(57)【要約】 本発明の方法は、複数の励磁器を配列に配置することと、複数の励磁器の出力からインパルス応答のマトリクスを決定することと、ピークおよびディップに対して別個に周波数領域において測定されたデータを平滑化することと、音響のエネルギーを平均化することと、平均化された音響のエネルギーからエリアジング周波数より上の線形位相上部等化フィルタを計算することと、仮想の音源に応答してシステムを等化することと、等化されたシステムからエリアジング周波数までの下部等化フィルタを得ることと、上部等化フィルタおよび下部等化フィルタを構成することと、構成されたフィルタから低周波数と高周波数との間のなめらかなリンクを得ることとを包含する。
2006508404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サウンドシステムにおける複数のラウドスピーカを構成する方法であって、
複数の励磁器（ｅｘｃｉｔｅｒｓ）を配列に配置することと、
該複数の励磁器の出力からインパルス応答のマトリクスを決定することと、
ピークおよびディップに対して別個に周波数領域において測定されたデータを平滑化することと、
音響のエネルギーを平均化することと、
該平均化された音響のエネルギーからエリアジング周波数より上の線形位相上部等化フィルタを計算することと、
仮想の音源に応答して該システムを等化することと、
該等化されたシステムから該エリアジング周波数までの下部等化フィルタを得ることと、
該上部等化フィルタおよび該下部等化フィルタを構成することと、
該構成されたフィルタから低周波数と高周波数との間のなめらかなリンクを得ることと
を包含する、方法。
【請求項２】
少なくとも１つのマイクを前記励磁器の配列に関連するマイク配列に配置することと、
前記ラウドスピーカ配列の出力を測定することと
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記マイク配列は、リスニング領域にわたる線を形成するように配置されている、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記マイク配列内の前記マイクのそれぞれは、前記ラウドスピーカ配列内の前記ラウドスピーカの間隔の少なくとも半分の距離だけ離して配置されている、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記測定されたデータを平滑化することは、
前記インパルス応答のマトリクスにおけるインパルス応答を処理することと、
非線形の方法を使用して、対応する振幅周波数応答を平滑化することと、
該処理されたインパルス応答の各々の処理されたインパルス応答に基づいて過剰位相モデルを計算することと、
該モデル化された過剰位相応答の高周波部分を平滑化することと、
該過剰位相応答の低周波数部分を変化させないで維持することと、
位相および振幅応答に応答して処理されたインパルス応答のそれぞれを合成することと
を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記システムを等化することは、
前記マイク位置において前記仮想の音源に対応する予想されるインパルス応答を特定することと、
前記エリアジング周波数までのサブサンプリングすることと、
マルチチャネル反復型アルゴリズムを適用することと、
該適用されたアルゴリズムから該仮想の音源に対応する等化および位置フィルタを計算することと、
該等化および位置フィルタをオリジナルサンプリング周波数にアップサンプリングすることと
を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
モノポ−ル源と平面波のうちの少なくとも１つから予想されるインパルス応答を導出することをさらに包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ローパスフィルターされたインパルス応答を線形位相フィルタでサブサンプリングすることをさらに包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記上部フィルタおよび前記下部フィルタを構成することは、
前記システムを等化することに応答して、空間ウィンドウ化することを見積ることと、
前記仮想の音源から前記複数のラウドスピーカまでの伝達遅れを計算することと、
低周波数と高周波数との間のバランスが正しいままであることを確認することと、
高周波数等化フィルタを補正することと
を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
サウンドシステムにおいて複数のラウドスピーカを構成する方法であって、
ラウドスピーカの出力を測定することと、
インパルス応答のマトリクスを取得することと、
該インパルス応答のマトリクスから上部フィルタおよび下部フィルタを構成することと、
該複数のラウドスピーカの低周波数と高周波数との間になめらかなリンクを取得することと
を包含する、方法。
【請求項１１】
ピークおよびディップに対して別個に周波数領域において測定されたデータを平滑化することにより、周波数応答を取得することと、
該周波数応答を時間領域に変換することにより、インパルス応答のマトリクスを取得することと、
仮想の音源に従って前記システムを等化することと、
前記エリアジング周波数まで下部フィルタを取得することと
をさらに包含する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記測定されたデータを平滑化することは、
前記インパルス応答のマトリクスにおける各インパルス応答を処理することと、
前記処理されたインパルス応答のそれぞれに応答して過剰位相モデルを計算することと、
前記マトリクス内で高周波数で過剰位相モデルを平滑化することと
を包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記システムを等化することは、
各測定位置で前記仮想の音源に対する予想されるインパルス応答を特定することと、
前記エリアジング周波数までサブサンプリングすることと、
マルチチャネル反復的なアルゴリズムを適用することと、
該仮想の音源に応答して等化および位置フィルタを計算することと、
該等化および位置フィルタをオリジナルのサンプリング周波数にアップサンプリングすることと
を包含する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
モノポール源および平面波のうちの少なくとも１つから予想されるインパルス応答を導出することさらに包含する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ローパスフィルタされたインパルス応答を線形位相フィルタでサブサンプリングすることをさらに包含する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記上部フィルタおよび下部フィルタを構成することは、
前記システムを等化することに応答して、空間ウィンドウ化することを見積ることと、
前記仮想の音源から前記複数のラウドスピーカまでの伝達遅れを計算することと、
低周波数と高周波数との間のバランスが正しいままであることを確認することと、
高周波数等化フィルタを補正することと
を包含する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
音源の配列から音場を構成する方法であって、
前記音源の配列に隣接するマイク配列を配列することと、
生成された音場を取得することと、
該音源の配列内で各音源に対して任意の有限インパルス応答フィルタを構成することと、
反復法を適用してフィルタ係数を最適化することと
を包含し、
該生成された音場は、所望の音場に似ており、マルチチャネル等化および波場の合成が生じる、方法。
【請求項１８】
前記音源の配列は、マルチ励磁器分散モードのラウドスピーカパネルを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
修正されたフィルタ設計手順に応答して、下部フィルタを決定することと、
該所望の音場のエネルギーモデルに応答して、上部フィルタを決定することと
をさらに包含する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
複数のＮ個の入力源と、
複数のＭ個の出力チャネルと、
該入力源および該出力チャネルに関してに接続されたデジタル信号プロセッサと、
該デジタル信号プロセッサ内に配置されるＮｘＭ個の有限インパルス応答フィルタのバンクと、
該有限インパルス応答フィルタに関して接続された複数のＭ個の加算点であって、該複数の入力源の各入力源の波場に重畳する複数のＭ個の加算点と、
Ｍ個のラウドスピーカの配列であって、該配列の各スピーカが該複数の加算点のうちの１つの加算点に関して接続されている、Ｍ個のラウドスピーカの配列と
備えた、サウンドシステム。
【請求項２１】
前記Ｍ個のラウドスピーカの配列は、マルチ励磁器分散モードのラウドスピーカの配列を含む、請求項２０に記載のサウンドシステム。
【請求項２２】
複数のラウドスピーカのシステムにおいて仮想の音源を構成するシステムであって、
ラウドスピーカ配列に配置された複数のラウドスピーカと、
該複数のラウドスピーカに近接して配置された少なくとも１つのマイクであって、該複数のラウドスピーカの出力を測定することにより、インパルス応答のマトリクスを取得する少なくとも１つのマイクと、
