(57)【要約】      （修正有）【課題】音響再生システムの群遅延を等化する方法が提供され、特に、低域及び広域トランスデューサの間に少なくとも１つのクロスオーバーを持つ音響トランスデューサを備えるシステムを提供する。【解決手段】３ウェイスピーカにおいて、クロスオーバー領域を含む低周波数範囲の信号に補正を行うことによって、低周波数範囲の群遅延を実質的に等化し、高周波数範囲の信号に信号遅延を施すことによって、高周波数範囲の信号と等化された低周波数範囲の信号との位相差を低減する。音響トランスデューサシステムの設計において、コンピュータプログラム製品によって、既存のデジタルシグナルプロセッサスピーカーシステムに対するアップデート又は改良として実現する。【選択図】図５
2019220971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低周波数範囲及び高周波数範囲の間にクロスオーバーを有する音響トランスデューサシステムの応答における全体的な群遅延を等化する方法であって、
入力オーディオ信号から得られた第１信号及び第２信号を受け取ること、
前記音響トランスデューサシステムの応答によって影響を受けたとき、クロスオーバー領域を含む前記低周波数範囲にある前記第１信号に補正を行うことによって、前記低周波数範囲の群遅延を実質的に等化すること、及び
前記音響トランスデューサシステムの応答によって影響を受けたとき、前記高周波数範囲にある前記第２信号に信号遅延を施すことによって、前記第２信号と前記等化された第１信号との時間差を低減すること
を含む方法。
【請求項２】
群遅延等化及び時間差低減の前に、前記入力オーディオ信号が前記低周波数範囲及び前記高周波数範囲に分けられることによって前記第１信号及び前記第２信号をそれぞれ取り出し、前記等化された低周波数範囲の第１信号及び前記時間差が低減された高周波数範囲の第２信号が合成されて、出力信号を提供する
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記入力オーディオ信号は、バンドスプリット処理を用いて前記低周波数範囲の第１信号及び前記高周波数範囲の第２信号に分けられ、前記等化された低周波数範囲の第１信号及び前記時間差が低減された高周波数範囲の第２信号は、バンドジョイン処理を用いて合成される
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記低周波数範囲の第１信号に補正を行うことは、前記クロスオーバー領域を含む前記低周波数範囲の前記第１信号に少なくとも１つのオールパスフィルタを作用させることによって、前記低周波数範囲の群遅延を実質的に等化する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記低周波数範囲の前記第１信号に補正を行うことは、前記クロスオーバー領域を含む前記低周波数範囲の前記第１信号にオールパスフィルタ群の組み合わせを作用させることによって、前記低周波数範囲の群遅延を実質的に等化する
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記低周波数範囲の前記受け取られた第１信号に補正を行うことは、前記クロスオーバー領域を含む前記低周波数範囲の前記第１信号に逆ブロック処理を作用させることによって、前記低周波数範囲の群遅延を実質的に等化し、
前記逆ブロック処理は、オールパスフィルタ群を用いた前記第１信号の処理ブロック群を含む
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記逆ブロック処理の組み合わせは、前記クロスオーバー領域を含む前記低周波数範囲の前記第１信号に逆ブロック処理を作用させることによって、前記低周波数範囲の群遅延を実質的に等化するオールパスフィルタの組み合わせを決定し、前記決定されたオールパスフィルタの組み合わせを前記第１信号に作用させることで前記低周波数範囲の群遅延を実質的に等化することを含む
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
逆ブロック処理の前に、前記低周波数範囲の第１信号をダウンサンプリングすることをさらに含む
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記等化された低周波数範囲の第１信号をその元のサンプリングレート又は異なるサンプリングレートにアップサンプリングすることをさらに含む
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記低周波数範囲の第１信号の前記逆ブロック処理は、複数のバッファを利用する
請求項６〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記高周波数範囲の第２信号に信号遅延を施すことは、前記低周波数範囲の第１信号の逆ブロック処理の間に前記高周波数範囲の第２信号をバッファリングすることを含む
請求項６〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
音響トランスデューサシステムのプロセッサ上で実行されたときには、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法をシステムに実行させる、コンピュータで実行可能なコードを備えるコンピュータで読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１３】
既存のデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）スピーカーシステムに対するアップデート又は改良として実現される
