JP4176938B2 - 遅延時間設定方式 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のスピーカのそれぞれから異なる周波数のオーディオ音を出力するオーディオシステムにおける遅延時間設定方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オーディオシステムに用いられるスピーカは、可聴帯域のオーディオ音を均一に出力できることが好ましいが、実際には１つのスピーカで全周波数帯域の音声を出力することは困難であり、通常は周波数特性が異なる２つあるいは３つのスピーカが組み合わされて使用される。例えば、２つのスピーカを用いた場合には、高域用のスピーカと低域用のスピーカが組み合わされる。
【０００３】
ところで、これらの２つあるいは３つのスピーカのそれぞれからは、周波数帯域が異なるオーディオ信号に対応した音波が別々に放射されるが、聴取者が違和感なく音楽を聴取するためには、聴取点における音波の到達時間を一致させる必要がある。特に、車載用のオーディオシステムでは、スピーカを設置するスペースの確保が容易ではないため、周波数特性が異なる複数のスピーカを同一場所に設置することが困難な場合も多く、それぞれのスピーカを別々の場所に設置することがある。このような場合に、各スピーカから聴取点までの距離が異なると、各スピーカから放射された音波が聴取点に到達するまでの時間がずれてしまい、再生音にひずみが生じるため、各スピーカの前段に遅延器を挿入して各周波数成分の音波の到達時間を一致させる調整を行っていた。
【０００４】
各周波数成分の音波の到達時間を一致させるための従来技術としては、特開平１１−２６２０８１号公報に開示されている遅延時間設定方式が知られている。特開平１１−２６２０８１号公報に開示された遅延時間設定方式では、音響空間内に設置された複数のスピーカに対して所定の遅延時間測定用信号を入力し、スピーカから放射される音波が、聴取位置に設置されたマイクロホンに到達するまでの平均的な遅延時間を測定し、この平均的な遅延時間が各スピーカ間でほぼ一致するようにして各スピーカの前段に挿入された遅延器の遅延時間を設定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開平１１−２６２０８１号公報に開示された従来の遅延時間設定方式によって設定される遅延時間は、必ずしも最適な値であるとはいえなかった。その理由を以下に具体的に説明する。図１０は、従来の遅延時間設定方式における遅延時間の設定方法を説明する図である。図１０（Ａ）は、各スピーカから放射される音波の音圧レベルの周波数特性を示しており、図１０（Ｂ）は、各スピーカから放射される音波の群遅延時間特性を示している。上述した従来の遅延時間設定方式によれば、図１０（Ｂ）に示すように、高域用スピーカに対応する遅延時間の平均値と低域用スピーカに対応する遅延時間の平均値とが一致するようにそれぞれの遅延時間が設定される。したがって、図１０（Ａ）に示すように、高域用スピーカに対応する音圧レベル特性曲線と低域用スピーカに対応する音圧レベル特性曲線とが交差する位置Ｐ0 の周波数ｆ0 に注目し、この周波数ｆ0 における群遅延時間特性を見ると、低音用スピーカに対応する遅延時間ｔ0 と高音用スピーカに対応する遅延時間ｔ0′ とが一致せずに、この周波数ｆ0 近傍の音波が低音用スピーカと高音用スピーカのそれぞれから放射されたときに、同じ周波数の音波でありながら聴取位置における到達タイミングがずれることになり、聴感上の違和感が生じ、音質の悪化を招くという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数のスピーカが用いられている場合に、聴取位置における音質を向上させることができる遅延時間設定方式を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の遅延時間設定方式では、聴取位置に集音手段が設置されており、音響空間内に設置された複数のスピーカのそれぞれの前段に遅延時間が設定可能な複数の遅延手段が接続されている。また、測定用信号生成手段によって生成された所定の遅延時間測定用信号を帯域分割手段によって複数の周波数帯域に分割して複数のスピーカのそれぞれに入力し、この結果得られる複数の周波数の音波を切り替え手段により複数のスピーカのそれぞれから選択的に出力している。そして、集音手段から出力される複数の周波数帯域の信号を遅延時間算出・設定手段によって解析することにより、複数のスピーカのそれぞれから放射される音波に含まれる周波数の重複部分が集音手段に到達するタイミングをほぼ一致させるように上述した複数の遅延手段のそれぞれの遅延時間を設定している。複数のスピーカのそれぞれから放射される音波に含まれる周波数の重複部分が集音手段に到達するタイミングをほぼ一致させるように遅延手段の遅延時間が設定されるので、同じ周波数の音波でありながら聴取位置に到達するタイミングがずれることによって聴感上の違和感が生じることを防ぐことができ、聴取位置における音質を向上させることができる。
【０００８】
また、上述した遅延時間算出・設定手段は、集音手段から出力される信号について、周波数毎の信号レベルを解析することにより、複数のスピーカから出力される音波のそれぞれに対応する信号レベルがほぼ一致する特定周波数を算出する特定周波数算出手段と、この特定周波数算出手段によって算出された特定周波数の信号成分について、測定用信号生成手段から遅延時間測定用信号が出力されてから複数のスピーカのそれぞれから対応する音波が放射されて集音手段に到達するまでの時間差を算出し、この時間差がなくなるように複数の遅延手段のそれぞれの遅延時間を設定する遅延時間設定手段とを備えていることが望ましい。複数のスピーカから出力される音波のそれぞれに対応する信号レベルがほぼ一致する特定周波数を算出し、この特定周波数の信号成分に着目して、複数のスピーカのそれぞれから対応する音波が放射されて集音手段に到達するまでの時間差がなくなるように遅延時間を設定しているので、複数のスピーカのそれぞれから放射される音波に含まれる周波数の重複部分が集音手段に到達するタイミングを確実に一致させることができる。
【０００９】
また、遅延時間測定用信号としてタイムストレッチドパルスを用いるとともに、遅延時間算出・設定手段によって、集音手段の出力信号に、タイムストレッチドパルスを時間軸上で反転した信号を畳み込み演算し、この畳み込み演算結果に対してフーリエ変換処理を行うことにより、各周波数成分に対応する信号レベル特性と群遅延時間特性を求めることが望ましい。このような畳み込み演算を行うことによりインパルス応答を求めることができ、このインパルス応答に基づいて各周波数成分に対応する信号レベル特性と群遅延時間特性を求めることができる。また、タイムストレッチドパルスは、所定の時間幅を有し、周波数成分が時間軸上で分散された信号であり、突発的なノイズによる影響を受けにくい利点がある。また、タイムストレッチドパルスを用いることにより、スピーカの駆動力が分散されるため、過大なインパルスを用いて遅延時間を測定する場合のようにスピーカを破損するおそれもない。
【００１０】
また、遅延時間測定用信号としてホワイトノイズ信号を用いるようにしてもよい。この場合には、遅延時間算出・設定手段は、測定用信号生成手段から出力される遅延時間測定用信号と集音手段の出力信号とが入力されて、これら２つの信号の誤差信号のパワーが最小となるように適応等化処理を行う適応フィルタを備え、この適応フィルタのフィルタ係数に対してフーリエ変換処理を行うことにより、各周波数成分に対応する信号レベル特性と群遅延時間特性を求めることが望ましい。適応フィルタのフィルタ係数は、集音手段によって検出されるインパルス応答を再現しているため、このフィルタ係数に基づいて各周波数成分に対応する信号レベル特性と群遅延時間特性を求めることができる。また、ホワイトノイズ信号には低域から高域までの周波数成分が含まれており、周波数特性が異なる数種類のスピーカを組み合わせて用いる場合に、それぞれのスピーカから遅延時間測定用信号に対応した音波を放射することができ、確実に遅延時間の算出を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の遅延時間設定方式を適用した一実施形態のオーディオシステムについて、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明を適用した一実施形態のオーディオシステムの構成を示す図である。同図に示す車載用のオーディオシステムは、チューナやＣＤプレーヤ等のオーディオ装置１００と、オーディオ装置１００から出力されるオーディオ信号が入力される２つの遅延器１０、１４と、これらの遅延器の後段等に接続される３つのスイッチ２０、２４、２６と、入力されるオーディオ信号の中から低域成分のみを通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０と、高域成分のみを通過させるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３４と、周波数特性が異なる２つのスピーカ４０、４４と、オーディオ音の聴取位置に設定されたマイクロホン４６と、遅延時間測定用の所定の信号を発生する遅延時間測定用音源５０と、マイクロホン４６の出力信号に基づいて、スピーカ４０、４４のそれぞれから出力された音波の遅延時間を算出するとともに遅延器１０、１４のそれぞれの遅延時間の設定を行う遅延時間算出・設定部５２とを含んで構成されている。
【００１３】
遅延器１０、１４は、それぞれの遅延時間が任意に設定可能であり、各遅延時間が遅延時間算出・設定部５２によって設定される。遅延器１０から出力されるオーディオ信号は、スイッチ２０を介してローパスフィルタ３０に入力され、その後段に接続された低音用のスピーカ４０から低域成分の音波が車室内音響空間に放射される。同様に、遅延器１４から出力されるオーディオ信号は、スイッチ２４を介してハイパスフィルタ３４に入力され、その後段に接続された高音用のスピーカ４４から高域成分の音波が車室内音響空間に放射される。
【００１４】
マイクロホン４６は、スピーカ４０、４４のそれぞれから放射された音波を検出する。遅延時間算出・設定部５２は、遅延時間測定用音源５０から遅延時間測定用の所定の信号が出力され、この信号に対応する音波がマイクロホン４６で検出されると、この検出信号に基づいて各遅延器１０、１４に遅延時間を設定する。遅延時間算出・設定部５２による遅延時間の設定動作の詳細については後述する。
【００１５】
上述したスピーカ４０、４４が複数のスピーカに、マイクロホン４６が集音手段に、遅延器１０、１４が複数の遅延手段に、遅延時間測定用音源５０が測定用信号生成手段に、スイッチ２６が切り替え手段に、遅延時間算出・設定部５２が遅延時間算出・設定手段にそれぞれ対応している。
【００１６】
本実施形態のオーディオシステムはこのような構成を有しており、次に、遅延時間算出・設定部５２が各遅延器１０、１４に遅延時間を設定する際の動作を説明する。
【００１７】
まず、スイッチ２０、２４を切り替えて、各フィルタ３０、３４の接続状態を各遅延器１０、１４側から遅延時間測定用音源５０側に変更する。そして、スイッチ２６を切り替えて、遅延時間測定用音源５０から出力される所定の信号がローパスフィルタ３０に入力されるようにする。これらの各スイッチの切り替え動作は、遅延時間算出・設定部５２あるいは図示しない制御部による切り替え指示に応じて行われる。
【００１８】
