JP6326071B2 - 部屋およびプログラム反応型ラウドスピーカシステム - Google Patents

Description

（関連事項）
本出願は、先の出願日の米国仮特許出願第６１／７７４，０４５号（２０１３年３月７日出願）の利益を主張する。

再生室内環境の特性及びサウンドプログラムコンテンツを反映する１組の指向性を有するラウドスピーカを通じてプログラムコンテンツを再生するオーディオシステムエレクトロニクス。他の実施形態もまた説明される。

ラウドスピーカは、（１）リスナの方向に向けられた周波数応答及び（２）リスナに向かって発せられた音と部屋の中の他の場所に向かって発せられた音との比、という２つの主な仕様を有する。第１の仕様はラウドスピーカのリスニングウィンドウ応答と呼ばれ、第２の仕様はラウドスピーカの指向性指数である。周波数応答はこれまで大きく注目されてきたものの、ラウドスピーカの指向性はほとんど注目されてこなかった。

部屋は、ラウドスピーカの音に劇的に影響する。ある部屋から別の部屋へと移動した場合の音の違いは、ラウドスピーカの銘柄やモデルを変えるよりも大きい場合がある。部屋の影響を克服するために、ラウドスピーカ部屋イコライゼーションシステムが開発及び展開されてきた。しかし、ラウドスピーカの指向性と室内音響との間では、音に対する別の影響が双方向作用となる。定常状態に基づいた従来型のイコライゼーションではこれを克服することができない。

更に、定常状態に基づいた従来型のイコライゼーションは、ラウドスピーカを通じて再生されたサウンドプログラムコンテンツに反応しない。サウンドプログラムコンテンツの要素が、高い指向性による恩恵を享受し得る場合がある一方で、低い指向性が所望される場合もある。

本発明の一実施形態は、オーディオ受信機又は他の音源と１つ以上のラウドスピーカとを含むホームオーディオシステムである。オーディオ受信機は、ラウドスピーカが置かれている部屋の音響特性とラウドスピーカを通じて再生されるサウンドプログラムコンテンツのオーディオ特性とを測定する。オーディオ受信機は、これらの測定値に基づいて、サウンドプログラムコンテンツの１つ以上のセグメントに指向性比を割り当てる。割り当てられた指向性比は、受信機により、ラウドスピーカを通じてサウンドプログラムコンテンツのセグメントを再生する目的で使用される。オーディオ受信機は、部屋の特性とサウンドプログラムコンテンツとの両方に応じてラウドスピーカの指向性特性を調節することにより、リスナに対するサウンドプログラムコンテンツの位置及び深みを、より正確にラウドスピーカに表現させる。

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すべての好適な組み合わせからの実施可能なすべ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、特に出願ととも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、例として、限定としてではなく、添付の図面の図に例示する。図面では同様の参照符号は同様の要素を示す。なお本開示において「ａｎ」又は「１つの」本発明の実施形態に言及する場合、それは必ずしも同じ実施形態に対するものではなく、少なくとも１つを意味している。

外部音源と、オーディオ受信機と、１つ以上のラウドスピーカアレイと、を含むホームオーディオシステムを示す。 単一のキャビネットに格納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。 オーディオ受信機の機能ユニットブロック図及びいくつかのハードウェアコンポーネントを示す。 オーディオチャンネル例のいくつかのセグメントのエネルギーレベルのグラフを示す。

以下、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。他の場合では、良く知られている回路、構造体、及び技法については詳細には示さずに、この説明の理解が不明瞭になることがないようにしている。

図１は、外部音源２と、オーディオ受信機３と、１つ以上のラウドスピーカアレイ４と、を含むホームオーディオシステム１を示す。ホームオーディオシステム１は、意図されたリスナがいる部屋５の中へとサウンドプログラムコンテンツを出力する。リスナは従来、ホームオーディオシステム１が主として向けられているか、又は目標としている目標箇所６に座る。目標箇所６は部屋５の中心にあるのが典型的だが、部屋５の任意の指定領域内にあってもよい。オーディオ受信機３は、目標箇所６に合わせて、かつ部屋５の特性及びサウンドプログラムコンテンツに応じてラウドスピーカアレイ４の指向性特性を調節することにより、リスナに対するサウンドプログラムコンテンツの位置及び深みを、より正確にラウドスピーカアレイ４に表現させる。ホームオーディオシステム１の要素の各々について、例として以下説明する。

図２は、単一のキャビネット８に格納された複数のトランスデューサ７を有する１つのラウドスピーカアレイ４を示す。本実施例において、ラウドスピーカアレイ４は、キャビネット８内で８列に均一に整列された３２個の別個のトランスデューサ７を有する。他の実施形態においては、等間隔又は不等間隔を有する異なる数のトランスデューサ７が使用され得る。トランスデューサ７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、ウーファ、ツイータの任意の組み合わせであり得る。トランスデューサ７の各々は、ワイヤコイル（例えばボイスコイル）を拘束する可撓性サスペンションを介して剛性バスケット、即ちフレームに接続された軽量ダイヤフラム、即ちコーンを使用して、円筒状の磁気ギャップを通って軸方向に移動し得る。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場が生み出され、ボイスコイルを可変電磁石にする。コイルとトランスデューサ７の磁気システムとが双方向に作用して、コイル（ひいては取り付けられたコーン）を前後に移動させる機械力を生成し、それによって、オーディオ受信機３などの音源から印加された電気オーディオ信号を制御しながら音を再現する。本明細書では、複数のトランスデューサ７が単一のキャビネット８に格納されているものとして記載されているが、他の実施形態においては、ラウドスピーカアレイ４が、キャビネット８に格納された単一のトランスデューサ７を含み得る。これらの実施形態において、ラウドスピーカアレイ４は、スタンドアロン型のラウドスピーカである。

