JP2004531125A - 音場を作り出す方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、操向可能音響アンテナ(steerable acoustic antennae:ステアラブル音響アンテナ)に関し、特にディジタル電子操向可能音響アンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
フェーズド・アレイ・アンテナは、電磁気および超音波音響分野双方において、当技術分野では周知である。これらは、余り知られてはいないが、単純な形態で、音波(可聴)音響分野にも存在する。これら後者は比較的未熟であり、本発明は、出力をある程度思いのままに送出するように操向可能な、極上のオーディオ音響アレイに関する改善を行おうとするものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
WO96/31086は、一元符号化(unary coded)信号を用いて出力変換器のアレイを駆動するシステムについて記載している。各変換器は、音圧パルスを作り出すことができ、出力する信号の全体を再生することはできない。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の第1の態様は、単一の出力変換器アレイによって多数のチャネルを出力し、各チャネルを異なる方向に向けるときに起こり得る問題に取り組む。各チャネルが聴取者まで異なる経路を取るという事実のために、チャネルが聴取者の位置に到達するときに、その同期が外れているのが聞こえてしまう可能性がある。
【0005】
第1の態様によれば、出力変換器のアレイを用いて、複数のサウンド・チャネルから成る音場を作り出す方法が提供され、該方法は、
各チャネル毎に、各出力変換器に関して第1遅延値を選択するステップであって、前記第1遅延値を、前記それぞれの変換器の前記アレイにおける位置に応じて選択する、ステップと、
各チャネル毎に第2遅延値を選択するステップであって、前記第2遅延値を、前記アレイから聴取者までの、当該チャネルの音波の予想伝搬距離に応じて選択する、ステップと、
各出力変換器に関して、各チャネルを表す信号を遅延させた複製を得るステップであって、各遅延複製を、前記第1遅延値から成る第1成分と前記第2遅延値から成る第2成分とを有する値だけ遅延させる、ステップと、
から成る。
【0006】
また、本発明の第1の態様によれば、音場を作り出す装置が提供され、該装置は、
異なるサウンド・チャネルを表す複数のそれぞれの信号のための複数の入力と、
出力変換器のアレイと、
各出力変換器に関して、各それぞれの入力信号の複製を得るように構成された複製手段と、
前記それぞれの出力変換器の前記アレイ内における位置に応じて選択したそれぞれの第1遅延値だけ、各信号の各複製を遅延するように構成された第1遅延手段と、
前記アレイから聴取者までの当該チャネルの音波の予想伝搬距離に応じて、各チャネル毎に選択した第2遅延値だけ、各信号の各複製を遅延させるように構成された第2遅延手段とから成る。
【0007】
したがって、2種類の遅延を各サウンド・チャネルに与え、チャネル毎に伝搬距離が異なることによる影響を軽減する方法および装置が提供される。
【0008】
本発明の第2の態様は、出力変換器のアレイをオーディオ−ビジュアルに応用する際に発生する問題に取り組む。所望の効果を作り出すためにチャネルに種々の遅延を与える必要がある場合が多いが、このためにサウンド・チャネルがビデオ映像よりも著しく遅れる可能性がある。
【0009】
本発明の第2の態様によれば、オーディオ−ビジュアル・プレゼンテーションにおいて映像およびサウンド間に時間的対応付けを行い、出力変換器のアレイを用いて、複数のチャネルから成るサウンド・コンテンツを再生する方法が提供され、該方法は、
各出力変換器に関して、サウンド・チャネルを表す各信号の複製を、それぞれのオーディオ遅延値だけ遅延させるステップと、
時間的に対応するサウンド・チャネルが聴取者に到達する実質的な時点に、対応するビデオ映像が表示されるように計算したビデオ遅延値だけ、ビデオ信号を遅延させるステップとから成る。
【0010】
更に、本発明の第2の態様によれば、オーディオ・ビジュアル・プレゼンテーションにおいて、映像と複数のサウンド・チャネルとの間に時間的な対応付けを行う装置が提供され、該装置は、
出力変換器のアレイと、
各出力変換器に関して、サウンド・チャネルを表す各信号を遅延させた複製を得るように構成された複製および遅延手段と、
時間的に対応するサウンド・チャネルが聴取者に到達する実質的な時点に、対応するビデオ映像が表示されるように計算したビデオ遅延値だけ、ビデオ信号を遅延させるように構成されたビデオ遅延手段と、
を備えている。
【0011】
したがって、本発明のこの態様は、ビデオおよびサウンド・チャネルが正しい時刻に(即ち、互いに時間的に対応して)視聴者に到達することを可能にする。
【0012】
本発明の第3の態様は、サウンド・チャネルが異なると内容も異なる場合があり、したがってサウンド・チャネルを表す個々のいずれのビームが達成すべき指向性に関しても異なる要求があるという問題に取り組む。
【0013】
このために、本発明の第3の態様では、出力変換器のアレイを用いて、複数のサウンド・チャネルから成る音場を作り出す方法が提供され、該方法は、
チャネル毎に、各出力変換器に関して、前記チャネルを表す信号の複製を得て、チャネル毎に1組の複製信号を得るステップと、
第1サウンド・チャネル信号から発現した第1組の複製信号に第1ウィンドウ関数を適用するステップと、
第2サウンド・チャネル信号から発現した第2組の複製信号に、異なる第2ウィンドウ関数を適用するステップとから成る。
【0014】
更に、本発明の第3の態様によれば、複数のサウンド・チャネルから成る音場を作り出す装置が提供され、該装置は、
出力変換器のアレイと、
各出力変換器に関して、前記複数のチャネルの各々を表す信号の複製を作成する複製手段と、
第1サウンド・チャネル信号から発生した第1組の複製信号に第1ウィンドウ関数を適用し、第2チャネル信号から発生した第2組の複製信号に、異なる第2ウィンドウ関数を適用するウィンドウ手段とを備えている。
【0015】
したがって、この態様では、異なるウィンドウ関数を異なるサウンド・チャネルに適用することができるので、一層望ましい音場が得られ、各サウンド・チャネルの音量を独立して調節することが容易になる。
【0016】
本発明の第4の態様は、低周波数を送出するには大きなアレイが必要であり、一方高周波数を同じ精度で送出するには、それよりも小さいアレイで可能であるという問題に取り組む。更に、低周波数は、高周波数よりも大きな電力を必要とする。
【0017】
本発明の第4の態様によれば、出力変換器のアレイを用いて音場を作り出す方法が提供され、該方法は、
入力信号を、少なくとも低周波成分と高周波成分に分割するステップと、
前記アレイの第1部分に及ぶ出力変換器を用いて、前記低周波成分を出力するステップと、
前記第1部分よりも小さい前記アレイの第2部分に及ぶ出力変換器を用いて、前記高周波成分を出力するステップとから成る。
【0018】
更に、本発明の第4の態様によれば、音場を作り出す装置が提供され、
出力変換器のアレイを備え、当該アレイの第1区域において、前記アレイの残りの部分よりも、前記変換器が密度高く実装されている。
【0019】
したがって、この態様では、効率的な数の出力変換器を用いて、所望の指向性であらゆる周波数を出力することが可能となる。
【0020】
本発明の第5の態様は、実質的に所望の平面内にサウンドを送出可能なアレイの効率的な構成に関する。
【0021】
本発明の第5の態様によれば、直線状に互いに隣接して配置された出力変換器のアレイが提供され、前記出力変換器の各々では、前記直線に対して垂直な方向の寸法が、前記直線に平行な寸法よりも大きくなっている。
【0022】
前述の構成は、サウンドがアレイの前方に水平に延びる平面に主に集中するので、特に有用である。ある面への集中は、個々の変換器が細長い状態であることによって達成され、指向性は、アレイ内の複数の変換器によって達成される。
【0023】
本発明の第6の態様は、ユーザの望みに応じて、反射面または共振面を用いて、規定の位置に狭いビームまたは広いビームを送出させるという要望に取り組む。
【0024】
本発明の第6の態様によれば、それぞれのチャネルを表す複数の入力信号が、空間内のそれぞれ異なる位置から発出するように思わせる方法が提供され、該方法は、
前記空間位置の各々に、音響反射または共振面を設けるステップと、
前記空間位置から離れた所に出力変換器のアレイを設けるステップと、
前記出力変換器のアレイを用いて、各チャネルの音波をそれぞれの空間位置に向けて送出し、前記音波を前記反射面または共振面によって再伝達させ、前記反射面または共振面の前方または後方の空間位置において前記音波を合焦させる(focussed)ステップと、
から成り、前記送出するステップが、
各変換器に関して、各入力信号を、前記それぞれの出力変換器の前記アレイにおける位置および前記それぞれのフォーカス位置(focus position)に応じて選択したそれぞれの遅延量だけ遅延させて遅延複製を得て、前記チャネルの音波を当該チャネルに関して前記フォーカス位置に向けて送出するようにしたステップと、
各変換器に関して、各入力信号の前記それぞれの遅延複製を合計し、出力信号を生成するステップと、
前記出力信号を前記それぞれの変換器に導出するステップとから成る。
【0025】
更に、本発明の第6の態様によれば、それぞれのチャネルを表す複数の入力信号が、空間内の異なるそれぞれの位置から発出するように思わせる装置が提供され、該装置は、
前記空間位置の各々における音響反射または共振面と、
前記空間位置から離れて位置する(distal)出力変換器のアレイと、
前記出力変換器のアレイを用いて、各チャネルの音波をそれぞれの空間位置に向けて送出し、前記音波を前記反射面または共振面によって再伝達させ、前記反射面または共振面の前方または後方の空間位置において前記音波を合焦させるようにする制御部と、
から成り、前記制御部が、
各変換器に関して、各入力信号を、前記それぞれの出力変換器の前記アレイにおける位置および前記それぞれのフォーカス位置に応じて選択したそれぞれの遅延量だけ遅延させて遅延複製を得て、前記チャネルの音波を当該チャネルに関して前記フォーカス位置に向けて送出するように構成された複製および遅延手段と、
各変換器に関して、各入力信号の前記それぞれの遅延複製を合計し、出力信号を生成するように構成された加算手段と、
前記出力信号を前記それぞれの変換器に導出し、前記チャネルの音波を当該入力に関して、前記フォーカス位置に向けて送出するようにした手段とを備えている。
【0026】
本発明の第6の態様によって、反射器/共振器の後方または前方に選択された集束位置に応じて、狭いビームまたは広いビームを再伝達することが可能となる。
【0027】
本発明の第7の態様は、サウンドがどこに送出または合焦されるか正確に判定するのが困難となる可能性があり、サウンドが送出または合焦される場所を操作者に制御させる(フィードバックによって)直感的な方法が求められているという問題に取り組む。
【0028】
本発明の第7の態様によれば、サウンドを合焦する方向を選択する方法が提供され、該方法は、
ビューファインダまたはその他の画面手段を用いて、前記方向が所望のものであるか否か判定を行い、前記所望の方向にビデオ・カメラの照準を向けるステップと、
入力信号の1組の複製に与える複数の信号遅延を計算し、サウンドを前記選択した方向に送出するステップとから成る。
【0029】
更に、本発明の第7の態様によれば、サウンドをどこに送出するか決定する方法が提供され、該方法は、
サウンドを送出する方向に応じて、ビデオ・カメラの照準を向ける方向を自動的に調節するステップと、
ビューファインダまたはその他の画面手段から、前記カメラの照準を向けている方向を識別するステップとから成る。
【0030】
更に、本発明の第7の態様によれば、音場を設定または監視する装置が提供され、
出力変換器のアレイと、
方向可変のビデオ・カメラと、
前記出力変換器のアレイおよび前記ビデオ・カメラを制御して、前記アレイからのサウンドを送出するのと同じ方向に前記ビデオ・カメラの照準を向ける(point)ようにする手段とを備えている。
【0031】
したがって、本発明の第7の態様では、ユーザが直感的かつ容易に、サウンドを送出する所を決定することができる。
【0032】
一般に、本発明は、二次元アレイに配列され複数の空間的に分散された音波電気音響変換器(sonic electroacoustic transducers:SET)を備え、各々が入力信号分配器を介して同じディジタル信号入力に接続されており、各SETに供給する前に入力信号を修正し、所望の指向性効果を得る、好ましくは完全にディジタルの操向可能音響フェーズド・アレイ・アンテナ(ディジタル・フェーズド・アレイ・アンテナ、またはDPAA)システムに適用可能である。
ここに備わっている種々の可能性、および実際に好ましい変形は、以下の記載から見て取れよう。
【0033】
SETは、空間にランダムに配置されるよりも、平面または曲面(表面)(a plane or curved surface (a Surface))内に配列する方が好ましい。しかしながら、これらは、2つ以上の隣接するサブアレイ−前後に位置する2つ以上の密接した平行な平面または曲面の二次元スタックの形態としてもよい。
ある表面(Surface)内において、アレイを構成するSETは、狭い間隔で配されていることが好ましく、アンテナ・アパーチャ全体を完全に満たしていることが理想的である。これは、実際の断面円形のSETでは非現実的であるが、断面が三角形、正方形または六角形のSET、即ち、一般に当該平面を覆う断面形状であればいずれでも、達成可能である。SETの断面が平面を覆えない場合、アレイをスタックまたは複数のアレイの形態、即ち、三次元状にすることにより、アパーチャ充填に類する近似を行うことができる。この場合、SETの少なくとも1つの追加表面(Surface)を、少なくとも1つの別のこのような表面(Surface)の後ろに実装し、前述のまたは各後方のアレイにおけるSETは、前方の(複数の)アレイにおけるギャップ間に放射する。
【0034】
SETは、同様であることが好ましく、同一であることが理想的である。これらは、勿論、音響、即ち、オーディオ・デバイスであり、恐らくは低い側で20Hz(または、これ未満)から、高い側で20KHz以上(可聴帯域)までの可聴帯域全域を均一に覆うことができるのが最も好ましい。あるいは、異なる音響能力を有するが、一体となって所望の範囲全体を覆うSETを用いることができる。このように、多数の異なるSETを物理的に集合化し、複合SET(CSET)を形成することができ、個々のSETでは不可能であっても、異なるSETのグループが一体となって可聴帯域を覆うことができる。更に別の変形として、各々部分的に可聴帯域を覆えるに過ぎないSETを集合化せずに、代わりにアレイ全体として可聴帯域を完全にまたはほぼ完全に覆うようにSET間に十分な変化を持たせて、アレイ全域に散乱させることもできる。
【0035】
CSETの代わりの形態では、数個(通例では2個)の同じ変換器を内蔵し、各々を同じ信号によって駆動する。これによって、必要な信号処理および駆動用電子回路の複雑さを低減しつつ、大型DPAAの利点の多くを保持する。以後CSETの位置について言及する場合、この位置はCSET全体としての重心、即ち、CSETを構成する個々のSET全ての重心であると理解することとする。
