JP2005143093A - オーディオ信号の音質改善回路およびこれを用いるオーディオ増幅回路 - Google Patents

Abstract

【課題】
音の明瞭度を向上し、ＩＣ化が容易で特にフルレンジスピーカの駆動に適した音質改善回路およびこの回路を用いるオーディオ増幅回路を提供することにある。
【解決手段】
この発明は、少なくとも３個以上の移相回路を従属接続した回路を有し、この回路の位相特性が可聴周波数の範囲における周波数の対数的な増加に対応してオーディオ入力信号の位相を漸次遅らせて可聴周波数の範囲においてトータルで４５０度〜６００度の範囲において位相をシフトさせるものであるものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、オーディオ信号の音質改善回路およびこれを用いたオーディオ増幅回路に関し、詳しくは、音の明瞭度を向上し、音像を上方へ移動させることが容易に実現でき、ＩＣ化が容易な、特に小型のフルレンジコーン型スピーカの駆動に適した音質改善回路に関する。

カーステレオをはじめとして、ＴＶ機器（ＴＶ受像機、ＴＶ・ビデオゲーム機等）、ＤＶＤ、ミニコンポ、コンピュータオーディオなどのオーディオ機器にあっては、これが設置される音響空間は、本格的なコンポーネントステレオが設置される音響空間とは異なり、各種の機器や家具等が設置される比較的限られたものか、自動車等の室内のように比較的狭いものとなる場合が多い。しかも、使用されるスピーカは、小型のものであり、フルレンジのコーン型ダイナミックスピーカ（以下コーン型スピーカ）か、２ウエイの場合でもクロスオーバ周波数が高い、例えば、５０００Ｈｚ以上で、実質的にフルレンジのコーン型スピーカ＋ツィータというフルレンジスピーカを主体とする構成のスピーカシステムとなる場合が多い。

ところで、音の再現性としてスピーカに対して要求される重要な要素としては、音圧周波数特性、振幅特性、過渡特性の３つが挙げられる。このうち、最近注目されているのがスピーカの過渡特性である。スピーカの入力信号に対して、コーン型スピーカでは、周波数に応じて立上がり振動特性にずれがある。このずれは、低域（２００Ｈｚ以下の周波数のオーディオ信号）で大きくなり、高域（４．０ｋ以上の周波数のオーディオ信号）にいくほど小さくなって遅れが少なくなる。
その理由は、コーン型スピーカは、ボイスコイルモータにより駆動されてコーンが振動して音が発生するが、その低域成分は、コーン全体の振動により発生し、高域成分は、コーン中心部（ドーム部分）から放射されるので、振動するコーンの慣性の相違から高域成分の立上がりは速く、低域成分の立上がりが遅くれる。このずれは、小型スピーカほど大きくなる。

一方、一般的に、イコライザやフィルターを通してオーディオ信号の電力出力信号をスピーカに加えてスピーカを駆動した場合、電力出力信号がたとえフラットな周波数特性を持っていたとしても低域に対して高域に遅れがあると、オーディオ信号の高調波成分に遅れを生じてスピーカから得られる音の明瞭度は悪化する。この明瞭度を回復するために一般的には、高域をブーストすることになるが、音がキツくなる問題が生じる。
そのため、小型スピーカでは、入力信号の位相を補正して所定の位相特性を加味し、さらに高域の増幅度を増強して音の明瞭度を向上させることが行われている。
前記のような比較的狭い空間で使用される音響機器にあっては、スピーカの過渡特性を考慮して、音像、音の明瞭度を増強するために、人に伝達される音響の頭部伝達関数（ＨＲＴＦ−HEAD RELATED TRANSFER FUNCTION)を考慮し、低い位置から出る音を上方へと移動させて定位させ、音に対する縦方向の人の知覚を利用して明瞭度を増加させる技術も知られている。
なお、音像を上方へ移動させて定位させる知覚に関わる周波数成分は、４ｋＨｚ，８ｋＨｚ付近の周波数にあることが知られている。この４ｋＨｚ，８ｋＨｚ付近の周波数成分を強調することで、音像が上方に変化する。同様に、人の声の明瞭度に寄与する周波数成分としては、２．５ｋＨｚ付近にあることが知られている。

音質改善の１つであるＢＢＥプロセス技術は、基本波に対して遅れた高調波成分を基本波の前に移動させて、音の波形を自然界の音に近づけ、さらに高調波をブーストすることで明瞭度を増す補正処理をオーディオ信号に対して行う。これによる音質改善効果は、位相補正と高域ブーストの相乗効果により、イコライザを用いる場合よりもブースト量が少なくて済み、明瞭度において大きな効果を発揮する。なお、このＢＢＥプロセス技術の一例が特開平１０−７５１３８号公報に示され、公知である（特許文献１）。また、この種の音質改善回路の発明として特許２，６０８，０６５号公報が公知である（特許文献２）。
特開平１０−７５１３８号公報 特許２，６０８，０６５号公報

