚから約２０ｋＨｚの間の周波数で減少する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも４つのオーディオ信号源信号（ＭL、ＭR、ＳL、ＳR）が、センターチャンネルオーディオ信号源信号（ＣIN）をさらに含み、
前記第１および第２の空間的に補正された周囲信号（Ｐ1、Ｐ2）を、前記空間的に補正されたモノラル信号（Ｐ3）と、前記左オーディオ信号源信号（ＭL、ＳL）と結合することは、前記センターチャンネルオーディオ信号源信号（ＣIN）と結合して、左出力信号（ＬOUT）を生成させることをさらに含み、
位相が異なる前記第１および第２の空間的に補正された周囲信号（Ｐ1、Ｐ2）を、前記空間的に補正されたモノラル信号（Ｐ3）と、および前記右オーディオ信号源信号（ＭR、ＳR）と結合することは、前記センターチャンネルオーディオ信号源信号（ＣIN）と結合して、右出力信号（ＲOUT）を生成させることをさらに含む請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記方法は、デジタル信号処理装置により実行される請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
この発明は一般に、２チャンネル音再生から得ることができる現実感およびドラマチックな効果を向上させるオーディオエンファシスシステムに関する。特に、この発明は複数のオーディオ信号をエンファシスし、これらのオーディオ信号をミキシングして、従来のプレイバックシステムにおける再生用の２チャンネルフォーマットにする装置および方法に関する。
発明の背景
ＥＰ−Ａ−６３７はサラウンド信号処理装置を開示しており、この装置はリアサラウンド信号を有する２チャンネルフロントステレオ信号を処理して、２出力信号を生成する。この装置はフィルタでリア信号を処理し、その後フィルタリングされた信号を２チャンネルフロントステレオ信号と結合して、２出力信号を発生する。
オーディオ記録およびプレイバックシステムは、１群の音を入力および／またはプレイバックするために使用される多数の個々のチャンネルまたはトラックにより特徴付けられる。基本的なステレオ記録システムでは、異なるマイクロフォンの位置から検出された音を記録するために、それぞれマイクロフォンに接続されている２つのチャンネルが使用される。プレイバック時には、２つのチャンネルにより記録されている音は、典型的に１対のラウドスピーカを通してされ、１つのラウドスピーカが独立したチャンネルを再生する。記録のために２つの独立したオーディオチャンネルを提供することにより、これらのチャンネルの個々の処理がプレイバック時に意図された効果を達成することができる。同様に、さらにディスクリートオーディオチャンネルを提供することにより、ある音を分離する際にさらに自由になり、これらの音の別々の処理が可能になる。
プロフェッショナルオーディオスタジオは、非常に多くの個々の音を分離および処理することができる多チャンネル記録システムを使用する。しかしながら、多くの従来のオーディオ再生装置には伝統的なステレオ信号が供給されるので、音を記録するためにマルチチャンネルシステムを使用すると、２つの独立した信号のみに音を“ミキシング”ダウンすることが必要となる。プロフェッショナルオーディオ記録の世界ではスタジオはこのようなミキシング方法を使用する。その理由は、所定のオーディオ作品の個々の楽器およびボーカルが最初に独立したトラックに記録されているかもしれないが、従来のステレオシステムで見られるステレオフォーマットで再生されなければならないからである。プロフェッショナルシステムは４８以上の独立したオーディオチャンネルを使用するかもしれず、これらのチャンネルは２つのステレオトラックに記録される前に独立して処理される。
マルチチャンネルプレイバックシステムでは、すなわち２つの以上の独立したオーディオチャンネルを有するシステムとしてここで定義されているシステムでは、個々のチャンネルからの記録されたそれぞれの音は独立して処理され、対応する１つのスピーカあるいは複数のスピーカを通して再生される。したがって、リスナーに対して複数の位置から記録された、またはリスナーに対して複数の位置に配置されるべく意図された音は、適切な位置に配置された専用スピーカを通して現実感を持って再生することができる。このようなシステムは、捕らわれの身の固定された聴衆がオーディオおよびビジュアルの両方の表現を経験するシアターや他のオーディオビジュアル環境において特別な使用が見られる。これらのシステムは、ドルビーラボラトリーの“ドルビーデジタル”システム；デジタルシアターシステム（ＤＴＳ）；およびソニーのダイナミックデジタルサウンド（ＳＤＤＳ）を含み、これらはすべて最初にマルチチャンネル音を記録してそして再生し、サラウンドリスニング経験を提供するように設計されている。
パーソナルコンピュータおよびホームシアターアリーナでは、記録された媒体が標準化されているので、従来の２ステレオチャンネルに加えてマルチチャンネルがこのような記録された媒体上に記憶される。このような標準規格の１つは、ドルビーのＡＣ−３マルチチャンネルエンコーディング標準規格であり、これは６つの独立したオーディオ信号を提供する。ドルビーのＡＣ−３システムでは、２つのオーディオチャンネルは前方左右スピーカ上でプレイバックされるように向けられている。２つのチャンネルはリア左右スピーカ上で再生され、１つのチャンネルは前方センターダイアログスピーカ用として使用され、１つは低周波数および効果信号用として使用される。これら６つすべてのチャンネルの再生を受け入れることができるオーディオプレイバックシステムでは、信号を２チャンネルフォーマットにミキシングすることは要求されない。しかしながら、今日一般的なパーソナルコンピュータや将来のパーソナルコンピュータ／テレビジョンを含む多くのプレイバックシステムは、（センターおよびサブウーハチャンネルを除いて）２チャンネルプレイバック能力しかもたないかもしれない。したがって、従来のステレオ信号のものは別として、ＡＣ−３記録に見られるもののような付加的なオーディオ信号中に存在する情報は、電子的に破棄されるかあるいはミキシングされなければならない。
マルチチャンネルを２チャンネルフォーマットにミキシングするさまざまな技術および方法がある。簡単なミキシング方法は、ミキシング信号の相対利得のみを調整しながら、すべての信号を結合して２チャンネルフォーマットにするものである。他の技術は、周波数成形、振幅調整、時間遅延または位相シフト、あるいはこれらすべての内のいくつかの組み合わせを、最終的なミキシングプロセス中に個々のオーディオ信号に適用する。使用される特定の技術は、最終的な２チャンネルミキシングの意図された用途とともに個々のオーディオ信号のフォーマットおよび内容に依存して使用される。
例えば、van den Bergに発行された米国特許第４，３９３，２７０号は、予め選択された知覚の方向に対応する独立した信号をそれぞれ変調することにより電気信号を処理する方法を開示しており、これはラウドスピーカの配置を補償する。別のマルチチャンネル処理システムは、Begaultに発行された米国特許第５，４３８，６２３号に開示されている。Begaultの特許では、個々のオーディオ信号が２つの信号に分割され、左右の耳用の頭関連の伝達関数（ＨＲＴＦ）にしたがってそれぞれ遅延されフィルタリングされる。結果として得られる信号は結合されて、１組のヘッドホンを通してプレイバックするように意図された左右の出力信号を発生させる。
プロフェッショナル記録アリーナにおいて見られるものを含む従来技術に見られる技術は、マルチチャンネル信号をミキシングして２チャンネルフォーマットにし、限られた数のディスクリートチャンネルを通して現実感のあるオーディオ再生を達成する有効な方法を提供しない。結果として、音知覚の仮想感覚を提供する周囲情報の多くは最終的なミキシング記録において失われるかまたはマスクされる。マルチチャンネルオーディオ信号を処理して従来の２チャンネルプレイバックを通して現実感のある経験を達成する多くの以前の方法にかかわらず、現実感のあるリスニング経験の目的を達成するのには改良の余地が多く存在する。
したがって、記録およびプレイバックのすべての観点において使用して、改善されそして現実感のあるリスニング経験を提供することができる、マルチチャンネルオーディオ信号をミキシングする改善された方法を提供することが本発明の目的である。オーディオビジュアル記録から抽出されたマルチチャンネルオーディオ信号を処理して、限られた数のオーディオチャンネルを通して再生される時に仮想リスニング経験を提供するシステムおよび方法を提供することも本発明の目的である。
例えば、６つ以上のディスクリートオーディオチャンネルを有するデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）を記録および再生する能力を持つパーソナルコンピュータやビデオプレーヤーが現れてきている。しかしながら、このようなコンピュータやビデオプレーヤーの多くは２つよりも多いプレイバックチャンネル（およびおそらく１つのサブウーハチャンネル）を持たないので、サラウンド環境中で意図されているような全量のディスクリートオーディオチャンネルを使用することができない。したがって、このようなシステム中で利用可能なオーディオ情報のすべてを有効に利用し、マルチチャンネルプレイバックシステムに匹敵する２チャンネルリスリング経験を提供することができるコンピュータや他のビデオデリバリーシステムに対する技術的な必要性がある。本発明はこの必要性を満たすものである。
