【手続補正書】
【提出日】平成17年2月18日(2005.2.18)
【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】５−２−５マトリックス・エンコーダおよびデコーダ・システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】  方向的にエンコードされた成分と非方向性成分とを含む１対の左右の音響入力信号を、聴取域を包囲するラウドスピーカを介して再生するための複数の出力チャネルへ、再分配するサラウンド音響デコーダであって、前記左右の音響信号の方向内容を決定してこれから少なくとも左／右の指向信号と中央／サラウンド指向信号とを生成する手段を含むサラウンド音響デコーダにおいて、
対応する前記左右の音響入力信号を受取る左右の入力端子と、
前記左右の音響入力信号から遅延した左右の音響信号を生じる左右の遅延手段と、
第１の要素が遅延された左の前記音響信号を受取り第２の要素が遅延された右の音響信号を受取る、第１の要素と第２の要素からなる対に構成された前記出力チャネル数の２倍に等しい数の複数の乗算器であって、各々の乗算器が前記指向信号の一方または両方により制御される可変マトリックス係数で入力音響信号を乗じて出力信号を生じる該複数の乗算器手段と、
各々が１対の前記乗算器手段の出力信号を受取りその出力に複数の前記出力信号の１つを生じる、複数の前記出力チャネルのそれぞれに１つずつの複数の加算手段と、
を備え、
前記指向出力の如何に拘わらず非方向性信号の左右のチャネル成分間の高いセパレーションを保持し、かつ方向的にエンコードされた信号が存在するか否かに拘わらず、意図された方向が存在するならばその方向の如何に拘わらず非方向性信号の全音響出力レベルとして定義されるラウドネスを有効に一定に維持しながら、意図された方向における再生に直接関与しない出力における方向的にエンコードされた音響成分を低減し、意図された方向における再生に直接関与する出力における方向的にエンコードされた音響成分を強調し、かかる信号に対する一定の全出力を維持するように構成された前記可変マトリックス値を有するサラウンド音響デコーダ。
【請求項２】  複数の前記出力チャネルが、左前方、中央、右前方、左サラウンドおよび右サラウンドとして識別される５つである請求項１記載のサラウンド音響デコーダ。
【請求項３】  規定された方法で、出力の周波数応答および位相応答を変化させる周波数依存可変フィルタ手段を、左の前記サラウンド出力と右の前記サラウンド出力との後に更に備え、該出力の周波数応答および位相応答の変化が、前記左右の音響入力信号において検出されるサラウンドあるいはバックグラウンドのアンビエンス成分の存在に応答する複数の制御信号により制御される、前記前記請求項２記載のサラウンド音響デコーダ。
【請求項４】  規定された方法で幾つかの出力の周波数応答および位相応答を変化させるように、各々の前記サラウンド出力から側方および後方の出力チャネルを提供するため、前記左右のサラウンド出力後に周波数に依存する可変フィルタ手段と付加的な遅延手段とを更に備え、前記変化が左右の前記音響入力信号において検出されたサラウンドまたはバックグラウンドのアンビエンス成分の存在に応答する複数の制御信号によって制御される請求項２記載のサラウンド音響デコーダ。
【請求項５】  前記制御信号が、
左右の前記音響入力信号に含まれるサラウンド信号成分あるいは反対位相の信号成分に対する同位相の中央信号成分の比に応答する中央／サラウンド制御信号と、
強く指向された信号が存在しない期間中に左右の前記音響入力信号に含まれる反対位相の信号成分の存在に応答するバックグラウンド制御信号と、である請求項３または４のいずれかに記載のサラウンド音響デコーダ。
【請求項６】  少なくとも２つの異なる動作モードが提供され、マトリックス係数が前記指向信号により異なる動作モードにおいて異なる方法で制御される請求項１ないし４のいずれか一つに記載のサラウンド音響デコーダ。
【請求項７】  フィルム動作モードが、フィルムのサウンドトラックおよび他のビデオ・ソースから得られるサラウンド音響信号／エンコードされた音響信号の再生のために最適化され、音楽動作モードが音楽レコーディングあるいは放送の再生のために最適化される請求項６記載のサラウンド音響デコーダ。
【請求項８】  フィルム・ソースのデコーディングのためには、左右の前方出力に対するマトリックス値が入力信号の中央成分をできるだけ多く除去するように構成され、中央出力の減衰が以前の標準的デコーダよりも少なくとも４ｄＢ大きく開始しかつ中央指向信号／サラウンド指向信号が更に正になるとき急激に低減するように、中央出力に対するマトリックス値が構成され、デコーダの出力における同じ入力信号の補正されない成分に対する中央成分の出力比を保持する要件によって、中間マトリックス値が決定される請求項７記載のサラウンド音響デコーダ。
【請求項９】  音楽ソースのデコーディングのためには、中央の減衰が標準的デコーダより少なくとも４ｄＢ大きく開始し、かつ約２０度の中央指向信号／サラウンド指向信号値において達する値である標準的デコーダに対する最大値まで徐々に低減し、該減衰は指向値が増加するとき比較的一定な状態を保持するように、中央出力に対するマトリックス値が構成され、そして、入力信号の中央成分が前記出力から最大限除去されないが、入力信号の相関されない成分に対する中央成分の出力比をデコーダの出力に保持するよう緩やかに調整されるように左右の前方マトリックス値が構成され、中央および左右の前方要素の動作は、中央出力と左右いずれか一方の前方出力との間に約６ｄＢのレベル差を結果として生じるように、中央／サラウンド指向値において更に制限される請求項７記載のサラウンド音響デコーダ。
【請求項１０】  左後方向と右後方向との間に方向が存在するように、左右の前方マトリックス要素が、後方へエンコードされた入力信号が前方出力からは出力を生じないように構成される請求項１記載のデコーダ。
【請求項１１】  正味の左／右成分を含まないが、約２２度の中央／サラウンド指向値は含む信号に対して約３ｄＢのレベルのブーストを生じるように、左右の前方マトリックス要素が構成され、前記レベルのブーストが、中央／サラウンド指向値がゼロまで低減するときゼロまで低減し、あるいは左／右の指向値がゼロから＋４５度まで増加するときは４５度まで増加する請求項１記載のサラウンド音響デコーダ。
【請求項１２】  入力素材における音符と音節間のバックグラウンド音響の方向を検出することによりバックグラウンド制御信号を生成する更なる回路を更に備え、前記バックグラウンド制御信号は、中央／サラウンド指向信号が負であるとき、前記中央／サラウンド指向信号の値へ急速に設定され、音符と音節間のバックグラウンド音響の方向が前方向であるとき、前記バックグラウンド制御信号が緩やかに正へ設定され、当該バックグラウンド制御信号は、サラウンドエンコード素材が演奏されるときは負の値を保持しようとし、標準的な２チャネル素材が演奏されるときは正またはゼロの値を保持しようとする請求項４または５のいずれかに記載のサラウンド音響デコーダ。
【請求項１３】  前記バックグラウンド制御信号は、音符間のバックグラウンドが方向において中立であるかあるいは正であるとき、後方出力のラウドネスが低減されるように、前方出力と後方出力との相対的ラウドネスを制御するため用いられる請求項１２記載のサラウンド音響デコーダ。
【請求項１４】  前記バックグラウンド方向信号が正あるいはゼロであるときカットオフ周波数がユーザ調整可能な値へ設定されるように、かつバックグラウンド方向信号が負であるときは高い値へ上昇するように、前記バックグラウンド制御信号が後方出力における可変低域通過フィルタを制御し、これにより通常の２チャネル素材が演奏されるときはサラウンド出力を目立たないようにする請求項１２記載のサラウンド音響デコーダ。
【請求項１５】  バックグラウンド制御信号が正またはゼロであるとき後方出力における５００Ｈzより高い周波数がユーザ調整可能な値だけ減衰するように、かつバックグラウンド制御信号が負であるときは当該減衰がゼロまで低減されるように、前記バックグラウンド制御信号が可変シェルフ・フィルタを制御し、これにより通常の２チャネル素材が演奏されるときサラウンド出力を目立たないようにする請求項１２記載のサラウンド音響デコーダ。
【請求項１６】  マトリックスの前記後方出力が、後方出力における更なる遅延と側方出力における可変低域通過フィルタとの組合わせにより側方出力と後方出力とに分けられ、前記低域通過フィルタは、前記中央／サラウンド指向信号が−２２度より更に正の方向であるとき高周波へ設定され、中央／サラウンド指向信号が−２２度より更に負の方向になるときは、中央／サラウンド指向信号がー４５度の最小値に達するとき低域通過周波数が５００Ｈzの最終値まで急激に低減される請求項５記載のサラウンド音響デコーダ。
【請求項１７】  前記中央／サラウンド指向信号がゼロあるいは正であるとき可変フィルタがその最大値を持つように、かつ中央／サラウンド指向信号がゼロから−１５度まで変化するときフィルタ動作がゼロまで低減されるように、かつ中央／サラウンドの指向が更に負になるときフィルタが再び最大限に動作し、次いで中央／サラウンド指向信号がその最小値−４５度に達するとき完全に後方に対する音源に対する人間の頭部／耳介システムの周波数応答に僅かに対応するようにそれ自体を修正するように、５チャネル・バージョン・デコーダの左右のサラウンド出力が、前方からの方位における１５０度より大きい音源に対する人間の頭部／耳介システムの周波数応答をエミュレートする可変フィルタにより更に供給される請求項４記載のサラウンド音響デコーダ。
【請求項１８】  入力信号におけるエネルギ比が出力信号に保持されるように、出力信号における異なる成分の位相および振幅の関係において入力信号の方向が保持されるように、かつ入力信号が任意の入力チャネルから任意の他の入力チャネルへパンされるとき出力信号の位相／振幅の関係が請求項１記載のデコーダにより元の方向にできるだけ近くデコードするように、また標準的フィルム・デコーダによりデコードされるとき元の方向にできるだけ近くエンコードするように、音響入力信号の５チャネルを２出力チャネルへ自動的にミックスするエンコーダ回路であって、
左、中央、右、左サラウンドおよび右サラウンドとしてそれぞれ識別される５つの音響入力信号を受取る５つの入力端子と、
２つの出力チャネルの１つを外部装置へそれぞれ提供する２つの出力端子と、
前記５つの音響入力信号の幾つかの信号間の振幅／位相の関係を決定してこれから制御信号を生じる手段と、
前記入力チャネルの各々の固定比率あるいは前記制御信号に応答する前記入力チャネルの各々の可変比率のいずれかを前記２出力チャネルの１つへミックスする手段と、
を備えるエンコーダ回路。
【請求項１９】  入力信号が同位相あるいは反対位相のどちらかの後方入力へ印加されるとき出力信号のエネルギが入力信号のエネルギと整合するように、ミキンシング値をアクティブに補正する手段を回路が含む請求項１８記載のエンコーダ。
【請求項２０】  入力信号が後方入力に対して反対位相で印加されるとき、エンコー
の出力がエンコーダに対して指向されない条件を示す９０度の相対位相を持つようにミキンシング値をアクティブに補正する手段を前記回路が含む請求項１８記載のエンコーダ。
【請求項２１】  信号が、前方入力の１つと、同じ側における後方入力との間に、例えば、前方左入力から後方左入力へパンされるとき、前記回路が後方チャネルにおいて移相ネットワークをアクティブに除去する手段を含む請求項１８記載のエンコーダ。
【請求項２２】  ３つ全ての前方入力における共通信号の存在をアクティブに決定し、エンコーダの出力における当該共通信号の全出力を保持するため中央チャネルのミックス・レベルを調整する手段を前記回路が含む請求項１８記載のエンコーダ。
【請求項２３】  後方チャネルのレベルを前方の３チャネルのレベルに比較する手段を前記回路が含み、後方レベルが前方レベルより少ないとき、回路を後方チャネルのミキンシング・レベルを３デシベルまで低減するように動作させ、後方チャネルが反響の大部分を含む場合にエンコーダが音楽を最適にエンコードすることを前記回路が可能にする請求項１８記載のエンコーダ
（相互引証）
本願は、１９９７年９月５日出願の米国仮特許出願第６０／０５８，１６９号「５−２−５マトリックス・エンコーダおよびデコーダ・システム（５−２−５  Ｍａｔｒｉｘ  Ｅｎｃｏｄｅｒ  ａｎｄ  Ｄｅｃｏｄｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ）」に基づく。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、聴取者を包囲するように配置された複数のラウドスピーカによる適切な増幅後の再生のため同数の出力信号への１対のステレオ音響入力信号のデコード、ならびに多チャネル素材の２チャネルへのエンコーディングを含む音響再生システムに関する。
発明の概要
本発明は、エンコードされた多チャネル素材の再生における最適な音響心理学的性能を有するデコーディング・マトリックス、ならびに標準的な２チャネル素材を生成する設計基準とその解決法の改善されたセットに関する。このデコーディング・マトリックスは、規定された方向を持つ信号に対する種々の出力間の高いセパレーションを維持しながら、かつ入力音響信号の方向的にエンコードされた成分の方向の如何に拘わらず一定の音響レベルにおける方向性のないエンコード成分を維持しながら、入力信号に対する正味の前方または後方のバイアスが存在するときでさえ、あるいは特定方向における強い音響成分があるときでも、全ての条件下におけるステレオ信号の左右の成分間の高いセパレーションを維持する。このデコーディング・マトリックスは、前後の信号間の均衡を改善してシステムの７チャネル・バージョン付近の平滑な音の動きを生じかつ７チャネル・バージョンの音に近い５チャネル・バージョンの音を生成する周波数に依存する回路を含む。エンコードセパレーション
【０００２】
更に、本発明は、マトリックス・デコーダによる標準的な２チャネル受信機において再生するための２チャネルへの多チャネル音のエンコーディングのためのエンコーディング回路を生成する設計基準とその解決法の改善されたセットに関する。
【０００３】
本発明は、２つの個々のチャネルへの多チャネル音響信号のエンコーディングと、次いで結果として得る２チャネルのこれらが得られた多チャネル信号への再セパレーションとを精錬する継続努力の一部である。当該エンコード／デコードプロセスの目標の１つは、できるだけ元の信号をオリジナルと恒久的に同じものとして復元することである。前記デコーダの別の重要な目標は、５チャネルのオリジナルからはエンコードされなかった２チャネル・ソースから５つ以上の個々のチャネルを抽出することである。結果として得る５チャネル表現は、少なくとも元の２チャネル表現と同程度に音楽的に興趣がありかつ鑑賞可能でなければならない。
【０００４】
適切な可変マトリックス係数の取得および可変マトリックス係数自体は改善された。かかる改善の理解を助けるため、本明細書は、米国特許第４，８６２，５０２号（１９８９年）（本明細書中「１９８９年米国特許」と呼ばれる）、同第５，１３６，６５０号（１９９２年）（「１９９２米国特許」と呼ばれる）、１９９６年７月出願の米国特許出願第０８／６８４，９４８号（現在は交付済みの米国特許第５，７９６，８４４号（１９９８年））（本明細書中「１９９６年７月米国特許出願」と呼ばれる）、および米国特許出願第０８／７４２，４６０号（現在は交付済みの米国特許第５，８７０，４８０号（１９９９年））（本明細書中「１９９６年１１月米国特許出願」と呼ばれる）を参照する。前記の１９９６年１１月米国特許出願に基くデコーダの市販バージョンは、本明細書では「バージョン１．１１」、即ち「Ｖ１．１１」と呼ばれる。更なる幾つかの改善が、本明細書中「バージョン２．０１」、即ち「Ｖ２．０１」と呼ばれる、１９９７年９月出願の米国仮特許出願第６０／０５８，１６９号に開示される。バージョンＶ１．１１およびＶ２．０１、および本出願で示したデコーダは、本明細書中まとめて「ロジック７（登録商標）デコーダ」と呼ぶことにする。
【０００５】
更に本出願で引用する文献は：［１］「両耳の聴取者に対する多チャネル・マトリックス・サラウンド・デコーダ（Ｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｓｕｒｒｏｕｎｄ  Ｄｅｃｏｄｅｒ  ｆｏｒ  Ｔｗｏ−Ｅａｒｅｄ  Ｌｉｓｔｅｎｅｒｓ）」（Ｄ．ＧｒｉｅｓｉｎｇｅｒのＡＥＳプレプリント第４４０２号、１９９６年１２月、および［２］「５−２−５マトリックス・システムにおけるプロセス」（Ｄ．ＧｒｉｅｓｉｎｇｅｒのＡＥＳプレプリント第４６２５号、１９９７年９月）である。
