JP7073324B2

JP7073324B2 - 反射音レンダリングのために上方発射ドライバをもつオーディオ・スピーカー

Info

Publication number: JP7073324B2
Application number: JP2019212321A
Authority: JP
Inventors: ジー．クロケット，ブレット，; ジェイ．シーフェルト，アラン，; フィリップブラウン，シー．，
Original assignee: ドルビーラボラトリーズライセンシングコーポレイション
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2022-05-23
Anticipated expiration: 2035-06-02
Also published as: US20190320283A1; JP2017520992A; US10375508B2; US20170127211A1; CN106416293B; JP6672425B2; US10728692B2; CN106416293A; JP6450780B2; JP2019050585A; EP3152920A1; EP3152920B1; CN112788487A; WO2015187714A1; JP2020043597A; CN112788487B; US20200396559A1; US11064308B2; HK1232363A1

Description

関連出願への相互参照
本願は、2014年6月3日に出願された米国仮特許出願第62/007,354号の優先権の利益を主張するものである。同出願の内容はここに参照によってその全体において組み込まれる。

発明の分野
一つまたは複数の実装は、概括的にはオーディオ・スピーカーに、さらには、反射された信号を使って適応オーディオ・コンテンツをレンダリングするための上方発射スピーカーおよび関連する高さフィルタ回路に関する。

デジタル映画館の到来は、映画館のサウンドについての新たなスタンダードを作り出した。たとえば、コンテンツ・クリエーターにとってのより大きな創造性を許容する複数チャネル・オーディオの組み込みや、聴衆にとってより包み込むような、リアルな聴覚経験などである。空間的オーディオ・コンテンツを配送し、種々の再生構成においてレンダリングする手段として伝統的なスピーカー・フィードおよびチャネル・ベースのオーディオを超えて拡張する、モデル・ベースのオーディオ記述が開発されている。真の三次元（3D）または仮想3D環境での音の再生は、ますます研究開発がされる領域となっている。音の空間的呈示はオーディオ・オブジェクトを利用する。オーディオ・オブジェクトは、見かけの源位置（たとえば3D座標）、見かけの源幅および他のパラメータの、関連付けられたパラメトリックな源記述をもつオーディオ信号である。オブジェクト・ベースのオーディオは、デジタル映画、ビデオ・ゲーム、シミュレータのような多くのマルチメディア・アプリケーションのために使用されることができ、スピーカーの数および配置が一般に、比較的小さな聴取環境の範囲によって制限または制約されている家庭環境において特に重要である。

完全な映画館環境およびより小規模な家庭環境の両方におけるサウンドトラックのために、クリエーターの芸術的な意図をより正確に捉えて再現するために、さまざまな技術が開発されてきた。ドルビー（登録商標）アトモス（登録商標）システムにおいて具現されている次世代空間的オーディオ（「適応オーディオ（adaptive audio）」とも称される）フォーマットが開発されているが、これは、オーディオ・オブジェクトについての位置メタデータとともに、オーディオ・オブジェクトおよび伝統的なチャネル・ベースのスピーカー・フィードの混合を含む。空間的オーディオ・デコーダでは、チャネルは関連付けられたスピーカーに直接送られるまたは既存のスピーカー・セットに下方混合〔ダウンミキシング〕され、オーディオ・オブジェクトは柔軟な仕方でデコーダによってレンダリングされる。3D空間における位置軌跡のような各オブジェクトに関連付けられたパラメトリックな源記述は、デコーダに接続されたスピーカーの数および位置とともに、入力として取られる。レンダラーは、各オブジェクトに関連付けられたオーディオを、一組の取り付けられたスピーカーを横断して分配するようある種のアルゴリズムを利用する。こうして、各オブジェクトのオーサリングされた空間的意図は、聴取環境に存在している特定のスピーカー構成を通じて最適に提示される。

現在の空間的オーディオ・システムは、先例のないレベルの聴衆没入感ならびにオーディオ位置および動きの最高の精度を提供する。だが一般に、映画館での使用のために開発されているので、大きな部屋での配備および劇場に分布された複数のスピーカーのアレイを含む比較的高価な設備の使用を必要とする。しかしながら、ストリーミング技術やブルーレイ・ディスクなどのような進んだ媒体技術を通じて、進んだオーディオ・コンテンツがますます大量に、家庭環境での再生のために利用可能にされつつある。空間的オーディオ（たとえばドルビー・アトモス）コンテンツの最適な再生のためには、家庭聴取環境は、三次元空間において聴取者の上方で発することが意図されているオーディオを再現できるスピーカーを含むべきである。これを達成するために、消費者は、伝統的な二次元サラウンド・システムの上方の推奨される位置において天井に追加的なスピーカーを取り付けることができ、ホームシアターに熱心な一部の人はこの手法を取る可能性が高い。しかしながら、多くの消費者にとって、そのような高さスピーカーは手が出ないことがあり、あるいは設置の困難を呈することがある。この場合、頭上音オブジェクトが床または壁に取り付けたスピーカーを通じてのみ再生されるならば、高さ情報が失われる。

したがって、必要とされているのは、床置き型のスピーカーおよび書棚スピーカーが、音源が天井から発したかのようにオーディオを再現することができるようにするスピーカー設計である。さらに必要とされているのは、高価な設備や既存の消費者ホームシアター・フットプリントの変更なしに完全に包含的な三次元オーディオを提供する家庭オーディオ・スピーカー・システムである。

背景セクションで論じられている主題は、単に背景セクションで言及されていることの結果として従来技術であると想定されるべきではない。同様に、背景セクションにおいて言及されているまたは背景セクションの主題に関連する問題は、従来技術において以前から認識されていたと見なされるべきではない。背景セクションにおける主題は単に、種々のアプローチを表わすものであり、それらのアプローチ自身も発明であることがありうる。ドルビーおよびアトモスはドルビー・ラボラトリーズ・ライセンシング・コーポレイションの登録商標である。

諸実施形態は、聴取環境の上表面で反射されるように音波を送出するスピーカーであって、キャビネットと、前記キャビネット内であり前記キャビネットの前面に実質的に垂直な水平軸に沿って音を送出するよう向き付けられた直接発射ドライバと、前記水平軸に対して18度から22度の間の傾斜角に向けられた上方発射ドライバと、前記直接発射ドライバおよび前記上方発射ドライバへの別個の入力接続をもつ前記キャビネットの外側に固定された端子パネル（terminal panel）とを有するスピーカーに向けられる。前記上方発射ドライバは、前記キャビネットの上面内のくぼみにはめ込まれ、前記聴取環境の天井の反射点から音を反射させるよう構成されており、前記上方発射ドライバからの直接応答についての対応する角度は公称上水平軸から70度である。本スピーカーはさらに、前記キャビネットの前記上面のくぼんだ領域に設置され、少なくとも部分的には前記上方発射ドライバのまわりに配置された吸音フォームを有しており、それにより定常波および回折の効果を低減するとともに、前記上方発射ドライバの周波数応答をなめらかにするのを助ける。前記キャビネットは、前記上方発射ドライバと前記直接発射ドライバとの間の音響分離を提供するために、内部を横断して配置された内部棚（inner shelf）を有していてもよい。

ある実施形態では、前記端子パネルは、オーディオ・システムを前記直接発射ドライバに接続するための第一の組の入力端子バインディング・コネクタと、前記オーディオ・システムを前記上方発射ドライバに接続するための第二の組の入力端子バインディング・コネクタとを含んでいる。前記第一の組の入力端子バインディング・コネクタの極性は、前記第二の組の入力端子バインディング・コネクタの極性に等しい。前記上方発射ドライバは一般に、6オーム以上の定格インピーダンスおよび少なくとも4.8オームの最小インピーダンスをもつ。前記水平軸に沿って1メートルの距離において、前記上方発射ドライバの定格電力処理レベルでは、100Hzから15kHzまでの間の圧縮は高々3dBである。

ある実施形態では、本スピーカーは、目標伝達曲線を作り出すために前記上方発射ドライバに伝送される信号に対してある周波数応答曲線を適用する仮想高さフィルタ回路をもつまたはそのような仮想高さフィルタ回路に結合される。仮想高さフィルタは、前記聴取環境の前記上表面から反射される音に存在している高さ手がかりを優先して、前記聴取環境を通じて直接送出される音波に存在する高さ手がかりを補償する。

ある実施形態では、上方発射ドライバの低周波数応答特性は、180Hzの目標カットオフ周波数および0.707の品質因子（quality factor）をもつ二次高域通過フィルタのものに従う。直接応答伝達関数は、正弦波対数掃引（sinusoidal log sweep）法を使って水平軸に対して70度の角度で水平軸に沿って1メートルの距離のところで測定され、直接応答に対する70度の角度での応答の比は5kHzにおいて少なくとも5dB、10kHzにおいて少なくとも10dBである。

スピーカーはさらに、仮想高さフィルタと統合されたクロスオーバー回路を有していてもよく、前記クロスオーバーは直接発射ドライバに閾値周波数より下の低周波数信号を伝送するよう構成された低域通過セクションと、上方発射ドライバに前記閾値周波数より上の高周波数信号を伝送するよう構成された高域通過セクションとを有する。キャビネットは、0.75インチの厚さの中密度繊維板（MDF: medium density fiberboard）から作られていてもよい。

上方発射ドライバおよび直接発射ドライバは、統合された仮想高さスピーカー・システムとして前記筐体内に収容されてもよく、2.83Vrmsでの正弦波対数掃引を使って上方発射ドライバからの音投射によって定義される参照軸上での水平軸に沿って1メートルの距離のところに生成された1ないし5kHzの諸三分の一オクターブ帯域における線形圧力レベルの平均は、水平軸に沿った直接ドライバより、3dBより大きい幅低いことはない。あるいはまた、本スピーカーは、直接発射ドライバを収容する直接発射ドライバ・キャビネットの上表面に配置された上方発射ドライバを収容する上方発射ドライバ・キャビネットを有していてもよい。

そのようなスピーカーおよび回路は、反射音要素を使って音をレンダリングするための適応オーディオ・システムとの関連で使用されるよう構成される。前記システムは、聴取環境のあたりでの分配のためのオーディオ・ドライバのアレイであって、前記ドライバのいくつかは直接ドライバであり、他のドライバは特定の聴取領域への反射のために音波を聴取環境の天井に向けて投射する上方発射ドライバである、アレイと；諸オーディオ・ストリームならびに各オーディオ・ストリームに関連付けられ、それぞれのオーディオ・ストリームの聴取環境における再生位置を指定する一つまたは複数のメタデータ・セットを処理するレンダラーであって、前記オーディオ・ストリームは一つまたは複数の反射オーディオ・ストリームおよび一つまたは複数の直接オーディオ・ストリームを含む、レンダラーと；前記一つまたは複数のメタデータ・セットに従ってオーディオ・ドライバの前記アレイに前記オーディオ・ストリームをレンダリングするための再生システムとを有し、前記一つまたは複数の反射オーディオ・ストリームは前記反射オーディオ・ドライバに伝送される。

諸実施形態はさらに、前記上表面で音を反射させるよう構成されたスピーカーのトランスデューサ設計中に、所望される周波数伝達関数を直接組み込むスピーカーまたはスピーカー・システムに向けられる。ここで、前記所望される周波数伝達関数は、レンダラーによって生成される適応オーディオ信号における高さ音成分から直接音成分をフィルタリングする。

