(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１オーディオ信号および第２オーディオ信号を有し、前記第１および第２オーディオ信号が振幅を有するオーディオ・システムにおいて、前記オーディオ信号を処理する方法であって、
スレッショルド周波数を用いて前記第１オーディオ信号を第１スペクトル帯域信号および第２スペクトル帯域信号に分割するステップであって、前記スレッショルド周波数は人の頭部の寸法を近似する波長に対応する周波数である、ステップと、
前記第１スペクトル帯域信号を第１スケーリング係数でスケーリングし、第１信号部分を発生するステップであって、前記第１スケーリング係数が前記第２オーディオ信号の前記振幅に比例する、ステップと、
前記第１スペクトル帯域信号を第２スケーリング係数でスケーリングし、第２信号部分を発生するステップと、を含む方法。
【請求項２】
請求項１記載のオーディオ信号処理方法において、前記第２スケーリング係数が、前記第１オーディオ信号の前記振幅に比例するオーディオ信号処理方法。
【請求項３】
請求項１記載のオーディオ信号処理方法において、前記第１および第２オーディオ信号が、マルチチャネル・オーディオ・システムにおける指向性チャネルに関連付けられるオーディオ信号処理方法。
【請求項４】
請求項３記載のオーディオ信号処理方法であって、更に、
前記第１信号部分を第１フィルタによってフィルタ処理し、フィルタ第１信号部分を生成するステップと、
前記第２信号部分を第２フィルタによってフィルタ処理し、フィルタ第２信号部分を生成するステップと、を含み、
前記第１フィルタおよび前記第２フィルタは、
仮想的な定位位置から耳までの周波数応答および時間遅延効果を有するフィルタ部と、
実際のスピーカの配置位置から耳までの周波数応答および時間遅延効果と逆の周波数応答および時間遅延効果を有するスピーカ配置補償部と、を含むオーディオ信号処理方法。
【請求項５】
請求項４記載のオーディオ信号処理方法において、SF1/SF2=ampl2/ampl1であり、SF1は前記第１スケーリング係数、SF2は前記第２スケーリング係数、ampl1は前記第１オーディオ信号の前記振幅、およびampl2は前記第２オーディオ信号の前記振幅であるオーディオ信号処理方法。
【請求項６】
請求項５記載のオーディオ信号処理方法において、前記第１フィルタおよび前記第２フィルタは、人の頭部と同様の周波数応答および時間遅延効果を有するフィルタ部を含むオーディオ信号処理方法。
【請求項７】
請求項５記載のオーディオ信号処理方法であって、更に、前記フィルタ処理された第１信号部分を前記第２オーディオ信号と結合するステップを含むオーディオ信号処理方法。
【請求項８】
請求項５記載のオーディオ信号処理方法であって、更に、前記フィルタ処理された第２信号部分を前記第２スペクトル帯域信号と結合するステップを含むオーディオ信号処理方法。
【請求項９】
請求項５記載のオーディオ信号処理方法であって、更に、前記フィルタ処理された第１信号部分、前記フィルタ処理された第２信号部分、および前記第２スペクトル帯域信号を結合するステップを含むオーディオ信号処理方法。
【請求項１０】
請求項４記載のオーディオ信号処理方法であって、更に、前記フィルタ処理された第１信号部分を前記第２オーディオ信号と結合するステップを含むオーディオ信号処理方法。
【請求項１１】
請求項４記載のオーディオ信号処理方法であって、更に、前記フィルタ処理された第２信号部分を前記第２スペクトル帯域信号と結合するステップを含むオーディオ信号処理方法。
【請求項１２】
請求項４記載のオーディオ信号処理方法であって、更に、前記フィルタ処理された第１信号部分、前記フィルタ処理された第２信号部分、および前記第２スペクトル帯域信号を結合するステップを含むオーディオ信号処理方法。
【請求項１３】
請求項１記載のオーディオ信号処理方法において、SF1/SF2=ampl2/ampl1であり、SF1は前記第１スケーリング係数、SF2は前記第２スケーリング係数、ampl1は前記第１オーディオ信号の前記振幅、およびampl2は前記第２オーディオ信号の前記振幅であるオーディオ信号処理方法。
【請求項１４】
請求項１記載のオーディオ信号処理方法であって、更に、
前記第１信号部分を第１フィルタによってフィルタ処理し、フィルタ処理された第１信号部分を生成するステップと、
前記第２信号部分を第２フィルタによってフィルタ処理し、フィルタ処理された第２信号部分を生成するステップと、を含み、
前記第１フィルタおよび前記第２フィルタは、
仮想的な定位位置から耳までの周波数応答および時間遅延効果を有するフィルタ部と、
実際のスピーカの配置位置から耳までの周波数応答および時間遅延効果と逆の周波数応答および時間遅延効果を有するスピーカ配置補償部と、を含むオーディオ信号処理方法。
【請求項１５】
請求項１４記載のオーディオ信号処理方法であって、更に、
前記フィルタ処理された第１信号部分を前記第２オーディオ信号と結合し、第１結合信号を生成するステップを含むオーディオ信号処理方法。
【請求項１６】
請求項１５記載のオーディオ信号処理方法において、オーディオ・システムが指向性ラウドスピーカ・ユニットを含み、前記結合するステップが、更に、
前記第２スペクトル帯域および前記フィルタ処理された第２信号部分を結合し、前記第１結合信号が、前記フィルタ処理された第１信号部分、前記フィルタ処理された第２信号部分、前記第２スペクトル帯域、および第２オーディオ信号を含むようにするステップを含み、更に、
前記指向性ラウドスピーカ・ユニットによって、前記第１結合信号を電気音響的に変換するステップを含むオーディオ信号処理方法。
【請求項１７】
請求項１５記載のオーディオ信号処理方法において、オーディオ・システムが指向性ラウドスピーカ・システムと、該指向性ラウドスピーカ・システムとは別個のラウドスピーカ・ユニットを含み、更に、
前記第２スペクトル帯域および前記フィルタ処理された第２信号部分を結合して、第２結合信号を生成するステップと、
前記ラウドスピーカ・ユニットによって、前記第２結合信号を電気音響的に変換するステップと、
前記指向性ラウドスピーカ・システムによって、前記第１結合信号を電気音響的に変換するステップと、を含むオーディオ信号処理方法。
【請求項１８】
請求項１５記載のオーディオ信号処理方法において、オーディオ・システムが指向性ラウドスピーカ・システムと、該指向性ラウドスピーカ・システムとは別個のラウドスピーカ・ユニットを含み、前記別個のラウドスピーカ・ユニットが、前記第１スペクトル帯域におけるスペクトル成分の放射に実質的に限定されており、前記結合するステップが、更に、
前記第２スペクトル帯域信号を結合し、前記第１結合信号が、前記フィルタ処理された第１信号部分、前記第２スペクトル帯域信号、および前記第２オーディオ信号を含むようにするステップを含み、
前記方法が、更に、
前記指向性ラウドスピーカ・ユニットによって、前記第１結合信号を電気音響的に変換するステップと、
前記ラウドスピーカ・ユニットによって、前記フィルタ処理された第２信号部分を電気音響的に変換するステップと、を含むオーディオ信号処理方法。
【請求項１９】
請求項１記載のオーディオ信号処理方法において、前記第１スケーリング係数および前記第２スケーリング係数が、時間に関して可変であるオーディオ信号処理方法。
【請求項２０】
請求項１記載のオーディオ信号処理方法において、前記第１スケーリング係数および前記第２スケーリング係数の和が１であるオーディオ信号処理方法。
【請求項２１】
請求項１記載のオーディオ信号処理方法であって、更に、前記第１スペクトル帯域信号を、前記第２スペクトル帯域信号に対して時間的に遅延させるステップを含むオーディオ信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆる「サラウンド・システム」のような、複数の指向性チャネルを有するオーディオ・システムにおけるオーディオ信号処理に関し、更に特定すれば、指向性チャネル数よりも少ないまたは多いラウドスピーカ位置を有するオーディオ・システムに、複数の指向性チャネル・システムを適応させることが可能なオーディオ信号処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
