JP2008252542A

JP2008252542A - 音響再生装置

Info

Publication number: JP2008252542A
Application number: JP2007091492A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tsuji; 雅之辻; Noboru Yashima; 昇八嶋; Yoshihiro Nishida; 好宏西田; Isao Otsuka; 功大塚; Yoshiyuki Inoue; 禎之井上; Kazuhiro Sugiyama; 和宏杉山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【課題】任意の音量レベルにおいてオーディオ信号のクリッピングを発生させず、しかも、受聴位置において本来のオーディオ信号に基づく音響を忠実に再現できる音響再生装置を得ることを目的とする。
【解決手段】音響空間に対する周波数振幅特性の第１の逆特性を発生させる第１の補正係数を演算する第１の演算ブロック１００と、第１の逆特性の周波数に対する振幅が増加している部分で、その振幅を所定量だけ抑制する第２の逆特性を発生させる第２の補正係数を演算する第２の演算ブロック１００ａと、第１の補正係数と、第２の補正係数とを保持するメモリ８と、オーディオ信号の音量に基づいて、メモリ８に保持された第１の補正係数または第２の補正係数のいずれかを選択する選択手段９と、選択手段９により選択された第１の補正係数または第２の補正係数に基づき、オーディオ信号を補正するようにした。
【選択図】図1

Description

この発明は、スピーカーから受聴位置までの周波数振幅特性の逆特性を発生させる補正係数によりオーディオ入力信号を補正し、受聴位置において本来のオーディオ信号を忠実に再現するように再生特性を改善した音響再生装置に関するものである。

テレビやステレオ等の各種ＡＶ機器のオーディオ再生系において、スピーカーから受聴位置までの音響空間には、様々な音響を変化させる要因がある。そのため、本来のオーディオ信号に基づく音響をスピーカーから放射したとしても、受聴位置においては音響特性が変化した音を受聴することになる。そこで、スピーカーから受聴位置までの音響空間に対する周波数振幅特性の逆特性を発生させる補正係数によりオーディオ信号を補正し、受聴位置にて本来のオーディオ信号に忠実な音が受聴できるような音響再生装置が提案されている。（例えば特許文献１および特許文献２参照。）

特開昭５８−５０８１２号公報（第５段、第１図）特開平８−２２８３９６号公報（段落００４４、第１図）

しかしながら、上記のように、逆特性に忠実な補正を行う場合、逆特性の周波数に対する振幅が大きく増大している部分がある場合には、増大部分に対応する周波数域での補正量が際立って大きくなる。そのため、音量を大きくした場合に、増大部分に対応する周波数域で補正後のオーディオ信号にクリッピングを生じてしまうという問題があった。また、このクリッピングを回避するために音量を上げることができず、快適な音を受聴することができないという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、任意の音量レベルにおいてオーディオ信号のクリッピングを発生させず、しかも、受聴位置において本来のオーディオ信号に基づく音響を忠実に再現できる音響再生装置を得ることを目的とする。

この発明にかかる音響再生装置では、第１の補正係数または第２の補正係数をもつ非巡回型デジタルフィルタによりオーディオ信号を補正し、スピーカーから音響を放射する音響再生装置であって、前記スピーカーから前記音響の受聴位置までの音響空間に対する周波数振幅特性の第１の逆特性を発生させる第１の補正係数を演算する第１の演算ブロックと、前記第１の逆特性の周波数に対する振幅が増加している部分で、その振幅を所定量だけ抑制する第２の逆特性を発生させる第２の補正係数を演算する第２の演算ブロックと、前記第１の補正係数と、前記第２の補正係数とを保持する補正係数保持手段と、前記スピーカーに入力される前記オーディオ信号の音量に基づいて、前記補正係数保持手段に保持された前記第１の補正係数または前記第２の補正係数のいずれかを選択する選択手段とを備え、前記選択手段により選択された前記第１の補正係数または前記第２の補正係数に基づき、前記オーディオ信号を補正するようにした。

この発明によれば、音響空間に対する周波数振幅特性の逆特性を発生させる第１の補正係数と、第１の逆特性を示す周波数に対する振幅が増加している部分で、その振幅を所定量だけ抑制する第２の逆特性を発生させる第２の補正係数とを保持し、保持した補正係数の中から選択した補正係数によってオーディオ信号を補正することにより、任意の音量レベルにおいてオーディオ信号のクリッピングを発生させず、しかも、受聴位置において本来のオーディオ信号に基づく音響を忠実に再現できる音響再生装置を得ることができる。

実施の形態１．
図１〜図３は、本発明の実施の形態１に係る音響再生装置を説明するためのもので、図１は、音響再生装置の基本構成を示すブロック図、図２は音響再生装置のスピーカーから受聴位置までの音響空間に対する周波数振幅特性、つまり、全周波数領域に均等（平坦）な振幅のオーディオ信号がスピーカーに入力されたときの受聴位置での周波数振幅特性を示す図であり、横軸は周波数、縦軸は振幅（レベル）を示す。図３は図２の周波数振幅特性に対する第１の逆特性を示すものである。図１において、音響再生装置は、第１の補正係数Ｈ０または第２の補正係数Ｈ０ａを用いて、非巡回型デジタルフィルタ２によって補正したオーディオ信号をスピーカー４から音響として放射するものである。

そして、音響再生装置は、スピーカー４から音響の受聴位置７までの音響空間に対する周波数振幅特性の第１の逆特性を発生させる第１の補正係数を演算する第１の演算ブロック１００と、第１の逆特性の周波数に対する振幅が増加している部分で、その振幅を所定量だけ抑制する第２の逆特性を発生させる第２の補正係数Ｈ０ａを演算する第２の演算ブロック１００ａと、第１の補正係数Ｈ０と、第２の補正係数Ｈ０ａとを保持する補正係数保持手段であるメモリ８と、メモリ８に保持された第１の補正係数Ｈ０または第２の補正係数Ｈ０ａのいずれかを選択する選択手段９を有し、非巡回型デジタルフィルタ２では、選択手段９により選択された第１の補正係数Ｈ０または第２の補正係数Ｈ０ａに基づき、オーディオ信号を補正する。補正したオーディオ信号は電力増幅器３に出力され、電力増幅器３で増幅された補正後のオーディオ信号はスピーカー４から音響として放射される。スピーカー４から放射された音響は、音導管５とパンチングメタルからなる保護板６を経由して受聴位置までの音響空間を経て受聴位置７に達する。このとき、スピーカー４に全周波数領域に対して均等なレベルの周波数特性のオーディオ信号が入力された場合に、スピーカー４から放射された音響が受聴位置７に達したとき、つまり、受聴位置７で受聴される音響の周波数振幅特性は、図２に示すように、周波数に対して振幅が異なる特性を示す。これは、スピーカー４から受聴位置７までの音響伝達経路となる音響空間の図２に示すような周波数振幅特性によって変化したためである。