諸実施形態はさらに、スピーカーからオーディオ・シーンを生成する方法であって、該生成は、第一および第二のオーディオ信号を受領し；第一のオーディオ信号を前記スピーカーの直接発射ドライバにルーティングし；第二のオーディオ信号を前記スピーカーの上方発射ドライバにルーティングすることによって行なわれ、前記第一および第二のオーディオ信号は、それぞれ直接オーディオ・コンテンツおよび拡散オーディオ・コンテンツを表わす物理的に別個の信号である、方法に向けられる。この方法において、拡散オーディオ・コンテンツは、前記スピーカーを包含する室内の聴取者の上方に位置される見かけの源から発する音を表わす高さ手がかりをもつオブジェクト・ベース・オーディオを含む。上方発射ドライバは、直接発射ドライバによって定義される水平軸に対して18度から22度の間の傾斜角に向き付けられていてもよい。本方法はさらに、部屋の天井の反射点に向けて上方に音を送出し、音が室内で前記スピーカーからある距離のところの聴取領域に向けて下方に反射するようにするために、前方発射ドライバによって定義される水平角に対して、定義されたチルト角で上方発射ドライバを向き付けることを含んでいてもよい。

本方法はさらに、前記第一のオーディオ信号を、前記スピーカーに取り付けられた端子（terminal）の第一の組のコネクタを通じて直接発射ドライバにルーティングするために、前記オーディオ・シーンをレンダリングするオーディオ処理システムから受領し；前記第二のオーディオ信号を、前記端子（terminal）の第二の組のコネクタを通じて上方発射ドライバにルーティングするために、前記オーディオ処理システムから受領することを含んでいてもよい。ある実施形態では、第一のコネクタの極性は第二の組のコネクタの極性に等しい。本方法はさらに、前記第二のオーディオ信号に仮想高さフィルタ周波数応答曲線を適用して、部屋の天井から反射される音に存在している高さ手がかりを優先して、部屋を通じて直接送出される音波に存在する高さ手がかりを補償することを含んでいてもよい。本方法はまた、第一および第二のオーディオ信号にクロスオーバー関数を適用することを含んでいてもよく、前記クロスオーバー関数は直接発射ドライバに低周波数帯域信号を伝送するよう構成された低域通過プロセスと、上方発射ドライバに高周波数帯域信号を伝送するよう構成された高域通過プロセスとを有し、ある定義された周波数閾値が前記低周波数帯域と高周波数帯域を区別する。

実施形態はさらに、オーディオ再生システムにおいて高さ音成分から直接音成分をフィルタリングする周波数伝達関数を使って反射音コンテンツのレンダリングおよび再生を最適化するスピーカー、回路およびトランスデューサ設計の作成および使用または配備の方法に向けられる。

〈参照による組み込み〉
本明細書において言及される各刊行物、特許および／または特許出願はここに参照によって、個々の各刊行物および／または特許出願が具体的かつ個別的に参照によって組み込まれることが示されている場合と同じ程度にその全体において組み込まれる。

以下の図面では、同様の参照符号が同様の要素を指すために使われる。以下の図はさまざまな例を描いているが、前記一つまたは複数の実装は図面に描かれる例に限定されるものではない。
聴取環境における頭上スピーカーをシミュレートするために反射音を使う上方発射ドライバの使用を示す図である。ある実施形態のもとでの、統合された仮想高さ（上方発射）ドライバおよび直接発射ドライバを示す図である。ある実施形態のもとでの、上方発射ドライバの、直接発射ドライバに対する相対傾斜角を示す図である。ある実施形態のもとでの、上方発射ドライバおよび直接発射ドライバのためのコネクタ端子を示す図である。ある実施形態のもとでの、方向性聴覚モデルから導出される仮想高さフィルタの絶対値応答を示すグラフである。ある実施形態のもとでの、上方発射ドライバをもつスピーカー・システムの一部として組み込まれる仮想高さフィルタを示す図である。Ａは、ある実施形態のもとでの、位置情報およびバイパス信号を受領する高さフィルタを示す図である。Ｂは、ある実施形態のもとでの、クロスオーバー回路を含む仮想高さフィルタ・システムを示す図である。ある実施形態のもとでの、仮想高さフィルタとの関連で使われる二帯域クロスオーバー・フィルタの高レベルの回路図である。ある実施形態のもとでの、高域通過フィルタリング経路における仮想高さフィルタリングを実装する二帯域クロスオーバーを示す図である。ある実施形態のもとでの、種々の高周波ドライバとともに使うための、上方発射および前方発射スピーカー・クロスオーバー・フィルタ・ネットワークを組み合わせるクロスオーバーを示す図である。ある実施形態のもとでの、図８の二帯域クロスオーバーの周波数応答を示す図である。ある実施形態のもとでの、仮想高さフィルタとともに使うためのさまざまな異なる上方発射および直接発射ドライバ構成を示す図である。ある実施形態のもとでの、上方発射スピーカー・システムのための目標伝達関数１１０２を示すグラフである。Ａは、ある実施形態のもとでの、上方発射ドライバおよび直接発射ドライバの相対周波数応答を測定するための、上方発射スピーカー・システムに対するマイクロホンの配置を示す図である。Ｂは、Ａの示された測定位置における参照軸応答および直接応答を示す図である。ある実施形態のもとでの、部屋補正および仮想高さスピーカー検出機能を含む仮想高さレンダリング・システムのブロック図である。ある実施形態のもとでの、較正のためのプリエンファシス・フィルタリングの効果を表示するグラフである。ある実施形態のもとでの、上方発射ドライバをもつ適応オーディオ・システムにおいて仮想高さフィルタリングを実行する方法を示す流れ図である。Ａは、ある実施形態のもとでの、アナログ仮想高さフィルタ回路を示す回路図である。Ｂは、所望される応答曲線との関連でＡの回路の例示的な周波数応答曲線を示す図である。Ａは、ある実施形態のもとでの、仮想高さフィルタ回路のデジタル実装のための例示的な係数値を示す図である。Ｂは、所望される応答曲線とともにＡのフィルタの例示的な周波数応答曲線を示す図である。ある実施形態のもとでの、仮想高さフィルタ回路とともに使われうるアナログ・クロスオーバー回路を示す回路図である。ある実施形態のもとでの、統合されたキャビネット内で直接および上方発射ドライバを統合するスピーカーを示す図である。図１９に示したスピーカーの側面図にいくつかの例示的な寸法を与えた図である。Ａは、ある実施形態のもとでの、少なくとも部分的に上方発射ドライバを囲む吸音フォームをもつスピーカー・キャビネットの詳細な図解である。Ｂは、ある実施形態のもとでの、上方発射スピーカーおよび吸音フォームのみを示す図である。聴取環境内での上方発射ドライバおよび仮想高さフィルタ・コンポーネントをもつスピーカーの例示的な配置を示す図である。

没入的なオーディオ経験を提供するよう意図された適応オーディオ・コンテンツをレンダリングするために上方発射ドライバを含むオーディオ・スピーカーおよびトランスデューサ・システムについての実施形態が記述される。これらのスピーカーは、頭上の音オブジェクトを再現し、仮想高さ手がかりを提供するために反射音を使ってオブジェクト・ベースのオーディオ・コンテンツをレンダリングするために仮想高さフィルタ回路をもつ適応オーディオ・システムを含んでいてもよく、それとの関連で使われてもよい。本稿に記述される前記一つまたは複数の実施形態の諸側面は、ソフトウェア命令を実行する一つまたは複数のコンピュータまたは処理装置を含む混合、レンダリングおよび再生システムにおいて源オーディオ情報を処理するオーディオもしくはオーディオ・ビジュアル（AV）システムにおいて実装されてもよい。上記の実施形態の任意のものは、単独でまたは任意の組み合わせにおいて互いと一緒に使用されうる。さまざまな実施形態が、本明細書の一つまたは複数の場所で論じられるまたは暗示されることがありうる従来技術でのさまざまな欠点によって動機付けられていることがありうるが、それらの実施形態は必ずしもこれらの欠点のいずれかに取り組むものではない。つまり、種々の実施形態は本明細書において論じられることがある種々の欠点に取り組むことがある。いくつかの実施形態は、本明細書において論じられることがあるいくつかの欠点または一つだけの欠点に部分的に取り組むだけであることがあり、いくつかの実施形態はこれらの欠点のどれにも取り組まないこともある。

本記述の目的のためには、以下の用語は関連付けられた意味をもつ：用語「チャネル」は、オーディオ信号にメタデータを加えたものを意味する。メタデータにおいて、位置はチャネル識別子、たとえば左前方または右上方サラウンドとして符号化される。「チャネル・ベースのオーディオ」は、関連付けられた公称位置をもつスピーカー・ゾーンのあらかじめ定義されたセット、たとえば5.1、7.1などを通じた再生のためにフォーマットされたオーディオである。用語「オブジェクト」または「オブジェクト・ベースのオーディオ」は、見かけの源位置（たとえば3D座標）、見かけの源幅などといったパラメトリックな源記述をもつ一つまたは複数のオーディオ・チャネルを意味する。「適応オーディオ」は、チャネル・ベースのおよび／またはオブジェクト・ベースのオーディオ信号に、オーディオ・ストリームに位置が空間内の3D位置として符号化されているメタデータを加えたものを使って、再生環境に基づいてオーディオ信号をレンダリングするメタデータを加えたものを意味する。「聴取環境」は、任意の開けた、部分的に囲まれたまたは完全に囲まれた領域、たとえば部屋であって、オーディオ・コンテンツを単独でまたはビデオまたは他のコンテンツと一緒に再生するために使用できる領域を意味し、自宅、映画館、シアター、講堂、スタジオ、ゲーム・コンソールなどにおいて具現されることができる。そのような領域は、壁またはバッフルのような、直接的にまたは拡散的に音波を反射できる一つまたは複数の表面が中に配置されていてもよい。

諸実施形態は、「空間的オーディオ・システム」または「適応オーディオ・システム」と称されることがある音フォーマットおよび処理システムと協働するよう構成されている反射音レンダリング・システムに向けられる。そのようなシステムは、向上した聴衆没入感、より大きな芸術的制御ならびにシステム柔軟性およびスケーラビリティーを許容するためのオーディオ・フォーマットおよびレンダリング技術に基づく。全体的な適応オーディオ・システムは一般に、通常のチャネル・ベースのオーディオ要素およびオーディオ・オブジェクト符号化要素の両方を含む一つまたは複数のビットストリームを生成するよう構成されたオーディオ・エンコード、配送およびデコード・システムを含む。そのような組み合わされたアプローチは、別個に実施されるチャネル・ベースまたはオブジェクト・ベースのアプローチのいずれと比べても、より大きな符号化効率およびレンダリング柔軟性を提供する。本願の実施形態との関連で使用されてもよい適応オーディオ・システムの例は、商業的に利用可能なドルビー・アトモス・システムにおいて具現される。

一般に、オーディオ・オブジェクトは、聴取環境における特定の物理的位置（単数または複数）から発するように知覚されうる音要素の群と考えることができる。そのようなオブジェクトは静的（定常）または動的（動いている）であることができる。オーディオ・オブジェクトは、他の機能とともに所与の時点における音の位置を定義するメタデータによって制御される。オブジェクトが再生されるとき、オブジェクトは、必ずしもあらかじめ定義された物理チャネルに出力されるのではなく、位置メタデータに従って、存在している諸スピーカーを使ってレンダリングされる。ある実施形態では、高さ手がかりを含む空間的諸側面をもつオーディオ・オブジェクトは「拡散オーディオ（diffused audio）」と称されることがある。そのような拡散オーディオは、周囲頭上音（たとえば風、かさかさ鳴る木の葉など）のような一般化された高さオーディオを含んでいてもよく、あるいは特定のまたは軌跡ベースの頭上音（たとえば、取り、雷など）を有していてもよい。

