JP3607167B2 - 音響機器およびフィルタ周波数設定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピーカのインピーダンス特性を考慮して、オーディオ信号から不要な低周波成分を適切に除去することのできる音響装置及びフィルタ周波数設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーオーディオ等の普及に伴い、利用者は車内においても、お気に入りの音楽等を楽しむことができるようになってきている。
最近では、カーオーディオに採用されるオーディオシステムの性能が向上し、オーディオシステムにおいて、図５に示すような低域カットオフ周波数ｆ０の超低音再生が可能となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般のカーオーディオには、小口径のスピーカ（スピーカシステム）が採用されている（取り付けられている）。このような小口径のスピーカは、物理的な大きさから超低域再生に限界がある。
すなわち、図５に示すように、オーディオシステム側にて低域カットオフ周波数ｆ０の超低音再生が可能であっても、スピーカシステム側にて、それより劣る低域カットオフ周波数ｆ１（つまり、ｆ１＞ｆ０）となり、超低域再生が困難となる。
【０００４】
このため、スピーカは、超低音の信号（オーディオ信号）が供給されても、実際に音として発することができず、効率の悪い無駄なエネルギーを消耗していた。また、スピーカに超低音の信号が供給されると振動板の振幅が大きくなり、大音量時において、「底付き」（振動限界に達すること）が生じることとなる。
この際、利用者には、スピーカからの再生音に底付き音が混ざって聞こえたり、歪感が悪く聞こえることとなる。例えば、本来、図６（ａ）に示すような低周波成分を含んだ音波形として利用者に聞こえるはずが、図６（ｂ）に示すような低周波成分がなくなった音波形として聞こえ、底付き音が混じったり、歪感が悪くなったりしていた。
【０００５】
このような超低域再生が困難なスピーカを考慮して、オーディオシステム側にフィルタ（デジタルフィルタ等）を設置して、不要な低周波成分を除去することも可能である。
しかしながら、採用されるスピーカ毎にインピーダンス特性等が異なることに起因して、フィルタに設定するカットオフ周波数が一定に定まらない。そのため、利用者は、自己のスピーカのインピーダンス特性等を調べた上でフィルタに適切なカットオフ周波数を設定する必要があり、大変煩雑となることが予想される。
【０００６】
この発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、スピーカのインピーダンス特性を考慮して、オーディオ信号から不要な低周波成分を適切に除去することのできる音響装置及びフィルタ周波数設定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る音響機器は、
所定のインピーダンス特性を有するスピーカを備えた音響機器であって、
発信器が発する信号を、抵抗体を介してスピーカに供給し、発信器からの信号周波数を順次変化させることにより生じる抵抗体の電圧変化に従って、スピーカのインピーダンス特性を特定する特定手段と、
前記特定手段により特定されたインピーダンス特性に従って、対応するカットオフ周波数を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得されたカットオフ周波数をスピーカの前段に配置されたフィルタに設定する設定手段と、
測定時に、前記特定手段及び、前記取得手段を制御して、スピーカに対応するカットオフ周波数を得て、通常使用時に、前記設定手段を制御して、当該カットオフ周波数をフィルタに設定しつつ、所定の音源からのオーディオ信号をスピーカに出力させる制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る音響機器は、
所定のインピーダンス特性を有するスピーカを備えた音響機器であって、
任意の周波数の信号を発する発信手段と、
前記発信手段とスピーカとの間に接続された抵抗体と、
前記発信手段からスピーカに向けて信号が発せられた際に、前記抵抗体の両端に印加される電圧を計測する計測手段と、
前記発信手段が発する信号の周波数を順次変化させながら、前記計測手段により計測される電圧に従って、スピーカのインピーダンス特性を特定する特定手段と、
前記特定手段により特定されたインピーダンス特性に従って、対応するカットオフ周波数を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得されたカットオフ周波数が設定され、スピーカの前段にて、所定の音源よりスピーカに向けて供給されるオーディオ信号から所定の周波数成分を除去するフィルタと、
測定時に、前記特定手段及び、前記取得手段を制御して、スピーカに対応するカットオフ周波数を得て、通常使用時に、前記フィルタに当該カットオフ周波数を設定しつつ、音源からのオーディオ信号をスピーカに出力させる制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る音響機器は、
所定のインピーダンス特性を有するスピーカを備えた音響機器であって、
任意の周波数の信号を選択して発する発信手段と、
前記発信手段とスピーカとの間に接続された抵抗体と、
前記発信手段からスピーカに向けて信号が発せられた際に、前記抵抗体の両端に印加される電圧差を計測する計測手段と、
前記発信手段が発する信号の周波数を順次変化させながら、前記計測手段により計測される電圧差が最も小さくなる限界周波数を特定する周波数特定手段と、
複数の限界周波数とカットオフ周波数との対応を規定する周波数テーブルを予め記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された周波数テーブルから、前記周波数特定手段により特定された限界周波数に従って、対応するカットオフ周波数を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択されたカットオフ周波数が設定され、スピーカの前段にて、所定の音源よりスピーカに向けて供給されるオーディオ信号から所定の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、