該少なくとも１つのフィルタに接続された少なくとも１つのプロセッサであって、音響のエネルギーを平均化することによってエリアジング周波数より上方の線形位相上部等化フィルタを計算する少なくとも１つのプロセッサと
を備え、
該プロセッサは、該仮想の音源に従って前記システムの等化を提供することにより、前記エリアジング周波数まで下部等化フィルタを取得し、かつ、該上部等化フィルタおよび該下部等化フィルタを構成することにより、高周波数と低周波数との間になめらかなリンクを取得するように適合されている、システム。
【請求項２３】
前記ラウドスピーカ配列に関連して配置された少なくとも１つのマイク配列であって、該ラウドスピーカ配列の出力を測定する少なくとも１つのマイク配列をさらに備えた、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記マイク配列は、リスニング領域にわたる線を形成するように配置されている、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記マイク配列内の前記マイクのそれぞれは、前記ラウドスピーカ配列内の前記ラウドスピーカの間隔の少なくとも半分の距離だけ離して配置されている、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記少なくとも１つのマイクに接続された少なくとも１つのフィルタであって、ピークおよびディップに対して周波数領域において測定されたデータを平滑化する少なくとも１つのフィルタをさらに備えた、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２７】
前記システムを等化することは、
前記プロセッサが、
前記マイク位置で前記仮想の音源に対する予想されるインパルス応答を特定することと、
前記エリアジング周波数までサブサンプリングすることと、
マルチチャネル反復的なアルゴリズムを適用することにより、該仮想の音源に対応する等化および位置フィルタを計算することと、
該等化および位置フィルタをオリジナルのサンプリング周波数にアップサンプリングすることと
を含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２８】
前記予想されるインパルス応答が、モノポール源および平面波のうちの少なくとも１つから導出される、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記サブサンプリングが、ローパスフィルタされたインパルス応答から線形位相フィルタを用いて行われる、請求項２７に記載のシステム。
【請求項３０】
前記上部フィルタおよび下部フィルタを構成することは、
前記プロセッサが、
前記等化ステップによって導入された空間ウィンドウ化を見積ることと、
前記仮想の音源から前記複数のラウドスピーカまでの伝達遅れを計算することと、
低周波数と高周波数との間のバランスが正しいままであることを確認することと、
高周波数等化フィルタを補正することと
を含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項３１】
複数のラウドスピーカのシステムにおいて仮想の音源を構成するシステムであって、
ラウドスピーカ配列に配置された複数のラウドスピーカと、
該複数のラウドスピーカのシステムの出力を測定することにより、インパルス応答のマトリクスに測定されたデータを取得する少なくとも１つのマイクと、
該インパルス応答のマトリクスから上部フィルタおよび下部フィルタを構成することにより、該複数のラウドスピーカの低周波数と高周波数との間でなめらかなリンクを取得するプロセッサと
を備えたシステム。
【請求項３２】
前記プロセッサは、周波数領域において測定されたデータを平滑化することにより、周波数応答を取得し、該周波数応答を時間領域に変換することにより、インパルス応答のマトリクスを取得し、前記仮想の音源に従って前記システムを等化することにより、前記エリアジング周波数まで下部フィルタを取得する、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記測定されたデータを平滑化することは、
前記プロセッサが、
前記インパルス応答のマトリクスにおける各インパルス応答を処理することにより、処理されたインパルス応答を作成することと、該処理されたインパルス応答のそれぞれに基づいて過剰位相モデルを計算することと、該マトリクス内で高周波数で該過剰位相モデルを平滑化することとを含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記システムを等化することは、
前記プロセッサが、
各測定位置において前記仮想の音源に対応する予想されるインパルス応答を特定することと、
前記エリアジング周波数までのサブサンプリングすることと、
マルチチャネル反復型アルゴリズムを適用することにより、該仮想の音源に対応する等化および位置フィルタを計算することと、
該等化および位置フィルタをオリジナルサンプリング周波数にアップサンプリングすることとを含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３５】
予想されるインパルス応答は、モノポール源および平面波のうちの１つから導出される、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記サブサンプリングが、ローパスフィルタされたインパルス応答から線形位相フィルタを用いて行われる、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３７】
前記上部フィルタおよび下部フィルタを構成することは、
前記プロセッサが、
前記等化ステップによって導入された空間ウィンドウ化を見積ることと、
前記仮想の音源から前記複数のラウドスピーカまでの伝達遅れを計算することと、
低周波数と高周波数との間のバランスが正しいままであることを確認することと、
高周波数等化フィルタを補正することと
を含む、請求項３１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マルチチャネル入力を有する励磁器（ｅｘｃｉｔｅｒｓ）の配列からサウンド合成を作成するためのサウンド再生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのサウンド再生システムは、サウンドを再生するために波紋理論（ｗａｖｅ  ｔｈｅｏｒｙ）を使用する。波紋理論は、音場生成の物理的かつ知覚的な法則および人間の知覚の理論を含む。波紋理論を組み入れているいくつかサウンド再生システムは、波フィールド合成（ｗａｖｅ  ｆｉｅｌｄ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）として知られる概念を用いる。この概念によると、波紋理論は個々のラウドスピーカをラウドスピーカ配列に置換するために用いられる。ラウドスピーカ配列は、現実または概念上の（仮想の）源から発生するように見える波先（ｗａｖｅ  ｆｒｏｎｔ）を生成することが可能である。波先は、単に一つまたは数箇所の位置からだけでなく、実質的に全体のリスニング空間においてオリジナルの波フィールドの表現を生成させる。
【０００３】
波フィールド合成は、一般に、リスニング領域の周辺に配置される多数のラウドスピーカを必要とする。従来のラウドスピーカは、典型的には使用されない。従来のスピーカは、通常、電磁トランスデューサとコーンとを有し、エンクロージャに取り付けられているドライバを含む。エンクロージャは、スピーカ配列を得るためのもう一方の列の上に積み重ねられたものであってもよい。しかしながら、波フィールド合成を実行するためには典型的に多数のトランスデューサを必要とするので、コーン駆動スピーカは実用的でない。複合のトランスデューサを収納することができるパネルラウドスピーカが、通常、波フィールド合成に使用されている。パネルラウドスピーカは、軽くて硬い材料の平面からつくることができ、屈曲波がその平面に付属しておりオーディオ信号によって供給される電磁励磁器によって励起される。このようにつくられた平面のいくつかは、リスニング領域の周辺に部分的にまたは全体的に配置することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パネルラウドスピーカだけがサウンドを生成する一方で、波紋理論は、リスナーが仮想の音源からの合成された音場、すなわち、仮想の音場を知覚することができるようにも使用され得る。音源の見かけ角度、距離および放射特性は、合成された音響環境の特性と同様に特定され得る。パネルラウドスピーカの励磁器は、一様でないダイレクティビティ特性、位相歪、パネルの有限サイズによるウィンドウ効果を有する。部屋反射も、ラウドスピーカの出力を制御することを困難にする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、マルチ励磁器駆動のパネルラウドスピーカのマルチチャネル等化および波フィールド合成を実行するサウンドシステムを提供する。そのサウンドシステムは、フィルタリングを利用して、音像の現実的な空間再生を取得する。そのフィルタリングは、平面波の知覚的な再生のためのフィルタ設計を含み、ラウドスピーカに関連してさまざまな位置で聞こえるように知覚される音源を創造するためのフィルタを有する。そのサウンドシステムは、複数のＮ個の入力源と複数のＭ個の出力チャネルとを有していてもよい。プロセッサは、入力源および出力チャネルに関して接続されている。そのプロセッサは、プロセッサ内に配置されるＮｘＭ個の有限インパルス応答フィルタのバンクを含む。そのプロセッサは、各入力源の波フィールドを重畳するために有限インパルス応答フィルタに関して接続されている複数のＭ個の加算点をさらに含む。Ｍ個の励磁器の配列は、そのプロセッサに関して接続されている。
