JPH0720309B2 - スピ−カ用音質調整装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はホール音響分野においてパワーアンプを通して
スピーカシステムに入力される音楽信号を処理するため
のスピーカ用音質調整装置に関するものである。

従来の技術 近年、ディジタル信号処理技術の音響分野への進出は目
ざましいものがあり、とりわけホール音響分野ではディ
ジタルミキサー，ディジタルイコライザー等の開発によ
り、よりきめ細かい音づくりが行なわれるようになっ
た。またスピーカシステムの中には専用のチャンネルデ
バイダーを使用し、帯域分割の他に簡単なユニット補正
を行なうなど、前記ディジタル信号処理技術と合わせて
ホール音響システムにおける音質調整技術は格段の進歩
をとげつつある。

以下図面を参照しながら、上述した従来のホール音響シ
ステムの一例について説明する。

第７図は従来の実施例におけるホール音響システム系統
図を示すものである。第７図において21はマイクロホ
ン、22はミキサーである。23はイコライザーであり、39
はチャンネルデバイダーである。25は駆動用のパワーア
ンプ、26はスピーカシステムであり、27,28,29はそれぞ
れ高音域再生用のツィータ，中音域再生用のミッドレン
ジ，低音域再生用のウーハーである。

以上のように構成されたホール音響システム系統図につ
いて、以下その動作について説明する。

まずマイクロホン21からはいる音楽信号はミキサー22に
よりミキシングされてイコライザー23に入力される。イ
コライザー23は入力された音楽信号をホールや視聴室の
特性あるいはスピーカシステム26に取り付けられている
各ユニットの特性を考慮して最適なフィルタリングを行
ない、チャンネルデバイダー39に音楽信号を入力する。
チャンネルデバイダー39は入力された音楽信号を帯域分
割し、各ユニット用の音楽信号として出力する。また各
ユニットの周波数特性を補正するためのフィルタリング
機能や位相整合のための遅延機能をもたせる場合もあ
る。チャンネルデパイダー39からの出力信号はそれぞれ
パワーアンプ25により駆動されてスピーカシステム26の
ツィータ27、ミッドレンジ28,ウーハー29等の各スピー
カユニットに入力される。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、チャンネルデバイ
ダー39に組み込まれているフィルターはアナログ素子に
より構成されるトーン調整的な機能を有するものであ
り、またイコライザー23として1/3オクターブバンド幅
のものを使用したとしてもひとつのバンド幅のみの音圧
レベルを単独かつ急しゅんに変化させることは困難であ
ることから、聴感上問題となる各スピーカユニットに起
因する音圧周波数特性上の急しゅんなピーク，ディップ
を完全に平坦にすることができないという問題点を有し
ていた。またイコライザー23として精度の良いディジタ
ルイコライザーを使用してもセッティングに要する時間
がかかるという問題点を有していた。

本発明は上記問題点に鑑み、スピーカシステムに使用す
る各スピーカユニットの音圧周波数特性上の急しゅんな
ピーク，ディップを平坦にするとともに、ホール等のコ
ンサート会場において簡単かつ短時間に音響システムの
セッティングが行なえるすぐれたスピーカ用音質調整装
置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のスピーカ用音質調
整装置は、入力端子より入力された音楽信号を低域濾過
するための第１のローパスフィルタと、低域濾過された
音楽信号をディジタル信号に変換するためのアナログデ
ィジタル変換部と、前記ディジタル信号を高域濾過する
とともに高音用スピーカユニットの周波数特性を補正す
るための第１のディジタルフィルターと、前記ディジタ
ル信号を帯域濾過するとともに中音用スピーカユニット
の周波数特性を補正するための第２のディジタルフィル
ターと、前記ディジタル信号を低域濾過するとともに低
音用スピーカユニットの周波数特性を補正するための第
３のディジタルフィルターと、前記第1,第2,第３のディ
ジタルフィルターの出力をそれぞれアナログ信号に変換
するためのディジタルアナログ変換部と、前記各アンロ
グ信号をそれぞれ低域濾過するための第２、第3,第４の
ローパスフィルタと、演算部とインターフェイス部とを
備え、前記演算部は、前記高音用スピーカユニット，中
音用スピーカユニット，低音用スピーカユニットそれぞ
れのインパルス応答を記憶するユニット特性記憶手段
と、実現するべき目標振幅周波数特性を入力する目標特
性入力手段と、前記目標振幅周波数特性をヒルベルト変
換して変位特性を算出するヒルベルト変換手段と、前記
ヒルベルト変換手段から出力された振幅及び位相特性を
時間軸特性に変換する逆フーリエ変化手段と、前記時間
軸特性と前記ユニット特性記憶手段から出力されたイン
パルス応答とから前記各ディジタルフィルタのタップ係
数を算出するタップ係数算出手段とから成り、前記算出
されたタップ係数を前記インターフェイス部を介して前
記第1,第2,第３のディジタルフィルタに転送することを
特徴とするものである。

