JP4840641B2 - 音声信号の遅延時間差自動補正装置 - Google Patents

Description

本発明は、マルチチャンネル方式音声再生システムにおけるスピーカ・ユニット用フィルタ装置に係わり、特に音声信号を帯域ごとに分割してスピーカを駆動することのできるフィルタを形成し、かつ音波の遅延を補正する音声信号の遅延時間差自動補正装置に関する。

近年、ハイビジョン放送、地上デジタル放送の実施に伴ってプラズマディスプレイや液晶ディスプレイ等の薄型でかつ大画面のテレビジョン受像機が普及し、また、ケーブルテレビジョン放送網でも映画チャンネル、音楽チャンネル等の専門チャンネルが設けられ、高画質・高音質の番組が豊富に提供されるようになってきている。さらにＤＶＤ（Digital Varsatile Disc）等パッケージメディアにも映画やドラマ、音楽番組等のソフトが大量に供給され市販されている。

これら放送や、パッケージメディアによって提供される大画面で迫力ある映像にふさわしい臨場感あふれる音響の再生方式として、複数のスピーカによるマルチチャンネル音声再生方式が注目され、ＨＤＴＶ（ハイビジョンテレビ）や、国際電気通信連合の勧告ＩＴＵ−Ｒ ＢＳ１０ ＴＧ１０／１勧告７７５で標準方式に採用され、また現在のデジタル映画音声にも採用されている５．１ｃｈサラウンド方式など、これらの方式を基本として、再生音場環境や、効果・目的に応じてスピーカの数や配置に工夫がなされている。

このような状況において、ＩＴＵ−Ｒ ＢＳ１０ ＴＧ１０／１勧告７７５−１でスピーカ配置が定められている。したがって、放送波やパッケージメディアに記録されているマルチチャンネル再生用の信号は、ＩＴＵ勧告に定められたスピーカ配置を前提として制作されているものが多い。また、民生用オーディオ再生機器の音源機器系、増幅機器系、音響変換機器等の再生機器系は、一般住宅で使用することを前提として設計され、一般ユーザーに提供されている。

そこで、特に多彩な音場環境を提供するサラウンド方式音声信号の音響変換機器であるスピーカについては、高音域、中音域及び低音域を忠実に再現するためそれぞれの音域を再生する２ウェイないし５ウェイ方式のスピーカ・ユニットとして口径、形状の異なるスピーカを組み合わせて音響効果に優れた専用のキャビネットに収容し、さらにそれぞれのスピーカにはクロスオーバーひずみを考慮したハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）がそれぞれ挿入され、原音を忠実に再生するよう考慮されている。
特開２００５−２７１６３号公報

しかし、上記の各スピーカに接続されたＨＰＦ、ＢＰＦ及びＬＰＦを通過した音声信号は、各フィルタのインパルス応答、ステップ応答等に違いがあることから、群遅延特性、位相特性に変化が生ずる。前記群遅延特性から生ずる群遅延値に相当する遅延時間値については、ＨＰＦ、ＢＰＦの出力に対しＬＰＦの出力の遅延量は大きく、その量はフィルタの通過帯域周波数値（カットオフ周波数）が低ければ低いほど、減衰特性値（カットオフ特性）が急しゅんであればあるほど大きくなる。これはフィルタの理論上の特性であり、防ぐことはできない。

このため、特にＬＰＦが挿入されたスピーカ・ユニットで音域の広い音声信号を再生すると、信号が正確に合成できないばかりか、複数の音源からの音が同時に出ている場合の聴取者の耳に早く到達する音源の存在を強く感じるハース効果によって、ＬＰＦが挿入された低音用スピーカ出力の音波に比べ、より早く耳に到達する高音用スピーカ出力の音波に音響定位が集中して、ますます元の信号とは異なって聞こえてしまう問題点がある。

また、聴取者位置における実際の遅延時間量の測定は、あらかじめ校正された発信器を被測定アンプに接続し、ＨＰＦ、ＢＰＦ及びＬＰＦが挿入された複合スピーカを駆動する。聴取者位置にあらかじめ周波数特性が校正されたマイクロフォンを設置し、測定したデータを解析する高度なソフトウエアと計算機を搭載した測定器によって得たデータを専門的なノウハウを持つ専門技術者によって遅延量を判定し、その結果に基づいて遅延時間補正装置を個別に設計・製作する必要があり、自在にフィルタを形成し、かつ生成されたフィルタに適合する遅延時間差を自動補正できる装置は実現されていなかった。

そこで、フィルタの特性によってインパルス応答特性及びステップ応答特性の公知の理論式から理論値を導出して自在にフィルタを形成し、かつ最も遅延量の大きいＬＰＦのカットオフ周波数及び減衰特性値を入力することによって前記理論式に基づいた前記ＬＰＦによって生ずる遅延時間値を、ＨＰＦ又はＢＰＦによって生ずる遅延時間値に加算し、ＬＰＦとＨＰＦ又はＢＰＦの出力を同時刻としてスピーカを駆動できる音声信号の遅延時間差自動補正装置を提供する。

本願発明者は、上記に鑑み鋭意研究の結果、次の手段によりこの課題を解決した。
（１）音声信号を複数の周波数帯域に分割し、前記分割された前記各周波数帯域ごとの音声信号を増幅するそれぞれ専用のパワーアンプと、前記パワーアンプそれぞれに接続されたスピーカを駆動して、前記音声信号を音響に再生する音響再生装置における前記音声信号を複数の周波数帯域に分割することによって生じる前記各周波数帯域の前記音声信号の遅延時間差を自動補正する音声信号の遅延時間差自動補正装置であって、
前記音声信号の遅延時間差自動補正装置は、前記音声信号の所定の周波数帯域のみを通過させるデジタルフィルタと、前記デジタルフィルタの通過帯域を定める低域側と高域側それぞれのカットオフ周波数及び減衰特性値から演算すると共に、前記カットオフ周波数及び前記減衰特性値の任意値を入力・設定できる調整器を備えて前記デジタルフィルタを形成するための演算処理手段と、前記デジタルフィルタを通過した所定の周波数帯域のデジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するＤ／Ａ変換手段とで構成される複数個の音声信号処理ユニットと、前記デジタルフィルタを通過した所定の周波数帯域のデジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するＤ／Ａ変換手段とで構成される複数個の音声信号処理ユニットと、
入力されたデジタル音声入力信号から音声データのみをデジタル音声信号に変換するデコーダと、ＣＰＵ及びメモリ手段を備えた中央制御手段を備え、
前記演算処理手段は、前記複数の音声信号処理ユニットの内、一つの音声信号処理ユニットのデジタルフィルタを低域通過フィルタとして形成し、同様にして他の前記音声信号処理ユニットのデジタルフィルタを高域通過フィルタ、又は帯域通過フィルタに形成した後に、前記各音声信号処理ユニットの出力信号間の遅延時間差を算出し、最も遅延時間の大きくなる低域通過フィルタとして形成された前記音声信号処理ユニットの遅延時間に、前記高域通過フィルタ、又は前記帯域通過フィルタとして形成された前記他の音声信号処理ユニットの出力信号間の遅延時間を自動的に一致させる補正機能を有し、
さらに、前記演算処理手段は、同一キャビネットに装着された高音用、中音用及び低音用スピーカそれぞれの振動板間の前後位置の距離差Ｌａ及びＬｂを入力することによって前記振動板間の距離差で生じる聴取者位置への音波到達時間差ｔａ及びｔｂを個々に補正する遅延補正機能を有し、
かつ、前記スピーカのそれぞれの振動板の前後位置の前記距離差Ｌａ及びＬｂによって生ずる前記聴取者位置への前記音波到達時間差ｔａ及びｔｂの補正値に、前記周波数帯域の違いによる前記音声信号処理ユニットの出力信号間の遅延時間差を自動的に加算できる遅延時間加算機能を有していることを特徴とする音声信号の遅延時間差自動補正装置。

