JP7173156B2 - 音響装置及び音響再生方法 - Google Patents

Description

本開示は、音声信号のうち高音域に対応する信号の再生を担う第１の音響再生器と、音声信号のうち中音域に対応する信号の再生を担う第２の音響再生器とを用いる音響装置及び音響再生方法に関する。

近年、スピーカなどの音響装置において、コスト、筐体のデザイン性重視などのため、音声信号のうち低音成分を再生するのに十分な筐体の容量が確保できない場合がある。低音成分を再生できないスピーカの再生帯域を聴感的に拡大する方法として、ミッシングファンダメンタル現象を利用した技術が実用化されている。ミッシングファンダメンタル現象とは、例えば、基音を８０Ｈｚとした場合、基音を出音せず、その倍音である１６０Ｈｚ、２４０Ｈｚ、３２０Ｈｚ、４００Ｈｚ、・・・の音だけを同時に出音すると、存在しない基音の音程が知覚されるという聴覚の現象である。この現象を利用すれば、例えば、基音を再生できない小型のスピーカであっても、その倍音を音声信号に付加することで、聴感的には基音を再生できるということになる（特許文献１）。

特許第４２８６５１０号公報 特許第５６８０４８７号公報

しかしながら、ミッシングファンダメンタル現象を利用した再生方法においては、倍音が強く知覚される場合がある。この場合、元の音声信号には存在しない倍音が煩く感じられ、ユーザに不快感を与える場合がある。

また、中低音の再生と、スピーカの小型化との両立に関する他の技術として、アクチュエータと振動板とを用いる技術が提案されている（特許文献２）。特許文献２には、振動板としてスピーカの筐体の一部などを利用することで小型化を実現し、かつ、アクチュエータに対する慣性質量要素を付加することで、中低音の再生を実現している。しかしながら、特許文献２に記載された技術において、低音の再生を実現するためには、慣性質量要素を大型化する必要がある。このため、スピーカの小型化を実現できない。

本開示は、このような問題を解決するためになされたものであり、低音域専用の音響再生器を用いることなく、高音質な低音を再生できる音響装置及び音響再生方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の一形態に係る音響装置は、音声信号を再生する音響装置であって、前記音声信号のうち高音域に対応する信号の再生を担う第１の音響再生器と、低周波数側のカットオフ周波数から高周波数側のカットオフ周波数までの再生帯域を有し、前記音声信号のうち、前記高音域より低い中音域に対応する信号の再生を担う第２の音響再生器と、前記音声信号のうち前記低周波数側のカットオフ周波数未満の特定周波数に対応する基音信号に対する複数の倍音信号を生成する倍音生成器とを備え、前記複数の倍音信号の少なくとも一部は、前記第２の音響再生器の再生帯域に含まれる。

また、上記目的を達成するために、本開示の一形態に係る音響再生方法は、音声信号のうち高音域に対応する信号の再生を担う第１の音響再生器と、低周波数側のカットオフ周波数から高周波数側のカットオフ周波数までの再生帯域を有し、前記音声信号のうち、前記高音域より低い中音域に対応する信号の再生を担う第２の音響再生器とを用いて前記音声信号を再生する音響再生方法であって、前記音声信号のうち前記低周波数側のカットオフ周波数未満の周波数に対応する基音信号に対する複数の倍音信号を生成する倍音生成ステップと、前記複数の倍音信号の少なくとも一部を、前記第２の音響再生器で再生するステップとを含む。

本開示により、低音域専用の音響再生器を用いることなく、高音質な低音を再生できる音響装置及び音響再生方法を提供することを目的とする。

図１は、実施の形態１に係る音響装置の構成を示すブロック図である。 図２は、実施の形態１に係る第１のフィルタ、第２のフィルタ及び第３のフィルタの周波数特性を示すグラフである。 図３は、実施の形態１に係る倍音生成器が生成する倍音信号と第１の音響再生器及び第２の音響再生器の再生帯域との関係を示す図である。 図４は、実施の形態１に係る音響再生方法を示すフローチャートである。 図５は、実施の形態１に係る第１の音響再生器の再生帯域と、第２の音響再生器の再生帯域と、基音信号に対応する特定周波数の帯域とを示す図である。 図６は、音声信号を音符で表現した図である。 図７は、実施の形態１に係る音響装置が再生する音声信号の周波数と知覚レベルとの関係を示すグラフである。 図８は、比較例の音響装置における周波数と出音される信号のエネルギーとの関係を示すグラフである。 図９は、比較例の音響装置が再生する音声信号の周波数と知覚レベルとの関係を示すグラフである。 図１０は、実施の形態１の変形例１に係る音響装置の構成を示すブロック図である。 図１１は、実施の形態１の変形例１に係る第１の音響再生器及び第２の音響再生器の再生帯域を示すグラフである。 図１２は、実施の形態１の変形例２に係る音響装置の構成を示すブロック図である。 図１３は、実施の形態２に係る音響装置の構成を示すブロック図である。 図１４は、実施の形態２に係るアクチュエータと振動板とその全体に加わる荷重体との関係を示す構造図である。 図１５Ａは、実施の形態２に係るアクチュエータに加わる荷重とアクチュエータによる振動の周波数特性との関係を示す概念図である。 図１５Ｂは、実施の形態２に係る荷重に対するフィルタの周波数特性の設定例を示す図である。 図１６Ａは、設置場所で使用されている素材の硬さとアクチュエータによる振動の周波数特性との関係を示す概念図である。 図１６Ｂは、実施の形態２に係る設定器が有する操作手段の一例を示す図である。 図１６Ｃは、実施の形態２に係る設定器が有するテーブルの一例を示す図である。 図１７は、実施の形態２の変形例１に係る音響装置の構成を示すブロック図である。 図１８は、本開示に係る音響装置の機能をソフトウェアにより実現するコンピュータのハードウェア構成の一例を示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示す。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、規格、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。

