JP2014529251A - 残響時間拡張のための装置、方法および電気音響システム - Google Patents

Abstract

残響時間拡張のための装置が提供される。装置は、波面合成情報を計算するためのモジュール（１１０）、および複数のマイクロホンによって記録されたオーディオ入力信号に基づいておよび波面合成情報に基づいて複数のラウドスピーカのための複数のオーディオ出力信号を生成するための信号処理器（１２０）を含む。さらに、装置は、１つまたはいくつかの仮想壁の仮想位置を決定するためのオペレーティングユニット（１３０）を含む。波面合成情報を計算するためのモジュール（１１０）は、１つまたはいくつかの仮想壁の仮想位置に基づいて波面合成情報を計算するように実行される。さらに、仮想位置は、仮想壁の少なくとも１つのためのオペレーティングユニット（１３０）によって調整可能である。【選択図】図１

Description

本発明は残響時間拡張のための装置、方法および電気音響システムに関する。

音響の観点から、部屋は、異なる応用のために最適でない可能性がある。したがって、音楽のパフォーマンスは、通常若干の残響が良好に聞こえることを必要とする。一方において、部屋があまりに反響するときに、話し手は部分的に理解されないかもしれない。したがって、残響システムによる残響時間の適合は有用である。

たとえば、劇場、会議場、プラネタリウム、セミナー室、多機能部屋において、異なる音響条件が異なる状況のために必要とされ、特に、残響時間に関する異なる要件が必要とされる。残響時間に影響を与えるために、残響時間拡張のための電気音響システムが用いられることができる。この種のシステムは既存のコンサートホールに組み込まれることもできるが、それぞれの建物およびホール、例えば展示建造物を建設するときに、すでに残響時間拡張のための電気音響システムを提供することは有用となり得る。残響時間拡張は、娯楽目的のためのオーディオ再生のために好ましいものであり得る。

以下に、波面合成技術は、更に詳細に後述する。波面合成（ＷＦＳ）は、デルフト工科大学で研究されて、８０年代後期に初めて提示された（Berkhout, A.J.; de Vries, D.; Vogel, P.: Acoustic control by Wave-field Synthesis. JASA 93, 1993）。

計算能力および転送率に関するこの方法の大きな要求のため、波面合成は、今までのところ実際にはほとんど適用されていない。マイクロプロセッサ技術および音声符号化の分野における進歩だけが、今日、特定の応用においてこの技術を使用できているだけである。専門分野における第１の製品は、来年予想される。ＷＦＳについての基本的な考えは、波動説のホイヘンスの原理の応用に基づく。

波によって捕えられる各位置は、球状に、または、円形に広がっている要素波の出発点である。音響効果に適用されると、入って来る波面のいかなる形も、隣同士に配置される多数のラウドスピーカ（いわゆる、ラウドスピーカアレイ）によって再生されることができる。再生される個々の点音源およびラウドスピーカの線形配列の最も単純なケースにおいて、個々のラウドスピーカの放射された音場が適切に重畳されるように、各ラウドスピーカの音声信号は時間遅れおよび振幅スケーリングをもって供給されなければならない。いくつかの音源のために、各ラウドスピーカに対する貢献は音源ごとに別に計算され、結果として生じる信号は合計される。反射する壁を有する部屋において、反射は、ラウドスピーカアレイを経た付加的な音源として再生されることもできる。このように、計算効果は、音源の数、録音室の反射特性およびラウドスピーカの数に大きく依存する。

この技術の効果は、特に、自然の空間的な音印象が再生室の広い範囲にわたって可能であるということである。周知の技術とは対照的に、音源の方向および距離は、非常に正確に再生される。限られた範囲に、仮想音源は、本当のラウドスピーカアレイとリスナーとの間に配置させることさえできる。

このように、波面合成（ＷＦＳ）の技術によって、良好な空間音がリスナーのかなりの範囲において得られることができる。上述したように、波面合成はホイヘンスの原理に基づき、それによれば、要素波を重畳させることにより、波面は形成され、増大させられることができる。数学的に正確な理論的説明によると、無限に小さい距離における膨大な量の音源が、要素波を起こすために使われなければならない。しかしながら、実際的には、有限のラウドスピーカが、互いに有限の小距離において使用される。これらのラウドスピーカの各々は、ＷＦＳ原理にしたがって、特定の遅延および特定のレベルを有する仮想音源からのオーディオ信号で制御される。レベルおよび遅延は、通常、すべてのラウドスピーカで異なる。

上述したように、波面合成システムはホイヘンスの原理に基づいて動作し、例えば、複数の個々の波によってリスナーまでの特定の距離で配置される仮想音源の所与の波形を再生する。このように、波面合成アルゴリズムはこの個々のラウドスピーカのためのコンポーネント信号を計算するためにラウドスピーカアレイから個々のラウドスピーカの実際の位置に関する情報を受け取り、それから、リスナーが多くの個々のラウドスピーカからの音にさらされているのではなく、仮想音源の位置における１つのラウドスピーカからの音に接しているような印象を与えるように、リスナーのために、個々のラウドスピーカからのラウドスピーカ信号と他の作動中のラウドスピーカのラウドスピーカ信号との重畳が再生を実行するように、このラウドスピーカは最終的に放射しなければならない。

