JP3640795B2 - ディジタル信号処理装置及びスピーカシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル的に入力信号を処理するディジタル信号処理装置に関し、より詳細には、スピーカを含む音響システムに適用して好適なディジタル信号処理装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、音響信号をディジタル化し、当該ディジタル化された音響信号に対して種々の処理をディジタル的に施す、いわゆるＤＳＰ（Digital Signal Processor）と称される処理装置が一般化しつつある。
【０００３】
ここで、当該ＤＳＰ内で、例えば、特定の周波数帯の音響信号のレベルのみをディジタル的に低減する又は増強するいわゆるグラフィックイコライザ処理を実行する場合を考えると、当該低減処理を施すと、その低減処理された音響信号を再量子化する際に下位の数ビットが脱落することとなるが、従来の上記ＤＳＰでは、この下位ビットの脱落を無視してその後の信号処理を施すようにしていた。これは、当該下位の数ビットを無視しても再生される音響信号の特性にはさほど大きな影響が残らないことによる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、音響装置の高精度化・高機能化に伴って、多くの使用者によってより原音に近い音の再生が嗜好されるようになってきており、この場合には上記従来のＤＳＰにおける下位ビットの脱落による雑音又は歪みが無視できなくなるという問題点が生じてきた。
【０００５】
また、上記音響装置の高精度化・高機能化に伴って、アナログ信号である音響信号をディジタル信号に変換する際に生じるいわゆる量子化雑音も、より低減する必要性が生じてきたという問題点もある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の各問題点に鑑みて為されたもので、その課題は、音響信号等の元のディジタル入力信号により近いディジタル出力信号を得ることができるディジタル信号処理装置及び当該ディジタル出力信号に対応する音を出力するスピーカシステムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載のディジタル信号処理装置は、所定の入力サンプリング周波数でサンプリングされたディジタル信号を、当該入力サンプリング周波数のＮ倍（Ｎは１より大きい実数）のサンプリング周波数にてオーバサンプリングするサンプリングレート変換手段と、前記ディジタル信号に対して、少なくとも予め設定された特定周波数帯域のレベルを低減する低減処理を含む所定の信号処理を施す信号処理手段と、設定信号により示されるノイズシェーピング特性に基づいて、少なくとも前記サンプリングレート変換手段によってオーバサンプリングされ、前記信号処理手段によって信号処理を施された前記ディジタル信号を量子化し、量子化された当該ディジタル信号に対してノイズシェーピング処理を施すノイズシェーピング手段と、前記信号処理の周波数−レベル特性に対応して、前記ディジタル信号を量子化する際に生じる量子化特性の劣化を補正し、当該量子化特性の補正により生じる量子化雑音の増加分を前記入力サンプリング周波数の二分の一の周波数よりも高い周波数帯域に移行させるように前記ノイズシェーピング特性を設定し、前記設定信号を生成する設定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載のディジタル信号処理装置は、請求項１に記載のディジタル信号処理装置であって、前記信号処理手段は、少なくとも前記サンプリングレート変換手段によってオーバサンプリングされた前記ディジタル信号に対して、前記信号処理を施すことを特徴とする。
【０００９】
また更に、請求項３に記載のディジタル信号処理装置は、請求項１に記載のディジタル信号処理装置であって、前記サンプリングレート変換手段は、少なくとも前記信号処理手段によって前記信号処理が施された前記ディジタル信号をオーバサンプリングすることを特徴とする。
【００１０】
更に、請求項４に記載のディジタル信号処理装置は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のディジタル信号処理装置であって、前記ディジタル信号処理装置は、前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
更に、請求項５に記載のディジタル信号処理装置は、請求項２に記載のディジタル信号処理装置であって、前記ディジタル信号処理装置は、前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を更に備え、前記サンプリングレート変換手段は、少なくとも前記アッテネート手段によってレベルの低減された前記ディジタル信号をオーバサンプリングすることを特徴とする。
【００１２】
更にまた、請求項６に記載のディジタル信号処理装置は、請求項２に記載のディジタル信号処理装置であって、前記ディジタル信号処理装置は、前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を更に備え、前記アッテネート手段は、少なくとも前記サンプリングレート変換手段によってオーバサンプリングされた前記ディジタル信号のレベルを低減して、前記信号処理手段に出力することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７に記載のディジタル信号処理装置は、請求項３に記載のディジタル信号処理装置であって、前記ディジタル信号処理装置は、前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を更に備え、前記信号処理手段は、少なくとも前記アッテネート手段によってレベルの低減された前記ディジタル信号に対して前記信号処理を施すことを特徴とする。
【００１４】
また更に、請求項８に記載のディジタル信号処理装置は、請求項３に記載のディジタル信号処理装置であって、前記ディジタル信号処理装置は、前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を更に備え、前記アッテネート手段は、少なくとも前記信号処理手段によって前記信号処理の施された前記ディジタル信号のレベルを低減して、前記サンプリングレート変換手段に出力することを特徴とする。
【００１５】
更に、請求項９に記載のディジタル信号処理装置は、請求項２または３に記載のディジタル信号処理装置であって、前記ディジタル信号処理装置は、前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を更に備え、前記アッテネート手段は、少なくとも前記サンプリングレート変換手段によってオーバサンプリングされ、前記信号処理手段によって信号処理を施された前記ディジタル信号のレベルを低減して前記ノイズシェーピング手段に出力することを特徴とする。
【００１７】
更に、請求項１０に記載のディジタル信号処理装置は、請求項４乃至請求項９の何れか一項に記載のディジタル信号処理装置であって、前記信号処理手段は、前記ディジタル信号に対して予め設定された第１特定周波数帯域のレベルを増強する増強処理と、当該ディジタル信号における前記第１特定周波数帯域と異なる予め設定された第２特定周波数帯域のレベルを低減する低減処理とのいずれか一方を少なくとも含む前記信号処理を施すことを特徴とする。
【００１８】
更にまた、請求項１１に記載のディジタル信号処理装置は、請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載のディジタル信号処理装置であって、前記ノイズシェーピング手段は、前記ディジタル信号に対して予め設定されたディザ信号を加算するディザ加算手段を更に備え、前記設定手段は、当該ディザ信号の加算により増加した雑音成分をも補償するように前記ノイズシェーピング特性を設定することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１２に記載のスピーカシステムは、所定の入力サンプリング周波数でサンプリングされたディジタル信号を、当該入力サンプリング周波数のＮ倍（Ｎは１より大きい実数）のサンプリング周波数にてオーバサンプリングするサンプリングレート変換手段と、前記ディジタル信号に対して、（ａ）少なくとも予め設定された特定周波数帯域のレベルを低減する低減処理、（ｂ）前記特定周波数帯域のレベルを増強する増強処理、の少なくともいずれか一方を含む所定の信号処理を施す信号処理手段と、前記信号処理手段による前記ディジタル信号に対する前記信号処理を施す際に、当該ディジタル信号のレベルが処理可能なレベルより高くなることを防止するため、当該信号処理に対応して前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段と、予め設定されたノイズシェーピング特性に基づいて、少なくとも前記サンプリングレート変換手段によってオーバサンプリングされ、前記信号処理手段によって信号処理を施された前記ディジタル信号を量子化し、量子化された当該ディジタル信号に対してノイズシェーピング処理を施すノイズシェーピング手段と、前記信号処理の周波数−レベル特性に対応して、前記ディジタル信号を量子化する際に生じる量子化特性の劣化を補正し、当該量子化特性の補正により生じる量子化雑音の増加分を前記入力サンプリング周波数の二分の一の周波数よりも高い周波数帯域に移行させるように前記ノイズシェーピング特性を設定する設定手段と、を備えるディジタル信号処理装置と、前記ディジタル信号に対応する音を出力する複数のスピーカ手段と、前記スピーカ手段毎に設けられ、前記ディジタル信号に対して当該スピーカ手段における出力特性を補正するための前記補正処理を施す複数の補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
また更に、請求項１３に記載のスピーカシステムは、請求項１２に記載のスピーカシステムであって、前記スピーカシステムは、前記スピーカ手段毎に設けられる複数の前記ノイズシェーピング手段を備え、当該複数のノイズシェーピング手段は、前記スピーカ手段毎に設けられた前記補正手段のそれぞれによって施される前記補正処理に起因する量子化特性の劣化を個々に補正することを特徴とする。
【００２１】
また更に、請求項１４に記載のスピーカシステムは、請求項１２または１３に記載のスピーカシステムであって前記複数の補正手段は、各前記スピーカ手段間における出力特性の相違を、個々に補償することを特徴とする。
【００７０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に好適な実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、周波数帯の異なる音の再生を夫々に担う複数のスピーカを有するスピーカシステムについて本発明を適用した場合の実施の形態である。
【００７１】
（Ｉ）本発明の原理
先ず、具体的な実施形態を説明する前に、本発明の原理について図１及び図２を用いて説明する。
【００７２】
図１（ａ）に示すように、本発明は、サンプリングレート変換手段としてのオーバサンプリング部１と、アッテネート手段としてのアッテネート部２と、信号処理手段としての信号処理部３と、ノイズシェーピング手段としてのノイズシェーピング部４と、設定手段としての制御部５と、により構成されている。
【００７３】
なお、この構成のうち信号処理部３の型式としては、いわゆる固定小数点型又は浮動小数点型のいずれでもよいが、以下の説明では、固定小数点型の信号処理部を用いた場合について説明する。
【００７４】
また、ノイズシェーピング部４は、図１（ｂ）に示すように、加算器６及び９と、ディザ加算手段としての加算器７と、再量子化器８と、フィルタ１０と、により構成されている。
【００７５】
次に動作を説明する。
【００７６】
外部からオーバサンプリング部１に入力されるディジタル入力信号Ｓinは、当該オーバサンプリング部１において当該ディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数ｆsの２倍のサンプリング周波数でオーバサンプリングされ、サンプリング信号Ｓovが生成されてアッテネート部２に出力される。
【００７７】
次に、生成されたサンプリング信号Ｓovは、そのレベルが低減され、後述するアッテネート信号Ｓ at として信号処理部３に出力される。この際、サンプリング信号Ｓ ov のレベルは、制御部５からの制御信号Ｓcaに基づいて、アッテネート信号Ｓatに対して信号処理部３においてレベルの増強処理（いわゆるブースト処理）を行った結果、そのレベルが当該信号処理部３において処理可能な最大レベルを越えてしまわないように、低減される。
【００７８】
そして、信号処理部３では、制御部５からの制御信号Ｓｒに基づいて、入力されたアッテネート信号Ｓatに対してそのレベルを変換する変換処理を行い、処理信号Ｓpcを生成してノイズシェーピング部４に出力する。
【００７９】
ここで、信号処理部３における変換処理は、例えば、使用者がディジタル入力信号Ｓinにおける特定の周波数帯域のレベルを増強したり（上記ブースト処理）又は特定の周波数帯域のレベルを低減したりすることを所望した場合に、これに対応する操作が図示しない操作部で実行されたとき、当該操作に対応した制御信号が制御部５に入力され、当該制御部５から当該操作に対応する上記制御信号Ｓｒが信号処理部３に出力され、信号処理部３においてこれによりアッテネート信号Ｓatに対して当該操作に対応するレベルの増強処理又は低減処理が施される。
【００８０】
次に、ノイズシェーピング部４は、制御部５からの制御信号Ｓcnに基づいて、入力された処理信号Ｓpcに対していわゆるノイズシェーピング処理を施し、ディジタル出力信号Ｓoutを生成し、外部に出力する。
【００８１】
ここで、当該ノイズシェーピング処理としては、当該制御信号Ｓcnに基づいて、アッテネート部２及び信号処理部３においてレベルが低減された処理信号Ｓpcを再量子化すること及び当該再量子化により削除された下位ビットを補正すると共に、当該補正により生じたいわゆる量子化雑音の増加分を、当該処理信号Ｓpcのサンプリング周波数（現在では２×ｆs）に対して（ｆs／２）の周波数より高い周波数帯域に移行させる処理が実行される。
