WO2020071052A1 - 静電型電気音響変換装置と、静電型電気音響変換器の信号処理回路と、信号処理方法と、信号処理プログラム - Google Patents

静電型電気音響変換装置と、静電型電気音響変換器の信号処理回路と、信号処理方法と、信号処理プログラム

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WO2020071052A1
WO2020071052A1 PCT/JP2019/035095 JP2019035095W WO2020071052A1 WO 2020071052 A1 WO2020071052 A1 WO 2020071052A1 JP 2019035095 W JP2019035095 W JP 2019035095W WO 2020071052 A1 WO2020071052 A1 WO 2020071052A1
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WO
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level
signal processing
signal
diaphragm
correction value
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Application number
PCT/JP2019/035095
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Inventor
入井広一
秋野裕
Original Assignee
株式会社オーディオテクニカ
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Publication date
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Priority to JP2020550229A priority patent/JP7372682B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/04—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response
    • H04R3/06—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response of electrostatic transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/02—Loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00—Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/16—Mounting or tensioning of diaphragms or cones

Definitions

  • the present invention relates to an electrostatic electro-acoustic transducer, a signal processing circuit of the electrostatic electro-acoustic transducer, a signal processing method, and a signal processing program.
  • the present invention particularly relates to a drive circuit for a single-drive electrostatic electro-acoustic transducer in which one fixed pole is arranged to face one surface of a diaphragm.
  • the electroacoustic transducer converts air vibration (sound) into an electric signal or converts an electric signal into air vibration (sound).
  • an electrostatic (condenser) electroacoustic transducer As one type of electroacoustic transducer, there is an electrostatic (condenser) electroacoustic transducer.
  • the electrostatic electroacoustic transducer includes a diaphragm and a fixed pole arranged to face the diaphragm. Electrostatic electroacoustic transducers utilize the capacitance between the diaphragm and the fixed pole or the electrostatic force acting between the diaphragm and the fixed pole. Therefore, the electrostatic electroacoustic transducer needs a voltage (polarization voltage) for giving a potential difference between the diaphragm and the fixed pole.
  • Electrostatic electroacoustic transducers are classified into two types, pure capacitor type and electret type, according to the method of adding a polarization voltage.
  • the pure capacitor type is a system in which a DC voltage (polarized voltage) is applied from an external power supply (polarized power supply) between the diaphragm and the fixed pole.
  • the electret type is a method in which a DC voltage (polarization voltage) is applied between the diaphragm and the fixed pole by holding a charge on the diaphragm or the fixed pole.
  • Electrostatic electroacoustic transducers are classified into two types, single drive type and push-pull drive type, depending on the arrangement of fixed poles.
  • the fixed pole In the single drive type, the fixed pole is arranged to face one surface of the diaphragm.
  • the push-pull type the fixed pole is arranged so as to sandwich the diaphragm, facing both surfaces of the diaphragm.
  • an acoustic device that converts an electric signal into an air vibration (emits sound) using such an electrostatic electroacoustic transducer, for example, there are a condenser speaker and a condenser headphone (earphone).
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing the basic configuration of a conventional single-drive electrostatic electro-acoustic transducer.
  • the single-drive electrostatic electro-acoustic transducer includes a diaphragm 1, a fixed pole 2 having a large number of openings 2a, and a spacer 3.
  • the fixed pole 2 is arranged to face one surface of the diaphragm 1 via the spacer 3.
  • a signal voltage 4 is supplied between a fixed electrode 2 and a conductive film (not shown) formed on the diaphragm 1.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the basic configuration of a conventional push-pull driven electrostatic electro-acoustic transducer.
  • the push-pull driven electrostatic electro-acoustic transducer includes a diaphragm 1, two fixed poles 2 having a large number of openings 2a, and two spacers 3. Each of the two fixed poles 2 is arranged to face both surfaces of the diaphragm 1 via the spacer 3. A signal voltage 4 is supplied between the two fixed poles 2.
  • the diaphragm 1 vibrates due to an electrostatic force acting between the diaphragm 1 and the fixed pole 2. That is, when a charge having the same polarity as the charge held by the fixed pole 2 is applied, the diaphragm 1 repels the fixed pole 2 to be displaced in a direction in which the fixed pole 2 is not disposed (first direction). . On the other hand, when a charge having a polarity opposite to the charge held by the fixed pole 2 is applied, the diaphragm 1 is attracted (sucked) to the fixed pole 2 so that the direction in which the fixed pole 2 is arranged (the first direction). 2 directions).
  • the electrostatic force acting between diaphragm 1 and fixed pole 2 is inversely proportional to the square of the distance between diaphragm 1 and fixed pole 2. Therefore, in the single drive type shown in FIG. 1, when the diaphragm 1 is displaced in the first direction, the electrostatic force becomes weaker as the diaphragm 1 moves away from the fixed pole 2. On the other hand, when the diaphragm 1 is displaced in the second direction, the electrostatic force increases as the diaphragm 1 approaches the fixed pole 2. That is, the amount of displacement of the diaphragm 1 in the first direction is smaller than the amount of displacement of the diaphragm 1 in the second direction (a difference occurs in the amount of displacement of the diaphragm 1).
  • the displacement (vibration) of the diaphragm 1 is unbalanced between the first direction and the second direction.
  • a second harmonic secondary distortion appears strongly in the output (sound wave) of the electrostatic electroacoustic transducer.
  • the fixed pole 2 is also arranged at a position facing the surface on which the diaphragm 1 emits sound waves. Therefore, the sound wave emitted from the diaphragm 1 passes through the opening 2 a of the fixed pole 2. As a result, the treble frequency response is reduced. Therefore, the sound quality of the push-pull drive type is more likely to be degraded and the audible sound volume is more likely to be lower than that of the single drive type in which sound waves are emitted without passing through the opening 2a of the fixed pole 2.
  • the electrostatic electroacoustic transducer disclosed in Patent Literature 1 includes two diaphragms, one fixed pole, and two spacers. Each of the two diaphragms is disposed to face both sides of the fixed pole via a spacer. That is, the electrostatic electro-acoustic transducer has a structure in which two single drive types are arranged back to back. Each of the two diaphragms includes an electret film.
  • the fixed pole has electret films on both sides.
  • Patent Literature 1 the structure of the electrostatic electro-acoustic transducer disclosed in Patent Literature 1 is more complicated than a single-drive electrostatic electro-acoustic transducer as shown in FIG.
  • the electrostatic electro-acoustic transducer requires a large number of electret films. Therefore, the manufacturing cost of the electrostatic electro-acoustic transducer increases.
  • a single-drive electrostatic electro-acoustic transducer can achieve good reproduction sound quality when the amplitude of the diaphragm is small (when the sound pressure radiated by the diaphragm is low).
  • An object of the present invention is to suppress distortion of a sound wave caused by unbalanced vibration of a diaphragm in an electrostatic electroacoustic transducer.
  • the signal processing circuit of the electrostatic electro-acoustic transducer according to the present invention is input to a single-drive electrostatic electro-acoustic transducer including a diaphragm and a fixed pole arranged to face the diaphragm.
  • a level corrector for correcting the level of the input signal.
  • the level corrector corrects the level of some of the input signals based on the correction value, and
  • the input signal of the unit corresponds to a signal for displacing the diaphragm to a first direction side where the fixed pole is not arranged from a predetermined position.
  • the electrostatic electro-acoustic transducer it is possible to suppress distortion of a sound wave caused by unbalanced vibration of the diaphragm.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a basic configuration of a conventional push-pull drive type electrostatic electroacoustic transducer. It is a functional block diagram showing an embodiment of an electrostatic type electroacoustic transducer concerning the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of an electrostatic electroacoustic transducer included in the electrostatic electroacoustic transducer of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of distortion of vibration of a diaphragm included in the electrostatic electroacoustic transducer of FIG. 4.
  • FIG. 5 is a graph showing a relationship between a level of a signal input to the electrostatic electroacoustic transducer of FIG. 4 and a required amplification degree for the same level.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of information stored in a storage unit included in the electrostatic electro-acoustic transducer of FIG. 3.
  • 4 is a flowchart illustrating an example of an operation of a drive circuit included in the electrostatic electroacoustic transducer of FIG. 3.
  • FIG. 4 is a schematic view illustrating the concept of level correction of a level correction unit included in the electrostatic electroacoustic transducer of FIG. 3.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example in which the distortion of FIG. 5 is suppressed by the operation of the drive circuit of FIG. 8.
  • 5 is a flowchart illustrating another example of the operation of the drive circuit included in the electrostatic electroacoustic transducer of FIG. 3.
  • Electrostatic electroacoustic transducer First, an embodiment of an electrostatic electroacoustic transducer according to the present invention (hereinafter referred to as “the present apparatus”) will be described.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing an embodiment of the present device.
  • the device 100 converts an electric signal from a sound source S such as a smart phone or a portable tone reproducer into air vibration (sound wave) and outputs the converted signal.
  • the device 100 is, for example, a wired electrostatic headphone to which an electric signal from the sound source S is input via a USB (Universal Serial Bus) cable.
  • USB Universal Serial Bus
  • the device 100 includes an input unit 11, a signal processing unit 12, a digital-analog conversion unit 13, an amplification unit 14, and an electrostatic electroacoustic transducer (hereinafter, referred to as a "headphone unit") 15. Do it.
  • the input unit 11 is an input terminal to which an electric signal (digital audio signal) from the sound source S is input.
  • the input unit 11 is, for example, a USB terminal.
  • the input unit 11 outputs an electric signal from the sound source S as an input signal s1 and inputs the electric signal to the signal processing unit 12.
  • the signal processing unit 12 corrects the level of the input signal s1 based on the level of the input signal s1 from the input unit 11.
  • the signal processing unit 12 outputs the input signal (hereinafter, referred to as “correction signal”) s2 whose level has been corrected to the digital-analog conversion unit 13 at the subsequent stage.
  • the signal processing unit 12 is a signal processing circuit (hereinafter, referred to as “the present circuit”) of the electrostatic electroacoustic transducer according to the present invention. The specific configuration and specific operation of the signal processing unit 12 will be described later.
  • the signal processing program according to the present invention cooperates with the signal processing unit 12 to realize the signal processing method according to the present invention. That is, the present program causes the signal processing unit 12 to function as the main circuit.
  • the signal processing unit 12 includes a level detection unit 121, a correction value determination unit 122, a storage unit 123, and a level correction unit 124.
  • the level detection section 121 detects the level of the input signal s1 from the input section 11.
  • the “input signal s1” is a digital audio signal transmitted from the sound source S in units of blocks (frames) of data having a predetermined size. The specific operation of the level detection unit 121 will be described later.
  • the correction value determination unit 122 determines the correction value v1 based on the level of the input signal s1 detected by the level detection unit 121. The specific operation of the correction value determination unit 122 will be described later.
  • the “correction value v1” is a value used to correct the level of the input signal s1. That is, the correction value v1 is a value used in arithmetic processing on the input signal s1 in order to displace a diaphragm 151 described later in the first direction side by a necessary displacement amount. The first direction and the necessary displacement will be described later.
  • the storage unit 123 stores information necessary for the signal processing unit 12 to execute signal processing described later.
  • the storage unit 123 is a semiconductor memory such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory).
  • the storage unit 123 stores a parameter Pr or a calculation function described later in advance.
  • the level correction unit 124 corrects the level of the input signal s1 based on the correction value v1, and outputs a correction signal s2.
  • the correction signal s2 is a digital signal. The specific operation of the level correction unit 124 will be described later.
