JP5286407B2

JP5286407B2 - スピーカ極性判定装置

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Description

本発明は、スピーカを通じて音響を出力する装置におけるスピーカの極性判定手法に関する。

オーディオ製品、ホームシアター製品など、スピーカを接続して音声を出力する音響装置が知られている。そのような装置にスピーカを接続する場合、通常はスピーカのプラス（＋）端子及びマイナス（−）端子を、装置の出力端子のプラス端子及びマイナス端子にそれぞれ接続する必要がある。このように、プラス端子同士、マイナス端子同士を正しく接続した状態ではスピーカの極性は正相と言われる。逆に、プラスと端子とマイナス端子を逆に接続した状態ではスピーカの極性は逆相と言われる。

スピーカが逆相で接続されると、スピーカから出力される音響の位相が反転してしまい、一般的に再生音質が低下する。そこで、スピーカの極性を判定する機能を音響装置側に搭載する手法が提案されている。例えば、予め用意された基準音声信号をスピーカから出力してマイクで集音し、集音した信号と基準音声信号とを比較することにより、スピーカの極性を判定する手法が特許文献１及び２に記載されている。

実際には、音響装置の種類や用途などにより、様々な種類のスピーカが音響装置に接続される。特許文献１及び２は特にスピーカの種類や特性を考慮した判別手法を提供するものではない。

特開平６−３１１５７８号公報特許第３４８０６３６号公報

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、様々な種類のスピーカに対して有効なスピーカ判別装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、スピーカが接続される出力端子と、前記出力端子にテスト信号を供給し、前記スピーカを通じて音響空間にテスト音を出力するテスト音出力部と、前記音響空間に配置され、前記テスト音を集音してマイク信号を生成するマイクと、前記テスト信号に対応するリファレンス信号を生成する信号生成部と、前記マイク信号に基づいて、前記スピーカが全帯域型スピーカと中高域型スピーカのいずれであるかを判別するスピーカ判別部と、前記マイク信号と前記リファレンス信号の所定の周波数帯域成分を比較して、前記出力端子に接続されたスピーカの極性を判定する極性判定部と、前記マイク信号と前記リファレンス信号に基づいて、前記極性判定部による判定結果の信頼度を判定する信頼度判定部と、を備え、前記スピーカが全帯域型スピーカであると前記スピーカ判別部が判別した場合、前記極性判定部は前記マイク信号と前記リファレンス信号の低域成分を比較してスピーカの極性を判定するとともに前記信頼度判定部は判定結果の信頼度を判定し、判定結果の信頼度が高いと前記信頼度判定部が判定した場合にのみ前記極性判定部は当該判定結果を出力することを特徴とする。

本発明のスピーカ極性判定装置を適用した音響装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す信号処理部の内部構成を示すブロック図である。スピーカの種類と特性を示す図である。マルチウェイスピーカの接続例を示す図である。距離補正の手法を説明する図である。極性判定の手法を説明する図である。極性判定処理のフローチャートである。

符号の説明

１音響装置
２信号処理部
６スピーカ
８マイク
５０スピーカ判別部
５１フィルタ部
５２距離補正部
５３記憶部
５４極性判定部
５５信頼度判定部

本発明の１つの実施形態では、スピーカ極性判定装置は、スピーカが接続される出力端子と、前記出力端子にテスト信号を供給し、前記スピーカを通じて音響空間にテスト音を出力するテスト音出力部と、前記音響空間に配置され、前記テスト音を集音してマイク信号を生成するマイクと、前記テスト信号に対応するリファレンス信号を生成する信号生成部と、前記マイク信号と前記リファレンス信号の所定の周波数帯域成分を比較して、前記出力端子に接続されたスピーカの極性を判定する極性判定部と、を備える。

上記のスピーカ判定装置は、出力端子に接続されたスピーカの極性を判定する。接続されたスピーカを通じて音響空間にテスト音が出力され、それがマイクにより集音される。また、テスト信号に対応するリファレンス信号が生成される。極性判定部は、マイクにより得られたマイク信号とリファレンス信号の所定の周波数帯域成分を比較し、スピーカの極性、即ち、スピーカが正相で接続されているか、逆相で接続されているかを判定する。

