JP3289926B2 - オンラインで指向性音響を提供する方法並びに装置 - Google Patents

オンラインで指向性音響を提供する方法並びに装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は音響装置に係わり、詳細
には「全体を包囲する」方法で視聴者に対して音響を提
供する方法並びに装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】全体を包囲する音響を視聴者に対して提
供することが望ましい場合が多く存在する。この種の装
置のひとつは人工現実装置であり、ここでは人工環境が
使用者に対して生成される。この環境は通常視聴者の回
りに生成された風景を含み、視聴者が環境に関連する任
意の平面内で移動するに従って、風景はあたかも視聴者
が実環境の中を移動しているかのように変化する。
【０００３】状況によっては画像と連動して視聴者に音
響が提供される場合もあり、例えば視聴者（または音
源）が近づいたり遠ざかると、音量および周波数が増加
したり減少したりする。場合によっては音が聴取者の直
接の背後、上または下から現れることもある。
【０００４】各々の耳に置かれている従来方式のステレ
オ音響スピーカは、一つの方向またはその反対側からや
ってくる音のだいたいの方向が判るだけである。これら
のスピーカは高価であり、視聴者が実際に音が背後、上
方、下方または一方から来るように聞こえる様にすると
いう要求は満足しない。
【０００５】現在サラウンド音響またはホログラフィッ
ク音響または３次元音響と呼ばれているものは、強力な
ディジタル信号処理装置を使用して生成されており、こ
れは基本的にステレオ式イヤホーンであって音が背後、
上方、下方または異なる距離からやって来るかのように
耳をだますものである。
【０００６】従って、本技術分野に於て軽量で、廉価で
しかも音がどの方向からもやって来るかのような幻覚を
生成できるスピーカ装置に対する要望が存在する。
【０００７】本技術分野に於てさらに、人工現実装置で
生成かつ制御出来、しかも可搬型でプロセッサ制御のも
とに生成可能なこの様な装置の必要性も存在している。
【０００８】
【発明の目的と要約】遍在音響装置は、使用者の頭部を
囲むはちまきに個別の圧電素子の列を装着して構成され
ている。各々の素子はプロセッサから供給される信号に
よって独立に制御可能である。従って音を使用者の頭の
回りの任意の場所で発生させるようにプログラム出来
る。
【０００９】個々の圧電素子の各々から発生する音の音
量およびタイミングを注意深く選択することによって、
視聴者は人工現実装置内の表示装置に表示される風景に
連動した遍在性立体音響を知覚できるであろう。表示さ
れている風景は、順に検出された使用者の動きによって
制御可能である。
【００１０】従って例えば、使用者がサイレン（例えば
自動車の点滅しているライト）の方に歩いて（人工的に
創造された環境の中で）行けて、その場合サイレン源
（自動車）の風景は段々大きくなるであろう。同時にサ
イレンからの音も大きくなり、またサイレンの周波数も
接近する角度に応じて変化するであろう。勿論、自動車
を視聴者に対して動かすことも可能であり、音響もそれ
に従って変化するはずである。
【００１１】変化する音響の、この幻覚を生成するため
の装置は別々の異なる圧電素子に時々刻々信号を送り移
動音響の幻覚を生成するように設計されている。生成さ
れた環境に付いてのこれらの音響属性は可搬型プロセッ
サの中に記憶されており、適切な風景に連動して視聴者
に提供される。従って装置は視聴者が対象物体からどれ
だけ離れているかを知っており、従って圧電素子のいず
れを駆動すべきをも知っている。装置はまた視聴者が対
象物体に近づくにつれて、音も大きくなるべきであるこ
とも知っている。視聴者が対象物体を直視している場合
は、音は前方から来るべきである。表示されている物体
はまた、それらの回りに境界箱を持てるので視聴者がそ
の物体の中に移動する場合は衝撃音が聞こえる。更に圧
電装置を物理的に振動するように製造できるので、視聴
者に音が当たる「感じ」を生成できる。
【００１２】従って装置は対象物体に順応しているの
で、視聴者が対象物体に近づけば近づくほど、音響もよ
り多く変化する。これは、例えば軍事および航空機シミ
ュレーション等の応用分野では重要である。
【００１３】従って本発明の技術的な特長は、視聴者に
対して遍在的でありしかも軽量で廉価に製造できる音響
装置を提供することである。
【００１４】本発明の更なる技術的な特長は、この様な
装置が可搬型プロセッサから供給され、人工現実装置と
連動した信号に応答して、視聴者の回りの環境の物理的
な状態に連動した音響を提供するように設計されている
ことである。
【００１５】
【実施例】本発明の更に完全な理解は、詳細な記述およ
び特許請求の範囲を添付図と共に参照することにより得
られるであろう、添付図に於て同一の参照番号は同一の
対象を指し示す。