波面合成設定のいくつかの仮想音源のために、各ラウドスピーカのための各仮想音源の寄与、すなわち第１のラウドスピーカのための第１の仮想音源、第１のラウドスピーカのための第２の仮想音源等のコンポーネント信号が計算され、最後に実際のラウドスピーカ信号を得るためにコンポーネント信号が合計される。たとえば、３つの仮想音源の場合、すべての動作中のラウドスピーカのラウドスピーカ信号の重畳は、リスナーにとって、リスナーがラウドスピーカの大きいアレイからの音にさらされるという印象を持たず、彼が聞く音が単に仮想音源に等しい特定の位置に置かれる３つの音源から生じるだけであるという印象を有する効果を有する。

実際には、１つの仮想音源だけが存在するときに直ちにラウドスピーカ信号を表すか、または、他の仮想音源からの考慮されたラウドスピーカのための更なるコンポーネント信号を加えた後に、考慮されたラウドスピーカのためのラウドスピーカ信号に寄与する、仮想音源の遅延および／または拡大・縮小されたオーディオ信号を得るために、仮想音源の位置およびラウドスピーカの位置に応じて、仮想音源に割り当てられるオーディオ信号が遅延およびスケーリング因子を有する特定の時間で与えられるという点で、コンポーネント信号の計算は主として実行される。

典型的な波面合成アルゴリズムは、どれくらいのラウドスピーカがラウドスピーカアレイの中に存在するかということとは無関係に実行される。波面合成の基礎をなしている理論は、各任意の音場が正確に無限に大きい数の個々のラウドスピーカによって再現されることができるということであり、個々のラウドスピーカは、互いに無限に近く配置される。しかしながら、実際には、無限に大きい数も無限に近い配置も実現できるというわけではない。その代わりに、限定された数のラウドスピーカが存在し、それは互いに特定の所定の間隔で配置される。それにより、本当のシステムにおいて、仮想音源が実際に存在するならば、すなわち本当の音源であるならば、発生するであろう実際の波形の近似値が得られるだけである。

波面合成手段は、いくつかの異なる音源タイプを再生することが更に可能である。顕著な音源タイプは、レベルが比例して１／ｒ減少する点音源であり、ｒは、リスナーと仮想音源との位置の間の距離である。他の音源タイプは、平面波を放射している音源である。ここで、平面波は互いに無限の距離で配置される点音源によって発生することができるため、レベルはリスナーまでの距離とは無関係に一定のままである。

波面合成手段の存在について上で逸脱したが、我々は、現在、従来技術から公知の残響時間拡張のシステムを取扱う。

ＵＳ００５１０９４１９Ａにおいて、Ｇｒｉｅｓｉｎｇｅｒは、異なる音源がマイクロホンまたは直接入力を経て記録されて、残響マトリックスを介して人工的に反射する残響時間拡張の電気音響システムを記載する。このシステムの出力信号は、分散型のラウドスピーカへの出力であって、部屋の人工の反響を発生させる。

また、Ｐｏｌｅｔｔｉは「広帯域に役立つ反響システムに用いられる反射器（Reverberators for use in wide band assisted reverberation systems）」ＵＳ０００００００３９１８９Ｅにおいて、空間信号の検出に基づいた残響時間拡張の電気音響システムを記載し、再び複数のラウドスピーカを制御する遅延マトリックスのそれを処理する。

ＵＳ００５１４２５８６９Ａにおいて、Ｂｅｒｋｈｏｕｔは、部屋において録音される信号が畳み込み積分され、再現された波面を経て再生される方法を解説する。

特許文献において、例えばＵＳ３６１４３２０ＡおよびＷＯ２００６０９２９９５Ａ１のように、残響時間拡張の異なるシステムがある。

ＵＳ００５１０９４１９Ａ ＵＳ０００００００３９１８９Ｅ ＵＳ００５１４２５８６９Ａ ＵＳ３６１４３２０Ａ ＷＯ２００６０９２９９５Ａ１

Berkhout, A.J.; de Vries, D.; Vogel, P.: Acoustic control by Wave-field Synthesis. JASA 93, 1993

しかしながら、システムのいずれも、残響時間拡張に関してユーザの異なるおよび別の音響状態および要求への柔軟で力強い適応ができない。

このように、改良された概念を残響時間拡張のための装置、方法および電気音響システムに提供することが本発明の目的である。

本発明の目的は、請求項１に記載の装置、請求項１２に記載の方法、請求項１３に記載のコンピュータプログラム、請求項１４に記載の電気音響システムおよび請求項１５に記載の方法によって解決される。

本発明は、残響時間拡張のための装置を提供する。装置は、波面合成情報を計算するためのモジュール、および複数のオーディオ入力信号に基づいて、そして、波面合成情報に基づいて複数のラウドスピーカのための複数のオーディオ出力信号を生成するための信号処理器を含み、オーディオ信号は、複数のマイクロホンによって記録されるかまたは保存される。さらに、装置は、１つまたはいくつかの仮想壁の仮想位置を決定するためのオペレーティングユニットを含む。波面合成情報を計算するためのモジュールは、１つまたはいくつかの仮想壁の仮想位置に基づいて波面合成情報を計算するように実行される。さらに、少なくとも１つの仮想壁の仮想位置は、オペレーティングユニットによって調整可能である。