  • the level detection unit 121, the correction value determination unit 122, and the level correction unit 124 are configured by a processor such as a common DSP (Digital Signal Processor) or a CPU (Central Processing Unit).
  • a processor such as a common DSP (Digital Signal Processor) or a CPU (Central Processing Unit).
  • the level detector, the correction value determiner, and the level corrector do not have to be configured by a common processor. That is, for example, each of the level detection unit, the correction value determination unit, and the level correction unit may be configured by a separate processor, or may be configured by a separate circuit that executes a predetermined process.
  • the digital-analog conversion unit 13 converts the correction signal s2 from the signal processing unit 12 into an analog signal (hereinafter, referred to as “analog correction signal”) s3 and outputs the signal.
  • the digital-analog conversion unit 13 is, for example, a D / A conversion circuit that converts a digital signal into an analog signal.
  • the analog correction signal s3 is input to the amplifier 14.
  • the amplifier 14 amplifies and outputs the analog correction signal s3 from the digital-analog converter 13.
  • the amplified analog correction signal (hereinafter, “amplification correction signal”) s4 is input to the headphone unit 15.
  • the headphone unit 15 converts the input amplification correction signal s4 into vibration (sound) of air and emits a sound wave sw1.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of the headphone unit 15.
  • the headphone unit 15 includes a diaphragm 151, a fixed pole 152, and a spacer 153.
  • the diaphragm 151 vibrates according to the input signal (the amplification correction signal s4).
  • the fixed pole 152 is disposed to face one surface of the diaphragm 151 via the spacer 153, and forms a capacitor together with the diaphragm 151.
  • the fixed pole 152 includes a plurality of sound holes 152a and an electret film (not shown). That is, the headphone unit 15 is a single-drive electret headphone unit.
  • the diaphragm 151 stops at a position spaced a predetermined distance from the fixed pole 152 (hereinafter, referred to as a “non-vibration position”).
  • the predetermined interval substantially corresponds to the thickness of the spacer 153.
  • the “first direction” is a direction in which the fixed pole 152 is not arranged with respect to the diaphragm 151.
  • the “second direction” is a direction in which the fixed pole 152 is disposed with respect to the diaphragm 151.
  • the electrostatic force acting between the diaphragm 151 and the fixed pole 152 causes the electrostatic force acting on the fixed pole 152 to move. It becomes weak in proportion to the square of the relative distance of the diaphragm 151. Therefore, the amount of displacement of diaphragm 151 in the first direction is smaller than the amount of displacement of diaphragm 151 in the second direction (a difference occurs in the amount of displacement of diaphragm 151).
  • the displacement of the diaphragm 151 (for example, the broken line in FIG. 4) is the required displacement (for example, the two-dot chain line in FIG. 4). ).
  • the vibration of the diaphragm 151 becomes unbalanced in the first direction and the second direction according to the distance between the diaphragm 151 and the fixed pole 152 (the amplitude of the diaphragm 151).
  • the “required displacement amount” is the amount (amplitude) that the diaphragm 151 should be displaced in order to emit (output) a sound wave corresponding to the input signal s1 from the sound source S.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example of the above-described distortion.
  • respective waveforms of the electric signal from the sound source S, the amplified input signal, and the output signal (sound wave) are shown in a sine wave shape.
  • the Y axis indicates the level (amplitude) of each signal
  • the X axis indicates time.
  • the diaphragm 151 is displaced in the first direction side from the non-vibration position.
  • the diaphragm 151 is displaced in the second direction from the non-vibration position.
  • the output (sound wave) from the headphone unit 15 in a state where the level is not corrected is compared with a case where the diaphragm is displaced in the first direction side by a necessary displacement amount (broken line in FIG. 5). Then, it is attenuated as shown by the solid line in FIG.
  • An object of the present invention is to suppress distortion of an output sound wave by suppressing this attenuation.
  • “Parameter Pr” is information for increasing the input signal s1 according to the level of the input signal s1.
  • the parameter Pr is an added value added to the input signal s1 as the correction value v1.
  • the parameter Pr is calculated as a value for correcting the amount of displacement of the diaphragm 151 in the first direction in order to suppress unbalanced displacement of the diaphragm 151. That is, for example, the parameter Pr is calculated based on the level of amplification calculated based on the actually measured value.
  • the parameter Pr is set in advance for each electrostatic electroacoustic transducer according to the level of the input signal s1.
  • the parameter Pr is associated with the level of the input signal s1 and stored in the storage unit 123 as, for example, a look-up table T (see FIG. 7).
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the level of a signal input to the headphone unit 15 and the degree of amplification required to suppress the distortion of the vibration of the diaphragm 151 with respect to the level.
  • the amplification up to a certain level is substantially “1” and is constant, and the amplification increases exponentially with respect to a level higher than a certain level.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of the parameter Pr stored in the storage unit 123.
  • the figure shows that the level Ln (n is an integer) of the input signal s1 and the parameter Prn corresponding to the level Ln are stored in the storage unit 123 as a correspondence table corresponding to 1: 1. That is, in the figure, each parameter Prn is stored in association with the level Ln (n is an integer) of the input signal s1.
  • the level Ln of the input signal s1 and the parameter Prn are indicated by an 8-bit binary number.
  • the most significant bit (the leftmost bit in FIG. 7) of the level Ln of the input signal s1 indicates the sign of the level described later. That is, for example, when the most significant bit is “0”, the level Ln of the input signal s1 is “positive”, and when the most significant bit is “1”, the level Ln of the input signal s1 is “negative”.
  • the parameter Pr corresponding to the level “L1” of the input signal s1 is “Pr1”, and its value is “1” in decimal notation.
  • the parameter Pr corresponding to the level “L10” of the input signal s1 is “Pr10”, and its value is “12” when represented in decimal.
  • the parameter Pr corresponding to the level “L20” of the input signal s1 is “Pr20”, and its value is “30” when represented by a decimal number.
  • each of the parameters Pr1 to Prn has a non-linear value with respect to an increase in each of the levels L1 to Ln.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of the signal processing unit 12.
  • the level detection unit 121 acquires the input signal s1 from the input unit 11 (ST1).
  • the input signal s1 is a digital audio signal.
  • the level detection section 121 detects the level of the input signal s1 (ST2).
  • the correction value determination unit 122 determines whether the level of the input signal s1 is positive or negative based on the level of the input signal s1 detected by the level detection unit 121 (ST3).
  • “Level positive / negative” is a sign indicating the direction of displacement of the diaphragm 151.
  • the “positive” level indicates a voltage at which the diaphragm 151 is displaced from the non-vibration position to the first direction side (the side where the fixed pole 152 is not disposed).
  • the “negative” level indicates a voltage that causes the diaphragm 151 to be displaced from the non-vibration position to the second direction side (the direction in which the fixed pole 152 is disposed).
  • the correction value determination unit 122 refers to the look-up table T in the storage unit 123 and sets the parameter Prn corresponding to the level Ln of the input signal s1. Is selected (ST4). That is, the correction value determination unit 122 selects one parameter Prn from the plurality of parameters Pr1 to Prn based on the level of the input signal s1 detected by the level detection unit 121.
  • the correction value determination unit 122 outputs the selected parameter Prn to the level correction unit 124 as a correction value v1 (ST5). That is, the correction value determination unit 122 determines the selected parameter Prn as the correction value v1 based on the level of the input signal s1.
  • the level correction unit 124 corrects the level of the input signal s1 based on the correction value v1 from the correction value determination unit 122 (ST6).
  • level correction section 124 adds correction value v1 to input signal s1. That is, the level correction unit 124 increases the level of the input signal s1 for displacing the diaphragm 151 in the first direction side among the input signals s1.
  • the correction value v1 (parameter Pr) has a non-linear value as the level increases. That is, the level correction unit 124 performs non-linear correction of the level of the input signal s1.
  • the correction value determination unit 122 for example, a signal indicating that level correction is unnecessary (hereinafter, referred to as a “correction unnecessary signal”). Is generated and output to the level correction unit 124 (ST7).
  • the level correction unit 124 to which the correction unnecessary signal has been input does not correct the level of the input signal s1 (ST8). That is, the level correction unit 124 does not correct the level of the input signal s1 that displaces the diaphragm 151 in the second direction side among the input signals s1.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating the concept of level correction by the level correction unit 124.
  • This figure shows the input signal s1 in a sine wave shape for convenience of explanation.
  • the vertical axis in the figure is the signal level, and the horizontal axis is time.
  • the level of the input signal s1 detected by the level detection unit 121 is indicated by a solid line
  • the level after correction (the level of the correction signal s2) is indicated by a broken line.
  • the figure shows that the level of the input signal s1a is “2”, the correction value v1a is “1”, and the level after correction is “3”.
  • FIG. 11 also shows that the level of the input signal s1b is “negative” and the level is not corrected.
  • the level correction unit 124 outputs the input signal (correction signal s2) whose level has been corrected (S9).
  • the input signal s1 whose level is “negative” is output as the correction signal s2 from the level correction unit 124 without correcting the level. That is, the correction signal s2 is the input signal s1 (digital signal) corrected by the level correction unit 124 or the input signal s1 (digital signal) not corrected by the level correction unit 124.
  • the level correction unit 124 corrects the level of only the input signal s1 whose level is “positive” among the input signals s1.
  • the level correction unit 124 corrects the level of only the input signal s1 that displaces the diaphragm 151 in the first direction from the non-vibration position among the input signals s1. That is, the level correction unit 124 corrects the level of some of the input signals s1 (the input signal s1 for displacing the diaphragm 151 in the first direction from the non-vibration position).
  • the correction signal s2 is converted to an analog signal by the digital-analog converter 13, and is input to the amplifier 14 as an analog correction signal s3.
  • the analog correction signal s3 is amplified by the amplifier 14, and is input to the headphone unit 15 as an amplified correction signal s4 (analog signal).
  • the diaphragm 151 vibrates according to the amplification correction signal s4, and emits (outputs) a sound wave sw1.
  • the level of the input signal s1 is corrected (increased) only at a portion corresponding to a signal for displacing the diaphragm 151 in the first direction from the non-vibration position. Therefore, the level of the amplified correction signal s4 is also different from a signal that is not subjected to level correction (hereinafter, referred to as a “non-correction signal”) only in a portion that displaces the diaphragm 151 in the first direction from the non-vibration position. Be increased. Therefore, the displacement in the first direction of the diaphragm 151 to which the amplification correction signal s4 has been input is larger than the same displacement when the non-correction signal is input.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example in which the signal processing unit 12 suppresses unbalanced vibration of the diaphragm 151.
  • the waveforms of the input signal s1, the amplified correction signal s4, and the output (sound wave sw1) are shown in a sine wave shape. 4, the X axis and the Y axis are common to FIG.
  • the level of the portion of the amplified correction signal s4 that displaces the diaphragm 151 in the first direction is corrected. Is increased as compared with the case where no is performed (broken line in FIG. 10). The amount by which this level is increased is calculated so as to suppress unbalanced vibration of the diaphragm 151. Therefore, unbalanced vibration of the diaphragm 151 is suppressed, and distortion of the sound wave sw1 emitted from the diaphragm 151 is suppressed.
  • the correction value determination unit does not need to generate the correction unnecessary signal. That is, when the level of the input signal is “negative”, the correction value determination unit need not output the correction value or the signal to the level correction unit. In this configuration, the level correction unit does not need to perform level correction because there is no input of a correction value or signal from the correction value determination unit.
  • the correction value determination unit may output a correction value indicating “0” to the level correction unit.
  • the level correction unit adds “0” to the input signal.