【0036】
表面(Surface)内では、SETまたはCSET(以後、2つを単にSETで示すことにする)の間隔、即ち、アレイの全体的レイアウトおよび構造、ならびに個々の変換器をその中に配置する方法は、規則的であることが好ましく、面全域におけるそれらの分散は、対称的であることが望ましい。したがって、SETは、三角形、正方形または六角形の格子状に離間することが最も好ましい。格子の種類および方位は、サイドローブの間隔および方向を制御するように選択することができる。
【0037】
必須ではないが、各SETは、効果的に放射(または受信)することができる全音波長において、少なくとも半球では無指向性入出力特性を有することが好ましい。
【0038】
各出力SETは、都合の良い形態または所望の形態であれば、いずれのサウンド放射デバイスの形態でも取ることができ(例えば、従来のラウドスピーカ)、これらは全て同一であることが好ましいが、これらは異なっていることも可能である。ラウンドスピーカは、ピストニック音響放射器(pistonic acoustic radiator)として知られている形式(変換器のダイアフラムをピストンによって移動させる)とするとよく、このような場合、個々のSETのピストン−放射器の最大放射範囲(例えば、円形SETの場合有効なピストンの直径)は、できるだけ小さいことが好ましく、可聴帯域における最も高い周波数の音響波長と同じくらい、またはこれよりも小さいことが理想的である(例えば、空中では、20KHz音波の波長は約17mmであるので、円形ピストン変換器では、最大直径は約17mmが好ましく、無指向性を確保するためには、サイズはこれよりも小さいことが好ましい。
【0039】
アレイの平面におけるSETの前記または各アレイの全体的寸法は、アレイの極放射パターンに大きく作用することを意図した最低周波数の空中における音響波長と同じくらい、またはこれよりも大きく選択することが非常に好ましい。したがって、300Hz程度の低い周波数を発射即ち操向できることが望ましい場合、アレイ・サイズは、操向または発射が要求される各面に対して直角の方向で、少なくともcs/300≒1.1メートル(csは音速である)とするとよい。
【0040】
本発明は、完全ディジタル操向音波/可聴音響フェーズド・アレイ・アンテナ・システムに適用することができ、実際の変換器はアナログ信号によって駆動することができるが、これらをディジタル電力増幅器で駆動することが最も好ましい。典型的なこのようなディジタル電力増幅器は、PCM信号入力、クロック入力(または入力PCM信号からクロックを求める手段)、内部で発生するかあるいは入力クロックまたは追加の出力クロック入力から求める出力クロック、ならびにディジタル(PCM)信号またはアナログ信号のいずれでもよい、オプションの出力レベル入力(後者の場合、このアナログ信号は増幅器出力にも電力を供給することもできる)を組み込んでいる。ディジタル電力増幅器の特性の1つとして、あらゆるオプションのアナログ出力フィルタ処理の前に、その出力に離散値を与え、段階的に連続とし、出力クロック周期と一致する間隔でのみレベル変更が可能であることがあげられる。離散出力値は、オプションの出力レベル入力が設けられる場合は、これによって制御される。PWMを用いたディジタル増幅器では、入力サンプル周期のいずれの整数倍においても、出力信号の平均値は入力信号を表す。他のディジタル増幅器では、出力信号の平均値は、入力サンプル周期よりも長い期間では、入力信号の平均値に向かう傾向がある。ディジタル電力増幅器の好ましい形態には、バイポーラ・パルス幅変調器、および1ビット二値変調器が含まれる。
【0041】
ディジタル電力増幅器を用いることによって、殆どのいわゆる「ディジタル」システムにおいて見られる、各変換器駆動チャネル毎に、ディジタル/アナログ変換器(DAC)および線形電力増幅器を設けるという、より共通な要求を回避し、したがって電力駆動効率を非常に高くすることができる。更に、殆どの可動コイル型音響変換器は本来誘導的であり、機械的にはロー・パス・フィルタとして非常に効果的に作用するので、精巧な電子ロー・パス・フィルタ処理をディジタル駆動回路とSETとの間に追加する必要がない場合もある。言い換えると、SETはディジタル信号によって直接駆動することができる。
【0042】
DPAAは、1つ以上のディジタル入力端子(入力)を有する。1つよりも多い入力端子がある場合、各入力信号を個々のSETに導出する手段を設ける必要がある。
【0043】
これは、入力の各々を、1つ以上の入力信号分配器を介してSETの各々に接続することによって行うとよい。最も基本的には、入力信号を単一の分配器に供給し、この単一の分配器が、SETの各々に対して別個の出力を有する(そして、以下で論ずるように、これが出力する信号を適切に修正し、所望の目的を達成する)。あるいは、同様の分配器をある数だけ備え、各々が入力信号またはその一部、あるいは別個の入力信号を取り込み、各々が別個の出力をSETの各々に供給する(そして、各場合において、それが出力する信号は、以下で論ずるように、分配器によって適切に修正され、所望の目的を達成する)。この後者の場合、複数の分配器が各々全てのSETに供給するが、各分配器からいずれの1つへのSETへの出力も組み合わせなければならず、得られる信号に更に修正を行う前に、加算回路によってこれを行うと都合が良い。
【0044】
入力端子は、DPAAが処理するサウンドまたは複数のサウンドを表す1つ以上のディジタル信号(入力信号)を受けることが好ましい。勿論、放射するサウンドを規定する元の電気信号は、アナログ形態でもよく、したがって、本発明のシステムは、1つ以上のアナログ/ディジタル変換器(ADC)を含むことができ、これらの各々を補助アナログ入力端子(アナログ入力)と入力の1つとの間に接続することによって、これら外部アナログ電気信号の内部ディジタル電気信号への変換を可能とする。各ディジタル電気信号は、特定の(そして適切な)サンプル・レートFsiを有する。したがって、DPAA内部においては、入力以降では、処理される信号は、時間サンプルされた量子化ディジタル信号であり、DPAAによって再生されるサウンド波形または複数の波形を表す。
【0045】
本発明のDPAAは、分配器を組み込んでおり、これが入力信号を修正した後に、各SETに供給することにより、所望の指向性効果を達成している。分配器は、ディジタル・デバイス、またはソフトウエア(piece of software)であり、1つの入力および多数の出力を有する。DPAAの入力信号の1つは、その入力に供給される。これは、SET毎に1つの出力を有することが好ましく、あるいは、1つの出力を多数のSETまたはCSETのエレメントで共有することができる。分配器は、入力信号に全体的に異なる修正を行ったものをその出力の各々に送る。修正は、固定とするか、または制御システムを用いて調整可能とすることもできる。分配器によって行われる修正は、信号遅延を与えること、振幅制御を適用すること、および調節可能にディジタル的にフィルタ処理を行うことを含むことができる。これらの修正は、単一の遅延手段(SDM)、振幅制御手段(ACM)、および可調節ディジタル・フィルタ(ADF)によって行うとよく、これらはそれぞれ分配器内部に配置されている。尚、ADFは、フィルタ係数の適切な選択によって、信号に遅延を与えるように構成可能であることを注記しておく。更に、この遅延は、周波数依存性とすることができ、入力信号の異なる周波数を異なる量だけ遅延させるようにすれば、フィルタは、この信号のいずれの数のこのような遅延バーションの合計の効果でも生成することができる。「遅延」または「遅延させた」という用語は、ここで用いる場合、ADFおよびSDMによって与えられる形式の遅延を含むものとして解釈することとする。遅延は、ゼロを含むあらゆる有用な期間とすることができるが、一般に、少なくとも1つの複製入力信号は非ゼロ値だけ遅延される。
【0046】
信号遅延手段(SDM)は、可変ディジタル信号時間遅延エレメントである。これらは、単一の周波数や狭周波数帯域の移相エレメントではないが、真の時間遅延であるので、DPAAは広い周波数帯域(例えば、可聴帯域)全域で動作する。所与の入力端子と各SETとの間で遅延を調節する手段があるとよく、入力/SETの組み合わせ毎に別個に調節可能な遅延エレメントがあると効果的である。
【0047】
所与のディジタル信号に対して可能な最少遅延は、当該信号のサンプル周期Tsと同等またはこれ以下であることが好ましく、所与のディジタル信号に対して可能な最大遅延は、音が変換器アレイの最も大きな横方向範囲Dmaxを横切って交差するのに要する時間Tcと同程度またはそれ以上となるように選択することが好ましい。ここで、Tc=Dmax/csであり、csは空気中における音速である。最も好ましくは、所与のディジタル信号に可能な遅延の最少増分変化をTs、信号のサンプル周期以下とすべきである。さもないと、信号の補間が必要となる。
【0048】
振幅制御手段(ACM)は、一括ビーム形状修正(gross beam shape modification)の目的で、ディジタル振幅制御手段として実施すると都合が良い。これは、増幅器または交流電源(alternator)を備えれば、出力信号の大きさを増大または減少することができる。SDMと同様、入力/SETの組み合わせ毎に可調節ACMがあることが好ましい。振幅制御手段は、分配器からの各信号出力に異なる振幅制御を適用し、DPAAが有限サイズであるという事実に対して、ウィンドウ関数を用いることによって、対抗するように構成することが好ましい。これは、ガウス曲線またはかさ上げ余弦曲線のような既定の曲線に応じて、各出力信号の大きさを正規化することによって行うと都合がよい。このように、全体的には、アレイの中央付近にあるSETに宛てられる出力信号は大きな影響を受けないが、アレイの周囲付近にあるSETは、これらがアレイのエッジに対する近接度に応じて減衰される。
【0049】
信号を修正する別の方法では、用いられるディジタル・フィルタ(ADF)は、その群遅延および大きさの応答が、周波数の関数として、(単純な時間遅延またはレベル変化だけではなく)指定された方法で変化する。単純な遅延エレメントを用いてこれらのフィルタを実現し、必要な計算を削減するようにしてもよい。この手法では、DPAA放射パターンの制御を、周波数の関数として行うことが可能となり、異なる周波数帯域において別個に、DPAA放射パターンの制御を調節することが可能となる(これは、DPAA放射区域の波長のサイズ、したがってその指向性が、別の状況では強い周波数の関数となるので、有用である)。例として、範囲が例えば2mのDPAAでは、その低周波数カットオフ(指向性のため)は、150Hz領域周辺であり、人間の耳では、このような低周波数のサウンドの指向性を判断するのが難しいので、このような低周波数では、「ビーム操向」遅延や振幅重み付けを適用せず、代わりに、最適出力レベルを求める方が、一層有用であると言える。加えて、フィルタの使用によって、各SETの放射パターンのばらつきをいくらか補償することも可能である。
【0050】
SDM遅延、ACM利得およびADF係数は、固定としたり、あるいはユーザ入力に応答して変化させたり、または自動制御の下で変化させることができる。好ましくは、チャネルが使用中に必要な変化はいずれも、多くの小さな刻み幅で行い、不連続性が聞かれないようにする。これらの刻み幅は、パラメータがいかに素早く変化することができるかを記述する、所定の「ロールオフ」および「アタック」レートを規定するように選択することができる。
【0051】
1つよりも多い入力が供給される場合、即ち、1からIまで付番されたI個の入力がある場合、そして、1からNまで付番されたN個のSETがある場合、個別に調節可能な別個の遅延、振幅制御および/またはフィルタ手段Din(ここで、I個の入力の各々とN個のSETの各々との間で、I=1〜I、n=1〜Nである)を各組み合わせ毎に設けることが好ましい。したがって、各SET毎に、入力の各々から別個の分配器を介して1つずつ、I個の遅延した、即ち、フィルタ処理したディジタル信号があり、SETに印加される前に組み合わせる。全体的に、N個の別個のSDM、ACMおよび/またはADFが各分配器にあり、各SET毎に1つの分配器がある。先に注記したように、このディジタル信号の組み合わせを行うには、I個の別個の遅延信号のディジタル的代数加算を用いると都合が良い。即ち、各SETへの信号は、I個の入力各々からの、別個に修正した信号の線形組み合わせである。1つよりも多くの入力から発した信号のディジタル加算の実行が必要であるということは、異なるクロック・レートおよび/または位相で2つ以上のディジタル信号に対してディジタル加算を実行することは一般には無意味なので、これら外部信号を同期させるためには、ディジタル・サンプリング・レート変換器(DSRC)を用いる必要があり得ることを意味する。
【0052】
DPAAシステムは、ある距離を隔てて(理想的には、DPAAの聴取区域内のどこかから)DPAA電子回路と通信し(ワイヤ、無線または赤外線、あるいはその他の何らかのワイヤレス技術によって)、DPAAの主要機能全てで手動制御が行える遠隔制御子機(子機)と共に用いてもよい。このようなシステムは、以下の機能を備えることが最も有用である。
1)どの入力(複数の入力)をどの分配器に接続するかという選択、「チャネル」と呼ぶこともできる。
2)各チャネルの集束位置および/またはビーム形状の制御
3)各チャネルに対する個々の音量レベル設定値の制御、および
4)内蔵マイクロフォンを有する子機を用いた初期パラメータ設定(後述を参照)。
【0053】
また、
2つ以上のこのようなDPAAを相互接続し、これらの放射パターン、これらの集束、およびこれらの最適化手順を調整する手段と、
(DDGに対する)遅延および(ADFに対する)フィルタ係数の組を格納し、呼び出す手段と、
があってもよい。
【0054】
添付した構成図を参照して、単に非限定的な例として本発明について更に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0055】
以下に提示する記載および図面は、必然的にブロック図を用いて本発明について説明し、各ブロックは、ハードウエア・コンポーネントまたは信号処理ステップを表す。原理的には、本発明は、各ステップを実行するように別個の物理的コンポーネントを構成し、図示のようにこれらを相互接続することによって実現することができる。ステップの内いくつかは、専用のまたはプログラム可能な集積回路を用い、可能であれば数個のステップを1つの回路に組み込むことによって、実施することができる。尚、実際には、ディジタル信号プロセッサ(DSP)または汎用マイクロプロセッサを用いて、信号処理ステップのいくつかをソフトウエアで実行することが最も便利である可能性が高いことは理解されよう。次いで、別個のプロセッサまたはマイクロプロセッサを共有する別個のソフトウエア・ルーチンによって、連続するステップを実行することができ、またはこれらを1つのルーチンに組み込むことによって効率を高めることもできる。
【0056】
図面は、オーディオ信号経路を概略的に示すに過ぎず、クロックおよび制御接続は、考えを伝えるために必要なとき以外は、明瞭化のために省略されている。更に、少数のSET、チャネル、およびこれらと連携する回路のみを示すが、これは、現実的に多数の要素を含ませると、図面が煩雑になり解釈が困難となるからである。
