JP2021087217A - アクティブスピーカのクリッピング歪み回避または最大音響レベル増大のためのリミッタシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アクティブスピーカのクリッピング歪み回避または最大音響レベル増大のためのリミッタシステム及び方法の提供。【解決手段】本開示は、リミッタシステムを提供する。リミッタシステムは、第１の等化フィルタ、ローパスフィルタ、第１のリミッタ、ハイパスフィルタ、第２のリミッタ、及びミキサを含む。本開示によって提供されるリミッタシステムは、第２の等化フィルタをさらに含む。信号源からのオーディオ信号は最初に第１の等化フィルタを通過し、等化された信号は最初２つの信号に分割され、一方の信号はローパスフィルタと第１のリミッタで処理され、他方の信号はハイパスフィルタと第２のリミッタで処理される。次に処理された２つの信号はミキサに入力され、混合されて出力される。混合された出力信号は、第２の等化フィルタによって第２の等化フィルタ処理にかけられてクリッピング歪みを回避する、またはより高い最大音響レベルを取得する。【選択図】図１

Description

本開示は一般的に、アクティブスピーカのためのリミッタシステム及び方法に関する。より具体的には、本開示は、アクティブスピーカのクリッピング歪みを回避し、最大音響レベルを増大させるリミッタシステム及び方法に関する。

オーディオ信号は、規則的な音波周波数と振幅変化情報の搬送波である。通常のオーディオは、音波または正弦波で表し得る。正弦波は、周波数、振幅、及び位相という３つの重要なパラメータを含み、これらはまた、オーディオ信号を特徴付ける。音楽を例にとると、音の周波数に対する人間の認知はピッチとして表される。ピッチが高いほど、周波数が高くなる。振幅は、信号のエネルギーの大きさを反映する。高振幅の波形信号は音量が大きく、低振幅の波形は、音が静かである。

アクティブスピーカシステムにおいて、入力信号の振幅が大きすぎて、パワーアンプで増幅した後に電圧がパワーアンプが出力できる最大電圧を超えるとき、出力信号波形のピークとディップはクリッピングされ、可聴クリッピング歪みが生じる。スピーカの低音性能はスピーカのサイズに大きく依存するので、限られたスピーカサイズで良好な低音性能を得るには、低周波数信号をできるだけ増幅する必要があり、よって、低周波数信号が、アンプの最大電圧制限に達する可能性が高くなる。スピーカの設計では通常、リミッタを使用して最大出力電圧を特定の出力レベルに制限する。

したがって、クリッパとも呼ばれるリミッタが通常、スピーカシステムで使用されて、システムの最大電圧制限を超えないように信号を制限する。従来のリミッタは、全ての周波数の信号を制限閾値未満に制限する。しかしながら、音楽は通常、動的なブロードバンド信号なので、この構成の効果はあまり満足のいくものではない。例えば、重低音を追加すると、振幅が最大電圧制限に達するまたは超える低周波数信号が突然音楽に現れてリミッタに影響を与え、全ての周波数の信号が均等に圧縮されることがある。つまり、このような低周波数信号が現れると、より高い周波数の人間の声の音量が突然低下する。この低周波数信号が消えると、人間の声の音量が再び突然増加する。これは明らかに望ましくない。

別の従来のリミッタは、異なる帯域に異なる制限閾値を課し得る。２つの帯域のリミッタを例にとると、クロスオーバ周波数に近い周波数の信号は、ローパスフィルタとハイパスフィルタの両方によって除去される。入力信号の振幅が十分に大きいとき、ミキサで混合された信号の信号振幅は制限値を超え、可聴クリッピング歪みが生じる。したがって、このクリッピングノイズを回避するには、リミッタをより低い利得に設定して、スピーカシステムの最大音響レベルを下げる必要がある。

上記の技術的問題を解決するために、本開示はリミッタシステムを提供する。リミッタシステムは、第１の等化フィルタ、ローパスフィルタ、第１のリミッタ、ハイパスフィルタ、第２のリミッタ、及びミキサを含む。本開示によって提供されるリミッタシステムは、第２の等化フィルタをさらに含む。

信号源からのオーディオ信号は、最初に第１の等化フィルタを通過し、第１の等化フィルタによってフィルタ処理された信号は２つの信号に分割され、一方の信号はローパスフィルタと第１のリミッタを通過し、他方の信号はハイパスフィルタと第２のリミッタを通過する。ローパスフィルタとハイパスフィルタのカットオフ周波数は等しく、クロスオーバ周波数と等しい。ローパスフィルタが出力するクロスオーバ周波数より低い信号は、第１のリミッタを通過した後、第１の制限閾値を超えず、ハイパスフィルタが出力するクロスオーバ周波数より高いハイパス信号は、第２のリミッタを通過した後、第２の制限閾値を超えない。次に、フィルタ処理された２つの制限された信号がミキサに入力され、混合される。

本開示によって提供されるリミッタシステムでは、ミキサによって混合された信号は、第２の等化フィルタに入り、等化フィルタ処理が行われる。

好ましくは、第１の等化フィルタ及び第２の等化フィルタは、同じ中心周波数、Ｑ値、及び利得を有する。第１の等化フィルタはピーク等化フィルタであり、第２の等化フィルタはディップ等化フィルタである。

