JP6699280B2 - 音響再生装置 - Google Patents

Description

この発明は、２．１チャネルスピーカシステムやそれより多くのスピーカを有するマルチチャネルスピーカシステム等の音響再生装置に関する。

Ｌ、Ｒ２チャネルの中高域再生用のスピーカ（以下、サテライトスピーカという）と、低域再生用のウーハとを備えた２．１チャネルスピーカシステムが知られている。この２．１チャネルスピーカシステムには、クロスオーバフィルタ部が設けられている。このクロスオーバフィルタ部は、入力オーディオ信号から中高域の信号を選択してサテライトスピーカに供給するＨＰＦ（Ｈｉｇｈ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ；高域通過フィルタ）と、同入力オーディオ信号から低域の信号を選択してウーハに供給するＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ；低域通過フィルタ）とにより構成されている。

この２．１チャネルスピーカシステムでは、入力オーディオ信号の全ての周波数帯域に属する信号がサテライトスピーカまたはウーハのいずれかから放音されることが好ましい。そのためには、サテライトスピーカの再生対象周波数帯域の下限周波数とウーハの再生対象周波数帯域の上限周波数が接近しており、かつ、サテライトスピーカの再生可能最低周波数が再生対象周波数帯域の下限周波数より低いことが理想的である。

図１３はそのような理想的な２．１チャネルスピーカシステムのクロスオーバフィルタ部のゲイン周波数特性を例示する図である。この図において、横軸は周波数、縦軸は入力オーディオ信号の音量に対する２．１チャネルスピーカシステムの出力音の音量のゲインである。そして、図１３において、Ｇ１はサテライトスピーカを介して放音される音に対応したＨＰＦのゲインであり、Ｇ２はウーハを介して放音される音に対応したＬＰＦのゲインである。この例では、ゲインＧ１が３ｄＢ低下する低域遮断周波数ｆｃ１とゲインＧ２が３ｄＢ低下する高域遮断周波数ｆｃ２が接近している。また、周波数の低下に伴ってゲインＧ１が低下する肩特性と、周波数の上昇に伴ってゲインＧ２が低下する肩特性は、いずれも急峻である。

図１４はこの理想的な２．１チャネルスピーカシステムの音圧周波数特性を例示する図である。この図において、横軸は周波数、縦軸は入力オーディオ信号に対する２．１チャネルスピーカシステムの出力音圧（Ｓｏｕｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ）である。そして、Ｓ１はＬ、Ｒ２チャンネルのサテライトスピーカから放音される音を加算合成した音圧であり、Ｓ２はウーハから放音される音圧である。この例では、音圧Ｓ１が３ｄＢ低下する低域遮断周波数ｆｃ１と音圧Ｓ２が３ｄＢ低下する高域遮断周波数ｆｃ２が接近している。また、低域遮断周波数ｆｃ１から周波数の低下に伴って音圧Ｓ１が低下する肩特性と、高域遮断周波数ｆｃ２から周波数の上昇に伴って音圧Ｓ２が低下する肩特性は、いずれも急峻である。

また、サテライトスピーカの高域遮断周波数はｆｃ３であり、この高域遮断周波数ｆｃ３から周波数の上昇に伴って音圧Ｓ１が低下する肩特性は緩やかである。また、ウーハの低域遮断周波数はｆｃ６であり、低域遮断周波数ｆｃ６から周波数の低下に伴って音圧Ｓ２が低下する肩特性は、ウーハのエンクロージャに依存する。すなわち、ウーハのエンクロージャ形式が密閉箱の場合、この肩特性は緩やかになり、バスレフエンクロージャの場合、この肩特性は比較的急峻となる。

このような２．１チャネルスピーカシステムによれば、入力オーディオ信号はその周波数によりサテライトスピーカまたはウーハの一方のみに振り分けられ、２．１チャネルスピーカシステム全体としての音圧周波数特性は、図１４に破線で示すようにフラットな特性となる。

しかし、現実には、サテライトスピーカの低域遮断周波数とウーハの高域遮断周波数を接近させることが難しく、前者の低域遮断周波数と後者の高域遮断周波数との間に再生音圧の低下する帯域が生じ、前者の下限周波数（すなわち、ゲインＧ１についての低域遮断周波数ｆｃ１）と後者の上限周波数（すなわち、ゲインＧ２についての高域遮断周波数ｆｃ２）との間に周波数差を設けざるを得ない場合も少なからずある。その理由は次の通りである。

まず、同一のオーディオ信号がサテライトスピーカとウーハに重複して供給されると、同一の音がサテライトスピーカとウーハの両方から放音されて干渉を起こし音圧周波数特性に凸凹を生じ、あるいは放音される音の歪が増加する。このような不具合を発生させないために、上述したように、低域遮断周波数付近の肩特性が急峻なＨＰＦと、高域遮断周波数付近の肩特性が急峻なＬＰＦとによりクロスオーバフィルタ部を構成することも考えられる。しかし、そのようなクロスオーバフィルタ部は高価なものとなる。そこで、安価で緩慢な特性のフィルタを用いながらサテライトスピーカの再生対象周波数帯域の下限周波数とウーハの再生対象周波数帯域の上限周波数との間に周波数差を設けることにより干渉の問題を軽減するという対処が行われる場合がある。

次に、別の理由からサテライトスピーカの低域遮断周波数とウーハの再生対象周波数帯域の上限周波数との間に周波数差が生じる場合がある。まず、サテライトスピーカは、本来、中高域の再生を目的としたスピーカである。このサテライトスピーカとして低域まで再生可能なものを実現するためには、サテライトスピーカの大型化が必要になる。しかし、そのようなサテライトスピーカの大型化が許されない製品もある。そのような製品では、サテライトスピーカの低域遮断周波数が高くなり、サテライトスピーカの低域遮断周波数とウーハの高域遮断周波数との間の周波数差が大きくなることを許容せざるを得ない。

