JP5813082B2 - モノラル信号を立体音響化するための装置及び方法 - Google Patents

Description

本出願は、２００９年５月１２日に出願された国際特許出願ＰＣＴ/ＥＰ２００９/００３３９（ＷＯ２００９/１３８２０５を国内移行したものの分割出願であり、かつ、国際出願された内容が記載され、２００８年５月１３日の欧州特許出願ＥＰ０８００８８３２からの優先権を主張するものである。
本発明は、オーディオ信号（特に音声変換器信号）およびこの取得、伝送、変換および再生のための装置または方法に関する。

一般に、人が耳で分類できる空間情報を表現するか、または連想させるようなシステムが試みられている。これは、人工的な第１反射または人工的な拡散音を付け加えることによる、２つまたはそれ以上の異なる性質をもつ最終信号を再生することによって達成されるか、または人の頭部における音響的な状態をＨＲＴＦを用いてシミュレートすることによって達成される。これらの解決の糸口は、特に、モノラルオーディオ信号を、実際の広がりまたは仮想の広がりを耳に伝える信号に移行するために利用される。このような方法を、「擬似立体音響」と呼ぶ。

擬似立体音響信号は、従来のステレオ信号に比べて通常十分とは言えない。特に周波数スペクトルの位相を変えて最終信号へ分配する方法などにおいて、心理音響学的理由から、音源の局在化が制限される。同じ理由から、伝達時間差を使用しても通常矛盾した局在化が生じる。同じく心理音響学的理由から、人工的な残響は聴取者に疲労現象を生じさせる。音源を立体的に表現する場合の、このような矛盾を取り除く一連の提案が特にＧｅｒｚｏｎ（下記参照）によってなされている。従来のステレオ信号を表現できるような元の空間的状態は、総合的な適用においても通常再現されない。

強度立体音響法のシミュレーションに基づく擬似立体音響は、特に八の字指向性に基づくモノラルオーディオ信号を立体音響化できないという問題を有する。これは、横方向から入る音を再現できないことに因るものである。

特許文献１は、遅延時間は異なるが一様に増幅された基本信号を考慮し、この基本信号に重畳する信号を、ＨＲＴＦを用いて、９０°、１２０°、２４０°および２７０°の一定の方位角で観察している。この場合、レベル補正および伝達時間補正は、元の録音位置には関係しない。

特許文献２は、立体音響化されるモノラル信号の、周波数に関係させて決められた位相のずれを提案しており、この信号は、同じく録音位置に関係せずに、異なる増幅で左のチャンネルでも右のチャンネルでも元のモノラルオーディオ信号に重畳される。

すでに述べた特許文献３は、Ｏｒｂａｎにより提案された（モノラルオーディオ信号から、録音位置に関係せずに周波数に関係して位相がずれる加算信号および差分信号を取得する）方法を改善するもので、この改善は、加算信号および差分信号の構成がわずかに変化した場合の、同じく周波数に関係させた位相のずれまたは、録音位置に関係しない増幅に基づくものである。
特許文献４は、角度ファイに関係する伝達時間差とレベル差とを用いて手動または測定技術により算出された、主軸と音源とが囲む角度ファイの体系的な観察を提案している。もっとも、角度ファイがゼロに等しい場合には、立体音響を矛盾なく再現することは不可能である。

米国特許公開第５１７３９４４号明細書 米国特許公開第６６３６６０８号明細書 米国特許公開第５６７１２８７号明細書 欧州特許出願第０６００８４５５．５号明細書

以下に説明された発明は、モノラルで表現された音源を、録音位置を考慮し、明らかに改善して立体音響的に再現するものである。さらに、これまで強度立体音響によるシミュレーションに対して問題であった前述の八の字指向性に対して、信頼出来る立体音響化方法が提供される。さらに、主軸と音源とが囲む角度ファイがゼロに等しい場合にも、立体音響を矛盾なく再現できるようにする。

本発明の対象は、以下のように表される。

角度ファイに関係する伝達時間差とレベル差とを使用した、主軸と音源とが囲む角度ファイの体系的な観察の（特許文献４で提案された）技術的解決はＭＳマトリクス化を含み、この場合、入力信号ＭおよびＳ、並びに生じた信号ＬおよびＲに関して以下の関係となる。

典型的なＳ信号は、これはＭＳ技術に特有であるが、八の字指向性を有しており、この場合、これはＭ信号に対して９０°左へ移動している。Ｓ信号のレベルがＭ信号に対して上昇すると、（ＭシステムまたはＳシステムの重なった指向図形の交点から生じ、Ｓシステムの八の字指向性のように、Ｍ信号の主軸に対して常に対称な）所謂開口角２αは益々小さくなる。

第１ステップでは、モノラル信号の主軸と音源とが囲む角度ファイを考慮する配置または方法においても、仮想の開口角２αがパラメータで表される。算出されシミュレートされた側信号は、角度ファイにも仮想の半開口角αにも関係している。

第２ステップでは、増幅率は、側信号を合計することで生じる信号にのみ適用される。

第３ステップでは、Ｍ信号の指向特性を表す角度依存の指向間隔ｆがパラメータで表される。このことから、任意の指向特性のモノラル信号は、仮想の開口角２αを考慮して立体音響化することができる。

