JP6015161B2 - チャンネルデバイダおよびこれを含む音声再生システム - Google Patents

Description

本発明は、マルチウェイスピーカーシステムによる音声信号再生で使用するチャンネルデバイダおよびこれを含む音声再生システムであって、特に、チャンネルデバイダのフィルタの位相シフト特性、および、スピーカーシステムが含むネットワーク回路の位相シフト特性を略直線位相化して、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を適切に変更することが可能なチャンネルデバイダに関する。

低音域再生用のウーファー及び高音域再生用のツィーターを含むマルチウェイスピーカーシステムでは、各スピーカーユニットの再生周波数帯域に合わせてアンプで増幅された音声信号を帯域分割するネットワーク回路を含む場合が一般的である。近年では、ウーファーに対応するネットワーク回路とツィーターに対応するネットワーク回路をそれぞれに独立することができ、それぞれに接続する入力端子を備えるバイワイヤリング接続に対応するスピーカーシステムが普及している。バイワイヤリング接続では、ウーファーのネットワーク回路に接続するパワーアンプと、ツィーターのネットワーク回路に接続する他のパワーアンプと、を用いるバイアンプ駆動を採用することになる。

一方で、スピーカーシステムのネットワーク回路を使用せずにマルチアンプ（バイアンプ）駆動を実現する方法として、パワーアンプの前段にチャンネルデバイダを設けて、このチャンネルデバイダによって音声信号を帯域分割する場合がある。チャンネルデバイダは、上記のようなマルチアンプ−マルチウェイスピーカーシステムの音声再生システムにおいて、入力される音声信号を少なくとも低音域側出力信号と高音域側出力信号とに帯域分割して、マルチアンプに出力する。チャンネルデバイダを用いることで、スピーカーシステムのネットワークよりも急峻な過渡帯域を持つＬＰＦ（低域通過フィルタ）あるいはＨＰＦ（高域通過フィルタ）を設定できる、クロスオーバー周波数を比較的自由に設定できる、等の利点がある（例えば、特許文献１）。また、チャンネルデバイダを採用する場合には、低音域用のアンプ回路と高音域用のアンプ回路が独立するので、低音成分と高音成分とが重畳して発生する混変調歪が低減し、再生音質に優れるという利点があると言われている。

近年、ＤＳＰおよびマルチアンプを含むＡＶレシーバー等を利用してネットワーク回路を備えないスピーカーシステムを接続できるように、ＤＳＰにチャンネルデバイダの機能を持たせようとするものがある（特許文献２、特許文献３）。チャンネルデバイダをデジタルフィルタで実現する場合にはＦＩＲフィルタまたはＩＩＲフィルタによる場合がある。チャンネルデバイダを使用するには、マイクロホン等を用いてスピーカーシステムの各スピーカーユニットの再生帯域を測定して、クロスオーバー周波数を適切に設定する必要がある（特許文献４、特許文献５）。

従来のチャンネルデバイダでは、低音域側のＬＰＦおよび高音域側のＨＰＦは、幾つかの標準的なフィルタ特性の中から選択できるものが多く、非直線位相の位相シフト特性を有する巡回型フィルタ（無限長インパルスレスポンスフィルタ、ＩＩＲフィルタ）が用いられる場合がある。標準的なフィルタ特性の具体例としては、バターワースフィルタ、ベッセルフィルタ、Ｌｉｎｋｗｉｔｚ−Ｒｉｌｅｙフィルタ、等の様々なフィルタが存在する。巡回型フィルタの次数を増やしてフィルタを設定する場合には、フィルタの通過域と、阻止域と、これらの間の遷移域の設定において、遷移域のゲイン特性を急峻にすることができる一方で、位相回転が増えて遅延が生じ、位相遅延特性および群遅延特性が周波数によって大きく異なるようになる場合がある。他方で、非巡回型フィルタ（有限長インパルスレスポンスフィルタ、ＦＩＲフィルタ）を用いる場合には、直線位相の位相シフト特性を有するフィルタが設定可能である。直線位相の位相シフト特性の場合は、遅延が周波数に対して一定であり、位相遅延特性および群遅延特性がフラットになる。

ただし、非直線位相の位相シフト特性を有するフィルタでは、入力された信号の波形が時間的に歪んで出力されることになる。したがって、チャンネルデバイダにおいて、例えば、９６ｄＢ／Ｏｃｔ．〜１９２ｄＢ／Ｏｃｔ．と言った急峻なゲイン特性を有する高次の非直線位相のＩＩＲフィルタを用いる場合には、出力信号の波形の歪みが大きくなり、再生音声の音色変化として現れてしまうという問題がある。また、スピーカーシステムのネットワーク回路のフィルタも非直線位相のパッシブフィルタであるので、急峻なゲイン特性を持たせているような場合には、同様の問題を有している。したがって、所望のゲイン特性をチャンネルデバイダおよびスピーカーシステムのネットワーク回路のフィルタに設定する場合であっても、非直線位相の位相シフト特性を直線位相化できるのが好ましい。

