JP5323055B2 - 車両における音の有指向放射（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙｒａｄｉａｔｉｎｇｓｏｕｎｄｉｎａｖｅｈｉｃｌｅ） - Google Patents

車両における音の有指向放射（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙｒａｄｉａｔｉｎｇｓｏｕｎｄｉｎａｖｅｈｉｃｌｅ） Download PDF

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Description

本発明は、車両において音を有指向で放射させる方法に関する。
本出願は、指向性のラウドスピーカを備えた車両用のオーディオシステムに関する。指向性ラウドスピーカは、米国特許第５８７０４８４号および第５８０９１５３号で概略的に説明されている。車両における指向性ラウドスピーカは、米国特許出願第１１／２８２８７１号で説明されている。
米国特許第５８７０４８４号明細書 米国特許第５８０９１５３号明細書 米国特許出願第１１／２８２８７１号
一態様において、本発明の装置は、第１の音量で車両における第１の着座位置に向けて音を有指向で放射させるための第１の指向性ラウドスピーカ、および、第２の音量で前記車両における第２の着座位置に向けて音を有指向で放射させるための第２の指向性ラウドスピーカを備え、且つ、前記第２の音量から独立して前記第１の音量を制御するための音量制御回路と、前記第２の音量から独立して前記第１の音量を動的に制御するための動的音量制御回路と、前記第２の着座位置に向けて放射される前記音から独立して前記第１の着座位置に向けて放射される前記音をイコライズするためのイコライズ回路とのうちの少なくとも一つを備える。
本装置は、更に、前記第２の音量から独立して前記第１の音量を制御するための第２の音量制御回路と、前記第２の音量から独立して前記第１の音量を動的に制御するための動的音量制御回路と、前記第２の着座位置に向けて放射される前記音から独立して前記第１の着座位置に向けて放射される前記音をイコライズするためのイコライズ回路とを備えてもよい。本装置は、更に、前記第２の音量から独立して前記第１の音量を制御するための第３の音量制御回路と、前記第２の音量から独立して前記第１の音量を動的に制御するための動的音量制御回路と、前記第２の着座位置に向けて放射される前記音から独立して前記第１の着座位置に向けて放射される前記音をイコライズするためのイコライズ回路とを備えてもよい。本装置は、更に、前記第１の音量から独立して前記第２の音量を制御するための音量制御回路と、前記第１の音量から独立して前記第２の音量を動的に制御するための動的音量制御回路と、前記第１の着座位置に向けて放射される前記音から独立して前記第２の着座位置に向けて放射される前記音をイコライズするためのイコライズ回路とのうちの１又は２以上を備えてもよい。本装置は、更に、前記第１の音量から独立して前記第２の音量を制御するための第１の音量制御回路と、前記第１の音量から独立して前記第２の音量を動的に制御するための動的音量制御回路と、前記第１の着座位置に向けて放射される前記音から独立して前記第２の着座位置に向けて放射される前記音をイコライズするためのイコライズ回路とを備えてもよい。本装置は、更に、前記第１の音量から独立して前記第２の音量を制御するための第３の音量制御回路と、前記第１の音量から独立して前記第２の音量を動的に制御するための動的制御回路と、前記第１の着座位置に向けて放射される前記音から独立して前記第２の着座位置に向けて放射される前記音をイコライズするためのイコライズ回路とを備えてもよい。本装置は、更に、前記第１の指向性ラウドスピーカに伝送されるオーディオ信号に空間キューを挿入するための第１の空間キュー回路と、前記第１の空間キューから独立して、前記第２の指向性ラウドスピーカに伝送されるオーディオ信号に空間キューを挿入するための第２の空間キュー回路とを備えてもよい。前記第１の指向性ラウドスピーカおよび第２の指向性ラウドスピーカは、同一のエンクロージャに取り付けられてもよい。前記第１の指向性ラウドスピーカおよび前記第２の指向性ラウドスピーカは、指向性アレイであってもよく、前記第１の指向性ラウドスピーカおよび前記第２の指向性ラウドスピーカは、共通アコースティックドライバを共有してもよい。前記第１の指向性ラウドスピーカは、第１のアコースティックドライおよび前記共通アコースティックドライバを備え、前記共通アコースティックドライバに、前記第１のアコースティックドライバによって放射される音波と破壊的に結合する音波を放射させる回路を備えてもよい。前記第２の指向性ラウドスピーカは、前記共通アコースティックドライバに、前記第１のアコースティックドライバおよび前記第２のアコースティックドライバによって放射される音波と破壊的に結合する音波を放射させる回路を備えてもよい。本装置は、更に、前記第２のアコースティックドライバに、前記第１のアコースティックドライバによって放射される音波と破壊的に結合する音波を放射させる回路を備えてもよい。前記第１の指向性ラウドスピーカは、前記第１のアコースティックドライバおよび前記第２のアコースティックドライバを備え、前記第２のアコースティックドライバに、前記第１のアコースティックドライバによって放射される音波と破壊的に結合する音波を放射させる回路を備えてもよい。
他の態様において、本発明による装置は、車両における第１の着座位置に向けて音を有指向で放射するための第１の指向性ラウドスピーカと、前記車両における第２の着座位置に向けて音を有指向で放射するための第２の指向性ラウドスピーカと、前記第１の指向性ラウドスピーカへの伝送のために複数のオーディオ信号ソースのうちの任意の一つからオーディオ信号を選択すると共に、前記第２の指向性ラウドスピーカへの伝送のために前記複数のオーディオ信号ソースのうちの他の一つからオーディオ信号を選択するための信号ソース選択回路とを備える。
前記信号ソース選択回路は、前記第２の指向性ラウドスピーカへの伝送のために前記複数のオーディオ信号ソースのうちの前記一つの選択を切り換えるための回路を備えてもよい。前記複数の信号ソースは、携帯電話およびナビゲーションシステムのうちの少なくとも一つを備えてもよい。前記信号ソース選択回路は、前記第１の着座位置への伝送のために前記複数のオーディオ信号ソースのうちの２以上からオーディオ信号を選択してもよく、前記オーディオ信号を異なる音量で前記第１の着座位置に向けて有指向で放射させるための音量制御回路を備えてもよい。前記第１の指向性ラウドスピーカは、前記第１の着座位置の乗員の左耳によって典型的に占められる位置に向けて音を有指向で放射してもよく、前記第１の着座位置の乗員の右耳によって典型的に占められる位置に向けて音を有指向で放射するための第３の指向性ラウドスピーカを備えてもよい。前記第１の指向性ラウドスピーカは、前記着座位置の乗員の右耳によって典型的に占められる位置に向かう方向が低放射方向であるように、第２のアコースティックドライバからの音波に破壊的に干渉する音波を放射するための第１のアコースティックドライバを備えてもよく、前記第２のアコースティックドライバは、前記着座位置の乗員の左耳によって典型的に占められる位置に向かう方向が低放射方向であるように、前記第１のアコースティックドライバからの音波に破壊的に干渉する音波を放射するためのものであってもよい。前記第１の指向性ラウドスピーカは、三つのアコースティックドライバを備えてもよく、前記アコースティックドライバのうちの一つは、前記着座位置の乗員の左耳によって典型的に占められる位置に向かう方向が低放射方向であるように、第２のアコースティックドライバによって放射される音波に破壊的に干渉する音波を放射させてもよく、前記アコースティックドライバのうちの前記一つは、前記着座位置の乗員の右耳によって典型的に占められる位置に向かう位置が低放射方向であるように、第３のアコースティックドライバによって放射される音波に破壊的に干渉する音波を放射してもよい。前記第２のアコースティックドライバは、前記第３のアコースティックドライバによって放射される音波に破壊的に干渉する音波を放射させてもよい。前記信号ソース選択回路は、前記第１の指向性ラウドスピーカへの伝送のために前記複数のオーディオ信号ソースのうちの２以上からオーディオ信号を選択するためのものであってもよい。
他の態様において、本発明の方法は、第１の音量で車両における第１の着座位置に向けて音を有指向で放射させ、第２の音量で前記車両における第２の着座位置に向けて音を有指向で放射させるステップを含み、且つ、前記第２の音量から独立して前記第１の音量を制御するステップと、前記第２の音量から独立して前記第１の音量を動的に制御するステップと、前記第２の着座位置に向けて放射される前記音から独立して前記第１の着座位置に向けて放射される前記音をイコライズするステップとのうちの少なくとも一つを含む。
本方法は、更に、前記第２の音量から独立して前記第１の音量を制御するステップと、前記第２の音量から独立して前記第１の音量を動的に制御するステップと、前記第２の着座位置に向けて放射される前記音から独立して前記第１の着座位置に向けて放射される前記音をイコライズするステップとを含んでもよい。本方法は、更に、前記第２の音量から独立して前記第１の音量を制御するステップと、前記第２の音量から独立して前記第１の音量を動的に制御するステップと、前記第２の着座位置に向けて放射される前記音から独立して前記第１の着座位置に向けて放射される前記音をイコライズするステップとを含んでもよい。
