JPS615611A - 音場補正イコライザ - 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 本発明は、一般民生用音響再生機器を用いた試聴室での
音響再生あるいは業務用拡声機器を用いたホール等の音
響再生に際して、特に反射音等が＠路上の音像定位に悪
影響を与えるような音場に適用することができる音場補
正イコライザに関するものである。

従来例の問題とその問題点 従来より、音場補正イコライザとしては周波数領域にお
ける振幅特性のみに着目し、例えば状態変数型のアナロ
グフィルタを用いたグラフィック伊 イコライザにより、振幅特性のみを平担あるいは任意の
特性に調整していたが、この方法では、位相特性が全く
考慮されていないので、音像定位品質を改善することは
不可能であった。

特に、反射音が多い音場に対してはこの問題点が顕著に
現れていた。

発明の目的 本発明は上記従来の問題点を解決するもので、音場の振
幅周波数特性のみでなく、位相周波数特性にも着目して
、理想的な音場伝送特性に補正し、受聴者が音質、音場
共に聴感上最適な受聴環境にすることができる音場補正
イ、コライザを提供することを目的とするものである。

発明の構成 本発明は、アナログ入力信号をサンプリング間隔毎にデ
ジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換手段と
、可聴帯域に分割するアナログ領域またはデジタル領域
の周波数選択フィルタと、前記各周波数選択フィルタ毎
にデジタル領域における有限インパルス応答型または、
デジタル領域における無限インパルス応答型またはアナ
ログ領域における状態変数型のフィルタを有するイコラ
イザと、前記各イコライザの出力をアナログ領域または
デジタル領域で加算する手段と、サンプリング間隔毎に
デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル−アナ
ログ変換手段とを具備し、前記アナログ−ディジタル変
換手段の出力を前記デジタル領域の各周波数選択フィル
タに入力し、前記各周波数選択フィルタの出力を前記デ
ジタル領域における前記有限インパルスＥ５答型フィル
タまたは無限インパルス応答型フィルタを有するイコラ
イザに入力し、各イコライザの出力を前記デジタル領域
で加算する手段の入力とし、前記加算する手段の出力を
デジタル−アナログ変換手段にてアナログ信号に変換し
出力信号とする構成となっておシ、これによシ振幅特性
のみならず位相特性についても理想的な音場伝送特性に
補正し、音質。

音場共に＠路上最適な受聴環境にすることができる。

実施例の説明 第１図は、本発明の第１の実施例における音場補正イコ
ライザの構成図である。第１図において、１は入力端子
、２はナイキスト周波数以下の帯域のみを通過させるア
ンチェリアジンブフィルタ、３はアナログ信号をサンプ
リング間隔でデジタル信号に変換するアナログ−ディジ
タル変換器（以下Ａ／Ｄコンバータという）、４は周波
数ｆＣ未満の周波数帯域のみを通過させるデジタルロー
パスフィルタ（デジタルＬＰＦ）、５は周波’ＩＩＫｆ
Ｃ以下の周波数帯域における音場のインパルス応答の逆
インパルス応答の係数を持つ有限インパルス応答（以下
ＦＩＲ）型デジタルフィルタ、６は周波数ｆＣ以上の周
波数帯域のみを通過させるデジタルバイパスフィルタ（
デジタルＨＰＦ）、了はり、８はデジタル加算器、９は
デジタル信号をアナログ信号に変換するディジタル−ア
ナログ変換器（以下Ｄ／Ａコンバータという）、１ｏは
Ｄ／Ａコンバータ９の出力に含まれるナイキスト周波数
以上の高調波を取り除くクロック除去フィルタである。

次にＦＩＲデジタルフィルタ部について説明する。

一般に音響系を含めて伝送系の理想的な特性は振幅特性
が平坦で、位相特性が直線であるむだ時間要素のみの伝
送特性である。ところが一般の音場再系生においては、
電気音響変換器は勿論、壁の反射音等により最小位相系
でないのが通常である。しかも通常は多チヤンネル伝送
系である事が多く、各チャンネル間の位相差２時間差の
補正まで行なうためには時間軸上におけるたたみ込みを
利用したＦＩＲ型デジタルフィルタを用いる手法が最適
である。つまり音場のインパルス応答を測定し、その逆
インパルス応答を最小２乗法にて求め、その解をＦｌ、
Ｒ型デジタルフィルタの係数に設定する。

第２図にＦＩＲ型デジタルフイルタ５の構成図を示す。

第２図において、ｆｐは入力端子、２ａ０〜２ａｎは各
々Ａｏ−Ａｎの係数と入力信号との乗算を行なうデジタ
）ｖ乗算器、３ｂ１〜３ｂｎは入力信号を１サンプリン
グ間隔の時間だけ遅延させるデジタル遅延素子、１３は
各乗算器２ａ１〜２ａｎの出力を加算するデジタル加算
器、１４は出力端子を示している。