【００１６】図１は個人の頭に別々に装着される可搬型
仮想現実装置１０を示す。装置１０はカラー液晶表示ス
クリーン１０１、圧電フィルム素子の配列１０２、位置
方向検出器１２およびプロセッサ１３とで構成されてい
る。
【００１７】プロセッサ１３は位置方向検出器１２から
のヘルメット１０の方向情報と内蔵ソフトウェアに従っ
て可視画像を生成する。プロセッサ１３は三次元環境を
生成し、その眺望をスクリーン１０１上に投影する。使
用者がその頭、従ってヘルメット１０を動かすと、プロ
セッサ１３はスクリーン１０１上の画像を変化させて、
使用者があたかも実際の三次元環境の中に居るかのよう
に認識出来るように眺望を模擬する。同様に使用者が別
の位置に歩いたり走ったりすると、プロセッサ１３は使
用者があたかも三次元環境の中を同じ距離だけ同じ方向
に歩いたり走ったりしたかのように、スクリーン１０１
上の画像を変化させる。
【００１８】スクリーン１０１は、ここではカラー液晶
表示装置であるが、例えば使用者の眼の近くに短焦点距
離で配置できる、任意の表示装置であってもよい。
【００１９】プロセッサ１３はまた音声バンド１１の圧
電素子１０２を通して、音声場を生成する。個々の素子
１０２はプロセッサ１３から個別に駆動される。プロセ
ッサは指向性音声場を生成する様に圧電フィルム素子１
０２に対して、個別にかつ選択的に電力を供給する。こ
の様に行うことによって、プロセッサは使用者の頭また
は身体が動いている場合は、移動する音源および固定音
源の幻覚を作り出すことが出来る。すなわち、音源が固
定している場合、使用者が動きを止めているときには同
じ素子から同じ音が来続ける。音声素子は小さなチップ
であっても長い帯であっても良く、各々のプロセッサか
らの別々の信号で駆動される。
【００２０】図２は使用者が制御器２１を使用し、提示
された画像を手動で変更したりまたは、生成された環境
に対する方向または速度の変化を手動で生成する装置を
示す。帯２２は素子１０２を含み、締め付け機構２０に
よって調節することが出来、これはまた素子の音量調節
も行える。
【００２１】図３はプロセッサ１３、スクリーン１０
１、音声バンド１１、ジョイスティック２１、位置方向
検出器１２および方向制御モジュール３０６を図式的に
示している。プロセッサ１３はデータベースに格納され
ているグラフィック情報を取り出して画像を生成し、こ
れらはスクリーン１０１上に表示される。プロセッサ１
３はまた圧電フィルム素子１０２から出力される音声を
も生成する。プロセッサ１３は単一プロセッサであって
も多重プロセッサで有ってもよく、例えばＴＭＳ３４０
シリーズのグラフィックプロセッサおよびＴＭＳ３２０
シリーズのディジタル信号プロセッサが使用出来るが、
これらはすべてテキサス・インスツルメント株式会社
（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｉｎｃｏｒｐｏ
ｒａｔｅｄ）から購入可能である。’３４０はスクリー
ン１０１上に表示される画像を生成し、’３２０はバン
ド１１上に音声を生成する。プロセッサ１３には位置方
向検出器１２が接続されている。位置方向検出器１２は
使用者が見ている方向を検出する。フラック・ゲート羅
針儀（図示せず）をプロセッサ１３に連結させて、絶対
南北方向情報を提供できる。方向制御ブロック３０６は
プロセッサ１３に対して三次元環境内での使用者の位置
および眺望を提供する。方向制御ブロック３０６は使用
者の向きに関する情報を位置検出器１２からプロセッサ
１３を通して、また使用者からジョイスティック２１を
通して直接受信する。方向制御ブロック３０６は三次元
環境内での使用者の位置を、位置方向検出器１２からの
瞬時瞬時の向き情報を数学的に積分することにより決定
することが出来る。
【００２２】図４ａ，図４ｂおよび図４ｃは位置および
方向検出器１２の一つの実施例に於ける素子を示す。容
器４０には液体が満たされており、光源４３（または赤
外線またはマイクロ波の様な電子信号源）を一方の側に
有し、そしてＣＣＤ４４（電荷転送素子：Ｃｈａｒｇｅ
Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）またはその他の電子
信号検出器をもう一方の側に有する。ＣＣＤ４４は光源
４３からの光線４０１が、液体４２で遮られるときに入
射する場所を検出することができる。図４ｂおよび図４
ｃは容器４０を異なる向きに置いた場合を示しており、
従って装置４０内の液体が異なる水準に有る状態を示し
ている。
【００２３】図４ｂに於て、容器４０が傾けられている
のでＣＣＤ４４の大きな領域が液体４２で遮られてお
り、ＣＣＤ４４に当たる光線４０１はより少なくなる。
ＣＣＤ４４に照射される光線量は検知できる、例えば個
別のＣＣＤ（またはその他の検出器）装置の配列を使用
し、おそらくはディジタル式に光のレベルを監視して検
知出来る。水平の場合はＣＣＤ４４には光が透過しな
い。図４ｃに於て、液体がＣＣＤ４４を完全に覆ってい
る。
