(57)【要約】【課題】携帯型電子機器のヘッドホン端子からスピーカーを駆動する。この場合、音は聞こえるが、低音をほとんど感じない。【解決手段】左右の信号の中高域成分をそのまま使い、低域成分をモノラル化する。ヘッドホンの共通グランド線をパワアンプで駆動する。このパワアンプの入力信号として、左右の低域成分をモノラル化した信号の逆位相の信号を用いる。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステレオ音響信号処理に関し、再生しようとする、元の｛左側信号を｛左被処理信号｝
｛Lin｝｝とし、元の｛右側信号を｛右被処理信号｝｛Rin｝｝とし、
｛左被処理信号｝｛Lin｝に含まれる｛任意ではあるが特定の条件に基づく低域成分｝を｛左低域信号｝｛Lb｝とし、
｛右被処理信号｝｛Rin｝に含まれる｛任意ではあるが特定の条件に基づく低域成分｝を｛右低域信号｝｛Rb｝とし、
｛左被処理信号｝｛Lin｝に含まれる｛任意ではあるが特定の条件に基づく中高域成分｝を｛左中高域信号｝｛Lh｝とし、
｛右被処理信号｝｛Rin｝に含まれる｛任意ではあるが特定の条件に基づく中高域成分｝を｛右中高域信号｝｛Rh｝とし、
｛｛Lin｝と｛Lh｝を関連づける左側の信号処理｝が任意の低域遮断特性を持つものとし、上記低域遮断特性を持つ機能を｛左低域遮断機能｝とし、
｛｛Rin｝と｛Rh｝を関連づける右側の信号処理｝が任意の低域遮断特性を持つものとし、上記、低域遮断特性を持つ機能を｛右低域遮断機能｝とし、
｛左低域遮断機能｝と｛右低域遮断機能｝の両者の特性は同じであるとし、
｛左低域遮断機能｝と｛右低域遮断機能｝を有することを第１の特徴とし、
通常は｛0.5｝であるが一般的には任意の大きさの係数を｛Kb｝とし、
｛左低域信号｝｛Lb｝を｛Lin｝-｛Lh｝とし、
｛右低域信号｝｛Rb｝を｛Rin｝-｛Rh｝とし、
｛左低域信号｝と｛右低域信号｝を加算した信号に｛Kb｝を乗じた信号、即ち
｛Kb｝＊｛｛Lb｝+｛Rb｝｝を｛共通化低域信号｝｛Cout｝とし
｛共通化低域信号｝を得る機能を有することを第２の特徴とし、
｛共通化低域信号｝と｛左中高域信号｝の加算信号、即ち
｛Cout｝＋｛Lh｝を｛左出力信号｝｛Lout｝とし、
｛共通化低域信号｝と｛右中高域信号｝の加算信号、即ち
｛Cout｝＋｛Rh｝を｛右出力信号｝｛Rout｝とし、
｛共通化低域信号｝の符号を反転した信号を｛逆位相共通化低域信号｝
｛-Cout｝とし、
｛左出力信号｝｛Lout｝と｛右出力信号｝｛Rout｝と｛逆位相共通化低域信号｝
｛-Cout｝の3種類の信号を得る機能を有することを第３の特徴とし、
｛｛左出力信号｝｛Lout｝と｛右出力信号｝｛Rout｝と｛逆位相共通化低域信号｝
｛-Cout｝｝のそれぞれを｛｛電力増幅｝または｛スイッチング電力増幅｝｝する機能を｛｛左電力増幅機能｝と｛右電力増幅機能｝と｛逆位相低域共通化電力増幅機能｝｝とし、
｛｛左電力増幅機能｝と｛右電力増幅機能｝と｛逆位相低域共通化電力増幅機能｝｝を有することを第4の特徴とし、
｛｛左電力増幅機能｝と｛右電力増幅機能｝と｛逆位相低域共通化電力増幅機能｝｝それぞれの出力を｛｛｛左側のスピーカー向け｝の出力｝と｛｛右側のスピーカー向け｝の出力｝と｛左右共通の出力｝｝とすることによって、
左の｛｛ヘッドホン向け｝または｛スピーカー向け｝｝出力が
｛Lout｝-｛-Cout｝即ち｛Lh｝＋2＊｛Cout｝
右の｛｛ヘッドホン向け｝または｛スピーカー向け｝｝出力が
｛Rout｝-｛-Cout｝即ち｛Rh｝＋2＊｛Cout｝
となり、左右とも低域のヘッドホン向け信号が｛Cout｝の2倍になることを第５の特徴とし、
第1と第2と第３と第４と第５の特徴を有する音響信号処理機能
【請求項２】
ステレオ音響信号処理に関し、再生しようとする、元の｛左側信号を｛左被処理信号｝
｛Lin｝｝とし、元の｛右側信号を｛右被処理信号｝｛Rin｝｝とし、