ここで、ウーハの再生対象周波数帯域の上限周波数をサテライトスピーカの低域遮断周波数に合わせて高くし、両周波数の差を小さくすることも考えられる。しかし、これには問題がある。すなわち、一般的な２．１チャネルシステムにおいて、中高域の周波数帯域はＬ、Ｒ２チャネルのサテライトスピーカからステレオ再生されるが、低域は通常１本のウーハによってＬ、Ｒ２チャネルの信号を加算したモノラル信号として再生される。この際、ウーハの設置場所は機器の制約やユーザの利便性によりＬ、Ｒ２チャネルのサテライトスピーカの中央ではなく、左や右に偏った位置に、あるいは両サテライトスピーカから遠く離れた位置に設置されることがある。このため、ウーハは、もともと音響的に定位感の少ない低音の帯域の再生のみに用いられる。このウーハの設置場所は、サテライトスピーカのステレオ音声の音像定位に影響を与えない。しかし、ウーハから再生される音の周波数が高くなると（一般的には１５０Ｈｚ以上になると）、再生音の音源位置（ウーハ）が認識可能になる。この場合、サテライトスピーカから再生される音の音像定位がウーハの設置方向に偏る等の影響が発生する。

このような影響を回避するため、サテライトスピーカの低域遮断周波数を低くすることが困難な製品では、サテライトスピーカの再生対象周波数帯域の下限周波数とウーハの再生対象周波数帯域の上限周波数との間に周波数差を生じさせる、という対処が行われる場合がある。

以上のような理由により、２．１チャネルスピーカシステムの中には、サテライトスピーカの低域遮断周波数が、ウーハの高域遮断周波数よりも高く、これらの周波数間に開きのあるシステムが少なからず含まれている。

図１５はこのような２．１チャネルスピーカシステムのクロスオーバフィルタ部のゲイン周波数特性を例示する図である。図１５に示す例において、ｆｃ１＞ｆｃ２であり、かつ、周波数ｆｃ１およびｆｃ２間には開きがある。従って、同一の音がサテライトスピーカとウーハの両方から放音されるのを防止することができる。

特開２００８−１２４８４８号公報

しかしながら、上述した従来の２．１チャネルスピーカシステムでは、図１６の音圧周波数特性に破線で示すように、サテライトスピーカの低域遮断周波数とウーハの高域遮断周波数との間に２．１チャネルスピーカシステム全体としての音圧（サテライトスピーカとウーハの合成音圧）が低下する帯域ＢＷ２１が生じる。また、ウーハには、再生可能な周波数に下限がある。従って、２．１チャネルスピーカシステムの音圧周波数特性では、このウーハの低域遮断周波数以下の帯域ＢＷ０２が、いずれのスピーカからも放音が行われない帯域となる。このように上述した従来の２．１チャネルスピーカシステムでは、入力オーディオ信号における一部の周波数帯域の成分の出力音圧が低下する現象（以下、便宜上、再生帯域抜けという）が生じ、この再生帯域抜けが音響再生の品質を劣化させていた。

このような再生帯域抜けを回避するための手段として、図１７に例示するようなミッシングファンダメンタルを利用した音響再生装置１を採用することが考えられる。この例では、イコライザ１３とコンプレッサ１４との間に帯域拡張部３３が設けられている。なお、図１７に例示する音響再生装置１の各部の詳細については、この発明の実施形態において説明するので、ここでの重複した説明は行わない。

図１７に示す構成を採用した場合、帯域拡張部３３によって生成される高調波信号がサテライトスピーカ６１および６２の再生対象周波数帯域に属すると、その高調波信号がＨＰＦ２１または２２を通過し、サテライトスピーカ６１または６２から放音される。この場合、次のような弊害の発生が予想される。

まず、帯域拡張部３３から出力される高調波成分が例えばベースギター音の高調波成分である場合、このベースギター音の高調波成分が歌声のオーディオ信号と一緒にサテライトスピーカ６１または６２から放音される。この場合、近い周波数帯域の信号によるマスキング効果で、聴者によって聴取される歌声が不明瞭になり、あるいはベースギター音の高調波成分スペクトルが加算されることにより歌声の音色が変化するという第１の弊害が発生する。

また、第２の弊害は、帯域拡張部３３から出力される基本波成分および高調波成分の一部がウーハ６３から放音され、同じ基本波から生成されたより高次の高調波成分がサテライトスピーカ６１または６２から放音される場合に発生する。ここで、サテライトスピーカ６１または６２と、ウーハ６３は、通常離れた位置に置かれる。このような離れた位置にある各スピーカから同一の基本波から生成された異なる調波成分が放音されると、それぞれの音波は音源を異にする別々の音として認識されてしまうため、適切なミッシングファンダメンタル効果が得られないと考えられる。

さらに第３の弊害は、再生帯域抜けのある２．１チャネルスピーカシステムにおいて、帯域拡張部３３から出力される高調波成分の一部または全部の帯域が再生帯域抜け周波数に重なると、高調波が正確に再生されないため、適切なミッシングファンダメンタル効果が得られないことである。

この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、聴感上、再生帯域抜けが少なく、高性能な音響再生を実現する２．１チャネルスピーカシステムやそれより多くのスピーカを有するマルチチャネルスピーカシステムの音響再生装置を提供することを目的としている。

この発明は、ウーハを含む複数のスピーカの再生対象帯域内の信号を入力オーディオ信号から各々抽出するクロスオーバフィルタ部と、前記ウーハの再生対象周波数帯域の下限周波数の近傍の周波数帯域の信号を前記入力オーディオ信号から抽出し、この抽出した信号から高調波成分を生成する帯域拡張部と、前記高調波成分を前記クロスオーバフィルタ部を通過させずして前記ウーハに供給される信号に加える加算器とを具備し、前記ウーハの再生対象周波数帯域の上限周波数以上の帯域の前記高調波成分をも前記ウーハからのみ再生することを特徴とする音響再生装置を提供する。

