WO2011074341A1 - 音響システム - Google Patents

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signal
audio signal
speaker
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彰 安田
淳一 岡村
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株式会社 Ｔｒｉｇｅｎｃｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
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Definitions

  • the present invention relates to a digital acoustic system that directly converts a digital signal into analog sound.
  • the present invention relates to a multi-way digital sound system and its application.
  • WO2007 / 135928A1 has been proposed as a digital-analog conversion device that directly converts a digital signal into analog sound.
  • WO2007 / 135928A1 directly converts a digital signal into an analog sound by using a circuit that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals, and a plurality of coils (units) driven by the plurality of digital signals Is disclosed.
  • Such a system is hereinafter referred to as a digital acoustic system.
  • Such a digital sound system has a feature that the power consumption of the system is smaller than that of an analog sound system in which a speaker is driven by an analog electric signal.
  • a large sound pressure is output at a lower voltage than conventional analog sound systems using a single speaker or single drive unit. Is possible.
  • an acoustic system configured by combining different speaker devices that handle a plurality of sound ranges (frequency bands).
  • Such an acoustic system is called a multi-way type acoustic system.
  • an analog signal for driving a speaker is generated after an analog signal for a different frequency band is generated using a network circuit using an analog LCR filter. Therefore, in order to construct a multi-way type sound system using a digital sound system, the digital audio signal is once converted into an analog signal, then converted into an analog signal of each band through a network circuit, and further converted into a digital signal. And then input to the digital sound system.
  • the conventional multiway type acoustic system has a problem of having a complicated configuration.
  • FIG. 1 shows a typical conventional example of a multi-way type analog sound system using a speaker device (analog speaker) driven by an analog signal.
  • the analog audio signal (101) is converted into an analog drive signal (103) for driving a speaker that has been power-amplified by an analog amplification device (102), and the network circuit (104) configured by an analog RLC filter circuit allows a plurality of After being distributed to analog signals (105a to 105n) corresponding to the frequency band, a plurality of speakers (106a to 106n) serving different sound ranges are input.
  • Such a system is a typical embodiment of a multi-way type analog sound system using an analog amplifier and a speaker having a plurality of sound ranges.
  • FIG. 2 shows another conventional example of a multi-way type analog sound system using analog speakers.
  • the digital audio signal (201) is distributed to a plurality of digital signals (203a to 203n) corresponding to a plurality of frequency bands by a digital filter (202).
  • a plurality of digital signals corresponding to a plurality of frequency bands are converted into a plurality of analog signals (205a to 205n) corresponding to a plurality of frequency bands by a plurality of digital-analog converters (204a to 204n).
  • a plurality of speakers (208a to 208n) having different sound ranges are driven by a plurality of analog drive signals (207a to 207n) power-amplified by the plurality of analog amplification devices (206a to 206n).
  • This conventional example has a drawback that a digital analog device or an amplification device is required for each speaker having a plurality of different sound ranges.
  • a filter by digital signal processing, it is used for high-quality audio and the like because various band characteristics can be realized.
  • Such a system is a typical embodiment of a so-called bi-drive multi-way type analog sound system.
  • a multi-way digital sound system is configured using a digital sound system including a circuit that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals and a plurality of coils (units) driven by the plurality of digital signals.
  • a digital sound system including a circuit that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals and a plurality of coils (units) driven by the plurality of digital signals.
  • An example is shown in FIG.
  • the digital audio signal (301) is converted into the analog signal (303) once by the digital-analog converter (302), and then the network circuit (304) configured by the analog RLC filter circuit is adapted to a plurality of frequency bands. It is distributed to analog signals (305a to 305n).
  • Each analog signal is converted again into digital audio signals (307a to 307n) corresponding to a plurality of frequency bands by a plurality of analog to digital converters (306a to 306n).
  • a digital modulation circuit (308a to 308n) that inputs digital audio signals and outputs multiple digital signals is converted into multiple digital signals according to multiple frequency bands, and multiple coils that handle multiple different sound ranges Input to the speakers (310a to 310n).
  • an acoustic system including a digital filter and a plurality of digital modulators that output a digital signal to any of a plurality of speakers configured by speakers driven by digital signals having different reproduction sound ranges.
  • the digital filter converts an input digital audio signal into a digital audio signal of a plurality of frequency bands corresponding to a reproduction sound range of the plurality of speakers, and the digital audio signal of the plurality of frequency bands
  • Each of the plurality of digital modulators outputs each of the plurality of digital modulators, and each of the plurality of digital modulators performs noise shaping on the input digital audio signal and then performs mismatch shaping to modulate the digital signal.
  • the number of bits of the digital signal that is output to the speaker in the reproduction sound range corresponding to the frequency band of the input digital audio signal and output from each of the digital modulators is different from each other.
  • an acoustic system includes a first digital filter, a second digital filter, a first digital modulator, a second digital modulator, and a third digital modulator.
  • the first digital filter converts an input first digital audio signal into a second digital audio signal in a high frequency band and a third digital audio signal in a low frequency band
  • the second digital audio signal is converted into the second digital audio signal.
  • the filter converts the input fourth digital audio signal into a fifth digital audio signal in a high frequency band and a sixth digital audio signal in a low frequency band
  • the first digital modulator includes the second digital audio signal. After performing noise shaping on the first digital signal, mismatch shaping is performed and output to the first speaker.
  • the second digital modulator performs noise shaping on the fifth digital audio signal and then performs mismatch shaping and outputs to the second speaker.
  • the third digital modulator adds the third digital audio signal and the sixth digital audio signal. Processing, and outputs to the third speaker by performing mismatch shaping after performing noise shaping.
  • Another embodiment of the present invention includes a first digital filter, a second digital filter, a third digital filter, a first digital modulator, a second digital modulator, and a third digital modulator.
  • An acoustic system is provided.
  • the first digital filter converts an input first digital audio signal into a second digital audio signal in a first band
  • the second digital filter inputs an input third digital audio signal. From the first sound range or the second sound range from the signal obtained by adding the first digital sound signal and the third digital signal to the fourth digital sound signal in the second band.
  • the first digital modulator performs noise shaping on the second digital audio signal, performs mismatch shaping, and outputs the result to the first speaker, and outputs the second digital audio signal to the first speaker.
  • the digital modulator performs mismatch shaping after performing noise shaping on the fourth digital audio signal, and performs second shaping. Output to speaker, the third digital modulator, and outputs it to the third speaker by performing mismatch shaping after performing noise shaping on the fifth digital audio signal.
  • noise shaping is performed on an input digital audio signal, a ⁇ modulation circuit that outputs a digital signal, and mismatch shaping is performed on a digital signal that is output from the ⁇ modulation circuit.
  • An acoustic system is provided that includes a mismatch shaping circuit that outputs each bit signal of a digital signal to any of a plurality of speakers.
  • a plurality of digital signal processing circuits that receive digital audio signals and output digital signals to any of a plurality of speakers, and control parameters of each of the plurality of digital signal processing circuits are controlled.
  • An acoustic system having a controller is provided.
  • each of the plurality of digital signal processing circuits filters a digital audio signal of a predetermined frequency band from the input digital audio signal, performs noise shaping and mismatch shaping, and the control unit
  • One or more parameters of the frequency band filtered by the plurality of digital signal processing circuits, the oversampling ratio of noise shaping, and the order of mismatch shaping are controlled.
  • a plurality of speakers having different reproduction sound pressures each comprising a digital filter that receives a digital audio signal and outputs digital signals in a plurality of frequency bands, and a speaker driven by the digital signal And a plurality of digital modulators for outputting digital signals to any of the above.
  • the number of bits of the digital signal output from each of the digital modulators is different from each other.
  • a digital modulator that outputs a multi-bit digital signal modulated by performing mismatch shaping after performing noise shaping on an input digital audio signal, and a plurality of bits of the digital signal
  • a speaker having a plurality of coils to which signals are supplied, wherein the coils to which the respective bit signals are supplied form a layer around the axis, and are generally perpendicular to the axial direction.
  • a speaker system is provided, wherein the speaker system is wound in overlapping directions.
  • a digital modulator that outputs a multi-bit digital signal modulated by performing mismatch shaping after performing noise shaping on an input digital audio signal, and a plurality of bits of the digital signal
  • a speaker having a plurality of coils to which signals are supplied, wherein the plurality of coils form a plurality of layers around the coil axis, and adjacent layers are located one by one except for the coils at both ends of the layers.
  • a speaker system is provided that is characterized by being misaligned.
  • a first digital audio signal is input to a plurality of speakers, each speaker synthesizing and outputting a plurality of input digital signals.
  • a first digital modulator that outputs a first digital signal; and a second digital modulator that receives a second digital audio signal and outputs a second digital signal to each of the plurality of speakers.
  • An acoustic system wherein each of the first and second digital modulators performs noise shaping on an input digital audio signal and then performs mismatch shaping and outputs a modulated digital signal A system is provided.
  • the block diagram of the multiway type analog acoustic system using the network circuit of the analog RLC filter. 1 is a configuration diagram of a bi-drive multi-way type analog sound system using a digital filter circuit.
  • the block diagram of the multiway type digital acoustic system which combined the network circuit of the analog RLC filter, and the digital acoustic system. 1 is a configuration diagram of a bi-drive multiway digital sound system using a digital filter circuit according to an embodiment of the present invention.
  • the lineblock diagram of the sound system concerning one embodiment of the present invention. 1 is a configuration diagram of an acoustic system according to an embodiment of the present invention. 1 is a configuration diagram of an acoustic system according to an embodiment of the present invention. 1 is a configuration diagram of an acoustic system according to an embodiment of the present invention. 1 is a configuration diagram of an acoustic system according to an embodiment of the present invention. 1 is a configuration diagram of an acoustic system according to an embodiment of the present invention. 1 is a configuration diagram of an acoustic system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an acoustic system according to an embodiment of the present invention. 1 is an example of an internal circuit of a digital modulation circuit used in a bi-drive multi-way type using a digital filter circuit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exemplary diagram of a configuration of a post filter used in an internal circuit of a digital modulation circuit according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a diagram illustrating an example of an internal circuit of a digital modulation circuit and a circuit configuration of a retiming circuit according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an internal circuit of a multi-bit ⁇ modulator used in a digital modulation circuit according to an embodiment of the present invention.
  • the block diagram of the speaker which has the some coil used for the acoustic system which concerns on one Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an acoustic system according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a configuration diagram of an acoustic system according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a configuration diagram of an acoustic system according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a configuration diagram of an acoustic system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an example of a configuration of a speaker having a plurality of coils corresponding to a plurality of sound sources that can be used in an embodiment of the present invention.
  • the digital filter signal processing block divides the signal into a high frequency digital signal and a low frequency digital signal, and then reproduces each signal.
  • audio is reproduced by an optimal digital acoustic system for each frequency band by providing digital-analog converters in parallel as a plurality of channels.
  • FIG. 4 shows a configuration diagram of the first embodiment of a by-drive type sound system using the digital sound system.
  • the digital audio signal (401) is distributed to a plurality of digital signals (403a to 403n) corresponding to a plurality of frequency bands by a digital filter (402).
  • a plurality of digital signals corresponding to a plurality of frequency bands are converted into a plurality of digital signals (405a to 404a) corresponding to the plurality of frequency bands by a digital modulation circuit (404a to 404n) that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals. 405n) to drive the speakers (406a to 406n) having a plurality of coils (units) that handle a plurality of different sound ranges.
  • the configuration of the digital sound system shown in FIG. 4 is similar to the multi-way analog sound system shown in FIG. However, the number of components of the acoustic system shown in FIG. 4 is smaller than the number of components of the bi-drive multiway analog acoustic system shown in FIG.
  • the digital modulation circuits (404a to 404n) for inputting a digital audio signal and outputting a plurality of digital signals can be configured by the same circuit.
  • each of the plurality of digital signals (405a to 405n) has the same number of bits.
  • this makes it difficult to reduce power consumption because a digital signal having a different number of bits is not supplied according to a frequency band reproduced by a speaker or the like, which will be described later.
  • FIG. 5a shows an example of the configuration of a digital modulation circuit (404a to 404n) that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals.
  • the digital audio signal (501) is converted into an n-bit digital signal (503) by a multi-bit ⁇ modulator (502).
  • the n-bit digital signal is converted to m thermometer codes (505) by the formatter (504), and then the multiple filters (units) are converted to digital drive signals (507) by the post filter (506).
  • the post filter removes noise caused by manufacturing variations between the plurality of coils (units), which becomes a problem when driving the plurality of coils (units), by a mismatch shaping method.
  • FIG. 5b shows an example of the configuration of the post filter (506) used in the digital modulation circuit.
  • the m thermometer codes (505) are input to the selection circuit (510) in order to remove noise caused by manufacturing variations among the plurality of coils (units) by the mismatch shaping method.
  • the output frequency of the output signal (507) is calculated from the output of the selection circuit (510) by at least two or more integration circuits (511a, 511b) composed of a delay element and an adder, It operates to select the output signal (507) in ascending order of use frequency.
  • FIG. 6 shows a configuration diagram in the second embodiment of the present invention of an acoustic system composed of a plurality of coils driven by a plurality of digital signals.
  • the digital audio signal (601) is distributed to a plurality of digital signals (603a to 603n) corresponding to a plurality of frequency bands by a digital filter (602).
  • a plurality of digital signals corresponding to a plurality of frequency bands are converted into a plurality of digital signals (605a) corresponding to the plurality of frequency bands by different digital modulation circuits (604a to 604n) that input digital audio signals and output the plurality of digital signals.
  • the speakers (606a to 606n) having a plurality of coils (units) that handle a plurality of different sound ranges.
  • the number of bits of the digital signals (605a to 605n) is different from each other, and the speakers (606a to 606n) having a plurality of coils (units) have different numbers of digital signals ( 605a to 605n).
  • the second embodiment of the present invention shown in FIG. 6 includes different digital modulation circuits (604a to 604n) for inputting a digital audio signal and outputting a plurality of digital signals.
  • different digital modulation circuits (604a to 604n) for inputting a digital audio signal and outputting a plurality of digital signals.
  • a digital modulation circuit that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals is composed of a multi-bit ⁇ modulator (502), a formatter (504), and a post filter (506). Yes.