【0057】
本発明のそれぞれの態様について説明する前に、それぞれの態様のいずれに応じた使用にも適した装置の実施形態について説明することは有用である。
【0058】
図1のブロック図は、単純なDPAAを示す。入力信号(101)は分配器(102)に供給され、その多数(図では6つ)の出力が、各々、オプションの増幅器(103)を介して出力SET(104)に接続する。出力SETは、物理的に二次元アレイ(105)を形成するように配列されている。分配器は、各SETに送られる信号を修正し、所望の放射パターンを生成する。以下で例示するが、分配器の前または後に、追加の処理ステップを設けてもよい。
【0059】
図2は、2つの入力信号(501、502)および3つの分配器(503〜505)を有するDPAAを示す。分配器503は信号501を処理し、一方504および505双方が入力信号502を処理する。各SETに宛てた各分配器からの出力は、加算器(506)によって加算され、増幅器103を介してSET104に達する。
【0060】
図3は、分配器のコンポーネントを示す。これは、入力回路から来る単一の入力信号(101)と、各SETまたはSET群に1つずつの多数の出力(802)とを有する。入力から出力の各々までの経路には、SDM(803)および/またはADF(804)および/またはACM(805)が含まれる。各信号経路において行われる修正が同様であれば、信号を分割する前に共通のSDM、ADFおよび/またはACM(806〜808)を含むことによって、より効率的に分配器を実施することができる。各分配器の部品の各々のパラメータは、ユーザまたは自動制御の下で変更することができる。これに必要な制御接続は、示されていない。
【0061】
図4は、可能な電力増幅器の構成を示す。1つの選択肢では、恐らくは分配器または加算器からの入力ディジタル信号(1001)は、DAC(1002)、およびオプションの利得/音量制御入力(1004)を備えた線形電力増幅器(1003)を通過する。出力は、SETまたはSET群(1005)に送られる。2つのSETフィード(SET feeds)について例示した場合の好適な構成では、入力(1006)はオプションの包括的音量制御入力(global volume control input)(1008)を備えたディジタル増幅器(1007)に直接送られる。包括的音量制御入力は、出力駆動回路に対する電源としても機能することができ便利である。離散値を取るディジタル増幅器の出力には、SET(1005)に達する前に、アナログのロー・パス・フィルタ(1009)を通すという選択肢もある。
【0062】
図5は、3つのDPAA(1401)の相互接続を示す。この場合、入力(1402)、入力回路(1403)および制御システム(1404)は、3つのPDAA全てによって共有される。入力回路および制御システムは、別個に収容することも、DPAAの1つに組み込んで、他方がスレーブとして動作することも可能である。あるいは、3つのDPAAを同一とし、スレーブDPAA内の冗長回路のみをインアクティブとすることも可能である。この設定によって電力増大が可能となり、アレイを並置する場合、低周波において指向性が向上する。
【0063】
図6および図7Aないし図7Dの装置は、図1に示す一般的な構造を有する。図6は、好ましい分配器(102)を更に詳細に示す。
【0064】
図6からわかるように、入力信号(101)は、入力端子(1514)によって、リプリケータ(1504)に導出される。リプリケータ(1504)は、入力信号を所定回数コピーし、同じ信号を前記所定数の出力端子(1518)に供給する機能を有する。次に、入力信号の各複製は、複製を修正する手段(1506)に供給される。概略的に、複製を修正する手段(1506)は、信号遅延手段(1508)、振幅制御手段(1510)、および可調節ディジタル・フィルタ手段(152)を含む。しかしながら、振幅制御手段(1510)は純粋にオプションであることを注記しておく。更に、信号遅延手段(1508)および可調節ディジタル・フィルタ(1512)の一方または他方も、取り除いてもよい。複製を修正する手段(1506)の最も基本的な機能は、ある意味では異なる複製を全て異なる量だけ遅延させて供給することである。出力変換器(104)が入力信号(101)を様々に遅延させて出力する際に得られる音場を決定するのは、遅延の選択である。遅延され好ましくはそれ以外にも修正された複製は、出力端子(1516)を介して分配器(102)から出力される。
【0065】
既に述べたように、各信号遅延手段(1508)および/または各可調節ディジタル・フィルタ(1512)によって得られるそれぞれの遅延の選択は、得られる音場の様式に重大な影響を及ぼす。一般に、4つの特に有効な音場があり、これらを線形に組み合わせることができる。
【0066】
第1の音場
図7Aに第1の音場を示す。
種々の出力変換器(104)から成るアレイ(105)を平面図で示す。図示した列の上または下に、別の出力変換器の列を配置してもよい。
【0067】
種々の信号遅延手段(508)によって各複製に与えられた遅延は、同じ値、例えば、0(図示のような平面アレイの場合)、または表面形状の関数となる値(曲面の場合)に設定される。これによって、入力信号(101)を表すサウンドの大まかに平行な「ビーム」が生成される。これは、アレイ(105)に平行な波頭Fを有する。ビームの方向(波頭に垂直)における放射は、他の方向よりもはるかに強いが、一般には「サイド・ローブ」もある。アレイ(105)は、対象のサウンド周波数において1波長または数波長の物理的範囲(extent)を有すると仮定する。この事実は、必要であれば、ACMまたはADFの調節によって、サイド・ローブを全体的に減衰または移動可能であることを意味する。
【0068】
動作モードは、一般に、アレイ(105)が非常に大きな従来のラウドスピーカを模擬する1つと考えてもよい。アレイ(105)の個々の変換器(104)は、全て同相で動作し、主方向がアレイの平面に対して垂直な対称的ビームを生成する。得られる音場は、直径Dを有する単一の大型ラウドスピーカを用いた場合に得られるものと非常に類似している。
【0069】
第2音場
第1音場は、より一般的な第2音場の具体的な例と考えることもできる。
ここでは、信号遅延手段(1508)または可調節ディジタル・フィルタ(1512)によって各複製に与えられる遅延は、アレイの表面を横切るある選択された方向に変換器(104)間で系統的に遅延が増大するように、変化させている。これを図7Bに示す。種々の信号がそれぞれの出力変換器(104)に導出される前にこれらに与えられる遅延は、図7Bでは、変換器の後ろ側に延びる点線によって視覚化することができる。点線が長い程、長い遅延時間を表す。一般に、点線と実際の遅延時間との間の関係は、dn=tn*cであり、dは点線の長さを表し、tはそれぞれの信号に与えられる遅延量を表し、cは空中における音速を表す。
【0070】
図7Bからわかるように、出力変換器に与えられる遅延は、図7Bにおいて左から右に向かう程線形的に増大する。したがって、変換器(104a)に導出される信号には実質的に遅延はなく、このためアレイから出射する最初の信号となる。変換器(104b)に導出される信号には小さい遅延が与えられるので、この信号は2番目にアレイから出射する。変換器(104c、104d、104e等)に与えられる遅延は連続的に増大するので、隣接する変換器の出力間には固定の遅延がある。
【0071】
このような一連の遅延によって、第1音場に生成されたものと同様の、大まかに平行なサウンドの「ビーム」が生成されるが、ここでは、用いられた系統的遅延増大量に応じた量だけビームが角度をなすことが相違する。非常に小さな遅延(tn<<Tc,n)では、ビームの方向は、アレイ(105)に対してほぼ直交し、遅延を大きくすると(max tn)〜Tc、表面に対してほぼ接線方向となるように導くことができる。
【0072】
既に説明したように、各変換器からの音波の同じ時間的部分(同じ情報を表す音波の部分)が共に特定の方向に伝搬する波頭Fを形成するように遅延を選択することによって、音波を合焦する(focussing)ことなく送出することができる。
【0073】
分配器によってアレイの縁端付近に位置するSETに与えられる信号の振幅を(アレイの中心付近にあるSETに与えられる振幅に対して)縮小することによって、放射パターンにおけるサイド・ローブ(有限のアレイ・サイズによる)のレベルを低下させることができる。例えば、ガウス型またはかさ上げ余弦曲線を用いて、各SETからの信号の振幅を決定することができる。有限のアレイ・サイズの影響に対する調節と、外側のSETにおいて振幅を縮小することによる電力減少との間で、トレードオフを達成する。
【0074】
第3音場
信号遅延手段(1508)および/または適応ディジタル・フィルタ(1512)によって与えられる信号遅延を選択する際、当該SET(104)からDPAA前方の空間において選択した地点までのサウンド伝搬時間に遅延を加えた合計が、全てのSETに対して同じ値になるようにすると、即ち、出力変換器の各々からの音波が選択地点において同相サウンドとして到達するようにすると、DPAAにその点Pにおいてサウンドを合焦させるようにすることができる。これを図7Cに示す。
【0075】
図7Cからわかるように、この場合も出力変換器(104aないし104h)の各々において与えられる遅延は増大するが、この場合は線形ではない。これによって、曲線状の波頭Fが発生し、これはフォーカス点(focus point)において収束(converge)するので、この焦点およびその周囲(サウンドのスペクトル成分の各々の波長にほぼ等しい寸法の領域)におけるサウンドの強度は、近隣の他の地点におけるよりもかなり高くなる。
【0076】
合焦する音波を得るために必要な計算は、次のように一般化することができる。
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
ここで、kは、全ての遅延が正でありしたがって確実に実現可能とするための一定のオフセットである。
【0077】
焦点位置は、前述のように1組の遅延を適切に選択することによって、DPAAの前方であれば殆どどこにでも、広範囲にわたって変更することもできる。
【0078】
第4音場
図7Dは、各出力変換器に導出される信号に与えられる遅延を決定するために更に別の理論を用いる場合の、第4音場を示す。この実施形態では、ホイヘンスのウェーブレット理論を呼び出して、見かけ上の原点Oを有する音場をシミュレートする。これを行うには、信号遅延手段(1508)または適応ディジタル・フィルタ(1512)によって得られる信号遅延を、アレイ後部の空間における地点からそれぞれの出力変換器までのサウンド伝搬時間に等しくなるように設定する。これらの遅延は、図7Dでは、点線で示されている。
【0079】
図7Dから、シミュレートした原点位置に最も近く位置する出力変換器は、原点位置から離れて位置する変換器よりも前に信号を出力することがわかる。変換器の各々から射出される波によって形成される干渉パターンが音場を作り出し、これが、アレイ前方の近場にいる聴取者には、シミュレートした原点から発するように思える。
【0080】
図7Dに半球状の波頭を示す。これらを合計して得られる波頭Fは、疑似原点において発した場合に波頭が有するのと同じ曲率および移動方向を有する。こうして、真の音場が得られる。遅延を計算するための式は、ここでは、次のようになる。
【数5】
ここで、tnは、第3実施形態において定義しており、jは任意のオフセットである。
【0081】
したがって、ここで利用した一般的な方法では、リプリケータ(1504)を用いてN個の複製信号を得る。N個の出力変換器の各々に1つずつとする。次に、これら複製の各々を、アレイ内のそれぞれの出力変換器の位置、および得られる効果の双方に応じて選択したそれぞれの遅延量だけ(恐らくはフィルタを用いて)遅延させる。次いで、遅延した信号をそれぞれの出力変換器に導出し、該当する音場を作り出す。
【0082】
好ましくは、分配器(102)は、別個の複製および遅延手段を備え、信号を複製し、各複製に遅延が与えられるようにする。しかしながら、他の構成も本発明には含まれており、例えば、N個のタップを備えた入力バッファを用い、タップの位置によって遅延量を決定するようにしてもよい。
【0083】
以上説明したシステムは線形であるので、単純に必要な遅延信号を特定の出力変換器のために互いに加算することによって、前述の4つの効果のいずれでも組み合わせることができる。同様に、本システムの本質が線形であるということは、数個の入力を各々別々に、そして異なる方法で、前述のようにして合焦しまたは指向することができ、制御可能でありしかも潜在的に広く分離可能な領域が得られ、この領域において、DPAA自体から離れた所に、異なる音場(異なる入力における信号を表す)を確立可能であるということを意味する。例えば、第1信号はDPAAの背後のある距離の所から発していると感じられるように生成することができ、第2信号はDPAA前方のある距離の位置において合焦することができる。
【0084】
本発明の第1の態様
本発明の第1の態様は、マルチチャネル・システムにおけるDPAAの使用に関する。既に説明したように、同じアレイを用いて、異なるチャネルを異なる方向に送出し、特殊効果を得ることができる。図8は、これを概略的に平面図で示しており、アレイ(3801)を用いて、サウンド(B1)の第1ビームを実質的に直線的に聴取者(X)に向けて前方に送出している。これは、図7Aまたは図7Bに示したように、集束させることも、させないことも可能である。第2ビーム(B2)は、僅かな角度をなして送出されているので、ビームは聴取者(X)を迂回し、多数回壁(3802)に反射して、この場合も最終的に聴取者に到達する。第3ビーム(B3)は、更に大きな角度で送出されているので、側壁で1回跳ね返り、聴取者に到達する。このようなシステムの典型的な用途の1つに、家庭用シネマ・システムがある。その場合、ビームB1は中央サウンド・チャネルを表し、ビームB2は右サラウンド(従来のシステムでは、右後方スピーカ)サウンド・チャネルを表し、ビームB3は左サウンド・チャネルを表す。更に、右チャネルおよび左サラウンド・チャネルのビームもあり得るが、明瞭さのため図8からは除外している。明らかであろうが、ユーザに到達する前に伝搬する距離は、ビーム毎に異なる。例えば、中央ビームは4.8メートル伝搬し、左および右チャネルは7.8メートル伝搬し、サラウンド・チャネルは12.4メートル伝搬する場合もある。これを考慮に入れて、伝搬する距離が最も短いチャネルに追加の遅延を与えれば、各チャネルが実質的に同時にユーザに到達するようにすることも可能である。
【0085】