請求項１２に記載のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１４】
既存のマルチチャンネル又はステレオのオーディオプロセッサに対するアップデート又は改良として実現される
請求項１２に記載のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１５】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法を実行するよう構成された音響トランスデューサシステム。
【請求項１６】
マルチウェイスピーカー又は他のトランスデューサの組み合わせの低域及び高域部分を備える
請求項１５に記載の音響トランスデューサシステム。
【請求項１７】
マルチウェイシステムにおけるドライバー範囲のうち、ツイーター間、又はミッドレンジとツイーターとの組み合わせのような、最低周波数範囲を含まない、周波数が隣接する任意のペアを備える
請求項１５又は請求項１６に記載の音響トランスデューサシステム。
【請求項１８】
１つ以上のスピーカーと組み合わせて、サブウーファーを含む別個のエンクロージャー又はキャビネット内に低周波数システムを備え、音響手段又はフィルタ手段にはクロスオーバーが存在する
請求項１５に記載の音響トランスデューサシステム。
【請求項１９】
低音管理、クロスオーバー、及び位相調整の方法を含むサラウンドプロセッサ、ホームシアターレシーバー、及び同様の装置を含むスピーカーシステム又は他のトランスデューサの組み合わせと協働して前記方法を実行するのに関連付けられた要素内で信号処理を行う
請求項１５に記載の音響トランスデューサシステム。
【請求項２０】
低周波数範囲及び高周波数範囲のパスが内部にあり、バンドスプリット手段によって作られ、補正後の低周波数及び高周波数の信号の再合成は、バンドジョイン手段によって信号処理内で行われることによって、クロスオーバーがないか、又はシステムがフルレンジである前記音響トランスデューサシステムについての補正された合成信号を提供する補償用信号処理装置を備える
請求項１５に記載の音響トランスデューサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響再生システムの群遅延を等化する方法に関し、特に、低域及び広域トランスデューサの間に少なくとも１つのクロスオーバーを持つ音響トランスデューサを備えるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
２以上のドライブユニットを用いて可聴周波数の帯域を伝搬するマルチウェイスピーカーは、適切に形成された振幅応答を確保するためにクロスオーバーポイントにおけるフィルタを必要とする。しかしこれらフィルタが組み合わせられると、特定の周波数において群遅延が増加し、知覚された音にスミアが発生し得る。
【０００３】
クロスオーバーを通った均一ではない群遅延を防止するいくつかの方法が知られており、これら方法には、１次クロスオーバー応答又は差分法を用いて導出される応答の使用（Small, R.H., “Constant Voltage Crossover Design”, Proc IREE Australia, Vol 31 No 3, 1970 March, pp.66-73）、フィルタドライバの使用（Baekgaard, E, “A Novel Approach to Linear Phase Loudspeakers using Passive Crossover Networks”, J. Audio Eng. Soc, Vol 25, No 5, pp 284-294）、及びディジタル信号処理（ＤＳＰ）を用いて正規に導出されたリニアフェーズクロスオーバーが含まれる。
【０００４】
相補的オールパス補正を適用することによって、クロスオーバーシステムによって発生した群遅延を平滑化する方法も知られている（Linkwitz, S.H., “Active Crossover Networks for Non-Coincident Drivers”, J. Audio Eng Soc, Vol 24 No 1/2, 1976 January/February, pp. 2-8）。
【０００５】
通常、音響トランスデューサは、固有低周波数カットオフを有し、バッフル上の、又はエンクロージャー中の変換要素の組み合わせは、ハイパスフィルタシステムとしてモデル化できるハイパス周波数応答を呈する。このハイパス応答は、顕著な、又は不均一な群遅延を示し得る。システムカットオフ近傍の低周波数群遅延の増加は、カットオフ周波数の周期のオーダーであり得る。もし補正されないままなら、リスナーは、合成音声信号の低周波数成分が、その高周波数成分の後に到着するように感じることがある。
【０００６】
トランスデューサ及びエンクロージャーの全体的な設計によれば、低周波数応答は、より遅いロールオフ（過制動されたシステムにおいて）を、密閉型システムおいては２次ハイパス応答を、開口、補助放射要素又は結合された空洞を含むシステムにおいては４次ハイパスを、又は、音響を予め調整することによって低周波数の拡張を図り、アラインメントを最適化し、又は中間次又は高次ハイパス応答を導入するための追加の補助フィルタと合わせるとこれらのうちのいずれかを、呈することがある。一般に、システムは、全体的なシステム設計の結果として、ある低周波数において、増加された群遅延を呈することになり、その遅延の増加は、全体的なシステム音響応答の次元に比例して小さくなる。この理由で、ある種の高音質応用例の密閉型スピーカーは、今までのところ、開口を有する、つまり高次の設計よりも好ましいとされてきた。
【０００７】
