【誤訳訂正書】
【提出日】平成19年11月8日(2007.11.8)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの遠隔バーチャルスピーカー位置を少なくとも部分的に反射性の環境と関連して、及び可聴周波スピーカーと組み合わせて発生し、聴取者が元々の音源であると知覚する反射環境からのバーチャル音源を含む複数の音響効果を形成するための方法において、
ａ）可聴周波スピーカーから可聴周波圧縮波を放出することによって一次の直接的可聴周波出力を発生し、これによって聴取者に直接的可聴周波出力を提供する工程と、
ｂ）前記可聴周波スピーカーと組み合わされた少なくとも一つのパラメトリックスピーカーから超音波音を放出し、前記可聴周波スピーカーから離れた少なくとも一つの反射環境に向かって差し向けることによって、前記可聴周波スピーカーから離れた少なくとも一つのバーチャルスピーカーから間接的二次可聴周波出力を発生し、これによって、バーチャルスピーカーと知覚されるほぼ全方向の音を前記反射環境から発生する工程と、
ｃ）聴取者が多数の方向から複数の音響効果を聞くように、前記可聴周波スピーカーの一次可聴周波出力を前記少なくとも一つのバーチャルスピーカーからの二次可聴周波出力と同期させる工程と、
ｄ）バーチャルスピーカーから伝播された補強された音を発生する工程であって、前記バーチャルスピーカーが前記伝播された音を発生する音源とは別の位置にある、工程と、
ｅ）変調超音波及び可聴周波数を含むパラメトリック超音波出力をパラメトリックエミッターから一次伝播方向に沿って発生する工程と、
ｆ）前記一次伝播方向を、聴取者への間接的経路を含む二次方向に沿って超音波出力を実質的に反射できる表面特性を持つ前記反射環境に向かって配向する工程と、
ｇ）（ｉ）反射された可聴周波成分、及び（ｉｉ）空気中で二次方向に沿って分離し、前記反射された可聴周波成分を強化し、これによって聴取者に関して二次方向に沿ってバーチャルスピーカーを発生するパラメトリック超音波出力を含む、反射された超音波成分を備える、可聴周波音の補強された伝播を前記反射環境から発生する工程とを含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記一次可聴周波出力が少なくとも一つの第１チャンネルを含み、前記二次可聴周波出力が少なくとも一つの第２の独立したチャンネルを含む、独立フォーマットを提供する別の工程を含む、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記一次可聴周波出力が二つの別々の立体音響チャンネルを含み、前記二次可聴周波出力が前記一次可聴周波出力のチャンネルとは別の少なくとも二つの第２の独立した音響チャンネルを含む、立体音響フォーマットを提供する別の工程を含む、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、少なくとも一つのバーチャルスピーカーを反射環境である部屋閉鎖体のａ）側壁、ｂ）後壁、ｃ）天井表面、ｄ）フロア表面のうちの少なくとも一つに位置決めする追加の工程を含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、少なくとも一つのバーチャルスピーカーを反射面に沿って横方向に移動し、聴取者に移動感を提供する工程、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、ビデオ投影システムを少なくとも一つのバーチャルスピーカーと組み合わせて同時に作動する工程、及び二次可聴周波出力をビデオディスプレー上の出来事と調和させる工程を追加に含む、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
ａ）前記反射面の形状を所定の周波数応答に従って形成する工程、及び
ｂ）前記反射面の吸収性を所定の周波数応答に従って形成する工程のうちの少なくとも一つによって前記反射された可聴周波成分の周波数応答を変化する工程を更に含む、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、変調超音波周波数及び可聴周波数を、前記反射面による反射の結果として前記反射された可聴周波数に加わる変化を補償するように予め加工することによって前記反射された可聴周波出力を変化する工程を更に含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、前記変化工程は、
ａ）前記反射面での超音波吸収、
ｂ）前記反射面での可聴周波吸収、
ｃ）前記反射面での表面形体により生じる変化、
ｄ）反射面での可聴帯域幅に亘る超音波エネルギの可聴周波出力への不均等変換により生じる変化、
ｅ）前記一次伝播方向に沿った可聴帯域幅に亘る超音波エネルギの可聴周波出力への不均等変換により生じる変化、
ｆ）反射面での可聴帯域幅に亘る超音波エネルギの可聴周波出力への不均等変換により生じる変化、及び
ｇ）前記超音波成分の後反射強度を減少する、前記反射面での超音波エネルギの拡散により生じる反射された可聴周波出力の変化、
のうちの少なくとも一つを調節するために行われる、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、超音波及び可聴周波出力の結合されたパラメトリック・音のコラムを第１反射面から第２反射面に伝播し、これによって、第１バーチャルスピーカーから時間遅延した可聴周波出力を提供する第２バーチャルスピーカーを発生する工程を更に含む、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、
ａ）前記可聴周波スピーカー、
ｂ）ビデオ投影装置、及び
ｃ）前記可聴周波スピーカーと前記バーチャルスピーカーとの間、
のうちの少なくとも一つの近くに前記パラメトリックエミッターを位置決めする工程を更に含む、方法。
