KR20120101186A - 음향 시스템 - Google Patents

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KR20120101186A
KR20120101186A KR1020107027965A KR20107027965A KR20120101186A KR 20120101186 A KR20120101186 A KR 20120101186A KR 1020107027965 A KR1020107027965 A KR 1020107027965A KR 20107027965 A KR20107027965 A KR 20107027965A KR 20120101186 A KR20120101186 A KR 20120101186A
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KR1020107027965A
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아키라 야수다
준-이치 오카무라
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트라이젠스 세미컨덕터 가부시키가이샤
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Abstract

디지털 필터와 재생 음역이 상이한 디지털 스피커로 구성되는 복수의 스피커 중 어느 하나로 디지털 신호를 출력하는 복수의 디지털 변조기를 구비하는 음향 시스템에 있어서, 상기 디지털 필터는, 입력되는 디지털 음성신호를, 복수의 주파수대역의 디지털 음성신호로 변환하고, 상기 복수의 주파수대역의 디지털 음성신호 각각을, 상기 복수의 디지털 변조기 중 어느 하나로 출력하고, 상기 복수의 디지털 변조기의 각각은, 입력되는 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매칭 쉐이핑을 실시한 디지털 신호를, 디지털 스피커로 출력하고, 상기 디지털 변조기 각각이 출력하는 디지털 신호의 비트수는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 음향 시스템을 제공한다.

Description

음향 시스템{ACOUSTIC PLAYBACK SYSTEM}
본 발명은 디지털 신호를 아날로그 음성으로 직접 변환하는 디지털 음향 시스템에 관한 것이다. 특히, 멀티웨이(multi-way)형의 디지털 음향 시스템 및 그 어플리케이션에 관한 것이다.
디지털 신호를 아날로그 음성으로 직접 변환하는 디지털 아날로그 변환 장치로서 WO2007/135928a1가 제안되고 있다. WO2007/135928a1에는, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 회로와, 상기 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일(유니트)을 이용하여 디지털 신호를 아날로그 음성으로 직접 변환하는 시스템이 개시되고 있다. 이러한 시스템을, 이하에서는 디지털 음향 시스템이라 칭한다.
이러한 디지털 음향 시스템은, 아날로그 전기신호로 스피커를 구동하고 있던 아날로그 음향 시스템에 비해, 시스템의 소비 전력이 작다는 특징이 있다. 이와 더불어, 복수의 스피커 또는 복수의 구동 유니트(코일 등)를 사용 함으로써, 종래 하나의 스피커 또는 단일의 구동 유니트를 사용한 아날로그 음향 시스템에 비해 저전압으로 큰 음압을 출력하는 것이 가능하다.
한편, 복수의 음역(주파수대역)을 담당하는 상이한 스피커 장치를 조합하여 구성하는 음향 시스템이 알려져 있다. 이러한 음향 시스템은 멀티웨이형의 음향 시스템이라 칭한다. 이러한 음향 시스템에서는, 스피커를 구동하는 아날로그 신호를, 아날로그 LCR 필터를 사용한 네트워크 회로를 사용하여 상이한 주파수대역용의 아날로그 신호를 생성한 후에 스피커를 구동하고 있다. 따라서, 디지털 음향 시스템을 이용하여 멀티웨이형의 음향 시스템을 구성하기 위해서는 한 번 디지털 음성신호를 아날로그 신호로 변환한 후에, 네트워크 회로를 통해 각각의 대역의 아날로그 신호로 변환하고, 또한 디지털 신호로 변환하고 나서 디지털 음향 시스템에 입력하여야 한다. 이 때문에, 종래의 멀티웨이형의 음향 시스템은, 복잡한 구성을 갖게 되는 문제를 가지고 있다.
도 1에, 아날로그 신호로 구동되는 스피커 장치(아날로그 스피커)를 사용한 멀티웨이형의 아날로그 음향 시스템의 대표적인 종래예를 도시한다. 아날로그 음성 신호(101)는, 아날로그 증폭 장치(102)에 의해 전력 증폭된 스피커 구동용의 아날로그 구동 신호(103)로 변환되고, 아날로그 RLC 필터 회로로 구성된 네트워크 회로(104)에 의해, 복수의 주파수대역에 따른 아날로그 신호(105a?105n)로 분배된 후에, 복수의 상이한 음역을 담당하는 스피커(106a~106n)에 입력된다. 이러한 시스템은, 아날로그 앰프와 복수의 음역을 담당하는 스피커를 사용한 멀티웨이형의 아날로그 음향 시스템의 전형적인 실시형태다.
아날로그 스피커를 사용한 멀티웨이형의 아날로그 음향 시스템의 상이한 종래예를 도 2에 도시한다. 디지털 음성신호(201)는, 디지털 필터(202)에 의해 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호(203a~203n)로 분배된다. 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호는, 복수의 디지털 아날로그 변환 장치(204a~204n)에 의해, 복수의 주파수대역에 따른 복수의 아날로그 신호(205a~205n)로 변환된다. 그리고, 복수의 아날로그 증폭 장치(206a~206n)에서 전력 증폭된 복수의 아날로그 구동 신호(207a~207n)에 의해, 복수의 상이한 음역을 담당하는 스피커(208a~208n)를 구동한다. 이 종래예에서는, 복수의 상이한 음역을 담당하는 스피커마다 디지털 아날로그 장치나 증폭 장치를 필요로 하는 단점이 있다. 그러나, 디지털 신호 처리에서 필터를 실현 가능하게 함에 따라, 다양한 대역 특성을 실현 할 수 있기 때문에 고급 오디오 등에서 사용되고 있다. 이러한 시스템은, 소위 바이드라이브 방식 멀티웨이형의 아날로그 음향 시스템의 전형적인 실시형태다.
디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 회로와, 상기 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일(유니트)로 구성되는 디지털 음향 시스템을 이용하여, 멀티웨이형의 디지털 음향 시스템을 구성하는 예를 도 3에 도시한다. 디지털 음성신호(301)는, 디지털 아날로그 변환 장치(302)에 의해 일단 아날로그 신호(303)로 변환된 후에, 아날로그 RLC 필터 회로로 구성된 네트워크 회로(304)에 의해, 복수의 주파수대역에 따른 아날로그 신호(305a~305n)로 분배된다. 각각의 아날로그 신호는, 복수의 아날로그 디지털 변환 장치(306a~306n)에 의해, 복수의 주파수대역에 따른 디지털 음성신호(307a~307n)로 재차 변환된다. 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로(308a~308n)에 의해, 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호로의 변환을 실시하고, 복수의 상이한 음역을 담당하는 복수의 코일을 가지는 스피커(310a~310n)로 입력한다. 이와 같이 아날로그 회로로 구성되어 있는 멀티웨이형의 음향 시스템을 WO2007/135928a1 등에 개시한 디지털 음향 시스템과 단순하게 조합하면 구성요소가 많아진다고 하는 문제점이 있다.
특허 문헌 1 : WO2007/135928A1
이상 설명한 것처럼, 디지털 음성신호로부터 생성된 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일로 구성되는 디지털 음향 시스템을 이용한 멀티웨이형의 디지털 음향 시스템을 구축하는 경우, 네트워크 회로를 이용한 아날로그 방식의 멀티웨이 구성을 이용하면 구성요소가 많아진다고 하는 문제점이 있다. 구성요소가 증가하면 구성요소 각각으로 전력이 소비되기 때문에, 디지털 음향 시스템의 특징인 저소비 전력 특성을 살리는 것은, 해당 시스템으로 불가능하다. 하지만 고음질의 음향 재생을 위해서는, 재생 음역 특성에 맞춘 복수의 스피커를 조합한 음향 시스템이 필수이다.
일반적으로 고음질의 음향 시스템에는, 재생 음역이 상이한 스피커 특성에 맞춘 음향 시스템을 구축할 필요가 있다. 디지털 음향 시스템을 이용한 음향 시스템에서도, 재생 음역에 맞춘 디지털 음향 시스템을 복수 조합하여 구축하는 것이 필요하다. 그러나, 지금까지, 디지털 음향 시스템을 이용한 음향 시스템, 특히 멀티웨이형의 음향 시스템의 구체적인 구성에 관한 제안은 없었고, 디지털 음향 시스템의 저소비 전력 특성을 살리면서, 고음질의 음향 재생이 가능한 음향 시스템을 구축하는 것은 곤란했다.
본 발명의 일 실시형태로서 디지털 필터와, 재생 음역이 상이한 디지털 신호에 의해 구동되는 스피커로 구성되는 복수의 스피커 중 어느 하나로 디지털 신호를 출력하는 복수의 디지털 변조기를 가지는 음향 시스템이 제공된다. 이 음향 시스템에서는, 상기 디지털 필터는, 입력되는 디지털 음성신호를, 상기 복수의 스피커의 재생 음역에 대응하는 복수의 주파수대역의 디지털 음성신호로 변환하고, 상기 복수의 주파수대역의 디지털 음성신호 각각을, 상기 복수의 디지털 변조기 중 어느 하나로 출력하고, 상기 복수의 디지털 변조기의 각각은, 입력되는 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매칭 쉐이핑을 실시하여 변조한 디지털 신호를, 상기 입력되는 디지털 음성신호의 주파수대역에 대응하는 재생 음역의 상기 스피커로 출력하고, 상기 디지털 변조기 각각이 출력하는 디지털 신호의 비트수는 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일 실시형태로서 제1 디지털 필터와, 제2 디지털 필터와, 제1 디지털 변조기와, 제2 디지털 변조기와, 제3 디지털 변조기를 가지는 음향 시스템이 제공된다. 이 음향 시스템에서는, 상기 제1 디지털 필터는, 입력되는 제1 디지털 음성신호를 고주파수대역의 제2 디지털 음성신호와 저주파 대역의 제3 디지털 음성신호로 변환하고, 상기 제2 디지털 필터는, 입력되는 제4 디지털 음성신호를 고음 주파수대역의 제5 디지털 음성신호와 저주파 대역의 제6 디지털 음성신호로 변환하고, 상기 제1 디지털 변조기는, 상기 제2 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매칭 쉐이핑을 실시하여 제1 스피커로 출력하고, 상기 제2 디지털 변조기는, 상기 제5 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매칭 쉐이핑을 실시하여 제2 스피커로 출력하고, 상기 제3 디지털 변조기는, 상기 제3 디지털 음성신호와 상기 제 6 디지털 음성신호를 가산 처리하고, 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매칭 쉐이핑을 실시하여 제3 스피커로 출력한다.