従来には、直線位相特性を有するＩＩＲ型デジタルフィルタの構成を有する時間軸反転型直線位相フィルタに関して、ＩＩＲフィルタのインパルス応答期間の２倍程度の時間単位で信号を反転させる時間軸反転回路及び時間軸反転された信号を処理するＩＩＲ型フィルタが２系統用意されている構成を、必要メモリ量を従来に比べて格段に少なくして実現しようとするものがある（特許文献６）。また、所望周波数振幅特性を与える巡回型デジタルフィルタのインパルス応答を測定し、インパルス応答を所定の応答時間に制限した制限インパルス応答を求め、制限インパルス応答と制限インパルス応答の時間軸を前後反転した反転インパルス応答をそれぞれインパルス応答係数とするように第１および第２の非巡回型デジタルフィルタの係数を設定する非巡回型デジタルフィルタの設計法がある（特許文献７）。また、アナログ入力信号を一連のデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータと、Ａ／Ｄコンバータの出力側に接続されるフィルタユニットとを有するフィルタ処理されたＥＣＧ信号のリンギングを除去する装置において、フィルタユニットは、巡回ＩＩＲフィルタと、ＩＩＲフィルタの２倍の位相シフトと等しい位相シフトを持つ後続のオールパスフィルタとを有し、オールパスフィルタ処理は、ＩＩＲフィルタ処理と関連して時間を反転して実行されることを特徴とするフィルタ処理されたＥＣＧ信号のリンギングを除去する装置がある（特許文献８）。

特開２００５−１０９９６９号公報 特開２００２−１１１３９９号公報 特開２００５−１８４１４９号公報 特許第４３２１３１５号公報 実開平５−３９０９７号公報 特開平６−９７７７７号公報 特公平７−１０７９７０号公報 特開平７−５１２３６号公報

本発明は、上記の従来技術が有する問題を解決するためになされたものであり、その目的は、マルチウェイスピーカーシステムによる音声信号再生で使用するチャンネルデバイダおよび音響再生システムであって、特に、チャンネルデバイダのフィルタの位相シフト特性、および、スピーカーシステムが含むネットワーク回路の位相シフト特性を略直線位相化して、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を適切に変更することが可能なチャンネルデバイダおよび音響再生システムを提供することにある。

本発明のチャンネルデバイダは、入力される音声信号を、少なくとも低音域側の第１出力信号と第１出力信号よりも高音域側の第２出力信号とに帯域分割して、それぞれ第１出力端子および第２出力端子に出力する低域通過フィルタ部および高域通過フィルタ部と、を含むチャンネルデバイダであって、低域通過フィルタ部が、所定の低域通過特性を有する低域通過フィルタの位相シフト特性と略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するＦＩＲフィルタである第１全帯域通過フィルタを含み、高域通過フィルタ部が、所定の高域通過特性を有する高域通過フィルタの位相シフト特性と略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するＦＩＲフィルタである第２全帯域通過フィルタを含む。

好ましくは、本発明のチャンネルデバイダは、チャンネルデバイダの低域通過フィルタ部および高域通過フィルタ部がそれぞれ、第１全帯域通過フィルタに直列接続する第１低域通過フィルタと、第２全帯域通過フィルタに直列接続する第１高域通過フィルタと、を含む。

また、好ましくは、本発明のチャンネルデバイダは、第１出力信号または第２出力信号のレベル調整を行なうレベル調整回路と、第１出力信号または第２出力信号の位相反転を行なう位相反転回路と、第１出力信号または第２出力信号の遅延時間を調整する遅延回路と、をさらに含む。

また、本発明の音響再生システムは、上記のチャンネルデバイダと、チャンネルデバイダの第１出力端子および第２出力端子に対応する増幅回路を含む増幅器と、少なくともウーファーに対応する第２低域通過フィルタ及びツィーターに対応する第２高域通過フィルタを含むネットワーク回路を含み増幅器とバイワイヤリング接続が可能なスピーカーシステムと、を含む。

また、好ましくは、本発明の音響再生システムは、第１全帯域通過フィルタが、第１低域通過フィルタの位相シフト特性、または、第２低域通過フィルタの位相シフト特性、または、第１低域通過フィルタおよび第２低域通過フィルタの積の位相シフト特性、のいずれかと略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するＦＩＲフィルタであり、第２全帯域通過フィルタが、第１高域通過フィルタの位相シフト特性、または、第２高域通過フィルタの位相シフト特性、または、第１高域通過フィルタおよび第２高域通過フィルタの積の位相シフト特性、のいずれかと略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するＦＩＲフィルタである。

以下、本発明の作用について説明する。

本発明のチャンネルデバイダは、入力される音声信号を、少なくとも低音域側の第１出力信号と第１出力信号よりも高音域側の第２出力信号とに帯域分割して、それぞれ第１出力端子および第２出力端子に出力する。チャンネルデバイダは、チャンネルデバイダのそれぞれの出力端子に対応する増幅回路を含む増幅器と、少なくともウーファー及びツィーターとを少なくとも含み、増幅器とバイワイヤリング接続が可能なスピーカーシステムと、を含む音響再生システムを構成する。したがって、ユーザーは、チャンネルデバイダを調整して、ウーファーとツィーターとが重複して再生する周波数帯域とその再生レベルを変更できるので、再生音質の調整が容易になるという利点がある。なお、一般的なスピーカーシステムのネットワーク回路は、±６〜１８ｄＢ／Ｏｃｔ．の遷移域特性が一般的であるのに対して、チャンネルデバイダのＬＰＦ、ＢＰＦ、およびＨＰＦは、±２４〜９６ｄＢ／Ｏｃｔ．以上の遷移域特性も可能であり、チャンネルデバイダを導入することで遷移域および阻止域の減衰率を大きくすることができる。

