JP2014232959A - チャンネルデバイダおよびこれを含む音声再生システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ３ｗａｙ以上のスピーカーシステムに対応して、低域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、および、高域通過フィルタを、それぞれギブス現象を生じない直線位相フィルタで構成して、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を適切に変更することが可能なチャンネルデバイダを提供する。【解決手段】 チャンネルデバイダは、低域通過フィルタ部、高域通過フィルタ部、および、帯域通過フィルタ部が、いずれも有限長インパルスレスポンスフィルタにより構成され、有限長インパルスレスポンスフィルタの係数を、［０，１］を範囲とする実数ｘの連続関数ｇ（ｘ）を用いた総和を１とするバーンスタイン多項式から求める。【選択図】 図２

Description

本発明は、マルチウェイスピーカーシステムによる音声信号再生で使用するチャンネルデバイダおよびこれを含む音声再生システムであって、特に、３ｗａｙ以上のスピーカーシステムに対応して、低域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、および、高域通過フィルタを、それぞれギブス現象を生じない直線位相フィルタで構成して、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を適切に変更することが可能なチャンネルデバイダに関する。

低音域再生用のウーファー及び高音域再生用のツィーターを含むマルチウェイスピーカーシステムでは、各スピーカーユニットの再生周波数帯域に合わせてアンプで増幅された音声信号を帯域分割するネットワーク回路を含む場合が一般的である。近年では、ウーファーに対応するネットワーク回路とツィーターに対応するネットワーク回路をそれぞれに独立することができ、それぞれに接続する入力端子を備えるバイワイヤリング接続に対応するスピーカーシステムが普及している。バイワイヤリング接続では、ウーファーのネットワーク回路に接続するパワーアンプと、ツィーターのネットワーク回路に接続する他のパワーアンプと、を用いるバイアンプ駆動を採用することになる。

一方で、スピーカーシステムのネットワーク回路を使用せずにマルチアンプ（バイアンプ）駆動を実現する方法として、パワーアンプの前段にチャンネルデバイダを設けて、このチャンネルデバイダによって音声信号を帯域分割する場合がある。チャンネルデバイダは、上記のようなマルチアンプ−マルチウェイスピーカーシステムの音声再生システムにおいて、入力される音声信号を少なくとも低音域側出力信号と高音域側出力信号とに帯域分割して、マルチアンプに出力する。チャンネルデバイダを用いることで、スピーカーシステムのネットワークよりも急峻な過渡帯域を持つＬＰＦ（低域通過フィルタ）あるいはＨＰＦ（高域通過フィルタ）を設定できる、クロスオーバー周波数を比較的自由に設定できる、等の利点がある（例えば、特許文献１）。また、チャンネルデバイダを採用する場合には、低音域用のアンプ回路と高音域用のアンプ回路が独立するので、低音成分と高音成分とが重畳して発生する混変調歪が低減し、再生音質に優れるという利点があると言われている。

近年、ＤＳＰおよびマルチアンプを含むＡＶレシーバー等を利用してネットワーク回路を備えないスピーカーシステムを接続できるように、ＤＳＰにチャンネルデバイダの機能を持たせようとするものがある（特許文献２、特許文献３）。チャンネルデバイダをデジタルフィルタで実現する場合にはＦＩＲフィルタまたはＩＩＲフィルタによる場合がある。チャンネルデバイダを使用するには、マイクロホン等を用いてスピーカーシステムの各スピーカーユニットの再生帯域を測定して、クロスオーバー周波数を適切に設定する必要がある（特許文献４、特許文献５）。

マルチウェイスピーカーシステムが、低音域再生用のウーファー及び高音域再生用のツィーターに加えて中音域再生用のスコーカー（ミッドレンジスピーカーと呼ぶ場合もある。フルレンジスピーカーの場合もある。）を備える場合には、チャンネルデバイダは、さらにＢＰＦ（帯域通過フィルタ）を設定できるようにする必要がある。ＢＰＦを設定するには、ウーファーとスコーカーとの帯域分割を規定する第１クロスオーバー周波数と、スコーカーとツィーターとの帯域分割を規定する第２クロスオーバー周波数と、を定める。ＢＰＦは、第１クロスオーバー周波数および第２クロスオーバー周波数から導出して構成しても良いが、ＢＰＦは、低音域側のクロスオーバー周波数を設定するＨＰＦと、高音域側の低音域側のクロスオーバー周波数を設定するＬＰＦと、を直列接続して構成しても良い。

