JPH01238299A - スピーカ用周波数特性補正装置および補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、スピーカの周波数特性を補正する方法に関
するものである。

（従来の技術）　　　　　− 従来、この種の方法としては、先ず、音源信号としてホ
ワイト・ノイズなどの規正用信号を用いて、スピーカの
周波数対振幅特性を、このスピーカ前面に対向配置した
マイクロホンにより一旦測定し、この測定結果から逆特
性を算出し、更に、逆フーリエ変換算の計韓処理を施し
てデジタル・フィルタに設定するのに必要なパラメータ
（係数）を導出し、このパラメータを設定したデジタル
・フィルタを音源信号とスピーカとの間に挿入接続して
中央処理装置（ＣＰＵ）でコントロールし、スピーカの
周波数特性の平坦化を試みるものが知られていた。

（発明が解決しにうとする課題） ところが、この従来方法に於いては、デジタル・フィル
タに設定するパラメータの算出ホ１１定系と、音源信号
をデジタル・フィルタで処理し増幅拡声する音響再生系
とが各々独立しているのが普通であり、測定系と再生系
との信号処理をリアル・タイムで成し１ｑないという問
題点があった。又、測定系で用いる規正用信号としては
、ホワイト・ノイズ等平坦な周波数対振幅特性を有する
特殊な信号が必要であり、これを使わなければ、引算機
シミュレーションの段階で特性をフラットにする為の係
数が導出出来ないという問題点があった。

この発明は、前述の問題点を解決する為に成されたもの
であり、その目的とするところは、測定系と再生系とを
ループ結合し、適応型デジタル・フィルタを用いて適応
信号処理を施す様にすることにより、特殊な規正用信号
を使用しないで、信号処理の即時化と精度向上、及び特
性の自動補正等が可能なスピーカ用周波数特性補正方法
を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前）本の目的を達成するためのこの発明の要旨は、スピ
ーカの前面にマイクロホンを配置し、このスピーカと音
源信号が供給される音源信号入力端子部との間に適応型
デジタル・フィルタを挿入接続し、この音源信号を前記
スピーカと前記マイクロホン間の音波伝播時間に前記適
応型デジタル・フィルタのインパルス・レスポンスの２
分の１時間長を加算した時間だ（プ信号遅延回路部で遅
延さけ、この遅延させた音源信号を所望の周波数特性に
対応したパラメータが設定された特性設定部を通し、こ
の特性設定部の出力信号と前記マイクロホンの出力信号
との誤差をとり出してその誤差情報信号を前記適応型デ
ジタル・フィルタ部に供給し、この誤差情報１言号埴を
２乗してその平均値が最小になる様に前記適応型デジタ
ル・フィルタ部で自己調整し、前記スピーカの周波数特
性を補正する事を特徴とするスピーカ用周波数特性補正
方法に存する。

（作用） この様に構成されており、特性設定部に所望の周波数特
性を設定してＪ３いて、音源信号でスピーカをドライブ
すると、誤差検出部で検出された誤差情報（＠号に基づ
いて、適応型デジタル・フィルタ部で）８応信号処理制
御が行われる。この適応制御が完了すると、適応型デジ
タル・フィルタ部は特性設定部に設定された特性を加味
した、スピーカの周波数特性の逆特性になる。そして、
適応型デジタル・フィルタ部を含んだスピーカの特性は
、特性設定部に設定した特性と等しくなる。

例えば、周波数特性が平坦になる様に特性設定部に設定
しておけば、音源信号入力端子部からスピーカ出力信号
までの特性は、周波数特性がフラットになる。

この際、適応型デジタル・フィルタ部に設定するパラメ
ータの算出測定系と、音源信号の音響再生系とをループ
結合制御とすることにより、リアル・タイムでの適応Ｎ
ｉ１ｌ　ｌｉｔが成される。

又、音源信号とスピーカ出力信号との誤差を検出し、適
応型フィルタを用いて適応制御を施する様にすることに
より、規正用信号として、通常の音声信号や音楽信号を
使って信号処理制御が行なわれる。

加えて、適応信号処理技術を適用することにより、周波
数特性が簡単に高精度で自動等化補正される。

（実施例） 次に、この水明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、スピーカ用周波数特性補正方法による装置の
ブロック図である。第１図に於いて、音源信号が印加さ
れる音源信号入力端子部１０、適応型デジタル・フィル
タ部１１、スピーカ駆動用電力増幅器１２、スピーカ１
３が直列に接続されている。