発明の要約
３６０度の音場に存在している音を表す１群のオーディオ信号を処理し、１群のオーディオ信号を結合して、１対のスピーカを通して再生される際に３６０度の音場を正確に表すことができる１対の信号を生成するオーディオエンファシスシステムおよび方法が開示される。オーディオエンファシスシステムは、プロフェッショナル記録システムとして、あるいは限られた量のオーディオ再生チャンネルを含むパーソナルコンピュータおよび他のホームオーディオシステムにおいて使用することができる。ステレオプレイバック能力を有するホームオーディオ再生システムで使用するための好ましい実施形態では、マルチチャンネル記録は、少なくとも１対の左右信号、１対のサラウンド信号およびセンターチャンネル信号からなる複数のディスクリートオーディオ信号を提供する。前方音ステージからの２チャンネル再生用のスピーカを有するように構成されている。左右の信号およびサラウンド信号が最初に処理され、その後に互いにミキシングされて、スピーカを通してプレイバックするための１対の出力信号が提供される。特に、記録から左右の信号は集合的に処理され、１対の空間的に補正された左右の信号を提供して、前方音ステージから放出されているようにリスナーにより知覚される音をエンファシスする。
サラウンド信号は最初にサラウンド信号の周囲成分およびモノラル成分を分離することにより処理される。サラウンド信号の周囲成分およびモノラル成分は修正されて、所要の空間効果を達成し、プレイバックスピーカの位置を個々に補正する。サラウンド信号が複合出力信号の一部として前方スピーカを通して再生されると、完全なリア音ステージから放出されているようにリスナーはサラウンド音を知覚する。最後に、センター信号も処理され、左右の信号およびサラウンド信号とミキシングされてもよく、あるいは存在するのであればホーム再生システムのセンターチャンネルスピーカに向けられてもよい。
本発明の１つの観点にしたがうと、システムは、フロント音ステージからのプレイバックに向けられたオーディオ情報を含むメイン左右信号と、リア音ステージからのプレイバックに向けられたオーディオ情報を含むサラウンド左右信号とを含む少なくとも４つのディスクリートオーディオ信号を処理する。システムはフロント音ステージからのプレイバックのための１対の左右の出力信号を発生して、リア音ステージに実際のスピーカを配置することなく３次元音像の知覚を生成する。
システムは、メイン左右信号を受け取る第１の電子オーディオエンファシス装置を具備する。第１のオーディオエンファシス装置はメイン左右信号の周囲成分を処理して、フロント音ステージ内に配置された１対のスピーカにより左右の出力信号が再生される時にフロント音ステージにわたって広げられた音像の知覚を生み出す。
第２の電子オーディオエンファシス装置はサラウンド左右信号を受け取る。第２のオーディオエンファシス装置はサラウンド左右信号の周囲成分を処理して、フロント音ステージ内に配置された１対のスピーカにより左右の出力信号が再生される時にリア音ステージにわたって可聴的な音像の知覚を生み出す。
第３の電子オーディオエンファシス装置はサラウンド左右信号を受け取る。第３のオーディオエンファシス装置はサラウンド左右信号のモノラル成分を処理して、フロント音ステージ内に配置された１対のスピーカにより左右の出力信号が再生される時にリア音ステージのセンター位置に可聴的な音像の知覚を生み出す。
信号ミキサは、メイン左右信号からの処理された周囲成分と、サラウンド左右信号に対する処理された周囲成分と、サラウンド左右信号からの処理されたモノラル成分とを結合することにより、少なくとも４つのディスクリートオーディオ信号から左右の出力信号を発生する。メイン信号およびサラウンド信号の周囲成分は、相互に位相が異なる関係で左右の出力信号に含まれている。
他の実施形態では、少なくとも４つのディスクリートオーディオ信号は、フロント音ステージセンタースピーカによるプレイバックに向けられたオーディオ情報を含むセンターチャンネル信号を含み、センターチャンネル信号は左右の出力信号の一部として信号ミキサにより結合される。さらに他の実施形態では、少なくとも４つのディスクリートオーディオ信号は、フロント音ステージ内に配置されたセンタースピーカによるプレイバックに向けられたオーディオ情報を含むセンターチャンネル信号を含み、センターチャンネル信号は信号ミキサによりメイン左右信号のモノラル成分と結合されて、左右の出力信号を発生させる。
他の実施形態では、少なくとも４つのディスクリートオーディオ信号は、専用センターチャンネルスピーカにより可聴的に再生されるセンターステージオーディオ情報を有するセンターチャンネル信号を含む。さらに他の実施形態では、第１、第２および第３の電子オーディオエンファシス装置はＨＲＴＦベースの伝達関数をディスクリートオーディオ信号のそれぞれ１つに適用して、左右の出力信号が可聴的に再生された時にディスクリートオーディオ信号に対応する見かけ上の音像を生み出す。
他の実施形態では、第１のオーディオエンファシス装置は、約１および２ｋＨｚ間の周波数に対して約１ｋＨｚより下および約２ｋＨｚより上の周囲成分をブーストすることによりメイン左右信号の周囲成分を等化する。さらに他の実施形態では、約１および２ｋＨｚ間の周囲成分に適用される利得に対して周囲成分をブーストするために適用されるピーク利得が約８ｄＢである。
他の実施形態では、第２および第３のオーディオエンファシス装置は、約１および２ｋＨｚ間の周波数に対して約１ｋＨｚより下および約２ｋＨｚより上の周囲成分おおよびモノラル成分をブーストすることによりサラウンド左右信号の周囲成分およびモノラル成分を等化する。さらに他の実施形態では、約１および２ｋＨｚ間の周囲成分およびモノラル成分に適用される利得に対してサラウンド左右信号の周囲成分およびモノラル成分をブーストするために適用されるピーク利得が約１８ｄＢである。
他の実施形態では、第１、第２および第３の電子オーディオエンファシス装置は半導体基板上に形成される。さらに他の実施形態では、第１、第２および第３の電子オーディオエンファシス装置はソフトウェアで実現される。
本発明の他の観点にしたがうと、マルチチャンネル記録およびプレイバック装置は、複数の個々のオーディオ信号を受け取って複数のオーディオ信号を処理し、第１および第２のエンファシスされたオーディオ出力信号を供給して、出力信号のプレイバック時に仮想音経験を達成する。マルチチャンネル記録装置は、個々のオーディオ信号の信号内容を修正する複数のパラレルオーディオ信号処理装置を具備する。各パラレルオーディオ信号処理装置は次のものを備える。
回路は、個々のオーディオ信号の２つを受け取り、２つのオーディオ信号のモノラル成分から２つのオーディオ信号の周囲成分を分離する。位置処理手段は、頭関連の伝達関数を２つのオーディオ信号の周囲成分およびモノラル成分のそれぞれに電子的に適用して処理された周囲成分およびモノラル成分を発生することができる。頭関連の伝達関数はリスナーに関する所要の空間位置に対応する。
マルチチャンネル回路ミキサは、複数の位置処理手段により発生された処理されたモノラル成分と周囲成分を結合して、エンファシスされたオーディオ出力信号を発生する。処理された周囲成分は第１および第２の出力信号に対して位相が異なるように結合される。
他の実施形態では、複数の位置処理装置のそれぞれは、２つのオーディオ信号を個々に修正することができる回路をさらに含み、マルチチャンネルミキサはさらに、複数の位置処理手段からの２つの修正された信号を、周囲成分およびモノラル成分のそれぞれとを結合して、オーディオ出力信号を発生する。他の実施形態では、２つのオーディオ信号を個々に修正することができる回路は、頭関連の伝達関数を２つのオーディオ信号に電子的に適用する。
他の実施形態では、２つのオーディオ信号を個々に修正することができる回路は、時間遅延を２つのオーディオ信号の１つに電子的に適用する。さらに他の実施形態では、２つのオーディオ信号は、リスナーに対して左フロント位置および右フロント位置に対応するオーディオ情報を含む。さらに他の実施形態では、２つのオーディオ信号は、リスナーに対して左リア位置および右リア位置に対応するオーディオ情報を含む。
他の実施形態では、複数のパラレル処理装置は第１および第２の処理装置を備え、第１の処理装置は頭関連の伝達関数を第１の対のオーディオ信号に適用して、出力信号が再生された時に第１の対のオーディオ信号に対して第１の知覚された方向を達成する。第２の処理装置は頭関連の伝達関数を第２の対のオーディオ信号に適用して、出力信号が再生された時に第２の対のオーディオ信号に対して第１の知覚された方向を達成する。
他の実施形態では、複数のパラレル処理装置およびマルチチャンネル回路ミキサは、マルチチャンネル記録およびプレイバック装置のデジタル信号処理装置において実現される。
本発明の他の観点にしたがうと、オーディオエンファシスシステムは、