背景技術として、サラウンド・サウンド・システムならびに米国特許第５，８０９，１５３号および第５，８７０，４８４号を引用する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の重要な目的は、マルチ・チャネル・オーディオ・システムにおける指向性チャネル処理のために改良したオーディオ信号処理システムを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、オーディオ・システムは、振幅を有する第１オーディオ信号および第２オーディオ信号を有する。オーディオ信号を処理する方法は、第１オーディオ信号を第１スペクトル・バンド（帯域）信号および第２スペクトル帯域信号に分割するステップと、第１スペクトル帯域信号を第１スケーリング係数でスケーリングし、第１信号部分を形成するステップであって、第１スケーリング係数が第２オーディオ信号の振幅に比例する、ステップと、第１スペクトル帯域信号を、第２スケーリング係数でスケーリングし、第２信号部分を形成するステップとを含む。
【０００５】
本発明の別の態様では、オーディオ・システムは、第１オーディオ信号、第２オーディオ信号、および指向性ラウドスピーカ・ユニットを有する。オーディオ信号を処理する方法は、第１オーディオ信号を電気音響的および指向的に変換し、第１信号放射パターンを生成するステップと、第２オーディオ信号を電気音響的および指向的に変換し、第２信号放射パターンを生成するステップとを含み、第１信号放射パターンおよび第２信号放射パターンが、交互にそしてユーザ選択的に同様となりまたは異なるようになる。
【０００６】
本発明の別の態様では、オーディオ・システムは、第１オーディオ信号、第２オーディオ信号、および人の頭部の寸法を近似する対応の波長を有する周波数において下限を有する周波数範囲に実質的に制限された第３オーディオ信号を有する。オーディオ・システムは、更に、指向性ラウドスピーカ・ユニット、および指向性ラウドスピーカ・ユニットとは別個のラウドスピーカ・ユニットを含む。オーディオ信号を処理する方法は、指向性ラウドスピーカ・ユニットによって第１オーディオ信号を電気音響的および指向的に変換し、第１放射パターンを生成するステップと、指向性ラウドスピーカ・ユニットによって、第２オーディオ信号を電気音響的および指向的に変換し、第２放射パターンを生成するステップと、別個のラウドスピーカ・ユニットによって、第３オーディオ信号を電気音響的に変換するステップとを含む。
【０００７】
本発明の別の態様では、オーディオ・システムは、複数の指向性チャネルを有する複数のチャネルの各々にそれぞれ対応するオーディオ信号を処理する方法は、第１オーディオ信号を、第１オーディオ信号第１スペクトル帯域信号および第１オーディオ信号第２スペクトル帯域信号に分割するステップと、第１オーディオ信号第１スペクトル帯域信号を第１スケーリング係数によってスケーリングし、第１オーディオ信号第１スペクトル帯域第１部分信号を形成するステップと、第１スペクトル帯域信号を第２スケーリング係数でスケーリングし、第１オーディオ信号第１スペクトル帯域第２部分信号を形成するステップと、第２オーディオ信号を、第２オーディオ信号第１スペクトル帯域信号および第２オーディオ信号第２スペクトル帯域信号に分割するステップと、第２オーディオ信号第１スペクトル帯域信号を第３スケーリング係数でスケーリングし、第２オーディオ信号第１スペクトル帯域第１部分信号を形成するステップと、第２オーディオ信号第１スペクトル帯域信号を第４スケーリング係数でスケーリングし、第２オーディオ信号第１スペクトル帯域第２部分信号を形成するステップとを含む。
【０００８】
本発明の別の態様では、オーディオ信号処理方法は、人の頭部と同様の周波数応答および時間遅延効果を有する第１フィルタによってオーディオ信号をフィルタ処理し、１回フィルタリング（フィルタ処理）したオーディオ信号を生成するステップを含む。この方法は、更に、１回フィルタ処理したオーディオ信号を、第２フィルタによってフィルタ処理するステップを含み、第２フィルタが、音波上において人の頭部の周波数および時間遅延効果と逆の周波数応答および時間遅延効果を有する。
【０００９】
本発明の別の態様では、オーディオ・システムは、複数の指向性チャネル、第１オーディオ信号、および第２オーディオ信号を有し、第１および第２オーディオ信号が、通常の聴取位置にいるリスナ（聴取者）の同じ横側にある隣接指向性チャネルを表す。オーディオ信号を処理する方法は、第１オーディオ信号を第１スペクトル帯域信号および第２スペクトル帯域信号に分割するステップと、第１スペクトル帯域信号を第１時間可変（時変）算出スケーリング係数でスケーリングし、第１信号部分を形成するステップと、第１スペクトル帯域信号を、第２時間可変算出スケーリング係数でスケーリングし、第２信号部分を形成するステップとを含む。
【００１０】
本発明の更に別の態様では、オーディオ・システムは、オーディオ信号、下限を有する周波数範囲内の音波を変換するように設計され構成された第１電気音響変換器（トランスデューサ）、および第１変換器の下限よりも低い第２変換器下限を有する周波数範囲において音波を変換するように設計され構成された第２電気音響変換器を有する。オーディオ信号を処理する方法は、オーディオ信号を、第１スペクトル帯域信号および第２スペクトル帯域信号に分割するステップと、第１スペクトル帯域信号を、第１スケーリング係数でスケーリングし、第１部分信号を形成するステップと、第１スペクトル帯域信号を、第２スケーリング係数でスケーリングし、第２部分信号を形成するステップと、第１部分信号を第１電気音響変換器に送信して変換するステップと、第２部分信号を第２電気音響変換器に送信して変換するステップとを含む。
【００１１】
その他の特徴、目的、および利点は、以下の図面を参照した、以下の詳細な説明から明らかとなろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
これより図面、特に図１ａないし図１ｃを参照すると、本発明によるサラウンド・サウンド・オーディオ・ラウドスピーカ・ユニットの３種類の構成が上面図で示されている。図１ａでは、各々２つの全範囲即ちフルレンジ（図２ａないし図２ｃに関する説明において以下で定義する）音響ドライバを含む２つの指向性アレイが、リスナ１４の前に配置されている。音響ドライバ１１、１２を含む第１アレイ１０をリスナの左側に位置付け、音響ドライバ１６、１７を含む第２アレイ１５をリスナの右側に位置付けることができる。図１ｂでは、各々２つのフルレンジ音響ドライバを含む２つの指向性アレイが、リスナ１４の前に配置されている。音響ドライバ１１、１２を含む第１アレイ１０をリスナの左側に位置付け、音響ドライバ１６、１７を含む第２アレイ１５をリスナの右側に位置付けることができる。加えて、第１制限レンジ（図２ａないし図２ｃに関する説明において以下で定義する）音響ドライバ２２がリスナの左背後に配置され、第２制限レンジ音響ドライバ２４がリスナの右背後に配置されている。図１ｃでは、各々２つのフルレンジ音響ドライバを含む２つの指向性アレイが、リスナ１４の前に配置されている。音響ドライバ１１、１２を含む第１アレイ１０をリスナの左側に位置付け、音響ドライバ１６、１７を含む第２アレイをリスナの右側に位置付けることができる。加えて、第１フルレンジ音響ドライバ２８がリスナの左背後に配置され、第２制限レンジ音響ドライバ３０がリスナの右背後に配置されている。別のサラウンド・サウンド・ラウドスピーカ・システムでは、リスナ１４の直接前というように、更に別の位置にもラウドスピーカ・ユニットを有することができる。サラウンド・サウンド・システムは、ラウドスピーカ・ユニットのないリスナに対する方向（例えば、方向Ｘ）において、リスナが音源を知覚し得るように、音波を放射することができる。更に、サラウンド・サウンド・システムは、観察者に対して音源が移動しているように（例えば、方向Ｙ−Ｙ’）、リスナが知覚し得るように、音波を放射しようとすることもできる。
【００１３】