【０００６】
音響心理学的性能を最大化する幾つかの特性を有するアクティブ・マトリックスが実現された。更に、アクティブ・マトリックスの一部の出力の周波数に依存する修正も実現された。更に標準的な２チャネル装置である本出願で示したデコーダと産業規格ドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）デコーダとを用いて、最適な性能を発揮する５入力チャネルを２出力チャネルへエンコードするアクティブ回路を提供する。
【０００７】
アクティブ・マトリックス・デコーダは、到来する信号の方向成分に依存して変化するマトリックス要素を有する。このマトリックス要素は、任意の同時に存在する入力信号の左右のセパレーションをつねに保持しながら、意図された方向の再生に含まれる出力におけるこれらの信号のラウドネスを強調しながら、意図された方向の生成に含まれない出力における方向的にエンコードされた信号のラウドネスを減じるように変動する。更に、これらのマトリックス要素は、２つの入力間の混合を増加あるいは低減することによって方向的にエンコードされた相関性のない２チャネル素材の左右のセパレーションを復元する。例えば、ステレオ幅の制御により復元は実現される。更に、これらのマトリックス要素は、音声と伴奏間の均衡がデコーダ出力に保存されるように、入力信号の色々な成分間のエネルギ均衡をできるだけ多く保存するよう設計することができる。結果として、これらのマトリックス要素は、入力音の方向的にエンコードされない要素のラウドネスと左右のセパレーションの両方を保存する。
【０００８】
更に、デコーダは、音の方向が７チャネル・デコーダが生成した音の方向に更によく似たように感じるよう、入力を２つの周囲出力（５チャネル・デコーダ）または４つの周囲出力（７チャネル・デコーダ）へ変換しかつ５チャネル・デコーダにおける後方チャネルのスペクトルを修正する標準的な２チャネル素材が演奏されるとき、デコーダ出力の互換性を改善する周波数に依存する回路を含むことができる。
【０００９】
エンコーダは、特定の入力の入力レベルが強いときこの入力のエネルギが出力に保存されるように、強い入力の方向が出力信号の位相／振幅の比でエンコードされるように、強い信号がエンコーダの任意の２つの入力間でパンできかつ出力が適正に方向的にエンコードされるように、５つ（あるいは、５つの全レンジに１つの低周波をプラスするもの）の入力チャネルを２つの出力チャネルへ混合する。更に、エンコーダの２つの後方入力へ印加される相関性のない素材は、エンコーダ出力が本明細書に示したデコーダによってデコードされるとき、入力の左右のセパレーションが保存されるよう、同相の入力が本明細書に示したデコーダおよびドルビー（登録商標）規格を使用するデコーダの後方チャネルへデコードされる２チャネルの出力を生じるよう、かつ逆相の入力が本明細書に示したデコーダまたはドルビー（登録商標）規格によるデコーダによってデコードされたとき非方向性信号としてデコードされる出力を生じるように、かつエンコーダの２つの後方入力へ印加される低レベルの残響信号が３ｄＢの低減でエンコードされるように、デコードセパレーション２つの出力チャネルにエンコードされることになる。
望ましい実施の形態の詳細な記述
【００１０】
１．デコーダの一般的記述
デコーダについては、２つの個々の部分に関して記述される。第１の部分は、２つの入力チャネルを５つの出力チャネルへ分割するマトリックスである（入力チャネルは、中央、左前方、右前方、左後方および右後方として通常識別される）。第２の部分は、２つの後方出力のスペクトルおよびレベルを修正する一連の遅延要素およびフィルタからなる。第２の部分の機能の１つは、デコーダの７チャネル・バージョンを生成するために左側と右側の付加的な対の出力を得ることである。これと対照的に、１９９６年１１月米国特許出願が記載する２つの付加的な出力は元のマトリックスに含まれる更なる１対のマトリックス要素から得たものである。
【００１１】
デコーダとエンコーダとを記述する数学式において、大半の変数については標準的な活字的な変換を用いることにする。簡単な変数はイタリックであり、ベクトル量はボールド字体の大文字活字であり、マトリックスはボールドの小文字活字である。名前を付した入力チャネルから結果として得る名前を付した出力チャネルからの係数であるマトリックス要素は、通常の大文字活字である。ｌｒおよびｃｓのような簡単な変数は、２つの個々の簡単な変数の積は表わさない２文字の名前によって示される。ｌ／ｒおよびｃ／ｓなどの他の変数は、このような比から得た制御信号電圧に関して、左／右と中央／サラウンドの比の値を表わす。これらの変換は、本明細書に引用される米国特許および米国特許出願においても用いられたものである。マトラブ（Ｍａｔｌａｂ）言語におけるプログラム・セグメントもまた、これらの行を引っ込めることによって弁別される。式は、マトラブ割当てステートメントから弁別して特定の特徴に対する基準を与えるため番号が付される。
【００１２】
図１は、デコーダの第１の部分、即ち５チャネル・マトリックス９０に対する２チャネルのブロック図である。縦方向の鎖線により区切られた図１の左半分は、２つの指向（ｓｔｅｅｒｉｎｇ）電圧ｌ／ｒおよびｃ／ｓを取得する回路を示す。これらの指向電圧は、左方／右方あるいは前方／後方の方向における固有の、即ちエンコードされた方向成分をそれぞれ有する。同図のこの部分は、参考のため本明細書に援用される米国特許および米国特許出願に詳細に記載されているので、本願においては明確に論述されない。
【００１３】
図１において、要素９２ないし１３８を含むデコーダ９０の方向検出回路の後には５×２マトリックスが続く（縦方向の鎖線の右まで示した）。このマトリックス１４０ないし１５８の要素は、別の入力チャネルと直線的に組み合わされて各出力チャネルを形成する各入力チャネルの量を決定する。これらのマトリックス要素は、実際のものであると仮定される。複合マトリックス要素の場合は１９９６年１１月米国特許出願に記載されている。このマトリックス要素は、２つの指向電圧ｌ／ｒおよびｃ／ｓの関数であり、その数学式は１９９６年１１月米国特許出願に示されている。これら数式は改善されている。
２．指向電圧の簡単な記述
図１に示されるように、指向電圧ｃ／ｓおよびｌ／ｒは、端子９４における右入力振幅に対する端子９２における左入力振幅の比の対数と、振幅差（左入力振幅と右入力振幅の差）に対する振幅和（左入力振幅と右入力振幅の和）の比の対数とから得られる。Ｖ１．１１およびＶ２．０１では、指向電圧の単位はデシベルである。しかし、マトリックス要素を記述する場合、ｌ／ｒおよびｃ／ｓを＋４５度から−４５度まで変化する角度として表わすのが便利である。下記式に従って、指向電圧ｌ／ｒおよびｃ／ｓはそれぞれ角度ｌｒおよびｃｓへ変換することができる。
【００１４】
lr＝90-arctan(10^((l/r)/20)) （１ａ）
cs＝90-arctan(10^((c/s)/20)) （１ｂ）
角度ｌｒおよびｃｓは、入力信号が有する方向成分に対する角度を決定する。例えば、デコーダに対する入力が相関されないとき、ｌｒおよびｃｓはともにゼロである。中央のみから到達する信号の場合はｌｒはゼロであり、ｃｓは４５度である。後方からくる信号の場合はｌｒはゼロでありｃｓは−４５度である。同様に、左からくる信号では、ｌｒは４５度であり、ｃｓはゼロである。右からくる信号では、ｌｒは−４５度であり、ｃｓはゼロである。エンコード左後方信号エンコードでは、ｌｒ＝２２．５度かつｃｓ＝−２２．５度であり、右後方では、ｌｒ＝２２．５度かつｃｓ＝−２２．５度であると仮定することができる。
【００１５】
ｌｒおよびｃｓの定義とｌｒおよびｃｓの誘導により、ｌｒおよびｃｓの絶対値の和が４５度より大きくはあり得ない。したがって、ｌｒおよびｃｓの許容値は、絶対値（ｌｒ）−絶対値（ｃｓ）＝４５度の軌跡によって囲まれる面を形成する。この面の境界に沿って存在するｌｒおよびｃｓの値を生じる任意の入力信号は全く局在化される−即ち、この入力信号が特定方向からくるようにエンコードされた１つの音からなることを意味する。
【００１６】
本願においては、このような２次元の面における関数としてマトリックス要素のグラフを広く利用する。一般に、マトリックス要素の誘導は、このような面の４つの象限において異なる。換言すれば、マトリックス要素は、指向が前方か後方かに従って、かつ指向が左か右かに従って、異なって記述される。前記面が象限間の境界に跨がって連続的であることを保証することに対して多くの研究がなされ、これにより、Ｖ１．１１で経験した連続性の偶発的な欠如に取り組んだ。
３．周波数に依存する要素
図１に示されたマトリックス要素は、実際のものであり、従って周波数に依存する。入力における全ての信号は、誘導される角度ｌｒおよびｃｓに応じて出力へ誘導される。（更に、低周波および超高周波が図１には示されないフィルタによって入力信号からのｌｒおよびｃｓの誘導において減衰される可能性がある。しかし、マトリックス自体は広帯域である。）
マトリックス後の信号に対して周波数依存回路を適用することの幾つかの利点がある。これらの周波数依存回路の１つ─図１における右側出力１８０の移相ネットワーク１７０─については、１９９６年１１月米国特許出願に記載されている。
【００１７】
更に他の周波数依存回路の５チャネル・バージョンを図２に示す。これらの回路は、固定されたパラメータを持たない。周波数およびレベルの挙動は、指向角度ｌｒおよびｃｓに依存する。これら周波数依存回路は、幾つかの目的を達成する。第一に、５チャネルと７チャネルの両デコーダにおいて、指向が中立（ｌｒおよびｃｓが０）であるかあるいは前方（ｃｓ＞０）であるとき、更なる要素が後方チャネルの明瞭なラウドネスを調整することを可能にする。１９９６年１１月米国特許出願において、このような減衰がマトリックス自体の一部として行われ、周波数に依存するものであった。理論的研究およびリスニング・テストによって、低周波が聴取者側から再生されることが非常に望ましいことを発見した。このように、ここで述べたデコーダにかぎり、高周波が可変低域通過フィルタ１８２、１８４、１８８および１９０によって減衰される。
【００１８】
指向がほぼ常に中立または前方であるとき、高周波は後方チャネルで減衰される。要素１１８および１９０は５００Ｈzより高い周波数を減衰し、要素１８２および１８４はバックグラウンド制御信号１８６（後で定義する）を用いて４ｋＨzより高い周波数を減衰する。後方へ指向される音が偶発的に存在すると、通常の２チャネル素材からのサラウンドエンコード素材を自動的に弁別する特徴である減衰を低減させる。
【００１９】
５チャネル・バージョンにおける要素１９２、１９４は、ラウドスピーカの実際の位置が側方にあってさえラウドスピーカが聴取者の背後に置かれるものと思われるように、指向が後方に対するとき（ｃｓ＜０）、ｃ／ｓ信号１９６を用いて音のスペクトルを修正する。修正された左サラウンド信号および右サラウンド信号がそれぞれ端子１９８および２００に現れる。この回路の更なる詳細については後半部分に示される。
【００２０】
図３は、周波数依存要素の７チャネル・バージョンを示す。前のように、指向がバックグラウンド制御信号１８６により制御される中立あるいは前方であるとき、フィルタ１８２、１８４、１８８、および１９０の第１の組が側方出力および後方出力の高い周波数を減衰する。このような減衰もまた、更に前方の音像を生じる結果となり、聴取者の好みに調整することができる。ｃ／ｓ信号１９６により表わされる指向が後方へ移動するとき、更に他の回路２０２、２０４、２０６、および２０８が後方出力から側方出力を弁別するように働く。指向が後方へ動くとき、側方スピーカにおいて先に述べた減衰は、側方に向けられる音を生じるように要素２０４、２０６によって最初に除去される。指向が更に後方へ動くとき、要素２０４、２０６の減衰が復旧され増加される。これにより、音が前方ラウドスピーカから側方ラウドスピーカ（複数）へ平滑に移動し、次いで後方ラウドスピーカへ移動する。しかし、後方ラウドスピーカの音は、遅延要素２０２および２０８により生じる約１０ｍｓの遅延を生じる。低周波がこれら回路によって影響を受けないので、側方スピーカ（広がりの認識の役割をもつ）における低周波ラウドネスは音の動きによって影響を受けない。
４．エンコーダの全般的記述
図４は、５つの入力チャネルを２つの出力チャネルへ自動的にミックスするように設計されたエンコーダのブロック図を示す。このアーキテクチャは、１９９６年１１月米国特許出願に記載されたエンコーダとは全く異なる。図４のエンコーダ（「新規なエンコーダ」）の目的は、デコーダにより元の５チャネルを２つの出力チャネルから抽出することを可能にする位相／振幅キューを提供しながら、２つの出力チャネルにおいて５チャネル・オリジナルの音楽的均衡を保持することである。この新規なエンコーダは音楽的均衡を確実に保存する能動素子を含む。新規なエンコーダの別の目的は、通常の２チャネル・システムにより５チャネル・オリジナルと同じ芸術的品質で再生することができる５チャネル・レコーディングの２チャネル・ミックスを自動的に生じることである。
【００２１】
１９９６年１１月米国特許出願のエンコーダとは異なり、この新規なエンコーダは、入力信号をエンコーダの５つの入力間にパンすることを可能にする。例えば、音を左前方入力から右後方入力へパンすることができる。結果として得る２チャネル信号が本願に述べたデコーダによってデコードされるとき、結果はオリジナルの音に非常に近づくことになる。往時のサラウンド・デコーダによるデコーディングもまたオリジナルと類似することになる。
【００２２】
５．デコーダのアクティブ・マトリックス要素の設計目標
本デコーダの目標は、意図された方向における再生に直接には関与しない出力における方向的にエンコードされたオーディオ成分を減じる可変マトリックス値を有すること；前記信号に対する一定の全出力を維持するように意図された方向における出力の再生に直接に関与する出力における方向的にエンコードされたオーディオ成分を強調すること；指向性信号の如何に拘わらず非方向性信号の左右のチャネル成分間の高いセパレーションを保持すること；方向的にエンコードされた信号が存在するかどうかに拘わらず、かつこれらの意図された方向に拘わらず、（非方向性信号の全オーディオ出力レベルとして定義される）ラウドネスを有効な一定レベルに維持することを含む。
これらの目標の大部分は、全てのマトリックス・デコーダにより明白に共有される。目標の最も重要なものの１つは、全ての条件下でデコーダの左右のチャネル間の高いセパレーションを明確に保持することである。前述の４つのチャネル・デコーダは、１つの後方チャネルのみを提供するため、後方におけるセパレーションを維持することはできない。他の５チャネル・デコーダは、多くの方法においてセパレーションを維持することができる。本願に述べるデコーダは、Ｖ１．１１で使用したものと類似した方法でこのような目標を満たし、更なる目標もまた満たすものである。
【００２３】
１９９６年１１月米国特許出願はまた、指向信号精度を改善する回路および強い後方指向中に後方チャネルの１つの位相を切換える可変移相ネットワークのようなデコーダに対する多くの比較的小さな改善も記載している。これらの特徴（Ｖ１．１１に含まれる）は、この現行のデコーダに保持される。
【００２４】
図４において、前方の入力信号Ｌ、ＣおよびＲが入力端子５０、５２および５４へそれぞれ印加される。Ｃは加算器２７８、２８２へ印加される前に減衰器３７２において係数ｆｃｎだけ減衰されるが、Ｌ信号およびＲ信号は加算器２７８、２８２へそれぞれ直接入る。利得２．０が要素３７４により低周波効果信号ＬＦＥに印加され、次いでＬＦＥは、加算器２７８、２８２へ印加される。
【００２５】
サラウンド入力信号ＬＳおよびＲＳは、入力端子６２、６４にそれぞれ印加される。ＬＳ信号は、利得ｆｓ（ｌ，ｌｓ）を持つ減衰器３７８を通過し、ＲＳ信号は、利得ｆｓ（ｒ，ｒｓ）を持つ減衰器３８０を通過する。これら減衰器３７８および３８０の出力は、それぞれ利得係数−ｃｒｘを有する交差結合要素３８４、３８６へ送られる（ここで、ｃｒｘは公称的に０．３８３である）。交差結合要素３８６および３８４からの交差結合信号は、これもまたそれぞれ０．９１の減衰器３８８、３９２から減衰されたＬＳおよびＲＳ信号をそれぞれ受取る加算器３９２、３９４へ送られる。加算器３９２、３９４の出力は、加算器２７８、２８２の入力へそれぞれ印加される。これは、副次要素をデコードされた空間中の中央後方のそれぞれ４５度左および右に配置させる。
【００２６】