本発明のチャンネルデバイダは、入力される音声信号を、少なくとも低音域側の第１出力信号と第１出力信号よりも高音域側の第２出力信号とに帯域分割して、それぞれ第１出力端子および第２出力端子に出力する低域通過フィルタ部および高域通過フィルタ部と、を含む。低域通過フィルタ部は、所定の低域通過特性を有する低域通過フィルタの位相シフト特性と略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するＦＩＲフィルタである第１全帯域通過フィルタを含み、好ましくは、第１全帯域通過フィルタに直列接続する第１低域通過フィルタを含む。また、高域通過フィルタ部は、所定の高域通過特性を有する高域通過フィルタの位相シフト特性と略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するＦＩＲフィルタである第２全帯域通過フィルタを含み、好ましくは、第２全帯域通過フィルタに直列接続する第１高域通過フィルタを含む。

つまり、本発明のチャンネルデバイダは、低域通過フィルタ部および高域通過フィルタ部がそれぞれ、所定の位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するＦＩＲフィルタを含んでいる。このＦＩＲフィルタは、全帯域通過フィルタ（オールパスフィルタ、ＡＰＦ）であってゲイン特性が周波数にかかわらず一定でフラットであり、巡回型フィルタでの位相遅延を伴う位相シフトを対象とする場合には、有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させたＦＩＲフィルタ係数を用いることで、所定の位相進みを含む位相特性を実現する。具体的には、第１全帯域通過フィルタは、低域通過フィルタ部の第１低域通過フィルタの位相シフト特性、または、スピーカーシステムのネットワーク回路の第２低域通過フィルタの位相シフト特性、または、第１低域通過フィルタおよび第２低域通過フィルタの積の位相シフト特性、のいずれかと略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有する。また、第２全帯域通過フィルタは、高域通過フィルタ部の第１高域通過フィルタの位相シフト特性、または、スピーカーシステムのネットワーク回路の第２高域通過フィルタの位相シフト特性、または、第１高域通過フィルタおよび第２高域通過フィルタの積の位相シフト特性、のいずれかと略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有する。

その結果、本発明のチャンネルデバイダまたは音声再生システムでは、チャンネルデバイダおよびスピーカーシステムのネットワーク回路のフィルタに関して、非直線位相の位相シフト特性を直線位相化できる。チャンネルデバイダならびにネットワーク回路を有するスピーカーシステムを含む音声再生システムにおいて、急峻なゲイン特性を有する高次の非直線位相のフィルタを用いても、位相遅延特性および群遅延特性が周波数によって大きく異なる位相シフトを補正して直線位相化するので、出力信号の波形が歪むのを防ぐことが出来る。第１全帯域通過フィルタおよび第２全帯域通過フィルタは、それぞれ対象とする巡回型の低域通過フィルタまたは高域通過フィルタの次数およびカットオフ周波数（クロスオーバー周波数）を規定できればそれらと略一致する位相シフト特性を想定できる。したがって、これらの巡回型の低域通過フィルタまたは高域通過フィルタのインパルス応答を求め、所定の長さの有限長インパルスレスポンスを得ることで、直線位相化するのに必要な時間軸反転させた全帯域通過フィルタのＦＩＲフィルタ係数を得ることができる。

なお、チャンネルデバイダは、低域通過フィルタ部および高域通過フィルタ部が、第１出力信号または第２出力信号のレベル調整を行なうレベル調整回路と、第１出力信号または第２出力信号の位相反転を行なう位相反転回路と、第１出力信号または第２出力信号の遅延時間を調整する遅延回路と、をそれぞれ含むようにしてもよく、再生音質を調整する範囲が広がり、様々なマルチウェイスピーカーシステムにも対応できるようになる。

本発明のチャンネルデバイダおよび音響再生システムは、チャンネルデバイダのフィルタの位相シフト特性、および、スピーカーシステムが含むネットワーク回路の位相シフト特性を略直線位相化して、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を適切に変更することができる。

本発明の好ましい実施形態によるアンプ装置１を含む音響再生システムについて説明する図である。（実施例１） スピーカーシステム７の音圧周波数特性、および、ネットワーク回路の低域通過フィルタＬＰＦ２または高域通過フィルタＨＰＦ２の周波数特性について説明するグラフである。（実施例１） アンプ装置１のチャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタＬＰＦ１および高域通過フィルタＨＰＦ１の周波数特性（ゲイン特性、位相特性）について説明するグラフである。（実施例１） アンプ装置１のチャンネルデバイダ１２の全域通過フィルタＡＰＦ１および全域通過フィルタＡＰＦ２の周波数特性（ゲイン特性、位相特性）について説明するグラフである。（実施例１） アンプ装置１のチャンネルデバイダ１２の出力特性（第１出力信号Ｄ１と第２出力信号Ｄ２）について説明するグラフである。（実施例１）

以下、本発明の好ましい実施形態によるチャンネルデバイダおよびこれを含む音声再生システムについて説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。