（２）音声信号を複数の周波数帯域に分割し、前記分割された前記各周波数帯域ごとの音声信号を増幅するそれぞれ専用のパワーアンプと、前記パワーアンプそれぞれに接続されたスピーカを駆動して、前記音声信号を音響に再生する音響再生装置における前記音声信号を複数の周波数帯域に分割することによって生じる前記各周波数帯域の前記音声信号の遅延時間差を自動補正する音声信号の遅延時間差自動補正装置であって、
前記音声信号の所定の周波数帯域のみを通過させるデジタルフィルタ２個と、前記デジタルフィルタの通過帯域を定める低域側と高域側それぞれのカットオフ周波数及び減衰特性値から演算すると共に、前記カットオフ周波数及び前記減衰特性値の任意値を入力・設定できる調整器を備えて前記デジタルフィルタを形成するための演算処理手段と、
前記デジタルフィルタを通過した所定の周波数帯域のデジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するＤ／Ａ変換手段２個とで構成される複数個の音声信号処理ユニットと、
入力されたデジタル音声入力信号から音声データのみをデジタル音声信号に変換するデコーダと、ＣＰＵ及びメモリ手段を備えた中央制御手段を備え、
前記演算処理手段は、前記複数の音声信号処理ユニットそれぞれを低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、又は帯域通過フィルタに形成した後に、前記各音声信号処理ユニットの出力信号間の遅延時間差を算出し、最も遅延時間の大きくなる低域通過フィルタとして形成された前記音声信号処理ユニットの遅延時間に、前記高域通過フィルタ、又は前記帯域通過フィルタとして形成された前記他の音声信号処理ユニットの出力信号間の遅延時間を自動的に一致させる補正機能を有し、
さらに、前記演算処理手段は、同一キャビネットに装着された高音用、中音用及び低音用スピーカそれぞれの振動板間の前後位置の距離差Ｌａ及びＬｂを入力することによって前記振動板間の距離差で生じる聴取者位置への音波到達時間差ｔａ及びｔｂを個々に補正する遅延補正機能を有し、
かつ、前記スピーカのそれぞれの振動板の前後位置の前記距離差Ｌａ及びＬｂによって生ずる前記聴取者位置への前記音波到達時間差ｔａ及びｔｂの補正値に、前記周波数帯域の違いによる前記音声信号処理ユニットの出力信号間の遅延時間差を自動的に加算できる遅延時間加算機能を有していることを特徴とする音声信号の遅延時間差自動補正装置。

（３）前記音声信号処理ユニットの内の２つは、前記スピーカそれぞれの振動板の前後位置の距離差Ｌａ及びＬｂによって生ずる前記聴取者位置への音波到達時間差ｔａ及びｔｂの補正値、及び前記デジタルフィルタの低域側と高域側それぞれの前記カットオフ周波数及び前記減衰特性値が前記演算処理手段によって同一に設定されてなり、
前記設定の終了と同時に、前記２つの音声信号処理ユニットの前記デジタルフィルタの出力信号レベルが、自動的に同一となるよう制御されるレベル制御手段を備えてなることを特徴とする前項（１）に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。

（４）前記演算処理手段は、前記スピーカのそれぞれの振動板の前後位置の距離差Ｌａ及びＬｂによって生ずる前記聴取者位置への音波到達時間差ｔａ及びｔｂの補正値の設定機能と、前記デジタルフィルタの低域側と高域側の前記カットオフ周波数及び前記減衰特性値の設定とが終了すると同時に、前記音声信号処理ユニットの前記デジタルフィルタ２個の出力信号レベルが、自動的に同一となるよう制御される機能を有していることを特徴とする前項（２）に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。

（５）前記演算処理手段は、前記音声信号処理ユニットの前記デジタルフィルタ出力信号レベルを個々に設定・制御できるレベル制御手段を備えてなることを特徴とする前項（１）又は（２）に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。

（６）前記演算処理手段は、前記音声信号処理ユニットの出力信号の位相を個々に制御・設定できる機能を備えてなることを特徴とする前項（１）〜（５）のいずれか１項に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。

（７）前記音声信号処理ユニットは、前記Ｄ／Ａ変換手段から出力された前記アナログ音声信号のレベルを制御する１又は２個のレベル制御手段を備え、
前記演算処理手段によって前記音声信号処理ユニット自身又は前記１又は２個のレベル制御手段の動作を個々にオン又はオフする機能を備えてなることを特徴とする前項（１）〜（６）のいずれか１項に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。

（８）前記音声信号処理ユニットが、前記演算処理手段による各種設定値を数値又は文字表示できる表示手段を備えてなることを特徴とする前項（１）〜（７）のいずれか１項に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。

（９）前記表示手段は、前記音声信号処理ユニットによる前記スピーカの振動板の前後位置の距離差Ｌａ及びＬｂによって生ずる前記聴取者位置への音波到達時間差ｔａ及びｔｂと、前記デジタルフィルタによる遅延時間値とを距離に換算して表示し、
かつ、最も遅延時間の大きくなる前記低域通過フィルタの遅延時間値を距離０と表示し、前記他の高域通過フィルタ又は帯域通過フィルタと、前記低域通過フィルタとの遅延時間差をそれぞれ距離に換算して表示することを特徴とする前項（８）に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。

（１０）前記遅延時間差自動補正装置は、前記複数の音声信号処理ユニットで形成された代表的な前記カットオフ周波数、前記減衰特性値等の初期設定値と、前記演算処理手段によって設定された各種の設定値を複数メモリできるメモリ手段を備えてなることを特徴とする前項（１）〜（９）のいずれか１項に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。

（１１）前記初期設定値は、前記レベル制御手段の制御レベルを前記スピーカ・ユニットに過大入力とならない低制御レベルに設定されてなることを特徴とする前項（１０）に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。

本願発明によれば、次のような効果が発揮される。
１．本願発明の請求項１の発明によれば、
前記演算処理手段において、前記フィルタの低域側と高域側それぞれの前記カットオフ周波数及び減衰特性値を任意値に設定できる調整器によって個別に入力・設定できるので、例えば、低音用スピーカ、中音用スピーカ及び高音用スピーカで構成される３ウエイ方式のスピーカ・ユニットに要求されるクロスオーバーひずみが考慮された低域周波数通過フィルタ、帯域周波数通過フィルタ及び高域周波数通過フィルタを自動的に形成することができる。

また、スピーカ・ユニットに指定された、又はそのスピーカ・ユニットに最適な低域周波数通過フィルタ、帯域周波数通過フィルタ及び高域周波数通過フィルタのフィルタ特性及びクロスオーバー周波数を設定できるので、クロスオーバーひずみの少ない高忠実度の音源を構築することができる。