２０．複数のオーディオ信号源信号を処理して１対のステレオ出力信号を生成して１対のラウドスピーカにより１対のステレオ出力信号が再生された時に３次元音場を発生する。オーディオエンファシスシステムは、第１の対のオーディオ信号源信号と通信する第１の処理回路を具備する。第１の処理回路は第１の対のオーディオ信号からの第１の周囲成分および第１のモノラル成分を分離するように構成されている。第１の処理回路は、第１の周囲成分および第１のモノラル成分を修正して第１の可聴音の音像を生成するようにさらに構成され、第１の可聴音の音像が第１の位置から放出されているようにリスナーにより知覚される。
第２の処理回路は第２の対のオーディオ信号源信号と通信する。第２の処理回路は第２の対のオーディオ信号からの第２の周囲成分および第２のモノラル成分を分離するように構成されている。第２の処理回路は、第２の周囲成分および第２のモノラル成分を修正して第２の可聴音の音像を生成するようにさらに構成され、第２の可聴音の音像が第２の位置から放出されているようにリスナーにより知覚される。
ミキシング回路は第１の処理回路および第２の処理回路と通信する。ミキシング回路は、第１および第２の修正されたモノラル成分を同位相で結合し、第１および第２の修正された周囲成分を位相が異なるように結合して、１対のステレオ出力信号を発生する。
他の実施形態では、第１の処理回路は、第１の伝達関数で第１の周囲成分中の複数の周波数成分を修正するようにさらに構成されている。他の実施形態では、第１の伝達関数は、第１の周囲成分中の他の周波数成分に対して第１の周囲成分中の低周波数成分の一部をエンファシスするようにさらに構成されている。さらに他の実施形態では、第１の伝達関数は、第１の周囲成分中の他の周波数成分に対して第１の周囲成分中の高周波数成分の一部をエンファシスするようにさらに構成されている。
他の実施形態では、第２の処理回路は、第２の伝達関数で第２の周囲成分中の複数の周波数成分を修正するようにさらに構成されている。さらに他の実施形態では、伝達関数は、第１の伝達関数が第１の周囲成分中の周波数成分を修正するのとは異なる方法で、第２の周囲成分中の周波数成分を修正するように構成されている。
他の実施形態では、第２の伝達関数は、第２の周囲成分中の他の周波数成分に対して約１１．５ｋＨｚより上の周波数成分の一部をデエンファシスするように構成されている。
さらに他の実施形態では、第２の伝達関数は、第２の周囲成分中の他の周波数成分に対して約１２５Ｈｚと約２．５ｋＨｚの間の周波数成分の一部をデエンファシスするように構成されている。さらに他の実施形態では、第２の伝達関数は、第２の周囲成分中の他の周波数成分に対して約２．５ｋＨｚと約１１．５ｋＨｚの間の周波数成分の一部を増加させるように構成されている。
本発明の他の観点にしたがうと、マルチトラックオーディオプロセッサは複合オーディオ信号源の一部として複数の独立したオーディオ信号を受け取る。複数のオーディオ信号は、音リスニング環境内の異なる位置から放出されているようにリスナーにより望ましく解釈されるオーディオ情報を含む少なくとも２つの異なるオーディオ信号を含む。
マルチトラックオーディオプロセッサは、第１の対のオーディオ信号を受け取る第１の電子手段を具備する。第１の電子手段は頭関連の伝達関数を第１の対のオーディオ信号の周囲成分に適用して第１の可聴的な音像を生成し、第１の可聴的な音像は第１の位置から放出されているようにリスナーにより知覚される。、
第２の電子手段は第２の対のオーディオ信号を受け取る。第２の電子手段は頭関連の伝達関数を第２の対のオーディオ信号の周囲成分およびモノラル成分に適用して第２の可聴的な音像を生成し、第２の可聴的な音像は第２の位置から放出されているようにリスナーにより知覚される。
手段は第１および第２の電子手段から受け取られた第１および第２の対のオーディオ信号の成分をミキシングする。ミキシングする手段は周囲成分を位相が異なるように結合し、１対のステレオ出力信号を発生する。
本発明の他の観点にしたがうと、エンターテイメントシステムは、オーディオ・ビジュアル記録をユーザに対して再生する２つのメインオーディオ再生チャンネルを有する。オーディオ・ビジュアル記録は、フロント左信号ＦL、フロント右信号ＦR、リア左信号ＲL、リア右信号ＲR、およびセンター信号Ｃを含む５つのディスクリートオーディオ信号を含み、エンターテイメントシステムは２つのメインオーディオチャンネルからユーザ対してサラウンド音経験を達成する。エンターテイメントシステムは、オーディオ・ビジュアル記録から５つのディスクリートオーディオ信号を抽出するオーディオ・ビジュアルプレイバック装置を具備する。
オーディオ処理装置は５つのディスクリートオーディオ信号を受け取り、２つのメインオーディオ再生チャンネルを発生する。オーディオ処理装置は、フロント信号ＦLおよびＦRの周囲成分を等化して、空間的に補正された周囲成分（ＦL−ＦR）Pを得る第１のプロセッサを備えている。第２のプロセッサは、リア信号ＲLおよびＲRの周囲成分を等化して、空間的に補正された周囲成分（ＲL−ＲR）Pを得る。第３のプロセッサは、リア信号ＲLおよびＲRの直接フィールド成分を等化して、空間的に補正された直接フィールド成分（ＲL＋ＲR）Pを得る。
左ミキサは左出力信号を発生する。左ミキサは空間的に補正された周囲成分（ＦL−ＦR）Pを空間的に補正された周囲成分（ＲL−ＲR）Pおよび空間的に補正された直接フィールド成分（ＲL＋ＲR）Pと結合して左出力信号を生成する。
右ミキサは右出力信号を発生する。右ミキサは反転された空間的に補正された周囲成分（ＦR−ＦL）Pを反転された空間的に補正された周囲成分（ＲR−ＲL）Pおよび空間的に補正された直接フィールド成分（ＲL＋ＲR）Pと結合して右出力信号を生成する。
手段はオーディオ・ビジュアル記録のプレイバックと関連して２つのメインチャンネルを通して左右の出力信号を再生して、ユーザに対してサラウンド音経験を生成する。
他の実施形態では、センター信号は左ミキサにより入力され、左出力信号の一部として結合され、センター信号は右ミキサにより入力され、右出力信号の一部として結合される。さらに他の実施形態では、フロント信号ＦL＋ＦRのセンター信号および直接フィールド成分は、それぞれ左出力信号および右出力信号の一部として左ミキサおよび右ミキサにより結合される。さらに他の実施形態では、センター信号はエンターテイメントシステムのセンターチャンネルスピーカによる再生のための第３の出力信号として供給される。
他の実施形態では、エンターテイメントシステムはパーソナルコンピュータであり、オーディオ・ビジュアルプレイバック装置はデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）プレイヤーである。さらに他の実施形態では、エンターテイメントシステムはテレビであり、オーディオ・ビジュアルプレイバック装置はテレビシステムに接続された関連するデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）プレイヤーである。
他の実施形態では、第１、第２および第３のプロセッサはミッドレンジの周波数に対して低いおよび高いレンジの周波数をエンファシスする。さらに他の実施形態では、オーディオ処理装置は半導体基板上に形成されるアナログ回路として実現される。さらに他の実施形態では、オーディオ処理装置はソフトウェアフォーマットで実現され、ソフトウェアフォーマットはエンターテイメントシステムのマイクロプロセッサにより実行される。
本発明の他の観点にしたがうと、方法は１群のオーディオ信号源信号をエンファシスする。オーディオ信号源信号はリスナーの回りに配置されたスピーカに対して設計され、サラウンド音環境をシミュレートするために１対のスピーカによる可聴的な再生のための左右の出力信号を生成する。オーディオ信号源信号、左フロント信号ＬF、右フロント信号ＲF、左リア信号ＬR、右リア信号ＲRを含む。
方法は信号源信号の選択された対のオーディオ内容に基づいてオーディオ信号源信号を修正して処理されたオーディオ信号を生成する動作を含む。処理されたオーディオ信号は以下の式にしたがって規定される。
Ｐ1＝Ｆ1（ＬF−ＲF）、
Ｐ2＝Ｆ2（ＬR−ＲR）、および
Ｐ3＝Ｆ3（ＬR＋ＲR）、
ここで、Ｆ1、Ｆ2およびＦ3は、オーディオ信号の空間的内容をエンファシスして、結果として得られる処理されたオーディオ信号のラウドスピーカによるプレイバック時にリスナーに対して奥行きの知覚を達成する伝達関数である。
方法は処理されたオーディオ信号をオーディオ信号源信号と結合して、左右の出力信号を生成する動作を含む。左右の出力信号は以下の式に記載されている成分を含む。
ＬOUT＝Ｋ1ＬF＋Ｋ2ＬR＋Ｋ3Ｐ1＋Ｋ4Ｐ2＋Ｋ5Ｐ3
ＲOUT＝Ｋ6ＲF＋Ｋ7ＲR−Ｋ8Ｐ1−Ｋ9Ｐ2＋Ｋ10Ｐ3
ここで、Ｋ1〜Ｋ10は各オーディオ信号の利得を決定する独立変数である。
他の実施形態では、伝達関数Ｆ1、Ｆ2およびＦ3は、約５００Ｈｚおよび４ｋＨｚの間の周波数に対して、約５０および５００Ｈｚの間ならびに約４および１５ｋＨｚの間の周波数の増幅により特徴付けられる等化のレベルを適用する。さらに他の実施形態では、左右の出力信号はセンターチャンネルオーディオ信号源信号をさらに含む。他の実施形態では、方法はデジタル信号処理装置により実行される。
本発明の他の観点にしたがうと、方法は少なくとも４つのオーディオ信号を有するエンターテイメントシステム内の第１および第２の出力信号の再生を通してシミュレートされたサラウンド音経験を生成する。少なくとも４つのオーディオ信号源信号は、リスナーに対して前方音ステージから放出されているオーディオ情報を表す１対のフロントオーディオ信号と、リスナーに対して後方音ステージから放出されているオーディオ情報を表す１対のリアオーディオ信号とを含む。
