JP2012028870A - 電気音響変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力消費の低減に配慮しつつ、音質の良好な音の発生を可能にする。
【解決手段】エキサイタ１０は、永久磁石１による磁界内のＶＣＭ２に音声信号３を流すことで生じる音の振動を紙１２に伝えて放音させる。マイク１３は、この音を収音して収音信号を出力する。信号処理部１４は、音声信号３と収音信号との各々の周波数成分を算出し、この周波数成分に基づき、音声信号３と収音信号との間の周波数領域での伝達特性を獲得し、その伝達特性の逆特性を音声信号３に与えるデジタルフィルタ演算を行う。この信号処理部１４は、エキサイタ１０の紙１２への接触の有無を、ＶＣＭ２の共振周波数の変化に基づいて検知する処理を行い、当該接触を検知するとデジタルフィルタ演算を開始する。エキサイタ１０は、信号処理部１４がデジタルフィルタ演算を行うときには、この演算によって所定の特性が与えられた音声信号３に応じた振動を振動板に与える。
【選択図】図３

Description

本明細書で議論される実施態様は、電気信号を音波に変換する電気音響変換の技術に関する。

図１について説明する。図１は、電気音響変換装置であるスピーカの構造の一例を図解したものである。
図１において、永久磁石１の磁界内に配置されているＶＣＭ（ボイス・コイル・モータ）２に音声信号３（音の振幅を電流量で表現している電流）を流すと、ＶＣＭ２に力が発生し、振動板であるコーン４を揺らして空気を振動させることで、音波５を生じさせる。キャビティ６は、音波５とは逆の位相である、コーン４の裏側に発生する逆相音波７が、表側に回り込んで音波５と干渉することで音量が小さくなることを防ぐために、逆相音波７を閉じ込める室である。

なお、スピーカにおいて、振動板を振動させる部品はエキサイタと称されている。図１の例では、コーン４を振動させる、永久磁石１とＶＣＭ２とを組み合わせたものがエキサイタ１０と呼ばれる。

ところで、携帯電話等の小型の電子機器に搭載されているスピーカは、大きさに制限があるため振動板を大きくすることができないため、小型の電子機器の多くは、そこから発せられる音の音量が小さい。また、小さなスピーカから発せられる音を良好に聴き取るには、スピーカと耳との位置関係を適切に保つ必要がある。このような事情により、小型の電子機器は、子供や高齢者等の電子機器の扱いに不慣れなユーザには扱い難く感じられることがある。

小型の電子機器から音量の大きな音を得る技術として、サイズの大きな板を別途用意して振動板として用い、この板にエキサイタを接触させて板を振動させることで音波を発生させるという技術が知られている。

この他の背景技術を幾つか説明する。
まず、帰還回路を用いて安定であり、かつ補正効果の大きい音響再生装置についての技術が知られている。この技術は、入力信号が正側入力に入力される減算器の出力信号で駆動されるスピーカが放射した音響信号をマイクロフォンで検出し、この検出信号と当該減算器の出力信号とを加減算処理した結果を、当該減算器の負側入力に入力するというものである。

また、騒音に対して、同振幅で逆位相の音波（制御音）を干渉させて消音を行う能動消音の技術が知られている。この技術のひとつとして、干渉後に残る残留騒音の音質を周波数帯域毎に評価し、この評価結果に基づいて当該制御音を制御することで、消音できなかった周波数帯域の騒音が目立って耳障りに聞こえることを回避するという技術が知られている。

また、２つの異なる固有振動数成分（主振動数成分・副振動数成分）を持つ２自由度振動系を構成し、接触部と検出対象物との接触の有無により、２つの振動数成分のどちらか一方が支配的となるようにして、検出対象物への接触を検知する技術が知られている。

また、イヤホーン等の着脱自在な外部出力機器の携帯端末装置への着脱により、記録内容の再生の開始・停止を制御し、当該外部出力機器の未接続時に当該再生の指示を受けたときには、当該装置が備えている出力手段で再生を行う技術が知られている。

特開２００６−２５３７３５号公報 特開２００５−１９８２１７号公報 特開平７−２２２２７６号公報 国際公開第２００９／０３７７３３号 特開平１０−１７６９１７号公報 特許第４２０３４９５号公報

前述した、別途用意した板をエキサイタで振動させて音波を発生させる技術では、振動板とする板の材質・形状・サイズ等が不定である。このため、振動板として用いる板の選択により音質が変化してしまい、場合によっては音が歪んで却って明瞭度が低下することもあり得る。

また、小型の電子機器では、電源の容量に制限のあることが少なくない。従って、別途用意した板をエキサイタで振動させて音波を発生させる技術をこのような電子機器で実施する場合でも、電力消費を少なくすることは重要な課題である。

本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、電力消費の低減に配慮しつつ、音質の良好な音の発生を可能にすることである。

本明細書で後述する電気音響変換装置のひとつに、エキサイタと、収音部と、受付部と、周波数成分算出部と、伝達特性獲得部と、接触検知部と、フィルタ演算部と、を有するというものがある。ここで、エキサイタは、ボイス・コイル・モータを有し、該ボイス・コイル・モータに第一の音声信号を流すことで生じる音の第一の振動を、接触している振動板に与えると共に、所定の特性が与えられた第二の音声信号に応じた第二の振動を該振動板に与える。収音部は、該音を収音して収音信号を出力する。受付部は、該第一の音声信号及び該第二の音声信号の入力を受け付ける。周波数成分算出部は、該受け付けた該第一の音声信号と、該出力された該収音信号との各々の周波数成分を算出する。伝達特性獲得部は、該第一の音声信号と該収音信号との各々の周波数成分に基づき、該第一の音声信号と該収音信号との間の周波数領域での伝達特性を獲得する。接触検知部は、該エキサイタの該振動板への接触の有無を、該ボイス・コイル・モータの共振周波数の変化に基づいて検知する。フィルタ演算部は、該接触検知部が該エキサイタの該振動板への接触を検知した場合に、まず、該第二の音声信号に、該伝達特性獲得部が獲得した伝達特性に基づいた、該所定の特性を与えるデジタルフィルタ演算を行う。そして、このデジタルフィルタ演算に基づいて、該第二の音声信号に該所定の特性を与える。

