CN1930909A - 滤波器电路和使用它的再现装置 - Google Patents

Abstract

截止不能用扬声器再现的低音部分。运算放大器(A)、电容器(C2)、电容器(C3)输出将频带通过性的信号反转过的信号。开关(S3)作为电阻起作用，同时使从运算放大器(A1)输出的信号反转。运算放大器(A2)和电容器(C6)输出低频通过特性的信号。而且，低频通过特性的信号通过开关(S4)和电容器(C4)，被反馈到运算放大器(A1)。运算放大器(A3)、电阻(R1)至电阻(R4)和电容器(C7)从输入信号中使低频通过特性的信号分量和频带通过性的信号分量衰减，从而将输入信号中的高频通过特性的信号提取。

Description

滤波器电路和使用它的再现装置

技术领域

本发明涉及滤波技术，特别涉及使高频频带的信号通过的滤波器电路和利用它的再现装置。

背景技术

近年来，液晶电视接收机、等离子体显示电视接收机等以替代CRT电视接收机的方式出现。由于这样的电视接收机的出现，从而在加快电视接收机的大画面、薄型化。在这样的状况中，对于装载在电视接收机上的扬声器，外壳的大小和装载位置的制约增大，特别是有外壳变小的倾向。一般地，如果扬声器的外壳小，则难以进行丰富的低音的再现和现场感的再现。其结果，制造扬声器或液晶电视接收机的制造商与薄型化、小型化进行交换，不得不制造使要再现的音质下降的扬声器，另一方面，使用扬声器或液晶电视接收机的用户不得不收听音质低的声音(例如，参照非专利文献1)。

非专利文献1：佐伯 多門 監修、「新版スピ一カ&エンクロ一ジヤ一百科」、誠文堂 新光社、1999年5月、p.27

本发明人鉴于这样的状况，认识到以下的课题。外壳容量小的扬声器如上述那样，难以进行比规定的频率低的声音的再现(以下，将能用扬声器再现的频率称为‘可再现频率’)。以往，为了将比规定的频率低的声音再现，将其用比除此以外频带的更大的放大率进行放大。为了放大而设置在扬声器的前级的前置放大器甚至放大非常低的频率区域的信号，而且伴随扬声器的驱动的低音失真也被放大。其结果，由扬声器再现的声音的音质进一步下降。因此，本发明人着眼于由扬声器再现的声音的音质，完成了将比难以由扬声器再现的规定的频率低的声音截止的构想。

而且，在外壳容量小的扬声器中，一般也被要求附带在扬声器上的前置放大器等的再现装置的小型化。在为了除去频率比上述扬声器的可再现频率低的信号而设有高通滤波器的情况下，还对高通滤波器要求小型化，特别是要求IC化。采用了IC化的滤波器之一是使用了开关电容器等效电路的滤波器，但如果通过该滤波器的信号的频率与开关电容器等效电路的采样频率比较高到某种程度，则因采样频率的影响而对信号产生失真，所以通过该滤波器的信号的质量下降。

发明内容

本发明鉴于这样的状况而完成，其目的是，提供一种滤波器电路和使用它的再现装置，用于将不能用外壳容量小的扬声器再现的频带的信号截止。

本发明的一个方案是滤波器电路。该电路包括：输入单元，将处理对象的信号输入；第1提取单元，使输入的信号通过滤波器，从而提取输入的信号中的低频通过特性的信号和频带通过性的信号；以及第2提取单元，从输入的信号中使提取出的低频通过特性的信号分量和提取出的频带通过性的信号分量衰减，从而提取输入的信号中的高频通过特性的信号。在该电路中，第1提取单元将包含于滤波器中的电阻由能够以规定的采样频率动作的开关电容器等效电路构成，并且该采样频率被设定为比在后级设置的扬声器的可再现频率高的频率，滤波器被设定，以提取应该按接近扬声器的可再现频率的频率截止的低频通过特性的信号和频带通过性的信号，第2提取单元根据低频通过特性的信号和频带通过性的信号，提取扬声器的可再现频率以上的高频通过特性的信号。

‘扬声器的可再现频率’是扬声器能够以良好的音质进行再现的频率，其边界由在扬声器的输出变小的频率中频率低的‘扬声器的可再现频率’确定。

根据以上电路，由于在双象限(bi-quad)型滤波器中使用了开关电容器等效电路，所以可以小型化，由于用包含了开关电容器等效电路的双象限型滤波器来提取频带通过性的信号和低频通过特性的信号，所以未受到开关电容器等效电路中的采样造成的失真影响，而且由于将应截止的频率作为接近扬声器的可再现频率来设定，所以可以抑制对被再现的声音的失真的影响。

第1提取单元的滤波器也可以是双象限型滤波器，第1提取单元的双象限型滤波器也可以包括：第1开关电容器等效电路，使输入的信号通过；第1运算放大器，从通过了第1开关电容器等效电路的信号中提取频带通过性的信号；第2开关电容器等效电路，使提取出的频带通过性的信号通过；第2运算放大器，从通过了第2开关电容器等效电路的信号中提取低频通过特性的信号；以及第3开关电容器等效电路，使提取出的低频通过特性的信号通过，并且使通过的信号被反馈到第1运算放大器，第3开关电容器等效电路如下构成，在第1开关电容器等效电路和第2开关电容器等效电路使通过的信号的相位反转的情况下，不使通过的信号的相位被反转，而在第1开关电容器等效电路和第2开关电容器等效电路不使通过的信号的相位反转的情况下，使通过的信号的相位被反转。