【０００６】
上述したような複数のラウドスピーカのシステムにおいて仮想の音源を取得する方法は、複数の励磁器を配列に配置することと、その後、その励磁器の出力を測定することによりインパルス応答のマトリクスにおいて測定されたデータを取得することとを含む。その測定されたデータは、ラウドスピーカ配列の出力を測定するためにそのラウドスピーカ配列に関連するマイク配列に複数のマイクを配置することによって取得され得る。そのマイク配列は、リスニング領域にわたる線を形成するように配置されており、その配列内の個々のマイクは、ラウドスピーカ配列内の励磁器の間隔の少なくとも半分のを間隔を空けて配置されている。
【０００７】
その測定されたデータは、その後、周波数応答を取得するために周波数領域において平滑化される。その周波数応答は、インパルス応答のマトリクスを取得するために時間領域に変換される。各インパルス応答は、各処理されたインパルスを合成したものであってもよい。過剰位相モデルは、その後、各処理されたインパルス応答に対して計算される。そのモデル化にされた位相応答は、より高い周波数で平滑化され、より低い周波数では変化しないよう保たれる。
【０００８】
次に、システムは、エリアジング周波数までの下部フィルタを取得するために仮想の音源に従って等化される。そのシステムは、マイク位置での仮想の音源に対する予想されるインパルス応答を特定し、その後、エリアジング周波数までサブサンプリングすることによって等化される。予想されるインパルス応答は、モノポール源または平面波から取得され得る。次に、仮想の音源に対応する等化および位置フィルタを計算するために、修正アフィン・プロジェクション・アルゴリズムのようなマルチチャネル反復型アルゴリズムが適用される。最後に、等化／位置フィルタは、等化プロセスを完了するためにオリジナルのサンプリング周波数にアップサンプルされる。さらに、上部フィルタと呼ばれる線形位相等化フィルタは、一組の関連したインパルス応答を計算し、その大きさを平均化し、その結果を反転することによって、エリアジング周波数より上を使用するように導出される。
【０００９】
その後、低周波数と高周波数との間でなめらかなリンクを取得するために上部フィルタおよび下部フィルタが構成される。上部フィルタおよび下部フィルタを構成することは、等化ステップによって導入された空間ウィンドウ化を見積ることと、仮想の音源から複数のラウドスピーカまでの伝達遅れを計算することと、低周波数と高周波数との間のバランスが正しいままであることを確認することと、高周波数等化フィルタを補正することとを含む。
【００１０】
本発明のその他のシステム、方法、特徴および利点は、以下の図面および詳細な記述を調査することにより当業者にとって明らかであるかまたは明らかになる。このような全ての追加のシステム、方法、特徴および利点はこの明細書の範囲内に含まれており、本発明の範囲内であり、以下の請求項によって保護されることが意図されている。
【００１１】
サウンドシステムは、パネルに配備された音源の配列から、所望の音場を得る。所望の音場によって、リスナーは、あたかも音響が生の音源で特定された位置から来ているかのように、音響を知覚することができる。サウンドシステムの設置は、生成された音場を得るために音源の配列に隣接してマイク配列を配置することを含む。任意の有限インパルス応答フィルタは、それから音源の配列の範囲内で各々の音源のために構成される。生成された音場が所望の音場に似ているように、マルチチャネル等化および波フィールド合成が発生するために、反復はフィルタ係数を最適化するように印加される。フィルタが設置されたあと、マイクは取りはずすことができる場合がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１および図２は、サウンドシステム１００のブロック図である。サウンドシステム１００は、駆動アレイプロセッサまたはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１２０のようなプロセッサを経由して入力１１５に接続されるラウドスピーカ１１０を含むことができる。ラウドスピーカ１１０の構成は、１以上の励磁器１４０に付着したパネル１３０を含むことができ、エンクロージャはない。エンクロージャを含むラウドスピーカのような、他のラウドスピーカが使用され得る。加えて、励磁器１４０は、コーンまたはダイアフラムを有するトランデューサのようなトランデューサおよび／またはドライバを含むことができる。パネル１３０は、ダイアフラムを含むことができる。サウンドシステム１００は、より少いかあるいはより多い構成要素を有する他の構成を有することができる。１以上のラウドスピーカ１１０は、大きなリスニング領域にわたる空間的なオーディオ再生を可能にするようにそのラウドスピーカ１１０がカスケード配列に配置され得るように使用され得る。
【００１３】
サウンドシステム１００は、より正確にサウンドを表現するために、波フィールド合成と、より多い数の個々のチャネルとを用いることができる。異なる数の個々のチャネルが使用され得る。励磁器１４０およびパネル１３０は、プロセッサ１２０を介して入力１１５から信号を受け取る。その信号は、励磁器１４０を作動させてパネル１３０において屈曲波を生成する。その屈曲波は、ラウドスピーカ１１０が動作するリスニング環境において決定された位置に指向することができるサウンドを作成する。励磁器１４０は、カリフォルニア州ノースリッジに所在するハーマン・インターナショナル社のハーマン／ベッカー部門によって、製造されたＦＰＭＥ３７０８Ｃ型シリアル番号第２００１００２７５号の励磁器であってもよい。ラウドスピーカ１１０のパネル１３０上の励磁器１４０は、異なるパターンで配置され得る。励磁器１４０は、１以上のライン配列においてパネル１３０上に配置されてもよく、および／または、励磁器１４０の間の非一定の間隔を用いて配置されてもよい。パネル１３０は、正方形、長方形、三角形および長円形のような異なる形を含むことができ、寸法を変化させることによって大きさを決めることができる。パネル１３０は、平らで軽くて固い材料、例えば両側に取り付けられて積層される紙の薄膜層を有する５ｍｍの泡沫ボード、で作ることができる。
【００１４】
ラウドスピーカ１１０または複数のラウドスピーカは、サウンドを作成するリスニング環境において利用され得る。ラウドスピーカ１１０のためのアプリケーションは、劇場における直接のスピーチ強調や映画館におけるサウンド再生のようにラウドスピーカ配列が必要とされる環境を含む。他の環境は、ホームシアターにおけるオーディオだけやオーディオとビデオの組み合わせのサラウンドサウンド再生や、バーチャルリアリティ劇場におけるサウンド再生を含むことができる。他のアプリケーションは、シミュレータにおけるサウンド再生、オーラリゼーションのためのサウンド再生および電話会議のためのサウンド再生を含むことができる。さらに他の環境は、ビデオ投映スクリーンとして使用するパネル１３０を有する空間サウンド再生システムを含むことができる。
【００１５】
図３は、パネル１３０のないサウンドシステム１００の概要を示す。サウンドシステム１００は、Ｎ個の入力源１１５と、プロセッサ１２０とを含む。プロセッサ１２０は、Ｎ個の入力およびＭ個の出力チャネルに対応するＮｘＭ個の有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ３００のバンクを含む。プロセッサ１２０は、各源の波フィールドを重畳するために、Ｍ個の加算点３１０をも含む。Ｍ個の加算点はＭ個の励磁器１４０の配列に接続する。Ｍ個の励磁器１４０の配列は、通常、Ｄ／Ａ変換器、パワーアンプおよびトランスデューサを含む。
【００１６】
デジタル信号プロセッサ１２０は、パネル１３０の拡散動作および励磁器１４０の個々の方向特性を考慮に入れる。フィルタ３００は、励磁器１４０の配列の特定された配列の信号経路に対して設計されている。与えられた音響の音源の波フィールドがリスニング環境内の空間の所望の位置で近似されるように、フィルタ３００は最適化され得る。部分的に相関していない信号が同じパネル１３０に取り付けられている励磁器１４０に印加されるので、フィルタ３００はまた、許容可能なしきい値を下回る歪を維持するように使用され得る。加えて、パネル１３０は、マルチトーン信号を印加するときに、歪みレベルがスムーズに上昇することを保証するためにインターナルダンピングのいくらかの量を維持する。
【００１７】
ラウドスピーカ１１０を調整するために、例えば、後述する反復プロセスを適用することによって、フィルタ３００の係数が最適化される。その係数は、ラウドスピーカ１１０から生成された音場が、リスニング環境における位置と所望の音場のサウンド（例えば、オリジナルの源によって生成された音場を非常に正確に代表するような音場）にできるだけ近く似るように、最適化され得る。その係数は、他の音場および／またはリスニング環境のために最適化されてもよい。反復を実行するために、ラウドスピーカをセットアップする間、ラウドスピーカ１１０から生成される音場は、後述するように、マイク配列によって測定され得る。励磁器１４０の非理想の特性（例えば、角度に依存する不規則な周波数応答や、特定の実現のサウンド環境による望んでいない早期の反射）は、考慮に入れられ、低減される。マルチチャネル等化および波フィールド合成は、同時に実行され得る。ここで使用しているように、同時に実行され得る機能は、また、シーケンシャルに実行され得る。
