JP2014138209A - Sound reproduction device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動電型スピーカーの非線形歪特性を反映した非線形歪補正信号を生成する信号処理回路を含む音声再生装置であって、動電型スピーカーの非線形モデルの線形パラメータおよび非線形パラメータを推定したうえで、動電型スピーカーが再生する音声に含まれる非線形歪を低減させるように非線形歪補正信号を生成する音声再生装置に関する。 The present invention is an audio reproduction device including a signal processing circuit that generates a nonlinear distortion correction signal reflecting the nonlinear distortion characteristics of an electrodynamic speaker, and estimates linear parameters and nonlinear parameters of the nonlinear model of the electrodynamic speaker. In addition, the present invention relates to a sound reproducing device that generates a nonlinear distortion correction signal so as to reduce nonlinear distortion included in sound reproduced by an electrodynamic speaker.
可聴音域の音波を再生する動電型スピーカーの主流である直接放射型のスピーカーでは、振動板およびボイスコイルを含むスピーカー振動系を、エッジおよびダンパーの支持系により１自由度で振動可能に支持している。また、磁気回路の磁気空隙に配置されるスピーカー振動系のボイスコイルは、音声信号電流が流されると、磁気空隙の磁界により駆動力を受けるので、スピーカー振動系が音声信号に因って振動して空気の圧力変化を生じさせ、その結果、動電型スピーカーから音声が再生される。動電型スピーカーの音圧周波数特性は、ボイスコイル変位ｘが小さくなる最低共振周波数ｆ０以上の周波数帯域で、入力電圧に略比例するようになる。動電型スピーカーの音圧周波数特性は、入力信号レベルに対して再生される音圧レベルが大きくなる能率が高いものが好ましく、また、最低共振周波数ｆ０が低くて再生可能な周波数帯域が広いものが好ましい。 In direct radiation type speakers, which are the mainstream of electrodynamic speakers that reproduce sound waves in the audible sound range, the speaker vibration system including the diaphragm and voice coil is supported by the edge and damper support system so that it can vibrate in one degree of freedom. ing. In addition, the speaker vibration system voice coil arranged in the magnetic gap of the magnetic circuit receives a driving force by the magnetic field of the magnetic gap when an audio signal current is passed, so the speaker vibration system vibrates due to the audio signal. As a result, the air pressure changes, and as a result, sound is reproduced from the electrodynamic speaker. The sound pressure frequency characteristic of the electrodynamic loudspeaker is substantially proportional to the input voltage in a frequency band of the minimum resonance frequency f0 or more where the voice coil displacement x is small. The sound pressure frequency characteristic of the electrodynamic speaker preferably has a high efficiency with which the sound pressure level reproduced with respect to the input signal level is high, and has a wide frequency band that can be reproduced with a low minimum resonance frequency f0. Is preferred.
一方で、動電型スピーカーでは、音声信号成分には含まれていない非線形歪成分（高調波歪、混変調歪、等）の音圧レベルが低いことが好ましい。ボイスコイル変位ｘが大きい最低共振周波数ｆ０以下の周波数帯域では、動電型スピーカーは、音声信号成分には含まれていない好ましくない非線形歪成分（高調波歪、混変調歪、等）を大きなレベルで再生してしまう場合がある。これは、磁気回路の磁気空隙における磁束密度が一定でなく、磁束密度とコイル長の積である力係数Ｂｌがボイスコイル変位ｘに伴って変化すること、および、支持系を構成するエッジおよびダンパーのスティフネスＫが一定でなく、ボイスコイル変位ｘに伴って変化すること、が主な原因であることが知られている。同様に、動電型スピーカーでは、ボイスコイルのインダクタンスＬがボイスコイル変位ｘに伴って変化することもよく知られている。したがって、振動板の表面積が小さくて低音域の再生能力が乏しい動電型スピーカーでは、最低共振周波数ｆ０以下の周波数帯域の音声信号をブーストする（増幅率（ゲイン）を相対的に大きくする）ことで実質的に再生可能な周波数帯域を低く拡大しようとする場合に、線形成分である基本波に対して非線形歪成分である高調波歪または混変調歪が相対的に著しく大きくなるという問題がある。 On the other hand, in an electrodynamic speaker, it is preferable that the sound pressure level of nonlinear distortion components (harmonic distortion, intermodulation distortion, etc.) not included in the audio signal component is low. In the frequency band below the lowest resonance frequency f0 where the voice coil displacement x is large, the electrodynamic speaker has a large level of undesirable nonlinear distortion components (harmonic distortion, intermodulation distortion, etc.) not included in the audio signal component. May be played on. This is because the magnetic flux density in the magnetic air gap of the magnetic circuit is not constant, the force coefficient Bl, which is the product of the magnetic flux density and the coil length, changes with the voice coil displacement x, and the edges and dampers that constitute the support system It is known that the stiffness K is not constant and changes with the voice coil displacement x. Similarly, it is well known that in an electrodynamic speaker, the inductance L of the voice coil changes with the voice coil displacement x. Therefore, in an electrodynamic speaker with a small diaphragm surface area and poor low-frequency reproduction capability, boost the audio signal in the frequency band below the lowest resonance frequency f0 (relatively increase the gain (gain)). When trying to expand the frequency band that can be reproduced substantially at a low frequency, there is a problem that harmonic distortion or intermodulation distortion, which is a nonlinear distortion component, becomes relatively large relative to the fundamental wave, which is a linear component. .
動電型スピーカーにおいて非線形歪が増大すると、再生音質が低下するという問題がある。本願の出願人は、スピーカーの評価を目的として基準音に対する倍音の検知閾を測定した結果について発表している（非特許文献１）。音声信号が純音であれば、非線形性により発生した基準音に対する倍音は、基本波に対する高調波歪成分に相当する。非特許文献１から、高調波歪成分が相対的に大きくなると検知可能になること、および、基準音の音圧レベルおよび周波数により倍音検知閾が変化すること、倍音次数が上がるほど検知閾が下がること、等が分かる。 When non-linear distortion increases in an electrodynamic speaker, there is a problem that reproduced sound quality is degraded. The applicant of this application has published the result of measuring the detection threshold of harmonics over the reference sound for the purpose of speaker evaluation (Non-patent Document 1). If the audio signal is a pure tone, the harmonic over the reference tone generated by the non-linearity corresponds to a harmonic distortion component with respect to the fundamental wave. From Non-Patent Document 1, detection becomes possible when the harmonic distortion component becomes relatively large, the harmonic detection threshold changes depending on the sound pressure level and frequency of the reference sound, and the detection threshold decreases as the harmonic order increases. I understand that.
