JP5096325B2 - スピーカ間の距離を決定する方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、２つのスピーカ間の距離を決定する方法、及び２つのスピーカ間の距離を決定するシステムに関する。

本発明は、一群のスピーカのうちのスピーカの相対的位置を決定する方法、及び一群のスピーカの自動設定方法にも関する。

更に、本発明は、音響音システムに関する。

現在のサラウンドサウンドシステムは、多くの場合、複数のスピーカを特徴とし、これらのスピーカは、部屋において聴取者の周囲に戦略的に配置されるべきであり、これにより、聴取者は、スピーカから発する音が全方向から生じている、又は音声などの特定の音が、例えば、聴取者の左側の点などの仮想音源から生じているような印象を与えられる。これらの音の効果は、所望の聴取体験を最終的に伝達するのは、各スピーカから生じる音のローブ(lobe)の相互作用であるので、スピーカの正しい位置に依存する。

ユーザがスピーカを正しく設定、すなわち配置、するのを支援するために、最新のサウンドシステムは、しばしば、色付けされたコードのコネクタ及びソケットを提供し、すなわち、例えばアンプから伸びるコネクタの色は、スピーカの背部におけるソケットの色に一致する。実際には、多くのユーザにとって、設定を正しく実行することは、依然として困難であり、これにより、スピーカは、テレビに対して、部屋において不正確に配置され得る。例えば、ユーザは、右のサラウンドスピーカが接続されるべき位置に左のサラウンドスピーカを不正確に接続し得るか、又はスピーカを接続することを完全に忘れてしまい得る。このような誤りは、知覚される音が、スクリーンにおいて見られるものに対して「間違った」方向から生じるように現れてしまい得るので、音声及びビデオの組み合わされた体験の品質を、著しく減少させてしまう。このような設定誤りの結果は、いくつかの聴取効果が、正確に再構成されることに失敗し得、サウンドシステムのユーザの一部に不満を生じさせることになる。スピーカが正確に接続される場合であっても、部屋におけるこれらスピーカの配置は、サラウンドサウンド効果及び「スイートスポット」、すなわち音が最良に聞かれる一群のスピーカの範囲の領域の再構成に関する要件をいまだ満たし得ない。例えば、スピーカは、互いに離れ過ぎて又は近過ぎて配置され得る。究極的に、サラウンドサウンドシステムに関するスピーカの正確な接続及び配置は、このようなシステムの所有者の多くの能力を、かなり多くの場合超えていることが理解され得る。

この問題に対処する試みにおいて、特定のシステムは、聴取者に満足できる聴取体験を与える努力として、スピーカが一度接続されれた後でスピーカを設定する設定機能を有する。このような設定システムは、スピーカ間の距離を決定するよう試みるが、それは、これらの距離が知られる場合、サウンドシステムは、スピーカのライン入力部への信号を最適化し得るからである。例えば、米国特許文書第2003/0031333号は、スピーカから発される音信号を検出し、ユーザが着席する位置に関してスピーカ音を最適化する処理器に信号を送信する携帯型センサをユーザに持たせることによって、音声再構成の最適化を行うシステムを開示する。しかし、このシステムは、ユーザの一部に対して能動的な支援を必要とする。更に、ユーザは、スピーカの位置が変更される毎に、又はユーザが部屋において異なる位置に座るように選択する場合にいつでも、手に携帯型（バッテリ駆動の）センサを持つことを強いられる。センサがある時点で誤って配置される場合、ユーザは、スピーカ音の最適化をもはや開始することが可能でない。この提案されるシステムは、スピーカ接続が正確でない又は失われている場合に、何の解決も提供しない。

他の提案される解決法において、スピーカ間の距離は、検査信号をスピーカから発生させ、スピーカと関連付けられるマイクの配列によってこの検査信号を拾い上げることによって、測定される。Audio Engineering SocietyのConvention Paper 6211(117^th Convention)は、各スピーカが２つの専用マイクを具備される解決法を提案している。検査信号は、順番に各スピーカによって発せられ、残りのスピーカのマイクによって検出される。しかし、この解決法の主な不利な点は、提案されるシステムの検査信号が個別のセットアップ手順において発せられ、ユーザによって聞かれ得ることである。設定が個別の処理として実行される必要があるので、ユーザは、設定を、おそらくチューナのリモートコントロールによって与えられるコマンドを用いて開始しなければならない。しかし、ユーザが入力コマンドを決定するためにマニュアルを調べる必要がおそらくあり得るので、ユーザは、設定を実行しないような気分に全くなり得ないかもしれない。

多くの消費者にとって、このような設定システムは、単に複雑すぎであり、煩わしいと感じられ、ユーザがこれらのシステムを利用しない、又はステップを正確に実行しない結果をもたらし、究極的には、ユーザがサウンドシステムに不満を持つことになる。

したがって、本発明の目的は、通常の動作に影響を与えず且つユーザの邪魔をせずに、いつでも実行され得る、サウンドシステムの動作においてサウンドシステムのスピーカ間の距離を自動的に測定する容易で経済的な方法を提供することである。

この目的のために、本発明は、２つのスピーカ間の距離を決定する方法であって、

検査信号を供給するステップと、前記検査信号が聴取者に対して知覚可能でない合成信号を与えるために、前記検査信号を音信号と合成するステップと、第１スピーカを用いて前記合成信号を発出するステップと、第２スピーカと関連付けられる検出手段によって、前記合成信号を検出するステップと、音響インパルス応答を得るために、前記検出された合成信号を処理するステップと、前記第１スピーカと前記第２スピーカとの間の距離を決定するために前記音響インパルス応答を用いるステップと、を有する方法を提供する。

