(57)【要約】【課題】  ヘッドホンの如き小型のスピーカにおいて、小音量時の再生特性を改善する。【解決手段】  入力したオーディオ信号を、所定の入出力特性のスピーカから出力させるための補正処理を行う場合であって、スピーカの所定の入出力特性として、所定レベル以上で入力信号に対する出力レベルの直線性がほぼ確保され、所定レベル以下で入力信号に対する出力レベルが高くなる特性である場合において、入力したオーディオ信号の、ほぼ所定レベル以下の信号成分に対して、出力レベルが高くなる分を下げる補正処理を行う。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力したオーディオ信号を、所定の入出力特性のスピーカから出力させるための補正処理を行うオーディオ信号処理方法であって、
前記スピーカの所定の入出力特性として、所定レベル以上で入力信号に対する出力レベルの直線性がほぼ確保され、前記所定レベル以下で入力信号に対する出力レベルが高くなる特性である場合のオーディオ信号処理方法において、
入力したオーディオ信号の、ほぼ前記所定レベル以下の信号成分に対して、前記出力レベルが高くなる分を下げる補正処理を行うことを特徴とする
オーディオ信号処理方法。
【請求項２】
入力したオーディオ信号を、所定の入出力特性のスピーカから出力させるための補正処理を行うオーディオ信号処理装置であって、
前記スピーカの所定の入出力特性として、所定レベル以上で入力信号に対する出力レベルの直線性がほぼ確保され、前記所定レベル以下で入力信号に対する出力レベルが高くなる特性である場合のオーディオ信号処理装置において、
入力したオーディオ信号の、ほぼ前記所定レベル以下の信号成分に対して、前記出力レベルが高くなる分を下げる補正処理を行う補正手段を備えたことを特徴とする
オーディオ信号処理装置。
【請求項３】
請求項２記載のオーディオ信号処理装置において、
前記補正手段は、前記スピーカが出力するほぼ全ての周波数帯域内で、ほぼ均一に出力レベルの補正処理を行うことを特徴とする
オーディオ信号処理装置。
【請求項４】
請求項２記載のオーディオ信号処理装置において、
前記特性のスピーカは、ヘッドホン用のスピーカであることを特徴とする
オーディオ信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオ信号をスピーカから再生させる場合の特性補正を行うオーディオ信号処理方法及び装置に関し、特にヘッドホン用のスピーカから再生させる場合に適用して好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヘッドホン用のスピーカとして、高音質の再生が可能なものが、各種実用化されている。ヘッドホン用のスピーカユニットは、聴取者の頭部に装着するものであるため、サイズに制約があり、直径数十ｍｍ程度の比較的小型のスピーカユニットが使用される。
【０００３】
このようなヘッドホンを使用してオーディオ信号を再生させる場合、スピーカユニットが小型であるため、振動板などの振動系が非常に軽量であり、小信号の再生特性に問題がある場合があった。このような再生特性の問題を解決するための処理の１つとして、ヘッドホンにオーディオ信号を供給する側の機器で、オーディオ信号の特性補正を行う場合がある。従来知られている特性補正の１つとしては、例えば、ラウドネスコントロールと称される補正を行う場合がある。このラウドネスコントロールは、低音域部と高音域部を、中音域部に比べて出力レベルを増強させる補正処理を行って、主として小音量時に、低音域と高音域が不足して聞こえるのを補正するものである。
【０００４】
特許文献１には、ラウドネス補正を行う場合の再生構成の一例についての記載がある。
【特許文献１】特開２００２−１７１５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、ラウドネスコントロールは、いわゆる据え置き型のスピーカ装置からの出力を想定した再生特性補正処理であり、ヘッドホンから再生させる場合には、低音域部と高音域部を、中音域部に比べて出力レベルを増強させる補正処理では、逆に再生バランスが乱れてしまう場合がある。
【０００６】
即ち、一般にヘッドホン用のスピーカユニットは、小型軽量であるために、振動板などの振動系が非常に軽量であり、ある程度以上のレベルの音に対する入出力特性を、ほぼ直線的に設定した場合、あるレベル以下では、入力に対する出力感度が高くなり過ぎて、結果的に入力に対する出力のリニアリティが悪くなってしまうことが多々ある。
【０００７】
具体的には、本来小さく聞こえるべき音がはっきり聞こえてしまい、長時間のリスニングで疲れやすくなってしまうことがある。再生特性から見ると、子音、倍音が必要以上に強調された再生音になっている。ヘッドホンの周囲にカシャカシャした音が漏れるのは、主としてこのような信号成分が関係している。
【０００８】
