JP6117187B2

JP6117187B2 - 歪みの削減

Info

Publication number: JP6117187B2
Application number: JP2014511945A
Authority: JP
Inventors: クリストファー・デビッド・ヴェルノン
Original assignee: Sontia Logic Ltd
Current assignee: Sontia Logic Ltd
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: CN103688555A; JP2014519745A; GB2491130A; KR20140027145A; GB201108646D0; WO2012160329A1; CN103688555B; GB2491130B; KR101864464B1

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１１年５月２３日の出願にかかる英国特許出願第１１０８６４６．９号の優先権を主張する。ここで引用したことにより、その全体が本出願にも含まれるものとする。

１．発明の分野
本発明は、ラウドスピーカによって導入される歪みを低減するための技術に関する。

２．関連技術の説明
既存のラウドスピーカは、その構造に起因して、比較的容易に歪みが導入されるということが問題である。これらの歪みの一部は、主に周波数に基づく及び/又は位相に基づくものであるため、フィルタ処理により除去してもよい。

しかしながら、一般的に高調波歪みと呼ばれている、元の信号の高調波を導入する歪みをフィルター除去し、制御することは困難である。

［発明の簡単な説明］
本発明の第１の観点によれば、入力信号が増幅器に供給され、ラウドスピーカが該増幅器からの出力信号を受信する、当該ラウドスピーカによって導入された歪みを低減する方法であって：前記ラウドスピーカの動作帯域を超える周波数を有する高周波信号を生成し；前記入力信号を整流し、反転させて変調信号を生成し；前記高周波信号を前記変調信号で変調してバイアス信号を生成し；そして、前記バイアス信号を前記入力信号と結合して、前記増幅器に適用する修正された入力信号を生成する方法が提供される。

本発明の別の第２の観点によれば、ラウドスピーカの歪みを減少させる装置であって：超音波信号を生成するように構成された超音波発生器と；入力信号を整流し反転して変調信号を生成するように構成され、かつ前記超音波信号を前記変調信号で変調し、変調超音波信号を生成するように構成された信号処理部と；前記入力信号を前記変調超音波信号と結合して出力信号を生成するように構成された結合器とを有する装置が提供される。

本発明の更なる第３の観点によれば、筐体を備える音声再生装置であって、該筐体は：デジタル音声入力受口と；デジタル信号処理システムと；増幅器と；そして、少なくとも１つのラウドスピーカとを収容し；前記デジタル信号処理システムが、前記少なくとも１つのラウドスピーカによって引き起こされた歪みを減少するために逆振幅変調された超音波信号を導入するように構成されている音声再生装置が提供される。

本発明の第４の観点によれば、音声変換器の中で高調波歪みの影響を緩和する方法であって、前記音声変換器の動作帯域を超える周波数を有する逆振幅変調された信号を導入する工程を含む方法が提供される。

図１は、音声再生装置を示す図；図２は、代替音声再生装置を示す図；図３は、図１及び図２の実施形態を示す概要図；図４は、図３で識別されたタイプの信号処理部の一例を示す図；図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃは、例示的な波形を示を図；そして、図６は、デジタル信号処理部によって実行される手順を示す図である。

[例示的な実施形態の詳細な説明]
（図１）
図１は、音声再生装置１０１を示す。当該再生装置は、筐体１０２とデジタル音声入力受口１０３を含む。内部に、当該再生装置は、デジタル信号処理システムと増幅器と１つ又は複数のラウドスピーカとを含む。デジタル信号処理システムは、ラウドスピーカの歪みを減少させるために、変調超音波信号を導入するように構成されている。
図１に示す例では、デジタル音声入力受口１０３は、携帯機器１０４からのデジタル音声入力信号を受信するように構成されている。本実施形態において、当該再生装置は、また、しばしばドックと呼ばれる構成で、携帯機器１０４を物理的に支持するように構成されている。

（図２）
図２は、代替の音声再生装置２０１を示す。この例では、当該装置の背面にあるデジタル音声入力受口は、テレビ受像機２０２又はコンピュータモニタからのデジタル音声入力信号を受信するように構成されている。当該装置２０１の筐体は、一般的にサウンドバーと呼ばれる構成で、テレビ受像機より下に位置して構成されている。

（図３）
図３は、図１及び図２の実施形態の概要図である。音源３０１は、音声信号を生成する。一実施形態では、この音声信号は、ステレオ音声信号のデジタル表現である。デジタル出力は、音源３０１から信号処理部３０２に供給される。信号処理部３０２は、デジタルからアナログへの変換を実行し、引き続いて、アナログ増幅器３０３に１つ又は複数のアナログ信号を送信する。増幅された１つ（又は複数）のアナログ出力信号は、１つのラウドスピーカ３０４又は異なる場所に配置された複数のラウドスピーカに供給され、おそらくステレオ音場及び/又は異なる周波数帯域にとって最適化された異なる構成のステレオ音場を提供する。