検査信号が合成されている信号は、通常、スピーカへのライン入力を介してスピーカに送信される音声信号である。通常のサウンドシステムは、一般的に各スピーカ用に１つである、いくつかのライン入力部を備え得る。例えば、映画を伴い得る音声の要素は、音声、音楽、及び音響効果のいずれか又はすべてを備え得る。以下において、「音信号」又は「音声信号」に対して参照がされる場合、これらは、示唆されるライン入力を介して担持される信号である。スピーカ間の距離を決定する方法は、好ましくは、聴取者がオーディオ／映像の映画体験を楽しんでいる際などに、全てのスピーカが有効に音信号を供給されている場合に、実行される。

２つのスピーカ間の距離を決定する適切なシステムは、検査信号を供給する検査信号供給源と、前記検査信号が聴取者に対して知覚可能でない合成信号を与えるために、前記検査信号を音信号と合成する信号合成ユニットと、第１スピーカへ前記合成信号を出力する出力手段と、前記第１スピーカから発されて第２スピーカに入射する前記合成信号を検出する検出手段と、音響インパルス応答を得るために、前記検出された合成信号を処理する処理ユニットと、前記第１スピーカと前記第２スピーカとの間の距離を決定するために前記音響インパルス応答を用いる距離決定ユニットと、を備える。

本発明による方法の明らかな有利な点は、スピーカ間の距離の測定が、ユーザによっていずれにしても気付かれることなく、完全に自動的に効果を発揮し得、いつでも、定期的に、又は断続的に実行され得、これにより、スピーカのいかなる故意の又は事故的な再構成も検出及び保証され得る。

従属項及び後続の説明は、本発明の特に有利な実施例及び特徴を開示する。

検査信号を「ホスト」信号に埋め込む多数の方法が存在する。本発明によると、ホワイトノイズを好ましくは含む検査信号は、ホスト音声信号と合成されるが、それは、全ての周波数が、ホワイトノイズに基本的に等しく表されるからである。ノイズを含む検査信号は、所要に発生される、又は、例えば、メモリ装置から取得されることによって取得され得る。本発明の特に好ましい実施例において、このようなノイズを含む検査信号は、心理音響ノイズ埋め込みの技法を適用することによって、音信号と知覚不可能に合成される。この技法は、スピーカに対して意図される音信号を分析する心理音響モデルを利用し、したがって、信号が（信号をノイズと合成することによって）どの程度歪まされ得るのかを示す情報を、この歪が聴取者に知覚可能になる前に提供する。この目的を果たすために、心理音響モデルは、音信号の周波数成分の強度を決定するために、周波数ドメインにおける音信号を分析する。通常、このような音声信号は、人間の聴覚が低及び高周波数成分に対してあまり敏感でないので、中周波数領域におけるよりも低及び高周波数領域において、この歪みが聴取者によって気付かれることなく、より歪まされ得る。心理音響モデルは、検査信号と知覚可能でないように合成され得る音声信号の周波数スペクトルにおける領域を識別し、音声及び検査信号の合成を実行する。生じる合成信号は、検査信号を、この検査信号が聴取者にとって完全に知覚可能でないように担持する。既知の方法は、論文である「"Perceptual Coding of Digital Audio" by Ted Painter and Andreas Spanias, Proceedings of the IEEE, VO. 88, No. 4, April 2000」において詳細に記載されている。

したがって、合成される検査及び音信号は、第1スピーカによって発出され、スピーカ間の距離間隔による小さい遅延の後で、第２スピーカに関連付けられる検出手段によって検出される。検査信号は、検査信号が発されるスピーカを識別するのに用いられる。検査信号及び検出される合成信号は、その後、２つのスピーカ間における、部屋の音響インパルス応答を決定するために一緒に処理され得るが、その理由は、検査信号が本質的にいかなる遅延もなく入手可能であるが、検出される合成信号は、この信号がスピーカから発出される瞬間から第２スピーカの検出手段によって検出される瞬間までの遅延を経ているからである。発生の順番により、このような音響インパルス応答の基本要素は、（音信号としての第１大ピークが検出手段に作用する）主ピーク、（部屋内における音信号の反射によって生じられる）初期反射、及び（音信号が吸収によって消滅するときに生じられる）反響テールとして知られている。主ピークの出現までの経過時間は、この時間が、本質的に、音が第１スピーカから発出される瞬間から第２スピーカの検出手段によって検出される瞬間までに経過する時間であり、一度計算されると、この持続時間は、空気中における音の速度を用いて、スピーカ間における距離を研鑽するのに用いられ得る。

以下の事項は、必要であれば、フィルタリングなどを含む記載される処理ステップのいずれかが、アナログ／デジタル変換のステップによって先行されることを前提とする。アナログ又はデジタルフィルタリングのいずれかがいずれかの段階において必要とされることは、当業者にとって明らかである。

本発明の好ましい実施例の１つにおいて、音響インパルス応答を得るために検査信号及び検出される合成信号を処理するステップは、部屋の音響インパルス応答に到達するために受信される合成信号及び検査信号に適合的フィルタ処理を実行するステップを含む。未知のシステム、この場合は部屋、によって修正される信号のバージョンを一致させるために信号を適合させるこのような技法は、広く入手可能であり、当業者にとって既知である。適合型フィルタのフィルタ係数は、適合型フィルタが入力信号を相殺するまで、すなわち検出された合成信号の逆数になるまで連続的に調整され、したがってこれにより、所望のインパルス応答を間接的に生じさせる。