この発明によれば、ウーハの再生対象周波数帯域の下限周波数の近傍の周波数帯域の信号から高調波成分が生成され、クロスオーバフィルタ部からウーハに供給される信号に加えられる。この際、高調波成分は、クロスオーバフィルタ部に備えられたいかなるフィルタも通過せずに、ウーハに供給される信号に加えられる。この結果、生成された高調波成分は全て同一のスピーカ位置から周波数比率を保って再生されるため、単一の音源の高調波として認識され易く、効果的にミッシングファンダメンタルが聴者の聴覚に発生する。このため、聴者は、ウーハの再生対象周波数帯域の下限周波数の近傍の周波数帯域、すなわち、ウーハから再生され難い周波数帯域に基本周波数がある音を聴いたと感じる。また、生成された高調波はウーハ以外の他のスピーカの再生音に加算されないため、他のスピーカから再生される音声の明瞭度を下げたり音色に変化を与えたりすることがない。従って、この発明によれば、聴感上、再生帯域抜けを少なくし、高性能な音響再生を実現することができる。

また、この発明は、複数チャネルのスピーカのウーハ以外のスピーカの再生対象周波数帯域である第１の再生対象周波数帯域内の信号と、前記第１の再生対象周波数帯域の下限周波数よりも上限周波数が低いウーハの再生対象周波数帯域である第２の再生対象周波数帯域内の信号とを入力オーディオ信号から各々抽出するクロスオーバフィルタ部と、前記複数チャネルのチャネル毎に設けられた手段であって、前記第１の再生対象周波数帯域と前記第２の再生対象周波数帯域の間の周波数帯域の当該チャネルの信号から高調波成分を生成する帯域拡張部と、前記帯域拡張部によりチャネル毎に生成された高調波成分を前記クロスオーバフィルタ部を通過させずして前記ウーハ以外の各チャネルのスピーカに供給される信号に各々加える加算器とを具備することを特徴とする音響再生装置を提供する。

この態様によれば、ウーハ以外のチャネル毎に、第１の再生対象周波数帯域と第２の再生対象周波数帯域の間の周波数帯域の当該チャネルの信号から高調波成分が生成され、ウーハ以外の各チャネルのスピーカに供給される信号に各々加えられる。従って、効果的にミッシングファンダメンタルを聴者の聴覚に発生させ、第１の再生対象周波数帯域と第２の再生対象周波数帯域との間の再生帯域抜けを聴感上なくすことができる。

ミッシングファンダメンタルを利用した音響再生に関する技術文献として特許文献１がある。しかし、この特許文献１に開示の技術は、ウーハの負担を減らすために、音響再生部であるウーハから再生するオーディオ信号の高調波成分を発生して他の音響再生部である中高域スピーカから再生させるものであり、高調波成分を当該音響再生部から再生する本発明と全く異なる。

この発明の第１実施形態である音響再生装置の構成を示すブロック図である。 同音響再生装置のスピーカユニットの周波数特性を示す図である。 同音響再生装置の帯域拡張部の構成を示すブロック図である。 同実施形態の動作を示す図である。 同実施形態の動作を示す図である。 この発明の第２実施形態である音響再生装置の構成を示すブロック図である。 同実施形態の動作を示す図である。 この発明の第３実施形態である音響再生装置の構成を示すブロック図である。 同実施形態の動作を示す図である。 この発明による音響再生装置の第１の適用例を示す図である。 この発明による音響再生装置の第２の適用例を示す図である。 この発明による音響再生装置の第３の適用例を示す図である。 ２．１チャネルスピーカシステムのクロスオーバフィルタ部のゲインの理想的な周波数特性を例示する図である。 同クロスオーバフィルタ部を採用した２．１チャネルスピーカシステムの出力音圧の周波数特性を例示する図である。 従来の２．１チャネルスピーカシステムのクロスオーバフィルタ部のゲインの周波数特性を例示する図である。 同クロスオーバフィルタ部を採用した２．１チャネルスピーカシステムの出力音圧の周波数特性を例示する図である。 この発明の比較例である２．１チャネルスピーカシステムの構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、この発明の第１実施形態である音響再生装置１Ａの構成を示すブロック図である。本実施形態による音響再生装置１Ａは、Ｌ、Ｒ２チャネルの中高域再生用スピーカであるサテライトスピーカ６１および６２と、低域再生用のウーハ６３とを有する２．１チャネルスピーカシステムである。

図２はスピーカユニット自体の再生能力を示す音圧周波数特性である。サテライトスピーカ６１および６２は、低域遮断周波数ｆｃ４から高域遮断周波数ｆｃ３までの周波数帯域が再生可能帯域である。また、ウーハ６３は低域遮断周波数ｆｃ６から高域遮断周波数ｆｃ５までの周波数帯域が再生可能帯域である。特に小型のウーハにおいては高域遮断周波数ｆｃ５が高音域にまで至る所謂フルレンジスピーカであることもある。

図１において、サンプリング周波数変換部１１は、再生対象であるＬ、Ｒ２チャネルのオーディオ信号のサンプリング周波数を後段の回路（エフェクタ１２等）の処理に適したサンプリング周波数に変換する手段である。エフェクタ１２は、サンプリング周波数変換後のオーディオ信号に対し、例えば残響効果付与等の各種のエフェクト処理を施す手段である。イコライザ１３は、エフェクタ１２の処理を経たオーディオ信号の周波数特性をスピーカでの再生に適した周波数特性に調整する手段である。コンプレッサ１４は、このコンプレッサ１４の出力信号の音量が適正な範囲内に収まるように、イコライザ１３の処理を経たオーディオ信号の音量に応じてコンプレッサ１４の出力信号の音量を調整する手段である。ボリューム１５は、コンプレッサ１４の処理を経たＬ、Ｒ２チャネルのオーディオ信号の全体的な音量調整を行う手段である。

