JP3579508B2

JP3579508B2 - オーディオ装置

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Publication number: JP3579508B2
Application number: JP16963695A
Authority: JP
Inventors: 秀樹佐藤; 望斉藤; 友彦伊勢; 政一秋保
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 1995-07-05
Filing date: 1995-07-05
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2015-07-05
Also published as: JPH0922293A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はオーディオ装置に係わり、特に目標信号を出力するフィルタ手段の伝達特性をスピーカ等の物理的レイアウトに基づいて設定することにより少ない演算量にもかかわらず聴感上優れた効果を発揮できるオーディオ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車室内は、密閉された狭い空間である。従って、短時間で反射が起こり、音波が干渉しあうため、聴取点までの伝達特性は、非常に複雑なものとなる。また、左右非対称な場所で音楽等を聴いているので、左右スピーカからの伝達特性も大きく違ってしまう。かかる車室内の悪影響を取り除き、車室内における音響特性の改善を目的としたオーディオ装置が望まれている。このため、適応等化器を用いて再生空間の複数点（制御点）において、振幅、位相特性を含めて所望の特性となるようにする制御が提案されている。
【０００３】
図５は適応等化システムの基本構成図であり、１はオーディオ信号ｘ（ｎ）を出力するオーディオソース（チューナ、テープデッキ、ＣＤプレーヤ等）、２は目標伝達特性（インパルスレスポンス）Ｈが設定され、オーディオ信号ｘ（ｎ）が入力されて目標信号ｄ（ｎ）を出力する目標特性設定部、４は車室内音響空間の聴取位置（観測点）における音を検出するマイク、５は検出された音楽信号ｄ＾（ｎ）とフィルタ２から出力される目標信号ｄ（ｎ）との誤差ｅ（ｎ）を演算する演算部、６は前記誤差ｅ（ｎ）のパワーが最小となるように信号ｙ（ｎ）を発生する適応信号処理装置、７は該信号ｙ（ｎ）に応じた音を車室内音響空間８に放射するスピーカである。
【０００４】
適応信号処理装置６は、オーディオ信号ｘ（ｎ）を参照信号として入力されると共に、前記演算部５から出力されるエラ−信号ｅ（ｎ）を入力され、該エラ−信号のパワーが最小となるように適応信号処理を行って信号ｙ（ｎ）を出力する。適応信号処理装置６は、適応信号処理部（ＬＭＳ）６ａと、ＦＩＲ型のデジタルフィルタ構成の適応フィルタ（ＡＤＦ）６ｂと、参照信号ｘ（ｎ）にスピーカ７から聴取位置までの音声伝搬系の伝搬特性（伝達関数）Ｃ＾を畳み込んで適応信号処理に用いる参照信号（フィルタードリファレンス信号）ｒ（ｎ）を生成するフィルタ６ｃを有している。
【０００５】
適応信号処理部６ａは聴取位置におけるエラー信号ｅ（ｎ）と信号処理フィルタ６ｃを介して入力される適応信号処理用参照信号ｒ（ｎ）が入力され、これらの信号を用いて聴取位置における音楽信号ｄ＾（ｎ）が目標信号ｄ（ｎ）と等しくなるように適応信号処理を行って適応フィルタ６ｂの係数を決定する。例えば、適応信号処理部６ａは周知のＬＭＳ（ＬｅａｓｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ）適応アルゴリズムに従って、エラ−信号ｅ（ｎ）のパワーが最小となるように適応フィルタ６ｂの係数を決定する。適応フィルタ６ｂは適応信号処理部６ａにより決定された係数に従ってオーディオ信号ｘ（ｎ）にデジタルフィルタ処理を施して信号ｙ（ｎ）を出力する。従って、適応信号処理によりエラー信号ｅ（ｎ）のパワーが最小となるように適応フィルタ６ｂの係数が最適フィルタに収束すれば、聴取位置において、デジタルフィルタ２に設定した伝達特性Ｈを有する空間で音を聴取することと等価な効果を得ることができる。
【０００６】