本発明の更に好ましい実施例において、音響インパルス応答を得るために検出される合成信号を処理するステップは、検出される合成信号及び検査信号間の相関を決定するステップを含む。この目的を果たすために、高速フーリエ変換（FFT）及び対応する共役が検査信号に関して計算される。検出される合成信号も、そのFFTを得るために処理される。その後、点毎の乗算が、検査信号及び検出される合成信号のFFTの共役に実行され、その後に、第１スピーカと第２スピーカの検出手段との間における部屋のインパルス応答を生じさせるために逆高速フーリエ変換（IFFT）が続く。

上述の手法でインパルス応答を得ているので、この場合、インパルス応答の第１大ピークの発生まで経過される遅延が、第１スピーカと第２スピーカの検出手段との間における合成信号によって伝えられる距離により発生するので、２つのスピーカ間の距離を推定することが可能である。したがって、標本化された第１大ピークまでの遅延を知り、且つ標本化レート及び音の速度を知っているので、距離を計算することは些細な問題である。

検査信号が反復的である場合、合成信号における検査信号を識別することは概してより容易である。したがって、本発明の好ましい実施例において、検査信号は、反復的なシーケンスを与える合成信号を与えるために、ノイズを含む検査信号を音信号と合成するステップにおいて周期的に繰り返される。繰り返しの期間は、好ましくは、音が完全に消滅するのに必要とされる時間の長さである、部屋の反響時間と少なくとも同じ長さであるように選択される。システムの処理ユニットにおいて認識される保証パターンは、検査信号が発出されたスピーカを直接識別するのに用いられ得る。

検査信号のノイズ寄与の振幅は、合成されるホスト音声信号と比較して非常に低い必要性のものである。したがって、本発明の更に好ましい実施例において、検出される合成信号を処理するステップは、検査シーケンスの繰り返しの期間と同じ長さを用いて、検出される信号をサンプリング及びバッファにおいて記憶することによって、受信される合成信号の累積化するステップを含む。このようにして、ノイズを含む検査信号は累積化される一方で、ホスト音信号は、本質的に平均化され得る。したがって、累積化のステップは、ホストに対するノイズの比率を増加させ、これにより、検査信号のノイズ寄与が、より容易に識別され得る。ノイズを含む検査信号のレベルは、したがって、聴取者にとって絶対的に可聴不可であるように低く容易に維持され得る。

スピーカに関する検出手段は、前記スピーカの直近に配置される、１つのマイク、又は複数のマイクであり得る。例えば、このようなマイクは、スピーカのハウジングに組み込まれ得、これにより、マイクとスピーカの膜又は振動番との間の距離は最小に維持されるようにされる。スピーカ間の距離を決定する既存の方法において、スピーカは、マイク配列で特別に具備されなければならず、これにより、ユーザは、このようなスピーカを購入する、又はマイク、全ての必要なワイヤ及び配線をこのユーザの既存のスピーカのセットに接続することを強いられる。したがって、本発明の特に好ましい実施例において、スピーカ自体の実際の膜は、このスピーカに入射する合成信号を受信するのに用いられ得る。このようにマイクをスピーカとして使用することは、膜の機械的特性に依存し可能にされ、すなわち、このことは、膜に入射する音信号によって振動するようにされ得る。したがって、この実施例は、何の追加的な配線もスピーカ自体に必要とされないので、特に魅力的な実施化の例を提供する。

一群のスピーカのうちの全てのスピーカが、それに割り当てられる検出手段を有する必要はない。前記一群のスピーカにおけるスピーカの各対のうちの１つが、検出手段を具備されることで十分であり、それは、１つの検出手段のみが、スピーカの１つの対間の距離を決定するのに必要とされるからである。検出手段のいかなる適した組み合わせが実施化され得ることは言うまでもない。例えば、スピーカのうちの１つが、単一の検出手段を備え得る一方で、残りのスピーカのいくつか又は全てが１つより多い検出手段をを具備され得る。スピーカのうちの１つ又は複数に関する検出手段は、スピーカの膜又は振動番であり得る一方で、マイクは、残りのスピーカのいくつか又は全てに割り当てられ得る。

２つのスピーカ間の距離を決定する方法は、例えば、通常２つのフロントスピーカ及び２つのリアスピーカ並びにサブウーハー、中央スピーカ、及びテレビスピーカなどの１つ以上の追加的なスピーカを通常備えるサラウンドサウンドシステムのスピーカなどの、一群のスピーカのうちのスピーカ間における全ての対毎の距離を決定するのに適用され得る。したがって、ある実施例において、単一の検出信号は、音信号と合成され、そして生じる合成信号は、１つごとに前記群のスピーカのそれぞれにより連続的に発出され、そして前記群における残りのスピーカによって受信される。対毎の距離は、合成信号を発出するスピーカと残りのスピーカとの間において決定される。その結果、他のスピーカのうちの１つが、合成信号を発出するように選択され、対毎の距離が、このスピーカと残りのスピーカとの間において決定される。このようにして、群におけるスピーカのそれぞれの間における対毎の距離は、連続的に決定され得る。

