WO2010097924A1 - スピーカ極性判定装置 - Google Patents

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吉野　肇
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Pioneer Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a speaker polarity determination method in an apparatus that outputs sound through a speaker.
  • Audio devices such as audio products and home theater products, that connect speakers and output sound are known.
  • it is usually necessary to connect the plus (+) and minus ( ⁇ ) terminals of the speaker to the plus and minus terminals of the output terminal of the device, respectively.
  • the polarity of the speaker is said to be positive.
  • the plus, terminal, and minus terminals are connected in reverse, the polarity of the speaker is said to be in reverse phase.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for determining the polarity of a speaker by outputting a reference audio signal prepared in advance from a speaker, collecting the sound with a microphone, and comparing the collected signal and the reference audio signal. Are listed.
  • Patent Documents 1 and 2 do not provide a discrimination method particularly considering the type and characteristics of the speaker.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a speaker discrimination device effective for various types of speakers.
  • the invention according to claim 1 is a speaker polarity determination device, which is an output terminal to which a speaker is connected, and a test sound output for supplying a test signal to an acoustic space through the speaker by supplying a test signal to the output terminal.
  • a microphone that generates a microphone signal by collecting the test sound, a signal generation unit that generates a reference signal corresponding to the test signal, and a microphone signal and the reference signal And a polarity determination unit that compares predetermined frequency band components and determines the polarity of the speaker connected to the output terminal.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows schematic structure of the audio equipment to which the speaker polarity determination apparatus of this invention is applied. It is a block diagram which shows the internal structure of the signal processing part shown in FIG. It is a figure which shows the kind and characteristic of a speaker. It is a figure which shows the example of a connection of a multiway speaker. It is a figure explaining the method of distance correction. It is a figure explaining the method of polarity determination. It is a flowchart of a polarity determination process.
  • a speaker polarity determination device includes: an output terminal to which a speaker is connected; a test sound output unit that supplies a test signal to the output terminal and outputs a test sound to an acoustic space through the speaker; A microphone that is arranged in the acoustic space and that collects the test sound to generate a microphone signal; a signal generation unit that generates a reference signal corresponding to the test signal; and a predetermined signal of the microphone signal and the reference signal A polarity determination unit that compares frequency band components and determines the polarity of a speaker connected to the output terminal.
  • the above speaker determination device determines the polarity of the speaker connected to the output terminal.
  • a test sound is output to the acoustic space through the connected speaker and is collected by the microphone.
  • a reference signal corresponding to the test signal is generated.
  • the polarity determination unit compares the microphone signal obtained by the microphone with a predetermined frequency band component of the reference signal, and determines the polarity of the speaker, that is, whether the speaker is connected in the positive phase or the reverse phase. To do.
  • One aspect of the above speaker polarity determination device measures a delay time corresponding to the distance between the speaker and the microphone based on the microphone signal, and uses the microphone signal used by the polarity determination unit based on the delay time. And a distance correction unit that adjusts the time axis between the reference signal and the reference signal. This makes it possible to accurately determine the polarity after adjusting the delay time depending on the distance between the speaker and the microphone.
  • speaker polarity determination apparatus includes a speaker determination unit that determines whether the speaker is an all-band speaker or a mid-high range speaker based on the microphone signal. When it is determined that the speaker is a region type speaker, the polarity determination unit determines the polarity of the speaker by comparing the middle component of the microphone signal and the reference signal.
  • the microphone signal when the connected speaker is a mid-high range speaker, the microphone signal lacks the low-frequency component, so the polarity determination is performed using the reference signal and the mid-frequency component of the microphone signal. .
  • the speaker polarity determination apparatus includes a reliability determination unit that determines reliability of a determination result by the polarity determination unit based on the microphone signal and the reference signal, and the speaker is an all-band type If it is determined that the speaker is a speaker, the polarity determination unit compares the low frequency components of the microphone signal and the reference signal to determine the polarity of the speaker, and the reliability determination unit determines the reliability of the determination result. The polarity determination unit outputs the determination result only when the reliability determination unit determines that the reliability of the determination result is high.
  • the reliability of the determination result by the polarity determination unit is determined by the reliability determination unit.
  • the determination result is used.
  • the polarity determination unit compares the mid-range component of the microphone signal and the reference signal. Then, the polarity of the speaker is determined, and the determination result is output.
  • the polarity determination is further performed using the middle band component of the microphone signal and the reference signal, and the determination result is used. Thereby, the accuracy of polarity determination can be ensured.
  • the reliability determination unit calculates the power of the sum signal and the difference signal of the microphone signal and the reference signal, and calculates the power of the sum signal and the power of the difference signal.
  • the power difference is greater than or equal to a predetermined value, it is determined that the reliability of the determination result is high, and when the power difference is less than the predetermined value, it is determined that the reliability of the determination result is low.
  • the polarity determination unit compares the amplitude or power of the difference signal and the sum signal of the microphone signal and the reference signal, and the sum signal is greater than the difference signal. Is determined that the speaker is connected in the positive phase, and if the sum signal is smaller than the difference signal, it is determined that the speaker is connected in the reverse phase. This makes it possible to accurately determine whether the speaker connection is in the normal phase or the reverse phase.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an acoustic device 1 to which a speaker polarity determination device according to the present invention is applied.
  • a speaker 6 is connected to the audio device 1, and an audio signal from an audio source (not shown) such as a CD or a DVD is reproduced through the speaker 6.
  • the speaker polarity determination described below is executed when the speaker 6 is connected to the acoustic device 1 prior to reproduction from the acoustic source.
  • the acoustic device 1 includes a signal processing unit 2, a test signal generator 3, a D / A converter 4, a microphone 8, an output terminal 9 to which a speaker 6 is connected, and an A / D converter 10. Prepare.
  • the speaker 6 and the microphone 8 are disposed in the acoustic space 20.
  • examples of the acoustic space 20 include a listening room and a home theater.
  • the test signal generator 3 generates a test signal 101 such as pink noise or white noise and supplies it to the signal processing unit 2.
  • the test signal 101 can also be stored as a digital signal in a memory in the test signal generator 3 or the like.
  • the signal processing unit 2 sends the test signal 101 to the D / A converter 4.
  • the D / A converter 4 converts the test signal 101 into an analog test signal 102 and supplies it to the plus terminal 9a and the minus terminal 9b.
  • the output terminal 9 when the positive terminal 9a and the negative terminal 9b are not distinguished, they are collectively referred to as the output terminal 9.
  • the signal processing unit 2 filters the test signal 101 using a filter having a predetermined frequency to generate a reference signal.
  • the speaker 6 includes a plus terminal 6a and a minus terminal 6b.
  • the speaker 6 is connected to the output terminal 9 of the audio device 1.
  • the state in which the plus terminal 6a of the speaker 6 is connected to the plus output terminal 9a of the audio device 1 and the minus terminal 6b of the speaker 6 is connected to the minus output terminal 9b of the audio device 1 is a correct connection state. Called connection state.
  • the state in which the plus terminal 6a of the speaker 6 is connected to the minus output terminal 9b of the audio device 1 and the minus terminal 6b of the speaker 6 is connected to the plus output terminal 9a of the audio device 1 is an incorrect connection state. This is called “reverse phase” connection.
  • the present invention detects this reverse phase connection state.