そこで、受聴位置７において、信号入力端子１に入力されたオーディオ信号を忠実に再現するためには、入力信号端子１からスピーカー４までの周波数振幅特性が図３に示す第１の逆特性となるように、第１の逆特性を発生させる第１の補正係数でオーディオ信号を補正すればよい。そこで、演算ブロック９０には、音響空間に対する周波数振幅特性の第１の逆特性を発生させる第１の補正係数Ｈ０を演算するための、第１の演算ブロック１００を有している。第１の演算ブロック１００は、スピーカー４に対する周波数振幅特性の逆特性を発生させる補正係数Ｈ１を演算する演算ブロック１０１、音導管５に対する周波数振幅特性の逆特性を発生させる補正係数Ｈ２を演算する演算ブロック１０２、保護板６に対する周波数振幅特性の逆特性を発生させる補正係数Ｈ３を演算する演算ブロック１０３、保護板６の出力端から受聴位置７までの音響空間に対する周波数振幅特性の逆特性を発生させる補正係数Ｈ４を演算する演算ブロック１０４を有する。そして、第１の演算ブロック１００は、各演算ブロック１０１〜１０４得られた各補正係数Ｈ１〜Ｈ４の積（Ｈ１×Ｈ２×Ｈ３×Ｈ４）から図３に示す第１の逆特性を発生させる第１の補正係数Ｈ０を演算する。

さらに、演算ブロック９０は、第１の補正係数Ｈ０を修正した第２の補正係数Ｈ０ａを演算する第２の演算ブロック１００ａを有している。第２の補正係数Ｈ０ａは、第１の補正係数Ｈ０が発生させる第１の逆特性について、周波数に対する振幅が振幅の平均的な値より大きく増大する部分について、その振幅を所定量抑制した第２の逆特性を発生させるものである。

なお、上記各補正係数Ｈ１〜Ｈ４を求めるための周波数振幅特性は、平均的な機器構成に基づいて所定の雑音を発生させ、その再生音を測定して、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズム等の既存の適応信号処理アルゴリズムを用いて求めた値を採用している。

そして、第１の演算ブロック１００及び第２の演算ブロック１００ａにて演算された第１の補正係数Ｈ０、および第２の補正係数Ｈ０ａは補正係数保持手段であるメモリ８に保持される。メモリ８は選択手段子９から入力される選択信号に基づいて、第１の補正係数Ｈ０または第２の補正係数Ｈ０ａのいずれかを非巡回型デジタルフィルタ２に出力する。非巡回型デジタルフィルタ２は、図示しない周波数域ごとに対応した複数の係数乗算器を有し、メモリ８から出力された第１の補正係数Ｈ０または第２の補正係数Ｈ０ａを複数の係数乗算器に入力することにより、信号入力端子１から入力された、オーディオ信号を補正する。つまり、オーディオ信号を第１の補正係数Ｈ０または第２の補正係数Ｈ０ａによって補正する。選択手段９は、スピーカー４に入力されるオーディオ信号の音量レベルに基づいて、非巡回型デジタルフィルタ２にて使用する補正係数を第１の補正係数Ｈ０と第２の補正係数Ｈ０ａとのどちらかに切り替えることができる。あるいは、図示しない操作スイッチにより、スピーカー４に入力されるオーディオ信号の音量に基づいて、第１の補正係数Ｈ０と第２の補正係数Ｈ０ａとのどちらかに切り替えることができる。

ここで、第２の補正係数Ｈ０ａの算出について説明する前に、選択手段９にて第１の補正係数Ｈ０を選択している場合の動作について説明する。
信号入力端子１に平坦な周波数振幅特性のオーディオ信号が入力されると、非巡回型デジタルフィルタ２から出力される信号は図３に示す周波数振幅特性、つまり第１の補正係数Ｈ０に等しい周波数振幅特性に補正される。非巡回型デジタルフィルタ２により補正され、出力されたオーディオ信号は、電力増幅器３で増幅された後、スピーカー４から周波数振幅特性がＨ０の音響が出力される。このとき、入力信号端子１からスピーカー４までの周波数振幅特性は、図３に示すような第１の逆特性と等しくなる。そしてスピーカー４に入力されたオーディオ信号が図３に示す特性で音響として放射され、受聴位置７に到達したときには、スピーカー４から受聴位置７までの音響空間の周波数振幅特性（図２に示す特性）により、図４に示すように２００Ｈｚ〜１０数ｋＨｚの周波数領域で平坦な周波数振幅特性の、つまり、オーディオ信号に忠実な音として再生される。なお、周波数振幅特性の第１の逆特性を発生させる第１の補正係数Ｈ０は、スピーカー４の再生能力及び人間の聴覚特性上、オーディオ信号に対する補正効果の低い領域である２００Ｈｚ以下および１０数ｋＨｚ以上の周波数領域については補正量を抑えている。

ここで、第２の補正係数Ｈ０ａの演算についての説明を容易にするために、スピーカー４から受聴位置７までの音響空間に対する周波数振幅特性が、図５に示すように２０ｄＢ相当のピークＰ（１ｋＨｚ）とディップＤ（３ｋＨｚ）を各１箇所のみ存在させた単純なものとし、第１の逆特性を発生させる第１の補正係数Ｈ０により補正した場合について再度説明する。