ドルビー・アトモスは、9.1サラウンド・システムまたは同様のサラウンドサウンド構成（たとえば、11.1、13.1、19.4など）として実装されてもよい高さ（上下）次元を組み込むシステムの例である。9.1サラウンド・システムは、床面における五つのスピーカーおよび高さ面における四つのスピーカーを合成したものを含んでいてもよい。一般に、これらのスピーカーは、聴取環境内で多少なりとも正確に任意の位置から発するよう設計された音を生じるために使用されうる。典型的な商業的または業務用の実装では、高さ面におけるスピーカーは通例、映画館でしばしば見られるように、天井に取り付けられたスピーカーまたは聴衆より上で壁面の高いところに取り付けられたスピーカーとして設けられる。これらのスピーカーは、頭上位置から聴衆に音波を直接下向きに送出することによって、聴取者の頭上に聞こえることが意図されている信号のための高さ手がかりを提供する。

〈上方発射スピーカー・システム〉
典型的な家庭環境のような多くの場合、天井に取り付けられた頭上スピーカーは利用可能ではないまたは設置するのが現実的ではない。この場合、高さ次元は、床または低い壁に取り付けられたスピーカーによって提供される必要がある。ある実施形態では、高さ次元は、天井から音を反射させることによって高さスピーカーをシミュレートする上方発射ドライバを有するスピーカー・システムによって提供される。適応オーディオ・システムでは、これらの上方発射ドライバを通じて頭上オーディオ・コンテンツを再現するために、ある種の仮想化技術がレンダラーによって実装され、それらのドライバは、どのオーディオ・オブジェクトが標準的な水平面より上にレンダリングされてオーディオ信号をしかるべく方向付けるべきかに関する個別的な情報を使用する。

記述のため、用語「ドライバ」は、電気的なオーディオ入力信号に応答して音を生成する単一の電気音響トランスデューサ（またはトランスデューサのタイト・アレイ）を意味する。ドライバは、いかなる適切な型、幾何構成およびサイズで実装されてもよく、ホーン、コーン、リボン・トランスデューサなどを含みうる。用語「スピーカー」は、ユニット的な（unitary）エンクロージャー内の一つまたは複数のドライバを意味する。用語「キャビネット」または「筐体」は、一つまたは複数のドライバを囲む前記ユニット的なエンクロージャーを意味する。このように、上方発射スピーカーまたはスピーカー・システムは、少なくとも上方発射ドライバおよび一つまたは複数の他の直接発射ドライバ（たとえばツイーターにメインまたはウーファーを加えたもの）および関連する他の回路（たとえばクロスオーバー、フィルタなど）を含むスピーカー・キャビネットを有する。直接発射ドライバ（または前方発射ドライバ）は、そのスピーカーの主軸に沿って、典型的にはスピーカーの前面を出て水平方向に、音を送出するドライバをいう。

図１は、一つまたは複数の頭上スピーカーをシミュレートするために反射音を使う上方発射ドライバの使用を示している。描画１００は、聴取位置１０６が聴取環境内の特定の位置に位置される例を示している。本システムは、高さ手がかりを含むオーディオ・コンテンツを送出するためにいかなる高さスピーカーをも含まない。その代わり、スピーカー・キャビネットまたはスピーカー・アレイは、前方発射ドライバ（単数または複数）とともに上方発射ドライバを含む。上方発射ドライバは、（位置および傾斜角に関しては）その音波１０８を天井１０２の特定の点１０４に向けて上方に送るよう構成され、音波はその点で下方に反射されて、聴取位置１０６に届く。天井は、音を十分に下方の聴取環境中に反射するよう、適切な材料および組成で作られていることが想定される。上方発射ドライバの関連する特性（たとえば、サイズ、パワー、位置など）は、天井組成、部屋サイズおよび聴取環境の他の関連する特性に基づいて選択されてもよい。

図１の実施形態は、前方発射ドライバ（単数または複数）が第一のキャビネット１１２内に囲まれており、上方発射ドライバが第二の別個のキャビネット１１０内に囲まれている場合を示している。仮想高さスピーカーについての上方発射ドライバ１１０は一般に、直接発射スピーカー１１２の上に位置されるが、他の配向も可能である。複数のシミュレートされた高さスピーカーを作り出すために、任意の数の上方発射ドライバが組み合わせて使われることができることを注意しておくべきである。あるいはまた、ある種の音強度または効果を達成するために、いくつかの上方発射ドライバが、音を天井の実質的に同じスポットに送出するよう構成されていてもよい。

図２は、上方発射ドライバ（単数または複数）および直接発射ドライバ（単数または複数）が同じキャビネット内に設けられる実施形態を示している。そのようなスピーカー配位は、「統合された」上方／直接発射スピーカー・システムと称されうる。図２に示されるように、スピーカー・キャビネット２０２は、直接発射ドライバ２０６および上方発射ドライバ２０４の両方を含む。図１および図２のそれぞれには一つの上方発射ドライバしか示されていないが、いくつかの実施形態では、複数の上方発射ドライバが再生システムに組み込まれてもよい。図１および図２の実施形態については、要求される周波数応答特性およびサイズ、パワー定格、コンポーネント・コストなどといった他の任意の関連する制約条件に依存して、ドライバは任意の適切な形、サイズおよび型であってもよいことを注意しておくべきである。

図１および図２に示されるように、上方発射ドライバは、音を天井に向かう角度で上方に投射するよう位置され、すると音は天井で下方にはね返って聴取者に届く。傾斜の角度は、聴取環境特性およびシステム要件に依存して設定されてもよい。たとえば、上方発射ドライバ２０４は、20度から60度まで上方に傾けられてもよく、直接発射ドライバ２０６から生成される音波との干渉を最小にするために、スピーカー・エンクロージャー２０２内で直接発射ドライバ２０６より上に位置されてもよい。上方発射ドライバ２０４は固定角で設置されてもよく、あるいは傾斜角が手動で調節されうるように設置されてもよい。あるいはまた、上方発射ドライバの傾斜角および投射方向の自動的または電気的な制御を許容するために、サーボ機構が使用されてもよい。環境音のようなある種の音について、上方発射ドライバは、スピーカー・エンクロージャー２０２の上表面から真上に向けられて、「頂部発射」ドライバと称されうるものを作り出してもよい。この場合、天井の音響特性に依存して、音の大きな成分がスピーカー上に反射して戻ってくることがある。しかしながら、たいていの場合、天井からの反射を通じて音を聴取環境内の異なるまたはより中心の位置に投射するのを助けるために、何らかの傾斜角が使用されるのが通例である。

ある実施形態では、頂部発射スピーカー取り付け平面は、水平面に対して18°から22°（公称20°）の間の角度で前方に傾けられる。このことは図３に示されている。図３は、この実施形態のもとでの、上方発射ドライバの、直接発射ドライバに対する相対傾斜角を示している。描画３００に示されるように、直接発射ドライバ３１０は、音を、スピーカー・キャビネットの前表面３０１（前面）に垂直または実質的に垂直な直接軸３０２に沿って、聴取者に投射する。上方発射ドライバ３０８は直接軸から20°の傾斜角で角度を付けられている。すると、上方発射ドライバ３０８から聴取者への直接応答についての対応する角度３０６は、公称上70°である。20°のかなり正確な角度３０４が図示されているが、18°ないし22°の範囲内の任意の角度など、いかなる同様の角度が使われてもよいことを注意しておく。いくつかの場合には、聴取者への下向きの反射音の必要とされる指向性を達成するために、ドライバは、水平面に対して18°から22°の間（公称20°）に向き付けられないよう取り付けられてもよい。そうする場合でも、すべての測定は、鉛直軸から20°である参照軸に対してなされてもよい。他の角度の使用は、天井高さおよび角度、聴取者位置、壁効果、スピーカー・パワーなどといったある種の特性に依存してもよい。

〈端子、接続および極性〉
図１に示される実施形態について、上方発射ドライバは、直接発射ドライバ１１２とは別個のキャビネット１１０内に含まれる。両方のドライバ（またはドライバの組）は一般に、単一のスピーカー・システムの一部である。この場合、直接発射ドライバおよび上方発射ドライバのために別個の入力接続が与えられる。入力接続は、スピーカー・システムのメイン・キャビネットの一部として設けられ、典型的にはキャビネットの背面に取り付けられる、端子コネクタ板によって提供されてもよい。図４は、ある実施形態のもとでの、上方発射スピーカーおよび直接発射スピーカーのための接続端子を示している。図４に示されるように、コネクタ端子４００は、標準的なスピーカー線をオーディオ・システムの増幅器または出力段に結合するための二組のバインディングポストまたはコネクタを含んでいる。一方の組の端子（プラスおよびマイナス）４０２は、上方発射ドライバへの接続のために「高さ」とラベル付けされている。他方の組の端子４０４は直接発射ドライバへの接続のために「前方」とラベル付けされている。図２に示されるような統合されたスピーカーについては、上方発射ドライバおよび直接発射ドライバ両方のために単一のコネクター・セットが設けられてもよく、その場合、上方発射スピーカー端子の極性は、直接発射スピーカー端子の極性に一致する。アドオン・モジュール・スピーカー製品については、正の入力電圧は、正の入力電圧がそれらの端子間に加えられたときに（正を正に、負を負に）、メイン・ドライバ・コーンの外向きの圧力動きを生じる。

定格インピーダンスに関し、ある実施形態では、受動装置について、上方発射ドライバの定格または公称インピーダンスは6Ω以上であり、最小インピーダンスは定格インピーダンスの4.8Ω（80%）より小さくない。

感度に関し、ある実施形態では、統合された上方発射ドライバ（たとえば図２）について、2.83Vrmsでの正弦波対数掃引を使った上方発射スピーカー参照軸上で1メートルのところに生成された1ないし5kHzからの諸三分の一オクターブ帯域における線形圧力レベル（dB SPLに変換される）の平均は、その参照軸上での直接発射ドライバより、3dBより大きい幅だけ低いことはない。アドオン・モジュール・スピーカー製品（たとえば図１）については、2.83Vrmsでの正弦波対数掃引を使った参照軸上で1メートルのところに生成された1ないし5kHzからの諸三分の一オクターブ帯域における平均SPLは、85dB以上である。

ある実施形態では、本スピーカー・システムは、連続出力SPL（sound pressure level［音圧レベル］）を備え、1メートルの距離のところで、上方発射ドライバの定格パワー処理レベル（rated power handling level）では、100Hzと15kHzとの間で3dBより大きな圧縮はないべきである。直接発射ドライバを含む統合されたスピーカーにおいて上方発射ドライバが使われるとき、上方発射ドライバのパワー処理機能（power handling capability）は直接発射ドライバに匹敵し、同様の仕方で評価される（rated）。

〈仮想高さフィルタ〉
ある実施形態では、適応オーディオ・システムは、頭上オーディオ・オブジェクトについて高さ要素を提供するために上方発射ドライバを利用する。これは、図１および図２に示されるように、部分的には上方からの反射音の知覚を通じて達成される。しかしながら、実際上は、音は、上方発射ドライバから、反射経路に沿って完全に方向性の仕方で放射されるのではない。上方発射ドライバからのいくらかの音は、直接、ドライバから聴取者への経路に沿って進み、反射位置からくる音の知覚を減じる。所望される反射音に比較してのこの望ましくない直接音の量は、一般には、上方発射ドライバ（単数または複数）の指向性パターンの関数である。この望ましくない直接音を補償するために、上方発射ドライバに供給されるオーディオ信号に知覚的な高さ手がかりを導入するための信号処理を組み込めば仮想高さ信号の位置決めおよび知覚される品質が改善されることが示された。たとえば、上方発射ドライバによって再生されるオーディオを処理するために使われるときに再生の知覚される品質を改善する仮想高さフィルタを作り出すための方向性聴覚モデル（directional hearing model）が開発された。ある実施形態では、仮想高さフィルタは、聴取位置に対する物理的なスピーカー位置（ほぼ聴取者と同じ水平面）および反射スピーカー位置（聴取者の上方）の両方から導出される。物理的なスピーカー位置については、該スピーカー位置から聴取位置にいる聴取者の耳へ直接伝わる音のモデルに基づいて、第一の方向性フィルタが決定される。そのようなフィルタは、方向性聴覚のモデル、たとえばHRTF（頭部伝達関数）測定のデータベースまたはパラメトリック・バイノーラル聴覚モデル、耳介モデルまたは高さを知覚するのを助ける手がかりを利用する他の同様の伝達関数モデルから導出されてもよい。耳介モデルを考慮に入れるモデルは、高さがどのように知覚されるかを定義するのを助けるので、一般的に有用であるが、フィルタ関数は耳介効果を単離することを意図したものではなく、むしろ、ある方向からの音レベルの別の方向に対する比を処理するために意図されている。耳介モデルは使用されうるバイノーラル聴覚モデルの一つのそのようなモデルの例であり、他のモデルが使われてもよい。