본 발명의 다른 일 실시형태로서, 제1 디지털 필터와, 제2 디지털 필터와, 제3 디지털 필터와, 제1 디지털 변조기와, 제2 디지털 변조기와, 제3 디지털 변조기를 구비하는 음향 시스템이 제공된다. 이 음향 시스템에서는, 상기 제1 디지털 필터는, 입력되는 제1 디지털 음성신호를 제1 대역의 제2 디지털 음성신호로 변환하고, 상기 제2 디지털 필터는, 입력되는 제3 디지털 음성신호를 제2 대역의 제4 디지털 음성신호로 변환하고, 상기 제3 디지털 필터는, 상기 제1 디지털 음성신호와 상기 제3 디지털 신호를 가산 처리한 신호로부터 상기 제1 음역 또는 상기 제2 음역보다도 낮은 주파수대역의 제5 디지털 음성신호로 변환하고, 상기 제1 디지털 변조기는, 상기 제2 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매치 쉐이핑을 실시하여 제1 스피커로 출력하고, 상기 제2 디지털 변조기는, 상기 제4 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매치 쉐이핑을 실시하여 제2 스피커로 출력하고, 상기 제3 디지털 변조기는, 상기 제5 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매치 쉐이핑을 실시하여 제3 스피커로 출력한다.
본 발명의 다른 일 실시형태로서, 입력되는 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 실시하여 디지털 신호를 출력하는 ΔΣ 변조 회로와 상기 ΔΣ 변조 회로가 출력하는 디지털 신호에 미스매치 쉐이핑을 실시하여, 복수 비트의 디지털 신호 중 일부의 비트 신호 각각을 복수의 스피커 중 어느 하나로 출력하는 미스매치 쉐이핑 회로를 구비하는 음향 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 일 실시형태로서, 디지털 음성신호가 입력되어 복수의 스피커 중 어느 하나로 디지털 신호를 출력하는 복수의 디지털 신호 처리 회로와, 상기 복수의 디지털 신호 처리 회로 각각의 파라미터를 제어하는 제어부를 구비하는 음향 시스템이 제공된다. 이 음향 시스템에서는, 상기 복수의 디지털 신호 처리 회로 각각은, 입력되는 상기 디지털 음성신호로부터 소정 주파수 대역의 디지털 음성신호를 필터하여, 노이즈 쉐이핑과 미스매치 쉐이핑을 실시하고, 상기 제어부는, 상기 복수의 디지털 신호 처리 회로가 필터하는 주파수대역과, 노이즈 쉐이핑의 오버 샘플링 비와, 미스매치 쉐이핑의 차수 중 어느 하나 이상의 파라미터를 제어한다.
본 발명의 다른 일 실시형태로서, 디지털 음성신호가 입력되어 복수의 주파수 대역의 디지털 신호를 출력하는 디지털 필터와, 디지털 신호에 의해 구동되는 스피커로 구성되는 복수의 재생 음압이 상이한 스피커 중 어느 하나로 디지털 신호를 출력하는 복수의 디지털 변조기를 구비하는 음향 시스템이 제공된다. 이 음향 시스템에서는, 상기 디지털 변조기 각각이 출력하는 디지털 신호의 비트수는 서로 다르다.
본 발명의 다른 일 실시형태로서, 입력되는 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매치 쉐이핑을 실시하여 변조한 복수 비트의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조기와, 상기 디지털 신호의 복수의 비트 신호가 공급되는 복수의 코일을 갖는 스피커를 구비하고, 상기 복수의 코일은, 각각의 비트 신호가 공급되는 코일이 축 주위에 하나의 층을 형성하고, 전체적으로 축방향에 수직인 방향으로 겹쳐져 감겨 있는 것을 특징으로 하는 스피커 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 일 실시형태로서, 입력되는 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매치 쉐이핑을 실시하여 변조한 복수 비트의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조기와, 상기 디지털 신호의 복수의 비트 신호가 공급되는 복수의 코일을 갖는 스피커를 구비하고, 상기 복수의 코일은, 코일축 주위에 복수의 층을 형성하고, 인접하는 층에서는 층의 양단부의 코일을 제외하고 1개씩 위치가 어긋나 있는 것을 특징으로 하는 스피커 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 일 실시형태로서, 제1 디지털 음성신호가 입력되는 복수의 스피커이며, 각각의 스피커는, 입력되는 복수의 디지털 신호를 합성하여 출력하는 복수의 스피커 각각에 제1 디지털 신호를 출력하는 제1 디지털 변조기와, 제2 디지털 음성신호가 입력되고 상기 복수의 스피커 각각에 제2 디지털 신호를 출력하는 제2디지털 변조기를 갖는 음향 시스템이며, 상기 제 1 및 제2 디지털 변조기 각각은, 입력되는 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매치 쉐이핑을 실시하여 변조한 디지털 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 음향 시스템이 제공된다.
본 발명에 의하면, 디지털 음성신호로부터 생성된 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일로 구성되는 디지털 음향 시스템을 이용한 음향 시스템의 구성요소를 증가시키지 않고 구축하는 것이 가능해진다. 또한, 디지털 음향 시스템의 본래의 낮은 소비전력 특성을 살리면서, 고음질의 음향 재생이 가능해지는 음향 시스템을 구축하는 것이 가능해진다.
도 1은 아날로그 RLC 필터의 네트워크 회로를 사용한 멀티웨이형의 아날로그 음향 시스템의 구성도이다.
도 2는 디지털 필터 회로를 사용한 바이드라이브 방식 멀티웨이형의 아날로그 음향 시스템의 구성도이다.
도 3은 아날로그 RLC 필터의 네트워크 회로와 디지털 음향 시스템을 조합한 멀티웨이형의 디지털 음향 시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는, 디지털 필터 회로를 사용한 바이드라이브 방식 멀티웨이형의 디지털 음향 시스템의 구성도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 디지털 필터 회로를 사용한 바이드라이브 방식 멀티웨이형에 사용되는 디지털 변조 회로의 내부 회로의 구성도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 디지털 변조 회로의 내부 회로에 사용되고 있는 후치필터의 기능 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템 구성도이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템 구성도이다.
도 8b은 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템 구성도이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템 구성도이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템 구성도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템 구성도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 디지털 변조 회로의 내부 회로의 구성도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 디지털 변조 회로로 이용되는 리타이밍 회로의 동작 파형과 회로 구성도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템 구성도이다.
도 14a는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 디지털 필터 회로를 사용한 바이드라이브 방식 멀티웨이형에 사용되는 디지털 변조 회로의 내부 회로의 일례도이다.
도 14b는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 디지털 변조 회로의 내부 회로에 사용되고 있는 후치필터의 구성의 일례도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는, 디지털 변조 회로의 내부 회로와 리타이밍 회로의 회로 구성과의 일례도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 디지털 변조 회로에 이용되는 멀티 비트 ΔΣ 변조기의 내부 회로의 구성의 일례도이다.
도 17a는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템에 사용되는 복수의 코일을 가지는 스피커의 구성도이다.
도 17b은 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템에 사용되는 복수의 코일을 가지는 스피커의 보이스 코일의 구성도이다.
도 17c는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템에 사용되는 복수의 코일을 가지는 스피커의 보이스 코일의 감는 방법의 일례도이다.
도 17d는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템에 사용되는 복수의 코일을 가지는 스피커의 보이스 코일의 감는 방법의 다른 일례도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템 구성도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템 구성도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템에 이용되는 스피커의 구성도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템에 이용되는 스피커의 구성도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템 구성도이다.
도 23a는 본 발명의 일 실시형태와 관련되는 음향 시스템 구성도이다.
도 23b는 본 발명의 일 실시형태에 이용할 수 있는 복수의 음원에 대응한 복수의 코일을 가지는 스피커의 구성의 일례도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명을 몇 개의 실시형태로서 설명한다. 또한, 본 발명은 이러한 실시형태에 한정하지 않고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변형을 시행하여 실시하는 것이 가능하다.
도 3에 도시한 아날로그와 디지털의 조합시의 과제를 해결하는 제안으로서, 디지털 필터 신호 처리 블록으로 고역용의 디지털 신호와 저역용의 디지털 신호로 분할한 후에, 각각의 신호를 재생하기 위해서 디지털 아날로그 변환 장치를 복수 채널로서 병렬로 설치 함으로써, 주파수대역 마다 최적인 디지털 음향 시스템에서 음성을 재생하는 것이 고려될 수 있다.
도 4에, 상기 디지털 음향 시스템을 사용한 바이드라이브 방식의 음향 시스템의 제1 실시형태에서의 구성도를 도시한다. 디지털 음성신호(401)는, 디지털 필터(402)에 의해 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호(403a~403n)로 분배된다. 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호는, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로(404a~404n)에 의해, 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호(405a~405n)로 변환되고, 복수의 상이한 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(406a~406n)를 구동한다. 도 4에 도시하는 디지털 음향 시스템의 구성은, 도 1에 도시한 멀티웨이형의 아날로그 음향 시스템과 유사하다. 그러나, 도 4에 도시하는 음향 시스템의 구성요소의 수는, 도 2에 도시한 바이드라이브형의 멀티웨이형의 아날로그 음향 시스템의 구성요소의 수보다 적다.
아울러, 도 4에서는, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로(404a~404n)는 동일한 회로에 의해 구성할 수 있다. 이와 같이 구성했을 경우에는, 복수의 디지털 신호(405a~405n) 각각은, 동일한 비트수가 된다. 그러나, 이에 따라, 후술과 같은, 스피커 등으로 재생되는 주파수대역에 따라 상이한 비트수의 디지털 신호가 공급되지 않기 때문에, 소비 전력을 줄이는 것은 곤란해진다.
