(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-01-18
(54)【発明の名称】近接した音源群のためのスペクトル補償フィルタ
(51)【国際特許分類】
H04R 3/12 20060101AFI20230111BHJP
【ＦＩ】
H04R3/12
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022525004
(86)(22)【出願日】2020-11-13
(85)【翻訳文提出日】2022-04-27
(86)【国際出願番号】 EP2020082077
(87)【国際公開番号】W WO2021094549
(87)【国際公開日】2021-05-20
(31)【優先権主張番号】1916690.9
(32)【優先日】2019-11-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】507325312
【氏名又は名称】メリディアン オーディオ リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ホリンズヘッド リチャード ジェイ
(72)【発明者】
【氏名】グリベン クリストファー エイ
(72)【発明者】
【氏名】ホブデン ローレンス ジェイ
【テーマコード（参考）】
5D220
【Ｆターム（参考）】
5D220AA16
5D220AB06
(57)【要約】
音源の第１ラインアレイを駆動する信号を生成する方法。音源の第１ラインアレイは、１次音源及び１つ以上の２次音源を備える。本方法は、オーディオシステムの第１チャンネルについてのオーディオ信号を受け取ること、前記オーディオ信号から、第１信号及び第２信号を導出すること、ローパスフィルタを前記第２信号に適用させることによって、前記１つ以上の２次音源を駆動する第２駆動信号を生成すること、及び対応する高域周波数シェルビングフィルタを前記第１信号に適用させることによって、前記１次音源を駆動する第１駆動信号を生成することを含む。平坦化された音場を発生させるためのコンピュータプログラム製品及びオーディオシステムも提供される。
【選択図】図７
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
音源の第１ラインアレイを駆動するための信号を生成する方法であって、前記音源の第１ラインアレイは、１次音源及び１つ以上の２次音源を備え、前記方法は、オーディオシステムの第１チャンネルについてのオーディオ信号を受け取ること、
前記オーディオ信号から、第１信号及び第２信号を導出すること、
ローパスフィルタを前記第２信号に適用させることによって、前記１つ以上の２次音源を駆動する第２駆動信号を生成すること、及び
対応する高域周波数シェルビングフィルタを前記第１信号に適用させることによって、前記１次音源を駆動する第１駆動信号を生成すること
のステップを含む方法。
【請求項2】
フィルタの特性周波数の近傍でのエネルギーの損失を生じる、前記ローパスフィルタ及び前記高域周波数シェルビングフィルタの相対的な位相応答に起因する追加の干渉を補償するように、オールパスフィルタを前記第１信号に適用することをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号の間のタイムアライメントを改善するように、オールパスフィルタを前記第１信号に適用することと、オールパスフィルタを前記第２信号に適用することとをさらに含む請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記ローパスフィルタ及び前記高域周波数シェルビングフィルタのそれぞれの特性周波数は、前記１次音源及び前記１つ以上の２次音源からリスニングポジションに音が到達する時間遅延の２倍の逆数にほぼ等しい請求項１－３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項5】
前記高域周波数シェルビングフィルタのゲインｇが、ｇ＝２０ｌｏｇ１０（Ｎ＋１）であり、ここでＮは前記２次音源の数である請求項１－４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項6】
前記音源のラインアレイは、１次スピーカー及び１つ以上の２次スピーカーを含むスピーカーの第１ラインアレイである請求項１－５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項7】
オーディオシステムの１つ以上のプロセッサ上で実行されるとき、前記オーディオシステムに請求項１－６のいずれか１項に記載の前記方法を実行させる、コンピュータ実行可能なコードを備えたコンピュータプログラム製品。