スピーカーシステムのハイパス応答は、１次及び２次要素の縦続接続で要素がさらに考慮され得るフィルタとしてモデル化され得て、これら要素は、そのエンクロージャー等におけるトランスデューサの機械的特性を信号の前処理に関連付けることになる。６次バタワースのような高次応答は、機械的システムを合成するために２次要素のペア群を結合し、一方で第３の要素は補助フィルタとなり得て、４端子網で設計され得ることも知られている（Thiele, A. N. (1973). "Loudspeakers, Enclosures and Equalisers," Proc. IREE, 34(11), pp. 425-448.）。
【０００８】
全体のシステムと同じ位相応答を有するオールパスフィルタを通して反時系列的にオーディオが前処理され得る非実時間の方法が知られている。後で再生されるとこのオーディオは、均一の群遅延応答になる。しかし、オーディオを前処理することは、常に便利なわけではなく、異なる設計についてそうすることは特に不便である。
【０００９】
不要な群遅延を補償するための負の遅延を設けるためには、実時間の、因果性があり、安定性があるフィルタを用いるのは可能ではない。しかし、平坦な振幅応答を有するオールパスフィルタは、特定の範囲の周波数における群遅延を追加するために用いられ得る。限定された方程式を実行するための一連のオールパスフィルタを追加する方法は、M. F. Quelhas, A. Petraglia, and M. R. Petraglia, “Efficient group delay equalization of discrete-time IIR filters”, European Signal Processing Conference, pp. 125-127, 2004に記載されている。しかしこのアプローチだけでは、マルチウェイスピーカーの群遅延を等化するのに十分な手段が提供できない。
【００１０】
実時間において均一な群遅延を得るためには、オーディオ全体を遅延させることによって、全体のシステムから到着する最後の要素よりも早く、いかなる部分も到着しないようにすることが必要である。その最大の群遅延は、通常は、システムの低周波数ハイパス応答に関連付けられ、何十ミリ秒であり得る。
【００１１】
原則としては、オールパスフィルタは、ハイパス応答を補正するために設計され得る。しかし100Hzより下から20kHzより上にいたる周波数範囲をカバーすることは、非常に多数のフィルタ（要求される周波数範囲にわたって均一に間隔をあけて配置された500個の２次オールパスフィルタ）を必要とすることになり、相当のノイズが累積する恐れがある。
【００１２】
信号の逆ブロック処理を伴う実時間技術は、群遅延を等化する機会を提供するものとして、例えば、Adam, V. and Benz, S., “Correction of crossover phase distortion using reversed time all-pass IIR filter”, Audio Engineering Society, 122nd Convention, Paper 7111, 6pp., 2007において記載されている。しかし、精密な高サンプリングレートシステムのためには、これらのアプローチは、ブロック又はバッファ境界におけるフィルタ状態が収束することを確実にするために、非常に大きなバッファを必要とする。この方法は、適切なバッファが満たされる間にかなりの初期遅延をオーディオに課すことにもなり、このような遅延は、例えば、関連付けられたビデオとは適合しないことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述の議論からわかるように、付加的なレイテンシーが少ない、マルチウェイスピーカーの群遅延等化を実現する実用的な方法に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１局面によれば、低周波数範囲及び高周波数範囲の間にクロスオーバーを有する音響トランスデューサシステムの応答における全体的な群遅延を等化する方法であって、前記クロスオーバー領域を含む前記低周波数範囲の信号に補正を行うことによって、前記低周波数範囲の群遅延を実質的に等化すること、及び前記高周波数範囲の信号に信号遅延を施すことによって、前記高周波数範囲の信号と前記等化された低周波数範囲の信号との位相差を低減することを含む方法が提供される。
【００１５】
本発明の第２局面によれば、コンピュータプログラム製品は、音響トランスデューサシステムのプロセッサ上で実行されたときには、前記第１局面の方法を前記システムに実行させる、コンピュータで実行可能なコードを備える。
【００１６】
本発明の第３局面によれば、音響トランスデューサシステムは、前記第１局面の方法を実行するよう構成される。
【００１７】
本発明は、組み合わされて低周波数範囲を再生する１つ以上のトランスデューサと、重複する、又は隣接する、より高い周波数範囲を再生する１つ以上の他のトランスデューサとを備える音響再生システムにおける、周波数による群遅延のばらつきを等化する方法に関し、前記２つの範囲はクロスオーバー手段によって統合される。このようなシステムは、１つの全体的バッフル、又はエンクロージャー内の、又はヘッドホン内の、複数のトランスデューサの組み合わせとして、又は別個に収められたウーファー及び広域範囲のスピーカー群の組み合わせとして構成され得る。
【００１８】
本発明のある実施形態においては、この方法は、低周波数再生のための結合体に供給された信号を、オールパスフィルタを用いて、当該周波数範囲にわたって群遅延を等化するよう調整し、その一方で、より簡単な時間遅延手段は、対応するより広域周波数の結合体（群）に供給された信号を調整する。よって本発明は、低域周波数及び高域周波数のトランスデューサ群の間に少なくとも１つのクロスオーバーを持つ音響トランスデューサを備える音響再生システムの群遅延を等化し、実時間で、低レイテンシーで動作し得る。