小さな信号が入力され、第１のリミッタと第２のリミッタの両方が制限処理をトリガしないとき、第１の等化フィルタと第２の等化フィルタは互いにオフセットする。

本開示は、制限方法も提供する。制限方法は、以下のステップを含む。最初に、第１の等化フィルタによって信号源からのオーディオ入力信号に対して等化フィルタ処理を実行する。ここで、等化フィルタ処理された信号は２つの信号に分割され、クロスオーバ周波数より低い信号を得るために、一方の信号にローパスフィルタを通過させる。クロスオーバ周波数より低い信号は、第１のリミッタに入力されて制限される。他方の信号は、ハイパスフィルタを通過して、クロスオーバ周波数より高い信号が得られる。クロスオーバ周波数より高い信号は第２のリミッタに入力され制限される。次に、フィルタ処理済みの２つの制限された信号は、それぞれミキサに送られ、混合される。本開示によって提供される制限方法は、第２の等化フィルタによって、ミキサによって混合された信号に対して等化フィルタ処理を実行することをさらに含む。

入力信号が比較的小さく、第１のリミッタの第１の制限閾値にも第２のリミッタの第２の制限閾値にも達していない場合、第１の等化フィルタと第２の等化フィルタの効果は、入力信号の音響効果に影響を与えることなく、互いにオフセットする。

本開示によって提供されるリミッタシステム及び方法の少なくとも１つの利点は、アクティブスピーカのクリッピング歪みを回避でき、且つ、アクティブスピーカの最大音響レベルを増大できることである。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
第１の等化フィルタと、
上記第１の等化フィルタに接続され、クロスオーバ周波数より低い信号を出力するローパスフィルタと、
上記第１の等化フィルタに接続され、上記クロスオーバ周波数より高い信号を出力するハイパスフィルタと、
上記クロスオーバ周波数より低い上記信号を受信し、制限するように構成された第１のリミッタと、
上記クロスオーバ周波数より高い上記信号を受信し、制限するように構成された第２のリミッタと、
上記第１のリミッタによって制限された上記クロスオーバ周波数より低い上記信号と、上記第２のリミッタによって制限された上記クロスオーバ周波数より高い上記信号を混合するように構成されたミキサと、
を含む、アクティブスピーカのリミッタシステムであって、
上記リミッタシステムは、上記ミキサから出力された信号を受信し、その信号に対して等化フィルタ処理を実行するように構成された第２の等化フィルタをさらに含む、
上記リミッタシステム。
（項目２）
上記第１の等化フィルタの中心周波数は、上記第２の等化フィルタの中心周波数と同じである、上記項目に記載のリミッタシステム。
（項目３）
上記第１の等化フィルタは、上記第１の等化フィルタの上記中心周波数で信号を増大させ、上記第２の等化フィルタは、上記第２の等化フィルタの上記中心周波数で信号を減少させる、上記項目のいずれか一項に記載のリミッタシステム。
（項目４）
上記第１の等化フィルタの増加した利得の絶対値は、上記第２の等化フィルタの減少した利得の絶対値に等しい、上記項目のいずれか一項に記載のリミッタシステム。
（項目５）
上記第１の等化フィルタ及び上記第２の等化フィルタは、同じＱ値を有する、上記項目のいずれか一項に記載のリミッタシステム。
（項目６）
上記第１の等化フィルタはピーク等化フィルタであり、上記第２の等化フィルタはディップ等化フィルタである、上記項目のいずれか一項に記載のリミッタシステム。
（項目７）
上記第１のリミッタは、上記信号を第１の制限閾値を超えない上記クロスオーバ周波数より低くするように構成され、上記第２のリミッタは、上記信号を第２の制限閾値を超えない上記クロスオーバ周波数より高くするように構成される、上記項目のいずれか一項に記載のリミッタシステム。
（項目８）
上記第１の制限閾値及び上記第２の制限閾値は同じである、上記項目のいずれか一項に記載のリミッタシステム。
（項目９）
上記第１の制限閾値及び上記第２の制限閾値は異なる、上記項目のいずれか一項に記載のリミッタシステム。
（項目１０）
ローパス信号が上記第１の制限閾値に到達せず、ハイパス信号が上記第２の制限閾値に到達しないとき、上記第１の等化フィルタ及び上記第２の等化フィルタは互いにオフセットする、上記項目のいずれか一項に記載のリミッタシステム。
（項目１１）
第１の等化フィルタによって入力信号に対して等化フィルタ処理を実行するステップと、
ローパスフィルタによってローパスフィルタ処理を実行して、クロスオーバ周波数より低い信号を出力するステップと、
ハイパスフィルタによって上記クロスオーバ周波数より高い信号を出力するステップと、
第１のリミッタによって上記クロスオーバ周波数より低い上記信号を制限するステップと、
第２のリミッタによって上記クロスオーバ周波数より高い上記信号を制限するステップと、
上記クロスオーバ周波数より低い上記制限された信号と、上記クロスオーバ周波数より高い上記制限された信号をミキサによって混合するステップと、
を含むアクティブスピーカの制限方法であって、
上記制限方法は、第２の等化フィルタによって、上記ミキサによって混合された信号に対して等化フィルタ処理を実行することをさらに含む、
上記制限方法。
（項目１２）
上記第２の等化フィルタの中心周波数を上記第１の等化フィルタの中心周波数と同じになるように設定することをさらに含む、上記項目に記載の制限方法。
（項目１３）
上記第１の等化フィルタによって上記第１の等化フィルタの上記中心周波数で信号を増加させることと、上記第２の等化フィルタによって上記第２の等化フィルタの上記中心周波数で信号を減少させることとをさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の制限方法。
（項目１４）
上記第１の等化フィルタの増加した利得と上記第２の等化フィルタの減少した利得が等しい絶対値を有するように設定することをさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の制限方法。
（項目１５）
上記第２の等化フィルタと上記第１の等化フィルタが同じＱ値を有するように設定することをさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の制限方法。
（項目１６）
上記第１の等化フィルタはピーク等化フィルタであり、上記第２の等化フィルタはディップ等化フィルタである、上記項目のいずれか一項に記載の制限方法。
（項目１７）
上記第１のリミッタによって、上記信号を、第１の制限閾値を超えない上記クロスオーバ周波数よりも低くし、上記第２のリミッタによって、上記信号を、第２の制限閾値を超えない上記クロスオーバ周波数より高くすることをさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の制限方法。
（項目１８）
上記第１の制限閾値と上記第２の制限閾値を同じに設定することをさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の制限方法。
（項目１９）
上記第１の制限閾値と上記第２の制限閾値を異なるように設定することをさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の制限方法。
（項目２０）
上記第１のリミッタ及び上記第２のリミッタが制限処理を実行しないとき、上記第１の等化フィルタ及び上記第２の等化フィルタは互いにオフセットすることをさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の制限方法。
（摘要）
本開示は、リミッタシステムを提供する。リミッタシステムは、第１の等化フィルタ、ローパスフィルタ、第１のリミッタ、ハイパスフィルタ、第２のリミッタ、及びミキサを含む。本開示によって提供されるリミッタシステムは、第２の等化フィルタをさらに含む。信号源からのオーディオ信号は最初に第１の等化フィルタを通過し、等化された信号は最初、２つの信号に分割され、一方の信号はローパスフィルタと第１のリミッタで処理され、他方の信号はハイパスフィルタと第２のリミッタで処理される。次に、処理された２つの信号はミキサに入力され、混合されて出力される。混合された出力信号は、第２の等化フィルタによって第２の等化フィルタ処理にかけられて、クリッピング歪みを回避する、またはより高い最大音響レベルを取得する。