应作为第1提取单元中的采样频率的基准的扬声器的可再现频率也可以根据扬声器的外壳容积来决定，双象限型滤波器被设定，以便如果扬声器的外壳容积小，则将应截止低频通过特性的信号和频带通过性的信号的频率提高。

本发明的另一方案是滤波器电路。该电路包括：输入单元，将处理对象的信号输入；第1提取单元，使输入的信号通过一阶不完全积分器，从而提取输入的信号中的低频通过特性的信号；以及第2提取单元，从输入的信号中使提取出的低频通过特性的信号分量衰减，从而提取输入的信号中的高频通过特性的信号。在该电路中，第1提取单元将包含于一阶不完全积分器中的电阻由能够以规定的采样频率动作的开关电容器等效电路构成，并且该采样频率被设定为比在后级设置的扬声器的可再现频率高的频率，一阶不完全积分器被设定，以提取应该按接近扬声器的可再现频率的频率截止的低频通过特性的信号，第2提取单元根据低频通过特性的信号，提取扬声器的可再现频率以上的高频通过特性的信号就可以。

根据以上电路，由于在一阶不完全积分器中使用了开关电容器等效电路，所以可以小型化，由于用包括了开关电容器等效电路的一阶不完全积分器提取低频通过特性的信号，所以未受到开关电容器等效电路中的采样造成的失真的影响，而且由于将应截止的频率作为接近扬声器的可再现频率来设定，所以可以抑制对被再现的声音的失真的影响。

第1提取单元也可以还包括用于控制应截止的接近扬声器的可再现频率的频率的控制单元。还可以包括：接受单元，从用户接受有关第1提取单元应截止的接近扬声器的可再现频率的频率的指示；以及变换单元，将接受的指示变换为数字数据字，控制单元根据变换过的数字数据字，控制第1提取单元应截止的接近扬声器的可再现频率的频率。

本发明的又一方案也是滤波器电路。该电路包括一个以上的一阶高通滤波器和一个以上的二阶高通滤波器。在该电路中，二阶高通滤波器提取低频通过特性的信号和频带通过性的信号，并使提取出的低频通过特性的信号分量和提取出的频带通过性的信号分量衰减，从而提取频带通过性的信号，并且二阶高通滤波器包括由应以规定的采样频率动作的开关电容器等效电路构成的电阻，一阶高通滤波器通过一阶不完全积分器提取低频通过特性的信号，并使提取出的低频通过特性的信号分量衰减，从而提取高频通过特性的信号，并且一阶高通滤波器由开关电容器等效电路构成，该开关电容器等效电路使一阶不完全积分器中包含的电阻应以规定的采样频率进行动作，应被设定在一个以上的一阶高通滤波器和一个以上的二阶高通滤波器中的采样频率被设定为比在后级中设置的扬声器的可再现频率高的频率，一个以上的一阶高通滤波器和一个以上的二阶高通滤波器被串联连接，从而提取扬声器的可再现频率以上的高频通过特性的信号。再有，二阶高通滤波器也可以包含双象限型滤波器。

本发明的再一方案是再现装置。该装置包括：输入单元，将处理对象的信号输入；高频提取单元，从输入的信号中，提取后级的扬声器的可再现频率以上的高频通过特性的信号；放大单元，放大提取出的高频通过特性的信号；以及扬声器，将放大过的信号作为声音信号进行再现。在该装置中，高频提取单元包括：第1提取单元，使输入的信号通过滤波器，从而提取输入的信号中的低频通过特性的信号和频带通过性的信号；以及第2提取单元，从输入的信号中，使提取出的低频通过特性的信号分量和提取出的频带通过性的信号分量衰减，从而提取输入的信号中的高频通过特性的信号，第1提取单元将包含于滤波器中的电阻由能够以规定的采样频率动作的开关电容器等效电路构成，并且该采样频率被设定为比扬声器的可再现频率高的频率，滤波器被设定，以提取应该按接近扬声器的可再现频率的频率截止的低频通过特性的信号和频带通过性的信号，第2提取单元根据低频通过特性的信号和频带通过性的信号，提取扬声器的可再现频率以上的高频通过特性的信号就可以。

再有，以上构成元素的任意组合、将本发明的表现在方法、装置、系统等之间进行变换所得的方案，作为本发明的方式都是有效的。

根据本发明，可以将不能用外壳容量小的扬声器再现的频带的信号截止。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1的声音输出装置的结构的图。

图2是表示图1的均衡电路的频率特性的图。

图3是表示图1的均衡电路的结构的图。

图4是图1的前级低通滤波器和后级低通滤波器中的相对于相移的频率特性。

图5(a)～图5(c)是表示均衡电路的频率特性的图。

图6是表示本发明的实施例2的第1高频提取单元的结构的图。

图7(a)～图7(b)是从图6的P10至P16中的频率特性的图。

图8是表示单一锥形全频带扬声器的频率特性的图。

图9是表示本发明的实施例3的第1高频提取单元的结构的图。

图10是表示图9的一阶高通滤波器的结构的图。

图11是表示本发明的实施例4的声音输出装置的结构的图。

标号的说明

10再现电路、12均衡电路、14放大单元、16扬声器、20低频分量除去单元、22高频提取单元、24低频提取单元、26放大单元、28合成单元、30缓冲器、32缓冲器、34缓冲器、40前级低通滤波器、42合成单元、44高通滤波器、46后级低通滤波器、50控制单元、60一阶高通滤波器、62二阶高通滤波器、66放大器、68放大器、70放大器、72第1扬声器、74第2扬声器、100声音输出装置、110声音输出装置、A1～A5运算放大器、C1～C10电容器、S1～S6开关、R1～R8电阻、F1～F2滤波器