도 5a에, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로(404a~404n)의 구성의 일례를 도시한다. 디지털 음성신호(501)는 멀티 비트 ΔΣ 변조기(502)에 의해, n비트의 디지털 신호(503)로 변환된다. n비트의 디지털 신호는, 포매터(504)에 의해 m개의 온도계 코드(505)로 변환된 후에, 후치필터(506)에 의해 복수의 코일(유니트)을 디지털 구동 신호(507)로 변환된다. 후치필터는 복수의 코일(유니트)을 구동할 때에 문제가 되는 복수의 코일(유니트) 간의 제조 어긋남에 기인하는 노이즈를 미스매칭 쉐이핑법에 의해 제거한다.
도 5b에는, 디지털 변조 회로에 이용되는 후치필터(506)의 구성의 일례를 도시한다. m개의 온도계 코드(505)는, 복수의 코일(유니트) 간의 제조 어긋남에 기인하는 노이즈를 미스매칭 쉐이핑법으로 제거하기 위해서 선택 회로(510)에 입력된다. 선택 회로(510)에서는, 선택 회로(510)의 출력을 지연 소자와 가산기로 구성된 적어도 2개 이상의 적분 회로(511a, 511b)에 의해 출력 신호(507)의 사용 빈도를 계산하고, 사용 빈도가 작은 순서로 출력 신호(507)를 선택하도록 동작한다.
도 6에, 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일로 구성되는 음향 시스템의 본 발명의 제2 실시형태에서의 구성도를 도시한다. 디지털 음성신호(601)는, 디지털 필터(602)에 의해 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호(603a~603n)로 분배된다. 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호는, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 다른 디지털 변조 회로(604a~604n)에 의해, 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호(605a~605n)로 변환되고, 복수의 상이한 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(606a~606n)를 구동한다. 여기서, 디지털 신호(605a~605n)의 비트수는 각각이 상이한 비트수이며, 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(606a~606n)는, 담당하는 음역에 따라 상이한 비트수의 디지털 신호(605a~605n)로 구동되고 있다.
도 6에 도시한 본 발명의 제2 실시형태에서는, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 상이한 디지털 변조 회로(604a~604n)에 의해 구성되어 있다. 이러한 구성을 취함으로써, 각각의 음역에 최적한 비트수의 디지털 신호를 생성하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 디지털 음향 시스템의 본래의 저소비 전력 특성을 살리면서, 고음질의 음향 재생이 가능해지는 음향 시스템을 구축하는 것이 가능해진다. 이하, 본 발명의 실시형태가 가져오는 효과에 관해서 설명한다.
도 5a에 도시한 것처럼, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로는, 멀티 비트 ΔΣ 변조기(502)와 포매터(504)와 후치필터(506)에 의해 구성되어 있다. 여기서, 입력된 디지털 신호는, 포매터를 통해서 원하는 비트수의 디지털 신호에 재합성될 때에, 양자화 노이즈가 생긴다. 멀티 비트 ΔΣ 변조기는, 이 양자화 노이즈를, 노이즈 쉐이핑법에 의해 가청 범위 이상의 주파수로 분포시키는 기능을 제공하고 있다. 멀티 비트 ΔΣ 변조기를 이용하여 양자화 노이즈를 높은 주파수로 분포시키기 위해서는, 음성 디지털 신호의 샘플링 주파수 이상의 주파수로 오버 샘플링 할 필요가 있다.
ΔΣ변조 회로와 오버 샘플링을 사용한 디지털 변조에 의한 노이즈 쉐이핑법을 이용하여, 디지털 신호를 재생 함으로써 발생하는 양자화 잡음을 가청 범위 이상의 주파수대역으로 이동하는 것은, 예컨대, "Over sampling Delta-Sigma Data Converters" IEEE Press 1991 ISBN 0-87942-285-8에 나타나고 있다. 상기 문헌의 pp. 7의 (22) 식에는 오버 샘플링비와 변조기의 차수에 대해서 노이즈 쉐이핑 되는 잡음의 강도의 관계가 나타나 있다. 일반적으로 노이즈 쉐이핑법에 의해, 양자화 잡음의 실효 강도는, L를 ΔΣ 변조기의 차수로 했을 경우, 오버 샘플링비를 2배로 할 때에 3(2L+1)dB 저하한다. 따라서, 양자화 잡음을 줄이기 위해서는 오버 샘플링비를 높이거나, ΔΣ 변조기의 차수를 올리지 않으면 안 된다.
역으로 말하면, 만약 필요한 가청 주파수의 상한이 낮아도 상관없으면, ΔΣ 변조 회로와 오버 샘플링을 사용한 디지털 변조에 의한 노이즈 쉐이핑에 필요한 변조기의 차수나 오버 샘플링의 주파수의 요구를 완화 할 수 있게 된다. 저역 재생 전용의 디지털 음향 시스템의 경우, 디지털 음성신호를 디지털 필터에 의해, 예컨대 500 Hz보다 고역의 음성 정보를 감쇠시킬 수 있다. 디지털 음성신호에 본래 포함되어 있는 가청 주파수는, 예컨대 콤팩트 디스크에서의 품질의 경우, 20 KHz 이하이므로, 저역 재생 전용의 디지털 음향 시스템에서는, 500 Hz/20 KHz=1/40이나 낮은 주파수의 정보를 재생 할 수 있으면 좋게 된다. 즉 필요한 오버 샘플링비를 충분히 낮게 해도 500 Hz까지의 사이에서는 충분한 SNR를 획득하는 것이 가능해진다. 이때의 양자화 잡음은 500 Hz보다 상기의 가청 주파수 영역에도 분포하지만, 저역 재생 전용의 스피커 자체가 그 영역의 음성을 재합성 할 수 없으면 양자화 노이즈가 재생될 일은 없다.
이와 같이, 저역 재생 전용의 디지털 음향 시스템에서는, 필요한 오버 샘플링비를 충분히 낮게 하는 것이 가능하다. 디지털 회로의 소비 전력은 동작 주파수에 비례하기 때문에, 오버 샘플링비가 반이 되면, 디지털 음향 시스템의 신호 처리에 필요한 소비 전력도 반이 된다.
한편, 오버 샘플링비는 바꾸지 않고 변조기의 차수를 내리는 것도 가능하다. 저역 재생 전용의 디지털 음향 시스템에 필요한 멀티 비트 ΔΣ 변조기의 차수를 내림으로써, 필요한 디지털 회로의 규모를 작게 하는 것이 가능해진다. 디지털 회로의 소비 전력은 회로 규모에 비례하기 때문에, 필요한 디지털 회로의 규모가 작아지면 디지털 음향 시스템의 신호 처리에 필요한 소비 전력도 작아지고, 노이즈 쉐이핑 특성이 완화되어 고역의 잡음이 감소한다.
동일하게, 중고역 재생용의 디지털 음향 시스템에는, 밴드 패스형의 ΔΣ 변조기를 이용 함으로써, 양자화 노이즈 성분을 중고역 이외의 주파수로 이동하는 것이 가능하게 된다. 밴드 패스형의 ΔΣ 변조 회로는, 예컨대,"Understanding Delta-Sigma Data Converters" IEEE Press 2005 ISBN 0-471-46585-2에 나타나고 있다. 이 문헌의 Chapter5 에는 ΔΣ 변조기의 NTF(노이즈 전달 함수)를 임의의 주파수로 이동할 방법이 나타나고 있다. 중고역 재생용의 스피커(트위터)의 대역에 맞춘 밴드 패스형의 ΔΣ 변조 회로를 사용하여, 디지털 음향 시스템을 설계 함으로써, 필요한 디지털 회로의 규모를 작게 하는 것이 가능해진다.
이상 상술한 바와 같이, 저역 재생 전용이나 고역 재생 전용의 디지털 음향 시스템은, 가청 주파수의 전역을 커버하는 디지털 음향 시스템에 비해 저소비 전력화가 가능하게 된다. 즉, 도 6에 도시한 본 발명의 제2 실시형태와 같이, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력할 때에, 상이한 디지털 변조 회로에 의해 구성 함으로써 음향 시스템의 소비 전력 특성을 더욱 최적화하는 것이 가능해진다.
도 7에, 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일로 구성되는 음향 시스템의 제3 실시형태를 도시한다. 스테레오 디지털 음성신호(701a, 701b)는, L 및 R전용의 디지털 필터(702a, 702b)에 의해 저역과 중고역의 2 종류의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호로 분배된다. 디지털 필터(702a, 702b)에 의해 출력되는 저역 전용의 디지털 신호는, L과 R를 가산 처리한 후에 저역 전용의 디지털 음성신호(703c)를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로(704c)에 의해 복수의 디지털 신호(705c)로 변환되고, 저음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(706c)를 구동한다. 한편, 디지털 필터로부터 출력되는 중고역의 디지털 신호(703a, 703b)는, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로(704a, 704b)에 의해 L과 R 각각 독립적으로 복수의 디지털 신호(705a, 705b)로 변환되고, 중고 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(706a, 706b)를 구동한다. 일반적으로 저음역의 음성 신호는 스테레오의 L 및 R에 똑같이 포함되어 있으므로, 저역의 신호에 관해서 L과 R를 가산해도 소리의 재생에 대해서는 특별한 문제는 생기지 않는다. 도 7과 같은 구성을 취함으로써, 저음역을 담당하는 디지털 음향 시스템을 L과 R로 겸용하는 것이 가능해지므로, 음향 시스템의 소비 전력 특성을 더욱 최적화시키는 것이 가능해진다. 본 실시형태에서는, 스테레오 방식의 2웨이 디지털 음향 시스템에 관해서 효과를 논하였다. 그러나, 2웨이 이외의 임의의 음향 시스템에도 본 실시형태는 적용 가능하다. 2 채널(스테레오) 이상의 임의의 개수의 음성 정보가 입력되는 임의의 디지털 음향 시스템에도 본 실시형태는 적용 가능하다.