【００１９】
１つより多いクロスオーバーを含むマルチウェイシステム内では、この方法は、一度より多い回数適用され得る。例えば、ミッドレンジ及びツイーターの組み合わせにおける群遅延の不均一をまず補正し、次にその組み合わせと関連付けられたウーファーとの間の全体的な群遅延の不均一を補正する。
【００２０】
本発明の方法は、全体的な応答が所望の補正された群遅延を達成するように、マルチウェイスピーカー内の信号処理要素として、又は別個のウーファーとサテライトスピーカー群の組み合わせを含み、サテライトスピーカー群の数とウーファーの数とが必ずしも等しくない、サテライトスピーカーシステム内の信号処理要素として実現され得る。
【００２１】
これら方法は、サラウンドサウンド又はホームシアターデコーダー、プロセッサ、又はレシーバー内に含まれるコントローラ又はプリプロセッサデバイス内でも用いられ、複数のスピーカーに供給される信号を調整することによって、結果として生じるサウンドの群遅延のばらつきを等化し得る。これら方法は、クロスオーバーにアクセスができないときに、内部のバンドスプリット及び再合成を用いて、より効率的にスピーカーシステムの補償を提供するシグナルプロセッサの設計にも適用され得る。
【００２２】
記載されている方法は、ベースになっている音響設計がこの方法によらなければより不適切になってしまうときに、より均一な群遅延を可能にするマルチウェイ音響再生機器の設計においても用いられ得る。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態においては、補正は、その自然群遅延応答が、本補正を用いなければ許容できないようなときに、適切なシステムパフォーマンスがトランスデューサシステムから得られるように設計段階で組み込まれる。例えば、(i)１０次のような高次システム設計がより小さいキャビネットの応答を拡張するように用いられるとき、又は(ii)本補正を用いなければクロスオーバー設計が複雑になるミッドレンジシステムの音響低周波数応答を拡張する方法のときなどである。
【００２４】
記載されている方法は、低周波数オールパス応答を実現する一方で、高域部についての遅延は音響的、アナログ的、又はデジタル的なメモリ又は他の手段を用い得る、アナログ又はデジタルの処理手段として実現され得る。
【００２５】
記載されている方法は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用いる既存のシステムへの改良としてソフトウェアで実現され得る。
【００２６】
本発明は、クロスオーバーの補正そのものには関連しないが、本発明を用いて実現されるほぼ均一な群遅延によってクロスオーバーの設計を最適化するための追加的方法を促進する。
【００２７】
本発明の第１実施形態においては、関連するクロスオーバー周波数までの周波数、又はそれをいくらか上回る周波数にわたりマルチウェイスピーカー内で低周波数信号の群遅延を等化するように、オールパスフィルタ群の列（a series of all-pass filters）が設計される。システムロールオフとクロスオーバーとの間の周波数範囲は、わずか２，３オクターブであり得るので、この補正は、比較的少ない数のオールパスフィルタ要素を用いて実現され得る。このオールパスシステムは、低周波数トランスデューサシステムと組み合わされたときに、関連する周波数で均一な遅延を発生するよう設計される。高域周波数信号パスに供給される信号は、それから他の手段によって適切に遅延され、これによって全体のシステムとしては、周波数範囲全体にわたってむらのない群遅延を提供することができ、その結果、よりクリーンな全体的な音響出力が得られる。
【００２８】
本発明の第２実施形態は、低周波数オーディオ信号を逆方向にフィルタリングする手段を提供する逆ブロック処理（reverse block processing）技術を利用し、順方向信号（forward signal）に見かけ上の負の群遅延を効果的に実現する。この処理は、マルチウェイシステムの低周波数部だけに適用されればよいので、状態収束の問題は、等化するためのオールパスフィルタ列の適用の前に、低周波数信号をダウンサンプリングすることによって克服され得る。高周波数信号パス内の純粋遅延を通じて、高周波数システムとの全体的なオーディオ位相の調整がなされる。
【００２９】
本発明の第３実施形態は、１つのスピーカーシステムあたり１入力及び１出力を持つプリプロセッサを採用し、外部スピーカーの低周波数群遅延を等化する信号を提供するよう設計される。この処理は、信号を、適切な群遅延を提供するためにパス内でオールパスフィルタが用いられる低周波数部と、パス内で純粋遅延を含む高周波数部とに分割するためにバンドスプリット手段を用いる。高域及び低域範囲は、それからバンドジョイン方法によって再合成されるが、これは予め補償された信号を提供するための単なる加算であってもよい。
【００３０】
本発明の第２局面のコンピュータプログラム製品は、既存のデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）スピーカーシステムに対するアップデート又は改良として実現され、又は既存のマルチチャンネル又はステレオのオーディオプロセッサに対するアップデート又は改良として実現され得る。
【００３１】
本発明の第３局面による音響トランスデューサシステムは、マルチウェイスピーカー又は他のトランスデューサの組み合わせの低域及び高域部分を備えてもよい。代替として、又は追加として、マルチウェイシステムにおけるドライバー範囲のうち、ツイーター間、又はミッドレンジとツイーターとの組み合わせのような、最低周波数範囲を含まない、周波数が隣接する任意のペアを備えてもよい。
【００３２】
