JP2001507912A - オーディオ信号処理回路を有するオーディオシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 オーディオシステムは、オーディオ信号を処理するための回路（１２）を有し、この回路（１２）はオーディオ信号を入力する入力端子（２０）と出力信号を出力する出力端子（２６）とを有する。当該回路（１２）はさらに、前記入力端子（２０）に結合されてオーディオ信号の高調波を発生する高調波発生器（２２）と、入力端子（２０）及び前記高調波発生器（２２）に結合されてオーディオ信号及び発生された高調波の和を出力端子（２６）に供給する加算手段（２４）とを含む。前記高調波発生器（２２）は、オーディオ信号を積分する積分器（３４）と、これに結合されて、リセット時に当該積分器（３４）をリセットするリセット手段（３６）とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】 オーディオ信号処理回路を有するオーディオシステム 技術分野 本発明は、オーディオ信号を処理する回路を有するオーディオシステムに係り 、該回路が上記オーディオ信号を入力する入力端子と、出力信号を出力する出力 端子と、上記入力端子に結合されて上記オーディオ信号の高調波を発生する高調 波発生器と、上記入力端子及び高調波発生器に結合されて上記オーディオ信号と 発生された高調波との和を上記出力端子に供給する加算手段とを有するようなオ ーディオシステムに関する。 また、本発明はオーディオ信号を処理する回路、高調波発生器及びオーディオ 信号を処理する方法にも関する。 背景技術 冒頭に述べたオーディオシステムは、ヨーロッパ特許出願第EP-A546619号から 既知である。ダイナミックスピーカの発明以来、特に低い周波数におけるより大 きな音響出力に対する要求が存在している。しかしながら、しばしば、例えばテ レビジョン装置又はポータブルオーディオ装置においては、このようなオーディ オ出力がスピーカの小寸法により大きく制限されている。このジレンマは、しば しば仮想音高（virtual pitch）又は無基本波（missing fundamental）と呼ばれ る音響心理学的現象により解決することができることが知られており、該現象は 、スピーカが低い周波数においてより大きな出力を放出していない際にも大きな 低音応答の錯覚を引き起こすというものである。この錯覚は、当該オーディオ信 号内には存在するが小さなスピーカによっては再生することができないような低 周波音を、これら音の高調波により置換することにより生じさせることができる 。この場合、これら高調波が上記低周波音を表すことになる。 上記既知のオーディオシステムにおいては、オーディオ信号の低周波帯域が選 択されると共に、該選択された信号の高調波を発生するために高調波発生器に供 給される。発生された高調波は、その後、当該オーディオ信号に加算される。こ のようにして、当該オーディオ信号の低周波の知覚が改善される。該既知のオー ディオシステムにおいては、全波整流器が上記高調波発生器として使用されるが 、該発生器は偶数高調波のみを発生する。全波整流器の欠点は、発生された高調 波の振幅が当該高調波の数、例えば２次の高調波に関して速く減少してしまい、 ４次、６次及び８次高調波の振幅がそれぞれ１４ｄＢ、２１ｄＢ及び２６ｄＢ低 くなる。発生された高調波の振幅に関するこの低減のため、バーチャルピッチ効 果は、既知のオーディオシステムでは充分に利用できない。 発明の開示 本発明の目的は、高調波発生器が高調波を発生でき、これら高調波の振幅は互 いにほぼ等しい、オーディオシステムを提供することである。この目的は、前記 高調波発生器がオーディオ信号を積分する積分器と、これに結合されて、リセッ ト時に当該積分器をリセットするリセット手段とを有することを特徴とするオー ディオシステムにより達成される。 オーディオ信号を積分し、リセット時に積分された信号をリセットすることに より、奇数及び偶数の高調波を有する非対称波形を得ることができ、発生された 高調波の振幅が高調波の数とともに相対的に緩慢に減少する。結局、本発明によ るオーディオシステムでは、相対的に強いバーチャルピッチ効果となる。さらに 、発生された高調波の振幅がオーディオ信号の振幅に比例するので、出力信号に おける悩ましい歪みが前記高調波発生器により導出されない。 本発明によるオーディオシステムの実施例では、リセット手段がリセット期間 に従い前記積分器を周期的にリセットするために含まれていることを特徴とする 。この手段のおかげで、高調波の発生が周期的に繰り返され、出力信号における 高調波の定常的な流れを提供できる。 