【００８２】
より具体的に図１（ｂ）を用いて説明すると、ノイズシェーピング処理部４に入力された処理信号Ｓpcは、加算器６において、フィルタ１０からのフィルタ信号Ｓfの論理を反転した信号が加算され、加算信号Ｓdが生成される。
【００８３】
次に、加算信号Ｓdは加算器７において後述する方法によりディザ信号Ｓzが加算され、加算信号Ｓdzとして再量子化器８に出力される。そして、再量子化器８において再量子化され、上記ディジタル出力信号Ｓoutとして出力される。
【００８４】
一方、ディジタル出力信号Ｓoutは、加算器９にも出力され、当該加算器９において加算信号Ｓdの論理を反転した信号と加算され、加算信号Ｓadとして上記フィルタ１０に入力される。
【００８５】
その後、当該フィルタ１０により、制御部５からの制御信号Ｓcnに基づいて設定されるノイズシェーピング特性によりフィルタ処理が施され、上記フィルタ信号Ｓfとして加算器６に出力される。
【００８６】
ここで、ノイズシェーピング部４におけるノイズシェーピング処理について、より具体的に例示しつつ図２を用いて説明する。
【００８７】
なお、以下に示す例示は、ディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数がｆsであり（従って、ディジタル入力信号Ｓinとしての情報は、周波数（ｆs／２）以下の周波数帯域に存在していることとなる。これは、いわゆる標本化定理によるものである。）、当該ディジタル入力信号Ｓinに対して、信号処理部３において周波数ｆ1（＜ｆs／２）を中心として３デシベルのレベル増強処理を行い、且つ周波数ｆ2（＜ｆs／２）を中心として６デシベルのレベル低減処理を行う場合について示すものであり、この処理に対応してアッテネータ部２では、サンプリング信号Ｓovに対して全ての周波数帯域に渡って一様に３デシベルのレベル低減処理を行っている。
【００８８】
先ず、本例では、信号処理部３において、上述のように周波数ｆ1を中心として３デシベルのレベル増強処理を行うと共に周波数ｆ2を中心として６デシベルのレベル低減処理を行うので、その周波数−レベル特性は図２（ａ）に示すような変化を有する特性となる。
【００８９】
一方、信号処理部３におけるレベル増強処理に対応して、アッテネート部２ではサンプリング信号Ｓovに対して全ての周波数帯域で一様に３デシベルのレベル低減処理を行うので、その周波数−レベル特性は図２（ａ）に示すように一様な特性となる。
【００９０】
そして、制御部５は、上記信号処理部３における各処理に対応して、図２（ｂ）に示すようなノイズシェーピング特性をフィルタ１０に設定するように上記制御信号Ｓcnを生成する。
【００９１】
ここで、図２（ｂ）に示すノイズシェーピング特性としては、その原理から以下に示す三つの条件を具備する必要がある。
【００９２】
すなわち、
（ａ）「１−Ｈ（ｚ）」が最小位相推移特性であること。
【００９３】
（ｂ）「１−Ｈ（ｚ）」の対数パワースペクトル密度の平均が０であること。つまり、
【数１】
であること。
【００９４】
（ｃ）Ｍ個のタップを有するフィルタ１０の場合に以下の式が成立すること。
【００９５】
【数２】
【００９６】
そこで、図２（ｂ）に示すノイズシェーピング特性は上記の三つの要件を具備した上で以下に示すように設定される。
【００９７】
すなわち、０≦ｆ≦ｆs／２の周波数帯域については、
【数３】
Ｈ（ｚ）＝（信号処理部３の周波数−レベル特性）−（ディザ信号Ｓzの付加による雑音増加分の絶対値＋アッテネート部２において低減されたレベルの絶対値）
により図２（ｂ）に示すノイズシェーピング特性の曲線が設定される。ここで、図２（ｂ）に示す例では、ディザ信号Ｓzの加算により、雑音が１デシベル増加した場合について示している。
【００９８】
次に、ｆs／２＜ｆ≦ｆsの周波数帯域については、図２（ｂ）に右上がり斜線で示す領域Ａの面積と右下がり斜線で示す領域Ｂの面積とが等しくなるように、図２（ｂ）における特性曲線と周波数軸とが交差する点及び当該交差点の周波数以上で周波数ｆs以下の周波数帯域における最大値レベル（図２（ｂ）中符号Ｍで示すレベル）を設定する。
【００９９】
なお、図２（ｂ）に符号Ｂで示す領域については、この特性に拘泥するものではなく、上記領域Ａと当該領域Ｂとの面積が等しければ、領域Ｂのノイズシェーピング特性は上述した三つの条件（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）さえ満たされていれば、その他はどのような特性でもよい。
【０１００】
また、周波数ｆsより大きく周波数２×ｆs以下の周波数帯域におけるノイズシェーピング特性は、フィルタ１０を実数領域で構成する場合には、図２（ｂ）に示した周波数−レベル特性を周波数ｆsを示すレベル軸（｜１−Ｈ（ｚ）｜軸）に平行な直線を対称軸として線対称に折り返した形となる。
【０１０１】
そして、上述したようにアッテネート部２のレベル低減処理及び信号処理部３における信号処理に基づいて設定された当該図２（ｂ）で示す周波数−レベル特性によりノイズシェーピング部４においてノイズシェーピング処理を行うことにより、上述したノイズシェーピング処理としての機能、すなわち、アッテネート部２及び信号処理部３においてレベルが低減された処理信号Ｓpcを再量子化すること及び当該再量子化により削除された下位ビットを補正すると共に、当該補正により生じたいわゆる量子化雑音の増加分を、当該処理信号Ｓpcのサンプリング周波数に対して（ｆs／２）の周波数より高い周波数帯域に移行させる機能が発揮される。
【０１０２】
次に、加算器７におけるディザ信号Ｓzの加算方法について、図３を用いて説明する。
【０１０３】
図３に示すように、加算器７におけるディザ信号Ｓzとしては、例えば、図３（ａ）又は図３（ｂ）に示されるようなディザ信号Ｓzを与えるが、本発明においては、ディザの発生方法やその付加位置又はディザの種類などには一切限定はない。
【０１０４】
次に、上述した各構成部材の動作と並行して、制御部５は、図示しない操作部における操作に基づいて、信号処理部３におけるレベルの増強処理又は低減処理のための上記制御信号Ｓｒを生成すると共に、当該信号処理部３において実行すべき増強処理のレベルに対応して、当該レベルが信号処理部３の処理可能な最大レベルを超えないように上記アッテネート部２における低減処理のレベルを設定すべく上記制御信号Ｓcaを生成して当該アッテネート部２に出力する。
【０１０５】
さらに、制御部５は、操作部からの制御信号に基づいて、信号処理部３における増強処理及び低減処理のレベル並びにアッテネート部２に行わせる低減処理のレベルに対応して、図２（ｂ）で示した特性のノイズシェーピング処理をノイズシェーピング部４に実行させるべく、上記制御信号Ｓcnをフィルタ１０に出力する。
【０１０６】
これらの制御部５の動作により上記各構成部材が制御されることとなる。
【０１０７】
（II）第１実施形態
次に、上述した原理に基づく本発明の第１実施形態について、図４及び図５を用いて説明する。なお、以下に説明する第１実施形態は、二つのスピーカを備えた、いわゆる２ウエイのディジタルスピーカシステムについて本発明を適用した場合の実施の形態である。
【０１０８】
また、図４において、図１に示す場合と同様の構成部材については同様の部材番号を付して細部の説明を省略する。
【０１０９】
図４に示すように、第１実施形態のディジタルスピーカシステムＳは、上述した機能を有するオーバサンプリング部１及びアッテネート部２と、信号処理部３と、上述した機能を有するノイズシェーピング部４ａ及び４ｂと、Ｄ／Ａコンバータ３６及び４４と、ローパスフィルタ手段としてのローパスフィルタ３７及び４５と、アンプ３８及び４６と、スピーカ手段としてのスピーカ３９及び４７とにより構成されている。ここで、スピーカ４７が主として高域を再生し、スピーカ３９が主として中域及び低域を再生する。
【０１１０】
また、信号処理部３は、グラフィックイコライザ３１と、ローパスフィルタ３２と、ハイパスフィルタ４０と、インバータ３３及び４１と、第２アッテネート手段及び補正手段としてのアッテネータ３４及び４２と、ディレイ部３５及び４３と、上述した機能を有する制御部５と、により構成されている。なお、当該信号処理部３で処理可能なビット数の最大値としては、ディジタル入力信号Ｓinにおけるビット数（例えば２４ビット）に後述する各ノイズシェーピング部における再量子化処理に伴って削減されるビット数（例えば２ビット）を加えたビット数（例えば、２６ビット）以上のビット数のディジタル処理が可能とされている。
【０１１１】
更に、インバータ３３及び４１は、夫々、スイッチ３３ａ、３３ｃ、４１ａ及び４１ｃと反転器３３ｂ及び４１ｂとにより構成されている。
【０１１２】
ここで、ノイズシェーピング部４ａ及び４ｂは、夫々に図１（ｂ）に示したノイズシェーピング部４と同様の構成を有している。
【０１１３】
次に、動作を説明する。
【０１１４】
オーバサンプリング部１は、上述した原理と同様に、ディジタル入力信号Ｓinをそのサンプリング周波数ｆsの２倍のサンプリング周波数でオーバサンプリングしてサンプリング信号Ｓovを生成しアッテネート部２に出力する。
【０１１５】
そして、アッテネート部２は、制御部５からの制御信号Ｓcaに基づいて、信号処理部３においてブースト処理を行った結果、そのレベルが当該信号処理部３において処理可能な最大レベルを越えてしまわないようにサンプリング信号Ｓovのレベルを低減し、アッテネート信号Ｓatを生成して信号処理部３に出力する。このとき、当該レベル低減処理における周波数−レベル特性としては、例えば、図２（ａ）に示す全周波数帯域に渡って一様なレベル低減特性が採用される。
【０１１６】
次に、信号処理部３内のグラフィックイコライザ３１は、制御部５からの制御信号Ｓgerに基づいて、入力されたアッテネート信号Ｓatに対してそのレベルを増強又は減少する変換処理を行い、イコライザ信号Ｓgeを生成してローパスフィルタ３２及びハイパスフィルタ４０に出力する。このときの当該変換処理のための周波数−レベル特性は、例えば、図２（ａ）に「信号処理部」として示す特性が採用される。
【０１１７】
次に、ローパスフィルタ３２は、入力されたイコライザ信号Ｓgeからスピーカ３９により再生すべき低域及び中域の信号を抽出し、低域抽出信号Ｓlとしてインバータ３３に出力する。
【０１１８】
そして、インバータ３３は、スイッチ３３ａ及び３３ｃを協動的に動作させて低域抽出信号Ｓlを反転器３３ｂにより反転するか又はそのまま通過させて低域インバータ信号Ｓlcを生成し、アッテネータ３４に出力する。
【０１１９】
ここで、インバータ３３は、スピーカ３９の種類によっては当該スピーカ３９内の振動板を振動させる方向が同じ後述のディジタル出力信号Ｓoutに対して逆となる場合があるため、これを調整すべく必要に応じて低域抽出信号Ｓlを反転させるためのものである。
【０１２０】
次に、アッテネータ３４は、制御部５からの制御信号Ｓatlに基づいて、入力された低域インバータ信号Ｓlcのレベルを予め設定されたレベルだけ低減し、低域アッテネート信号Ｓalcを生成してディレイ部３５に出力する。
【０１２１】
ここで、アッテネータ３４は、スピーカ３９の種類によっては同じディジタル出力信号Ｓoutであっても出力される音圧レベルが異なる場合があるため、スピーカ４７から出力される音圧レベルとのバランスをとって再生音の歪みを是正すべく、必要に応じて低域インバータ信号Ｓlcのレベルを減衰させるためのものである。
【０１２２】
次に、ディレイ部３５は、スピーカ３９とスピーカ４７との間で夫々に出力される音の位相を合わせるべく低域アッテネート信号Ｓalcの位相を調整し、低域処理信号Ｓpclを生成してノイズシェーピング部４ａに出力する。
【０１２３】
そして、ノイズシェーピング部４ａは、制御部５からの制御信号Ｓcnlに基づいて、上記アッテネート部２、グラフィックイコライザ３１及びアッテネータ３４におけるレベルの増強処理及び低減処理に対応するノイズシェーピング特性で低域処理信号Ｓpclに対してノイズシェーピング処理を施し、低域ディジタル出力信号Ｓoutlを生成する。
【０１２４】
このとき、上記アッテネート部２及びグラフィックイコライザ３１におけるレベルの増強処理及び低減処理の周波数−レベル特性として図２（ａ）に示す特性が採用された場合には、当該ノイズシェーピング特性に対応する周波数−レベル特性としては、例えば、図２（ｂ）に示す周波数−レベル特性に対してアッテネータ３４におけるレベル低減処理の影響を図２に示した方法と同様の方法により加味した特性が採用される。
【０１２５】
このノイズシェーピング処理により、アッテネート部２及び信号処理部３においてレベルが低減された低域処理信号Ｓpclの再量子化により削除された下位ビットが補正されると共に、当該補正により生じたいわゆる量子化雑音の増加分が元のディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数ｆ sの二分の一の周波数より高い周波数帯域に移行される。
【０１２６】
そして、Ｄ／Ａコンバータ３６は低域ディジタル出力信号Ｓoutlをディジタル信号からアナログ信号に変換し、低域アナログ信号Ｓlaを生成してローパスフィルタ３７に出力する。
【０１２７】
次に、ローパスフィルタ３７は、当該低域アナログ信号Ｓlaのうち、周波数ｆs／２以上の周波数帯域の信号を低減し、アナログ出力信号Ｓoualを生成する。このローパスフィルタ３７の機能により、上述した各部の処理で生じた量子化雑音の大部分がノイズシェーピング部４ａの処理により移行されている周波数ｆs／２以上の周波数帯域の信号が低減され、従って、周波数ｆs／２以下の周波数帯域内の当該量子化雑音が実質的に低減されることとなる。
【０１２８】
そして、アンプ３８は、アナログ出力信号Ｓoualをスピーカ３９を駆動可能なレベルまで増幅し、当該スピーカ３９に出力してこれを駆動する。
【０１２９】
その後、スピーカ３９は、アナログ出力信号Ｓoualに対応する音を出力する。
【０１３０】
