(57)【要約】【課題】音響信号の周波数特性を補正する場合に、デジタルフィルタとしての演算処理に必要な係数の演算時間や転送時間を削減する。【解決手段】チャネルデバイダ３として周波数帯域を分割する場合、その分割すべき周波数は、左右で同一となり、フィルタ係数も同一のものとなる。チャネルデバイダは、音響再生するスピーカを低音用と高温用、または低音用、中音用および高音用など、複数の周波数帯域に分けてそれぞれ別個のパワーアンプで駆動するように、電気的に周波数分割を行う。使用するスピーカやアンプは、左右で基本的に同一のものとなるので、チャネルデバイダ３として要求される特性も、左右同一となる。つまり、デジタルフィルタをチャネルデバイダ３として使用する場合は、左右の両系統の係数メモリであるＲｉｇｈｔ係数メモリ４およびＬｅｆｔ係数メモリ５に、同じ係数データを書込むことになる。【選択図】      図１
2004364125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数系統の音響信号の周波数特性を、各系統毎にそれぞれ変更するデジタルフィルタとしての演算処理を行うために、各系統毎に設けられ、係数メモリおよびデータメモリを備え、係数メモリに記憶される係数に基づき、データメモリに記憶されるデータに該演算処理を施す演算器を有するフィルタ手段と、
該複数系統のフィルタ手段で施すデジタル演算処理に必要な係数を共通に演算し、演算結果を該複数系統のフィルタ手段の係数メモリにそれぞれ記憶させる係数演算手段とを含むことを特徴とする音響用デジタルフィルタ装置。
【請求項２】
前記フィルタ手段は、前記複数系統の各系統毎に複数個設けられ、外部からの設定で、接続状態を変更可能であることを特徴とする請求項１記載の音響用デジタルフィルタ装置。
【請求項３】
前記係数メモリへの演算結果の記憶、および前記接続状態の変更を、前記複数系統に対して同時に実行可能であることを特徴とする請求項２記載の音響用デジタルフィルタ装置。
【請求項４】
前記複数系統は、立体的音響再生のための左右の両系統と、周波数帯域分割による周波数帯域別の処理系統とを含み、
前記係数演算手段は、左右の両系統で、同じ周波数帯域の系統に対しては、同一の係数を記憶させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の音響用デジタルフィルタ装置。
【請求項５】
前記フィルタ手段は、前記デジタル演算処理でＦＩＲ型フィルタとして動作することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の音響用デジタルフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタなどを用いて音響特性補正を行う音響用デジタルフィルタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、音響再生の際には、電気的な調整によって、音響効果の補正などが行われている。周波数特性などの補正は、積分回路や微分回路、フィルタ回路などのアナログ回路で行われているけれども、近年、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などを用いて、デジタル演算処理によるものも広く用いられている。音響再生では、通常、左右に分けて立体的な音響再生が行われるので、ＤＳＰを用いる場合も、左右に分けて各種の音響信号処理が行われている。デジタルフィルタとしては、ＦＩＲ型やＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）型のフィルタが利用される。周波数特性などの音響特性の補正では、位相特性が良好なＦＩＲ型フィルタが用いられることが多い。
【０００３】
本件出願人は、デジタルフィルタ、特にＦＩＲフィルタを用いて、残響音を付加する音響付加装置について開示している（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１では、音楽演奏会場の残響音を付加するために、ステレオの左右それぞれでＦＩＲ型フィルタによる残響音形成を行う。なお、残響音形成は、複数の区間で順次的に残響音のエネルギを減少させる動作、および各区間内で残響パターンをそれぞれ変化させる動作に分けて行い、残響パターン変化用のＦＩＲフィルタの係数は、左右共通に与えたり、ＦＩＲフィルタ自体を左右で共通化して、構成の簡単化を図っている。
【０００４】
また、ヘッドホン等を通す再生音場で、スピーカ等からの再生音場と同等な立体的音響効果が得られるように、左右一方からの再生音響信号を、線形予測係数を用いて他方にも付加する線形合成フィルタ処理を、左右に共通な特性に対するものと、固有な特性に対するものとに分けて行い、共通な特性に対する係数は左右同時に与えて演算処理量を削減する先行技術も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１６５４８５号公報