各トランスデューサ７は、別々かつ別個のオーディオ信号に応じて音を生み出すように個々に、かつ別々に駆動され得る。様々なパラメータ及び設定（遅延及びエネルギーレベルを含む）に従ってラウドスピーカアレイ４内のトランスデューサ７が個々に、かつ別々に駆動できるようにすることにより、ラウドスピーカアレイ４は多数の指向性パターンを生み出して、ホームオーディオシステム１によって部屋５で再生されたサウンドプログラムコンテンツのそれぞれのチャンネルをシミュレートし得るか、又はより良好に表現し得る。

一実施形態においては、各ラウドスピーカアレイ４が、オーディオ受信機３によって出力されたサウンドプログラムコンテンツの各オーディオチャンネルからの入力を受容し、様々な対応音声ビームを生成して部屋５内へと放射する。例えば、サラウンドラウドスピーカがない場合には、受信機３の出力によって左側のラウドスピーカアレイにサウンドプログラムコンテンツのサラウンドチャンネルが供給されると、左側のラウドスピーカアレイによって形成されるビームが、目標箇所６（例えばリスナ）の方を指さず、部屋／空間５の残り全体へと放射し得る。このように、左側のラウドスピーカアレイは、サラウンドコンテンツに対して負の指向性指数を有する。

図１に示すとおり、ラウドスピーカアレイ４は、ワイヤ又はコンジット９を用いてオーディオ受信機３に連結されている。例えば、各々のラウドスピーカアレイ４は、２つの配線点を備え得る。そして受信機３は、補完的な配線点を備え得る。これらの配線点はそれぞれ、ラウドスピーカアレイ４の背面にあるバインディングポスト及び受信機３のスプリングクリップであり得る。ワイヤ９は、別々にくるまれているか、或いは他の方法でそれぞれの配線点に連結されてラウドスピーカアレイ４をオーディオ受信機３に電気的に連結する。

他の実施形態においては、ラウドスピーカアレイ４が、無線プロトコルを使用してオーディオ受信機３に連結されており、アレイ４及びオーディオ受信機３が物理的に結合せず、高周波接続を維持するようになっている。例えば、ラウドスピーカアレイ４は、オーディオ受信機３内の対応ＷｉＦｉ送信器からのオーディオ信号を受信するためのＷｉＦｉ受信機を備え得る。いくつかの実施形態においては、ラウドスピーカアレイ４が、オーディオ受信機３から受信した無線オーディオ信号を使用してトランスデューサ７を駆動するための集積増幅器を備え得る。

図１は、目標箇所７から見て前方左及び右に位置する、ホームオーディオシステム１の２つのラウドスピーカアレイ４を示す。前方右側及び左側のラウドスピーカアレイ４は、連続的かつ自動的に調節された指向性パラメータを使用して、サウンドプログラムコンテンツの左側、右側、及び中央前方のチャンネルと左側及び右側のサラウンドチャンネルとを集合的に表現し得る。他の実施形態においては、異なる数及び位置のラウドスピーカアレイ４が使用され得る。例えば、一実施形態においては、前方左、右、及び中央の位置に３つのラウドスピーカアレイ４が配置され、後方左側及び右側の位置に２つのラウドスピーカアレイ４が配置された５つのラウドスピーカアレイ４が使用され得る。本実施形態においては、前方のラウドスピーカアレイ４が、サウンドプログラムコンテンツの左側、右側、及び中央のそれぞれのチャンネルを表現し、後方左側及び右側のチャンネルが、サウンドプログラムコンテンツの左側及び右側のそれぞれのサラウンドチャンネルを表現する。

ラウドスピーカアレイ４は、トランスデューサ７の各々を駆動するための１つ以上のオーディオ信号をオーディオ受信機３から受信する。図３は、オーディオ受信機３の機能ユニットブロック図及びいくつかのハードウェアコンポーネントを示す。図示されていないが、受信機３は、図３に示す構成要素が収まっている筐体を有する。

オーディオ受信機３の機能及び動作は、他のスタンドアロン型電子デバイスによって実行され得るものと理解される。例えば、オーディオ受信機３は、汎用コンピュータ、モバイル通信デバイス、又はテレビによって実装され得る。このように、オーディオ受信機３という用語を使うことは、本明細書に記載のホームオーディオシステム１の範囲を制限することを意図するものではない。

オーディオ受信機３は、ラウドスピーカアレイ４を通じてサウンドプログラムコンテンツを再生する目的で使用される。サウンドプログラムコンテンツは、既知の任意の形態で符号化又は表現され得るオーディオストリームで配送又は格納され得る。例えば、サウンドプログラムコンテンツは、コンピュータに記憶されたアドバンストオーディオコーディング（ＡＡＣ）音楽ファイルか、又はブルーレイディスクに記憶されたＤＴＳ高解像度マスターオーディオ内にあり得る。サウンドプログラムコンテンツは、複数のオーディオチャンネル又はオーディオストリーム内にあり得る。