ＬＳおよびＲＳはまた、それぞれ利得ｆｃ（ｌ，ｌｓ）を持つ減衰器３７６および利得ｆｃ（ｒ，ｒｓ）を持つ減衰器３８２を通り、次いで交差結合要素３９６、３９８、４０２、４０４、４０６および４０８の類似の構成を通る。加算器４０６、４０８は前のように中央後方のそれぞれ４５度左右における左後方および右後方の入力を位置させる出力を有する。しかし、それぞれ加算器２７８、２８２からの左右の信号はそれぞれ移相要素２８６、２８８を通過するが、ＬＳおよびＲＳは各々移相要素２３４および２４６をそれぞれ通過する。これらの移相要素の各々は、全通過型フィルタであり、要素２８６、２８８に対する位相応答はφ（ｆ）であり、要素２３４、２４６に対してはφ（ｆ）−９０°である。これらのフィルタにおいて要求される成分値の計算は当技術において周知である。移相要素は、加算器４０６、４０８の出力を全ての周波数において加算器２７８、２８２の出力より９０度だけ遅らせる。全通過フィルタ２４６、２８８の出力は加算器２８０により組み合わされて端子４６にＢ（即ち、右）出力信号を生じるが、全通過フィルタ２３４、２８６の出力は加算器２７６によって組み合わされて端子４４にＡ（即ち、左）出力信号を生じる。
【００２７】
弱いサラウンド信号は９０度位相がずれた経路を通過して相関性のない「音楽」信号に対する一定出力を保持するが、利得関数ｆｓおよびｆｃは強いサラウンド信号を他の音と同位相にさせるように設計される。値ｃｒｘはまた、サラウンド信号が聴こえる角度を変化させ得る。
６．１９９６年１１月米国特許出願以来の設計の改善
１９９６年１１月米国特許出願のデコーダおよびエンコーダにおける最も顕著な改善の１つは、信号が中央方向に指向されるときの、中央のマトリックス要素と左右の前方マトリックス要素における変化である。前にエンコードされデコードされた如き中央チャネルに２つの問題がある。最も明らかな問題は、５チャネル・マトリックス・システムでは、中央チャネルの使用はできるだけ多くの左右のセパレーションを維持しようとする目標と本質的に相い入ないことであった。２つの入力チャネルが左右の成分を持たないとき、マトリックスが従来の２チャネル・ステレオ素材から認識し得る出力を生じるならば、中央チャネルは左右の入力チャネルの和で駆動されねばならない。このように、左のデコーダと右のデコーダの両入力が中央スピーカにより再生され、最初は左（または、右）のチャネルだけであった音もまた中央から再生されることになる。その結果は、これらの音の明瞭な位置が部屋の中間へ引き寄せられることである。このことが生じる程度は、中央チャネルのラウドネスに依存する。
【００２８】
１９８９年米国特許および１９９２年米国特許は、左右のチャネルに比して３ｄＢの最小値を持つ中央マトリックス要素を使用した。デコーダに対する入力が相関性がないとき、中央チャネルのラウドネスは左右のチャネルのラウドネスと等しかった。指向が中央マトリックス要素へ動くに従って、更に３ｄＢだけ増加した。これは、前方音像の幅を著しく低減した。音像の左右のいずれかに位置するように鳴奏されるべき楽器は、つねに音像の中央に向けて引き寄せられる。
【００２９】
１９９６年１１月米国特許出願は、以前使用した値より４．５ｄＢ少ない最小値を持った中央マトリックス要素を用いた。この最小値は、リスニング・テストに基づいて選定され、入力素材が（オーケストラ音楽におけるように）相関性のないときに、前方の音像へ快い広がりを生じた。したがって、前方の音像が著しく狭められることはなかった。しかし、指向が前方へ移動するときこれらマトリックス要素が増加し、最後にはドルビー（登録商標）マトリックスにおいて用いられる値に達した。
【００３０】
Ｖ１．１１における経験が、中央チャネルのラウドネスにおける低減が空間的な問題は解明したが、入力信号における出力均衡はマトリックスにおいて保存されなかったことを示した。数学的な分析は、出力均衡についての誤りに関してはＶ１．１１のみでなく、ドルビー・デコーダおよび他の従前のデコーダもまた誤りであることを明らかにした。逆説的には、中央チャネルが前方の音像の幅を再生する観点からは強すぎたが、出力均衡を保存するには弱過ぎた。この問題は、標準的なドルビー（登録商標）デコーダ（マンデル（Ｍａｎｄｅｌ）のデコーダ）に対しては特に厳しい。標準的なドルビー（登録商標）デコーダにおいては、後方チャネルが１９８９年米国特許のデコーダにおけるよりも強い。結果として、中央チャネルは、出力バランスを保持するために強くなければならない。中央チャネルにおける出力バランスの欠如は、ドルビー（登録商標）デコーダに対しては引き続き問題であった。実際、ドルビー（登録商標）は、音響ミックス技術者がつねにマトリックスを介するバランスを聴きとることを推奨しており、従って、マトリックスにおける出力均衡の欠如のミキシング・プロセスにおいて補償することができる。不都合にも、最近のフィルムは５チャネル・リリース用にミックスされ、２チャネルに対する自動的なエンコーディングは対話レベルにおける問題を招来しがちである。
【００３１】
更に多くの分析およびリスニング・テストは、フィルムおよび音楽がバランス問題に対する異なる解決法を必要とすることを示した。フィルムの場合は、１９９６年１１月米国特許出願から、左右の前方マトリックス要素を保存することが最も有効である。これらの要素は、左右の前方チャネルから中央チャネルの情報をでき得るかぎり除去する。このことは、前方の左右のチャネルへの対話の漏れを最小限に抑える。新規な「フィルム」設計においては、指向が前方へ移動する（ｃｓがゼロより大きくなる）に伴って中央チャネルのラウドネスが標準的デコーダよりも急激に増加するように、出力バランスが中央マトリックス要素の変更によって補正される。実際には、中央チャネルがアクティブであるときにのみこのような条件に達するので、中央マトリックス要素の最終値が標準的デコーダにおける最終値より高いことは必要でない。中央チャネルおよび左右のチャネルにおいて略々等しいレベルが存在するときに中央のチャネル・レベルが標準的デコーダより強いことのみが必要である。
【００３２】
前記の「フィルム」方策により、他の全ての出力における中央チャネル成分を最小化しながら、入力信号における出力バランスを保持するように中央チャネルのラウドネスが増加される。このような方策がフィルムに対して理想的であると思われ、この場合中央チャネルは主として対話に対して用い、中央以外の位置からの対話は予期されない。このような方策の主な欠点は、多くの種類の大衆音楽において生じるような著しい中央指向があるとき前方の音像が狭められることである。しかし、フィルムに対する利点─前方チャネルに対する最小限の対話の漏れと、優れた出力バランスを含む─がこのような短所を補って余りある。
【００３３】
音楽の場合は、別の方策を用いる。この場合は、中央チャネルのラウドネスを１９９６年１１月米国特許出願と同じ比率で指向の中間値まで増加させ、この時ｃｓ≧２２．５度である。音楽バランスを復元するため、入力信号の中央成分が完全に除去されないように左右の前方マトリックス要素を変化させる。デコーダの全ての出力からの音響出力が入力信号における音響出力と一致するように、中央において過度のラウドネスもなく、左右の前方チャネルにおける中央チャネル成分の量が調整される。
【００３４】
このような方策により、３つ全ての前方スピーカが元のエンコードされた素材に存在する中央チャネルの情報を再生する。かかる方策の最も有効なバージョンは、入力の中央成分が中央出力において他の２つの前方出力のいずれよりも６ｄＢ強いときに指向作用を制限する。これは、ｃｓの正の値を単に制限することによって行われる。
【００３５】
中央チャネル成分を３つ全てのスピーカから来させかつ前方の左右より中央が６ｄＢ高いとき指向作用を制限するような新規な方策が、全ての種類の音楽を優れたものにする。エンコードされた５チャネルと通常の２チャネルの両方のミックスが安定した中央、および中央チャネルと左右チャネルとの間の充分なセパレーションをもってデコードする。従前のデコーダとは異なり、中央と左右との間のセパレーションが厳密に完全ではないことに注目されたい。左からくるように意図された信号は中央チャネルから除去されるが、他の方向については除去されない。音楽の場合、当該方策が提供する高い側方セパレーションと安定した前方音像とは、このような完全なセパレーションの欠如を重視する。フィルムにおけるこのような設定によるリスニング・テストは、左右の前方スピーカから対話が存在したとしても、結果として得る音像の安定度が非常に良好であることを明らかにする。この結果として得る音は快く、煩くなかった。したがって、音楽に対して設定されたデコーダによりフィルムを聴く場合、フィルムの芸術的品質を殺ぐことはない。しかし、フィルムに対して設定されたデコーダにより音楽レコーディングを聴くことは更に問題が多い。
【００３６】
おそらくは、１９９６年１１月米国特許出願のデコーダおよびエンコーダにおける次の最も明らかな改善は、信号が左前方から左後方の方向へ指向されるとき、前方チャネルと後方チャネルとの間のセパレーションの増加である。Ｖ１．１１は、このような条件下で前方チャネルに対して１９８９年米国特許のマトリックス要素を使用した。これらのマトリックス要素は、後方指向信号が全後方位置（左右の後方の中間の位置）へ指向されなかったならば、この後方指向信号を完全には除去することがない。指向が左後方あるいは右後方（完全に後方ではない）に対するときは、左または右の前方出力は対応する後方出力より９ｄＢ少ない出力を生じた。本デコーダにおいては、指向が左後方および右後方の間のどこかであるとき前方からの音を除去するように前方マトリックス要素が修正される。
７．後方マトリックス要素に対する改善
後方マトリックス要素に対する改善は、典型的な聴取者にとって直ちに明らかなものではない。これらの改善は、象限間の境界に跨がるマトリックス要素の連続性における種々の誤りを補正する。これら改善はまた、様々な条件下で指向された信号と指向されない信号間の出力バランスをも改善する。これらの改善を含んでいるマトリックス要素の数学的記述は、後で本明細書中で述べる。
８．アクティブ・マトリックス要素の詳細な記述
マトラブ言語
マトリックス要素を記述するため用いられる数学は、変数ｃｓおよびｌｒの連続関数に基くものではない。一般に、数式に対する条件、絶対値および他の非リニア修正がある。このような理由から、プログラミング言語を用いてマトリックス要素について記述する。マトラブ（Ｍａｔｌａｂ）言語は、数式をグラフにより調べる簡単な方法を提供する。マトラブは、フォートランあるいはＣ言語に非常に類似する。主な相違は、マトラブにおける変数がベクトルであり得、即ち、各変数が一連の数列を表わすことができるということである。例えば、下記式にしたがって変数ｘを定義することができる。
【００３７】
ｘ＝１：１０
マトラブにおけるｘのこのような定義は、１から１０までの値を持つ１０個の数字のストリングを生成する。変数ｘは全てが１０の値を含み、１＊１０マトリックスであるベクトルとして記述される。各ベクトル内の個々の数字をアクセス即ち指向することができる。例えば、式
ｘ（４）＝４
は、ベクトルｘの４番目の項を４に設定する。変数はまた、２次元のマトリックスを表わすこともできる。マトリックスにおける個々の要素は、同様に割り当てることができる。例えば、下記式
【００３８】
Ｘ（２，３）＝１０；
は、値１０をマトリックスＸの２番目の行と３番目の列のマトリックス要素に割り当てる。
【００３９】
９．式およびグラフィックスにおけるマトリックス・デコーダ
文献［１］では、ｎ×２マトリックスの要素により記述することができるマトリックス・デコーダの設計を述べた。ｎは出力チャネル数である。各出力は、２つの入力の線形結合として示すことができ、ここで線形結合の係数はマトリックスにおける要素によって与えられる。本明細書では、要素は文字の単純な組合せによって識別される。文献［１］は、５チャネルと７チャネルのデコーダについて記載する。５チャネルから７チャネルへの変換は、デコーダの周波数依存部分において行われることができるので、以下では５チャネル・デコーダについてのみ記述する。
【００４０】
対称性から、（左要素などの）僅かに６つの要素の挙動について述べる必要がある。これら６つの要素には、中央要素、２つの左前方要素、および２つの左後方要素が含まれる。右要素は、左右の識別を切換えるだけで左要素から見出すことができる。これらの左要素は、以下の略記で表す。
ＣＬ：中央出力チャネルへの左入力チャネルに対するマトリックス要素
ＣＲ：中央出力チャネルへの右入力チャネルに対するマトリックス要素
ＬＦＬ：左前方出力チャネルに対する左入力チャネル
ＬＦＲ：左前方出力チャネルに対する右入力チャネル
ＬＲＬ：左後方出力チャネルに対する左入力チャネル
ＬＲＲ：左後方出力チャネルに対する右入力チャネル
である。
【００４１】
これらの要素は一定ではない。その値は、入力音の明瞭な方向の２次元関数として変化する。大部分の位相／振幅デコーダが、入力信号の振幅の比を比較することにより入力の明瞭な方向を決定する。例えば、左右の方向における指向度は、右の入力チャネルの振幅に対する左入力チャネルの振幅の比から決定される。同様に、前後の方向における指向度は、入力チャネルの和と差の振幅の比から決定される。
本明細書では、入力信号の見掛けの方向は角度として、即ち、左右の方向に対して１つの角度（ｌｒ）、および前後の（中央／サラウンドとしても知られている）方向に対して１つの角度（ｃｓ）として表わす。２つの指向方向ｌｒおよびｃｓは符号を付した変数である。２つの入力チャネルが相関付けられないとき、ｌｒとｃｓの両方はゼロであり、したがって入力信号は指向されない。
【００４２】
入力が方向的にエンコードされた単一の信号からなるとき、２つの指向方向がそれらの最大値を有する。しかし、これらは独立的でない。指向値を角度として表わすことに対する利点は、１つの信号しかないとき２つの指向値それぞれの絶対値の和が４５度でなければならないことである。入力が強く指向された信号と共に相関しない素材を含むとき、指向値それぞれの絶対値の和は下記式で示す通り４５度より小さくなければならない。
【００４３】
｜lr｜+｜cs｜≦45 （２）
マトリックス要素の値を指向値により形成される２次元面上にプロットするならば、この面の中心は値（０，０）を持ち、指向値の絶対値の和に対する妥当な値は４５を越えることがない。実際に、非線形フィルタの挙動により和が４５を越えることはあり得る。これを回避するため、１９９６年１１月米国特許出願で記載したものなど、ｌｒとｃｓの小さい方をその和が４５度を越えないように制限する回路を使用することができる。マトリックス要素をグラフ表示するとき、入力変数の妥当な和を越えるときは値を任意にゼロにする。このことは、境界の射影（射影後に強く指向された信号が続く）に沿った要素の挙動を直接見ることを可能にする。グラフィックスは、マトラブ言語を使用して生成された。マトラブ言語においては、マトラブ言語が角度変数が実際の角度値より１大きいことを要求するので、指向されなかった位置は（４６，４６）となる。
【００４４】
マトリックス・デコーダに対する以前の設計は、強く指向された信号に応答するマトリックスの挙動、即ち、指向値によって定義された２次元の面に対してマトリックス要素をプロットして形成した当該面の境界周囲におけるの挙動のみを考察しようとする。これは、展望における基本的な誤りである。実際の信号（例えば、フィルムあるいは音楽のいずれかで見られるもの）では、面の境界にはほとんど達しないからである。ほとんどの場合、信号は面の中間付近、即ち、中央の僅かに前方で揺動する。これらの条件下のマトリックスの挙動は、音にとって非常に重要である。本明細書の要素を前の要素と比較するとき、中間領域における面の複合性における著しい増加を見出すことができる。音における改善に役割を担うのはこのような複合性である。
【００４５】
しかし、このような複合性が価値を有する。本明細書の要素は、ディジタル構成では些細なものである１次元の索引テーブルによってほとんど完全に記述されるように設計される。しかし、１９８９年米国特許のマトリックスとは異なり、同様な性能を有するアナログ・バージョンの設計は些細なものではない。
【００４６】
以下の節では、マトリックス要素の幾つかの異なるバージョンを対照する。最も古いものは、１９８９年米国特許からの要素である。これらの要素は、サラウンド・チャネルにおけるものではない、左、中央および右のチャネルにおける標準的な（ドルビー（登録商標））サラウンド・プロセッサの要素と同じものである。１９８９年米国特許の設計では、サラウンド・チャネルは中央チャネルに対して対称的に取扱われる。標準的な（ドルビー（登録商標））デコーダにおいては、サラウンド・チャネルは別様に取扱われる。
【００４７】