発明の開示
一つの実施形態は、仮想の開口角α＋βをパラメータ表示することにある。ここでアルファは、（立体音響化されるモノラルオーディオ信号の主軸の左側にある）仮想の左開口角を表し、ベータは、（立体音響化されるモノラルオーディオ信号の主軸の右側にある）仮想の右開口角を表し、この場合、α≠βとなり得る。則ち、立体音響化されるモノラルオーディオ信号の主軸に対して非対称な、考えられる仮想の開口角はα＋βの、典型的なＭＳマトリクス化では起こらない場合が考察される。

シミュレートされた側信号に対して三角法により算出されたレベル差および伝達時間差は、ファイおよびｆ以外に、仮想の左開口角アルファまたは仮想の右開口角ベータにも関係し、この場合、音源が主軸の左側に配置される場合には関係式φ≦αとなるはずであり、音源が主軸の右側に配置される場合には関係式φ≦βとなるはずである。アルファおよびベータに関しては、いずれにしてもゼロまたはゼロ近傍は除外される。これは、アルファまたはベータのパラメータ化で計算されたレベル差または伝達時間差が無限大に向け収束するので、技術的に実現不可能なためである。

したがって、アルファおよびベータを適切に選択することによって、モノラルオーディオ信号を立体音響的に再現できるようになり、これは、仮想の開口角α＋βのパラメータ化を無視する方法より有利な条件を提供する。特に、ファイがゼロに等しい場合の立体音響による矛盾のない解決も可能となる。アルファおよびベータは、上述の条件下で自由に選択されるか、または適切なアルゴリズムによって相応に確定される。

角度ファイ、Ｍ信号の指向特性を表す角度依存の指向間隔ｆおよび角度アルファおよびベータに関して、以下の（ファイ、ｆ並びにアルファおよびベータを制限なく選択できるようにするために、シミュレートされた側信号Ｓを生じる信号Ｓ（アルファ）およびＳ（ベータ）に適用される）遅延時間Ｌ（アルファ）、Ｌ（ベータ）または増幅率Ｐ（アルファ）、Ｐ（ベータ）が三角法により判明する。

Ｌ（アルファ）またはＬ（ベータ）の判別式が、Ｐ（アルファ）またはＰ（ベータ）を算出するために直接使用できるという指摘は、本実施形態の対象を利用する装置または方法に対する簡略化を表すものである。回路図またはアルゴリズムは、このことで明らかに簡略化され、これは、効率が最高の場合の、対応するハードウエアの小型化を意味する。

八の字指向性を有するモノラルオーディオ信号の立体音響化の前述の問題に関しては、特に、Ｍ信号の八の字指向性を表す、指向角ψに依存する指向間隔ｆ（ψ）＝ｃｏｓψに基づく以下の解決法が導かれる。

本実施形態の対象に関して、生じるＭＳ信号を、続いて式（１）および（２）によって立体置換しなければならないことは依然として特有である。その結果、典型的なステレオ信号が生じる。

背景技術を表す装置および方法論を含めて、その他の点では本実施形態の対象を用いて、３以上のラウドスピーカを介して立体音響情報を供給する信号が得られる（背景技術に属するサラウンドシステムなど）。

本発明の実施形態および適用例を、例示として以下の図に基づいて説明する。

一つの実施形態の機能原理を示す。 一つの実施形態にしたがって、モノラルオーディオ信号を、立体音響化され得るＭＳ信号へ移行する回路を示す。 図２に示した回路の内部信号を表す。 カーディオイド指向特性を有するＭシステムと八の字指向性を有するＳシステムとから構成された、１３５°に等しい半開口角アルファに関する典型的なＭＳ配置を示す。 全指向特性を有するＭシステムと八の字指向性を有するＳシステムとから構成された、９０°に等しい半開口角アルファに関する典型的なＭＳ配置を示す。 カーディオイド指向特性を有するＭシステムと八の字指向性を有するＳシステムとから構成された、５３°に等しい半開口角アルファに関する典型的なＭＳ配置を示す。 八の字指向性を有するＭシステムと八の字指向性を有するＳシステムとから構成された、４５°に等しい半開口角アルファに関する典型的なＭＳ配置を示す。 八の字指向性を有するＭシステムと八の字指向性を有するＳシステムとから構成された、３３．５°に等しい半開口角アルファに関する典型的なＭＳ配置を示す。 仮想の半開口角アルファが共に考慮される、図１の機能原理の拡大を示す。 仮想の半開口角アルファを考慮して、モノラルオーディオ信号を、立体音響化され得るＭＳ信号へ移行する回路を示す。 典型的なＭＳ配置で、９０°左へ回転した、Ｓ信号のための八の字指向性を有する、主軸に対称なシステムの使用に基づいて現れることができない左の仮想開口角アルファと右の仮想開口角ベータとが共に考慮される、全指向特性を有する信号に関する本実施形態の機能原理を例示として示す。 カーディオイド指向特性を有する信号に関する一つの実施形態の機能原理を例示として示す。 ハイパーカーディオイド指向特性を有する信号に関する一つの実施形態の機能原理を例示として示す。 八の字指向性を有する信号に関する一つの実施形態の機能原理を例示として示す。 録音角度ファイ、左の仮想開口角アルファ、右の仮想開口角ベータおよびＭ信号の指向特性を表す角度依存の指向間隔ｆを考慮して、モノラルオーディオ信号を、立体音響化され得るＭＳ信号へ移行する、一つの実施形態の対象による回路を示す。 録音角度ファイ、左の仮想開口角アルファおよびＭ信号の指向特性を表す角度依存の指向間隔ｆに関して、式