図１は、本発明の好ましい実施形態による音響再生システムについて説明する図である。具体的には、音響再生システムは、チャンネルデバイダを含むアンプ装置１と、アンプ装置１に接続するスピーカーシステム７Ｌおよび７Ｒと、を含み、図１は、それぞれの内部構成を示すブロック図である。また、図２は、スピーカーシステム７の音圧周波数特性、および、ネットワーク回路の低域通過フィルタＬＰＦ２または高域通過フィルタＨＰＦ２の周波数特性について説明するグラフであり、図３は、アンプ装置１のチャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタＬＰＦ１および高域通過フィルタＨＰＦ１の周波数特性（ゲイン特性、位相特性）について説明するグラフである。図４は、全域通過フィルタＡＰＦ１および全域通過フィルタＡＰＦ２の周波数特性（ゲイン特性、位相特性）について説明するグラフである。また、図５は、アンプ装置１のチャンネルデバイダ１２の出力特性（第１出力信号Ｄ１と第２出力信号Ｄ２）について説明するグラフである。なお、説明に不要な一部の構成や、内部構造等は、図示ならびに説明を省略する。

音響再生システムは、アンプ装置１と、アンプ装置１に接続するスピーカーシステム７Ｌおよび７Ｒと、を含み、アンプ装置１に入力されるデジタル信号データａｄａｔａをステレオ音声信号ＬおよびＲに変換し、アンプ装置１で増幅した後に２本のスピーカー７Ｌおよび７Ｒからなるスピーカーシステム７によってステレオ音声を再生する音声再生システムである。アンプ装置１は、ＤＳＰおよびマルチアンプを含み、チャンネルデバイダを動作させたマルチアンプ接続が可能である。また、スピーカーシステム７は、それぞれウーファーＷＯおよびツィーターＴＷを含む２ｗａｙのバイワイヤリングＳＳであり、アンプ装置１とは、スピーカーコードによってバイワイヤリング接続される。したがって、アンプ装置１を使用するユーザーは、チャンネルデバイダを調整して、ウーファーとツィーターとが重複して再生する周波数帯域とその再生レベルを変更して、スピーカーシステム７の再生音質の調整が可能になる。

アンプ装置１は、デジタル信号データａｄａｔａを信号処理するＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）１０と、ＤＳＰ１０の４チャンネル分の出力を受けてアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２、および、これらのアナログ信号をそれぞれ増幅してスピーカーシステム７へ出力するアンプ回路３と、を少なくとも含む。ステレオ音声信号ＬおよびＲは、アナログで供給されるステレオ信号（左信号Ｌおよび右信号Ｒ）として（図示しない）Ａ／Ｄ変換器を介してＤＳＰ１０に供給されてもよい。アンプ装置１は、全体を制御する制御回路であるＣＰＵ４と、ＣＰＵ４に接続してユーザーからの指示入力を受ける操作部５と、ディスプレイを含む表示回路６と、を含む。具体的には、アンプ装置１は、マルチチャンネル音声に対応したＤＳＰおよびマルチチャンネルアンプ回路を内蔵するＡＶレシーバー等により構成し得る。操作部５は、スイッチ、ジョグダイヤル、あるいは、リモコン装置、等の入力デバイスを含む。表示回路６は、内蔵するＦＬディスプレイ、液晶ディスプレイ等でもよく、又は他に接続するディスプレイ装置であってもよい。もちろん、アンプ装置１は、ＤＳＰ１０と、Ｄ／Ａ変換器２と、マルチチャンネルアンプ回路３と、マイコン等のＣＰＵ４と、を含む他の音響再生装置により構成してもよい。また、アンプ装置１が含むＤＳＰ１０は、単独のチャンネルデバイダ装置として独立していても良い。

スピーカーシステム７は、ウーファーＷＯおよびツィーターＴＷを含む２ｗａｙのバイワイヤリングＳＳであり、それぞれのスピーカーユニットに対応するネットワーク回路と入力端子を含む。左スピーカー７Ｌおよび右スピーカー７Ｒの低音域再生用のウーファーＷＯは、入力端子ｔＬおよびネットワーク回路ＬＰＦ２に接続する。また、高音域再生用のツィーターＴＷは、入力端子ｔＨおよびネットワーク回路ＨＰＦ２に接続する。ネットワーク回路ＬＰＦ２は、ウーファーＷＯとともに低音域を通過させる低域通過フィルタを構成する。また、ネットワーク回路ＨＰＦ２は、ツィーターＴＷとともに高音域を通過させる高域通過フィルタを構成する。ネットワーク回路ＬＰＦ２およびＨＰＦ２は、コイル、抵抗、コンデンサを含んで構成されるアナログフィルタである。