【特許文献２】
特開平９−８４１９９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＩＲ型フィルタを用いて音響特性を補正する場合、演算に必要となるＦＩＲ係数を設定する必要がある。たとえば補正特性をユーザの好みに合わせて変更するような場合、再度ＦＩＲ係数を算出して設定する必要がある。ＦＩＲ型フィルタでは、演算に多くのＦＩＲ係数を必要とし、特に低音域での補正を行う場合、１６０００個以上の係数を設定する必要がある。算出したＦＩＲ係数は、フィルタの係数メモリに転送しなければならず、転送にも時間がかかる。たとえば１００ＭＩＰＳ相当の演算能力を有するＤＳＰを用いると、２０４８個の係数の演算に約４０ｍｓ、係数メモリへの転送に約１ｍｓの時間がかかる。前述の１６０００個以上の係数の転送には、この時間の約８倍の時間、すなわち、約８ｍｓの時間がかかる。このため、音楽再生中などに補正特性を変更すると、係数メモリへの転送時間中は、ＦＩＲ演算途中で係数が変更となり、演算結果が予期せぬものとなったり、ポップ音等の耳障りな異音が発生する。
【０００７】
特許文献１や特許文献２には、時間的な残響や空間的な立体感の付加のために左右の音響信号に対するデジタルフィルタ処理に用いる係数を、共通に演算で求めて同時に与えたり、左右のデジタルフィルタ処理自体を共通化する考え方が示されている。しかしながら、いずれも係数の設定を音響再生中に変更することは考えられていない。また、いずれもＦＩＲ演算器を削減する目的で、一部のＦＩＲフィルタを共通化し、係数メモリ、データメモリおよび演算器からなるＦＩＲ回路の削減を図っている。共通化の結果、係数の演算と転送時間が短くなる効果とを期待することはできる。しかし、左右でＦＩＲフィルタ回路を共通化しても、入出力されるデータ自体は左右で異なるため、演算も左右独立に行う必要があり、演算回数は減らない。さらに、出力を左右で分けなければならないので、処理が複雑化する。また、フィルタ全体として、係数メモリやデータメモリおよび演算器を減少させることができても、フィルタ構成を変更する場合の自由度に制約を受ける。
【０００８】
本発明の目的は、音響信号の周波数特性を補正する場合に、デジタルフィルタとしての演算処理に必要な係数の演算時間や転送時間を削減することができる音響用デジタルフィルタ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数系統の音響信号の周波数特性を、各系統毎にそれぞれ変更するデジタルフィルタとしての演算処理を行うために、各系統毎に設けられ、係数メモリおよびデータメモリを備え、係数メモリに記憶される係数に基づき、データメモリに記憶されるデータに該演算処理を施す演算器を有するフィルタ手段と、該複数系統のフィルタ手段で施すデジタル演算処理に必要な係数を共通に演算し、演算結果を該複数系統のフィルタ手段の係数メモリにそれぞれ記憶させる係数演算手段とを含むことを特徴とする音響用デジタルフィルタ装置である。
【００１０】
本発明に従えば、音響用デジタルフィルタ装置は、フィルタ手段と、係数演算手段とを含む。フィルタ手段は、複数系統の音響信号の周波数特性を、各系統毎にそれぞれ変更するデジタルフィルタとしての演算処理を行うために、各系統毎に設けられ、係数メモリおよびデータメモリを備え、係数メモリに記憶される係数に基づき、データメモリに記憶されるデータに該演算処理を施す演算器を有する。フィルタ手段は、複数系統の各系統にそれぞれ設けられるので、各系統の音響信号に対するデジタルフィルタとしての演算処理を独立して、簡易に行うことができる。演算手段は、複数系統のフィルタ手段で施すデジタル演算処理に必要な係数を共通に演算し、演算結果を該複数系統のフィルタ手段の係数メモリにそれぞれ記憶させるので、係数の演算に必要な時間と転送に必要な時間とを、複数系統で共通化し、短縮を図ることができる。周波数特性の切換えに必要な時間が短縮されるので、切換えの前後の比較も、印象が鮮明なうちに行うことができ、ユーザなどが好ましい周波数特性などに補正しやすくすることができる。
【００１１】
また本発明で、前記フィルタ手段は、前記複数系統の各系統毎に複数個設けられ、外部からの設定で、接続状態を変更可能であることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、複数系統の各系統毎に複数のフィルタ手段が設けられ、各系統毎に、外部からの設定で複数のフィルタ手段間の接続状態を変更可能である。複数のフィルタ手段は、系統間で共通化されることはなく、各系統毎に設けられているので、接続状態の変更に自由度が高く、多様な構成を実現することができる。
【００１３】
