JP2005102262A - 原音再現方式 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロホンの振動板の振動結果から振動板を振動させるのに必要な力の信号を計算によって求め、求めた信号を増幅すべき信号として扱うことによってより忠実な再生を実現させる方法を提供する。
【解決手段】演算装置Ｂ８は、Ａ／Ｄ変換器１０、減算器１１、乗算器１２、Ｄ／Ａ変換器１３ならびに各処理のタイミングをコントロールするトリが９によって構成する。音の信号を適当な微少時間毎にサンプリングし、Ａ／Ｄ変換器１０で数値化し、微少時間毎の増減を減算器１１で計算し、乗算器１２で単位時間当たりの値を求め、Ｄ／Ａ変換器１３でアナログデータに戻す。
【選択図】図３

Description

発明の詳細な説明

産業上の利用分野

本発明は、音を再生する時にマイクロホンにて得られた音の電気信号から集音時のマイクロホンの振動体（以下振動板とする）の振動を再現するための電気信号を計算によって求め、求めた信号を増幅する事によってマイクロホンにて集音した音をより忠実にスピーカにて再生する方式に関する。

従来、音の再生は、マイクロホンの振動板の振動によって出力された電気信号を増幅しスピーカにて再生していた。

発明が解決しようとする課題

従来の音の再生の方式は、マイクロホンの振動板の振動を電気信号に変換し、これを増幅しスピーカで再生したものであった。
すなわち、力を音圧としてマイクロホンの振動板に与え、そのときにマイクロホンの振動板はどのように振動しているか、あるいは、したかという結果を電気信号として得て、得られた電気信号を再生するために増幅していた。
ところが、増幅すべき信号は振動板が振動した結果ではなく、振動板を振動させるために必要な力の信号なのである。力の信号は、振動板の振動結果から計算によって求めなければならない。
しかし、従来の音の再生のシステムには、この計算を行うプロセスが欠落していた。

本発明は、マイクロホンの振動板の振動結果から振動板を振動させるのに必要な力の信号を計算によって求め、求めた信号を増幅すべき信号として扱うことによってより忠実な再生を実現させる方法について提供するものである。

課題を解決するための手段

上記目的を達成するための手段を具体的に説明するため、ダイナミックマイクロホンのように発電系が速度比例型のマイクロホンから得られた信号を再生する場合を例として図とともに説明する。

振動板２に時系列に変化する力Ｐを加えた時マイクロホンの振動板２が動きこのときに電力Ｐｍが得られたとする。時系列にその電力を記録した結果、表１のような変化があったとする。
このとき、マイクロホンの振動板に加えられた力Ｐは、すべて電力Ｐｍに変換されたものとする。

次に表１に示された信号の変化から振動板にかけられた力の変化を表２とともに詳細に検討する。
０からＴ１までの区間（微少区間と考える）は、電力は、０からＰｍ１に変化している。すなわち、振動板は静止した状態からある加速度をもって運動を始めＴ１秒後にある速度に達したことになる。
すなわち、０からＴ１までの区間は一定の力が振動板に加わっていたことになる。逆に、振動板を０からＴ１の区間の動きとして再現するためには、振動板に一定の力を加えていなければならない。
ところが、従来の音の再生方式では、０からＴ１までの区間を再生するための信号は電力の変化そのままであった。

次に力学的に問題を整理する。
ニュートンの運動の第二法則は、物体に外から力が働く間は、その物体は力の向きに、力の大きさに比例し、質量に反比例した加速度をうけるという法則である。
すなわち、力をｆ、物体の質量をｍ、時間をｔ、力を与える時の物体の速度をＶ０、ｔ秒後の速度をＶとして言い換えると、ｆという力が質量ｍの物体にｔ秒間働くとき、質量ｍの物体の速度は、Ｖ０からＶに変わるということを意味している。ここで力積ｆｔは、数１で表される。

次に力学的に課題の解決方法を説明する。
質量ｍの物体に時系列に働いた力を得るためには、上記の数１から時系列に力ｆを求めればよい。
すなわち、微少区間（ｄｔ）毎にｍＶからｍＶ０を減算する計算を行い数２より単位時間ｔ（１秒とする）当たりの力ｆを求めればよい。

このようにして計算によって時系列に単位時間当たりの力ｆを求めることができる。求めた時系列の力ｆを振動板に与えれば振動を正しく再現することができる。

実際の電力データでの解決方法は、振動板に与えられた力がそのまま電力に変換されていたとすると、ｍＶの変化は、そのまま電力の変化率として置き換えることができるため同様の計算を行い時系列に与えるべき力として電力の計算を行えばよい。

以上のように時系列に与えるべき電力の計算を行う演算装置（又は、上記の演算を行う回路を含め以下演算装置とする）を従来の音の再生システムに新たに組み込めば、より忠実な音の再生を実現することができる。

