JP4975112B2 - 帯域分割時間補正信号処理装置 - Google Patents
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Description
この場合、各信号に遅延処理を施すことにより4個のスピーカユニットから放射される音がリスナー位置で同時に到達するようなタイムアライメント処理(時間調整)がなされる。このように、各スピーカユニットとリスナーの視聴位置との間の距離差により生じる音場の偏りを、音の到達時間を調整することによって補正する帯域分割時間補正信号処理装置が知られている。
この場合、スピーカユニットの数だけ増幅器が必要となるため高コストとなり、また配線が複雑になり、多くのスペースを要する等の問題があった。
但しこの方式によれば、時間軸以外の周波数特性や位相特性も同時に補正してしまい、他の特性をそのままにして時間軸のみ単独に調整することはできない。また時間軸の値を独立に微調整することもできない。
しかしながら、帯域分割回路により失われる信号と、二重に加算される信号が発生し、これらにより再生音のリニアリティが劣化することに加え、ミキシング時に帯域分割周波数(クロスオーバ周波数)付近の周波数特性にピークやディップを生じる欠点があった。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る帯域分割時間補正信号処理装置を含むオーディオシステムの内部構成を示すブロック図である。
ここでは、R、L、2チャンネルのオーディオシステムが例示されており、このオーディオシステムは、入力ソースとなるプレーヤ1と、帯域分割時間補正信号処理装置2と、2チャンネル増幅器3と、クロスオーバーネットワーク回路4と、ウーファとツイータからなる2ウェイのスピーカユニット5と、により構成される。
帯域分割回路211は、プレーヤ1から出力されるRチャンネルの入力信号から、ツイータ成分(高帯域成分)とウーファ成分(低帯域成分)の信号を抽出して後段の遅延回路212へ出力する。帯域分割回路211は、入力信号から高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を抽出後、Rチャンネルの入力信号から先に抽出された高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を差し引いた、低帯域成分もしくは高帯域成分の信号を抽出する。
なお、ここでは、帯域分割回路211として引き算型高帯域通過フィルタ300を使用したが、引き算型低帯域通過フィルタで代替しても良く、この場合、プレーヤ1から出力されるRチャンネルの入力信号からウーファ成分の信号を抽出し、その後、Rチャンネル入力信号から、先に抽出されたウーファ成分の信号を差し引いたツイータ成分の信号を抽出することになる。
ミキシング回路213は、遅延回路212により出力されるウーファ成分の信号と、帯域分割回路211により出力されるツイータ成分の信号とを合成して2チャンネル増幅器3に出力する。
なお、Lチャンネルの帯域分割時間補正信号処理回路22は、プレーヤ1から出力されるLチャンネルの入力信号を取得する他は、上記したRチャンネルの帯域分割時間補正信号処理回路21と同様の回路構成を有するため、説明の重複を回避する意味で省略する。
クロスオーバーネットワーク回路4は、スピーカユニット5側の帯域分割器であり、Rチャンネル用ネットワーク41と、Lチャンネル用ネットワーク42により構成され、2チャンネル増幅器3を介して帯域分割時間補正信号処理回路21、22により出力されるRチャンネル信号、Lチャンネル信号のそれぞれを、スピーカユニット5のクロスオーバー周波数と同等のカットオフ周波数を有する低帯域通過フィルタ(LPF)と高帯域通過フィルタ(HPF)により帯域分割して、ウーファWRとツイータTR、ウーファWLとツイータTLから成るそれぞれのスピーカユニット5に出力する。
また、クロスオーバーネットワーク回路4で帯域分割される周波数とほぼ同一の周波数で帯域分割する帯域分割回路211に引き算型の高帯域通過フィルタ300(デジタルフィルタ)を用いることで、聴取位置での伝達特性のリニアリティを改善することができる。ちなみに、帯域分割回路211を、従来のように、HPFとLPFで構成した場合、伝達関数的には入力(A)=出力(B)とはならず、これに対して引き算型のデジタルフィルタ300を用いることで、入力(A)=出力(B)とする伝達特性のリニアリティを確保するものである。
上記した実施の形態1の帯域分割時間補正信号処理装置2によれば、リスナーの聴取位置での伝達特性のリニアリティを改善することはできるが、帯域分割時間補正信号処理回路21を構成する帯域分割回路211に使用する引き算型のデジタルフィルタ(引き算型高帯域通過フィルタ300)の特性によっては、差分により分割されたウーファ成分、もしくはツイータ成分の信号における周波数特性の平坦性が得られない。
このため、以下に説明する実施の形態2では、例えば、図3に回路構成の一例が示されるように、帯域分割時間補正信号処理回路21を構成する帯域分割回路211に、FIRデジタルフィルタから成るFIR直線位相高帯域通過フィルタ301を使用することとした。なお、実施の形態2で適用されるオーディオシステムは、上記した実施の形態1と同様の構成を有するものとする。
この場合、Rチャンネル入力信号は、FIR直線位相高帯域通過フィルタ301によりツイータ成分のみの信号が抽出され、その後、Rチャンネル入力信号からこのツイータ成分の信号を引き去ってウーファ成分の信号を抽出することにより、ツイータ成分とウーファ成分の信号に分割される。そして、この分割された帯域毎に、あるいはいずれか一方に遅延回路212による時間軸調整用の遅延処理を施す。ここで、ツイータ成分の信号に対する遅延時間をTT、ウーファ成分の信号に対する遅延時間をTWとすれば、TT−TWが相対的にツイータ成分の信号がウーファ成分の信号に対して遅延した時間を表すことになる。
