JPH10285685A - 音響再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、帰還信号の位相回りを押さえ、安
定度の高い音響再生装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 入力信号の印加される入力補正部６の出
力を減算器７に供給し、減算器７の出力が供給される電
力増幅器８の出力を密閉型スピーカシステム９に供給
し、マイク１０の出力をマイクアンプ１１を介して距離
補正部１２、補正部１３を介して減算器に供給するよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は音響帰還回路を備え
た音響再生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、スピーカ再生音の改善法として、
スピーカの動きを検出し駆動アンプに負帰還を掛けるい
わゆるモーショナルフィードバックが知られているが、
実際の音ではなく振動により補正を掛けているため誤差
があり、また検出方法や原理上、ウーハの限られた帯域
にしか実用化されていない。これに対して実際の再生音
により帰還をかける音響帰還は検出誤差が少なく、検出
位置を発音源に近接させれば、帰還帯域も広げることが
できる。

【０００３】図１５に音響帰還の一般的なブロック図を
示す。図１５において、入力信号は減算器１に入力さ
れ、この減算器１の出力を電力増幅器２で増幅してスピ
ーカ３に供給され、スピーカ３から入力信号に応じた再
生音が発せられる。このスピーカ３の前にはマイク４が
設けられて、スピーカ３の再生音を検出し、その検出信
号はマイクアンプ５で増幅されて減算器１に入力される
ように構成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スピー
カの負荷は低域と高域両者において、インピーダンス成
分により位相が回るため、マイク４での検出信号をその
まま帰還信号として用いると、この部分で帰還の余裕率
が無くなり発振を起こし易く、実用化は困難であった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の音響再生装置は、入力信号を設ける減算器
と、この減算器の出力を増幅する電力増幅器と、この電
力増幅器の出力を再生するスピーカと、再生音を検出す
るマイクと、マイク信号を増幅するマイクアンプと、マ
イクアンプの出力を補正する補正部と、補正部の出力を
上記減算器に入力するように構成し、補正部により位相
補正を行うことにより帰還が安定して掛けられ広帯域に
わたる帰還効果が得られるものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、入力信号を入力する減算器と、この減算器の出力を
増幅する電力増幅器と、この電力増幅器の出力を再生す
るスピーカと、再生音を検出するマイクと、マイク信号
を増幅するマイクアンプと、マイクアンプの出力を補正
する補正部とからなり、補正部の出力は、上記減算器に
入力される構成とした音響再生装置であり、補正を掛け
た帰還信号により音響帰還を掛けるという作用を有す
る。

【０００７】請求項２に記載の発明は、入力信号と減算
器との間に入力信号を補正する入力補正部を設けた請求
項１に記載の音響再生装置であり、音質調整回路やフィ
ルタなどで入力信号がすでに位相が平坦でなくなってい
る時に入力信号に補正をかけ、以降の帰還動作を安定さ
せるという作用を有する。

【０００８】請求項３に記載の発明は、マイクアンプと
補正部との間にマイクと音源との距離にかかる特性を補
正する距離補正部を設けた請求項１または２に記載の音
響再生装置であり、音源からの距離による高い周波帯域
の位相回りを距離補正部は補正して帰還動作を安定させ
るという作用を有する。

【０００９】請求項４に記載の発明は、補正部の出力と
減算器の出力とを加減算する加減算器を設け、補正部の
出力の代わり加減算器の出力を減算器のもう一方に入力
する構成とした請求項１〜３のいずれか１つに記載の音
響再生装置であり、補正部の出力をそのまま帰還せずに
一旦減算器の出力と差を取りその結果の誤差を帰還する
ため、帰還のループが二重となり安定度を増すという作
用を有する。

【００１０】請求項５に記載の発明は、Ｎ個の加減算器
を設け、第一の加減算器は補正部の出力と減算器の出力
とを加減算し、以降の加減算器は一つ前の加減算器の出
力と減算器の出力を加減算するように構成し、補正部の
出力の代わりに第Ｎの加減算器の出力を減算器のもう一
方に入力するようにした請求項１〜３のいずれか１つに
記載の音響再生装置であり、帰還のループがＮ＋１重と
なり、安定度が増すという作用を有する。

【００１１】請求項６〜８に記載の発明は、スピーカが
それぞれのエンクロージャ型のスピーカシステムで構成
された請求項１に記載の音響再生装置であり、補正部の
特性をそれぞれの型に特有の位相変化に合わせること
で、それぞれの型に最適な補正部が得られ帰還の安定度
が増すという作用を有する。