受信機３は、１つ以上の外部音源２からの電気信号、無線信号、又は光信号を使用してサウンドプログラムコンテンツを受信するための複数の入力１０を備える。入力１０は、受信機３の露出面に位置する１組の物理コネクタを含む、１組のデジタル入力１０Ａ及び１０Ｂ並びにアナログ入力１０Ｃ及び１０Ｄであり得る。例えば、入力１０としては、高解像度マルチメディアインターフェース（ＨＤＭＩ）入力、光デジタル入力（Ｔｏｓｌｉｎｋ）、同軸デジタル入力、及びフォノ入力が挙げられる。一実施形態において、受信機３は、外部音源２との無線接続によってオーディオ信号を受信する。本実施形態において、入力１０は、無線プロトコルを使用して外部音源２と通信するための無線アダプタを備える。例えば、無線アダプタは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＩＥＥＥ（登録商標） ８０２．１１ｘ、セルラー方式による移動通信用のグローバルシステム（ＧＳＭ（登録商標））、セルラー方式による符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、又はロングタームエボリューション（ＬＴＥ）を使用して通信することができ得る。

図１に示すとおり、外部音源２は、テレビを含み得る。他の実施形態において、外部音源２は、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をオーディオ受信機３に送信できる任意のデバイスであり得る。例えば、外部音源２としては、デスクトップ又はラップトップコンピュータ、ポータブル通信デバイス（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音楽サーバ、デジタルビデオディスクプレーヤ層、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（商標）プレーヤ、コンパクトディスクプレーヤ、或いはその他任意の同様のオーディオ出力デバイスが挙げられ得る。

一実施形態において、外部音源２及びオーディオ受信機３は、１つの不可分なユニットに統合されている。本実施形態においては、ラウドスピーカアレイ４も同じユニットに統合され得る。例えば、外部音源２及びオーディオ受信機３は、１つのテレビ又は家庭用娯楽ユニット内にあり得る。そしてラウドスピーカアレイ４がそのユニットの右側及び左側に統合されている。

オーディオ受信機３に戻り、信号の全般的な流れを含む、図３に示す要素の各々について説明する。まず、デジタル入力１０Ａ及び１０Ｂを参照すると、受信機３は、入力１０Ａ及び１０Ｂを通じてデジタルオーディオ信号を受信すると、デコーダ１１Ａ又は１１Ｂを使用して、電気信号、光信号、又は無線信号を、サウンドプログラムコンテンツを表現する１組のオーディオチャンネルへとデコードする。例えば、デコーダ１１は、６つのオーディオチャンネルを含んでいる単一の信号（例えば５．１信号）を受信して、その信号を６つのオーディオチャンネルへとデコードし得る。デコーダ１１は、アドバンストオーディオコーディング（ＡＡＣ）、ＭＰＥＧオーディオレイヤＩＩ、ＭＰＥＧオーディオレイヤＩＩＩ、及びフリーロスレスオーディオコーディング（ＦＬＡＣ）を含む任意のコーデック又は技法を使用してエンコードされたオーディオ信号をデコードすることができ得る。

アナログ入力１０Ｃ及び１０Ｄに目を向けると、アナログ入力１０Ｃ及び１０Ｄによって受信された各アナログ信号は、サウンドプログラムコンテンツの単一オーディオチャンネルを表現する。そのため、サウンドプログラムコンテンツの各チャンネルを受信するのに、複数のアナログ入力１０Ｃ及び１０Ｄが必要であり得る。オーディオチャンネルは、それぞれのアナログデジタルコンバータ１２Ａ及び１２Ｂによってデジタル化され、デジタルオーディオチャンネルを形成し得る。

デコーダ１１Ａ及び１１Ｂ並びにアナログデジタルコンバータ１２Ａ及び１２Ｂの各々からのデジタルオーディオチャンネルは、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に基づいて１組のオーディオチャンネルを選択的に出力する。制御信号１４は、オーディオ受信機３内の制御回路又はプロセッサ、或いは外部デバイスから受信され得る。例えば、オーディオ受信機３の動作モードを制御する制御回路は、１組のデジタルオーディオチャンネルを選択的に出力するためのマルチプレクサ１３に制御信号１４を出力し得る。

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ンネルをコンテンツプロセッサ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ンネルは、コンテンツプロセッサ１５によって処理されて、１組の処理済みオーディオチャンネルとなる。この処理は、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などの変換を使用して、時間領域及び周波数領域の両方で動作し得る。コンテンツプロセッサ１５は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、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（ＦＰＧＡ）、デジタル信号コントローラ、又は１組のハードウェア論理構造（例えば、フィルタ、論理演算ユニット、専用ステートマシン）などの専用プロセッサであり得る。

コンテンツプロセッサ１５は、デジタルオーディオチャンネルに対して種々のオーディオ処理ルーチンを実行して、そのチャンネル内のサウンドプログラムコンテンツを調節し、向上させ得る。このオーディオ処理としては、指向性調節、ノイズ低減、イコライゼーション、及びフィルタリングが挙げられ得る。

一実施形態において、コンテンツプロセッサ１５は、ラウドスピーカアレイ４を通じて再生されるオーディオチャンネルの指向性を、ラウドスピーカアレイ４を通じて再生されるサウンドプログラムコンテンツのオーディオ特性だけでなく、ラウドスピーカアレイ４が位置する部屋５の音響特性にも従って調節する。オーディオチャンネルの指向性を調節することは、チャンネルの１つ以上のセグメントに指向性比を割り当てることを含み得る。以下で更に詳しく説明するとおり、これらの指向性比は、各チャンネルのそれぞれのセグメントを再生するための１組のトランスデューサ７、並びに対応する遅延及びエネルギーレベルを選択する目的で使用される。

一実施形態において、受信機３は、音響残響テスト及び初期反響検出を使用して部屋５の音響特性を測定するための室内音響ユニット１６と、サウンドプログラムコンテンツのオーディオ特性を継続的に測定するためのコンテンツ特性ユニット１７と、を備える。室内音響ユニット１６及びコンテンツ特性ユニット１７について、以下更に詳しく説明する。