具体实施方式

(实施例1)

在具体地说明本发明之前，论述概要。本发明的实施例1涉及在薄型的电视接收机中再现声音的声音再现装置。再有，在薄型的电视接收装置的形状的制约上，声音再现装置中包含的扬声器的外壳小，其结果，再现边界频率升高。本实施例的声音再现装置以提高低音的音质为目的，所以需要将频率比再现边界频率低的信号也以某个程度的音压输出，相反，期望在低音区域内的低频区域中包含的低音失真的音压被抑制。为了解决上述课题，声音再现装置包括均衡电路。均衡电路以解决上述技术性课题，同时降低对声音频带的影响和下落(dip)为目的，进行以下那样的动作。输入与立体声输出对应的多个信号，并将输入的多个信号的低音区域除去。由此，防止低音失真。除去了低音失真的多个信号还被输入高频提取单元和低频提取单元双方。

在高频提取单元，提取再现边界频率以上的分量的信号。即，提取不需要由均衡电路校正的信号。另一方面，低频提取单元提取应由均衡电路放大的低音区域的信号。此时，使用不对高频侧的声音频带产生影响的截止频率和衰减斜率被设定为急剧特性的滤波器。而且，为了降低下落，即为了与来自高频提取单元的输出信号的相位差小，不使用与必要的衰减斜率对应的滤波器阶数的滤波器，而使用滤波器阶数比其低的两个滤波器(以下，称为‘第1低通滤波器’和‘第2低通滤波器’，这里，假设第1滤波器阶数比第2滤波器阶数小)。而且，在第1低通滤波器中，设定比低频提取单元中的截止频率低的截止频率，而在第2低通滤波器中，设定比低频提取单元中的截止频率高的截止频率。

在这样的结构中，在低频提取单元，对于输入的信号，使其通过第1低通滤波器后，再通过第2低通滤波器。再有，在低频提取单元，以削减电路规模为目的，将输入的信号合成而进行上述处理。在低频提取单元的输出信号被放大后，被合成到高频提取单元的多个输出信号中，并从扬声器输出。

图1表示实施例1的声音输出装置100的结构。声音输出装置100包括：再现电路10、均衡电路12、放大单元14、扬声器16。声音输出装置100可以是以其自身单独方式可再现音乐的小型盘播放机等的音乐再现装置，也可以包括在电视接收机中来再现声音。

再现电路10根据规定的数据而再现声音。例如，在电视接收机中，提取被包含在接收的数据中的声音数据，并将该声音数据作为电信号输出。而在小型盘播放机中，拾取被记录在小型盘中的音乐数据，并将该音乐数据作为电信号输出。图中被输出的信号表示可在一个信号线上传输，但不限于此，也可以是为了进行立体声再现而分成右侧的声音和左侧的声音的两个信号。

扬声器16将声音最终地输出，以使用户可收听。这里，为了简化说明，假设扬声器16的再现边界频率为100Hz。一般地，扬声器16可将频率比再现边界频率大的信号通过某个程度的音压而输出，但另一方面，将再现频率以下的频率(以下，称为‘低音区域’)的信号输出时的音压随着频率的下降而急剧地下降。再有，在扬声器16的前级，设有用于放大信号的放大单元14。此外，在图中，表示了一个扬声器16，但这里，假设为通过与立体声再现对应的两个扬声器16和与低音再现对应的一个扬声器16的组合而构成。

均衡电路12提高应由扬声器16再现的低音区域的信号的音压，以便提高声音输出装置100中的低音再现能力。因此，均衡电路12预先放大低音区域的信号。即，将与扬声器16的频率特性相反的频率特性提供给信号。但是，为了降低在10Hz左右出现的低音失真，不放大应出现低音失真的频率(以下，称为‘超低音区域’)分量的信号。再有，将在低音区域中应放大的频带宽度称为‘低音再现频带’。这里，为了提高低音的音质，低音再现频带越宽越好。此外，均衡电路12放大低音区域的信号，但以降低对声音频带的信号产生的影响来进行动作。

图2表示均衡电路12的频率特性。图中的实线是均衡电路12的频率特性。另一方面，图中的虚线是不具有后述的均衡电路12的结构的均衡器的频率特性。这里，‘P1’是‘再现边界频率’，‘R1’是‘声音频带’，‘R2’是‘低音区域’，‘R3’是‘超低音区域’，‘R4’和‘R5’是‘低音再现频带’。再有，图2中所示的均衡电路12的特性在说明了均衡电路12的结构后论述。

图3表示均衡电路12的结构。均衡电路12包括：被统称为低频分量除去单元20的第1低频分量除去单元20a、第2低频分量除去单元20b；被统称为高频提取单元22的第1高频提取单元22a、第2高频提取单元22b；低频提取单元24；放大单元26；被统称为合成单元28的第1合成单元28a、第2合成单元28b；缓冲器30；缓冲器32；缓冲器34；控制单元50。此外，低频提取单元24包括：被统称为前级低通滤波器40的第1前级低通滤波器40a、第2前级低通滤波器40b；合成单元42；高通滤波器44；后级低通滤波器46。这里，在均衡电路12中，假设为了立体声再现而从再现电路10输入右侧的声音信号和左侧的声音信号。