方法はフロントオーディオ信号を結合してフロント周囲成分およびフロント直接成分信号を生成する動作を含む。方法はリアオーディオ信号を結合してリア周囲成分およびリア直接成分信号を生成する動作をさらに含む。方法は第１のＨＲＴＦベースの伝達関数でフロント周囲成分信号を処理して、リスナーに対して前方左右に関してフロント周囲成分の方向の知覚された信号源を生成する動作をさらに含む。
方法は第２のＨＲＴＦベースの伝達関数でリア周囲成分信号を処理して、リスナーに対して後方左右に関してリア周囲成分の方向の知覚された信号源を生成する動作を含む。方法は第３のＨＲＴＦベースの伝達関数でリア直接成分信号を処理して、リスナーに対して後方センターにおいてリア直接成分の方向の知覚された信号源を生成する動作をさらに含む。
方法はフロントオーディオ信号の第１のもの、リアオーディオ信号の第１のもの、処理されたフロント周囲成分、処理されたリア周囲成分、および処理されたリア直接成分を結合して、第２の出力信号を生成する動作をさらに含む。方法はリスナーに対して前方音ステージに配置されている１対のスピーカを通して、第１および第２の出力信号を再生する動作をさらに含む。
他の実施形態では、第１、第２および第３のＨＲＴＦベースの伝達関数は、約５００Ｈｚおよび４ｋＨｚの間の周波数に対して、約５０および５００Ｈｚの間ならびに約４および１５ｋＨｚの間の信号周波数の増幅を通してそれぞれ入力された信号を等化する。
他の実施形態では、エンターテイメントシステムがパーソナルコンピュータであり、少なくとも４つのオーディオ信号源信号はコンピュータシステムに取り付けられたデジタルビデオディスクプレイヤーにより発生される。他の実施形態では、エンターテイメントシステムがテレビであり、少なくとも４つのオーディオ信号源信号はテレビシステムに接続された関連するデジタルビデオディスクプレイヤーにより発生される。
他の実施形態では、少なくとも４つのオーディオ信号源信号はセンターチャンネルオーディオ信号であり、センターチャンネル信号は第１および第２の出力信号に対して電子的に加算される。他の実施形態では、第１、第２および第３のＨＲＴＦベースの伝達関数での処理ステップはデジタル信号プロセッサにより実行される。
本発明の他の観点にしたがうと、オーディオエンファシスデバイスはサラウンド音リスニング環境内に配置された１群のスピーカを通してプレイバックするために設計された複数のオーディオ信号を供給するオーディオ信号デコーダとともに使用される。オーディオエンファシスデバイスは複数のオーディオ信号から、１対のスピーカによる再生のための１対の出力信号を発生する。
オーディオエンファシスデバイスは、信号デコーダからの複数のオーディオ信号を別々の対のオーディオ信号にグループ分けするエンファシス装置を具備する。エンファシス装置は個々の対のオーディオ信号のそれぞれを修正して個々の対の成分信号を発生する。回路は成分信号を結合してエンファシスされたオーディオ出力信号を発生する。エンファシスされたオーディオ出力信号のそれぞれは第１の対の成分信号からの第１の成分信号と第２の対の成分信号からの第２の成分信号とを含む。
本発明の他の観点にしたがうと、オーディオエンファシスデバイスはサラウンド音リスニング環境内に配置された１群のスピーカを通してプレイバックするために設計された複数のオーディオ信号を供給するオーディオ信号デコーダとともに使用される。オーディオエンファシスデバイスは複数のオーディオ信号から、１対のスピーカによる再生のための１対の出力信号を発生する。
オーディオエンファシスデバイスは、信号デコーダの複数のオーディオ信号の少なくともいくつかを別々の対のオーディオ信号にグループ分けする手段を具備する。グループ分けする手段は個々の対のオーディオ信号のそれぞれを修正して個々の対の成分信号を発生する手段をさらに含む。
オーディオエンファシスデバイスは、成分信号を結合してエンファシスされたオーディオ出力信号を発生する手段をさらに具備する。エンファシスされたオーディオ出力信号のそれぞれは第１の対の成分信号からの第１の成分信号と第２の対の成分信号からの第２の成分信号とを含む。
【図面の簡単な説明】
本発明の上記および他の観点、特徴および効果は、以下の図面とともに表されている本発明の以下の特定の説明からさらに明白になるであろう。
図１は、１対のエンファシス出力信号を発生してサラウンド音効果を生成するマルチチャンネルオーディオエンファシスシステムの第１の実施形態の概略ブロック図である。
図２は、１対のエンファシス出力信号を発生してサラウンド音効果を生成するマルチチャンネルオーディオエンファシスシステムの第２の実施形態の概略ブロック図である。
図３は、選択された対のオーディオ信号をエンファシスするオーディオエンファシス処理を図示している概略ブロック図である。
図４は、１対のオーディオ信号から選択された成分を処理するエンファシス回路の概略ブロック図である。
図５は、２出力信号からサラウンド音効果を生成する本発明にしたがって構成されたオーディオエンファシスシステムを有するパーソナルコンピュータの図である。
図６は、図５のパーソナルコンピュータの主要内部構成部品を図示しているパーソナルコンピュータの概略ブロック図である。
図７は、図５に示されているパーソナルコンピュータの操作中にリスナーにより聞かれる音の知覚された出所および実際の出所を図示している図である。
図８は、１群のＡＣ−３オーディオ信号を処理してミキシングし、１対の出力信号からサラウンド音体験を達成する好ましい実施形態の概略ブロック図である。
図９は、１群のＡＣ−３オーディオ信号を処理してミキシングし、１対の出力信号からサラウンド音体験を達成する好ましい実施形態において使用する第１の信号等化曲線のグラフである。
図１０は、１群のＡＣ−３オーディオ信号を処理してミキシングし、１対の出力信号からサラウンド音体験を達成する好ましい実施形態において使用する第２の信号等化曲線のグラフである。
図１１は、図９の第１の信号等化曲線を生成するさまざまなフィルタおよび増幅段を図示している概略ブロック図である。
図１２は、図１０の第２の信号等化曲線を生成するさまざまなフィルタおよび増幅段を図示している概略ブロック図である。
好ましい実施形態の詳細な説明
図１は、１群のオーディオ信号を処理して、１対の出力信号を供給するマルチチャンネルオーディオエンファシスシステム１０の第１の好ましい実施形態のブロック図を図示している。オーディオエンファシスシステム１０は、マルチチャンネルオーディオ信号源１６の信号源を備え、この信号源１６は１群のディスクリートオーディオ信号１８をマルチチャンネル信号ミキサ２０に出力する。ミキサ２０は１組の処理されたマルチチャンネル出力２２をオーディオ仮想プロセッサ２４に供給する。信号プロセッサ２４は処理された左チャンネル信号２６と処理された右チャンネル信号２８を供給し、これらの信号は記録装置３０または１対のスピーカ３４および３６により再生される前にパワー増幅器３２に向けることができる。プロセッサ２０により受け取られる信号入力１８に依存して、信号ミキサは、信号源１６からのバス信号Ｂに対応する低周波数情報を含むバスオーディオ信号４０、および／または、信号源１６から出力されたセンター信号Ｃに対応する対話式にあるいは他の中央的に配置された音を含むセンターオーディオ信号４２も発生させてもよい。すべての信号源が独立したバス効果チャンネルＢ、またはセンターチャンネルＣを供給するわけではないので、これらのチャンネルはオプション的な信号チャンネルとして示されていることを理解すべきである。増幅器３２による増幅後、信号４０および４２は出力信号４４および４６によりそれぞれ表されている。
動作において、図１のオーディオエンファシスシステム１０はオーディオ信号源１６からオーディオ情報を受け取る。オーディオ情報はディスクリートアナログまたはデジタルチャンネルの形態でも、あるいはデジタルデータビットストリームとしてもよい。例えば、オーディオ信号源１６はオーケストラや他のオーディオパフォーマンスにおけるさまざまな楽器に取り付けられた１群のマイクロフォンから発生される信号であってもよい。代わりに、オーディオ信号源１６は予め記録されたオーディオ作品のマルチトラック演奏であってもよい。いずれにせよ、信号源１６から受け取られる特定の形態のオーディオデータは、オーディオエンファシスシステム１０の動作に特に関係しない。
例示のために、図１は８つのメインチャンネルＡ0〜Ａ7、１つのバスすなわち低周波数チャンネルＢ，および１つのセンターチャンネル信号Ｃを含むようなオーディオ信号の信号源を図示している。本発明のコンセプトはより多いまたはより少ない独立したオーディオチャンネルを有する任意のマルチチャンネルシステムに対して等しく適用可能であることを当業者は理解できるであろう。
図３および図４に関連してさらに詳細に説明するように、マルチチャンネル仮想プロセッサ２４はミキサ２０から受け取った出力信号２２を修正して、１対の出力信号ＬOUTおよびＲOUTが聴覚的に再生された時に仮想３次元効果を生み出す。プロセッサ２４は、マルチチャンネルミキシング出力信号２２においてリアルタイムで動作するアナログプロセッサとして図１において示されている。プロセッサ２４がアナログデバイスであれば、そしてオーディオ信号源１６がデジタルデータ出力を供給するのであれば、プロセッサ２４は当然に信号２２を処理する前に（示されていない）デジタルアナログコンバータを備えていなければならない。
