JP6117384B2 - １人以上の聴取者のロケーションに基づくスピーカアレイのビームパターンの調整 - Google Patents

Description

（関連事項）
本出願は、先の出願日の米国仮出願第６１／７７３，０７８号（２０１３年３月５日出願）の利益を主張する。

オーディオ機器は、一定の直接対反響サウンドエネルギー比を維持するために、スピーカアレイからの聴取者の距離を検出し、かつスピーカアレイによって出力されるビームパターンの指向性指標を調整する。他の実施形態もまた説明される。

スピーカアレイは、数多くの異なるビームパターンを形成するために、可変的に駆動されてもよい。生成されるビームパターンは、サウンドが放射される方向及び領域を変更するために、制御及び変更され得る。このスピーカアレイの性質を用いることによって、いくつかの音響パラメータを制御することが可能になる。１つのそのようなパラメータは、直接対反響音響エネルギー比である。この比率は、聴取者が直接スピーカアレイから受け取るサウンドの量を、壁及び室内の他の反響物からの反響を介して聴取者に到達するサウンドの量と比較したものである。例えば、スピーカアレイによって生成されるビームパターンの幅が狭く、かつ聴取者に向けられている場合、聴取者は大量の直接エネルギー及び比較的少ない量の反響エネルギーを受け取るため、直接対反響比は大きくなるだろう。代替として、スピーカアレイによって生成されるビームパターンの幅が広い場合、聴取者は面及び物体から反響したサウンドを比較的多く受け取るため、直接対反響比は小さくなる。

ラウドスピーカアレイは、直接サウンドエネルギー及び間接又は反響サウンドエネルギーの両方を、室内又はリスニング領域内の聴取者に向けて放出してもよい。直接サウンドエネルギーは、スピーカアレイ内のトランスデューサから直接受け取られるが、反響サウンドエネルギーは、聴取者に到達する前に室内の壁又は面から反響する。聴取者がスピーカアレイに近付くと、直接サウンドの伝搬距離は著しく減少するが、反響サウンドの伝搬距離は相対的に変化しないか、又はわずかに増加するだけであるため、直接対反響サウンドエネルギーレベルは上昇する。

本発明の実施形態は、スピーカアレイに対する聴取者の検出されたロケーションに基づき、一定の直接対反響比を維持する指向性調整機器である。指向性調整機器は、距離推定器、指向性補償器及びアレイプロセッサを含んでもよい。距離推定器は、スピーカアレイと聴取者との間の距離を検出する。例えば、距離推定器は、スピーカアレイと聴取者との間の距離を判定する（１）ユーザ入力機器、（２）マイクロフォン、（３）赤外線センサ及び／又は（４）カメラを用いてもよい。この検出された距離に基づき、指向性補償器は、スピーカアレイによって生成されたビームから、既定の直接対反響サウンドエネルギー比を維持する指向性指標を算出する。直接対反響比は、指向性調整機器の製造業者又は設計者によって事前設定されてもよく、かつ再生されるサウンドプログラムコンテンツの内容に基づき変化してもよい。アレイプロセッサは、算出された指向性指標を受信し、その算出された指向性指標を有するビームパターンを生成するようにスピーカアレイ内のトランスデューサのうちの１つ以上を駆動させるオーディオ信号のセットを生成するために、１つのサウンドプログラムコンテンツの各チャネルを処理する。一定の直接対反響指向性比を維持することによって、指向性調整機器は、聴取者によって認識されるサウンドの一貫性及び質を改善する。

上記概要には、本発明の全ての態様の網羅的なリストを挙げてはいない。本発明には、前述でまとめた種々の態様の全ての好適な組み合わせからの実施可能な全てのシステム及び方法が含まれ、並びに以下の詳細な説明で開示されるもの、特に出願と共に提出された請求項において指摘されるものが含まれると考えられる。このような組み合わせには、上記概要では具体的には説明されていない特定の優位性がある。

本発明の実施形態を、限定としてではなく例として、添付図面の図に示し、図面中、同様の参照符号は同様の要素を示す。本開示での、本発明の「ａｎ」又は「１つの」実施形態への言及は、必ずしも同じ実施形態に対するものではなく、それらは、少なくとも１つを意味していることに留意されたい。

一実施形態に係る、部屋又はリスニング領域内の１人以上の聴取者のロケーションに基づき、生成されるサウンドパターンの幅を調整するビーム調整システムを示す図である。 一実施形態に係る、単一のキャビネット内に収容された複数のトランスデューサを有する１つのラウドスピーカアレイを示す図である。 別の実施形態に係る、単一のキャビネット内に収容された複数のトランスデューサを有する別のラウドスピーカアレイを示す図である。 一実施形態に係る、機能ユニットのブロック図及び指向性調整機器を構成しているいくつかのハードウェア構成要素を示す図である。 ラウドスピーカアレイからの様々な距離に位置する聴取者を示す図である。 ラウドスピーカアレイからの様々な距離に位置する聴取者を示す図である。 スピーカアレイによって生成され得る様々な指向性指標を有するサウンドパターンの実施例のセットを示す図である。