外側の方へ仮想壁を移すことによって、音響室拡張が得られる。音響室拡張は、さらに、ラウドスピーカにより出力されたオーディオ出力を再びマイクロホンにより記録し、それが後に音声出力信号の生成に組み込まれるという再生効果によって得られる。

このように、音響室拡張を生成する装置および方法が提供され、分散型マイクロホンは、関連した音源および音響環境を記録して、波面合成システムを介して、静的あるいは動的な仮想音源位置に関してこれを再生する。

本発明は、仮想音源が波面合成に基づくアルゴリズムで生成される概念に基づく。ここで、本発明は、反響する部屋における分散型マイクロホンによって、部屋の音響特性が増幅される音源を用いて記録され、ＡＤコンバータを介して処理システムに供給される方法を説明する。ここで、処理システムは、信号が最初にフィルタを介して処理されて、それから波面合成アルゴリズムでオブジェクト・ベースの音源に処理されるソフトウェアから成ることができ、それはそれからフィルタを介して波面合成システムを経て出力されるように再び処理される。波面合成のオプションのため、記録された空間信号は、いかなる方法でも配置されることができて、任意の方法で「仮想壁」として移されることができる。このことにより、個々の部屋配置が生成され得る。記録された空間信号は、典型的には平面波として表され、それ故、壁の音響効果に対応する。この仮想壁は、移されることができるだけでなく、また、その角度に関して訂正されることもでき、それ故、直接音源の反射パターンに影響を与える。

１つの実施例において、波面合成情報を計算するためのモジュールは、波面合成情報として遅延値および振幅因子値を計算するように実行される。ここで、遅延値は、それによってオーディオ入力信号のうちの１つが遅延した状態でラウドスピーカの１つで再生される遅延を示す。振幅因子値は、オーディオ入力信号のうちの１つの振幅がどんな因子によって修正され、ラウドスピーカの１つで出力される修正された信号を得るのかを示す。

さらに、波面合成情報を計算するためのモジュールは、いかなる時点においても、それぞれのラウドスピーカ／仮想壁の対のための遅延値および振幅因子値を計算するように実行することができ、ラウドスピーカ／仮想壁の対は、ラウドスピーカと仮想壁の１つとの対である。

さらなる態様において、波面合成情報を計算するためのモジュールは、ラウドスピーカ／仮想壁の対のラウドスピーカと仮想壁との間隔に基づいて、ラウドスピーカ／仮想壁の対のための遅延値および振幅因子値を計算するように実行される。

さらに、波面合成情報を計算するためのモジュールは、ラウドスピーカと仮想壁との間との距離が大きいほど、ラウドスピーカ／仮想壁の対の遅延値を大きく設定するように実行することができる。

さらに、波面合成情報を計算するためのモジュールは、ラウドスピーカと仮想壁との間の距離が大きいほど、ラウドスピーカ／仮想壁の対の振幅因子値を小さく設定するように実行することができる。

さらなる態様において、仮想壁がその第１の位置に並行して任意に移されることができるように、オペレーティングユニットは、少なくとも１つの仮想壁を第１の仮想位置から第２の仮想位置へ移されるように実行される。さらに、仮想壁がその第１の位置に対して回転するように任意に移されることができるように、オペレーティングユニットは、少なくとも１つの仮想壁を第１の仮想位置から第２の仮想位置へ移されるように実行されることができる。

さらなる態様において、オペレーティングユニットは、仮想位置が全ての仮想壁のためのオペレーティングユニットによって調整可能であるように実行される。仮想壁の各々が第１の仮想位置から第２の仮想位置へ移されることができるように、オペレーティングユニットは実行することができ、その結果、各仮想壁は、第１の位置に対して、平行におよび回転するように、任意に移されることができる。

更なる実施例において、残響時間拡張のための装置は、共振周波数をフィルタリングするためのパラメトリックフィルタを含むことができる。

さらに、残響時間拡張のための電気音響システムは、複数のマイクロホン、上述の実施例の１つにしたがう残響時間拡張のための装置および複数のラウドスピーカのラウドスピーカアレイを含んで設けられる。ここで、複数のマイクロホンは残響時間拡張のための装置に入力される複数のオーディオ入力信号を生成するように実行され、ラウドスピーカアレイの複数のラウドスピーカは残響時間拡張のための装置によって送り込まれるオーディオ信号を有し、送り込まれたオーディオ出力信号を再生するように実行される。
本発明の好ましい実施例は、添付の図面を参照して後述される。

図１は、実施例に従った残響時間拡張のための装置のブロック図を示す。 図２は、波面合成情報を計算するためのモジュールおよび信号処理器の協働を示すブロック図を示す。 図３は、実施例に従った残響時間拡張のための電気音響ＷＦＳシステムを示す。 図４Ａは、電気音響ＷＦＳシステムの更なる実施例を示す。 図４Ｂは、電気音響ＷＦＳシステムの更なる実施例を示す。 図５は、５つの天井マイクロホン、４０個の天井ラウドスピーカおよび実施例に従って減らされたＷＦＳアレイにおける従来のラウドスピーカの円周状に横並びした一部を備えている平均的会議室（５ｍ×１８ｍ×１５ｍ）を示す。 図６は、実施例に従ったラウドスピーカのアレイ、仮想壁およびマイクロホンを示す。 図７は、更なる実施例に従ったラウドスピーカのアレイおよび仮想壁を示す。