従来のチャンネルデバイダでは、低音域側のＬＰＦおよび中音域側のＢＰＦおよび高音域側のＨＰＦは、幾つかの標準的なフィルタ特性の中から選択できるものが多く、直線位相の位相シフト特性を有する非巡回型フィルタ（有限長インパルスレスポンスフィルタ、ＦＩＲフィルタ）が用いられる場合がある。なかでも、巡回型フィルタ（無限長インパルスレスポンスフィルタ、ＩＩＲフィルタ）を有限長に打ち切って近似したＦＩＲフィルタでは、打ち切りに起因する誤差によって阻止域の通過レベルが上昇するというギブス現象が発生してしまうという問題がある。一方で、ギブス現象が発生しないＦＩＲフィルタとして、Willkinsonフィルタ、Herrmannフィルタ、あるいは、Apodizingフィルタと呼ばれる直線位相の位相シフト特性を有するフィルタが存在する。直線位相の位相シフト特性の場合は、遅延が周波数に対して一定であり、位相遅延特性および群遅延特性がフラットになる。

ただし、３Ｗａｙ以上のマルチウェイスピーカーシステムの場合には、それぞれのフィルタ特性の設定が複雑になるので、第１クロスオーバー周波数または第２クロスオーバー周波数のいずれか一方においてスムーズな振幅周波数特性が得られても、他方の周波数ではディップができてしまい振幅周波数特性が変化してしまうことがあるという問題がある。これらの直線位相の位相シフト特性を有するフィルタを３Ｗａｙ以上のマルチウェイスピーカーシステムに対応するチャンネルデバイダに用いるには、適切にＦＩＲフィルタを構成しないと、出力信号の波形の歪みが大きくなり、再生音声の音色変化として現れてしまうという問題がある。また、マルチウェイスピーカーシステムが、ネットワーク回路を有しているような場合には、それに対応する必要がある。したがって、所望のゲイン特性をチャンネルデバイダのフィルタに設定する場合であっても、適切にギブス現象が発生しないＦＩＲフィルタを構成するのが好ましい。

特開２００５−１０９９６９号公報 特開２００２−１１１３９９号公報 特開２００５−１８４１４９号公報 特許第４３２１３１５号公報 実開平５−３９０９７号公報

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、マルチウェイスピーカーシステムによる音声信号再生で使用するチャンネルデバイダおよび音響再生システムであって、特に、３ｗａｙ以上のスピーカーシステムに対応して、低域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、および、高域通過フィルタを、それぞれギブス現象を生じない直線位相フィルタで構成して、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を適切に変更することが可能なチャンネルデバイダおよび音響再生システムを提供することにある。

本発明のチャンネルデバイダは、入力される音声信号を低音域側の第１出力信号に帯域分割して第１出力端子に出力する低域通過フィルタ部と、音声信号を第１出力信号よりも高音域側の第２出力信号に帯域分割して第２出力端子に出力する高域通過フィルタ部と、音声信号を第１出力信号よりも高音域側でかつ第２出力信号よりも低音域側の第３出力信号に帯域分割して第３出力端子に出力する帯域通過フィルタ部と、を含むチャンネルデバイダであって、低域通過フィルタ部、高域通過フィルタ部、および、帯域通過フィルタ部が、いずれも有限長インパルスレスポンスフィルタにより構成され、有限長インパルスレスポンスフィルタの係数を、［０，１］を範囲とする実数ｘの連続関数ｇ（ｘ）を用いた総和を１とするバーンスタイン多項式である下記数式１において、実数ｘを下記数式２と定め、連続関数ｇ（ｘ）を所望の基準合成特性として定め、かつ、クロスオーバー周波数を定める次数ｍを下記数式３と定める場合の下記数式４で表される多項式として得て、下記数式４の第１項による有限長インパルスレスポンスフィルタの係数に所定数のサンプル数以上の遅延を与えて得られる係数を低域通過フィルタ部に設定し、下記数式４の第３項による有限長インパルスレスポンスフィルタの係数に所定数のサンプル数以上の遅延を与えて得られる係数を高域通過フィルタ部に設定し、下記数式４の第２項による有限長インパルスレスポンスフィルタの係数に所定数のサンプル数以上の遅延を与えて得られる係数を帯域域通過フィルタ部に設定する。

（但し、式中において、０＜ｘ＜１。ｎ：１以上の整数。）

（但し、式中において、０＜ｘ＜１。ｆｓ：サンプリング周波数。）

（但し、式中において、Ｎ：１以上の整数。ｆｃ：サンプリング周波数。）

（但し、式中において、０＜ｍ１＜ｍ２＜…＜ｍｂ＜Ｎ：１以上の整数。）

好ましくは、本発明のチャンネルデバイダは、所望の基準合成特性を示す連続関数ｇ（ｘ）が１に等しく、入力される音声信号の波形と、第１出力信号と第２出力信号と第３出力信号との和信号の波形とが、一致する。

また、好ましくは、本発明のチャンネルデバイダは、帯域通過フィルタ部が、複数Ｍ（Ｍ：２以上の整数）の第３出力信号を出力する複数Ｍの有限長インパルスレスポンスフィルタによる帯域フィルタから構成される。