【請求項１２】
聴取者の周囲に音源位置に関して多数のスピーカー位置を提供するためのパラメトリック音響システムにおいて、前記音響システムは、超音波周波数から空気中で可聴周波出力を発生する、前記音源から離れた少なくとも一つの反射面に向かって配向された少なくとも一つのパラメトリックスピーカーを有し、前記少なくとも一つのパラメトリックスピーカーは反射経路に沿って二次可聴周波出力を提供し、前記音源から離れた前記音源に電子的に接続されていない少なくとも一つのバーチャルスピーカーを発生するためのパラメトリック伝播を提供し、
第１反射面から反射された伝播パラメトリック出力を受け入れるように位置決めされた第２反射面を更に含み、これによって、パラメトリックエミッター源が共通の少なくとも二つのバーチャルスピーカーを形成する、音響システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の音響システムにおいて、音源にビデオ投影装置を更に含み、前記音源は、調和した包み込むような音響−視覚経験を聴取者が見聞きするように、前記少なくとも一つのパラメトリックスピーカーからの前記二次可聴周波出力を視認ディスプレーと調和するための同期回路を含む、音響システム。
【請求項１４】
請求項１２に記載の音響システムにおいて、少なくとも一つの別の立体音響チャンネルを提供するため、可聴周波スピーカーに接続された立体音響回路を更に含み、前記立体音響回路は、前記可聴周波スピーカーとは別の少なくとも一つの立体音響チャンネルを提供するために前記少なくとも一つのパラメトリックスピーカーに接続されている、音響システム。
【請求項１５】
請求項１２に記載の音響システムにおいて、前記パラメトリックスピーカーは、少なくとも一つの相互作用移動自在バーチャルスピーカーを提供するための方向制御駆動装置を含む、音響システム。
【請求項１６】
少なくとも二つの相互作用周波数の間の差と対応する少なくとも一つの新たな可聴周波数又は可聴下周波数をパラメトリックスピーカーの部分として含むほぼ全方向の音を人から離れた遠隔のバーチャルスピーカー源のところに間接的に発生することによって、人の注意を遠くに逸らすための方法において、
ａ）少なくとも二つの相互作用超音波周波数と対応する超音波周波数を放出し、遠隔のバーチャルスピーカーを形成する反射面に向かって音のコラムに沿って延びるパラメトリック可聴周波出力を発生する工程、
ｂ）反射面からパラメトリック可聴周波出力を反射し、音のコラムの新たな伝播方向を形成する工程、及び
ｃ）相手の注意を個人の位置を示すものとしてのバーチャルスピーカーの方へ逸らす工程を含む、方法。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】パラメトリックバーチャルスピーカー及びサラウンド音響システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は音響システムに関し、更に詳細には、パラメトリック音源を使用して反射面からバーチャルスピーカーを発生する音響システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面に音響の物理的痕跡が刻み込まれた回転円筒体に音響的に連結されたホーンスピーカー等の簡単な音源で音響再生の進展が始まった。放出された音響は非常に局所的であり、ホーンからホーンのスロート軸線に沿って配向された所定の方向に伝播する。スピーカーが更に洗練されていくに従って、多数のスピーカーシステムを使用することと組み合わせて立体音響の特徴が加えられ、左右の又は側方から側方への動きが音響再生に加えられた。最新のサラウンド音響システムは、立体音響の出力並びに分離した音響を聴取者の周囲に配置された個々のスピーカーに同期してシフトすることの両方を行うため、ダイバーズ（ｄｉｖｅｒｓｅ）スピーカーを利用する。この方法では、例えば、スクリーン上の特定の出来事を、部屋の周囲で様々な方向からずれていく音の伝播と調和することにより、モーションピクチャーディスプレーと関連した音響を大きな現実性を以て発生できる。
【０００３】
人間は耳の生理的機能のため、人間の聴覚は、驚くべきことに、音の方位を割り当てることができる。この能力により、脳に情報を流し続け、データを供給し、人の位置及び環境を立体的な枠内で決定する上でこのデータが取り入れられる。最新のサラウンド音響システムは、前方伝播、側方伝播、後方伝播、フロア伝播、及び天井伝播を含む様々な方向から聴取者に音響を差し向けることによって所望の立体的環境をシミュレートする。このような音響には、様々な位置での人が話す声、水の動き、風、雷鳴、鳥や動物の鳴き声等の自然の周囲環境の音が含まれる。アクションシーンには、心配、恐れ、驚き、及び喜びについての心の動きを強調するための合成された音響効果、並びに衝突シーン、爆発、及び無数の視覚的対象物についての音響効果が含まれる。スクリーン上の表示は、多方向音響効果により活き活きとしたものとなる。
【０００４】
上文中に説明した効果的なサラウンド音響経験を提供するため、従来の音響システムはフロア及び天井を含む部屋の周囲に亘って位置決めされた多くのスピーカーを含む。代表的には、低周波数範囲のウーハーが部屋の前方又はフロアの下に配置される。これらの低周波数スピーカーは指向性が低いため、部屋の特定の位置に配置することには問題がない。確かに、低範囲音響は、部屋がかなり小さい場合には方向を定位するのが困難である。従来のダイナミックスピーカーは大型であるため、一般的には、部屋の前方に位置決めするのが実際的である。
【０００５】
高範囲周波数については、音響伝播の指向性が高い。例えばツィーターは音源又は配向について容易に検出できる。サラウンド音響システムは、これらの高い周波数を部屋の側方及び後方に配置された小型スピーカーから供給し、あたかも自然環境に居るように多数の方向から出る音響をシミュレートするビーム特性を可能にする。壁位置及び天井位置での物理的変位及び定位は、このスピーカー構成要素が小型であることにより容易に行われる。