次にこのフィルタの逆が決定され、直接、物理的なスピーカー位置から聴取者への経路に沿って伝わるオーディオについての方向手がかりを除去するために使われる。次に、反射スピーカー位置について、同じ方向性聴覚のモデルを使って、直接、反射スピーカー位置から同じ聴取位置にいる聴取者の耳に進む音のモデルに基づいて、第二の方向性フィルタが決定される。このフィルタは直接適用され、本質的には、音が聴取者の上方の反射スピーカー位置から発したとしたら耳が受けるであろう方向手がかりを付与する。実際上は、これらのフィルタを組み合わせて、物理的なスピーカー位置からの方向手がかりを少なくとも部分的に除去することと反射スピーカー位置からの方向手がかりを少なくとも部分的に挿入することの両方を行なう単一のフィルタを許容してもよい。そのような単一のフィルタは、本稿で「高さフィルタ伝達関数」、「仮想高さフィルタ応答曲線」、「所望される周波数伝達関数」、「高さ手がかり応答曲線」などと称される周波数応答曲線を提供する。これはオーディオ再生システムにおいて高さ音成分から直接音成分をフィルタリングするフィルタまたはフィルタ応答曲線を記述するものである。

フィルタ・モデルに関して、P₁が物理的なスピーカー位置からの音伝達をモデル化する第一のフィルタのdBでの周波数応答を表わし、P₂が反射スピーカー位置からの音伝達をモデル化する第二のフィルタのdBでの周波数応答を表わすとすると、dBでの仮想高さフィルタP_Tの全応答は、P_T＝α(P₂－P₁)と表わすことができる。ここで、αは、フィルタの強さを制御するスケーリング因子である。α＝1では、フィルタは最大限に適用され、α＝0ではフィルタは何もしない（0dB応答）。実際上は、αは、反射音対直接音の相対的なバランスに基づいて、0と1の間のどこかに設定される（たとえばα＝0.5）。反射音との比較において直接音のレベルが増すにつれて、この望まれない直接音経路に反射スピーカー位置の方向手がかりをより十全に付与するために、αも増すべきである。しかしながら、αは、すでに適正な方向手がかりを含んでいる反射経路に沿って進むオーディオの知覚される音色を損なうほど大きくされるべきではない。実際上は、α＝0.5の値が、上方発射構成における標準的なスピーカー・ドライバの指向性パターンとともによく機能することが見出された。一般には、フィルタP₁およびP₂の厳密な値は、聴取者に対する物理的なスピーカー位置の方位角および反射スピーカー位置の仰角の関数になる。この仰角は聴取者からの物理的なスピーカー位置の距離ならびに天井の高さとスピーカーの高さとの間の差の関数である（聴取者の頭部がスピーカーと同じ高さにあるとして）。

図５は、被験者の大きな集合にわたって平均されたHRTF応答のデータベースに基づく方向性聴覚モデルから導出された、α＝1での仮想高さフィルタ応答P_Tを描いている。黒い線５０３は、ある範囲の方位角ならびに合理的な諸スピーカー距離および諸天井高さに対応するある範囲の仰角にわたって計算された、フィルタP_Tを表わしている。P_Tのこれらさまざまな事例を見ると、各フィルタの変動の大半は4Hzより上の高めの周波数に現われることにまず気づく。さらに、各フィルタは、ほぼ7kHzに位置するピークと、ほぼ12kHzにあるノッチを示している。ピークとノッチの厳密なレベルは、さまざまな応答曲線の間で数dB変動がある。この組の諸応答の間でピークおよびノッチの位置におけるこの密接な一致を与えられて、太い灰色の線で与えられる単一の平均フィルタ応答３０２が、たいていの合理的な物理的なスピーカー位置および部屋寸法について、普遍的な高さ手がかりフィルタのはたらきをしうることが見出された。この知見を与えられると、仮想高さスピーカーのために単一のフィルタP_Tが設計されてもよく、合理的な応答のために、厳密なスピーカー位置および部屋寸法の知識は必要とされない。ただし、パフォーマンス向上のためには、フィルタP_Tを、特定のスピーカー位置および部屋寸法に対応する図５における個別的な黒い曲線の一つに動的に設定するために、そのような知識が利用されてもよい。

仮想高さレンダリングのためのそのような仮想高さフィルタの典型的な使用は、オーディオが上方発射仮想高さスピーカーを通じて再生される前に、図５に描かれる絶対値応答の一つ（たとえば平均曲線５０２）を示すフィルタによってオーディオが前処理されるというものである。フィルタは、スピーカー・ユニットの一部として与えられてもよく、あるいはレンダラー、増幅器または他の中間オーディオ処理コンポーネントの一部として与えられる別個のコンポーネントであってもよい。図６は、ある実施形態のもとでの、上方発射ドライバを有するスピーカー・システムの一部として組み込まれた仮想高さフィルタを示している。図６のシステム６００に示されるように、適応オーディオ・レンダラー６１２は、別個の高さ信号成分および直接信号成分を含むオーディオ信号を出力する。高さ信号成分は、上方発射ドライバ６１８を通じて再生されることが意図されており、直接オーディオ信号成分は直接発射ドライバ６１７を通じて再生されることが意図されている。これらの信号成分は必ずしも周波数内容またはオーディオ内容の点で異なっているわけではなく、オーディオ・オブジェクトまたは信号において存在する高さ手がかりに基づいて区別される。図６の実施形態について、レンダリング・コンポーネント６１２内に含まれるまたは他の仕方でレンダリング・コンポーネント６１２と関連している高さフィルタ６０６は、任意の望まれない直接音について、知覚的な高さ手がかりを高さ信号中に与えることによって、高さ信号中に存在しうる直接音成分を補償し、仮想信号の位置決めおよび知覚される品質を改善する。そのような高さフィルタは、図５に示される参照曲線を組み込んでいてもよい。レンダリング・コンポーネント６１２内に位置される代わりに、高さフィルタ・コンポーネントは、スピーカー・キャビネット６１８内の任意的な高さフィルタ・コンポーネント６１６で示されるようにスピーカー・システムに組み込まれてもよい。この代替的な実施形態は、仮想高さフィルタリングを提供するよう高さフィルタ機能がスピーカーに組み込まれることを許容する。

ある実施形態では、ある種の位置情報が、スピーカー・システム内の仮想高さフィルタを有効にするまたは無効にするためのバイパス信号とともに、高さフィルタに与えられる。図７のＡは、ある実施形態のもとでの、位置情報およびバイパス信号を受領する高さフィルタを示している。図７のＡに示されるように、位置情報は、上方発射ドライバ７１４に接続されている仮想高さフィルタ７１２に与えられる。位置情報は、図５に描かれたセットからの適正な仮想高さフィルタ応答の選択のために利用されるスピーカー位置および部屋サイズを含んでいてもよい。さらに、この位置データは、上方発射ドライバ７２４の傾斜角が自動的もしくは手動の手段を通じて調節可能にされている場合には、該傾斜角を変えるために利用されてもよい。たいていの場合について典型的で効果的な角度は、図３に示されるように約20度である。しかしながら、先に論じたように、この角度は理想的には、聴取位置における反射音対直接音の比を最大にするよう設定されるべきである。上方発射ドライバの指向性パターンが既知であれば、厳密なスピーカー距離および天井高さを与えられて最適角が計算でき、すると、上方発射ドライバがヒンジ式のキャビネットまたはサーボ制御される配置などを通じて直接発射ドライバに対して可動であれば、傾斜角が調節されうる。制御回路（たとえばアナログ、デジタルまたは電気機械式のいずれか）の実装に依存して、そのような位置情報は電気信号伝達方法、電気機械式手段または他の同様の機構を通じて提供されることができる。

ある種のシナリオにおいて、聴取環境についての追加的な情報が、手動または自動的な手段のいずれかを通じた傾斜角のさらなる調整を必要にすることがある。これは、天井が非常に吸収性が高いまたは天井が異例なほど高い場合を含みうる。そのような場合、反射経路に沿って進む音の量は減少されることがあり、よって再生効率を高めるためにドライバからの直接経路信号の量を増すようドライバをさらに前方に傾けることが望ましいことがある。この直接経路成分が増すにつれて、先に説明したように、フィルタ・スケーリング・パラメータαを増すことが望ましい。よって、このフィルタ・スケーリング・パラメータαは、可変傾斜角および反射音対直接音比に関連する他の変数の関数として自動的に設定されてもよい。図７のＡの実施形態について、仮想高さフィルタ７２２はバイパス信号も受領する。これは、仮想高さフィルタリングが望まれない場合にフィルタが回路から切り離されることを許容する。

図６に示されるように、レンダラーは別個の高さ信号および直接信号を、直接、それぞれ上方発射ドライバおよび直接発射ドライバに出力する。あるいはまた、レンダラーは、単一のオーディオ信号を出力して、それが離散的な分離またはクロスオーバー回路によって高さ成分および直接成分に分離されることもできる。この場合、レンダラーからのオーディオ出力は、別個の回路によってその構成要素の高さ成分および直接成分に分離される。ある種の場合には、高さ成分と直接成分は周波数依存ではなく、オーディオを高さおよび直接音の成分に分離してこれらの信号を適切なそれぞれのドライバにルーティングするために、外部分離回路が使用される。ここで、上方発射スピーカー信号には仮想高さフィルタリングが適用される。

しかしながら、たいていの一般的な場合には、高さ成分および直接成分は周波数依存であってもよく、分離回路はフル帯域幅信号を適切なドライバへの伝送のために低域および高域（または帯域通過）成分に分離するクロスオーバー回路を有する。高さ手がかりは典型的には低周波数信号より高周波数信号においてより優勢なので、これはしばしば最も有用な場合である。この応用については、高周波数信号を上方発射ドライバ（単数または複数）に、低周波数信号を直接発射ドライバ（単数または複数）にルーティングするために、クロスオーバー回路が仮想高さフィルタ・コンポーネントとの関連で使用されてもよい、または仮想高さフィルタ・コンポーネント内に統合されていてもよい。図７のＢは、ある実施形態のもとでの、クロスオーバー回路を含む仮想高さフィルタ・システムを示す図である。システム７５０に示されるように、アンプ（図示せず）を通じたレンダラー７０２からの出力はフル帯域幅信号であり、仮想高さスピーカー・フィルタ７０８は、上方発射ドライバ７１２に送られる信号のための所望される高さフィルタ伝達関数を付与するために使われる。クロスオーバー回路７０６が、レンダラー７０２からのフル帯域幅信号を、適切なドライバ７１２（上方発射）および７１４（直接発射）への送出のために高（上方）および低（直接）周波数成分に分離する。クロスオーバー７０６は、高さフィルタ７０８に統合されていても、あるいは高さフィルタ７０８と別個であってもよく、これら別個のまたは組み合わされた回路は、信号処理チェーン内の任意のところに、たとえばレンダラーとスピーカー・システムとの間に（図のとおり）、チェーン内のアンプまたは前置増幅器の一部として、スピーカー・システム自身の内部に、またはレンダラー７０２内に密に結合されたもしくは統合されたコンポーネントとして、設けられてもよい。クロスオーバー機能は、仮想高さフィルタリング機能の前または後に実装されうる。