従来には、動電型スピーカーが再生する音声に含まれる非線形歪を低減させるように、非線形歪補正信号を生成する音声再生装置がある（非特許文献２）。例えば、動電型スピーカーの非線形歪をフィードフォワード方式で補正して歪を減少させる方法が開示されている（特許文献１）。本願の出願人は、２次以上の非線形ＩＩＲフィルタという構成で特許文献１と同等の非線形歪補正方法を実現した（特許文献２）。これらの方法は、動電型スピーカーをモデル化し、線形パラメータであるシールスモールパラメータと、ボイスコイル変位ｘに伴う非線形パラメータとを求めて、非線形歪補正信号を生成する方法を採っている。つまり、入力信号からボイスコイル変位ｘを予測して、変位ｘを非線形パラメータの引数にして、線形化に必要な補正信号を生成するという方法である。これらの非線形歪補正の方法は、動電型スピーカーの非線形モデルに基づいているのでモデルの理解が容易であり、ヴォルテラフィルタ（Volterra filter）を用いるような他の方法（特許文献３）に比較して、高次の非線形歪補正信号の生成も比較的に容易であるという利点がある。 Conventionally, there is an audio reproduction device that generates a nonlinear distortion correction signal so as to reduce nonlinear distortion included in audio reproduced by an electrodynamic speaker (Non-Patent Document 2). For example, a method is disclosed in which nonlinear distortion of an electrodynamic speaker is corrected by a feedforward method to reduce the distortion (Patent Document 1). The applicant of the present application has realized a nonlinear distortion correction method equivalent to that of Patent Document 1 with a configuration of a second-order or higher-order nonlinear IIR filter (Patent Document 2). These methods employ a method of modeling an electrodynamic speaker, obtaining a seal small parameter that is a linear parameter, and a nonlinear parameter associated with the voice coil displacement x, and generating a nonlinear distortion correction signal. That is, the voice coil displacement x is predicted from the input signal, and the correction signal necessary for linearization is generated using the displacement x as an argument of the nonlinear parameter. Since these nonlinear distortion correction methods are based on a non-linear model of an electrodynamic speaker, the model is easy to understand. Compared with other methods using a Volterra filter (Patent Document 3). Thus, there is an advantage that the generation of a higher-order nonlinear distortion correction signal is relatively easy.
しかしながら、特許文献１または２の従来技術では、動電型スピーカーの特定の次数の高調波歪成分について、増減を調整するのが難しいという問題がある。これは、特許文献１または２の従来技術が、動電型スピーカーを１自由度振動系の線形モデルを基礎に、一部の非線形パラメータをボイスコイル変位ｘを引数にして非線形モデル化しているので、主要な非線形パラメータが相互に影響を及ぼすからである。例えば、主な偶数次歪成分である２次高調波歪のみを低減する、あるいは、主な奇数次歪成分である３次高調波歪のみを低減する、等のコントロールができれば、動電型スピーカーにおける再生音質の調整が可能になるという利点がある。したがって、動電型スピーカーの非線形歪補正の方法を改善することが要望されている。 However, the conventional technique of Patent Document 1 or 2 has a problem that it is difficult to adjust the increase and decrease of the harmonic distortion component of a specific order of the electrodynamic speaker. This is because the conventional technology of Patent Document 1 or 2 uses a non-linear model of an electrodynamic speaker based on a linear model of a one-degree-of-freedom vibration system and a part of non-linear parameters with a voice coil displacement x as an argument. This is because the main nonlinear parameters influence each other. For example, if it is possible to control only the second harmonic distortion, which is the main even-order distortion component, or only the third harmonic distortion, which is the main odd-order distortion component, an electrodynamic speaker There is an advantage that the reproduction sound quality can be adjusted. Therefore, it is desired to improve the nonlinear distortion correction method for electrodynamic speakers.
本発明は、上記の従来技術が有する問題を解決するためになされたものであり、その目的は、動電型スピーカーの非線形歪特性を反映した非線形歪補正信号を生成する信号処理回路を含む音声再生装置であって、動電型スピーカーが再生する音声に含まれる非線形歪を低減させることを含めて調整可能にする非線形歪補正信号を生成する音声再生装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a sound including a signal processing circuit that generates a nonlinear distortion correction signal reflecting the nonlinear distortion characteristics of an electrodynamic speaker. An object of the present invention is to provide a sound reproducing device that generates a non-linear distortion correction signal that can be adjusted including reducing non-linear distortion included in sound reproduced by an electrodynamic speaker.
本発明の音声再生装置は、動電型スピーカーと、動電型スピーカーの非線形歪特性を反映した非線形歪補正信号を生成する信号処理回路と、を含む音声再生装置であって、信号処理回路が、入力音声信号が入力されるボイスコイル状態演算部と、ボイスコイル状態演算部の出力信号に基づいて非線形歪補正信号を生成する非線形歪補正信号生成部と、非線形歪補正信号生成部からの出力信号を増幅して動電型スピーカーへ出力する増幅部と、を備え、ボイスコイル状態演算部が、動電型スピーカーの第１非線形パラメータとは異なる第２非線形パラメータおよび第２線形パラメータにより設定される仮想動電型スピーカーに関して、入力音声信号に対する仮想動電型スピーカーのボイスコイルの予測変位ｘおよび予測速度ｖおよび予測加速度ａを演算して非線形歪補正信号生成部へ出力し、非線形歪補正信号生成部が、予測変位ｘと、予測速度ｖと、予測加速度ａと、動電型スピーカーの第１線形パラメータおよび第１非線形パラメータと、仮想動電型スピーカーの第２線形パラメータおよび第２非線形パラメータと、に基づいて非線形歪補正信号を生成する。 An audio reproduction device of the present invention is an audio reproduction device including an electrodynamic speaker and a signal processing circuit that generates a nonlinear distortion correction signal that reflects the non-linear distortion characteristics of the electrodynamic speaker. A voice coil state calculation unit to which an input audio signal is input, a nonlinear distortion correction signal generation unit that generates a nonlinear distortion correction signal based on an output signal of the voice coil state calculation unit, and an output from the nonlinear distortion correction signal generation unit An amplification unit that amplifies the signal and outputs the amplified signal to an electrodynamic speaker, and the voice coil state calculation unit is set by a second nonlinear parameter and a second linear parameter different from the first nonlinear parameter of the electrodynamic speaker. The predicted displacement x, predicted speed v, and predicted acceleration of the voice coil of the virtual electrodynamic speaker with respect to the input voice signal Is calculated and output to the nonlinear distortion correction signal generation unit, and the nonlinear distortion correction signal generation unit calculates the predicted displacement x, the predicted speed v, the predicted acceleration a, the first linear parameter of the electrodynamic speaker, and the first non-linearity. A nonlinear distortion correction signal is generated based on the parameters and the second linear parameter and the second nonlinear parameter of the virtual electrodynamic speaker.
また、好ましくは、本発明の音声再生装置は、信号処理回路のボイスコイル状態演算部が、仮想動電型スピーカーの第２線形パラメータおよび第２非線形パラメータを含むボイスコイルの予測変位ｘに関する微分方程式を数値計算法で演算し、ボイスコイルの予測変位ｘと、予測速度ｖおよび予測加速度ａと、を演算して出力する。 Preferably, in the sound reproducing device according to the present invention, the voice coil state calculation unit of the signal processing circuit includes a second linear parameter and a second nonlinear parameter of the virtual electrodynamic speaker, and a differential equation relating to the predicted displacement x of the voice coil. Is calculated by a numerical calculation method, and the predicted displacement x, predicted speed v and predicted acceleration a of the voice coil are calculated and output.
また、好ましくは、本発明の音声再生装置は、動電型スピーカーの第１非線形パラメータと、仮想動電型スピーカーの第２非線形パラメータと、がそれぞれ少なくとも、予測変位ｘをパラメータとして変化する力係数Ｂｌ１（ｘ）およびＢｌ２（ｘ）、並びに、スティフネスＫ１（ｘ）およびＫ２（ｘ）を含み、予測変位ｘの２次以上の多項式により近似される。 Preferably, in the sound reproducing device of the present invention, the force coefficient that changes at least the first nonlinear parameter of the electrodynamic speaker and the second nonlinear parameter of the virtual electrodynamic speaker at least using the predicted displacement x as a parameter. It includes B11 (x) and B12 (x), and stiffnesses K1 (x) and K2 (x), and is approximated by a second or higher order polynomial of the predicted displacement x.