次に図２を参照すると、マルチチャンネルオーディオエンファシスシステムの第２の好ましい実施形態が示されており、これはオーディオ信号源のデジタル仮想処理を提供する。デジタルオーディオ信号源５２を含むオーディオエンファシスシステム５０が示されており、このデジタルオーディオ信号源５２はパス５４に沿ってオーディオ情報をマルチチャンネルデジタルオーディオデコーダ５６に送る。デコーダ５６は複数のオーディオチャンネル信号をパス５８に沿って送る。さらに、オプション的なバス信号Ｂおよびセンター信号Ｃをデコーダ５６により発生させてもよい。デジタルデータ信号５８、ＢおよびＣは、受け取った信号をエンファシスするようにデジタル動作するオーディオ仮想プロセッサ６０に送られる。プロセッサ６０は１対のエンファシスされたデジタル信号６２および６４を発生し、これらはデジタルアナログコンバータ６６に供給される。さらに、信号ＢおよびＣもコンバータ６６に供給される。結果的なエンファシスアナログ信号６８および７０は低周波数情報およびセンター情報に対応し、パワー増幅器３２に供給される。同様に、エンファシスされたアナログ左右信号７２、７４も増幅器３２に送られる。磁気テープや光ディスクのような記録媒体上に直接に処理信号７２および７４を記憶させるために左右のエンファシスされた信号７２および７４を記録装置３０の方に向けてもよい。記録媒体上にいったん記憶されると、信号７２および７４に対応する処理されたオーディオ情報は、ここで説明されている意図された仮想効果を達成するためにさらにエンファシス処理することなく従来のステレオシステムにより再生することができる。
増幅器３２は増幅された左出力信号８０、ＬOUTを左のスピーカ３４に送り、増幅された右出力信号８２、ＲOUTを右のスピーカ３６に送る。また増幅されたバス効果信号８４、ＢOUTはサブウーハ８６に送られる。増幅されたセンター信号８８、ＣOUTは（示されていない）オプション的なセンタースピーカに送られてもよい。信号８０および８２の近接音場再生に対して、すなわちリスナーがスピーカ３４および３６の近くでスピーカ３４および３６の間に位置している場合に対して、センター音像を適切に位置付けするためにセンタースピーカを必ずしも使用しなくてもよい。しかしながら、すなわちリスナーがスピーカ３４および３６から比較的遠くに位置している遠方音場の適用においては、スピーカ３４および３６間にセンター音像を固定するためにセンタースピーカを使用することができる。
主としてデコーダ５６とプロセッサ６０から構成されている組み合わせは破線９０により表されており、これは特定の適用、設定の制約、単なる個人的な好みに依存して任意の異なる方法で実現してもよい。例えば、領域９０内で実行される処理は、もっぱら、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）内で、コンピュータメモリにロードされたソフトウェア内で、あるいはインテル・ペンティアム世代のマイクロプロセッサで見られるようなマイクロプロセッサのネイティブ信号処理能力の一部として実施してもよい。
次に図３を参照すると、図１の仮想プロセッサ２４が信号ミキサ２０に関連して示されている。プロセッサ２４は個々のエンファシスモジュール１００、１０２および１０４を備えており、これらはそれぞれ１対のオーディオ信号をミキサ２０から受け取る。エンファシスモジュール１００、１０２および１０４は、各１対の信号から周囲成分およびモノラル成分を分離することにより、部分的にステレオレベル上で対応する１対の信号を処理する。元の信号とともにこれらの成分は修正されて、結果的な信号１０８、１１０および１１２が発生される。バス、センターおよび他の信号は個々の処理を受けて、パス１１８に沿ってモジュール１１６に送られる。モジュール１１６は受け取った信号１１８のレベル調整、簡単なフィルタ処理、または他の修正を行ってもよい。結果的な信号１２０は信号１０８、１１０および１１２とともにプロセッサ２４内のミキサ１２４に出力される。
図４では、モジュール１００の好ましい実施形態の例示的な内部構成が図示されている。モジュール１００は１対のオーディオ信号を受け取る入力１３０および１３２から構成されている。オーディオ信号は、入力信号に見られる直接フィールドすなわちモノラル音成分から周囲成分を分離する回路または他の処理手段１３４に送られる。好ましい実施形態では、回路１３４は和信号Ｍ1＋Ｍ2を表す直接音成分を信号パス１３６に沿って発生する。入力信号の周囲成分を含む差信号Ｍ1−Ｍ2はパス１３８に沿って送られる。和信号Ｍ1＋Ｍ2は伝達関数Ｆ1を有する回路１４０により修正される。同様に差信号Ｍ1−Ｍ2は伝達関数Ｆ2を有する回路１４２により修正される。伝達関数Ｆ1およびＦ2は同一であってもよく、好ましい実施形態では他の周波数をデエンファシスしながらある周波数をエンファシスすることにより、入力された信号に対して空間的なエンファシスをもたらしてもよい。伝達関数Ｆ1およびＦ2は、プレイバック時に信号の知覚配置を達成するために、入力された信号に対してＨＲＴＦベースの処理を適用してもよい。望まれる場合には、回路１４０および１４２は、入力信号１３６および１３８に元の信号Ｍ1およびＭ2に関して時間遅延または位相シフトを入れるために使用してもよい。
回路１４０および１４２はそれぞれパス１４４および１４６に沿って、それぞれ修正された和信号（Ｍ1＋Ｍ2）Pおよび修正された差信号（Ｍ1−Ｍ2）Pを出力する。元の入力信号Ｍ1およびＭ2は、処理された信号（Ｍ1＋Ｍ2）Pおよび（Ｍ1−Ｍ2）Pとともに、受け取った信号の利得を調整する乗算器に供給される。処理後、修正された信号は出力１５０、１５２、１５４および１５６においてエンファシスモジュール１００から出力する。出力１５０は信号Ｋ1Ｍ1を送出し、出力１５２は信号Ｋ2Ｆ1（Ｍ1＋Ｍ2）Pを送出し、出力１５４は信号Ｋ3Ｆ2（Ｍ1−Ｍ2）Pを送出し、出力１５６は信号Ｋ4Ｍ2を送出する。ここでＫ1〜Ｋ4は乗算器１４８の設定により決定される定数である。モジュール１００、１０２、１０４および１１６により実行される処理のタイプ、特に回路１３４、１４０および１４２は、再生音の所要の効果および／または所要の位置を達成するためにユーザが調整できるようにしてもよい。いくつかのケースでは、１対の入力信号のうち、周囲成分またはモノラル成分のみを処理することが望ましい場合もある。各モジュールにより実行される処理は１以上のモジュールに対して異なるものであっても、あるいはで同一であってもよい。
ミキシングされる前に１対のオーディオ信号が集合的にエンファシスされる好ましい実施形態にしたがうと、各モジュール１００、１０２および１０４は図３に示されているミキサ１２４により受け取られる４つの処理された信号を発生する。すべての信号１０８、１１０、１１２および１２０は、当業者によく知られている原理にしたがい、ユーザの好みに依存してミキサ１２４により選択的に結合してもよい。
ステレオレベルですなわち対でマルチチャンネル信号を処理することにより、１対の信号内の微妙な差および類似性を調整して、スピーカを通してプレイバックする際に生み出される仮想効果を達成することができる。この仮想効果は、ＨＲＴＦベースの伝達関数を処理された信号に適用して完全な仮想位置音場を生み出すことにより位置付けることができる。各オーディオ信号対は、マルチチャンネルオーディオミキシングシステムを生み出すために独立に処理されて、このシステムはライブの３６０度音ステージの知覚を効果的に再生成することができる。１対のオーディオ信号の成分、例えば周囲成分およびモノラル成分の独立したＨＲＴＦ処理によりさらなる信号調節制御が提供され、処理された信号が聴覚的に再生された時にさらに現実的な仮想音経験となる。ある知覚方位を達成するために使用することができるＨＲＴＦ伝達関数の例は、“Transformation of Sound Pressure Level From the Free Field to the Eardrum in the Horizontal Plane”と題するE.A.B.Shawによる論文、J.Acoust.Soc.Am.,Vol.56,No.6、１９７４年１２月と、“Transformation Characteristics of the External Human Ear”と題するS.MehrgardtとV.Mellertによる論文、J.Acoust.Soc.Am.,Vol.61,No.6、１９７７年６月に説明されており、両論文は完全に記述されているかのように参照のためここに組み込まれている。
図１〜図４に関して先に説明したような本発明の原理は、高品質な記録をするためにプロフェッショナル録音スタジオで使用するのに適しているが、本発明の１つの特定の適用はマルチチャンネルオーディオ信号を処理する能力を持つが再生する能力を持たないオーディオプレイバック装置におけるものである。例えば、今日のオーディオ・ビジュアル記録媒体は、ホームシアターサラウンド処理システムで再生するために複数のオーディオチャンネル信号でエンコードされている。このようなサラウンドシステムは、一般的に左右のステレオ信号を再生する前方すなわちフロントスピーカと、左のサラウンド信号と右のサラウンド信号を再生するリアスピーカと、センター信号を再生するセンタースピーカと、低周波数信号の再生のためのサブウーハを備えている。このようなサラウンドシステムによりプレイバックできる記録媒体は、ドルビー社所有のＡＣ−３オーディオエンコーディング標準規格のような技術によりマルチチャンネルオーディオ信号でエンコーディングされている。今日のプレイバック装置の多くはサラウンドまたはセンターチャンネルスピーカを備えていない。結果として、マルチチャンネル記録媒体の完全な能力は利用されないままとなり、ユーザを余り良くないリスニング経験のままにする。
