JPH1051890A - オーディオ信号伝送回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スピーカやヘッドホンで避けられなかった特
に高音域の音像のゆがみを除去して自然なオーディオ信
号を楽しむことができるオーディオ信号伝送回路系に設
けたコンボルバの係数を求めるコンボルバの係数演算装
置を得る。 【解決手段】 切換器７Ｌ、７Ｒを制御してスピーカ４
Ｌ、４Ｒの応答特性を実測し、コンボルバ２Ｌ、２Ｒの
補正フィルタ係数を求めるとともに、求めた係数をコン
ボルバ２Ｌ、２Ｒに与えて畳み込み演算することにより
スピーカの補正を行うように制御する際、特定特性のイ
ンパルス応答ｆ0(ｔ) をスピーカ特性に依存して所定の
中域の周波数帯域をフラットにし、それより高い帯域の
ピークレベルのみを抑制できるように、コンボルバ２
Ｌ、２Ｒのフィルタ係数としてに設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オーディオ信号伝
送回路に関し、より具体的には、ハイファイオーディオ
装置のスピーカの応答特性の補正を行い、忠実な原音質
を再現するオーディオ信号伝送回路に設けたコンボルバ
の係数を求めるコンボルバの係数演算装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、スピーカシステムにおいて、
デジタルフィルタを用いることにより、スピーカシステ
ムの音圧・群遅延特性を平坦化して、スピーカの応答特
性の補正を行い、忠実な原音質を再現するような工夫が
行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、そのスピー
カシステムの音圧・群遅延特性の平坦化を行うに際し
て、それを阻む要因として主に次の３点が挙げられる。 １）スピーカキャビネットの回折及び反射よる要因。 ２）アナログフィルタによる位相回転による要因。 ３）スピーカユニットにおける振動板（周囲の支持系を
含む）の分割振動による要因。 このうち、上記１）及び２）の要因については、それほ
ど問題なく補正が可能である。

【０００４】しかしながら、３）の要因については、か
なり難しい補正となる。この３）の要因となる分割振動
は、特に、周波数の高い帯域において発生しがちで、そ
のような高い周波数の場合にはスピーカコーンの各固有
の振動モードに応じて分割振動が生じ、うねり等の複雑
な振動が生じてしまう。このような複雑な振動を、単に
音圧レベルを平均化することにより抑えることは難し
い。それ故に、視聴者にとって今一つ高域側において、
高忠実度な音源の再生が得られないと言う問題点があっ
た。そこで、本発明は、このような問題点を解決したオ
ーディオ信号伝送回路を提供しようというものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、次の基本的な
考え方に基づいて成されたものである。スピーカは、振
動板が一体として振動している帯域を使用するのが理想
的であるが、実際にはピーク及びデイップを伴って振動
している帯域も使用せざるを得ない場合も多く、まず、
上記の１）及び２）の要因については、分割振動が生じ
にくく、コーン全体が振動するような帯域であり、ピー
クとデイップを平均化することで解決できると考えられ
る。

【０００６】次に、問題となる前記帯域以上において
は、上記３）で挙げた分割振動が生じることから、スピ
ーカコーンが全体的に振動し、しかも、それぞれの固有
振動に起因してうねりが生じていると考えられることか
ら、単に、前記１）及び２）の解決策のようにピークと
ディップとを平均化したとしても、かえって、複雑なう
ねりを生じさせかねない。そのため、この帯域において
は、平均レベル以上の音圧のみを抑え、平均レベル以下
の音圧はそのままの状態にしておくことで、複雑なうね
りの発生を防ぎ実質的に平坦なレベルにしようという考
え方である。

【０００７】その解決手段としては、音源からの信号
を、設定された係数に応じて畳み込み演算処理して出力
するコンボルバと、トランスデューサを含む所定の測定
系を用い、前記トランスデューサに所定音源からのオー
ディオ信号を与えて、前記トランスデューサ近傍の測定
位置において予め測定されたインパルス応答波形ｈ
（ｔ）を基にして、前記測定位置における前記インパル
ス応答波形ｈ（ｔ）の特定特性のインパルス応答ｆ0
（ｔ）の所定の中域において、所定帯域より低い方の帯
域が平坦になり、それより高い帯域における所定レベル
以上のレベルのみが所定レベルに抑制処理されて、算出
された逆フィルタ用係数を前記コンボルバに供給する係
数供給手段と、を有するオーディオ信号伝送回路を提供
するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態につき、好ま
しい実施例により説明する。図１は、本発明のオーディ
オ信号伝送回路の一実施例を示す構成図である。同図に
おいて、２チャンネルステレオ方式の音源１Ｌ，１Ｒは
所定のオーディオ信号ソースである。スピーカの応答特
性を補正して振幅及び位相特性を同時に補正するための
コンボルバ２Ｌ，２Ｒと、アンプ３Ｌ，３Ｒがスピーカ
４Ｌ，４Ｒと音源１Ｌ，１Ｒの間に設けられている。

