JP2003531555A - Multi-channel surround sound mastering and playback method for preserving 3D spatial harmonics - Google Patents

Multi-channel surround sound mastering and playback method for preserving 3D spatial harmonics

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JP2003531555A
JP2003531555A JP2001578151A JP2001578151A JP2003531555A JP 2003531555 A JP2003531555 A JP 2003531555A JP 2001578151 A JP2001578151 A JP 2001578151A JP 2001578151 A JP2001578151 A JP 2001578151A JP 2003531555 A JP2003531555 A JP 2003531555A
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Abstract

(57)【要約】 複数の別々のラウドスピーカを介して、オリジナルの音場の空間高調波と実質的に正確に一致する空間高調波によって音場を再生する複数のモノラルまたは指向性サウンド信号から音場を記録または伝送する方法。空間高調波を保存するため、モノラル音源はマスタリングの間、すべてのスピーカチャンネルの寄与を使用するように配置される。もしスピーカの特定の構成が、マスタリングの間に想定されるものと異なれば、スピーカ信号は、異なるスピーカ構成により再生された音場の空間高調波がオリジナルの音場の高調波と一致するように、家庭、劇場または他のサウンド再生場所で再マトリクス化される。代替方法には、指向性マイク信号、またはそれらの空間高調波成分を記録または伝送し、次にこれらの信号をサウンド再生場所で、特定のスピーカ配置を考慮に入れてマトリクス化することが含まれる。これらの方法は、2次元音場およびより一般的な3次元のケースの双方について説明され、後者は球面調和関数の使用に基づく。 (57) [Summary] From multiple mono or directional sound signals that reproduce sound fields via spatial harmonics that substantially match the spatial harmonics of the original sound field, via multiple separate loudspeakers. A method of recording or transmitting a sound field. In order to preserve the spatial harmonics, the monaural sound source is arranged to use the contributions of all speaker channels during mastering. If the specific configuration of the speaker is different from what is assumed during mastering, the speaker signal should be such that the spatial harmonics of the sound field reproduced by the different speaker configurations match the harmonics of the original sound field. Rematrixed at home, theater or other sound playback locations. Alternative methods include recording or transmitting directional microphone signals, or their spatial harmonic components, and then matrixing these signals at the sound playback location, taking into account specific speaker placements. . These methods are described for both the two-dimensional sound field and the more general three-dimensional case, the latter being based on the use of spherical harmonics.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 (関連出願への相互参照) 本出願は、この参照により本願明細書に組み入れられる1997年9月24日
出願の出願番号第08/936,636号の一部継続出願である。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a continuation-in-part application of Serial No. 08 / 936,636, filed Sep. 24, 1997, which is incorporated herein by this reference.

【0002】[0002]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

本発明は、一般に電子的な音の伝送、録音および再生の方法に関し、より詳細
にはサラウンドサウンド技術の改良に関する。
The present invention relates generally to electronic sound transmission, recording and playback methods, and more particularly to improvements in surround sound technology.

【0003】[0003]

【従来の技術】[Prior art]

サウンド再生の品質および臨場感の改良は、過去数十年間着実になされてきた
。空間的に分離されたラウドスピーカを介してのステレオ(2チャンネル)録音
および再生により、以前のモノラル(1チャンネル)サウンド再生と比較して、
再生サウンドの臨場感が大きく改善される。より最近では、オーディオ信号は、
リスナーを取り囲むように配置された4つ以上のラウドスピーカを駆動するよう
に2つのチャンネルにおいて符号化されている。このサラウンドサウンドにより
、再生音の臨場感がさらに増した。マルチチャンネル(3チャンネル以上)録音
はほとんどの映画のサウンドトラックに用いられ、これにより聴衆を取り囲むよ
うにその壁の周りに配置されたラウドスピーカを含むサウンドシステムを適切に
備えた劇場において劇的なオーディオ効果がもたらされる。家庭用に非常に人気
を博すことが期待される小型の光学式CDS(コンパクトディスク)でのマルチ
チャンネル録音のための規格が現在持ち上がっている。最近のDVD(デジタル
ビデオディスク)規格は、映像を含むことも含まないこともあるCDにおけるP
CM(パルス符号変調)オーディオの多重チャンネルを規定している。
Improvements in sound reproduction quality and presence have been steadily made for decades. Stereo (2 channel) recording and playback via spatially separated loudspeakers, compared to previous mono (1 channel) sound playback,
The realism of the playback sound is greatly improved. More recently, audio signals are
It is encoded in two channels to drive four or more loudspeakers arranged around the listener. This surround sound further enhances the realism of the reproduced sound. Multi-channel (more than 3 channels) recordings are used in most movie soundtracks, which can be dramatic in theaters with a sound system that includes loudspeakers placed around the wall to surround the audience. Audio effect is brought about. A standard for multi-channel recording on a small optical CDS (compact disc), which is expected to become very popular for home use, is currently emerging. Recent DVD (Digital Video Disc) standards include P in CD, which may or may not include video.
It defines multiple channels of CM (Pulse Code Modulation) audio.

【0004】 理論的には、オーディオ波面の最も正確な再生は、音響ホログラムを記録およ
び再生することによって得られるであろう。しかしながら、数万、さらには数百
万の別個のチャンネルを記録することが必要となるであろう。オリジナルの音響
波面を正確に再生するためには、再生しようとする最高周波数波長の2分の1を
超えない間隔、すなわち1センチメートル未満隔てて、2次元配列のスピーカを
家庭または劇場の周囲に配置することが必要になろう。別個のチャンネルは、こ
の非常に多くのスピーカの各々について記録される必要があり、記録工程の間に
同様に多くのマイクの使用を伴うであろう。したがって、音響波面のそのような
正確な再生は、家庭、劇場および同様のところで使用されるオーディオ再生シス
テムには全く実用的ではない。
In theory, the most accurate reproduction of the audio wavefront would be obtained by recording and reproducing acoustic holograms. However, it will be necessary to record tens of thousands, or even millions of separate channels. In order to accurately reproduce the original acoustic wavefront, the two-dimensional array of speakers should be placed around the home or theater at intervals not exceeding half of the highest frequency wavelength to be reproduced, that is, less than 1 cm. Will need to be placed. A separate channel would have to be recorded for each of this very large number of speakers, which would also involve the use of many microphones during the recording process. Therefore, such accurate reproduction of the acoustic wavefront is not entirely practical for audio reproduction systems used in homes, theaters and the like.

【0005】 所望の再生が3次元であり、スピーカがもはや同一平面上にない場合、これら
の複雑化は対応して増大し、この種の再生はよりいっそう非実用的になる。3次
元への拡張により、オリジナル音源平面に限定されない場合だけでなく、映画用
または音楽録音のマスタリングにおける特殊効果が可能になる。例えば、平面的
なステージ上のミュージシャンの録音の場合でさえも、結果として生じる周囲の
サウンド環境は、取り込みおよび再生できる楽器配置における反響および変動に
よって3次元的性格を有することになる。音源の定位よりも定量化は困難である
が、3次元が含まれることにより、実際の音源が同一平面的配置にある場合でさ
えも、音場についてのこの「広がり」と奥行きの感覚が増す。
When the desired reproduction is three-dimensional and the loudspeakers are no longer coplanar, these complications increase correspondingly, making this kind of reproduction even more impractical. The extension to three dimensions allows special effects in the mastering of movie or music recordings, as well as when not limited to the original sound source plane. For example, even in the case of recording a musician on a flat stage, the resulting ambient sound environment will have a three-dimensional character due to the echoes and variations in the instrument arrangements that can be captured and played. It is more difficult to quantify than sound source localization, but the inclusion of three dimensions increases this sense of "spread" and depth in the sound field, even when the actual sound source is coplanar. .

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

したがって、サラウンドサウンドシステムにおいて現在用いられるのとほぼ同
数のラウドスピーカにより、出現しつつある新しいオーディオ規格において規定
されるようなマルチチャンネル録音による改善された臨場感のあるサウンド再生
技術を提供することが本発明の主要かつ全般的な目的である。
Therefore, with nearly the same number of loudspeakers currently used in surround sound systems, it is possible to provide improved and immersive sound reproduction techniques with multi-channel recording as specified in the emerging emerging audio standards. It is the main and general purpose of the present invention.

【0007】 録音または伝送されたマルチチャンネルサウンドを、家庭、劇場、またはその
他の傾聴場所において再生する方法および/またはシステムを提供することが本
発明の別の目的であり、このシステムにより、ユーザは、そこで使用されている
ラウドスピーカの特定の配置用に傾聴位置で電子マトリクスを設定できる。
It is another object of the present invention to provide a method and / or system for playing recorded or transmitted multi-channel sound in a home, theater, or other listening location, by which the user can: , The electronic matrix can be set at the listening position for the particular placement of the loudspeakers used there.

【0008】 これらの技術および方法を、ラウドスピーカが非共面的配置に置かれている場
合に3次元音場の取り込みと再生に拡張することが本発明のさらなる目的である
It is a further object of the invention to extend these techniques and methods to the capture and reproduction of a three-dimensional sound field when the loudspeakers are placed in a non-coplanar arrangement.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

これらの目的および付加的な目的は本発明により実現され、本発明では、簡潔
かつ全体として、傾聴エリアを包囲するように配置された4つ以上のラウドスピ
ーカを介した多重信号により音響場が確保および再生され、信号は、取得された
音響場の指定数の空間高調波を、傾聴エリア周囲のスピーカの実際的に任意の配
置により再生するように処理される。これにより、ラウドスピーカの位置につい
てどのような特有の制約も課されることなく、サウンド再生の臨場感が増す。
These and additional objects are realized by the present invention, in which the acoustic field is simply and generally ensured by multiple signals through four or more loudspeakers arranged to surround the listening area. And regenerated, the signal is processed to regenerate a specified number of spatial harmonics of the acquired acoustic field with virtually any arrangement of speakers around the listening area. This enhances the ambience of sound reproduction without imposing any particular constraint on the position of the loudspeaker.

【0010】 システムが指定数の空間高調波を再生できる前に、スピーカがある特定のパタ
ーンに配置されることが必要とされるのではなく、存在するどのようなスピーカ
位置も、再生レイアウトにおいてこの有利な結果を引き起こすためにマルチチャ
ンネルサウンド信号の電子的符号化および/または復号化におけるパラメータと
して用いられる。もし1つ以上のスピーカが移動されると、これらのパラメータ
は、再生されたサウンドの空間高調波を保存するように変更される。5つのチャ
ンネルおよび5つのスピーカの使用は、本発明の様々な局面を例示するために以
下で説明してある。
It is not necessary that the loudspeakers be placed in a particular pattern before the system can reproduce the specified number of spatial harmonics, rather any existing loudspeaker positions will be present in the playback layout. Used as a parameter in electronic encoding and / or decoding of multi-channel sound signals to produce advantageous results. If one or more speakers are moved, these parameters are changed to preserve the spatial harmonics of the reproduced sound. The use of 5 channels and 5 speakers is described below to illustrate various aspects of the present invention.

【0011】 本発明の1つの特定の局面によると、個々のモノラル音声は、マトリクスを用
いて一緒にミックスされ、このマトリクスは、録音または音声伝送を形成する場
合に、モノラル音声を角度を有して配置し、これらがリスナーの周囲に想定され
たスピーカ配置を通して再生される場合に、臨場感が改善される。サウンドの位
置のそれぞれの側でスピーカを駆動する2つのチャンネルに所定のモノラル音声
を単に送るのでなく、現在、標準的なパンニング技法によってなされているよう
に、サウンドを所望の空間高調波で再生するために、全チャンネルが潜在的に含
まれる。代表的用途は、一緒に演奏している複数のミュージシャンの録音のマス
タリングにおけるものである。最初に、各楽器のサウンドが別々に録音され、次
に、再生時に傾聴エリア周囲に配置されるようにミックスされる。空間高調波を
維持するために全チャンネルを使用することにより、再生された音場は、ミュー
ジシャンが演奏している室内に存在する音場により近いものになる。
According to one particular aspect of the invention, the individual monophonic sounds are mixed together using a matrix, which matrix forms an angle with the monophonic sounds when forming a recording or audio transmission. Presence is improved when these are played back through the intended speaker placement around the listener. Rather than simply sending a given mono sound to the two channels that drive the speaker on each side of the sound's position, it plays the sound at the desired spatial harmonics, as is currently done by standard panning techniques. Because of this, all channels are potentially included. A typical application is in mastering recordings of multiple musicians playing together. First, the sounds of each instrument are recorded separately and then mixed to be placed around the listening area during playback. By using all channels to maintain spatial harmonics, the reproduced sound field is closer to the existing sound field in the room where the musician is playing.

【0012】 本発明の別の特定の局面によると、当初マスタリングされた時に想定されたも
のと異なるスピーカ配置に対応するため、マルチチャンネルサウンドは、家庭、
劇場または再生場所で再マトリクス化できる。所望の空間高調波は、スピーカの
異なる実際の配置を用いて正確に再生される。これにより、改善されたサウンド
の臨場感を失うことなく、スピーカ配置にしばしば制約が課される家庭内でとり
わけ重要な、自由なスピーカ配置が可能になる。
In accordance with another particular aspect of the invention, multi-channel sound is used at home to accommodate speaker arrangements different from those envisioned when initially mastered.
Can be re-matrixed in theaters or replay locations. The desired spatial harmonics are accurately reproduced using different actual placements of speakers. This allows free speaker placement, especially important in the home where speaker placement is often constrained, without losing the improved sound sensation.

【0013】 本発明のさらなる特定の局面によると、音場は最初に、複数の指向性マイクを
用いて方向情報と共に取得される。マイク出力、あるいはマイク出力の当初の部
分的マトリクス化の結果としての空間高調波信号が、記録または別個のチャンネ
ルにより傾聴位置に伝送される。伝送された信号は、次に、記録位置の空間高調
波と適合させたある数の空間高調波と共に、記録された音場を再生するため、家
庭または他の傾聴場所で、実際のスピーカ位置を考慮して再マトリクス化される
According to a further particular aspect of the invention, the sound field is first acquired with directional information using a plurality of directional microphones. The spatial harmonic signals, as a result of the microphone output, or the initial partial matrixing of the microphone output, are transmitted to the listening position by recording or a separate channel. The transmitted signal, together with a certain number of spatial harmonics matched with the spatial harmonics of the recording position, then reproduces the recorded sound field, at home or at another listening location, at the actual speaker position. It is re-matrixed in consideration.