図１は、実施例にかかる残響時間拡張のための装置を示す。装置は、波面合成情報を計算するためのモジュール１１０を含む。さらに、装置は、複数のマイクロホン（図示せず）によって記録された複数のオーディオ入力信号ｓ₁，ｓ₂，・・・，ｓ_nに基づいて、および波面合成情報に基づいて、複数のラウドスピーカ（図示せず）のための複数のオーディオ出力信号ｙ₁，ｙ₂，・・・，ｙ_nを生成するための信号処理器１２０を含む。さらに、装置は、１つまたはいくつかの仮想壁の仮想位置を決定するためのオペレーティングユニット１３０を含む。ここで、波面合成情報を計算するためのモジュール１１０は、１つまたはいくつかの仮想壁の仮想位置に基づいて波面合成情報ＷＳ_infを計算するように実行される。ここで、少なくとも１つの仮想壁のために、その仮想位置は、オペレーティングユニットによって調整可能である。実施例において、波面合成情報を計算するためのモジュール１１０および信号処理器１２０は、１つのモジュール（波面合成モジュール）で実現されることができる。

以下において、図２に関して、波面合成情報を計算するためのモジュールおよび信号処理器の協働の実施が示される。図２において、波面合成を計算するためのモジュール２１０および信号処理器２２０は、点線で示される。

波面合成情報を計算するためのモジュール２１０および信号処理器２０２は、波面合成情報を計算するためのモジュール２１０がオペレーティングユニットから受け取った、仮想壁（仮想音源）ごとに信号処理器に供給されるオーディオ信号から始まるという点において、および、それぞれの仮想壁（仮想音源）のための位置情報から始まるという点において、強い並列構造を有し、最初に、遅延情報Ｖ_iおよび振幅因子（スケーリングファクタ）ＳＦ_iが計算され、それは位置情報およびまさに考えているラウドスピーカの位置、すなわち序数ｊを有するラウドスピーカの位置、すなわちＬＳ_jに依存する。仮想音源（仮想壁）の位置情報およびまさに考えているラウドスピーカｊの位置に基づいて振幅因子ＳＦｉと同様に遅延情報Ｖｉを計算することが、手段３００、３０２、３０４、３０６において実行される周知のアルゴリズムによって行われる。

個々の仮想音源に割り当てられるオーディオ信号ＡＳ_i（ｔ）に基づくとともに遅延情報Ｖ_i（ｔ）およびＳＦ_i（ｔ）に基づいて、現在の時間ｔ_Aのための別々の値ＡＷ_i（ｔ_A）は、最終的に得られるラウドスピーカ信号のコンポーネント信号Ｋ_ijのために計算される。これは、図２において模式的に示すように、手段３１０、３１２、３１４、３１６によって実行される。図２は、更に、個々のコンポーネント信号のための時間ｔ_Aにおける「フラッシュショット」を実際に示す。出力するためのラウドスピーカに供給されることができるラウドスピーカｊのためのラウドスピーカ信号の現在の時間ｔ_Aのための別々の値を決定するために、個々のコンポーネント信号は、それから合算器３２０によってノードに結合される。

図２で分かるように、最初に、現在の時刻で有効な値は、遅延情報および振幅因子（倍率）を有するスケーリングに基づいて個々に仮想音源ごとに計算され、１つのラウドスピーカのためのすべてのコンポーネント信号は、異なる仮想壁（仮想音源）に基づいて合計される。たとえば、１つの仮想音源だけが存在する場合、合算器は省略され、仮想音源１が唯一の仮想音源であるときに、図２の合算器の出力で適用される信号は、例えば、手段３１０によって出力される信号に対応するであろう。

ここで、異なる仮想音源１，２，３，・・・，ｎによるこのラウドスピーカのためのコンポーネント信号の重ね合せであるラウドスピーカ信号の値がそれぞれの出力で得られる点に留意する必要がある。このようなアレイは、例えば、実際的な理由により好ましい、２つ、４つまたは８つの複合ラウドスピーカが同じラウドスピーカ信号によって常に制御される場合を除いて、基本的に各ラウドスピーカのために提供される。

図３は、実施例による残響時間拡張の電気音響ＷＦＳシステムを示す。

図３の実施例によれば、４つのマイクロホン３５０は、１メートル天井から吊り下げられて、部屋に均一に取り付けられる。マイクロホン信号は、ＷＦＳアルゴリズム３６０で、ＷＦＳ反響システム３７０を経た平面波と同じ部屋において再生される１つの仮想音源に処理される。ＷＦＳシステムは、４つのマイクロホン音源を移動するための作用面を含む。このオペレーションユニットで、４つのマイクロホン信号は記録されて外側に引き寄せられる。結果は、部屋の音響拡張である。