いくつかの実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。詳細について多く説明されるが、当然のことながら、本発明のいくつかの実施形態は、これらの詳細なしに実施してもよい。他の例では、本説明の理解を不明瞭にすることがないように、周知の回路、構造、及び技術は、詳細には示されていない。

図１は、部屋又はリスニング領域３内の１人以上の聴取者２のロケーションに基づき、スピーカアレイ４によって放出される、生成されるサウンドパターンの幅を調整するビーム調整システム１を示す。以下では例として、ビーム調整システム１の各要素について説明する。

ビーム調整システム１は、部屋又はリスニング領域３内にサウンドを出力する１つ以上のスピーカアレイ４を含む。図２Ａは、単一のキャビネット６内に収容された複数のトランスデューサ５を有する１つのスピーカアレイ４を示す。この実施例では、スピーカアレイ４が、キャビネット５内の８つの行及び４つの列内に均等に整列された３２個の別個のトランスデューサ５を有する。他の実施形態では、異なる数のトランスデューサ５が、均一な間隔又は均一でない間隔で用いられてもよい。例えば、図２Ｂに示されるように、１０個のトランスデューサ５が、サウンドバー様式のスピーカアレイ４を形成するために、キャビネット６内の単一の行内に整列されてもよい。図では平面上又は直線上に整列されているが、トランスデューサ５は、弧に沿って湾曲した形式で整列されてもよい。

トランスデューサ５は、フルレンジドライバ、ミッドレンジドライバ、サブウーファー、ウーファー及びツイーターのうちの任意の組み合わせであってもよい。トランスデューサ５の各々は、軽量のダイヤフラムを用いてもよく、又はワイヤのコイル（例えば、ボイスコイル）を円筒形の磁気ギャップを通って軸方向に移動させる可撓性サスペンションを介して、剛性のバスケット又はフレームに接続された錐体を用いてもよい。電気オーディオ信号がボイスコイルに印加されると、ボイスコイル内の電流によって磁界が形成され、それによりボイスコイルが可変電磁石となる。コイル及びトランスデューサ５の磁気システムは相互作用して、コイル（したがって、取付けられた錐体）を前後に移動させる機械的力を生成し、それにより、ソース（例えば、信号プロセッサ、コンピュータ及びオーディオ受信器）から印加された電気オーディオ信号による制御の下、サウンドを再生成する。本明細書では、単一のキャビネット６内に収容された複数のトランスデューサ５を有するものとして説明されているが、他の実施形態では、スピーカアレイ４が、キャビネット６内に収容された単一のトランスデューサ５を含んでもよい。

このような実施形態では、スピーカアレイ４がスタンドアローン型のラウドスピーカである。各トランスデューサ５は、個別の離散したオーディオ信号に応じてサウンドを生成するために、個々に単独で駆動されてもよい。スピーカアレイ４内のトランスデューサ５が、異なるパラメータ及び設定（遅延及びエネルギーレベルを含む）に従って個々に単独で駆動されることを可能にすることによって、スピーカアレイ４は、聴取者２に向けて再生されるサウンドプログラムコンテンツの対応するチャネルをシミュレートするか、又はより適切に表すために、数多くの指向性パターンを生成してもよい。例えば、異なる幅及び指向性を有するビームパターンが、スピーカアレイ４に対する聴取者２のロケーションに基づき、スピーカアレイ４によって放出されてもよい。

図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、スピーカアレイ４は、指向性調整機器８に接続するワイヤ又は導管７を含んでもよい。例えば、各スピーカアレイ４は２つの配線点を含んでもよく、かつ指向性調整機器８は補完配線点を含んでもよい。配線点はそれぞれ、スピーカアレイ４及び指向性調整機器８の後部に設けられた結合ポスト又はばねクリップであってもよい。ワイヤ７は、スピーカアレイ４を指向性調整機器８に電気的に結合するために、対応する配線点に別個に巻きつけられるか、又はさもなければ結合される。

他の実施形態では、スピーカアレイ４が、アレイ４及び指向性調整機器８が物理的に接合されることなく高周波接続を維持するように、無線プロトコルを用いて指向性調整機器８に結合される。例えば、スピーカアレイ４は、オーディオ信号を指向性調整機器８内の対応するＷｉＦｉ送信器から受信するＷｉＦｉ受信器を含んでもよい。いくつかの実施形態では、スピーカアレイ４が、指向性調整機器８から受信した無線オーディオ信号を用いてトランスデューサ５を駆動させるための一体型増幅器を含んでもよい。

２つのスピーカアレイ４を含むものとして示されているが、オーディオシステム１は、無線又は有線接続を介して指向性調整機器８に結合された、任意の数のスピーカアレイ４を含んでもよい。例えば、オーディオシステム１は、正面左チャネル、正面中央チャネル、正面右チャネル、背面右サラウンドチャネル、背面左サラウンドチャネル及び低周波数チャネル（例えば、サブウーファー）を表す６つのスピーカアレイ４を含んでもよい。以下、ビーム調整システム１は、単一のスピーカアレイ４を含むものとして説明される。ただし、上述のとおり、システム１は複数のスピーカアレイ４を含んでもよいことを理解されたい。