【０００６】
更に、パラメトリックスピーカーがそれらの高い指向性について周知である。タナカ等の米国特許第４，８２３，９０８号には、変調した超音波搬送波から可聴周波出力を取り出すことにより、たとえ低い周波数範囲でも、更に焦合された指向性が提供されると開示されている。タナカの米国特許第４，８２３，９０８号の図２は、聴取者９に直接差し向けられる従来のパラメトリックシステム８を示すが、所望の可聴周波出力を発生できる超音波ｄＢレベルは、人間の安全性を脅かすレベルになる場合があると示唆されている。従って、パラメトリック出力の超音波成分を大幅に減少するため、エミッターと聴取者との間の可聴周波経路に沿って音響フィルタ１０及び２０が設けられている。タナカ等の米国特許第４，８２３，９０８号には反射プレート１９が開示されている（即ち図１６参照）けれども、これらのプレートの目的は、可聴周波経路を延ばし、超音波周波数及び／又は可聴周波数の伝播方向を変化することであるということがわかる。従って、パラメトリックスピーカーに関するこれらの従来の技術は、パラメトリック出力を聴取者に向かって直接放射することと、反射によりこのような可聴周波出力を聴取者に間接的に伝播することとの間の可聴周波出力の大きな相違を、ｄＢレベルの減少又は上昇を除いて指摘していない。
【０００７】
この理解によれば、様々な方向からの音源の知覚を発生するための従来技術のシステムは、スピーカーを特定の配向に沿って及び所定位置に配置することを必要とする。サラウンド音響経験の部分として多くの方向を得るため、多数のスピーカー（ダイナミックスピーカー、静電スピーカー、パラメトリックスピーカー、等）を様々な位置に置くことが必要とされる。従って、スピーカーシステムを聴取者の経験内で様々な位置に置く必要があり、更に複雑な技術を実行することを必要とする。スピーカーの配線を音源からスピーカーハードウェアまで延ばさなければならない。ホームシアターについては、配線の変更には費用がかかり、及び／又は室内装飾を損なう。見苦しい配線をなくすための努力には、ｆｍワイヤレス伝送システムが含まれる。これは非常に高価であり、作動に問題があることが多い。新たな構造によりサラウンド音響システムを予め配線できる場合でも、スピーカーが特定の位置に固定されるために適合性が限られており、音響の変位と調和した迅速な再位置決めが行われない。音源のシフトに基づいた移動感が望ましい場合、移動方向に沿って多くのスピーカーが、所望のスピーカー装置を通る音響を同期させるための複雑な回路とともに必要とされる。これは、更に精密なサラウンド音響システムを開発する上の費用及び複雑さを大きくするだけである。このことは、特に、多数のスピーカー及び関連した配線及び追加の回路が必要とされる場合にいえる。
【０００８】
手短に述べると、音源をダイナミックに移動させる上での費用及び複雑さが高過ぎるため、公共の映画館以外の環境で、従来のサラウンド音響システムを越えた一般的な商業的用途に適用しようとする意欲が削がれてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
簡単に及び一つの一般的な特徴では、本発明は、聴取者の周囲に多数のスピーカー位置を提供するための方法を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この方法は、ａ）音源にある、一次可聴周波経路に沿って聴取者に向かって直接的に配向された可聴周波スピーカーから可聴周波圧縮波を放出することによって一次可聴周波出力を発生する工程、ｂ）少なくとも一つのパラメトリックスピーカーから超音波音を放出し、部屋の中の音源から遠方の少なくとも一つの反射面に向かって、一次可聴周波経路に沿わずに差し向けることによって、音源から遠方にあり且つ音源に電気的に接続されていない少なくとも一つのバーチャルスピーカーから二次可聴周波出力を発生し、これによって、バーチャルスピーカーを形成するものと考えられる反射面から音響を間接的に発生する工程、及びｃ）聴取者が多数の方向から調和した包み込むような音響経験を聞くように、可聴周波スピーカーの一次可聴周波出力を少なくとも一つのバーチャルスピーカーからの二次可聴周波出力と同期させる工程を含む。
【００１１】
別の更に詳細な特徴では、本発明は、更に、聴取者の周囲に多くのシステスピーカー位置を提供するための実施例で提供される。この装置は、一次可聴周波経路に沿って聴取者に向かって直接的に差し向けるようになった、音源に連結された前方の可聴周波スピーカー、及び音源から遠方の部屋の中の少なくとも一つの反射面に向かって一次可聴周波経路に沿わずに位置決めされており且つ配向された少なくとも一つのパラメトリックスピーカーを含む。少なくとも一つのパラメトリックスピーカーは、音源から遠方にあり且つ音源に電気的に接続されていない少なくとも一つのバーチャルスピーカーを提供するための非正面（ｎｏｎｆｒｏｎｔａｌ）可聴周波出力を提供する。更に、聴取者が調和した包み込むような音響経験を多数の方向から聞くように可聴周波スピーカーの正面（ｆｒｏｎｔａｌ）可聴周波出力を少なくとも一つのバーチャルスピーカーからの非正面可聴周波出力と調和するため、同期回路が設けられている。
【００１２】
本発明の別の実施例は、超音波帯域幅で実質的に非吸収性の反射面（第１バーチャルスピーカーを形成する）に超音波出力を放射し、これによって超音波出力を第２反射面に沿って実質的に反射し、第２の時間的に遅延したバーチャルスピーカーを第２反射面に関して発生するパラメトリックスピーカーを提供する。
【００１３】
