WO2009095965A1 - 帯域分割時間補正信号処理装置 - Google Patents

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Kohei Teramoto
Masaru Kimura
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    • H04S3/002—Non-adaptive circuits, e.g. manually adjustable or static, for enhancing the sound image or the spatial distribution
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers
    • H04R3/12—Circuits for transducers for distributing signals to two or more loudspeakers
    • H04R3/14—Cross-over networks
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2499/00—Aspects covered by H04R or H04S not otherwise provided for in their subgroups
    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/13—Acoustic transducers and sound field adaptation in vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a band division time correction signal processing apparatus suitable for use in an audio system in which a plurality of speaker units having divided reproduction bands are driven by a single amplifier via a crossover network circuit.
  • each of the two-way speaker units (right woofer W R , right tweeter T R , left woofer W L , left tweeter T L ) arranged in the vehicle, and the listener Since the distances to DWR , DTR , DWL , and DTL (shown as solid lines in FIG. 6) are all different, the sound image at the nearest speaker unit position (in FIG. 6) due to the Haas effect (preceding sound effect) , Dotted line display) is pulled, and a good sound field cannot be obtained.
  • a time alignment process (time adjustment) is performed such that sounds radiated from the four speaker units simultaneously arrive at the listener position by performing a delay process on each signal.
  • a band division time correction signal processing device that corrects a deviation of a sound field caused by a distance difference between each speaker unit and a listener's viewing position by adjusting a sound arrival time.
  • a speaker unit prepared for each channel here, W R , T of the right channel.
  • R independent amplifiers
  • a band divider 70 is arranged in the preceding stage, and further, delay circuits 73, 74 for time axis adjustment are arranged, and band division time correction Signal processing devices are known.
  • a similar circuit configuration is separately required for the L channel. In this case, amplifiers are required for the number of speaker units, resulting in high costs, complicated wiring, and a lot of space.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems.
  • the linearity of the transfer characteristic at the listening position is improved, and at the time of mixing.
  • An object of the present invention is to provide a band division time correction signal processing apparatus capable of suppressing the occurrence of peaks and dips.
  • the band division time correction signal processing apparatus is an audio system in which a plurality of speaker units with divided reproduction bands are driven by a single amplifier for each channel via a crossover network circuit.
  • the low band component or high band component signal obtained by subtracting the extracted high band component or low band component signal from the input signal is obtained.
  • At least one band dividing circuit for each channel to be extracted and at least one of signals of at least two band components including a high band component and a low band component output by the at least one band dividing circuit reach the sound.
  • a delay circuit that delays for time adjustment, and a high-band component or a low-band output from the delay circuit.
  • a mixing circuit that combines a band-divided signal including at least a band component and a band-divided signal including at least a low-band component or a high-band component output by the band-dividing circuit and outputs the resultant signal to the amplifier. is there.
  • the band division time correction signal processing apparatus of the present invention not only the time axis is adjusted independently for each speaker unit, but also the linearity of the transfer characteristic at the listening position is improved, the peak at the time of mixing and The occurrence of dip can be suppressed.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of an audio system including a band division time correction signal processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. It is a figure which shows the circuit structure of the band division circuit of the band division time correction signal processing apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows the circuit structure of the band division circuit of the band division time correction signal processing apparatus concerning Embodiment 2 of this invention. It is a figure which shows the circuit structure of the band division circuit of the band division time correction signal processing apparatus concerning Embodiment 3 of this invention. It is a figure which shows the circuit structure of the band division circuit of the band division time correction signal processing apparatus concerning Embodiment 4 of this invention. It is the figure quoted in order to demonstrate the sound field of a vehicle-mounted audio system. It is the figure quoted in order to demonstrate the audio system containing the conventional band division
  • FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of an audio system including a band division time correction signal processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • an R, L, 2-channel audio system is illustrated, and this audio system includes a player 1 as an input source, a band division time correction signal processing device 2, a 2-channel amplifier 3, and a crossover network.
  • the circuit 4 and a 2-way speaker unit 5 including a woofer and a tweeter are included.
  • the band division time correction signal processing device 2 has a function of correcting the deviation of the sound field caused by the difference in distance between the speaker unit 5 and the listening position of the listener by adjusting the sound arrival time, and the R channel.
  • a band division time correction signal processing circuit 21, an L channel band division time correction signal processing circuit 22, and a digital signal processing circuit (DSP) 23 are configured.
  • the R channel band division time correction signal processing circuit 21 includes a band division circuit 211, a delay circuit 212, and a mixing circuit 213.
  • the band dividing circuit 211 extracts a tweeter component (high band component) and a woofer component (low band component) from the R channel input signal output from the player 1 and outputs the extracted signal to the delay circuit 212 in the subsequent stage.
  • the band dividing circuit 211 extracts a high-band component signal or a low-band component signal from the input signal, and then subtracts the high-band component signal or the low-band component signal previously extracted from the R-channel input signal. Extract high-band component signals.
  • a subtractive high-pass filter 300 (a subtractive digital filter) is used as the band dividing circuit 211 constituting the R channel band division time correction signal processing circuit 21.
