JPH08213862A

JPH08213862A - 音響再生装置

Info

Publication number: JPH08213862A
Application number: JP1892895A
Authority: JP
Inventors: Hideo Noda; 日出男野田; Masaichi Akiyasu; 政一秋保; Motoichiro Kikuchi; 素一郎菊地
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 1995-02-07
Filing date: 1995-02-07
Publication date: 1996-08-20
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: JP3386618B2

Abstract

(57)【要約】【目的】スピーカの共振周波数以下の低域成分をスピ
ーカに入力することなく低音を良質に再生する。【構成】ハイパスフィルタ１１とバンドパスフィルタ
１２によりオーディオ信号Ｓinを低域成分と高域成分に
分離し、周波数逓倍回路１３により低域成分のオーディ
オ信号周波数を逓倍（例えば２倍）し、合成部１７で高
域成分と周波数逓倍回路出力を合成してスピーカ側に出
力する。このように、周波数逓倍したオーディオ信号を
スピーカに入力すればスピーカは該オーディオ信号に応
じた音を正しく音響空間に放射する。心理音響的にリス
ナーは周波数逓倍信号に応じた音より基音すなわち共振
周波数ｆ₀以下の低域音声を認識できる。しかも、共振
周波数ｆ₀以下の低域成分をスピーカに入力しないため
歪のない優れた低音の再生が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスピーカより入力された
オーディオ信号に応じた音を音響空間に放射する音響再
生装置に係わり、特に低域成分、例えばスピーカの共振
周波数以下の低域成分の再生品質を向上できる音響再生
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の音響再生装置において、低音域の
再生品質を向上させる手段として、ラウドネス補償回路
や低音増強回路（グラフィックイコライザ）などが用い
られている。すなわち、これら回路により希望する周波
数帯域（低音域）の再生信号を他の周波数帯域よりも電
気的に大きくして再生し、これにより、低音域の再生品
質を向上させることが行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電気回路的には、上記
手法を取ることにより希望する周波数帯域の特性を任意
に操作することが可能である。しかし、音響再生装置に
おいて、このように加工された信号は最終的にスピーカ
に供給され、音として再生される。このため、スピーカ
のもつ電気音響変換特性を考慮しない信号の加工を行っ
ても、最終的に再生される音の品質は期待どうりに改善
されることが非常に少ない。この原因は、スピーカの持
つ共振周波数ｆ₀により支配されている。スピーカの持
つ再生周波数特性は共振周波数ｆ₀（約100Hz辺り)を境
にして大きく変化する。すなわち、共振周波数ｆ₀以下
の周波数帯域において、その再生音の音圧は著しく低下
し(図４(a)参照)、かつ再生歪が大きく増加する(図４
(b)参照)。尚、図５に詳細なスピーカのｆ特性を示す。

【０００４】このため、共振周波数ｆ₀以下の低音不足
によりイコライザにより低音域を増強すると（図４(c)
参照)、音は若干増強されるが、歪がそれ以上に増えて
再生音の品質が低下する。すなわち、グラフィックイコ
ライザやラウドネス補償回路等により、スピーカの共振
周波数ｆ₀以下の信号成分をどのように増強して供給し
ても効果的な音圧は期待できず、逆に、再生歪が増加し
てしまい再生音の品質を大きく損なってしまう。このよ
うな現象は、特に比較的共振周波数の高い小口径のスピ
ーカを用いた音響再生装置（例えば、ラジカセやテレビ
など）やスピーカを装着するいわゆるエンクロージャの
容積を十分に確保することが難しい車載用の再生装置等
において顕著に現われて来る。

【０００５】以上から本発明の目的は、低域成分、特に
スピーカの共振周波数以下の低域成分の再生品質を向上
できる音響再生装置を提供することである。本発明の別
の目的は、簡単な構成で低域成分の再生品質を向上でき
る音響再生装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、オーディオ信号を低域成分と高域成分に分離する分
離回路と、低域成分のオーディオ信号周波数を逓倍する
周波数逓倍回路と、高域成分と周波数逓倍回路出力とを
合成してスピーカ側に出力する合成部とを備えた音響再
生装置により達成される。