さらに、スピーカ・ユニットをグレードアップするため現有スピーカを交換しても簡単に低域周波数通過フィルタ、帯域周波数通過フィルタ、高域周波数通過フィルタの前記カットオフ周波数及び減衰特性値を個別に入力・設定するのみで各フィルタを自動的に形成できるので、改めてフィルタを設計・製作又はフィルタを購入し、設置する手間と費用を節減することができる。

さらにまた、前記複数の音声信号処理ユニットの内、その一つの該音声信号処理ユニットのデジタルフィルタを低域通過フィルタとして形成し、同様にして他の前記音声信号処理ユニットのデジタルフィルタを高域通過フィルタ、又は帯域通過フィルタに形成した後に、各音声信号処理ユニットの出力信号間の遅延時間差を算出し、最も遅延時間の大きくなる低域通過フィルタとして形成された前記音声信号処理ユニットの遅延時間に、高域通過フィルタ、又は帯域通過フィルタとして形成された他の音声信号処理ユニットの遅延時間を自動的に一致させる補正機能を備え、原音聴取時と同様に聴取者位置への音波到達時間差が無くなるので、特に多彩な音場環境を提供するサラウンド方式音声信号の音響変換機器であるスピーカ・ユニットに導入すれば、高音域、低音域を含むサラウンド効果を忠実に再現できる。

したがって、従来の、特性変更が容易でない複数のコイルとコンデンサによるフィルタ網を使用し、大がかりな装置を使用してフィルタによる遅延量を実測する必要もなく、前記デジタルフィルタの低域側と高域側それぞれカットオフ周波数及び減衰特性値を個別に入力・設定するのみで、理論式に基づいた理想的なフィルタ特性が得られ、かつフィルタ特性の異なる音声信号処理ユニット間の遅延時間を自動的に一致させることができる。
音波は、空気を媒体として伝播するため、３４０ｍ／sec（１４℃）の速度（音速）があり、マルチチャンネル・システムなど、複数のスピーカ・ユニットに装着された高音用、中音用及び低音用スピーカのそれぞれの振動板の前後配置位置が異なっている場合、聴取者の耳までの音波到達時間の差となって、音質上無視できない要素となる。
このため、左右に配設されたスピーカ・ユニットに装着された高音用、中音用及び低音用スピーカのそれぞれの振動板の前後位置の距離差Ｌａ及びＬｂによって生ずる聴取者位置への音波到達時間差ｔａ及びｔｂを個々に補正できるタイム・アライメント機能を備えているので、特に多彩な音場環境を提供するサラウンド方式音声信号の音響変換機器であるスピーカ・ユニットに導入すれば、高音域、低音域を含むサラウンド効果を忠実に再現できる。
さらに、前記スピーカ・ユニットのカタログ又はスペックに表示された高音用、中音用及び低音用スピーカのそれぞれの前記振動板間距離値Ｌａ及びＬｂを入力するのみで前記音波到達時間差Ｌａ及びＬｂを個々に補正できるので、距離値から時間値に換算する手間を必要とせず音楽愛好家でも簡単に設定できる。
さらにまた、前記演算処理手段が、前記スピーカのそれぞれの振動板の前後位置の差によって生ずる聴取者までの音波到達時間差の補正値に、前記周波数帯域の違いによる音声信号処理ユニット出力信号間の遅延時間差を自動的に加算できる遅延時間加算機能を備えているので、誰でも間違いなく高忠実度な音場環境を簡単に形成できる。

２．本願発明の請求項２の発明によれば、
請求項１の効果に加えて、前記複数の音声信号処理ユニットが、それぞれ２個のデジタルフィルタと、該２個のデジタルフィルタの低域側と高域側それぞれ指定されたカットオフ周波数及び減衰特性値の任意値を入力・設定できる調整器を有する演算処理手段と、２個のＤ／Ａ変換手段とを備え、マルチチャンネル方式の左右に配設されたスピーカ・ユニットを一つの前記音声信号処理ユニットで制御できるので、経済的に音声信号の遅延時間差自動補正装置を構築することができる。

３．本願発明の請求項３の発明によれば、
請求項１の効果に加えて、前記音声信号処理ユニットの内の２つは、前記スピーカそれぞれの振動板の前後位置の距離差Ｌａ及びＬｂによって生ずる前記聴取者位置への音波到達時間差ｔａ及びｔｂの補正値、及び前記デジタルフィルタの低域側と高域側それぞれの前記カットオフ周波数及び前記減衰特性値が前記演算処理手段によって同一に設定されてなり、
前記設定の終了と同時に、前記２つの音声信号処理ユニットの前記デジタルフィルタの出力信号レベルが、自動的に同一となるよう制御されるレベル制御手段を備えているので、スピーカ・ユニットの左右配置位置を聴取者位置を基準にして正しく等距離に設置するのみで、誰でも間違いなく左右バランスのとれた高忠実度な音場環境を簡単に形成できる。

４．本願発明の請求項４の発明によれば、
請求項２の効果に加えて、前記演算処理手段は、前記スピーカのそれぞれの振動板の前後位置の距離差Ｌａ及びＬｂによって生ずる前記聴取者位置への音波到達時間差ｔａ及びｔｂの補正値の設定機能と、前記デジタルフィルタの低域側と高域側の前記カットオフ周波数及び前記減衰特性値の設定とが終了すると同時に、前記音声信号処理ユニットの前記デジタルフィルタ２個の出力信号レベルが、自動的に同一となるよう制御される機能を有しているので、スピーカ・ユニットの左右配置位置を聴取者位置を基準にして正しく等距離に設置するのみで、誰でも間違いなく左右バランスのとれた高忠実度な音場環境を簡単に形成できる。

５．本願発明の請求項５の発明によれば、
請求項１又は２の効果に加えて、前記演算処理手段は、前記音声信号処理ユニットの前記デジタルフィルタ出力信号レベルを個々に設定・制御できるレベル制御手段を備えているので、低音、中音及び高音用スピーカのそれぞれの特性に合わせて出力レベルを設定でき、かつスピーカ・ユニットの左右配置位置が聴取者位置に対して等距離になくても到達点の音圧レベルをそろえることができる。

６．本願発明の請求項６の発明によれば、
請求項１〜５の効果に加えて、例えば、高音、中音、低音など３個のスピーカを一つのキャビネットに収容したマルチウェイ・スピーカ・システムで必要な音域にフィルタで分割すると、必ず位相のずれを生ずる。

特に、クロスオーバー周波数では両方のスピーカから出た音は空間合成されるので、この点での位相を合わせておく必要があり、前記演算処理手段は、前記音声信号処理ユニットの出力信号の位相を個々に制御・設定できる機能を備えているので、スピーカ・ユニットに指定された、又はそのスピーカ・ユニットに最適な低域通過フィルタ、帯域通過フィルタ及び高域通過フィルタのクロスオーバー周波数を設定し、さらに各フィルタの減衰特性に合わせてクロスオーバー周波数に関与するスピーカ出力の位相を個々に制御し設定できるできるので、位相ひずみのない高忠実度の音源を構築することができる。