図３は、一実施形態に係る、機能ユニットのブロック図及び指向性調整機器８を構成しているいくつかのハードウェア構成要素を示す。図３に示された構成要素は、指向性調整機器８内に含まれる典型的な要素であり、他の構成要素を除外するものとして解釈すべきではない。以下では例として、図３の各要素について説明する。

指向性調整機器８は、電気、無線又は光信号を用いて１つ以上の外部オーディオソース９からサウンドプログラムコンテンツの１つ以上のチャネルを受信するための複数の入力１０を含んでもよい。入力１０は、指向性調整機器８の露出面上に配置された物理コネクタのセットを含む、デジタル入力１０Ａ及び１０Ｂ並びにアナログ入力１０Ｃ及び１０Ｄのセットであってもよい。例えば、入力１０は、高解像度マルチメディアインタフェース（High-Definition Multimedia Interface、ＨＤＭＩ（登録商標））入力、光デジタル入力（Ｔｏｓｌｉｎｋ）、同軸デジタル入力及びフォノ入力を含んでもよい。一実施形態では、指向性調整機器８が、外部オーディオソース９との無線接続を介してオーディオ信号を受信する。この実施形態では、入力１０が、無線プロトコルを用いて外部オーディオソース９と通信する無線アダプタを含む。例えば、無線アダプタは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＥＥＥ（登録商標） ８０２．１１ｘ、セルラー式の移動通信用のグローバルシステム（Global System for Mobile Communications、ＧＳＭ（登録商標））、セルラー式のコード分割多重アクセス（Code division multiple access、ＣＤＭＡ）又はロングタームエボリューション（Long Term Evolution、ＬＴＥ）を用いて通信することができてもよい。

図１に示すように、外部オーディオソース９はラップトップコンピュータを含んでもよい。他の実施形態では、外部オーディオソース９が、無線又は有線接続を介して、サウンドプログラムコンテンツの１つ以上のチャネルを指向性調整機器８に送信することができる任意の機器であってもよい。例えば、外部オーディオソース９は、デスクトップコンピュータ、ポータブル通信機器（例えば、携帯電話又はタブレットコンピュータ）、ストリーミングインターネット楽曲サーバ、デジタルビデオディスクプレーヤ、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（登録商標）プレーヤ、コンパクトディスクプレーヤ又は任意の他の類似オーディオ出力機器を含んでもよい。

一実施形態では、外部オーディオソース９及び指向性調整機器８が、１つの分割不可能なユニット内に組み込まれる。この実施形態では、ラウドスピーカアレイ４も同じユニット内に組み込まれてもよい。例えば、外部オーディオソース９及び指向性調整機器８は、ユニットの左側及び右側に組み込まれたラウドスピーカアレイ４を有する、１つのコンピューティングユニット内に設けられてもよい。

ここで指向性調整機器８に戻り、入力１０からの一般的な信号の流れについて説明する。まずデジタル入力１０Ａ及び１０Ｂを見ると、入力１０Ａ及び／又は１０Ｂを通じてデジタルオーディオ信号を受信した時に、指向性調整機器８は復号器１１Ａ及び／又は１１Ｂを用いることによって、電気、光又は無線信号を、サウンドプログラムコンテンツを表すオーディオチャネルのセットに復号する。例えば、復号器１１Ａは、６つのオーディオチャネルを含む単一の信号（例えば、５．１信号）を受信し、その信号を６つのオーディオチャネルに復号してもよい。復号器１１Ａは、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｄｉｎｇ（ＡＡＣ）、ＭＰＥＧ Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ ＩＩ、ＭＰＥＧ Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ ＩＩＩ及びＦｒｅｅ Ｌｏｓｓｌｅｓｓ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｄｅｃ（ＦＬＡＣ）を含む任意のコーデック又は技術を用いて符号化されたオーディオ信号を復号することができてもよい。

アナログ入力１０Ｃ及び１０Ｄを見ると、アナログ入力１０Ｃ及び１０Ｄによって受信される各アナログ信号は、サウンドプログラムコンテンツの単一のオーディオチャネルを表す。したがって、１つのサウンドプログラムコンテンツの各チャネルを受信するために、複数のアナログ入力１０Ｃ及び１０Ｄが必要とされ得る。オーディオチャネルは、デジタルオーディオチャネルを形成するために、対応するアナログデジタル変換器１２Ａ及び１２Ｂによってデジタル化されてもよい。

復号器１１Ａ及び１１Ｂ並びにアナログデジタル変換器１２Ａ及び１２Ｂの各々からのデジタルオーディオチャネルは、マルチプレクサ１３に出力される。マルチプレクサ１３は、制御信号１４に基づき、オーディオチャネルのセットを選択的に出力する。制御信号１４は、指向性調整機器８内の制御回路若しくはプロセッサ、又は外部機器から受信されてもよい。例えば、指向性調整機器８の動作モードを制御する制御回路は、デジタルオーディオチャネルのセットを選択的に出力するために、制御信号１４をマルチプレクサ１３に出力してもよい。