がゼロまたはゼロ近傍の要素ではない、図１５の回路に対する変形を示す。
録音角度ファイ、右の仮想開口角ベータおよびＭ信号の指向特性を表す角度依存の指向間隔ｆに関して、式

がゼロまたはゼロ近傍の要素ではない、図１５の回路に対する更なる変形を示す。
図１９のパラメータｔ_ｉ、Ｐ_ｉ（ｔ_ｉ）を示す。 録音角度ファイ、左の仮想開口角アルファ、右の仮想開口角ベータおよびＭ信号の指向特性を表す角度依存の指向間隔ｆを考慮して、十分に短い間隔［ｔ_ｉ，ｔ_ｉ＋１］で、モノラルオーディオ信号を、立体音響化され得るＭＳ信号へ移行する、一つの実施形態の対象の方法のフローチャートを示す。 録音角度ファイ、左の仮想開口角アルファ、右の仮想開口角ベータおよびＭ信号の指向特性を表す角度依存の指向間隔ｆを考慮して、十分に短い間隔［ｔ_ｉ，ｔ_ｉ＋１］で、モノラルオーディオ信号を、立体音響化され得るＭＳ信号へ移行する、一つの実施形態の対象の方法のフローチャートを示す。

図１は、全指向特性を有するモノラル信号を立体音響化するための装置または方法の機能原理に関する一つの実施形態を略図で示す。音源１０１は、全指向特性を有するマイクロホンの位置１０２で録音され、この場合、主軸１０３と音源の方位軸１０４との間は角度ファイ（１０５）となる。１０８および１０９は、合算することでシミュレートされた側信号を生じる２つのシミュレートされた信号のそれぞれの幾何学的位置を示している。シミュレートされた左の信号の、主信号に対する伝達時間差は１１０で表され、シミュレートされた信号のレベルは、１０１と１１２との距離の二乗を掛けて、主信号のレベルから算出される（距離の二乗を用いて引き出された音強度を考慮したレベル補正）。シミュレートされた右の信号の、主信号に対する伝達時間差は１１１で表され、シミュレートされた信号のレベルは、１０１と１１３との距離の二乗を掛けて、主信号のレベルから算出される。

入力信号がシミュレートされた左の信号に直接関係する（帰属する）レベルの再重み付けをする場合には、モノラル入力信号を、立体音響化され得るＭＳ信号へ移行する回路に関して、図２の回路図で表される。三角法で算出すると、伝達時間差Ｌ_ＡおよびＬ_Ｂ並びに増幅率Ｐ_ＡおよびＰ_Ｍに対して次のようになる。

図３は、内部処理された信号の性質を示す。これに関して、２つのシミュレートされた信号３１７（遅延時間３１０を有する）および３１８（遅延時間３１１を有する）が主信号３１６に対向している（ここで、３１４は時間軸を、３１５はレベル軸を表す）。最大レベル点３０２は、式（１５）にしたがって最大レベル点３１２から算出され、最大レベル点３１３は、式（１６）にしたがって算出される。

擬似立体音響オーディオ信号を取得するための角度依存で操作される装置または方法を導くために、まず第１に、Ｍシステムの異なる半開口角２αおよび異なる指向特性に対する典型的なＭＳマトリクス化が考察される。左へ９０°回転したＳシステムの、Ｍシステムの主軸への対称性に基づいて、同じく主軸に対称に配置された開口角２αは、全ての方法に特有であり、この開口角は、ＭシステムまたはＳシステムの重なった指向図形の交点から計算される。

したがって、図４などは、カーディオイド指向特性を有するＭシステムおよび八の字指向性を有するＳシステムから構成された、１３５°に等しい半開口角アルファ（４０６）に関する典型的なＭＳ配置を示す。図５は、全指向特性を有するＭシステムおよび八の字指向性を有するＳシステムから構成された、９０°に等しい半開口角アルファ（５０６）に関する典型的なＭＳ配置を示す。図６は、カーディオイド指向特性を有するＭシステムおよび八の字指向性を有するＳシステムから構成された、５３°に等しい半開口角アルファ（６０６）に関する典型的なＭＳ配置を示す。図７は、八の字指向性を有するＭシステムおよび八の字指向性を有するＳシステムから構成された、４５°に等しい半開口角アルファ（７０６）に関する典型的なＭＳ配置を示す。図８は、同じく八の字指向性を有するＭシステムおよび八の字指向性を有するＳシステムから構成された、３３．５°に等しい半開口角アルファ（８０６）に関する典型的なＭＳ配置を示す。

図１から導かれる機能原理の拡大は、図９に示されるように、仮想の半開口角アルファを更に考慮したものである。この場合、音源９０１は、全指向特性を有するモノラルマイクロホン９０２により録音され、主軸９０３と音源の方位軸９０４との間は角度ファイ（９０５）となる。仮想の半開口角アルファ（９０６）が新たに考慮される。このことと、主信号の指向特性とから、シミュレートされた左の信号Ｓ_Ａの幾何学的位置９０８およびシミュレートされた右の信号Ｓ_Ｂの幾何学的位置９０９が直接導かれ、これらを合わせるとシミュレートされた側信号が生じる。シミュレートされた左の信号の、主信号に対する伝達時間差は９１０で表され、シミュレートされた信号のレベルは、９０１と９１２との距離の二乗を掛けて、主信号のレベルから算出される（距離の二乗を用いて引き出された音強度を考慮したレベル補正）。シミュレートされた右の信号の、主信号に対する伝達時間差は９１１で表され、シミュレートされた信号のレベルは、９０１と９１３との距離の二乗を掛けて、主信号のレベルから算出される。