このような各スイッチの接続状態において、遅延時間測定用音源５０から遅延時間測定用の所定の信号が出力され、対応する音波がスピーカ４０から車室内音響空間に放射される。遅延時間算出・設定部５２は、遅延時間測定用音源５０から所定の信号が出力されて、マイクロホン４６から対応する検出信号が出力されると、この検出信号に基づいて音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性（遅延時間の周波数特性）を求める。
【００１９】
次に、スイッチ２６が切り替えられ、遅延時間測定用音源５０から出力される所定の信号がハイパスフィルタ３４に入力される状態に変更される。この状態において、遅延時間測定用音源５０から遅延時間測定用の所定の信号が出力され、対応する音波がスピーカ４４から車室内音響空間に放射される。遅延時間算出・設定部５２は、遅延時間測定用音源５０から所定の信号が出力されて、マイクロホン４６から対応する検出信号が出力されると、この検出信号に基づいて音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性を求める。
【００２０】
図２は、遅延時間算出・設定部５２によって求められる音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性の一例を示す図である。図２（Ａ）は、音圧レベルの周波数特性を示しており、特性曲線ａ1 がスピーカ４０から放射された音波に対応して求められた音圧レベルの周波数特性を示し、特性曲線ａ2 がスピーカ４４から放射された音波に対応して求められた音圧レベルの周波数特性を示している。また、図２（Ｂ）は、群遅延時間特性を示しており、特性曲線ｂ1 がスピーカ４０から放射された音波に対応して求められた群遅延時間特性を示し、特性曲線ｂ2 がスピーカ４４から放射された音波に対応して求められた群遅延時間特性を示している。
【００２１】
図２に示すような音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性が求められると、遅延時間算出・設定部５２は、各スピーカ４０、４４に対応する音圧レベルの周波数特性が交差する位置（特性曲線ａ1 および特性曲線ａ2 が交差する位置）Ｐ1 における周波数ｆ1 を特定する。
【００２２】
次に、遅延時間算出・設定部５２は、各スピーカ４０、４４に対応して求められた群遅延時間特性において、上述した周波数ｆ1 における遅延時間をそれぞれ求める。図２（Ｂ）に示すように、スピーカ４０に対応する遅延時間ｔ1 とスピーカ４４に対応する遅延時間ｔ1′ が求められると、遅延時間算出・設定部５２は、遅延時間ｔ1 とｔ1′ の大小関係とその差を調べ、この結果に基づいて各遅延器１０、１４に対して遅延時間を設定する。
【００２３】
例えば、図２（Ｂ）に示すように、遅延時間の大小関係がｔ1 ＞ｔ1′ である場合には、遅延時間算出・設定部５２は、（ｔ1 −ｔ1′） を計算し、この値を遅延時間としてスピーカ４４に対応した遅延器１４に設定する。これにより、遅延時間（ｔ1 −ｔ1′） だけ遅延された音波がスピーカ４４から放射されることとなるので、上述した周波数ｆ1 において、各スピーカ４０、４４から放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００２４】
また、図２に示した例とは逆に遅延時間の大小関係がｔ1 ＜ｔ1′ である場合には、遅延時間算出・設定部５２は、（ｔ1′−ｔ1）を計算し、この値を遅延時間としてスピーカ４０に対応した遅延器１０に設定する。これにより、遅延時間（ｔ1′−ｔ1）だけ遅延された音波がスピーカ４０から放射されることとなるので、上述した周波数ｆ1 において、各スピーカ４０、４４から放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００２５】
また、各スピーカ４０、４４に対応する音圧レベルの周波数特性が交差する位置Ｐ1 を検出できない場合、すなわち、各特性曲線ａ1 およびａ2 が交差しない場合には、遅延時間算出・設定部５２は、上述した従来技術で説明した方法にしたがって、各スピーカ４０、４４のそれぞれについて平均的な遅延時間を求め、この平均的な遅延時間が各スピーカ４０、４４においてほぼ一致するように、スピーカ４０の前段に挿入された遅延器１０とスピーカ４４の前段に挿入された遅延器１４の各遅延時間を設定する。
【００２６】
次に、上述した遅延時間算出・設定部５２の詳細について、２つの具体的な構成例を説明する。
【００２７】
遅延時間算出・設定部５２の構成例１
図３は、タイムストレッチドパルス（時間引き延ばしパルス）を用いてインパルス応答を求めて遅延時間を算出する場合の遅延時間算出・設定部５２の構成を示す図である。同図に示す遅延時間算出・設定部５２は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器７０、メモリ制御部７２、メモリ７４、平均化処理部７６、畳み込み演算部７８、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算部８０、周波数特定部８２、遅延時間設定部８４を含んで構成されている。また、この遅延時間算出・設定部５２と組み合わされる遅延時間測定用音源５０からは、タイムストレッチドパルスが出力される。
【００２８】
タイムストレッチドパルスは、その周波数特性Ｈ（ｋ）が以下のように表される信号である。
【００２９】
【数１】
【００３０】
ここで、ｍはタイムストレッチドパルス内で各周波数毎の位相をずらす度合いを示す係数であり、任意の整数値をとる。Ｎはタイムストレッチドパルスの発生時間を規定する係数である。また、ｋは０からＮ−１までの整数であり、ａはｍとＮが決まれば（１）式に含まれる第３式によって定まる。例えば、ｍ＝０の場合にはａ＝０となるため、全てのｋについてＨ（ｋ）＝ｅｘｐ（０）＝１となって、各周波数成分が分散せずに集中したインパルスとなる。
【００３１】
遅延時間測定用音源５０から出力される実際のタイムストレッチドパルスは、上述した（１）式を逆フーリエ変換して得られる信号であり、その一例を図４に示す。図４に示すタイムストレッチドパルスは、Ｎ＝２５６の場合であって、このＮの値とｍの値に応じた所定時間の間で各周波数成分が分散した信号となる。したがって、Ｎの値を大きく設定し、かつｍの値も大きく設定することにより、長時間にわたって各周波数成分のエネルギーを分散させることができるため、ノイズの影響を受けにくくなるが、タイムストレッチドパルスの発生時間が長くなればなるほど遅延時間の測定に要する時間も長くなるため、発生時間があまり長くならない範囲で適切なＮとｍの値を設定する必要がある。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換器７０は、マイクロホン４６の出力信号に対して、所定の時間間隔で標本化および量子化を行って、所定ビット数のデータを出力する。メモリ制御部７２は、所定の時間間隔でＡ／Ｄ変換器７０から出力されるデータを順次メモリ７４に格納する。タイムストレッチドパルスが１回出力されると、このタイムストレッチドパルスに対する応答としてマイクロホン４６から出力されるアナログ信号波形がＡ／Ｄ変換器７０によってデジタル波形データ（以後、このデータを「タイムストレッチドパルス応答データ」と称する）に変換され、メモリ７４の所定領域に格納される。メモリ７４には、このような格納領域がＬ個分確保されており、遅延時間測定用音源５０からＬ個のタイムストレッチドパルスが繰り返し出力されたときに、それぞれに対応するタイムストレッチドパルス応答データが上述したＬ個の格納領域のそれぞれに格納される。
【００３３】
平均化処理部７６は、メモリ７４に格納されているＬ個のタイムストレッチドパルス応答データの平均化処理を行う。平均化されたタイムストレッチドパルス応答データをｑ（ｎ）、ｉ個目の応答データをｑi （ｎ）とすると、
【００３４】
【数２】
【００３５】
となる。この（２）式にしたがって、Ｌ個のタイムストレッチドパルス応答データの平均化処理を行うことにより、突発的なノイズの影響を除去した応答データが得られる。
【００３６】
畳み込み演算部７８は、（２）式で計算された平均化したタイムストレッチドパルス応答データｑ（ｎ）に、タイムストレッチドパルスｐ（ｎ）を時間軸上で反転させたデータｐ（−ｎ）を畳み込み演算する。図５は、タイムストレッチドパルスを時間軸上で反転させた信号を示す図であり、図４に示すＮ＝２５６に対応するタイムストレッチドパルスを反転した波形が示されている。なお、実際に畳み込み演算部７８で用いられるデータｐ（−ｎ）は、図５に示した信号波形をデジタル波形データに変換したものであり、その標本化間隔はＡ／Ｄ変換器７０における標本化間隔と同じである。
【００３７】
畳み込み演算部７８による畳み込み演算は、以下の式に基づいて行われる。
【００３８】
【数３】
【００３９】
この（３）式にしたがって、タイムストレッチドパルス応答信号と、元のタイムストレッチドパルスを時間軸上で反転した信号とを畳み込み演算することによりインパルス応答が得られる。なお、畳み込み演算部７８は、平均化処理部７６から出力されるデータを順次ずらしていってそれぞれのＮ個のデータを用いて畳み込み演算を行い、複数の演算結果を出力する。
【００４０】
ＦＦＴ演算部８０は、畳み込み演算部７８から出力される演算結果に対して、周知のＦＦＴ（Fast Fourier Transform）演算を行い、上述した図２に示したような音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性を求める。音圧レベルの周波数特性の演算結果は、周波数特定部８２に向けて出力され、群遅延時間特性の演算結果は、遅延時間設定部８４に向けて出力される。
【００４１】
周波数特定部８２は、ＦＦＴ演算部８０から入力される音圧レベルの周波数特性の演算結果に基づいて、スピーカ４０から放射された音波に対応した音圧レベル特性曲線（図２に示す特性曲線ａ1 ）と、スピーカ４４から放射された音波に対応した音圧レベル特性曲線（図２に示す特性曲線ａ2 ）とが交わる位置Ｐ1 に対応する周波数ｆ1 を特定する。
【００４２】
遅延時間設定部８４は、ＦＦＴ演算部８０から入力される群遅延時間特性と周波数特定部８２によって特定された周波数ｆ1 とに基づいて、上述した方法により各遅延器１０、１４の各遅延時間を設定する。
【００４３】
上述した周波数特定部８２が特定周波数算出手段に、遅延時間設定部８４が遅延時間設定手段にそれぞれ対応している。
【００４４】
遅延時間算出・設定部５２の構成例２
図６は、適応フィルタを用いてインパルス応答を求めて遅延時間を算出する場合の遅延時間算出・設定部５２の構成を示す図である。同図に示す遅延時間算出・設定部５２は、ＦＦＴ演算部８０、周波数特定部８２、遅延時間設定部８４、適応フィルタ９０、ＬＳＭ（Least Mean Square ）アルゴリズム処理部９２、加算器９４を含んで構成されている。このうち、ＦＦＴ演算部８０、周波数特定部８２、遅延時間設定部８４については、上述した図３に示したものと基本的に同じ動作を行っているため、ここでは詳細な説明を省略する。また、この遅延時間算出・設定部５２と組み合わされる遅延時間測定用音源５０からは、ホワイトノイズ（白色雑音）が出力される。
【００４５】
適応フィルタ９０は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response ）型のデジタルフィルタ構成を有しており、ＬＭＳアルゴリズム処理部９２によって設定されたフィルタ係数Ｗを用いて、遅延時間測定用音源５０から入力されるホワイトノイズ信号に対して所定の適応処理を行う。
