【手続補正書】
【提出日】平成20年8月13日(2008.8.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】バイノーラル音声録音再生方法およびシステム
【特許請求の範囲】
【請求項１】  リスニング環境において、各々が高域成分と低域成分とを含む左チャンネル及び右チャンネルを含む音声を再生する装置において、
前記左および右チャンネルを比較して、そこから左および右比較信号を形成する手段と、
前記左チャンネルと前記左比較信号とを再生する少なくとも１つの左スピーカ手段と、
前記右チャンネルと前記右比較信号とを再生する少なくとも１つの右スピーカ手段とを備え、
前記装置は、前記スピーカ手段によって前記第１及び第２比較信号を再生するよう動作するとともに、前記左および右比較信号が互いに実質的に非干渉性であり且つ前記左および右チャンネルに対して低レベルにあるか、或いは前記装置が前記左および右比較信号をそのように再生するよう動作することで、前記リスニング環境にある聴取者にバイノーラル効果をもたらすことを特徴とする装置。
【請求項２】  前記左および右チャンネルの比較を行いそこから左および右比較信号を形成する前記手段は、
前記左比較信号を、前記左低域成分から前記右低域成分を引いたものから導出した低域差信号からなる左アンビエンス信号として導出する手段と、
前記右比較信号を、前記右低域成分から前記左低域成分を引いたものから導出した低域差信号からなる右アンビエンス信号として導出する手段とを備え、
前記装置は、前記左および右アンビエンス信号を前記左および右チャンネルに対して実質的に時間的に干渉性をもって再生するよう動作することにより、前記リスニング環境における不要な１次音響反射に聴取者が気付くことを少なくするか防止することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】  前記左チャンネルと前記右チャンネルとの差から左および右残響信号を導出する手段を含み、前記左および右残響信号が、前記左および右チャンネルに対して実質的に時間的に非干渉性であり、互いに実質的に非干渉性であるとともに、前記左および右チャンネルに対して低レベルにあるか、又は前記手段が前記左および右残響信号をそのように再生するように動作して、残響音を提供することを特徴とする前述の請求項のいずれか一つに記載の装置。
【請求項４】  前記左および右チャンネルを比較する前記手段は、前記左チャンネルの超低域成分と、
前記左チャンネルの前記超低域成分から前記右チャンネルの超低域成分を引いたものからなる差成分と、
前記左チャンネルの前記超低域成分に右チャンネルの前記超低域成分を加えたものからなる和成分とからなる信号の第１の組み合わせから左サブウーファ信号を導出する手段と、
前記右チャンネルの前記超低域成分と、
前記右チャンネルの前記超低域成分から前記左チャンネルの前記超低域成分を引いたものからなる差成分と、
前記右チャンネルの前記超低域成分に前記左チャンネルの前記超低域成分を加えたものからなる和成分とからなる信号の第２の組み合わせから右サブウーファ信号を導出する手段とを備え、
前記第１及び第２の組み合わせの各々は、それぞれ前記左および右チャンネルに対して１５〜１０００ｍｓだけ遅れていることを特徴とする前述の請求項のいずれか一つに記載の装置。
【請求項５】  リスニング環境において、各々が高域成分と低域成分とを含む左チャンネル及び右チャンネルを含む音声録音を再生する方法において、
前記左および右チャンネルを比較して、そこから左および右比較信号を形成し、
前記左チャンネルと前記左比較信号とを少なくとも１つの左スピーカ手段によって再生し、
前記右チャンネルと前記右比較信号とを少なくとも１つの右スピーカ手段によって再生する方法であって、
前記左および右比較信号が、互いに実質的に非干渉性であり且つ前記左および右チャンネルに対して低レベルにあるか、或いはそのように再生されて、前記リスニング環境にある聴取者にバイノーラル効果をもたらすことを特徴とする方法。
【請求項６】  左オーディオチャンネルと右オーディオチャンネルとからアンビエンス信号を導出する方法において、
前記左チャンネルの左低域成分から前記右チャンネルの右低域成分を引いたものから導出した低域差信号からなる左アンビエンス信号を導出し、
前記右低域成分から前記左低域成分を引いたものから導出した低域差信号からなる右アンビエンス信号を導出することを特徴とする方法。
【請求項７】  左オーディオチャンネルと右オーディオチャンネルとから残響信号を導出する方法において、
前記左および右チャンネル間の差から左および右残響信号を導出することを特徴とする方法。
【請求項８】  左オーディオチャンネルと右オーディオチャンネルとからサブウーファ信号を導出する方法において、
前記左チャンネルの超低域成分と、
前記左チャンネルの前記超低域成分から前記右チャンネルの超低域成分を引いたものからなる差成分と、
前記左チャンネルの前記超低域成分に右チャンネルの前記超低域成分を加えたものからなる和成分とからなる信号の第１の組み合わせから左サブウーファ信号を導出するとともに、
前記右チャンネルの前記超低域成分と、
前記右チャンネルの前記超低域成分から前記左チャンネルの前記超低域成分を引いたものからなる差成分と、
前記右チャンネルの前記超低域成分に前記左チャンネルの前記超低域成分を加えたものからなる和成分とからなる信号の第２の組み合わせから右サブウーファ信号を導出する方法であって、
前記第１及び第２の組み合わせの各々は、それぞれ前記左および右チャンネルに対して１５〜１０００ｍｓだけ遅れていることを特徴とする方法。
【請求項９】  左オーディオチャンネルと右オーディオチャンネルとを有する既存のステレオ音声録音をリマスタリングする方法において、
請求項６に記載のようにアンビエンス信号を導出するか、請求項７に記載のように残響信号を導出するか、或いは請求項８に記載のようにサブウーファ信号を導出するとともに、
前記左および右チャンネル並びにそこから導出される信号をそれぞれ、又は組み合わせて再録音することを特徴とする方法。
【請求項１０】  バイノーラル音声を録音する方法において、
初期左および右チャンネルをそれぞれ左および右マイクから抽出し、
前記左および右チャンネルを処理して、比較信号を形成し、
前記左および右チャンネル並びにそこから導出される前記信号をそれぞれ、又は組み合わせて録音する方法であって、
前記比較信号の形成においては、請求項６に記載のアンビエンス信号の導出か、請求項７に記載の残響信号の導出か、又は請求項８に記載のサブウーファ信号の導出を行うことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイノーラル音声の録音および再生に関し、特に音楽演奏の録音ならびにその録音または既存のステレオ録音の再生への応用に関するが、これに限定されるものではない。バイノーラル音声とは、自然な聴覚状態を指し、１つの音源がただ１つの音声信号を聴取者の２つの耳のそれぞれに発するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、ここでは主として家庭内の、小部屋におけるリスニング環境に関して説明されるが、本発明は他にも、例えば車両用の音声再生システム、専門のコンサート会場や拡声装置用の音声再生システム、コンサートホールの検定、建物の音響設計、音響シミュレータ、パーソナルコンピュータの音声システム、バーチャルリアリティ音声システム、並びに音楽音声スタジオや映画音楽スタジオ用の専門の録音システム及び再生システムをはじめとする家庭以外の様々な状況に適用可能である。
【０００３】
既存の音声ステレオ録音システムは、最も単純な形態においては、例えば音楽その他の生演奏の前方中央に設置された１対の同時マイクを用いる。この配置には、ステレオ音響上の不具合を補償するために様々な変形が施される場合が多いが、こうした不具合は一般に録音音声の再生における制約に帰することができる。例えば、録音時の幾何学的配置をこうした既存のシステムで忠実に再生するためには、（一般に）２つあるフロントスピーカ間の距離に対して非常に狭い「スイートスポット」に聴取者が位置する必要がある。また、たとえそうしたとしても、元の演奏におけるそれぞれの音源（例えばオーケストラの個々のセクション）の見掛けの位置は、音声再生時には忠実にシミュレートされないかもしれない。これは、こうした個々の音源は主周波数が異なり、また人間の耳の反応が周波数によって異なるからである。更に、リスニング環境の音響特性は、元の録音におけるのとは一般に異なるため、再生音に重畳して不具合をもたらすことになる。
