JP6386109B2 - ヘッドレストベースのオーディオシステムのための信号処理 - Google Patents

Description

本開示はモジュール式でヘッドレストベースのオーディオシステムに関する。

いくつかの自動車オーディオシステムでは、全体システムの電気的応答および音響応答、すなわちスピーカ自体の応答およびスピーカによって生成された音声に対する車両キャビンの応答に基づいて、それぞれのスピーカに供給されるオーディオ信号に対して処理が適用される。そのようなシステムは、それぞれのスピーカの位置と、とりわけシート、ガラス、および自動車の他の構成要素の吸収特性および反射特性とを考慮に入れて、特定の自動車モデルおよびトリムレベルに合わせた高度に個別的な配慮がなされる。そのようなシステムは、一般に、車両の製品開発プロセスの一部分として設計され、対応するイコライゼーションおよび他のオーディオシステムパラメータは、製造または組立てのときオーディオシステムにロードされる。

米国特許出願第13/799,703号 米国特許出願第13/888,932号 米国特許第8,325,936号 米国特許第7,630,500号 特開２００８−２７０８５７号公報 特開２００４−３５７０７５号公報

BAI M R，IEEE TRANSACTIONS ON CONSUMER ELECTRONICS，米国，IEEE SERVICE CENTER，２００７年 ８月 １日，V53 N3，P1011-1019

乗用車用のオーディオシステムは、車両キャビンの中に固定された1組のスピーカと、自動車のヘッドレストの中など、少なくとも1人の乗客の頭の近くに配置されたスピーカとを含む。オーディオ信号は、仮想スピーカ位置へとアップミックスされ、次いで、固定スピーカによる音響プレゼンテーションを向上するために、ヘッドレストスピーカからのバイノーラルオーディオ応答に基づいてリミックスされる。
一般に、一態様では、聞き手の頭の意図された位置の近くに配置された少なくとも2つの近接場スピーカを有する自動車オーディオシステムは、それぞれの近接場スピーカによって生成される音響に、聞き手の頭の意図された位置において、近接場スピーカの実際の位置とは別の第1の指定された位置にある音響ソースによって生成される音響の特性を与える第1のバイノーラルフィルタを求めるステップと、少なくとも2つのチャネルを有する入力オーディオ信号から少なくとも3つのコンポーネントチャネル信号を生成するためのアップミックスのルールを求めるステップと、オーディオシステムを、第1の指定された位置において生じるコンポーネントチャネル信号の組合せに相当する第1のバイノーラル信号を求め、第1のバイノーラルフィルタを使用して第1のバイノーラル信号をフィルタリングし、近接場スピーカを使用して、フィルタリングされた信号を出力するように構成するステップとによって構成される。

実施態様には、任意の組合せにおいて、以下のことの1つまたは複数が含まれ得る。音響ソースは、合成して生成されたソースを含み得る。音響ソースは、合成して生成された複数のソースを組み合わせて含み得る。複数のソースからの信号の位相または振幅の周波数応答イコライゼーションは、信号を組み合わせてそれぞれの音響ソースを生成するのに先立って調整されてよい。それぞれの近接場スピーカによって生成される音響に、聞き手の頭の意図された位置において、近接場スピーカの実際の位置とは別のそれぞれの第2および第3の指定された位置にある音響ソースによって生成される音響の特性を与える第2および第3のバイノーラルフィルタを求めるステップと、オーディオシステムを、それぞれの第2および第3の指定された位置において生じるコンポーネントチャネル信号の組合せに相当する第2および第3のバイノーラル信号を求め、第2および第3のバイノーラルフィルタを使用して第2および第3のバイノーラル信号をフィルタリングし、近接場スピーカを使用して、フィルタリングされた信号を出力するときには、第1、第2、および第3のフィルタリングされたバイノーラル信号を組み合わせるように構成するステップとを遂行する。フィルタリングされたバイノーラル信号を組み合わせるステップは、フィルタリングされた第1、第2、および第3のバイノーラル信号のそれぞれの重み付き合計を計算するステップを含み得る。第1、第2、および第3のバイノーラル信号を求めるステップと、フィルタリングされたバイノーラル信号を組み合わせるステップとは、コンポーネントチャネル信号の組合せに対する制約によって規定され得る。入力オーディオ信号は、正確に2つのチャネルを含み得る。第1のコンポーネントチャネル信号がセンターチャネルに対応してよく、第2のコンポーネントチャネル信号が左チャネルに対応してよく、第1の指定された位置が聞き手の背後の中心にあり、第2および第3の指定された位置が、どちらも聞き手の左側に、聞き手から離れて異なる方向に間隔を置いて配置され、第1、第2、および第3のフィルタリングされたバイノーラル信号は、聞き手が、センターチャネル信号を、正確な位置から生じていると感知し、サラウンドチャネル信号を、拡散した位置から生じていると感知するように組み合わされる。

自動車オーディオシステムは、近接場スピーカの位置とは別の固定位置において少なくとも第1および第2のスピーカを含み得、オーディオシステムは、コンポーネントチャネル信号の第1および第2のそれぞれの組合せに相当する第1および第2のモノラル信号を求めて、第1および第2のモノラル信号を、固定位置のそれぞれの第1および第2のスピーカを使用して出力するように構成されてよい。コンポーネントチャネル信号のうち少なくとも1つが左側コンポーネントに対応してよく、コンポーネントチャネル信号の少なくとも別の1つが右側コンポーネントに対応してよく、第1のスピーカが車両の左側の固定位置にあり、第1のモノラル信号を求めるステップが左側コンポーネント信号と右側コンポーネント信号を組み合わせるステップを含み得る。

