JP2003078985A - スピーカ駆動方法およびスピーカ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低音用スピーカやスーパーウーハーなどのス
ピーカシステムを駆動する方法で、共振に伴う過渡応答
を簡単かつ確実に低減できるようにする。 【解決手段】 音響出力予測検出部２３では、スピーカ
システムの音響変換等価回路モデルによって、スピーカ
駆動信号としてのデジタル信号入力Ｓｉが、そのままア
ナログ信号に変換されてスピーカシステムに供給された
ときの、スピーカシステムの音響出力をリアルタイムで
予測検出して、音響出力予測検出信号Ｓａを出力する。
この音響出力予測検出部２３、加算回路２５、ループ増
幅回路２６および加算回路２２によって、フィードバッ
クループを形成して、デジタル信号出力Ｓｏとして、デ
ジタル信号入力Ｓｉがスピーカシステムに供給されたと
きの過渡応答を打ち消すようなスピーカ駆動信号を得、
これをアナログ信号に変換してスピーカシステムに供給
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、低音用スピーカ
やスーパーウーハーなどの、共振性の発音体を備えるス
ピーカシステムを駆動する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】低音用スピーカやスーパーウーハーなど
では、バスレフやドロンコーン、または空洞共振などを
利用することによって、効率の良い音響変換を実現して
いる。

【０００３】しかし、このように共振性の発音体を駆動
すると、共振により効率の良い音響変換を実現できる反
面、共振に伴う過渡応答を生じ、短時間にレベル変化す
る信号などについては、音の歯切れが悪くなるなどの音
質劣化を来たす。

【０００４】例えば、図５（Ａ）に示すようなバースト
波形の信号入力Ｓｉが、スピーカ駆動信号として、低音
用スピーカやスーパーウーハーなどに供給されると、図
５（Ｃ）の破線で示すような音響出力Ｂｏが得られ、共
振に伴う過渡応答を生じる。

【０００５】そこで、スピーカの音響出力が放射される
空間にマイクロホンを配置して、スピーカの音響出力を
直接検出し、その検出結果をスピーカ駆動回路にフィー
ドバックして、過渡応答を打ち消すようにスピーカの駆
動を制御することが考えられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の方法では、スピーカの音響出力が放射される空間に
マイクロホンを配置するので、スピーカシステムが大型
化し、かつスピーカシステムのコストアップを来たすだ
けでなく、マイクロホンに外来音が混入することによっ
て検出誤差を生じ、かつフィードバックループの遅延時
間が長くなるため、過渡応答を確実に低減することは困
難である。

【０００７】そこで、この発明は、共振性の発音体を駆
動する場合の過渡応答を簡単かつ確実に低減することが
でき、音響変換効率の良い共振を積極的・効果的に利用
することができるようにしたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明のスピーカ駆動
方法では、スピーカ駆動信号入力を共振性の発音体を備
えるスピーカシステムに供給したときの当該スピーカシ
ステムの音響出力をリアルタイムで予測検出して音響出
力予測検出信号を得、その音響出力予測検出信号と前記
スピーカ駆動信号入力との差に応じた誤差信号を前記発
音体の共振に伴う過渡応答を打ち消す位相で前記スピー
カ駆動信号入力に合成し、その合成結果のスピーカ駆動
信号出力を前記スピーカシステムに供給する。

【０００９】このスピーカ駆動方法によれば、スピーカ
駆動信号の処理によって、共振に伴う過渡応答を簡単か
つ確実に低減することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、この発明のスピーカ駆動
システムの一実施形態を示す。

【００１１】スピーカシステム１は、例えば、共振型の
低音用スピーカであり、図３に示すように、スピーカユ
ニット２の前面側に共鳴ポート３が設けられたものであ
る。

【００１２】スピーカシステム１を駆動するスピーカ駆
動装置では、端子１１にスピーカ駆動信号としてのアナ
ログ信号入力が供給されるとともに、端子１２にスピー
カ駆動信号としてのデジタル信号入力が供給される。

【００１３】端子１１に供給されたアナログ信号入力
は、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）コ
ンバータ１３でデジタル信号入力に変換されて、切替ス
イッチ１４の端子１４ａに取り出され、端子１２に供給
されたデジタル信号入力は、そのまま切替スイッチ１４
の端子１４ｂに取り出される。

【００１４】そして、切替スイッチ１４の端子１４ｃが
端子１４ａ側または端子１４ｂ側に切り替えられること
によって、切替スイッチ１４の端子１４ｃにデジタル信
号入力Ｓｉが取り出され、これが信号処理部２０に供給
される。

【００１５】信号処理部２０は、この発明のスピーカ駆
動方法を実施するための専用のＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ
Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって構成
し、あるいは、汎用のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏ
ｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、このＣＰＵが実行すべ
き、この発明のスピーカ駆動方法の制御プログラムや、
固定データなどが書き込まれたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎ
ｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、およびＣＰＵのワークエリアな
どとして機能するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ
Ｍｅｍｏｒｙ）などによって構成する。

