JP2012186676A - 信号処理装置および信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＦＢの設定を迅速に行う。
【解決手段】デジタル信号処理部２に対して、デジタルオーディオ信号が供給される。デジタルオーディオ信号は、低域補正イコライザ５により低域補償の処理が行われ、合成部６に供給される。スピーカユニット１５の動きを検出することで得られる検出信号は、ＡＤＣ１７によってデジタル検出信号に変換される。デジタル検出信号は、デジタル信号処理部２に供給される。ゲイン調整部７において、デジタル検出信号にゲイン係数が乗算されることで、帰還信号が生成される。帰還信号は、合成部６でデジタルオーディオ信号と合成される。ゲイン係数は、記憶部４に複数記憶される。複数のゲイン係数のうち、制御部３により選択されたゲイン係数がゲイン調整部７における乗算に用いられるように、制御部３によって制御される。
【選択図】図１

Description

本開示は、例えば、オーディオ信号を再生する機器に適用可能な信号処理装置および信号処理方法に関する。

音響の分野では、従来からＭＦＢ(Motional Feed Back：モーショナルフィードバック）の処理が知られている。ＭＦＢの処理は、スピーカの振動板の動きから得られる電気信号を検出する。オーディオ信号に対して、検出した電気信号を正帰還または負帰還することにより、スピーカユニットの振動板の動きを制御する。正帰還のＭＦＢの処理により、残響感を感じさせるオーディオ信号の再生ができる。負帰還のＭＦＢの処理により、好ましくない低域の響きが抑制される。下記特許文献１〜特許文献３には、アナログ素子によりＭＦＢを実現したオーディオシステムが記載されている。

特開平１０−１６４６８５号公報 特開平１０−０７０７８８号公報 特開２００４−２００９３４号公報

正帰還のＭＦＢの処理においては、スピーカの振動板の動きが増大する。振動板の動きが増大することにより、オーディオ信号の残響時間が長くなる。反対に、負帰還のＭＦＢの処理においては、低域におけるスピーカの振動板の動きが抑制される。振動板の動きが抑制されることにより、オーディオ信号の残響時間が短くなり、不要な低音が除去される。正帰還および負帰還のいずれのＭＦＢの処理を施すかは、聴取者の嗜好、聴取環境、オーディオ信号の特性などによって異なる。このため、正帰還および負帰還の双方のＭＦＢの処理を実行でき、ＭＦＢの処理における設定を自由に変更できるシステムが望まれる。

上述の特許文献１〜３に記載されているアナログのＭＦＢは、回路素子の特性のばらつき等により、正帰還および負帰還のＭＦＢの処理を迅速に切り替えることができない。さらに、ＭＦＢの処理における帰還信号に対するゲインを迅速に変更できない。さらに、帰還信号に対するゲインを詳細に設定できない。したがって、例えば、聴取者の嗜好、聴取環境、オーディオ信号の特性に応じた音響再生ができないという問題があった。

したがって、本開示の目的の一つは、例えば、ＭＦＢの処理における設定を迅速に行うことができる信号処理装置および信号処理方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本開示の信号処理装置は、例えば、スピーカの振動板の動きに対応するデジタル検出信号を生成し、デジタル検出信号を出力する検出部と、
出力されるデジタル検出信号に対して、ゲイン係数を乗算することでデジタル帰還信号を生成し、生成したデジタル帰還信号を出力するゲイン調整部と、
出力されるデジタル帰還信号とデジタルオーディオ信号とを合成する合成部と、
ゲイン係数を複数記憶する記憶部と、
複数のゲイン係数のうち所定のゲイン係数を選択し、選択したゲイン係数が乗算に用いられるように制御する制御部とを有する信号処理装置である。

本開示の信号処理方法は、例えば、スピーカの振動板の動きに対応するデジタル検出信号を生成し、生成したデジタル検出信号を出力し、
出力されるデジタル検出信号に対して、ゲイン係数を乗算することでデジタル帰還信号を生成し、生成したデジタル帰還信号を出力し、
出力されるデジタル帰還信号と、デジタルオーディオ信号とを合成し、
ゲイン係数を複数記憶し、
複数のゲイン係数のうち所定のゲイン係数が選択され、選択されたゲイン係数が乗算に用いられるように制御される信号処理装置における信号処理方法である。

少なくとも一つの実施形態によれば、例えば、ＭＦＢの処理における設定を迅速に変更することができる。

再生装置の構成例を示すブロック図である。 ＭＦＢの処理がオフのときのスピーカユニットの出力特性を説明するための略線図である。 負帰還のＭＦＢの処理が実行されたときの、スピーカユニットの出力特性を説明するための略線図である。 正帰還のＭＦＢの処理が実行されたときの、スピーカユニットの出力特性を説明するための略線図である。 トーンバースト信号に対するスピーカユニットの時間応答を説明するための略線図である。 ゲイン係数の一例を示す略線図である。 低域補正イコライザの構成例を示すブロック図である。 モード毎の低域補正イコライザの特性例を示す略線図である。 イコライザ係数の一例を示す略線図である。 変形例における再生装置の構成例を示すブロック図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
＜１．一実施形態＞
＜２．変形例＞
なお、以下に説明する実施形態および変形例は、本開示の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本開示の範囲は、以下の説明において、特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態および変形例に限定されないものとする。