図２は、スピーカーシステム７の音圧周波数特性について説明するグラフである。本実施例のスピーカーシステム７のウーファーＷＯおよびツィーターＴＷは、主に音声再生する周波数帯域を、ネットワーク回路ＬＰＦ２およびＨＰＦ２により、クロスオーバー周波数ｆｃを境にして分割されている。ネットワーク回路ＬＰＦ２は、クロスオーバー周波数ｆｃよりも高い周波数で−１２ｄＢ／Ｏｃｔ．の遷移域特性を示す２次のＬＰＦフィルタである。また、ネットワーク回路ＨＰＦ２は、クロスオーバー周波数ｆｃよりも低い周波数で１２ｄＢ／Ｏｃｔ．の遷移域特性を示す２次のＨＰＦフィルタである。したがって、低音域再生用のウーファーＷＯは、クロスオーバー周波数ｆｃ以下の周波数帯域を主に再生し、ツィーターＴＷは、クロスオーバー周波数ｆｃ以上の周波数帯域を主に再生する。スピーカーシステム７は、ネットワーク回路ＬＰＦ２およびＨＰＦ２を用いて同一の信号を入力する場合（つまり、入力端子ｔＬおよびｔＨを接続して入力する場合）に、比較的にフラットな合成音圧周波数特性（図示するＷＯ＋ＴＷ）を実現するように調整されている。なお、本実施例の場合には、クロスオーバー周波数ｆｃは約２．０ｋＨｚである。スピーカーシステム７のネットワーク回路ＬＰＦ２およびＨＰＦ２は、緩やかな遷移域特性を示す２次のフィルタであるので、図２に図示するように、クロスオーバー周波数ｆｃの付近でのスピーカーシステム７の再生音は、ウーファーＷＯからの再生音とツィーターＴＷからの再生音とが、幅広く重複することになる。なお、２ｗａｙのスピーカーシステムの場合には、クロスオーバー周波数ｆｃは約１〜８ｋＨｚの間に設定されるのが一般的である。

ＤＳＰ１０は、入力データａｄａｔａをステレオ信号ＬおよびＲに変換するデコーダ１１と、デジタルフィルタを含むチャンネルデバイダ１２と、を内部に含む。ＤＳＰ１０は、チャンネルデバイダ１２の４チャンネル分の出力端子（ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＲ１、ＤＲ２）をＤ／Ａ変換器２へ出力する。チャンネルデバイダ１２は、左信号Ｌおよび右信号Ｒにそれぞれ対応する低域通過フィルタ部１３と、高域通過フィルタ部１４と、第１出力調整回路１５と、第２出力調整回路１６と、を含む。ＤＳＰ１０のチャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタ部１３および高域通過フィルタ部１４のフィルタ設定等は、ＣＰＵ４により制御される。

本実施例のチャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタ部１３および高域通過フィル部１４はそれぞれ、ＦＩＲフィルタである全帯域通過フィルタＡＰＦ１またはＡＰＦ２と、ＩＩＲフィルタにより構成される低域通過フィルタＬＰＦ１またはＨＰＦ１と、が直列接続されて構成されているデジタルフィルタである。低域通過フィルタ部１３は、入力される音声信号を低音域側の第１出力信号に帯域分割し、第１出力端子Ｄ１に出力する。また、高域通過フィルタ部１４は、入力される音声信号を高音域側の第２出力信号に帯域分割し、第２出力端子Ｄ２に出力する。低域通過フィルタＬＰＦ１および高域通過フィルタＨＰＦ１は、バターワースフィルタ、Ｌｉｎｋｗｉｔｚ−Ｒｉｌｅｙフィルタ、等の非直線位相の位相シフト特性を有する巡回型フィルタであればよい。

低域通過フィルタ部１３の出力は、第１出力調整回路１５に入力されて、第１音声出力信号Ｄ１として、ＤＳＰ１０の出力端子（ＤＬ１、ＤＲ１）に出力される。また、高域通過フィルタ部１１の出力は、第２出力調整回路１６に入力されて、第２音声出力信号Ｄ２として、ＤＳＰ１０の出力端子（ＤＬ２、ＤＲ２）に出力される。なお、第１出力調整回路１５および第２出力調整回路１６は、再生音質を調整する範囲を広げて幅広いスピーカーシステム７にも対応できるように、第１音声出力信号Ｄ１と第２音声出力信号Ｄ２それぞれに、レベル調整を行なうレベル調整回路と、位相反転を行なう位相反転回路と、遅延時間を調整する遅延回路と、をそれぞれ含む。

本実施例のチャンネルデバイダ１２では、例えば、図３（ａ）のグラフに図示するように、低域通過フィルタＬＰＦ１は、クロスオーバー周波数ｆｃよりも高い周波数で−１２ｄＢ／Ｏｃｔ．の遷移域特性を示す２次のＬＰＦフィルタに設定することができる。したがって、低域通過フィルタＬＰＦ１の位相特性は、クロスオーバー周波数ｆｃ以下でほぼ正相であり、クロスオーバー周波数ｆｃで位相遅れを生じて−９０度になり、クロスオーバー周波数ｆｃよりも高い周波数では低い周波数帯域に対して位相反転して逆相になるという位相シフト特性を有する。また、図３（ｂ）のグラフに図示するように、高域通過フィルタＨＰＦ１は、クロスオーバー周波数ｆｃよりも低い周波数で１２ｄＢ／Ｏｃｔ．の遷移域特性を示す２次のＨＰＦフィルタに設定できる。したがって、高域通過フィルタＨＰＦ１の位相特性は、クロスオーバー周波数ｆｃ以下でほぼ逆相であり、クロスオーバー周波数ｆｃで位相遅れを生じて＋９０度になり、クロスオーバー周波数ｆｃよりも高い周波数では低い周波数帯域に対して位相反転して正相になるという位相シフト特性を有する。