本方法は、更に、前記第１の音量から独立して前記第２の音量を制御するためのステップと、前記第１の音量から独立して前記第２の音量を動的に制御するステップと、前記第１の着座位置に向けて放射される前記音から独立して前記第２の着座位置に向けて放射される前記音をイコライズするステップとのうちの１又は２以上を含んでもよい。本方法は、更に、前記第１の音量から独立して前記第２の音量を制御するステップと、前記第１の音量から独立して前記第２の音量を動的に制御するステップと、前記第１の着座位置に向けて放射される前記音から独立して前記第２の着座位置に向けて放射される前記音をイコライズするステップとを含んでもよい。本方法は、更に、前記第１の音量から独立して前記第２の音量を制御するステップと、前記第１の音量から独立して前記第２の音量を動的に制御するステップと、前記第１の着座位置に向けて放射される前記音から独立して前記第２の着座位置に向けて放射される前記音をイコライズするステップとを含んでもよい。
本方法は、更に、前記第１の指向性ラウドスピーカに伝送されるオーディオ信号に第１の空間キューを挿入するステップと、前記第１の空間キューから独立して、前記第２の指向性ラウドスピーカに伝送されるオーディオ信号に第２の空間キューを挿入するステップとを含んでもよい。
前記第１の指向性ラウドスピーカおよび第２の指向性ラウドスピーカは、同一のエンクロージャに取り付けられてもよい。
前記第１の放射は、第１の指向性アレイによって行われてもよく、前記第２の放射は、第２の指向性アレイによって行われてもよく、前記第１の指向性ラウドスピーカおよび前記第２の指向性ラウドスピーカは、共通アコースティックドライバを共有してもよい。前記第１の指向性ラウドスピーカは、第１のアコースティックドライおよび前記共通アコースティックドライバを備え、本方法は、前記共通アコースティックドライバにより、前記第１のアコースティックドライバによって放射される音波と破壊的に結合する音波を放射するステップを含んでもよい。本方法は、更に、前記第１のアコースティックドライバおよび前記第２のアコースティックドライバによって放射される音波と破壊的に結合する音波を放射させるステップを備えてもよい。本方法は、更に、前記第２のアコースティックドライバにより、前記第１のアコースティックドライバによって放射される音波と破壊的に結合する音波を放射するステップを備えてもよい。本方法は、更に、前記第２のアコースティックドライバにより、前記第１のアコースティックドライバによって放射される音波と破壊的に結合する音波を放射するステップを備えてもよい。
他の態様において、本発明による方法は、車両における第１の着座位置に向けて第１の複数の音ソースからの信号に対応する音を第１の音量で有指向で放射させるステップと、前記車両における第２の着座位置に向けて第２の複数の音ソースからの信号に対応する音を有指向で放射させるステップとを含んでもよい。
本方法は、前記第２のオーディオ信号に対応する音の第２の着座位置に向けた有指向での放射から、第１のオーディオ信号に対応する音の前記第２の位置に向けた有指向での放射に切り換えるステップを含んでもよい。前記複数の信号ソースは、携帯電話およびナビゲーションシステムのうちの少なくとも一つを備えてもよい。本方法は、前記第１の着座位置に向けて、前記第２のオーディオ信号ソースからのオーディオ信号に対応する音波を、前記第１の音量から独立した第２の音量で有指向で放射させてもよい。前記第１の着座位置に向けて音を有指向で放射するステップは、前記第１の着座位置の乗員の左耳によって典型的に占められる位置に向けて音を有指向で放射するステップを含んでもよく、前記第１の着座位置の乗員の右耳によって典型的に占められる位置に向けて、第３の指向性ラウドスピーカにより音を有指向で放射させるステップを含んでもよい。前記第１の着座位置に向けて音を有指向で放射するステップは、第２のアコースティックドライバからの音波に破壊的に干渉する一つのアコースティックドライバから音波を放射させるステップを含んでもよい。信号ソース選択回路は、前記第１の指向性ラウドスピーカへの伝送のために前記複数のオーディオ信号ソースのうちの２以上からオーディオ信号を選択するためのものであってもよい。
他の態様において、本発明による方法は、メッセージのコンテンツに基づいてオーディオ信号に空間キューを挿入するステップを含む。前記空間キューは、移動音ソースと一致していてもよい。前記メッセージは、車両の方向を転換するための命令であってもよく、前記空間キューは、前記方向を移動させる音ソースと一致していてもよい。前記メッセージは、着座位置に対する方向における位置でのイベントに関する情報を含んでもよく、ここで、前記空間キューは、前記方向における音ソースと一致してもよい。前記空間キューは、前記オーディオ信号に対応する音を有指向で放射させるステップを含んでもよい。
他の態様において、車両のためのオーディオシステムは、車両座席の乗員の頭部の対象とする位置の背後であって、前記車両の乗員の対象とする二つの耳の位置から実質的に等距離に、車両座席に取り付けられた指向性ラウドスピーカを備える。前記指向性ラウドスピーカは、前記車両座席の乗員の対象とする第１の耳位置に向かう方向が高放射方向となるように、第１のチャネル信号を有指向で放射すると共に、前記車両座席の乗員の対象とする第２の耳位置に向かう方向が高放射方向であるように、第２のチャネル信号を有指向で放射するためのものであってもよい。前方に配置されたラウドスピーカは、前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルのうちの少なくとも一つを放射するための前記指向性ラウドスピーカの前方に配置されてもよい。本オーディオシステムは、更に、前記指向性ラウドスピーカと前記前方に配置されたラウドスピーカとのうちの少なくとも一つへの前記オーディオ信号を修正して空間認知を修正するための信号処理回路を備えてもよい。前記信号処理回路は、前記指向性ラウドスピーカおよび前記前方に配置されたラウドスピーカのうちの一つへのオーディオー信号を遅延させるための回路を備えてもよい。前記信号処理回路は、前記指向性ラウドスピーカが一つの或る周波数帯域において空間認知を支配し、前記前方に配置されたラウドスピーカが他の周波数帯域における空間認知を支配するように、オーディオ信号を修正する回路を備えてもよい。前記信号処理回路は、前記前方に配置されたラウドスピーカが空間認知を支配するように、オーディオ信号を修正する回路を備えてもよい。前記信号処理回路は、前記指向性ラウドスピーカが空間認知を支配するように、オーディオ信号を修正する回路を備えてもよい。前記信号処理回路は、前記指向性ラウドスピーカが左／右の空間認知を支配し、フロントスピーカが前／後の空間認知を支配するように、オーディオ信号を修正する回路を備えてもよい。前記信号処理回路は、前記指向性ラウドスピーカおよび前記前方に配置されたラウドスピーカのうちの一つへのオーディオ信号を時間遅延させるための回路を備えてもよい。前記信号処理回路は、前記指向性ラウドスピーカおよび前記前方に配置されたスピーカのうちの一つへのオーディオ信号を減衰させるための回路を備えてもよい。前記前方に配置されたラウドスピーカは、前記第１のチャネルと前記第２のチャネルとの組合せを放射するためのものであってもよい。他の態様において、車両のためのオーディオシステムは、車両座席の乗員の対象となる頭部の位置の背後であって、前記車両座席の乗員の二つの耳の位置から実質的に等距離に、前記車両座席に取り付けられた指向性ラウドスピーカを備える。前記指向性ラウドスピーカは、第１の指向パターンで左チャネル信号および右チャネル信号を放射するためのものであってもよい。前記指向性ラウドスピーカは、更に、第２の指向パターンでサラウンドチャネルを放射するためのものであってもよい。前記オーディオシステムは、更に、左チャネル放射および右チャネル放射のソースの音像が、左サラウンドチャネル放射および右サラウンドチャネル放射の音像の前方に出現させるためのオーディオ処理回路および追加のラウドスピーカを備えてもよい。
他の態様において、本発明による車両オーディオシステムを動作させる方法は、車両座席の乗員の対象とする第１の耳の位置に向かう方法が高放射方向であるように、前記車両座席の乗員の対象とする頭部の位置の背後であって、前記車両座席の乗員の対象とする二つの耳の位置から実質的に等距離に、前記車両座席に取り付けられたラウドスピーカから第１のチャネルを有指向で放射するステップと、前記車両座席の乗員の対象とする第２の耳の位置に向かう方向が高放射方向であるように、第２のチャネル信号を前記ラウドスピーカから有指向で放射するステップと、前記指向性ラウドスピーカの前方に配置されたラウドスピーカから、前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルのうちの少なくとも一つを無指向で放射させるステップと、空間認知を修正するように、前記指向性ラウドスピーカおよび前記前方に配置されたラウドスピーカのうちの少なくとも一つへのオーディオ信号を処理するステップとを含む。前記処理のステップは、前記指向性ラウドスピーカおよび前記前方に配置されたラウドスピーカのうちの一つへの前記オーディオ信号を遅延させるステップを含んでもよい。前記信号処理のステップは、前記指向性ラウドスピーカに、一つの或る周波数帯域における空間認知を支配させ、前記前方に配置されたラウドスピーカに、他の周波数帯域における空間認知を支配させることをもたらしても良い。前期信号処理のステップは、前記前方に配置されたラウドスピーカに空間認知を支配させてもよい。前記信号処理のステップは、前記指向性ラウドスピーカに空間認知を支配させてもよい。前記信号処理のステップは、前記指向性ラウドスピーカに左／右の空間認知を支配させ、前記フロントスピーカに前／後の空間認知を支配させてもよい。前記信号処理のステップは、前記指向性ラウドスピーカおよび前記前方に配置されたラウドスピーカのうちの一つへのオーディオ信号を時間遅延させるステップを含んでもよい。前記信号処理のステップは、前記指向性ラウドスピーカおよび前記前方に配置されたラウドスピーカのうちの一つへのオーディオ信号を減衰させるステップを含んでもよい。前記オーディオシステムは、更に、前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルの組合せを、前方に配置されたスピーカに向けたセンターチャネルから放射させるステップを含んでもよい。