図２ａを参照すると、図１ａないし図１ｃのラウドスピーカ・システムにオーディオ信号を供給するオーディオ信号処理システムのブロック図が示されている。オーディオ信号源３２がデコーダ３４に結合されており、このデコーダ３４がオーディオ信号源からのオーディオ・ソースを複数のチャネルにデコードする。この場合、低周波効果（ＬＦＥ：low frequency effects）チャネル、および低音（バス：bass）チャネル、ならびに左サラウンド（ＬＳ）チャネル、左（Ｌ）チャネル、左中央（ＬＣ）チャネル、右チャネル（ＲＣ）、および右サラウンド（ＲＳ）チャネル）を含む多数の指向性チャネルにデコードする。別のデコード・システムでは、異なる１組のチャネルを出力する場合もある。システムによっては、バス・システムを指向性チャネルに別個に分解せずに、代わりに指向性チャネルと組み合わせておく場合もある。別のシステムでは、ＲＣおよびＬＣチャネルの代わりに、単一の中央（Ｃ）チャネルを設ける場合もあり、あるいは単一のサラウンド・チャネルを設ける場合もある。本発明によるオーディオ・システムは、信号処理をチャネルに適応させたり、または指向性チャネルをデコードして追加の指向性チャネルを生成することによって、指向性チャネルのあらゆる組み合わせとでも用いることができる。単一のＣチャネルをＲＣチャネルおよびＬＣチャネルにデコードする方法を図２ｂに示す。ＣチャネルをＬＣチャネルおよびＲＣチャネルに分割し、ＬＣおよびＲＣチャネルを、０．７０７のような係数でスケーリングする。同様に、単一のＳチャネルをＲＳチャネルおよびＬＳチャネルにデコードする方法を図２ｃに示す。ＳチャネルをＲＳチャネルおよびＬＳチャネルに分割し、ＲＳチャネルおよびＬＳチャネルを、０．７０７のような係数でスケーリングする。オーディオ入力信号がサラウンド・チャネルまたは複数のサラウンド・チャネルを有していない場合、既存のチャネルからサラウンド・チャネルを合成する方法が、いくつか知られている。または、サラウンド・チャネルを用いずにシステムを動作させてもよい。
【００１４】
サラウンド・サウンド・システムによっては、低周波スペクトル成分を放射する低周波ユニット、および低周波ユニットが放射する周波数よりも高いスペクトル成分を放射する「衛星（サテライト）」ラウドスピーカ・ユニットを有する場合もある。低周波ユニットは、「サブウーハ」、「バス・ビン」(bass bin)等を含む多数の名称で呼ばれている。
【００１５】
ＬＦＥチャネルおよびバス・チャネル双方を有するサラウンド・サウンド・システムでは、図２ａに示すように、ＬＦＥおよびバス・チャネルを組み合わせ、低周波ユニットによって放射することができる。バス・チャネルの組み合わせを有していないサラウンド・システムでは、各指向性チャネルのバス部分を含む各指向性チャネルは、別個の指向性ラウドスピーカ・ユニットによって放射することができ、ＬＦＥのみが低周波ユニットによって放射される。更に別のサラウンド・システムでは、１つよりも多い低周波ユニットを有し、１つをバス周波数を放射するために用い、１つをＬＦＥチャネルを放射するために用いることもできる。ここで用いる場合、「フルレンジ（full range）」とは、低周波ユニットが放射する周波数よりも高い周波数を有する可聴スペクトル成分のことを言う。オーディオ・システムが低周波ユニットを有していない場合、「フルレンジ」とは、可聴周波数スペクトル全体を言う。ここで用いる場合、「指向性チャネル」とは、特定の方向から来ると感じられる音波に変換することを意図するオーディオ信号を含むオーディオ・チャネルのことを言う。ＬＦＥチャネル、２つ以上の指向性チャネルからのバス信号を組み合わせたチャネルは、この明細書の目的上、指向性チャネルとは見なさない。
【００１６】
指向性チャネルＬＣ，Ｌ，ＬＣ，ＲＣ，Ｒ，ＲＳは、指向性プロセッサ３６によって処理され、出力信号ライン３８ａ〜３８ｆにおいて、オーディオ・システムの音響ドライバの出力オーディオ信号を生成する。指向性プロセッサ３６によって出力される信号、および信号ライン４０内の低周波ユニット信号は、更に、システム等化（ＥＱ）およびダイナミック・レンジ制御回路４２によって処理することができる（システムＥＱおよびダイナミック・レンジ制御回路は、オーディオ処理回路に典型的なエレメントの配置を例示するために示したのであり、本発明に関連する機能を実行する訳ではない。したがって、システムＥＱおよびダイナミック・レンジ制御回路４２は、以降の図では示されておらず、その機能についてはこれ以上説明しない。本発明と密接に関係しない増幅器のような、その他のオーディオ処理エレメントについては、図示も説明もしない）。次に、指向性チャネルは音響ドライバに送信され、音波に変換される。「左前（ＬＦ）アレイ・ドライバＦ」と称する信号ライン３８ａを（図１ａないし図１ｃの）アレイ１０の音響ドライバ１２に指向し、「左前（ＬＦ）アレイ・ドライバＢ」と称する信号ライン３８ｂを（図１ａないし図１ｃの）アレイ１０の音響ドライバ１１に指向し、「右前（ＲＦ）アレイ・ドライバＡ」と称する信号ライン３８ｃを（図１ａないし図１ｃの）アレイ１５の音響ドライバ１７に指向し、「右前（ＲＦ）アレイ・ドライバＢと称する信号ライン３８ｄを（図１ａないし図１ｃの）アレイ１５の音響ドライバ１６に指向する。以下で説明するように、「左サラウンド（ＬＳ）ドライバ」と称する信号ライン３８ｅを、図１ｂの制限範囲（レンジ）音響ドライバ２２、または図１ｃの音響ドライバ２８に指向する。同様に、以下で説明するように、「右サラウンド（ＲＳ）ドライバ」と称する信号ライン３８ｆを図１ｂの音響ドライバ２４、または図１ｃの音響ドライバ３０に導出する。実施態様によっては、ＬＳ出力端子３８ｅまたはＲＳ出力端子３８ｆ、あるいは双方からの出力信号がない場合もある。別の実施態様では、ＬＳ出力端子３８ｅまたはＲＳ出力端子３８ｆの一方または双方が完全にない場合もある。これについては、以下で説明する。
【００１７】
これより図３ないし図６を参照すると、図１ａないし図１ｃに示したようなサラウンド・サウンド・ラウドスピーカ・システムと共に用いるオーディオ指向性プロセッサ３６のブロック図が４種類示されている。図３ないし図６は、ＬＣ，ＬＳ，Ｌチャネルに対する指向性プロセッサの部分を示す。実施態様の各々では、ＲＣ，ＲＳ，Ｒチャネルを処理するための鏡像がある。図３ないし図６において、同様の参照番号は、同様の機能を実行する同様のエレメントを示す。
【００１８】
図３は、後方スピーカを有さない構成に対する指向性プロセッサ３６の論理配列を示す。図３において、Ｌチャネルは、プレゼンテーション・モード・プロセッサ１０２およびレベル検出器４４に結合されている。プレゼンテーション・モード・プロセッサ１０２の出力端子３５には、Ｌ’が付され、加算器４７に結合されている。プレゼンテーション・モード・プロセッサ１０２の動作については、図１４に関する説明において以下で説明する。ＬＳチャネルは、レベル検出器４４および周波数スプリッタ４６に結合されている。レベル検出器４４は、前／後スケーラ４８、前方頭部関連伝達関数（ＨＲＴＦ：head related transfer function）フィルタおよび後方ＨＲＴＦフィルタに信号レベルを供給し、フィルタ係数を容易に計算できるようにする。これについては以下で説明する。周波数スプリッタ４６は、信号を、スレッショルド周波数未満の信号を含む第１周波数帯と、スレッショルド周波数以上の信号を含む第２周波数帯とに分割する。スレッショルド周波数は、人の頭部の寸法を近似する波長に対応する周波数である。好適な周波数は２ｋＨｚであり、これは約６．８インチの波長に対応する。以降、スレッショルド周波数以上のサラウンド信号の部分を、「高周波サラウンド信号」と呼び、スレッショルド周波数未満のサラウンド信号の部分を「低周波サラウンド信号」と呼ぶ。低周波サラウンド信号は、図６に関する説明において説明するように、信号経路４３を通じて加算器５４に、あるいは加算器４７に入力される。高周波サラウンド信号は、信号経路４５を通じて前／後スケーラ４８に入力され、前／後スケーラ４８は、高周波サラウンド信号を「前」部および「後」部に分割する。その方法については、図７に関する説明において以下で説明する。高周波サラウンド信号の「前」部は、信号ライン４９を通じて前方頭部関連伝達関数（ＨＲＴＦ）フィルタ５０に送信され、ここで、図７に関する説明において以下で説明するように修正される。次に、修正された前高周波サラウンドは、任意に遅延５２によって５ｍｓだけ遅延され、加算器５４に入力される。