低频分量除去单元20为了衰减低音失真，根据输入的声音信号而输出使超低音区域衰减过的信号。这里，使用将应由扬声器16再现的最低频率设定为截止频率的一阶高通滤波器。

高频提取单元22从低频分量除去单元20输出的信号中，提取再现边界频率以上的频率分量的信号。即，作为由扬声器16再现没有问题的频率区域的信号，提取基本上不作为处理对象的信号。这里，使用将再现边界频率设定为截止频率的二阶高通滤波器。

前级低通滤波器40和后级低通滤波器46从低频分量除去单元20输出的信号中，提取由高频提取单元22提取的信号以外的分量。该信号被放大，以便提高扬声器16中的低音再现能力。再有，作为包括了前级低通滤波器40和后级低通滤波器46的低频提取单元24的截止频率(以下，称为‘分离截止频率’)应根据再现边界频率和声音频带而被确定，最终从均衡电路12输出的信号的频率特性如图2的实线那样被决定。这里，假设根据实验结果等，预先设定有合适的分离截止频率。此外，与分离截止频率相匹配，低频提取单元24的衰减斜率应以从低频提取单元24输出的信号不对从高频提取单元22输出的信号产生影响来确定，这里，假设该衰减斜率和与其对应的低通滤波器的滤波器阶数(以下，称为‘最终滤波器阶数’)预先根据实验结果等而被设定。

前级低通滤波器40的截止频率设定为比分离截止频率低的截止频率，而后级低通滤波器46的截止频率设定为比分离截止频率高的截止频率。这里，由于将分离截止频率设定为‘比再现边界频率高的频率’，所以将前级低通滤波器40的截止频率设定为‘再现边界频率’。另一方面，前级低通滤波器40的滤波器阶数设定为比最终滤波器阶数小的第1滤波器阶数，后级低通滤波器46的滤波器阶数设定为比最终滤波器阶数小的第2滤波器阶数。此外，第1滤波器阶数以比第2滤波器阶数小、并且第1滤波器阶数和第2滤波器阶数之和为最终滤波器阶数而被设定。这里，为了满足作为必要的最终滤波器阶数的‘5阶’，将第1滤波器阶数设定为‘2’，第2滤波器阶数设定为‘3’。再有，如果将低频分量除去单元20的截止频率设定得低，将低频提取单元24的分离截止频率设定得高，则可以扩宽低音再现频带。

从低频分量除去单元20输出的信号依次通过前级低通滤波器40、后级低通滤波器46。再有，合成单元42将前级低通滤波器40的输出合成。这是因为低音趋向于音像定位的中央，所以在加法运算的状态下即使进行信号处理也没有问题。高通滤波器44在由合成单元42合成的信号中包含了直流分量的情况下，除去该直流分量。这里，与低频分量除去单元20同样，使用将应由扬声器16再现的最低频率设定为截止频率的一阶高通滤波器。

放大单元26将从低频提取单元24输出的信号放大。合成单元28将从高频提取单元22输出的信号和从放大单元26输出的信号进行合成。缓冲器30对由第1合成单元28a合成的信号进行缓冲，缓冲器32对由放大单元28放大的信号进行缓冲，缓冲器34对由第2合成单元28b合成的信号进行缓冲。最终，作为左侧的输出从缓冲器30输出信号，作为右侧的输出从缓冲器34输出信号，作为低音的输出从缓冲器32输出信号。

控制单元50通过未图示的输入界面，从用户接受高频提取单元22、前级低通滤波器40、高通滤波器44、后级低通滤波器46的截止频率、Q值、增益等的应由高频提取单元22和低频提取单元24提取的与信号的特性有关的指示。而且，控制单元50将该指示变换为规定的数字数据字后，根据该数字数据字而对高频提取单元22、前级低通滤波器40、高通滤波器44、后级低通滤波器46的设定进行电子式地控制。

图4是前级低通滤波器40和后级低通滤波器46中的相对于相移的频率特性。这里，为了容易地进行说明，用实线表示在与前级低通滤波器40对应的滤波器的阶数为‘一阶’、与后级低通滤波器46对应的滤波器的阶数为‘二阶’的情况下的相位特性。另一方面，用虚线表示在高阶的滤波器为‘三阶’的情况下的相位特性。此外，图中的频率‘f0’是三阶滤波器的截止频率，频率‘f1’是对应于前级低通滤波器40的一阶滤波器的截止频率，频率‘f2’是对应于后级低通滤波器46的二阶滤波器的截止频率。如图示那样，通过将截止频率不同的滤波器阶数低的滤波器组合，可以减小相移。而且，在滤波器的组合中，如果使滤波器阶数低的滤波器的截止频率更低，则低的频率下的相移可以更低。另一方面，高的频率下的相移增大，但在图2所示那样遍及声音频带的高的频率中，由于来自低频提取单元24的输出增益变小，所以这样的相移的影响小。

图5(a)～图5(c)表示均衡电路12的频率特性。图5(a)表示在图3的‘P10’的频率特性，即高频提取单元22的输出信号的频率特性。而图5(b)表示在图3的‘P11’的频率特性，即放大单元26的输出信号的频率特性。图5(c)表示在图3的‘P12’的频率特性，即缓冲器30的输出信号的频率特性。如图示那样，图5(c)以将图5(a)和图5(b)合成的方式而获得。其结果，如图5(b)所示，超低音区域的增益变小，低音再现频带扩宽。此外，从图5(a)和图5(c)的比较可知，对声音频带的影响少，下落也小。而且，与图5(c)相同的频率特性在图2中用实线表示。与虚线的频率特性比较，超低音区域的增益小，低音再现频带宽，对声音频带的影响小，下落也小。

