JP4381647B2

JP4381647B2 - 多チャネル音響再生装置

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Publication number: JP4381647B2
Application number: JP2002076395A
Authority: JP
Inventors: 徹早瀬
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: JP2003274494A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆるプリメインアンプなどとして実現され、入力された複数系統の音響信号を増幅し、増幅した信号で、電気音響変換手段であるそれぞれの系統のスピーカを駆動する多チャネル音響再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からの２チャネルのステレオ再生に加えて、近年では、デジタルビデオディスクやデジタルテレビの普及によって、３チャネル以上の多チャネルの音響再生再生装置も用いられるようになっている。これらの音響再生再生装置では、前述のように、複数の系統の音響信号を増幅して、それぞれの系統のスピーカを駆動するにあたって、各チャネルの音響信号は、相互に関連することなく個別に増幅され、電気音響変換されるのが一般的である。また、臨場感の付加などのために、他のチャネルの音響信号を混合することも従来から広く行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、多チャネルの音響再生で重要な設定要素に、チャネル間の時間差管理がある。これは、スピーカから放射された音波は、その空間伝達速度（約３４０ｍ／ｓｅｃ）によって、これを受音する点（ＬｉｓｔｅｎｉｎｇＰｏｉｎｔ）の距離で時間遅延が生じ、音源が複数個あるマルチチャネル音響では、それぞれの距離が異なる場合に、その時間差を調整しなければならないからである。また、前記臨場感の付加等を実現するためにも、所望とする反射波や残響音を表現するための時間差の調整が重要となる。さらにまた、マルチウェイスピーカをマルチアンプで駆動する場合には、それぞれのスピーカユニットの音源位置を同一平面上に並べるために前記時間差の調整が重要となる。
【０００４】
しかしながら、前記音響信号として、従来から広く用いられているアナログ音響信号の場合には、前記時間差を調整するためにはアナログ遅延器が必要であるが、一般にアナログ信号のままで信号を遅延させるアナログ遅延器は、精度および遅延時間を充分確保することが困難であるという問題がある。そこで、これも前記音響信号として従来から広く用いられているＰＣＭデジタル音響信号の場合には、信号の伝送経路にバッファメモリを設け、これに前記遅延時間に対応した時間だけ該ＰＣＭデジタル音響信号を保持させた後に出力させることで、所望とする充分な遅延時間を確保することができる。
【０００５】
ところが、このような手法は、前記多チャネルの音響再生の代表である５．１ｃｈ再生等では所期の効果を発揮することができるけれども、前記マルチウエイスピーカをマルチアンプで駆動する場合には、それぞれのスピーカユニットの音源位置を同一平面上に並べるためには、ｍｍ単位の調整が必要であり、分解能が不足するという問題がある。また、ハイエンドのユーザには、人間の認識の限界を超える性能を要求することがあり、このような場合にも、４４．１ｋＨｚ等のサンプリング周波数による１ｃｍ弱程度の音源位置の調整能力では、分解能が不足するという問題がある。さらにまた、一部で研究されている『マトリクス音源による仮想音源定位』に用いる多チャネル音響の再生では、波面を正確に合わせるために前記ｍｍ単位の音源位置設定が要求され、この場合にも遅延時間に高い精度の分解能が要求される。
【０００６】