先に述べた音場の逆インパルス応答そのものをこの人１
〜Ａｎの係数に設定することにより補正誤差の２乗和が
最小になるという意味で最適々音場補正が行なわれる。

しかしこのＦＩＲ型フィルタの欠点は、係数の数が多い
と乗算の数が増えるため、ハードウェアの負担が大きく
なる、あるいは乗算器の速度には上限があるためにサン
プリング周波数の上限及び係数の数の上限があることで
ある。

この欠点をなくすために、ひるかえって人間の聴覚心理
に基づいた考察を加える事により、＠６的には全く影響
なくハードウェア規模の軽減、あるいは規模を一定にし
た場合は、能力２機能の向上をはかることができる。

つまり人間工学的見地から人間の頭部の両耳最大間距離
は約２２５ｍｍであり、この長さが％波長になるに等し
い周波数的Ｏ９了５ｋＨｚにおいて左右方向から到来し
た音波によって受聴者は逆相感を得ることになり、到来
方向が左右方向からずれるか、周波数が高くなると逆相
感は減少する。

つまり少なくとも０．７５ｋ）ｈ以上についてはどの方
向からの音も人間の位相弁別能力が低下することは理論
的に考えられ、実験的にも確認された。

第３図は、音場の２音源の位相と振幅を変化させた時に
受聴者に音像の移動を感じさせる、偏位角Ｐと振幅比Ｒ
を各周波数毎に測定したもので、Ｈａ　Ａｒｅｒｓｏｎ
　、　　Ｆｅｄｄｅｒｓｏｎ　による実験結果であ、ｌ
）１、下記文献に示されている。

（新版聴覚と音声、工学博士　三浦種敏監修電子通信学
会、Ｐ２Ｏ２，図２．ｆＣ７　（ａ）　）この結果によ
ると位相の偏位による音像移動への心理的効果は高域に
なる程減少し、一方振幅比による効果は低域は殆んど感
じられないが高域になる程顕著に現れてきている。さら
にこの両者の効果が約り付近で交叉していることからこ
の周波数をｆ、　　とし、前記人間工学的見地から求め
られた周波数的０．７５ｋｌｂをｆＰ　とすれば、先に
述べたＦＩＲ型デジタルフィルタの帯域の上限周波数ｆ
ＣはｆＰからｆ、の間の周波数に選ぶことが妥当だと考
えられる。

つまり ｆＰ　＜ｆＣ＜ｆｉ となるようなｆＣに対し、ｆＣ未満の周波数帯域につい
ては位相、振幅特性を同時に補正可能なＦＩＲ型デジタ
ルフィルタを用い、ｆＣ以上の周波数帯域については聴
感上振幅補正のみで十分補正効果があり、逆にその方が
、イコライザ装置全体の規模が小さく、かつ聴覚心理の
点からも効果的な補正が可能となる。

つまりｆＣ以上の周波数帯域については振幅補正のみで
充分心理的効果があるために、遅延段数あるいはフィル
タ係数の数が少ないＬＬＲ型デジタルフィルタを用いる
ことができる。第４図に一般的なＬＬＲ型デジタルフィ
ルタの構成図を示している。

第４図において、１５は入力端子、１６は入力レベル調
整用係数のデジタル乗算器、１７．１８はデジタル加算
器、４ａ１〜”ｍは掃還用の係数のデジタル乗算器、６
ａ１〜５ａｍはデジタル遅延素子、６ａ１〜”ｍは非帰
還用の係数のデジタル乗算器である。

通常ｍは２次で十分に任意の２次共振特性が得られる。

次に第２の実施例について第５図とともに説明する。

第５図において、２０は入力端子、２１はマンチェリア
ジングフィルタ、２２はＡ／Ｄコンバータ、２３はＦＩ
Ｒ型デジタルフィルタ、２４はＤ　／　Ａ−ｙンバータ
、２５はクロック除去フィルタ、２６はアナログＨＰＦ
、２７はアナログ領域における状態変数型バンドパスフ
ィルタを用いた状態変数型イコライザ、２８はアナログ
加算器、２９は出力端子である。

第１図に示す第１の実施例との相逮点はｆ　以上の周波
数帯域に対しては先に述べた１、　Ｌ、　Ｒ型デジタル
フィルタと全く同じ機能を生じさせるもの　　　　　　
　　１である。

以上のように木実−例によれば、反射音を有する音場に
おいて電気音響変換器の特性をも含めて、伝送特性の振
幅部が平坦に補正されるので音質が改善される効果があ
シ、また聴感上影響力の大きいｆＣ以下の周波数帯域に
おいては直線位相に補正されるので複数チャンネルの伝
送系では、音像定位の質の大巾な改善が行なわれる効果
があり、また単一チャンネルの伝送系の場合でも位相直
線補正の効果は過渡的あるいは衝撃音の再生時には聴感
上効果がある。

