JP2004526364A - ３次元音響環境をシミュレートするための方法とシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は最低２チャンネルの再生デイバイスを使い、オーディオシステムの３次元音響環境をシミュレートするための方法を提供するものである。
【解決手段】その方法には最初に最低１個のスピーカーを使用し、次にヘッドフォンを使用して、第１及び第２の擬似ヘッド関連伝達関数（ＨＲＴＦ）データを発振させ、そのデータの第１及び第２の周波数リプレゼンテーションを分割又は第１及び第２のデータのタイムドメインリプレゼンテーションのデイコンボルジョンオペレータを使用するか、又は、第１及び第２のデータのセプトラムリプレゼンテーションを削除し、そしてその分割又は削除の結果を用いてリスナーが使用する音響再生デイバイスに音源からのオーディオパスのシステムに接続可能な最低２個のフイルターを用意し、リモートスピーカーの自然音を発生さすために操作可能なインパルスリスポンスを有するフイルターの準備が含まれる。
【選択図】図１
【解決手段】その方法には最初に最低１個のスピーカーを使用し、次にヘッドフォンを使用して、第１及び第２の擬似ヘッド関連伝達関数（ＨＲＴＦ）データを発振させ、そのデータの第１及び第２の周波数リプレゼンテーションを分割又は第１及び第２のデータのタイムドメインリプレゼンテーションのデイコンボルジョンオペレータを使用するか、又は、第１及び第２のデータのセプトラムリプレゼンテーションを削除し、そしてその分割又は削除の結果を用いてリスナーが使用する音響再生デイバイスに音源からのオーディオパスのシステムに接続可能な最低２個のフイルターを用意し、リモートスピーカーの自然音を発生さすために操作可能なインパルスリスポンスを有するフイルターの準備が含まれる。
【選択図】図１
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には最低２チャンネル再生デイバイスを使用し、オーディオシステムでの３Ｄ音響環境をアナライズし、シミュレートする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サウンドレコーディングのより良い基準としてサラウンド（周辺）及びマルチチャンネルのサウンドトラックが徐々にステレオに取って替りつつある。最近の新しい音響機器はサラウンド機能を備えている。今日、市場に出廻っている新しい音響システムの多くはマルチプルスピーカーやサラウンドサウンドディコーダーを備えている。
【０００３】
事実、昔のステレオレコーデングを修正するアルゴリズムを考案し、それがあたかもサラウンドでレコーデングされたが如き音を出すようにしている企業も多くある。又、別の企業では、古いステレオシステムをアップグレードするアルゴリズムを開発し、二つのスピーカーのみでサラウンドの様な音がでるようにしている。
【０００４】
ステレオエキスパンションアルゴリズムは認知された音揚感を拡大する。又、多くのサウンドボードやスピーカーシステムには拡大されたステレオサウンドを伝えるのに必要な回路が組み込まれている。
【０００５】
３次元の位置決めアルゴリズムでは、これを更に一歩進めて、リスナーの廻りの特定の位置に音がくるようにしている。即ち、リスナーの左、右、上、下に拡がる音像の全てにである。これらのアルゴリズムは疑似キューに基づいており、音が実際に３６０°の空間で聴かれる方法を再現する。
【０００６】
これらのアルゴリズムでは、音源の空間座標に関して、リスナーの耳で聴かれる音を計算するため、ヘッド関連伝達関数（ＨＲＴＦ）が多く用いられている。例えば、リスナーの左側に位置している音源から出た音はまず第一に左耳で聴かれ、一瞬後に右耳で聴かれる。異った周波数の相対振幅も耳翼の指向性とリスナー自身の頭の妨害によって変化する。
【０００７】
上述の如く、ＨＲＴＦは空間の一地点から特定の鼓膜への音の測定されたトランスフオメーションである。自然な無響リスニングで見られるような鼓膜で聞かれる聴感情報の再生はバーチャルな音源を創造することで可能となる。
【０００８】
従って、ここで明らかになる事はヘッドフォン又はスピーカーを使用してバーチャルな音源をシミュレートする機能を改善するためのＨＲＴＦデータを得るより良い方法を見出すことである。
【０００９】
先行技術による２つの方法は：
１）鼓膜の位置に置かれたマイクロフォンを有するダミーヘッド及び人間の頭と耳をシミュレートするダミーヘッドを使用し、
２）その耳管の内側に小型マイクロフォンを据える。但し、身体的限界があり、マイクロフォンは耳管への半分位の所に据えられる。
【００１０】
測定されたマイクロフォン出力は個人又はダミーヘッドの特定のＨＲＴＦインフォメーションを表わすものである。バーチャルな音源をシミュレートするために、サウンドシグナルは測定されたＨＲＴＦインフオメーションでコンボルブされる。
【特許文献１】
なし
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の先行技術による方法には次のようないくつかの欠点がある。
１）人間は各々が各人独自の耳及び頭のサウンドインフオメーションを表す独自のＨＲＴＦを有しており、ダミーヘッド又は特定の主体を使って測定された非個人化されたＨＲＴＦを使用しての測定結果は満足できない３Ｄ感覚を生じさせる。この問題は殆んどの場合高周波に影響を与えて、フロント−バックの混同と“インサイドザヘッド”感覚が生ずる。
【００１２】
２）もう一つの欠点に、測定は鼓膜近辺で行われるが、再生は耳の外側で行われるので、一度はダミーヘッド又は特定の主体のレフアレンスＨＲＴＦが使われ、もう一度はヘッドフォンを聴いている人間の個人のＨＲＴＦが使われるためサウンドが２度コンボルブされることになる。そこで当然音の再生は不正確なものとなり、満足できない３Ｄオーディオ感覚を生じさせることになる。
【００１３】
３）この様な実験を行うためには、更なるシミュレートと測定機器が必要となる。このような機器類（スピーカー、アンプリフアイヤーマイクロフォン等）は必然的に被測定体にひずみを与えて測定に影響し、測定されたレグナルにも影響を及ぼす。
【００１４】
部屋、空気、頭、耳翼、耳管はリニアな伝達関数を持ち、アンプリフアイアー、スピーカー、マイクロフォン等は非リニアな伝達関数を持つ。従って、優れた実験者は分析に際して周波数特性を事前測定し、測定機器のリニア性の影響を排除するよう努めなければならない。但し、現行のシグナルプロセシング技術では通常機器のひずみの非リニア部分を排除することは困難である。
【００１５】
４）先行技術の２スピーカーサウンドシステムに於いては、リスナーはスピーカーの間に正確に位置しなければならない。このスポットからのずれは音響にひずみを生じさすことになる。
【００１６】
５）先行技術の２スピーカーサウンドシステムは対称的な環境でのみ優れた機能を果すもので、スピーカーはマッチされていなければならず、又、部屋のアコースティックは対称的である必要がある。かヽる制限により多くのユーザーは２つのスピーカーでのサラウンドサウンドを楽しむことが困難となる。
【００１７】
６）先行技術の３Ｄヘッドフォンシステムは不十分な３Ｄサウンドを生み、主としてフロントーバックの混同と“インサイドザヘッド”感覚を引起すことになる。
［発明の要約］
【００１８】