本明細書で後述する電気音響変換装置は、音質の良好な音の発生を、少ない電力消費量で可能にするという効果を奏する。

スピーカの構造の一例である。 電気音響変換装置の機能構成を図解した図である。 電気音響変換装置の具体的構成を図解した図である。 図３の電気音響変換装置の第一の使用例を図解した図である。 図３の信号処理部の詳細構成である。 デジタル信号処理の処理内容を図解したフローチャート（その１）である。 デジタル信号処理の処理内容を図解したフローチャート（その２）である。 区間特定処理の処理内容を図解したフローチャートである。 図３の電気音響変換装置の第二の使用例を図解した図である。 吸盤を備えたエキサイタの構造を図解した図である。 空気ポンプの吸引による振動板のエキサイタへの吸着を図解した図である。

まず図２について説明する。図２は電気音響変換装置の機能構成を図解した図である。
この電気音響変換装置は、エキサイタ１１０と、収音部１２０と、受付部１３０と、周波数成分算出部１４０と、伝達特性獲得部１５０と、接触検知部１６０と、フィルタ演算部１７０と、を有するというものがある。

エキサイタ１１０は、ＶＣＭ（ボイス・コイル・モータ）１１１を有し、このＶＣＭ１１１に第一の音声信号を流すことで生じる音の第一の振動を、接触している振動板１１２に与える。それと共に、所定の特性が与えられた第二の音声信号に応じた第二の振動を、この振動板１１２に与える。

収音部１２０は、上述のようにして生じた音を収音して収音信号を出力する。
受付部１３０は、上述の第一の音声信号及び第二の音声信号の入力を受け付ける。
周波数成分算出部１４０は、受付部１３０が受け付けた第一の音声信号と、収音部１２０により出力された収音信号との各々の周波数成分を算出する。

伝達特性獲得部１５０は、第一の音声信号と収音信号との各々の周波数成分に基づき、第一の音声信号と収音信号との間の周波数領域での伝達特性を獲得する。
接触検知部１６０は、エキサイタ１１０の振動板１１２への接触の有無を、ＶＣＭ１１１の共振周波数の変化に基づいて検知する。なお、この共振周波数の変化は、収音信号の周波数成分の変化として表れるので、図２の構成においては、接触検知部１６０は、エキサイタ１１０の振動板１１２への接触の有無を、収音信号の周波数成分の変化に基づいて検知する。なお、収音信号の周波数成分の変化は、伝達特性獲得部１５０が獲得する伝達特性の変化としても表れる。従って、接触検知部１６０は、エキサイタ１１０の振動板１１２への接触の有無を、この伝達特性の変化に基づいて検知してもよい。

フィルタ演算部１７０は、接触検知部１６０がエキサイタ１１０の振動板１１２への接触を検知した場合に、まず、第二の音声信号に、伝達特性獲得部１５０が獲得した伝達特性に基づいた前述の所定の特性を与えるデジタルフィルタ演算を行う。そして、このデジタルフィルタ演算に基づいて、第二の音声信号に当該所定の特性を与える。

次に図３について説明する。図３は、図２の電気音響変換装置の具体的構成を図解したものである。
なお、図３において、図１のものと同一の構成要素には同一の符号を付している。

図３において、永久磁石１とＶＣＭ（ボイス・コイル・モータ）２によりエキサイタ１０が構成されている。このエキサイタ１０のＶＣＭ２は、永久磁石１が発生させる磁界内に配置されるように、バネ１１によって緩く保持されている。従って、後述の信号処理部１４から出力される信号を入力すると、この信号に応じた音の振動が発生する。エキサイタ１０は、この振動を、ＶＣＭ２に接触している振動板である紙１２に伝えることで、その音を紙１２から放音させる。音波５は、このようにして放音された音を表現している。

ここで図４について説明する。図４は、図３の電気音響変換装置の第一の使用例を図解したものである。なお、本実施例においては紙１２を利用することとして説明するが、これに限られるものではない。例えば、例えば机や壁、ホワイトボードなどが振動板として利用されてもよい。

図４において、携帯電話機１５は、図３の電気音響変換装置が備えられている電子機器であり、この携帯電話機１５の筐体からエキサイタ１０が突出している。例えば、この携帯電話機１５が備えているテレビ電話機能を使用するときに、携帯電話機１５の使用者はエキサイタ１０を紙１２に押し付けるようにする。すると、通話相手の発する声が紙１２から大きな音となって放音される。

図３の説明に戻る。キャビティ６は、図１におけるものと同様のものであり、逆相音波７（図３では不図示）を閉じ込める。
マイク１３は、以上のようにしてエキサイタ１０が発生させる音を収音して、当該音を表している電気信号である収音信号を出力する。

信号処理部１４は、エキサイタ１０のＶＣＭ２に流す音声信号３（図２における第一の音声信号及び第二の音声信号）、及びマイク１３から送られてくる収音信号に対し、後述する各種の信号処理を行う。