【００４６】
ところで、ＬＭＳアルゴリズム処理部９２は、加算器９４によってマイクロホン４６の出力信号から適応フィルタ９０の出力信号を減算して求めた誤差信号ｅのパワーが最小となるように適応フィルタ９０のフィルタ係数Ｗを制御する。したがって、マイクロホン４６の出力信号と適応フィルタ９０の出力信号とはほぼ同じものとなって、適応フィルタ９０のフィルタ係数Ｗがマイクロホン４６で検出するインパルス応答とほぼ同じ特性を有することになる。
【００４７】
したがって、ＦＦＴ演算部８０により、適応フィルタ９０のフィルタ係数Ｗに基づいて、ＦＦＴ演算を行うことにより、上述した図２に示したような音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性が求められる。その後、周波数特定部８２により、スピーカ４０から放射された音波に対応した音圧レベル特性曲線（図２に示す特性曲線ａ1 ）と、スピーカ４４から放射された音波に対応した音圧レベル特性曲線（図２に示す特性曲線ａ2 ）とが交わる位置Ｐ1 に対応する周波数ｆ1 を特定し、ＦＦＴ演算部８０から入力される群遅延特性と周波数特定部８２によって特定された周波数ｆ1 とに基づいて、遅延時間設定部８４により各遅延器１０、１４の各遅延時間を設定する。
【００４８】
このように、本発明のオーディオシステムでは、スピーカ４０、４４のそれぞれに対応した音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性を求め、各音圧レベルの周波数特性が交差する位置Ｐ1 の周波数ｆ1 を特定し、この周波数ｆ1 において対応する遅延時間の大小関係およびその差を調べ、この結果に基づいてスピーカ４０、４４のそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングが一致するように各遅延器１０、１４の遅延時間を設定しているので、スピーカ４０、４４のそれぞれから放射される周波数ｆ1 近傍の音波が聴取位置に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。したがって、聴感上の違和感が生じることを防ぐことができ、聴取位置における音質を向上させることができる。
【００４９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態においては、周波数特性が異なる２つのスピーカ４０、４４を組み合わせて用いた場合について説明を行っていたが、スピーカの数は２つに限定されるものではなく、３つあるいはそれ以上の数のスピーカを組み合わせるようにしてもよい。
【００５０】
図７は、スピーカを３つ組み合わせた場合のオーディオシステムの構成を示す図である。同図に示すオーディオシステムは、チューナやＣＤプレーヤ等のオーディオ装置１００と、オーディオ装置１００から出力されるオーディオ信号が入力される３つの遅延器１０、１２、１４と、これらの遅延器の後段等に接続される４つのスイッチ２０、２２、２４、２６ａと、入力されるオーディオ信号の中から低域成分のみを通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０と、中域成分のみを通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２と、高域成分のみを通過させるハイパスフィルタ（ＬＰＦ）３４と、周波数特性が異なる３つのスピーカ４０、４２、４４と、オーディオ音の聴取位置に設定されたマイクロホン４６と、遅延時間測定用の所定の信号を発生する遅延時間測定用音源５０と、マイクロホン４６の出力信号に基づいて各スピーカ４０等を介した音波の遅延時間の算出と各遅延器１０等の遅延時間の設定を行う遅延時間算出・設定部５２ａとを含んで構成されている。
【００５１】
図７に示すオーディオシステムは、上述した図１に示したオーディオシステムに対して、遅延器１２、スイッチ２２、バンドパスフィルタ３２、スピーカ４２のそれぞれを追加した点と、図１に示したスイッチ２６を３通りの接続状態を選択的に切り替え可能なスイッチ２６ａに変更するとともに、２つの遅延器１０、１４のそれぞれの遅延時間の設定を行っていた遅延時間算出・設定部５２を３つの遅延器１０、１２、１４のそれぞれの遅延時間の設定を行う遅延時間算出・設定部５２ａに変更した点が異なっている。なお、遅延時間算出・設定部５２ａの詳細構成は、図３あるいは図６に示した構成をそのまま適用することができる。
【００５２】
次に、図７に示すオーディオシステムにおいて、遅延時間算出・設定部５２ａが各遅延器１０、１２、１４に遅延時間を設定する際の動作を説明する。まず、スイッチ２０、２２、２４を切り替えて、各フィルタ３０、３２、３４の接続状態を各遅延器１０、１２、１４側から遅延時間測定用音源５０側に変更する。そして、スイッチ２６ａを切り替えて、遅延時間測定用音源５０から出力される信号がローパスフィルタ３０に入力されるようにする。これらの各スイッチの切り替え動作は、遅延時間算出・設定部５２ａあるいは図示しない制御部による切り替え指示に応じて行われる。
【００５３】
このような各スイッチの接続状態において、遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズが出力され、対応する音波がスピーカ４０から車室内音響空間に放射される。遅延時間算出・設定部５２ａは、遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズが出力されて、マイクロホン４６から対応する検出信号が出力されると、この検出信号に基づいて音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性を求める。
【００５４】
次に、スイッチ２６ａが切り替えられ、遅延時間測定用音源５０から出力される信号がバンドパスフィルタ３２に入力される状態に変更される。この状態において、遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズが出力され、対応する音波がスピーカ４２から車室内音響空間に放射される。遅延時間算出・設定部５２ａは、遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズが出力されて、マイクロホン４６から対応する検出信号が出力されると、この検出信号に基づいて音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性を求める。
【００５５】
同様に、スイッチ２６ａが切り替えられ、遅延時間測定用音源５０から出力される信号がハイパスフィルタ３４に入力される状態に変更される。この状態において、遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズが出力され、対応する音波がスピーカ４４から車室内音響空間に放射される。遅延時間算出・設定部５２は、遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズが出力されて、マイクロホン４６から対応する検出信号が出力されると、この検出信号に基づいて音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性を求める。
【００５６】
図８は、スピーカを３つ組み合わせた変形例の遅延時間算出・設定部５２ａによって求められる音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性の一例を示す図である。図８（Ａ）は、音圧レベルの周波数特性を示しており、特性曲線ａ3 がスピーカ４０から放射された音波に対応して求められた音圧レベルの周波数特性を示し、特性曲線ａ4 がスピーカ４２から放射された音波に対応して求められた音圧レベルの周波数特性を示し、特性曲線ａ5 がスピーカ４４から放射された音波に対応して求められた音圧レベルの周波数特性を示している。また、図８（Ｂ）は、群遅延時間特性を示しており、特性曲線ｂ3 がスピーカ４０から放射された音波に対応して求められた群遅延時間特性を示し、特性曲線ｂ4 がスピーカ４２から放射された音波に対応して求められた群遅延時間特性を示し、特性曲線ｂ5 がスピーカ４４から放射された音波に対応して求められた群遅延時間特性を示している。
【００５７】
図８に示すような音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性が求められると、遅延時間算出・設定部５２ａは、スピーカ４０、４２のそれぞれに対応する音圧レベルの周波数特性が交差する（特性曲線ａ3 および特性曲線ａ4 が交差する）位置Ｐ2 における周波数ｆ2 と、各スピーカ４２、４４に対応する音圧レベルの周波数特性が交差する（特性曲線ａ4 および特性曲線ａ5 が交差する）位置Ｐ3 における周波数ｆ3 とを求める。
【００５８】
次に、遅延時間算出・設定部５２ａは、スピーカ４０、４２、４４のそれぞれに対応して求められた群遅延時間特性において、上述した周波数ｆ2 、ｆ3 における遅延時間をそれぞれ求める。具体的には、図８（Ｂ）に示すように、周波数ｆ2 における遅延時間がそれぞれｔ2 、ｔ2′ （遅延時間ｔ2 がスピーカ４０に、遅延時間ｔ2′ がスピーカ４２にそれぞれ対応する）と求められ、周波数ｆ3 における遅延時間がそれぞれｔ3 、ｔ3′ （遅延時間ｔ3 がスピーカ４２に、遅延時間ｔ3′ がスピーカ４４にそれぞれ対応する）と求められる。この場合に、遅延器１０、１２、１４のそれぞれに設定する遅延時間は、上述した各遅延時間ｔ2 、ｔ2′ の大小関係およびｔ3 、ｔ3′ の大小関係の組合せに応じて異なるので、以下に、場合分けをして説明する。
【００５９】
図９は、それぞれの遅延時間の大小関係に応じて遅延器１０、１２、１４に設定する遅延時間を求める方法について説明する図である。なお、図９では、説明を簡略化するために群遅延時間特性を示す特性曲線が簡略化して表されている。
【００６０】
（１）ｔ 2 ＞ｔ 2 ′ 、ｔ 3 ＞ｔ 3 ′ の場合
図９（Ａ）に示すように、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ2 におけるスピーカ４０に対応する遅延時間ｔ2 とスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ2′ の差Ｔ0 （＝ｔ2 −ｔ2′ ） を計算し、この差Ｔ0 を遅延時間として、スピーカ４２および４４のそれぞれに対応した遅延器１２および１４に設定する。これにより、遅延時間Ｔ0 だけ遅延された音波がスピーカ４２および４４から放射されることとなり、周波数ｆ2 において、スピーカ４０、４２のそれぞれから放射された音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６１】