本発明の目的は、高い分解能で遅延時間を調整することができる多チャネル音響再生装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の多チャネル音響再生装置は、入力された複数系統の音響信号を増幅し、増幅した信号を電気音響変換手段に供給する装置において、少なくとも最終段の増幅回路として、各系統間でサンプリング周期が相互に等しく、かつ各系統毎の入力音響信号に対応した２値信号に応答して定電圧をスイッチングすることで電力増幅動作を行なう増幅回路をそれぞれ備え、少なくとも１つの系統において、前記最終段の増幅回路の前段側に、少なくとも前記２値信号の遅延を行うことができる信号処理回路を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、複数系統の電気音響変換手段（スピーカシステム）を用いてマルチチャネルステレオ再生やマルチウェイ再生を実現するプリメインアンプなどとして実現される多チャネル音響再生装置において、音像定位やマルチウェイスピーカの音源位置合わせなどのために各系統間の時間差を調整するにあたって、少なくとも１つの系統に設けた２値信号処理を行う信号処理回路の遅延処理で行う。
【０００９】
したがって、音響信号の２値信号は、ＰＣＭなどのマルチビットの信号に比べてサンプリング周波数が数十〜百倍程度も高く、前記遅延時間の分解能を高め、微調整を行うことができる。また、２値信号は各ビットが同じ重みのデータであり、そのビットストリームを順次遅延するだけで遅延処理を行うことができるので、各ビットのデータの重みが異なるマルチビットの信号をシリアル伝送した場合に比べて、容易に遅延処理を行うこともできる。
【００１０】
また、本発明の多チャネル音響再生装置は、各系統の音響信号源が前記サンプリング周期が一定の２値信号で音響信号を出力することを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、２値信号は、非圧縮で線形の信号であるので、入力音響信号に対して、前記遅延処理をバッファ等で容易に行うことができるとともに、２値化への変換処理を行う必要もなく、前記音響信号源からのビットストリームをそのまま使用することができる。
【００１２】
さらにまた、本発明の多チャネル音響再生装置は、各系統の音響信号源がリニアＰＣＭ信号で音響信号を出力することを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、マルチビットのリニアＰＣＭ信号は、非圧縮で線形の信号であるので、前記信号処理回路が入力音響信号を２値信号へ変換処理すれば、該リニアＰＣＭ信号を本発明に使用することができる。
【００１４】
また、本発明の多チャネル音響再生装置は、各系統の音響信号源が非圧縮で線形のアナログ信号で音響信号を出力することを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、入力音響信号が非圧縮で線形のアナログ信号であるので、前記信号処理回路が入力音響信号を２値信号へ変換処理すれば、該アナログ信号を本発明に使用することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について、図１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００１７】
図１は、本発明の実施の一形態の音響再生装置であるプリメインアンプ１の電気的構成を示すブロック図である。このプリメインアンプ１は、いわゆる５．１チャネルの入力された６系統の音響信号を増幅し、その増幅信号で対応する電気音響変換手段であるスピーカ２Ｌ，２Ｒ，２Ｃ；２ＳＬ，２ＳＲ；２Ｗ（総称するときには、以下参照符２で示す）をそれぞれ駆動するものである。
【００１８】
前記５．１チャネルに対応して、前記各スピーカ２Ｌ，２Ｒ，２Ｃ；２ＳＬ，２ＳＲは、聴取者３を取囲むように、該聴取者３に対して、前方左、前方右、前方中央、後方左および後方右にそれぞれ配置され、１または周波数帯域毎の複数のスピーカユニットから成り、フルレンジの音響信号を再生する。前記スピーカ２Ｗは、低域の音響信号を再生するものであり、適宜配置（図１では聴取者３の前方右）される。
【００１９】
前記プリメインアンプ１は、入力音響信号から２値信号を作成する２値信号生成回路１１と、前記２値信号生成回路１１からの２値信号に、図示しない制御回路からの制御信号に応答した所定の処理を施す２値信号処理回路１２と、前記２値信号処理回路１２で信号処理が施された２値信号に応答して定電圧をスイッチングすることで電力増幅動作を行なうスイッチング増幅回路１３と、前記スイッチング増幅回路１３で増幅された２値信号を平滑化してアナログ音響信号に変換するローパスフィルタ１４とが、前記各前方左、前方右、前方中央、後方左、後方右および低域の各チャネル毎に設けられて構成されており、前記スピーカ２と同様に、各チャネルの構成を総称するときには数字のみの参照符で示し、各チャネルの構成を個別に示すときには数字に前記Ｌ，Ｒ，Ｃ；ＳＬ，ＳＲ，Ｗの英字を付した参照符で示す。