도 8a에, 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일로 구성되는 음향 시스템의 제4 실시형태를 도시한다. 디지털 음성신호(801)는, 디지털 필터(802)에 의해 저역과 중역과 고역의 3 종류의 주파수대역에 따른 3 종류의 디지털 신호(803a, 803b, 803c)로 분배된다. 3 종류의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호는, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 상이한 디지털 변조 회로(804a, 804b, 804c)에 의해, 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호(805a, 805b, 805c)로 변환되고, 복수의 상이한 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(806a, 806b, 806c)를 구동한다. 여기서, 디지털 신호(805a, 805b, 805c)는, 각각이 상이한 비트수이며, 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(806a, 806b, 806c)는, 담당하는 음역에 따라 상이한 비트수의 디지털 신호(805a, 805b, 805c)로 구동되고 있다. 고음역을 담당하는 스피커(806a)는, 저중음역을 담당하는 스피커(806b, 806c)에 비해 일반적으로 고효율이며, 스피커를 구동하는데 필요한 전력은 작다. 즉, 구동하는 디지털 신호의 비트수를 줄이는 것이 가능하다. 게다가 구동하는 디지털 신호의 비트수를 1개로 하면, 고음역을 담당하는 디지털 음향 시스템의 소비 전력을 더욱 내리는 것이 가능해진다.
도 5a에 도시한 것처럼, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로는, 멀티 비트 ΔΣ 변조기와 포매터와 후치필터에 의해 구성되어 있다. 여기서 후치필터는 복수의 코일(유니트)을 구동할 때에 문제가 되는 복수의 코일(유니트) 간의 제조 어긋남에 기인하는 노이즈를 미스매칭 쉐이핑법에 의해 제거하기 위한 것이다. 만약 고음역을 담당하는 스피커를 한 개의 디지털 신호로 구동하면, 포매터와 후치필터가 필요없게 된다. 따라서, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로에 필요한 회로를 큰폭으로 삭감하는 것이 가능해진다. 즉, 음향 시스템의 소비 전력 특성을 더욱 최적화하는 것이 가능해진다. 본 실시형태에서는, 3 웨이의 디지털 음향 시스템에 관한 효과를 기술하고 있지만, 3 웨이 이외의 임의의 음향 시스템에도 본 실시형태는 적용 가능하다.
도 8b에, 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일로 구성되는 음향 시스템의 제5 실시형태를 도시한다. 본 실시형태에서는, 도 8a에 도시한 제4 실시형태에, 전원 제어 회로(807)와 제어 회로에서 각각의 디지털 변조 회로에 공급되는 전원(808a, 808b, 808c)이 추가되어 있다. 본 실시형태에서는, 디지털 변조 회로 각각의 전원 전압을 바꾸는 것이 가능하게 된다. 즉, 복수의 주파수대역에 따라 상이한 전압의 디지털 신호로 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커를 구동하는 것이 가능하게 된다. 일반적으로, 스피커의 효율은 재생 음역에 따라 다르므로, 음향 시스템에서의 개개 스피커의 효율 차이는 구동 디지털 신호의 진폭 전압을 제어 함으로써 보정 할 수 있다.
도 9a에, 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일로 구성되는 음향 시스템의 제6 실시형태를 도시한다. 디지털 음성신호(901)는, 디지털 필터(902)에 의해 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호(903a~903n)로 분배된다. 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호는, 디지털 지연 회로(904a~904n)에서 각각의 주파수대역에 따른 지연이 부여된다. 디지털 지연 회로로부터의 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호(905a~905n)는, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 상이한 디지털 변조 회로(906a~906n)에 의해, 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호(907a~907n)로 변환되고, 복수의 상이한 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(908a~908n)를 구동한다.
실제의 응용에서는, 복수의 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커의 물리적인 배치 위치가 떨어져 있는 경우가 고려될 수 있다. 예컨대 자동차 안에 음향 시스템을 구축하는 경우는, 저중 대역을 담당하는 스피커를 도어의 하부에 배치하고, 고음역을 담당하는 스피커를 운전석에 가까운 도어 정보로 배치한다. 일반적으로 저음역은 정위 정보로는 부족한 데 비해, 고음역은 정위 정보가 풍부하기 때문에, 고음역을 담당하는 스피커를 머리 부분에 가까운 위치에 배치 함으로써, 스테레오 느낌으로 넘치는 음장을 재생하는 것이 가능하게 되기 때문이다. 하지만, 저음을 담당하는 스피커로부터 머리 부분까지의 물리적인 거리와, 고음역을 담당하는 스피커로부터 머리 부분까지의 물리 거리가 다르면, 각각으로부터의 재생음에 시간차가 발생하기 때문에 재생 음성으로 부자연스러움이 발생하는 문제가 있다. 도 9a에 도시하는 제6 실시형태에서와 같이, 대응하는 음역 각각의 디지털적으로 조정 가능한 디지털 지연 회로를 삽입 함으로써, 음향 시스템을 구성하는 스피커의 배치에 따르지 않고서 재생 음성의 머리 부분까지의 도달시간 차이를 조정하는 것이 가능해진다. 지연 회로는 디지털 지연 회로로 실현 가능 하기 때문에, 아날로그 회로의 지연 회로에 비해 회로 규모가 작고 소비 전류도 작아진다. 따라서, 본 실시형태에서와 같이 디지털 지연 회로를 삽입하여도 음향 시스템의 저소비 전력 특성을 해치는 것은 적다.
도 9b에, 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일로 구성되는 음향 시스템의 제7 실시형태를 도시한다. 본 실시형태에서는, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로와, 복수의 상이한 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커의 사이에 디지털 지연 회로(904a~904n)를 배치하고, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 상이한 디지털 변조 회로(906a~906n)로부터의 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호(907a~907n) 각각의 신호에 지연을 한 신호(909a~909n)로, 복수의 상이한 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(908a~908n)를 구동한다. 지연 회로는 1 비트 디지털 지연 회로로 실현 가능 함으로써, 아날로그 회로의 지연 회로에 비해 회로 규모가 작고 소비 전류도 적다. 지연을 조정 함으로써, 제6 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있는 것에 더해, 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호를 개별적으로 지연 제어를 함으로써, 지연 제어를 디지털 필터로서 구성하는 것이 가능해진다. 예컨대, 복수의 코일(유니트)에 더하는 복수의 디지털 신호의 지연을 조금씩 늦추는 것으로 지연 회로와 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커를 사용하여 FIR 필터를 구성할 수 있다. 이에 따라 스피커에서의 노이즈 발생을 억제할 수 있다.
도 10에, 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일로 구성되는 음향 시스템의 제8 실시형태를 도시한다. 디지털 음성신호(1001)는, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로(1002)에 의해, N비트의 디지털 신호(1003)로 변환된다. 필요한 음압에 따라 복수의 디지털 신호(1003)는 분배되어 복수의 상이한 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(1004a~1004n)를 구동한다.
본 실시형태에서는 디지털 음성신호를, 디지털 필터를 이용하여 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호로 분배하지 않아도 된다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 멀티 비트 ΔΣ 변조기와 포매터와 후치필터에 의해 구성되는 디지털 변조 회로로부터 출력되는 N비트의 디지털 신호를, 상이한 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커로 분배(다만, N=n+m+k)하여 스피커를 구동한다. 이와 같이 스피커를 구동 함으로써 디지털 음향 시스템을 구성한다. 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로의 출력에는 전가청 주파수 영역의 음성 신호 정보가 포함되어 있지만, 상이한 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커에서는, 대응하는 음역의 재생 밖에 할 수 없음을 이용하여, 간단하고 편리한 디지털 음향 시스템을 구성할 수 있다.
이 실시형태에서는, 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커의 음압특성에 따라, 디지털 신호의 비트수를 조정하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 네트워크 회로를 이용하지 않고, 상이한 음역을 담당하는 복수의 스피커를 병렬로 하여 아날로그 신호로 구동할 수 있다. 또, 간단하고 편리한 아날로그 방식의 멀티웨이 음향 시스템 이상의 성능을 얻는 것이 가능하다. 더욱이, 본 발명의 제5 실시형태와 같은 디지털 지연 회로를, 복수의 코일(유니트)의 스피커 앞에 삽입, 배치하여, 음향 시스템을 구성 함으로써, 스피커의 배치와 관련되는 재생 음성의 머리 부분까지의 도달시간 차이의 문제를 해결할 수 있다.
도 11에 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로의 일실시예를 도시한다. 디지털 음성신호(1101)는, 디지털 게인 회로(1102)에서 스피커의 효율에 맞춘 디지털 신호(1103)로 변환된 후에, 멀티 비트 ΔΣ 변조기(1104)에 의해, n비트의 디지털 신호(1105)로 변환된다. n비트의 디지털 신호는, 포매터(1106)에 의해 m개의 온도계 코드(1107)로 변환된 후에, 후치필터(1108)에 의해 m개의 디지털 신호(1109)로 변환된다. m개의 디지털 신호는 그 후, 리타이밍 회로(1110)에 의해 비트 단위의 시간 정보를 정확하게 배열할 수 있어, m개의 코일(유니트)을 구동하는 디지털 구동 신호(1111)로 변환된다. 여기서, 각각의 회로는 클록 신호(1120)로 제어되고, 리타이밍 회로는 클록 신호(1120)와 리타이밍 용의 클록 신호(1121)로 제어되고 있다. 후치필터는 복수의 코일(유니트)을 구동할 때에 문제가 되는 복수의 코일(유니트) 간의 제조 어긋남에 기인하는 노이즈를 미스매칭 쉐이핑법에 의해 제거하고 있다. 또한, 리타이밍 회로는 비트 단위의 시간 정보를 정확하게 배열 함으로써, 디지털 구동시에 발생하는 노이즈를 줄인다.