適応フィルタ６ｂは図６に示すように、ＮタップのＦＩＲ型デジタルフィルタで構成され、例えば、入力信号を順次１サンプリング時間遅延する（Ｎ−１）個の遅延要素ＤＬ_１，ＤＬ_２・・・ＤＬ_Ｎ−１と、各遅延要素出力に係数ｗ_０（ｎ），ｗ_１（ｎ），ｗ_２（ｎ）・・・ｗ_Ｎ−１（ｎ）を乗算するＮ個の乗算部ＭＬ_０，ＭＬ_１，・・・ＭＬ_Ｎ−１と、各乗算部出力を順次加算する加算部ＡＤ_０，ＡＤ_１・・・ＡＤ_Ｎ−１で実現される。すなわち、現時刻ｎ・Ｔｓにおける参照信号をｘ（ｎ）、その時の各乗算器の係数をｗ_０（ｎ），ｗ_１（ｎ），ｗ_２（ｎ）・・・ｗ_Ｎ−１（ｎ）、出力信号をｙ（ｎ）とすれば、適応フィルタ６ｂは次式
【０００７】
【数１】

の演算を実行し、信号ｙ（ｎ）を出力する。
【０００８】
フィルタ６ｃは図７に示すように、ＦＩＲ型デジタルフィルタで構成され、例えば、入力信号を順次１サンプリング時間遅延する（Ｍ−１）個の遅延要素ＤＬ_１，ＤＬ_２・・・ＤＬ_Ｍ−１と、各遅延要素出力に係数ｃ_０，ｃ_１，ｃ_２・・・ｃ_Ｍ−１を乗算するＭ個の乗算部ＭＬ_０，ＭＬ_１，・・・ＭＬ_Ｍ−１と、各乗算部出力を順次加算する加算部ＡＤ_０，ＡＤ_１・・・ＡＤ_Ｍ−１で実現される。係数ｃ_０，ｃ_１，ｃ_２・・・ｃ_Ｍ−１は二次音伝搬系（スピーカから観測点までの系）の伝搬特性を模擬するように決定されている。時刻ｎ・Ｔｓにおける参照信号をｘ（ｎ）、出力（フィルタードＸ信号）をｒ（ｎ）とすれば、フィルタ６ｃは次式
【０００９】
【数２】

の演算を実行してフィルタードＸ信号ｒ（ｎ）を出力する。
【００１０】
適応信号処理部６ａは、１サンプリング時刻Ｔｓ後の次の時刻（ｎ＋１）・Ｔｓにおける適応フィルタ６ｂの係数ｗ_０（ｎ＋１），ｗ_１（ｎ＋１），ｗ_２（ｎ＋１）・・・ｗ_Ｎ−１（ｎ＋１）を、現時刻ｎ・Ｔにおける係数ｗ_０（ｎ），ｗ_１（ｎ），ｗ_２（ｎ）・・・ｗ_Ｎ−１（ｎ）とエラー信号ｅ（ｎ）とフィルタードＸ信号ｒ（ｎ）を用いて次の係数更新式により決定する。
【００１１】
【数３】

【００１２】
ただし、ｊ番目のフィルタ係数更新式は
ｗ_ｊ（ｎ＋１）＝ｗ_ｊ（ｎ）＋α・ｒ（ｎ−ｊ＋１）・ｅ（ｎ）（４）
で与えられる。（３）式において、（ｎ）は現サンプリング時刻の値、（ｎ＋１）は１サンプリング時刻後の値、（ｎ−１）は１サンプリング時刻前の値、（ｎ−２）は２サンプリング時刻前の値、・・・を意味している。又、αは適応フィルタの係数を更新するステップを決める定数であり、適当な値に設定される。フィルタードＸＬＭＳ適応アルゴリズムによる処理においては、上記（１）〜（３）式の演算を１サンプリング時間内に行って、信号ｙ（ｎ）を出力する。
【００１３】
以上のように、適応信号処理部６ａは、聴取位置におけるエラー信号ｅ（ｎ）とフィルタ６ｃを介して入力される適応信号処理用参照信号ｒ（ｎ）が入力され、これらの信号を用いて聴取位置における音楽信号ｄ＾（ｎ）が目標信号ｄ（ｎ）と等しくなるように適応信号処理を行うことで適応フィルタ６ｂの係数を決定する。適応フィルタ６ｂは適応信号処理部６ａにより決定された係数に従ってオーディオ信号ｘ（ｎ）にデジタルフィルタ処理を施して信号ｙ（ｎ）を出力する。従って、適応信号処理によりエラー信号ｅ（ｎ）のパワーが最小となるように適応フィルタ６ｂの係数が所定値に収束すれば、聴取位置において、デジタルフィルタ２に設定した伝達特性Ｈを有する空間で音を聴取することと等価な効果を得ることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
適応等化システムにおいて、全帯域の制御を行うのは当然のやり方である。しかし、膨大な演算量となり、その処理をリアルタイムで行おうとすれば、ＤＳＰが数十個必要になるという問題がある。そこで、特定の周波数帯域のみ、例えば、低音の再生品質を向上するために低音域のみをターゲットとした適応イコライザが考えられる。図８はかかる適応イコライザの構成図であり、図５と同一部分には同一符号を付している。図５と異なる点は、▲１▼目標特性設定部であるデジタルフィルタ２と適応信号処理装置６の前に低音域を通過するバンドパスフィルタ９、１０を設け、該バンドパスフィルタの帯域のみ所望の目標信号が得られるようにした点、▲２▼前記バンドパスフィルタの帯域外（特定周波数帯域外）のオーディオ信号を通過するバンドエリミネートフィルタ（例えば中低音域以上のハイパスフィルタ）１１及び該バンドエリミネートフィルタ１１の出力信号を入力されて音を車室内音響空間に放射するスピーカ１２を設けた点である。
【００１５】