高周波サラウンド信号の「後」部は、信号ライン５１を通じて後方ＨＲＴＦフィルタ５６に送信され、ここで、図７に関する説明において以下で説明するように修正される。修正された後部は、次に、任意に遅延５８によって１０ｍｓだけ遅延され、前部および低周波サラウンド信号と共に加算器５４において加算される。加算された前部、後部、および低周波サラウンド部は、前方スピーカ配置補償部６０（図７および図８に関する説明に続いて以下で説明する）によって修正され、加算器４７に入力されるので、加算器４７において、Ｌチャネル、低周波サラウンド、および修正された高周波サラウンドが加算される。次に、加算器４７の出力信号は、加算器５７で代表される左／右バランス制御部によって調節することができ、次いで時間遅延６１を介して減算的に加算器６２に入力され、更に加算的に加算器５８に入力される。ＬＣチャネルは、プレゼンテーション・モード・プロセッサ１０２に結合されている。プレゼンテーション・モード・プロセッサ１０２の出力端子３７は、ＬＣ’を付されており、加算的に加算器６２に結合され、更に時間遅延６４を介して減算的に加算器５８に結合されている。加算器５８の出力信号は、（図１および図２の）音響ドライバ１１に送信される。加算器６２の出力信号は、（図１および図２の）音響ドライバ１２に送信される。必要であれば、時間遅延６１、６４の出力を０．６３１のような係数でスケーリングすると、指向性放射特性を改善することができる。時間遅延を用いた指向性放射については、米国特許第５，８０９，１５３号および第５，８７０，４８４号において論じられており、以下でも更に詳しく説明する。
【００１９】
図４は、制限レンジ後方スピーカ、即ち、スレッショルド周波数以上の周波数を放射するように設計されたスピーカを有する構成のための指向性プロセッサ３６を示す。図４の回路では、図３ａの加算器５４はない。代わりに、前方ＨＲＴＦフィルタおよび任意の５ｍｓ遅延が、前方スピーカ配置補償部６０を介して加算器４７および後方ＨＲＴＦフィルタに結合されており、更に任意の１０ｍｓ遅延が後方スピーカ配置補償部６６に結合されている。一方、後方スピーカ配置補償部６６は、図１および図２の制限レンジ音響ドライバ２２に結合されている。
【００２０】
図５は、フルレンジ後方スピーカ、即ち、低周波ユニットによって放射される周波数以上の周波数の全可聴スペクトルを放射するように設計されたスピーカを有する構成のための指向性プロセッサ３６を示す。図５の回路は図４の回路と類似しているが、周波数スプリッタ４６の低周波サラウンド信号出力を、加算器７０において、後方ＨＲＴＦフィルタおよび任意の１０ｍｓ遅延５８の出力信号と加算し、フルレンジ音響ドライバ２８に出力する。
【００２１】
図６は、後方スピーカを用いずに、制限レンジ後方スピーカ、またはフルレンジ後方スピーカと共に用いることができる指向性プロセッサ３６を示す。図６は、スイッチ６８および加算器６９を含み、スイッチ６８が閉鎖位置にあるときに、低周波サラウンド信号が加算器７０に指向されるように配置されている。スイッチ６８が開放位置にある場合、低周波信号が加算器４７に指向され、前方スピーカ・アレイから放射される。図６は、更に、スイッチ７２および加算器７３を含み、スイッチ７２が開放位置にあるときに、加算器７０からの出力信号が後方スピーカ配置補償部６６に指向され、後方スピーカから放射されるように配置されている。スイッチ７２が閉鎖位置にある場合、加算器７０からの出力信号は加算器５４に指向される。スイッチ７２が開放位置にあり、スイッチ６８が開放位置にある場合、図６の回路は図５の回路となる。スイッチ７２が開放位置にあり、スイッチ６８が閉鎖位置にある場合、図６の回路は図５の回路となる。スイッチ７２が閉鎖位置にあり、スイッチ６８が閉鎖位置にある場合、図６の回路は、（図６の実施形態におけるように、ライン４３上の信号が加算器５４に結合される効果は、図３の実施形態におけるように、ライン４３上の信号が加算器５４に直接接続される場合と機能的に等価であるので）、図３の回路となる。スイッチ７２が閉鎖位置にあり、スイッチ６８が開放位置にある場合、図６の回路は図３の回路となり、低周波サラウンド信号が加算器４７に指向される。
【００２２】
動作では、後方スピーカがある場合スイッチ７２を開放位置に設定し、後方スピーカがない場合スイッチ７２を閉鎖位置に設定する。スイッチ６８は、制限レンジ後方スピーカに対しては開放位置に設定され、フルレンジ後方スピーカに対しては閉鎖位置に設定される。論理的に、スイッチ７２を閉鎖位置に設定すると、スイッチ６８の位置は無関係となるはずである。スイッチ７２が閉鎖位置にある場合、スイッチ６８の位置に応じて、前方スピーカ配置補償部の前または後で、低周波サラウンド信号を高周波サラウンド信号と加算することができることは、前述した。しかしながら、図７に関する説明において以下で説明するように、前方および後方スピーカ配置補償部は、スレッショルド周波数未満の周波数に対しては殆ど効果がないので、低周波サラウンドが、前方スピーカ配置補償部の前または後のどちらで高周波サラウンドと加算されても無関係である。代わりに、スイッチ６８、７２を連結し、スイッチ７２が閉鎖位置にある場合、スイッチ６８を自動的に開放または閉鎖位置に、所望通りに設定されるようにすることも可能である。
【００２３】
実施形態の一例では、指向性プロセッサ３６は、必要に応じてディジタル−アナログおよびアナログ−ディジタル変換器を用いて、命令を実行するディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）として実施する。別の実施形態では、指向性プロセッサ３６は、ＤＳＰ、アナログ回路エレメント、ならびに必要に応じてディジタル−アナログおよびアナログ−ディジタル変換器の組み合わせとして実施することも可能である。
【００２４】
図７は、図３ないし図５の周波数スプリッタ４６、前／後スケーラ４８、前方ＨＲＴＦフィルタ５０、および後方ＨＲＴＦフィルタ５６を更に詳細に示す。周波数スプリッタ４６は、ハイ・パス・フィルタ７４および加算器７６として実施されている。ハイ・パス・フィルタ７４および加算器７６は、ハイ・パス・フィルタを通過したＬＳチャネルが減算的にＬＳチャネル信号と結合され、低周波サラウンドがライン４３上に出力されるように配置されている。ハイ・パス・フィルタ７４は、直接信号ライン４５に結合されているので、高周波サラウンドは信号ライン４５に出力される。前／後スケーラは、加算器７８および乗算器８０として実施される。乗算器８０は、ＬＳチャネルおよびＬチャネルにおける信号の相対的振幅に関係付けた係数によって、信号のスケーリングを行う。図７の実施形態では、この係数は次のようになる。
【００２５】
【数１】
0004309100.tif 000002
【００２６】
加算器７８および乗算器８０は、スケーリング後の信号を、スケーリングされていない信号と減算的に結合され、信号ライン４９上に出力されることにより、信号ライン４９上の信号が、次の式によってスケーリングされた入力信号となるように配置されている。
【００２７】
【数２】
0004309100.tif 000003
【００２８】
乗算器は、信号ライン５１に直接結合されているので、信号ライン５１上の信号が、
【００２９】
【数３】
0004309100.tif 000004
【００３０】
|￣LS|が０に近づくにつれて、信号ライン４９に指向される入力信号の部分が１に近づき、信号ライン５１に指向される信号の部分が０に近づくことがわかる。同様に、|￣LS|が|￣L|よりもかなり大きい場合、信号ライン４９に指向される入力信号の部分が０に近づき、信号ライン５１に指向される入力信号の部分が１に近づく。|￣LS|および|￣L|がほぼ等しい場合、信号ライン４９に指向される入力信号の部分は、信号ライン５１に指向される入力信号の部分にほぼ等しくなる。前／後スケーラの効果は、リスナに対する見かけ上の音源を配向（方向を決定）することである。|￣L|が|￣LS|よりも大きい場合、前方スピーカ・ユニットに導出される高周波信号の部分が大きくなり、見かけ上の音源は前方に向かう。|￣LS|が|￣L|よりも大きい場合、後方スピーカ・ユニットに指向される高周波サラウンド信号の部分が大きくなり（または、後方スピーカ・ユニットがない場合、後ろから来るように思われるように処理される）、見かけ上の音源は後方に向かう。|￣LS|および|￣L|が相対的に等しい場合、前方および後方ラウドスピーカ・ユニットに指向される高周波サラウンド信号の部分はほぼ等しくなり、見かけ上の音源は側方に向かう。図３ないし図６のレベル検出器４４によって、値|￣L|および|￣LS|が乗算器８０に得られるようになっている。以下のスケーリング係数は、実際上可能な限り頻繁に計算するとよい。