｛左被処理信号｝｛Lin｝に含まれる｛任意ではあるが特定の条件に基づく低域成分｝を｛左低域信号｝｛Lb｝とし、
｛右被処理信号｝｛Rin｝に含まれる｛任意ではあるが特定の条件に基づく低域成分｝を｛右低域信号｝｛Rb｝とし、
｛左被処理信号｝｛Lin｝に含まれる｛任意ではあるが特定の条件に基づく中高域成分｝を｛左中高域信号｝｛Lh｝とし、
｛右被処理信号｝｛Rin｝に含まれる｛任意ではあるが特定の条件に基づく中高域成分｝を｛右中高域信号｝｛Rh｝とし、
｛Lin｝と｛Lb｝を関連づける左側の信号処理が任意の低域通過特性を持つものとし、上記低域通過特性を持つ機能を｛左低域通過機能｝とし、
｛Rin｝と｛Rb｝を関連づける右側の信号処理が任意の低域通過特性を持つものとし、上記、低域通過特性を持つ機能を｛右低域通過機能｝とし、
｛左低域通過機能｝と｛右低域通過機能｝の両者の特性は同じであるとし、
｛左低域通過機能｝と｛右低域通過機能｝を有することを第６の特徴とし、
通常は｛0.5｝であるが一般的には任意の大きさの係数を｛Kb｝とし、
｛左被処理信号と左低域信号の差｝、即ち｛Lin-Lb｝｝を｛左中高域信号｝｛Lh｝とし、
｛右被処理信号｝と｛右低域信号の差｝、即ち｛Rin-Rb｝｝を｛右中高域信号｝｛Rh｝とし、
｛左低域信号｝と｛右低域信号｝を加算した信号に｛Kb｝を乗じた信号、即ち
｛Kb｝＊｛｛Lb｝+｛Rb｝｝を｛共通化低域信号｝｛Cout｝とし、
｛共通化低域信号｝を得る機能を有することを第７の特徴とし、
｛共通化低域信号｝と｛左中高域信号｝の加算信号、即ち
｛Cout｝＋｛Lh｝を｛左出力信号｝｛Lout｝とし、
｛共通化低域信号｝と｛右中高域信号｝の加算信号、即ち
｛Cout｝＋｛Rh｝を｛右出力信号｝｛Rout｝とし、
｛共通化低域信号｝の符号を反転した信号を｛逆位相共通化低域信号｝
｛-Cout｝とし、
｛左出力信号｝｛Lout｝と｛右出力信号｝｛Rout｝と｛逆位相共通化低域信号｝
｛-Cout｝の3種類の信号を得る機能を有することを第８の特徴とし、
｛｛左出力信号｝｛Lout｝と｛右出力信号｝｛Rout｝と｛逆位相共通化低域信号｝
｛-Cout｝｝のそれぞれを｛｛電力増幅｝または｛スイッチング電力増幅｝｝する機能を｛｛左電力増幅機能｝と｛右電力増幅機能｝と｛逆位相低域共通化電力増幅機能｝｝とし、
｛｛左電力増幅機能｝と｛右電力増幅機能｝と｛逆位相低域共通化電力増幅機能｝｝を有することを第９の特徴とし、
｛｛左電力増幅機能｝と｛右電力増幅機能｝と｛逆位相低域共通化電力増幅機能｝｝それぞれの出力を｛｛｛左側のスピーカー向け｝の出力｝と｛｛右側のスピーカー向け｝の出力｝と｛｛左右共通のスピーカー向け｝出力｝｝とすることによって、
左の｛｛ヘッドホン向け｝または｛スピーカー向け｝｝出力が
｛Lout｝-｛-Cout｝即ち｛Lh｝＋2＊｛Cout｝
右の｛｛ヘッドホン向け｝または｛スピーカー向け｝｝出力が
｛Rout｝-｛-Cout｝即ち｛Rh｝＋2＊｛Cout｝
となり、左右とも低域のヘッドホン向け信号が｛Cout｝の2倍になることを
第１０の特徴とし、
第６と第７と第８と第９と第１０の特徴を有する音響信号処理機能
【請求項３】
｛請求項１または請求項２｝に定義の｛｛左出力信号｝｛Lout｝または
｛右出力信号｛Rout｝｝の最大値または最大値に対応する値を｛MAX｝とし、
｛MAX｝が信号処理の無歪み最大振幅より低いレベルの特定の値を｛THD｝とし、｛MAX｝より｛THD｝の値が大きくなると、その差、即ち｛｛MAX｝-｛THD｝｝の｛値  または  その値の時間積分値｝の逆数に対応して変化する値を｛Kc｝とし、
｛共通化低域信号｝を｛Kc｝＊｛Kb｝＊｛｛Lb｝+｛Rb｝｝とし、
｛共通化低域信号｝が原因して｛Lout｝または｛Rout｝の値｛THD｝を超えないよう、
｛Kc｝が｛共通化低域信号｝のコンプレッションの機能として作用するものとし、