  • a tweeter component signal is extracted from the R channel input signal output from the player 1, and then a woofer component signal obtained by subtracting the previously extracted tweeter component signal from the R channel input signal. Is extracted and derived to the delay circuit 212 and the mixing circuit 213 for time axis adjustment.
  • the subtraction type high band pass filter 300 is used as the band dividing circuit 211, but a subtraction type low band pass filter may be used.
  • a woofer component signal is extracted, and then, a tweeter component signal obtained by subtracting the previously extracted woofer component signal from the R channel input signal is extracted.
  • the delay circuit 212 delays at least one of the tweeter component and woofer component signals output from the band dividing circuit 211 for adjusting the arrival time of the sound and outputs the delayed signal to the mixing circuit 213.
  • the mixing circuit 213 combines the woofer component signal output from the delay circuit 212 and the tweeter component signal output from the band dividing circuit 211 and outputs the resultant signal to the 2-channel amplifier 3.
  • the L channel band division time correction signal processing circuit 22 has the same circuit configuration as the R channel band division time correction signal processing circuit 21 described above, except that the L channel input signal output from the player 1 is acquired. Therefore, it is omitted to avoid duplication of explanation.
  • the DSP 23 When determining the delay amount of the delay circuit 212, the DSP 23 observes the impulse response of the speaker unit 5 composed of a woofer and a tweeter whose playback band is divided, finds the inverse transfer function of the speaker unit 5, and performs a convolution operation. The sound notification time produced by the difference in distance between the speaker unit 5 and the viewing position of the listener is adjusted.
  • the 2-channel amplifier 3 includes an R-channel power amplifier 31 and an L-channel power amplifier 32.
  • Each of the L channel signals output from the mixing circuit (not shown) of the correction signal processing circuit 22 is amplified and output to the crossover network circuit 4.
  • the crossover network circuit 4 is a band divider on the speaker unit 5 side, and is composed of an R channel network 41 and an L channel network 42, and a band division time correction signal processing circuit 21 via the two channel amplifier 3.
  • Each of the R channel signal and the L channel signal output by 22 is band-divided by a low band pass filter (LPF) and a high band pass filter (HPF) having a cutoff frequency equivalent to the crossover frequency of the speaker unit 5.
  • LPF low band pass filter
  • HPF high band pass filter
  • the frequency dividing circuit 211 and the crossover network circuit 4 constituting the band dividing time correction signal processing circuit 21 and the crossover network circuit 4 have the same dividing frequency, so that the single 2-channel amplifier 3 can This is equivalent to the case where an amplifier circuit is provided for each speaker unit 5, enabling independent characteristic correction for each speaker unit 5, and by inserting a delay circuit 212 between the band dividing circuit 211 and the mixing circuit 213.
  • the time axis of each speaker unit 5 can be adjusted and set independently.
  • a subtractive high-band pass filter 300 digital filter
  • Embodiment 2 According to the band division time correction signal processing device 2 of the first embodiment described above, the linearity of the transfer characteristic at the listening position of the listener can be improved, but the band division constituting the band division time correction signal processing circuit 21 is achieved.
  • the band division circuit 211 that constitutes the band division time correction signal processing circuit 21 includes an FIR digital filter.
  • the FIR linear phase high bandpass filter 301 was used. Note that the audio system applied in the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment.
  • the FIR (Finite Impulse Response) filter is a filter in which the duration of the impulse response is finite (the impulse response becomes 0 within the finite time), and the linear phase is the phase at all frequencies. It has a certain linear phase characteristic.
  • the R channel input signal is extracted as a tweeter component only signal by the FIR linear phase high-pass filter 301, and then the tweeter component signal is subtracted from the R channel input signal to extract the woofer component signal.
  • the signal is divided into a tweeter component signal and a woofer component signal.
  • a delay process for adjusting the time axis by the delay circuit 212 is performed for each of the divided bands or one of them.
  • the delay time T T for signals tweeter component if the delay time for signals woofer component and T W, signal T T T -T W is relatively tweeter component on the signal woofer component Will represent the time spent.
  • the time axis shift of the speaker unit 5 is achieved by using the FIR linear phase high bandpass filter 301 formed of an FIR digital filter for the band dividing circuit 211 of the band dividing time correction signal processing circuit 21.
  • an FIR digital filter having a linear phase characteristic is used for the band division time correction signal processing circuit 22 (band division circuit) similarly for the L channel input signal.
  • the FIR linear phase high bandpass filter 301 formed of an FIR digital filter is used.
  • the FIR linear phase low bandpass filter may be substituted, and in this case, the signal divided by the difference is a tweeter component. Become.
  • the tweeter component signal extracted by the FIR linear phase high-pass filter 301 reflects the characteristics of the FIR filter having the linear phase characteristic, but the tweeter component signal is removed.
  • the characteristics of the FIR filter described above are not reflected in the signal of the woofer component divided. Therefore, in the third embodiment described below, as shown in an example of the circuit configuration in FIG. 4, the band division time correction signal processing circuit 21 subtracts the tweeter component signal from the R channel input signal. And inserting a delay circuit 302 (second delay circuit) having a delay amount D2 corresponding to the group delay time of the FIR linear phase high-band pass filter 301 into the path ⁇ for extracting the signal of the woofer component divided by did.