クロスオーバー回路は典型的には、オーディオを二つまたは三つの周波数帯域に分離する。異なる帯域からのフィルタリングされたオーディオはスピーカー内の適切なドライバに送られる。たとえば、二帯域クロスオーバーでは、低周波数は低周波数を忠実に再現する能力のある、より大きなドライバ（たとえばウーファー／ミッドレンジ）に送られ、高周波数は典型的には、高めの周波数を忠実に再現する能力がより高い、より小さなトランスデューサ（たとえばツイーター）に送られる。図８Ａは、ある実施形態のもとでの、図７のＡに示したような仮想高さフィルタとの関連で使われる二帯域クロスオーバー・フィルタの高レベルの回路図である。描画８００を参照するに、クロスオーバー回路８０２へのオーディオ信号入力は高域通過フィルタ８０４および低域通過フィルタ８０６に送られる。クロスオーバー８０２は、クロスオーバー点を定義する特定のカットオフ周波数をもって設定されるまたはプログラムされる。この周波数は静的であってもよいし、あるいは可変であってもよい（たとえばアナログ実装では可変抵抗器回路、あるいはデジタル実装では可変クロスオーバー・パラメータを通じて）。高域通過フィルタ８０４は低周波数信号（カットオフ周波数より下の信号）をカットし、高周波数成分を高周波数ドライバ８０７に送る。同様に、低域通過フィルタ８０６は高周波数（カットオフ周波数より上）をカットし、低周波数成分を低周波数ドライバ８０８に送る。三方クロスオーバーは同様に機能するが、二つのクロスオーバー点および三つの帯域通過フィルタがあって、入力オーディオ信号を、ツイーター、ミッドレンジおよびウーファーのような三つの別個のドライバへの伝送のために三つの帯域に分離する。

クロスオーバー回路８０２は、既知のアナログ・コンポーネント（たとえばキャパシタ、インダクタ、抵抗器など）および既知の回路設計を使うアナログ回路として実装されてもよい。あるいはまた、デジタル信号プロセッサ（DSP）コンポーネント、論理ゲート、プログラム可能型アレイまたは他のデジタル回路を使うデジタル回路として実装されてもよい。

図８Ａのクロスオーバー回路は、図７の仮想高さフィルタ７０２のような仮想高さフィルタの少なくとも一部を実装するために使用されることができる。図５に見られるように、仮想高さフィルタリングの大半は4kHzより上の周波数で行なわれるが、これは多くの二方クロスオーバーについてのカットオフ周波数より高い。図８Ｂは、ある実施形態のもとでの、高域通過フィルタリング経路における仮想高さフィルタリングを実装する二帯域クロスオーバーを示している。描画８２０において示されるように、クロスオーバー８２１は低域通過フィルタ８２５および高域通過フィルタ８２４を含む。高域通過フィルタは仮想高さフィルタ・コンポーネント８２８を含む回路８２０の一部である。この仮想高さフィルタは、高周波数ドライバ８３０への伝送前に、曲線３０２のような所望される高さフィルタ応答を高域通過フィルタリングされた信号に適用する。

システムまたはユーザーが較正またはセットアップ動作の間、仮想高さフィルタ回路をバイパスできるようにするためにバイパス・スイッチ８２６が設けられていてもよい。それにより、他のオーディオ信号プロセスが、仮想高さフィルタに干渉することなく動作できる。スイッチ８２６は、フィルタ回路が存在するスピーカーもしくはレンダリング・コンポーネント上に設けられる手動のユーザーが操作するトグルスイッチであってもよいし、あるいはソフトウェアによって制御される電子的スイッチであってもよいし、あるいは他の任意の適切な型のスイッチであってもよい。位置情報８２２は仮想高さフィルタ８２８に提供されてもよい。

図８Ｂの実施形態は、クロスオーバーの高域通過フィルタ段と一緒に使われる仮想高さフィルタを示している。代替的な実施形態では仮想高さフィルタは低域通過フィルタと一緒に使われてもよいことを注意しておくべきである。そうすれば、図５に示されるような応答の低周波数を模倣するよう、低周波数帯域も修正されることができる。しかしながら、たいていの実際上の応用では、低周波数範囲に存在する極少の高さ手がかりに照らして、クロスオーバーは不相応に複雑でありうる。

図９は、ある実施形態のもとでの、図８Ｂの二帯域クロスオーバーの周波数応答を示している。描画９００に示されるように、クロスオーバーは、９０２のカットオフ周波数をもち、カットオフ周波数９０２より上の周波数をカットする低域通過フィルタの周波数応答曲線９０４およびカットオフ周波数９０２より下の周波数をカットする高域通過フィルタの周波数応答曲線９０６を作り出す。仮想高さフィルタが高域通過フィルタ段の後にオーディオ信号に適用されるとき、仮想高さフィルタ曲線９０８が高域通過フィルタ曲線９０６にスーパーインポーズされる。

図８Ｂに示されるクロスオーバー実装は、上方発射仮想高さスピーカーが、低周波数について一つ、高周波数について一つという二つのドライバを使って実装されることを想定している。しかしながら、この構成はたいていの条件の下では理想的ではないことがある。上方発射スピーカーの個別的な制御された方向性は、しばしば効果的な仮想化のために枢要である。たとえば、仮想高さスピーカーを実装するとき、単一トランスデューサ・スピーカーが通例、より効果的である。さらに、より小さな単一トランスデューサ（たとえば直径3インチ）のほうが、より大きなトランスデューサよりも、より高い周波数でより方向性があり、より値頃なので、好ましい。

ある実施形態では、上方発射ドライバは、異なるサイズおよび／または特性の二つ以上のスピーカーの対またはアレイを有していてもよい。図１０は、ある実施形態のもとでの、仮想高さフィルタと一緒に使うための、さまざまな異なる上方発射および直接発射ドライバ構成を示している。図１０に示されるように、上方発射スピーカーは、同じ角度で上方に発射するための同じキャビネット１００１内にいずれも取り付けられた二つのドライバ１００２および１００４を含んでいてもよい。用途の必要に依存して、これらのドライバは同じ構成であってもよいし、あるいは異なる構成であってもよい（サイズ、パワー、周波数応答など）。上方発射（UF: upward firing）オーディオ信号はこのスピーカー１００１に伝送され、適切なオーディオをドライバ１００２および１００４のいずれかまたは両方に送るために内部処理が使用されてもよい。代替的な実施形態では、スピーカー１０１０に示されるように、上方発射ドライバの一方、たとえば１００４が他方のドライバに対して異なる角度にされてもよい。この場合、上方発射ドライバ１００４はキャビネット１０１０から実質的に前方に発射するよう向き付けられる。ドライバ１００２および１００４のいずれかまたは両方について、いかなる適切な角度が選択されてもよく、スピーカー構成はいかなる適切な数のさまざまな型（コーン、リボン、ホーンなど）のドライバまたはドライバ・アレイを含んでいてもよいことを注意しておくべきである。ある実施形態では、上方発射スピーカー１００１および１００２は、メイン・キャビネットから直接音を送出する一つまたは複数のドライバ１０２０を含む前方または直接発射スピーカー１０２０上に取り付けられてもよい。このスピーカーは、メイン・オーディオ入力信号を、UFオーディオ信号と別個のものとして、受領する。

図８Ｃは、ある実施形態のもとでの、図１０に示されるような種々の高周波数ドライバと一緒に使うための、上方発射および前方発射スピーカー・クロスオーバー・フィルタ・ネットワークを組み合わせるクロスオーバーを示している。描画８０００は、前方発射スピーカーおよび仮想高さスピーカーについて別個のクロスオーバーが提供される実施形態を示している。直接発射スピーカー・クロスオーバー８０１２は、低周波数ドライバ８０２０にフィードする低域通過フィルタ８０１６と、高周波数ドライバ８０１８にフィードする高域通過フィルタ８０１４を有する。仮想高さスピーカー・クロスオーバー８００２は、クロスオーバー８０１２における低域通過フィルタ８０１６の出力との組み合わせを通じてやはり低周波数ドライバ８０２０にフィードする低域通過フィルタ８００４を含む。仮想高さクロスオーバー８００２は、仮想高さフィルタ関数８００８を組み込む高域通過フィルタ８００６を含む。このコンポーネント８００７の出力は高周波数ドライバ８０１０にフィードする。ドライバ８０１０は上方発射ドライバであり、典型的には、直接発射低周波数ドライバ８０２０より小さな、可能性としては異なる組成のドライバである。例として、前方向きドライバ低周波数ドライバ８０２０についての有効周波数範囲は40Hzから2kHzに、前方向き高周波数ドライバ８０１８については2kHzから20kHzに、上方発射高周波数ドライバ８０１０については400Hzから20kHzに設定されてもよい。

図１０に示されるように上方および直接発射ドライバのためのクロスオーバー・ネットワークを組み合わせることからいくつかの恩恵がある。まず、好ましいより小さなドライバは、より低い周波数を効果的に再現できず、実際にはラウドネスが大きいレベルでは歪めてしまうことがある。よって、低周波数をフィルタリングして直接発射ドライバの低周波数ドライバに向け直すことにより、該より小さな単一のスピーカーが、仮想高さスピーカーのために使われることができ、より高い忠実度につながる。さらに、研究によれば、400Hzより下のオーディオ信号についてはほとんど仮想高さ効果がないことが示されており、よってより高い周波数だけを仮想高さスピーカー１０１０に送ることは、そのドライバの最適な使用を表わす。

〈スピーカー伝達関数〉
ある実施形態では、高さ反射音を最適化するよう目標伝達関数を作り出すために、受動的または能動的な高さ手がかりフィルタが適用される。すべての含まれる成分とともに測定される高さ手がかりフィルタを含む前記システムの周波数応答は、正弦波対数掃引を使って参照軸上で1メートルのところで測定され、六分の一オクターブの最大平滑化を使って、目標曲線に比べて、180Hzから5kHzまでで最大誤差±3dBである必要がある。さらに、1000Hzから5000Hzまでの平均に比して、7kHzにおいて1dB以上のピークと、12kHzにおいて－2dB以下の最小があるべきである。これら二つの点の間の単調な関係を提供することが有利であることがある。上方発射ドライバについては、低周波数応答特性は、180Hzの目標カットオフ周波数および0.707の品質因子をもつ二次高域通過フィルタの特性に従うものとする。180Hzより低いコーナーをもつロールオフをもつことは受け入れられる。応答は90Hzにおいて－13dBより大きいべきである。正弦波対数掃引を使って参照軸上で1メートルのところで生成される86dBの、1ないし5kHzの諸三分の一オクターブ帯域における平均SPLにおいて、自己パワー・システム（self-powered system）が試験されるべきである。図１１は、ある実施形態のもとでの、上方発射スピーカー・システムについての目標伝達関数１１０２を示すグラフである。

スピーカー指向性に関し、ある実施形態では、上方発射スピーカー・システムは、参照軸および直接応答軸の両方で測定される上方発射ドライバの相対的な周波数応答を必要とする。直接応答伝達関数は一般に、正弦波対数掃引を使って参照軸から＋70°の角度で1メートルのところで測定される。高さ手がかりフィルタは両方の測定において含められる。5kHzにおいて少なくとも5dB、10kHzにおいて少なくとも10dBの参照軸応答対直接応答の比があるべきであり、これら二つの点の間の単調な関係が推奨される。図１２のＡは、上方発射ドライバおよび直接発射ドライバの相対的な周波数応答を測定するための、上方発射スピーカー・システム１２０２に対するマイクロホン１２０４の配置を示している。図１２のＢは、ある実施形態のもとでの、参照軸応答１２１２および示された測定位置における直接応答１２１４を示している。上記は、ある実施形態のもとでの上方発射スピーカー・システムについてのいくつかの例示的な試験および構成データを表わしており、他の変形も可能である。