上述のとおり、室内音響ユニット１６は、部屋５の音響特性を測定する。部屋５の音響特性は、様々な特性の中でも特に、部屋５の残響時間と、残響時間に対応する周波数の変化と、を含む。残響時間は、音源が音の生成を停止した後、室内の平均的な音が６０デシベル低下する秒数と定義され得る。残響時間は、部屋５のサイズ及び部屋５内の反響面又は吸収面の面積による影響を受ける。吸収性の高い面を有する部屋だと、音を吸収して、部屋の中に音が反響しない。これにより、部屋の残響時間が短くなる。反響面は、音を反響させて部屋の中の残響時間を延ばす。一般に、大きな部屋の方が、小さな部屋よりも残響時間が長い。そのため、大きな部屋だと、小さな部屋と同じ残響時間を実現するのに高い吸収性を要するのが典型的であろう。

一実施形態においては、様々な室内音響特性の中でも、レベル、時間、方向、及びスペクトルに関する初期反響が受信機によって検出され得る。その後、ラウドスピーカアレイの指向性が制御されて、特に特定の反響のレベルを低減し、１５ミリ秒にわたって−１５デシベルといった基準レベル未満へと低減し得る。

一実施形態において、室内音響ユニット１６は、ラウドスピーカアレイ４のうちの１つ以上によって部屋５に出力される一連のオーディオサンプルを生成する。一実施形態においては、図３に示すとおり、室内音響ユニット１６がオーディオサンプルをデジタルアナログコンバータ１８に送信する。デジタルアナログコンバータ１８によって生成された信号は、パワーアンプ１９に送信されて、出力２０に取り付けられたラウドスピーカアレイ４を駆動する。受信機３に連結されたマイクロフォン２１が、ラウドスピーカアレイ４によって出された音が部屋５で反響及び残響するのを感知する。マイクロフォン２１は、感知した音を、処理のために室内音響ユニット１６に供給する。マイクロフォン２１は、室内音響ユニット１６に直接供給されるデジタル信号を生成し得るか、室内音響ユニット１６に供給する前にデジタルアナログコンバータによって変換する必要のあるアナログ信号を出力し得る。

上述のとおり、室内音響ユニット１６は、マイクロフォン２１から感知した音を分析し、例えば、ラウドスピーカアレイ４が音の生成を停止してから部屋５内の平均的な音が６０デシベル低下するまでの秒数を確定することにより、部屋５の残響時間を計算する。いくつかの実施形態において、部屋５の残響時間は、複数の残響時間計算に基づき、平均時間又は他の線形結合として計算され得る。

室内音響ユニット１６は、確定された部屋５の残響時間を含む部屋５の測定音響特性に基づいて、部屋５の指向性比を生成する。指向性比は、距離ｒ及び角度θにおけるラウドスピーカアレイ４からの音の強度Ｉ_qを表し、Ｉは、距離ｒにおいてラウドスピーカアレイ４が出す球面上での音の強度の平均である。これは次式で表され得る。

式中、Ｄ_Rは部屋の指向性比であり、距離ｒ及び角度θは、部屋５内の目標箇所６に関してのものである。一実施形態において、部屋の指向性比は、部屋５の残響時間に比例するため、ある部屋から別の部屋に移ると残響時間が延びたり、同じ部屋であっても、部屋のレイアウトを変更した後に指向性比が比例的に増えたりする。

一実施形態において、室内音響ユニット１６は、残響時間及び対応する部屋の指向性比を、周期的に、かつユーザからの命令なくして計算する。例えば、残響時間を計算するために部屋５から発せられたオーディオサンプルは、オーディオ受信機３によってラウドスピーカアレイ４を通じて再生されるサウンドプログラムコンテンツと周期的に結合し得る。本実施形態において、オーディオサンプルは、リスナには聴こえないが、マイクロフォン２１によって拾い上げることはできる。例えば、オーディオサンプルは、サウンドプログラムコンテンツの下に隠れることによってマスキングされ、同じ周波数帯域を占有し得るが、サウンドプログラムコンテンツの下にあることで、聴こえない状態を保ち得る。一実施形態において、ラウドスピーカアレイ４は、サウンドプログラムコンテンツ及び超音波プローブ信号と同時に使用され得る。

上述のとおり、室内音響ユニット１６は、ある期間にわたって部屋５の音響特性を測定する。これらの個々の測定値は、部屋５の音響特性の長期的な持続平均を計算する目的で使用され得る。このようにして、測定回数を増やすことにより、部屋５内の音響の比較的一定かつ不変の性質がより正確に演算され得る。対照的に、以下で更に詳しく説明するとおり、コンテンツ特性ユニット１７は、常に変化するサウンドプログラムコンテンツのオーディオ特性を、より短い期間にわたって測定する。

一実施形態において、レベル、タイミング、方向、及びスペクトルの検出は、直接音がリスナの位置を通過してから１５ミリ秒未満の時期において−１５デシベルのスペクトルレベルなどの閾値未満の状態を保つことにより、可聴反響の影響を低減するような方法でラウドスピーカアレイからのビームを方向付ける目的で使用され得る。

コンテンツ特性ユニット１７に目を向けると、このユニットは、サウンドプログラムコンテンツを分析して、サウンドプログラムコンテンツのオーディオ特性を測定し、対応するコンテンツ指向性比を計算する。図３に示すとおり、サウンドプログラムコンテンツを表現するオーディオチャンネルは、マルチプレクサ１３によってコンテンツ特性ユニット１７に出力されて、各オーディオチャンネルが分析される。