本開示のこれら及び／または他の特徴、態様及び利点は、図面を参照して以下の詳細な説明を読むとよりよく理解されるであろう。これらの図面全体を通じて、同じ参照番号は同じコンポーネントを表す。

本開示の実施形態によるリミッタシステムの構造を示す。 図１のリミッタシステムにおける第１のリミッタ、第２のリミッタ、及びミキサの出力信号の電気周波数応答曲線を示す。 第２の等化フィルタを追加した後の図１のリミッタシステムの出力信号の電気周波数応答曲線を示す。 図３の部分拡大図を示す。 第２の等化フィルタを追加する前と後の図１に示すリミッタシステムの出力信号の電気周波数応答曲線の比較図を示す。

必要に応じて、本開示の詳細な実施形態が本明細書で開示される。しかしながら、開示される実施形態は、様々な形態及び代替形態で具体化し得る本開示の例示に過ぎないことは理解されたい。図面は、必ずしも縮尺通りではない。一部の機能は、特定のコンポーネントの詳細を表示するために拡大または最小化される場合がある。したがって、本明細書に開示された特定の構造的詳細及び機能的詳細は、限定的であると解釈されるべきではなく、当業者が本開示を異なる方法で採用するために教示する代表的な基礎として役立つに過ぎない。

本開示の目的は、システムの最大音響レベルがスピーカシステムの最大電圧制限を超えないように異なる帯域に異なる制限閾値を課し得るリミッタシステムを提供し、それによって、アクティブスピーカシステムのクリッピング歪みを回避または最大音響レベルを増大させることである。信号源からのオーディオ信号がそれぞれ処理のために低周波数帯域と高周波数帯域に分けられる本開示のリミッタシステムを説明するために、２つの帯域を有するリミッタを例として以下に取り上げる。

図１に示すように、本開示で提供されるリミッタシステム１００が図１に示され、これは、第１の等化フィルタ１１０、ローパスフィルタ１２０、第１のリミッタ１３０、ハイパスフィルタ１４０、第２のリミッタ１５０、及びミキサ１６０を含む。さらに、本開示によって提供されるリミッタシステムは、第２の等化フィルタ１７０をさらに含む。

図１から分かるように、図１に示すリミッタシステム１００において、信号源（図示せず）からのオーディオ信号（例えば、音楽）は、最初に、等化フィルタ調整のために第１の等化フィルタ１１０に入る。等化フィルタを使用する場合、調整されるパラメータは主に中心周波数ｆｃ、Ｑ値Ｑ、及び利得Ｇを含む。本開示のリミッタシステム１００では、第１の等化フィルタ１１０は、中心周波数ｆ_{ｃ＿ＥＱ１}を有する信号のピーク形状を増大させる。つまり、この瞬間に利得Ｇ_＿ＥＱ１は正であるが、他の周波数の信号は処理されない。この調整により、信号は、他の周波数レベルは変化しないまま、第１の等化フィルタ１１０の中心周波数ｆ_{ｃ＿ＥＱ１}で非常に高いレベルが得られるように増大することができ、その結果、中心周波数ｆ_{ｃ＿ＥＱ１}での音の大きさが他の周波数の音よりも大きくなる。第１の等化フィルタ１１０の中心周波数ｆ_{ｃ＿ＥＱ１}の関係する選択は、オーディオ信号を高帯域と低帯域に分割するクロスオーバ周波数に関連している。