また、好ましくは、本発明の音声再生装置は、信号処理回路のボイスコイル状態演算部が、仮想動電型スピーカーの第２非線形パラメータを予測変位ｘの２次以上の多項式により近似して、多項式を偶関数化することにより予測変位ｘおよび予測速度ｖおよび予測加速度ａを演算して非線形歪補正信号生成部へ出力し、非線形歪補正信号生成部が、動電型スピーカーから再生される偶数次高調波歪成分を低減する非線形歪補正信号を生成する。 Preferably, in the sound reproduction device of the present invention, the voice coil state calculation unit of the signal processing circuit approximates the second nonlinear parameter of the virtual electrodynamic speaker by a second-order or higher-order polynomial of the predicted displacement x. Is converted into an even function, and the predicted displacement x, the predicted speed v, and the predicted acceleration a are calculated and output to the nonlinear distortion correction signal generation unit, and the nonlinear distortion correction signal generation unit is reproduced from the electrodynamic speaker. A nonlinear distortion correction signal for reducing harmonic distortion components is generated.
以下、本発明の作用について説明する。 The operation of the present invention will be described below.
本発明の音声再生装置は、動電型スピーカーと、動電型スピーカーの非線形歪特性を反映した非線形歪補正信号を生成する信号処理回路と、を含む音声再生装置である。信号処理回路は、動電型スピーカーが再生する音声に含まれる非線形歪を低減させることを含めて調整可能にする非線形歪補正信号を生成する。信号処理回路は、入力音声信号が入力されるボイスコイル状態演算部と、ボイスコイル状態演算部の出力信号に基づいて非線形歪補正信号を生成する非線形歪補正信号生成部と、非線形歪補正信号生成部からの出力信号を増幅して動電型スピーカーへ出力する増幅部と、を備える。 The audio reproduction device of the present invention is an audio reproduction device including an electrodynamic speaker and a signal processing circuit that generates a nonlinear distortion correction signal reflecting the nonlinear distortion characteristics of the electrodynamic speaker. The signal processing circuit generates a non-linear distortion correction signal that can be adjusted including reducing non-linear distortion included in the sound reproduced by the electrodynamic speaker. The signal processing circuit includes a voice coil state calculation unit to which an input audio signal is input, a nonlinear distortion correction signal generation unit that generates a nonlinear distortion correction signal based on an output signal of the voice coil state calculation unit, and a nonlinear distortion correction signal generation An amplification unit that amplifies an output signal from the unit and outputs the amplified signal to an electrodynamic speaker.
ここで、音声再生装置の信号処理回路は、ボイスコイル状態演算部が、動電型スピーカーの第１非線形パラメータとは異なる第２非線形パラメータおよび第２線形パラメータにより設定される仮想動電型スピーカーに関して、入力音声信号に対する仮想動電型スピーカーのボイスコイルの予測変位ｘおよび予測速度ｖおよび予測加速度ａを演算して非線形歪補正信号生成部へ出力する。具体的には、ボイスコイル状態演算部は、仮想動電型スピーカーの第２線形パラメータおよび第２非線形パラメータを含むボイスコイルの予測変位ｘに関する微分方程式を数値計算法で演算し、ボイスコイルの予測変位ｘと、予測速度ｖおよび予測加速度ａと、を演算して出力するのが好ましい。したがって、ボイスコイル状態演算部は、特定の第２非線形パラメータのみを非線形歪補正の対象にして仮想動電型スピーカーを想定し、その非線形歪成分を含むボイスコイルの予測変位ｘおよび予測速度ｖおよび予測加速度ａを演算することができる。 Here, the signal processing circuit of the sound reproducing device relates to a virtual electrodynamic speaker in which the voice coil state calculation unit is set by a second nonlinear parameter and a second linear parameter different from the first nonlinear parameter of the electrodynamic speaker. Then, the predicted displacement x, predicted speed v, and predicted acceleration a of the voice coil of the virtual electrodynamic speaker for the input voice signal are calculated and output to the nonlinear distortion correction signal generation unit. Specifically, the voice coil state calculation unit calculates a differential equation related to the predicted displacement x of the voice coil including the second linear parameter and the second nonlinear parameter of the virtual electrodynamic speaker by a numerical calculation method, thereby predicting the voice coil. It is preferable to calculate and output the displacement x, the predicted speed v, and the predicted acceleration a. Therefore, the voice coil state calculation unit assumes a virtual electrodynamic speaker using only a specific second nonlinear parameter as a target for nonlinear distortion correction, and predicts the predicted displacement x and predicted velocity v of the voice coil including the nonlinear distortion component. The predicted acceleration a can be calculated.
次に、信号処理回路の非線形歪補正信号生成部は、これらの予測変位ｘと、予測速度ｖと、予測加速度ａと、動電型スピーカーの第１線形パラメータおよび第１非線形パラメータと、仮想動電型スピーカーの第２線形パラメータおよび第２非線形パラメータと、に基づいて非線形歪補正信号を生成する。非線形歪補正信号生成部は、入力音声信号に対して増幅部を介して接続される動電型スピーカーの非線形歪を低減するように調整されている。動電型スピーカーの第１線形パラメータおよび第１非線形パラメータは、入力音声信号に対するボイスコイルの線形予測変位ｘに基づいて特定されている。したがって、信号処理回路の非線形歪補正信号生成部は、特定の第２非線形パラメータに起因する非線形歪成分を含むボイスコイルの予測変位ｘおよび予測速度ｖおよび予測加速度ａをボイスコイル状態演算部から入力され、さらに、動電型スピーカーのボイスコイルを仮想的な第２非線形パラメータに従った非線形歪を再生するように、非線形歪補正信号を生成することになる。非線形歪補正信号生成部は、ボイスコイル状態演算部が動電型スピーカーの第１線形パラメータおよび第１非線形パラメータだけでなく、仮想動電型スピーカーの第２線形パラメータおよび第２非線形パラメータを反映させて非線形歪補正信号を生成するので、理想的な非線形歪補正信号を生成できる。 Next, the nonlinear distortion correction signal generation unit of the signal processing circuit, the predicted displacement x, the predicted speed v, the predicted acceleration a, the first linear parameter and the first nonlinear parameter of the electrodynamic speaker, and the virtual motion A nonlinear distortion correction signal is generated based on the second linear parameter and the second nonlinear parameter of the electric speaker. The non-linear distortion correction signal generation unit is adjusted to reduce non-linear distortion of an electrodynamic speaker connected to the input audio signal via an amplification unit. The first linear parameter and the first nonlinear parameter of the electrodynamic speaker are specified based on the linear predicted displacement x of the voice coil with respect to the input voice signal. Therefore, the nonlinear distortion correction signal generation unit of the signal processing circuit inputs the predicted displacement x, predicted speed v, and predicted acceleration a of the voice coil including the nonlinear distortion component caused by the specific second nonlinear parameter from the voice coil state calculation unit. Further, a nonlinear distortion correction signal is generated so that the voice coil of the electrodynamic speaker reproduces nonlinear distortion according to the virtual second nonlinear parameter. In the nonlinear distortion correction signal generation unit, the voice coil state calculation unit reflects not only the first linear parameter and the first nonlinear parameter of the electrodynamic speaker, but also the second linear parameter and the second nonlinear parameter of the virtual electrodynamic speaker. Therefore, an ideal nonlinear distortion correction signal can be generated.