  • the input digital signal is recombined into a digital signal having a desired number of bits through the formatter, quantization noise is generated.
  • the multi-bit ⁇ modulator provides a function of distributing this quantization noise to frequencies above the audible range by a noise shaping method. In order to distribute the quantization noise to a high frequency using the multi-bit ⁇ modulator, it is necessary to oversample at a frequency equal to or higher than the sampling frequency of the audio digital signal.
  • Equation (22) in 7 shows the relationship between the oversampling ratio and the intensity of noise that is noise-shaped with respect to the order of the modulator.
  • the effective intensity of quantization noise decreases by 3 (2L + 1) dB every time the oversampling ratio is doubled, where L is the order of the ⁇ modulator. Therefore, in order to reduce the quantization noise, it is necessary to increase the oversampling ratio or increase the order of the ⁇ modulator.
  • the digital audio signal can be attenuated by using a digital filter, for example, audio information in a higher frequency range than 500 Hz.
  • the necessary oversampling ratio can be made sufficiently low in the digital sound system dedicated to low frequency reproduction. Since the power consumption of the digital circuit is proportional to the operating frequency, if the oversampling ratio is halved, the power consumption required for the signal processing of the digital acoustic system is also halved.
  • the order of the modulator can be lowered without changing the oversampling ratio.
  • the order of the multi-bit ⁇ modulator necessary for the low-frequency reproduction-only digital acoustic system it is possible to reduce the required digital circuit scale. Since the power consumption of a digital circuit is proportional to the circuit scale, if the required digital circuit scale is reduced, the power consumption required for signal processing of the digital acoustic system is also reduced, noise shaping characteristics are relaxed, and high-frequency noise is reduced. To do.
  • a band-pass ⁇ modulator can be used in a mid-high frequency reproduction digital acoustic system to move a quantization noise component to a frequency other than the mid-high frequency range.
  • the bandpass type ⁇ modulation circuit is shown in, for example, “Understanding Delta-Sigma Data Converters” IEEE Press 2005 ISBN 0-471-46585-2. Chapter 5 of this document shows a method for moving the NTF (noise transfer function) of the ⁇ modulator to an arbitrary frequency.
  • a digital sound system dedicated to low-frequency reproduction or high-frequency reproduction can reduce power consumption compared to a digital sound system that covers the entire audible frequency range. That is, as in the second embodiment of the present invention shown in FIG. 6, when a digital audio signal is input and a plurality of digital signals are output, the power consumption characteristic of the acoustic system is configured by using different digital modulation circuits. Can be further optimized.
  • FIG. 7 shows a third embodiment of an acoustic system comprising a plurality of coils driven by a plurality of digital signals.
  • the stereo digital audio signals (701a, 701b) are distributed to a plurality of digital signals corresponding to two types of frequency bands, a low frequency band and a mid-high frequency band, by digital filters (702a, 702b) dedicated to L and R.
  • the digital signal dedicated to the low frequency output from the digital filter (702a, 702b) is a digital modulation in which L and R are added and then the digital audio signal dedicated to the low frequency (703c) is input and a plurality of digital signals are output.
  • the circuit (704c) converts the digital signal (705c) into a plurality of digital signals (705c), and drives a speaker (706c) having a plurality of coils (units) responsible for the low frequency range.
  • the digital signal (703a, 703b) output from the digital filter is divided into a plurality of L and R independently by a digital modulation circuit (704a, 704b) that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals.
  • a speaker (706a, 706b) having a plurality of coils (units) which are converted into digital signals (705a, 705b) and are in charge of the mid-high range is driven.
  • FIG. 8a shows a fourth embodiment of an acoustic system consisting of a plurality of coils driven by a plurality of digital signals.
  • the digital audio signal (801) is distributed by the digital filter (802) into three types of digital signals (803a, 803b, 803c) corresponding to the three types of frequency bands of low, middle, and high frequencies.
  • a plurality of digital signals corresponding to three types of frequency bands are converted into a plurality of digital signals corresponding to a plurality of frequency bands by different digital modulation circuits (804a, 804b, 804c) that input digital audio signals and output a plurality of digital signals.
  • a speaker (806a, 806b, 806c) having a plurality of coils (units) that are converted into signals (805a, 805b, 805c) and handle a plurality of different sound ranges is driven.
  • each of the digital signals (805a, 805b, 805c) has a different number of bits
  • a speaker (806a, 806b, 806c) having a plurality of coils (units) has a digital number with a different number of bits depending on the sound range it handles. It is driven by signals (805a, 805b, 805c).
  • the speaker (806a) responsible for the high sound range is generally more efficient than the speakers (806b, 806c) responsible for the low to mid sound range, and requires less power to drive the speaker. That is, the number of bits of the digital signal to be driven can be reduced. Furthermore, if the number of bits of the digital signal to be driven is set to one, it is possible to further reduce the power consumption of the digital sound system in charge of the high sound range.
  • a digital modulation circuit that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals includes a multi-bit ⁇ modulator, a formatter, and a post filter.
  • the post filter is for removing noise caused by manufacturing variations between the plurality of coils (units), which becomes a problem when driving the plurality of coils (units), by the mismatch shaping method. If a loudspeaker speaker is driven by a single digital signal, a formatter and a post filter are not necessary. Therefore, it is possible to greatly reduce the circuit required for a digital modulation circuit that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals. That is, it becomes possible to further optimize the power consumption characteristics of the acoustic system.
  • the effect is described with respect to a three-way digital sound system, but the present embodiment can be applied to any sound system other than the three-way.
  • FIG. 8b shows a fifth embodiment of an acoustic system consisting of a plurality of coils driven by a plurality of digital signals.
  • a power supply control circuit (807) and power supplies (808a, 808b, 808c) supplied from the control circuit to the respective digital modulation circuits are added to the fourth embodiment shown in FIG. 8a.
  • the power supply voltage of each digital modulation circuit can be changed. That is, it becomes possible to drive a speaker having a plurality of coils (units) with digital signals having different voltages according to a plurality of frequency bands.
  • a difference in efficiency of each speaker in an acoustic system can be corrected by controlling the amplitude voltage of a drive digital signal.
  • FIG. 9a shows a sixth embodiment of an acoustic system consisting of a plurality of coils driven by a plurality of digital signals.
  • the digital audio signal (901) is distributed to a plurality of digital signals (903a to 903n) corresponding to a plurality of frequency bands by a digital filter (902).
  • a plurality of digital signals corresponding to a plurality of frequency bands are given a delay corresponding to each frequency band by a digital delay circuit (904a to 904n).
  • a plurality of digital signals (905a to 905n) corresponding to a plurality of frequency bands from the digital delay circuit are input to a plurality of frequencies by different digital modulation circuits (906a to 906n) that input a digital audio signal and output a plurality of digital signals.
  • Speakers (908a to 908n) having a plurality of coils (units) which are converted into a plurality of digital signals (907a to 907n) corresponding to the band and handle a plurality of different sound
  • a speaker having a plurality of coils (units) that handle a plurality of sound ranges may be physically distant.
  • a speaker that handles a low-mid range is arranged below the door, and a speaker that handles a high-frequency range is arranged in door information close to the driver's seat.
  • the low frequency range is poor in localization information
  • the high frequency range is rich in localization information, so placing a speaker that handles high frequencies close to the head reproduces a sound field full of stereo feeling. Because it becomes possible.
  • FIG. 9b shows a seventh embodiment of an acoustic system consisting of a plurality of coils driven by a plurality of digital signals.
  • a digital delay circuit (904a to 904n) is arranged between a digital modulation circuit that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals and a speaker that has a plurality of coils (units) that handle a plurality of different sound ranges.
  • the digital signals (907a to 907n) from different digital modulation circuits (906a to 906n) that input digital audio signals and output multiple digital signals can be delayed in response to multiple frequency bands.
  • the signal (909a to 909n) is used to drive speakers (908a to 908n) having a plurality of coils (units) that handle a plurality of different sound ranges.
  • the delay circuit can be realized by a 1-bit digital delay circuit, the circuit scale is smaller and the current consumption is smaller than the analog delay circuit. By adjusting the delay, the same effect as that of the sixth embodiment can be obtained.
  • the delay control is individually performed on a plurality of digital signals corresponding to a plurality of frequency bands. It becomes possible to comprise as.
  • an FIR filter can be configured using a speaker having a delay circuit and a plurality of coils (units) by gradually delaying a delay of a plurality of digital signals applied to the plurality of coils (units). As a result, it is possible to suppress the generation of noise in the speaker.
  • FIG. 10 shows an eighth embodiment of an acoustic system comprising a plurality of coils driven by a plurality of digital signals.
  • the digital audio signal (1001) is converted into an N-bit digital signal (1003) by a digital modulation circuit (1002) that inputs the digital audio signal and outputs a plurality of digital signals.
  • a plurality of digital signals (1003) are distributed according to the required sound pressure to drive speakers (1004a to 1004n) having a plurality of coils (units) that handle a plurality of different sound ranges.
  • the digital audio signal may not be distributed to a plurality of digital signals corresponding to a plurality of frequency bands using a digital filter.
  • a digital acoustic system is configured by driving the speaker in this way.
  • the output of the digital modulation circuit that inputs digital audio signals and outputs multiple digital signals contains audio signal information in the entire audible frequency range, but it is supported by speakers with multiple coils (units) that handle different sound ranges.
  • a simple digital sound system can be constructed by utilizing the fact that only the reproduced sound range can be reproduced.
  • the number of bits of a digital signal can be adjusted according to the sound pressure characteristics of a speaker having a plurality of coils (units). Accordingly, a plurality of speakers having different sound ranges can be driven in parallel with analog signals without using a network circuit. In addition, it is possible to obtain performance higher than that of a simple analog multi-way acoustic system. Further, a digital delay circuit as in the fifth embodiment of the present invention is inserted and arranged in front of a speaker of a plurality of coils (units) to constitute an acoustic system, thereby reproducing the arrangement of the speaker. It is also possible to solve the problem of the difference in arrival time of the voice to the head.
  • FIG. 11 shows an embodiment of a digital modulation circuit that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals.
  • the digital audio signal (1101) is converted into a digital signal (1103) matched to the efficiency of the speaker by the digital gain circuit (1102) and then converted into an n-bit digital signal (1105) by the multi-bit ⁇ modulator (1104).
  • Is converted to The n-bit digital signal is converted into m thermometer codes (1107) by the formatter (1106), and then converted into m digital signals (1109) by the post filter (1108).
  • the m digital signals are then converted into digital drive signals (1111) for driving m coils (units) by accurately aligning time information in bit units by a retiming circuit (1110).
  • each circuit is controlled by a clock signal (1120), and the retiming circuit is controlled by a clock signal (1120) and a retiming clock signal (1121).
  • the post filter removes noise caused by manufacturing variations between the plurality of coils (units), which becomes a problem when driving the plurality of coils (units), by the mismatch shaping method.
  • the retiming circuit reduces the noise generated during digital driving by accurately aligning time information in bit units.
  • FIG. 12 shows operation waveforms of the retiming circuit used in the digital modulation circuit.
  • the m digital signals (1201) output from the post filter are synchronized with the clock signal (1110).
  • the transition time from 0 ⁇ 1 and the transition time from 1 ⁇ 0 If they are different, the relationship between one digital unit time (a) and two digital unit times (b) cannot be kept linear.
  • the retiming operation can be easily realized by controlling the trigger reset type flip-flop with two kinds of clocks.
  • the power consumption of the sound system can be reduced by combining different digital modulation circuits for speakers having different sound ranges.
  • the power consumption can be reduced by changing the order of the multi-bit ⁇ modulator constituting the digital modulation circuit and changing the frequency of the operation clock corresponding to the oversampling ratio in each frequency region.
  • these changes are digital operations, and optimization such as reduction of power consumption can be achieved by software using a programmable digital signal processing system such as a DSP or a high-speed CPU.
  • a programmable digital signal processing system such as a DSP or a high-speed CPU.
  • FIG. 13 shows a ninth embodiment of an acoustic system including a plurality of coils driven by a plurality of digital signals.
  • the digital audio signal (1301) is input to a DSP circuit (1302a, 1302b, 1302c) that simultaneously provides a digital filter function and a function of executing a digital modulation process and outputting a plurality of digital signals.
  • the DSP circuit performs digital signal processing necessary for the digital sound system and generates digital signals for driving speakers (1303a, 1303b, 1303c) having a plurality of coils (units).
  • This DSP circuit can change the filter characteristics, the order of the multibit ⁇ modulator, and the oversampling ratio in accordance with the control signals (1311a, 1311b, 1311c) from the system control circuit (1310).
  • the power consumption characteristics of the acoustic system can be further optimized by dynamically changing the digital filter function and the digital modulator parameters as necessary. This is because the power consumption can be adjusted according to the voice quality required for voice playback. For example, when high sound quality is required, the digital filter function and the digital modulator parameters are changed so that a three-way digital sound system as shown in FIG. 13 is obtained. In order to improve the reproduction sound quality, the oversampling ratio and modulation order of the ⁇ modulator are increased. On the other hand, when playing announcements or guide voices, only the mid-range playback band is required, so the digital filter function and digital modulator parameters are changed so that the 3-way digital sound system becomes a 1-way digital sound system. And reconfigure. Although the playback sound quality deteriorates, the power consumption can be reduced by not driving the digital circuit or the speaker itself responsible for the low and high sound ranges.
  • the power consumption characteristics of the acoustic system are further optimized by dynamically changing the function parameters such as the frequency characteristics of the digital filter and the parameters of the digital modulator according to the amplitude of the input digital audio signal. It is also possible. When the amplitude of the input digital audio signal is small, it is impossible to ensure a sufficient quality SNR. Therefore, the power consumption can be reduced by changing the parameters of the digital modulator to lower the reproduction quality. Is possible.
  • this embodiment has described the reduction effect of the power consumption regarding a 3-way digital sound system, this embodiment is applicable also to arbitrary sound systems other than 3 ways.
  • the digital filter function and the function of the digital modulator are not implemented by a DSP or CPU and implemented by a program, but the digital filter function and a part of the function of the digital modulator are implemented in a programmable form.