また、好ましくは、本発明のチャンネルデバイダは、第１出力信号または第２出力信号または第３出力信号のレベル調整を行なうレベル調整回路と、第１出力信号または第２出力信号または第３出力信号の位相反転を行なう位相反転回路と、第１出力信号または第２出力信号または第３出力信号の遅延時間を調整する遅延回路と、をさらに含む。

また、本発明の音響再生システムは、上記のチャンネルデバイダと、チャンネルデバイダの第１出力端子および第２出力端子および第３出力端子に対応する増幅回路を含む増幅器と、少なくとも第１出力信号に対応するウーファーまたはサブウーファーと、第２出力信号に対応するツィーターと、第３出力信号に対応するツィーターまたはスコーカーまたはウーファーと、を含み増幅器とバイワイヤリング接続が可能なスピーカーシステムと、を含む。

以下、本発明の作用について説明する。

本発明のチャンネルデバイダは、入力される音声信号を、少なくとも低音域側の第１出力信号と、第１出力信号よりも高音域側の第２出力信号と、第１出力信号よりも高音域側でかつ第２出力信号よりも低音域側の第３出力信号と、に帯域分割して、それぞれ第１出力端子および第２出力端子および第３出力端子に出力する。チャンネルデバイダは、それぞれの出力端子に対応する増幅回路を含む増幅器と、少なくとも第１出力信号に対応するウーファーまたはサブウーファーと、第２出力信号に対応するツィーターと、第３出力信号に対応するツィーターまたはスコーカーまたはウーファーと、を少なくとも含んで増幅器とバイワイヤリング接続が可能なスピーカーシステムと、を含む音響再生システムを構成する。

なお、３Ｗａｙのマルチウェイスピーカーシステムとは、ウーファーおよびツィーターを含む２Ｗａｙのマルチウェイスピーカーシステムに、さらに低音域側を再生するサブウーファーを付加する場合を含む。したがって、ユーザーは、チャンネルデバイダを調整して、それぞれのスピーカーユニットが重複して再生する周波数帯域とその再生レベルを変更できるので、スピーカーシステムの再生音質の調整が容易になるという利点がある。なお、一般的なスピーカーシステムのネットワーク回路は、±６〜１８ｄＢ／Ｏｃｔ．の遷移域特性が一般的であるのに対して、チャンネルデバイダのＬＰＦ、ＢＰＦ、およびＨＰＦは、±２４〜９６ｄＢ／Ｏｃｔ．以上の遷移域特性も可能であり、チャンネルデバイダを導入することで遷移域および阻止域の減衰率を大きくすることができる。

本発明のチャンネルデバイダは、入力される音声信号を低音域側の第１出力信号に帯域分割して第１出力端子に出力する低域通過フィルタ部と、音声信号を第１出力信号よりも高音域側の第２出力信号に帯域分割して第２出力端子に出力する高域通過フィルタ部と、音声信号を第１出力信号よりも高音域側でかつ第２出力信号よりも低音域側の第３出力信号に帯域分割して第３出力端子に出力する帯域通過フィルタ部と、を含む。本発明のチャンネルデバイダでは、低域通過フィルタ部、高域通過フィルタ部、および、帯域通過フィルタ部が、いずれもギブス現象を生じない直線位相フィルタである有限長インパルスレスポンスフィルタにより構成される。

ここで、低域通過フィルタ部、高域通過フィルタ部、および、帯域通過フィルタ部でのそれぞれの有限長インパルスレスポンスフィルタのフィルタの係数は、上記数式１〜４により得られる。つまり、それぞれの有限長インパルスレスポンスフィルタの係数は、［０，１］を範囲とする実数ｘの連続関数ｇ（ｘ）を用いた総和を１とするバーンスタイン多項式である上記数式１において、実数ｘを上記数式２と定め、連続関数ｇ（ｘ）を所望の基準合成特性として定め、かつ、クロスオーバー周波数を定める次数ｍを上記数式３と定める場合の上記数式４で表される多項式として得て、上記数式４の第１項による有限長インパルスレスポンスフィルタの係数に所定数のサンプル数以上の遅延を与えて得られる係数を低域通過フィルタ部に設定し、上記数式４の第３項による有限長インパルスレスポンスフィルタの係数に所定数のサンプル数以上の遅延を与えて得られる係数を高域通過フィルタ部に設定し、上記数式４の第２項による有限長インパルスレスポンスフィルタの係数に所定数のサンプル数以上の遅延を与えて得られる係数を帯域域通過フィルタ部に設定する。なお、所定数のサンプル数以上の遅延とは、１サンプル以上の遅延であればよく、上記数式２を用いる結果として得られるＦＩＲフィルタ係数が、因果性を満足するようになるのに必要な遅延に等しいサンプル数以上であればよい。