なお、本実施例のチャンネルデバイダ１２では、低域通過フィルタＬＰＦ１のカットオフ周波数を、スピーカーシステム７のネットワーク回路のクロスオーバー周波数ｆｃと等しく設定し、高域通過フィルタＨＰＦ１のカットオフ周波数をクロスオーバー周波数ｆｃと等しく設定する。低域通過フィルタＬＰＦ１および高域通過フィルタＨＰＦ１の出力レベルは、クロスオーバー周波数ｆｃにおいて通過域の０ｄＢよりも−６ｄＢ低下する。また、低域通過フィルタＬＰＦ１および高域通過フィルタＨＰＦ１の位相シフト特性は、逆相の関係にあるだけで位相特性の変化としては等しい関係にある。したがって、上記の低域通過フィルタＬＰＦ１および高域通過フィルタＨＰＦ１の組み合わせの場合では、第１出力調整回路１５および第２出力調整回路１６のいずれか一方において位相反転させることで、これらの出力信号の加算特性をフラットにすることができる。

チャンネルデバイダ１２は、ＣＰＵ４が、低域通過フィルタＬＰＦ１および高域通過フィルタＨＰＦ１を、±９６ｄＢ／Ｏｃｔ．〜±１９２ｄＢ／Ｏｃｔ．というような急峻なゲイン特性を有する高次の非直線位相のＩＩＲフィルタを用いるように設定可能である。高次の非直線位相のＩＩＲフィルタは、図３に図示するような位相シフト特性が、複数段直列接続されて位相回転が大きくなる位相シフト特性に略等しくなる。したがって、非直線位相の位相シフト特性を有するＩＩＲフィルタを低域通過フィルタＬＰＦ１および高域通過フィルタＨＰＦ１に設定する場合では、全帯域通過フィルタＡＰＦ１またはＡＰＦ２を設けることで、位相シフト特性を直線位相化でき、入力された信号の波形の歪が大きくなるのを防止できる。

図４は、低域通過フィルタ部１３の全域通過フィルタＡＰＦ１、および、高域通過フィルタ部１４の全域通過フィルタＡＰＦ２の周波数特性（ゲイン特性、位相特性）について説明するグラフである。全域通過フィルタＡＰＦ１およびＡＰＦ２はそれぞれ、例えば、サンプリング周波数４８ｋＨｚにおいて４０９６ｔａｐのｔａｐ長を有するＦＩＲフィルタであり、ゲイン特性が周波数にかかわらず一定でフラットな全帯域通過フィルタ（オールパスフィルタ、ＡＰＦ）である。また、全域通過フィルタＡＰＦ１およびＡＰＦ２の位相特性は、クロスオーバー周波数ｆｃ以下でほぼ正相であり、クロスオーバー周波数ｆｃで位相進みを生じて＋９０度になり、クロスオーバー周波数ｆｃよりも高い周波数では低い周波数帯域に対して位相反転して逆相になるという位相進みを含む位相シフト特性を有し、本実施例の場合にはこれらは同一になる。なお、図４および図５に示す位相特性は、時間反転の遅延による一定の位相回転を除くように基準化して表示している。

つまり、全域通過フィルタＡＰＦ１およびＡＰＦ２は、低域通過フィルタＬＰＦ１または高域通過フィルタＨＰＦ１の位相シフト特性を時間軸で反転させたのに略等しい位相シフト特性を有する。全域通過フィルタＡＰＦ１およびＡＰＦ２のＦＩＲフィルタの係数は、低域通過フィルタＬＰＦ１および高域通過フィルタＨＰＦ１の位相シフト特性に略等しい全帯域通過フィルタのインパルス応答を求めて、それらを有限長（本実施例では４０９８ｔａｐ）に制限して、これらを時間軸で反転させることで得られる。所定のフィルタ特性の中から選択するような非直線位相の位相シフト特性を有する巡回型フィルタでは、低域通過または高域通過の場合にかかわらず、カットオフ周波数および巡回型フィルタの次数が定まると、その位相特性は一意に定まる。したがって、巡回型フィルタである全域通過フィルタを、同一のカットオフ周波数および同一の巡回型フィルタの次数に設定すれば、全帯域通過フィルタのインパルス応答を求めることができるからである。

本実施例では、低域通過フィルタＬＰＦ１または高域通過フィルタＨＰＦ１が２次の巡回型フィルタである場合であるが、高次の巡回型フィルタである場合には、本実施例の全域通過フィルタを多段接続するように構成すればよい。また、インパルス応答の長さ及びＦＩＲフィルタのｔａｐ長は、カットオフ周波数および巡回型フィルタの次数に応じて、対象のフィルタのインパルス応答が十分に収束する範囲の長さがあればよく、任意に設定可能である。カットオフ周波数および巡回型フィルタの次数、ならびに、ＦＩＲフィルタのｔａｐ長は、操作部５へのユーザー操作に基づいてＣＰＵ４が設定すればよく、また、他の自動計測により求めてもよい。また、図１に示すチャンネルデバイダ１２の構成においては、全域通過フィルタＡＰＦ１とＡＰＦ２とをそれぞれ別に構成しているが、本実施例のようにこれらが同一のフィルタ特性を有する場合には、共通化して利用するシグナルフローに変更してもよい。