＜１．一実施形態＞
「再生装置の構成」
図１は、本開示の一実施形態における、再生装置１の構成例を示す。再生装置１は、ＭＦＢの処理が施されたオーディオ信号を再生する機能を有する。もちろん、ＭＦＢの処理が施されていないオーディオ信号を再生できるようにしてもよい。

再生装置１は、例えば、テレビジョン装置、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器や携帯型電子機器に適用できる。再生装置１は、信号処理装置の一例であるデジタル信号処理部２を有する。デジタル信号処理部２は、例えば、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)により構成される。デジタル信号処理部２は、その機能に注目すると、例えば、制御部３、記憶部４、低域補正イコライザ５、合成部６、ゲイン調整部７、ＬＰＦ(Low Pass Filter)８から構成される。デジタル信号処理部２の処理は、プログラムにより実現することができる。

再生装置１に対して、ソース信号として、デジタルオーディオ信号およびアナログオーディオ信号が供給される。デジタルオーディオ信号は、入力端子９を介して再生装置１に供給される。デジタルオーディオ信号は、例えば、４８ｋＨｚの信号である。

アナログオーディオ信号は、入力端子１０を介して再生装置１に供給される。供給されたアナログオーディオ信号は、ＡＤＣ(Analog to Digital Converter)１１によりデジタルオーディオ信号へと変換される。ＡＤＣ１１におけるサンプリング周波数ｆｓは、例えば、４８ｋＨｚである。

再生装置１に供給されるオーディオ信号がデジタルオーディオ信号かアナログオーディオ信号かに応じて、スイッチ１２が切り替わる。デジタルオーディオ信号が供給される場合は、スイッチ１２は、接点１２ａに接続される。アナログオーディオ信号が供給される場合は、スイッチ１２は、接点１２ｂに接続される。スイッチ１２の切り替えは、例えば、制御部３や図示しないＣＰＵ(Central Processing Unit)等により制御される。

なお、再生装置１に対して、デジタルオーディオ信号およびアナログオーディオ信号のいずれか一方のみが供給される場合は、スイッチ１２は不要である。さらに、音源がマルチチャンネルに対応し、チャンネル毎のオーディオ信号が入力される場合には、各チャンネルに応じた構成が設けられてもよい。

入力端子９を介して入力されるデジタルオーディオ信号、または、ＡＤＣ１１から供給されるデジタルオーディオ信号が、スイッチ１２から選択的に出力される。スイッチ１２から出力されるデジタルオーディオ信号が、低域補正イコライザ５に供給される。低域補正イコライザ５は、供給されるデジタルオーディオ信号の周波数特性を補正する。

低域補正イコライザ５は、例えば、２次のＩＩＲ(Infinite Impulse Response)フィルタにより構成される。低域補正イコライザ５をデジタルフィルタにより構成することで、低域補正イコライザ５の特性を容易かつ迅速に変更できる。さらに、フィルタを構成する素子の特性のばらつきを考慮する必要がない。低域補正イコライザ５の特性は、後述するイコライザ係数によって規定される。なお、イコライザ係数は、例えば、制御部３によって選択される。選択されたイコライザ係数が、低域補正イコライザ５による補正に用いられるように、制御部３によって制御される。

低域補正イコライザ５により周波数特性を補正しないでＭＦＢの処理を行うと、スピーカユニット１５の低域共振周波数ｆ０付近のパワーが低下する周波数特性となる。低域補正イコライザ５は、低域共振周波数ｆ０付近のパワーが低下することを防ぐため、予めデジタルオーディオ信号の周波数特性を補正する。すなわち、低域補正イコライザ５は、ＭＦＢの処理により減衰する低域共振周波数ｆ０付近のパワーを予めもちあげる補正を行う。

低域補正イコライザ５による処理を予め行うことで、目標の周波数特性とされた音をスピーカユニット１５から再生できる。なお、低域補正イコライザ５の処理により実現される目標の周波数特性は、例えば、フラット（平坦）な周波数特性である。もちろん、低域を一定レベルにブーストまたはカットした特性をはじめ、任意の特性を設定してもかまわない。低域補正イコライザ５から出力されるデジタルオーディオ信号が、合成部６に供給される。

合成部６は、低域補正イコライザ５から供給されるデジタルオーディオ信号と、ゲイン調整部７から出力される帰還信号とを加算する。合成器６から出力されるデジタルオーディオ信号は、ＤＡＣ(Digital to Analog Converter)１３に供給される。ＤＡＣ１３により、デジタルオーディオ信号がアナログオーディオ信号へと変換される。ＤＡＣ１３から出力されるアナログオーディオ信号は、パワーアンプ１４に供給される。

パワーアンプ１４は、アナログオーディオ信号を所定の増幅率で増幅する。増幅されたアナログオーディオ信号がスピーカユニット１５に供給される。供給されるアナログオーディオ信号により、スピーカユニット１５のボイスコイルが振動する。ボイスコイルの振動が振動板に伝達し、振動板が振動する。振動板の振動により、アナログオーディオ信号に応じた音がスピーカユニット１５から再生される。スピーカユニット１５は、例えば、ダイナミックスピーカなどのインピーダンスが変化しないスピーカユニットである。

ＭＦＢの処理において、スピーカユニット１５の振動板の動きを検出する方式は、いくつか知られている。一実施形態では、ブリッジ回路による方式を使用している。この方式では、スピーカユニット１５を抵抗と見なし、パワーアンプ１４とスピーカユニット１５との間の信号線に、スピーカユニット１５および抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３により構成されるブリッジ回路を設ける。スピーカユニット１５の抵抗値は、例えば、製造者が指定する公称インピーダンスとされ、４Ω、８Ω、１６Ω、３２Ω等の値とされる。スピーカユニット１５と抵抗Ｒ３との接続点を、例えばＡ点とし、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点を、例えばＢ点とする。