特開平１０−７５１３８号公報に示されるような、ＢＢＥプロセス技術では、オーディオ信号を低域，中域、高域と帯域分割して３チャネルのプリアンプでそれぞれに信号処理をして、フィルタ処理で信号に遅延を持たせてオーディオ信号の位相を調整した後に各チャネルで処理した信号をミキシング合成する。このことでスピーカから発生する音の明瞭度を向上させるものである。この技術は、レコーディングスタジオや放送局等で利用されている。
具体的には、低域としては、１５０Ｈｚ以下の周波数のオーディオ信号が、中域としては、１５０Ｈｚ〜１．２ｋＨｚの周波数のオーディオ信号が、そして高域としては、１．２ｋＨｚ以上の周波数のオーディオ信号が使用される。このＢＢＥプロセス技術のゲイン・位相補正特性の一例を図５（ａ），（ｂ）に示す。

図５（ｂ）に、周波数に対する位相特性として示すように、低域から中域、高域と周波数の対数的な増加に応じて位相を直線的な傾きに沿って漸次遅らせ、結果として可聴周波数（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）の範囲に亘って３６０度位相を遅らせる特性としている。
図５（ａ）に示すゲイン特性では、６００Ｈｚ付近に谷を持たせ、その両側で、例えば、６００Ｈｚ〜３ｋＨｚの範囲において１０ｄＢ/dec程度振幅を増強するものとなっている。これにより、２．５ｋＨｚ付近以降の周波数成分が強調されるような特性を得る。
しかし、このような音質改善処理は、３つの帯域に分割しなければならず、３つの帯域の信号を合成したときに、中域に弛みが生じて音抜けが発生する問題がある。
一方、頭部伝達関数を考慮して縦方向に音像定位のために音像の位置を上方へシフトさせる技術のゲイン・位相補正特性は、図６に、周波数に対する位相・ゲイン特性として示すように、位相特性としては、位相の変化は大きなものではなく、５００Ｈｚ付近に山がある特性となっている。ゲイン特性としては、３００Ｈｚ付近からブーストを開始して３００Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲において９ｄＢ/dec程度で振幅を増強して低域から中域にかけてゲイン特性を改善する。これにより、２．５ｋＨｚ以降の周波数成分が強調され、音の明瞭度が向上し、音像が上方へと転移する。

一方、小型のフルレンジのコーン型スピーカか、実質的に小型フルレンジスピーカ構成のシステムでは、ボイスコイルモータの径が小さくなり、能率も低下するので、ＢＢＥプロセス技術を適用しても、明瞭度が十分上がらない。しかも、ゲイン特性として、３００Ｈｚ付近からブーストを開始して３００Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲において９ｄＢ/dec程度で振幅を増強してゲイン特性を改善すると、５００Ｈｚ〜１ｋＨｚの音声帯域の音質が変化してしまい、ノイズが増大する問題がある。
特に、口径１．５ｃｍ〜３ｃｍ程度の小型なスピーカを使用する携帯電話などでは、このような技術による音質の向上を期待することは難しい。
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであって、音の明瞭度を向上し、ＩＣ化が容易で特にフルレンジスピーカの駆動に適したオーディオ信号の音質改善回路およびこの回路を用いるオーディオ増幅回路を提供することにある。
なお、この発明および特許請求の範囲におけるフルレンジスピーカには、クロスオーバ周波数が５０００Ｈｚ程度か、これ以上となる実質的にフルレンジのコーン型スピーカ＋ツィータ構成のスピーカシステムも含むものである。また、小型スピーカとは、コーン部の口径が１３ｃｍ程度か、これ以下のものを言う。

前記のような目的を達成するためのこの発明のオーディオ信号の音質改善回路およびこの回路を用いるオーディオ増幅回路の特徴は、スピーカから発生する音質を改善するためにオーディオ入力信号に対して位相を補正したオーディオ出力信号を発生するオーディオ信号の音質改善回路において、
少なくとも３個の移相回路を従属接続した従属接続回路を有し、この従属接続回路の位相特性が可聴周波数の範囲における周波数の対数的な増加に対応してオーディオ入力信号の位相を漸次遅らせて可聴周波数の範囲においてトータルで４５０度〜６００度の範囲において位相遅れを発生するものである。