第1のバイノーラル信号ならびに第1および第2のモノラル信号は、聞き手による音響の位置の知覚を制御するように構成されてよく、第1のバイノーラル音が第1の周波数帯における音響の知覚を制御し、第1および第2のモノラル信号が第2の周波数帯における音響の知覚を制御する。第1のバイノーラル信号ならびに第1および第2のモノラル信号は、聞き手による音響の位置の知覚を制御するように構成されてよく、第1のバイノーラル音がコンポーネントチャネル信号の第1のサブセットに関する知覚を制御し、第1および第2のモノラル信号がコンポーネントチャネル信号の第2のサブセットに関する知覚を制御する。第1のバイノーラル信号をフィルタリングするステップが、第1のバイノーラル信号をフィルタリングして、少なくとも2つの近接場スピーカの間のクロストークを防止するステップを含み得る。第1のバイノーラル信号を求めるステップが、コンポーネントチャネル信号のそれぞれの重み付き合計を計算するステップを含み得る。第1のバイノーラル信号を求めるステップが、コンポーネントチャネル信号のそれぞれの重み付き合計を計算するのに先立って、それらにフィルタを適用するステップを含み得る。第1のバイノーラル信号を求めるステップが、コンポーネントチャネル信号のそれぞれのサブコンポーネントに対して別々の重みを用いて重み付き合計を計算するステップを含み得、サブコンポーネントは、異なる周波数帯における信号成分に相当するものである。第1のバイノーラル信号を求めるステップが、サブコンポーネントのそれぞれの重み付き合計を計算するのに先立って、それらに別々のフィルタを適用するステップを含み得る。

一般に、一態様では、自動車オーディオシステムは、聞き手の頭の意図された位置の近くに配置された少なくとも2つの近接場スピーカと、オーディオ信号プロセッサであって、少なくとも2つのチャネルを有する入力オーディオ信号を受け取り、アップミックスのルールを用いて、入力オーディオ信号から少なくとも3つのコンポーネントチャネル信号を生成し、近接場スピーカの位置とは異なる第1の指定された位置において生じるコンポーネントチャネル信号の組合せに相当する第1のバイノーラル信号を求め、第1のフィルタを使用して第1のバイノーラル信号をフィルタリングすることにより、第1のフィルタが、近接場スピーカによって生成される音響に、聞き手の頭の意図された位置において、第1の指定された位置にある音響ソースによって生成される音響の特性を与えて、フィルタリングされた第1のバイノーラル信号を近接場スピーカに供給するように構成されたオーディオ信号プロセッサとを含む。

実施態様には、任意の組合せにおいて、以下のことの1つまたは複数が含まれ得る。システムは、車両キャビンにおいて、聞き手の頭の意図された位置の後方に配置された固定スピーカを含まなくてよい。第1の近接場スピーカが含み得る少なくとも2つの電気音響トランスデューサは、ヘッドレストのどちらの終端にも少なくとも1つが配置されている。オーディオ信号プロセッサは、近接場スピーカのそれぞれと、近接場スピーカの別のものにより近くに位置する聞き手の耳の間の信号のクロストークを制御するために、第1のバイノーラル信号をフィルタリングするように構成されてよい。第1の近接場スピーカは、ヘッドレストのどちらの終端にもある電気音響トランスデューサの配列の対を含み得る。第1の近接場スピーカは、ヘッドレストの内部に配置された電気音響トランスデューサの配列を含み得る。スピーカの配列が近接場スピーカの前方に配置されてよく、第1の指定された位置は聞き手の前方でよく、オーディオ信号プロセッサは、第1の指定された位置から音響が来ると聞き手に感知させるように第1のバイノーラル信号をフィルタリングするようにさらに構成されてよい。

一般に、一態様では、オーディオ信号をミックスするステップは、2つ以上のM個の入力チャネルを受信するステップと、入力チャネルを、M個よりも多いN個のコンポーネントチャネルへとアップミックスするステップと、N個のコンポーネントチャネルのそれぞれの位相または振幅の周波数応答イコライゼーションを調整するステップであって、調整が、N個のコンポーネントチャネルのうち少なくとも2つに対して異なるものであるステップと、調整されたコンポーネントチャネルをP個の出力チャネルへとリミックスするステップと、P個の出力チャネルを供給するステップとを含む。

実施態様には、任意の組合せにおいて、以下のことの1つまたは複数が含まれ得る。PはNに等しくてよい。調整されたコンポーネントチャネルをリミックスするステップは、それぞれの出力チャネルを生成するステップと、調整されたコンポーネントチャネルのサブセットの重み付き合計を計算するステップとを含み得る。N個のコンポーネントチャネルからバイノーラル信号の対をQ個生成するステップと、Q個のバイノーラル信号対のそれぞれの位相または振幅の周波数応答イコライゼーションを調整するステップであって、調整が、Q個のバイノーラル信号対のうち少なくとも2つに対して異なるものであるステップと、調整されたバイノーラル信号対をR個のバイノーラル出力チャネルへとリミックスするステップとを遂行する。調整されたコンポーネントチャネルからバイノーラル信号の対をQ個生成するステップと、調整されたバイノーラル信号対をR個のバイノーラル出力チャネルへとリミックスするステップとを遂行する。