クロスオーバフィルタ部２０は、ボリューム１５が出力するＬ、Ｒ２チャネルのオーディオ信号をその周波数によりサテライトスピーカ６１および６２と、ウーハ６３に振り分ける手段である。さらに詳述すると、クロスオーバフィルタ部２０は、ＨＰＦ２１および２２と、ＬＰＦ２３とを有する。ＨＰＦ２１は、ボリューム１５が出力するＬチャネルのオーディオ信号から所定の低域遮断周波数ｆｃ１以上の周波数のオーディオ信号を選択してパワーアンプ５１に出力する。また、ＨＰＦ２２は、ボリューム１５が出力するＲチャネルのオーディオ信号から所定の低域遮断周波数ｆｃ１以上の周波数のオーディオ信号を選択してパワーアンプ５２に出力する。パワーアンプ５１、５２は可聴帯域以内はフラットなゲイン周波数特性を有している。サテライトスピーカ６１および６２の再生対象周波数帯域は、このＨＰＦ２１および２２の低域遮断周波数ｆｃ１以上の周波数帯域である。しかし、サテライトスピーカ６１および６２の低域遮断周波数ｆｃ４がＨＰＦ２１および２２の低域遮断周波数ｆｃ１より低い場合には、サテライトスピーカ６１および６２の再生帯域は周波数ｆｃ１からサテライトスピーカ６１および６２の高域遮断周波数ｆｃ３までとなる。また、サテライトスピーカ６１および６２の低域再生能力が不十分であり、ｆｃ４＞ｆｃ１となる場合には、実際のサテライトスピーカ６１および６２の再生帯域は周波数ｆｃ４から周波数ｆｃ３までとなる。

ＬＰＦ２３は、ボリューム１５が出力するＬ、Ｒ２チャネルのオーディオ信号を加算した信号から所定の高域遮断周波数ｆｃ２以下の周波数帯域の信号を選択してパワーアンプ５３に出力する。パワーアンプ５３は可聴帯域以内はフラットなゲイン周波数特性を有している。ウーハ６３の再生対象周波数帯域は、このＬＰＦ２３の高域遮断周波数ｆｃ２以下の周波数帯域となる。しかしながら、ウーハ６３の再生可能な周波数帯域には下限がある。従って、ウーハ６３によって実際に再生される周波数帯域は、このウーハ６３自体が再生可能な周波数帯域の下限ｆｃ６からＬＰＦ２３の高域遮断周波数ｆｃ２までの間の周波数帯域となる。

サテライトスピーカ６１およびこれを駆動するパワーアンプ５１は、Ｌチャネルの中高域の音響再生部を構成している。この音響再生部にはＨＰＦ２１の出力信号が供給される。サテライトスピーカ６２およびこれを駆動するパワーアンプ５２は、Ｒチャネルの中高域の音響再生部を構成している。この音響再生部にはＨＰＦ２２の出力信号が供給される。ウーハ６３およびこれを駆動するパワーアンプ５３は、低域の音響再生部を構成している。この音響再生部とＬＰＦ２３の出力端子との間には加算器４３が設けられている。ＬＰＦ２３の出力信号は、この加算器４３を介してパワーアンプ５３に供給される。

帯域拡張部３３は、パワーアンプ５３およびウーハ６３からなる音響再生部の再生対象周波数帯域の下限周波数の近傍の周波数帯域、具体的にはウーハ６３が再生可能な周波数帯域以下の周波数帯域の信号をクロスオーバフィルタ部２０に対する入力オーディオ信号から抽出し、この抽出した信号から高調波を生成して加算器４３に供給する手段である。具体的には、帯域拡張部３３は、Ｌ、Ｒ２チャネルのステレオ信号を加算したモノラル信号から拡張対象帯域の信号を抽出し、これを基本波とする高調波を生成し、元のモノラル信号に高調波成分を付加して帯域拡張用の信号の生成を行う。マルチチャンネルスピーカシステムの場合、帯域拡張部３３は、全チャネルの信号を加算したモノラル信号から拡張対象帯域の信号を抽出し、これを基本波とする高調波を生成し、元のモノラル信号に高調波成分を付加して帯域拡張用の信号の生成を行う。

図３は帯域拡張部３３の構成例を示すブロック図である。この帯域拡張部３３には、ボリューム１５から出力されるＬ、Ｒ２チャネルのステレオ信号を加算したモノラル信号が入力信号として与えられる。帯域抽出フィルタ３０１は、入力信号からウーハ６３の再生可能な周波数帯域以下の周波数帯域の信号を抽出するフィルタである。高調波成分生成部３０２は、帯域抽出フィルタ３０１の出力信号を逓倍し、同出力信号の２次調波、３次調波、…等の高調波成分を生成する手段である。イコライザ３０３は倍音の比率でミッシングファンダメンタル効果を調整する手段である。このイコライザ３０３の出力信号は、係数乗算器３０５によって所定の係数が乗算される。以上が、入力信号が基本波成分であるとした場合の高次調波成分（倍音）を生成する回路の構成である。

イコライザ３１３および係数乗算器３１５は、帯域拡張部３３に対する入力信号から基本波成分の一部を通過させる回路である。イコライザ３１３はウーハにとって有害な最低共振周波数以下の周波数成分を阻止する手段である。このイコライザ３１３の出力信号は、係数乗算器３１５によって所定の係数が乗算される。