次に図５について説明する。図５は、図３の信号処理部１４の詳細構成を図解したものである。この信号処理部１４は、増幅部２１−１、２１−２、及び２７、ＡＤＣ２２−１及び２２−２、ＭＰＵ２３、ＲＯＭ２４、ＲＡＭ２５、ＤＡＣ２６、並びに増幅部２７を備えて構成されている。なお、ＭＰＵ２３とＲＯＭ２４及びＲＡＭ２５との間はバスライン２８を介して接続されており、ＭＰＵ２３は、ＲＯＭ２４及びＲＡＭ２５との間で各種のデータの授受を行うことができる。

入力Ａには音声信号３（図２における第一の音声信号及び第二の音声信号）が入力される。図４の例では、携帯電話機１５が有している出力部１６、すなわち、通話相手についての受話音声信号を出力する出力部１６からの信号が入力Ａに与えられる。

増幅部２１−１は、この音声信号３を所定の増幅度で増幅して出力する。ＡＤＣ（アナログ・デジタル・コンバータ）２２−１は、増幅部２１−１から送られてくる、アナログ信号である音声信号３をデジタルデータ（このデータを「音声信号データ」と称することとする。）に変換して出力する。

入力Ｂには、マイク１３から送られてくる収音信号が入力される。増幅部２１−２は、この収音信号を所定の増幅度で増幅して出力する。ＡＤＣ２２−２は、増幅部２１−２から送られてくる、アナログ信号である収音信号をデジタルデータ（このデータを「収音信号データ」と称することとする。）に変換して出力する。

ＭＰＵ（マイクロ・プロセシング・ユニット）２３は、ＡＤＣ２２−１から送られてくる音声信号データに対し、ＡＤＣ２２−２から送られてくる収音信号データに基づいた後述の各種のデジタル信号処理を施して、その処理結果の音声信号データを出力する。なお、ＭＰＵ２３として、デジタル信号処理の実行に最適化された構成を有しているＤＳＰ（デジタル・プロセシング・ユニット）を用いてもよい。

ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）２４は、後述の各種のデジタル信号処理をＭＰＵ２３に行わせるための制御プログラムが予め記録されている読み出し専用半導体メモリである。ＭＰＵ２３は、図３の電気音響変換装置の起動時にこの制御プログラムをＲＯＭから読み出して実行することにより、後述の各種のデジタル信号処理を行えるようになる。

ＲＯＭ（ランダム・アクセス・メモリ）２５は、ＭＰＵ２３が上述の制御プログラムを実行する際に、必要に応じて作業用記憶領域として使用する、随時書き込み読み出し可能な半導体メモリである。

ＤＡＣ（デジタル・アナログ・コンバータ）２６は、ＭＰＵ２３から出力されるデジタルデータである音声信号データ（この信号を「処理後音声信号データ」と称することとする。）を、アナログ信号に変換して出力する。

増幅部２７は、ＤＡＣ２６から送られてくるアナログ信号（この信号を「処理後音声信号」と称することとする。）を所定の増幅度で増幅して信号として出力する。増幅部２７より出力されるこの処理後音声信号は、信号処理部１４の出力であり、エキサイタ１０のＶＣＭ２に入力される。

次に、ＭＰＵ２３により行われる信号処理について説明する。
まず、ＭＰＵ２３は、受付処理、周波数成分算出処理、伝達特性獲得処理、及びフィルタ演算処理を行う。

受付処理は、音声信号３の入力を受け付ける処理である。
周波数成分算出処理は、音声信号３と、マイク１３から出力される収音信号との各々の周波数成分を算出する処理である。この処理は、具体的には、時間領域上の所定区間内の音声信号データと、この音声信号データに対応する収音信号データとの各々にＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を施して、当該区間における周波数成分（所定周波数毎の複素周波数成分）を求める処理である。

伝達特性獲得処理は、周波数成分算出処理により算出された、音声信号３と収音信号との各々の周波数成分に基づき、音声信号３と収音信号との間の周波数領域での伝達特性を獲得する処理である。より具体的には、この処理は、周波数成分算出処理により求められた周波数成分を用い、上述の所定周波数毎に、収音信号データの周波数成分を音声信号データの周波数成分で除算することで、当該伝達特性を獲得する。

フィルタ演算処理は、伝達特性獲得処理により獲得した伝達特性の逆特性を、音声信号３に与えるデジタルフィルタ演算を行う。この処理では、より具体的には、まず、周波数成分算出処理により得られた伝達特性（上述の所定周波数毎の複素数成分）の逆数を所定周波数毎に取り、得られた値に対して逆ＦＦＴ処理を施す。そして、逆ＦＦＴ処理により得られた値をＦＩＲフィルタにおける各タップの重み付け係数（フィルタ係数）とした畳み込み演算を、音声信号データに対して行うＦＩＲフィルタ（有限インパルス応答フィルタ）演算処理を実行する。このようにすることで、上記の伝達特性の逆特性が音声信号３に与えられる。

図３の電気音響変換装置のエキサイタ１０は、上述したフィルタ演算処理がＭＰＵ２３で行われるときには、上述のデジタルフィルタ演算によって上述の特性が与えられた音声信号３に応じた振動を、振動板（紙１２）に与える。すると、マイク１３の収音位置では、上述の伝達特性が打ち消されて、元の音声信号３で表現されているものに忠実な音を得ることができる。

なお、フィルタ演算処理により行われるデジタルフィルタ演算において、伝達特性獲得処理により獲得した伝達特性の逆特性に加えて、所定の伝達特性を音声信号３に与えるようにしてもよい。