【０００４】
再生音の欠点の多くは、英国特許第３９４，３２５号（Ｂｌｕｍｌｅｉｎ）以来、オーディオ技術文献において検討されている。同特許は、音響伝送、ステレオ音声録音、及びステレオ音声再生システムにおける／関する改良を教示するものである。
【０００５】
こうした欠点の影響を改善するのに用いられる既存の手段の多くは録音時に使用され、その他は信号処理時や再生時に使用される。録音時には、例えば、２つのマイクをダミー「ヘッド」で離隔して、実際の聴取者の頭部における音響「遮蔽」効果をシミュレートする。このとき、右の音場からの音は回折（遮蔽）されるとともにスペクトル的または周波数的に変更された後に左耳で聴取され、また右耳についてはその逆が成り立つ。ステレオヘッドホンで再生すると、こうした録音は、３次元の音響定位として聴取者に臨場感のあるバイノーラル効果をもたらす。別の例では、２つ以上のマイクをいわゆる「スペースドアレイ」構成で用いる。このとき、聴取者の耳の一般的な間隔よりもはるかに大きな距離だけマイクを離隔することで、この録音をステレオ再生した際に聴取者に伝わる空間の感覚を大きくしようとするのが普通である。
【０００６】
２つのステレオチャンネルはそれぞれ、リスニング環境の周りに配置された複数のスピーカから再生することもできるが、既存の「ホームシアター」システムの中には、２つの主フロントスピーカ間の軸上に「センターチャンネル」スピーカを追加して、中心から外れた聴取者のために中央音声を固定するものもある。このセンターチャンネル用の信号は、左右の信号の和から導出したモノラル信号の形を取るのが普通である。特定の和信号および差信号を使用して、標準的な左右のステレオ音声再生の欠点の一部を改善する種々の具体的な方法については、周知の例が数多くある。英国特許第７８１，１８６号（Ｖａｎｄｅｒｌｙｎ）には、従来の左右チャンネルを、左右チャンネルの和と左右チャンネルの差とからそれぞれ導出したチャンネルで置き換えることが教示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、聴取者が元の録音会場の広がりをよりよく体験でき、重畳されたリスニング環境の広がりをそれほど感じない録音音声再生方法および装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、リスニング環境において、各々が高域成分と低域成分とを含む左チャンネル及び右チャンネルを含む音声を再生する装置において、前記左および右チャンネルを比較して、そこから左および右比較信号を形成する手段と、前記左チャンネルと前記左比較信号とを再生する少なくとも１つの左スピーカ手段と、前記右チャンネルと前記右比較信号とを再生する少なくとも１つの右スピーカ手段とを備え、前記装置は、前記スピーカ手段によって前記第１及び第２比較信号を再生するよう動作するとともに、前記左および右比較信号が互いに実質的に非干渉性であり且つ前記左および右チャンネルに対して低レベルにあるか、或いは前記装置が前記左および右比較信号をそのように再生するよう動作することで、前記リスニング環境にある聴取者にバイノーラル効果をもたらすことを特徴とする。
【０００９】
前記左および右チャンネルの比較を行いそこから左および右比較信号を形成する前記手段は、前記左比較信号を、前記左低域成分から前記右低域成分を引いたものから導出した低域差信号からなる左アンビエンス信号として導出する手段と、前記右比較信号を、前記右低域成分から前記左低域成分を引いたものから導出した低域差信号からなる右アンビエンス信号として導出する手段とを備え、前記装置は、前記左および右アンビエンス信号を前記左および右チャンネルに対して実質的に時間的に干渉性をもって再生するよう動作することにより、前記リスニング環境における不要な１次音響反射に聴取者が気付くことを少なくするか防止すると好ましい。
【００１０】
前記左チャンネルと前記右チャンネルとの差から左および右残響信号を導出する手段を含み、前記左および右残響信号が、前記左および右チャンネルに対して実質的に時間的に非干渉性であり、互いに実質的に非干渉性であるとともに、前記左および右チャンネルに対して低レベルにあるか、又は前記手段が前記左および右残響信号をそのように再生するように動作して、残響音を提供すると好ましい。
【００１１】
前記左および右チャンネルを比較する前記手段は、前記左チャンネルの超低域成分と、前記左チャンネルの前記超低域成分から前記右チャンネルの超低域成分を引いたものからなる差成分と、前記左チャンネルの前記超低域成分に右チャンネルの前記超低域成分を加えたものからなる和成分とからなる信号の第１の組み合わせから左サブウーファ信号を導出する手段と、前記右チャンネルの前記超低域成分と、前記右チャンネルの前記超低域成分から前記左チャンネルの前記超低域成分を引いたものからなる差成分と、前記右チャンネルの前記超低域成分に前記左チャンネルの前記超低域成分を加えたものからなる和成分とからなる信号の第２の組み合わせから右サブウーファ信号を導出する手段とを備え、前記第１及び第２の組み合わせの各々は、それぞれ前記左および右チャンネルに対して１５〜１０００ｍｓだけ遅れていると好ましい。
【００１２】
本発明は、リスニング環境において、各々が高域成分と低域成分とを含む左チャンネル及び右チャンネルを含む音声録音を再生する方法において、前記左および右チャンネルを比較して、そこから左および右比較信号を形成し、前記左チャンネルと前記左比較信号とを少なくとも１つの左スピーカ手段によって再生し、前記右チャンネルと前記右比較信号とを少なくとも１つの右スピーカ手段によって再生する方法であって、前記左および右比較信号が、互いに実質的に非干渉性であり且つ前記左および右チャンネルに対して低レベルにあるか、或いはそのように再生されて、前記リスニング環境にある聴取者にバイノーラル効果をもたらす、ことを特徴とする。
【００１３】
本発明は、左オーディオチャンネルと右オーディオチャンネルとからアンビエンス信号を導出する方法において、前記左チャンネルの左低域成分から前記右チャンネルの右低域成分を引いたものから導出した低域差信号からなる左アンビエンス信号を導出し、前記右低域成分から前記左低域成分を引いたものから導出した低域差信号からなる右アンビエンス信号を導出する、ことを特徴とする。
【００１４】
本発明は、左オーディオチャンネルと右オーディオチャンネルとから残響信号を導出する方法において、前記左および右チャンネル間の差から左および右残響信号を導出することを特徴とする。
【００１５】
本発明は、左オーディオチャンネルと右オーディオチャンネルとからサブウーファ信号を導出する方法において、前記左チャンネルの超低域成分と、前記左チャンネルの前記超低域成分から前記右チャンネルの超低域成分を引いたものからなる差成分と、前記左チャンネルの前記超低域成分に右チャンネルの前記超低域成分を加えたものからなる和成分とからなる信号の第１の組み合わせから左サブウーファ信号を導出するとともに、前記右チャンネルの前記超低域成分と、前記右チャンネルの前記超低域成分から前記左チャンネルの前記超低域成分を引いたものからなる差成分と、前記右チャンネルの前記超低域成分に前記左チャンネルの前記超低域成分を加えたものからなる和成分とからなる信号の第２の組み合わせから右サブウーファ信号を導出する方法であって、前記第１及び第２の組み合わせの各々は、それぞれ前記左および右チャンネルに対して１５〜１０００ｍｓだけ遅れていることを特徴とする。
【００１６】
左オーディオチャンネルと右オーディオチャンネルとを有する既存のステレオ音声録音をリマスタリングする方法において、請求項６に係る発明のようにアンビエンス信号を導出するか、請求項７に係る発明のように残響信号を導出するか、或いは請求項８に係る発明のようにサブウーファ信号を導出するとともに、前記左および右チャンネル並びにそこから導出される信号をそれぞれ、又は組み合わせて再録音すると好ましい。
【００１７】