従って、この発明の広い目的はリスナーのＨＲＴＦを使い先行技術の欠点を補い、最も正確な３Ｄ音響再生を達成させ、耳管の外側の音響再生に適応させ、測定機器のリニア及び非リニア部分の両方のひずみとその影響を打ち消し、少ないスピーカー（２個又はそれ以上）を使い、ユーザーが部屋の中央に座する必要がなく、又、部屋のアコースティック環境を変えることなくバーチャルなサラウンドサウンド環境を創り、シミュレートされた音源が“アウトオブザヘッド”で認知され、如何なる音色の変化も一切ないヘッドフォンを使った優れた３Ｄシミュレーションをもたらす測定と再生の方法とシステムを提供するものである。
【００１９】
本発明では上記の目的は最低２チャンネルの再生デイバイスを使用しオーデイオシステムの３次元音響環境をシミュレートするための方法を提供することで達成されるものであり、前述の方法は最初に最低１個のスピーカーを使用し、次にヘッドフォンを使用して、第１及び第２の疑似ヘッド関連伝達関数（ＨＲＴＦ）データを発生させ、前述のデータの前述の第１及び第２周波数リプレゼンテーションの分割、又は前述の第１及び第２のデータのタイムドメインリプレゼンテーションのディコンボルジョンオペレータの使用、又は、前述の第１及び第２のデータのセプトラムリプレゼンテーションの削除、及び前述の分割又は削除の結果を使用してリスナーが使用する音響再生デイバイスに音源からのオーデイオパスのシステムに接続可能な最低２個のフィルターを備えるためのリモートスピーカーの自然音を発生さすために操作可能なインパルスリスポンスを有するフィルターを準備するものである。
【００２０】
又、本発明は最低１個のスピーカーを使用して３次元音響環境をシミュレートするための方法を提供するものであり、前述の方法では選択されたアコースティック環境でダミーの左側及び右側の耳、耳翼及び耳管を有するダミーヘッドを置き、前述のスピーカーを経由して送られ、第１及び第２のマイクロフォンにより前述のダミーヘッドで受けた第１及び第２のヘッド関連伝達関数（ＨＲＴＦ）サウンドデータをレコーディングし、１対のヘッドフォンを経由してダミーヘッドに送られた第３及び第４のＨＲＴＦのサウンドデータを記録し、前述のサウンドデータの前述の第１及び第２周波数リプレゼンテーション及び各スピーカーの前述の第３及び第４の前述のサウンドデータをそれぞれ分割、ティコンボルビング又は削除して各音源チャンネルのための左側及び右側耳フィルターの伝達関数を準備し、前述のシステムに接続された各々の音源チャンネル及び２つのサウンドトランデューサーの間の音響再生システムでの前述の左側及び右側フィルターを導入する。
【００２１】
更に本発明は最低１個のスピーカーを使用して３次元音響環境をシミュレートするための方法を提供するものであり、前述の方法では選択されたアコースティック環境で各耳管内にミニチュアマイクロフォンを持つリスナーのヘッドを位置させ、前述のスピーカーを経由して送られ、前述のダミーヘッドで受けた第１及び第２のヘッド関連伝達関数（ＨＲＴＦ）サウンドデータをレコーディングして前述のマイクロフォンを経由して前述のリスナーのヘッドに送られた第３及び第４のＨＲＴＦサウンドデータを記録し、前述のサウンドデータの前述の第１及び第２周波数リプレゼンテーション及び各スピーカーの前述の第３及び第４の前述のサウンドデータをそれぞれ分割、ディコンボルビング又は削除して各音源チャンネルのための左側及び右側耳フィルターの伝達関数を準備し、前述のシステムに接続された各々の音源チャンネル及び２つのサウンドトランデューサーの間の音響再生システムでの前述の左側及び右側フィルターを導入する。
【００２２】
又、更に本発明は音源、オーディオ再生及びプロセス手段及び最低２個のスピーカー又はヘッドフォンを有する３次元音響環境をシミュレートするオーディオシステムを提供するものであり、前述のシステムは各々が前述の音源及び前述のスピーカーの１つ又はヘッドフォンに接続された最低２個のフィルターとここで説明された方法により準備された疑似ヘッド関連伝達関数を生じさすことで得られたインパルスポンスにより特徴づけられる前述の各々のフィルターから成るものである。
【００２３】
本発明がより充分に理解されるよう、この発明を次の説明図に参照して、好ましい実施態様との関連で説明する。
【００２４】
詳細なる図の詳しい参照で示されている事項には、例を用いて本発明のみの好ましい実施態様を図解で説明するのが目的であり、本発明の原理と概念の最も有効で、且つ、理解され易いと思われるものが提示される。これに関しては、本発明についての基本的な理解に必要であるもの以上に詳細に本発明の構造的な説明を加えない。
図面の説明は本発明の各種形状を実際に具体化する当業者には明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１Ａ及び図１Ｂはダミーヘッドと各鼓膜の位置に置かれたトランデューサーを使って、オープンフィールドに発生したオーディオシグナルを記録するためのシステム２の説明である。
【００２６】
このシグナルは、このケースの場合前方左側スピーカーを表わしているが、一つの特定の角度αのためのＨＲＴＦパラメーターを得るためにレコーディングされる。
【００２７】
このシグナルジェネレーター４は測定のために使用されるテストシグナルを発生させる。
このシグナルはパワーアンプ７によって増幅され、スピーカー８で再生される。
【００２８】
ルーム１０のアコースティック特性はダイレトなサウンドに対し初期の反射と残響を加え、サウンドに影響を与える。このルームの影響は各々のケーションによって異なるので、ヘッド１２の左側の耳に到達するサウンドは右側の耳に到達するサウンドとは異なる。
【００２９】
ヘッド１２は一方の耳１４にサウンドを反射し、他の耳１４′からのサウンドを妨害し、そのサウンドに影響を与える。そのサウンドはマイクロフォン２０及び２０′によりリコーデングされる前にヘッド１２の耳翼１６及び１６′と耳管１８及び１８′を通過する。
【００３０】
マイクロフォン２０及び２０′の出力シグナルはマイクロフォンプレアンプ２２及び２２′によって増幅され、シグナルアナライザー２４によってアナライズされる。シグナルアナライザー２４は２つの別のシグナル、即ち、左側の耳１４のシグナルと右側の耳１４′のシグナルをアナライズする。
【００３１】
オリジナルシグナルと測定されたシグナルを比較して、テストの実施者はシステム全体の伝達関数を得ることができる。
実際には得られた伝達関数はシグナルパスにある全てのコンポーネントの一連の伝達関数から成るもので、測定された伝達関数
及び
は幾つかの伝達関数の積として表わすことができる（図１Ｂのブロック６〜２２を参照）：
【数１】
【００３２】
茲で：
上記の伝達関数はスピーカーの角度によって決り、
の記号を付す。
ＤＳはだみースピーカーコンステレーションで、
はコンボルジョンオペレータ（タイムドメイン環境での）である。
【００３３】
さて第２Ａ及び２Ｂ図について説明する。図１Ａ及び図１Ｂに関する上述のオープンフィールドシステムと方法の中で使用されているものと同じ機器を用いたヘッドフォン測定のための設定の図解である。
【００３４】
ここでは、音源はダミーヘッド１２に設けられたヘッドフォン２６及び２６′である。ヘッドの中間平面とヘッドフォン２６と２６′の軸との間の角度βは固定され、それはヘッドフォンの機械的構造によって決まる。
【００３５】
シグナル発振器４はパワーアンプ６及び６′より増幅され、ヘッドフォン２６及び２６′により再生されるテストシグナルをジェネレートする。