  • the storage unit may store one corresponding parameter for each level range of the input signal.
  • the range of levels may be divided equally as the levels increase, or may be divided unequally.
  • the range of levels may be divided so as to narrow in inverse proportion to the increase in level. In other words, the range of the levels may narrow exponentially as the levels increase.
  • one parameter is set not for each input signal level but for each input signal level range. Therefore, the number of parameters can be reduced from the number of parameters set for each level. As a result, the capacity of the storage unit is reduced, and the time required for selecting parameters can be reduced.
  • the level correction unit may multiply the input signal by a parameter. That is, for example, the parameter may be an amplification value shown in FIG. In this case, the value of the parameter is constant up to a predetermined level, and increases exponentially after exceeding the predetermined level. Also, for example, the value of the parameter may be constant for all levels.
  • the level correction unit multiplies the input signal by a parameter (correction value) to increase the level of the input signal.
  • the level correction unit controls the gain of the level of some of the input signals. That is, the parameter is a signal (gain control signal) that controls the gain of the level of some input signals.
  • the storage unit may store a plurality of parameter groups including a plurality of parameters. That is, for example, the storage unit may store a plurality of parameter groups corresponding to the amount of suppression of the distortion of the sound wave output from the diaphragm (the amount of suppression). That is, the parameters constituting a certain parameter group (first parameter group) are different from the parameters constituting another parameter group (second parameter group).
  • Each parameter group may be stored, for example, as a lookup table corresponding to each parameter group. Further, some parameters may be common to the parameters constituting the first parameter group and the parameters constituting the second parameter group.
  • the third harmonic tends to be relatively strong.
  • the headphone unit 15 can output a sound wave in which the second harmonic and the third harmonic are appropriately superimposed. Therefore, by storing a plurality of parameter groups according to the superimposed state (amount of suppression) of the second harmonic and the third harmonic, the user of the present apparatus 100 can store the plurality of parameter groups from the plurality of parameter groups. One parameter group can be appropriately selected to change the audible sound quality.
  • “Calculation function” is a function of a polynomial that approximates the degree of amplification with respect to a level, as shown in FIG. That is, the calculation function is a polynomial function that approximates the actually measured value of the parameter (correction value).
  • “Amplification degree” is a coefficient by which the input signal s1 is multiplied so as to minimize distortion of the sound wave output from the diaphragm 151.
  • the amplification degree is an example of a correction value in the present invention. That is, in the following description, the amplification degree is used as a correction value v1 by which the input signal s1 is multiplied.
  • the amplification degree with respect to the level differs for each electrostatic electroacoustic transducer. Therefore, the calculation function is determined according to the electrostatic electro-acoustic transducer.
  • the calculation function is, for example, a function of an 11th-order polynomial expressed by the following equation (1).
  • Amplification factor aX 11 + bX 10 + cX 9 + ⁇ + jX 2 + kX + l ( Equation 1)
  • X is the level of the input signal s1
  • a, b, c... J, k, l are coefficients determined by polynomial approximation.
  • FIG. 11 is a flowchart showing another example of the operation of the signal processing unit 12.
  • the processing (ST11-ST13) is common to the processing of the first operation (ST1-ST3 in FIG. 8).
  • the correction value determination unit 122 calculates the amplification degree corresponding to the level Ln of the input signal s1 with reference to the calculation function of the storage unit 123. (ST14). That is, the correction value determination unit 122 calculates the amplification degree based on the level of the input signal s1 detected by the level detection unit 121 and the calculation function.
  • the correction value determination unit 122 outputs the calculated amplification degree as a correction value v1 to the level correction unit 124 (ST15).
  • the level correction section 124 corrects the level of the input signal s1 based on the correction value v1 from the correction value determination section 122 (ST16).
  • level correction section 124 multiplies input signal s1 by correction value v1. That is, the level correction unit 124 corrects the input signal s1 according to a predetermined condition (increases the level of some of the input signals s1 among the input signals s1).
  • the correction value determination unit 122 when the level of the input signal s1 is “negative” (“negative” in ST13), the correction value determination unit 122 generates, for example, a correction unnecessary signal and outputs the correction unnecessary signal to the level correction unit 124 ( ST17).
  • the level correction section 124 to which the correction unnecessary signal has been input does not correct the level of the input signal s1 (ST18). That is, the level correction unit 124 does not correct the level of the input signal s1 that displaces the diaphragm 151 in the second direction side among the input signals s1.
  • the level correction section 124 outputs the input signal (correction signal s2) whose level has been corrected (S19).
  • the input signal s1 whose level is “negative” is output as the correction signal s2 from the level correction unit 124 without correcting the level.
  • the storage unit may store a plurality of calculation functions according to the amount of suppressing the unbalanced vibration of the diaphragm (that is, the amount of correcting the level).
  • the user of the device can appropriately select one parameter group from the plurality of parameter groups. Can change the audible sound quality.
  • the correction value determination unit does not need to generate the correction unnecessary signal. That is, when the level of the input signal is “negative”, the correction value determination unit need not output the correction value or the signal to the level correction unit. In this configuration, the level correction unit does not need to perform level correction because there is no input of a correction value or signal from the correction value determination unit.
  • the correction value determination unit may output a correction value indicating “1” to the level correction unit.
  • the level correction unit multiplies the input signal by “1”.
  • the level correction unit 124 corrects a part of the input signal s1 to increase the level based on the correction value v1.
  • Part of the input signal s1 corresponds to a signal for displacing the diaphragm 151 in the first direction from the non-vibration position.
  • the displacement amount of the diaphragm 151 is approximated to the displacement amount required to emit a sound wave corresponding to the input signal s1. That is, unbalanced vibration of the diaphragm 151 is suppressed.
  • distortion of the sound wave output from the diaphragm 151 is suppressed.
  • the level detection unit 121 detects the level of the input signal s1.
  • the correction value determining unit 122 determines a correction value v1 based on the level of the input signal s1.
  • the apparatus 100 detects the level of each input signal s1 by digital signal processing, and corrects the level of the input signal s1.
  • the device 100 realizes the correction of the level of the input signal s ⁇ b> 1 with good tracking performance at a processing speed that cannot be realized by analog signal processing (for example, integration processing per unit time).
  • the correction value determination unit 122 selects one parameter Pr from the plurality of parameters Pr based on the level detected by the level detection unit 121, and sets the correction value v1. Is output to the level correction unit 124. According to this configuration, the correction value determination unit 122 can determine the correction value v1 in an extremely short time without requiring an operation to determine the correction value v1.
  • correction value determination section 122 calculates correction value v1 based on the level detected by level detection section 121 and the calculation function. According to this configuration, the correction value determination unit 122 can continuously determine the correction value v1 according to the level change. Further, as compared with the first operation, the storage unit 123 does not need to store many parameters, and the capacity of the storage unit 123 can be reduced.
  • the input signal s1 is a digital audio signal.
  • the input signal input to the input unit may be an analog audio signal.
  • the present apparatus includes an analog-to-digital conversion circuit between the input unit and the signal processing unit, and performs sampling before input to the signal processing unit. As a result, the same signal processing as in the above-described embodiment can be executed.
  • This device is not limited to electrostatic headphones. That is, for example, the present device may be an electrostatic earphone or an electrostatic speaker.
  • the electrostatic electro-acoustic transducer (the present apparatus 100) includes the present circuit (the signal processing unit 12).
  • the present circuit may be provided in a sound source (for example, a smart phone or a portable music player). That is, for example, a correction signal may be generated in a sound source and transmitted to an electrostatic electroacoustic transducer such as headphones.
  • the sound source may acquire a parameter or a calculation function corresponding to the electrostatic electroacoustic transducer via a communication line such as the Internet. Further, the change of the parameter group and the calculation function described above may be executed by the user operating the sound source side.
  • the device may be connected to a sound source via a wireless communication network such as Bluetooth (registered trademark).
  • a wireless communication network such as Bluetooth (registered trademark).
  • the device includes a communication unit for wireless communication.
  • the signal processing method described above is also applicable when the level of the input signal is “negative”. That is, for example, the correction value determination unit determines a correction value that reduces the level of the input signal.
  • the level correction unit corrects the level of the input signal corresponding to the signal for displacing the diaphragm toward the second direction from the non-vibration position.
  • the level correction unit may add a negative correction value to the input signal, subtract a positive correction value, or set the input signal to a value less than 1. May be multiplied by different correction values.
  • the means for realizing the present method is not limited to the present program.
  • Electrostatic Electroacoustic Converter according to the present invention described above, the signal processing circuit of the electrostatic electroacoustic converter, and the like. , A signal processing method, and a signal processing program are collectively described below.
  • a single-drive electrostatic electro-acoustic transducer for example, a headphone unit
  • a diaphragm for example, a diaphragm 151
  • a fixed pole for example, a fixed pole 152
  • a signal processing circuit for example, a signal processing unit 12 of an electrostatic electro-acoustic transducer for correcting a signal input to A correction value determining unit (for example, the correction value determining unit 122) that determines a correction value (for example, the correction value v1) of the level based on the level of the input signal (for example, the input signal s1) from the sound source; A level correction unit (for example, a level correction unit 124) that corrects the level of the input signal based on the correction value; Having, The level correction unit, based on the correction value, among the input signals, to correct the level for some of the input signals,
  • the partial input signal corresponds to a signal that displaces the diaphragm from a predetermined position (for example, a non-vibration position) to a first direction side where the fixed pole is not disposed.
  • a signal processing circuit for an electrostatic electro-acoustic transducer characterized in that:
  • the level correction unit increases the level, A signal processing circuit of the electrostatic electroacoustic transducer according to Feature 1.
  • the correction value is a value that causes the diaphragm to be displaced toward the first direction by a necessary displacement amount.
  • a level detector for example, a level detector 121) for detecting the level of the input signal, Having, The correction value determination unit determines the correction value based on the level detected by the level detection unit, A signal processing circuit of the electrostatic electroacoustic transducer according to Feature 1.
  • a storage unit for example, the storage unit 123) that stores a plurality of parameters (for example, the parameter Pr) corresponding to the plurality of levels, Having, The correction value determination unit selects one parameter from among the plurality of parameters based on the level detected by the level detection unit, and uses the selected parameter as the correction value to the level correction unit.
  • Output The signal processing circuit of the electrostatic electroacoustic transducer according to Feature 4.
  • the storage unit stores one parameter corresponding to each level range, A signal processing circuit for an electrostatic electroacoustic transducer according to feature 5.
  • the storage unit stores a parameter group including a plurality of the parameters,
  • the parameter group includes: A first parameter group; A second parameter group; Including The plurality of parameters constituting the first parameter group are different from the plurality of parameters constituting the second parameter group.
  • the correction value determination unit calculates the correction value based on the level detected by the level detection unit, The signal processing circuit of the electrostatic electroacoustic transducer according to Feature 4.
  • a storage unit that stores a calculation function determined according to the electrostatic electro-acoustic transducer, Having, The correction value determination unit calculates the correction value based on the calculation function, A signal processing circuit for an electrostatic electroacoustic transducer according to feature 8.
  • the calculation function is a polynomial approximating the measured value of the correction value
  • the correction value determination unit calculates the correction value using the polynomial
  • the storage unit stores a plurality of the calculation functions according to the amount of correcting the level, A signal processing circuit for an electrostatic electroacoustic transducer according to feature 9.
  • the level correction unit performs non-linear correction of the level, A signal processing circuit of the electrostatic electroacoustic transducer according to Feature 1.