動電型スピーカーの第１非線形パラメータと、仮想動電型スピーカーの第２非線形パラメータと、はそれぞれ少なくとも、予測変位ｘをパラメータとして変化する力係数Ｂｌ１（ｘ）およびＢｌ２（ｘ）、並びに、スティフネスＫ１（ｘ）およびＫ２（ｘ）を含む。これらを予測変位ｘの２次以上の多項式により近似すれば、例えば、信号処理回路のボイスコイル状態演算部が、予測変位ｘの多項式を偶関数化することにより、動電型スピーカーから再生される偶数次高調波歪成分を低減することができる。これは、第２非線形パラメータである力係数並びにスティフネスを、予測変位ｘ＝０ｍｍに対して対称な偶関数化することで、力係数並びにスティフネスの非対称性が大きく影響する２次または４次といった高次高調波成分を含む予測変位ｘ（および予測速度ｖおよび予測加速度ａ）が正確に予測できるので、非線形歪補正信号生成部は、動電型スピーカーのボイスコイルの実際の変位ｘにより近い予測変位ｘ（および予測速度ｖおよび予測加速度ａ）に基づいて非線形歪補正信号を生成することができるようになるからである。 The first nonlinear parameter of the electrodynamic loudspeaker and the second nonlinear parameter of the virtual electrodynamic loudspeaker are at least force coefficients B11 (x) and B12 (x) that change with the predicted displacement x as a parameter, and stiffness. Includes K1 (x) and K2 (x). If these are approximated by a second or higher order polynomial of the predicted displacement x, for example, the voice coil state calculation unit of the signal processing circuit reproduces from the electrodynamic speaker by converting the polynomial of the predicted displacement x into an even function. Even-order harmonic distortion components can be reduced. This is because the force coefficient and stiffness, which are the second non-linear parameters, are converted into an even function symmetric with respect to the predicted displacement x = 0 mm, so that the asymmetry of the force coefficient and stiffness greatly affects the second or fourth order. Since the predicted displacement x (and the predicted speed v and predicted acceleration a) including the second harmonic component can be accurately predicted, the nonlinear distortion correction signal generation unit is closer to the actual displacement x of the voice coil of the electrodynamic speaker. This is because a nonlinear distortion correction signal can be generated based on x (and predicted speed v and predicted acceleration a).
したがって、仮想的な第２非線形パラメータを理想的な特定値（例えばゼロ（＝０））に設定すれば、その第２非線形パラメータに起因する動電型スピーカーの非線形歪をその特定値により近い方向へ（例えば、より非線形歪を低減する）調整することができる。すなわち、本発明の音声再生装置は、第１線形パラメータおよび第１非線形パラメータにより定まる動電型スピーカーの非線形歪を含む再生特性を、第２非線形パラメータおよび第２線形パラメータにより設定される仮想動電型スピーカーの再生特性に実質的に変えることができ、非線形歪を低減させることを含めて調整可能にする非線形歪補正信号を生成することができる。 Therefore, if the virtual second nonlinear parameter is set to an ideal specific value (for example, zero (= 0)), the nonlinear distortion of the electrodynamic speaker caused by the second nonlinear parameter is closer to the specific value. (Eg, to reduce non-linear distortion more). That is, the sound reproducing device of the present invention has a virtual electrodynamic setting in which a reproduction characteristic including nonlinear distortion of an electrodynamic speaker determined by the first linear parameter and the first nonlinear parameter is set by the second nonlinear parameter and the second linear parameter. A non-linear distortion correction signal can be generated which can be substantially changed to the reproduction characteristics of the type speaker and can be adjusted including reduction of non-linear distortion.
本発明の音声再生装置は、動電型スピーカーの非線形歪特性を反映した非線形歪補正信号を生成する信号処理回路を含む音声再生装置であって、動電型スピーカーが再生する音声に含まれる非線形歪を低減させることを含めて調整可能にする非線形歪補正信号を生成することができる。 An audio reproduction device according to the present invention is an audio reproduction device including a signal processing circuit that generates a nonlinear distortion correction signal reflecting the nonlinear distortion characteristics of an electrodynamic speaker, and is non-linear included in the audio reproduced by the electrodynamic speaker. A non-linear distortion correction signal that can be adjusted including reducing distortion can be generated.
以下、本発明の好ましい実施形態による音声再生装置について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。 Hereinafter, although the audio | voice reproduction apparatus by preferable embodiment of this invention is demonstrated, this invention is not limited to these embodiment.
図１は、本発明の好ましい実施形態による音声再生装置１について説明する図である。具体的には、図１は、音声再生装置１の構成を示すブロック図である。また、図２は、音声再生装置１を構成するスピーカーシステム３の力係数の非線形性を示すグラフである。また、図３は、スピーカーシステム３のスティフネスの非線形性を示すグラフである。また、図４は、音声再生装置１のスピーカーシステム３からの再生音に含まれる非線形歪について説明するグラフである。なお、説明に不要な一部の構造や、内部構造等は、図示ならびに説明を省略している。 FIG. 1 is a diagram for explaining an audio reproducing apparatus 1 according to a preferred embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the audio playback device 1. FIG. 2 is a graph showing the non-linearity of the force coefficient of the speaker system 3 constituting the audio reproducing device 1. FIG. 3 is a graph showing the nonlinearity of the stiffness of the speaker system 3. FIG. 4 is a graph for explaining the nonlinear distortion included in the reproduced sound from the speaker system 3 of the audio reproducing device 1. In addition, illustration and description of a part of the structure unnecessary for the description, an internal structure, and the like are omitted.
音声再生装置１は、信号処理回路２と、スピーカーシステム３と、から構成される。音声再生装置１は、入力端子Ｉｎｐｕｔに入力されるデジタル音声信号を、内蔵するＤＳＰ５で信号処理し、Ｄ／Ａ変換器６でアナログ信号に変換した後にアンプ回路７を介してスピーカーシステム３に出力する。スピーカーシステム３は、キャビネット３０に動電型スピーカー３１が取り付けられて構成されている。動電型スピーカー３１の後述するボイスコイル３３には、接続線３２を介して信号処理回路２からの出力信号が供給される。したがって、動電型スピーカー３１のボイスコイル３３および振動板３４が振動すると、音声再生装置１は、音声信号を音波に変換して音声を再生することができる。 The audio reproduction device 1 includes a signal processing circuit 2 and a speaker system 3. The audio reproduction device 1 processes a digital audio signal input to an input terminal Input with a built-in DSP 5, converts it into an analog signal with a D / A converter 6, and then outputs the analog signal to the speaker system 3 through an amplifier circuit 7. To do. The speaker system 3 is configured by attaching an electrodynamic speaker 31 to a cabinet 30. An output signal from the signal processing circuit 2 is supplied to a voice coil 33 (described later) of the electrodynamic speaker 31 via a connection line 32. Therefore, when the voice coil 33 and the diaphragm 34 of the electrodynamic speaker 31 vibrate, the sound reproducing device 1 can reproduce sound by converting sound signals into sound waves.
信号処理回路２は、音声再生装置１の動作を制御する制御回路４と、デジタル音声信号を入力して信号処理するＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）５と、ＤＳＰ５の出力を受けてアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器６、および、これらのアナログ信号をそれぞれ増幅してスピーカーシステム３へ出力するアンプ回路７と、を少なくとも含む。ＤＳＰ５を制御する制御回路４は、Ｄ／Ａ変換器６およびアンプ回路７でのゲインＡ（増幅率）をＤＳＰ５に反映させるものであってもよい。本実施例の信号処理回路２は、モノラル信号を対象に説明しているが、ステレオ信号（左信号Ｌおよび右信号Ｒ）を対象としてＤＳＰ５に供給されてもよい。具体的には、信号処理回路２は、ＤＳＰおよびアンプ回路を内蔵するオーディオ製品（ステレオアンプ、ＡＶレシーバー、等）により構成し得る。もちろん、信号処理回路２は、ＤＳＰと、Ｄ／Ａ変換器と、アンプ回路と、を含む他の音声再生装置により構成してもよい。 The signal processing circuit 2 receives the output of the control circuit 4 that controls the operation of the audio reproduction device 1, the DSP (digital signal processor) 5 that receives and processes the digital audio signal, and converts the signal into an analog signal. It includes at least a D / A converter 6 and an amplifier circuit 7 that amplifies these analog signals and outputs them to the speaker system 3. The control circuit 4 that controls the DSP 5 may reflect the gain A (amplification factor) in the D / A converter 6 and the amplifier circuit 7 on the DSP 5. Although the signal processing circuit 2 of the present embodiment is described for a monaural signal, it may be supplied to the DSP 5 for a stereo signal (left signal L and right signal R). Specifically, the signal processing circuit 2 can be configured by an audio product (stereo amplifier, AV receiver, etc.) incorporating a DSP and an amplifier circuit. Of course, the signal processing circuit 2 may be configured by another audio reproduction device including a DSP, a D / A converter, and an amplifier circuit.