次に図５を参照すると、本発明にしたがって構成された仮想位置オーディオプロセッサを持つパーソナルコンピュータシステム２００が示されている。コンピュータシステム２００は、ディスプレイモニタ２０４に結合された処理ユニット２０２から構成されている。ユニット２０２により発生されたオーディオ信号を再生するために、フロント左スピーカ２０６とフロント右スピーカ２０８はオプション的なサブウーハスピーカ２１０とともにすべてユニット２０２に接続されている。リスナー２１２はキーボード２１４を通してコンピュータシステム２００を操作する。コンピュータシステム２００はマルチチャンネルオーディオ信号を処理し、スピーカ２０６、２０８および利用可能であればスピーカ２１０のみから仮想３６０度サラウンド音経験をリスナー２１２に提供する。好ましい実施形態にしたがうと、ここに開示されている処理システムはドルビーＡＣ−３記録媒体とともに使用するために説明されている。しかしながら、マルチチャンネルを使用してサラウンド音経験を生み出す他の標準化されたオーディオ記録技術に対して同じあるいは同様な原理を適用してもよいことが理解できる。さらに、コンピュータシステム２００が図５で示され説明されているが、ＡＣ−３記録媒体を再生するオーディオ・ビジュアルプレイバック装置は、テレビや、テレビ／パーソナルコンピュータの組み合わせや、テレビに結合されたデジタルビデオディスクプレイヤーや、マルチチャンネルオーディオ記録をプレイバックすることができる他の任意の装置であってもよい。
図６は図５の処理ユニット２０２の主要内部構成部品の概略ブロック図である。ユニット２０２は当業者によく知られている原理にしたがって構成された典型的なコンピュータシステムの構成部品を含んでおり、これには中央処理ユニット（ＣＰＵ）２２０、大容量記憶メモリおよび一時ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）システム２２２、入力／出力制御装置２２４が含まれており、これらはすべて内部バス構造を通して相互接続されている。ユニット２０２は電源２２６および記録媒体プレイヤー／記録装置２２８も含んでおり、この記録媒体プレイヤー／記録装置２２８はＤＶＤ装置や他のマルチチャンネルオーディオ信号源であってもよい。ＤＶＤプレイヤー２２８は、モニタ上に表示するためのビデオデータをビデオデコーダ２３０に供給する。ＤＶＤプレイヤー２２８からのオーディオデータはオーディオデコーダ２３２に送られ、このオーディオデコーダ２３２はプレイヤー２２８からのマルチチャンネルデジタルオーディオデータを仮想プロセッサ２５０に供給する。デコーダ２３２からのオーディオ情報には、左フロント信号、右フロント信号、左サラウンド信号、右サラウンド信号、センター信号、低周波数信号が含まれ、これらはすべて仮想オーディオプロセッサ２５０に送られる。プロセッサ２５０は、従来のステレオプレイバックシステムでプレイバックするのに適した方法でデコーダ２３２からのオーディオ情報をデジタル的にエンファシスする。特に、左チャンネル信号２５２と右チャンネル信号２５４はプロセッサ２５０からの出力として供給される。低周波数サブウーハ信号２５６もステレオプレイバックシステムにおけるバス応答のために供給される。信号２５２、２５４および２５６は最初にデジタルアナログコンバータ２５８に供給され、次に増幅器２６０に供給され、そして対応するスピーカへの接続のために出力される。
次に図７を参照すると、頭上から見た図５のシステムのスピーカ配置の概略表示が示されている。リスナー２１２は左フロントスピーカ２０６と右フロントスピーカ２０８の前でこれらのスピーカ間に位置している。本発明にしたがってＡＣ−３互換記録から発生されたサラウンド信号の処理を通して、シミュレートされたサラウンド経験がリスナー２１２に対して生み出される。特に、スピーカ２０６および２０８を通しての２チャンネル信号の通常のプレイバックは錯覚センタースピーカ２１４を生み出し、このセンタースピーカ２１４から左右の信号のモノラル成分が放出されるかのように思われる。したがって、ＡＣ−３の６チャンネル記録からの左右の信号は、スピーカ２０６および２０８を通して再生される際にセンター錯覚スピーカ２１４を生み出す。モノラルサラウンド音がリア錯覚センタースピーカ２１８から放出されたと思える一方で、周囲サラウンド音がリア錯覚スピーカ２１５および２１６から放出されたように知覚されるように、ＡＣ−３の６チャンネル記録の左右サラウンドチャンネルは処理される。さらに、左右フロント信号および左右サラウンド信号の両者は空間的にエンファシスされて仮想音経験を提供し、実際のスピーカ２０６、２０８ならび錯覚スピーカ２１５、２１６および２１８が点音源として知覚されないようにする。最後に、低周波数情報はオプション的なサブウーハスピーカ２１０により再生される。このサブウーハスピーカ２１０はリスナー２１２対して任意の位置に配置してもよい。
図８は、図７に示されている知覚仮想サラウンド効果を達成するための仮想プロセッサおよびミキサの概略表示である。プロセッサ２５０は図６に示されているものに対応し、フロントメイン左信号ＭL、フロントメイン右信号ＭR、左サラウンド信号ＳL、右サラウンド信号ＳR、センターチャンネル信号Ｃ、低周波数効果信号Ｂからなる６オーディオチャンネル信号を受け取る。信号ＭLおよびＭRは対応する利得調整乗算器２５２および２５４に供給され、これらの利得調整乗算器２５２および２５４はボリューム調整信号Ｍvolumeにより制御される。センター信号Ｃの利得は、信号Ｍvolumeにより制御される第１の乗算器２５６およびセンター調整信号Ｃvolumeにより制御される第２の乗算器２５８により調整されてもよい。同様に、サラウンド信号ＳLおよびＳRは最初にそれぞれ乗算器２６０および２６２に供給される。これらの乗算器２６０および２６２はボリューム調整信号Ｓvolumeにより制御される。
メインフロント左右信号ＭLおよびＭRはそれぞれ和結合器２６４および２６６に供給される。和結合器２６４はＭRを受ける反転入力とＭLを受ける非反転入力とを持ち、結合して出力パス２６８に沿ってＭL−ＭRを供給する。信号ＭL−ＭRは、伝達関数Ｐ1により特徴付けられるエンファシス回路２７０に供給される。処理された差信号（ＭL−ＭR）Pは回路２７０の出力において送出されて利得調整乗算器２７２に送られる。乗算器２７２の出力は直接的に左ミキサ２８０とインバータ２８２に供給される。反転された差信号（ＭR−ＭL）Pはインバータ２８２から右ミキサ２８４に送られる。和信号ＭL＋ＭRは結合器２６６を出て、利得調整乗算器２８６に供給される。乗算器２８６の出力は和結合器に供給され、この和結合器はセンターチャンネル信号Ｃを信号ＭL＋ＭRと加算する。結合された信号ＭL＋ＭR＋Ｃは結合器を出て、左ミキサ２８０と右ミキサ２８４の両方に向けられる。最後に、元の信号ＭLおよびＭRは、ミキサ２８０および２８４に送られる前に、最初に固定利得調整回路すなわち増幅器２９０および２９２にそれぞれ供給される。
サラウンド左右信号ＳLおよびＳRはそれぞれ乗算器２６０および２６２を出て、それぞれ和結合器３００および３０２に供給される。和結合器３００はＳRを受ける反転入力とＳLを受ける非反転入力とを持ち、結合して出力パス３０４に沿ってＳL−ＳRを供給する。和結合器２６４、２６６、３００および３０２はすべて、和信号が発生されるかまたは差信号が発生されるかに依存して、反転増幅器または非反転増幅器として構成してもよい。反転増幅器および非反転増幅器は、当業者によく知られている原理にしたがって通常の演算増幅器から構成してもよい。信号ＳL−ＳRは、伝達関数Ｐ2により特徴付けられるエンファシス回路３０６に供給される。処理された差信号（ＳL−ＳR）Pは回路３０６の出力において送出されて、利得調整乗算器３０８に送られる。乗算器３０８の出力は直接的に左ミキサ２８０とインバータ３１０に供給される。反転された差信号（ＳR−ＳL）Pはインバータ３１０から右ミキサ２８４に送られる。和信号ＳL＋ＳRは結合器３０２を出て、伝達関数Ｐ3により特徴付けられる別のエンファシス回路３２０に供給される。処理された和信号（ＳL＋ＳR）Pは回路３２０の出力において送出され、利得調整乗算器３３２に送られる。和信号および差信号を参照したが、実際の和信号および差信号の使用は代表的なものに過ぎないことに留意すべきである。１対の信号の周囲成分およびモノラル成分がどのように分離されるかにかかわらず同じ処理を達成することができる。乗算器３３２の出力は直接的に左ミキサ２８０と右ミキサ２８４に供給される。また、元の信号ＳLおよびＳRはミキサ２８０および２８４に送られる前に、最初に固定利得増幅器３３０および３３４にそれぞれ供給される。最後に、低周波数効果チャンネルＢは、出力低周波数効果信号ＢOUTを生成するために増幅器３３６に供給される。オプション的にサブウーハが利用できないのであれば、低周波数チャンネルＢは出力信号ＬOUTおよびＲOUTの一部としてミキシングしてもよい。