一実施形態において、コンテンツ特性ユニット１７は、オーディオチャンネルのセグメントを一度に１つ分析する。これらのセグメントは、チャンネルの時分割又は周波数分割であり得る。当然のことながら、短い時間又は長い時間のセグメントもあり得る。例えば、あるチャンネルは３秒のセグメントに分割され得る。これらの別個の時間セグメントは、コンテンツ特性ユニット１７によって個別に分析され、時間セグメントごとに別のコンテンツ指向性比が計算される。別の実施例においては、サウンドプログラムコンテンツが、重畳しない１００Ｈｚの周波数分割で分析され、当然のことながら、それよりも狭い周波数セグメント又は広い周波数セグメントもあり得る。この周波数分割は、以下で更に詳述するとおり、時分割に対する追加であり得ることから、時分割における各周波数分割が個別に分析され、別のコンテンツ指向性比が計算される。

コンテンツ特性ユニット１７によって測定されたオーディオ特性は、オーディオ受信機３によってラウドスピーカアレイ４を通じて再生されるサウンドプログラムコンテンツの種々の特徴を含み得る。このオーディオ特性は、セグメントのエネルギーレベルと、それぞれのセグメント間の相関レベルと、セグメントにおけるスピーチ検出と、を含み得る。これらのオーディオ特性を計算及び検出するために、コンテンツ特性ユニット１７は、エネルギーレベルユニット２２と、チャンネル相関ユニット２３と、スピーチ検出ユニット２４と、を備え得る。これらのオーディオ特性ユニットの各々について、以下説明する。

エネルギーレベルユニット２２は、チャンネルのセグメントにおけるエネルギーレベルを測定し、対応するコンテンツ指向性比を割り当てる。セグメントにおいてエネルギーレベルが高いということは、このセグメントが比例的に高いコンテンツ指向性比と関連付けられるべきであるということを示し得る。図４は、オーディオチャンネル例のいくつかのセグメントのエネルギーレベルのグラフを示す。本実施例において、これらのセグメントは、３秒の非重畳オーディオチャンネル分割である。図４のグラフは、２つのエネルギー比較値も示す。任意の地点で両方のエネルギー比較値を下回るセグメントには、低いコンテンツ指向性比が割り当てられ、任意の地点で第１のエネルギー比較値を上回るが、第２のエネルギー比較値を下回るセグメントには、中程度のコンテンツ指向性比が割り当てられ、任意の地点で両方のエネルギー比較値を上回るセグメントには、高いコンテンツ指向性比が割り当てられる。低、中、及び高のコンテンツ指向性比は既定であり得る。例えば、それぞれ３デシベル、９デシベル、及び１５デシベルであり得る。図４に表されたチャンネル例において、セグメントＡは、比較値１を上回るが比較値２を下回ることから、９デシベルという中程度のコンテンツ指向性比が割り当てられ、セグメントＢは、比較値１又は２を上回らないことから、３デシベルという低いコンテンツ指向性比が割り当てられ、セグメントＢは、比較値１及び２の両方を上回ることから、１５デシベルという高いコンテンツ指向性比が割り当てられる。他の実施形態においては、サウンドプログラムコンテンツのセグメントのエネルギーレベルを測定するのに、これらを上回るか、又は下回るエネルギー比較値が使用され得る。

一実施形態において、エネルギーレベルユニット２２は、チャンネルのセグメントにおけるエネルギーレベルとサウンドプログラムコンテンツの全チャンネルのエネルギーの総量との比／割合を測定する。この割合はその後、上述の方法と同様の方法で一連の比較値と比較されて、コンテンツ指向性比を確定し得る。

チャンネル相関ユニット２３は、あるチャンネル内のセグメントと別のチャンネル内の対応セグメントとの間の相関レベルを測定し、測定された相関値に基づいてコンテンツ指向性比を割り当てる。相関性とは、標準偏差で除算した変数の共分散から定義され、２つの変数間の線形関係の強度及び方向を測定したものである。本事例における変数は、種々の組み合わせにおける種々のチャンネル内の信号であり、特にチャンネル間の対である。相関処理の結果は、０と１との間であり、０はそれらの信号が完全に無関係であること、１はそれらの信号が同一であることを示す。サウンドプログラムコンテンツのセグメント内にあるチャンネル間で相関性が低ければ、そのセグメントには比例的に低いコンテンツ指向性比が割り当てられるべきであるということを示し得る。

スピーチ検出ユニット２４は、セグメントにおけるスピーチの存在、及びそのスピーチの周波数変動を検出し、スピーチの検出に基づいてコンテンツ指向性比を割り当てる。あるセグメントにおいてスピーチが検出されたということは、そのセグメントが、サウンドプログラムコンテンツの平均的なセグメントよりも高いコンテンツ指向性比を含むはずであるということを示し得る。スピーチ検出又は有声音アクティビティ検出は、既知の任意のアルゴリズム又は技法を用いて実行され得る。スピーチ検出ユニット２４は、あるセグメントにおいてスピーチを検出すると、第１の既定のコンテンツ指向性比をそのセグメントに割り当てる。スピーチ検出ユニット２４は、あるセグメントにおいてスピーチを検出しないと、第１の既定のコンテンツ指向性比よりも低いセグメントに第２の既定のコンテンツ指向性比を割り当てる。例えば、スピーチを含んでいないセグメントには３デシベルというコンテンツ指向性比が割り当てられ得るのに対し、スピーチを含んでいるサウンドプログラムコンテンツのセグメントには、１５デシベルというコンテンツ指向性比が割り当てられる。

一実施形態において、スピーチを含んでいるセグメントに割り当てられたコンテンツ指向性比は、セグメントの他のオーディオ特性のエネルギーレベルに基づいて異なり得る。例えば、高エネルギーのスピーチを有するセグメントには、１８デシベルというコンテンツ指向性比が割り当てられ得るのに対し、低エネルギーのスピーチを有するセグメントには、１２デシベルというコンテンツ指向性比が割り当てられ得る。