検出／増幅回路１６は、Ａ点とＢ点との電位差を検出する。Ａ点とＢ点との電位差は、スピーカユニット１５の駆動によってブリッジの平衡条件がくずれた際に発生する。すなわち、検出／増幅回路１６は、Ａ点とＢ点との電位差を検出することにより、スピーカユニット１５の振動板の動きを検出することができる。ブリッジ回路により得られる検出信号（電位差）は、スピーカユニット１５の振動板の動きとして、速度を示すものとなる。すなわち、図１に示すＭＦＢの方式は、速度帰還型と称される方式に対応する。

ブリッジ回路により検出された検出信号は、検出／増幅回路１６によって増幅された後に、ＡＤＣ１７に対して供給される。ＡＤＣ１７は、供給される検出信号をデジタル信号に変換して出力する。ＡＤＣ１７から出力されるデジタル検出信号が、デジタル信号処理部２のＬＰＦ８に供給される。例えば、ブリッジ回路と検出／増幅回路１６とＡＤＣ１７により検出部が構成される。

ＬＰＦ８は、例えば、ＩＩＲフィルタにより構成される。ＬＰＦ８は、所定の周波数以下の帯域信号成分のみを通過させる。ＬＰＦ８の処理により、デジタル検出信号の周波数成分のうち、ＭＦＢの処理に不要な周波数成分が除去される。ＬＰＦ８を通過したデジタル検出信号がゲイン調整部７に供給される。

ゲイン調整部７は、ＬＰＦ８から供給されるデジタル検出信号に対して、所定のゲイン係数を乗算する。デジタル検出信号に所定のゲイン係数を乗算することで、帰還信号（デジタル帰還信号）が得られる。ゲイン係数は、例えば、正のゲイン係数や負のゲイン係数である。ゲイン係数は、０でもよい。ゲイン係数は、例えば、制御部３によって選択される。選択されたゲイン係数が、ゲイン調整部７による乗算に用いられるように制御部３により制御される。ゲイン調整部７から出力される帰還信号が合成部６に供給される。合成部６は、デジタルオーディオ信号とデジタル形式の帰還信号とを合成する。

例えば、ゲイン調整部７において、デジタル検出信号に対して正のゲイン係数が乗算されることで帰還信号が得られる。この帰還信号が、合成部６でデジタルオーディオ信号と合成される。この場合は、結果的に正帰還の動作となる。例えば、ゲイン調整部７において、デジタル検出信号に対して負のゲイン係数が乗算されることで帰還信号が得られる。この帰還信号が、合成部６でデジタルオーディオ信号と合成される。この場合は、結果的に負帰還の動作となる。例えば、ゲイン係数が０のときは、帰還信号は生成されない。すなわち、ＭＦＢの処理がオフとされる。なお、ゲイン調整部７と合成部６との間にスイッチを設けてもよい。スイッチがオフされることにより、ＭＦＢの処理がオフされるようにしてもよい。

制御部３は、記憶部４と接続される。記憶部４は、例えば、書き換え可能な不揮発性のメモリである。記憶部４は、複数のゲイン係数を記憶する。例えば、記憶部４は、複数のモードのそれぞれに対応するゲイン係数を記憶し、一以上の正のゲイン係数と一以上の負のゲイン係数とを記憶する。記憶部４に、低域補正イコライザ５の特性を規定するパラメータが記憶されてもよい。例えば、記憶部４に、複数のモードに応じたイコライザ係数が記憶されてもよい。ゲイン係数およびイコライザ係数の詳細については、後述する。

なお、記憶部４に記憶されるゲイン係数は、例えば、ユーザの操作によって変更できるようにしてもよい。ゲイン係数を、ネットワークを介して取得し、取得したゲイン係数を記憶することでゲイン係数を更新できるようにしてもよい。固定のゲイン係数としてもよい。

再生装置１に対しては、複数のモードを設定できる。複数のモードは、例えば、正帰還のＭＦＢの処理を実行するモード、負帰還のＭＦＢの処理を実行するモード、ＭＦＢの処理をオフするモードである。正帰還や負帰還のＭＦＢの処理を実行するモードの中で、ＭＦＢのかかり具合が異なるモードを設定できるようにしてもよい。

複数のモードは、例えば、図示しないユーザインタフェースによって設定できる。ユーザインタフェースによりモードが指定されると、モード切替信号が発生する。発生したモード切替信号が、制御部３に供給される。制御部３は、モード切替信号により指定されるモードを認識する。そして、制御部３は、認識したモードに対応するゲイン係数を選択する。選択されたゲイン係数が、制御部３の制御によりゲイン調整部７に対して設定される。なお、制御部３は、認識したモードに対応するイコライザ係数を選択してもよい。そして、選択されたイコライザ係数が、制御部３の制御により低域補正イコライザ５に設定されてもよい。

入力端子９または入力端子１０を介して再生装置１に入力されるオーディオ信号の特性に応じて、モードが自動的に設定されてもよい。例えば、スイッチ１２から出力されたデジタルオーディオ信号が制御部３に対して供給される。制御部３は、例えば、供給されたデジタルオーディオ信号の周波数特性を分析する。制御部３は、分析した結果に応じて最適なモードを認識し、最適なモードに対応するゲイン係数を選択する。選択されたゲイン係数が、制御部３の制御によりゲイン調整部７に設定される。なお、制御部３は、分析した周波数特性に応じて最適なイコライザ係数を選択してもよい。選択されたイコライザ係数が、制御部３の制御により低域補正イコライザ５に設定されてもよい。