述べる要素は、つねに正しくスケールされるとはかぎらない。一般に、これら要素は、任意の所与のチャネルに対するゼロでないマトリックス要素の指向されない値が１であるように示される。実際には、これらの要素は通常、各要素の最大値が１以下であるようにスケールされる。いずれの場合も、最終的な製品においては、要素のスケーリングは較正手順において更に変更される。本明細書で示すマトリックス要素は、適切な定数によりスケール付け可能であると見なすことができる。
１０．１９８９年米国特許における左前方マトリックス要素
ｃｓおよびｌｒがそれぞれ中央／サラウンドおよび左／右の軸における度単位の指向方向であるとする。
【００４８】
１９８９年の米国特許において、前方マトリックス要素に対する式は式（３ａ）、（３ｂ）、（３ｃ）、（３ｄ）、（３ｅ）、（３ｆ）、（３ｇ）、および（３ｈ）に従って定義される。
【００４９】
左前方象限では、
LFL＝1-0.5*G(cs)+0.41*G(lr)                 （３ａ）
LFR＝-0.5*G(cs) （３ｂ）
右前方象限では、
LFL＝1-0.5*G(cs) （３ｃ）
LFR＝-0.5*G(cs) （３ｄ）
左後方象限（ｃｓは負である）では、
LFL＝1-0.5*G(cs)+0.41*G(lr) （３ｅ）
LFR＝-0.5*G(cs) （３ｆ）
右後方象限では、
LFL＝1-0.5*G(cs) （３ｇ）
LFR＝-0.5*G(cs) （３ｈ）
関数Ｇ（ｘ）は、１９８９年米国特許において実験的に決定され、１９９２年米国特許においては数学的に規定された。Ｇ（ｘ）は、ｘが０から４５度まで変化するとき０から１へ変化する。指向が左前方象限（ｌｒおよびｃｓがともに正である）にあるとき、Ｇ（ｘ）は１−｜ｒ｜／｜ｌ｜に等しく、ここで｜ｒ｜および｜ｌ｜は左右の入力振幅である。Ｇ（ｘ）はまた、色々な数式を用いて指向角度に関して記述することができる。これら数式の１つは１９９２年米国特許において示され、別の数式は本明細書において後で示される。ｌｒ軸およびｃｓ軸に対して３次元でプロットされたＬＦＬおよびＬＦＲのマトリックス要素のグラフについては図５および図６で示す。
【００５０】
文献［１］において、これらのマトリックス要素は、指向されない素材のラウドネスが指向方向の如何に拘わらず一定でなければならないという要件を加えることにより改善された。このことは、数学的には、ＬＦＬおよびＬＦＲのマトリックス要素の平均２乗平方根の和が一定でなければならないことを意味する。この目標は指向の方向において変更されるべきであり、これは、指向が全左方であるときこれらマトリックス要素の平方和が３ｄＢだけ増加すべきであることを意味する。図７は、これらのマトリックス要素の平方和を示し、上記マトリックス要素が一定のラウドネスの要件を満たさないことを示している。図７において、この値は指向されない位置から右へ軸に沿った０．７１で一定である。指向されない位置から左へ軸に沿った値は１まで３ｄＢ増加し、指向されない位置から中央あるいは指向されない位置から後方へ軸に沿った値は０．５まで３ｄＢだけ低減する。指向されない位置から後方へ軸に沿った値は、左におけるピークによって隠される。後方向のレベルは、中央方向におけるレベルに等しい。
【００５１】
１９９６年１１月米国特許出願および文献［１］において、正弦および余弦によりマトリックス式における関数Ｇ（ｘ）を置換することにより、図７における振幅誤差を補正した。図８は、式（４ａ）ないし式（４ｈ）により以下に記述された補正要素ＬＦＬおよびＬＦＲの平方和のグラフを示す。
【００５２】
面の全右半部における一定の値０．７１が左の頂点に向けて１まで増加することに注目されたい。左前方象限については、
LFL＝cos(cs)+0.41*G(lr) （４ａ）
LFR＝-sin(cs) （４ｂ）
右前方象限については、
LFL＝cos(cs) （４ｃ）
LFR＝-sin(cs) （４ｄ）
左後方象限については、
LFL＝cos(-cs)+0.41*G(lr) （４ｅ）
LFR＝sin(-cs) （４ｆ）
右後方象限については、
LFL＝cos(-cs) （４ｇ）
LFR＝sin(-cs) （４ｈ）
１１．左前方マトリックス要素に対する改善
前方へパンされたステレオ音楽によってマトリックス要素の演奏を改善するため、およびステレオ音楽が後方へパンされたとき前方チャネルと後方チャネル間のセパレーションを増すために、それぞれ、前方ではｃｓ軸に沿って更なるブーストを付加し、後方においてはｃｓ軸に沿ってカットを付加した（「１９９７年３月バージョン」）。しかし、これらのマトリックス要素間の基本的な関数の依存性は保持したセパレーション。
【００５３】
前方左象限については、
LFL＝(cos(cs)+0.41*G(lr))*boost1(cs) （５ａ）
LFR＝(-sin(cs))*boost1(cs) （５ｂ）
右前方象限については、
LFL＝(cos(cs))*boost1(cs) （５ｃ）
LFR＝(-sin(cs))*boost1(cs) （５ｄ）
左後方象限については、
LFL＝(cos(-cs))+0.41*G(lr))/boost1(cs) （５ｅ）
LFR＝(sin(cs))/boost(cs) （５ｆ）
右後方象限については、
LFL＝(cos(cs))/boost(cs) （５ｇ）
LFR＝(sin(cs))/boost(cs) （５ｈ）
ここで、関数Ｇ（ｘ）は、１９８９年米国特許における関数と同じものである。入力として角度で表わされるとき、Ｇ（ｘ）は下式に等しい。
【００５４】
G(x)＝1-tan(45-x) （６）
１９９７年３月の回路では、関数ｂｏｏｓｔ１（ｃｓ）は、最初の２２．５度の指向にわたり印加される３ｄＢの線形ブーストであり、次の２２．５度の指向では０ｄＢまで再び低減する。Ｂｏｏｓｔ１（ｃｓ）は、下記のマトラブ・コードのｃｏｒｒ（ｘ）により示される（コメント行はパーセント記号％が先頭にある）。
【００５５】
％２２．５度で＋３ｄＢのブースト関数を計算、
％ｃｏｒｒ（ｘ）を３ｄＢに上昇して保持する、ｃｏｒｒｌ（ｘ）を上昇しその後に再度下降する
ｆｏｒｘ＝１：２４；％ｘは０から２３度を表す１から２４の値をもつ
ｃｏｒｒ（ｘ）＝１０∧（３＊（ｘ−１）／（２３＊２０））；％３ｄＢに上昇しこの範囲を越える
ｃｏｒｒｌ（ｘ）＝ｃｏｒｒ（ｘ）；
ｅｎｄ
ｆｏｒ  ｘ＝２５：４６％ｃｏｒｒｌに対して下降このレンジ２４から２５度を越える
ｃｏｒｒ（ｘ）＝１．４１：
ｃｏｒｒｌ（ｘ）＝ｃｏｒ（４８−ｘ）；
ｅｎｄ
図９は、式（５ａ）ないし（５ｈ）から結果として得るＬＦＬのプロットを示す。指向が中央に向けて移動するときブーストがともにｌｒ＝０軸および左から中央の境界に沿って印加されることに注目されたい。また、指向が後方へ移動するときのレベルにおける低下にも注目されたい。
【００５６】
１９９７年３月の回路の性能は改善することができる。１９９７年３月バージョンが伴う第１の問題は、左および中央間と右および中央間との境界に沿った指向の挙動にある。図９で示した通り、強い１つの信号が左から中央へパンするとき、ＬＦＬマトリックス要素の値が左および中央間の最大半分まで増加する。このような増加は、中央信号がステレオ音楽に加えられるとき、左および右の主出力に対するレベルにおける計画的な増加の意図しない結果である。
【００５７】
ステレオ信号が前方へパンされるとき、これら出力からの相関成分のマトリックスによる除去を補償するため左右の前方出力がレベルにおいて増加することが望ましい。しかし、このレベルの増加は、入力のｌｒ成分が最小であるとき、（左あるいは右の正味の指向がないとき）にのみ生じるべきである。したがって、ブーストは、ｌｒ＝０軸に沿ってのみ必要である。ｌｒがゼロでないとき、マトリックス要素はブーストされるべきでない。
１９９７年３月の回路で実現された増加は、ｌｒには依存せず、したがって強い信号が境界に跨がってパンされたときレベルの増加を結果として生じた。
【００５８】
この問題は、マトリックス要素に対して、掛算の代わりに、加算項を用いることにより解決することができる。下記のマトラブ・コードにより境界制限ｃｓ値である新たな指向指数を定義する。
【００５９】
ｌｒおよびｃｓの両方が＞０であること、─即ち、左前方象限にあるものとする（ｃｓおよびｌｒが１から４６まで変化するマトラブ規約に従うものとする）
【００６０】
【数１】
2004507904.tif 000001
【００６１】
ｃｓ＜２２．５およびｌｒ＝０（マトラブ規約では、ｃｓ＜２４およびｌｒ＝１）であるならば、ｂｃｓはｃｓに等しい。しかし、ｌｒが増加すると、ｂｃｓはゼロに低減する。ｃｓ＞２２．５ならば、ｌｒが増加するときｂｃｓもまた低減する。
【００６２】
次に、必要な補正関数を見出すために、ｌｒ＝０軸に沿った、ブーストされたマトリックス要素とブーストされないマトリックス要素との間の差異を見出す。この差異をｃｏｓ＿ｔｂｌ＿ｐｌｕｓおよびｓｉｎ＿ｔｂｌ＿ｐｌｕｓと呼ぶ。マトラブ・コードを用いて、
【００６３】
【数２】
2004507904.tif 000002
【００６４】
ベクトルｓｉｎ＿ｔｂｌ＿ｐｌｕｓおよびｃｏｓ＿ｔｂｌ＿ｐｌｕｓは、平坦な正弦および余弦と、ブーストされた正弦および余弦との間の差異である。ＬＦＬおよびＬＦＲを以下の式に従って定義する。
【００６５】
LFL＝cos(cs)+0.41*G(lr)+cos＿tbl＿plus(bcs) （７ａ）
LFR＝-sin(cs)-sin＿tbl＿plus(bcs) （７ｂ）
前方右象限においてＬＦＬおよびＬＦＲは類似するが、＋０．４１＊Ｇ項は含まない。これらの新たな定義は、図１０のグラフに示されるマトリックス要素を導く。
【００６６】
図１０において、新たな要素が左から中央の境界に沿って、ならびに中央から右の境界に沿って適正な振幅を有することに注目されたい。
【００６７】
後方象限における指向もまた最適ではない。指向が後方へのものであるとき、上記マトリックス要素は下式により与えられる。
【００６８】
LFL＝cos＿tbl＿minus(-cs)+0.41*G(-cs) （８ａ）
LFR＝sin＿tbl＿minus(-cs) （８ｂ）
これらのマトリックス要素は、１９８９年の米国特許における要素とほとんど同じものである。強い信号が左から後方へパンする場合について考察しよう。１９８９年米国特許のマトリックス要素は、この信号が完全に後方に対するものである（ｃｓ＝−４５，ｌｒ＝０）ときにのみ、前方左出力からの出力の完全な打ち消しとなるように設計された。しかし、エンコードされた信号が左後方の方向に達する（ｃｓ＝−２２．５およびｌｒ＝２２．５）ときに左前方出力がゼロであることが望ましく、左前方出力は、信号が更に全後方へパンするときゼロのままであることが望ましい。１９９７年３月の回路において用いられたマトリックス要素は、信号が左後方位置へパンされるとき前方左チャネルにおける出力が結果として約−９ｄＢとなる。このレベル差は、マトリックスの優れた性能に対して充分なものであっても、これがあり得るほどは良好ではない。
【００６９】
性能は、左後方象限におけるＬＦＬおよびＬＦＲのマトリックス要素を変更することによって改善することができる。ここでは、マトリックス要素が左と後方間の境界に沿ってどのように変化するかが関心事である。前記境界に沿ったマトリックス要素の挙動を見出すため、文献［１］に示された数学的方法を用いることができる。ｔが０度（左方）から−２２．５度（左後方）へ変化するとき、左前方出力の振幅が関数Ｆ（ｔ）で低減するものと仮定すると、マトリックス要素は以下の式に従って定義される。
【００７０】
LFL＝cos(t)*F(t)-/+sin(t)*(sqrt(1-F(t)^2)) （９ａ）
LFR＝(sin(t)*F(t)+/-cos(t)*(sqrt(1-F(t)^2))) （９ｂ）
Ｆ（ｔ）＝ｃｏｓ（４＊ｔ）および正しい符号を選択するならば、式（９ａ）および（９ｂ）は簡約されて下式となる。
【００７１】
LFL＝cos(t)*cos(4*t)+sin(t)*sin(4*t) （９ｃ）
LFR＝(sin(t)*cos(4*t)-cos(t)*sin(4*t) （９ｄ）
これら係数ＬＦＬ（実線カーブ）とＬＦＲ（点線カーブ）のｔの関数としてプロットしたものは図１１に示す。マトラブ・コードでの全ての角度が整数であるため、中間における僅かな欠陥は２２．５度における点の欠如によるものである。
これらマトリックス要素は良好に働く。図１１に示した通り、ｔが０度から２２．５度まで変化するとき前方左出力がゼロまで平滑に低減される。しかし、指向が２２．５度から４５度（全後方）まで継続するとき出力がゼロに止まることが望ましい。境界のこの部分に沿って、ＬＦＬおよびＬＦＲは下記式に従って定義する。
ＬＦＬ＝-sin(t) （１０ａ）
ＬＦＲ＝cos(t)       （１０ｂ）
これらのマトリックス要素はｌｒ＝０の境界に沿ってマトリックス要素から遠くにあり、ここで、文献［１］では、この値は下記式に従って定義された。
ＬＦＬ＝cos(cs) （１０ｃ）
ＬＦＲ＝sin(cs) （１０ｄ）
であった。
【００７２】
これらのマトリックス要素が強い指向信号により適正に挙動するように設計され、ここで、ｃｓとｌｒの両方が最大値を持つ。ｌｒが略々ゼロである信号（後方へパンされたステレオ信号）である場合、以前のマトリックス要素は信号に対して良好であった。したがって、ｌｒおよびｃｓが境界に近づくとき早期のマトリックス要素をより新しいマトリックス要素へ平滑に変形する方法を必要とする。線形補間法を含むことができる。数が多くなると高価になる場合に特に有用な別の手法は、新たな変数としてｌｒおよびｃｓの最小値を定義することを含む。この手法の１つの例は以下のマトラブ・セグメントで示す。
【００７３】
【数３】
2004507904.tif 000003
【００７４】
そして、ｂｐに依存する新たな補正関数
【００７５】
【数４】
2004507904.tif 000004
【００７６】
次いで、ＬＦＬおよびＬＦＲを当該象限において下記式に従って定義する。
LFL＝cos(cs)/(cos(cs)+sin(cs))-front＿boundary＿tbl(bp)+0.41*G(lr)（１１ａ）
LFR＝sin(cs)/(cos(cs)+sin(cs))+front＿boundary＿tbl(bp) （１１ｂ）
ｃｏｓ（ｃｓ）＋ｓｉｎ（ｃｓ）の補正に注目されたい。ｃｏｓ（ｃｓ）をこの係数で除すと、関数１−０．５＊Ｇ（ｃｓ）を得るが、これは当該象限におけるドルビー（登録商標）マトリックスと同じものである。ｓｉｎ（ｃｓ）をこの係数で除すと、往時の関数＋０．５＊Ｇ（ｃｓ）を得る。
【００７７】
同様に、右後方象限においては、ＬＦＬおよびＬＦＲは以下の式に従って定義する。
LFL＝cos(cs)/(cos(cs)+sin(cs))＝1-0.5*G(cs) （１２ａ）
LFR＝sin(cs)/(cos(cs)+sin(cs))＝0.5*G(cs) （１２ｂ）
ＬＦＬおよびＬＦＲのグラフ表示については、それぞれ図１２および図１３に示す。
【００７８】
係数のグラフ左後方を示す図１２において、左後方の境界に沿った大きな補正がある。この大きな補正は、指向が左から左後方になるとき前方左出力をゼロにさせる。指向が全後方へ進むとき、この出力はゼロに止まる。ｌｒ＝０軸に沿ってかつ右後方象限においては、当該関数はドルビー（登録商標）マトリックスと同じである。
【００７９】
図１３において、左から後方の境界に大きなピークがある。これは、指向が左後方から全後方になるとき、ＬＦＬマトリックス要素に関して働いて前記境界に沿って前方出力をゼロに保持する。再び、ｌｒ＝０軸に沿って後方向にかつ後方右象限において、マトリックス要素はドルビー（登録商標）マトリックスと同じものである。
【００８０】
マトリックスの主な設計目標の１つは、任意の所与の出力において、デコーダの入力に存在した指向されない素材のラウドネスが同時に存在する指向信号の方向の如何に拘わらず一定でなければならないことである。前に説明したように、これは、指向方向の如何に拘わらず、各出力に対するマトリックス要素の平方和が１でなければならないことを意味する。しかし、前に説明したように、この要件は、問題の出力の方向に強い指向があるとき変更されねばならない。すなわち、左前方出力に関するならば、指向が全左になるときマトリックス要素の平方和が３ｄＢだけ増加しなければならない。上記のマトリックス要素もまた、指向がｌｒ＝０軸に沿って前後方向に移動するとき、前記要件をやや変更する。
【００８１】
図１４および図１５は、改変された設計に対するマトリックス要素の平方和の平方根のプロットを示す。
【００８２】
図１４において、結果として得る和の精度がより良く視覚化されるように、後方の象限における１／（ｓｉｎ（ｃｓ）＋ｃｏｓ（ｃｓ））の補正を削除した。図１５には、左方向における３ｄＢのピークと中央方向において信号が指向されない状態から２２．５度になるときのやや弱いピークがある。このピークは、半分前方の指向における左右の出力の慎重なブーストの結果である。他の象限では、設計の意図であった、ｒｍｓの和が１に非常に近いことに注目されたい。マトリックス要素を生じるため用いられる方法が近似するので、後方左象限における値は、１にそれほど近くない。しかし、それはかなり良好に整合する。