この適応イコライザによれば、適応フィルタ６ｂはバンドパスフィルタ１０で制限された低音域のみ、再生系（スピーカから観測点までの伝達特性）の逆フィルタになりつつ、目標信号ｄ（ｎ）となるように動作する。但し、適応フィルタの収束する特性には、逆フィルタも含まれるため目標信号（フィルタ２に設定する目標応答）にはモデリングディレイを入れる必要がある。それに伴い、制御帯域外にもディレイをかけ、制御帯域の信号が観測点に到達するまでのタイミングを合わせる必要があるが、目標信号を与えるデジタルフィルタＨを任意に設定すると制御帯域外の補正（ディレイ時間の設定等）が複雑になってしまう問題がある。
以上から本発明の目的は、特定帯域のみを制御することにより演算量を削減し、その際、実際のスピーカレイアウトに基づいてフィルタ２の伝達特性（目標応答）を決定して目標信号を出力することにより処理帯域外の補正を簡単にでき、すなわち、特定帯域外のオーディオ信号の処理系を単に遅延のみとすることができ、かつ、観測点で所望の音を聴取できるようにすることである。
本発明の別の目的は、模擬したい音場（例えば反射のない自由空間）におけるスピーカと観測点の位置関係を、実際のスピーカと観測点の実際の位置関係と同じにした時の該音場におけるスピーカから観測点までの伝達特性を求め、該伝達特性を目標信号を出力するフィルタ手段に設定し、実際の観測点において模擬したい音場と同一の音を聴取できるようにすることである。
本発明の更に別の目的は、適応信号処理装置や目標応答を設定するフィルタ手段がなくても簡単な構成により、模擬したい音場と同一の音を聴取できるようにすることである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明によれば、所定の伝達特性が設定され、入力されたオーディオ信号に該伝達特性を畳み込んで目標信号を出力するフィルタ手段と、目標信号と観測点における音楽信号との差であるエラー信号を出力する手段と、オーディオ信号及び前記エラー信号を入力され、該エラー信号のパワーが最小となるように適応信号処理を行って適応フィルタの係数を決定し、該適応フィルタによりフィルタ処理を施されたオーディオ信号を第１のスピーカ（制御用スピーカであり、例えば車室内ではリアスピーカ）に入力する適応信号処理装置と、特定周波数帯域外のオーディオ信号を所定時間遅延して出力する手段と、特定周波数帯域外のオーディオ信号に応じた音を放射する第２のスピーカ（例えばフロントスピーカ）と、特定周波数帯域のオーディオ信号を通過させるバンドパスフィルタを備えたオーディオ装置により達成される。
【００１７】
【作用】
模擬したい音場におけるスピーカと観測点の位置関係を、実際の第２のスピーカと観測点の位置関係と同じにした時の該音場におけるスピーカから観測点までの伝達特性を求めて前記目標信号を出力するフィルタ手段に設定する。フィルタ手段はバンドパスフィルタから入力される特定周波数帯域のオーディオ信号に該伝達特性を畳込んで特定周波数帯域内の目標信号を出力し、適応信号処理装置は、目標信号と観測点における音楽信号との差であるエラー信号と特定周波数帯域のオーディオ信号を入力され、該エラー信号のパワーが最小となるように適応信号処理を行って適応フィルタの係数を決定し、該適応フィルタによりフィルタ処理を施された特定周波数帯域のオーディオ信号を第１のスピーカに入力し、第１のスピーカより該オーディオ信号に応じた音を放射すると共に、第２のスピーカより所定時間遅延した特定周波数帯域外のオーディオ信号に応じた音を放射する。以上のように構成すれば、特定帯域のみを制御するため演算量を削減することができ、しかも、実際のスピーカレイアウトに基づいてフィルタ手段の伝達特性を決定して目標信号を出力することにより処理帯域外の補正を簡単に行え、かつ、模擬したい音場と同一の音楽を観測点で聴取することができる。・・・請求項１
【００１８】
又、目標応答ディレイ時間をτ_１、第１スピーカから観測点までの遅延時間τ_２、第２スピーカから観測点までの遅延時間をτ_３とするとき、前記特定周波数帯域外のオーディオ信号の遅延時間を、
τ_１＋τ_２−τ_３
とする。このようにすれば、第１、第２のスピーカから放射された音楽信号は観測点に同時に到達するようにできる。・・・請求項２
又、適応信号処理で収束した適応フィルタの係数を設定されるＦＩＲ型フィルタで適応信号処理装置を置き換え、かつ、目標信号出力用のフィルタ手段を除去してオーディオ装置を構成する。このようにすれば、高価な適応信号処理装置やフィルタ手段が不要になり、安価な構成で観測点において模擬したい音場と同一の音を聴取することができる。・・・請求項３
又、各部分をＬチャンネル及びＲチャンネル両方に設けることによりステレオに対応させることができる。・・・請求項４、請求項５
【００１９】
【実施例】
（ａ）目標信号を出力するフィルタ手段の係数設定法