スピーカが様々な帯域に制限閾値を課すことができるようにするには、オーディオ信号をそれに応じて様々な帯域に分割する必要がある。本開示において、入力オーディオ信号は、例えば、低周波数帯域と高周波数帯域の２つの帯域に分割される。

スピーカの場合、信号源によって生成される信号は、例えば、可聴周波数を有するオーディオ信号である。当業者に知られているように、全可聴周波数の範囲は、おおよそ２０Ｈｚと２０ｋＨｚの間である。本開示によって提供されるリミッタシステムは、全可聴周波数範囲内の入力信号を有するオーディオ信号に適用され得る。そのようなオーディオ入力信号の場合、クロスオーバにローパスフィルタとハイパスフィルタを使用して、クロスオーバ周波数より低い信号とクロスオーバ周波数より高い信号の２つの部分を形成してよい。

あるケースを例にとる。人間の声の周波数範囲が約３００Ｈｚから３４００ｋＨｚであることを考えると、例えば、オーディオ信号に含まれる人間の声の部分が変更されないためには、オーディオ信号は、高周波数帯域として、例えば、３００Ｈｚより高い部分と、低周波数帯域として、例えば、３００Ｈｚより低い部分を決定してよい。したがって、図１に示すリミッタシステム１００を参照すると、ローパスフィルタ１２０のカットオフ周波数ｆ_{＿ｃｕｔｏｆｆ＿Ｌｐ}は、例えば、３００Ｈｚに設定されてよく、ハイパスフィルタ１４０のカットオフ周波数ｆ_{＿ｃｕｔｏｆｆ＿Ｈｐ}も、例えば、３００Ｈｚに設定されてよい。この場合、ローパスフィルタ１２０及びハイパスフィルタ１４０は、同じカットオフ周波数に基づいている。カットオフ周波数は、クロスオーバ周波数ｆ_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}と呼ばれる。例えば、図１に示されるリミッタシステム１００におけるクロスオーバ周波数は、例えば、ｆ_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}＝３００Ｈｚに設定される。

次に、再び図１を参照すると、ローパスフィルタ１２０がクロスオーバ周波数より高い信号を除去した後、クロスオーバ周波数より低い残りの信号は第１のリミッタ１３０に入る。第１のリミッタ１３０は、第１の制限閾値Ｔｈ_{＿ｌｉｍｉｔｅｒ＿１}、すなわち、最大振幅値を有する。クロスオーバ周波数より低い信号が、この時点で、第１の制限閾値Ｔｈ_{＿ｌｉｍｉｔｅｒ＿１}を超える場合、クロスオーバ周波数より低い信号は、第１の制限閾値を超えないように全体的に圧縮される。クロスオーバ周波数より低い入力信号が十分に大きいとき、第１のリミッタのクロスオーバ周波数より低い信号は全体的に圧縮されてよく、クロスオーバ周波数より低い入力信号が小さいとき、第１のリミッタは動作しなくてよいことが分かる。

これに対応して、図１に示すように、高周波数帯域部分において、ハイパスフィルタ１４０がクロスオーバ周波数より低い信号を除去した後、保持された高周波数信号は第２のリミッタ１５０に入る。第２のリミッタ１５０は、第２の制限閾値（クリッピング値）Ｔｈ_{＿ｌｉｍｉｔｅｒ＿２}を有する。クロスオーバ周波数より高い信号が、この瞬間に、第２の制限閾値Ｔｈ_{＿ｌｉｍｉｔｅｒ＿２}を超える場合、クロスオーバ周波数より高い信号は、第２の制限閾値を超えないように全体的に圧縮される。言い換えると、クロスオーバ周波数より高い入力信号が十分に大きいとき、第２のリミッタのクロスオーバ周波数より高い信号は全体的に圧縮されてよく、クロスオーバ周波数より高い入力信号が小さいとき、第２のリミッタは、動作しなくてよい。

第１のリミッタと第２のリミッタで制限された後の信号は、それぞれミキサに入る。ミキサは、異なる帯域で個別の制限処理が施されたオーディオ信号を出力するため、最大制限閾値が全ての周波数に対して等しく設定されてはいない。音楽等の動的なブロードバンド信号では、例えば、低音が強化された場合、最大電圧制限を超える振幅の低周波数信号が突然、音楽に現れ、全ての周波数の信号が均等に圧縮される。

本開示によって提供されるリミッタシステム１００は、第２の等化フィルタ１７０をさらに含む。第２の等化フィルタ１７０は、ミキサの下流に接続され、ディップ等化フィルタである。第２の等化フィルタ１７０では、第２の等化フィルタ１７０の中心周波数ｆ_{Ｃ＿ＥＱ２}でオーディオ信号が減衰され、波形が低下する、すなわち、第２の等化フィルタ１７０の利得Ｇ_＿ＥＱ２は、ここでは、負に設定される。したがって、利得の低下と見なされる場合があり、他の周波数信号は処理されない。