例えば、音楽の試聴に適切なリスニングルームに設置した音質の良好なスピーカからの音を適切なリスニングポイントで試聴する場合における、元の音がリスニングポイントに届くまでの伝達特性を、実測若しくはシミュレーションによって取得しておく。そして、前述したフィルタ演算処理において、このようにして取得した良好な試聴環境における伝達特性と、前述した伝達特性の逆数とを、前述の所定周波数毎に乗算し、この乗算により得られた値に対して逆ＦＦＴ処理を施す。そして、得られた値をフィルタ係数とした畳み込み演算を行うＦＩＲフィルタ演算処理を実行する。こうすることで、このフィルタ演算処理が施された音声信号データをＭＰＵ２３が出力するように電気音響変換装置を動作させると、マイク１３の収音位置では、音声信号３で表現されている音を、上述のような良好な試聴環境と同様な良い音質で聴くことができる。

ＭＰＵ２３が、以上の受付処理、周波数成分算出処理、伝達特性獲得処理、及びフィルタ演算処理を行うことで、図２の収音部１２０、受付部１３０、周波数成分算出部１４０、及び伝達特性獲得部１５０の各々の機能がＭＰＵ２３により提供される。

ＭＰＵ２３は、以上の各種処理に加えて、更に、接触検知処理を行う。接触検知処理は、エキサイタ１０の振動板（図３では紙１２）への接触の有無を、ＶＣＭ２の共振周波数の変化に基づいて検知する。

ここでＶＣＭ２の共振周波数について説明する。
前述したように、ＶＣＭ２は、バネ１１によって緩く保持されている状態で振動する。ここで、ＶＣＭ２の質量をｍとし、バネ１１のバネ定数をｋとする。なお、バネ１１の質量は十分に軽いものとする。

まず、ＶＣＭ２が振動板と接触していない場合を想定する。この場合のＶＣＭ２の振動における共振周波数ｆ１は、下記の［数１］式で表される。

次に、ＶＣＭ２が振動板に押し付けられている場合を考える。この場合におけるＶＣＭ２は振動板に密着するので、ＶＣＭ２の振動を考えるときのバネ定数は、バネ１１についてのものよりも振動板についてのもののほうが支配的になる。ここで、振動板のバネ定数及び質量を、それぞれＫ及びＭとすると、この場合のＶＣＭ２の振動における共振周波数ｆ２は、下記の［数２］式で表される。

このように、ＶＣＭ２の振動における共振周波数は、振動板との接触の有無によって変化が生じる。この共振周波数の変化は、マイク１３から出力される収音信号の周波数成分の変化として表れる。そこで、ＭＰＵ２３により行われる接触検知処理では、エキサイタ１０の振動板への接触の有無を、この収音信号の周波数成分の変化に基づいて検知する。この処理では、より具体的には、伝達特性獲得処理により獲得した伝達特性において、振幅成分が最大の周波数を検出する。この振幅成分最大の周波数は、上述した共振周波数と推定することができる。そして、この周波数についての、予め設定しておいた所定の閾値以上の変化の検出を行い、この変化が検出されたときに、エキサイタ１０の振動板への接触を検知したものとする。

前述したフィルタ演算処理は、接触検知処理によってエキサイタ１０の振動板への接触が検知されると、前述のデジタルフィルタ演算を開始する。このようにしてエキサイタ１０が振動板に接触しているときにのみデジタルフィルタ演算を行うようにすることで、非接触時におけるＭＰＵ２３の処理量が減少する結果、電気音響変換装置の電力消費の低減に寄与する。

ここで図６Ａ及び図６Ｂについて説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、図５の信号処理部１４におけるＭＰＵ２３により行われるデジタル信号処理の処理内容をフローチャートで図解したものである。

なお、この処理は、予め測定しておいた、ＶＣＭ２と振動板とが非接触の状態にあるときの音声信号３と収音信号との間の周波数領域での伝達特性における、振幅成分が最大である周波数を示す情報が、ＲＯＭ２５に予め格納されているものとして、進められる。

図６Ａにおいて、まず、Ｓ１０１では、ＡＤＣ２２−１から送られてくる音声信号データを取得してＲＡＭ２５の所定の記憶領域に格納する処理がＭＰＵ２３により行われる。なお、ＲＡＭ２５における音声信号データの格納領域は所定サイズのリングバッファを構成しておくようにし、格納処理では、音声信号データを当該リングバッファに格納順に並べて格納するようにする。

次に、Ｓ１０２では、Ｓ１０１の処理で取得した音声信号データをそのままＤＡＣ２６に出力する処理がＭＰＵ２３により行われる。
次に、Ｓ１０３では、ＡＤＣ２２−２から送られてくる収音信号データを取得してＲＡＭ２５の所定の記憶領域に格納する処理がＭＰＵ２３により行われる。なお、ＲＡＭ２５における収音信号データの格納領域も所定サイズのリングバッファを構成しておくようにし、格納処理では、収音信号データを当該リングバッファに格納順に並べて格納するようにする。

以上までのＳ１０１からＳ１０３までの処理が受付処理であり、これらの処理をＭＰＵ２３が行うことにより、図２の受付部１３０の機能がＭＰＵ２３により提供される。
次に、Ｓ１０４では、音声信号データ及び収音音声データのＲＡＭ２５の格納量が、後述のＦＦＴ処理における１フレームのデータ量に達したか否かを判定する処理がＭＰＵ２３により行われる。ここで、ＦＦＴ処理における１フレームのデータ量が得られたと判定されたとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ１０５に処理が進む。一方、ここで、データ量が得られたデータ量がＦＦＴ処理における１フレーム分に満たないと判定されたとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ１０１に処理を戻して、音声信号データ及び収音音声データの取得を更に続ける。