【請求項8】
既存のデジタルシグナルプロセッサの音源システムのアップデート又は改良品として実現される請求項７に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項9】
既存のマルチチャンネル又はステレオオーディオプロセッサのアップデート又は改良品として実現される請求項７に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項10】
請求項１－６のいずれか１項の前記方法を実行するように構成された１つ以上のデジタルシグナルプロセッサ群を備えるオーディオシステム。
【請求項11】
前記高域周波数シェルビングフィルタは前記１次音源と関連付けられたデジタルシグナルプロセッサによって実現され、前記ローパスフィルタは前記１つ以上の２次音源と関連付けられた少なくとも１つのデジタルシグナルプロセッサによって実現される請求項１０に記載のオーディオシステム。
【請求項12】
平坦化された音場を生成するオーディオシステムであって、前記オーディオシステムは、１次音源と１つ以上の２次音源とを備えた音源の第１ラインアレイであって、
前記１次音源は第１駆動信号によって駆動され、前記１つ以上の２次音源は第２駆動信号によって駆動され、
第１信号及び第２信号は、前記オーディオシステムの第１チャンネルについて受け取られたオーディオ信号から導出される、
第１ラインアレイと、
前記第２信号に適用されて前記第２駆動信号を生成するローパスフィルタと、
第１信号に適用されて前記第１駆動信号を生成する対応する高域周波数シェルビングフィルタと
を備えるオーディオシステム。
【請求項13】
フィルタの特性周波数の近傍でのエネルギーの損失を生じる、前記ローパスフィルタ及び前記高域周波数シェルビングフィルタの相対的な位相応答に起因する追加の干渉を補償するように、前記第１信号に適用されるオールパスフィルタをさらに備える請求項１０－１２のいずれか１項に記載のオーディオシステム。
【請求項14】
前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号の間のタイムアライメントを改善するように、前記第１信号及び前記第２信号の両方に適用される追加の、異なるオールパスフィルタをさらに備える請求項１０－１３のいずれか１項に記載のオーディオシステム。
【請求項15】
前記ローパスフィルタ及び前記高域周波数シェルビングフィルタのそれぞれの特性周波数は、前記１次音源及び前記１つ以上の２次音源からリスニングポジションに音が到達する間の時間遅延の２倍の逆数にほぼ等しい請求項１０－１４のいずれか１項に記載のオーディオシステム。
【請求項16】
前記高域周波数シェルビングフィルタのゲインｇが、ｇ＝２０ｌｏｇ１０（Ｎ＋１）であり、ここでＮは前記２次音源の数である請求項１０－１５のいずれか１項に記載のオーディオシステム。
【請求項17】
前記第１ラインアレイの前記音源は、壁面に取り付けるためのものである請求項１０－１６のいずれか１項に記載のオーディオシステム。
【請求項18】
前記音源の第１ラインアレイのスピーカーは、垂直又は水平に配置される請求項１０－１７のいずれか１項に記載のオーディオシステム。
【請求項19】
前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号と同様の方法において、前記オーディオシステムのための第２チャンネルから導出され、前記第１チャンネルにおける対応する信号群と同様の方法でフィルタリングされる、第３駆動信号及び第４駆動信号によって駆動される音源の第２ラインアレイをさらに備える請求項１０－１８のいずれか１項に記載のオーディオシステム。
【請求項20】
前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号と同様の方法において、前記オーディオシステムのための少なくとも１つのさらなるチャンネルから導出され、前記第１チャンネルにおける前記対応する信号群と同様の方法でフィルタリングされる、対応する第１駆動信号及び第２駆動信号によって駆動される１次音源及び１つ以上の２次音源を含む音源の少なくとも１つのラインアレイをさらに備える請求項１９に記載のオーディオシステム。
【請求項21】
前記音源の第１ラインアレイは、１次スピーカー及び１つ以上の２次スピーカーを含むスピーカーの第１ラインアレイである請求項１０－２０のいずれか１項に記載のオーディオシステム。
【請求項22】