一実施形態では、現在出願人に割り当てられている英国特許ＧＢ２４３７３９９Ｂに記載されているように、信号処理部３０２は、３次元効果をシミュレートするように構成することができる。更なる実施形態では、ＷＯ２０１０／１１９２５３Ａ１として公開された出願人の国際特許出願に記載されているように、信号処理部３０２は、強化された低音応答をシミュレートすることができる。
本発明によれば、信号処理部３０２は、また、ラウドスピーカ３０４によって導入されたタイプの歪みを低減するように構成されている。

（図４）
図４は、信号処理部３０２の一例を示す。入力信号は入力ポート４０１で受信され、出力信号は出力ポート４０２から増幅器３０３へ供給される。結合器４０３は、入力ポート４０１からの入力信号を変調器４０４から受信した変調バイアス信号と結合する。

入力信号はスプリッタ４０５で受信され、結果として、結合器４０３、整流器４０６及び検出器４１０へ供給される入力信号となる。検出器４１０は超音波発生器４０８を活性化するので、入力信号が予め定められた時間不在のとき、超音波発生器４０８は抑制される。同様に、入力信号が存在する間、検出器４１０は超音波発生器４０８を活性化する。このように、信号処理部は、入力信号を処理して変調信号を生成し、超音波信号を変調して変調超音波信号を生成するように構成されている。そして、次に、結合器は、入力信号を変調超音波信号と結合し、出力信号を生成するように構成されている。出力信号は、増幅器３０３に供給される。一実施形態では、超音波信号は３５キロヘルツを超える周波数で生成される、そして、特定の実施形態では、超音波信号は４０キロヘルツの周波数で生成される。

好ましい実施形態では、出力信号はデジタル信号であり、増幅器は、デジタルからアナログへの変換手段を備える。当該技術分野で知られているように、これは、増幅デバイスとローパスフィルタに続いてパルス幅変調器を含む、クラスＤ増幅器の形式をとることができる。この種の構成では、ローパスフィルタが、変調超音波信号の伝送を可能にするために選択される。しかしながら、好ましい動作のために、変調超音波信号は、ラウドスピーカの周波数応答を上回る周波数であることが好ましい。このようにして、ラウドスピーカに搬送されたエネルギーは、音声信号がそのゼロレベルを通過するとき、歪みの導入を防止する。一方、同時に、超音波信号にとって超音波周波数での音声出力が実際に発生するのが防止されることは好ましい。

図４示す実施形態では、整流器４０６は絶対値を算出し、入力信号の負の成分を正の成分に効果的に整流する。インバータ４０７は、これらの絶対値を反転させ、変調信号を生成する。この変調信号は、レベル調整器４０９を介して変調器４０４に供給される。

（図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃ）
図５Ａは、入力ポート４０１で受信した入力信号の例を示す。この入力信号は正の成分、例えば半周期５０１と、負の成分、例えば半周期５０２を含む。
前述したように、この信号は、効果的に負の成分を正の成分に反転する整流器４０６に供給される。こうして、半周期５０１は、相対的に変わらないで半周期５０３として残る。しかしながら、負の半周期５０２は、整流されて正の半周期５０４となる。

整流器４０６の出力はインバータ４０７に供給される。図５Ｃに示されるように、正の半周期５０３は反転する。したがって、半周期５０３の立ち上がりエッジ５０５は、下がりエッジ５０６となる。
レベル調整器４０９は、順番に変調信号が除去された点を定義する矢印５０７によって示されるように調整することができる。したがって、変調信号はゼロレベル５０８以下に下がらず、範囲５０９によって示されるように、変調信号がゼロの値であることを示しながらオフに平坦化する。

このことから、入力信号が相対的に低いとき、相対的に高い振幅の超音波信号が結合器４０３の中で結合されることが分かる。しかしながら、入力信号の値が増加し、ラウドスピーカ３０４により高い電圧が運搬されるようになると、超音波信号の振幅が低減するので、レベル調整器４０９によって決定されたような、所定の閾値を超えては、それはもはや存在しない。
したがって、図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに示す処理は、変換器の動作帯域を超える周波数を有する逆振幅変調された信号を導入することにより、音声変換器の高調波歪みの影響を軽減する方法を提供することが分かる。

変調器４０４は、入力信号の振幅に応じて、超音波発生器４０８によって生成された超音波信号を変調する。しかしながら、従来の振幅変調とは違って、この変調は逆に起こる。このため、より高いバイアス信号が入力信号のより低い値に導入される。また、検出器４１０が入力信号の不存在を検出することによって、逆振幅変調された信号は抑制される。

（図６）
図４で詳述した信号処理部３０２は、本質的には、当該装置内に提供された機能の略図である。一実施形態では、信号処理部３０２は、プログラム制御の下で動作するプログラム可能なデジタル信号処理部（ＤＳＰ）として実現されてもよい。また、多くの実施形態では、ＤＳＰプログラムは、本発明の特徴を具体化することに加えて、上記のオプションを促進させ、他の可能性を導くために、多くの決められた方法を含んでいてもよいことが理解できるであろう。