その方法では、いかなるサイズの部屋もつくり出すことができる。仮想壁を配置することによって、部屋の残響時間は、壁の位置および配列（角度）に関して変化する。

実施例において、波面合成モジュール３６０は、図１の実施例に従って、および図１の実施例の信号処理器に従って波面合成情報を計算するためのモジュールを含む。

実施例において、オペレーティングユニット３７５は、図１の実施例に従ったオペレーティングユニットである。

実施例によれば、図３の装置３５５は、共振周波数をフィルタリングするのに役立つフィルタを表す。ラウドスピーカ３７０の１つでの音波出力は再びマイクロホン３５０によって記録され、ラウドスピーカを介して後のオーディオ信号出力を生成するときに再び考慮される。発生している好ましくない共振を回避するために、フィルタ３５５が、これらの共振を抑制するために用いられることができる。

一実施例によれば、フィルタ３６５は、例えば、ラウドスピーカを適応させるのに役立つ従来のフィルタであってもよい。

図４は、電気音響ＷＦＳシステムの更なる実施例を示す。天井のマイクロホンの信号は中央演算処理装置において処理されて、マトリックスでフィルタリングされた後に仮想音源に処理され、それはレベル適合、室調和の調整、ラウドスピーカのフィルタリングの後、ＷＦＳアレイおよび等しく分布された天井のラウドスピーカを経た仮想音源として再度再生される。

図４において、マイクロホン４１１、４１２は、オーディオ入力信号をマイクロホン・プリアンプ４１６、４１７に供給する。マイクロホン４１１は、音源、例えば講演台の近くにあるマイクロホンである。マイクロホン４１２は、部屋の中にあるマイクロホンであるが、マイクロホン４１１より音源から遠く離れている室内マイクロホンである。通常、いくつかの室内マイクロホンおよび／または第２の音源に近いいくつかのマイクロホンが用いられる。

マイクロホン・プリアンプ４１６、４１７は、予め増幅されたオーディオ入力信号を得るためにマイクロホン４１１、４１２から受信したオーディオ入力信号を増幅する。マイクロホン・プリアンプ４１６、４１７は、一般のマイクロホン・プリアンプであってもよい。予め増幅されたオーディオ入力信号は、最初はアナログ形式の入力信号をデジタルオーディオ信号に変換するアナログ・デジタルコンバータ４２０に供給される。アナログ・デジタルコンバータ４２０は、一般のアナログ・デジタルコンバータであってもよい。

アナログ・デジタルコンバータ４２０は、デジタルオーディオ信号を吸収フィルタ４２５に供給する。吸収フィルタ４２５は、それを壁材料に適応させるのに役立つフィルタリングを実行する。実施例において、大量に反射する壁が再現されることになっている場合、デジタルオーディオ信号がほとんどフィルタリングされていない状態で吸収フィルタ４２５を通過するように、吸収フィルタ４２５はフィルタリングする。しかしながら、実施例において、大量に減衰する壁が再現されることになっている場合、吸収フィルタ４２５は大いにデジタルオーディオ信号をフィルタリングする。

フィルタ４３０は、フィードバック補正および音質調整のためのフィルタである。ラウドスピーカが信号を再生する場合、この信号の音波はマイクロホンによって再び記録され、フィードバックされる結果となる。実施例において、フィルタ４３０は、完全に、または、部分的にこのフィードバックを補正するために用いることができる。さらに、フィルタ４３０が、音質調整のために用いられることができる。実施例において、フィードバック補正および／または音質調整は、従来の方法で実行されることができる。

さらに、図４のシステムは、セントラル・オペレーティングユニット４３５および波面合成情報を計算するためのモジュール４４０を含む。ここで、セントラル・オペレーティングユニット４３５は、図１のオペレーティングユニットに対応することができる。図４のセントラル・オペレーティングユニットは、ＧＵＩ（グラフィカルユーザーインターフェイス）を備えていることができる。波面合成情報を計算するためのモジュール４４０は、図１の波面合成情報を計算するためのモジュールに対応することができる。

波面合成情報を計算するためのモジュール４４０は、計算された波面合成パラメータをモジュール４４５に伝える。これらの波面合成パラメータは、例えば、遅延値および振幅因子値のような振幅値であることができる。

モジュール４４５は、モジュール４４０によって伝えられる値から遅延振幅マトリックスを作り上げる。実施例において、遅延振幅マトリックスは、例えば、ラウドスピーカ／仮想壁の対ごとに特定の時間のための１つの遅延値および１つの振幅因子を含むことができる。

モジュール４４５は、波面合成情報を計算するためのモジュール４４０から得られる波面合成パラメータに基づいてオーディオスケーリングを実行する。例えば、遅延値および振幅因子値がラウドスピーカ／仮想壁の対のために得られた場合、仮想壁によって放射される信号（例えば、仮想壁によって外見上は反射される）は得られた遅延値によって遅延し、モジュール４４０から得られる振幅因子値は、出力される信号の振幅に対する振幅因子値によって、例えば出力される信号の振幅を有する振幅因子値に乗算することによって修正される。