上記コンプレッション機能を有することを第１１の特徴とし。
｛｛請求項１の第１と第２と第３と第４と第５｝または｛請求項２の第６と第７と第８と第９と第１０｝｝と第１１の特徴を有する音響信号処理機能
【請求項４】
｛｛請求項１に定義の第1と第２と第3｝または｛請求項２に定義の第６と第７と第８｝｝の特徴を有する｛｛音響信号処理アルゴリズム｝または｛音響信号処理アルゴリズムを有する信号処理集積回路｝｝
または
｛｛請求項１に定義の第1と第２と第3と第４と第５｝または｛請求項２に定義の第６と第７と第８と第９と第１０｝｝の特徴を有する｛｛音響信号処理アルゴリズム｝または｛音響信号処理アルゴリズムを有する信号処理集積回路｝｝。
【請求項５】
｛｛｛請求項１に定義の第1と第２と第3｝または｛請求項２に定義の第６と第７と第８｝｝と｛請求項３に定義の第１１｝｝の特徴を有する｛｛音響信号処理アルゴリズム｝または｛音響信号処理アルゴリズムを有する信号処理集積回路｝｝
または
｛｛｛請求項１に定義の第1と第２と第3と第４と第５｝または｛請求項２に定義の第６と第７と第８と第９と第１０｝｝と｛請求項３に定義の第１１｝｝｝の特徴を有する｛｛音響信号処理アルゴリズム｝または｛音響信号処理アルゴリズムを有する信号処理集積回路｝｝。
【請求項６】
請求項４または請求項５に定義の｛音響信号処理アルゴリズムまたは音響信号処理集積回路｝を有し、ヘッドホンの接続端子の、左出力側に｛｛左出力信号｝｛Lout｝に対応する出力｝、右出力側に｛｛右出力信号｝｛Rout｝に対応する出力｝、左右共通出力側に｛逆位相共通化低域信号｛-Cout｝に対応する出力｝がそれぞれ接続されたことを特徴とする、音響再生機能を有する装置。
【請求項７】
｛携帯型の電子機器｝または｛パーソナルコンピューター｝でヘッドホン出力端子を持つ装置を応用装置とし、
無信号の時の｛左出力信号｛Lout｝と右出力信号｛Rout｝｝の平均電位を中点電位とし、
請求項６に定義の装置であって、左側信号出力｛Lout｝と｛右出力信号｝｛Rout｝が、それぞれ、左被処理信号｛Lin｝と右被処理信号｛Rin｝に等しくなり、
逆相共通化低域信号が常時中点電位となるよう、
切り替えスイッチ機能を有するところの音響再生機能を有する応用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電池駆動型のオーディオプレーヤや携帯端末器のオーディオ出力に関する。
近年、携帯端末の普及に伴い、｛グランドが共通のヘッドホン用端子｝からの音響出力でもって、直接スピーカーを駆動させ再生する商品が増えている。グランドが共通の出力端子ではBTL出力にできないことから低音再生能力の不足はやむを得ないとしながらも、市場からはこのような条件でも十分な低音再生ができる商品が求められている。
【０００２】
本明細書の請求項を含む全文を通じ下記の用語について定義する。
｛｝内は｛｝外に優先して意味を持つものとする。
ヘッドホンとイヤホンは同機能とする。
【背景技術】
【０００３】
携帯型の音響再生装置の微弱な信号でもスピーカーを駆動すれば音は聞こえるが音量は小さく低音はほとんど聞こえない。電源電圧も低くヘッドホン用としての用途が主であることから、低音再生はスピーカーの性能を上げる他、方法がない。
スピーカーの低音性能を上げる技術は、
｛スピーカーのサイズを大きくする｝、｛性能の良い永久磁石を使う｝、｛スピーカーの構造に工夫を加える｝などにより日々改善されている。
しかし、いずれも、コストやサイズ面の制約によって、市場の要望に沿うような高性能のものが出現していないのが現状である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