（実施の形態１）
実施の形態１に係る音響装置及び音響再生方法について、説明する。

［１－１．構成］
まず、本実施の形態に係る音響装置の構成について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態に係る音響装置１００の構成を示すブロック図である。音響装置１００は、音声信号を再生する装置であって、図１に示されるように、第１の音響再生器１１１と、第２の音響再生器１１２と、倍音生成器１３０とを備える。本実施の形態では、音響装置１００は、第１のフィルタ１２１と、第２のフィルタ１２２と、第３のフィルタ１２３と、加算器１４０とをさらに備える。

なお、音響装置１００に入力される音声信号は、アナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよい。例えば、音声信号がデジタル信号である場合には、音響装置１００は、第１の音響再生器１１１及び第２の音響再生器１１２がデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器及びアナログ信号を増幅する増幅器を有してもよい。

第１の音響再生器１１１は、音響装置１００に入力される音声信号のうち高音域に対応する信号の再生を担う音響再生器である。本実施の形態では、高音域とは、例えば３００Ｈｚ以上の周波数帯域を意味する。第１の音響再生器として、例えば所謂フルバンドのスピーカ、ツイータなど高音域をフラットな特性で再生できるスピーカを用いることができる。

第２の音響再生器１１２は、音響装置１００に入力される音声信号のうち高音域より低い中音域に対応する信号の再生を担う音響再生器である。本実施の形態では中音域とは例えば１２０Ｈｚ以上、３００Ｈｚ未満の周波数帯域を意味する。第２の音響再生器１１２は、低周波数側のカットオフ周波数から高周波数側のカットオフ周波数までの再生帯域を有する。ここで用いられるカットオフ周波数とは、第２の音響再生器１１２のゲインが最大値から６ｄＢ低下する周波数である。

第２の音響再生器１１２として、例えば、音声信号に同期して振動するアクチュエータ１１５と、アクチュエータによって駆動される振動板１１６とを組み合わせた音響再生器を用いることができる。アクチュエータ１１５は、振動板１１６を振動させる機器であり、例えば、磁歪アクチュエータなどを用いることができる。また、振動板１１６として、例えば、第１の音響再生器１１１を保持する構造体を用いることができる。具体的には、音響装置１００の筐体の底板などを振動板１１６として用いることができる。これにより、振動板１１６として別途部材を音響装置１００に追加することなく、第２の音響再生器１１２を形成できる。したがって、第２の音響再生器１１２を備えることに伴う音響装置１００の大型化を抑制できる。

第１のフィルタ１２１は、音声信号のうち高音域に対応する信号を選択的に通過させて、第１の音響再生器１１１に供給するフィルタである。第１のフィルタ１２１は、第１の音響再生器１１１が再生する周波数成分を通過させる。本実施の形態では、第１のフィルタ１２１は、カットオフ周波数が後述する特定周波数の２倍の周波数より大きいハイパスフィルタである。第１のフィルタ１２１は、例えば、３００Ｈｚ以上の周波数に対応する信号を選択的に透過させる。ここで、第１のフィルタ１２１の周波数特性について図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係る第１のフィルタ１２１、第２のフィルタ１２２及び第３のフィルタ１２３の周波数特性を示すグラフである。図２の横軸は、周波数を示し、縦軸は、ゲインを示す。図２の太い実線のグラフで示されるように、第１のフィルタ１２１は、カットオフ周波数が約３００Ｈｚであるハイパスフィルタである。ここで、カットオフ周波数は、ゲインが最大値から６ｄＢ低下する周波数である。

第２のフィルタ１２２は、音声信号のうち中音域に対応する信号を選択的に通過させて、第２の音響再生器１１２に供給するフィルタである。第２のフィルタ１２２は、第２の音響再生器１１２が再生する周波数成分を通過させる。本実施の形態では、第２のフィルタ１２２は、後述する特定周波数の２倍の周波数を通過させるバンドパスフィルタである。第２のフィルタ１２２は、例えば、１２０Ｈｚから３００Ｈｚまでの周波数に対応する信号を選択的に通過させる。つまり、図２の破線のグラフで示されるように、第２のフィルタ１２２は、低周波数側のカットオフ周波数が約１２０Ｈｚ、高周波数側のカットオフ周波数が約３００Ｈｚであるバンドパスフィルタである。

第３のフィルタ１２３は、第２の音響再生器１１２の低周波数側のカットオフ周波数未満の特定周波数に対応する基音信号を選択的に通過させて、倍音生成器に供給するフィルタである。本実施の形態では、第３のフィルタ１２３は、例えば、６０Ｈｚ以上、１２０Ｈｚ未満の特定周波数に対応する基音信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタである。つまり、図２の細い実線で示されるように、第３のフィルタ１２３は、低周波数側のカットオフ周波数が６０Ｈｚ、高周波数側のカットオフ周波数が１２０Ｈｚであるバンドパスフィルタである。なお、本実施の形態では、特定周波数は、６０Ｈｚ以上、１２０Ｈｚ未満であるが、特定周波数の範囲は、これに限定されない。例えば、特定周波数は、５０Ｈｚ以上、１００Ｈｚ未満などであってもよい。