図１０は、仮想の半開口角アルファを考慮してモノラル入力信号を、立体音響化され得るＭＳ信号へ移行する図２の回路に対して修正を少し加えた、付属する回路を提供する。伝達時間差Ｌ_ＡおよびＬ_Ｂまたは増幅率Ｐ_ＡおよびＰ_Ｂに対して以下の関係となる。

全指向特性を有する主信号への適用

図１１は、全指向特性を有するモノラルオーディオ信号に関する、第１例を示す。ここでは、仮想の開口角α＋βがパラメータ表示され、この場合、アルファは（立体音響化されるモノラルオーディオ信号の主軸の左側にある）仮想の左開口角１１０６を表し、ベータは（立体音響化されるモノラルオーディオ信号の主軸の右側にある）仮想の右開口角１１０７を表し、則ち、典型的なＭＳ配置では八の字指向性を有する、左へ９０°回転した、主軸に対称なＳシステムを使用するために現れない角度である。

したがって、場合によっては非対称の仮想の開口角α＋βの、立体音響化されるモノラルオーディオ信号の主軸への観察に結びつく。

詳しく観察すると、この配置は、全指向特性を有するマイクロホン１１０２により録音される音源１１０１から構成され、この場合、マイクロホン主軸１１０３と音源の方位軸１１０４との間は角度ファイ（１１０５）となる。さらに、仮想の左開口角アルファ（１１０６）並びに仮想の右開口角ベータ（１１０７）がパラメータ表示され、この場合、音源が主軸の左側に配置される場合には関係式φ≦αとなるはずであり、音源が主軸の右側に配置される場合には関係式φ≦βとなるはずである。アルファおよびベータに関しては、いずれにしてもゼロまたはゼロ近傍は除外される（アルファまたはベータのパラメータ化で三角法により計算されたレベル差または伝達時間差が無限大に向け収束するので技術的に実現不可能なため）。

アルファは、主信号の指向特性と共に、シミュレートされた左の信号Ｓ（アルファ）の幾何学的位置１１０８をここで正確に決め、ベータは、主信号の指向特性と共に、シミュレートされた右の信号Ｓ（ベータ）の幾何学的位置１１０９を正確に決め、これらを合わせるとシミュレートされた側信号が生じる。シミュレートされた左の信号の、主信号に対する伝達時間差Ｌ（アルファ）は１１１０で表され、シミュレートされた信号のレベルＰ（アルファ）は、１１０１と１１１２との距離の二乗を掛けて、主信号のレベルから算出される（距離の二乗を用いて引き出された音強度を考慮したレベル補正）。シミュレートされた右の信号の、主信号に対する伝達時間差Ｌ（ベータ）は１１１１で表され、シミュレートされた信号のレベルＰ（ベータ）は、１１０１と１１１３との距離の二乗を掛けて、主信号のレベルから算出される。

したがって、以下の（ファイ、アルファおよびベータを制限無く選択できるようにするために、シミュレートされた側信号Ｓを生じる信号Ｓ（アルファ）およびＳ（ベータ）に適用される）遅延時間Ｌ（アルファ）、Ｌ（ベータ）または増幅率Ｐ（アルファ）、Ｐ（ベータ）が三角法により判明する。

カーディオイド指向特性を有する主信号への適用（図１２）

ここで観察された配置は、カーディオイド指向特性を有するモノラルマイクロホン１２０２により録音される音源１２０１から構成され、この場合、マイクロホン主軸１２０３と音源の方位軸１２０４との間は角度ファイ（１２０５）となる。さらに、仮想の左開口角アルファ（１２０６）並びに仮想の右開口角ベータ（１２０７）がパラメータ表示され、この場合、ここでも音源が主軸の左側に配置される場合には関係式φ≦αとなるはずであり、音源が主軸の右側に配置される場合には関係式φ≦βとなるはずである。さらに、ここでもアルファおよびベータに関しては、いずれにしてもゼロまたはゼロ近傍は除外される（アルファまたはベータのパラメータ化で三角法により計算されたレベル差または伝達時間差が無限大に向け収束するので技術的に実現不可能なため）。

アルファは、ここでも主信号の指向特性と共に、シミュレートされた左の信号Ｓ（アルファ）の幾何学的位置１２０８を正確に決め、ベータは、同じくここで観察された指向特性と共に、シミュレートされた右の信号Ｓ（ベータ）の幾何学的位置１２０９を正確に決め、これらを合わせるとシミュレートされた側信号が生じる。シミュレートされた左の信号の、主信号に対する伝達時間差Ｌ（アルファ）は１２１０で表され、シミュレートされた信号のレベルＰ（アルファ）は、１２０１と１２１２との距離の二乗を掛けて、主信号のレベルから算出される（距離の二乗を用いて引き出された音強度を考慮したレベル補正）。シミュレートされた右の信号の、主信号に対する伝達時間差Ｌ（ベータ）は１２１１で表され、シミュレートされた信号のレベルＰ（ベータ）は、１２０１と１２１３との距離の二乗を掛けて、主信号のレベルから算出される。