【００２４】図５では複数のＣＣＤ容器４０が異なる軸
に傾けられた状態で組合わされて示されている。三つの
組合せ部品４０ａ，４０ｂおよび４０ｃは相互に直交す
る軸に対して配列された状態で方向検出器１２の中に組
み込まれていて、三次元方向の動きを検出している。組
合せ部品４０ａ，４０ｂおよび４０ｃからの向き情報は
ケーブル３０１を通してプロセッサ１３に伝送される。
ＣＣＤ組合せ部品はまた、常時ＣＣＤ素子の出力を検査
することによって検出器１２の動きおよび位置に関する
情報を提供できる。
【００２５】各々の装置４０内部の液体の傾斜を考慮に
入れることによって、二つの装置のみで全三方向を知る
ことも可能である。
【００２６】この説明は発明を上記の特定の実施例を参
照して記述したが、これはただ一つの例であって、発明
の範囲を制限するのはこの説明ではなく特許請求の範囲
である。開示された発明の種々の修正、また同様に発明
の別の実施例は、当業の者は上記の説明を参照すること
によって明かであろう。従って添付の特許請求の範囲は
その様な修正変更が発明の真の範囲に落ちる様に網羅す
るものである。
【００２７】関連明細書の相互参照 以下の特許明細書は互いに相互参照されており、全ては
テキサス・インスツルメント（株）に委譲されている。
これらの明細書は同時にファイルされていてこの特許で
も参照されている。 米国出願番号 発明の名称 07/593,190 可搬型可視表示装置を提供するための方
法並びに装置。 07/593,823 使用者の物理的な位置を監視するための
方法並びに装置。 07/593,702 オンライン指向性音響を提供するための
方法並びに装置。
【００２８】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。
【００２９】(1) 人工現実装置内で視聴者に対して立
体音響の幻覚を生成するための音響装置であって： 視聴者が装着するヘッドバンドと； 該ヘッドバンドの周辺に設置され、各々が電気的インパ
ルス信号を受信しこれらに応答して音響を発生するよう
に適合された、複数の個別の振動素子とで構成された音
響装置。
【００３０】(2) 第１項記載の装置に於て、前記振動
素子が圧電体条片である前記音響装置。
【００３１】(3) 第１項記載の装置に於て、更に：前
記インパルス信号を前記素子に協調して供給するための
プロセッサを含む前記音響装置。
【００３２】(4) 第１項記載の装置に於て、前記人工
現実装置が複数の視聴者に対して人工的眺望環境を創造
するように動作可能であり、前記環境の各々は予め定義
された構造物を含む前記人工現実装置が：前記各々の視
聴者に接続可能であり、前記視聴者の動きに付随したデ
ータを提供するための立体検出器と；前記各々の視聴者
に固有で、前記特定の視聴者およびその他の複数の視聴
者からデータを受信するためのプロセッサと；それに前
記創造された環境の眺望を前記各々の視聴者に提供する
ための表示媒体で、前記眺望は前記固有のプロセッサに
よって前記特定の視聴者および前記その他の視聴者から
の受信データに基づいて制御されている前記表示媒体と
で構成されており；かつ前記プロセッサがさらに前記素
子への前記インパルス信号の提供を、前記視聴者へ提供
される前記眺望と整合させるように動作可能である、前
記音響装置。
【００３３】(5) 第４項記載の装置に於いて、各々の
前記視聴者への前記人工環境が前記固有のプロセッサで
生成され、各々の前記視聴者への前記インパルス信号が
前記視聴者に唯一固有である前記音響装置。
【００３４】(6) 第１項記載の装置に於て、前記人工
現実装置が一人の視聴者に対して人工的眺望環境を創造
するように動作可能であり、前記環境の各々は予め定義
された構造物を含む前記人工現実装置が：前記視聴者に
接続可能であり、前記視聴者の動きに付随したデータを
提供するための立体検出器と；前記視聴者に固有で、前
記特定の視聴者からデータを受信するためのプロセッサ
と；前記創造された環境の眺望を前記視聴者に提供する
ための表示媒体で、前記眺望は前記固有のプロセッサに
よって前記特定の視聴者からの受信データに基づいて制
御されている前記表示媒体とで構成されており；そして
前記プロセッサがさらに前記素子への前記インパルス信
号の提供を、前記視聴者へ提供される前記眺望と整合さ
せるように動作可能である、前記音響装置。
【００３５】(7) 音響装置生成方法であって：視聴者
の頭の回りにはちまきを配置し；前記はちまきの回りに
複数の個別の振動素子で、前記素子の各々は電気的イン
パルス信号を受信し、それに応じて音波を生成するよう
に適合されている前記振動素子を分散配置する、以上の
手順を含む前記音響装置生成方法。
【００３６】(8) 第７項記載の方法に於て、さらに：
前記視聴者によって知覚される特定音の発生源の方向に
従って選択された個別の素子に電気的インパルスを提供
する手順を含む、前記音響装置生成方法。
【００３７】(9) 第８項記載の方法に於て、前記振動
素子が圧電素子である前記音響装置生成方法。