作用

演算によって求めた信号を振動板に与えた場合どのように振動が再現されるか表１とともに説明する。
マイクロホンから出力された電力がＰｍであったときこの時系列の変化から前述の時系列に与えるべき力（電力）の変化を演算装置で求めると、波線のようになる。
区間ｔ１からｔ２においては、ｔ１で加速するための力はＰ１でありｔ２に進むに従って力は、減少しｔ２で０となる。
区間ｔ２からｔ３においては、徐々に逆向きの力が発生しｔ３に進むに従って逆向きの力が増大する。
このような力を振動板に与えると振動板には、質量があるが充分な制動がかかり忠実な振動の再現ができるのである。

実施例について図面とともに説明する。
図１を従来の音の再生システムとすると、本発明を実施するために、増幅器５の前に新たに図３に示される演算装置Ｂ８を新たに追加する。

演算装置Ａ７は、マイクロホンの種類によって異なる特性を補正するためのものである。
演算装置Ａ７は、図２に示すように必ず演算装置Ｂ８の前に置かれなければならない。
これは、演算装置Ｂ８が、質量のある物体を駆動するための力の変化率の信号にもとの信号から変換してしまうためこの演算処理を行った後では、たとえばロウパス、バンドパス、ハイパス等のフィルタ等による特性の補正が行えなくなるためである。
補正の種類は、マイクロホンの種類による出力信号の違いや、マイクロホンの周波数特性の補正等がある。
これらの補正は、マイクロホンの違いによる音色の違いを補正するためのもので必要がなければ補正しなくともよい。
このうちマイクロホンの周波数特性の補正は、本発明に直接関係する補正ではないがもし補正が必要であれば演算装置Ｂ８での処理を行う前に補正しなければならないものである。

演算装置Ｂ８は、マイクロホンから直接出力された電力信号あるいは、演算装置Ａ７によって補正された電力信号から、スピーカのように質量のある物体を駆動するための電力信号を合成するものである。
電気信号の処理はアナログ、デジタルのいずれでも行えるが、この演算装置Ｂ８での処理は、もとの信号から微少な値を取りだして扱うため、アナログによる処理では不利な要素が多いことからデジタル処理での実施例を説明する。
演算装置Ｂ８は、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）１０、減算器１１、乗算器１２、Ｄ／Ａ変換器（デジタル／アナログ変換器）１３ならびに各処理のタイミングをコントロールするトリガ９によって構成する。

各処理のタイミングをコントロールするトリガ９は、微少時間あたりの変位を取り出すためのタイミング（サンプリング時間）と処理のタイミングを各装置に与えるものであり変換、演算はこのタイミング毎に行われる。
このときのサンプリング時間は、できるだけ短い間隔であればあるほど精度がよくなる。
尚、実施例は、デジタル信号の受け渡しについては、パラレル渡しとしている。
Ａ／Ｄ変換器１０は、トリガ９によって与えられるタイミング毎にアナログ／デジタル変換を行う。変換されたデジタル信号は、減算器に渡す。
減算器１１は、受け取ったデータを直前に受け取っていたデータで減算する。受け取ったデータは、次の減算のために記憶する。減算した結果は、乗算器１１に渡される。
乗算器は、受けとった値にサンプリング時間の逆数を掛け、得られたデータを、Ｄ／Ａ変換器１３に渡す。
Ｄ／Ａ変換器１３は、受け取ったデジタルデータをアナログデータに変換する。
尚、サンプリング時間は、小さければ小さいほど変換精度は向上するが、各変換処理や演算処理が充分に行える時間でなければならない。

以上のような各装置で構成されたシステムを用いれば本発明を実施する事ができる。

発明の効果

本発明は、以上のように構成され以下の効果がある。

スピーカ等の電気音響変換器を使用し音を再生する場合、必ず変換器には質量がある。本発明によって変換された信号を用いると、振動の制動を能動的に行えることから音の倍音の比率をより忠実に再現することが可能になる。又、特に、衝撃音を再生するような場合には、より忠実な再現効果がある。

従来の音の再生システムの概念図である。 演算装置Ａと演算装置Ｂの位置関係図である。 演算装置Ｂの原理図である。

符号の説明

１ マイクロホン
２ 振動板
３ コイル
４ 磁石
５ 増幅器
６ スピーカ
７ 演算装置Ａ
８ 演算装置Ｂ
９ トリガ
１０ Ａ／Ｄ変換器
１１ 減算器
１２ 乗算器
１３ Ｄ／Ａ変換器

Claims (1)

1. 集音器（以下マイクロホンとする）で得られた音の時系列の電気信号から、マイクロホンに与えられた力の変化の信号を時系列に演算によって求め、求めた力の変化の信号を使用して音を再生する方式。

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