測定時に、前記測定手段、前記周波数特定手段及び、前記選択手段を制御して、スピーカに対応するカットオフ周波数を得て、通常使用時に、前記ハイパスフィルタに当該カットオフ周波数を設定しつつ、音源からのオーディオ信号をスピーカに出力させる制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の第４の観点に係るフィルタ周波数設定方法は、
発信器が発する信号を、抵抗体を介してスピーカに供給し、発信器からの信号周波数を順次変化させることにより生じる抵抗体の電圧変化に従って、スピーカのインピーダンス特性を特定する特定ステップと、
前記特定ステップにて特定されたインピーダンス特性に従って、対応するカットオフ周波数を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにて取得されたカットオフ周波数をスピーカの前段に配置されたフィルタに設定する設定ステップと、
測定時に、前記特定ステップ及び、前記取得ステップを制御して、スピーカに対応するカットオフ周波数を得て、通常使用時に、前記設定ステップを制御して、当該カットオフ周波数をフィルタに設定しつつ、所定の音源からのオーディオ信号をスピーカに出力させる制御ステップと、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる車載用音響機器について、以下図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、この発明の実施の形態に適用される車載用音響機器の構成の一例を示す回路図である。
図１に示すように、車載用音響機器は、音源１と、測定用発信器２と、スイッチ３ａ〜３ｃと、スイッチ４ａ〜４ｃと、ハイパスフィルタ５と、システムアンプ６と、測定用抵抗７と、スピーカ８と、バッファアンプ９ａ，９ｂと、差動アンプ１０と、積分回路１１と、Ａ／Ｄコンバータ１２と、マイクロコンピュータ１３とを含んで構成される。
【００１７】
音源１は、例えば、音楽用ＣＤ（コンパクトディスク）を再生するディスク再生装置等からなり、対象のＣＤを再生して得られたオーディオ信号（再生信号）をスイッチ３ａ等を介してハイパスフィルタ５に供給する。
【００１８】
測定用発信器２は、マイクロコンピュータ１３に制御され、任意の周波数の信号を発信させ、スイッチ４ａ等を介してシステムアンプ６に供給する。
【００１９】
スイッチ３ａ〜３ｃは、リレー等からなり、それぞれ、マイクロコンピュータ１３によってＯＮ・ＯＦＦ制御される。なお、スイッチ３ａ〜３ｃは、音源１にてオーディオ信号が出力される通常使用時に、全てＯＮとなる。
【００２０】
また、スイッチ４ａ〜４ｃも、同様にリレー等からなり、マイクロコンピュータ１３によってＯＮ・ＯＦＦ制御される。なお、スイッチ４ａ〜４ｃは、スピーカ８のインピーダンス特性を測定する測定時に、全てＯＮとなる。
【００２１】
ハイパスフィルタ５は、例えば、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ等のディジタルフィルタからなり、設定されるカットオフ周波数に従って、音源１から供給されるオーディオ信号に含まれる不要な低周波成分を除去する。なお、カットオフ周波数は、マイクロコンピュータ１３により設定される。
【００２２】
システムアンプ６は、ハイパスフィルタ５にて不要な低周波成分が除去されたオーディオ信号等を増幅し、増幅したオーディオ信号等をスイッチ３ｃを介してスピーカ８に供給する。
【００２３】
測定用抵抗７は、スピーカ８のインピーダンスを測定するための抵抗である。具体的に測定用抵抗７は、スピーカ８の公称インピーダンスに対して無視できる抵抗値の抵抗であり、システムアンプ６とスピーカ８と間に直列に挿入されている。
【００２４】
スピーカ８は、所定のインピーダンス特性を有するスピーカシステムであり、システムアンプ６を介して供給されるオーディオ信号に従って音声（楽曲音等）を発する。
【００２５】
バッファアンプ９ａ，９ｂは、測定用抵抗７の両端に印加され電圧を測定するためのアンプである。具体的にバッファアンプ９ａ，９ｂは、図１に示すＴＰ２点及びＴＰ３点にてそれぞれ測定した電圧を差動アンプ１０に供給する。
【００２６】
差動アンプ１０は、バッファアンプ９ａ，９ｂから供給される電圧に従って、測定用抵抗７の両端に生じる電圧を測定する。差動アンプ１０は、測定した電圧を出力電圧として積分回路１１に供給する。
【００２７】
積分回路１１は、差動アンプ１０から供給された出力電圧を示す交流信号を直流信号に変換する。積分回路１１は、直流信号に変換した出力電圧をＡ／Ｄコンバータ１２に供給する。
【００２８】
Ａ／Ｄコンバータ１２は、積分回路１１から出力された出力電圧をデジタル化する。すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１２は、測定用抵抗７の両端に印加された電圧をデジタル化してマイクロコンピュータ１３に供給する。
【００２９】
マイクロコンピュータ１３は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、及び、ドライバ回路等から構成され、測定用発信器２、スイッチ３ａ〜３ｃ、スイッチ４ａ〜４ｃ、及び、ハイパスフィルタ５等を制御する。
また、マイクロコンピュータ１３は、Ａ／Ｄコンバータ１２等を介して測定用抵抗７の両端に印加された電圧を取得する。
【００３０】
具体的にマイクロコンピュータ１３は、測定用発信器２に設定する周波数を順次変化させながら、測定用抵抗７の両端に印加される電圧を計測することにより、スピーカ８のインピーダンス特性を測定する。
ところで、測定用抵抗７の両端の電圧（電圧差）は、数式１にて示される。