マルチプレクサ１３は、選択されたデジタルオーディオチャネルをアレイプロセッサ１５に供給する。マルチプレクサ１３によって出力されたチャネルは、処理されたオーディオチャネルのセットを生成するために、アレイプロセッサ１５によって処理される。処理は、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform、ＦＦＴ）などの変換を用いて、時間領域及び周波数領域の両方において実行されてもよい。アレイプロセッサ１５は、特定用途向け集積回路（application-specific integrated circuit、ＡＳＩＣ）などの特殊用途プロセッサ、汎用マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field-programmable gate array、ＦＰＧＡ）、デジタル信号コントローラ又はハードウェア論理構造（例えば、フィルタ、算術論理演算装置及び専用ステートマシン）のセットであってもよい。アレイプロセッサ１５は、スピーカアレイ４内のトランスデューサ５を、距離推定器１６及び／又は指向性補償器１７からの入力に基づき駆動させるための信号のセットを生成する。

距離推定器１６は、スピーカアレイ４からの１人以上の聴取者２の距離を判別する。図４Ａは、部屋３内のスピーカアレイ４から距離ｒ_Aだけ離れている聴取者２を示す。距離推定器１６は、聴取者２が部屋３内を移動した時、かつサウンドがスピーカアレイ４によって放出されている間、距離ｒ_Aを判別する。単一の聴取者に関連して説明されているが、距離推定器１６は、部屋３内の複数の聴取者２の距離ｒ_Aを判別してもよい。

距離推定器１６は、距離ｒを判別する任意の機器又はアルゴリズムを用いてもよい。一実施形態では、距離ｒを判別することを支援するために、ユーザ入力機器１８が距離推定器１６に結合される。ユーザ入力機器１８は、聴取者２が定期的にスピーカアレイ４からの距離ｒを入力することを可能にする。例えば、映画を観ている間、聴取者２は最初、スピーカアレイ４から６フィートの距離にあるソファーに座ってもよい。聴取者２は、ユーザ入力機器１８を用いて、この６フィートの距離を距離推定器１６に入力してもよい。映画の途中で、聴取者２は、スピーカアレイ４から１０フィートの距離にあるテーブルまで移動することを決めてもよい。この移動に基づき、聴取者２はユーザ入力機器１８を用いて、この新しい距離ｒ_Aを距離推定器１６に入力してもよい。ユーザ入力機器１８は、有線若しくは無線キーボード、モバイル機器、又は聴取者２が距離推定器１６に距離を入力することを可能にする任意の他の類似機器であってもよい。一実施形態では、入力される値が数字以外の値又は相対値である。例えば、聴取者２は、特定の距離を示すことなく、自身がスピーカアレイ４から離れた位置にいるか、又は近くにいることを示してもよい。

別の実施形態では、距離ｒを判別することを支援するために、マイクロフォン１９が距離推定器１６に結合されてもよい。この実施形態では、マイクロフォン１９が聴取者２と共に、又は聴取者２に隣接して配置される。指向性調整機器８は、マイクロフォン１９によって感知され、かつ処理のために距離推定器１６に供給されるテストサウンドのセットを放出するために、スピーカアレイ４を駆動させる。距離推定器１６は、スピーカアレイ４からマイクロフォン１９に移動する時のテストサウンドの伝搬遅延を、感知されたサウンドに基づき判別する。伝搬遅延はその後、スピーカアレイ４から聴取者２までの距離ｒ_Aを判別するために用いられてもよい。

マイクロフォン１９は、有線又は無線接続を用いて距離推定器１６に結合されてもよい。一実施形態では、マイクロフォン１９がモバイル機器（例えば、携帯電話）内に組み込まれ、かつ感知されたサウンドが、１つ以上の無線プロトコル（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ及びＩＥＥＥ ８０２．１１ｘ）を用いて距離推定器１６に送信される。マイクロフォン１９は、マイクロエレクトリカルメカニカルシステム（MicroElectrical-Mechanical System、ＭＥＭＳ）マイクロフォン、圧電マイクロフォン、エレクトレットコンデンサマイクロフォン又はダイナミックマイクロフォンを含む任意の種類の音響電気トランスデューサ又はセンサであってもよい。マイクロフォン１９は、カージオイド、全方向性及び８の字型などの極性パターンの範囲を提供する。一実施形態では、マイクロフォン１９の極性パターンが、時間と共に連続的に変化してもよい。単一のマイクロフォン１９として図示及び説明されているが、一実施形態では、複数のマイクロフォン又はマイクロフォンアレイが、部屋３内のサウンドを検出するために用いられてもよい。

別の実施形態では、距離ｒを判別することを支援するために、カメラ２０が距離推定器１６に結合されてもよい。カメラ２０は、部屋３内に向けられ、かつスピーカアレイ４と同じ方向に向けられたビデオカメラ又は静止画カメラであってもよい。カメラ２０は、スピーカアレイ４の正面の領域のビデオ又は静止画のセットを記録する。このような記録に基づき、カメラ２０は単独で、又は距離推定器１６と共に、聴取者２の顔又は他の身体の部分を追跡する。距離推定器１６は、この顔／身体の追跡に基づき、スピーカアレイ４から聴取者２までの距離ｒ_Aを判別してもよい。一実施形態では、スピーカアレイ４がサウンドプログラムコンテンツを出力している間、距離ｒ_Aを更新することができ、かつその精度が維持されるように、カメラ２０が聴取者２の特徴を定期的に追跡する。例えば、カメラ２０は、スピーカアレイ４を通じて楽曲が再生されている間、聴取者２を連続的に追跡してもよい。