スピーカー４から受聴位置７までの音響空間に対しての図５に示す周波数振幅特性の第１の逆特性は図６のようになる。この場合、信号入力端子１に平坦な周波数振幅特性のオーディオ信号が入力されると、非巡回型デジタルフィルタ２から出力されるオーディオ信号は図６に示すような周波数振幅特性に補正される。そしてスピーカー４から放射された音響は、受聴位置７に到達したときには、スピーカー４から受聴位置７までの図５に示す周波数振幅特性により、図７に示すようにピークＰやディップＤが相殺され、２００ｋＨｚ〜１０数ｋＨｚの周波数領域に対して、信号入力端子１に入力されたオーディオ信号と同じ平坦な周波数振幅特性の音として再生される。なお、オーディオ信号に対する補正効果の低い領域に対する考え方は単純化する前と同様であり、２００Ｈｚ以下および１０数ｋＨｚ以上の周波数領域については補正量を抑えている。

このように、スピーカー４から受聴位置７までの周波数振幅特性の第１の逆特性を発生させる第１の補正係数Ｈ０に基づき補正を行うと、本来平坦なオーディオ信号が一度図６に示すような第１の逆特性に補正され、最終的に受聴位置７における放射音響特性は図７に示すようなオーディオ信号に忠実な平坦な受聴特性となる。この例では、ディップＤに対する振幅の３ｋＨｚにおける振幅の補正量は、図６に示す第１の逆特性の平均的な振幅より、最大２０ｄＢも大きくなっている。

ここで、第１の補正係数Ｈ０によりオーディオ信号の補正を行うときの、オーディオ信号の音量の影響について検討する。図８は、２種類の音量レベルのオーディオ信号が非巡回型デジタルフィルタ２に入力されたときに非巡回型デジタルフィルタ２から出力される補正後のオーディオ信号（ａ）と、受聴位置７での音響の周波数振幅特性（ｂ）を示し、大音量時をア、低音量時をイで示している。図において、上限レベルとは、非巡回型デジタルフィルタ２において、出力できる振幅の上限であり、下限レベルとは、受聴位置７において、音響を快適に受聴できる音量を維持するのに必要な非巡回型デジタルフィルタ２から出力されるオーディオ信号の平均レベルの下限値である。非巡回型デジタルフィルタ２の出力の上限レベルに近い音量のオーディオ信号が入力端子１に入力された場合（ア）、第１の補正係数Ｈ０により補正しようとしても、ディップＤを相殺するための３ｋＨｚ部分でのオーディオ信号の振幅は、図８（ａ）のアの矢印に示すように上限レベルを超えることはできず、上限レベルで規制（クリッピングＣ）され、第１の逆特性から外れた周波数振幅特性に補正される。その場合、受聴位置７での周波数振幅特性は、図５に示す３ｋＨｚ部分のディップＤが十分に補正されずに残留し、図８（ｂ）のアの矢印に示すように補正漏れが生じたものとなる。あるいは、非巡回型デジタルフィルタ２において上限レベルを超えた出力ができ、受聴位置において見かけ上平坦な周波数振幅特性が得られたとしても、３ｋＨｚ部分で歪が発生し、結果的に全体として歪のある音響を受聴することになる。

このような不具合を避けるためには、図８（ａ）のイに示すようにオーディオ信号のレベルを下げて、ディップＤに対する補正量（２０ｄＢ）を上回る補正余地（図では２４ｄＢ）を有するようにする。これにより、受聴位置７での周波数振幅特性は図８（ｂ）のイに示すように歪のないオーディオ信号に忠実な音を再生することできる。しかし、補正後のオーディオ信号の平均値は快適に受聴できる音量を維持できる値を下回ることになり、全体的な音圧が低下して快適な音を再生することが困難となる。

つまり、スピーカー４から受聴位置７までの音響空間に対する周波数振幅特性の第１の逆特性を発生させる第１の補正係数Ｈ０に基づく補正により、オーディオ信号に忠実な音を再生することができるが、その補正を徹底すると、オーディオ信号のレベルによっては逆に歪や音量低下を招き、快適な音を再生することができないことになる。図８（ａ）で説明すれば、音圧の下限レベルと上限レベル間のマージンが２４ｄＢあったとしても、第１の逆特性を発生させる第１の補正係数Ｈ０に基づく補正を徹底した場合、つまり補正係数Ｈ０で補正した場合に許容されるオーディオ信号のレベルの変化はディープＤを補正するための振幅２０ｄＢ分を減じた４ｄＢのみとなり、それ以外の範囲では上記のように忠実で快適な音を再生することはできなくなる。

さらに、上記第１の逆特性を発生させる第１の補正係数Ｈ０による図５から図７に示す補正の例は、説明のために単純化した場合であり、受聴特性が完全な直線によって平坦化されることは現実には困難である。また、非巡回型デジタルフィルタ２の乗算器の数は有限個であり、周波数の分解能も有限であるので、例えば、図２に示す複雑な周波数振幅特性に対してピークＰおよびディップＤを完全に取り去ることは困難であり、結果として図４のように小さなピークＰやディップＤが残留することになる。また、乗算器数を増加させて、理想的に補正することができるとしても、スピーカー４から受聴位置７までの各構成要素の特性には、ばらつきや経時変化がある。つまり、極端に大きなディップＤやピークＰを抑制することができれば、実質的には問題なくオーディオ信号を再生できることになる。

そこで、第２の演算ブロック１００ａでは、第１の逆特性の周波数に対する振幅が振幅の平均値に対して大きく増大しているディップＤ部分に対し、その振幅を図９に示すように抑制するようにした。つまり、周波数３ｋＨｚ部分のディップＤを相殺するための振幅を第１の逆特性における２０ｄＢの振幅の半分にあたる１０ｄＢに抑制した第２の逆特性を発生させる第２の補正係数Ｈ０ａを演算した。但し、特定の周波数（３ｋＨｚ）の補正量のみを変化させるように修正すると、受聴時に違和感のある音となるので、３ｋＨｚを中心として周波数方向に亘って連続的に補正量が変化するように修正をかけた。

第２の補正係数Ｈ０ａによる補正では、３ｋＨｚ近傍についてのディップＤを相殺するための振幅量を抑制しているので、図６のディップＤを完全に取り去ることはできないが、音圧の下限レベルと上限レベル間のマージンが２４ｄＢあった場合に許容されるオーディオ信号の音量レベルの変化はディープＤに対する抑制した振幅の１０ｄＢ分を減じた１４ｄＢに拡大され、広い音量範囲でオーディオ信号に忠実でしかも快適な音を再生することができる。