前記スピーカーの第１ラインアレイは、前記スピーカーの第１ラインアレイのそれぞれ次のスピーカーの音響的中心の間の距離が15 cmと30 cmとの間になるように配置される請求項２１に記載のオーディオシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数のコヒーレントな音源のスペクトル応答を改善する方法に関し、その場合、複数の音源から受信点に到達する音の間の遅延は、周波数と空間との両方にわたってスペクトルの変動を生じてしまう。
【背景技術】
【0002】
カスタムインストール（ＣＩ）市場は、スピーカーメーカーにとって、その規模が拡大しており、メーカー各社は、新築住宅及び改築で自社製品が指定される数が増加しているのを経験している。これらのプロジェクトのうちの多くは、例えば、通常のリビングルームの広さの３－４倍の広さのホームシアターのような、増々大きくなる空間を伴う。空間がますます大きくなっても、リスニングエリア全体にわたり、高い音圧レベル（ＳＰＬ）の目標値を維持することが依然として望まれている。さらに、これらの高いＳＰＬの目標値への要望の一方で、高忠実度再生への要望もまた根強い。
【0003】
プロフェッショナルオーディオ及びライブサウンドの世界では、高いＳＰＬの目標値を達成するためのいくつかのよく知られたソリューションが存在する。例えば、線音源アレイの概念はよく知られており、これは、密接して配置された音源群（ドライブユニット群）を用いて線音源を近似するものであり、従来の点音源スピーカーのように、距離が２倍になるごとに－6 dBで減衰するのではなく、距離が２倍になるごとに－3 dBしか減衰しない。しかし、そのようなアレイは、ドライブユニットを線音源の音響特性に近似するように揃えるために、多数のドライブユニットと、複雑な機械設計又は計算的に高価な処理とを必要とする。さらに、現実的には、ラインアレイを使用しても、低域周波数及び中域周波数でしか線音源を近似できない。したがって広域周波数で高いＳＰＬを出力するためには、ホーンロードコンプレッションドライバー群（horn-loaded compression drivers）のような代替の音源が使用されなければならず、それは高いＳＰＬを実現できるが、ＣＩアプリケーションにおいて求められる高忠実度を実現することはできない。
【0004】
代替手段としては、単一のチャンネルとして、同じオーディオ信号が入力される複数の高忠実度スピーカーを使用することがある。図１は、ホームシアターシステム１００としての例示的なＣＩ設置を示し、ここでは左、中央、及び右のチャンネルのそれぞれについて、３つの壁埋込用スピーカーの３セットが投影スクリーン１０２の後ろ及びその両側において用いられる。３つの壁埋込用スピーカー１０４の第１セットは、投影スクリーン１０２の後ろにあり、第２セット１０６は、投影スクリーン１０２の左側にあり、第３セット１０８（スピーカー１０８ａ、１０８ｂ、及び１０８ｃで構成される）は、投影スクリーン１０２の右側にある。３つのスピーカーのそれぞれのセットには、同じ信号が入力される。所望のＳＰＬによって、それぞれのチャンネルに使用されるスピーカーの数を減らす、又は増やすことができる（スピーカーの個数が２倍になるごとに、ＳＰＬは＋6 dB増加する）。しかし、同じ信号が与えられる複数のスピーカーを使用すると、複数のコヒーレントな音源の間での、コムフィルタとしても知られる、破壊的な干渉に起因して問題が生じる。
【0005】
この問題は、３つのドライブユニットからなる2.5ウェイスピーカーにおいて知られており、ここでドライブユニットのうちの1つは最も高い周波数帯域で動作し、ドライブユニットのうちの他の２つは通常は同一だが、わずかに異なる周波数帯域にわたって動作する。２つの同一のドライブユニットのうちの１つは、最も高い周波数のドライブユニットとのクロスオーバーに至るまでの周波数帯域をカバーし、もう一方のドライブユニットは、追加の低域周波数エネルギーを供給するようローパスフィルタ処理されて、その結果、ドライブユニット間の距離がコムフィルタを生じさせる中域周波数帯域において干渉を生じさせることなく、「バッフルステップ」現象を克服できる。しかし、2.5ウェイスピーカーは、依然として、性能に問題がある。
【0006】
時間遅延、位相変化、及びビームステアリングに基づく方法は、干渉を減少又は除去できるが、それは空間におけるある与えられた１つの点に対してだけであり、他の位置では実際には干渉を増加させてしまうことがあり得る。
【0007】
したがって、全体のスペクトルバランスを維持しつつ、複数のコヒーレントな音源の間での干渉を減少させるための改善された方法の要求が存在する。
【発明の概要】
【0008】
本発明の第１局面によれば、音源の第１ラインアレイを駆動するための信号を生成する方法が提供され、前記音源の第１ラインアレイは、１次音源及び１つ以上の２次音源を備える。前記方法は、
オーディオシステムの第１チャンネルについてのオーディオ信号を受け取ること、
前記オーディオ信号から、第１信号及び第２信号を導出すること、