【００１２】請求項９に記載の発明は、補正部を入力信
号に対するマイクアンプ出力の位相特性を平坦化する位
相イコライザで構成した請求項１に記載の音響再生装置
であり、位相回りを補正するイコライジングをすること
で帰還の安定度を増すという作用を有する。

【００１３】請求項１０に記載の発明は、位相イコライ
ザをアナログ回路で構成した請求項９に記載の音響再生
装置であり、アナログのイコライザ回路を用いて簡便に
補正部を実現し、帰還の安定度を増すという作用を有す
る。

【００１４】請求項１１に記載の発明は、位相イコライ
ザをデジタル回路で構成した請求項９に記載の音響再生
装置であり、デジタルのイコライザ回路を用いてアナロ
グでは困難な特性を含め補正部を実現し、帰還の安定度
を増すという作用を有する。

【００１５】請求項１２に記載の発明は、位相イコライ
ザを負性抵抗を含む回路で構成した請求項９に記載の音
響再生装置であり、一般の位相回りと逆回転の特性を得
るに有効な素子を含めたことでより正確な補正が行え、
帰還の安定度が増すという作用を有する。

【００１６】請求項１３に記載の発明は、位相イコライ
ザを直線位相回路を含む回路で構成した請求項１２に記
載の音響再生装置であり、同様に帰還の安定度が増すと
いう作用を有する。

【００１７】請求項１４に記載の発明は、距離補正部を
直線位相回路を含む回路で構成したものであり、確実な
距離の補正が行えることになる。

【００１８】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図１４を用いて説明する。 （実施の形態１）図１に本発明の実施の形態１の構成図
を示す。入力信号は入力補正部６の入力端子に入力さ
れ、入力補正部６の出力は減算器７に供給され、減算器
７の出力は電力増幅器８の入力端子に供給され、電力増
幅器８の出力は密閉型スピーカシステム９の入力端子に
供給され、マイク１０は密閉型スピーカシステム９の前
面に置かれ、マイク１０の出力はマイクアンプ１１の入
力端子に供給され、マイクアンプ１１の出力は距離補正
部１２の入力端子に供給され、距離補正部１２の出力は
補正部１３の入力端子に供給され、補正部１３の出力は
減算器７のもう一方の入力端子に供給されている。

【００１９】一般に入力信号は、音質調整回路などの影
響を受けその周波数特性は図２に示すように、振幅特
性、位相特性ともに平坦では無く、後段での処理を考え
て入力補正部６により、振幅特性に極力影響を与えない
ようにして位相特性を補正する。

【００２０】入力補正部６の具体的回路としては図３
（ａ），図４（ａ）に示す帯域ブースト回路や、減衰量
固定型フィルタ回路がある。図３（ａ）の回路構成は、
オペアンプ１４の入力信号を非反転入力に接続し、反転
入力と信号アース間に抵抗１５を、また反転入力と出力
間に抵抗１６と共振部の並列回路を接続し、共振部は抵
抗１７、インダクタ１８、コンデンサ１９の直列回路か
ら構成されている。

【００２１】図４（ａ）の回路構成は入力と出力間に抵
抗２０を接続し、出力と信号アース間に抵抗２１を接続
し、さらに同じく抵抗２２とコンデンサ２３の直列回路
を接続した構成としている。

【００２２】図３（ａ）の回路では、図３（ｂ）のグラ
フに示すように、中心周波数を境に位相進みと位相遅れ
を得ることができる。また図４（ａ）の回路は、図４
（ｂ）に示すように一定量位相が変化した後、また元に
戻る特性を持っているが、いずれも振幅特性まで変化し
てしまうため用い方には注意を有する。

【００２３】図５（ａ），図６（ａ）は移相回路で入力
端とオペアンプ２４の反転入力間に抵抗Ｒｇを接続し、
反転入力と出力間に抵抗Ｒｆを接続し、図５（ａ）では
入力端と非反転入力間にコンデンサＣを接続し、非反転
入力と信号アース間に抵抗Ｒを接続し、図６（ａ）では
コンデンサＣと抵抗Ｒの接続が入れ替わった構成として
いる。