本発明における得に好ましい実施例において、スピーカ間の対毎の距離が、各スピーカに個別のノイズの検査寄与分を含む合成信号を発出させることによって、同時に測定され得る。ここで使用される「個別」という単語は、検査信号が互いに全く異なるということを意味し、これにより、各スピーカ信号が、個別の検査信号と合成され得る。この目的を果たすために、前記群の各スピーカのうちからの１つずつ、本質的に同時に発出されて、そして前記群の他のスピーカによって本質的に同時に受信される、複数の個別の合成信号を与えるために、個別のノイズを含む検査信号は、好ましくは、スピーカに関する各音入力に心理音響埋め込みをされる。上述の処理ステップにおいて、各検査信号を用いてスピーカの検出される信号に連続的に相関化が実行され、これにより、全ての他のスピーカに対して対応する検査信号を関連付けるスピーカの伝達関数を生じさせる。このようにして、群におけるスピーカのうちのそれぞれの間における対毎の距離は、本質的に同時に決定され得る。

本発明に従う方法を使用すると、一群のスピーカうちのスピーカの対間において決定される距離は、前記群のスピーカの全体配置、すなわち、各スピーカのほかのスピーカに対する位置、を決定するのに用いられ得る。スピーカ間の対毎の距離を知る場合、これらの相対的位置は、例えば「総当り（brute-force）」の手法などを用いることによって、推定され得る。このような総当り手法において、既知の対毎の距離は、満足にいく解法が得られるまで、試行錯誤する対処法で、様々な態様で組み合わせられる。しかし、本発明の好ましい実施例において、対毎の距離は、配置を生じさせるために、多次元スケーリング（MDS）として知られる技法におけるパラメータとして用いられる。この技法は、図面の説明において詳細に説明される。

本発明の方法に従う方法を用いて導出される、一群のスピーカのうちのスピーカの相対的位置に関する情報は、音信号を、これら信号がスピーカを自動的に設定するためにスピーカによって発出される前に、修正されるのに用いられ得る。例えば、「重み付け」すなわちスピーカへのライン入力の振幅を増加させることによって、例えば、このスピーカと聴取者との間の大きすぎる距離に関して補償することが可能である。同様に、複数の音チャネルが、誤ったスピーカ設定を補正するのに、一緒になって重み付け及び混合され得る。例えば、本発明に従う方法を用いて、スピーカが接続されているかさえも決定され得る。失われているスピーカは、この場合、１つ以上のほかのスピーカに関する音チャネルを用いてこのスピーカに関して意図される音チャネルを混合することによって「置換」され得る。情報は、ユーザに、特定の適切な方法を用いて、例えば、ホームエンターテイメントシステムの表示領域においてメッセージを示すことなどによって、通知するのに用いられ得る。更に、本発明による方法は、スピーカ接続又は配線の極性が正しい又は否かを決定するのに用いられ得る。正しくない接続の場合において、インパルス応答の第１ピークの符号（正又は負）は、正しく接続された配線を有するスピーカのインパルス応答の符号とは異なる。正しくない逆の極性は、このスピーカに対するライン入力に関する適切な音チャネルを反転することなどにより補正され得る。したがって、本発明は、スピーカから発される音の品質を向上する多数の力強く実用的な手法を提供する。

本発明による音響サウンドシステムは、マルチチャネルサウンドの再構成に関する複数のスピーカ、スピーカ間の距離を決定するための上述のシステム、及びスピーカ間の決定された距離を用いた当該音響サウンドシステムに関する自動設定用システム、を含む。このような音響システムにおいて、信号合成ユニットは、好ましくは、検査信号を音信号に埋め込むための心理音響技法を適用する心理音響埋め込みユニットを含む。信号合成ユニット及び心理音響埋め込みユニットは、例えば、増幅器のハウジングなどの、システムにおけるいずれかの適した位置に組み込まれ得るが、その理由は、合成信号を担持し得るスピーカへのライン入力が、通常、増幅器ユニット内から生じ、したがって、スピーカに転送される前に修正用に利便性があるように配置されるからである。特に好ましい実施例において、スピーカのうちの１つ又は複数のものは、このスピーカに関する検出手段としてスピーカの膜を用いることによって、検出手段として直接使用される。

このようなサウンドシステムの処理ユニットも、処理システムによって必要とされる全ての信号が増幅器において通常生じる又は終了するので、サウンドシステムの増幅器ハウジングに直接配置され得る。処理ユニットは、必要である場合、検出される合成信号及び検査信号間の相関を決定する相関化ユニット、及び／又は検出される合成信号に適合型フィルタリング処理を実行する適合型フィルタを備え得る。更に、このようなサウンドシステムは、ホスト信号に対する検査信号寄与分の比率を増加させるために、受信された合成信号を累積する累積器を備え得る。本発明による音響システムは、スピーカを自動的に設定するために、スピーカの相対的位置についての情報を用いる最適化ユニットも備え得る。

本発明の他の目的及び特徴は、添付の図面と組み合わせて考慮される以下の詳細な説明から明らかになる。しかし、図面は、例証の目的のみのために図られており、本発明の制限を規定するようには図られていないことを理解されるべきである。