  • a diaphragm, a fixed pole disposed opposite to the diaphragm, and a single-drive electrostatic electroacoustic transducer including: A signal processing circuit of the electrostatic electroacoustic transducer that corrects a signal input to the electrostatic electroacoustic transducer; Having, The signal processing circuit is a signal processing circuit of the electrostatic electroacoustic transducer according to Feature 1.
  • An electrostatic electro-acoustic transducer for example, an electrostatic electro-acoustic transducer 100).
  • a correction value determining step of determining a correction value of the level based on a level of an input signal from a sound source for example, processing (ST4, ST14)
  • a level correction step for example, processing (ST6, ST16)) for correcting the level of the input signal based on the correction value; Having, The level correction step, based on the correction value, among the input signals, to correct the level for some of the input signals,
  • the partial input signal corresponds to a signal for displacing the diaphragm to a first direction side where the fixed pole is not disposed from a predetermined position,
  • Feature 15 A signal processing program executed by a signal processing circuit that corrects a signal input to a single-drive electrostatic electro-acoustic transducer including a diaphragm and a fixed pole disposed to face the diaphragm. And Causing the signal processing circuit to function as a signal processing circuit of the electrostatic electroacoustic transducer according to Feature 1.
  • a drive signal for example, a headphone unit 15 for a single-drive electrostatic electro-acoustic transducer (for example, headphone unit 15) in which a fixed pole (for example, fixed pole 152) is disposed on one side of a diaphragm (for example, diaphragm 151).
  • a driving circuit for example, a signal processing unit 12, a digital-analog conversion unit 13 of an electrostatic electroacoustic transducer that supplies a correction signal s2)
  • a gain control signal generator for example, a correction value determiner 122 that generates a gain control signal (for example, a correction value v1) according to the level of the input signal (for example, the input signal s1)
  • a level control unit for example, a level correction unit 124) that receives a gain control signal from the gain control signal generation unit and controls the level of the input signal; Is provided, The level control unit performs a nonlinear waveform correction on an input signal in which the diaphragm is separated from the fixed pole by a predetermined amount or more based on a gain control signal from the gain control signal generation unit, and outputs an output of the level control unit.
  • the level controller expands an output signal (for example, a correction signal s2) level with respect to an input signal in which the diaphragm is separated from a fixed pole by a predetermined distance or more based on a gain control signal from the gain control signal generator. Characterized by performing waveform correction, A drive circuit for an electrostatic electroacoustic transducer according to feature 16.
  • the gain control signal generator includes: A level detector (for example, level detector 121) for detecting the level of an input signal (for example, input signal s1) per sampling; A look-up table (for example, a look-up table T) storing a parameter (for example, a parameter Pr) corresponding to the level of the input signal; Is provided, Reading the parameter corresponding to the level detection value of the input signal detected by the level detection unit from a look-up table, and providing the read parameter as a gain control signal to the level control unit, A drive circuit for an electrostatic electroacoustic transducer according to feature 16.
  • a level detector for example, level detector 121 for detecting the level of an input signal (for example, input signal s1) per sampling
  • a look-up table for example, a look-up table T) storing a parameter (for example, a parameter Pr) corresponding to the level of the input signal
  • Is provided, Reading the parameter corresponding to the level detection value of the input signal detected by the level detection unit from a look-up table
  • a plurality of lookup tables having different parameters corresponding to the level of the input signal are prepared, and the plurality of lookup tables are configured to be selectable, 19.
  • the driving circuit for an electrostatic electroacoustic transducer according to feature 18.
  • the gain control signal generator includes: A level detector for detecting a level of an input signal per sampling; A gain control signal calculator (for example, a correction value determiner 122) that calculates a gain control signal corresponding to the level of the input signal according to a predetermined calculation function; Is provided, A gain control signal calculated by the gain control signal calculation unit based on a level detection value of the input signal detected by the level detection unit, and the gain control signal is supplied to the level control unit.
  • a drive circuit for an electrostatic electroacoustic transducer according to feature 16.
  • the gain control signal calculation unit approximates a measured value of a gain control signal in which a second-order distortion with respect to a level of an input signal generated depending on a distance between the diaphragm and the fixed pole is suppressed by a polynomial, and Calculating a gain control signal corresponding to the level of the input signal detected by the level detection unit using A drive circuit for an electrostatic electroacoustic transducer according to feature 20.
  • Electrostatic electroacoustic transducer 12 Signal processing unit 121 Level detecting unit 122 Correction value determining unit 123 Storage unit 124 Level correcting unit 15 Electrostatic electroacoustic transducer 151 Diaphragm 152 Fixed pole Pr Parameter s1 Input signal s2 Correction signal v1 Correction value