  • the power consumption can be changed dynamically. For example, an implementation that stops the clock input to the digital filter or the digital modulator when the input digital audio signal is silent, or an implementation that stops the low frequency range when the input digital audio signal is small is used. it can.
  • FIG. 14a shows another embodiment of a digital modulation circuit that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals.
  • the digital audio signal (1401) is converted into an n-bit digital signal (1403) by a multi-bit ⁇ modulator (1402).
  • the n-bit digital signal is converted into m thermometer codes (1405) by a formatter (1404), and then k-numbers of ternary digital signals of -1,0,1 by a post filter (1406). It is converted into a signal (1407) for driving the coil (unit).
  • a 4-bit digital signal it is converted into 9 thermometer codes (-4 to 0 to 4) by a formatter, and then 4 1,0,1 are converted by a post filter (1406).
  • a ternary digital signal is converted into a signal for driving four coils (units).
  • FIG. 14b shows an embodiment of a post filter (1406) used in the digital modulation circuit shown in FIG. 14a.
  • the m thermometer cords (1405) are input to the selection circuit (1410) in order to remove noise caused by manufacturing variations among a plurality of coils (units) by the mismatch shaping method.
  • the selection circuit (1410) the ternary digital signal output of -1,0,1 of the selection circuit (1410) is output by at least two integration circuits (1411a, 1411b) composed of delay elements and adders.
  • the frequency of use of the signal (1407) is calculated, and the output signal (1407) is selected in ascending order of use frequency.
  • the present embodiment is also effective when a retiming circuit as shown in FIG. 11 is added to the inside of the digital modulation circuit.
  • FIG. 15 shows another embodiment of a digital modulation circuit that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals.
  • the digital audio signal (1501) is converted by the digital gain circuit (1502) into a digital signal (1503) that matches the efficiency of the speaker, and then converted into an n-bit digital signal (1505) by a multi-bit ⁇ modulator (1504) Is converted to The n-bit digital signal is converted into m thermometer codes (1507) by the formatter (1506), and then k-numbers of ternary digital signals of -1,0,1 by the post filter (1508). Converts to a signal (1509) for driving the coil (unit).
  • the k ternary digital signals are then accurately aligned in bit unit time information by a retiming circuit (1510), and converted into a ternary digital drive signal (1511) for driving k coils (units). Converted.
  • Each circuit is controlled by a clock signal (1530), and the retiming circuit consists of a feedback circuit consisting of an adder (1521), a transfer function (1522), a quantizer (1523), and a feedback coefficient circuit (1524).
  • the digital drive signal (1511) is connected to a speaker, the waveform distortion occurs in the digital drive signal (1511) due to the influence of the output resistance of the digital drive circuit, the operating speed, and jitter of the clock signal (1530), resulting in noise. There is a case.
  • the quantizer (1523) can be realized by a comparator, and the transition timing of the comparator is determined by the output of the transfer function (1522) independently of the clock, so the continuous time fed back most by the feedback circuit. Control can be performed so that the output error of the reproduction signal is reduced. Furthermore, the output gain can be changed by changing the feedback coefficient circuit. With this function, the difference in efficiency between the plurality of speaker units can be corrected. Another advantage is that the output signal waveform does not change with the power supply voltage, so noise generation from the power supply can be suppressed.
  • the examples shown in FIGS. 11, 14a, 14b, and 15 can be used as digital modulation circuits included in the components of the digital acoustic system.
  • FIG. 16 shows an embodiment of a multi-bit ⁇ modulator (1502) used in the digital modulation circuit that inputs the digital audio signal shown in FIG. 15 and outputs a plurality of digital signals.
  • the digital audio signal (1501) passes through the coefficient amplifier (1601), is added (1602a) to the Fordback coefficient amplifier (1604a), and is input to the integrator (1603a).
  • the order is defined by the number of integrator stages constituting the multi-bit ⁇ modulator. The higher the order, the higher the effect of discharging quantization noise (the effect of increasing the frequency of quantization noise), but the circuit scale becomes larger.
  • the signal from the last integrator is quantized by a quantizer (1605) and output (1503).
  • the multi-bit ⁇ modulator provides a function of thinning an input digital audio signal into an appropriate number of digital signals using an oversampling technique. For example, a digital audio signal of 16-bit CD quality is input and a 9-level signal ( ⁇ 4, ⁇ 3, ⁇ 2, ⁇ 1,0, 1, 2, 3, 4) is output as an output.
  • the multi-bit ⁇ modulator of any configuration can be used in the embodiment of the present invention, without being limited to the example of the multi-bit ⁇ modulator shown in FIG.
  • FIG. 17a shows an embodiment of a speaker system having a plurality of coils that handle a plurality of different sound ranges used in the embodiment of the present invention.
  • the input digital audio signal (1701) is converted into an n-bit digital signal (1703) by a multi-bit ⁇ modulator (1702).
  • An n-bit digital signal is converted into m thermometer codes (1705) by a formatter (1704), and then a plurality of coils (units) are converted into digital drive signals (1707) by a post filter (1706).
  • the post filter removes noise caused by manufacturing variations between the plurality of coils (units), which becomes a problem when driving the plurality of coils (units), by a mismatch shaping method.
  • a signal (1707) from the post filter is input to the drive circuit (1708), and a plurality of ternary (+1, 0, ⁇ 1) drive signals (1709) are output from the drive circuit.
  • a plurality of ternary (+1, 0, ⁇ 1) drive signals (1709) are output from the drive circuit.
  • FIG. 17b shows an example of a voice coil of a speaker having a plurality of coils that handle a plurality of different sound ranges that can be used in an embodiment of the present invention.
  • k drive coils (1710) for example, four of A, B, C, and D
  • FIG. 17c shows an example of how to wind the coil using a cross-sectional view (1720). That is, a part of a cross section by a plane including the coil axis is shown. In this embodiment, each coil is wound in order from the inner layer to the outer layer in the order of A coil, B coil, C coil, and D coil.
  • FIG. 17d shows another embodiment of the coil winding method using a cross-sectional view (1730).
  • coils A to D are wound together in order from the inside. That is, in adjacent layers, the coils are shifted one by one except for the coil at the end of the layer. That is, when a coil is wound in the order of A, B, C, D, A, B, C, D in a certain layer, D, A, B, C, D, A, B , C are wound in the order of C. Further, in adjacent layers, coils are wound in the order of C, D, A, B, C, D, A, and B.
  • 17c and 17d show cross-sectional views when a square wire is used for the voice coil, but a wiring material having an arbitrary cross-sectional shape such as a round wire can be used.
  • FIG. 18 shows a tenth embodiment of the present invention of an acoustic system comprising a plurality of coils driven by a plurality of digital signals.
  • the digital audio signal (1801) is distributed to a plurality of digital signals (1803a, 1803b) corresponding to a plurality of frequency bands by a digital filter (1802).
  • a digital modulation circuit (1804) that inputs a digital audio signal and outputs a digital signal as a plurality of digital signals corresponding to a plurality of frequency bands, and a speaker having a coil (unit) to which the output digital signal (1805) is input
  • the earphone (1806) is shown to show an example in which the reproduction sound pressure is lower than that of the speaker (1809) and the reproduction sound pressure is different.
  • the speaker or the earphone (1806) includes one or a plurality of coils (units). Correspondingly, the number of digital signals output from the digital modulation circuit (1804) is determined.
  • One coil (unit) generally has a pair of terminals, and a positive signal line or a negative signal line corresponding to one digital signal is connected to each of the pair of terminals.
  • the number of coils (units) included in the speaker or earphone (1806) can be made smaller than the number of coils (units) included in the speaker (1809).
  • the number of coils (units) included in the speaker (1809) can be made smaller than the number of coils (units) included in the speaker (1809).
  • FIG. 19 shows an eleventh embodiment of an acoustic system including a plurality of coils driven by a plurality of digital signals. From the stereo digital audio signals (1901a, 1901b), L and R are added, and then a low-frequency digital audio signal (1901c) is generated. Each digital signal is distributed to a plurality of digital signals corresponding to two types of frequency bands, a low frequency band and a mid-high frequency band, by digital filters (1902a, 1902b, 1903) dedicated to L, R, and low frequency bands.
  • the digital signal (1903a, 1903b) output from the digital filter is divided into a plurality of independent L and R signals by a digital modulation circuit (1904a, 1904b) that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals.
  • a speaker (1906a, 1906b) having a plurality of coils (units) that are converted into digital signals (1905a, 1905b) and are in charge of the mid-high range is driven.
  • the low frequency digital signal (1903c) output from the digital filter is converted into a plurality of digital signals (1905c) by a digital modulation circuit (1904c) that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals,
  • a speaker (1906c) having a plurality of coils (units) responsible for a low frequency range is driven.
  • a low-frequency audio signal is included in stereo L and R in the same manner, there is no problem even if L and R are added to a low-frequency signal.
  • the effect is described with respect to a stereo two-way digital sound system.
  • the present embodiment can be applied to any sound system other than the two-way, and an arbitrary number of two channels (stereo) or more.
  • the present embodiment can also be applied to any digital acoustic system to which the audio information is input.
  • FIG. 20 shows a twelfth embodiment of an acoustic system including a plurality of coils driven by a plurality of digital signals.
  • FIG. 20 shows a cross-sectional view and a front view of the 2-way speaker box (2000).
  • a speaker (2001b) having a plurality of coils (units) responsible for the mid-low range and a speaker (2001a) having at least one coil (unit) responsible for the high range.
  • a digital modulation circuit (2003a) is disposed on the back surface of the speaker (2001a)
  • a digital modulation circuit (2003b) is disposed on the back surface of the speaker (2001b). That is, the digital modulation circuit is disposed in the vicinity of the speaker.
  • a plurality of digital audio signals (2002a, 2002b) corresponding to the frequency band of the speaker are input by the digital modulation circuit (2003a, 2003b) that inputs the digital audio signal and outputs at least one or more digital signals. Converted to digital signals (2004a, 2004b) and drives the speaker (2001b) having a plurality of coils (units) responsible for the mid-low range and the speaker (2001a) having at least one coil (unit) responsible for the high range is doing.
  • a digital modulation circuit that inputs a digital audio signal and outputs at least one or more digital signals is arranged in the vicinity of the speaker, so that the digital modulation circuit drives a speaker having a plurality of coils (units).
  • the distance of the line can be shortened, and the intensity of EMI (electromagnetic wave) radiated to the space when driving the speaker can be reduced. Since EMI causes noise when receiving radio waves and mobile radio waves, it is desirable to reduce the intensity of EMI in portable audio devices typified by in-vehicle audio products and mobile phones.
  • the present embodiment is not limited to a two-way digital sound system, and the present embodiment can be applied to an acoustic system having an arbitrary number of ways other than two, and an arbitrary number of two channels (stereo) or more.
  • the present embodiment can also be applied to any digital acoustic system to which the audio information is input.
  • FIG. 21 shows a thirteenth embodiment of an acoustic system comprising a plurality of coils driven by a plurality of digital signals.
  • FIG. 21 shows a cross-sectional view and a front view of a 2-way speaker box (2100).
  • a speaker (2101b) having a plurality of coils (units) responsible for the mid-low range
  • a speaker (2101a) having at least one coil (unit) responsible for the high range.
  • a module substrate (2110) on which digital modulation circuits (2103a, 2103b) are integrated is disposed in the vicinity of the speakers (2101a, 2101b).
  • a plurality of digital audio signals (2102a, 2102b) corresponding to the frequency band of the speaker are converted into a plurality of digital signals (2103a, 2103b) by a digital modulation circuit (2103a, 2103b) that inputs a digital audio signal and outputs at least one or more digital signals.
  • 2104a, 2104b driving a speaker (2101b) having a plurality of coils (units) responsible for the mid-low range and a speaker (2101a) having at least one coil (unit) responsible for the high range .
  • the module substrate (2110) on which the digital modulation circuit (2103a, 2103b) is integrated in the vicinity of the speaker, the distance of the signal line that drives the speaker having the plurality of coils (units) by the digital modulation circuit. Therefore, the intensity of EMI (electromagnetic wave) radiated to the space when driving the speaker can be reduced.
  • EMI electromagnetic wave
  • EMI causes noise when receiving radio waves and mobile radio waves
  • the effect is described with respect to a stereo two-way digital sound system.
  • the present embodiment can be applied to any sound system other than the two-way, and an arbitrary number of two channels (stereo) or more.
  • the present embodiment can also be applied to any digital acoustic system to which the audio information is input. Further, by disposing the module substrate after the voice coil of the speaker or on the front surface (center cone) of the voice coil, the distance between the coil and the drive module can be reduced. By minimizing this distance, the intensity of EMI can be minimized.
  • FIG. 22 shows a fourteenth embodiment of an acoustic system comprising a plurality of coils driven by a plurality of digital signals.
  • a digital audio signal (2201c) obtained by subtracting the L digital audio signal and the R digital audio signal from the stereo digital audio signal (2201a, 2201b) is generated.
  • the digital audio signal (2201c) obtained by this subtraction process may be referred to as a “pseudo surround dedicated digital audio signal”.
  • Each digital signal is distributed to a plurality of digital signals corresponding to each frequency band by digital filters (2202a, 2202b, 2202c) for processing digital audio signals dedicated to L, R, and pseudo surround.
  • the digital signals (2203a, 2203b) of L and R output from the digital filters (2202a, 2202b) are input to the digital modulation circuit (2204a, 2204b) that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals.
  • the digital modulation circuits (2204a and 2204b) operate independently.
  • the digital signal (2203c) dedicated to pseudo surround output from the digital filter (2202c) is converted into a plurality of digital signals (2205c) by a digital modulation circuit (2204c) that inputs a digital audio signal and outputs a plurality of digital signals. Converted.
  • the digital signal (2203c) from the digital filter (2202c) that processes the digital signal dedicated to pseudo surround is input in combination.
  • the digital signal from the digital filter (2202c) for processing the pseudo surround dedicated digital signal is synthesized by the L and R digital signals and a speaker having a plurality of coils (actuators).
  • acoustic signals generated by the digital signal from the digital filter (2202c) that processes the pseudo-surround dedicated digital signal and the L and R digital signals are synthesized.