７．本願発明の請求項７の発明によれば、
請求項１〜６の効果に加えて、前項で説明した位相のチェック時には、出力を左側又は右側のみとし、片側のスピーカのみから音を出したり、相互に切り替えて音を出したり、双方同時に音を出したりしながら聴取者位置で位相を確認する必要がある。

その場合に、前記音声信号処理ユニットは、前記Ｄ／Ａ変換手段から出力された前記アナログ音声信号のレベルを制御する１又は２個のレベル制御手段を備え、前記演算処理手段によって前記音声信号処理ユニット自身又は前記１又は２個のレベル制御手段の動作を個々にオン又はオフする機能を備えているので、前記位相調整等において、その都度音量調整器を絞ったり、元の位置に戻したりするなど、他項目の一度設定した設定値を変えることなく位相調整、設定ができる。

また、測定器を用いて、オーディオ装置全体の音場測定を行う場合でも、スピーカ１本ずつの測定が、個々の前記音声信号処理ユニット自身又は前記レベル制御手段をオン又はオフすることによってできる。

８．本願発明の請求項８の発明によれば、
請求項１〜７の効果に加えて、前記音声信号処理ユニットが、前記演算処理手段による各種設定値を数値又は文字表示できる表示手段を備えているので、それぞれの項目の設定時の入力数値又は文字を確認しながら確実に設定できる。

９．本願発明の請求項９の発明によれば、
請求項８の効果に加えて、前記表示手段は、前記音声信号処理ユニットによる前記スピーカの振動板の前後位置の距離差Ｌａ及びＬｂによって生ずる前記聴取者位置への音波到達時間差ｔａ及びｔｂと、前記デジタルフィルタによる遅延時間値とを距離に換算して表示し、かつ、最も遅延時間の大きくなる前記低域通過フィルタの遅延時間値を距離０と表示し、前記他の高域通過フィルタ又は帯域通過フィルタと、前記低域通過フィルタとの遅延時間差をそれぞれ距離に換算して表示するので、距離値から時間値に換算する手間を必要とせず、また電気的知識のない音楽愛好家でも直感的に音の遅れ量を把握できると同時に、間違いなく高忠実度な音場環境を自動的に形成できる。

１０．本願発明の請求項１０の発明によれば、
請求項１〜９の効果に加えて、電気的知識のない人でもメモリ手段にメモリされた前記初期設定値を利用すれば、フィルタのカットオフ周波数及び減衰特性値等いろいろな設定値を設定する手間暇を省いても、一応の音場環境が得られ、また、音楽ジャンル、効果、目的に応じて各種設定値を設定しておけば、さらに臨場感あふれる音響の再生を楽しむことができる。

１１．本願発明の請求項１１の発明によれば、
請求項１０の効果に加えて、本願発明の音声信号の遅延時間差自動補正装置を購入後、パワーアンプ、スピーカ・ユニット等の接続を終了し、パワーアンプの音量調整器を誤って“ＭＡＸ”の状態でスイッチＯＮしても、本願発明の音声信号の遅延時間差自動補正装置の初期設定値は低制御レベルに設定されているので、過大入力で高価なスピーカを破損する危険を排除できる。

本願発明を実施するための最良の形態を実施例図を用いて説明する。
図１は本願発明実施例１の音声信号の遅延時間差自動補正装置の回路系説明概念図、図２は同発明実施例２の音声信号の遅延時間差自動補正装置の回路系説明概念図、図３は各フィルタの基本的なカットオフ周波数と減衰特性の概念図、図４は各フィルタの基本的な低域側及び高域側の減衰特性設定のための概念図、図５は本願発明の遅延時間差補正実施例の説明概念図、図６は３ウエイスピーカシステムにおけるタイム・アライメント機能の説明概念図、図７は３ウエイスピーカシステムにおける本願発明の音声信号の遅延時間差自動補正装置と周辺機器の接続実施例図、である。

まず、図７に示した、３ウエイスピーカシステムにおける遅延時間差自動補正装置１と周辺機器の接続実施例において、ＡＭ／ＦＭチューナ２８又はＤＶＤ（Digital Varsatile Disc）等の出力端子２８ｏｕｔからデジタル音声出力信号又はアナログ音声出力信号を遅延時間差自動補正装置１のデジタル入力パネル２９Ｄ又はアナログ入力パネル２９Ａの入力端子２９ＤＩＮ又は２９ＡＲ・Ｌ／ＩＮＰＵＴに同軸ケーブル等を使用して入力し、前記遅延時間差自動補正装置１の音声信号処理ユニット２のそれぞれＣＨ．Ａ、Ｂ、Ｃの出力端子２４（Ｒ／右、Ｌ／左）と３台のパワーアンプ３０のそれぞれの入力端子３０ＩＮをケーブルで接続し、さらに前記３台のパワーアンプ３０と左右に配設されたスピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌで構成する３ウエイスピーカシステムがケーブルで接続される。

前記３台のパワーアンプ３０それぞれの出力端子３０ｏｕｔ（Ｒ右）、３０ｏｕｔ（Ｌ左）と、前記３ウエイ方式スピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌを構成する低音用スピーカ（ウーファー）Ｗ、中音用スピーカ（スコーカー）Ｓ、高音用スピーカ（トゥイーター）Ｔがそれぞれケーブルで接続されている。

前記遅延時間差自動補正装置１は、前記３ウエイ方式スピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌを構成する低音用スピーカＷ、中音用スピーカＳ、高音用スピーカＴをそれぞれ分離駆動するための、後述するデジタルフィルタ２０の低域側と高域側それぞれ指定されたカットオフ周波数及び減衰特性値をあらかじめ個別に設定する機能を有する演算処理手段５やＤ／Ａ変換手段２１、レベル制御手段２２で構成する複数個の音声信号処理ユニット２及びこれらを制御する中央制御手段４を備えている。

図１において、前記遅延時間差自動補正装置１は、入力端子３から入力されたデジタル音声入力信号から音声データのみのデジタル音声信号に変換し出力するデコーダ２５と装置各部の演算・制御のためのＣＰＵ及びメモリ手段２６を備えた中央制御手段４と、該中央制御手段４から出力された一つのデジタル音声信号の所定の周波数帯域のみを通過させる、左右チャンネル用の２個のデジタルフィルタ２０の通過帯域を定める低域側と高域側それぞれのカットオフ周波数及び減衰特性値から演算して前記デジタルフィルタを形成するためのＤＳＰ（Digital Signal Processor)で構成する演算処理手段５と、前記カットオフ周波数及び減衰特性値の任意値を入力・設定できる調整器である機能選択ノブ１８及びデータ選択ノブ１９と、前記２個のデジタルフィルタ２０を通過したデジタル音声信号をそれぞれアナログ音声信号に変換する左右チャンネル用の２個のＤ／Ａ変換手段２１と、該Ｄ／Ａ変換手段２１から出力された前記アナログ音声信号のレベルを制御する左右チャンネル用の２個のレベル制御手段２２（ＡＴＴ）と、それぞれの出力端子２４で構成する４個の音声信号処理ユニット２のＣＨ．Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを備えている。