ここでも以下の（ファイ、アルファおよびベータを指向特性に関して制限無く選択できるようにするために、シミュレートされた側信号Ｓを生じる信号Ｓ（アルファ）およびＳ（ベータ）に適用される）遅延時間Ｌ（アルファ）、Ｌ（ベータ）または増幅率Ｐ（アルファ）、Ｐ（ベータ）が、Ｍ信号のカーディオイド指向特性を表す、指向角度ψに依存する指向間隔

を考慮して、三角法により判明する。

ハイパーカーディオイド特性を有する信号への適用（図１３）

この配置は、ハイパーカーディオイド指向特性を有するモノラルマイクロホン１３０２により録音される音源１３０１から構成され、この場合、マイクロホン主軸１３０３と音源の方位軸１３０４との間は角度ファイ（１３０５）となる。さらに、新たに仮想の左開口角アルファ（１３０６）並びに仮想の右開口角ベータ（１３０７）がパラメータ表示され、この場合、ここでも音源が主軸の左側に配置される場合には関係式φ≦αとなるはずであり、音源が主軸の右側に配置される場合には関係式φ≦βとなるはずである。ここでもアルファおよびベータに関しては、いずれにしてもゼロまたはゼロ近傍は除外される（アルファまたはベータのパラメータ化で三角法により計算されたレベル差または伝達時間差が無限大に向け収束するので技術的に実現不可能なため）。

アルファは、ここでも主信号のハイパーカーディオイド特性と共に、シミュレートされた左の信号Ｓ（アルファ）の幾何学的位置１３０８を正確に決め、ベータは、ハイパーカーディオイド指向特性と共に、シミュレートされた右の信号Ｓ（ベータ）の幾何学的位置１３０９を正確に決め、これらを合わせるとシミュレートされた側信号が生じる。シミュレートされた左の信号の、主信号に対する伝達時間差Ｌ（アルファ）は１３１０で表され、シミュレートされた信号のレベルＰ（アルファ）は、１３０１と１３１２との距離の二乗を掛けて、主信号のレベルから算出される（距離の二乗を用いて引き出された音強度を考慮したレベル補正）。シミュレートされた右の信号の、主信号に対する伝達時間差Ｌ（ベータ）は１３１１で表され、シミュレートされた信号のレベルＰ（ベータ）は、１３０１と１３１３との距離の二乗を掛けて、主信号のレベルから算出される。

遅延時間Ｌ（アルファ）、Ｌ（ベータ）または増幅率Ｐ（アルファ）、Ｐ（ベータ）は、Ｍ信号のハイパーカーディオイド指向特性を表す、指向角度ψに依存する指向間隔

（但し、ｎは値１．５と仮定）を考慮して、三角法により算出される（ここで、ファイ、アルファおよびベータを指向特性に関して制限無く選択できるようにするために、増幅率は、シミュレートされた側信号Ｓを生じる信号Ｓ（アルファ）およびＳ（ベータ）に適用される）。

カーディオイド特性の更なる特殊形を有する信号への適用

立体音響化される入力信号がカーディオイド特性の特殊形を有する場合に、対応する伝達時間差Ｌ（アルファ）およびＬ（ベータ）または増幅率Ｐ（アルファ）およびＰ（ベータ）は、式（２９）〜（３２）から容易に算出される。この場合、ｎは０≦ｎ≦２となる。

ｎを値１と仮定すると、典型的なカーディオイド指向特性を有する入力信号に関する増幅率または伝達時間差が生じ、値０に対しては、全指向特性を有する入力信号に関するものが生じ、値２に対しては、典型的な八の字指向性を有する入力信号に関するものが生じる。ｎを値１．２５と仮定すると、ハイパーカーディオイド特性を有する入力信号に関する伝達時間差または増幅率が生じる。

式（２８ａ）を指向間隔ｆに適用すると、組立式（２９）〜（３２）が導かれ、したがって、これは特に有利であると実証される。Ｍ信号に関して考えられるほぼ全ての指向特性を極座標ではっきり表すために、さらにパラメータｎが確定される（周波数が急に増加した場合に、それ（２８ａ）を表そうとしたものとは異なる極座標を有する棍棒型特性を除く）。

八の字指向性を有する信号への適用

図１４は、八の字指向性を有する入力信号に関する適用事例を表しており、これは、すでに先に幾度も議論されたが、再度詳しく示す。この配置は、八の字指向性を有するモノラルマイクロホン１４０２により録音される音源１４０１から構成され、その場合に、マイクロホン主軸１４０３と音源の方位軸１４０４との間は角度ファイ（１４０５）となる。さらに、仮想の左開口角アルファ（１４０６）並びに仮想の右開口角ベータ（１４０７）がパラメータ表示され、この場合、音源が主軸の左側に配置される場合には関係式φ≦αとなるはずであり、音源が主軸の右側に配置される場合には関係式φ≦βとなるはずである。さらに、同じくアルファおよびベータに関しては、いずれにしてもゼロまたはゼロ近傍は除外される（アルファまたはベータのパラメータ化で三角法により計算されたレベル差または伝達時間差が同じく無限大に向け収束するので技術的に実現不可能なため）。