図面において、同様の参照符号は、全体を通して同様のオブジェクトを参照する。

図１は、オーディオ又はホームエンターテイメントシステムに関する一般的なスピーカ設定を示し、このスピーカ設定は、この本実施例において、テレビ１６、並びに左スピーカ１１、右スピーカ１０、及びサラウンドスピーカの対１３、１４などの複数のスピーカを部屋の周囲に備える。中央スピーカ１２は、例示の目的のために、テレビ１６から離れて示されるが、このような中央スピーカ１２は、一般的に、テレビ１６の下に配置される。テレビ１６自体は、図に示されない、１つ以上のスピーカも備え得る。聴取者４は、スピーカ１０、１１、１２、１３及び１４に対して多少なり中央に着席されて示される。明らかなように、スピーカ１０、１１、１２、１３及び１４は、部屋のいずれの位置においても配置されてあり得、多くの場合、装飾又は物理的な制限によって決定される。更に、聴取者４は、中央に着席されている必要はない。このようなホームエンターテイメントシステムは、一般的に、チューナ、CDプレーヤ、及びDVDプレーヤなど、並びに出力手段を用いて様々な音チャネル出力をスピーカへ供給する増幅器などの他の装置も備え、これらの装置は、本実施例において、ホームエンターテイメントシステムのスピーカへのライン入力が接続されるコネクタによって実現される。このようなスピーカへのライン入力は、通常、正しい極性を考慮に入れた、スピーカへの適切なコネクタへ接続されるべきワイヤ又はリード線の対である。しかし、出力手段は、無線伝送又は通信手段によっても実現され得る。スピーカは、出力手段と非接触に協働して適切に備えられ得る。

図２ａは、スピーカL₁及びL₂の対の間における距離d_1,2を決定するシステムを、以下の図２ｂにおいて説明されるような一群のスピーカのうちの全てのスピーカ間の対毎の距離を決定するステップに含まれるステップを複雑でない態様で例示するために、示す。

システム１に対する入力は、音チャネルS_inであり、この音チャネルS_inは、第１スピーカL₁に対して対象とされる。音チャネルは、レンダリングユニット１０において処理され、音チャネルSとして信号合成ユニット３へ転送される。検査信号供給源２は、適切なノイズを含む検査信号Nを信号合成ユニット３へ供給する。例えば、ノイズ発生器２によって発生される検査信号Nは、特定の長さの後に繰り返すノイズのパターン又はシーケンスであり得る。信号合成ユニット３において、心理音響モデル部５は、入力音信号Sを分析し、その周波数スペクトルを決定し、ホワイトノイズの付加の下で知覚可能でないように歪まされ得る入力音信号Sにおけるいずれかの適切な周波数成分を識別し、修正されたノイズを含む検査シーケンスN'を与えるために検査信号Nの周波数成分を適宜修正し、修正されたノイズを含む検査シーケンスN'は、合成信号S_Nを与えるために加算ユニット９において音信号Sと合成される。

図３ａ−ｂに示される信号は、音信号S、検査信号N、及び合成信号S_Nをそれぞれ概略的に例示する。大きく誇張された歪みを有する、図３ｃに示される生じる合成信号は、合成信号S_Nが元の音信号Sの形状に従うことを示すこととしてのみ意図される。

合成信号S_Nは、スピーカL₁から発し、第２スピーカL₂と関連付けられる検出手段M₂によって検出され、検出手段M₂は、スピーカL₂のハウジングに組み込まれるマイクとして示されるが、スピーカL₂の膜自体は、後述される検出手段M₂として使用され得る。

検出される合成信号Ｚは、処理ユニット６に転送される。検査信号Nは、この処理ユニット６へも入力され、様々な信号フィルタリングステップが、第１スピーカL₁と第２スピーカL₂の検出手段M₂との間における音響インパルス応答IRを得るために、実行される。処理ユニット６において実行される処理ステップは、図５ａのブロック図において示される。ここにおいて、検出される合成信号Ｚは、はじめに、バッファユニット５１においてバッファされて累積化されるが、この目的は、合成信号S_Nにおけるホスト信号Sに対する検査寄与分Nの比率を増加させるためである。この後、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が、高速フーリエ変換ブロック５２においてバッファ信号に実行される。ＦＦＴは、ＦＦＴの共役も計算するＦＦＴユニット５３においても検査シーケンスNに関して計算される。これらの計算ステップは、検査シーケンスNが変化しないので、一度のみ実行される必要がある。ＦＦＴユニット５２及び５３の出力は、乗算ブロック５４において互いに対毎に乗算され、逆ＦＦＴが、インパルス応答IRを与えるために、乗算ブロック５４の出力に関して計算される。

インパルス応答IRは、図５ｂに示される、異なる種類の処理ユニットにおいて、代替的な態様で到達され得る。この場合、処理ユニットは、検出される合成信号Ｚを、この信号が合成信号S_Nに近づくまで継続的に修正する適合型フィルタ５７を備える。この目的のために、修正されたノイズ信号N'は、処理ユニット６へ転送される。検出された合成信号Ｚは、適合型フィルタ５７へ転送される前に、適切なフィルタリングユニット５６においてフィルタ処理され得、この場合の係数は、入力された検出合成信号が相殺されるまで継続的に適合される。このようにして、フィルタ係数は、インパルス応答を生じさせ得る。このことから、当業者にとって、第１スピーカL₁と第２スピーカL₂の検出手段M₂との間における遅延を得ることは、自明なことである。

例証の目的として、図４は、スピーカとマイクすなわち検出手段との間における音響インパルス応答の本質的な特徴を示す。第１のピークは、この第１のピークが、供給源（第１スピーカ）から目標物（検出手段又は第２スピーカのマイク）へ伝達するように、音信号によって取られる直接的な経路に対応する。直接経路の後に続くものは、検出手段に到達する前に部屋の壁又は部屋におけるオブジェクトに対する音波の反射によって生じられる、初期反射である。最終的な経路は、音信号に対応する残響テールであり、その反射は、経路におけるオブジェクトによって吸収されるにしたがい消滅する。