도 12에 디지털 변조 회로에 이용되는 리타이밍 회로의 동작 파형을 도시한다. 후치필터로부터 출력되는 m개의 디지털 신호(1201)는 클록 신호(1110)로 동기 되고 있지만, 도 12에 도시한 바와 같이 0→1로의 천이 시간과, 1→0로의 천이 시간이 상이하면, 1 디지털 단위시간(a)과 2 디지털 단위시간(b) 사이의 관계가 선형으로 유지할 수 없게 된다. 디지털 음향 시스템에서는, 비트 단위의 시간 정보를 정확하게 배열할 수 없으면 스피커를 디지털 구동할 때에 노이즈가 발생하는 문제가 있다. 이를 피하기 위해서는, 리타이밍 용의 클록 신호(1111)에 의해 후치필터로부터 출력되는 디지털 신호(1201)를 리타이밍 한 신호(1202)로 변환 함으로써, 상이한 디지털 단위시간 사이의 타이밍 관계를 선형으로 유지하는 것이 필요하다. 도 12에 도시한 바와 같이 트리거 리셋트 형의 플립플롭을 2 종류의 클럭으로 제어 함으로써 리타이밍 동작은 간단하게 실현 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 음향 시스템을 구성하는 경우에, 상이한 음역을 담당하는 스피커에 대해, 상이한 디지털 변조 회로를 조합하여 구성 함으로써, 음향 시스템의 소비 전력을 삭감하는 것이 가능하게 된다. 구체적으로는, 디지털 변조 회로를 구성하는 멀티 비트 ΔΣ 변조기의 차수의 변경이나 오버 샘플링비에 대응하는 동작 클럭의 주파수를 각각의 주파수 영역에서 변경 함으로써, 소비 전력의 삭감을 실현한다. 한편, 이러한 변경은, 디지털적인 동작이며 DSP등의 프로그램 가능한 디지털 신호 처리계나, 고속의 CPU를 사용하여 소프트웨어적으로 소비 전력의 삭감 등의 최적화를 도모하는 것도 가능하다. 즉, 음성 재생의 적용 장면의 어플리케이션에 따라, 디지털 음향 시스템의 구성을 동적으로 변경하는 것도 실현 가능하다.
도 13에, 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일로 구성되는 음향 시스템의 제9 실시형태를 도시한다. 디지털 음성신호(1301)는, 디지털 필터 기능과 디지털 변조 처리를 실행하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 기능을 동시에 제공하는 DSP 회로(1302a, 1302b, 1302c)에 입력된다. DSP 회로는 디지털 음향 시스템에 필요한 디지털 신호 처리를 실행하여, 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(1303a, 1303b, 1303c)를 구동하는 디지털 신호를 발생한다. 이 DSP 회로는, 시스템 제어 회로(1310)로부터의 제어 신호(1311a, 1311b, 1311c)에 따라, 필터 특성이나 멀티 비트 ΔΣ 변조기의 차수나 오버 샘플링비를 변경할 수 있다.
도 13과 같이, 필요에 따라서 다이나믹하게 디지털 필터 기능과 디지털 변조기의 파라미터를 변경 함으로써, 음향 시스템의 소비 전력 특성을 더욱 최적화하는 것이 가능해진다. 음성 재생에 필요한 음성 품질에 따른 소비 전력의 조정을 할 수 있기 때문이다. 예컨대, 고음질이 필요한 경우는, 도 13에 도시한 바와 같은 3 웨이의 디지털 음향 시스템이 되도록 디지털 필터 기능과 디지털 변조기의 파라미터를 변경한다. 재생 음질을 향상시키기 위해서, ΔΣ 변조기의 오버 샘플링비나 변조 차수를 증가시킨다. 한편, 아나운스나 가이드 음성을 재생하는 경우에는 중음역의 재생 대역 밖에 필요없기 때문에, 3 웨이의 디지털 음향 시스템을 1 웨이의 디지털 음향 시스템이 되도록 디지털 필터 기능과 디지털 변조기의 파라미터를 변경하여 중복 구성한다. 재생 음질은 열화 하지만, 저음역이나 고음역을 담당하는 디지털 회로나 스피커 자체를 구동하지 않음으로써 소비 전력의 삭감이 가능하게 된다.
동일하게, 입력된 디지털 음성신호의 진폭에 따라 다이나믹하게 디지털 필터의 주파수 특성 등의 기능의 파라미터와, 디지털 변조기의 파라미터를 변경 함으로써, 음향 시스템의 소비 전력 특성을 더욱 최적화하는 것도 가능하다. 입력된 디지털 음성신호의 진폭이 작을 때에는, 결국 충분한 품질의 SNR를 확보할 수 없기 때문에, 디지털 변조기의 파라미터를 변경하여 재생 품질을 내림으로써, 소비 전력을 삭감하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시형태에서는 3 웨이의 디지털 음향 시스템에 관한 소비 전력의 삭감 효과를 언급하고 있지만, 3 웨이 이외의 임의의 음향 시스템에서도 본 실시형태는 적용 가능하다. 또한, 디지털 필터 기능과 디지털 변조기의 기능을, 모두 DSP나 CPU에 실장하여 프로그램에 의해 실장하는 것이 아닌, 디지털 필터 기능과 디지털 변조기의 일부 기능을 프로그램 가능한 형태로 실장 함으로써, 소비 전력을 다이나믹하게 변경 가능하게 할 수 있다. 예컨대 입력된 디지털 음성신호가 무음인 경우에 디지털 필터나 디지털 변조기에 입력되는 클럭을 멈추는 실장이나, 입력된 디지털 음성신호가 작은 경우에, 저음역을 정지시켜 버리는 실장을 이용할 수 있다.
도 14a에는 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로의 다른 실시예를 도시한다. 디지털 음성신호(1401)는 멀티 비트 ΔΣ 변조기(1402)에 의해, n비트의 디지털 신호(1403)로 변환된다. n비트의 디지털 신호는, 포매터(1404)에 의해 m개의 온도계 코드(1405)로 변환된 후에, 후치필터(1406)에 의해, -1, 0, 1의 3가 디지털 신호에 의해 k개의 코일(유니트)을 구동하는 신호(1407)로 변환한다. 예컨대, 4 비트의 디지털 신호를 이용하여, 포매터에 의해 9개의 온도계 코드(-4~0~4)로 변환된 후에, 후치필터(1406)에 의해 4개의 -1, 0, 1의 3가 디지털 신호로, 4개의 코일(유니트)을 구동하는 신호로 변환한다.
도 14b에는, 도 14a에 도시하고 있는 디지털 변조 회로에 이용되고 있는 후치필터(1406)의 실시예를 나타내고 있다. m개의 온도계 코드(1405)는, 복수의 코일(유니트) 간의 제조 어긋남에 기인하는 노이즈를 미스매칭 쉐이핑법으로 제거하기 위해서, 선택 회로(1410)로 입력된다. 선택 회로(1410)에서는, 선택 회로(1410)의 -1, 0, 1의 3가 디지털 신호 출력을 지연하는 지연 소자와 가산기로 구성된 적어도 2개 이상의 적분 회로(1411a, 1411b)에 의해 출력 신호(1407)의 사용 빈도를 계산하고, 사용 빈도가 작은 순서로 출력 신호(1407)를 선택하도록 동작한다. 또한, 도 11에 도시한 바와 같은 리타이밍 회로를 디지털 변조 회로의 내부에 부가한 경우에도 본 실시예는 유효하다.
도 15에는 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로의 다른 실시예를 도시한다. 디지털 음성신호(1501)는, 디지털 게인 회로(1502)에서 스피커의 효율에 맞는 디지털 신호(1503)로 변환된 후에, 멀티 비트 ΔΣ 변조기(1504)에 의해, n비트의 디지털 신호(1505)로 변환된다. n비트의 디지털 신호는, 포매터(1506)에 의해 m개의 온도계 코드(1507)로 변환된 후에, 후치필터(1508)에 의해 -1, 0, 1의 3가 디지털 신호에 의해 k개의 코일(유니트)을 구동하는 신호(1509)로 변환한다. k개의 3가 디지털 신호는 그 후, 리타이밍 회로(1510)에 의해 비트 단위의 시간 정보를 정확하게 배열할 수 있어, k개의 코일(유니트)을 구동하는 3가 디지털 구동 신호(1511)로 변환된다. 각각의 회로는 클록 신호(1530)로 제어되고 있어 리타이밍 회로는 가산기(1521)와, 전달 함수(1522)와, 양자화기(1523)와, 피드백 계수 회로(1524)로 구성되는 피드백 회로로 구성되어 있다. 디지털 구동 신호(1511)가 스피커에 접속되었을 경우, 디지털 구동 회로의 출력 저항이나 동작 속도의 영향, 클록 신호(1530)의 지터에 의해, 디지털 구동 신호(1511)에 파형 일그러짐이 생기고, 노이즈가 발생하는 경우가 있다. 전달 함수 H(s)를 적당하게 선택 함으로써 디지털 구동시에 발생하는 이 노이즈를 저감하는 것이 가능하게 된다. 간단하게는, 양자화기(1523)는 콤퍼레이터로 실현될 수 있고, 콤퍼레이터의 천이 타이밍은 클럭과 독립적으로 전달 함수(1522)의 출력으로 결정되기 때문에, 최적한 피드백 회로에서 귀환된 연속시간 재생 신호의 출력 오차가 작아지도록 제어 가능하다. 더욱이, 피드백 계수 회로의 변경으로, 출력 이득을 변경하는 것이 가능하다. 이 기능에 의해, 복수의 스피커 유니트 간의 효율 차이를 보정할 수 있다. 또한 다른 메리트로서 출력 신호의 파형이 전원 전압으로 변화하지 않는 효과가 있으므로, 전원으로부터의 잡음 발생을 억압할 수 있다.
본 발명의 제1~9 실시형태에서는, 디지털 음향 시스템의 구성요소에 포함되는 디지털 변조 회로로서, 도 11, 도 14a, 도 14b, 도 15에 도시한 실시예를 이용할 수 있다.
도 16에는 도 15에 도시한 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로에 이용되는 멀티 비트 ΔΣ 변조기(1502)의 실시예를 도시한다. 디지털 음성신호(1501)는 계수 증폭기(1601)를 경유한 후에 포드백 용의 계수 증폭기(1604a)와 가산(1602a)되어 적분기(1603a)에 입력된다. 멀티 비트 ΔΣ 변조기를 구성하는 적분기의 단수로 차수가 정의된다. 차수가 높을 수록, 양자화 노이즈의 토출 효과(양자화 노이즈의 주파수가 높아지는 효과)는 높지만 회로 규모는 커진다. 최후의 적분기로부터의 신호는 양자화기(1605)에서 양자화되어 출력(1503)된다. 멀티 비트 ΔΣ 변조기는 입력된 디지털 음성신호를 적당한 수의 디지털 신호로 오버 샘플링 기술을 사용하여 솎아내는 기능을 제공하고 있다. 예컨대, 16 비트의 CD품질의 디지털 음성신호를 입력으로 하고, 출력으로서 9 레벨의 신호(-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4)를 출력한다. 도 16에 도시한 멀티 비트 ΔΣ변조기의 실시예로 한정하지 않고, 임의 구성의 멀티 비트 ΔΣ 변조기를 본 발명의 실시형태로 이용 가능하다.