他の特徴、目的、および利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明から明確になるであろう。
放射パターンの極プロットを示す図である。 ブロック図である。 ブロック図である。 ブロック図である。 ブロック図である。 ブロック図である。 着座した聴取者と、実際の音ソースの知覚位置を示す図である。 着座した聴取者と、実際の音ソースの知覚位置を示す図である。 着座した聴取者と、実際の音ソースの知覚位置を示す図である。 着座した聴取者と、実際の音ソースの知覚位置を示す図である。 着座した聴取者と、実際の音ソースの知覚位置を示す図である。 着座した聴取者と、実際の音ソースの知覚位置を示す図である。 着座した聴取者と、実際の音ソースの知覚位置を示す図である。 二人の着座した聴取者と、ラウドスピーカを示す図である。 二人の着座した聴取者と、ラウドスピーカを示す図である。 二人の着座した聴取者と、ラウドスピーカを示す図である。 聴取者の頭部と、３エレメント方向ラウドスピーカを示す図である。 ブロック図である。 ブロック図である。 ブロック図である。
種々の観点からの図面の要素は、特に断りのない限り、ブロックにおける個別の要素として示されて説明され、「回路」として示されてもよく、上記要素は、アナログ回路、デジタル回路、または、ソフトウェア命令を実行する１又は２以上のマイクロプロセッサのうちの一つとして実施されてもよい。ソフトウェア命令は、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)命令を含んでもよい。特に断りのない限り、信号ラインは、オーディオ信号の別個のストリームを処理するための適切な信号処理を有する単一のデスクリートのデジタル信号ラインのような、または、無線通信システムの要素のような、デスクリート(discrete)のアナログまたはデジタル信号ラインとして実施されてもよい。処理動作の幾つかは、係数の計算および適用の観点から表現されてもよい。係数を計算し適用することに相当すること(equivalent)は、他のアナログまたはデジタル処理技術によって実施されることができ、この特許出願の範囲内に含まれる。特に断りのない限り、オーディオ信号は、デジタルまたはアナログ形式でエンコードされてもよく、従来のデジタル−アナログ・コンバータまたはアナログ−デジタル・コンバータは図示されていない。用語の簡略化のために、「チャネルｘにおけるオーディオ信号に相当するアコースティックエネルギー(acoustic energy)を放射する」なる言い回しを、「チャネルｘの放射」とし。「ソースｙからのオーディオ信号に対応するアコースティックエネルギー（または音）」なる言い回しを、ソースｙからの「ソースｙからのアコースティックエネルギー（または音）」とする。
指向性ラウドスピーカ(directional loudspeakers)は、或る方向において他の方向よりも多くのアコースティックエネルギーが放射される放射パターンを有するラウドスピーカである。指向性アレイ(directional arrays)は、複数のアコースティックエネルギーソースを有するラウドスピーカである。指向性アレイでは、対応する波長がエネルギーソースの間隔(spacing)に対して大きいい周波数範囲にわたって、アコースティックエネルギーソースによって放射される圧力波(pressure wave)は、発生した破壊的干渉の程度に応じた異なる方向においてアレイがより多くのエネルギーまたはより少ないエネルギーを放射するように、破壊的に干渉する。比較的多くのアコースティックエネルギーが放射される方向、例えば、音圧(sound pressure)レベルが、指向性ラウドスピーカから等距離の複数のポイントでの任意の方向において、最大音圧レベル（ＳＰＬ）の６ｄＢ内（好ましくは、−６ｄＢと−４ｄＢの間、理想的には、−４ｄＢと−０ｄＢの間）である方向は、「高放射方向(high radiation directions)」と称される。より少ないアコースティックエネルギーが放射される方向、例えば、ＳＰＬが、指向性ラウドスピーカから等距離のポイントについて任意の方向における最大値に対して、少なくとも、−６ｄＢ（好ましくは、−６ｄＢと−１０ｄＢの間、理想的には、さらに１０ｄＢ以上低いレベル、例えば、−２０ｄＢ）のレベルである方向は、「低放射方向(low radiation directions)」と称される。全ての図面において、指向性ラウドスピーカは、２コーン型のアコースティックドライバを備えるものとして示されている。指向性ラウドスピーカは、マルチエレメントラウドスピーカ以外の或るタイプの指向性ラウドスピーカであってもよい。アコースティックドライバは、コーン型以外のタイプのものであってもよく、例えば、ドーム型またはフラットパネル型のものであってもよい。指向性アレイは、少なくとも２つのアコースティックエネルギーソースを備えてもよく、２つより多くてもよい。アコースティックエネルギーソースの数の増加は、例えば１以上のプレーン(plane)での放射パターンに対する制御を実施することにより、指向性ラウドスピーカの放射パターンに対する制御を増加させる。図における指向性ラウドスピーカはラウドスピーカの位置を示すが、必ずしもアコースティックエネルギーソースの数または向き(orientation)を示していない。指向性の放射を発生させるために必要な信号処理と、アコースティックエネルギーソースの数および向きは、背景技術のセクションで述べた技術を採用することで実現することができる。
ラウドスピーカの指向特性は、典型的には、図１の極プロット(polar plots)のような、極プロットとして表示される。極プロット１０は、指向性ラウドスピーカの放射指向特性を表し、この例では、いわゆる「カージオイド(cardioid)」パターンを表している。極プロット１２は、第２のタイプの指向性ラウドスピーカの放射指向特性を表し、この例では双極(dipole)パターンを表している。極プロット１０および１２は、指向性放射パターンを示している。点線１４で示された低放射方向は、必ずしもこれに限るものではないが、「ゼロ方向(null directions)」でなくてももよい。ゼロ方向は、アコースティックエネルギーソースの中心を始点とし、局所放射(local radiation)がアコースティックエネルギーソースから等距離に離れた他のポイントに対して局所最小(local minimum)であるポイントを終点として接続するベクトルによって示される。高放射方向は、実線１６によって示されている。極プロットにおいて、高放射方向におけるベクトルの長さは、その方向において放射されるアコースティックエネルギーの相対量(relative amount)を表す。例えば、カージオイド極パターンでは、方向６２におけるエネルギーよりも多くのアコースティックエネルギーが放射される。
本明細書で述べられる車両オーディオシステムは、或る方向において他の方向よりも多くのアコースティックエネルギーを放射する指向性ラウドスピーカを備える。どんな環境においても、より多くのアコースティックエネルギーが望まれる方向が、選択されたラウドスピーカについて（前述したような）高放射方向であり、より少ないアコースティックエネルギーが望まれる方向が、選択されたラウドスピーカについて（前述したような）低放射方向であることが望ましい。しかしながら、たとえ、より少ないアコースティックエネルギーが望まれる方向が、選択されたラウドスピーカについて高放射方向であったとしても、どんな状況においても、従来のオーディオシステムに対する或る改善が得られる。とりわけ、より少ないアコースティックエネルギーが望まれる方向が、選択されたラウドスピーカについて高放射方向であることに適した状況は、本明細書で言及されるであろう。