そのサウンドはマイクロフォン２０及び２０′でレコーディングされる前にダミーヘッドの耳翼１６及び１６′と耳管１８及び１８′を通過する。マイクロフォン２０及び２０′の出力シグナルはマイクロフォンプレアンプ２２及び２２′で増幅され、シグナルアナライザー２４でアナライズされる。シグナルアナライザー２４は左側の耳１４からのシグナルと右側の耳１４′からのシグナルの二つの別々のシグナルをアナライズする。
【００３６】
オリジナルシグナルを測定されたシグナルと比較して、テストの実施者はこのシステムの伝達関数を得ることができる。
【００３７】
測定された伝達関数
及び
は幾つかの伝達関数の積として表すことができる（図２Ｂのブロック６及び６′〜２２及び２２′を参照）：
【数２】
【００３８】
茲で：
ＤＰはダミーヘッドフォンコンステレーションである。
図３Ａ及び図３Ｂはシングルスピーカー８を経由した音源２５を聴く人間の情況の説明である。このオーディオ源２５はパワーアンプ６によって増幅され、スピーカー８で再生されるオーディオシグナルをジェネレートする。ルーム１Ｄのアコースティック特性は初期の反射と残響を加え、サウンドに影響を与える。
【００３９】
このルームの影響は各々のロケーションによって異なるので、左側の耳２８に到達するサウンドは右側の耳２８′に到達するサウンドとは異なる。その人間のヘッド１２′は一方の耳２８にサウンドを反射し、他の耳２８′からのサウンドを妨害し、そのサウンドに影響を与える。そのサウンドは耳翼３０及び３０′と耳管３２と３２′を通り、左側と右側の鼓膜３４と３４′を振動させる。その振動は内耳により神経刺激に変換されて、最終的にこの刺激はユーザーの脳に到達する。
【００４０】
刺激が脳に伝わる間に、オリジナルオーディオトラックは修正され、この全体的な修正は一連のブロックとして表わされ、その各ブロックは異なった伝達関数を有している（図３Ｂのブロック６及び６′〜３４及び３４′を参照）。
【００４１】
全体のシステムの伝達関数が
及び
であるとすると：
【数３】
【００４２】
茲で：
ＨＳはヒューマンースピーカーコンステレーションである。
【００４３】
図２Ａ及び図２Ｂに対応する図４Ａ及び図４Ｂはヘッドフォンを経由して音曲を聴く人間の図解である。オーディオ源２５はパワーアンプ６によって増幅され、スピーカー８で再生されるオーディオシグナルをジェネレートする。そのサウンドは人間の耳翼３０及び３０′と耳管３２と３２′を通り、左側と右側の鼓膜を振動させる。その振動は内耳により神経刺激に変換されて、最終的にこの刺激は脳に到達する。
【００４４】
オリジナルオーディオトラックはそれが脳に伝わる間に修正され、この全体的な修正は一連のブロックとして表わされ、その各ブロックは異った伝達関数を有している（図４Ｂのブロック６及び６′〜３４及び３４′を参照）。
【００４５】
全体のシステムの伝達関数
及び
であるとすると：
【数４】
【００４６】
茲で：
ＨＰはヒューマンーヘッドフォンコンステレーションである。
ヘッドフォンバーチャル化システムは図５Ａ及び図５Ｂで示されている。このシステムでは二つのフィルター３６及び３６′が音曲の通路に置かれており、このオーディオパスは第４Ａ及び４Ｂ図に関しての前記の説明と同じである。
【００４７】
先行技術のサラウンドヘッドフォンでの左側フィルター３６の伝達関数は：
【数５】
【００４８】
右耳フィルター３６′の伝達関数は：
【数６】
【００４９】
本発明では異なるフィルターが使用され、左耳フィルター６の伝達関数は：
【数７】
【００５０】
右耳フィルター６′の伝達関数は：
【数８】
【００５１】
このシステム全体の伝達関数は次のようになる：
【数９】
【００５２】
茲で：
ＨＶはヒューマンーバーチャル化コンステレーションである。
【００５３】
右側及び左側のデータを分割する代りに、右側及び左側のデータのタイムドメインリプレゼンテーションのデイコンボルジョンオペレータを使用するか、又は、右側及び左側のデータのセプストラムリプレゼンテーションを削除することでフィルターの計算をすることも可能である。
【００５４】
図６は本発明によるバーチャライザーシステムに基づくスピーカーのオンサイト測定システムの図解である。この測定の目的はリスナーのプレイバックルームの実際のプレイバックコンディションについてのインフォメーションを得ることである。
【００５５】
測定はリスナーの耳管の近く、又は、内側に置かれたミニチュアーマイクロフォンをベースにする。スピーカークオリティー、スピーカーの位置及びルームアコースティックが測定に影響を与える。
【００５６】
先行技術のスピーカーバーチャル化システムと異なり、スピーカーの置位は重要でない。このシステムは非対称の環境でも機能する。
シグナル発振器４は測定に使用されるテストシグナルをジエネレートし、そのシグナルはパワーアンプ６及び６′により増幅され、左側スピーカー８又は右側スピーカー８′により再生される。
【００５７】
プレイバックルーム１０のアコーステック特性は初期の反射と残響を加え、サウンドに影響を与える。このルームの影響は各々のロケーションによって異なるので、左側の耳に到達するサウンドは右側の耳に到達するサウンドとは異なる。
【００５８】
その人間のヘッド１２′は一方の耳２８にサウンドを反射し、一方の耳２８からのサウンドを妨害し、そのサウンドに影響を与える。そのサウンドは耳管３２及び３２′の内側に置かれた左側及び右側マイクロフォン３８及び３８′でレコーディンされる前に耳翼３０及び３０′を通る。
【００５９】
マイクロフォン３８及び３８′の出力シグナルはマイクロフォンプレアンプ２２及び２２′により増幅され、シグナルアナライザー２４でアナライズされる。このシグナルアナライザー２４は左側の耳からのシグナルと右側の耳からのシグナルの２つの異なったシグナルをアナライスする。
【００６０】
この段階で合計４つの異なる測定が行われる。即ち、左側スピーカー８からの２つの測定（左側と右側の耳）と右側スピーカー８′からの２つの測定である。ユーザーが２個以上のスピーカーを持っている場合にはそれぞれ１個のスピーカーにつき２つの測定を行う。
【００６１】
図７はスピーカーのバーチャル化システムの図解である。二つのフイルター３６及び３６′がオーディオ源２６とパワーアンプ６及び６′の間に置かれ、左側及び右側スピーカー８及び８′がそれぞれの音を再生する。
【００６２】
リスナー１２とスピーカー８及び８′が測定のために使用される同じスポットに位置し、図６参照、そのルームのアコースティック特性が大きく変化しない限り、ユーザーは、アングルαに位置して、その音をあたかもバーチャルスピーカー８″によって創られたかのような感じで聴くことができる。
【００６３】
バーチャルスピーカー８′のサウンドはルーム１０（図１参照）に位置したダミーヘッド測定に使用されたリアルスピーカー８のサウンドに似ている。
【００６４】
図７のシステムの全体の伝達関数は：
【数１０】
【００６５】
茲で：
ＨＶＳはヒューマンーバーチャル化スピーカーコンステＵーションでありＨ(P-room)はプレーバックルームの伝達関数である。
【００６６】
図８は３個のバーチャルスピーカー８II、８III 及び８IVをシミュレートする２スピーカーバーチャル化システムの図解である。
２個のフイルター４６及び４８は第１のオーディオ源４０とアダー４２及び４４の間に位置し、フイルター５０及び５２は第２のオーディオ源５４をフイルターし、フイルター５６及び５８は第３のオーディオ源６０をフイルターする。
【００６７】
左側のアダー４２は全ての左側フイルター（４６、５０及びの結果の和で右側のアダー４４は全ての右側フイルター（４８、５２及び５８）の結果の和である。アダー４２及び４４の出力はパワーアンプ６２及び６４で増幅され、左側スピーカと右側スピーカー８及び８′によってそれぞれ再生される。各々のペアーになったフイルターの伝達関数はそれぞれのバーチャルスピーカーの位置を決定する。