根据本发明的实施例，由于将滤波器阶数低的多个滤波器组合而构成用于分离放大对象的信号的低通滤波器，所以来自不是放大对象的信号的相位差变小，下落变小。此外，由于通过低通滤波器而构成用于除去超低音区域的高通滤波器和用于分离放大对象的信号的低通滤波器，所以可以扩宽低音再现频带。此外，由于用衰减斜率大的滤波器构成用于分离放大对象的信号的低通滤波器，所以可以使对声音频带的影响小。此外，对合成的信号进行有关低音区域的处理，所以可削减电路规模。

(实施例2)

本发明的实施例2涉及在实施例1的均衡电路中使用的高通滤波器。如在实施例1中说明的那样，如果扬声器的外壳小，则再现边界频率升高。其结果，频率比再现边界频率低的信号成为低音的失真，使扬声器再现的声音的音质下降。因此，本实施例涉及将频率比扬声器的再现边界频率低的信号截止的高通滤波器。

而且，在外壳容量小的扬声器中，一般被要求附带在扬声器上的前置放大器等的再现装置的小型化，即高通滤波器的小型化、IC化。适合IC化的滤波器之一是使用了开关电容器等效电路的滤波器。但是，就与开关电容器等效电路的采样频率比较频率高某个程度的信号来说，因采样频率的影响而产生失真，所以将开关电容器等效电路原封不动用作高通滤波器时，在输出的信号中产生失真。

因此，本实施例将开关电容器等效电路作为双象限型滤波器的电阻而装入，从通过双象限型滤波器而输入的信号中提取低频通过特性的信号和频带通过性的信号，进而从输入的信号中减去被提取出的这些信号从而提取输入的信号的高频通过特性的信号。从开关电容器等效电路输出的信号对应于低频通过特性的信号和频带通过性的信号，所以频率比采样频率低某个程度，可以抑制采样造成的信号的失真。

图6表示本发明的实施例2的第1高频提取单元22a的结构。第1高频提取单元22a包括：滤波器F1、运算放大器A1至运算放大器A3、电容器C1至电容器C7、开关S1至开关S4、电阻R1至电阻R4。

这里，根据以下所示的算式来说明第1高频提取单元22a的处理内容。如果输入信号为Vin、输出信号为Vout，则二阶的高通滤波器的传递函数如下所示。

[算式1]

$\frac{V_{\mathrm{out}}}{V_{\mathrm{in}}}=\frac{s^2}{s^2+\mathrm{as}+b}$

其中，a和b为规定的常数。如果将其变形，则如下所示。

[算式2]

$\frac{V_{\mathrm{out}}}{V_{\mathrm{in}}}=\frac{s^2+\mathrm{as}+b}{s^2+\mathrm{as}+b}-\frac{\mathrm{as}}{s^2+\mathrm{as}+b}-\frac{b}{s^2+\mathrm{as}+b}$

即，二阶的高通滤波器的传递函数通过从输入信号中减去第1项的输入信号、第2项的带通滤波器的输出信号(即频带通过性的信号)、第3项的低通滤波器的输出(即由低频通过特性的信号表示)、频带通过性的信号和低频通过特性的信号，获得高频通过特性的信号。第1高频提取单元22a进行这样的处理，根据图7(a)～图7(b)来说明它们的对应。图7(a)～图7(b)表示从图6的P10至P16的频率特性。图7(a)是图6的P10的信号，是输入信号本身的频率特性。这里为了简化说明，表示了输入信号在规定频率范围中增益是一定的，但例如也可以是在规定的频率下增益增大或减小的特性。

图7(b)是将图6的P12的信号反转过的信号的频率特性。如图示那样，由于图7(b)是频带通过性的信号，所以图6的P12的信号称为将频带通过性的信号反转过的信号。图7(c)是图6的P14的信号，是低频通过特性的信号的频率特性。这些信号中，在运算放大器A3的非反转端子的前级P10的信号和P12的信号被合成，合成后的信号被输入到运算放大器A3的非反转输入端子，P14的信号被输入到运算放大器A3的反转输入端子。其结果，来自运算放大器A3的输出信号，即P16的信号获得从输入信号中减去了频带通过性的信号和低频通过特性的信号所得的信号。图7(d)中表示P16的信号的频率特性。如图示那样，图7(d)表示高频通过特性的信号的频率特性。再有，在图7(b)至图7(d)中，将上述的再现边界频率作为P1表示。关于如图示那样设定第1高频提取单元22a的截止频率和P1之间关系的理由，后面论述。

返回到图6。图6的从开关S1至开关S4交替地选择在四周被包围的‘1’和‘2’。即，在忽略定时的误差时，开关S1至开关S4的‘1’在某个定时变为导通，‘2’变为截止。在其他的定时，开关S1至开关S4的‘2’变为导通，‘1’变为截止。插入了电容器C1、电容器C5、电容器C4的两个‘1’和‘2’的组合，即，开关S1和开关S2的组合、开关S4和开关S2的组合、开关S3分别包含电容器并构成开关电容器等效电路。在由开关S1和电容器C1及开关S2的组合所构成的开关电容器等效电路的情况下，将开关S1和开关S2的‘1’和‘2’切换的采样周期为T时，开关电容器等效电路的等效电阻Reff如下所示。

[算式3]