利点には、小型車の中で高品質のオーディオ体験を伝えるための費用対効果が大きい解決策が提供されること、後座席スピーカの必要性なく、取り巻いて包むオーディオが供給されること、が含まれる。このシステムは、音響ステージのさらなる制御をもたらし、従来方式で達成されるものよりも、より対称的な体験をもたらすことができる。音響が、物理的スピーカをパッケージ化することが不可能なはずの位置を含む、物理的スピーカよりも多くの位置から送出され得る。

前述の例および特徴のすべてが、任意の技術的に可能なやり方で組み合わされ得る。他の特徴および利点が、説明および特許請求の範囲から明白になるであろう。

自動車内のヘッドレストベースのオーディオシステムの概略図である。 図1のシステムのスピーカのそれぞれからの音響が聞き手の耳に到達する経路を示す図である。 仮想スピーカ位置と実際のスピーカ位置の間の関係を示す図である。 仮想スピーカ位置と実際のスピーカ位置の間の関係を示す図である。 オーディオ信号をアップミックスする処理およびリミックスする処理を概略的に示す図である。 図5のリミックスステージの内部の信号流れを示す図である。 図5のリミックスステージの内部の信号流れを示す図である。

従来型の車載用オーディオシステムは4つ以上のスピーカの組に基づくものであり、2つがダッシュボード上または前部ドア内にあり、2つは、一般にセダンおよびクーペでは後部パッケージ棚に、またはワゴンおよびハッチバックでは後部のドアもしくはウォールにある。しかしながら、いくつかの車両では、図1に示されるように、スピーカは、運転者の背後の従来の位置ではなく、ヘッドレストまたは他の近い位置に設けられることがある。これは車両後部のスペースを節約し、また、後部座席に音響を供給するエネルギーを浪費せず、この音響は、あったとしても恐らく乗客のために利用されることのないものである。図1に示されるオーディオシステム100は、組み合わせたソース/処理/増幅のユニット102を含む。いくつかの例では、様々な機能が複数の構成要素に割り当てられ得る。具体的には、ソースは増幅器から分離されることが多く、処理は、ソースまたは増幅器のいずれかによってなされるが、処理は個別の構成要素によってなされることもある。処理は、ソースおよび/または増幅器の機能をもたらす汎用コンピュータにロードされたソフトウェアによってなされることもある。何らかの特定のシステムのアーキテクチャまたは技術が指定されるのではなく、一般に「システム」によってもたらされる信号処理および増幅が参照される。

図1に示されるオーディオシステムは、車両構造に恒久的に取り付けられた2つのスピーカの組104、106を有する。これらは「固定」スピーカと称される。図1の例では、固定スピーカのそれぞれの組が、一般に、高音専用スピーカ108、110および低域から中域のスピーカ要素112、114の2つのスピーカ要素を含む。別の一般的な機構では、より小さいスピーカが中間から高周波数のスピーカ要素であり、より大きいスピーカがウーファすなわち低周波数のスピーカ要素である。2つ以上の要素が単一の囲壁の中に組み合わされてよく、または別個に組み込まれてもよい。それぞれの組のスピーカ要素が、増幅器からの単一の増幅信号によって駆動されてよく、パッシブなクロスオーバ回路(スピーカの一方または両方に組み込まれてよい)が、様々な周波数範囲の信号を適切なスピーカ要素に分配する。あるいは、増幅器が、帯域制限された信号をそれぞれのスピーカ要素に直接供給してもよい。他の例では全帯域スピーカが使用され、さらに別の例では1組当り2つよりも多くのスピーカが使用される。示されたそれぞれの個別のスピーカがスピーカの配列として実施されてもよく、これによって、音響のより精巧な波形整形が可能になり得、または単純に所与の音響圧力レベルを伝えるのに、スペースおよび材料のより経済的な使用が可能になり得る。

図1の運転者のヘッドレスト120に含まれる2つのスピーカ122、124が、再び抽象的に示され、事実上、それぞれがスピーカ要素の配列であってもよい。2つのスピーカ122、124は(個別のスピーカであろうと配列であろうと)、それら自体が、聞き手の耳への音響の分配を制御するために配列として協力的に動作し得るものである。これらのスピーカは聞き手の耳の近くに配置され、近接場スピーカと称される。いくつかの例では、これらのスピーカは、物理的にヘッドレストの内部に配置される。ヘッドレストのどちらの終端にも1つずつ、2つのスピーカが配置されてよく、運転者の耳の予期された離隔距離にほぼ相当し、ヘッドレストのクッション(これはもちろんヘッドレストの主要な役割である)のためのスペースが残る。いくつかの例では、スピーカが、ヘッドレストの後ろに、より接近して一緒に配置され、音響は、クッションを取り巻く囲壁を通ってヘッドレストの前部に伝えられる。これらのスピーカは、ヘッドレストの機械的要求およびシステムの音響の目標に依拠して、互いに対して、またヘッドレスト構成要素に対して、様々なやり方で配向されてよい。参照によってここで組み込まれる同時係属の米国特許出願第13/799,703号は、ヘッドレストの安全機能を損なうことなくヘッドレストの中にスピーカを実装するいくつかの設計を説明している。図1に示される近接場スピーカは、シートを通り抜けるケーブル130によってソース102に接続されているが、ケーブルが電力のみを供給する状況では、ソース102とワイヤレスで通信してもよい。別の機構では、1対のワイヤが、シートまたはヘッドレストに組み込まれた増幅器に対してデジタルデータと電力の両方を供給する。