ローパスフィルタを前記第２信号に適用させることによって、前記１つ以上の２次音源を駆動する第２駆動信号を生成すること、及び
対応する高域周波数シェルビングフィルタを前記第１信号に適用させることによって、前記１次音源を駆動する第１駆動信号を生成すること
のステップを含む。
このようにして、複数のコヒーレントな音源の間の干渉は低減され得ながらも、全体のスペクトルバランスは維持され得る。
オーディオシステムの第１チャンネルについてのオーディオ信号を受け取ること、
前記オーディオ信号から、第１信号及び第２信号を導出すること、
ローパスフィルタを前記第２信号に適用させることによって、前記１つ以上の２次音源を駆動する第２駆動信号を生成すること、及び
対応する高域周波数シェルビングフィルタを前記第１信号に適用させることによって、前記１次音源を駆動する第１駆動信号を生成すること
のステップを含む。
このようにして、複数のコヒーレントな音源の間の干渉は低減され得ながらも、全体のスペクトルバランスは維持され得る。
【0009】
本発明の第２局面によれば、オーディオシステムの１つ以上のプロセッサ上で実行されるとき、前記システムに第１局面の方法を実行させる、コンピュータ実行可能なコードを備えたコンピュータプログラム製品を備える。このようにして、本発明の第１局面の方法は、複数のコヒーレントな音源の間の干渉を低減するようにオーディオシステムの１つ以上のプロセッサによって実現され得ながらも、全体のスペクトルバランスは維持され得る。１つ以上のプロセッサを用いて方法を実現するためには、この方法はオーディオシステムの単一のプロセッサによって実行されてもよく、又は複数のプロセッサにわたって実行されてもよい。
【0010】
本発明の第３局面によれば、オーディオシステムは、上述の方法を実行するように構成された１つ以上のデジタルシグナルプロセッサ群を備える。このようにして、オーディオシステムは、１つ以上のデジタルシグナルプロセッサのみを用いて、上述の方法を実現し得る。
【0011】
本発明の第４局面によれば、平坦化された音場を生成するオーディオシステムは、１次音源と１つ以上の２次音源とを備えた音源の第１ラインアレイを備える。前記１次音源は第１駆動信号によって駆動され、前記２次音源は第２駆動信号によって駆動される。第１信号及び第２信号は、前記オーディオシステムの第１チャンネルについて受け取られたオーディオ信号から導出される。ローパスフィルタは、前記第２信号に適用されて前記第２駆動信号を生成し、対応する高域周波数シェルビングフィルタは、第１信号に適用されて前記第１駆動信号を生成する。このようにして、複数のコヒーレントな音源の間の干渉は低減され得ながらも、全体のスペクトルバランスは維持され得る。
【0012】
好ましくは、前記方法はさらに、オールパスフィルタを前記第１信号に適用させることを含む。このようにして、前記フィルタの特性周波数の近傍でのエネルギーの損失を生じる、前記ローパスフィルタ及び前記高域周波数シェルビングフィルタの相対的な位相応答に起因する追加の干渉のために補償が行われる。
【0013】
オプションとして、前記方法はさらに、追加の、異なるオールパスフィルタを前記第１信号及び前記第２信号に適用することを含む。このようにして、前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号の間の前記タイムアライメントは改善される。
【0014】
ある実施形態では、前記ローパスフィルタ及び前記高域周波数シェルビングフィルタのそれぞれの前記特性周波数は、前記１次音源及び前記１つ以上の２次音源からリスニングポジションに音が到達する間の時間遅延の２倍の逆数にほぼ等しい。このようにして、それぞれのフィルタ群の特性周波数は、少なくとも２つの音源の間の破壊的な干渉の第１ノッチが発生する周波数にある。これにより、フィルタが複数のコヒーレントな音源の間の干渉を低減する点で最大限の効果を発揮しつつも、全体のスペクトルバランスを維持することが確実になる。
【0015】
ある実施形態では、前記高域周波数シェルビングフィルタのゲインｇが、ｇ＝２０ｌｏｇ１０（Ｎ＋１）であり、ここでＮは前記２次音源の数である。これにより、前記高域周波数シェルビングフィルタがほぼ正確な方法において適用され、複数のコヒーレントな音源の間の干渉を低減する点で最大限の効果を発揮しつつも、全体のスペクトルバランスを維持することが確実になる。
【0016】
オプションとして、前記音源の第１ラインアレイは、１次スピーカー及び１つ以上の２次スピーカーを含むスピーカーの第１ラインアレイであってもよい。
【0017】