【００６８】
上述の方法は如何なる数のバーチャルスピーカーの再生にも適しており、特定のアジマス、エレベーション及びディスタンスのレンジの制限はない。オリジナル測定に使用されたルームを変更することにより異なったアコースティック環境をシミユレートすることも可能である。
【００６９】
このシステムに更にリアルスピーカーを追加して、次の数学的部分で説明している通りリスニング体験を更に更なる範囲をコントロールすることも可能である。
【００７０】
先行技術と本発明のシステムの物性的及び数学的発展は次の通りである。
【００７１】
先行技術のシステムでは、左側フイルターのためのＥｇ．９の使用でＥｇ．１３の発展は次の通りである。：
【数１１】
【００７２】
明らかにバーチャル化されたシステムの音はスピーカーシステムの音とは大きく異なっている。パワーアンプ、スピーカー、マイクロフォン及びマイクロフォン、プレアンプの伝達関数からリニア部を事前測定し除去することは可能であるが、これらのデバイスの非リニア部はアクテブのままである。
【００７３】
ダミーヘッドの耳翼と耳管の伝達関数をこのシステムの伝達関数から分離することは不可能であるので、この様なシステムで聴く人は彼自身の音と同じようにダミーヘッドの耳を通してフイルターされた音を聴くことになる。
【００７４】
従って、先行技術のバーチャル化システムはリアルスピーカーからの音とは異なったものとなる。
【００７５】
先行技術のシステムと対比して、本発明によればフイルターディスクリアションのためのＥｇ．１１の使用でＥｇ．１３の発展は次の通りである。：
【数１２】
【００７６】
同様にＥｇ．１４の発展は次のような結果として表される。：
【数１３】
【００７７】
これらの方程式からバーチャル化されたシステムとリアルスピーカーシステムの差はダミーヘッドの妨害特性とリスナーのヘッドとの差であることが分かる。妨害特性とリスナーのヘッドとの差の一番顕著な差はヘッドサイズの違いによって生じる。この違いが両方の耳に到達する時間の異なったデイレイとなる。
【００７８】
自動的に変更してリアルサゥンドのようにするためバーチャル化システムにするようそのシステムに調整機能を持たすことも可能である。
【００７９】
プレイバック用ヘッドフォンが実験に使用されるものと類似したものであればバーチャル化されたレステムは角度αに置かれたスピーカーを有するリアルスピーカーシステムと殆ど同じ音を出す。実験には最良の機器と最良のレコーディングルームを使用するのが望ましい。
バーチャル化されたレステムのサウンドは実験に使われたその部屋に置かれて実験に使われたそのスピーカーのサウンドとなる。
【００８０】
従って、事実リスナーは比較的単純で安上りの機能を使い、優れたスピーカーと優れたプレイバックルームをシミュレートすることが可能となる。
【００８１】
２スピーカーサラウンドシステム（図７Ｅｇ．１５及びＥｇ．１６）の伝達関数を表す２つの方程式は：
【数１４】
【００８２】
リアルルーム（図３で述べた）に位置したリアルスピーカーの伝達関数とを等しくするためには：
【数１５】
【００８３】
及び：
【数１６】
【００８４】
これは次のように表すことができる。
【数１７】
【００８５】
この方程式で唯一の未知数は左側と右側のフイルターの伝達関数である。２つの未知数と２つの方程式があるので、これらの方程式の唯一の解を得て、フイルターの伝達関数を計算することができる。
【００８６】
このシステムについて経験を加え、このシステムの特色を出すため二個以上のリアルスピーカーを使用することも可能である。
【００８７】
角度θに位置した第３のリアルスピーカーとその後に第３のフイルターＦ３を加えると方程式は次のように変わる。：
【数１８】
【００８８】
ここには解かなければならない２つの方程式と３つの未知数Ｆ(Left)、Ｆ(Right)及びＦ(3)がある。この制約は任意なものであり、このシステムの性質を変えるために用いられることができる。
例えば、”スイートスポット”（サラウンド経験が最適となる座位）のサイズ及び形をコントロールすることが可能である。
【００８９】
更にスピーカーを追加するには更なる制約と更なるフイルターが必要となる。更なるスピーカーは更なる”スイートスポット”を加えることになり（実際には追加の一対のスピーカーが一つの新しいスイートスポットを作る）、”ダークスポット”（アコースティックエネルギーが減少する領域）を生み、又、”スイートスポット”のサイズと形をコントロールすることが示される。
【００９０】
サラウンド感覚の他の特色をコントロールする他の制約も同様に発展が可能である。
【００９１】
この技術の当業者には、本発明が前述の実施態様の詳細に限定されるものでなく、本発明はその精神及びその基本的範囲から逸脱することなく特定の形で実施できるのは当然明白なことである。
【００９２】
従ってこれらの実施態様は全ての面で具体的であり、限定されるべきでないものであり、本発明の範囲は前述の説明によるよりも付加された請求事項により表示されるものであり、従って請求事項と等しい意味と範囲内の全ての変更はその中に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１Ａ】ダミーヘッドを使っての人間の耳管の内側でオープンフィールドトランデューサーに発生させるオーディオシグナルを記録するためのシステムの図解である。
【図１Ｂ】ダミーヘッドを使っての人間の耳管の内側でオープンフィールドトランデューサーに発生させるオーディオシグナルを記録するためのシステムの図解である。
【図２Ａ】第１図で示されたオープンエアの実験で使用された機器と同じものを用いてのヘッドフォン測定のシステムの図解である。
【図２Ｂ】第１図で示されたオープンエアの実験で使用された機器と同じものを用いてのヘッドフォン測定のシステムの図解である。
【図３Ａ】スピーカー１個を使ってのオーディオトラックを聴く主体の略図である。
【図３Ｂ】スピーカー１個を使ってのオーディオトラックを聴く主体の略図である。
【図４Ａ】ヘッドフォンを使ってのオーディオトラックを聴く主体の略図である。
【図４Ｂ】ヘッドフォンを使ってのオーディオトラックを聴く主体の略図である。
【図５Ａ】ヘッドフォンのための３次元音響環境バーチャル化システムの略図である。
【図５Ｂ】ヘッドフォンのための３次元音響環境バーチャル化システムの略図である。
【図６】スピーカーをベースにした３次元音響環境バーチャル化システムのためのオンサイト測定システムの略図である。
【図７】スピーカーをベースにした３次元音響環境バーチャル化システムの図解。
【図８】３つのバーチャルスピーカーをシミュレートする２スピーカーバーチャルシステムの図解である。
【０００１】
本発明は一般的には最低２チャンネル再生デイバイスを使用し、オーディオシステムでの３Ｄ音響環境をアナライズし、シミュレートする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サウンドレコーディングのより良い基準としてサラウンド（周辺）及びマルチチャンネルのサウンドトラックが徐々にステレオに取って替りつつある。最近の新しい音響機器はサラウンド機能を備えている。今日、市場に出廻っている新しい音響システムの多くはマルチプルスピーカーやサラウンドサウンドディコーダーを備えている。
【０００３】
