JP2014505426A - 完全なオーディオ信号のための装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、普通ならオーディオ信号中に含まれる、閉じられて隠匿された情報を取り戻すための装置および方法に関する。能動的な回路が、同相の信号と位相がずれた信号の間の比を和信号と差信号を適用して平衡を保ち、ステレオ信号中、さらにまたモノラルの、およびマルチチャネルの信号の適用において利得の比を調節する。これは、オーディオ信号のコンテンツを解き広げ、または開く目的のために、主の基準信号と複数の重複する複製信号の両方を含み、その複製信号は、実質的には、主の基準信号とすべての点で同一であるが、ただし、振幅および位相に関しては除かれる。ペアの出力信号のレベルは、黄金比を近似し、その黄金比は、（１足すルート５）割る２であり、無理数の１．６１８を与える。

Description

本出願は、２００９年９月１１日出願の米国特許出願第１２／５８５，４１１号の一部継続であり、これは、本明細書に完全に述べられているかのように参照によってその全体がここに援用される。

本発明は、実質的に完全なオーディオ信号を確立するための方法および装置に関し、特に、ディスクリートオーディオ信号から情報を取り戻して、実質的に欠けているところがない、事実上全方向性のサウンドイベントを復元する、または生成するための方法および装置に関する。

サウンドは、空気などの媒体中で圧力および速度として存在する。サウンドは、音声、ドアをぱたんと締める、バイオリンの弦を弓で弾くことなど、機械的な撹乱から始まる。音源の振動によって、波が形成される、またはパターン化される。波は、すべての方向、たとえば、３次元で、全方向に、球状に放射される。これらの移動する波が、サウンドとして聞こえる。

いずれもの音圧について、通常測定される３つの構成要素、すなわち、周波数、振幅および位相が存在し、そのとき、基準が利用できる。

電子的なオーディオ信号が誕生したときから、ゴールは、リスナが、再生とオリジナルの差を聞き分けることができないような形で、元のサウンドイベントの正確なレプリカを取り込み、格納し、再生することであった。

電子的なオーディオ信号が、変動する電気量であり、その変化は、すべてのサウンド情報をコードとして表す。その信号コードから周波数および振幅の情報部分の大部分を、高い忠実性で、どのように解くのかを学んでおり、それによって、今日、広帯域幅および広いダイナミックレンジを楽しむことができる。位相は、サウンドの１つの主な構成要素であり、それは、サウンドの空間的および時間的な情報要素の結合すべてを基本的に表しているが、サウンドは、従来の手段によって、かなりの忠実性では再生されていない。その結果、従来再生されるオーディオ信号は、この時点まで不完全であった。

理想的で完全なオーディオ信号は、すべてのサウンド構成要素が、周波数、振幅および位相を含めて、等しい忠実性で十分に開かれ、伝えられ、再生される信号であるはずである。そのような信号は、また、元のサウンドイベントと区別ができないはずである、たとえば、既存の不完全な信号が放射するようにではなく、むしろ、すべての方向に、３次元で、全方向に、球状に放射するはずである。

既存の不完全なオーディオ信号は、サウンドのいくつかの構成要素（周波数および振幅）だけに関して、高い忠実性を有する複製を提供することができるので、サウンド再生は、これまで、２次元の様相に限定されてきた。ステレオ、バイノーラルおよび様々なサラウンドのサウンド技法、それより勝った技法など、従来技術の方法は、違ったように自然に生じる空間的および時間的な情報を人工的に補うように設計される信号処理の強化方法および装置をもたらしている。これらの制約によって、元のサウンドイベントのコンテンツ要素が、信号コード内に閉じ込められたままの状態、すなわち、見失われ、隠され、埋められ、隔離され、包み込まれたままの状態に置かれているが、それでもなお、信号の内部にいまだに含まれたままである。本発明は、人工的な要素を導入するのではなく、オーディオ信号内に今まで隠されていた情報を開く、または解き広げることによって、実質的に完全なオーディオ信号を生成するための方法および装置である。

単語「位相（ｐｈａｓｅ）」を数多く使用する。オーディオにおける用語「位相」の概括的な使用は、スピーカの適切な「調整して位相を合わせること（ｐｈａｓｉｎｇ）」のアイデア、またはメーカの製品を述べるための用語「絶対位相」のどちらかに大部分限定されている。重要である位相の他の面は、モノラル位相であり、通常、遅延したサウンドが、耳の片方または両方に同時に加えられる。従来技術は、バイノーラル位相の領域中で広範囲な働きを示し、それは、一方の耳からもう一方の耳までの経路長の差による時間遅延と言われる。しかし、位相のアイデアは、サウンドの特性を定義するものとして、一般に議論されない。一般に測定もされない。位相は、本明細書では、構築プロセスとして、聞くことのルールと関係付ける。すなわち、脳は、耳から脳に来るデータを取り入れ、ルールを適用し、サウンドの描写を組み立てるように機能する。これらのルールは、信じ難いほど繊細で複雑である、込み入った機械的、生物学的および神経学的なプロセスを包含する。

位相は、本発明に適用されるとき、元の音のイベントと実質的に区別できないように、信号を通じてサウンドを耳に伝えることができるようにし、元の取り込まれた、伝えられた、またはレコーディングされたサウンドと同様で同等なものになるように、サウンドを放射する。耳から受け取られた音波を脳に伝えることによって、聞くプロセスは完了する。位相は、実質的に正確に、聴いた経験を再現する能力における「失われた環（ｍｉｓｓｉｎｇ ｌｉｎｋ）」と考えられる。本発明は、リスナに、元のイベントと実質的に区別できないように聞こえる聴く経験を与えるために、位相を使用する。

位相は、また、基準信号に対する１つの信号の相対的な測定値である。音のイベントでは、相対的な位相は、時間と空間の両方から影響される。これは重要である、というのは、通常の聴く経験では、単一（またはモノラル）の信号がレコーディングされる、またはステレオなど、多数の信号がレコーディングされようとなかろうと、レコーディングされた信号は、マイクロフォンの場所でレコーディングされた信号についての情報に関して位相を表すからである。多数のマイクロフォンが使用されたとき、レコーディングされた信号毎の位相に関する情報は、音源に対するマイクロフォンの位置に、さらにまたレコーディングが行われる空間のオーディオ効果に特有である。それゆえ、多数のマイクロフォンを使用して、それらの出力を一緒に加算することによって、モノラル信号を生成することができる、またはステレオまたはサラウンドのサウンド用途のためにディスクリート信号をレコーディングすることができる。一般に、選ばれた電子機器によってレコーディングから最終的に聴く環境までの信号経路は、信号毎に独自に異なることになる。異なる空間の錯覚のために人工的な残響を生成する頭部伝達関数とデジタル信号処理とを含め、聴く環境のためにレコーディングされた信号を高める目的で、かなりの努力が懸命に尽くされてきたが、サウンドが聞こえる空間のオーディオ効果からリスナを隔離することは、事実上不可能である。しかし、多数のマイクロフォンを用いて信号をレコーディングすることができるのと同じように、多数のスピーカを部屋に配置することによって、物理的な空間中で緩やかなクロスオーバを実現することができるので、元の信号を使用してレコーディングのプロセス中に含まれた情報を抽出し、レコーディングされた信号中に緩やかなクロスオーバを導入し、もっとリアルでダイナミックな信号を伝達するために、これらの信号が物理空間中で層状化されることになるように、これらの信号を一緒に層状化することも可能である。

本発明を述べる目的のために、位相層状化（ｐｈａｓｅ ｌａｙｅｒｉｎｇ）、位相層状化（ｐｈａｓｅ ｌａｙｅｒｅｄ）回路またはＰＬＣ（ｐｈａｓｅ ｌａｙｅｒｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、さらに緩やかなクロスオーバ（ｇｒａｄｕａｔｅｄ ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ）などの用語を含む、様々な用語を本明細書に用いる。

いずれものサウンド構成要素がその元の形から歪まされた場合、すべてのサウンド構成要素は、影響を受ける恐れがある。したがって、位相、振幅または周波数に影響を及ぼすものは、すべてに影響を及ぼす恐れがある。

ステレオサウンドは、「効果」であり、本来は存在しない。ステレオ効果は、まるでサウンドが、２つのステレオスピーカの間の中心のどこからか来ているように思われる「ファントムイメージ（ｐｈａｎｔｏｍ ｉｍａｇｅ）」を生成するが、そのとき、実際には何にもない。それは、「幻想（ｉｌｌｕｓｉｏｎ）」である。ステレオシステムの品質を定義する基礎は、このファントムイメージがリアルな「サウンドステージ（ｓｏｕｎｄｓｔａｇｅ）」をいかにうまく生成することができるのかということである。サウンドステージは、通常「スイートスポット」として呼ばれるものの中で起こる。それは、ステレオシステムによって発生するサウンドステージが、リスナが「その場にいる」というバーチャルリアリティを経験するように、納得させるファントムイメージを生成する場所である。サウンドステージは、リスナが、スイートスポットの外部に、ファントムイメージが生じているところから離れて右側に、または左側に、どちらかにあまりにも遠く移動したとき、ばらばらに壊れる。一度スイートスポットの外部に出ると、幻想は、去ってしまう。今日使用されている、ほとんどの消費者ベースのオーディオ機器は、ステレオサウンドのスタンダードに基づく。