これを遂行する装置を図9に示す。3つのチャネル(3901、3902、3903)をそれぞれの遅延手段(3904)に入力する。遅延手段(3904)は、遅延制御部(3909)が決定する量だけ、各チャネルの時間を遅延させる。次に、遅延したチャネルを分配器(3905)、加算器(3906)、増幅器(3907)および出力変換器(3908)に受け渡す。分配器(3905)は複製を作成して、この複製を遅延させ、図8に示すようにチャネルを異なる方向に送出する。遅延制御部(3909)は、チャネルの音波がユーザに到達する前に伝搬する予想距離に基づいて、遅延を選択する。前述の例を用いると、サラウンド・チャネルは最も長い距離を伝搬するので、全く遅延させない。左チャネルを13.5msだけ遅延させ、サラウンド・チャネルと同時に到達するようにし、更に中央チャネルを22.4msだけ遅延させて、サラウンド・チャネルおよび左チャネルと同時に到達するようにする。これによって、全てのチャネルが確実に同時に聴取者に到達するようにする。チャネルの方向を変更する場合、遅延制御部(3909)はこれを考慮し、それに応じて遅延を調節することができる。図9では、遅延手段(3904)は分配器の前方に示されている。しかしながら、これらを分配器内に組み込み、遅延制御部(3909)が信号を各分配器に入力し、当該分配器が出力する全ての複製信号にこの遅延を与えるようにしても有効である。更に、別の実用的な代案では、単一の遅延制御部(3909)を用い、各チャネル複製毎に得られる遅延を選択し、別個の遅延エレメント(3904)を必要とせずに、各分配器に遅延データを送ることができる。
【0086】
本発明の第2の態様
前述の第1の態様では、ユーザに到達するサウンドにおける遅延は、かなり大きくすることができ、その大きさを増大させるに連れて一層目立つようになる。オーディオ・ビジュアルの用途では、このために映像がサウンドに先行し、不快な影響を与える可能性がある。この問題は、図10に示す装置を用いることによって解決することができる。対応するオーディオおよびビデオ信号は、DVDプレイヤ(4001)のような発信源から供給される。これらの信号は、同時に読み出され、時間的な対応関係を有する。チャネル・スプリッタ(4004)を用いて、オーディオ信号から各オーディオ・チャネルを得て、各チャネルを図9に示す装置に印加する。オーディオ遅延制御部(3909)をビデオ遅延手段(4005)に接続し、ビデオ信号を適切な量だけ遅延させ、サウンドおよび映像が同時にユーザに到達することができるようにする。次に、ビデオ遅延手段からの出力を画面手段(4006)に出力する。与えるビデオ遅延は、一般に、サウンド・ビームが伝搬する最大距離、即ち、図8におけるサラウンド・チャネルを基準にして計算する。この場合のビデオ遅延は、オーディオ遅延手段(3904)によって遅延されていないビームB2の伝搬時間に等しく設定する。ビデオ信号は、整数個のフレーム分だけ遅延させることが通常望ましい。これが意味するのは、ビデオ遅延値は計算値に近似的に等しいに過ぎないということである。サラウンド・チャネルでさえも、これらが受けるいずれかの処理(例えば、フィルタリング)によって、いくらかの遅延が生ずる場合もある。したがって、この処理遅延に考慮するために、ビデオ遅延値に更に別の成分を追加してもよい。更に、直接経路上で聴取者に到達するサウンド(例えば、図8ではビームB1)がスピーカから放れるまで、ビデオ信号を遅延させる方が簡単な場合が多い。その結果生ずる誤差は総じて小さく、聴取者は現在のAVシステムからそれに慣れている。請求項11および16は、「実質的に前記時刻において」(at substantially the time)という句によって、これおよび整数個のビデオ・フレームによる近似を用いる際のシステムに該当することを意図している。
【0087】
改良として、ビデオ遅延手段を各分配器(3905)にも同様に接続することができ(図10における点線を参照)、こうしてビームの指向性を理由に与えられるあらゆる遅延にも適切に配慮することができる。別の改良として、ビデオ処理回路を用いて、サウンド・システムのユーザ・インターフェースの画面上表示(on-screen display)を設けることができる。より一般的なソフトウエアの実施形態では、オーディオ遅延の各成分をマイクロプロセッサによってプログラムの一部として計算し、複製毎に完全な遅延値を計算する。これらの値は、次に、適切なビデオ遅延を計算するために用いられる。
【0088】
本発明の第3の態様
多数のチャネルを用いる場合、異なるウィンドウ関数を各チャネルに適用すると効果的なこともあり得る。ウィンドウ関数は、電力を犠牲にして「サイド・ローブ」の影響を低減する。用いるウィンドウ関数の種類は、得られるビームの要求量に応じて選択する。したがって、ビームの指向性が重要な場合、図11Aに示すようなウィンドウ関数を用いるとよい。指向性の要求が少ない場合、図11Dに示すようなより緩やかな関数を用いることができる。
【0089】
これを遂行する装置を図12に示す。この装置は、追加の遅延手段(3904)を除去したことを除いて、図9に示すものと実質的に同一である。このような追加の遅延手段は、しかしながら、本発明のこの態様と組み合わせることができる。図12では、追加のコンポーネント(4101)を分配器の後段に配置している。このコンポーネントがウィンドウ関数を与える。このコンポーネントは、効果的に分配器と組み合わせることができるが、明瞭さのために別個に示されている。ウィンドウ手段(4101)は、1つのチャネルに対する1組の複製にウィンドウ関数を適用する。したがって、システムは、チャネル毎に異なるウィンドウ関数を選択するように構成することができる。
【0090】
本システムには、更に別の利点もある。低音成分が多いチャネルは、一般に、高いレベルを有する必要があるが、指向性はさほど重要でない。したがって、このようなチャネルに対しては、これらの必要性を満たすように、ウィンドウ関数を変形することができる。一例を図11Aないし図11Dに示す。図11Aは、典型的なウィンドウ関数を示す。アレイ(4102)の外側近くにある変換器は、サイド・ローブを減少させ、指向性を改善するために、中心部にある変換器よりも出力レベルが低くなっている。音量を上げると、全出力レベルが増大し、アレイの中心部にある変換器の一部は飽和し(図11B参照)、最大目盛変形(FSD:full scale deflection)に至る虞れがある。これを回避するために、単に各変換器の出力を増幅する代わりに、ウィンドウ関数の形状を変化させることができる。これを図11Cおよび図11Dに示す。音量を増大させるに連れて、外側の変換器は、サウンド全体に対する寄与において、より重要な役割を果たすようになる。これはサイド・ローブも増大させるが、電力出力も増大させ、より大きなサウンドが得られ、クリッピング(飽和)は全く生じない。
【0091】
前述の技法は、高い側の周波数成分にとって最も重要である。したがって、本態様は、第4の態様(後に示す)と組み合わせることが有利である可能性がある。低い側の周波数では、指向性の達成度が低くしかも重要性も低いので、平坦(「ボックスカー」)ウィンドウ関数を用いれば、最大電力出力を得ることができる。また、図11Dに示すような音量増大を考慮したウィンドウ関数の変形は必須ではなく、図11Bに示すような飽和では、ウィンドウは同様に0まで低下して縁端における不連続性を回避するため、そしてレベルの不連続性は傾斜の不連続性よりも有害であるため、実際には音質をはっきりとわかる程には劣化させないで済ますことができる。
【0092】
本発明の第4の態様
アレイによって達成可能な指向性は、送出する信号の周波数、およびアレイのサイズの関数である。低周波信号を送出するには、同じ分解能の高周波信号を送出する場合よりも、大きなアレイが必要となる。更に、低周波は一般に高周波よりも大きな電力を必要とする。したがって、入力信号を2つ以上の周波数帯域に分割し、DPAA装置を用いて達成される指向性に関して、これらの周波数帯域を別個に扱うことが有利である。
【0093】
図13は、選択的に異なる周波数帯域を放出する一般的な装置を示す。
入力信号101は、信号スプリッタ/コンバイナ(2903)に接続されており、したがって、並列チャネル内のロー・パス・フィルタ(2901)およびハイ・パス・フィルタ(2902)に接続されている。ロー・パス・フィルタ(2901)は、分配器(2904)に接続されており、分配器(2904)は全ての加算器(2905)に接続し、一方加算器(2905)はPDAA(105)のN個の変換器(104)に接続されている。
【0094】
ハイ・パス・フィルタ(2902)は、図1におけるデバイス(102)と同一の(そして、概略的にN個の可変振幅および可変時間遅延エレメントを内部に内蔵した)デバイス(102)に接続し、一方デバイス(102)は加算器(2905)の別のポートに接続している。
【0095】
本システムは、アレイのサイズが低周波数における波長と比較して小さいことによる、これら低周波数の遠場相殺(far field cancellation)の影響を克服するために用いることができる。したがって、本システムは、音場の整形に関して、異なる周波数を個別に処理することができる。低周波数は、発信源/検出器と、全てが同じ時間遅延(表面上は0)および振幅を有する変換器(2904)との間を通過し、一方高周波数は、N個の変換器の各々に対して、独立して適切な時間遅延を受け、振幅が制御される。これによって、低周波数の大域的遠場消失(global far-field nulling of the low frequencies)を生ずることなく、アンチ・ビーミング(anti-beaming)、即ち、高周波数の消失が可能となる。
【0096】
尚、本発明の第4の態様による方法は、可調節ディジタル・フィルタ(512)を用いて実施可能であることは注記しておくべきであろう。このようなフィルタによって、単に適切な値をフィルタ係数に選択することによって、異なる遅延を異なる周波数に調和させることが可能となる。この場合、周波数帯域を別個に分割し、各周波数帯域から得られる複製に異なる遅延を与える必要はない。単に単一の入力信号の種々の複製にフィルタ処理を行うことによって、適切な効果を得ることができる。
【0097】
図14は、この態様の別の実施形態を示す。ここでは、アレイの出力変換器を異なる集合として用い、入力信号(101)の異なる周波数帯域を送信する。図13に示すように、入力信号(101)は、ハイ・パス・フィルタ(3402)によって高周波数帯域に、そしてロー・パス・フィルタ(3405)によって低周波数帯域に分割される。低周波数信号は、第1変換器集合(3404)に導出され、高周波数帯域は、第2変換器集合(3405)に導出される。第1変換器集合(3404)が占めるアレイの物理的範囲は、高周波変換器(3405)よりも大きい。通例では、変換器集合が占める範囲(即ち、特性的寸法の大きさ)は、送信する最短波長に大まかに比例する。これによって、双方の(または、2つよりも多い場合には全ての)周波数帯域に大まかに等しい指向性が与えられる。
【0098】
図15は、この態様の更に別の実施形態を示す。ここでは、出力変換器の一部が帯域間で共有されている。この場合も、信号は、ローパス・フィルタ(3501)およびハイ・パス・フィルタ(3502)によって低および高周波数成分に分割される。低周波数分配器(3503)は、入力信号の低周波成分を適切に遅延した複製を、第1出力変換器集合(3505)に導出する。この例では、この第1集合は、アレイ内の全変換器から成る。高周波数分配器は、入力信号の高周波成分を第2出力変換器集合(3506)に導出する。これらの変換器は、アレイ全体の部分集合であり、図に示すように、低周波成分を出力するために用いたものと同一としてもよい。この場合、出力する前に、低周波および高周波信号を加算するために、加算器(3504)が必要となる。したがって、この実施形態では、低周波成分を出力するためにより多くの変換器が用いられ、したがって低周波数において必要とされる、より多くの電力を得ることができる。更に低周波数における電力出力を改善するために、外側の変換器(低周波数のみを出力する)を更に大型化し、一層強力にすることもできる。
【0099】
この方法には、得られる指向性が全ての周波数にわたって同一であり、高周波数に用いる変換器を最少数に抑えて、その結果、複雑さおよびコストを低減するという利点がある。これは、特に、図14に示すような設定を用い、低周波専用変換器がアレイの外側に配置され、高周波用変換器が中央付近にある場合に当てはまることである。更に、これには、フルレンジ変換器の代わりに、安価なレンジ限定変換器が使用可能であるという利点もある。
【0100】
図16は、変換器のアレイの正面図を概略的に示し、各シンボルは変換器を表している(シンボルは、用いる変換器の形状に関係することは全く意図していないことを注記しておく)。図14の方法を用いる場合、正方形のシンボルは、低周波成分を出力するために用いられる変換器を表す。円形のシンボルは、中間範囲成分を出力する変換器を表し、三角形のシンボルは、高周波成分を出力する変換器を表す。
【0101】
図15の方法を用いる場合、三角形のシンボルは、3つの周波数範囲全ての成分を出力する変換器を表す。円形のシンボルは、中間範囲および低周波信号のみを出力する変換器を表し、正方形のシンボルは、低周波数のみを出力する変換器を表す。
【0102】
本発明のこの態様は、前述の第3の態様と完全に適合性がある。何故なら、ウィンドウ関数を用いることができ、分配器(3403、3503、3507)の後に計算を行うからである。専用の変換器を用いる場合(図14におけるように)、高周波変換器の中心アレイの存在によって低周波ウィンドウ関数に生ずる「孔」は、通常性能には有害ではない。特に、低周波チャネルによって再生される最短波長に対して孔が十分に小さいときには、有害ではない。
【0103】
図16から明らかなように、高周波数には、低周波数よりも用いる変換器が少なく、隣接する変換器間の間隔は一定である。しかしながら、許容可能な最大変換器間隔は、波長の関数であるので、高周波数においてサイドローブを回避するためには、変換器を一層密集させる(例えば、λ/2間隔で)必要がある。これは、変換器および駆動用電子回路に関しては、一方では低周波数を送出できるだけの十分に広い領域を確保し、他方では高周波数を送出するために変換器を近接配置するため、費用がかかる。この問題を解決するために、図17に示すアレイを提供する。このアレイでは、中央部分付近に位置する出力変換器の密度が平均よりも高くなっている。したがって、一層密集した変換器を用いて高周波数を出力することができるので、アレイの範囲を広げることなく、したがってビームの指向性を高めることもない。大きな低周波領域に配置された変換器は密集度が低く、これに対して中央の高周波領域は密集度を高めた領域となっており、全ての周波数においてコストおよび性能を最適化している。図17では、正方形は、単に変換器の存在を示すに過ぎず、図16におけるように、形状や信号出力の種類を示す訳ではない。
【0104】
本発明の第5の態様
図18は、長さLがその幅Wよりも長い変換器を示す。この変換器は、図19に示すような同様の変換器のアレイに有効に用いることができる。ここでは、変換器3701は直線状に互いに隣接して配置されており、この直線は各変換器の長い方の辺に対して垂直な方向に延びるようになっている。この配列によって得られる音場は、効果的に水平面に送出することができ、各変換器の形状が細長いことから、そのエネルギの殆どを水平面内に有している。他の面に送出されるサウンド・エネルギは殆どないので、高い効率の動作が得られる。このように、第5の態様は、細長い変換器で構成した一次元アレイを提供し、(細長い形状のために)一方向に強い指向性を与え、(アレイの本質のために)他の方向には制御可能な指向性を与える。各変換器のアスペクト比は、好ましくは少なくとも2:2であり、更に好ましくは3:1であり、更に一層好ましくは5:1である。各変換器の形状が細長いので、サウンドの効果は1つの面に集中し、一方直線状の変換器アレイによって、当該面内において高い指向性が得られる。このアレイは、本発明の他の態様のいずれにおけるアレイとしても使用することができる。
【0105】
本発明の第6の態様