  • the speaker 6 connected to the output terminal 9 outputs a test sound 35 corresponding to the test signal 102 supplied through the output terminal 9 to the acoustic space 20.
  • the microphone 8 collects the test sound 35 in the acoustic space 20 and sends it to the A / D converter 10 as an analog microphone signal 103.
  • the A / D converter 10 converts the microphone signal 103 into a digital microphone signal 104 and supplies it to the signal processing unit 2.
  • the signal processing unit 2 determines the polarity of the speaker 6 based on the microphone signal 104 and a reference signal generated inside.
  • FIG. 2 shows the internal configuration of the signal processing unit 2.
  • the signal processing unit 2 includes a speaker determination unit 50, a filter unit 51, a distance correction unit 52, a reference signal generation unit 53, a polarity determination unit 54, and a reliability determination unit 55.
  • the signal processing unit 2 is preferably constituted by a DSP (Digital Signal Processor) or the like.
  • the microphone signal 104 output from the A / D converter 10 is input to the speaker discrimination unit 50 and the filter unit 51.
  • the speaker discriminating unit 50 discriminates a plurality of types of speakers that are targets of polarity determination.
  • the speaker discrimination unit 50 classifies the speakers 6 into an all-band type speaker and a middle / high range type speaker.
  • FIG. 3A shows an example of frequency characteristics of the full-band type speaker
  • FIG. 3B shows an example of frequency characteristics of the middle / high range type speaker.
  • the full-band type speaker is a speaker that can reproduce from a low range to a high range.
  • the mid / high range type speaker is a speaker that can reproduce from the mid range to the high range but has low reproduction capability in the low range. In the example of FIG.
  • the mid / high range type speaker lacks the reproduction capability in a band of 200 Hz or less as compared with the full-band type speaker.
  • the frequency band used in polarity determination described later is changed according to the type of speaker.
  • a speaker discrimination unit 50 for discriminating the type of speaker is provided.
  • the acoustic device 1 reproduces a low-frequency test signal and a middle-frequency test signal as test signals in a state where the speaker 6 to be discriminated is connected to the acoustic device 1, and acquires those microphone signals through the microphone 8.
  • the frequency of the low-frequency test signal is approximately 200 Hz
  • the frequency of the mid-frequency test signal is approximately 1 kHz.
  • the low-frequency microphone signal and the mid-frequency microphone signal are supplied to the speaker discrimination unit 50 as the microphone signal 104.
  • the speaker discrimination unit 50 compares the power of the low-frequency microphone signal with the power of the mid-range microphone signal. If the power of the low-frequency microphone signal is substantially equal to the power of the mid-range microphone signal, speaker determination unit 50 determines that the speaker is a full-band speaker. On the other hand, if the power of the low-frequency microphone signal is smaller than the power of the mid-range microphone signal, the speaker determination unit 50 determines that the speaker is a middle / high frequency speaker. The speaker determination unit 50 supplies the determination result obtained in this way to the polarity determination unit 54.
  • bass reflex speakers are classified as full-band speakers.
  • the bass reflex type speaker is characterized in that the phase of the reproduced signal is easily disturbed at a low frequency due to its structure.
  • FIG. 4A shows a multi-way speaker 71 including a tweeter 71T and a woofer 71W as a speaker unit.
  • the woofer 71W and the tweeter 71T have a structure in which plus terminals and minus terminals are connected to each other. This is called “forward connection type” for convenience.
  • FIG. 4 (b) there is a configuration such as a speaker 72 in which a woofer 72W and a tweeter 72T are connected in reverse polarity as shown in FIG.
  • reverse connection type This is called “reverse connection type” for convenience.
  • the phase of the low frequency signal reproduced from the woofer 72W and the phase of the middle / high frequency signal reproduced from the tweeter 72T are reversed.
  • this embodiment has one feature in that the polarity is determined in consideration of the above-described all-band speaker.
  • the filter unit 51 filters the microphone signal 104 to a predetermined frequency and supplies it to the distance correction unit 52.
  • the filter unit 51 performs filtering with a 200 Hz LPF or a 500 Hz BPF.
  • the reference signal generator 53 generates a reference signal from the test signal 101. Specifically, the reference signal generation unit 53 performs filtering on the test signal 101 with the same filter as the filtering performed by the filter unit 51 on the microphone signal 104 to generate a reference signal. That is, when the filter unit 51 filters the microphone signal 104 with a 200 Hz LPF (Low Pass Filter), the reference signal generation unit 53 generates the reference signal by filtering the test signal 101 with the 200 Hz LPF. This is supplied to the correction unit 52. When the filter unit 51 filters the microphone signal 104 with a 500 Hz BPF (Band Pass Filter), the reference signal generation unit 53 generates a reference signal by filtering the test signal 101 with a 500 Hz BPF. This is supplied to the correction unit 52.
  • LPF Low Pass Filter
  • the distance correction unit 52 corrects a signal delay corresponding to the distance between the speaker 6 and the microphone 8 arranged in the acoustic space 20.
  • the microphone signal has a delay corresponding to the time required for the test sound to reach the microphone 8 from the speaker 6, that is, a delay time Td. included. This delay time Td is proportional to the distance between the speaker 6 and the microphone 8.
  • Fig. 5 shows the distance correction method.
  • the reference signal is generated by the reference signal generator 53.
  • the head of the reference signal is shown in time 0 on the time axis.
  • the microphone signal obtained from the microphone 8 has the above-described delay time Td. Therefore, as shown in FIG. 5C, the distance correction unit 52 delays the reference signal by the delay time Td in the microphone signal and matches the time axis of the reference signal with the time axis of the microphone signal, that is, the time axis. Make adjustments.
  • the distance correction unit 52 measures the delay time Td prior to the distance correction and stores it in a storage unit (not shown).
  • a method of reproducing a pulse test signal from the speaker 6 and collecting the sound with the microphone 8 and obtaining a time difference between the reproduction timing of the test signal and the timing of the pulse component in the microphone signal can be used.
  • the distance correction unit 52 supplies the reference signal and the microphone signal after the adjustment on the time axis by the distance correction to the polarity determination unit 54.
  • the polarity determination unit 54 determines the polarity of the speaker by comparing the reference signal and the microphone signal.
  • the reference signal and microphone signal used here are those after the distance correction by the distance correction unit 52 as described above.
  • FIG. 6A shows the phase relationship between the reference signal and the microphone signal when the speaker connection is in the normal phase
  • FIG. 6B is the phase between the reference signal and the microphone signal when the speaker connection is in the opposite phase. Show the relationship.
  • FIG. 6 schematically shows a waveform after the reference signal and the microphone signal are band-limited to a certain frequency.
  • the phase of the reference signal and the phase of the microphone signal are in the positive phase (in phase).
  • the speaker connection is in reverse phase
  • the phase of the reference signal and the phase of the microphone signal are in reverse phase. Therefore, basically, by comparing the reference signal and the microphone signal and detecting the phase relationship between them, it is possible to determine whether the speaker connection is in the normal phase or the reverse phase.
  • the polarity determination unit 54 determines that the speaker connection is in phase when the waveform of the signal after addition becomes larger than the waveform of one or both signals before addition, and the waveform of the signal after addition is added. If it becomes smaller than the waveform of one or both of the previous signals, it is determined that the speaker connection is in reverse phase.