【０００７】

【作用】分離回路（バンドパスフィルタとハイパスフィ
ルタ）によりオーディオ信号を低域成分と高域成分に分
離し、周波数逓倍回路により低域成分のオーディオ信号
周波数を逓倍（例えば２倍）し、合成部で高域成分と周
波数逓倍回路出力とを合成してスピーカ側に出力する。
スピーカの共振周波数ｆ₀以下の低域オーディオ信号の
周波数を逓倍（例えば２倍）し、該周波数逓倍されたオ
ーディオ信号をスピーカに入力すればスピーカは該周波
数逓倍されたオーディオ信号に応じた音を正しく音響空
間に放射する。ところで、心理音響的に基音の高調波だ
けが出ていれば、基音が無くてもあたかも基音があるか
のように人間は音を感じることが実証されている。この
ため、リスナーは周波数逓倍信号に応じた音より基音す
なわち共振周波数ｆ₀以下の低域音声を認識する。この
ようにすれば、共振周波数ｆ₀以下の低域音声信号をス
ピーカに入力しないため歪がなく、しかも、心理音響的
効果により共振周波数ｆ₀以下の低域音声を認識でき、
低音の再生品質を向上することができる。

【０００８】又、周波数逓倍に要する時間分、高域成分
を遅延して周波数逓倍されたオーディオ信号と合成して
出力することにより、時間的ずれのない音を聴取するこ
とができる。更に、ゲイン可変増幅器により周波数逓倍
された音声信号のゲインを調整可能にすれば、リスナー
の好みに応じて低音を増減することができる。

【０００９】

【実施例】

(a) 本発明の原理スピーカが出せないオーディオ信号成分は無理にスピー
カに入力しない方が良い。しかし、これでは実際のオー
ディオ信号に含まれるスピーカの共振周波数f₀以下の低
域信号成分がカットされてしまい、低音を聞くことがで
きない。そこで、何らかの方法により、共振周波数以下
の低域信号成分をスピーカに入力しないで該低域信号成
分をリスナーが聞き取れるようにできれば最善である。
ところで、心理音響的に基音の高調波だけが出ていれ
ば、基音が無くてもあたかも基音があるかのように人間
は音を感じることが実証されている。例えば、基音とそ
の高調波により音色が決まるが、基音が無くても高調波
を正確に再現できれば人間はその楽器の音を正しく認識
できる。

【００１０】かかる心理音響的理論により、スピーカの
共振周波数ｆ₀以下の低域音声信号の周波数を逓倍（例
えば２倍）し、該逓倍された信号をスピーカに入力すれ
ばスピーカは正確に該信号に応じた音を音響空間に放射
し、リスナーは該逓倍信号に応じた音より基音すなわち
共振周波数ｆ₀以下の低域音声を認識する。これによ
り、リスナーは歪のない低音を認識でき、低音の再生品
質を向上できる。

【００１１】(b) 全体の構成図１は本発明の音響再生装置の構成図、図２は動作説明
図である。図１において、１１は周波数ｆc以上の通過
帯域を有するハイパスフィルタ(H.P.F)であり、周波数
ｆcは例えばスピーカの共振周波数ｆ₀（約100Hz)と一致
させる（図２(b)参照)。１２は通過帯域ｆc₁〜ｆc₂のバ
ンドパスフィルタ(B.P.F)で、高周波側の周波数ｆc₂は
スピーカの共振周波数ｆ₀（約100Hz)と一致させ、低周
波側の周波数ｆc₁は後述する周波数逓倍化率をａとすれ
ば、ｆc₁＝ｆ₀／ａとする(図２(b)参照)。すなわち、ｆc＝ｆ₀ ｆc₁＝ｆ₀／ａｆc₂＝ｆ₀ とする。

【００１２】１３はバンドパスフィルタ１２を通過した
低域音声信号の周波数をａ逓倍する周波数逓倍回路であ
り、好ましくは、ａは整数で、例えばａ＝２である。逓
倍化率ａ＝２とすると共に、スピーカの共振周波数ｆ₀
を100Hzとすれば、ｆc＝100Hz、ｆc₁＝50Hz、ｆc₂＝100
Hzとなる。１４は周波数逓倍に要する時間分、ハイパス
フィルタ１１から出力される中高域成分を遅延する遅延
回路(DELAY)、１５は周波数逓倍回路１３から出力され
る周波数逓倍されたオーディオ信号の振幅を制御するゲ
イン可変増幅器、１６は増幅器（ゲイン可変であっても
良い）、１７は合成部であり、増幅器１５，１６を介し
て入力された信号を合成してスピーカ側に出力するもの
である。