カメラ２０は、有線又は無線接続を用いて距離推定器１６に結合されてもよい。一実施形態では、カメラ２０がモバイル機器（例えば、携帯電話）内に組み込まれ、かつ記録されたビデオ又は静止画が、１つ以上の無線プロトコル（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ及びＩＥＥＥ ８０２．１１ｘ）を用いて距離推定器１６に送信される。単一のカメラ２０として図示及び説明されているが、一実施形態では、複数のカメラが顔／身体を追跡するために用いられてもよい。

更に別の実施形態では、１つ以上の赤外線（infrared、ＩＲ）センサ２１が距離推定器１６に結合される。ＩＲセンサ２１は、スピーカアレイ４の正面の領域内にある物体から放射されるＩＲ光を捕獲する。このような感知されたＩＲ読み取り値に基づき、距離推定器１６は、スピーカアレイ４から聴取者２までの距離ｒ_Aを判別してもよい。一実施形態では、スピーカアレイ４がサウンドを出力している間、距離ｒ_Aを更新することができ、かつその精度が維持されるように、ＩＲセンサ２１が定期的に動作する。例えば、ＩＲセンサ２１は、スピーカアレイ４を通じて楽曲が再生されている間、聴取者２を連続的に追跡してもよい。

赤外線センサ２１は、有線又は無線接続を用いて距離推定器１６に結合されてもよい。一実施形態では、赤外線センサ２１がモバイル機器（例えば、携帯電話）内に組み込まれ、かつ感知された赤外線光読み取り値が、１つ以上の無線プロトコル（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ及びＩＥＥＥ ８０２．１１ｘ）を用いて距離推定器１６に送信される。

単一の聴取者２に関連して上述されているが、一実施形態では、距離推定器１６が、複数の聴取者２とスピーカアレイ４との間の距離ｒ_Aを判別してもよい。この実施形態では、スピーカアレイ４によって放出されるサウンドを調整するために、聴取者２とスピーカアレイ４との間の平均距離ｒ_Aが用いられる。

上述の技術の任意の組み合わせを用いて、距離推定器１６は距離ｒを算出し、それを処理のために指向性補償器１７に供給する。指向性補償器１７は、一定の直接対反響サウンド比を維持するビームパターンを算出する。図４Ａ及び４Ｂは、距離ｒが増加した時の、聴取者２に対する直接対反響サウンド比の変化を示す。

図４Ａでは、スピーカアレイ４からの聴取者２の距離はｒ_Aである。この例示的な状況では、聴取者２が、直接サウンドエネルギーレベルＤ_Aをスピーカアレイ４から受け取り、かつ間接又は反響サウンドエネルギーレベルＲ_Aを、元のサウンドが部屋３内の面から反響した後にスピーカアレイ４から受け取る。距離ｒ_Aは直接サウンドの伝搬距離と見なされてもよく、かつ距離ｇ_Aは反響サウンドの伝搬距離と見なされてもよい。一実施形態では、直接サウンドエネルギーＤ_Aが

として計算されてもよく、かつ反響サウンドエネルギーＲ_Aが

として計算されてもよい。ここで、Ｔ₆₀は室内の反響時間、Ｖは部屋の機能音量、ＤＩは聴取者２に向けてスピーカアレイ４によって放出されるサウンドパターンの指向性指標を示す。この実施例では、聴取者２までの直接サウンドの移動距離が反響サウンドよりも短い（すなわち、伝搬距離が短い）ため、直接サウンドエネルギーレベルＤ_Aが反響サウンドエネルギーレベルＲ_Aを上回る。

図４Ｂに示されるように、聴取者２がスピーカアレイ４から遠ざかって伝搬距離ｒ_Bが増加すると、直接サウンドエネルギーＤ_Bが聴取者２に到達する前に拡散する時間が生じる。この伝搬距離ｒ_Bの増加によって、Ｄ_BはＤ_Aを著しく下回る。対照的に、聴取者２がスピーカアレイ４から遠ざかると、伝搬距離ｇ_Bは元の距離ｇ_Aからわずかに増加するだけである。この反響伝搬距離の軽微な変化は、反響エネルギーをＲ_AからＲ_Bへとわずかに減少させる。図４Ａ及び図４Ｂに示された反響範囲は、単なる例示を目的としている。いくつかの実施形態では、この反響範囲が数百個の反響で構成され、その結果、聴取者２がスピーカアレイ４（例えば、ソース）から遠ざかった時に、聴取者２は第１の反響点から遠ざかる（図４Ａ及び４Ｂを参照）が、聴取者２は実際には、他の反響（例えば、後壁からの反響）に近付いている可能性があり、その結果、反響エネルギー全体が、部屋３内の聴取者２のロケーションによる影響をそれほど受けなくなる。