本発明の更に詳細な特徴には、少なくとも２チャンネルの立体音響の一次可聴周波出力、及び少なくとも２チャンネルの二次可聴周波出力を提供することが含まれる。二次出力で使用された少なくとも一つのバーチャルスピーカーは、聴取者がいる部屋又は他の包囲体の側壁であってもよい。天井、フロア、及び前後の壁も使用できる。例えば音源の室内に亘る移動を行うため、バーチャルスピーカーを横方向に移動できる。別の更に詳細な特徴では、聴取者に対する現実感を高めるため、可聴周波出力を視認ディスプレーと調和させることができる。更に詳細には、コラム状超音波を第１表面に差し向けて反射された可聴周波数音及び反射コラム状超音波を発生し、この反射コラム状超音波が第２反射面まで移動し、そこで少なくとも反射された可聴周波数音を発生することにより、バーチャルスピーカーを二つの位置に形成できる。更に詳細には、反射面の形状や使用される材料により、バーチャルスピーカーの周波数応答を変化させることができ、これによりバーチャルスピーカーのところに所望の変更を提供できる。更に詳細には、表面を含むバーチャルスピーカーに所望の可聴周波出力を提供するため、可聴周波源信号を予め加工できる。別の更に詳細な特徴では、第１可聴周波源からのエコーをシミュレートする時間遅延反射音を提供するため、反射コラム状超音波放射及び二つの反射面を使用できる。更に詳細には、別個の位置に音響源を提供するため及び／又は移動する音源を提供するため、パラメトリックスピーカー出力を制御下で様々な位置に差し向けることができる。更に別の詳細な特徴では、本システムは、バーチャルスピーカーを構成する反射面を含む特定の位置に人の注意を逸らすのに使用できる。
【００１４】
本発明のこの他の特徴は、添付図面を参照して以下の詳細な特徴を読むことにより、当業者に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
パラメトリックスピーカーは、超音波周波数エミッションの高指向性ビームを提供できることが知られている。このビームは、可聴周波信号で変調したとき、多数の超音波周波数を発生する。パラメトリックスピーカーの音響ヘテロダインの原理によれば、差が可聴周波範囲内に入る異なる二つの超音波周波数が非線型媒体である空気と相互作用し、可聴周波の差音を発生する。この現象により、変調可聴周波信号を含む可聴周波の音のコラムを発生する。これも指向性が高い。このパラメトリック・音のコラムが壁又は他の表面から反射されるとき、反射点のところにバーチャルスピーカー即ち音源が形成される。
【００１６】
詳細には、パラメトリックスピーカーを従来の音響システムと図１に示すように組み合わせ、放射された超音波ビームの様々な反射点のところに音源と考えられるバーチャルスピーカーを提供できる。パラメトリックスピーカーは、サラウンド音響システムの部分として適用された場合、実際のスピーカーを側方及び後方の様々な位置に位置決めする必要をなくすとともに可聴周波信号源への関連した配線をなくす。
【００１７】
図１を参照すると、従来の構成要素及びパラメトリックスピーカーを含む音響システム１０が代表的な部屋１１又は他の包囲体の前方位置に位置決めしてある。本発明の一実施例では、音響システムをビデオを音響源の移動方向を含む多くの音響効果と組み合わせたホームシアターシステムの部分として組み込む。部屋の寸法は、明らかに異なるけれども、代表的な設置は、約４．５７２ｍ×６．０９６ｍ（約１５フィート×２０フィート）の幅寸法及び長さ寸法によって代表される。二つの向き合った側壁１２ａ、１２ｂ（１２ｂは一部が切り欠いて示した部分内に示してある）は後壁１３によって離間されている。部屋１１のフロア１４及び天井１５（一部が切り欠いて示した部分内に示してある）は、代表的には、２．１３３６ｍ乃至３．０４８ｍ（７フィート乃至１０フィート）離間されている。この代表的な構成は、一つの設置例に過ぎず、本発明の例示である。
【００１８】
音響システム１０はパラメトリックスピーカー２０、２１、２２を含む。超音波音制御回路が可聴周波増幅器システム２３内に従来のスピーカー３０に出力を提供する他の音響システムとともに収容されている。出力が別々に提供され且つ別々に位置決めされるシステムを含む可聴周波スピーカー及びパラメトリックスピーカーの組み合わせについての他の形体を、特定の部屋形体における別の実施例で、適当であるように適用できるということは当業者には明らかであろう。各パラメトリックスピーカー２０、２１、及び２２は、部屋１１の壁、フロア、又は天井の反射領域を含む所望のバーチャルスピーカー位置２４、２５、及び２６の夫々に向かって各パラメトリック出力を差し向けるため、以下に説明するように方向の整合を行うための手段を含む。これらの反射領域は、図の仮想線内の領域によって表してある。しかしながら、これらの境界は、フロア、後壁、天井、及び側壁の表面領域の例の単なる例示に過ぎず、聴取者に対して所望の音源配向を提供する実際上どのような反射領域（例えば部屋の中の家具や備品が含まれる）にも移動できる。
【００１９】
バーチャルスピーカーの定位を行うための特定のプロセスは、上掲の親特許の夫々に記載された手順に従ってヘテロダイン音のコラムを放出することで開始する。このプロセスは図２に概略に示してあり、この図を参照すると、（ｉ）反射面に放射されるべき可聴周波信号４０を、（ｉｉ）代表的には２５ｋＨｚ乃至６０ｋＨｚの超音波搬送波４１とともに振幅変調又は他の適当なプロセスによって混合し、超音波搬送波及び一つ又はそれ以上の側波帯４５を含む複合波形４３を発生する工程が含まれる。値の差が可聴周波入力と対応する二つ又はそれ以上の超音波周波数のこの信号を、超音波エミッター４４で周囲空気に放射し、非線型媒体である空気によって可聴周波出力４６から分離する。このようなパラメトリックスピーカーが高度に指向性であるため、超音波放射方向の外側の聴取者には、壁、フロア、又は天井１２、１３、１４、又は１５から反射されるまで、強く放出された可聴周波の音が聞こえない。しかしながら、ひとたび反射されると、可聴周波の音の少なくとも一部がほぼ全方向パターン４６ａで分散する。見掛けの音源は反射面であり、これは、代表的には実際の放出源から離されている。