本発明の第6の態様は、前述の装置と同様の単一のサウンド放出装置のみを用いて、サラウンド・サウンドまたはステレオ効果を作り出すためのPDAAシステムの使用に関する。特に、本発明の第6の態様は、異なるサウンド・チャネルを異なる方向に送出し、音波が反射面または共振面に衝突し、それによって再度送信される構成に関する。
【0106】
本発明の第6の態様は、DPAAを戸外で(または、実質的に無音響条件を有する他のいずれかの場所で)動作させた場合に、観察者は、別個の音場を容易に知覚するためには、音が集束する領域に近づかなければならないという問題に取り組む。こうしなければ、観察者は、作り出された別個の音場の位置を特定することが困難である。
【0107】
音響反射面、または代替として、吸収した入射サウンド・エネルギを再放射する音響的共振体、をサウンド・ビームの経路に配置すると、これはサウンドを再放射するので、事実上、DPAAから離れた新たな音源となり、用いられるフォーカシング(あれば)によって決定される領域に位置する。平面反射器を用いる場合、反射サウンドは大部分が特定の方向に送出される。拡散反射器が存在する場合、サウンドがDPAAから入射するのと同じ反射器の側で、サウンドは反射器から遠ざかるようにほぼ全方向に再放射される。したがって、前述のように、異なる入力信号を表す多数の異なるサウンド信号をDPAAによって異なる領域に向けて送出し、各領域内にこのような反射器または共振器を配置して、各領域からのサウンドを再度送出させるようにすると、ここに記載した設計の単一のDPAAを用いて、真の多元分離音源サウンド放射システム(multiple separated-source sound radiator system)を構成することができる。
【0108】
図20は、聴取者(2103)に多数の音源を備えるための、単一のDPAAおよび多数の反射または共振面(2102)の使用を示す。これは音響心理学的キューに基づくのではないので、サラウンド・サウンド効果は、聴取領域全域で聴取可能である。
【0109】
図7Aまたは図7Bを参照して先に説明したように、サウンド・ビームは、合焦させなくても、または合焦させてもよい。フォーカス位置は、所望の効果を得るためには、それぞれの反射器/共振器の前方、その位置、またはその後方のいずれに選択することも可能である。図21は、サウンド・ビームを反射器の前方および後方に合焦させたときに得られる効果をそれぞれ概略的に示す。DPAA(3301)は、部屋(3304)内に設置した反射器(3302および3303)に向けてサウンドを送出するように動作可能である。
【0110】
サウンド・ビームを反射器(3302)の前方の地点F1(図21参照)において合焦させた場合、ビームはフォーカス点で狭まり、その後広がる。ビームは、反射器からの反射の後広がり続け、地点P1にいる聴取者にはそのサウンドが耳に入る。反射のために、ユーザは、虚焦点F1’から発出するものとして、このサウンドを認知する。このように、P1にいる聴取者は、サウンドを、部屋(3304)の外側から発出するものとして認知する。更に、得られるビームは非常に広いので、部屋(3304)の下半分にいる聴取者の大部分がこのサウンドを聞くことになる。
【0111】
サウンド・ビームを反射器(3303)の後方の地点F2(図21参照)において合焦させた場合、ビームは、最大限狭められる前に反射してフォーカス点に向かう。反射の後、ビームは広がり、地点P2にいる聴取者はこのサウンドを聞くことができる。反射のために、ユーザは、このサウンドを、反射器の前方にある反射焦点(reflected focal point)F2’から発出したものとして認知する。このように、P1にいる聴取者は、サウンドを至近位置から発出したものとして認知する。更に、得られるビームは非常に狭いので、部屋内にいる聴取者の内小さな割合にだけサウンドを送出することが可能となる。したがって、前述の理由のため、反射器/共振器以外の位置においてビームを合焦することは、効果的であると言える。
【0112】
多数の分離したビームについて先に記載したように、即ち、異なる入力信号を表すサウンド信号を異なる分離した領域に送出するようにDPAAを動作させる場合、硬質(hard)の境界面および/またはサウンド反射性に優れた境界面が多数ある無響でない条件(通常の部屋環境)では、特にこれらの領域が1つ以上の反射境界面に送出される場合、観察者は、彼の通常のサウンド方向認知能力のみを用いて、別個の音場を容易に認知することができ、同時に、(境界から)反射したサウンドがこれらの領域から観察者に到達するために、これらの各々の空間におけるそれぞれ別個の合焦領域(focal regions)(1つある場合)においてこれらの各々を特定することができる。
【0113】
このような場合、観察者は、実際の分離された音場を認知するが、DPAAが人工的な音響心理学的要素をサウンド信号に導入することを頼りにするのではないことを強調するのは重要である。したがって、観察者の位置は、DPAAの近場放射から十分離れている限り、真のサウンドを特定するには比較的重要ではない。このように、1つの物理的ラウドスピーカ(DPAA)のみを用い、殆どの実際の環境において見られる自然の境界を利用して、マルチ・チャネル「サラウンド・サウンド」を得ることができる。
【0114】
適切な自然反射境界を欠く環境において同様の効果をあげるには、人工的な反射または共振面を適切に配置することによって、同様に分離した多音源音場を得ることができる。この場合、音源はこれらの面から発して、ビームを送出するように見えることが望ましい。例えば、大きなコンサート・ホールまたは戸外環境では、透光性のプラスチックまたはガラス・パネルを配すると、視覚的影響が殆どないサウンド反射器として用いることができる。これらの領域からサウンドが広く分散することが望ましい場合、サウンド散乱反射器または広帯域共振器を代わりに導入することができる(これは、透光性にするのが一層難しくなるが、不可能ではない)。
【0115】
球状の反射器を用いて、広い角度にわたって拡散反射を得ることができる。更に拡散反射効果を高めるためには、表面は、拡散させるのが望ましいサウンド周波数の波長程度の粗さを有するとよい。
本発明のこの態様の大きな利点は、前述の全てが単一のDPAA装置によって達成でき、変換器毎に、入力信号の遅延した複製の合計によって出力信号を構築できることである。したがって、従来サラウンド・サウンド・システムに付随していた多くの配線や装置を不要となる。
【0116】
本発明の第7の態様
本発明の第7の態様は、DPAAのユーザは特定のチャネルのサウンドがいずれの特定の時点においてもどこに向って送出または合焦されているかを特定することが、常に容易にできる訳ではないという問題に取り組む。逆に、ユーザは、空間内の特定の位置にサウンドを送出または合焦したいが、与えるべき正しい遅延等に関して複雑な計算を必要とする場合もある。この問題は、特定の方向に照準を向けさせることができるビデオ・カメラ手段を設けることによって軽減される。次に、ビデオ・カメラに接続した手段を用いて、カメラの照準を合わせる方向を計算し、それに応じて遅延を調節することができる。有利なこととして、カメラは、操作者の直接的な制御下にあり(例えば、三脚上またはジョイスティックを用いる)、PDAA制御部は、操作者がカメラの照準を合わせようとするところにはどこにでも、サウンド・チャネルを送出させるように構成されていることがあげられる。これによって、部屋の数学的モデルを作成したり、その他の複雑な計算を行うことに頼らないシステムを非常に簡単に設置することができる。
【0117】
部屋内のどこにカメラを合焦しているか検出する手段を設けると便利である。次いで、サウンド・ビームを同じスポットに合焦することができる。これによってシステムの設定が非常に容易になる。何故なら、部屋内においてサウンドを合焦したい場所にマーカを配することができ、次いで、操作者が、テレビジョン・モニタを見ながら、カメラのレンズをこれらのマーカに合焦することができるからである。更に、システムは、そのスポットにサウンドを合焦するための正しい遅延を計算するように、ソフトウエアを自動的に設定することができる。あるいは、部屋内の基準点を特定し、サウンドの合焦を選択することができる。例えば、部屋の単純なモデルを予めプログラムしておき、操作者が、カメラの視野内で物体を選択し、焦点距離を判定することができる。カメラの焦点距離を用いる場合および部屋のモデルを用いる場合双方において、カメラ(パン、チルト、距離)または部屋(x,y,z)からスピーカ(回転、エレベーション(elevation)、距離)への座標変換を用いると便利である。この場合、2つの座標形は異なる原点を有する。
【0118】
逆の動作モードでは、PDAAの電子回路によってカメラを自動的に操向し、ビームが現在操向されている方向に照準を合わせるようにすることもでき、たとえどのようなことがあっても、サウンドのフォーカシングが生ずる地点に自動的に合焦させる。これによって、有用な設定フィードバック情報が大量に操作者に提供される。
【0119】
また、どのチャネル設定をカメラ位置によって制御するか選択する手段も設けるとよく、これら全てを子機から制御するようにするとよい。
【0120】
図22は、DPAA(3601)上に位置するビデオ・カメラ(3602)を用いて、サウンドが合焦する同じ地点に照準を合わせる場合を側面図で示す。カメラは、サーボ・モータ(3603)を用いて操向することができる。あるいは、カメラを別個の三脚上に装着することや、手で保持することや、既存のCCTVシステムの一部とすることもできる。
【0121】
CCTVの用途では、複数のカメラを用いて1つの範囲に対応させるが、単一のアレイを用いれば、この範囲内においてカメラの1つが照準を定めるいずれの位置にでも、サウンドを送出することができる。したがって、操作者は、その地点に照準を合わせているカメラを選択し、マイクロフォンに向かって話すことによって、(音声コマンドまたは命令のような)サウンドを範囲/部屋内の具体的な地点に送出することができる。
【0122】
更に好ましい特徴
各入力に関する信号の放射パターンおよびフォーカス点を、これらの入力におけるプログラム・ディジタル信号の値に応答して調節する手段を設けてもよい。このような手法を用いると、その入力のみから再生する大きなサウンドがある場合、これらの信号のフォーカス点を一時的に外側に移動させることによって、ステレオ信号およびサラウンド・サウンド効果を誇張することができる。このように、実際の入力信号自体に応じて操向を行うことができる。
【0123】
一般に、フォーカス点を移動させる際、各複製に与える遅延を変化させる必要があり、これには、サンプルを適宜コピーしたり、とばすこと(skipping)を伴う。好ましくは、これを段階的に行い、聴取可能なクリック音を回避する。クリック音は、例えば、多数のサンプルを一度にとばす場合に発生する可能性がある。
【0124】
本発明の技術の実用的な適用分野には、以下のものが含まれる。
家庭の娯楽では、サウンドの多数の実際の音源を聴取室内の異なる位置に投射することができるため、多数の別個のラウドスピーカを配線した場合の乱雑さ、複雑さ、および配線の問題を生ずることなく、マルチ・チャネル・サラウンド・サウンドの再生が可能となる。
【0125】
PA(public address)およびコンサート・サウンド・システムでは、DPAAの放射パターンを三次元に自在に変化させることができ、多数の同時ビームが得られることから、
DPAAの物理的方位付けのように、非常に速い設定はさほど重要ではなく、繰り返し調節する必要がない。
1種類のスピーカ(DPAA)のような、より小さなラウドスピーカの品揃えで、多種多様の放射パターンが得られる。通例では、このためには各々適切なホーンを備えた専用のスピーカが必要となる。
フィルタおよび遅延係数の調節のみによって、反射面に達するサウンド・エネルギを減少させることができ、したがって主要なエコーを減少させることができるので、明瞭性(intelligibility)を高めることができる。
DPAA放射パターンは、DPAA入力に接続されるライブ・マイクロフォンに到達するエネルギを減少させるように設計することができるので、不要な音響フィードバックをより良く制御することができる。
【0126】
群衆管理(crowd-control)および軍事活動では、DPAAビームのフォーカシングおよび操向によって(物理的にかさばるラウドスピーカおよび/またはホーンを移動させることなく)、離れた領域において非常に強い音場を生成することができ、この音場は容易にかつ素早く配置し直すことができ、追跡用光源によって目標に容易に送出され、非侵襲的であるが、強力な音響兵器が得られる。大きなアレイを用いた場合、または1群の別個のDPAAパネルを調整して、広く間隔を空けて配置することができれば、合焦領域(focal region)では、DPAA SET付近よりも音場をはるかに強力にすることができる(全体的なアレイ寸法が十分大きければ、可聴帯域の下端においてでも可能である。)。
【0127】
前述の態様のいずれでも、実際のデバイスに一緒に組み込めば、前述の利点を得ることができる。
【0128】
本発明の第1の態様の好適な実施形態
次に、本発明の第1の態様の好適な実施形態の説明を行う。これも、前述のその他の態様の技法を利用するが、いずれ明白となろう。
【0129】
図23を参照すると、ディジタル・サウンド・プロジェクタ10は、変換器またはラウドスピーカ11のアレイを備えており、これを制御して、オーディオ入力信号がサウンド・ビーム12−1、12−2として放出され、制限範囲内で、アレイ前方の半空間内で任意の方向に送出することができる。注意深く選択した反射経路を利用することによって、聴取者13は、アレイから放出されるサウンド・ビームを、その最後の反射位置から発したかのように認知する。
【0130】
図23には、2つのサウンド・ビーム12−1および12−2が示されている。第1ビーム12−1は、部屋の一部である側壁161に向けて送出され、直接聴取者13に向けて反射される。聴取者は、このビームを、反射スポット17から、したがって、右から発したものとして認知する。破線で示す第2ビーム12−2は、聴取者13に到達するまでに、2回反射する。しかしながら、最後の反射は後方の角で行われるので、聴取者は、そのサウンドを、彼または彼女の背後の音源から放出されたかのように認知する。
【0131】
ディジタル・サウンド・プロジェクタに可能な使用法は数多くあるが、特に効果的なのは、聴取者の位置周囲の異なる場所に配置した数個の別個のラウドスピーカを用いる従来のサラウンド・サウンド・システムと置換することである。ディジタル・サウンド・プロジェクタは、サラウンド・サウンド・オーディオ信号の各チャネル毎にビームを発生し、ビームを適切な方向に操向することによって、多くのラウドスピーカや余分な配線を配することなく、聴取者の位置に真のサラウンド・サウンドを作り出すことができる。
【0132】
図24ないし図26には、ディジタル・サウンド・プロジェクタのコンポーネントがブロック図の形態で示されている。入力において、パルス・コード変調(PCM)形態の共通フォーマットの音源素材(audio source material)が、コンパクト・ディスク(CD)、ディジタル・ビデオ・ディスク(DVD)等のようなデバイスから、ディジタル・サウンド・プロジェクタによって、S/PDIFフォーマットの光学的または同軸ディジタル・データ・ストリームとして受け取られる。しかし、他の入力ディジタル・データ・フォーマットも使用可能である。この入力データは、単純な2チャネル・ステレオ対、あるいはDolby Digital(登録商標)またはDTS(登録商標)のような圧縮および符号化したマルチ・チャネル・サウンドトラック、あるいはオーディオ情報の多数の離散ディジタル・チャネルのいずれかを含むことができる。