小型車のオーディオシステムは、運転者の体験を部分的に最適化し、また、乗客のための近接場スピーカを設けないように設計されることがある。追加のスピーカ128および130と、乗客のヘッドレスト126ならびに後部装着の低音ボックス132は、有益な保管スペースをオーディオ性能の向上のために犠牲にしても、乗客に、同じ改善された音響を提供すること、またはシステムの低音の出力をさらに増加することを望む買い手に、選択肢として提供されてよい。そのような任意選択のスピーカが組み込まれるとき、本出願と同時に出願した、弁理士整理番号A-012-027-USの同時係属の米国特許出願第13/888,932号に説明されているように、オーディオシステムの全体の調整が、追加のスピーカを最大限に活用するように調節される。

［バイノーラル応答および補正］
図2が示す2人の聞き手の頭は、図1のスピーカに対して配置されていると期待されるものである。運転者202は左耳204および右耳206を有し、乗客208の耳には210および212とラベルが付けられている。破線の矢印は、以下で説明されるように、スピーカから聞き手の耳への音響の様々な経路を示すものである。これらの矢印は「信号」または「経路」と称されるが、実際には、スピーカが、それらが放射する音響の方向を制御することができるとは(可能かもしれないが)想定されていない。それぞれのスピーカに割り当てられた複数の信号が重ねられて最終的な出力信号が生成され、それぞれのスピーカからのエネルギーのいくらかが、周波数およびスピーカの音響設計に依拠して全方向に進み得る。矢印は、容易な参照のためのスピーカおよび耳の様々な組合せを単に概念的に示すものである。配列または他の指向性スピーカの技術が用いられる場合、何らかの方向制御をもたらすために、スピーカの様々な組合せに対して信号が供給されてよい。これらの配列は、示されるようにヘッドレストの中にあってよく、または聞き手の前の位置を含めて聞き手に比較的近い他の位置にあってよい。

近接場スピーカは、適切な信号処理を伴って、聞き手が感知する音響の広大さを拡張するために、より正確には前面の音響ステージを制御するために使用され得る。オーディオ信号の別々のコンポーネントに対して別々の効果が望まれることがあり、たとえば中心信号はしっかりと集束されてよく、一方、サラウンド信号は意図的に拡散されてよい。広大さを制御するやり方の1つには、近接場スピーカに送られる信号を調節することによって聞き手の耳における目標のバイノーラル応答を達成するものがある。図2に、より明確には図3に示されるように、運転者の耳204および206のそれぞれに、それぞれの局在近接場スピーカ122および124によって生成された音響が聞こえる。乗客には、同様に、乗客の頭の近くのスピーカの音響が聞こえる。それぞれのスピーカとそれぞれの耳の間の距離による差に加えて、それぞれの耳にそれぞれのスピーカから聞こえるものは、信号が到達する角度および聞き手の外耳構造の組織(聞き手の左耳と右耳に関して同一ではない可能性がある)によって一様でないはずである。音響ソースの方向および距離の体感は、左右の耳の間の到着時間の差と、左右の耳の間の信号レベルの差と、異なる方向から左右の耳に入る音波に対して聞き手の解剖学的構造が有する特定の効果との組合せに基づくものであり、それらのすべてに周波数依存性もある。所与の位置におけるソースに関して、両方の耳におけるこれらの係数の組合せは、その位置に関するバイノーラル応答と称される。ある位置のスピーカにおいて再生されることになる音響を、別の位置から生じた音響のように聞こえるように成形するために、バイノーラル信号フィルタが使用される。

システムを、未知の将来のユーザの固有の解剖学的構造を考えるように先験的に設計することはできないが、バイノーラル応答の他の態様は測定して操作することができる。図3は、サラウンドスピーカを車両の中で理想的に配置した位置に対応する2つの「事実上の」音響ソース222および226を示すものである。しかしながら、実際の車両では、そのようなスピーカは、恐らく示された位置にあることができない車両構造の中に配置されなければならないはずである。これらのバーチャルソースの位置を所与として、それらのスピーカからの音響経路を示す矢印は、近接場スピーカ122および124からの音響経路とはわずかに異なる角度でユーザの耳に到達する。バイノーラル信号フィルタは、近接場スピーカにおいて再生された音響を、聞き手が、フィルタリングされた音響を、実際の近接場スピーカからではなくバーチャルソースから来るかのように感知するように修正する。いくつかの例では、運転者が、音響を、個別の仮想スピーカ位置からではなく、空間の拡散した領域から来るかのように感知するのが望ましい。以下で論じられるように、バイノーラルフィルタに対する適切な変更が、この効果をもたらすことができる。