一方、ハイパスフィルタ４０は、入力されたイコライザ信号Ｓgeからスピーカ４７により再生すべき高域の信号を抽出し、高域抽出信号Ｓhとしてインバータ４１に出力する。
【０１３１】
そして、インバータ４１は、スイッチ４１ａ及び４１ｃを協動的に動作させて高域抽出信号Ｓhを反転器４１ｂにより反転するか又はそのまま通過させて高域インバータ信号Ｓhcを生成し、アッテネータ４２に出力する。
【０１３２】
ここで、インバータ４１は、上記インバータ３３と同様に、スピーカ４７の種類によっては当該スピーカ４７内の振動板を振動させる方向が同じ後述するディジタル出力信号Ｓouthに対して逆となる場合があるため、これを調整すべく必要に応じて高域抽出信号Ｓhを反転させるためのものである。
【０１３３】
次に、アッテネータ４２は、制御部５からの制御信号Ｓathに基づいて、入力された高域インバータ信号Ｓhcのレベルを予め設定されたレベルだけ低減し、高域アッテネート信号Ｓahcを生成してディレイ部４３に出力する。
【０１３４】
ここで、アッテネータ４２は、上記アッテネータ３４と同様に、スピーカ４７の種類によっては同じディジタル出力信号Ｓouthであっても出力される音圧レベルが異なる場合があるため、スピーカ３９から出力される音圧レベルとのバランスをとって再生音の歪みを是正すべく、必要に応じて高域インバータ信号Ｓhcのレベルを減衰させるためのものである。
【０１３５】
次に、ディレイ部４３は、スピーカ４７とスピーカ３９との間で夫々に出力される音の位相を合わせるべく高域アッテネート信号Ｓahcの位相を調整し、高域処理信号Ｓpchを生成してノイズシェーピング部４ｂに出力する。
【０１３６】
そして、ノイズシェーピング部４ｂは、制御部５からの制御信号Ｓcnhに基づいて、上記アッテネート部２、グラフィックイコライザ３１及びアッテネータ４２におけるレベルの増強処理及び低減処理に対応するノイズシェーピング特性で高域処理信号Ｓpchに対してノイズシェーピング処理を施し、高域ディジタル出力信号Ｓouthを生成する。
【０１３７】
このとき、上記アッテネート部２及びグラフィックイコライザ３１におけるレベルの増強処理及び低減処理の周波数−レベル特性として図２（ａ）に示す特性が採用された場合には、当該ノイズシェーピング特性に対応する周波数−レベル特性としては、例えば、図２（ｂ）に示す周波数−レベル特性に対してアッテネータ４２におけるレベル低減を図２に示した方法と同様の方法により加味した特性が採用される。
【０１３８】
このノイズシェーピング処理により、アッテネート部２及び信号処理部３においてレベルが低減された高域処理信号Ｓpchの再量子化により削除された下位ビットが補正されると共に、当該補正により生じたいわゆる量子化雑音の増加分が元のディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数ｆ sの二分の一の周波数より高い周波数帯域に移行される。
【０１３９】
そして、Ｄ／Ａコンバータ４４は高域ディジタル出力信号Ｓouthをディジタル信号からアナログ信号に変換し、高域アナログ信号Ｓhaを生成してローパスフィルタ４５に出力する。
【０１４０】
次に、ローパスフィルタ４５は、当該高域アナログ信号Ｓhaのうち、周波数ｆs／２以上の周波数帯域の信号を低減し、アナログ出力信号Ｓouahを生成する。このローパスフィルタ４５の機能により、上述した各部の処理により生じた量子化雑音の大部分がノイズシェーピング部４ｂの処理により移行されている周波数ｆs／２以上の周波数帯域の信号が低減され、従って、可聴周波数帯域内の当該量子化雑音が実質的に低減されたこととなる。
【０１４１】
そして、アンプ４６は、アナログ出力信号Ｓouahをスピーカ４７を駆動可能なレベルまで増幅し、当該スピーカ４７に出力してこれを駆動する。
【０１４２】
その後、スピーカ４７は、アナログ出力信号Ｓouahに対応する音を出力する。
【０１４３】
一方、上述した低域抽出信号Ｓl及び高域抽出信号Ｓhに対する各構成部材の処理と並行して、制御部５は、グラフィックイコライザ３１における増強処理のレベルに対応して、当該レベルが信号処理部３の処理可能な最大レベルを超えないように上記アッテネート部２における低減処理のレベルを設定すべく上記制御信号Ｓcaを生成して当該アッテネート部２に出力する。
【０１４４】
さらに、制御部５は、グラフィックイコライザ３１において実行すべき増強処理及び低減処理のレベルに対応する上記制御信号Ｓgerを図示しない操作部における操作に対応して生成すると共に、当該増強処理及び低減処理のレベル並びにアッテネート部２に行わせる低減処理並びにアッテネータ３４及び４２における低減処理のレベルに対応して、例えば、図２（ｂ）で示した特性に対応して上述した特性のノイズシェーピング処理をノイズシェーピング部４ａに実行させるべく上記制御信号Ｓcnlをノイズシェーピング部４ａ内のフィルタに出力すると共に、同様のノイズシェーピング処理をノイズシェーピング部４ｂに実行させるべく上記制御信号Ｓcnhをノイズシェーピング部４ｂ内のフィルタに出力する。
【０１４５】
更にまた、制御部５は、スピーカ３９及び４７における夫々の予め設定された音圧レベルのバランスに基づいて各アッテネータ３４及び４２におけるレベルの低減量を制御すべく上記制御信号Ｓatl及びＳathを出力する。
【０１４６】
以上説明したように、実施形態のディジタルスピーカシステムＳの動作によれば、ディジタル入力信号Ｓinのサンプリングレートを増加し、更に高域処理信号Ｓpch又は低域処理信号Ｓpclに対してアッテネート部２及びアッテネータ３４又は４２における低減処理の周波数−レベル特性及びグラフィックイコライザ３１におけるレベルの増強処理及び低減処理の周波数−レベル特性に対応したノイズシェーピング処理を施すので、サンプリング周波数ｆsの二分の一の周波数より低い周波数帯域の量子化雑音を相対的に低減できると共に、アッテネート部２及びアッテネータ３４又は４２における低減処理及びグラフィックイコライザ３１における低減処理後の高域処理信号Ｓpch又は低域処理信号Ｓpclを再量子化する際に脱落したビット成分を補償することができることとなり、元のディジタル入力信号Ｓinにおける量子化特性を劣化させること無くより当該ディジタル入力信号Ｓinに忠実な音を再生できる。
【０１４７】
また、ノイズシェーピング部４ａ又は４ｂではディザ信号Ｓzの加算により量子化雑音が白色雑音化できると共に当該ディザ信号Ｓzの加算により増加した雑音成分も除去できる。
【０１４８】
更に、ディジタル入力信号Ｓinにおけるビット数に各ノイズシェーピング部における再量子化処理に伴って削減されるビット数を加えたビット数より多いビット数のディジタル処理が信号処理部３で可能であるので、ディジタルスピーカシステムＳ全体としていわゆる桁落ちによる量子化雑音の増加を防止できる。
【０１４９】
なお、上述した構成のうち、ローパスフィルタ３２及びハイパスフィルタ４０については、この構成の他に、図５（ａ）に示すように、イコライザ信号Ｓgeをハイパスフィルタ４０におけるフィルタ処理により生じる遅延を補償するようにディレイ部６６で遅延させた信号から高域抽出信号Ｓhを減じた信号を上記低域抽出信号Ｓlとして出力するように構成することもできる。
【０１５０】
また、これに対して、図５（ｂ）に示すように、イコライザ信号Ｓgeをローパスフィルタ３２におけるフィルタ処理により生じる遅延を補償するようにディレイ部６８で遅延させた信号から低域抽出信号Ｓlを減じた信号を上記高域抽出信号Ｓhとして出力するように構成することもできる。
【０１５１】
（III）第２実施形態
次に、本発明の他の実施形態である第２実施形態について、図６を用いて説明する。
【０１５２】
上述した第１実施形態においては、スピーカを二つのみ備えた２ウエイのディジタルスピーカシステムＳについて本発明を適用した場合について説明したが、第２実施形態は更に多くのスピーカを有するディジタルスピーカシステムについての実施形態である。
【０１５３】
第２実施形態のディジタルスピーカシステムＳ’は、図６に示すように、上述したオーバサンプリング部１と、アッテネート部２と、グラフィックイコライザ３１と、ローパスフィルタ５０と、相互に通過周波数帯域が異なるバンドパスフィルタ５１、……、５２と、ハイパスフィルタ５３と、スピーカ処理部５４、５５、……、５６、５７と、上記ローパスフィルタ５０、バンドパスフィルタ５１、……、５２及びハイパスフィルタ５３に対応して、相互に再生する音の周波数帯域が異なるスピーカ５８、５９、……、６０及び６１と、各スピーカ処理部５４、５５、……、５６、５７並びにアッテネート部２及びグラフィックイコライザ３１を統括的に制御する制御部６２と、により構成されている。
【０１５４】
ここで、スピーカ処理部５４、５５、……、５６、５７は、夫々に第１実施形態で述べた、インバータ（例えば、インバータ３３に相当する。）、アッテネータ（例えば、アッテネータ３４に相当する。）、ディレイ部（例えば、ディレイ部３５に相当する。）、ノイズシェーピング部（例えば、ノイズシェーピング部４ａに相当する。）、Ｄ／Ａコンバータ（例えば、Ｄ／Ａコンバータ３６に相当する。）、ローパスフィルタ（例えば、ローパスフィルタ３７に相当する。）及びアンプ（例えば、アンプ３８に相当する。）が含まれている。
【０１５５】
次に、動作を説明する。
【０１５６】
オーバサンプリング部１、アッテネート部２及びグラフィックイコライザ３１は、上述した第１実施形態と同様の動作を行い、イコライザ信号Ｓgeを出力する。
【０１５７】
そして、ローパスフィルタ５０、バンドパスフィルタ５１、……、５２及びハイパスフィルタ５３は、イコライザ信号Ｓgeから夫々の通過周波数帯域に対応する信号を抽出し、夫々スピーカ処理部５４、５５、……、５６又は５７に出力する。
【０１５８】
そして、各スピーカ処理部５４、５５、……、５６及び５７に含まれる各構成部材は、上述した第１実施形態と同様な処理を行い、各スピーカ５８、５９、……、６０及び６１を駆動するためのアナログ出力信号を生成する。
【０１５９】
このとき、制御部６２は、アッテネート部２及びグラフィックイコライザ３１並びに各アッテネータにおいて実行されるレベル変更処理に対応して上記制御信号Ｓca及びＳgerを出力すると共に、各スピーカ処理部５４、５５、…、５６及び５７内の各ノイズシェーピング部におけるノイズシェーピング特性を設定するための制御信号Ｓcnを各スピーカ処理部５４、５５、…、５６及び５７に出力する。
【０１６０】
これにより、上記出力された各アナログ出力信号には、各ノイズシェーピング部による本発明のノイズシェーピング処理が施されている。
【０１６１】
すなわち、各アナログ出力信号においては、アッテネート部２及びグラフィックイコライザ３１並びに各アッテネータにおいてレベルが低減された各信号の再量子化により削除された下位ビットが補正されると共に、当該補正により生じたいわゆる量子化雑音の増加分が元のディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数に対して（ｆs／２）の周波数より高い周波数帯域に移行されている。
【０１６２】
そして、スピーカ５８、５９、……、６０及び６１は、夫々対応するアナログ出力信号に基づいて、対応する周波数帯域の音を再生する。
【０１６３】
以上説明したように、第２実施形態のディジタルスピーカシステムＳ’によれば、第１実施形態の効果に加えて、複数のスピーカ５８、５９、……、６０及び６１を有するスピーカシステムＳ’であっても、量子化特性を改善すると共に各スピーカ５８、５９、……、６０及び６１の出力特性の相違による再生音の歪みを低減して良好な音を出力することができる。
【０１６４】
（IV）第３実施形態
次に、本発明の更に他の実施形態である第３実施形態について、図７を用いて説明する。
【０１６５】
上述した第１又は第２実施形態においては、グラフィックイコライザ３１において、アッテネート信号Ｓatのレベルの低減処理だけでなくレベルの増強処理をも行った場合について説明したが、第３実施形態は、グラフィックイコライザ３１或いはアッテネータ３４又は４２においてアッテネート信号Ｓat或いは低域インバータ信号Ｓlc又は高域インバータ信号Ｓhcのレベル低減処理のみを行うディジタルスピーカシステムについて本発明を適用した場合の実施形態である。
【０１６６】
第３実施形態のディジタルスピーカシステムの構成は、図４に示すディジタルスピーカシステムＳと基本的に同じであるので、細部の説明は省略する。
【０１６７】
次に、第３実施形態の特徴であるノイズシェーピング部におけるノイズシェーピング特性の設定について図７を用いて説明する。
【０１６８】
第３実施形態のディジタルスピーカシステムのグラフィックイコライザ３１においては、上述のようにレベルの低減処理しか行われないので、当該グラフィックイコライザ３１自体の処理により扱われる信号のレベルが当該グラフィックイコライザ３１で扱えるレベルの最大値を越えることはあり得えない。従って、第３実施形態においては、アッテネータ部２におけるレベルの低減処理は必要がない。
【０１６９】
よって、第３実施形態のノイズシェーピング処理では、信号処理部３及び各アッテネータでレベルが低減された各信号の再量子化により削除された下位ビットの補正処理及び当該補正により生じたいわゆる量子化雑音の増加分をサンプリング周波数の二分の一の周波数より高い周波数帯域に移行させる処理が実行される。
【０１７０】
すなわち、ディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数がｆsであり、当該ディジタル入力信号Ｓinに対して、信号処理部３において周波数ｆ2（＜ｆs／２）を中心として６デシベルのレベル低減処理（すなわち、グラフィックイコライザ３１とアッテネータ３４又は４２の組み合わせによる低減処理）を行う場合について図７を用いて例示しつつより具体的に説明すると、本例では、信号処理部３において、上述のように周波数ｆ2を中心とした６デシベルのレベル低減処理のみを行うので、その周波数−レベル特性は図７（ａ）に示すような変化を有する特性となる。
【０１７１】
一方、信号処理部３におけるレベル低減処理に対しては、アッテネート部２におけるレベル低減処理は不要なので、アッテネート部２の周波数−レベル特性は図７（ａ）に示すように一様な０デシベルの特性となる。
【０１７２】