以下において、フィルタ４５０は、ラウドスピーカ適合を得るためにモジュール４４５によって修正されるオーディオ信号をフィルタリングする。マスターゲインモジュール４５５において、オーディオ信号は、全音量を調整するために変更される。これは、従来の方法で行われることができる。利得室調和モジュール４６０において、オリジナル信号に対する比率室調和の調整が実行される。実施例において、例えば、講演台の近くのマイクロホンのオーディオ信号から発生するオーディオ信号に対する室内マイクロホンのオーディオ信号から発生するオーディオ信号の割合は、例えば、それぞれの信号の振幅を調整することによって調整可能である。

修正されたデジタルオーディオ信号は、それから、修正されたデジタルオーディオ信号をアナログオーディオ出力信号に変換するデジタル・アナログコンバータ４６５に入力される。アナログオーディオ出力信号は、それからパワーアンプ４７１、４７２によって増幅され、ラウドスピーカ４８１，４８２によって出力される。図４の実施例において、オーディオ信号は、ＷＦＳラウドスピーカ４８１または天井ラウドスピーカ４８２によって出力される。実際のシステムにおいて、複数のＷＦＳラウドスピーカおよび／または天井ラウドスピーカが用いられることができることは明らかである。

図５は、５つの天井マイクロホン５１１、５１２、５１３、５１４、５１５、４０個の天井ラウドスピーカおよび減らされたＷＦＳアレイにおける従来のラウドスピーカの周囲の水平板５３０を備えた平均的な会議室（５ｍ×１８ｍ×１５ｍ）を示す。天井マイクロホン５１１、５１２、５１３、５１４、５１５の信号は中央演算処理装置において処理されて、フィルタリングされた後にマトリックスにおいて仮想音源に処理され、それは、ＷＦＳアレイおよび等しく分布する天井ラウドスピーカを介した仮想音源５２１、５２２、５２３、５２４、５２５のように、再びレベル適合、室調和の調整およびラウドスピーカ・フィルタリングの後に出力される。図４は、構造を示す。ここで、マイクロホン信号は、フィードバックを防止するために、それぞれ反対の仮想音源によって表される。柔軟なマトリックスおよび仮想音源５２１，５２２，５２３，５２４，５２５としてのあらゆる入力（マイクロホン入力／ライン入力）を示すオプションを使用することによって、直接マイクロホンで採取した信号は室シミュレーションに組み込まれ、それらの位置調整により、それらは人工的に残響拡大された部屋における表現に使用される。しかしながら、これらの信号は、ほとんど室調和を含まないため、ほとんど再生されないと思われなければならない。さらに、マイクロホンは、反射の複雑な分布を記録するために加えられることができる。また、本当の部屋を表すときに大きな要求品質として考えることができる天井の仮想音源５２１、５２２、５２３、５２４、５２５の表現は可能である。マトリックスの入力ブランチにおいて、反響する部屋において異なる吸収および反射パラメータを組み込むために、フィードバック抑制のための狭帯域フィルタを有するフィルタユニットとは別に、異なる部屋材を考えるフィルタもある。前述のように、検出されたマイクロホン信号は、再び自由に位置決め可能な音源にモデル化されて、既存の室特性を備え、室音響効果の再生という結果になるマイクロホンによって再び録音される。

図６は、特定の実施例の基本的概念を示す。図６に示すように、１２個のラウドスピーカ６１１、６１２、６１３を含むラウドスピーカアレイが示される。実際の実施例において、ラウドスピーカの数はしばしば著しく大きく、例えば、６０個、１００個、２００個、３００個またはより多くのラウドスピーカを含む。さらに、４つの仮想壁６２１、６２２、６２３、６２４が示される。

以下に、ラウドスピーカ６１１および仮想壁６２１が、更に詳細に考察される。それは、ラウドスピーカ／仮想壁の対（６１１、６２１）を形成する。ラウドスピーカのうちの１つおよび仮想壁のうちの１つの他のあらゆる組合せも、ラウドスピーカ／仮想壁の対を形成する。ラウドスピーカおよび仮想壁の間の距離は、矢印ｄによって示される。図６において、さらに、複数のマイクロホン６３１、６３２、６３３が設けられている。単純化のために、マイクロホン６３１が、音波を記録することによって、ラウドスピーカ６１１を介して再生されることになっているオーディオ信号を生じるものと仮定される。ここで、ラウドスピーカ６１１によって再生される信号は、仮想壁６２１におけるマイクロホン６３１によって記録される音波の反射に対応する。これは、マイクロホンによって録音される信号がラウドスピーカ６１１によって時間遅れをもって再生されることができるだけであることを意味し、それはラウドスピーカおよび仮想壁の間の距離に依存するものであり、仮想壁６２１とラウドスピーカ６１１との間の距離が大きいほど、時間遅れ、すなわちマイクロホン６３１によって録音される信号がラウドスピーカ６１１で再生されるまでの遅延値が大きい。図６は、点線６２９によって仮想壁６２１のシフトを示し、ラウドスピーカ６１１に対する仮想壁の距離は、ｄから２ｄへ増加する。したがって、遅延値は増加する。