エネルギーレベル、チャンネル相関、及びサウンドプログラムコンテンツのセグメントにおけるスピーチの検出を分析した後、全体のコンテンツ指向性比がコンテンツ特性ユニット１７によって計算され得る。一実施形態において、全体のコンテンツ指向性比は、個々に計算されたコンテンツ指向性比の厳密な平均値である。他の実施形態においては、全体のコンテンツ指向性比が、個々に計算されたコンテンツ指向性比の加重平均である。加重平均においては、個々に計算された各コンテンツ指向性比に、重要度に基づいて０．１から１．０までの重みが割り当てられる。加重平均コンテンツ指向性比Ｄ_Wは、次式に基づいて計算され得る。

式中、Ｄ_Eは、計算されたエネルギーコンテンツ指向性比であり、Ｄ_Cは、計算された相関コンテンツ指向性比であり、Ｄ_Sは、計算されたスピーチコンテンツ指向性比であり、α、β、及びγは、それぞれの重みである。

上述のとおり、サウンドプログラムのセグメントは、時分割に加えて周波数分割も含み得る。例えば、３秒の時間セグメントは、１００Ｈｚの周波数ビン又はスペクトル成分にも分割され得る。この手法の下では、各スペクトル成分に、最初に計算されたＤ_Wから派生した別のコンテンツ指向性比Ｄ_Fが割り当てられる。これは次式によって表され得る。

この式において、縮尺係数δは、各スペクトル成分Ｆに対して既定されている正の数である。例えば、下の表１は、各スペクトル成分の縮尺係数δの値を表し得る。

この手法の下では、高い周波数には高い指向性比が割り当てられ、低い周波数には低い指向性比が割り当てられる。表１に示す縮尺係数及びスペクトル成分は単なる例に過ぎず、代替実施形態においては異なる値が使用され得る。

コンテンツ指向性比（Ｄ_F及び／又はＤ_W）の演算及び部屋の指向性比Ｄ_Rの演算に従って、両方の指向性比が指向性比マネージャ２５に送られる。指向性比マネージャ２５は、コンテンツ指向性比と部屋の指向性比とを組み合わせて、サウンドプログラムコンテンツのあるチャンネルのセグメントに割り当てる統合指向性比を求める。この統合指向性比は、ラウドスピーカアレイを通じて再生されるサウンドプログラムコンテンツのセグメントのオーディオ特性に加え、ラウドスピーカアレイが置かれている部屋の音響特性も考慮する。一実施形態において、統合指向性比は、コンテンツ指向性比（Ｄ_F又はＤ_W）及び部屋の指向性比Ｄ_Rの加重平均として計算される。これは次式によって表され得る。

式中、Ｄ_Mは統合指向性比であり、Ｄ_F又はＤ_Wはコンテンツ指向性比であり、Ｄ_Rは部屋の指向性比であり、α及びγはそれぞれの重みである。

統合指向性比は、サウンドプログラムコンテンツのセグメントを処理するためにコンテンツプロセッサ１５に渡され、その後このセグメントは、ラウドスピーカアレイ４の１つ以上のトランスデューサによって出力されて、リスナにとってのサウンドプログラムコンテンツの位置及び深みをより正確に表す指向性パターンを形成する。

一実施形態において、コンテンツプロセッサ１５は、統合指向性比に基づいて、１つ以上のラウドスピーカアレイ４内のどのトランスデューサがセグメントを出力するかを決める。本実施形態において、コンテンツプロセッサ１５は、選択されたトランスデューサを通じてセグメントを出力するのに使用される遅延及びエネルギー設定も決定する。加えて、遅延、スペクトル、及びエネルギーは、初期反響の影響を低減するように制御され得る。１組のトランスデューサ、遅延、及びエネルギーレベルの選択及び制御により、室内音響及びサウンドプログラムコンテンツのオーディオ特性の両方を考慮した統合指向性比に従ってセグメントを出力することができる。

図３に示すとおり、サウンドプログラムコンテンツの処理済みセグメントは、コンテンツプロセッサ１５から１つ以上のデジタルアナログコンバータ１８へと渡されて、１つ以上の別個のアナログ信号となる。デジタルアナログコンバータ１８によって生成された信号は、パワーアンプ１９へと印加されて、選択されたラウドスピーカアレイ４のトランスデューサを駆動する。

測定テスト信号は、ラウドスピーカアレイに投入され、リスニング位置（単数又は複数）又は他のラウドスピーカアレイで測定された１組のトーンであってもよく、又はプログラム材料自体を測定目的で使用する測定デバイスを使用してもよく、或いは、プログラムコンテンツ内に聴こえないように配置されたマスクキングされた信号であってもよい。

先に説明したように、本発明の実施形態は、１つ以上のデータ処理コンポーネント（全体的に「プロセッサ」と本明細書でいう）が、先述したデジタル動作を実行するようにプログラムする命令が記憶された機械可読媒体（マイクロエレクトロニクスによるメモリなど）に記憶された製造物品とすることができる。他の実施形態においては、これらの動作の一部が、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コンポーネントにより実行されてもよい。それらの動作は、あるいは、プログラムされたデータ処理コンポーネント及び固定された結線回路（hardwired circuit）コンポーネントの任意の組み合わせにより実行されることがあり得る。

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大まか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みなされる。

Claims (20)