次に、Ｓ１０５では、ＲＡＭ２５に格納されている、上述した１フレーム分のデータ量の音声信号データ及び収音信号データの各々に対してＦＦＴ処理を施して、このフレームのデータについての周波数成分を算出する周波数成分算出処理がＭＰＵ２３により行われる。この周波数成分算出処理をＭＰＵ２３が行うことにより、図２の周波数成分算出部１４０の機能がＭＰＵ２３により提供される。

次に、Ｓ１０６では、伝達特性獲得処理がＭＰＵ２３により行われる。この処理は、ＦＦＴ処理により得られた収音音声データの周波数成分を、同じくＦＦＴ処理により得られた音声信号データの周波数成分で周波数毎に除算して、音声信号３と収音信号との間の周波数領域での伝達特性を獲得する処理である。この伝達特性獲得処理をＭＰＵ２３が行うことにより、図２の伝達特性獲得部１５０の機能がＭＰＵ２３により提供される。

次に行われるＳ１０７及びＳ１０８の処理は、前述した接触検知処理であり、エキサイタ１０の振動板への接触の有無を、ＶＣＭ２の共振周波数の変化に基づいて検知する処理である。この接触検知処理をＭＰＵ２３が行うことにより、図２の接触検知部１６０の機能がＭＰＵ２３により提供される。但し、この図５Ａの処理では、エキサイタ１０の振動板への接触の有無を、伝達特性の変化に基づいて検知するようにしている。

まず、Ｓ１０７では、獲得した伝達特性において、振幅成分が最大である周波数を検出する処理がＭＰＵ２３により行われる。
次に、Ｓ１０８では、Ｓ１０７の処理により検出された周波数が、予め測定してＲＯＭ２５に格納されている、ＶＣＭ２と振動板とが非接触の状態にあるときの周波数から、所定の閾値以上に変化していたか否かを判定する処理がＭＰＵ２３により行われる。ここで、周波数の変化が所定の閾値以上であると判定されたとき（判定結果がＹｅｓのとき）には、ＶＣＭ２と振動板との接触状態を検知したとみなして、Ｓ１１０（図６Ｂ）に処理を進める。一方、周波数の変化が所定の閾値に満たないと判定されたとき（判定結果がＮｏのとき）には、ＶＣＭ２と振動板とは非接触の状態のままであるとみなして、Ｓ１０９に処理を進める。

このように、本実施形態における接触検知処理は、収音信号の周波数成分の変化によって生じる伝達特性の変化を、ＶＣＭ２の共振周波数の変化によって生じる収音信号の周波数成分の変化として捉える。そして、この変化に基づいて、エキサイタ１０の振動板への接触の有無を検知する。

Ｓ１０９では、この時点でＲＡＭ２５に格納されている、ＦＦＴ処理における１フレーム分の音声信号データ及び収音音声データのうち、時間的に先に格納された１／２フレーム分のデータを廃棄する処理がＭＰＵ２３により行われる。そして、その後はＳ１０１に処理を戻して音声信号データ及び収音音声データの取得を開始し、廃棄した１／２フレーム分のデータ量の音声信号データ及び収音音声データの取得及びＲＡＭ２５への格納の処理を行う。

図６Ｂに処理が進み、Ｓ１１０では、Ｓ１０６（図６Ａ）の処理で獲得していた伝達特性の振幅成分の逆数を周波数毎に算出して、当該伝達特性の逆特性を獲得する処理がＭＰＵ２３により行われる。

次に、Ｓ１１１では、Ｓ１１０の処理で獲得した逆特性に対し、前述した、良好な試聴環境において予め取得してＲＯＭ２４に格納しておいた伝達特性のデータを、周波数毎に乗算する処理がＭＰＵ２３により行われる。この処理は、上述の逆特性に加えて、所定の伝達特性を音声信号３に与えるデジタルフィルタ演算を行うための処理である。

なお、前述したＳ１１０及びＳ１１１の処理を行う代わりに、良好な試聴環境において予め取得してＲＯＭ２４に格納しておいた伝達特性を、Ｓ１０６（図６Ａ）の処理で獲得していた伝達特性で周波数毎に除算する処理をＭＰＵ２３が行うようにしてもよい。また、良好な試聴環境における伝達特性の畳み込みが不要であり、単に平坦な伝達特性のみを望む場合は、このＳ１１１の処理を省略してよい。

まず、Ｓ１１２では、Ｓ１１０及びＳ１１１の処理による算出結果に対して逆ＦＦＴ処理を施して、ＦＩＲフィルタにおけるフィルタ係数を算出する処理がＭＰＵ２３により行われる。

次に、Ｓ１１３では、ＡＤＣ２２−１から送られてくる音声信号データを取得して、Ｓ１０１の格納処理で格納した音声信号データに続けて、ＲＡＭ２５の所定の記憶領域における前述したリングバッファに格納する処理がＭＰＵ２３により行われる。

次に、Ｓ１１４では、ＲＡＭ２５に格納されている音声信号データに対し、Ｓ１１２の処理で算出されたフィルタ係数を用いるＦＩＲフィルタ演算を実行する処理がＭＰＵ２３により行われる。

以上までのＳ１１０からＳ１１４の処理が前述したフィルタ演算処理であり、伝達特性獲得処理により獲得した伝達特性の逆特性、及び、Ｓ１１１の処理を行った場合には良好な試聴環境において予め取得していた伝達特性を、音声信号３に与える処理である。このフィルタ演算処理をＭＰＵ２３が行うことにより、図２のフィルタ演算部１７０の機能がＭＰＵ２３により提供される。