【0014】 これらの種々の局面は、2次元または3次元空間高調波を用い得る。2次元の
ケースでは、当初の録音が2次元空間高調波に基づくものであろうと、スピーカ
面上への3次元投影によるものであろうと、音声波面は主として同一平面にある
ラウドスピーカ配置により再生される。3次元再生において、1つ以上のスピー
カが、2次元面とは異なる高さに置かれる。同様に、3次元音場は、多重指向性
マイクの非共面的配置により取得される。
These various aspects can use two-dimensional or three-dimensional spatial harmonics. In the two-dimensional case, whether the original recording was based on two-dimensional spatial harmonics or by three-dimensional projection onto the speaker plane, the sound wavefront is reproduced primarily by the co-planar loudspeaker arrangement. It In 3D playback, one or more speakers are placed at a different height than the 2D surface. Similarly, the three-dimensional sound field is acquired by a non-coplanar arrangement of multidirectional microphones.

【0015】 本発明の様々な局面の付加的な目的、特徴および利点は、本発明の好ましい実
施形態から明白になるであろうが、これらの実施形態は、添付図面と関連して解
釈されるべきである。
Additional objects, features and advantages of various aspects of the invention will be apparent from the preferred embodiments of the invention, which are to be construed in conjunction with the accompanying drawings. Should be.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

2次元面における空間高調波の方法から論じることにする。この方法論の結果
のいくつかは以下の通りである。すなわち、(1)任意数のスピーカへの供給に
使用できるサラウンドサウンドの記録方法、(2)所定の空間高調波セットを正
確に作り出すためのモノラルサウンドのパンニング方法、および(3)サラウン
ドサウンドを3チャンネルで蓄積または伝送する方法であって、その結果、チャ
ンネルのうちの2つが標準ステレオミックスであり、第3のチャンネルを用いて
、オリジナルの空間高調波を保存するサラウンド供給が再生できる。
We will discuss from the method of spatial harmonics in the two-dimensional plane. Some of the results of this methodology are: That is, (1) a surround sound recording method that can be used to supply an arbitrary number of speakers, (2) a monaural sound panning method for accurately creating a predetermined set of spatial harmonics, and (3) surround sound. A method of storing or transmitting on a channel such that two of the channels are standard stereo mixes and a third channel can be used to reproduce a surround supply that preserves the original spatial harmonics.

【0017】 2次元の議論に続き、この同じ理論を3次元に拡張する。2次元において、空
間高調波は、単一変数、すなわち角度φのフーリエ正弦および余弦級数に基づく
。あいにく、3Dバージョンの数学は2Dについてほどクリーンかつコンパクト
ではない。複雑さを減じるのにどのような特に良い方法もなく、このため、2D
バージョンを最初に提示する。
Following the discussion of two dimensions, we extend this same theory to three dimensions. In two dimensions, spatial harmonics are based on a single variable, the Fourier sine and cosine series of angle φ. Unfortunately, the 3D version of math is not as clean and compact as it is for 2D. There is no particularly good way to reduce complexity, and thus 2D
Present the version first.

【0018】 空間高調波の方法を3次元に拡張するため、次にルジャンドル関数および球面
調和関数を簡潔に論じる。ある意味、これはフーリエ正弦および余弦級数の一般
化である。フーリエ級数は1つの角度、φの関数である。級数は周期的である。
これは円上の関数の表現として考えることができる。球面調和関数は、球面上に
定義され、2つの角度、θとφとの関数である。φは、0度がまっすぐ前方であ
り、90°が左であり、180°がまっすぐ後方である場合に定義される方位角
である。θは偏角(上方および下方)で、0度ではまっすぐ頭上であり、90°
では水平面であり、180°ではまっすぐ下方である。これらは点(θ,φ)に
ついて図9において示してある。θの範囲が0〜180°であるのに対して、φ
の範囲が0〜360°(あるいは、−180°〜180°)であることに留意さ
れたい。
To extend the method of spatial harmonics to three dimensions, we next briefly discuss the Legendre function and spherical harmonics. In a sense, this is a generalization of the Fourier sine and cosine series. The Fourier series is a function of one angle, φ. The series is periodic.
This can be thought of as a representation of a function on a circle. The spherical harmonic is defined on the sphere and is a function of two angles, θ and φ. φ is an azimuth angle defined when 0 ° is straight ahead, 90 ° is left, and 180 ° is straight backward. θ is the declination (upper and lower), 0 ° is straight overhead and 90 °
Is a horizontal plane and 180 ° is straight down. These are shown in FIG. 9 for the point (θ, φ). While the range of θ is 0 to 180 °, φ
Note that the range is from 0 to 360 ° (or -180 ° to 180 °).

【0019】2次元における空間高調波 図1には、人11が傾聴エリアの中央に示されており、このエリアは、スピー
カSP1、SP2、SP3、SP4およびSP5により包囲されていて、これら
のスピーカは、それらのサウンドを中心に送り出すように向けてある。この応用
における説明のために角座標系が設定してある。前方スピーカSP1に面してい
るリスナー11の前方方向は、基準として、(θ1 ,φ1 )=(90°,0°)
に位置するものと見なす。残りのスピーカSP2(前方左)、SP3(後方左)
、SP4(後方右)およびSP5(前方右)の角位置は、その基準からそれぞれ
(θ2,φ2)、(θ3,φ3)、(θ4,φ4)、および(θ5,φ5)である。ここ
で、スピーカは、実質的に平面である表面を定義する典型的な配置に置かれ、1
つの例では、スピーカが置かれた部屋の床と平行な、θ=90°の水平面である
。この状況においては、θ1−θ5の各々は90°であり、これらのθは、さしあ
たり明示的に表わされず、図1から省略される。1つ以上のスピーカを、1つ以
上の他のスピーカより高くする必要はないが、限定された空間に合わせるために
なされることがある。θi ≠90°の1つ以上のケースは下で論じる。
Spatial Harmonics in Two Dimension FIG. 1 shows a person 11 in the center of the listening area, which is surrounded by loudspeakers SP1, SP2, SP3, SP4 and SP5. Is aimed at sending those sounds to the center. An angular coordinate system has been established for the purposes of this application. The front direction of the listener 11 facing the front speaker SP1 is (θ 1 , φ 1 ) = (90 °, 0 °) as a reference.
Considered to be located in. Remaining speakers SP2 (front left), SP3 (rear left)
, SP4 (rear right) and SP5 (front right) have angular positions (θ 2 , φ 2 ), (θ 3 , φ 3 ), (θ 4 , φ 4 ), and (θ 5 , φ 5 ). Here, the loudspeakers are placed in a typical arrangement that defines a surface that is substantially planar, 1
One example is a horizontal plane at θ = 90 °, parallel to the floor of the room where the speaker is placed. In this situation, each of θ 1 −θ 5 is 90 ° and these θ are not explicitly represented for the moment and are omitted from FIG. One or more loudspeakers need not be taller than one or more other loudspeakers, but may be made to fit a limited space. One or more cases where θ i ≠ 90 ° are discussed below.

【0020】 単独の楽器からのような、モノラルサウンド13を、ゼロ基準から角度φ0
スピーカが全くない位置に配置することが望まれる。通常、他の角度で同時に配
置されることが望まれる他のモノラルサウンドがあるが、説明を単純にするため
、ソース13のみをここでは示してある。多楽器音楽ソースについては、例えば
、個々の楽器の音は典型的には、マスタリング工程の間、傾聴エリア周囲の種々
の角度φ0に配置される。各楽器の音は、少なくとも1つの別個のチャンネル上
でモノラルに録音する1つ以上のマイクにより取得される。これらのモノラル録
音は、マスタリング工程の間に音源の役割をする。代わりに、マスタリングは、
別個の楽器マイクからリアルタイムで実行できる。
It is desirable to place the monaural sound 13, such as from a single instrument, in a position where there is no speaker at angle φ 0 from the zero reference. Usually, there are other mono sounds that are desired to be co-located at other angles, but for simplicity of explanation only source 13 is shown here. For multi-instrument music sources, for example, individual instrument sounds are typically placed at various angles φ 0 around the listening area during the mastering process. The sound of each instrument is captured by one or more microphones recording mono on at least one separate channel. These mono recordings act as sound sources during the mastering process. Instead, mastering is
Can be run in real time from a separate instrument microphone.

【0021】 マスタリング工程を説明する前に、空間周波数の概念を例示するため、図2A
〜Dを参照する。図2(A)は、傾聴エリアを包囲する空間を、角位置の観点か
ら示すものである。スピーカSP1、SP2、SP3、SP4およびSP5それ
ぞれの5つの位置は、音源13の所望の位置はそのままで示してある。音源13
は、フーリエ展開として以下の通り表現し得る空間インパルスと見ることができ
式中、mは個別の空間高調波の整数で、0〜M個の高調波が再構成され、個々の
高調波の1つの構成要素の係数であり、amは各高調波の1つの成分の係数であ
り、bmは各高調波の直交成分の係数である。したがって、値a0は、空間関数の
零次の値である。
Prior to describing the mastering process, FIG. 2A is provided to illustrate the concept of spatial frequency.
See ~ D. FIG. 2A shows the space surrounding the listening area from the viewpoint of the angular position. The five positions of each of the speakers SP1, SP2, SP3, SP4 and SP5 are shown without changing the desired position of the sound source 13. Sound source 13
Can be viewed as a spatial impulse that can be expressed as a Fourier expansion as Where m is an integer of the individual spatial harmonics, 0-M harmonics are reconstructed and is the coefficient of one component of each individual harmonic, and a m is one component of each harmonic. And b m is the coefficient of the orthogonal component of each harmonic. Therefore, the value a 0 is the zero-order value of the spatial function.

【0022】 空間零次は図2(B)に示してあり、空間インパルス音源13の大きさに伴っ
て上下する空間全体の周りで等しい大きさを有している。図2Cは、1次空間関
数を示すもので、空間周囲に1つの完全なサイクルを有しているのに対して、イ
ンパルス13の角度で最大値である。図2Dに例示されるように、2次空間関数
は、空間周囲に2つの完全なサイクルを有している。数学的には、空間インパル
ス13は多数の次数により正確に表されるが、わずか数台のスピーカのみが用い
られているという事実により、再生された音場に含まれ得る空間高調波の数には
限界がある。もしスピーカの数が(1+2n)以上であれば(nはここでは再生
しようとする高調波の数)、再生された音場のゼロからnの空間高調波が、オリ
ジナルの音場中に存在するものと実質的にぴったりに再生できる。逆に言えば、
正確に再生できる空間高調波は、ゼロからnの高調波であり、ここでnは、傾聴
エリアの周りに配置されたスピーカの数未満の整数の半分以下である最大の整数
である。代わりに、特定のシステムにおいて再生されるように、考えられる空間
高調波のこの最大数より小さい数が選択され得る。
The spatial zero-order is shown in FIG. 2B, and has the same size around the entire space that rises and falls with the size of the spatial impulse sound source 13. FIG. 2C shows the first-order spatial function, which has one complete cycle around the space, whereas it has a maximum at the angle of the impulse 13. As illustrated in FIG. 2D, the quadratic spatial function has two complete cycles around the space. Mathematically, the spatial impulse 13 is accurately represented by a large number of orders, but due to the fact that only a few loudspeakers are used, the number of spatial harmonics that can be included in the reproduced sound field is Has a limit. If the number of speakers is (1 + 2n) or more (n is the number of harmonics to be reproduced here), there are zero to n spatial harmonics of the reproduced sound field in the original sound field. Can be played virtually exactly as the ones. Conversely,
The spatial harmonics that can be accurately reproduced are zero to n harmonics, where n is the largest integer that is less than or equal to half an integer less than the number of speakers placed around the listening area. Alternatively, a number below this maximum number of possible spatial harmonics may be chosen to be reproduced in a particular system.

【0023】 本発明の1つの特定の局面が図3に例示されており、これは、マルチチャンネ
ル記録をマスタリングするために使用されるサウンドコンソールのいくつかの機
能を図式的に示すものである。この例では、5つの信号S1、S2、S3、S4
およびS5は、おそらくデジタル形式で、テープのような適切な記録媒体の5つ
の別個のチャンネルに記録されている。これらの信号の各々は、個別のスピーカ
を駆動することになる。2つのモノラル音源17および19がミックスされて記
録された信号S1−S5になるのが例示されている。これらの音源17および1
9は、例えば、一緒にミックスされている種々の楽器のライブまたは記録された
信号とすることができる。音源17および19の一方または双方は、合成的に生
成または自然に記録されたサウンド効果、声および同様のものであってもよい。
実際には、通常、記録を行うためにはそのような信号は2つよりずっと多く使用
される。個々の信号は、記録トラックに1つずつ追加するか、同時記録用に一緒
にミックスできる。
One particular aspect of the present invention is illustrated in FIG. 3, which schematically illustrates some features of a sound console used to master multi-channel recordings. In this example, five signals S1, S2, S3, S4
And S5, probably in digital form, are recorded on five separate channels of a suitable recording medium such as tape. Each of these signals will drive a separate speaker. It is illustrated that the two monaural sound sources 17 and 19 are mixed into the recorded signals S1-S5. These sound sources 17 and 1
9 can be, for example, live or recorded signals of various musical instruments that are mixed together. One or both of the sound sources 17 and 19 may be synthetically generated or naturally recorded sound effects, voices and the like.
In practice, usually more than two such signals are used to make the recording. The individual signals can be added to the recording tracks one at a time or mixed together for simultaneous recording.

【0024】 図3に例示してあるものは、モノラルサウンドの「位置決め」技法である。す
なわち、記録がサラウンドサウンドシステムを介して再生される時の音源17お
よび19の各々の見かけの位置は、図1に関して上記で説明したように、マスタ
リング工程の間に設定される。現在、マスタリングコンソールの通常のパンニン
グ技法は、モノラルサウンドを、記録された信号S1−S5のうちの2つにのみ
送り、これがそのサウンド用に要望される位置の両側にあるスピーカに、音源の
リスナーに対する見かけの位置を決定する相対的な振幅と共に、供給する。しか
し、これにはある種の臨場感が欠けている。したがって、図3に示されるように
、各音源は、5つのチャンネルの各々へ、その場所から発している音場の、ある
数の空間高調波、少なくとも零次および1次高調波を有する信号のセットを構築
するために設定される相対利得と共に供給される。1つ以上のチャンネルは、特
定信号の部分をそれでもなお全く受け取ることができないことがあるが、それは
所定数の空間高調波が保存された結果であって、信号が2つのチャンネルのみに
人為的に限定されているからではない。
Illustrated in FIG. 3 is a monaural sound “positioning” technique. That is, the apparent position of each of the sound sources 17 and 19 when the recording is played back via the surround sound system is set during the mastering process, as described above with respect to FIG. Nowadays, the normal panning technique of the mastering console sends the mono sound only to two of the recorded signals S1-S5, which causes the sound source listener to the speakers on either side of the desired position for that sound. With relative amplitudes that determine the apparent position relative to. But it lacks some kind of presence. Therefore, as shown in FIG. 3, each sound source is directed to each of the five channels of a signal having a certain number of spatial harmonics, at least zero and first harmonics, of the sound field emanating from that location. Supplied with the relative gains set to build the set. One or more channels may still not be able to receive a portion of a particular signal at all, which is a result of the preservation of a certain number of spatial harmonics, where the signal is artificially only on two channels. Not because it's limited.