オーディオ電子機器に使用されている、いくつかの種類の信号プロセッサがある。１つのタイプは、グラフィックイコライザなど、環境と関連する問題を解決するように設計され、部屋を平坦な周波数応答に同調させるように設計され、したがって、オーディオシステムが演奏したとき、部屋は、サウンドに加算したり減算したりしない。残響システムなど、別の種類の信号プロセッサは、信号を調節し、スタジオサウンド中でなされる加工されるレコーディングを、まるでライブでスタジオサウンドをレコーディングしているかのように行うように設計されている。オーディオ技術者は、自らの仕事の中でこれらおよび他のツールを使用する。

別のタイプの信号プロセッサは、脳が耳から脳に来る情報をどのように解釈するのかという研究に基づく、心理オーディオの技法を利用する。これらのタイプの心理オーディオの信号プロセッサの多くは、主にステレオサウンドと関連するいくつかの問題を解決する助けとして使用されてきた、また、時には、モノラルおよびディスクリートの信号用途に使用することができるが、しばしばあまり重要でない利点として使用される。

ステレオサウンドは、ファントムイメージがその中に含まれるスイートスポット領域などの制約を受ける。コンサートで楽しむことができるなど、大勢の聴衆が同時に分かち合うことができるライブサウンドと異なり、ステレオサウンドは、２つのスピーカの間に限定される領域を有し、そこに、聴衆が、合成サウンドステージを経験するために寄せ集まらなければならない。ステレオサウンドのこの短所は、サウンドステージのサイズの制約を克服し、スイートスポットを拡大する、またはホームシアターおよびサラウンドサウンドのための基礎である映画館のサウンドの場合のように、異なる技術を用いてスイートスポットを全くなくす、そのどちらかのための方法を見出すように設計されている、様々な開発に繋がっている。したがって、いくつかの種類の信号プロセッサを開発するための動機付けの１つは、ステレオ経験を高めることであった。本発明は、スイートスポットに限定されないので、いずれもの現場で、どのようなときでも、いずれもの試聴条件下でも経験することができる。さらに、本発明は、すべてのオーディオ信号および信号経路（モノラル、ステレオ、シンセサイズされるマルチチャネルおよびディスクリートなマルチチャネル、レコーディングされて再生されるサウンドおよび伝えられるサウンド）を取り扱う、というのは、すべてが、本発明に至るまで、隠され埋められた状態のままであった情報を含んでいるからである。

高い忠実性のルールの１つは、元のサウンドイベントに忠実な状態で留まることであり、それは、「変えることなく信号を聞くこと」を意味する。したがって、本格的に音楽を聴くための設計目的は、最新技術が許容するのと同じぐらい信号完全性をオーディオ経路に沿って維持することである。したがって、優れたオーディオは、実際、優れた科学技術であり、優れたオーディオを、すべてのオーディオ信号に適用することができない、またはそのようにすべきでないという理由は、存在しない。オーディオ信号が、いずれもの音響的、機械的または電気的な装置を通過する毎に、いつも、歪みが生成される。オーディオ設計者は、信号が、ほとんど情報を漏らさずに忠実性がもっとも高くなるように歪み量を限定するために、忠実な再生または忠実性を維持するように仕事をする。本発明の実質的に完全なオーディオ信号が、信号中にかねてから存在しないものは何も著しく追加することなく、またはそれから何も取り去ることなく、従来技術に比べて、元のサウンドイベントの情報の極めてより多くを伝達するように設計される。

次の米国特許に、主にステレオ用途でオーディオ音場を高めるために使用される技法が、示されている。頭部伝達関数（ＨＲＴＦ：ｈｅａｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の応用、残響または空間的な効果を生成して、聴く環境の音場以外の音場を模倣するためのデジタル信号処理の使用、および空間的な効果を加えるためのステレオ信号の使用を含む、３つのアプローチが、過去に通常使用されている。本発明は、使用する方法によって従来技術と区別され、その方法は、モノラル、ステレオ、または他のマルチの信号形態に適用することができる。本発明は、ステレオ信号の使用に頼ることなく、すべての信号形態の音声明瞭度および他の多くの面を向上させることができる。

Ｃｏａｔｓ他に与えられた米国特許第７，２０３，３２０号には、サブハーモニック発生器およびステレオ拡張プロセッサが教示されている。方法および装置は、第１の範囲の間からの周波数を含む入力信号を受け取ることと、入力信号をフィルタリングして、第２の範囲の間からの周波数を含む第１の中間信号を生成することと、第３の範囲の間からの周波数を含む、第１の中間信号からサブハーモニック信号を生成することであって、周波数の第３の範囲は、周波数の第２の範囲より約１オクターブ低い、生成することと、入力信号の左側チャネル信号からの、周波数の第４の範囲の間からのいくつかの周波数で、エネルギーを消去して左側チャネル出力信号の少なくとも一部分を生成することと、入力信号の右側チャネル信号からの、周波数の第５の範囲の間からのいくつかの周波数で、エネルギーを消去して右側チャネル出力信号の少なくとも一部分を生成することとのうちの１つまたは複数をもたらすことができる。

Ａｒｔｈｕｒに与えられた米国特許第７，００３，１１９号は、いくつかのサブシステムを使用して、ステレオ入力信号から出力を発生させる、マトリックスのサラウンドデコーダ／バーチュアライザに関する。第１のサブシステムは、ファントム（ｐｈａｎｔｏｍ）中心出力をシンセサイズし、それにより、モノラル中心音像を、リスナの前方で左側および右側のスピーカの間に配置する。第２のサブシステムは、バーチャルサラウンド（または後方）出力信号をシンセサイズし、それにより、リスナの両側にサウンド音像を配置する。第３のサブシステムは、左側および右側のステレオ出力をシンセサイズし、左側および右側のサウンド音像の場所を拡大する。

音調補償および能動的なマトリックス化を有するステレオ空間拡張回路が、Ｈｏｏｖｅｒに与えられた米国特許第６，９４７，５６４号に示されている。ステレオ拡張回路では、（左側＋右側）和信号が、（左側−右側）差信号中の中音域周波数のブーストを補うように、中音域に比べて低音域および高音域の周波数を増加させることによって、ペクトル的に修正される。ステレオ拡張効果および信号パラメータの操作は、能動的なマトリックス化増幅器によって生成される。

Ｍｏｒｒｉｓに与えられた米国特許第６，７１１，２６５号は、空間的に拡張されるステレオオーディオ音像の集中化に関する。ステレオシステムは、和および差の信号を拡張させて空間的に音像化する。（左側＋右側）和信号を同等化することによって、中心オーディオマテリアルをより中心に向けて局在させる。同等化は、和信号の低音域応答を低下させることと、さらに、高音域応答を高めることとを含み、所望の低音域の減少が、ジャイレータを使用することによって実現されて、経済的にインダクタンスをシンセサイズしている。さらに、低音域周波数で信号を低下させ、高音域周波数で信号を高めるための（左側＋右側）和信号の同等化は、個々に切り替え可能である、または「オン」と「オフ」のモードの間の組合せである。

Ｃｈｏｉに与えられた米国特許第６，５８７，５６５号では、ステレオチャネルの信号から３次元音像のサウンド信号を生成するとき、ステレオサウンドまたはエンコーディングされるサウンドの空間効果を向上させるためのシステムが提供される。これは、サウンドの空間効果および指向性を高めるための信号が生成されるところの空間効果を高める部分と、低周波数範囲中のステレオチャネル信号の信号構成要素を高め、中間周波数範囲中の信号構成要素を維持するための信号が発生されるところの帯域を高める部分と、空間効果を高める部分の出力信号、帯域を高める部分の出力信号およびステレオチャネル信号が、マトリックスの形で計算されるところのマトリックス部分とを含み、したがって、サウンドの空間効果が、左側および右側のチャネル信号の間の差動構成要素を使用して向上される。この特許によれば、サウンドの空間効果は、込み入った回路構造を使用することなく、向上させることができ、ＳＮ比の低下が防止され、サウンドの空間効果を実現させるための費用性能比が向上する。

Ｓｃｈｗａｒｔｚに与えられた米国特許第６，４４８，８４６号は、制御される位相キャンセル回路およびシステムに関する。この特許では、プロセッサの出力またはプロセッサの出力の複数の一部分と、特定の周波数範囲または複数の範囲で前処理された信号の位相との間の位相関係を制御し、それによって、プロセッサの作用を、制御された状態で強調する、または高めることができることが述べられている。一実施形態では、これは、入力信号を受け入れて、入力信号がプロセッサの出力と加算される前に、この入力信号を選択的に増幅する利得制御回路を設けることによって達成される。

Ｋｌａｙｍａｎに与えられた豪州国特許第７０８，７２７号では、ステレオ強化システムが教示されている。

Ｓｃｈｏｔｔに与えられた米国特許第５，７６１，３１３号は、ステレオ信号のステレオ音像分離を向上させるための回路に関する。ステレオ音像は、ステレオ信号の弁別チャネル中での特別の周波数応答操作を使用することによって、ラウドスピーカの実際の配置を越えて拡張するように思われることになる。これは、もし音源がバーチャル位置に物理的に移動されたとすると、経験することになる応答をシミュレートするように、弁別チャネル応答を形作ることによって、達成される。回路は、左側および右側のステレオ信号が、それに印加される加算および高周波数等化回路と、左側および右側のステレオ信号が、また、印加される、差を形成して人の耳を同等化させる回路とを含む。これらの回路からの出力は、交差結合されて、左側および右側のチャネル出力を形成する。