【００２４】これらの回路では図５（ｂ），図６（ｂ）
に示すように振幅特性に影響を与えず位相特性を変える
ことができ、一次の回路なので１８０度進み、または１
８０度遅れが得られる。ともに位相の変化方向は、周波
数の増加に対し右下がりである。一般の回路において
は、つねに右下がりの特性となることが多く、右上がり
の位相特性を得るためには、例えば図６（ａ）の抵抗Ｒ
について負荷抵抗を用いることで、まったく逆の特性を
得ることができる。

【００２５】図７に負性インピーダンス変換器を用いた
負性抵抗の一例を示す。入力端とオペアンプ２５の出力
間に抵抗Ｒ₁を接続し、オペアンプ２５の反転入力は入
力端に接続され、オペアンプ２５の出力と非反転入力間
に抵抗Ｒ₂を接続し、オペアンプ２５の非反転入力と信
号アース間にインピーダンスＺＬを接続した構成となっ
ている。

【００２６】この回路において入力端から見た回路の入
力インピーダンスは Ｚｉｎ＝−（Ｒ１／Ｒ２）×ＺＬ となるため、インピーダンスＺＬを抵抗とすれば負性抵
抗が得られる。図８（ａ），（ｂ）は右上がりの位相特
性をもつデジタル移相回路の例で、入力端と加算器ａｄ
２の入力間に乗算器ｈ１を接続し、加算器ａｄ２の出力
と加算器ａｄ１の入力間に遅延素子Ｔを接続し、加算器
ａｄ１の出力と出力端間に乗算器ｈ２を接続し、入力端
は加算器ａｄ１の入力に、出力端は加算器ａｄ２の入力
端に接続されるように構成されている。

【００２７】図９はＦＩＲデジタル回路の一例である。
遅延素子Ｔを複数個用いて入力を遅延し、接続上、前後
対称位置にある遅延素子Ｔの出力どうしを加算器＋乗算
器ｈで加算し係数倍したのち、これらの和を取る構成と
なっている。

【００２８】この回路において、インパルス応答を対称
に設定することで、直線位相特性を得ることができ、ア
ナログ回路では不可能な補正が可能となる。

【００２９】例えば、位相補正を目的として補正した結
果、振幅特性に影響がでた場合、この振幅特性の逆特性
をもつ直線位相ＦＩＲフィルタを用いることで、振幅特
性を元に戻しつつ所望の位相補正特性を得ることができ
る。

【００３０】すなわち今回の入力補正としては図１０
（ａ）〜（ｄ）に示すように低域と高域に右上がり特性
の移相回路、中域に帯域ブースト回路で逆位相特性を作
り補正する、帯域ブースト回路による振幅特性変化は直
線位相をもつＦＩＲフィルタで元に戻すようにする。

【００３１】次に図１に示すように入力補正部６の出力
は減算器７に入力されるが、減算器７のもう一方の入力
には後述する帰還信号が入力され、負帰還の掛かった信
号が出力される。次に電力増幅器８に入力され増幅され
た後、密閉型スピーカシステム９に入力される。スピー
カとして密閉型のエンクロージャの場合は図１１
（ａ），（ｂ）に示すように再生音は低域で位相が進
み、高域は遅れる。

【００３２】図１１（ａ）はスピーカのコーンネック部
基準に補正測定したとき、図１１（ｂ）は補正せずに測
定したときである。図１１（ｂ）は測定位置までの距離
のため高域の位相がさらに回っていることがわかるがこ
れは距離による遅れによるもので、即ち位相のずれが周
波数に対して比例変化する直線位相ずれが生じているた
めである。そこで、ＦＩＲフィルタにより逆の直線位相
特性をかけることで補正が可能となる。

【００３３】スピーカ再生音を受けたマイク１０の出力
はマイクアンプ１１に入力され増幅された後、距離補正
部１２に入力される。

【００３４】距離補正部１２に入力された信号は前述の
ように音源部とマイク１０との距離による高域の位相遅
れを補正するよう図１２（ａ），（ｂ）に示すようにオ
ペアンプ２６、コンデンサＣ₁，Ｃ₂、抵抗Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ
_a，Ｒ_bよりなる２次の右上がり移相回路等により補正さ
れ、次に補正部１３に入力される。

【００３５】補正部１３では純抵抗ではなくインピーダ
ンス成分をもつスピーカ負荷のため、再生上生じた位相
回りを補正すべく図１１（ａ）の逆位相特性を前述の位
相イコライジング手法を用いることで、補正を行う。