バイノーラル音声を録音する方法において、初期左および右チャンネルをそれぞれ左および右マイクから抽出し、前記左および右チャンネルを処理して、比較信号を形成し、前記左および右チャンネル並びにそこから導出される前記信号をそれぞれ、又は組み合わせて録音する方法であって、前記比較信号の形成においては、請求項６に係る発明のアンビエンス信号の導出か、請求項７に係る発明の残響信号の導出か、又は請求項８に係る発明のサブウーファ信号の導出を行うと好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のより明確な理解のため、一例として添付の図面を参照しつつ好適な実施形態を説明する。
本発明の理解のため、従来のステレオ又は最新のホームシアター構成（フロントステレオスピーカ対のみ）に類似した状況の説明を行うのが有益であろう。こうしたシステムは、模式的に図１に示され、左スピーカ１０と右スピーカ１２とを含む。聴取者１４は、中心を外れた位置にいる。各スピーカ１０、１２は、スピーカ１０、１２の前方の面に（すなわち、概して聴取者１４に向かって）配置されたそれぞれ複数のドライバ１６、１８を含む。
【００１９】
それぞれの耳は、両方のスピーカからの成分を知覚する：これらを以下のように呼ぶものとする（図１の信号番号を参照）：
2004506395.tif 000001
聴取者の左耳は、これらの信号の和を知覚する：
Ｌdirect−Ｌdirect,reflected＋Ｒdirect,diffracted−Ｒdirect,reflected,diffracted＋ｌdirect−ｌdirect,refrected＋ｒdirect,diffracted−ｒdirect,reflected,diffracted
最後の信号は、この信号Ｎｏ．２４の高域成分が左耳に到達する際の回折（頭部遮蔽）効果のため、無視できる。従って、聴取者の左耳が実際に知覚するのは：
（Ｌfull bandwidth,direct−Ｌfull bandwidth,direct,reflected）＋ΔＲdirect,diffracted＋ｒdirect,diffracted
である。ここで、プレフィックス「Δ」は、１回の壁面反射による信号強度のロスを表す。
同様の分析から、聴取者の右耳が実際に知覚するのは：
（Ｒfull bandwidth,direct−Ｒfull bandwidth,direct,reflected）＋ΔＬdirect,diffracted＋ｌdirect,diffracted
である。
従って、全高域両耳間クロストークが存在する。
【００２０】
本発明の好適な一実施形態に係るバイノーラル音声再生システムを、模式的に図２に示す。このシステムは、左主スピーカ３０と右主スピーカ３２とを含む。聴取者３４は、中心を外れた位置にいる。各スピーカ３０、３２は、各スピーカ３０、３２の内向きの面に（すなわち、それぞれ相手側のスピーカ３２、３０に向かって）配置されたそれぞれ複数の主ドライバ３６ａ、３６ｂ（直接音再生用の中域および高域スピーカドライバ部から成る）と、各スピーカ３０、３２の前方の面に（すなわち、概して聴取者３４に向かって）配置されたそれぞれ複数のアンビエンスドライバ３８ａ、３８ｂと、各スピーカ３０、３２の外向きの面に（すなわち、それぞれ相手側のスピーカ３２、３０から離れて）配置された各高域差信号ドライバ４０ａ、４０ｂとを含む。
【００２１】
不要な室内反射の悪影響を最小限にするため、スピーカ３０、３２の全ての主ドライバ３６ａ、３６ｂはそれぞれ、指向性が高く（すなわち、非常に狭い音響拡散を有する）、互いに直接向き合う広いスピーカバッフル上に配置され、全体として音響エネルギーの線音源として構成される。高域差信号ドライバ４０ａ、４０ｂは、各スピーカ３０、３２の外側のバッフル上のドームツイータ又は１組の「線音源」ツイータから成り、高域（＞７００Ｈｚ）差信号が供給される（すなわち、右マイナス左が左手側に、左マイナス右が右手側に）。
【００２２】
前方に向いたアンビエンスドライバには低レベルの低域（＜７００Ｈｚ）ゼロ遅延差信号が供給される（すなわち、左マイナス右が左手側に、右マイナス左が右手側に）。これらの信号は、元の演奏および会場において録音された初期反射（雰囲気）を表す。
【００２３】
聴取者３４は、「近接音場」のどこに位置していても、室内反射の悪影響を最小化して、直接音の定位精度および本当の空間サラウンド効果を得るためのシステムの多重音声キューが聴取者の耳に伝達される効率を最大にできる。「近接音場」リスニングとは、聴取者３４の位置が、左右のスピーカ３０、３２と、左右のスピーカ３０、３２に平行な直線であってもし聴取者３４が２つのスピーカ３０、３２の正中面上でこの直線の中点にいる場合にスピーカ３０、３２が中央の聴取者位置に対して約２×４５°＝９０°の角度をなすであろう直線との間のど
こかであること意味する。）
【００２４】
左右のスピーカ３０、３２は、校正マイクをスピーカ３０、３２の正中面内にスピーカ３０、３２から標準的な近接音場リスニング距離で（すなわち、主ドライバ３６ａ、３６ｂがマイクに対して９０°の角度をなす）配置した場合に、スピーカ３０、３２内のドライバの全出力について得られる全体的な電力レスポンスが、望ましくは１５Ｈｚから２０ｋＨｚまで、フラットであるように校正されている。
【００２５】
本システムは、また、主スピーカ３０、３２を２等分する正中面内に、主スピーカ３０、３２からの距離が主ドライバ３６ａ、３６ｂが聴取者３４の位置に対して９０°の角度をなすような位置にいる近接音場聴取者に対して側方に配置されたそれぞれ左右の「リア」スピーカ４２、４４を含む。
【００２６】
図２に示すように、各リアスピーカ４２、４４は更に、リアアンビエンスドライバ（図示せず）を含んでおり、アンビエンス音声信号４６ａ、４６ｂ（アンビエンスドライバ３８ａ、３８ｂが発するものと同じ）を聴取者３４の耳に向けて直接発するとともに、残響音声信号４８ａ、４８ｂを「ダイポール」ドライバ（図示せず）を介して発する。これにより、残響音声信号は、リスニングルームの壁で何度か反射した後に聴取者の耳に到達する。
【００２７】
アンビエンス音声を再生するサブシステムの設計上の特徴は、以下の通りである：
・ローパスフィルタ（＜７００Ｈｚ）を通した左右のアンビエンス信号は、先ず、２つの録音されたステレオ音声チャンネルから差信号として導出され、次いで、Ｖａｎｄｅｒｌｙｎの英国特許第７８１，１８６号（１９５５年８月９日出願）に記載される特定の形の「シャフラ」回路で処理される。実際には、この回路は、両耳間クロストークをアンビエンス音声信号から除去する働きをする。
・Ｖａｎｄｅｒｌｙｎシャフラ回路からのアンビエンス信号は、４セット（すなわち、２組）のアンビエンスドライバ（下記参照）に供給される前に、特別の回路で更に処理されて、約５００Ｈｚを中心とした帯域幅１／３オクターブの「スパイク」信号が重畳される。
・これにより、再生システムにおける相互に非干渉性のアンビエンス音声信号は、全てが必ず横方向から到来するように聴取者に知覚される。聴取者の耳のそれぞれに到来する側方化されたアンビエンス信号は、聴取者の聴覚メカニズムにより自然に加算される。加算された２つのアンビエンス用耳入力信号は、互いに空間的には非干渉性であるが、時間的には干渉性である。（以下で更に説明するように、これらの全域に渡って部分的に非干渉性である信号は、ちょうどコンサートホールの（初期側方反射による）アンビエンス音声信号が直接音の音像を広げるように、知覚された直接音の音像を広げる役割を果たす。聴取者が直接音の音場よりも広い音像を欲しい場合、聴取者はアンビエンス信号のレベルを調節して直接音のレベルに対して−２０ｄＢを超えるようにしてもよい。但し、その場合、アンビエンスと直接音とに時間的な干渉性があるため、直接音の音像定位の精度は損なわれることとなる。）
・前面のアンビエンスドライバ対３８ａ、３８ｂ（すなわち、主スピーカ３０、３２の前面の狭いバッフル上にあるもの）は、側方化されたアンビエンス音声信号を、直接音のレベルよりも約２０ｄＢ低い音圧レベルで発する。
・後面のアンビエンスドライバ対（すなわち、聴取者３４の側方に位置する、リアスピーカ４２、４４のもの）も、アンビエンス音声信号を、直接音のレベルよりも約２０ｄＢ低い音圧レベルで発する。
・これら４つのアンビエンス音声信号は全て、直接音信号に対して付与される時間遅延がゼロである。遅延ゼロのアンビエンス音声信号サブシステムのねらいは、リスニングルームの反射よりも十分前にアンビエンス信号が聴取者３４の耳に達するようにして、いわゆるハース又は先行音効果により、存在する室内反射が聴取者の聴覚メカニズムで確実且つ効果的に抑制されるようにすることである。（聴取者は、先に到来する側方アンビエンス音声信号を、リスニングルームの音響反射に優先して「定位」する。）