本発明によるオーディオシステムの他の実施例では、リセット手段がオーディ オ信号の周期に依存してリセット期間又は周期を決定するために含まれているこ とを特徴とする。これは、本発明によるオーディオシステムの簡易な実施例であ る。 本発明によるオーディオシステムの他の実施例では、リセット手段がリセット 期間の少なくとも一部の期間前記積分器をリセットするために含まれていること を特徴とする。この手段のおかげで、オーディオ信号のある一部、例えばオーデ ィオ信号の振幅が負である部分の積分が妨げられることを可能にする。 本発明によるオーディオシステムの他の実施例では、リセット手段が、オーデ ィオ信号がしきい値を越えたとき積分器をリセットするために含まれていること を特徴とする。この手段のおかげで、あるしきい値を越えるオーディオ信号のこ れらの部分の積分が防げる。 本発明によるオーディオシステムの他の実施例では、高調波発生器がさらにオ ーディオ信号を整流するための整流器を有することを特徴とし、当該整流器は積 分器に結合されているので整流された信号が積分される。この手段のおかげで、 オーディオ信号の負の部分もまた発生された高調波の振幅に寄与する。 本発明によるオーディオシステムにより再生されたいくつかの低周波音は、オ ーディオ信号内にある対応する低周波音の音よりも高い又は大きな音を持つので 人間により知覚される。この不所望な人工的なものを補償するために、本発明に よるオーディオシステムの他の実施例では、積分器が積分された信号振幅を制限 するために含まれていることを特徴とする。このやり方では、好ましくは知覚さ れた音が元の音にほぼ等しいように、低周波音の知覚された音が制御できる。 本発明によるオーディオシステムの他の実施例では、積分器が積分された信号 の振幅に依存して積分を止めるために含まれていることを特徴とする。これは、 積分された信号、したがって低周波音の知覚された音の振幅を制限する簡易で効 果的な実施例である。 本発明によるオーディオシステムの他の実施例では、積分器が積分された信号 の振幅又は周波数に依存して積分時間定数を適合させるために含まれていること を特徴とする。この手段のおかげで、積分された信号の振幅が徐々に制限でき、 低周波音の知覚された音の滑らかな制御を可能にする。 本発明の上記目的及び特徴は、図を参照して好ましい実施例の以下の説明から より明らかになるだろう。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明によるオーディオシステムのブロック図を示し、 第２図は、本発明によるオーディオ信号を処理する回路のブロック図を示し、 第３図は、本発明による高調波発生器のブロック図を示し、 第４図は、本発明に使用することができる積分器の第１実施例を示し、 第５図は、本発明に使用される回路を示し、該回路においては積分器とリセッ ト手段とが組み合わされていて、 第６図及び第７図は、本発明に使用する積分器の第２及び第３実施例を各々示 し、 第８図及び第９図は、例えば第４図及び第５図に示されるような積分器との組 み合わせで本発明に用いることができるリミッタの第１及び第２実施例をそれぞ れ示し、 第１０図は、本発明に使用する高調波発生器に供給される正弦波入力信号に応 答して発生される種々の波形ａ〜ｇの図を示す。 尚、各図において、同一の部分には同一の符号を付してある。 発明を実施するための最良の形態 第１図は、本発明によるオーディオシステムのブロック図を示す。該オーデ ィオシステムは信号源１０を有し、該信号源は回路１２及び増幅器１４を介して スピーカ１６に結合されている。信号源１０は、その信号をＣＤ、カセット若し くは受信した信号又は他のオーディオ源から導出することができる。回路１２は 信号源１０から供給された信号を、当該オーディオ信号中には存在するがスピー 力１６の限られた大きさのために該スピーカ１６によっては再生することができ ないような低周波音が、これら音の高調波により置換されるように、処理する。 スピーカ１６により再生することができる、これらの高調波は、大きな低音応答 の錯覚を引き起こす。この音響心理学的現象は、しばしば、仮想音高又は無基本 波と呼ばれている。回路１２により処理されたオーディオ信号は、その後、増幅 器１４により増幅される。この増幅された信号は、次いで、スピーカ１６により 再生される。 第２図は、本発明によるオーディオ信号を処理する回路１２のブロック図を示 す。該回路１２は、オーディオ信号を入力する入力端子２０と、出力信号を出力 する出力端子２６とを有している。該回路１２は、更に、入力端子２０に結合さ れた高調波発生器２２と、入力端子２０及び高調波発生器２２に結合されて上記 オーディオ信号と高調波発生器２２の出力信号との和を出力端子２６に供給する 加算手段２４とを有している。 