【００２０】
図１及び図２を参照すると、バーチャルスピーカー２４、２５、又は２６の位置は、パラメトリックスピーカー２０、２１、又は２２の指向配向の関数であるということが明らかである。特定の聴衆（図示せず）に所定の視聴覚材料を提供するように設計されている場合には固定されていてもよいし、夫々のエミッターに連結されたサーボシステム２７、２８、又は２９によって制御されてもよい。このようなシステムは、ジンバル又は他の機械式枢動装置であってもよいし、パラメトリックスピーカー２０、２１、又は２２内のエミッター群間の位相関係の変化に基づいて音響エネルギの結果的伝播「経路」の方向を変える電子ビーム操向回路であってもよい。この場合、所望の配向との整合は、特定の聴覚又は視覚表示と関連したプログラムされた制御信号又は他の応答制御形態のいずれかによってサーボシステムに位置データを提供する機能である。所望の位置の反射面のところにバーチャルスピーカーを提供するため、エミッター及び壁（及び反射面を提供する任意の備品又は家具）の空間的相互関係を制御ソフトウェアで考慮に入れることができる。
【００２１】
一実施例では、本発明は、２段階プロセスで作動するということは理解されよう。第１段階は、可聴周波の音のコラムを発生するための超音波搬送信号及びこれに付随する側波帯信号を含む焦合した可聴周波ビームを発生し制御する工程を含む。この可聴周波の音のコラムは、超音波エネルギの焦合されたビーム内で出現する。第２段階は、結果的に発生した音のコラムを夫々の表面１２、１３、１４、又は１５から反射し、バーチャルスピーカーを提供する工程を含む。搬送信号の実際の周波数は、エミッターから反射面までの所望の距離の関数であってもよく、代表的にはそのような関数である。超音波周波数が低いと範囲が長くなる。従来、４０ｋＨｚ乃至６０ｋＨｚが好ましいと言われてきた。これよりも低い最低３０ｋＨｚ、場合によっては２５ｋＨｚの周波数では、超音波エネルギが更に遠くまで届く。短い距離については比較的高い周波数が望ましい。しかしながら、周波数が１００ｋＨｚに近づくにつれ、又はそれ以上になると超音波エネルギの散逸及び／又は吸収が急速に上昇する。
【００２２】
本明細書中に開示したパラメトリックスピーカーと関連して使用した「伝播」という用語の意味を、従来の可聴周波スピーカー（ダイナミックスピーカー、静電スピーカー、平面磁石スピーカー）から放出される可聴周波圧縮波に適用された場合のその用語の使用に対して弁別することが重要である。パラメトリックスピーカーシステムに関し、詳細にはバーチャルスピーカー技術の開発に関し、伝播という用語は、単に「伝達」するというのでなく、「量を増大する」という比較的特殊な辞書的意味を有する。一例として、可聴周波圧縮波は、伝達距離の増大に伴って音圧レベル（ＳＰＬ）が低下する。これは、離れた距離のところで聞く音響ボリュームが聴取者にとって柔らかくなることから明らかである。本質的には、圧縮波のエネルギは空気分子によって減衰される。これは、空気分子が音響エネルギを吸収し、音響ボリュームを減少するためである。
【００２３】
これとは対照的に、パラメトリック伝播では、空気分子が、放出された超音波との非線型相互作用に基づいて可聴周波圧縮波を発生する。その結果、パラメトリックエネルギビーム中の空気分子がビーム長に沿ってエネルギ変換を行い、信号の強さを減少するのでなく、スピーカーの可聴周波出力を供給し且つ増大する。図３に示すように、超音波エネルギ６０は、圧縮波を発生するのに十分強くなるまで可聴周波出力６１を増大できるのに十分な距離に亘って空気中を伝達する。圧縮波は、パラメトリックビーム即ちコラム６２に沿って連続して発生する。超音波及び可聴周波の波がコラム内で同じ方向に延びるに従って、空気と超音波周波数との間で非線型相互作用が連続的に起こり、可聴周波出力を強化する。しかしながら、超音波エネルギは外方に移動するに従って散逸し、そのため最終的には可聴周波の波のアレイが距離に従って減少する。従って、反射面のバーチャルスピーカーと実質的に同じ位置で可聴周波数の波エネルギが最大になるように周波数及び反射面までの距離を調節することが、効率の観点から重要である。
【００２４】
従って、パラメトリック・可聴周波ビームでは、可聴周波部分は、従来のスピーカーのように単に「伝達」されるばかりでなく、強さが増大されるのである。従って、本明細書中でパラメトリックスピーカー及びバーチャルスピーカーに関して使用されているように「伝播」という用語には、減衰する音響の伝達でなく、量が増大する可聴周波エネルギを伝達するという特別の意味があるということは理解されるべきである。このような伝播は、音のコラム内での超音波エネルギの連続的相互作用の副産物であり、音のコラム長が延びるに従ってコラムの可聴周波成分へ振幅を追加する。これを、図３の音のコラムの端部に向かう幅が大きい圧縮波６１ａによって図示するが、図は必ずしもビーム中の音響エネルギの空間分布と対応していないということは明らかである。
【００２５】
上述のように、超音波エネルギが、低（例えば可聴周波）周波数のエネルギよりも空気中で比較的容易に散逸及び／又は吸収されてしまうため、バーチャルスピーカー源の開発で周波数の選択が重要な要因である。１００ｋＨｚ以上の周波数は空気中で急速に散逸し、パラメトリックシステムで可聴周波出力を発生するために供給されるコラム長が非常に小さい。超音波周波数についての最大伝達距離は、２５ｋＨｚ乃至４０ｋＨｚの最低範囲で実現される。従って、長い伝播距離が望ましい場合には、低い周波数、代表的には５０ｋＨｚ乃至６０ｋＨｚ以下の周波数が必要である。これにより、反射面６５でのバーチャルスピーカーの特徴の開発及び設計上の選択に関するプロセスの第２段階を発生するための重要なエレメントを導入する