Ｓ１１５では、Ｓ１１４の処理で行われたＦＩＲフィルタ演算の演算結果を、処理後音声信号データとしてＤＡＣ２６へ出力する処理がＭＰＵ２３により行われる。
Ｓ１１６からＳ１２０にかけての処理は、ＦＩＲフィルタにおけるフィルタ係数の更新のための処理である。

まず、Ｓ１１６では、ＡＤＣ２２−２から送られてくる収音信号データを取得して、Ｓ１０３の格納処理で格納した収音信号データに続けて、ＲＡＭ２５の所定の記憶領域における前述したリングバッファに格納する処理がＭＰＵ２３により行われる。

次に、Ｓ１１７では、ＭＰＵ２３が、前述した図６ＡのＳ１０５からＳ１０７までの処理を、直近に行われたＳ１１３及びＳ１１６の処理で取得したデータを含む音声信号データ及び収音信号データに対して行う。この処理により、前述した周波数成分算出処理及び伝達特性獲得処理と、この伝達特性において、振幅成分が最大である周波数を検出する処理とが行われる。

次に、Ｓ１１８では、収音信号の周波数成分の変化の大きさを判別する判別処理がＭＰＵ２３により行われる。より具体的には、Ｓ１１７の処理により検出された周波数が、その直近に実行されたＳ１１７の処理において検出されていた周波数から、所定の閾値以上に変化していたか否かを判定する処理が行われる。

このＳ１１８の判別処理において、周波数の変化が所定の閾値以上であると判定されたとき（判定結果がＹｅｓのとき）には、収音信号の周波数成分の変化が所定値以上に大きいとの判別結果を下す。この場合には、Ｓ１１９において、ＲＡＭ２５に格納していた音声信号データ及び収音音声データを全て廃棄する処理がＭＰＵ２３により行われる。そして、続くＳ１２０において、前述した図６ＡのＳ１０１からＳ１０６にかけての処理が行われて、改めて取得した音声信号データ及び収音音声データについての伝達特性を改めて獲得する伝達特性獲得処理がＭＰＵ２３により行われる。そしてその後はＳ１１０へと処理を戻し、改めて獲得した伝達特性の逆特性を音声信号３に与えるフィルタ演算処理が行われる。

一方、Ｓ１１８の判別処理において、周波数の変化が所定の閾値未満であると判定されたとき（判定結果がＮｏのとき）には、ＭＰＵ２３は、収音信号の周波数成分の変化が所定値よりも小さいとの判別結果を下す。この場合には、Ｓ１１０へと処理を戻し、Ｓ１１７の処理で獲得していた伝達特性（以前に取得していたデータを含む音声信号データ及び収音音声データについての伝達特性）の逆特性を音声信号３に与えるフィルタ演算処理が行われる。

ＦＩＲフィルタにおけるフィルタ係数の更新の処理を以上のようにして行うことで、ＶＣＭ２の振動における共振周波数の急激な変化の検知を行い、そのような変化が検知された場合には、その変化の発生以降の伝達特性に基づいたフィルタ係数が得られる。従って、そのような急激な変化に対する音質の変化に迅速に応答して良好な音質の音を得ることができる。その一方、上述の共振周波数の変化が急激ではない場合には、得られる音に違和感を感じさせるような、音質の過渡な変化を生じさせずに滑らかに変化させることができる。

以上までの処理が、ＭＰＵ２３により行われるデジタル信号処理の処理内容である。
なお、上述したデジタル信号処理を行う場合において、伝達特性獲得の基礎とする音声信号３としては、その周波数成分が人の可聴域の全域に亘ってフラットであることが理想的である。また、収音信号の周波数成分は、少なくとも、その可聴域の全域に亘って含まれているものであることが好ましい。そこで、時間領域上の区間であって、当該区間内の収音信号の周波数成分についての周波数毎の度数が、各周波数の全てにおいて所定度数以上である当該区間を特定する区間特定処理をＭＰＵ２３に行わせるようにしてもよい。なお、この場合には、ＭＰＵ２３で行われる伝達特性獲得処理が、区間特定処理により特定された区間内における伝達特性の獲得を行うようにする。

ここで図７について説明する。図７は、ＭＰＵ２３により行われる区間特定処理の処理内容をフローチャートで図解したものである。
なお、図７の処理は、図６ＢにおけるＳ１１０の処理の実行直前に実行される。

まず、図６ＡのＳ１０８の判定処理がＹｅｓとなると、図７のＳ２０１において、図６ＡのＳ１０５のＦＦＴ処理により得られている、この時点の収音音声データの周波数成分についての周波数毎の度数分布を集計する処理がＭＰＵ２３により行われる。

次に、Ｓ２０２では、Ｓ２０１の処理により得られる度数分布において、周波数毎の周波数成分の度数が、全ての周波数に亘って所定値以上であるか否かを判定する処理がＭＰＵ２３により行われる。ここで、周波数毎の周波数成分の度数が、全ての周波数に亘って所定値以上であると判定されたとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ２０３に処理を進める。一方、ここで、周波数毎の周波数成分の度数が所定値未満である周波数が存在すると判定されたとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ２０５に処理を進める。

Ｓ２０３では、周波数成分を算出する処理がＭＰＵ２３により行われる。この処理では、ＲＡＭ２５での格納データのうち、Ｓ２０１の集計処理での集計対象であった周波数分布の算出に用いた収音信号データと、その収音信号データに対応する音声信号データとの各々に対してＦＦＴ処理を施す処理が行われる。