図８のエンファシス回路２５０は、アナログディスクリート形態で、半導体基板で、メインまたは専用マイクロプロセッサ上で走るソフトウェアを通して、デジタル信号処理（ＤＳＰ）チップ内ですなわちファームウェア内で、あるいは他の何らかのデジタルフォーマットで実現してもよい。多くのケースでは信号源の信号はデジタルであることから、アナログ構成部品とデジタル構成部品の両方を組み合わせたハイブリッド回路構造を使用することも可能である。したがって、個々の増幅器、イコライザ、または他の構成部品はソフトウェアまたはファームウェアにより実現してもよい。さらに、エンファシス回路３０６および３２０と同様に図８のエンファシス回路２７０は、さまざまなオーディオエンファシス技術を使用してもよい。例えば、回路装置２７０、３０６および３２０は、時間遅延技術、位相シフト技術、信号等化、またはこれらの技術のすべての組み合わせを使用して、所要のオーディオ効果を達成してもよい。このようなオーディオエンファシス技術の基本原理は当業者によく知られている。
好ましい実施形態では、仮想プロセッサ回路２５０は１組のＡＣ−３マルチチャンネル信号をユニークに調節して、２つの信号信号ＬOUTおよびＲOUTのプレイバックを通してサラウンド音経験を提供する。特に信号ＭLおよびＭRは、これらの信号に存在する周囲情報を分離することにより集合的に処理される。周囲信号成分は１対のオーディオ信号間の差を表している。したがって、１対のオーディオ信号から得られる周囲信号成分は“差”信号成分として呼ばれることが多い。回路２７０、３０６および３２０は和信号および差信号を発生するように示され説明されているが、オーディオエンファシス回路２７０、３０６および３２０の他の実施形態は、和信号および差信号をまったく別々に発生しなくてもよい。通常の回路設計原理を使用して任意の多くの方法でこれを達成することができる。例えば、差信号情報の分離およびその後続する等化はデジタル的に実行されても、あるいは増幅器回路の入力段において同時に実行されてもよい。ＡＣ−３オーディオ信号源の処理に加えて、図８の回路２５０はより少ないディスクリートオーディオチャンネルを持つ信号源を自動的に処理する。例えば、ドルビープロロジック信号がプロセッサ２５０に入力されると、すなわちＳL＝ＳRの場合、周囲成分は結合器３００において発生されないことから、エンファシス回路３２０だけが動作してリアチャンネル信号を修正する。同様に、２チャンネルステレオ信号ＭLおよびＭRのみが存在するのであれば、プロセッサ２５０は動作して、エンファシス回路２７０の動作を通して２チャンネルのみから空間的エンファシスされたリスニング経験を生成する。
好ましい実施形態にしたがうと、フロントチャンネル信号の周囲情報は差ＭL−ＭRにより表すことができ、図９の周波数応答曲線３５０にしたがって回路２７０により等化される。曲線３５０は空間補正すなわち“遠近感”曲線として呼ぶことができる。周囲信号情報のこのような等化は、広がりの感覚をもたらす音情報を選択的にエンファシスすることにより１対のオーディオ信号から発生される知覚音を広げ、そしてブレンドする。
エンファシス回路３０６および３２０は、サラウンド信号ＳLおよびＳRの周囲およびモノラル成分をそれぞれ修正する。好ましい実施形態にしたがうと、伝達関数Ｐ2およびＰ3は等しく、両方とも対応する入力信号に対して同じレベルの遠近感等化を適用する。特に、回路３０６は信号ＳL−ＳRにより表されるサラウンド信号の周囲成分を等化する一方、回路３２０は信号ＳL＋ＳRにより表されるサラウンド信号のモノラル成分を等化する。等化のレベルは図１０の周波数応答曲線３５２により表される。
遠近感等化曲線３５０および３５２は、対数フォーマットで表示されている可聴周波数に対してデシベルで測定された利得の関数としてそれぞれ図９および図１０に表示されている。全体的な出力信号の最終的な増幅は最終的なミキシングプロセスで生じることから、個々の周波数におけるデシベルの利得レベルは、それらが基準信号に関係する時のみ適切である。最初に図９を参照する。好ましい実施形態にしたがうと、遠近感曲線３５０は約１２５Ｈｚに位置する点Ａにおいてピーク利得を持っている。遠近感曲線３５０の利得は１２５Ｈｚより上および１２５Ｈｚより下でオクターブ当たり約６ｄＢの率で減少している。遠近感曲線３５０は約１．５〜２．５ｋＨｚの範囲内の点Ｂにおいて最小利得に達する。利得は点Ｂより上の周波数で約７ｋＨｚにおける点Ｃまでオクターブ当たり約６ｄＢの率で増加し、そして約２０ｋＨｚすなわちまで人間の耳に聞こえるほぼ最高周波数増加し続ける。
次に図１０を参照する。好ましい実施形態にしたがうと、遠近感曲線３５２は約１２５Ｈｚに位置する点Ａにおいてピーク利得を持っている。遠近感曲線３５２の利得は１２５Ｈｚより下でオクターブ当たり約６ｄＢの率で増加し、１２５Ｈｚより上でオクターブ当たり約６ｄＢの率で減少する。遠近感曲線３５２は約１．５〜２．５ｋＨｚの範囲内の点Ｂにおいて最小利得に達する。利得は点Ｂより上の周波数で約１０．５〜１１．５ｋＨｚにおける最大利得点Ｃまでオクターブ当たり約６ｄＢの率で増加する。曲線３５２の周波数応答は約１１．５ｋＨｚより上の周波数で減少する。
図９および図１０の等化曲線３５０および３５２を実現するのに適切な装置および方法は、１９９５年４月２７日に出願された留保中の出願第０８／４３０７５１号に開示されているものと類似しており、この出願は完全に記述されているかのように参照によりここに組み込まれている。周囲情報をエンファシスする関連するオーディオエンファシス技術は、Arnold I.Klaymanに発行された米国特許第４，７３８，６６９号および第４，８６６，７４４号に開示されており、両特許も完全に記述されているかのように参照によりここに組み込まれている。
動作において、図８の回路２５０はユニークに機能して、２つのスピーカのみによる再生の際にリスナーに対して５つのメインチャンネル信号ＭL、ＭR、Ｃ、ＳLおよびＳRを位置付ける。先に説明したように、信号ＭL−ＭRに適用される図９の曲線３５０は信号ＭLおよびＭRからの周囲音を広げて、空間的にエンファシスする。これは、図７に示されているスピーカ２０６および２０８からの放出される広い前方音ステージの知覚を生み出す。これは、低周波数成分と高周波数成分をエンファシスするように周囲信号情報を選択的に等化することにより達成される。同様に、図１０の等化曲線３５２は信号ＳL−ＳRに適用され、信号ＳLおよびＳRからの周囲音を広げて、空間的にエンファシスする。しかしながらさらに、曲線３５２は信号ＳL−ＳRを修正してＨＲＴＦの位置付けを考慮して図７のリアスピーカ２１５および２１６の知覚を得る。結果として、曲線３５２は、ＭL−ＭRに適用されるものに対して、信号ＳL−ＳRの低周波数成分および高周波数成分のより高いレベルのエンファシスを含む。このことは、ゼロ度方位からリスナーに向けられる音に対する人間の耳の通常の周波数応答が約２．７５ｋＨｚを中心とする音をエンファシスすることから必要となる。これらの音のエンファシスは、平均的な人間の耳介の固有伝達関数からおよび耳管応答から生じる。図１０の遠近感曲線３５２は耳の固有伝達関数を妨げて信号ＳL−ＳRおよび信号ＳL＋ＳRに対するリアスピーカの知覚を生み出す。結果として得られる処理された差信号（ＳL−ＳR）Pは位相が異なるようにされて対応するミキサ２８０および２８４に流され、錯覚スピーカ２１５および２１６により再生されたかのように広いリア音ステージの知覚を維持させる。
サラウンド信号処理を和成分と差成分に分離することで、各信号ＳL−ＳRおよびＳL＋ＳRの利得を独立して調整できるようにしてより大きな制御がもたらされる。本発明は、実際には前方のスピーカ２０６および２０８から音が放出されることから、図７に示されているようなセンターリア錯覚スピーカ２１８の生成には和信号ＳL＋ＳRの同様な処理が必要であることを認識している。したがって、信号ＳL＋ＳRも図１０の曲線３５２にしたがって回路３２０により等化される。結果として得られる処理された和信号（ＳL＋ＳR）Pは同位相で流され、２つの錯覚スピーカ２１５および２１６が実際に存在しているかのように、そして知覚された錯覚スピーカ２１８を達成する。専用センターチャンネルスピーカを含むオーディオ再生システムに対して、センター信号Ｃをミキサ２８０および２８４においてミキシングする代わりに直接的にこのようなスピーカに供給するように図８の回路２５０を修正することができる。
回路２５０内のさまざまな信号の近似相対利得値は、０ｄＢ基準に対して、乗算器２７２および３０８を出る差信号について測定することができる。このような基準により、好ましい実施形態にしたがった増幅器２９０、２９２、３３０および３３４の利得は約−１８ｄＢであり、増幅器３３２を出る和信号の利得は約−２０ｄＢであり、増幅器２８６を出る和信号の利得は約−２０ｄＢであり、増幅器２５８を出るセンターチャンネル信号の利得は約−７ｄＢである。これらの相対利得値はユーザの好みに基づく純粋な設計的選択事項であり、変化させてもよい。乗算器２７２、２８６，３０８および３３２の調整により、処理された信号を、再生される音のタイプに調整することができ、またユーザの個人的な好みに調整することができる。和信号のレベルの増加は１対のスピーカ間に位置するセンターステージに現れるオーディオ信号をエンファシスする。逆に、差信号のレベルの増加はより広い音像の知覚を生み出す周囲音情報をエンファシスする。音楽タイプのパラメータおよびシステムの構成が知られている、あるいはマニュアルによる調整が実用的でないいくつかのオーディオ装置では、乗算器２７２、２８６、３０８および３３２は所要のレベルにプリセットされ固定される。実際、乗算器３０８および３３２のレベル調整がリア信号入力レベルについて望ましい場合には、エンファシス回路を直接的に入力信号ＳLおよびＳRに接続することができる。当業者により理解できるように、図８のさまざまな信号に対する個々の信号強度の最終比率も、ボリューム調整によりおよびミキサ２８０および２８４により適用されるミキシングのレベルにより影響を受ける。