カーステレオをはじめとして、ＴＶ機器、ＤＶＤ、ミニコンポ、コンピュータオーディオなどのオーディオ機器にあっては、比較的小型のスピーカが使用される。そこで、この発明では、１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚのオーディオ周波数成分に着目する。この範囲で低域（２００Ｈｚ以下）から中域（２００Ｈｚ〜４ｋＨｚ）、高域（４ｋＨｚ以上）と周波数の対数的な増加に応じて位相を直線的な傾きに沿って漸次遅らせてトータルとして４５０度か、それ以上の回転位相遅れ（位相シフト）を持たせる。そのために、この発明にあっては、前記したように、少なくとも３段の移相回路を用いて低域から中域、高域と周波数の対数的な増加に応じて位相を漸次遅らせて可聴周波数（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）の範囲に亘って４５０度〜６００度程度の回転位相遅れを持たせて、スピーカから発生する音のうち高域成分を遅らせて、低域成分の時間軸に合わせることで音質改善をする。
特に、１０ｃｍ前後の小型のコーンスピーカに対しては、立上がり特性が中型あるいは大型コーンスピーカよりも悪いので、１００Ｈｚ〜２００Ｈｚまでの間で１５０度か、それ以上の回転位相遅れを持たせることで、音の切れ味がよくなる。
その理由は、１０ｃｍ前後の小型のスピーカでは、基本波が１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの低域に集中し、これに対して高調波成分は、８ｋＨｚ〜１５ｋＨｚに集中している。オーディオ信号の低域から高域まで周波数の対数増加に対応して可聴周波数の範囲で直線的に５４０度の位相をシフトさせた場合には、８ｋＨｚ〜１５ｋＨｚの範囲の位相シフトの特性は、基本波が１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲の位相シフトの特性に実質的に３６０度の位相差をもって対応付けることができるからである。

図４は、この発明の特徴を説明するための小型スピーカ（口径１０ｃｍ程度）の立ち上がり特性の説明図である。
一般的にスピーカは、入力信号に対して音の立ち上がり時にコーンの振動波形（出力波形）が変形してそれが定常状態のコーンの振動波形（出力波形）として現れるまでに多少時間がかかる。この出力波形の変形の度合いを入力信号に対する周波数ずれとして表したのが図４である。縦軸は、周波数のずれ量、横軸は、スピーカへの信号入力開始時点からの時間である。なお、ここでの周波数のずれ量は、スペクトル分析にて測定される。
Ａは、１００Ｈｚから１ｋＨｚのオーディオ信号についてこの範囲を低域の信号として音の立ち上がり時の周波数のずれれ量を平均化した特性であり、Ｂは、４ｋＨｚから８ｋＨｚまでを高域として同様なずれ量を平均化した特性である。
音量は、中音程度に設定してある。音量を小さくすると、低域でのずれ量はあまり減少しないからである。
この特性から分かることは、スピーカへの信号入力開始時点から２０ｍsec程度経過すると低域のずれ量が大きく低減し、高域と同様なずれ量になってくることである。

音質を向上させる場合には、高域と低域の立ち上がりずれ量に差がないことが必要である。一方、原音を再現するには、基本波と高調波との位相が合っていることが重要な要素になる。
高調波成分は、８ｋＨｚ以上の高域周波数が主体となる。図５に示す従来技術では、可聴周波数の範囲では、３６０度の位相差があるが、低域周波数と高域周波数との間には実質的に２８０程度の位相差しかない。低域成分に対して１Ｈｚ前後の遅れで高調波成分を合わせているが、高域成分と１００Ｈｚの基本波成分との位相差が３６０度より小さくなって、十分な位相合わせができなず、小型スピーカでは音質が改善されない。
さらに、１００Ｈｚのオーディオ信号は、１Ｈｚが１０ｍsecとなり、図４の特性Ａ，Ｂに示すように、低域と高域との立ち上がりずれ量が大きいところになる。そのため、音質があまり改善されない。
低域と高域との立ち上がりずれ量が少ない、２０ｍsec程度に合わせて低域と高域とを重ねるには、小型スピーカの基本波を１００Ｈｚとした場合に図４の特性からみれば、低域周波数と高域周波数との間に実質的に７２０度以上の位相シフトを設ければ低域と高域との立ち上がりずれ量が少なくなり、音質が改善されるはずである。しかし、７２０度以上の位相シフトを設けると、１００Ｈｚの基本波成分に対して２Ｈｚ遅れた高調波成分を合わせることになる。その結果、高調波と基本波との位相ずれが大きくなって音質は改善されない。