【００３８】(10) 第７項記載の方法に於て、前記方法
が更に、前記はちまきに合体されているプロセッサ経由
で前記素子への前記インパルス信号の提供の調整を行う
手順を含む前記音響装置生成方法。
【００３９】(11) 第７項記載の方法に於て更に：各々
が予め定義された構造を含む人工現実環境を、複数の視
聴者に対して生成するように動作可能な人工現実装置と
前記音響を関連付ける手順を含む、前記音響装置生成方
法。
【００４０】(12) 第１１項記載の方法に於て、更に：
各々の前記視聴者に対して前記視聴者の相対運動に付属
したデータを提供するように立体検出器を接続し；各々
の前記視聴者に固有のプロセッサ経由で、前記特定視聴
者および複数のその他の視聴者からの前記データを受信
し；そして前記固有のプロセッサにより、前記特定視聴
者および前記その他の視聴者からの前記受信データに基
づいて制御された、前記創造された環境の眺望を各々の
前記視聴者に提供する、以上の手順を含む前記音響装置
生成方法。
【００４１】(13) 第１１項記載の方法に於て、各々の
前記視聴者への前記人工環境が、前記固有プロセッサで
生成され、各々の前記視聴者への前記インパルス信号が
前記視聴者に唯一固有である、前記音響装置生成方法。
【００４２】(14) 人工環境装置内の視聴者によって使
用される遍在性音響装置が開示されている、この装置は
例えば使用者に対して音が移動し、使用者が音調および
音量の両方が変化して知覚できるように、表示されてい
る対象物と音響とを結び付けるように動作する。音響装
置１０は使用者の頭の回りに分離して取り付けられた、
一連の圧電素子１０２で構成されている。装置は各々の
素子を個別にプログラムし、視聴者に提供される人工環
境を定義している画像と連動した遍在性三次元音響の幻
覚を生成できるように設計されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヘルメットに装着された仮想現実装置を示す図
であり、スピーカ部品を露出して示している。
【図２】ヘルメットに装着された仮想現実装置を示す図
である。
【図３】模擬現実装置の図式的表現を示す図である。
【図４】ａ、ｂ、およびｃは種々の方向を向いているＣ
ＣＤ位置方向検出器を示す図である。
【図５】三次元位置方向検出器を示す図である。
【符号の説明】
１０ 音響装置 １１ 音声帯 １２ 位置方向検出器 １３ プロセッサ ２０ 締め付け機構 ２１ ジョイスティック ２２ 帯 ４０ 容器 ４２ 液体 ４３ 光源 ４４ ＣＣＤ １０１ スクリーン １０２ 圧電素子 ３０１ ケーブル ４０１ 光線
フロントページの続き (72)発明者 デール エイ．コーン アメリカ合衆国テキサス州ガーランド, オールド ミル ラン 1317 (72)発明者 ノーマン エイ．ジョセフソン アメリカ合衆国テキサス州ダラス，メリ マック 5211 (56)参考文献 特開 昭63−294186（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−44584（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−160700（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−26200（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−128390（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−82175（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04R 5/033 H04R 1/00 318 H04R 1/10 101 H04R 17/00 H04S 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 人工現実装置内で立体音響の幻覚を生成
    するための音響装置であって、 聴取者 が装着するヘッドバンドと、 該ヘッドバンドの周辺に設置され、各々が電気的インパ
    ルス信号を受信しこれらに応答して音波を発生するよう
    に適合された、少なくとも３個の個別の振動素子と、 を備えた 音響装置。
  2. 【請求項２】 音響装置構成方法であって、 聴取者 の頭の回りにヘッドバンドを配置し、 前記ヘッドバンドの回りに少なくとも３個の個別の振動
    素子を分配配置し、各々は電気的インパルス信号を受信
    し、それに応答して音波を生成するように適合されてい
    る、前記音響装置構成方法。
JP25805891A 1990-10-05 1991-10-04 オンラインで指向性音響を提供する方法並びに装置 Expired - Fee Related JP3289926B2 (ja)

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