【００３１】
【数１】
ＶＴＰ２−ＶＴＰ３＝Ｒ／（Ｒ＋Ｚｆ）・ＶＴＰ２
ＶＴＰ２：ＴＰ２点の電圧
ＶＴＰ３：ＴＰ３点の電圧
Ｒ：測定用抵抗７の抵抗値
Ｚｆ：スピーカ８のインピーダンス
【００３２】
この数式１において、Ｒ，ＶＴＰ２を一定にしたとき、測定用抵抗７の両端の電圧は、１＋Ｚｆに反比例する。このため、スピーカ８の最低共振周波数時のインピーダンスＺｆｍにおいて、測定用抵抗７の両端の電圧は、最も小さくなる。
すなわち、測定用抵抗７の両端に印加される電圧が最小となる時の周波数を特定することにより、スピーカ８のインピーダンス特性を把握できる。
【００３３】
このことを利用して、マイクロコンピュータ１３は、測定用抵抗７の両端に印加される電圧から、スピーカ８における超低周波再生の限界を示す再生限界周波数を特定する。そして、マイクロコンピュータ１３は、図２に示すようなフィルタテーブルを参照して、特定した再生限界周波数（ｆ２）に対応するカットオフ周波数を選択し、選択したカットオフ周波数をハイパスフィルタ５に設定する。なお、図２に示すフィルタテーブルは、再生限界周波数（ｆ２）とカットオフ周波数との対応関係を規定するテーブルであり、マイクロコンピュータ１３内のＲＯＭ等に予め記憶されている。
【００３４】
以下、この発明の実施の形態にかかる車載用音響機器の動作を、図３を参照して説明する。
図３は、マイクロコンピュータ１３が行うフィルタ周波数設定処理を説明するためのフローチャートである。図３に示すフィルタ周波数設定処理は、例えば、車載用音響機器のスピーカ８を新しいものと交換した際に、利用者に指示され開始する。
【００３５】
まず、マイクロコンピュータ１３は、スイッチ３ａ〜３ｃをＯＦＦし、また、スイッチ４ａ〜４ｃをＯＮする（ステップＳ１１）。すなわち、マイクロコンピュータ１３は、測定用発信器２から発せられる信号が図１に示すＴＰ１点を介してシステムアンプ６に供給され、そして、増幅された信号が測定用抵抗７を介してスピーカ８に供給されるように、スイッチ３ａ〜３ｃ及びスイッチ４ａ〜４ｃを制御する。
【００３６】
マイクロコンピュータ１３は、測定用発信器２に初期の周波数を設定する（ステップＳ１２）。すなわち、マイクロコンピュータ１３は、測定用発信器２が発する発信周波数ｆ１に３００Ｈｚを設定する。
【００３７】
マイクロコンピュータ１３は、再生限界周波数ｆ２に初期値の０をセットし、電圧ＶＴＰ２に初期値の１をセットし、そして、比較用電圧ＶＲ０に電圧ＶＴＰ２の値をセットする（ステップＳ１３）。
【００３８】
マイクロコンピュータ１３は、測定用抵抗７の両端に印加される電圧ＶＲ（電圧差）を取得する（ステップＳ１４）。すなわち、バッファアンプ９ａ，９ｂにて取得された電圧ＶＴＰ２及び電圧ＶＴＰ３から電圧ＶＲ（電圧差）が差動アンプ１０にて測定され、Ａ／Ｄコンバータ１２等を介して電圧ＶＲがマイクロコンピュータ１３に供給される。
【００３９】
マイクロコンピュータ１３は、測定用抵抗７の両端に生じる電圧ＶＲが比較用電圧ＶＲ０より小さいか否かを判別する（ステップＳ１５）。
【００４０】
マイクロコンピュータ１３は、電圧ＶＲが比較用電圧ＶＲ０より小さくないと判別した場合、後述するステップＳ１７に処理を進める。一方、電圧ＶＲが比較用電圧ＶＲ０より小さいと判別した場合、マイクロコンピュータ１３は、比較用電圧ＶＲ０に電圧ＶＲをセットし、また、再生限界周波数ｆ２に発信周波数ｆ１をセットする（ステップＳ１６）。
【００４１】
マイクロコンピュータ１３は、測定用発信器２の周波数を変更する（ステップＳ１７）。すなわち、マイクロコンピュータ１３は、発信周波数ｆ１を１／２にする。
【００４２】
マイクロコンピュータ１３は、現在の発信周波数ｆ１が１０Ｈｚより大きいか否かを判別する（ステップＳ１８）。すなわち、マイクロコンピュータ１３は、全ての種類の発信周波数ｆ１について電圧ＶＲの測定を終えたか否かを判別する。
【００４３】
マイクロコンピュータ１３は、発信周波数ｆ１が１０Ｈｚより大きいと判別した場合、ステップＳ１４に処理を戻し、上述のステップＳ１４〜Ｓ１８の処理を繰り返し実行する。
すなわち、マイクロコンピュータ１３は、測定用発信器２の発信周波数ｆ１が１０Ｈｚより大きい間、発信周波数ｆ１を、３００Ｈｚ，１５０Ｈｚ、７５Ｈｚ，３７．５Ｈｚ，１８．７５Ｈｚと、順次変化させながら測定用抵抗７の両端に印加される電圧ＶＲを測定し、電圧ＶＲが最小となる再生限界周波数ｆ２を特定する。
【００４４】
一方、ステップＳ１８にて、発信周波数ｆ１が１０Ｈｚより大きくないと判別した場合、マイクロコンピュータ１３は、測定により得られた再生限界周波数ｆ２に対応するカットオフ周波数をハイパスフィルタ５に設定する（ステップＳ１９）。すなわち、マイクロコンピュータ１３は、ＲＯＭ等に記憶された図２に示すようなフィルタテーブルを参照し、再生限界周波数ｆ２に対応するカットオフ周波数を特定する。そして、特定したカットオフ周波数をハイパスフィルタ５に設定する。
【００４５】
マイクロコンピュータ１３は、スイッチ３ａ〜３ｃをＯＮし、また、スイッチ４ａ〜４ｃをＯＦＦする（ステップＳ２０）。すなわち、マイクロコンピュータ１３は、音源１から発せられるオーディオ信号がハイパスフィルタ５を介してシステムアンプ６に供給され、そして、増幅されたオーディオ信号がスピーカ８に供給されるように、スイッチ３ａ〜３ｃ及びスイッチ４ａ〜４ｃを制御する。
【００４６】
このように、フィルタ周波数設定処理により、スピーカ８のインピーダンス特性が測定され、適切なカットオフ周波数がハイパスフィルタ５に設定させる。
以降、音源１から発せられたオーディオ信号は、スイッチ３ａ等を介してハイパスフィルタ５に供給される。ハイパスフィルタ５には、適切なカットオフ周波数が設定されているため、通過するオーディオ信号から不要な帯域の信号成分が除去される。そして、システムアンプ６にて増幅されたオーディオ信号がスピーカ８に供給される。
【００４７】
この結果、スピーカ８のインピーダンス特性に応じて生じてしまう混変変調を適切に改善することができる。