【００２０】
ここで、２値信号とは、高次のΔΣ変調アルゴリズム等によって作成される各チャネル間でサンプリング周期が一定の１ビット信号であり、該２値信号を各々異なる電圧に割当てたパルス信号を生成した場合、該パルス信号から抽出された低周波数成分が、元のアナログの音響信号に一致するものである。
【００２１】
音響信号源４は、たとえばデジタルビデオディスクプレーヤやデジタル衛星放送の受信装置などで実現され、前記プリメインアンプ１の２値信号生成回路１１へ、前記５．１チャネルの音響信号をそれぞれ出力するものであり、アナログ信号、リニアＰＣＭ信号または２値信号の何れかの形態で出力する。２値信号生成回路１１は、入力音響信号が、アナログ信号である場合には前記高次ΔΣ変調アルゴリズムによって２値信号に変換し、リニアＰＣＭ信号である場合にも２値信号に変換し、２値信号の場合にはバイパスする。
【００２２】
注目すべきは、このプリメインアンプ１では、前記２値信号生成回路１１からの２値信号に対して、２値信号処理回路１２は、前記図示しない制御回路からの個別の制御信号にそれぞれ応答して、２値信号のままで、少なくとも遅延処理を含む信号処理を行うことである。この遅延処理は、前記受音点である聴取者３からスピーカ２までの距離Ｄが等距離に配置されることが前提とされているものの、実際にはリスニングルーム５の寸法的な条件によってそのような等距離配置が困難である場合に、前記受音点ヘの音波到達時間の誤差を補正するためのものである。
【００２３】
前記制御信号は、前記距離Ｄの差を補正するための信号であり、たとえば最短の距離のスピーカに対応した２値信号に対する遅延時間を０とし、残余のスピーカに対応した２値信号には、距離差に対応した遅延時間が設定されている。２値信号処理回路１２での遅延処理以外の処理としては、音量レベルの調整、音質調整、残響音の付加のために他のチャネルの信号成分のレベルおよび位相（時間）を調整して加算するなどであり、これらの処理の後は再度ΔΣ変調されて２値信号とされ、また各チャネル間のサンプリング周期が厳密に一致するように遅延処理も行われる。前記遅延処理は、２値信号の伝送経路にバッファメモリを設け、遅延すべき時間だけ２値信号のビットストームを該バッファメモリに順次に貯えた後、出力することで実現される。
【００２４】
前記スイッチング増幅回路１３は、ＰＯＷＥＲＭＯＳ−ＦＥＴやＳＩＴ（静電誘導トランジスタ）などを備え、２値信号（１ビット信号）の状態に応じて、ハイレベルの電源電圧とローレベルの電源電圧との何れかをスイッチングして出力することで、前記２値信号の電力増幅を行うものである。そして、各スイッチング増幅回路１３Ｌ，１３Ｒ，１３Ｃ；１３ＳＬ，１３ＳＲ；１３Ｗは、相互に等しく構成される。
【００２５】
前記ローパスフィルタ１４は、低インピーダンス負荷（スピーカの場合、４〜８Ω）に対して、充分な電流を流すことができるＬ（コイルインダクタンス）とＣ（キャパシタンス）とによって構成される低域通過回路であり、スピーカ２のネットワーク側に設けられてもよい。
【００２６】
上述のように構成されるプリメインアンプ１において、各チャネル間の２値信号生成プロセス、２値信号処理プロセスおよびスイッチング増幅プロセスは、前記図示しない制御回路によって、２値信号が持つサンプリング周波数に対応したクロックで時間管理されており、高い精度の時間補正精度が保存されている。したがって、前記２値信号のサンプリング周波数は、たとえばコンパクトディスクで用いられている４４．ｌｋＨｚの６４倍から１２８倍の周波数であり、その時間分解能で２値信号処理回路１２において遅延時間を調整すると、音源配置距離Ｄの誤差を、１ｍｍ以下の精度、たとえば前記６４倍で約０．１２ｍｍ単位で微調整することができる。
【００２７】
また、２値信号は各ビットが同じ重みのデータであり、前述のようにそのビットストリームを順次遅延するだけで遅延処理を行うことができるので、各ビットのデータの重みが異なるマルチビットの信号をシリアル伝送した場合に比べて、送受信や遅延処理のハードウエアおよび／またはプロトコルを単純化でき、２値信号処理回路１２のコストを低減することもできる。
【００２８】