上記のスピーカ極性判定装置の一態様は、前記マイク信号に基づいて前記スピーカと前記マイクとの距離に対応する遅延時間を測定し、当該遅延時間に基づいて、前記極性判定部が使用するマイク信号とリファレンス信号との間の時間軸調整を行う距離補正部を備える。これにより、スピーカとマイクとの距離による遅延時間を調整した上で正確に極性判定を行うことが可能となる。

上記のスピーカ極性判定装置の他の一態様は、前記マイク信号に基づいて、前記スピーカが全帯域型スピーカと中高域型スピーカのいずれであるかを判別するスピーカ判別部を備え、前記スピーカが中高域型スピーカであると判別された場合、前記極性判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の中域成分を比較してスピーカの極性を判定する。

この態様では、接続されたスピーカが中高域型スピーカである場合には、マイク信号に低域成分が不足しているので、リファレンス信号及びマイク信号の中域成分を使用して極性判定が行われる。

上記のスピーカ極性判定装置の他の一態様は、前記マイク信号と前記リファレンス信号に基づいて、前記極性判定部による判定結果の信頼度を判定する信頼度判定部を備え、前記スピーカが全帯域型スピーカであると判別された場合、前記極性判定部は前記マイク信号と前記リファレンス信号の低域成分を比較してスピーカの極性を判定するとともに前記信頼度判定部は判定結果の信頼度を判定し、判定結果の信頼度が高いと前記信頼度判定部が判定した場合にのみ前記極性判定部は当該判定結果を出力する。

この態様では、スピーカが全帯域型スピーカであると判別された場合、極性判定部による判定結果の信頼度が信頼度判定部により判定される。そして、信頼度が高いと判定された場合にはその判定結果が使用される。

上記のスピーカ極性判定装置の他の一態様では、判定結果の信頼度が低いと前記信頼度判定部が判定した場合、前記極性判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の中域成分を比較してスピーカの極性を判定し、判定結果を出力する。

この態様では、信頼度判定部により極性判定の信頼度が低いと判定された場合、さらにマイク信号とリファレンス信号の中域成分を使用して極性判定が行われ、その判定結果が使用される。これにより、極性判定の精度を確保することができる。

上記のスピーカ極性判定装置の他の一態様では、前記信頼度判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の和信号のパワーと差信号のパワーを算出し、和信号のパワーと差信号のパワーとのパワー差が所定値以上である場合に判定結果の信頼度が高いと判定し、前記パワー差が前記所定値未満である場合に判定結果の信頼度が低いと判定する。これにより、例えば低域成分の位相が乱れているバスレフ型スピーカなどについて、極性判定結果の精度を確保することができる。

上記のスピーカ極性判定装置の他の一態様では、前記極性判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の和信号と差信号の振幅又はパワーを比較し、前記和信号が前記差信号より大きい場合には前記スピーカが正相に接続されていると判定し、前記和信号が前記差信号より小さい場合には前記スピーカが逆相に接続されていると判定する。これにより、スピーカの接続が正相であるか逆相であるかを正確に判定することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。

［装置の構成］
図１に、本発明によるスピーカ極性判定装置を適用した音響装置１の概略構成を示す。音響装置１にはスピーカ６が接続され、ＣＤ、ＤＶＤなどの図示しない音響ソースからの音響信号がスピーカ６を通じて再生される。なお、以下に説明するスピーカ極性判定は、音響ソースからの再生に先だって、音響装置１に対してスピーカ６を接続したときに実行されるものである。

音響装置１は、信号処理部２と、テスト信号発生器３と、Ｄ／Ａ変換器４と、マイク８と、スピーカ６が接続される出力端子９と、Ａ／Ｄ変換器１０と、を備える。スピーカ６及びマイク８は音響空間２０内に配置される。なお、音響空間２０としては、例えばリスニングルーム、ホームシアターなどが挙げられる。

テスト信号発生器３は、例えばピンクノイズ、ホワイトノイズなどのテスト信号１０１を発生し、信号処理部２へ供給する。なお、テスト信号１０１はデジタル信号としてテスト信号発生器３内のメモリなどに記憶しておくこともできる。