また、不要な帯域の信号成分が除去されることにより、スピーカ８にて底付き音の発生確率を適切に下げることができるため、大音量時等においても信頼性（安定した音の出力）を向上させることができる。
更に、スピーカ８にて実際に音として発することのできない不要な帯域の信号成分が除去されることにより、効率の悪い無駄なエネルギーの消耗を抑制することができる。
【００４８】
上記の実施の形態では、スピーカ８のインピーダンス特性を測定するための回路（測定回路）を、通常時において音源１からのオーディオ信号を再生するための回路（再生回路）に含ませて１つの回路構成としたが、測定回路を再生回路から分離した回路構成としてもよい。
【００４９】
例えば、図４に示すように、測定回路２０を分離した回路構成とし、マイクロコンピュータ１３が選択したカットオフ周波数をリモートコントロールによりハイパスフィルタ５に設定してもよい。この場合、図１に示すようなスイッチ３ａ〜３ｃ及びスイッチ４ａ〜４の配置が不要となり、また、その制御も不要となる。
【００５０】
上記の実施の形態では、超低周波に限った例を示したが、超低周波に限らず、再生周波数全体に対して行ってもよい。例えば、チューンアップスピーカ（いわゆるツイータ）の増設において、チューンアップスピーカの低域カットオフ周波数を特定し、フィルタに設定してもよい。
また、複数構成のスピーカにおいて、ウーファの再生周波数の特定（カットオフ周波数の特定）、スコーカの再生周波数の特定、そして、ツイータの再生周波数の特定をそれぞれ行ってもよい。この場合、低域ハイパスフィルタだけでなく、高域ローパスフィルタを設置してもよい。
【００５１】
上記の実施の形態では、測定用発信器２の周波数を単一周波数にて変化させ、スピーカ８にインピーダンス特性を特定したが、単一周波数に限らずノイズを用いて、インピーダンス特性を特定してもよい。この場合、測定用抵抗７の両端の電圧を測定する際に、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）分析を用いることにより、スピーカ８のインピーダンス特性を特定することができる。
【００５２】
また、ハイパスフィルタ５にカットオフ周波数を設定する手法として、フィルタの次数を増減してもよいし、また、Ｑ（クオリティファクタ）を変更する回路構成としてもよい。
【００５３】
また、上記の実施の形態では、車載用音響機器について説明したが、他に、通常のオーディオ製品（オーディオシステム）に適用可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、スピーカのインピーダンス特性を考慮して、オーディオ信号から不要な低周波成分を適切に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る車載用音響装置の一例を示す回路図である。
【図２】マイクロコンピュータのＲＯＭ等に記憶されるフィルタテーブルの一例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るフィルタ周波数設定処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る車載用音響装置の一例を示す回路図である。
【図５】従来のカーオーディオ（オーディオシステム及びスピーカシステム）における再生周波数特性等を説明するための模式図である。
【図６】（ａ）が低周波成分を含んだ音波形を示す模式図であり、（ｂ）が低周波成分がなくなった音波形を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 音源
２ 測定用発信器
３ａ〜３ｃ スイッチ
４ａ〜４ｃ スイッチ
５ ハイパスフィルタ
６ システムアンプ
７ 測定用抵抗
８ スピーカ
９ａ，９ｂ バッファアンプ
１０ 差動アンプ
１１ 積分回路
１２ Ａ／Ｄコンバータ
１３ マイクロコンピュータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピーカのインピーダンス特性を考慮して、オーディオ信号から不要な低周波成分を適切に除去することのできる音響装置及びフィルタ周波数設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーオーディオ等の普及に伴い、利用者は車内においても、お気に入りの音楽等を楽しむことができるようになってきている。
最近では、カーオーディオに採用されるオーディオシステムの性能が向上し、オーディオシステムにおいて、図５に示すような低域カットオフ周波数ｆ０の超低音再生が可能となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般のカーオーディオには、小口径のスピーカ（スピーカシステム）が採用されている（取り付けられている）。このような小口径のスピーカは、物理的な大きさから超低域再生に限界がある。
すなわち、図５に示すように、オーディオシステム側にて低域カットオフ周波数ｆ０の超低音再生が可能であっても、スピーカシステム側にて、それより劣る低域カットオフ周波数ｆ１（つまり、ｆ１＞ｆ０）となり、超低域再生が困難となる。
【０００４】
このため、スピーカは、超低音の信号（オーディオ信号）が供給されても、実際に音として発することができず、効率の悪い無駄なエネルギーを消耗していた。また、スピーカに超低音の信号が供給されると振動板の振幅が大きくなり、大音量時において、「底付き」（振動限界に達すること）が生じることとなる。
この際、利用者には、スピーカからの再生音に底付き音が混ざって聞こえたり、歪感が悪く聞こえることとなる。例えば、本来、図６（ａ）に示すような低周波成分を含んだ音波形として利用者に聞こえるはずが、図６（ｂ）に示すような低周波成分がなくなった音波形として聞こえ、底付き音が混じったり、歪感が悪くなったりしていた。
【０００５】
このような超低域再生が困難なスピーカを考慮して、オーディオシステム側にフィルタ（デジタルフィルタ等）を設置して、不要な低周波成分を除去することも可能である。