次に、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ3 におけるスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ3 とスピーカ４４に対応する遅延時間ｔ3′ の差Ｔ1 （＝ｔ3 −ｔ3′） を計算し、このＴ1 を遅延時間としてスピーカ４４に対応した遅延器１４に設定する。ただし、上述したように、既に遅延器１４には遅延時間として上述したＴ0 が設定されており、これを考慮する必要があるので、結局、遅延器１４に設定される遅延時間は（Ｔ0 ＋Ｔ1 ）となる。これにより、遅延時間（Ｔ0 ＋Ｔ1 ）だけ遅延された音波がスピーカ４４から放射されることとなり、周波数ｆ3 において、スピーカ４２、４４のそれぞれか放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。この結果、２つの周波数ｆ2 、ｆ3 のそれぞれにおいて、３つのスピーカ４０、４２、４４のそれぞれから放射された音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６２】
（２）ｔ 2 ＞ｔ 2 ′ 、ｔ 3 ＜ｔ 3 ′ の場合
図９（Ｂ）に示すように、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ2 におけるスピーカ４０に対応する遅延時間ｔ2 とスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ2 ′の差Ｔ0 （＝ｔ2 −ｔ2′ ）を計算し、このＴ0 を遅延時間としてスピーカ４２および４４のそれぞれに対応した遅延器１２および１４に設定する。これにより、遅延時間Ｔ0 だけ遅延された音波がスピーカ４２および４４から放射されることとなり、周波数ｆ2 において、スピーカ４０、４２のそれぞれから放射された音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６３】
次に、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ3 におけるスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ3 とスピーカ４４に対応する遅延時間ｔ3′ の差Ｔ1′（＝ｔ3′−ｔ3 ）を計算し、このＴ1′ を遅延時間として、スピーカ４０および４２のそれぞれに対応した遅延器１０および１２に設定する。ただし、上述したように、既に遅延器１２には遅延時間としてＴ0 が設定されており、これを考慮する必要があるので、結局、遅延器１２に設定される遅延時間は（Ｔ0 ＋Ｔ1′） となる。これにより、遅延時間Ｔ1′ だけ遅延された音波がスピーカ４０から放射されることとなり、また、遅延時間（Ｔ0 ＋Ｔ1′） だけ遅延された音波がスピーカ４２から放射されることとなり、周波数ｆ3 において、スピーカ４２、４４のそれぞれから放射された音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。この結果、２つの周波数ｆ2 、ｆ3 のそれぞれにおいて、３つのスピーカ４０、４２、４４にのそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６４】
（３）ｔ 2 ＜ｔ 2 ′ 、ｔ 3 ＞ｔ 3 ′ の場合
図９（Ｃ）に示すように、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ2 におけるスピーカ４０に対応する遅延時間ｔ2 とスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ2′の差Ｔ0′ （＝ｔ2′ −ｔ2 ）を計算し、この差Ｔ0′ を遅延時間として、スピーカ４０に対応した遅延器１０に設定する。これにより、遅延時間Ｔ0′ だけ遅延された音波がスピーカ４０から放射されることとなり、周波数ｆ2 において、スピーカ４０、４２のそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６５】
次に、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ3 におけるスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ3 とスピーカ４４に対応する遅延時間ｔ3′ の差Ｔ1 （＝ｔ3 −ｔ3′） を計算し、この差Ｔ1 を遅延時間として、スピーカ４４に対応した遅延器１４に設定する。これにより、遅延時間Ｔ1 だけ遅延された音波がスピーカ４４から放射されることとなり、周波数ｆ3 において、スピーカ４２、４４のそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。この結果、２つの周波数ｆ2 、ｆ3 のそれぞれにおいて、３つのスピーカ４０、４２、４４のそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６６】
（４）ｔ 2 ＜ｔ 2 ′ 、ｔ 3 ＜ｔ 3 ′ の場合
図９（Ｄ）に示すように、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ2 におけるスピーカ４０に対応する遅延時間ｔ2 とスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ2′の差Ｔ0′ （＝ｔ2′ −ｔ2 ）を計算し、この差Ｔ0′ を遅延時間として、スピーカ４０に対応した遅延器１０に設定する。これにより、遅延時間Ｔ0′ だけ遅延された音波がスピーカ４０から放射されることとなり、周波数ｆ2 において、スピーカ４０、４２のそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６７】
次に、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ3 におけるスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ3 とスピーカ４４に対応する遅延時間ｔ3′ の差Ｔ1′（＝ｔ3′−ｔ3 ）を計算し、このＴ1′ を遅延時間として、スピーカ４０および４２のそれぞれに対応した遅延器１０および１２に設定する。ただし、上述したように、既に遅延器１０には遅延時間としてＴ0′ が設定されており、これを考慮する必要があるので、結局、遅延器１０に設定される遅延時間は（Ｔ0′＋Ｔ1′）となる。この結果、遅延時間Ｔ1′ だけ遅延された音波がスピーカ４２から放射されることとなり、また、遅延時間（Ｔ0′＋Ｔ1′）だけ遅延された音波がスピーカ４０から放射されることとなり、周波数ｆ3 において、スピーカ４２、４４のそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。この結果、２つの周波数ｆ2 、ｆ3 のそれぞれにおいて、３つのスピーカ４０、４２、４４のそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６８】
このように、４種類の遅延時間ｔ2 、ｔ2′ 、ｔ3 、ｔ3′ のそれぞれの大小関係に応じて場合分けをすることにより、３つのスピーカ４０、４２、４４を組み合わせた場合のオーディオシステムにおいても、遅延器１０、１２、１４に対して適切な遅延時間を設定することができる。
【００６９】
また、上述した実施形態における遅延時間算出・設定部５２の構成例１では、各スピーカに対してタイムストレッチドパルス（図４参照）を入力し、マイクロホン４６からの出力信号に対してタイムストレッチドパルスを時間軸上で反転させた信号（図５参照）を畳み込み演算することによりインパルス応答を得ていたが、タイムストレッチドパルスを用いずに、単にインパルスを入力することによりインパルス応答を得るようにしてもよい。この場合には、畳み込み演算部７８を省略して構成を簡略化することができる。
【００７０】
また、上述した実施形態では、本発明の遅延時間設定方式を車載用のオーディオシステムに適用した場合について説明を行ったが、これに限定されるものではなく、屋内用あるいは屋外用のオーディオシステム等に適用することもできる。
【００７１】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、複数のスピーカのそれぞれから放射される音波に含まれる周波数の重複部分が集音手段に到達するタイミングをほぼ一致させるように遅延手段の遅延時間が設定されるので、聴感上の違和感が生じるのを防止することができ、聴取位置における音質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のオーディオシステムの構成を示す図である。
【図２】遅延時間算出・設定部によって求められる音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性の一例を示す図である。
【図３】タイムストレッチドパルスを用いてインパルス応答を求めて遅延時間を算出する場合の遅延時間算出・設定部の構成を示す図である。
【図４】タイムストレッチドパルスの一例を示す図である。
【図５】タイムストレッチドパルスを時間軸上で反転させた信号を示す図である。
【図６】適応フィルタを用いてインパルス応答を求めて遅延時間を算出する場合の遅延時間算出・設定部の構成を示す図である。
【図７】スピーカを３つ組み合わせた場合のオーディオシステムの構成を示す図である。
【図８】スピーカを３つ組み合わせた変形例の遅延時間算出・設定部によって求められる音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性の一例を示す図である。
【図９】各遅延時間の大小関係に応じて各遅延器に設定する遅延時間を求める方法について説明する図である。
【図１０】従来の遅延時間設定方式における遅延時間の設定方法を説明する図である。
【符号の説明】
１０、１２、１４ 遅延器
２０、２２、２４、２６、２６ａ スイッチ
３０ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
３２ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
３４ ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
４０、４２、４４ スピーカ
４６ マイクロホン
５０ 遅延時間測定用音源
５２、５２ａ 遅延時間算出・設定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のスピーカのそれぞれから異なる周波数のオーディオ音を出力するオーディオシステムにおける遅延時間設定方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オーディオシステムに用いられるスピーカは、可聴帯域のオーディオ音を均一に出力できることが好ましいが、実際には１つのスピーカで全周波数帯域の音声を出力することは困難であり、通常は周波数特性が異なる２つあるいは３つのスピーカが組み合わされて使用される。例えば、２つのスピーカを用いた場合には、高域用のスピーカと低域用のスピーカが組み合わされる。
【０００３】
ところで、これらの２つあるいは３つのスピーカのそれぞれからは、周波数帯域が異なるオーディオ信号に対応した音波が別々に放射されるが、聴取者が違和感なく音楽を聴取するためには、聴取点における音波の到達時間を一致させる必要がある。特に、車載用のオーディオシステムでは、スピーカを設置するスペースの確保が容易ではないため、周波数特性が異なる複数のスピーカを同一場所に設置することが困難な場合も多く、それぞれのスピーカを別々の場所に設置することがある。このような場合に、各スピーカから聴取点までの距離が異なると、各スピーカから放射された音波が聴取点に到達するまでの時間がずれてしまい、再生音にひずみが生じるため、各スピーカの前段に遅延器を挿入して各周波数成分の音波の到達時間を一致させる調整を行っていた。