【００８３】
図１５において、右方へは指向されない（中間の）軸が値１を持ち、中央の頂点が値０．７１を持ち、後方の頂点が値０．５を持ち、左方の頂点が値１．４１を持つ。中央軸に対して中間に沿ったピークがあることに注目されたい。
１２．前方指向における後方マトリックス要素
標準的な較正手順の効果を示すために０．７１だけのスケーリングを導入した１９８９年米国特許における後方のマトリックス要素は、式（１３ａ）、（１３ｂ）、（１３ａ）および（１３ｃ）に従って定義する。
前方左象限については、
LRL＝0.71*(1-G(lr)) （１３ａ）
LRR＝0.71*(-1) （１３ｂ）
後方左象限については、
LRL＝0.71*(1-G(lr)+0.41*G(-cs)) （１３ｃ）
LRR＝-0.71*(1+0.41*G(-cs)) （１３ｄ）
（面の右半分が同じであるが、ＬＲＬおよびＬＲＲを切換える）
同様の較正後、ドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）における後方マトリックス要素は、式（１４ａ）、（１４ｂ）、（１４ｃ）、および（１４ｄ）に従って定義する。
前方左象限については、
LRL＝1-G(lr) （１４ａ）
LRR＝-1 （１４ｂ）
後方左象限については、
LRL＝1-G(lr) （１４ｃ）
LRR＝-1 （１４ｄ）
（面の右半分は同じであるが、ＬＲＬおよびＬＲＲを切換える）
ｃｓ＝−４５度であるとき、ドルビーの要素および１９８９年米国特許の要素が後方左象限において等しくなるように較正されることに注目されたい。
１３．ドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）におけるサラウンド・レベルの小さな逸脱
このドルビー（登録商標）要素は、後方においてブーストがｃｓに依存しないことを除けば１９８９年米国特許の要素に類似する。このような差異は、標準的な較正手順後に要素が指向されない信号に対して非常に異なる値を持つので、非常に重要である。一般に、このマトリックス要素の本明細書での記述はこれらのデコーダに対する較正手順を考察するものではなく、比較的任意のスケーリングを有する全てのマトリックス要素を得る。ほとんどの場合、要素はあたかも最大値１．４１を持つかのように提供される。実際に、技術的な理由から、マトリックス要素は全て１より小さい最大値を持つように最終的にスケールされる。更に、デコーダが最終的に使用に供されるときは、ラウドスピーカに対する各出力の利得が調整される。各出力からの利得をを調整するために、等しい音響出力を持つ４つの主な方向─左、中央、右およびサラウンドからエンコードされた信号が再生され、各出力の利得は音響出力が聴取位置において等しくなるまで調整される。このことは、実際には、デコーダの４つの出力が全指向の条件下で等しくなるように、マトリックス要素の実際のレベルがスケールされることを意味する。明らかに、このような較正を前述の後方要素に対する式に含めた。
【００８４】
前方に指向されあるいは指向されない条件における要素の３ｄＢの差は無意味ではない。指向されない条件においては、１９８９年の米国特許からの要素が値０．７１を持ち、要素の平方和は値１を有する。このことは、較正されたドルビー（登録商標）後方要素には妥当しない。ＬＲＬは指向されない値１を持ち、平方和は２であり、これは１９８９年米国特許の出力より３ｄＢ高い。マトリックスが指向されないときは、較正手順が「ドルビー（登録商標）サラウンド（登録商標）」パッシブ・マトリックスには対応しないマトリックスを生じる結果となることに注目されたい。ドルビー（登録商標）サラウンド（登録商標）パッシブ・マトリックスは、後方出力が０．７１＊（Ａin−Ｂin）の値を持たねばならず、ドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）のマトリックスはこのような仕様は満たさないことを規定する。結果として、入力ＡおよびＢが相関性のないとき後方出力が他の出力より３ｄＢ強くなる。後方出力を分担する２個のスピーカがあるならば、デコーダ入力が相関されないときは、各々が単一の後方スピーカより３ｄＢソフトになるように調整され、これが５個全てのスピーカに略々等しい音響出力を持たせる。１９８９年の米国特許からのマトリックス要素が用いられるとき、デコーダ入力が相関されないとき、同じ較正手順が３ｄＢ少ない後方からの音響出力を生じる結果となる。
【００８５】
入力が相関性のないときは、後方チャネルがどれだけの音量であるべきかの問題は好みの問題である。サラウンドエンコードレコーディングが演奏されるときは、レコーディングがミックスされるときプロジューサが聴いたバランスを再生するのが望ましいであろう。このようなバランスの達成は、組合せにおけるデコーダおよびエンコーダに対する設計目標である。しかし、標準的なステレオ素材の場合は、目標は、興趣があり耳障りでないサラウンドを生じながら元のレコーディングにおける出力バランスを再生することである。ドルビー（登録商標）マトリックス要素における問題は、従来の２チャネル・レコーディングにおける出力バランスがマトリックスに保存されないことであり、サラウンド・チャネルは強すぎ、中央チャネルは弱すぎる。
【００８６】
このような問題の重要性を知るために、デコーダに対する入力が、３つの成分、即ち相関されない左右の成分および別個の相関されない中央成分からなるときになにが生じるかを考察しよう。
【００８７】
Ain＝Lin−0.71*Cin （１５ａ）
Bin＝Rin+0.71*Cin （１５ｂ）
ＡinおよびＢinが従来のステレオ・システムにより演奏されるとき、室内の音響出力はＬin2＋Ｒin2＋Ｃin2に比例する。３つ全ての成分が略々等しい振幅を持つならば、中央成分の左に右を加えた成分に対する出力比は１：２となる。
【００８８】
ＬinおよびＲinに対するＣinの出力比の如何に拘わらず、デコーダがステレオと略々同じ出力比で音響出力を室内で再生するのが望ましいであろう。このことを数学的に表わすことができる。他の全てのマトリックス要素が所与のとおり用いられるならば、実質的に等しい出力比の要件がｃｓ軸に沿う中央マトリックスの関数形態を規定する。マトリックスが完全に指向されるとき、即ち標準的な較正より３ｄＢ少ないとき、後方の音響出力が他の３出力より３ｄＢ少ないように較正されたドルビー（登録商標）マトリックス要素を前提とすると、中央マトリックス要素は図１６に示される形状を持つべきである。標準的な較正に対して、同じことを行うことができ、図１７における結果となる。
【００８９】
図１６において、実線カーブは、デコーダ出力における出力比がステレオにおける出力比と同じであると仮定し、典型的に使用されるレベルよりも３ｄＢ低く較正された後方のドルビー（登録商標）マトリックス要素を使用するｃｓの関数として中央マトリックス要素の値を示す。点線カーブは、、プロ・ロジック（登録商標）内の中央マトリックス要素の実際の値を示す。実際の値が指向されない信号および完全に指向された信号に対して妥当な結果を生じるが、この実際の値は中間においては約１．５ｄＢ低い。
【００９０】
図１７において、実線カーブは、ステレオ出力に対する等しい出力比がドルビー（登録商標）プロ・ロジックにおいて実際に使用されるマトリックス要素と較正を生じると仮定する中央マトリックス要素の値を示し、点線カーブは、プロ・ロジックにおける中央マトリックス要素の実際の値を示す。実際の値はｃｓの全ての値に対して低すぎる３ｄＢより高いことに注目されたい。
【００９１】
これら２つの図は、ドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）システムにおける再現のため調製されるミックスがステレオでの再現のため調製されるミックスより多くの中央ラウドネスを必要とし得るとミックス技術者がしばしば気が付くなにかを示す。反対に、ドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）デコーダで再生されたときはステレオ再現のため調製されたミックスが音声の鮮明度を失うことになる。皮肉にも、これは受動ドルビー（登録商標）サラウンド（登録商標）デコーダでは真実でない。
１４．２つの独立的な後方出力の生成
１９８９年米国特許の要素とドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）デコーダの双方における主な問題は、１つの後方出力しかないことである。１９９２年米国特許が２つの独立的な側方出力を生成する方法を開示しており、１９９２年米国特許における数学的処理が文献［１］および１９９６年１１月米国特許出願の前方左象限の要素に包含されていた。当該象限における要素の目標は、同時に存在する指向されないＺＡＲに対する左後方チャネルからの一部の出力を維持しながら、左から中央へ指向される信号の出力を除去することであった。このような目標を達成するため、ＬＲＬマトリックス要素が下記の形態を持つものとした。
【００９２】
左前方象限については、
LRL＝1-GS(lr)-0.5*G(cs) （１６ａ）
LRR＝-0.5*G(cs)-G(lr) （１６ｂ）
これらのマトリックス要素は１９８９年米国特許の要素に非常に類似しているが、ＬＲＲにＧ（ｌｒ）項を、またＬＲＬにＧＳ項をさらに含んでいる。Ｇ（ｌｒ）は、デコーダのＢ入力チャネルからの信号を左後方出力へ追加し、指向された信号が除去されつつあるとき一部の指向されない信号出力を提供するため含まれた。次に、完全に指向された信号が左から中央へ移動するとき信号出力があってはならないという基準に従い、ＧＳ（ｌｒ）を決定した。ＧＳ（ｌｒ）に対する数式がＧ2（ｌｒ）と等しいと決定した。しかし、数式の更に複雑な表現が１９９２年米国特許に示される。この２つの表現は同じものとして示すことができる。
【００９３】
文献［１］においては、これらの要素は、自らを指向されない素材に対する一定のラウドネスに近づけるため（ｓｉｎ（ｃｓ）＋ｃｏｓ（ｃｓ））のブーストによって補正される。右前方象限においては全く良好であるが、かかる補正は左前方象限においてはそれほど良好ではない。図１８に示した通り、右前方象限に対しては、マトリックス要素は１９８９年米国特許におけるＬＲＬおよびＬＲＲの要素と同じである。
図１８において、前方左象限においては、中間から左の頂点に対する線に沿って３ｄＢの弛みがあり、左と中央間の境界に沿って略々３ｄＢのレベルにおけるブーストがある。後方象限における「山の範囲」については後で論述する。図１８で示したプロットでは、図２０に示した本発明に対する良好な対比を可能にするため、Ｖ１．１１における「ｔｖマトリックス」の補正が除去された。
【００９４】
音響出力における幾つかの問題を図１８に示す。例えば、ｃｓ＝０軸に沿った平方和に弛みがある。この弛みは、ＬＲＲにおけるＧ（ｌｒ）の関数形態が最適でないゆえに存在する。実際、Ｇ（ｌｒ）の選択は任意であり、この関数はデコーダの往時の設計に既に存在しており、アナログ回路におけるその実現は容易であった。
【００９５】
当該式に関数ＧＲ（ｌｒ）を含み、かつＬＲＬとＬＲＲの平方和をｃｓ＝０軸に沿って一定に保持し、かつ左と中央間の境界に沿って出力をゼロに保持するようにＧＳ（ｌｒ）およびＧＲ（ｌｒ）を選択することが望ましいであろう。また、マトリックス要素がｌｒ＝０軸に沿って右前方象限におけるマトリックス要素と同じものであることが望ましいであろう。下記のとおり、
LRL＝cos(cs)-GS(lr) （１７ａ）
LRR＝-sin(cs)-GR(lr) （１７ｂ）
平方和がｃｓ＝０軸に沿って１であるように、
【００９６】
(1-GS(lr))2+(GR(lr))2＝1 （１８）
かつ、出力が指向された信号に対してゼロであるように、即ち、ｔがゼロから４５度へ変化するように、
【００９７】
LRL*cos(t)+LRR*sin(t)＝0 （１９）
と仮定する。
ＧＲ（ｌｒ）およびＧＳ（ｌｒ）を解く場合、式１８および式１９は、めんどうな象限式を生じる結果となり、これは数学的に解かれ図１９で示される。意図した通り、図１９で示したＧＳおよびＧＲで得た値の使用は、ｃｓ＝０軸に沿った出力和に大きな改善をもたらす結果となる。しかし、左と中央間の境界に沿った平方和におけるピーク（図１８に示した）が残る。
【００９８】
実際の設計においては、このような誤差を補償することはおそらくはそれほど重要ではない。しかし、この補償はｌｒおよびｃｓに基づく新たな変数の組合せ（「ｘｙｍｉｎ」）に依存する係数により両方のマトリックス要素を除すことによって実施することができる。あるいは、いずれのマトリックス要素もｘｙｍｉｎの逆数で乗じることができる。例えば、マトラブ表記では、％ｘまたはｙの最小を見つける
ｘｙｍｉｎ＝ｘ；
ｉｆ（ｘｙｍｉｎ＞ｙ）
ｘｙｍｉｎ＝ｙ；
ｅｎｄ
ｉｆ（ｘｙｍｉｎ＞２３）
ｘｙｍｉｎ＝２３；
ｅｎｄ
％は、ｘｙｍｉｎがゼロから２２．５度まで変化することを示す。
【００９９】
ｘｙｍｉｎを用いて境界に沿ったマトリックス要素に対する補正を知ることができる。
【０１００】
前方左象限においては、
LRL＝(cos(cs)-GS(lr))/(1+0.29*sin(4*xymin)) （２０ａ）
LRR＝(-sin(cs)-GR(lr))/(1+0.29*sin(4*xymin)) （２０ｂ）
前方右象限においては、
LRL＝cos(cs) （２０ｃ）
LRR＝-sin(cs) （２０ｄ）
文献［２］においては、これらの要素も「ｔｖマトリックス」補正により乗じられる。図２０は、「ｔｖマトリックス」補正を行わないマトリックス要素を示す。「ｔｖマトリックス」補正は、マトリックスに後続する周波数依存回路によって処理されるものであり、後で記述する。
【０１０１】
図２０で示した通り、平方和は１に近くかつ後方におけるレベルの意図的な増加を除いて連続的である。
１５．後方指向における後方マトリックス要素
１９９２年の米国特許に示された後方マトリックス要素は、５チャネル・デコーダには適さず、したがって実践的に修正され得る。文献［１］および１９９６年１１月米国特許出願は、左後方象限の境界に沿ってこれら要素を得る数学的方法が示された。当該方法は、境界に沿っては働くが、ｌｒ＝０軸に沿って、かつｃｓ＝０軸に沿って不連続を生じる結果となった。、これらの不連続は、マトリックス要素に対する更なる補正によってほとんど修復され、これが指向の境界に沿って当該マトリックス要素の挙動を保持した。
【０１０２】
これらの不連続もまた補間法によって補正された。最初の補間がＬＲＬに対するｃｓ＝０の境界に沿って不連続を固定する。この補間法は、ｃｓがゼロであるときＬＲＬの値をＧＳ（ｌｒ）の値に一致させ、またｃｓが後方に向けて負の方向に増加するとき、ＬＲＬの値を前の一致により与えられる値へ平滑に増加させる。第２の補間法は、ＬＲＲの値をｃｓ＝０軸に沿ってＧＲ（ｌｒ）の値と一致させる。
１６．右から右後方への後方指向における左側方／後方出力
指向が中立であるか全右および右後方間のどこかであるときのＬＲＬおよびＬＲＲのマトリックス要素について考察しよう。（ｌｒは０度から−４５度まで変化し得、ｃｓは０度から−２２．５度まで変化し得る。）
【０１０３】
これらの条件下では、入力の指向成分は左出力から除去されねばならず、これは指向が右または右後方に対するときに後方左チャネルから出力があってはならないことを意味する。
【０１０４】
１９９２年米国特許に記載されたマトリックス要素は当該目標を達成し、指向されないラウドネスに対するｓｉｎ（ｃｓ）＋ｃｏｓ（ｃｓ）の補正を付加した４チャネル・デコーダにおける後方マトリックス要素と実質的に同じものである。したがって、マトリックス要素は単純な正弦および余弦であり、以下の式に従って定義される。即ち、
LRL＝cos(-cs)＝sri(-cs) （２１ａ）
LRR＝sin(-cs)＝sric(-cs) （２１ｂ）
ｓｒｉｃ（ｘ）は、０度から２２．５度までの範囲の値にわたるｓｉｎ（ｘ）に等しく、ｓｒｉ（ｘ）は、ｃｏｓ（ｘ）に等しい。これらの関数はまた、左の指向における左後方のマトリックス要素の定義に用いることになろう。
１７．右後方から後方への後方指向における左側方／後方出力
ｃｓが−２２．５度より大きくなるとき（ｃｓは−２２．５から−４５までの間で変化する）の同じマトリックス要素について考察しよう。文献［１］、１９９６年７月米国特許出願、および１９９６年１１月米国特許出願において述べたように、ＬＲＬは前記範囲にわたって１以上に増加すべきであり、ＬＲＲはゼロに低減すべきである。簡単な関数がこれらの要件を満たす。