そこで、小型スピーカについては、基本波成分に対して実質的に１Ｈｚ〜１．５Ｈｚ前後で高調波成分を合わせたところ低域と高域との立ち上がりずれ量が少なく、かつ、高調波と基本波と位相ずれが少なくなり、全体として音質改善がみられた。これがこの本発明である。
さらに、この発明では、前記に加えて、音像定位に関して音像の上方へ移動を行うために、周波数利得総合特性において、５００Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲に谷があって、１ｋＨｚ付近から立上がるように、ゲインのブーストを１ｋＨｚ付近に設定する。このようにすれば、５００Ｈｚ〜１ｋＨｚの音声帯域の音質の変化を抑制でき、その劣化を防止することができる。しかも、５００Ｈｚ〜１ｋＨｚでのブーストを避けることでノイズの低減を図ることができる。これにより、口径１．５ｃｍ〜３ｃｍ程度の小型なスピーカを使用する携帯電話のスピーカに対しても音質を向上させることができる。
その結果、この発明は、音の明瞭度を向上させることができる上に、少ない移相回路で済むことからＩＣ化が容易になる。しかも、フルレンジスピーカの駆動に適した音質改善回路およびこの回路を用いるオーディオ増幅回路を実現できるので、音響空間の狭いところに設置されるオーディオシステムの音質改善が可能になる。

図１は、この発明のオーディオ信号の音質改善回路を適用した一実施例のプリアンプ、図２は、図１のプリアンプにおける各移相回路の周波数に対する位相・ゲイン特性の説明図、図３は、具体的な回路例における周波数に対する位相・ゲイン特性の説明図、そして図４は、小型スピーカの過渡特性の立ち上がり特性の一例の説明図である。
図１において、１０は、ＩＣ化されたプリアンプに内蔵される音質改善の位相・ゲイン補正回路（音質改善回路）であって、高域通過型オールパスアクティブフィルタ（ＨＰ・ＡＰＦ）１、２と低域通過型オールパスアクティブフィルタ（ＬＰ・ＡＰＦ）３の従属接続回路で構成される。
ＨＰ・ＡＰＦ１、２とＬＰ・ＡＰＦ３とは、それぞれオペアンプで構成された１８０度移相回路であって、これらの移相回路を３段従属接続することで、オーディオ入力信号に対してその周波数の対数的な増加に対応してオーディオ信号の位相を漸次遅らせる推移をさせて可聴周波数の範囲（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）においてトータルで５４０度シフトさせる。これにより低域周波数に対して高域周波数に位相遅れを持たせる。
この実施例での回転位相のトータル量は、５４０度であるが、この発明は、これに限定されるものではなく、可聴周波数（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）の範囲において４５０度〜６００度程度の範囲の位相遅れを持たせるものであればよい。その理由は、図４の特性Ａ，Ｂにおいて、３０ｍsec前後での周波数のずれ量が小さいなり、周波数ずれに幅があるからである。

ＨＰ・ＡＰＦ１、２とＬＰ・ＡＰＦ３とは、オーディオ信号の周波数の対数的な増加に対応してオーディオ信号の位相を漸次遅らせる推移をさせて１８０度回転させるオールパスアクティブフィルタの移相回路であり、さらに高域側，低域側にゲイン特性を持たせて構成した回路になっている。
ＨＰ・ＡＰＦ１は、図２（ａ）に示すように、そのゲイン特性は、２００Ｈｚからゲインが増加し２０ｋＨｚにピークを持つ山形特性のフィルタである。その位相特性は、１００Ｈｚから２０ｋＨｚに向かって対数の周波数増加に対して直線的に漸次遅れる１８０度の位相遅れの移相回路である。
ＨＰ・ＡＰＦ２は、図２（ｂ）に示すように、そのゲイン特性は、１０Ｈｚからゲインが増加し２００Ｈｚにピークに達して平坦となるフィルタである。その位相特性は、１０Ｈｚから１ｋＨｚに向かって対数の周波数増加に対して直線的に漸次遅れる１８０度の位相遅れ回路である。
ＬＰ・ＡＰＦ３は、図２（ｃ）に示すように、そのゲイン特性は、１００Ｈｚからゲインが減少して１ｋＨｚから平坦となるフィルタである。その位相特性は、１０Ｈｚから１ｋＨｚに向かって対数の周波数増加に対して直線的に漸次遅れる１８０度の位相遅れ回路である。

これら周波数の増加に対する１８０度位相遅れの３つの移相回路を従属接続することで、音質改善回路１０は、オーディオ信号の周波数の対数的な増加に対応してトータルとして、オーディオ信号の入力信号に対して可聴周波数の範囲いおいて５４０度の位相遅れを与えた出力信号を発生する。すなわち、音質改善回路１０の入力端子Ｖinから入力されたオーディオ信号の２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚまでの間において５４０度位相が回転した出力信号をその出力端子Ｖoutに出力する。
その結果、音質改善回路１０は、図２（ｄ）に示すような位相・ゲイン特性になる。位相特性は、可聴周波数（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）の範囲に亘って５４０度回転をさせる位相特性直線６の傾きに沿って漸次位相が遅れるものとなる。また、ゲイン特性７は、１００Ｈｚ近傍に４ｄＢ程度のゲインの山を持たせて、１ｋＨｚ近傍からブーストを行い、１０ｋＨｚ近傍で６〜１４ｄｂのゲインに設定されるものとなる。そのために、前記のようなゲイン特性のオールパスフィルタを用いる。
これにより、中域（２００Ｈｚ〜４ｋＨｚ）での弛みをなくし、４ｋＨｚ，８ｋＨｚの周波数成分を強調することができる。また、低域（２０Ｈｚ）に対して高域（２０ｋＨｚ）の位相を５４０度遅らせることで、前記したように１００Ｈｚの基本波成分に対して実質的に１Ｈｚ〜１．５Ｈｚ前後で高調波成分を合わせることができ、かつ、低域と高域との立ち上がりずれ量を減少させて、小型スピーカの明瞭度を向上させることができる。