$R_{\mathrm{eff}}=\frac{T}{C_1}$

即使是其他的开关电容器等效电路，同样的关系也成立，分别作为电阻而起作用。开关S1和电容器C1及开关S2的组合作为电阻而起作用，同时将输入的信号的相位反转。运算放大器A1、电容器C2、电容器C3构成带通滤波器，P12的输出信号如上述那样变为将频带通过性的信号反转过的信号。开关S3作为电阻而起作用，同时使从运算放大器A1输出的信号反转。运算放大器A2和电容器C6构成低通滤波器，P14的输出信号如上述那样变为低频通过特性的信号。而且，低频通过特性的信号通过开关S4和电容器C4，被反馈到运算放大器A1。

通过以上的结构，图中的滤波器F1构成双象限型滤波器，从而以输出将频带通过性的信号反转过的信号和低频通过特性的信号而进行动作。这里，采样周期T的倒数的采样频率被设定为频率比未图示的扬声器16的再现边界频率P1高。一般地，因为如果不是频率比采样频率低某个程度的信号，则在输出的信号中产生采样造成的失真。而且，假设滤波器F1的各构成元件被设定，以提取将应按接近再现边界频率P1的频率被截止的频带通过性的信号反转的信号和低频通过特性的信号。

在开关S1和开关S2的组合及开关S3中，‘1’和‘2’的组合彼此相同，但与它们比较，开关S2和开关S4的组合下的‘1’和‘2’的组合变为相反。即，在开关S1和开关S2的组合及开关S3中，对于反转信号的相位来说，在开关S2和开关S4的组合中，未反转信号的相位。通过这样的结构，在普通的双象限型滤波器中，需要三个运算放大器，以便从输入信号中提取频带通过性的信号和低频通过特性的信号，而这里由两个运算放大器构成。再有，开关S1和开关S2的组合及开关S3不反转信号的相位，开关S2和开关S4的组合反转信号的相位也可以。

运算放大器A3、电阻R1至电阻R4和电容器C7，如上述那样，根据输入信号而使低频通过特性的信号分量和频带通过性的信号分量衰减，从而将输入信号中的高频通过特性的信号提取。低频通过特性的信号和频带通过性的信号在接近再现边界频率P1的频率被截止，所以高频通过特性的信号变为再现边界频率P1以上的信号。

再有，与图3同样，也可以在第1高频提取单元22a的内部或外部包括控制单元50。控制单元50通过未图示的输入界面，从用户接受有关通过第1高频提取单元22a应截止的接近再现边界频率的频率或采样频率的指示。进而，将该指示变换为规定的数字数据字后，根据该数字数据字而电子式地控制第1高频提取单元22a的设定。

这里，第1高频提取单元22a应截止的频率例如被决定为接近100Hz。这是考虑扬声器16的再现边界频率而设定的，但对于扬声器16的再现边界频率，根据扬声器特性的一例进行说明。图8表示单一锥形全频带扬声器的频率特性。图8中，横轴表示频率，纵轴表示响应，但如图示那样，频率比100Hz小时，响应急剧地下降。再有，响应是将基准轴上1m的点中的音压电平对应于频率变为连续的曲线来测量的值。此外，上述情况下，在比100Hz低的频带中，扬声器16的机械系统的失真增大。因此，在本实施例中，用高通滤波器截止这样的频带。

扬声器16的再现边界频率f0根据扬声器16的外壳容积V、扬声器16的有效振动半径a、振动系统的等效质量mo、规定的常数α而如下决定。

[算式4]

$f_0^2=\frac{355\×a^4}{\mathrm{\α}\×V\×\mathrm{mo}}$

即，再现边界频率f0在扬声器16的有效振动半径a大的情况下、扬声器16的外壳容积V小的情况下、振动系统的等效质量mo小的情况下增大。此外，如果再现边界频率f0增大，则第1高频提取单元22a应截止的频率也增大。

根据本发明的实施例，在由扬声器应再现的信号中，由于将扬声器不能再现的频带的部分预先用低通滤波器截止，所以可以降低可能由扬声器产生的失真。此外，由于使用开关电容器等效电路，所以滤波器的小型容易，而且在双象限型滤波器的低频通过特性的信号和频带通过性的信号的提取上使用开关电容器等效电路，所以可以降低基于采样的高频通过特性的信号中的失真。此外，可以提高由扬声器再现的声音的音质。

(实施例3)

本发明的实施例3与实施例2同样涉及高通滤波器。在实施例2中，说明了二阶的高通滤波器。这里，涉及一阶的高通滤波器、进而将一阶的高通滤波器和二阶的高通滤波器任意地组合所得的规定的高阶的高通滤波器。

图9表示本发明实施例3的第1高频提取单元22a的结构。第1高频提取单元22a包括：一阶高通滤波器60、二阶高通滤波器62。二阶高通滤波器62具有与实施例2的第1高频提取单元22a相同的结构，所以这里省略说明。

一阶高通滤波器60与二阶高通滤波器62同样是高通滤波器，但滤波器的阶数为一阶。其结果，第1高频提取单元22a成为三阶的高通滤波器。这样，将二阶的高通滤波器和一阶的高通滤波器任意个数串联地连接，从而可实现任意阶数的高通滤波器。

图10表示一阶高通滤波器60的结构。一阶高通滤波器60包括：滤波器F2、运算放大器A4、运算放大器A5、电容器C8至电容器C10、开关S5、开关S6、电阻R5至电阻R8。