従って、第３実施形態におけるノイズシェーピング特性は、第１実施形態で示した三つの条件に基づいて、図７（ｂ）に示すように設定されるものとなる。
【０１７３】
すなわち、０≦ｆ≦ｆs／２の周波数帯域については、
【数４】
Ｈ（ｚ）＝（信号処理部３の周波数−レベル特性）−（ディザ信号Ｓzの付加による雑音増加分の絶対値＋各アッテネータにおいて低減されたレベルの絶対値）
により図７（ｂ）に示すノイズシェーピング特性の曲線が設定される。ここで、図７（ｂ）に示す例では、ディザ信号Ｓzの加算により、雑音が１デシベル増加した場合について示している。
【０１７４】
次に、ｆs／２＜ｆ≦ｆsの周波数帯域については、図７（ｂ）に右上がり斜線で示す領域Ａの面積と同様に右下がり斜線で示す領域Ｂの面積とが等しくなるように、図７（ｂ）における特性曲線と周波数軸とが交差する点及び当該交差点の周波数以上で周波数ｆs以下の周波数帯域における最大値レベル（図７（ｂ）中符号Ｍで示すレベル）を設定する。
【０１７５】
なお、第１実施形態と同様に、図７（ｂ）に符号Ｂで示す領域については、この特性に拘泥するものではなく、上記領域Ａと当該領域Ｂとの面積が等しければ領域Ｂのノイズシェーピング特性は、上述した三つの条件（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）さえ満たされていれば、その他はどのような特性でもよい。
【０１７６】
また、周波数ｆsより大きく周波数２×ｆs以下の周波数帯域におけるノイズシェーピング特性は、第１実施形態と同様に、図７（ｂ）に示した周波数−レベル特性を周波数ｆsを示すレベル軸に平行な直線を対称軸として線対称に折り返した形となる。
【０１７７】
そして、上述したように信号処理部３におけるレベル低減処理に基づいて設定された当該図７（ｂ）で示す周波数−レベル特性によりノイズシェーピング部においてノイズシェーピング処理を行うことにより、上述したノイズシェーピング処理としての機能が発揮される。
【０１７８】
以上説明したように、第３実施形態のディジタルスピーカシステムの動作によれば、ディジタル入力信号Ｓinのサンプリングレートを増加し、更に信号処理部３におけるレベル低減処理の周波数−レベル特性に対応したノイズシェーピング処理を施すので、各再量子化処理により脱落したビット成分を補償することができると共に、サンプリング周波数の二分の一の周波数より低い周波数帯域の量子化雑音を相対的に低減できる。
【０１７９】
（Ｖ）変形形態
次に、本発明の他の変形形態について説明する。
【０１８０】
先ず、上述した各実施形態においては、グラフィックイコライザ３１におけるレベルの変更を可変とした場合について説明したが、これ以外に、当該グラフィックイコライザにおけるレベルの変更を予め設定された場合のみに固定したディジタルスピーカシステムに対して本発明を適用することもできる。
【０１８１】
この場合には、アッテネート部２におけるレベル低減の程度もグラフィックイコライザ３１におけるレベル変更の程度に対応して一通りに固定的に決まるので、結果として、ノイズシェーピング部におけるノイズシェーピング特性も可変とする必要はなく、上記各実施形態における制御部が不要となる。
【０１８２】
そして、この場合にも、固定的とされているグラフィックイコライザ３１におおける周波数−レベル特性及びアッテネート部２における周波数−レベル特性に対応して上述した方法で当該ノイズシェーピング特性を固定的に決定することにより、本発明としての効果、すなわち、ディジタル入力信号Ｓinにおける量子化精度を落とすことなく量子化雑音を低減して量子化特性を改善し、よりディジタル入力信号Ｓinに近い音を再生することができる。
【０１８３】
また、上述の各実施形態においては、最初にオーバサンプリング部１におけるサンプリングレートの増加を行ったが、これ以外に、当該オーバサンプリング部１の位置は、ノイズシェーピング部４ａ又は４ｂの前段であれば、いずれの位置に接続してもよい。
【０１８４】
更に、信号処理部３が、例えば浮動小数点型ＤＳＰ等で構成されていることによってディジタル値としての「１．０」以上のレベルを有する信号を扱うことができるのであれば、アッテネート部２を上記各実施形態と異なるいずれの位置に接続してもよい。
【０１８５】
より具体的には、例えば、ディジタル出力信号Ｓoutのレベルがディジタル値としての「１．０」を越えないように、信号処理部部３とノイズシェーピング部４の間にアッテネート部２を設けてもよい。
【０１８６】
更に、上述した各実施形態及び変形形態では、オーバサンプリング処理のためのサンプリング周波数として、元のディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数の２倍のサンプリング周波数を用いたが、これ以外に、ディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数をそのＮ倍（Ｎは１より大きい実数）に変換した場合でも、各実施形態及び変形形態と同様の効果が得られる。
【０１８７】
更にまた、上述した各実施形態及び変形形態は、本発明を音響信号としてのディジタル入力信号Ｓinに対して適用した場合の実施形態及び変形形態について説明したが、これ以外に、例えば、画像信号に対しても本発明をそのまま適用して、そのレベルの増減を伴う処理を行っても、量子化精度を維持しつつ量子化雑音を低減することができる。
【０１８８】
また、これまで説明してきたノイズシェーピング特性は、信号処理部３又はアッテネート部２の特性の変化に基づいて設定されていたが、これ以外に、例えば信号処理部３のレベル変更特性の下限値又はアッテネータ部２のレベル変更特性の下限値が予め定まっていれば、その値に基づいて固定的にノイズシェーピング特性を決定することもできる。
【０１８９】
更に、上述した信号処理部３及びアッテネート部２における信号処理は各サンプル毎に実行されるが、これらの処理を実時間で実行するとき、サンプリング周波数の変更前では一サンプルの時間はサンプリング周波数変更後に比して長くなる。
【０１９０】
従って、オーバサンプリング部１を信号処理部３又はアッテネート部２の後段に置くことにより、信号処理の実行に使用できる時間が長くなる。これにより、同じ能力の信号処理部３を使用する場合、サンプリング周波数の変更前にレベル変更等のこれらの処理を行えば、サンプリング周波数変更後にこれらの処理を行う場合よりも多くの処理を実行することができる。
【０１９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本願によれば、レベルが低減された処理信号の量子化により脱落したビット成分を補償することができると共に、入力サンプリング周波数の二分の一の周波数より低い周波数帯域の量子化雑音を相対的に低減できるので、元のディジタル信号における量子化の精度を維持したまま信号処理を施すと共に、量子化雑音を低減して出力することができ、元のディジタル信号により近いディジタル信号を得ることができる。
【０１９２】
また、ディザの加算により量子化雑音を白色雑音化できると共に当該ディザの加算により増加した雑音成分も除去できる。
【０１９３】
また更に、ディジタル入力信号におけるビット数に各量子化に伴って削減されるビット数を加えたビット数より多いビット数のディジタル処理が可能であるので、ディジタル信号処理装置全体としていわゆる桁落ちによる量子化雑音の増加を防止できる。
【０１９４】
更に、複数のスピーカ手段を有するスピーカシステムであっても、量子化特性を改善すると共に各スピーカ手段の出力特性を補正することができるので、元のディジタル信号における量子化の精度を維持したままスピーカの出力特性を補正することができると共に、量子化雑音を低減してディジタル信号を出力することができ、元のディジタル入力信号により近い音をスピーカ手段から出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示す概要構成ブロック図であり、（ａ）は全体構成のブロック図であり、（ｂ）はノイズシェーピング部の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のノイズシェーピング特性を説明する図であり、（ａ）は信号処理部とアッテネート部の周波数−レベル特性の例を示す図であり、（ｂ）はノイズシェーピング特性の例を示す図である。
【図３】ディザの加算を示す図であり、（ａ）はディザ加算の第１の方法を示す図であり、（ｂ）はディザ加算の第２の方法を示す図である。
【図４】第１実施形態のディジタルスピーカシステムの概要構成を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態のフィルタ部の構成を示すブロック図であり、（ａ）は他の構成例を示すブロック図（Ｉ）であり、（ｂ）は他の構成例を示すブロック図（II）である。
【図６】第２実施形態のディジタルスピーカシステムの概要構成を示すブロック図である。
【図７】第３実施形態におけるノイズシェーピング特性を示す図であり、（ａ）は信号処理部とアッテネート部の周波数−レベル特性の例を示す図であり、（ｂ）はノイズシェーピング特性の例を示す図である。
【符号の説明】
１…オーバサンプリング部
２…アッテネート部
３…信号処理部
４、４ａ、４ｂ…ノイズシェーピング部
５…制御部
６、７、９、６５、６７…加算器
８…再量子化器
１０…フィルタ
３１…グラフィックイコライザ
３２、３７、４５、５０…ローパスフィルタ
３３、４１…インバータ
３３ａ、３３ｃ、４１ａ、４１ｃ…スイッチ
３３ｂ、４１ｂ…反転器
３４、４２…アッテネータ
３５、４３、６６、６８…ディレイ部
３６、４４…Ｄ／Ａコンバータ
３８、４６…アンプ
３９、４７、５８、５９、６０、６１…スピーカ
４０、５３…ハイパスフィルタ
５１、５２…バンドパスフィルタ
５４、５５、５６、５７…スピーカ処理部
Ｓ、Ｓ’…ディジタルスピーカシステム
Ｄ…データ
Ｚ…ディザ
Ｓin…ディジタル入力信号
Ｓov…サンプリング信号
Ｓat…アッテネート信号
Ｓpc…処理信号
Ｓout…ディジタル出力信号
Ｓca、Ｓcn、Ｓcnl、Ｓcnh、Ｓr、Ｓger、Ｓatl、Ｓath…制御信号
Ｓd、Ｓdz、Ｓad…加算信号
Ｓz…ディザ信号
Ｓf…フィルタ信号
Ｓge…イコライザ信号
Ｓl…低域抽出信号
Ｓlc…低域インバータ信号
Ｓalc…低域アッテネート信号
Ｓpcl…低域処理信号
Ｓoutl…低域ディジタル出力信号
Ｓla…低域アナログ信号
Ｓoual、Ｓouah…アナログ出力信号
Ｓout…ディジタル出力信号
Ｓh…高域抽出信号
Ｓhc…高域インバータ信号
Ｓahc…高域アッテネート信号
Ｓpch…高域処理信号
Ｓouth…高域ディジタル出力信号
Ｓha…高域アナログ信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル的に入力信号を処理するディジタル信号処理装置に関し、より詳細には、スピーカを含む音響システムに適用して好適なディジタル信号処理装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、音響信号をディジタル化し、当該ディジタル化された音響信号に対して種々の処理をディジタル的に施す、いわゆるＤＳＰ（Digital Signal Processor）と称される処理装置が一般化しつつある。
【０００３】
ここで、当該ＤＳＰ内で、例えば、特定の周波数帯の音響信号のレベルのみをディジタル的に低減する又は増強するいわゆるグラフィックイコライザ処理を実行する場合を考えると、当該低減処理を施すと、その低減処理された音響信号を再量子化する際に下位の数ビットが脱落することとなるが、従来の上記ＤＳＰでは、この下位ビットの脱落を無視してその後の信号処理を施すようにしていた。これは、当該下位の数ビットを無視しても再生される音響信号の特性にはさほど大きな影響が残らないことによる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、音響装置の高精度化・高機能化に伴って、多くの使用者によってより原音に近い音の再生が嗜好されるようになってきており、この場合には上記従来のＤＳＰにおける下位ビットの脱落による雑音又は歪みが無視できなくなるという問題点が生じてきた。
【０００５】
また、上記音響装置の高精度化・高機能化に伴って、アナログ信号である音響信号をディジタル信号に変換する際に生じるいわゆる量子化雑音も、より低減する必要性が生じてきたという問題点もある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の各問題点に鑑みて為されたもので、その課題は、音響信号等の元のディジタル入力信号により近いディジタル出力信号を得ることができるディジタル信号処理装置及び当該ディジタル出力信号に対応する音を出力するスピーカシステムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載のディジタル信号処理装置は、所定の入力サンプリング周波数でサンプリングされたディジタル信号を、当該入力サンプリング周波数のＮ倍（Ｎは１より大きい実数）のサンプリング周波数にてオーバサンプリングするサンプリングレート変換手段と、前記ディジタル信号に対して、少なくとも予め設定された特定周波数帯域のレベルを低減する低減処理を含む所定の信号処理を施す信号処理手段と、設定信号により示されるノイズシェーピング特性に基づいて、少なくとも前記サンプリングレート変換手段によってオーバサンプリングされ、前記信号処理手段によって信号処理を施された前記ディジタル信号を量子化し、量子化された当該ディジタル信号に対してノイズシェーピング処理を施すノイズシェーピング手段と、前記信号処理の周波数−レベル特性に対応して、前記ディジタル信号を量子化する際に生じる量子化特性の劣化を補正し、当該量子化特性の補正により生じる量子化雑音の増加分を前記入力サンプリング周波数の二分の一の周波数よりも高い周波数帯域に移行させるように前記ノイズシェーピング特性を設定し、前記設定信号を生成する設定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載のディジタル信号処理装置は、請求項１に記載のディジタル信号処理装置であって、前記信号処理手段は、少なくとも前記サンプリングレート変換手段によってオーバサンプリングされた前記ディジタル信号に対して、前記信号処理を施すことを特徴とする。