本実施の形態１においては、音響空間に対する周波数振幅特性の第１の逆特性を発生させる第１の補正係数Ｈ０と、第１の逆特性の周波数に対する振幅が増加している部分で、その振幅を所定量だけ抑制する第２の逆特性を発生させる第２の補正係数Ｈ０ａを有し、ユーザの嗜好に応じて選択した第１の補正係数Ｈ０または第２の補正係数Ｈ０ａによりオーディオ信号を補正するようにした。これにより、音量が小さな領域では、オーディオ信号に忠実な再生ができるとともに、広い音量範囲の領域で実質的にオーディオ信号に忠実でしかも快適な音を再生することができる音響再生装置を得ることができる。

実施の形態２．
図１０に本発明の実施の形態２に係る音響再生装置を示す。本実施の形態２では、音響再生装置の非巡回型デジタルフィルタ２の前に入力調整手段１０、非巡回型デジタルフィルタ２の後にスピーカー４から放射する音響の音量を音量設定値に基づいて調整するボリューム調整手段（音量調整手段）１１を設け、選択手段９は、音量調整手段１１の音量設定値に基づいて選択信号を出力するようにした。他の構成については実施の形態１と同様であり、対応する部分については説明を省略する。

信号入力端子１から入力されたオーディオ信号は、入力調整手段１０によって所定の音量レベルのオーディオ信号に調整される。所定の音量レベルに調整されたオーディオ信号は、非巡回型デジタルフィルタ２によって所定の補正係数によって補正された後、音量調整手段１１に出力される。音量調整手段１１は、ユーザに操作される図示しない操作つまみを有し、操作つまみによって設定された音量設定値にしたがって入力された補正後のオーディオ信号を増幅（減衰）して、電力増幅器３に出力する。また、音量調整手段１１は、設定された音量設定値を示す音量設定信号を選択手段９に出力する。

選択手段９は、音量調整手段１１から出力された音量設定信号（音量設定値）を所定値と比較し、音量設定値が所定値（１０）以下の場合（入力信号が最低レベルである０から中音量域である１０までの値を示す場合）、第１の補正係数Ｈ０を選択する切替信号を出力し、音量設定値が１０を超えた大音量に設定された場合（入力信号が１０を超える値を示す場合）、第２の補正係数Ｈ０ａを選択する切替信号を出力する。したがって、非巡回型デジタルフィルタ２は、音量調整手段１１の音量設定値に応じて補正係数保持手段（メモリ８）に保持された補正係数を自動的に切り替え、音量設定値が所定値（１０）以下のときは第１の補正係数Ｈ０を使用し、音量設定値が所定値（１０）より大きいときは第２の補正係数Ｈ０ａを使用してオーディオ信号を補正する。

ここで、選択手段９が切替信号を変更する目安としたボリューム調整手段１１の音量設定値（１０）は、実施の形態１において述べた第１の補正係数Ｈ０を用いたときにクリッピングを発生させる、つまり、第１の逆特性における振幅のうち、ディップＤを相殺させるために増大された３ｋＨｚ部分の振幅が電力増幅器３での振幅の上限レベルに一致する音量設定値である。これにより、音量設定値を変化させるだけで、音量設定値が小さな場合には、最も忠実にオーディオ信号が再生できる第１の補正係数によりオーディオ信号を補正でき、音量設定値が大きくなった場合には、歪みや補正漏れがなく、忠実にオーディオ信号が再生できる第２の補正係数によりオーディオ信号を補正できるようになる。

なお、本実施の形態２においては、第１の補正係数Ｈ０と第２の補正係数Ｈ０ａとを、音量調整手段１１の音量設定値に基づいて切り替えるようにしたが、入力調整手段１０における音量に基づいて切り替えるようにしてもよい。また、入力調整手段１０の音量およびボリューム調整手段１１の音量設定値双方の値（例えば積や和）に基づいて切り替えるようにしてもよい。

本実施の形態２においては、音響空間に対する周波数振幅特性の第１の逆特性を発生させる第１の補正係数Ｈ０と、第１の逆特性の周波数に対する振幅が増加している部分で、その振幅を所定量だけ抑制する第２の逆特性を発生させる第２の補正係数Ｈ０ａを有し、音量調整手段１１の音量設定値に連動して、音量設定値が小さいときは第１の補正係数Ｈ０を使用し、音量設定値が大きいときは第２の補正係数Ｈ０ａを使用してオーディオ信号を補正するようにした。これにより、任意の音量レベルにおいて、歪や補正漏れが無く、しかもオーディオ信号に忠実な音を再生することができる音響再生装置を得ることができる。

実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３に係る音響再生装置における、音量調整手段の音量設定値と音量調整手段から出力されるオーディオ信号の音量レベルの関係を示すものである。本実施の形態３は、実施の形態２における音響再生装置において、音量調整手段１１の音量設定値と出力される音量レベルとの関係を調整したものである。他の構成については実施の形態２と同様であり、対応する部分については説明を省略する。

図において、横軸は音量調整手段１１の音量設定値で縦軸は音量調整手段１１から出力される音量レベルである。一般的な音量調整手段では、一点鎖線で示すように音量設定値が大きくなるにしたがって、音量レベルは連続的に大きくなる。一方、本実施の形態３における音量調整手段１１では、実線（Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ）で示すように音量設定値がＶｓの部分において、出力する音量レベルがＢ点からＣ点にステップ状に変化するように設定している。そして、このＶｓは、実施の形態２において、選択手段９が切替信号を切り替える音量設定値（１０）に対応する。

図１２は、第１の補正係数Ｈ０と第２の補正係数Ｈ０ａが発生させる第１の逆特性と第２の逆特性との振幅の平均値の説明を容易にするために示した第１の逆特性（図１２（ａ））と、第２の逆特性（図１２（ｂ））の例である。図中の破線で示したレベルａｖ１が第１の逆特性における振幅の平均値であり、一点鎖線で示したレベルａｖ２が第２の逆特性における振幅の平均値である。第２の逆特性では、振幅が増大している２ｋＨｚ〜５ｋＨｚの振幅を抑制した分、振幅の平均値が低下している。