具体的な回路定数について説明すると、移相回路のＨＰ・ＡＰＦ１は、低域で非反転増幅、高域で反転増幅の動作をする差動動作のオペアンプ１ａとこれの（−）入力端子に接続された基準抵抗Ｒs、そして（＋）入力端子に接続された入力抵抗Ｒi、出力端子Ｖoと（−）入力端子との間に挿入された増幅率を決定する帰還抵抗Ｒfと、周波数の増加に応じて１８０度位相を回転させるフィルタとして（＋）入力端子とグランドＧＮＤとの間に接続された抵抗Ｒ1とコンデンサＣ１の直列接続のフィルタ回路からなる。
基準抵抗Ｒsと入力抵抗Ｒiとの残りの端子は、入力端子Ｖinに接続され、これの出力端子Ｖoが次段のＨＰ・ＡＰＦ２の入力端子に接続されている。入力抵抗Ｒi＝２００ｋΩ、基準抵抗Ｒs＝１０ｋΩ、帰還抵抗Ｒf＝２００ｋΩ、抵抗Ｒ1＝２００ｋΩであり、コンデンサＣ１＝８０ｐＦであって、ＩＣ内部に形成されたコンデンサである。また、位相補償用のコンデンサＣs＝１０ｐＦが帰還抵抗Ｒfに並列に接続されている。なお、この場合のコンデンサＣ１＝８０ｐＦは、ＩＣに対して外付けされてもよい。

ＨＰ・ＡＰＦ２は、回路定数が多少相違するだけ、回路構成は、ＨＰ・ＡＰＦ１と同様な移相回路である。すなわち、低域で非反転増幅、高域で反転増幅の動作をする差動動作のオペアンプ１ａとこれの（−）入力端子に接続された基準抵抗Ｒs、そして（＋）入力端子に接続された入力抵抗Ｒi、出力端子Ｖoと（−）入力端子との間に挿入された増幅率を決定する帰還抵抗Ｒfと、周波数に応じて１８０度位相を回転させるフィルタとして（＋）入力端子とグランドＧＮＤとの間に接続された抵抗Ｒ1とコンデンサＣ１のフィルタ回路からなる。そして、基準抵抗Ｒsと入力抵抗Ｒiとの残りの端子がＨＰ・ＡＰＦ１の出力端子Ｖoに接続され、これの出力端子Ｖoが次段のＬＰ・ＡＰＦ３の入力端子に接続されている。帰還抵抗Ｒfに並列に接続された位相補償用のコンデンサＣsは削除されていて、帰還抵抗Ｒfは＝５０ｋΩ、入力抵抗Ｒi＝１０ｋΩ、抵抗Ｒ1＝１０ｋΩである。コンデンサＣ１は、ＩＣの端子４を介してＩＣに外付けされたコンデンサとなっていて、その容量は０．１μＦである。

ＬＰ・ＡＰＦ３も回路定数が多少相違するだけ、回路構成は、ＨＰ・ＡＰＦ２と同様な移相回路である。すなわち、低域で非反転増幅、高域で反転増幅の動作をする差動動作のオペアンプ１ａとこれの（−）入力端子に接続された基準抵抗Ｒs、そして（＋）入力端子に接続された入力抵抗Ｒi、出力端子Ｖoutと（−）入力端子との間に挿入された増幅率を決定する帰還抵抗Ｒfと、周波数に応じて１８０度位相を回転させるフィルタとして（＋）入力端子とグランドＧＮＤとの間に接続されたコンデンサＣ１のフィルタ回路からなる。そして、基準抵抗Ｒsと入力抵抗Ｒiとの残りの端子がＨＰ・ＡＰＦ２の出力端子Ｖoに接続されている。抵抗Ｒ1と帰還抵抗Ｒfに並列に接続された位相補償用のコンデンサＣsは削除されていて、帰還抵抗Ｒfは＝２．５ｋΩ、入力抵抗Ｒi＝１０ｋΩ、基準抵抗ＲS＝１０ｋΩである。コンデンサＣ１は、ＩＣの端子５を介してＩＣに外付けされたコンデンサとなっていて、その容量は０．１μＦである。
ただし、帰還抵抗Ｒfは、固定抵抗ではなく、可変抵抗となっていて、これによりゲイン調整ができる。この可変抵抗は、外部からデータ設定等により抵抗値が選択できるプログラマブル抵抗である。プログラマブル抵抗は、例えば、共通に一端が接続された複数の抵抗値の他端をセレクタで選択する帰還抵抗回路を帰還抵抗Ｒfに換えて設け、セレクタで選択する抵抗の位置をデータ設定で行うようにすればよい。