〈仮想高さスピーカーと部屋補正〉
上記で論じたように、仮想高さフィルタリングを仮想高さスピーカーに加えることは、上方発射ドライバに、高さの知覚を加えるまたは改善する、オーディオ信号への知覚的手がかりを加える。仮想高さフィルタリング技法をスピーカーおよび／またはレンダラーに組み込むことは、再生設備によって実行される他のオーディオ信号プロセスを考慮に入れる必要があることがある。一つのそのようなプロセスは部屋補正である。これは、市販のAVRにおいて一般的なプロセスである。部屋補正技法は、接続されたスピーカーを用いてAVRを通じて再生されたオーディオ試験信号の時間および周波数応答を測定するために聴取環境に置かれるマイクロホンを利用する。試験信号およびマイクロホン測定の目的は、部屋および環境のオーディオに対する音響効果のようないくつかの主要な因子を測定し、補償することである。そうした因子は、部屋ノード（ヌルおよびピーク）、再生スピーカーの非理想的な周波数応答、複数のスピーカーと聴取位置の間の時間遅延および他の同様の因子を含む。部屋補正システムによって検出される何らかの効果を克服するために、自動周波数等化および／またはボリューム補償が信号に適用されてもよい。たとえば、最初の二つの因子について、AVR／スピーカー・システムを通じて再生されるオーディオを修正するために、典型的には等化が利用される。オーディオの周波数応答の大きさを調整して、部屋ノード（ピークおよびノッチ）およびスピーカー応答の不正確さが補正されるようにするためである。

（上方発射スピーカーを通じて）システムにおいて仮想高さスピーカーが使われ、仮想フィルタリングが有効にされている場合、部屋補正システムは仮想高さフィルタを部屋ノードまたはスピーカー異常として検出して、仮想高さ絶対値応答を平坦になるよう等化しようとすることがある。この試みられた補正は、傾斜角が比較的高いときなど仮想高さフィルタが顕著な高周波数ノッチを示す場合に、特に気づかれうる。仮想高さスピーカー・システムの諸実施形態は、部屋補正システムが仮想高さフィルタリングを取り消すことを防ぐための技法およびコンポーネントを含む。図１３は、ある実施形態のもとでの、部屋補正および仮想高さスピーカー検出機能を含む仮想高さレンダリング・システムのブロック図である。描画１３００に示されるように、AVRまたは他のレンダリング・コンポーネント１３０２が、仮想高さフィルタ・プロセス１３０８を組み込んでいる一つまたは複数の仮想高さスピーカー１３０６に接続されている。このフィルタが生じる周波数応答は、レンダラー１３０２によって実行される部屋補正１３０４または他の異常補償技法の対象となることがありうる。

ある実施形態では、部屋補正補償コンポーネントは、AVRまたは他のレンダリング・コンポーネントが仮想高さスピーカーがそれに接続されていることを検出することを許容するコンポーネント１３０５を含む。一つのそのような検出技法は、部屋較正ユーザー・インターフェースと、ある型のスピーカーを仮想または非仮想高さスピーカーとして指定するスピーカー定義とを使うことである。今日のオーディオ・システムはしばしば、ユーザーに各スピーカー位置におけるスピーカーのサイズ、たとえば小、中、大を指定するよう求めるインターフェースを含んでいる。ある実施形態では、仮想高さスピーカー型がこの定義セットに加えられる。こうして、システムは、小、中、大、仮想高さなどといった追加的なデータ要素を通じて、仮想高さスピーカーの存在を予期することができる。ある代替的な実施形態では、仮想高さスピーカーは、それが非仮想高さスピーカーではなく仮想高さスピーカーであることを述べる伝達ハードウェア（signaling hardware）を含んでいてもよい。この場合、レンダリング装置（AVRなど）は諸スピーカーを探査し、いずれかの特定のスピーカーが仮想高さ技術を組み込んでいるかどうかに関する情報を探す。このデータは、無線、直接デジタル接続であることができる定義された通信プロトコルを介して、あるいは既存のスピーカー線または別個の接続を使う専用のアナログ経路を介して、提供されることができる。さらなる代替的な実施形態では、検出は、スピーカーにおける仮想高さフィルタの一意的な周波数特性を同定し、測定された試験信号の解析を通じて仮想高さスピーカーが接続されていることを判別するよう構成されているまたは修正されている試験信号および測定手順の使用を通じて実行されることができる。

ひとたび部屋補正機能をもつレンダリング装置がシステムに接続された仮想高さスピーカー（単数または複数）の存在を検出したら、仮想高さフィルタリング機能１３０８に悪影響することなくシステムを正しく較正するために較正プロセス１３０５が実行される。ある実施形態では、較正は、レンダリング装置が仮想高さスピーカー１３０６に仮想高さフィルタリング・プロセス１３０８をバイパスさせることを許容する通信プロトコルを使って実行されることができる。これは、スピーカーがアクティブであり、フィルタリングをバイパスできる場合に、行なわれることができる。バイパス機能はユーザー選択可能なスイッチとして実装されてもよいし、あるいはソフトウェア命令として（たとえばフィルタ１３０８がDSPにおいて実装される場合）またはアナログ信号として（たとえばフィルタがアナログ回路として実装される場合）実装されてもよい。

ある代替的な実施形態では、システム較正はプリエンファシス・フィルタリングを使って実行されることができる。この実施形態では、部屋補正アルゴリズム１３０４は、較正プロセスで使うために生成してスピーカーに出力する試験信号に対してプリエンファシス・フィルタリングを実行する。図１４は、ある実施形態のもとでの、較正のためのプリエンファシス・フィルタリングの効果を表示するグラフである。プロット１４００は、仮想高さフィルタについての典型的な周波数応答１４０４と、相補的なプリエンファシス・フィルタ周波数応答１４０２とを示している。部屋較正プロセスにおいて使われるオーディオ試験信号にプリエンファシス・フィルタが適用され、仮想高さスピーカーを通じて再生されるときに該フィルタの効果が打ち消されるようにする。このことは、プロット１４００の上の周波数範囲における二つの曲線１４０２および１４０４の相補的なプロットによって示されている。このようにして、通常の非仮想高さスピーカーを使っているかのように、較正が適用される。

あるさらなる代替的な実施形態では、較正は、較正システムの目標応答に仮想高さフィルタ応答を加えることによって実行されることができる。これら二つの場合（プリエンファシス・フィルタまたは目標応答の修正）のいずれでも、較正手順を修正するために使われる仮想高さフィルタは、スピーカーにおいて利用されるフィルタに厳密にマッチするよう選ばれてもよい。しかしながら、スピーカーと一緒にまたはスピーカー内部で利用される仮想高さフィルタが、スピーカー位置および部屋寸法の関数として修正されない普遍的なフィルタである場合には、較正システムはその代わりに、実際の位置および寸法に対応する仮想高さフィルタ応答を選択してもよい。これは、そのような情報がシステムに利用可能であればである。このようにして、較正システムは、より精密な、位置に依存する仮想高さフィルタ応答と、スピーカーにおいて利用されている普遍的応答との間の差と等価な補正を適用する。このハイブリッド・システムでは、スピーカーにおける固定されたフィルタは良好な仮想高さ効果を提供し、AVRにおける較正システムは、聴取環境のさらなる知識を用いて、さらにこの効果を洗練する。

図１５は、ある実施形態のもとでの、適応オーディオ・システムにおいて仮想高さフィルタリングを実行する方法を示す流れ図である。図１５のプロセスは、図１３に示されるコンポーネントによって実行される機能を示している。プロセス１５００は、試験信号（単数または複数）を、組み込みの仮想高さフィルタリングをもつ仮想高さスピーカーに送ることによって始まる（工程１５０２）。組み込みの仮想高さフィルタリングは図７に示したような周波数応答曲線を生成する。これは、何らかの部屋補正プロセスによって補正される異常であると見なされることがある。工程１５０４では、システムは仮想高さスピーカーの存在を検出し、部屋補正方法の適用に起因する修正があればそれは補正または補償されて、仮想高さスピーカーの仮想高さフィルタリングの機能が許容される（工程１５０６）。

〈スピーカー・システムおよび回路設計〉
上記したように、仮想高さフィルタはスピーカーにおいて、スピーカー自身で、または入力オーディオ周波数を高帯域および低帯域に、あるいはクロスオーバー設計によってはさらなる帯域に分離するクロスオーバー回路の一部として、実装されてもよい。これらの回路はいずれも、デジタルDSP回路または図５に示したような仮想高さフィルタ曲線を近似するFIR（有限インパルス応答）もしくはIIR（無限インパルス応答）フィルタを実装する他の回路として実装されてもよい。クロスオーバー、分離回路および／または仮想高さフィルタのいずれも、受動回路または能動回路として実装されうる。ここで、能動回路は機能するために別個の電源を必要とし、受動回路は他のシステム・コンポーネントまたは信号によって与えられる電力を使う。

高さフィルタまたはクロスオーバーがスピーカー・システム（キャビネットおよびドライバ）の一部として提供される実施形態については、このコンポーネントはアナログ回路で実装されてもよい。図１６のＡは、ある実施形態のもとでの、アナログ仮想高さフィルタ回路を示す回路図である。回路１６００は、諸アナログ・コンポーネントの接続を有する仮想高さフィルタを含んでおり、それらのアナログ・コンポーネントは、3インチ6オーム・スピーカーについての、18kHzまでは公称上平坦な応答をもつ、スケーリング・パラメータα＝0.5での曲線５０２の等価物を近似するよう選ばれた値をもつ。この回路の周波数応答は図１６のＢに黒の曲線１６２２として、灰色の所望される曲線１６２４とともに描かれている。図１６の例示的な回路１６００は、仮想高さフィルタ回路についての可能な回路設計もしくはレイアウトのほんの一例を表わすことを意図したものであり、他の設計が可能である。

図１７のＡは、DSPまたは能動回路を用いる、電源のあるスピーカーにおいて使うための高さ手がかりフィルタのデジタル実装を描いている。このフィルタは、48kHzのサンプリング・レートについて選ばれた係数をもつ四次のIIRフィルタとして実装される。このフィルタは代替的に、当業者によく知られた手段を通じて、等価な能動アナログ回路に変換されてもよい。図１７のＢは、このフィルタの例示的な周波数応答曲線１７２４を所望される応答曲線１７２２とともに描いている。

図１８は、ある実施形態のもとでの、仮想高さフィルタ回路とともに使用されうるアナログ・クロスオーバー回路を示す回路図である。図１８は、直接発射ウーファーおよびツイーターのために使用されうる標準的な型のクロスオーバー回路を示している。図１８には具体的なコンポーネント接続および値が示されているが、他の代替実装も可能であることは注意しておくべきである。

家庭シアターまたは同様の聴取環境のために仮想高さフィルタリングを実装する適応オーディオ・システムにおいて使われるスピーカーは、既存のサラウンドサウンド構成（たとえば5.1、7.1、9.1など）に基づく構成を使うことがある。この場合、いくつかのドライバが、既知のサラウンドサウンド慣行により提供され、定義され、上方発射音成分のために追加的なドライバおよび定義が提供される。上方発射および直接発射ドライバは、種々のスタンドアローンのドライバ・ユニットおよびドライバ組み合わせをユニット的キャビネット内にもつさまざまな異なる構成においてパッケージングされうる。図１９は、ある実施形態のもとでの、仮想高さフィルタリングを利用する反射音アプリケーションのための上方および直接発射スピーカーの構成を示している。スピーカー・システム１９００において、キャビネットは、ウーファー１９０４およびツイーター１９０２を含む直接発射ドライバを含んでいる。上方発射ドライバ１９０６が、聴取室の天井からの反射のためにキャビネットの頂部から信号を送出するために配置される。先述したように、傾斜角は、20度などいかなる適切な角度に設定されてもよく、ドライバ１９０６はこの傾斜角に関して手動でまたは自動的に可動であってもよい。吸音フォーム１９１０または任意の同様のバフリング材料が上方発射ドライバ・ポートに含められてもよい。このドライバをスピーカー・システムの残りの部分から音響的に孤立させるためである。図１９の構成は、単に例示的な図解を提供することを意図したものであり、他の多くの構成が可能である。キャビネット・サイズ、ドライバ・サイズ、ドライバ型、ドライバ配置および他のスピーカー設計特性はみな、オーディオ・コンテンツ、レンダリング・システムおよび聴取環境の要求および制限に基づいて異なる構成にされてもよい。