係数乗算器３０５および３１５の各出力信号は加算器３１６によって加算される。ここで、係数乗算器３０５の係数と、係数乗算器３１５の係数は、ミッシングファンダメンタルによるバーチャルな低音再生と実音によるリアルな低音再生の比率を決定するために用いられる。

係数乗算器３１７は、加算器３１６の出力信号に係数を乗算して出力する。係数乗算器３２７は、帯域拡張部３３に対する入力信号に係数を乗算して出力する。加算器３２８は、係数乗算器３１７の出力信号と係数乗算器３２７の出力信号を加算して出力する。この加算器３２８の出力信号が帯域拡張部３３の出力信号となる。

係数乗算器３１７の係数と係数乗算器３２７の係数は排他的に切り換えられる。具体的には、帯域拡張部３３の帯域拡張機能を利用する音響再生装置１Ａを構成する場合には係数乗算器３１７の係数が「１」、係数乗算器３２７の係数が「０」とされる。また、帯域拡張部３３の帯域拡張機能を利用しない音響再生装置１Ａを構成する場合には係数乗算器３１７の係数が「０」、係数乗算器３２７の係数が「１」とされる。このように係数を切り換えることにより、帯域拡張機能が有効な音響再生装置１Ａと、帯域拡張機能が無効な音響再生装置１Ａを製造し分けることができる。
以上が音響再生装置１Ａの構成である。

図４および図５は本実施形態による音響再生装置１Ａの動作を示す図である。図４および図５において、横軸は周波数、縦軸は音圧である。また、Ｓ１はサテライトスピーカ６１および６２からの合成出力音圧、Ｓ２は帯域拡張部３３がない場合のウーハ６３からの出力音圧である。また、音響再生装置１ＡにおいてＨＰＦ２１および２２の低域遮断周波数はｆｃ１であり、ＬＰＦ２３の高域遮断周波数はｆｃ２である。

ＢＷ０２はウーハ６３の低域遮断周波数ｆｃ６以下の周波数帯域である。この周波数帯域ＢＷ０２は、ウーハ６３から十分な音量の音が出力されない周波数帯域（再生帯域抜けとなる帯域）である。ウーハ６３の高域遮断周波数ｆｃ４は、多くの場合、ＬＰＦ２３の高域遮断周波数ｆｃ２以上である。このため、帯域拡張部３３がない場合のウーハ６３からの出力音圧Ｓ２の高域遮断周波数は、ほとんどの場合、周波数ｆｃ２となる。

音響再生装置１Ａにおいて、ｆｃ１＝ｆｃ２であり、サテライトスピーカ６１および６２の本来持っている低域遮周波数ｆｃ４が低域遮断周波数ｆｃ１よりも低ければ、サテライトスピーカ６１および６２の出力音圧Ｓ１の低域遮断周波数は、周波数ｆｃ１となる。同時にウーハ６３の本来持っている高域遮断周波数ｆｃ５が高域遮断周波数ｆｃ２よりも高ければ、ウーハ６３の出力音圧Ｓ２の高域遮断周波数は周波数ｆｃ２となる。この場合、ｆｃ１＝ｆｃ２であるので、図４に示すようにウーハ６３とサテライトスピーカ６１および６２のクロスオーバ周波数近傍に再生帯域抜けは生じない。

しかしながら、ｆｃ１＝ｆｃ２でありながらも、サテライトスピーカ６１および６２の低域再生能力が不足し、ｆｃ１＜ｆｃ４となっている場合には、サテライトスピーカ６１および６２の出力音圧Ｓ１の低域遮断周波数は周波数ｆｃ４となる。この場合は、図５に示すように、ｆｃ２以上ｆｃ４以下の帯域に再生帯域抜けの周波数帯域ＢＷ２１が生じる。

また、意図的にｆｃ１＞ｆｃ２とした場合にも、図５に示すように再生帯域抜けの周波数帯域ＢＷ２１を生ずる。この場合、ｆｃ１＞ｆｃ４であれば、サテライトスピーカ６１および６２の出力音圧Ｓ１の低域遮断周波数は、周波数ｆｃ１となる。そして、ｆｃ１＜ｆｃ４であれば、サテライトスピーカ６１および６２の出力音圧Ｓ１の低域遮断周波数は周波数ｆｃ４となる。

本実施形態では、クロスオーバフィルタ部２０に対するＬ、Ｒ２チャネルの入力信号のうち低域遮断周波数ｆｃ１以上の中高域の信号はクロスオーバフィルタ部２０のＨＰＦ２１および２２を各々通過した後、パワーアンプ５１および５２により各々増幅され、サテライトスピーカ６１および６２から各々放音される。

また、クロスオーバフィルタ部２０に対するＬ、Ｒ２チャネルの入力信号を加算した信号のうち高域遮断周波数ｆｃ２以下の周波数帯域の信号はクロスオーバフィルタ部２０のＬＰＦ２３を通過した後、パワーアンプ５３により増幅され、ウーハ６３に供給される。そして、このウーハ６３に供給されるオーディオ信号のうちウーハ６３の再生可能な周波数帯域の信号（すなわち、周波数帯域ＢＷ０２以上の周波数帯域の信号）はウーハ６３から音として出力される。

さらに本実施形態では、クロスオーバフィルタ部２０に対するＬ、Ｒ２チャネルの入力信号を加算した信号のうちウーハ６３の再生対象周波数帯域の下限周波数の近傍の周波数帯域ＢＷ０２の信号が帯域拡張部３３の帯域拡張の対象となる。さらに詳述すると、この周波数帯域ＢＷ０２内の信号を基本波成分として含むとともに、この基本波成分に対する高調波成分を含む信号が帯域拡張部３３によって生成され、アンプ５３に供給される信号に加算器４３で加算される。アンプ５３は可聴帯域以内はフラットなゲイン周波数特性を有している。また、多くの場合、ウーハ６３の本来の高域遮断周波数ｆｃ５は、クロスオーバフィルタ部２０のＬＰＦ２３に設定される高域遮断周波数ｆｃ２よりはるかに高く、帯域拡張部３３によって生成された高調波は周波数比率を保ったままウーハ６３から再生される。