【0133】
符号化および/または圧縮したマルチ・チャネル入力は、最初に、デコーダにおいて、標準的なオーディオおよびビデオ・フォーマットに使用可能なデバイスおよび使用許諾を得たファームウエアを用いて、復号および/または解凍される。また、アナログ/ディジタル変換器(図示せず)も組み込まれており、アナログ入力音源への接続(AUX)が可能であり、これらは適切にサンプリングされたディジタル・フォーマットに直ちに変換される。得られた出力は、通例では、3対、4対、またはそれ以上のチャネル対から成る。サラウンド・サウンドの分野では、これらのチャネルのことを、左、右、中央、サラウンド(後方)左、およびサラウンド(後方)右チャネルと呼ぶことが多い。信号には、低周波効果チャネル(LFE)のような、その他のチャネルも存在する場合もある。
【0134】
これらのチャネルまたはチャネル対は、各々、2チャネル・サンプル・レート変換器[SRC]に供給され(あるいは、各チャネルを単一のチャネルSRCを通過させることができる)、再同期、および再サンプリングを行い、内部(または、オプションとして、外部)の標準的なサンプル・レート・クロック[SSC](通例では、約48.8KHzまたは97.6KHz)およびビット長(通例では24ビット)を得て、内部システム・クロックが音源のデータ・クロックから独立できるようにする。このサンプル・レート変換によって、クロック速度の低精度、クロックのドリフト、およびクロックの非適合性による問題を解消する。即ち、高効率化のために、ディジタル・サウンド・プロジェクタの最終的な電力出力段をディジタル・パルス幅変調[PWM]切換型とすべき場合、PWMクロックとPWM変調器に供給されるディジタル・データ・クロックとの間では完全な同期を取ることが望ましい。SRCによって、この同期を取ると共に、あらゆる外部データ・クロックの変動から隔離させる。
【0135】
最後に、2つ以上のディジタル入力チャネルが異なるデータ・クロックを有する場合(恐らく、これらが、例えば、別個のディジタル・マイクロフォン・システムから来たため)、この場合も、SRCによって、内部的に全ての異種信号を確実に同期させる。
SRCの出力は、48.8KHzの内部で発生したサンプル・レートにおいて、24ビット・ワードの8チャネルに変換される。
【0136】
1つ以上(通例では、2つまたは3つ)のディジタル信号プロセッサ[DSP]ユニットを用いてデータを処理する。これらは、例えば、133MHzで動作する、Texas Instruments社のTMS320C6701 DSPとすればよく、DSPは、計算の大部分を、コード化を容易にするために浮動小数点フォーマットで行うか、または処理速度を最大限高めるために固定小数点フォーマットで行う。あるいは、特に、固定小数点計算を行う場合、ディジタル信号処理は、1つ以上のフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)ユニットにおいて実行することができる。更に別の代替案は、DSPとFPGAの混成である。あるいは、ディジタル処理の一部または全部を、特定用途集積回路(ASIC)の形態のカスタム化シリコンによって実施してもよい。
【0137】
DSP段は、ディジタル・オーディオ・データ入力信号のフィルタ処理を実行して、周波数応答の等化を改善し、ディジタル・サウンド・プロジェクタの最終段において用いられる音響出力変換器の周波数応答(即ち、伝達関数)における不規則性を補償する。
【0138】
オプションとして、別個に処理するチャネルの数は、(好ましくは)この段において、または恐らくはもっと前または後の処理段において、加算的に(1つ以上の)低周波効果[LFE]チャネルを1つ以上の他のチャネル、例えば、中央チャネルと組み合わせることによって削減し、この段以降の処理を極力少なくするとよい。しかしながら、別個のサブ・ウーハを本システムと共に用いなければならない場合、または処理能力が問題とはならない場合、処理チェーン全体を通じて、より多くのチャネルを維持することができる。
【0139】
また、DSP段は、8つのチャネル全てに対して、アンチ・エリアスおよび音質制御フィルタ処理を行い、8倍オーバーサンプル・データ・レート全体に対して8倍オーバーサンプルおよび補間を行い、390KHzにおいて8チャネルの24ビット・ワード出力サンプルを形成する。また、信号制限およびディジタル音量制御もこのDSPにおいて行う。
【0140】
赤外線遠隔制御によってユーザがディジタル・サウンド・プロジェクタに送ったリアル・タイム・ビーム操向設定値から、ARMマイクロプロセッサが、各変換器毎に、タイミング遅延データを生成する。ディジタル・サウンド・プロジェクタは独立して出力チャネルの各々を操向できるので(入力チャネル毎に1つの操向出力チャネル)、多数の遅延計算を別個に行うことになる。この数は、出力チャネル数に変換器の数を乗算した値に等しい。ディジタル・サウンド・プロジェクタは動的に各ビームをリアル・タイムに操向することも可能であるので、計算も迅速に行う必要がある。一旦計算したなら、同じ並列バスを通じて、遅延要求をFPGA(ここで、遅延を実際にディジタル・データ・サンプルのストリームの各々に与える)に、ディジタル・データ・サンプル自体として分配する。
また、ARMコアは、全てのシステム初期化および外部通信も処理する。
【0141】
信号ストリームは、Xilinxフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ・ロジックに入力される。このロジックは、高速スタティック・バッファRAMデバイスを制御して、8チャネルの各々のディジタル・オーディオ・データ・サンプルに与えるのに必要な遅延を生成する。1つずつの出力変換器(この実施態様では256個)に、各チャネルを離散的に遅延させたものを生成する。
【0142】
アポダイゼーション(apodisation)、またはアレイ・アパーチャ・ウィンドウイング(array aperture windowing)(即ち、漸増重み付け係数(graded weighting factors)を、各変換器のアレイの中心からの距離の関数として、変換器毎に信号に適用して、ビーム形状を制御する)を、FPGAにおいて、各チャネルの遅延信号バージョンに別個に適用する。ここでアポダイゼーションを適用することによって、異なる出力サウンド・ビームが、個別に形成された異なるビーム形状を有することが可能となる。これら別個に遅延され、別個にウィンドウ処理されたディジタル・サンプル・ストリームは、8チャネルの各々に1つずつ、そして256個の変換器の各々に1つずつで、合計8×256=2048個の遅延バージョンとなり、変換器毎にFPGAにおいて合計し、256個の変換器エレメントの各々に、個別の390KHz24ビット信号を生成する。オプションとして、アポダイゼーションまたはアレイ・アパーチャ・ウィンドウイングは、簡略化のためには、加算段の後に全チャネルに対して一度に実行するとよい(加算段の前に、チャネル毎に別個に実行する代わりに)が、この場合、ディジタル・サウンド・プロジェクタからの各サウンド・ビーム出力は、同じウィンドウ関数を有することになり、これは最適とは言えない。
【0143】
次に、24ビットおよび390kHzの256個の信号は、各々、同様にFPGA内にある量子化/ノイズ整形回路を通され、データ・サンプル・ワード長を390kHzにおいて8ビットに短縮するが、可聴帯域(即ち、〜20Hzから〜30Kzまでの信号周波数帯域)内では高い信号対ノイズ比[SNR]は維持したままである。
【0144】
実際に有用な実施態様の1つは、SSCをDSPマスタ処理クロック速度の正確な有理数の分数にすることである。例えば、100MHz/256=390,625Hzとなり、これによって、システム全体において、サンプル・データ・レートを処理クロックにロックする。ディジタルPWMタイミング・クロック周波数も、DSPマスタ処理クロック速度の正確な有理数の分数にすると有利である。特に、PWMクロック周波数を、内部ディジタル・オーディオ・サンプル・データ・レートの正確な整数倍、例えば、9ビットPWMに対してサンプル・レートの512倍(29=512であるため)にすると有利である。ディジタル・データ・ワード長を8に短縮しつつ、同時にサンプル・レートを高めることは、次に上げるいくつかの理由により、有用である。
【0145】
i)サンプル・レートを高めることにより、データ・ワード遅延の分解能を高めることができる。例えば、48KHzのデータ・レートでは、可能な最小の遅延刻み幅は1サンプル周期、即ち、〜21マイクロ秒であるが、一方195KHzデータ・レートでは、可能な最小遅延刻み幅は(1サンプル周期)〜5.1マイクロ秒となる。音響出力変換器の直径に比較して、精細なサウンド経路長補償分解能(sound-path-length compensation resolution)(=時間遅延分解能に音速を乗算した値)を有することは重要である。21マイクロ秒の間に、空中のサウンドはNTPにおいて約7mm伝搬する。これは、直径がわずか10mmの変換器を用いる場合には、余りにも粗い分解能である。
【0146】
ii)PCMデータを直接実用的なクロック速度のディジタルPWMに変換することは、ワード長が短い程簡単である。例えば、48KHzのデータ・レートおよび16ビット長では、65536×48KHz〜3.15GHz(ほぼ非実用的)のPWMクロック速度が必要となるが、一方195KHzのデータ・レートおよび8ビット長では、256×390KHz〜100MHz(正に実用的)のPWMクロック速度が必要となる。
【0147】
iii)サンプル・レート上昇によって、サンプル・レートの半分において得られる信号帯域幅が増大し、例えば、〜195KHzのサンプル・レートでは、得られる信号帯域幅は〜96KHzとなる。量子化プロセス(ビット数削減)は事実上量子化ノイズをディジタル・データに付加し、量子化プロセスによって生成したノイズをスペクトル的に整形することによって、ベースバンドの上端との間の領域において、ベースバンド信号よりも高い周波数(即ち、この場合、〜20KHzより上)に大部分を移動させることができる。その効果は、元の信号情報のほぼ全てが、ここでは非常に少ないSNRの低下を伴うだけで、ディジタル・データ・ストリームにて搬送されることである。
【0148】
サンプル・ワード幅を短縮したデータ・ストリームは、各々31Mb/sの26本の直列データ・ストリーム、および付加的な音量データに分配される。各データ・ストリームは、26個のドライバ・ボードの1つに割り当てられる。
図25に示すように、ドライバ回路ボードは、これらが駆動する変換器に物理的に近いことが好ましいが、これらが制御する変換器の各々に、パルス幅変調クラス−BD出力ドライバ回路を設ける。本例では、各ドライバ・ボードは、10個の変換器に接続されており、これによって、全くロー・パス・フィルタ[LPF}の介在なく、変換器はクラス−BD出力ドライバ回路の出力に直接接続される。
【0149】
各PWM発生器は、1つの変換器を直接駆動するクラス−D電力スイッチまたは出力段、あるいは隣接する変換器の直列または並列接続された対を駆動する。クラス−D電力スイッチへの電源をディジタル的に調節すると、変換器への出力電力レベルを制御することができる。この電源を広い範囲、例えば、10:1にわたって制御することによって、変換器への電力は、遥かに広い範囲、10:1の電圧範囲に対して100:1、または一般にN:1の電圧範囲に対してN2:1で制御することができる。このように、ディジタル・ワード長を短縮せずに、広範囲のレベル制御(または「音量」制御)を行うことができるので、更なる量子化(または分解能の低下)による信号劣化は発生しない。電源を変化させるには、クラス−D電力スイッチと同じ印刷回路ボード(PCB)上に実装した低損失スイッチング・レギュレータを用いる。クラス−Dスイッチ毎にスイッチング・レギュレータを1つとして、電源線の相互変調を極力抑えている。各スイッチング・レギュレータを、2つ、3つ、4つまたはその他の整数倍個のクラス−D電力スイッチ毎に用いれば、コストを削減することができる。
【0150】
クラス−D電力スイッチ即ち出力段は、音響出力変換器を直接駆動する。通常のクラス−D電力増幅器の駆動、即ち、非常に一般的に用いられているいわゆる「クラス−AD]増幅器では、クラス−D電力段と変換器との間に電子ロー・パス・フィルタ[LPF](常に、アナログ電子LPF)を配置する必要がある。これは、磁気変換器の共通した形態(圧電変換器では一層強まる)が、クラス−AD増幅器の出力における高エネルギに存在する高周波PWMキャリア周波数に対して、低負荷インピーダンスを与えるからである。例えば、ベースバンド入力信号がゼロのクラス−AD増幅器は、その出力に連続的に、PWM切換周波数(この場合、これは〜50または100MHzとなる)において最大振幅(通常二極)の1:1マーク−空間比[MSR]出力信号を生成し、公称8オームの負荷に接続されると、この負荷において得られる最大電力を消散するが、有用な音響出力信号は得られない。一般的に用いられる電子LPFのカット・オフ周波数は、望まれる最高の信号出力周波数(例えば、>20KHz)よりも高いが、PWM切換周波数(例えば、〜50MHz)よりはかなり低いので、PWMキャリアを効果的に遮断し、電力浪費を最少に抑える。このようなLPFは、電力損失をできるだけ減らしつつ、最大信号電力を電気負荷(例えば、音響変換器)に伝達しなければならない。通常、これらのLPFは、少なくとも2つの電力インダクタと、2つ、または更に多くの場合では、3つのコンデンサを用いる。LPFは、かさばり、構成に比較的費用がかかる。単一チャネル(または数チャネル)増幅器では、このようなLPFはコストを理由に許容することができ、更に重要なのは、PWM増幅器がそれらの負荷(例えば、従来のラウドスピーカ)とは別個に収容され、これらの負荷に場合によっては長いリードによって接続しなければならない場合、このようなLPFが必要となるのは、いずれにしても全く異なる理由からであり、即ち、高周波PWMキャリアが接続リードに進入し、比較的大きな振幅の望ましくない迷走電磁放射[EMI]を発生する可能性が非常に高くなるのを防止するためである。
【0151】
ディジタル・サウンド・プロジェクタでは、音響変換器は、短いリードによって、物理的に隣接するPWM電力スイッチに直接接続されており、全てが同じエンクロージャに収容されているので、EMIの問題は全く起こらない。ディジタル・サウンド・プロジェクタでは、PWM発生器は、クラス−BDとして知られている種類のものであり、これらはクラス−DB PWM信号を生成し、出力電力スイッチを駆動する。一方、これらは音響出力変換器を駆動する。クラス−BD PWM出力信号は、最大振幅二極パルス出力の間でゼロに戻るという特性を有し、したがって三状態であり、クラス−AD信号のような二状態ではない。このため、クラス−BD PWMシステムへのディジタル入力信号がゼロのとき、クラス−BD電力出力状態はゼロであり、クラス−AD PWMによって生成されるような、最大電力二極1:1MSR信号ではない。つまり、クラス−BD PWM電力スイッチは、この状態ではゼロ電力を負荷(音響変換器)に供給する。阻止すべき全電力PWMキャリア信号がないので、LPFは不要である。したがって、ディジタル・サウンド・プロジェクタでは、クラス−BD PWM増幅器のアレイを用いて変換器の一体アレイを直接駆動することにより、電力LPFのアレイの必要性を解消し、コスト、損失電力の大幅な削減が達成される。クラス−BDが従来のオーディオ増幅器では殆ど用いられなかったのは、第1に非常に線形性が高いクラス−BD増幅器を作ることが、同様の線形性を有するクラス−AD増幅器よりも難しいからであり、そして第2に、前述の理由により、EMIを考慮してLPFが一般にいずれにしても必要となり、クラス−BDの主要な効果が打ち消されるからである。