次に、Ｓ２０４では、伝達特性獲得処理がＭＰＵ２３により行われる。この処理では、ＦＦＴ処理により得られた収音音声データの周波数成分を、同じくＦＦＴ処理により得られた音声信号データの周波数成分で周波数毎に除算して、音声信号３と収音信号との間の周波数領域での伝達特性を獲得する処理が行われる。そして、この処理を終えた後には、図６ＢのＳ１１０に処理を進める。なお、このときに行われるＳ１１０の処理では、Ｓ２０４の処理により獲得された伝達特性の逆特性を獲得する処理がＭＰＵ２３により行われる。

一方、Ｓ２０２の判定処理の結果がＮｏであったときには、Ｓ２０５において、図６ＡのＳ１０１からＳ１０３と同一の処理がＭＰＵ２３により行われる。そして、続くＳ２０６において、図６ＡのＳ１０５及びＳ１０６と同一の処理がＭＰＵ２３により行われ、その後はＳ２０１に処理を戻す。なお、このときに行われるＳ２０１の処理では、Ｓ２０６の処理により得られる、この時点の収音音声データの周波数成分についての周波数毎の度数分布を集計する処理がＭＰＵ２３により行われる。

以上の区間特定処理をＭＰＵ２３が行うことにより、周波数成分が、所定の周波数帯域の全域に亘って含まれている収音信号に基づいた伝達特性を獲得することができる。
ＭＰＵ２３は、以上までに説明したような信号処理を行う。

次に図８について説明する。図８は、図３の電気音響変換装置の第二の使用例を図解したものである。
図８において、携帯電話機１５は、図４に示した第一の例におけるものと同様に、図３の電気音響変換装置が備えられている電子機器であり、この携帯電話機１５の筐体からエキサイタ１０が突出している。例えば、この携帯電話機１５が備えている動画投影機能（動画像を壁面に拡大投影して表示する機能）を使用するときに、携帯電話機１５の使用者はエキサイタ１０を紙１２に押し付けるようにする。すると、動画像に添付されている音声が、拡大投影される動画像に相応しい大きな音となって紙１２から放音される。

なお、図４及び図８を用いて説明した電気音響変換装置の使用例では、いずれも、携帯電話機１５の使用者がエキサイタ１０を紙１２に押し付けることで、エキサイタ１０と振動板（すなわち紙１２）との接触状態を保持するようにしていた。この代わりに、例えば、図９に図解するように、エキサイタ１０に吸盤３１を固定しておき、この吸盤３１を、振動板であるプラスティック板３２に吸着させ、この状態でエキサイタ１０がプラスティック板３２に音の振動を伝えるようにしてもよい。このようにしても、プラスティック板３２が空気を振動させて音波５を生じさせることができる。

また、この代わりに、例えば、図１０に図解するように、空気ポンプ３３を電気音響変換装置に備えるようにする。そして、このときに、振動板であるプラスティック板３２をエキサイタ１０側から吸気孔３４を介して空気ポンプ３３で吸引してエキサイタ１０に吸着させ、この状態でエキサイタ１０がプラスティック板３２に音の振動を伝えるようにしてもよい。このようにしても、プラスティック板３２が空気を振動させて音波５を生じさせることができる。

なお、エキサイタ１０と振動板との接触状態を保持する手法として、この他に、例えば、着脱が可能である、ゲル状の接着剤をエキサイタ１０と振動板との接触面に塗布して両者を接着するようにしてもよい。

なお、以上までに説明した実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
ボイス・コイル・モータを有し、該ボイス・コイル・モータに第一の音声信号を流すことで生じる音の第一の振動を、接触している振動板に与えると共に、所定の特性が与えられた第二の音声信号に応じた第二の振動を該振動板に与えるエキサイタと、
該音を収音して収音信号を出力する収音部と、
該第一の音声信号及び該第二の音声信号の入力を受け付ける受付部と、
該受け付けた該第一の音声信号と、該出力された該収音信号との各々の周波数成分を算出する周波数成分算出部と、
該第一の音声信号と該収音信号との各々の周波数成分に基づき、該第一の音声信号と該収音信号との間の周波数領域での伝達特性を獲得する伝達特性獲得部と、
該エキサイタの該振動板への接触の有無を、該ボイス・コイル・モータの共振周波数の変化に基づいて検知する接触検知部と、
該接触検知部が該エキサイタの該振動板への接触を検知した場合に、該第二の音声信号に、該伝達特性獲得部が獲得した伝達特性に基づいた、該所定の特性を与えるデジタルフィルタ演算を行うと共に、該デジタルフィルタ演算に基づいて、該第二の音声信号に該所定の特性を与えるフィルタ演算部と
を有することを特徴とする電気音響変換装置。
（付記２）
該フィルタ演算部は、該所定の特性として、該伝達特性に対する逆特性を該第二の音声信号に与えることを特徴とする付記１記載の電気音響変換装置。
（付記３）
該接触検知部は、該ボイス・コイル・モータの共振周波数の変化によって生じる該収音信号の周波数成分の変化に基づいて、該エキサイタの該振動板への接触の有無を検知することを特徴とする付記１または２に記載の電気音響変換装置。
（付記４）
該接触検知部は、該収音信号の周波数成分の変化によって生じる該伝達特性の変化に基づいて、該エキサイタの該振動板への接触の有無を検知することを特徴とする付記３に記載の電気音響変換装置。
（付記５）
該接触検知部は、該伝達特性において、振幅成分が最大の周波数が所定の閾値以上に変化したときに、該エキサイタの該振動板への接触を検知したものとすることを特徴とする付記４に記載の電気音響変換装置。
（付記６）
該収音信号の周波数成分の変化の大きさを判別する判別部を更に有し、
該伝達特性獲得部は、該収音信号の周波数成分の変化が所定値以上に大きいと該判別部が判別したときの該伝達特性を改めて獲得し、
該フィルタ演算部は、該伝達特性獲得部が該伝達特性を改めて獲得したときには、改めて獲得した伝達特性に基づいて該所定の特性を該第二の音声信号に与えるデジタルフィルタ演算を行う、
ことを特徴とする付記１から５のうちのいずれか一項に記載の電気音響変換装置。
（付記７）
該判別部は、該伝達特性獲得部が獲得した該伝達特性において振幅が最大の周波数が所定値以上に変化したときに、該収音信号の周波数成分の変化が所定値以上に大きいとの判別結果を下すことを特徴とする付記６に記載の電気音響変換装置。
（付記８）
時間領域上の区間であって、該区間内の該第一の音声信号の周波数成分についての周波数毎の度数が、各周波数の全てにおいて所定度数以上である該区間を特定する区間特定部を更に有しており、
該伝達特性獲得部は、該区間特定部により特定された区間内における該伝達特性を獲得する、
ことを特徴とする付記１から７のうちのいずれか一項に記載の電気音響変換装置。
（付記９）
該フィルタ演算部は、該逆特性に加えて、所定の伝達特性を該音声信号に与えるデジタルフィルタ演算を行うことを特徴とする付記２に記載の電気音響変換装置。
（付記１０）
該エキサイタに吸盤が固定されており、該吸盤を該振動板に吸着させた状態で該振動板に該振動を伝えることを特徴とする付記１から９のうちのいずれか一項に記載の電気音響変換装置。
（付記１１）
空気ポンプを更に有しており、
振動板を該エキサイタ側から該空気ポンプで吸引して該エキサイタに吸着させた状態で該振動板に該振動を伝える、
ことを特徴とする付記１から９のうちのいずれか一項に記載の電気音響変換装置。
（付記１２）
付記１から１１のうちのいずれか一項に記載の電気音響変換装置と、
該音声信号を電気音響変換装置に与える出力部と、
を備えていることを特徴とする電子機器。