  • an addition signal obtained by adding the reference signal and the microphone signal and a subtraction signal obtained by subtracting the other from one of the reference signal and the microphone signal can be used, and the two can be compared.
  • the amplitudes of the addition signal and the subtraction signal may be compared, or the respective powers may be calculated and compared.
  • the polarity determination unit 54 determines that the speaker connection is in the normal phase if the addition signal is greater than the subtraction signal, and determines that the speaker connection is in the opposite phase if the addition signal is smaller than the subtraction signal.
  • the filter unit 51 and the reference signal generation unit 53 perform filtering using the same filter.
  • the reference signal generation unit 53 and the filter unit 51 perform filtering with a low frequency, for example, an LPF of 200 Hz in principle.
  • the polarity determination unit 54 compares the microphone signal filtered with the 200 Hz LPF and the reference signal generated by filtering the test signal with the 200 Hz LPF.
  • the reason for using a low frequency component of 200 Hz or less is as follows.
  • the full-band type speakers targeted in this embodiment include a reverse connection type multi-way speaker as shown in FIG.
  • the phase is inverted between the low range and the middle / high range.
  • the boundary between the low frequency component and the middle / high frequency component is often around 160 Hz.
  • such a reverse connection type multi-way speaker defines the polarity of the speaker on the basis of the low range. That is, as shown in FIG. 4B, a state where the woofer 72W is connected to the acoustic device 1 so as to be in a positive phase is considered as a correct connection state.
  • the polarity determination unit 54 compares the reference signal generated by the 200 Hz LPF and the microphone signal filtered by the 200 Hz LPF. Thereby, about a reverse connection type multi-way speaker, polarity can be determined on the basis of a low region.
  • the band may be limited to a frequency lower than 200 Hz for the purpose of determining the polarity with reference to the low band, but if the band is limited to a very low band, the frequency of the standing wave existing in the acoustic space 20 There is a possibility that the determination accuracy is lowered due to the influence of overlapping and the S / N being lowered. Therefore, in a preferred example of this embodiment, filtering is performed with an LPF of about 200 Hz.
  • the frequency band used for polarity determination is preferably a low band of about 200 Hz as described above, but there are two exceptions.
  • the first exception is when the speaker is a mid / high range speaker.
  • the mid / high frequency type speaker lacks the low frequency component, so when the determination is made using the low frequency component of the reference signal and the microphone signal, the S / N cannot be secured. Accuracy is reduced. Therefore, for the middle / high frequency type speaker, the determination is performed using the middle frequency component of about 500 Hz.
  • the polarity determination unit 54 compares the reference signal generated by filtering the test signal with a 500 Hz BPF and the microphone signal filtered with the 500 Hz BPF. This makes it possible to accurately determine the polarity of the middle / high range speaker that originally has a low range component.
  • the second exception is a case where the reliability of the polarity determination result after band limiting with a 200 Hz LPF is low.
  • the bass-band type speaker is included in the all-band type speaker targeted in this embodiment.
  • bass reflex type speakers have signal reflection at the bass reflex port due to their structure, and therefore the phase of the low frequency component is often disturbed. Therefore, for bass reflex type speakers, the accuracy of polarity determination using a low frequency component may not be ensured. Therefore, in this embodiment, the reliability determination unit 55 determines the reliability of the polarity determination result obtained by using the low frequency component of 200 Hz or less, and when the reliability is low, the mid frequency component near 500 Hz is determined. Use again to determine polarity. As a result, accurate determination is possible even for a speaker in which the phase of the low frequency component is disturbed, such as a bass reflex speaker.
  • the reliability determination unit 55 calculates and compares the power Pa of the addition signal of the reference signal and the microphone signal supplied from the distance correction unit 52 and the power Ps of both subtraction signals. As can be understood from FIG. 6, when there is no phase disturbance in the low frequency component, the power Pa of the addition signal is nearly doubled and the power Ps of the subtraction signal is close to 0 if the speaker connection is positive phase. On the other hand, if the speaker connection is in reverse phase, the power Pa of the addition signal is close to 0, and the power Ps of the subtraction signal is close to twice.
  • the reliability determination unit 55 uses a low frequency component of 200 Hz or less.
  • the reliability determination unit 55 performs the reliability determination, so that the polarity determination accuracy can be improved even for a speaker in which the phase of the low frequency component of the reproduction signal is disturbed, such as a bass reflex speaker. Become.
  • the polarity determination is performed, but there is a reverse connection type multi-way speaker as shown in FIG. 4B on the market.
  • the polarity determination is performed by comparing the microphone signal filtered with the 200 Hz LPF and the reference signal generated by filtering the test signal with the 200 Hz LPF. Note that the polarity determination based on the low frequency component does not cause any problem for the forward connection type multi-way speaker as shown in FIG. That is, the determination of the polarity of the speaker is based on the procedure of performing the distance correction using the high frequency component and then performing the polarity determination using the low frequency component.
  • the speaker is first discriminated at the beginning of the processing, and the polarity is discriminated by using the middle band component exceptionally for the middle / high band type speaker. That is, the polarity is determined by comparing the microphone signal filtered with the 500 Hz BPF and the reference signal generated by filtering the test signal with the 500 Hz BPF.
  • a speaker that has been identified as a low-frequency speaker may have a problem in determining polarity using a low-frequency component, such as the bass reflex type described above. Therefore, the reliability determination is performed, and when the reliability is low, the polarity determination is exceptionally performed using the mid-band component.
  • FIG. 7 is a flowchart of the polarity determination process. The polarity determination process is executed by each component shown in FIG.
  • the signal processing unit 2 outputs a test sound from the speaker 6, collects the sound with the microphone 8, and obtains a microphone signal.
  • the distance correction unit 52 performs distance correction using the delay time Td measured in advance, and adjusts the time axis of the reference signal and the microphone signal (step S10).
  • the speaker discrimination unit 50 compares the power of the low frequency component and the power of the mid frequency component to determine whether the currently connected speaker 6 is an all-band type speaker or a middle / high frequency type speaker. Is discriminated (step S11).
  • the polarity determination unit 54 When it is determined that the currently connected speaker 6 is a middle / high-frequency speaker, the polarity determination unit 54 performs polarity determination using a mid-frequency component near 500 Hz (step S12). That is, the polarity determination unit 54 performs polarity determination by comparing the amplitude or power of the reference signal generated using the 500 Hz BPF and the microphone signal filtered by the 500 Hz BPF. And the polarity determination part 54 outputs the obtained determination result to the display part etc. of the audio equipment 1, etc., for example. Thereby, the user can know whether or not the speaker is correctly connected.
  • the polarity determination unit 54 When it is determined in step S11 that the currently connected speaker is a full-band speaker, the polarity determination unit 54 first performs polarity determination using a low frequency component of 200 Hz or less (step S14). That is, the polarity determination unit 54 compares the reference signal generated using the 200 Hz LPF and the microphone signal filtered by the 200 Hz LPF, and obtains a polarity determination result. And the polarity determination part 54 hold
  • the reliability determination unit 55 performs reliability determination using the same reference signal and microphone signal as those in step S14 (step S15). As described above, this reliability determination is to confirm whether or not the result of polarity determination using a low frequency component of 200 Hz or less is reliable. When it is determined that the reliability is high, the polarity determination unit 54 outputs the result of the polarity determination performed in step S14 (step S16). On the other hand, when it is determined that the reliability is low, the polarity determination unit 54 discards the determination result obtained in step S14 and newly performs polarity determination using a mid-frequency component near 500 Hz (step S17).