上記した実施の形態2によれば、FIR直線位相高帯域通過フィルタ301により抽出されるツイータ成分の信号には直線位相特性を有するFIRフィルタの特徴が反映されるが、ツイータ成分の信号を引き去って分割されるウーファ成分の信号には上記したFIRフィルタの特徴が反映されない。
このため、以下に説明する実施の形態3では、図4にその回路構成の一例が示されるように、帯域分割時間補正信号処理回路21において、Rチャンネルの入力信号からツイータ成分の信号を引き去って分割されるウーファ成分の信号を抽出するパスβに、FIR直線位相高帯域通過フィルタ301の群遅延時間に相当する遅延量D2を有する遅延回路302(第2の遅延回路)を挿入することとした。
上記した実施の形態3によれば、帯域分割回路211により出力されるウーファ成分の信号と、ツイータ成分の信号のいずれかは、更に、時間軸調整を行う遅延回路212を通過し、ミキシング回路213で合成される。このとき、時間軸調整用の遅延回路212の遅延量によってはクロスオーバー周波数の合成特性の値が最大で1.4倍のピークを持つ。
このため、帯域分割回路211を構成するデジタルフィルタ内でダイナミックレンジの減少を引き起こす可能性がある。このとき、直線位相特性を有するFIRデジタルフィルタ(FIR直線位相高帯域通過フィルタ301)の採用により位相直線性が得られるため両信号の位相が完全に合致し、クロスオーバー周波数の合成特性の値が1倍を超えることはなく、したがって、帯域分割回路211内でダイナミックレンジが減少することはない。但し、両信号間でクロスオーバー周波数での位相ずれが発生した場合、ディップを発生する可能性がある。
また、図1に示す帯域分割時間補正信号処理装置2が有する各構成ブロックの機能は、全てをソフトウェアによって実現しても、あるいはその少なくとも一部をハードウェアで実現してもよい。例えば、再生帯域が分割された複数のスピーカユニット5のインパルス応答を観測し、各スピーカユニット5の逆伝達関数を求めて畳み込み演算を行い、各スピーカユニット5とリスナーの視聴位置との間の距離差によって生じる音の到達時間を調整する遅延回路212の遅延量を決定するDSP23におけるデータ処理は、1または複数のプログラムによりコンピュータ上で実現してもよく、また、その少なくとも一部をハードウェアで実現してもよい。
また、上記では発明の実施の形態について、低帯域成分と高帯域成分の2つの帯域に分割を行う場合について説明したが、帯域分割回路211とミキシング回路213の間に、異なる分割周波数の同様な構成の帯域分割回路を多段に挿入することで、3つ以上の帯域分割を行うことも可能である。
Claims (5)
- 再生帯域が分割された複数のスピーカユニットを、チャンネル毎にクロスオーバーネットワーク回路を介して1個の増幅器で駆動するオーディオシステムにおいて、
入力信号から高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を抽出後、前記入力信号から前記抽出された高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を差し引いた、低帯域成分もしくは高帯域成分の信号を抽出するチャンネル毎に、少なくとも1つの帯域分割回路と、
前記少なくとも1組の帯域分割回路により出力される高帯域成分、および低帯域成分を含む少なくとも2種類の帯域成分の信号の少なくとも一方を音の到達時間調整用に遅延させる遅延回路と、
前記遅延回路により出力される高帯域成分もしくは低帯域成分を少なくとも含む帯域分割信号と、前記帯域分割回路により出力される低帯域成分もしくは高帯域成分を少なくとも含む帯域分割信号とを合成して前記増幅器に出力するミキシング回路とを備え、
前記遅延回路により出力される高帯域成分もしくは低帯域成分の信号が伝播するパス、もしくは前記帯域分割回路により出力される低帯域成分もしくは高帯域成分の信号が伝播するパスの少なくとも一方に、前記高帯域成分と低帯域成分のクロスオーバー周波数での位相を補正する位相補正回路を挿入して成り、
伝達関数的に入力信号と出力信号を等しくし、聴取位置での伝達特性のリニアリティを改善し、
前記帯域分割回路に引き算型のデジタルフィルタを用いることを特徴とする帯域分割時間補正信号処理装置。 - 前記帯域分割回路は、
直線位相特性を有するFIRフィルタで構成されることを特徴とする請求項1記載の帯域分割時間補正信号処理装置。 - 前記FIRフィルタで構成される帯域分割回路は、
前記入力信号から、前記抽出された高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を差し引いて低帯域成分もしくは高帯域成分の信号を抽出するパスに、自身の群遅延時間に相当する遅延量を有する第2の遅延回路を挿入して成ることを特徴とする請求項1記載の帯域分割時間補正信号処理装置。 - 前記再生帯域が分割された複数のスピーカユニットのインパルス応答を観測し、前記各スピーカユニットの逆伝達関数を求めて畳み込み演算を行い、前記各スピーカユニットと視聴位置との間の距離差によって生じる音の到達時間を調整する前記遅延回路の遅延量を決定するデジタル信号処理回路と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の帯域分割時間補正信号処理装置。 - 帯域分割回路とクロスオーバーネットワーク回路の分割周波数を揃えることで、スピーカーユニット毎に独立した特性補正を行い、前記帯域分割回路とミキシング回路の間に遅延回路を挿入することにより、前記スピーカーユニット間の時間軸を独立に調整し、設定することを特徴とする請求項1記載の帯域分割時間補正信号処理装置。
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