Ｈａｗｋｓに与えられた米国特許第５，６９２，０５０号は、ステレオおよびモノラルの信号を空間的に高めるための方法および装置に関する。モノラル受信機との適合性を犠牲にすることなく、ステレオ信号を空間的に高める方法および装置が、開示される。一実施形態によれば、ステレオ強化システムが、２つのオペアンプ（ｏｐ−ａｍｐ）および２つのキャパシタだけを使用して実現され、空間的強化モードとバイパスモードの間で切り替えることができる。他の実施形態では、簡単化されたステレオ強化システムが、出力チャネルの１つを、他の出力チャネルおよび入力チャネルの和として構築することによって、実現される。他の実施形態では、疑似ステレオ信号が、シンセサイズされ、ステレオスピーカのクロストークのキャンセル原理によって、空間的に高められる。また他の実施形態では、モノラル信号およびステレオ信号のそれぞれの空間的な強化が、一体に組み合わされて、連続的に両方の強化作用を混合することが可能な単一システムになる。

Ｋｅｎｎｅｄｙ他に与えられた米国特許第４，９５９，８５９号は、ＦＭチャネル分離調節システムに関する。

逆位相信号の従来の定義は、米国特許第６，４７７，２５５号に要約されているように、反転した位相（１８０度）を有する信号である。

Ｋｌａｙｍａｎに与えられた米国特許第４，８６６，７７４号は、ステレオ強化および指向性のサーボである。ステレオ音像強化のために処理される和および差の信号を有するステレオシステムでは、ステレオサウンドの見掛けの指向性が、左側および右側の処理される差信号（左側−右側）ｐ、（右側−左側）ｐについてサーボシステムを使用することによって、増加される。左側および右側のサーボのそれぞれは、それぞれの左側または右側のステレオ入力信号（左側入力、右側入力）に応答し、それぞれの左側または右側の処理される差信号の増加を増幅する。増幅量は、増幅された、または指向性が高められた差信号（左側−右側）ｐｅ、（右側−左側）ｐｅをフィードバックすることによって、制御され、最初に、それを、指向性が高められる前の処理される差信号（左側−右側）ｐ、（右側−左側）ｐと比較し、次いで、それを、事前に選択される比で、入力信号（左側入力、右側入力）と結合して、指向性強化のためにもたらされる処理される差信号の増幅量を制御する。

Ｈｉｂｉｎｏに与えられた米国特許第４，８１５，１３３号では、音場生成装置が教示されており、それは、ステレオ音源に接続されて、オーディオ信号をラウドスピーカシステムに供給し、それは、右側入力信号と左側入力信号の間の差信号を抽出することによって、間接的なサウンド構成要素を抽出するための間接的なサウンド抽出回路を有する。差信号は、位相を反転させて、反転した差信号が得られる。２つのミキシング回路のそれぞれが、右側入力信号、左側入力信号、左側と右側の差信号および反転した差信号を受け取って、左側と右側の出力を生成する。

Ｃａｒｖｅｒに与えられた米国特許第４，２１８，５８５号は、ステレオシステムのための、ある次元のサウンド生成装置および方法に関する。右側信号は、右側スピーカを駆動することに加えて、反転させて遅延させ、左側スピーカに送信される。左側信号は、左側スピーカを駆動することに加えて、反転させて遅延させ、右側スピーカに送信される。

Ｉｉｄａに与えられた米国特許第３，７２５，５８６号は、２つの音源から４つのサウンド信号を導き出すための多重サウンド再生装置に関する。２つの入力回路に印加される左側および右側のサウンド信号は、それぞれ、位相シフタによって位相がずらされ、次いで別々の出力回路に供給される。また、左側サウンド信号は、ローパスフィルタを通過させて、位相がずらされた右側サウンド信号と組み合わされ、その組み合わされた信号は、別の出力回路に供給される。同様に、右側サウンド信号は、ローパスフィルタを通過させて、位相がずらされた左側サウンド信号と組み合わされ、この組み合わされた信号は、別の出力回路に供給される。

本発明の方法および装置は、元の音源に対する忠実性および完全性が向上された状態において、オーディオ信号コード中に含まれる実質的な量のサウンド情報を利用する、実質的に完全なオーディオ信号を再生する。

本発明は、信号の取込み、伝達または格納から再生までのオーディオチェーンのいずれものリンクで実質的に完全なオーディオ信号を提供することに加えて、また、存在する（不完全な）なオーディオ信号内に含まれるコードから実質的に完全なオーディオ信号を復元する方法を提供する。本発明の原理は、電話、ラジオ放送、ライブのサウンド拡声によって、またはＣＤまたはＭＰ３のプレーヤ、蓄音機、ＤＶＤまたはブルーレイプレーヤからなど、レコーディングから再生されるサウンドによってなど、ライブで伝えられるサウンドから、知られるオーディオ信号の適用例における、シングル、モノラルまたはディスクリート、あるいはステレオ信号などのマルチの信号であろうとなかろうと、いずれもの知られる信号タイプに適用することができる。

さらに、本発明は、また、スピーチおよび会話のために明瞭性を向上させることができ、特に、電気通信、映画、および軍事、法執行、医療および他の緊急サウンドの用途など、他の用途で有利である。また、向上された明澄さ、より高い分解能、より優れたダイナミックス、より本当のトーン、より幅広い、より大きい、より広いスペース、より正確なダイナミックス、より自然なスペクトルバランス、およびより手の込んだディテールが、完全なオーディオ信号によって、欠けたものがない、開かれた元のサウンド構成要素を提供することの自然の副産物のいくつかである。

したがって、本発明は、オーディオ再生システムのための方法および装置を対象とし、そのシステムは、関連技術の制約および弱点による問題の１つまたは複数を実質的に取り除く。本発明は、述べるように、オーディオ信号に適用される。これは、ステレオ信号、ならびにモノラルおよびマルチチャネルの信号を含む。本発明の一態様によれば、以下の詳細な明細書本文で述べるように、位相層状化（ｐｈａｓｅ−ｌａｙｅｒｉｎｇ）を使用して、完全なオーディオ信号を獲得する。本発明の別の態様によれば、完全なオーディオ信号は、ペアの信号のそれぞれに関する利得を調節し、それによって、比を、本明細書に黄金比として言うものに近似させ、次いで、利得が調節された信号の各ペアが、ミキシングされて、対応するオーディオ出力信号を生成することによって獲得される。

黄金比は、より具体的には、２つの量、１つは、１より大きい量および他は、１より小さい量によって定義される数学的定数であり、２つの量の和の大きい量に対する比が、より大きい量のより小さい量に対する比と等しい。数値的には、黄金比は、（１足すルート５）割る２に等しく、それは、ほぼ１．６１８に等しい無理数を与える。黄金比が、選択比で芸術家および数学者によって使用されており、黄金比は、事実上分かっているが、それは、そうでなければオーディオ信号中に埋め込まれた、隠されているコンテンツを明らかにするために、それら信号のミキシングに、これまで適用されていなかった。

本発明の目的および利点は、オーディオ信号再生方法およびオーディオ信号再生方法を実施する回路を通じて達成することができ、その方法および回路は、何よりも、複数の入力信号をミキシングして、複数の中間信号を発生させることを含む。中間信号のそれぞれは、中間信号の別の信号とペアにされる。各中間信号の利得が、各ペアの中間信号を作り上げる中間信号と関連する利得の比が少なくとも黄金比を近似するように、調節される。次いで、各ペアの中間信号を作り上げる、利得が調節された中間信号は、ミキシングされて、対応する出力信号を生成する。

発明の目的および利点は、オーディオ信号再生方法を通じて達成することができる。方法は、何よりも、左側および右側の信号を有するディスクリート信号源を選択することと、左側の選択されたディスクリート信号を第１の加算回路および第２の加算回路に印加することと、右側の選択されたディスクリート信号を第２の加算回路および第３の加算回路に印加することとを含む。方法は、また、左側の選択されたディスクリート信号を反転させることと、反転した左側の選択されたディスクリート信号を第３の加算回路に印加することとを含む。同様に、方法は、右側の選択されたディスクリート信号を反転させることと、反転した右側の選択されたディスクリート信号を第１の加算回路に印加することとを含む。前記第１の加算回路および前記第２の加算回路の出力は、左側出力加算回路に印加され、前記左側出力加算回路の各入力の利得は、利得の比が、少なくとも黄金比を近似するように、調節される。次いで、左側出力加算回路に対する入力信号は、ミキシングされて、左側出力信号を生成する。第３の加算回路および第２の加算回路の出力は、右側出力加算回路に印加され、前記右側出力加算回路の各入力の利得は、利得の比が、少なくとも黄金比を近似するように、調節される。次いで、右側出力加算回路に対する入力信号は、ミキシングされて、右側出力信号を生成する。