  • the surround effect can be further enhanced in a pseudo manner while optimizing the power consumption characteristics of the digital acoustic system.
  • the surround effect using a stereo sound source has been described above.
  • the present embodiment is not limited to the stereo system, and the present embodiment can be applied to any surround sound system of a multi-channel system other than the stereo system.
  • this embodiment can also be applied to electroacoustic vibration conversion elements other than coils (for example, actuators such as electrostatic elements, piezoelectric elements, and magnetostrictive elements).
  • actuators such as electrostatic elements, piezoelectric elements, and magnetostrictive elements.
  • FIG. 23a shows a system configuration for a speaker having a plurality of coils to which digital signals from a plurality of sound sources are input according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of input digital audio signals (2301a, 2301b) from a plurality of sound sources are converted into a plurality of n-bit digital signals (2303a, 2303b) by a plurality of multi-bit ⁇ modulators (2302a, 2302b).
  • a plurality of n-bit digital signals are converted into a plurality of m thermometer codes (2305a, 2305b) by a plurality of formatters (2304a, 2304b) and then a plurality of post-filters (2306a, 2306b).
  • the post filter removes noise caused by manufacturing variations between the plurality of coils (units), which becomes a problem when driving the plurality of coils (units), by a mismatch shaping method.
  • Signals (2307a, 2307b) from the post-filters (2306a, 2306b) are respectively input to the drive circuits (2308a2308b), and a plurality of ternary (+1, 0, ⁇ 1) drive signals (2309a) are input from the drive circuits (2308a2308b). , 2309b) is output.
  • four drive signals (A, B, C, D) are output for one digital signal.
  • FIG. 23b shows an example of a speaker having a plurality of coils corresponding to a plurality of sound sources that can be used in an embodiment of the present invention.
  • two vibrators are shown in which drive coils (2310) driven by four drive signals (A, B, C, D) are bundled and wound.
  • Each vibrator is connected to one diaphragm (2311).
  • a part of the signal (A, B) of the drive signal (2309a) from the first sound source and a part of the signal (A, B) of the drive signal (2309b) from the second sound source pass through the first vibrator.
  • the drive signal (C, D) of a part of the drive signal (2309a) from the second sound source and a part of the signal (C, D) of the drive signal (2309b) from the second sound source are the second Drive the vibrator.
  • each vibrator is connected to one diaphragm (2311), the acoustic signal generated by the information from the first sound source and the information from the second sound source passes through the plurality of vibrators. Synthesized in the diaphragm (2311). Therefore, it is possible to efficiently synthesize information from a plurality of sound sources while suppressing variations in each coil. For example, if the information of the main sound source is given to the first sound source and the information of the sub sound source is given to the second sound source, it is possible to easily synthesize a sound field (surround effect) while using one speaker. By digitally controlling the first and second sound sources, it is possible to easily turn on / off the surround effect dynamically. Also, if main sound is given to the first sound source and sub-speech (foreign language or guidance information) is given to the second sound source, it is possible to easily synthesize voice information while using one speaker.
  • sub-speech foreign language or guidance information
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable when two or more arbitrary numbers of electroacoustic vibration conversion elements (for example, actuators such as electrostatic elements, piezoelectric elements, and magnetostrictive elements) are used. Embodiments are applicable.

Abstract

デジタルフィルタと、再生音域の異なるデジタルスピーカで構成される複数のスピーカのいずれかへデジタル信号を出力する複数のデジタル変調器とを有する音響システムであって、前記デジタルフィルタは、入力されるデジタル音声信号を、複数の周波数帯域のデジタル音声信号に変換し、前記複数の周波数帯域のデジタル音声信号それぞれを、前記複数のデジタル変調器のいずれかに出力し、前記複数のデジタル変調器のそれぞれは、入力されるデジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行ったデジタル信号を、デジタルスピーカに出力し、前記デジタル変調器それぞれが出力するデジタル信号のビット数は互いに異なることを特徴とする音響システムを提供する。

Description

音響システム
本発明は、デジタル信号をアナログ音声に直接変換するデジタル音響システムに関する。特に、マルチウェイ型のデジタル音響システム及びそのアプリケーションに関する。
デジタル信号をアナログ音声に直接変換するデジタルアナログ変換装置としてWO2007/135928A1が提案されている。WO2007/135928A1には、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力する回路と、前記複数のデジタル信号により駆動される複数のコイル（ユニット）を用いてデジタル信号をアナログ音声に直接変換するシステムが開示されている。このようなシステムを、以下ではデジタル音響システムと呼ぶ。
このようなデジタル音響システムは、アナログ電気信号でスピーカを駆動していたアナログ音響システムに比べて、システムの消費電力が小さいという特徴がある。これに加えて、複数のスピーカもしくは複数の駆動ユニット（コイル等）を使うことから、従来の一つのスピーカもしくは単一の駆動ユニットを使ったアナログ音響システムに比べて低電圧で大きな音圧を出力することが可能である。
一方、複数の音域（周波数帯域）を受け持つ異なるスピーカ装置を組み合わせて構成する音響システムが知られている。このような音響システムは、マルチウェイ型の音響システムと呼ばれる。このような音響システムでは、スピーカを駆動するアナログ信号を、アナログＬＣＲフィルタを使ったネットワーク回路を使って異なる周波数帯域用のアナログ信号を生成した後にスピーカを駆動している。したがって、デジタル音響システムを用いてマルチウェイ型の音響システムを構成する為には一度デジタル音声信号をアナログ信号に変換した後に、ネットワーク回路を通してそれぞれの帯域のアナログ信号に変換し、更にデジタル信号へ変換してからデジタル音響システムに入力しなければならない。このため、従来のマルチウェイ型の音響システムは、複雑な構成を有してしまう問題を有している。
図１に、アナログ信号で駆動されるスピーカ装置（アナログスピーカ）を使ったマルチウェイ型のアナログ音響システムの代表的な従来例を示す。アナログ音声信号(101)は、アナログ増幅装置(102)により電力増幅されたスピーカ駆動用のアナログ駆動信号(103)に変換され、アナログＲＬＣフィルタ回路で構成されたネットワーク回路(104)により、複数の周波数帯域に応じたアナログ信号(105a~105n)に分配された後に、複数の異なる音域を受け持つスピーカ(106a~106n)入力される。このようなシステムは、アナログアンプと複数の音域を受け持つスピーカを使ったマルチウェイ型のアナログ音響システムの典型的な実施形態である。
アナログスピーカを使ったマルチウェイ型のアナログ音響システムの別の従来例を図２に示す。デジタル音声信号(201)は、デジタルフィルタ(202)により複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号(203a~203n)に分配される。複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号は複数のデジタルアナログ変換装置(204a~204n)により、複数の周波数帯域に応じた複数のアナログ信号(205a~205n)に変換される。そして、複数のアナログ増幅装置(206a~206n)で電力増幅された複数のアナログ駆動信号(207a~207n)により、複数の異なる音域を受け持つスピーカ(208a~208n)を駆動する。この従来例では、複数の異なる音域を受け持つスピーカ毎にデジタルアナログ装置や増幅装置を必要とする欠点がある。しかし、デジタル信号処理でフィルタを実現可能なことから、多様な帯域特性を実現出来るために高級オーディオ等に使われている。このようなシステムは、所謂バイドライブ方式マルチウェイ型のアナログ音響システムの典型的な実施形態である。
デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力する回路と、前記複数のデジタル信号により駆動される複数のコイル（ユニット）からなるデジタル音響システムを用いて、マルチウェイ型のデジタル音響システムを構成する例を図３に示す。デジタル音声信号（301）は、デジタルアナログ変換装置（302）により一度アナログ信号（303）に変換された後に、アナログＲＬＣフィルタ回路で構成されたネットワーク回路(304)により、複数の周波数帯域に応じたアナログ信号(305a~305n)に分配される。それぞれのアナログ信号は、複数のアナログデジタル変換装置(306a~306n)により、複数の周波数帯域に応じたデジタル音声信号(307a~307n)に再度変換される。デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路(308a~308n)により、複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号への変換を行い、複数の異なる音域を受け持つ複数のコイルを持つスピーカ(310a~310n)に入力する。このようにアナログ回路で構成されているマルチウェイ型の音響システムをWO2007/135928A1などに示されたデジタル音響システムと単純に組み合わせると構成要素が多くなるという問題点がある。
WO2007/135928A1
以上説明したように、デジタル音声信号から生成された複数のデジタル信号により駆動される複数のコイルからなるデジタル音響システムを用いたマルチウェイ型のデジタル音響システムを構築する場合、ネットワーク回路を利用したアナログ方式のマルチウェイ構成を用いると構成要素が多くなるという問題点がある。構成要素が増えると構成要素のそれぞれで電力が消費される為に、デジタル音響システムの特徴である低消費電力特性を生かすことがシステムとして出来ない。しかしながら高音質の音響再生の為には、再生音域特性に合わせた複数のスピーカを組み合わせた音響システムが必須である。
一般に高音質の音響システムには、再生音域の異なるスピーカ特性に合わせた音響システムを構築する必要がある。デジタル音響システムを用いた音響システムでも、再生音域に合わせたデジタル音響システムを複数組み合わせて構築することが必要である。しかし、これまで、デジタル音響システムを用いた音響システム、特にマルチウェイ型の音響システム、の具体的な構成に関する提案はなく、デジタル音響システムの低消費電力特性を生かしながら、高音質の音響再生が可能となる音響システムを構築するのは困難であった。
本発明の一実施形態として、デジタルフィルタと、再生音域の異なるデジタル信号により駆動されるスピーカで構成される複数のスピーカのいずれかへデジタル信号を出力する複数のデジタル変調器とを有する音響システムが提供される。この音響システムにおいては、前記デジタルフィルタは、入力されるデジタル音声信号を、前記複数のスピーカの再生音域に対応する複数の周波数帯域のデジタル音声信号に変換し、前記複数の周波数帯域のデジタル音声信号それぞれを、前記複数のデジタル変調器のいずれかに出力し、前記複数のデジタル変調器のそれぞれは、入力されるデジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行って変調したデジタル信号を、前記入力されるデジタル音声信号の周波数帯域に対応する再生音域の前記スピーカに出力し、前記デジタル変調器それぞれが出力するデジタル信号のビット数は互いに異なることを特徴とする。
本発明の別の一実施形態として、第１デジタルフィルタと、第２デジタルフィルタと、第１デジタル変調器と、第２デジタル変調器と、第３デジタル変調器とを有する音響システムが提供される。この音響システムにおいては、前記第１デジタルフィルタは、入力される第１デジタル音声信号を高周波数帯域の第２デジタル音声信号と低周波帯域の第３デジタル音声信号とに変換し、前記第２デジタルフィルタは、入力される第４デジタル音声信号を高音周波数帯域の第５デジタル音声信号と低周波帯域の第６デジタル音声信号とに変換し、前記第１デジタル変調器は、前記第２デジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行なって第１スピーカに出力し、前記第２デジタル変調器は、前記第５デジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行なって第２スピーカに出力し、前記第３デジタル変調器は、前記第３デジタル音声信号と前記第６デジタル音声信号を加算処理し、ノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行なって第３スピーカに出力する。