スピーカーシステム３は、密閉型スピーカーの音響容量を規定するキャビネット３０と、直接放射型の動電型スピーカー３１とから構成される。図１において断面図で示す動電型スピーカー３１では、ボイスコイル３３および振動板３４が、エッジ３５およびダンパー３６によって図示する矢印ｘの一軸方向に振動可能に支持されている。動電型スピーカー３１のフレーム３７は、動電型スピーカー３１をキャビネット３０に固定すると共に、磁気空隙を有する磁気回路３８の位置を固定する。したがって、ボイスコイル３３および振動板３４は、音声信号電流が流されると、磁気回路３８の磁気空隙の磁界により駆動力を受けて相対的に振動する。音声信号電流が流されていない場合のボイスコイル３３の静止位置を変位ｘ＝０とする。 The speaker system 3 includes a cabinet 30 that defines the acoustic capacity of a sealed speaker and a direct radiation type electrodynamic speaker 31. In an electrodynamic speaker 31 shown in a sectional view in FIG. 1, a voice coil 33 and a diaphragm 34 are supported by an edge 35 and a damper 36 so as to vibrate in one axial direction of an arrow x illustrated. The frame 37 of the electrodynamic speaker 31 fixes the electrodynamic speaker 31 to the cabinet 30 and fixes the position of the magnetic circuit 38 having a magnetic gap. Therefore, when a voice signal current is passed, the voice coil 33 and the diaphragm 34 receive a driving force from the magnetic field of the magnetic gap of the magnetic circuit 38 and vibrate relatively. The stationary position of the voice coil 33 when no audio signal current is flowing is defined as displacement x = 0.
スピーカーシステム３の最低共振周波数ｆ０は、動電型スピーカー３１のボイスコイル３３および振動板３４に起因する重量ｍ０と、エッジ３５およびダンパー３６ならびにキャビネット３０の空気の音響容量に起因するスティフネスＫと、により定まる。動電型スピーカー３１のスティフネスＫは、動電型スピーカー３１のボイスコイル３３および振動板３４の重量ｍ０を支持するバネの固さを意味する。動電型スピーカー３１のスティフネスＫは、ボイスコイル変位ｘの絶対値が小さい時に比較して、ボイスコイル変位ｘの絶対値が大きくなればバネとして固くなるといえるので、ボイスコイル変位ｘによって変化する非線形パラメータＫ（ｘ）とみなすことができる。例えば、図３のグラフにおいて実線で図示するように、動電型スピーカー３１を含むスピーカーシステム３のスティフネスＫは、ボイスコイル変位ｘの絶対値が小さいときには変化量が少ない一方で、ボイスコイル変位ｘの絶対値が大きくなるにつれて大きくなるように変化する。 The minimum resonance frequency f0 of the speaker system 3 is the weight m0 caused by the voice coil 33 and the diaphragm 34 of the electrodynamic speaker 31, the stiffness K caused by the acoustic capacity of the air of the edge 35 and the damper 36 and the cabinet 30, and It depends on. The stiffness K of the electrodynamic speaker 31 means the stiffness of the spring that supports the weight m0 of the voice coil 33 and the diaphragm 34 of the electrodynamic speaker 31. The stiffness K of the electrodynamic loudspeaker 31 is harder as a spring when the absolute value of the voice coil displacement x is larger than when the absolute value of the voice coil displacement x is small. It can be regarded as the parameter K (x). For example, as shown by a solid line in the graph of FIG. 3, the stiffness K of the speaker system 3 including the electrodynamic speaker 31 has a small amount of change when the absolute value of the voice coil displacement x is small, while the voice coil displacement x It changes so as to increase as the absolute value of increases.
スピーカーシステム３の音圧周波数特性は、動電型スピーカー３１の能率が高いほど、音圧レベルが高くなる。動電型スピーカー３１の能率は、磁束密度とコイル長の積である力係数Ｂｌと、ボイスコイル３３および振動板３４に起因する重量ｍ０と、等より定まる。動電型スピーカー３１の磁気回路３８の磁気空隙は有限なので、磁束密度は、ボイスコイル変位ｘに対して一定にならずに変化する。一般的に、ボイスコイル変位ｘの絶対値が小さい時に比較して、ボイスコイル変位ｘの絶対値が大きくなれば、力係数Ｂｌは小さくなるので、ボイスコイル変位ｘによって変化する非線形パラメータＢｌ（ｘ）とみなすことができる。例えば、図２のグラフにおいて実線で図示するように、スピーカーシステム３を構成する動電型スピーカー３１の力係数Ｂｌは、最も大きくなる位置がボイスコイルの静止位置（ｘ＝０）からずれて非対称になっており、ボイスコイル変位ｘの絶対値が大きくなるにつれて小さくなるように変化する。 As for the sound pressure frequency characteristic of the speaker system 3, the sound pressure level increases as the efficiency of the electrodynamic speaker 31 increases. The efficiency of the electrodynamic speaker 31 is determined by the force coefficient Bl, which is the product of the magnetic flux density and the coil length, the weight m0 caused by the voice coil 33 and the diaphragm 34, and the like. Since the magnetic gap of the magnetic circuit 38 of the electrodynamic speaker 31 is finite, the magnetic flux density changes without being constant with respect to the voice coil displacement x. Generally, as the absolute value of the voice coil displacement x increases as compared to when the absolute value of the voice coil displacement x is small, the force coefficient Bl decreases. Therefore, the non-linear parameter Bl (x ). For example, as shown by the solid line in the graph of FIG. 2, the position where the force coefficient Bl of the electrodynamic speaker 31 constituting the speaker system 3 is maximum is shifted from the stationary position (x = 0) of the voice coil and is asymmetric. And changes so as to become smaller as the absolute value of the voice coil displacement x becomes larger.
動電型スピーカー３１を含むスピーカーシステム３では、最低共振周波数ｆ０以下の周波数帯域の音声信号をブーストすることで実質的に再生可能な周波数帯域を低く拡大しようとする場合に、線形成分である基本波に対して非線形歪成分である高調波歪または混変調歪が相対的に著しく大きくなる。つまり、ボイスコイル変位ｘの絶対値が大きくなると、非線形パラメータであるスティフネスＫ（ｘ）および力係数Ｂｌ（ｘ）がボイスコイル変位ｘに伴って変化するので、振幅変調が発生して非線形歪成分が音声信号に含まれることになる。したがって、この音声再生装置１の信号処理回路２は、ボイスコイル状態演算部２０および非線形歪補正信号生成部１０を構成するＤＳＰ５において、動電型スピーカー３１を含むスピーカーシステム３の非線形歪特性を反映した非線形歪補正信号を生成し、スピーカーシステム３が再生する音声に含まれる非線形歪を低減させることができる。 In the speaker system 3 including the electrodynamic speaker 31, a basic component that is a linear component when attempting to expand a frequency band that can be substantially reproduced by boosting an audio signal in a frequency band of the lowest resonance frequency f 0 or less. Harmonic distortion or intermodulation distortion, which is a nonlinear distortion component, is relatively large with respect to the wave. That is, when the absolute value of the voice coil displacement x increases, the stiffness K (x) and the force coefficient Bl (x), which are nonlinear parameters, change with the voice coil displacement x, and therefore amplitude modulation occurs and nonlinear distortion components are generated. Is included in the audio signal. Therefore, the signal processing circuit 2 of the sound reproducing device 1 reflects the nonlinear distortion characteristics of the speaker system 3 including the electrodynamic speaker 31 in the DSP 5 constituting the voice coil state calculation unit 20 and the nonlinear distortion correction signal generation unit 10. The non-linear distortion correction signal generated can be generated, and the non-linear distortion included in the sound reproduced by the speaker system 3 can be reduced.