しかしながら、採用されるスピーカ毎にインピーダンス特性等が異なることに起因して、フィルタに設定するカットオフ周波数が一定に定まらない。そのため、利用者は、自己のスピーカのインピーダンス特性等を調べた上でフィルタに適切なカットオフ周波数を設定する必要があり、大変煩雑となることが予想される。
【０００６】
この発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、スピーカのインピーダンス特性を考慮して、オーディオ信号から不要な低周波成分を適切に除去することのできる音響装置及びフィルタ周波数設定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る音響機器は、
所定のインピーダンス特性を有するスピーカを備えた音響機器であって、
発信器が発する信号を、抵抗体を介してスピーカに供給し、発信器からの信号周波数を順次変化させることにより生じる抵抗体の電圧変化に従って、スピーカのインピーダンス特性を特定する特定手段と、
前記特定手段により特定されたインピーダンス特性に従って、対応するカットオフ周波数を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得されたカットオフ周波数をスピーカの前段に配置されたフィルタに設定する設定手段と、
測定時に、前記特定手段及び、前記取得手段を制御して、スピーカに対応するカットオフ周波数を得て、通常使用時に、前記設定手段を制御して、当該カットオフ周波数をフィルタに設定しつつ、所定の音源からのオーディオ信号をスピーカに出力させる制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る音響機器は、
所定のインピーダンス特性を有するスピーカを備えた音響機器であって、
任意の周波数の信号を発する発信手段と、
前記発信手段とスピーカとの間に接続された抵抗体と、
前記発信手段からスピーカに向けて信号が発せられた際に、前記抵抗体の両端に印加される電圧を計測する計測手段と、
前記発信手段が発する信号の周波数を順次変化させながら、前記計測手段により計測される電圧に従って、スピーカのインピーダンス特性を特定する特定手段と、
前記特定手段により特定されたインピーダンス特性に従って、対応するカットオフ周波数を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得されたカットオフ周波数が設定され、スピーカの前段にて、所定の音源よりスピーカに向けて供給されるオーディオ信号から所定の周波数成分を除去するフィルタと、
測定時に、前記特定手段及び、前記取得手段を制御して、スピーカに対応するカットオフ周波数を得て、通常使用時に、前記フィルタに当該カットオフ周波数を設定しつつ、音源からのオーディオ信号をスピーカに出力させる制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る音響機器は、
所定のインピーダンス特性を有するスピーカを備えた音響機器であって、
任意の周波数の信号を選択して発する発信手段と、
前記発信手段とスピーカとの間に接続された抵抗体と、
前記発信手段からスピーカに向けて信号が発せられた際に、前記抵抗体の両端に印加される電圧差を計測する計測手段と、
前記発信手段が発する信号の周波数を順次変化させながら、前記計測手段により計測される電圧差が最も小さくなる限界周波数を特定する周波数特定手段と、
複数の限界周波数とカットオフ周波数との対応を規定する周波数テーブルを予め記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された周波数テーブルから、前記周波数特定手段により特定された限界周波数に従って、対応するカットオフ周波数を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択されたカットオフ周波数が設定され、スピーカの前段にて、所定の音源よりスピーカに向けて供給されるオーディオ信号から所定の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、
測定時に、前記測定手段、前記周波数特定手段及び、前記選択手段を制御して、スピーカに対応するカットオフ周波数を得て、通常使用時に、前記ハイパスフィルタに当該カットオフ周波数を設定しつつ、音源からのオーディオ信号をスピーカに出力させる制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の第４の観点に係るフィルタ周波数設定方法は、
発信器が発する信号を、抵抗体を介してスピーカに供給し、発信器からの信号周波数を順次変化させることにより生じる抵抗体の電圧変化に従って、スピーカのインピーダンス特性を特定する特定ステップと、
前記特定ステップにて特定されたインピーダンス特性に従って、対応するカットオフ周波数を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにて取得されたカットオフ周波数をスピーカの前段に配置されたフィルタに設定する設定ステップと、
測定時に、前記特定ステップ及び、前記取得ステップを制御して、スピーカに対応するカットオフ周波数を得て、通常使用時に、前記設定ステップを制御して、当該カットオフ周波数をフィルタに設定しつつ、所定の音源からのオーディオ信号をスピーカに出力させる制御ステップと、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかる車載用音響機器について、以下図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、この発明の実施の形態に適用される車載用音響機器の構成の一例を示す回路図である。
図１に示すように、車載用音響機器は、音源１と、測定用発信器２と、スイッチ３ａ〜３ｃと、スイッチ４ａ〜４ｃと、ハイパスフィルタ５と、システムアンプ６と、測定用抵抗７と、スピーカ８と、バッファアンプ９ａ，９ｂと、差動アンプ１０と、積分回路１１と、Ａ／Ｄコンバータ１２と、マイクロコンピュータ１３とを含んで構成される。