本発明の第２局面のコンピュータプログラム製品は、既存のデジタルシグナルプロセッサの音源システムのアップデート又は改良品として、又は他には、既存のマルチチャンネル又はステレオオーディオプロセッサのアップデート又は改良品として実現され得る。これにより、既存のシステムは、既存のオーディオシステムにアップデートを与えることによりアップデートされ得る。
【0018】
好ましくは、本オーディオシステムでは、前記高域周波数シェルビングフィルタは前記１次音源と関連付けられたデジタルシグナルプロセッサによって実現され、前記ローパスフィルタは前記１つ以上の２次音源と関連付けられた少なくとも１つのデジタルシグナルプロセッサによって実現される。このように、フィルタリングは、第１駆動信号及び第２駆動信号を、１次音源及び１つ以上の２次音源に供給するために、取り除かれたレベルにおいて実行され得る。代替として、フィルタリングは、オーディオシステム内のローカルのデジタルシグナルプロセッサにおいて、又は音源自体のドライブユニット内のデジタルシグナルプロセッサにおいて、実行されてもよい。しかし、ローカルのデジタルシグナルプロセッサ及びドライブユニット内のデジタルシグナルプロセッサの場合、デジタルシグナルプロセッサは１次音源又は１つ以上の２次音源と関連付けられており、よって、対応する第１駆動信号及び第２駆動信号を生成するために、適切なフィルタが実現される。
【0019】
好ましくは、オーディオシステムは、壁埋込用オーディオシステムであってもよい。これにより、スピーカーの位置決め、及び音を反射する壁と他の表面との近接に依存して、音源の後方及び周囲に、予測不可能な方法で破壊的な干渉を引き起こし得る壁からの音の反射を最小限に抑えることができるであろう。
【0020】
オプションとして、オーディオシステムは、垂直又は水平に配置される音源の第１ラインアレイからなる音源を有していてもよい。これにより、オーディオシステムが取り付けられる場所に応じて最適なように音源が配置され得る。
【0021】
ある実施形態では、オーディオシステムは、前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号と同様の方法において、前記オーディオシステムのための第２チャンネルから導出され、前記第１チャンネルにおける対応する信号群と同様の方法でフィルタリングされる、第３駆動信号及び第４駆動信号によって駆動される音源の第２ラインアレイをさらに備える。これにより、本発明の概念は、オーディオシステムの２つに拡大され得る。
【0022】
ある実施形態では、オーディオシステムは、前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号と同様の方法において、前記オーディオシステムのための少なくとも１つのさらなるチャンネルから導出され、前記第１チャンネルにおける前記対応する信号群と同様の方法でフィルタリングされる、駆動信号によって駆動される音源の少なくとも１つのラインアレイをさらに備えてもよい。これによって、本発明の概念は、オーディオシステムの３つ以上のチャンネルに拡大され得る。
【0023】
ある実施形態では、前記音源の第１ラインアレイは、１次スピーカー及び１つ以上の２次スピーカーを含むスピーカーの第１ラインアレイである。好ましくは、オーディオシステムは、前記スピーカーの第１ラインアレイのそれぞれ次のスピーカーの音響的中心の間の距離が15 cmと30 cmとの間になるように配置される、前記スピーカーの第１ラインアレイを有してもよい。これによって、１次スピーカー及び２次スピーカーからリスニングポジションに到達する音の間の時間遅延が計算され得て、次に、最初のノッチが発生するであろう周波数が計算され得て、ローパスフィルタと高域周波数シェルビングフィルタとが設定されるべき特性周波数が正確に計算され得る。
【0024】
当業者には理解されるように、本発明は、用途に応じてさまざまな実現方法が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0025】
本発明の例は、添付の図面を参照して詳細に記載される。
【発明を実施するための形態】
【0026】
本発明は、使用されているオーディオシステムによって、いくつかの異なる方法で実現され得る。以下の記述は、図を参照しながら、いくつかの実現例について記載する。
【0027】
本発明は、近接する２つ以上の音源間の空間的折り返し歪（spatial aliasing）の影響を緩和することを目的とする。本発明は、図１で示されているようにホームシアターシステム１００内で、単一のチャンネルとして複数のスピーカーを使用するときのように、それぞれの近接する音源についての音源信号群がコヒーレントであるときに必要である。
【0028】