図４Ａ及び図４Ｂからわかるように、また上述のように、聴取者２がスピーカアレイ４から離れると、反響した音波の伝搬距離はわずかに増加するだけであるが、直接音波の伝搬距離はそれよりも相対的に多く増加するため、直接対反響エネルギー比は減少する。この比率の変化を補償するために、スピーカアレイ４によって放出されるサウンドパターンの指向性指標ＤＩが、直接対反響サウンドエネルギーの一定比率を維持するために、距離ｒに基づき変更されてもよい。例えば、スピーカアレイによって生成されるビームパターンの幅が狭く、かつ聴取者に向けられている場合、聴取者は大量の直接エネルギー及び比較的少ない量の反響エネルギーを受け取るため、直接対反響比は大きくなるだろう。代替として、スピーカアレイによって生成されるビームパターンの幅が広い場合、聴取者は面及び物体から反響したサウンドを比較的多く受け取るため、直接対反響比は小さくなる。スピーカアレイ４によって放出されるサウンドパターンの指向性指標ＤＩを変更することによって、聴取者２に向けて放出される直接及び反響サウンドの量は増加してもよく、又は減少してもよい。この直接及び反響サウンドの変化の結果として、直接対反響エネルギー比は変化する。

上述のように、スピーカアレイ４内のトランスデューサの各々は、異なるパラメータ及び設定（遅延及びエネルギーレベル）に従って単独で駆動されてもよい。トランスデューサ５の各々を独立して駆動させることによって、指向性調整機器８が、一定の直接対反響エネルギー比を維持するために、異なる指向性指標ＤＩを有する様々な指向性パターンを生成してもよい。図５は、異なる指向性指標を有するサウンドパターンの実施例のセットを示す。一番左のパターンは全方向性であり、低い指向性指標ＤＩに対応する。中央のパターンはそれよりもやや聴取者２に向けられ、より高い指向性指標ＤＩに対応する。一番右のパターンは著しく聴取者２に向けられ、最も高い指向性指標ＤＩに対応する。説明されるサウンドパターンのセットは単なる例示を目的としており、他の実施形態では、他のサウンドパターンが指向性調整機器８によって生成され、かつスピーカアレイ４によって放出されてもよい。

一実施形態では、指向性補償器１７が、既定の直接対反響エネルギー比を維持する関連付けられた指向性指標ＤＩを有する指向性パターンを算出してもよい。既定の直接対反響エネルギー比は、指向性調整機器８の製造中に事前設定されてもよい。例えば、指向性調整機器８の製造業者又は設計者によって、２：１の直接対反響エネルギー比が事前設定されてもよい。この実施例では、指向性補償器１７が、聴取者２とスピーカアレイ４との間の検出された距離ｒを考慮して、２：１の直接対反響エネルギー比を維持する指向性指標ＤＩを算出する。

指向性指標ＤＩを算出したら、指向性補償器１７はこの値をアレイプロセッサ１５に供給する。上述のように、指向性補償器１７は、聴取者２が部屋３内を移動した時に、指向性調整機器８によって再生されるサウンドプログラムコンテンツの各チャネルに対する指向性指標ＤＩを連続的に計算してもよい。マルチプレクサ１３によって出力されたオーディオチャネルは、算出された指向性指標ＤＩを有するビームパターンを生成するようにトランスデューサ５のうちの１つ以上を駆動させるオーディオ信号のセットを生成するために、アレイプロセッサ１５によって処理される。処理は、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform、ＦＦＴ）などの変換を用いて、時間領域及び周波数領域の両方において実行されてもよい。

一実施形態では、アレイプロセッサ１５が、指向性補償器１７から受信した算出された指向性指標ＤＩに基づき１つ以上のオーディオセグメントを出力する、ラウドスピーカアレイ４内のトランスデューサ５を決定する。この実施形態では、アレイプロセッサ１５が、選択されたトランスデューサ５を通じてセグメントを出力するために用いられる遅延及びエネルギー設定を判別してもよい。トランスデューサ５、遅延及びエネルギーレベルのセットの選択及び制御は、事前設定された直接対反響エネルギー比を維持する算出された指向性指標ＤＩに従って、セグメントが出力されることを可能にする。

図３に示されるように、サウンドプログラムコンテンツの処理されたセグメントは、１つ以上の別個のアナログ信号を生成するために、アレイプロセッサ１５から１つ以上のデジタルアナログ変換器２２に渡される。デジタルアナログ変換器２２によって生成されたアナログ信号は、ラウドスピーカアレイ４の選択されたトランスデューサ５を駆動させるために、電力増幅器２３に供給される。