図２は、オーディオシステムを備えた車両乗客室(vehicle passenger compartment)を示す図である。この乗客室は、二つの座席位置１８，２０を備える。座席１８に関連して、二つの指向性ラウドスピーカ２２および２４が、この座席の乗員の通常の頭部位置の両側に配置されており、例えば、シートバックに、ヘッドレストに、ヘッドレストの両側に、天井材(headliner)に、または他の類似の位置に配置されている。同様に、座席位置２０に関連して、二つの指向性ラウドスピーカ２６および２８が配置されている。座席位置１８の乗員と車両の最寄のサイドとの間に配置された指向性ラウドスピーカ２２の放射パターンは、座席位置１６の乗員の左耳に向かう方向３０が高放射方向であるように調整され、好ましくは、車両の上記サイドに向かう方向３２が低放射方向であるように調整される。座席位置１８の右に配置された指向性ラウドスピーカ２４の放射パターンは、座席位置１８の乗員の右耳に向かう方向３４が高放射方向であるように調整され、且つ、座席位置２０に向かう方向３６が低放射方向であるように調整される。座席位置２０と車両の最寄のサイドとの間に配置された指向性ラウドスピーカ２８の放射パターンは、座席位置２０の乗員の右耳に向かう方向３８が高放射方向であるように調整され、且つ、車両の上記サイドに向かう方向４０が低放射方向であるように調整される。座席位置１８および２０の間に配置された指向性ラウドスピーカ２６の放射パターンは、座席位置２０の乗員の左耳に向かう方向４２が高放射方向であり、且つ、座席位置１８に向かう方向４４が低放射方向であるように調整される。本オーディオシステムは、オーディオ信号処理回路５２に接続された複数の信号ソース４６〜５０を備えてもよい。オーディオ信号処理回路５２は、座席固有のオーディオ信号処理回路５４に接続され、このオーディオ信号処理回路５４は、アレイ回路１３８−１および１４０−１により、それぞれ指向性ラウドスピーカ２２および２４に接続されている。オーディオ信号処理回路は、また、座席固有のオーディオ信号処理回路５６に接続され、このオーディオ信号処理回路５６は、アレイ回路１３８−２および１４０−２により、それぞれ指向性ラウドスピーカ２６および２８に接続されている。座席固有のオーディオ回路５４，５６または上記オーディオ信号処理回路またはその両方は、また、上記指向性ラウドスピーカを車室(vehicle cabin)における他のスピーカと統合するための統合回路(integration circuitry)を備えてもよい。統合回路は、図１１Ａ−１１Ｃに示され、本明細書の対応部分で説明されるであろう。
動作において、オーディオ信号処理回路５２は、オーディオ信号ソース４６−５０から指向性ラウドスピーカ２２,２４および指向性ラウドスピーカ２６，２８へ信号を供給(present)する。指向性ラウドスピーカ２２，２４に供給されるオーディオ信号は、ラウドスピーカ２６，２８に供給されるオーディオ信号と同じオーディオ信号ソースからのものであってもよく、または、別のオーディオ信号ソースからのものであってもよい。座席固有のオーディオ信号プロセッサ５４は、指向性ラウドスピーカ２２，２４に伝送されるオーディオ信号に関する処理を実施し、座席固有のオーディオ信号プロセッサ５６は、指向性ラウドスピーカ２６，２８へのオーディオ信号に関する処理を実施する。指向性ラウドスピーカ２２，２４へのオーディオ信号は、モノラルであってもよく、または、それぞれステレオ信号の左チャネルおよび右チャネルであってもよく、または、マルチチャネルオーディオ信号の左チャネルおよび右チャネルまたは左サラウンドチャネルおよび右サラウンドチャネルであってもよい。同様に、指向性ラウドスピーカ２６，２８へのオーディオ信号は、モノラルであってもよく、または、それぞれステレオオーディオ信号の左チャネルおよび右チャネルであってもよく、または、マルチチャネルオーディオ信号の左チャネルおよび右チャネルまたは左サラウンドチャネルおよび右サラウンドチャネルであってもよい。アレイ回路１３８−１，１４０−１，１３８−２，１４０−２は、米国特許第５８７０４８４号または米国特許出願第５８０９１５３号に記載された方法で、位相シフト、極性反転、遅延、減衰、および他の信号処理の組合せを適用して、指向性ラウドスピーカ２２，２４，２６，２８に所望の放射パターンを持たせる。
ラウドスピーカの指向性は多くの効果(effects)を有する。一つの効果は、指向性ラウドスピーカ２２，２４から放射されたアコースティックエネルギーが、指向性ラウドスピーカ２６，２８から放射されるアコースティックエネルギーよりも座席領域１８において極めて大きな強度(higher amplitude)を有することである。同様に、指向性ラウドスピーカ２６，２８から放射されるアコースティックエネルギーは、指向性ラウドスピーカ２２，２４から放射されるアコースティックエネルギーよりも座席領域２０において極めて大きな強度を有する。この効果の結果、指向性ラウドスピーカ２２，２４から比較的低レベルで放射されるアコースティックエネルギーは、座席位置１８において明確に聴き取り可能(audible)になり、指向性ラウドスピーカ２６，２８から比較的低レベルで放射されるアコースティックエネルギーは、座席位置２０において明確に聴き取り可能になる。これらの効果の他の結果は、一つの座席位置に向けて音を比較的高レベルで放射することができる一方で、他の座席位置に向けては音が低いレベルで放射されることである。
図３Ａ−３Ｃは、オーディオ信号処理回路５２の一機能、すなわちオーディオ信号ソース４６−５０から座席位置１８，２０と関連する指向性ラウドスピーカへのオーディオ信号のルーティングを例示している。図３Ａ−３Ｃの例では、簡略化のために、２つのオーディオ信号ソースと、携帯電話４６’およびＣＤ(Compact Disk)プレイヤ４８’のみが示されている。図３Ａにおいて、ＣＤプレイヤ４８’からのオーディオ信号は、両方の座席位置の乗員がＣＤプレイヤからプログラム素材(program material)を聴取するように、座席位置１８，２０の両方と関連する指向性ラウドスピーカに伝送される。図３Ａにおいては、携帯電話４６’からのオーディオ信号は存在しない。図３Ｂにおいて、携帯電話４６’からのオーディオ信号は、座席位置１８と関連する指向性ラウドスピーカのみに伝送され、ＣＤプレイヤ４８’からのオーディオ信号は、座席位置２０に関連する指向性ラウドスピーカのみに伝送される。図３Ｃにおいて、携帯電話４６’からのオーディオ信号は、座席位置２０に関連する指向性ラウドスピーカのみに伝送され、ＣＤプレイヤ４８’からのオーディオ信号は、座席位置１８に関連する指向性ラウドスピーカのみに伝送される。その結果、携帯電話からの音は、ＣＤプレイヤからのアコースティックエネルギーを聴取する乗員を邪魔することがなく、ＣＤプレイヤからの音は、携帯電話からのアコースティックエネルギーを聴取する乗員を邪魔することがなく、そして、マイクロホンによってピックアップされるＣＤプレイヤからの音のレベルは、携帯電話変換を実施する乗員の座席位置で著しく低減され、またはその座席位置の近くで、またはその座席位置から好ましい指向特性でマイクロホンでピックアップされる。加えて、携帯電話変換を実施する乗員は、ＣＤプレイヤからの音で“叫び”がちになることが少なくなり、車両の他の乗員を悩ますことがなくなる。携帯電話から放射される比較的低レベルの音携帯電話変換を実施する乗員に聴取可能である。ＣＤプレイヤからの音は、ＣＤプレイヤからの音が他の乗員に聴取される場合よりも著しく小さい音量で、携帯電話変換を実施する乗員に聴取される。マイクロホンにピックアップされるＣＤプレイヤからの音は、著しく低減され、携帯電話変換を実施する乗員の座席位置で著しく低減され、またはその座席位置の近くで、またはその座席位置から好ましい指向特性でマイクロホンでピックアップされる。何れの座席の乗員も携帯電話を聴取してもよい。
簡略化のために、図２および図３Ａ−３Ｃにおいて、要素の幾つかは、信号ラインによって接続されたものとして示されている。この信号ラインは、複数のチャネルを表してもよく、例えば、ステレオシステムの左チャネルおよび右チャネル、または、マルチチャネルシステムにおける複数のチャネルのようなものを表してもよい。図３Ａ−３Ｃは、簡略化のため、一つのソースのみからオーディオ信号を受け取る各座席位置を示し、図３Ｂ−３Ｃは、一つの座席位置にのみ伝送される各オーディオ信号ソースを示す。他の実施において、単一の座席位置が、２以上のソースから信号を受け取ってもよいが、一つのソースからの信号は、著しく減衰または増幅されてもよい。例えば、図３Ｂにおいて、ＣＤプレイヤ４８’からのオーディオ信号は、座席位置１８に伝送されてもよいが、著しく減衰されて、座席位置１８の乗員が上記の携帯電話と同様に音楽を聴取することを可能にしてもよい。また、便宜上、座席固有のオーディオ処理回路５４，５６はこれらの図に示されていない。
オーディオ信号ソースから指向性ラウドスピーカへのオーディオ信号のルーティングに加えて、オーディオ信号処理回路５２は他の機能を実施してもよい。例えば、オーディオソースの一つと関連するイコライズパターン(equalization pattern)が存在すれば、オーディオ信号処理回路５２は、関連するオーディオ信号ソースからのオーディオ信号にイコライズパターンを適用してもよい。
図４を参照すると、座席固有のオーディオ信号処理回路を有する車室(passenger compartment)のダイアグラムが示されている。簡略化のため、両座席位置１８，２０の乗員は、同一のオーディオ信号ソース４６を聴取しているものとする。座席固有のイコライザ６４、座席固有の動的音量制御回路６６、座席固有の音量制御回路６８、座席固有の他の機能回路６７、および座席固有の空間キュープロセッサ６９は、座席固有のオーディオ信号処理回路５４の構成要素として、オーディオ信号処理回路５２に接続されている。座席固有のイコライザ７０、座席固有の動的音量制御回路７２、座席固有の音量制御回路７４、座席固有の他の機能回路７３、および座席固有の空間キュープロセッサ７５は、座席固有のオーディオ信号処理回路５６の構成要素としてオーディオ信号処理回路５２に接続されている。オーディオ信号処理回路５２と座席固有のオーディオ信号処理回路５４，５６の構成要素との間の図２および図３Ａ−３Ｃの単一の信号ラインは、図４においては、二つの信号ラインとして示されており、ステレオシステムの左チャネルおよび右チャネルを表し、または、マルチチャネルシステムの２以上のチャネルを表す。フロントスピーカ８８，９０の相互接続は以下で述べる。