【0025】 5つの別個のチャンネルS1−S5へのソース17信号の相対的寄与率は、個
々の可変利得増幅器21、22、23、24および25により示される。これら
の増幅器のそれぞれの利得g1、g2、g3、g4およびg5は、制御プロセッサ2
9からの制御信号により回路27中に設定される。同様に、ソース19のサウン
ド信号は、チャンネルS1−S5の各々へそれぞれの増幅器31、32、33、
34および35を通して送られる。増幅器31−35のそれぞれの利得g1'、g2 '、g3'、g4'およびg5'も、回路37を介して制御プロセッサ29により設定
される。利得のこれらのセットは、制御盤45を介してのサウンドエンジニアか
らの入力から制御プロセッサ29により計算される。これらの入力は、ソース1
7および19からのサウンドの所望の配置の角度Φ(図1)および想定上のスピ
ーカセット配置角度φ1−φ5を含んでいる。計算されたパラメータも、任意に回
路47を通して供給されて記録され得る。増幅器21−25それぞれの個々の出
力は、それぞれの加算ノード39、40、41、42および43により増幅器3
1−35の出力と結合され、5つのチャンネル信号S1−S5を提供する。これ
らの信号S1−S5は結局、スピーカSP1−SP5のそれぞれの1つを介して
再生される。
The relative contribution of the source 17 signal to the five separate channels S1-S5 is represented by the individual variable gain amplifiers 21, 22, 23, 24 and 25. The gains g 1 , g 2 , g 3 , g 4 and g 5 of each of these amplifiers are controlled by the control processor 2.
It is set in the circuit 27 by the control signal from 9. Similarly, the sound signal of the source 19 is fed to the respective amplifiers 31, 32, 33,
Sent through 34 and 35. The respective gains g 1 ′, g 2 ′, g 3 ′, g 4 ′ and g 5 ′ of the amplifiers 31-35 are also set by the control processor 29 via the circuit 37. These sets of gains are calculated by the control processor 29 from inputs from the sound engineer via the control board 45. These inputs are source 1
It includes the desired placement angle Φ (FIG. 1) of the sounds from 7 and 19 and the assumed speaker set placement angle φ 15 . The calculated parameters can also optionally be provided and recorded through circuit 47. The individual outputs of each amplifier 21-25 are fed to the amplifier 3 by the respective summing nodes 39, 40, 41, 42 and 43.
Combined with the outputs of 1-35, it provides five channel signals S1-S5. These signals S1-S5 are eventually reproduced via one of the respective speakers SP1-SP5.

【0026】 制御プロセッサ29は、モノラル音源の各々について1組の相対利得を計算す
るため、入力された情報から連立方程式を解くために動作するDSP(デジタル
信号プロセッサ)を含んでいる。個々の別個に置かれた音源の配置について解か
れる1次方程式の原則セットは以下の通りに表し得る。 式中、φ0は、サウンド所望の見かけの位置の角度を表し、φiおよびφjは、個
々のチャンネルについてのラウドスピーカの配置に対応した角位置を表し、iお
よびjの各々は、1からチャンネル数までの整数値を有し、mは空間高調波を表
し、この空間高調波は0から、再生時にオリジナル音場の高調波と整合させられ
る高調波の数まで達し、Nはチャンネルの総数であり、giは個々のチャンネル
の相対利得を表し、iは1からチャンネル数まで達する。方程式が解かれるのは
、この相対利得のセットについてである。添字iおよびjの使用は、マトリクス
についての通常の数学的表記に従い、iはマトリクスの項の行数でありjは列数
である。
The control processor 29 includes a DSP (digital signal processor) that operates to solve the system of equations from the input information to calculate a set of relative gains for each of the mono sources. The principle set of linear equations that can be solved for each separately placed source placement can be expressed as: Where φ 0 represents the angle of the desired apparent position of the sound, φ i and φ j represent the angular positions corresponding to the loudspeaker placement for the individual channels, and each of i and j is 1 Has an integer value from 0 to the number of channels, m represents the spatial harmonics, which can range from 0 to the number of harmonics that are matched to the harmonics of the original sound field during playback, N being the number of channels Is the total number, g i represents the relative gain of the individual channels, i goes from 1 to the number of channels. It is for this set of relative gains that the equation is solved. The use of the subscripts i and j follows the usual mathematical notation for matrices, where i is the number of rows of terms in the matrix and j is the number of columns.

【0027】 チャンネル数N、およびスピーカ数も5であり、零次および1次空間高調波が
正確に再生される特定の例においては、上記の1次方程式は下記のマトリクスと
して表現し得る。 この一般マトリクスを、相対利得g1−g5の所望のセットについて解く。
In a particular example where the number of channels N and the number of speakers is also 5, and the zero-order and first-order spatial harmonics are accurately reproduced, the above linear equation can be expressed as the following matrix. The general matrix, solve for the desired set of relative gain g 1 -g 5.

【0028】 これは階数3のマトリクスであり、これを満たす多くの相対利得値があること
を意味する。一意の利得セットを提供するためには、別の制約が付加される。そ
のような制約の1つは、第2の空間高調波がゼロであるというもので、これによ
り、上記のマトリクスの下側2行が変わる。
This is a rank-3 matrix, which means that there are many relative gain values that satisfy it. Another constraint is added to provide a unique gain set. One such constraint is that the second spatial harmonic is zero, which changes the lower two rows of the matrix above.

【0029】 一般マトリクスの解に課し得る別の制約は、速度ベクトル(約750〜150
0Hzの範囲内の遷移周波数以下の周波数)およびパワーベクトル(この遷移よ
り上の周波数での)が実質的に整列されなければならないというものである。公
知のように、人の耳は、遷移の上下の周波数範囲において、異なるメカニズムに
よってサウンドの方向を識別する。したがって、両方の周波数範囲へ潜在的に拡
張するサウンドの見かけの位置は、耳には同じ場所から来るように見えるように
される。これは、これらのベクトルの各々の角方向についての式を以下の通り同
等に見なすことにより得られる。 速度ベクトル方向の定義は等号の左であり、パワーベクトルの定義は右である。
パワーベクトルについては、利得項の平方を取ることは、高い周波数範囲への人
の耳の反応のし方のモデルの近似であり、そのため個人間で多少変わり得る。
Another constraint that may be placed on the solution of the general matrix is the velocity vector (about 750-150).
That is, frequencies below the transition frequency in the range of 0 Hz) and power vectors (at frequencies above this transition) must be substantially aligned. As is known, the human ear discriminates sound direction by different mechanisms in the frequency range above and below the transition. Thus, the apparent location of the sound, which potentially extends into both frequency ranges, is made to appear to the ear to come from the same location. This is obtained by equating the equations for the angular directions of each of these vectors as follows: The definition of the velocity vector direction is to the left of the equal sign and the definition of the power vector is to the right.
For the power vector, taking the square of the gain term is an approximation of the model of how the human ear reacts to high frequency ranges and so may vary slightly between individuals.

【0030】 リスナー11の周囲に配置されるべきサウンドの各々について1セットの相対
利得が制御プロセッサ29によりひとたび計算されると、結果として得られる信
号S1−S5は、記録15から再生され、スピーカSP1−SP5の1つを個別
に駆動できる。もしスピーカが、各音源の計算時に想定されたリスナー11周囲
の角位置φ1−φ5に正確に、またはそれらの位置に非常に近く位置すれば、すべ
ての音源の位置は、リスナーにはサウンドエンジニアがそれらの音源を配置しよ
うとした場所にあるように思われるであろう。これらの計算に含まれる0次、1
次、および任意のより高次の空間高調波も忠実に再生されるであろう。
Once a set of relative gains has been calculated by the control processor 29 for each of the sounds to be placed around the listener 11, the resulting signals S1-S5 are reproduced from the recording 15 and the speaker SP1. -One of SP5 can be driven individually. If the loudspeakers are located exactly at or very close to the angular positions φ 15 around the listener 11 that were assumed when calculating each sound source, all sound source positions are It would seem that the engineer was in the place where they tried to place those sources. 0th order, 1 included in these calculations
The next and any higher spatial harmonics will also be faithfully reproduced.

【0031】 しかしながら、家庭、劇場または録音が再生されるべき他の場所の物理的制約
により、そのサウンドシステムのスピーカを置き得る場所がしばしば制約される
。もし記録中に想定したものと異なる角度で傾聴エリア周囲に配置されると、個
々の音源の空間化は最適ではないことがある。したがって、本発明の別の局面に
よれば、信号S1−S5は、図4に例示されるように、リスナーのサウンドシス
テムによって再マトリクス化される。録音15から再生されるサウンドチャンネ
ルS1−S5は、特定の実施例において、最初に高調波マトリクス51により、
空間高調波信号a0(零次高調波)、a1およびb1(1次高調波)に変換される
。1次高調波信号a1およびb1は互いに直交している。
However, physical constraints in the home, theatre, or other places where the recordings are to be played often limit where the speakers of the sound system can be placed. The spatialization of individual sources may not be optimal if they are placed around the listening area at an angle different from what was assumed during recording. Therefore, according to another aspect of the invention, the signals S1-S5 are re-matrixed by the listener's sound system, as illustrated in FIG. The sound channels S1-S5 reproduced from the recording 15 are, in a particular embodiment, initially due to the harmonic matrix 51:
It is converted into spatial harmonic signals a 0 (zero-order harmonic), a 1 and b 1 (first-order harmonic). The first harmonic signals a 1 and b 1 are orthogonal to each other.

【0032】 もし0次および1次空間高調波より高次のものが保存されるべきであれば、さ
らなる高調波各々について2つの付加的な直交信号がマトリクス51により生成
される。次に、これらの高調波信号はスピーカマトリクス53への入力として働
き、スピーカマトリクスがこれらの信号を信号S1’、S2’、S3’、S4’
およびS5’の修正されたセットに変換され、これらの信号は、種々のスピーカ
位置が想定されて録音15が当初マスタリングされた時に意図された再生サウン
ドの改善された臨場感を提供するように、一意に配置されたスピーカを駆動する
。これは、制御プロセッサ59からのそれぞれの利得制御回路55および57を
介してマトリクス51および53中に設定される相対利得により達成される。プ
ロセッサ59は、サウンドトラックによって記録および再生されたマスタリング
パラメータ、第1に想定されたスピーカ角度φ1、φ2、φ3、φ4、およびφ5
ならびに制御盤61を介してリスナーにより制御プロセッサに供給される対応す
る実際のスピーカ角度β1、β2、β3、β4およびβ5からこれらの利得を計算す
る。
If higher than the 0th and 1st spatial harmonics are to be preserved, two additional quadrature signals are generated by the matrix 51 for each further harmonic. These harmonic signals then act as inputs to the speaker matrix 53, which the speaker matrix signals S1 ', S2', S3 ', S4'.
And converted to a modified set of S5 ', so that these signals provide an improved sense of the reproduced sound intended when the recording 15 was initially mastered, assuming various speaker positions. Drives a uniquely placed speaker. This is achieved by the relative gains set in matrices 51 and 53 via respective gain control circuits 55 and 57 from control processor 59. The processor 59 includes mastering parameters recorded and reproduced by the soundtrack, first assumed speaker angles φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 , and φ 5 ,
And these gains are calculated from the corresponding actual speaker angles β 1 , β 2 , β 3 , β 4 and β 5 provided by the listener to the control processor via the control board 61.

【0033】 高調波マトリクス51のアルゴリズムは、3つずつ5組に配置された15個の
可変利得増幅器を用いて例示してある。増幅器のうちの3つは、記録から再生さ
れるサウンド信号S1−S5の各々を受信するように接続されている。増幅器6
3、64および65はS1信号を受信し、増幅器67、68および69はS2信
号を受信し、以下同様である。これらの5つのグループの各々の1つの増幅器か
らの出力は、a0出力信号を有する加算ノード81に接続され、これらの5つの
グループの各々の別の増幅器からの出力は、a1出力信号を有する加算ノード8
3に接続され、各グループの第3の増幅器からの出力は、第3の加算ノード85
に接続され、このノードの出力はb1信号である。
The algorithm of the harmonic matrix 51 is illustrated using 15 variable gain amplifiers arranged in 5 sets of 3. Three of the amplifiers are connected to receive each of the sound signals S1-S5 reproduced from the recording. Amplifier 6
3, 64 and 65 receive the S1 signal, amplifiers 67, 68 and 69 receive the S2 signal, and so on. The output from one amplifier of each of these five groups is connected to summing node 81, which has an a 0 output signal, and the output from another amplifier of each of these five groups outputs an a 1 output signal. Adder node 8
3 and the output from the third amplifier of each group is the third summing node 85.
, And the output of this node is the b1 signal.

【0034】 マトリクス51は、記録15から再生されるオーディオ信号S1−S5および
マスタリング中に想定されるスピーカ角度φ1、φ2、φ3、φ4、およびφ5のみ
から、下記のように中間信号a0、a1およびb1を計算する。 したがって、マトリクス51として示されるこのアルゴリズムの説明において、
増幅器63、67、70、73および76は単位利得を有し、増幅器64、68
、71、74および77は、想定されたスピーカ角度の余弦関数であるものより
小さい利得を有し、増幅器65、69、72、75および78は、想定されたス
ピーカ角度の正弦関数であるものより小さい利得を有する。
The matrix 51 has the following intermediate values from only the audio signals S 1 -S 5 reproduced from the recording 15 and the speaker angles φ 1 , φ 2 , φ 3 , φ 4 , and φ 5 assumed during mastering. Calculate the signals a 0 , a 1 and b 1 . Therefore, in the description of this algorithm, shown as matrix 51,
Amplifiers 63, 67, 70, 73 and 76 have unity gain and amplifiers 64, 68
, 71, 74 and 77 have a gain less than that which is the cosine function of the assumed speaker angle, and amplifiers 65, 69, 72, 75 and 78 which are less than the sine function of the assumed speaker angle. Has a small gain.