1. ラウドスピーカアレイの音方向特性を調節するための方法であって、
   前記ラウドスピーカアレイを含んでいる部屋の音響特性をプロセッサによって測定することと、
   前記測定された音響特性に従って第１の音方向特性を演算することと、
   前記ラウドスピーカアレイによって発せられるサウンドプログラムコンテンツの再生時間にわたり、前記サウンドプログラムコンテンツのオーディオ特性を前記プロセッサによって繰り返し測定することと、
   前記測定されたオーディオ特性に従って、前記サウンドプログラムコンテンツの前記再生時間にわたり、第２の音方向特性を前記プロセッサによって繰り返し演算することであり、
   前記第１および第２の音方向特性が、指向性比を各々含み、
   前記サウンドプログラムコンテンツの非重畳周波数分割が前記第２の音方向特性に含まれる別々の比によって表され、
   前記第２の音方向特性を演算することが、
   (i)特定の周波数分割より高い周波数分割の比を増やすことと、
   (ii)前記特定の周波数分割より低い周波数分割の比を減らすことと、
   を更に含み、
   前記第１および第２の音方向特性に従って、前記ラウドスピーカアレイを通じて前記サウンドプログラムコンテンツを再生することと、
   を含むことを特徴とする、ラウドスピーカアレイの音方向特性を調節するための方法。
2. 前記音響特性が、前記ラウドスピーカアレイからの音が前記部屋の中にある面および物体に対して行う別個の反響に基づいて測定されることを特徴とする、請求項１に記載のラウドスピーカアレイの音方向特性を調節するための方法。
3. 前記音響特性が、初期反響のレベルを閾値レベル未満に低減するように前記アレイのサウンド出力を方向付ける目的で使用されることを特徴とする、請求項２に記載のラウドスピーカアレイの音方向特性を調節するための方法。
4. 前記音響特性が前記部屋の残響時間を含むことを特徴とする、請求項１に記載のラウドスピーカアレイの音方向特性を調節するための方法。
5. 前記第１の音方向特性に対応する前記比が前記部屋の前記残響時間に比例することを特徴とする、請求項４に記載のラウドスピーカアレイの音方向特性を調節するための方法。
6. 前記サウンドプログラムコンテンツの前記オーディオ特性を測定することが、
   前記サウンドプログラムコンテンツの現在のセグメントのエネルギーレベルを測定して、前記サウンドプログラムコンテンツの各チャンネルの前記エネルギーレベルと前記サウンドプログラムコンテンツの全チャンネルのエネルギーの総量との割合を演算することと、
   前記サウンドプログラムコンテンツの現在のセグメントにおける第１のチャンネルと第２のチャンネルとの間の相関レベルを測定することと、
   前記ラウドスピーカアレイを通じて再生されようとしているセグメントである前記サウンドプログラムコンテンツの現在のセグメントにおいてスピーチを検出することと、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載のラウドスピーカアレイの音方向特性を調節するための方法。
7. 前記サウンドプログラムコンテンツの前記第２の音方向特性を演算することが、
   （１）前記サウンドプログラムコンテンツの前記現在のセグメントにおけるエネルギーレベルが既定のエネルギーレベルよりも高いということを検出したか、又は（２）前記サウンドプログラムコンテンツの全チャンネルの前記エネルギーの総量と比較して、前記サウンドプログラムコンテンツの各チャンネルの前記エネルギーレベルの演算された前記割合が既定値よりも高いということを検出したことに応じて、前記第２の音方向特性に含まれる前記比を増やすことと、
   前記サウンドプログラムコンテンツの前記現在のセグメントにおける前記第１のチャンネルと第２のチャンネルとの間の相関レベルが既定の相関レベルよりも高いということを検出したことに応じて、前記第２の音方向特性に含まれる前記比を増やすことと、
   前記サウンドプログラムコンテンツの前記現在のセグメントにおいてスピーチを検出したことに応じて、前記第２の音方向特性に含まれる前記比を調節することと、
   を含むことを特徴とする、請求項６に記載のラウドスピーカアレイの音方向特性を調節するための方法。
8. 前記既定のエネルギーレベル及び前記既定の相関レベルが、前記現在のセグメントに先立つ前記サウンドプログラムコンテンツの旧セグメントにおける前記エネルギーレベル及び相関レベルに対応することを特徴とする、請求項７に記載のラウドスピーカアレイの音方向特性を調節するための方法。
9. 前記ラウドスピーカアレイが、前記第１のチャンネル及び第２のチャンネルから前記サウンドプログラムコンテンツを再生すると同時に、チャンネルごとに個々の第１および第２の方向特性を有する前記第１のチャンネル及び第２のチャンネルを出力することを特徴とする、請求項６に記載のラウドスピーカアレイの音方向特性を調節するための方法。
10. ラウドスピーカを駆動するためのオーディオ受信機であって、
    部屋の音響特性を測定するため、及び前記部屋の前記測定された音響特性に従って第１の音方向特性を演算するための室内音響ユニットと、
    サウンドプログラムコンテンツのセグメントのオーディオ特性を測定するため、及び前記サウンドプログラムコンテンツの前記セグメントの前記測定されたオーディオ特性に従って第２の音方向特性を演算するためのコンテンツ特性ユニットであって、前記室内音響ユニット及び前記コンテンツ特性ユニットは、前記第１の音方向特性および前記第２の音方向特性が第１および第２の音方向比を含んでいるとして演算し、前記サウンドプログラムコンテンツの非重畳周波数分割が前記第２の方向特性に含まれる別々の比によって表され、さらに、
    前記第２の方向特性を演算するとき、
    (i)特定の周波数分割より高い周波数分割の比を増やし、
    (ii)前記特定の周波数分割より低い周波数分割の比を減らす、
    ことを行う前記コンテンツ特性ユニットと、