前記演算処理手段５は、前記複数の音声信号処理ユニット２の内、その一つの音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ａのデジタルフィルタ２０を、前記カットオフ周波数及び減衰特性値の任意値を入力・設定できる調整器である機能選択ノブ１８及びデータ選択ノブ１９を操作して低域通過フィルタ（ＬＰＦ）として設定し、同様にして音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ｂのデジタルフィルタ２０を前記演算処理手段５によって帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）として設定し、さらに音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ｃを高域通過フィルタ（ＨＰＦ）として設定する。

以下、その具体的な設定方法について記述する。
《基本的な設定例》
図３において、３ウエイスピーカ方式の場合、使用するスピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌ（図７）に最適なクロスオーバー周波数であるＬＰＦの高域側とＢＰＦの低域側のクロスポイント及びＢＰＦの高域側とＨＰＦの低域側のクロスポイントにおける各フィルタのカットオフ周波数ｆｃ１とｆｃ２及び減衰特性Ｓ１〜Ｓ４を選択し入力する。

前記カットオフ周波数ｆｃ１とｆｃ２は、例えば、ＩＳＯ規格で定められた、３１．５Ｈｚ〜２２．４ｋＨｚ間の１／６オクターブ間隔で周波数をあらかじめ前記メモリ手段２６（図１）に記憶しておき、前記メモリ手段２６内に記憶された周波数値から使用するスピーカ・ユニットの指定周波数を選択し入力することが好ましい。

図４において、各フィルタの減衰特性Ｓは前記メモリ手段２６内に記憶された、例えば、６ｄＢ／octave、１２ｄＢ／octave、１８ｄＢ／octave、２４ｄＢ／octave、４８ｄＢ／octave、９６ｄＢ／octaveの６つから選択することができる。

ここで、デジタルフィルタ２０（図１）による遅延時間（ｍｓ）及び遅延量（ｃｍ）は、前記カットオフ周波数ｆｃ１とｆｃ２及び減衰特性Ｓが前記演算処理手段５によって選択・入力されると、中央制御手段４に記憶された次の数式＜１＞によって演算されフィルタ特性が設定される。

１．遅延時間計算式
ｔ＝１１０×ｎ／ｆｃ（ｍｓｅｃ）・・・・・・・・・・・＜１＞

ｔ：遅延時間（ｍｓ）
ｎ：フィルタの次数（次）
１（次）＝ ６（ｄＢ／ｏｃｔａｖｅ）
２（次）＝１２（ｄＢ／ｏｃｔａｖｅ）
３（次）＝１８（ｄＢ／ｏｃｔａｖｅ）
４（次）＝２４（ｄＢ／ｏｃｔａｖｅ）
８（次）＝４８（ｄＢ／ｏｃｔａｖｅ）
１６（次）＝９６（ｄＢ／ｏｃｔａｖｅ）
ｆｃ：カットオフ周波数（Ｈｚ）

２．遅延量
音速（ｍ／ｓ）＝３３１．５＋０．６０７×Ｔ・・・・・・＜２＞
Ｔ：温度＝２０（℃）
遅延量（ｃｍ）＝（式１）×（式２）／１０
注：音声信号処理ユニット毎の遅延量を見比べ、
時間を進めることはできないので、
一番遅延量の大きいフィルタの遅延量を０（ｃｍ）とし、
一番遅延量の少ない音声信号処理ユニットの遅延量を、
一番遅延量の大きな値として表示する。

３．距離と遅延時間の換算式
ｔ（ｓ）＝ｄ／（３３１．５＋０．６０７×Ｔ）・・・・・＜３＞
ｄ：距離（ｍ）
ｔ：遅延時間（ｓ）
Ｔ：温度＝２０（℃）

以下、設定例の数値を用いて説明する。
《低域側と高域側のカットオフ周波数及び減衰特性の設定例》
図３に示すＬＰＦの設定には、まず図１の音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ａの演算処理手段５の機能選択ノブ１８を回して低域側周波数６を選択し、次にデータ選択ノブ１９を回して表示手段２３に表示された「ＰＡＳＳ」を選択し入力する。

同様にして、機能選択ノブ１８を回して高域側周波数７を選択し、次にデータ選択ノブ１９を回して表示手段２３に表示された「５００Ｈｚ」を選択し入力する。

低域側・高域側周波数６、７の設定後、機能選択ノブ１８を回して高域側スロープ９を選択し、次にデータ選択ノブ１９を回して表示手段２３に表示された「９６ｄＢ／octave」を選択し入力する。

ここで、前項で低域側周波数６で「ＰＡＳＳ」を選択したため、機能選択ノブ１８で低域側スロープ８を選択しても表示手段２３にデータは表示されない。

音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ａの設定後、ＢＰＦを設定するため、音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ｂの演算処理手段５の機能選択ノブ１８を回して低域側周波数６を選択し、次にデータ選択ノブ１９を回して表示手段２３に表示された「５００Ｈｚ」を選択し入力する。

同様にして、機能選択ノブ１８を回して高域側周波数７を選択し、次にデータ選択ノブ１９を回して表示手段２３に表示された「８０００Ｈｚ」を選択し入力する。

低域側、高域側周波数６、７の設定後、機能選択ノブ１８を回して低域側スロープ８を選択し、次にデータ選択ノブ１９を回して表示手段２３に表示された「９６ｄＢ／octave」を選択し入力する。

次に、機能選択ノブ１８を回して高域側スロープを選択し、次にデータ選択ノブ１９を回して表示手段２３に表示された「４８ｄＢ／octave」を選択し入力する。

さらに、ＨＰＦを設定するため、音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ｃの演算処理手段５の機能選択ノブ１８を回して低域側周波数６を選択し、次にデータ選択ノブ１９を回して表示手段２３に表示された「８０００Ｈｚ」を選択し入力する。

同様にして、機能選択ノブ１８を回して高域側周波数７を選択し、次にデータ選択ノブ１９を回して表示手段２３に表示された「ＰＡＳＳ」を選択し入力する。

低域側、高域側周波数６、７の設定後、機能選択ノブ１８を回して低域側スロープ８を選択し、次にデータ選択ノブ１９を回して表示手段２３に表示された「４８ｄＢ／octave」を選択し入力する。

ここで、前項で高域側周波数７で「ＰＡＳＳ」を選択したため、機能選択ノブ１８で高域側スロープ９を選択しても表示手段２３にはデータは表示されない。

図５において、上記のようにＬＰＦ、ＢＰＦ、ＨＰＦそれぞれの低域側と高域側のカットオフ周波数ｆｃ１とｆｃ２及び減衰特性Ｓの設定が終了すると、前記数式＜２＞に基づいて各デジタルフィルタ２０の遅延量が算出される。

その結果、音声信号処理ユニット２ごとの遅延量を各演算処理手段５によって比較し、時間を進めることはできないので、一番遅延量の大きいＬＰＦの遅延量ｔ３を０ｃｍとし、一番遅延量の少ないＨＰＦの遅延量ｔ１にｔ３−ｔ１を加算してＬＰＦの遅延量と一致させる。

ＢＰＦの遅延量ｔ２に対し、遅延量ｔ３−ｔ２を加算してＬＰＦの遅延量と一致させる。

このため、音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ａ（ＬＰＦ）の演算処理手段５の機能選択ノブ１８を回して遅延補正量１４を選択すると表示手段２３には０ｃｍと表示され、同様に音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ｂ（ＢＰＦ）の遅延補正量１４を選択すると１１７ｃｍ、音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ｃ（ＨＰＦ）の遅延補正量１４を選択すると１２１ｃｍと表示手段２３に表示される。