上述したように、第１のフィルタ１２１はカットオフ周波数が３００Ｈｚのハイパスフィルタ、第２のフィルタ１２２は通過できる周波数が１２０Ｈｚ以上３００Ｈｚ未満のバンドパスフィルタ、第３のフィルタ１２３は通過できる周波数が６０Ｈｚ以上１２０Ｈｚ未満のバンドパスフィルタである。つまり、図２に示されるように、ゲインが最大値から６ｄＢ低下する周波数でそれぞれのフィルタの周波数特性を示す曲線が交差している。なお、もちろん、各フィルタの周波数特性は、図２に示される特性と厳密に一致しなくてもよく、音響装置１００に求められる品質に応じた誤差を含んでもよい。

倍音生成器１３０は、音声信号のうち基音信号に対する複数の倍音信号を生成する信号生成器である。倍音生成器１３０について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る倍音生成器１３０が生成する倍音信号と第１の音響再生器１１１及び第２の音響再生器１１２の再生帯域との関係を示す図である。図３では、一例として基音信号に対応する特定周波数が７０Ｈｚである場合が示されている。なお、第１の音響再生器１１１の再生帯域とは、第１の音響再生器１１１の低周波数側のカットオフ周波数以上の周波数帯域を意味する。

図３に示されるように、基音信号に対応する特定周波数が７０Ｈｚである場合、倍音生成器１３０は、１４０Ｈｚ、２１０Ｈｚ、２８０Ｈｚ、３５０Ｈｚなどの周波数に対応する複数の倍音信号を生成する。複数の倍音信号の少なくとも一部は、第２の音響再生器の再生帯域に含まれる。

加算器１４０は、音響装置１００に入力される音声信号と倍音生成器１３０の出力信号とを加算し、加算した信号を、第１のフィルタ１２１と、第２のフィルタ１２２に供給する演算器である。

［１－２．動作］
次に、以上のように構成された音響装置１００の動作及び音響装置１００で用いられる音響再生方法について図４などを用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る音響再生方法を示すフローチャートである。

本実施の形態に係る音響再生方法は、音声信号のうち高音域に対応する信号の再生を担う第１の音響再生器１１１と、低周波数側のカットオフ周波数から高周波数側のカットオフ周波数までの再生帯域を有し、音声信号のうち、高音域より低い中音域に対応する信号の再生を担う第２の音響再生器１１２とを用いて音声信号を再生する方法である。

図４に示されるように、本実施の形態に係る音響再生方法においては、まず、音響装置１００に入力される音声信号のうち低周波数側のカットオフ周波数未満の周波数に対応する基音信号を抽出する（Ｓ１２）。具体的には、第３のフィルタ１２３で特定周波数に対応する基音信号を通過させる。本実施の形態では、第３のフィルタ１２３の周波数特性の概形は、図２の細い実線で示されている。図２に示されるように、第３のフィルタ１２３は、概ね６０Ｈｚ以上、１２０Ｈｚ未満の周波数に対応する基音信号を通過させる。

続いて、抽出した基音信号に対する複数の倍音信号を生成する（Ｓ１４）。具体的には、倍音生成器１３０によって基音信号に対する複数の倍音信号が生成される。上述した図３に示される例では基音信号が７０Ｈｚの場合における倍音信号が示されている。図３に示されるように、基音信号自体は第１の音響再生器１１１でも第２の音響再生器１１２でも実質的に再生できないが、その倍音信号の低次のものは第２の音響再生器１１２で再生でき、高次のものは第１の音響再生器１１１で再生できる。このため、ミッシングファンダメンタル現象による基音信号の知覚が可能となる。ここで倍音信号を生成する方法は特に限定されない。倍音信号を生成するために、例えば、特許文献１に開示された方法を用いてもよい。

続いて、音声信号と、倍音生成器１３０の出力信号である複数の倍音信号とを加算器１４０で加算する（Ｓ１６）。具体的には、加算器１４０で生成された信号は、第１のフィルタ１２１と、第２のフィルタ１２２とに供給される。ここで、第１のフィルタ１２１の周波数特性の概形は、図２の太い実線で示されている。第１のフィルタ１２１は概ね３００Ｈｚ以上の周波数に対応する信号を通過させるものであり、この通過周波数帯域は、第１の音響再生器１１１の再生帯域と対応している。また、第２のフィルタ１２２の周波数特性の概形は、図２の点線で示されている。第２のフィルタ１２２は概ね１２０Ｈｚ以上、３００Ｈｚ未満の周波数に対応する信号を通過させるものであり、この通過周波数帯域は、第２の音響再生器１１２の再生帯域と対応している。

続いて、音声信号及び複数の倍音信号を第１の音響再生器１１１及び第２の音響再生器１１２で再生する（Ｓ１８）。ここで、複数の倍音信号の少なくとも一部を、第２の音響再生器１１２で再生する。具体的には、音声信号及び複数の倍音信号のうち、第１のフィルタ１２１の出力信号は、第１の音響再生器１１１によって再生（つまり、出音）される。音声信号及び複数の倍音信号のうち、第２のフィルタ１２２の出力信号は、第２の音響再生器１１２によって再生（つまり、出音）される。

図３に示されるように、第３のフィルタ１２３を通過する基音信号は第１の音響再生器１１１でも第２の音響再生器１１２でも再生できないが、その複数の倍音信号のうち低次のものは第２の音響再生器１１２で再生でき、高次のものは第１の音響再生器１１１で再生できる。このため、ミッシングファンダメンタル現象による基音信号に対応する音の知覚が可能となる。