【００２８】
残響音声再生サブシステムの設計上の特徴は、以下の通りである：
・アンビエンス信号については、左右の残響信号が、先ず、録音された２つのステレオ音声チャンネルから「差」信号として導出され、次いで、同じくＶａｎｄｅｒｌｙｎの英国特許に記載される特定の形の「シャフラ」回路で処理される。
・次に、これら左右の原残響信号は、直接音信号に対して約２０ｍｓ（左）及び４０ｍｓ（右）−又はその逆−だけ遅延され、残響信号が直接音信号に対してそれぞれ時間的に非干渉性であり且つ互いに時間的に非干渉性であるようにする。
・遅延された残響信号は、リアスピーカ４２、４４の残響（ダイポール）スピーカドライバの後面セットに供給される前に、差分（前面音声入射に対する側方音声入射）頭部伝達関数（Ｈｅａｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＨＲＴＦ）を重畳する回路にて更に処理される。図３にこの目的で用いられる差分ＨＲＴＦを示すが、これは、図４に示すように、少なくとも１ｋＨｚ、８ｋＨｚ、及び１２ｋＨｚのものを含む３つ以上の「スパイク」信号で近似できる。両図は、相対的な音の強さＩ（ｄＢ）対周波数ｆ（ｋＨｚ）として描かれる。図３は、正面（すなわち、聴取者３４の左または右）からの方位角＝９０°における内耳ＨＲＴＦの補正値を示す。図４は、この内耳ＨＲＴＦの補正値に対応する「スパイク」近似を示す（ここでも、正面（すなわち、聴取者３４の左または右）からの方位角＝９０°において。図３の連続的な周波数スペクトルよりもむしろ図４の誇張された「スパイク」近似の方を用いることで、不要なスペクトル分が残響信号に付加されないようにし、あらゆる聴取者がこれら誇張された音声キューによって側方音声入射を認識するようにする。
・本再生システムの残響音声信号は、従って、側方から到来するものとして聴取者に知覚される。残響用の耳入力信号は、最大の空間感覚を得るために、互いに完全に非干渉性でなければならない。よって、左右の残響信号に同じ１組の「スパイク」を重畳する代わりに、ある「スパイク」を左の残響信号に適用し、残りを右の残響信号に適用する。耳と脳のメカニズムは、この２つを統合して、これらの音声が側方から到来しているに違いないと自然に結論する。ここで聴取者の耳のそれぞれに到来している側方化された残響信号は、直接音に対しては時間的に非干渉性であり、お互いには空間的に非干渉性である。残響信号は、２０〜４０ｍｓの初期遅延と、ダイポール室内反射に起因する追加の遅延および音声拡散効果とを有するため、直接音に対する最終的な約４０〜６０ｍｓの時間遅延は、聴取者３４が音に完全に包み込まれているという感覚を引き起こすのに十分である。また、残響音が響きすぎるという感じはほとんど無い。
・後面の残響ドライバ対は、直接音のレベルよりも約１６ｄＢ低い音圧レベルで残響音声信号を発する。
・残響音声信号サブシステムは主として、これらの信号が耳入力信号が互いに非干渉であるように側方化された形で聴取者の耳に到達して、元の録音された空間感覚を家庭内のリスニングルームの音響特性に拘わらず最高度に生成するように設けられる（後者は、実際には、アンビエンス音声信号サブシステムによって抑制される）。
【００２９】
アンビエンスおよび残響信号の好ましい音圧レベルはどちらも直接音に比べて低く、直接音を切って再生した場合、これらの信号は殆ど聞こえないほどである。（前述の通り、アンビエンス信号は直接音よりも２０ｄＢ低く設定されるのが一般的であり、残響信号は直接音よりも１６ｄＢ低く設定されるのが一般的である。）
【００３０】
任意で、１対のサブウーファ低音ドライブユニット（左右の音源用）をハードウェアシステム（図示せず）に拡張しても良い。これらのサブウーファ低音ユニットは、本発明に係る以下の特徴を有する：
これらのユニットは、既存のサブウーファ用のハードウェア部品を念頭に置いて、且つ位相の近い信号の複合櫛形フィルタリングを生ずることで低音周波数のルームモードを除去する信号処理を伴うように設計されている。
第一に、可変のローパスフィルタを用いて、左右のサブウーファ低音周波数＜５０Ｈｚを分離する。便宜上、ここではこれらをＬ及びＲ信号と名付ける。必要に応じて、聴取者３４は、遮断周波数を５０Ｈｚ以外に合わせて、サブウーファ低音ユニットとフロント主スピーカの低音ドライバ部とでクロスオーバ周波数を最適に整合させることができる。第二に、合成左および合成右信号をＬ、Ｒおよび「混合」から以下のように導出する：
合成左信号＝Ｌ＋ｘ（Ｌ−Ｒ）＋ｙ（Ｌ＋Ｒ）
合成右信号＝Ｒ＋ｘ（Ｒ−Ｌ）＋ｙ（Ｒ＋Ｌ）
ここで、０＜ｘ＜１．０且つ０＜ｙ＜１．０であり、ｘとｙはともに聴取者がサブウーファ低音制御部をボリューム操作するによって調節可能である。
よって、合成左および合成右信号をそれぞれ調整することで、結果として得られる僅かに位相のずれた成分を含む信号が高密度で櫛形フィルタリングされるため、約０Ｈｚから５０Ｈｚのサブウーファ低音周波数スペクトルの全域に渡って比較的均一な振幅を有するようにできる。
【００３１】
好適な実施形態においては、合成左および右信号の差信号成分（すなわち、それぞれｘ（Ｌ−Ｒ）及びｘ（Ｒ−Ｌ））を他の２つの信号成分とは別様に遅延させて、合成左および右信号の間に一定の時間的非干渉性を導入しても良い。このことは、全体としてより空間的なサブウーファ低音の感覚を引き起こすのに役立つ。耳と脳の聴覚メカニズムは、干渉性の耳入力信号に比べて、およそ２３ｄＢほど非干渉性の耳入力信号に対して敏感であるから、低音スピーカを駆動して臨場感のある音声レベルを感じさせるのに必要なアンプ電力は遙かに小さくなる。
最後に、種々の信号成分の相対的な振幅を変更して、差信号成分が聴取者の２つの耳のそれぞれでバイノーラルに聴取されるようにする。
【００３２】
主スピーカ３０、３２もまた、低音ドライブユニット（図示せず）を備える。
超低域録音（＜＜７００Ｈｚ）を直接音として再生する低音ドライブユニットを配置するのが、内向きのスピーカバッフルと前向きのスピーカバッフルのどちらであるか、或いは両方であるかは重要ではない。但し、注目すべきは、もし低音ドライブユニットを内向きの広いスピーカバッフル上に配置する場合には、主ドライバ３６ａ、３６ｂがそれぞれの主スピーカ３０、３２から直接音を再生するための「線音源」としての要件に適合して配置するのが望ましいということである。前向きのスピーカバッフルに低音ドライブユニットが配置される場合には、同バッフル上の前向きのアンビエンスドライバ３８ａ、３８ｂから十分に離して（好ましくは十分下に）配置するのが望ましい。
スピーカ信号
以下、それぞれの耳に到達する全ての直接音信号レベルと１次反射（ルームモード）信号レベルの概要を、上に先行技術のシステムの信号を（図１を参照して）説明するのに用いたのと同様の用語を用いて示す。
【００３３】
図２に、本発明のこの好適な実施形態のシステムに係る２つの主スピーカ３０、３２の中心から外れた位置にいる聴取者３４に到達する１０個の信号５１〜６０を示す。１０個の信号はいずれも、少なくともある程度までは、聴取者３４の両耳で聴取される。リアスピーカ４２、４４を発する側方化された低レベルのアンビエンス４６ａ、４６ｂ及び残響４８ａ、４８ｂ信号の重要な副次効果については、別に後述する。
【００３４】
主スピーカ３０、３２の前面バッフル上のアンビエンスドライバ３８ａ、３８ｂからは、低レベルの低域差もしくは「アンビエンス」信号が発する。これらのアンビエンス信号は、スピーカ３０、３２の内側の広いバッフル上の主ドライバ３６ａ、３６ｂを発する全帯域幅の主ステレオ信号よりも、約２０ｄＢほど音圧レベルが低い。スピーカ３０、３２の外側の広いバッフル上のドームツイータ（又はツイータ線音源）４０ａ、４０ｂからは、図２に示すように、高域差信号が発する。アンビエンス信号およびドームツイータ（若しくはツイータ線音源）信号は、本システムの信号デコーダで作られた後に、主スピーカのそれぞれのドライバに供給される。
【００３５】