制御部３によりデジタルオーディオ信号の周波数が分析されることでジャンルが判別され、判別されたジャンルに応じてゲイン係数が選択されてもよい。映画の音などは、迫力を得るためにある程度の残響感があった音が好ましい。一方、クラシックなどのオーディオコンテンツは、原音に忠実な再生がなされることが好ましい。そこで、例えば、デジタルオーディオ信号の分析の結果、デジタルオーディオ信号の特性がクラシック等のオーディオコンテンツである場合は、制御部３により負のゲイン係数が選択される。例えば、デジタルオーディオ信号の分析の結果、デジタルオーディオ信号の特性が映画音楽やゲーム音楽である場合は、制御部３により正のゲイン係数が選択される。

なお、デジタルオーディオ信号の特性を分析する方法は、周波数特性を分析する方法に限られない。例えば、再生装置１に入力されるオーディオ信号にメタ情報が付加され、そのメタ情報を使用してジャンルを判別してもよい。メタ情報に、最適なゲイン係数やイコライザ係数を含ませてもよい。

以上のように、例えば、ユーザが複数のモードの中から一つのモードを選択することにより、所望の特性の再生音を選択することができる。さらに、処理がデジタル的に行われるため、モードの選択に応じて、ゲイン調整部７等に対する設定を迅速に行うことができる。例えば、正帰還のＭＦＢがかけられ、エネルギー感のある低音を含むオーディオ信号と、負帰還のＭＦＢがかけられ、不要な低音が除去されたオーディオ信号とを切り替えて聞くことができる。さらに、ＭＦＢの処理のかかり具合を詳細に設定できる。

「スピーカの振幅特性」
ＭＦＢの処理によるスピーカユニット１５の振幅特性の変化について説明する。図２は、ＭＦＢの処理をオフしたときのスピーカユニット１５の振幅特性の一例を示す。図２において、波形ａは、音圧を示す。波形ｂおよび波形ｃは、２次歪みおよび３次歪みをそれぞれ示す。この例のスピーカユニット１５の低域共振周波数ｆ０は、例えば、８０Ｈｚである。

図３は、負帰還のＭＦＢの処理が施されたときの、スピーカユニット１５の振幅特性の一例を示す。図３に示すように、ＭＦＢの処理をオフしたときに比べて、低域共振周波数ｆ０付近の音圧レベルが抑制されている。つまり、負帰還のＭＦＢの処理がかけられることにより、低域共振周波数ｆ０の振動に対して有効なダンピングが与えられている。

なお、図３に示す周波数特性は、例えば、フラット（平坦）な周波数特性が好ましいとされた場合には、減衰した低域のパワーを補正する必要がある。そこで、上述したように、低域補正イコライザ５によって、負帰還のＭＦＢの処理により減衰する低域を補正する。

図４は、正帰還のＭＦＢの処理が施されたときの、スピーカユニット１５の振幅特性の一例を示す。図４に示すように、ＭＦＢの処理をオフしたときに比べて、低域共振周波数ｆ０付近の音圧レベルが増大している。なお、正帰還のＭＦＢの処理がかけられる場合に、低域補正イコライザ５による補正がなされてもよい。低域補正イコライザ５による補正を行うことで、再生されるオーディオ信号の周波数特性を所望の周波数特性にすることができる。

「スピーカの時間応答」
スピーカユニット１５の時間応答の一例について、図５を使用して説明する。図５Ａは、正弦波を方形波にのせた、トーンバースト信号の波形を示す。トーンバースト信号の周波数は、低域共振周波数ｆ０の近傍の周波数であり、例えば、８０Ｈｚとされる。図５Ａに示すトーンバースト信号を再生装置１に入力する。

図５Ｂは、ＭＦＢの処理をオフしたときの、スピーカの時間応答を示す。トーンバースト信号を入力したときの出力波形は、徐々に減衰する特性を示す。図５Ｃは、負帰還のＭＦＢの処理が行われたときのスピーカユニット１５の時間応答を示す。トーンバースト信号を入力したときの出力波形は、振幅が短時間に減衰する特性を示す。図５Ｄは、正帰還のＭＦＢの処理が行われたときのスピーカユニット１５の時間応答を示す。トーンバースト信号を入力したときの出力波形は、振幅が減衰する時間が長くなる特性を示す。

図５Ｃに示すように、負帰還のＭＦＢの処理が施されることにより、オーディオ信号の再生に伴う残響感が除去される。例えば、クラシック音楽やジャズでは、残響感が弱いほうが好ましい。一方、図５Ｄに示すように、正帰還のＭＦＢの処理が施されることにより、オーディオ信号の再生にともなう残響感が増大する。例えば、映画に使用される音楽やゲームの音楽では、残響感が強調され、より臨場感がでることが好ましい。再生装置１は、上述したようにして、オーディオ信号の特性に応じて、正帰還および負帰還のＭＦＢの処理を切り替えることができる。