この結果、聴者の聴覚にミッシングファンダメンタルが発生し、聴者は、周波数帯域ＢＷ０２内の周波数を基本周波数とする楽音を聴いたと感じる。

ここにおいて、ウーハの帯域拡張を行う信号の全てはウーハからのみ再生されるため、ウーハの帯域拡張を行う際サテライトスピーカから放音される音には一切影響を与えない。このため、従来の２．１チャネルスピーカシステムでミッシングファンダメンタルを用いた低域拡張を行うと、中音域の声の明瞭度が下がり、あるいは声質が変化して聴こえるといった欠点を大幅に改善することが可能である。

また、ウーハの帯域拡張を行う信号の全ての高調波成分の音源位置が同一であるため、同一の音の高調波成分として認識され易く、聴覚心理を利用したミッシングファンダメンタル効果が得られやすい。

さらに、クロスオーバ周波数付近のサテライトスピーカの再生対象周波数に再生帯域抜けが有り、ウーハの帯域拡張を行う高調波成分の周波数帯域の一部又は全部の帯域が、再生周波数抜けの帯域に重なった場合にも、本構成に依ればウーハの帯域拡張を行う高調波成分は全てウーハから放出されるため、サテライトスピーカの再生能力やクロスオーバ周波数の設定の如何に依らず、安定したウーハの帯域拡張が可能である。

このように本実施形態によれば、聴感上の再生帯域抜けを少なくし、高性能な音響再生を実現することができる。

例えば本実施形態の適用例である図１１に示すパーソナルコンピュータにおいては、ウーハはディスプレイ背面に配置され、放音は後方に行われる。サテライトスピーカはディスプレイ前方の下部にＬ，Ｒ２チャンネルが設置され、放音は前方に行われる。このような構成においてはウーハから放音された低音は、パーソナルコンピュータが設置された後方の壁からの反射や、ディスプレイ周辺からの回折音として聴取者に到達する。

そのように複数経路から時間差を伴って音波が到達する場合、聴取者はスピーカの音源位置を推定し難くなるため、クロスオーバ周波数はウーハから直接音が聴取者に到達するシステムでの一般的な推奨値１５０Ｈｚより大幅に高い周波数に設定することが可能となる。このため本実施形態においてはクロスオーバ周波数を４００Ｈｚと設定している。

ウーハに用いられるユニットは口径３２ｍｍとウーハとしては超小型に属し、然るにその高域再生能力はフルレンジスピーカといっても良く１０ｋＨｚにまでに及ぶ。しかしながら低域再生能力はエンクロージャをバスレフとしても１１０Ｈｚ（−１０ｄＢ）に止まる。このため本実施形態においては５０Ｈｚから１５０Ｈｚの帯域を拡張対象周波数帯域として、高調波を生成しミッシングファンダメンタルを発生させている。

この際、２倍音から５倍音の高調波の周波数帯域は１００Ｈｚから７５０Ｈｚとなり、これは人の声の基本周波数帯帯域といわれる１００Ｈｚから１０００Ｈｚとほぼ重なり、高調波成分のうち４００Ｈｚ以上が通常の２．１チャンネルのようにサテライトスピーカから再生されると音声の明瞭度が下がったり、声質が変化して聴こえる。そのため本実施形態では高調波成分をサテライトスピーカ６１および６２に供給せず、ウーハ６３のみから再生している。ここで、ウーハ６３から高調波成分を正しい比率を保ったまま再生するためには、ウーハ６３の高域遮断周波数はクロスオーバ周波数の最低２倍以上必要である。

＜第２実施形態＞
図６は、この発明の第２実施形態である音響再生装置１Ｂの構成を示すブロック図である。なお、この図において、上述した第１実施形態（図１）と共通する部分には同一の符号を使用し、その説明を省略する。

本実施形態は、上記第１実施形態における帯域拡張部３３および加算器４３を削除し、その代わりに帯域拡張部３１および３２と加算器４１および４２を追加した構成となっている。加算器４１は、ＨＰＦ２１の出力信号と帯域拡張部３１の出力信号を加算してパワーアンプ５１に供給する。加算器４２は、ＨＰＦ２２の出力信号と帯域拡張部３２の出力信号を加算してパワーアンプ５２に供給する。

帯域拡張部３１および３２の構成は上記第１実施形態の帯域拡張部３３と基本的に同様である。帯域拡張部３１は、パワーアンプ５１およびサテライトスピーカ６１からなるＬチャネルの音響再生部の再生対象周波数帯域と、パワーアンプ５３およびウーハ６３からなる音響再生部の再生対象周波数帯域との間の周波数帯域の信号をクロスオーバフィルタ部２０に対するＬチャネルの入力オーディオ信号から抽出し、この抽出した信号から高調波を生成して加算器４１に供給する手段である。また、帯域拡張部３２は、パワーアンプ５２およびサテライトスピーカ６２からなるＲチャネルの音響再生部の再生対象周波数帯域と、パワーアンプ５３およびウーハ６３からなる音響再生部の再生対象周波数帯域との間の周波数帯域の信号をクロスオーバフィルタ部２０に対するＲチャネルの入力オーディオ信号から抽出し、この抽出した信号から高調波を生成して加算器４２に供給する手段である。