本発明の別の一実施形態として、第１デジタルフィルタと、第２デジタルフィルタと、第３デジタルフィルタと、第１デジタル変調器と、第２デジタル変調器と、第３デジタル変調器とを有する音響システムが提供される。この音響システムにおいては、前記第１デジタルフィルタは、入力される第１デジタル音声信号を第１帯域の第２デジタル音声信号に変換し、前記第２デジタルフィルタは、入力される第３デジタル音声信号を第２帯域の第４デジタル音声信号に変換し、前記第３デジタルフィルタは、前記第１デジタル音声信号と前記第３デジタル信号とを加算処理した信号より前記第１音域または前記第２音域よりも低い周波数帯域の第５デジタル音声信号に変換し、前記第１デジタル変調器は、前記第２デジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行なって第１スピーカに出力し、前記第２デジタル変調器は、前記第４デジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行なって第２スピーカに出力し、前記第３デジタル変調器は、前記第５デジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行なって第３スピーカに出力する。
本発明の別の一実施形態として、入力されるデジタル音声信号にノイズシェーピングを行ない、デジタル信号を出力するΔΣ変調回路と、前記ΔΣ変調回路が出力するデジタル信号にミスマッチシェーピングを行ない、複数ビットのデジタル信号の一部のビットの信号それぞれを複数のスピーカのいずれかに出力するミスマッチシェーピング回路を有する音響システムが提供される。
本発明の別の一実施形態として、デジタル音声信号が入力され、複数のスピーカのいずれかにデジタル信号を出力する複数のデジタル信号処理回路と、前記複数のデジタル信号処理回路それぞれのパラメータを制御する制御部とを有する音響システムが提供される。この音響システムにおいては、前記複数のデジタル信号処理回路それぞれは、入力される前記デジタル音声信号から所定の周波数帯域のデジタル音声信号をフィルタし、ノイズシェーピングとミスマッチシェーピングを行ない、前記制御部は、前記複数のデジタル信号処理回路がフィルタする周波数帯域と、ノイズシェーピングのオーバーサンプリング比と、ミスマッチシェーピングの次数とのいずれか一以上のパラメータを制御する。
本発明の別の一実施形態として、デジタル音声信号が入力され、複数の周波数帯域のデジタル信号を出力するデジタルフィルタと、デジタル信号により駆動されるスピーカで構成される複数の再生音圧の異なるスピーカのいずれかへデジタル信号を出力する複数のデジタル変調器とを有する音響システムが提供される。この音響システムにおいては、前記デジタル変調器それぞれが出力するデジタル信号のビット数は互いに異なる。
本発明の別の一実施形態として、入力されるデジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行って変調した複数ビットのデジタル信号を出力するデジタル変調器と、前記デジタル信号の複数のビット信号が供給される複数のコイルを有するスピーカとを有し、前記複数のコイルは、それぞれのビット信号が供給されるコイルが軸の周りに一つの層を形成し、全体として軸方向に垂直な方向に重なって巻かれていることを特徴とするスピーカシステムが提供される。
本発明の別の一実施形態として、入力されるデジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行って変調した複数ビットのデジタル信号を出力するデジタル変調器と、前記デジタル信号の複数のビット信号が供給される複数のコイルを有するスピーカとを有し、前記複数のコイルは、コイル軸の周りに複数の層を形成し、隣接する層では層の両端のコイルを除き１つずつ位置がずれていることを特徴とするスピーカシステムが提供される。
本発明の別の一実施形態として、第１のデジタル音声信号が入力され、複数のスピーカであって、それぞれのスピーカは、入力される複数のデジタル信号を合成して出力する複数のスピーカそれぞれへ第１のデジタル信号を出力する第１のデジタル変調器と、第２のデジタル音声信号が入力され、前記複数のスピーカそれぞれへ第２のデジタル信号を出力する第２のデジタル変調器と、を有する音響システムであって、前記第１及び第２のデジタル変調器それぞれは、入力されるデジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行って変調したデジタル信号を出力することを特徴とする音響システムが提供される。
本発明によれば、デジタル音声信号から生成された複数のデジタル信号により駆動される複数のコイルからなるデジタル音響システムを用いた音響システムの構成要素を増やすことなく構築する事が可能となる。また、デジタル音響システムの本来の低消費電力特性を生かしながら、高音質の音響再生が可能となる音響システムを構築することが可能となる。
アナログＲＬＣフィルタのネットワーク回路を使ったマルチウェイ型のアナログ音響システムの構成図。 デジタルフィルタ回路を使ったバイドライブ方式マルチウェイ型のアナログ音響システムの構成図。 アナログＲＬＣフィルタのネットワーク回路とデジタル音響システムを組み合わせたマルチウェイ型のデジタル音響システムの構成図。 本発明の一実施形態に係る、デジタルフィルタ回路を使ったバイドライブ方式マルチウェイ型のデジタル音響システムの構成図。 本発明の一実施形態に係るデジタルフィルタ回路を使ったバイドライブ方式マルチウェイ型に使われるデジタル変調回路の内部回路の構成図。 本発明の一実施形態に係るデジタル変調回路の内部回路に使われている後置フィルタの機能ブロック図。 本発明の一実施形態に係る音響システムの構成図。 本発明の一実施形態に係る音響システム構成図。 本発明の一実施形態に係る音響システム構成図。 本発明の一実施形態に係る音響システム構成図。 本発明の一実施形態に係る音響システム構成図。 本発明の一実施形態に係る音響システム構成図。 本発明の一実施形態に係る音響システム構成図。 本発明の一実施形態に係るデジタル変調回路の内部回路の構成図。 本発明の一実施形態に係るデジタル変調回路で用いられるリタイミング回路の動作波形と回路構成図。 本発明の一実施形態に係る音響システム構成図。 本発明の一実施形態に係るデジタルフィルタ回路を使ったバイドライブ方式マルチウェイ型に使われるデジタル変調回路の内部回路の一例図。 本発明の一実施形態に係るデジタル変調回路の内部回路に使われている後置フィルタの構成の一例図。 本発明の一実施形態に係る、デジタル変調回路の内部回路とリタイミング回路の回路構成との一例図。 本発明の一実施形態に係るデジタル変調回路に用いられるマルチビットΔΣ変調器の内部回路の構成の一例図。 本発明の一実施形態に係る音響システムに使われる複数のコイルを持つスピーカの構成図。 本発明の一実施形態に係る音響システムに使われる複数のコイルを持つスピーカのボイスコイルの構成図。 本発明の一実施形態に係る音響システムに使われる複数のコイルを持つスピーカのボイスコイルの巻き方の一例図。 本発明の一実施形態に係る音響システムに使われる複数のコイルを持つスピーカのボイスコイルの巻き方の別の一例図。 本発明の一実施形態に係る音響システム構成図。 本発明の一実施形態に係る音響システム構成図。 本発明の一実施形態に係る音響システムに用いられるスピーカの構成図。 本発明の一実施形態に係る音響システムに用いられるスピーカの構成図。 本発明の一実施形態に係る音響システム構成図。 本発明の一実施形態に係る音響システム構成図。 本発明の一実施形態に用いることができる複数の音源に対応した複数のコイルを持つスピーカの構成の一例図。
以下、図面を参照しながら、本発明をいくつかの実施形態として説明を行なう。なお、本発明はこれらの実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形を行なって実施することが可能である。
図３で示されたアナログとデジタルの組み合わせの際の課題を解決する提案として、デジタルフィルタ信号処理ブロックで高域用のデジタル信号と低域用のデジタル信号に分割した後に、それぞれの信号を再生するためにデジタルアナログ変換装置を複数チャネルとして並列に設けることで、周波数帯域毎に最適なデジタル音響システムで音声を再生することが考えられる。
図４に、そのデジタル音響システムを使ったバイドライブ方式の音響システムの第１の実施形態における構成図を示す。デジタル音声信号(401)は、デジタルフィルタ(402)により複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号(403a~403n)に分配される。複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号は、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路(404a~404n)により、複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号(405a~405n)に変換され、複数の異なる音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(406a~406n)を駆動する。図４に示すデジタル音響システムの構成は、図１に示したマルチウェイ型のアナログ音響システムと類似である。しかし、図４に示す音響システムの構成要素の数は、図２に示したバイドライブ型のマルチウェイ型のアナログ音響システムの構成要素の数よりも小さい。
なお、図４では、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路(404a~404n)は同一の回路により構成することができる。このように構成した場合には、複数のデジタル信号(405a~405n)それぞれは、同一のビット数となる。しかし、これでは、後述のような、スピーカなどで再生される周波数帯域に応じて異なるビット数のデジタル信号を供給されないので、消費電力を少なくすることは困難となる。
図５ａに、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路(404a~404n)の構成の一例を示す。デジタル音声信号(501)はマルチビットΔΣ変調器(502)により、nビットのデジタル信号(503)に変換される。nビットのデジタル信号は、フォーマッタ(504)によりm個の温度計コード(505)に変換された後に、後置フィルタ(506)により複数のコイル（ユニット）をデジタル駆動信号(507)に変換される。後置フィルタは複数のコイル（ユニット）を駆動する際に問題となる複数のコイル（ユニット）間の製造バラつきに起因するノイズをミスマッチシェーピング法により除去する。
図５ｂには、デジタル変調回路に用いられる後置フィルタ(506)の構成の一例を示す。m個の温度計コード(505)は、複数のコイル（ユニット）間の製造バラつきに起因するノイズをミスマッチシェーピング法で除去するために選択回路(510)に入力される。選択回路(510)では、選択回路(510)の出力を遅延素子と加算器で構成された少なくとも２つ以上の積分回路(511a,511b)により出力信号(507)の使用頻度を計算して、使用頻度の小さい順に出力信号(507)を選択するように動作する。
図６に、複数のデジタル信号により駆動される複数のコイルからなる音響システムの本発明の第２の実施形態における構成図を示す。デジタル音声信号(601)は、デジタルフィルタ(602)により複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号(603a~603n)に分配される。複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号は、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力する異なるデジタル変調回路(604a~604n)により、複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号(605a~605n)に変換され、複数の異なる音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(606a~606n)を駆動する。ここで、デジタル信号(605a~605n)のビット数はそれぞれが異なるビット数であり、複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(606a~606n)は、受け持つ音域に応じて異なるビット数のデジタル信号(605a~605n)で駆動されている。
図６に示した本発明の第２の実施形態では、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力する異なるデジタル変調回路(604a~604n)により構成されている。このような構成をとることで、其々の音域に最適なビット数のデジタル信号を生成することが可能となる。これにより、デジタル音響システムの本来の低消費電力特性を生かしながら、高音質の音響再生が可能となる音響システムを構築することが可能となる。以下、本発明の実施形態がもたらす効果に関して説明する。
図５ａに示したように、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路は、マルチビットΔΣ変調器(502)とフォーマッタ(504)と後置フィルタ(506)により構成されている。ここで、入力されたデジタル信号は、フォーマッタを通じて所望のビット数のデジタル信号に再合成される際に、量子化ノイズが生じる。マルチビットΔΣ変調器は、この量子化ノイズを、ノイズシェーピング法により可聴範囲以上の周波数に分布させる機能を提供している。マルチビットΔΣ変調器を用いて量子化ノイズを高い周波数に分布させる為には、音声デジタル信号のサンプリング周波数以上の周波数でオーバーサンプリングする必要がある。
ΔΣ変調回路とオーバーサンプリングを使ったデジタル変調によるノイズシェーピング法を用いることで、デジタル信号を再生することで発生する量子化雑音を可聴範囲以上の周波数帯域に移動することは、例えば、"Over sampling Delta-Sigma Data Converters" IEEE Press 1991 ISBN 0-87942-285-8に示されている。この文献のpp．7の(22)式にはオーバーサンプリング比と変調器の次数に対してノイズシェーピングされる雑音の強度の関係が示されている。一般にノイズシェーピング法により、量子化雑音の実効強度は、ＬをΔΣ変調器の次数とした場合、オーバーサンプリング比を2倍にする度に3(2L+1) dB低下する。したがって、量子化雑音を減らす為にはオーバーサンプリング比を高めるか、ΔΣ変調器の次数を上げなければならない。
逆にいえば、もし必要な可聴周波数の上限が低くても構わなければ、ΔΣ変調回路とオーバーサンプリングを使ったデジタル変調によるノイズシェーピングに必要な変調器の次数やオーバーサンプリングの周波数の要求を緩和出来ることになる。低域再生専用のデジタル音響システムの場合、デジタル音声信号をデジタルフィルタにより、例えば５００Ｈｚより高域の音声情報を減衰させることが出来る。デジタル音声信号に本来含まれている可聴周波数は、例えば、コンパクトディスクにおける品質の場合、２０ＫＨｚ以下であるので、低域再生専用のデジタル音響システムでは、５００Ｈｚ/２０ＫＨｚ＝１/４０も低い周波数の情報を再生出来れば良いことになる。つまり必要なオーバーサンプリング比を十分に低くしても５００Ｈｚまでの間では十分なＳＮＲを稼ぐことが可能となる。この際の量子化雑音は５００Ｈｚより上の可聴周波数領域にも分布するが、低域再生専用のスピーカ自体がその領域の音声を再合成出来なければ量子化ノイズが再生されることはない。
このように、低域再生専用のデジタル音響システムでは、必要なオーバーサンプリング比を十分に低くすることが可能である。デジタル回路の消費電力は動作周波数に比例するので、オーバーサンプリング比が半分になれば、デジタル音響システムの信号処理に必要な消費電力も半分になる。
一方、オーバーサンプリング比は変えずに変調器の次数を下げることも可能である。低域再生専用のデジタル音響システムに必要なマルチビットΔΣ変調器の次数を下げることで、必要なデジタル回路の規模を小さくすることが可能となる。デジタル回路の消費電力は回路規模に比例するので、必要なデジタル回路の規模が小さくなればデジタル音響システムの信号処理に必要な消費電力も小さくなり、ノイズシェーピング特性が緩和され高域の雑音が減少する。
同様に中高域再生用のデジタル音響システムには、バンドパス型のΔΣ変調器を利用することで、量子化ノイズ成分を中高域以外の周波数に移動することが可能になる。バンドパス型のΔΣ変調回路は、例えば、"Understanding Delta-Sigma Data Converters" IEEE Press 2005 ISBN 0-471-46585-2に示されている。この文献のChapter5 にはΔΣ変調器のＮＴＦ(ノイズ伝達関数)を任意の周波数に移動する方法が示されている。中高域再生用のスピーカ（ツイータ）の帯域に合わせたバンドパス型のΔΣ変調回路を使い、デジタル音響システムを設計することで、必要なデジタル回路の規模を小さくすることが可能となる。