第１スピーカL₁において合成信号を発出するのと第２スピーカL₂の検出手段M₂においてこの信号を検出するのとの間に経過する時間は、第１主ピーク処理ユニット６において登録される時間に直接対応する。通常、この時間は、標本化されて測定される。標本化周波数（「周波数」）及び第１主ピークが登録されるまでの経過される標本の数（「ピーク標本」）を取得し、また空気中における音の速度（「速度」）を取得している場合、
d_1,2=速度*(ピーク標本/周波数)
によって与えられように、第１スピーカL1と第２スピーカL₂との間において伝達する距離d_1,2を計算することは簡単な事項である。

この計算は、距離決定ユニットにおいて実行される。適切な信号１１として符号化された距離d_1,2は、この後、スピーカL₁に対する信号S_Nの全体音イメージを向上するために、適宜入力音信号S_inを修正し得るレンダリングユニット１０へ転送される。

図２aは、システムの個別の要素を明確に説明することを可能にするために、２つのスピーカのみを取り扱った。当然、当該システムは、図２ｂにおいて示されるように、より大きい群のスピーカに関しても対象とされる。ここで、システムのコンポーネントは、上述の図２ａにおいて本質的に記載されるが、複数のスピーカL₁、L₂、…、L_k及びスピーカに関連付けられる複数の検出手段M₁、M₂、…、M_kを含む。ここで、各スピーカL₁、L₂、…、L_kは、関連付けられる検出手段M₁、M₂、…、M_kを有するが、実際には、各スピーカが、それ自体の検出手段を有することは要件ではない。例えば、ｋ個のスピーカに関して、k-1個のスピーカが検出手段を具備されることで十分である。

システムに対する音入力信号S_inは、複数の音チャネルを含み、例えば、各スピーカL₁、L₂、…、L_kに関して１つずつである。同様に、合成信号S_Nは、集合的に複数の合成チャネル信号S_N1、S_N2、…、S_Nkを含み、例えば、各スピーカL₁、L₂、…、L_kに関して１つずつである。ノイズ発生器２によって供給される検査信号Nは、単一の信号、又は入力音信号S_inのチャネルのそれぞれに関して１つずつである複数の信号であり得る。検査信号Nが単一の信号である場合において、この信号は、集合的な信号S_Nの音チャネル信号のそれぞれと連続的に合成され、これにより、合成された音チャネル信号S_N1、S_N2、…、S_Nkのうちの１つのみが、対応するスピーカL₁、L₂、…、L_kからある時間に発出されるようにされる一方で、他のスピーカは、（図に示されない）通常の音信号を発出する。現在の合成音信号S_N1、S_N2、…、S_Nkが発出されているスピーカL₁、L₂、…、L_kを取得している場合、スピーカL₁、L₂、…、L_kの検出手段M₁、M₂、…、M_kと既知のスピーカL₁、L₂、…、L_kとの間の対毎の距離は、処理ユニット６及び距離決定ユニット７において上述のように計算され得る。

計算された距離を用いて、距離決定ユニット７は、スピーカ配置（loudspeaker constellation）としても知られる、他のスピーカに対する各スピーカの相対的位置をも決定し得る。スピーカ配置を決定する一つの計算方法は、以下により詳細に説明される。対毎の距離d₁₂、d₂₃、…d_k-1、k及び／又はスピーカL₁、L₂、…、L_kの相対的位置を記述する情報を含み得る情報信号１１は、スピーカシステムを設定するために入力音チャネルS_inを適宜修正し得るレンダリングユニット１０へ転送される。例えば、欠けている又は接続されていないスピーカが識別され得、その音チャネルは、欠けているスピーカを対象とされる音が実際に発出されるように、他のスピーカに対する音チャネルを用いて合成され得る。設定の別の例において、互いに近すぎる又は離れ過ぎている左及び右スピーカの対が識別され得、これらの音入力チャネルは、例えば、所要のように、レンダリングユニット１０において振幅を増加又は減少させることによって、適宜修正され得る。

上述のように、スピーカは、ある程度、マイクとしても作用し得る。スピーカの膜に衝突する音は、（かなり小さいものの）電圧に変換され、このことは、実質的には、スピーカの「通常の」機能、すなわち、電圧を可聴音に変換すること、の逆である。このことは、図６に例示される。ここでは、スピーカL₁は、通常の手法で、出力抵抗器R_Oを介して電圧増幅器６６へ、またシャント抵抗器R_Sを介して接地へ接続される。音楽又は映画のサウンドトラック等の可聴音信号を発出する全ての一群のスピーカのうちの１つとしてのスピーカL₁の動作において、可聴音は、L₁から発し、また（図に示されない）他のスピーカから発する音も、L₁の膜に衝突する。したがって、スピーカL₁の両端に掛かる電圧は、入力音信号だけでなくマイクとして作用するスピーカL₁自体の寄与分も含む。スピーカ入力信号６０及びスピーカ出力信号６１は、アナログ／デジタル変換器６２及び６３を用いて変換され得、入力及び出力として適合型フィルタ６４へ供給され得る。この適合型フィルタ６４の係数は、フィルタ６４の出力がスピーカからの信号出力６１を本質的に相殺するまで、継続的に調整される。その後、適合型フィルタ６４の係数は、スピーカからマイクへのインパルス応答IRを生じさせ、このインパルス応答は、（マイクとして作用する）スピーカL₁と受信された音が発されたスピーカとの間の距離を決定するのに用いられ得る。