信号処理回路２の制御回路４は、仮想スピーカーシステム３００の線形パラメータおよび非線形パラメータをＤＳＰ５のボイスコイル状態演算部２０に設定する。また、制御回路４は、仮想スピーカーシステム３００の線形パラメータおよび非線形パラメータに加えてスピーカーシステム３の線形パラメータおよび非線形パラメータをＤＳＰ５の非線形歪補正信号生成部１０に設定する。本実施例の場合には、仮想スピーカーシステム３００は、スピーカーシステム３の非線形歪特性を非線形歪が少なくなるように一部変更した仮想のスピーカーシステムであって、他の線形パラメータおよび非線形パラメータは、スピーカーシステム３のものと同一である。具体的には、仮想スピーカーシステム３００では、図２および図３のグラフに示すように、磁気回路３８における力係数Ｂｌ（ｘ）の非対称性を解消して偶関数に設定し、さらに、支持系のスティフネスの非対称性および非線形性を解消して一定値に設定している。つまり、力係数ならびにスティフネスを予測変位ｘの２次多項式で表した場合、力係数Ｂｌ（ｘ）＝ｂ０＋ｂ１・ｘ＋ｂ２・ｘ＾２におけるｂ１をゼロに、スティフネスＫ（ｘ）＝ｋ０＋ｋ１・ｘ＋ｋ２・ｘ＾２におけるｋ１およびｋ２をゼロに、設定している。以下の数式を用いる説明では、便宜的に、スピーカーシステム３の線形パラメータおよび非線形パラメータに関する記号にはＡを付して、仮想スピーカーシステム３００の線形パラメータおよび非線形パラメータに関する記号にはＢを付して、これらを区別する。 The control circuit 4 of the signal processing circuit 2 sets the linear parameters and the nonlinear parameters of the virtual speaker system 300 in the voice coil state calculation unit 20 of the DSP 5. The control circuit 4 sets the linear parameter and the nonlinear parameter of the speaker system 3 in the nonlinear distortion correction signal generation unit 10 of the DSP 5 in addition to the linear parameter and the nonlinear parameter of the virtual speaker system 300. In the case of the present embodiment, the virtual speaker system 300 is a virtual speaker system in which the nonlinear distortion characteristics of the speaker system 3 are partially changed so that the nonlinear distortion is reduced. It is the same as that of the speaker system 3. Specifically, in the virtual speaker system 300, as shown in the graphs of FIG. 2 and FIG. 3, the asymmetry of the force coefficient B1 (x) in the magnetic circuit 38 is eliminated and an even function is set. The stiffness asymmetry and nonlinearity are eliminated and set to a constant value. That is, when the force coefficient and the stiffness are expressed by a quadratic polynomial of the predicted displacement x, b1 in the force coefficient Bl (x) = b0 + b1 · x + b2 · x ^ 2 is zero, and the stiffness K (x) = k0 + k1 · x + k2 · x K1 and k2 in ^ 2 are set to zero. In the description using the following mathematical expressions, for convenience, a symbol related to the linear parameter and the nonlinear parameter of the speaker system 3 is denoted by A, and a symbol related to the linear parameter and the nonlinear parameter of the virtual speaker system 300 is denoted by B. Distinguish between these.
図１に図示するように、信号処理回路２のＤＳＰ５では、ボイスコイル状態演算部２０が、入力音声信号に対する仮想スピーカーシステム３００のボイスコイルの予測変位ｘＢおよび予測速度ｖＢおよび予測加速度ａＢを演算して非線形歪補正信号生成部１０へ出力する。ボイスコイル状態演算部２０は、仮想スピーカーシステム３００の線形パラメータおよび非線形パラメータを含むボイスコイルの予測変位ｘＢに関する微分方程式を数値計算法で演算し、ボイスコイルの予測変位ｘＢと、予測速度ｖＢおよび予測加速度ａＢと、を演算して非線形歪補正信号生成部１０へ出力する。ボイスコイルの自己インダクタンスを無視した場合、スピーカーの等価回路モデルは以下のような式となるので、これらをまとめると各種パラメータに仮想スピーカーシステム３００の記号Ｂを付した線形パラメータおよび非線形パラメータを使用した式（１）のような予測変位ｘＢに関する微分方程式が得られる。
なお、各パラメータは、以下の意味である。
Re： ボイスコイルの抵抗値（DC）
Ｂｌ（ｘ） ：磁気回路の力係数
K(x) ：スピーカー振動系のスティフネス
m：スピーカー振動系の質量
Rm： スピーカー振動系の機械抵抗
u：入力音声信号電圧
Each parameter has the following meaning.
Re: Voice coil resistance (DC)
Bl (x): Force factor of magnetic circuit
K (x): Stiffness of speaker vibration system
m: Mass of speaker vibration system
Rm: Mechanical resistance of speaker vibration system
u: Input audio signal voltage
したがって、式（１）を例えばホイン法のような数値計算法で演算して解けば、仮想スピーカーシステム３００のボイスコイルの予測変位ｘＢが得られる。予測速度ｖＢおよび予測加速度ａＢは、予測変位ｘＢを微分演算（差分でもよい）して出力するのが好ましい。このように、ボイスコイル状態演算部２０は、特定の非線形パラメータのみを非線形歪補正の対象にして仮想スピーカーシステム３００を想定し、その非線形歪成分を含むボイスコイルの予測変位ｘＢおよび予測速度ｖＢおよび予測加速度ａＢを演算することができる。なお、式（１）を解く数値計算法は、ルンゲクッタ法などの他の数値計算法であってもよい。 Therefore, solving by calculating the equation (1) for example, numerical calculation methods such as Whin method, predicted displacement x B of the voice coil of a virtual speaker system 300 is obtained. The predicted speed v B and the predicted acceleration a B are preferably output by performing a differential operation (or a difference) on the predicted displacement x B. As described above, the voice coil state calculation unit 20 assumes the virtual speaker system 300 with only a specific nonlinear parameter as a target of nonlinear distortion correction, and predicts the predicted displacement x B and the predicted speed v of the voice coil including the nonlinear distortion component. B and predicted acceleration a B can be calculated. The numerical calculation method for solving equation (1) may be another numerical calculation method such as the Runge-Kutta method.