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Abstract

静電型電気音響変換器において、振動板の不均衡な振動により生じる音波の歪みを抑制する。　本発明は、振動板１５１と、振動板に対向して配置される固定極１５２と、を備えるシングル駆動型の静電型電気音響変換器１５に入力される信号の補正をする静電型電気音響変換器の信号処理回路１２である。信号処理回路は、音源からの入力信号ｓ１のレベルに基づいて、レベルの補正値ｖ１を決定する補正値決定部１２１と、補正値に基づいて、入力信号のレベルを補正するレベル補正部１２２と、を有してなる。レベル補正部は、補正値に基づいて、入力信号のうち、一部の入力信号に対してレベルの補正をする。一部の入力信号は、振動板を所定の位置よりも固定極が配置されていない第１方向側に変位させる信号に対応する。

Description

静電型電気音響変換装置と、静電型電気音響変換器の信号処理回路と、信号処理方法と、信号処理プログラム
　本発明は、静電型電気音響変換装置と、静電型電気音響変換器の信号処理回路と、信号処理方法と、信号処理プログラムと、に関する。本発明は、特に、１つの固定極が振動板の一方の面に対向して配置されたシングル駆動型の静電型電気音響変換器の駆動回路に関する。
　電気音響変換器は、空気の振動（音）を電気信号に変換し、または、電気信号を空気の振動（音）に変換する。電気音響変換器の一種として、静電型（コンデンサ型）電気音響変換器がある。静電型電気音響変換器は、振動板と、振動板に対向して配置される固定極と、を備える。静電型電気音響変換器は、振動板と固定極との間の静電容量または振動板と固定極との間に作用する静電力を利用する。そのため、静電型電気音響変換器は、振動板と固定極との間に電位差を与えるための電圧（成極電圧）を必要とする。
　静電型電気音響変換器は、成極電圧を付加する方式により、ピュアコンデンサ型とエレクトレット型との二種に分けられる。ピュアコンデンサ型は、外部電源（成極電源）から振動板と固定極との間に直流電圧（成極電圧）を加える方式である。エレクトレット型は、振動板または固定極に電荷を保持させることにより、振動板と固定極との間に直流電圧（成極電圧）を加える方式である。
　また、静電型電気音響変換器は、固定極の配置により、シングル駆動型とプッシュプル駆動型との二種に分けられる。シングル駆動型では、固定極は、振動板の一方の面に対向して配置される。一方、プッシュプル型では、固定極は、振動板の両方の面に対向して、振動板を挟むように配置される。
　このような静電型電気音響変換器を用いて電気信号を空気の振動に変換する（音を放出する）音響機器として、例えば、コンデンサ型スピーカやコンデンサ型ヘッドホン（イヤホン）がある。
　図１は、従来のシングル駆動型の静電型電気音響変換器の基本構成を示す模式断面図である。シングル駆動型の静電型電気音響変換器は、振動板１と、多数の開口２ａを備える固定極２と、スペーサ３と、を備える。固定極２は、スペーサ３を介して、振動板１の一方の面に対向して配置される。振動板１に成膜された導電膜（不図示）と、固定極２と、の間には、信号電圧４が供給される。
　図２は、従来のプッシュプル駆動型の静電型電気音響変換器の基本構成を示す模式断面図である。プッシュプル駆動型の静電型電気音響変換器は、振動板１と、多数の開口２ａを備える２つの固定極２と、２つのスペーサ３と、を備える。２つの固定極２それぞれは、スペーサ３を介して、振動板１の両方の面に対向して配置される。両固定極２の間には、信号電圧４が供給される。
　前述のとおり、電気信号を空気の振動に変換する静電型電気音響変換器では、振動板１は、固定極２との間に作用する静電力により振動する。すなわち、振動板１は、固定極２が保持する電荷と同じ極性の電荷が印加されたとき、固定極２に反発することにより固定極２が配置されていない方向（第１方向）へ変位する。一方、振動板１は、固定極２が保持する電荷と逆の極性の電荷が印加されたとき、固定極２に引き寄せられる（吸引される）ことにより固定極２が配置されている方向（第２方向）へ変位する。
　振動板１と固定極２の間に作用する静電力は、振動板１と固定極２との間の距離の二乗に反比例する。そのため、図１に示されるシングル駆動型では、振動板１が第１方向へ変位するとき、静電力は、振動板１が固定極２から離れるに連れて弱くなる。一方、振動板１が第２方向へ変位するとき、静電力は、振動板１が固定極２に近づくに連れて強くなる。すなわち、振動板１の第１方向への変位量は、振動板１の第２方向への変位量よりも小さくなる（振動板１の変位量に差異が生じる）。つまり、振動板１の変位（振動）は、第１方向と第２方向とで不均衡な状態となる。このように、振動板１の変位が不均衡な状態となると、静電型電気音響変換器の出力（音波）には、２次高調波（二次歪）が強く現れる。
　一方、図２に示されるプッシュプル駆動型では、振動板１の両面に固定極２が配置されるため、振動板１の変位量に差異が生じない。そのため、シングル駆動型のような歪みは、発生しない。そのため、スピーカなどに用いられる静電型電気音響変換器として、プッシュプル駆動型が多用されている。
　しかしながら、プッシュプル駆動型では、固定極２は、振動板１が音波を放出する面に対向する位置にも配置される。そのため、振動板１から放出された音波は、固定極２の開口２ａを通過する。その結果、高音域の周波数応答は、低下する。したがって、音波が固定極２の開口２ａを通過せずに放出されるシングル駆動型と比較して、プッシュプル駆動型の音質は劣化し易く、聴感上の音量も低下し易い。
　このような問題を解決するため、シングル駆動型とプッシュプル駆動型それぞれの長所を併せ持つツインシングル駆動型の静電型電気音響変換器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１に開示された静電型電気音響変換器は、２つの振動板と、１つの固定極と、２つのスペーサと、を備える。２つの振動板それぞれは、スペーサを介して、固定極の両面に対向して配置される。すなわち、同静電型電気音響変換器は、２つのシングル駆動型を背中合わせに配置したような構造を有する。２つの振動板それぞれは、エレクトレット膜を備える。固定極は、両面にエレクトレット膜を備える。両振動板に信号電圧が加えられると、両振動板は、両振動板の間に配置された固定極を介して、音響的に結合された状態で同一方向に振動するように駆動する。したがって、同静電型電気音響変換器では、シングル駆動型で発生する歪み（二次歪み）は、殆ど発生しない。
　しかしながら、特許文献１に開示された静電型電気音響変換器の構造は、図１に示されるようなシングル駆動型の静電型電気音響変換器と比較して、複雑になる。また、同静電型電気音響変換器は、多数のエレクトレット膜を必要とする。そのため、同静電型電気音響変換器の製造コストは、増加する。
　さらに、一方の振動板と固定極との間の空間は、固定極が備える複数の開口を介して、他方の振動板と固定極の間の空間と連通する。すなわち、両振動板は、共通する閉じた空間内の空気を振動させる。そのため、一方の振動板の振動は、他方の振動板の振動に影響を与える。その結果、特許文献１に開示された静電型電気音響変換器では、歪み（二次歪み）が、十分に解消されない。
実開昭５１－４４９２０号公報
　前述のとおり、シングル駆動型では、音波の伝搬経路上に固定極が存在しない。そのため、プッシュプル駆動型と比較して、高音域の周波数応答の劣化や、音質の劣化、聴感上の音量の低下は、少ない。特に、シングル駆動型の静電型電気音響変換器は、振動板の振幅が小さいとき（振動板が放射する音圧が低いとき）において、良好な再生音質を実現可能である。しかしながら、前述のとおり、シングル駆動型の静電型電気音響変換器では、振動板の振幅が大きいとき（振動板が放射する音圧が高いとき）、再生音質に影響を与える歪み（二次歪み）が生じる。
　本発明は、静電型電気音響変換器において、振動板の不均衡な振動により生じる音波の歪みを抑制することを目的とする。
　本発明にかかる静電型電気音響変換器の信号処理回路は、振動板と、振動板に対向して配置される固定極と、を備えるシングル駆動型の静電型電気音響変換器に入力される信号の補正をする静電型電気音響変換器の信号処理回路であって、音源からの入力信号のレベルに基づいて、レベルの補正値を決定する補正値決定部と、補正値に基づいて、入力信号のレベルを補正するレベル補正部と、を有してなり、レベル補正部は、補正値に基づいて、入力信号のうち、一部の入力信号に対してレベルの補正をし、一部の入力信号は、振動板を所定の位置よりも固定極が配置されていない第１方向側に変位させる信号に対応する、ことを特徴とする。
　本発明によれば、静電型電気音響変換器において、振動板の不均衡な振動により生じる音波の歪みを抑制することができる。
従来のシングル駆動型の静電型電気音響変換器の基本構成を示す模式断面図である。 従来のプッシュプル駆動型の静電型電気音響変換器の基本構成を示す模式断面図である。 本発明にかかる静電型電気音響変換装置の実施の形態を示す機能ブロック図である。 図３の静電型電気音響変換装置が備える静電型電気音響変換器の模式断面図である。 図４の静電型電気音響変換器が備える振動板の振動の歪みの例を示す模式図である。 図４の静電型電気音響変換器に入力される信号のレベルと、同レベルに対して必要な増幅度と、の関係を示すグラフである。 図３の静電型電気音響変換装置が備える記憶部に記憶されている情報の例を示す模式図である。 図３の静電型電気音響変換装置が備える駆動回路の動作の例を示すフローチャートである。 図３の静電型電気音響変換装置が備えるレベル補正部のレベルの補正の概念を例示する模式図である。 図８の駆動回路の動作により図５の歪みが抑制される例を示す模式図である。 図３の静電型電気音響変換装置が備える駆動回路の動作の別の例を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照しながら、本発明にかかる静電型電気音響変換装置と、静電型電気音響変換器の信号処理回路と、信号処理方法と、信号処理プログラムと、の実施の形態について説明する。
●静電型電気音響変換装置●
　先ず、本発明にかかる静電型電気音響変換装置（以下「本装置」という。）の実施の形態について説明する。
●静電型電気音響変換装置の構成
　図３は、本装置の実施の形態を示す機能ブロック図である。
　本装置１００は、例えば、スマートホンや携帯型楽音再生機などの音源Ｓからの電気信号を空気の振動（音波）に変換して出力する。本装置１００は、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルを介して音源Ｓからの電気信号が入力される有線式の静電型ヘッドホンである。
　本装置１００は、入力部１１と、信号処理部１２と、デジタル－アナログ変換部１３と、増幅部１４と、静電型電気音響変換器（以下「ヘッドホンユニット」という。）１５と、を有してなる。
　入力部１１は、音源Ｓからの電気信号（デジタルオーディオ信号）が入力される入力端子である。入力部１１は、例えば、ＵＳＢ端子である。入力部１１は、音源Ｓからの電気信号を入力信号ｓ１として出力し、信号処理部１２に入力する。
　信号処理部１２は、入力部１１からの入力信号ｓ１のレベルに基づいて、入力信号ｓ１のレベルを補正する。信号処理部１２は、レベルが補正された入力信号（以下「補正信号」という。）ｓ２を後段のデジタル－アナログ変換部１３に出力する。信号処理部１２は、本発明にかかる静電型電気音響変換器の信号処理回路（以下「本回路」という。）である。信号処理部１２の具体的な構成と、具体的な動作とは、後述する。
　ここで、本発明にかかる信号処理プログラム（以下「本プログラム」という。）は、信号処理部１２と協働して、本発明にかかる信号処理方法を実現する。すなわち、本プログラムは、信号処理部１２を本回路として機能させる。
　信号処理部１２は、レベル検出部１２１と、補正値決定部１２２と、記憶部１２３と、レベル補正部１２４と、を備える。
　レベル検出部１２１は、入力部１１からの入力信号ｓ１のレベルを検出する。「入力信号ｓ１」は、所定の大きさのデータのブロック（フレーム）単位で音源Ｓから伝送されるデジタルオーディオ信号である。レベル検出部１２１の具体的な動作については、後述する。
　補正値決定部１２２は、レベル検出部１２１により検出された入力信号ｓ１のレベルに基づいて、補正値ｖ１を決定する。補正値決定部１２２の具体的な動作については、後述する。
　「補正値ｖ１」は、入力信号ｓ１のレベルを補正するために用いられる値である。すなわち、補正値ｖ１は、後述する振動板１５１を第１方向側に必要な変位量で変位させるために、入力信号ｓ１に対する算術的処理で用いられる値である。第１方向と必要な変位量とについては、後述する。
　記憶部１２３は、信号処理部１２が後述する信号処理を実行するために必要な情報を記憶する。記憶部１２３は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの半導体メモリである。記憶部１２３は、後述するパラメータＰｒまたは算出関数を予め記憶している。
　レベル補正部１２４は、入力信号ｓ１のレベルを補正値ｖ１に基づいて補正して、補正信号ｓ２を出力する。補正信号ｓ２は、デジタル信号である。レベル補正部１２４の具体的な動作については、後述する。
　レベル検出部１２１と補正値決定部１２２とレベル補正部１２４とは、例えば、共通するＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサで構成される。