事実、昔のステレオレコーデングを修正するアルゴリズムを考案し、それがあたかもサラウンドでレコーデングされたが如き音を出すようにしている企業も多くある。又、別の企業では、古いステレオシステムをアップグレードするアルゴリズムを開発し、二つのスピーカーのみでサラウンドの様な音がでるようにしている。
【０００４】
ステレオエキスパンションアルゴリズムは認知された音揚感を拡大する。又、多くのサウンドボードやスピーカーシステムには拡大されたステレオサウンドを伝えるのに必要な回路が組み込まれている。
【０００５】
３次元の位置決めアルゴリズムでは、これを更に一歩進めて、リスナーの廻りの特定の位置に音がくるようにしている。即ち、リスナーの左、右、上、下に拡がる音像の全てにである。これらのアルゴリズムは疑似キューに基づいており、音が実際に３６０°の空間で聴かれる方法を再現する。
【０００６】
これらのアルゴリズムでは、音源の空間座標に関して、リスナーの耳で聴かれる音を計算するため、ヘッド関連伝達関数（ＨＲＴＦ）が多く用いられている。例えば、リスナーの左側に位置している音源から出た音はまず第一に左耳で聴かれ、一瞬後に右耳で聴かれる。異った周波数の相対振幅も耳翼の指向性とリスナー自身の頭の妨害によって変化する。
【０００７】
上述の如く、ＨＲＴＦは空間の一地点から特定の鼓膜への音の測定されたトランスフオメーションである。自然な無響リスニングで見られるような鼓膜で聞かれる聴感情報の再生はバーチャルな音源を創造することで可能となる。
【０００８】
従って、ここで明らかになる事はヘッドフォン又はスピーカーを使用してバーチャルな音源をシミュレートする機能を改善するためのＨＲＴＦデータを得るより良い方法を見出すことである。
【０００９】
先行技術による２つの方法は：
１）鼓膜の位置に置かれたマイクロフォンを有するダミーヘッド及び人間の頭と耳をシミュレートするダミーヘッドを使用し、
２）その耳管の内側に小型マイクロフォンを据える。但し、身体的限界があり、マイクロフォンは耳管への半分位の所に据えられる。
【００１０】
測定されたマイクロフォン出力は個人又はダミーヘッドの特定のＨＲＴＦインフォメーションを表わすものである。バーチャルな音源をシミュレートするために、サウンドシグナルは測定されたＨＲＴＦインフオメーションでコンボルブされる。
【特許文献１】
なし
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述の先行技術による方法には次のようないくつかの欠点がある。
１）人間は各々が各人独自の耳及び頭のサウンドインフオメーションを表す独自のＨＲＴＦを有しており、ダミーヘッド又は特定の主体を使って測定された非個人化されたＨＲＴＦを使用しての測定結果は満足できない３Ｄ感覚を生じさせる。この問題は殆んどの場合高周波に影響を与えて、フロント−バックの混同と“インサイドザヘッド”感覚が生ずる。
【００１２】
２）もう一つの欠点に、測定は鼓膜近辺で行われるが、再生は耳の外側で行われるので、一度はダミーヘッド又は特定の主体のレフアレンスＨＲＴＦが使われ、もう一度はヘッドフォンを聴いている人間の個人のＨＲＴＦが使われるためサウンドが２度コンボルブされることになる。そこで当然音の再生は不正確なものとなり、満足できない３Ｄオーディオ感覚を生じさせることになる。
【００１３】
３）この様な実験を行うためには、更なるシミュレートと測定機器が必要となる。このような機器類（スピーカー、アンプリフアイヤーマイクロフォン等）は必然的に被測定体にひずみを与えて測定に影響し、測定されたレグナルにも影響を及ぼす。
【００１４】
部屋、空気、頭、耳翼、耳管はリニアな伝達関数を持ち、アンプリフアイアー、スピーカー、マイクロフォン等は非リニアな伝達関数を持つ。従って、優れた実験者は分析に際して周波数特性を事前測定し、測定機器のリニア性の影響を排除するよう努めなければならない。但し、現行のシグナルプロセシング技術では通常機器のひずみの非リニア部分を排除することは困難である。
【００１５】
４）先行技術の２スピーカーサウンドシステムに於いては、リスナーはスピーカーの間に正確に位置しなければならない。このスポットからのずれは音響にひずみを生じさすことになる。
【００１６】
５）先行技術の２スピーカーサウンドシステムは対称的な環境でのみ優れた機能を果すもので、スピーカーはマッチされていなければならず、又、部屋のアコースティックは対称的である必要がある。かヽる制限により多くのユーザーは２つのスピーカーでのサラウンドサウンドを楽しむことが困難となる。
【００１７】
６）先行技術の３Ｄヘッドフォンシステムは不十分な３Ｄサウンドを生み、主としてフロントーバックの混同と“インサイドザヘッド”感覚を引起すことになる。
［発明の要約］
【００１８】
従って、この発明の広い目的はリスナーのＨＲＴＦを使い先行技術の欠点を補い、最も正確な３Ｄ音響再生を達成させ、耳管の外側の音響再生に適応させ、測定機器のリニア及び非リニア部分の両方のひずみとその影響を打ち消し、少ないスピーカー（２個又はそれ以上）を使い、ユーザーが部屋の中央に座する必要がなく、又、部屋のアコースティック環境を変えることなくバーチャルなサラウンドサウンド環境を創り、シミュレートされた音源が“アウトオブザヘッド”で認知され、如何なる音色の変化も一切ないヘッドフォンを使った優れた３Ｄシミュレーションをもたらす測定と再生の方法とシステムを提供するものである。
【００１９】
本発明では上記の目的は最低２チャンネルの再生デイバイスを使用しオーデイオシステムの３次元音響環境をシミュレートするための方法を提供することで達成されるものであり、前述の方法は最初に最低１個のスピーカーを使用し、次にヘッドフォンを使用して、第１及び第２の疑似ヘッド関連伝達関数（ＨＲＴＦ）データを発生させ、前述のデータの前述の第１及び第２周波数リプレゼンテーションの分割、又は前述の第１及び第２のデータのタイムドメインリプレゼンテーションのディコンボルジョンオペレータの使用、又は、前述の第１及び第２のデータのセプトラムリプレゼンテーションの削除、及び前述の分割又は削除の結果を使用してリスナーが使用する音響再生デイバイスに音源からのオーデイオパスのシステムに接続可能な最低２個のフィルターを備えるためのリモートスピーカーの自然音を発生さすために操作可能なインパルスリスポンスを有するフィルターを準備するものである。
【００２０】
又、本発明は最低１個のスピーカーを使用して３次元音響環境をシミュレートするための方法を提供するものであり、前述の方法では選択されたアコースティック環境でダミーの左側及び右側の耳、耳翼及び耳管を有するダミーヘッドを置き、前述のスピーカーを経由して送られ、第１及び第２のマイクロフォンにより前述のダミーヘッドで受けた第１及び第２のヘッド関連伝達関数（ＨＲＴＦ）サウンドデータをレコーディングし、１対のヘッドフォンを経由してダミーヘッドに送られた第３及び第４のＨＲＴＦのサウンドデータを記録し、前述のサウンドデータの前述の第１及び第２周波数リプレゼンテーション及び各スピーカーの前述の第３及び第４の前述のサウンドデータをそれぞれ分割、ティコンボルビング又は削除して各音源チャンネルのための左側及び右側耳フィルターの伝達関数を準備し、前述のシステムに接続された各々の音源チャンネル及び２つのサウンドトランデューサーの間の音響再生システムでの前述の左側及び右側フィルターを導入する。
【００２１】