【００１８】
図４は、サウンドシステム１００のインプリメンテーションのブロック図である。ここでは、フィルタリングがルーム・プリプロセッサ４００とレンダリング・フィルタ４１０とに分割されている。ルーム・プリプロセッサ４００およびレンダリング・フィルタ４１０は、サウンド環境を変化させることをエミュレートするように音場を再生するように使用され得る。例えば、長いＦＩＲフィルタ４２０は、大聖堂において録音された聖歌またはクラブにおいて録音されたジャズのバンドのオリジナル音源に従って再生されるサウンドのサウンド効果を変化させるために使用され得る。長いＦＩＲフィルタ４２０は、また、サウンドの知覚された方向を変化させるために使用され得る。長いＦＩＲフィルタ４２０は、ラウドスピーカ１１０の配置から独立して設定され得、長いＦＩＲフィルタ４２０のコンボリューションおよび調整に適したアプリケーションを含むパーソナルコンピュータのようなプロセッサを用いてインプルメントされ得る。このようにして、１つの入力源あたりのＭ個の長いＦＩＲフィルタ４２０が、部屋効果または直接的なサウンド位置のいずれかにおかる各変化に対して導出され得る。
【００１９】
レンダリング・フィルタ４３０は、短いＦＩＲフィルタ４３０を用いてインプリメントされ得、例えば図３に記載のフィルタ３００のような、直接サウンドフィルタ４４０と平面波フィルタ４５０とを含む。平面波フィルタ以外のフィルタ（例えば、円フィルタ）を使用してもよい。短いＦＩＲフィルタ４３０のセットアップは、ラウドスピーカ１１０の配置に依存する。短いＦＩＲフィルタ４３０は、ラウドスピーカ１１０に取り付けられている専用ハードウエアを用いて（例えば、デジタル信号プロセッサを用いて）インプリメントされ得る。直接サウンドフィルタ４４０は、サウンド環境内で仮想の音源の位置を有効にアップデートすることを動的に可能にするように直接サウンドのレンダリングに特化されている。平面波を作成するために使用される平面波フィルタ４５０は、静的であってもよい（例えば、特定のラウドスピーカ１１０に対して一度セットアップされる。これにより、レンダリング側のアップデートコストが低減される）。サウンドシステム１００のマルチチャンネル等化に関連するルームプロセッシングのそのような分割および波フィールド合成は、費用を最小にすることができ、動的なサウンド環境場面の再生を単純化することができる。
【００２０】
図５は、サウンドシステム１００のフィルタ３００を構成する方法のフローチャートである。平面波フィルタ４５０は、また、このような方法で構成され得る。フィルタ３００の係数は、再生されるかまたは合成される仮想の音源に従って決定される。その方法の各ブロックは、以下に詳細に記載される。ブロック５００で、励磁器１４０はパネル１３０に配置される。図５のブロック５１０で、励磁器１４０の出力は、インパルス応答のマトリクスを得るために測定される。ブロック５２０で、データは前処理されて、平滑化される。ブロック５３０で、等化が実行される。ブロック５４０で、等化フィルタ３００が構成される。
【００２１】
図６は、第１のサブスペースＳと第２のサブスペースＲとを分離する無限の平面Ωを模式的に表したものである。励磁器１４０の出力を測定するために、第１のサブスペースＳに位置する与えられた音源によって第２のサブスペースＲにおいて生じた音場であるＲａｙｌｅｉｇｈ２積分状態が、サブスペースＳとサブスペースＲとを分離する無限の平面Ω上の音響圧力信号によって完全に記載される。したがって、励磁器１４０の配列のような１組の二次的な音によって放射される音圧が、平面Ω上のサブスペースＳに位置する所望のターゲット源によって放射した圧力に一致する場合には、サブスペースＲにおいて作成された音場は、ターゲット音源によって作成された音場に等しい。励磁器１４０およびマイク７００が全て１つの水平面に位置する場合には、面Ωは、Ωおよび水平面が交差する線Ｌに減縮されてもよい。
【００２２】
波フィールド合成の目的は、水平面において音場を再生することであるので、ブロック５１０における計測手順の目標は、水平面において各励磁器１４０によって作成される音場をできるだけ正確に捕らえることである。Ｒａｙｌｅｉｇｈ  ２積分を用いて議論されるように、これは、線Ｌ上に作成される音場を測定することによって達成され得る。他のアプローチも使用され得る。前後の外挿を用いて、水平面の全体において作成される音場が、線Ｌから導出され得る。励磁器１４０の配列によって作成される音場が線Ｌ上で正しい場合には、音場は、水平面の全体でおそらく正しい。
【００２３】
図７は、測定されるべき励磁器１４０の線形配置を示す。８つの励磁器１４０は、約１４０ｃｍ約６０ｃｍのサイズを有するパネル上の線に沿って、等間隔に取り付けられている。他の数の励磁器および／または他の寸法のパネルを使用してもよい。ラウドスピーカ１１０の１つの配置は、３つのパネル１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃを含み、２つの外パネル１３０ａおよび１３０ｃは、中央パネル１３０ｂに関して約３０度の角度によって傾けられる。パネル１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃ上の励磁器１４０の配列は、変動する励磁器１４０およびパネル１３０ａ、１３０ｂおよび１３０ｃの特性とともに変動し得る。したがって、記載されている方法は、異なるラウドスピーカ１１０に対して別個に実行され得る。その方法は、各特定のラウドスピーカ１１０配置に対して一回またはそれ以上実行され得る。フィルタ３００の設計は、水平面において与えられた仮想音源の波フィールドを合成するために記載されている。仮想音源は、同様に他の平面において合成され得る。
【００２４】
ラウドスピーカ１１０の出力を測定するために、図５のブロック５１０において１以上のマイク７００が、センターパネル１３０ｂから約１．５ｍの距離ｔに位置するガイド７０２（例えば棒）に配置される。マイク７００は、リスニングゾーンの全体にわたる領域において出力を測定する。マイク７００は、全指向性マイクロフォンを含むことができる。最大長シーケンス（ＭＬＳ）技術が、この測定を達成するために使用され得る。マイク位置の間隔は、出射された音場を正確に測定することができるように、配列スピーカまたは励磁器１４０の間隔の少なくとも半分を含む。典型的な近似値は、約１０−２０ｃｍの励磁器１４０の間隔に対して、約５−１０ｃｍのマイク位置の間隔と、約５０−３００  ｍｓｅｃの測定されたインパルス応答の長さとを含む。１つのマイク７００は、サウンドを測定することができ、その後、各励磁器１４０に関する複数のインパルス応答を取得するために棒に沿って移動される。もしくは、複数のマイクの配列が使用されてもよい。マイク７００は、構成後に、サウンドシステム１００から取り除かれることができる。
【００２５】
図８は、マルチチャネル・インバースフィルタ設計システムを示すブロック図である。ここで、Ｎ個の励磁器１４０がＮ個のフィルタ３００とマイク７００からのＭ個の信号とによって供給されている。フィルタの係数もしくは励磁器１４０に入力されるフィルタまたはフィルタ配列３００を生成するマルチチャネル反復手順が使用され得る。フィルタ３００は、Ｍ個の空間上のサンプル点（例えば、マイク７００）において測定される最小平均二乗（ＬＭＳ）誤差に従って仮想の音源の音場を近似するために利用され得る。Ｍ個のマイク位置で励磁器１４０によって作成される音場は、励磁器１４０からマイク７００までのインパルス応答を測定することによって記述される。マルチチャネル反復手順は、フィルタ３００の係数を生成する。所望の仮想音源の音場は、Ｍ個の空間上のサンプル点での最小平均二乗誤差の測定によって近似され得る。
【００２６】
ｈｉ（ｉ＝［１．．．Ｎｌｓ］）は、与えられた所望の仮想の音源に対して、配列の励磁器１４０に印加されるべきフィルタ３００のＮｌｓインパルス応答に対応する。Ｃは、測定されたインパルス応答のマトリクスに対応する。ここで、Ｃｉ，ｊ（ｎ）は時間ｎのマイク位置ｉでのドライバｊのインパルス応答である。Ｃ（ｎ）は、あらゆるドライバ／マイクの組み合わせに対応する時間ｎでのすべてのインパルス応答を有するＮｉｓ＊Ｎｍｉｃ次元のマトリクスに対応する。ｄｊ（ｊ＝［１．．Ｎｍｉｃ］）は、マイク位置での所望の信号に対応するＮｍｉｃインパルス応答を含む。
【００２７】
長さＮｉｓ＊Ｌｆｉｌｔのベクトルｗは、（数１）のように決定される。
【００２８】
【数１】
2006508404.tif 000003
ここで、（数２）は、測定されたインパルス応答の（Ｎｉｓ＊Ｌｆｉｌｔ）＊Ｎｍｉｃ次元のマトリクスである。
【００２９】
【数２】
2006508404.tif 000004
（数３）は、時間ｎでのＮｍｉｃ所望の信号である。
【００３０】
【数３】
2006508404.tif 000005
エラー信号ベクトル（数４）は、（数５）として計算され得る。
【００３１】
【数４】
2006508404.tif 000006
【００３２】
【数５】
2006508404.tif 000007
ゴールが（数６）を最小化することである場合（ここで、Ｅは期待演算（ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）に対応する）には、この最小平均二乗問題は、一般に利用可能なｗを計算するための反復アルゴリズム（例えば、帰納的最適化）を用いて解決され得る。
【００３３】
【数６】