具体的には、帯域拡張部３１は、Ｌチャネルのオーデォ信号からＨＰＦ２１の低域遮断周波数ｆｃ１とＬＰＦ２３の高域遮断周波数ｆｃ２との間の帯域の信号を抽出し、この抽出した信号に高調波成分を付加して帯域拡張を行う。また、帯域拡張部３２は、Ｒチャネルのオーディオ信号からＨＰＦ２２の低域遮断周波数とＬＰＦ２３の高域遮断周波数ｆｃ２との間の帯域の信号を抽出し、この抽出した信号に高調波成分を付加して帯域拡張を行う。
以上が本実施形態の構成である。

図７は本実施形態による音響再生装置１Ｂの動作を示す図である。図７において、ＢＷ２１、ＢＷ０２等は、前掲図４および図５と同様である。

本実施形態では、クロスオーバフィルタ部２０に対するＬ、Ｒ２チャネルの入力信号のうちサテライトスピーカ６１、６２の再生対象周波数帯域とウーハ６３の再生対象周波数帯域の間の周波数帯域ＢＷ２１内の信号が帯域拡張部３１および３２の帯域拡張の対象となる。たとえばウーハには比較的大型のスピーカユニットが搭載可能で、ｆｃ６周波数が十分低くウーハの低域拡張の必要が無く、サテライトスピーカは小型である事が要求され、クロスオーバ周波数付近に再生帯域抜けを生じ易い２．１チャネルシステムやそれより多くのスピーカを有するマルチチャネルスピーカシステムへの適応が有効である。

サテライトスピーカ６１および６２の低域遮断周波数はＨＰＦ２１および２２の低域遮断周波数ｆｃ１とサテライトスピーカ６１および６２本来の低域遮断周波数ｆｃ４のうちの高い方となる。しかし、特に小型のスピーカユニットを使用したサテライトスピーカでは製造上のばらつきや気温によって低域遮断周波数ｆｃ４がばらつき、また変動し易い。このため、ＨＰＦ２１および２２の低域遮断周波数ｆｃ１を、低域遮断周波数ｆｃ４のばらつき範囲の最高値以上にする。これにより、常にサテライトスピーカの低域遮断周波数を周波数ｆｃ１とし、ユニットの特性変化がシステム全体の性能に影響を与えないようにすることが可能である。

本実施形態によれば、この周波数帯域ＢＷ２１内の信号を基本波成分として含むとともに、この基本波成分に対する高調波成分を含む信号が帯域拡張部３１および３２によって生成され、サテライトスピーカ６１および６２に供給される信号に適量加算される。この結果、聴者の聴覚にミッシングファンダメンタルが発生し、聴者は、周波数帯域ＢＷ２１内の周波数を基本周波数とする楽音を聴いたと感じる。このように本実施形態においても、聴感上の再生帯域抜けを少なくし、高性能な音響再生を実現することができる。

＜第３実施形態＞
図８は、この発明の第３実施形態である音響再生装置１Ｃの構成を示すブロック図である。なお、この図において、上述した第１実施形態（図１）と共通する部分には同一の符号を使用し、その説明を省略する。

本実施形態による音響再生装置１Ｃは、上記第１実施形態（図１）による音響再生装置１Ａに対し、上記第２実施形態（図６）の帯域拡張部３１および３２と加算器４１および４２を追加した構成となっている。

図９は本実施形態による音響再生装置１Ｃの動作を示す図である。図９において、ＢＷ２１、ＢＷ０２等は、前掲図４および図５と同様である。

本実施形態では、上記第１実施形態と同様、クロスオーバフィルタ部２０に対するＬ、Ｒ２チャネルの入力信号のうちウーハ６３の再生対象周波数帯域の下限周波数の近傍の周波数帯域ＢＷ０２内の信号が帯域拡張部３３の帯域拡張の対象となる。

また、本実施形態では、上記第２実施形態と同様、クロスオーバフィルタ部２０に対するＬ、Ｒ２チャネルの入力信号のうちサテライトスピーカ６１、６２の再生対象周波数帯域とウーハ６３の再生対象周波数帯域の間の周波数帯域ＢＷ２１内の信号が帯域拡張部３１および３２の帯域拡張の対象となる。

本実施形態によれば、周波数帯域ＢＷ０２の信号を基本波成分として含むとともに、この基本波成分に対する高調波成分を含む信号が帯域拡張部３３によって生成され、ウーハ６３に供給される信号に適量加算される。また、本実施形態によれば、この周波数帯域ＢＷ２１内の信号を基本波成分として含むとともに、この基本波成分に対する高調波成分を含む信号が帯域拡張部３１および３２によって生成され、サテライトスピーカ６１および６２に供給される信号に適量加算される。この結果、聴者の聴覚にミッシングファンダメンタルが発生し、聴者は、周波数帯域ＢＷ０１またはＢＷ２１内の周波数を基本周波数とする楽音を聴いたと感じる。このように本実施形態によれば、聴感上の再生帯域抜けをさらに少なくし、高性能な音響再生を実現することができる。

＜適用例＞
上記各実施形態は、各種の音響再生装置に適用可能である。図１０〜図１２はその適用例を示すものである。

図１０は、ゲーム機１１０への音響再生装置の適用例を示している。この例では、ゲーム機１１０の上部にＬ、Ｒ２チャネルのサテライトスピーカ１１１および１１２が設けられており、下部左側にウーハ１１３が設けられている。また、図１１はパソコン用ディスプレイ１２０への音響再生装置の適用例を示している。この例では、ディスプレイの前面の下部にＬ、Ｒ２チャネルのサテライトスピーカ１２１および１２２が設けられており、背面にウーハ１２３が設けられている。なお、ウーハ１２３は、ディスプレイのスタンドに内蔵したり、ディスプレイの底面に設けてもよい。図１２は、５．１チャネルホームシアターシステム１３０を例示している。この５．１チャネルホームシアターシステム１３０は、５個のサテライトスピーカ１３１〜１３５と、ウーハ１３６と、アンプ１３７とを有する。上記各実施形態では、この発明を２．１チャネルスピーカシステムに適用したが、この発明は図１２に示すような５．１チャネルのスピーカシステムにも適用可能である。