滤波器F2是由开关S5、开关S6、电容器C10、运算放大器A4构成的一阶不完全积分器，作为低通滤波器而起作用。即，滤波器F2输出将输入的信号的低频通过特性的信号反转过的信号。这里，滤波器F2由使一阶不完全积分器中包含的电阻应在规定的采样频率下起作用的开关S5、开关S6构成。此外，采样频率被设定为比未图示的扬声器16的再现边界频率高的频率。而且，将滤波器F2提取的低频通过特性的信号反转的信号以接近扬声器16的再现边界频率的频率被截止。

运算放大器A5、电阻R5至电阻R8从输入的信号中提取将低频通过特性的信号分量减少的信号，即输入的信号的高频通过特性的信号。一阶高通滤波器60最终提取扬声器16的再现边界频率以上的高频通过特性的信号。

根据本发明的实施例，由于使用开关电容器等效电路，所以滤波器的小型容易，而且由于在一阶不完全积分器的低频通过特性的信号的提取上使用开关电容器等效电路，所以可以降低基于采样的高频通过特性的信号中的失真。而且，通过将一阶的滤波器和二阶的滤波器任意地组合，可实现规定的阶数的滤波器。

(实施例4)

本发明的实施例4涉及采用了实施例2和3中说明的高通滤波器的分频网络电路。分频网络电路将应由扬声器再现的信号分割为多个频带，包括多个与多个频带对应的专用的扬声器。应由扬声器再现的信号通过滤波器而被变换为各个频带的信号，但对此时的高通滤波器使用在实施例2和3中说明的高通滤波器。

图11是表示本发明的实施例4的声音输出装置110的结构。声音输出装置100包括：放大器66、高频提取单元22、低频提取单元24、放大器68、放大器70、第1扬声器72、第2扬声器74。

放大器66将应再现的信号放大。高频提取单元22提取被放大过的信号中的高音部分的信号。因此，通过如实施例2和3中说明的高通滤波器，提取相应的信号。此时，如上述那样，高频提取单元22应截止的频率被设定为100Hz左右。由高频提取单元22提取出的信号被放大器68放大，由第1扬声器72再现。另一方面，低频提取单元24提取被放大过的信号中的中低音部分的信号。因此，通过低通滤波器，提取相应的信号。由低频提取单元24提取出的信号被放大器70放大，由第2扬声器74再现。

根据本发明的实施例，还可将高通滤波器应用于进行频带分割驱动的分频网络电路。

以上，根据实施例说明了本发明。实施例是例示，本领域技术人员应该理解，在它们的各构成元件或各处理过程的组合上各种各样的变形例是可能的，而这样的变形例也在本发明的范围内。

在实施例1中，低频提取单元24以高通滤波器44和后级低通滤波器46的顺序排列构成。但是，不限于此，例如，也可以按后级低通滤波器46和高通滤波器44的顺序构成，此外，也可以由具有相同特性的带通滤波器构成。根据本变形例，可用不同的电路结构获得同样的特性。即，获得期望的特性即可。

在实施例1中，均衡电路12输入多个信号，从而输出多个信号。但是，不限于此，例如，也可以输入一个信号，从而输出一个信号。这种情况下，低频分量除去单元20、高频提取单元22、前级低通滤波器40、合成单元28分别包含一个构成元件即可。此外，也可以没有合成单元42。根据本变形例，可以进一步减小电路结构。即，根据将声音进行立体声再现还是进行单声道再现，只要是适合于该再现的结构即可。

在实施例2中，滤波器F1为双象限型滤波器。但是，不限于此，例如，滤波器F1也可以是双象限型滤波器以外的滤波器。根据本变形例，可以使用各种各样的滤波器。即，滤波器F1输出将频带通过性的信号反转过的信号和低频通过特性的信号即可。

将实施例1至实施例4任意组合所得的实施例也是有效的。根据本变形例，可获得将实施例1至实施例4任意组合的效果。

本发明的工业上的利用可能性在于，可以将不能由外壳容量小的扬声器再现的频带的信号截止。

Claims (13)

1.一种滤波器电路，其特征在于包括：

输入单元，将处理对象的信号输入；

第1提取单元，使所述输入的信号通过滤波器，从而提取所述输入的信号中的低频通过特性的信号和频带通过性的信号；以及

第2提取单元，从所述输入的信号中使所述提取出的低频通过特性的信号分量和所述提取出的频带通过性的信号分量衰减，从而提取所述输入的信号中的高频通过特性的信号，

所述第1提取单元将包含于所述滤波器中的电阻由能够以规定的采样频率动作的开关电容器等效电路构成，并且该采样频率被设定为比在后级设置的扬声器的可再现频率高的频率，所述滤波器被设定，以提取应该按接近所述扬声器的可再现频率的频率截止的所述低频通过特性的信号和所述频带通过性的信号，

所述第2提取单元根据所述低频通过特性的信号和所述频带通过性的信号，提取所述扬声器的可再现频率以上的所述高频通过特性的信号。

2.如权利要求1所述的滤波器电路，其特征在于，所述第1提取单元的滤波器是双象限型滤波器。

3.如权利要求2所述的滤波器电路，其特征在于，所述第1提取单元的所述双象限型滤波器包括：

第1开关电容器等效电路，使所述输入的信号通过；

第1运算放大器，从通过了所述第1开关电容器等效电路的信号中提取所述频带通过性的信号；

第2开关电容器等效电路，使所述提取出的频带通过性的信号通过；

第2运算放大器，从通过了所述第2开关电容器等效电路的信号中提取所述低频通过特性的信号；以及

第3开关电容器等效电路，使所述提取出的低频通过特性的信号通过，并且使通过的信号被反馈到所述第1运算放大器，

所述第3开关电容器等效电路如下构成，在所述第1开关电容器等效电路和所述第2开关电容器等效电路使通过的信号的相位反转的情况下，不使通过的信号的相位被反转，而在所述第1开关电容器等效电路和所述第2开关电容器等效电路不使通过的信号的相位反转的情况下，使通过的信号的相位被反转。