図３は、音のコラム６２の超音波成分が比較的急速に減衰する比較的高周波数の超音波エネルギの使用を例示する。高い周波数の一つの利点は、可聴周波成分に変換するためのエネルギが比較的大きいということである。従って、急速に成長し、波の振幅が拡大６１ａする可聴周波信号６１が示してある。一実施例では、超音波成分が漸減しながら６１ａが反射面６５に到達したとき、残りの超音波エネルギは実質的に吸収され、コラムの可聴周波成分だけが反射される。超音波エミッションを吸収する（又は以下に説明するように吸収しない）反射面を使用することによって、本明細書によるバーチャルスピーカーの独特の設計上の特徴を示す。詳細には、超音波エネルギを実質的に含まない可聴周波反射は、聴取者に可聴周波源６６の方向を知覚させるが、元々の発生点を特定させない可聴周波源を形成する傾向がある。反射した可聴音波エネルギ６７は、従来発生させた音響の伝達が空気を通る距離に従って減衰するというのと同じ意味で、距離に従って弱くなる。
【００２６】
別の実施例では、バーチャルスピーカーは、音のコラム７０の超音波成分６９の反射を提供する。これを図４に示す。可聴周波成分７１の増大が破線で示してあり、非超音波吸収面７２での超音波反射の表示を明瞭にするため、コラムの第１部分のところ（反射面７２に達する前）で一部が省略してある。可聴周波成分７１は、表面７２の反射点までの音のコラム７０の第１方向７３に沿って増大し続けるということは理解されるべきである。この実施例は、パラメトリック出力の伝播距離を大きくできる低い超音波周波数（２５ｋＨｚ乃至４０ｋＨｚ）を使用する。従って、超音波６９ａ、６９ｂ、及び６９ｃの夫々によって表される超音波ＳＰＬが減衰することにより、超音波エネルギを表面７２から及び新たな伝播方向７４に沿って反射できる。
【００２７】
図４に示す実施例のバーチャルスピーカーには、尋常でない驚くべき効果がある。知覚される音響源の大まかな方向を図３に線６６で示すように形成するのでなく、音響について元々の点源７６があると知覚させるのである。詳細には、図３を参照すると、パラメトリックスピーカーエミッター４４を実質的に超音波吸収性（約６ｄＢ乃至１５ｄＢ又はそれ以上）の表面６５に向けた場合、表面からの可聴周波反射は特定のバーチャル源点を持たないが、その代わりに音響がそのおおまかな方向から来ると感知される。更に、感知された音響の強さは超音波が反射される場合よりも低い。更に、「コヒーレント」形態での音響の持続が少ない。音響は、実質的にコラム状であり続けるのではなく、反射点からランダムに散逸し広がるように感じられる。
【００２８】
図４を参照すると、超音波反射面７２を使用する場合、表面から反射される超音波エネルギ６９は比較的大きな程度でコラム状のままである。上文中に論じたように、パラメトリックスピーカーが発生した可聴周波成分７１は、超音波との相互作用により、超音波エネルギ部分が距離に亘って音響コラム部分に多くを加えるため、大きな出力を形成し且つ達成する。実質的に非吸収性の表面から反射されるコラム状超音波エネルギはパラメトリック可聴周波出力に対して加え続け、反射可聴周波の音のコラムを強くする。これにより、可聴周波は反射後大きな距離に亘って強さを維持できるばかりでなく、反射されたエネルギの幾分かをバーチャルスピーカーから様々な角度で可聴周波として聞くことができる場合でも指向性エネルギを増大し続けることができる。
【００２９】
元の超音波振幅がバーチャルスピーカー即ち反射点で実質的に吸収されない場合、反射により、可聴周波の音のレベルが６ｄＢ又はそれ以上上昇することがわかった。更に、この６ｄＢ又はそれ以上の上昇を二次反射まで環境から聞き続けることができ、反射／バーチャルスピーカー位置で超音波吸収が使用された場合には不可能な方法でマルチバーチャルスピーカーを可能にする。例えば、図５を参照すると、先ず最初にパラメトリック・音のコラム１８ａが壁面位置２５ａから反射され、そこから第２方向１８ｂに沿って第２表面２６ａに反射される。これらは両方とも実質的に超音波非吸収性表面である。
【００３０】
従って、一実施例における理想的バーチャルスピーカーを次のように予め定義する。即ち、パラメトリック・音のコラムの指向性配向を中断する受動的表面反射は、エネルギを高める顕著な近場状態（ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を有する。理想的には、パラメトリック・音のコラムはかなりの超音波エネルギレベルで反射され、反射の前後両方で空気中で分離し続ける。この意味で可聴周波出力は反射の前後両方でコラム長に沿って高められる。このモデルに基づき、バーチャルスピーカー又は反射面は、事実上、増大する可聴周波エミッションを発生する。これは、従来のスピーカーが、更に多くのエネルギがスピーカー源のところで周囲空気に加えられるとき、大きな音響伝播を発生するのと全く同様である。
【００３１】
この尋常でない「点源」バーチャルスピーカーの概念を適用することにより、サラウンド音響の用途で遙かに洗練された音響環境を可能にする。点源は、更に容易に認められ、脳が大きな知覚応答を示す。点源が画成されることにより、サラウンド音響システムの融通性が更に向上する。これは単一の音のビームから多数の点源を形成でき、これによって知覚応答を高めるためである。更に、超音波エミッションに露呈されることについて安全上の懸念がある場合、好ましい方法は、使用される出力を下げることによって、及び／又は低い周波数を使用することによって聴取領域内への超音波放射の強さを減少し、超音波非吸収性表面でエネルギを反射することによって経路を長くし、低い発生超音波エネルギで可聴周波の発生の機会を多くすることである。これによって、所望のバーチャルスピーカー効果を発生しつつ、露呈超音波レベルを下げることができる。これは、実質的に同じ可聴周波レベルを達成する上で、効率を向上し、使用される超音波増幅器の出力を下げ、超音波放射エネルギを小さくする。
【００３２】