以上述べたように、低域再生専用や高域再生専用のデジタル音響システムは、可聴周波数の全域をカバーするデジタル音響システムに比べて低消費電力化が可能になる。つまり、図６に示した本発明の第２の実施形態のように、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力する際に、異なるデジタル変調回路により構成することで音響システムの消費電力特性を更に最適化することが可能となる。
図７に、複数のデジタル信号により駆動される複数のコイルからなる音響システムの第３の実施形態を示す。ステレオデジタル音声信号(701a,701b)は、Ｌ及びＲ専用のデジタルフィルタ(702a,702b)により低域と中高域の２種類の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号に分配される。デジタルフィルタ(702a,702b)から出力される低域専用のデジタル信号は、ＬとＲとを加算処理した後に低域専用のデジタル音声信号(703c)を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路(704c)により複数のデジタル信号(705c)に変換され、低音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(706c)を駆動する。一方、デジタルフィルタから出力される中高域のデジタル信号(703a,703b)は、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路(704a,704b)によりＬとＲそれぞれ独立に複数のデジタル信号(705a,705b)に変換され、中高音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(706a,706b)を駆動する。一般に低音域の音声信号はステレオのＬおよびＲに同じように含まれているので、低域の信号に関してＬとＲとを加算しても音の再生については特別な問題は生じない。図７のような構成をとることで、低音域を担当するデジタル音響システムをＬとＲとで兼用することが可能となるので、音響システムの消費電力特性を更に最適化させることが可能となる。本実施形態では、ステレオ方式の２ウェイデジタル音響システムに関して効果を述べた。しかし、２ウェイ以外の任意の音響システムにも本実形態は適用可能である。２チャンネル（ステレオ）以上の任意の個数の音声情報が入力される任意のデジタル音響システムにも本実施形態は適用可能である。
図８ａに、複数のデジタル信号により駆動される複数のコイルからなる音響システムの第４の実施形態を示す。デジタル音声信号(801)は、デジタルフィルタ(802)により低域と中域と高域の３種類の周波数帯域に応じた３種類のデジタル信号(803a,803b,803c)に分配される。３種類の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号は、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力する異なるデジタル変調回路(804a,804b,804c)により、複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号(805a,805b,805c)に変換され、複数の異なる音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(806a,806b,806c)を駆動する。ここで、デジタル信号(805a,805b,805c)は、それぞれが異なるビット数であり、複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(806a,806b,806c)は、受け持つ音域に応じて異なるビット数のデジタル信号(805a,805b,805c)で駆動されている。高音域を受け持つスピーカ(806a)は、低中音域を受け持つスピーカ(806b,806c)に比べて一般に高効率であり、スピーカを駆動するのに必要な電力は小さい。つまり、駆動するデジタル信号のビット数を少なくすることが可能である。さらに、駆動するデジタル信号のビット数を１本にすれば、高音域を担当するデジタル音響システムの消費電力を更に下げることが可能となる。
図５ａに示したように、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路は、マルチビットΔΣ変調器とフォーマッタと後置フィルタにより構成されている。ここで後置フィルタは複数のコイル（ユニット）を駆動する際に問題となる複数のコイル（ユニット）間の製造バラつきに起因するノイズをミスマッチシェーピング法により除去するためのものである。もし高音域を受け持つスピーカを一本のデジタル信号で駆動すれば、フォーマッタと後置フィルタが必要なくなる。したがって、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路に必要な回路を大幅に削減することが可能となる。つまり、音響システムの消費電力特性を更に最適化することが可能となる。本実施形態では、３ウェイのデジタル音響システムに関して効果を述べているが、３ウェイ以外の任意の音響システムにも本実施形態は適用可能である。
図８ｂに、複数のデジタル信号により駆動される複数のコイルからなる音響システムの第５の実施形態を示す。本実施形態では、図８ａに示した第４の実施形態に、電源制御回路(807)と制御回路からそれぞれのデジタル変調回路に供給される電源(808a,808b,808c)が追加されている。本実施形態では、デジタル変調回路それぞれの電源電圧を変えることが可能になる。つまり複数の周波数帯域に応じて異なる電圧のデジタル信号で複数のコイル（ユニット）を持つスピーカを駆動することが可能になる。一般に、スピーカの効率は再生音域により異なるので、音響システムでの個々のスピーカの効率の違いが駆動デジタル信号の振幅電圧を制御することにより補正出来る。
図９aに、複数のデジタル信号により駆動される複数のコイルからなる音響システムの第６の実施形態を示す。デジタル音声信号(901)は、デジタルフィルタ(902)により複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号(903a~903n)に分配される。複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号は、デジタル遅延回路(904a~904n)で其々の周波数帯域に応じた遅延が与えられる。デジタル遅延回路からの複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号(905a~905n)は、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力する異なるデジタル変調回路(906a~906n)により、複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号(907a~907n)に変換され、複数の異なる音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(908a~908n)を駆動する。
実際の応用では、複数の音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカは物理的な配置位置が離れている場合が考えられる。例えばクルマの中に音響システムを構築する場合は、低中域を受け持つスピーカをドアの下方に配置して、高音域を受け持つスピーカを運転席に近いドア情報に配置する。一般に低音域は定位情報に乏しいのに対し、高音域は定位情報が豊かであるので、高音域を受け持つスピーカを頭部に近い位置に配置することで、ステレオ感に溢れた音場を再生することが可能になるからである。しかしながら、低音を受け持つスピーカから頭部までの物理的な距離と、高音域を受け持つスピーカから頭部までの物理距離が異なると、それぞれからの再生音に時間差が生じる為に再生音声に不自然さが発生する問題がある。図９ａに示す第６の実施形態にあるように、対応する音域のそれぞれのデジタル的に調整可能なデジタル遅延回路を挿入することで、音響システムを構成するスピーカの配置に依らずに再生音声の頭部までの到達時間差を調整することが可能となる。遅延回路はデジタル遅延回路で実現可能であるので、アナログ回路の遅延回路に比べて回路規模が小さく消費電流も少ない。従って、本実施形態にあるようにデジタル遅延回路を挿入しても音響システムの低消費電力特性を損なうことは少ない。
図９ｂに、複数のデジタル信号により駆動される複数のコイルからなる音響システムの第７の実施形態を示す。本実施形態では、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路と複数の異なる音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカの間にデジタル遅延回路(904a~904n)を配置して、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力する異なるデジタル変調回路(906a~906n)からの複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号(907a~907n)の個々の信号に遅延をした信号(909a~909n)で、複数の異なる音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(908a~908n)を駆動する。遅延回路は1ビットデジタル遅延回路で実現可能であるので、アナログ回路の遅延回路に比べて回路規模が小さく消費電流も少ない。遅延を調整することで、第６の実施形態と同様の効果が得られるのに加えて、複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号を個別に遅延制御をすることで、遅延制御をデジタルフィルタとして構成することが可能となる。例えば、複数のコイル（ユニット）に加える複数のデジタル信号の遅延を少しずつ遅らせることで遅延回路と複数のコイル（ユニット）を持つスピーカを使ってＦＩＲフィルタが構成出来る。これによりスピーカでのノイズの発生を抑制することが可能になる。
図１０に、複数のデジタル信号により駆動される複数のコイルからなる音響システムの第８の実施形態を示す。デジタル音声信号(1001)は、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路(1002)により、Ｎビットのデジタル信号(1003)に変換される。必要な音圧に応じて複数のデジタル信号(1003)は分配されて複数の異なる音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(1004a~1004n)を駆動する。
本実施形態ではデジタル音声信号を、デジタルフィルタを用いて複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号に分配しなくてもよい。図５ａに示したような、マルチビットΔΣ変調器とフォーマッタと後置フィルタにより構成されているデジタル変調回路から出力されるＮビットのデジタル信号を、異なる音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカに分配（ただし、N=n+m+k）してスピーカを駆動する。このようにスピーカを駆動することでデジタル音響システムを構成する。デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路の出力には全可聴周波数領域の音声信号情報が含まれているが、異なる音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカでは対応した音域の再生しか出来ない事を利用して、簡易的なデジタル音響システムを構成することができる。
この実施形態では、複数のコイル（ユニット）を持つスピーカの音圧特性に応じて、デジタル信号のビット数を調整することが可能となる。これにより、ネットワーク回路を用いずに、異なる音域を受け持つ複数のスピーカを並列にアナログ信号で駆動することができる。また、簡易的なアナログ方式のマルチウェイ音響システム以上の性能を得ることが可能である。更に、本発明の第５の実施形態にあるようなデジタル遅延回路を、複数のコイル（ユニット）のスピーカの手前に挿入して配置し、音響システムを構成することにより、スピーカの配置に係る再生音声の頭部までの到達時間差の問題を解決することも可能となる。
図１１にデジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路の一実施例を示す。デジタル音声信号(1101)は、デジタルゲイン回路(1102)でスピーカの効率に合わせたデジタル信号(1103)に変換された後に、マルチビットΔΣ変調器(1104)により、nビットのデジタル信号(1105)に変換される。nビットのデジタル信号は、フォーマッタ(1106)によりm個の温度計コード(1107)に変換された後に、後置フィルタ(1108)によりm個のデジタル信号(1109)に変換される。m個のデジタル信号はその後、リタイミング回路(1110)によりビット単位の時間情報を正確に揃えられて、m個のコイル（ユニット）を駆動するデジタル駆動信号(1111)に変換される。ここで、それぞれの回路はクロック信号(1120)で制御されており、リタイミング回路はクロック信号(1120)とリタイミング用のクロック信号(1121)で制御されている。後置フィルタは複数のコイル（ユニット）を駆動する際に問題となる複数のコイル（ユニット）間の製造バラつきに起因するノイズをミスマッチシェーピング法により除去している。また、リタイミング回路はビット単位の時間情報を正確に揃えることで、デジタル駆動時に発生するノイズを低減する。
図１２にデジタル変調回路に用いられるリタイミング回路の動作波形を示す。後置フィルタから出力されるm個のデジタル信号(1201)はクロック信号(1110)で同期されているが、図１２に示したように０→１への遷移時間と１→０への遷移時間が異なると、1デジタル単位時間(a)と２デジタル単位時間(b)の間の関係が線形に保てなくなる。デジタル音響システムでは、ビット単位の時間情報が正確に揃えられないとスピーカをデジタル駆動する際にノイズが発生してしまう問題ある。これを避けるためには、リタイミング用のクロック信号(1111)により後置フィルタから出力されるデジタル信号(1201)をリタイミングした信号(1202)に変換することで、異なるデジタル単位時間の間のタイミング関係を線形に保つことが必要である。図１２に示されているようにトリガリセット型のフリップフロップを２種類のクロックで制御することでリタイミング動作は簡単に実現可能である。
以上述べたように、音響システムを構成する場合に、異なる音域を受け持つスピーカに対して、異なるデジタル変調回路を組み合わせて構成することで、音響システムの消費電力を削減することが可能になる。具体的には、デジタル変調回路を構成するマルチビットΔΣ変調器の次数の変更やオーバーサンプリング比に対応する動作クロックの周波数をそれぞれの周波数領域で変更することにより、消費電力の削減を実現する。一方、これらの変更は、デジタル的な動作でありＤＳＰ等のプログラム可能なデジタル信号処理系や、高速のＣＰＵを使ってソフトウェア的に消費電力の削減などの最適化を図ることも可能である。つまり、音声再生の適用場面のアプリケーションに応じて、デジタル音響システムの構成をダイナミックに変更することも実現可能である。
図１３に、複数のデジタル信号により駆動される複数のコイルからなる音響システムの第９の実施形態を示す。デジタル音声信号(1301)は、デジタルフィルタ機能とデジタル変調処理を実行して複数のデジタル信号を出力する機能を同時に提供するＤＳＰ回路(1302a,1302b,1302c)に入力される。ＤＳＰ回路はデジタル音響システムに必要なデジタル信号処理を実行して複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(1303a,1303b,1303c)を駆動するデジタル信号発生する。このＤＳＰ回路は、システム制御回路(1310)からの制御信号(1311a,1311b,1311c)に応じて、フィルタ特性やマルチビットΔΣ変調器の次数やオーバーサンプリング比を変更することが出来る。
図１３のように、必要に応じてダイナミックにデジタルフィルタ機能とデジタル変調器のパラメータを変更することで、音響システムの消費電力特性を更に最適化することが可能となる。音声再生に必要な音声品質に応じた消費電力の調整が出来るからである。例えば、高音質が必要な場合は、図１３にあるような３ウェイのデジタル音響システムになるようにデジタルフィルタ機能とデジタル変調器のパラメータを変更する。再生音質を上げるために、ΔΣ変調器のオーバーサンプリング比や変調次数を増やす。一方、アナウンスやガイド音声を再生する場合は中音域の再生帯域しか必要ないので、３ウェイのデジタル音響システムを１ウェイのデジタル音響システムになるようにデジタルフィルタ機能とデジタル変調器のパラメータを変更して再構成する。再生音質は劣化するが、低音域や高音域を担当するデジタル回路やスピーカ自体を駆動しないことで消費電力の削減が可能になる。
同様に、入力されたデジタル音声信号の振幅に応じてダイナミックにデジタルフィルタの周波数特性などの機能のパラメータとデジタル変調器のパラメータとを変更することで、音響システムの消費電力特性を更に最適化することも可能である。入力されたデジタル音声信号の振幅が小さい時は、所詮は十分な品質のＳＮＲを確保することが出来ないので、デジタル変調器のパラメータを変更して再生品質を下げることで消費電力を削減することが可能である。尚、本実施形態では３ウェイのデジタル音響システムに関しての消費電力の削減効果を述べているが、３ウェイ以外の任意の音響システムにも本実施形態は適用可能である。また、デジタルフィルタ機能とデジタル変調器の機能とを、全てＤＳＰやＣＰＵで実装してプログラムにより実装するのではなく、デジタルフィルタ機能とデジタル変調器の一部の機能をプログラム可能な形態として実装することで、消費電力をダイナミックに変更可能にすることができる。例えば入力されたデジタル音声信号が無音の場合にデジタルフィルタやデジタル変調器に入力されるクロックを止める実装や、入力されたデジタル音声信号が小さい場合に、低音域を止めてしまう実装を用いることができる。