本発明の目的および利点は、また、オーディオ信号再生方法を通じて達成することができ、その方法は、何よりも、左側および右側の信号入力を有するディスクリート信号源を選択することと、左側入力信号および反転した右側入力信号を加算して、左側−右側の差信号を生成することと、右側入力信号および反転した左側入力信号を加算して、右側−左側の差信号を生成することと、左側入力信号および右側入力信号を加算して、左側＋右側の和信号を生成することとを含む。方法および回路は、左側＋右側の和信号の利得を調節することと、左側−右側の差信号の利得を調節することと、右側−左側の差信号の利得を調節することとをさらに含む。さらにまた、方法および回路は、利得が調節された左側＋右側の和信号および利得が調節された左側−右側の差信号を加算して、左側オーディオ出力信号を生成することであって、左側＋右側の和信号および左側−右側の差信号と関連する利得の比が、少なくとも黄金比を近似する、生成することを含む。同様に、利得が調節された左側＋右側の和信号および利得が調節された右側−左側の差信号は、加算されて、右側オーディオ出力信号を生成し、左側＋右側の和信号および右側−左側の差信号に関する利得の比が、少なくとも黄金比を近似する。

発明の目的および利点は、また、オーディオ信号再生システムを通じて達成することができる。そのシステムは、何よりも、左側および右側の信号出力を有するディスクリート信号源を含む。システムは、また、第１、第２および第３の加算回路を含み、それぞれの加算回路は、出力を有し、それぞれの加算回路は、ディスクリート信号源の左側および右側の信号出力それぞれに動作可能に接続される左側入力および右側入力を有し、第１、第２および第３の加算回路の左側入力は、ディスクリート信号源の左側信号出力と関連する左側入力信号を受け取り、第１、第２および第３の加算回路の右側入力は、ディスクリート信号源の右側信号出力と関連する右側入力信号を受け取る。システムは、第３の加算回路より前で左側入力信号を反転させる左側インバータと、第１の加算回路より前で右側入力信号を反転させる右側インバータとさらに含む。さらにまた、システムは、左側出力加算回路を含み、その左側出力加算回路は、第１の加算回路および第２の加算回路の出力それぞれに接続される第１の入力および第２の入力を有し、かつ第１の入力および第２の入力で信号利得を別々に調節するための増幅構成要素を有し、左側出力回路は、左側出力加算回路の第１の入力および第２の入力において利得が調節された信号をミキシングする結果である左側出力信号を生成するように構成され、左側出力加算回路の第１の入力および第２の入力で、信号と関連する利得の比が、少なくとも黄金比を近似する。同様に、システムは、右側出力加算回路を含み、その右側出力加算回路は、第２の加算回路および第３の加算回路の出力それぞれに接続される第１の入力および第２の入力を有し、かつ第１の入力および第２の入力において信号利得を別々に調節するための増幅構成要素を有し、右側出力回路は、右側出力加算回路の第１の入力および第２の入力で、利得が調節された信号をミキシングする結果である右側出力信号を生成するように構成され、右側出力加算回路の第１の入力および第２の入力で、信号と関連する利得の比が、少なくとも黄金比を近似する。

上述の概括的な記述と本発明の次の詳細な明細書本文の両方が、例示的であって説明のためのものであり、本発明のさらなる記述を、特許請求するように提示すると意図されることを理解すべきである。

本発明をさらに理解してもらうために含められた、本明細書の一部分中に組み込まれこれを構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、明細書本文とともに、本発明の原理を述べることに役立つ。

本発明の第１の例示の実施形態による受動的なサウンドシステムのブロック図である。 本発明の第２の例示の実施形態による能動的なサウンドシステムのブロック図である。 図２における概略ブロック図である。 図３における概略図を拡大した概略図である。 図３における概略図を拡大した概略図である。 図１の第１の例示の実施形態によるサウンドシステムの能動的な変形形態のブロック図である。 図１の第１の例示の実施形態によるサウンドシステムの第２の能動的な変形形態のブロック図である。

ここで、添付図面に例示する、本発明の例示の実施形態を詳細に参照する。

本発明の原理によって実質的に完全なオーディオ信号を獲得するための２つの例示の実施形態を例示し、本明細書に開示する。１つの例示の実施形態では、受動的な信号を示し、さらに第２の実施形態では、能動的な信号を示す。当業者は、パラメータが、いずれもの特定の周波数設定、またはフィルタのタイプに固定されないことを理解するはずである。また、フィルタが、角度、または６ｄＢ、１２ｄＢ、１８ｄＢまたは２４ｄＢなどの程度に限定されない。さらにまた、ローパスについての１００Ｈｚまたはハイパスについての１６ｋＨｚなどの周波数設定は、記述する目的で例として単に使用するに過ぎない。

図面のうちの図１に、別の能動的な回路を備えていないオーディオ増幅器に接続されるラウドスピーカとともに動作することができる、受動的な構成のブロック図を例示する。モノラルまたはディスクリート信号源１０が、第１のオーディオ増幅器１１に、および第２のオーディオ増幅器１２にディスクリート信号源の信号を印加する。増幅器１１は、その出力がスピーカ１３および１４のペアに接続され、それぞれが、第１の回路レッグを形成するために、その中に音声コイルを有する。増幅器１２は、その出力がスピーカ１５および１６のペアに接続され、それぞれが、第２の回路レッグを形成するために、その中に音声コイルを有する。回路の各レッグを、また、２つの音声コイルを有する１つのラウドスピーカとして構成することができる。スピーカは、いずれもの所望のインピーダンス負荷を有することができるが、この実施例では、各スピーカは、８オームであり、各回路レッグは、４オームである。また、４つの音声コイルを有する特別に設計される単一のラウドスピーカと組み合わせて、１つの単一の増幅器を使用することができることに留意すべきである。

第１の回路レッグは、同相で接続される並列回路であり、増幅器１１の正接続部が、スピーカ１３とスピーカ１４の両方の正接続部に接続され、増幅器１１の負接続部が、スピーカ１３とスピーカ１４の両方の負接続部に接続されることを意味する。第２の回路レッグは、位相がずらされて接続される並列回路であり、スピーカ１５の負側がスピーカ１６の正側に接続され、スピーカ１５の正側が増幅器１２の負端子に接続されている。スピーカ１６の負側は、増幅器１２の正端子に接続される。回路は、また、４重音声コイルのラウドスピーカに接続される単一の増幅器または変換器を使用するなど、他の方法で第１の回路レッグと第２の回路レッグを組み合わせることによって、構成することができる。図１に例示する構成は、簡単な方法で、各回路レッグの利得を制御し、各回路レッグのインピーダンスを整合させる能力を有する。図１の各レッグは、独立して、リスナに、第１の回路レッグのサウンド特性を与え、この特性は、オーディオ信号が、産業基準順守によって、または同相で、音を出すように設計される方法による特性と整合する。図１の第１のレッグおよび第２のレッグは、それぞれ、リスナが第２の回路レッグだけを聴き、同時に第１の回路レッグを聞いていない場合、リスナは、サウンドが離れて、空間的な高さ、幅および奥行きがより大きく、さらに遠く離れているように見えると考えるように、オーディオ信号を部分的に再生する。２つの回路レッグを同時に組み合わすと、実質的に完全なオーディオ信号が再生される。音声、音楽もしくは他のオーディオの元の音のイベント、レコーディングのサウンド、または再生されて伝達されるものは、元のイベント中であるように実質的に聞こえる。第１の回路レッグおよび第２の回路レッグは、実質的に完全な信号が形成されるために、等しい振幅で実質的に一致させるべきである。どちらも振幅がかなり異なる場合、信号強度がより高い回路レッグは、他の回路レッグに優先することになり、トータルの信号は、最適にバランスしないことになる。したがって、その結果得られる信号は、決して実質的に完全な信号ではない、たとえば、処理され、複合回路よりはむしろ、振幅および位相の加算および減算に基づく効果を有する信号、または実質的に完全なオーディオ信号ではないことになる。それゆえ、この実施形態では、各スピーカは、装備が全部そろったスピーカであり、回路は、完全なオーディオ信号が物理的な空気中で生成されており、したがって元の音のイベントと同様に同等に振る舞うように、増幅器の後にあると仮定する。それゆえ、ハイパスおよびローパスのクロスオーバが、この実施形態では必要でない。

他方では、そのスピーカのそれぞれが、２または３ウエイ（またはそれを超える）スピーカシステムとすることができる、多数のラウドスピーカを通常有する現在のオーディオ機器を使用するとき、それは、通常、位相情報をさらに歪ませる追加のクロスオーバを有し、それぞれが、限定された放射パターンを有しており、高域および低域の経路が、信号内に含まれる音の情報の物理的特性をよりよく規定することができる。それゆえ、様々なハイパスおよびローパス、および位相の制御に関し、能動的な回路を利用して、実質的に欠けたものがない、またはバーチャルに球状の信号を増幅器およびスピーカに対して発生させることができる。