このとき、図１１における破線のようにボリューム調整手段１１における出力が直線状に変化する場合、ボリューム調整手段１のボリューム設定を上げて、音量設定値がＶｓを超えた瞬間に、非巡回型デジタル信号フィルタ手段２において補正係数が第１の補正係数Ｈ０から第２の補正係数Ｈ０ａに切り替わる。すると、音量レベルを上げているにも関わらず、レベルａｖ１とレベルａｖ２の差に由来する音圧が低下することになる。しかし、本実施の形態３においては、音量設定値Ｖｓの部分で第１の逆特性における振幅の平均値と第２の逆特性における振幅の平均値との差に由来する音圧の低下を補償するようにステップ状に音量レベルが増大する（Ｃ点とＢ点の差）ように設定している。したがって、音量設定値を第１の補正係数Ｈ０と第２の補正係数Ｈ０ａが切り替わるＶｓを超えて変化させる際に、受聴位置７で感じる音圧が音量の調整方向と逆方向に変化することがなく、違和感のない音量操作が可能となる。

つまり、本実施の形態３によれば、第１の逆特性を発生させる第１の補正係数Ｈ０と、第２の逆特性を発生させる第２の補正係数Ｈ０ａを有し、選択手段９が音量設定値に連動して補正係数を切り替えてオーディオ信号を補正する際に、音量調整手段１１は、第１の補正係数Ｈ０が発生させる第１の逆特性における振幅の平均値と第２の補正係数Ｈ０ａが発生させる第２の逆特性における振幅の平均値との差に由来する音圧差を補償するように音量を調整するようにした。これにより、任意の音量レベルにおいて、歪や補正漏れが無く、オーディオ信号に忠実な音を再生することができ、しかも、違和感無く音量調整ができる音響再生装置を得ることができる。

実施の形態４．
図１３は、本発明の実施の形態４に係る音響再生装置における、第２の逆特性を示す図である。本実施の形態４での第２の逆特性は、逆特性の変化に由来する音圧差を補償するように第２の逆特性における振幅の平均値を調整したものである。本実施の形態４は、音圧差を補償するために、実施の形態２における音響再生装置において、第２の補正係数Ｈ０ａが発生させる第２の逆特性における振幅の平均値を第１の補正係数Ｈ０が発生させる第１の逆特性における振幅の平均値と一致するように第２の補正係数Ｈ０ａを調整した。他の構成については実施の形態２と同様であり、対応する部分については説明を省略する。

図において、破線ａｖ１は本実施の形態における第２の逆特性における振幅の平均値であり、図１２（ａ）に示す第１の逆特性における振幅の平均値と一致している。実施の形態３で述べたように、単に振幅が増大する周波数領域の振幅を抑制すると、図１２（ｂ）の一点鎖線で示したように第２の逆特性における振幅の平均値はａｖ２に低下する。そこで、第２の演算ブロック１００ａ（図１０）は、図１３に示すように第２の逆特性における振幅の平均値が第１の逆特性における振幅の平均値ａｖ１に一致するように第２の補正係数Ｈ０ａを演算する。

このとき、音量調整手段１１が、実施の形態３の図１１における一点鎖線のように設定値に対して連続的に出力が変化するような特性である場合にも、第１の補正係数Ｈ０から第２の補正係数Ｈ０ａに切り替わっときに出力される音圧は、音量の調整方向と逆方向に変化することがなく、違和感のない音量操作が可能となる。

つまり、本実施の形態４によれば、第１の逆特性を発生させる第１の補正係数Ｈ０と、第１の逆特性の振幅が増大する周波数領域の振幅を抑制する第２の補正係数Ｈ０ａを有し、かつ、第２の補正係数Ｈ０ａが発生させる第２の逆特性における振幅の平均値と第１の補正係数Ｈ０が発生させる第１の逆特性における振幅の平均値との差に由来する音圧差を補償するように、第２の補正係数Ｈ０ａを調整し、音量設定値に連動して補正係数を切り替えてオーディオ信号を補正するようにした。これにより、任意の音量レベルにおいて、歪や補正漏れが無く、オーディオ信号に忠実な音を再生することができ、しかも、音圧差に起因する違和感が無く、快適に音量調整ができる音響再生装置を得ることができる。

なお、本実施の形態３では、音圧差を補償するために第１の逆特性、および第２の逆特性における振幅の平均値であるレベルａｖ１とレベルａｖ２を一致させるようにしたが、これに限定されることは無く、例えば、特定の周波数域の振幅を一致させる、あるいは、入力信号の特性に基づいてその他の変数を操作するようにしてもよい。

実施の形態５．
図１４は、本発明の実施の形態５に係る音響再生装置における、逆特性を示す図であり、（ａ）は音量設定値がＶｓ以下のときの音響空間に対する周波数振幅特性の第１の逆特性を、（ｂ）は音量設定値がＶｓ以上のときの音響空間に対する周波数振幅特性の第１の逆特性の周波数に対する振幅が増加している部分で、その振幅を所定量だけ抑制する第２の逆特性を示す。つまり、本実施の形態５では、音量設定値がＶｓ以下のときとＶｓ以上ときとで、スピーカー４から受聴位置７までの音響空間に対する周波数振幅特性が変化する場合に、両状態間で異なる周波数振幅特性を基にした逆特性を発生させる補正係数を使用するものである。他の構成については上記実施の形態２〜４と同様であり、対応する部分については説明を省略する。

つまり、本実施の形態５によれば、第１の補正係数Ｈ０は、中音量域、つまり音量設定値がＶｓ以下のときの周波数振幅特性に対する逆特性を発生させるものである。そして、第２の補正係数Ｈ０ａＬは、大音量域、つまり、音量設定値がＶｓ以上のときの周波数振幅特性に対する第１の逆特性の周波数に対する振幅が増加している部分で、その振幅を所定量だけ抑制する第２の逆特性を発生させるものとした。これにより、任意の音量レベルにおいて、歪や補正漏れが無く、オーディオ信号に忠実な音を再生することができ、しかも、違和感無く音量調整ができる音響再生装置を得ることができる。