  • the polarity is determined by comparing the reference signal generated using the 500 Hz BPF and the microphone signal filtered by the 500 Hz BPF. And the polarity determination part 54 outputs the obtained determination result (step S18). Thus, the polarity determination process ends.
  • accurate polarity determination can be performed after correcting the propagation delay of the sound wave caused by the distance between the speaker and the microphone by the distance correction in step S10.
  • step S11 speaker discrimination is performed in step S11, and for middle and high frequency speakers, polarity determination is performed using a mid frequency component in the vicinity of 500 Hz. Therefore, it is accurate even for mid and high frequency speakers that lack low frequency components. The polarity can be determined.
  • the polarity determination since the polarity determination is first performed in the low frequency range of 200 Hz or less for the all-band type speaker, the polarity determination can be performed based on the low frequency component for the reverse connection type multi-way speaker. Furthermore, the reliability of the polarity determination is determined in the low frequency range, and when the reliability is low, the polarity determination is performed again using the middle frequency component near 500 Hz. Therefore, the determination accuracy can be improved even for a speaker whose phase of the low frequency component is disturbed, such as a bass reflex speaker.
  • the reason why the reliability determination unit 55 determines that the reliability is low is not the case of the bass reflex type speaker in reality, for example, the influence of the group delay due to the network circuit of the speaker, the reflection from the wall in the acoustic space, etc. It is also possible that the speaker is not pointing correctly at the microphone. However, in any case, it can be expected that the determination accuracy is improved by performing the reliability determination, and when the reliability is low, the polarity determination is performed again using the mid-band component.
  • the polarity determination of one speaker that is, one channel of an acoustic signal has been described.
  • the actual audio device for example, a device that performs reproduction of a plurality of channels such as an audio reproduction device and an AV reproduction device is used, and a plurality of speakers are connected to the audio device 1.
  • the above polarity determination process may be executed for each speaker.
  • the delay time is measured by performing distance correction of a plurality of speakers when the acoustic device 1 is installed, the result can be stored and used for distance correction in the polarity determination processing.
  • the polarity determination processing according to the present invention can be performed using the microphone signal acquired at that time. For example, when frequency characteristic correction is performed using pink noise as a test signal as automatic sound field correction, if the polarity determination processing is executed using the microphone signal obtained at that time, the acoustic characteristic correction The time required for the whole can be shortened.
  • the speaker polarity determination device of the present invention can be used for home theater products, audio products, and the like, for example.

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Abstract

　スピーカ判定装置は、出力端子に接続されたスピーカの極性を判定する。接続されたスピーカを通じて音響空間にテスト音が出力され、それがマイクにより集音される。また、テスト信号に基づいてリファレンス信号が生成される。極性判定部は、マイクにより得られたマイク信号とリファレンス信号の所定の周波数帯域成分を比較し、スピーカの極性、即ち、スピーカが正相で接続されているか、逆相で接続されているかを判定する。

Description

スピーカ極性判定装置
　本発明は、スピーカを通じて音響を出力する装置におけるスピーカの極性判定手法に関する。