信号処理部２は、テスト信号１０１をＤ／Ａ変換器４へ送る。Ｄ／Ａ変換器４はテスト信号１０１をアナログのテスト信号１０２に変換し、プラス端子９ａ及びマイナス端子９ｂへ供給する。なお、本明細書では、プラス端子９ａとマイナス端子９ｂを区別しない場合は、両者をまとめて出力端子９と呼ぶ。また、信号処理部２は、テスト信号１０１に対して、所定の周波数のフィルタを用いてフィルタリングを行い、リファレンス信号を生成する。

一方、スピーカ６は、プラス端子６ａとマイナス端子６ｂを備える。スピーカ６は、音響装置１の出力端子９に接続される。スピーカ６のプラス端子６ａを音響装置１のプラス出力端子９ａに接続し、スピーカ６のマイナス端子６ｂを音響装置１のマイナス出力端子９ｂに接続した状態が正しい接続状態であり、「正相」の接続状態と呼ばれる。これに対し、スピーカ６のプラス端子６ａを音響装置１のマイナス出力端子９ｂに接続し、スピーカ６のマイナス端子６ｂを音響装置１のプラス出力端子９ａに接続した状態は誤った接続状態であり、「逆相」の接続状態と呼ばれる。本発明は、この逆相の接続状態を検出するものである。

出力端子９に接続されたスピーカ６は、出力端子９を通じて供給されたテスト信号１０２に対応するテスト音３５を音響空間２０に出力する。マイク８は音響空間２０内でテスト音３５を集音し、アナログのマイク信号１０３としてＡ／Ｄ変換器１０へ送る。Ａ／Ｄ変換器１０はマイク信号１０３をデジタルのマイク信号１０４に変換し、信号処理部２へ供給する。信号処理部２は、マイク信号１０４と、内部で生成したリファレンス信号とに基づいて、スピーカ６の極性を判定する。

図２は、信号処理部２の内部構成を示す。図示のように、信号処理部２は、スピーカ判別部５０と、フィルタ部５１と、距離補正部５２と、リファレンス信号生成部５３と、極性判定部５４と、信頼度判定部５５とを備える。なお、信号処理部２は、好適にはＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）などにより構成される。Ａ／Ｄ変換器１０から出力されたマイク信号１０４は、スピーカ判別部５０及びフィルタ部５１へ入力される。

スピーカ判別部５０は、極性判定の対象となる複数種類のスピーカを判別する。本実施例では、スピーカ判別部５０は、スピーカ６を全帯域型スピーカと中・高域型スピーカに分類する。図３（ａ）は全帯域型スピーカの周波数特性例を示し、図３（ｂ）は中・高域型スピーカの周波数特性例を示す。全帯域型スピーカは低域から高域まで再生できるスピーカである。これに対し、中・高域型スピーカは、中域から高域までは再生できるが、低域の再生能力が低いスピーカである。図３の例では、中・高域型スピーカは全帯域型スピーカと比較して２００Ｈｚ以下の帯域の再生能力が不足している。本実施例では、スピーカの種別に応じて、後述する極性判定において使用する周波数帯域を変えている。このために、スピーカの種別を判別するスピーカ判別部５０が設けられている。

スピーカ判別部５０による判別手法を説明する。音響装置１は、判別の対象となるスピーカ６を音響装置１に接続した状態で、テスト信号として低域テスト信号と中域テスト信号を再生し、マイク８を通じてそれらのマイク信号を取得する。ここで、例えば低域テスト信号の周波数は２００Ｈｚ程度、中域テスト信号の周波数は１ｋＨｚ程度とされる。

低域のマイク信号と中域のマイク信号はマイク信号１０４としてスピーカ判別部５０へ供給される。スピーカ判別部５０は、低域のマイク信号のパワーと中域のマイク信号のパワーとを比較する。低域のマイク信号のパワーと中域のマイク信号のパワーとがほぼ等しければ、スピーカ判別部５０はそのスピーカを全帯域型スピーカであると判別する。一方、低域のマイク信号のパワーが中域のマイク信号のパワーより小さければ、スピーカ判別部５０はそのスピーカを中・高域型スピーカであると判別する。スピーカ判別部５０は、こうして得られた判別結果を極性判定部５４へ供給する。

次に、全帯域スピーカについて補足する。低域まで再生が可能な全帯域型スピーカとしては種々の構成のものが知られている。例えば、バスレフ型スピーカは全帯域型スピーカに分類される。なお、バスレフ型スピーカは、その構造上、低域で再生信号の位相が乱れやすいという特徴がある。