本発明は、特定周波数帯域のみ制御することにより演算量を削減し、その際、特定周波数帯域外のオーディオ信号を出力するスピーカ、観測点のレイアウトに基づいて、目標信号を出力するフィルタ手段（ＦＩＲ型フィルタ）の係数を決定し、これにより、処理帯域外の補正を簡単に行え、しかも、観測点で優れた音を聴取できるようにするものである。すなわち、模擬したい音場におけるスピーカと観測点の位置関係を、実際の音場におけるスピーカと観測点の位置関係と同じにした時のスピーカから観測点までの伝達特性を求めて目標信号を出力するフィルタ手段２に設定する。
模擬したい音場としては、例えば反射の無い自由音場があげられる。本発明は、車室内における特定周波数帯域の特性（例えば低音再生特性）の改善を目的としており、特に、定在波が伝達特性におよぼす影響の排除及び反射成分による伝達特性への影響を取り除くことを狙いとしている。反射の無い空間（無響室）は自由空間（自由音場）である。従って、自由空間内に実際のスピーカ及び観測点のレイアウトと一致するように配置された理想点音源が持つ所定の伝達特性を求め、該伝達特性をフィルタ手段に設定する。例えば、自由音場内に、図１に示すように、実際のレイアウトと一致するように、Ｌチャンネル、ＲチャンネルのスピーカＳＰ１，ＳＰ２とマイクロホンＭＩＣ１，ＭＩＣ２を配置し、スピーカＳＰ１からマイクＭＩＣ１までの伝達特性、スピーカＳＰ２からマイクＭＩＣ１までの伝達特性、スピーカＳＰ２からマイクＭＩＣ１までの伝達特性、スピーカＳＰ２からマイクＭＩＣ２までの伝達特性をそれぞれ測定し、フィルタ手段２に設定する。
【００２０】
自由空間内の点音源による音圧ｐは１／ｒに比例する（ｒ：スピーカ〜マイク間の距離）。ここで、図１に示す様に、ストレートの音圧、ストレートのスピーカ〜マイク間の距離をそれぞれｐｓｔ，ｒｓｔとする。又、クロスの音圧、クロスのスピーカ〜マイク間の距離をそれぞれｐｃｒ，ｒｃｒとする。ストレートの音圧を１とするとクロスの音圧は、ｐｃｒ／ｐｓｔの比で表わされる。よって、
ｐｃｒ／ｐｓｔ＝（１／ｒｃｒ）／（１／ｒｓｔ）＝ｒｓｔ／ｒｃｒ＝１１０／１４０＝０．７８
次にストレートとクロスのマイクまでの音波の到達時間の差を求める。距離差は１４０−１１０＝３０ｃｍであって、音速は３４０ｍ／ｓであるから、ディレイタイムｔｄは
ｔｄ＝３０／（３４０×１００）＝０．９ｍｓｅｃ
となり、目標応答のインパルス応答は図２に示すようになる。
【００２１】
ところで、適応フィルタは伝達系（制御スピーカ〜制御マイク間）の特性を打ち消すように該伝達系の逆フィルタになりつつ、目標応答（目標信号）になるように動作する。逆フィルタは一般に非因果性のフィルタとなるため、そのまま実現することはできない。そこで、因果律を満足させるために、逆フィルタを求める際の目標応答は一定の遅延をかけたものとしなければならない。これは、モデリングディレイとよばれ、逆フィルタを求める際には必ずといってもよい程用いられるものである。
モデリングディレイを考慮すると、伝達特性を打ち消すように動作するためには目標とするインパルス応答を、適応フィルタの中央のタップに立てるのが一般には妥当である。そこで、目標信号出力用のフィルタ手段を、▲１▼クロスの信号が入力される第１のＦＩＲ型フィルタと、▲２▼ストレートの信号が入力される第２のＦＩＲ型フィルタと、▲３▼第１、第２のＦＩＲ型フィルタ出力を合成して目標信号を出力する合成部とで構成するものとすれば、以下のように第１、第２ＦＩＲ型フィルタに係数を設定する。
すなわち、適応フィルタの中央タップ位置に応じた第１、第２のＦＩＲ型フィルタのタップを係数設定タップというものとすると、クロスの信号が入力される第１のＦＩＲ型フィルタの係数設定タップにはゲインが０．７８のクロスを立てる（第１のＦＩＲ型フィルタの係数設定タップの係数を０．７８にし、他のタップ係数を零にする）。又、ストレート信号の到達時間は、クロス信号の到達時間より０．９ｍｓｅｃ早いから、サンプリングタイムを考慮して、ストレートの第２のＦＩＲ型フィルタには係数設定タップより該到達時間差に応じた数タップ前のタップ（数タップ入力側）にゲイン１のストレートを立てる（数タップ前のタップ係数を１．０にし、他のタップ係数を零にする）。
【００２２】
（ｂ）本発明の第１実施例
（ｂ−１）構成
図３は特定周波数帯域、例えば低音域をターゲットにした本発明の第１実施例の構成図である。
２０はオーディオソースであり、Ｌチャンネル及びＲチャンネルのオーディオ信号Ｓ_Ｌ，Ｓ_Ｒを出力する。２１〜２４は特定帯域例えば低域の音楽信号を通過するバンドパスフィルタ（Ｂ．Ｐ．Ｆ）、２５はＬチャンネル側の第１の観測点における目標信号（目標応答）ｄ（ｎ）_Ｌを出力するデジタルフィルタ部、２６はＲチャンネル側の第２の観測点における目標信号ｄ（ｎ）_Ｒを出力するデジタルフィルタ部である。