この実施形態によると、ステレオで導出された主信号を提供する「線音源」主ドライバ３６ａ、３６ｂは、（もし低域（＜＜７００Ｈｚ）低音ドライブユニットがあるなら、それを除いて）指向性が高い。従って、もし聴取者３４がスピーカ３０、３２のいずれに対しても「軸外」にある場合（図２に示すように）、聴取者３４が感知する周波数特性は、近い方のスピーカ（すなわち、図２に示す例では、右スピーカ３２）から発する高域成分が不足する。
【００３６】
低域（＜７００Ｈｚ）および高域（＞７００Ｈｚ）においてそれぞれの耳に到達する最終的な信号レベルは、以下の分析から分かる。
７００Ｈｚという周波数は、音像形成、すなわち空間における音の定位にとって重要である。約７００Ｈｚ以下では、耳と脳のメカニズムは、聴取者の２つの耳に到達する信号の「両耳間到達時間差」（Ｉｎｔｅｒａｕｒａｌ  Ｔｉｍｅ  ｏｆ  ａｒｒｉｖａｌ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ：ＩＴＤ）に基づいて音源を定位する。一方、約７００Ｈｚ以上では、耳と脳のメカニズムは、聴取者の２つの耳に到達する信号の「強度差」に基づいて音源を定位する。またここで注目すべきは、複雑な音楽や映画のモチーフでは、高域信号の音圧レベルは、高域信号の個々の細かな音圧レベルよりも、合成された高域成分の音圧レベルの包絡線に依存することである。従って、音声信号がリスニングルームの境界で反射されることで生ずる図２に示す信号の位相逆転（図１参照）は、低域信号の音圧レベルと高域信号の包絡波形とに当てはまる。
【００３７】
図２に示す信号番号を参照すると：
2004506395.tif 000002
聴取者の左耳は、これらの信号の和を知覚する：
Ｌdirect−Ｌdirect,reflected＋（Ｌlow level−Ｌlow level,reflected）−（Ｌlow level,diffaracted−Ｌlow level,reflected,diffracted）＋（Ｒdirect,diffracted−Ｒdirect,reflected,diffracted）＋（Ｒlow level,diffracted−Ｒlow level,reflected,diffracted）−（Ｒlow level−Ｒlow level,reflected）＋ｌdirect−ｌdirect,reflected＋（ｌreflected−ｌreflected,diffracted）−（ｒreflected−ｒreflected,diffracted）
記号「Δ」は、ここでも、１回の壁面反射による信号強度のロスを表す。従って、この加算は次のように書き直すことができる：
Ｌdirect＋ｌdirect−Ｌdirect,reflected−ｌdirect,reflected＋（ｌreflected−ｌreflected,diffracted）＋（ΔＬlow level−ΔＬlow level,diffracted）＋ΔＲdirect,diffracted＋（ΔＲlow level,diffracted−ΔＲlow level）−（ｒreflected−ｒreflected,diffracted）
括弧で括られた２対はそれぞれ同等な２次項の差を表しており、いずれも実際にはゼロになる。従って、この加算を次のように近似する：
（Ｌfull bandwidth,direct−Ｌfull bandwidth,direct,reflected）＋（ｌreflected−ｌreflected,diffracted）＋ΔＲdirect,diffracted−（ｒreflected−ｒreflected,diffracted）
ハース若しくは先行音効果によると、聴取者は最も早い信号（すなわち、信号Ｌfull bandwidth,direct）を、括弧で括られた始めの２対のうちの他のどの信号よりも支配的なものとして感知する。
【００３８】
括弧で括られた最後の１対は、左耳に到達する右チャンネルからの高域の両耳間クロストークを表す。（図２は、これら２つのサブ信号を信号Ｎｏ．５２及び信号Ｎｏ．５９から生じるものとして示す。）信号Ｎｏ．５９が左耳に到達する際の回折によってどれだけ頭部遮蔽（すなわち打ち消し）効果が起きるかにもよるが、これらのサブ信号はある程度お互いに相殺し合う。
【００３９】
結局、聴取者の左耳と脳のメカニズムは、音声再生システムの左チャンネルだけからの支配的な全帯域幅信号におおむね自然に集中することができる。このため、バイノーラル聴覚、すなわち録音技術者が本来左耳用としていた信号のみを左耳が再生時に聴取するための必須条件に近づくこととなる。
【００４０】
ここで是非注目すべきは、両耳間クロストークが完全に除去されていないことである。ある程度の両耳間クロストークを残すことで、耳と脳のメカニズムが低域（＜７００Ｈｚ）用のステレオ音源信号間のＩＴＤに基づいてファントムステレオ音像を空間内で定位できるようにするのが望ましい。
【００４１】
右耳に関しては、再び図２の信号番号を参照すると：
2004506395.tif 000003
聴取者の右耳は、これらの信号の和を知覚する：
Ｒdirect−Ｒdirect,reflected＋（Ｒlow level−Ｒlow level,reflected）−（Ｒlow level,diffracted−Ｒlow level,reflected,diffracted）＋（Ｌdiffracted−Ｌreflected,diffracted）＋（Ｌlow level,diffracted−Ｌlow level,reflected,diffracetd）−（Ｌlow level−Ｌlow level,reflected）＋ｌdiffracted−ｌreflected,diffracted＋（ｒdelayed,reflected−ｒdelayed,reflected,diffracted）−（ｌdelayed,reflected−ｌdelayed,reflected,diffracted）
上の加算は次のように書き直すことができる：
Ｒdirect＋ｒdelayed,reflected−Ｒdirect,reflected−ｒdelayed,reflected,diffracted＋（ΔＲlow level−ΔＲlow level,diffracted）＋ΔＬdiffracted＋（ΔＬlow level,diffracted−ΔＬlow level）＋ｌdiffracted−ｌreflected,diffracted−ｌdelayed,reflected＋ｌdelayed,reflected,diffracted
括弧で括られた式は実際にはそれぞれ相殺されるため、この加算は次のように近似できる：
（Ｒfull bandwidth−Ｒfull bandwidth,reflected）＋ΔＬdiffracted＋（ｌdiffracted−ｌreflectd,diffracted）−（ｌdelayed,reflected−ｌdelayed,reflected,diffracted）
右耳に対する括弧で括られた最初の高域両耳間クロストーク信号対は、ともに振幅が小さいため（それぞれ信号Ｎｏ．５４と信号Ｎｏ．５５が右耳に到達する際の回折の影響による）、両者は実際には相殺し合う。
従って、右耳が感知する最終的な全信号は次式のとおりである：
（Ｒfull bandwidth−Ｒfull bandwidth,reflected）＋ΔＬdiffracted−（ｌreflected−ｌreflected,diffracted）
【００４２】
左耳の場合と同様に、信号Ｎｏ．５２が右耳に到達する際の回折によってどれだけ頭部遮蔽（すなわち打ち消し）効果が起きるかにもよるが、残りの２つの高域両耳間クロストーク信号はお互いにある程度打ち消し合う。
【００４３】
結局、聴取者の左耳と脳のメカニズムは、音声再生システムの右チャンネルだけからの支配的な全帯域幅信号におおむね自然に集中することができる。
【００４４】
高域両耳間クロストーク信号が実質的に除去されるため、聴取者３４はステレオ音像を得るために必ずしも従来の「スイートスポット」にいる必要はない。聴取者は、室内の広いエリア内をより自由に移動しつつ、部屋そのものに固定された正確な音像を感知することができる。
【００４５】
この実施形態において直接音の生成に用いられる指向性の高い線音源は、聴取者が２つのフロント主スピーカ間の正中面から側方に移動した際のそれぞれの耳における相対音圧レベルを自動的に補償するように校正されている。例えば、聴取者３４が右に移動した場合（図２に示すように）、左耳における左の線音源の音圧レベルが高く、右耳における近い方（右）の線音源の音圧レベルが低い。従って、正しく校正された場合、聴取者は、２つのスピーカ３０、３２の正中面に対して静止した音像を感知することとなる。