図１の受動的な実施形態の場合、上記に述べたように、第１のレッグの同相信号の振幅および第２のレッグの位相がずれた信号の振幅が、実質的に等しいように、利得を制御することが好ましい。しかし、これらの信号の振幅が非対称的であるように利得を制御する能動的な回路を用いることによって、実質的に完全なオーディオ信号を獲得することが可能である。より具体的には、信号の振幅は、一方の振幅の他方に対する比が、上記に定義された黄金比に近づくように、調節される。図５および図６は、この目的を達成するために用いることができる、２つの能動的な回路のブロック図であるが、当業者は、図５および図６中の回路が、例示的であり、それゆえ、具体的な回路構成要素、回路構成要素の配置、回路構成要素の順序、回路構成要素の数およびパラメータは、変更することができることを理解するはずである。

図５は、より具体的にした、図１の第１の例示の実施形態によるサウンドシステムの能動的な変形のブロック図である。図５の例示的な回路へのオーディオ入力は、ステレオまたは二重モノラルの増幅器または受信機からのオーディオ信号とすることができることが理解されるはずである。しかし、いずれものモノラルの、またはディスクリートな信号源は、入力として使用することができ、一方出力は、通常、オーディオスピーカまたは複数のスピーカになることがさらに理解されるはずである。

図５に示すように、左側チャネル信号は、利得１（増幅せず）のオペアンプ１０に入る。左側チャネル信号は、その後、能動的なオーディオミキサまたは加算回路１１、１２および１３に送られる。この例示の実施形態では、左側チャネル信号は、オーディオミキサまたは加算回路１３に入る前に、オペアンプ１４によって反転させられる。右側チャネル信号は、利得１のオペアンプ１５に入る。左側チャネル信号と同様に、右側チャネル信号は、その後、能動的なオーディオミキサまたは加算回路１１、１２および１３に送られる。この例示の実施形態では、右側チャネル信号は、オーディオミキサまたは加算回路１１に入る前に、オペアンプ１６によって反転させられる。

オーディオミキサまたは加算回路１１、１２および１３のそれぞれが、対応する中間信号を出力する。より具体的には、オーディオミキサまたは加算回路１１の出力は、ディスクリートな左側−右側の信号である。オーディオミキサまたは加算回路１２の出力は、ディスクリートな左側＋右側の信号である。オーディオミキサまたは加算回路１３の出力は、ディスクリートな右側−左側の信号である。次いで、ディスクリートな左側−右側の信号（すなわち、オーディオミキサまたは加算回路１１の出力）およびディスクリートな左側＋右側の信号（すなわち、オーディオミキサまたは加算回路１２の出力）は、オーディオミキサまたは加算回路１７に送られる。ディスクリートな左側＋右側の信号（すなわち、オーディオミキサまたは加算回路１２の出力）およびディスクリートな左側−右側の信号（すなわち、オーディオミキサまたは加算回路１３の出力）は、オーディオミキサまたは加算回路１９に送られる。

完全なオーディオ信号は、この代替で例示の実施形態では、右側−左側、左側＋右側および左側−右側のディスクリートオーディオ信号の利得を非対称的に調節し、それによって、これらの信号のそれぞれの振幅を、加算回路１７または１９中でそれらとペアにされるディスクリートオーディオ信号の振幅と比較して、黄金比に近似させることによって、獲得される。オーディオミキサまたは加算回路１７中でミキシングされる前に、ディスクリートな左側−右側の信号と関連する利得は、値Ｇ１に調節され、一方ディスクリートな左側＋右側の信号と関連する利得は、値Ｇ２に調節され、Ｇ１およびＧ２の値は、利得の比が黄金比に等しいように設定される。同様に、オーディオミキサまたは加算回路１９でミキシングされる前に、ディスクリートな右側−左側の信号と関連する利得は、値Ｇ１に調節され、一方ディスクリートな左側＋右側の信号と関連する利得は、ほぼＧ２に調節される。述べたように、Ｇ１およびＧ２の値は、利得の比が黄金比と等しいように設定される。次いで、オーディオミキサまたは加算回路１７は、左側出力信号１８を発生させ、それは、オーディオ変換器またはスピーカ（図示せず）に送られ、オーディオミキサまたは加算回路１９は、出力信号２０を発生させ、それは、オーディオ変換器またはスピーカ（図示せず）に送られる。当業者は、ディスクリートな右側−左側、左側＋右側および左側−右側のオーディオ信号のそれぞれの利得は、オーディオミキサまたは加算回路１７および１９中に組み込むことができる、またはそれとは別の構成要素とすることができる、オペアンプ（図示せず）などの増幅構成要素を用いることによって、調節することができることを理解するはずである。

図６は、より具体的にした、図１の第１の例示の実施形態によるサウンドシステムの第２の能動的な変形のブロック図である。やはり、図６の例示的な回路へのオーディオ入力を、ステレオまたは二重モノラルの増幅器または受信機からのオーディオ信号とすることができるが、いずれものモノラルの、またはディスクリートな信号源を入力として使用することができ、一方出力は、通常、オーディオスピーカまたは複数のスピーカになることが理解されるはずである。

図６に示すように、左側チャネル信号は、利得１の反転オペアンプ２１に入る。左側チャネル信号は、その後、能動的なオーディオミキサまたは加算回路２２、２３および２４に送られる。この例示の実施形態では、左側チャネル信号は、オーディオミキサまたは加算回路２４に入る前に、オペアンプ２５によって反転させられる。右側チャネル信号は、利得１の反転オペアンプ２６に入る。左側チャネル信号と同様に、右側チャネル信号は、その後、能動的なオーディオミキサまたは加算回路２２、２３および２４に送られる。この例示の実施形態では、右側チャネル信号は、オーディオミキサまたは加算回路２２に入る前に、オペアンプ２７によって反転させられる。

オーディオミキサまたは加算回路２２、２３および２４のそれぞれが、対応する中間信号を出力する。より具体的には、オーディオミキサまたは加算回路２２の出力は、ディスクリートな右側−左側の信号である。オーディオミキサまたは加算回路２３の出力は、ディスクリートな−左側−右側の信号である。オーディオミキサまたは加算回路２４の出力は、ディスクリートな左側−右側の信号である。次いで、ディスクリートな右側−左側の信号（すなわち、オーディオミキサまたは加算回路２２の出力）およびディスクリートな−左側−右側の信号（すなわち、オーディオミキサまたは加算回路２２の出力）は、オーディオミキサまたは加算回路２８に送られる。ディスクリートな−左側−右側の信号（すなわち、オーディオミキサまたは加算回路２３の出力）およびディスクリートな右側−左側の信号（すなわち、オーディオミキサまたは加算回路２４の出力）は、オーディオミキサまたは加算回路３１に送られる。

完全なオーディオ信号は、この第２の代替で例示の実施形態では、ディスクリートな左側−右側、−左側−右側および右側−左側のオーディオ信号の利得を非対称的に調節し、それによって、これらの信号のそれぞれの振幅を、加算回路２８または３１中でペアにされるディスクリートオーディオ信号の振幅と比較して、黄金比に近似させることによって、獲得される。オーディオミキサまたは加算回路２８中でミキシングされる前に、ディスクリートな右側−左側の信号と関連する利得は、Ｇ１に調節され、一方ディスクリートな−左側−右側の信号と関連する利得は、Ｇ２に調節され、Ｇ１およびＧ２の値は、利得の比が、黄金比に等しいように設定される。同様に、オーディオミキサまたは加算回路３１中でミキシングされる前に、ディスクリートな左側−右側の信号と関連する利得は、Ｇ１に調節され、一方ディスクリートな−左側−右側の信号と関連する利得は、Ｇ２に調節される。やはり、Ｇ１およびＧ２の値は、利得の比が、黄金比に等しいように設定される。次いで、オーディオミキサまたは加算回路２８は、左側出力信号３０を発生させ、それは、オーディオ変換器またはスピーカ（図示せず）に送られ、オーディオミキサまたは加算回路３１は、出力信号３２を発生させ、それは、オーディオ変換器またはスピーカ（図示せず）に送られる。当業者は、ディスクリートな左側−右側、−左側−右側および右側−左側のオーディオ信号のそれぞれの利得が、オペアンプ（図示せず）などの増幅構成要素を用いることによって調節することができ、それは、オーディオミキサまたは加算回路２８および３０中に組み込むことができる、またはそれと別の構成要素とすることができることを理解するはずである。

やはり、図５の加算回路１７および１９のそれぞれ、および図６の加算回路２８および３１のそれぞれが、ペアのディスクリートオーディオ信号をミキシングし、対応するペアのそれぞれを作り上げるディスクリートオーディオ信号に適用される利得は、利得Ｇ１：Ｇ２の比が黄金比に等しいように、非対称的に調節されていることに留意されたい。それゆえ、たとえば、Ｇ１を値１．６１８に設定することができ、Ｇ２を値１．０に設定することができる。これは、１．６１８の比になるはずである。本出願の目的で、それぞれのペアを作り上げるディスクリートオーディオ信号と関連する利得の比は、黄金比の１０パーセント以内である（すなわち、１．６１８で近似される）のが好ましいが、適用例に応じて、このパーセントは、変更することができる。

図２に、ハイパスおよびローパスのクロスオーバを含む、実質的に完全なオーディオ信号を発生させるための能動的な回路に関する基本的なブロック図を示す。能動的であることによって、動作するためにパワーが必要であって、信号が増幅器に達する前に直列に接続される回路を意味する。能動的な回路は、信号源自体に、または増幅器の前または内部にどこにでも接続することができる。