また本発明は、前記係数メモリへの演算結果の記憶、および前記接続状態の変更を、前記複数系統に対して同時に実行可能であることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、複数のフィルタ手段に対する係数の設定や接続状態の変更を、複数の系統に対して同時に実行可能であるので、係数や接続状態の変更による周波数特性の変更を、迅速に行うことができる。
【００１５】
また本発明で、前記複数系統は、立体的音響再生のための左右の両系統と、周波数帯域分割による周波数帯域別の処理系統とを含み、
前記係数演算手段は、左右の両系統で、同じ周波数帯域の系統に対しては、同一の係数を記憶させることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、チャネルデバイダなど、周波数帯域分割による周波数帯域別の処理系等を、立体音響再生のための左右の両系統で、同時に変更し、係数演算時間と係数の転送時間とを削減することができる。
【００１７】
また本発明で、前記フィルタ手段は、前記デジタル演算処理でＦＩＲ型フィルタとして動作することを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、周波数特性の変更に、多くの係数データの演算と転送とが必要なＦＩＲ型フィルタを、複数の系統で演算と転送とを共通化し、時間の短縮を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である音響用デジタルフィルタ装置１の基本的な概念を示す。音響用デジタルフィルタ装置１は、左右２チャネルでステレオ再生を行うオーディオ装置で、係数演算部２で演算して求められる係数を使用するデジタルフィルタ処理で、各チャネルを複数の周波数帯域に分割するチャネルデバイダ３として機能する。係数演算部２は、ユーザなどの所望するクロスオーバ周波数で周波数帯域を分割するように、低音部、中音部および高音部などの複数の周波数帯域に分割するための係数データをチャネルデバイダ３に転送する。チャネルデバイダ３では、左右の両チャネルにそれぞれローパスフィルタ、バンドパスフィルタおよびハイパスフィルタを組合わせた帯域分割用フィルタが形成される。フィルタの周波数特性は、係数演算部２で算出されて転送される係数データをＲｉｇｈｔ係数メモリ４とＬｅｆｔ係数メモリ５とにそれぞれ記憶しておき、デジタル演算処理に使用する。
【００２０】
音響装置にて、部屋などの特性に合わせて左右の周波数特性を補正するような場合は、音楽データの左右に対してそれぞれ別の補正特性を与える場合が多い。その場合はフィルタ係数も左右で異なるように算出して与えなければならない。チャネルデバイダ３として周波数帯域を分割する場合、その分割すべき周波数は、左右で同一となり、フィルタ係数も同一のものとなる。チャネルデバイダは、音響再生するスピーカを低音用と高温用、または低音用、中音用および高音用など、複数の周波数帯域に分けてそれぞれ別個のパワーアンプで駆動するように、電気的に周波数分割を行う。使用するスピーカやアンプは、左右で基本的に同一のものとなるので、チャネルデバイダ３として要求される特性も、左右同一となる。つまり、デジタルフィルタをチャネルデバイダ３として使用する場合は、左右の両系統の係数メモリであるＲｉｇｈｔ係数メモリ４およびＬｅｆｔ係数メモリ５に、同じ係数データを書込むことになる。
【００２１】
図２は、図１の音響用デジタルフィルタ装置１の等価的な電気的構成を示す。左右のチャネルでは、それぞれ複数のＲｉｇｈｔ係数メモリ４ａ，４ｂ、Ｌｅｆｔ係数メモリ５ａ，５ｂ、Ｒｉｇｈｔデータメモリ６ａ，６ｂ、Ｌｅｆｔデータメモリ７ａ，７ｂ、Ｒｉｇｈｔ演算器８ａ，８ｂおよびＬｅｆｔ演算器９ａ，９ｂが設けられ、複数段にわたるデジタル演算処理を行う。なお、本実施形態では、各係数メモリ、データメモリおよび演算器の組合せで、ＦＩＲフィルタ１０を構成している。
【００２２】
係数演算部２は、外部から所望の周波数特性などを入力し、対応するＦＩＲ係数を演算し、その結果を係数メモリに転送して格納する。データメモリには、処理対象となる音響信号がデジタル変換されて入力される。演算器は、ＦＩＲフィルタ１０として演算処理を、クロック信号に同期して行う。
【００２３】
すなわち、フィルタ手段であるＦＩＲフィルタ１０は、左右２チャネルなど、複数系統の音響信号の周波数特性を、各系統毎にそれぞれ変更するデジタルフィルタとしての演算処理を行うために、各系統毎に設けられ、係数メモリ４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂおよびデータメモリ６ａ，６ｂ；７ａ，７ｂを備え、係数メモリに４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂ記憶される係数に基づき、データメモリ６ａ，６ｂ；７ａ，７ｂに記憶されるデータに演算処理を施す演算器８ａ，８ｂ；９ａ，９ｂを有する。係数演算部２は、複数系統のフィルタ手段で施すデジタル演算処理に必要な係数を共通に演算し、演算結果をその複数系統のフィルタ手段の係数メモリ４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂにそれぞれ記憶させる係数演算手段として機能する。