従って、図３、図４、及び図５を参照すると、焦合した音のビームを拡散全方向パターンに変換するプロセスの第２段階は、幾つかの方法で行うことができる。一つの場合では、或る程度超音波吸収性の表面６５からバーチャルスピーカーを形成できる。この実施例では、音響レベルが下がり、反射面からの距離に従って強く減衰する。音源は、表面から延びる大まかな方向から来ると知覚される。第２の方法は、超音波エミッションを反射する非吸収性表面７２を使用し、パラメトリック・音のコラムの可聴周波成分及び超音波成分の両方について前記表面からの実質的反射を可能にする周波数範囲を提供する方法である。本発明のこの実施例は、元々の局所的音響源を形成し、音響の伝播に従って可聴周波成分についてコラムに沿ったＳＰＬが増大する。多数の反射を生じることができ、夫々のバーチャルスピーカー出力に対して時間遅延露呈を提供する多数のバーチャルスピーカーを形成する。
【００３３】
両方の場合において、バーチャルスピーカーの独特の特徴が実際の音源から所定距離のところで実現される。これには、バーチャルスピーカーとして見掛けの音源を画成する効果がある。これは、人間の耳が、全方向音源を自然の音源即ち音の発生の中心と結び付けようとするためである。パラメトリック可聴周波出力ビーム１６、１７、又は１８が反射壁１２又は１３、フロア１４、又は天井１５の表面に当たったとき、焦合されたビームが所望の全方向パターン（図１の５０、５１、又は５２）に実際に変換するか或いは全方向の反射面（図５の２５ａ及び２６ａ）における点源パターンを形成する。次に、通常の聴取の意味で、聴取者に届くほぼ全方向の性質を持つ様々な反射音波は、バーチャルスピーカーと関連している。第１段のパラメトリック出力からの音響エミッションは、この聴取プロセスを妨げない。これは、これらのエミッションが、聴取者の位置５３の外側に配向された焦合コラム１６、１７、及び１８内にとどまるためである。
【００３４】
図１及び図５を参照すると、本発明の一実施例において、この特定のプロセスは、実際の音響源が一つ又はそれ以上の位置に位置決めされた室内にいる聴取者の周囲に多数のスピーカー位置を提供するための以下に説明する一般的な方法で行われる。この方法の最初の工程は、ａ）音源１０の位置であってもよい第１位置にある可聴周波スピーカー３０から可聴周波圧縮波を放出することによって、一次可聴周波経路５６に沿って聴取者５３に向かって直接放射される一次可聴周波出力即ち正面可聴周波出力を発生する工程である。これは、従来の音響システムと同様であり、代表的には、使用者に向かって配向されたウーハー装置、中間レンジ装置、ツィーター装置を持つフルレンジスピーカーアレイを含む。このような音響は、使用者に向かって放射され、一般的には室内全体に亘って反射される。この形体では、全ての音響は、音源１０が置かれた第１位置から放出されると感知される。
【００３５】
プロセスの別の工程（同時に実施される工程であってもよい）には、前方に配置された従来のスピーカー３０及び音源１０から離れており且つ電気的に接続されていない少なくとも一つのバーチャルスピーカー２４、２５、及び／又は２６から二次可聴周波出力即ち非正面可聴周波出力５０、５１、及び／又は５２を発生する工程が含まれる。これは、上文中に説明したように、音源のところに又は一つ又はそれ以上の他の間隔が隔てられた位置に位置決めされており且つ音源から離れた室内の少なくとも一つの可聴周波反射面に向かって、一次可聴周波経路に沿わずに配向された少なくとも一つのパラメトリックスピーカー２０、２１、及び／又は２２から超音波を放出することによって行われる。これによって全方向音波５０、５１、及び／又は５２を可聴周波反射面から間接的に発生する。これは、バーチャルスピーカーのところで発生するものと知覚される。
【００３６】
聴取者が音を多数の方向から聞いて調和した包み込むような音響経験をするように、可聴周波スピーカーの正面可聴周波出力５６を少なくとも一つのパラメトリックスピーカーからの非正面可聴周波出力１６、１７、及び１８と同期させるのが必要であるか或いは望ましい。例えば、一次可聴周波経路５６の距離は、音のコラム１６、１７、１８の移動距離及び聴取者の位置までの全方向経路５０、５１、及び５２の増減と調和させる必要がある。制御装置／増幅器／プロセッサ２３の一次制御回路内で時間を適切に遅延させることができる。同様に、一時的に放出された、一つ又はそれ以上の可聴周波反射面２４、２５、２６のうちの任意の反射面のところで発生したと感じられる音響効果を分離し、非正面方向成分を持つ衝突や雷鳴等の音響的特徴をシミュレートするためには、同期信号が望ましい。これらのタイミング技術は、音響産業で周知であり、これ以上説明することを必要としない。
【００３７】
この基本的方法は、代表的には高い忠実度で、従来のスピーカー３０の音源を構成するステレオ特徴で実施される。この立体音響フォーマットは、全体として、少なくとも一つの第１チャンネルで正面可聴周波出力を実現し、少なくとも一つの第２チャンネルで非正面可聴周波出力を実現する。通常は、立体音響フォーマットは、正面可聴周波出力及び非正面可聴周波出力の両方に対し、二つ又はそれ以上の別々の立体音響チャンネルを含む。これらの多数のチャンネルは、左右のステレオ出力の分割、前後のステレオ出力の分割、及び部屋全体に亘って反射面を横切って広がる音響特徴の分離に使用される。
【００３８】
この方法の部分として、従来のスピーカー３０及びバーチャルスピーカー２４、２５、２６の選択の様々な組み合わせを電子式制御の選択として、及び制御回路２３を通して賦勢することにより容易に行うことができる。これらの組み合わせは、部分的には、一次可聴周波経路５６に関して側壁１２にある単一のバーチャルスピーカー２５、一次可聴周波経路に関して後壁にある単一のバーチャルスピーカー２６、天井表面１５にある単一のバーチャルスピーカー（図示せず）、又はフロア表面にある単一のバーチャルスピーカー２４によって表される。一次可聴周波経路に対して両側壁１２ａ、１２ｂにあるバーチャルスピーカー、並びに一次可聴周波経路に対して側壁及び後壁１３の夫々にあるバーチャルスピーカーを同時に作動させることは、サラウンド音響システムの部分であり、本発明に従って、バーチャルスピーカー及び／又は従来のスピーカーの他の組み合わせとともに便利に実施できる。