また、図４に示すように、複数のスピーカユニットを搭載したマルチウェイスピーカも全帯域型スピーカに分類される。図４（ａ）はスピーカユニットとしてツイータ７１Ｔとウーファー７１Ｗを備えるマルチウェイスピーカ７１を示している。なお、このようなマルチウェイスピーカの場合、通常は図４（ａ）に示すように、ウーファー７１Ｗとツイータ７１Ｔは、プラス端子同士、マイナス端子同士が接続された構造となっている。これを便宜上「順接続型」と呼ぶ。これに対し、市場には、図４（ｂ）に示すようにウーファー７２Ｗとツイータ７２Ｔが逆極性で接続されているスピーカ７２のような構成のものも存在する。これを便宜上「逆接続型」と呼ぶ。このような逆接続型のマルチウェイスピーカ７２の場合、ウーファー７２Ｗから再生される低域信号の位相と、ツイータ７２Ｔから再生される中・高域信号の位相は逆となっている。詳細は後述するが、本実施例では、上記のような全帯域型スピーカを考慮して極性判定を行う点に１つの特徴を有する。

図２に戻り、フィルタ部５１は、マイク信号１０４を所定の周波数にフィルタリングし、距離補正部５２へ供給する。本実施例では、フィルタ部５１は２００ＨｚのＬＰＦ又は５００ＨｚのＢＰＦによりフィルタリングを行う。

リファレンス信号生成部５３は、テスト信号１０１からリファレンス信号を生成する。具体的には、リファレンス信号生成部５３は、テスト信号１０１に対して、フィルタ部５１がマイク信号１０４に対して行うフィルタリングと同一のフィルタでフィルタリングを行い、リファレンス信号を生成する。即ち、フィルタ部５１が２００ＨｚのＬＰＦ（ＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）でマイク信号１０４をフィルリングする場合には、リファレンス信号生成部５３はテスト信号１０１を２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングしてリファレンス信号を生成し、距離補正部５２へ供給する。また、フィルタ部５１が５００ＨｚのＢＰＦ（ＢａｎｄＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）でマイク信号１０４をフィルタリングする場合には、リファレンス信号生成部５３は、テスト信号１０１を５００ＨｚのＢＰＦでフィルタリングしてリファレンス信号を生成し、距離補正部５２へ供給する。

距離補正部５２は、音響空間２０に配置されたスピーカ６とマイク８との距離に対応する信号の遅延を補正する。テスト信号に基づいて音響空間２０にテスト音を出力し、マイク６で集音した場合、マイク信号にはテスト音がスピーカ６からマイク８に至るまでに要する時間分の遅れ、即ち遅延時間Ｔｄが含まれる。この遅延時間Ｔｄは、スピーカ６とマイク８との間の距離に比例する。

図５に、距離補正の手法を示す。リファレンス信号は、リファレンス信号生成部５３により生成される。図５（ａ）では、便宜上、リファレンス信号の先頭を時間軸上の時刻０に合わせて示している。図５（ｂ）に示すように、マイク８から得られるマイク信号は、上述の遅延時間Ｔｄを有する。そこで、距離補正部５２は、図５（ｃ）に示すように、マイク信号における遅延時間Ｔｄ分だけリファレンス信号を遅延させてリファレンス信号の時間軸をマイク信号の時間軸と合わせる処理、即ち時間軸調整を行う。なお、距離補正部５２は、距離補正に先だって、遅延時間Ｔｄを測定し、図示しない記憶部などに記憶しておく。遅延時間Ｔｄの測定方法としては、例えば、パルス性のテスト信号をスピーカ６から再生してマイク８で集音し、テスト信号の再生タイミングとマイク信号中のパルス成分のタイミングとの時間差を求める方法が使用できる。距離補正部５２は、こうして距離補正により時間軸上の調整がなされた後のリファレンス信号及びマイク信号を極性判定部５４へ供給する。

極性判定部５４は、リファレンス信号とマイク信号とを比較することにより、スピーカの極性を判定する。ここで使用するリファレンス信号及びマイク信号は、上述のように距離補正部５２により距離補正がなされた後のものである。