【００２４】
フィルタ手段であるＦＩＲフィルタ１０は、複数系統の各系統にそれぞれ設けられるので、各系統の音響信号に対するデジタルフィルタとしての演算処理を独立して、簡易に行うことができる。係数演算手段である係数演算部２は、複数系統のフィルタ手段で施すデジタル演算処理に必要な係数を共通に演算し、演算結果を該複数系統のフィルタ手段の係数メモリ４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂおよびデータメモリ６ａ，６ｂ；７ａ，７ｂを備え、係数メモリに４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂにそれぞれ記憶させるので、係数の演算に必要な時間と転送に必要な時間とを、複数系統で共通化し、短縮を図ることができる。周波数特性の切換えに必要な時間が短縮されるので、切換えの前後の比較も、印象が鮮明なうちに行うことができ、ユーザなどが好ましい周波数特性などに補正しやすくすることができる。
【００２５】
図３は、図２のＦＩＲフィルタ１０についてのシグナル・フローを示す。フィルタの次数に対応して、複数段の遅延素子１１，１２，１３，…，１ｎおよび乗算器２０，２１，２２，２３，…，２ｎが設けられる。各乗算器２０，２１，２２，２３，…，２ｎは、係数メモリから与えられる係数Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｎを、入力データ、遅延素子１１，１２，１３，…，１ｎの出力にそれぞれ乗算し、加算器３０で合計値を加算する。次数は、たとえば４０００であり、４０００の係数Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｎを設定する必要がある。係数Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，…，Ａｎの計算は、所望の周波数特性に、所定の窓関数を掛けた曲線がえられるように連立方程式を立てて行われる。
【００２６】
図４は、本発明の実施の他の形態である音響用デジタルフィルタ装置３１の概略的な電気的構成を示す。音響用デジタルフィルタ装置３１では、ＣＰＵ３２から設定される接続データに基づいて、デジタルフィルタ４０を構成する複数のＦＩＲフィルタ４１，４２，４３，４４，４５，４６；５１，５２，５３，５４，５５，５６の接続状態を変更することができる。デジタルフィルタ４０は、左右のデジタルフィルタ処理を、ＦＩＲフィルタ４１，４２，４３，４４，４５，４６と、ＦＩＲフィルタ５１，５２，５３，５４，５５，５６とに分けてそれぞれ行う。ただし、ＦＩＲフィルタ４１，４２，４３，４４，４５，４６と、ＦＩＲフィルタ５１，５２，５３，５４，５５，５６とに対する係数の設定や接続状態の変更は、左右のチャネルで同時に行い、切換え時間の短縮を図ることができる。
【００２７】
図５は、一方のチャネルのＦＩＲフィルタ４１，４２，４３，４４，４５，４６について、接続状態を変更した例を示す。他のチャネルのＦＩＲフィルタ５１，５２，５３，５４，５５，５６についても同様である。外部からのデータ入力バスとＦＩＲフィルタ４１，４２，４３，４４，４５，４６の出力を１つのバスにまとめ、そのバスを全てのＦＩＲフィルタ４１，４２，４３，４４，４５，４６の入力とする。各ＦＩＲフィルタ４１，４２，４３，４４，４５，４６の入力部分には、それらのバスの中から１つの信号をデータメモリに格納するように選択するマルチプレクサ部を設ける。ＣＰＵ３２などの外部からのレジスタ設定等により、それぞれのマルチプレクサのセレクト信号を任意の値に設定し、ＦＩＲフィルタ４１，４２，４３，４４，４５，４６の縦列や並列接続を可能とする。このような自由な接続は、ＦＩＲフィルタ４１，４２，４３，４４，４５，４６；５１，５２，５３，５４，５５，５６を左右に分けて設けることによって可能となる。
【００２８】
このようにフィルタ手段であるＦＩＲフィルタ４１，４２，４３，４４，４５，４６；５１，５２，５３，５４，５５，５６は、複数系統の各系統毎に複数個設けられ、外部からの設定で、接続状態を変更可能である。複数のＦＩＲフィルタ４１，４２，４３，４４，４５，４６；５１，５２，５３，５４，５５，５６は、系統間で共通化されることはなく、各系統毎に設けられているので、接続状態の変更に自由度が高く、多様な構成を実現することができる。複数のＦＩＲフィルタ４１，４２，４３，４４，４５，４６；５１，５２，５３，５４，５５，５６を縦列や並列にフレキシブルに接続することによって、様々なＴＡＰ長を持つＦＩＲ型フィルタを実現することができる。