【００４６】
最後に、この高域クロストーク信号の実質的な除去によって、従来のステレオ再生システムにおける中央のファントム音像の極端な「位相感」または完全な消失を引き起こす不要な櫛形フィルタリング効果（特に２ｋＨｚ周辺）もおおかた除去される。結果として、センターチャンネルを追加する必要がなくなる。このことは、中央にモノラルチャンネルスピーカを用いて室内の全てのリスニング位置のために映画の会話をビデオスクリーンにしっかりと固定するのが一般的な最新のホームシアター音声再生システムとの目立った違いである。
【００４７】
２つの主スピーカ３０、３２の外側のバッフル上のドライバ４０ａ、４０ｂから発するドームツイータ（またはツイータ線音源）高域信号は、このシステムにおいては２つの主要な役割を有する：１）上の加算の分析に示すように、２つのスピーカの正中面から十分に離れたリスニング位置において、近い方のスピーカから到来する直接音の全帯域幅をこれらのドライバ４０ａ、４０ｂが復元するとともに、２）反射された高域音声キューを側方から聴取者の耳に供給することで、聴取者にとっての「音場」を広げるのに役立つ。
【００４８】
上に先行技術のシステムにおいて（図１を参照して）導出した２つの合成信号と、本発明に係る本システムにおけるものとの大きな違いは、高域両耳間クロストーク成分にある。先行技術のシステムでは、明らかに高域全体に渡って両耳間クロストークが存在するのに対して、本システムでは、高域両耳間クロストークはおおかた除去されている。上の分析から、このシステムには次の利点があることが分かる：
・家庭における１次室内反射を用いて殆ど全ての高域両耳間クロストーク信号を除去することで、聴取者３４ははるかに自然に音声を聞くこととなる。なお、十分な両耳間クロストーク信号が残っており、低域信号の音像は正確に形成できる。
・狭指向性スピーカドライブユニットを用いて中高域の再生を行うとともに、家庭での１次室内反射を用いて従来のフロントスピーカ設計に起因するそれ以外の不要な１次室内反射を除去することにより、聴取者は、従来のステレオ又は最新のホームシアター音声再生システムの直接音に重畳されたその部屋の反響（および部屋自体の不適当な空間特性）を感知するのではなく、元の録音会場の自然な空間特性を感知することとなる。
・バイノーラルな空間サラウンド効果と、スピーカ３０、３２の外側のバッフルに配置されたドライバ４０ａ、４０ｂを構成するドームツイータ（又は線音源ツイータ）からの１次反射との複合効果により、得られる音場が２つのフロントスピーカ３０、３２を境界とする空間に限定されることはなく、また中央のステレオ音像を正しく「固定」するためのモノラルセンターチャンネルスピーカも必要ない。
【００４９】
本好適な実施形態のシステムによると、リアスピーカ４２、４４は、主スピーカ３０、３２が元の録音演奏の実際の広がり感を再現するのに役立つ。
リアスピーカ
以下、リアスピーカ４２、４４に供給される間接音信号を詳細に説明する。
バックグラウンド
コンサートホールのリスニング条件を基準として、Ｂａｒｒｏｎ（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｏｕｎｄ  ａｎｄ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ、１５（４）、１９７１）並びにＢａｒｒｏｎとＭａｒｓｈａｌｌ（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｓｏｕｎｄ  ａｎｄ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ、７７（２）、１９８１）は、初期側方音響反射の、いわゆる「空間印象」すなわちこれら初期側方反射に関する主観的感覚に対する影響を分析した。空間印象の程度の尺度として、Ｂａｒｒｏｎは、聴取者に到達する側方対非側方音響エネルギー比を提案した。この分析は、直接（非側方）音から例えば０〜８０ｍｓ以内に到来する側方音の影響に限られていた。初期側方反射における０〜８０ｍｓの遅延期間は、コンサートホールの音響では一般的である。それ以後到来する側方音響エネルギーの影響は考慮しなかった。
コンサートホールのリスニング条件
コンサートホールのリスニング条件を模式的に図５に示す。聴取者に到達する（音源Ｓからの）全初期音響エネルギーは、３つの成分に分類される：ＮＬ（非側方初期音のエネルギー）、Ｌ（左）及びＲ（右）である。ＮＬ'は、ＮＬに起因する左および右耳入力信号を表す。
【００５０】
仮定として、聴取者に到達する全ての初期音響エネルギーは、３つの成分ＮＬ、Ｌ及びＲに含まれているとする。こうした自然なリスニング条件において、以下のことが観察される：
１．各音源から聴取者のそれぞれの耳へは、側方反射経路が多数ある。
２．従って、信号ＮＬ、Ｌ及びＲは、全ての側方反射経路および全ての音源に対する和信号を意味する。
３．聴取者は、全ての直接および間接（反射）音をバイノーラルに聴取する（すなわち、直接音源であるか反射信号「源」であるかに拘わらず、各音源はただ１つの信号を聴取者の２つの耳のそれぞれに伝達する。
４．ＮＬ'とＮＬとで音圧レベルの差はほとんど無い。
５．信号ＮＬ'及びＮＬは、互いに干渉性が高い。
６．和信号ＮＬ及びＬは、聴取者の左耳にかなりの到達時間差をもって到来し、そのため互いに時間的に非干渉性である。
７．同様に、和信号ＮＬ'及びＲは、右耳において互いに時間的に非干渉性である。
８．たとえ聴取者がコンサートホールの正中面の中央に位置したとしても、和信号Ｌ及びＲは同一（干渉性）にはならないが、これは生演奏の音源が正中面に完全に（又は対称的に）位置していないためである。
９．音源は「臨場感のある」音圧レベルにある必要があり、それは直接音が臨場感のあるレベルの場合にのみ聴取者が完全な空間印象を感知するからである。
【００５１】
仮定として、反対側からの音圧に対するそれぞれの耳の実効感度の平均値を６ｄＢ（Ｂａｒｒｏｎを参照）とすると：
2004506395.tif 000004
ここで、ｐlr＝右耳で音圧レベルｐrの信号による、左耳での音圧レベル
ｐrl＝左耳で音圧レベルｐlの信号による、右耳での音圧レベル
である。
故に
2004506395.tif 000005
【００５２】
Ｂａｒｒｏｎの分析に従い、ＳlとＳrとをそれぞれ左右の側方エネルギーの全非側方エネルギーに対する対数比と定義すると：
2004506395.tif 000006
【００５３】
ここで、Ｋ0-80を、コンサートホールでの実際の音源に対する直接音と初期反射音（＜８０ｍｓ）の組み合わせによる２つの耳入力信号の正規化された相互相関係数（両耳間相互相関係数またはＩＡＣＣ：Ｉｎｔｅｒ−Ａｕｒａｌ  Ｃｒｏｓｓ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔとしても知られる）とする。
すると：
2004506395.tif 000007
【００５４】
信号ＮＬ'、Ｌ及びＲが全て相互に非干渉性（時間的に）であるため、コンサートホールにおいては、分子の最後の３つの積分項は全てほとんどゼロである。もし（既に分かっているように）ＮＬ'とＮＬとが等しいとすると：
2004506395.tif 000008
故に
2004506395.tif 000009
Ｓを、全側方エネルギーの非側方エネルギーも対する対数比とすると：
2004506395.tif 000010
ここで、分析を簡単にするため、聴取者がコンサートホールの正中面ＣＬ（図５参照）に近いと仮定する。
すると：
2004506395.tif 000011
故に
2004506395.tif 000012
式４を式３に代入すると：
2004506395.tif 000013
量１−Ｋ0-80は、コンサートホールの正中面付近に位置する聴取者に対する２つの耳入力信号間の非干渉度である。
ちなみに、もしｒ＝０であれば（すなわち、理想的な頭部遮蔽効果の場合）、式４は：
2004506395.tif 000014
となり、式５ａは、Ｂａｒｒｏｎが導出したものと同じくなる。すなわち：
2004506395.tif 000015
【００５５】