図３は、この回路による周波数に対する位相・ゲイン特性である。
なお、この図３では、位相特性については１８０Ｈｚ付近と２０ｋＨｚ付近で−１８０度から＋１８０度に位相が反転しているが、これは、連続的に遅れる位相を−１８０度から＋１８０度に位置をずらせて表示しているからである。
この特性に示すように、音質改善回路１０は、その位相特性として、１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚのオーディオ周波数成分に対してトータルとして４５０度以上として、オーディオ周波数成分１００Ｈｚ〜８ｋＨに関しては３６０度を超える回転位相遅れを持たせている。位相特性は、少なくとも２００Ｈｚ以下低域のある周波数の信号から８ｋＨｚ以上の高域のある周波数の信号まで対数増加に対して実質的に直線的な傾きで漸次位相を遅らせる特性となっている。
そして、低域から中域、高域と周波数の対数的な増加に応じて位相を図２（ｄ）に示す位相特性直線６の傾斜に沿って漸次遅られて可聴周波数（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）の範囲に亘って５４０度程度の位相遅れとなっている。
なお、移相特性としては、少なくとも２００Ｈｚ以下低域のある周波数の信号から８ｋＨｚ以上の高域のある周波数の信号まで対数増加に対して実質的に直線的な傾きで漸次位相を遅らせる位相特性であればよい。
これにより、小型スピーカの１００Ｈｚの低域に対して８ｋＨｚ以上の高域の回転位相は、３６０度程度か、それ以上確保できる。その結果、小型スピーカについては、基本波成分（１００Ｈｚ〜２００Ｈｚ）に対して実質的に１Ｈｚ〜１．５Ｈｚ前後で８ｋＨｚ〜１５ｋＨｚの高調波成分を合わせることができ、低域と高域との立ち上がりずれ量が少なくなり、かつ、高調波と基本波と位相ずれが少なくなって、全体として音質が改善される。

さらに、８００Ｈｚから３ｋＨｚの範囲においては、１０ｄＢ/dec以上で振幅を増強して中域においてゲイン特性を改善している。このゲインは、ＬＰ・ＡＰＦ３の可変抵抗として設けられた帰還抵抗Ｒf（＝２．５ｋΩ）の抵抗値の調整により最大で１４ｄＢ/decまで調整可能になっている。さらに、２０ｋＨｚ以上では、ゲインを緩やかに落としている。これにより高周波領域のノイズを低減している。
ゲインの調整は、ＨＰ・ＡＰＦ３の帰還抵抗Ｒfを２．５ｋΩの抵抗値の可変によるもので、矢印で示すように、位相も同時に変化している。
特に、１０ｃｍ前後の小型のコーンスピーカに対しては、立上がり特性が中型あるいは大型コーンスピーカよりも悪いので、前記の位相とゲインの補正により音の切れ味をよくすることができる。また、さらに口径１．５ｃｍ〜３ｃｍ程度の小型なスピーカを使用する携帯電話のスピーカに対しても音質を向上させることができる。
しかも、音像定位に関して音像の上方への移動を行うゲインのブーストを１ｋＨｚ付近に設定して、１ｋＨｚ付近から立上げるようにしているので、５００Ｈｚ〜１ｋＨｚの音声帯域の音質変化を抑制して、その劣化を防止することができ、ノイズを低減することができる。

ところで、図１の実施例における接続順序は、ＨＰ・ＡＰＦ１、２とＬＰ・ＡＰＦ３を従属接続することに限定されない。それぞれに高域、低域にゲインを持つフィルタ特性と１８０度の回転位相を持っているので、これらは、初段をＨＰ・ＡＰＦ２として次段をＨＰ・ＡＰＦ１とし、最終段をＬＰ・ＡＰＦ３としても、あるいは初段をＬＢＦ３として次段をＨＰ・ＡＰＦ１とし、最終段をＨＰ・ＡＰＦ２としてもよい。これら移相回路の接続する順序は問わない。
なお、実施例では、ＨＰ・ＡＰＦ１、２とＬＰ・ＡＰＦ３を１個のＩＣの中にそれぞれ集積化して形成しているが、これら移相回路は、それぞれが１個の別個のＩＣとして形成され、それら３個のＩＣが従属接続されてもよいことはもちろんである。
また、これら移相回路は、ＩＣに限定されず、個別の接続コンデンサ、オペアンプによって構成してもよいことはもちろんである。