アルファは、主信号の八の字指向性と共に、シミュレートされた左の信号Ｓ（アルファ）の幾何学的位置１４０８を正確に決め、ベータは、八の字指向性と共に、シミュレートされた右の信号Ｓ（ベータ）の幾何学的位置１４０９を正確に決め、これらを合わせるとシミュレートされた側信号が生じる。シミュレートされた左の信号の、主信号に対する伝達時間差Ｌ（アルファ）は１４１０で表され、シミュレートされた信号のレベルＰ（アルファ）は、１４０１と１４１２との距離の二乗を掛けて、主信号のレベルから算出される（距離の二乗を用いて引き出された音強度を考慮したレベル補正）。シミュレートされた右の信号の、主信号に対する伝達時間差Ｌ（ベータ）は１４１１で表され、シミュレートされた信号のレベルＰ（ベータ）は、１４０１と１４１３との距離の二乗を掛けて、主信号のレベルから算出される。遅延時間Ｌ（アルファ）、Ｌ（ベータ）または増幅率Ｐ（アルファ）、Ｐ（ベータ）に関する付属の組立式は、ｎが２に等しい場合には、方程式（７）〜（１０）または方程式（２９）〜（３２）から判明する（ここで、ファイ、アルファおよびベータを指向特性に関して制限なく選択できるようにするために、増幅率は、シミュレートされた側信号Ｓを生じる信号Ｓ（アルファ）およびＳ（ベータ）に適用される）。

モノラル信号を立体音響化するための回路への適用

図１５は、入力信号の指向特性を一般化する回路を示し、この回路は、録音角度ファイ、左の仮想開口角アルファ、右の仮想開口角ベータおよびＭ信号の指向特性を表す角度依存の指向間隔ｆを考慮して、モノラルオーディオ信号を、立体音響化され得るＭＳ信号へ移行する。伝達時間差Ｌ（アルファ）およびＬ（ベータ）または増幅率Ｐ（アルファ）およびＰ（ベータ）に関して、ここでは式（３）〜（６）が代入される。この場合、入力信号は直接Ｍ信号として使用される。Ｓ信号は、遅延時間Ｌ（アルファ）だけ遅延され、続いて増幅率Ｐ（アルファ）だけ増幅される入力信号と、遅延時間Ｌ（ベータ）だけ遅延され、続いて増幅率Ｐ（ベータ）だけ増幅される更なる信号とから加算される。繰り返しになるが、ψ＞０の場合は関係式ψ≦αとなるはずであり、ψ＜０の場合は関係式｜ψ｜≦βとなるはずである。同じくアルファおよびベータに関しては、いずれにしてもゼロまたはゼロ近傍は除外される（アルファまたはベータのパラメータ化で三角法により計算されたレベル差または伝達時間差が無限大に向け収束するので技術的に実現不可能なため）。

軽い制限のもとで等価値信号を供給する回路の誘導

増幅率を再重み付けする場合に、図１６の形の、軽く制限された動作回路が図１５から誘導される。この場合、この制限は、録音角度ファイ、左の仮想開口角アルファおよびＭ信号の指向特性を表す角度依存の指向間隔ｆに関して、式

がゼロまたはゼロ近傍の要素ではないはずである。図１６に挙げられた伝達時間差Ｌ（アルファ）およびＬ（ベータ）は、この場合、方程式（３）および（４）を直接表し、増幅率Ｐ_Ｍ‘およびＰ（ベータ）‘に関しては、関係式

となる。さらにψ＞０の場合は関係式ψ≦αとなるはずであり、ψ＜０の場合は関係式｜ψ｜≦βとなるはずである。繰り返しになるが、ここでもアルファおよびベータに関しては、いずれにしてもゼロまたはゼロ近傍は除外される（アルファまたはベータのパラメータ化で三角法により計算されたレベル差または伝達時間差が一部無限大に向け収束するので技術的に実現不可能なため）。

増幅率の再重み付けを変える場合の図１５からの第２の誘導で、図１７の形の、同じく軽く制限された動作回路が生じ、この場合、録音角度ファイ、右の仮想開口角ベータおよびＭ信号の指向特性を表す角度依存の指向間隔ｆに関して、式

がゼロまたはゼロ近傍の要素ではないはずである。図１７に挙げられた伝達時間差Ｌ（アルファ）およびＬ（ベータ）は、ここでもまた式（３）および（４）を表し、しかしながら増幅率Ｐ_Ｍ“およびＰ（アルファ）‘に関しては、関係式

となる。ここでもψ＞０の場合は関係式ψ≦αとなるはずであり、ψ＜０の場合は関係式｜ψ｜≦βとなるはずである。同じくアルファおよびベータに関しては、いずれにしてもゼロまたはゼロ近傍は除外される（アルファまたはベータのパラメータ化で三角法により計算されたレベル差または伝達時間差が無限大に向け収束するので技術的に実現不可能なため）。

モノラル信号を立体音響化するための計算方法への適用

モノラル入力信号は、図１８の形の座標系を用いて計算により表すことができ、この場合、１８１４は時間軸であり、１８１５はレベル軸である。１８１９は時点ｔ_ｉを表し、１８２０はｔ_ｉと関連するレベル点Ｐ_ｉ（ｔ_ｉ）を表す。十分に小さい間隔［ｔ_ｉ、ｔ_ｉ＋１］、則ち十分なサンプリング速度では、音響事象を十分な精度で表現することができる。