図６（ａ）はスピーカの接続が正相である場合のリファレンス信号とマイク信号の位相関係を示し、図６（ｂ）はスピーカの接続が逆相である場合のリファレンス信号とマイク信号の位相関係を示す。なお、図６はリファレンス信号及びマイク信号をある周波数に帯域制限した後の波形を模式的に示す。図６から理解されるように、スピーカの接続が正相である場合、リファレンス信号の位相とマイク信号の位相は正相（同相）となる。一方、スピーカの接続が逆相である場合、リファレンス信号の位相とマイク信号の位相は逆相となる。よって、基本的には、リファレンス信号とマイク信号を比較して、それらの位相関係を検出すれば、スピーカの接続が正相であるか逆相であるかを判定することができる。

リファレンス信号とマイク信号の比較の方法はいくつかあるが、基本的にはリファレンス信号とマイク信号を干渉させる方法が採用される。例えば、第１の方法としては、リファレンス信号とマイク信号を単純に加算する方法が使用できる。この場合、極性判定部５４は、加算後の信号の波形が加算前の一方又は両方の信号の波形より大きくなればスピーカの接続が正相であると判定し、加算後の信号の波形が加算前の一方又は両方の信号の波形より小さくなればスピーカの接続が逆相であると判定する。

また、第２の方法としては、リファレンス信号とマイク信号を加算した加算信号と、リファレンス信号とマイク信号の一方から他方を減算した減算信号を生成し、両者を比較する方法が使用できる。この場合、加算信号と減算信号の振幅を比較しても良いし、それぞれのパワーを算出して比較してもよい。図６から理解されるように、スピーカの接続が正相である場合、加算信号の振幅又はパワーは２倍近くになり、減算信号の振幅又はパワーは０に近くなる。一方、スピーカの接続が逆相である場合、加算信号の振幅又はパワーは０に近くなり、減算信号の振幅又はパワーは２倍近くになる。そこで、極性判定部５４は、加算信号が減算信号より大きければスピーカの接続は正相であると判定し、加算信号が減算信号より小さければスピーカの接続は逆相であると判定する。

次に、フィルタ部５１及びリファレンス信号生成部５３によるフィルタリングについて説明する。フィルタ部５１とリファレンス信号生成部５３は、同一のフィルタによりフィルタリングを行う。ここで、本実施例では、リファレンス信号生成部５３とフィルタ部５１は、原則として低域の周波数、例えば２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングを行う。そして、距離補正部５２による距離補正後、極性判定部５４は、２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングされたマイク信号と、テスト信号を２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングして生成されたリファレンス信号とを比較する。

ここで、２００Ｈｚ以下の低域周波数成分を使用する理由は以下の通りである。図４を参照して説明したように、本実施例において対象とされる全帯域型スピーカには、図４（ｂ）に示すような逆接続型のマルチウェイスピーカが含まれる。このようなスピーカでは、低域と中・高域とで位相が反転している。一般的に、このようなスピーカでは、低域成分と中・高域成分の境界は１６０Ｈｚ付近であることが多い。本実施例では、このような逆接続型のマルチウェイスピーカは、低域を基準にしてスピーカの極性を定義することとする。即ち、図４（ｂ）に示すように、音響装置１に対してウーファー７２Ｗが正相となるように接続した状態を正しい接続状態と考える。そうすると、スピーカの極性判定はウーファー７２Ｗの周波数帯域において行う必要がある。そこで、本実施例では、原則として、極性判定部５４は、２００ＨｚのＬＰＦにより生成されたリファレンス信号と、２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングされたマイク信号を比較する。これにより、逆接続型のマルチウェイスピーカについては、低域を基準として極性を判定することができる。なお、低域を基準として極性を判定するという趣旨では、２００Ｈｚより低い周波数に帯域制限しても構わないが、あまり低域に帯域制限すると、音響空間２０内に存在する定在波の周波数と重なってその影響を受けたり、Ｓ／Ｎが低下したりして判定精度が低下する恐れがある。よって、本実施例における好適な例では、２００Ｈｚ程度のＬＰＦでフィルタリングが行われる。