【０００４】
各周波数成分の音波の到達時間を一致させるための従来技術としては、特開平１１−２６２０８１号公報に開示されている遅延時間設定方式が知られている。特開平１１−２６２０８１号公報に開示された遅延時間設定方式では、音響空間内に設置された複数のスピーカに対して所定の遅延時間測定用信号を入力し、スピーカから放射される音波が、聴取位置に設置されたマイクロホンに到達するまでの平均的な遅延時間を測定し、この平均的な遅延時間が各スピーカ間でほぼ一致するようにして各スピーカの前段に挿入された遅延器の遅延時間を設定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開平１１−２６２０８１号公報に開示された従来の遅延時間設定方式によって設定される遅延時間は、必ずしも最適な値であるとはいえなかった。その理由を以下に具体的に説明する。図１０は、従来の遅延時間設定方式における遅延時間の設定方法を説明する図である。図１０（Ａ）は、各スピーカから放射される音波の音圧レベルの周波数特性を示しており、図１０（Ｂ）は、各スピーカから放射される音波の群遅延時間特性を示している。上述した従来の遅延時間設定方式によれば、図１０（Ｂ）に示すように、高域用スピーカに対応する遅延時間の平均値と低域用スピーカに対応する遅延時間の平均値とが一致するようにそれぞれの遅延時間が設定される。したがって、図１０（Ａ）に示すように、高域用スピーカに対応する音圧レベル特性曲線と低域用スピーカに対応する音圧レベル特性曲線とが交差する位置Ｐ0 の周波数ｆ0 に注目し、この周波数ｆ0 における群遅延時間特性を見ると、低音用スピーカに対応する遅延時間ｔ0 と高音用スピーカに対応する遅延時間ｔ0′ とが一致せずに、この周波数ｆ0 近傍の音波が低音用スピーカと高音用スピーカのそれぞれから放射されたときに、同じ周波数の音波でありながら聴取位置における到達タイミングがずれることになり、聴感上の違和感が生じ、音質の悪化を招くという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数のスピーカが用いられている場合に、聴取位置における音質を向上させることができる遅延時間設定方式を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の遅延時間設定方式では、聴取位置に集音手段が設置されており、音響空間内に設置された複数のスピーカのそれぞれの前段に遅延時間が設定可能な複数の遅延手段が接続されている。また、測定用信号生成手段によって生成された所定の遅延時間測定用信号を帯域分割手段によって複数の周波数帯域に分割して複数のスピーカのそれぞれに入力し、この結果得られる複数の周波数の音波を切り替え手段により複数のスピーカのそれぞれから選択的に出力している。そして、集音手段から出力される複数の周波数帯域の信号を遅延時間算出・設定手段によって解析することにより、複数のスピーカのそれぞれから放射される音波に含まれる周波数の重複部分が集音手段に到達するタイミングをほぼ一致させるように上述した複数の遅延手段のそれぞれの遅延時間を設定している。複数のスピーカのそれぞれから放射される音波に含まれる周波数の重複部分が集音手段に到達するタイミングをほぼ一致させるように遅延手段の遅延時間が設定されるので、同じ周波数の音波でありながら聴取位置に到達するタイミングがずれることによって聴感上の違和感が生じることを防ぐことができ、聴取位置における音質を向上させることができる。
【０００８】
また、上述した遅延時間算出・設定手段は、集音手段から出力される信号について、周波数毎の信号レベルを解析することにより、複数のスピーカから出力される音波のそれぞれに対応する信号レベルがほぼ一致する特定周波数を算出する特定周波数算出手段と、この特定周波数算出手段によって算出された特定周波数の信号成分について、測定用信号生成手段から遅延時間測定用信号が出力されてから複数のスピーカのそれぞれから対応する音波が放射されて集音手段に到達するまでの時間差を算出し、この時間差がなくなるように複数の遅延手段のそれぞれの遅延時間を設定する遅延時間設定手段とを備えていることが望ましい。複数のスピーカから出力される音波のそれぞれに対応する信号レベルがほぼ一致する特定周波数を算出し、この特定周波数の信号成分に着目して、複数のスピーカのそれぞれから対応する音波が放射されて集音手段に到達するまでの時間差がなくなるように遅延時間を設定しているので、複数のスピーカのそれぞれから放射される音波に含まれる周波数の重複部分が集音手段に到達するタイミングを確実に一致させることができる。
【０００９】
また、遅延時間測定用信号としてタイムストレッチドパルスを用いるとともに、遅延時間算出・設定手段によって、集音手段の出力信号に、タイムストレッチドパルスを時間軸上で反転した信号を畳み込み演算し、この畳み込み演算結果に対してフーリエ変換処理を行うことにより、各周波数成分に対応する信号レベル特性と群遅延時間特性を求めることが望ましい。このような畳み込み演算を行うことによりインパルス応答を求めることができ、このインパルス応答に基づいて各周波数成分に対応する信号レベル特性と群遅延時間特性を求めることができる。また、タイムストレッチドパルスは、所定の時間幅を有し、周波数成分が時間軸上で分散された信号であり、突発的なノイズによる影響を受けにくい利点がある。また、タイムストレッチドパルスを用いることにより、スピーカの駆動力が分散されるため、過大なインパルスを用いて遅延時間を測定する場合のようにスピーカを破損するおそれもない。
【００１０】
また、遅延時間測定用信号としてホワイトノイズ信号を用いるようにしてもよい。この場合には、遅延時間算出・設定手段は、測定用信号生成手段から出力される遅延時間測定用信号と集音手段の出力信号とが入力されて、これら２つの信号の誤差信号のパワーが最小となるように適応等化処理を行う適応フィルタを備え、この適応フィルタのフィルタ係数に対してフーリエ変換処理を行うことにより、各周波数成分に対応する信号レベル特性と群遅延時間特性を求めることが望ましい。適応フィルタのフィルタ係数は、集音手段によって検出されるインパルス応答を再現しているため、このフィルタ係数に基づいて各周波数成分に対応する信号レベル特性と群遅延時間特性を求めることができる。また、ホワイトノイズ信号には低域から高域までの周波数成分が含まれており、周波数特性が異なる数種類のスピーカを組み合わせて用いる場合に、それぞれのスピーカから遅延時間測定用信号に対応した音波を放射することができ、確実に遅延時間の算出を行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の遅延時間設定方式を適用した一実施形態のオーディオシステムについて、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明を適用した一実施形態のオーディオシステムの構成を示す図である。同図に示す車載用のオーディオシステムは、チューナやＣＤプレーヤ等のオーディオ装置１００と、オーディオ装置１００から出力されるオーディオ信号が入力される２つの遅延器１０、１４と、これらの遅延器の後段等に接続される３つのスイッチ２０、２４、２６と、入力されるオーディオ信号の中から低域成分のみを通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０と、高域成分のみを通過させるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３４と、周波数特性が異なる２つのスピーカ４０、４４と、オーディオ音の聴取位置に設定されたマイクロホン４６と、遅延時間測定用の所定の信号を発生する遅延時間測定用音源５０と、マイクロホン４６の出力信号に基づいて、スピーカ４０、４４のそれぞれから出力された音波の遅延時間を算出するとともに遅延器１０、１４のそれぞれの遅延時間の設定を行う遅延時間算出・設定部５２とを含んで構成されている。
【００１３】
遅延器１０、１４は、それぞれの遅延時間が任意に設定可能であり、各遅延時間が遅延時間算出・設定部５２によって設定される。遅延器１０から出力されるオーディオ信号は、スイッチ２０を介してローパスフィルタ３０に入力され、その後段に接続された低音用のスピーカ４０から低域成分の音波が車室内音響空間に放射される。同様に、遅延器１４から出力されるオーディオ信号は、スイッチ２４を介してハイパスフィルタ３４に入力され、その後段に接続された高音用のスピーカ４４から高域成分の音波が車室内音響空間に放射される。
【００１４】
マイクロホン４６は、スピーカ４０、４４のそれぞれから放射された音波を検出する。遅延時間算出・設定部５２は、遅延時間測定用音源５０から遅延時間測定用の所定の信号が出力され、この信号に対応する音波がマイクロホン４６で検出されると、この検出信号に基づいて各遅延器１０、１４に遅延時間を設定する。遅延時間算出・設定部５２による遅延時間の設定動作の詳細については後述する。
【００１５】
上述したスピーカ４０、４４が複数のスピーカに、マイクロホン４６が集音手段に、遅延器１０、１４が複数の遅延手段に、遅延時間測定用音源５０が測定用信号生成手段に、スイッチ２６が切り替え手段に、遅延時間算出・設定部５２が遅延時間算出・設定手段にそれぞれ対応している。
【００１６】
本実施形態のオーディオシステムはこのような構成を有しており、次に、遅延時間算出・設定部５２が各遅延器１０、１４に遅延時間を設定する際の動作を説明する。
【００１７】
まず、スイッチ２０、２４を切り替えて、各フィルタ３０、３４の接続状態を各遅延器１０、１４側から遅延時間測定用音源５０側に変更する。そして、スイッチ２６を切り替えて、遅延時間測定用音源５０から出力される所定の信号がローパスフィルタ３０に入力されるようにする。これらの各スイッチの切り替え動作は、遅延時間算出・設定部５２あるいは図示しない制御部による切り替え指示に応じて行われる。
【００１８】
このような各スイッチの接続状態において、遅延時間測定用音源５０から遅延時間測定用の所定の信号が出力され、対応する音波がスピーカ４０から車室内音響空間に放射される。遅延時間算出・設定部５２は、遅延時間測定用音源５０から所定の信号が出力されて、マイクロホン４６から対応する検出信号が出力されると、この検出信号に基づいて音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性（遅延時間の周波数特性）を求める。
【００１９】
次に、スイッチ２６が切り替えられ、遅延時間測定用音源５０から出力される所定の信号がハイパスフィルタ３４に入力される状態に変更される。この状態において、遅延時間測定用音源５０から遅延時間測定用の所定の信号が出力され、対応する音波がスピーカ４４から車室内音響空間に放射される。遅延時間算出・設定部５２は、遅延時間測定用音源５０から所定の信号が出力されて、マイクロホン４６から対応する検出信号が出力されると、この検出信号に基づいて音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性を求める。
【００２０】