【０００９】
また更に、請求項３に記載のディジタル信号処理装置は、請求項１に記載のディジタル信号処理装置であって、前記サンプリングレート変換手段は、少なくとも前記信号処理手段によって前記信号処理が施された前記ディジタル信号をオーバサンプリングすることを特徴とする。
【００１０】
更に、請求項４に記載のディジタル信号処理装置は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のディジタル信号処理装置であって、前記ディジタル信号処理装置は、前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
更に、請求項５に記載のディジタル信号処理装置は、請求項２に記載のディジタル信号処理装置であって、前記ディジタル信号処理装置は、前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を更に備え、前記サンプリングレート変換手段は、少なくとも前記アッテネート手段によってレベルの低減された前記ディジタル信号をオーバサンプリングすることを特徴とする。
【００１２】
更にまた、請求項６に記載のディジタル信号処理装置は、請求項２に記載のディジタル信号処理装置であって、前記ディジタル信号処理装置は、前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を更に備え、前記アッテネート手段は、少なくとも前記サンプリングレート変換手段によってオーバサンプリングされた前記ディジタル信号のレベルを低減して、前記信号処理手段に出力することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７に記載のディジタル信号処理装置は、請求項３に記載のディジタル信号処理装置であって、前記ディジタル信号処理装置は、前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を更に備え、前記信号処理手段は、少なくとも前記アッテネート手段によってレベルの低減された前記ディジタル信号に対して前記信号処理を施すことを特徴とする。
【００１４】
また更に、請求項８に記載のディジタル信号処理装置は、請求項３に記載のディジタル信号処理装置であって、前記ディジタル信号処理装置は、前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を更に備え、前記アッテネート手段は、少なくとも前記信号処理手段によって前記信号処理の施された前記ディジタル信号のレベルを低減して、前記サンプリングレート変換手段に出力することを特徴とする。
【００１５】
更に、請求項９に記載のディジタル信号処理装置は、請求項２または３に記載のディジタル信号処理装置であって、前記ディジタル信号処理装置は、前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を更に備え、前記アッテネート手段は、少なくとも前記サンプリングレート変換手段によってオーバサンプリングされ、前記信号処理手段によって信号処理を施された前記ディジタル信号のレベルを低減して前記ノイズシェーピング手段に出力することを特徴とする。
【００１７】
更に、請求項１０に記載のディジタル信号処理装置は、請求項４乃至請求項９の何れか一項に記載のディジタル信号処理装置であって、前記信号処理手段は、前記ディジタル信号に対して予め設定された第１特定周波数帯域のレベルを増強する増強処理と、当該ディジタル信号における前記第１特定周波数帯域と異なる予め設定された第２特定周波数帯域のレベルを低減する低減処理とのいずれか一方を少なくとも含む前記信号処理を施すことを特徴とする。
【００１８】
更にまた、請求項１１に記載のディジタル信号処理装置は、請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載のディジタル信号処理装置であって、前記ノイズシェーピング手段は、前記ディジタル信号に対して予め設定されたディザ信号を加算するディザ加算手段を更に備え、前記設定手段は、当該ディザ信号の加算により増加した雑音成分をも補償するように前記ノイズシェーピング特性を設定することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１２に記載のスピーカシステムは、所定の入力サンプリング周波数でサンプリングされたディジタル信号を、当該入力サンプリング周波数のＮ倍（Ｎは１より大きい実数）のサンプリング周波数にてオーバサンプリングするサンプリングレート変換手段と、前記ディジタル信号に対して、（ａ）少なくとも予め設定された特定周波数帯域のレベルを低減する低減処理、（ｂ）前記特定周波数帯域のレベルを増強する増強処理、の少なくともいずれか一方を含む所定の信号処理を施す信号処理手段と、前記信号処理手段による前記ディジタル信号に対する前記信号処理を施す際に、当該ディジタル信号のレベルが処理可能なレベルより高くなることを防止するため、当該信号処理に対応して前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段と、予め設定されたノイズシェーピング特性に基づいて、少なくとも前記サンプリングレート変換手段によってオーバサンプリングされ、前記信号処理手段によって信号処理を施された前記ディジタル信号を量子化し、量子化された当該ディジタル信号に対してノイズシェーピング処理を施すノイズシェーピング手段と、前記信号処理の周波数−レベル特性に対応して、前記ディジタル信号を量子化する際に生じる量子化特性の劣化を補正し、当該量子化特性の補正により生じる量子化雑音の増加分を前記入力サンプリング周波数の二分の一の周波数よりも高い周波数帯域に移行させるように前記ノイズシェーピング特性を設定する設定手段と、を備えるディジタル信号処理装置と、前記ディジタル信号に対応する音を出力する複数のスピーカ手段と、前記スピーカ手段毎に設けられ、前記ディジタル信号に対して当該スピーカ手段における出力特性を補正するための前記補正処理を施す複数の補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
また更に、請求項１３に記載のスピーカシステムは、請求項１２に記載のスピーカシステムであって、前記スピーカシステムは、前記スピーカ手段毎に設けられる複数の前記ノイズシェーピング手段を備え、当該複数のノイズシェーピング手段は、前記スピーカ手段毎に設けられた前記補正手段のそれぞれによって施される前記補正処理に起因する量子化特性の劣化を個々に補正することを特徴とする。
【００２１】
また更に、請求項１４に記載のスピーカシステムは、請求項１２または１３に記載のスピーカシステムであって前記複数の補正手段は、各前記スピーカ手段間における出力特性の相違を、個々に補償することを特徴とする。
【００７０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に好適な実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、周波数帯の異なる音の再生を夫々に担う複数のスピーカを有するスピーカシステムについて本発明を適用した場合の実施の形態である。
【００７１】
（Ｉ）本発明の原理
先ず、具体的な実施形態を説明する前に、本発明の原理について図１及び図２を用いて説明する。
【００７２】
図１（ａ）に示すように、本発明は、サンプリングレート変換手段としてのオーバサンプリング部１と、アッテネート手段としてのアッテネート部２と、信号処理手段としての信号処理部３と、ノイズシェーピング手段としてのノイズシェーピング部４と、設定手段としての制御部５と、により構成されている。
【００７３】
なお、この構成のうち信号処理部３の型式としては、いわゆる固定小数点型又は浮動小数点型のいずれでもよいが、以下の説明では、固定小数点型の信号処理部を用いた場合について説明する。
【００７４】
また、ノイズシェーピング部４は、図１（ｂ）に示すように、加算器６及び９と、ディザ加算手段としての加算器７と、再量子化器８と、フィルタ１０と、により構成されている。
【００７５】
次に動作を説明する。
【００７６】
外部からオーバサンプリング部１に入力されるディジタル入力信号Ｓinは、当該オーバサンプリング部１において当該ディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数ｆsの２倍のサンプリング周波数でオーバサンプリングされ、サンプリング信号Ｓovが生成されてアッテネート部２に出力される。
【００７７】
次に、生成されたサンプリング信号Ｓovは、そのレベルが低減され、後述するアッテネート信号Ｓ at として信号処理部３に出力される。この際、サンプリング信号Ｓ ov のレベルは、制御部５からの制御信号Ｓcaに基づいて、アッテネート信号Ｓatに対して信号処理部３においてレベルの増強処理（いわゆるブースト処理）を行った結果、そのレベルが当該信号処理部３において処理可能な最大レベルを越えてしまわないように、低減される。
【００７８】
そして、信号処理部３では、制御部５からの制御信号Ｓｒに基づいて、入力されたアッテネート信号Ｓatに対してそのレベルを変換する変換処理を行い、処理信号Ｓpcを生成してノイズシェーピング部４に出力する。
【００７９】
ここで、信号処理部３における変換処理は、例えば、使用者がディジタル入力信号Ｓinにおける特定の周波数帯域のレベルを増強したり（上記ブースト処理）又は特定の周波数帯域のレベルを低減したりすることを所望した場合に、これに対応する操作が図示しない操作部で実行されたとき、当該操作に対応した制御信号が制御部５に入力され、当該制御部５から当該操作に対応する上記制御信号Ｓｒが信号処理部３に出力され、信号処理部３においてこれによりアッテネート信号Ｓatに対して当該操作に対応するレベルの増強処理又は低減処理が施される。
【００８０】
次に、ノイズシェーピング部４は、制御部５からの制御信号Ｓcnに基づいて、入力された処理信号Ｓpcに対していわゆるノイズシェーピング処理を施し、ディジタル出力信号Ｓoutを生成し、外部に出力する。
【００８１】
ここで、当該ノイズシェーピング処理としては、当該制御信号Ｓcnに基づいて、アッテネート部２及び信号処理部３においてレベルが低減された処理信号Ｓpcを再量子化すること及び当該再量子化により削除された下位ビットを補正すると共に、当該補正により生じたいわゆる量子化雑音の増加分を、当該処理信号Ｓpcのサンプリング周波数（現在では２×ｆs）に対して（ｆs／２）の周波数より高い周波数帯域に移行させる処理が実行される。
【００８２】
より具体的に図１（ｂ）を用いて説明すると、ノイズシェーピング処理部４に入力された処理信号Ｓpcは、加算器６において、フィルタ１０からのフィルタ信号Ｓfの論理を反転した信号が加算され、加算信号Ｓdが生成される。
【００８３】
次に、加算信号Ｓdは加算器７において後述する方法によりディザ信号Ｓzが加算され、加算信号Ｓdzとして再量子化器８に出力される。そして、再量子化器８において再量子化され、上記ディジタル出力信号Ｓoutとして出力される。
【００８４】
一方、ディジタル出力信号Ｓoutは、加算器９にも出力され、当該加算器９において加算信号Ｓdの論理を反転した信号と加算され、加算信号Ｓadとして上記フィルタ１０に入力される。
【００８５】
その後、当該フィルタ１０により、制御部５からの制御信号Ｓcnに基づいて設定されるノイズシェーピング特性によりフィルタ処理が施され、上記フィルタ信号Ｓfとして加算器６に出力される。
【００８６】
ここで、ノイズシェーピング部４におけるノイズシェーピング処理について、より具体的に例示しつつ図２を用いて説明する。
【００８７】
なお、以下に示す例示は、ディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数がｆsであり（従って、ディジタル入力信号Ｓinとしての情報は、周波数（ｆs／２）以下の周波数帯域に存在していることとなる。これは、いわゆる標本化定理によるものである。）、当該ディジタル入力信号Ｓinに対して、信号処理部３において周波数ｆ1（＜ｆs／２）を中心として３デシベルのレベル増強処理を行い、且つ周波数ｆ2（＜ｆs／２）を中心として６デシベルのレベル低減処理を行う場合について示すものであり、この処理に対応してアッテネータ部２では、サンプリング信号Ｓovに対して全ての周波数帯域に渡って一様に３デシベルのレベル低減処理を行っている。
【００８８】
先ず、本例では、信号処理部３において、上述のように周波数ｆ1を中心として３デシベルのレベル増強処理を行うと共に周波数ｆ2を中心として６デシベルのレベル低減処理を行うので、その周波数−レベル特性は図２（ａ）に示すような変化を有する特性となる。
【００８９】
一方、信号処理部３におけるレベル増強処理に対応して、アッテネート部２ではサンプリング信号Ｓovに対して全ての周波数帯域で一様に３デシベルのレベル低減処理を行うので、その周波数−レベル特性は図２（ａ）に示すように一様な特性となる。
【００９０】
そして、制御部５は、上記信号処理部３における各処理に対応して、図２（ｂ）に示すようなノイズシェーピング特性をフィルタ１０に設定するように上記制御信号Ｓcnを生成する。
【００９１】
ここで、図２（ｂ）に示すノイズシェーピング特性としては、その原理から以下に示す三つの条件を具備する必要がある。
【００９２】
すなわち、
（ａ）「１−Ｈ（ｚ）」が最小位相推移特性であること。
【００９３】
（ｂ）「１−Ｈ（ｚ）」の対数パワースペクトル密度の平均が０であること。つまり、
【数１】
【００９４】
（ｃ）Ｍ個のタップを有するフィルタ１０の場合に以下の式が成立すること。
【００９５】
【数２】
そこで、図２（ｂ）に示すノイズシェーピング特性は上記の三つの要件を具備した上で以下に示すように設定される。
【００９７】
すなわち、０≦ｆ≦ｆs／２の周波数帯域については、
【数３】