図１４ａにはデジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路の別の実施例を示す。デジタル音声信号(1401)はマルチビットΔΣ変調器(1402)により、nビットのデジタル信号(1403)に変換される。nビットのデジタル信号は、フォーマッタ(1404)によりm個の温度計コード(1405)に変換された後に、後置フィルタ(1406)により-1,0,1の三値のデジタル信号によりｋ個のコイル（ユニット）を駆動する信号(1407)に変換する。例えば、4ビットのデジタル信号を用いて、フォーマッタにより9個の温度計コード(-4～0～4)に変換された後に、後置フィルタ(1406)により４個の-1,0,1の三値のデジタル信号で４個のコイル（ユニット）を駆動する信号に変換する。
図１４ｂには、図１４ａに示されているデジタル変調回路に用いられている後置フィルタ(1406)の実施例を示している。m個の温度計コード(1405)は、複数のコイル（ユニット）間の製造バラつきに起因するノイズをミスマッチシェーピング法で除去するために選択回路(1410)に入力される。選択回路(1410)では、選択回路(1410)の-1,0,1の三値のデジタル信号出力を遅延素子と加算器で構成された少なくとも２つ以上の積分回路(1411a,1411b)により出力信号(1407)の使用頻度を計算して、使用頻度の小さい順に出力信号(1407)を選択するように動作する。尚、図１１に示されたようなリタイミング回路をデジタル変調回路の内部に加えた場合も本実施例は有効である。
図１５にはデジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路の別の実施例を示す。デジタル音声信号(1501)は、デジタルゲイン回路(1502)でスピーカの効率に合わせたデジタル信号(1503)に変換された後に、マルチビットΔΣ変調器(1504)により、nビットのデジタル信号(1505)に変換される。nビットのデジタル信号は、フォーマッタ(1506)によりm個の温度計コード(1507)に変換された後に、後置フィルタ(1508)により-1,0,1の三値のデジタル信号によりｋ個のコイル（ユニット）を駆動する信号(1509)に変換する。ｋ個の三値のデジタル信号はその後、リタイミング回路(1510)によりビット単位の時間情報を正確に揃えられて、ｋ個のコイル（ユニット）を駆動する三値のデジタル駆動信号(1511)に変換される。それぞれの回路はクロック信号(1530)で制御されており、リタイミング回路は加算器(1521)と伝達関数(1522)と量子化器(1523)とフィードバック係数回路(1524)からなるフィードバック回路で構成されている。デジタル駆動信号（1511）がスピーカに接続された場合、デジタル駆動回路の出力抵抗や動作速度の影響、クロック信号(1530)のジッタにより、デジタル駆動信号(1511)に波形歪みが生じノイズが発生する場合がある。伝達関数Ｈ(s)を適当に選ぶことでデジタル駆動時に発生するこのノイズを低減することが可能になる。簡単には、量子化器(1523)はコンパレータで実現することができ、コンパレータの遷移タイミングはクロックと独立に伝達関数(1522)の出力で決定されるため、最もフィードバック回路で帰還された連続時間再生信号の出力誤差が小さくなるように制御可能である。さらにフィードバック係数回路の変更で、出力利得を変更することが可能である。この機能により、複数のスピーカユニット間の効率の違いを補正できる。更に別のメリットとして、出力信号の波形が電源電圧で変化しない効果があるので、電源からの雑音の発生を抑圧できる
本発明の第１～９の実施形態においては、デジタル音響システムの構成要素に含まれるデジタル変調回路として、図１１、図１４ａ、図１４ｂ、図１５に示された実施例を用いることができる。
図１６には図１５に示されたデジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路に用いられるマルチビットΔΣ変調器(1502)の実施例を示す。デジタル音声信号(1501)は係数増幅器(1601)を通した後にフォードバック用の係数増幅器(1604a)と加算(1602a)されて積分器(1603a)に入力される。マルチビットΔΣ変調器を構成する積分器の段数で次数が定義される。次数が高い程、量子化ノイズの吐き出し効果（量子化ノイズの周波数が高くなる効果）は高いが回路規模は大きくなる。最後の積分器からの信号は量子化器(1605)で量子化されて出力(1503)される。マルチビットΔΣ変調器は入力されたデジタル音声信号を適当な数のデジタル信号にオーバーサンプリング技術を使い間引きする機能を提供している。例えば、１６ビットのＣＤ品質のデジタル音声信号を入力とし、出力として９レベルの信号（-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4）を出力する。図１６に示したマルチビットΔΣ変調器の実施例に限定されることなく、任意の構成のマルチビットΔΣ変調器を本発明の実施形態に利用可能である。
図１７ａには、本発明の実施形態で用いられる複数の異なる音域を受け持つ複数のコイルを持つスピーカシステムの一実施形態を示している。入力されたデジタル音声信号(1701)はマルチビットΔΣ変調器(1702)により、nビットのデジタル信号(1703)に変換される。nビットのデジタル信号は、フォーマッタ(1704)によりm個の温度計コード(1705)に変換された後に、後置フィルタ(1706)により複数のコイル（ユニット）をデジタル駆動信号(1707)に変換される。後置フィルタは複数のコイル（ユニット）を駆動する際に問題となる複数のコイル（ユニット）間の製造バラつきに起因するノイズをミスマッチシェーピング法により除去する。後置フィルタからの信号(1707)が駆動回路(1708)にそれぞれ入力され、駆動回路から複数の３値（＋１,０,－１）の駆動信号(1709)が出力され、前記駆動信号(1709)が複数のコイルで構成されたスピーカ（1710）の其々のコイルに接続される。本実施形態では４本（Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ）のコイルに接続されている。
図１７ｂには、本発明の一実施形態で用いることが可能な、複数の異なる音域を受け持つ複数のコイルを持つスピーカのボイスコイルの実施例が示されている。本実施例では、ｋ本（例えば、A,B,C,Dの４本）の駆動コイル(1710)が束ねられて巻かれている。図１７ｃにはコイル巻き方の実施例が断面図(1720)を用いて示されている。すなわち、コイル軸を含む平面による断面の一部が示されている。この実施例ではそれぞれのコイルは順番にＡコイル、Ｂコイル、Ｃコイル、Ｄコイルの順で内部の層から外部の層へ順に巻かれていることが特徴である。また、図１７ｄにはコイルの巻き方の別の実施例が断面図(1730)を用いて示されている。この例ではＡ～Ｄまでのコイルを一緒に内部から順番に巻いている。すなわち、隣接する層においては、層の端部のコイルを除き、コイルが一つずつずれている。すなわち、ある層において、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順にコイルが巻かれているとき、それに隣接する層では、Ｄ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ａ、Ｂ、Ｃの順にコイルが巻かれている。また、さらに隣接する層では、Ｃ、Ｄ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ａ、Ｂの順にコイルが巻かれている。これらの実施例を用いることで、複数の異なる音域を受け持つ複数のコイルを持つスピーカのボイスコイルのそれぞれを密に巻くことが可能になる。つまり、それぞれのコイルの特性のバラツキを抑えることが可能となる。図１７ｃ、１７ｄにはボイスコイルに角線を用いた場合の断面図を示しているが、丸線等の任意の断面形状の配線材料を用いることができる。
図１８に、複数のデジタル信号により駆動される複数のコイルからなる音響システムの本発明の第１０の実施形態を示す。デジタル音声信号(1801)は、デジタルフィルタ(1802)により複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号(1803a,1803b)に分配される。複数の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号は、デジタル音声信号を入力しデジタル信号を出力するデジタル変調回路(1804)と出力されるデジタル信号(1805)が入力されるコイル（ユニット）を持つスピーカもしくはイヤホン(1806)と、複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路(1807)により、複数のデジタル信号(1808)に変換され、複数の異なる音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(1809)を駆動する。なお、イヤホン(1806)は、スピーカ(1809)よりも再生音圧が小さく、再生音圧が異なっている一例を示すために示されている。
なお、スピーカもしくはイヤホン(1806)は、一個または複数個のコイル（ユニット）を有する。これに対応して、デジタル変調回路(1804)が出力するデジタル信号の数が決まる。また、一個のコイル（ユニット）は、一般的には１対の端子を有し、その一対の端子それぞれには、１つのデジタル信号に対応するプラス信号線またはマイナス信号線が接続される。
第１０の実施形態によれば、スピーカもしくはイヤホン(1806)の有するコイル（ユニット）の数は、スピーカ(1809)の有するコイル（ユニット）の数よりも少なくすることができる。これにより、例えば携帯機器等で大音量・高音質の音声を再生する場合は、複数の複数のコイル（ユニット）を持つスピーカを駆動する。一方でイヤホン等を利用する際は、一対などの、より少ない数のデジタル信号を利用することで消費電力の削減を図ることが出来る。
図１９に、複数のデジタル信号により駆動される複数のコイルからなる音響システムの第１１の実施形態を示す。ステレオデジタル音声信号(1901a,1901b)から、ＬとＲとを加算処理した後に低域専用のデジタル音声信号(1901c)を生成する。其々のデジタル信号は、Ｌ、Ｒ及び低域専用のデジタルフィルタ(1902a,1902b,1903)により低域と中高域の２種類の周波数帯域に応じた複数のデジタル信号に分配される。デジタルフィルタから出力される中高域のデジタル信号(1903a,1903b)は、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路(1904a,1904b)によりＬとＲとのそれぞれ独立に複数のデジタル信号(1905a,1905b)に変換され、中高音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(1906a,1906b)を駆動する。一方、前記デジタルフィルタから出力される低音域のデジタル信号(1903c)は、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路(1904c)により複数のデジタル信号(1905c)に変換され、低音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(1906c)を駆動する。一般に低音域の音声信号はステレオのＬおよびＲに同じように含まれているので、低域の信号に関してＬとＲとを加算しても問題がない。図１９のような構成をとることで、低音域を担当するデジタル音響システムをＬとＲとで兼用することが可能となるので、デジタル音響システムの消費電力特性を更に最適化することが可能となる。本実施形態では、ステレオ方式の２ウェイデジタル音響システムに関して効果を述べているが、２ウェイ以外の任意の音響システムにも本実施形態は適用可能であり、２チャンネル（ステレオ）以上の任意の個数の音声情報が入力される任意のデジタル音響システムにも本実施形態は適用可能である。
図２０に、複数のデジタル信号により駆動される複数のコイルからなる音響システムの第１２の実施形態を示す。図２０は、２ウェイのスピーカボックス(2000)の断面図と前面図とを示す。スピーカボックスには、中低音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(2001b)と高音域を受け持つ少なくとも一個以上のコイル（ユニット）を持つスピーカ（2001a）とが配置されている。また、スピーカボックス内には、デジタル変調回路(2003a)がスピーカ(2001a)の背面に配置され、デジタル変調回路(2003b)がスピーカ(2001b)の背面に配置されている。すなわち、デジタル変調回路がスピーカの近傍に配置されている。そして、スピーカの周波数帯域に応じた複数のデジタル音声信号(2002a,2002b)は、デジタル音声信号を入力し少なくとも一個以上の複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路(2003a,2003b)により、複数のデジタル信号(2004a,2004b)に変換され、前記中低音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(2001b)と高音域を受け持つ少なくとも一個以上のコイル（ユニット）を持つスピーカ（2001a）を駆動している。
このように、デジタル音声信号を入力し少なくとも一個以上の複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路をスピーカ近傍に配置することで、デジタル変調回路が複数のコイル（ユニット）を持つスピーカを駆動する信号線の距離を短くすることが可能となり、スピーカを駆動する際に空間に放射されるＥＭＩ（電磁波）の強度を減らすことが出来る。ＥＭＩはラジオや携帯無線の電波の受信の際にノイズの原因となるので、車載音響製品や携帯電話に代表される携帯音響機器ではＥＭＩの強度を減らすことが望まれる。
ステレオ方式の２ウェイデジタル音響システムに関して効果を上述した。ただし、本実施形態は、２ウェイデジタル音響システムに限定されることはなく、２以外の任意数ウェイの音響システムにも本実施形態は適用可能であり、２チャンネル（ステレオ）以上の任意の個数の音声情報が入力される任意のデジタル音響システムにも本実施形態は適用可能である。
図２１に、複数のデジタル信号により駆動される複数のコイルからなる音響システムの第１３の実施形態を示す。図２１は、２ウェイのスピーカボックス(2100)の断面図と、前面図とを示す。スピーカボックスには、中低音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(2101b)と高音域を受け持つ少なくとも一個以上のコイル（ユニット）を持つスピーカ（2101a）が配置されている。また、スピーカ(2101a,2101b)の近傍には、デジタル変調回路(2103a,2103b)が集積されたモジュール基板(2110)が配置されている。スピーカの周波数帯域に応じた複数のデジタル音声信号(2102a,2102b)は、デジタル音声信号を入力し少なくとも一個以上の複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路(2103a,2103b)により複数のデジタル信号(2104a,2104b)に変換され、前記中低音域を受け持つ複数のコイル（ユニット）を持つスピーカ(2101b)と高音域を受け持つ少なくとも一個以上のコイル（ユニット）を持つスピーカ（2101a）を駆動している。
このように、デジタル変調回路(2103a,2103b)が集積されたモジュール基板(2110)をスピーカ近傍に配置することで、デジタル変調回路が複数のコイル（ユニット）を持つスピーカを駆動する信号線の距離を短くすることが可能となるので、スピーカを駆動際に空間に放射されるＥＭＩ（電磁波）の強度を減らすことが出来る。
ＥＭＩはラジオや携帯無線の電波の受信の際にノイズの原因となるので、車載音響製品や携帯電話に代表される携帯音響機器ではＥＭＩの強度を減らすことが望まれる。
本実施形態では、ステレオ方式の２ウェイデジタル音響システムに関して効果を述べているが、２ウェイ以外の任意の音響システムにも本実施形態は適用可能であり、２チャンネル（ステレオ）以上の任意の個数の音声情報が入力される任意のデジタル音響システムにも本実施形態は適用可能である。また、モジュール基板をスピーカのボイスコイルの後やボイスコイルの前面（センターコーン）上に配置することで、コイルと駆動モジュールの距離を小さくすることができる。この距離を最小にすることでＥＭＩの強度を最小にする事が可能である。
図２２に、複数のデジタル信号により駆動される複数のコイルからなる音響システムの第１４の実施形態を示す。まずステレオデジタル音声信号(2201a,2201b)から、Ｌのデジタル音声信号とＲのデジタル音声信号との減算処理により得られるデジタル音声信号(2201c)を生成する。この減算処理により得られるデジタル音声信号(2201c)を「疑似サラウンド専用のデジタル音声信号」という場合がある。それぞれのデジタル信号は、Ｌ、Ｒ及び疑似サラウンド専用のデジタル音声信号を処理するデジタルフィルタ(2202a,2202b,2202c)によりそれぞれの周波数帯域に応じた複数のデジタル信号に分配される。デジタルフィルタ(2202a,2202b)から出力されるＬとＲとのデジタル信号(2203a,2203b)は、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路(2204a,2204b)によりＬとＲとの複数のデジタル信号(2205a,2205b)に変換される。デジタル変調回路(2204a,2204b)は、独立に動作する。一方、デジタルフィルタ(2202c)から出力される疑似サラウンド専用のデジタル信号(2203c)は、デジタル音声信号を入力し複数のデジタル信号を出力するデジタル変調回路(2204c)により複数のデジタル信号(2205c)に変換される。