その結果、本発明のチャンネルデバイダは、３Ｗａｙのマルチウェイスピーカーシステムに適するように低域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、および、高域通過フィルタを、それぞれギブス現象を生じない直線位相フィルタで構成して、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を適切に変更することができる。特に、所望の基準合成特性を示す連続関数ｇ（ｘ）が１に等しくするようにすれば、入力される音声信号の波形と、第１出力信号と第２出力信号と第３出力信号との和信号の波形とが、一致するようにできる。したがって、３Ｗａｙ以上のマルチウェイスピーカーシステムに対応する場合に、振幅周波数特性が変わらずに、クロスオーバー周波数付近にピークまたはディップができてしまうことがない。

また、帯域通過フィルタ部の出力である第３出力信号は、さらに複数Ｍ（Ｍ：２以上の整数）に帯域分割してもよい。つまり、チャンネルデバイダは、帯域通過フィルタ部が、複数Ｍの第３出力信号を出力する複数Ｍの有限長インパルスレスポンスフィルタによる帯域フィルタから構成される。したがって、４Ｗａｙ（Ｍ＝２の場合）以上のマルチウェイスピーカーシステムに対応が可能であり、同様に、振幅周波数特性が変わらずに、クロスオーバー周波数付近にピークまたはディップができてしまうことがない。

なお、本発明のチャンネルデバイダは、第１出力信号または第２出力信号または第３出力信号のレベル調整を行なうレベル調整回路と、第１出力信号または第２出力信号または第３出力信号の位相反転を行なう位相反転回路と、第１出力信号または第２出力信号または第３出力信号の遅延時間を調整する遅延回路と、をさらに含むようにしてもよい。再生音質を調整する範囲が広がり、様々なマルチウェイスピーカーシステムにも対応できるようになる。

本発明のチャンネルデバイダおよび音響再生システムは、３ｗａｙ以上のスピーカーシステムに対応して、低域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、および、高域通過フィルタを、それぞれギブス現象を生じない直線位相フィルタで構成して、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を適切に変更することができる。

本発明の好ましい実施形態によるアンプ装置１を含む音響再生システムについて説明する図である。（実施例１） アンプ装置１のチャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタＬＰＦ、帯域通過フィルタＢＰＦおよび高域通過フィルタＨＰＦの周波数特性（ゲイン特性）について説明するグラフである。（実施例１） アンプ装置１のチャンネルデバイダ１２の和の周波数特性（ゲイン特性）について説明するグラフである。（実施例１）

以下、本発明の好ましい実施形態によるチャンネルデバイダおよびこれを含む音声再生システム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。

図１は、本発明の好ましい実施形態による音響再生システムについて説明する図である。具体的には、音響再生システムは、チャンネルデバイダを含むアンプ装置１と、アンプ装置１に接続するスピーカーシステム７Ｌおよび７Ｒと、を含み、図１は、それぞれの内部構成を示すブロック図である。また、図２は、アンプ装置１のチャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタ部１３の周波数特性（ゲイン特性）について説明するグラフであり、図３は、チャンネルデバイダ１２の和の周波数特性（ゲイン特性）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成や、内部構造等は、図示ならびに説明を省略する。

音響再生システムは、アンプ装置１と、アンプ装置１に接続するスピーカーシステム７Ｌおよび７Ｒと、を含み、アンプ装置１に入力されるデジタル信号データａｄａｔａをステレオ音声信号ＬおよびＲに変換し、アンプ装置１で増幅した後に２本のスピーカー７Ｌおよび７Ｒからなるスピーカーシステム７によってステレオ音声を再生する音声再生システムである。アンプ装置１は、ＤＳＰおよびマルチアンプを含み、チャンネルデバイダを動作させたマルチアンプ接続が可能である。また、スピーカーシステム７は、それぞれウーファーＷＯおよびスコーカーＳＱおよびツィーターＴＷを含む３ｗａｙのバイワイヤリングＳＳであり、アンプ装置１とは、スピーカーコードによってバイワイヤリング接続される。したがって、アンプ装置１を使用するユーザーは、チャンネルデバイダを調整して、ウーファーとツィーターとが重複して再生する周波数帯域とその再生レベルを変更して、スピーカーシステム７の再生音質の調整が可能になる。

アンプ装置１は、デジタル信号データａｄａｔａを信号処理するＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）１０と、ＤＳＰ１０の４チャンネル分の出力を受けてアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２、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７へ出力するアンプ回路３と、を少なくとも含む。ステレオ音声信号ＬおよびＲは、アナログで供給されるステレオ信号（左信号Ｌおよび右信号Ｒ）として（図示しない）Ａ／Ｄ変換器を介してＤＳＰ１０に供給されてもよい。アンプ装置１は、全体を制御する制御回路であるＣＰＵ４と、ＣＰＵ４に接続してユーザーからの指示入力を受ける操作部５と、ディスプレイを含む表示回路６と、を含む。具体的には、アンプ装置１は、マルチチャンネル音声に対応したＤＳＰおよびマルチチャンネルアンプ回路を内蔵するＡＶレシーバー等により構成し得る。操作部５は、スイッチ、ジョグダイヤル、あるいは、リモコン装置、等の入力デバイスを含む。表示回路６は、内蔵するＦＬディスプレイ、液晶ディスプレイ等でもよく、又は他に接続するディスプレイ装置であってもよい。もちろん、アンプ装置１は、ＤＳＰ１０と、Ｄ／Ａ変換器２と、マルチチャンネルアンプ回路３と、マイコン等のＣＰＵ４と、を含む他の音響再生装置により構成してもよい。また、アンプ装置１が含むＤＳＰ１０は、単独のチャンネルデバイダ装置として独立していても良い。