【0035】 マトリクス53は、これらの信号を取り、新しい信号S1’、S2’、S3’
、S4’およびS5’を供給して、傾聴エリアを取り囲む一意の位置を有するス
ピーカを駆動する。図4に示される処理の説明には、信号a0を受信する5つの
増幅器87−91、信号a1を受信する5つの増幅器92−97、および信号b1 を受信する5つの増幅器98−103でグループ化された15の可変利得増幅器
87−103が含まれる。これら3グループの各々の増幅器の一意のものの出力
は、加算ノード105へ入力を供給し、これらのグループの各々の別のものの出
力は、加算ノード107へ入力を供給し、他の増幅器は、図示されるように、そ
れらの出力が同様な方法でノード109、111および113に接続されている
The matrix 53 takes these signals and creates new signals S1 ′, S2 ′, S3 ′.
, S4 ′ and S5 ′ to drive a speaker having a unique position surrounding the listening area. In the description of the process shown in FIG. 4, five amplifiers 87-91 that receive the signal a 0 , five amplifiers 92-97 that receive the signal a 1 and five amplifiers 98-103 that receive the signal b 1 are described. Included are 15 variable gain amplifiers 87-103 grouped together. The output of the unique one of each of these three groups supplies the input to summing node 105, the output of another of each of these groups supplies the input to summing node 107, and the other amplifiers are shown. As such, their outputs are connected to nodes 109, 111 and 113 in a similar manner.

【0036】 増幅器87−103の相対利得は、実際のスピーカ角度βに依存する連立方程
式の以下のセットを満たすように設定される。 式中、この例ではN=5であり、結果として、iおよびjは、1、2、3、4お
よび5の値を有する。この結果は、家庭、劇場または他のユーザが、ラウドスピ
ーカの位置により取られた特定の角度を「ダイヤル・イン」できることであり、
これは、マスタリング技術が提供する改善された空間性能を維持するために、そ
の時々に変更することさえできる。
The relative gains of amplifiers 87-103 are set to satisfy the following set of simultaneous equations that depend on the actual speaker angle β. Where N = 5 in this example, and consequently i and j have the values 1, 2, 3, 4 and 5. The result is that a home, theater or other user can "dial in" a specific angle taken by the position of the loudspeaker,
This can even be changed from time to time in order to maintain the improved spatial performance offered by the mastering technique.

【0037】 実際のスピーカ位置角度βについての上記の連立方程式のマトリクス式は以下
の通りで、ここではゼロに等しい第2の空間高調波の条件も課される。 増幅器87−103の相対利得の値は、実際のスピーカ位置角度β1−β5で回路
マトリクス53の出力信号S1’−S5’についての上記のマトリクスを解いた
結果である係数a0、a1およびb1を満たすように選ばれる。
The matrix equation of the above simultaneous equations for the actual speaker position angle β is as follows, where the condition of the second spatial harmonic equal to zero is also imposed. The value of the relative gain of the amplifier 87-103 is the result of solving the above matrix for the output signals S1'-S5 'of the circuit matrix 53 at the actual speaker position angles β 15 and the coefficients a 0 , a 1. And b 1 are selected.

【0038】 前述の説明では、マスタリングおよび再生プロセスを、図3および図4の各々
におけるブロック15により示されるように、記録を含むものとして扱った。し
かしながら、これらのプロセスは、ブロック15を介した、1つ以上の再生位置
へのマスタリングされたサウンドのリアルタイム伝送がある場合にも用い得る。
In the above description, the mastering and playback process was treated as including recording, as indicated by block 15 in each of FIGS. 3 and 4. However, these processes may also be used where there is real-time transmission of mastered sound to one or more playback locations via block 15.

【0039】 図3および図4に関しての説明は、主として3次元音場のマスタリングに向け
られ、あるいは個々のモノラル音源からのものに少なくとも寄与する。図5を参
照すると、音場を3次元で表現する信号からの記録またはサウンド伝送のマスタ
リングのための技術が例示してある。3つのマイク121、123および125
は同一であり、音場に関して配置され、1組のサラウンドサウンドスピーカにお
ける音場の再生を可能にする音場情報を含むオーディオ信号m1、m2およびm3
を作り出す。そのようなマイクを、例えばシンフォニーホールに配置することに
より信号が作り出され、この信号から、臨場感ある指向性を伴う音響効果を再構
成し得る。
The description with respect to FIGS. 3 and 4 is primarily directed to mastering a three-dimensional sound field, or at least contributes to individual monophonic sound sources. Referring to FIG. 5, a technique for mastering recording or sound transmission from a signal that represents a sound field in three dimensions is illustrated. Three microphones 121, 123 and 125
Are identical and are arranged with respect to the sound field and contain audio field information m 1 , m 2 and m 3 containing sound field information enabling reproduction of the sound field in a set of surround sound speakers.
To produce. A signal is created by placing such a microphone in, for example, a symphony hole, from which a sound effect with realistic directivity can be reconstructed.

【0040】 127に示されるように、これら3つの信号は直ちに記録または3つのチャン
ネル中の伝送により配送できる。次に、m1、m2およびm3信号は、家庭、劇場
および/またはその他の場所で再生、処理および再生される。再生システムは、
マイクマトリクス回路129とスピーカマトリクス回路131とを含んでおり、
これらはそれぞれの回路135および137を介して制御プロセッサ133によ
り操作される。これにより、傾聴エリア周囲のラウドスピーカの特定の一意な配
置でオリジナルな音場を正確に再生するため、スピーカに供給される信号S1−
S5を最適化するように、マイク信号を傾聴位置で制御および処理することが可
能になる。マトリクス129は、マイク信号m1、m2およびm3から、零次およ
び1次空間高調波信号a0、a1およびb1を展開する。スピーカマトリクス13
1はこれらの信号を取り込み、図4のマトリクス53について説明したのと同じ
アルゴリズムで個々のスピーカ信号S1−S5を生成する。制御盤139により
、傾聴位置のユーザは、マトリクス131による使用のための正確なスピーカ位
置、および必要とされる他の任意のパラメータも指定できる。
As shown at 127, these three signals can be delivered immediately by recording or transmission in three channels. The m 1 , m 2 and m 3 signals are then regenerated, processed and regenerated in the home, theater and / or elsewhere. Playback system
It includes a microphone matrix circuit 129 and a speaker matrix circuit 131,
These are operated by the control processor 133 via respective circuits 135 and 137. This ensures that the signal S1-supplied to the loudspeaker is reproduced in order to accurately reproduce the original sound field with a particular unique arrangement of loudspeakers around the listening area.
It is possible to control and process the microphone signal at the listening position so as to optimize S5. The matrix 129 develops zero-order and first-order spatial harmonic signals a 0 , a 1 and b 1 from the microphone signals m 1 , m 2 and m 3 . Speaker matrix 13
1 takes in these signals and generates the individual speaker signals S1-S5 by the same algorithm as described for the matrix 53 of FIG. The control board 139 also allows the listening position user to specify the exact speaker positions for use by the matrix 131, as well as any other parameters required.

【0041】 図6の配置は、記録または伝送される信号において異なること以外は、図5の
配置と非常に似ている。127(図5)でマイク信号を記録または伝送する代わ
りに、マイクマトリクス化129は、サウンド発生位置(図6)で実行されて、
結果として得られる音場の空間高調波a0、a1およびb1は127'で記録または
伝送される。制御プロセッサ141および制御盤143はマスタリング場所で使
われる。制御プロセッサ145および制御盤147は傾聴場所で使われる。図6
のシステムの利点は、記録または伝送された信号が用いたマイクのタイプおよび
配置に依存せず、したがってこれの情報は傾聴場所で知る必要がないことである
The arrangement of FIG. 6 is very similar to that of FIG. 5, except that it differs in the signal recorded or transmitted. Instead of recording or transmitting a microphone signal at 127 (FIG. 5), microphone matrixing 129 is performed at the sound generation location (FIG. 6),
The spatial harmonics a 0 , a 1 and b 1 of the resulting sound field are recorded or transmitted at 127 '. The control processor 141 and the control board 143 are used in the mastering place. The control processor 145 and the control board 147 are used at the listening place. Figure 6
The advantage of this system is that it does not depend on the type and placement of the microphone used by the recorded or transmitted signal, so that this information does not need to be known at the listening location.

【0042】 図5および図6のマイクマトリクス129の例を図7に示す。3つのマイク信
号m1、m2およびm3の各々は、3つの可変利得増幅器のバンクへの入力である
。信号m1は増幅器151−153に、信号m2は増幅器154−156に、信号
3は増幅器157−159に適用される。増幅器の各バンクの1つの出力は、
結果としてゼロ空間高調波信号a0になる加算ノードに接続される。また、各バ
ンクの増幅器出力の別の1つは加算ノード163に接続され、結果として第1空
間高調波信号a1になる。さらに、各バンクの第3増幅器の出力は、加算ノード
165において一緒に接続され、第1高調波信号b1を供給する。
An example of the microphone matrix 129 of FIGS. 5 and 6 is shown in FIG. Each of the three microphone signals m 1 , m 2 and m 3 is an input to a bank of three variable gain amplifiers. The signal m 1 is applied to the amplifiers 151-153, the signal m 2 is applied to the amplifiers 154-156, and the signal m 3 is applied to the amplifiers 157-159. One output of each bank of amplifiers is
It is connected to a summing node which results in a null space harmonic signal a 0 . Also, another one of the amplifier outputs of each bank is connected to summing node 163, resulting in the first spatial harmonic signal a 1 . Further, the outputs of the third amplifiers in each bank are connected together at summing node 165 to provide the first harmonic signal b 1 .

【0043】 増幅器151−159の利得は、回路135を介して制御プロセッサ133ま
たは141(図5または図6)により個別に設定される。これらの利得により、
マイクマトリクス129の伝達関数が定義される。必要な伝達関数は、使われて
いるマイク121、123および125のタイプと配置とに依存する。図8は、
1つの特定のマイク配置を例示するものである。マイクは同一のものとし得るが
、そうでなくてもよい。マイクのうちの1つだけを全方向性とし得る。特定の例
として、各々はカージオイドパターンを有する音圧傾度型マイクである。これら
は、Y字パターンに配置され、それらの主要感度軸は、矢印の方向に外方に向け
られている。マイク121および125の方向は、他のマイク123の方向軸の
反対側に、角度αで配置される。
The gains of the amplifiers 151-159 are individually set by the control processor 133 or 141 (FIG. 5 or 6) via the circuit 135. With these gains,
The transfer function of the microphone matrix 129 is defined. The required transfer function depends on the type and placement of the microphones 121, 123 and 125 used. Figure 8
1 illustrates one particular microphone arrangement. The microphones can be the same, but need not be. Only one of the microphones can be omnidirectional. As a particular example, each is a pressure gradient microphone with a cardioid pattern. These are arranged in a Y-pattern, their main sensitivity axis being directed outward in the direction of the arrow. The microphones 121 and 125 are arranged at an angle α on the opposite side of the direction axis of the other microphone 123.

【0044】 この特定の例において、マイク信号は以下のように表すことができ、ここでν
は、マイク123の方向軸に関しての音源角度である。 m1 =1+cos(ν−α) m2 =1−cosν (9) m3 =1+cos(ν+α) マトリクス129の3つの空間高調波出力は、その3つのマイク信号入力につい
て、以下のようになる。 これらは1次方程式なので、増幅器151−159の利得は、これらの方程式の
1、m2およびm3項それぞれの係数である。
In this particular example, the microphone signal can be expressed as: where ν
Is the sound source angle with respect to the direction axis of the microphone 123. m 1 = 1 + cos (ν-α) m 2 = 1-cosν (9) m 3 = 1 + cos (ν + α) The three spatial harmonic outputs of the matrix 129 are as follows for the three microphone signal inputs. Since these are linear equations, the gain of amplifiers 151-159 is a coefficient for each of the m 1 , m 2 and m 3 terms of these equations.

【0045】 説明を明瞭にするため、様々なサウンド処理アルゴリズムをアナログ回路につ
いて説明してきた。説明したマトリクスのいくつかまたはすべてをこの方法で実
施できるが、記録または伝送用に信号を符号化する場合に商業的に利用可能なデ
ジタルサウンドマスタリングコンソールで、および再生装置のデジタル回路にお
いて、これらのアルゴリズムを傾聴位置で実施するのがより便利である。次に、
マトリクスは、上記で説明したアルゴリズムを実行する供給されたソフトウェア
またはファームウェアコードに応答して、装置内でデジタル形式に形成される。
For clarity of explanation, various sound processing algorithms have been described for analog circuits. Although some or all of the described matrices can be implemented in this manner, these can be used in digital sound mastering consoles commercially available when encoding signals for recording or transmission, and in the digital circuitry of playback devices. It is more convenient to implement the algorithm in the listening position. next,
The matrix is digitally formed within the device in response to supplied software or firmware code that implements the algorithms described above.

【0046】 マスタリングおよび再生の双方において、マトリクスは、予期されるまたは実
際のスピーカ位置を含むパラメータにより形成される。これらのスピーカ位置に
は制約はほとんどない。スピーカ位置がどのようなものであれ、それらは種々の
アルゴリズムにおいてパラメータとして考慮される。改善された臨場感は、正反
対に置いたスピーカ対、矩形の部屋の床および天井の隅に置いたスピーカ、他の
特定の直線的配置等の使用のような、他のものにより必要であると示唆される特
定のスピーカ位置を必要とせずに得られる。むしろ、本発明の処理により、最初
にスピーカを傾聴エリア周囲の所望の場所に配置でき、次にそれらの位置は、信
号を得るための信号処理におけるパラメータとして用いられ、その信号は、それ
らのスピーカを介して、オリジナルのオーディオ波面の空間高調波と実質的にち
ょうど同じ指定された数の空間高調波によって音を再生する。
In both mastering and playback, the matrix is formed by parameters that include expected or actual speaker positions. There are few restrictions on the position of these speakers. Whatever the speaker position, they are considered as parameters in various algorithms. Improved presence is required by others, such as the use of diametrically placed speaker pairs, speakers placed in the corners of floors and ceilings of rectangular rooms, and other specific linear arrangements. It is obtained without the need for the specific speaker position suggested. Rather, the process of the present invention allows the loudspeakers to be first placed at the desired location around the listening area, then their positions are used as parameters in the signal processing to obtain the signals, which signals are then used by those loudspeakers. To play sound through a specified number of spatial harmonics that is substantially the same as the spatial harmonics of the original audio wavefront.