図１における例示的なシステムにおいて、スピーカー群は垂直に配置されているが、水平に配置されてもよい。さらに、スピーカー１０４の中央のセットは必須ではなく、システムは、スピーカーの左のセット１０６及び右のセット１０８だけからなるステレオシステムであってもよく、又は実際には、システムはモノフォニックの、スピーカー群のセットが１セットだけからなるものであってもよい。スピーカー１０８の右のセットは、スピーカー１０８ａ、１０８ｂ、及び１０８ｃで構成される。これらのうちの１つは、第１スピーカーとなり、２つは第２スピーカーとなる。さらに、この例における音源は２ウェイ壁埋込用スピーカーであるが、本発明は、任意の近接したコヒーレントな音源に適用され得る。
【0029】
本発明が克服しようとする課題を説明するために、図２で与えられたシステム２００を考える。図２は、音響的中心の間の距離がｄ１メートルである２つの音源２０２及び２０４の単純な例を示す。「Ｘ」によって印をつけられたリスニングポジション２０６は、音源のうちの一方、すなわち１次音源２０２からｄ２メートル離れており、この音源に対しては水平方向及び垂直方向の両方について軸上に配置される。ピタゴラスの定理より、他方の音源である２次音源２０４への距離ｄ３＝√（ｄ１
２＋ｄ２
２）がｄ２より大きいことは明らかである。したがって、このことにより、１次音源２０２からリスニングポジション２０６及び２次音源２０４からリスニングポジション２０６に到達する２つの音の間の時間遅延がΔｔ（ｄ３－ｄ２）／ｃ秒だけ生じる。ここでｃ＝３４３ｍ／ｓは摂氏２０度における空気中の音速である。この結果、１次音源２０２と２次音源２０４との間の破壊的な干渉により、リスニングポジション２０６において観測される周波数応答において一連のノッチ群が生じる。これはコムフィルタ効果として知られる。ノッチは、周波数ｆｎ＝（ｎ／２Δｔ）ＨＺにおいて発生し、ｎは全て、奇数の整数となる。
【0030】
このコムフィルタ効果は、単一の音源と比較した、周波数に対する音圧レベルをプロットする図３に図示される。図３に示される「くし型」のノッチ群は、２つの音源２０２及び２０４の間で発生する破壊的な干渉である。第１ノッチ３０２はｆ１において、第２ノッチ３０４はｆ３において、第３ノッチ３０６はｆ５において、等とそれぞれ発生する。
【0031】
例えば、１次音源２０２と２次音源２０４との間に５０センチメートルの距離があり、１次音源２０２の前方２メートルにリスニングポジション２０６がある場合、6.15センチメートルの伝搬路長（path length）の違いとなる。これは、リスニングポジションに到達する２つの音の間の時間遅延が１７９マイクロ秒であることに相当する。したがって図３に示されるように、リスニングポジションにおける周波数スペクトルは、ｆ１＝２．８ｋＨｚの奇数倍においてノッチが現れる。
【0032】
この例は、２個の音源２０２及び２０４だけからなるが、２より大きい任意の数の音源の場合でも原理は同じである。ただし周波数応答におけるノッチのパターンはより複雑になり、ノッチは、それぞれの２次音源に対する時間遅延に相当する周波数群と、これらの周波数の奇数倍高調波とにおいて現れる。
【0033】
１次音源及び２次音源がスピーカーであるとき、音源の音響的中心の間の距離ｄ１は、典型的には15 cmと30 cmとの間であり得る。１次音源及び２次音源が１つのスピーカー内のドライブユニットであるとき、それらの音響的中心の間の距離ｄ１は、5 cmにしかならないこともあり得る。音源の音響的中心が離れるほど、コムフィルタ効果は、より低い周波数にまで伸び、そのため高域周波数シェルビングフィルタのための入力信号のヘッドルームが失われる。しかし、音源の音響的中心の間の距離ｄ１の上限は、リスニング距離ｄ２に依存し、リスニング距離が大きくなるほど、音源群は互いにより遠くまで離れてもよい。
【0034】
コムフィルタ効果を低減させるために、本発明は、破壊的な干渉が発生する周波数群においては１次音源２０２だけが動作するように、２次音源２０４にローパスフィルタを適用する。しかし、これは、実効的には当該ローパスの上に１つの音源とローパスの下に２つの音源とを有することになるため、当該ローパスの上及び下（ｆ１の上及び下）の周波数において、ＳＰＬにおけるミスマッチにつながる。
【0035】
幸いにも、図４において示されるように、１ｋＨｚより上の音楽コンテンツにおいては、エネルギーが周波数とともに一般的に減少し、それは、Stuart, J.R. (2006) 「Active loudspeakers」，第２１回ＡＥＳ英国会議講演論文集：Audio at Homeからの異なるデータセットを示す。データセットＩＥＣ２６８－１はオーディオ製品のパワーテストのためのＩＥＣ標準ノイズスペクトルであり、データセットSivian及びAdamsは従来の研究に関連し、データセットＪＲＳは当該論文の著者によって行われたデータ分析である。したがって、４つの異なるデータセット全てにおいて、１ｋＨｚより上のエネルギーと１００Ｈｚより下のエネルギーとに一般的な減少があることから、この１ｋＨｚより上のエネルギーにおける減少が、音楽コンテンツに共通して発生することは明らかである。この高域周波数においてエネルギーが減少することによって、前述のローパスフィルタのカットオフ周波数以上では寄与する音源が１つしかないという事実を補償するための処理の潜在的なヘッドルームを提供する。この補償を実現するために、対応する高域周波数シェルビングフィルタは、１次音源２０２に適用される。