ここで、比較的小レベルの信号についての具体的な特性例を図５に示すと、例えば図５（ａ）に示す信号波形Ｓ１や、図５（ｂ）に示す信号波形Ｓ３がヘッドホン内のスピーカユニットに入力した場合、実際にヘッドホンから出力される音の波形としては、振動系の振動がオーバーシュートしたりして、波形Ｓ２或いは波形Ｓ４に示すように、レベルが高い状態になっている。
【０００９】
図６は、このような状態をヘッドホンの周波数ごとの出力特性で見た図で、複数段階の信号レベルでの低域から高域までの出力特性を示した図で、図６（ａ）は理想的な特性であり、図６（ｂ）は実際のヘッドホンの出力特性を示した図である。図６（ａ）に示すように、理想的な状態では、４つのレベルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が、ほぼ等間隔で、低域から高域までフラットな特性となっているとする。このとき、図６（ｂ）に示す実際のヘッドホンの出力特性としては、出力レベルが高いレベルＬ１，Ｌ２，Ｌ３については、理想特性とほぼ同等の出力特性が確保できているが、最も低いレベルＬ４の特性については、本来のレベルから感度αだけ、どの周波数帯域でも高くなったレベルとなっている。
【００１０】
このような感度の上昇を、特定の周波数の特性として見たのが、図７の入出力特性図である。図７に示すように、本来はヘッドホンへの入力信号レベルの増大に対して直線的に出力レベルが増大する破線の特性ｘとなる必要があるのに対して、実際には、ある程度のレベル以上ではほぼ直線的にレベルが変化しているが、特定のレベル以下では、入力に対する振動板の動きが良すぎて、入力に対する出力感度が高すぎる曲線の特性ｙとなっている。
【００１１】
なお、ここまで説明した特性は、ヘッドホン用のスピーカユニットを例にして説明したが、ヘッドホン用のスピーカユニット以外のスピーカユニットでも、比較的小型のスピーカユニットの場合には、同様に小レベルの信号の入出力特性のリニアリティが保たれない構成のものも存在する。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、小レベルの信号の再生特性を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、入力したオーディオ信号を、所定の入出力特性のスピーカから出力させるための補正処理を行う場合であって、スピーカの所定の入出力特性として、所定レベル以上で入力信号に対する出力レベルの直線性がほぼ確保され、所定レベル以下で入力信号に対する出力レベルが高くなる特性である場合において、入力したオーディオ信号の、ほぼ所定レベル以下の信号成分に対して、出力レベルが高くなる分を下げる補正処理を行うようにしたものである。
【００１４】
このようにしたことで、スピーカから出力されるオーディオ信号として、そのスピーカ装置の特性に合わせて補正された入出力特性がほぼ直線的なオーディオ信号となり、特に、本来は出力レベルが高くなる比較的小レベルの信号が、本来のレベルで良好に出力されるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、スピーカから出力されるオーディオ信号として、そのスピーカの特性に合わせて補正された入出力特性がほぼ直線的なオーディオ信号となり、特に、本来は出力レベルが高くなる比較的小レベルの信号が、本来のレベルで良好に出力されるようになり、比較的小型のスピーカの再生音質を飛躍的に改善することができる。
【００１６】
また、スピーカが出力するほぼ全ての周波数帯域内で、ほぼ均一に出力レベルの補正処理を行うようにしたことで、全ての周波数帯域で再生特性を改善でき、ラウドネスコントロールのような従来から行われている特定の帯域だけの増強や減衰とは全く異なる、入力オーディオ信号に対する忠実度の高い再生が可能となる。
【００１７】
また、ヘッドホン用のスピーカの特性に合わせることで、ヘッドホンやイヤホンの再生特性を効果的に改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図４を参照して説明する。図１は、本実施の形態によるシステム構成例を示した図である。本例においては、ヘッドホンが接続されたオーディオ再生システムとしてあり、図１はその全体のシステム構成例を示した図である。本例では、オーディオ信号源１０がアンプ装置２０に接続してあり、オーディオ信号源１０でＣＤ（ディスク），メモリなどの媒体に記録（記憶）されたオーディオ信号を再生して、その再生して出力されるオーディオ信号を、アンプ装置２０に供給し、アンプ装置２０でヘッドホンに供給するオーディオ信号とする処理を行う。オーディオ信号源１０とアンプ装置２０は一体化された構成でもよい。
【００１９】