2006508404.tif 000008
図９は、帰納的最適化の例を示す図である。他のアルゴリズム（例えば、モディファイド・ファースト・アフィン・プロジェクション（ＭＦＡＰ）アルゴリズムのマルチチャネルバージョン）を使用してもよい。従来の最小平均二乗（ＬＭＳ）に比較してのＭＦＡＰの利点は、ＭＦＡＰが収束速度および質を改良するために過去の誤差を使用するということである。
【００３４】
ラウドスピーカ１１０の周波数応答は、遅く到着する一時的かつ空間的な拡散波の干渉によるサウンド出力の中に鋭いヌルを含むことができる。インバースフィルタは、可聴であるが望まれていない一定の周波数で強いピークを作成することができる。
【００３５】
図１０は、オリジナルの平滑化されていない周波数応答を点線で示し、より好ましい平滑化された周波数応答を実線で示すグラフである。図１１は、図１３に示される周波数応答に対応するインパルス応答を示すグラフである。平滑化は、様々ま励磁器１４０の間の最初の位相関係を保持しつつ、ピークとディップとを区別するために周波数領域において非線形の手順を用いて行われ得る。平滑化は、インバースフィルタ３００がピークを減衰し、かつ、強いディップを変更することなく残すことを確実にし、時間および周波数領域の両方で特定される所望の信号を生成する。
【００３６】
図５のブロック５２０、５５０および５５２において、測定されたデータは処理されて平滑化されたデータとなる。データを平滑化することは、ブロック５５０において、周波数領域においてピークおよびディップを別々に平滑化することを含み、ブロック５５２において、位相応答をモデル化し、再構築することを含む。
【００３７】
平滑化は、周波数領域において適用され、インパルス応答の新たなマトリクスは、例えば、逆高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて、周波数応答を時間領域に変換することによって得られる。平滑化処理は、インパルス応答の完全なマトリクスに適用され得る。説明を簡単にするために、その処理はマトリクスのインパルス応答のうちの１つ、ベクトルＩＭＰに適用される。
【００３８】
（周波数領域においてピークおよびディップを別々に平滑化すること）
インパルス応答に対して、対数振幅ベクトルは、ＩＭＰに対して計算される。
【００３９】
【数７】
2006508404.tif 000009
対数振幅は、オクターブ・バンド・ウィンドウの半分を用いて平滑化される。⇒（数８）
【００４０】
【数８】
2006508404.tif 000010
差ベクトルは、平滑化された振幅とオリジナルの振幅との間で計算される。⇒（数９）
【００４１】
【数９】
2006508404.tif 000011
負値は、ゼロに対して適切に選択されたしきい値より下にセットされる。⇒（数１０）
【００４２】
【数１０】
2006508404.tif 000012
その結果は、中間調ウィンドウを用いて平滑化される。⇒（数１１）
【００４３】
【数１１】
2006508404.tif 000013
その結果は、平滑化された対数振幅に追加される。⇒（数１２）
【００４４】
【数１２】
2006508404.tif 000014
（インパルス応答の合成）
処理されたインパルス応答に対して、例えば、最大の振幅の１０％に等しいインパルス応答において最初の点をとることによって、最初の遅れＴが抽出される。インパルス応答合成は、その後、平滑化された振幅の最小位相表現の計算し、かつ、対応する遅れを回復するために前にゼロを加算することによって達成される。
【００４５】
【数１３】
2006508404.tif 000015
（過剰位相モデル化）
測定されたものの最小位相部分を表すインパルス応答が計算される。
【００４６】
対応する位相部分φｍｐ（ｆ）が抽出される。
【００４７】
インパルス応答の最初の遅れ部分は、ｔ＝０からｔ＝Ｔ−１まで取り除かれる。
【００４８】
位相は、その結果φｏｒ（ｆ）から抽出される。
【００４９】
φｅｘ（ｆ）＝φｏｒ（ｆ）−φｍｐ（ｆ）を計算する。
【００５０】
φｅｘ（ｆ）のオクターブバンドの平滑化が処理される。
【００５１】
（低周波数でのオリジナル・インパルス応答による置換）
（数１４）の位相は、φｅｘ（ｆ）を用いて補正される。⇒（数１５）
【００５２】
【数１４】
2006508404.tif 000016
【００５３】
【数１５】
2006508404.tif 000017
位相φｅｘ／ｍｐ（ｆ）は、（数１６）から抽出される。
【００５４】
【数１６】
2006508404.tif 000018
（数１７）における最適周波数（数１８）が、φｏｒ（ｆ）とφｅｘ／ｍｐ（ｆ）との間の差が最小になるように決定される。
【００５５】
【数１７】
2006508404.tif 000019
【００５６】
【数１８】
2006508404.tif 000020
対応する周波数応答は、（数１９）および（数２０）までＩＭＰを用いて周波数領域において合成される。⇒（数２１）
【００５７】
【数１９】
2006508404.tif 000021
【００５８】
【数２０】
2006508404.tif 000022
【００５９】
【数２１】
2006508404.tif 000023
対応するインパルス応答を合成する。⇒（数２２）
【００６０】
【数２２】
2006508404.tif 000024
（数２３）をｔ＝０からｔ＝Ｔ−１までのゼロによって置換する。
【００６１】
【数２３】
2006508404.tif 000025
この方法で測定されたデータを利用することは、ラウドスピーカ１１０の可視性により少なくとも一部で引き起こされる、コーナー周波数より下の低い周波数で、意味がある結果を作成する。
【００６２】
図１２は、ラウドスピーカ配列１２２０によって生じる与えられた音源１２１０の近似の可視領域１２００の上面図である。可視領域１２００の外で、測定されたデータを有する音場を合成することを試みることは、意味がある結果を生じることができない。ラウドスピーカ配列１２２０の有限長さのために、ウィンドウ化効果が導入される。これにより、定義される可視領域１２００が制限されることがある。測定されたデータは、対応するエリアジング周波数まで有効である。物理的制限に加えて、有限数の励磁器１４０および励磁器１４０間の非ゼロ距離は、再生された音場に導入されるべき空間的なサブサンプリングを引き起こすことがある。サブサンプリングが計算コストを低減するために用いられる一方で、サブサンプリングは、コーナー周波数として知られる一定の周波数より上に空間的なエリアジングを引き起こすことがある。さらに、マイク７００の制限された数の位置は、空間的なエリアジングのために不正確さを引き起こすことがある。
【００６３】
図５において、ブロック５３０では、エリアジングまたはコーナー周波数より上または下の周波数を考慮に入れるために、励磁器１４０について等化が実行される。等化は、ラウドスピーカ１１０ではなく、マイク７００で最も正確であってもよい。したがって、前後の外挿は、音場がリスニング領域の全体にわたって正しく再生されることを確実にするために使用され得る。ブロック５６０において、インバースフィルタ３００は、コーナーまたはエリアジング周波数より上で計算される。コーナー周波数より上では、音場はマイク７００の位置で完全に等化され得るが、その他の場所では予測不可能の場合もある。したがって、コーナー周波数より上では、適応モデルは所望の音場の物理的モデリングを置換することができる。そのモデリングは、リスナーが出射されたサウンドとそのサウンドの本当の表現との差を知覚することができないように最適化され得る。
【００６４】
図１３は、周波数応答の例を示す。これは、遅延された信号を用いて理想的なモノポールのシミュレートされた配列に対して２つの測定点で取得され得る。
【００６５】
そのグラフは、互いから約１０ｃｍの距離で測定された波フィールド合成を用いて再生された音場の典型的な周波数応答（約１，０００〜約１０，０００Ｈｚ）を示す。周波数応答は、遅延された波の干渉から知られるような典型的な櫛形フィルタのような特性を呈する。高い周波数範囲のための等化手順は、生成された音場のエネルギー制御に結合される励磁器１４０の個々の等化を使用する。その手順は、知覚的な感覚で、さもなければ物理的に正確さで、音場を回復することを目的とすることができる。
【００６６】
エリアジング周波数より上で、配列励磁器１４０は、例えば、１つの測定は軸上で、２つの測定は軸外れ対称でというように変化する測定にわたって空間的な平均化を実行することによって、互いに独立して等化され得る。測定の他の量も使用することができる。ブロック５６２で、得られた平均周波数応答は反転され、対応するフィルタの予想されるインパルス応答は線形位相フィルタとして算出される。その後、エネルギー制御ステップが、低周波数および高周波数フィルタ３００間の遷移を最適化して、サウンドコロケーション（ｓｏｕｎｄ  ｃｏｌｏｒａｔｉｏｎ）を最小化するために実行される。マイク７００の位置で作成されるエネルギーは、周波数バンクにおいて算出される。その後、平均は、マイク７００の間の点にわたって計算され、その結果は所望の音源が理想的に生じた結果と比較される。
【００６７】
ブロック５６４では、フィルタ３００の係数が、コーナーまたはエリアジング周波数より下の周波数に対して計算される。係数は、所定の仮想音源の位置および方向に対して時間領域において算出されることができ、ブロック５６２において特定されるように、目標機能としてのマイク位置での所望のインパルス応答のベクトルを含む。フィルタ３００の係数は、その配列によって作成される信号ベクトルと所望の信号ベクトルとの誤差が平均二乗誤差距離に従って最小化されるように、生成され得る。その後、インパルス応答のマトリクスが取得され、励磁器１４０から各測定ポイント（例えば、マイク７００）までの信号経路を記述する。そのマトリクスは、マルチチャネルインバースフィルタリングのように、与えられた仮想音源の再生に従って反転される。