【0047】 上記の例において忠実に再生される空間高調波は零次および1次高調波である
が、より高次の高調波も、もしそのために十分なスピーカが使用されるのであれ
ば再生し得る。さらに、信号処理は、再生される全周波数について同じであり、
高品質システムは、下は数十ヘルツから20,000Hz以上まで広がっている
。2つの周波数帯における別個の信号処理は必要ではない。
The spatially reproduced harmonics in the above example are the zero and first harmonics, but higher harmonics will also be reproduced if sufficient speakers are used for that purpose. obtain. Moreover, the signal processing is the same for all frequencies reproduced,
High quality systems extend from tens of hertz down to 20,000 Hz and above. Separate signal processing in the two frequency bands is not necessary.

【0048】3次元表現 これまで論じてきたのは、ロードスピーカと音源とを1つの平面に置くことに
よる2次元空間高調波の方法を提示するものであった。この同じ理論は、3次元
へ拡張できる。その場合、3次元空間高調波展開の第0および第1項を伝送する
ために4つのチャンネルが必要となる。これは、2つのチャンネルが標準のステ
レオミックスを運び、他の2つのチャンネルはリスナー周囲の任意数のスピーカ
用の供給をもたらすような同じマトリクス化特性を有している。あいにく、3D
バージョンの場合の数学は2Dの場合ほどクリーンかつコンパクトではない。複
雑さを減らすどのようなうまい方法もない。
Three-Dimensional Representation What has been discussed so far was to present a method of two-dimensional spatial harmonics by placing the load speaker and the sound source in one plane. This same theory can be extended to three dimensions. In that case, four channels are required to transmit the 0th and 1st terms of the 3D spatial harmonic expansion. It has the same matrixing properties such that two channels carry a standard stereo mix, while the other two channels provide a feed for any number of speakers around the listener. Unfortunately, 3D
The math in the version case is not as clean and compact as in the 2D case. There is no good way to reduce complexity.

【0049】 空間高調波の方法を3次元に拡張するため、ルジャンドル関数および球面調和
関数を手短に論じる必要がある。ある意味で、これはフーリエ正弦および余弦級
数の一般化である。フーリエ級数は1つの角度、φの関数である。この級数は周
期的であり、円上の関数を表すために使用できる。フーリエ正弦および余弦級数
が、円上の直交関数の完全セットであるように、球面調和関数は、球体表面で定
義された直交関数の完全セットである。そのようなものとして、球上のどのよう
な関数も、一般化フーリエ級数中の球面調和関数により表すことができる。
In order to extend the method of spatial harmonics to three dimensions, it is necessary to briefly discuss the Legendre function and the spherical harmonic function. In a sense, this is a generalization of the Fourier sine and cosine series. The Fourier series is a function of one angle, φ. This series is periodic and can be used to represent functions on a circle. Just as the Fourier sine and cosine series are the complete set of orthogonal functions on a circle, spherical harmonics are the complete set of orthogonal functions defined at the surface of a sphere. As such, any function on the sphere can be represented by a spherical harmonic in the generalized Fourier series.

【0050】 球面調和関数は、球上の2つの座標、すなわち角度θとφとの関数である。こ
れらは図9に示してあり、そこでは、球面上の点がペア(θ,φ)によって表さ
れ、φは方位角である。0度はまっすぐ前方である。90°は左である。180
°はまっすぐ後方である。θは偏角(上下)である。0度はまっすぐ上方である
。90°は水平面であり、180°はまっすぐ下方である。θの範囲が0〜18
0°であるのに対して、φの範囲は0〜360°(または−180°〜180°
)であることに留意されたい。2次元での議論において、角変数θは伏せられ、
90°に等しいものとされてきた。より一般的には、両方の角度が含まれる。例
えば、図1におけるスピーカSP1、SP2、SP3、SP4およびSP5の位
置は、ここではそれぞれの角度ペア(θ1,φ1)、(θ2,φ2)、(θ3,φ3
、(θ4,φ4)および(θ5,φ5)により与えられ、ここでθ1は、0°〜18
0°の範囲のどこかに位置する。図1および図8は、示された要素の同一平面上
の配置または特定の平面部分空間上への3次元状況の投影と見なすことができる
The spherical harmonic function is a function of two coordinates on the sphere, that is, the angles θ and φ. These are shown in FIG. 9, where the points on the sphere are represented by the pair (θ, φ), where φ is the azimuth. 0 degrees is straight ahead. 90 ° is on the left. 180
° is straight back. θ is a declination (up and down). 0 degrees is straight up. 90 ° is the horizontal plane and 180 ° is straight down. The range of θ is 0-18
Whereas 0 is 0 °, the range of φ is 0 to 360 ° (or −180 ° to 180 °).
). In the two-dimensional discussion, the angular variable θ is flattened,
It has been equated to 90 °. More generally, both angles are included. For example, the positions of the loudspeakers SP1, SP2, SP3, SP4 and SP5 in FIG. 1 are the angle pairs (θ 1 , φ 1 ), (θ 2 , φ 2 ), (θ 3 , φ 3 ) here.
, (Θ 4 , φ 4 ) and (θ 5 , φ 5 ), where θ 1 is between 0 ° and 18
Located somewhere in the 0 ° range. 1 and 8 can be considered as a coplanar arrangement of the shown elements or a projection of a three-dimensional situation onto a particular planar subspace.

【0051】 球面調和関数の一般的な定義は、ルジャンドルの多項式で始まり、これは以下
のように定義される。 これらから、ルジャンドルの関連関数を定義でき、それらは以下のように定義さ
れる。 式中、P0(cosθ)=1、P1(cosθ)=cosθ、P1 1(cosθ)=
−sinθ、等である。ルジャンドルの多項式および関連関数の双方は直交して
いる(ただし、正規直交でない)。何人かの著者が若干難しく定義しているので
、これらの特定の定義を与えた。もし代替の定義の1つが用いられれば、下記の
方程式は適宜変更しなければならない。
The general definition of spherical harmonics begins with the Legendre polynomial, which is defined as From these, the Legendre related functions can be defined, which are defined as follows. In the formula, P 0 (cos θ) = 1, P 1 (cos θ) = cos θ, P 1 1 (cos θ) =
-Sin θ, and so on. Both Legendre polynomials and related functions are orthogonal (but not orthonormal). I gave these specific definitions because some authors have defined them somewhat difficult. If one of the alternative definitions is used, the equation below must be modified accordingly.

【0052】 これらは多項式であるけれども、以下の置換によって周期関数に変えることが
できる。 μ≡cosθ (13) これらから、極座標中の関数の展開を下記の通り行える。 関数Pn(cosθ)、cosmφPn m(cosθ)、およびsinmφPn m
cosθ)は、球面調和関数と呼ばれる。この展開は方程式(1)のフーリエ級
数と等価であるが、実際にこれ導き出すのは比較的面倒である。1つのアプロー
チは、θの値を固定、すなわち90°にすることである。残りの項は、フーリエ
正弦および余弦級数と等しいものにまとめられる。係数(An,Anm,Bnm)は
、方程式(1)における係数(a0,am,bm)をn≠0について一般化する。
Although these are polynomials, they can be transformed into periodic functions by the following substitutions. μ≡cos θ (13) From these, the expansion of the function in polar coordinates can be performed as follows. Function P n (cosθ), cosmφP n m (cosθ), and sinmφP n m (
cos θ) is called a spherical harmonic function. This expansion is equivalent to the Fourier series of equation (1), but it is relatively troublesome to actually derive it. One approach is to fix the value of θ, ie 90 °. The remaining terms are grouped into the equivalent of the Fourier sine and cosine series. Coefficient (A n, A nm, B nm) , the generalized coefficients in Equation (1) (a 0, a m, b m) of the n ≠ 0.

【0053】 円上で定義されたばかりの関数については、次数0からTまでの高調波を含ん
でいる級数用の1+2T個の係数がある。球面調和関数展開については、もし次
数Tまでの高調波が含まれていれば、係数の総数は(T+1)2であり、球が2
次元表面なので平方が現れる。したがって、1次までの高調波を保存するには、
3つの項a0、a1、およびb1の代わりに、4つの項A0、A1、A11、およびB1 1 が今度は必要になる。
For the function just defined on the circle, there are 1 + 2T coefficients for the series containing harmonics of orders 0 to T. For spherical harmonic expansions, if harmonics up to order T are included, the total number of coefficients is (T + 1) 2 and the sphere is 2
Square appears because it is a dimensional surface. Therefore, to store the harmonics up to the first order,
Instead of the three terms a 0 , a 1 and b 1 , four terms A 0 , A 1 , A 11 and B 1 1 are now needed.

【0054】 サウンドに適用される場合には、これは、リスナーの位置に集中された空間中
の点における微視的な球の表面の音圧と見なすことができる。この拡張は、リス
ナー周りの任意の方向から生じ得る音のためにパンマトリクスおよびマイク処理
の生成を介して指針として用い得る。
When applied to sound, this can be viewed as the sound pressure on the surface of a microscopic sphere at a point in space centered at the listener's location. This extension can be used as a guide through the generation of pan matrix and microphone processing for sounds that can come from any direction around the listener.

【0055】 2Dの議論におけるように、近似しようとする球上の関数は、リスナーへの方
向(θ0,φ0)の単位インパルスであると見なされ、付加的な座標θが今度は明
示的になる。コンパクトにするため、μ0を以下のように定義する。 μ0 ≡cosθ0 (15) その方向の単位インパルスの拡張は、計算できて以下のようになる。 多くの様々な位置(θ0,φ0)の多重点ソースまたは非点ソースについては、こ
の関数は、これらの点の合計または分布の積分でそれぞれ置き換えられる。
As in the 2D discussion, the function on the sphere that we are trying to approximate is considered to be a unit impulse in the direction (θ 0 , φ 0 ) to the listener, and the additional coordinate θ is now explicit. become. For compactness, μ 0 is defined as follows. μ 0 ≡ cos θ 0 (15) The extension of the unit impulse in that direction can be calculated as follows. For many different position (θ 0 , φ 0 ) multipoint or astigmatic sources, this function is replaced by the sum of these points or the integral of the distribution, respectively.

【0056】 ここでの議論は、球面座標から生じる3次元高調波を用いてなされているが、
3次元での他の直交関数のセットも同様に用い得るであろう。対応する直交関数
が、方程式(16)および他の方程式において代わりに用いられるであろう。例
えば、もし傾聴エリアの3次元的スピーカ配置の幾何学が特有の座標系に適合す
るか、あるいはリスナーに対応している点の周りの微視的表面がマイク配置また
は特性のために非球形であれば、回転楕円体座標系の1つおよび対応する直交展
開が用いられるであろう。
Although the discussion here is made using three-dimensional harmonics generated from spherical coordinates,
Other sets of orthogonal functions in three dimensions could be used as well. The corresponding orthogonal function would instead be used in equation (16) and other equations. For example, if the geometry of the three-dimensional loudspeaker placement in the listening area fits into a unique coordinate system, or the microscopic surface around the point corresponding to the listener is aspheric due to microphone placement or characteristics. If so, one of the spheroidal coordinate systems and the corresponding orthogonal expansion will be used.

【0057】 図1に戻ると、リスナー周囲に(θ1,φ1)、(θ2,φ2)、…、(θN,φN )の角度でN個のスピーカが置かれているが、N=5の模範的な値およびそれぞ
れがθi=90°は、もはや用いられない。スピーカ各々への利得、giは、結果
として得られる中心における点の周りの音場が、所望の音場(f0(θ,φ)上
記)とできるだけうまく一致するように求められる。これらの利得は、結果とし
て得られる音場と所望の音場との間の積分した平方差をできるだけ小さくするこ
とにより得られる。この最適化の結果は以下のマトリクス方程式であり、これは
左辺と右辺を切り換えて方程式(2)を一般化させる。 BG=S (17) 式中、Gはスピーカ利得の列ベクトルである。 GT =[g1 …gN ] (18) マトリクスBの成分は以下のように計算できる。 さらに、 S=[b10…bN0T (20)
Returning to FIG. 1, N speakers are placed around the listener at an angle of (θ 1 , φ 1 ), (θ 2 , φ 2 ), ..., (θ N , φ N ). , N = 5 exemplary values and each θ i = 90 ° is no longer used. The gain, g i , for each of the loudspeakers is determined so that the resulting sound field around the point at the center matches the desired sound field (f 0 (θ, φ) above) as well as possible. These gains are obtained by minimizing the integrated squared difference between the resulting sound field and the desired sound field. The result of this optimization is the following matrix equation, which switches the left and right sides to generalize equation (2). BG = S (17) where G is a column vector of speaker gains. G T = [g 1 ... G N ] (18) The components of the matrix B can be calculated as follows. In addition, S = [b 10 ... b N0] T (20)

【0058】 方程式(19)は、項(−1)mを除けば、一定の方向の単位インパルスにつ
いての方程式(16)における展開に類似していることに留意すべきである。最
初の合計は上限なしで書かれているが、実際には、これは有限の合計である。マ
トリクスBの階数は、展開項がいくつ保存されるかによる。もし第0および第1
項が保存されれば、Bの階数は4になるであろう。もう1つの項が取られれば、
階数は9になるであろう。Bの階数により、その多くの展開項に一致させるため
に必要なスピーカの最小数も決定される。
It should be noted that equation (19) is similar to the expansion in equation (16) for a unit impulse in a constant direction, except for the term (-1) m . The initial sum is written without a cap, but in reality this is a finite sum. The rank of the matrix B depends on how many expansion terms are stored. If 0th and 1st
If the terms were preserved, the rank of B would be 4. If another term is taken,
The number of floors will be 9. The rank of B also determines the minimum number of speakers needed to match that many expansion terms.