図２では、信号源２０は、音楽を聴くためのラジオ受信機、ＣＤプレーヤ、ｍｐ３プレーヤなど、あるいは、携帯電話、電話またはマイクロフォン、または放送装置などに話すことになるようななど、ライブ音声またはライブの再生信号とすることができる。信号源２０からの信号は、スプリッタもしくは他の手段を使用して、またはスプリッタ性能を備えるミキサ中で繰り返し複製にされることによって、それ自体の複製に分割される。

元の、または基準信号２１は、それが信号源２０から来たとき、同相であると見なされる。同相であることは、相対的な表現であって、元の信号を基準信号として定義する。この基準信号は、また、それが、隠匿された、または隠された情報を抽出するための方法をもたらさないことで不完全であり、その情報は、それが、同相である、または調和している基準信号と位相がずれている、または極性が一致しないことによって相殺されているという理由で、元の信号内に包み込まれたままの状態である。基準信号の１つの複製は、位相層状信号２２を発生させるために使用される。

位相層状化では、反転した位相（１８０°）とより小さい部分的な位相のシフト（たとえば、４５°、９０°）などを一緒に組み合わせることが使用されて、そうされなければ従来の同相および位相のずれによるアプローチを使用して相殺されることになるはずである、実質的に欠けたものがない信号が確立される。その結果は、欠けたものがない、開かれた、全方向性および多次元であって、元のサウンドイベントと同様で同等の特性を有する、実質的に完全なオーディオ信号である。基本的に、これらの多種多様な技法のいずれもの数、または混合を適用すると、使用可能な位相層状信号が生成されることになる。本質的に、位相層状化は、同相信号を相殺することなく、実質的に完全な信号をもたらす方法である。位相層状信号の使用は、連続した位相関連情報、またはそうしなければ隠匿される情報を、基準信号と同等に層状であるモジュール式の構成要素として、もたらすためである。

基準信号２１および位相層状信号２２は、信号ミキサ２３中に送られる。第３の、またはハイパス信号２４が、多かれ少なかれ、１ｋｃｐｓより高い周波数のいずれものポイントを表す。極性スイッチ２５が、信号がミキサ２３に送られる前に、極性または位相を０°〜１８０°切り替える。第４の、またはローパス信号２６が、多かれ少なかれ、１ｋｃｐｓより低い周波数を有することができ、また、ミキサ２３に送られる前に、０°〜１８０°の位相シフト制御２７を備える。ハイパス信号およびローパス信号の目的は、そうでなければ多数のクロスオーバを使用する通常の増幅器／スピーカによって平坦化されることがあるものに、ある角度の球面角または位相層を加えることである。これら角度、多かれ少なかれ、４５°を加えることによって、位相の層が、最終的な、実質的に完全なオーディオ信号の合成物中に形成され、それは、バーチャルに球状の音の信号をもたらす。その結果生じる再生信号は、ありとあらゆる既存のオーディオシステムによって再生されたとき、サウンドが向上されたものとして評価することができる。大域的な位相制御を施すことができる、というのは、この新しい実質的に完全なオーディオ信号が、複合的な基準を含み、その基準は、いずれもの外部信号入力が、事実上、実際に同相であるのか、または位相がずれているのかを明らかにすることになるからである。スタンダードのオーディオシステムは、位相差を決定するための基準を有さない。本発明によって、位相差の検出ができるようになり、相対的な位相識別のための測定用ツールがもたらされる。

ミキサ２３からのミキシングされた信号は、位相逆転スイッチ２８を通って増幅器３０に印加されて、ラウドスピーカ３１を駆動する。本発明の原理による回路は、ハードウェア中に組み込むことができ、または独立型の集積回路中に具現化することができ、数学的に再公式化することができ、それによって、実質的に完全な信号を生成するソフトウェアを構築することができる。この能動的で開かれた信号は、一方の極端な場合、ＣＤプレーヤなど、信号源の出力の間に、または反対の極端な場合、通信衛星へのテレポート送信基地に配置することができる。その回路は、携帯電話または他のどこかで回路として働くために、適用することができる。この本方法は、Ａ鎖（Ａ−Ｃｈａｉｎ）で、つまり、信号源の出力と、増幅器、スプリッタなどの入力との間における用途でなど、信号プロセスの初期段階で、能動的に用いることができる。

図３は、オーディオ信号中に含まれる、隠された埋められた空間的なスペクトルのダイナミック、および他の音の情報を解き開き、回復し明らかにするための、ステレオ信号に関する図２の能動的な回路のブロック図である。図４Ａおよび図４Ｂに、図３の回路のより詳細なブロック図を、モノラルの半球回路を追加して、ともに例示する。

図３を参照すると、入力ステージが、少なくとも１つの、正負の極性を有するオーディオ信号を受け取る。実施例としてここで示すのは、ステレオ信号であり、左側ステレオ信号入力３５が、増幅器３６に接続され、一方右側ステレオ入力３７が、増幅器３８に接続される。左側信号増幅器３６の出力は、左側ミキサ４０に印加され、一方右側増幅器３８の出力は、右側ミキサ４１に接続される。増幅器３６および３８からの左側および右側の出力は、ミキサ４２に印加され、そこでは、信号が加算され、その和信号が、低音域および高音域の回路に印加される。和信号は、ローパスフィルタ４３（１００Ｈｚなど）を有する低音域回路を通って送られ、そこでは、極性が、増幅器４４中で逆転させられて、同調させるために使用することができる、利得が調節可能な増幅器４５に印加される。

ミキサ４２からの和信号は、また、高音域回路の経路に印加され、それは、低音域回路の経路に対して並列であり、そこでは和信号が、ハイパスフィルタ４６（１０００Ｈｚなど）に印加され、それは、同調させるために利用できる、極性調節増幅器４７および利得が調節可能な増幅器４８を有する。高音域経路の出力位相は、異なる設定をすることができるが、示すように、基準位相を９０度だけ進めて１つの位相層をもたらし、それは、左側ミキサ４０と右側ミキサ４１の両方に適用される。低音域回路の出力位相は、異なる設定をすることができるが、示すように、基準位相を９０度だけ遅らせて別の位相層をもたらす。低音域回路の出力は、利得増幅器５０および５１のペアを通じて、左側ミキサ４０に、および右側ミキサ４１に接続される。ステレオ半球回路が、バッファリング増幅器５２を通じて左側入力３５信号を印加し、バッファリング増幅器５３を通じて右側入力３７信号を印加する。左側ステレオ信号は、ミキサ５４中の別の経路中で右側ステレオ信号から減算され（信号左側−右側）、反転増幅器５５の中を通されて、フィルタ回路５６中においてローパスでフィルタリングされ（〜１６ｋＨｚ）、リンクされた電圧制御増幅器５９に、およびミキサ６１に送られる。増幅器５２からの出力は、また、ミキサ６１に結合される。

バッファリング増幅器５３からの右側入力３７信号は、ミキサ５７中で左側ステレオ信号から減算され（信号右側−左側）、左側信号に対して並列な経路中の反転増幅器５８を通され、フィルタ回路６０中においてローパスでフィルタリングされ（〜１６ｋＨｚ）、リンクされた電圧制御増幅器５９に、およびミキサ６３に接続される。バッファリング増幅器５３が、また、ミキサ６３に直接結合される。

これら２つのフィルタリングされた差信号（信号左側−右側および信号右側−左側）の利得は、同時に調節することができ、信号左側−右側は、ミキサ６１中で左側ステレオ信号から減算され（信号Ｒｍｉｘとして定義される）、信号右側−左側は、並列な経路で、ミキサ６２中で右側ステレオ信号から減算される（信号Ｌｍｉｘとして定義される）。Ｒｍｉｘミキサ６１の出力は、右側ミキサ４１に印加され、Ｌｍｉｘミキサ６２の出力は、ミキサ４０に印加される。左側ステレオ信号は、ミキサ４０中で高音域回路信号、低音域回路信号およびＬｍｉｘ出力と加算されて、位相が層状化された左側チャネル出力信号を生成する。右側ステレオ信号は、ミキサ４１中で、高音域回路信号、低音域回路信号およびＲｍｉｘ出力と加算されて、位相が層状化された右側チャネル出力信号を生成する。

図面の図４を参照すると、より詳細な概略ブロック図で、本発明の原理による、組み合わされた能動的なステレオおよびモノラルの回路が提示されている。

入力回路６５は、極性スイッチ６６に接続される左側および右側の入力３５および３７を有し、そのスイッチは、利得増幅器３５および３８に接続され、スイッチ６６に位置に基づき、入力信号の極性を切り替えるようにセットアップされている。スイッチ６６は、それが、事実上同時に両チャネルの極性を逆転させるようにリンクされて、オーディオ信号の「絶対位相（Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｐｈａｓｅ）」が設定される。