【0152】
音響出力変換器自体は、非常に効果的な電気音響LPFであり、したがって絶対的に最少のPWMキャリアがクラス−BD PWM段から音響エネルギとして放出される。このため、ディジタル・サウンド・プロジェクタのディジタル・アレイ・ラウドスピーカでは、クラス−BD PWMを同じボックス内の音響変換器への直接結合と組み合わせ、電子LPFを用いないことにより、高効率、高電力、多元変換器駆動に対する非常に効果的かつ価格効率的な解決策となる。更に、ディジタル・サウンド・プロジェクタに対する、聴取者が聞く入力チャネルの1つに対応するいずれの1つ(以上)の出力チャネルのサウンドも、音響出力変換器の各々からのサウンドの合計であり、したがって、これらの変換器を駆動する電力増幅段の各々からの出力の合計に関連し、電力スイッチおよび変換器の出力における非対称的誤差は、平均するとゼロとなり、殆ど聞き取れない。したがって、前述のように構成したアレイ・ラウドスピーカの利点は、従来のアレイ型でないオーディオ・システムにおけるよりも、個々のコンポーネントの品質に寛大なことである。
【0153】
ディジタル・サウンド・プロジェクタの特定的な実施態様において、254個の音響出力変換器を大まかに矩形の範囲の三角形アレイに配列し、アレイの1つの軸を垂直とし(そして、20個の変換器から成る7つの垂直列が、各々、19個の変換器から成る6つの列によって分離されている範囲)、変換器の各垂直列における2つ置きの出力変換器がその直下にある変換器と電気的に直列または並列に接続されている場合、チャネルの各々に132の異なるバージョンが得られ、この例では、チャネル数は5である。即ち、合計660チャネルとなる。高いオーディオ周波数(例えば、12KHzないし15KHz)まで、変換器からのおよそ全方向への放射を確保するように、変換器の直径を十分小さくすることは、ディジタル・サウンド・プロジェクタが小さい角度で変換器アレイの面からのサウンドのビームを操向可能でなければいけない場合、重要である。つまり、変換器の直径は、音声帯域全体に適用するには、5mmないし30mmの間が最適である。変換器間の間隔は、ディジタル・サウンド・プロジェクタによって放出されるサウンドの最短波長に比較して小さいことが、音響放射の「スプリアス」サイドローブ(即ち、偶発的に生成され、所望の方向に放出されない音響エネルギのビーム)の発生を最少に抑えるためには望ましい。可能な変換器サイズを実際に検討することから、変換器の間隔は、5mmから45mmの範囲が最も良いことがわかった。三角形のアレイ・レイアウトも、アレイ内に変換器を高い面密度で実装するには最も相応しい。
【0154】
図26に示すように、ディジタル・サウンド・プロジェクタのユーザ・インターフェースは、設定、ステータスおよび制御情報の画面上表示のために、いずれかの適正に接続されたビデオ・ディスプレイ、例えば、プラズマ画面上にオーバーレイ・グラフィックスを生成する。このためには、いずれの接続されたオーディオ・ビジュアル源(例えば、DVDプレイヤ)からのビデオ信号も、表示画面までの途中で、ディジタル・サウンド・プロジェクタを通過させればよく、ディジタル・サウンド・プロジェクタのステータスおよびコマンド情報も、プログラム・ビデオ上に重ね合わされる。ディジタル・サウンド・プロジェクタの端から端までの信号処理動作のプロセス遅延が十分に長い(例えば、変換器の線形性および必要な等化に依存する最初の2つのDSP上で動作する補償フィルタの長さが長い場合)場合、リップ・シンクの問題を回避するためには、オプションのビデオ・フレーム記憶部を、通過するビデオ経路に組み込み、表示されるビデオを出力サウンドと再度同期させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0155】
【図1】単純な単一入力装置を示す図。
【図2】多入力装置のブロック図。
【図3】汎用分配器のブロック図。
【図4】本発明の好適な実施形態において用いられる線形増幅器およびディジタル増幅器のブロック図。
【図5】共通の制御および入力段を有する数個のアレイの相互接続を示す図。
【0156】
【図6】本発明の第1の態様による分配器を示す図。
【図7A】本発明の第1の態様の装置を用いると得ることができる4種類の音場の内の1つを示す図。
【図7B】本発明の第1の態様の装置を用いると得ることができる4種類の音場の内の別の1つを示す図。
【図7C】本発明の第1の態様の装置を用いると得ることができる4種類の音場の内の別の1つを示す図。
【図7D】本発明の第1の態様の装置を用いると得ることができる4種類の音場の内の別の1つを示す図。
【0157】
【図8】3つのサウンド・チャネルを室内で異なる方向に向けたときに得られる3つの異なるビーム経路を示す図。
【図9】異なる伝搬距離を考慮に入れるために各チャネルに遅延を与える装置を示す図。
【図10】オーディオ・チャネルに与える遅延に応じてビデオ信号を遅らせる装置を示す図。
【0158】
【図11A】本発明の第3の態様を説明するために用いられる種々のウィンドウ関数の1つを示す図。
【図11B】本発明の第3の態様を説明するために用いられる種々のウィンドウ関数の別の1つを示す図。
【図11C】本発明の第3の態様を説明するために用いられる種々のウィンドウ関数の別の1つを示す図。
【図11D】本発明の第3の態様を説明するために用いられる種々のウィンドウ関数の別の1つを示す図。
【0159】
【図12】異なるウィンドウ関数を異なるチャネルに適用する装置を示す図。
【図13】異なる周波数を異なる方法で整形可能な装置を示すブロック図。
【図14】異なる周波数帯域を別個の出力変換器に導出する装置を示す図。
【図15】異なる周波数帯域を重複する出力変換器の組に導出する装置を示す図。
【図16】アレイの正面図を示し、記号は各変換器が出力する周波数帯域を表す図。
【0160】
【図17】本発明の第4の態様による、中央付近に密度が高い変換器領域を有する出力変換器のアレイを示す図。
【図18】細長構造を有する単体の変換器を示す図。
【図19】図18に示す変換器のアレイを示す図。
【図20】サラウンド・サウンド効果を得るための出力変換器のアレイおよび反射/共振スクリーンを示す平面図。
【図21】変換器のアレイおよび反射/共振面、ならびに表面で反射されるビーム・パターンを示す平面図。
【0161】
【図22】本発明の第7の態様による、ビデオ・カメラが取り付けられたアレイを示す側面図。
【図23】本発明の第1の態様によるラウドスピーカ・システムの典型的な設定を示す図。
【図24】本発明の第1の態様の好適な実施形態による、ディジタル・ラウドスピーカ・システムの第1部分のブロック図。
【図25】本発明の第1の態様の好適な実施形態による、ディジタル・ラウドスピーカ・システムの第2部分のブロック図。
【図26】本発明の第1の態様の好適な実施形態による、ディジタル・ラウドスピーカ・システムの第3部分のブロック図。
Claims (80)
- 出力変換器のアレイを用いて、複数のサウンド・チャネルから成る音場を作り出す方法であって、
各チャネル毎に、各出力変換器に関して第1遅延値を選択するステップであって、前記第1遅延値を、前記それぞれの変換器の前記アレイにおける位置に応じて選択する、ステップと、
各チャネル毎に第2遅延値を選択するステップであって、前記第2遅延値を、前記アレイから聴取者までの、当該チャネルの音波の予想伝搬距離に応じて選択する、ステップと、
各出力変換器に関して、各チャネルを表す信号を遅延させた複製を得るステップであって、各遅延複製を、前記第1遅延値から成る第1成分と前記第2遅延値から成る第2成分とを有する値だけ遅延させる、ステップと、
から成る方法。 - 請求項1または2記載の方法において、前記チャネルを表す各信号を複製する前に、前記信号に前記第2遅延を与え、次いで前記それぞれの第1遅延値だけ各複製を遅延させる、方法。
- 請求項1または2記載の方法において、前記第1遅延値は、各サウンド・チャネルがそれぞれの方向に送出されるように、所与の方向に応じて選択される、方法。
- 請求項3記載の方法において、各チャネルを異なるそれぞれの方向に送出する、方法。
- 前出の請求項のいずれか1項に記載の方法において、前記第2遅延値の選択を、全サウンド・チャネルの対応する部分が実質的に同時に前記聴取者に到達するように行う、方法。
- 音場を作り出す装置であって、
異なるサウンド・チャネルを表す複数のそれぞれの信号のための複数の入力と、
出力変換器のアレイと、
各出力変換器に関して、各それぞれの入力信号の複製を得るように構成された複製手段と、
前記それぞれの出力変換器の前記アレイ内における位置に応じて選択したそれぞれの第1遅延値だけ、各信号の各複製を遅延するように構成された第1遅延手段と、
前記アレイから聴取者までの当該チャネルの音波の予想伝搬距離に応じて、各チャネル毎に選択した第2遅延値だけ、各信号の各複製を遅延させるように構成された第2遅延手段と、
から成る装置。 - 請求項6記載の装置において、前記第2遅延手段が、前記複製手段によって複製が作成される前に、前記入力信号を遅延させるように構成されている、装置。
- 請求項6または7記載の装置において、前記第1遅延値は、各サウンド・チャネルを前記それぞれの方向に送出するように、所与の方向に応じても選択する、装置。
- 請求項8記載の装置において、各チャネルを異なる方向に送出する、装置。
- 請求項6ないし9のいずれか1項に記載の装置において、前記第2遅延手段が、全サウンド・チャネルが実質的に同時に聴取者に到達するように、各チャネル毎に前記第2遅延を選択するように構成されている、装置。
- 中央チャネルと少なくとも1つのサラウンド・サウンド・チャネルから成る音場を作り出し、出力変換器のアレイを用いて、前記少なくとも1つのサラウンド・サウンド・チャネルを所定の方向に送出する方法であって、
前記少なくとも1つのサラウンド・サウンド・チャネルに対して、各出力変換器に関して第1遅延値を選択するステップであって、前記第1遅延値を、前記それぞれの変換器の前記アレイにおける位置に応じて選択し、前記チャネルを前記所定の方向に送出する、ステップと、
前記中央チャネルに対して第2遅延値を選択するステップであって、前記第2遅延値を、前記アレイから聴取者までの前記チャネルの音波の予想伝搬距離に応じて選択する、ステップと、
各出力変換器に関して、前記少なくとも1つのサラウンド・サウンド・チャネルを表す信号を遅延させた複製を得るステップであって、各遅延複製を、当該出力変換器および当該チャネルについて計算した前記第1遅延値だけ遅延させる、ステップと、
各出力変換器に関して、前記中央チャネルを表す信号を遅延させた複製を得るステップであって、各遅延複製を前記第2遅延値だけ遅延させる、ステップと、
前記出力変換器のアレイを用いて、前記遅延複製を出力するステップと、
から成る方法。 - 請求項11記載の方法であって、更に、
前記中央チャネルに対して、各出力変換器に関して第1遅延値を選択するステップであって、前記第1遅延値を、前記それぞれの変換器の前記アレイにおける位置に応じて選択し、前記中央チャネルを所定の方向に送出する、ステップを含み、
各出力変換器に関して前記中央チャネルを表す信号を遅延させた複製を得るステップは、更に、
前記中央チャネルを表す前記信号の各複製を、前記それぞれの出力変換器および当該中央チャネルについて計算した前記第1遅延値だけ遅延させるステップを含む、
方法。 - 請求項11記載の方法において、前記中央チャネルを表す前記信号の複製は、前記第2遅延値以外の値では遅延させず、前記第2遅延値が、前記信号の各複製について同一である、方法。
- 請求項11ないし13のいずれか1項に記載の方法であって、更に、
前記少なくとも1つのサラウンド・サウンド・チャネルに対して、各出力変換器に関して第2遅延値を選択するステップであって、前記第2遅延値を、前記アレイから聴取者までの前記チャネルの音波の予想伝搬距離に応じて選択するステップを含み、
各出力変換器に関して、前記少なくとも1つのサラウンド・サウンド・チャネルを表す信号を遅延させて複製を得る前記ステップは、更に、
前記少なくとも1つのサラウンド・サウンド・チャネルを表す前記信号の各複製を、前記それぞれの出力変換器および前記少なくとも1つのサラウンド・サウンド・チャネルについて計算した前記第2遅延値だけ遅延させるステップを含む、
方法。 - 請求項11ないし14のいずれか1項に記載の方法において、前記信号を複製する前に、前記中央チャネルを表す各信号に前記第2遅延を与える、方法。
- 請求項11ないし15のいずれか1項に記載の方法において、前記音場が、2つのサラウンド・サウンド・チャネルを備え、各サラウンド・サウンド・チャネルを異なる方向に送出する、方法。
- 請求項11ないし16のいずれか1項に記載の方法において、前記第2遅延値の選択を、全サウンド・チャネルの対応する部分が実質的に同時に聴取者に到達するように行う、方法。
- 請求項11ないし17のいずれか1項に記載の方法において、前記少なくとも1つのサラウンド・サウンド・チャネルを表す前記信号の前記遅延複製を、前記中央チャネルを表す前記信号のそれぞれの遅延複製に加算した後に、前記それぞれの出力変換器によって出力する、方法。
- 請求項11ないし18のいずれか1項に記載の方法において、聴取者に到達する前に、前記少なくとも1つのサラウンド・サウンド・チャネルの音波を壁のような表面で跳ね返す、方法。
- 音場を作り出す装置であって、
少なくとも1つのサラウンド・サウンド・チャネルと中央チャネルとを表す複数の入力信号を受ける手段と、
出力変換器のアレイと、
各出力変換器に関して、前記少なくとも1つのサラウンド・サウンド・チャネルを表す前記信号の複製と、中央チャネルを表す前記信号の複製とを得るように構成された複製手段と、
前記少なくとも1つのサラウンド・サウンド・チャネルを表す前記信号の各複製を、前記それぞれの変換器の前記アレイにおける位置に応じて選択したそれぞれの第1遅延値だけ遅延させ、前記チャネルを所定の方向に送出するように構成された第1遅延手段と、
前記中央チャネルを表す前記信号の各複製を、前記アレイから聴取者までの前記チャネルの音波の予測伝搬距離に応じて選択した第2遅延値だけ遅延させるように構成された第2遅延手段と、
を備えている装置。 - 請求項20記載の装置において、前記第1遅延手段が、更に、前記中央チャネルを表す前記信号の各複製を、前記それぞれの変換器の前記アレイにおける位置に応じて選択したそれぞれの第1遅延値だけ遅延させ、前記中央チャネルを所定の方向に送出するように構成されている、装置。
- 請求項20または21記載の装置において、前記第2遅延手段が、更に、前記少なくとも1つのサラウンド・サウンド・チャネルを表す前記信号の各複製を、前記アレイから聴取者までの前記チャネルの音波の予想伝搬距離に応じて選択したそれぞれの第2遅延値だけ遅延させるように構成されている、装置。