《左右チャンネル（ｃｈ）のレベル設定例》
機能選択ノブ１８を回して左ｃｈレベル１０及び右ｃｈレベル１１を順次選択し、次にデータ選択ノブ１９を回して、使用するスピーカ・ユニットの指定レベル値に従って、例えば、音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ａは表示手段２３に表示された「０．０ｄＢ」、ＣＨ．Ｂは「−１２．５ｄＢ」、ＣＨ．Ｃは「−２５．０ｄＢ」をそれぞれ選択し入力することが好ましい。

《左右スピーカ・ユニットのタイム・アライメントの設定例》
図１及び図６において、左右に配設されたスピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌに装着された高音用スピーカＴ、中音用スピーカＳ及び低音用スピーカＷのそれぞれの振動板の前後位置の差Ｌａ及びＬｂによって生ずる聴取者までの音波到達時間差ｔａ及びｔｂが、前記数式＜３＞によって換算され個々に補正できるタイム・アライメント機能を備えている。

したがって、使用するスピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌに表示されたそれぞれの振動板の前後位置の寸法を、まず、音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ａ（ＬＰＦ）は機能選択ノブ１８を回して、順次左遅延伝達距離１２、右遅延伝達距離１３を選択し、その都度データ選択ノブ１９を回して、前述した通り低音用スピーカＷ位置をそれぞれ表示手段２３に表示された「０ｃｍ」を入力する。

同様に、音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ｂ（ＢＰＦ）の左遅延伝達距離１２、右遅延伝達距離１３ともにＬｂｃｍ（例えば１５ｃｍ）、音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ｃ（ＨＰＦ）の左遅延伝達距離１２、右遅延伝達距離１３ともにＬａｃｍ（例えば２３ｃｍ）と入力する。上記のように、Ｌｂ＝１５ｃｍ及びＬａ＝２３ｃｍと入力すると、前記数式＜３＞によって音波到達時間差ｔａ及びｔｂが算出される。

前記スピーカのそれぞれの振動板の前後位置の差によって生ずる聴取者までの音波到達時間差を補正するタイム・アライメントが終了すると、前記音声信号処理ユニット２が、前記タイム・アライメントによる補正値に、前記ＬＰＦ、ＢＰＦ及びＨＰＦの設定によって生じた群遅延値に相当する遅延時間値を自動的に加算できる遅延時間加算機能を備えているので、誰でも間違いなく高忠実度な音場環境を簡単に形成できる。

また、前記音声信号処理ユニット２が、前記演算処理手段５によって前記タイム・アライメントの設定と前記左右２個のスピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌ用デジタルフィルタ２０の低域側と高域側のカットオフ周波数及び減衰特性値の設定が終了すると同時に、使用するスピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌの指定レベル値に従って設定した左右チャンネル（ｃｈ）のレベル設定値を維持しながら、さらに前記左右２個のスピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌ用デジタルフィルタ２０出力端における音声信号レベルを自動的に同一レベルに制御できる機能を備えているので、スピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌの左右配置位置を聴取者位置を基準にして正しく等距離に設置するのみで、誰でも間違いなく左右バランスのとれた高忠実度な音場環境を簡単に形成できる。

さらに、前記音声信号処理ユニット２が、前記演算処理手段５によって前記左右２個のスピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌ用デジタルフィルタ２０の出力端の出力レベルを個々に制御し設定できる機能を備えているので、低音用スピーカＷ、中音用スピーカＳ及び高音用スピーカＴのそれぞれの特性に合わせて出力レベルを設定でき、かつスピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌの左右配置位置が聴取者位置に対して等距離になくても到達点の音圧レベルをそろえることができる。

《各ユニット間の位相の設定》
オーディオでは、スピーカが音源となり、音は空気中を伝わって耳に達する。したがって、同じ周波数の音をスピーカ２個以上で同時に鳴らした場合、各スピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌ間の位相がずれていると、音質や音色の変化として聞こえる。

２個のスピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌで音源のスタート位置が合っていると仮定して、位相が正しく合っている状態では、スピーカのコーンの動く方向が一致している状態で、このときを“正相”と呼び、合成波は二つのエネルギーがプラスされる。

しかし、どちらかのスピーカのコーンの振動が１８０度位相が逆の場合、お互いの関係は全く打ち消し合う“逆相”になり、合成波エネルギーは弱められてしまう。

高音、中音、低音など３個のスピーカを一つのキャビネットに収容したマルチウェイ・スピーカ・ユニットで必要な音域にフィルタで分割すると、必ず位相のずれを生ずるので、特に、クロスオーバー周波数では両方のスピーカから出た音は空間合成されるので、この点での位相を必ず合わせておく必要がある。位相差は減衰特性Ｓ（図４）によって異なり、本実施例ではバターワース特性のため表１のようになる。

ここで、各スピーカ間の位相の設定を行うため、測定器を使用しない場合、市販の“位相チェック用ＣＤ”又はＦＭチューナの局間ノイズを試聴し、前記音声信号処理ユニット２が、前記演算処理手段５によって前記音声信号処理ユニット２自身又は前記レベル制御手段ＡＴＴ２２の動作を個々にオン又はオフする機能を備えていることを利用し、各音声信号処理ユニット２の機能選択ノブ１８を回して出力切換１６を選択し、次にデータ選択ノブ１９を回して前記音声信号処理ユニット２自身又は前記レベル制御手段ＡＴＴ２２の動作を個々にオン又はオフして、片側のスピーカのみから音を出したり、相互に切り替えて音を出したり、双方同時に音を出したりしながら聴取者位置で試聴し位相を確認する。

上記のように試聴を繰り返し、各音声信号処理ユニット２の機能選択ノブ１８を回して位相１５を選択し、次にデータ選択ノブ１９を回して音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ａ、Ｂ、Ｃとも「Ｎｏｒ Ｎｏｒ」（左右：正相）、「Ｒｅｖ Ｒｅｖ」（左右：逆相）、「Ｎｏｒ Ｒｅｖ」（左：正相 右：逆相）、「Ｒｅｖ Ｎｏｒ」（左：逆相 右：正相）の４パターンのいずれかを選択し設定する。

《設定した機能の保存》
前記中央制御手段４が、初期設定値と前記演算処理手段５によって設定された各種の設定値を複数メモリできるメモリ手段２６を備えているので、前記音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄごとに設定した全設定機能を一括してメモリ手段２６へ保存することができる。

《表示文字の設定》
前記音声信号処理ユニット２が、前記演算処理手段５による各種設定値を数値又は文字表示できる表示手段２３を備えているので、それぞれの項目の設定時の入力数値又は文字を確認しながら確実に設定できる。

また、前記タイム・アライメント機能の設定時の聴取者までの音波到達時間差と前記デジタルフィルタ２０による遅延時間を自動的に加算し、かつ加算された遅延時間は、音速から換算した距離値で前記表示手段２３に表示されるので、使用するスピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌに表示されたそれぞれのスピーカ振動板の前後位置の距離値から時間値に換算する手間を必要とせず、また電気的知識のない音楽愛好家でも直感的に音の遅れ量を把握できると同時に、間違いなく高忠実度な音場環境を自動的に形成できる。