デジタルフィルタ部２５は、第１、第２のＦＩＲ型フィルタ２５ａ，２５ｂと合成部２５ｃで構成されている。第１のＦＩＲ型フィルタ２５ａはバンドパスフィルタ２１を通過して入力されたＬチャンネルのオーディオ信号Ｓ_Ｌ′に伝達特性Ｈ_１１を畳み込んで出力し、第２のＦＩＲ型フィルタ２５ｂはバンドパスフィルタ２２を通過して入力されたＲチャンネルのオーディオ信号Ｓ_Ｒ′に伝達特性Ｈ_１２を畳み込んで出力し、合成部２５ｃは第１、第２のＦＩＲ型フィルタ出力を合成してＬチャンネル側の目標信号ｄ（ｎ）_Ｌを出力する。
【００２３】
デジタルフィルタ部２６は、第１、第２のＦＩＲ型フィルタ２６ａ，２６ｂと合成部２６ｃで構成されている。第１のＦＩＲ型フィルタ２６ａはバンドパスフィルタ２２を通過して入力されたＲチャンネルのオーディオ信号Ｓ_Ｒ′に伝達特性Ｈ_２２を畳み込んで出力し、第２のＦＩＲ型フィルタ２６ｂはバンドパスフィルタ２１を通過して入力されたＬチャンネルのオーディオ信号Ｓ_Ｌ′に伝達特性Ｈ_２１を畳み込んで出力し、合成部２６ｃは第１、第２のＦＩＲ型フィルタ出力を合成してＲチャンネル側の第２の目標信号ｄ（ｎ）_Ｒを出力する。
【００２４】
３１、３２はＬチャンネル及びＲチャンネルの制御用スピーカでリアスピーカ、３３，３４はＬチャンネル及びＲチャンネルのフロントスピーカ、３５〜３８はアンプ、３９はＬチャンネル側の第１観測点の観測音に応じた音楽信号ｄ＾（ｎ）_Ｌを検出、出力するマイク、４０はＲチャンネル側の第２観測点の観測音に応じた音楽信号ｄ＾（ｎ）_Ｒを検出、出力するマイクである。尚、リアレフトスピーカ３１から各観測点迄の伝達特性はＣ_１１、Ｃ_２１、リアライトスピーカ３２から各観測点までの伝達特性はＣ_１２，Ｃ_２２である。
４１はＬチャンネル側の目標信号ｄ（ｎ）_ＬとＬチャンネル側の第１観測点の音楽信号ｄ＾（ｎ）_Ｌの差を演算し、エラー信号ｅ_１（ｎ）として出力する演算部、４２はＲチャンネル側の目標信号ｄ（ｎ）_ＲとＲチャンネル側の第２観測点の音楽信号ｄ＾（ｎ）_Ｒの差を演算し、エラー信号ｅ_２（ｎ）として出力する演算部である。
【００２５】
４３，４４はＬチャンネル側の第１観測点におけるエラー信号ｅ_１（ｎ）のパワーが最小となるように適応信号処理するＬチャンネル側の第１、第２の適応信号処理装置、４５，４６はＲチャンネル側の第２観測点におけるエラー信号ｅ_２（ｎ）のパワーが最小となるように適応信号処理するＲチャンネル側の第１、第２の適応信号処理装置、４７、４８は合成部であり、２入力−２スピーカ−２観測点に対応する構成を備えている。
【００２６】
Ｌチャンネルの第１の適応信号処理装置４３は、バンドパスフィルタ２３を通過したＬチャンネルのオーディオ信号Ｓ_Ｌ′（＝ｘ_１（ｎ））と第１、第２観測点におけるエラー信号ｅ_１（ｎ），ｅ_２（ｎ）を用いて適応信号処理を行い、第２の適応信号処理装置４４は、バンドパスフィルタ２４を通過したＲチャンネルのオーディオ信号Ｓ_Ｒ′（＝ｘ_２（ｎ））と第１、第２観測点におけるエラー信号ｅ_１（ｎ），ｅ_２（ｎ）を用いて適応信号処理を行い、合成部４７は第１、第２の適応信号処理装置４３，４４の適応フィルタ出力を合成してＬチャンネルのスピーカ３１に入力する。Ｒチャンネルの第１の適応信号処理装置４６は、バンドパスフィルタ２４を通過したＲチャンネルのオーディオ信号Ｓ_Ｒ′（＝ｘ_２（ｎ））と第１、第２観測点におけるエラー信号ｅ_１（ｎ），ｅ_２（ｎ）を用いて適応信号処理を行い、第２の適応信号処理装置４５は、バンドパスフィルタ２３を通過したＬチャンネルのオーディオ信号Ｓ_Ｌ′（＝ｘ_１（ｎ））と第１、第２観測点におけるエラー信号ｅ_１（ｎ），ｅ_２（ｎ）を用いて適応信号処理を行い、合成部４８は第１、第２の適応信号処理装置４５，４６の適応フィルタ出力を合成してＲチャンネルのスピーカ３２に入力する。
【００２７】
適応信号処理装置４３〜４６はそれぞれ、１サンプリング時刻Ｔｓ後の時刻における適応フィルタ（ＡＤＦ）Ａ_１１〜Ａ_２２の係数ｗ_０（ｎ＋１），ｗ_１（ｎ＋１），ｗ_２（ｎ＋１）・・・ｗ_Ｎ−１（ｎ＋１）を、現時刻における係数ｗ_０（ｎ），ｗ_１（ｎ），ｗ_２（ｎ）・・・ｗ_Ｎ−１（ｎ）とエラー信号ｅ_１（ｎ），ｅ_２（ｎ）とフィルタードＸ信号Ｒｉｊを用いて次式（係数更新式）により決定する。
【００２８】
【数４】

【００２９】
ただし、

である。