【００１７】
音源１は、例えば、音楽用ＣＤ（コンパクトディスク）を再生するディスク再生装置等からなり、対象のＣＤを再生して得られたオーディオ信号（再生信号）をスイッチ３ａ等を介してハイパスフィルタ５に供給する。
【００１８】
測定用発信器２は、マイクロコンピュータ１３に制御され、任意の周波数の信号を発信させ、スイッチ４ａ等を介してシステムアンプ６に供給する。
【００１９】
スイッチ３ａ〜３ｃは、リレー等からなり、それぞれ、マイクロコンピュータ１３によってＯＮ・ＯＦＦ制御される。なお、スイッチ３ａ〜３ｃは、音源１にてオーディオ信号が出力される通常使用時に、全てＯＮとなる。
【００２０】
また、スイッチ４ａ〜４ｃも、同様にリレー等からなり、マイクロコンピュータ１３によってＯＮ・ＯＦＦ制御される。なお、スイッチ４ａ〜４ｃは、スピーカ８のインピーダンス特性を測定する測定時に、全てＯＮとなる。
【００２１】
ハイパスフィルタ５は、例えば、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ等のディジタルフィルタからなり、設定されるカットオフ周波数に従って、音源１から供給されるオーディオ信号に含まれる不要な低周波成分を除去する。なお、カットオフ周波数は、マイクロコンピュータ１３により設定される。
【００２２】
システムアンプ６は、ハイパスフィルタ５にて不要な低周波成分が除去されたオーディオ信号等を増幅し、増幅したオーディオ信号等をスイッチ３ｃを介してスピーカ８に供給する。
【００２３】
測定用抵抗７は、スピーカ８のインピーダンスを測定するための抵抗である。具体的に測定用抵抗７は、スピーカ８の公称インピーダンスに対して無視できる抵抗値の抵抗であり、システムアンプ６とスピーカ８と間に直列に挿入されている。
【００２４】
スピーカ８は、所定のインピーダンス特性を有するスピーカシステムであり、システムアンプ６を介して供給されるオーディオ信号に従って音声（楽曲音等）を発する。
【００２５】
バッファアンプ９ａ，９ｂは、測定用抵抗７の両端に印加され電圧を測定するためのアンプである。具体的にバッファアンプ９ａ，９ｂは、図１に示すＴＰ２点及びＴＰ３点にてそれぞれ測定した電圧を差動アンプ１０に供給する。
【００２６】
差動アンプ１０は、バッファアンプ９ａ，９ｂから供給される電圧に従って、測定用抵抗７の両端に生じる電圧を測定する。差動アンプ１０は、測定した電圧を出力電圧として積分回路１１に供給する。
【００２７】
積分回路１１は、差動アンプ１０から供給された出力電圧を示す交流信号を直流信号に変換する。積分回路１１は、直流信号に変換した出力電圧をＡ／Ｄコンバータ１２に供給する。
【００２８】
Ａ／Ｄコンバータ１２は、積分回路１１から出力された出力電圧をデジタル化する。すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１２は、測定用抵抗７の両端に印加された電圧をデジタル化してマイクロコンピュータ１３に供給する。
【００２９】
マイクロコンピュータ１３は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、及び、ドライバ回路等から構成され、測定用発信器２、スイッチ３ａ〜３ｃ、スイッチ４ａ〜４ｃ、及び、ハイパスフィルタ５等を制御する。
また、マイクロコンピュータ１３は、Ａ／Ｄコンバータ１２等を介して測定用抵抗７の両端に印加された電圧を取得する。
【００３０】
具体的にマイクロコンピュータ１３は、測定用発信器２に設定する周波数を順次変化させながら、測定用抵抗７の両端に印加される電圧を計測することにより、スピーカ８のインピーダンス特性を測定する。
ところで、測定用抵抗７の両端の電圧（電圧差）は、数式１にて示される。
【００３１】
【数１】
ＶＴＰ２−ＶＴＰ３＝Ｒ／（Ｒ＋Ｚｆ）・ＶＴＰ２
ＶＴＰ２：ＴＰ２点の電圧
ＶＴＰ３：ＴＰ３点の電圧
Ｒ：測定用抵抗７の抵抗値
Ｚｆ：スピーカ８のインピーダンス
【００３２】
この数式１において、Ｒ，ＶＴＰ２を一定にしたとき、測定用抵抗７の両端の電圧は、１＋Ｚｆに反比例する。このため、スピーカ８の最低共振周波数時のインピーダンスＺｆｍにおいて、測定用抵抗７の両端の電圧は、最も小さくなる。
すなわち、測定用抵抗７の両端に印加される電圧が最小となる時の周波数を特定することにより、スピーカ８のインピーダンス特性を把握できる。
【００３３】
このことを利用して、マイクロコンピュータ１３は、測定用抵抗７の両端に印加される電圧から、スピーカ８における超低周波再生の限界を示す再生限界周波数を特定する。そして、マイクロコンピュータ１３は、図２に示すようなフィルタテーブルを参照して、特定した再生限界周波数（ｆ２）に対応するカットオフ周波数を選択し、選択したカットオフ周波数をハイパスフィルタ５に設定する。なお、図２に示すフィルタテーブルは、再生限界周波数（ｆ２）とカットオフ周波数との対応関係を規定するテーブルであり、マイクロコンピュータ１３内のＲＯＭ等に予め記憶されている。
【００３４】
以下、この発明の実施の形態にかかる車載用音響機器の動作を、図３を参照して説明する。
図３は、マイクロコンピュータ１３が行うフィルタ周波数設定処理を説明するためのフローチャートである。図３に示すフィルタ周波数設定処理は、例えば、車載用音響機器のスピーカ８を新しいものと交換した際に、利用者に指示され開始する。
【００３５】
まず、マイクロコンピュータ１３は、スイッチ３ａ〜３ｃをＯＦＦし、また、スイッチ４ａ〜４ｃをＯＮする（ステップＳ１１）。すなわち、マイクロコンピュータ１３は、測定用発信器２から発せられる信号が図１に示すＴＰ１点を介してシステムアンプ６に供給され、そして、増幅された信号が測定用抵抗７を介してスピーカ８に供給されるように、スイッチ３ａ〜３ｃ及びスイッチ４ａ〜４ｃを制御する。
【００３６】
マイクロコンピュータ１３は、測定用発信器２に初期の周波数を設定する（ステップＳ１２）。すなわち、マイクロコンピュータ１３は、測定用発信器２が発する発信周波数ｆ１に３００Ｈｚを設定する。
【００３７】