図２は、遅延時間算出・設定部５２によって求められる音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性の一例を示す図である。図２（Ａ）は、音圧レベルの周波数特性を示しており、特性曲線ａ1 がスピーカ４０から放射された音波に対応して求められた音圧レベルの周波数特性を示し、特性曲線ａ2 がスピーカ４４から放射された音波に対応して求められた音圧レベルの周波数特性を示している。また、図２（Ｂ）は、群遅延時間特性を示しており、特性曲線ｂ1 がスピーカ４０から放射された音波に対応して求められた群遅延時間特性を示し、特性曲線ｂ2 がスピーカ４４から放射された音波に対応して求められた群遅延時間特性を示している。
【００２１】
図２に示すような音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性が求められると、遅延時間算出・設定部５２は、各スピーカ４０、４４に対応する音圧レベルの周波数特性が交差する位置（特性曲線ａ1 および特性曲線ａ2 が交差する位置）Ｐ1 における周波数ｆ1 を特定する。
【００２２】
次に、遅延時間算出・設定部５２は、各スピーカ４０、４４に対応して求められた群遅延時間特性において、上述した周波数ｆ1 における遅延時間をそれぞれ求める。図２（Ｂ）に示すように、スピーカ４０に対応する遅延時間ｔ1 とスピーカ４４に対応する遅延時間ｔ1′ が求められると、遅延時間算出・設定部５２は、遅延時間ｔ1 とｔ1′ の大小関係とその差を調べ、この結果に基づいて各遅延器１０、１４に対して遅延時間を設定する。
【００２３】
例えば、図２（Ｂ）に示すように、遅延時間の大小関係がｔ1 ＞ｔ1′ である場合には、遅延時間算出・設定部５２は、（ｔ1 −ｔ1′） を計算し、この値を遅延時間としてスピーカ４４に対応した遅延器１４に設定する。これにより、遅延時間（ｔ1 −ｔ1′） だけ遅延された音波がスピーカ４４から放射されることとなるので、上述した周波数ｆ1 において、各スピーカ４０、４４から放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００２４】
また、図２に示した例とは逆に遅延時間の大小関係がｔ1 ＜ｔ1′ である場合には、遅延時間算出・設定部５２は、（ｔ1′−ｔ1）を計算し、この値を遅延時間としてスピーカ４０に対応した遅延器１０に設定する。これにより、遅延時間（ｔ1′−ｔ1）だけ遅延された音波がスピーカ４０から放射されることとなるので、上述した周波数ｆ1 において、各スピーカ４０、４４から放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００２５】
また、各スピーカ４０、４４に対応する音圧レベルの周波数特性が交差する位置Ｐ1 を検出できない場合、すなわち、各特性曲線ａ1 およびａ2 が交差しない場合には、遅延時間算出・設定部５２は、上述した従来技術で説明した方法にしたがって、各スピーカ４０、４４のそれぞれについて平均的な遅延時間を求め、この平均的な遅延時間が各スピーカ４０、４４においてほぼ一致するように、スピーカ４０の前段に挿入された遅延器１０とスピーカ４４の前段に挿入された遅延器１４の各遅延時間を設定する。
【００２６】
次に、上述した遅延時間算出・設定部５２の詳細について、２つの具体的な構成例を説明する。
【００２７】
遅延時間算出・設定部５２の構成例１
図３は、タイムストレッチドパルス（時間引き延ばしパルス）を用いてインパルス応答を求めて遅延時間を算出する場合の遅延時間算出・設定部５２の構成を示す図である。同図に示す遅延時間算出・設定部５２は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器７０、メモリ制御部７２、メモリ７４、平均化処理部７６、畳み込み演算部７８、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算部８０、周波数特定部８２、遅延時間設定部８４を含んで構成されている。また、この遅延時間算出・設定部５２と組み合わされる遅延時間測定用音源５０からは、タイムストレッチドパルスが出力される。
【００２８】
タイムストレッチドパルスは、その周波数特性Ｈ（ｋ）が以下のように表される信号である。
【００２９】
【数１】
ここで、ｍはタイムストレッチドパルス内で各周波数毎の位相をずらす度合いを示す係数であり、任意の整数値をとる。Ｎはタイムストレッチドパルスの発生時間を規定する係数である。また、ｋは０からＮ−１までの整数であり、ａはｍとＮが決まれば（１）式に含まれる第３式によって定まる。例えば、ｍ＝０の場合にはａ＝０となるため、全てのｋについてＨ（ｋ）＝ｅｘｐ（０）＝１となって、各周波数成分が分散せずに集中したインパルスとなる。
【００３１】
遅延時間測定用音源５０から出力される実際のタイムストレッチドパルスは、上述した（１）式を逆フーリエ変換して得られる信号であり、その一例を図４に示す。図４に示すタイムストレッチドパルスは、Ｎ＝２５６の場合であって、このＮの値とｍの値に応じた所定時間の間で各周波数成分が分散した信号となる。したがって、Ｎの値を大きく設定し、かつｍの値も大きく設定することにより、長時間にわたって各周波数成分のエネルギーを分散させることができるため、ノイズの影響を受けにくくなるが、タイムストレッチドパルスの発生時間が長くなればなるほど遅延時間の測定に要する時間も長くなるため、発生時間があまり長くならない範囲で適切なＮとｍの値を設定する必要がある。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換器７０は、マイクロホン４６の出力信号に対して、所定の時間間隔で標本化および量子化を行って、所定ビット数のデータを出力する。メモリ制御部７２は、所定の時間間隔でＡ／Ｄ変換器７０から出力されるデータを順次メモリ７４に格納する。タイムストレッチドパルスが１回出力されると、このタイムストレッチドパルスに対する応答としてマイクロホン４６から出力されるアナログ信号波形がＡ／Ｄ変換器７０によってデジタル波形データ（以後、このデータを「タイムストレッチドパルス応答データ」と称する）に変換され、メモリ７４の所定領域に格納される。メモリ７４には、このような格納領域がＬ個分確保されており、遅延時間測定用音源５０からＬ個のタイムストレッチドパルスが繰り返し出力されたときに、それぞれに対応するタイムストレッチドパルス応答データが上述したＬ個の格納領域のそれぞれに格納される。
【００３３】
平均化処理部７６は、メモリ７４に格納されているＬ個のタイムストレッチドパルス応答データの平均化処理を行う。平均化されたタイムストレッチドパルス応答データをｑ（ｎ）、ｉ個目の応答データをｑi （ｎ）とすると、
【００３４】
【数２】
となる。この（２）式にしたがって、Ｌ個のタイムストレッチドパルス応答データの平均化処理を行うことにより、突発的なノイズの影響を除去した応答データが得られる。
【００３６】
畳み込み演算部７８は、（２）式で計算された平均化したタイムストレッチドパルス応答データｑ（ｎ）に、タイムストレッチドパルスｐ（ｎ）を時間軸上で反転させたデータｐ（−ｎ）を畳み込み演算する。図５は、タイムストレッチドパルスを時間軸上で反転させた信号を示す図であり、図４に示すＮ＝２５６に対応するタイムストレッチドパルスを反転した波形が示されている。なお、実際に畳み込み演算部７８で用いられるデータｐ（−ｎ）は、図５に示した信号波形をデジタル波形データに変換したものであり、その標本化間隔はＡ／Ｄ変換器７０における標本化間隔と同じである。
【００３７】
畳み込み演算部７８による畳み込み演算は、以下の式に基づいて行われる。
【００３８】
【数３】
この（３）式にしたがって、タイムストレッチドパルス応答信号と、元のタイムストレッチドパルスを時間軸上で反転した信号とを畳み込み演算することによりインパルス応答が得られる。なお、畳み込み演算部７８は、平均化処理部７６から出力されるデータを順次ずらしていってそれぞれのＮ個のデータを用いて畳み込み演算を行い、複数の演算結果を出力する。
【００４０】
ＦＦＴ演算部８０は、畳み込み演算部７８から出力される演算結果に対して、周知のＦＦＴ（Fast Fourier Transform）演算を行い、上述した図２に示したような音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性を求める。音圧レベルの周波数特性の演算結果は、周波数特定部８２に向けて出力され、群遅延時間特性の演算結果は、遅延時間設定部８４に向けて出力される。
【００４１】
周波数特定部８２は、ＦＦＴ演算部８０から入力される音圧レベルの周波数特性の演算結果に基づいて、スピーカ４０から放射された音波に対応した音圧レベル特性曲線（図２に示す特性曲線ａ1 ）と、スピーカ４４から放射された音波に対応した音圧レベル特性曲線（図２に示す特性曲線ａ2 ）とが交わる位置Ｐ1 に対応する周波数ｆ1 を特定する。
【００４２】
遅延時間設定部８４は、ＦＦＴ演算部８０から入力される群遅延時間特性と周波数特定部８２によって特定された周波数ｆ1 とに基づいて、上述した方法により各遅延器１０、１４の各遅延時間を設定する。
【００４３】
上述した周波数特定部８２が特定周波数算出手段に、遅延時間設定部８４が遅延時間設定手段にそれぞれ対応している。
【００４４】
遅延時間算出・設定部５２の構成例２
図６は、適応フィルタを用いてインパルス応答を求めて遅延時間を算出する場合の遅延時間算出・設定部５２の構成を示す図である。同図に示す遅延時間算出・設定部５２は、ＦＦＴ演算部８０、周波数特定部８２、遅延時間設定部８４、適応フィルタ９０、ＬＳＭ（Least Mean Square ）アルゴリズム処理部９２、加算器９４を含んで構成されている。このうち、ＦＦＴ演算部８０、周波数特定部８２、遅延時間設定部８４については、上述した図３に示したものと基本的に同じ動作を行っているため、ここでは詳細な説明を省略する。また、この遅延時間算出・設定部５２と組み合わされる遅延時間測定用音源５０からは、ホワイトノイズ（白色雑音）が出力される。
【００４５】
適応フィルタ９０は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response ）型のデジタルフィルタ構成を有しており、ＬＭＳアルゴリズム処理部９２によって設定されたフィルタ係数Ｗを用いて、遅延時間測定用音源５０から入力されるホワイトノイズ信号に対して所定の適応処理を行う。
【００４６】
ところで、ＬＭＳアルゴリズム処理部９２は、加算器９４によってマイクロホン４６の出力信号から適応フィルタ９０の出力信号を減算して求めた誤差信号ｅのパワーが最小となるように適応フィルタ９０のフィルタ係数Ｗを制御する。したがって、マイクロホン４６の出力信号と適応フィルタ９０の出力信号とはほぼ同じものとなって、適応フィルタ９０のフィルタ係数Ｗがマイクロホン４６で検出するインパルス応答とほぼ同じ特性を有することになる。
【００４７】
したがって、ＦＦＴ演算部８０により、適応フィルタ９０のフィルタ係数Ｗに基づいて、ＦＦＴ演算を行うことにより、上述した図２に示したような音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性が求められる。その後、周波数特定部８２により、スピーカ４０から放射された音波に対応した音圧レベル特性曲線（図２に示す特性曲線ａ1 ）と、スピーカ４４から放射された音波に対応した音圧レベル特性曲線（図２に示す特性曲線ａ2 ）とが交わる位置Ｐ1 に対応する周波数ｆ1 を特定し、ＦＦＴ演算部８０から入力される群遅延特性と周波数特定部８２によって特定された周波数ｆ1 とに基づいて、遅延時間設定部８４により各遅延器１０、１４の各遅延時間を設定する。
【００４８】