例えばＭａｔｈａｓとＭｉｌｌｅｒは、同一スペクトル
で成分音の位相関係が異なる場合の音色が聴感上判別で
きることを報告している。

発明の効果　　　　　・ 以上のように本発明は、反射音を有する音場において電
気的音響変換器の特性をも含めて、伝送特性の振幅部が
平坦に補正されるので音質が改善される効果があり、ま
た聴感上影響力の大きい周波数帯域においては直線位相
に補正されるので、複数チャンネルの伝送系では、音像
定位の質の大巾な改善が行なわれる効果があり、また単
一チャンネルの伝送系の場合でも位相直線補正の効果は
過渡的あるいは衝撃音の再生時には＠路上効果がある。

【図面の簡単な説明】

゛第１図は本発明の第１の実施例における音場補正イコ
ライザのブロック図、第２図は同ＦＩＲ型デジタルフィ
ルタの構成図、第３図は聴覚心理の点から位相と振幅の
効果を説明するための特性図、第４図は本実施例のＬ　
１．　Ｒ型デジタルフィルタの構成図、第６図は同第２
の実施例のブロック図である。 ′１・・・・・・入力端子、２・・川・マンチェリアジ
ングフィルタ、３・・・・・・Ａ／Ｄコンバータ、４・
山・・デジタルローパスフィルタ、６・旧・・ＦＩＲ型
デジタルフィルタ、６・・・・・・デジタルバイパスフ
ィルタ、７・・・・・・１．　Ｉ、Ｒ型デジタルフィル
タ、８・川・・デジタル加算器、９・・・・・・Ｄ／Ａ
コンバータ、ｆＣ・川・・クロック除去フィルタ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）アナログ入力信号をサンプリング間隔毎にデジタ
   ル信号に変換するアナログ−ディジタル変換手段と、可
   聴帯域を２つ以上の帯域に分割するアナログ領域または
   デジタル領域の周波数選択フィルタと、前記各周波数選
   択フィルタ毎にデジタル領域における有限インパルス応
   答型または、デジタル領域における無限インパルス応答
   型または、アナログ領域における状態変数型のフィルタ
   を有するイコライザと、前記各イコライザの出力をアナ
   ログ領域またはデジタル領域で加算する手段と、サンプ
   リング間隔毎にデジタル信号をアナログ信号に変換する
   デジタル−アナログ変換手段とを具備し、前記アナログ
   −ディジタル変換手段の出力を前記デジタル領域の各周
   波数選択フィルタに入力し、前記各周波数選択フィルタ
   の出力を前記デジタル領域における前記有限インパルス
   応答型フィルタまたは無限インパルス応答型フィルタを
   有するイコライザに入力し、各イコライザの出力を前記
   デジタル領域で加算する手段の入力とし、前記加算する
   手段の出力をデジタル−アナログ変換手段にてアナログ
   信号に変換し出力信号とする音場補正イコライザ。
2. （２）アナログ入力信号の一部を前記アナログ領域の周
   波数選択フィルタに入力し、前記周波数選択フィルタの
   出力に状態変数型のフィルタを有するイコライザを接続
   し、その出力信号をディジタル−アナログ変換手段の出
   力信号と加算して出力信号とする特許請求の範囲第１項
   記載の音場補正イコライザ。
3. （３）入力信号の周波数帯域内において任意の周波数ｆ
   ＿Ｃを選択し、ｆ＿Ｃ未満の各周波数選択フィルタの出
   力には有限インパルス応答型フィルタを有するイコライ
   ザを接続し、ｆ＿Ｃ以上の周波数選択フィルタの出力は
   無限インパルス応答型フィルタを有するイコライザまた
   は状態変数型のフィルタを有するイコライザを接続して
   なる特許請求の範囲第１項記載の音場補正イコライザ。
4. （４）受聴者の両耳間最大距離がその波長の半分に等し
   くなる周波数をｆ＿ｐとし、ｆ＿ｐ以上で入力信号帯域
   上限までの周波数帯域内で任意の周波数ｆ＿ｉを選択し
   前記ｆ＿Ｃを ｆ＿Ｃ＜ｆ＿ｐ＜ｆ＿ｉ に選択する特許請求の範囲第３項記載の音場補正イコラ
   イザ。
5. （５）ｆ＿Ｃ以下の周波数帯域の音場の反射音を含むイ
   ンパルス応答の逆インパルス応答を有限インパルス応答
   型デジタルフィルタの係数に等しく設定する特許請求の
   範囲第３項記載の音場補正イコライザ。
6. （６）ｆ＿Ｃ以上の周波数において、音場の伝送振幅特
   性の逆特性となるようにデジタル領域における無限イン
   パルス応答型デジタルフィルタまたは、アナログ領域に
   おける状態変数型フィルタの係数を設定することを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の音場補正イコライザ
   。
7. （７）無響室における複数音源の音場において、各音源
   毎の位相差の影響による受聴者が感じる音像定位のずれ
   の弁別能力と、各音源毎の振幅差による音像定位のずれ
   の弁別能力とが等しくなる周波数をｆ＿ｉとする特許請
   求の範囲第４項記載の音場補正イコライザ。