Ｈ（ｚ）＝（信号処理部３の周波数−レベル特性）−（ディザ信号Ｓzの付加による雑音増加分の絶対値＋アッテネート部２において低減されたレベルの絶対値）
により図２（ｂ）に示すノイズシェーピング特性の曲線が設定される。ここで、図２（ｂ）に示す例では、ディザ信号Ｓzの加算により、雑音が１デシベル増加した場合について示している。
【００９８】
次に、ｆs／２＜ｆ≦ｆsの周波数帯域については、図２（ｂ）に右上がり斜線で示す領域Ａの面積と右下がり斜線で示す領域Ｂの面積とが等しくなるように、図２（ｂ）における特性曲線と周波数軸とが交差する点及び当該交差点の周波数以上で周波数ｆs以下の周波数帯域における最大値レベル（図２（ｂ）中符号Ｍで示すレベル）を設定する。
【００９９】
なお、図２（ｂ）に符号Ｂで示す領域については、この特性に拘泥するものではなく、上記領域Ａと当該領域Ｂとの面積が等しければ、領域Ｂのノイズシェーピング特性は上述した三つの条件（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）さえ満たされていれば、その他はどのような特性でもよい。
【０１００】
また、周波数ｆsより大きく周波数２×ｆs以下の周波数帯域におけるノイズシェーピング特性は、フィルタ１０を実数領域で構成する場合には、図２（ｂ）に示した周波数−レベル特性を周波数ｆsを示すレベル軸（｜１−Ｈ（ｚ）｜軸）に平行な直線を対称軸として線対称に折り返した形となる。
【０１０１】
そして、上述したようにアッテネート部２のレベル低減処理及び信号処理部３における信号処理に基づいて設定された当該図２（ｂ）で示す周波数−レベル特性によりノイズシェーピング部４においてノイズシェーピング処理を行うことにより、上述したノイズシェーピング処理としての機能、すなわち、アッテネート部２及び信号処理部３においてレベルが低減された処理信号Ｓpcを再量子化すること及び当該再量子化により削除された下位ビットを補正すると共に、当該補正により生じたいわゆる量子化雑音の増加分を、当該処理信号Ｓpcのサンプリング周波数に対して（ｆs／２）の周波数より高い周波数帯域に移行させる機能が発揮される。
【０１０２】
次に、加算器７におけるディザ信号Ｓzの加算方法について、図３を用いて説明する。
【０１０３】
図３に示すように、加算器７におけるディザ信号Ｓzとしては、例えば、図３（ａ）又は図３（ｂ）に示されるようなディザ信号Ｓzを与えるが、本発明においては、ディザの発生方法やその付加位置又はディザの種類などには一切限定はない。
【０１０４】
次に、上述した各構成部材の動作と並行して、制御部５は、図示しない操作部における操作に基づいて、信号処理部３におけるレベルの増強処理又は低減処理のための上記制御信号Ｓｒを生成すると共に、当該信号処理部３において実行すべき増強処理のレベルに対応して、当該レベルが信号処理部３の処理可能な最大レベルを超えないように上記アッテネート部２における低減処理のレベルを設定すべく上記制御信号Ｓcaを生成して当該アッテネート部２に出力する。
【０１０５】
さらに、制御部５は、操作部からの制御信号に基づいて、信号処理部３における増強処理及び低減処理のレベル並びにアッテネート部２に行わせる低減処理のレベルに対応して、図２（ｂ）で示した特性のノイズシェーピング処理をノイズシェーピング部４に実行させるべく、上記制御信号Ｓcnをフィルタ１０に出力する。
【０１０６】
これらの制御部５の動作により上記各構成部材が制御されることとなる。
【０１０７】
（II）第１実施形態
次に、上述した原理に基づく本発明の第１実施形態について、図４及び図５を用いて説明する。なお、以下に説明する第１実施形態は、二つのスピーカを備えた、いわゆる２ウエイのディジタルスピーカシステムについて本発明を適用した場合の実施の形態である。
【０１０８】
また、図４において、図１に示す場合と同様の構成部材については同様の部材番号を付して細部の説明を省略する。
【０１０９】
図４に示すように、第１実施形態のディジタルスピーカシステムＳは、上述した機能を有するオーバサンプリング部１及びアッテネート部２と、信号処理部３と、上述した機能を有するノイズシェーピング部４ａ及び４ｂと、Ｄ／Ａコンバータ３６及び４４と、ローパスフィルタ手段としてのローパスフィルタ３７及び４５と、アンプ３８及び４６と、スピーカ手段としてのスピーカ３９及び４７とにより構成されている。ここで、スピーカ４７が主として高域を再生し、スピーカ３９が主として中域及び低域を再生する。
【０１１０】
また、信号処理部３は、グラフィックイコライザ３１と、ローパスフィルタ３２と、ハイパスフィルタ４０と、インバータ３３及び４１と、第２アッテネート手段及び補正手段としてのアッテネータ３４及び４２と、ディレイ部３５及び４３と、上述した機能を有する制御部５と、により構成されている。なお、当該信号処理部３で処理可能なビット数の最大値としては、ディジタル入力信号Ｓinにおけるビット数（例えば２４ビット）に後述する各ノイズシェーピング部における再量子化処理に伴って削減されるビット数（例えば２ビット）を加えたビット数（例えば、２６ビット）以上のビット数のディジタル処理が可能とされている。
【０１１１】
更に、インバータ３３及び４１は、夫々、スイッチ３３ａ、３３ｃ、４１ａ及び４１ｃと反転器３３ｂ及び４１ｂとにより構成されている。
【０１１２】
ここで、ノイズシェーピング部４ａ及び４ｂは、夫々に図１（ｂ）に示したノイズシェーピング部４と同様の構成を有している。
【０１１３】
次に、動作を説明する。
【０１１４】
オーバサンプリング部１は、上述した原理と同様に、ディジタル入力信号Ｓinをそのサンプリング周波数ｆsの２倍のサンプリング周波数でオーバサンプリングしてサンプリング信号Ｓovを生成しアッテネート部２に出力する。
【０１１５】
そして、アッテネート部２は、制御部５からの制御信号Ｓcaに基づいて、信号処理部３においてブースト処理を行った結果、そのレベルが当該信号処理部３において処理可能な最大レベルを越えてしまわないようにサンプリング信号Ｓovのレベルを低減し、アッテネート信号Ｓatを生成して信号処理部３に出力する。このとき、当該レベル低減処理における周波数−レベル特性としては、例えば、図２（ａ）に示す全周波数帯域に渡って一様なレベル低減特性が採用される。
【０１１６】
次に、信号処理部３内のグラフィックイコライザ３１は、制御部５からの制御信号Ｓgerに基づいて、入力されたアッテネート信号Ｓatに対してそのレベルを増強又は減少する変換処理を行い、イコライザ信号Ｓgeを生成してローパスフィルタ３２及びハイパスフィルタ４０に出力する。このときの当該変換処理のための周波数−レベル特性は、例えば、図２（ａ）に「信号処理部」として示す特性が採用される。
【０１１７】
次に、ローパスフィルタ３２は、入力されたイコライザ信号Ｓgeからスピーカ３９により再生すべき低域及び中域の信号を抽出し、低域抽出信号Ｓlとしてインバータ３３に出力する。
【０１１８】
そして、インバータ３３は、スイッチ３３ａ及び３３ｃを協動的に動作させて低域抽出信号Ｓlを反転器３３ｂにより反転するか又はそのまま通過させて低域インバータ信号Ｓlcを生成し、アッテネータ３４に出力する。
【０１１９】
ここで、インバータ３３は、スピーカ３９の種類によっては当該スピーカ３９内の振動板を振動させる方向が同じ後述のディジタル出力信号Ｓoutに対して逆となる場合があるため、これを調整すべく必要に応じて低域抽出信号Ｓlを反転させるためのものである。
【０１２０】
次に、アッテネータ３４は、制御部５からの制御信号Ｓatlに基づいて、入力された低域インバータ信号Ｓlcのレベルを予め設定されたレベルだけ低減し、低域アッテネート信号Ｓalcを生成してディレイ部３５に出力する。
【０１２１】
ここで、アッテネータ３４は、スピーカ３９の種類によっては同じディジタル出力信号Ｓoutであっても出力される音圧レベルが異なる場合があるため、スピーカ４７から出力される音圧レベルとのバランスをとって再生音の歪みを是正すべく、必要に応じて低域インバータ信号Ｓlcのレベルを減衰させるためのものである。
【０１２２】
次に、ディレイ部３５は、スピーカ３９とスピーカ４７との間で夫々に出力される音の位相を合わせるべく低域アッテネート信号Ｓalcの位相を調整し、低域処理信号Ｓpclを生成してノイズシェーピング部４ａに出力する。
【０１２３】
そして、ノイズシェーピング部４ａは、制御部５からの制御信号Ｓcnlに基づいて、上記アッテネート部２、グラフィックイコライザ３１及びアッテネータ３４におけるレベルの増強処理及び低減処理に対応するノイズシェーピング特性で低域処理信号Ｓpclに対してノイズシェーピング処理を施し、低域ディジタル出力信号Ｓoutlを生成する。
【０１２４】
このとき、上記アッテネート部２及びグラフィックイコライザ３１におけるレベルの増強処理及び低減処理の周波数−レベル特性として図２（ａ）に示す特性が採用された場合には、当該ノイズシェーピング特性に対応する周波数−レベル特性としては、例えば、図２（ｂ）に示す周波数−レベル特性に対してアッテネータ３４におけるレベル低減処理の影響を図２に示した方法と同様の方法により加味した特性が採用される。
【０１２５】
このノイズシェーピング処理により、アッテネート部２及び信号処理部３においてレベルが低減された低域処理信号Ｓpclの再量子化により削除された下位ビットが補正されると共に、当該補正により生じたいわゆる量子化雑音の増加分が元のディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数ｆ sの二分の一の周波数より高い周波数帯域に移行される。
【０１２６】
そして、Ｄ／Ａコンバータ３６は低域ディジタル出力信号Ｓoutlをディジタル信号からアナログ信号に変換し、低域アナログ信号Ｓlaを生成してローパスフィルタ３７に出力する。
【０１２７】
次に、ローパスフィルタ３７は、当該低域アナログ信号Ｓlaのうち、周波数ｆs／２以上の周波数帯域の信号を低減し、アナログ出力信号Ｓoualを生成する。このローパスフィルタ３７の機能により、上述した各部の処理で生じた量子化雑音の大部分がノイズシェーピング部４ａの処理により移行されている周波数ｆs／２以上の周波数帯域の信号が低減され、従って、周波数ｆs／２以下の周波数帯域内の当該量子化雑音が実質的に低減されることとなる。
【０１２８】
そして、アンプ３８は、アナログ出力信号Ｓoualをスピーカ３９を駆動可能なレベルまで増幅し、当該スピーカ３９に出力してこれを駆動する。
【０１２９】
その後、スピーカ３９は、アナログ出力信号Ｓoualに対応する音を出力する。
【０１３０】
一方、ハイパスフィルタ４０は、入力されたイコライザ信号Ｓgeからスピーカ４７により再生すべき高域の信号を抽出し、高域抽出信号Ｓhとしてインバータ４１に出力する。
【０１３１】
そして、インバータ４１は、スイッチ４１ａ及び４１ｃを協動的に動作させて高域抽出信号Ｓhを反転器４１ｂにより反転するか又はそのまま通過させて高域インバータ信号Ｓhcを生成し、アッテネータ４２に出力する。
【０１３２】
ここで、インバータ４１は、上記インバータ３３と同様に、スピーカ４７の種類によっては当該スピーカ４７内の振動板を振動させる方向が同じ後述するディジタル出力信号Ｓouthに対して逆となる場合があるため、これを調整すべく必要に応じて高域抽出信号Ｓhを反転させるためのものである。
【０１３３】
次に、アッテネータ４２は、制御部５からの制御信号Ｓathに基づいて、入力された高域インバータ信号Ｓhcのレベルを予め設定されたレベルだけ低減し、高域アッテネート信号Ｓahcを生成してディレイ部４３に出力する。
【０１３４】
ここで、アッテネータ４２は、上記アッテネータ３４と同様に、スピーカ４７の種類によっては同じディジタル出力信号Ｓouthであっても出力される音圧レベルが異なる場合があるため、スピーカ３９から出力される音圧レベルとのバランスをとって再生音の歪みを是正すべく、必要に応じて高域インバータ信号Ｓhcのレベルを減衰させるためのものである。
【０１３５】
次に、ディレイ部４３は、スピーカ４７とスピーカ３９との間で夫々に出力される音の位相を合わせるべく高域アッテネート信号Ｓahcの位相を調整し、高域処理信号Ｓpchを生成してノイズシェーピング部４ｂに出力する。
【０１３６】
そして、ノイズシェーピング部４ｂは、制御部５からの制御信号Ｓcnhに基づいて、上記アッテネート部２、グラフィックイコライザ３１及びアッテネータ４２におけるレベルの増強処理及び低減処理に対応するノイズシェーピング特性で高域処理信号Ｓpchに対してノイズシェーピング処理を施し、高域ディジタル出力信号Ｓouthを生成する。
【０１３７】
このとき、上記アッテネート部２及びグラフィックイコライザ３１におけるレベルの増強処理及び低減処理の周波数−レベル特性として図２（ａ）に示す特性が採用された場合には、当該ノイズシェーピング特性に対応する周波数−レベル特性としては、例えば、図２（ｂ）に示す周波数−レベル特性に対してアッテネータ４２におけるレベル低減を図２に示した方法と同様の方法により加味した特性が採用される。
【０１３８】
このノイズシェーピング処理により、アッテネート部２及び信号処理部３においてレベルが低減された高域処理信号Ｓpchの再量子化により削除された下位ビットが補正されると共に、当該補正により生じたいわゆる量子化雑音の増加分が元のディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数ｆ sの二分の一の周波数より高い周波数帯域に移行される。
【０１３９】
そして、Ｄ／Ａコンバータ４４は高域ディジタル出力信号Ｓouthをディジタル信号からアナログ信号に変換し、高域アナログ信号Ｓhaを生成してローパスフィルタ４５に出力する。
【０１４０】
次に、ローパスフィルタ４５は、当該高域アナログ信号Ｓhaのうち、周波数ｆs／２以上の周波数帯域の信号を低減し、アナログ出力信号Ｓouahを生成する。このローパスフィルタ４５の機能により、上述した各部の処理により生じた量子化雑音の大部分がノイズシェーピング部４ｂの処理により移行されている周波数ｆs／２以上の周波数帯域の信号が低減され、従って、可聴周波数帯域内の当該量子化雑音が実質的に低減されたこととなる。
【０１４１】
そして、アンプ４６は、アナログ出力信号Ｓouahをスピーカ４７を駆動可能なレベルまで増幅し、当該スピーカ４７に出力してこれを駆動する。