【０００９】１５は後述する切換器を切換制御してスピ
ーカ４Ｌ，４Ｒの応答特性を実測してコンボルバの補正
フィルタ係数を求めるとともに、その求めた補正フィル
タ係数をコンボルバ２Ｌ, ２Ｒに与えて畳み込み演算す
ることによりスピーカの補正を行うように制御する制御
部である。

【００１０】スピーカ４Ｌ，４Ｒの応答特性の実測に基
づいて求めた補正フィルタ係数を記憶するためのメモリ
１６が設けられており、制御部１５の制御に基づいてス
ピーカ４Ｌ，４Ｒの応答特性を実測時にはオーディオ信
号の伝送系路からコンボルバ２Ｌ，２Ｒを切り離し、ス
ピーカ４Ｌ，４Ｒの応答特性の補正時にはオーディオ信
号の伝送系路にコンボルバ２Ｌ，２Ｒを設けるように切
り換えるための切換器７Ｌ，７Ｒが設けられている。

【００１１】すなわち、図１に示す構成は、スピーカ４
Ｌ，４Ｒのインパルス応答を測定し、スピーカ４Ｌ，４
Ｒの特性を打ち消し平坦な特性に補正すべく、オーディ
オ信号の伝送系路に設けたコンボルバ２Ｌ，２Ｒのフィ
ルタ係数を計算制御することにより、振幅と位相を同時
に補正して伝送特性の所定の帯域のみを一定に保ち、音
質の改善を図って忠実な原音質を再現するようにして、
例えばスピーカやヘッドホンで避けられなかった音像の
ゆがみを除去して自然なオーディオ信号を楽しむことが
できるようにするものである。

【００１２】ここで、コンボルバ２Ｌ，２Ｒのフィルタ
係数は、図２に示す測定システムにより係数データとし
て演算される。すなわち、図２は、図１において、切換
器７Ｌ、７Ｒを端子ｇａ、ｈａ側にそれぞれ接続してコ
ンボルバ２Ｌ，２Ｒを設けない状態で、図示しない無響
室内で聴取位置に相当する測定位置に設けられたマイク
ロホン８により、この位置におけるスピーカ４Ｌ，４Ｒ
のインパルス応答を測定し、スピーカ４Ｌ，４Ｒの応答
特性を打ち消し、平坦な特性に補正すべく、オーディオ
信号の伝送系路に設けたコンボルバ２Ｌ，２Ｒのフィル
タ係数を算出し、畳み込み演算してスピーカ４Ｌ，４Ｒ
の応答特性を補正することにより振幅及び位相特性を補
正する理想インパルス応答を実現するためのシステム構
成図である。

【００１３】図２において、１１はデジタルデータとし
ての理想インパルスを送出するデジタルＩ／Ｏボード、
６はデジタルＩ／Ｏボード１１の出力をＤ／Ａ変換する
Ｄ／Ａコンバータ、７はその変換された信号を増幅して
スピーカ４Ｌ（又は４Ｒ）に入力する増幅器、８はスピ
ーカ４Ｌ（又は４Ｒ）から出力された信号を取り込むマ
イクロホン、９はマイクロホン８で取り込んだ信号を増
幅する増幅器、１０はその増幅出力をＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄコンバータで、上記Ａ／Ｄコンバータ１０からの出
力は、デジタルＩ／Ｏボード１１及びコンピュータ１２
を介してワークステーション１３にインパルス応答とし
て取り込まれ、補正をかける前のスピーカ４Ｌ（又は４
Ｒ）の特性測定が行われ、測定したインパルス応答波形
を元にフィルタ係数が係数データとして演算出力され
る。なお、マイクロホン８の特性は必要に応じて演算の
過程で補正される。

【００１４】すなわち、Ｉ／Ｏボード１１は測定信号を
発生する測定信号発生手段を構成し、また、Ｄ／Ａコン
バータ６、増幅器７、スピーカ４Ｌ、マイクロホン８〜
ワークステーション１３の経路の構成は測定信号に基づ
いたオーディオ信号伝送系の応答である振幅特性及び位
相特性を求める応答特性測定手段を構成し、さらに、ワ
ークステーション１３は求めた応答特性のうち所定の帯
域の振幅を平均化するように置き換えたターゲット特性
を決定するとともにオーディオ信号伝送系の応答が前記
ターゲット特性に収束するようにオーディオ信号伝送系
内に設けたコンボルバのフィルタ係数を求める演算手段
を構成しており、スピーカの特性を打ち消し実質的に平
坦化した特性に補正して音質改善を図るシステムを実現
している。