さらにまた、入力音響信号を、２値信号、マルチビットのリニアＰＣＭ信号または非圧縮で線形のアナログ信号の何れかとするので、圧縮された信号やＰＷＭ変調された信号等のように、伸長やサンプリング周期を復元する煩雑な処理が必要とならずに、本発明で用いる一定周期のサンプリングによる２値信号を得ることができる。
【００２９】
本発明の実施の他の形態について、図２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３０】
図２は、本発明の実施の他の形態の音響再生装置であるプリメインアンプ２１の電気的構成を示すブロック図である。このプリメインアンプ２１は、前述のプリメインアンプ１に類似している。このプリメインアンプ２１は、いわゆるマルチウェイ再生を実現するプリメインアンプであり、音響信号源２４からの左右２チャネルの入力音響信号を、高域、中域および低域の各周波数帯域に分離して増幅し、左右それぞれのマルチウェイのスピーカ２２Ｌ，２２Ｒに与えるものである。
【００３１】
前記スピーカ２２Ｌは、前記高域、中域および低域の各周波数帯域のスピーカユニット２２ＬＨ，２２ＬＭ，２２ＬＬを備えており、同様に前記スピーカ２２Ｒは、スピーカユニット２２ＲＨ，２２ＲＭ，２２ＲＬを備えている。
【００３２】
これに対応して、プリメインアンプ２１では、前記２値信号生成回路１１、２値信号処理回路１２、スイッチング増幅回路１３およびローパスフィルタ１４に対応する２値信号生成回路３１、２値信号処理回路３２、スイッチング増幅回路３３およびローパスフィルタ３４が設けられるともに、周波数帯域を分離するためのフィルタ３０が設けられており、前記６チャネルにそれぞれ対応して、ＬＨ，ＬＭ，ＬＬ；ＲＨ，ＲＭ，ＲＬの英字を付した参照符で示している。
【００３３】
音響信号源２４からの左チャネルのアナログの入力音響信号は、フィルタ３０ＬＨ，３０ＬＭ，３０ＬＬに共通に入力され、同様に右チャネルのアナログの入力音響信号は、フィルタ３０ＲＨ，３０ＲＭ，３０ＲＬに共通に入力される。これによって、左右各チャネルの入力音響信号は、前記高域、中域および低域の各周波数帯域に分離され、２値信号生成回路３１で２値信号に変換された後、２値信号処理回路３２に入力される。
【００３４】
前記２値信号処理回路３２は、高域のスピーカユニット２２ＬＨ，２２ＲＨと、中域のスピーカユニット２２ＬＭ，２２ＲＭと、低域のスピーカユニット２２ＬＬ，２２ＲＬとの音源位置合わせのための遅延処理を含む信号処理を行う。前記音源位置合わせは、バッフル板２２ＬＢ，２２ＲＢに取付けられている前記各スピーカユニット２２ＬＨ，２２ＲＨ；２２ＬＭ，２２ＲＭ；２２ＬＬ，２２ＲＬの径やコーン形状の違いなどによる音源位置のずれを補正するためのものであり、たとえば図２に示すように同一平面に取付けられた場合、低域のスピーカユニット２２ＬＬ，２２ＲＬの音源位置が最後方となり、中域のスピーカユニット２２ＬＭ，２２ＲＭ、高域のスピーカユニット２２ＬＨ，２２ＲＨの順で、前方になる。
【００３５】
このようにして、プリメインアンプ２１では、マルチウェイスピーカ２２Ｌ，２２Ｒの音源位置合わせを、前述のように２値信号の分解能を利用して、高精度に行うことができる。
【００３６】
なお、入力音響信号が前記２値信号またはリニアＰＣＭ信号である場合には、フィルタ３０に代えて、それらの入力音響信号の周波数帯域を分離するデジタルシグナルプロセッサ等を用いることで、同様の音源位置合わせを行うことができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の多チャネル音響再生装置は、以上のように、複数系統の電気音響変換手段（スピーカシステム）を用いてマルチチャネルステレオ再生やマルチウェイ再生を実現するプリメインアンプなどとして実現される多チャネル音響再生装置において、少なくとも最終段の増幅回路として、各系統間でサンプリング周期が相互に等しく、かつ各系統毎の入力音響信号に対応した２値信号に応答して定電圧をスイッチングすることで電力増幅動作を行なう増幅回路をそれぞれ備え、音像定位やマルチウェイスピーカの音源位置合わせなどのために各系統間の時間差を調整するにあたって、少なくとも１つの系統に設けた２値信号処理を行う信号処理回路の遅延処理で行う。
【００３８】
それゆえ、音響信号の２値信号は、ＰＣＭなどのマルチビットの信号に比べてサンプリング周波数が数十〜百倍程度も高く、前記遅延時間の分解能を高め、微調整を行うことができる。また、２値信号は各ビットが同じ重みのデータであり、そのビットストリームを順次遅延するだけで遅延処理を行うことができるので、各ビットのデータの重みが異なるマルチビットの信号をシリアル伝送した場合に比べて、容易に遅延処理を行うこともできる。