いくつかの実施形態では、音響トランスデューサシステムは、１つ以上のスピーカーと組み合わせて、サブウーファーのような別個のエンクロージャー又はキャビネット内に低周波数システムを備え、音響手段又はフィルタ手段にはクロスオーバーが存在してもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態においては、音響トランスデューサシステムは、低音管理、クロスオーバー、及び位相調整の方法を含むサラウンドプロセッサ、ホームシアターレシーバー、及び同様の装置を含むスピーカーシステム又は他のトランスデューサの組み合わせと協働して前記方法を実行するのに関連付けられた要素内で信号処理を行ってもよい。
【００３４】
いくつかの実施形態においては、低周波数範囲及び高周波数範囲のパスが内部にあり、バンドスプリット手段によって作られ、補正後の低周波数及び高周波数の信号の再合成は、バンドジョイン手段によって信号処理内で行われることによって、クロスオーバーがないか、又はシステムがフルレンジである前記音響トランスデューサシステムについての補正された合成信号を提供する補償用信号処理装置を備えてもよい。
【発明の効果】
【００３５】
当業者には理解されるように、本発明は、さまざまな実現例を実施することができる。さらに本発明は、例えば、クロスオーバーの形態に関するような、本発明によって達成される群遅延補正を利用し得る、音響トランスデューサシステムの他の設計オプションを促進する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、この場合は３つのドライバーユニットを備える３ウェイスピーカーである、マルチウェイスピーカーの基本的なフロー図を示す。
【図２】図２は、２次、４次、６次、８次、及び１０次のスピーカーの低周波数群遅延の例である。
【図３】図３は、２つの例示的なオールパスフィルタと、それらの合成された群遅延とを示す。
【図４】図４は、８つのオールパスフィルタを用いる部分群遅延等化と、遅延ラインが適用された後の知覚される全体的な遅延とを示す。
【図５】図５は、低周波数すなわちウーファードライブユニットにオールパスフィルタの列を組み込み、残りの信号パスに遅延ラインを組み込むことによって、システム全体の群遅延を揃える３ウェイスピーカーのフロー図を示す。
【図６】図６は、それぞれのブロックが独立したステップとして処理される、逆ブロック処理のために、オーディオ信号をブロックに分割する方法を示す。
【図７】図７は、低周波数信号パスに逆ブロック処理を実行することによって、オールパスフィルタの列が全体的な群遅延を打ち消すように用いられ得る３ウェイスピーカーのフロー図である。純粋遅延が高周波数パスに用いられることによってスピーカー出力の位相を揃える。
【図８】図８は、バンドスプリットを入力信号に行って、低周波数パス上で群遅延を補正し、バンドジョイン処理による出力での再合成の前に、補償のための純粋遅延を高周波数パスに適用する、プリプロセッサユニットのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の例は、添付の図面を参照して以下に詳細に記載される。
【００３８】
本発明は、使用されている音響トランスデューサシステムに従って多くの異なる方法によって実現され得る。以下に、いくつかの例示的実現例を図を参照して説明する。
【００３９】
オールパスフィルタ補正
マルチウェイスピーカーは、２つ以上のセットのドライブユニットからなり、それぞれのセットは、１つ以上のスピーカードライバーユニットからなり得て、異なる信号パスの終端点と考えられる。図１におけるフロー図は、オーディオ信号１がそれぞれのドライブユニットについて異なるフィルタセットを通過する、そのような可能な３ウェイスピーカーシステムの一つを示す。低音応答を拡大するためのローパスフィルタ４及び補助フィルタ５は、ウーファードライバー８の信号に用いられ、バンドパスフィルタ３は、ミッドレンジドライブユニット７の信号のために用いられ、ハイパスフィルタ２は、ツイーター６の信号のために用いられる。
【００４０】
マルチウェイスピーカーにおけるそれぞれのドライブユニットは、異なるが、重複する周波数範囲をカバーするよう動作する。その結果、理想のスピーカーについては、それぞれの信号パスは、フィルタを通過することによって、全てのスピーカーの全体的な振幅及び位相応答が所望の応答を満足するよう、それぞれのドライブユニットのクロスオーバーポイントが協働する。
【００４１】
図２は、さまざまな３ウェイスピーカーキャビネットについての群遅延の主要低周波数特性を示す。この例では25Hz付近で最も目に付く、顕著な群遅延のために、低周波数の音は、それらに関連する高周波数成分又は遷移より後に到着するので、不鮮明になり、一般に全体的な聴感上の音質を悪化させる。
【００４２】
全体的な振幅応答を変化させることなく、システムの群遅延を調節する既知の方法は、M. F. Quelhas, A. Petraglia, and M. R. Petraglia, “Efficient group delay equalization of discrete-time IIR filters”, European Signal Processing Conference, pp. 125-127, 2004に記載されるように、オールパスフィルタを用いることによる。２次のデジタルオールパスフィルタの伝達関数は、A(z)=(b+az-1+z-2)/(1+az-1+bz-2)として定義され得る。パラメータa及びbは、フィルタの要件に従って選択され、ここでa=-2r.cos(2πfc/Fs)であり、b=r2である。rは、フィルタの極の半径に対応し（ゼロ半径は、1/rとして与えられる）、安定した因果性のあるフィルタを確保するにはr<1が必要であり、fcは中心周波数であり、Fsはサンプリング周波数である。
【００４３】