　オーディオ製品、ホームシアター製品など、スピーカを接続して音声を出力する音響装置が知られている。そのような装置にスピーカを接続する場合、通常はスピーカのプラス（＋）端子及びマイナス（－）端子を、装置の出力端子のプラス端子及びマイナス端子にそれぞれ接続する必要がある。このように、プラス端子同士、マイナス端子同士を正しく接続した状態ではスピーカの極性は正相と言われる。逆に、プラスと端子とマイナス端子を逆に接続した状態ではスピーカの極性は逆相と言われる。
　スピーカが逆相で接続されると、スピーカから出力される音響の位相が反転してしまい、一般的に再生音質が低下する。そこで、スピーカの極性を判定する機能を音響装置側に搭載する手法が提案されている。例えば、予め用意された基準音声信号をスピーカから出力してマイクで集音し、集音した信号と基準音声信号とを比較することにより、スピーカの極性を判定する手法が特許文献１及び２に記載されている。
　実際には、音響装置の種類や用途などにより、様々な種類のスピーカが音響装置に接続される。特許文献１及び２は特にスピーカの種類や特性を考慮した判別手法を提供するものではない。
特開平６－３１１５７８号公報 特許第３４８０６３６号公報
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、様々な種類のスピーカに対して有効なスピーカ判別装置を提供することを課題とする。
　請求項１に記載の発明は、スピーカ極性判定装置であって、スピーカが接続される出力端子と、前記出力端子にテスト信号を供給し、前記スピーカを通じて音響空間にテスト音を出力するテスト音出力部と、前記音響空間に配置され、前記テスト音を集音してマイク信号を生成するマイクと、前記テスト信号に対応するリファレンス信号を生成する信号生成部と、前記マイク信号と前記リファレンス信号の所定の周波数帯域成分を比較して、前記出力端子に接続されたスピーカの極性を判定する極性判定部と、を備えることを特徴とする。
本発明のスピーカ極性判定装置を適用した音響装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す信号処理部の内部構成を示すブロック図である。 スピーカの種類と特性を示す図である。 マルチウェイスピーカの接続例を示す図である。 距離補正の手法を説明する図である。 極性判定の手法を説明する図である。 極性判定処理のフローチャートである。
符号の説明
　１　音響装置
　２　信号処理部
　６　スピーカ
　８　マイク
　５０　スピーカ判別部
　５１　フィルタ部
　５２　距離補正部
　５３　記憶部
　５４　極性判定部
　５５　信頼度判定部
　本発明の１つの実施形態では、スピーカ極性判定装置は、スピーカが接続される出力端子と、前記出力端子にテスト信号を供給し、前記スピーカを通じて音響空間にテスト音を出力するテスト音出力部と、前記音響空間に配置され、前記テスト音を集音してマイク信号を生成するマイクと、前記テスト信号に対応するリファレンス信号を生成する信号生成部と、前記マイク信号と前記リファレンス信号の所定の周波数帯域成分を比較して、前記出力端子に接続されたスピーカの極性を判定する極性判定部と、を備える。
　上記のスピーカ判定装置は、出力端子に接続されたスピーカの極性を判定する。接続されたスピーカを通じて音響空間にテスト音が出力され、それがマイクにより集音される。また、テスト信号に対応するリファレンス信号が生成される。極性判定部は、マイクにより得られたマイク信号とリファレンス信号の所定の周波数帯域成分を比較し、スピーカの極性、即ち、スピーカが正相で接続されているか、逆相で接続されているかを判定する。
　上記のスピーカ極性判定装置の一態様は、前記マイク信号に基づいて前記スピーカと前記マイクとの距離に対応する遅延時間を測定し、当該遅延時間に基づいて、前記極性判定部が使用するマイク信号とリファレンス信号との間の時間軸調整を行う距離補正部を備える。これにより、スピーカとマイクとの距離による遅延時間を調整した上で正確に極性判定を行うことが可能となる。
　上記のスピーカ極性判定装置の他の一態様は、前記マイク信号に基づいて、前記スピーカが全帯域型スピーカと中高域型スピーカのいずれであるかを判別するスピーカ判別部を備え、前記スピーカが中高域型スピーカであると判別された場合、前記極性判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の中域成分を比較してスピーカの極性を判定する。
　この態様では、接続されたスピーカが中高域型スピーカである場合には、マイク信号に低域成分が不足しているので、リファレンス信号及びマイク信号の中域成分を使用して極性判定が行われる。
　上記のスピーカ極性判定装置の他の一態様は、前記マイク信号と前記リファレンス信号に基づいて、前記極性判定部による判定結果の信頼度を判定する信頼度判定部を備え、前記スピーカが全帯域型スピーカであると判別された場合、前記極性判定部は前記マイク信号と前記リファレンス信号の低域成分を比較してスピーカの極性を判定するとともに前記信頼度判定部は判定結果の信頼度を判定し、判定結果の信頼度が高いと前記信頼度判定部が判定した場合にのみ前記極性判定部は当該判定結果を出力する。
　この態様では、スピーカが全帯域型スピーカであると判別された場合、極性判定部による判定結果の信頼度が信頼度判定部により判定される。そして、信頼度が高いと判定された場合にはその判定結果が使用される。
　上記のスピーカ極性判定装置の他の一態様では、判定結果の信頼度が低いと前記信頼度判定部が判定した場合、前記極性判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の中域成分を比較してスピーカの極性を判定し、判定結果を出力する。
　この態様では、信頼度判定部により極性判定の信頼度が低いと判定された場合、さらにマイク信号とリファレンス信号の中域成分を使用して極性判定が行われ、その判定結果が使用される。これにより、極性判定の精度を確保することができる。
　上記のスピーカ極性判定装置の他の一態様では、前記信頼度判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の和信号のパワーと差信号のパワーを算出し、和信号のパワーと差信号のパワーとのパワー差が所定値以上である場合に判定結果の信頼度が高いと判定し、前記パワー差が前記所定値未満である場合に判定結果の信頼度が低いと判定する。これにより、例えば低域成分の位相が乱れているバスレフ型スピーカなどについて、極性判定結果の精度を確保することができる。
　上記のスピーカ極性判定装置の他の一態様では、前記極性判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の和信号と差信号の振幅又はパワーを比較し、前記和信号が前記差信号より大きい場合には前記スピーカが正相に接続されていると判定し、前記和信号が前記差信号より小さい場合には前記スピーカが逆相に接続されていると判定する。これにより、スピーカの接続が正相であるか逆相であるかを正確に判定することができる。
　以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
　［装置の構成］
　図１に、本発明によるスピーカ極性判定装置を適用した音響装置１の概略構成を示す。音響装置１にはスピーカ６が接続され、ＣＤ、ＤＶＤなどの図示しない音響ソースからの音響信号がスピーカ６を通じて再生される。なお、以下に説明するスピーカ極性判定は、音響ソースからの再生に先だって、音響装置１に対してスピーカ６を接続したときに実行されるものである。
　音響装置１は、信号処理部２と、テスト信号発生器３と、Ｄ／Ａ変換器４と、マイク８と、スピーカ６が接続される出力端子９と、Ａ／Ｄ変換器１０と、を備える。スピーカ６及びマイク８は音響空間２０内に配置される。なお、音響空間２０としては、例えばリスニングルーム、ホームシアターなどが挙げられる。
　テスト信号発生器３は、例えばピンクノイズ、ホワイトノイズなどのテスト信号１０１を発生し、信号処理部２へ供給する。なお、テスト信号１０１はデジタル信号としてテスト信号発生器３内のメモリなどに記憶しておくこともできる。
　信号処理部２は、テスト信号１０１をＤ／Ａ変換器４へ送る。Ｄ／Ａ変換器４はテスト信号１０１をアナログのテスト信号１０２に変換し、プラス端子９ａ及びマイナス端子９ｂへ供給する。なお、本明細書では、プラス端子９ａとマイナス端子９ｂを区別しない場合は、両者をまとめて出力端子９と呼ぶ。また、信号処理部２は、テスト信号１０１に対して、所定の周波数のフィルタを用いてフィルタリングを行い、リファレンス信号を生成する。