作用 本発明は上記した構成によって、ユニット特性記憶手段
に格納されている各スピーカユニットのユニット特性
と、目標特性入力手段により入力された実現すべき目標
振幅特性をヒルベルト変換手段によりヒルベルト変換し
て位相特性を算出することにより得られた目標伝送特性
に基づいて、タップ係数算出手段において、ユニット固
有の特性をキャンセルするとともに目標伝送特性を実現
するようなタップ係数を算出する。タップ係数はインタ
ーフェース部を通して各ディジタルフィルタに転送され
る。入力端子より入力された音楽信号はローパスフィル
ターにより低域濾過された後アナログディジタル変換部
でディジタル信号に変換され、各ディジタルフィルター
に入力される。各ディジタルフィルターでは各スピーカ
ユニットに合った帯域濾過を実行するとともに、各スピ
ーカユニットの周波数特性上の急しゅんなピークディッ
プを平坦にするとともに精度よく目標周波数特性を実現
するためのフィルタリングを行なう。各ディジタルフィ
ルターからの出力はディジタルアナログ変換部によりア
ナログ信号に変換された後ローパスフィルタにより低域
濾過されて出力される。上記のような作用により、簡単
かつ単時間の操作で聴感上問題となる各スピーカユニッ
トに起因する音圧周波数特性上の急しゅんなピークディ
ップを完全に消滅させるとともに精度よく目標周波数特
性を実現できることとなる。

実施例 以下本発明の一実施例のスピーカ用音質調整装置につい
て、図面を参照しながら説明する。第１図は本発明の第
１の実施例におけるスピーカ用音質調整装置のブロック
図を示すものである。第１図において、１は入力端子、
2,10,11,12はローパスフィルター（以下LPFという）、
３はアナログディジタル変換部（以下A/D変換部とい
う）、4,5,6はディジタルフィルター、7,8,9はディジタ
ルアナログ変換部（以下D/A変換部という）、13はツィ
ータ用端子、14はミッドレンジ用端子、15はウーハー用
端子、16はコンピュータ17へ接続するためのインターフ
ェースである。

なお、本実施例においては、特許請求の範囲に記載され
ている本発明の構成要素であるユニット特性記憶手段，
目標特性入力手段，ヒルベルト変換手段，逆フーリエ変
換手段、タップ係数算出手段は、後に詳述するように、
コンピュータ17のソフトウェア及び周辺装置により具現
化されるものである。

以上のように構成されたスピーカ用音質調整装置につい
て、以下第１図，第２図，第３図、第４図及び第５図を
用いてその動作を説明する。

まず第２図は本発明を含むホール音響システム系統図を
示すものであって、マイクロホン21から入力された音楽
信号はミキサー22,ホール等の室内音場補正用のイコラ
イザー23を通ってスピーカ用音質調整装置24に入力され
る。第１図において、入力された音楽信号はLPF2により
低域濾過された後A/D変換部３においてディジタル信号
に変換される。ディジタル信号は複数のディジタルフィ
ルター4,5,6に並列に入力され、第２図に示す各スピー
カユニットのツイータ27,ミッドレンジ28、ウーハー29
の受けもつ周波数帯域に分割するとともに、各スピーカ
ユニットのもつ音圧周波数特性上のピーク，ディップを
平坦化し、かつオペレータの希望する周波数特性とする
ようなフィルタリングを受ける。このようなフィルタリ
ングを実現するために各ディジタルフィルタ4,5,6に与
えるべきタップ係数は、コンピユータによりあらかじめ
算出された後インターフェイス16を介して各ディジタル
フィルター４、５、６のメモリーへ転送されるが、その
アルゴリズムについては後述する。ディジタルフィルタ
ー4,5,6より出力されたディジタル信号はD/A変換部7,8,
9により復調された後ローパスフィルター10,11,12によ
り低域濾過されて各出力端子13〜15より出力される。第
２図においてスピーカ用音質調整装置から出力された音
楽信号はパワーアンプ25により増幅されてスピーカシス
テム26を構成する各スピーカユニットを駆動する。