【００６８】
コーナー周波数の値は、波先の曲率、ラウドスピーカ配列１１０のジオメトリおよびリスナーまでの距離に依存する。下記の例において、システムを等化するフィルタ設計手順は、約１−３ｋＨｚのコーナー周波数に対して適用される。
【００６９】
（エリアシング周波数の１．３ｋＨｚより上のフィルタを計算すること）
ブロック５６０において、エリアジング周波数より上のインバースフィルタが、計算される。高周波数に対するプロトタイプ等化フィルタを導出するために、インパルス応答のマトリクスＭＩＲｓｍｏｏが使用される。励磁器１４０およびマイク７００の位置を知っていることによって、角ポジションθは、励磁器１４０の軸に対するマイク７００の位置で計算される。各励磁器１４０に対し、３つのインパルス応答は決定され、それぞれ、閉路−軸方向（θ＝０）および２つの対称外れた軸測定（θ＝±θｏａ）に対応する。補償は、測定の距離の差によって実行される。Ｒがマイク７００の考慮された励磁器１４０およびポジション間の距離であるとき、Ｒはインパルス応答を逓倍することができる。
【００７０】
測定されたデータを用いて、各励磁器１４０のための３つの決定されたインパル応答の絶対値が計算され、絶対値はインパルスレスポンスのために平均化され、平均化された絶対値は反転される。対応するインパルス応答は、ウィンドウ化されたフーリエ変換を用いて線形位相フィルタとして合成され得る。⇒（数２４）
【００７１】
【数２４】
2006508404.tif 000026
あるいは、３つの異なるポジションより少ないまたは多くのポジションが使われることがある。測定されたインパルス応答のオリジナルマトリクスを使うことができる、および／または、反転の後、関連最小位相フィルタは合成され、インバースフィルタは絶対値および位相において計算されることができる。
【００７２】
（マイク位置での所望の仮想音源のためのインパルス応答の仕様）
ブロック５６２において、組み合わせ等化のためのフィルタ３００および仮想音源のポジショニングを設計するために、予想されるインパルス応答のセットは、マイク７００の各位置で特定される。そのセットは、測定されたデータもしくはシミュレートされたデータから導出される。予想されるフィルタ長に従う遅延ｄｅｑの充分な量は、同様に特定される。
【００７３】
以下、モノポール源および平面波のケースを例示する。
【００７４】
（モノポール源）
モノポール源は、点音源と考えられる。源によって放射される音響パワーは、入射角に独立していてもよく、１／Ｒ２によって減衰されてもよい。ここで、Ｒは、源に対する距離である。マイク位置５００で、全指向性マイクロフォンが使われる場合には、圧力は特定されなければならない。
【００７５】
伝達遅れ時間ｄｉは、ｄｉ＝Ｒｉ／ｃによってＲｉと空気におけるサウンドの速度ｃとに関連している（ｉ番目のマイクに対して）。等化のためのグローバル遅延ｄｅｑは、全てｄｉに加算される。正規化は、ｄｃｅｎｔ（センターマイク位置の遅延）をｄｅｑにセットすることによって実行される。同様に、減衰はこの位置で１に正規化される。
【００７６】
（平面波）
平面波の波先は、スペースおよび減衰でない各位置で、同じ入射角を含む。ラウドスピーカ１１０を有する平面波を再生するときに、スペック手順の間に考慮される非ゼロ減衰が発生するかもしれない。最初の近似において、無限に長い実線配列の圧力崩壊は、（数２５）によって与えられる。
【００７７】
【数２５】
2006508404.tif 000027
モノポール源のために、圧力および遅延は、マイク７００のラインのセンターマイク位置で正規化される。入射角θを有する平面波を考慮して、遅延（ｒｅｓｐ．減衰）のために考慮される時（ｒｅｓｐ．距離）は、平面波がｐｉに伝播する時間として設定されてもよい。平面波がマイク列の中央に到着するときに、基準時間（原点）は時間に設定される。今回は、もし平面波が所定の位置に早く到着する場合、ｔｉはこのように負の値であってもよい。対応する距離Ｒｉは、同様に負に設定される。
ポジションｐｉのための減衰は、（数２６−１）によって与えられる。
【００７８】
【数２６−１】
2006508404.tif 000028
（設定されたコーナー周波数より下のサブサンプリング）
ブロック５６４において、等化／位置フィルタ３００はエリアジング周波数まで算出される。例えば、（数２６−２）である。
【００７９】
【数２６−２】
2006508404.tif 000029
Ｍ個の要素によるデータのサブサンプリングは、可能である。ここで、（数２７）である。
【００８０】
【数２７】
2006508404.tif 000030
ｆｓは約１６−２４ｋＨｚのオーディオシステムの通常のコーナー周波数である。サブサンプリングは、マイク位置における全ての測定されたインパルス応答および期待応答にあてはまる。各々のインパルス応答は、線形位相フィルタを使用しているインパルス応答のローパスフィルタリングを使用しているプロセスであってもよく、そして、Ｍサンプルの各々のシーケンスのうちの１つのサンプルを保持するインパルス応答のフィルタをかけられたインパルス応答のサブサンプリングでもよい。ローパスフィルタは、（数２８−１）の減衰が少なくとも約８０ｄＢであるように設計することができる。
【００８１】
【数２８−１】
2006508404.tif 000031
（マルチチャネル適応処理）
上述した（数２８−２）を利用して、ベクトル（数２９）は（数３０）として決定される。
【００８２】
【数２８−２】
2006508404.tif 000032
【００８３】
【数２９】
2006508404.tif 000033
【００８４】
【数３０】
2006508404.tif 000034
ｗは、平均二乗誤差を最小化するために繰り返し算出することができる。その後、ｗｎと呼ばれるｗの一時的なバージョンは、時間ｎにおいて次のように算出される。
初期化
【００８５】
【数３１】
2006508404.tif 000035
ｐｎは、アップデートされる。
【００８６】
【数３２】
2006508404.tif 000036
【００８７】
【数３３】
2006508404.tif 000037
【００８８】
【数３４】
2006508404.tif 000038
【００８９】
【数３５】
2006508404.tif 000039
【００９０】
【数３６】
2006508404.tif 000040
【００９１】
【数３７】
2006508404.tif 000041
ｅｎは、算出される。
【００９２】
【数３８】
2006508404.tif 000042
【００９３】
【数３９】
2006508404.tif 000043
ｗｎおよび（数４０）は、アップデートされる。
【００９４】
【数４０】
2006508404.tif 000044
【００９５】
【数４１】
2006508404.tif 000045
【００９６】
【数４２】
2006508404.tif 000046
【００９７】
【数４３】
2006508404.tif 000047
ここで、（数４４）は、（数４５）の（Ｎ−１）＊Ｎｍｉｃ最初の要素に対応し、（数４６）は、（数４７）の（Ｎ−１）＊Ｎｍｉｃ最後の要素に対応し、（数４８）は、Ｐｎの最初のＮｍｉｃカラムに対応する。
【００９８】
【数４４】
2006508404.tif 000048
【００９９】
【数４５】
2006508404.tif 000049
【０１００】
【数４６】
2006508404.tif 000050
【０１０１】
【数４７】
2006508404.tif 000051
【０１０２】
【数４８】
2006508404.tif 000052
インパルス応答長さＬである場合、処理はｎ＝Ｌまで続けられる。等化の品質を改良するために、処理はｗ０のための最後の算出フィルタｗＬを使用して繰り返される。Ｐｎの計算は、一度達成されなければならなくて、記憶されることができて、次の繰返しに再生利用されるだけである。操作が繰り返されるたびに、結果は改良することができる、すなわち、平均２次式のエラーは減少することができる。励磁器１４０のための個々のフィルタ３００は、その後、ｗから抽出される。
【０１０３】
（アップサンプリング）
算出フィルタは、係数Ｍによってオリジナル・サンプリング周波数にアップサンプルされる。
【０１０４】
（与えられた仮想音源によるシステムの波フィールド合成／マルチチャネル等化）
ブロック５６２においてインパルス応答はマイク位置で所望の仮想音源のために特定さすることができるので、ブロック５６４においては、約１−３ｋＨｚのエリアジング周波数まで、仮想音源のポジショニングおよび等化は同時に達成することができる。処理コストを削減するために、サブサンプリングは所定コーナー周波数に関して実行することができる。
【０１０５】
（フィルタの合成）
ブロック５４０において、作成された音場の波フィールドの再構築は実行することができる。フィルタ３００は、例えばコーナー周波数の下の周波数のように、低周波のためのマルチチャネル・ソリューションによって構成することができる。そして、例えばコーナー周波数のまたはより上の周波数のように、高周波におけるの個々の等化を構成することができる。適切な遅延およびスケールファクタは、高周波部分のために設定されてよい。