動作において、座席固有のオーディオ信号処理回路５４のイコライザ６４、動的音量制御回路６６、音量制御回路６８、座席固有の他の機能回路６７（他の信号処理機能、例えば、クロストークキャンセルの挿入を含む）、および、座席固有の空間キュープロセッサ６９（それと一緒の座席固有の空間キュープロセッサ７５は後述する）は、座席固有のオーディオ信号処理回路５６のイコライザ７０、動的音量制御回路７２、および音量制御回路７４、座席固有の他の機能回路７３、および座席固有の空間キュー回路７５とは別に、オーディオ信号処理回路５２からのオーディオ信号を処理する。フロントスピーカ８８，９０の動作を以下に説明する。必要であれば、イコライズパターンは異なってもよい。例えば、もし一方の位置の乗員が携帯電話を聞き取っていれば、上記イコライズパターンは音声に適していてもよい。もし他方の位置の乗員が音楽を聴いていれば、イコライズパターンは音楽に適していてもよい。或いは、音声または音楽に適したイコライズパターンは、上述したように、オーディオ信号処理回路５２により適用されてもよい。図４は、図２のアレイ回路１３８−１，１４０−１，１３８−２，１４０−２を備える。
座席固有の動的音量制御は、車両の動作状態（速度のようなもの）に反応してもよく、または、座席領域における、マイクロホンのような、音検出装置(sound detecting devices)に反応してもよい。音量の動的制御のための技術は、米国特許第４９４４０１８号で説明されており、音検出装置を用いた音量の動的制御のための技術は、米国特許第５４３４９２２号で説明されている。加えて、動的音量制御に対し座席乗員の或る程度の制御を可能にする回路が存在してもよい。
図４の構成は、二つの座席位置の乗員が異なる音量でオーディオ素材を聴くことを可能にする。指向性ラウドスピーカの指向性放射は、低放射方向におけるよりも、高放射方向において著しく大きなアコースティックエネルギーをもたらす。従って、座席位置のそれぞれでのアコースティックエネルギーは、主として、その座席位置に関連した指向性ラウドスピーカから到来し、たとえ他の座席位置に関連した指向性ラウドスピーカが比較的大きな音量で再生されていても、他の座席位置に関連した指向性ラウドスピーカからは到来しない。座席固有の動的音量制御回路は、座席位置の近くのマイクロホンと使用された場合には、より精度良く各位置での音量の動的制御を実施することを可能にする。もし、一方の座席位置、例えば座席位置１８でのノイズレベルが、他方の座席位置、例えば座席位置２０でのノイズレベルよりも著しく大きければ、座席位置１８に関連した動的音量制御は、座席位置２０に関連した動的音量制御よりも大きな音量を発生させるであろう。座席固有のイコライズは、聴取位置のそれぞれでの周波数応答のより良好な局所制御を可能にする。イコライズパターンを生成する測定値(measurements)は個々の座席位置で生成されることができる。多くの位置でイコライズパターンを取得し、それらを組み合わせる必要はない。指向性放射パターンは、早期反射(early reflection)から生じる周波数応答異常の発生を低減するのに有益であり、なぜなら、低減されたアコースティックエネルギーは、サイドウィンドウのような近くの反射面に向かって放射されるからである。座席固有の他の機能制御回路は、典型的に車両オーディオシステムに関連した他の機能の座席固有の制御、例えば音色制御(tonal control)を提供することができる。典型的には、単に「バランス」と称される左／右バランスは、以下に説明されるであろう従来のオーディオシステムとは全く異なって、図４の本システムにおいて実施される。
音量、動的音量制御、イコライズ、および他の機能を、二つの座席で別々に最も効果的に制御するために、オーディオ周波数範囲の全体にわたって独立した音ソース(sound source)を備えることの望ましい。指向性アレイを用いて低音周波数(bass frequency)を制御することは困難であり、なぜならば、聴取者の耳からの指向性ラウドスピーカの距離に対して波長が長いからである。一実施例において、米国特許出願第１１／２２４８８６号で説明されているように、双極型の低音ラウドスピーカ(dipole type bass loudspeaker)によって低音周波数が放射される。
従来の車両オーディオシステムにおける左／右バランスは、典型的には、車両の片側のスピーカセットまたは単一のスピーカの利得を変えることによって実施される。しかしながら、この従来の車両オーディオシステムは、多くの理由により、音像(acoustic image)の横方向位置の制御が比較的貧弱であり、その理由の一つは、クロストークの管理、すなわち、右耳に到達する左スピーカからの放射と、左耳に到達する右スピーカからの放射の管理が貧弱なことである。知覚的に、横方向位置（または、規定のアジマスプレーン(azimuthal plane)における広範な角度変位(broadly angular displacement)）は二つの要因に依存する。一つの要因は、「両耳間レベル差(interaural level difference)」（ＩＬＤ）または「両耳間強度差(interaural intensity differences)」（ＩＩＤ）と称される二つの耳でのアコースティックエネルギーの相対レベル(relative level)である。もう一つの要因は、二つの耳でのアコースティックエネルギーの時間および位相差（両耳間時間差(interaural time differences)または「ＩＴＤ」および両耳間位相差(interaural phase difference)または「ＩＰＤ」）である。ＩＴＤおよびＩＰＤは、数学的に既知の方法で関連づけられ、相互に変換可能であり、従って本明細書で用語「ＩＴＤ」が使用されるときは、適切な変換を通じて用語「ＩＰＤ」もまた適用可能である。上記ＩＴＤ、ＩＰＤ、ＩＬＤ、ＩＩＤ空間キューは、オーディオ信号に反応して放射される音波の、頭部および耳との相互作用(interaction)の結果として生じる。距離キュー(distance cues)は、直接音と間接音の間の相関量により、または、直接音と間接音の比により提供されてもよい。空間キューの更に詳細な説明は、参照することにより本明細書に組み込まれる米国特許出願第１０／３０９３９５号で述べられている。
頭部に比較的近い指向性ラウドスピーカは、個々の座席位置に放射される、ＩＬＤおよびＩＴＤを含む空間キューの操作(manipulation)を可能にし、異なる聴取位置で効果が異なることを可能にする。
特に擬似の音ソース(simulated sound sources)を局所化(localizing)する場合（即ち、指向キュー(directional cues)が放射音に挿入される場合）、人々が頻繁に体験する一つの現象は、前／後の混乱(confusion)である。聴取者は、典型的には、聴取者の耳に結合する軸からの角度変位を局所化することができるが、見掛けのソース(apparent source)が前半球にあるか、後半球にあるかどうかを区別するのに困難性を有するかもしれない。実際の空間音ソース（「ライブ音(live sound）」を聴取する場合、前／後の混乱を解消するために人々が使用する一つの方法は、頭部を回すことである。頭部が回されると、前／後の混乱は、空間キューが聴取者の前または背後にある音ソースと更に一致(consistent)しているかどうかを検出することにより解消される。
前／後の混乱を解消する空間キューを提供するために、聴取位置の前にフロントラウドスピーカ８８，９０を配置することが有益である。空間キューと、殆どの聞き取り可能なコミュニケーション情報は、指向性スピーカによって放射されることができ、フロントラウドスピーカは、前／後の混乱を解消するためにのみ必要とされる。そのため、フロントラウドスピーカ８８，９０は、レンジが限定されたスピーカであってもよく、比較的小音量(low volume)で且つ効果的に音を放射することができる。フロントスピーカ８８，９０は、座席固有のオーディオ信号処理回路５４，５６にそれぞれ接続されてもよく、または、オーディオ信号処理回路５２に接続されてもよく、または、その両方に接続されてもよい。フロントスピーカ８８，９０は、前／後の混乱を解消すること以外の目的で使用されてもよく、幾つかの例が後述されるであろう。
例えば、図５において、もし、空間キューが指向性ラウドスピーカ２２，２４によって放射され、同一のオーディオコンテンツがフロントラウドスピーカ８８によって放射されると、音は、聴取者の前の、聴取者の耳に結合する軸７９から角度θだけ変位されたポイント７５−１で発生しているように聴こえる。もし、フロントラウドスピーカ８８からの同一のオーディオコンテンツの放射がなければ、音は、聴取者の背後の、軸７９から角度−θだけ変位したポイント７５−２で発生しているように聴こえる。