【０１０５】
LRL＝(cos(45+cs)+rboost(-cs))＝(sri(-cs)+rboost(-cs))    （２２ａ）
LRR＝sin(45+cs)＝sric(-cs) （２２ｂ）
ここで、ｒｂｏｏｓｔ（ｃｓ）は、文献［１］および１９９６年１１月米国特許出願において定義され、ｒｂｏｏｓｔ（ｃｓ）が０＞ｃｓ＞−２２．５に対してゼロであることを除いて、往時のマトリックス要素における関数０．４１＊Ｇ（ｃｓ）に非常に近く、またｃｓが−２２．５度から−４５度へ変化するときゼロから０．４１まで変化する。ｒｂｏｏｓｔ（ｃｓ）の正確な関数形態は、音響が左後方から全後方へパンされるとき後方出力のラウドネスを一定に保持する要求によって決定される。
【０１０６】
右指向の間における左後方マトリックス要素がこの時完了する。
１８．左から左後方への指向における左後方要素
ＬＲＬおよびＬＲＲのマトリックス要素の挙動は、複雑である。ｌｒが４５度から２２．５度まであるいはゼロ度まで低減するとき、ＬＲＬ要素はゼロから略々最大値まで急速に増加する。文献［１］に示されたマトリックス要素はこの要件を満たすが、先に示したように、ｃｓ＝０の境界における連続による問題がある。
【０１０７】
連続の問題に対する１つの解決法では、１つの変数と幾つかの条件項の関数を用いる。文献［１］においては、境界の前方側（ｃｓ≧０）ではＬＲＬマトリックス要素がＧＳ（ｌｒ）により与えられるので、ｃｓ＝０の境界における問題が生じる。境界の後方側（ｃｓ＜０）では、文献［１］により示された関数は同じ終端点を持つが、ｌｒがゼロあるいは４５度でないときは異なる。
【０１０８】
文献［１］における数学的方法は、範囲２２．５＜ｌｒ＜４５の範囲にわたる左後方マトリックス要素に対する下式を提供する（文献［１］では、ｔ＝４５−ｌｒであることを想起されたい）。
【０１０９】
LRL＝cos(45-lr)*sin(4*(45-lr))-sin(45-lr)*cos(4*(45-lr))
＝sra(lr) （２３ａ）
LRR＝-(sin(45-lr)*sin(4*(45-lr))+cos(45-lr)*cos(4*(45-lr)))＝-srac(lr) （２３ｂ）
ここで、ｓｒａ（ｌｒ）およびｓｒａｃ（ｌｒ）はこの範囲にわたって定義された２つの新たな関数である。
【０１１０】
ｃｓ≧２２．５ならば、ｌｒは依然として０から４５まで変化し得る。文献［１］は、ＬＲＬおよびＬＲＲをそれぞれ下式のように定義する（ｌｒの範囲が０＜ｌｒ＜２２．５であるとき、文献［１］における図６参照）。
【０１１１】
LRL＝cos(lr)＝sra(lr) （２３ｃ）
LRR＝-sin(lr)＝-srac(lr) （２３ｄ）
これは、２つの関数ｓｒａ（ｘ）およびｓｒａｃ（ｘ）を０＜ｌｒ＜４５に対して定義する。
【０１１２】
１９．  １９９７年３月バージョン
１９９７年３月バージョンには、２つの不連続がある。ｃｓ＝０の境界に沿って、後方のＬＲＲは、ｃｓ＝０の境界に沿ってＬＲＲ＝−Ｇ（ｌｒ）を示す前方向に対してのＬＲＲと整合する必要がある。
【０１１３】
０ないし１５度の値の範囲にわたってのｃｓに基づく計算的には幾らか強調的な補間を用いてＬＲＲを補正する。ｃｓがゼロのときに、Ｇ（ｌｒ）を用いてＬＲＲを見出し、ｃｓが１５度に増加し、ｓｒａｃ（ｌｒ）の値にＬＲＲを補間する。
【０１１４】
また、ｌｒ＝０の軸に沿っての不連続の可能性もある。この不連続は、新しい変数（「ｃｓ＿ｂｏｕｎｄｅｄ」）を用いて求めた項をＬＲＲに付加することにより、幾らか修正された。修正項は、単にｓｒｉｃ（ｃｓ＿ｂｏｕｎｄｅｄ）になる。これは、ｌｒ＝０の軸を横切っての連続性を保証する。
【０１１５】
ｃｓ＿ｂｏｕｎｄｅｄを以下のＭａｔｌａｂ（マトラブ）記数法に従って定めることができる。
【０１１６】
【数５】
2004507904.tif 000005
【０１１７】
２０．  本発明において実施されたＬＲＬ
本発明において、ＬＲＬは、ＬＲＲで使用したものと同様に補間法を用いて計算される。マトラブ記数法では以下のようである。
【０１１８】
【数６】
2004507904.tif 000006
【０１１９】
２１．  左後方から完全な後方への指向の間の後方出力
指向が左後方から完全な後方へと進むと、要素は、参照文献［１］に示されたものに従うが、後方音量に対しての修正が付加される。マトラブ記数法では以下のようである。
【０１２０】
【数７】
2004507904.tif 000007
【０１２１】
これにより、左指向の間に、ＬＲＬおよびＬＲＲのマトリックス要素が完成される。右指向に対する値は、定義における左と右とを交換することによって求めることができる。
【０１２２】
２２．  中央マトリックス要素
１９８９年米国特許およびドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）（Ｄｏｌｂｙ  Ｐｒｏ−Ｌｏｇｉｃ）の両方が、式（２４ａ）、（２４ｂ）、（２４ｃ）、および（２４ｄ）で定義された中央マトリックス要素を有する。
【０１２３】
前方指向に対しては以下のようである。
【０１２４】
【数８】
2004507904.tif 000008
【０１２５】
後方指向に対しては以下のようである。
【０１２６】
【数９】
2004507904.tif 000009
【０１２７】
マトリックス要素は、左右軸について対称であるので、右指向に対するＣＬおよびＣＲの値は、ＣＬとＣＲとを交換することにより求めることができる。図２１は、ＣＬの図式表現を示す。
【０１２８】
図２１において、グラフの中間、および右および後方の頂点の値は１であり、中央の頂点の値は１．４１である。実際には、この要素は最大値が１であるようにスケーリングされている。
【０１２９】
１９９６年１１月米国特許出願および参照文献［１］において、これらの要素は式（２５ａ）および（２５ｂ）に従って正弦および余弦により定義する。
【０１３０】
前方指向に対しては以下のようである。
【０１３１】
【数１０】
2004507904.tif 000010
【０１３２】
しかし、１９９７年３月バージョンは１９８９年米国特許で定義した要素を使用したが、異なるスケーリングおよびＧ（ｃｓ）と異なるブースト関数を用いている。中央出力の指向されないレベルを低減させることが重要であり、ドルビー（登録商標）プロ−ロジック（登録商標）のレベルよりも４．５ｄＢ小さい値を選択し、ブースト関数（０．４１＊Ｇ（ｃｓ））は、ｃｓが中央方向に増加するにつれてドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）で使用した値に戻すようにマトリックス要素の値を増加するように、変更された。１９９７年３月バージョンにおけるブースト関数は、傾聴テストを通じて発見的に選択された。
【０１３３】
１９９７年３月バージョンにおいて、ｃｓのブースト関数は、以前のように、０から開始し、ｃｓが０から２２．５度になるにつれて、ＣＬおよびＣＲが４．５ｄＢ増加するように、ｃｓとともに増加する。ＣＬおよびＣＲの増加は、ｃｓにおける各ｄＢの増加に対して定数（ｄＢ）である。次に、ブースト関数は、次の２０度において、マトリックス要素が更に３ｄＢ増加し、それから一定を保つ様式で、勾配を変化させる。即ち、指向が「ハーフ・フロント（半前方）」（８ｄＢまたは２３度）であるときに、新しいマトリックス要素は、古いマトリックス要素のニュートラル値に等しい。指向が前方に進み続けると、新しいマトリックス要素と古いマトリックス要素とは等しくなる。したがって、中央チャネルの出力は、ニュートラルに指向されたときには、古い出力よりも４．５ｄＢ少ないが、指向が完全に中央に指向されたときには、古い値へと増加する。図２２は、ＣＬマトリックス要素の３次元の図を示す。
【０１３４】
このプロットにおいて、中間値および右および後方の頂点が４．５ｄＢ低減されている。更に、ｃｓが増加すると、中央が２つの勾配において１．４１の値に増加する。
【０１３５】
しかし、１９９７年３月バージョンで使用された中央要素は最適ではない。ポピュラー音楽レコーディングおよび映画における会話の中央部分は、ステレオ（２チャネル）再生とマトリックスを使用する再生との間での切り替えを行ったときに失われる傾向があることが、実際におけるデコーダを用いての多くの経験により示されている。更に、中央チャネルのレベルが変化すると、前方スピーカから等距離にない傾聴者は、中央音声の見かけ位置の移動に気づくことができる。この問題は、ここに呈示される新しい中央マトリックス要素が開発されたので更に分析された。信号が境界に沿って左から中央へまたは右から中央へパンするときには、問題がある。１９９６年１１月米国特許出願のマトリックス要素は、パンがその途中でなされているときに、中央スピーカからの出力を低くしすぎる結果となる。
【０１３６】
２３．  新設計における中央チャネル
指向が正面へ向かっているが左へも右へもバイアスされていないときにはいつでも、強く指向された信号を、マトリックス技術を用いて中央チャネル出力から除去することが可能であるが、中央チャネルは、幾らかの利得要因とともにＡ入力とＢ入力との合計を再生しなければならない。言い換えると、相関していない左と右の素材を中央チャネルから除去することは可能ではない。唯一できることは、中央スピーカの音量を調節することである。
【０１３７】
中央スピーカの音量は、左および右の主出力の性質に依存する。ＬＦＬおよびＬＦＲに対しての上述のマトリックスの値は、指向が前方へ動くときの入力信号の中央コンポーネントを除去するように設計されている。ステレオ幅制御のように、混ミクサを用いて入力信号が前方向から来るようにエンコードされている場合に、上述（１９８９年米国特許の要素、参照文献［１］、１９９７年３月バージョン、およびこの明細書の最初の方で呈示したもの）のマトリックス要素が完全に元のセパレーションに修復することを、示すことができる。
【０１３８】
しかし、デコーダへの入力が、関連していない中央チャネルが付加されている、相関していない左チャネルと右チャネルとから構成されることができる。例えば、入力チャネルは下記式に従って定義することができる。
【０１３９】
【数１１】
2004507904.tif 000011
【０１４０】
この場合には、ＣinのレベルがＬinおよびＲinに相対的に増加すると、デコーダのＬおよびＲの前方出力のＣコンポーネントは、ＣinがＬinおよびＲinと比較して大きくない限り、完全に除去されない。一般に、ＣinのビットがＬおよびＲの前方出力内に残る。しかし、傾聴者は何を聞き取るであろうか。
【０１４１】
傾聴者が左スピーカ、右スピーカ、および中央スピーカから正確に等距離にいるかに依存して、傾聴者が聞き取るものを計算する２つの方法がある。傾聴者が左、右および中央のスピーカから等距離にある場合には、傾聴者は、各スピーカからの音圧の合計されたものを聞き取る。これは、３つの前方出力の合計に等しい。傾聴者がこの位置にいる場合、左スピーカおよび右スピーカの中央コンポーネントが削減されると、中央スピーカの振幅に関わらずに、結果として中央コンポーネントからの音圧が残留損失を生じる。中央コンポーネントからの音圧の正味の損失は、Ａ入力とＢ入力の合計から中央スピーカに信号を得る結果である。したがって、中央スピーカの信号の振幅が上げられると、Ｌin信号およびＲin信号の振幅は、Ｃin信号の振幅に伴って上昇せねばならない。
【０１４２】
しかし、傾聴者が各スピーカから等距離にない場合には、傾聴者は、各スピーカからの音出力の合計を聞き取るようになる傾向があり、これは３つの前方出力の平方の合計と等しい。実際、詳細に傾聴することにより、実際、各スピーカからの音出力の合計が実際に重要であることが示されている。したがって、後方出力を含むデコーダの全ての出力の平方の合計を考慮しなければならない。
【０１４３】
マトリックスを、ステレオ再生とマトリックス再生との間での切り替えのときにＬin、Ｒin、およびＣinの振幅の比率を保つように設計するには、中央出力からのＣinコンポーネントの音出力が、左出力および右出力からのＣinコンポーネントの音出力における削減、および後方出力におけるＣinコンポーネントの音出力の削減に正確に比例して上昇せねばならない。更なる複雑さは、３ｄＢまでのレベル・ブーストが左および右の前方出力に印加されたことによる（上述）。
このレベル・ブーストのために、中央スピーカは、幾らか音量を多くして比率を一定に保つことが必要である。この要求は、音出力に対しての１組の式として表すことができる。これらの式を使用して、中央スピーカの音量を増加するのに使用することができる利得関数を決定することができる。
【０１４４】
図２３の実線カーブは、指向が前方に向かって増加したときに、入力信号の中央コンポーネントのエネルギを前方の３つのチャネルにおいて保つのに必要とされる中央利得を示す。図２４の点線カーブは標準のデコーダの利得を示す。実線カーブで示す通り、中央チャネルのレベルは、指向値のｄＢ当たりの振幅の多大な振幅ｄＢ分の急激な増大を必要とする。
【０１４５】
前述のように、この問題の２つの解決法がある。１つの解決法は、完全に数学的ではない「フィルム（映画）」解決法である。図２３に示す関数の上昇は急激すぎた。中央チャネルのレベルの変化が明瞭すぎた。そのため、中央の出力が理想よりも約１ｄＢ少ないように要求される出力を少し緩めた。緩めた要求される出力を使用して図２４の実線で示す中央の値を再計算することができる。実際、図２４の破線で示した通り、線形的上昇をカーブの初期部分と置換することができる。これらの中央値により、フィルムに対して優れた結果を得た。図２４の実線で示したカーブが急激に上昇しすぎているため、破線で示した線形的勾配の方がより良く作用する。
【０１４６】
対照的に、音楽は別の解決法を必要とする。以前にＬＦＬおよびＬＦＲに対して与えられたマトリックス要素を使用すると、図２３および図２４に示す中央の減衰が得られた。しかし、異なる要素を使用したとすればどうだろうか。特定的には、中央コンポーネントを左前方出力および右前方出力から積極的に除去する必要があるのだろうか。
【０１４７】
傾聴テストは、以前の左および右の前方マトリックス要素が、音楽の再生の間の中央コンポーネントの除去に不必要に積極的であることを示している。音響学的には必要ない。左および右の前方から除去されたエネルギは、中央のラウドスピーカに与えられる必要がある。しかし、このエネルギを除去しなければ、それは左および右の前方スピーカから出され、したがって中央スピーカを強くする必要はなく、室内の音出力は同じままである。この工夫は、丁度十分なエネルギを中央スピーカに与えて、軸から外れた傾聴者に対して納得のいく前方イメージを生成しつつ、前方左スピーカおよび前方右スピーカから等距離にある傾聴者に対するステレオ幅の削減を最少化することである。
【０１４８】
１９９６年１１月米国出願で説明したように、試行錯誤により、最適の中央音量を見つけることができる。次に、室内におけるＣinコンポーネントの出力を保つために前方左および前方右に必要なマトリックス要素を決定することができる。以前のように、中央チャネルのレベルが、１９８９年米国特許で開示のデコーダのレベルより４．５ｄＢ下に低減される（総減衰−７．５ｄＢ、これは約０．４２である）と仮定する。中央に対するマトリックス要素は、この係数により乗算することができ、新しい中央ブースト関数（ＧＣ）は以下のように定義できる。
【０１４９】
前方指向に対しては以下のようである。
【０１５０】
【数１２】
2004507904.tif 000012
【０１５１】
後方指向に対しては以下のようである。
【０１５２】
【数１３】
2004507904.tif 000013
【０１５３】
幾つかの関数をＧＣ（ｃｓ）に対して試みた。以下に示した関数は最適ではないかもしれないが、十分であるように思える。この関数は、度で表した角度ｃｓに関して指定されたものであり、試行錯誤により得られたものである。
【０１５４】
ＭＡＴＬＡＢ記数法では以下のようである。
【０１５５】
【数１４】
2004507904.tif 000014
【０１５６】
関数（０．４２＋ＧＣ（ｃｓ））を図２５に示す。値０．４２（ドルビー（登録商標）サラウンド（登録商標）よりも４．５ｄＢ低い）からの速い上昇に、緩やかな上昇が続き、最終的に、値１への急な上昇が続くことに留意されたい。
【０１５７】
ＬＦＬ、ＬＲＬおよびＬＲＲに対しての関数を仮定した場合に、ＬＦＲに対して必要とされる関数を決定することができる。これは、左出力および右出力におけるＣinコンポーネントが減少するレートを決定し、次に、その減少のレートを提供するマトリックス要素を設計することを含む。これらのマトリックス要素はまた、ＬinコンポーネントおよびＲinコンポーネントの幾らかのブーストを提供すべきであり、かつ、左から中央の境界および右から中央の境界において現在の形状を有するべきである。