バーチャルソースからの局在化するように意図された信号は、近接場スピーカから耳への応答を含めてバーチャルソースのバイノーラル応答の目標に近い近似を達成するように修正される。数学的には、周波数領域のバイノーラル応答をバーチャルソースV(s)と称し、また実際のスピーカからの応答を聞き手の耳R(s)と直接称することができる。バーチャルソースにおいて音響S(s)が再生される場合、ユーザにはS(s)×V(s)が聞こえることになる。近接場スピーカにおいて再生された同一の音響に関して、補正がなければ、ユーザにはS(s)×R(s)が聞こえることになる。理想的には、第1のフィルタリングによって、フィルタリングを伴う信号はV(s)/R(s)と同等の伝達関数を有し、音響S(s)×V(s)/R(s)が近接場スピーカによって再生されて、ユーザにはS(s)×V(s)×R(s)/R(s)=S(s)×V(s)が聞こえることになる。これが聞こえる距離には限界があり、バーチャルソースの位置が実際の近接場スピーカの位置から遠すぎると、たとえば、安定したフィルタを生成するやり方で応答を組み合わせることが不可能になるか、または頭の移動の影響を非常に受けやすくなる可能性がある。制約要因の1つには以下で説明するクロストーク消去フィルタがあり、これは、一方の耳を意図した信号が他方の耳に到達するのを防止するものである。

［コンポーネント信号の分布］
車両の調整によって制御されるオーディオ体験の一態様には、音響ステージがある。「音響ステージ」は、聞き手の、音響がどこから来るかという知覚を指すものである。具体的には、音響ステージは、一般に、広く(音響が聞き手の両側から聞こえる)、深く(音響が近傍と遠方の両方から聞こえる)、正確である(聞き手が、特定の音響が聞こえる方向を識別することができる)ことが望まれる。理想的なシステムでは、レコード音楽を聞く人は眼を閉じ、生演奏を聞いていると想像して、それぞれの演奏家がどこにいるのか指摘することができる。関連する概念に「包み込み」があり、これは、音響を正確に局在化可能かどうかということとは無関係に、聞き手の背後を含むすべての方向から音響が聞こえるという知覚を指すものである。音響ステージおよび包み込み(および一般に音響位置)の知覚は、聞き手の両方の耳に到達する音響のレベルと、その間の到着時間(位相)の差に基づくものであり、音響ステージは、これらの相互の聴覚レベルおよび時間差を制御するように、スピーカによって生成されるオーディオ信号を操作することによって制御することができる。参照によってここで組み込まれる米国特許第8,325,936号に説明されているように、近接場スピーカばかりでなく固定スピーカも、空間認知(spatial perception)を制御するために協力的に使用され得る。

近接場スピーカベースのシステムが単独で使用される場合、音響は、スピーカが実際にある、聞き手の背後から来るように感知されるはずである。バイノーラルフィルタリングは、音響をいくぶん前方に持って来ることができるが、聞き手の真に前方から来る音響のバイノーラル応答を再生するのには不十分である。しかしながら、近接場スピーカは、ダッシュボード上またはドアの中などの従来の固定位置における運転者の前方のスピーカと適切に組み合わせたときには、フロントスピーカから来る音響のステージングを改善するのに使用され得る。すなわち、近接場スピーカは、「後部」音響をもたらすために後部座席スピーカを置換することに加えて、車両の前部から来る音響の聞き手の知覚に的を絞って制御するのに使用される。これは、単独のフロントスピーカよりも、より広い、またはより深い、より制御された音響ステージをもたらすことができる。近接場スピーカは、ソースオーディオの異なる部分に対して異なる効果をもたらすためにも使用され得る。たとえば、近接場スピーカは、固定された左右のスピーカが単独でもたらすことができるよりも正確な中心音像をもたらして中心音像を引き締め、同時に、従来型の後部スピーカよりも拡散して包み込むサラウンド信号をもたらすように使用され得る。

いくつかの例では、オーディオソースは2チャネルすなわち左右のステレオオーディオのみを供給する。その他の一般的な選択肢には、4チャネルすなわち前部と後部のどちらにも左右のチャネルを有するものと、サラウンド音響ソースのための5チャネルを有するもの(通常、低周波数効果のための第6の「ポイント1」チャネルを伴う)との2つがある。4チャネルは、通常は、標準的な自動車のヘッドユニットが使用されるときに見られ、この場合、2つの前部チャネルと2つの後部チャネルが通常は同一のコンテンツを有するが、ヘッドユニットにおける「音量調節器の」設定によって異なるレベルを有し得る。本明細書で説明されたようにシステム向けに音響を適切にミックスするために、入力オーディオの2つ以上のチャネルが、音響が来るように聞こえる様々な方向に対応するコンポーネントの中間の数へとアップミックスされ、次いで、図4から図6を参照しながら説明されたように、システムにおけるそれぞれの特定のスピーカを意味する出力チャネルへとリミックスされる。そのようなアップミックスおよびリミックスの例の1つが、参照によってここで組み込まれる米国特許第7,630,500号に説明されている。