音が静止点(static point)で発生しているように聴こえさせる空間キューを提供することに加え、図２−４の車両オーディオシステムは、音が移動ソース(moving source)から発生しているように聴こえさせてもよい。一例として、ナビゲーションシステムおよび車両システムからの音声キュー(voice cues)が考えられる。例えば、図６Ａを参照すると、第１の空間キューは、音が見掛けのラウドスピーカ(phantom loudspeaker)７６−１で発生しているように聴こえさせることができる。時間インターバルΔｔ後、例えば５ミリ秒後に、空間キューは、音が見掛けのラウドスピーカ７６−２で示される（聴取者に対し）左のポイントで発生しているように聴こえさせる。第２の時間インターバルΔｔ後、空間キューは、音が見掛けのラウドスピーカ７６−３で示されるような左のポイントで発生しているように聴こえさせ、以下同様にして、ｎ−１インターバル後まで、空間キューは、音が見掛けのラウドスピーカ７６−ｎで示される、他の見掛けの発生ポイントの左のポイントで発生しているように聴こえさせる。知覚的に、これは、音のソースがライン１７４で示されるように左に移動しているように聴こえさせる。もし、ＩＬＤおよびＩＴＤキューが変更され、距離キューが一定に維持されると、音のソースは、ライン１７６および見掛けのラウドスピーカ７７１−１〜７７−ｎで示されるように、聴取者を中心として、アーチ形の経路に沿って移動するように聴こえる。もし、放射されている音が「左折(turn to the left)」なるメッセージであれば、音のソースの見掛けの動きは、左折するための指示を補強する。
図６Ｂにおいて、空間キューは、音が、見掛けのラウドスピーカ７８−１で示されるように聴取者の右前のポイントで発生しているように聴こえさせる。時間インターバルΔｔ後、例えば５ミリ秒後、空間キューは、音が、見掛けのラウドスピーカ７８−２で示されるような聴取者に近い右前の点で発生しているように聴こえさせる。第２の時間インターバルΔｔ後、空間キューは、音が、見掛けのラウドスピーカ７８−３で示される、聴取者に更に近い右前で発生しているように聴こえさせ、以下同様にして、ｎ−１インターバル後、空間キューは、音が、見掛けのラウドスピーカ７８−ｎで示される聴取者の右の略等しいポイントで発生しているように聴こえさせる。知覚的には、これは、音のソースが聴取者の右前から、この聴取者の右に移動するように聴こえさせ、または、動きは相対的であるから、これは、車両が右の固定された音のソースに接近しているように聴こえさせる。例えば、もし、放射されている音が、「あなたは、あなたの右側のエルム通りに接近している」というメッセージであれば、見掛けの音ソースと聴取者との間の相対的な動きは、聴取者に提供されている情報を補強する。
また、空間キューは、重要な情報を強調するために使用されることができる。例えば、メッセーのコンテンツの重要性は、聴取者からの知覚される距離によって強調されることができる。図７Ａにおいて、空間キューは、警報のような重要な（複数の大きなエクスクラメーションポイント１０８で示される）可聴通知メッセージ(audible communicated message)が、近くの見掛けのラウドスピーカ８０で示されるような、聴取者に近いソースから到来するように聴こえさせる。空間キューは、例えば、いつもの車両のメンテナンスの指示のような、さほど重要ではない（単一の小さなエクスクラメーションポイント１１０で示される）可聴通知情報が、遠くの見掛けのラウドスピーカ８２で示されるような、聴取者から遠くのソースから到来するように聴こえさせる。図７Ｂに示されるように、空間キューは、警報のような重要な可聴通知メッセージが、見掛けのラウドスピーカ８４−１〜８４−ｎで示されるような、移動しているソースから到来するように聴こえさせることができる。メッセージの重要性は、移動しているソースの知覚される速度によって補強されることができる。更に重要なメッセージは、各時間区間で音像が移動する距離を増加させることにより、より速く移動しているソースから発生しているように聴こえることができ、または、各時間区間で音像が移動する距離を変化させることにより、加速または減速するソースから発生しているように聴こえることができる。空間キューは、さほど重要ではない可聴通知情報が、静止したソース８６から到来するように聴こえさせることができる。
また、空間キューは、車両の一部または車両に対する方向に関する可聴メッセージが車両の一部または車両に対する方向から発生するように聴こえさせることができる。例えば、図８Ａに示されるように、もし、センサーが車両の後方の物体を検出すると、警報が、見掛けのラウドスピーカ１１２で示されるような車両の後方のポイントから発生しているように聴こえることができる。図８Ｂにおいて、もし、ライトが作動していなければ、可聴通知メッセージが、見掛けのラウドスピーカ１１４で示されるライトで発生しているように聴こえることができる。
図９Ａ−９Ｃは、図４のラウドスピーカの代替の構成を示す。図９Ａにおいて、フロントラウドスピーカ８８，９０は、横方向に変位された位置、例えば車両のＡピラーに配置され、フロントスピーカは、前半球に存在する限り、直接的に聴取位置の前である必要はない。加えて、図４の指向性ラウドスピーカ２４，２６は、単一の指向性アレイ９２によって置き換えられている。単一のアレイは、両方の位置１８，２０の聴取者を対象としたオーディオコンテンツを放射する。単一のアレイは、聴取位置１８に向かう方向が高放射方向であり、且つ、聴取位置２０に向かう方向が低放射方向であるように、位置１８における聴取者の右耳を対象とした音（「Ｒ」で表されている）を放射する。単一のアレイは、聴取位置２０に向かう方向が高放射方向であり、且つ、聴取位置１８に向かう方向が低放射方向であるように、位置２０における聴取者の左耳を対象とした音（「Ｌ」で表されている）を放射する。
図９Ｂにおいて、図９Ａのフロントラウドスピーカ８８，９０は指向性アレイ１０４，１０６で置き換えられている。フロントアレイ８８は、座席位置１８における聴取者に向かう方向が高放射方向であり、且つ、座席位置２０に向かう方向が低放射方向であるように、音を放射させる。フロントスピーカ８８，９０の位置は、単一のアレイ９２または二つのアレイ２４，２６が座席位置１８および座席位置２０の聴取者の間で使用されているかどうかとは無関係に変えることができる。
図９Ｃにおいて、図９Ａのフロントラウドスピーカ８８，９０は、フロントアレイ９４（前方配置ラウドスピーカ）で置き換えられ、このフロントアレイ９４は、座席位置１８，２０の両方を対象とした音を放射する。座席位置１８を対象とした音は、座席位置１８に向かう方向１１８が高放射方向であり、且つ、座席位置２０に向かう方向１２０が低放射方向であるように放射される。明りょう化のために、方向１１８，２１８は、わずかに異ならせて示されている。実際の実施では、方向１１８，２１８は同一の方向であってもよい。座席位置２０を対象とした音は、座席位置２０に向かう方向２２０が高放射方向であり、且つ、座席位置１８に向かう方向２１８が低放射方向であるように放射される。図４のアレイ２２，２４は、単一のアレイ９８によって置き換えられ、この単一のアレイ９８は、聴取者の左耳に向かう方向が高放射方向であり、且つ、この聴取者の右耳に向かう方向が低放射方向であるように、この聴取者の左耳を対象とした音（「Ｌ」で表される）を放射する。聴取者の右耳を対象とした音（「Ｒ」で表される）は、この聴取者の右耳に向かう方向が高放射方向であり、且つ、この聴取者の左耳に向かう方向が低放射方向であるように放射される。図４のアレイ２６，２８は単一のアレイ１０２で置き換えられ、この単一のアレイ１０２は、アレイ９８と同様の方法で音を放射する。単一のアレイ９４によるラウドスピーカ８８，９０の置き換えは、単一のアレイ９８によってアレイ２２，２４が置き換えられるかどうか、および、単一のアレイ１０２によってアレイ２６，２８が置き換えられるかどうかとは無関係である。
図１０は、図９Ｃの構成に適した３エレメント指向性アレイ１２２の特定の実施を示す。図１０の構成は、３つのアコースティックドライバ１２３，１２４，１２５を備え、センターのアコースティックドライバ１２４は、左右のアコースティックドライバ１２３，１２５の前方向に配置され、理想的には、空間およびパッケージング要件が許す限り、耳の共線(collinear)に近くなるように（すなわち、アコースティックドライバ１２３，１２４とアコースティックドライバ１２４，１２５のダストキャップのセンターのような、幾つかの共通ポイントがユーザの外耳道(ear canal)の入口と共線(collinear)上にあるように）取り付けられる。概して、最大の指向性は、二つのアコースティックドライバを結ぶ線に沿ったポイントで得ることができる。アコースティックドライバ１２３，１２５の向きは、それらの軸２２３，２２５がユーザの耳の方向に向けられるように定められる。一実施形態において、その角度は４５度である。
図１１Ａは、一つの指向性ラウドスピーカのための座席固有のオーディオ処理回路５４の一実施の構成要素を示す。座席固有のオーディオ処理回路５４は、また、図４に示される構成要素の全てまたは幾つかを備えてもよいが、簡略化のため、これらの構成要素はこの図には示されていない。座席固有のオーディオ処理回路５４は、左統合回路(left integration circuitry)１２８を備え、この左統合回路１２８は、信号線１３０により左チャネル端子に接続され、左アレイ回路１３８を通じて信号結合器１３２に接続されると共に左アコースティックドライバ１２３に接続される。信号結合器１３２はセンターアコースティックドライバ１２４に接続される。右統合回路１３４は、信号ライン１３６により右信号端子に接続され、右アレイ回路１４０を通じて右アコースティックドライバ１２５に接続されると共に信号結合器１３２に接続される。左統合回路１２８は、インスツルメントパネル、またはドアー、またはピラーのような、車両のキャビンに配置された、スピーカ１７２Ｌによって表されるような１又は２以上のスピーカに接続されてもよい。右統合回路１３４は、また、インスツルメントパネル、またはドアー、またはピラーのような、車両のキャビンに配置された、スピーカ１７２Ｒによって表されるような１又は２以上のスピーカに接続されてもよい。