スピーカーシステム７は、ウーファーＷＯおよびスコーカーＳＱおよびツィーターＴＷを含む３ｗａｙのバイワイヤリングＳＳであり、それぞれのスピーカーユニットに対応するネットワーク回路と入力端子を含む。左スピーカー７Ｌおよび右スピーカー７Ｒの低音域再生用のウーファーＷＯは、それぞれ入力端子ｔＬに接続する。また、中音域再生用のスコーカーＳＱは、それぞれ入力端子ｔＭに接続する。また、高音域再生用のツィーターＴＷは、それぞれ入力端子ｔＨに接続する。

スピーカーシステム７のウーファーＷＯおよびスコーカーＳＱおよびツィーターＴＷは、主に音声再生可能な周波数帯域が予め定まっているので、ウーファーＷＯおよびスコーカーＳＱの間のクロスオーバー周波数ｆｃ１と、スコーカーＳＱおよびツィーターＴＷの間のクロスオーバー周波数ｆｃ２と、を境にしてチャンネルデバイダにより帯域分割する。低音域再生用のウーファーＷＯは、クロスオーバー周波数ｆｃ１以下の周波数帯域を主に再生し、スコーカーＳＱは、クロスオーバー周波数ｆｃ１以上ｆｃ２以下の周波数帯域を主に再生し、ツィーターＴＷは、クロスオーバー周波数ｆｃ２以上の周波数帯域を主に再生する。スピーカーシステム７は、チャンネルデバイダを用いて比較的にフラットな合成音圧周波数特性を実現するように調整される。

ＤＳＰ１０は、入力データａｄａｔａをステレオ信号ＬおよびＲに変換するデコーダ１１と、デジタルフィルタを含むチャンネルデバイダ１２と、を内部に含む。ＤＳＰ１０は、チャンネルデバイダ１２の６チャンネル分の出力端子（ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３、ＤＲ１、ＤＲ２、ＤＲ３）をＤ／Ａ変換器２へ出力する。チャンネルデバイダ１２は、左信号Ｌおよび右信号Ｒにそれぞれ対応する低域通過フィルタ部１３と、帯域通過フィルタ部１５と、高域通過フィルタ部１４と、第１出力調整回路１３ａと、第３出力調整回路１５ａと、第２出力調整回路１４ａと、を含む。ＤＳＰ１０のチャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタ部１３および帯域通過フィルタ部１５および高域通過フィルタ部１４のフィルタ設定等は、ＣＰＵ４により制御される。ＤＳＰ１０のデコーダ１１の出力信号であるステレオ信号ＬおよびＲは、それぞれＦＩＲフィルタである低域通過フィルタ部１３または高域通過フィルタ部１４または帯域通過フィルタ部１５に分岐されて入力される。

本実施例のチャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタ部１３および帯域通過フィルタ部１５および高域通過フィルタ部１４はそれぞれ、ＦＩＲフィルタにより構成される低域通過フィルタＬＰＦまたは高域通過フィルタＨＰＦまたは帯域通過フィルタＢＰＦを含んで構成されているデジタルフィルタである。低域通過フィルタ部１３は、入力される音声信号を低音域側の第１出力信号に帯域分割し、第１出力端子Ｄ１に出力する。また、高域通過フィルタ部１４は、入力される音声信号を高音域側の第２出力信号に帯域分割し、第２出力端子Ｄ２に出力する。また、帯域通過フィルタ部１５は、入力される音声信号を第１出力信号よりも高音域側でかつ第２出力信号よりも低音域側の第３出力信号に帯域分割し、第３出力端子Ｄ３に出力する。

低域通過フィルタ部１３の出力は、第１出力調整回路１３ａに入力されて、第１音声出力信号Ｄ１として、ＤＳＰ１０の出力端子（ＤＬ１、ＤＲ１）に出力される。また、高域通過フィルタ部１４の出力は、第２出力調整回路１４ａに入力されて、第２音声出力信号Ｄ２として、ＤＳＰ１０の出力端子（ＤＬ２、ＤＲ２）に出力される。また、帯域通過フィルタ部１５の出力は、第３出力調整回路１５ａに入力されて、第３音声出力信号Ｄ３として、ＤＳＰ１０の出力端子（ＤＬ３、ＤＲ３）に出力される。なお、第１出力調整回路１３ａおよび第２出力調整回路１４ａおよび第３出力調整回路１５ａは、再生音質を調整する範囲を広げて幅広いスピーカーシステム７にも対応できるように、第１音声出力信号Ｄ１と第２音声出力信号Ｄ２と第３音声出力信号Ｄ３それぞれに、レベル調整を行なうレベル調整回路と、位相反転を行なう位相反転回路と、遅延時間を調整する遅延回路と、をそれぞれ含む。