更に本発明は最低１個のスピーカーを使用して３次元音響環境をシミュレートするための方法を提供するものであり、前述の方法では選択されたアコースティック環境で各耳管内にミニチュアマイクロフォンを持つリスナーのヘッドを位置させ、前述のスピーカーを経由して送られ、前述のダミーヘッドで受けた第１及び第２のヘッド関連伝達関数（ＨＲＴＦ）サウンドデータをレコーディングして前述のマイクロフォンを経由して前述のリスナーのヘッドに送られた第３及び第４のＨＲＴＦサウンドデータを記録し、前述のサウンドデータの前述の第１及び第２周波数リプレゼンテーション及び各スピーカーの前述の第３及び第４の前述のサウンドデータをそれぞれ分割、ディコンボルビング又は削除して各音源チャンネルのための左側及び右側耳フィルターの伝達関数を準備し、前述のシステムに接続された各々の音源チャンネル及び２つのサウンドトランデューサーの間の音響再生システムでの前述の左側及び右側フィルターを導入する。
【００２２】
又、更に本発明は音源、オーディオ再生及びプロセス手段及び最低２個のスピーカー又はヘッドフォンを有する３次元音響環境をシミュレートするオーディオシステムを提供するものであり、前述のシステムは各々が前述の音源及び前述のスピーカーの１つ又はヘッドフォンに接続された最低２個のフィルターとここで説明された方法により準備された疑似ヘッド関連伝達関数を生じさすことで得られたインパルスポンスにより特徴づけられる前述の各々のフィルターから成るものである。
【００２３】
本発明がより充分に理解されるよう、この発明を次の説明図に参照して、好ましい実施態様との関連で説明する。
【００２４】
詳細なる図の詳しい参照で示されている事項には、例を用いて本発明のみの好ましい実施態様を図解で説明するのが目的であり、本発明の原理と概念の最も有効で、且つ、理解され易いと思われるものが提示される。これに関しては、本発明についての基本的な理解に必要であるもの以上に詳細に本発明の構造的な説明を加えない。
図面の説明は本発明の各種形状を実際に具体化する当業者には明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１Ａ及び図１Ｂはダミーヘッドと各鼓膜の位置に置かれたトランデューサーを使って、オープンフィールドに発生したオーディオシグナルを記録するためのシステム２の説明である。
【００２６】
このシグナルは、このケースの場合前方左側スピーカーを表わしているが、一つの特定の角度αのためのＨＲＴＦパラメーターを得るためにレコーディングされる。
【００２７】
このシグナルジェネレーター４は測定のために使用されるテストシグナルを発生させる。
このシグナルはパワーアンプ７によって増幅され、スピーカー８で再生される。
【００２８】
ルーム１０のアコースティック特性はダイレトなサウンドに対し初期の反射と残響を加え、サウンドに影響を与える。このルームの影響は各々のケーションによって異なるので、ヘッド１２の左側の耳に到達するサウンドは右側の耳に到達するサウンドとは異なる。
【００２９】
ヘッド１２は一方の耳１４にサウンドを反射し、他の耳１４′からのサウンドを妨害し、そのサウンドに影響を与える。そのサウンドはマイクロフォン２０及び２０′によりリコーデングされる前にヘッド１２の耳翼１６及び１６′と耳管１８及び１８′を通過する。
【００３０】
マイクロフォン２０及び２０′の出力シグナルはマイクロフォンプレアンプ２２及び２２′によって増幅され、シグナルアナライザー２４によってアナライズされる。シグナルアナライザー２４は２つの別のシグナル、即ち、左側の耳１４のシグナルと右側の耳１４′のシグナルをアナライズする。
【００３１】
オリジナルシグナルと測定されたシグナルを比較して、テストの実施者はシステム全体の伝達関数を得ることができる。
実際には得られた伝達関数はシグナルパスにある全てのコンポーネントの一連の伝達関数から成るもので、測定された伝達関数
【数１】
茲で：
上記の伝達関数はスピーカーの角度によって決り、
ＤＳはだみースピーカーコンステレーションで、
【００３３】
さて第２Ａ及び２Ｂ図について説明する。図１Ａ及び図１Ｂに関する上述のオープンフィールドシステムと方法の中で使用されているものと同じ機器を用いたヘッドフォン測定のための設定の図解である。
【００３４】
ここでは、音源はダミーヘッド１２に設けられたヘッドフォン２６及び２６′である。ヘッドの中間平面とヘッドフォン２６と２６′の軸との間の角度βは固定され、それはヘッドフォンの機械的構造によって決まる。
【００３５】
シグナル発振器４はパワーアンプ６及び６′より増幅され、ヘッドフォン２６及び２６′により再生されるテストシグナルをジェネレートする。
そのサウンドはマイクロフォン２０及び２０′でレコーディングされる前にダミーヘッドの耳翼１６及び１６′と耳管１８及び１８′を通過する。マイクロフォン２０及び２０′の出力シグナルはマイクロフォンプレアンプ２２及び２２′で増幅され、シグナルアナライザー２４でアナライズされる。シグナルアナライザー２４は左側の耳１４からのシグナルと右側の耳１４′からのシグナルの二つの別々のシグナルをアナライズする。
【００３６】
オリジナルシグナルを測定されたシグナルと比較して、テストの実施者はこのシステムの伝達関数を得ることができる。
【００３７】
測定された伝達関数
【数２】
茲で：
ＤＰはダミーヘッドフォンコンステレーションである。
図３Ａ及び図３Ｂはシングルスピーカー８を経由した音源２５を聴く人間の情況の説明である。このオーディオ源２５はパワーアンプ６によって増幅され、スピーカー８で再生されるオーディオシグナルをジェネレートする。ルーム１Ｄのアコースティック特性は初期の反射と残響を加え、サウンドに影響を与える。
【００３９】
このルームの影響は各々のロケーションによって異なるので、左側の耳２８に到達するサウンドは右側の耳２８′に到達するサウンドとは異なる。その人間のヘッド１２′は一方の耳２８にサウンドを反射し、他の耳２８′からのサウンドを妨害し、そのサウンドに影響を与える。そのサウンドは耳翼３０及び３０′と耳管３２と３２′を通り、左側と右側の鼓膜３４と３４′を振動させる。その振動は内耳により神経刺激に変換されて、最終的にこの刺激はユーザーの脳に到達する。
【００４０】
刺激が脳に伝わる間に、オリジナルオーディオトラックは修正され、この全体的な修正は一連のブロックとして表わされ、その各ブロックは異なった伝達関数を有している（図３Ｂのブロック６及び６′〜３４及び３４′を参照）。
【００４１】
全体のシステムの伝達関数が
【数３】
茲で：
ＨＳはヒューマンースピーカーコンステレーションである。
【００４３】
図２Ａ及び図２Ｂに対応する図４Ａ及び図４Ｂはヘッドフォンを経由して音曲を聴く人間の図解である。オーディオ源２５はパワーアンプ６によって増幅され、スピーカー８で再生されるオーディオシグナルをジェネレートする。そのサウンドは人間の耳翼３０及び３０′と耳管３２と３２′を通り、左側と右側の鼓膜を振動させる。その振動は内耳により神経刺激に変換されて、最終的にこの刺激は脳に到達する。
【００４４】
オリジナルオーディオトラックはそれが脳に伝わる間に修正され、この全体的な修正は一連のブロックとして表わされ、その各ブロックは異った伝達関数を有している（図４Ｂのブロック６及び６′〜３４及び３４′を参照）。
【００４５】
全体のシステムの伝達関数
【数４】
茲で：
ＨＰはヒューマンーヘッドフォンコンステレーションである。
ヘッドフォンバーチャル化システムは図５Ａ及び図５Ｂで示されている。このシステムでは二つのフィルター３６及び３６′が音曲の通路に置かれており、このオーディオパスは第４Ａ及び４Ｂ図に関しての前記の説明と同じである。
【００４７】
先行技術のサラウンドヘッドフォンでの左側フィルター３６の伝達関数は：
【数５】