図３は、Fsが96000Hzであり、fcが100Hzから200Hzであり、rはそれぞれ0.995及び0.996に対応する、２つの２次オールパスフィルタから得られた全体的群遅延の例を示す。
【００４４】
理想的には、図２の曲線によって示されるもののようなスピーカーキャビネットの群遅延を等化するためには、負の群遅延を持つオールパスフィルタのセットが必要となる。しかし、オールパスフィルタが負の群遅延を持つように設計することは可能であるが、そのようなフィルタは因果性を持たないものとなり、システム全体を不安定にする。
【００４５】
代替の解決法を採れば、何百というオールパスフィルタによって、低い周波数から高い周波数まで全周波数範囲にわたって、平坦で正の群遅延を作ることになる。フィルタのこの数は、実時間での実現例という点から、ふつうは非現実的であり、かなりの累積ノイズを発生することになる。
【００４６】
したがって、本発明の第１実施形態は、オールパスフィルタの組み合わせを低周波数パスに適用することによって、ウーファー信号パスのクロスオーバーを十分に越える周波数に対するスピーカーの群遅延応答を等化する。例えば、ウーファーのための８次のLinkwitz-Rileyローパスロールオフを想定すると、振幅応答は、クロスオーバー周波数より上では1/2オクターブで24dB低下し、この周波数においては、波形は、十分に低下する結果、群遅延の干渉を無視できるくらいに確保できる。図４は、８つの等化２次オールパスフィルタのセットの群遅延と、スピーカーシステムの群遅延及び合成された群遅延とを示す。
【００４７】
追加の信号パスにおける信号を遅延させることによって、完全な群遅延等化がこれで達成されており、これは現在の例では、ミッドレンジ及びツイーターへのフィードに対応する。この例では、遅延は、DSPシステムのメモリバッファ内で導入されている。図５のフロー図に示されるように、バッファは、純粋遅延９を実現し、これは等化された低周波数システム群遅延に対応する。
【００４８】
よって、本発明の第１実施形態では、オールパスフィルタ列は、正の群遅延を用いる低周波数パスについて、目標均一遅延レベルへの等化を行うために適用され、クロスオーバー周波数において適切な位相を与えるようにされ、この実施形態ではミッドレンジ及びツイーターフィードに対応する残りのオーディオパスに等価な遅延が挿入される。
【００４９】
ウーファー及びミッドレンジ部の間の補正として示されるが、同様の実施形態は、ウーファーシステム及びワンウェイ又はマルチウェイの高音域周波数の再生機の間でも補正できる。この方法は、同一の方法を用いるウーファーと組み合わせるための、ミッドレンジ・ツイーターシステムの群遅延を平坦化させるためにも適用され得る。
【００５０】
ステップ
繰り返し処理を用いて、オールパスフィルタ列を適用及び調節し、スピーカーの低周波数成分の群遅延応答を、対象周波数範囲にわたって、ある正の時間遅延に等化する。
【００５１】
低周波数ドライブユニットのクロスオーバー周波数に至るまで、及びそれを越えるまで、等化を拡張する。
【００５２】
残りの高周波数スピーカー、例えばミッドレンジ及びツイーターのフィード内に遅延を実現する。
【００５３】
全体的なスピーカー応答が、クロスオーバーにおいて、うまく統合するよう、フィルタ及びディレイラインを適切に調節する。
【００５４】
逆ブロック処理（Reverse Block Processing）
オールパスフィルタを用いる正の群遅延を補償するための代替のアプローチは、信号を逆方向に処理することである。正の群遅延を持つオールパスフィルタの列は、マルチウェイスピーカーの低周波数信号パスの群遅延を正規化するよう構成され得る。いったん計算されれば、これらのフィルタは、聴取の前に反時系列で（in reverse time）既知の信号に適用され得る。しかし、実時間システムについては、これは非現実的である。したがって、本発明の第２実施形態は、オールパスフィルタの加算的群遅延が効果的に低周波数信号パスから実時間で減算されるように、逆ブロック処理を利用する。これは、高周波数信号パスについての純粋遅延方法と組み合わせられると、事実上、システム全体を等化し得る。
【００５５】
逆ブロック処理のそのようなある応用例が図６に示される。図６では、処理を促進するために２つ以上のバッファが使用され得る。システムは、バッファ群が初めていっぱいになる間には、初期スタートアップ遅延を呈するが、これは高周波数パス内の純粋遅延を介して補償され得る。このバッファ群は、順方向信号で満たされるが、フィルタ群は、最初に最後のサンプル値から開始するよう適用されるので、ラストインラストアウト（ＬＩＦＯ）バッファの形態で取り扱うことができる。
【００５６】
第１バッファＡの処理は、バッファＢがいっぱいにされるとすぐに、又は少なくとも重複部Ｂ１からＢｊによって占められる領域がいっぱいにされるとすぐに、開始され得る。ここで1 < j << nであり、jは、長さnのブロックバッファ内の重複領域のサンプル値オフセットに対応する。この重複は、ブロック境界における処理された信号の不連続性を回避することによって、バッファＡの正確なフィルタリングを提供するために、フィルタ状態が十分に安定化するのを確実にするために必要である。
【００５７】
次の処理ステップ、つまりブロックＢ（ＣｊからＢ１へのサンプル値群）のフィルタリングのためにさらなるオーディオがブロックＣにバッファされているときに、Ｂｊから逆方向にＡ１へ向かう領域のフィルタリングを可能にする第３バッファが使用され得る。いったんブロックがフィルタリングされると、聴取のための出力パスへ回され、対応するバッファは、再使用のために解放され得る。
【００５８】