　一方、スピーカ６は、プラス端子６ａとマイナス端子６ｂを備える。スピーカ６は、音響装置１の出力端子９に接続される。スピーカ６のプラス端子６ａを音響装置１のプラス出力端子９ａに接続し、スピーカ６のマイナス端子６ｂを音響装置１のマイナス出力端子９ｂに接続した状態が正しい接続状態であり、「正相」の接続状態と呼ばれる。これに対し、スピーカ６のプラス端子６ａを音響装置１のマイナス出力端子９ｂに接続し、スピーカ６のマイナス端子６ｂを音響装置１のプラス出力端子９ａに接続した状態は誤った接続状態であり、「逆相」の接続状態と呼ばれる。本発明は、この逆相の接続状態を検出するものである。
　出力端子９に接続されたスピーカ６は、出力端子９を通じて供給されたテスト信号１０２に対応するテスト音３５を音響空間２０に出力する。マイク８は音響空間２０内でテスト音３５を集音し、アナログのマイク信号１０３としてＡ／Ｄ変換器１０へ送る。Ａ／Ｄ変換器１０はマイク信号１０３をデジタルのマイク信号１０４に変換し、信号処理部２へ供給する。信号処理部２は、マイク信号１０４と、内部で生成したリファレンス信号とに基づいて、スピーカ６の極性を判定する。
　図２は、信号処理部２の内部構成を示す。図示のように、信号処理部２は、スピーカ判別部５０と、フィルタ部５１と、距離補正部５２と、リファレンス信号生成部５３と、極性判定部５４と、信頼度判定部５５とを備える。なお、信号処理部２は、好適にはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などにより構成される。Ａ／Ｄ変換器１０から出力されたマイク信号１０４は、スピーカ判別部５０及びフィルタ部５１へ入力される。
　スピーカ判別部５０は、極性判定の対象となる複数種類のスピーカを判別する。本実施例では、スピーカ判別部５０は、スピーカ６を全帯域型スピーカと中・高域型スピーカに分類する。図３（ａ）は全帯域型スピーカの周波数特性例を示し、図３（ｂ）は中・高域型スピーカの周波数特性例を示す。全帯域型スピーカは低域から高域まで再生できるスピーカである。これに対し、中・高域型スピーカは、中域から高域までは再生できるが、低域の再生能力が低いスピーカである。図３の例では、中・高域型スピーカは全帯域型スピーカと比較して２００Ｈｚ以下の帯域の再生能力が不足している。本実施例では、スピーカの種別に応じて、後述する極性判定において使用する周波数帯域を変えている。このために、スピーカの種別を判別するスピーカ判別部５０が設けられている。
　スピーカ判別部５０による判別手法を説明する。音響装置１は、判別の対象となるスピーカ６を音響装置１に接続した状態で、テスト信号として低域テスト信号と中域テスト信号を再生し、マイク８を通じてそれらのマイク信号を取得する。ここで、例えば低域テスト信号の周波数は２００Ｈｚ程度、中域テスト信号の周波数は１ｋＨｚ程度とされる。
　低域のマイク信号と中域のマイク信号はマイク信号１０４としてスピーカ判別部５０へ供給される。スピーカ判別部５０は、低域のマイク信号のパワーと中域のマイク信号のパワーとを比較する。低域のマイク信号のパワーと中域のマイク信号のパワーとがほぼ等しければ、スピーカ判別部５０はそのスピーカを全帯域型スピーカであると判別する。一方、低域のマイク信号のパワーが中域のマイク信号のパワーより小さければ、スピーカ判別部５０はそのスピーカを中・高域型スピーカであると判別する。スピーカ判別部５０は、こうして得られた判別結果を極性判定部５４へ供給する。
　次に、全帯域スピーカについて補足する。低域まで再生が可能な全帯域型スピーカとしては種々の構成のものが知られている。例えば、バスレフ型スピーカは全帯域型スピーカに分類される。なお、バスレフ型スピーカは、その構造上、低域で再生信号の位相が乱れやすいという特徴がある。
　また、図４に示すように、複数のスピーカユニットを搭載したマルチウェイスピーカも全帯域型スピーカに分類される。図４（ａ）はスピーカユニットとしてツイータ７１Ｔとウーファー７１Ｗを備えるマルチウェイスピーカ７１を示している。なお、このようなマルチウェイスピーカの場合、通常は図４（ａ）に示すように、ウーファー７１Ｗとツイータ７１Ｔは、プラス端子同士、マイナス端子同士が接続された構造となっている。これを便宜上「順接続型」と呼ぶ。これに対し、市場には、図４（ｂ）に示すようにウーファー７２Ｗとツイータ７２Ｔが逆極性で接続されているスピーカ７２のような構成のものも存在する。これを便宜上「逆接続型」と呼ぶ。このような逆接続型のマルチウェイスピーカ７２の場合、ウーファー７２Ｗから再生される低域信号の位相と、ツイータ７２Ｔから再生される中・高域信号の位相は逆となっている。詳細は後述するが、本実施例では、上記のような全帯域型スピーカを考慮して極性判定を行う点に１つの特徴を有する。
　図２に戻り、フィルタ部５１は、マイク信号１０４を所定の周波数にフィルタリングし、距離補正部５２へ供給する。本実施例では、フィルタ部５１は２００ＨｚのＬＰＦ又は５００ＨｚのＢＰＦによりフィルタリングを行う。
　リファレンス信号生成部５３は、テスト信号１０１からリファレンス信号を生成する。具体的には、リファレンス信号生成部５３は、テスト信号１０１に対して、フィルタ部５１がマイク信号１０４に対して行うフィルタリングと同一のフィルタでフィルタリングを行い、リファレンス信号を生成する。即ち、フィルタ部５１が２００ＨｚのＬＰＦ（Ｌｏｗ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ）でマイク信号１０４をフィルリングする場合には、リファレンス信号生成部５３はテスト信号１０１を２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングしてリファレンス信号を生成し、距離補正部５２へ供給する。また、フィルタ部５１が５００ＨｚのＢＰＦ（Ｂａｎｄ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ）でマイク信号１０４をフィルタリングする場合には、リファレンス信号生成部５３は、テスト信号１０１を５００ＨｚのＢＰＦでフィルタリングしてリファレンス信号を生成し、距離補正部５２へ供給する。
　距離補正部５２は、音響空間２０に配置されたスピーカ６とマイク８との距離に対応する信号の遅延を補正する。テスト信号に基づいて音響空間２０にテスト音を出力し、マイク６で集音した場合、マイク信号にはテスト音がスピーカ６からマイク８に至るまでに要する時間分の遅れ、即ち遅延時間Ｔｄが含まれる。この遅延時間Ｔｄは、スピーカ６とマイク８との間の距離に比例する。
　図５に、距離補正の手法を示す。リファレンス信号は、リファレンス信号生成部５３により生成される。図５（ａ）では、便宜上、リファレンス信号の先頭を時間軸上の時刻０に合わせて示している。図５（ｂ）に示すように、マイク８から得られるマイク信号は、上述の遅延時間Ｔｄを有する。そこで、距離補正部５２は、図５（ｃ）に示すように、マイク信号における遅延時間Ｔｄ分だけリファレンス信号を遅延させてリファレンス信号の時間軸をマイク信号の時間軸と合わせる処理、即ち時間軸調整を行う。なお、距離補正部５２は、距離補正に先だって、遅延時間Ｔｄを測定し、図示しない記憶部などに記憶しておく。遅延時間Ｔｄの測定方法としては、例えば、パルス性のテスト信号をスピーカ６から再生してマイク８で集音し、テスト信号の再生タイミングとマイク信号中のパルス成分のタイミングとの時間差を求める方法が使用できる。距離補正部５２は、こうして距離補正により時間軸上の調整がなされた後のリファレンス信号及びマイク信号を極性判定部５４へ供給する。
　極性判定部５４は、リファレンス信号とマイク信号とを比較することにより、スピーカの極性を判定する。ここで使用するリファレンス信号及びマイク信号は、上述のように距離補正部５２により距離補正がなされた後のものである。
　図６（ａ）はスピーカの接続が正相である場合のリファレンス信号とマイク信号の位相関係を示し、図６（ｂ）はスピーカの接続が逆相である場合のリファレンス信号とマイク信号の位相関係を示す。なお、図６はリファレンス信号及びマイク信号をある周波数に帯域制限した後の波形を模式的に示す。図６から理解されるように、スピーカの接続が正相である場合、リファレンス信号の位相とマイク信号の位相は正相（同相）となる。一方、スピーカの接続が逆相である場合、リファレンス信号の位相とマイク信号の位相は逆相となる。よって、基本的には、リファレンス信号とマイク信号を比較して、それらの位相関係を検出すれば、スピーカの接続が正相であるか逆相であるかを判定することができる。