音響再生機能を持つ携帯型の電子機器で、｛ヘッドホン用の出力端子を使う｝という制約条件下で、｛強力な低音再生｝のための増幅器側で求められるダイナミックレンジの改善。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ヘッドホンの接続端子の左右共通端子に左右の低域の逆位相成分を出力する。
300Hzから500Hz付近を境にして、より低域における、ヒトの聴覚は、聴覚内部で、あたかも左右の音波が合成されたように聴こえる性質がある。この理由については本案発明の本質ではないので説明を省略するが、ヘッドホンから、左右に若干違った周波数の信号を再生すると、聴覚は｛左右の耳から入る異なる周波数信号｝のビートを感じる。このことは、左右の低音が｛聴覚、空気中、電子回路｝のいずれで合性されようとも、聴覚ではいずれで合成されているか、判別が難いことを意味する。
【０００６】
本案発明は
第1に、上記の人の聴覚の性質に着目して、
第２に、上記の性質により、通称2.1チャネルと呼ばれる再生方法において、低音用スピーカーが左右共通の一個である点に着目して、
第３に、上記の性質により、左右の低域信号が逆位相であるような音楽信号はもともと作られていない点に着目して、
第４に、一般的な音楽信号は周波数が高くなるほど振幅が小さい、という音響信号の性質に着目して、
第５に、中高域よりも低域の再生能力が圧倒的に求められている点に着目して、
【０００７】
｛グランドが共通の、一般のヘッドホン用の接続端子を使う｝という条件下で、低域に限り、振幅を、ほぼ２倍に上げることによって、低域再生音を6dB上げようとするものである。詳細説明は、請求項の内容で必要充分であるが、以下は各請求項の補足説明である。
【０００８】
請求項１と請求項２に関して、
左右それぞれ別別に、｛被処理信号｝から低域成分を除去した｛中高域信号｝を作る。または、左右それぞれ別別に、｛被処理信号｝から中高域成分を除去した｛低域信号｝を作る。
ここで、｛中高域信号｝と｛低域信号｝を加算すれば元の信号である。
左右の低域信号の加算結果｝に｛低音係数｝を乗じた｛共通化低域信号｝を作る。
｛左右それぞれの｛中高域信号｝｝に｛共通化低域信号｝を加算した信号はステレオ信号の低域信号だけをモノラル化したものであり、これを左右それぞれの再生信号の一方として使う。
左右共通の｛共通化低域信号｝の逆位相信号である｛逆位相共通化低域信号｝を左右共通の出力信号の他方として使う。
以上の手法によって、左右の出力信号は、低音を除く元の｛被処理信号｝と｛共通化低音信号｝を加算した信号であり、聴覚で感じる音質とステレオ感は通常のステレオ再生の信号と、ほぼ同じである。そして｛逆位相低音共通信号｝が左右共通の一方の端子に加えられることから、左右の低音出力は｛共通化低域信号｝成分が２倍、即ち、低音感は音圧換算で6dBの増加となる。スピーカーのサイズが一定の条件での、スピーカー性能で、6dBの低音域の音圧改善は容易に達成できるものではない。請求項１と請求項２の違いは低域信号と中高域信号の分離の方法であり、双方の結果は同じである。
【０００９】
請求項３に関して、
請求項１と請求項２に説明の｛Kb｝の大きな値による低音の増強は増幅器の飽和を招きやすくする。特に携帯型の増幅器の電源電圧が低いことから飽和が起きやすい。このようなケースでは出力レベルを検出し、低音の増強度を制御することにより飽和を防ぐ方法が有効である。
【００１０】
請求項４と請求項５に関して、
中高域と低域の信号の分離と合成はディジタル信号処理による方法が便利である。｛ほとんど１００％の｛携帯型の音響再生機能を持つ装置｝｝では高性能のプロセッサを搭載しており、電力増幅器に関しても、２０１２年現在、｛多くの携帯型の音響再生機能を持つ装置｝のプロセッサはディジタルスイッチング型の電力増幅出力を内蔵している。このような理由からこのプロセッサの中に信号処理プログラムを追加するだけで本案発明を実施することができる。
【００１１】
請求項６に関して、
通常のヘッドホンは｛左用と右用と左右共通｝の３つのコネクターを持つ。