【０１０６】
ブロック５７０において、マルチチャネル等化によって導入される空間ウィンドウ化は、推定される。ブロック５７２において、伝達遅れ時間は算出される。ブロック５７４において、フィルタ３００は構成され、その後、エネルギー制御が実行される。
【０１０７】
ブロック５７６において、高周波数はフィルタ３００の中で修正され、フィルタ３００は構成される。
【０１０８】
（マルチチャネル等化によって導入される空間ウィンドウ化の推定）
ブロック５７０において、等化が推定されることができるマルチチャネルによって導入される空間ウィンドウ化は、フィルタ３００の高周波部分に対してパワーを設定することによって推定され得る。その推定は、上記のマルチチャネル手続きをモノポール・モデルに適用することによって達成されることができる。特定の数（例えば、５）の繰返しが必要である。
【０１０９】
各フィルタに対して、ｈｉ（ｉ＝［１．．．Ｎｌｓ）が算出される。その後、それが、周波数応答を計算し、（数４９−１）におけるパワーが算出するために使用される。⇒（数４９−２）
【０１１０】
【数４９−１】
2006508404.tif 000053
【０１１１】
【数４９−２】
2006508404.tif 000054
（遅延の計算）
ブロック５７２で、伝達遅れ時間は仮想音源から励磁器１４０の位置まで算出することができる。計算は、マイクの位置を励磁器の位置と置換することによって所望の信号の計算に使用するものと類似しているものであってよい⇒（数５０）
【０１１２】
【数５０】
2006508404.tif 000055
マルチチャネル等化によって導入される遅延は、決定される。１つの遅延だけが、推定されなければならなく、また参照として使われなければならない。励磁器１４０に対応するフィルタ３００は、配列において使用する領域の中央に載置することができる。
【０１１３】
もし励磁器１から２１がマルチチャネル手続きのため使われた場合、励磁器１１に対応するフィルタが遅延マッチングのために使われる。遅延の推定は、最大絶対振幅に達した時にその時間をもって達成される。⇒（数５１）
【０１１４】
【数５１】
2006508404.tif 000056
フィルタの高周波部分に印加される遅延は、（数５２）である。
【０１１５】
【数５２】
2006508404.tif 000057
（フィルタの最初の合成）
フィルタ３００の合成は、周波数領域において成し遂げることができる。
各対応する励磁器１４０に対して：
周波数応答は、両方のフィルタに対して計算される。⇒（数５３）
【０１１６】
【数５３】
2006508404.tif 000058
遅延は、高周波等化フィルタから抽出することができる。⇒（数５４）
【０１１７】
【数５４】
2006508404.tif 000059
（数５５）の位相は、残留する遅延が（数５６）に等しくなるように補正される。⇒（数５７）
【０１１８】
【数５５】
2006508404.tif 000060
【０１１９】
【数５６】
2006508404.tif 000061
【０１２０】
【数５７】
2006508404.tif 000062
マルチチャネルプロセスにより導入される空間ウィンドウ化に（数５８）を乗算する。⇒（数５９）
【０１２１】
【数５８】
2006508404.tif 000063
【０１２２】
【数５９】
2006508404.tif 000064
フィルタは、（数６０）に対して（数６１）を使用し、（数６２）に対して（数６３）を使用して構成され得る。⇒（数６４）
【０１２３】
【数６０】
2006508404.tif 000065
【０１２４】
【数６１】
2006508404.tif 000066
【０１２５】
【数６２】
2006508404.tif 000067
【０１２６】
【数６３】
2006508404.tif 000068
【０１２７】
【数６４】
2006508404.tif 000069
負の周波数は、正の周波数の共役を使用して完了されることができる。⇒（数６５）
【０１２８】
【数６５】
2006508404.tif 000070
対応するインパルス応答は、時間領域に復元される。⇒（数６６）
【０１２９】
【数６６】
2006508404.tif 000071
（エネルギー制御）
ブロック５７４において、バランスが低周波数および高周波数の間で確認される。エネルギー制御は、低周波数および高周波数の間でバランスが正しく保持されていることを確実にするために用いてもよい。エネルギー制御はまた、高周波数における励磁器１４０ダイレクティビティの増加を補償するために用いてもよい。
【０１３０】
インパルス応答のマトリクスは、（数６７）を用いて処理されてもよい。⇒（数６８）
【０１３１】
【数６７】
2006508404.tif 000072
【０１３２】
【数６８】
2006508404.tif 000073
各マイク位置に対して、各励磁器１４０から来ている貢献は、合計され得る。⇒（数６９）
【０１３３】
【数６９】
2006508404.tif 000074
各マイク位置に対して、周波数応答は、処理され得る。⇒（数７０）
【０１３４】
【数７０】
2006508404.tif 000075
各マイク位置に対して、Ｎ周波数帯域ｆｂｋのエネルギーは、抽出され得る。⇒（数７１）
【０１３５】
【数７１】
2006508404.tif 000076
マイク位置に沿ったエネルギーの平均は、各周波数帯域に対して計算される。⇒（数７２）
【０１３６】
【数７２】
2006508404.tif 000077
同様に、平均エネルギーは、所望の信号から周波数帯域において抽出され得る。⇒（数７３）
【０１３７】
【数７３】
2006508404.tif 000078
各周波数帯域において、重み係数は、生じたエネルギーの平均が所望の信号の平均エネルギーに等しく成るように抽出され得る。⇒（数７４）
【０１３８】
【数７４】
2006508404.tif 000079
（高周波等化フィルタの補正）
ブロック５７６において、高周波数等化フィルタを補正するためには、線形位相フィルタが望ましい。ウィンドウ処理が、線形位相フィルタにおいて使われるからである。
各周波数帯域の中心周波数ｆｋは特定されており、（数７５）は中心周波数に関連づけられてもよい。高周波数のための等化フィルタは、その後、補正フィルタを用いて処理される。⇒（数７５）
【０１３９】
【数７５】
2006508404.tif 000080
（フィルタの最終合成）
本処理は、（数７６）および（数７７）に印加される、最初の合成処理の最初の部分と類似している。
【０１４０】
【数７６】
2006508404.tif 000081
【０１４１】
【数７７】
2006508404.tif 000082
コーナー周波数の選択は、低周波数および高周波数の部分間で位相差を最小化するように決定される：（数７８）および（数７９）の位相を抽出する。⇒（数８０）
【０１４２】
【数７８】
2006508404.tif 000083
【０１４３】
【数７９】
2006508404.tif 000084
【０１４４】
【数８０】
2006508404.tif 000085
その差は計算され、（数８１）の中で位相差を最小化する周波数を検索する。⇒（数８２）
【０１４５】
【数８１】
2006508404.tif 000086
【０１４６】
【数８２】
2006508404.tif 000087
線形補間は、その後、低周波数および高周波数の部分の間で振幅の滑らかなリンクを作るために達成される。（数８３）においていくつかの点が使われる。
【０１４７】
【数８３】
2006508404.tif 000088
【０１４８】
【数８４】
2006508404.tif 000089
（再生システムのラウドスピーカ配列最適化を用いた動的な合成）
図１４は、マイク・ライン７０２に沿って配置される８つの励磁器１４０の３つのパネル１３０を有する図７のサウンドシステムの典型的な周波数応答を示しているグラフである。フィルタ３００は、マイク・ラインに垂直を伝播させている平面波のために算出される。図１４に示すエリアジング周波数以下で結果として生じる平坦な領域は、個々のチャネルとは別に印加される等化と比較されてもよく、その結果は、図１５に示す。
【０１４９】
約３２−１２８の個々のチャネルを有するサウンドシステム１００は、音響シーン全体を再生するために用いられ得る。サウンドシステム１００は、他の数の個別チャネルを有することができる。各々のチャネルにおいて、定義された角度位置および距離で音源を再生するために、約５００−２０００の長さを有するフィルタ３００が使われる。上記のマルチチャネル反復的ＬＭＳベースのフィルタ設計アルゴリズムはマイク７００によってリスニング領域で測定される周波数応答のセットを平均化するように使用される。図１４に示すように、周波数応答に関して、与えられたダイレクティビティ特性を有する所望の仮想音源ができることができる。励磁器１４０の角度に依存する欠陥、リスニングルームの初期の反射および他の係数は、補正され得る。
【０１５０】
（パネルの例）
以下のグラフは両側に積層される紙を有し、泡基盤から造られ、アプリケーションのために最適化されているパネル１３０に関連する。
【０１５１】
図１６は、パネル１３０のパフォーマンス、約９５ｄＢ音圧レベル（ＳＰＬ）での全高調波歪（ＴＨＤ）ｖｓ周波数を示す。ここで、パネル１３０は、約１．４ｍ×０．６ｍの大きさを有しており、単一の励磁器１４０が取り付けられている。ＴＨＤは、約１５０−１６０００Ｈｚの使用される帯域幅内で、周波数応答のヌルに対応するいくつかの正確な周波数点を除いて、約１％より下が残る。