右耳フィルター３６′の伝達関数は：
【数６】
本発明では異なるフィルターが使用され、左耳フィルター６の伝達関数は：
【数７】
右耳フィルター６′の伝達関数は：
【数８】
このシステム全体の伝達関数は次のようになる：
【数９】
茲で：
ＨＶはヒューマンーバーチャル化コンステレーションである。
【００５３】
右側及び左側のデータを分割する代りに、右側及び左側のデータのタイムドメインリプレゼンテーションのデイコンボルジョンオペレータを使用するか、又は、右側及び左側のデータのセプストラムリプレゼンテーションを削除することでフィルターの計算をすることも可能である。
【００５４】
図６は本発明によるバーチャライザーシステムに基づくスピーカーのオンサイト測定システムの図解である。この測定の目的はリスナーのプレイバックルームの実際のプレイバックコンディションについてのインフォメーションを得ることである。
【００５５】
測定はリスナーの耳管の近く、又は、内側に置かれたミニチュアーマイクロフォンをベースにする。スピーカークオリティー、スピーカーの位置及びルームアコースティックが測定に影響を与える。
【００５６】
先行技術のスピーカーバーチャル化システムと異なり、スピーカーの置位は重要でない。このシステムは非対称の環境でも機能する。
シグナル発振器４は測定に使用されるテストシグナルをジエネレートし、そのシグナルはパワーアンプ６及び６′により増幅され、左側スピーカー８又は右側スピーカー８′により再生される。
【００５７】
プレイバックルーム１０のアコーステック特性は初期の反射と残響を加え、サウンドに影響を与える。このルームの影響は各々のロケーションによって異なるので、左側の耳に到達するサウンドは右側の耳に到達するサウンドとは異なる。
【００５８】
その人間のヘッド１２′は一方の耳２８にサウンドを反射し、一方の耳２８からのサウンドを妨害し、そのサウンドに影響を与える。そのサウンドは耳管３２及び３２′の内側に置かれた左側及び右側マイクロフォン３８及び３８′でレコーディンされる前に耳翼３０及び３０′を通る。
【００５９】
マイクロフォン３８及び３８′の出力シグナルはマイクロフォンプレアンプ２２及び２２′により増幅され、シグナルアナライザー２４でアナライズされる。このシグナルアナライザー２４は左側の耳からのシグナルと右側の耳からのシグナルの２つの異なったシグナルをアナライスする。
【００６０】
この段階で合計４つの異なる測定が行われる。即ち、左側スピーカー８からの２つの測定（左側と右側の耳）と右側スピーカー８′からの２つの測定である。ユーザーが２個以上のスピーカーを持っている場合にはそれぞれ１個のスピーカーにつき２つの測定を行う。
【００６１】
図７はスピーカーのバーチャル化システムの図解である。二つのフイルター３６及び３６′がオーディオ源２６とパワーアンプ６及び６′の間に置かれ、左側及び右側スピーカー８及び８′がそれぞれの音を再生する。
【００６２】
リスナー１２とスピーカー８及び８′が測定のために使用される同じスポットに位置し、図６参照、そのルームのアコースティック特性が大きく変化しない限り、ユーザーは、アングルαに位置して、その音をあたかもバーチャルスピーカー８″によって創られたかのような感じで聴くことができる。
【００６３】
バーチャルスピーカー８′のサウンドはルーム１０（図１参照）に位置したダミーヘッド測定に使用されたリアルスピーカー８のサウンドに似ている。
【００６４】
図７のシステムの全体の伝達関数は：
【数１０】
茲で：
ＨＶＳはヒューマンーバーチャル化スピーカーコンステＵーションでありＨ(P-room)はプレーバックルームの伝達関数である。
【００６６】
図８は３個のバーチャルスピーカー８II、８III 及び８IVをシミュレートする２スピーカーバーチャル化システムの図解である。
２個のフイルター４６及び４８は第１のオーディオ源４０とアダー４２及び４４の間に位置し、フイルター５０及び５２は第２のオーディオ源５４をフイルターし、フイルター５６及び５８は第３のオーディオ源６０をフイルターする。
【００６７】
左側のアダー４２は全ての左側フイルター（４６、５０及びの結果の和で右側のアダー４４は全ての右側フイルター（４８、５２及び５８）の結果の和である。アダー４２及び４４の出力はパワーアンプ６２及び６４で増幅され、左側スピーカと右側スピーカー８及び８′によってそれぞれ再生される。各々のペアーになったフイルターの伝達関数はそれぞれのバーチャルスピーカーの位置を決定する。
【００６８】
上述の方法は如何なる数のバーチャルスピーカーの再生にも適しており、特定のアジマス、エレベーション及びディスタンスのレンジの制限はない。オリジナル測定に使用されたルームを変更することにより異なったアコースティック環境をシミユレートすることも可能である。
【００６９】
このシステムに更にリアルスピーカーを追加して、次の数学的部分で説明している通りリスニング体験を更に更なる範囲をコントロールすることも可能である。
【００７０】
先行技術と本発明のシステムの物性的及び数学的発展は次の通りである。
【００７１】
先行技術のシステムでは、左側フイルターのためのＥｇ．９の使用でＥｇ．１３の発展は次の通りである。：
【数１１】
明らかにバーチャル化されたシステムの音はスピーカーシステムの音とは大きく異なっている。パワーアンプ、スピーカー、マイクロフォン及びマイクロフォン、プレアンプの伝達関数からリニア部を事前測定し除去することは可能であるが、これらのデバイスの非リニア部はアクテブのままである。
【００７３】
ダミーヘッドの耳翼と耳管の伝達関数をこのシステムの伝達関数から分離することは不可能であるので、この様なシステムで聴く人は彼自身の音と同じようにダミーヘッドの耳を通してフイルターされた音を聴くことになる。
【００７４】
従って、先行技術のバーチャル化システムはリアルスピーカーからの音とは異なったものとなる。
【００７５】
先行技術のシステムと対比して、本発明によればフイルターディスクリアションのためのＥｇ．１１の使用でＥｇ．１３の発展は次の通りである。：
【数１２】
同様にＥｇ．１４の発展は次のような結果として表される。：
【数１３】
これらの方程式からバーチャル化されたシステムとリアルスピーカーシステムの差はダミーヘッドの妨害特性とリスナーのヘッドとの差であることが分かる。妨害特性とリスナーのヘッドとの差の一番顕著な差はヘッドサイズの違いによって生じる。この違いが両方の耳に到達する時間の異なったデイレイとなる。
【００７８】
自動的に変更してリアルサゥンドのようにするためバーチャル化システムにするようそのシステムに調整機能を持たすことも可能である。
【００７９】
プレイバック用ヘッドフォンが実験に使用されるものと類似したものであればバーチャル化されたレステムは角度αに置かれたスピーカーを有するリアルスピーカーシステムと殆ど同じ音を出す。実験には最良の機器と最良のレコーディングルームを使用するのが望ましい。
バーチャル化されたレステムのサウンドは実験に使われたその部屋に置かれて実験に使われたそのスピーカーのサウンドとなる。
【００８０】
従って、事実リスナーは比較的単純で安上りの機能を使い、優れたスピーカーと優れたプレイバックルームをシミュレートすることが可能となる。
【００８１】
２スピーカーサラウンドシステム（図７Ｅｇ．１５及びＥｇ．１６）の伝達関数を表す２つの方程式は：
【数１４】
リアルルーム（図３で述べた）に位置したリアルスピーカーの伝達関数とを等しくするためには：
【数１５】
及び：
【数１６】
これは次のように表すことができる。