さて、極性判定において使用する周波数帯域は上述のように原則として２００Ｈｚ程度の低域が好ましいが、２つの例外がある。

１つ目の例外はスピーカが中・高域型スピーカである場合である。中・高域型スピーカは、図３（ｂ）に示したように低域成分が不足しているので、リファレンス信号とマイク信号の低域成分を用いて判定するとＳ／Ｎが確保できず、精度が低下する。そこで、中・高域型スピーカについては、５００Ｈｚ程度の中域成分を用いて判定を行う。具体的には、極性判定部５４は、テスト信号を５００ＨｚのＢＰＦでフィルタリングして生成されたリファレンス信号と、５００ＨｚのＢＰＦでフィルタリングされたマイク信号とを比較する。これにより、もともと低域成分が少ない中・高域型スピーカの極性を正確に判定することができる。

２つ目の例外は、２００ＨｚのＬＰＦで帯域制限した後の極性判定結果の信頼性が低い場合である。既に述べたように、本実施例で対象としている全帯域型スピーカにはバスレフ型スピーカが含まれている。一般的に、バスレフ型スピーカは、その構造上バスレフポートで信号の反射などがあるため、低域成分の位相が乱れていることが多い。よって、バスレフ型スピーカについては、低域成分を使用した極性判定の精度が確保できない場合がある。そこで、本実施例では、信頼度判定部５５が２００Ｈｚ以下の低域成分を使用して得た極性判定結果の信頼度を判定し、信頼度が低い場合には、５００Ｈｚ付近の中域成分を使用して再度極性判定を行う。これにより、バスレフ型スピーカのように低域成分の位相が乱れているスピーカについても正確な判定を可能とする。

次に、信頼度判定部５５が行う信頼度判定について説明する。信頼度判定部５５は、距離補正部５２から供給されるリファレンス信号及びマイク信号の加算信号のパワーＰａと、両者の減算信号のパワーＰｓとを算出して比較する。図６から理解されるように、低域成分に位相の乱れが無い場合、スピーカの接続が正相なら加算信号のパワーＰａは２倍近くになり、減算信号のパワーＰｓは０に近くなる。一方、スピーカの接続が逆相なら加算信号のパワーＰａは０に近くなり、減算信号のパワーＰｓは２倍に近くなる。よって、低域成分に位相の乱れが無い場合、加算信号のパワーＰａと減算信号のパワーＰｓには十分な差がある。これに対し、低域成分に位相の乱れがある場合、位相の乱れ分に起因して、加算信号のパワーＰａと減算信号のパワーＰｓとの差が小さくなる。そこで、信頼度判定部５５は、加算信号のパワーＰと減算信号のパワーＰｓとの差（Ｐａ−Ｐｓ）が所定値（例えば、３ｄＢ）以上ある場合には２００Ｈｚ以下の低域成分を使用して行った極性判定結果が信頼できると判定し、所定値未満である場合には２００Ｈｚ以下の低域成分を使用して行った極性判定結果が信頼できないと判定する。このように、信頼度判定部５５が信頼度判定を行うことにより、バスレフ型スピーカのように、再生信号の低域成分の位相が乱れているスピーカについても極性判定精度を向上させることが可能となる。

［極性判定処理］
まず、極性判定処理の基本的な手順について説明する。スピーカの極性判定を行うにあたり、まず対象となるスピーカに対して距離補正が行われる。これは、スピーカの配置に応じた距離補正を行わなければ、マイク信号の位相が不定となり、極性判定が正しく行えないからである。距離補正は、上述のようにパルス性の信号、つまり高域の信号を用いて行われる。

次に極性判定を行うのであるが、市場には図４（ｂ）に示したような逆接続型のマルチウェイスピーカが存在する。このようなスピーカについて正しく極性判定を行うために、極性判定は原則として低域成分に基づいて行う必要がある。よって、原則として、２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングしたマイク信号と、テスト信号を２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングして生成したリファレンス信号とを比較して極性判定が行われる。なお、低域成分に基づいて極性判定することは、図４（ａ）に示すような順接続型のマルチウェイスピーカに対しては何ら問題を生じない。即ち、スピーカの極性判定は、高域成分を用いて距離補正を行った後、低域成分を用いて極性判定を行う、という手順が基本となる。