［１－３．効果］
次に、本実施の形態に係る音響装置１００及び音響再生方法の効果について、比較例と比較しながら図５～図８を用いて説明する。図５は、本実施の形態に係る第１の音響再生器１１１の再生帯域と、第２の音響再生器１１２の再生帯域と、基音信号に対応する特定周波数の帯域とを示す図である。図６は、音声信号を音符で表現した図である。図６において最も周波数の低い音声信号は８０Ｈｚであるとする。この８０Ｈｚの音声信号は音階のドの音とみなすと、図６には、その音を起点とし３オクターブ高い６４０Ｈｚまでの音階までが示されている。図７は、本実施の形態に係る音響装置１００が再生する音声信号の周波数と知覚レベルとの関係を示すグラフである。図８は、比較例の音響装置における周波数と出音される信号のエネルギーとの関係を示すグラフである。図９は、比較例の音響装置が再生する音声信号の周波数と知覚レベルとの関係を示すグラフである。比較例の音響装置は、第２の音響再生器１１２を備えない点以外は、本実施の形態に係る音響装置１００と同様の構成を有する。

ここで、図６に示される音声信号のうち、最も周波数の低いドの音の周波数は８０Ｈｚであるので、第３のフィルタ１２３を通過し、倍音生成器１３０によって、その倍音信号が生成される。生成される複数の倍音信号の周波数は１６０Ｈｚ、２４０Ｈｚ、３２０Ｈｚ、４００Ｈｚ・・・であるので、低次の倍音信号は第２の音響再生器１１２で再生でき、高次の倍音信号は第１の音響再生器１１１で再生できるので、８０Ｈｚのドの音自体は再生できないが、ミッシングファンダメンタル現象によって知覚できることになる。８０Ｈｚのドの音に続くレ、ミ、ファ、ソあたりまでの音も、同様にミッシングファンダメンタル現象によって知覚できる。図７の左端の曲線は、このようなミッシングファンダメンタル現象によって知覚されるレベルを表している。

上述した、ミッシングファンダメンタル現象を用いて知覚される音声信号に続くラの音から約１オクターブ高い音に対応する音声信号に対する倍音信号は生成されないが、音声信号そのものが第２の音響再生器１１２で再生できる。図７の水平方向中央の曲線は第２の音響再生器１１２によって再生される音声信号に対する知覚レベルを表している。

第２の音響再生器１１２の再生帯域より高い音は第１の音響再生器１１１で再生できる。第１の音響再生器１１１は高音域専用のスピーカであるのでフラットな特性で高音域の音声信号を再生できる。図７の右端の曲線は第１の音響再生器１１１によって再生される音声信号に対する知覚レベルを表している。

このように、本実施の形態１の構成で、図６に示されるすべての周波数成分が知覚可能かあるいは再生可能となる。

一方、比較例の音響装置では、８０Ｈｚのドの音に続くレ、ミ、ファ、ソあたりまでの音は、本実施の形態に係る音響装置１００と同様にミッシングファンダメンタル現象を用いて知覚できる。しかしながら、比較例の音響装置は、図８に示されるように第２の音響再生器１１２を備えないため、図９に示されるように倍音信号を第１の音響再生器１１１だけで再生する。このため、比較例の音響装置では、基音信号の知覚レベルが、本実施の形態に係る音響装置１００を用いる場合より低くなる。これに対する対策として、倍音信号のレベルを高めることで基音信号の知覚レベルを高めることも考えられる。しかしながら、高音域においては、人の聴覚の感度が比較的高いため、倍音信号そのものの音の知覚レベルが高くなり、倍音信号が煩く感じられる。

これに対して、本実施の形態では、中音域を再生する第２の音響再生器１１２を備え、複数の倍音信号の少なくとも一部は、第２の音響再生器１１２の再生帯域に含まれる。これにより、人の聴覚の感度が比較的低い中音域における倍音信号によってミッシングファンダメンタル現象を実現できる。したがって、本実施の形態に係る音響装置１００によれば、基音信号そのものを低音域用のスピーカで再生した場合の音に近い低音を知覚できる。よって、本実施の形態に係る音響装置１００によれば、比較例の音響装置より豊かな低音を知覚でき、かつ、倍音信号そのものが知覚されることを抑制できる。このように、本実施の形態に係る音響装置１００及び音響再生方法によれば、低音域専用の音響再生器を用いることなく、高音質な低音を再生できる。

また、本実施の形態では、第２のフィルタは、特定周波数の２倍の周波数を通過させるバンドパスフィルタであり、特定周波数の２倍の周波数は、第２の音響再生器１１２の再生帯域に含まれる。これにより、最も低次の倍音信号、すなわち、人の聴覚の感度がもっとも低い倍音信号を第２の音響再生器１１２で再生できるため、倍音信号そのものが知覚されることを抑制できる。

さらに、本実施の形態では、第１のフィルタは、カットオフ周波数が特定周波数の２倍の周波数より大きいハイパスフィルタであるため、第１の音響再生器１１１で低次の倍音信号が再生されない。したがって、二つの音響再生器で低次の倍音信号が再生されることがないため、音色の斑（むら）なく倍音信号を再生できる。

また、本実施の形態に係る音響装置１００は、倍音信号をアクチュエータ１１５及び振動板１１６からなる第２の音響再生器１１２で再生できる。このため、ウーファなど低音域専用のスピーカを用いる場合より音響装置１００を小型化できる。しかも高音域の音声信号を高音域専用のスピーカで再生できるので、中音域及び高音域兼用の小型スピーカを用いる場合より、高音域においてフラットな周波数特性が得られる音響装置を実現できる。