【0059】 どのような数のスピーカも用い得るが、もしスピーカ数が、T次高調波に対応
する完全平方数(T+1)2でなければ、連立方程式は未決定である。未決定系
を解くための種々の方法がある。1つの方法は、マトリクスBの擬似逆数を用い
て系を解くことである。これは、最小ノルム解を選ぶことと等しく、完全に許容
できる解がもたらされる。別の方法は、いくつかのより高次の高調波をゼロにす
る方程式で系を増大させることである。これには、階数を保存するBの最小数の
行を取ること、次に下記の形式の行を加えることが含まれる。 [Ρn+11)…Ρn+1N ) ]=[0] (21a) または [cosφ1 Ρm n+11)…cosφN Ρm n+1N ) ]=[0](21b) または [sinφ1 Ρm n+11)…sinφN Ρm n+1N ) ]=[0](21c) これらの方程式は、上記の方程式(3)を方程式(4)に変えるために用いられ
たプロセスの一般化である。これらのどれが取られるかは厳密には大きな影響を
与えない。各付加行は、最高限の階数に達するまで、マトリクスの階数を増やす
Any number of loudspeakers can be used, but if the number of loudspeakers is not the perfect square number (T + 1) 2 corresponding to the Tth harmonic, then the system of equations is pending. There are various ways to solve an indeterminate system. One method is to use the pseudo-inverse of matrix B to solve the system. This is equivalent to choosing the minimum norm solution, which gives a completely acceptable solution. Another method is to augment the system with an equation that nulls some higher harmonics. This involves taking the minimum number of rows of B that store the rank, and then adding a row of the form [Ρ n + 11 ) ... Ρ n + 1N )] = [0] (21a) or [cos φ 1 Ρ m n + 11 ) ... cos φ N Ρ m n + 1N )] = [0] (21b) or [sin φ 1 Ρ m n + 11 ) ... sin φ N Ρ m n + 1N )] = [0] (21c) These equations are the above equations. A generalization of the process used to transform (3) into equation (4). Exactly which of these is taken does not have much effect. Each additional row increases the rank of the matrix until the maximum rank is reached.

【0060】 したがって、本発明者は、3次元のいくつかの空間高調波を正確に保存する多
重スピーカにシングル(モノフォニック)音源をパンするためのスピーカ利得を
作り出すために必要なマトリクス方程式を導き出した。
Therefore, the inventor has derived the matrix equations needed to create the speaker gain for panning a single (monophonic) source into a multiple speaker that preserves some spatial harmonics in three dimensions. .

【0061】 図3および図4は、5つの信号にミックスされた2つのモノラルソースの共面
の例の場合のマスタリングおよび再構成プロセスを例示するもので、これらの信
号は、1次を介して空間高調波に変換され、最終的に修正された信号のセットに
マトリクス化された。そこで言及されたように、共通のマルチチャンネル構成は
、映画および家庭映画サウンドトラックの5.1フォーマットであるので、記録
である5つの信号と出力としての5つの修正信号の選択が便利であるけれども、
これらの特定の選択のうちのいずれも、様々に取り得た。代わりのマルチチャン
ネル記録および再生方法は、例えば、James A.Moorerによる20
00年2月17日出願の同時継続米国特許出願第09/505,556号「CD
再生拡大」に記載されるものであり、これはこの参照により本明細書に組み入れ
られる。
FIGS. 3 and 4 illustrate the mastering and reconstruction process in the case of the coplanar example of two mono sources mixed into five signals, which signals are transmitted through the first order. Converted to spatial harmonics and finally matrixed into a modified set of signals. As mentioned there, although the common multi-channel configuration is the 5.1 format of movie and home movie soundtracks, although it is convenient to choose 5 signals to be recorded and 5 modified signals as output. ,
Any of these particular choices could be taken in various ways. Alternative multi-channel recording and playback methods are described, for example, in James A. et al. 20 by Moorer
Co-pending February 17, 2000, US Patent Application No. 09 / 505,556 "CD
Regeneration Enlargement ", which is incorporated herein by this reference.

【0062】 図3および図4の配置は、3次元高調波を含むように適用され、主要な変更は
、もしTまでの高調波が保存されるならば、(1+2T)信号の代わりに、今度
は(T+1)2信号が高調波マトリクス51の出力になることである。したがっ
て、1次を介して高調波を保存するには、3つの項(a0,a1,b1)の代わり
に4つの項(A0,A1,A11,B11)が必要となる。さらに、今度は制御プロセ
ッサ59は、個々の方位角角φiおよびβjの代わりに、想定されたスピーカ角度
のペア(θi,φi)および実際のスピーカ角度のペア(γj,βj)から利得を計
算しなければならず、(γj,βj)は再び制御盤61を介して提供される。最後
に、3次元用に便利な1つの選択は、非共面のケースの、6つの信号S1−S6
および6つの信号S1'−S6'の修正セットを用いることである。いずれにせよ
、2Dのケースで少なくとも3つの非共線的スピーカが必要なのと同様に、球面
調和関数には少なくとも4つの非共面スピーカが必要である。なぜならば、球を
定義するためには、少なくとも4つの非共面点が必要であり、3つの非共線点が
平面上に円を定義するからである。
The arrangements of FIGS. 3 and 4 are applied to include three-dimensional harmonics, the main modification being that instead of the (1 + 2T) signal, if harmonics up to T are preserved, this time Means that the (T + 1) 2 signal becomes the output of the harmonic matrix 51. Therefore, to store the harmonics via the first order, four terms (A 0 , A 1 , A 11 , B 11 ) are needed instead of three terms (a 0 , a 1 , b 1 ). Become. Further, the control processor 59 in turn, instead of the individual azimuth angles φ i and β j , pairs of assumed speaker angles (θ i , φ i ) and actual speaker angles (γ j , β j). ), The gain must be calculated, and (γ j , β j ) is again provided via the control board 61. Finally, one convenient choice for 3D is the six signals S1-S6 in the non-coplanar case.
And using a modified set of six signals S1'-S6 '. In any case, spherical harmonics require at least four non-coplanar speakers, just as in the 2D case at least three non-collinear speakers are needed. This is because at least four non-coplanar points are needed to define a sphere, and three non-collinear points define a circle on the plane.

【0063】 6つのスピーカが便利な選択である理由は、それにより、媒体15上に記録ま
たは伝送された4つないし5つのトラックを共面配置用にミックスし、残りの2
つないし1つのトラックを平面から離れて置いたスピーカ用とすることができる
からである。これにより、高くしたスピーカ無しでまたは球面調和関数用の再生
装置なしで、リスナーは、4つないし5つの共面トラックにアクセスしかつ使う
ことが可能になる一方で、リスナー用に完全な3次元再生能力と共に残りのトラ
ックが媒体上で依然として利用可能である。これは、従来のステレオ再生におい
て2つのチャンネルを用い得る2Dのケースについて上記で説明した状況と類似
しているが、付加的チャンネルは、音場の再生に利用できる。6つのチャンネル
の3Dのケースでは、2つのチャンネルはステレオミックスに用いられ、4チャ
ンネルサラウンドサウンド録音用に2つのチャンネルで増強され、最後の2チャ
ンネルは、6つのチャンネルを介して再生をさらに増強して次元音場を提供する
ために利用可能である。リスナーは、例えば上記の参照により含まれる同時継続
出願「CD再生拡大」に記載されるような、記憶された媒体から必要なチャンネ
ル数にアクセスできるであろう。
The reason why 6 loudspeakers is a convenient choice is that it mixes 4 or 5 tracks recorded or transmitted on medium 15 for coplanar placement, leaving the remaining 2
This is because one to one track can be used for a speaker placed away from the plane. This allows the listener to access and use 4 or 5 coplanar tracks without the need for an elevated loudspeaker or a playback device for spherical harmonics, while providing a complete 3D for the listener. The remaining tracks along with the playback capability are still available on the media. This is similar to the situation described above for the 2D case where two channels can be used in conventional stereo reproduction, but additional channels are available for sound field reproduction. In the 6-channel 3D case, two channels are used for the stereo mix, two channels are boosted for four-channel surround sound recording, and the last two channels further enhance playback through the six channels. Available to provide a three-dimensional sound field. The listener will be able to access the required number of channels from the stored medium, eg as described in the co-pending application “CD Playback Extensions” included by reference above.

【0064】 図3に戻ると、この例での修正は、各モノラルソース用の1つの追加の増幅器
および付加的信号S6を媒体15に供給するために追加されたものを含むことで
ある。その場合、制御盤29は、ソースの各々についての付加的利得も供給し、
すべての利得は、想定されたスピーカ配置の方位角位置からだけでなく偏角から
も導き出される。同様に図4においては、6つの信号S1−S6の各々は、マト
リクス51中の4つの増幅器に供給し、この例における4つの出力を0次および
1次高調波を用いて作り出すため、A0、A1、A11、B11(あるいは、より一般
的には、これらの4つの独立した1次結合)に対応する4つの加算ノードについ
て1つが供給する。マトリクス53は、これら4つの高調波の各々について6つ
の増幅器を有し、6つの修正信号S1'−S6'のセットを作り出している。この
場合もやはり、実際のスピーカ配置の方位角位置だけでなく偏角も使われる。よ
り一般的に、制御盤61は、他のスピーカと同じ球面上にないどのようなスピー
カについての半径情報も制御プロセッサ59に供給することもできるであろう。
その場合、制御プロセッサ59は、この情報マトリクス53を使って、対応する
修正信号を作り出し、遅延を導入することにより異なる半径の補償、波面拡散の
補償、またはその両方を行えるであろう。
Returning to FIG. 3, the modification in this example is to include one additional amplifier for each mono source and one added to provide the additional signal S 6 to the medium 15. In that case, the control board 29 also provides additional gain for each of the sources,
All gains are derived not only from the azimuth position of the assumed speaker placement, but also from the declination. Similarly, in FIG. 4, each of the six signals S1-S6 feeds four amplifiers in matrix 51 to produce the four outputs in this example using the 0th and 1st harmonics, thus A 0 , A 1 , A 11 , B 11 (or, more generally, four independent linear combinations of these), one out of four summing nodes. The matrix 53 has six amplifiers for each of these four harmonics, producing a set of six modified signals S1'-S6 '. Also in this case, not only the azimuth position of the actual speaker arrangement but also the declination angle is used. More generally, the control board 61 could also provide the control processor 59 with radius information for any speaker not on the same spherical surface as the other speakers.
In that case, the control processor 59 could use this information matrix 53 to produce a corresponding correction signal and introduce delays to compensate for different radii, compensate for wavefront spread, or both.

【0065】 この配置において、上記の方程式(6)に相当するものは以下のようになる。 スピーカのうちの4つ、すなわちS1−S4を、部屋の床に平行な典型的な共面
配置、θ1−θ4=90°となるようにすると、方程式(6')はかなり単純にな
る。さらに、完全な3次元表現を持つことにより、θsおよびφsを固定するこ
とによって、傾聴エリアの他の任意の面上への2次元投影を実現できる。
In this arrangement, the equivalent of equation (6) above is as follows. Having four of the speakers, S1-S4, be a typical coplanar arrangement parallel to the floor of the room, θ 1 −θ 4 = 90 °, equation (6 ′) becomes fairly simple. . Further, by having a perfect three-dimensional representation, two-dimensional projection of the listening area onto any other plane can be realized by fixing θs and φs.

【0066】 標準的な指向性マイクは、零次および1次空間球面調和関数として表現されう
るピックアップパターンを有している。標準的な音圧傾度マイクのパターンにつ
いての方程式は以下の通りである。 式中、ΘおよびΦは、マイク主軸の球座標中の角度である。すなわち、これらは
、マイクが「指している」方向である。方程式(22)は方程式(9)のより一
般的な形である。それらの方程式は、両者の全体因数まで、それぞれのマイクm1 、m2、またはm3についてC=1/2、θ=Θ=90°、φ=ν、およびΦ=
α、0、または−αとした方程式(22)に対応する。定数Cはマイクの「指向
性」と呼ばれ、マイクのタイプにより決定される。Cは全方向性マイクについて
のものであり、「8字」マイクについてはゼロである。中間値により、カージオ
イド(1/2)、ハイパーカージオイド(1/4)、スーパーカージオイド(3
/8)、およびサブカージオイド(3/4)のような標準ピックアップパターン
が得られる。4つのマイクで、3D音場の零次および1次空間高調波を以下のよ
うに回復し得る。 この方程式は、方程式(10)の2D零次および1次空間高調波に対応する。こ
の方程式の左辺の空間高調波係数は、市販の音場マイクにおいてW、Y、Z、お
よびXと呼ばれることがある。これら4つの係数による3次元音場の表現は、「
B−フォーマット」と呼ばれることがある。(この術語は、「A−フォーマット
」と呼ばれることがある直接的なマイクロ供給と単に区別するためである。)
Standard directional microphones have pickup patterns that can be expressed as zero and first order spatial spherical harmonics. The equation for the standard sound pressure gradient microphone pattern is: Where Θ and Φ are angles in spherical coordinates of the microphone main axis. That is, these are the directions in which the microphone is "pointing". Equation (22) is a more general form of equation (9). The equations are up to the overall factors of both, C = 1/2, θ = Θ = 90 °, φ = ν, and Φ = for each microphone m 1 , m 2 , or m 3.
Corresponds to equation (22) with α, 0, or −α. The constant C is called the "directivity" of the microphone and is determined by the type of microphone. C is for an omnidirectional microphone and zero for an "8" microphone. Depending on the median value, cardioid (1/2), hypercardioid (1/4), supercardioid (3
/ 8), and standard pickup patterns such as subcardioid (3/4) are obtained. With four microphones, the zero and first spatial harmonics of the 3D sound field can be recovered as follows. This equation corresponds to the 2D zero-order and first-order spatial harmonics of equation (10). The spatial harmonic coefficients on the left side of this equation are sometimes referred to as W, Y, Z, and X in commercially available sound field microphones. The expression of the three-dimensional sound field by these four coefficients is
Sometimes referred to as "B-format". (This term is merely to distinguish it from the direct micro-delivery, which is sometimes referred to as "A-format".)

【0067】 項m1、…、mMは、角度(Θ1,Φ1)、…、(ΘM,Φ1)におけるM個の音圧
傾度マイクを指す。マトリクスDはその逆数により以下のように定義し得る。
The terms m 1 , ..., M M refer to M sound pressure gradient microphones at angles (Θ 1 , Φ 1 ), ..., (Θ M , Φ 1 ). The matrix D can be defined by the reciprocal thereof as follows.