このように、本発明のオーディオシステムでは、スピーカ４０、４４のそれぞれに対応した音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性を求め、各音圧レベルの周波数特性が交差する位置Ｐ1 の周波数ｆ1 を特定し、この周波数ｆ1 において対応する遅延時間の大小関係およびその差を調べ、この結果に基づいてスピーカ４０、４４のそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングが一致するように各遅延器１０、１４の遅延時間を設定しているので、スピーカ４０、４４のそれぞれから放射される周波数ｆ1 近傍の音波が聴取位置に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。したがって、聴感上の違和感が生じることを防ぐことができ、聴取位置における音質を向上させることができる。
【００４９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態においては、周波数特性が異なる２つのスピーカ４０、４４を組み合わせて用いた場合について説明を行っていたが、スピーカの数は２つに限定されるものではなく、３つあるいはそれ以上の数のスピーカを組み合わせるようにしてもよい。
【００５０】
図７は、スピーカを３つ組み合わせた場合のオーディオシステムの構成を示す図である。同図に示すオーディオシステムは、チューナやＣＤプレーヤ等のオーディオ装置１００と、オーディオ装置１００から出力されるオーディオ信号が入力される３つの遅延器１０、１２、１４と、これらの遅延器の後段等に接続される４つのスイッチ２０、２２、２４、２６ａと、入力されるオーディオ信号の中から低域成分のみを通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０と、中域成分のみを通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３２と、高域成分のみを通過させるハイパスフィルタ（ＬＰＦ）３４と、周波数特性が異なる３つのスピーカ４０、４２、４４と、オーディオ音の聴取位置に設定されたマイクロホン４６と、遅延時間測定用の所定の信号を発生する遅延時間測定用音源５０と、マイクロホン４６の出力信号に基づいて各スピーカ４０等を介した音波の遅延時間の算出と各遅延器１０等の遅延時間の設定を行う遅延時間算出・設定部５２ａとを含んで構成されている。
【００５１】
図７に示すオーディオシステムは、上述した図１に示したオーディオシステムに対して、遅延器１２、スイッチ２２、バンドパスフィルタ３２、スピーカ４２のそれぞれを追加した点と、図１に示したスイッチ２６を３通りの接続状態を選択的に切り替え可能なスイッチ２６ａに変更するとともに、２つの遅延器１０、１４のそれぞれの遅延時間の設定を行っていた遅延時間算出・設定部５２を３つの遅延器１０、１２、１４のそれぞれの遅延時間の設定を行う遅延時間算出・設定部５２ａに変更した点が異なっている。なお、遅延時間算出・設定部５２ａの詳細構成は、図３あるいは図６に示した構成をそのまま適用することができる。
【００５２】
次に、図７に示すオーディオシステムにおいて、遅延時間算出・設定部５２ａが各遅延器１０、１２、１４に遅延時間を設定する際の動作を説明する。まず、スイッチ２０、２２、２４を切り替えて、各フィルタ３０、３２、３４の接続状態を各遅延器１０、１２、１４側から遅延時間測定用音源５０側に変更する。そして、スイッチ２６ａを切り替えて、遅延時間測定用音源５０から出力される信号がローパスフィルタ３０に入力されるようにする。これらの各スイッチの切り替え動作は、遅延時間算出・設定部５２ａあるいは図示しない制御部による切り替え指示に応じて行われる。
【００５３】
このような各スイッチの接続状態において、遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズが出力され、対応する音波がスピーカ４０から車室内音響空間に放射される。遅延時間算出・設定部５２ａは、遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズが出力されて、マイクロホン４６から対応する検出信号が出力されると、この検出信号に基づいて音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性を求める。
【００５４】
次に、スイッチ２６ａが切り替えられ、遅延時間測定用音源５０から出力される信号がバンドパスフィルタ３２に入力される状態に変更される。この状態において、遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズが出力され、対応する音波がスピーカ４２から車室内音響空間に放射される。遅延時間算出・設定部５２ａは、遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズが出力されて、マイクロホン４６から対応する検出信号が出力されると、この検出信号に基づいて音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性を求める。
【００５５】
同様に、スイッチ２６ａが切り替えられ、遅延時間測定用音源５０から出力される信号がハイパスフィルタ３４に入力される状態に変更される。この状態において、遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズが出力され、対応する音波がスピーカ４４から車室内音響空間に放射される。遅延時間算出・設定部５２は、遅延時間測定用音源５０からホワイトノイズが出力されて、マイクロホン４６から対応する検出信号が出力されると、この検出信号に基づいて音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性を求める。
【００５６】
図８は、スピーカを３つ組み合わせた変形例の遅延時間算出・設定部５２ａによって求められる音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性の一例を示す図である。図８（Ａ）は、音圧レベルの周波数特性を示しており、特性曲線ａ3 がスピーカ４０から放射された音波に対応して求められた音圧レベルの周波数特性を示し、特性曲線ａ4 がスピーカ４２から放射された音波に対応して求められた音圧レベルの周波数特性を示し、特性曲線ａ5 がスピーカ４４から放射された音波に対応して求められた音圧レベルの周波数特性を示している。また、図８（Ｂ）は、群遅延時間特性を示しており、特性曲線ｂ3 がスピーカ４０から放射された音波に対応して求められた群遅延時間特性を示し、特性曲線ｂ4 がスピーカ４２から放射された音波に対応して求められた群遅延時間特性を示し、特性曲線ｂ5 がスピーカ４４から放射された音波に対応して求められた群遅延時間特性を示している。
【００５７】
図８に示すような音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性が求められると、遅延時間算出・設定部５２ａは、スピーカ４０、４２のそれぞれに対応する音圧レベルの周波数特性が交差する（特性曲線ａ3 および特性曲線ａ4 が交差する）位置Ｐ2 における周波数ｆ2 と、各スピーカ４２、４４に対応する音圧レベルの周波数特性が交差する（特性曲線ａ4 および特性曲線ａ5 が交差する）位置Ｐ3 における周波数ｆ3 とを求める。
【００５８】
次に、遅延時間算出・設定部５２ａは、スピーカ４０、４２、４４のそれぞれに対応して求められた群遅延時間特性において、上述した周波数ｆ2 、ｆ3 における遅延時間をそれぞれ求める。具体的には、図８（Ｂ）に示すように、周波数ｆ2 における遅延時間がそれぞれｔ2 、ｔ2′ （遅延時間ｔ2 がスピーカ４０に、遅延時間ｔ2′ がスピーカ４２にそれぞれ対応する）と求められ、周波数ｆ3 における遅延時間がそれぞれｔ3 、ｔ3′ （遅延時間ｔ3 がスピーカ４２に、遅延時間ｔ3′ がスピーカ４４にそれぞれ対応する）と求められる。この場合に、遅延器１０、１２、１４のそれぞれに設定する遅延時間は、上述した各遅延時間ｔ2 、ｔ2′ の大小関係およびｔ3 、ｔ3′ の大小関係の組合せに応じて異なるので、以下に、場合分けをして説明する。
【００５９】
図９は、それぞれの遅延時間の大小関係に応じて遅延器１０、１２、１４に設定する遅延時間を求める方法について説明する図である。なお、図９では、説明を簡略化するために群遅延時間特性を示す特性曲線が簡略化して表されている。
【００６０】
（１）ｔ 2 ＞ｔ 2 ′ 、ｔ 3 ＞ｔ 3 ′ の場合
図９（Ａ）に示すように、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ2 におけるスピーカ４０に対応する遅延時間ｔ2 とスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ2′ の差Ｔ0 （＝ｔ2 −ｔ2′ ） を計算し、この差Ｔ0 を遅延時間として、スピーカ４２および４４のそれぞれに対応した遅延器１２および１４に設定する。これにより、遅延時間Ｔ0 だけ遅延された音波がスピーカ４２および４４から放射されることとなり、周波数ｆ2 において、スピーカ４０、４２のそれぞれから放射された音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６１】
次に、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ3 におけるスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ3 とスピーカ４４に対応する遅延時間ｔ3′ の差Ｔ1 （＝ｔ3 −ｔ3′） を計算し、このＴ1 を遅延時間としてスピーカ４４に対応した遅延器１４に設定する。ただし、上述したように、既に遅延器１４には遅延時間として上述したＴ0 が設定されており、これを考慮する必要があるので、結局、遅延器１４に設定される遅延時間は（Ｔ0 ＋Ｔ1 ）となる。これにより、遅延時間（Ｔ0 ＋Ｔ1 ）だけ遅延された音波がスピーカ４４から放射されることとなり、周波数ｆ3 において、スピーカ４２、４４のそれぞれか放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。この結果、２つの周波数ｆ2 、ｆ3 のそれぞれにおいて、３つのスピーカ４０、４２、４４のそれぞれから放射された音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６２】
（２）ｔ 2 ＞ｔ 2 ′ 、ｔ 3 ＜ｔ 3 ′ の場合
図９（Ｂ）に示すように、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ2 におけるスピーカ４０に対応する遅延時間ｔ2 とスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ2 ′の差Ｔ0 （＝ｔ2 −ｔ2′ ）を計算し、このＴ0 を遅延時間としてスピーカ４２および４４のそれぞれに対応した遅延器１２および１４に設定する。これにより、遅延時間Ｔ0 だけ遅延された音波がスピーカ４２および４４から放射されることとなり、周波数ｆ2 において、スピーカ４０、４２のそれぞれから放射された音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６３】