　なお、レベル検出部と補正値決定部とレベル補正部それぞれは、共通するプロセッサで構成されなくてもよい。すなわち、例えば、レベル検出部と補正値決定部とレベル補正部それぞれは、個別のプロセッサで構成されてもよく、あるいは、所定の処理を実行する個別の回路により構成されてもよい。
　デジタル－アナログ変換部１３は、信号処理部１２からの補正信号ｓ２をアナログ信号（以下「アナログ補正信号」という。）ｓ３に変換して出力する。デジタル－アナログ変換部１３は、例えば、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換回路である。アナログ補正信号ｓ３は、増幅部１４に入力される。
　増幅部１４は、デジタル－アナログ変換部１３からのアナログ補正信号ｓ３を増幅して出力する。増幅されたアナログ補正信号（以下「増幅補正信号」という。）ｓ４は、ヘッドホンユニット１５に入力される。
　ヘッドホンユニット１５は、入力された増幅補正信号ｓ４を空気の振動（音）に変換して、音波ｓｗ１を放出する。
　図４は、ヘッドホンユニット１５の模式断面図である。
　ヘッドホンユニット１５は、振動板１５１と、固定極１５２と、スペーサ１５３と、を備える。
　振動板１５１は、入力された信号（増幅補正信号ｓ４）に応じて振動する。固定極１５２は、スペーサ１５３を介して、振動板１５１の一方の面に対向して配置され、振動板１５１と共にコンデンサを構成する。固定極１５２は、複数の音孔１５２ａと、エレクトレット膜（不図示）と、を備える。すなわち、ヘッドホンユニット１５は、シングル駆動型でエレクトレット型のヘッドホンユニットである。
●振動板の振動（変位）
　振動板１５１が振動しないとき、振動板１５１は、固定極１５２から所定の間隔を空けた位置（以下「無振動位置」という。）に静止する。所定の間隔は、略スペーサ１５３の厚みに相当する。振動板１５１が振動するとき、振動板１５１は、固定極１５２に反発または引き寄せられることにより、第１方向と第２方向とに交互に変位する。「第１方向」は、振動板１５１を基準として、固定極１５２が配置されていない方向である。「第２方向」は、振動板１５１を基準として、固定極１５２が配置されている方向である。
　信号処理部１２によるレベルの補正がない状態のヘッドホンユニット１５において、振動板１５１が第１方向へ変位する場合、振動板１５１と固定極１５２との間に作用する静電力は、固定極１５２に対する振動板１５１の相対的な距離の二乗に比例して弱くなる。そのため、振動板１５１の第１方向への変位量は、振動板１５１の第２方向への変位量よりも小さくなる（振動板１５１の変位量に差異が生じる）。すなわち、振動板１５１の第１方向側への変位量が最大となる位置において、振動板１５１の変位量（例えば、図４の破線）は、必要な変位量（例えば、図４の二点鎖線）よりも小さくなる。その結果、振動板１５１の振動は、振動板１５１と固定極１５２との間の距離（振動板１５１の振幅）に応じて、第１方向と第２方向とで不均衡な状態となる。ここで、「必要な変位量」は、音源Ｓからの入力信号ｓ１に対応する音波を放出（出力）するために振動板１５１が変位すべき量（振幅）である。
　このように、振動板１５１の変位が一方向側のみ歪む（不均衡になる）と、ヘッドホンユニット１５の出力（音波）には、２次高調波（二次歪）が強く現れる。その結果、ヘッドホンユニット１５の出力（音波）の波形は、ヘッドホンユニット１５に入力される信号（アナログ変換され増幅された入力信号：増幅入力信号）の波形と比較して非線形に歪む。
　図５は、前述の歪みの例を示す模式図である。
　同図は、説明の便宜上、音源Ｓからの電気信号と、増幅入力信号と、出力信号（音波）と、のそれぞれの波形を正弦波形状で示す。同図において、Ｙ軸は各信号のレベル（振幅）を示し、Ｘ軸は時間を示す。Ｙ軸の正方向側において、振動板１５１は無振動位置よりも第１方向側に変位する。一方、Ｙ軸の負方向側においては、振動板１５１は無振動位置よりも第２方向側に変位する。
　図５に示されるように、レベルの補正がない状態のヘッドホンユニット１５からの出力（音波）は、第１方向側に振動板が必要な変位量で変位した場合（図５の破線）と比較して、図５の実線に示されるように減衰する。本発明は、この減衰を抑制することにより、出力される音波の歪を抑制することを目的とするものである。
●信号処理部の動作（１）
　次に、図３と図４とを参照しながら、信号処理部１２の動作について説明する。以下、記憶部１２３が複数のパラメータＰｒｎ（ｎは整数）（図７参照）を記憶している場合を例に、信号処理部１２の動作を説明する。本実施の形態において、各パラメータＰｒｎそれぞれを区別する必要がないとき、それぞれは「パラメータＰｒ」と総称される。一例として、以下の説明では、パラメータＰｒは、入力信号ｓ１に加算される補正値ｖ１として用いられる。
　「パラメータＰｒ」は、入力信号ｓ１のレベルに応じて、同レベルを増大させるための情報である。本実施の形態において、パラメータＰｒは、補正値ｖ１として入力信号ｓ１に加算される加算値である。パラメータＰｒは、振動板１５１の不均衡な変位を抑制するため、振動板１５１の第１方向側への変位量を補正する値として算出される。すなわち、例えば、パラメータＰｒは、実測値に基づいて算出されたレベルの増幅度に基づいて、算出される。パラメータＰｒは、入力信号ｓ１のレベルに応じて、静電型電気音響変換器ごとに予め設定される。パラメータＰｒは、入力信号ｓ１のレベルに関連付けられて、例えば、ルックアップテーブルＴ（図７参照）として記憶部１２３に記憶される。
　図６は、ヘッドホンユニット１５に入力される信号のレベルと、そのレベルに対して振動板１５１の振動の歪みを抑制するために必要な増幅度と、の関係を示すグラフである。
　図６に示されるように、あるレベルまでの増幅度は略「１」で一定であり、あるレベル以上のレベルに対して増幅度は指数関数的に増加する。
　図７は、記憶部１２３に記憶されているパラメータＰｒの例を示す模式図である。
　同図は、入力信号ｓ１のレベルＬｎ（ｎは整数）と、同レベルＬｎに対応するパラメータＰｒｎとが１：１に対応する対応表として記憶部１２３に記憶されていること、を示す。すなわち、同図において、各パラメータＰｒｎは、入力信号ｓ１のレベルＬｎ（ｎは整数）に関連付けられて記憶されている。同図は、説明の便宜上、入力信号ｓ１のレベルＬｎと、パラメータＰｒｎと、を８ビットの２進数で示す。同図において、入力信号ｓ１のレベルＬｎの最上位ビット（図７の左端のビット）は、後述するレベルの正負を表す。すなわち、例えば、最上位ビットが「０」のとき入力信号ｓ１のレベルＬｎは「正」であり、最上位ビットが「１」のとき入力信号ｓ１のレベルＬｎは「負」である。
　同図において、入力信号ｓ１のレベル「Ｌ１」に対応するパラメータＰｒは「Ｐｒ１」であり、その値は１０進数で表記すると「１」である。また、入力信号ｓ１のレベル「Ｌ１０」に対応するパラメータＰｒは「Ｐｒ１０」であり、その値は１０進数で表記すると「１２」である。さらに、入力信号ｓ１のレベル「Ｌ２０」に対応するパラメータＰｒは「Ｐｒ２０」であり、その値は１０進数で表記すると「３０」である。このように、各パラメータＰｒ１－Ｐｒｎは、各レベルＬ１－Ｌｎの増加に対して、非線形の値を有する。
　図８は、信号処理部１２の動作の例を示すフローチャートである。
　先ず、レベル検出部１２１は、入力部１１からの入力信号ｓ１を取得する（ＳＴ１）。前述のとおり、入力信号ｓ１は、デジタルオーディオ信号である。
　次いで、レベル検出部１２１は、入力信号ｓ１のレベルを検出する（ＳＴ２）。
　次いで、補正値決定部１２２は、レベル検出部１２１により検出された入力信号ｓ１のレベルに基づいて、入力信号ｓ１のレベルの正負を判定する（ＳＴ３）。
　「レベルの正負」は、振動板１５１の変位の方向を示す符号である。本実施の形態では、「正」のレベルは、振動板１５１を無振動位置よりも第１方向側（固定極１５２が配置されていない方向側）へ変位させる電圧を示す。「負」のレベルは、振動板１５１を無振動位置よりも第２方向側（固定極１５２が配置されている方向側）へ変位させる電圧を示す。
　入力信号ｓ１のレベルが「正」のとき（ＳＴ３の「正」）、補正値決定部１２２は、記憶部１２３のルックアップテーブルＴを参照して、入力信号ｓ１のレベルＬｎに対応するパラメータＰｒｎを選択する（ＳＴ４）。すなわち、補正値決定部１２２は、レベル検出部１２１により検出された入力信号ｓ１のレベルに基づいて、複数のパラメータＰｒ１－Ｐｒｎの中から１のパラメータＰｒｎを選択する。
　次いで、補正値決定部１２２は、選択したパラメータＰｒｎを補正値ｖ１としてレベル補正部１２４に出力する（ＳＴ５）。すなわち、補正値決定部１２２は、入力信号ｓ１のレベルに基づいて、選択したパラメータＰｒｎを補正値ｖ１として決定する。
　次いで、レベル補正部１２４は、補正値決定部１２２からの補正値ｖ１に基づいて、入力信号ｓ１のレベルの補正をする（ＳＴ６）。本実施の形態では、レベル補正部１２４は、入力信号ｓ１に補正値ｖ１を加算する。すなわち、レベル補正部１２４は、各入力信号ｓ１のうち、振動板１５１を第１方向側へ変位させる入力信号ｓ１のレベルを増大させる。
　ここで、前述のとおり、補正値ｖ１（パラメータＰｒ）は、レベルの増加に対して非線形の値を有する。すなわち、レベル補正部１２４は、入力信号ｓ１のレベルの非線形の補正をする。
　一方、入力信号ｓ１のレベルが「負」のとき（ＳＴ３の「負」）、補正値決定部１２２は、例えば、レベルの補正は不要である旨の信号（以下「補正不要信号」という。）を生成して、レベル補正部１２４に出力する（ＳＴ７）。
　次いで、補正不要信号が入力されたレベル補正部１２４は、入力信号ｓ１に対してレベルの補正をしない（ＳＴ８）。すなわち、レベル補正部１２４は、各入力信号ｓ１のうち、振動板１５１を第２方向側へ変位させる入力信号ｓ１に対しては、レベルの補正をしない。
　図９は、レベル補正部１２４のレベルの補正の概念を例示する模式図である。
　同図は、説明の便宜上、入力信号ｓ１を正弦波形状に模して示す。同図の縦軸は信号のレベルであり、横軸は時間である。同図は、レベル検出部１２１に検出された入力信号ｓ１のレベルを実線で示し、補正後のレベル（補正信号ｓ２のレベル）を破線で示す。同図は、入力信号ｓ１ａのレベルが「２」であり、その補正値ｖ１ａが「１」であり、補正後のレベルが「３」であること、を示す。また、同図は、入力信号ｓ１ｂのレベルが「負」であり、そのレベルの補正はされていないこと、を示す。
　図８に戻る。
　次いで、レベル補正部１２４は、レベルが補正された入力信号（補正信号ｓ２）を出力する（Ｓ９）。一方、レベルが「負」の入力信号ｓ１は、レベルの補正をされることなく、レベル補正部１２４から補正信号ｓ２として出力される。すなわち、補正信号ｓ２は、レベル補正部１２４により補正された入力信号ｓ１（デジタル信号）、または、レベル補正部１２４により補正されていない入力信号ｓ１（デジタル信号）である。このように、レベル補正部１２４は、各入力信号ｓ１のうち、レベルが「正」の入力信号ｓ１のみ、レベルの補正をする。換言すれば、レベル補正部１２４は、各入力信号ｓ１のうち、振動板１５１を無振動位置よりも第１方向側に変位させる入力信号ｓ１に対してのみ、レベルの補正をする。つまり、レベル補正部１２４は、入力信号ｓ１のうち、一部の入力信号ｓ１（振動板１５１を無振動位置よりも第１方向側に変位させる入力信号ｓ１）のレベルを補正する。
　図３に戻る。
　補正信号ｓ２は、デジタル－アナログ変換部１３でアナログ信号に変換されて、アナログ補正信号ｓ３として増幅部１４に入力される。アナログ補正信号ｓ３は、増幅部１４で増幅されて、増幅補正信号ｓ４（アナログ信号）としてヘッドホンユニット１５に入力される。振動板１５１は、増幅補正信号ｓ４に応じて振動して、音波ｓｗ１を放出（出力）する。
　前述のとおり、入力信号ｓ１のレベルは、振動板１５１を無振動位置よりも第１方向側に変位させる信号に対応する部分のみ補正（増大）される。そのため、増幅補正信号ｓ４のレベルも、レベルの補正を受けない信号（以下「無補正信号」という。）と比較して、振動板１５１を無振動位置よりも第１方向側に変位させる部分のみ増大される。そのため、増幅補正信号ｓ４が入力された振動板１５１の第１方向側の変位は、無補正信号が入力されたときの同変位と比較して、大きくなる。すなわち、振動板１５１の不均衡な振動は、抑制される。その結果、増幅補正信号ｓ４が入力されたときのヘッドホンユニット１５の出力（音波ｓｗ１）の歪みは、無補正信号が入力されたときの出力と比較して、抑制される。このように、本装置１００では、振動板１５１の第１方向への変位量の不足分が補正され、音波の歪みが抑制される。
　図１０は、信号処理部１２により振動板１５１の不均衡な振動が抑制される例を示す模式図である。
　同図は、説明の便宜上、入力信号ｓ１と、増幅補正信号ｓ４と、出力（音波ｓｗ１）と、のそれぞれの波形を正弦波形状で示す。同図において、Ｘ軸とＹ軸それぞれは、図４と共通する。
　図１０に示されるように、入力信号ｓ１の補正をすることにより、増幅補正信号ｓ４のうち、振動板１５１を第１方向側に変位させる部分（Ｙ軸の正方向側）のレベルは、補正がされない場合（図１０の破線）と比較して、増大する。このレベルを増大させる量は、振動板１５１の不均衡な振動を抑制するように算出される。したがって、振動板１５１の不均衡な振動は抑制され、振動板１５１から放出される音波ｓｗ１の歪みは抑制される。
　なお、入力信号のレベルが「負」のとき、補正値決定部は、補正不要信号を生成しなくてもよい。すなわち、入力信号のレベルが「負」のとき、補正値決定部は、補正値や信号をレベル補正部に出力しなくてもよい。この構成では、レベル補正部は、補正値決定部からの補正値や信号の入力がないことを理由に、レベルの補正をしなくてもよい。