【０１５８】
ここでは以下のように仮定する。
【０１５９】
【数１５】
2004507904.tif 000015
【０１６０】
前方左および前方右からの出力は以下のように計算できる。
【０１６１】
【数１６】
2004507904.tif 000016
【０１６２】
中央からの出力は以下のようである。
【０１６３】
【数１７】
2004507904.tif 000017
【０１６４】
後方からの出力は、使用するマトリックス要素に依存する。後方チャネルは前方指向の間に３ｄＢ減衰され、ＬＲＬはｃｏｓ（ｃｓ）であり、ＬＲＲはｓｉｎ（ｃｓ）であると仮定する。１つのスピーカからは以下のようである。
【０１６５】
【数１８】
2004507904.tif 000018
【０１６６】
Ｌin2≒Ｒin2であると仮定すると、２つのスピーカに対して以下のようである。
【０１６７】
【数１９】
2004507904.tif 000019
【０１６８】
３つの全てのスピーカからの合計出力は、ＰＬＲ＋ＰＣ＋ＰＲＥＡＲである。
【０１６９】
【数２０】
2004507904.tif 000020
【０１７０】
Ｃin出力の、ＬinおよびＲin出力に対する比率は以下のようである（Ｌin2＝Ｒin2であると仮定）。
【０１７１】
【数２１】
2004507904.tif 000021
【０１７２】
通常のステレオに対しては、ＧＣ＝０、ＧＰ＝１、ＧＦ＝０である。したがって、中央対ＬＲ出力比は以下のようである。
【０１７３】
【数２２】
2004507904.tif 000022
【０１７４】
アクティブ・マトリックスに対するＣin2／Ｌin2の値に拘わらずこの比が一定である場合、
【０１７５】
【数２３】
2004507904.tif 000023
【０１７６】
上記の方程式は数値的に解くことができる。ＧＣを上記のように、そしてＧＰ＝ＬＦＬを前のように仮定すると、その結果は図２６に示すようになる。
【０１７７】
図２６において、実線カーブは、新しい「音楽」中央減衰ＧＣを有する一定のエネルギ比にとって必要なＧＦである。破線カーブは、１９９７年３月バージョンのＬＦＲ要素（ｓｉｎ（ｃｓ）*ｃｏｒｒ１）である。点線カーブは、補正項ｃｏｒｒ１なしのＬＦＲ要素であるｓｉｎ（ｃｓ）である。ＧＦは、ｃｓが３０度に達するまでゼロに近く、次いで急に増大することに注目されたい。実際にｃｓの値を約３３度に制限することが最良である。実際に、これらのカーブから導出されたＬＦＲ要素は負の符号を有する。
【０１７８】
ｃｓがゼロから中央まで増大するにつれ、ＧＦはｌｒ＝０軸に沿ったＬＦＲマトリックス要素の形状を与える。この振る舞いを先のＬＦＲ要素の振る舞いに混合する方法が必要であり、それは左と中央との間並びに右から中央までの境界に沿って保存されねばならない。ｃｓ≦２２．５度のときこれを行う方法は、ＧＦとｓｉｎ（ｃｓ）との間の差関数を定義することである。次いで、この関数を種々の方法で制限することができる。マトラブ（Ｍａｔｌａｂ）の表記法においては次のとおりである。
【０１７９】
【数２４】
2004507904.tif 000024
【０１８０】
ＬＦＲ要素は、ここにマトラブの表記法で次のとおり書くことができる。
【０１８１】
【数２５】
2004507904.tif 000025
【０１８２】
ｇｆ＿ｄｉｆｆの符号が上記の方程式で正であることに注目されたい。こうして、図２７で示した通り、ｇｆ＿ｄｉｆｆはｓｉｎ（ｃｓ）の値をキャンセルし、要素の値をｌｒ＝０軸の第１の部分に沿ってゼロに低減する。
【０１８３】
図２７において、ｃｓは〜３０度へｌｒ＝０軸に沿って増大するにつれ、値が平面の中間においてゼロであり（ここで指向はない）、そしてゼロのままである。次いで、値は、左から中央まで及び右から中央までの境界に沿って先の値と一致するため低下する。
２４．  中央出力におけるパンニング・エラー（ｐａｎｎｉｎｇ  ｅｒｒｏｒ）
新しい中央関数を以下の通り書くことができる。
【０１８４】
【数２６】
ＣＬ＝０．４２*（１−Ｇ（ｌｒ））＋ＧＣ（ｃｓ）          （３４ａ）
ＣＲ＝０．４２＋ＧＣ（ｃｓ）                            （３４ｂ）
式（３４ａ）および（３４ｂ）で定義した通り、上記の新しい中央関数は、ｌｒ＝０軸に沿ってうまく働くが、パンニング・エラーを、左と中央との間及び右と中央との間の境界に沿って生じさせる。しかし、参照文献［１］における値は、左の境界に沿ったｃｏｓ（２*ｃｓ）の平滑関数を与え、滑らかなパンニングを左と中央との間に生成する。新しい中央関数がこの境界に沿った類似の振る舞いを有することが望ましい。
【０１８５】
ジョブを行うであろうマトリックス要素に対する補正には、マトラブの表記法で以下の通り表わせる「ｘｙｍｉｎ」の追加の関数を加えることが含まれる。
【０１８６】
【数２７】
ｃｅｎｔｅｒ＿ｆｉｘ＿ｔｂｌ＝０．８*（ｃｏｒｒ１−１）
従って、
【０１８７】
【数２８】
ＣＬ＝０．４２−０．４２*Ｇ（ｌｒ）＋ＧＣ（ｃｓ）
＋ｃｅｎｔｅｒ＿ｆｉｘ＿ｔａｂｌｅ（ｘｙｍｉｎ）    （３５ａ）
ＣＲ＝０．４２＋ＧＣ（ｃｓ）
＋ｃｅｎｔｅｒ＿ｆｉｘ＿ｔａｂｌｅ（ｘｙｍｉｎ）    （３５ｂ）
ＣＬマトリックス要素の３次元表示は図２８に示す。完全ではないが、この補正は実際にうまく働く。
【０１８８】
図２８において、全く滑らかである、左と中央との間の境界に沿ったパンニングに対する補正に注目されたい。
【０１８９】
図２９は、左前方（点線カーブ）及び中央（実線カーブ）出力のグラフを示す。ここで、中央指向はプロットの左であり、そしてフルの左は右であることに注目されたい。「音楽」戦略において、ｃｓの値を約３３度（軸上に付された約１３）に制限しており、そこにおいて中央は左より約６ｄＢ強い。
２５．  エンコーダの技術的詳細
ロジック７（登録商標）エンコーダの２つの主要な目的がある。第１に、ロジック７（登録商標）エンコーダは、エンコードされたバージョンをロジック７（登録商標）デコーダにより最小の主観的変化でもってデコードされるのを可能にする方法で５．１チャネル・テープをエンコードすることができるべきである。第２に、エンコードされた出力はステレオとの互換性があるべきであり、これは、エンコードされた出力は同じ素材の手動の２チャネル混合に出来るだけ近接して鳴るべきであることを意味する。ステレオ互換性は、エンコーダの出力が標準のステレオ・システムで再生されたとき、オリジナルの５チャネル混合における各音源に対して同一の知覚された音の大きさを与えるそのエンコーダの出力を含むべきである。ステレオにおける音源の見かけの位置はまた、５チャネルのオリジナルにおける音源の見かけの位置に出来るだけ近接しているべきである。
【０１９０】
前述したステレオ互換性の目的は、受動的エンコーダによりかなえることができない。全部のチャネルが等しいフォアグラウンド重要性を有する５チャネル録音は、前述したようにエンコードされねばならない。このエンコードは、サラウンド・チャネルがエンコーダの出力の中にエネルギを保存するように混合されることを必要とする。即ち、エンコーダの出力の全体エネルギは、どの入力が駆動されているかに拘わらず同じであるべきである。この一定エネルギのセッティングは、大部分のフィルム（映画）・ソースに対して、そして楽器（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）が５個全部のスピーカに対して等しく割り当てられた５チャネル音楽ソースに対して必要であろう。そのような音楽ソースが現在一般的でないにも拘わらず、それらは将来一般的になるであろう。
【０１９１】
フォアグラウンドの楽器が前方の３チャネルに配置され、残響が主に後方チャネルに配置されている音楽録音は、異なるエンコードを必要とする。このタイプの音楽録音は、サラウンド・チャネルが他のチャネルより３ｄＢ低いパワーで混合されたときステレオ互換性形式で首尾よくエンコードされた。この−３ｄＢレベルは、ヨーロッパにおいてサラウンドエンコードの標準として採用された。しかしヨーロッパの標準は、他のサラウンド・レベルを特別の目的のため用いることができることを明記している。新しいエンコーダは、サラウンド・チャネルの中の強い信号を検出する能動回路を含む。そのような信号が時折存在することを能動回路が検出するとき、エンコーダはフルのサラウンド・レベルを用いる。サラウンド入力が前方チャネルと比較して一貫して−６ｄＢ又はそれより低いことを能動回路が検出する場合、サラウンド利得は徐々に３ｄＢ下げられ、これはヨーロッパ標準のサラウンド利得に対応する。
【０１９２】
これらの能動回路はまた、１９９６年１１月米国特許出願の中のエンコーダに存在していた。しかしながら、ミュンヘンにおける放送技術学会（ＩＲＴ）で実施された１９９６年１１月米国特許出願のエンコーダが関与するテストで、エンコードある音源の方向が不正確にエンコードされていることが分かった。このため、新しいアーキテクチャが、この問題を解決するため開発された。新しいエンコーダの性能は、広範囲の種々の難しい素材について明らかに優秀である。元のエンコーダは、最初受動エンコーダとして開発された。新しいエンコーダはまた、受動モードで動作するが、しかし主として能動エンコーダとして動作するよう意図されている。能動回路は、設計固有の幾つかの小さいエラーを補正する。しかしながら、能動的補正なしでもその性能は前のエンコーダより良い。
【０１９３】
広範囲の聴音により最初のエンコーダには幾つかの他の小さい問題が発見された。これらの問題の多くは、新しいエンコーダにおいて取り組まれた。例えば、ステレオ信号がエンコーダの前方端子及び後方端子の両方に同時に印加されたとき、その結果生じるエンコーダ出力は前方に対して余りに遠くに偏移（バイアス）されすぎる。新しいエンコーダは、後方バイアスを僅かに増大することによりこの影響を補償する。同様に、フィルムが実質的にサラウンド内容によりエンコードされるとき、会話が時々失われる場合がある。この問題は、前述したパワー・バランスに対する変更により大きく改善された。しかしエンコーダはまた、標準（ドルビー（登録商標））デコーダと用いられることを意図されており、このように使用されるとき、エンコーダへの中央チャネル入力を僅かに高めることによりこれを補償する。
２６  設計の説明
新しいエンコーダは、中央減衰関数ｆｃｎが０．７１即ち−３ｄＢに等しい場合、左、中央及び右の信号を先の設計のものおよびドルビー（登録商標）エンコーダと同様に処理する。
【０１９４】
サラウンド・チャネルは、それらが現在あるより一層複雑に見える。関数ｆｃ（）及びｆｓ（）は、サラウンド・チャネルを、前方チャネルに関して９０度位相シフトを有する経路へ、又は位相シフトのない経路へのいずれかへ指向させる。エンコーダの基本的動作において、ｆｃは１であり、ｆｓはゼロであり、これは９０度位相シフトを用いる経路のみがアクティブであることを意味する。
【０１９５】
ｃｒｘは、各サラウンド・チャネルに対して負の交差フィード量を制御し、典型的には０．３８である。先のエンコーダにおけるように、サラウンド・チャネルの１つに１つの入力のみがあるとき、Ａ及びＢ出力は、０．３８／０．９１の振幅比を有する。この振幅比は、後方の方に２２．５度の指向角度を生じる。通常のように、２つの出力チャネルの全体パワーは１（単位元）である（０．９１と０．３８の二乗和は１である）。
【０１９６】
このエンコーダの出力は１つのチャネルのみが駆動されているとき比較的単純であるが、その出力は、両方のサラウンド入力が同時に駆動されているとき問題となる。ＬＳ入力及びＲＳ入力が同じ信号（フィルムにおいて通常の発生）により駆動される場合、加算ノードでの全ての信号は同相であり、そのため各出力チャネルの全体レベルは、１．２９である０．３８＋０．９１である。この出力レベルは２．２ｄＢである１．２９の係数だけ強すぎる。したがって、２つのサラウンド・チャネルがレベル及び位相において似ているとき関数ｆｃの値を２．２ｄＢまでだけ低減するエンコーダの中に能動回路が含まれている。
【０１９７】
２つのサラウンド・チャネルのレベルが似ていてかつ位相はずれであるとき、別のエラーが生じる。この場合は、２つの減衰係数が減じ、そのためＡ及びＢ出力は等しい振幅及び位相、及び０．５３である０．９１−０．３８のレベルを有する。この信号は、中央方向信号としてデコードされるであろう。これは厳しいエラーである。先のエンコーダ設計は、指向されてない信号をこれらの条件下で生成したが、その信号は妥当である。しかし、後方入力端子に印加される信号が中央に向けられた信号をもたらすのは妥当ではない。従って、２つの後方チャネルがレベルにおいて似ていて反対位相のときｆｓの値を増大する能動回路が与えられる。後方チャネルのための後方経路と位相シフトされた経路との両方を混合すると、出力チャネルＡとＢとの間の９０度位相差が結果として生じる。この結果が指向されてない信号をもたらし、それが望まれている。
【０１９８】
前述したように、ヨーロッパ標準を使用するサラウンド・エンコーダ２つのサラウンド・チャネルを３ｄＢだけ減衰し、次いでそれらを前方チャネルに加える。こうして、左後方チャネルが、減衰されて左前方チャネルに加えられる。ヨーロッパ標準を使用するサラウンド・エンコーダは、マルチチャネルフィルム音、又はサラウンド・チャネルの中に特定の楽器を有する録音をエンコードするとき多くの欠点を有する。このような欠点の１つは、これらの楽器の音の大きさ及び方向の両方が正しくなくエンコードされることであろう。しかしながら、ヨーロッパ標準を使用するサラウンド・エンコーダは、クラシック音楽に対してむしろうまく動作し、そこにおいて２つのサラウンド・チャネルは主要な残響である。ヨーロッパ標準の３ｄＢ減衰は、ステレオ互換性のあるエンコードを生じるため聴音テストを通して注意深く選定された。したがって、新しいエンコーダはクラシック音楽がエンコードされるとき３ｄＢ減衰を含むべきである。クラシック音楽の存在は、エンコーダの中の前方チャネルとサラウンド・チャネルとの相対的レベルを通して検出できる。
【０１９９】
サラウンド・チャネルの中の関数ｆｃの主要機能は、サラウンド・チャネルが前方チャネルより非常にソフトであるとき出力混合の中のサラウンド・チャネルのレベルを低減することである。回路は、前方レベルと後方レベルとを比較するため設けられており、後方が３ｄＢだけ少ないとき、ｆｃの値は最大の３ｄＢまで低減される。最大減衰は、後方チャネルが前方チャネルより強さで８ｄＢ小さいとき達成される。この能動回路はうまく動作するように見え、新しいエンコーダをクラシック音楽のためにヨーロッパ標準を使用するサラウンド・エンコーダと互換性があるようにさせる。能動回路の作用は、後方チャネルにおいて強いことを意図される楽器をフル・レベルでエンコードするようにさせる。
【０２００】
実数係数を混合する経路ｆｓは、サラウンド・チャネルのための別の関数を有する。音が左前方入力から左後方入力へ移動するとき、能動回路は、これら２つの入力がレベル及び位相において似ているときを検出する。これらの条件下で、ｆｃはゼロに低減され、ｆｓは１に増大される。エンコードにおける実数係数に対するこの変更は、このタイプのパン（ｐａｎ）のより正確なデコードをもたらす。実際には、この機能はおそらく本質的でないが、しかしそれはエレガントな洗練されたもの（ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ）に見える。
【０２０１】
追加の能動回路、レベル検出回路がある。レベル検出回路は、中央チャネルと前方左及び右との間の位相関係を見る。５チャネルを用いるあるポピュラー音楽の録音は、ヴォーカルを３つ全ての前方チャネルの中に混合する。強い信号が３つ全ての入力の中にあるとき、３つの前方チャネルが一緒に同相で加わるので、エンコーダ出力は過剰なヴォーカル・パワーを有するであろう。これが生じるとき、能動回路は、中央チャネルの減衰を３ｄＢだけ増大して、エンコーダ出力におけるパワー・バランスを回復する。
【０２０２】
要約すると、能動回路は以下のために設けられている。
１．  ２つのチャネルが同相であるときサラウンド・チャネルのレベルを２．２ｄＢだけ低減する。
２．  ２つの後方チャネルが位相はずれであるとき指向されてない条件を生成するため後方チャネルのための実数係数混合経路を十分に増大する。
３．  サラウンド・レベルが前方レベルより非常に小さいときサラウンド・チャネルのレベルを３ｄＢまでだけ低減する。
４．  後方チャネルのレベルが前方チャネルのレベルに似ているとき後方チャネルのレベル及び逆の位相を増大する。
５．  音源が前方入力から対応する後方入力へパンニングしているとき、サラウンド・チャネル混合が実数係数を用いるようにする。