本願発明の遅延時間差自動補正装置１を購入後、パワーアンプ３０、スピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌ等の接続を終了し、パワーアンプ３０の音量調整器を誤って“ＭＡＸ”の状態でスイッチＯＮしても、各音声信号処理ユニット２のレベル制御手段２２の初期設定値は低制御レベル（例えば、−４０ｄＢ）に設定されているので、過大入力で高価なスピーカを破損する危険を排除できる。

上記実施例において、図示しないサブウーファー用スピーカを増設する場合は、前記音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ａを利用し、増設したパワーアンプを介して接続し駆動することが好ましい。このとき前記音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ａに配設された図示しないサブウーファー切換スイッチをサブウーファー側に切り替えて、低音出力をモノラル出力にするだけでよく、それに伴って前記３ウエイ方式スピーカ・ユニット３１Ｒ、３１Ｌを構成する低音用スピーカＷ、中音用スピーカＳ、高音用スピーカＴが接続されたパワーアンプ３０はそれぞれ前記音声信号処理ユニット２ＣＨ．Ｂ、Ｃ、Ｄへ接続変更する。

また、上記実施例において、３ウエイ方式のマルチチャンネル方式遅延時間差自動補正装置１について説明したが、これに限定されることなく、２ウエイ方式、４ウエイ方式、あるいは前記遅延時間差自動補正装置１を２台用いて５ウエイ方式等のマルチチャンネル方式に対応することができる。

さらに、入力信号としてデジタル音声入力信号としたが、中央制御手段４内に図示しないアナログ／デジタル変換手段を増設し、アナログ音声入力信号を入力信号とし、デジタル音声信号に変換してデコーダ２５へ入力するようにしてもよい。

図２において、本実施例は音声信号処理ユニット２のデジタルフィルタ２０とＤ／Ａ変換手段２１及びレベル制御手段２２（ＡＴＴ）を１系統のみとし、さらに演算処理手段５の左右チャンネルのレベルを設定する左ｃｈレベル１０及び右ｃｈレベル１１を廃して一つの「レベル３２」１系統のみとし、さらに、左遅延伝達距離１２、右遅延伝達距離１３を廃して一つの「遅延伝達距離３３」１系統のみとして、一つの音声信号処理ユニット２が左右のスピーカ・ユニット３１Ｒ又は３１Ｌの個々のスピーカそれぞれに対応するようにした。

したがって、例えば、２ウエイ方式では、音声信号処理ユニット２のＣＨ．Ａは左側スピーカ・ユニット３１Ｌの低音用スピーカＷ、ＣＨ．Ｂは右側スピーカ・ユニット３１Ｒの低音用スピーカＷ、ＣＨ．Ｃは左側スピーカ・ユニット３１Ｌの高音用スピーカＴ、ＣＨ．Ｄは右側スピーカ・ユニット３１Ｒの高音用スピーカＴにそれぞれ対応するように各パワーアンプ３０を介して接続するようにする。

その他の機能、操作及び数値の設定方法は実施例１と同様である。

前記音声信号処理ユニットの演算処理手段によって、前記フィルタの低域側と高域側それぞれカットオフ周波数及び減衰特性値を個別に入力・設定することによって、クロスオーバーひずみが考慮された低域周波数通過フィルタ、帯域周波数通過フィルタ及び高域周波数通過フィルタを自動的に形成することができ、かつ、理想的なフィルタ特性が得られる。

また、前記複数の音声信号処理ユニットの内、その一つの該音声信号処理ユニットのデジタルフィルタを低域通過フィルタとして形成し、同様にして他の前記音声信号処理ユニットのデジタルフィルタを高域通過フィルタ、又は帯域通過フィルタに形成した後に、各音声信号処理ユニットの出力信号間の遅延時間差を算出し、最も遅延時間の大きくなる低域通過フィルタとして形成された前記音声信号処理ユニットの遅延時間に、高域通過フィルタ、又は帯域通過フィルタとして形成された他の音声信号処理ユニットの遅延時間を自動的に一致させる補正機能を備え、原音聴取時と同様に聴取者位置への音波到達時間差が無くなるので、特に多彩な音場環境を提供するサラウンド方式音声信号の音響変換機器であるスピーカ・ユニットに導入すれば、高音域、低音域を含むサラウンド効果を忠実に再現できるため、ハイビジョン放送、地上デジタル放送、ＤＶＤ等パッケージメディアの映画やドラマ、音楽番組を再生するマルチチャンネル方式オーディオ装置に適用できる。

本願発明実施例１の音声信号の遅延時間差自動補正装置の回路系説明概念図 同発明実施例２の音声信号の遅延時間差自動補正装置の回路系説明概念図 各フィルタの基本的なカットオフ周波数と減衰特性の概念図 各フィルタの基本的な低域側及び高域側の減衰特性設定のための概念図 本願発明の遅延時間差補正実施例の説明概念図 ３ウエイスピーカシステムにおけるタイム・アライメント機能の説明概念図 ３ウエイスピーカシステムにおける本願発明の音声信号の遅延時間差自動補正装置と周辺機器の接続実施例図

符号の説明

１：遅延時間差自動補正装置
２：音声信号処理ユニット
３：入力端子
４：中央制御手段
５：演算処理手段
６：低域側周波数
７：高域側周波数
８：低域側スロープ
９：高域側スロープ
１０：左ｃｈレベル
１１：右ｃｈレベル
１２：左遅延伝達距離
１３：右遅延伝達距離
１４：遅延補正量
１５：位相
１６：出力切換
１７：表示文字
１８：機能選択ノブ
１９：データ選択ノブ
２０：デジタルフィルタ
２１：Ｄ／Ａ変換手段
２２：レベル制御手段
２３：表示手段
２４：出力端子
２５：デコーダ
２６：メモリ手段
２７：ＣＰＵ
２８：ＡＭ／ＦＭチューナ
２９Ｄ：デジタル入力パネル
２９Ａ：アナログ入力パネル
２９ＤＩＮ、２９ＡＲ・Ｌ／ＩＮＰＵＴ：入力端子
３０：パワーアンプ
３０ＩＮ：入力端子
３０ｏｕｔ：出力端子
３１、３１Ｒ、３１Ｌ：スピーカ・ユニット
３２：レベル
３３：遅延伝達距離

Claims (11)