本システムの利点は、ソース材料からアップミックスされたコンポーネント信号のそれぞれが、オーディオシステムで演奏するように別々の仮想スピーカに配信されることである。図3に関して説明されたように、近接場スピーカは、様々な位置の仮想スピーカから音響が聞こえるように使用され得る。図4に示されるように、聞き手の後部半球を取り巻く配列の仮想スピーカ224iが生成され得る。5つのスピーカ224-1、224-d、224-m、224-n、および224-pには、便宜上の理由のみからラベルが付けられている。仮想スピーカの実際の数は、仮想スピーカを生成するのに使用されるシステムの処理能力またはシステムの音響の必要性に依拠するものでよい。仮想スピーカは、左側の複数の仮想スピーカ(たとえば224-1および224-d)、右側の複数の仮想スピーカ(たとえば224-nおよび224-p)、および中心の1つ(224-m)として示されているが、複数の仮想中心スピーカがあってもよく、仮想スピーカは、高さならびに左、右、前、および後に分配されてよい。

所与のアップミックスされたコンポーネント信号は、1つまたは複数の任意の仮想スピーカに配信されてよく、これによって、コンポーネント信号が感知される位置の再配置が可能になるばかりでなく、所与のコンポーネントを、仮想スピーカのうちの1つからのしっかりと集束された音響、または数個の仮想スピーカから同時に来る拡散音響のいずれかとして演奏する能力も提供される。これらの効果を達成するために、各コンポーネントの一部分が各出力チャネルへとミックスされる(いくつかのコンポーネント出力チャネルの組合せについては、その一部分はゼロであり得る)。たとえば、右側コンポーネントのオーディオ信号は、右側に固定されたスピーカFR 106に主として配信されることになるが、各仮想音像224-iを224-nおよび224-pなどのヘッドレストの右側に配置するためには、目標とする仮想音像のバイノーラル応答とクロストークの消去の両方のために、右側コンポーネント信号の各部分が、右側近接場スピーカおよび左側近接場スピーカにも配信される。中心コンポーネント向けのオーディオ信号は、対応する右側の固定スピーカ104および左側の固定スピーカ106に配信されることになり、いくらかの部分が、右側の近接場スピーカ122と左側の近接場スピーカ124の両方にも配信され、聞き手が仮想中心コンポーネントの起源と感知する、たとえば224-mといった位置が制御される。システムが適切に調整されていれば、聞き手は中心コンポーネントを実際に背後から来るように感知するわけではなく、前部固定スピーカから来る中心コンポーネントのコンテンツが、感知される位置を前方へ引っ張ることになり、仮想の中心は、中心コンポーネント音像が感知される、集束または拡散の度合いと、前方への距離との制御を単純に支援することに留意されたい。出力チャネルに対するコンポーネントのコンテンツの特定の配信は、組み込まれている近接場スピーカおよびその数に基づいて変化することになる。近接場スピーカ向けにコンポーネント信号をミックスするステップは、図3を参照しながら述べたように、コンポーネントが実際のスピーカから来る場合のコンポーネントに対するバイノーラル応答と、近接場スピーカのバイノーラル応答との間の差を説明する(account for)ために信号を変更するステップを含む。

図4は、図1からの実際のスピーカのレイアウトも示す。実際のスピーカには、それらが再生する信号に関する記号を有するラベル、すなわち左前(LF)、右前(FR)、左側運転者ヘッドレスト(H0L)、および右側運転者ヘッドレスト(H0R)が付けられている。出力信号FLとFRは、運転者および助手席の両方に関して究極的に平衡を保たれるとしても、近接場スピーカにより、運転者および乗客は、左側および右側の周辺のコンポーネントと中心コンポーネントとを、理想位置のより近くに感知することができる。近接場スピーカは、前方ステージのコンポーネントを独力で生成することができなければ、前部固定スピーカと組み合わせて、左側コンポーネントおよび右側コンポーネントを外部へ移動させ、かつユーザが中心コンポーネントを感知する位置を制御するために使用され得る。聞き手の頭の前方に近接してスピーカの配列を追加すると、聞き手の前方の仮想位置に第2の半球を生成することが可能になる。

「コンポーネント」という用語は、元のソース材料がアップミックスされる中間の指向性の割当てのそれぞれを指すのに用いられる。図5に示されるように、ステレオ信号は、任意数Nのコンポーネント信号へとアップミックスされる。一例では、右側と左側のそれぞれについて前部コンポーネントおよびサラウンドコンポーネントがあり、中心コンポーネントを加えて合計5つのコンポーネントがあり得る。そのような例では、主要な左側コンポーネントおよび右側コンポーネントは、対応する元の左側ステレオ信号または右側ステレオ信号にのみ見いだされる信号から導出され得る。中心コンポーネントを構成し得る信号は、左側ステレオ信号と右側ステレオ信号の両方に関連しており、互いに同相である。サラウンドコンポーネントは、関連付けられているが、左側ステレオ信号と右側ステレオ信号の間で異相である。用いられる処理能力およびソース材料のコンテンツに依拠して、任意数のアップミックスされたコンポーネントが可能であり得る。2つ以上の信号を任意数のコンポーネント信号へとアップミックスするのに、様々なアルゴリズムを用いることができる。そのようなアップミックスの例の1つが、参照によってここで組み込まれる米国特許第7,630,500号に説明されている。別の例にはDolby(登録商標)のPro Logic IIzアルゴリズムがあり、これは、入力オーディオストリームを、高さチャネルを含めて9つものコンポーネントに分割するものである。一般に、コンポーネントは、左側、右側、または中心に関連しているものとして扱われる。左側コンポーネントは、好ましくは車両の左側に関連付けられるが、前部、後部、高部、または低部に配置されてよい。同様に、右側コンポーネントは、好ましくは車両の右側に関連付けられ、前部、後部、高部、または低部に配置されてよい。中心コンポーネントは、好ましくは車両の中心線に関連付けられるが、これも前部、後部、高部、または低部に配置されてよい。図5は、任意数N個のアップミックスされたコンポーネントを示すものである。