一例示的状況では、聴取者２が、スピーカアレイ４の向かいにあるソファーに座ってもよい。指向性調整機器８は、スピーカアレイ４を通じて器楽曲を再生していてもよい。この状況では、指向性調整機器８が、１：１の直接対反響エネルギー比を維持することを試みてもよい。楽曲が開始されると、距離推定器１６はカメラ２０を用いて、聴取者２がスピーカアレイ４から６フィート離れていることを検出する。この距離に基づき１：１の直接対反響エネルギー比を維持するために、指向性補償器１７は、スピーカアレイ４が４デシベルの指向性指標ＤＩを有するビームパターンを出力しなければならないことを算出する。アレイプロセッサ１５は、算出された指向性指標ＤＩを供給され、４デシベルのビームパターンを出力するために楽曲を処理する。数分後、距離推定器１６はカメラ２０からの支援を受け、聴取者２が現在スピーカアレイ４から４フィート離れて座っていることを検出する。それに応じて、指向性補償器１７は、１：１の直接対反響エネルギー比を維持するために、スピーカアレイ４が２デシベルの指向性指標ＤＩを有するビームパターンを出力しなければならないことを算出する。アレイプロセッサ１５は、更新された指向性指標を供給され、２デシベルのビームパターンを出力するために楽曲を処理する。更に数分経過した後、距離推定器１６はカメラ２０からの支援を受け、聴取者２が現在スピーカアレイ４から１０フィート離れて座っていることを検出する。それに応じて、指向性補償器１７は、１：１の直接対反響エネルギー比を維持するために、スピーカアレイ４が８デシベルの指向性指標ＤＩを有するビームパターンを出力しなければならないことを算出する。アレイプロセッサ１５は、更新された指向性指標を供給され、８デシベルのビームパターンを出力するために楽曲を処理する。上記の例示的状況で説明されているように、指向性調整機器８は、聴取者２のロケーションにかかわらず、スピーカアレイ４によって放出されるビームパターンの指向性指標ＤＩを調整することによって、既定の直接対反響エネルギー比を維持する。

一実施形態では、指向性調整機器８によって再生されるオーディオのコンテンツに対応する、様々な直接対反響エネルギー比が、指向性調整機器８内で事前設定される。例えば、映画内の音声コンテンツは、映画内の背景音楽よりも高い、所望の直接対反響エネルギー比を有してもよい。以下は、コンテンツによって異なる直接対反響エネルギー比の例示的な表である。

指向性補償器１７は同時に、個別のストリーム又はチャネル内のオーディオセグメントの対応する直接対反響比を維持する関連付けられた指向性指標ＤＩを有する、個別のビームパターンを算出してもよい。例えば、映画のサウンドプログラムコンテンツは、複数のオーディオストリーム又はチャネルを有してもよい。各チャネルは、別個の特徴又はオーディオの種類を含んでもよい。例えば、映画は、正面左チャネル、正面中央チャネル、正面右チャネル、背面右サラウンド及び背面左サラウンドに対応する５つのオーディオチャネルを含んでもよい。この実施例では、正面中央チャネルが前景音声を含み、正面左及び右チャネルが背景音楽を含み、背面左及び右サラウンドチャネルがサウンド効果を含んでもよい。上記の表に示された例示的な直接対反響エネルギー比を用いて、指向性補償器１７は、正面中央チャネルに対して４：１の直接対反響比を維持し、正面左及び右チャネルに対して１：１の直接対反響比を維持し、背面左及び右サラウンドチャネルに対して２：１の直接対反響比を維持してもよい。上述のように、各チャネルに対する直接対反響比は、スピーカアレイ４から聴取者２までの距離ｒの変化を補償する指向性指標ＤＩを有するビームパターンを算出することによって維持される。

一実施形態では、スピーカアレイ４から距離ｒの位置にいる聴取者２が認識するサウンド圧力Ｐを、以下のように定義することができる。

ここで、Ｑはスピーカアレイ４を駆動させるために指向性調整機器８によって生成されるサウンド信号のサウンドパワーレベル（例えば、音量）、Ｔ₆₀は室内の反響時間、Ｖは部屋の機能音量、ＤＩはスピーカアレイ４によって放出されるサウンドパターンの指向性指標を示す。一実施形態では、距離ｒが変化した時に、指向性調整機器８がスピーカアレイ４によって放出されるビームパターンのサウンドパワーレベルＱ及び／又は指向性指標ＤＩを調整することによって、一定のサウンド圧力Ｐを維持する。

上述のように、本発明の実施形態は、上述の動作を実行するように１つ以上のデータ処理構成要素（本明細書では総称して「プロセッサ」と呼ばれる）をプログラムする命令が機械可読媒体（超小型電子技術によるメモリなど）に記憶された製品であってもよい。他の実施形態では、これらの動作のうちのいくつかが、結線論理回路（例えば、専用デジタルフィルタブロック及びステートマシン）を含む特定のハードウェア構成要素によって実行されてもよい。代替として、このような動作は、プログラムされたデータ処理構成要素及び固定された結線論理回路構成要素の任意の組み合わせによって実行されてもよい。

ある実施形態について説明し添付の図面に示してきたが、当然のことながら、このような実施形態は広範な発明を単に例示するものであってそれを限定するものではなく、また、本発明は図示及び説明した特定の構成及び配置には限定されない。なぜならば、他の種々の変更が当業者に想起され得るからである。したがって、説明は、限定的ではなく例示的であると見なされる。

Claims (21)