【0036】
高域周波数シェルビングフィルタのゲインは、ｇ＝２０ｌｏｇ１０（Ｎ＋１）の法則に従って２次音源の個数に依存し、ここでｇはデシベルで表されたシェルビングフィルタのゲインであり、Ｎは２次音源の個数である。図５は、Ｎ＝１及びＮ＝２の２次音源についてのローパスフィルタ及び高域周波数シェルビングフィルタの可能性のある応答を図示する。図５における実線は、Ｎ＝１の場合の高域周波数シェルビングフィルタの可能性のある応答を図示し、破線は、Ｎ＝２の場合の高域周波数シェルビングフィルタの可能性のある応答を図示し、点線は、ローパスフィルタの可能性のある応答を図示する。
【0037】
図６は、典型的には、ローパスフィルタ６０４及び高域周波数シェルビングフィルタ６０２の両方は、特有の特性遷移周波数（characteristic transition frequency）を有することになり、それらは互いに近接していてもよいが、ｆ１と必ずしも同一でなくてもよく、第１ノッチの周波数であるｆ１の狭い周波数帯域幅の中にあるか、又はその近傍の範囲内にあるであろう。ローパスフィルタ（群）及び高域周波数シェルビングフィルタの両方の特性周波数群（characteristic frequencies）は、前に計算されたｆ１６０８によって予測され得る。図６において示されるように、典型的には、高域周波数シェルビングフィルタ６０６の特性周波数ｆＣ１は、ｆ１６０８の周波数よりわずかに下に位置し、ローパスフィルタ（群）６１０の特性周波数ｆＣ２は、ｆ１６０８の周波数よりわずかに上に位置するであろう。しかし、正確な周波数は、特定のシステム及び実現例に基づいて、当業者によって調整される必要があるであろう。
【0038】
図４において示されるように、音楽における周波数のピークレベルは、１ｋＨｚを超えると急速に落ち、高域周波数シェルビングフィルタを適用するためのヘッドルームを提供するが、それは、ほとんどの現実の世界のシステムでは１ｋＨｚより下では破壊的な干渉が現れることは少ないからである。そうは言っても、典型的ではない信号（群）の場合、音源への破損を防ぐために、システムが適切な保護を提供するよう、十分な注意が払われなければならない。
【0039】
したがって、本発明は、全体のスペクトルのバランスを維持しながら、複数のコヒーレントな音源の間の干渉を低減するために、このヘッドルームを利用する方法に関する。
【0040】
図７は、３つの音源のための、つまり１つの１次音源７１０並びに２つの２次音源７１２及び７１４のためのそのような実施形態を図示する。図７は、オーディオシステムのチャンネルのためのオーディオ信号７０２が７０４で分割され、１次音源７１０の駆動信号、並びに２つの２次音源７１２及び７１４の駆動信号になることを示す。高域周波数シェルビングフィルタ７０６は、１次音源７１０の駆動信号に適用され、ローパスフィルタ７０８は、２次音源７１２及び７１４の駆動信号に適用される。
【0041】
図８に示されている更なる実施形態は、オールパスフィルタ８１６を１次音源８１０に導入する。図８は、オーディオシステムのチャンネルのためのオーディオ信号８０２が８０４で分割され、１次音源８１０の駆動信号、並びに２つの２次音源８１２及び８１４の駆動信号になることを示す。高域周波数シェルビングフィルタ８０６及びオールパスフィルタ８１６は、１次音源８１０の駆動信号に適用され、ローパスフィルタ８０８は、２次音源８１２及び８１４の駆動信号に適用される。１次音源８１０に新たに導入されたオールパスフィルタ８１６は、２次音源８１２及び８１４に対するローパスフィルタ８０８の位相シフトを補償するためである。例えば、２次ローパスフィルタ８０８は、フィルタの中心周波数について１８０度の位相シフトをもたらす。したがって、１次オールパスフィルタ８１６は、相補的な１８０度の位相シフトを適用するために、１次音源８１０に適用され得る。よって、オールパスフィルタ８１６の中心周波数は、ローパスフィルタ８０８のために使用される中心周波数と近似しているべきである。
【0042】