次に、信号処理回路２のＤＳＰ５では、非線形歪補正信号生成部１０が、下記のようにして非線形歪補正信号を生成し、ＤＳＰ５からの出力信号としてＤ／Ａ変換器６に出力する。非線形歪補正信号生成部１０は、これらの予測変位ｘＢと、予測速度ｖＢと、予測加速度ａＢと、記号Ａを付したスピーカーシステム３の線形パラメータおよび非線形パラメータと、記号Ｂを付した仮想スピーカーシステム３００の線形パラメータおよび非線形パラメータと、に基づいて非線形歪補正信号ｕｏｕｔを生成する。具体的には、以下の式（２）に予測変位ｘＢと、予測速度ｖＢと、予測加速度ａＢと、式（１）とを入力する。非線形歪補正信号生成部１０は、スピーカーシステム３の線形パラメータおよび非線形パラメータを設定されているので、入力音声信号に対してＤＡ変換器６およびアンプ回路７を介して接続されるスピーカーシステム３の非線形歪を低減することができる。式（１）および式（２）から、以下の式（３）が導出される。
式（３）は、特許文献１または非特許文献２に記載されているMirrorフィルタと同様の形式に書き表したものであり、さらに式（４）のようにまとめることができる。また、上記の式では、ＤＡ変換器６およびアンプ回路７でのゲインを１と仮定して数式を単純化している。
この実施例の場合のように、スピーカーシステム３の線形パラメータと仮想スピーカーシステム３００の線形パラメータとが同じ値を採る場合には、式（４）は、さらに式（５）のように単純化することができる。式（５）を従来のMirrorフィルタと対比すると、厳密にスピーカーシステム３の非線形パラメータである力係数BlA(x)およびKA(x)と、仮想スピーカーシステム３００の非線形パラメータである力係数BlＢ(x)およびKＢ(x)と、を反映して非線形補正信号を出力することになっている。したがって、非線形パラメータを理想的に、例えば本実施例の場合のように、力係数の非線形性は変化させなくても非対称性は改善する、加えてスティフネスは一定値にして線形化する、というように設定して、非線形歪補正信号を生成できる。
図４は、音声再生装置１のスピーカーシステム３からの再生音に含まれる非線形歪について説明するグラフである。具体的には、入力音声信号が７５Ｈｚの正弦波信号であり、信号処理回路２の制御回路４が、ＤＳＰ５を非線形歪補正信号を生成しないように動作させる非線形歪補正ＯＦＦ状態と、ＤＳＰ５を非線形歪補正信号を生成するように動作させる非線形歪補正ＯＮ状態と、を切り換えるようにして動作する場合に、７５Ｈｚの２次高調波１５０Ｈｚと、３次高調波２２５Ｈｚと、４次高調波３００Ｈｚと、５次高調波３７５Ｈｚと、における高調波歪率を測定して図示したグラフである。 FIG. 4 is a graph for explaining nonlinear distortion included in the reproduced sound from the speaker system 3 of the audio reproducing device 1. Specifically, the input audio signal is a 75 Hz sine wave signal, and the control circuit 4 of the signal processing circuit 2 operates the DSP 5 so as not to generate the nonlinear distortion correction signal, and the DSP 5 is nonlinear. When operating so as to switch between a nonlinear distortion correction ON state that operates to generate a distortion correction signal, a second harmonic of 75 Hz 150 Hz, a third harmonic 225 Hz, a fourth harmonic 300 Hz, It is the graph which measured and showed the harmonic distortion factor in 5th harmonic 375Hz.
動電型スピーカー３１を含むスピーカーシステム３では、ボイスコイル３３およびスピーカー振動板３４の変位ｘの絶対値が大きくなる７５Ｈｚでは、２次〜５次の非線形歪が相対的に大きくなる。非線形歪補正信号を生成しない非線形歪補正ＯＦＦ状態では、グラフに図示するように、３次および５次の奇数次の非線形歪よりも、２次および４次の偶数次の非線形歪が若干小さい。本実施例の場合のように、仮想スピーカーシステム３００の非線形パラメータである力係数ＢｌＢ（ｘ）を非対称性が改善された偶関数に設定し、スティフネスＫＢ（ｘ）を一定値に設定して非線形歪補正信号を生成する非線形歪補正ＯＮ状態にすると、２次および４次の偶数次の非線形歪を十分に程度に低減することができる。 In the speaker system 3 including the electrodynamic speaker 31, the second-order to fifth-order nonlinear distortion becomes relatively large at 75 Hz where the absolute value of the displacement x of the voice coil 33 and the speaker diaphragm 34 is large. In the nonlinear distortion correction OFF state in which the nonlinear distortion correction signal is not generated, the second-order and fourth-order even-order nonlinear distortion is slightly smaller than the third-order and fifth-order odd-order nonlinear distortion, as shown in the graph. As in the present embodiment, the force coefficient Bl B (x), which is a nonlinear parameter of the virtual speaker system 300, is set to an even function with improved asymmetry, and the stiffness K B (x) is set to a constant value. When the nonlinear distortion correction ON state for generating the nonlinear distortion correction signal is turned on, the second-order and fourth-order even-order nonlinear distortion can be sufficiently reduced.
一方で、３次および５次の奇数次の非線形歪は、ほとんど変化させないようにすることができている。本実施例では、スティフネスＫＢ（ｘ）を一定値に設定して非線形性をも改善しているが、スティフネスＫＢ（ｘ）の非対称性を改善して偶関数に設定し、力係数ＢｌＢ（ｘ）を非対称性が改善された偶関数に設定すれば、ＤＳＰ５の非線形歪補正信号生成部１０は、スピーカーシステム３から再生される２次および４次といった偶数次高調波歪成分を低減するような非線形歪補正信号を生成することができる。 On the other hand, the third-order and fifth-order odd-order nonlinear distortions can be hardly changed. In this embodiment, the stiffness K B (x) is set to a constant value to improve the non-linearity, but the asymmetry of the stiffness K B (x) is improved and set to an even function, and the force coefficient Bl If B (x) is set to an even function with improved asymmetry, the nonlinear distortion correction signal generation unit 10 of the DSP 5 reduces even-order harmonic distortion components such as second-order and fourth-order reproduced from the speaker system 3. Such a nonlinear distortion correction signal can be generated.
入力音声信号が純音である場合には、動電型スピーカー３１における非線形歪補正が適正な場合には、非線形歪補正ＯＦＦ状態から非線形歪補正ＯＮ状態に切り換えると、非線形歪が低減して再生音から濁り感が少なくなる。一方で、非線形歪補正が不適当な場合には、非線形歪補正ＯＦＦ状態から非線形歪補正ＯＮ状態に切り換えると、非線形歪が逆に増大して再生音の濁り感が増して、音量も大きくなるように聴き取れる場合がある。この音声再生装置１では、任意の非線形パラメータを改善するように非線形歪補正信号を生成することができるので、動電型スピーカーが再生する音声に含まれる非線形歪を低減させることも、反対に非線形歪を適宜に増大させることもできるようになる。つまり、実際のスピーカーシステム３の動作ならびに特性を、線形パラメータおよび非線形パラメータを含めて仮想スピーカーシステム３００として設定したものにほぼ置き換えることができ、動電型スピーカーにおける再生音質の調整が可能になるという利点がある。 When the input audio signal is a pure tone and the nonlinear distortion correction in the electrodynamic speaker 31 is appropriate, switching from the nonlinear distortion correction OFF state to the nonlinear distortion correction ON state reduces the nonlinear distortion and reproduces the reproduced sound. The feeling of turbidity is reduced. On the other hand, if the nonlinear distortion correction is inappropriate, switching from the nonlinear distortion correction OFF state to the nonlinear distortion correction ON state causes the nonlinear distortion to increase in reverse, increasing the turbidity of the reproduced sound and increasing the volume. May be heard. In the audio reproduction device 1, since the nonlinear distortion correction signal can be generated so as to improve an arbitrary nonlinear parameter, it is also possible to reduce the nonlinear distortion included in the audio reproduced by the electrodynamic speaker. The distortion can be increased appropriately. That is, the actual operation and characteristics of the speaker system 3 can be substantially replaced with those set as the virtual speaker system 300 including linear parameters and nonlinear parameters, and the reproduction sound quality of the electrodynamic speaker can be adjusted. There are advantages.