オーディオ信号を処理する回路１２においては、入力端子２０と高調波発生器 ２２との間に第１のフィルタを挿入することができる。好ましくは、この第１の フィルタは当該オーディオ信号中のスピーカ１６によっては再生することができ ないような低周波成分は通過させるが、同時に当該オーディオ信号中のスプリア ス直流成分は阻止するように構成されるものとする。また、回路１２には高調波 発生器２２と加算手段２４との間に第２のフィルタを挿入することもできる。こ の第２のフィルタにより、スピーカ１６により再生される高調波の数を制御する ことができる。更に、回路１２には入力端子２０と加算手段２４との間に第３の フィルタを挿入することができる。好ましくは、この第３のフィルタは当該オー ディオ信号中の上記スピーカによっては再生することができないような低周波成 分を阻止し、これによりスピーカ１６の過負荷を防止するために使用される。 第３図は、本発明に使用するための高調波発生器２２のブロック図を示してい る。該高調波発生器２２は、オーディオ信号を入力する入力端子３０と出力信号 を出力する出力端子３８とを有している。該高調波発生器２２は、更に、積分器 ３４と、該積分器に結合されたリセット手段３６とを有している。積分器３４は 、入力端子３０により入力された上記オーディオ信号を積分し、該積分された信 号を出力端子３８に供給する。リセット手段３６は、積分器３４をリセット時に リセットするように構成される。このようにして、上記出力信号は奇数及び偶数 の両方の高調波を有し、これら高調波の振幅は互いに略等しくなる。更に、発生 される上記高調波の振幅は当該オーディオ信号の振幅に比例するので、該高調波 発生器２２によってはいやな歪みが導入されることはない。 上記リセット時は、リセット手段３６により多数の異なる方法で決定すること ができる。リセット手段３６は、リセット時を当該オーディオ信号の幾つかの特 性、例えば周期、振幅又は零交差等に依存して決定することができる。リセット 手段３６は、前記出力信号の同様の特性に依存してリセット時を決定することも 可能である。更に、リセット手段３６は、リセット時を、上記オーディオ信号と 出力信号との両方に依存して決定することもできる。本発明による高調波発生器 ２２の特別な実施例においては、接続部３５及び３７の一方のみ又は両方が存在 することが明らかであろう。 該高調波発生器２２は、更に、整流器３２を有することができ、該整流器は入 力端子３０により入力されるオーディオ信号を整流する。 第４図は、本発明に使用することができる積分器３４の第１実施例を示してい る。該積分器３４は、入力信号を入力する入力端子４０と、出力信号を出力する 出力端子５２とを有している。該積分器３４は、更に、正側入力端子が接地され た演算増幅器５０を有している。抵抗４８、コンデンサ４６及びスイッチ４４は 、互いに並列に配置されると共に、演算増幅器５０の負側入力端子を該増幅器の 出力端子に結合している。該演算増幅器５０の負側入力端子は抵抗４２を介して 前記入力端子４０にも結合されている。また、該演算増幅器５０の出力端子は当 該積分器３４の出力端子５２に結合されている。スイッチ４４はリセット信号Ｒ ＳＴにより制御され、該リセット信号は前記リセット手段３６により、リセット 時に該スイッチ４４が閉成されるように、発生される。 当業者とっては、上記入力端子４０に供給された入力信号が該実施例の積分器 ３４により積分され、これにより積分された信号が出力端子５２に供給されるこ とは明らかであろう。上記スイッチ４４が閉成されると、該積分器はリセットさ れる、即ち、コンデンサ４６が放電され、出力信号が零にリセットされる。 第５図は、本発明に使用するための回路を示し、該回路においては積分器３４ とリセット手段３６とが組み合わされている。該回路は入力信号を入力する入力 端子６４と出力信号を出力する出力端子６６とを有している。該回路は、更に、 上記入力信号を積分するために必要な第４図の各構成要素、即ち、抵抗４２及び ４８、演算増幅器５０並びにコンデンサ４６を有している。スイッチ４４はトラ ンジスタ６２を用いて構成されている。このトランジスタ６２のベースはインバ ータ６０を介して前記入力端子６４に結合されているので、該トランジスタ６２ は前記入力信号が負の場合に導通する（即ち、スイッチ４４が閉成され、該積分 器がリセットされる）。一方、上記入力信号が正の場合は、トランジスタ６２は 導通しない、即ち、スイッチ４４は開成される。 本発明による当該オーディオシステムにより再生される幾つかの低周波音は、 人間により、当該オーディオ信号中に存在する対応する低周波音の音の大きさよ りも一層大きな音の大きさを持っているように知覚される。