【０１５２】
図１７は、独立の９０度位相差周波数と同時に２つの密接に配置された励磁器１４０のためのパフォーマンスを示す。ＴＨＤは、周波数応答のヌルに対応するピークを有する約１％より下に主に残る。１つの表層に接続される１つのパネルの励磁器が遅延された信号によって駆動される波フィールド合成のために、第２の状況は、典型的である。
【０１５３】
図１８は、対向する位相信号（例えば約１８０度位相差）を有する最悪のケース・パフォーマンスを示す。そして、それは歪みが約１０％および最高約３００Ｈｚで残って、それからその後で、約１％より下に減少する低い周波数領域の結果を生じる。
波フィールド合成アプリケーションのために、２つの密接に位置する励磁器間のこの種の大きい位相差は、通常ケースでない。励磁器１４０の約２０ｃｍの間隔のために、信号は約８５０Ｈｚ（ＴＨＤが一般に受け入れられる周波数）で、位相スターティングのオポジットにおいてあることができる。
【０１５４】
（実験的な結果）
上記プロセスは２４のチャネル系に相当する、各々８つのチャネルを有し３つのマルチ励磁器パネル・モジュール１１０の構成で実験をした。出力は、センターパネルから１．５ｍの距離で同等に１０ｃｍの間隔を有する２４のマイク・ポジションで測定された。
対応する実験的な構成は、図式的に図１９に示す。
【０１５５】
この例では、約２０００Ｈｚのエリアジング周波数が観察される。この周波数以下で、得られた周波数応答はマイク・ライン（約±２ｄＢ）に沿って平坦であるのに、後者の場合、周波数応答はずっと不規則である（基本波フィールド合成理論プラス個々の等化）。そして、ポジションに従い約６ｄＢ以上のピークおよびディップを呈する。
【０１５６】
エリアジング周波数より上に、位相変動は両方の生成された音場において観察される。しかしながら、約２０００および４０００Ｈｚとの間に、提唱されたエネルギー制御手順を用いて、望ましくないピークは、かなり減勢される。従って、コロレーション（ｃｏｌｏｒａｔｉｏｎ）はかなり少ない。それはリスニング経験の間、確認され得る。
【０１５７】
図１９は、ラウドスピーカおよびマイク配列の間に位置する集中する音源Ｘを示す。
この種の源泉を合成するために、凹波先がラウドスピーカ配列１９００によってできる。そして、それは理想的に意図された仮想音響光源位置で収束して、凸面波先を形成しているこのポジションから再放射される。エリアジング周波数より上に、この種の波先は、合成されない。平面波のような他の仮想音源と比較した主要な差は図２０に示したように、エリアイズされた（Ａｌｉａｓｅｄ）寄与が主波先の前に届くということである。
【０１５８】
ラウド低周波および高周波の間でスピーカ配列１９００によって凹波先を合成するために、横のラウドスピーカに印加される遅延は、中間で短い。したがって、エリアジング周波数より上では、励磁器１４０の個々の貢献が与えられた波先を形成するため合算しないので、仮想音源から放射しないで一番近くのラウドスピーカから放射する。最初の波先は最も近いラウドスピーカから仮想音響光源位置、しかし、より多くから発出しない。貢献は、横のラウドスピーカ１１０から放射される高周波数成分を制限するためにエリアジング周波数より上に空間ウィンドーイングを用いて縮小していてもよい。改良された状況は、図２１のグラフに示される。
【０１５９】
インパルス応答の結果として生じるセットおよび測定されたスペクトラムは、それぞれ、図２２および２４において表示される。等化手続きの後で得られた改良された出力は、図２３、インパルス応答および図２５周波数応答に示す。その結果、それらの前に所望の仮想音源の波フィールドを生成することが可能になるために、分散型のモード変換器の時間および周波数領域欠陥はかなり減勢される。
【０１６０】
他の実験において、周波数応答が、そのアレイに垂直に伝播する平面波を作成するために波フィールド合成を用いて１５ｃｍの間隔を有する３２個の励磁器１４０の配列によって生成された。エリアジングは、約２５００Ｈｚ約１．５ｍでおよび約３００および４０００Ｈｚ間約３．５ｍでで発生した。したがって、フィルタの設計は、リスナーと励磁器１４０の配列の間の通常の平均距離に依存している可能性がある。映画館および類似したアプリケーションにおいて、リスナーは配列から大きい距離の席に着くことができる場合には、より広い空間をもった励磁器１４０の配列を使うことができる。
【０１６１】
本発明のさまざまな実施例が記載されると共に、他の実施例および実施態様が本発明の範囲内で可能であることは当業者にとって明らかである。したがって、本発明は添付の請求の範囲およびそれらの等価物を照らすことを除いて制限されることはない。
【０１６２】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【０１６３】
本発明は、以下の図面および明細書を参照することにより、よりよく理解することができる。図中の成分は必ずしも一定の比率で現されていおらず、その代わりにエンファシスにより本発明の原理を図で示すと、さらに、図中で、パーツに指定された数字は他の図面においても一貫して対応する部品を表示する。
【図１】サウンドシステムのブロック図
【図２】図１に示されるサウンドシステムの側面図
【図３】図１のサウンドシステムの概要図
【図４】波フィールド合成を使用してダイナミックフィールドを再生のための図１に示すサウンドシステムのブロック図
【図５】サウンドシステムを構成する方法を示しているフローチャート
【図６】音源とレシーバーを分離している無限平面を概念的に表したもののブロック図
【図７】マイク棒に関する励磁器の配列のブロック図
【図８】Ｙマイクを有する測定のＸ励磁器のためのシステムのブロック図
【図９】循環的最適化を表現するブロック図
【図１０】オリジナルおよび円滑化された周波数応答を示すグラフ図
【図１１】図１０に示される周波数応答と一致しているインパルス応答を示すグラフ図
【図１２】スピーカ配列によって与えられた音源の概略ヴィジビリティーのブロック図
【図１３】相互に約１０ｃｍの距離を置いたマイクによって測定され波フィールド合成を使用して生成された音場の典型的な周波数応答（約１，０００−１０，０００Ｈｚ）を示すグラフ図
【図１４】マイク列に垂線を伝播させている平面波に関して計算されたをフィルタを使用してマイク列上のマルチ励磁器パネル配列の周波数応答を示すグラフ図
【図１５】マイク列に垂線を伝播させている平面波に関して計算されたをフィルタを使用してマイク列上のマルチ励磁器パネル配列の周波数応答を示しているグラフである。フィルタを使用している線がマイク線に垂線を伝播させている平面波に従う個々の等化と結合される波フィールド合成理論によって計算したことをマイクにシミュレートされるマルチ励磁器パネル配列の周波数応答に明らかにしているグラフ図
【図１６】単一の励磁器によって生じた全高調波歪を示しているグラフ図
【図１７】９０度位相差を有する２つの近接した励磁器によって生じられる全高調波歪を示すグラフ図
【図１８】反対の位相を有する信号により励磁される２つの近接した励磁器によって生じられる全高調波歪を示すグラフ図
【図１９】３つのマルチ励磁器パネル・モジュールおよび２４のマイク位置の測定のための配置を示すグラフ図
【図２０】モノポールの配列によって再生される集中した音源に対するインパルス応答を示すグラフ図
【図２１】エリアジング周波数より上に空間ウィンドーイングを有するインパルス応答を示すグラフ図
【図２２】配列によって再生し、空間エリアジング周波数にｂａｎｄｌｉｍｉｔした集中した音源に対するインパルス応答を示すグラフ図
【図２３】多重チャネル等化アルゴリズムの適用を有するインパルス応答を示すグラフ図
【図２４】図２２のインパルス応答に対応している周波数応答のスペクトル・プロットを示すグラフ図
【図２５】図２５は、図２３のインパルス応答と一致している周波数応答のスペクトル・プロットを示すグラフ図
【図１】
2006508404.tif 000090
【図２】
2006508404.tif 000091
【図３】
2006508404.tif 000092
【図４】
2006508404.tif 000093
【図５】
2006508404.tif 000094
【図６】
2006508404.tif 000095
【図７】
2006508404.tif 000096
【図８】
2006508404.tif 000097
【図９】
2006508404.tif 000098
【図１０】
2006508404.tif 000099
【図１１】
2006508404.tif 000100
【図１２】
2006508404.tif 000101
【図１３】
2006508404.tif 000102
【図１４】
2006508404.tif 000103
【図１５】
2006508404.tif 000104
【図１６】
2006508404.tif 000105
【図１７】
2006508404.tif 000106
【図１８】
2006508404.tif 000107
【図１９】
2006508404.tif 000108
【図２０】
2006508404.tif 000109
【図２１】
2006508404.tif 000110
【図２２】
2006508404.tif 000111
【図２３】
2006508404.tif 000112
【図２４】
2006508404.tif 000113
【図２５】
2006508404.tif 000114
【国際調査報告】
2006508404.tif 000115
2006508404.tif 000116
2006508404.tif 000117