全体的にC1〜CNのコンポーネント信号と、仮想音像信号V1〜VPと、出力信号FL、FR、H0L、およびH0Rとの間の関係が図5に示されている。ソース402によって供給される2つ以上の元のチャネルが、LおよびRとして示されている。アップミックスモジュール404が、入力信号LおよびRをN個のコンポーネント信号C1〜CNに変換する。個別の中心コンポーネントはなくてもよいが、中心コンポーネントは、1つまたは複数の左側コンポーネントと右側コンポーネントの組合せを含み得る。次いで、バイノーラルフィルタ406-1〜406-Pが、アップミックスされたコンポーネント信号の重み付きの合計を、図4に示された仮想スピーカ224-iに対応している仮想音像位置V1〜VPから来る音響に対応するバイノーラル信号に変換する。図5は、すべてのコンポーネント信号を受け取るそれぞれのバイノーラルフィルタを示しているが、実際には、各仮想スピーカ位置は、恐らく車両の対応する側に関連した信号などのコンポーネント信号のサブセットのみからの音響を再生するはずである。コンポーネント信号と同様に、仮想中心信号は、実際には左側仮想音像と右側仮想音像の組合せでよい。リミックスステージ418(1つだけ示されている)が、アップミックスされたコンポーネント信号を再結合して、前部固定スピーカに配信するための出力信号FLおよびFRを生成し、バイノーラルミックスステージ420が、バイノーラル仮想音像信号を組み合わせて、2つのヘッドレスト出力チャネルH0LおよびH0Rを生成する。乗客のヘッドレストおよび何らかの追加のヘッドレストまたは他の近接場バイノーラルスピーカの配列向けの出力信号を生成するために同一の処理が用いられ、何らかの追加の固定スピーカ向けの出力信号を生成するために追加のリミックスステージが用いられる。コンポーネント信号が組み合わされるとき、また、それらがバイノーラル信号に変換されるときには、様々な接続形態が可能であり、たとえばフィルタを実施するために使用されるシステムの処理能力または車両の調整を定義するのに用いられる処理に基づいて選択されてよい。

図6は、近接場ミックスステージ420の内部の信号流れを示すものである。左側ではP個のバイノーラル仮想入力信号Viが受け取られ、図4で224-1、224-d、224-m、224-n、および224-pと番号付けられた仮想スピーカに対応する5つが示されており、2つの出力信号が右側に供給される。出力信号のそれぞれが、ミックスステージ422、424によって駆動される。ミックスの前に、所望の音響ステージを生成するためにバイノーラル信号のそれぞれがフィルタリングされる。フィルタは、入力仮想信号のそれぞれに対して振幅および位相の周波数応答イコライゼーションを適用する。フィルタは、図5のバイノーラルフィルタの前に配置されてもよく、それらの内部に組み込まれてもよい。実際の信号処理の接続形態は、所与の用途に用いられるハードウェアおよび調整の技術に依拠することになる。ミックスステージは、それぞれがP個の入力を有し、1つが各バイノーラル仮想入力信号の半分に対応する。各耳向けのフィルタリングされた信号が加算されて、初期のバイノーラル出力信号H0LiおよびH0Riを生成する。

追加のステージ426は、ミックスステージ422および424によって生成された後に初期の近接場出力チャネルに対して動作する。このクロストーク消去ステージ426は、フィルタリングされた各近接場出力チャネルを、同一近接場の対または配列のもう一方のスピーカ向けの信号へとミックスする。このフィルタリングされた信号が、反対側の近接場スピーカからの音響を消去する出力信号の消去成分を供給するために、いくつかある変更の中で位相および利得がシフトされる。そのような消去は、参照によってここで組み込まれる米国特許第8,325,936号に詳細に説明されている。

図7に示されるように、類似ではあるがより簡単なミックスがリミックスステージ418で行われて、固定スピーカ向けのFLおよびFRなどのミックスされた出力信号を生成する。それぞれの固定スピーカ向けに、コンポーネントC1〜CNが、近接場ミックスステージにおけるように、それぞれフィルタリングされて組み合わされる。それらのコンポーネントを、ステレオ信号においてもともと有していたのとは異なる重みを用いて再度組み合わせることにより、以下で論じられるように、信号に対して様々な効果を与えることができる。場合によっては、1つまたは複数のフィルタが、所与の出力信号において1つのコンポーネントの一部分がなくなるように、ゼロ利得を適用してもよい。たとえば、右側コンポーネントのいくらかまたはすべてが、左側の固定出力チャネルFLから完全になくなってもよい。コンポーネント信号を重み付けして組み合わせる類似の処理が、図5のバイノーラルフィルタ406-iにおいて用いられる。図は、すべての仮想信号およびすべての固定スピーカの出力チャネルへとミックスされるすべてのアップミックスされたコンポーネントと、バイノーラル近接場出力チャネルへとリミックスされるすべての仮想信号を示しているが、一般に、ミックスには制約が課されることになる。いくつかの例では、左側ステレオチャネルに対応するコンポーネントのみが車両の左側の仮想信号に配信されることになり、右側についても同様である。別の例では、「サラウンド」チャネルに関連したコンポーネントのみが、特定の仮想信号へとミックスされる。