マイクロコンピュータ１３は、再生限界周波数ｆ２に初期値の０をセットし、電圧ＶＴＰ２に初期値の１をセットし、そして、比較用電圧ＶＲ０に電圧ＶＴＰ２の値をセットする（ステップＳ１３）。
【００３８】
マイクロコンピュータ１３は、測定用抵抗７の両端に印加される電圧ＶＲ（電圧差）を取得する（ステップＳ１４）。すなわち、バッファアンプ９ａ，９ｂにて取得された電圧ＶＴＰ２及び電圧ＶＴＰ３から電圧ＶＲ（電圧差）が差動アンプ１０にて測定され、Ａ／Ｄコンバータ１２等を介して電圧ＶＲがマイクロコンピュータ１３に供給される。
【００３９】
マイクロコンピュータ１３は、測定用抵抗７の両端に生じる電圧ＶＲが比較用電圧ＶＲ０より小さいか否かを判別する（ステップＳ１５）。
【００４０】
マイクロコンピュータ１３は、電圧ＶＲが比較用電圧ＶＲ０より小さくないと判別した場合、後述するステップＳ１７に処理を進める。一方、電圧ＶＲが比較用電圧ＶＲ０より小さいと判別した場合、マイクロコンピュータ１３は、比較用電圧ＶＲ０に電圧ＶＲをセットし、また、再生限界周波数ｆ２に発信周波数ｆ１をセットする（ステップＳ１６）。
【００４１】
マイクロコンピュータ１３は、測定用発信器２の周波数を変更する（ステップＳ１７）。すなわち、マイクロコンピュータ１３は、発信周波数ｆ１を１／２にする。
【００４２】
マイクロコンピュータ１３は、現在の発信周波数ｆ１が１０Ｈｚより大きいか否かを判別する（ステップＳ１８）。すなわち、マイクロコンピュータ１３は、全ての種類の発信周波数ｆ１について電圧ＶＲの測定を終えたか否かを判別する。
【００４３】
マイクロコンピュータ１３は、発信周波数ｆ１が１０Ｈｚより大きいと判別した場合、ステップＳ１４に処理を戻し、上述のステップＳ１４〜Ｓ１８の処理を繰り返し実行する。
すなわち、マイクロコンピュータ１３は、測定用発信器２の発信周波数ｆ１が１０Ｈｚより大きい間、発信周波数ｆ１を、３００Ｈｚ，１５０Ｈｚ、７５Ｈｚ，３７．５Ｈｚ，１８．７５Ｈｚと、順次変化させながら測定用抵抗７の両端に印加される電圧ＶＲを測定し、電圧ＶＲが最小となる再生限界周波数ｆ２を特定する。
【００４４】
一方、ステップＳ１８にて、発信周波数ｆ１が１０Ｈｚより大きくないと判別した場合、マイクロコンピュータ１３は、測定により得られた再生限界周波数ｆ２に対応するカットオフ周波数をハイパスフィルタ５に設定する（ステップＳ１９）。すなわち、マイクロコンピュータ１３は、ＲＯＭ等に記憶された図２に示すようなフィルタテーブルを参照し、再生限界周波数ｆ２に対応するカットオフ周波数を特定する。そして、特定したカットオフ周波数をハイパスフィルタ５に設定する。
【００４５】
マイクロコンピュータ１３は、スイッチ３ａ〜３ｃをＯＮし、また、スイッチ４ａ〜４ｃをＯＦＦする（ステップＳ２０）。すなわち、マイクロコンピュータ１３は、音源１から発せられるオーディオ信号がハイパスフィルタ５を介してシステムアンプ６に供給され、そして、増幅されたオーディオ信号がスピーカ８に供給されるように、スイッチ３ａ〜３ｃ及びスイッチ４ａ〜４ｃを制御する。
【００４６】
このように、フィルタ周波数設定処理により、スピーカ８のインピーダンス特性が測定され、適切なカットオフ周波数がハイパスフィルタ５に設定させる。
以降、音源１から発せられたオーディオ信号は、スイッチ３ａ等を介してハイパスフィルタ５に供給される。ハイパスフィルタ５には、適切なカットオフ周波数が設定されているため、通過するオーディオ信号から不要な帯域の信号成分が除去される。そして、システムアンプ６にて増幅されたオーディオ信号がスピーカ８に供給される。
【００４７】
この結果、スピーカ８のインピーダンス特性に応じて生じてしまう混変変調を適切に改善することができる。
また、不要な帯域の信号成分が除去されることにより、スピーカ８にて底付き音の発生確率を適切に下げることができるため、大音量時等においても信頼性（安定した音の出力）を向上させることができる。
更に、スピーカ８にて実際に音として発することのできない不要な帯域の信号成分が除去されることにより、効率の悪い無駄なエネルギーの消耗を抑制することができる。
【００４８】
上記の実施の形態では、スピーカ８のインピーダンス特性を測定するための回路（測定回路）を、通常時において音源１からのオーディオ信号を再生するための回路（再生回路）に含ませて１つの回路構成としたが、測定回路を再生回路から分離した回路構成としてもよい。
【００４９】
例えば、図４に示すように、測定回路２０を分離した回路構成とし、マイクロコンピュータ１３が選択したカットオフ周波数をリモートコントロールによりハイパスフィルタ５に設定してもよい。この場合、図１に示すようなスイッチ３ａ〜３ｃ及びスイッチ４ａ〜４の配置が不要となり、また、その制御も不要となる。
【００５０】
上記の実施の形態では、超低周波に限った例を示したが、超低周波に限らず、再生周波数全体に対して行ってもよい。例えば、チューンアップスピーカ（いわゆるツイータ）の増設において、チューンアップスピーカの低域カットオフ周波数を特定し、フィルタに設定してもよい。
また、複数構成のスピーカにおいて、ウーファの再生周波数の特定（カットオフ周波数の特定）、スコーカの再生周波数の特定、そして、ツイータの再生周波数の特定をそれぞれ行ってもよい。この場合、低域ハイパスフィルタだけでなく、高域ローパスフィルタを設置してもよい。
【００５１】
上記の実施の形態では、測定用発信器２の周波数を単一周波数にて変化させ、スピーカ８にインピーダンス特性を特定したが、単一周波数に限らずノイズを用いて、インピーダンス特性を特定してもよい。この場合、測定用抵抗７の両端の電圧を測定する際に、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）分析を用いることにより、スピーカ８のインピーダンス特性を特定することができる。
【００５２】
また、ハイパスフィルタ５にカットオフ周波数を設定する手法として、フィルタの次数を増減してもよいし、また、Ｑ（クオリティファクタ）を変更する回路構成としてもよい。
【００５３】