【００２９】
図６は、本発明の実施のさらに他の形態である音響用デジタルフィルタ装置６１の概略的な構成を示す。本実施形態では、各フィルタ手段の係数メモリ７１，７２，７３，７４，８５，７６，７７，７８に係数演算部２で演算して求める係数を同時に格納するか否かを、スイッチ８１，８２，８３，８４，８５，８６，８７，８８のＯＮ／ＯＦＦで個別に設定可能となる。各係数メモリ７１，７２，７３，７４，８５，７６，７７，７８は、それぞれＦＩＲフィルタに備えられ、図４の実施形態と同様に、接続状態は自由に変更可能である。多様な構成のＦＩＲ型フィルタを実現し、可能な場合は共通化した係数を同時に設定することによって、構成の変更に要する時間を短縮することができる。
【００３０】
なお、以上で説明している実施の各形態では、デジタルフィルタとしてＦＩＲ型フィルタを使用しているけれども、ＩＩＲ型フィルタを使用する場合も本発明を同様に適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数系統の音響信号の周波数特性を、各系統毎にそれぞれ変更するデジタルフィルタとしての演算処理を行うためのフィルタ手段を各系統毎に設け、各系統の音響信号に対するデジタルフィルタとしての演算処理を独立して、簡易に行うことができる。複数系統のフィルタ手段で施すデジタル演算処理に必要な係数を共通に演算し、係数の演算に必要な時間と転送に必要な時間とを、複数系統で共通化し、短縮を図ることができる。周波数特性の切換えに必要な時間が短縮されるので、切換えの前後の比較も、印象が鮮明なうちに行うことができ、ユーザなどが好ましい周波数特性などに補正しやすくすることができる。
【００３２】
また本発明によれば、複数系統の各系統毎に複数のフィルタ手段が設けられ、系統間で共通化されることはなく、各系統毎に設けられているので、接続状態の変更の自由度を高くすることができる。
【００３３】
また本発明によれば、複数のフィルタ手段に対する係数の設定や接続状態の変更を、複数の系統に対して同時に実行して、係数や接続状態の変更による周波数特性の変更を、迅速に行うことができる。
【００３４】
また本発明によれば、チャネルデバイダなどの周波数特性を、立体音響再生のための左右の両系統で同時に変更し、係数演算時間と係数の転送時間とを削減することができる。
【００３５】
また本発明によれば、ＦＩＲ型フィルタによる周波数特性の変更に多くの係数データの演算と転送とが必要になっても、複数の系統で共通化し、時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である音響用デジタルフィルタ装置１の概要を示すブロック図である。
【図２】図１の音響用デジタルフィルタ装置１の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図３】図２のＦＩＲ型フィルタ１０のシグナル・フロー図である。
【図４】本発明の実施の他の形態である音響用デジタルフィルタ装置３１の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図５】図４の音響用デジタルフィルタ装置３１のデジタルフィルタ４０で、接続状態を変更した例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施のさらに他の形態である音響用デジタルフィルタ装置６１の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，３１，６１  音響用デジタルフィルタ装置
２  係数演算部
３  チャネルデバイダ
４，４ａ，４ｂ  Ｒｉｇｈｔ係数メモリ
５，５ａ，５ｂ  Ｌｅｆｔ係数メモリ
６ａ，６ｂ  Ｒｉｇｈｔデータメモリ
７ａ，７ｂ  Ｌｅｆｔデータメモリ
８ａ，８ｂ  Ｒｉｇｈｔ演算器
９ａ，９ｂ  Ｌｅｆｔ演算器
１０  ＦＩＲ型フィルタ
１１，１２，１３，…，１ｎ  遅延素子
２０，２１，２２，２３，…，２ｎ  乗算器
３０  加算器
３２  ＣＰＵ
４０  デジタルフィルタ
４１，４２，４３，４４，４５，４６；５６１，５２，５３，５４，５５，５６  ＦＩＲフィルタ
７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７，７８  係数メモリ
８１，８２，８３，８４，８５，８６，８７，８８  スイッチ
【図１】
2004364125.tif 000003
【図２】
2004364125.tif 000004
【図３】
2004364125.tif 000005
【図４】
2004364125.tif 000006
【図５】
2004364125.tif 000007
【図６】
2004364125.tif 000008