「ゲイン係数」
次に、ゲイン係数（フィードバックゲイン）について説明する。上述したように、ゲイン係数は、記憶部４に記憶される。例えば、複数のモードのそれぞれに対応するゲイン係数がテーブルに記憶され、このテーブルが記憶部４に記憶される。記憶部４には、例えば、一以上の負のゲイン係数および一以上の正のゲイン係数が記憶される。記憶部４に記憶されているゲイン係数のうち所定のゲイン係数が制御部３の制御により選択される。例えば、それぞれのモードに対応するゲイン係数が選択される。選択されたゲイン係数が、制御部３の制御によりゲイン調整部７に設定される。

図６は、各モードに応じたゲイン係数Ｋ（フィードバックゲインＫ）の一例を示す。図６に示す例では、複数のモードとして、モードＡ、モードＢ、モードＣ、モードＤ、モードＥおよびモードＦの６種類のモードが規定されている。それぞれのモードに応じたゲイン係数が設定されている。なお、ゲイン係数は、例えば、事前に測定したフィードバックの系におけるピークレベル（低域共振周波数ｆ０）と、目標のピークレベルとの差分に応じて適切に設定される。ゲイン係数の絶対値が大きいほど、デジタルオーディオ信号への帰還量が大きくなる。

モードＡは、負帰還のＭＦＢを強くかけるモードである。モードＡでは、例えば、ゲイン係数Ｋは、−０．５とされる。ゲイン係数Ｋをデシベル（ｄＢ）に換算したときの値（フィードバックゲイン｜Ｋ｜）は、−６ｄＢとなる。ゲイン係数Ｋを１６bitで表示すると「０ｘｃ０００」となる。なお、０ｘは、１６進数による表記を示す。

モードＡは、ゲイン係数Ｋの絶対値が他のモードより大きい値とされる。つまり、帰還信号のレベルが大きくなる。さらに、ゲイン係数Ｋが負であることから負帰還となる。すなわち、モードＡでは、負帰還のＭＦＢを強くかけるモードとなる。

モードＢは、モードＡよりも弱い負帰還のＭＦＢをかけるモードである。モードＢでは、例えば、ゲイン係数Ｋが−０．３５５とされる。ゲイン係数Ｋをデシベル（ｄＢ）に換算したときの値（フィードバックゲイン｜Ｋ｜）は、−９ｄＢとなる。ゲイン係数Ｋを１６bitで表示すると「０ｘｄ２９０」となる。

モードＣは、モードＢよりも弱い負帰還のＭＦＢをかけるモードである。モードＣでは、例えば、ゲイン係数Ｋが−０．２５とされる。ゲイン係数Ｋをデシベル（ｄＢ）に換算したときの値（フィードバックゲイン｜Ｋ｜）は、−１２ｄＢとなる。ゲイン係数Ｋを１６bitで表示すると「０ｘｅ０００」である。

モードＤは、帰還信号を０にするモードである。すわなち、モードＤは、ＭＦＢをオフするモードである。モードＤでは、ゲイン係数Ｋが０とされる。ゲイン係数Ｋをデシベル（ｄＢ）に換算したときの値（フィードバックゲイン｜Ｋ｜）は、−∞となる。ゲイン係数Ｋを１６bitで表示すると「０ｘ００００」となる。

モードＥは、正帰還のＭＦＢを弱くかけるモードである。モードＥでは、例えば、ゲイン係数Ｋが０．１２５とされる。ゲイン係数Ｋをデシベル（ｄＢ）に換算したときの値（フィードバックゲイン｜Ｋ｜）は、１８ｄＢとなる。ゲイン係数Ｋを１６bitで表示すると「０ｘ１０００」となる。モードＥでは、ゲイン係数Ｋが他のモードより小さい値とされていることから、帰還量が少なくなる。さらに、ゲイン係数Ｋが正であることから正帰還となる。すなわち、モードＥは、正帰還のＭＦＢを弱くかけるモードとなる。

モードＦは、モードＥよりも正帰還のＭＦＢを強くかけるモードである。モードＦでは、例えば、ゲイン係数Ｋが０．２５とされる。ゲイン係数Ｋをデシベル（ｄＢ）に換算したときの値（フィードバックゲイン｜Ｋ｜）は、１２ｄＢとなる。ゲイン係数Ｋを１６bitで表示すると「０ｘ２０００」となる。

記憶部４に、例えば、一以上の正のゲイン係数および一以上の負のゲイン係数を記憶する。正および負のゲイン係数を切り替えることで、結果的に、正帰還と負帰還とによるＭＦＢを切り替えることができる。さらに、ゲイン係数の値を複数設定することにより、かかり具合の異なるＭＦＢの処理を実現することができる。したがって、聴取者の嗜好、聴取環境、オーディオ信号の特性に適したＭＦＢの処理を実行することができる。

「低域補正イコライザ」
図７は、低域補正イコライザ５の構成例を示す。低域補正イコライザ５は、例えば、２次のＩＩＲフィルタにより構成される。低域補正イコライザ５は、ＦＩＲにより構成されてもよい。低域補正イコライザ５をデジタルにより構成することで、低域補正イコライザ５の特性を容易かつ迅速に変更することができる。

図７に示すように、低域補正イコライザ５は、加算器ＡＤの前段に遅延素子Ｄ０および遅延素子Ｄ１を備える。さらに、低域補正イコライザ５は、加算器ＡＤの前段に、それぞれのイコライザ係数ａ０、イコライザ係数ａ１、イコライザ係数ａ２を乗算する乗算部５１および乗算部５２、乗算器５３を備える。この例では、イコライザ係数は、フィルタ係数を意味する。