複数のコイル（またはアクチュエーター）を持つスピーカ(2206a,2206b,2206c,2206d)に、前記ＬおよびＲそれぞれのデジタル信号を処理するデジタルフィルタ(2202a,2202b)からのデジタル信号(2205a,2205b)と、疑似サラウンド専用のデジタル信号を処理するデジタルフィルタ(2202c)からのデジタル信号(2203c)と、を組み合わせて入力する。疑似サラウンド専用デジタル信号を処理するデジタルフィルタ(2202c)からのデジタル信号をＬ及びＲのデジタル信号と複数のコイル（アクチュエーター）を持つスピーカで合成する。スピーカでは、疑似サラウンド専用デジタル信号を処理するデジタルフィルタ(2202c)からのデジタル信号とＬ及びＲのデジタル信号とのそれぞれにより発生する音響信号が合成される。これにより、デジタル音響システムの消費電力特性を最適化しつつサラウンド効果を更に擬似的に高めることが可能となる。
本実施形態の効果として、ステレオ方式の音源を用いたサラウンド効果に関して上述した。ただし、本実施形態はステレオ方式に限定されることはなく、ステレオ方式以外の多チャンネル方式の任意のサラウンド音響システムにも本実施形態は適用可能である。サラウンド音源からの情報をステレオ主音源からの情報をスピーカで合算することで、正面アレースピーカーだけでサラウンド信号を再生することが可能になる。
また本実施形態の効果として、コイルを持つスピーカへデジタル信号を組み合わせて入力することによる効果を上述した。ただし、本実施形態は、コイル以外の電気音響振動変換素子（例えば、静電素子、圧電素子、磁歪素子等のアクチュエーター）にも適用可能である。
図２３ａには、本発明の一実施形態に係る、複数の音源からのデジタル信号が入力される複数のコイルを持つスピーカのためのシステムの構成を示している。入力された複数の音源からの複数のデジタル音声信号(2301a,2301b)は、複数のマルチビットΔΣ変調器(2302a,2302b)により、複数のnビットのデジタル信号(2303a,2303b)に変換される。複数のnビットのデジタル信号は、複数のフォーマッタ(2304a,2304b)により複数のm個の温度計コード(2305a,2305b)に変換された後に、複数の後置フィルタ(2306a,2306b)により複数のコイル（ユニット）を駆動する複数のデジタル駆動信号(2307a,2307b)に変換される。後置フィルタは複数のコイル（ユニット）を駆動する際に問題となる複数のコイル（ユニット）間の製造バラつきに起因するノイズをミスマッチシェーピング法により除去する。後置フィルタ(2306a,2306b)からの信号(2307a,2307b)が駆動回路(2308a2308b)にそれぞれ入力され、駆動回路(2308a2308b)から複数の３値（＋１,０,－１）の駆動信号(2309a,2309b)が出力される。本実施形態では１つのデジタル信号に対して４つの駆動信号（Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ）が出力されている。
図２３ｂには、本発明の一実施形態で用いることが可能な、複数の音源に対応した複数のコイルを持つスピーカの実施例が示されている。図２３ｂにおいて、４つの駆動信号（A,B,C,D）により駆動される駆動コイル(2310)が束ねられて巻かれた振動子が２つ示されている。それぞれの振動子が1枚の振動板(2311)に接続されている。第１の音源からの駆動信号(2309a)の一部の信号(A,B)と第２の音源からの駆動信号(2309ｂ)の一部の信号(A,B)が第１の振動子を駆動し、第２の音源からの駆動信号(2309a)の一部の信号(C,D)と第２の音源からの駆動信号(2309ｂ)の一部の信号(C,D)が第２の振動子を駆動する。
それぞれの振動子が1枚の振動板(2311)に接続されているので、第１の音源からの情報と第２の音源からの情報とにより発生する音響信号が、複数の振動子を介して振動板(2311)において合成される。したがって、それぞれのコイルのバラツキを抑えながら複数の音源からの情報を効率よく合成することが可能になる。例えば、第１の音源に主音源の情報を与えて、第２の音源に副音源の情報を与えれば、一つのスピーカを使いながら音場の合成（サラウンド効果）が簡単に可能になる。第１と第２との音源をデジタル的に制御することで、動的にサラウンド効果をオン・オフ制御することも簡単に出来る。また、第１の音源に主音声、第２の音源に副音声（外国語やガイダンス情報）を与えれば、一つのスピーカを使いながら音声情報の合成が簡単に可能になる。
本実施例では１枚の振動板に２つの振動子が接続された例を示している。ただし、本発明はこれに限定されることはなく、２つ以上の任意の個数の電気音響振動変換素子（例えば、静電素子、圧電素子、磁歪素子等のアクチュエーター）を使った場合にも本実施形態は適用可能である。

Claims (31)

  1. 　デジタルフィルタと、再生音域の異なるデジタル信号により駆動されるスピーカで構成される複数のスピーカのいずれかへデジタル信号を出力する複数のデジタル変調器とを有する音響システムであって、
    　前記デジタルフィルタは、入力されるデジタル音声信号を、前記複数のスピーカの再生音域に対応する複数の周波数帯域のデジタル音声信号に変換し、前記複数の周波数帯域のデジタル音声信号それぞれを、前記複数のデジタル変調器のいずれかに出力し、
    　前記複数のデジタル変調器のそれぞれは、入力されるデジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行って変調したデジタル信号を、前記入力されるデジタル音声信号の周波数帯域に対応する再生音域の前記スピーカに出力し、
    　前記複数のデジタル変調器それぞれが出力するデジタル信号のビット数は互いに異なることを特徴とする音響システム。
  2. 　前記複数のデジタル変調器それぞれが出力するデジタル信号のビット数は、接続されている前記スピーカの再生音域に依存して異なることを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
  3. 　前記複数のデジタル変調器それぞれが出力するデジタル信号のビット数は、接続されている前記スピーカの再生音域の周波数帯域が高いほど少ないことを特徴とする請求項２に記載の音響システム。
  4. 　前記複数のデジタル変調器それぞれが出力するデジタル信号のビット数は、接続されている前記スピーカの出力可能な音圧に依存して異なることを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
  5. 　前記複数のデジタル変調器のそれぞれは、ノイズシェーピングにより発生する量子化ノイズの周波数を、接続されている前記スピーカの再生音域よりも高い周波数帯域に発生させることを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
  6. 　前記複数のデジタル変調器の一部または全ては、バンドパス型のΔΣ変調回路を用いてノイズシェーピングにより発生する量子化ノイズの周波数を制御することを特徴とする請求項５に記載の音響システム。
  7. 　前記複数のデジタル変調器のそれぞれは、ノイズシェーピングのオーバーサンプリング比及び／又はミスマッチシェーピングの次数が、前記複数のデジタル変調器のそれぞれに接続されているスピーカの再生音域に依存して異なることを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
  8. 　前記複数のデジタル変調器それぞれが出力するデジタル信号の振幅電圧を制御する電源制御回路をさらに有する請求項１に記載の音響システム。
  9. 　前記デジタルフィルタがそれぞれのデジタル変調器に出力するデジタル音声信号を遅延させる第１遅延回路をさらに有する請求項１に記載の音響システム。
  10. 　前記複数のデジタル変調器それぞれが出力するデジタル信号を遅延させる第２遅延回路をさらに有する請求項１に記載の音響システム。
  11. 　前記複数のスピーカの一部又は全ては複数のコイルを有しており、
    　前記第２遅延回路と前記複数のコイルを有するスピーカとによりＦＩＲフィルタが構成されることを特徴とする請求項１０に記載の音響システム。
  12. 　前記複数のスピーカのいずれよりも高い周波数帯域を再生音域とする高音域スピーカに１ビットのデジタル信号を出力するΔΣ変調回路とをさらに有し
    　前記デジタルフィルタは、入力されるデジタル音声信号を、さらに前記高音域スピーカの再生音域に対応する周波数帯域のデジタル音声信号にも変換し、前記ΔΣ変調器に出力することを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
  13. 　前記複数のデジタル変調器の一部又は全てにはクロック信号が入力されるリタイミング回路を有し、
    　前記リタイミング回路は、前記複数のデジタル変調器の一部又は全てが出力するデジタル信号の遷移のタイミングを同期させることを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
  14. 　前記リタイミング回路は、２種類のクロック信号で制御されるトリガリセット型のフリップフロップにより構成されることを特徴とする請求項１３に記載の音響システム。
  15. 　前記リタイミング回路は、
    　フィードバック回路と、
    　前記リタイミング回路の入力に前記フィードバック回路の出力を加算する加算回路と、
    　前記加算回路の出力を入力する伝達関数回路と、
    　前記伝達関数回路の出力を入力する量子化器と、
    を有し、
    　前記フィードバック回路には、前記量子化器の出力が入力され、
    　前記リタイミング回路の出力は、前記量子化器の出力であることを特徴とする請求項１３に記載の音響システム。
  16. 　前記複数のデジタル変調器の一部又は全ては、デジタルゲイン回路を有し、
    　前記デジタルゲイン回路は、前記複数のデジタル変調器のいずれかに、前記入力されるデジタル音声信号の周波数帯域に対応する再生音域の前記スピーカの効率に応じて入力されるデジタル音声信号を変換することを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
  17. 　前記複数のデジタル変調器の一部又は全ては、前記変調されたデジタル信号が入力される加算器と、前記加算器の出力が入力される伝達関数回路と、前記伝達関数回路の出力が入力される量子化器と、出力を前記加算器にフィードバックするフィードバック係数回路からなるフィードバック回路を有し、前記フィードバック係数回路の出力を前記スピーカに出力することを特徴とする請求項１６に記載の音響システム。
  18. 　前記量子化器はコンパレータで構成されたことを特徴とする請求項１７に記載の音響システム。
  19. 前記フィードバック回路が連続時間信号を出力することを特徴とする請求項１７に記載の音響システム。
  20. 　前記複数のデジタル変調器の一部又は全ては、３値のデジタル信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
  21. 　第１デジタルフィルタと、第２デジタルフィルタと、第１デジタル変調器と、第２デジタル変調器と、第３デジタル変調器とを有する音響システムであって、
    　前記第１デジタルフィルタは、入力される第１デジタル音声信号を高周波数帯域の第２デジタル音声信号と低周波帯域の第３デジタル音声信号とに変換し、
    　前記第２デジタルフィルタは、入力される第４デジタル音声信号を高音周波数帯域の第５デジタル音声信号と低周波帯域の第６デジタル音声信号とに変換し、
    　前記第１デジタル変調器は、前記第２デジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行なって第１スピーカに出力し、
    　前記第２デジタル変調器は、前記第５デジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行なって第２スピーカに出力し、
    　前記第３デジタル変調器は、前記第３デジタル音声信号と前記第６デジタル音声信号を加算処理し、ノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行なって第３スピーカに出力する音響システム。
  22. 　第１デジタルフィルタと、第２デジタルフィルタと、第３デジタルフィルタと、第１デジタル変調器と、第２デジタル変調器と、第３デジタル変調器とを有する音響システムであって、
    　前記第１デジタルフィルタは、入力される第１デジタル音声信号を第１帯域の第２デジタル音声信号に変換し、
    　前記第２デジタルフィルタは、入力される第３デジタル音声信号を第２帯域の第４デジタル音声信号に変換し、
    　前記第３デジタルフィルタは、前記第１デジタル音声信号と前記第３デジタル音声信号とを加算処理した信号から前記第１音域または前記第２音域よりも低い周波数帯域の第５デジタル音声信号を抽出し、
    　前記第１デジタル変調器は、前記第２デジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行なって第１スピーカに出力し、
    　前記第２デジタル変調器は、前記第４デジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行なって第２スピーカに出力し、
    　前記第３デジタル変調器は、前記第５デジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行なって第３スピーカに出力する音響システム。
  23. 　入力されるデジタル音声信号にノイズシェーピングを行ない、デジタル信号を出力するΔΣ変調回路と、
    　前記ΔΣ変調回路が出力するデジタル信号にミスマッチシェーピングを行ない、複数ビットのデジタル信号の一部のビットの信号それぞれを複数のスピーカのいずれかに出力するミスマッチシェーピング回路を有する音響システム。
  24. 　前記複数のスピーカそれぞれに入力される信号のビット数は、前記スピーカの再生音域の周波数帯域が高いほど少なくなることを特徴とする請求項２３に記載の音響システム。
  25. 　デジタル音声信号が入力され、複数のスピーカのいずれかにデジタル信号を出力する複数のデジタル信号処理回路と、前記複数のデジタル信号処理回路それぞれのパラメータを制御する制御部とを有する音響システムであって、
    　前記複数のデジタル信号処理回路それぞれは、入力される前記デジタル音声信号から所定の周波数帯域のデジタル音声信号をフィルタし、ノイズシェーピングとミスマッチシェーピングを行ない、
    　前記制御部は、前記複数のデジタル信号処理回路がフィルタする周波数帯域と、ノイズシェーピングのオーバーサンプリング比と、ミスマッチシェーピングの次数とのいずれか一以上のパラメータを制御する音響システム。
  26. 　前記制御部は、前記複数のデジタル信号処理回路に入力される前記デジタル音声信号の音域又は／及び振幅により、前記パラメータを制御することを特徴とする請求項２５に記載の音響システム。
  27. 　デジタル音声信号が入力され、複数の周波数帯域のデジタル信号を出力するデジタルフィルタと、デジタル信号により駆動されるスピーカで構成される複数の再生音圧の異なるスピーカのいずれかへデジタル信号を出力する複数のデジタル変調器とを有するスピーカシステムであって、
    　前記デジタル変調器それぞれが出力するデジタル信号のビット数は互いに異なることを特徴とするスピーカシステム。
  28. 　入力されるデジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行って変調した複数ビットのデジタル信号を出力するデジタル変調器と、
    　前記デジタル信号の複数のビット信号が供給される複数のコイルを有するスピーカと
    を有し、
    　前記複数のコイルは、それぞれのビット信号が供給されるコイルが軸の周りに一つの層を形成し、全体として軸方向に垂直な方向に重なって巻かれていることを特徴とするスピーカシステム。
  29. 　入力されるデジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行って変調した複数ビットのデジタル信号を出力するデジタル変調器と、
    　前記デジタル信号の複数のビット信号が供給される複数のコイルを有するスピーカと
    を有し、
    　前記複数のコイルは、コイル軸の周りに複数の層を形成し、隣接する層では層の両端のコイルを除き１つずつ位置がずれていることを特徴とするスピーカシステム。
  30. 　第１のデジタル音声信号が入力され、複数のスピーカであって、それぞれのスピーカは、入力される複数のデジタル信号を合成して出力する複数のスピーカそれぞれへ第１のデジタル信号を出力する第１のデジタル変調器と、第２のデジタル音声信号が入力され、前記複数のスピーカそれぞれへ第２のデジタル信号を出力する第２のデジタル変調器と、を有する音響システムであって、
    　前記第１及び第２のデジタル変調器それぞれは、入力されるデジタル音声信号にノイズシェーピングを行なった後にミスマッチシェーピングを行って変調したデジタル信号を出力することを特徴とする音響システム。
  31. 　前記複数のスピーカそれぞれは、
    　前記複数のデジタル信号それぞれが入力される複数の端子を有し、前記複数の端子に入力される前記複数のデジタル信号それぞれにより発生する音響信号を合成することを特徴とする請求項３０に記載の音響システム。
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