本実施例のチャンネルデバイダ１２では、例えば、図２のグラフ（基準化した振幅周波数特性）にそれらの周波数特性を図示するように、低域通過フィルタ部１３（ＬＰＦ）と、帯域通過フィルタ部１５（ＢＰＦ）と、高域通過フィルタ部１４（ＨＰＦ）と、を設定して入力される音声信号を帯域分割することができる。図２に図示する低域通過フィルタ部１３、帯域通過フィルタ部１５および高域通過フィルタ部１４のそれぞれのフィルタ特性は、入力音声信号としてインパルスを入力した場合のそれぞれの出力信号（第１音声出力信号Ｄ１、第２音声出力信号Ｄ２、第３音声出力信号Ｄ３）に相当する。ここでは、ウーファーＷＯおよびスコーカーＳＱの間のクロスオーバー周波数ｆｃ１は２．５ｋＨｚに設定され、スコーカーＳＱおよびツィーターＴＷの間のクロスオーバー周波数ｆｃ２は７ｋＨｚに設定されている。上記の通り、低域通過フィルタ部１３および帯域通過フィルタ部１５および高域通過フィルタ部１４はそれぞれ、ＦＩＲフィルタにより構成される低域通過フィルタＬＰＦまたは高域通過フィルタＨＰＦまたは帯域通過フィルタＢＰＦを含んで構成されているので、群遅延特性は周波数の変化に対して一定値になる直線位相特性になる。つまり、低域通過フィルタ部１３および帯域通過フィルタ部１５および高域通過フィルタ部１４はそれぞれ、直線位相のフィルタである。

本実施例のチャンネルデバイダ１２では、低域通過フィルタ部１３および帯域通過フィルタ部１５および高域通過フィルタ部１４を、それぞれ有限長のＦＩＲフィルタにより構成するのに際して、阻止域の通過レベルが上昇するというギブス現象の発生を抑制するために、下記のようにしてＦＩＲフィルタのフィルタ係数を設定する。

具体的には、ギブス現象が発生しないＬＰＦまたはＨＰＦとして知られているHerrmann Filterを用いる。Herrmann’s FormulaのＬＰＦは数式５で表すことができる。ここで、各記号は、以下の通りである。また、数式６は、２項係数を示す。正弦関数の二乗および余弦関数の二乗は、それぞれ数式７および数式８のように表すことができるので、数式５は、有限長のＦＩＲフィルタとして設計できる。数式７を実数ｘとおいて、バーンスタインの多項式(x=sin2(ωΔt))を利用して、チャンネルデバイダを設計する。
Fs：サンプリング周波数
L：任意の整数、フィルタの帯域の幅
K：任意の整数、多項式の次数、フィルタの過渡領域の急峻さ

上記数式１ならびに数式９は、バーンスタインの多項式を示す。バーンスタインの多項式は、二項定理を用いて数式１０のように表される。

ここで、各記号は、以下の通りである。
n：任意の整数
βν：任意の実数

また、実数ｘが[0, 1] の範囲において連続関数 g(x) を用いた数式１１のバーンスタイン多項式は、xが[0, 1] の範囲で、数式１２のように、一様に収束する。バーンスタインの係数が１の場合は、数式１３の関係がある。

そこで、バーンスタインの多項式をチャンネルデバイダにおける有限長ＦＩＲフィルタとして使用するために、実数ｘを上記数式２ないし数式１４のように定める。これらの二つの数式によって形成される多項式は、有限長の線形位相のＦＩＲフィルタになる。数式１１のバーンスタイン多項式の関係を利用して、数式１５のように分解する。但し、式中において、０＜ｍ１＜ｍ２＜…＜ｍｂ＜Ｎ：１以上の整数である。

数式１５は、数式１６のように書き換えることができる。つまり、数式１６の第１項が低域通過フィルタ部に対応し、数式１６の第３項が高域通過フィルタ部に対応し、数式１６が帯域域通過フィルタ部に対応する。数式１６の第１項は、数式５で表されたHerrmann’s FormulaのＬＰＦと等価であり、L+K=Nの関係がある。この次数mkを決定することでチャンネルデバイダを設計することができる。この次数mkはクロスオーバー周波数をfc、サンプリング周波数をfsとするとき、上記数式３から求めることができる。