　リファレンス信号とマイク信号の比較の方法はいくつかあるが、基本的にはリファレンス信号とマイク信号を干渉させる方法が採用される。例えば、第１の方法としては、リファレンス信号とマイク信号を単純に加算する方法が使用できる。この場合、極性判定部５４は、加算後の信号の波形が加算前の一方又は両方の信号の波形より大きくなればスピーカの接続が正相であると判定し、加算後の信号の波形が加算前の一方又は両方の信号の波形より小さくなればスピーカの接続が逆相であると判定する。
　また、第２の方法としては、リファレンス信号とマイク信号を加算した加算信号と、リファレンス信号とマイク信号の一方から他方を減算した減算信号を生成し、両者を比較する方法が使用できる。この場合、加算信号と減算信号の振幅を比較しても良いし、それぞれのパワーを算出して比較してもよい。図６から理解されるように、スピーカの接続が正相である場合、加算信号の振幅又はパワーは２倍近くになり、減算信号の振幅又はパワーは０に近くなる。一方、スピーカの接続が逆相である場合、加算信号の振幅又はパワーは０に近くなり、減算信号の振幅又はパワーは２倍近くになる。そこで、極性判定部５４は、加算信号が減算信号より大きければスピーカの接続は正相であると判定し、加算信号が減算信号より小さければスピーカの接続は逆相であると判定する。
　次に、フィルタ部５１及びリファレンス信号生成部５３によるフィルタリングについて説明する。フィルタ部５１とリファレンス信号生成部５３は、同一のフィルタによりフィルタリングを行う。ここで、本実施例では、リファレンス信号生成部５３とフィルタ部５１は、原則として低域の周波数、例えば２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングを行う。そして、距離補正部５２による距離補正後、極性判定部５４は、２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングされたマイク信号と、テスト信号を２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングして生成されたリファレンス信号とを比較する。
　ここで、２００Ｈｚ以下の低域周波数成分を使用する理由は以下の通りである。図４を参照して説明したように、本実施例において対象とされる全帯域型スピーカには、図４（ｂ）に示すような逆接続型のマルチウェイスピーカが含まれる。このようなスピーカでは、低域と中・高域とで位相が反転している。一般的に、このようなスピーカでは、低域成分と中・高域成分の境界は１６０Ｈｚ付近であることが多い。本実施例では、このような逆接続型のマルチウェイスピーカは、低域を基準にしてスピーカの極性を定義することとする。即ち、図４（ｂ）に示すように、音響装置１に対してウーファー７２Ｗが正相となるように接続した状態を正しい接続状態と考える。そうすると、スピーカの極性判定はウーファー７２Ｗの周波数帯域において行う必要がある。そこで、本実施例では、原則として、極性判定部５４は、２００ＨｚのＬＰＦにより生成されたリファレンス信号と、２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングされたマイク信号を比較する。これにより、逆接続型のマルチウェイスピーカについては、低域を基準として極性を判定することができる。なお、低域を基準として極性を判定するという趣旨では、２００Ｈｚより低い周波数に帯域制限しても構わないが、あまり低域に帯域制限すると、音響空間２０内に存在する定在波の周波数と重なってその影響を受けたり、Ｓ／Ｎが低下したりして判定精度が低下する恐れがある。よって、本実施例における好適な例では、２００Ｈｚ程度のＬＰＦでフィルタリングが行われる。
　さて、極性判定において使用する周波数帯域は上述のように原則として２００Ｈｚ程度の低域が好ましいが、２つの例外がある。
　１つ目の例外はスピーカが中・高域型スピーカである場合である。中・高域型スピーカは、図３（ｂ）に示したように低域成分が不足しているので、リファレンス信号とマイク信号の低域成分を用いて判定するとＳ／Ｎが確保できず、精度が低下する。そこで、中・高域型スピーカについては、５００Ｈｚ程度の中域成分を用いて判定を行う。具体的には、極性判定部５４は、テスト信号を５００ＨｚのＢＰＦでフィルタリングして生成されたリファレンス信号と、５００ＨｚのＢＰＦでフィルタリングされたマイク信号とを比較する。これにより、もともと低域成分が少ない中・高域型スピーカの極性を正確に判定することができる。
　２つ目の例外は、２００ＨｚのＬＰＦで帯域制限した後の極性判定結果の信頼性が低い場合である。既に述べたように、本実施例で対象としている全帯域型スピーカにはバスレフ型スピーカが含まれている。一般的に、バスレフ型スピーカは、その構造上バスレフポートで信号の反射などがあるため、低域成分の位相が乱れていることが多い。よって、バスレフ型スピーカについては、低域成分を使用した極性判定の精度が確保できない場合がある。そこで、本実施例では、信頼度判定部５５が２００Ｈｚ以下の低域成分を使用して得た極性判定結果の信頼度を判定し、信頼度が低い場合には、５００Ｈｚ付近の中域成分を使用して再度極性判定を行う。これにより、バスレフ型スピーカのように低域成分の位相が乱れているスピーカについても正確な判定を可能とする。
　次に、信頼度判定部５５が行う信頼度判定について説明する。信頼度判定部５５は、距離補正部５２から供給されるリファレンス信号及びマイク信号の加算信号のパワーＰａと、両者の減算信号のパワーＰｓとを算出して比較する。図６から理解されるように、低域成分に位相の乱れが無い場合、スピーカの接続が正相なら加算信号のパワーＰａは２倍近くになり、減算信号のパワーＰｓは０に近くなる。一方、スピーカの接続が逆相なら加算信号のパワーＰａは０に近くなり、減算信号のパワーＰｓは２倍に近くなる。よって、低域成分に位相の乱れが無い場合、加算信号のパワーＰａと減算信号のパワーＰｓには十分な差がある。これに対し、低域成分に位相の乱れがある場合、位相の乱れ分に起因して、加算信号のパワーＰａと減算信号のパワーＰｓとの差が小さくなる。そこで、信頼度判定部５５は、加算信号のパワーＰと減算信号のパワーＰｓとの差（Ｐａ－Ｐｓ）が所定値（例えば、３ｄＢ）以上ある場合には２００Ｈｚ以下の低域成分を使用して行った極性判定結果が信頼できると判定し、所定値未満である場合には２００Ｈｚ以下の低域成分を使用して行った極性判定結果が信頼できないと判定する。このように、信頼度判定部５５が信頼度判定を行うことにより、バスレフ型スピーカのように、再生信号の低域成分の位相が乱れているスピーカについても極性判定精度を向上させることが可能となる。
　［極性判定処理］
　まず、極性判定処理の基本的な手順について説明する。スピーカの極性判定を行うにあたり、まず対象となるスピーカに対して距離補正が行われる。これは、スピーカの配置に応じた距離補正を行わなければ、マイク信号の位相が不定となり、極性判定が正しく行えないからである。距離補正は、上述のようにパルス性の信号、つまり高域の信号を用いて行われる。
　次に極性判定を行うのであるが、市場には図４（ｂ）に示したような逆接続型のマルチウェイスピーカが存在する。このようなスピーカについて正しく極性判定を行うために、極性判定は原則として低域成分に基づいて行う必要がある。よって、原則として、２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングしたマイク信号と、テスト信号を２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングして生成したリファレンス信号とを比較して極性判定が行われる。なお、低域成分に基づいて極性判定することは、図４（ａ）に示すような順接続型のマルチウェイスピーカに対しては何ら問題を生じない。即ち、スピーカの極性判定は、高域成分を用いて距離補正を行った後、低域成分を用いて極性判定を行う、という手順が基本となる。
　但し、上述の中・高域型スピーカの場合は、マイク信号を２００ＨｚのＬＰＦフィルタでフィルタリングするとパワーが不足してしまい、正しい判定ができなくなってしまう。そこで、処理の最初にまずスピーカの判別を行い、中・高域型スピーカについては例外的に中域成分を使用して極性判定を行うこととする。即ち、５００ＨｚのＢＰＦでフィルタリングしたマイク信号と、テスト信号を５００ＨｚのＢＰＦでフィルタリングして生成したリファレンス信号を比較して極性判定が行われる。
　さらには、低域型スピーカと判別されたスピーカでも、例えば前述のバスレフ型のように低域成分を用いて極性判定することに支障があるものがある。そこで、信頼度判定を行い、信頼度が低い場合には、例外的に中域成分を用いて極性判定を行う。