【００３６】次に補正部１３の出力は減算器７のもう一
方の入力端子に入力され、その結果入力補正部の出力に
負帰還が掛けられることになる。

【００３７】帰還信号は上記種々の補正部により、位相
回りが押さえられているため、広い帯域に対して安定し
た帰還動作が得られる。このため従来、不安定であるた
め狭帯域で浅くしか掛けられなかった音響帰還におい
て、広帯域に十分掛けられることが可能となり、負帰還
動作の効果である歪みの改善、応答性の改善、音圧周波
数特性の改善等が実際の再生音に対して十分適用され、
その効果は大なるもので有る。

【００３８】（実施の形態２）図１３は帰還を多重とし
た実施の形態の一例である。

【００３９】入力信号は減算器２７の入力端子に入力さ
れ、減算器２７の出力は電力増幅器２８の入力端子に入
力され、電力増幅器２８の出力はスピーカ２９の入力端
子に入力され、マイク３０はスピーカ２９の前面に置か
れ、マイク３０の出力はマイクアンプ３１の入力端子に
入力され、マイクアンプ３１の出力は第一の加減算器３
２ａの入力端子に接続され、もう一方の入力端子には減
算器２７の出力が入力され、加減算器３２ａの出力は次
の第二の加減算器３２ｂの入力端子に入力され、もう一
方の入力端子には減算器２７の出力が入力され、以下同
様に第Ｎの加減算器３２ｎまで接続され、最後の第Ｎの
加減算器３２ｎの出力については、減算器２７のもう一
方の入力に接続されている。

【００４０】減算器２７の入力に入力信号と帰還信号が
入力されるため入力信号は減算器２７において負帰還が
掛けられる。

【００４１】減算器２７の出力は電力増幅器２８にて増
幅され、接続されたスピーカ２９により音響再生され
る。再生音を受けたマイク３０の出力はマイクアンプ３
１により信号増幅され、補正部に入力される。補正部の
出力は第一の加減算器３２ａに入力され、ここでもう一
方の入力である減算器２７の出力と加減算される。

【００４２】減算器２７の加算か減算かは、最後の減算
器にて負帰還となる方を選び、同様に第Ｎの加減算器３
２ｎまで接続されて、第Ｎの加減算器３２ｎの出力が帰
還信号として減算器２７に加えられる。

【００４３】前述のことから、補正部による帰還の安定
性向上は明らかであるが、ここでは多重化による帰還の
安定性向上について図１４を用いて説明する。

【００４４】図１４中、Ｇ（ｓ）はスピーカ再生まで
の、Ｈ（ｓ）はマイクから補正部までの伝達関数であ
る。ただしスピーカとマイクとの間は理想的に一対一と
している。

【００４５】加減算器の符号を図のようにすると、入力
Ｖｉに対する出力Ｖｏ（スピーカ出力）は、 Ｖｏ／Ｖｉ＝Ｇ（ｓ）／［（Ｎ＋１）＋Ｇ（ｓ）×Ｈ
（ｓ）］ となる。

【００４６】多重でないＮがゼロの場合 Ｖｏ／Ｖｉ＝Ｇ（ｓ）／［１＋Ｇ（ｓ）×Ｈ（ｓ）］ であるが、再生系で位相が反転した場合 Ｇ（ｓ）＝−
１とすると、 Ｖｏ／Ｖｉ＝−１／［１−Ｈ（ｓ）］ となり、全帰還を掛けたとき、Ｈ（ｓ）＝１とすると無
限大となり発振してしまう。

【００４７】しかるに多重の場合には Ｖｏ／Ｖｉ＝−１／［（Ｎ＋１）−Ｈ（ｓ）］ となり、Ｎ＋１倍の余裕があり発振にはならない。

【００４８】このように本実施の形態２では補正部によ
る効果に加え、多重帰還による効果により、さらに安定
性が増している。

【００４９】帰還信号は補正部により、位相回りが押さ
えられるとともに多重帰還により、さらに安定度が増し
ており、帰還が十分掛けられることが可能となり、負帰
還動作の効果である歪みの改善、応答性の改善、音圧周
波数特性の改善等が実際の再生音に対して十分適用さ
れ、その効果は大なるもので有る。

【００５０】なお、実施の形態１におけるスピーカシス
テムは密閉型であるが、バスレフ型やケルトン型など他
の方式においても同様にそれぞれの位相回りに合わせれ
ば良い。