また、数式１５は、チャンネルデバイダにおいて、入力される音声信号の波形と、第１出力信号と第２出力信号と第３出力信号との和信号の波形とが、一致する場合に相当する。つまり、所望の基準合成特性を示す連続関数ｇ（ｘ）が１に等しくするようにすれば、クロスオーバー周波数付近にピークまたはディップができてしまうことがなく、スピーカーシステム７のウーファーＷＯと、スコーカーＳＱと、ツィーターＴＷと、からの再生音の和特性の振幅周波数特性を変わらないようにすることができる。スピーカーシステム７は、チャンネルデバイダを用いて比較的にフラットな合成音圧周波数特性を実現するように調整することができる。チャンネルデバイダ１２の出力段階においては、振幅周波数特性が変わらずに、クロスオーバー周波数ｆｃ１およびｆｃ２付近にピークまたはディップができてしまうことがなく、３Ｗａｙのスピーカーシステム７の再生音質を適切に変更することができる。

本発明のチャンネルデバイダでは、以下の数式１７により所定の周波数に対する多項式の項数ｖを求め、f(v/N)に所望するゲインを入力して和特性の振幅周波数特性を与えることで、クロスオーバー周波数付近のゲイン特性を調整可能である。その場合には、数式１１を用いて数式１５を拡張して、上記数式４を得ることができる。

しかし、関数fが連続関数であれば、その周波数特性は期待する値になるが、関数fが不連続関数な場合は、所望の値にならないため、次のように値を補正する必要がある。目標とするゲインをG、帯域中心をMc, 帯域の幅をMwとするとき、この帯域の項のみで設計したフィルタの周波数応答は数式１８のように表される。

図３は、低域通過フィルタ部１３および帯域通過フィルタ部１５および高域通過フィルタ部１４のゲイン特性がそれぞれ図２に記載するような場合に、チャンネルデバイダ１２の和の周波数特性（ゲイン特性）について説明するグラフである。すなわち、低域通過フィルタ部１３および帯域通過フィルタ部１５のクロスオーバー周波数ｆｃ１において＋６ｄＢのゲインを設定し、かつ、帯域通過フィルタ部１５および高域通過フィルタ部１４のクロスオーバー周波数ｆｃ２において＋３ｄＢのゲインを設定して、チャンネルデバイダ１２のそれぞれの低域通過フィルタ部１３および帯域通過フィルタ部１５および高域通過フィルタ部１４のＦＩＲフィルタの係数を設定した場合である。なお、ここでは整数Ｎ＝１０００である。このように、ギブス現象の影響を受けることなくチャンネルデバイダ１２のフィルタを設計できる利点がある。なお、ＦＩＲフィルタの係数はタップ長が有限長であるので、窓関数をかける必要がなく、周波数領域のみでフィルタを設計することができる。また、それぞれのＦＩＲフィルタ係数は、因果性を満足するようになるのに必要な遅延に等しいサンプル数以上の遅延を設けるようにして、設定すればよい。

なお、チャンネルデバイダ１２は、上記実施例のようなウーファーＷＯおよびスコーカーＳＱおよびツィーターＴＷを含む３ｗａｙのバイワイヤリングＳＳに適用するものに限られない。３Ｗａｙのマルチウェイスピーカーシステムとは、ウーファーおよびツィーターを含む２Ｗａｙのマルチウェイスピーカーシステムに、さらに低音域側を再生するサブウーファーを付加する場合を含む。その場合には、低音域側に帯域分割された第１出力信号Ｄ１をサブウーファーに出力し、高音域側に帯域分割された第２出力信号Ｄ２を２Ｗａｙのマルチウェイスピーカーシステムのツィーターに出力し、それらの間の帯域に帯域分割された第３出力信号Ｄ３を２Ｗａｙのマルチウェイスピーカーシステムのウーファーに出力するようにすればよい。

また、チャンネルデバイダ１２は、サブウーファーおよび／またはミッドレンジ（スコーカー）および／またはスーパーツィーターを含む４ｗａｙ以上のマルチウェイスピーカーである（図示しない）バイワイヤリングＳＳに対応するように、４つ以上に帯域分割した出力を含む構成にしてもよい。もちろん、ネットワーク回路を含むマルチウェイスピーカーの場合にも、本実施例のチャンネルデバイダ１２は有効である。また、スピーカーシステム７がフルレンジスピーカーを含む場合にも、同様にチャンネルデバイダ１２は有効である。フルレンジスピーカー、あるいは、ウーファー、スコーカー、ツィーター等のスピーカーの再生音圧周波数特性の限界に起因するレベル低下に対応して、他のスピーカーとの実質的なクロスオーバー周波数ｆｃが設定されている場合にも、これに合わせたチャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタ部、帯域通過フィルタ部、または高域通過フィルタ部を設定することができる。