図５は、アンプ装置１のチャンネルデバイダ１２の出力特性（第１出力信号Ｄ１と第２出力信号Ｄ２）について説明するグラフである。低域通過フィルタ部１３の出力である第１出力信号Ｄ１は、低域通過フィルタＬＰＦ１と同じゲイン特性を有し、位相特性が直線位相化されている。また、高域通過フィルタ部１４の出力である第２出力信号Ｄ２は、高域通過フィルタＨＰＦ１と同じゲイン特性を有し、位相特性が直線位相化されている。したがって、本実施例の場合よりも急峻なゲイン特性を有する高次の非直線位相のフィルタをチャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタ部１３および高域通過フィルタ部１４に用いても、位相遅延特性および群遅延特性が周波数によって大きく異なる位相シフトを補正して直線位相化するので、出力信号の波形が歪むのを防ぐことが出来る。もちろん、第１出力信号Ｄ１および第２出力信号Ｄ２の加算特性をフラットにすることができる。

なお、チャンネルデバイダ１２は、上記実施例のようなウーファーＷＯおよびツィーターＴＷを含む２ｗａｙのバイワイヤリングＳＳに適用するものに限られない。チャンネルデバイダ１２は、サブウーファーおよび／またはミッドレンジおよび／またはスーパーツィーターを含む３〜５ｗａｙのマルチウェイスピーカーである（図示しない）バイワイヤリングＳＳに対応するように、３〜５ｗａｙ用の３〜５に帯域分割した出力を含む構成にしてもよい。また、帯域通過フィルタＢＰＦは、低域通過フィルタＬＰＦおよび高域通過フィルタＨＰＦに、それぞれ他の高域通過フィルタＨＰＦまたは他の低域通過フィルタＬＰＦを直列接続して構成してもよい。

もちろん、ネットワーク回路を含まないウーファーおよびツィーターを含むマルチウェイスピーカーの場合にも、本実施例のチャンネルデバイダ１２は有効である。また、スピーカーシステム７がフルレンジスピーカーを含む場合にも、同様にチャンネルデバイダ１２は有効である。フルレンジスピーカー、あるいは、ウーファー、ツィーター等のスピーカーの再生音圧周波数特性の限界に起因するレベル低下に対応して、他のスピーカーとの実質的なクロスオーバー周波数ｆｃが設定されている場合にも、これに合わせたチャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタＬＰＦまたは高域通過フィルタＨＰＦを設定することができる。

上記実施例では、アンプ装置１のチャンネルデバイダ１２が含む全域通過フィルタＡＰＦ１およびＡＰＦ２は、非巡回型の低域通過フィルタＬＰＦ１または高域通過フィルタＨＰＦ１の非直線の位相シフト特性を直線位相化している場合であるが、本実施例の場合には、全域通過フィルタＡＰＦ１およびＡＰＦ２は、スピーカーシステム７のネットワーク回路のフィルタＬＰＦ２およびＨＰＦ２に関して、非直線位相の位相シフト特性を直線位相化する。したがって、共通する説明および図示を省略する。

つまり、ＦＩＲフィルタである第１全帯域通過フィルタＡＰＦ１は、スピーカーシステム７のネットワーク回路の低域通過フィルタＬＰＦ２の位相シフト特性と略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するように設定する。また、ＦＩＲフィルタである第２全帯域通過フィルタＡＰＦ２は、スピーカーシステム７のネットワーク回路の高域通過フィルタＨＰＦ２の位相シフト特性と略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するように設定する。

スピーカーシステム７のネットワーク回路のクロスオーバー周波数および次数は、回路構成から容易に知ることが出来る。例えば、スピーカーシステム７のネットワーク回路のクロスオーバー周波数と、チャンネルデバイダ１２のクロスオーバー周波数を略等しく設定して、スピーカーシステム７のネットワーク回路が、±２４ｄＢ／Ｏｃｔ．の４次のフィルタで構成されている場合には、全域通過フィルタＡＰＦ１およびＡＰＦ２は、４次の巡回型フィルタの位相シフト特性と略等しい位相シフト特性を時間反転させたような位相特性を有すればよい。たとえ、チャンネルデバイダ１２で設定する低域通過フィルタＬＰＦ１および高域通過フィルタＨＰＦ１のクロスオーバー周波数が、実際のスピーカーシステム７のクロスオーバー周波数と若干ずれていても、ネットワーク回路のフィルタの次数が同一であれば、周波数が変わっても基準化した位相特性がほぼ０度付近に収束するように、直線位相化できる。

上記２つの実施例では、アンプ装置１のチャンネルデバイダ１２が含む全域通過フィルタＡＰＦ１およびＡＰＦ２は、非巡回型の低域通過フィルタＬＰＦ１または高域通過フィルタＨＰＦ１、あるいは、スピーカーシステム７のネットワーク回路のフィルタＬＰＦ２およびＨＰＦ２の非直線の位相シフト特性を直線位相化している場合であるが、本実施例の場合には、全域通過フィルタＡＰＦ１およびＡＰＦ２は、チャンネルデバイダ１２が含む全域通過フィルタＡＰＦ１およびＡＰＦ２と、スピーカーシステム７のネットワーク回路のフィルタＬＰＦ２およびＨＰＦ２との合成特性に関して、非直線位相の位相シフト特性を直線位相化する。したがって、共通する説明および図示を省略する。