【００３９】
本発明の重要な特徴は、壁、フロア、天井、パネル、家具等を含む任意の可聴周波反射面に沿ってバーチャルスピーカーを低速で又は急速に移動できるということである。例えば、パラメトリック装置２０、２１、又は２２を横方向に移動させることによって、バーチャルスピーカーをそれが差し向けられた反射面に沿って変位できると同時に聴取者に移動している感じを提供する。ビデオ投影システムと組み合わせたとき、これらの非正面可聴周波出力特徴をビデオディスプレーの表示と調和させることができる。一条の雲を残すジェット、轟音を立てて走る列車、又は興奮するカーチェースを、全ての活動を強調する多くの方向からの指向性音響で向上できる。これは、聴取者に刺激的知覚応答を発生するばかりでなく、室内の深さの立体的感覚を拡大する。
【００４０】
パラメトリック技術を使用したバーチャルスピーカー２４、２５、２６の現象には、本願の親特許に記載されているように、パラメトリック可聴周波出力の反射と関連して使用するためのこの他の特性及び用途があることがわかった。本願で及び親特許でこれらのうちの幾つかに言及したが、当業者には多くの他の可能な用途が明らかであろう。本発明者は、これらの用途が、バーチャルスピーカーと独特に関連した技術の本体を集合的に形成する特徴を含むと考えている。例えば、多くの場合、バーチャルスピーカー源を画成する表面から反射されるときに可聴周波数応答が変化するということがわかっている。詳細には、超音波及び／又は可聴周波成分の表面吸収によって周波数を変更できる。更に、反射面の形状によって変更することもできる。例えば、一実施例では、凸状反射面の形状を使用することによって、従って、高い周波数を含む全ての可聴周波数を拡散し又は分配することによって、比較的高い周波数のフォールオフ速度が上昇し、感知される音響のバランスが変化する。
【００４１】
超音波の高周波数成分は、反射面の効果に基づいて特別に加工し、復元することを必要とする。パラメトリックスピーカーの構成要素の特別の適合を行ってパラメトリック出力を予め加工し、このような加工を実施する。同様に、バーチャルスピーカーからの伝播により、低周波数パラメトリック効率を妨げることができる。これは、可聴周波出力への超音波エネルギの変換が可聴帯域幅に亘って均等でないことにより生じる。例えば、指向性低周波数を発生するには、パラメトリック・音のコラムの長さが、比較的高い可聴周波数と比べて長いことを必要とする。更に、コラムの超音波成分の拡散することにより、後反射超音波強さを減少し、反射された可聴周波数と変換された可聴周波数との間のバランスに影響する。従って、所望の音響バランスを復元するために等化技術を適用できる。更に、バーチャルスピーカーによる反射作用により、所望の可聴帯域に亘って多数の振幅誤差が生じ、所望の音響スペクトルバランスを復元するために多帯域等化を必要とする。これは、反射点で選択的周波数吸収が起こる場合、特に必要とされる。
【００４２】
正側では、パラメトリックスピーカーをバーチャルモードで使用することによって、パラメトリックシステムのバランスをとり、直接的（バーチャルでなく）パラメトリック伝播で１オクターブの高域特性毎に１２ｄＢ補償する反射品質及び分散品質を提供するということに着目されたい。この現象は可聴周波出力に臨場感を高め、更に自然の音を発生する。
【００４３】
更に、この新たな技術分野は、パラメトリック技術の進展に従って音響産業での現在の有用性を越えて用途が広がるにつれて非常に重要なものとなると考えられている。例えば、バーチャルスピーカーの概念は、音に対応する攻撃を避けるために軍人や法の執行者が使用できる。これがないと位置が確認されてしまう。警察官は、犯罪者等に言葉による警告を行う必要があり、これにより警告を行った人の方向への発砲を招く場合がある。パラメトリックシステムを使用し、別の方向からの反射によるバーチャルスピーカーを形成することにより、発砲が警官から離れた方向になされるようになる。このようにして、犯罪者等をバーチャルスピーカーに逸らし、警察官の安全を向上し、気付かれずに驚かすことなく近づくことができる。
【００４４】
以上の例示は本発明の例として提供されたものであって、特許請求の範囲の記載を除き、限定を意図したものではないということは理解されよう。この他の変更は、本開示に記載の原理に基づいて当業者に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ホームシアターの用途での本発明の一実施例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明を実施する例示のシステムの概略ブロックダイヤグラムである。
【図３】超音波放射の反射を制限する実質的に吸収性の表面領域と組み合わせたパラメトリックエミッションを示すダイヤグラムである。
【図４】パラメトリックエミッション及び超音波エミッションを可聴周波の音とともに反射する超音波範囲で実質的に非吸収性の反射面の使用を示すダイヤグラムである。
【図５】単一のパラメトリックスピーカーから多数の時間遅延バーチャルスピーカーを発生するために超音波周波数で実質的に非吸収性の表面を使用するサラウンド音響システムを示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 音響システム
１１ 部屋
１２ 側壁
１３ 後壁
１４ フロア
１５ 天井
２０、２１、２２ パラメトリックスピーカー
２３ 可聴周波増幅器システム
３０ スピーカー
２４、２５、２６ バーチャルスピーカー位置
２７、２８、２９ サーボシステム
４０ 可聴周波信号
４１ 超音波搬送波
４３ 複合波形
４４ 超音波エミッター
４５ 側波帯
４６ 可聴周波出力