　次に、極性判定処理の具体例について説明する。図７は極性判定処理のフローチャートである。極性判定処理は、図２に示した各構成要素により実行される。
　まず、信号処理部２は、テスト音をスピーカ６から出力し、これをマイク８で集音してマイク信号を得る。次に、距離補正部５２は、前述のように、予め測定した遅延時間Ｔｄを用いて距離補正を行い、リファレンス信号とマイク信号の時間軸調整を行う（ステップＳ１０）。
　次に、スピーカ判別部５０は、低域成分のパワーと中域成分のパワーを比較することにより、現在接続されているスピーカ６が全帯域型スピーカと中・高域型スピーカのいずれであるかを判別する（ステップＳ１１）。
　現在接続されているスピーカ６が中・高域型スピーカであると判定された場合、極性判定部５４は５００Ｈｚ付近の中域成分を使用して極性判定を行う（ステップＳ１２）。即ち、極性判定部５４は、５００ＨｚのＢＰＦを用いて生成されたリファレンス信号と、５００ＨｚのＢＰＦでフィルタリングされたマイク信号の振幅又はパワーを比較して極性判定を行う。そして、極性判定部５４は、得られた判定結果を、例えば音響装置１の表示部などに出力する。これにより、ユーザは、スピーカが正しく接続されているか否かを知ることができる。
　ステップＳ１１において、現在接続されているスピーカが全帯域型スピーカであると判定された場合、極性判定部５４は、まず２００Ｈｚ以下の低域成分を使用して極性判定を行う（ステップＳ１４）。即ち、極性判定部５４は、２００ＨｚのＬＰＦを用いて生成されたリファレンス信号と、２００ＨｚのＬＰＦでフィルタリングされたマイク信号を比較し、極性判定結果を得る。そして、極性判定部５４は、その判定結果を一時的に保持する。
　次に、信頼度判定部５５は、ステップＳ１４と同じリファレンス信号及びマイク信号を用いて、信頼度判定を行う（ステップＳ１５）。この信頼度判定は、前述のように、２００Ｈｚ以下の低域成分を使用した極性判定の結果が信頼できるか否かを確認するものである。信頼度が高いと判定された場合、極性判定部５４はステップＳ１４で行った極性判定の結果を出力する（ステップＳ１６）。一方、信頼度が低いと判定された場合、極性判定部５４はステップＳ１４で得た判定結果を破棄し、新たに５００Ｈｚ付近の中域成分を使用して極性判定を行う（ステップＳ１７）。即ち、５００ＨｚのＢＰＦを用いて生成されたリファレンス信号と、５００ＨｚのＢＰＦでフィルタリングされたマイク信号とを比較し、極性を判定する。そして、極性判定部５４は、得られた判定結果を出力する（ステップＳ１８）。こうして、極性判定処理は終了する。
　以上の極性判定処理によれば、まずステップＳ１０の距離補正により、スピーカとマイクとの間の距離に起因する音波の伝搬遅延を補正した上で正確な極性判定が可能となる。
　また、ステップＳ１１でスピーカ判別を行い、中・高域型スピーカについては５００Ｈｚ付近の中域成分を使用して極性判定を行うので、低域成分が不足している中・高域スピーカについても正確に極性判定ができる。
　また、全帯域型スピーカについては、まず２００Ｈｚ以下の低域で極性判定を行うので、逆接続型のマルチウェイスピーカについても低域成分を基準に極性判定を行うことができる。さらに、低域で極性判定の信頼度を判定し、信頼度が低い場合には５００Ｈｚ付近の中域成分を使用して極性判定をやり直す。よって、バスレフ型スピーカのように低域成分の位相が乱れているスピーカについても判定精度を向上させることができる。なお、信頼度判別部５５により信頼度が低いと判定される原因は、現実にはバスレフ型スピーカの場合以外に、例えばスピーカのネットワーク回路による群遅延の影響、音響空間内の壁からの反射の影響、スピーカが正しくマイクに向けられていないこと、なども考えられる。しかし、いずれの場合でも、信頼度判定を行い、信頼度が低い場合には中域成分を使用して再度極性判定を行うことにより、判定精度が向上することが期待できる。
　［変形例］
　上記の実施例では、１つのスピーカ、即ち音響信号の１チャンネルの極性判定について説明した。実際の音響装置１としては、例えば音響再生機器、ＡＶ再生機器など、複数チャンネルの再生を行う機器が用いられ、音響装置１に対して複数のスピーカが接続されることになる。その場合、基本的には上記の極性判定処理を１つずつのスピーカに対して実行すればよい。但し、その音響機器１の設置時に複数のスピーカの距離補正を行って遅延時間が測定される場合には、その結果を記憶しておき、極性判定処理における距離補正に使用することができる。また、音響装置１において周波数特性補正、遅延補正などの各種の自動音場補正が行われる場合には、その際に取得したマイク信号を利用して本発明による極性判定処理を行うことができる。例えば、自動音場補正として、テスト信号としてピンクノイズを使用して周波数特性補正が行われる場合には、その際に得られたマイク信号を利用して極性判定処理を実行すれば、音響特性補正全体に要する時間を短縮することができる。
　本発明のスピーカ極性判定装置は、例えばホームシアター製品、オーディオ製品などに利用することができる。

Claims (7)

  1. 　スピーカが接続される出力端子と、
    　前記出力端子にテスト信号を供給し、前記スピーカを通じて音響空間にテスト音を出力するテスト音出力部と、
    　前記音響空間に配置され、前記テスト音を集音してマイク信号を生成するマイクと、
    　前記テスト信号に対応するリファレンス信号を生成する信号生成部と、
    　前記マイク信号と前記リファレンス信号の所定の周波数帯域成分を比較して、前記出力端子に接続されたスピーカの極性を判定する極性判定部と、を備えることを特徴とするスピーカ極性判定装置。
  2. 　前記マイク信号に基づいて前記スピーカと前記マイクとの距離に対応する遅延時間を測定し、当該遅延時間に基づいて、前記極性判定部が使用するマイク信号とリファレンス信号との間の時間軸調整を行う距離補正部を備えることを特徴とする請求項１に記載のスピーカ極性判定装置。
  3. 　前記マイク信号に基づいて、前記スピーカが全帯域型スピーカと中高域型スピーカのいずれであるかを判別するスピーカ判別部を備え、
    　前記スピーカが中高域型スピーカであると判別された場合、前記極性判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の中域成分を比較してスピーカの極性を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載のスピーカ極性判定装置。
  4. 　前記マイク信号と前記リファレンス信号に基づいて、前記極性判定部による判定結果の信頼度を判定する信頼度判定部を備え、
    　前記スピーカが全帯域型スピーカであると判別された場合、前記極性判定部は前記マイク信号と前記リファレンス信号の低域成分を比較してスピーカの極性を判定するとともに前記信頼度判定部は判定結果の信頼度を判定し、判定結果の信頼度が高いと前記信頼度判定部が判定した場合にのみ前記極性判定部は当該判定結果を出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスピーカ極性判定装置。
  5. 　判定結果の信頼度が低いと前記信頼度判定部が判定した場合、前記極性判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の中域成分を比較してスピーカの極性を判定し、判定結果を出力することを特徴とする請求項４に記載のスピーカ極性判定装置。
  6. 　前記信頼度判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の和信号のパワーと差信号のパワーを算出し、和信号のパワーと差信号のパワーとのパワー差が所定値以上である場合に判定結果の信頼度が高いと判定し、前記パワー差が前記所定値未満である場合に判定結果の信頼度が低いと判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のスピーカ極性判定装置。
  7. 　前記極性判定部は、前記マイク信号と前記リファレンス信号の和信号と差信号の振幅又はパワーを比較し、前記和信号が前記差信号より大きい場合には前記スピーカが正相に接続されていると判定し、前記和信号が前記差信号より小さい場合には前記スピーカが逆相に接続されていると判定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のスピーカ極性判定装置。
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