1. スピーカアレイを駆動させる方法であって、
   前記スピーカアレイからの聴取者の距離を検出することと、
   前記スピーカアレイからの前記聴取者の前記検出された距離に基づき、オーディオチャネルのビームパターン指向性指標を算出し、前記算出されたビームパターン指向性指標が既定の直接対反響サウンド比を維持することと、
   前記算出されたビームパターン指向性指標を用いて、前記スピーカアレイを通じて前記オーディオチャネルを再生することと、
   を含むことを特徴とする、スピーカアレイを駆動させる方法。
2. 前記聴取者の前記検出された距離が変化している間、前記算出されたビームパターン指向性指標が既定の直接対反響サウンド比を維持することを特徴とする、請求項１に記載のスピーカアレイを駆動させる方法。
3. 前記既定の直接対反響サウンド比が前記オーディオチャネルのコンテンツに基づき変化することを特徴とする、請求項２に記載のスピーカアレイを駆動させる方法。
4. 前記算出されたビームパターン指向性指標を用いて前記オーディオチャネルを再生することが、
   前記算出されたビームパターン指向性指標に基づき１つ以上のビームパターンを出力することを含むことを特徴とする、請求項１に記載のスピーカアレイを駆動させる方法。
5. 前記ビームパターン指向性指標が前記１つ以上のビームパターンの横幅を示すことを特徴とする、請求項４に記載のスピーカアレイを駆動させる方法。
6. 前記聴取者と前記スピーカアレイとの間の前記距離が減少した時に前記ビームパターンの前記幅が増加し、かつ前記聴取者と前記スピーカアレイとの間の前記距離が増加した時に前記ビームパターンの前記幅が減少することを特徴とする、請求項５に記載のスピーカアレイを駆動させる方法。
7. 前記スピーカアレイからの前記聴取者の前記距離を検出することが、（１）ユーザ入力機器、（２）マイクロフォン、（３）赤外線センサ及び（４）カメラのうちの１つによって実行されることを特徴とする、請求項１に記載のスピーカアレイを駆動させる方法。
8. 前記聴取者に向けた一定のサウンド圧力を維持するために、前記オーディオチャネルの音量を調整することを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のスピーカアレイを駆動させる方法。
9. 聴取者とスピーカアレイとの間の距離を検出する距離推定器と、
   前記スピーカアレイによって放出されるビームパターンの指向性指標を、前記検出された距離に基づき算出する指向性補償器であって、既定の直接対反響サウンド比を維持するために前記指向性指標を算出する前記指向性補償器と、
   オーディオチャネルに対する前記算出された指向性指標を有するビームパターンを放出するように前記スピーカアレイを駆動させるアレイプロセッサと、
   を備えることを特徴とする、指向性調整機器。
10. 前記聴取者と前記スピーカアレイとの間の複数の異なる距離に対して前記指向性補償器が、既定の直接対反響サウンド比を維持するために前記指向性指標を算出することを特徴とする、請求項９に記載の指向性調整機器。
11. 前記既定の直接対反響サウンド比が前記オーディオチャネルのコンテンツに基づき変化することを特徴とする、請求項１０に記載の指向性調整機器。
12. 前記ビームパターン指向性指標が前記ビームパターンの横幅を示すことを特徴とする、請求項１０に記載の指向性調整機器。
13. 前記聴取者と前記スピーカアレイとの間の前記距離が減少した時に前記ビームパターンの前記幅が増加し、かつ前記聴取者と前記スピーカアレイとの間の前記距離が増加した時に前記ビームパターンの前記幅が減少することを特徴とする、請求項１２に記載の指向性調整機器。
14. 前記距離推定器が前記聴取者と前記スピーカアレイとの間の前記距離を検出することを支援する（１）ユーザ入力機器、（２）マイクロフォン、（３）赤外線センサ及び（４）カメラのうちの１つを更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の指向性調整機器。
15. コンピュータ内のプロセッサによって実行された時に、前記コンピュータに、
    スピーカアレイに対する聴取者のロケーションを判別させ、
    前記スピーカアレイに対する前記聴取者の前記検出されたロケーションに基づきオーディオチャネルのビームパターン指向性指標を算出させ、前記算出されたビームパターン指向性指標が既定の直接対反響サウンド比を維持し、
    前記算出されたビームパターン指向性指標を用いて、前記スピーカアレイを通じて前記オーディオチャネルを再生させる
    命令を記憶する機械可読記憶媒体を備えることを特徴とする、プログラム。
16. 前記スピーカアレイに関して前記聴取者の異なる位置に対して前記算出されたビームパターン指向性指標が既定の直接対反響サウンド比を維持することを特徴とする、請求項１５に記載のプログラム。
17. 前記既定の直接対反響サウンド比が前記オーディオチャネルのコンテンツに基づき変化することを特徴とする、請求項１６に記載のプログラム。
18. 前記オーディオチャネルを再生するために前記プロセッサによって実行される命令が前記算出されたビームパターン指向性指標に基づき、１つ以上のビームパターンを出力するための命令を含むことを特徴とする、請求項１７に記載のプログラム。
19. 前記ビームパターン指向性指標が前記１つ以上のビームパターンの横幅を示すことを特徴とする、請求項１８に記載のプログラム。
20. 前記聴取者と前記スピーカアレイとの間の前記距離が減少した時に前記ビームパターンの前記幅が増加し、かつ前記聴取者と前記スピーカアレイとの間の前記距離が増加した時に前記ビームパターンの前記幅が減少することを特徴とする、請求項１９に記載のプログラム。
21. 前記スピーカアレイに対する前記聴取者の前記ロケーションを判別することが、（１）ユーザ入力機器、（２）マイクロフォン、（３）赤外線センサ及び（４）カメラのうちの１つによって実行されることを特徴とする、請求項１５に記載のプログラム。

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