この不所望なアーチ ファクトを補償するために、積分器３４は積分された信号の振幅を制限するよう に構成することができる。このようにして、低周波音の知覚される音の大きさを 、好ましくは、該知覚される音の大きさが元の音の大きさと略等しくなるように 、制御することができる。 第８図及び第９図は、例えば第４図及び第５図に示すような積分器３４の出力 信号の範囲を制限するために使用することができるリミタの第１及び第２実施例 を、各々、示している。第８図及び第９図において、当該リミタは反転増幅器を 有し、該反転増幅器は入力端子９０、出力端子１０２、演算増幅器１００並びに ２つの抵抗９２及び９８からなっている。この反転増幅器の電圧利得の絶対値は 、抵抗９８の抵抗値を抵抗９２の抵抗値で除算したものに等しい。第８図のリミ タにおいては、抵抗９８に並列に配置された２つのダイオード９４及び９６が、 当該反転増幅器の出力信号が或る電圧限界を超えるのを防止する。演算増幅器１ ００の正側入力端子は接地されているので、上記負側入力端子における電圧も零 である（仮想接地点）。このように、ダイオード９４は上記出力信号が負の場合 、即ち入力端子９０により入力される入力信号が正の場合に、導通する。同様に して、ダイオード９６は上記出力信号が正の場合、即ち、上記入力信号が負の場 合に導通する。このようにして、シリコンダイオードを使用する場合は、上記出 力信号の範囲は約−０．６ボルトと＋０．６ボルトとの間に制限される。 第９図のリミタにおいては、当該反転増幅器の出力信号が或る電圧限界を超え るのを防止する役割が２つのツェナーダイオード１１０及び１１２により果たさ れる。ここで、ツェナーダイオード１１０は上記出力信号が正の場合に導通し、 ツェナーダイオード１１２には該出力信号が負の場合に導通する。このようにし て、上記出力信号の範囲は、略、ツェナーダイオード１１０の反転されたツェナ ー電圧とツェナーダイオード１１２のツェナー電圧との間に制限される。 第８図及び第９図に示すリミタは、例えば、第４図に示すような積分器３４に 結合することができる。この結合は、例えば、積分器３４の出力端子５２が当該 リミタの入力端子９０に接続され、これにより積分器３４の出力信号を制限する ように、実施することができる。また、当該リミタの出力端子１０２を積分器３ ４の入力端子４０に結合して、積分器３４の入力信号を制限するようにすること も可能である。更に、当該リミタの機能を積分器３４の機能と組み合わせること も可能である。このような組合せの２つの例が第６図及び第７図に示されている 。第６図は、第８図のリミタと、第４図に示す積分器３４との組合せを示す。ま た、第９図のリミタと第４図に示す積分器３４との組合せが、第７図に図示され ている。 例えば第４図に示す積分器３４は、積分時定数を積分される信号の振幅に依存 して適応化させるように構成することもできる。この対策により、積分される信 号の振幅は徐々に制限され、これにより低周波音の知覚される音の大きさの滑ら かな制御が可能となる。この積分時定数の適応化は、抵抗４２の抵抗値及び／又 はコンデンサ４６の容量を変化させることにより達成することができる。抵抗４ ２の実効抵抗値は、例えば、該抵抗４２に１以上の抵抗を直列に又は並列に切換 接続することにより変化させることができる。また、コンデンサ４６の実効容量 は、例えば、該コンデンサ４６に１以上のコンデンサを直列に又は並列に切換接 続することにより変化させることができる。 第１０図は、本発明による高調波発生器２２に供給される正弦波入力信号に応 答して発生される種々の波形ａ〜ｇの体裁が整えられた図を示している。これら の図において、上記入力信号は実線で示され、発生された波形は点線により示さ れている。第１０図の波形ａは、本発明による高調波発生器２２であって、上記 入力信号が積分される前に整流され、これにより積分器３４が該入力信号の各周 期の終了時点でリセット手段３６によりリセットされるような高調波発生器によ り発生することができる。波形ｂ及びｃも同様なやり方で高調波発生器２２によ り発生することができ、ここで、波形ｂの場合は積分器３４が上記入力信号の各 第２周期の終了時点でリセットされ、波形ｃの場合は積分器３４が上記入力信号 の各零交差時点でリセットされる。波形ｄも高調波発生器２２により発生するこ とができるもので、該高調波発生器２２は第５図に示すような積分器３４とリセ ット手段３６との組合せを有している。この場合、高調波発生器２２は整流器３ ２を有していない。 第１０図の波形ｅ、ｆ及びｇは、本発明による高調波発生器２２により、波形 ａについて上述したのと同様のやり方で発生することができる。