Ｂａｒｒｏｎは、式５ｂに基づいて、空間印象（あるいは音像の「空間的広がり」）の主観的程度が非干渉度１−Ｋ0-80と強い線形関係にあることを示した。図６に再現したのは、空間印象（あるいはＳＩ）の程度と１−Ｋ0-80の間の関係である：ほぼ直線的な関係であって、１−Ｋ0-80の値が大きいほど、空間印象の主観的程度が強い。
【００５６】
Ｂａｒｒｏｎが指摘するように、式５ｂの代わりに式５ａを用いても殆ど同じ結果が得られる。換言すると、「頭部遮蔽効果」は、コンサートホールでの空間的広がりの感覚の程度に対しては殆ど影響を及ぼさない。
【００５７】
コンサートホールでの自然なリスニング条件では、Ｓが取り得る最大値はゼロであり（正面での演奏を仮定）、これは左側方および右側方初期音声成分の和が非側方初期音声成分に等しい場合に相当する。
Ｓ＝０を式５ｂに代入すると：
2004506395.tif 000016
【００５８】
Ｂａｒｒｏｎによる初期側方反射の取り得る値Ｓに対する１−Ｋ0-80の全グラフを、表３のデータ（ｒ＝０の場合）から再現して図７に示す（１−Ｋ0-80に対する側方対非側方初期音声比Ｓ（ｄＢ）としてグラフ化）。
【００５９】
上の分析は全て、コンサートホールの初期反射がもたらす空間印象の成分に当てはまるものであり、主に、聴取者に目に見えるように提示される実際の（直接）音場の幅を超える音像の広がりを特徴とする。
【００６０】
また、コンサートホールの後期反射（残響）の追加的な効果を合わせた全空間印象は、遙かに大きい値の非干渉度と一致することが分かっている。
【００６１】
上の分析を進めて後期反射の影響を考慮したところ、驚くべきことに、後期反射の拡散する残響音場が更に存在することで、直接音及び初期反射音に起因するのとは別に独自の聴覚性事象が（すなわち聴取者に感知されるように）起きることが分かった。
【００６２】
追加的な残響音場が存在する場合、コンサートホールのリスニング状態は、模式的に図８に示すものとなる（Ｓは音源を表す）。ここでは、残響音場による追加的な後期音響エネルギー成分Ｌ'及びＲ'の存在を示す。
【００６３】
残響に誘起された信号Ｌ'及びＲ'はどちらも、ＮＬ（及びＮＬ'）に対して完全に非干渉性であるとともに互いに完全に非干渉性であるため、それぞれの耳は２３ｄＢだけＮＬ（及びＮＬ'）の音圧レベルに対するより敏感である。
結果として：
2004506395.tif 000017
よって、初期反射（アンビエンス）と後期反射（残響）とを伴うコンサートホールのリスニング条件では、Ｓ'lとＳ'rの実効値は：
2004506395.tif 000018
もしＬとＮＬ'の音圧レベルが：
2004506395.tif 000019
だとすると
2004506395.tif 000020
および
2004506395.tif 000021
同様に、もしＬ'とＮＬ'の音圧レベルが：
2004506395.tif 000022
だとすると
2004506395.tif 000023
および
2004506395.tif 000024
式６、７及び８をそれぞれＳ'l effective及びＳ'r effectiveの式に代入すると：
2004506395.tif 000025
よって、Ｋ0-200（初期反射０〜８０ｍｓ（アンビエンス）及び後期反射８０〜２００ｍｓ（残響）による合成耳入力信号の干渉度）を計算すると：
2004506395.tif 000026
式１１及び１２から：
2004506395.tif 000027
【００６４】
ＢａｒｒｏｎによるＳの定義を用いると、すなわち、初期側方エネルギーにのみ基づくと：
2004506395.tif 000028
【００６５】
様々な程度のＳ及びｖについて、式１５を用いて式１４に係る合成非干渉度の値を求めることができる。その結果を表１に示す。ここで、ｒの値は常に０．５とした。表の「横」の変数は、非側方信号のエネルギーに対するアンビエンス信号の音響エネルギーである。「縦」の変数は、非側方信号のレベルに対する残響信号の音圧レベルである。
【００６６】
2004506395.tif 000029
【００６７】
表２に、式１３から導出した同様のデータを示す。ここでは、表の「横」の変数は、非側方信号のレベルに対するアンビエンス信号の音圧レベルである。式１３の値を求める際には、以下の関係を用いる：
2004506395.tif 000030
【００６８】
2004506395.tif 000031
【００６９】
表１及び２はともに、コンサートホールにおいては、聴取者の耳入力信号に対して合成非干渉度＞０．８５とするために、側方残響信号のレベルが直接音信号のレベルに対して約−１６ｄＢよりも大きくなければならないことを示している。
こうした条件下で、聴取者は、全音域を「完全に包み込」まれるように感知する。
【００７０】
また、表１及び２は、閾値レベルの−２３ｄＢを超える側方残響信号のレベルにおいては、合成非干渉度が非側方信号レベル（又はエネルギー）に対する側方アンビエンス信号のレベル（又はエネルギー）に殆ど依存しないことを示している。但し、側方アンビエンス信号レベルが低すぎる場合、聴取者は演奏に十分に「引き込まれ」ない。一方、レベルが高すぎる場合、Ｂａｒｒｏｎがいうところの「空間的広がり」の程度が過大となり、直接（すなわち、非側方）音の正確な定位を阻害してしまう。
【００７１】
表１及び２の最終行は、残響信号が事実上存在しない状態に相当する。よって、合成非干渉度の値はＢａｒｒｏｎの予測と殆ど同じく、ここで表３に再現する通りである：
2004506395.tif 000032
【００７２】
表１〜３に示した１−Ｋ0-200の値は、互いに矛盾するものではない。例えば、表２において、ｘ＝−１２ｄＢでｙ＝−１４ｄＢの場合、１−Ｋ0-200＝０．９１である。
更に、
2004506395.tif 000033
従って、表1から、Ｓ＝−９ｄＢでｙ＝−１４ｄＢの場合、１−Ｋ0-200＝０．９１である。
【００７３】
従来のステレオ音声再生のリスニング条件
図９に、コンサートホールの生演奏を録音した後、一般的な小さなリスニングルームで従来のステレオ技術によって再生を行う場合を示す。聴取者は、「スイートスポット」、すなわち２つのステレオスピーカ（Ｓ１及びＳ２）の正中面に位置すると仮定する。ここでも、聴取者に到達する全初期音響エネルギーを、３つの成分ＮＬ、Ｌ及びＲに分類する。ＮＬ'は、ＮＬに起因する左右の耳入力信号を表す。
【００７４】
観察から以下のことが分かる：
１．コンサートホールに比べて、リスニングルーム自体の壁を介して聴取者のそれぞれの耳に達する側方反射経路が比較的少なく、その結果としてＬ（及びＲ）対ＮＬ'比が小さくなる。このため、初期側方（室内）反射による音像の空間的広がりの程度が小さくなる。
２．リスニングルームの反射の結果として残る限られた空間的な広がり感は、元の録音会場内における初期反射がもたらす空間印象とは殆ど関係がない。結果として得られる感覚は大いに人工的であって、コンサートの直接音は小さなリスニングルームではなくコンサートホールの空間印象を伴うものであると当然「期待」する耳と脳のメカニズムにとって分かりにくいものである。
３．信号Ｌ、Ｒ及びＮＬは全て互いに高い干渉性を有するため、式１０の（及び式２の）分子における最後の３つの積分項は正の有限値を持つ。これらの項により、合成（すなわち、初期および後期反射による）干渉度の値が増大するため、コンサートホールのリスニング状態に対する非干渉度の値が減少する。これにより、ステレオ聴取者が感知する全体的な空間印象の程度が事実上減少する。
４．スピーカから聴取者の２つの耳に伝達される１次（直接）音声信号に存在する両耳間クロストークにより、耳入力信号和の間の全体的な合成干渉度が増大する。これによっても、２つの耳入力信号の全体として感知される非干渉度が減少するため、全体として感知される空間印象の程度が減少する。
上の累積的な効果として、ステレオ音声再生は空間的に貧弱になる。
【００７５】
最新のホームシアター音声再生のリスニング条件
図１０に、コンサートホールの生演奏を録音（した後、一般的な小さなリスニングルームで最新のホームシアター技術によって再生）する場合を示す。この状況は従来のステレオ方式と密接な関係にあるが、それは、１次（直接）音声信号およびサラウンド音声信号が全て依然としてステレオ方式であるためである。ここでも、仮定として、聴取者はスピーカの正中面内の理想的な位置にいて最適な音像定位精度を得ているものとする。聴取者に到達する全初期音響エネルギーは、３つの成分ＮＬ、Ｌ及びＲに分類される。ＮＬ'は、ＮＬに起因する左右の耳入力信号を表す。