  • the group delay means a phenomenon in which the tone burst is outputted with a slight delay
  • the group delay time means a frequency differential value of the phase shift
  • the woofer component signal divided by subtracting the tweeter component signal from the input signal can also have good frequency characteristics with a flat pass band.
  • Embodiment 4 FIG. According to the above-described third embodiment, either the woofer component signal or the tweeter component signal output from the band dividing circuit 211 further passes through the delay circuit 212 that performs time axis adjustment, and the mixing circuit 213. Is synthesized. At this time, depending on the delay amount of the delay circuit 212 for time axis adjustment, the value of the synthesis characteristic of the crossover frequency has a peak of 1.4 times at the maximum. For this reason, there is a possibility that the dynamic range is reduced in the digital filter constituting the band dividing circuit 211.
  • the signal path of the tweeter component output by the band division circuit 211 constituting the band division time correction signal processing circuit 21 A phase correction circuit (PAC303) for correcting the phase of the crossover frequency is inserted into at least one of the signal paths ⁇ of the woofer component generated by the difference between ⁇ and the input signal.
  • PAC303 phase correction circuit
  • the tweeter component and woofer component signals output from the band dividing circuit 211 pass through the time axis adjustment delay circuit 212 (delay amount D1), and then either the tweeter component or the woofer component signal.
  • both pass through a phase correction circuit (PAC 303) that rotates only the phase with a flat frequency characteristic.
  • the tweeter component and woofer component signals that have passed through the phase correction circuit (PAC303) are combined by the mixing circuit 213, and the two-channel amplifier 3 amplifies the input signals of both the R and L channels, and then the crossover network circuit. 4 is output.
  • Each speaker 5 is subjected to band division assigned to each speaker 5 by the crossover network circuit 4 and is driven based on an input signal for each of the divided channels.
  • the tweeter component and woofer component signals that have passed through the phase correction circuit (PAC 303) are combined by the mixing circuit 213.
  • the correction amount of the phase correction circuit 303 is optimized. By doing so, the dip generated at the crossover frequency can be suppressed. This makes it possible to correct the time axis between the speaker units 5 while ensuring high linearity.
  • one amplifier circuit (two-channel amplifier 3) is arranged for each channel, and a crossover network is provided.
  • the time axis between the speaker units 5 can be arbitrarily set, and high linearity and flat frequency characteristics are provided. This makes it possible to provide an audio system with good performance at low cost.
  • the DSP 23 measures the rise time for each speaker unit 5 by searching for a peak value exceeding the threshold value from the impulse responses of the plurality of speaker units 5, for example.
  • the difference calculation with the rise time of the speaker unit is performed, and the delay amount at the time of reproduction of each speaker unit 5 is set according to the result of the difference calculation.
  • This is a well-known technique as time alignment means that adjusts so that the sound radiated from each speaker unit arrives at the listener's listening position simultaneously by applying a delay process to the signal supplied to each speaker unit 5.
  • the above functions may be realized in cooperation with a CPU (not shown).
  • the in-vehicle audio system has been exemplified.
  • the present invention is not limited to the in-vehicle audio system but depends on the field such as home use as well as theater use. Without being applicable to all audio systems.
  • the functions of the constituent blocks included in the band division time correction signal processing apparatus 2 shown in FIG. 1 may be all realized by software, or at least a part thereof may be realized by hardware.
  • the impulse responses of a plurality of speaker units 5 whose playback bands are divided are observed, the inverse transfer function of each speaker unit 5 is obtained, the convolution operation is performed, and the distance between each speaker unit 5 and the listener's viewing position
  • the data processing in the DSP 23 that determines the delay amount of the delay circuit 212 that adjusts the arrival time of the sound caused by the difference may be realized on a computer by one or a plurality of programs, and at least a part thereof is implemented by hardware. It may be realized.
  • the embodiment of the present invention has been described with respect to the case where the frequency band is divided into two bands, that is, the low band component and the high band component. It is also possible to perform three or more band divisions by inserting a band division circuit having a configuration in multiple stages.
  • the band division time correction signal processing apparatus extracts a high-band component or low-band component signal from an input signal and then extracts the high-band component or low-band component extracted from the input signal.
  • a delay circuit that delays at least one of the signals of at least two band components for adjusting a sound arrival time
  • a band division signal that includes at least a high band component or a low band component output by the delay circuit
  • the band division A low-band component or a band-divided signal including at least a high-band component output by the circuit is synthesized and output to the amplifier.
  • the linearity of the transfer characteristic at the listening position is improved, and the peak and dip at the time of mixing are improved. Since generation can be suppressed, it is suitable for use in an in-vehicle audio system including a band division time correction signal processing device.