４９、５０はバンドパスフィルタ２１〜２４の帯域外（特定周波数帯域外）のオーディオ信号を通過するバンドエリミネートフィルタ（例えば中低音域以上のハイパスフィルタ）、５１、５２はオーディオ信号を所定時間遅延するディレイ回路である。
【００３０】
（ｂ−２）ＦＩＲ型フィルタの係数設定
この実施例では、自由空間内の音場を目標としてＦＩＲフィルタの係数を設定する場合を例にとる。フロントスピーカ３３，３４、第１、第２の観測点３９，４０が自由空間内に存在するものと仮定し、Ｌチャンネル側の第１観測点におけるＲチャンネルフロントスピーカ３４及びＬチャンネルフロントスピーカ３３よりの音圧の比を音圧の大きい方を分母として求めた値をｐ_１、音の到達時間差をｔ_１とする。又、Ｒチャンネル側の第２観測点におけるＬチャンネルフロントスピーカ３３及びＲチャンネルフロントスピーカ３４よりの音圧の比を音圧の大きい方を分母として求めた値をｐ_２、音の到達時間差をｔ_２とする。
かかる場合、Ｌチャンネルデジタルフィルタ部２５の第２のＦＩＲ型フィルタ２５ｂにおける係数設定タップの係数をｐ_１とすると共に他の係数を零にして特性Ｈ_１２を設定し、又、第１のＦＩＲ型フィルタ２５ａにおいて係数設定タップ位置より前記到達時間差ｔ_１分入力側のタップ係数を１とすると共に他の係数を零にして特性Ｈ_１１を設定する。そして、これら第１、第２のＦＩＲ型フィルタ出力を合成して第１の目標信号ｄ（ｎ）_Ｌを出力する。
又、Ｒチャンネルデジタルフィルタ部２６の第２のＦＩＲ型フィルタ２６ｂにおける係数設定タップの係数をｐ_２とすると共に他の係数を零にして特性Ｈ_２１を設定し、又、第１のＦＩＲ型フィルタ２６ａにおいて係数設定タップ位置より前記到達時間差ｔ_２分入力側のタップ係数を１とすると共に他の係数を零にして特性Ｈ_２２を設定し、これら第１、第２のＦＩＲ型フィルタ出力を合成して第２の目標信号ｄ（ｎ）_Ｒを出力する。
以上のようにすれば、自由空間内に配置された理想点音源が持つ伝達特性Ｈ_１１〜Ｈ_２２を設定して目標応答ｄ（ｎ）_Ｌ，ｄ（ｎ）_Ｒを出力することができる。
【００３１】
（ｂ−３）遅延時間の設定
フロントスピーカ３３（３４）とリアスピーカ３１（３２）から出力される音は同時に観測点３９（４０）に到達する必要がある。先に述べたとおり、目標応答はＦＩＲ型フィルタの係数設定タップに立てる。このため、リアスピーカ３１（３２）の駆動信号は目標応答分のディレイ（第１のタップから係数設定タップまでのディレイ）を持つ。よって、フロントスピーカ３３（３４）に入力する信号は以下に示す時間ｔｄ分リアスピーカに入力する信号より遅らせる。
ｔｄ＝（目標応答ディレイ＋リアスピーカより観測点までのディレイ）−（フロントスピーカより観測点までのディレイ）
すなわち、ディレイ回路５１、５２は該遅延時間ｔｄ分入力信号Ｓ_Ｌ，Ｓ_Ｒを遅延させる。
【００３２】
（ｂ−４）動作
Ｌチャンネル側及びＲチャンネル側のデジタルフィルタ部２５，２６は、自由空間内に配置された理想点音源が持つ所望の伝達特性Ｈ_１１〜Ｈ_２２を帯域制限された低音域のオーディオ信号Ｓ_Ｌ′、Ｓ_Ｒ′に畳み込んで目標応答ｄ（ｎ）_Ｌ，ｄ（ｎ）_Ｒを出力する。
Ｌチャンネル側の適応信号処理装置４３，４４は、Ｌチャンネル側の第１観測点（マイク）３９における観測音がＬチャンネルの目標応答ｄ（ｎ）_Ｌと一致するように、又、Ｒチャンネル側の適応信号処理装置４５，４６は、Ｒチャンネル側の第２観測点（マイク）４０における観測音がＲチャンネルの目標応答ｄ（ｎ）_Ｒと一致するように、すなわち、エラー信号ｅ_１（ｎ）及びｅ_２（ｎ）のトータルパワーが最小となるように適応信号処理を実行する。これにより、聴取位置（観測点）において、バンドパスフィルタ２１〜２４の帯域（制御帯域）内の音は自由空間に存在するかのような音となる。
一方、フロントスピーカ３３、３４は所定の時間ｔｄ分遅延した制御帯域外（処理帯域外）のオーディオ信号Ｓ_Ｌ″，Ｓ_Ｒ″をバンドエリミネートフィルタ４９、５０より入力されて該処理帯域外の音を車室内音響空間に放射する。
【００３３】
以上より、制御帯域の音と制御帯域外の音が聴取点に同時に到達し、これらの合成音を聴取できる。この場合、制御帯域（低音域）の音は自由空間に存在するかのような音となり、しかも、全帯域で処理していないため演算量を削減でき、更には、制御帯域外の処理系を単純な遅延（ディレイ）のみとすることができ、制御帯域外の補正処理を簡単に行うことができる。
【００３４】
（ｃ）第２実施例