特定の実施態様において、遅延値は、次式に従って計算されることができる。
遅延＝（ｄ＋ｃ）＊ｐ₁
ここで、ｄはラウドスピーカとラウドスピーカ／仮想壁の対の仮想壁との間の距離であり、ｃは定数であり、ｐ₁は０より大きい比例定数である。そして、ラウドスピーカおよび仮想壁の間の距離が大きくなるほど、遅延値はより大きなものになる。

実施例において、実際の音源が第２の音源から遠くなるほど実際の音源の振幅が小さくなるため、仮想壁およびラウドスピーカの間の距離が大きくなるほど、より小さい振幅因子が選択され、仮想音源は外見的には音波を反射する仮想壁を表す。振幅因子は、ラウドスピーカの１つで出力される修正された信号を得るために、出力信号のうちの１つの振幅が変更されることになっている因子である。

特定の実施態様において、振幅因子は次式に従って計算されることができる。
振幅因子＝［１／（ｄ＋ｈ）］＊ｐ₂
ここで、ｄはラウドスピーカとラウドスピーカ／仮想壁の対の仮想壁との間の距離であり、ｈは定数であり、ｐ₂は０より大きい比例定数である。好ましい実施形態では、振幅因子が常に０より大きく１より小さい値を呈するように、比例定数ｐ₂は選択される。

基本的に、遅延値を増加させることは、残響時間の拡張を引き起こす原因となることができる。

図７は、仮想壁の現在の位置７２９がその旧位置７２１に関して回転可能な態様で変わったように仮想壁の現在の位置７２９が変わる更なる実施例を示す。ラウドスピーカ７１１に対する仮想壁の旧位置の距離は矢印ｅで示され、ラウドスピーカ７１１に対する仮想壁の新しい位置の距離が矢印ｆによって示される。

いくつかの態様が装置の文脈において記載されたが、これらの態様はそれぞれの方法の説明をも表すことは明らかであり、ブロックまたは装置は、方法ステップまたは方法ステップの特徴に対応する。同様に、方法ステップの文脈において記載された態様は、また、それぞれのブロックまたは要素またはそれぞれの装置の特徴の説明を表す。

発明のコンピュータプログラムまたは信号は、デジタルメモリ媒体に保存されることができ、またはインターネットのような、例えばワイヤレス転写媒体または有線の転写媒体等の転写媒体上に移されることができる。

特定の実施要件に応じて、本発明の実施例は、ハードウェアにおいて、または、ソフトウェアで実施されることができる。実施は、例えば電子的に読み込み可能な制御信号が格納されるディスク、ＤＶＤ、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ等のデジタルメモリ媒体を用いてなされることができ、それは、それぞれの方法が実行されるように、プログラム可能なコンピュータシステムと協働する（または協働することが可能である）。

本発明によるいくつかの実施例は、本願明細書において記載されている方法のうちの１つが実行されるように、プログラム可能なコンピュータシステムと協働することが可能である電子的に読み込み可能な制御信号を有する持続的データキャリアを含む。

通常、本発明の実施例は、プログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として実施されることができ、コンピュータプログラム製品がコンピュータで実行されるときに、プログラムコードは方法のうちの１つを実行するのに効果的である。プログラムコードは、例えば、機械読み取り可読キャリアに格納されることができる。

他の実施例は、本願明細書において記載された、機械読み取り可読キャリアに格納される方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムを含む。

換言すれば、コンピュータプログラムがコンピュータで実行されるときに、発明の方法の一実施例は本願明細書において記載されている方法のうちの１つを実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。

発明の方法の更なる実施例は、それに記録される、本願明細書において記載されている方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムを含むデータキャリア（またはデジタルメモリ媒体またはコンピュータ可読の媒体）である。

このように、発明の方法の更なる実施例は、本願明細書において記載されている方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムを表すデータストリームまたは一連の信号である。データストリームまたは一連の信号は、例えばインターネットのようなデータ通信接続を経て送信されるように構成されることができる。

更なる実施例は、処理手段、例えば本願明細書において記載されている方法のうちの１つを実行するために構成されるコンピュータまたはプログラム可能な論理装置を含む。

更なる実施例は、本願明細書において記載されている方法のうちの１つを実行するためのコンピュータプログラムがインストールされたコンピュータを含む。

いくつかの実施形態において、プログラム可能な論理装置（例えばフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）は、本願明細書において記載されている方法の機能の１つまたは全てを実行するために用いられることができる。いくつかの実施形態では、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイは、本願明細書において記載されている方法のうちの１つを実行するために、マイクロプロセッサと協働することができる。通常、方法は、いかなるハードウエア装置によっても好ましくは実行される。

上述の実施例は、単に本発明の原理の説明だけを示すものである。本願明細書において記載されている配置および詳細の修正変更が他の当業者にとって明らかであることは明らかである。したがって、実施例の説明および議論に基づいて本願明細書において示された具体的な詳細によってではなく、本発明が単に以下の請求の範囲によってのみ制限されることが意図されている。

Claims (15)