本開示のリミッタシステム１００における第２の等化フィルタ１７０の役割は、図２に関連して記載し得る。

図２を参照すると、第１のリミッタ１３０によって処理された出力信号の電気周波数応答曲線が、図２に２Ｂとして示されている。図２に示すように、例えば、第１のリミッタ１３０の制限閾値Ｔｈ_{＿ｌｉｍｉｔｅｒ＿１}が、０ｄＢに設定されているとき、ローパスフィルタ１２０及び第１のリミッタ１３０によって処理された後、ローパスフィルタ１２０のカットオフ周波数ｆ_{＿ｃｕｔｏｆｆ＿Ｌｐ}、すなわち、クロスオーバ周波数ｆ_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}より低い信号は通過し、クロスオーバ周波数ｆ_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}より高い周波数信号は抑制されることが分かる。制限後の第１のリミッタ１３０によって出力される信号の電気周波数応答曲線２Ｂは、０ｄＢ以下である。

図２を参照すると、第２のリミッタ１５０によって処理された出力信号の電気周波数応答曲線が、図２に２Ｃとして示されている。例えば、第２のリミッタ１５０の制限閾値Ｔｈ_{＿ｌｉｍｉｔｅｒ＿２}も０ｄＢに設定されるとき、ハイパスフィルタ１４０及び第２のリミッタ１５０によって処理された後、ハイパスフィルタ１４０のカットオフ周波数ｆ_{＿ｃｕｔｏｆｆ＿Ｈｐ}すなわちクロスオーバ周波数f_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}より高い信号は通過し、クロスオーバ周波数f_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}より高い周波数信号は抑制されることが分かる。制限後の第２のリミッタ１５０によって出力された信号の電気周波数応答曲線２Ｃは、０ｄＢ以下である。

図２はまた、ローパスフィルタ１２０及び第１のリミッタ１３０によって処理及び出力されるオーディオ信号と、ミキサ１６０で混合された後、ハイパスフィルタ１４０及び第２のリミッタ１５０によって処理及び出力される他方のオーディオ信号の電気周波数応答曲線２Ａを示す。図２から分かるように、上記の例において、ミキサ１６０で混合後の出力信号の電気周波数応答曲線は、１００Ｈｚから１ｋＨｚの周波数範囲内でより高いピーク形状を有し、リミッタシステム１００の第１のリミッタ１３０及び第２のリミッタ１５０の閾値０ｄＢを超える。

混合信号が制限閾値を超える理由は、クロスオーバ周波数f_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}で第１の等化フィルタ１１０によって調整されたオーディオ信号が、ローパスフィルタ１２０及びハイパスフィルタ１４０の両方によってフィルタ除去されるからである。ただし、ローパスフィルタとハイパスフィルタによる信号の実際のフィルタ処理では、信号をそれぞれのフィルタのカットオフ周波数で突然停止させることはできないが、カットオフ周波数で、ある程度減衰する。例えば、本開示のリミッタシステム１００では、ローパスフィルタ１２０及び第１のリミッタ１３０を通過し、ハイパスフィルタ１４０及び第２のリミッタ１５０を通過した後、２つの出力信号の電気周波数応答曲線２Ｂ及び２Ｃは、クロスオーバ周波数で一定の傾きを持って交差する。この例では、図２に示すように、この瞬間に２つの信号は−６ｄＢに減衰される。したがって、ミキサ１６０で２つの信号を混合した後の重畳信号の振幅は、正確に０ｄＢである。したがって、入力信号が増加し続け、−６ｄＢを超えると、ミキサ１６０で２つの信号を混合した後の重畳信号の振幅は大きくなり、リミッタの制限閾値０ｄＢより大きくなる。

本開示のリミッタシステム１００は、第２の等化フィルタ１７０をさらに含む。第２の等化フィルタ１７０の中心周波数ｆ_＿ＥＱ２は、第１の等化フィルタ１１０の中心周波数ｆ_＿ＥＱ１と同じ、且つ、クロスオーバ周波数f_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}に等しいかまたはそれに近く設定され、第２の等化フィルタ１７０は、理想的には、第１の等化フィルタ１１０と同じＱ値及び異なる利得を有するように設定される。すなわち、第１の等化フィルタ１１０の中心周波数ｆ_＿ＥＱ１でのオーディオ信号の増加の程度は、第２の等化フィルタ１７０での中心周波数ｆ_＿ＥＱ２でのオーディオ信号の減少の程度に対応する。

図３は、第２の等化フィルタ１７０によって処理された出力信号の電気周波数応答曲線を示す。クロスオーバ周波数f_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}より低い入力信号と、クロスオーバ周波数f_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}より高い信号の両方が比較的、小さいとき、第１のリミッタ１３０及び第２のリミッタ１５０は、制限処理の実行をトリガされない、すなわち、入力信号がリミッタをトリガするほど十分に高くないとき、音質は影響を受けない。この場合、第２の等化フィルタ１７０における等化フィルタ処理は、第１の等化フィルタ１１０の調整を完全にオフセットし、第２の等化フィルタ１７０によって出力されるオーディオ信号の電気周波数応答曲線は直線の水平線となる。しかし、入力オーディオ信号が徐々に増加し、信号の振幅が十分に大きくなると、リミッタがトリガされ、また、第１のリミッタと第２のリミッタが同時にトリガされない場合、ミキサを通過する信号は、クロスオーバ周波数の近くで標準的な「ピーク」形状を形成しないので、第２の等化フィルタ１７０によって減衰された後に図３に示すような不均一性が生じ得ることを、当業者は想像することができる。