一群のスピーカのうちのスピーカ間の対毎の距離の組は、その後、スピーカが設定された実際の配置、すなわち、いかにフロントスピーカがサラウンドスピーカに対して位置されるか、又はフロント及びサラウンドスピーカがどのくらい離れて設置されるか等を決定するのに用いられ得る。このことを知っている場合、例えば、全てのスピーカに対して中央であるように、聴取者の座席に関してより優れた聴取体験を得るために、スピーカに対する音入力を最適化することが可能である。

スピーカ配置を得るために、一群のスピーカに関する座標系における、スピーカに関する一群の座標Cを決定することが必要である。測定された対毎の距離は、以下において簡単に概略を説明される、多次元スケーリング（ＭＤＳ）などの適切な技法においてパラメータとして使用され得る。ＭＤＳ技法において、スピーカのうちのいずれかの１つは、原点に配置されるように選択され得、そして全ての他のスピーカは、原点におけるスピーカに相対的に見られる。そして、スカラ値の距離行列Dが構成され得、この行列において、スピーカとそれ自体との間の距離は０であるので、対角エントリd_iiは全て０であり、各残りのエントリd_ijは、上述の手法で測定されるスピーカL_i及びスピーカL_jの間の距離に対応する。当然、対角上反対にあるエントリd_ij及びd_jiは等しいことが分かる。

スピーカの座標の組Cが、全部でC個のスピーカに関して３次元空間において既知であると仮定すると、対応するグラム行列G（又はドット積行列）は、
(1) G=CC^T
として記述され得、ここで、行列Cの行は、３次元空間におけるスピーカの座標C_iを含み、^Tは転置を示す。したがって、グラム行列Gの各要素g_ijは、内積：
(2) g_ij=<c_i,c_j>
に対応する。

グラム行列は、その特性により、
(3) G=VEV^T
としても記述され得、行列Vの列は、正規直行の固有ベクトルを含み、行列Eの対角は関連付けられる正の固有ベクトルを含む。計算されるべき座標が必ずしも３次元デカルト座標系に属しないので、グラム行列Gは多くともランク３を有し、これにより、少なくともC-3の固有値は０である。グラム行列Gが構成され得ると、その固有ベクトル及び対応する固有値が計算され得、スピーカの座標を生じさせる。

所要なグラム行列Gを構成するために、余弦の法則が、距離行列Dをグラム行列Gへ変換するために適用され得る。例えば、３つのスピーカL_i、L_j及びL_kに関して、これらの間における対毎の距離は、d_ij、d_ki及びd_kjである。余弦の法則から、対毎の距離のそれぞれは、例えば、
(4) d² _ij=d² _ki+d² _kj-2d_kjd_kicosα
であるように、他の２つを用いて記述され得る。

スピーカL_kを原点として取る場合、当然、対応するグラム行列エントリg_ijは、
(5) g_ij=-(d² _ij-d² _ki-d² _kj)/2
であることが分かり、これらの要素は、グラム行列Gを構成するとともに続いて数式（３）の固有値及び固有ベクトルを計算するために、上述の数式（１）において代入され得、最終的に、スピーカの座標に到達する。前記方法は、「"Multidimensional Scaling: I. Theory and Method" (W.S. Torgerson) issued by Psychometrika, 17:401-419, 1952」の公表物により詳細に説明されている。

本発明は、好ましい実施例及び変更態様の形式で開示されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、多数の変更態様及び修正態様がなされ得ることを理解され得る。例えば、いずれかの適切な追加フィルタリングが、より優れた結果を得るために、上述の信号処理ステップにおいて所望のように実行され得る。フィルタリング技術の選択は、当業者にとって明らかである。更に、本発明に従うシステムは、ユーザによって占拠される位置において聞かれる音を最適化する１つ以上の技法と組み合わせられ得る。ユーザは、複数の入手可能な解決法のうちのいずれか１つを用いることによって、ユーザの位置をシステムに知らせる得る。スピーカの互いに対する配置を知り、そしてスピーカの位置も知るので、本発明によるシステムは、聴取者に対する聴取体験を最適化するように容易に用いられ得る。

明瞭性の目的のために、本出願において単数形の構成要素は、複数個の斯様な構成要素の存在を排除せず、他のステップ又は要素の存在を排除しないことを理解されるべきである。「ユニット」は、明確に単数の実体として記載されない場合、複数のブロック又は装置を備え得る。

図１は、従来技術に従うオーディオシステムの概略図を示す。 図２ａは、本発明の実施例に従うスピーカの対間における距離を決定するためのシステムのブロック図を示す。 図２ｂは、本発明の実施例に従う一群のスピーカのうちのスピーカ間における対毎の距離を決定するためのシステムのブロック図を示す。 図３ａは、音信号の概略図を示す。 図３ｂは、ノイズ信号の概略図を示す。 図３ｃは、合成信号の概略図を示す。 図４は、第１スピーカと第２スピーカに関連付けられる検出手段との間における音響インパルス応答の概略表現を示す。 図５ａは、本発明の実施例に従う処理ユニットのブロック図を示す。 図５ｂは、本発明の更なる実施例に従う処理ユニットのブロック図を示す。 図６は、マイクとして追加的に使用されるスピーカのブロック図を示す。