エラーチェックを可能にするために、バッファが追加で使用されない限り、長さｊの重複領域は、フィルタ状態が安定化することを確実にするために、十分なサイズであるべきである。しかし高いサンプリングレートの信号の場合には、高精度システムのために許容可能なレベルを得るために、フィルタ状態安定化には、大きく、かつ一般には非現実的な数のサンプル値が要求される。このような多数のサンプル値は、それに見合うだけ高速なプロセッサ、大きなバッファ、及びシステム起動時にバッファがいっぱいになるまでの長い遅延を必要とすることになる。
【００５９】
図７に示されるように、低周波数信号（既に適切にローパスフィルタ４で処理されている）を、逆ブロック処理１２及びオールパスフィルタリング１０の前に、整数因子Ｎによってダウンサンプリング１１で処理することによる解決策が提供される。この後、必要があれば、処理された信号は、再びアップサンプル１３がなされ得る。ダウンサンプリングすることによって、信号が関連する周波数範囲は小さくなり、それによって等価的なより低いサンプリングレートのオールパスフィルタの状態は、元の高いサンプリングレートのオールパスフィルタよりも著しく速く安定化する。
【００６０】
本発明のこの第２実施形態は、システムの正の群遅延を補償するように設計されたオールパスフィルタ列によって、低周波数信号に対して逆ブロック処理（reverse-block processing）をする方法を使用する。バッファ又はブロック境界におけるフィルタ状態の収束を促進するために、信号は、オールパスフィルタによる群遅延補正の前にダウンサンプリングされ得る。最後に、補正された信号は、元のサンプリングレートに戻すために、アップサンプリングされ得る。より高い周波数信号のパスは、サンプル値が、ダウンサンプリング、逆処理、オールパスフィルタリング、及びアップサンプリングを含む低周波数フィルタ処理を通るのにかかる時間に等しい純粋遅延を利用する。
【００６１】
ステップ
低周波数信号をダウンサンプリングする。
【００６２】
ダウンサンプリングされた低周波数信号に逆ブロック処理を行う。
【００６３】
システムの群遅延に一致するよう設計されたオールパスフィルタの列を作用させることで、反時系列で正の群遅延を打ち消す。
【００６４】
必要なら、出力する前に、低周波数信号をアップサンプリングして元の、又は異なるサンプリングレートに戻す。
【００６５】
逆ブロック処理の間、バッファリングすることによって、低周波数信号に課せられる時間遅延に対応する純粋遅延を、高周波数信号パスに作用させる。
【００６６】
前処理
本発明の第３実施形態は、図８に示されるように、１つのスピーカーシステム当たり、１入力及び１出力を有し、外部スピーカーの低周波数の群遅延を等化する信号を提供するよう設計されたプリプロセッサを想定する。想定されている処理では、バンドスプリット手段１４を用いて信号を、図８でＬＦによって示される低周波数部分と、高周波数部分ＨＦとに分ける。低周波数パスは、実施形態１又は実施形態２のやり方でオールパスフィルタを実現する群遅延補正ブロック１５を通る。同様に、高周波数パスは、本発明の第１又は第２実施形態との使用に適切な純粋遅延９を含む。
【００６７】
処理された上側及び下側レンジは、その後に、バンドジョイン方法１６によって再合成されることで予め補償された信号１７が提供される。この再合成方法は、単純な追加であり得る。
【００６８】
ステップ
オーディオ信号を低い周波数成分及び高い周波数成分にバンドスプリットする。
【００６９】
群遅延補正方法を低周波数信号パスに作用させる。これは、本発明の実施形態１で記載されたオールパスフィルタ及びダウンサンプリング／アップサンプリングステージ、又は実施形態２の逆ブロック処理を利用し得る。
【００７０】
本発明の実施形態１又は実施形態２の利用に依存して、低周波数パスに対する処理によって必要とされるか、又は課せられるかのいずれかの遅延に等しい遅延を、高周波数成分に作用させる。
【００７１】
オーディオ信号の群遅延が補正された低周波数及び高周波数成分をバンドジョイン処理を用いて再合成する。
【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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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年9月11日(2019.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低周波数範囲及び高周波数範囲の間にクロスオーバーを有する音響トランスデューサシステムの応答における全体的な群遅延を等化する方法であって、
前記音響トランスデューサシステムの応答は、前記音響トランスデューサシステムの物理的特性に起因して、前記低周波数範囲について群遅延を生じ、
入力オーディオ信号から得られた第１信号及び第２信号を受け取ること、
前記音響トランスデューサシステムの応答によって影響を受けたとき、クロスオーバー領域を含む前記低周波数範囲にある前記第１信号に補正を行うことによって、前記低周波数範囲の群遅延を実質的に等化すること、及び
前記音響トランスデューサシステムの応答によって影響を受けたとき、前記高周波数範囲にある前記第２信号に信号遅延を施すことによって、前記第２信号と前記等化された第１信号との時間差を低減すること
を含む方法。
【請求項２】
群遅延等化及び時間差低減の前に、前記入力オーディオ信号が前記低周波数範囲及び前記高周波数範囲に分けられることによって前記第１信号及び前記第２信号をそれぞれ取り出し、前記等化された低周波数範囲の第１信号及び前記時間差が低減された高周波数範囲の第２信号が合成されて、出力信号を提供する
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記入力オーディオ信号は、バンドスプリット処理を用いて前記低周波数範囲の第１信号及び前記高周波数範囲の第２信号に分けられ、前記等化された低周波数範囲の第１信号及び前記時間差が低減された高周波数範囲の第２信号は、バンドジョイン処理を用いて合成される