【０１４２】
その後、スピーカ４７は、アナログ出力信号Ｓouahに対応する音を出力する。
【０１４３】
一方、上述した低域抽出信号Ｓl及び高域抽出信号Ｓhに対する各構成部材の処理と並行して、制御部５は、グラフィックイコライザ３１における増強処理のレベルに対応して、当該レベルが信号処理部３の処理可能な最大レベルを超えないように上記アッテネート部２における低減処理のレベルを設定すべく上記制御信号Ｓcaを生成して当該アッテネート部２に出力する。
【０１４４】
さらに、制御部５は、グラフィックイコライザ３１において実行すべき増強処理及び低減処理のレベルに対応する上記制御信号Ｓgerを図示しない操作部における操作に対応して生成すると共に、当該増強処理及び低減処理のレベル並びにアッテネート部２に行わせる低減処理並びにアッテネータ３４及び４２における低減処理のレベルに対応して、例えば、図２（ｂ）で示した特性に対応して上述した特性のノイズシェーピング処理をノイズシェーピング部４ａに実行させるべく上記制御信号Ｓcnlをノイズシェーピング部４ａ内のフィルタに出力すると共に、同様のノイズシェーピング処理をノイズシェーピング部４ｂに実行させるべく上記制御信号Ｓcnhをノイズシェーピング部４ｂ内のフィルタに出力する。
【０１４５】
更にまた、制御部５は、スピーカ３９及び４７における夫々の予め設定された音圧レベルのバランスに基づいて各アッテネータ３４及び４２におけるレベルの低減量を制御すべく上記制御信号Ｓatl及びＳathを出力する。
【０１４６】
以上説明したように、実施形態のディジタルスピーカシステムＳの動作によれば、ディジタル入力信号Ｓinのサンプリングレートを増加し、更に高域処理信号Ｓpch又は低域処理信号Ｓpclに対してアッテネート部２及びアッテネータ３４又は４２における低減処理の周波数−レベル特性及びグラフィックイコライザ３１におけるレベルの増強処理及び低減処理の周波数−レベル特性に対応したノイズシェーピング処理を施すので、サンプリング周波数ｆsの二分の一の周波数より低い周波数帯域の量子化雑音を相対的に低減できると共に、アッテネート部２及びアッテネータ３４又は４２における低減処理及びグラフィックイコライザ３１における低減処理後の高域処理信号Ｓpch又は低域処理信号Ｓpclを再量子化する際に脱落したビット成分を補償することができることとなり、元のディジタル入力信号Ｓinにおける量子化特性を劣化させること無くより当該ディジタル入力信号Ｓinに忠実な音を再生できる。
【０１４７】
また、ノイズシェーピング部４ａ又は４ｂではディザ信号Ｓzの加算により量子化雑音が白色雑音化できると共に当該ディザ信号Ｓzの加算により増加した雑音成分も除去できる。
【０１４８】
更に、ディジタル入力信号Ｓinにおけるビット数に各ノイズシェーピング部における再量子化処理に伴って削減されるビット数を加えたビット数より多いビット数のディジタル処理が信号処理部３で可能であるので、ディジタルスピーカシステムＳ全体としていわゆる桁落ちによる量子化雑音の増加を防止できる。
【０１４９】
なお、上述した構成のうち、ローパスフィルタ３２及びハイパスフィルタ４０については、この構成の他に、図５（ａ）に示すように、イコライザ信号Ｓgeをハイパスフィルタ４０におけるフィルタ処理により生じる遅延を補償するようにディレイ部６６で遅延させた信号から高域抽出信号Ｓhを減じた信号を上記低域抽出信号Ｓlとして出力するように構成することもできる。
【０１５０】
また、これに対して、図５（ｂ）に示すように、イコライザ信号Ｓgeをローパスフィルタ３２におけるフィルタ処理により生じる遅延を補償するようにディレイ部６８で遅延させた信号から低域抽出信号Ｓlを減じた信号を上記高域抽出信号Ｓhとして出力するように構成することもできる。
【０１５１】
（III）第２実施形態
次に、本発明の他の実施形態である第２実施形態について、図６を用いて説明する。
【０１５２】
上述した第１実施形態においては、スピーカを二つのみ備えた２ウエイのディジタルスピーカシステムＳについて本発明を適用した場合について説明したが、第２実施形態は更に多くのスピーカを有するディジタルスピーカシステムについての実施形態である。
【０１５３】
第２実施形態のディジタルスピーカシステムＳ’は、図６に示すように、上述したオーバサンプリング部１と、アッテネート部２と、グラフィックイコライザ３１と、ローパスフィルタ５０と、相互に通過周波数帯域が異なるバンドパスフィルタ５１、……、５２と、ハイパスフィルタ５３と、スピーカ処理部５４、５５、……、５６、５７と、上記ローパスフィルタ５０、バンドパスフィルタ５１、……、５２及びハイパスフィルタ５３に対応して、相互に再生する音の周波数帯域が異なるスピーカ５８、５９、……、６０及び６１と、各スピーカ処理部５４、５５、……、５６、５７並びにアッテネート部２及びグラフィックイコライザ３１を統括的に制御する制御部６２と、により構成されている。
【０１５４】
ここで、スピーカ処理部５４、５５、……、５６、５７は、夫々に第１実施形態で述べた、インバータ（例えば、インバータ３３に相当する。）、アッテネータ（例えば、アッテネータ３４に相当する。）、ディレイ部（例えば、ディレイ部３５に相当する。）、ノイズシェーピング部（例えば、ノイズシェーピング部４ａに相当する。）、Ｄ／Ａコンバータ（例えば、Ｄ／Ａコンバータ３６に相当する。）、ローパスフィルタ（例えば、ローパスフィルタ３７に相当する。）及びアンプ（例えば、アンプ３８に相当する。）が含まれている。
【０１５５】
次に、動作を説明する。
【０１５６】
オーバサンプリング部１、アッテネート部２及びグラフィックイコライザ３１は、上述した第１実施形態と同様の動作を行い、イコライザ信号Ｓgeを出力する。
【０１５７】
そして、ローパスフィルタ５０、バンドパスフィルタ５１、……、５２及びハイパスフィルタ５３は、イコライザ信号Ｓgeから夫々の通過周波数帯域に対応する信号を抽出し、夫々スピーカ処理部５４、５５、……、５６又は５７に出力する。
【０１５８】
そして、各スピーカ処理部５４、５５、……、５６及び５７に含まれる各構成部材は、上述した第１実施形態と同様な処理を行い、各スピーカ５８、５９、……、６０及び６１を駆動するためのアナログ出力信号を生成する。
【０１５９】
このとき、制御部６２は、アッテネート部２及びグラフィックイコライザ３１並びに各アッテネータにおいて実行されるレベル変更処理に対応して上記制御信号Ｓca及びＳgerを出力すると共に、各スピーカ処理部５４、５５、…、５６及び５７内の各ノイズシェーピング部におけるノイズシェーピング特性を設定するための制御信号Ｓcnを各スピーカ処理部５４、５５、…、５６及び５７に出力する。
【０１６０】
これにより、上記出力された各アナログ出力信号には、各ノイズシェーピング部による本発明のノイズシェーピング処理が施されている。
【０１６１】
すなわち、各アナログ出力信号においては、アッテネート部２及びグラフィックイコライザ３１並びに各アッテネータにおいてレベルが低減された各信号の再量子化により削除された下位ビットが補正されると共に、当該補正により生じたいわゆる量子化雑音の増加分が元のディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数に対して（ｆs／２）の周波数より高い周波数帯域に移行されている。
【０１６２】
そして、スピーカ５８、５９、……、６０及び６１は、夫々対応するアナログ出力信号に基づいて、対応する周波数帯域の音を再生する。
【０１６３】
以上説明したように、第２実施形態のディジタルスピーカシステムＳ’によれば、第１実施形態の効果に加えて、複数のスピーカ５８、５９、……、６０及び６１を有するスピーカシステムＳ’であっても、量子化特性を改善すると共に各スピーカ５８、５９、……、６０及び６１の出力特性の相違による再生音の歪みを低減して良好な音を出力することができる。
【０１６４】
（IV）第３実施形態
次に、本発明の更に他の実施形態である第３実施形態について、図７を用いて説明する。
【０１６５】
上述した第１又は第２実施形態においては、グラフィックイコライザ３１において、アッテネート信号Ｓatのレベルの低減処理だけでなくレベルの増強処理をも行った場合について説明したが、第３実施形態は、グラフィックイコライザ３１或いはアッテネータ３４又は４２においてアッテネート信号Ｓat或いは低域インバータ信号Ｓlc又は高域インバータ信号Ｓhcのレベル低減処理のみを行うディジタルスピーカシステムについて本発明を適用した場合の実施形態である。
【０１６６】
第３実施形態のディジタルスピーカシステムの構成は、図４に示すディジタルスピーカシステムＳと基本的に同じであるので、細部の説明は省略する。
【０１６７】
次に、第３実施形態の特徴であるノイズシェーピング部におけるノイズシェーピング特性の設定について図７を用いて説明する。
【０１６８】
第３実施形態のディジタルスピーカシステムのグラフィックイコライザ３１においては、上述のようにレベルの低減処理しか行われないので、当該グラフィックイコライザ３１自体の処理により扱われる信号のレベルが当該グラフィックイコライザ３１で扱えるレベルの最大値を越えることはあり得えない。従って、第３実施形態においては、アッテネータ部２におけるレベルの低減処理は必要がない。
【０１６９】
よって、第３実施形態のノイズシェーピング処理では、信号処理部３及び各アッテネータでレベルが低減された各信号の再量子化により削除された下位ビットの補正処理及び当該補正により生じたいわゆる量子化雑音の増加分をサンプリング周波数の二分の一の周波数より高い周波数帯域に移行させる処理が実行される。
【０１７０】
すなわち、ディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数がｆsであり、当該ディジタル入力信号Ｓinに対して、信号処理部３において周波数ｆ2（＜ｆs／２）を中心として６デシベルのレベル低減処理（すなわち、グラフィックイコライザ３１とアッテネータ３４又は４２の組み合わせによる低減処理）を行う場合について図７を用いて例示しつつより具体的に説明すると、本例では、信号処理部３において、上述のように周波数ｆ2を中心とした６デシベルのレベル低減処理のみを行うので、その周波数−レベル特性は図７（ａ）に示すような変化を有する特性となる。
【０１７１】
一方、信号処理部３におけるレベル低減処理に対しては、アッテネート部２におけるレベル低減処理は不要なので、アッテネート部２の周波数−レベル特性は図７（ａ）に示すように一様な０デシベルの特性となる。
【０１７２】
従って、第３実施形態におけるノイズシェーピング特性は、第１実施形態で示した三つの条件に基づいて、図７（ｂ）に示すように設定されるものとなる。
【０１７３】
すなわち、０≦ｆ≦ｆs／２の周波数帯域については、
【数４】
Ｈ（ｚ）＝（信号処理部３の周波数−レベル特性）−（ディザ信号Ｓzの付加による雑音増加分の絶対値＋各アッテネータにおいて低減されたレベルの絶対値）
により図７（ｂ）に示すノイズシェーピング特性の曲線が設定される。ここで、図７（ｂ）に示す例では、ディザ信号Ｓzの加算により、雑音が１デシベル増加した場合について示している。
【０１７４】
次に、ｆs／２＜ｆ≦ｆsの周波数帯域については、図７（ｂ）に右上がり斜線で示す領域Ａの面積と同様に右下がり斜線で示す領域Ｂの面積とが等しくなるように、図７（ｂ）における特性曲線と周波数軸とが交差する点及び当該交差点の周波数以上で周波数ｆs以下の周波数帯域における最大値レベル（図７（ｂ）中符号Ｍで示すレベル）を設定する。
【０１７５】
なお、第１実施形態と同様に、図７（ｂ）に符号Ｂで示す領域については、この特性に拘泥するものではなく、上記領域Ａと当該領域Ｂとの面積が等しければ領域Ｂのノイズシェーピング特性は、上述した三つの条件（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）さえ満たされていれば、その他はどのような特性でもよい。
【０１７６】
また、周波数ｆsより大きく周波数２×ｆs以下の周波数帯域におけるノイズシェーピング特性は、第１実施形態と同様に、図７（ｂ）に示した周波数−レベル特性を周波数ｆsを示すレベル軸に平行な直線を対称軸として線対称に折り返した形となる。
【０１７７】
そして、上述したように信号処理部３におけるレベル低減処理に基づいて設定された当該図７（ｂ）で示す周波数−レベル特性によりノイズシェーピング部においてノイズシェーピング処理を行うことにより、上述したノイズシェーピング処理としての機能が発揮される。
【０１７８】
以上説明したように、第３実施形態のディジタルスピーカシステムの動作によれば、ディジタル入力信号Ｓinのサンプリングレートを増加し、更に信号処理部３におけるレベル低減処理の周波数−レベル特性に対応したノイズシェーピング処理を施すので、各再量子化処理により脱落したビット成分を補償することができると共に、サンプリング周波数の二分の一の周波数より低い周波数帯域の量子化雑音を相対的に低減できる。
【０１７９】
（Ｖ）変形形態
次に、本発明の他の変形形態について説明する。
【０１８０】
先ず、上述した各実施形態においては、グラフィックイコライザ３１におけるレベルの変更を可変とした場合について説明したが、これ以外に、当該グラフィックイコライザにおけるレベルの変更を予め設定された場合のみに固定したディジタルスピーカシステムに対して本発明を適用することもできる。
【０１８１】
この場合には、アッテネート部２におけるレベル低減の程度もグラフィックイコライザ３１におけるレベル変更の程度に対応して一通りに固定的に決まるので、結果として、ノイズシェーピング部におけるノイズシェーピング特性も可変とする必要はなく、上記各実施形態における制御部が不要となる。
【０１８２】
そして、この場合にも、固定的とされているグラフィックイコライザ３１におおける周波数−レベル特性及びアッテネート部２における周波数−レベル特性に対応して上述した方法で当該ノイズシェーピング特性を固定的に決定することにより、本発明としての効果、すなわち、ディジタル入力信号Ｓinにおける量子化精度を落とすことなく量子化雑音を低減して量子化特性を改善し、よりディジタル入力信号Ｓinに近い音を再生することができる。