도 17a에는, 본 발명의 실시형태로 이용되는 복수의 상이한 음역을 담당하는 복수의 코일을 가지는 스피커 시스템의 일 실시형태를 도시하고 있다. 입력된 디지털 음성신호(1701)는 멀티 비트 ΔΣ 변조기(1702)에 의해, n비트의 디지털 신호(1703)로 변환된다. n비트의 디지털 신호는, 포매터(1704)에 의해 m개의 온도계 코드(1705)로 변환된 후에, 후치필터(1706)에 의해 복수의 코일(유니트)을 디지털 구동 신호(1707)로 변환된다. 후치필터는 복수의 코일(유니트)을 구동할 때에 문제가 되는 복수의 코일(유니트) 간의 제조 어긋남에 기인하는 노이즈를 미스매칭 쉐이핑법에 의해 제거한다. 후치필터로부터의 신호(1707)는 구동 회로(1708)에 각각 입력되어 구동 회로로부터 복수의 3가(+1, 0, -1)의 구동 신호(1709)가 출력되고, 상기 구동 신호(1709)는 복수의 코일로 구성된 스피커(1710) 각각의 코일로 접속된다. 본 실시형태에서는 4개(A, B, C, D)의 코일에 접속되고 있다.
도 17b에는, 본 발명의 일 실시형태로 이용하는 것이 가능한, 복수의 상이한 음역을 담당하는 복수의 코일을 가지는 스피커의 보이스 코일의 실시예가 도시되고 있다. 본 실시예에서는, k개(예컨대, A, B, C, D의 4개)의 구동 코일(1710)을 묶을 수 있게 감겨지고 있다. 도 17c에는 코일 감는 방법의 실시예가 단면도(1720)를 이용하여 도시하고 있다. 즉, 코일축을 포함한 평면에 의한 단면의 일부가 도시되어 있다. 이 실시예에서는 각각의 코일은 차례대로 A코일, B코일, C코일, D코일의 순서로 내부의 층으로부터 외부의 층 순서로 감겨지고 있는 것이 특징이다. 또한, 도 17d에는 코일의 감는 방법의 다른 실시예가 단면도(1730)를 이용하여 도시되고 있다. 이 예에서는 A~D까지의 코일을 함께 내부로부터 차례대로 감고 있다. 즉, 인접하는 층에서는, 층의 단부의 코일을 제외하고, 코일이 한 개씩 어긋나 있다. 즉, 어느 층에서, A, B, C, D, A, B, C, D의 순서로 코일이 감겨지고 있을 때, 거기에 인접하는 층에서는, D, A, B, C, D, A, B, C의 순서로 코일이 감겨지고 있다. 또한, 더욱이 인접하는 층에서는, C, D, A, B, C, D, A, B의 순서로 코일이 감겨지고 있다. 이러한 실시예를 이용 함으로써, 복수의 상이한 음역을 담당하는 복수의 코일을 가지는 스피커의 보이스 코일 각각을 조밀하게 감는 것이 가능하게 된다. 즉, 각각의 코일 특성의 불균형을 억제하는 것이 가능해진다. 도 17c, 17d에는 보이스 코일에 각선을 이용했을 경우의 단면도를 도시하고 있지만, 환선 등의 임의 단면 형상의 배선 재료를 이용할 수 있다.
도 18에, 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일로 구성되는 음향 시스템의 본 발명의 제10 실시형태를 도시한다. 디지털 음성신호(1801)는, 디지털 필터(1802)에 의해 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호(1803a, 1803b)로 분배된다. 복수의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호는, 디지털 음성신호를 입력하여 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로(1804)와, 출력되는 디지털 신호(1805)가 입력되는 코일(유니트)을 가지는 스피커 또는 이어폰(1806)과 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로(1807)에 의해, 복수의 디지털 신호(1808)로 변환되고, 복수의 상이한 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(1809)를 구동한다. 또한, 이어폰(1806)은, 스피커(1809) 보다 재생음압이 작고, 재생음압이 차이가 나는 일례를 표시하기 위해 도시되고 있다.
또한, 스피커 또는 이어폰(1806)은, 한 개 또는 복수 개의 코일(유니트)을 가진다. 이에 대응하여, 디지털 변조 회로(1804)가 출력하는 디지털 신호의 수가 정해진다. 또한, 한 개의 코일(유니트)은, 일반적으로는 한 쌍의 단자를 갖고, 그 한 쌍의 단자 각각은, 1개의 디지털 신호에 대응하는 플러스 신호선 또는 마이너스 신호선이 접속된다.
제10 실시형태에 의하면, 스피커 또는 이어폰(1806)이 가지는 코일(유니트)의 수는, 스피커(1809)가 가지는 코일(유니트)의 수보다 작을 수 있다. 이에 따라, 예컨대 휴대 기기 등에서 대음량, 고음질의 음성을 재생하는 경우는, 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커를 구동한다. 한편으로 이어폰 등을 이용할 때에는, 한 쌍 등의, 보다 적은 수의 디지털 신호를 이용 함으로써 소비 전력의 삭감을 도모할 수 있다.
도 19에, 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일로 구성되는 음향 시스템의 제11 실시형태를 도시한다. 스테레오 디지털 음성신호(1901a, 1901b)로부터, L과 R를 가산 처리한 후에 저역 전용의 디지털 음성신호(1901c)를 생성한다. 각각의 디지털 신호는, L, R 및 저역 전용의 디지털 필터(1902a, 1902b, 1903)에 의해 저역과 중고역의 2 종류의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호로 분배된다. 디지털 필터로부터 출력되는 중고역의 디지털 신호(1903a, 1903b)는, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로(1904a, 1904b)에 의해 L과 R 각각 독립적으로 복수의 디지털 신호(1905a, 1905b)로 변환되고, 중고 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(1906a, 1906b)를 구동한다. 한편, 상기 디지털 필터로부터 출력되는 저음역의 디지털 신호(1903c)는, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로(1904c)에 의해 복수의 디지털 신호(1905c)로 변환되고, 저음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(1906c)를 구동한다. 일반적으로 저음역의 음성 신호는 스테레오의 L 및 R에 동등하게 포함되어 있기 때문에, 저역의 신호에 관해서 L과 R를 가산하여도 문제가 없다. 도 19와 같은 구성을 취함으로써, 저음역을 담당하는 디지털 음향 시스템을 L과 R에서 겸용하는 것이 가능해지므로, 디지털 음향 시스템의 소비 전력 특성을 더욱 최적화하는 것이 가능해진다. 본 실시형태에서는, 스테레오 방식의 투웨이 디지털 음향 시스템에 관해서 효과를 말하고 있지만, 투웨이 이외의 임의의 음향 시스템에도 본 실시형태는 적용 가능하고, 2 채널(스테레오) 이상의 임의 개수의 음성 정보가 입력되는 임의의 디지털 음향 시스템에서도 본 실시형태는 적용 가능하다.
도 20에, 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일로 구성되는 음향 시스템의 제12 실시형태를 도시한다. 도 20은, 투웨이의 스피커 박스(2000)의 단면도와 전면도를 도시한다. 스피커 박스에는, 중저 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(2001b)와, 고음역을 담당하는 적어도 한 개 이상의 코일(유니트)을 가지는 스피커(2001a)가 배치되고 있다. 또한, 스피커 박스 내에는, 디지털 변조 회로(2003a)가 스피커(2001a)의 배면에 배치되고, 디지털 변조 회로(2003b)가 스피커(2001b)의 배면에 배치되고 있다. 즉, 디지털 변조 회로는 스피커의 근방에 배치되고 있다. 그리고, 스피커의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 음성신호(2002a, 2002b)는, 디지털 음성신호를 입력하여 적어도 한 개 이상의 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로(2003a, 2003b)에 의해, 복수의 디지털 신호(2004a, 2004b)로 변환되고, 상기 중저 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(2001b)와, 고음역을 담당하는 적어도 한 개 이상의 코일(유니트)을 가지는 스피커(2001a)를 구동하고 있다.
이와 같이, 디지털 음성신호를 입력하여 적어도 한 개 이상의 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로를 스피커 근방에 배치 함으로써, 디지털 변조 회로가 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커를 구동하는 신호선의 거리를 짧게 하는 것이 가능해지고, 스피커를 구동할 때에 공간에 방사되는 EMI(전자파)의 강도를 줄일 수 있다. EMI는 라디오나 휴대 무선의 전파 수신 시에 노이즈의 원인이 되므로, 차재 음향 제품이나 휴대전화로 대표되는 휴대 음향 기기에서는 EMI의 강도를 줄이는 것이 바람직하다.
스테레오 방식의 투웨이 디지털 음향 시스템에 관해서 효과를 상술하였다. 다만, 본 실시형태는, 투웨이 디지털 음향 시스템으로 한정되지 않고, 2 이외의 임의 수 웨이의 음향 시스템에서도 본 실시형태는 적용 가능하고, 2 채널(스테레오) 이상의 임의 개수의 음성 정보가 입력되는 임의의 디지털 음향 시스템에서도 본 실시형태는 적용 가능하다.
도 21에, 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일로 구성되는 음향 시스템의 제13 실시형태를 도시한다. 도 21은, 투웨이의 스피커 박스(2100)의 단면도와 전면도를 도시한다. 스피커 박스에는, 중저 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(2101b)와, 고음역을 담당하는 적어도 한 개 이상의 코일(유니트)을 가지는 스피커(2101a)가 배치되고 있다. 또한, 스피커(2101a, 2101b)의 근방에는, 디지털 변조 회로(2103a, 2103b)가 집적된 모듈 기판(2110)이 배치되고 있다. 스피커의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 음성신호(2102a, 2102b)는, 디지털 음성신호를 입력하여 적어도 한 개 이상의 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로(2103a, 2103b)에 의해 복수의 디지털 신호(2104a, 2104b)로 변환되고, 상기 중저 음역을 담당하는 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커(2101b)와, 고음역을 담당하는 적어도 한 개 이상의 코일(유니트)을 가지는 스피커(2101a)를 구동하고 있다.