4.如权利要求1或2所述的滤波器电路，其特征在于，应作为所述第1提取单元中的所述采样频率的基准的所述扬声器的可再现频率根据所述扬声器的外壳容积来决定，所述双象限型滤波器被设定，以便如果所述扬声器的外壳容积小，则将应截止所述低频通过特性的信号和所述频带通过性的信号的频率提高。

5.一种滤波器电路，其特征在于包括：

输入单元，将处理对象的信号输入；

第1提取单元，使所述输入的信号通过一阶不完全积分器，从而提取所述输入的信号中的低频通过特性的信号；以及

第2提取单元，从所述输入的信号中使所述提取出的低频通过特性的信号分量衰减，从而提取所述输入的信号中的高频通过特性的信号，

所述第1提取单元将包含于所述一阶不完全积分器中的电阻由能够以规定的采样频率动作的开关电容器等效电路构成，并且该采样频率被设定为比在后级设置的扬声器的可再现频率高的频率，所述一阶不完全积分器被设定，以提取应该按接近所述扬声器的可再现频率的频率截止的所述低频通过特性的信号，

所述第2提取单元根据所述低频通过特性的信号，提取所述扬声器的可再现频率以上的所述高频通过特性的信号。

6.如权利要求1所述的滤波器电路，其特征在于，所述第1提取单元还包括用于控制应截止的接近所述扬声器的可再现频率的频率的控制单元。

7.如权利要求5所述的滤波器电路，其特征在于，所述第1提取单元还包括用于控制应截止的接近所述扬声器的可再现频率的频率的控制单元。

8.如权利要求6所述的滤波器电路，其特征在于，还包括：

接受单元，从用户接受有关所述第1提取单元应截止的接近所述扬声器的可再现频率的频率的指示；以及

变换单元，将所述接受的指示变换为数字数据字，

所述控制单元根据所述变换过的数字数据字，控制所述第1提取单元应截止的接近所述扬声器的可再现频率的频率。

9.如权利要求7所述的滤波器电路，其特征在于，还包括：

接受单元，从用户接受有关所述第1提取单元应截止的接近所述扬声器的可再现频率的频率的指示；以及

变换单元，将所述接受的指示变换为数字数据字，

所述控制单元根据所述变换过的数字数据字，控制所述第1提取单元应截止的接近所述扬声器的可再现频率的频率。

10.一种滤波器电路，其特征在于，

包括一个以上的一阶高通滤波器和一个以上的二阶高通滤波器，

所述二阶高通滤波器提取高频通过特性的信号和频带通过性的信号，并使所述提取出的低频通过特性的信号分量和所述提取出的频带通过性的信号分量衰减，从而提取频带通过性的信号，并且所述二阶高通滤波器包括由应以规定的采样频率动作的开关电容器等效电路构成的电阻，

所述一阶高通滤波器通过一阶不完全积分器提取低频通过特性的信号，并使所述提取出的低频通过特性的信号分量衰减，从而提取高频通过特性的信号，并且所述一阶高通滤波器由开关电容器等效电路构成，该开关电容器等效电路使所述一阶不完全积分器中包含的电阻应以规定的采样频率进行动作，

应被设定在所述一个以上的一阶高通滤波器和所述一个以上的二阶高通滤波器中的所述采样频率被设定为比在后级中设置的扬声器的可再现频率高的频率，所述一个以上的一阶高通滤波器和所述一个以上的二阶高通滤波器被串联连接，从而提取所述扬声器的可再现频率以上的所述高频通过特性的信号。

11.如权利要求10所述的滤波器电路，其特征在于，所述二阶高通滤波器包括双象限型滤波器。

12.一种再现装置，其特征在于包括：

输入单元，将处理对象的信号输入；

高频提取单元，从所述输入的信号中，提取后级的扬声器的可再现频率以上的高频通过特性的信号；

放大单元，放大所述提取出的高频通过特性的信号；以及

扬声器，将所述放大过的信号作为声音信号进行再现，

所述高频提取单元包括：

第1提取单元，使所述输入的信号通过滤波器，从而提取所述输入的信号中的低频通过特性的信号和频带通过性的信号；以及

第2提取单元，从所述输入的信号中，使所述提取出的低频通过特性的信号分量和所述提取出的频带通过性的信号分量衰减，从而提取所述输入的信号中的高频通过特性的信号，

所述第1提取单元将包含于所述滤波器中的电阻由能够以规定的采样频率动作的开关电容器等效电路构成，并且该采样频率被设定为比所述扬声器的可再现频率高的频率，所述滤波器被设定，以提取应该按接近所述扬声器的可再现频率的频率截止的所述低频通过特性的信号和所述频带通过性的信号，

所述第2提取单元根据所述低频通过特性的信号和所述频带通过性的信号，提取所述扬声器的可再现频率以上的所述高频通过特性的信号。

13.如权利要求12所述的再现装置，其特征在于，所述第1提取单元的滤波器是双象限型滤波器。

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