【００３１】
【数４】
0004309100.tif 000005
【００３２】
【数５】
0004309100.tif 000006
【００３３】
一実施態様では、スケーリング係数は、５ミリ秒間隔で再計算する。
前方ＨＲＴＦフィルタ５０は、直列に順番に、乗算器８２、頭部の周波数シェーディング効果を表す第１フィルタ８４（以降頭部シェーディング・フィルタと呼ぶ）、頭部の回折経路遅延を表す第２フィルタ８６（以降頭部回折経路遅延フィルタと呼ぶ）、耳介(pinna)の回折経路遅延を表す第３フィルタ８８（以降耳介回折経路遅延フィルタと呼ぶ）、および加算器９０として実施することができる。加算器９０は、耳介回折経路遅延フィルタ８８からの出力信号を、頭部回折経路遅延フィルタ８６の出力、頭部周波数シェーディング・フィルタ８４の出力、および前方ＨＲＴＦフィルタ５０の未乗算入力信号と加算する。後方ＨＲＴＦフィルタ５６は、直列に順番に、乗算器８２、頭部周波数シェーディング・フィルタ８４、耳介回折経路遅延フィルタ８８、頭部回折経路遅延８６、および耳介の後部表面の周波数シェーディング効果を表す第４フィルタ９２（以降耳介後部周波数シェーディング・フィルタと呼ぶ）、ならびに加算器９４として実施することができる。加算器９４は、耳介後部周波数シェーディング・フィルタ９２の出力、頭部回折経路遅延フィルタ８６の出力、耳介回折経路遅延フィルタ８８の出力、および後方ＨＲＴＦフィルタ５６の未乗算入力信号を加算する。一実施態様では、頭部回折経路遅延８６から加算器９４への信号に０．５倍のスケーリングを行い、耳介後部周波数シェーディング・フィルタ９２から加算器９４への信号に２倍のスケーリングを行う。
【００３４】
頭部周波数シェーディング・フィルタ８４は、−２．７ｋＨｚに単一の実極(real pole)がある一時ハイ・パス・フィルタとして実施し、頭部回折経路遅延フィルタ８６は、−３．２７ｋＨｚに４つの実極を有し、３．２７ｋＨｚに４つのゼロ（zero）を有する四次全通過ネットワーク(all-pass network)として実施し、耳介回折遅延フィルタ８８は、−７．７ｋＨｚに４つの実極を有する四次全通過ネットワークとして実施し、耳介後周波数シェーディング・フィルタ９２は、−７．７ｋＨｚに単一の実極を有する一次ハイ・パス・フィルタとして実施する。乗算器８２は、次の係数倍だけ、入力信号をスケーリングする。
【００３５】
【数６】
0004309100.tif 000007
【００３６】
ここで、Ｙは|￣L|および|￣LS|の内大きい方である。値|￣L|および|￣LS|は、図３ないし図６のレベル検出器４４によって、乗算器８０に得られるようになっている。ここで用いる場合、「耳介」とは、p.1367 Gray's Anatomy, 38th Edition, Churchill Livingston 1995に示されているように、外耳の耳殻（auricle）部分のことを言う。「耳介後部」または「耳介の後部表面」は、ここで用いる場合、外耳の後部表面、または表１に示す補足資料１において矢印の方向から見た場合の外耳のことを言う。耳介は、全ての方向からのサウンドに対する音響面であり、一方後部耳介は、側部から後方までの範囲の方向からのサウンドのみに対する音響面である。
【００３７】
図７に示し本明細書の関連部分に記載したフィルタ構成の代わりに、前述の特性以外の特性を有するフィルタ（直接電気接続のように、平坦な周波数応答を有するフィルタを含む）を用いることもできる。
【００３８】
図８は、図３ないし図６の前方スピーカ配置補償部（補償器）６０および後方スピーカ配置補償部６６の目的を示す。前方スピーカ配置補償部は、前方ＨＲＴＦフィルタ５０が、第１の特定角度から放射された信号に対して作用するときに、前方ＨＲＴＦフィルタ５０の逆の効果を有するフィルタ、または一連のフィルタとして実施される。同様に、後方スピーカ配置補償部は、後方ＨＲＴＦフィルタが、第２の特定角度から放射された信号に対して作用するときに、後方ＨＲＴＦフィルタ５６の逆の効果を有するフィルタ、または一連のフィルタとして実施される。
【００３９】
図８は、説明の目的のために、図４の構成によるサウンド・システムを示す。所望の見かけ上の音源が点Ｚにある。これは、リスナ１４に対して角度θで配向されている。図８における全角度は、水平面内にあり、これはリスナの耳管(ear canal)への入り口を含む。これらの角度の基準線は、リスナ１４の耳管への入り口から等距離にある点を通過する線である。角度は、リスナ１４の前から反時計回りに測定する。点Ｚに見かけ上の音源を配置するには、部分的に、図３ないし図５および図７の前／後スケーラ４８によって行う。前／後スケーラは、後方スピーカ・ユニットよりも前方アレイ１０に多くの高周波サラウンド信号を指向させ、見かけ上の音源がいくらか前方に来るようにする。更に、（図３ないし図６の）前方および後方ＨＲＴＦフィルタ５０、５６によって、それぞれ、点Ｚにおける見かけ上の音源の配置を行う。前方および後方ＨＲＴＦフィルタ５０、５６は、オーディオ信号を変化させ、前方アレイ１０および制限レンジ音響ドライバ２２によって信号が音波に変換されるときに、音波が点Ｚにおいて発生しリスナ１４の頭部９６および耳介９８によって修正されたかのような周波数内容（コンテンツ）および位相関係を有するようにする。しかしながら、音波が実際に前方アレイ１０および後方制限レンジ音響ドライバ２２によって変換される場合、音波の周波数内容および位相関係は、リスナ１４の物理的な頭部９６および耳介９８によって修正されるので、実際に耳管に到達する音波は、角度φ1にわたってリスナの頭部および耳介によって２回修正された周波数内容および位相関係を有することになる。前方スピーカ配置補償部６０は、オーディオ信号を修正し、前方アレイ１０によって変換されたときに、音波が、角度φ1に帰する周波数内容および位相関係の変化を有せず、オーディオ信号内に、角度θおよび角度φ1間の差に帰する周波数および位相関係の変化が残るようにする。次いで、音波が前方アレイ１０によって変換され、リスナの頭部および耳介によって修正されると、耳管に到達する音波は、角度θにある音源からのサウンドとしての周波数内容および位相関係を有する。同様に、後方スピーカ配置補償部６６は、オーディオ信号を修正し、後方制限レンジ音響ドライバ２２によって変換されたときに、音波が角度φ2に帰する周波数内容および位相関係の変化を有せず、角度θおよび角度φ2間の差に帰する周波数および位相関係の変化が残るようにする。次いで、音波が後方制限レンジ音響ドライバ２２によって変換されると、耳管に到達する音波は、角度θにある音源からのサウンドと同じ周波数内容および位相関係を有する。スピーカ構成が図３の構成である場合も、同じ説明が適用される。しかしながら、制限レンジ後方スピーカを有する構成は、前方および後方ＨＲＴＦフィルタ５０、５６ならびに前方および後方スピーカ配置補償部６０、６６の全てが、例えば、２ｋＨｚの頭部の寸法を近似する波長に対応する周波数未満では、殆ど効果がないことを例示するために選択したのである。一実施形態では、角度φ1、φ2を測定してオーディオ・システムに入力し、正確な角度を用いてスピーカ配置補償部６６０、６６が計算を行うようにする。角度φ1、φ2を測定する技法の１つでは、これらを物理的に測定する。第２実施形態では、スピーカ配置補償部は、角度φ1、φ2の予め選択された典型値（例えば、３０度および１５０度）に設定する。この第２実施形態は、容認可能な結果を与えるが、スピーカ配置角度の実際の測定を必要とせず、スピーカ配置補償部６０、６６における計算よりもいくらか複雑さが少なくて済む。
【００４０】
スピーカ配置補償部６０、６６は、それぞれ、前方および後方ＨＲＴＦフィルタとは逆の効果を有するフィルタとして実施することができる。これは、以下の関係から得られる値を用いて、角度φ1、φ2に選択した値について評価される。