［１－４．変形例１］
本実施の形態では、第２の音響再生器１１２として、音声信号に同期して振動するアクチュエータ１１５とアクチュエータ１１５によって駆動される振動板１１６とを用いたが、第２の音響再生器の構成はこれに限定されない。例えば、第２の音響再生器として、中音域を再生するウーファを用いてもよい。第２の音響再生器としてウーファを用いる変形例について図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は、本実施の形態の変形例１に係る音響装置１００ａの構成を示すブロック図である。図１１は、本変形例に係る第１の音響再生器１１１ａ及び第２の音響再生器１１２ａの再生帯域を示すグラフである。図１０に示されるように本変形例に係る音響装置１００ａは、実施の形態１に係る音響装置１００と同様に、第１の音響再生器１１１ａと、第２の音響再生器１１２ａと、倍音生成器１３０と、第１のフィルタ１２１ａと、第２のフィルタ１２２ａと、第３のフィルタ１２３ａと、加算器１４０とを備える。本変形例では、第２の音響再生器１１２ａはウーファである。ここでは、ウーファを、低音域から中音域のいずれかの音域の音声信号を再生するスピーカであって、専用の振動板を有するものと定義する。例えば、ウーファには、振動板１１６として筐体などを用いる音響再生器などは含まれない。

本変形例に係る音響装置１００ａは、ウーファからなる第２の音響再生器１１２ａを備えるため、実施の形態１に係る音響装置１００より寸法が大きくなる。しかしながら、近年ではウーファは、小型化され、直径が６ｃｍ程度で、６０Ｈｚ以上、１５０Ｈｚ以下程度の再生帯域を有するものもある。本変形例に係る第２の音響再生器１１２ａとしてこのような比較的小型のウーファを用いる（図１０参照）。それに合わせて、図１０及び図１１に示されるように第１の音響再生器１１１ａとして、１５０Ｈｚ以上の再生帯域を有するスピーカを用いる。また、第１のフィルタ１２１ａとして、１５０Ｈｚ程度のカットオフ周波数を有するハイパスフィルタを用い、第２のフィルタ１２２ａとして、低周波数側及び高周波数側のカットオフ周波数が、それぞれ６０Ｈｚ程度及び１５０Ｈｚ程度であるバンドパスフィルタを用いる。また、第３のフィルタ１２３ａとして、６０Ｈｚ程度のカットオフ周波数を有するローパスフィルタを用いる。

倍音生成器１３０ａは、３０Ｈｚ以上、６０Ｈｚ未満の特定周波数に対応する基音信号に対する倍音信号を生成する信号生成器である。

以上のような構成を備えることにより、本変形例に係る音響装置１００ａは、第２の音響再生器１１２ａとして、小型とはいえウーファを用いるため実施の形態１に係る音響装置１００より大型化してしまう。しかしながら、本変形例に係る音響装置１００ａによれば、小型のウーファでは再生できない重低音域（３０Ｈｚ以上、６０Ｈｚ未満の周波数帯域）に対応する信号をミッシングファンダメンタル現象を用いて知覚できる。

［１－５．変形例２］
本実施の形態では、加算器１４０は、倍音生成器１３０からの倍音信号と音声信号とを加算し、その出力信号を第１のフィルタ１２１と第２のフィルタ１２２とに供給した。つまり、倍音信号を第１の音響再生器１１１及び第２の音響再生器１１２の両方に供給したが、第２の音響再生器１１２だけに供給してもよい。以下このような構成を備える変形例について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施の形態の変形例２に係る音響装置１００ｂの構成を示すブロック図である。図１２に示されるように、加算器１４０の出力信号を第２のフィルタ１２２にだけ供給し、第１のフィルタ１２１には音声信号だけを供給してもよい。つまり、複数の倍音信号は、第１の音響再生器１１１に供給されなくてもよい。ミッシングファンダメンタル現象による基音信号の知覚レベルへの影響は、低次の倍音信号によるものが支配的であるため、第１の音響再生器１１１によって高次の倍音信号が再生されなくても基音信号の知覚レベルに対して大きな影響はない。むしろ、すべての倍音信号を第２の音響再生器１１２で再生できるので、音色の斑なく倍音信号を再生できる。したがって、より一層高音質で豊かな低音を再生できる。また、人の聴覚の感度が比較的高い高音域の倍音信号を再生しないため、倍音信号そのものが知覚されることを抑制できる。

（実施の形態２）
実施の形態２に係る音響装置及び音響再生方法について説明する。本実施の形態に係る音響装置及び音響再生方法は、主に、第２の音響再生器１１２の特性に合わせて、第２のフィルタ及び第３のフィルタが設定される点において、実施の形態に１に係る音響装置１００及び音響再生方法と相違する。以下、本実施の形態に係る音響装置について、図１３～図１７を用いて説明する。

図１３は、本実施の形態に係る音響装置２００の構成を示すブロック図である。図１３に示されるように、本実施の形態に係る音響装置２００は、実施の形態１に係る音響装置１００と同様に、第１の音響再生器１１１と、第２の音響再生器１１２と、倍音生成器１３０と、第１のフィルタ１２１と、第２のフィルタ２２２と、第３のフィルタ２２３とを備える。本実施の形態に係る音響装置２００は、設定器２５０をさらに備える。