図６は、本発明を実施するＤＳＰ手順の一例を示す。ステップ６０１において、入力サンプルは音源３０１から受信される。これらは、デジタル表現からなり、図５Ａに示した信号を作るサンプルを定義するパルス符号変調を使用していると思われる。
ステップ６０２で、絶対値が計算され、負のサンプルが正のサンプルに有効に変換される。その結果、図５Ｂの波形が作られる。
ステップ６０３で、定数からの減算が実行され、サンプルが反転する。その結果、図５Ｃの波形が作られる。

ステップ６０４において、レベル調整が実行され、矢印５０７を参照して説明したような調整が進められ、ステップ６０５において高周波の変調が実行される。これは、好ましい実施形態では、超音波信号の逆振幅変調からなる。
ステップ６０６において、元のサンプルは変調された高周波と結合され、その後ステップ６０７において、別のサンプルが処理されるか否かが質問される。
その質問についてステップ６０７で肯定的に回答されると、ステップ６０１で更なる入力サンプルが受信される。更なるサンプルが存在しない場合、入力信号が存在しないことを示し、ステップ６０７で否定的に回答されると、手順がスリープモードに置かれる。

Claims

修正された入力信号が増幅器に供給され、ラウドスピーカが該増幅器からの出力信号を受信する、該ラウドスピーカによって導入された歪みを低減する方法であって、
前記ラウドスピーカの動作帯域を超える周波数を有する高周波信号を生成するステップと、
入力信号を受領し、整流し、反転させて変調信号を生成するステップと、
前記高周波信号を前記変調信号で変調してバイアス信号を生成するステップと、
前記バイアス信号を前記入力信号と結合して、前記増幅器に適用する前記修正された入力信号を生成するステップと
を含む方法。
前記歪みが高調波歪みである請求項１に記載の方法。
音声信号がゼロレベルを通過するときに前記歪みが発生する請求項１又は請求項２に記載の方法。
前記高周波信号は、超音波信号である請求項１に記載の方法。
前記超音波信号が３５キロヘルツを超える周波数を有する請求項４に記載の方法。
前記入力信号が離散的な入力サンプルからなるデジタル信号である請求項１に記載の方法。
前記離散的な入力サンプルが絶対値に変換されることによって整流され、次いで反転されて前記変調信号が生成される請求項６に記載の方法。
前記高周波信号が離散的な高周波サンプルからなる請求項７に記載の方法。
前記出力信号に寄与するために前記バイアス信号が前記入力信号で増幅される請求項１に記載の方法。
ラウドスピーカの歪みを減少させる装置であって、
超音波信号を生成するように構成された超音波発生器と、
入力信号を整流し反転して変調信号を生成するように構成され、かつ前記超音波信号を前記変調信号で変調し、変調超音波信号を生成するように構成された信号処理部と、
前記入力信号を前記変調超音波信号と結合して出力信号を生成するように構成された結合器と
を有する装置。
更に増幅器を備え、前記出力信号が該増幅器に供給される請求項１０に記載の装置。
前記出力信号はデジタル信号であり、前記増幅器が、アナログ出力信号を生成するように構成されたデジタルからアナログへの変換手段を含む請求項１１に記載の装置。
前記アナログ出力信号がラウドスピーカに供給され、前記変調超音波信号が前記ラウドスピーカの動作帯域を超える周波数である請求項１２に記載の装置。
前記信号処理部が、前記入力信号を整流し反転するために、絶対値を計算し、該絶対値を反転する手段を含む請求項１０に記載の装置。
筐体を備える音声再生装置であって、該筐体は、
デジタル音声入力信号を受信するように構成されたデジタル音声入力受口と、増幅器と、ラウドスピーカと、デジタル信号処理システムとを収容し、
前記デジタル信号処理システムは、
前記ラウドスピーカの動作帯域を超える周波数を有する高周波信号を生成し、
前記デジタル音声入力信号を整流し反転して変調信号を生成し、
前記高周波信号を前記変調信号で変調してバイアス信号を生成し、
前記増幅器に適用する出力信号を生成するために、前記デジタル音声入力信号を前記バイアス信号と結合する
ことを特徴とする音声再生装置。
前記デジタル音声入力受口が、携帯機器からの前記デジタル音声入力信号を受信し、前記携帯機器を物理的に支持するように構成されている請求項１５に記載の音声再生装置。
前記デジタル音声入力受口が、テレビ受像機又はコンピュータモニタからのデジタル音声入力信号を受信するように構成され、前記筐体がサウンドバーとして前記テレビ受像機又は前記コンピュータモニタより下に位置して構成されている請求項１５に記載の音声再生装置。