【００４１】
【数７】
0004309100.tif 000008
【００４２】
【数８】
0004309100.tif 000009
【００４３】
前方ＨＲＴＦフィルタ５０および後方ＨＲＴＦフィルタ５６に、図７のフィルタ構成以外の何らかのフィルタ構成を用いる場合、前方スピーカ配置補償部６０および後方スピーカ配置補償部６６をそれに応じて修正すればよい。ＨＲＴＦフィルタ５０、５６が平坦な周波数応答を有する場合、前方スピーカ配置補償部６０および後方スピーカ配置補償部６６を、平坦な周波数応答を有するフィルタ（直接電気接続等）と置換すればよい。
【００４４】
これより図９を参照すると、本発明の別の特徴を例示するために、更に２つの音響ラウドスピーカ構成の一例が示されている。図９には、図１ａないし図１ｃの音響ドライバ・アレイ１０と同様の音響ドライバ・アレイ１０があり、リスナ１４から３０度変位した地点に配置されている。加えて、図１ないし図１ｃの制限レンジ音響ドライバ２２と同様の制限レンジ音響ドライバが、６０度、９０度、１２０度、および１５０度にあり、また図１ａないし図１ｃのフルレンジ音響ドライバ２８と同様のフルレンジ音響ドライバ２８がある。制限レンジ音響ドライバを、それぞれ、２２−６０、２２−８０、２２−１２０、２２−１５０で示し、制限レンジ音響ドライバの角度位置を示す。図９における角度は全て、リスナ１４の耳管への入り口を含む水平面内にある。これらの角度の基準線は、リスナの耳管への入り口から等距離にある点を通過する線である。リスナ１４の左側にある音響ドライバ・ユニットに対する角度は、リスナの前にある基準線から反時計回り方向に測定する。リスナ１４の右側にある音響ドライバ・ユニットに対する角度は、リスナの前にある基準線から時計回り方向に測定する。また、中央チャネル音響ドライバ・ユニット、または低周波ユニットのような、他の音響ドライバ・ユニットがあってもよい。これらはこの図には示されていない。
【００４５】
図１０は、図９のラウドスピーカ・システムにオーディオ信号を供給するオーディオ信号処理システムのブロック図を示す。オーディオ信号源３２がデコーダ３４に結合されており、デコーダは、オーディオ信号源からのオーディオ・ソースを複数のチャネル、この場合、低周波効果（ＬＦＥ）チャネルおよびバス・チャネル、ならびに左（Ｌ）チャネル、左中央（ＬＣ）チャネルを含み、更に多数の左チャネルＬ６０，Ｌ９０、Ｌ１２０、ＬＳを含む多数の指向性チャネルにデコードする。この場合、数値指示は、リスナに対するチャネルの、度を単位とする、角度変位に対応する。対応する右チャネルＲＣ，Ｒ，Ｒ６０，Ｒ９０，Ｒ１２，ＲＳがある。残りの説明は、左チャネルを中心とする。何故なら、右チャネルは左チャネルと同様に処理することができるからである。左チャネル信号は、指向性プロセッサ３６によって処理し、信号ライン３８ａ上の低周波（ＬＦ）アレイ・ドライバ１２のため、信号ライン３８ｂ上のＬＦアレイ・ドライバ１１のため、信号ライン３９ａ上のドライバ２２−６０Ｌまたはドライバ２８−６０Ｌのため、信号ライン３９ｂ上のドライバ２２−９０Ｌまたはドライバ２８−９０Ｌのため、信号ライン３９ｃ上のドライバ２２−１２０Ｌまたは２８−１２０Ｌのため、および信号ライン３９ｄ上のドライバ２２−１５０Ｌまたはドライバ２８−１５０Ｌのための出力信号を生成する。図２ａの実施形態の場合と同様、信号ライン上の出力信号は、システムＥＱおよびダイナミック・レンジ・コントローラ４２によって処理される。
【００４６】
実施形態の一例では、指向性プロセッサ３６は、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）として実装され、必要に応じてディジタル−アナログおよびアナログ−ディジタル変換器を用いて命令を実行する。別の実施形態では、指向性プロセッサ３６は、ＤＳＰ、アナログ回路エレメント、ならびに必要に応じてディジタル−アナログおよびアナログ−ディジタル変換器の組み合わせとして実装する。
【００４７】
図１１は、制限レンジ側方および後方音響ドライバを用いた実施態様について、図１０の指向性プロセッサ３６のブロック図を示す。指向性プロセッサは、５つの左指向性チャネルに対する入力を有する。５つの指向性チャネルは、２つのチャネルを有するオーディオ信号処理システムから形成することができる。２つのチャネルとは、例えば、３０度で放射されるように設計された左（Ｌ）チャネルと、例えば、１５０度で放射されるように設計された左サラウンド（ＬＳ）チャネルである。ＬおよびＬＳチャネルは、米国特許出願第０８／７９６２８５号の教示にしたがってデコードし、チャネルＬ９０（９０度で放射させるように意図した）を生成することができる。尚、この特許出願の内容は、この言及により本願にも援用されるものとする。次に、チャネルＬ、Ｌ９０、およびチャネルＬ９０、ＬＳをデコードし、それぞれ、チャネルＬ６０，Ｌ１２０を生成することができる。本発明は、これよりも少ない指向性チャネルまたは多い指向性チャネルの場合でも、等しく作用する。図１０のオーディオ信号処理システムは、図３ないし図６のシステムのエレメントと類似しており、図３ないし図６の対応するエレメントと同様の機能を実行する数個のエレメントを有する。類似エレメントには、同様の参照番号を用いている。図３ないし図６のエレメントの内、本発明に密接に関係のない一部（乗算器５７等）については、図１１には示していない。鏡像オーディオ処理システムを作成し、左指向性チャネルに対応する右指向性チャネルを処理することも可能である。
【００４８】
ここで図１１を参照すると、チャネルＬ６０，Ｌ９０，Ｌ１２０，ＬＳに対する入力端子がレベル検出器４４に結合され、スケーラおよびＨＲＴＦフィルタのための測定を行う。チャネルＬの入力端子は、プレゼンテーション・モード・プロセッサ１０２に結合されている。プレゼンテーション・モード・プロセッサ１０２の、Ｌ’で示す、出力端子３５が、加算器４７に結合されている。チャネルＬＣの入力端子が、プレゼンテーション・モード・プロセッサ１０２に結合されている。プレゼンテーション・モード・プロセッサ１０２の、ＬＣ’で示す、出力端子３７が、時間遅延５８を介して加算器５８に減算的に結合され、更に加算器６２に加算的に結合されている。チャネルＬ６０におけるオーディオ信号は、周波数スプリッタ４６ａによって、低周波（ＬＦ）部分および高周波（ＨＦ）部分に分割される。ＬＦ部分は加算器４７に入力される。チャネルＬ６０におけるオーディオ信号のＨＦ部分は、図７の論述における値|￣L|および|￣LS|に対して、値|￣L|および|￣L60|をそれぞれ用いて、前／後スケーラ４８ａ（図３ないし図６および図７の前／後スケーラ４８と同様）に入力される。前／後スケーラ４８ａは、チャネルＬ６０におけるオーディオ信号のＨＦ部分を「前」部分および「後」部分に分割する。チャネルＬ６０におけるオーディオ信号のＨＦ部分の前部分は、図７に関する説明における値|￣L|および|￣LS|に対して、値|￣L|および|￣L60|をそれぞれ用いて、前方ＨＲＴＦフィルタ５０ａ（図３ないし図６および図７の前方ＨＲＴＦフィルタ５０と同様）によって処理され、更にスピーカ配置補償部６０ａ（図３ないし図６および図７のスピーカ配置補償部６０と同様）によって、３０度に対して計算され、加算器４７に入力される。チャネルＬ６０におけるオーディオ信号の後方部分は、図７に関する説明における値|￣L|および|￣LS|に対して、値|￣L|および|￣L60|をそれぞれ用いて、前方ＨＲＴＦフィルタ５０ｂ（図３ないし図６および図７の前方ＨＲＴＦフィルタ５０と同様）によって処理され、更に図３ないし図６および図７のスピーカ配置補償部６０と同様のスピーカ配置補償部６０ａによって、６０度に対して計算され、加算器１００−６０に入力される。
【００４９】