つまり、ＦＩＲフィルタである第１全帯域通過フィルタＡＰＦ１は、チャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタＬＰＦ１およびスピーカーシステム７のネットワーク回路の低域通過フィルタＬＰＦ２の積の位相シフト特性と略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するように設定する。また、ＦＩＲフィルタである第２全帯域通過フィルタＡＰＦ２は、チャンネルデバイダ１２の高域通過フィルタＨＰＦ１およびスピーカーシステム７のネットワーク回路の高域通過フィルタＨＰＦ２の積の位相シフト特性と略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するように設定する。

例えば、チャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタＬＰＦ１および高域通過フィルタＨＰＦ１が、４次のＩＩＲフィルタで構成されており、スピーカーシステム７のネットワーク回路が２次のフィルタ構成であるとすると、全域通過フィルタＡＰＦ１およびＡＰＦ２は、６次の巡回型フィルタの位相シフト特性と略等しい位相シフト特性を時間反転させたような位相特性を有すればよい。もちろん、全域通過フィルタＡＰＦ１およびＡＰＦ２は、チャンネルデバイダ１２とスピーカーシステム７のネットワーク回路とにそれぞれ対応する全域通過フィルタを積算して構成する全域通過フィルタを対象にして、この位相シフト特性と略等しい位相シフト特性を時間反転させたような位相特性を有するようにすればよい。本実施例のアンプ装置１およびスピーカーシステム７を含む音声再生システムの全体において、相遅延特性および群遅延特性が周波数によって大きく異なる位相シフトを補正して直線位相化するので、出力信号の波形が歪むのを防ぐことが出来て、良好な音声再生が可能になる。

また、チャンネルデバイダ１２の全域通過フィルタＡＰＦ１およびＡＰＦ２が直線位相化を図る対象は、上記実施例で説明および図示する構成に限られない。つまり、スピーカーシステム７のウーファーＷＯおよびツィーターＴＷにおいて非直線位相の位相シフト特性が含まれていれば、これを含んで直線位相化するものであってもよい。上記実施例のアンプ装置１およびスピーカーシステム７を含む音声再生システムでは、位相シフト特性を略直線位相化できるので、ユーザーは容易にクロスオーバー周波数付近でのウーファー及びツィーターからの再生音の重なりあわせを変えて、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を変更することができる。

本発明のチャンネルデバイダは、ステレオ音声信号を再生するステレオ装置のみならず、マルチチャンネルサラウンド音声再生装置を含む音響再生システムにも適用が可能である。

１ アンプ装置
２ Ｄ／Ａ変換器
３ アンプ回路
４ ＣＰＵ
５ 操作部
６ 表示回路
７ スピーカーシステム
１０ ＤＳＰ
１１ デコーダ
１２ チャンネルデバイダ
１３ 低域通過フィルタ部
１４ 高域通過フィルタ部
１５ 第１出力調整回路
１６ 第２出力調整回路

Claims (5)

1. 入力される音声信号を、少なくとも低音域側の第１出力信号と該第１出力信号よりも高音域側の第２出力信号とに帯域分割して、それぞれ第１出力端子および第２出力端子に出力する低域通過フィルタ部および高域通過フィルタ部と、を含むチャンネルデバイダであって、
   該低域通過フィルタ部が、所定の低域通過特性を有する低域通過フィルタの位相シフト特性と略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するＦＩＲフィルタである第１全帯域通過フィルタを含み、
   該高域通過フィルタ部が、所定の高域通過特性を有する高域通過フィルタの位相シフト特性と略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するＦＩＲフィルタである第２全帯域通過フィルタを含む、
   チャンネルデバイダ。
2. 前記チャンネルデバイダの前記低域通過フィルタ部および前記高域通過フィルタ部がそれぞれ、前記第１全帯域通過フィルタに直列接続する第１低域通過フィルタと、前記第２全帯域通過フィルタに直列接続する第１高域通過フィルタと、を含む、
   請求項１に記載のチャンネルデバイダ。
3. 前記第１出力信号または前記第２出力信号のレベル調整を行なうレベル調整回路と、該第１出力信号または該第２出力信号の位相反転を行なう位相反転回路と、該第１出力信号または該第２出力信号の遅延時間を調整する遅延回路と、をさらに含む、
   請求項２に記載のチャンネルデバイダ。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のチャンネルデバイダと、該チャンネルデバイダの前記第１出力端子および前記第２出力端子に対応する増幅回路を含む増幅器と、少なくともウーファーに対応する第２低域通過フィルタ及びツィーターに対応する第２高域通過フィルタを含むネットワーク回路を含み該増幅器とバイワイヤリング接続が可能なスピーカーシステムと、を含む音声再生システム。
5. 前記第１全帯域通過フィルタが、前記第１低域通過フィルタの位相シフト特性、または、前記第２低域通過フィルタの位相シフト特性、または、該第１低域通過フィルタおよび該第２低域通過フィルタの積の位相シフト特性、のいずれかと略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するＦＩＲフィルタであり、
   前記第２全帯域通過フィルタが、前記第１高域通過フィルタの位相シフト特性、または、前記第２高域通過フィルタの位相シフト特性、または、該第１高域通過フィルタおよび該第２高域通過フィルタの積の位相シフト特性、のいずれかと略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するＦＩＲフィルタである、
   請求項４に記載の音声再生システム。
   
   
   
   
   

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