そして、マイクロホン１４がスピーカ１３前而のｉｎ［
ｌ軸上に対向配置され、音響空間で結合している。この
マイクロホン１４と音源信号入力端子部１０との間に、
信号遅延回路部１５、所望の周波数特性を設定するため
伝達関数をセット調整する特性設定部１６、この特性設
定部１６とマイクロホン１４との出力信号の誤差を検出
して、その誤差情報信号を適応型デジタル・フィルタ部
１１に供給する誤差検出部１７が、それぞれ順に接続さ
れている。

信号遅延回路部１５の遅延時間は、スピーカ１３とマイ
クロホン１４間の音波伝播時間に、適応型デジタル・フ
ィルタ部１１のインパルス・レスポンスの２分の１時間
艮を加えた時間に設定されている。

適応型デジタル・フィルタ部１１は、誤差検出部１７か
ら１４だ誤差情報信号値を２乗した平均値が最小になる
様に、フィルタの振幅・位相周波数特性を自己調整する
、いわゆる最小平均２東誤差法を達成する構成となって
いる。

特性設定部１Ｇの伝達関数を１（周波数領域）に寸れば
、適応型デジタル・フィルタ部１１の特性は、スピーカ
１３の特性の逆特性となり、全体として平坦な特性とな
る。

第２図は、この発明の他の実施例に対応したシステム・
ブロック図である。第２図に於いて、有限インパルス応
答型（ＦＩＲ）フィルタ部１８と適応型デジタル・フィ
ルタ部１９とを有し、更に、相りに連動する第１の゛切
替えスイッチ２０と第２の切り替えスイッチ２１とをそ
なえていることが、第１図示の実施例によるブロック図
と異なっている。

そして、適応型デジタル・フィルタ部１９からＦＡＲフ
ィルタ部１８に係数がコピーされる様になっている。

デジタル・フィルタ１８・１つに設定すべき係数の口出
測定時は、第１・第２の切り替えスイッチ２０・２１を
接点ａ側に切り替えた状態で、例えば数秒乃至２〜３分
間適応動作をさせる。適応動作を完了した時点で、切り
替えスイッチ２０・２１を接点す側に切り替えると共に
、算出された係数を適応型フィルタ部１９から、ＦＩＲ
フイルク部１日にコピーするマスター・スレーブ方式の
構成となってＪ−３つ、この状態で音源信号の音響再生
動作をする。

第３図に、誤差検出部１７を含めた適応型デジタル・フ
ィルタ部１１・１９のブロック図を示す。

主要人力として切り替えスイッチ２０・２１の接点ａに
於ける信号が入力され、参照入力として、誤差検出部１
７の信号遅延回路部１５側の信号が入力され、誤差出力
される様になっている。

そして、これ等入出力信号は、１６ビツトの直線量子化
機能を受は持つアナログ・デジタル信号変換部（Ａ／Ｄ
）２２、デジタル・アナログ信号変換部２３、及び上位
下位８ピツ１へ・セレクタ２４を介して、８ビツト・デ
ータ・バス・ライン２５に接続供給される様になってい
る。

このバス・ライン２５には、入力信号と誤差情報信号の
信号処理を実行する１６Ｘ２４ビット乗算器を持つ少数
個のデジタル・シグナル・プロセッサ部２６、主として
シグナル・プロセッサ部２６の制御用でＲＯＭ　／　Ｒ
Ａ　Ｍ内蔵の８ビツト・マイクロ・プロセッサ・ユニッ
ト部２７が接続されている。

このプロセッサ・ユニット部２７には、プログラマブル
であるパラメータ設定スイッチ部２８が接続され、ここ
に前述の最小平均２乗誤差法による適応信号処理をする
のに必要なパラメータや、サンプリング周波数、フィル
タ・タップ数、利得定数その他初期設定パラメータがセ
ットされている。

なお、サンプリング周波数データをパラメータ設定スイ
ッチ部２８から受は取って、各部に同明信号を供給する
同期信号発生部２９を有している。

第６図乃至第９図に、第２図示の装置で実験した結果得
られた特性の一例を示す。このとき、スピーカとして口
径３８センチメートルのウーハを用い、サンプリング周
波数は８キロヘルツ、周波＄　（’ｔ）域は３．４キロ
ヘルツを対象とし、デジタル・フィルタ部１８・１９は
２５６タツプとし、特性設定部１６の伝達関数は１′″
として特性平坦化を試みた。