이와 같이, 디지털 변조 회로(2103a, 2103b)가 집적된 모듈 기판(2110)을 스피커 근방에 배치 함으로써, 디지털 변조 회로가 복수의 코일(유니트)을 가지는 스피커를 구동하는 신호선의 거리를 짧게 하는 것이 가능해지므로, 스피커를 구동 시에 공간으로 방사되는 EMI(전자파)의 강도를 줄일 수 있다.
EMI는 라디오나 휴대 무선의 전파 수신 시에 노이즈의 원인이 되므로, 차재 음향 제품이나 휴대전화로 대표되는 휴대 음향 기기에서는 EMI의 강도를 줄이는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는, 스테레오 방식의 투웨이 디지털 음향 시스템에 관해서 효과를 말하고 있지만, 투웨이 이외의 임의 음향 시스템에서도 본 실시형태는 적용 가능하고, 2 채널(스테레오) 이상의 임의 개수의 음성 정보가 입력되는 임의의 디지털 음향 시스템에서도 본 실시형태는 적용 가능하다. 또한, 모듈 기판을 스피커의 보이스 코일의 뒤나, 보이스 코일의 전면(센터 콘) 상에 배치 함으로써, 코일과 구동 모듈의 거리를 작게 할 수 있다. 이 거리를 최소로 함으로써 EMI의 강도를 최소로 하는 것이 가능하다.
도 22에, 복수의 디지털 신호에 의해 구동되는 복수의 코일로 구성되는 음향 시스템의 제14 실시형태를 도시한다. 우선 스테레오 디지털 음성신호(2201a, 2201b)로부터, L의 디지털 음성신호와, R의 디지털 음성신호와의 감산 처리에 의해 얻을 수 있는 디지털 음성신호(2201c)를 생성한다. 이 감산 처리에 의해 얻을 수 있는 디지털 음성신호(2201c)를, 「유사 환경 전용의 디지털 음성신호」라고 하는 경우가 있다. 각각의 디지털 신호는, L, R 및 유사 환경 전용의 디지털 음성신호를 처리하는 디지털 필터(2202a, 2202b, 2202c)에 의해 각각의 주파수대역에 따른 복수의 디지털 신호로 분배된다. 디지털 필터(2202a, 2202b)로부터 출력되는 L과 R과의 디지털 신호(2203a, 2203b)는, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로(2204a, 2204b)에 의해 L과 R과의 복수의 디지털 신호(2205a, 2205b)로 변환된다. 디지털 변조 회로(2204a, 2204b)는, 독립적으로 동작한다. 한편, 디지털 필터(2202c)로부터 출력되는 유사 환경 전용의 디지털 신호(2203c)는, 디지털 음성신호를 입력하여 복수의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조 회로(2204c)에 의해 복수의 디지털 신호(2205c)로 변환된다.
복수의 코일(또는 엑츄얼레이터)을 가지는 스피커(2206a, 2206b, 2206c, 2206d)에, 상기 L 및 R 각각의 디지털 신호를 처리하는 디지털 필터(2202a, 2202b)로부터의 디지털 신호(2205a, 2205b)와 유사 환경 전용의 디지털 신호를 처리하는 디지털 필터(2202c)로부터의 디지털 신호(2203c)를 조합하여 입력한다. 유사 환경 전용 디지털 신호를 처리하는 디지털 필터(2202c)로부터의 디지털 신호를, L 및 R의 디지털 신호와 복수의 코일(엑츄얼레이터)을 가지는 스피커에서 합성한다. 스피커에서는, 유사 환경 전용 디지털 신호를 처리하는 디지털 필터(2202c)로부터의 디지털 신호와, L 및 R의 디지털 신호 각각으로부터 발생하는 음향 신호가 합성된다. 이에 의해, 디지털 음향 시스템의 소비 전력 특성을 최적화하면서 서라운드 효과를 더욱 유사하게 높이는 것이 가능해진다.
본 실시형태의 효과로서 스테레오 방식의 음원을 이용한 서라운드 효과에 관해서 상술하였다. 다만, 본 실시형태는 스테레오 방식으로 한정되지 않고, 스테레오 방식 이외의 다채널 방식의 임의 환경 음향 시스템에서도 본 실시형태는 적용 가능하다. 환경 음원으로부터의 정보를 스테레오 주음원으로부터의 정보를 스피커에서 합산 함으로써, 정면 어레이 스피커 만으로 환경 신호를 재생하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시형태의 효과로서 코일을 가지는 스피커에 디지털 신호를 조합하여 입력하는 것에 의한 효과를 상술하였다. 다만, 본 실시형태는, 코일 이외의 상기 음향 진동 변환 소자(예컨대, 정전 소자, 압전 소자, 자왜소자 등의 엑츄얼레이터)에서도 적용 가능하다.
도 23a에는, 본 발명의 일 실시형태와 관련되는, 복수의 음원으로부터의 디지털 신호가 입력되는 복수의 코일을 가지는 스피커를 위한 시스템의 구성을 나타내고 있다. 입력된 복수의 음원으로부터의 복수의 디지털 음성신호(2301a, 2301b)는, 복수의 멀티 비트 ΔΣ 변조기(2302a, 2302b)에 의해, 복수의 n비트의 디지털 신호(2303a, 2303b)로 변환된다. 복수의 n비트의 디지털 신호는, 복수의 포매터(2304a, 2304b)에 의해 복수의 m개의 온도계 코드(2305a, 2305b)로 변환된 후에, 복수의 후치필터(2306a, 2306b)에 의해 복수의 코일(유니트)을 구동하는 복수의 디지털 구동 신호(2307a, 2307b)로 변환된다. 후치필터는 복수의 코일(유니트)을 구동할 때에 문제가 되는 복수의 코일(유니트) 간의 제조 어긋남에 기인하는 노이즈를 미스매칭 쉐이핑법에 의해 제거한다. 후치필터(2306a, 2306b)로부터의 신호(2307a, 2307b)가 구동 회로(2308a, 2308b)에 각각 입력되어 구동 회로(2308a, 2308b)로부터 복수의 3가(+1, 0, -1)의 구동 신호(2309a, 2309b)가 출력된다. 본 실시형태에서는 1개의 디지털 신호에 대해서 4개의 구동 신호(A, B, C, D)가 출력되고 있다.
도 23b에는, 본 발명의 일 실시형태로 이용하는 것이 가능한, 복수의 음원에 대응한 복수의 코일을 가지는 스피커의 실시예가 도시되고 있다. 도 23b에서, 4개의 구동 신호(A, B, C, D)에 의해 구동되는 구동 코일(2310)을 묶을 수 있게 감겨진 진동자가 2개 도시되고 있다. 각각의 진동자는 1장의 진동판(2311)에 접속되고 있다. 제1 음원으로부터의 구동 신호(2309a) 일부의 신호(A, B)와, 제2 음원으로부터의 구동 신호(2309b) 일부의 신호(A, B)가 제1 진동자를 구동하고, 제2 음원으로부터의 구동 신호(2309a) 일부의 신호(C, D)와, 제2 음원으로부터의 구동 신호(2309b) 일부의 신호(C, D)가 제2 진동자를 구동한다.
각각의 진동자가 1장의 진동판(2311)에 접속되고 있으므로, 제1 음원으로부터의 정보와, 제2 음원으로부터의 정보에 의해 발생하는 음향 신호가, 복수의 진동자를 통해 진동판(2311)에서 합성된다. 따라서, 각각의 코일 불균형을 억제하면서 복수의 음원으로부터의 정보를 효율적으로 합성하는 것이 가능하게 된다. 예컨대, 제1 음원에 주음원의 정보를 부여하고, 제2 음원에 부음원의 정보를 부여하면, 하나의 스피커를 사용하면서 음장의 합성(서라운드 효과)이 간단하게 가능하게 된다. 제1, 제2 음원을 디지털적으로 제어 함으로써, 동적으로 서라운드 효과를 온오프 제어하는 것도 간단하게 할 수 있다. 또한, 제1 음원에 주음량, 제2 음원에 부음성(외국어나 가이던스 정보)을 주면, 하나의 스피커를 사용하면서 음성 정보의 합성이 간단하게 가능하게 된다.
본 실시예에서는 1장의 진동판에 2개의 진동자가 접속된 예를 나타내고 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 2 이상의 임의 개수의 상기 음향 진동 변환 소자(예컨대, 정전 소자, 압전 소자, 자왜소자 등의 엑츄얼레이터)를 사용한 경우에도 본 실시형태는 적용 가능하다.