低域補正イコライザ５は、加算器ＡＤの後段に遅延素子Ｄ２および遅延素子Ｄ３を備える。さらに、低域補正イコライザ５は、加算器ＡＤの後段に、それぞれのイコライザ係数ｂ１、イコライザ係数ｂ２を乗算する乗算部５４および乗算部５５を備える。乗算器５１、乗算器５２、乗算器５３、乗算器５４、乗算器５５のそれぞれの出力が加算器ＡＤにより加算される。

低域補正イコライザ５に対して、例えば、上述したＡ〜Ｆの６つのモードに対応した特性を設定できる。図８は、各モードが設定されたときの、低域補正イコライザ５の特性例を模式的に示したものである。なお、図８に示す低域補正イコライザ５の特性例は一例であり、この例に限られない。

例えば、モードＡによるＭＦＢの処理が施されたオーディオ信号は、低域共振周波数ｆ０近傍のレベルが減衰する。モードＡは、ゲイン係数の絶対値が大きく、負帰還のＭＦＢが強くかけられるモードであることから、低域共振周波数ｆ０付近のレベルの減衰は大きくなる。このため、モードＡの場合は、補正レベルが大きくなるよう低域補正イコライザ５の特性が設定される。

モードＡに対して、モードＢ、モードＣ、モードＤ、モードＥ、モードＦと補正レベルが減少する。すなわち、例えば、デジタルオーディオ信号への負帰還量が大きいときに補正レベルが大きくなり、デジタルオーディオ信号への正帰還量が大きいときには補正レベルが小さくなるように、低域補正イコライザ５の特性が設定される。

図９は、それぞれのモードにおけるイコライザ係数の例を示す。ここでは、低域補正イコライザ５に入力されるデジタルオーディオ信号の周波数ｆｓを４８ｋＨｚとしている。低域補正イコライザ５により補償がなされる帯域は、例えば、低域共振周波数ｆ０の近傍とされる。低域共振周波数ｆ０は、例えば、８０Ｈｚである。Ｑ値は、例えば、２である。各モードに応じて、それぞれのイコライザ係数が、対応する乗算器に対して設定される。イコライザ係数は、例えば、２４bitである。

モードＡは、負帰還のＭＦＢが強くかけられるモードである。低域共振周波ｆ０付近のパワーが大きく低下する。したがって、モードＡによるＭＦＢが実行されるときは、低域補正イコライザ５による補償レベルも大きくなる。モードＡによるＭＦＢの処理が実行されるときは、例えば、２１ｄＢのゲインの補償が低域補正イコライザ５によりなされる。

モードＡでは、例えば、乗算器５１のイコライザ係数ａ０として「０ｘ４０８２ｃ４」、乗算器５２のイコライザ係数ａ１として「０ｘ８０１ｂ６３」、乗算器５３のイコライザ係数ａ２として「０ｘ３ｆ６３ａ４」、乗算器５４のイコライザ係数ｂ１として「０ｘ７ｆｅ４９ｄ」、乗算器５５のイコライザ係数ｂ２として「０ｘｃ０１９９７」がそれぞれ設定される。

モードＢによるＭＦＢが実行されるときは、例えば、１８ｄＢのゲインの補償が低域補正イコライザ５によりなされる。モードＢでは、例えば、乗算器５１のイコライザ係数ａ０として「０ｘ４０６９９２」、乗算器５２のイコライザ係数ａ１として「０ｘ８０２０３４」、乗算器５３のイコライザ係数ａ２として「０ｘ３ｆ７８０５」、乗算器５４のイコライザ係数ｂ１として「０ｘ７ｆｄｆｃｃ」、乗算器５５のイコライザ係数ｂ２として「０ｘｃ０１ｅ６９」がそれぞれ設定される。

モードＣによるＭＦＢが実行されるときは、例えば、１５ｄＢのゲインの補償が低域補正イコライザ５によりなされる。モードＣでは、例えば、乗算器５１のイコライザ係数ａ０として「０ｘ４０５４８９」、乗算器５２のイコライザ係数ａ１として「０ｘ８０２５ｅｅ」、乗算器５３のイコライザ係数ａ２として「０ｘ３ｆ８８５５」、乗算器５４のイコライザ係数ｂ１として「０ｘ７ｆｄａ１２」、乗算器５５のイコライザ係数ｂ２として「０ｘｃ０２４２３」がそれぞれ設定される。

ＭＦＢがオフとされるモードＤにおいて、低域補正イコライザ５によるゲインの補償がなされてもよい。モードＤによるＭＦＢの処理が実行されるときは、例えば、９ｄＢのゲインの補償が低域補正イコライザ５によりなされる。モードＤでは、例えば、乗算器５１のイコライザ係数ａ０として「０ｘ４０２ｅ６３」、乗算器５２のイコライザ係数ａ１として「０ｘ８０３４ｄ０」、乗算器５３のイコライザ係数ａ２として「０ｘ３ｆ９ｅ９８」、乗算器５４のイコライザ係数ｂ１として「０ｘ７ｆｃｂ３０」、乗算器５５のイコライザ係数ｂ２として「０ｘｃ０３３０５」がそれぞれ設定される。