第１実施例では、適応信号処理装置４３〜４６により、Ｌチャンネル側の第１観測点における観測音がＬチャンネルの目標応答ｄ（ｎ）_Ｌと一致するように、かつ、Ｒチャンネル側の第２観測点における観測音がＲチャンネルの目標応答ｄ（ｎ）_Ｒと一致するように適応信号処理を実行する。このため、第１実施例では制御用スピーカから制御点までの伝達特性Ｃ_１１〜Ｃ_２２が種々の要因で変化しても常に目標とする音場に近い状態を維持することができる。一方、Ｃ_１１〜Ｃ_２２が大きく変化しない場合には、適応信号処理装置４３〜４６を固定係数のデジタルフィルタで置き換えても十分な効果を得ることができる。
【００３５】
図４はかかる本発明の第２の実施例構成図であり、第１実施例と同一部分には同一符号を付している。第１実施例と異なる点は以下の通りである。
▲１▼第１実施例の４つの適応信号処理装置４３〜４６の代わりに、ＦＩＲ型デジタルフィルタ４３′〜４６′を設けた点、
▲２▼第１実施例により適応信号処理で収束したＬチャンネル及びＲチャンネルの４つの適応信号処理装置４３〜４６の適応フィルタＡ_１１，Ａ_２１，Ａ_１２，Ａ_２２の係数を求め（係数同定）、該４つの係数を４つのＦＩＲ型フィルタ４３′〜４６′に設定する点、
▲３▼第１実施例のＬチャンネル及びＲチャンネルのデジタルフィルタ部２５，２６及びバンドパスフィルタ２１、２２を削除した点、
▲４▼マイク３９，４０、演算部４１，４２を除去した点、
以上のように構成すれば、第１実施例のデジタルフィルタ２５ａ〜２５ｂ、２６ａ〜２６ｂの特性Ｈ_１１〜Ｈ_２２を１つに固定した場合と同等の効果を得ることができる。
【００３６】
以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は請求の範囲に記載した本発明の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明はこれらを排除するものではない。
【００３７】
【発明の効果】
以上本発明によれば、特定の帯域（制御することで高い効果が得られる帯域）のみを制御するから、演算量Ｖ．Ｓ．制御効果が最大になる様、制御装置を構成することが可能であり、しかも、制御帯域の目標応答（フィルタの伝達特性）をスピーカレイアウトに基づいて決定することにより、制御帯域外の処理を単純な遅延とするだけで、制御帯域内の音とのつながりを十分に確保することができる。このため、制御性能を保持したまま、系全体の演算量を低減させることができる。
又、適応信号処理により適応フィルタの係数を同定し、該係数をＦＩＲ型デジタルフィルタに設定することにより、適応信号処理装置や目標応答出力用のデジタルフィルタ、マイク、演算部を除去でき、ハードウェアを著しく減少でき、しかも、優れた音を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】目標応答の設定法説明図である。
【図２】目標応答のインパルス応答図である。
【図３】特定帯域をターゲットにした本発明の第１実施例の構成図である。
【図４】本発明の第２実施例の構成図である。
【図５】適応等化システムの基本構成図である。
【図６】適応フィルタの構成図である。
【図７】適応処理用参照信号を作成するフィルタの構成図である。
【図８】特定帯域のみターゲットにした従来の適応イコライザの構成図である。
【符号の説明】
２０・・オーディオソース
２５〜２６・・Ｌチャンネル及びＲチャンネルのデジタルフィルタ部
３１〜３２・・リアスピーカ
３３〜３４・・フロントスピーカ
３９〜４０・・マイク
４３〜４４・・Ｌチャンネルの適応信号処理装置
４５〜４６・・Ｒチャンネルの適応信号処理装置

Claims

所定の伝達特性が設定され、入力されたオーディオ信号に該伝達特性を畳み込んで目標信号を出力するフィルタ手段と、目標信号と観測点における音楽信号との差であるエラー信号を出力する手段と、オーディオ信号及び前記エラー信号を入力され、該エラー信号のパワーが最小となるように適応信号処理を行って適応フィルタの係数を決定し、該適応フィルタによりフィルタ処理を施されたオーディオ信号を第１のスピーカに入力する適応信号処理装置を備えたオーディオ装置において、
特定周波数帯域外のオーディオ信号を所定時間遅延して出力する手段と、該手段から出力される特定周波数帯域外のオーディオ信号に応じた音を放射する第２のスピーカと、特定周波数帯域のオーディオ信号を通過させるバンドパスフィルタを設け、
模擬したい音場におけるスピーカと観測点の位置関係を、前記第２のスピーカと観測点の実際の位置関係と同じにした時の前記音場におけるスピーカから観測点までの伝達特性を求めて前記フィルタ手段に設定し、