図４において、図３の縦座標を拡大して観察することにより、第２の等化フィルタ１７０を使用すると、出力信号の電気周波数応答曲線は「ピーク・ディップ・ピーク」形状を有することが分かる。第１のリミッタと第２のリミッタの制限閾値が異なるように設定されているとき、すなわち、Ｔｈ_{＿ｌｉｍｉｔｅｒ＿１}≠Ｔｈ_{＿ｌｉｍｉｔｅｒ＿２}であるとき、状況はさらに複雑になる場合がある。

図５は、本開示のリミッタシステム１００における第２の等化フィルタ１７０の入力信号及び出力信号の電気周波数応答曲線の比較図を示す。図５に示すように、図中の点線は、第２の等化フィルタ１７０に入力される前の最大入力を有する信号の電気周波数応答曲線を表す。システム増幅後の最大出力制限閾値が０ｄＢの場合、出力信号の電気周波数応答曲線が５０Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数範囲内で明らかなクリッピングを有し、その結果、歪みが大きくなることが予測できる。

図５の点線は、第２の等化フィルタ１７０による等化フィルタ処理が実行された後の最大入力を伴う出力信号の電気周波数応答曲線を表す。対照的に、第２の等化フィルタ１７０を通過した後、信号の電気周波数応答曲線は１００Ｈｚから１ｋＨｚの間にピーク・ディップ・ピーク形状を形成するため、制限閾値が０ｄＢに設定されていても、クリッピング歪みは大幅に削減される。

したがって、本開示では、入力信号電圧が高い場合、第２の等化フィルタ１７０は、ミキサ１６０によって混合された後、クロスオーバ周波数ｆ_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}に近い出力信号の電圧を削減できることが分かる。そのため、広い範囲でクリッピング歪みを回避し、スピーカシステムの最大音圧レベルを上げることが可能になる。出力信号がリミッタシステムの制限値に達しない場合、第１の等化フィルタ１１０と第２の等化フィルタ１７０は互いにオフセットできるため、信号源からの音楽のトーンに影響は無い。一般に、本開示のシステムは、不安定な人間の声及びクリッピング歪み等、従来のリミッタの幾つかの欠点を回避し得る。他方、本開示のリミッタシステム及び方法は、電圧利用率を増加させて、歪みなしに最大の音響レベルを確実に取得することを可能にし得る。

したがって、要するに、本開示で提供されるリミッタシステムに含まれる様々なパラメータは、以下の関係を有するものとして要約されてよい。本開示で提供されるリミッタシステムでは、ローパスフィルタ及びハイパスフィルタは、同じカットオフ周波数に基づくｆ_{＿ｃｕｔｏｆｆ＿Ｌｐ}＝ｆ_{＿ｃｕｔｏｆｆ＿Ｈｐ}。カットオフ周波数は、クロスオーバ周波数ｆ_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}とも呼ばれる。第１のリミッタは、クロスオーバ周波数ｆ_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}よりも低い周波数の信号の振幅を制限するように構成され、第２のリミッタは、クロスオーバ周波数ｆ_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}より高い周波数の信号の振幅を制限するように構成される。

第１の等化フィルタはピーク等化フィルタであり、第２の等化フィルタはディップ等化フィルタである。第１の等化フィルタと第２の等化フィルタの中心周波数は等しくｆ_{Ｃ＿ＥＱ１}＝ｆ_{Ｃ＿ＥＱ２}、それぞれ、クロスオーバ周波数ｆ_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}に等しいか、類似している。さらに、第１の等化フィルタと第２の等化フィルタは同じＱ値を有しＱ_＿ＥＱ１＝Ｑ_＿ＥＱ２、第１の等化フィルタの増加した利得の絶対値Ｇ_{_ＥＱ１}と第２の等化フィルタの減少した利得Ｇ_＿ＥＱ２は等しい、すなわち、
ｆ_{＿Ｌｐ＿ｃｕｔｏｆｆ}＝ｆ_{＿Ｈｐ＿ｃｕｔｏｆｆ}＝ｆ_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}；
ｆ_＿ＥＱ１＝ｆ_＿ＥＱ２；
Ｑ_＿ＥＱ１＝Ｑ_＿ＥＱ２；
｜Ｇ_＿ＥＱ１｜＝｜Ｇ_＿ＥＱ２｜
ここで、
ｆ_{＿ｃｕｔｏｆｆ＿Ｌｐ}は、ローパスフィルタのカットオフ周波数、ｆ_{＿ｃｕｔｏｆｆ＿Ｈｐ}は、ハイパスフィルタのカットオフ周波数である。
ｆ_{＿ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ}は、クロスオーバ周波数である。
ｆ_＿ＥＱ１は、第１の等化フィルタの中心周波数であり、ｆ_＿ＥＱ２は、第２の等化フィルタの中心周波数である。
Ｑ_＿ＥＱ１は、第１の等化フィルタのＱ値であり、Ｑ_＿ＥＱ２は、第２の等化フィルタのＱ値である。
Ｇ_＿ＥＱ１は、第１の等化フィルタの利得であり、Ｇ_＿ＥＱ２は、第２の等化フィルタの利得である。