チャネルＬ９０におけるオーディオ信号は、周波数スプリッタ４６ｂによって、低周波（ＬＦ）部分および高周波（ＨＦ）部分に分割される。ＬＦ部分は、加算器４７に入力される。チャネルＬ９０におけるオーディオ信号のＨＦ部分は、図７の論述における値|￣L|および|￣LS|に対して、値|￣L60|および|￣L90|をそれぞれ用いて、図３ないし図６および図７の前／後スケーラ４８と同様の前／後スケーラ４８ｂに入力される。前／後スケーラ４８ｂは、チャネルＬ９０におけるオーディオ信号のＨＦ部分を、「前」部分および「後」部分に分割する。チャネルＬ９０におけるオーディオ信号のＨＦ部分の前部分は、図７に関する説明における値|￣L|および|￣LS|に対して、値|￣L60|および|￣L90|をそれぞれ用いて、前方ＨＲＴＦフィルタ５０ｃ（図３ないし図６および図７の前方ＨＲＴＦフィルタと同様）によって処理され、更にスピーカ配置補償部６０ｂによって、６０度に対して計算され、加算器１００−６０に入力される。チャネルＬ６０におけるオーディオ信号の後部分は、図７に関する説明における値|￣L|および|￣LS|に対して、値|￣L60|および|￣L90|をそれぞれ用いて、前方ＨＲＴＦフィルタ５０ｄ（図３ないし図６および図７の前方ＨＲＴＦフィルタと同様）によって処理され、更にスピーカ配置補償部６０ｄ（図３ないし図６および図７のスピーカ配置補償部６０と同様）によって、９０度に対して計算され、加算器１００−９０に入力される。
【００５０】
チャネルＬ１２０におけるオーディオ信号は、周波数スプリッタ４６ｃによって、低周波（ＬＦ）部分および高周波（ＨＦ）部分に分割される。ＬＦ部分は、加算器４７に入力される。チャネルＬ１２０におけるオーディオ信号のＨＦ部分は、図７に関する説明における値|￣L|および|￣LS|に対して、値|￣L90|および|￣L120|をそれぞれ用いて、前／後スケーラ４８ｃ（図３ないし図６および図７の前／後スケーラ４８と同様）に入力される。前／後スケーラ４８ｃは、チャネルＬ１２０におけるオーディオ信号のＨＦ部分を、「前」部分および「後」部分に分割する。チャネルＬ１２０におけるオーディオ信号のＨＦ部分の前部分は、図７に関する説明における値|￣L|および|￣LS|に対して、値|￣L90|および|￣L120|をそれぞれ用いて、前方ＨＲＴＦフィルタ５０ｅ（図３ないし図６および図７の前方ＨＲＴＦフィルタ５０と同様）によって処理され、更にスピーカ配置補償部６０ｅ（図３ないし図６および図７のスピーカ配置補償部６０と同様）によって、９０度に対して計算され、加算器１００−９０に入力される。チャネルＬ９０におけるオーディオ信号の後部分は、図７に関する説明における値|￣L|および|￣LS|に対して、値|￣L90|および|￣L120|をそれぞれ用いて、後方ＨＲＴＦフィルタ５６ａ（図３ないし図６および図７の後方ＨＲＴＦフィルタ５６と同様）によって処理され、更にスピーカ配置補償部６０ｆ（図３ないし図６および図７のスピーカ配置補償部６０と同様）によって、１２０度に対して計算され、加算器１００−１２０に入力される。
【００５１】
チャネルＬＳにおけるオーディオ信号は、周波数スプリッタ４６ｄによって、低周波（ＬＦ）部分および高周波（ＨＦ）部分に分割される。ＬＦ部分は、加算器４７に入力される。チャネルＬＳにおけるオーディオ信号のＨＦ部分は、図７に関する説明における値|￣L|および|￣LS|に対して、値|￣L120|および|￣LS|をそれぞれ用いて、前／後スケーラ４８ｄ（図３ないし図６および図７の前／後スケーラ４８と同様）に入力される。前／後スケーラ４８ｄは、チャネルＬＳにおけるオーディオ信号のＨＦ部分を、「前」部分および「後」部分に分割する。チャネルＬＳにおけるオーディオ信号のＨＦ部分の前部分は、図７に関する説明における値|￣L|および|￣LS|に対して、値|￣L120|および|￣LS|をそれぞれ用いて、後方ＨＲＴＦフィルタ５６ｂ（図３ないし図６および図７の後方ＨＲＴＦフィルタ５６と同様）によって処理され、更にスピーカ配置補償部６０ｆｇ（図３ないし図６および図７のスピーカ配置補償部６０と同様）によって、１２０度に対して計算され、加算器１００−１２０に入力される。チャネルＬＳにおけるオーディオ信号の後部分は、後方ＨＲＴＦフィルタ５６ｃ（図３ないし図６および図７の後方ＨＲＴＦフィルタ５６と同様）によって処理され、更にスピーカ配置補償部６０ｈ（図３ないし図６および図７のスピーカ配置補償部６０と同様）によって、１５０度に対して計算される。
【００５２】
加算器４７の出力信号は、加算器５８に加算的に送信され、更に時間遅延６１を介して加算器６２に減算的に送信される。加算器５８の出力信号は、（スピーカ・アレイ１０の）フルレンジ音響ドライバ１１に送信され、音波に変換される。加算器６２の出力信号は、フルレンジ音響ドライバ１２に送信され、音波に変換される。時間遅延６１は、加算器４７において結合された信号の指向性放射を容易にする。加算器１００−６０、１００−９０、１００−１２０、およびスピーカ配置補償部６０ｈの出力信号は、それぞれ、制限レンジ音響ドライバ２２−６０、２２−９０、２２−１２０、２２−１５０に送信され、音波に変換される。
【００５３】
図１２は、フルレンジ側方音響ドライバおよび後方音響ドライバを有する実施態様について、図１０の指向性プロセッサを示す。図１２の実施態様は、図１０の実施態様と同じ入力チャネルを有する。本発明は、これよりも少ない指向性チャネルとでも、または多い指向性チャネルとでも作用する。図１０のオーディオ信号処理システムは、図３ないし図６のシステムのエレメントと類似し、図３ないし図６の対応するエレメントと同様の機能を実行するエレメントを数個有している。同様のエレメントには、同様の参照番号を用いる。鏡像オーディオ処理システムを作成し、左指向性チャネルに対応する右指向性チャネルを処理することも可能である。
【００５４】
図１２は、以下を除いて、図１１と同様である。周波数スプリッタ４６ａからの低周波（ＬＦ）信号ラインが、加算器４７の代わりに、加算器１００−６０に結合されている。周波数スプリッタ４６ｂからのＬＦ信号ラインが、加算器４７の代わりに、加算器１００−９０に結合されている。周波数スプリッタ４６ｃからのＬＦ信号ラインが、加算器４７の代わりに、加算器１００−１２０に結合されている。周波数スプリッタ４６ｄからのＬＦ信号ラインが、加算器４７の代わりに、加算器１００−１５０に結合されている。加算器１００−６０、１００−９０、１００−１２０、１００−１５０の出力信号が、それぞれ、フルレンジ音響ドライバ２８−６０、２８−９０、２８−１２０、２８−１５０に送信され、音波に変換される。
【００５５】
これより図１３ａないし図１３ｃを参照すると、本発明の別の特徴を説明するための、オーディオ・システムのコンポーネントの一部が３種類の上面図で示されている。米国特許第５，８０９，１５３および第５，８７０，４８４号のような特許に記載されているように、音響ドライバのアレイおよび信号処理技法は、音波を指向的に放射するように設計することができる。同じ音波を２つの音響ドライバから減算的に（機能的には位相はずれと等価）、そして時間遅延させて放射することによって、音響出力が一方の軸（以降、主軸と呼ぶ）に沿って最大となり、音響出力が他の方向（以降、ヌル（null）軸と呼ぶ）で最小となるように、放射パターンを作成することができる。図１３ａないし図１３ｃにおいて、音響ドライバ１１、１２を含むアレイ１０が、図１ａないし図１ｃ、図２ａ、および図３ないし図６におけるオーディオ・システムにおけると同様に、配置されている。図３ないし図６の時間遅延６４のパラメータは、信号が遅延されずに音響ドライバ１２に送信され、更に遅延されて音響ドライバ１１に送信され変換された結果、典型的な聴取位置にいるリスナ１４に概略的に向かう方向１０４に主軸を有し、典型的な聴取位置にいるリスナ１４から概略的に離れる方向１０６にヌル軸を有する放射パターン、および実線で示すような放射パターン１０５が得られるように設定する。図３ないし図６の時間遅延６１のパラメータは、信号が遅延されずに音響ドライバ１２に送信され、更に遅延されて音響ドライバ１１に送信され変換された結果、典型的な聴取位置にいるリスナ１４から概略的に離れる方向１０６に主軸を有し、典型的な聴取位置にいるリスナ１４に概略的に向かう方向１０４にヌル軸を有する放射パターン、および実線で示すような放射パターン１０７が得られるように設定する。図１３ａでは、放射パターンが、方向１０４に主軸を有し、方向１０６にヌル軸を有するように、チャネルＬＣにおけるオーディオ信号が処理され放射され、更に、チャネルＬおよびＬＳにおけるオーディオ信号は、これらが方向１０６に主軸を有するように、処理され放射される。