動作において、左統合回路１２８は、伝達関数Ｈ128(s)を左チャネルに適用する。伝達関数Ｈ128(s)の操作(operation)は後述する。左アレイ回路１３８は、伝達関数Ｈ138(s)を左統合回路１２８からの出力信号に適用する。伝達関数Ｈ138(s)は、米国特許第５８７０４８４号または米国特許第５８０９１５３で説明されている方法における、位相シフト、極性反転、遅延、減衰、および他の信号処理のうちの幾つかの組合せを含み、図９Ｃに示されるような所望の左チャネル放射パターンをもたらすオーディオ信号を提供する。同様に、右アレイ回路１４０は、伝達関数Ｈ140(s)を右チャネル入力信号に適用して、図９Ｃに示されるような所望の右チャネル放射パターンをもたらすオーディオ信号を供給する。左アレイ回路および右アレイ回路からの出力信号は信号結合器１３２で結合されて、センターアコースティックドライバ１２４に伝送される。左アコースティックドライバ１２３は左チャネルを放射し、右アコースティックドライバ１２５は右チャネルを放射し、そしてセンターアコースティックドライバ１２４は、左スピーカ１２３および右スピーカ１２５から放射される音波と破壊的(destructively)に結合する音波を放射して、図９Ｃに示されるような所望の放射パターンを提供する。図１１Ａおよび他の全ての図において、２以上の装置に出力信号を供給する要素（例えば、左アレイ回路１３８は、信号結合器１３２と左アコースティックドライバ１２３に出力信号を供給する）は、必ずしも、その要素が両方の装置に同一の信号を供給するとは限らない。
図１１Ｂは、図１１Ａの実施例の代替の実施の幾つかの構成要素を示す。座席固有のオーディオ処理回路５４は、また、図４に示される構成要素の全てまたは幾つかを備えてもよいが、簡略化のため、これらの構成要素は、この図では示されていない。図１１Ｂの実施は、図１１Ａの構成要素を備え、これに加えて、右アレイ回路１４０を左アコースティックドライバ１２３と結合させる信号結合器１５８を備える。信号結合器１６０は、左アレイ回路１３８を右アコースティックドライバ１２５と結合させる。座席固有のオーディオ処理回路５４は、例えば、座席固有のイコライザ６４、座席固有の動的音量制御回路６６、座席固有の音量制御回路６８、および座席固有の他の機能回路６７、及び／又は、座席固有の空間キュープロセッサ６９を備えるが、これらは、この図では示されていない。
図１１Ｂの実施は、左アコースティックドライバ１２３およびセンターアコースティックドライバ１２４の両方が、右アコースティックドライバ１２５から放射された音波と破壊的に結合する音波を放射すると共に、右アコースティックドライバ１２５およびセンターアコースティックドライバ１２４の両方が、左アコースティックドライバ１２３から放射された音波と破壊的に結合する音波を放射する点を除いては、図１１Ａの実施と同様に動作する。右アレイ回路１４０から左アコースティックドライバ１２３伝送される信号は、アコースティックドライバ１２３とアコースティックドライバ１２５との間の間隔(spacing)の違いのために、右アレイ回路１４０からセンターアコースティックドライバ１２４に伝送される信号とは典型的に異なる。同様に、左アレイ回路１３８から右アコースティックドライバ１２５に伝送される信号は、左アレイ回路１３８からセンターアコースティックドライバ１２４に伝送される信号とは典型的に異なる。
図１１は、座席固有のオーディオ処理回路５４の他の実施例の幾つかの構成要素を示す。座席固有のオーディオ処理回路５４は、また、図４に示される構成要素の全てまたは幾つかを備えてもよいが、簡略化のため、この図には、これらの構成要素は示されていない。座席固有のオーディオ処理回路５４は、図１１Ａの実施の構成要素を備え、これに加えて、信号ライン１４４により左サラウンドチャネル端子に接続されると共に左サラウンドアレイ回路１４６に接続された左サラウンド統合回路(left surround integration circuitry)１４２を備え、上記左サラウンドアレイ回路１４６は、左信号結合器１５８および左アレイ結合器１６２に接続されている。右サラウンド統合器１５０は、信号ライン１５２により右サラウンドチャネル端子に接続されると共に右サラウンドアレイ回路１５４に接続され、上記右サラウンドアレイ回路１５４は、右信号結合器１６０および右アレイ結合器１６４に接続されている。左統合回路１２８は左アレイ回路１３８に接続されている。右統合回路１３４は右アレイ回路１４０に接続されている。左アレイ回路１３８は、左アレイ結合器１６２に接続されると共に左信号結合器１５８に接続されており、オプションとして信号結合器１６０に接続されてもよい。右アレイ回路１４０は、右アレイ結合器１６４に接続されると共に右信号結合器１６０に接続されており、オプションとして信号結合器１５８に接続されてもよい。信号結合器１５８は、アコースティックドライバ１２３に接続されている。信号結合器１３２は、センターアコースティックドライバ１２４に接続されている。信号結合器１６０は、アコースティックドライバ１２５に接続されている。左アレイ結合器１６２、右アレイ結合器１６４、信号ライン１７８によるセンタチャネル端子は、結合器１３２に接続されている。座席固有のオーディオ処理回路５４は、また、例えば、座席固有のイコライザ６４、座席固有の動的音量制御回路６６、座席固有の音量制御回路６８、座席固有の他の機能回路６７、及び／又は、座席固有の空間キュープロセッサ６９を備えてもよいが、それは、この図に示されていない。加えて、左アレイ回路１３８および左サラウンドアレイ回路１４６の何れかまたは両方が信号結合器１６０に接続されてもよく、右アレイ回路１４０および右サラウンドアレイ回路１５４の何れかまたは両方が信号結合器１５８に接続されてもよく、このような接続については、この図には示されていない。
図１１Ｃの実施は、図１１Ａの実施と同様に動作する。加えて、左サラウンドアレイ回路１４６は、伝達関数Ｈ146(s)を左サラウンド統合回路１４２からの出力信号に適用する。伝達関数Ｈ146(s)は、図９Ｃに示されるような所望の左サラウンドチャネル放射パターンを提供するようにオーディオ信号を修正する。同様に、右サラウンドアレイ回路１５４は、伝達関数Ｈ154(s)を右サラウンドチャネル入力信号に適用して、図９Ｃに示されるような所望の右サラウンドチャネル放射パターンをもたらすオーディオ信号を提供する。左アレイ回路１３８および左サラウンドアレイ回路１４６からの出力信号は左結合器１６２で結合される。右アレイ回路１４０および右サラウンドアレイ回路１５４からの出力信号は結合器１６４で結合される。左スピーカ１２３は、左チャネルおよび左サラウンドチャネルを放射する。センタスピーカ１２４と、オプションとして右スピーカ１２５は、所望の指向性放射パターンを生成するために、左スピーカによって放射される音波と破壊的に結合する音波を放射する。
一実施において、伝達関数Ｈ138(s)およびＨ146(s)のパラメータは、無響(anechoic)の放射をもたらすために、米国特許第５８７０４８４号および米国特許第５８０９１５３号で説明されている技術により設定される。これは、左チャネル放射と左サラウンド放射が、異なる空間特性を有するように聴こえさせ、従って所望の空間効果を達成する。同様に、伝達関数Ｈ140(s)およびＨ154(s)は、それぞれ、伝達関数Ｈ138(s)およびＨ146(s)のミラー像の関係にある放射パターンを有するように設定されることができる。
再び図１１Ａを参照すると、統合回路１２８は、伝達関数Ｈ128(s)を左チャネル信号に適用する。伝達関数Ｈ128(s)は、或る所望の効果を達成するために、スピーカ１７２Ｌと指向性ラウドスピーカ９８に伝送されるオーディオ信号を修正する。例えば、車両オーディオシステムは、ステレオ信号を放射するために使用されてもよく、この場合、主として空間キューがスピーカの振幅、時間、位相の関係により提供されるように、音は、空間キューを含んでおらず、聴取者の背後から発生しているように聴こえることを意図されたものではない。この例では、伝達関数Ｈ128(s)は、２ｋＨｚの折点周波数(break frequency)で指向性ラウドスピーカ９８への信号をローパスフィルタリング(low pass filter)してもよい。２ｋＨｚを超える周波数では、ＩＬＤは、空間認知を決定(dominate)づけてもよく、アレイスピーカによって放射される２ｋＨｚを超える音波は、望ましくなくも空間認知を決定づけ、なぜなら、それらは頭部の極めて近くに位置するからであり、したがってＩＬＤキューは、頭部の回転および動きに伴って広範に変化する。加えて、車両のヘッドレストに取り付けられるように設計されたスピーカは、比較的小さく、低音周波数を放射するのに適していない。伝達関数Ｈ128(s)は、また、低音スペクトル成分がアレイスピーカによって放射されないように、例えば２５０Ｈｚの折点(break point)を有するフィルタで指向性ラウドスピーカ９８へのオーディオ信号をハイパスフィルタリング(high pass filter)してもよい。加えて、伝達関数Ｈ128(s)は、ヘッドレストによって放射される音がより大きな振幅を有すると共に最初に到達し、ゆえに空間認知を決定づけるように、上記アレイおよび車両スピーカ１７２Ｌに伝送される信号に対して、遅延、振幅、または減衰を適用してもよい。或る環境では、スピーカ１７２，１７２Ｒからの音が空間認知を決定づけることが望ましいかもしれない。これらの場合において、伝達関数Ｈ128(s)は、ヘッドレストスピーカ９８に伝送されるオーディオ信号に対して、遅延または減衰、またはその両方を適用してもよい。図１１Ｂの統合回路１２８，１３８と、図１１Ｃの統合回路１２８，１３４，１４２，１５０は、同様に機能する。