第４図は、適応制御を行なう前にスピーカ１３から１メ
ー１〜ル離れた位首で設定したスピーカ１３の振幅・位
相周波数特性を示している。図中、実線が振幅特性、点
線が位相特性である（以下同じ）。

白色ノイズを音源信号入力として、十分な時間適応制御
を行なった後の特性を第５図に示す。

一般にスピーカ１３はマルチ・モードの？Ｊｌ！Ｉｔな
振動体であり、広帯域にわたって平坦な特性を実現しよ
うとすることは原理的に困難である。

しかし、第４図と第５図の特性を比較してみると明らか
な様に、第４図の複雑な起伏を持つ線形系の周波数特性
が、第５図の機幅位相特性の如く、１００ヘルツから３
キロヘルツ付近まで、高精度で平坦化されていることが
わかる。

ここで、３．４キロヘルツ付近で約５デシベルなどの特
性の傾きがあるが、これは△／Ｄ、Ｄ／Ａのそれぞれ前
後に位置するアナログ・［１−バス・フィルタの影響で
ある。即ち、本方式では、このアナログ・ローパス・フ
ィルタの影響を取り除く事により、第４図及び第５図以
上の高精度の補正周波数特性が１ｑられるのである。

次に、実用時を想定してスピーカ１３の開口面にマイク
ロホン１４を位置させた場合の適応前と適応後の周波数
特性を、第６図と第７図に示す。

これからも同様に、周波数平坦化の作用効果が確Ｎ２　
Ｌ／　Ｉ！Ｊる。

更に、音源信号として白色ノイズ以外のものを用いた例
として、ボーカル入りロック音楽（３分３０秒間）で適
応動作させた結果を第８図に、その音楽信号の長時間ス
ペクトルを第９図に、それぞれ示す。

第７図と第８図の特性を比較すると、周波数対振幅・位
相特性平坦化の作用効果はほぼ等しく、音楽信号による
適応動作が有効に成されていることがわかる。

このほかに、男性アナウンス信号やクラシック音楽信号
などでも実験を行なった結果、同様に平」１１化の効果
が確認された。

なお、平坦特性以外でも予め特性設定部１６に設定して
おくことによって、所望の特性が１ｑられる。

（発明の効果） 前ｊホの通りこの発明によれば、周波数（横軸）対振幅
・位相（縦軸）特性を所望の特性になる揉部時に自動等
化補正する事が出来ると共に、自然の音源信号（音声、
音楽）を用いる事が出来、しかも、高精度で特性の自動
補正を達成する事が出来るという顕著な効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による装置のブ［］ツク図
、第２図は他の実施例に対応したシステム・ブロック図
、第３図は誤差検出部を含めた適応型フィルタ部のブロ
ック図、第４図乃至第９図は実験結果の１例を示す周波
数特性図である。 １０・・・音源信号入力端子部、１１・１つ・・・適応
型フィルタ部、１３・・・スピーカ、１４・・・マイク
ロホン、１５・・・信号遅延回路部、１６・・・特性設
定部、１７・・・誤差検出部、１８・・・有限インパル
ス応答型（ＦＩＲ）フィルタ部、２０・２１・・・切り
替えスイッチ部。 第１図 第４図 （ｒｌｌソ ノ、ｌｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スピーカの前面にマイクロホンを配置し、このス
   ピーカと音源信号が供給される音源信号入力端子部との
   間に適応型デジタル・フィルタを挿入接続し、前記スピ
   ーカと前記マイクロホン間の音波伝播時間に前記適応型
   デジタル・フィルタのインパルス・レスポンスの２分の
   １時間長を加算した時間だけ信号遅延回路部で音源信号
   を遅延させ、この遅延させた音源信号を所望の周波数特
   性に対応したパラメータが設定された特性設定部を通し
   、この特性設定部の出力信号と前記マイクロホンの出力
   信号との誤差をとり出してその誤差情報信号を前記適応
   型デジタル・フィルタ部に供給し、この誤差情報信号値
   を２乗してその平均値が最小になる様に前記適応型デジ
   タル・フィルタ部で自己調整し、前記スピーカの周波数
   特性を補正する事を特徴とするスピーカ用周波数特性補
   正方法。