【００７６】
ここでも、次の様な所見が得られる：
１．従来のステレオ方式と同様に、聴取者のそれぞれの耳までの側方リスニングルーム反射経路は少ないため、コンサートホールでの自然なリスニングの場合よりもＬ（及びＲ）対ＮＬ'比が小さくなる。
２．信号Ｌ及びＲは非側方信号よりも遅れるのが普通であるため、信号Ｌ及びＲは、ＮＬ及びＮＬ'信号に対して時間的に非干渉性である。しかし、信号Ｌ及びＲは、依然として互いに干渉性が高い。従って、式１０の（及び式２の）分子における３つの積分項のうちの最後のものだけが、正の有限値を有する。この項により、合成干渉度の値が増大するため、コンサートホールのリスニング状態に対する非干渉度の値が減少する。このため、全体的な空間印象の程度が生演奏よりも小さくなる（但し、従来のステレオ方式における「空間的に貧弱」なほどではない）。
３．「サラウンド音声」信号の音量を上げることでＳの値を大きくすることにより空間印象を増大しようとしても、失敗することは明らかである。信号Ｌ及びＲは、依然として互いに干渉性が高いため、Ｄａｍａｓｋｅ（Ａｃｕｓｔｉｃａ  １９、１９６７／６８）が結論したように常に高い両耳間干渉度を示す（およそ０．９５）。従って、音量を上げても、本当の「音による包囲」の感覚に必要な最低レベルの０．８５付近にまで非干渉度を上げる効果は得られない。
４．（録音から導出された）非干渉性の高い残響信号を聴取者の２つの耳に別々に供給するメカニズムが存在しない。
【００７７】
従って、全体的な合成非干渉度は、依然として０．５６を下回る（表２参照）。その場合であっても、「サラウンド音声」スピーカからの信号の音圧レベルは、聴取者に到来する直接音の音圧レベルよりも不自然に大きい。このことは、断続的でドラマチックな映画の音響効果としては差支えないが、音楽演奏における本当のアンビエンス又は残響信号の再生では一般に許容し難いものである。
上の累積的な効果により、最新のホームシアターは、概して生演奏の臨場感のある空間印象をもたらすものではないということが分かっている。
【００７８】
バイノーラル空間サラウンド音声再生のリスニング条件
図１１は、本発明に係る上述のバイノーラルシステムの場合を示す。聴取者に到達する全初期音響エネルギーは、３つの成分ＮＬ、Ｌ及びＲに分類される。ＮＬ'は、ＮＬに起因する左右の耳入力信号を表す。図１１において、ＬＬは左スピーカ、ＲＬは右スピーカ、ＬＲＬは左リアスピーカ、ＲＲＬは右リアスピーカ、ＰＳはファントム音源、ＤＳは直接音、Ａはアンビエンス、ＬＡＲは側方化アンビエンス＋残響を表す。
【００７９】
図１１及び図６を比較すると、このリスニング状態がコンサートホールでの生のリスニング状態に類似していることが分かる。
こうした条件下では、式１３及び１４が当てはまる。従って、表１及び２に示した１−Ｋ0-200の値も、バイノーラル空間サラウンド音声再生システムに当てはまる。バイノーラル空間サラウンドシステムを一般的な小さなリスニングルーム内に配置することで、１−Ｋ0-200＞０．８５を容易に達成できるため、その結果得られる音声は元の演奏の空間特性を全て備えたものとして聴取者に知覚される。従来のステレオ方式や最新のホームシアターとは異なり、リスニングルーム自体はリスニング体験に殆ど関与しないのが普通である。（リスニングルームの反射や、両耳間クロストーク信号の存在による櫛形フィルタリングに起因する）中央の音像の「かすんだ音像形成」の問題も、抑制または克服される。聴取者は、２つの主スピーカの前に座るだけで又は室内を移動しても、十分で且つ安定した、すなわち２つの主スピーカに対して動かないように見える音場を体感できる。更に、適正なアンビエンスおよび残響信号を音響体験全体に取り入れることで、音響体験全体の全周波数スペクトルを再現できる。また、より大きな体感ダイナミックレンジが得られる。
【００８０】
最後に、本特許に記載のサブウーファ低音システムを用いることにより、臨場感のある「タイトな」低音ののびと更なる空間印象の感覚が、最新のサブウーファ設計におけるよりも遙かに低いアンプ電力レベルで得られる。
なお、コンサートホールでの演奏と全く同じように、本システムの１次音源（すなわち、主スピーカ対）は、臨場感のある音圧レベルで鳴らす必要がある。これは、そうでなければ元の演奏の完全な空間印象がはっきりと分からないからである。
【００８１】
バイノーラル空間サラウンド音声の再生ソフトウェアシステム
故に、本発明によれば、既存の録音をより良く再生するだけではなく、本発明に従って生演奏を新規に録音したり、既存の録音をリマスタリングしたりすることも可能である。
【００８２】
新規の録音やリマスタリングされた録音は、再生時に両耳間クロストークを効果的に除去するとともに、再生時に元の演奏のアンビエンスと残響とをともに再現するので、この録音結果を聴くほうが元の２チャンネルのステレオマスターテープを聴くよりも遙かに臨場感がある。
【００８３】
従って、好適な一実施形態において、本発明は以下のようなハイファイ録音の再生（又は既存の録音のリマスタリング）システムを提供する。
このシステムは、元の演奏の自然なアンビエンスおよび自然な残響を録音し最終的には再生するために、スペースドアレイマイク技術ではなくＢｌｕｍｌｅｉｎ（同時）マイク録音技術を用いる。スペースドアレイマイク技術では、元の演奏の人工的な空間印象しか生成できない。
【００８４】
マスタリング処理は、マイクから抽出したオリジナルの（手を加えていない）２つのチャンネル（左および右）から始まる。既存の録音をリマスタリングする場合は、２つのオリジナルステレオチャンネルが素材となる。
【００８５】
「差」（すなわち、Ｒ−Ｌ及びＬ−Ｒ）アンビエンスおよび残響信号成分は、どちらも２つのチャンネルから抽出され、別々に処理された後、直接音の２つの主チャンネルとリミックスされる。残響については、抽出し遅延（約２０〜４０ｍｓだけ）した左右の残響信号に、別々の（それぞれの耳に対する）差分ＨＲＴＦを適用した後に、リミックスする必要がある。
最低限の音響等化（好ましくはゼロ）を施して、得られる録音全体が人為的に汚染されるのを防ぐ。
このシステムは、ラジオ又はテレビ用に伝送される音声信号にも適用可能である。
【００８６】
本発明の精神および範囲内で、当業者は容易に変形を施すことが可能である。故に、この発明は、一例として上に記載した特定の実施形態に限定されるものではないことは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、先行技術の標準的なステレオ又はホームシアター構成により製造され配置された２つのフロントスピーカの中心から外れた位置にいる聴取者が聴取する直接信号および１次室内反射信号の模式図である。
【図２】
図２は、本発明の好適な一実施形態に係るバイノーラル音声再生システムによる２つのフロントスピーカの中心から外れた位置にいる聴取者が聴取する直接信号および１次室内反射信号の模式図である。
【図３】
図３は、聴取者の頭部の遮蔽効果に対応する内耳頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）の差分周波数スペクトルである。
【図４】
図４は、図２のシステムの残響信号を増強するのに用いられる、図３の関数の「スパイク」近似である。
【図５】
図５は、聴取者に到達する全初期音響エネルギーを３つの成分ＮＬ、Ｌ及びＲに分けて示す、コンサートホールのリスニング条件の模式図である。
【図６】
図６は、音像の空間印象（或いは「空間的広がり」）の程度ＳＩと非干渉度１−Ｋ0-80との関係を示す。
【図７】
図７は、コンサートホールの正中面において非干渉度１−Ｋ0-80が取り得る範囲を示す。
【図８】
図８は、残響音場による追加的な後期音響エネルギー成分Ｌ'及びＲ'の存在を示す。
【図９】
図９は、聴取者に到達する全初期音響エネルギーを３つの成分ＮＬ、Ｌ及びＲに分けた、先行技術における従来のステレオリスニング条件の模式図である。
【図１０】
図１０は、聴取者に到達する全初期音響エネルギーを３つの成分ＮＬ、Ｌ及びＲに分けた、先行技術における最新のホームシアターリスニング条件の模式図である。
【図１１】
図１１は、聴取者に到達する全初期音響エネルギーを３つの成分ＮＬ、Ｌ及びＲに分けた、本発明に係るバイノーラル空間サラウンドリスニング条件の模式図である。