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Abstract

　帯域分割時間補正信号処理装置２は、入力信号から高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を抽出後、入力信号から抽出された高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を差し引いた、低帯域成分もしくは高帯域成分の信号を抽出する帯域分割回路２１１と、帯域分割回路２１１により出力される高帯域成分、および低帯域成分の信号の少なくとも一方を音の到達時間調整用に遅延させる遅延回路２１２と、遅延回路２１２により出力される高帯域成分もしくは低帯域成分の信号と、帯域分割回路２１１により出力される低帯域成分もしくは高帯域成分の信号を合成するミキシング回路２１３と、により構成される。

Description

帯域分割時間補正信号処理装置
　この発明は、再生帯域が分割された複数のスピーカユニットを、クロスオーバーネットワーク回路を介して１個の増幅器で駆動するオーディオシステムに用いて好適な、帯域分割時間補正信号処理装置に関するものである。
　例えば、図６に示されるように、車載オーディオシステムでは、車両に配置される２ウェイの各スピーカユニット（右ウーファＷR、右ツイータＴR、左ウーファＷL、左ツイータＴL）と、リスナーまでの距離ＤWR、ＤTR、ＤWL、ＤTL（図６中、いずれも実線表示）とが全て異なるため、ハース効果（先行音効果）により、最も近いスピーカユニット位置に音像（図６中、点線表示）が引っ張られて良好な音場が得られない。
　この場合、各信号に遅延処理を施すことにより４個のスピーカユニットから放射される音がリスナー位置で同時に到達するようなタイムアライメント処理（時間調整）がなされる。このように、各スピーカユニットとリスナーの視聴位置との間の距離差により生じる音場の偏りを、音の到達時間を調整することによって補正する帯域分割時間補正信号処理装置が知られている。
　従来、複数に帯域分割されたスピーカユニットの相対的な時間関係を調整するために、例えば、図７に示されるように、チャンネル毎に用意されるスピーカユニット（ここでは右チャンネルのＷR、ＴR）のそれぞれに独立した増幅器（パワーアンプ７１、７２）を用意し、且つその前段に帯域分割器７０を配置し、更に、時間軸調整用の遅延回路７３、７４を配置した帯域分割時間補正信号処理装置が知られている。ここでは、Ｒチャンネルのみ図示されているため、別途、Ｌチャンネルについても同様の回路構成が必要とされる。
　この場合、スピーカユニットの数だけ増幅器が必要となるため高コストとなり、また配線が複雑になり、多くのスペースを要する等の問題があった。
　一方、複数に帯域分割されたスピーカユニットを、クロスオーバーネットワークを用いて１台の増幅器で駆動する方式もある。この場合、増幅器の前段にデジタル信号処理回路を配置し、スピーカからインパルス信号を再生し、その応答波形を観測することによりスピーカシステムの逆伝達関数を求めて畳み込み演算を行えば、帯域分割されたスピーカユニット間の相対的な時間のずれを補正することが可能である。
　但しこの方式によれば、時間軸以外の周波数特性や位相特性も同時に補正してしまい、他の特性をそのままにして時間軸のみ単独に調整することはできない。また時間軸の値を独立に微調整することもできない。
　そこで、複数に帯域分割されたスピーカユニットを、クロスオーバーネットワーク回路を用いて１台の増幅器で駆動する方式において、増幅器に出力する前にクロスオーバーネットワーク回路で帯域分割される周波数とほぼ同一の周波数で帯域を分割し、それぞれ分割された各信号を遅延回路に挿入した後、再度ミキシングする聴取位置自動補正装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７－１６２９８５号公報
　上記した特許文献１に開示された技術によれば、各スピーカユニットとリスナーの聴取位置との間の距離差によって生じる音場の偏り、位相干渉による周波数特性の乱れが全ての帯域にわたって補正される。
　しかしながら、帯域分割回路により失われる信号と、二重に加算される信号が発生し、これらにより再生音のリニアリティが劣化することに加え、ミキシング時に帯域分割周波数（クロスオーバ周波数）付近の周波数特性にピークやディップを生じる欠点があった。
　この発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、スピーカユニット毎に独立して時間軸を調整するのは勿論のこと、聴取位置での伝達特性のリニアリティを改善し、ミキシング時点でのピークやディップの発生を抑制することができる、帯域分割時間補正信号処理装置を提供することを目的とする。