Claims (31)

  1. 디지털 필터와, 재생 음역이 상이한 디지털 신호에 의해 구동되는 스피커로 구성되는 복수의 스피커 중 어느 하나로 디지털 신호를 출력하는 복수의 디지털 변조기를 갖는 음향 시스템에 있어서,
    상기 디지털 필터는, 입력되는 디지털 음성신호를, 상기 복수의 스피커의 재생 음역에 대응하는 복수의 주파수대역의 디지털 음성신호로 변환하고, 상기 복수의 주파수대역의 디지털 음성신호 각각을, 상기 복수의 디지털 변조기 중 어느 하나로 출력하고,
    상기 복수의 디지털 변조기 각각은, 입력되는 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑(noise shaping)을 수행한 후에 미스매칭 쉐이핑을 실시하여 변조한 디지털 신호를, 상기 입력되는 디지털 음성신호의 주파수대역에 대응하는 재생 음역의 상기 스피커로 출력하고,
    상기 복수의 디지털 변조기 각각이 출력하는 디지털 신호의 비트수는, 서로 상이한 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 변조기 각각이 출력하는 디지털 신호의 비트수는,
    접속되고 있는 상기 스피커의 재생 음역에 의존하여 상이한 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 변조기 각각이 출력하는 디지털 신호의 비트수는,
    접속되고 있는 상기 스피커의 재생 음역의 주파수대역이 높을수록 작아지는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 변조기 각각이 출력하는 디지털 신호의 비트수는,
    접속되고 있는 상기 스피커의 출력 가능한 음압에 의존하여 상이한 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 변조기의 각각은,
    노이즈 쉐이핑에 의해 발생하는 양자화 노이즈의 주파수를, 접속되고 있는 상기 스피커의 재생 음역보다 높은 주파수대역으로 발생시키는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 변조기의 일부 또는 전부는,
    밴드 패스형의 ΔΣ 변조 회로를 이용하여 노이즈 쉐이핑에 의해 발생하는 양자화 노이즈의 주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 변조기의 각각은,
    노이즈 쉐이핑의 오버 샘플링비 및/또는 미스매칭 쉐이핑의 차수가, 상기 복수의 디지털 변조기 각각에 접속되고 있는 스피커의 재생 음역에 의존하여 상이한 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 변조기 각각이 출력하는 디지털 신호의 진폭 전압을 제어하는 전원 제어 회로
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 필터가 각각의 디지털 변조기로 출력하는 디지털 음성신호를 지연시키는 제1 지연 회로
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 변조기 각각이 출력하는 디지털 신호를 지연시키는 제2 지연 회로
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 스피커의 일부 또는 전부는 복수의 코일을 가지고 있고,
    상기 제 2 지연 회로와 상기 복수의 코일을 가지는 스피커에 의해 FIR 필터가 구성되는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 스피커 중 어느 하나 보다 높은 주파수대역을 재생 음역으로 하는 고음역 스피커에 1 비트의 디지털 신호를 출력하는 ΔΣ 변조 회로
    를 더 포함하고,
    상기 디지털 필터는, 입력되는 디지털 음성신호를, 상기 고음역 스피커의 재생 음역에 대응하는 주파수대역의 디지털 음성신호로 변환하고, 상기 ΔΣ 변조 회로로 출력하는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 변조기의 일부 또는 전부에는 클록 신호가 입력되는 리타이밍 회로를 포함하고,
    상기 리타이밍 회로는, 상기 복수의 디지털 변조기의 일부 또는 전부가 출력하는 디지털 신호의 천이 타이밍을 동기시키는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 리타이밍 회로는, 2 종류의 클록 신호로 제어되는 트리거 리셋트 형의 플립플롭에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 리타이밍 회로는,
    피드백 회로와,
    상기 리타이밍 회로의 입력으로 상기 피드백 회로의 출력을 가산하는 가산 회로와,
    상기 가산 회로의 출력을 입력하는 전달 함수 회로와,
    상기 전달 함수 회로의 출력을 입력하는 양자화기
    를 포함하고,
    상기 피드백 회로에는, 상기 양자화기의 출력이 입력되고,
    상기 리타이밍 회로의 출력은, 상기 양자화기의 출력인 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 변조기의 일부 또는 전부는, 디지털 게인 회로를 포함하고,
    상기 디지털 게인 회로는, 상기 복수의 디지털 변조기 중 어느 하나로, 상기 입력되는 디지털 음성신호의 주파수대역에 대응하는 재생 음역의 상기 스피커의 효율에 따라 입력되는 디지털 음성신호를 변환하는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 변조기의 일부 또는 전부는,
    상기 변조된 디지털 신호가 입력되는 가산기와, 상기 가산기의 출력이 입력되는 전달 함수 회로와, 상기 전달 함수 회로의 출력이 입력되는 양자화기와, 출력을 상기 가산기에 피드백하는 피드백 계수 회로로 구성되는 피드백 회로를 포함하고, 상기 피드백 계수 회로의 출력을 상기 스피커로 출력하는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 양자화기는 콤퍼레이터로 구성된 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 피드백 회로는 연속시간 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 디지털 변조기의 일부 또는 전부는,
    3가 디지털 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  21. 제1 디지털 필터와, 제2 디지털 필터와, 제1 디지털 변조기와, 제2 디지털 변조기와, 제3 디지털 변조기를 포함하는 음향 시스템에 있어서,
    상기 제1 디지털 필터는, 입력되는 제1 디지털 음성신호를 고주파수대역의 제2 디지털 음성신호와 저주파 대역의 제3 디지털 음성신호로 변환하고,
    상기 제2 디지털 필터는, 입력되는 제4 디지털 음성신호를 고음 주파수대역의 제5 디지털 음성신호와 저주파 대역의 제6 디지털 음성신호로 변환하며,
    상기 제1 디지털 변조기는, 상기 제2 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매칭 쉐이핑을 실시하여 제1 스피커로 출력하고,
    상기 제2 디지털 변조기는, 상기 제5 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매칭 쉐이핑을 실시하여 제2 스피커로 출력하며,
    상기 제3 디지털 변조기는, 상기 제3 디지털 음성신호와 상기 제 6 디지털 음성신호를 가산 처리하고, 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매칭 쉐이핑을 실시하여 제3 스피커로 출력하는 음향 시스템.
  22. 제1 디지털 필터와, 제2 디지털 필터와, 제3 디지털 필터와, 제1 디지털 변조기와, 제2 디지털 변조기와, 제3 디지털 변조기를 포함하는 음향 시스템에 있어서,
    상기 제1 디지털 필터는, 입력되는 제1 디지털 음성신호를 제1 대역의 제2 디지털 음성신호로 변환하고,
    상기 제2 디지털 필터는, 입력되는 제3 디지털 음성신호를 제2 대역의 제4 디지털 음성신호로 변환하며,
    상기 제3 디지털 필터는, 상기 제1 디지털 음성신호와 상기 제3 디지털 음성신호를 가산 처리한 신호로부터 상기 제1 음역 또는 상기 제2 음역보다 낮은 주파수대역의 제5 디지털 음성신호를 추출하고,
    상기 제1 디지털 변조기는, 상기 제2 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매칭 쉐이핑을 실시하여 제1 스피커로 출력하며,
    상기 제2 디지털 변조기는, 상기 제4 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매칭 쉐이핑을 실시하여 제2 스피커로 출력하고,
    상기 제3 디지털 변조기는, 상기 제5 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매칭 쉐이핑을 실시하여 제3 스피커로 출력하는 음향 시스템.
  23. 입력되는 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 실시하여, 디지털 신호를 출력하는 ΔΣ 변조 회로와,
    상기 ΔΣ 변조 회로가 출력하는 디지털 신호에 미스매칭 쉐이핑을 실시하여, 복수 비트의 디지털 신호의 일부 비트의 신호 각각을 복수의 스피커 중 어느 하나로 출력하는 미스매칭 쉐이핑 회로
    를 포함하는 음향 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 복수의 스피커 각각 입력되는 신호의 비트수는,
    상기 스피커의 재생 음역의 주파수대역이 높을 수록 적게 되는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  25. 디지털 음성신호가 입력되고, 복수의 스피커 중 어느 하나로 디지털 신호를 출력하는 복수의 디지털 신호 처리 회로와, 상기 복수의 디지털 신호 처리 회로 각각의 파라미터를 제어하는 제어부를 포함하는 음향 시스템에 있어서,
    상기 복수의 디지털 신호 처리 회로 각각은, 입력되는 상기 디지털 음성신호로부터 소정의 주파수대역의 디지털 음성신호를 필터하고, 노이즈 쉐이핑과 미스매칭 쉐이핑을 실시하며,
    상기 제어부는, 상기 복수의 디지털 신호 처리 회로가 필터하는 주파수대역과, 노이즈 쉐이핑의 오버 샘플링비와 미스매칭 쉐이핑의 차수 중 어느 하나 이상의 파라미터를 제어하는 음향 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 디지털 신호 처리 회로에 입력되는 상기 디지털 음성신호의 음역 또는/및 진폭에 의해, 상기 파라미터를 제어하는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  27. 디지털 음성신호가 입력되고, 복수의 주파수대역의 디지털 신호를 출력하는 디지털 필터와, 디지털 신호에 의해 구동되는 스피커로 구성되는 복수의 재생음압이 상이한 스피커 중 어느 하나로 디지털 신호를 출력하는 복수의 디지털 변조기를 가지는 스피커 시스템에 있어서,
    상기 디지털 변조기 각각이 출력하는 디지털 신호의 비트수는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 스피커 시스템.
  28. 입력되는 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매칭 쉐이핑을 실시하여 변조한 복수 비트의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조기와,
    상기 디지털 신호의 복수의 비트 신호가 공급되는 복수의 코일을 구비하는 스피커
    를 포함하고,
    상기 복수의 코일은, 각각의 비트 신호가 공급되는 코일이 축의 주위에 하나의 층을 형성하고, 전체적으로 축방향으로 수직인 방향과 겹쳐져 감겨지고 있는 것을 특징으로 하는 스피커 시스템.
  29. 입력되는 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매칭 쉐이핑을 실시하여 변조한 복수 비트의 디지털 신호를 출력하는 디지털 변조기와,
    상기 디지털 신호의 복수 비트 신호가 공급되는 복수의 코일을 구비하는 스피커
    를 포함하고,
    상기 복수의 코일은, 코일축의 주위에 복수의 층을 형성하고, 인접하는 층에서는 층 양단의 코일을 제외하고 1개씩 위치가 어긋나 있는 것을 특징으로 하는 스피커 시스템.
  30. 제1 디지털 음성신호가 입력되고, 복수의 스피커이며, 각각의 스피커는, 입력되는 복수의 디지털 신호를 합성하여 출력하는 복수의 스피커 각각으로 제1 디지털 신호를 출력하는 제1 디지털 변조기와, 제2 디지털 음성신호가 입력되어 상기 복수의 스피커 각각으로 제2 디지털 신호를 출력하는 제2 디지털 변조기를 포함하는 음향 시스템에 있어서,
    상기 제 1 및 제2 디지털 변조기 각각은, 입력되는 디지털 음성신호에 노이즈 쉐이핑을 수행한 후에 미스매칭 쉐이핑을 실시하여 변조한 디지털 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 복수의 스피커 각각은,
    상기 복수의 디지털 신호 각각이 입력되는 복수의 단자를 포함하고, 상기 복수의 단자에 입력되는 상기 복수의 디지털 신호 각각으로부터 발생하는 음향 신호를 합성하는 것을 특징으로 하는 음향 시스템.
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