入力回路からの出力は、高音域回路６７と低音域回路６８の両方に印加される。左側および右側の信号は、ミキサ４２中で加算される。高音域回路６７中では、ミキサ４２からの和信号は、−３ｄＢポイントが１０００Ｈｚにある２極フィルタ４６を通じてフィルタリングされる。極性スイッチ４７が、必要なら信号を反転させる。低音域において＋０ｄＢから＋６ｄＢの範囲でミキシングするための制御増幅器が存在する。低音域回路６８中で、ミキサ４２からの和信号は、−３ｄＢポイントが１００Ｈｚにある２極フィルタを通じてフィルタリングされる。必要なら信号を反転させるための極性スイッチ４４が存在し、低音域において＋０ｄＢから＋６ｄＢの範囲でミキシングするためのレベル制御４５が存在する。

ステレオ半球回路（ｓｔｅｒｅｏ ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）７０が、入力回路６５からバッファリング増幅器５２および５３を通って来る右側および左側の信号を使用する。

半球回路７０は、並列なレッグを有し、バッファリング増幅器５２からの入力信号が、増幅器６３中で反転させられて、ミキサ５６中で増幅器６３からの信号と加算され、それによって、左側−右側信号が得られる。バッファリング増幅器５３からの信号は、増幅器６４中で反転させられて、ミキサ５７中で増幅器５２からの信号と加算され、それによって、右側−左側信号が得られる。増幅器５５からの反転した信号は、ローパスフィルタ５６によってフィルタリングされ、リンクされた電圧制御増幅器（ＶＣＡ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）５９を用いて調節可能である。増幅器５８からの反転した信号は、ローパスフィルタ６０よってフィルタリングされ、リンクされたＶＣＡ５９を用いて調節可能である。ＶＣＡ５９の出力は、増幅器７１および７２によって反転させられ、増幅器７１からの信号は、ミキサ６１中で増幅器５２からの信号と加算される。増幅器７２からの出力は、ミキサ６２中でバッファリング増幅器５３からの出力と加算される。ミキサ６１からの信号は、スイッチ７３中に送られ、ミキサ６２からの信号は、スイッチ７４中に送られる。ミキサ６１からのステレオ信号は、出力回路７５のミキサ４０に、およびモノラル半球回路８０に送られる。ミキサ６２からの出力は、出力回路７５のミキサ４１に、およびモノラル半球回路８０に送られる。ミキサ４０の出力は、可変出力７６に接続され、ミキサ４１の出力は、可変出力７７に接続される。

増幅器３６からの左側ステレオ信号入力は、高音域回路および低音域回路の出力信号と、および増幅器６１からのミキシングされた信号とミキサ４１中で加算されて、位相が層状化された左側チャネル出力信号を生成する。

増幅器３８からの右側ステレオ信号入力は、高音域回路および低音域回路の出力信号と、および増幅器６２からのミキシングされた信号と加算されて、位相が層状化された右側チャネル出力信号を生成する。

スイッチ７３および７４が、モノラルモードに設定されていた場合、半球ステレオミキサ７３の出力は、反転増幅器８１中で反転させられ、半球ミキサ６２の出力は、反転増幅器８２中で反転させられる。インバータ８１からの信号は、再び、反転増幅器８３中で反転させられ、インバータ８２の反転した信号は、再び、インバータ８４中で反転させられる。増幅器８３からの反転した信号は、ミキサ８５に送られ、インバータ８２からの信号とミキシングされ、反転増幅器８４からの出力は、ミキサ８６に送られ、インバータ８１からの反転した信号とミキシングされる。ミキサ８６からのミキシングされた信号は、増幅器８８中で反転させられ、ミキサ８５の出力は、増幅器８７中で反転させられる。増幅器８８からの反転した信号は、ローパスフィルタ９０を通過して、リンクされた電圧制御増幅器９１に送られる。増幅器８７からの反転した信号は、ローパスフィルタ９２を通過して、リンクされた電圧制御増幅器９３に送られる。ＶＣＡ９１の出力は、増幅器９５中で反転させられて、ミキサ９４中に送られ、インバータ８１からの信号とミキシングされる。次いで、信号は、増幅器９８中で反転させられて、スイッチ７３に、それゆえミキサ４０および４１に印加される。ＶＣＡ９３の出力は、増幅器９６中で反転させられて、ミキサ９７中に送られ、インバータ８２からの信号とミキシングされる。次いで、信号は、増幅器１００中で反転させられて、スイッチ７４に、それゆえミキサ４０および４１に印加される。

出力回路７５は、左側および右側の入力に関し、次のような比、すなわち、左側および右側の入力＝１、高音域回路出力＝１、低音域回路出力＝２、およびステレオまたはモノラルの半球出力＝１で、信号をミキシングする。

図４Ａを参照すると、本発明の方法は、ディスクリート信号源（３５および３６）を選択することと、入力回路６５から同相の基準信号を生成することとを含む。反転した位相信号が、ステレオ半球回路７０中で基準信号から生成されて、基準信号と位相がずれた信号を生成する。位相層状信号が、基準信号から高音域回路６７中で生成され、それは、基準信号から９０度だけ進んだ位相を有することができる。位相層状信号は、また、基準信号から低音域回路６８中で生成され、それは、基準信号の位相から９０度だけ遅れた位相を有することができる。位相層状信号は、基準信号から９０度だけ、または４５度だけ進む、または遅れることができる、あるいは基準信号から０〜１８０度の間で進む、または遅れる、いずれもの位相に設定することができる。

オーディオ信号源からバーチャルに全方向性の、開かれたサウンドをもたらし、それによって、普通ならスタンダードの不完全なオーディオ信号を、実質的に完全なオーディオ信号に変換することができるオーディオ再生システムが生成されていることは、この時点で疑う余地がないはずである。しかし、本発明は、示された形態に限定されるものとして解釈すべきでなく、それは、限定するものよりむしろ例示的であると見なすべきである。

本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、様々な修正および変形を本発明において実施することができることは、当業者に明らかなはずである。したがって、本発明は、本発明の修正形態および変形形態を、もし、それらが添付の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内に含まれるならば、カバーするものと意図される。たとえば、当業者は、本発明を、アナログまたはデジタルの技法を使用して、およびハードウェア、ソフトウェアまたはその組合せの使用を通じて、実施することができることを理解するはずである。

Claims (25)