【００１５】図２に示す構成によるスピーカ４Ｌ、４Ｒ
のインパルス応答の測定は、無響室でマイクロホン８を
使って測定され、例えば４０９６回のサンプルを用い、
１０００回の同期加算を行い誤差を抑えて測定される。
図３は、かかる測定システムにより得られるインパルス
応答波形ｈ（ｔ）を示し、また、図４（ａ）はインパル
ス応答波形ｈ（ｔ）をフーリエ変換した振幅特性を示す
波形で、図４（ｂ）は、目標となる特定特性のインパル
ス応答ｆ０（ｔ）の波形を示す。

【００１６】ここで、図２に示すワークステーション１
３は、まず、フィルタ係数を求める際、図４（ａ）で示
す補正前の振幅特性に対し、１５０Ｈｚから８０００く
らいの中帯域を実質的に平均化すべき補正帯域とし、こ
の帯域以外の低域及び高域は補正不可能な帯域とする。

【００１７】そして、前記の補正帯域のうち、１５０Ｈ
ｚから１６００Ｈｚ程度の周波数帯域を前述の問題点の
項で指摘した１）及び２）に起因して生じるいわゆるピ
ストン帯域（スピーカコーンがうねりを伴うことなく音
圧に応じて全体的に振動するような帯域）のレベルを平
均化し、これを越える帯域は前述の問題点３）として指
摘したスピーカコーンにうねりが生じる帯域と認定し
て、この帯域における平均レベル以上のレベルを平均レ
ベルに抑えるようなターゲット特性として設定し、フィ
ルタ係数を算出する。

【００１８】すなわち、その測定特性（インパルス応答
波形ｈ（ｔ）に係る振幅特性）に基づいて補正した振幅
特性である図４（ｂ）に示す特定特性のインパルス応答
ｆ0（ｔ） を求め、上記特定特性のインパルス応答ｆ0
（ｔ） と上記インパルス応答波形ｈ( ｔ) から得ら
れる拡大行列Ｈと、その転置行列ＨT とｆ0 （ｔ）を１
列とした行列Ｆ0 によって、ＨT ＨＧ＝ＨT Ｆ0 を満た
す１列からなる行列式Ｇの各要素を図１に示すコンボル
バ２Ｌと２Ｒのフィルタ係数ｇ（ｎ）とする。

【００１９】以下に上記行列式の解について述べる。本
実施例では、上記の構成により行列式を満たす解を求め
ることで、時間軸上で一義的に応答波形が得られる。具
体的には、レビンソンアルゴリズムを用いた最小２乗法
（参考文献：「デジタルフィルタの応用入門」、日本音
響学会誌４３巻４号（１９８７）、浜田晴夫）に従って
コンボルバの入力端と出力端で得られるインパルス応答
の差の２乗を最少とするようなフィルタ係数を得るもの
とする。

【００２０】今、コンボルバのインパルス応答の離散係
数をｇ1 、ｇ2 、・・・、ｇm-1 とすると、マイクロホ
ン位置での離散的応答ｆ0 、ｆ1 、・・・ｆn+m-2 は次
式で表せる。

【００２１】

【数１】

【００２２】ただし、ｈi は伝達特性、ｐはｐ＝０、
１、・・・、ｎ＋ｍ−２。式(1) を行列で表現すると、

【００２３】

【数２】

【００２４】となり、式(2) は、さらに、 Ｆ＝ＨＧ と表現することができる。ここで、入力のインパルスＦ
0 とマイクロホン位置でのインパルス応答Ｆの差の２乗
を取り、評価関数Ｐとすると、 Ｐ＝（Ｆ−Ｆ0 ）T （Ｆ−Ｆ0 ） ＝（ＨＧ−Ｆ0 ）T （ＨＧ−Ｆ0 ） ＝（ＧT ＨT −Ｆ0T）（ＨＧ−Ｆ0 ） ＝ＧT ＨT ＨＧ−Ｆ0TＨＧ−ＧT ＨT Ｆ0 ＋Ｆ0TＦ0 となり、評価関数Ｐが最少となるためのコンボルバのイ
ンパルス応答Ｇを求めるために、

【００２５】

【数３】

【００２６】を演算する。ただし、Ｔは転置行列である
ことを表す。そして、式(4) ＝０から ＨT ＨＧ＝ＨT Ｆ0 (5) となるような解Ｇを決定すればよい。すなわち、フィル
タ係数を上式(5) のように設定することにより、伝送特
性が補正され、マイクロホン位置における振幅・位相特
性がピストン帯域において平均化され、それより高い帯
域において平均レベル以上のレベルを平均レベルに抑え
るように補正し、これら以外の低域及び高域は補正不可
能な帯域として補正せず、実際のインパルス応答波形と
同一の特性とする。このようにして、忠実な原音質を再
現し、スピーカやヘッドホンで避けられなかった音像の
歪みを除去することができ、また、中域以外の低域及び
高域の周波数帯域では実際のスピーカ等測定系と同一の
特性が得られ、実際のスピーカの特性を考慮して適合さ
せた自然なオーディオ信号を同時に楽しむことができ
る。