【０１８３】
また、上述の各実施形態においては、最初にオーバサンプリング部１におけるサンプリングレートの増加を行ったが、これ以外に、当該オーバサンプリング部１の位置は、ノイズシェーピング部４ａ又は４ｂの前段であれば、いずれの位置に接続してもよい。
【０１８４】
更に、信号処理部３が、例えば浮動小数点型ＤＳＰ等で構成されていることによってディジタル値としての「１．０」以上のレベルを有する信号を扱うことができるのであれば、アッテネート部２を上記各実施形態と異なるいずれの位置に接続してもよい。
【０１８５】
より具体的には、例えば、ディジタル出力信号Ｓoutのレベルがディジタル値としての「１．０」を越えないように、信号処理部部３とノイズシェーピング部４の間にアッテネート部２を設けてもよい。
【０１８６】
更に、上述した各実施形態及び変形形態では、オーバサンプリング処理のためのサンプリング周波数として、元のディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数の２倍のサンプリング周波数を用いたが、これ以外に、ディジタル入力信号Ｓinのサンプリング周波数をそのＮ倍（Ｎは１より大きい実数）に変換した場合でも、各実施形態及び変形形態と同様の効果が得られる。
【０１８７】
更にまた、上述した各実施形態及び変形形態は、本発明を音響信号としてのディジタル入力信号Ｓinに対して適用した場合の実施形態及び変形形態について説明したが、これ以外に、例えば、画像信号に対しても本発明をそのまま適用して、そのレベルの増減を伴う処理を行っても、量子化精度を維持しつつ量子化雑音を低減することができる。
【０１８８】
また、これまで説明してきたノイズシェーピング特性は、信号処理部３又はアッテネート部２の特性の変化に基づいて設定されていたが、これ以外に、例えば信号処理部３のレベル変更特性の下限値又はアッテネータ部２のレベル変更特性の下限値が予め定まっていれば、その値に基づいて固定的にノイズシェーピング特性を決定することもできる。
【０１８９】
更に、上述した信号処理部３及びアッテネート部２における信号処理は各サンプル毎に実行されるが、これらの処理を実時間で実行するとき、サンプリング周波数の変更前では一サンプルの時間はサンプリング周波数変更後に比して長くなる。
【０１９０】
従って、オーバサンプリング部１を信号処理部３又はアッテネート部２の後段に置くことにより、信号処理の実行に使用できる時間が長くなる。これにより、同じ能力の信号処理部３を使用する場合、サンプリング周波数の変更前にレベル変更等のこれらの処理を行えば、サンプリング周波数変更後にこれらの処理を行う場合よりも多くの処理を実行することができる。
【０１９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本願によれば、レベルが低減された処理信号の量子化により脱落したビット成分を補償することができると共に、入力サンプリング周波数の二分の一の周波数より低い周波数帯域の量子化雑音を相対的に低減できるので、元のディジタル信号における量子化の精度を維持したまま信号処理を施すと共に、量子化雑音を低減して出力することができ、元のディジタル信号により近いディジタル信号を得ることができる。
【０１９２】
また、ディザの加算により量子化雑音を白色雑音化できると共に当該ディザの加算により増加した雑音成分も除去できる。
【０１９３】
また更に、ディジタル入力信号におけるビット数に各量子化に伴って削減されるビット数を加えたビット数より多いビット数のディジタル処理が可能であるので、ディジタル信号処理装置全体としていわゆる桁落ちによる量子化雑音の増加を防止できる。
【０１９４】
更に、複数のスピーカ手段を有するスピーカシステムであっても、量子化特性を改善すると共に各スピーカ手段の出力特性を補正することができるので、元のディジタル信号における量子化の精度を維持したままスピーカの出力特性を補正することができると共に、量子化雑音を低減してディジタル信号を出力することができ、元のディジタル入力信号により近い音をスピーカ手段から出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示す概要構成ブロック図であり、（ａ）は全体構成のブロック図であり、（ｂ）はノイズシェーピング部の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のノイズシェーピング特性を説明する図であり、（ａ）は信号処理部とアッテネート部の周波数−レベル特性の例を示す図であり、（ｂ）はノイズシェーピング特性の例を示す図である。
【図３】ディザの加算を示す図であり、（ａ）はディザ加算の第１の方法を示す図であり、（ｂ）はディザ加算の第２の方法を示す図である。
【図４】第１実施形態のディジタルスピーカシステムの概要構成を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態のフィルタ部の構成を示すブロック図であり、（ａ）は他の構成例を示すブロック図（Ｉ）であり、（ｂ）は他の構成例を示すブロック図（II）である。
【図６】第２実施形態のディジタルスピーカシステムの概要構成を示すブロック図である。
【図７】第３実施形態におけるノイズシェーピング特性を示す図であり、（ａ）は信号処理部とアッテネート部の周波数−レベル特性の例を示す図であり、（ｂ）はノイズシェーピング特性の例を示す図である。
【符号の説明】
１…オーバサンプリング部
２…アッテネート部
３…信号処理部
４、４ａ、４ｂ…ノイズシェーピング部
５…制御部
６、７、９、６５、６７…加算器
８…再量子化器
１０…フィルタ
３１…グラフィックイコライザ
３２、３７、４５、５０…ローパスフィルタ
３３、４１…インバータ
３３ａ、３３ｃ、４１ａ、４１ｃ…スイッチ
３３ｂ、４１ｂ…反転器
３４、４２…アッテネータ
３５、４３、６６、６８…ディレイ部
３６、４４…Ｄ／Ａコンバータ
３８、４６…アンプ
３９、４７、５８、５９、６０、６１…スピーカ
４０、５３…ハイパスフィルタ
５１、５２…バンドパスフィルタ
５４、５５、５６、５７…スピーカ処理部
Ｓ、Ｓ’…ディジタルスピーカシステム
Ｄ…データ
Ｚ…ディザ
Ｓin…ディジタル入力信号
Ｓov…サンプリング信号
Ｓat…アッテネート信号
Ｓpc…処理信号
Ｓout…ディジタル出力信号
Ｓca、Ｓcn、Ｓcnl、Ｓcnh、Ｓr、Ｓger、Ｓatl、Ｓath…制御信号
Ｓd、Ｓdz、Ｓad…加算信号
Ｓz…ディザ信号
Ｓf…フィルタ信号
Ｓge…イコライザ信号
Ｓl…低域抽出信号
Ｓlc…低域インバータ信号
Ｓalc…低域アッテネート信号
Ｓpcl…低域処理信号
Ｓoutl…低域ディジタル出力信号
Ｓla…低域アナログ信号
Ｓoual、Ｓouah…アナログ出力信号
Ｓout…ディジタル出力信号
Ｓh…高域抽出信号
Ｓhc…高域インバータ信号
Ｓahc…高域アッテネート信号
Ｓpch…高域処理信号
Ｓouth…高域ディジタル出力信号
Ｓha…高域アナログ信号
Claims (14)
- 所定の入力サンプリング周波数でサンプリングされたディジタル信号を、当該入力サンプリング周波数のＮ倍（Ｎは１より大きい実数）のサンプリング周波数にてオーバサンプリングするサンプリングレート変換手段と、
前記ディジタル信号に対して、少なくとも予め設定された特定周波数帯域のレベルを低減する低減処理を含む所定の信号処理を施す信号処理手段と、
設定信号により示されるノイズシェーピング特性に基づいて、少なくとも前記サンプリングレート変換手段によってオーバサンプリングされ、前記信号処理手段によって信号処理を施された前記ディジタル信号を量子化し、量子化された当該ディジタル信号に対してノイズシェーピング処理を施すノイズシェーピング手段と、
前記信号処理の周波数−レベル特性に対応して、前記ディジタル信号を量子化する際に生じる量子化特性の劣化を補正し、当該量子化特性の補正により生じる量子化雑音の増加分を前記入力サンプリング周波数の二分の一の周波数よりも高い周波数帯域に移行させるように前記ノイズシェーピング特性を設定し、前記設定信号を生成する設定手段と、
を備えることを特徴とするディジタル信号処理装置。 - 前記信号処理手段は、少なくとも前記サンプリングレート変換手段によってオーバサンプリングされた前記ディジタル信号に対して、前記信号処理を施すことを特徴とする請求項１に記載のディジタル信号処理装置。
- 前記サンプリングレート変換手段は、少なくとも前記信号処理手段によって前記信号処理が施された前記ディジタル信号をオーバサンプリングすることを特徴とする請求項１に記載のディジタル信号処理装置。
- 前記ディジタル信号処理装置は、
前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のディジタル信号処理装置。 - 前記ディジタル信号処理装置は、
前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を更に備え、
前記サンプリングレート変換手段は、少なくとも前記アッテネート手段によってレベルの低減された前記ディジタル信号をオーバサンプリングすることを特徴とする請求項２に記載のディジタル信号処理装置。 - 前記ディジタル信号処理装置は、
前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を更に備え、
前記アッテネート手段は、少なくとも前記サンプリングレート変換手段によってオーバサンプリングされた前記ディジタル信号のレベルを低減して、前記信号処理手段に出力することを特徴とする請求項２に記載のディジタル信号処理装置。 - 前記ディジタル信号処理装置は、
前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を更に備え、
前記信号処理手段は、少なくとも前記アッテネート手段によってレベルの低減された前記ディジタル信号に対して前記信号処理を施すことを特徴とする請求項３に記載のディジタル信号処理装置。 - 前記ディジタル信号処理装置は、
前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を更に備え、
前記アッテネート手段は、少なくとも前記信号処理手段によって前記信号処理の施された前記ディジタル信号のレベルを低減して、前記サンプリングレート変換手段に出力することを特徴とする請求項３に記載のディジタル信号処理装置。 - 前記ディジタル信号処理装置は、
前記ディジタル信号のレベルが予め設定されたレベルより高くなることを防止するため、前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段を更に備え、
前記アッテネート手段は、少なくとも前記サンプリングレート変換手段によってオーバサンプリングされ、前記信号処理手段によって前記信号処理を施された前記ディジタル信号のレベルを低減して前記ノイズシェーピング手段に出力することを特徴とする請求項２または３に記載のディジタル信号処理装置。 - 前記信号処理手段は、
前記ディジタル信号に対して、
（ａ）予め設定された第１特定周波数帯域のレベルを増強する増強処理、
（ｂ）当該ディジタル信号における前記第１特定周波数帯域と異なる予め設定された第２特定周波数帯域のレベルを低減する低減処理、
の少なくともいずれか一方を含む前記信号処理を施すことを特徴とする請求項４乃至請求項９の何れか一項に記載のディジタル信号処理装置。 - 前記ノイズシェーピング手段は、前記ディジタル信号に対して予め設定されたディザ信号を加算するディザ加算手段を更に備え、
前記設定手段は、当該ディザ信号の加算により増加した雑音成分をも補償するように前記ノイズシェーピング特性を設定することを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載のディジタル信号処理装置。 - 所定の入力サンプリング周波数でサンプリングされたディジタル信号を、当該入力サンプリング周波数のＮ倍（Ｎは１より大きい実数）のサンプリング周波数にてオーバサンプリングするサンプリングレート変換手段と、
前記ディジタル信号に対して、
（ａ）少なくとも予め設定された特定周波数帯域のレベルを低減する低減処理、
（ｂ）前記特定周波数帯域のレベルを増強する増強処理、
の少なくともいずれか一方を含む所定の信号処理を施す信号処理手段と、
前記信号処理手段による前記ディジタル信号に対する前記信号処理を施す際に、当該ディジタル信号のレベルが処理可能なレベルより高くなることを防止するため、当該信号処理に対応して前記ディジタル信号のレベルを低減するアッテネート手段と、
予め設定されたノイズシェーピング特性に基づいて、少なくとも前記サンプリングレート変換手段によってオーバサンプリングされ、前記信号処理手段によって信号処理を施された前記ディジタル信号を量子化し、量子化された当該ディジタル信号に対してノイズシェーピング処理を施すノイズシェーピング手段と、
前記信号処理の周波数−レベル特性に対応して、前記ディジタル信号を量子化する際に生じる量子化特性の劣化を補正し、当該量子化特性の補正により生じる量子化雑音の増加分を前記入力サンプリング周波数の二分の一の周波数よりも高い周波数帯域に移行させるように前記ノイズシェーピング特性を設定する設定手段と、
を備えるディジタル信号処理装置と、
前記ディジタル信号に対応する音を出力する複数のスピーカ手段と、
前記スピーカ手段毎に設けられ、前記ディジタル信号に対して当該スピーカ手段における出力特性を補正するための前記補正処理を施す複数の補正手段と、
を備えることを特徴とするスピーカシステム。 - 前記スピーカシステムは、前記スピーカ手段毎に設けられる複数の前記ノイズシェーピング手段を備え、
当該複数のノイズシェーピング手段は、前記スピーカ手段毎に設けられた前記補正手段のそれぞれによって施される前記補正処理に起因する量子化特性の劣化を個々に補正することを特徴とする請求項１２に記載のスピーカシステム。 - 前記複数の補正手段は、各前記スピーカ手段間における出力特性の相違を、個々に補償することを特徴とする請求項１２または１３に記載のスピーカシステム。
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