【数１７】
この方程式で唯一の未知数は左側と右側のフイルターの伝達関数である。２つの未知数と２つの方程式があるので、これらの方程式の唯一の解を得て、フイルターの伝達関数を計算することができる。
【００８６】
このシステムについて経験を加え、このシステムの特色を出すため二個以上のリアルスピーカーを使用することも可能である。
【００８７】
角度θに位置した第３のリアルスピーカーとその後に第３のフイルターＦ３を加えると方程式は次のように変わる。：
【数１８】
ここには解かなければならない２つの方程式と３つの未知数Ｆ(Left)、Ｆ(Right)及びＦ(3)がある。この制約は任意なものであり、このシステムの性質を変えるために用いられることができる。
例えば、”スイートスポット”（サラウンド経験が最適となる座位）のサイズ及び形をコントロールすることが可能である。
【００８９】
更にスピーカーを追加するには更なる制約と更なるフイルターが必要となる。更なるスピーカーは更なる”スイートスポット”を加えることになり（実際には追加の一対のスピーカーが一つの新しいスイートスポットを作る）、”ダークスポット”（アコースティックエネルギーが減少する領域）を生み、又、”スイートスポット”のサイズと形をコントロールすることが示される。
【００９０】
サラウンド感覚の他の特色をコントロールする他の制約も同様に発展が可能である。
【００９１】
この技術の当業者には、本発明が前述の実施態様の詳細に限定されるものでなく、本発明はその精神及びその基本的範囲から逸脱することなく特定の形で実施できるのは当然明白なことである。
【００９２】
従ってこれらの実施態様は全ての面で具体的であり、限定されるべきでないものであり、本発明の範囲は前述の説明によるよりも付加された請求事項により表示されるものであり、従って請求事項と等しい意味と範囲内の全ての変更はその中に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１Ａ】ダミーヘッドを使っての人間の耳管の内側でオープンフィールドトランデューサーに発生させるオーディオシグナルを記録するためのシステムの図解である。
【図１Ｂ】ダミーヘッドを使っての人間の耳管の内側でオープンフィールドトランデューサーに発生させるオーディオシグナルを記録するためのシステムの図解である。
【図２Ａ】第１図で示されたオープンエアの実験で使用された機器と同じものを用いてのヘッドフォン測定のシステムの図解である。
【図２Ｂ】第１図で示されたオープンエアの実験で使用された機器と同じものを用いてのヘッドフォン測定のシステムの図解である。
【図３Ａ】スピーカー１個を使ってのオーディオトラックを聴く主体の略図である。
【図３Ｂ】スピーカー１個を使ってのオーディオトラックを聴く主体の略図である。
【図４Ａ】ヘッドフォンを使ってのオーディオトラックを聴く主体の略図である。
【図４Ｂ】ヘッドフォンを使ってのオーディオトラックを聴く主体の略図である。
【図５Ａ】ヘッドフォンのための３次元音響環境バーチャル化システムの略図である。
【図５Ｂ】ヘッドフォンのための３次元音響環境バーチャル化システムの略図である。
【図６】スピーカーをベースにした３次元音響環境バーチャル化システムのためのオンサイト測定システムの略図である。
【図７】スピーカーをベースにした３次元音響環境バーチャル化システムの図解。
【図８】３つのバーチャルスピーカーをシミュレートする２スピーカーバーチャルシステムの図解である。
Claims (7)
- 最低２チャンネル再生デイバイスを用いたオーディオシステムでの３Ｄ音響環境をシミユレートする方法で、前記の方法は：
最初に最低１個のスピーカーを使用し、次にヘッドフオンを使用して、第１及び第２の擬似ヘッド関連伝達関数（ＨＲＴＦ）データを発振させ、
前記のデータの第１及び第２の周波数リプレゼンテーションの分割、又は、前記の第１及び第２のデータのタイムドメインリプレゼンテーションのデイコンボルジョンオペレータの使用、又は、前記の第１及び第２のデータのセプトラムリプレゼンテーションの削除し、
前記の分割又は削除の結果を使用して、リスナーが使用する音響再生デイパイスに音源からのオーデイオパスの前記システムと接続可能な最低２個のフイルターを備えるためのリモートスピーカーの自然音を発生さすために操作可能なインパルスリスポンスを有するフイルターを準備することから成る。 - 最低１個のスピーカーを用いた３Ｄ音響環境をシミユレートする方法で、前記の方法は：
選ばれた音響環境にダミーの左側及び右側の耳、耳翼、耳管を有するダミーヘッドを置き、
前記のスピーカーを経由して送られ、第１及び第２のマイクロフォンにより前記ダミーヘッドで受けられた第１及び第２のヘッド関連伝達関数（ＨＲＴＦ）の音響データをレコーディングし、
１対のヘッドフォンを経由して前記のダミーヘッドへ送られた第３及び第４のＨＲＴＦ音響データをレコーディングし、
前記の音響データの第１及び第２の周波数リプレゼンテーション及び各スピーカーの前記の第３及び第４の音響データをそれぞれ分割、ディコンボルビング又は削除することで各オーディオ源チャンネルのための左側及び右側の耳のフイルターのための伝達関数を準備し、
各オーディオ源チャンネルと前記のシステムに接続された２つの音響トランデューサーとの間の音響再生システムに前記の左側と右側のフイルターを導入することから成る。 - 最低１個のスピーカーを用いた３Ｄ音響環境をシミユレートする方法で、前記の方法は：
選ばれたアコースティック環境の中で各耳管にミニチュアーのマイクロフォンを取り付けたリスナーのヘッドの位置確認をし、
前記スピーカーを経由して送られ、前記のマイクロフォンで受けられた第１及び第２のヘッド関連伝達関数（ＨＲＴＦ）の音響データをレコーディングし、
前記のマイクロフォンを経由して前記リスナーのヘッドへ送られた第３及び第４のＨＲＴＦ音響データをレコーディングし、
前記の音響データの第１及び第２の周波数リプレゼンテーション及び各スピーカーの前記の第３及び第４の音響データをそれぞれ分割、デイコンボルビング又は削除することで各オーディオ源チャンネルのための左側及び右側の耳のフイルターのための伝達関数を準備し、各オーディオ源チャンネルと前記のシステムに接続された２つの音響トランデューサーとの間の音響再生システムに前記の左側と右側のフイルターを導入することから成る。 - 前記のＨＲＴＦがパワーアンプ、スピーカー、左側及び右側の耳のルーム環境、左側及び右側の耳のダミーヘッドの妨害、ダミーヘッドの左側及び右側の耳管、ダミーヘッドの左側及び右側の耳翼、左側及び右側のマイクロフォン及びマイクロフォンのプリアンプに関る一群の関数から選ばれた最低２つの関数のコンボルジョンオペレーターを乗じて得られる請求項２又は請求項３による方法。
- 前記の第１又は第２の伝達関数データが次の方程式を使って計算される請求項１に記載の方法。
- オーディオ源、オーディオ再生及びプロセスの手段及び最低２つのスピーカー又はヘッドフォンを有する３Ｄ音響環境をシミユレートするためのオーディオシステムで、前記のシステムは：
各フイルターが前記のオーディオ源と前記のスピーカー又はヘッドフォンの一つの間で接続されている最低２個のフイルター、
請求項１による方法で準備された擬似ヘッド関連伝達関数をジエネレートして得られるインパレスレスポンスにより特徴づけられる前記の各フイルターから成る。 - 前記のフイルターが次の方程式で計算される請求項６に記載のシステム。
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