４Ｗａｙ以上のマルチウェイスピーカーシステムに対応する場合には、チャンネルデバイダ１２は、帯域通過フィルタ部１５が、第３出力信号Ｄ３をさらに複数Ｍ（Ｍ：２以上の整数）に帯域分割する（図示しない）複数Ｍの帯域分割フィルタ部から構成されるようにしても良い。その場合には、上記数式４の第２項をさらに展開して、例えば、Ｍ＝２の場合に４Ｗａｙマルチウェイスピーカーシステムに対応するようにしてもよい。本発明のチャンネルデバイダでは、再生音質を調整する範囲が広がり、様々なマルチウェイスピーカーシステムにも対応できるようになる。

本発明のチャンネルデバイダは、ステレオ音声信号を再生するステレオ装置のみならず、マルチチャンネルサラウンド音声再生装置を含む音響再生システムにも適用が可能である。

１ アンプ装置
２ Ｄ／Ａ変換器
３ アンプ回路
４ ＣＰＵ
５ 操作部
６ 表示回路
７ スピーカーシステム
１０ ＤＳＰ
１１ デコーダ
１２ チャンネルデバイダ
１３ 低域通過フィルタ部
１３ａ 第１出力調整回路
１４ 高域通過フィルタ部
１４ａ 第２出力調整回路
１５ 帯域通過フィルタ部
１５ａ 第３出力調整回路

Claims (5)

1. 入力される音声信号を低音域側の第１出力信号に帯域分割して第１出力端子に出力する低域通過フィルタ部と、該音声信号を該第１出力信号よりも高音域側の第２出力信号に帯域分割して第２出力端子に出力する高域通過フィルタ部と、該音声信号を該第１出力信号よりも高音域側でかつ該第２出力信号よりも低音域側の第３出力信号に帯域分割して第３出力端子に出力する帯域通過フィルタ部と、を含むチャンネルデバイダであって、
   該低域通過フィルタ部、該高域通過フィルタ部、および、該帯域通過フィルタ部が、いずれも有限長インパルスレスポンスフィルタにより構成され、該有限長インパルスレスポンスフィルタの係数を、［０，１］を範囲とする実数ｘの連続関数ｇ（ｘ）を用いた総和を１とするバーンスタイン多項式である下記数式１において、該実数ｘを下記数式２と定め、該連続関数ｇ（ｘ）を所望の基準合成特性として定め、かつ、クロスオーバー周波数を定める次数ｍを下記数式３と定める場合の下記数式４で表される多項式として得て、下記数式４の第１項による該有限長インパルスレスポンスフィルタの係数に所定数のサンプル数以上の遅延を与えて得られる係数を該低域通過フィルタ部に設定し、下記数式４の第３項による該有限長インパルスレスポンスフィルタの係数に所定数のサンプル数以上の遅延を与えて得られる係数を該高域通過フィルタ部に設定し、下記数式４の第２項による該有限長インパルスレスポンスフィルタの係数に所定数のサンプル数以上の遅延を与えて得られる係数を該帯域域通過フィルタ部に設定する、
   チャンネルデバイダ。
   （但し、式中において、０＜ｘ＜１。ｎ：１以上の整数。）
   （但し、式中において、０＜ｘ＜１。ｆｓ：サンプリング周波数。）
   （但し、式中において、Ｎ：１以上の整数。ｆｃ：サンプリング周波数。）
   （但し、式中において、０＜ｍ１＜ｍ２＜…＜ｍｂ＜Ｎ：１以上の整数。）
2. 所望の前記基準合成特性を示す前記連続関数ｇ（ｘ）が１に等しく、前記入力される音声信号の波形と、前記第１出力信号と前記第２出力信号と前記第３出力信号との和信号の波形とが、一致する、
   請求項１に記載のチャンネルデバイダ。
3. 前記帯域通過フィルタ部が、複数Ｍ（Ｍ：２以上の整数）の前記第３出力信号を出力する複数Ｍの前記有限長インパルスレスポンスフィルタによる帯域フィルタから構成される、
   請求項１または２に記載のチャンネルデバイダ。
4. 前記第１出力信号または前記第２出力信号または前記第３出力信号のレベル調整を行なうレベル調整回路と、該第１出力信号または該第２出力信号または前記第３出力信号の位相反転を行なう位相反転回路と、該第１出力信号または該第２出力信号または前記第３出力信号の遅延時間を調整する遅延回路と、をさらに含む、
   請求項１から３のいずれかに記載のチャンネルデバイダ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のチャンネルデバイダと、該チャンネルデバイダの前記第１出力端子および前記第２出力端子および前記第３出力端子に対応する増幅回路を含む増幅器と、少なくとも前記第１出力信号に対応するウーファーまたはサブウーファーと、前記第２出力信号に対応するツィーターと、前記第３出力信号に対応するツィーターまたはスコーカーまたはウーファーと、を含み該増幅器とバイワイヤリング接続が可能なスピーカーシステムと、を含む音声再生システム。