設定器２５０は、第２のフィルタ２２２及び第３のフィルタ２２３の周波数特性を設定する機器である。設定器２５０は、振動板１１６を含む構造体に加わる付加荷重の質量Ｍに応じて、第２のフィルタ２２２及び第３のフィルタ２２３の周波数特性を設定する。より具体的には、筐体などの構造体に加わる付加荷重の質量Ｍを予め計測又は予測し、その質量Ｍに応じて、第２のフィルタ２２２と第３のフィルタ２２３の周波数特性を設定する。本実施の形態では、設定器２５０によって各フィルタの周波数特性を適切に設定することで、アクチュエータ１１５と振動板１１６とを含む構造体に加わる付加荷重の質量Ｍに応じて第２の音響再生器１１２で再生される周波数成分が変動することに対応できる。図１４は、本実施の形態に係るアクチュエータ１１５と振動板１１６とその全体に加わる荷重体１１４との関係を示す構造図である。図１４に示す質量Ｍの荷重体の重心位置の高さをａとしたとき、作用点Ｐａを中心とする慣性モーメントはＭ×ａ^２で表される。質量Ｍが増大するとこの慣性モーメントが大きくなり、機械共振系の共振周波数が低下する（特許文献２参照）。すなわち、荷重体１１４の質量Ｍに応じて、第２の音響再生器１１２が再生できる周波数帯域が変動する。ここで、荷重体１１４の質量Ｍは、音響装置２００の筐体の素材や大きさなどの要因で変動するので、同じアクチュエータ１１５を用いた音響装置であっても音響装置の筐体によって再生される周波数特性は異なる。そこで図１３では設定器２５０を備えており、アクチュエータ１１５と振動板１１６とを含む筐体に加わる付加荷重の質量Ｍを予め計測又は予測し、その質量に応じて第２のフィルタ２２２と第３のフィルタ２２３の周波数特性を設定できるようにしている。そうすることで、付加荷重の質量Ｍが変動しても、機器の構成を変えることなく、アクチュエータ１１５と振動板１１６とによって高音質で豊かな低音を再生できる。以下、図１５Ａ及び図１５Ｂを用いて、設定器２５０による周波数特性の設定について具体的に説明する。

図１５Ａは、本実施の形態に係るアクチュエータ１１５に加わる荷重とアクチュエータ１１５による振動の周波数特性との関係を示す概念図である。図１５Ｂは、本実施の形態に係る荷重に対するフィルタの周波数特性の設定例を示す図である。図１５Ｂには、設定器２５０によって設定される第２のフィルタ２２２及び第３のフィルタ２２３の通過帯域及びゲインの設定例が示されている。

図１５Ａに示されるように、荷重が１０ｇの場合には、第２の音響再生器１１２によって、１００Ｈｚ付近の周波数帯域（８０Ｈｚ以上、３００Ｈｚ以下程度の周波数帯域）の信号が増幅される。このため、その周波数帯域に倍音信号が生じるように、第３のフィルタ２２３は、５０Ｈｚ付近の周波数帯域（４０Ｈｚ以上、８０Ｈｚ以下程度の周波数帯域）の信号を抽出して倍音生成器１３０に送る。第２のフィルタ２２２は１００Ｈｚ付近の周波数帯域（８０Ｈｚ以上、３００Ｈｚ以下程度）の信号をとりだして第２の音響再生器１１２に送る。ここで、荷重が１０ｇの場合、低音成分の増幅は少ないので、第３のフィルタ２２３、又は、第２のフィルタ２２２は、所定のゲイン（増幅率）で信号を増幅してもよい。図１５Ｂでは、９ｄＢ増幅することが示されている。同様の考え方で、荷重に応じたフィルタ特性が図１５Ｂのように定められる。

上記の例では、設定器２５０は、荷重に応じてフィルタ特性を設定したが、音響装置２００の設置条件に応じてユーザー自身がフィルタ特性を設定してもよい。ウーファ、アクチュエータなどの低音域の信号を再生する音響再生器は、一般的に、硬いものの上に、滑りにくい状態で設置することが推奨される。これは、ウーファ、アクチュエータなどが、自分自身の振動で動いてしまうと、その動きによってエネルギーが浪費されるため、音を放出する振動板が空気を押す力を弱めてしまうからである。しかしながら、住宅事情、インテリアの好みなどによって、ウーファ、アクチュエータなどを上述した推奨される場所に設置されるとは限らない。例えば、集合住宅などの場合では、周囲への振動に配慮し、むしろ、柔らかい資材の上に低音域用の音響再生器を設置する場合すらある。そうでないまでも、設置場所は、絨毯の上であったり、テーブルクロスを引いたテーブルの上であったり、畳の上であったり、コンクリートの床材の上であったり、と様々な材質上であり得る。第２の音響再生器１１２の設置場所で使用されている素材に応じて、周波数特性が変化し得る。ここで第２の音響再生器１１２の周波数特性と、素材の硬さとの関係について、図１６Ａを用いて説明する。図１６Ａは、設置場所で使用されている素材の硬さとアクチュエータ１１５による振動の周波数特性との関係を示す概念図である。

図１６Ａに示されるように、設置場所で使用されている素材の硬さに応じて、アクチュエータ１１５による振動の周波数特性が変化し得る。

そこで、設定器２５０は、フィルタ特性を設定するための操作手段を有してもよい。このような操作手段の一例について、図１６Ｂを用いて説明する。図１６Ｂは、本実施の形態に係る設定器２５０が有する操作手段の一例を示す図である。設定器２５０は、例えば、図１６Ｂに示されるつまみを有してもよい。このようなつまみの位置（回転角度）に応じて、フィルタ特性を変更できてもよい。具体的には、設定器２５０が、設置場所で使用されている素材の種類に対応するつまみの位置と、各フィルタ特性とを関連付けたテーブルを有し、つまみの位置を変えることで、フィルタ特性を変えることができてもよい。ここで、このようなテーブルについて、図１６Ｃを用いて説明する。図１６Ｃは、本実施の形態に係る設定器２５０が有するテーブルの一例を示す図である。設定器２５０によって、図１６Ｃに示されるようなテーブルに基いてフィルタ特性が設定されることで、設置場所に応じたフィルタ特性を実現できる。