但し、上述の中・高域型スピーカの場合は、マイク信号を２００ＨｚのＬＰＦフィルタでフィルタリングするとパワーが不足してしまい、正しい判定ができなくなってしまう。そこで、処理の最初にまずスピーカの判別を行い、中・高域型スピーカについては例外的に中域成分を使用して極性判定を行うこととする。即ち、５００ＨｚのＢＰＦでフィルタリングしたマイク信号と、テスト信号を５００ＨｚのＢＰＦでフィルタリングして生成したリファレンス信号を比較して極性判定が行われる。

さらには、低域型スピーカと判別されたスピーカでも、例えば前述のバスレフ型のように低域成分を用いて極性判定することに支障があるものがある。そこで、信頼度判定を行い、信頼度が低い場合には、例外的に中域成分を用いて極性判定を行う。

次に、極性判定処理の具体例について説明する。図７は極性判定処理のフローチャートである。極性判定処理は、図２に示した各構成要素により実行される。

まず、信号処理部２は、テスト音をスピーカ６から出力し、これをマイク８で集音してマイク信号を得る。次に、距離補正部５２は、前述のように、予め測定した遅延時間Ｔｄを用いて距離補正を行い、リファレンス信号とマイク信号の時間軸調整を行う（ステップＳ１０）。

次に、スピーカ判別部５０は、低域成分のパワーと中域成分のパワーを比較することにより、現在接続されているスピーカ６が全帯域型スピーカと中・高域型スピーカのいずれであるかを判別する（ステップＳ１１）。

現在接続されているスピーカ６が中・高域型スピーカであると判定された場合、極性判定部５４は５００Ｈｚ付近の中域成分を使用して極性判定を行う（ステップＳ１２）。即ち、極性判定部５４は、５００ＨｚのＢＰＦを用いて生成されたリファレンス信号と、５００ＨｚのＢＰＦでフィルタリングされたマイク信号の振幅又はパワーを比較して極性判定を行う。そして、極性判定部５４は、得られた判定結果を、例えば音響装置１の表示部などに出力する。これにより、ユーザは、スピーカが正しく接続されているか否かを知ることができる。

ステップＳ１１において、現在接続されているスピーカが全帯域型スピーカであると判定された場合、極性判定部５４は、まず２００Ｈｚ以下の低域成分を使用して極性判定を行う（ステップＳ１４）。即ち、極性判定部５４は、２００ＨｚのＬＰＦを用いて生成されたリファレンス信号と、２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングされたマイク信号を比較し、極性判定結果を得る。そして、極性判定部５４は、その判定結果を一時的に保持する。

次に、信頼度判定部５５は、ステップＳ１４と同じリファレンス信号及びマイク信号を用いて、信頼度判定を行う（ステップＳ１５）。この信頼度判定は、前述のように、２００Ｈｚ以下の低域成分を使用した極性判定の結果が信頼できるか否かを確認するものである。信頼度が高いと判定された場合、極性判定部５４はステップＳ１４で行った極性判定の結果を出力する（ステップＳ１６）。一方、信頼度が低いと判定された場合、極性判定部５４はステップＳ１４で得た判定結果を破棄し、新たに５００Ｈｚ付近の中域成分を使用して極性判定を行う（ステップＳ１７）。即ち、５００ＨｚのＢＰＦを用いて生成されたリファレンス信号と、５００ＨｚのＢＰＦでフィルタリングされたマイク信号とを比較し、極性を判定する。そして、極性判定部５４は、得られた判定結果を出力する（ステップＳ１８）。こうして、極性判定処理は終了する。

以上の極性判定処理によれば、まずステップＳ１０の距離補正により、スピーカとマイクとの間の距離に起因する音波の伝搬遅延を補正した上で正確な極性判定が可能となる。

また、ステップＳ１１でスピーカ判別を行い、中・高域型スピーカについては５００Ｈｚ付近の中域成分を使用して極性判定を行うので、低域成分が不足している中・高域スピーカについても正確に極性判定ができる。