また、上記の実施の形態では、車載用音響機器について説明したが、他に、通常のオーディオ製品（オーディオシステム）に適用可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、スピーカのインピーダンス特性を考慮して、オーディオ信号から不要な低周波成分を適切に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る車載用音響装置の一例を示す回路図である。
【図２】マイクロコンピュータのＲＯＭ等に記憶されるフィルタテーブルの一例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るフィルタ周波数設定処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る車載用音響装置の一例を示す回路図である。
【図５】従来のカーオーディオ（オーディオシステム及びスピーカシステム）における再生周波数特性等を説明するための模式図である。
【図６】（ａ）が低周波成分を含んだ音波形を示す模式図であり、（ｂ）が低周波成分がなくなった音波形を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 音源
２ 測定用発信器
３ａ〜３ｃ スイッチ
４ａ〜４ｃ スイッチ
５ ハイパスフィルタ
６ システムアンプ
７ 測定用抵抗
８ スピーカ
９ａ，９ｂ バッファアンプ
１０ 差動アンプ
１１ 積分回路
１２ Ａ／Ｄコンバータ
１３ マイクロコンピュータ
Claims (4)
- 所定のインピーダンス特性を有するスピーカを備えた音響機器であって、
発信器が発する信号を、抵抗体を介してスピーカに供給し、発信器からの信号周波数を順次変化させることにより生じる抵抗体の電圧変化に従って、スピーカのインピーダンス特性を特定する特定手段と、
前記特定手段により特定されたインピーダンス特性に従って、対応するカットオフ周波数を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得されたカットオフ周波数をスピーカの前段に配置されたフィルタに設定する設定手段と、
測定時に、前記特定手段及び、前記取得手段を制御して、スピーカに対応するカットオフ周波数を得て、通常使用時に、前記設定手段を制御して、当該カットオフ周波数をフィルタに設定しつつ、所定の音源からのオーディオ信号をスピーカに出力させる制御手段と、
を備えることを特徴とする音響機器。 - 所定のインピーダンス特性を有するスピーカを備えた音響機器であって、
任意の周波数の信号を発する発信手段と、
前記発信手段とスピーカとの間に接続された抵抗体と、
前記発信手段からスピーカに向けて信号が発せられた際に、前記抵抗体の両端に印加される電圧を計測する計測手段と、
前記発信手段が発する信号の周波数を順次変化させながら、前記計測手段により計測される電圧に従って、スピーカのインピーダンス特性を特定する特定手段と、
前記特定手段により特定されたインピーダンス特性に従って、対応するカットオフ周波数を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得されたカットオフ周波数が設定され、スピーカの前段にて、所定の音源よりスピーカに向けて供給されるオーディオ信号から所定の周波数成分を除去するフィルタと、
測定時に、前記特定手段及び、前記取得手段を制御して、スピーカに対応するカットオフ周波数を得て、通常使用時に、前記フィルタに当該カットオフ周波数を設定しつつ、音源からのオーディオ信号をスピーカに出力させる制御手段と、
を備えることを特徴とする音響機器。 - 所定のインピーダンス特性を有するスピーカを備えた音響機器であって、
任意の周波数の信号を選択して発する発信手段と、
前記発信手段とスピーカとの間に接続された抵抗体と、
前記発信手段からスピーカに向けて信号が発せられた際に、前記抵抗体の両端に印加される電圧差を計測する計測手段と、
前記発信手段が発する信号の周波数を順次変化させながら、前記計測手段により計測される電圧差が最も小さくなる限界周波数を特定する周波数特定手段と、
複数の限界周波数とカットオフ周波数との対応を規定する周波数テーブルを予め記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された周波数テーブルから、前記周波数特定手段により特定された限界周波数に従って、対応するカットオフ周波数を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択されたカットオフ周波数が設定され、スピーカの前段にて、所定の音源よりスピーカに向けて供給されるオーディオ信号から所定の低周波成分を除去するハイパスフィルタと、
測定時に、前記測定手段、前記周波数特定手段及び、前記選択手段を制御して、スピーカに対応するカットオフ周波数を得て、通常使用時に、前記ハイパスフィルタに当該カットオフ周波数を設定しつつ、音源からのオーディオ信号をスピーカに出力させる制御手段 と、
を備えることを特徴とする音響機器。 - 発信器が発する信号を、抵抗体を介してスピーカに供給し、発信器からの信号周波数を順次変化させることにより生じる抵抗体の電圧変化に従って、スピーカのインピーダンス特性を特定する特定ステップと、
前記特定ステップにて特定されたインピーダンス特性に従って、対応するカットオフ周波数を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにて取得されたカットオフ周波数をスピーカの前段に配置されたフィルタに設定する設定ステップと、
測定時に、前記特定ステップ及び、前記取得ステップを制御して、スピーカに対応するカットオフ周波数を得て、通常使用時に、前記設定ステップを制御して、当該カットオフ周波数をフィルタに設定しつつ、所定の音源からのオーディオ信号をスピーカに出力させる制御ステップと、
を備えることを特徴とするフィルタ周波数設定方法。
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