正帰還のＭＦＢが実行されるモードＥおよびモードＦにおいて、低域補正イコライザ５によるゲインの補償がなされてもよい。モードＥによるＭＦＢの処理が実行されるときは、例えば、６ｄＢのゲインの補償が低域補正イコライザ５によりなされる。モードＥでは、例えば、乗算器５１のイコライザ係数ａ０として「０ｘ４０１ｅ２ａ」、乗算器５２のイコライザ係数ａ１として「０ｘ８０３ｅ６９」、乗算器５３のイコライザ係数ａ２として「０ｘ３ｆａ５３７」、乗算器５４のイコライザ係数ｂ１として「０ｘ７ｆｃ１９７」、乗算器５５のイコライザ係数ｂ２として「０ｘｃ０３ｃ９ｅ」がそれぞれ設定される。

モードＦによるＭＦＢの処理が実行されるときは、例えば、３ｄＢのゲインの補償が低域補正イコライザ５によりなされる。モードＦでは、例えば、乗算器５１のイコライザ係数ａ０として「０ｘ４００ｅｄｂ」、乗算器５２のイコライザ係数ａ１として「０ｘ８０４９ｄ０」、乗算器５３のイコライザ係数ａ２として「０ｘ３ｆａ９２０」、乗算器５４のイコライザ係数ｂ１として「０ｘ７ｆｅ６３０」、乗算器５５のイコライザ係数ｂ２として「０ｘｃ０４８０５」がそれぞれ設定される。

このように、記憶部４には、複数のモードに対応して、イコライザ係数が複数記憶される。低域補正イコライザ５が、例えば、２次元のＩＩＲフィルタで構成されている場合は、一つのモードに６個のイコライザ係数が記憶される。各モードに応じてイコライザ係数が制御部３により選択される。選択されたイコライザ係数が、低域補正イコライザ５による補正に用いられるように制御部３により制御される。制御部３の処理はデジタル処理で行われるため、イコライザ係数の設定を迅速に行うことができる。さらに、モードの変更に伴うイコライザ係数の変更を迅速に行うことができる。なお、ゲイン係数やイコライザ係数は、ゲイン余裕や位相余裕を満たす範囲で設定される。ゲイン余裕が十分にある場合に、正のゲイン係数が設定され、正帰還のＭＦＢの処理が行われるようにしてもよい。

＜２．変形例＞
以上、一実施形態について具体的に説明したが、一実施形態において各種の変形が可能であることは言うまでもない。以下、変形例について説明する。

図１０は、変形例における再生装置２１の構成例を示す。なお、図１０では、上述した再生装置１の構成と同様の箇所には同一の符号を付しており、一部の構成の記載を省略している。

再生装置２１の入力端子１０からアナログオーディオ信号が入力される。アナログオーディオ信号は、ＡＤＣ１１によりデジタルオーディオ信号へと変換される。ＡＤＣ１１の処理におけるサンプリング周波数ｆｓは、例えば、４８ｋＨｚである。なお、ＡＤＣ１１の処理におけるサンプリング周波数ｆｓを基準周波数として、適宜１ｆｓと称する。変換されたデジタルオーディオ信号がＤＳＰ２２に対して供給される。

ＤＳＰ２２は、供給されるデジタルオーディオ信号に対して、上述した低域補正イコライザ５の機能を実行する。すなわち、ＭＦＢにより低下する、低域周波数ｆ０近傍のゲインを補償する処理を実行する。なお、ＤＳＰ２２におけるイコライザ係数は、例えば、複数のモードに応じて適切に設定される。ＤＳＰ２２から出力されるデジタルオーディオ信号が、周波数変換部の一例である、オーバサンプリング部２３に供給される。

オーバサンプリング部２３は、供給されるデジタルオーディオ信号に対してオーバサンプリング処理を実行する。オーバサンプリング部２３は、例えば、デジタルオーディオ信号の周波数を、１ｆｓのＮ倍とするオーバサンプリング処理を実行する。Ｎは、例えば、２のべき乗であり、一例としてＮ＝８（８ｆｓ）とされる。オーバサンプリング処理がなされたデジタルオーディオ信号がＤＳＰ２４に供給される。

ＤＳＰ２４は、上述した再生装置１における合成器６、ゲイン調整部７、ＬＰＦ８の機能を有する。なお、ＤＳＰ２４におけるゲイン係数は、例えば、複数のモードに応じて適切に設定される。ＤＳＰ２４から出力されるデジタルオーディオ信号は、ＤＡＣ１３によってアナログオーディオ信号に変換される。そして、ＤＡＣ１３から出力されるアナログオーディオ信号がスピーカユニット１５（図示は省略している）に供給される。

検出／増幅回路１６（図示は省略している）から出力される検出信号がＡＤＣ１７に供給される。ＡＤＣ１７において、検出信号がデジタル検出信号に変換される。変換されたデジタル検出信号がＤＳＰ２４に供給される。ＤＳＰ２４では、上述した合成器６、ゲイン調整部７、ＬＰＦ８の処理が実行される。

オーバサンプリング処理を行うことで、再生されるオーディオ信号の音質を向上させることができる。なお、オーバサンプリング処理後の周波数を８ｆｓとすることで、音質を向上させつつ、オーバサンプリング処理に伴うディレイ時間を最小限に抑えることができる。オーバサンプリング処理後の周波数は、８ｆｓに限られない。但し、処理に伴うディレイ時間を考慮すると、４ｆｓ〜８ｆｓ程度が好ましい。

上述した一実施形態では、例えば、正のゲイン係数または負のゲイン係数を乗算することで正帰還および負帰還のＭＦＢの処理を実行している。例えば、ゲイン係数をすべて正とし、合成器６の加算、減算を切り替えることによって、正帰還および負帰還のＭＦＢの処理を実行してもよい。さらに、正帰還のＭＦＢの処理が実行されることで発振が生じることを防ぐため、オーディオ信号のレベルを制限するリミッター回路等を再生装置１に設けてもよい。