ただし、上記のパラメータの設定関係は理想的な状態で実施されることを当業者は理解できる。実際、スピーカを使用する場合、ユーザは信号源からのオーディオ信号を、ポップ、ロック、ダンス、クラシック、ジャズ、メタル、またはヘビーベースなどのお気に入りの音響効果として選択することがよくあり、これは、より理想的な効果を実現するために等化フィルタの様々な設定を通して実際に調整される。他方、ユーザは等化フィルタの各周波数の利得とＱ値を手動で調整することもでき、等化器を使用して異なる周波数の入力信号を処理することにより、スピーカを補正及び修正してよい。この場合、他の周波数のオーディオ信号を調整する必要があるとき、Ｑ値と利得の様々な変更と、隣接する周波数の調整が、本開示のクロスオーバ周波数に影響を与える可能性があり、本開示の上記の説明において、追加された第２の等化フィルタによって等化された信号の電気周波数応答曲線の不均一性の別の理由となり得る。したがって、第１の等化フィルタ及び第２の等化フィルタが実際に使用されるとき、２つのフィルタの中心周波数、Ｑ値、及び利得が必ずしも等しく設定されないことを、当業者は想像することができる。むしろ、完璧な音響効果を得るためには、等化フィルタの様々な調整を実際のニーズに応じて設定するべきである。

要約すると、本開示によって提供されるリミッタシステム及び方法は、入力信号電圧が高電圧であるときに第２の等化フィルタを追加することにより、ミキサ通過後のクロスオーバ周波数に近い電圧を低減でき、それにより、クリッピング歪みを大幅に回避またはスピーカシステムの最大音圧レベルを増大させる。さらに、入力信号がリミッタの制限閾値に到達しない場合、第１の等化フィルタと第２の等化フィルタの調整は、トーンに影響を与えることなく、互いにオフセットし得る。一般に、本開示のリミッタシステム及び方法は、不安定な人間の声及び可聴クリッピング歪み等、従来のリミッタの欠点を克服する。さらに、本開示によって提供されるリミッタシステム及び方法を使用することによって、電圧利用率を増加させて、スピーカが歪みなく最大の音響レベルで再生することを保証することができる。

例示の目的で、本開示は実施形態を記載したが、記載した実施形態は網羅的ではなく、本明細書に開示された実施形態に限定されない。記載された実施形態の範囲及び主旨を逸脱することなく、多くの修正及び変更があることは、当業者には明らかである。

本実施形態の様々な態様は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具体化されてよい。したがって、本開示の様々な態様は、完全なハードウェアの実施形態、完全なソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）、またはソフトウェアとハードウェアの組み合わせの実施形態の形を取ってよく、これらは全て、本明細書では一般に「モジュール」または「システム」と見なされる。さらに、本開示に記載される任意のハードウェア及び／またはソフトウェア技術、プロセス、機能、コンポーネント、エンジン、モジュール、またはシステムは、回路または回路のグループとして実装されてよい。さらに、本開示の様々な態様は、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体に具体化されるコンピュータプログラム製品の形態を取ってよく、コンピュータ可読媒体上にコンピュータ可読プログラムコードが具体化される。

１つまたは複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせを利用してよい。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読信号媒体またはコンピュータ可読記憶媒体であってよい。コンピュータ可読記憶媒体は、例えば、電子、磁気、光、電磁気、赤外線、もしくは半導体のシステム、デバイス、もしくは装置、または、これらの任意の適切な組み合わせであってよいが、これらに限定されない。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例（非網羅的なリスト）は、１つまたは複数の通信回線を有する電気的接続、ポータブルコンピュータフロッピディスク、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルＣＤ−ＲＯＭ、光学記憶装置、磁気記憶装置、または、これらの任意の適切な組み合わせのそれぞれを含む。本文書の文脈において、コンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、デバイス、もしくは装置によって、または、命令実行システム、デバイス、もしくは装置と組み合わせて使用されるプログラムを含むまたは記憶することができる任意の有形媒体であってよい。

本開示の態様は、本開示の実施態様に従った方法、デバイス（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート図及び／またはブロック図を参照して上記に記載されている。フローチャート図及び／またはブロック図の各ブロック、並びにフローチャート図及び／またはブロック図のブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実施されてよいことが理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラム可能なデータ処理デバイスのプロセッサに提供されて、機械を製造し得る。コンピュータのプロセッサまたは他のプログラム可能なデータ処理デバイスを介して命令が実行されると、フローチャート及び／またはブロック図のブロックまたは複数のブロックで指定された機能／アクションを実現できる。これらのプロセッサは、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、専用アプリケーションプロセッサ、またはフィールドプログラマブルゲートアレイであってよいが、これらに限定されない。

図面のフローチャート及びブロック図は、本開示の様々な実施形態に従ったシステム、方法、装置、及びコンピュータプログラム製品の可能な実施態様のアーキテクチャ、機能、及び動作を示す。この点で、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、モジュール、セクション、またはコードの一部を表してよく、コードは、規定された論理関数を実施するための１つまたは複数の実行可能命令を含む。一部の代替実施態様では、ブロックに記載される機能は、図面に記載される順序とは違う順序で起こり得ることにも留意されたい。例えば、連続して示される２つのブロックは、実際に、ほぼ同時に実行されてよい、または、ブロックは、時には、含まれる機能に応じて、逆の順序で実行されてよい。ブロック図及び／またはフローチャート図の各ブロック、並びにブロック図及び／またはフローチャート図のブロックの組み合わせは、指定の機能またはアクションを実行する専用ハードウェアベースのシステムまたは専用ハードウェア及びコンピュータ命令によって実施できることにも留意されたい。