これらの例では、ウーハとサテライトスピーカが離れて配置される。従って、ウーハからの再生音の周波数が高く、その音源位置の認識が可能になると、サテライトスピーカからの再生音の定位感等に悪影響を与える。このため、ウーハの再生対象周波数帯域の上限周波数を低くする必要がある。そして、ウーハの再生対象周波数帯域の上限周波数を低くした場合には、サテライトスピーカの再生対象周波数帯域の下限周波数との間に周波数差が生じる場合がある。ここで、何ら策を講じないとすると、再生帯域抜けの問題が生じる。そこで、これらの各スピーカシステムに例えば上記第２実施形態や第３実施形態を適用する。この結果、サテライトスピーカの再生対象周波数帯域とウーハの再生対象周波数帯域の間の周波数帯域の周波数を基本周波数とする楽音を聴いたと聴者に感じさせることができる。このように聴感上の再生帯域抜けを少なくし、豊かな音響再生を実現することができる。

また、図１０、図１１の例では、ウーハを大型化することが困難であるため、ウーハが再生可能な周波数帯域の下限が高くなり易い。従って、ウーハの再生対象周波数帯域の下限近傍において上述した再生帯域抜けの問題が生じ易い。そこで、例えば上記第１実施形態を図１０、図１１の例に適用することにより、この再生帯域抜けの問題を解決することができる。

＜他の実施形態＞
以上、この発明の各実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。

（１）上記各実施形態においてパワーアンプ５１〜５３の前段の各部分は、電子回路であってもよいし、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ；デジタル信号処理装置）等がプログラムを実行することにより実現される機能であってもよい。また、コンピュータ等のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ；中央演算装置）上でＩＰコア（Ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｃｏｒｅ）と呼ばれるソフトウエアによって実行されても良い。

（２）上記各実施形態において、帯域拡張部３３は、クロスオーバフィルタ部２０に対する入力信号から基本波成分と高調波成分を含む信号を生成して、パワーアンプ５１、５２または５３に供給される信号に加えた。しかし、そのようにする代わりに、クロスオーバフィルタ部２０に対する入力信号から高調波成分のみを含む信号を生成して、パワーアンプ５１、５２または５３に供給される信号に加えてもよい。

（３）上記各実施形態において、パワーアンプ５１〜５３の前段の各部分からなる装置あるいは少なくともクロスオーバフィルタ部２０と帯域拡張部３１、３２または３３を含む装置を製造してユーザに提供してもよい。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ……音響再生装置、１１……サンプリング周波数変換部、１２……エフェクタ、１３……イコライザ、１４……コンプレッサ、１５……ボリューム、２０……クロスオーバフィルタ部、２１，２２……ＨＰＦ、２３……ＬＰＦ、３１，３２，３３……帯域拡張部、４１，４２，４３，３１６，３２８……加算器、５１，５２，５３……パワーアンプ、６１，６２……サテライトスピーカ、６３……ウーハ、３０１……帯域抽出フィルタ、３０２……高調波成分生成部、３０３，３１３……イコライザ、３０５，３１５，３１７，３２７……係数乗算器。

Claims (2)

1. 複数チャネルのスピーカのウーハ以外のスピーカの再生対象周波数帯域である第１の再生対象周波数帯域内の信号と、前記第１の再生対象周波数帯域の下限周波数よりも上限周波数が低いウーハの再生対象周波数帯域である第２の再生対象周波数帯域内の信号とを入力オーディオ信号から各々抽出するクロスオーバフィルタ部と、
   前記複数チャネルのチャネル毎に設けられた手段であって、前記第１の再生対象周波数帯域の下限周波数と前記第２の再生対象周波数帯域の上限周波数の間の周波数帯域の当該チャネルの信号から高調波成分を生成する帯域拡張部と、
   前記帯域拡張部によりチャネル毎に生成された高調波成分を前記クロスオーバフィルタ部を通過させずして前記ウーハ以外の各チャネルのスピーカに供給される信号に各々加える加算器と
   を具備することを特徴とする音響再生装置。
2. 複数チャネルのスピーカのウーハ以外の再生対象周波数帯域内の信号である第１の再生対象周波数帯域内の信号と、前記第１の再生対象周波数帯域の下限周波数よりも上限周波数が低いウーハの再生対象周波数帯域である第２の再生対象周波数帯域内の信号とを入力オーディオ信号から各々抽出するクロスオーバフィルタ部と、
   前記第２の再生対象周波数帯域の下限周波数の近傍の周波数帯域の信号を前記入力オーディオ信号から抽出し、この抽出した信号から高調波成分を生成する第１の帯域拡張部と、
   前記ウーハ以外のチャネル毎に設けられた手段であって、前記第１の再生対象周波数帯域の下限周波数と前記第２の再生対象周波数帯域の上限周波数の間の周波数帯域の当該チャネルの信号から高調波成分を生成する第２の帯域拡張部と、
   前記第１の帯域拡張部が生成した高調波成分を前記クロスオーバフィルタ部を通過させずして前記ウーハに供給される信号に加える第１の加算器と、
   前記第２の帯域拡張部がチャネル毎に生成した高調波成分を前記クロスオーバフィルタ部を通過させずして前記ウーハ以外の各チャネルのスピーカに供給される信号に各々加える第２の加算器とを具備し、
   前記ウーハの再生対象周波数帯域の上限周波数以上の帯域の前記第１の帯域拡張部が生成した高調波成分をも前記ウーハからのみ再生することを特徴とする音響再生装置。

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