図１９は、一つの方法の付属のフローチャートを示す。この方法は、録音角度ファイ、左の仮想開口角アルファ、右の仮想開口角ベータおよびＭ信号の指向特性を表す角度依存の指向間隔ｆを考慮して、十分に小さい間隔［ｔ_ｉ、ｔ_ｉ＋１］で、（伝達時間差Ｌ（アルファ）または伝達時間差Ｌ（ベータ）がゼロに等しくないという簡略化した仮定のもとに）モノラルオーディオ信号を、立体音響化され得るＭＳ信号へ移行する。

伝達時間差Ｌ（アルファ）およびＬ（ベータ）または増幅率Ｐ（アルファ）およびＰ（ベータ）に関して、さらにここでも方程式（３）〜（６）が適用される。

（配列［Ｍ_ｉ（ｔ_ｉ）］の）Ｍ信号並びに（配列［Ｓ_ｉ（ｔ_ｉ）］の）Ｓ信号を計算する場合に、この信号は、遅延時間Ｌ（アルファ）だけ遅延され、続いて増幅率Ｐ（アルファ）だけ増幅される入力信号と、実際に遅延時間Ｌ（ベータ）だけ遅延され、続いて増幅率Ｐ（ベータ）だけ増幅される入力信号を表す更なる信号とから実際に加算される。このアルゴリズムは、アルファおよびベータの許容できない値を除外する必要がある。一般にこのようなアルゴリズムに関して、ψ＞０の場合は関係式ψ≦αとなるはずであり、ψ＜０の場合は関係式｜ψ｜≦βとなるはずである。同じくアルファおよびベータに関しては、いずれにしてもゼロまたはゼロ近傍は除外される（アルファまたはベータのパラメータ化で三角法により計算されたレベル差または伝達時間差が無限大に向け収束するので技術的に実現不可能なため）。

軽い制限下で等価値信号を供給する２つの計算方法の誘導

方法１：（３３）がゼロまたはゼロ近傍の要素ではないことがアルゴリズムで保証されている場合には、十分に小さい間隔［ｔ_ｉ、ｔ_ｉ＋１］で、図１６に準拠して、図１９に類似の計算方法をモノラル入力信号に適用することができ、もっともこの場合、（配列［Ｍ_ｉ（ｔ_ｉ）］の）Ｍ信号は、指数（３４）だけ増幅されて見える。（配列［Ｓ_ｉ（ｔ_ｉ）］の）Ｓ信号は、実際に遅延時間Ｌ（アルファ）（式（３）参照）だけ遅延された（配列［Ｐ_ｉ（ｔ_ｉ）］の）入力信号を、実際に遅延時間Ｌ（ベータ）（式（４）参照）だけ遅延され、続いて増幅率Ｐ（ベータ）‘（式（３５）参照）だけ増幅された（再び配列［Ｐ_ｉ（ｔ_ｉ）］の）入力信号と加算した結果を表す。このアルゴリズムは、アルファおよびベータの許容できない値を除外する必要がある。ψ＞０の場合は関係式ψ≦αとなるはずであり、ψ＜０の場合は関係式｜ψ｜≦βとなるはずである。同じくアルファおよびベータに関しては、いずれにしてもゼロまたはゼロ近傍は除外される（アルファまたはベータのパラメータ化で三角法により計算されたレベル差または伝達時間差が無限大に向け収束するので技術的に実現不可能なため）。

方法２：（３６）がゼロまたはゼロ近傍の要素ではないことがアルゴリズムで保証されている場合には、同じく十分に小さい間隔［ｔ_ｉ、ｔ_ｉ＋１］で、図１７に準拠して、図１９に類似の計算方法をモノラル入力信号に適用することができ、もっともこの場合、（配列［Ｍ_ｉ（ｔ_ｉ）］の）Ｍ信号は、指数（３７）だけ増幅されて見える。（配列［Ｓ_ｉ（ｔ_ｉ）］の）Ｓ信号は、実際に遅延時間Ｌ（アルファ）（式（３）参照）だけ遅延され、続いて増幅率Ｐ（アルファ）‘（式（３８）参照）だけ増幅された（配列［Ｐ_ｉ（ｔ_ｉ）］の）入力信号を、実際に遅延時間Ｌ（ベータ）（式（４）参照）だけ遅延された（再び配列［Ｐ_ｉ（ｔ_ｉ）］の）入力信号と加算した結果を表す。このアルゴリズムは、アルファおよびベータの許容できない値を除外する必要がある。ψ＞０の場合は関係式ψ≦αとなるはずであり、ψ＜０の場合は関係式｜ψ｜≦βとなるはずである。同じくアルファおよびベータに関しては、いずれにしてもゼロまたはゼロ近傍は除外される（アルファまたはベータのパラメータ化で三角法により計算されたレベル差または伝達時間差が無限大に向け収束するので技術的に実現不可能なため）。

総じて付言すると、記述された装置および方法は、それぞれ入力信号が増幅され、続いて遅延が行われることも当然認められる。

特定の角度ファイで録音された音源の空間的な分配は、特に回線信号に対して大きな実質的意味をもつ。自動車またはインターネット電話方式などで使用される自由通話装置では、放出されたモノラル信号は、実際の通話状況として相応に感じられず、相手が「偏在している」ように思われる。しかしながら、背景技術に属する測定技術方法を用いて、角度ファイが算出されるか、または（入力信号の指向図形の最大値と最小値とをアルゴリズムにより観察することによって可能な）極座標が関数補間される場合と、続いて仮想の左開口角アルファおよび仮想の右開口角ベータが、アルゴリズムまたは手動で録音位置および聴取位置に適合される場合には、図１５の形の（小型化可能な！）回路を使用し、続いてＭＳマトリクス化する場合に、通常の条件下で通話状況を著しく顧慮した立体音響信号が作り出される。