前述の内容は本開示の実施形態に関するものであるが、本開示の他の及び追加の実施形態は、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく企図されてよく、本開示の範囲は添付の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (20)

1. 第１の等化フィルタと、
   前記第１の等化フィルタに接続され、クロスオーバ周波数より低い信号を出力するローパスフィルタと、
   前記第１の等化フィルタに接続され、前記クロスオーバ周波数より高い信号を出力するハイパスフィルタと、
   前記クロスオーバ周波数より低い前記信号を受信し、制限するように構成された第１のリミッタと、
   前記クロスオーバ周波数より高い前記信号を受信し、制限するように構成された第２のリミッタと、
   前記第１のリミッタによって制限された前記クロスオーバ周波数より低い前記信号と、前記第２のリミッタによって制限された前記クロスオーバ周波数より高い前記信号を混合するように構成されたミキサと、
   を含む、アクティブスピーカのリミッタシステムであって、
   前記リミッタシステムは、前記ミキサから出力された信号を受信し、その信号に対して等化フィルタ処理を実行するように構成された第２の等化フィルタをさらに含む、
   前記リミッタシステム。
2. 前記第１の等化フィルタの中心周波数は、前記第２の等化フィルタの中心周波数と同じである、請求項１に記載のリミッタシステム。
3. 前記第１の等化フィルタは、前記第１の等化フィルタの前記中心周波数で信号を増大させ、前記第２の等化フィルタは、前記第２の等化フィルタの前記中心周波数で信号を減少させる、請求項１に記載のリミッタシステム。
4. 前記第１の等化フィルタの増加した利得の絶対値は、前記第２の等化フィルタの減少した利得の絶対値に等しい、請求項３に記載のリミッタシステム。
5. 前記第１の等化フィルタ及び前記第２の等化フィルタは、同じＱ値を有する、請求項１に記載のリミッタシステム。
6. 前記第１の等化フィルタはピーク等化フィルタであり、前記第２の等化フィルタはディップ等化フィルタである、請求項１に記載のリミッタシステム。
7. 前記第１のリミッタは、前記信号を第１の制限閾値を超えない前記クロスオーバ周波数より低くするように構成され、前記第２のリミッタは、前記信号を第２の制限閾値を超えない前記クロスオーバ周波数より高くするように構成される、請求項１に記載のリミッタシステム。
8. 前記第１の制限閾値及び前記第２の制限閾値は同じである、請求項７に記載のリミッタシステム。
9. 前記第１の制限閾値及び前記第２の制限閾値は異なる、請求項７に記載のリミッタシステム。
10. ローパス信号が前記第１の制限閾値に到達せず、ハイパス信号が前記第２の制限閾値に到達しないとき、前記第１の等化フィルタ及び前記第２の等化フィルタは互いにオフセットする、請求項７に記載のリミッタシステム。
11. 第１の等化フィルタによって入力信号に対して等化フィルタ処理を実行するステップと、
    ローパスフィルタによってローパスフィルタ処理を実行して、クロスオーバ周波数より低い信号を出力するステップと、
    ハイパスフィルタによって前記クロスオーバ周波数より高い信号を出力するステップと、
    第１のリミッタによって前記クロスオーバ周波数より低い前記信号を制限するステップと、
    第２のリミッタによって前記クロスオーバ周波数より高い前記信号を制限するステップと、
    前記クロスオーバ周波数より低い前記制限された信号と、前記クロスオーバ周波数より高い前記制限された信号をミキサによって混合するステップと、
    を含むアクティブスピーカの制限方法であって、
    前記制限方法は、第２の等化フィルタによって、前記ミキサによって混合された信号に対して等化フィルタ処理を実行することをさらに含む、
    前記制限方法。
12. 前記第２の等化フィルタの中心周波数を前記第１の等化フィルタの中心周波数と同じになるように設定することをさらに含む、請求項１１に記載の制限方法。
13. 前記第１の等化フィルタによって前記第１の等化フィルタの前記中心周波数で信号を増加させることと、前記第２の等化フィルタによって前記第２の等化フィルタの前記中心周波数で信号を減少させることとをさらに含む、請求項１１に記載の制限方法。
14. 前記第１の等化フィルタの増加した利得と前記第２の等化フィルタの減少した利得が等しい絶対値を有するように設定することをさらに含む、請求項１３に記載の制限方法。
15. 前記第２の等化フィルタと前記第１の等化フィルタが同じＱ値を有するように設定することをさらに含む、請求項１１に記載の制限方法。
16. 前記第１の等化フィルタはピーク等化フィルタであり、前記第２の等化フィルタはディップ等化フィルタである、請求項１１に記載の制限方法。
17. 前記第１のリミッタによって、前記信号を、第１の制限閾値を超えない前記クロスオーバ周波数よりも低くし、前記第２のリミッタによって、前記信号を、第２の制限閾値を超えない前記クロスオーバ周波数より高くすることをさらに含む、請求項１１に記載の制限方法。
18. 前記第１の制限閾値と前記第２の制限閾値を同じに設定することをさらに含む、請求項１７に記載の制限方法。
19. 前記第１の制限閾値と前記第２の制限閾値を異なるように設定することをさらに含む、請求項１７に記載の制限方法。
20. 前記第１のリミッタ及び前記第２のリミッタが制限処理を実行しないとき、前記第１の等化フィルタ及び前記第２の等化フィルタは互いにオフセットすることをさらに含む、請求項１１に記載の制限方法。

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