また、全帯域型スピーカについては、まず２００Ｈｚ以下の低域で極性判定を行うので、逆接続型のマルチウェイスピーカについても低域成分を基準に極性判定を行うことができる。さらに、低域で極性判定の信頼度を判定し、信頼度が低い場合には５００Ｈｚ付近の中域成分を使用して極性判定をやり直す。よって、バスレフ型スピーカのように低域成分の位相が乱れているスピーカについても判定精度を向上させることができる。なお、信頼度判別部５５により信頼度が低いと判定される原因は、現実にはバスレフ型スピーカの場合以外に、例えばスピーカのネットワーク回路による群遅延の影響、音響空間内の壁からの反射の影響、スピーカが正しくマイクに向けられていないこと、なども考えられる。しかし、いずれの場合でも、信頼度判定を行い、信頼度が低い場合には中域成分を使用して再度極性判定を行うことにより、判定精度が向上することが期待できる。

［変形例］
上記の実施例では、１つのスピーカ、即ち音響信号の１チャンネルの極性判定について説明した。実際の音響装置１としては、例えば音響再生機器、ＡＶ再生機器など、複数チャンネルの再生を行う機器が用いられ、音響装置１に対して複数のスピーカが接続されることになる。その場合、基本的には上記の極性判定処理を１つずつのスピーカに対して実行すればよい。但し、その音響機器１の設置時に複数のスピーカの距離補正を行って遅延時間が測定される場合には、その結果を記憶しておき、極性判定処理における距離補正に使用することができる。また、音響装置１において周波数特性補正、遅延補正などの各種の自動音場補正が行われる場合には、その際に取得したマイク信号を利用して本発明による極性判定処理を行うことができる。例えば、自動音場補正として、テスト信号としてピンクノイズを使用して周波数特性補正が行われる場合には、その際に得られたマイク信号を利用して極性判定処理を実行すれば、音響特性補正全体に要する時間を短縮することができる。

本発明のスピーカ極性判定装置は、例えばホームシアター製品、オーディオ製品などに利用することができる。

Claims

スピーカが接続される出力端子と、
前記出力端子にテスト信号を供給し、前記スピーカを通じて音響空間にテスト音を出力するテスト音出力部と、
前記音響空間に配置され、前記テスト音を集音してマイク信号を生成するマイクと、
前記テスト信号に対応するリファレンス信号を生成する信号生成部と、
前記マイク信号に基づいて、前記スピーカが全帯域型スピーカと中高域型スピーカのいずれであるかを判別するスピーカ判別部と、
前記マイク信号と前記リファレンス信号の所定の周波数帯域成分を比較して、前記出力端子に接続されたスピーカの極性を判定する極性判定部と、
前記マイク信号と前記リファレンス信号に基づいて、前記極性判定部による判定結果の信頼度を判定する信頼度判定部と、を備え、
前記スピーカが全帯域型スピーカであると前記スピーカ判別部が判別した場合、前記極性判定部は前記マイク信号と前記リファレンス信号の低域成分を比較してスピーカの極性を判定するとともに前記信頼度判定部は判定結果の信頼度を判定し、判定結果の信頼度が高いと前記信頼度判定部が判定した場合にのみ前記極性判定部は当該判定結果を出力することを特徴とするスピーカ極性判定装置。
前記マイク信号に基づいて前記スピーカと前記マイクとの距離に対応する遅延時間を測定し、当該遅延時間に基づいて、前記極性判定部が使用するマイク信号とリファレンス信号との間の時間軸調整を行う距離補正部を備えることを特徴とする請求項１に記載のスピーカ極性判定装置。
前記スピーカが中高域型スピーカであると前記スピーカ判別部が判別した場合、前記極性判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の中域成分を比較してスピーカの極性を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載のスピーカ極性判定装置。
判定結果の信頼度が低いと前記信頼度判定部が判定した場合、前記極性判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の中域成分を比較してスピーカの極性を判定し、判定結果を出力することを特徴とする請求項１に記載のスピーカ極性判定装置。
前記信頼度判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の和信号のパワーと差信号のパワーを算出し、和信号のパワーと差信号のパワーとのパワー差が所定値以上である場合に判定結果の信頼度が高いと判定し、前記パワー差が前記所定値未満である場合に判定結果の信頼度が低いと判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のスピーカ極性判定装置。
前記極性判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の和信号と差信号の振幅又はパワーを比較し、前記和信号が前記差信号より大きい場合には前記スピーカが正相に接続されていると判定し、前記和信号が前記差信号より小さい場合には前記スピーカが逆相に接続されていると判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のスピーカ極性判定装置。