1. 音声信号を複数の周波数帯域に分割し、前記分割された前記各周波数帯域ごとの音声信号を増幅するそれぞれ専用のパワーアンプと、前記パワーアンプそれぞれに接続されたスピーカを駆動して、前記音声信号を音響に再生する音響再生装置における前記音声信号を複数の周波数帯域に分割することによって生じる前記各周波数帯域の前記音声信号の遅延時間差を自動補正する音声信号の遅延時間差自動補正装置であって、
   前記音声信号の遅延時間差自動補正装置は、前記音声信号の所定の周波数帯域のみを通過させるデジタルフィルタと、前記デジタルフィルタの通過帯域を定める低域側と高域側それぞれのカットオフ周波数及び減衰特性値から演算すると共に、前記カットオフ周波数及び前記減衰特性値の任意値を入力・設定できる調整器を備えて前記デジタルフィルタを形成するための演算処理手段と、前記デジタルフィルタを通過した所定の周波数帯域のデジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するＤ／Ａ変換手段とで構成される複数個の音声信号処理ユニットと、
   入力されたデジタル音声入力信号から音声データのみをデジタル音声信号に変換するデコーダと、ＣＰＵ及びメモリ手段を備えた中央制御手段を備え、
   前記演算処理手段は、前記複数の音声信号処理ユニットの内、一つの音声信号処理ユニットのデジタルフィルタを低域通過フィルタとして形成し、同様にして他の前記音声信号処理ユニットのデジタルフィルタを高域通過フィルタ、又は帯域通過フィルタに形成した後に、前記各音声信号処理ユニットの出力信号間の遅延時間差を算出し、最も遅延時間の大きくなる低域通過フィルタとして形成された前記音声信号処理ユニットの遅延時間に、前記高域通過フィルタ、又は前記帯域通過フィルタとして形成された前記他の音声信号処理ユニットの出力信号間の遅延時間を自動的に一致させる補正機能を有し、
   さらに、前記演算処理手段は、同一キャビネットに装着された高音用、中音用及び低音用スピーカそれぞれの振動板間の前後位置の距離差Ｌａ及びＬｂを入力することによって前記振動板間の距離差で生じる聴取者位置への音波到達時間差ｔａ及びｔｂを個々に補正する遅延補正機能を有し、
   かつ、前記スピーカのそれぞれの振動板の前後位置の前記距離差Ｌａ及びＬｂによって生ずる前記聴取者位置への前記音波到達時間差ｔａ及びｔｂの補正値に、前記周波数帯域の違いによる前記音声信号処理ユニットの出力信号間の遅延時間差を自動的に加算できる遅延時間加算機能を有していることを特徴とする音声信号の遅延時間差自動補正装置。
2. 音声信号を複数の周波数帯域に分割し、前記分割された前記各周波数帯域ごとの音声信号を増幅するそれぞれ専用のパワーアンプと、前記パワーアンプそれぞれに接続されたスピーカを駆動して、前記音声信号を音響に再生する音響再生装置における前記音声信号を複数の周波数帯域に分割することによって生じる前記各周波数帯域の前記音声信号の遅延時間差を自動補正する音声信号の遅延時間差自動補正装置であって、
   前記音声信号の所定の周波数帯域のみを通過させるデジタルフィルタ２個と、前記デジタルフィルタの通過帯域を定める低域側と高域側それぞれのカットオフ周波数及び減衰特性値から演算すると共に、前記カットオフ周波数及び前記減衰特性値の任意値を入力・設定できる調整器を備えて前記デジタルフィルタを形成するための演算処理手段と、
   前記デジタルフィルタを通過した所定の周波数帯域のデジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するＤ／Ａ変換手段２個とで構成される複数個の音声信号処理ユニットと、
   入力されたデジタル音声入力信号から音声データのみをデジタル音声信号に変換するデコーダと、ＣＰＵ及びメモリ手段を備えた中央制御手段を備え、
   前記演算処理手段は、前記複数の音声信号処理ユニットそれぞれを低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、又は帯域通過フィルタに形成した後に、前記各音声信号処理ユニットの出力信号間の遅延時間差を算出し、最も遅延時間の大きくなる低域通過フィルタとして形成された前記音声信号処理ユニットの遅延時間に、前記高域通過フィルタ、又は前記帯域通過フィルタとして形成された前記他の音声信号処理ユニットの出力信号間の遅延時間を自動的に一致させる補正機能を有し、
   さらに、前記演算処理手段は、同一キャビネットに装着された高音用、中音用及び低音用スピーカそれぞれの振動板間の前後位置の距離差Ｌａ及びＬｂを入力することによって前記振動板間の距離差で生じる聴取者位置への音波到達時間差ｔａ及びｔｂを個々に補正する遅延補正機能を有し、
   かつ、前記スピーカのそれぞれの振動板の前後位置の前記距離差Ｌａ及びＬｂによって生ずる前記聴取者位置への前記音波到達時間差ｔａ及びｔｂの補正値に、前記周波数帯域の違いによる前記音声信号処理ユニットの出力信号間の遅延時間差を自動的に加算できる遅延時間加算機能を有していることを特徴とする音声信号の遅延時間差自動補正装置。
3. 前記音声信号処理ユニットの内の２つは、前記スピーカそれぞれの振動板の前後位置の距離差Ｌａ及びＬｂによって生ずる前記聴取者位置への音波到達時間差ｔａ及びｔｂの補正値、及び前記デジタルフィルタの低域側と高域側それぞれの前記カットオフ周波数及び前記減衰特性値が前記演算処理手段によって同一に設定されてなり、
   前記設定の終了と同時に、前記２つの音声信号処理ユニットの前記デジタルフィルタの出力信号レベルが、自動的に同一となるよう制御されるレベル制御手段を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。
4. 前記演算処理手段は、前記スピーカのそれぞれの振動板の前後位置の距離差Ｌａ及びＬｂによって生ずる前記聴取者位置への音波到達時間差ｔａ及びｔｂの補正値の設定機能と、前記デジタルフィルタの低域側と高域側の前記カットオフ周波数及び前記減衰特性値の設定とが終了すると同時に、前記音声信号処理ユニットの前記デジタルフィルタ２個の出力信号レベルが、自動的に同一となるよう制御される機能を有していることを特徴とする請求項２に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。
5. 前記演算処理手段は、前記音声信号処理ユニットの前記デジタルフィルタ出力信号レベルを個々に設定・制御できるレベル制御手段を備えてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。
6. 前記演算処理手段は、前記音声信号処理ユニットの出力信号の位相を個々に制御・設定できる機能を備えてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。
7. 前記音声信号処理ユニットは、前記Ｄ／Ａ変換手段から出力された前記アナログ音声信号のレベルを制御する１又は２個のレベル制御手段を備え、
   前記演算処理手段によって前記音声信号処理ユニット自身又は前記１又は２個のレベル制御手段の動作を個々にオン又はオフする機能を備えてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。
8. 前記音声信号処理ユニットが、前記演算処理手段による各種設定値を数値又は文字表示できる表示手段を備えてなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。
9. 前記表示手段は、前記音声信号処理ユニットによる前記スピーカの振動板の前後位置の距離差Ｌａ及びＬｂによって生ずる前記聴取者位置への音波到達時間差ｔａ及びｔｂと、前記デジタルフィルタによる遅延時間値とを距離に換算して表示し、
   かつ、最も遅延時間の大きくなる前記低域通過フィルタの遅延時間値を距離０と表示し、前記他の高域通過フィルタ又は帯域通過フィルタと、前記低域通過フィルタとの遅延時間差をそれぞれ距離に換算して表示することを特徴とする請求項８に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。
10. 前記遅延時間差自動補正装置は、前記複数の音声信号処理ユニットで形成された代表的な前記カットオフ周波数、前記減衰特性値等の初期設定値と、前記演算処理手段によって設定された各種の設定値を複数メモリできるメモリ手段を備えてなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。
11. 前記初期設定値は、前記レベル制御手段の制御レベルを前記スピーカ・ユニットに過大入力とならない低制御レベルに設定されてなることを特徴とする請求項１０に記載の音声信号の遅延時間差自動補正装置。