なお、上記各実施の形態においては、説明の間便化のために、補正係数としては第１の補正係数Ｈ０および第２の補正係数Ｈ０ａによる２種類の補正係数を切り替えて使用するように構成しているが、これに限定するものではない。音量の区分をさらに多くの段階に区切り、段階ごとに異なる逆特性を発生させる補正係数を保持し、音量設定値に応じて段階的に補正係数を切り替える構成としてもよい。

実施の形態６．
上記各実施の形態では、音響再生装置が設置される環境が一定であると仮定し、平均的な設置状況における音響空間に対する周波数振幅特性の逆特性を発生させる補正係数によってオーディオ信号に忠実な音響を再生するようにしていた。

本実施の形態６は、スピーカー４から受聴位置７までの音響空間の周波数振幅特性が、音響再生装置の設置される環境によって変化することを考慮したものである。図１５〜図１７は、本発明の実施の形態６に係る音響再生装置を示すもので、図１５は、スピーカーから受聴位置までの音響空間の例を示す図、図１６は音響再生装置が音響空間に放射された音響を反射する反射面が存在する音響空間に設置されたときの構成を示す図、図１７は音響再生装置が音響空間に放射された音響を吸収する吸収体（受聴者）が存在する音響空間に設置されたときの構成を示す図である。他は上記各実施の形態１〜５と同様であり、対応する部分の説明は省略する。

図１５において、スピーカー４から放射された音響は、受聴位置７に直接到達する直接波２０１による音響と、反射面２００で反射されて受聴位置７に到達する反射波２０２による音響とに分かれる。つまり、受聴位置７の受聴特性としては直接波２０１と反射波２０２の合成となり、反射波２０２の強度が、直接波２０１に対して無視できない程度に大きい場合には、反射波２０２を考慮して音響空間の周波数振幅特性を設定する必要がある。

このとき、反射波２０２の特性は、反射面２００の材質によって変化する。しかし、音響再生装置が設置される部屋の床材（フローリング、じゅうたん、畳等）、壁材（板、土、紙、コンクリート等）、天井材（板、石膏ボード等）及びスピーカー４から受聴位置７までの距離等について複数のパターンを想定し、それぞれのパターンについてパラメータを設定することにより、ほとんどの設置環境に対応した音響空間に対する周波数振幅特性を得ることができる。また、音響空間での受聴者等の存在は音響放射を減衰させる吸収体となり、これも音響空間の周波数振幅特性を変化させる要因となるが、吸収体の配置について複数のパターンを想定し、それぞれのパターンについてパラメータを設定することにより、ほとんどの受聴状況に対応した音響空間に対する周波数振幅特性を得ることができる。

そこで、スピーカー４から受聴位置７までの距離、音響空間の周波数振幅特性を変化させる反射面２００や吸収体３００ａ〜３００ｃ（総称して３００と記す）の配置といった音響再生装置の設置状況について複数のパターンを設定する。そして、設定したパターン毎に上述したＬＭＳアルゴリズム等の演算方法により周波数振幅特性を求め、求めた周波数振幅特性の変化を補償するように、第１の補正係数Ｈ０と第２の補正係数を修正するための修正関数を補正係数修正手段１２は保持する。修正関数としては、第１の補正係数Ｈ０、第２の補正係数Ｈ０ａと同様に、周波数ごとに対応した係数で構成し、周波数ごとの振幅に対して係数を乗ずることにより、第１の補正係数Ｈ０および第２の補正係数Ｈ０ａを修正することができる。そして、想定したパターンの中から音響再生装置の設置状況を選択すると、補正係数修正手段１２は選択された設置状況のパターンに対応した修正関数により、第１の演算ブロック１００で演算された第１の補正係数Ｈ０を第３の補正係数Ｈ０ｍに、第２の演算ブロック１００ａで演算された第２の補正係数Ｈ０ａを第４の補正係数Ｈ０ａｍに修正し、第３の補正係数Ｈ０ｍと第４の補正係数Ｈ０ａｍを補正係数保持手段であるメモリ８に出力する。

このような構成では、設置状況選択手段１３は、図示しない音響再生装置のメニューで、受聴位置７までの距離や反射面２００や吸収体３００等が存在するパターン化された音響空間の状況の中から実際の設置状況に適したひとつのパターンを選択できるように設定している。そして設置状況選択手段１３は、選択されたパターンのパターン番号を補正係数修正手段１２に出力する。補正係数修正手段１２は、入力されたパターン番号にしたがって予め保持された修正関数の中から必要な修正関数を選択し、第１の演算ブロック１００から出力された第１の補正係数Ｈ０と第２の演算ブロック１００ａから出力された第２の補正係数Ｈ０ａを第３の補正係数Ｈ０ｍおよび第４の補正係数Ｈ０ａｍに修正してメモリ８に出力する。

例えば、図１６のように反射面２００が存在する設置状況が選択された場合、修正関数によって修正された第３の補正係数Ｈ０ｍは、反射面２００の存在する音響空間に対して修正された周波数振幅特性の第３の逆特性を発生させるものとなり、修正関数によって修正された第４の補正係数Ｈ０ａｍは、第３の逆特性の振幅が増加している部分の振幅を抑制した第４の逆特性を発生させるものとなる。また、図１７のように音響空間に吸収体である受聴者３００が存在する状況を選択した場合には、修正関数によって、第１の補正係数Ｈ０は、受聴者３００が存在する音響空間に対して修正された周波数振幅特性の第３の逆特性を発生させるもの（Ｈ０ｍ）に修正され、第２の補正係数Ｈ０ａは、第３の逆特性の振幅が増加している部分の振幅を抑制した第４の逆特性を発生させるもの（Ｈ０ａｍ）に修正される。なお、図１７においては、説明のため、吸収体である受聴者３００を３００ａ〜３００ｃの３人として示しているが、これに限定されることなく、吸収体としての受聴者数や受聴者以外のもの（ソファー等）の配置についてパターン化されていることはいうまでもない。

そして、メモリ８は第３の補正係数Ｈ０ｍと、第４の補正係数Ｈ０ａｍを保持することになる。

これにより、非巡回型デジタルフィルタ２では、音響再生装置の設置状況に対して最適な第３の補正係数Ｈ０ｍおよび第４の補正係数Ｈ０ａｍを使用してオーディオ信号を補正し、オーディオ信号に忠実な音を再生することができる音響再生装置が得られる。