図１３ｂでは、放射パターンが、方向１０４に主軸を有し、方向１０６にヌル軸を有するように、チャネルＬおよびＬＣにおけるオーディオ信号が処理され放射され、更に、チャネルＬＳにおけるオーディオ信号は、これが方向１０６に主軸を有し、方向１０４にヌル軸を有するように、処理され放射される。図１３ｃでは、チャネルＬ、ＬＣ、Ｌｓにおけるオーディオ信号は、これらが全て方向１０６に主軸を有し方向１０４にヌル軸を有するように処理され放射される。以降、放射パターン、主軸、およびヌル軸の組み合わせのことを、「プレゼンテーション・モード」と呼ぶ。一般に、図１３ａのプレゼンテーション・モードは、オーディオ・システムを家庭シアター・システムの一部として用いる場合に好ましいと言える。この場合、強い中央音像、および指向性チャネルに対して「広々とした（spacious）」感覚（広がり感）を有することが望ましい。図１３ｂのプレゼンテーション・モードは、オーディオ・システムを用いて音楽を再生し、中央像がさほど重要ではない場合に好ましいと言える。図１３ｃのプレゼンテーション・モードは、アレイ１０を中央線に非常に接近して配置しなければならない（即ち、図８の角度φ1が小さい場合）状況にオーディオ・システムを配置する場合に好ましいと言える。以前の図のいくつかと同様、右側指向性チャネルを処理するために、鏡像オーディオ・システムがあってもよい。
【００５６】
これより図１４を参照すると、（図３ないし図５、図１１および図１２の）プレゼンテーション・モード・プロセッサ１０２が更に詳細に示されている。チャネルＬ入力が、加算的に加算器１０８に、そしてスイッチ１１０の一方側に接続されている。スイッチ１１０の他方側は、加算的に加算器１１２に、そして減算的に加算器１０８に接続されている。チャネルＬＣは、加算的に加算器１１２に接続されており、加算器１１２は、加算的に加算器１１６に、そしてスイッチ１１８の一方側に接続されている。スイッチ１１８の他方側は、加算的に加算器１１４に、そして減算的に加算器１１６に接続されている。加算器１１４は、Ｌ’を付した、端子３５に接続されている。加算器１１６は、ＬＣ’を付した、端子３７に接続されている。スイッチ１１０、１１８が開放位置または閉鎖位置のいずれにあるかに応じて、出力端子３５（Ｌ’で示す）における信号は、チャネルＬから入力された信号、チャネルＬ、ＬＣからの結合入力信号、または無信号となることができる。スイッチ１１０、１１８が開放位置または閉鎖位置のいずれにあるかに応じて、出力端子３７（ＬＣ’で示す）における信号は、チャネルＬから入力された信号、チャネルＬ、ＬＣからの結合入力信号、または無信号となることができる。
【００５７】
これより、図３ないし図５のいずれかを参照する。端子３５の出力信号は、加算器４７において、サラウンド・チャネルの低周波部分と加算され、加算器５８に送信される。加算器５８は、音響ドライバ１１に結合され、更に時間遅延６１を介して加算器６２に結合されている。加算器６２は、音響ドライバ１２に結合されている。端子３７の出力信号は、加算器６２に結合され、更に時間遅延６４を介して加算器５８に結合されている。したがって、端子３５の出力は、左サラウンド（ＬＳ）信号の低周波（ＬＦ）部分と加算され、遅延されることなく、音響ドライバ１１に送信され、更に遅延されて音響ドライバ１２に送信される。端子３７の出力は、遅延されずに音響ドライバ１２に送信され、更に遅延されて音響ドライバ１１に送信される。図１３ａないし図１３ｃに関する説明において先に教示したように、時間遅延６４のパラメータは、オーディオ信号が音響ドライバ１２に遅延されずに送信され、遅延されて音響ドライバ１１に送信され変換された結果、図１３ａおよび図１３ｂの方向１０４に主軸を有する放射パターンが得られるように設定するとよい。同様に、図１３ａないし図１３ｃに関する説明は、時間遅延６１のパラメータは、オーディオ信号が音響ドライバ１１に遅延されずに送信され、遅延されて音響ドライバ１２に送信され変換された結果、図１３ａおよび図１３ｂの方向に主軸を有する放射パターンが得られるように設定すればよいことを教示している。したがって、プレゼンテーション・モード・プロセッサ１０２のスイッチ１１０、１１８を「閉鎖」位置または「開放」位置に設定することによって、ユーザは図１３ａないし図１３ｃのプレゼンテーション・モードを得ることができる。図１４の回路の下にある表は、スイッチ１１０、１１８の「開放」位置および「閉鎖」位置の種々の組み合わせによる効果を示す。４つの組み合わせの各々について、この表は、チャネルＬ、ＬＣのどちらを、Ｌ’、ＬＣ’で示す出力（それぞれ、端子３５、３７）に出力するか、どのチャネルを放射すると、方向１０４に主軸を、方向１０６にヌル軸を有する放射パターン、および方向１０６に主軸を、方向１０４にヌル軸を有する放射パターンを有するか、そして図１３ａないし図１３ｃのどれが、スイッチの設定の組み合わせによって得られるかを示す。図３ないし図５、図１３、および図１４の実施態様において、サラウンド・チャネルＬＳの低周波部分は、常に、方向１０６が主軸となるように放射されている。また、スイッチ１１８が閉鎖位置にある場合、スイッチ１１０の位置には無関係に、図１３ｃの放射パターンが得られる。
【００５８】
図１１および図１２の実施態様では、プレゼンテーション・モード・プロセッサ１０２は、入力Ｌ，ＬＣおよび出力端子３５、３７（それぞれ、Ｌ’、ＬＣ’で示す）上の信号に対して同じ効果を有する。
【００５９】
以上の説明から、本発明の概念から逸脱することなく、ここに開示した具体的な装置および技法に対して種々の変更や発展も当業者には可能であることは明白である。したがって、本発明は、ここに開示した各々のそして全ての新規な特徴および新規な特徴の組み合わせを包含し、特許請求の範囲の精神および範囲によってのみ限定されるものとする。
【００６０】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【図１】図１ａ、図１ｂ、および図１ｃは、本発明と共に用いるラウドスピーカ・ユニットの構成の概略図である。
【図２】図２ａは、本発明を組み込んだオーディオ信号処理システムのブロック図である。図２ｂおよび図２ｃは、本発明にしたがって指向性チャネルを形成するオーディオ信号処理システムのブロック図である。
【図３】図３は、図２ａのオーディオ信号処理システムにおいて用いる代わりの指向性プロセッサのブロック図である。
【図４】図４は、図２ａのオーディオ信号処理システムにおいて用いる代わりの指向性プロセッサのブロック図である。
【図５】図５は、図２ａのオーディオ信号処理システムにおいて用いる代わりの指向性プロセッサのブロック図である。
【図６】図６は、図２ａのオーディオ信号処理システムにおいて用いる代わりの指向性プロセッサのブロック図である。
【図７】図７は、図３ないし図５の指向性プロセッサのコンポーネントの一部のブロック図である。
【図８】図８は、本発明の態様を説明する際に有用なラウドスピーカの構成の概略図である。
【図９】図９は、本発明の別の態様と共に用いるラウドスピーカ・ユニットの構成である。
【図１０】図１０は、本発明の別の態様を組み込んだオーディオ信号処理システムのブロック図である。
【図１１】図１１は、図１０のオーディオ信号処理システムと共に用いる指向性プロセッサのブロック図である。
【図１２】図１２は、図１０のオーディオ信号処理システムと共に用いる代わりの指向性プロセッサのブロック図である。
【図１３】図１３ａ、図１３ｂ、および図１３ｃは、本発明の別の特徴を記載するための、オーディオ・システムのコンポーネントの一部の上面図である。
【図１４】図１４は、本発明にしたがって指向性チャネルを形成するための、図３ないし図６のコンポーネントのブロック図である。
【符号の説明】
１０    第１アレイ
１１、１２    音響ドライバ
１４    リスナ
１６、１７    音響ドライバ
１５    第２アレイ
２８    第１フルレンジ音響ドライバ
３０    第２制限レンジ音響ドライバ
３２    オーディオ信号源
３４    デコーダ
３６    指向性プロセッサ
４２    システム等化（ＥＱ）およびダイナミック・レンジ制御回路
【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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