これにより、ユーザは、設定器２５０を用いて、設置場所で使用されている素材に適したフィルタ特性に設定することができる。なお、図１６Ｂ及び図１６Ｃに示される例では、つまみで設定できる位置は０から４の５段階で、それぞれに応じたフィルタ特性をテーブルで記憶しているが、つまみで二つの段階間の中間的な値を設定できるようにしてもよく、その場合、設定されるフィルタの特性はその値の近傍のフィルタ特性から補間などによって類推されてもよい。

なお、設定器２５０が有する操作手段は、つまみに限定されない。例えば、ボタンなどであってもよいし、タッチディスプレイなどであってもよい。

なお、設定器２５０は、例えば、実施の形態１の変形例２に係る音響装置１００ｂなどに適用されてもよい。このような音響装置の構成について図１７を用いて説明する。図１７は、本実施の形態の変形例１に係る音響装置２００ａの構成を示すブロック図である。このような、構成を有する音響装置２００ａによっても、音響装置２００と同様の効果を奏することができる。

（変形例など）
以上、本開示に係る音響装置及び音響再生方法について、各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を各実施の形態に施したものや、各実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲内に含まれる。

例えば、実施の形態１に係る音響装置１００において、複数の倍音信号は、第１の音響再生器１１１の再生帯域に含まれなくてもよい。このような構成を有する場合には、実施の形態１の変形例２に係る発明と同様に、すべての倍音信号を第２の音響再生器１１２で再生できるので、音色の斑なく倍音信号を再生できる。したがって、より一層高音質で豊かな低音を再生できる。また、人の聴覚の感度が比較的高い高音域の倍音信号を再生しないため、倍音信号そのものが知覚されることを抑制できる。

また、上記各実施の形態では、第１のフィルタ、第２のフィルタ及び第３のフィルタを備えたが、これらのフィルタを必ずしも備えなくてもよい。例えば、第３のフィルタを用いることなく音声信号から第２の音響再生器の低周波数側のカットオフ周波数未満の特定周波数を抽出できれば、音響装置は第３のフィルタを備えなくてもよい。

また、上記各実施の形態においては、各フィルタの通過帯域は互いに重なることのないように設定されたが、一部が互いに重なってもよいし、隣り合う通過帯域間にいずれのフィルタの通過帯域でもない周波数帯域が存在してもよい。第１の音響再生器及び第２の音響再生器の各再生帯域についても一部が重なってもよいし、再生帯域間にどちらの再生帯域でもない周波数帯域が存在してもよい。

また、以下に示す形態も、本開示の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

（１）上記の音響装置を構成する構成要素のハードウェア構成は、特に限定されないが、例えば、コンピュータで構成されてもよい。このようなハードウェア構成例について、図１８を用いて説明する。図１８は、本開示に係る音響装置の機能をソフトウェアにより実現するコンピュータ１０００のハードウェア構成の一例を示す図である。

コンピュータ１０００は、図１８に示されるように、入力装置１００１、出力装置１００２、ＣＰＵ１００３、内蔵ストレージ１００４、ＲＡＭ１００５及びバス１００９を備えるコンピュータである。入力装置１００１、出力装置１００２、ＣＰＵ１００３、内蔵ストレージ１００４及びＲＡＭ１００５は、バス１００９により接続される。

入力装置１００１は入力ボタン、タッチパッド、タッチパネルディスプレイなどといったユーザインタフェースとなる装置であり、ユーザの操作を受け付ける。なお、入力装置１００１は、ユーザの接触操作を受け付ける他、音声での操作、リモコン等での遠隔操作を受け付ける構成であってもよい。

内蔵ストレージ１００４は、フラッシュメモリなどである。また、内蔵ストレージ１００４は、音響装置１００の機能を実現するためのプログラム、及び、音響装置１００の機能構成を利用したアプリケーションの少なくとも一方が、予め記憶されていてもよい。

ＲＡＭ１００５は、ランダムアクセスメモリ（Random Access Memory）であり、プログラム又はアプリケーションの実行に際してデータ等の記憶に利用される。

ＣＰＵ１００３は、中央演算処理装置（Central Processing Unit）であり、内蔵ストレージ１００４に記憶されたプログラム、アプリケーションをＲＡＭ１００５にコピーし、そのプログラムやアプリケーションに含まれる命令をＲＡＭ１００５から順次読み出して実行する。

コンピュータ１０００は、例えば、デジタル信号からなる音声信号を、上記各実施の形態に係るフィルタ及び倍音生成器などと同様に処理して、第１の音響再生器及び第２の音響再生器に出力してもよい。また、コンピュータ１０００が、第１の音響再生器及び第２の音響再生器をさらに備えてもよい。

（２）上記の音響装置を構成する構成要素の一部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。

（３）上記の音響装置を構成する構成要素の一部は、各装置に脱着可能なＩＣカード又は単体のモジュールから構成されているとしてもよい。前記ＩＣカード又は前記モジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。前記ＩＣカード又は前記モジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、前記ＩＣカード又は前記モジュールは、その機能を達成する。このＩＣカード又はこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしてもよい。

（４）また、上記の音響装置を構成する構成要素の一部は、前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号をコンピュータで読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなどに記録したものとしてもよい。また、これらの記録媒体に記録されている前記デジタル信号であるとしてもよい。

また、上記の音響装置を構成する構成要素の一部は、前記コンピュータプログラム又は前記デジタル信号を、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。