図２，３，４，９Ａ−Ｃおよび図１１Ａ−１１Ｃは、一例にすぎず、排他的なものではない。図２，３，４，９Ａ−Ｃおよび図１１Ａ−１１Ｃは、所望の結果を得るように、多くの他の置換および組合せにおいて組み合わせられてもよい。
他の実施は請求項に含まれる。
１８，２０；座席位置
２２，２４，２６，２８；指向性ラウドスピーカ
４６，４８，５０；信号ソース
５２；オーディオ信号処理回路
５４，５６；座席固有のオーディオ信号処理回路
９４；フロントアレイ（前方配置ラウドスピーカ）
９８；アレイ（指向性ラウドスピーカ）
１２３；左アコースティックドライバ（左スピーカ）
１２４；センターアコースティックドライバ
１２５；右アコースティックドライバ（右スピーカ）
１２８；左統合回路（信号処理回路）
１３２；信号結合器（信号処理回路）
１３４；右統合回路（信号処理回路）
１３８；左アレイ回路（信号処理回路）
１４０；右アレイ回路（信号処理回路）
１７２Ｌ，１７２Ｒ；スピーカ

Claims (16)

  1. 車両用のオーディオシステムにおいて、
    前記車両の座席の乗員の頭部の対象位置の背後であって前記車両の座席の乗員の二つの耳の対象位置から実質的に等距離の、前記車両の座席に取り付けられた指向性ラウドスピーカアレイ（９８）であって、前記車両の座席の乗員の第１の耳位置の対象位置に向かう方向が高放射方向となるように第１のチャネル信号を有指向で放射し、且つ、前記車両の座席の乗員の第２の耳位置の対象位置に向かう方向が高放射方向となるように第２のチャネル信号を有指向で放射するように構成された前記指向性ラウドスピーカアレイと、
    前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルのうちの少なくとも一つを放射するように構成され、前記指向性ラウドスピーカアレイの前方に配置された前方配置ラウドスピーカ（９４）と、
    乗員の二つの耳の対象位置に達する音声の両耳間レベル差および両耳間時間差を処理するために前記指向性ラウドスピーカアレイおよび前記前方配置ラウドスピーカのうちの少なくとも一つへの信号を修正し、それにより、前記指向性ラウドスピーカが第１の周波数帯における空間認知を決定づけると共に前記前方配置ラウドスピーカが第２の周波数帯における空間認知を決定づけるように、前記指向性ラウドスピーカおよび前記前方配置ラウドスピーカのいずれが空間認知を決定づけるかの制御を行う信号処理回路（１２８，１３２，１３４，１３８，１４０）と
    を備えたオーディオシステム。
  2. 前記信号処理回路は、前記指向性ラウドスピーカアレイおよび前記前方配置ラウドスピーカのうちの一つへのオーディオ信号を遅延させるための回路を備えた請求項１記載のオーディオシステム。
  3. 前記信号処理回路は、前記指向性ラウドスピーカアレイが第１の周波数帯における空間認知を決定づけるように、前記指向性ラウドスピーカアレイから受け取る信号に、右耳と左耳との間の位相差を形成すると共に、前記前方配置ラウドスピーカが第２の周波数帯における空間認知を決定づけるように、前記前方配置ラウドスピーカから受け取る信号に、右耳と左耳との間のレベル差を形成するために、オーディオ信号を修正する回路を備えた請求項１記載のオーディオシステム。
  4. 前記信号処理回路は、前記前方配置ラウドスピーカが空間認知を決定づけるように、前記前方配置ラウドスピーカおよび前記指向性ラウドスピーカアレイから受け取る信号間、または、前記前方配置ラウドスピーカから受け取る信号に、右耳と左耳との間のレベル差を形成するために、オーディオ信号を修正する回路を備えた請求項１記載のオーディオシステム。
  5. 前記信号処理回路は、前記指向性ラウドスピーカアレイが空間認知を決定づけるように、前記指向性ラウドスピーカアレイから受け取る信号に、右耳と左耳との間の位相差を形成するために、オーディオ信号を修正する回路を備えた請求項１記載のオーディオシステム。
  6. 前記信号処理回路は、前記指向性ラウドスピーカが左／右の空間認知を決定づけるように、前記指向性ラウドスピーカアレイから受け取る信号に、右耳と左耳との間の位相差を形成すると共に、前記フロントスピーカが前／後の空間認知を決定づけるように、前記指向性ラウドスピーカアレイおよび前記フロントスピーカから受け取る信号間にレベル差を形成するために、オーディオ信号を修正する回路を備えた請求項１記載のオーディオシステム。
  7. 前記信号処理回路は、前記指向性ラウドスピーカアレイおよび前記前方配置ラウドスピーカのうちの一つへのオーディオ信号を減衰させる回路を備えた請求項１ないし６の何れか１項記載のオーディオシステム。
  8. 前記前方配置ラウドスピーカは、前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルの組合せを放射するように構成された請求項１ないし７の何れか１項記載のオーディオシステム。
  9. 前記第１のチャネル信号は左チャネル信号を含み、前記第２のチャネル信号は右チャネル信号を含み、前記第１および第２のチャネルの放射方向は第１の指向性パターンからなり、
    前記指向性ラウドスピーカアレイは、更に、第２の指向性パターンを有するサラウンドチャネルを放射するように構成された請求項１ないし８の何れか１項記載のオーディオシステム。
  10. 左チャネル放射および右チャネル放射のソースの音像を左サラウンドチャネル放射および右サラウンドチャネル放射の音像の前方に出現させるためのオーディオ処理回路および追加のラウドスピーカを更に備えた請求項９記載のオーディオシステム。
  11. 車両用のオーディオシステムを動作させる方法であって、
    前記車両の座席の乗員の頭部の対象位置の背後であって前記車両の座席の乗員の二つの耳の対象位置から実質的に等距離の、前記車両の座席に取り付けられたラウドスピーカアレイから、前記車両の座席の乗員の第１の耳位置の対象位置に向かう方向が高放射方向となるように、第１のチャネル信号を有指向で放射するステップと、
    前記車両の座席の乗員の第２の耳位置の対象位置に向かう方向が高放射方向となるように、第２のチャネル信号を前記ラウドスピーカアレイから有指向で放射するステップと、
    前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルのうちの少なくとも一つを、前記指向性ラウドスピーカアレイの前方に配置された前方配置ラウドスピーカから放射するステップと、
    乗員の二つの耳の対象位置に達する音声の両耳間レベル差および両耳間時間差を処理するために前記指向性ラウドスピーカアレイおよび前記前方配置ラウドスピーカのうちの少なくとも一つへのオーディオ信号を処理し、それにより、前記指向性ラウドスピーカが第１の周波数帯における空間認知を決定づけると共に前記前方配置ラウドスピーカが第２の周波数帯における空間認知を決定づけるように、前記指向性ラウドスピーカおよび前記前方配置ラウドスピーカのいずれが空間認知を決定づけるかの制御を行うステップと
    を含む方法。
  12. 前記オーディオ信号を処理するステップは、前記指向性ラウドスピーカアレイおよび前記前方配置ラウドスピーカのうちの一つへのオーディオ信号を遅延させるステップを含む請求項１１記載の方法。
  13. 前記オーディオ信号を処理するステップは、前記指向性ラウドスピーカアレイが第１の周波数帯における空間認知を決定づけるように、前記指向性ラウドスピーカアレイから受け取る信号に、右耳と左耳との間の位相差を形成すると共に、前記前方配置ラウドスピーカが第２の周波数帯における空間認知を決定づけるように、前記前方配置ラウドスピーカから受け取る信号に、右耳と左耳との間のレベル差を形成する請求項１１記載の方法。
  14. 前記オーディオ信号を処理するステップは、前記指向性ラウドスピーカアレイに左／右の空間認知を決定づけさせるために、前記指向性ラウドスピーカアレイから受け取る信号に、右耳と左耳との間の位相差を形成し、前記フロントスピーカに前／後の空間認知を決定づけさせるために、前記指向性ラウドスピーカアレイおよび前記フロントスピーカから受け取る信号間にレベル差を形成する請求項１１記載の方法。
  15. 前記オーディオ信号を処理するステップは、前記指向性ラウドスピーカアレイおよび前記前方配置ラウドスピーカのうちの一つへのオーディオ信号を減衰させるステップを含む請求項１１ないし１４の何れか１項記載の方法。
  16. 前記前方配置ラウドスピーカから、前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルの組合せを放射するステップを更に含む請求項１１ないし１５の何れか１項記載の方法。
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