１ 永久磁石
２、１１１ ＶＣＭ
３ 音声信号
４ コーン
５ 音波
６ キャビティ
７ 逆相音波
１０、１１０ エキサイタ
１１ バネ
１２ 紙
１３ マイク
１４ 信号処理部
１５ 携帯電話機
１６ 出力部
２１−１、２１−２、２７ 増幅部
２２−１、２２−２ ＡＤＣ
２３ ＭＰＵ
２４ ＲＯＭ
２５ ＲＡＭ
２６ ＤＡＣ
２８ バスライン
３１ 吸盤
３２ プラスティック板
３３ 空気ポンプ
３４ 吸気孔
１１２ 振動板
１２０ 収音部
１３０ 受付部
１４０ 周波数成分算出部
１５０ 伝達特性獲得部
１６０ 接触検知部
１７０ フィルタ演算部

Claims (6)

1. ボイス・コイル・モータを有し、該ボイス・コイル・モータに第一の音声信号を流すことで生じる音の第一の振動を、接触している振動板に与えると共に、所定の特性が与えられた第二の音声信号に応じた第二の振動を該振動板に与えるエキサイタと、
   該音を収音して収音信号を出力する収音部と、
   該第一の音声信号及び該第二の音声信号の入力を受け付ける受付部と、
   該受け付けた該第一の音声信号と、該出力された該収音信号との各々の周波数成分を算出する周波数成分算出部と、
   該第一の音声信号と該収音信号との各々の周波数成分に基づき、該第一の音声信号と該収音信号との間の周波数領域での伝達特性を獲得する伝達特性獲得部と、
   該エキサイタの該振動板への接触の有無を、該ボイス・コイル・モータの共振周波数の変化に基づいて検知する接触検知部と、
   該接触検知部が該エキサイタの該振動板への接触を検知した場合に、該第二の音声信号に、該伝達特性獲得部が獲得した伝達特性に基づいた、該所定の特性を与えるデジタルフィルタ演算を行うと共に、該デジタルフィルタ演算に基づいて、該第二の音声信号に該所定の特性を与えるフィルタ演算部と
   を有することを特徴とする電気音響変換装置。
2. 該フィルタ演算部は、該所定の特性として、該伝達特性に対する逆特性を該第二の音声信号に与えることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換装置。
3. 該接触検知部は、該ボイス・コイル・モータの共振周波数の変化によって生じる該収音信号の周波数成分の変化に基づいて、該エキサイタの該振動板への接触の有無を検知することを特徴とする請求項１または２に記載の電気音響変換装置。
4. 該接触検知部は、該収音信号の周波数成分の変化によって生じる該伝達特性の変化に基づいて、該エキサイタの該振動板への接触の有無を検知することを特徴とする請求項３に記載の電気音響変換装置。
5. 該接触検知部は、該伝達特性において、振幅成分が最大の周波数が所定の閾値以上に変化したときに、該エキサイタの該振動板への接触を検知したものとすることを特徴とする請求項４に記載の電気音響変換装置。
6. 該収音信号の周波数成分の変化の大きさを判別する判別部を更に有し、
   該伝達特性獲得部は、該収音信号の周波数成分の変化が所定値以上に大きいと該判別部が判別したときの該伝達特性を改めて獲得し、
   該フィルタ演算部は、該伝達特性獲得部が該伝達特性を改めて獲得したときには、改めて獲得した伝達特性に基づいて該所定の特性を該第二の音声信号に与えるデジタルフィルタ演算を行う、
   ことを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の電気音響変換装置。