同様のことが、モノラル録音を用いて行われ、この場合、その音源が立体音響的に再現される。

信号技術方式で隔離された、立体映像内の音源の集束方向が明確過ぎると感じられる場合には、同じく、本発明の対象を使用してこの集束方向を徐々に分散させることができる。

本発明の対象にしたがって配置または方法を実行する前の、（例えば背景技術に属し、コームフィルタの使用に関係する、迅速なフーリエ変換（ＦＦＴ）に基づいた、考えられ得る方法を含む、入力信号の指向特性を表す極座標を変えることによって個々に可能な）入力信号の指向特性を作り出すことで、事情によっては結果をさらに改善するか、または入力信号の指向特性を規格化することができる。

本発明は、信号区間を補足して多次元的に観察する場合に、決定的な寄与を可能にする。したがって、その適用は上述の例に限定されるものではない。

Claims (15)

1. モノラル信号を立体音響化するための装置であって、
   音源とマイクロホン主軸の間の角度φに基づきモノラル信号を遅延及び増幅することによって、モノラル信号を主信号と側信号に変換するコンバータを備えており、
   このコンバータが、マイクロホン主軸から一方の側に開いた開口角αに基づきモノラル信号を遅延及び増幅することによって、モノラル信号を主信号と側信号に変換するように構成されている、
   装置。
2. 当該のコンバータが、マイクロホン主軸から他方の側に開いた別の開口角βに基づきモノラル信号を遅延及び増幅することによって、モノラル信号を主信号と側信号に変換するように構成されている請求項１に記載の装置。
3. 当該の開口角αと別の開口角βが等しい請求項２に記載の装置。
4. 当該のコンバータが、モノラル信号の指向特性に基づきモノラル信号を遅延及び増幅することによって、モノラル信号を主信号と側信号に変換するように構成されている請求項１から３までのいずれか一つに記載の装置。
5. 当該の角度φがゼロである請求項１から４までのいずれか一つに記載の装置。
6. 当該のコンバータが、
   音源とマイクロホン主軸の間の角度φに応じた第一の遅延時間だけモノラル信号を遅延させる第一の遅延器と、
   この角度φに応じた第一の利得だけモノラル信号を増幅する第一の増幅器と、
   を備え、
   このコンバータが、第一の遅延器により遅延され、第一の増幅器により増幅されたモノラル信号に基づき側信号を生成するように構成されている、
   請求項１から５までのいずれか一つに記載の装置。
7. 当該の第一の遅延時間及び第一の利得が、更に、マイクロホン主軸から一方の側に開いた開口角αと、マイクロホン主軸から他方の側に開いた別の開口角βと、モノラル信号の指向特性の中の少なくとも一つに依存する請求項６に記載の装置。
8. 当該のコンバータが、更に、角度φに応じた第二の利得だけモノラル信号を増幅する第二の増幅器を備え、
   このコンバータが、第二の増幅器により増幅されたモノラル信号に基づき主信号を生成するように構成されている、
   請求項６又は７に記載の装置。
9. 当該のコンバータが、更に、
   角度φに応じた第二の遅延時間だけモノラル信号を遅延させる第二の遅延器と、
   第二の遅延器により遅延されたモノラル信号を第一の遅延器により遅延され、第一の増幅器により増幅されたモノラル信号に加算する加算器と、
   を備え、
   このコンバータが、この加算器から出力された加算信号に基づき側信号を生成するように構成されている、
   請求項６から８までのいずれか一つに記載の装置。
10. 当該のコンバータが、更に、角度φに応じた第二の利得だけモノラル信号を増幅する第二の増幅器を備え、
    このコンバータが、加算信号に基づき側信号を生成するように構成されており、
    この加算器が、第二の遅延器により遅延されて、第二の増幅器により増幅されたモノラル信号を第一の遅延器により遅延され、第一の増幅器により増幅されたモノラル信号に加算するように構成されている、
    請求項９に記載の装置。
11. 主信号と側信号をステレオ信号に変換する別のコンバータが配備されている請求項１から１０までのいずれか一つに記載の装置。
12. モノラル信号と角度φを読み込む入力手段が配備されている請求項１から１１までのいずれか一つに記載の装置。
13. 当該の角度φが録音位置又は聴取位置に適合されている請求項１から１２までのいずれか一つに記載の装置。
14. モノラル信号を立体音響化するための方法であって、
    音源とマイクロホン主軸の間の角度φに基づきモノラル信号を遅延及び増幅することによって、モノラル信号を主信号と側信号に変換する工程を有し、
    マイクロホン主軸から一方の側に開いた開口角αに基づきモノラル信号を遅延及び増幅することによって、モノラル信号を主信号と側信号に変換する、
    方法。
15. モノラル信号を立体音響化するための装置であって、
    遅延時間と利得を計算するためのパラメータを読み込む入力手段と、
    計算した遅延時間と利得に基づきモノラル信号を遅延及び増幅することによって、モノラル信号を主信号と側信号に変換するコンバータと、
    を備えており、
    このコンバータが、マイクロホン主軸から一方の側に開いた開口角αに基づきモノラル信号を遅延及び増幅することによって、モノラル信号を主信号と側信号に変換するように構成されている、
    装置。

Images