本例の場合には、オーディオ信号源１０から出力されるオーディオ信号は、左チャンネル用オーディオ信号と右チャンネル用オーディオ信号の２チャンネルの信号である。アンプ装置２０から出力されるオーディオ信号は、ヘッドホン３０に供給する。このヘッドホン３０は、左チャンネル用スピーカユニット３１Ｌと右チャンネル用スピーカユニット３１Ｒとを備え、それぞれのチャンネルのユニットに、対応したチャンネルのオーディオ信号がアンプ装置２０から供給される。
【００２０】
本例のヘッドホン３０が備えるスピーカユニット３１Ｌ,３１Ｒについて説明すると、それぞれのスピーカユニット３１Ｌ,３１Ｒは、出力される周波数帯域から見た特性としては、可聴帯域内でほぼフラットな周波数特性で、低域から高域まで出力される特性をもつ、いわゆるフルフレンジ型のスピーカユニットであり、比較的小型の振動板を備えて、ヘッドホン３０に取り付けられる形状としてある。スピーカユニット３１Ｌ,３１Ｒについては、振動板などの振動系が比較的小型のために、所定レベル以上の大信号の入出力特性のリニアリティ（直線性）がほぼ保たれ、所定レベル以下では入出力特性のリニアリティが確保されず、入力信号レベルに対して出力信号レベルが高くなるものを使用してある。即ち、背景技術の欄で図７を参照して説明した特性ｙとなるスピーカユニットを使用してある。このような特性を持つスピーカユニットは、ヘッドホン用のスピーカユニットとして一般的なものである。
【００２１】
本例においては、このような特性を持つスピーカユニット３１Ｌ,３１Ｒを使用したヘッドホン３０が接続されたオーディオ再生システムにおいて、ヘッドホン３０に供給するオーディオ信号を処理するアンプ装置２０側で、信号の特性補正を行うようにしたものである。
【００２２】
図２は、本例のアンプ装置２０内での特性補正のための構成を示した図で、ヘッドホン３０内のスピーカユニット３１Ｌ,３１Ｒまでの接続構成を示してある。図２に示すように、アンプ装置のオーディオ信号入力端子２１に得られるオーディオ信号を、アナログ／デジタル変換器２２に供給してデジタルオーディオ信号に変換し、変換されたデジタルオーディオ信号を、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）２３に供給する。そして、このＤＳＰ２３でのデジタル演算処理で、オーディオ信号特性の補正処理を行う。即ち、例えばデジタル演算処理で全ての周波数帯域について、所定レベル以上の信号成分と所定レベル未満の信号成分とに分け、所定レベル以上の信号成分については、何も補正処理を行わない。そして、所定レベル未満の信号成分については、入力レベルに対して出力レベルを抑えるような補正を行う。具体的には、レベルが低い程、特性ａに比べて減少率が高くなるようなリニアリティがとれていない曲線ｂ（図３）で示される特性となるように、デジタル演算で補正処理を行う。補正処理の詳細については後述する。
【００２３】
そして、補正処理をしていない所定レベル以上の信号成分と、補正処理を行った所定レベル未満の信号成分とをＤＳＰ２３内で合成して、その合成信号をデジタル／アナログ変換器４３に供給し、アナログオーディオ信号に変換する。
【００２４】
変換されたアナログオーディオ信号は、アンプ２５に供給して、ヘッドホン駆動用に増幅し、増幅されたオーディオ信号を、ヘッドホン３０内のスピーカユニット３１Ｌ,３１Ｒに供給して、オーディオ信号を出力（放音）させる。
【００２５】
次に、本例のＤＳＰ２３での補正処理状態について説明する。本例においては、例えば図３に示した特性ｂで示したような補正が行われる。図３において、破線で示した特性ａは、入力レベルの増減と出力レベルの増減とが直線的に比例するリニアリティがとれた特性であり、参考までに示してある。実線で示した特性ｂは、本例のＤＳＰ２３で補正される特性である。
【００２６】
この特性ｂとして示すように、所定レベル以上の範囲（特性ｂが直線で示される範囲）では、入力レベルの増減と出力レベルの増減とが直線的に比例するリニアリティがとれた特性（即ち特性ａとほぼ一致する特性）であり、所定レベル以下の範囲では、入力レベルに対して出力レベルが、レベルが低い程、特性ａに比べて減少率が高くなるような、レベルを低くする曲線で示される特性となるようにしてある。
【００２７】
ここで、特性ｂの曲線と直線が変化するレベル位置については、接続されたヘッドホン３０のスピーカユニット３１Ｌ,３１Ｒの特性としての、入出力特性のリニアリティ（直線性）がほぼ保たれるレベルの範囲と、入出力特性のリニアリティが確保されないレベルの範囲との変化点（即ち上述した所定レベル）のレベルとほぼ一致させるようにしてある。また、特性ｂの曲線の形状を決める特性についても、図７に示したようなスピーカユニットの入出力特性の入力と出力を逆にした特性に設定してある。このような特性の設定は、例えばＤＳＰ２３で演算処理する場合の補正演算の条件などにより設定される。
【００２８】
なお、図３に示した特性ｂは、特定の周波数での特性を示したものであるが、本例の場合には、スピーカユニット３１Ｌ,３１Ｒが再生可能な可聴帯域内全てで、ほぼ同様な特性を持つようにしてある。
【００２９】