以上説明してきたが、実施例では、オペアンプを用いた１８０度の移相回路のオールパスアクディブフィルタ３個により、オーディオ信号の周波数の対数的な増加に対応してオーディオ信号の位相を漸次遅らせ結果として可聴周波数の範囲で５４０度推移させる回路を構成しているが、この発明の移相回路は、３個に限定されるものではなく、さらにそれぞれの位相特性は、低域に対して高域を１８０度シフトさせるものである必要はない。その１つは、４個使用すれば、その１つは９０度か、それ以上シフトさせるものであってもよい。
また、各移相回路は、アクディブフィルタを用いる必要もない。さらに、位相推移は、可聴周波数の範囲においてトータルで４５０度〜６００度の範囲にうちのある角度でなされていればよい。

図１は、この発明のオーディオ信号の音質改善回路を適用した一実施例のプリアンプである。 図２は、図１のプリアンプにおける各移相回路の周波数に対する位相・ゲイン特性の説明図である。 図３は、具体的な回路例における周波数に対する位相・ゲイン特性の説明図である。 図４は、小型スピーカの過渡特性の立ち上がり特性の一例の説明図である。 図５は、ＢＢＥプロセス技術による音質改善回路における周波数に対するゲイン特性と位相特性の説明図である。 図６は、縦方向に音像を定位させる音質改善回路における周波数に対するゲイン特性と位相特性の説明図である。

符号の説明

１，２…高域アクティブフィルタ（ＨＰＡＰＦ）、
３…低域アクティブフィルタ（ＬＰＡＰＦ）、
４，５…ＩＣの端子、６…位相特性直線、７…ゲイン特性、
１０…プリアンプ。

Claims (16)