　上記した課題を解決するためにこの発明の帯域分割時間補正信号処理装置は、再生帯域が分割された複数のスピーカユニットを、チャンネル毎、クロスオーバーネットワーク回路を介して１個の増幅器で駆動するオーディオシステムにおいて、入力信号から高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を抽出後、前記入力信号から前記抽出された高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を差し引いた、低帯域成分もしくは高帯域成分の信号を抽出するチャンネル毎に少なくとも１つの帯域分割回路と、前記少なくとも１組の帯域分割回路により出力される高帯域成分、および低帯域成分を含む少なくとも２種類の帯域成分の信号の少なくとも一方を音の到達時間調整用に遅延させる遅延回路と、前記遅延回路により出力される高帯域成分もしくは低帯域成分を少なくとも含む帯域分割信号と、前記帯域分割回路により出力される低帯域成分もしくは高帯域成分を少なくとも含む帯域分割信号とを合成して前記増幅器に出力するミキシング回路と、を備えたものである。
　この発明の帯域分割時間補正信号処理装置によれば、スピーカユニット毎に独立して時間軸を調整するのは勿論のこと、聴取位置での伝達特性のリニアリティを改善し、ミキシング時点でのピークやディップの発生を抑制することができる。
この発明の実施の形態１に係る帯域分割時間補正信号処理装置を含むオーディオシステムの内部構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る帯域分割時間補正信号処理装置の帯域分割回路の回路構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る帯域分割時間補正信号処理装置の帯域分割回路の回路構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る帯域分割時間補正信号処理装置の帯域分割回路の回路構成を示す図である。 この発明の実施の形態４に係る帯域分割時間補正信号処理装置の帯域分割回路の回路構成を示す図である。 車載オーディオシステムの音場を説明するために引用した図である。 従来の帯域分割時間補正信号処理装置を含むオーディオシステムを説明するために引用した図である。
　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る帯域分割時間補正信号処理装置を含むオーディオシステムの内部構成を示すブロック図である。
　ここでは、Ｒ、Ｌ、２チャンネルのオーディオシステムが例示されており、このオーディオシステムは、入力ソースとなるプレーヤ１と、帯域分割時間補正信号処理装置２と、２チャンネル増幅器３と、クロスオーバーネットワーク回路４と、ウーファとツイータからなる２ウェイのスピーカユニット５と、により構成される。
　帯域分割時間補正信号処理装置２は、スピーカユニット５とリスナーの視聴位置との間の距離差によって生じる音場の偏りを、音の到達時間を調整することによって補正する機能を有し、Ｒチャンネル帯域分割時間補正信号処理回路２１と、Ｌチャンネル帯域分割時間補正信号処理回路２２と、デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）２３と、により構成される。
　Ｒチャンネル帯域分割時間補正信号処理回路２１は、帯域分割回路２１１と、遅延回路２１２と、ミキシング回路２１３と、により構成される。
　帯域分割回路２１１は、プレーヤ１から出力されるＲチャンネルの入力信号から、ツイータ成分（高帯域成分）とウーファ成分（低帯域成分）の信号を抽出して後段の遅延回路２１２へ出力する。帯域分割回路２１１は、入力信号から高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を抽出後、Ｒチャンネルの入力信号から先に抽出された高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を差し引いた、低帯域成分もしくは高帯域成分の信号を抽出する。
　ここでは、図２にその回路構成の一例が示されるように、Ｒチャンネル帯域分割時間補正信号処理回路２１を構成する帯域分割回路２１１として、引き算型高帯域通過フィルタ３００（引き算型のデジタルフィルタ）を用い、ここで、プレーヤ１から出力されるＲチャンネルの入力信号からツイータ成分の信号を抽出し、その後、Ｒチャンネル入力信号から、先に抽出されたツイータ成分の信号を差し引いたウーファ成分の信号を抽出し、時間軸調整用の遅延回路２１２およびミキシング回路２１３へ導出している。
　なお、ここでは、帯域分割回路２１１として引き算型高帯域通過フィルタ３００を使用したが、引き算型低帯域通過フィルタで代替しても良く、この場合、プレーヤ１から出力されるＲチャンネルの入力信号からウーファ成分の信号を抽出し、その後、Ｒチャンネル入力信号から、先に抽出されたウーファ成分の信号を差し引いたツイータ成分の信号を抽出することになる。
　遅延回路２１２は、帯域分割回路２１１により出力されるツイータ成分もしくはウーファ成分の信号の少なくとも一方を音の到達時間調整用に遅延させてミキシング回路２１３へ出力する。ここでは、ウーファ成分の信号を時間軸調整用に遅延させるものとする。
　ミキシング回路２１３は、遅延回路２１２により出力されるウーファ成分の信号と、帯域分割回路２１１により出力されるツイータ成分の信号とを合成して２チャンネル増幅器３に出力する。
　なお、Ｌチャンネルの帯域分割時間補正信号処理回路２２は、プレーヤ１から出力されるＬチャンネルの入力信号を取得する他は、上記したＲチャンネルの帯域分割時間補正信号処理回路２１と同様の回路構成を有するため、説明の重複を回避する意味で省略する。