【００１３】(c) 音響再生装置の動作テーププレーヤ、ＣＤプレーヤ、ＦＭチューナ等のオー
ディオソースから出力されたフラットな周波数特性(図
２(a))を有するオーディオ信号Ｓinはハイパスフィルタ
１１とバンドパスフィルタ１２に入力する。ハイパスフ
ィルタ１１はｆc(=100Hz)以下の低音域の成分を除去
し、100Hz以上の、すなわち中低音域以上のオーディオ
信号成分を通過する。一方、バンドパスフィルタ１２は
周波数ｆc₁〜ｆc₂（＝50Hz〜100Hz)の低音域成分を抽出
して出力する（図２(c)参照)。周波数逓倍回路１３はバ
ンドパスフィルタ１２を通過した低音域成分の周波数を
ａ逓倍、例えば２倍する。これにより、元のｆc₁〜ｆc₂
（＝50Hz〜100Hz)の低音域の信号は、2ｆc₁〜2ｆc₂（＝
100Hz〜200Hz)の周波数成分を有する信号に変換される
(図２(d)参照)。以後、この周波数逓倍された信号は可
変ゲイン増幅器１５を介して合成部１７に入力する。

【００１４】一方、遅延回路１４はハイパスフィルタ１
１を通過した中高音域成分を周波数逓倍に要する時間分
遅延し、増幅器１６を介して合成部１７に入力する。合
成部１７は増幅器１５，１６を介して入力された周波数
逓倍回路１３と遅延回路１４の出力を合成し（図２(e)
参照)、合成信号Ｓoutを図示しないスピーカ側のオーデ
ィオ回路（イコライザ、電子ボリューム回路等）に入力
し、最終的にスピーカに入力する。

【００１５】心理音響的に基音の高調波だけが出ていれ
ば、基音が無くてもあたかも基音があるかのように人間
は音を感じることができる。このため、リスナーは周波
数逓倍信号に応じた音より基音すなわちスピーカの共振
周波数ｆ₀以下の低域音声を認識する。この結果、共振
周波数ｆ₀以下の低域音声信号をスピーカに入力しなく
ても、心理音響的効果により共振周波数ｆ₀以下の低域
音声を認識でき、しかも、低域音声信号をスピーカに入
力しないため歪がなく、優れた低音再生が可能となる。
又、周波数逓倍に要する時間分、高域成分を遅延して周
波数逓倍されたオーディオ信号と合成して出力すること
により、時間的ずれのない音を聴取することができる。
又、リスナーの好みに応じて低音を増減したい場合に
は、操作部にゲイン可変用のツマミを設け、該ツマミを
操作することによりゲイン可変増幅器１５のゲインを調
整して低音を増減する。

【００１６】(d) 周波数逓倍回路図３は周波数逓倍回路１３の構成図である。１３ａはバ
ンドパスフィルタ１２から出力される低音域のオーディ
オ信号成分を所定のサンプリング速度Ｓpでサンプリン
グしてデジタルデータに変換するＡＤコンバータ(AD
C)、１３ｂ，１３ｃは所定期間Ｔ毎に交互にデジタルオ
ーディオデータを時系列的に記憶する第１、第２のメモ
リ、１３ｄはＡＤコンバータ１３ａから出力されるデジ
タルデータを周期Ｔ毎に交互に第１、第２のメモリ１３
ｂ，１３ｃに振り分けるデータ振り分け部、１３ｅは周
期Ｔ毎に交互に第１、第２のメモリ１３ｂ，１３ｃから
速度Ｓpでデジタルデータを１個おきに読み出して出力
する間引き読み出し部、１３ｆは間引き読み出し部から
出力されるデジタルデータをアナログに変換するＤＡコ
ンバータ(DAC)である。

【００１７】ＡＤコンバータ１３ａは連続的にサンプリ
ング速度Ｓpで低音域のオーディオ信号成分をデジタル
データに変換し、データ振り分け部１３ｄはＡＤ変換さ
れたオーディオデータをまず第１のメモリ１３ｂに入力
して記憶させる。第１メモリ１３ｂに１周期Ｔ分のオー
ディオデータが記憶されると、間引き読み出し部１３ｅ
は、該第１のメモリ１３ｂから読み出し速度Ｓpでオー
ディオデータを１個おきに繰返し読み出し、同時に、デ
ータ振り分け部１３ｄはＡＤコンバータ１３ａからのオ
ーディオデータを第２メモリ１３ｃに格納する。間引き
読み出し部１３ｅは、１個おきにデータを繰返し読み出
すため１周期Ｔの間に２回同一データを読み出すことに
なり、オーディオデータの周波数は２倍となってＤＡコ
ンバータ１３ｆに入力する。