なお、本実施の形態６では、簡便化のために第１の補正係数Ｈ０、第２の補正係数Ｈ０ａを元にした第３の補正係数Ｈ０ｍ、第４の補正係数Ｈ０ａｍの例について説明したが、音量設定値や音量を複数段階に区切り、その段階ごとに異なる逆特性を発生させる補正係数に対して修正を行うこともできる。また、上記各実施の形態２〜５における音量設定値と連動した切り替え機能と組み合わせることができることはいうまでもない。

つまり、本実施の形態６によれば、スピーカー４から受聴位置７までの距離および、音響空間に放射された音響を反射する反射体２００、音響空間に放射された音響を吸収する吸収体３００に配置について、予め設定された複数のパターンを有し、そのパターンの中からひとつの配置パターンを選択する設置状況選択手段１３と、複数のパターン毎に周波数振幅特性の変化を補償する修正関数を保持し、選択されたパターンに対応する修正関数を用いて、第１の演算ブロック１００で演算された第１の補正係数Ｈ０と第２の演算ブロック１００ａで演算された第２の補正係数Ｈ０ａを修正する補正係数修正手段１２とを有し、メモリ８は、補正係数修正手段１２から出力された第３の補正係数Ｈ０ｍと第４の補正係数Ｈ０ａｍとを保持することにより、音響再生装置の設置環境や受聴状況に応じて最適な補正係数によりオーディオ信号を補正できるので、様々な設置環境や受聴環境に対応して最適な補正により、オーディオ信号に忠実な音を再生することができる。

実施の形態７
本実施の形態７も、スピーカー４から受聴位置７までの音響空間の周波数振幅特性が、音響再生装置の設置される環境によって変化することを考慮したものである。図１８は、本発明の実施の形態７に係る音響再生装置を示す図である。他は上記実施の形態６と同様であり、対応する部分の説明は省略する。

図１８において、演算ブロック１９０には、１０個の演算ブロック１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃ〜１９０ｊを有している。ここで、本実施の形態７では、スピーカー４から受聴位置７までの距離、音響空間の周波数振幅特性を変化させる反射面２００や吸収体３００の配置といった音響再生装置の設置状況について想定される設置パターンの内、１０種の設置パターンを設定している。そして、各演算ブロックは、設定された各設置パターンに対応し、上述したＬＭＳアルゴリズム等の演算方法により、設置パターン毎に求めた周波数振幅特性の逆特性を発生させる補正係数Ｈｍａ〜Ｈｍｊを演算する。そして、各演算ブロック１９０ａ〜１９０ｊが演算した各補正係数Ｈｍａ〜Ｈｍｊは、補正係数保持手段であるメモリ８に保持される。そして、設置状況選択手段１３により、設定したパターンの中から音響再生装置の設置状況を選択すると、メモリ８は保持している補正係数Ｈｍａ〜Ｈｍｊの中から選択された設置状況のパターンに対応した補正係数を選択し、選択した補正係数を非巡回型デジタルフィルタ２に出力する。

非巡回型デジタルフィルタ２は、図示しない周波数域ごとに対応した複数の係数乗算器を有し、補正係数Ｈｍａ〜Ｈｍｊのうち、メモリ８から出力された補正係数を複数の係数乗算器に入力することにより、信号入力端子１から入力された、オーディオ信号を補正する。つまり、オーディオ信号を補正係数Ｈｍａ〜Ｈｍｊのうち、音響再生装置の設置状況に応じた補正係数によって補正する。これにより、音響再生装置の設置状況に対応して最適な補正により、オーディオ信号に忠実な音を再生することができる。

なお、上記各演算ブロック１９０ａ〜１９０ｊのうち、演算ブロック１９０ａは上記各実施の形態１〜６における演算ブロック１００に相当し、補正係数Ｈｍａは第１の補正係数Ｈ０に相当するものである。また、設置状況選択手段１３は、図示しない表示画面で表示させたメニューに基づき、ユーザにパターン選択させることができるが、自動的に選択できるようにしてもよい。例えば、個々の音響再生装置において、実際の設置状況に対して上述したＥＬＭアルゴリズムにより周波数振幅特性を発生させるための全周波数レベルに対する測定を実施することは困難である。しかし、予め設定されたパターンの中で、実際の設置状況に最も適合しているパターンを選択することのみを目的として、所定のパターン（周波数、波形等）の音響に対する特性を測定する場合は、簡易な構成で実現することができる。

例えば、図示しないが、所定のパターンの音響をスピーカー４から放射させる発信装置と、受聴位置での音響を受信するマイクと、判定手段を設ける。そして、例えば、ディップＤを発生させる３ｋＨｚの音響と平坦な特性と想定される５００ｋＨｚの音響を発生させ、マイクで受信した両周波数の振幅により、設置状況がどのパターンに該当するかの判定結果を設置状況選択手段１３に出力する。これにより、特に補正の際に問題となるディップＤに対する補正が最適となる補正係数を音響再生装置の設置状況に対応して自動的に選択し、設置状況に対応した最適な補正係数により、オーディオ信号に忠実な音を再生することができる。

なお、本実施の形態７における設置状況のパターン数は１０に限定されること無く、他の数に変更できることはいうまでもない。また、上述した実施の形態１〜５における音量により補正係数を切り替える構成を、本実施の形態７における設置状況に応じて補正係数を切り替える構成に組み合わせてもよい。