前述のシステムおよび方法の実施形態が含み得るコンピュータ構成要素とコンピュータで実施されるステップとは、当業者には明白であろう。たとえば、コンピュータで実施されるステップは、たとえばフロッピディスク、ハードディスク、光ディスク、フラッシュROM、不揮発性ROM、およびRAMなどのコンピュータ可読媒体にコンピュータ実行可能命令として記憶され得ることが当業者には理解されるはずである。さらに、コンピュータ実行可能命令は、たとえばマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、ゲートアレイなどの様々なプロセッサ上で実行され得ることが当業者は理解されるはずである。説明の容易さのために、本明細書では、前述のステップまたはシステムおよび方法の要素のすべてがコンピュータシステムの一部分であると説明されているわけではないが、当業者なら、それぞれのステップまたは要素が、対応するコンピュータシステムまたはソフトウェアコンポーネントを有し得ることを認識するであろう。したがって、そのようなコンピュータシステムおよび/またはソフトウェアコンポーネントは、それらが対応するステップまたは要素(すなわちそれらの機能)を記述することによって有効になり、本開示の範囲内に入るものである。

複数の実施態様が説明されてきた。しかしながら、本明細書で説明した発明概念の範囲から逸脱することなくさらなる修正形態が製作され得、したがって、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内であることが理解されよう。

100 オーディオシステム
102 ソース/処理/増幅のユニット
104 スピーカの組
106 スピーカの組
108 高音専用スピーカ
110 高音専用スピーカ
112 低域から中域のスピーカ要素
114 低域から中域のスピーカ要素
120 運転者のヘッドレスト
122 スピーカ
124 スピーカ
126 乗客のヘッドレスト
128 スピーカ
130 スピーカ、ケーブル
132 低音ボックス
202 運転者
204 左耳
206 右耳
208 乗客
210 乗客の耳
212 乗客の耳
222 音響ソース
224i 仮想スピーカ
224-1 スピーカ
224-d スピーカ
224-m スピーカ
224-n スピーカ
224-p スピーカ
226 音響ソース
402 ソース
404 アップミックスモジュール
406-1 バイノーラルフィルタ
406-P バイノーラルフィルタ
418 リミックスステージ
420 バイノーラルミックスステージ
422 ミックスステージ
424 ミックスステージ
426 クロストーク消去ステージ
FL 出力信号
FR 出力信号
H0L 出力信号
H0R 出力信号
H0Li 初期のバイノーラル出力信号
H0Ri 初期のバイノーラル出力信号
C1 コンポーネント信号
CN コンポーネント信号
V1 仮想音像信号
VD 仮想音像信号
VM 仮想音像信号
VN 仮想音像信号
VP 仮想音像信号

Claims (4)

1. オーディオ信号をミックスする方法であって、
   2つ以上のM個の入力チャネルを受け取るステップと、
   前記入力チャネルを、M個より大きいN個のコンポーネントチャネルへとアップミックスするステップと、
   前記N個のコンポーネントチャネルのそれぞれの位相または振幅の周波数応答イコライゼーションを調整するステップであって、前記調整が、前記N個のコンポーネントチャネルのうち少なくとも2つに対して異なるものであるステップと、
   前記調整されたコンポーネントチャネルをP個の出力チャネルへとリミックスするステップと、
   前記P個の出力チャネルを供給するステップと、
   前記N個のコンポーネントチャネルからバイノーラル信号の対をQ個生成するステップと、
   前記Q個のバイノーラル信号対のそれぞれの前記位相または振幅の前記周波数応答イコライゼーションを調整するステップであって、前記調整が、前記Q個のバイノーラル信号対のうち少なくとも2つに対して異なるものであるステップと、
   前記調整されたバイノーラル信号対をR個のバイノーラル出力チャネルへとリミックスするステップと
   を含む方法。
2. オーディオ信号をミックスする方法であって、
   2つ以上のM個の入力チャネルを受け取るステップと、
   前記入力チャネルを、M個より大きいN個のコンポーネントチャネルへとアップミックスするステップと、
   前記N個のコンポーネントチャネルのそれぞれの位相または振幅の周波数応答イコライゼーションを調整するステップであって、前記調整が、前記N個のコンポーネントチャネルのうち少なくとも2つに対して異なるものであるステップと、
   前記調整されたコンポーネントチャネルをP個の出力チャネルへとリミックスするステップと、
   前記P個の出力チャネルを供給するステップと、
   前記調整されたコンポーネントチャネルからバイノーラル信号の対をQ個生成するステップと、
   前記調整されたバイノーラル信号対をR個のバイノーラル出力チャネルへとリミックスするステップと
   を含む方法。
3. PがNに等しい請求項1または2に記載の方法。
4. 前記調整されたコンポーネントチャネルをリミックスするステップが、それぞれの出力チャネルを生成するステップと、前記調整されたコンポーネントチャネルのサブセットの重み付き合計を計算するステップとを含む請求項1または2に記載の方法。

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