スピーカー・キャビネットについての寸法および構築材料は、システム要求に依存して調整されてもよく、多くの異なる構成およびサイズが可能である。たとえば、ある実施形態では、キャビネットは中密度繊維板（MDF）または他の材料、たとえば木、ガラス繊維、パースペックス〔商標〕などで作られてもよく、MDFキャビネットについては0.75インチ（19.05mm）などいかなる適切な厚さで作られてもよい。スピーカーは、書棚スピーカー、床置きスピーカー、デスクトップ・スピーカーまたは他の任意の適切なサイズに合うようなサイズに構成されてもよい。図２０は、図１９に示したスピーカーの側面図に、ミリメートル単位でいくつかの例示的な寸法を与えたものである。図２０で与えられる仕様は単に例示的な図解のために意図されたものであり、他の多くの好適な寸法が可能である。図２０の側面図は、ある例示的実施形態におけるスピーカーの内部構造を示しており、図のように、上方発射スピーカー２００６はエンクロージャー２００２の頂部にはめこまれており、該スピーカーは上向き角度20°（または他の任意の適切な角度）で発射できる。内部棚２００４は、主システム・ウーファー２００８および上方発射ドライバ２００６について、音響的な分離と負荷を提供する。

図１９に示されるように、定常波および回折の効果を低減して事実上、ドライバの周波数応答を平滑化するために、上方発射ドライバのまわりのスピーカー・キャビネットのくぼんだ領域において吸音フォームが使われる。図２１のＡは、ある実施形態のもとでの、上方発射ドライバ２１０２を少なくとも部分的に囲む吸音フォーム２１０４を有するスピーカー・キャビネット２１０６の詳細な図解である。図２１のＢは、ある実施形態のもとでの、上方発射ドライバおよび吸音フォームのみを示している。吸音フォーム２１０４は、キャビネットの上部が角度を付けられているという事実のため、上方発射ドライバを部分的に囲むものとして示されている。代替的に、音響特性に依存して、ドライバを完全に囲むよう構成されてもよいし、あるいはドライバの特定の周に沿ってのみフォームが配置されてもよい。スピーカー・サイズ制約条件および音響要件に依存して、フォームの任意の適切な材料および厚さが使用されうる。

スピーカー・システム１９００の上方発射（頂部発射）、直接発射およびツイーターについて任意の型の適切なトランスデューサが使用できる。下記の表１は、ある実施形態のもとでの、各ドライバについてのいくつかの例示的なトランスデューサ型を挙げている。これは単に例であることが意図されており、他のトランスデューサの型およびサイズも可能であることを注意しておくべきである。

典型的な適応オーディオ環境では、いくつかのスピーカー・エンクロージャーが聴取環境内に含まれる。これにより、ユーザーは標準的なサラウンドサウンド構成に高さ対応スピーカーを容易に挿入し、天井スピーカーの複雑な設置を実行することなくきわめて正確な高さ像を達成できる。図２２は、聴取環境内における、上方発射ドライバおよび仮想高さフィルタ・コンポーネントをもつスピーカーの例示的な配置を示している。図２２に示されるように、聴取環境２２００は四つの個別スピーカー２２０２を含んでおり、それぞれ少なくとも一つの前方発射、側方発射および上方発射ドライバを有している。聴取環境は、中央スピーカーおよびサブウーファーもしくはLFE（低周波数要素）のようなサラウンドサウンド用途のために使われる固定したドライバをも含んでいてもよい。図２２に見られるように、聴取環境およびそれぞれのスピーカー・ユニットのサイズに依存して、聴取環境内でのスピーカー２２０２の適正な配置は、前記いくつかの上方発射ドライバからの天井での音の反射から帰結するリッチなオーディオ環境を提供することができる。これらのスピーカーは、コンテンツ、聴取環境サイズ、聴取者位置、音響特性および他の関連するパラメータに依存して、天井面の一つまたは複数の点からの反射を与えるように、ねらいをつけることができる。

先述したように、上方発射スピーカーについての最適角度は、聴取者に対する最大の反射エネルギーにつながる仮想高さドライバの傾斜角である。ある実施形態では、この角度は、スピーカーからの距離および天井高さの関数である。一般には天井高さは特定の部屋におけるすべての仮想高さドライバについて同じになるが、それらの仮想高さドライバは、聴取者または聴取位置１０６から等距離でなくてもよい。仮想高さスピーカーは、直接投射およびサラウンドサウンド機能といった種々の機能のために使われてもよい。この場合、上方発射ドライバのための種々の傾斜角が使われてもよい。たとえば、サラウンド仮想高さスピーカーは、コンテンツおよび部屋条件に依存して、前方仮想高さドライバに比べてより浅いまたはより急峻な角度に設定されてもよい。さらに、異なるスピーカーについて、たとえば前方高さドライバに対してサラウンド仮想高さドライバについて、異なるαスケーリング因子が使用されてもよい。同様に、異なるスピーカーに適用される仮想高さモデルについて、異なる形状の絶対値応答曲線が使われてもよい。このように、複数の異なる仮想高さスピーカーをもつ配備されたシステムにおいて、それらのスピーカーは異なる角度に配向されてもよく、および／またはこれらのスピーカーのための仮想高さフィルタは異なるフィルタ曲線を示してもよい。

一般に、本稿に記載される仮想高さフィルタリング技法を組み込む上方発射スピーカーは、天井に位置された頭上／高さスピーカーの存在をシミュレートするよう硬い天井表面から音を反射させるために使用されることができる。適応オーディオ・コンテンツの魅力的な属性は、空間的に多様なオーディオが頭上スピーカーのアレイを使って再現されるということである。しかしながら、上述したように、多くの場合、頭上スピーカーの設置は家庭環境では高価すぎるまたは実際的ではない。水平面内に普通に位置されたスピーカーを使って高さスピーカーをシミュレートすることにより、説得力のある3D経験を、設置するのが簡単なスピーカーを用いて作り出すことができる。この場合、適応オーディオ・システムは、オーディオ・オブジェクトおよびその空間的再生情報が上方発射ドライバによって再生されるオーディオを生成するために使われているという点で、上方発射／高さシミュレート・ドライバを新しい仕方で使っている。頭上の反射信号によって高さの知覚が適正に与えられるよう、仮想高さフィルタリング・コンポーネントは、反射音に比較して聴取者に直接送出されうる高さ手がかりを調和させるまたは最小にする助けとなる。

本稿に記述されるシステムの諸側面は、デジタルまたはデジタイズされたオーディオ・ファイルを処理するための適切なコンピュータ・ベースの音処理ネットワーク環境において実装されてもよい。適応オーディオ・システムの諸部分は、コンピュータ間で伝送されるデータをバッファリングおよびルーティングするはたらきをする一つまたは複数のルーター（図示せず）を含め、任意の所望される数の個々の機械を含む一つまたは複数のネットワークを含んでいてもよい。そのようなネットワークは、さまざまな異なるネットワーク・プロトコル上で構築されてもよく、インターネット、広域ネットワーク（WAN）、ローカル・エリア・ネットワーク（LAN）またはその任意の組み合わせであってもよい。

上記のコンポーネント、ブロック、プロセスまたは他の機能構成要素の一つまたは複数は、システムのプロセッサ・ベースのコンピューティング装置の実行を制御するコンピュータ・プログラムを通じて実装されてもよい。本稿に開示されるさまざまな機能は、ハードウェア、ファームウェアのいくつもある組み合わせを使っておよび／またはさまざまな機械可読もしくはコンピュータ可読媒体において具現されたデータおよび／または命令として、挙動上の、レジスタ転送、論理コンポーネントおよび／または他の特性を用いて記載されることがあることを注意しておくべきである。そのようなフォーマットされたデータおよび／または命令が具現されうるコンピュータ可読媒体は、光学式、磁気式もしくは半導体記憶媒体のようなさまざまな形の物理的（非一時的）、不揮発性記憶媒体を含むがそれに限定されない。

文脈がそうでないことを明確に要求するのでないかぎり、本記述および請求項を通じて、単語「有する」「含む」などは、排他的もしくは網羅的な意味ではなく包含的な意味に解釈されるものとする。すなわち、「……を含むがそれに限定されない」の意味である。単数または複数を使った単語は、それぞれ複数または単数をも含む。さらに、「本稿で」「以下で」「上記で」「下記で」および類似の意味の単語は、全体としての本願を指すのであって、本願のいかなる特定の部分を指すものでもない。単語「または」が二つ以上の項目のリストを参照して使われるとき、その単語は該単語の以下の解釈のすべてをカバーする：リスト中の項目の任意のもの、リスト中の項目のすべておよびリスト中の項目の任意の組み合わせ。

一つまたは複数の実装が、例として、個別的な実施形態を用いて記載されているが、一つまたは複数の実装は開示される実施形態に限定されないことは理解されるものとする。逆に、当業者に明白であろうさまざまな修正および類似の構成をカバーすることが意図されている。したがって、付属の請求項の範囲は、そのようなすべての修正および類似の構成を包含するような最も広い解釈を与えられるべきである。