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記低周波数範囲の第１信号に補正を行うことは、前記クロスオーバー領域を含む前記低周波数範囲の前記第１信号に少なくとも１つのオールパスフィルタを作用させることによって、前記低周波数範囲の群遅延を実質的に等化する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記低周波数範囲の前記第１信号に補正を行うことは、前記クロスオーバー領域を含む前記低周波数範囲の前記第１信号にオールパスフィルタ群の組み合わせを作用させることによって、前記低周波数範囲の群遅延を実質的に等化する
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記低周波数範囲の前記受け取られた第１信号に補正を行うことは、前記クロスオーバー領域を含む前記低周波数範囲の前記第１信号に逆ブロック処理を作用させることによって、前記低周波数範囲の群遅延を実質的に等化し、
前記逆ブロック処理は、オールパスフィルタ群を用いた前記第１信号の処理ブロック群を含む
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記逆ブロック処理の組み合わせは、前記クロスオーバー領域を含む前記低周波数範囲の前記第１信号に逆ブロック処理を作用させることによって、前記低周波数範囲の群遅延を実質的に等化するオールパスフィルタの組み合わせを決定し、前記決定されたオールパスフィルタの組み合わせを前記第１信号に作用させることで前記低周波数範囲の群遅延を実質的に等化することを含む
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
逆ブロック処理の前に、前記低周波数範囲の第１信号をダウンサンプリングすることを
さらに含む
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記等化された低周波数範囲の第１信号をその元のサンプリングレート又は異なるサンプリングレートにアップサンプリングすることをさらに含む
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記低周波数範囲の第１信号の前記逆ブロック処理は、複数のバッファを利用する
請求項６〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記高周波数範囲の第２信号に信号遅延を施すことは、前記低周波数範囲の第１信号の逆ブロック処理の間に前記高周波数範囲の第２信号をバッファリングすることを含む
請求項６〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
音響トランスデューサシステムのプロセッサ上で実行されたときには、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法をシステムに実行させる、コンピュータで実行可能なコードを備えるコンピュータで読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１３】
既存のデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）スピーカーシステムに対するアップデート又は改良として実現される
請求項１２に記載のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１４】
既存のマルチチャンネル又はステレオのオーディオプロセッサに対するアップデート又は改良として実現される
請求項１２に記載のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１５】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法を実行することによって、応答中の全体的な群遅延を等化するよう構成された音響トランスデューサシステム。
【請求項１６】
マルチウェイスピーカー又は他のトランスデューサの組み合わせの低域及び高域部分を備える
請求項１５に記載の音響トランスデューサシステム。
【請求項１７】
マルチウェイシステムにおけるドライバー範囲のうち、ツイーター間、又はミッドレンジとツイーターとの組み合わせのような、最低周波数範囲を含まない、周波数が隣接する任意のペアを備える
請求項１５又は請求項１６に記載の音響トランスデューサシステム。
【請求項１８】
１つ以上のスピーカーと組み合わせて、サブウーファーを含む別個のエンクロージャー又はキャビネット内に低周波数システムを備え、音響手段又はフィルタ手段にはクロスオーバーが存在する
請求項１５に記載の音響トランスデューサシステム。
【請求項１９】
低音管理、クロスオーバー、及び位相調整の方法を含むサラウンドプロセッサ、ホームシアターレシーバー、及び同様の装置を含むスピーカーシステム又は他のトランスデューサの組み合わせと協働して前記方法を実行するのに関連付けられた要素内で信号処理を行う
請求項１５に記載の音響トランスデューサシステム。
【請求項２０】
低周波数範囲及び高周波数範囲のパスが内部にあり、バンドスプリット手段によって作られ、補正後の低周波数及び高周波数の信号の再合成は、バンドジョイン手段によって信号処理内で行われることによって、クロスオーバーがないか、又はシステムがフルレンジである前記音響トランスデューサシステムについての補正された合成信号を提供する補償用信号処理装置を備える
請求項１５に記載の音響トランスデューサシステム。