【００５１】また、補正部の回路はこの例以外にも他の
より複雑な方式が考えられ、特性もより変化のあるもの
とすることができる。また実施の形態２における多重帰
還の掛け方は、他にも加減算器の比較信号を減算器出力
の代わりに電力増幅器出力としたり、あるいはより複雑
なものとすることは可能である。

【００５２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば種々の補
正部を設けて帰還信号の位相回りを押さえ、また帰還を
多重化することにより安定度の高い音響再生装置を構成
することができ、その効果は大なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態の音響再生装置のブ
ロック図

【図２】入力信号の周波数特性図

【図３】（ａ）帯域ブースト回路の回路図 （ｂ）同特性図

【図４】（ａ）減衰量固定型フィルタの回路図 （ｂ）同特性図

【図５】（ａ）移相回路の回路図 （ｂ）同特性図

【図６】（ａ）移相回路の回路図 （ｂ）同特性図

【図７】負性抵抗の回路図

【図８】（ａ）デジタル移相回路の回路図 （ｂ）同特性図

【図９】ＦＩＲデジタル回路の回路図

【図１０】（ａ）〜（ｄ）入力信号補正部の特性を示す
説明図

【図１１】（ａ），（ｂ）スピーカの周波数特性を示す
特性図

【図１２】（ａ）距離補正用の移相回路を示す回路図 （ｂ）同特性図

【図１３】本発明の実施の形態２の音響再生装置のブロ
ック図

【図１４】多重帰還の一般ブロック図

【図１５】一般的な音響帰還の従来例を示すブロック図

【符号の説明】

６ 入力補正部 ７，２７ 減算器 ８，２８ 電力増幅器 ９ 密閉型スピーカシステム １０，３０ マイク １１，３１ マイクアンプ １２ 距離補正部 １３ 補正部 ２９ スピーカ ３２ａ〜３２ｎ 加減算器

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号を入力する減算器と、この減算
   器の出力を増幅する電力増幅器と、この電力増幅器の出
   力を再生するスピーカと、再生音を検出するマイクと、
   マイク信号を増幅するマイクアンプと、マイクアンプの
   出力を補正する補正部とからなり、補正部の出力は上記
   減算器に入力される構成とした音響再生装置。
2. 【請求項２】 入力信号と減算器との間に入力信号を補
   正する入力補正部を設けた請求項１に記載の音響再生装
   置。
3. 【請求項３】 マイクアンプと補正部との間にマイクと
   音源との距離にかかる特性を補正する距離補正部を設け
   た請求項１または２に記載の音響再生装置。
4. 【請求項４】 補正部の出力と減算器の出力とを加減算
   する加減算器を設け、補正部の出力に代わり加減算器の
   出力を減算器のもう一方の入力に接続した請求項１，
   ２，３のいずれか１つに記載の音響再生装置。
5. 【請求項５】 Ｎ個の加減算器を設け、第一の加減算器
   は補正部の出力と減算器の出力とを加減算し、以降の加
   減算器は一つ前の加減算器の出力と減算器の出力を加減
   算するよう構成し、補正部の出力の代わりに第Ｎの加減
   算器の出力を減算器のもう一方の入力に接続した請求項
   １，２，３のいずれか１つに記載の音響再生装置。
6. 【請求項６】 スピーカが密閉型のエンクロージャのス
   ピーカシステムで構成された請求項１に記載の音響再生
   装置。
7. 【請求項７】 スピーカがバスレフ型エンクロージャの
   スピーカシステムで構成された請求項１に記載の音響再
   生装置。
8. 【請求項８】 スピーカがケルトン型エンクロージャの
   スピーカシステムで構成された請求項１に記載の音響再
   生装置。
9. 【請求項９】 補正部または入力補正部、または距離補
   正部は入力信号に対する帰還信号の位相特性の平坦化を
   目的とする位相イコライザで構成された請求項１に記載
   の音響再生装置。
10. 【請求項１０】 位相イコライザはアナログ回路で構成
    された請求項９に記載の音響再生装置。
11. 【請求項１１】 位相イコライザはデジタル回路で構成
    された請求項９に記載の音響再生装置。
12. 【請求項１２】 位相イコライザは負性抵抗を含む回路
    で構成された請求項９に記載の音響再生装置。
13. 【請求項１３】 位相イコライザは直線位相回路を含む
    回路で構成された請求項１２に記載の音響再生装置。
14. 【請求項１４】 距離補正部は直線位相回路を含む回路
    で構成された請求項４に記載の音響再生装置。