（５）本開示は、上記に示す方法であるとしてもよい。また、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしてもよいし、前記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。

（６）また、本開示は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、前記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、前記マイクロプロセッサは、前記コンピュータプログラムにしたがって動作するとしてもよい。

（７）また、前記プログラム又は前記デジタル信号を前記記録媒体に記録して移送することにより、又は前記プログラム又は前記デジタル信号を、前記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。

（８）上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。

本開示に係る音響装置は、コスト、デザイン性重視のため十分な筐体の容量が確保できないスピーカに適用できる。本開示に係る音響装置は、省スペース、かつ、高音質な低音の再生が求められる薄型テレビ、スマートスピーカ、ポータブルスピーカなどに特に有用である。

１００、１００ａ、１００ｂ、２００、２００ａ 音響装置
１１１、１１１ａ 第１の音響再生器
１１２、１１２ａ 第２の音響再生器
１１５ アクチュエータ
１１６ 振動板
１２１、１２１ａ 第１のフィルタ
１２２、１２２ａ、２２２ 第２のフィルタ
１２３、１２３ａ、２２３ 第３のフィルタ
１３０、１３０ａ 倍音生成器
１４０ 加算器
２５０ 設定器

Claims (9)

1. 音声信号を再生する音響装置であって、
   前記音声信号のうち高音域に対応する信号の再生を担う第１の音響再生器と、
   低周波数側のカットオフ周波数から高周波数側のカットオフ周波数までの再生帯域を有し、前記音声信号のうち、前記高音域より低い中音域に対応する信号の再生を担う第２の音響再生器と、
   前記音声信号のうち前記低周波数側のカットオフ周波数未満の特定周波数に対応する基音信号に対する複数の倍音信号を生成する倍音生成器と、
   前記高音域に対応する信号を選択的に通過させて、前記第１の音響再生器に供給する第１のフィルタと、
   前記中音域に対応する信号を選択的に通過させて、前記第２の音響再生器に供給する第２のフィルタと、
   前記基音信号を選択的に通過させて、前記倍音生成器に供給する第３のフィルタとを備え、
   前記複数の倍音信号の少なくとも一部は、前記第２の音響再生器の再生帯域に含まれ、
   前記第２のフィルタは、前記特定周波数の２倍の周波数を通過させるバンドパスフィルタであり、
   前記第１のフィルタは、カットオフ周波数が前記特定周波数の２倍の周波数より大きいハイパスフィルタである
   音響装置。
2. 前記第２の音響再生器は、ウーファである
   請求項１に記載の音響装置。
3. 前記第２の音響再生器は、アクチュエータと当該アクチュエータによって駆動される前記第１の音響再生器を保持する構造体を含む
   請求項１に記載の音響装置。
4. 前記第２のフィルタ及び前記第３のフィルタの周波数特性を設定する設定器を備える
   請求項１～３のいずれか１項に記載の音響装置。
5. 前記第２のフィルタ及び前記第３のフィルタの周波数特性を設定する設定器を備え、
   前記第２の音響再生器は、アクチュエータと当該アクチュエータによって駆動される前記第１の音響再生器を保持する構造体を含み、
   前記設定器は、前記構造体に加わる付加荷重の質量に応じて、前記第２のフィルタ及び前記第３のフィルタの周波数特性を設定する
   請求項１に記載の音響装置。
6. 前記複数の倍音信号は、前記第１の音響再生器に供給されない
   請求項１～５のいずれか１項に記載の音響装置。
7. 前記複数の倍音信号は、前記第１の音響再生器の再生帯域に含まれない
   請求項１～６のいずれか１項に記載の音響装置。
8. 音声信号を再生する音響装置であって、
   前記音声信号のうち高音域に対応する信号の再生を担う第１の音響再生器と、
   低周波数側のカットオフ周波数から高周波数側のカットオフ周波数までの再生帯域を有し、前記音声信号のうち、前記高音域より低い中音域に対応する信号の再生を担う第２の音響再生器と、
   前記音声信号のうち前記低周波数側のカットオフ周波数未満の特定周波数に対応する基音信号に対する複数の倍音信号を生成する倍音生成器とを備え、
   前記複数の倍音信号の少なくとも一部は、前記第２の音響再生器の再生帯域に含まれ、
   前記複数の倍音信号は、前記第１の音響再生器の再生帯域に含まれない
   音響装置。
9. 音声信号のうち高音域に対応する信号の再生を担う第１の音響再生器と、低周波数側のカットオフ周波数から高周波数側のカットオフ周波数までの再生帯域を有し、前記音声信号のうち、前記高音域より低い中音域に対応する信号の再生を担う第２の音響再生器と、前記高音域に対応する信号を選択的に通過させて、前記第１の音響再生器に供給する第１のフィルタと、前記中音域に対応する信号を選択的に通過させて、前記第２の音響再生器に供給する第２のフィルタと、前記音声信号のうち前記低周波数側のカットオフ周波数未満の特定周波数に対応する基音信号を選択的に通過させる第３のフィルタとを用いて前記音声信号を再生する音響再生方法であって、
   前記第３のフィルタから供給される前記基音信号に対する複数の倍音信号を生成する倍音生成ステップと、
   前記複数の倍音信号の少なくとも一部を、前記第２の音響再生器で再生するステップとを含み、
   前記第２のフィルタは、前記特定周波数の２倍の周波数を通過させるバンドパスフィルタであり、
   前記第１のフィルタは、カットオフ周波数が前記特定周波数の２倍の周波数より大きいハイパスフィルタである
   音響再生方法。

Images