    前記第１の音方向特性および前記第２の音方向特性に従って、前記ラウドスピーカを通じて前記サウンドプログラムコンテンツの前記セグメントを再生するためのドライバユニットと、
    を備えることを特徴とする、ラウドスピーカを駆動するためのオーディオ受信機。
11. 前記室内音響ユニットは、前記部屋の残響時間に比例する第１の音方向比を演算することを特徴とする、請求項１０に記載のラウドスピーカを駆動するためのオーディオ受信機。
12. 前記室内音響ユニットが前記部屋における初期反響を検出し、前記ドライバユニットが、前記初期反響の影響を減らすために方向ビームパターンを出力することを特徴とする、請求項１０に記載のラウドスピーカを駆動するためのオーディオ受信機。
13. 前記方向ビームパターンが、基準レベルを上回る初期反響を避けるように方向付けられることを特徴とする、請求項１２に記載のラウドスピーカを駆動するためのオーディオ受信機。
14. 前記室内音響ユニットが、前記ラウドスピーカを通じて前記サウンドプログラムコンテンツを再生する前に前記部屋の前記音響特性を測定し、
    前記コンテンツ特性ユニットが、前記ラウドスピーカを通じて前記セグメントを再生する前に前記セグメントの前記オーディオ特性を測定することを特徴とする、請求項１０に記載のラウドスピーカを駆動するためのオーディオ受信機。
15. 前記コンテンツ特性ユニットが、
    前記サウンドプログラムコンテンツの前記セグメントのエネルギーレベルを測定するためのエネルギーレベルユニットと、
    前記ラウドスピーカを通じて再生されようとしているセグメントである前記サウンドプログラムコンテンツの前記セグメントにおける第１の音源チャンネルと第２の音源チャンネルとの間の相関レベルを測定するための相関レベルユニットと、
    前記サウンドプログラムコンテンツの前記セグメントにおいてスピーチを検出するためのスピーチ検出器と、
    を含み、前記エネルギーレベル、前記相関レベル、及びスピーチの前記検出が前記オーディオ特性に含まれることを特徴とする、請求項１０に記載のラウドスピーカを駆動するためのオーディオ受信機。
16. 音の方向を調節するための装置であって、
    演算デバイスによって実行されると、前記演算デバイスに、
    ラウドスピーカアレイを含んでいる部屋の音響特性を測定させ、
    前記測定された音響特性に従って第１の方向特性を演算させ、
    前記ラウドスピーカアレイによって発せられるサウンドプログラムコンテンツの再生時間にわたり、前記サウンドプログラムコンテンツのオーディオ特性を繰り返し測定させ、
    前記測定されたオーディオ特性に従って、前記サウンドプログラムコンテンツの前記再生時間にわたり、第２の方向特性を繰り返し演算させ、前記第１および第２の音方向特性が、指向性比を各々含み、前記サウンドプログラムコンテンツの非重畳周波数分割が前記第２の音方向特性に含まれる別々の比によって表され、さらに、
    前記第２の音方向特性を演算することが、
    (i)特定の周波数分割より高い周波数分割の比を増やすことと、
    (ii)前記特定の周波数分割より低い周波数分割の比を減らすことと、
    を更に含む、
    という命令を記憶している機械可読記憶媒体を有する製造物品を備えることを特徴とする、音の方向を調節するための装置。
17. 前記第１の方向特性に対応する前記指向性比が前記部屋の残響時間に比例することを特徴とする、請求項１６に記載の音の方向を調節するための装置。
18. 前記サウンドプログラムコンテンツの前記第２の方向特性を演算させる前記命令が、
    前記サウンドプログラムコンテンツの現在のセグメントのエネルギーレベルを測定することと、
    前記サウンドプログラムコンテンツの現在のセグメントにおける第１の音源チャンネルと第２の音源チャンネルとの間の相関レベルを測定することと、
    前記ラウドスピーカアレイを通じて再生されようとしているセグメントである前記サウンドプログラムコンテンツの現在のセグメントにおいてスピーチを検出することと、
    を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の音の方向を調節するための装置。
19. 前記サウンドプログラムコンテンツの前記第２の方向特性を演算させる前記命令が、
    前記サウンドプログラムコンテンツの前記現在のセグメントにおけるエネルギーレベルが既定のエネルギーレベルよりも高いということ、又は前記サウンドプログラムコンテンツの各チャンネルのエネルギーレベルと前記サウンドプログラムコンテンツの全チャンネルのエネルギーの総量の割合が既定値よりも高いということを検出したことに応じて、前記第２の方向特性に含まれる前記指向性比を調節することと、
    前記サウンドプログラムコンテンツの前記現在のセグメントにおける前記相関レベルが前記第１の音源チャンネルと前記第２の音源チャンネルとの間の既定の相関レベルよりも高いということを検出したことに応じて、前記第２の方向特性に含まれる前記指向性比を調節することと、
    前記サウンドプログラムコンテンツの前記現在のセグメントにおいてスピーチを検出したことに応じて、前記第２の方向特性に含まれる前記指向性比を調節することと、
    を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の音の方向を調節するための装置。
20. 前記演算デバイス内のプロセッサによって、
    前記第１及び第２の音源チャンネルからの前記サウンドプログラムコンテンツを再生すると同時に、チャンネルごとに個々の第１および第２の方向特性を有する前記第１の音源チャンネル及び第２の音源チャンネルを出力する前記ラウドスピーカアレイを通じて、前記第１および第２の方向特性に従って前記サウンドプログラムコンテンツを再生する、更なる命令を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の音の方向を調節するための装置。

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