したがって、周囲音が選択的にエンファシスされて再生音ステージ内のリスナーを完全に包み込むことから、オーディオ出力信号ＬOUTおよびＲOUTはかなり改善されたオーディオ効果を生み出す。個々の成分の相対利得を無視すると、オーディオ出力信号ＬOUTおよびＲOUTは以下の数式により表される。
ＬOUT＝ＭL＋ＳL＋（ＭL−ＭR）P＋（ＳL−ＳR）P
＋（ＭL＋ＭR＋Ｃ）＋（ＳL＋ＳR）P    （１）
ＲOUT＝ＭR＋ＳR＋（ＭR−ＭL）P＋（ＳR−ＳL）P
＋（ＭL＋ＭR＋Ｃ）＋（ＳL＋ＳR）P    （２）
上記で表されるエンファシスされた出力信号は、ビニールレコード、コンパクトディスク、デジタルまたはアナログオーディオテープ、あるいはコンピュータデータ記憶媒体のようなさまざまな記録媒体上に磁気的あるいは電子的に記憶させてもよい。記憶されているエンファシスされたオーディオ出力信号を従来のステレオ再生システムにより再生して、同じレベルのステレオ音像エンファシスを達成してもよい。
図１１を参照すると、概略ブロック図は好ましい実施形態にしたがって図９の等化曲線３５０を実現する回路を示している。回路２７０は、図８のパス２６８において見られるものに対応する周囲信号ＭL−ＭRを入力する。信号ＭL−ＭRは最初に、約５０Ｈｚのカットオフ周波数すなわち−３ｄＢ周波数を有するハイパスフィルタ３６０により調節される。フィルタ３６０の使用は、信号ＭL−ＭRに存在するバス成分の過増幅を避けるように設計されている。
フィルタ３６０の出力は、信号ＭL−ＭRをスペクトル的に成形するために、３つの独立した信号パス３６２、３６４および３６６に分割される。特に、ＭL−ＭRはパス３６２に沿って増幅器３６８に送られ、そして和結合器３７８に送られる。信号ＭL−ＭRはパス３６４に沿ってローパスフィルタ３７０にも送られ、そして増幅器３７２に送られ、最終的に和結合器３７８に送られる。最後に、信号ＭL−ＭRはパス３６６に沿ってハイパスフィルタ３７４に送られ、そして増幅器３７６に送られ、その後に和結合器３７８に送られる。独立して調節された信号ＭL−ＭRのそれぞれは和結合器３７８において結合され、処理された差信号（ＭL−ＭR）Pを生成する。好ましい実施形態では、ローパスフィルタ３７０は約２００Ｈｚのカットオフ周波数を持つ一方、ハイパスフィルタ３７４は約７ｋＨｚのカットオフ周波数を持つ。約１〜３ｋＨｚの中間周波数範囲のものに対して、低いおよび高い周波数の範囲における周囲成分が増幅される限り、正確なカットオフ周波数は重要なものではない。フィルタ３６０、３７０および３７４はすべて一次フィルタであり、複雑さとコストを減少させるが、図９および図１０において表される処理のレベルが大きく変更されないのであれば、より高次のフィルタであってもよいと思われる。また好ましい実施形態にしたがうと、増幅器３６８は０．５の近似利得を持ち、増幅器３７２は約１．４の利得を持ち、増幅器３７６は約１の利得を持つ。
増幅器３６８、３７２および３７６を出る信号は信号（ＭL−ＭR）Pの成分を作り上げる。周囲信号ＭL−ＭRの全体的なスペクトル成形すなわち正規化は、和結合器３７８がこれらの信号を結合する時に生じる。出力信号ＬOUTの一部として（図８に示されている）左ミキサ２８０によりミキシングされるものは、処理された信号（ＭL−ＭR）Pである。同様に、反転信号（ＭR−ＭL）Pは出力信号ＲOUTの一部として（図８に示されている）右ミキサ２８４によりミキシングされる。
図９を再度参照する。好ましい実施形態では、遠近感曲線３５０の点Ａおよび点Ｂ間の利得分離は理想的には９ｄＢとなるように設計され、点Ｂおよび点Ｃ間の利得分離は約６ｄＢとすべきである。これらの数字は設計上の制約であり、実際上の数字は回路２７０に対して使用される構成部品の実際の値に依存しておそらく変化する。図１１の増幅器３６８、３７２および３７６の利得が固定されている場合には、遠近感曲線３５０は一定のままである。増幅器３６８の調整は点Ｂの振幅レベルを調整する傾向があり、したがって点Ａおよび点Ｂ間、ならびに点Ｂおよび点Ｃ間の利得分離を変化させる。サラウンド音環境では、９ｄＢよりかなり大きい利得分離はミッドレンジ明瞭度のリスナーの知覚を減少させる傾向があるかもしれない。
デジタル信号プロセッサによる遠近感曲線の実現は、多くのケースでは先に説明した設計上の制約をさらに正確に反映する。アナログによる実現に対しては、点Ａ、ＢおよびＣに対応する周波数ならびに利得分離における制約がプラスまたはマイナス２０パーセントだけ変化するのであれば許容することができる。理想的な仕様からのこのような偏差は最適の結果よりも少ないもののそれでもなお所要のエンファシス効果を生み出す。
次に図１２を参照すると、概略ブロック図は好ましい実施形態にしたがった図１０の等化曲線３５２を実現する回路を示している。信号ＳL−ＳRおよび信号ＳL＋ＳRを成形するために同じ曲線３５２を使用するが、説明を簡単にするために、図１２においては回路エンファシス装置３０６に対してのみ参照する。好ましい実施形態では、装置３０６の特性は３２０のものと同一である。回路３０６は図８のパス３０４に見られるものに対応する周囲信号ＳL−ＳRを入力する。信号ＳL−ＳRは最初に約５０Ｈｚのカットオフ周波数を持つハイパスフィルタ３８０により調節される。図１１の回路２７０と同様に、フィルタ３８０の出力は、信号ＳL−ＳRをスペクトル的に成形するために３つの別々の信号パス３８２、３８４および３８６に分割される。特に、ＳL−ＳRはパス３８２に沿って増幅器３８８に送られ、そして和結合器３９６に送られる。信号ＳL−ＳRはパス３８４に沿ってハイパスフィルタ３９０にも送られ、そしてローパスフィルタ３９２に送られる。フィルタ３９２の出力は増幅器３９４に送られ、最後に和結合器３９６に送られる。最後に、信号ＳL−ＳRはパス３８６に沿ってローパスフィルタ３９８に送られ、そして増幅器４００に送られ、その後に和結合器３９６に送られる。独立して調節された信号ＳL−ＳRのそれぞれは和結合器３９６において結合され、処理された差信号（ＳL−ＳR）Pを生成する。好ましい実施形態では、ハイパスフィルタ３９０は約２１ｋＨｚのカットオフ周波数を持つ一方、ローパスフィルタ３９２は約８ｋＨｚのカットオフ周波数を持つ。フィルタ３９２は図１０の最大利得点Ｃを生み出すように機能し、望ましい場合には取り除いてもよい。さらに、ローパスフィルタ３９８は約２２５Ｈｚのカットオフ周波数を持つ。当業者により理解できるように、図１０に示されている周波数応答曲線３５２を達成することができる多くの付加的なフィルタの組み合わせがある。例えば、図１０にしたがって信号ＳL−ＳRが等化されている限り、フィルタの正確な数およびカットオフ周波数は重要なものではない。好ましい実施形態では、フィルタ３８０、３９０、３９２および３９８はすべて一次フィルタである。また好ましい実施形態にしたがうと、増幅器３８８は０．１の近似利得を持ち、増幅器３９４は約１．８の利得を持ち、増幅器４００は０．８の近似利得を持つ。出力信号ＬOUTの一部として（図８に示されている）左ミキサ２８０によりミキシングされるものは、処理された信号（ＳL−ＳR）Pである。同様に、反転信号（ＳR−ＳL）Pは出力信号ＲOUTの一部として（図８に示されている）右ミキサ２８４によりミキシングされる。
再度図１０を参照する。好ましい実施形態では、遠近感曲線３５２の点Ａおよび点Ｂ間の利得分離は理想的には１８ｄＢとなるように設計され、点Ｂおよび点Ｃ間の利得分離は約１０ｄＢとすべきである。これらの数字は設計上の制約であり、実際上の数字は回路３０６および３２０に対して使用される構成部品の実際の値に依存しておそらく変化する。図１２の増幅器３８８、３９４および４００の利得が固定されている場合には、遠近感曲線３５２は一定のままである。増幅器３８８の調整は曲線３５２の点Ｂの振幅レベルを調整する傾向があり、したがって点Ａおよび点Ｂ間、ならびに点Ｂおよび点Ｃ間の利得分離を変化させる。
これまでの説明および添付図面を通して、本発明が現在のオーディオ再生およびエンファシスシステムに対して重要な利点を持つことが示された。上記の詳細な説明は本発明の基本的で新規な特徴を示し、説明し、指摘したが、例示された装置の形態および詳細におけるさまざまな省略、置換および変更が当業者によりなし得ることが理解できるであろう。したがって、本発明は以下の請求の範囲によってのみその範囲が制限されるべきである。
【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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