【００１６】そして、この信号処理部２０から後述のよ
うに得られたデジタル信号出力Ｓｏが、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇ
ｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ）コンバータ３１でアナ
ログ信号に変換され、増幅回路３２で増幅されて、スピ
ーカシステム１に供給される。

【００１７】図２は、信号処理部２０の一例の機能ブロ
ック構成を示す。この例の信号処理部２０では、入力端
子２１に供給されたデジタル信号入力Ｓｉを、加算回路
２２のプラス側を通じて、音響出力予測検出部２３に供
給する。

【００１８】音響出力予測検出部２３では、スピーカシ
ステム１の音響変換等価回路モデル（動作モデル）によ
って、デジタル信号入力Ｓｉが、図１のＤ／Ａコンバー
タ３１でアナログ信号に変換され、増幅回路３２で増幅
されて、スピーカシステム１に供給されたときの、スピ
ーカシステム１の音響出力をリアルタイムで予測検出
（シミュレート）する。

【００１９】スピーカシステム１の音響変換等価回路モ
デルは、例えば、図４に示すように、抵抗Ｒａ，Ｒｂ、
インダクタンスＬおよび容量Ｃによって、単一共振モデ
ルとして表される。

【００２０】音響出力予測検出部２３は、この音響変換
等価回路モデルによって、デジタル信号入力Ｓｉがスピ
ーカシステム１に供給されたときのスピーカシステム１
の音響出力をリアルタイムで予測検出して、音響出力予
測検出信号Ｓａをデジタル信号の形式で出力するもので
ある。

【００２１】スピーカシステム１として、異なる構造の
スピーカシステムを選択的に接続する場合、その構造に
よって音響変換等価回路モデルも変わるので、音響出力
予測検出部２３には、接続される可能性のある複数種類
のスピーカシステムについての音響変換等価回路モデル
を用意しておき、スピーカシステムをスピーカ駆動装置
に接続したとき、ユーザの操作などによって、接続され
たスピーカシステムの構造に応じた音響変換等価回路モ
デルが選択されるように構成する。

【００２２】また、スピーカシステム１の音響出力は、
温度、湿度、気圧などの環境に応じて変化するので、ス
ピーカ駆動時、温度、湿度、気圧などの環境が測定さ
れ、その測定結果に応じて音響変換等価回路モデルが補
正されるように構成すると、より好適である。

【００２３】以上のように、音響出力予測検出部２３
は、デジタル信号入力Ｓｉが入力されたとき、スピーカ
システム１の音響出力をリアルタイムで予測検出して、
音響出力予測検出信号Ｓａを出力する。

【００２４】さらに、信号処理部２０では、入力端子２
１に供給されたデジタル信号入力Ｓｉを、遅延回路２４
で遅延させ、加算回路２５において、音響出力予測検出
部２３の出力の音響出力予測検出信号Ｓａから、遅延回
路２４の出力のデジタル信号入力Ｓｉｄを減算する。

【００２５】遅延回路２４は、音響出力予測検出部２３
での予測検出で生じる時間遅れ分、デジタル信号入力Ｓ
ｉを遅延させるもので、レジスタやバッファメモリによ
って構成する。

【００２６】ただし、音響出力予測検出部２３での予測
検出は高速で行うことができ、デジタル信号入力Ｓｉが
低音（低周波の音声信号）である場合には、音響出力予
測検出部２３での予測検出で生じる時間遅れは無視でき
るので、デジタル信号入力Ｓｉがそのまま加算回路２５
に供給されるように構成することができる。

【００２７】さらに、信号処理部２０では、加算回路２
５の出力信号Ｓｂを、ループ増幅回路２６で増幅し、加
算回路２２において、入力端子２１に供給されたデジタ
ル信号入力Ｓｉから、ループ増幅回路２６の出力信号Ｓ
ｃを減算し、加算回路２２の出力信号を、デジタル信号
出力Ｓｏとして出力端子２７に取り出す。

【００２８】加算回路２２、音響出力予測検出部２３、
加算回路２５、およびループ増幅回路２６は、音響出力
予測検出部２３の出力の音響出力予測検出信号Ｓａがデ
ジタル信号入力Ｓｉｄ（またはＳｉ）と等しくなり、加
算回路２５の出力信号Ｓｂがゼロとなるように、ループ
増幅回路２６の出力信号Ｓｃを制御するフィードバック
ループを形成するものである。

【００２９】ループ増幅回路２６の増幅率Ｋは、このフ
ィードバックループのゲインを決定するもので、大きい
ほど補正誤差が少なくなるが、ループの安定性も考慮し
て、一定範囲内の値に設定する。