【0068】 このマトリクスの各行は、マイクの1つの方向パターンである。4つのマイク
が、球面調和関数展開の0次および1次項についてのすべての係数を明白に決定
する。マイクの角度は、識別可能(同じ方向を指しているマイクが2つないこと
)かつ非共面(それが、2つではなく1つの角度次元のみの情報をもたらすので
)でなければならない。これらのケースでは、マトリクスは良好な状態にあり、
逆数がある。
Each row of this matrix is one directional pattern of microphones. Four microphones unambiguously determine all coefficients for the 0th and 1st order terms of the spherical harmonic expansion. The angles of the microphones must be distinguishable (no two microphones pointing in the same direction) and non-coplanar (because it provides information in only one angular dimension instead of two). In these cases, the matrix is in good condition,
There are reciprocals.

【0069】 対応する変化は、図5、図6、および図7においても必要とされる。図5およ
び図6においては、マイク数は4であり、方程式(23)におけるm1−m4に対
応し、さらに4つの高調波(A0、A1、A11、B11、または4つの独立一次結合
)は、3つの項(a0、a1、b1)に取って代わる。出力信号の数も調整される
。上記で用いた例においては、S6またはS6'が含まれる。さらに、各マイク
の整列は、1対のパラメータ、主軸の角度(Θ、Φ)により指定され、信号S1
−S6またはS1'−S6'の各々は、方位角だけでなく偏角を有している。対応
して、図7のマイクマトリクスは4つの増幅器を4セット有することになる。
Corresponding changes are also required in FIGS. 5, 6 and 7. In FIGS. 5 and 6, the number of microphones is four, which corresponds to m 1 -m 4 in equation (23), and further four harmonics (A 0 , A 1 , A 11 , B 11 , or 4). Independent linear combination) replaces three terms (a 0 , a 1 , b 1 ). The number of output signals is also adjusted. In the example used above, S6 or S6 'is included. Furthermore, the alignment of each microphone is specified by a pair of parameters, the angles of the principal axes (Θ, Φ), and the signal S1
Each of -S6 or S1'-S6 'has a declination as well as an azimuth. Correspondingly, the microphone matrix of FIG. 7 will have four sets of four amplifiers.

【0070】 方程式(23)および(24)の4つのマイクの考えられる1つの配置は、図
8のようにm1−m3を赤道面上に配置し、m4を球の北極に置くことである。こ
れは、(Θ1、Φ1)、(Θ3、Φ3)=(90°、±α)、(Θ2、Φ2)=(90
°、180°)、Θ4=0°に相当する。別の選択肢は、図10に示されるよう
に、後方に面している2つのマイクと共にマイクを配置するもので、m1121
は(90°、α)、m2123は(90°+δ、180°)、m3125は(90
°、−α)、およびm4126は(90°−δ、180°)である。α=δ=6
0°を取ると、正4面体配置になる。
One possible arrangement of the four microphones in equations (23) and (24) is to place m 1 -m 3 on the equatorial plane and m 4 on the north pole of the sphere, as in FIG. Is. This is (Θ 1 , Φ 1 ), (Θ 3 , Φ 3 ) = (90 °, ± α), (Θ 2 , Φ 2 ) = (90
, 180 °), and Θ4 = 0 °. Another option, as shown in FIG. 10, intended to place the microphone with two microphones facing backward, m 1 121
Is (90 °, α), m 2 123 is (90 ° + δ, 180 °), and m 3 125 is (90
°, −α), and m 4 126 are (90 ° −δ, 180 °). α = δ = 6
If 0 ° is taken, it will be a regular tetrahedron arrangement.

【0071】 いくつかの応用においては、マイクの1つは、実用的な理由のための種々の半
径で置かれることがあり、その場合、対応する信号のいくらかの遅れまたは進み
が導入されるべきである。例えば、図8の後方に面しているマイクm2が後方へ
移動されれば、伝搬時間を保証するために1フィート移動するごとに記録は約1
ms進むであろう。
In some applications, one of the microphones may be placed at various radii for practical reasons, in which case some delay or lead of the corresponding signal should be introduced. Is. For example, if the rear-facing microphone m 2 in FIG. 8 is moved backwards, there will be about 1 recording per 1 foot to ensure propagation time.
ms will advance.

【0072】 方程式(23)は、この場合もやはりそれらのうちの1つだけが全方向性であ
ると仮定して4つのマイクのどのようなセットについても有効である。マイクの
2つの異なるセットについてこの方程式を見ると、ピックアップの方向パターン
は、これらの4つの信号をマトリクス化することによって変更できる。起点は、
マイクの2つの異なるセットについての方程式(23)および(24)ならびに
それらの対応マトリクスDである。実際のマイクおよびマトリクスは、ティルデ
により示される再マトリクス化された「バーチャル」量と共に、文字mおよびD
で示される。
Equation (23) is valid for any set of four microphones, again assuming that only one of them is omnidirectional. Looking at this equation for two different sets of microphones, the directional pattern of the pickup can be modified by matrixing these four signals. The starting point is
Equations (23) and (24) and their corresponding matrix D for two different sets of microphones. The actual microphone and matrix are the letters m and D, with the re-matrixed "virtual" amount shown by Tilde.
Indicated by.

【0073】 方程式(23)および(24)の公式化が与えられれば、これらのマイク供給
は、以下のような「バーチャル」マイク供給のセットに変換し得る。
Given the formulation of equations (23) and (24), these microphone feeds can be transformed into a set of “virtual” microphone feeds as follows:

【0074】 マトリクスD(注:ティルデD)は、「バーチャル」マイクの方向性と角度と
を表している。これの結果は、用いられたマイクの代わりに、バーチャルマイク
が記録部に存在していたら記録されたであろうサウンドである。これにより、「
一般」の音場マイクを用いて記録を行い、次いで後にそれらをマイクの任意のセ
ットにマトリクス化することができる。例えば、最初の2つのバーチャルマイク
、m1(注:ティルデm1)およびm2(注:ティルデm2)だけを選び、それらを
標準CD記録用のステレオペアとして用いることができるであろう。次に、m3
(注:ティルデm3)を上述の平面サラウンドサウンド記録に、フル3次元実現
用に使われるm4(注:ティルデm4)と共に加えることができるであろう。
The matrix D (note: Tilde D) represents the orientation and angle of a “virtual” microphone. The result of this is the sound that would have been recorded if a virtual microphone was present in the recording section instead of the microphone used. This gives
Recordings can be made with "general" sound field microphones and then they can later be matrixed into any set of microphones. For example, only the first two virtual microphones, m 1 (note: tilde m 1 ) and m 2 (note: tilde m 2 ) could be chosen and used as a stereo pair for standard CD recording. Then m 3
(Note: Tilde m 3 ) could be added to the above planar surround sound recording along with m 4 (Note: Tilde m 4 ) used for full 3D realization.

【0075】 これら4つのマイクフィードの任意の非縮退変換は、マイクフィードの任意の
他のセットを作り出すために用いることができ、またはオリジナルの音場の零次
および1次空間高調波を正確に再生できる任意数(4以上)のスピーカ用のスピ
ーカフィードを生成するために使用できる。言い換えれば、音場マイク技術は、
記録が完了した後にマイクの方向特性と角度とを調整するために用い得る。した
がって、2Dの場合に第3の後方向きマイクを、および3Dの場合に第4の非共
面マイクを加えることにより、マイクは簡単なマトリクス操作で修正できる。デ
ータがマルチチャンネル型式で発売されることを意図しているかどうかにかかわ
らず、第3の後方向きチャンネルの記録により、ステレオリリースの自由が増し
、第4の非共面チャンネルの記録により、ステレオおよび平面サラウンドサウン
ドにおける自由が増す。
Any non-degenerate transform of these four mic feeds can be used to create any other set of mic feeds, or exactly the zero and first spatial harmonics of the original sound field. It can be used to generate speaker feeds for any number (4 or more) of speakers that can be played. In other words, sound field microphone technology
It can be used to adjust the directional characteristics and angle of the microphone after recording is complete. Therefore, by adding a third rearward facing microphone for 2D and a fourth non-coplanar microphone for 3D, the microphone can be modified with a simple matrix operation. Regardless of whether the data is intended to be released in a multi-channel format, the recording of the third rear-facing channel increases the freedom of stereo release, and the recording of the fourth non-coplanar channel provides stereo and More freedom in flat surround sound.

【0076】 マイクフィードを多数のスピーカにマトリクス化するため、マトリクス方程式
(17)の右辺をパンニング用に以下のように再公式化する。 および マトリクスR1は、単にスピーカ位置で評価された0次および1次球面調和関数
である。項(−1)mを含めるには慎重でなければならない。なぜならば、それ
は、これらの方程式を導き出すために必要な最小二乗最適化の直接的な結果だか
らである。
To matrix the microphone feed into multiple speakers, the right side of the matrix equation (17) is reformulated for panning as follows: and The matrix R 1 is simply the 0th and 1st order spherical harmonics evaluated at the speaker position. Care must be taken to include the term (-1) m . Because it is a direct result of the least-squares optimization needed to derive these equations.

【0077】 音場の記録に戻ると、2Dおよび3D音場にそれぞれ対応する(好適には未圧
縮の)オーディオデータの3つないし4つのチャンネルが、ディスクまたは他の
媒体上に記憶され、次に、簡単な方法でステレオまたはサラウンドに再マトリク
ス化される。方程式(25)(または、その2D還元)により、4つのチャンネ
ルの他の4つのチャンネルへの無損失の非縮退変換が無数にある。したがって、
空間高調波を記憶する代わりに、2つのチャンネルが適切なステレオミックスを
記憶し、第3のものが2Dサラウンド用にチャネルを記憶し、3Dサラウンドミ
ックス用に第4のチャンネルを用いることができるであろう。オーディオに加え
、マトリクスまたはその逆数も媒体上に記憶し得る。ステレオ実演については、
プレーヤーは、オーディオの第3および第4のチャンネルを単に無視し、他の2
つを左右のフィードとして演奏する。2Dサラウンド実演については、0次およ
び1次2D空間高調波を最初の3つのチャンネルから導き出すためにマトリクス
の逆数が用いられる。空間高調波から、方程式(8)または方程式(17)の平
面投影のようなマトリクスが形成され、スピーカフィードが計算される。3Dサ
ラウンド実演については、3D高調波は、4つのチャンネル全部を用いてから導
き出され、方程式(17)のマトリクスを形成し、スピーカフィードを計算する
Returning to the recording of the sound field, three or four channels of (preferably uncompressed) audio data corresponding to the 2D and 3D sound fields respectively are stored on a disk or other medium, and In a simple way, it is re-matrixed to stereo or surround. By equation (25) (or its 2D reduction), there are countless lossless non-degenerate transformations of the four channels into the other four channels. Therefore,
Instead of storing spatial harmonics, two channels could store the proper stereo mix, a third could store the channel for 2D surround and a fourth channel for 3D surround mix. Ah In addition to audio, the matrix or its inverse may also be stored on the medium. For stereo demonstrations,
The player simply ignores the 3rd and 4th channels of the audio and the other 2
Play as the left and right feeds. For a 2D surround demonstration, the reciprocal of the matrix is used to derive the 0th and 1st order 2D spatial harmonics from the first three channels. From the spatial harmonics, a matrix such as the planar projection of equation (8) or equation (17) is formed and the speaker feed is calculated. For the 3D surround demonstration, the 3D harmonics are derived using all four channels and then form the matrix of equation (17) to calculate the speaker feed.

【0078】 本発明の様々な局面を、その好ましい実施形態について説明してきたが、本発
明が添付の請求項の全範囲内での保護を受ける権利があることが理解されるであ
ろう。
While various aspects of the invention have been described with respect to preferred embodiments thereof, it will be understood that the invention is entitled to protection within the full scope of the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 傾聴エリアを包囲している多重ラウドスピーカの配置の平面図である。[Figure 1]   FIG. 5 is a plan view of an arrangement of multiple loudspeakers surrounding a listening area.

【図2】 図1のサウンド再生配置の音響空間周波数を例示する。[Fig. 2]   2 illustrates the acoustic spatial frequency of the sound reproduction arrangement of FIG.

【図3】 モノラルサウンドの位置を決めるためのマトリクス化システムのブロック図で
ある。
FIG. 3 is a block diagram of a matrixing system for locating monaural sound.

【図4】 当初信号をマトリクス化する際に想定したものと異なるスピーカ位置を考慮す
るために、図3でマトリクス化された信号を再マトリクス化するためのブロック
図である。
FIG. 4 is a block diagram for rematrixing the signal matrixed in FIG. 3 to take into account different speaker positions than were envisioned when initially matrixing the signal.

【図5】 多重指向性マイクからのサウンドを取得および再生するための代替的配置を示
すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing an alternative arrangement for obtaining and playing sound from a multi-directional microphone.

【図6】 多重指向性マイクからのサウンドを取得および再生するための代替的配置を示
すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating an alternative arrangement for obtaining and playing sound from a multi-directional microphone.

【図7】 図5および図6のマイクマトリクスブロックのさらなる細部を示す。[Figure 7]   7 shows further details of the microphone matrix block of FIGS. 5 and 6.

【図8】 図5および図6のシステムへのオーディオ信号源としての3つのマイクの配置
を示す。
8 shows an arrangement of three microphones as audio signal sources for the system of FIGS. 5 and 6. FIG.

【図9】 球座標の配置を例示する。[Figure 9]   The arrangement of spherical coordinates is illustrated.