その場合、設置状況の変化によるスピーカー４から受聴位置７までの音響空間における周波数振幅特性の変化がディップＤに関するものであるとき、第１の補正係数でのディップに対する逆特性の振幅が最適化されることにより、第２の補正係数を演算する際のディップに対する振幅の抑制量も好適化され、オーディオ信号に忠実で、しかも歪の無い音響を再生することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る音響再生装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態１に係る音響空間の周波数振幅特性を示す図である。本発明の実施の形態１に係る音響空間の周波数振幅特性に対する第１の逆特性を示す図である。本発明の実施の形態１に係る受聴位置での音響の周波数振幅特性を示す図である。本発明の実施の形態１に係る音響空間の周波数振幅特性を単純化して示す図である。本発明の実施の形態１に係る音響空間の単純化した周波数振幅特性に対する第１の逆特性を示す図である。本発明の実施の形態１に係る音響空間の単純化した周波数振幅特性に対応する受聴位置での音響の周波数振幅特性を示す図である。本発明の実施の形態１に係る補正後のオーディオ信号と受聴位置での周波数振幅特性を示す図である。本発明の実施の形態１に係る第２の逆特性を示す図である。本発明の実施の形態２に係る音響再生装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態３に係る音響再生装置における音量設定手段の特性を示す図である。本発明の実施の形態３に係る音響再生装置における第１の逆特性と第２の逆特性を示す図である。本発明の実施の形態４に係る音響再生装置における第１の逆特性と第２の逆特性を示す図である。本発明の実施の形態５に係る音響再生装置における第１の逆特性と第２の逆特性を示す図である。本発明の実施の形態６に係る音響空間の例を示す図である。本発明の実施の形態６に係る反射体の影響が大きな音響空間に設置された音響再生装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態６に係る吸収体の影響が大きな音響空間に設置された音響再生装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態７に係る音響再生装置の構成を示す図である。

符号の説明

１オーディオ信号入力端子、２非巡回型デジタルフィルタ、３電力増幅器、４スピーカー、５音導管、６保護板、７受聴位置、８補正係数保持手段（メモリ）、９選択信号入力端子、１０入力調整手段、１１音量調整手段、１２補正係数修正手段、１３設置状況選択手段、９０、１９０演算ブロック、１００第１の演算ブロック、１００ａ第２の演算ブロック、２００ａ〜２００ｊ演算ブロック、１１０態様選択手段、

Claims

第１の補正係数または第２の補正係数をもつ非巡回型デジタルフィルタによりオーディオ信号を補正し、スピーカーから音響を放射する音響再生装置であって、
前記スピーカーから前記音響の受聴位置までの音響空間に対する周波数振幅特性の第１の逆特性を発生させる第１の補正係数を演算する第１の演算ブロックと、
前記第１の逆特性の周波数に対する振幅が増加している部分で、その振幅を所定量だけ抑制する第２の逆特性を発生させる第２の補正係数を演算する第２の演算ブロックと、
前記第１の補正係数と、前記第２の補正係数とを保持する補正係数保持手段と、
前記スピーカーに入力される前記オーディオ信号の音量に基づいて、前記補正係数保持手段に保持された前記第１の補正係数または前記第２の補正係数のいずれかを選択する選択手段とを備え、
前記選択手段により選択された前記第１の補正係数または前記第２の補正係数に基づき、前記オーディオ信号を補正するようにした音響再生装置。
前記スピーカーから放射する音響の音量を音量設定値に基づいて調整する音量調整手段を有し、
前記選択手段は、前記音量設定値が所定値以下の場合は前記第１の補正係数を、前記音量設定値が前記所定値以上の場合は前記第２の補正係数を選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の音響再生装置。
前記音量調整手段は、前記音量設定値が前記所定値を超えて変化するとき、前記第１の逆特性における振幅の平均値と前記第２の逆特性における振幅の平均値との差に由来する音圧差を補償するように音量を調整する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響再生装置。
前記第２の演算ブロックは、前記第２の逆特性における振幅の平均値と前記第１の逆特性における振幅の平均値との差に由来する音圧が一致するように前記第２の補正係数を演算する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響再生装置。
前記第１の補正係数は、前記音量設定値が前記所定値以下の場合は、前記音量所定値が前記所定値以下のときの前記音響空間に対する周波数振幅特性の第１の逆特性を発生させ、
前記第２の補正係数は、前記音量設定値が前記所定値以上の場合は、前記音量設定値が前記所定値以上のときの前記音響空間に対する周波数振幅特性の第１の逆特性を示す周波数に対する振幅が増加している部分で、その振幅を所定量だけ抑制する第２の逆特性を発生させる、
ことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の音響再生装置。
第３の補正係数または第４の補正係数をもつ非巡回型デジタルフィルタによりオーディオ信号を補正し、スピーカーから音響を放射する音響再生装置であって、
前記スピーカーから前記音響の受聴位置までの音響空間に対する周波数振幅特性の第１の逆特性を発生させる第１の補正係数を演算する第１の演算ブロックと、
前記第１の逆特性の周波数に対する振幅が増加している部分で、その振幅を所定量だけ抑制する第２の逆特性を発生させる第２の補正係数を演算する第２の演算ブロックと、
前記スピーカーから前記受聴位置までの距離、前記音響空間に放射された音響を反射する反射体、前記音響空間に放射された音響を吸収する吸収体に関する複数の配置パターンを有し、前記複数の配置パターンの中からひとつの配置パターンを選択する設置状況選択手段と、
前記複数の配置パターン毎に前記周波数振幅特性の変化を補償する修正関数を保持し、前記選択した配置パターンに対応した修正関数により前記第１の補正係数を第３の補正係数に修正し、前記第２の補正係数を第４の補正係数に修正する補正係数修正手段と、
前記第３の補正係数と、前記第４の補正係数とを保持する補正係数保持手段と、
前記スピーカーに入力される前記オーディオ信号の音量に基づいて、前記補正係数保持手段に保持された前記第３の補正係数または前記第４の補正係数のいずれかを選択する選択手段とを備え、
前記選択手段により選択された前記第３の補正係数または前記第４の補正係数に基づき、前記オーディオ信号を補正するようにした音響再生装置。
補正係数をもつ非巡回型デジタルフィルタによりオーディオ信号を補正し、スピーカーから音響を放射する音響再生装置であって、
前記スピーカーから前記受聴位置までの距離、前記音響空間に放射された音響を反射する反射体、前記音響空間に放射された音響を吸収する吸収体に関する複数の配置パターン毎の前記スピーカーから前記音響の受聴位置までの音響空間に対する周波数振幅特性の逆特性を発生させる補正係数を演算する演算ブロックと、
前記複数の配置パターン毎の演算ブロックにより演算された複数の補正係数を保持する係数保持手段と、
前記複数の配置パターンの中から１つの配置パターンを選択し、選択された配置パタ−ンに応じて、前記係数保持手段に保持された前記複数の補正係数の中から１つの補正係数を選択する設置状況選択手段と、
前記設置状況選択手段により選択された補正係数に基づき、前記オーディオ信号を補正するようにした音響再生装置。