６．  中央レベルと前方及びサラウンド入力のレベルとがほぼ等しいとき、エンコーダの中の中央チャネルのレベルを増大する。
７．  共通信号が３つの全ての前方入力の中にあるとき、エンコーダの中の中央チャネルのレベルを低減する。
２７．  エンコーダの中の周波数依存回路
図２は、デコーダの５チャネル・バージョンにおけるマトリックスに従う周波数依存回路を含むブロック図である。周波数依存回路は、３つのセクション、即ち可変低域通過フィルタ、可変シェルフ・フィルタ及びＨＲＴＦ（ヘッド関連伝達関数（Ｈｅａｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ））フィルタを含む。ＨＲＴＦフィルタは、その特性を後方指向電圧ｃ／ｓの値に応じて変える。初めの２つのフィルタは、強く指向された信号間の休止中におけるデコーダへの入力信号の平均方向を表すことを意図される信号に応答してそれらの特性を変える。この信号は、バックグラウンド制御信号と呼ばれる。
２８．  バックグラウンド制御信号
現在のデコーダの主要目標の１つは、５チャネル・サラウンド信号を２つの通常のチャネル・ステレオ信号から最適に生成することである。また、本出願で記載されたエンコーダにより２つのチャネルの中にエンコードされた５チャネル・サラウンド録音を再生成することがデコーダにとって非常に望ましい。これら２つの目標は、サラウンド・チャネルが知覚される方法において異なる。通常のステレオ入力では、音の大部分が聴音者の前にあるあることが必要である。サラウンド・スピーカは、包囲（ｅｎｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）及び雰囲気の快い感じに寄与すべきであるが、しかしそれら自身に注意を引くべきでない。エンコードされたサラウンド録音では、サラウンド・スピーカがより強くかつより積極的であることを必要とする。
【０２０３】
両方のタイプの入力をユーザによるいずれの調整なしで最適に再生するため、２チャネル録音とエンコードされた５チャネル録音とを弁別することが必要である。バックグラウンド制御信号は、この弁別を行うよう設計されている。バックグラウンド制御信号（ＢＣＳ）は、後方指向信号ｃｓに似ていて、そしてそれから導出される。ＢＣＳはｃｓの負のピーク値を表す。即ち、ｃｓがＢＣＳよりより負であるとき、ＢＣＳはｃｓに等しくされる。ｃｓがＢＣＳよりより正であるとき、ＢＣＳはゆっくりと減衰する。しかしながら、ＢＣＳの減衰は更なる計算を伴う。
【０２０４】
多くのタイプの音楽は、一連の強いフォアグラウンド音から、又は歌の場合は一連の歌われた単語から成る。フォアグラウンド音符の中間に、他の楽器が演奏する他の音符または残響から成り得るバックグラウンドがある。ＢＣＳ信号を導出する回路は、フォアグラウンド音符のピーク・レベルを追跡する。現在のレベルがフォアグラウンドのピーク・レベルより〜７ｄＢ低いとき、ｃｓのレベルが測定される。フォアグラウンド・ピーク間のこれらの間隙中のｃｓの値を用いて、ＢＣＳの減衰を制御する。間隙の中の素材が残響である場合、ｃｓは、５チャネルのオリジナルをエンコードすることによりなされた録音において正味の後方へのバイアスを有する傾向にある。これは、オリジナルの後方チャネル上の残響が後方へのバイアスによりエンコードされるであろうからである。通常の２チャネル録音における残響は、正味の後方へのバイアスを有しないであろう。この残響のためのｃｓは、ゼロ又は僅かに前方であろう。
【０２０５】
このようにして導出されたＢＣＳは、録音のタイプを表す傾向がある。著しい後方指向された素材があるときはいつでも、ＢＣＳは常に強く負であるだろう。しかしながら、ＢＣＳは、録音の中の残響が正味の後方へのバイアスを有する場合、後方に対する強い指向が無い場合ですら負であり得る。ＢＣＳを用いて、ステレオ入力対サラウンド入力のためデコーダを最適化するフィルタを調整することができる。
２９．  周波数依存回路：５チャネル・バージョン
図２におけるフィルタの最初のものは、調整可能なカットオフ周波数を有する単純な６ｄＢ／オクターブの低域通過フィルタである。ＢＣＳが正又はゼロであるとき、このフィルタは、ユーザ調整可能である値にセットされるが、通常は約４ｋＨｚである。ＢＣＳが負になるにつれ、フィルタのカットオフ周波数はＢＣＳが２２度より後方になるまで上昇される。このとき、フィルタはアクティブでない。この低周波数フィルタは、通常のステレオ・素材が再生されるとき、後方出力の突出をより少なくする。初期のデコーダにおいては、フィルタは、ｃｓにより制御され、そしてＢＣＳによっては制御されなかった。
【０２０６】
第２のフィルタは、現在のデコーダの中で「サウンドステージ（サウンドフィルムを制作する防音スタジオ）（ｓｏｕｎｄ  ｓｔａｇｅ）」制御を実行する可変シェルフ・フィルタである。１９９６年１１月米国特許出願では、「サウンドステージ」制御は、「ｔｖマトリックス」補正を用いて、マトリックス要素を介して実行された。往時のデコーダは、指向が中立又は前進であったとき後方チャネルの全体レベルを低減した。新しいデコーダにおいては、マトリックス要素は、「ｔｖマトリックス」補正を含まない。図２の第２のフィルタは、５００Ｈｚに固定された低周波セクション（極）ならびにユーザの調整およびＢＣＳに依存して変化する高周波セクション（ゼロ）を含む。
【０２０７】
新しいデコーダにおいては、サウンドステージ制御が「後方」にセットされるとき、シェルフ・フィルタの高周波数セクションは、低周波数セクションと等しくセットされる。換言すると、シェルフは減衰を有しないで、そしてフィルタは平坦な応答を有する。
【０２０８】
しかし、新しいデコーダにおいて、サウンドステージ制御が「中立」にセットされるとき、高周波数ゼロのセッティングは変わる。ＢＣＳが正又はゼロであるとき、ゼロは７１０Ｈｚに移動し、より高い周波数の３ｄＢ減衰をもたらす。高周波数に対して、その結果は、初期のデコーダと同じである。指向が中立又は前進であるとき３ｄＢ減衰がある。しかしながら、低周波数は減衰されず、部屋のサイドからフル・レベルで来る。これは、後方における高周波数をそらす（ｄｉｓｔｒａｃｔ）ことなしにより大きな低周波数の豊富さ及び包囲という結果になる。ＢＣＳが負になるにつれ、高周波数ゼロは極の方に移動し、そのためＢＣＳが後方に対して約２２度であるとき、シェルフ・フィルタは減衰を有しない。
【０２０９】
サウンドステージ制御が「前方」にセットされるとき、作用は似ているが、ゼロは、ＢＣＳがゼロ又は正であるとき１ｋＨｚに移動する。これは、高周波数に６ｄＢの減衰を与える。再度、ＢＣＳが負に行くにつれ、減衰は取り除かれる。
【０２１０】
第３のフィルタは、ｃ／ｓにより制御され、そしてＢＣＳにより制御されない。このフィルタは、音源が聴音者の前方からの方位角でほぼ１５０度であるとき、人間の頭部及び耳介の周波数応答をエミュレートするよう設計される。このタイプの周波数応答は、「頭部関連伝達関数」又はＨＲＴＦと呼ばれる。これらの周波数応答関数は、多くの角度について、また多くの異なる人々に対して測定されてきた。一般に、音源が前方から約１５０度であるとき、周波数応答における強いノッチが約５ｋＨｚにある。約８ｋＨｚの類似のノッチは、音源が聴音者の前方にあるとき存在する。聴音者の側方への音源は、これらのノッチを生成しない。ノッチが５ｋＨｚに存在することは、人間の頭脳が音源が聴音者の背後であることを検出する方法の１つである。
【０２１１】
５チャネル音響再生のための現在の標準は、２つの後方スピーカが聴音者の僅かに背後にかつ前方から±１１０又は１２０度で配置されることを推奨している。このスピーカ位置は、良好な包囲を低周波数で与える。しかし、聴音室はしばしばスピーカを完全に聴音者の背後に配置するのに適する大きさと形状を有さず、側方位置が達成することができる最良の位置である。しかしながら、聴音者の側方からの音は、完全に聴音者の背後にある音と同じレベルの興奮を生成しない。フィルム・ディレクタは、聴音者の背後から来、そして側方から来ない音響効果を欲する場合が非常に多い。
【０２１２】
デコーダの中のＨＲＴＦフィルタは、後方音源の周波数ノッチを追加し、そのため聴音者は、音をラウドスピーカの実際の位置より更に遠くの背後に聴く。フィルタはｃｓと共に変わるよう設計されているので、ｃｓが正又はゼロであるとき、フィルタは最大であり、周囲音響及び残響が聴音者のより背後にあるように思わせる。ｃｓが負になるにつれ、フィルタは低減され、ｃｓがほぼ−１５度であるとき、フィルタは完全に取り除かれる。この時点で、音源は完全に側方から来るように思われる。ｃｓが更に負に行くにつれ、フィルタが再度適用され、従って、音源は聴音者の背後に行くように思われる。ｃｓが後方に対して十分であるとき、フィルタはＨＲＴＦ関数に対応するため僅かに修正される。
３０．  周波数依存回路：７チャネル・バージョン
図３は、デコーダの７チャネル・バージョンにおける周波数依存回路を示し、これらは、３セクションから成る。しかし、第２の２セクションは１つの回路に組み合わされることができる。
【０２１３】
第１の２セクションは、５チャネル・デコーダにおける２セクションと同一であり、同じ機能を実行する。第３のセクションは、７チャネル・デコーダに特有である。バージョンＶ１．１１及び１９９６年１１月米国特許出願において、側方チャネル及び後方チャネルは、別個のマトリックス要素を有した。要素の作用は、ｃｓが正又は中立であるとき側方出力及び後方出力が遅延を除いて同一であるようなものであった。２つの出力は、ｃｓが２２度より負であるまで同一に留まった。指向が後方に更に移動するにつれ、側方出力は６ｄＢだけ減衰され、後方出力は２ｄＢだけブーストされた。これは、音が聴音者の側方から聴音者の後方に移動するように思わせる。
【０２１４】
現在のデコーダにおいては、側方出力と後方出力との弁別は、側方出力における可変シェルフ・フィルタにより達成される。図３における第３のシェルフ・フィルタは、ｃｓが前進又はゼロであるとき減衰を有しない。しかし、ｃｓが２２度よりより負になるとき、シェルフ・フィルタにおけるゼロは、１１００Ｈｚの方に迅速に移動し、その結果約７ｄＢの高周波数の減衰をもたらす。シェルフ・フィルタが「サウンドステージ」機能を与えるシェルフ・フィルタとは別個のフィルタとして記載されたが、２つのシェルフ・フィルタの作用は、適切な制御回路を介して単一のシェルフ・フィルタの中に組み合わされることができる。
【０２１５】
本発明の好適な実施形態が本明細書に記載され説明されたが、多くの他の有り得る実施形態が存在し、そしてこれらの及び他の修正及び変更が本発明の精神から離れることなく当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
エンコーダおよびデコーダの新規な特徴と信じられる特性は、頭書の特許請求の範囲に記載される。これらのエンコーダおよびデコーダならびにエンコーダおよびデコーダの他の特徴および利点は、添付図面に関して実施の形態の以降の詳細な記述を参照することにより最もよく理解されよう。
【図１】
図１は、デコーダの２から５へのチャネル・マトリックス・セクションおよび方向検出セクションのブロック図である。
【図２】
図２は、図１のマトリックス・セクションの出力とデコーダ出力の間に接続される５チャネル周波数依存型アクティブ信号プロセッサ回路のブロック図である。
【図３】
図３は、図１のマトリックス・セクションの出力とデコーダ出力との間のどれかに接続される５から７へのチャネル周波数依存型アクティブ信号プロセッサのブロック図である。
【図４】
図４は、アクティブ５チャネルから２チャネル・エンコ−ダのブロック図である。
【図５】
図５は、最大値が１になるようにスケールした、１９８９年の米国特許およびドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）（Ｄｏｌｂｙ  Ｐｒｏ−Ｌｏｇｉｃ）からの左前方左（ＬＦＬ）マトリックス・要素の三次元グラフである。
【図６】
図６は、最小値が−０．５で最大値が＋０．５であるように０．７１までスケールした、１９８９年の米国特許およびドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）（Ｄｏｌｂｙ  Ｐｒｏ−Ｌｏｇｉｃ）からの左前方右（ＬＦＬ）マトリックス要素の三次元グラフである。
【図７】
図７は、最大値が１であるようにスケールされた、１９８９年米国特許からのＬＦＬおよびＬＦＲマトリックス要素の平方和の二乗平方根の三次元グラフである。
【図８】
最大値が１であるようにスケールされた、１９９６年１１月米国特許出願からのＬＦＬおよびＬＦＲの和の二乗平方根の三次元グラフである。
【図９】
図９は、Ｖ１．１１からのＬＦＬマトリックス要素の三次元グラフである。
【図１０】
図１０は、部分的に完全なＬＦＬマトリックス要素の三次元グラフである。
【図１１】
図１１は、左と全後方間の後方境界に沿ったＬＦＬとＬＦＲマトリックス要素の作用を示すグラフである。
【図１２】
図１２は、左後方からの図として完全なＬＦＬマトリックス要素の三次元グラフである。
【図１３】
図１３は、完全なＬＦＲマトリックス要素の三次元グラフである。
【図１４】
図１４は、ＬＦＬとＬＦＲマトリックス要素の和を平方する乗根（ｒｏｏｔ）手段の三次元グラフである。
【図１５】
図１５は、左後部から見た後方レベルに対する補正中のＬＦＬとＬＦＲマトリックス要素の平方の和の二乗根を表す三次元グラフである。
【図１６】
図１６は、ｄＢ単位のｃｓ関数としてのドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）デコーダで使用されるべき中央マトリックス要素の値（実線カーブ）と、ドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）デコーダで使用されたの中央マトリックス要素の実際の値（点線カーブ）を示すグラフである。
【図１７】
図１７は、ドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）デコーダの中央マトリックス要素の理想値（実線カーブ）と、ドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）デコーダで使用された中央マトリックス要素の実際の値（点線カーブ）とを示すグラフである。
【図１８】
図１８は、Ｖ１．１１のマトリックス要素を使用する、ＬＲＬと左後方右（ＬＲＲ）の平方の和の二乗根の三次元グラフである。
【図１９】
図１９は、ｃｓ＝０軸に沿った一定パワーレベルとなるＧＳ（ｌｒ）とＧＲ（ｌｒ）と、および左と中央間の境界に沿ったゼロ出力の数字的な解法のグラフである。
【図２０】
図２０は、本願発明に従って判定されたＧＲとＧＳに対する値を用いるＬＲＬとＬＲＲの平方の和の二乗根の三次元グラフである。
【図２１】
図２１は、左と右とが交換された中央右（ＣＲ）マトリックス要素も表すことができる１９８９年米国特許の４チャネル・デコーダおよびドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）デコーダの中央左（ＣＬ）マトリックス要素の三次元グラフである。
【図２２】
図２２は、Ｖ１．１１の中央左（ＣＬ）マトリックス要素の三次元グラフである。
【図２３】
図２３は、新しいＬＦＬとＬＦＲマトリックス要素とに対して必要とされる中央出力チャネル減衰（実線カーブ）と、標準のドルビー（登録商標）プロ・ロジック（登録商標）デコーダに対する中央減衰（点線カーブ）とを示すグラフである。
【図２４】
図２４は、「フィルム」戦略に対する理想中央減衰（実線カーブ）と、「フィルム」戦略に対する別の中央減衰（破線カーブ）と、標準ドルビー（登録商標）デコーダに対する中央減衰（点線カーブ）とを示すグラフである。
【図２５】
図２５は、「音楽」戦略に使用された中央減衰を示す。
【図２６】
図２６は、「音楽」中央減衰ＧＣを伴う一定エネルギ比が必要とするＧＦの値（実線カーブ）と、ＬＦＲマトリックス要素ｓｉｎ（ｃｓ）＊ｃｏｒｒｌの前述の値（破線カーブ）と、ｓｉｎ（ｃｓ）の値（点線カーブ）とを示すグラフである。
【図２７】
図２７は、ｌｒ＝０軸に沿った中央レベルの補正中の、ＬＦＲマトリックス要素の三次元グラフである。
【図２８】
図２８は、新しい中央ブースト関数によるＣＬマトリックス要素の三次元グラフである。
【図２９】
図２９は、左前方出力からの出力レベル（点線）、中央から左に強い信号としてパンする中央出力（実線）のグラフである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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