　ＤＳＰ２３は、遅延回路２１２の遅延量を決定するに際し、再生帯域が分割されたウーファとツイータから成るスピーカユニット５のインパルス応答を観測して、スピーカユニット５の逆伝達関数を求め、畳み込み演算を行い、スピーカユニット５とリスナーの視聴位置との間の距離差によって生じる音の通達時間を調整する。
　２チャンネル増幅器３は、Ｒチャンネルパワーアンプ３１と、Ｌチャンネルパワーアンプ３２とからなり、Ｒチャンネルの帯域分割時間補正信号処理回路２１のミキシング回路２１３から出力されるＲチャンネル信号、Ｌチャンネル帯域分割時間補正信号処理回路２２のミキシング回路（不図示）から出力されるＬチャンネル信号のそれぞれを増幅してクロスオーバーネットワーク回路４へ出力する。
　クロスオーバーネットワーク回路４は、スピーカユニット５側の帯域分割器であり、Ｒチャンネル用ネットワーク４１と、Ｌチャンネル用ネットワーク４２により構成され、２チャンネル増幅器３を介して帯域分割時間補正信号処理回路２１、２２により出力されるＲチャンネル信号、Ｌチャンネル信号のそれぞれを、スピーカユニット５のクロスオーバー周波数と同等のカットオフ周波数を有する低帯域通過フィルタ（ＬＰＦ）と高帯域通過フィルタ（ＨＰＦ）により帯域分割して、ウーファＷRとツイータＴR、ウーファＷLとツイータＴLから成るそれぞれのスピーカユニット５に出力する。
　上記した実施の形態１によれば、帯域分割時間補正信号処理回路２１を構成する帯域分割回路２１１と、クロスオーバーネットワーク回路４の分割周波数を揃えることで、１台の２チャンネル増幅器３によっても、あたかもスピーカユニット５毎に増幅回路を配置した場合と等価で、スピーカユニット５毎に独立した特性補正が可能となり、また、帯域分割回路２１１とミキシング回路２１３の間に遅延回路２１２を挿入することにより、各スピーカユニット５の時間軸を独立に調整し、設定することが可能になる。
　また、クロスオーバーネットワーク回路４で帯域分割される周波数とほぼ同一の周波数で帯域分割する帯域分割回路２１１に引き算型の高帯域通過フィルタ３００（デジタルフィルタ）を用いることで、聴取位置での伝達特性のリニアリティを改善することができる。ちなみに、帯域分割回路２１１を、従来のように、ＨＰＦとＬＰＦで構成した場合、伝達関数的には入力（Ａ）＝出力（Ｂ）とはならず、これに対して引き算型のデジタルフィルタ３００を用いることで、入力（Ａ）＝出力（Ｂ）とする伝達特性のリニアリティを確保するものである。
実施の形態２．
　上記した実施の形態１の帯域分割時間補正信号処理装置２によれば、リスナーの聴取位置での伝達特性のリニアリティを改善することはできるが、帯域分割時間補正信号処理回路２１を構成する帯域分割回路２１１に使用する引き算型のデジタルフィルタ（引き算型高帯域通過フィルタ３００）の特性によっては、差分により分割されたウーファ成分、もしくはツイータ成分の信号における周波数特性の平坦性が得られない。
　このため、以下に説明する実施の形態２では、例えば、図３に回路構成の一例が示されるように、帯域分割時間補正信号処理回路２１を構成する帯域分割回路２１１に、ＦＩＲデジタルフィルタから成るＦＩＲ直線位相高帯域通過フィルタ３０１を使用することとした。なお、実施の形態２で適用されるオーディオシステムは、上記した実施の形態１と同様の構成を有するものとする。
　ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタは、周知のように、インパルス応答の継続時間が有限（インパルス応答が有限時間内に０になる）になるフィルタであり、直線位相とは、全ての周波数で位相が一定の直線位相特性を有するものをいう。
　この場合、Ｒチャンネル入力信号は、ＦＩＲ直線位相高帯域通過フィルタ３０１によりツイータ成分のみの信号が抽出され、その後、Ｒチャンネル入力信号からこのツイータ成分の信号を引き去ってウーファ成分の信号を抽出することにより、ツイータ成分とウーファ成分の信号に分割される。そして、この分割された帯域毎に、あるいはいずれか一方に遅延回路２１２による時間軸調整用の遅延処理を施す。ここで、ツイータ成分の信号に対する遅延時間をＴT、ウーファ成分の信号に対する遅延時間をＴWとすれば、ＴT－ＴWが相対的にツイータ成分の信号がウーファ成分の信号に対して遅延した時間を表すことになる。
　上記した実施の形態２によれば、帯域分割時間補正信号処理回路２１の帯域分割回路２１１にＦＩＲデジタルフィルタから成るＦＩＲ直線位相高帯域通過フィルタ３０１を用いることで、スピーカユニット５の時間軸のズレを遅延回路２１２でキャンセルした後に、ミキシング回路２１３で高帯域成分と低帯域成分の信号合成を行ない、入力信号に近い高いリニアリティ性を確保することができるとともに、ウーファ成分とツイータ成分が直線位相同士の合成によってピーク発生を回避することができる。すなわち、聴取位置での伝達特性のリニアリティ（Ａ１＝Ａ２）を改善することは勿論のこと、差分により分割されたツイータ成分もしくはウーファ成分の信号における周波数特性の平坦性を確保することができる。
　なお、ここでは、Ｒチャンネルの入力信号についてのみ説明したが、Ｌチャンネルの入力信号についても同様、帯域分割時間補正信号処理回路２２（帯域分割回路）に直線位相特性を有するＦＩＲデジタルフィルタを用いることで、同様の効果が得られる。また、ここでは、ＦＩＲデジタルフィルタから成るＦＩＲ直線位相高帯域通過フィルタ３０１を用いたが、ＦＩＲ直線位相低帯域通過フィルタで代替してもよく、この場合、差分により分割される信号はツイータ成分となる。