【００３９】
また、本発明の多チャネル音響再生装置は、以上のように、入力音響信号を、サンプリング周期が一定で、非圧縮で線形の信号である２値信号とする。
【００４０】
それゆえ、該入力音響信号に対して、遅延処理をバッファ等で容易に行うことができるとともに、２値化への変換処理を行う必要もなく、音響信号源からのビットストリームをそのまま使用することができる。
【００４１】
さらにまた、本発明の多チャネル音響再生装置は、以上のように、入力音響信号を、非圧縮で線形の信号であるマルチビットのリニアＰＣＭ信号とする。
【００４２】
それゆえ、信号処理回路が２値信号へ変換処理すれば、該リニアＰＣＭ信号を本発明に使用することができる。
【００４３】
また、本発明の多チャネル音響再生装置は、以上のように、入力音響信号を、非圧縮で線形のアナログ信号とする。
【００４４】
それゆえ、信号処理回路が２値信号へ変換処理すれば、該アナログ信号を本発明に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の音響再生装置であるマルチチャネル再生を実現するプリメインアンプの電気的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の他の形態の音響再生装置であるマルチウェイ再生を実現するプリメインアンプの電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，２１プリメインアンプ
２Ｌ前方左チャネルのスピーカ（電気音響変換手段）
２Ｒ前方右チャネルのスピーカ（電気音響変換手段）
２Ｃ前方中央チャネルのスピーカ（電気音響変換手段）
２ＳＬ後方左チャネルのスピーカ（電気音響変換手段）
２ＳＲ後方右チャネルのスピーカ（電気音響変換手段）
２Ｗ低域チャネルのスピーカ（電気音響変換手段）
３聴取者
４，２４音響信号源
５リスニングルーム
１１Ｌ，１１Ｒ，１１Ｃ；１１ＳＬ，１１ＳＲ；１１Ｗ２値信号生成回路
１２Ｌ，１２Ｒ，１２Ｃ；１２ＳＬ，１２ＳＲ；１２Ｗ２値信号処理回路
１３Ｌ，１３Ｒ，１３Ｃ；１３ＳＬ，１３ＳＲ；１３Ｗスイッチング増幅回路
１４Ｌ，１４Ｒ，１４Ｃ；１４ＳＬ，１４ＳＲ；１４Ｗローパスフィルタ
２２Ｌ左チャネルのスピーカ（電気音響変換手段）
２２Ｒ右チャネルのスピーカ（電気音響変換手段）
２２ＬＨ，２２ＲＨ高域のスピーカユニット（電気音響変換手段）
２２ＬＭ，２２ＲＭ中域のスピーカユニット（電気音響変換手段）
２２ＬＬ，２２ＲＬ低域のスピーカユニット（電気音響変換手段）
２２ＬＢ，２２ＲＢバッフル板
３０ＬＨ，３０ＬＭ，３０ＬＬ；３０ＲＨ，３０ＲＭ，３０ＲＬフィルタ
３１ＬＨ，３１ＬＭ，３１ＬＬ；３１ＲＨ，３１ＲＭ，３１ＲＬ
２値信号生成回路
３２ＬＨ，３２ＬＭ，３２ＬＬ；３２ＲＨ，３２ＲＭ，３２ＲＬ
２値信号処理回路
３３ＬＨ，３３ＬＭ，３３ＬＬ；３３ＲＨ，３３ＲＭ，３３ＲＬ
スイッチング増幅回路
３４ＬＨ，３４ＬＭ，３４ＬＬ；３４ＲＨ，３４ＲＭ，３４ＲＬ
ローパスフィルタ

Claims

入力された複数系統の音響信号を増幅し、増幅した信号を電気音響変換手段に供給する装置において、
少なくとも最終段の増幅回路として、各系統間でサンプリング周期が相互に等しく、かつ各系統毎の入力音響信号に対応し、さらにＰＣＭなどのマルチビットの信号に比べてサンプリング周波数が数十〜百倍程度高い２値信号に応答して定電圧をスイッチングすることで電力増幅動作を行なう増幅回路をそれぞれ備え、
少なくとも１つの系統において、前記最終段の増幅回路の前段側に、少なくとも前記２値信号の遅延を行うことができる信号処理回路を備えることを特徴とする多チャネル音響再生装置。
上記２値信号は、さらに高次ΣΔ変調アルゴリズムによって４４．１ｋＨｚの６４倍から１２８倍の周波数にオーバーサンプリングされたものであることを特徴とする請求項１に記載の多チャネル音響再生装置
各系統の音響信号源が前記サンプリング周期が一定の２値信号で音響信号を出力することを特徴とする請求項１記載の多チャネル音響再生装置。
各系統の音響信号源がリニアＰＣＭ信号で音響信号を出力することを特徴とする請求項１記載の多チャネル音響再生装置。
各系統の音響信号源が非圧縮で線形のアナログ信号で音響信号を出力することを特徴とする請求項１記載の多チャネル音響再生装置。