　また、入力信号のレベルが「負」のとき、補正値決定部は、「０」を示す補正値をレベル補正部に出力してもよい。この構成では、レベル補正部は、入力信号に「０」を加算する。
　さらに、記憶部は、入力信号のレベルの範囲ごとに、対応する１つのパラメータを記憶してもよい。この場合、レベルの範囲は、レベルの増加に合わせて均等に分割されてもよく、あるいは、不均等に分割されてもよい。例えば、レベルの範囲を不均等に分割する場合、レベルの範囲は、レベルの増加に反比例して狭くなるように分割されてもよい。換言すれば、レベルの範囲は、レベルが増加するに連れて指数関数的に狭くなってもよい。この構成では、入力信号のレベルごとではなく、入力信号のレベルの範囲ごとに１つのパラメータを設定する。そのため、パラメータの数は、レベルごとに設定されるパラメータの数よりも削減可能である。その結果、記憶部の容量が低減され、パラメータの選択に要する時間も短縮可能である。
　さらにまた、レベル補正部は、入力信号にパラメータを乗算してもよい。すなわち、例えば、パラメータは、図６に示される増幅値でもよい。この場合、パラメータの値は、所定のレベルまでは一定であり、所定のレベルを超えると指数関数的に増加する。また、例えば、パラメータの値は、全てのレベルに対して一定でもよい。この構成では、レベル補正部は、入力信号にパラメータ（補正値）を乗算して、入力信号のレベルを増大させる。換言すれば、レベル補正部は、各入力信号のうち、一部の入力信号のレベルのゲインを制御する。つまり、パラメータは、一部の入力信号のレベルのゲインを制御する信号（ゲイン制御信号）である。
　さらにまた、記憶部は、複数のパラメータから構成されるパラメータ群を複数記憶しておいてもよい。すなわち、例えば、記憶部は、振動板から出力される音波の歪みを抑制する量（抑制量）に応じた複数のパラメータ群を記憶しておいてもよい。つまり、あるパラメータ群（第１パラメータ群）を構成するパラメータは、別のパラメータ群（第２パラメータ群）を構成するパラメータと異なる。各パラメータ群は、例えば、各パラメータ群に対応するルックアップテーブルとして記憶されてもよい。また、第１パラメータ群を構成するパラメータと第２パラメータ群を構成するパラメータとにおいて、一部のパラメータが共通してもよい。
　ここで、静電型電気音響変換器の二次高調波（二次歪み）が抑制されると、相対的に三次高調波が強くなる傾向にある。この傾向を利用すると、ヘッドホンユニット１５は、適度に二次高調波と三次高調波とを重畳させた音波を出力可能である。したがって、本装置１００が二次高調波と三次高調波との重畳状態（抑制量）に応じた複数のパラメータ群を記憶しておくことにより、本装置１００の使用者は、複数のパラメータ群から１のパラメータ群を適宜選択して、聴感上の音質を変更できる。
●信号処理部の動作（２）
　次に、図３と図４とを参照しながら、信号処理部１２の別の動作（以下「第２動作」という。）について説明する。以下、記憶部１２３が算出関数を記憶している場合を例に、信号処理部１２の動作を説明する。第２動作と、先に説明した信号処理部１２の動作（以下「第１動作」という。）との相違点は、補正値決定部１２２の動作のみである。以下の第２動作については、第１動作と異なる点を中心に説明する。
　「算出関数」は、図６に示される、レベルに対する増幅度を近似する多項式の関数である。すなわち、算出関数は、パラメータ（補正値）の実測値を近似する多項式の関数である。「増幅度」は、振動板１５１から出力される音波の歪みを最も抑制するように、入力信号ｓ１に乗算される係数である。増幅度は、本発明における補正値の例である。すなわち、以下の説明では、増幅度は、入力信号ｓ１に乗算される補正値ｖ１として用いられる。レベルに対する増幅度は、静電型電気音響変換器ごとに異なる。したがって、算出関数は、静電型電気音響変換器に応じて定まる。算出関数は、例えば、次の式（１）で示される１１次の多項式の関数である。
　増幅度＝ａＸ１１＋ｂＸ１０＋ｃＸ９＋・・・＋ｊＸ２＋ｋＸ＋ｌ　（式１）
　ただし、「Ｘ」は入力信号ｓ１のレベルであり、「ａ，ｂ，ｃ・・・ｊ，ｋ，ｌ」は多項式近似により決定される係数である。
　図１１は、信号処理部１２の動作の別の例を示すフローチャートである。
　第２動作において、処理（ＳＴ１１－ＳＴ１３）は、第１動作の処理（図８のＳＴ１－ＳＴ３）と共通する。
　入力信号ｓ１のレベルが「正」のとき（ＳＴ１３の「正」）、補正値決定部１２２は、記憶部１２３の算出関数を参照して、入力信号ｓ１のレベルＬｎに対応する増幅度を算出する（ＳＴ１４）。すなわち、補正値決定部１２２は、レベル検出部１２１により検出された入力信号ｓ１のレベルと、算出関数と、に基づいて、増幅度を算出する。
　次いで、補正値決定部１２２は、算出された増幅度を補正値ｖ１としてレベル補正部１２４に出力する（ＳＴ１５）。
　次いで、レベル補正部１２４は、補正値決定部１２２からの補正値ｖ１に基づいて、入力信号ｓ１に対してレベルの補正をする（ＳＴ１６）。本実施の形態では、レベル補正部１２４は、入力信号ｓ１に補正値ｖ１を乗算する。すなわち、レベル補正部１２４は、入力信号ｓ１を所定の条件に合わせて補正する（各入力信号ｓ１のうち、一部の入力信号ｓ１のレベルを増大させる）。
　一方、入力信号ｓ１のレベルが「負」のとき（ＳＴ１３の「負」）、補正値決定部１２２は、例えば、補正不要信号を生成して、補正不要信号をレベル補正部１２４に出力する（ＳＴ１７）。
　次いで、補正不要信号が入力されたレベル補正部１２４は、入力信号ｓ１に対してレベルの補正をしない（ＳＴ１８）。すなわち、レベル補正部１２４は、各入力信号ｓ１のうち、振動板１５１を第２方向側へ変位させる入力信号ｓ１に対しては、レベルの補正をしない。
　次いで、レベル補正部１２４は、レベルが補正された入力信号（補正信号ｓ２）を出力する（Ｓ１９）。一方、レベルが「負」の入力信号ｓ１は、レベルの補正をされることなく、レベル補正部１２４から補正信号ｓ２として出力される。
　なお、記憶部は、振動板の不均衡な振動を抑制する量（すなわち、レベルを補正する量）に応じて、複数の算出関数を記憶しておいてもよい。本装置が二次高調波と三次高調波との重畳状態に応じた複数の算出関数を記憶しておくことにより、本装置の使用者は、複数のパラメータ群から１のパラメータ群を適宜選択して、聴感上の音質を変更できる。
　また、入力信号のレベルが「負」のとき、補正値決定部は、補正不要信号を生成しなくてもよい。すなわち、入力信号のレベルが「負」のとき、補正値決定部は、補正値や信号をレベル補正部に出力しなくてもよい。この構成では、レベル補正部は、補正値決定部からの補正値や信号の入力がないことを理由に、レベルの補正をしなくてもよい。
　さらに、入力信号のレベルが「負」のとき、補正値決定部は、「１」を示す補正値をレベル補正部に出力してもよい。この構成では、レベル補正部は、入力信号に「１」を乗算する。
●まとめ
　以上説明した実施の形態によれば、レベル補正部１２４は、補正値ｖ１に基づいて、一部の入力信号ｓ１に対してレベルを増大させる補正をする。一部の入力信号ｓ１は、振動板１５１を無振動位置よりも第１方向側に変位させる信号に対応する。その結果、第１方向側への変位において、振動板１５１の変位量は、入力信号ｓ１に対応する音波を放出するために必要な変位量に近似される。すなわち、振動板１５１の不均衡な振動は、抑制される。その結果、振動板１５１から出力される音波の歪みは、抑制される。
　また、以上説明した実施の形態によれば、レベル検出部１２１は、入力信号ｓ１のレベルを検出する。補正値決定部１２２は、入力信号ｓ１のレベルに基づいて、補正値ｖ１を決定する。このように、本装置１００は、デジタル信号処理により、入力信号ｓ１ごとにレベルを検出して、入力信号ｓ１のレベルの補正をする。その結果、本装置１００は、アナログ信号処理（例えば、単位時間当たりの積分処理など）では実現できない処理速度で、追従性のよい入力信号ｓ１のレベルの補正を実現する。
　さらに、以上説明した実施の形態によれば、補正値決定部１２２は、レベル検出部１２１により検出されたレベルに基づいて、複数のパラメータＰｒの中から１のパラメータＰｒを選択し、補正値ｖ１としてレベル補正部１２４に出力する。この構成によれば、補正値決定部１２２は、補正値ｖ１の決定に演算を必要とせず、極めて短時間で補正値ｖ１を決定し得る。
　さらにまた、以上説明した実施の形態によれば、補正値決定部１２２は、レベル検出部１２１により検出されたレベルと、算出関数と、に基づいて、補正値ｖ１を算出する。この構成によれば、補正値決定部１２２は、レベルの変動に応じて連続的に補正値ｖ１を決定し得る。また、第１動作と比較して、記憶部１２３は多くのパラメータを記憶しなくてよく、記憶部１２３の容量を低減可能である。
　なお、以上説明した実施の形態では、入力信号ｓ１は、デジタルオーディオ信号であった。これに代えて、入力部に入力される入力信号は、アナログオーディオ信号でもよい。この構成では、本装置は、入力部と信号処理部との間にアナログ-デジタル変換回路を備え、信号処理部への入力前にサンプリングを行う。その結果、以上説明した実施の形態と同じ信号処理が実行可能になる。
　また、本装置は、静電型ヘッドホンに限定されない。すなわち、例えば、本装置は、静電型イヤホンや、静電型スピーカでもよい。
　さらに、以上説明した実施の形態では、静電型電気音響変換装置（本装置１００）が、本回路（信号処理部１２）を備えていた。これに代えて、本回路は、音源（例えば、スマートホンや携帯型楽音再生機）に備えられてもよい。すなわち、例えば、音源内で補正信号が生成され、ヘッドホンなどの静電型電気音響変換装置に送信されてもよい。この構成では、音源は、インターネットなどの通信回線を介して、静電型電気音響変換装置に対応したパラメータや算出関数を取得してもよい。また、前述のパラメータ群や算出関数の変更は、使用者が音源側を操作することにより実行されてもよい。
　さらにまた、本装置は、例えば、Bluetooth（登録商標）などの無線通信ネットワークを介して、音源と接続されてもよい。この場合、本装置は、無線通信用の通信ユニットを備える。
　さらにまた、以上説明した信号処理方法は、入力信号のレベルが「負」のときにも適用可能である。すなわち、例えば、補正値決定部は、入力信号のレベルを減少させる補正値を決定する。レベル補正部は、入力信号のうち、振動板を無振動位置よりも第２方向側に変位させる信号に対応する入力信号に対して、レベルを減少させる補正をする。この構成では、レベル補正部は、入力信号に対して、負の値となる補正値を加算してもよく、正の値となる補正値を減算してもよく、あるいは、１未満の値となる補正値を乗算してもよい。
　さらにまた、本方法を実現する手段は、本プログラムに限定されない。
●静電型電気音響変換装置と信号処理回路と信号補正方法と信号補正プログラムのまとめ
　以上説明した本発明にかかる静電型電気音響変換装置と、静電型電気音響変換器の信号処理回路と、信号処理方法と、信号処理プログラムと、の特徴について、以下にまとめて記載しておく。
（特徴１）
　振動板（例えば、振動板１５１）と、前記振動板に対向して配置される固定極（例えば、固定極１５２）と、を備えるシングル駆動型の静電型電気音響変換器（例えば、ヘッドホンユニット１５）に入力される信号の補正をする静電型電気音響変換器の信号処理回路（例えば、信号処理部１２）であって、
　音源からの入力信号（例えば、入力信号ｓ１）のレベルに基づいて、前記レベルの補正値（例えば、補正値ｖ１）を決定する補正値決定部（例えば、補正値決定部１２２）と、
　前記補正値に基づいて、前記入力信号の前記レベルを補正するレベル補正部（例えば、レベル補正部１２４）と、
を有してなり、
　前記レベル補正部は、前記補正値に基づいて、前記入力信号のうち、一部の前記入力信号に対して前記レベルの補正をし、
　前記一部の入力信号は、前記振動板を所定の位置（例えば、無振動位置）よりも前記固定極が配置されていない第１方向側に変位させる信号に対応する、
ことを特徴とする静電型電気音響変換器の信号処理回路。
（特徴２）
　前記レベル補正部は、前記レベルを増大させる、
特徴１記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
（特徴３）
　前記補正値は、前記振動板を前記第１方向側に必要な変位量で変位させる値である、
特徴１記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
（特徴４）
　前記入力信号の前記レベルを検出するレベル検出部（例えば、レベル検出部１２１）、
を有してなり、
　前記補正値決定部は、前記レベル検出部により検出された前記レベルに基づいて、前記補正値を決定する、
特徴１記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
（特徴５）
　複数の前記レベルに対応した複数のパラメータ（例えば、パラメータＰｒ）を記憶する記憶部（例えば、記憶部１２３）、
を有してなり、
　前記補正値決定部は、前記レベル検出部により検出された前記レベルに基づいて、複数の前記パラメータの中から１のパラメータを選択し、選択された前記パラメータを前記補正値として前記レベル補正部に出力する、
特徴４記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
（特徴６）
　前記記憶部は、前記レベルの範囲ごとに対応する１つの前記パラメータを記憶する、
特徴５記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