【００１８】１周期が終了すると、切替信号ＣＨＧが発
生し、データ振り分け部１３ｄはオーディオデータを第
１メモリ１３ｂに記憶し、一方、間引き読み出し部１３
ｅは第２メモリ１３ｃから読み出し速度Ｓpでオーディ
オデータを１個おきに繰返し読み出す。以後、かかるオ
ーディオデータの格納及び間引き読み出しが繰り返され
る。ＤＡコンバータ１３ｆは、間引き読み出し部１３ｅ
から入力されたオーディオデータを速度Ｓpでアナログ
のオーディオ信号に変換して出力する。これにより、バ
ンドパスフィルタ１２から入力された50〜100Hzの低域
のオーディオ信号は100〜200Hzの周波数成分を有する信
号に変換される。尚、第１、第２のメモリから速度２・
Ｓpでオーディオデータを連続的に読み出しＤＡ変換し
て出力するように構成することもできる。

【００１９】(e) 変形例以上では、周波数逓倍化率ａ＝２の場合について説明し
たが、２に限らず周波数を整数倍、あるいはその他の倍
数の信号に変換することもできる。又、以上では、スピ
ーカの共振周波数ｆ₀を境にオーディオ信号を低域成
分、高域成分に分離したが必ずしもｆ₀を境に分離する
必要はなく、それ以上、あるいはそれ以下の周波数で分
離することもでき、又、低域、高域の一部が重なるよう
にしてもよい。以上、本発明を実施例により説明した
が、本発明は請求の範囲に記載した本発明の主旨に従い
種々の変形が可能であり、本発明はこれらを排除するも
のではない。

【００２０】

【発明の効果】以上本発明によれば、オーディオ信号を
低域成分と高域成分に分離し、低域成分のオーディオ信
号周波数を逓倍（例えば２倍）し、高域成分と周波数逓
倍回路出力を合成してスピーカ側に出力するように構成
したから、周波数逓倍信号に応じた音より心理音響的に
低域音声を認識でき、しかも、共振周波数ｆ₀以下の低
域音声信号をスピーカに入力しないため歪のない優れた
低音を聴取でき、低音再生品質を向上することができ
る。特に、比較的低音再生能力の低いスピーカにおいて
も、簡単な構成で良質な低音再生品質を供給することが
できる。又、本発明によれば、周波数逓倍に要する時間
分、高域成分を遅延して周波数逓倍されたオーディオ信
号と合成して出力するように構成したから、時間的ずれ
のない音を聴取することができる。更に、周波数逓倍さ
れた音声信号のゲインを調整可能に構成したから、リス
ナーの好みに応じて低音を増減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の音響再生装置の構成図である。

【図２】本発明の動作説明図である。

【図３】周波数逓倍回路の構成図である。

【図４】従来の問題点説明図である。

【図５】スピーカの周波数特性の詳細図である。

【符号の説明】

１１・・ハイパスフィルタ１２・・バンドパスフィルタ１３・・周波数逓倍回路１４・・遅延回路１５・・ゲイン可変増幅器１６・・合成部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スピーカより入力されたオーディオ信号
に応じた音を音響空間に放射する音響再生装置におい
て、オーディオ信号を低域成分と高域成分に分離する分離回
路と、低域成分のオーディオ信号周波数を逓倍する周波数逓倍
回路と、高域成分と周波数逓倍回路出力を合成してスピーカ側に
出力する合成部とを備えた音響再生装置。
【請求項２】前記低域はスピーカの共振周波数以下の
帯域であり、高域は該共振周波数以上の帯域である請求
項１記載の音響再生装置。
【請求項３】前記周波数逓倍回路はオーディオ信号周
波数を整数倍する請求項１記載の音響再生装置。
【請求項４】周波数逓倍に要する時間分、前記高域成
分を遅延する遅延部を備え、前記合成部は該遅延部と周
波数逓倍回路出力を合成して出力する請求項３記載の音
響再生装置。
【請求項５】周波数逓倍された音声信号のゲインを調
整するゲイン制御回路を備えた請求項４記載の音響再生
装置。