次に、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ3 におけるスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ3 とスピーカ４４に対応する遅延時間ｔ3′ の差Ｔ1′（＝ｔ3′−ｔ3 ）を計算し、このＴ1′ を遅延時間として、スピーカ４０および４２のそれぞれに対応した遅延器１０および１２に設定する。ただし、上述したように、既に遅延器１２には遅延時間としてＴ0 が設定されており、これを考慮する必要があるので、結局、遅延器１２に設定される遅延時間は（Ｔ0 ＋Ｔ1′） となる。これにより、遅延時間Ｔ1′ だけ遅延された音波がスピーカ４０から放射されることとなり、また、遅延時間（Ｔ0 ＋Ｔ1′） だけ遅延された音波がスピーカ４２から放射されることとなり、周波数ｆ3 において、スピーカ４２、４４のそれぞれから放射された音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。この結果、２つの周波数ｆ2 、ｆ3 のそれぞれにおいて、３つのスピーカ４０、４２、４４にのそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６４】
（３）ｔ 2 ＜ｔ 2 ′ 、ｔ 3 ＞ｔ 3 ′ の場合
図９（Ｃ）に示すように、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ2 におけるスピーカ４０に対応する遅延時間ｔ2 とスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ2′の差Ｔ0′ （＝ｔ2′ −ｔ2 ）を計算し、この差Ｔ0′ を遅延時間として、スピーカ４０に対応した遅延器１０に設定する。これにより、遅延時間Ｔ0′ だけ遅延された音波がスピーカ４０から放射されることとなり、周波数ｆ2 において、スピーカ４０、４２のそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６５】
次に、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ3 におけるスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ3 とスピーカ４４に対応する遅延時間ｔ3′ の差Ｔ1 （＝ｔ3 −ｔ3′） を計算し、この差Ｔ1 を遅延時間として、スピーカ４４に対応した遅延器１４に設定する。これにより、遅延時間Ｔ1 だけ遅延された音波がスピーカ４４から放射されることとなり、周波数ｆ3 において、スピーカ４２、４４のそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。この結果、２つの周波数ｆ2 、ｆ3 のそれぞれにおいて、３つのスピーカ４０、４２、４４のそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６６】
（４）ｔ 2 ＜ｔ 2 ′ 、ｔ 3 ＜ｔ 3 ′ の場合
図９（Ｄ）に示すように、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ2 におけるスピーカ４０に対応する遅延時間ｔ2 とスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ2′の差Ｔ0′ （＝ｔ2′ −ｔ2 ）を計算し、この差Ｔ0′ を遅延時間として、スピーカ４０に対応した遅延器１０に設定する。これにより、遅延時間Ｔ0′ だけ遅延された音波がスピーカ４０から放射されることとなり、周波数ｆ2 において、スピーカ４０、４２のそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６７】
次に、遅延時間算出・設定部５２ａは、周波数ｆ3 におけるスピーカ４２に対応する遅延時間ｔ3 とスピーカ４４に対応する遅延時間ｔ3′ の差Ｔ1′（＝ｔ3′−ｔ3 ）を計算し、このＴ1′ を遅延時間として、スピーカ４０および４２のそれぞれに対応した遅延器１０および１２に設定する。ただし、上述したように、既に遅延器１０には遅延時間としてＴ0′ が設定されており、これを考慮する必要があるので、結局、遅延器１０に設定される遅延時間は（Ｔ0′＋Ｔ1′）となる。この結果、遅延時間Ｔ1′ だけ遅延された音波がスピーカ４２から放射されることとなり、また、遅延時間（Ｔ0′＋Ｔ1′）だけ遅延された音波がスピーカ４０から放射されることとなり、周波数ｆ3 において、スピーカ４２、４４のそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。この結果、２つの周波数ｆ2 、ｆ3 のそれぞれにおいて、３つのスピーカ４０、４２、４４のそれぞれから放射される音波がマイクロホン４６に到達するタイミングをほぼ一致させることができる。
【００６８】
このように、４種類の遅延時間ｔ2 、ｔ2′ 、ｔ3 、ｔ3′ のそれぞれの大小関係に応じて場合分けをすることにより、３つのスピーカ４０、４２、４４を組み合わせた場合のオーディオシステムにおいても、遅延器１０、１２、１４に対して適切な遅延時間を設定することができる。
【００６９】
また、上述した実施形態における遅延時間算出・設定部５２の構成例１では、各スピーカに対してタイムストレッチドパルス（図４参照）を入力し、マイクロホン４６からの出力信号に対してタイムストレッチドパルスを時間軸上で反転させた信号（図５参照）を畳み込み演算することによりインパルス応答を得ていたが、タイムストレッチドパルスを用いずに、単にインパルスを入力することによりインパルス応答を得るようにしてもよい。この場合には、畳み込み演算部７８を省略して構成を簡略化することができる。
【００７０】
また、上述した実施形態では、本発明の遅延時間設定方式を車載用のオーディオシステムに適用した場合について説明を行ったが、これに限定されるものではなく、屋内用あるいは屋外用のオーディオシステム等に適用することもできる。
【００７１】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、複数のスピーカのそれぞれから放射される音波に含まれる周波数の重複部分が集音手段に到達するタイミングをほぼ一致させるように遅延手段の遅延時間が設定されるので、聴感上の違和感が生じるのを防止することができ、聴取位置における音質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のオーディオシステムの構成を示す図である。
【図２】遅延時間算出・設定部によって求められる音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性の一例を示す図である。
【図３】タイムストレッチドパルスを用いてインパルス応答を求めて遅延時間を算出する場合の遅延時間算出・設定部の構成を示す図である。
【図４】タイムストレッチドパルスの一例を示す図である。
【図５】タイムストレッチドパルスを時間軸上で反転させた信号を示す図である。
【図６】適応フィルタを用いてインパルス応答を求めて遅延時間を算出する場合の遅延時間算出・設定部の構成を示す図である。
【図７】スピーカを３つ組み合わせた場合のオーディオシステムの構成を示す図である。
【図８】スピーカを３つ組み合わせた変形例の遅延時間算出・設定部によって求められる音圧レベルの周波数特性および群遅延時間特性の一例を示す図である。
【図９】各遅延時間の大小関係に応じて各遅延器に設定する遅延時間を求める方法について説明する図である。
【図１０】従来の遅延時間設定方式における遅延時間の設定方法を説明する図である。
【符号の説明】
１０、１２、１４ 遅延器
２０、２２、２４、２６、２６ａ スイッチ
３０ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
３２ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
３４ ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
４０、４２、４４ スピーカ
４６ マイクロホン
５０ 遅延時間測定用音源
５２、５２ａ 遅延時間算出・設定部
Claims (4)
- 音響空間内に設置された複数のスピーカと、
前記音響空間内の聴取位置に設置された集音手段と、
前記複数のスピーカのそれぞれの前段に接続され、それぞれの遅延時間が設定可能な複数の遅延手段と、
入力信号を複数の周波数帯域に分割して前記複数のスピーカのそれぞれに入力する帯域分割手段と、
所定の遅延時間測定用信号を生成する測定用信号生成手段と、
前記測定用信号生成手段によって生成された前記遅延時間測定用信号を前記帯域分割手段に入力することにより得られる複数の周波数帯域の音波を、前記複数のスピーカのそれぞれから選択的に出力する切り替え手段と、
前記遅延時間測定用信号に対応して前記集音手段から出力される複数の周波数帯域の信号を解析することにより、前記複数のスピーカのそれぞれから放射される音波に含まれる周波数の重複部分が前記集音手段に到達するタイミングをほぼ一致させるように前記複数の遅延手段のそれぞれの遅延時間を設定する遅延時間算出・設定手段と、
を備え、前記遅延時間算出・設定手段は、周波数が隣接する２つの周波数帯域について音圧レベルが同じになる周波数を特定し、この周波数における遅延時間がこれら２つの周波数帯域において一致するようにこれら２つの周波数帯域のそれぞれに対応する前記遅延手段の遅延時間を設定することを特徴とする遅延時間設定方式。 - 請求項１において、
前記遅延時間算出・設定手段は、
前記集音手段から出力される信号について、周波数毎の信号レベルを解析することにより、前記複数のスピーカから出力される音波のそれぞれに対応する前記信号レベルがほぼ一致する特定周波数を算出する特定周波数算出手段と、
前記特定周波数算出手段によって算出された前記特定周波数の信号成分について、前記測定用信号生成手段から前記遅延時間測定用信号が出力されてから前記複数のスピーカのそれぞれから対応する音波が放射されて前記集音手段に到達するまでの時間差を算出し、この時間差がなくなるように前記複数の遅延手段のそれぞれの遅延時間を設定する遅延時間設定手段と、
を備えることを特徴とする遅延時間設定方式。 - 請求項１において、
前記測定用信号生成手段によって生成される前記遅延時間測定用信号はタイムストレッチドパルスであり、
前記遅延時間算出・設定手段は、前記集音手段の出力信号に、前記タイムストレッチドパルスを時間軸上で反転した信号を畳み込み演算し、この畳み込み演算結果に対してフーリエ変換処理を行うことにより、各周波数成分に対応する信号レベル特性と群遅延時間特性を求めることを特徴とする遅延時間設定方式。 - 請求項１において、
前記測定用信号生成手段によって生成される前記遅延時間測定用信号はホワイトノイズ信号であり、
前記遅延時間算出・設定手段は、前記測定用信号生成手段から出力される前記遅延時間測定用信号と前記集音手段の出力信号とが入力されて、これら２つの信号の誤差信号のパワーが最小となるように適応等化処理を行う適応フィルタを有しており、この適応フィルタのフィルタ係数に対してフーリエ変換処理を行うことにより、各周波数成分に対応する信号レベル特性と群遅延時間特性を求めることを特徴とする遅延時間設定方式。
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