1. スピーカから発生する音質を改善するためにオーディオ入力信号に対して位相を補正したオーディオ出力信号を発生するオーディオ信号の音質改善回路において、
   少なくとも３個の移相回路を従属接続した従属接続回路を有し、この従属接続回路の位相特性は、可聴周波数の範囲における周波数の対数的な増加に対応して前記オーディオ入力信号の位相を漸次遅らせて前記可聴周波数の範囲においてトータルで４５０度〜６００度の範囲の位相遅れを発生するものである音質改善回路。
2. 前記３個の移相回路のうち２個は、ハイパス型オールパスフィルタからなるアクディブフィルタであり、他の１個は、ローパス型オールパスフィルタからなるアクディブフィルタであって、前記従属接続回路は、少なくとも２００Ｈｚ以下低域のある周波数の信号から８ｋＨｚ以上の高域のある周波数の信号まで対数増加に対して実質的に直線的な傾きで漸次位相を遅らせる位相特性を持つ請求項１記載の音質改善回路。
3. スピーカから発生する音質を改善するためにオーディオ入力信号に対して位相を補正したオーディオ出力信号を発生するオーディオ信号の音質改善回路において
   少なくとも順に従属接続された第１、第２および第３の移相回路を有し、
   前記第１、第２および第３の移相回路の各位相特性は、それぞれ自己の入力信号に対して可聴周波数の範囲における周波数の対数的な増加に対応して自己の出力信号の位相を漸次遅らせ、少なくとも前記可聴周波数の範囲において９０度か、それ以上位相をシフトさせるものであり、
   前記第１、第２および第３の移相回路の総合位相特性は、前記第１の移相回路の前記入力信号に対して前記第３の位相回路の前記出力信号が前記可聴周波数の範囲においてトータルで４５０度〜６００度の範囲において位相遅れを発生するものである音質改善回路。
4. 前記第１、第２および第３の移相回路のうち２個は、ハイパス型オールパスフィルタからなるアクディブフィルタであり、残りの１個は、ローパス型オールパスフィルタからなるアクディブフィルタであって、前記第１、第２および第３の移相回路からなる従属接続回路は、少なくとも２００Ｈｚ以下低域のある周波数の信号から８ｋＨｚ以上の高域のある周波数の信号まで対数増加に対して実質的に直線的な傾きで漸次位相を遅らせる位相特性を持つ請求項３記載の音質改善回路。
5. 前記従属接続回路の位相特性は、１００Ｈｚの低域に対して８ｋＨｚ以上の高域との位相差が３６０度か、それ以上あって、１００Ｈｚ〜２００Ｈｚまでの位相シフトが実質的に１５０度か、それ以上であり、その周波数利得総合特性は、５００Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲に谷があって、１ｋＨｚ付近から立上がる請求項４記載の音質改善回路。
6. 前記従属接続回路は、ＩＣ化された回路であり、前記周波数利得総合特性の前記１ｋＨｚ付近から立上がる利得の傾きは、１０ｄＢ／ｄｅｃ以上であり、かつ、前記利得の傾きが調整可能であり、前記オーディオ出力信号が１３ｃｍ以下のコーン型のフルレンジスピーカを駆動するために使用される請求項５記載の音質改善回路。
7. 前記ローパス型オールパスフィルタには、ゲイン調整用の可変抵抗が設けられ、前記可変抵抗がプログラマブル抵抗である請求項６記載の音質改善回路。
8. 前記アクティブフィルタは、差動動作のオペアンプで構成され、前記ＩＣは、プリアンプを内蔵し、前記従属接続回路は、前記プリアンプの一部として形成されている請求項７記載の音質改善回路。
9. スピーカから発生する音質を改善するためにオーディオ入力信号に対して位相を補正したオーディオ出力信号を発生するオーディオ信号の音質改善回路を有するオーディオ増幅回路において、
   前記音質改善回路は、少なくとも３個の移相回路を従属接続した従属接続回路を有し、この従属接続回路の位相特性は、可聴周波数の範囲における周波数の対数的な増加に対応して前記オーディオ入力信号の位相を漸次遅らせて前記可聴周波数の範囲においてトータルで４５０度〜６００度の範囲の位相遅れを発生するオーディオ増幅回路。
10. 前記３個の移相回路のうち２個は、ハイパス型オールパスフィルタからなるアクディブフィルタであり、他の１個は、ローパス型オールパスフィルタからなるアクディブフィルタであって、前記従属接続回路は、少なくとも２００Ｈｚ以下低域のある周波数の信号から４ｋＨｚ以上の高域のある周波数の信号まで対数増加に対して実質的に直線的な傾きで漸次位相を遅らせる位相特性を持つ請求項９記載のオーディオ増幅回路。
11. スピーカから発生する音質を改善するためにオーディオ入力信号に対して位相を補正したオーディオ出力信号を発生するオーディオ信号の音質改善回路を有するオーディオ増幅回路において
    前記音質改善回路は、少なくとも順に従属接続された第１、第２および第３の移相回路を有し、
    前記第１、第２および第３の移相回路の各位相特性は、それぞれ自己の入力信号に対して可聴周波数の範囲における周波数の対数的な増加に対応して自己の出力信号の位相を漸次遅らせ、少なくとも前記可聴周波数の範囲において９０度か、それ以上位相をシフトさせるものであり、
    前記第１、第２および第３の移相回路の総合位相特性は、前記第１の移相回路の前記入力信号に対して前記第３の位相回路の前記出力信号が前記可聴周波数の範囲においてトータルで４５０度〜６００度の範囲において位相遅れを発生するものであるオーディオ増幅回路。
12. 前記第１、第２および第３の移相回路のうち２個は、ハイパス型オールパスフィルタからなるアクディブフィルタであり、残りの１個は、ローパス型オールパスフィルタからなるアクディブフィルタであって、前記第１、第２および第３の移相回路からなる従属接続回路は、少なくとも２００Ｈｚ以下低域のある周波数の信号から８ｋＨｚ以上の高域のある周波数の信号まで対数増加に対して実質的に直線的な傾きで漸次位相を遅らせる位相特性を持つ請求項１０記載のオーディオ増幅回路。
13. 前記従属接続回路の位相特性は、１００Ｈｚの低域に対して８ｋＨｚ以上の高域との位相差が３６０度か、それ以上あって、１００Ｈｚ〜２００Ｈｚまでの位相シフトが実質的に１５０度か、それ以上であり、その周波数利得総合特性は、５００Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲に谷があって、１ｋＨｚ付近から立上がる請求項１２記載のオーディオ増幅回路。
14. 前記従属接続回路は、ＩＣ化された回路であり、前記周波数利得総合特性の前記１ｋＨｚ付近から立上がる利得の傾きは、１０ｄＢ／ｄｅｃ以上であり、かつ、前記利得の傾きが調整可能であり、前記オーディオ出力信号が１３ｃｍ以下のコーン型のフルレンジスピーカを駆動するために使用される請求項１３記載のオーディオ増幅回路。
15. 前記ローパス型オールパスフィルタには、ゲイン調整用の可変抵抗が設けられ、前記可変抵抗がプログラマブル抵抗である請求項１４記載のオーディオ増幅回路。
16. 前記アクティブフィルタは、差動動作のオペアンプで構成され、前記ＩＣは、プリアンプを内蔵し、前記従属接続回路は、前記プリアンプの一部として形成されている請求項１５記載のオーディオ増幅回路。
    このようにこの発明にあっては、

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