該フィルタ手段は前記バンドパスフィルタから入力される特定周波数帯域のオーディオ信号に該伝達特性を畳込んで特定周波数帯域内の目標信号を出力し、
前記適応信号処理装置は、目標信号と観測点における音楽信号との差であるエラー信号と特定周波数帯域のオーディオ信号を入力され、該エラー信号のパワーが最小となるように適応信号処理を行って適応フィルタの係数を決定し、該適応フィルタによりフィルタ処理を施された特定周波数帯域のオーディオ信号を前記第１のスピーカに入力し、
第１のスピーカより該オーディオ信号に応じた音を放射すると共に、第２のスピーカより前記所定時間遅延した特定周波数帯域外のオーディオ信号に応じた音を放射することを特徴とするオーディオ装置。
前記フィルタ手段における目標応答ディレイ時間をτ_１、第１スピーカから観測点までの遅延時間τ_２、第２スピーカから観測点までの遅延時間をτ_３とするとき、前記特定周波数帯域外のオーディオ信号の遅延時間を
τ_１＋τ_２−τ_３
とすることを特徴とする請求項１記載のオーディオ装置。
適応信号処理で求まった適応フィルタの係数が設定されるＦＩＲ型フィルタで適応信号処理装置を置き換え、かつ、前記フィルタ手段を除去してなることを特徴とする請求項１又は２記載のオーディオ装置。
前記フィルタ手段は、Ｌチャンネル、Ｒチャンネルの特定周波数帯域のオーディオ信号がそれぞれ入力される第１、第２のデジタルフィルタとこれらフィルタ出力を合成してＬチャンネルの目標信号を出力する合成部を備えたＬチャンネルフィルタと、Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの特定周波数帯域のオーディオ信号がそれぞれ入力される第１、第２のデジタルフィルタとこれらフィルタ出力を合成してＲチャンネルの目標信号を出力する合成部を備えたＲチャンネルフィルタを備え、
前記エラー信号出力手段は、第１の観測点における音楽信号とＬチャンネルの目標信号との差であるエラー信号ｅ_１を出力するエラー信号出力部と、第２の観測点における音楽信号とＲチャンネルの目標信号との差であるエラー信号ｅ_２を出力するエラー信号出力部を備え、
前記適応信号処理装置は、Ｌチャンネル及びＲチャンネルの特定周波数帯域のオーディオ信号及び前記エラー信号ｅ_１，ｅ_２を入力されエラー信号ｅ_１及びｅ_２のトータルパワーが最小となるように適応信号処理を行い、適応フィルタ出力をＬチャンネルの第１スピーカに入力するＬチャンネルの適応信号処理装置と、Ｒチャンネル及びＬチャンネルの特定周波数帯域のオーディオ信号及び前記エラー信号ｅ_１，ｅ_２を入力されエラー信号ｅ_１及びｅ_２のトータルパワーが最小となるように適応信号処理を行い、適応フィルタ出力をＲチャンネルの第１スピーカに入力するＲチャンネルの適応信号処理装置を備え、
前記特定周波数帯域外のオーディオ信号遅延出力手段は、特定周波数帯域外のＬチャンネル、Ｒチャンネルのオーディオ信号をそれぞれ所定時間遅延してＬチャンネル、Ｒチャンネルの第２スピーカに出力する手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のオーディオ装置。
模擬したい音場におけるスピーカと観測点の位置関係を実際の位置関係と同一にしたとき、該音場の第１観測点におけるＲ，Ｌチャンネルの第２スピーカよりの音圧の比を音圧の大きい方を分母として求めた値をｐ_１、音の到達時間差をｔ_１とし、又、第２の観測点におけるＬ，Ｒチャンネルの第２スピーカよりの音圧の比を音圧の大きい方を分母として求めた値をｐ_２、音の到達時間差をｔ_２とするとき、
前記フィルタ手段のＬチャンネルフィルタを構成する第２デジタルフィルタの係数設定タップ（通常は、適応フィルタの中央タップの位置に応じたタップ）の係数をｐ_１とすると共に他のタップの係数を零とし、又、Ｌチャンネルフィルタを構成する第１デジタルフィルタの係数設定タップより前記到達時間差ｔ_１分入力側のタップの係数を１とすると共に他の係数を零とし、これら第１、第２のデジタルフィルタ出力を合成してＬチャンネル側の目標信号を出力し、
前記フィルタ手段のＲチャンネルフィルタを構成する第２デジタルフィルタの係数設定タップ（通常は、適応フィルタの中央タップの位置に応じたタップ）の係数をｐ_２とすると共に他のタップの係数を零とし、又、Ｒチャンネルフィルタを構成する第１デジタルフィルタの係数設定タップより前記到達時間差ｔ_２分入力側のタップの係数を１とすると共に他の係数を零とし、これら第１、第２のデジタルフィルタ出力を合成して第２の目標信号を出力することを特徴とする請求項４記載のオーディオ装置。