図４は、このような補正によりオーディオ信号がヘッドホン３０から出力される状態を、複数段階の信号レベルでの低域から高域までの出力特性として示した図である。図４（ａ）は本例のヘッドホン３０そのものが持つ出力特性（即ち補正していない出力特性）を示した図である。この図４（ａ）は、背景技術として図６（ｂ）に示したスピーカ特性と同じである。即ち、図４（ａ）に示すように、出力レベルが高いレベルＬ１，Ｌ２，Ｌ３については、理想特性とほぼ同等の出力特性が確保できているが、最も低いレベルＬ４の出力特性については、本来の出力レベルから感度αだけ、どの周波数帯域でも高いレベルとなっている。
【００３０】
ここで、アンプ装置２０内での補正により、図３に示した特性ｂとなる補正を全ての周波数帯域で行うことで、アンプ装置２０に入力した信号の出力特性としては、図４（ｂ）に示すように、出力レベルが高いレベルＬ１，Ｌ２，Ｌ３については、入力レベルと変化がないが、最も低いレベルＬ４の出力特性については、本来のレベルから感度βだけ、どの周波数帯域でも低下したレベルとなっている。ここで、この低くなった感度βは、ヘッドホン３０で高くなった感度αをほぼ補正するレベルに設定しておく。
【００３１】
このような特性とした上で、アンプ装置２０で処理したオーディオ信号をヘッドホン３０から出力させることで、ヘッドホン３０から出力されるオーディオの特性としては、図４（ｃ）に示したように、４つのレベルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が、ほぼ等間隔で、低域から高域までフラットな特性となり、図６（ａ）に示した理想特性とほぼ等しい、入力と出力が全ての周波数帯域でレベルの大小に関係なく一致する良好な特性となる。
【００３２】
従って、本例のオーディオ再生システムによると、オーディオ信号源１０から再生されたオーディオ信号を、ヘッドホン３０から高音質で出力させることができる。このような再生特性は、従来から知られているラウドネスコントロールのような、特定の周波数帯域の信号について、レベルに関係なく増強又は減衰させてしまう処理とは全く異なる、入力オーディオ信号に忠実な再生を行う特性である。
【００３３】
なお、上述した実施の形態では、ＤＳＰを使用したデジタル演算で補正処理を行うようにしたが、アナログ回路で同様の補正を行う回路を組むようにしてもよい。
【００３４】
また、上述した実施の形態では、オーディオアンプ装置内でオーディオ信号補正を行うようにしたが、オーディオ信号源側で同様の補正を行う回路を備えた構成としてもよい。或いは、ヘッドホン内で同様の補正を行う回路を備えた構成としてもよい。
【００３５】
或いはまた、パーソナルコンピュータ装置などの演算処理装置に、上述した実施の形態と同様のオーディオ信号補正を行う機能を実現するプログラムを実装させて、そのプログラムに基づいた演算処理で、その装置に蓄積されたオーディオデータの特性補正処理を行うようにしてもよい。
【００３６】
また、上述した各実施の形態では、左右２つのスピーカユニットを備えたヘッドホンで再生させる場合について説明したが、上述したヘッドホン用のスピーカユニットとほぼ同様な特性を有する小型のスピーカユニットを使用したスピーカ装置で再生させる場合にも適用可能である。例えば、自動車などの車両内に設置されたオーディオ再生システムにおいて、シートのヘッドレスト部に取り付け（内蔵）された小型のスピーカ装置で再生させる場合に、同様の補正処理を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態によるシステム構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態による構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態による補正特性例を示した特性図である。
【図４】本発明の一実施の形態による補正状態の例を示した周波数ごとの出力感度を示した特性図である。
【図５】従来のスピーカの出力波形例を示した説明図である。
【図６】理想的なスピーカの出力特性例（ａ）と従来のスピーカの出力特性例（ｂ）を示した説明図である。
【図７】従来のスピーカの入出力特性の例を示した説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…オーディオ信号源、２０…アンプ装置、２１…オーディオ信号入力端子、２２…アナログ／デジタル変換器、２３…ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）、２４…デジタル／アナログ変換器、２５…アンプ、３０…ヘッドホン、３１Ｌ，３１Ｒ…スピーカユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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