上述した再生装置１では、スピーカユニット１５の振動板の動きをブリッジ回路により検出した。ブリッジ回路に代えて、静電容量やレーザ変位計によって、振動板の変位を検出するようにしてもよい。さらに、速度検出のセンサとして、スピーカユニット１５のボイスコイルとは別のコイルを設け、このコイルによって電流を検出するようにしてもよい。さらに、加速度センサやマイクロフォンを使用して、振動板の動きを検出するようにしてもよい。さらに、スピーカユニット１５の振動板の動きをデジタルセンサによって検出するようにしてもよい。この場合には、デジタルセンサの出力がデジタル信号処理部２にそのまま供給される。

上述したＭＦＢは、いわゆる速度帰還型のＭＦＢとして説明したが、これに限られない。例えば、加速度帰還型のＭＦＢでもよい。加速度帰還型のＭＦＢでは、例えば、ＡＤＣ１７のＬＰＦ８との間に、微分処理部が設けられる。微分処理部によって、検出信号に対する微分処理がなされる。微分処理を行うことは、振動板の動きとして加速度を求めていることに相当する。微分処理がなされた信号がＬＰＦ８に供給されるようにしてもよい。

再生装置１は、速度帰還型および加速度帰還型に対応する構成とされてもよい。速度帰還型および加速度帰還型の双方を有効にすることもできる。例えば、速度帰還型による帰還信号および加速度帰還型の帰還信号と、デジタルオーディオ信号とが合成されるようにしてもよい。

再生装置１は、例えば、ヘッドホンに適用されてもよい。ヘッドホンに適用する場合において、再生装置１の構成を、ヘッドホンとオーディオプレーヤに分けて構成することができる。例えば、ブリッジ回路がヘッドホン側に設けられ、他のデジタル信号処理部２、ＤＡＣ１３、検出／増幅回路１６、ＡＤＣ１７等の構成がオーディオプレーヤ側に設けられるようにしてもよい。ヘッドホンとオーディオプレーヤとの間では、無線または有線により信号の送受信がなされる。

上述した一実施形態における処理は、方法、プログラム、プログラムを記録した記録媒体として構成することができる。さらに、一実施形態および変形例における処理は、技術的矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせることができる。

２・・・デジタル信号処理部
３・・・制御部
４・・・記憶部
５・・・低域補正イコライザ
６・・・合成部
７・・・ゲイン調整部
８・・・ＬＰＦ
１５・・・スピーカユニット
１６・・・検出／増幅回路

Claims (8)

1. スピーカの振動板の動きに対応するデジタル検出信号を生成し、前記デジタル検出信号を出力する検出部と、
   出力される前記デジタル検出信号に対して、ゲイン係数を乗算することでデジタル帰還信号を生成し、生成した前記デジタル帰還信号を出力するゲイン調整部と、
   出力される前記デジタル帰還信号とデジタルオーディオ信号とを合成する合成部と、
   前記ゲイン係数を複数記憶する記憶部と、
   前記複数のゲイン係数のうち所定のゲイン係数を選択し、選択したゲイン係数が前記乗算に用いられるように制御する制御部とを有する信号処理装置。
2. 前記デジタルオーディオ信号の周波数特性を補正するイコライザを有し、
   前記合成部は、前記デジタル帰還信号と前記周波数特性が補正された前記デジタルオーディオ信号とを合成し、
   前記記憶部は、イコライザ係数を複数記憶し、
   前記制御部は、前記複数のイコライザ係数のうち所定のイコライザ係数を選択し、選択したイコライザ係数が前記イコライザによる補正に用いられるように制御する請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記記憶部に、一以上の正のゲイン係数および一以上の負のゲイン係数が記憶される請求項１または２に記載の信号処理装置。
4. 前記正のゲイン係数が選択されることにより正帰還の処理が実行され、前記負のゲイン係数が選択されることにより負帰還の処理が実行され、
   前記正帰還の処理が実行されるときの前記イコライザによる補正レベルが、前記負帰還の処理が実行されるときの前記イコライザによる補正レベルより小となるように、前記イコライザ係数が選択される請求項３に記載の信号処理装置。
5. 合成される前記デジタルオーディオ信号の周波数をＮ倍に変換する周波数変換部を有する請求項１乃至４の何れか１項に記載の信号処理装置。
6. 前記制御部は、前記デジタルオーディオ信号の特性を分析し、前記分析の結果に応じて前記ゲイン係数を選択する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の信号処理装置。
7. 前記制御部は、前記デジタルオーディオ信号の特性を分析し、前記分析の結果に応じて前記イコライザ係数を選択する請求項２乃至４のいずれか１項に記載の信号処理装置。
8. スピーカの振動板の動きに対応するデジタル検出信号を生成し、生成した前記デジタル検出信号を出力し、
   出力される前記デジタル検出信号に対して、ゲイン係数を乗算することでデジタル帰還信号を生成し、生成した前記デジタル帰還信号を出力し、
   出力される前記デジタル帰還信号と、デジタルオーディオ信号とを合成し、
   前記ゲイン係数を複数記憶し、
   前記複数のゲイン係数のうち所定のゲイン係数が選択され、選択されたゲイン係数が前記乗算に用いられるように制御される信号処理装置における信号処理方法。