図９に示されているように、第３の好ましい実施形態は、追加のオールパスフィルタ９１８及び９２０を、１次音源９１０並びに２次音源９１２及び９１４の両方に導入する。図９は、オーディオシステムのチャンネルのためのオーディオ信号９０２が９０４で分割され、１次音源９１０の駆動信号、並びに２つの２次音源９１２及び９１４の駆動信号になることを示す。高域周波数シェルビングフィルタ９０６、オールパスフィルタ９１６、及び追加のオールパスフィルタ９１８は、１次音源９１０の駆動信号に適用され、ローパスフィルタ９０８及びオールパスフィルタ９２０は、２次音源９１２及び９１４の駆動信号に適用される。新たに導入されたオールパスフィルタ９１８及び９２０は、１次駆動信号及び２次駆動信号の間のタイムアライメントを改善するために使用され得て、その結果、コムフィルタの周波数キャンセル効果を低減する。例えば、位相関係を反転させることによって、第1ノッチの周波数におけるキャンセルを低減するために、２次音源に対するオールパスフィルタは、第１ノッチの周波数（ｆ１）より下に適用されてもよく、１次音源に対するオールパスフィルタは、第１ノッチの周波数（ｆ１）より上に適用されてもよい。
【0043】
図１０は、本発明によって提案されたフィルタを用いない場合、及び上で提案されたフィルタの異なる組み合わせを用いる場合のリスニングポジションにおけるシミュレートされた周波数応答を示す。点線１００２は、フィルタが適用されないときの周波数応答を示す。一点鎖線１００４は、ローパスフィルタ及び高域周波数シェルビングフィルタだけが適用されるとき（図７で示される）の周波数応答を示す。破線１００６は、１次音源に対してオールパスフィルタが、ローパスフィルタ及び高域周波数シェルビングフィルタに加えて適用されるとき（図８で示される）の周波数応答を示す。実線１００８は、追加のオールパスフィルタが、適用される全ての他のフィルタに加えて１次音源及び２次音源の両方に追加されるとき（図９で示される）の周波数応答を示す。提案された全てのフィルタの組み合わせが、スペクトルの変動を大きく低減することが理解されよう。しかし、さらにオールパスフィルタが適用されるとき、スペクトルの変動は、フィルタの他の組み合わせに比べてさらに低減されていることが理解されよう。
【0044】
加えて、図１１Ａ及び図１１Ｂに示されるように、提案されている発明は、リスニングポジションにおける周波数応答を改善するだけではなく、スペクトルの変動を当該場所にわたって低減する。図１１Ａは、フィルタが適用されていないときの、当該場所にわたった音圧レベルにおける変動を示す。図１１Ｂは、図９に示されているように、全てのフィルタが適用されるときの、音圧レベルの当該場所にわたる変動を示す。図１１Ａ及び図１１Ｂ両方の水平軸１１０２は、音源アレイの平面におけるリスニングポジションの軸から外れている距離を表す。垂直軸１１０４は、リスニングポジションのアレイからの距離を表す。プロット内の等高線は、当該位置におけるＳＰＬをデシベルによって表し、それぞれの線は、３デシベル（ｄＢ）のＳＰＬの減少を表す。６ｄＢの倍数の減少を表すいくつかの等高線は、その旨、ラベルが付されている。
【0045】
図１１Ａから分かるように、フィルタが適用されないときは、等高線の変化に示されるように、著しい破壊的な干渉があり、高ＳＰＬの領域は１１１０とラベルが付されている。逆に、図１１Ｂでは、図９で示されるようにフィルタリングが適用されるときは、等高線の変化がなく、ＳＰＬは均一に低下していく。
【0046】
好ましい実施形態では、ローパスフィルタ、高域周波数シェルビングフィルタ、及びオールパスフィルタは、２ポール２ゼロのデジタルバイカッドフィルタであり、その設計は当業者には知られている。そのようなフィルタ群が好ましいのは、これらのフィルタ群の実現例が、簡単で、計算効率が良く、多くの既存の信号処理システムにおいてサポートされているという事実による。しかし、フィルタのより複雑な設計は使用され得て、フィルタ群は、アナログ又はデジタルのいずれの領域でも、またソフトウェア又はハードウェアのいずれによっても実現され得る。
【0047】
ある実施形態では、フィルタは、既存のシステムのアップデート又は改良品として、又は新しいシステムの設計の一部として実現され得る。さらに、ある実施形態では、フィルタは、例えば図１に示されるそれぞれのスピーカーの中のような、システムの内部で実現されるかもしれないが、他の実施形態では、フィルタはプリプロセッサデバイスにおいて外部で適用されるであろう。
【0048】
奇数個の音源が、放射音場における対称性を維持するためには好ましい。さらに、フィルタの実効性を最大化し、シェルビングフィルタの必要なゲインを抑えるためには、好ましい音源の数は３である。しかし、本発明は、１より大きい任意の数の近接した音源群に適用されてもよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【国際調査報告】