実施の形態３．
　上記した実施の形態２によれば、ＦＩＲ直線位相高帯域通過フィルタ３０１により抽出されるツイータ成分の信号には直線位相特性を有するＦＩＲフィルタの特徴が反映されるが、ツイータ成分の信号を引き去って分割されるウーファ成分の信号には上記したＦＩＲフィルタの特徴が反映されない。
　このため、以下に説明する実施の形態３では、図４にその回路構成の一例が示されるように、帯域分割時間補正信号処理回路２１において、Ｒチャンネルの入力信号からツイータ成分の信号を引き去って分割されるウーファ成分の信号を抽出するパスβに、ＦＩＲ直線位相高帯域通過フィルタ３０１の群遅延時間に相当する遅延量Ｄ２を有する遅延回路３０２（第２の遅延回路）を挿入することとした。
　Ｌチャンネルの入力信号についても同様である。但し、ここで、群遅延とは、トーンバーストが少し遅れて出力される現象をいい、群遅延時間とは、位相シフトの周波数微分値をいう。なお、実施の形態３が適用されるオーディオシステムは、上記した実施の形態１と同様の構成を有するものとする。
　上記した実施の形態３によれば、伝達関数のリニアリティの確保（Ａ１＝Ａ２）は勿論のこと、上記したパスβへの遅延回路３０２の挿入により、ＦＩＲ直線位相高帯域通過フィルタ３０１により抽出されるツイータ成分の信号の他に、入力信号からこのツイータ成分の信号を引き去って分割されたウーファ成分の信号についても、通過域の平坦性が確保された良好な周波数特性を得ることができる。
実施の形態４．
　上記した実施の形態３によれば、帯域分割回路２１１により出力されるウーファ成分の信号と、ツイータ成分の信号のいずれかは、更に、時間軸調整を行う遅延回路２１２を通過し、ミキシング回路２１３で合成される。このとき、時間軸調整用の遅延回路２１２の遅延量によってはクロスオーバー周波数の合成特性の値が最大で１．４倍のピークを持つ。
　このため、帯域分割回路２１１を構成するデジタルフィルタ内でダイナミックレンジの減少を引き起こす可能性がある。このとき、直線位相特性を有するＦＩＲデジタルフィルタ（ＦＩＲ直線位相高帯域通過フィルタ３０１）の採用により位相直線性が得られるため両信号の位相が完全に合致し、クロスオーバー周波数の合成特性の値が１倍を超えることはなく、したがって、帯域分割回路２１１内でダイナミックレンジが減少することはない。但し、両信号間でクロスオーバー周波数での位相ずれが発生した場合、ディップを発生する可能性がある。
　このため、以下に説明する実施の形態４では、図５に回路構成の一例が示されるように、帯域分割時間補正信号処理回路２１を構成する帯域分割回路２１１によって出力されるツイータ成分の信号パスγ、入力信号との差分により生成されるウーファ成分の信号パスδの少なくとも一方のパスに、クロスオーバー周波数の位相を補正する位相補正回路（ＰＡＣ３０３）を挿入することとした。なお、実施の形態４が適用されるオーディオシステムは、上記した実施の形態１と同様の構成を有するものとする。
　上記構成において、帯域分割回路２１１により出力されるツイータ成分、およびウーファ成分の信号は、時間軸調整用の遅延回路２１２（遅延量Ｄ１）を通過後、ツイータ成分もしくはウーファ成分の信号のいずれか、または双方が、平坦な周波数特性で位相のみを回転させる位相補正回路（ＰＡＣ３０３）を通過する。そして、位相補正回路（ＰＡＣ３０３）を通過したツイータ成分とウーファ成分の信号は、ミキシング回路２１３により合成され、２チャンネル増幅器３で、Ｒ、Ｌ両チャンネルの入力信号を増幅した後、クロスオーバーネットワーク回路４に出力される。各スピーカ５は、クロスオーバーネットワーク回路４で各スピーカ５に割当てられた帯域分割が行われ、ここで帯域分割されたチャンネル毎の入力信号に基づき駆動される。
　上記した実施の形態４によれば、位相補正回路（ＰＡＣ３０３）を通過したツイータ成分とウーファ成分の信号は、ミキシング回路２１３により合成されるが、このとき、位相補正回路３０３の補正量を最適化することにより、クロスオーバー周波数で発生するディップを抑えることができる。このことにより、高いリニアイティを確保しながら各スピーカユニット５間の時間軸補正が可能になる。
　以上説明のようにこの発明の実施の形態１～実施の形態４に係る帯域分割時間補正信号処理装置２は、チャンネル毎に１台の増幅回路（２チャンネル増幅器３）を配置し、クロスオーバーネットワーク回路４を用いて複数に帯域分割されたスピーカユニット５を駆動する場合に、スピーカユニット５間の時間軸を任意に設定でき、しかも高いリニアリティと平坦な周波数特性を提供するものである。このことにより安価に、かつ、性能の良いオーディオシステムを提供することができる。
　なお、ＤＳＰ２３は、例えば、複数のスピーカユニット５のインパルス応答から閾値を超えるピーク値をサーチすることによってスピーカユニット５毎の立ち上がり時間を測定し、最も立ち上がりの早いスピーカユニット５を基準に、他のスピーカユニットの立ち上がり時間との差分演算を行い、この差分演算の結果にしたがい、各スピーカユニット５再生時の遅延量を設定するものである。各スピーカユニット５に供給する信号に遅延処理を施すことにより、各スピーカユニットから放射される音がリスナーの聴取位置で同時に到達するように調整するタイムアライメント手段として周知の技術である。不図示のＣＰＵと協働して上記した機能を実現することもある。