【図10】 4つのマイクの3次元配列のための角度配置を示す。[Figure 10]   3 shows an angular arrangement for a three-dimensional array of four microphones.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM ,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH, GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,K E,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS ,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN, MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ,VN,YU, ZA,ZW Fターム(参考) 5D020 AD04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BZ, C A, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM , DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, K E, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS , LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, R U, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM , TR, TT, TZ, UA, UG, UZ, VN, YU, ZA, ZW F-term (reference) 5D020 AD04

Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも4つのスピーカの1つに個別に供給する少なくと
も4つの複数のチャンネルを有するサラウンドサウンドシステムを介して、所定
の周波数範囲上での音場再生のための音場の処理方法であって、 音場の多重信号を取得する段階と、および 取得した音場信号を、複数のチャンネルの個別のチャンネルに全周波数領域に
ついての相対利得のセットと共に送り出す段階とを含み、前記セットは関係式を
解くことにより決定され、該関係式は、(1)傾聴エリア周囲の選択されたスピ
ーカ位置であって、ただし通常の幾何学的、共面パターンには制約されない位置
を含み、かつ(2)音場の複数の3次元空間高調波の各々を実質的に保存し、 それによって、前記選択された位置に配置されたスピーカから再生された音場
が、取得された音場の複数の3次元空間高調波を実質的に再生する、方法。
1. A method of processing a sound field for reproducing a sound field over a predetermined frequency range via a surround sound system having at least four channels individually supplying one of at least four speakers. Where the steps of: acquiring a multiple signal of a sound field, and sending the acquired sound field signal to individual channels of a plurality of channels with a set of relative gains over the entire frequency domain, the set comprising: Determined by solving a relational expression, which includes (1) selected speaker positions around the listening area, but not constrained by normal geometric, coplanar patterns, and ( 2) Substantially preserving each of the three-dimensional spatial harmonics of the sound field, so that the sound field reproduced from the speaker located at the selected position is: A method of substantially reproducing a plurality of three-dimensional spatial harmonics of an acquired sound field.
【請求項2】 実質的に保存される複数の3次元空間高調波は、零次および
1次高調波のみを含む、請求項1に記載の方法。
2. The method of claim 1, wherein the plurality of substantially conserved three-dimensional spatial harmonics comprises only zero-order and first-order harmonics.
【請求項3】 実質的に保存される複数の3次元空間高調波は、零次からn
次の高調波を含み、nはスピーカ数の平方根未満の整数以下の整数である、請求
項1に記載の方法。
3. A plurality of substantially conserved three-dimensional spatial harmonics are from zero order to n.
The method of claim 1, comprising the following harmonics, n being an integer less than or equal to an integer less than the square root of the number of speakers.
【請求項4】 音場の多重信号の取得段階は、傾聴エリア周囲の特定位置に
置こうとするサウンドの多重モノラル信号の取得を含み、前記関係式はそのよう
な特定の位置を含み、それによって、スピーカから再生された音場が前記特定位
置におけるモノラルサウンドをさらに含む、請求項1に記載の方法。
4. The step of obtaining multiple signals of a sound field comprises obtaining multiple mono signals of a sound to be placed at a specific position around a listening area, the relational expression including such specific positions, The method of claim 1, wherein the sound field reproduced from the speaker further comprises a monaural sound at the particular location.
【請求項5】 音場の多重信号の取得段階は、多重指向性マイクの音場中で
の位置決めを含む、請求項1に記載の方法。
5. The method of claim 1, wherein the step of acquiring multiple signals of a sound field comprises positioning a multi-directional microphone in the sound field.
【請求項6】 相対利得のセットは、ある傾聴エリア周囲の想定スピーカ位
置を含む関係式により、少なくとも部分的に決定される、請求項1に記載の方法
6. The method of claim 1, wherein the set of relative gains is determined, at least in part, by a relational expression that includes an assumed speaker position around a listening area.
【請求項7】 相対利得のセットは、傾聴エリア周囲の実際のスピーカ位置
を含む関係式により、傾聴エリアに隣接する場所で少なくとも部分的に決定され
る、請求項1に記載の方法。
7. The method of claim 1, wherein the set of relative gains is at least partially determined at a location adjacent to the listening area by a relational expression that includes actual speaker positions around the listening area.
【請求項8】 相対利得のセットは、速度およびパワーベクトルを実質的に
整列させるものによりさらに決定される、請求項1に記載の方法。
8. The method of claim 1, wherein the set of relative gains is further determined by substantially aligning the velocity and power vectors.
【請求項9】 相対利得のセットは、前記複数の3次元空間高調波の2次ま
たはより高次のものを最小限にするものによりさらに決定される、請求項1に記
載の方法。
9. The method of claim 1, wherein the set of relative gains is further determined by minimizing the second or higher orders of the plurality of three-dimensional spatial harmonics.
【請求項10】 サラウンドサウンドシステムは、ちょうど6つチャンネル
を有し、該チャンネルの各々が、ちょうど6つのスピーカの別々の1つに供給す
る、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
10. The method according to claim 1, wherein the surround sound system has exactly 6 channels, each of which feeds a separate one of exactly 6 loudspeakers.
【請求項11】 前記ちょうど6つのスピーカの少なくとも1つは、前記ち
ょうど6つのスピーカの他のものと非共面となるように配置される、請求項10
に記載の方法。
11. The at least one of the exactly six speakers is arranged to be non-coplanar with another of the exactly six speakers.
The method described in.
【請求項12】 マルチチャンネルサラウンドサウンドシステム中のサウン
ドの所望の見かけの3次元位置をシミュレーションする方法であって、 3次元位置をシミュレートしようとするサウンドをモノラル的に取得する段階
と、および 取得したモノラルサウンドを複数のチャンネルの個別チャンネルに相対利得の
セットと共に送り出す段階とを含み、前記セットは、サウンドの所望の見かけ位
置の偏角および方位角の関係式を、ある点および該点の周囲に延びマルチチャン
ネル信号の各々により駆動されるスピーカの予想位置に対応する各位置のセット
に関して解くことにより決定され、前記関係式は、サウンドの少なくとも零次お
よび1次の3次元高調波を、サウンドが予想位置でスピーカを通して再生された
場合にあたかもモノラルサウンドが前記見かけの位置に実際に存在しているかの
ように、実質的に保存してなる、方法。
12. A method of simulating a desired apparent three-dimensional position of a sound in a multi-channel surround sound system, the method comprising: monaurally acquiring the sound whose three-dimensional position is to be simulated; and Driving the monophonic sound to a plurality of individual channels with a set of relative gains, said set providing a relational expression of the desired apparent position declination and azimuth of the sound at and around a point. Is determined by solving for each set of positions corresponding to the expected position of the loudspeaker driven by each of the multi-channel signals, said relational expression being at least the zero and first three-dimensional harmonics of the sound, Is played through the speaker at the expected position as if it were a monaural As command is either actually present at the position of the apparent, formed by substantially preserved, method.
【請求項13】 スピーカは、少なくともその1つが予想される位置とは異
なる実際の位置を有するように実際に配置され、さらに、スピーカの実際の位置
を含む第2の関係式を解くことにより相対利得の修正セットを計算する段階を含
み、サウンドの少なくとも零次および1次の3次元高調波を、サウンドが予想位
置でスピーカを通して再生された場合にあたかもモノラルサウンドが前記見かけ
の位置に実際に存在しているかのように、保存してなる、請求項12に記載の方
法。
13. The speakers are actually arranged such that at least one of them has an actual position that is different from the expected position, and the relative position is determined by solving a second relational expression that includes the actual position of the speaker. Including the step of calculating a modified set of gains, wherein at least the zeroth and first order three-dimensional harmonics of the sound, as if the monophonic sound actually existed in said apparent position, when the sound was played through the speaker at the expected position. 13. The method of claim 12, wherein the method is stored as if it were done.
【請求項14】 相対利得のセットは、スピーカを介して再生された音場の
速度およびパワーベクトルを実質的に整列させるものによりさらに決定される、
請求項12または13のいずれかに記載の方法。
14. The set of relative gains is further determined by substantially aligning the velocity and power vectors of the sound field reproduced through the speaker,
The method according to claim 12 or 13.
【請求項15】 相対利得のセットは、スピーカを介して再生された音場の
2次およびより高次の3次元空間高調波を最小限にするものによりさらに決定さ
れる、請求項12または13のいずれかに記載の方法。
15. The set of relative gains is further determined by minimizing second and higher order three-dimensional spatial harmonics of the sound field reproduced through the speaker. The method described in any one of.
【請求項16】 チャンネル数は4以上である、請求項12または13のい
ずれかに記載の方法。
16. The method according to claim 12, wherein the number of channels is 4 or more.
【請求項17】 チャンネル数はちょうど6である、請求項12または13
のいずれかに記載の方法。
17. The method according to claim 12, wherein the number of channels is exactly 6.
The method described in any one of.
【請求項18】 スピーカの予想位置の少なくとも1つは、スピーカの他の
予想位置とは非共面である、請求項16に記載の方法。
18. The method of claim 16, wherein at least one of the expected locations of the speaker is non-coplanar with other expected locations of the speaker.
【請求項19】 傾聴エリア周囲に配置された4つ以上のスピーカを介して
3次元音場を再生する方法であって、 音場を表す複数の電気信号を取得する段階と、 前記複数の電気信号を、前記音場の少なくとも零次および1次の3次元空間高
調波の信号を生成するように処理する段階と、および スピーカの実際の位置の項を含む関係式を解くことにより、スピーカの個々に
供給される相対利得を決定するように3次元空間高調波処理する段階とを含み、
前記関係式を解いた場合に、取得された音場の零次および1次の3次元高調波に
それぞれ一致する、スピーカを介して再生された音場の少なくとも零次および1
次の3次元高調波を実質的に保存する、方法。
19. A method of reproducing a three-dimensional sound field via four or more speakers arranged around a listening area, comprising: acquiring a plurality of electric signals representing the sound field; Processing the signal to produce a signal of at least the zero and first three-dimensional spatial harmonics of the sound field, and solving the relational expression involving the term of the actual position of the speaker Three-dimensional spatial harmonic processing to determine the relative gains provided individually,
When solving the above relational expression, at least the zero order and the one order of the sound field reproduced through the speaker, which correspond to the zero-dimensional and first-order three-dimensional harmonics of the acquired sound field, respectively.
A method of substantially preserving the following three-dimensional harmonics.
【請求項20】 音場を表わす複数の電気信号を記録および再生する段階を
さらに含む、請求項19に記載の方法。
20. The method of claim 19, further comprising recording and reproducing a plurality of electrical signals representative of a sound field.
【請求項21】 音場高調波の信号を記録および再生する段階をさらに含む
、請求項19に記載の方法。
21. The method of claim 19, further comprising the steps of recording and reproducing sound field harmonic signals.
【請求項22】 音場はちょうど6つのスピーカを介して再生される、請求
項19〜21のいずれか1項に記載の方法。
22. The method according to claim 19, wherein the sound field is reproduced via exactly 6 loudspeakers.
【請求項23】 前記ちょうど6つのスピーカの少なくとも1つは、前記ち
ょうど6つのスピーカの他のものと非共面となるように配置される、請求項20
に記載の方法。
23. At least one of the exactly six speakers is arranged to be non-coplanar with another of the exactly six speakers.
The method described in.
【請求項24】 傾聴エリアを包囲する特定の想定位置の少なくとも4つの
スピーカの各々により再生されることを目的とするオリジナルの音場の少なくと
も4つのオーディオ信号を受信する入力部と、想定位置とは異なる傾聴エリアを
包囲する特定の実際の位置の少なくとも4つのスピーカを駆動する出力部とを有
するサウンド再生システムであって、 偏角と方位角とを含む、特定の実際の位置のスピーカの情報を受け入れる入力
部と、および 偏角と方位角とを含む入力された実際のスピーカ位置および想定されたスピー
カ位置に応答して入力信号から出力部へ他の信号を供給する電子的に実行される
マトリクスとを含み、前記出力部は、スピーカを駆動して複数の3次元空間高調
波によって音場を再生し、前記高調波は、オリジナルの音場中の同数の3次元空
間高調波の個々に個別に実質的に一致する、システム。
24. An input for receiving at least four audio signals of an original sound field intended to be reproduced by each of the at least four loudspeakers at a particular assumed position surrounding the listening area, and the assumed position. Is a sound reproduction system having outputs for driving at least four speakers at specific actual positions surrounding different listening areas, the information of the speakers at specific actual positions including declination and azimuth angle. An electronically accepting input, and electronically providing another signal from the input signal to the output in response to the input actual speaker position including the declination and azimuth and the assumed speaker position. A matrix, the output unit drives a speaker to reproduce a sound field by a plurality of three-dimensional spatial harmonics, the harmonics being the original sound. Substantially coincides individually to each the same number of 3-dimensional space harmonics in the system.
【請求項25】 マトリクスは、 想定スピーカ位置情報と入力信号とから、複数の3次元空間高調波と対応する
個々の信号を生み出す第1の部分と、および 3次元空間高調波信号と実際のスピーカ位置情報とから、実際のスピーカにつ
いての個々の信号を生み出す第2の部分とをさらに含む、請求項24に記載のサ
ウンドシステム。
25. The matrix is a first part for generating individual signals corresponding to a plurality of three-dimensional spatial harmonics from assumed speaker position information and an input signal, and the three-dimensional spatial harmonics signal and an actual speaker. 25. The sound system of claim 24, further comprising a second portion that produces individual signals for the actual speakers from the location information.
【請求項26】 複数の一致した3次元空間高調波は、零次および1次高調
波を含む、請求項24または25のいずれかに記載のサウンドシステム。
26. The sound system of claim 24 or 25, wherein the plurality of matched three-dimensional spatial harmonics comprises zeroth and first harmonics.
【請求項27】 複数の一致した3次元空間高調波は、零次および1次高調
波のみを含む、請求項24または25のいずれかに記載のサウンドシステム。
27. The sound system of claim 24 or 25, wherein the plurality of matched three-dimensional spatial harmonics includes only zero and first harmonics.
【請求項28】 実際のスピーカ位置の複数のスピーカは、ちょうど6つ含
む、請求項24または25のいずれかに記載のサウンドシステム。
28. A sound system according to claim 24 or 25, wherein the plurality of speakers at the actual speaker position comprises exactly six.
【請求項29】 前記実際のスピーカ位置の少なくとも1つは、前記実際の
スピーカ位置の他のものと非共面となるように配置される、請求項25に記載の
サウンドシステム。
29. The sound system of claim 25, wherein at least one of the actual speaker positions is arranged to be non-coplanar with another of the actual speaker positions.
【請求項30】 オリジナルの3次元音場のオーディオ信号を受信する入力
部と、傾聴エリアを包囲する特定の実際の位置の少なくとも4つのラウドスピー
カを駆動して音場を再生する出力部とを含むサウンドシステムであって、 スピーカの実際の位置の情報を受け入れる入力部と、および 入力された実際のスピーカ位置の情報および入力信号に応答して出力部へ信号
を供給する電子的に実行されるマトリクスとを含み、前記出力部は、スピーカを
駆動して複数の3次元空間高調波によって音場を再生し、前記高調波は、オリジ
ナルの音場中の同数の3次元空間高調波の実質的に対応するものに個別に一致し
てなる、システム。
30. An input section for receiving an audio signal of an original three-dimensional sound field and an output section for driving at least four loudspeakers at specific actual positions surrounding a listening area to reproduce the sound field. A sound system including an electronically implemented input that accepts speaker actual position information and an output that responds to the input actual speaker position information and an input signal. A matrix, the output section drives a speaker to reproduce a sound field by a plurality of three-dimensional spatial harmonics, the harmonic being substantially the same number of three-dimensional spatial harmonics in the original sound field. A system that matches the corresponding ones individually.
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