いくつかの態様を記載しておく。
〔態様１〕
聴取環境の上表面で反射されるように音波を送出するスピーカーであって：
キャビネットと；
前記キャビネット内であり前記キャビネットの前面に実質的に垂直な水平軸に沿って音を送出するよう向き付けられた直接発射ドライバと；
前記水平軸に対して18度から22度の間の傾斜角に向けられた上方発射ドライバと；
前記直接発射ドライバおよび前記上方発射ドライバへの別個の入力接続をもつ前記キャビネットの外側に固定された端子パネルとを有する、
スピーカー。
〔態様２〕
前記上方発射ドライバは、前記キャビネットの上面内にはめ込まれ、前記聴取環境の天井の反射点から音を反射させるよう構成されており、前記上方発射ドライバからの直接応答についての対応する角度は水平軸から公称70度である、態様１記載のスピーカー。
〔態様３〕
前記キャビネットの前記上面のくぼんだ領域に設置され、少なくとも部分的には前記上方発射ドライバのまわりに配置された吸音フォームをさらに有しており、それにより定常波および回折の効果を低減するとともに、前記上方発射ドライバの周波数応答をなめらかにするのを助ける、態様２記載のスピーカー。
〔態様４〕
前記上方発射ドライバと前記直接発射ドライバとの間の音響分離を提供するよう前記キャビネットの内部空洞を横断して配置された内部棚をさらに有する、態様１ないし３のうちいずれか一項記載のスピーカー。
〔態様５〕
前記端子パネルが：
オーディオ・システムを前記直接発射ドライバに接続するための第一の組の入力端子バインディング・コネクタと；
前記オーディオ・システムを前記上方発射ドライバに接続するための第二の組の入力端子バインディング・コネクタとを有する、
態様１記載のスピーカー。
〔態様６〕
前記第一の組の入力端子バインディング・コネクタの極性は、前記第二の組の入力端子バインディング・コネクタの極性に等しい、態様５記載のスピーカー。
〔態様７〕
前記上方発射ドライバは、6オーム以上の定格インピーダンスおよび少なくとも4.8オームの最小インピーダンスをもつ、態様１ないし４のうちいずれか一項記載のスピーカー。
〔態様８〕
前記水平軸に沿って1メートルの距離において、前記上方発射ドライバの定格電力処理レベルにおいて、100Hzから15kHzまでの間の圧縮が高々3dBである、態様７記載のスピーカー。
〔態様９〕
目標伝達曲線を作り出すために前記上方発射ドライバに伝送される信号に対してある周波数応答曲線を適用する仮想高さフィルタ回路をさらに有する、態様１ないし８のうちいずれか一項記載のスピーカー。
〔態様１０〕
前記仮想高さフィルタは、前記聴取環境の前記上表面から反射される音に存在している高さ手がかりを優先して、前記聴取環境を通じて直接伝送される音波に存在する高さ手がかりを補償する、態様９記載のスピーカー。
〔態様１１〕
前記上方発射ドライバの低周波数応答特性は、180Hzの目標カットオフ周波数および0.707の品質因子をもつ二次高域通過フィルタのものに従う、態様１０記載のスピーカー。
〔態様１２〕
直接応答伝達関数が、正弦波対数掃引法を使って水平軸に対して70度の角度で水平軸に沿って1メートルの距離のところで測定され、直接応答に対する70度の角度での応答の比は5kHzにおいて少なくとも5dB、10kHzにおいて少なくとも10dBである、態様１０または１１記載のスピーカー。
〔態様１３〕
前記仮想高さフィルタと統合されたクロスオーバー回路をさらに有しており、前記クロスオーバーは直接発射ドライバに閾値周波数より下の低周波数信号を伝送する低域通過セクションと、前記上方発射ドライバに前記閾値周波数より上の高周波数信号を伝送する高域通過セクションとを有する、態様１０記載のスピーカー。
〔態様１４〕
前記キャビネットは、0.75インチの厚さの中密度繊維板（MDF）でできている、態様１ないし１３のうちいずれか一項記載のスピーカー。
〔態様１５〕
前記上方発射ドライバおよび直接発射ドライバは、統合された仮想高さスピーカー・システムとして前記筐体内に収容されており、2.83Vrmsでの正弦波対数掃引を使って前記上方発射ドライバからの音投射によって定義される参照軸上での水平軸に沿って1メートルの距離のところに生成された1ないし5kHzの諸三分の一オクターブ帯域における線形圧力レベルの平均が、水平軸に沿った前記直接ドライバを3dBより大きくは下回らない、態様１記載のスピーカー。
〔態様１６〕
前記直接発射ドライバを収容する直接発射ドライバ・キャビネットの上表面に配置された前記上方発射ドライバを収容する上方発射ドライバ・キャビネットをさらに有する、態様１記載のスピーカー。
〔態様１７〕
部屋における聴取位置に向けて部屋天井から音波を反射させるスピーカー・システムであって：
キャビネットと；
前記キャビネット内であり前記キャビネットの前面に実質的に垂直な水平軸に沿って音を送出するよう向き付けられた直接発射ドライバと；
前記キャビネットの上面内の凹部にはめ込まれ、前記天井の反射点から音を反射させるよう構成された上方発射ドライバであって、前記上方発射ドライバからの直接応答についての対応する角度は水平軸から公称70度である、上方発射ドライバと；
目標伝達曲線を作り出すために前記上方発射ドライバに伝送される信号に対してある周波数応答曲線を適用する仮想高さフィルタ回路であって、スピーカー位置からの方向手がかりを少なくとも部分的に除去し、反射点からの方向手がかりを少なくとも部分的に挿入することによって、前記天井から反射される音に存在している高さ手がかりを優先して、前記部屋を通じて直接伝送される音波に存在する高さ手がかりを補償する、仮想高さフィルタ回路とを有する、
スピーカー・システム。
〔態様１８〕
前記上方発射ドライバは、前記水平軸に対して18度から22度の間の傾斜角に向けられている、態様１７記載のスピーカー・システム。
〔態様１９〕
前記直接発射ドライバおよび前記上方発射ドライバへの別個の入力接続をもつ前記キャビネットの外側に固定された端子パネルをさらに有する、態様１８記載のスピーカー・システム。
〔態様２０〕
直接発射ドライバに低周波数信号を伝送するよう構成された低域通過セクションと、前記上方発射ドライバに高周波数信号を伝送するよう構成された高域通過セクションとを有するクロスオーバーをさらに有する、態様１９記載のスピーカー・システム。
〔態様２１〕
前記上方発射ドライバが第一のスピーカー・キャビネットに収容されており、前記前方発射ドライバが第二のスピーカー・キャビネットに収容されている、態様１ないし２０のうちいずれか一項記載のスピーカー・システム。
〔態様２２〕
前記上方発射ドライバおよび前記前方発射ドライバがユニット的スピーカー・キャビネットに収容されている、態様１７ないし２０のうちいずれか一項記載のスピーカー・システム。
〔態様２３〕
前記キャビネットの前記上面のくぼんだ領域に設置され、少なくとも部分的には前記上方発射ドライバのまわりに配置された吸音フォームをさらに有しており、それにより定常波および回折の効果を低減するとともに、前記上方発射ドライバの周波数応答をなめらかにするのを助ける、態様２１または２２記載のスピーカー・システム。
〔態様２４〕
前記上方発射ドライバが、6オーム以上の定格インピーダンスおよび少なくとも4.8オームの最小インピーダンスをもつ、態様１７記載のスピーカー・システム。
〔態様２５〕
前記水平軸に沿って1メートルの距離において、前記上方発射ドライバの定格電力処理レベルにおいて、100Hzから15kHzまでの間の圧縮が高々3dBである、態様１７および２４のうちいずれか一項記載のスピーカー・システム。
〔態様２６〕
前記上方発射ドライバの低周波数応答特性は、180Hzの目標カットオフ周波数および0.707の品質因子をもつ二次高域通過フィルタのものに従う、態様１７および２５のうちいずれか一項記載のスピーカー・システム。
〔態様２７〕
直接応答伝達関数が、正弦波対数掃引法を使って水平軸に対して70度の角度で水平軸に沿って1メートルの距離のところで測定され、直接応答に対する70度の角度での応答の比は5kHzにおいて少なくとも5dB、10kHzにおいて少なくとも10dBである、態様１７および２６のうちいずれか一項記載のスピーカー・システム。
〔態様２８〕
前記キャビネットは、0.75インチの厚さの中密度繊維板（MDF）でできている、態様１７ないし２７のうちいずれか一項記載のスピーカー・システム。
〔態様２９〕
スピーカーからオーディオ・シーンを生成する方法であって、当該方法は：
第一および第二のオーディオ信号を受領し；
前記第一のオーディオ信号を前記スピーカーの直接発射ドライバにルーティングし；
前記第二のオーディオ信号を前記スピーカーの上方発射ドライバにルーティングすることを含み、前記第一および第二のオーディオ信号は、それぞれ直接オーディオ・コンテンツおよび拡散オーディオ・コンテンツを表わす物理的に別個の信号である、
方法。
〔態様３０〕
前記拡散オーディオ・コンテンツは、前記スピーカーを包含する部屋における聴取者の上方に位置される見かけの源から発する音を表わす高さ手がかりをもつオブジェクト・ベース・オーディオを含む、態様２９記載の方法。
〔態様３１〕
前記上方発射ドライバは、前記直接発射ドライバによって定義される水平軸に対して18度から22度の間の傾斜角に向き付けられている、態様３０記載の方法。
〔態様３２〕
部屋の天井の反射点に向けて上方に音を送出し、音が部屋における前記スピーカーからある距離のところの聴取領域に向けて下方に反射するようにするために、前記前方発射ドライバによって定義される水平角に対して、定義された傾斜角で前記上方発射ドライバを向き付けることをさらに含む、態様３０記載の方法。
〔態様３３〕
前記定義された傾斜角が18度から22度までの間である、態様３０記載の方法。
〔態様３４〕
前記第一のオーディオ信号を、前記スピーカーに取り付けられた端子の第一の組のコネクタを通じて前記直接発射ドライバにルーティングするために、前記オーディオ・シーンをレンダリングするオーディオ処理システムから受領し；
前記第二のオーディオ信号を、前記端子の第二の組のコネクタを通じて前記上方発射ドライバにルーティングするために、前記オーディオ処理システムから受領することをさらに含む、
態様２９ないし３３のうちいずれか一項記載の方法。
〔態様３５〕
前記第一の組のコネクタの極性が前記第二の組のコネクタの極性に等しい、態様３４記載の方法。
〔態様３６〕
前記第二のオーディオ信号に仮想高さフィルタ周波数応答曲線を適用して、部屋の天井から反射される音に存在している高さ手がかりを優先して、部屋を通じて直接送出される音波に存在する高さ手がかりを補償することをさらに含む、態様３０記載の方法。
〔態様３７〕
前記第一および第二のオーディオ信号にクロスオーバー関数を適用することをさらに含んでおり、前記クロスオーバー関数は直接発射ドライバに低周波数帯域信号を伝送するよう構成された低域通過プロセスと、前記上方発射ドライバに高周波数帯域信号を伝送するよう構成された高域通過プロセスとを有し、ある定義された周波数閾値が前記低周波数帯域と高周波数帯域を区別する、態様３６記載の方法。
〔態様３８〕
前記上方発射ドライバが第一のスピーカー・キャビネットに収容されており、前記前方発射ドライバが第二のスピーカー・キャビネットに収容されている、態様２９ないし３７のうちいずれか一項記載の方法。
〔態様３９〕
前記上方発射ドライバおよび前記前方発射ドライバがユニット的スピーカー・キャビネットに収容されている、態様２９ないし３７のうちいずれか一項記載の方法。

Claims

聴取環境の上表面で反射されるように、高さ成分および直接成分をもつフル帯域幅のオブジェクト・ベースのオーディオ・コンテンツについての音波を送出するスピーカー・システムにおいて使うためのクロスオーバー回路であって：
レンダラーから、キャビネット内であり該キャビネットの前面に実質的に垂直な水平軸に沿って音を送出するよう向き付けられた直接発射ドライバおよび前記水平軸に対して18度から22度の間の傾斜角に向けられた上方発射ドライバを有するスピーカーへのインターフェースであって、前記上方発射ドライバは、前記オーディオ・コンテンツにおける高さ手がかりを再生するよう、前記直接発射ドライバからの音の方向から68度から72度の間の傾斜角で音を発射する、インターフェースと；
クロスオーバー段を有する分離回路とを有しており、前記クロスオーバー段は前記直接発射ドライバに閾値周波数より下の低周波数信号を伝送するよう構成された低域通過セクションと、前記上方発射ドライバに前記閾値周波数より上の高周波数信号を伝送するよう構成された高域通過セクションとを有し、前記高域通過セクションが、前記上方発射ドライバに送られる信号に対して所望される高さフィルタ伝達関数を付与するよう構成された仮想高さフィルタを含み、クロスオーバー機能は前記仮想高さフィルタの前または後に実装される、
回路。
前記高さ手がかりは前記オーディオ・コンテンツの低周波数信号より高周波数信号においてより優勢である、請求項１記載の回路。
前記高さ成分および直接成分は周波数依存であり、前記クロスオーバー段は、高周波数信号を前記上方発射ドライバに、より低い周波数の信号を前記直接発射ドライバにルーティングすることによる前記直接発射ドライバおよび前記上方発射ドライバへの伝送のために、前記フル帯域幅の信号を低域、高域または帯域通過成分に分離する、請求項１記載の回路。
前記仮想高さフィルタが前記上方発射ドライバに伝送される信号に対してある周波数応答曲線を適用し、前記周波数応答曲線は、異なる仮想フィルタ応答パラメータに対応する複数の周波数応答曲線のうちから、前記聴取環境におけるスピーカーの位置情報に応答して選択される、請求項１記載の回路。
前記クロスオーバー段が前記仮想高さフィルタと、前記スピーカーの単一のコンポーネント中に統合されている、請求項１記載の回路。