　なお、上記したこの発明の実施の形態１～実施の形態４によれば、車載オーディオシステムを例示したが、車載オーディオシステムに限らず、劇場用は勿論のこと、家庭用等、分野に依存することなく、全てのオーディオシステムに適用が可能である。
　また、図１に示す帯域分割時間補正信号処理装置２が有する各構成ブロックの機能は、全てをソフトウェアによって実現しても、あるいはその少なくとも一部をハードウェアで実現してもよい。例えば、再生帯域が分割された複数のスピーカユニット５のインパルス応答を観測し、各スピーカユニット５の逆伝達関数を求めて畳み込み演算を行い、各スピーカユニット５とリスナーの視聴位置との間の距離差によって生じる音の到達時間を調整する遅延回路２１２の遅延量を決定するＤＳＰ２３におけるデータ処理は、１または複数のプログラムによりコンピュータ上で実現してもよく、また、その少なくとも一部をハードウェアで実現してもよい。
　また、上記では発明の実施の形態について、低帯域成分と高帯域成分の２つの帯域に分割を行う場合について説明したが、帯域分割回路２１１とミキシング回路２１３の間に、異なる分割周波数の同様な構成の帯域分割回路を多段に挿入することで、３つ以上の帯域分割を行うことも可能である。
　以上のように、この発明に係る帯域分割時間補正信号処理装置は、入力信号から高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を抽出後、前記入力信号から前記抽出された高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を差し引いた、低帯域成分もしくは高帯域成分の信号を抽出するチャンネル毎に少なくとも１つの帯域分割回路と、前記少なくとも１組の帯域分割回路により出力される高帯域成分、および低帯域成分を含む少なくとも２種類の帯域成分の信号の少なくとも一方を音の到達時間調整用に遅延させる遅延回路と、前記遅延回路により出力される高帯域成分もしくは低帯域成分を少なくとも含む帯域分割信号と、前記帯域分割回路により出力される低帯域成分もしくは高帯域成分を少なくとも含む帯域分割信号とを合成して前記増幅器に出力するミキシング回路と、を備えるように構成したので、スピーカユニット毎に独立して時間軸を調整するのは勿論のこと、聴取位置での伝達特性のリニアリティを改善し、ミキシング時点でのピークやディップの発生を抑制することができるので、帯域分割時間補正信号処理装置を含む車載オーディオシステムなどに用いるのに適している。

Claims (5)

  1. 　再生帯域が分割された複数のスピーカユニットを、チャンネル毎にクロスオーバーネットワーク回路を介して１個の増幅器で駆動するオーディオシステムにおいて、
    　入力信号から高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を抽出後、前記入力信号から前記抽出された高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を差し引いた、低帯域成分もしくは高帯域成分の信号を抽出するチャンネル毎に、少なくとも１つの帯域分割回路と、
    　前記少なくとも１組の帯域分割回路により出力される高帯域成分、および低帯域成分を含む少なくとも２種類の帯域成分の信号の少なくとも一方を音の到達時間調整用に遅延させる遅延回路と、
    　前記遅延回路により出力される高帯域成分もしくは低帯域成分を少なくとも含む帯域分割信号と、前記帯域分割回路により出力される低帯域成分もしくは高帯域成分を少なくとも含む帯域分割信号とを合成して前記増幅器に出力するミキシング回路と、
    を備えたことを特徴とする帯域分割時間補正信号処理装置。
  2. 　前記帯域分割回路は、
    　直線位相特性を有するＦＩＲフィルタで構成されることを特徴とする請求項１記載の帯域分割時間補正信号処理装置。
  3. 　前記ＦＩＲフィルタで構成される帯域分割回路は、
    　前記入力信号から、前記抽出された高帯域成分もしくは低帯域成分の信号を差し引いて低帯域成分もしくは高帯域成分の信号を抽出するパスに、自身の群遅延時間に相当する遅延量を有する第２の遅延回路を挿入して成ることを特徴とする請求項１記載の帯域分割時間補正信号処理装置。
  4. 　前記遅延回路により出力される高帯域成分もしくは低帯域成分の信号が伝播するパス、もしくは前記帯域分割回路により出力される低帯域成分もしくは高帯域成分の信号が伝播するパスの少なくとも一方に、前記高帯域成分と低帯域成分のクロスオーバー周波数での位相を補正する位相補正回路を挿入して成ることを特徴とする請求項１記載の帯域分割時間補正信号処理装置。
  5. 　前記再生帯域が分割された複数のスピーカユニットのインパルス応答を観測し、前記各スピーカユニットの逆伝達関数を求めて畳み込み演算を行い、前記各スピーカユニットと視聴位置との間の距離差によって生じる音の到達時間を調整する前記遅延回路の遅延量を決定するデジタル信号処理回路と、
    を備えたことを特徴とする請求項１記載の帯域分割時間補正信号処理装置。
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