１００％ではないが、携帯型のほとんどの製品は、３つのコネクターであり、本案発明のスピーカー駆動用のコネクターをヘッドホンのコネクターと兼用することによって使い勝手の良い装置となる。
【００１２】
請求項７に関して、
無信号時の３つの電力増幅器の電位を電源電圧の中点電位とし、
｛３つの出力を本案発明の信号とする｝場合と、
｛左右のそれぞれの信号を元の信号とし、左右共通の出力を無信号とする｝場合のいずれか一つを選択することで、ヘッドホンで使う場合とスピーカーで使う場合の使い分けをする。
【発明の効果】
【００１３】
以下は請求項目の内容に対応した詳細説明である。
請求項１と請求項２の効果
従来の方法に比べ、低域が2倍の大きさとなる。
【００１４】
請求項３の効果
｛強い低音が欲しい場合に低音係数を自在に大きく選ぶ｝あるいは｛強力な低音成分を含む楽曲を再生する｝ことによる増幅器の出力の飽和を防ぐ。
【００１５】
請求項４請求項５の効果
既存の信号処理集積回路に本案発明のアルゴリズムや機能を組み込むことにより、現状の部材のコストを追加することなく、低音性能の高い応用装置となる。
【００１６】
請求項６の効果
応用装置においては、ヘッドホン出力端子をそのままスピーカー駆動用の端子として使える。同じ再生装置で、｛アウトドアではヘッドホン｝で、｛ホームではスピーカーで良い音質｝の音楽を聴けることから極めて便利である。
【００１７】
請求項７の効果
｛ヘッドホンで聴く場合は元の信号を忠実に再生｝、｛スピーカーで聴く場合充分な低音を再生｝と、切り替えスイッチで使い分ける。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
第１に、携帯電話、スマートホン、携帯型の小形電子装置のヘッドホン用端子をスピーカーも駆動できるよう、音響出力端子を共用した応用装置。
【実施例】
【００１９】
第１に、ヘッドホン出力を利用して、スピーカーシステムを駆動できる低音再生能力に優れた、請求項１に定義の低音再生能力を6dB増強した機能を持つ信号処理アルゴリズム。
【００２０】
第２に、ヘッドホン出力を利用して、スピーカーシステムを駆動できる低音再生能力に優れた、請求項１に定義の低音再生能力を6dB増強した機能を有する信号処理集積回路
【００２１】
第３に、ヘッドホン出力を利用して、スピーカーシステムを駆動できる低音再生能力に優れた性能を持つ、携帯電話、スマートホン、携帯型音楽プレーヤ、パーソナルコンピューターなどの応用装置。
【００２２】
第４に、第３の応用装置で、ヘッドホン出力を本案発明の信号処理を作用させた信号と作用させない信号の切り替え機能を持つ応用装置。
【符号の説明】
【００２３】
｛Lin｝       ｛左被処理信号｝
｛Rin｝     ｛右被処理信号｝
｛Lb｝        ｛左低域信号｝
｛Rb｝        ｛右低域信号｝
｛Lh｝        ｛左中高域信号｝
｛Rh｝        ｛右中高域信号｝
｛Kb｝        ｛任意の大きさの係数｝
｛Lin-Lh｝    ｛左被処理信号と左中高域信号の差｝
｛Rin-Rh｝    ｛右被処理信号と右中高域信号の差｝
｛Lin-Lb｝    ｛左被処理信号と左低域信号の差｝
｛Rin-Rb｝    ｛右被処理信号と右低域信号の差｝
｛Kb｝＊｛｛Lb｝+｛Rb｝｝ ｛共通化低域信号｝
｛Cout｝          ｛共通化低域信号｝
｛Cout｝＋｛Lh｝  ｛左出力信号｝
｛Lout｝          ｛左出力信号｝
｛Cout｝＋｛Rh｝  ｛右出力信号｝
｛Rout｝      ｛右出力信号｝
｛-Cout｝     ｛逆位相共通化低域信号｝
｛MAX｝     ｛Lout｝または｛Rout｝｝の最大値または最大値に対応する値
｛THD｝     無歪み最大振幅より低いレベルの特定の値
｛Kc｝        コンプレッション係数｛｛MAX｝-｛THD｝｝