Claims (13)

1. ２つのスピーカ間の距離を決定する方法であって、
   検査信号を供給するステップと、
   前記検査信号が聴取者に対して知覚可能でない合成信号を与えるために、前記検査信号を音信号と合成するステップと、
   第１スピーカを用いて前記合成信号を発出するステップと、
   第２スピーカと関連付けられる検出手段によって、前記合成信号を検出するステップと、
   音響インパルス応答を得るために、前記検出された合成信号を処理するステップと、
   前記第１スピーカと前記第２スピーカとの間の距離を決定するために、前記音響インパルス応答を用いるステップと、
   前記距離から前記第１スピーカ及び前記第２スピーカの相対的位置を決定するステップと、
   前記相対的位置に関する情報に応答して、欠けているか又は接続されていないスピーカを有する誤ったスピーカ設定を検出するステップと、
   前記欠けているか又は接続されていないスピーカに関して意図される音チャネルを、１つ以上のほかのスピーカに関する音チャネルと混合するステップとを有し、
   前記検出された合成信号を処理するステップは、前記検査信号の検査シーケンスの繰り返しの期間と同じ長さで前記検出された合成信号をサンプリングしてバッファに記憶することにより、ホスト信号に対する検査信号寄与分の比率を増加させるために前記検出された合成信号を累積するステップを有する、方法。
2. 前記検査信号が、心理音響検査信号埋め込みの技法を適用することによって、知覚可能でないように前記音信号と合成される、請求項1に記載の方法。
3. 前記音響インパルス応答を得るために前記検出された合成信号を処理するステップが、前記検出された合成信号と前記検査信号との間の相関を決定するステップを有する、請求項1又は２に記載の方法。
4. 前記音響インパルス応答を得るために前記検出された合成信号を処理するステップが、前記検出された合成信号に適合的フィルタリングを実行するステップを有する、請求項1又は２に記載の方法。
5. 前記検査信号が、前記合成信号を与えるために前記検査信号を音信号と合成するステップにおいて、周期的に繰り返される、請求項1ないし4の何れか一項に記載の方法。
6. 前記スピーカに関する検出手段が、前記スピーカに入射する前記合成信号を受信するために、前記スピーカの膜を用いる、請求項1ないし５の何れか一項に記載の方法。
7. 一群のスピーカのうちの前記スピーカ間の対毎の距離が決定される、請求項1ないし６の何れか一項に記載の方法であって、個別の検査信号が音信号と合成され、これにより、前記群の各スピーカのうちからの１つずつ、本質的に同時に発出されて、そして前記群の他のスピーカによって本質的に同時に受信される複数の個別の合成信号を与える、方法。
8. 一群のスピーカのうちの前記スピーカ間の対毎の距離が決定される、請求項1ないし６の何れか一項に記載の方法であって、単一の検査信号が、複数の合成信号を与えるために音信号と合成され、生じる合成信号が、前記群における各スピーカと他のスピーカとの間の前記対毎の距離を連続的に決定するために、１つごとに前記群の前記スピーカのそれぞれにより連続的に発出され、そして前記群における前記スピーカによって受信される、方法。
9. 一群のスピーカのうちの前記スピーカの前記相対的位置を決定する方法であって、前記スピーカ間の対毎の距離が請求項７又は８に記載の方法に従い決定され、前記対毎の距離が、前記群の前記スピーカの前記相対的位置を決定するために使用される、方法。
10. 一群のスピーカを自動的に構成する方法であって、前記スピーカの前記相対的位置が請求項９に記載の方法に従い決定され、前記群のスピーカのうちの前記スピーカの前記相対的位置に関する情報が、前記スピーカを自動的に構成するために使用される、方法。
11. ２つのスピーカ間の距離を決定するシステムであって、
    検査信号を供給する検査信号供給源と、
    前記検査信号が聴取者に対して知覚可能でない合成信号を与えるために、音信号を前記検査信号と合成する信号合成ユニットと、
    第１スピーカへ前記合成信号を出力する出力手段と、
    前記第１スピーカから発されて第２スピーカに入射する前記合成信号を検出する検出手段と、
    音響インパルス応答を得るために、前記検出された合成信号を処理する処理ユニットと、
    前記第１スピーカと前記第２スピーカとの間の距離を決定するために前記音響インパルス応答を用いる距離決定ユニットと、
    前記距離から前記第１スピーカ及び前記第２スピーカの相対的位置を決定する手段と、
    前記相対的位置に関する情報に応答して、欠けているか又は接続されていないスピーカを有する誤ったスピーカ設定を検出する手段と、
    前記欠けているか又は接続されていないスピーカに関して意図される音チャネルを、１つ以上のほかのスピーカに関する音チャネルと混合する手段と、
    前記検査信号の検査シーケンスの繰り返しの期間と同じ長さで前記検出された合成信号をサンプリングしてバッファに記憶することにより、ホスト信号に対する検査信号寄与分の比率を増加させるために前記検出された合成信号を累積する手段と、
    を有するシステム。
12. 前記信号合成ユニットが、前記検査信号を前記音信号に埋め込むための心理音響技法を適用する心理音響埋め込みユニットを含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 音響サウンドシステムであって、マルチチャネルサウンドの再構成に関する複数のスピーカ、前記スピーカ間の距離を決定するための請求項１１又は１２に記載のシステム、及び当該音響サウンドシステムに関する前記スピーカの自動設定用システム、を含む音響サウンドシステム。

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