【００３０】上記のフィードバック制御によって、デジ
タル信号出力Ｓｏとしては、過渡応答を打ち消すよう
な、すなわち過渡応答を生じないようなスピーカ駆動信
号が得られる。上述したように、このデジタル信号出力
Ｓｏは、Ｄ／Ａコンバータ３１でアナログ信号に変換さ
れ、増幅回路３２で増幅されて、スピーカシステム１に
供給される。

【００３１】具体的に、デジタル信号入力Ｓｉとして、
図５（Ａ）に示すように、期間Ｔｉにおいて、一定振幅
のバースト波形の信号が入力端子２１に供給された場合
についてみる。図５では便宜上、デジタル信号をアナロ
グ波形で示す。

【００３２】このデジタル信号入力Ｓｉが、そのまま、
Ｄ／Ａコンバータ３１でアナログ信号に変換され、増幅
回路３２で増幅されて、スピーカシステム１に供給され
ると、スピーカシステム１の音響出力としては、図５
（Ｃ）の破線の音響出力Ｂｏで示すように、デジタル信
号入力Ｓｉの期間Ｔｉでは、最初の共振開始時は振幅が
小さく、次第に振幅が大きくなる音響出力を生じ、デジ
タル信号入力Ｓｉが途絶えた時点ｔａ以降では、共振が
漸次減衰する過渡応答を生じる。

【００３３】これに対して、上記の実施形態では、信号
処理部２０の上述したフィードバック制御によって、デ
ジタル信号出力Ｓｏとして、図５（Ｂ）の実線で示すよ
うに、デジタル信号入力Ｓｉの期間Ｔｉでは、最初は振
幅が大きく、次第に振幅が小さくなる信号が得られ、デ
ジタル信号入力Ｓｉが途絶えた時点ｔａ以降では、図５
（Ｃ）の破線の音響出力Ｂｏで示すような過渡応答に対
して逆相の、過渡応答を打ち消すような信号が得られ
る。

【００３４】そして、このデジタル信号出力Ｓｏが、Ｄ
／Ａコンバータ３１でアナログ信号に変換され、増幅回
路３２で増幅されて、スピーカシステム１に供給される
ことによって、スピーカシステム１の音響出力として
は、図５（Ｃ）の実線の音響出力Ａｏで示すように、デ
ジタル信号入力Ｓｉの期間Ｔｉでのみ、一定振幅の音響
出力を生じ、デジタル信号入力Ｓｉが途絶えた時点ｔａ
以降では、過渡応答を生じなくなる。

【００３５】以上のように、上述した実施形態では、ス
ピーカ駆動信号の処理によって、共振に伴う過渡応答を
簡単かつ確実に低減することができる。

【００３６】

【発明の効果】この発明によれば、共振を積極的に利用
して効率の良い音響変換を実現することができると同時
に、歯切れの悪いブーミーなどの過渡応答を簡単かつ確
実に低減することができ、高音質の音響出力を得ること
ができる。

【００３７】また、このように過渡応答を低減でき、高
音質の音響出力が得られるので、共振を積極的に利用し
たスーパーウーハーなどを、従来のように特殊な用途に
限定することなく、幅広く多くのシステムに利用するこ
とができ、主スピーカの小型化が可能になると同時に、
豊富な重低音を得ることが可能になる。

【００３８】さらに、通常のスピーカシステムでも、低
音の共振を積極的に利用することによって、効率の良い
音響変換とスピーカシステムの小型高音質化を同時に実
現することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のスピーカ駆動システムの一実施形態
を示す図である。

【図２】この発明のスピーカ駆動装置の信号処理部の一
例を示す図である。

【図３】スピーカシステムの一例を示す図である。

【図４】スピーカシステムの音響変換等価回路モデルの
一例を示す図である。

【図５】駆動信号入力および駆動信号出力と音響出力の
一例を示す図である。

【符号の説明】

主要部については図中に全て記述したので、ここでは省
略する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スピーカ駆動信号入力を共振性の発音体を
   備えるスピーカシステムに供給したときの当該スピーカ
   システムの音響出力をリアルタイムで予測検出して音響
   出力予測検出信号を得、その音響出力予測検出信号と前
   記スピーカ駆動信号入力との差に応じた誤差信号を前記
   発音体の共振に伴う過渡応答を打ち消す位相で前記スピ
   ーカ駆動信号入力に合成し、その合成結果のスピーカ駆
   動信号出力を前記スピーカシステムに供給するスピーカ
   駆動方法。
2. 【請求項２】スピーカ駆動信号入力が共振性の発音体を
   備えるスピーカシステムに供給されたときの当該スピー
   カシステムの音響出力をリアルタイムで予測検出して音
   響出力予測検出信号を得る音響出力予測検出部と、 その音響出力予測検出信号と前記スピーカ駆動信号入力
   との差に応じた誤差信号を前記発音体の共振に伴う過渡
   応答を打ち消す位相で前記スピーカ駆動信号入力に合成
   して、前記スピーカシステムに供給されるスピーカ駆動
   信号出力を得る演算制御部と、 を備えるスピーカ駆動装置。