- 請求項20ないし22のいずれか1項に記載の装置において、前記第2遅延手段が、前記複製手段によって複製する前に、前記入力信号を遅延させるように構成されている、装置。
- 請求項20ないし23のいずれか1項に記載の装置において、前記音場が2つのサラウンド・サウンド・チャネルを備えており、前記第1遅延手段が、各サラウンド・サウンド・チャネルを異なる方向に送出させるように構成されている、装置。
- 請求項20ないし24記載のいずれか1項に記載の装置において、前記第2遅延手段が、全サウンド・チャネルが実質的に同時に聴取者に到達するように、前記チャネルに対して前記第2遅延を選択するように構成されている、装置。
- 請求項20ないし25のいずれか1項に記載の装置において、前記第1遅延手段および前記第2遅延手段が、同じ物理的手段である、装置。
- 請求項11ないし19のいずれか1項に記載の方法または請求項20ないし26のいずれか1項に記載の装置において、前記出力変換器をクラス−BD PWM増幅器によって直接駆動する、方法または装置。
- オーディオ−ビジュアル・プレゼンテーションにおいて映像およびサウンド間に時間的対応付けを行い、出力変換器のアレイを用いて、複数のチャネルから成るサウンド・コンテンツを再生する方法であって、
各出力変換器に関して、サウンド・チャネルを表す各信号の複製を、それぞれのオーディオ遅延値だけ遅延させるステップと、
時間的に対応するサウンド・チャネルが聴取者に到達する実質的な時点に、対応するビデオ映像が表示されるように計算したビデオ遅延値だけ、ビデオ信号を遅延させるステップと、
から成る方法。 - 請求項28記載の方法において、各オーディオ遅延値を、前記それぞれの変換器の前記アレイにおける位置に応じて計算する、方法。
- 請求項29記載の方法において、更に、前記アレイから聴取者までの前記チャネルの音波の予想伝搬距離に応じて、各オーディオ遅延値を計算する、方法。
- 請求項30記載の方法において、各サウンド・チャネルの時間的に対応する部分が、実質的に同時に聴取者に到達するように、各オーディオ遅延値を計算する、方法。
- 請求項28ないし31のいずれか1項に記載の方法において、前記アレイおよび前記聴取者間を伝搬する距離が最も長いサウンド・チャネルが、前記アレイおよび前記聴取者間を伝搬するのに要する時間に等しい成分を有するように、前記ビデオ遅延値を計算する、方法。
- オーディオ・ビジュアル・プレゼンテーションにおいて、映像と複数のサウンド・チャネルとの間に時間的な対応付けを行う装置であって、
出力変換器のアレイと、
各出力変換器に関して、サウンド・チャネルを表す各信号を遅延させた複製を得るように構成された複製および遅延手段と、
時間的に対応するサウンド・チャネルが聴取者に到達する実質的な時点に、対応するビデオ映像が表示されるように計算したビデオ遅延値だけ、ビデオ信号を遅延させるように構成されたビデオ遅延手段と、
を備えている装置。 - 請求項33記載の装置において、前記複製および遅延手段は、前記それぞれの変換器の前記アレイにおける位置に応じて各オーディオ遅延値を計算するように構成されている、装置。
- 請求項34記載の装置において、前記複製および遅延手段は、各オーディオ遅延値が、更に、前記アレイから聴取者までの当該チャネルの音波の予想伝搬距離に応じて計算されるように構成されている、装置。
- 請求項35記載の装置において、前記複製および遅延手段は、各サウンド・チャネルの時間的に対応する部分が実質的に同時に聴取者に到達するように、各オーディオ遅延値を計算するように構成されている、装置。
- 請求項33ないし36のいずれか1項に記載の装置において、前記ビデオ遅延手段が、前記アレイおよび前記聴取者間を伝搬する距離が最も長いサウンド・チャネルが、前記アレイおよび前記聴取者間を伝搬するのに要する時間に等しくなるように、前記ビデオ遅延値を計算するように構成されている、装置。
- 出力変換器のアレイを用いて、複数のサウンド・チャネルから成る音場を作り出す方法であって、
チャネル毎に、各出力変換器に関して、前記チャネルを表す信号の複製を得て、チャネル毎に1組の複製信号を得るステップと、
第1サウンド・チャネル信号から発現した第1組の複製信号に第1ウィンドウ関数を適用するステップと、
第2サウンド・チャネル信号から発現した第2組の複製信号に、異なる第2ウィンドウ関数を適用するステップと、
から成る方法。 - 請求項38記載の方法において、ウィンドウ関数を適用するステップは、
各複製信号を減衰または増幅し、前記アレイの中央付近にある出力変換器に宛てられる複製信号を、前記アレイの縁端付近にある出力変換器に宛てられる複製信号よりも少なく減衰させるか、または多く増幅し、減衰または増幅量を前記ウィンドウ関数によって決定するステップを含む、方法。 - 請求項38または39に記載の方法において、前記用いるウィンドウ関数は、前記それぞれのサウンド・チャネルがどのようにアレイによって出力されるかに応じて選択する、方法。
- 請求項38ないし40のいずれか1項に記載の方法において、前記用いるウィンドウ関数は、当該チャネルに要求されるビームの種類に応じて選択する、方法。
- 請求項38ないし41のいずれか1項に記載の方法において、前記用いるウィンドウ関数が、音量制御の関数として可変の形状を有する、方法。
- 複数のサウンド・チャネルから成る音場を作り出す装置であって、
出力変換器のアレイと、
各出力変換器に関して、前記複数のチャネルの各々を表す信号の複製を作成する複製手段と、
第1サウンド・チャネル信号から発現した第1組の複製信号に第1ウィンドウ関数を適用し、第2チャネル信号から発現した第2組の複製信号に、異なる第2ウィンドウ関数を適用するウィンドウ手段と、
を備えている装置。 - 請求項43記載の装置において、前記ウィンドウ手段が、前記アレイの中央付近にある出力変換器に宛てられる複製信号を、前記アレイの縁端付近にある出力変換器に宛てられる複製信号よりも少なく減衰させるか、または多く増幅するように構成されており、減衰または増幅量を前記ウィンドウ関数によって決定する、装置。
- 請求項43または44に記載の装置において、前記ウィンドウ手段を、前記複製手段の後段に直接設けた、装置。
- 請求項43ないし45のいずれか1項に記載の装置において、前記ウィンドウ手段が、当該チャネルに要求されるビームの種類に応じてウィンドウ関数を選択するように構成されている、装置。
- 請求項43ないし46のいずれか1項に記載の装置において、チャネルを表す信号から発生した1組の複製に適用するウィンドウ関数の形状を、前記チャネルに選択した音量に応じて変化させる、装置。
- 出力変換器のアレイを用いて音場を作り出す方法であって、
入力信号を、少なくとも低周波成分と高周波成分に分割するステップと、
前記アレイの第1部分に及ぶ出力変換器を用いて、前記低周波成分を出力するステップと、
前記第1部分よりも小さい前記アレイの第2部分に及ぶ出力変換器を用いて、前記高周波成分を出力するステップと、
から成る方法。 - 請求項48記載の方法において、前記第2部分が、前記アレイの中心付近に位置する前記出力変換器の部分集合から成る、方法。
- 請求項48または49に記載の方法において、3つ以上に分割した信号周波数成分があり、前記信号成分における最短波長の、当該信号成分を出力するために用いられるアレイの部分に対する比率が、全信号成分に対して実質的に一定となるように、信号成分に用いる前記アレイの部分を決定する、方法。
- 請求項48ないし50のいずれか1項に記載の方法において、前記高周波成分に用いる前記アレイの第2部分を、前記低周波成分には用いない、方法。
- 請求項48ないし51記載のいずれか1項に記載の方法において、前記高周波成分に用いられる前記アレイの第2部分が、前記アレイ全体の平均よりも高い密度の出力変換器を含む、方法。
- 請求項48ないし52のいずれか1項に記載の方法を実行するように構成された装置。
- 音場を作り出す装置であって、
出力変換器のアレイを備え、当該アレイの第1区域において、前記アレイの残りの部分よりも、前記変換器が密度高く実装されている、装置。 - 請求項54記載の装置において、前記第1区域が前記アレイの実質的に中央に位置する、装置。
- 請求項54または55に記載の装置において、前記第1区域内の出力変換器は、前記アレイの残り部分にある出力変換器よりも強力でない、装置。
- 請求項54ないし56のいずれか1項に記載の装置において、前記第1区域内の出力変換器は、前記アレイの残り部分にある出力変換器よりも小さい、装置。
- 請求項54ないし57のいずれか1項に記載の装置であって、更に、信号の高周波成分を、前記アレイの第1区域に導出するが、前記アレイの残り部分には導出しない手段を備えている、装置。
- 請求項54ないし58のいずれか1項に記載の装置であって、更に、信号の低周波成分を前記アレイの残り部分に導出する手段を備えている、装置。
- 直線状に互いに隣接して配置された出力変換器のアレイであって、
前記出力変換器の各々は、前記直線に対して垂直な方向の寸法が、前記直線に平行な寸法よりも大きい、アレイ。 - 請求項60記載のアレイにおいて、各出力変換器のアスペクト比が、前記直線に垂直な寸法の前記直線に平行な寸法に対する比率として定義されており、前記アスペクト比が少なくとも2:1である、アレイ。
- 請求項61記載のアレイにおいて、前記アスペクト比が少なくとも3:1である、アレイ。
- 請求項60ないし62のいずれか1項に記載のアレイにおいて、前記配列によって、サウンドが前記直線を含む面に実質的に集中し、前記変換器のサウンド放出側から垂直方向に離れるように延出する、アレイ。
- それぞれのチャネルを表す複数の入力信号が、空間内のそれぞれ異なる位置から発出するように思わせる方法であって、
前記空間位置の各々に、音響反射または共振面を設けるステップと、
前記空間位置から離れた所に出力変換器のアレイを設けるステップと、
前記出力変換器のアレイを用いて、各チャネルの音波をそれぞれの空間位置に向けて送出し、前記音波を前記反射面または共振面によって再伝達させ、前記反射面または共振面の前方または後方の空間位置において前記音波を合焦させるステップと、
から成り、前記送出するステップが、
各変換器に関して、各入力信号を、前記それぞれの出力変換器の前記アレイにおける位置および前記それぞれのフォーカス位置に応じて選択したそれぞれの遅延量だけ遅延させて遅延複製を得て、前記チャネルの音波を当該チャネルに関して前記フォーカス位置に向けて送出するようにしたステップと、
各変換器に関して、各入力信号の前記それぞれの遅延複製を合計し、出力信号を生成するステップと、
前記出力信号を前記それぞれの変換器に導出するステップと、
から成る方法。 - 請求項64記載の方法において、各出力変換器に関して、前記入力信号の遅延複製を得る前記ステップが、
前記入力信号を前記所定回数だけ複製し、各出力変換器に関して複製信号を得るステップと、
前記それぞれの出力変換器の前記アレイにおける位置、および所望のフォーカス位置に応じて選択した前記それぞれの遅延量だけ、前記入力信号の各複製を遅延させるステップと、
から成る方法。 - 請求項64または請求項65記載の方法であって、更に、
前記遅延させるステップの前に、各入力信号の複製に対して前記それぞれの遅延量を計算するステップを含み、
当該入力信号に対して、各出力変換器とフォーカス位置との間の距離を決定し、
単一のチャネルに対する各変換器からの音波が前記空間フォーカス位置に同時に到達するように、それぞれの遅延値を求めることによって計算する、方法。 - 請求項64ないし66のいずれか1項に記載の方法において、前記表面の少なくとも1つが、部屋またはその他の永続的構造の壁によって設けられる、方法。
- それぞれのチャネルを表す複数の入力信号が、空間内の異なるそれぞれの位置から発出するように思わせる装置であって、
前記空間位置の各々における音響反射または共振面と、
前記空間位置から離れて位置する出力変換器のアレイと、
前記出力変換器のアレイを用いて、各チャネルの音波をそれぞれの空間位置に向けて送出し、前記音波を前記反射面または共振面によって再伝達させ、前記反射面または共振面の前方または後方の空間位置において前記音波を合焦させるようにする制御部と、
から成り、前記制御部が、
各変換器に関して、前記それぞれの出力変換器の前記アレイにおける位置および前記それぞれのフォーカス位置に応じて選択したそれぞれの遅延量だけ、各入力信号を遅延させて遅延複製を得て、前記チャネルの音波を当該チャネルに関して前記フォーカス位置に向けて送出するように構成された複製および遅延手段と、
各変換器に関して、各入力信号の前記それぞれの遅延複製を合計し、出力信号を生成するように構成された加算手段と、
前記出力信号を前記それぞれの変換器に導出し、前記チャネルの音波を当該入力信号に関して、前記フォーカス位置に向けて送出するようにした手段と、
を備えている装置。 - 請求項68記載の装置において、前記制御部が、更に、
当該入力信号に対して、各出力変換器とフォーカス位置との間の距離を決定し、
単一のチャネルに対する各変換器からの音波が前記空間フォーカス位置に同時に到達するように、それぞれの遅延値を求めることによって、
各入力信号の複製に対して前記それぞれの遅延量を計算する計算手段を備えている、装置。 - 請求項68または69に記載の装置において、前記表面は反射性であり、拡散的に反射することが望ましいサウンドの周波数の波長程度の粗さを有する、装置。
- 請求項68ないし70のいずれか1項に記載の装置において、前記表面が透光性である、装置。
- 請求項68ないし71のいずれか1項に記載の装置において、前記表面の少なくとも1つは、部屋またはその他の永続的構造の壁である、装置。
- サウンドを合焦する方向を選択する方法であって、
ビューファインダまたはその他の画面手段を用いて、前記方向が所望のものであるか否か判定を行い、前記所望の方向にビデオ・カメラの照準を向けるステップと、
入力信号の1組の複製に与える複数の信号遅延を計算し、サウンドを前記選択した方向に送出するステップと、
から成る方法。 - サウンドをどこに送出するか決定する方法であって、
サウンドを送出する方向に応じて、ビデオ・カメラの照準を向ける方向を自動的に調節するステップと、
ビューファインダまたはその他の画面手段から、前記カメラの照準を向けている方向を識別するステップと、
から成る方法。 - 請求項73または74に記載の方法において、前記サウンドが合焦し、前記カメラは、前記サウンドと同じ位置に合焦するように構成されている、方法。
- 請求項73または74に記載の方法において、室内の基準点を用いて前記サウンドを合焦する、方法。
- 音場を設定または監視する装置であって、
出力変換器のアレイと、
方向可変のビデオ・カメラと、
前記出力変換器のアレイおよび前記ビデオ・カメラを制御して、前記アレイからのサウンドを送出するのと同じ方向に前記ビデオ・カメラの照準を向けるようにする手段と、
を備えている装置。 - 請求項77記載の装置において、前記カメラを前記アレイに取り付けた、装置。
- 請求項77または78に記載の装置において、前記サウンド・ビームは、合焦するように構成され、前記カメラは実質的に同じ地点で合焦するように構成されている、装置。
- 請求項77または79に記載の装置において、前記サウンド・ビームは、前記カメラの視野内にある基準点において合焦するように構成されている、装置。
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