1. 左側および右側の信号を有するディスクリート信号源を選択するステップと、
   前記左側の選択されたディスクリート信号を第１の加算回路および第２の加算回路に印加するステップと、
   前記左側の選択されたディスクリート信号を反転させて、前記反転した左側の選択されたディスクリート信号を第３の加算回路に印加するステップと、
   前記右側の選択されたディスクリート信号を前記第２の加算回路および前記第３の加算回路に印加するステップと、
   前記右側の選択されたディスクリート信号を反転させて、前記反転した右側の選択されたディスクリート信号を前記第１の加算回路に印加するステップと、
   前記第１の加算回路および前記第２の加算回路の出力を、左側出力加算回路に印加するステップと、
   利得の比が少なくとも黄金比を近似するように、前記左側出力加算回路の各入力の利得を調節するステップと、
   前記左側出力加算回路への前記入力信号をミキシングして、左側出力信号を生成するステップと、
   前記第３の加算回路および前記第２の加算回路の出力を右側出力加算回路に印加するステップと、
   利得の比が少なくとも黄金比を近似するように、前記右側出力加算回路の各入力の利得を調節するステップと、
   前記右側出力加算回路への前記入力信号をミキシングして、右側出力信号を生成するステップとを含み、
   それによって、サウンドを生成するためのオーディオ出力信号が生成される、
   オーディオ再生方法。
2. 前記左側出力加算回路および前記右側出力加算回路の各入力の利得を調節する前記ステップは、
   利得の比が１．６１８の１０パーセント以内になるように、前記左側出力加算回路への各入力の利得を互いに対して調節するステップと、
   利得の比が１．６１８の１０パーセント以内になるように、前記右側出力加算回路への各入力の利得を互いに対して調節するステップと
   を含む、請求項１に記載のオーディオ再生方法。
3. 前記左側入力信号および前記右側入力信号のそれぞれが、対応する利得１の増幅器に印加される、請求項１に記載のオーディオ再生方法。
4. 左側の信号出力および右側の信号出力を有するディスクリート信号源と、
   第１、第２および第３の加算回路であって、それぞれが、出力を有し、それぞれは、前記ディスクリート信号源の前記左側の信号出力および前記右側の信号出力それぞれに動作可能に接続される左側入力および右側入力を有し、前記第１の加算回路、前記第２の加算回路および前記第３の加算回路の前記左側入力は、前記ディスクリート信号源の前記左側信号出力と関連する左側入力信号を受け取り、前記第１の加算回路、前記第２の加算回路および前記第３の加算回路の前記右側入力は、前記ディスクリート信号源の前記右側信号出力と関連する右側入力信号を受け取る、第１、第２および第３の加算回路と、
   前記第３の加算回路より前で前記左側入力信号を反転させるように接続される左側インバータと、
   前記第１の加算回路より前で前記右側入力信号を反転させるように接続される右側インバータと、
   左側出力加算回路であって、前記第１の加算回路および前記第２の加算回路の出力それぞれに接続される第１の入力および第２の入力を含み、前記第１の入力および前記第２の入力において信号利得を別々に調節するための増幅構成要素を含み、前記左側出力回路は、前記左側出力加算回路の前記第１の入力および前記第２の入力において利得が調節された信号をミキシングした結果である左側出力信号を生成するように構成され、前記左側出力加算回路の前記第１の入力および前記第２の入力における前記信号と関連する利得の比が少なくとも黄金比を近似する、左側出力加算回路と、
   右側出力加算回路であって、前記第２の加算回路および前記第３の加算回路の出力それぞれに接続される第１の入力および第２の入力を含み、前記第１の入力および前記第２の入力において信号利得を別々に調節するための増幅構成要素を含み、前記右側出力回路は、前記右側出力加算回路の前記第１の入力および前記第２の入力において利得が調節された信号をミキシングした結果である右側出力信号を生成するように構成され、前記右側出力加算回路の前記第１の入力および前記第２の入力における前記信号と関連する利得の比が少なくとも黄金比を近似する、右側出力加算回路と
   を含む、オーディオ再生システム。
5. 前記左側出力加算回路と関連する前記増幅構成要素は、利得の比が１．６１８の１０パーセント以内になるように、前記左側出力加算回路の前記第１の入力および前記第２の入力において信号利得を別々に調節するように構成され、前記右側出力加算回路と関連する前記増幅構成要素は、利得の比が１．６１８の１０パーセント以内になるように、前記右側出力加算回路の前記第１の入力および前記第２の入力において前記信号利得を別々に調節するように構成されている、請求項４に記載のオーディオ再生システム。
6. 左側の利得１の増幅器および右側の利得１の増幅器をさらに含み、前記ディスクリート信号源の前記左側信号出力は、前記左側の利得１の増幅器に印加され、前記ディスクリート信号源の前記右側信号出力は、前記右側の利得１の増幅器に印加される、請求項４に記載のオーディオ再生システム。
7. 左側の負の利得１の増幅器および右側の負の利得１の増幅器をさらに含み、前記ディスクリート信号源の前記左側信号出力は、前記左側の負の利得１の増幅器に印加され、前記ディスクリート信号源の前記右側信号出力は、前記右側の負の利得１の増幅器に印加される、請求項４に記載のオーディオ再生システム。
8. 左側の信号入力および右側の信号入力を有するディスクリート信号源を選択するステップと、
   前記左側入力信号と反転した右側入力信号とを加算して、左側−右側の差信号を生成するステップと、
   前記右側入力信号と反転した左側入力信号とを加算して、右側−左側の差信号を生成するステップと、
   前記左側入力信号と前記右側入力信号とを加算して、左側＋右側の和信号を生成するステップと、
   前記左側＋右側の和信号の利得を調節するステップと、
   前記左側−右側の差信号の利得を調節するステップと、
   前記右側−左側の差信号の利得を調節するステップと、
   前記利得が調節された左側＋右側の和信号と前記利得が調節された左側−右側の差信号とを加算して、左側オーディオ出力信号を生成するステップであって、前記左側＋右側の和信号および前記左側−右側の差信号と関連する利得の比が少なくとも黄金比を近似する、ステップと、
   前記利得が調節された左側＋右側の和信号と前記利得が調節された右側−左側の差信号とを加算して、右側オーディオ出力信号を生成するステップであって、前記左側＋右側の和信号および前記右側−左側の差信号と関連する利得の比が少なくとも黄金比を近似する、ステップと
   を含む、オーディオ再生方法。
9. 前記左側＋右側の和信号の前記利得は、利得の比が１．６１８の１０パーセント以内になるように、前記左側−右側の差信号の前記利得に対して非対称的に調節され、前記左側＋右側の和信号の前記利得は、利得の比が１．６１８の１０パーセント以内になるように、前記右側−左側の差信号の前記利得に対して非対称的に調節される、請求項８に記載のオーディオ再生方法。
10. 前記左側入力信号および前記右側入力信号のそれぞれが、対応する負の利得１の増幅器に印加される、請求項８に記載のオーディオ再生方法。
11. 複数の入力信号をミキシングして、複数の中間信号を発生させることと、
    前記複数の中間信号のそれぞれを、前記複数の中間信号の別の信号とペアにすることと、
    各ペアの中間信号を作り上げる前記中間信号と関連する利得の比が少なくとも黄金比に近似するように、前記複数の中間信号のそれぞれと関連する利得を調節することと、
    前記利得が調節された中間信号のそれぞれを、前記対応するペアの中間信号を作り上げる前記複数の利得が調節された中間信号のうちの他の中間信号とミキシングすることと、
    前記ミキシングされた利得が調節された中間信号のペアのそれぞれに対応するオーディオ出力信号を発生させることと
    を含む、オーディオ信号再生方法。
12. 前記複数の入力信号をミキシングして、前記複数の中間信号を発生させることは、
    左側入力信号および右側入力信号をミキシングすることと、
    ３つの中間信号を発生させることであって、前記３つの中間信号のそれぞれが、前記左側入力信号および前記右側入力信号に基づく、和信号および差信号の１つである、発生させることと
    を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記複数の中間信号のそれぞれを、前記複数の中間信号の別の信号とペアにすることは、
    前記３つの中間信号の第１の中間信号を、前記３つの中間信号の第２の中間信号とペアにすることと、
    前記３つの中間信号の第３の中間信号を、前記３つの中間信号の前記第２の中間信号とペアにすることと
    を含む、請求項１２に記載の方法。
14. 各ペアの中間信号を作り上げる前記中間信号と関連する利得の比が少なくとも黄金比に近似するように、前記複数の中間信号のそれぞれと関連する利得を調節することは、
    利得の比が１．６１８の１０パーセント以内になるように、前記３つの中間信号の前記第１の中間信号と関連する利得を調節し、前記３つの中間信号の前記第２の中間信号と関連する利得を調節することと、
    利得の比が１．６１８の１０パーセント以内になるように、前記３つの中間信号の前記第３の中間信号と関連する利得を調節し、前記３つの中間信号の前記第２の中間信号と関連する利得を調節することと
    を含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記複数の入力信号の１つまたは複数が、ミキシングされる前に反転させられる、請求項１１に記載の方法。
16. 前記中間信号の１つまたは複数が、ミキシングされる前に反転させられる、請求項１１に記載の方法。
17. 複数の入力信号からオーディオ信号を再生するための回路であって、
    それぞれが２つの入力および１つの出力を有する第１の複数のオーディオミキサであって、前記２つの入力のそれぞれが、前記複数の入力信号の異なる入力信号に基づく信号を受け取るように構成され、前記出力が、複数の中間信号のうちの１つの中間信号を供給するように構成され、前記１つの中間信号は、前記２つの入力において前記信号をミキシングした結果である、第１の複数のオーディオミキサと、
    それぞれが２つの入力および１つの出力を有する第２の複数のオーディオミキサであって、前記２つの入力のそれぞれが、前記複数の中間信号の異なる中間信号を受け取るように構成され、前記出力が、複数の出力信号のうちの１つの出力信号を供給するように構成され、前記１つの出力信号は、前記２つの対応する中間信号をミキシングした結果であり、前記２つの対応する中間信号のそれぞれと関連する利得は、利得の比が少なくとも黄金比を近似するように、調節済みである、第２の複数のオーディオミキサと
    を含む、回路。
18. 前記第２の複数のオーディオミキサのそれぞれが、
    ２つの増幅構成要素を含み、前記２つの増幅構成要素のそれぞれが、前記オーディオミキサの前記２つに入力で受け取られた前記２つの中間信号の対応する中間信号の利得を調節するように構成されている、
    請求項１７に記載の回路。
19. 前記複数の入力信号は、左側入力信号および右側入力信号を含み、前記複数の中間信号のそれぞれが、前記左側入力信号および前記右側入力信号に基づく和信号および差信号の１つである、請求項１７に記載の回路。
20. １つまたは複数のインバータをさらに含み、前記１つまたは複数のインバータは、前記左側入力信号および前記右側入力信号の１つまたは複数を反転させるように構成されている、請求項１９に記載の回路。
21. １つまたは複数のインバータをさらに含み、前記１つまたは複数のインバータは、前記複数の中間信号の１つまたは複数を反転させるように構成されている、請求項１９に記載の回路。
22. 前記左側入力信号を受け取るように構成された左側の利得１の増幅器と、
    前記右側入力信号を受け取るように構成された右側の利得１の増幅器と
    をさらに含む、請求項１９に記載の回路。
23. 前記左側の利得１の増幅器および前記右側の利得１の増幅器は、負の利得１の増幅器である、請求項２２に記載の回路。
24. 前記第２の複数のオーディオミキサは、２つの加算回路を含み、前記２つの加算回路の第１の加算回路は、前記複数の中間信号の第１の中間信号と前記複数の中間信号の第２の中間信号をミキシングするように構成され、前記２つの加算回路の第２の加算回路は、前記複数の中間信号の前記第２の中間信号と前記複数の中間信号の第３の中間信号をミキシングするように構成される、請求項１７に記載の回路。
25. 前記複数の中間信号の前記第１の中間信号と関連する利得および前記複数の中間信号の前記第３の中間信号と関連する利得は、利得の比が１．６１８の１０パーセント以内になるように、調節され、前記複数の中間信号の前記第３の中間信号と関連する前記利得および前記複数の中間信号の前記第２の中間信号と関連する前記利得は、利得の比が１．６１８の１０パーセント以内になるように、調節される、請求項２４に記載の回路。

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