次に各ディジタルフィルター4,5,6へ転送するタップ係
数算出の手順およびアルゴリズムについて説明する。

第３図はディジタルフィルタータップ係数算出アルゴリ
ズムを示す図である。まず第２図において目標特性入力
手段としてのライトペン20,ディスプレイ19を用いて目
標周波数特性入力を行なう（ステップ30）。入力された
目標周波数特性は振幅情報あるいは実部情報であり、こ
れにヒルベルト変換をほどこして伝送特性を求め、これ
を各スピーカユニットの受けもつ帯域ごとに分割する
（ステップ31）。ステップ31は、特許請求の範囲に記載
されている本発明の構成要素であるヒルベルト変換手段
に対応する。さらにそれぞれの帯域ごとに逆フーリエ変
換をかけて、各帯域ごとに目標特性のインパルス応答を
求める（ステップ32）。ステップ32は、特許請求の範囲
に記載されている本発明の構成要素である逆フーリエ変
換手段に対応する。次に第２図においてユニット特性記
憶手段としての外部記憶装置18に記録されている各スピ
ーカユニットのインパルス応答を読込んで（ステップ3
3）その逆特性を求め、これらの逆特性と、それぞれの
対応する帯域に分割された目標特性とのたたみ込み積分
を各々行なって（ステップ34）タップ係数を算出する。
ステップ34は、特許請求の範囲に記載されている本発明
の構成要素であるタップ係数算出手段に対応する。そし
て、算出されたタップ係数をコンピュータ17からインタ
ーフェイス16を通して各ディジタルフィルター4,5,6の
メモリーへ出力する（ステップ35）。

具体的な例として、目標周波数特性をスピーカシステム
の再生帯域内において平坦とした場合のミッドレンジ用
ディジタルフィルタータップ係数算出の様子を第４図、
第５図に示す。第４図はスピーカシステム目標周波数特
性を示すグラフであり、これは第２図におけるライトペ
ン20を用いてディスプレイ19より入力される。第４図で
はこの目標周波数特性をあらかじめ設定されたカットオ
フ周波数F1,F2及びカットオフ特性により帯域分割され
た特性も合わせて示している。第５図（ａ）はミッドレ
ンジユニットの無響室特性を示しており、第２図の外部
記憶装置18にはインパルス応答として位相情報も含めた
形で記憶されている。第５図（ｂ）はミッドレンジ用デ
ィジタルフィルター５に転送するタップ係数を周波数軸
上で表わしたものであり、第４図に示すミッドレンジ目
標特性にヒルベルト変換および逆フーリエ変換をほどこ
したものと第５図（ａ）に示すミッドレンジユニット無
響室特性をインパルス応答としたものの逆特性とのたた
み込み積分により得られる。第５図（ｃ）はこのように
して得られたタップ係数を用いてディジタルフィルター
５により補正されたミッドレンジの無響室特性を示して
いる。尚、第４図、第５図において、F1,F2はカットオ
フ周波数、FS′はサンプリング周波数（ナイキスト）で
ある。

以上のように本実施例によれば、LPF2により低域濾過さ
れた音楽信号をA/D変換部３によりディジタル信号に変
換し、上記ディジタル信号を並列に配置された複数のデ
ィジタルフィルター４〜６に入力し、各ディジタルフィ
ルター４〜６をインターフェイス16を通して外部記憶装
置18やライトペン20,ディスプレイ等の入力装置がつな
がれているコンピュータ17に接続して各ディジタルフィ
ルター４〜６のフィルター特性を制御することにより、
目標周波数特性を入力するという簡単な操作を行なうだ
けで、聴感上問題となる各スピーカユニットに起因する
音圧周波数特性のピーク，ディップを平坦化できるとと
もに、室内環境に適合した音づくりを迅速に行なうこと
ができる。

以下本発明の第２の実施例について図面を参照しながら
説明する。

第６図は本発明の第２の実施例を示すスピーカ用音質調
整装置のブロック図である。同図において、１は入力端
子、２はA/D変換部、3,10,11,12はLPF、4,5,6はディジ
タルフィルター、7,8,9はD/A変換部、13はツイータ用端
子、14はミッドレンジ用端子、15はウーハー用端子で、
以上は第１図の構成と同様なものである。第１図の構成
と異なるのは各ディジタルフィルターをインターフェイ
スをかいしてコンピュータに接続するかわりにROM36,3
7,38を接続した点である。

上記のように構成されたスピーカ用音質調整装置ではコ
ンピュータからインターフェイスをかいして転送される
各ディジタルフィルターのタップ係数はROM36,37,38に
メモリーされている。したがって、設備音響等の分野に
おいて使用するスピーカシステムが決まっており変更の
ない場合などでは、一度算出したタップ係数をROMにメ
モリーし、このROMからタップ係数をアクセスする構成
にすることにより、使用する機器の数を軽減できるとと
もに、各音響機器のセッティングをより短時間に終える
ことができる。

なお、第1,第２の実施例において、中音域を受けもつミ
ッドレンジ28は１ユニットとしたが、中音域をさらに２
つ以上の帯域に分割してそれぞれにディジタルフィルタ
ー５とD/A変換部８とローパスフィルター11を備えた４
ウェイ以上のシステムとしてもよい。