【００２７】図５は図２に示す測定システムを用いてワ
ークステーション１３によりフィルタ係数を設定する制
御動作を示すフローチャートである。まず、図２に示す
測定システムにより、スピーカの応答を測定し（ステッ
プＳ１）、このインパルス応答波形ｈ（ｔ）をフーリエ
変換（ＦＦＴ：周波数ー時間軸変換）して振幅特性を得
る（ステップＳ２）。次に、ステップＳ３において、補
正しない低域及び高域を決定すると共に、それら帯域の
各ポイントのレベルを決定する。

【００２８】一方、ステップＳ４におて、ピストン帯域
の平均レベルを求める。ここでは、全てのポイントの平
均化でも良く、また、任意間隔の平均化でも良い。次
に、この平均化レベル、例えば、８８ｄＢをピストン帯
域のレベルとして設定する（ステップＳ５）。

【００２９】そして、うねりが生じると推測されるｋａ
＞１となる帯域を設定する。すなわち、低域共振より十
分高い周波数（目安は慣性制御領域）からｋａ＝１にな
る周波数までの周波数を設定する。

【００３０】次に、ステップＳ７において、ステップＳ
２において得た測定後の変換結果と、平均レベルを比較
し、変換結果のレベルの方が小であれば、そのままステ
ップＳ９に進み、変換結果のレベルが大であれば、ステ
ップＳ８に進み、各ポイントのレベル、即ち、前述の平
均レベルに設定する。

【００３１】ステップＳ９では、補正帯域外の低域及び
高域の各ポイントデータと、ステップＳ８において行わ
れた補正データとを合成し、この合成されたデータを逆
周波数変換（IFFT）する（ステップＳ９，１０）。そし
て、最後にステップＳ１０において、最小２乗法によ
り、目標周波数／測定周波数を演算してコンボルバの係
数を得る。

【００３２】このように、本実施例では上記したような
特性を得られる係数に基づいて音声処理することによ
り、特に、高音域の音源が忠実に再現できる。尚、上記
実施例では、ピストン帯域を越える帯域において平均レ
ベル以上の音圧を平均レベルに抑えるように補正してい
るが、平均レベルに限ることはなく予め設定した包絡特
性に沿うように補正しても良い。また、上記実施例で
は、オーディオ信号伝送回路系に測定システムを設けて
係数を決めるようにしているが、別個独立に前記の測定
システムを用意し、予め前述した方法により係数を求め
ておき、その係数をメモリ１６内に格納するようにして
おいても良い。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のオーディ
オ信号伝送回路によれば、特に、スピーカコーンにうね
りが生じてしまうような高帯域の音圧の所定レベル以上
を所定レベルに抑えるようにしているので、高音域の音
源が忠実に再現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例としてのオーディオ信号伝
送回路の一実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明に係るコンボルバのフィルタ係数の測定
システムを示す構成図である。

【図３】補正前のインパルス応答波形を示す説明図であ
る。

【図４】図３のインパルス応答波形をフーリエ変換した
振幅特性及びターゲット特性を示す特性図である。

【図５】図２に示す測定システムを用いてワークステー
ション１３によりフィルタ係数算出するためのフローチ
ャートである。

【符号の説明】

２Ｌ，２Ｒ コンボルバ ４Ｌ，４Ｒ スピーカ ７，９ 増幅器 ７Ｌ，７Ｒ 切換器 ８ マイクロホン １０ Ａ／Ｄコンバータ １１ デジタルＩ／Ｏボード（測定信号発生手段） １２ コンピュータ １３ ワークステーション（演算手段） １５ 制御部（メモリ１６とともに係数供給手段を構
成する） １６ メモリ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】音源からの信号を、設定された係数に応じ
   て畳み込み演算処理して出力するコンボルバと、 トランスデューサを含む所定の測定系を用い、前記トラ
   ンスデューサに所定音源からのオーディオ信号を与え
   て、前記トランスデューサ近傍の測定位置において予め
   測定されたインパルス応答波形ｈ（ｔ）を基にして、前
   記測定位置における前記インパルス応答波形ｈ（ｔ）の
   特定特性のインパルス応答ｆ0 （ｔ）の所定の中域にお
   いて、所定帯域より低い方の帯域が平坦になり、それよ
   り高い帯域における所定レベル以上のレベルのみが所定
   レベルに抑制処理されて、算出された逆フィルタ用係数
   を前記コンボルバに供給する係数供給手段と、を有する
   オーディオ信号伝送回路。