（特徴７）
　前記記憶部は、複数の前記パラメータから構成されるパラメータ群を記憶し、
　前記パラメータ群は、
　第１パラメータ群と、
　第２パラメータ群と、
を含み、
　前記第１パラメータ群を構成する複数の前記パラメータは、前記第２パラメータ群を構成する複数の前記パラメータと異なる、
特徴５記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
（特徴８）
　前記補正値決定部は、前記レベル検出部により検出された前記レベルに基づいて、前記補正値を算出する、
特徴４記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
（特徴９）
　前記静電型電気音響変換器に応じて定まる算出関数を記憶する記憶部、
を有してなり、
　前記補正値決定部は、前記算出関数に基づいて、前記補正値を算出する、
特徴８記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
（特徴１０）
　前記算出関数は、前記補正値の実測値を近似する多項式であり、
　前記補正値決定部は、前記多項式を用いて、前記補正値を算出する、
特徴９記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
（特徴１１）
　前記記憶部は、前記レベルを補正する量に応じた複数の前記算出関数を記憶する、
特徴９記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
（特徴１２）
　前記レベル補正部は、前記レベルの非線形の補正をする、
特徴１記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
（特徴１３）
　振動板と、前記振動板に対向して配置される固定極と、を備えるシングル駆動型の静電型電気音響変換器と、
　前記静電型電気音響変換器に入力される信号の補正をする前記静電型電気音響変換器の信号処理回路と、
を有してなり、
　前記信号処理回路は、特徴１記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路である、
ことを特徴とする静電型電気音響変換装置（例えば、静電型電気音響変換装置１００）。
（特徴１４）
　振動板と、前記振動板に対向して配置される固定極と、を備えるシングル駆動型の静電型電気音響変換器に入力される信号の補正をする信号処理回路により実行される信号処理方法であって、
　音源からの入力信号のレベルに基づいて、前記レベルの補正値を決定する補正値決定ステップ（例えば、処理（ＳＴ４，ＳＴ１４））と、
　前記補正値に基づいて、前記入力信号の前記レベルを補正するレベル補正ステップ（例えば、処理（ＳＴ６，ＳＴ１６））と、
を有してなり、
　前記レベル補正ステップは、前記補正値に基づいて、前記入力信号のうち、一部の入力信号に対して前記レベルの補正をし、
　前記一部の入力信号は、前記振動板を所定の位置よりも前記固定極が配置されていない第１方向側に変位させる信号に対応する、
ことを特徴とする信号処理方法。
（特徴１５）
　振動板と、前記振動板に対向して配置される固定極と、を備えるシングル駆動型の静電型電気音響変換器に入力される信号の補正をする信号処理回路により実行される信号処理プログラムであって、
　前記信号処理回路を特徴１記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路として機能させる、
ことを特徴とする信号処理プログラム。
（特徴１６）
　振動板（例えば、振動板１５１）の片側に固定極（例えば、固定極１５２）が配置されたシングル駆動型の静電型電気音響変換器（例えば、ヘッドホンユニット１５）に対して、ドライブ信号（例えば、補正信号ｓ２）を供給する静電型電気音響変換器の駆動回路（例えば、信号処理部１２，デジタル－アナログ変換部１３）であって、
　入力信号（例えば、入力信号ｓ１）のレベルに応じて、ゲイン制御信号（例えば、補正値ｖ１）を生成するゲイン制御信号生成部（例えば、補正値決定部１２２）と、
　前記ゲイン制御信号生成部からのゲイン制御信号を受けて、前記入力信号のレベルをレベル制御するレベル制御部（例えば、レベル補正部１２４）と、
が備えられ、
　前記レベル制御部は、前記ゲイン制御信号生成部からのゲイン制御信号に基づいて、前記振動板が固定極から所定以上離れる入力信号に対して非線形の波形補正を行い、前記レベル制御部の出力を前記シングル駆動型の静電型電気音響変換器に加えるドライブ信号としたことを特徴とする静電型電気音響変換器の駆動回路。
（特徴１７）
　前記レベル制御部は、前記ゲイン制御信号生成部からのゲイン制御信号に基づいて、前記振動板が固定極から所定以上離れる入力信号に対して、出力信号（例えば、補正信号ｓ２）レベルを拡大させる波形補正を行うことを特徴とする、
特徴１６記載の静電型電気音響変換器の駆動回路。
（特徴１８）
　前記ゲイン制御信号生成部には、
　１サンプリング当たりの入力信号（例えば、入力信号ｓ１）のレベルを検出するレベル検出部（例えば、レベル検出部１２１）と、
　前記入力信号のレベルに対応したパラメータ（例えば、パラメータＰｒ）が格納されたルックアップテーブル（例えば、ルックアップテーブルＴ）と、
が備えられ、
　前記レベル検出部で検出した入力信号のレベル検出値に対応する前記パラメータをルックアップテーブルから読み出し、読み出された前記パラメータを、前記レベル制御部にゲイン制御信号として与えることを特徴とする、
特徴１６記載の静電型電気音響変換器の駆動回路。
（特徴１９）
　入力信号のレベルに対応したパラメータが異なる複数のルックアップテーブルが用意され、前記複数のルックアップテーブルが選択可能に構成されていることを特徴とする、
特徴１８記載の静電型電気音響変換器の駆動回路。
（特徴２０）
　前記ゲイン制御信号生成部には、
　１サンプリング当たりの入力信号のレベルを検出するレベル検出部と、
　前記入力信号のレベルに対応したゲイン制御信号を、所定の算出関数にしたがって算出するゲイン制御信号算出部（例えば、補正値決定部１２２）と、
が備えられ、
　前記レベル検出部で検出した入力信号のレベル検出値に基づいて、前記ゲイン制御信号算出部で算出したゲイン制御信号を、前記レベル制御部に与えることを特徴とする、
特徴１６記載の静電型電気音響変換器の駆動回路。
（特徴２１）
　前記ゲイン制御信号算出部は、当該ゲイン制御信号算出部において用いられる前記算出関数が、書き換え可能に構成されていることを特徴とする、
特徴２０記載の静電型電気音響変換器の駆動回路。
（特徴２２）
　前記ゲイン制御信号算出部は、前記振動板と前記固定極との距離に依存して生ずる入力信号のレベルに対する二次歪みが抑制されるゲイン制御信号の実測値を多項式で近似し、前記多項式を用いて前記レベル検出部によって検出された入力信号のレベルに対応したゲイン制御信号を算出することを特徴とする、
特徴２０記載の静電型電気音響変換器の駆動回路。
（特徴２３）
　前記多項式における係数を選定することにより、前記算出関数を書き換えることを特徴とする、
特徴２２に記載の静電型電気音響変換器の駆動回路。
１　　　　静電型電気音響変換装置
１２　　　信号処理部
１２１　　レベル検出部
１２２　　補正値決定部
１２３　　記憶部
１２４　　レベル補正部
１５　　　静電型電気音響変換器
１５１　　振動板
１５２　　固定極
Ｐｒ　　　パラメータ
ｓ１　　　入力信号
ｓ２　　　補正信号
ｖ１　　　補正値

 

Claims (15)

  1. 　振動板と、前記振動板に対向して配置される固定極と、を備えるシングル駆動型の静電型電気音響変換器に入力される信号の補正をする静電型電気音響変換器の信号処理回路であって、
    　音源からの入力信号のレベルに基づいて、前記レベルの補正値を決定する補正値決定部と、
    　前記補正値に基づいて、前記入力信号の前記レベルを補正するレベル補正部と、
    を有してなり、
    　前記レベル補正部は、前記補正値に基づいて、前記入力信号のうち、一部の入力信号に対して前記レベルの補正をし、
    　前記一部の入力信号は、前記振動板を所定の位置よりも前記固定極が配置されていない第１方向側に変位させる信号に対応する、
    ことを特徴とする静電型電気音響変換器の信号処理回路。
  2. 　前記レベル補正部は、前記レベルを増大させる、
    請求項１記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
  3. 　前記補正値は、前記振動板を前記第１方向側に必要な変位量で変位させる値である、
    請求項１記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
  4. 　前記入力信号の前記レベルを検出するレベル検出部、
    を有してなり、
    　前記補正値決定部は、前記レベル検出部により検出された前記レベルに基づいて、前記補正値を決定する、
    請求項１記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
  5. 　複数の前記レベルに対応した複数のパラメータを記憶する記憶部、
    を有してなり、
    　前記補正値決定部は、前記レベル検出部により検出された前記レベルに基づいて、複数の前記パラメータの中から１のパラメータを選択し、選択された前記パラメータを前記補正値として前記レベル補正部に出力する、
    請求項４記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
  6. 　前記記憶部は、前記レベルの範囲ごとに対応する１つの前記パラメータを記憶する、
    請求項５記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
  7. 　前記記憶部は、複数の前記パラメータから構成されるパラメータ群を記憶し、
    　前記パラメータ群は、
    　第１パラメータ群と、
    　第２パラメータ群と、
    を含み、
    　前記第１パラメータ群を構成する複数の前記パラメータは、前記第２パラメータ群を構成する複数の前記パラメータと異なる、
    請求項５記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
  8. 　前記補正値決定部は、前記レベル検出部により検出された前記レベルに基づいて、前記補正値を算出する、
    請求項４記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
  9. 　前記静電型電気音響変換器に応じて定まる算出関数を記憶する記憶部、
    を有してなり、
    　前記補正値決定部は、前記算出関数に基づいて、前記補正値を算出する、
    請求項８記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
  10. 　前記算出関数は、前記補正値の実測値を近似する多項式であり、
    　前記補正値決定部は、前記多項式を用いて、前記補正値を算出する、
    請求項９記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
  11. 　前記記憶部は、前記レベルを補正する量に応じた複数の前記算出関数を記憶する、
    請求項９記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
  12. 　前記レベル補正部は、前記レベルの非線形の補正をする、
    請求項１記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路。
  13. 　振動板と、前記振動板に対向して配置される固定極と、を備えるシングル駆動型の静電型電気音響変換器と、
    　前記静電型電気音響変換器に入力される信号の補正をする前記静電型電気音響変換器の信号処理回路と、
    を有してなり、
    　前記信号処理回路は、請求項１記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路である、
    ことを特徴とする静電型電気音響変換装置。
  14. 　振動板と、前記振動板に対向して配置される固定極と、を備えるシングル駆動型の静電型電気音響変換器に入力される信号の補正をする信号処理回路により実行される信号処理方法であって、
    　音源からの入力信号のレベルに基づいて、前記レベルの補正値を決定する補正値決定ステップと、
    　前記補正値に基づいて、前記入力信号の前記レベルを補正するレベル補正ステップと、
    を有してなり、
    　前記レベル補正ステップは、前記補正値に基づいて、前記入力信号のうち、一部の入力信号に対して前記レベルの補正をし、
    　前記一部の入力信号は、前記振動板を所定の位置よりも前記固定極が配置されていない第１方向側に変位させる信号に対応する、
    ことを特徴とする信号処理方法。
  15. 　振動板と、前記振動板に対向して配置される固定極と、を備えるシングル駆動型の静電型電気音響変換器に入力される信号の補正をする信号処理回路により実行される信号処理プログラムであって、
    　前記信号処理回路を請求項１記載の静電型電気音響変換器の信号処理回路として機能させる、
    ことを特徴とする信号処理プログラム。

     
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