本実施例の音声再生装置１では、動電型スピーカー３１の非線形パラメータをスティフネスＫ（ｘ）と、力係数Ｂｌ（ｘ）と存在すると仮定したが、ボイスコイル変位に伴うインダクタンスの非線形パラメータＬ（ｘ）を含む他の非線形モデルに基づいて、ＤＳＰ５のボイスコイル状態演算部２０および非線形歪補正信号生成部１０を構成しても良い。もちろん、他の非線形性を考慮した非線形モデルを採用してもよい。 In the sound reproducing apparatus 1 of the present embodiment, it is assumed that the nonlinear parameters of the electrodynamic speaker 31 are the stiffness K (x) and the force coefficient Bl (x). However, the inductance nonlinear parameter L (( The voice coil state calculation unit 20 and the nonlinear distortion correction signal generation unit 10 of the DSP 5 may be configured based on other nonlinear models including x). Of course, a non-linear model in consideration of other non-linearities may be adopted.
もちろん、動電型スピーカー３１を含むスピーカーシステム３は、密閉型に限らず、位相反転型（バスレフ型、パッシブラジエータ型）、ケルトン型、ダブルパスレフ型、等の他のキャビネット方式であってもよい。いずれのキャビネット方式であっても、ボイスコイル状態演算部２０が、仮想スピーカーシステム３００の線形パラメータおよび非線形パラメータを反映し、非線形歪補正信号生成部１０が、仮想スピーカーシステム３００に加えてスピーカーシステム３の線形パラメータおよび非線形パラメータを反映していればよい。 Of course, the speaker system 3 including the electrodynamic speaker 31 is not limited to a sealed type, but may be other cabinet types such as a phase inversion type (bass reflex type, passive radiator type), a kelton type, a double pass reflex type, and the like. . In any cabinet system, the voice coil state calculation unit 20 reflects the linear parameters and nonlinear parameters of the virtual speaker system 300, and the nonlinear distortion correction signal generation unit 10 adds the speaker system 3 in addition to the virtual speaker system 300. It is only necessary to reflect the linear parameter and the nonlinear parameter.
本発明の音声再生装置は、動電型スピーカーを内蔵して音声信号を再生するオーディオ装置、あるいは、ステレオ再生装置、マルチチャンネルサラウンド音声再生装置のみならず、ディスプレイ等の映像・音響機器、サブウーファー装置、または、音声を再生するスピーカーを内蔵するキャビネットを有するゲーム機、スロットマシン等の遊戯機にも適用が可能である。 The audio reproducing apparatus of the present invention includes not only an audio apparatus that incorporates an electrodynamic speaker and reproduces an audio signal, or a stereo reproducing apparatus or a multi-channel surround sound reproducing apparatus, but also a video / audio device such as a display, a subwoofer, and the like. The present invention can also be applied to game machines such as devices or cabinets with built-in speakers that reproduce sound, and slot machines.
１ 音声再生装置
２ 信号処理回路
３ スピーカーシステム
４ 制御回路
５ ＤＳＰ
６ Ｄ／Ａ変換器
７ アンプ回路
１０ 非線形歪補正信号生成部
２０ ボイスコイル状態演算部
３０ キャビネット
３１ 動電型スピーカー
３２ 接続線
３３ ボイスコイル
３４ 振動板
３５ エッジ
３６ ダンパー
３７ フレーム
３８ 磁気回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Audio | voice reproduction apparatus 2 Signal processing circuit 3 Speaker system 4 Control circuit 5 DSP
6 D / A converter 7 Amplifier circuit 10 Non-linear distortion correction signal generation unit 20 Voice coil state calculation unit 30 Cabinet 31 Electrodynamic speaker 32 Connection line 33 Voice coil 34 Diaphragm 35 Edge 36 Damper 37 Frame 38 Magnetic circuit
Claims (4)
該信号処理回路が、入力音声信号が入力されるボイスコイル状態演算部と、該ボイスコイル状態演算部の出力信号に基づいて該非線形歪補正信号を生成する非線形歪補正信号生成部と、該非線形歪補正信号生成部からの出力信号を増幅して該動電型スピーカーへ出力する増幅部と、を備え、
該ボイスコイル状態演算部が、該動電型スピーカーの第１非線形パラメータとは異なる第２非線形パラメータおよび第２線形パラメータにより設定される仮想動電型スピーカーに関して、該入力音声信号に対する該仮想動電型スピーカーのボイスコイルの予測変位ｘおよび予測速度ｖおよび予測加速度ａを演算して該非線形歪補正信号生成部へ出力し、
該非線形歪補正信号生成部が、該予測変位ｘと、該予測速度ｖと、該予測加速度ａと、該動電型スピーカーの第１線形パラメータおよび該第１非線形パラメータと、該仮想動電型スピーカーの該第２線形パラメータおよび該第２非線形パラメータと、に基づいて該非線形歪補正信号を生成する、
音声再生装置。 An audio reproduction device including an electrodynamic speaker and a signal processing circuit that generates a nonlinear distortion correction signal reflecting the nonlinear distortion characteristic of the electrodynamic speaker,
The signal processing circuit includes: a voice coil state calculation unit to which an input audio signal is input; a nonlinear distortion correction signal generation unit that generates the nonlinear distortion correction signal based on an output signal of the voice coil state calculation unit; An amplification unit that amplifies an output signal from the distortion correction signal generation unit and outputs the amplified signal to the electrodynamic speaker;
For the virtual electrodynamic speaker set by the second non-linear parameter and the second linear parameter different from the first non-linear parameter of the electrodynamic speaker, the voice coil state calculation unit performs the virtual electrodynamic signal for the input audio signal. The predicted displacement x, predicted speed v and predicted acceleration a of the voice coil of the type speaker are calculated and output to the nonlinear distortion correction signal generator,
The nonlinear distortion correction signal generation unit includes the predicted displacement x, the predicted speed v, the predicted acceleration a, the first linear parameter and the first nonlinear parameter of the electrodynamic speaker, and the virtual electrodynamic type. Generating the nonlinear distortion correction signal based on the second linear parameter of the speaker and the second nonlinear parameter;
Audio playback device.
請求項１に記載の音声再生装置。 The voice coil state calculation unit of the signal processing circuit calculates a differential equation related to the predicted displacement x of the voice coil including the second linear parameter and the second nonlinear parameter of the virtual electrodynamic speaker by a numerical calculation method. And calculates and outputs the predicted displacement x of the voice coil, the predicted speed v, and the predicted acceleration a.
The sound reproducing device according to claim 1.
請求項１または２に記載の音声再生装置。 Force coefficients B11 (x) and B12 (x) at which the first nonlinear parameter of the electrodynamic speaker and the second nonlinear parameter of the virtual electrodynamic speaker change at least using the predicted displacement x as a parameter, respectively. ), And stiffness K1 (x) and K2 (x), approximated by a second or higher order polynomial of the predicted displacement x,
The sound reproducing device according to claim 1 or 2.
該非線形歪補正信号生成部が、前記動電型スピーカーから再生される偶数次高調波歪成分を低減する前記非線形歪補正信号を生成する、
請求項３に記載の音声再生装置。
The voice coil state calculation unit of the signal processing circuit approximates the second non-linear parameter of the virtual electrodynamic speaker by the second-order or higher polynomial of the predicted displacement x, and converts the polynomial into an even function. The predicted displacement x, the predicted speed v, and the predicted acceleration a are calculated and output to the nonlinear distortion correction signal generation unit,
The nonlinear distortion correction signal generation unit generates the nonlinear distortion correction signal for reducing even-order harmonic distortion components reproduced from the electrodynamic speaker;
The audio reproduction device according to claim 3.
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