発明の効果 以上のように本発明は、高音用、中音用、低音用の各ス
ピーカユニットの周波数特性を補正するための第1,第2,
第３のディジタルフィルタと、前記第1,第2,第３のディ
ジタルフィルタの出力をそれぞれアナログ信号に変換す
るディジタルアナログ変換部と、変換されたアナログ信
号をそれぞれ低域濾過するための第2,第3,第４のローパ
スフィルタと、演算部とインターフェイス部とを備え、
前記演算部は、前記高音用スピーカユニット，中音用ス
ピーカユニット，低音用スピーカユニットそれぞれのイ
ンパルス応答を記憶するユニット特性記憶手段と、実現
するべき目標振幅周波数特性を入力する目標特性入力手
段と、前記目標振幅周波数特性をヒルベルト変換して位
相特性を算出するヒルベルト変換手段と、前記ヒルベル
ト変換手段から出力された振幅及び位相特性を時間軸特
性に変換する逆フーリエ変換手段と、前記時間軸特性と
前記ユニット特性記憶手段から出力されたインパルス応
答とから前記各ディジタルフィルタのタップ係数を算出
するタップ係数算出手段とから成り、前記算出されたタ
ップ係数を前記インターフェイス部と介して前記第1,第
２、第３のディジタルフィルタに転送するよう構成した
ことにより、聴感上問題となる各スピーカユニットに起
因する音圧周波数特性上の急峻なピーク・ディップを完
全に平坦にできるとともに、コンサート会場等の現場に
おいて、簡単かつ短時間にユーザー所望の周波数特性を
高精度にて実現し、音響システムのセッティング及び音
質調整が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるスピーカユニッ
ト用音質装置のブロック図、第２図は本発明を使用した
場合のホール音響システム系統図、第３図はディジタル
フィルタータップ係数算出アルゴリズムを示す図、第４
図はオペレータが入力するスピーカシステム目標周波数
特性曲線図、第５図（ａ）はミッドレンジユニットの無
響室特性曲線図、第５図（ｂ）はミッドレンジに入力さ
れる信号を処理するミッドレンジ用ディタルフィルター
特性曲線図、第５図（ｃ）はディジタルフィルターによ
り補正されたミッドレンジ無響室特性曲線図、第６図は
本発明の第２の実施例におけるスピーカ用音質調整装置
のブロック図、第７図は従来のホール音響システム系統
図である。 １……入力端子、２……ローパスフィルター、３……A/
D変換器、4,5,6……ディジタルフィルター、7,8,9……D
/A変換器、10,11,12……ローパスフィルター、13……ツ
イータ用端子、14……ミッドレンジ用端子、15……ウー
ハー用端子、16……インターフェイス、17……コンピュ
ータ、18……外部記憶装置、19……ディスプレイ、20…
…ライトペン、24……スピーカ用音質調整装置、36,37,
38……ROM。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】音楽信号を低減濾過する第１のロースパス
   フィルタと、前記第１のローパスフィルタの出力信号を
   ディジタル信号に変換するアナログディジタル変換部
   と、変換されたディジタル信号を高域濾過すると共に高
   音用スピーカユニットの周波数特性を補正するための第
   １のディジタルフィルタと、前記ディジタル信号を帯域
   濾過するとともに中音用スピーカユニットの周波数特性
   を補正するための第２のディジタルフィルタと、ディジ
   タル信号を低域濾過するとともに低音用スピーカユニッ
   トの周波数特性を補正するための第３のディジタルフィ
   ルタと、前記第1,第2,第３のディジタルフィルタの出力
   をそれぞれアナログ信号に変換するディジタルアナログ
   変換部と、変換されたアナログ信号をそれぞれ低域濾過
   するための第2,第3,第４のローパスフィルタと、演算部
   とインターフェイス部とを備え、 前記演算部は、前記高音用スピーカユニット，中音用ス
   ピーカユニット，低音用スピーカユニットそれぞれのイ
   ンパルス応答を記憶するユニット特性記憶手段と、実現
   するべき目標振幅周波数特性を入力する目標特性入力手
   段と、前記目標振幅周波数特性をヒルベルト変換して位
   相特性を算出するヒルベルト変換手段と、前記ヒルベル
   ト変換手段から出力された振幅及び位相特性を時間軸特
   性に変換する逆フーリエ変換手段と、前記時間軸特性と
   前記ユニット特性記憶手段から出力されたインパルス応
   答とから前記各ディジタルフィルタのタップ係数を算出
   するタップ係数算出手段とから成り、 前記算出されたタップ係数を前記インターフェイス部を
   介して前記第1,第2,第３のディジタルフィルタに転送す
   ることを特徴とするスピーカ用音質調整装置。