1. 残響時間拡張のための装置であって、
   波面合成情報を計算するためのモジュール（１１０）、
   複数のマイクロホンによって記録された複数のオーディオ入力信号に基づいて、そして波面合成信号に基づいて複数のラウドスピーカのための複数のオーディオ出力信号を生成するための信号処理器（１２０）、および
   １つまたはいくつかの仮想壁の仮想位置を決定するためのオペレーティングユニット（１３０）を含み、
   波面合成情報を計算するためのモジュール（１１０）は、１つまたはいくつかの仮想壁の仮想位置に基づいて波面合成情報を計算するように実行され、
   仮想壁のうちの少なくとも１つのために、仮想位置は、オペレーティング・ユニット（１３０）によって調整可能である、装置。
2. 波面合成情報を検出するためのモジュール（１１０）は、波面合成情報として遅延値および振幅因子値を計算するように実行され、遅延値はそれによってオーディオ入力信号のうちの１つがラウドスピーカの１つで遅延するように再生される遅延を示し、振幅因子はどのような因子によってラウドスピーカの１つでの出力である修正された信号を得るためにオーディオ入力信号のうちの１つの振幅が変更されるのかを示す、請求項１に記載の装置。
3. 波面合成情報を計算するためのモジュール（１１０）は、特定の時間の間のラウドスピーカ／仮想壁の対ごとに遅延値および振幅因子を計算するように実行され、ラウドスピーカ／仮想壁の対は、ラウドスピーカの１つおよび仮想壁の１つの対である、請求項２に記載の装置。
4. 波面合成情報を計算するためのモジュール（１１０）は、ラウドスピーカ／遅延壁の対のラウドスピーカと仮想壁との距離に基づいてラウドスピーカ／仮想壁の対のための遅延値および振幅因子値を計算するように実行される、請求項３に記載の装置。
5. 波面合成情報のためのモジュール（１１０）は、ラウドスピーカと仮想壁との距離が大きくなるほどラウドスピーカ／仮想壁の対の遅延値を大きく設定するように実行される、請求項３または請求項４に記載の装置。
6. 波面合成情報のためのモジュール（１１０）は、ラウドスピーカと仮想壁との距離が大きくなるほどラウドスピーカ／仮想壁の対の振幅値を小さく設定するように実行される、請求項３ないし請求項５のいずれかに記載の装置。
7. オペレーティングユニット（１３０）は、仮想壁が第１の位置に対して並行して任意に移されることができるように、仮想壁の少なくとも１つが第１の仮想位置から第２の仮想位置へ移されることができるように実行される、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の装置。
8. オペレーティングユニット（１３０）は、仮想壁が第１の位置に対して回転可能に任意に移されることができるように、仮想壁の少なくとも１つが第１の仮想位置から第２の仮想位置へ移されることができるように実行される、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の装置。
9. 仮想壁の全てのための仮想位置は、オペレーティングユニット（１３０）によって調整可能である、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の装置。
10. オペレーティングユニット（１３０）は、それぞれの仮想壁が第１の位置に対して並行しておよび回転可能に任意に移されることができるように、仮想壁のそれぞれが第１の仮想位置から第２の仮想位置へ移されることができるように実行される、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の装置。
11. 装置は、さらに共振周波数をフィルタリングするためのパラメトリックフィルタを含む、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の装置。
12. 残響時間拡張のための方法であって、
    １つまたはいくつかの仮想壁の仮想位置を決定するステップ、
    複数のマイクロホンによって記録された複数のオーディオ入力信号を受信するステップ、
    波面合成情報を計算するステップ、および
    オーディオ入力信号に基づいておよび波面合成情報に基づいて複数のラウドスピーカのための複数の出力信号を生成するステップを含み、
    波面合成情報は、１つまたはいくつかの仮想壁の仮想位置に基づいて計算され、
    仮想位置は、仮想壁の少なくとも１つのために調整可能である、方法。
13. コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されるとき、請求項１２に記載の方法を実行するためのプログラムコードを有する、コンピュータプログラム。
14. 残響時間拡張のための電気音響システムであって、
    複数のマイクロホン（３５０；４１１, ４１２）、
    請求項１ないし請求項１２の１つに記載の残響時間拡張のための装置、および
    複数のラウドスピーカ（３７０；４８１, ４８２）を含むラウドスピーカアレイを含み、
    複数のマイクロホン（３５０；４１１、４１２）は残響時間拡張のための装置に入力される複数のオーディオ入力信号を生成するように実行され、ラウドスピーカアレイの複数のラウドスピーカ（３７０；４８１、４８２）は残響時間拡張のための装置によって送り込まれたオーディオ出力信号を有し、そして送り込まれたオーディオ出力信号を再生するように実行される、電機音響システム。
15. 電気音響システムによる残響時間拡張のための方法であって、
    １つまたはいくつかの仮想壁の仮想位置を決定するステップ、
    複数のマイクロホンによって記録される複数のオーディオ入力信号を生成するステップ、
    波面合成情報を計算するステップ、
    オーディオ入力信号に基づいておよび波面合成情報に基づいて複数のラウドスピーカのための複数のオーディオ出力信号を生成するステップ、および
    複数のラウドスピーカを含むラウドスピーカアレイによってオーディオ出力信号を出力するステップを含み、
    波面合成情報は１つまたはいくつかの仮想壁の仮想位置に基づいて計算され、
    仮想位置は仮想壁の少なくとも１つのために調整可能である、方法。

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