波形ｅは、積分 される信号の振幅に依存して積分が停止されるように構成された高調波発生器２ ２により発生される。ここで、該高調波発生器２２は第６図及び第７図に示すよ うな積分器３４、又は第４図に示す積分器３４と例えば第８図及び第９図に示す ようなリミタ回路との組合せを有することができる。 波形ｆ及びｇは、積分器３４による積分時定数の適応化を示している。波形ｆ を発生するには、積分器３４の積分定数は入力信号の各周期の間に１回適応化さ れ、該適応化は例えば積分される信号の振幅又は周波数に依存するようにする。 波形ｇも同様のやり方で発生することができ、その場合、積分器３４は入力信号 の各周期の間に２回適応化される。勿論、積分器３４は積分時定数の３回以上の 適応化がサポートされるように構成することもできる。 潜在する本発明の原理から離れることなく本発明に対する多くの変更がなされ ることは、当業者には明らかであろう。例えば、本発明により実際に実施される 信号処理はまた、洗練された積分回路又はプログマブルプロセッサで実行される ソフトウェアで実施されてもよい。さらに、例えば第４図に示されるような積分 器３４内では抵抗器４８は省略されても良い。高調波発生器２２の出力信号の振 幅の望ましい制限は、ある乗数係数で入力又は出力信号の乗算により達成するこ ともできる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．オーディオ信号を処理する回路を有するオーディオシステムであって、前記 回路がオーディオ信号を入力する入力端子と、出力信号を出力する出力端子と 、前記入力端子に結合されてオーディオ信号の高調波を発生する高調波発生器 と、前記入力端子及び前記高調波発生器に結合されてオーディオ信号及び発生 された高調波の和を出力端子に供給する加算手段とを含むオーディオシステム において、前記高調波発生器は、オーディオ信号を積分する積分器と、これに 結合されて、リセット時に当該積分器をリセットするリセット手段とを有する ことを特徴とするオーディオシステム。 ２．請求項１に記載のオーディオシステムにおいて、前記リセット手段がリセッ ト期間に従い前記積分器を周期的にリセットすることを特徴とするオーディオ システム。 ３．請求項２に記載のオーディオシステムにおいて、前記リセット手段がオーデ ィオ信号の周期に依存してリセット期間又は周期を決定することを特徴とする オーディオシステム。 ４．請求項２又は３に記載のオーディオシステムにおいて、前記リセット手段が リセット期間の少なくとも一部の間、前記積分器をリセットすることを特徴と するオーディオシステム。 ５．請求項１ないし４の何れか１項に記載のオーディオシステムにおいて、前記 リセット手段が、オーディオ信号がしきい値を越えたとき前記積分器をリセッ トすることを特徴とするオーディオシステム。 ６．請求項１ないし５の何れか１項に記載のオーディオシステムにおいて、前記 高調波発生器がさらにオーディオ信号を整流するための整流器を有し、当該整 流器は前記積分器に結合され、整流された信号が前記積分器により積分される ことを特徴とするオーディオシステム。 ７．請求項１ないし６の何れか１項に記載のオーディオシステムにおいて、前記 積分器が積分された信号の振幅を制限することを特徴とするオーディオシステ ム。 ８．請求項７に記載のオーディオシステムにおいて、前記積分器が積分された信 号の振幅に依存して積分を止めることを特徴とするオーディオシステム。 ９．請求項７又は８に記載のオーディオシステムにおいて、前記積分器が積分さ れた信号の振幅又は周波数に依存して積分時間定数を適合させることを特徴と するオーディオシステム。 １０．オーディオ信号を処理するための回路であって、オーディオ信号を入力す る入力端子と、出力信号を出力する出力端子と、前記入力端子に結合されてオ ーディオ信号の高調波を発生する高調波発生器と、前記入力端子及び前記高調 波発生器に結合されてオーディオ信号及び発生された高調波の和を出力端子に 供給する加算手段とを有する回路において、前記高調波発生器は、オーディオ 信号を積分する積分器と、これに結合されて、リセット時に当該積分器をリセ ットするリセット手段とを有することを特徴とする回路。 １１．オーディオ信号を積分する積分器と、これに結合されて、リセット時に当 該積分器をリセットするリセット手段とを有することを特徴とする高調波発生 器。 １２．オーディオ信号を処理する方法であって、オーディオ信号の高調波を発生 し、オーディオ信号及び発生された高調波の和を供給する方法において、前記 高調波の発生が、オーディオ信号を積分し、リセット時に当該積分の結果をリ セットすることを特徴とする方法。