(57)【要約】【課題】本発明は非線形歪曲低減方法及び装置を提供する。【解決手段】非線形システムであるスピーカーで再生されるオーディオ信号を時間領域及び周波数領域で線形及び非線形成分に分離した後、逆フィルタリング技術を通じて逆補正された信号を生成する歪曲低減方法及び装置。本発明によれば、従来の集中パラメータ方式によっては反映できない粘性ダンピング、構造ダンピングなどの幾つかの非線形歪曲特性が考慮できるので、さらに良質の音質が具現できる。【選択図】図２
2005080314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数領域上のスピーカーシステムの非線形歪曲低減方法であって、
音響ソースからの音響信号を受信して周波数領域の信号に変換する周波数領域の変換段階と、
前記周波数領域変換された音響信号をスピーカーシステムの線形周波数特性及びスピーカーシステムの全体周波数特性を利用して前置補償する段階と、
前記音響信号の時間領域信号を生成するために前記前置補償された信号を時間領域変換する段階と、を含むことを特徴とする周波数領域上の非線形歪曲低減方法。
【請求項２】
前記前置補償段階は、数式Ｍｆ（ω）＝［２ＨＬ（ω）−ＨＴ（ω）］／ＨＬ（ω）による伝達関数を使用して前置補償する段階であることを特徴とし、ここで、ＨＬ（ω）はスピーカーシステムの線形周波数特性であり、ＨＴ（ω）はスピーカーシステムの全体周波数特性であることを特徴とする請求項１に記載の周波数領域上の非線形歪曲低減方法。
【請求項３】
前記スピーカーシステムの線形周波数特性ＨＬ（ω）は、ＡＲＸ及びＡＲＭＡＸモデリングを通じて生成されることを特徴とする請求項１に記載の非線形歪曲低減方法。
【請求項４】
前記スピーカーシステムの全体周波数特性ＨＴ（ω）は、非線形特性計測法を通じて生成されることを特徴とする請求項１に記載の非線形歪曲低減方法。
【請求項５】
前記時間領域変換されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の非線形歪曲低減方法。
【請求項６】
前記周波数領域変換は高速フーリエ変換であり、前記時間領域変換は、逆高速フーリエ変換であることを特徴とする請求項１に記載の非線形歪曲低減方法。
【請求項７】
前記前置補償段階はＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタで具現されることを特徴とする請求項１に記載の非線形歪曲低減方法。
【請求項８】
時間領域上のスピーカーシステムの非線形歪曲低減方法であって、
音響ソースからの音響信号をスピーカーシステムの線形時間領域特性及び非線形時間領域特性を利用して前置補償する段階と、
前記前置補償された信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換段階と、を含むことを特徴とする非線形歪曲低減方法。
【請求項９】
前記時間領域前置補償段階は、時間領域前置補償伝達関数Ｍｔ（ｔ）＝ＧＬ（ｑ）／［ＧＬ（ｑ）＋ＧＮＬ（ｑ）］により行われ、ここで、ＧＬ（ｑ）は、スピーカーシステムの線形時間領域特性、ＧＮＬ（ｑ）は、スピーカーシステムの非線形時間領域特性であり、ｑは、遅延因子であることを特徴とする請求項８に記載の非線形歪曲低減方法。
【請求項１０】
前記線形時間領域特性ＧＬ（ｑ）は、ＡＲＸ及びＡＲＭＡＸモデリングを通じて生成され、非線形時間領域特性ＧＮＬ（ｑ）は、非線形特性計測法により生成されることを特徴とする請求項９に記載の非線形歪曲低減方法。
【請求項１１】
前記時間領域前置補償段階で、外部エラー信号ｅ（ｔ）が入力される時、前記前置補償された信号Ｚ（ｔ）は、数式Ｚ（ｔ）＝Ｍｔ（ｔ）ｘ（ｔ）−Ｍｅ（ｔ）ｅ（ｔ）により生成され、ここで、ｘ（ｔ）は音響ソースからの音響信号であり、前記エラー信号による伝達関数Ｍｅ（ｔ）は数式Ｍｅ（ｔ）＝ＪＬ（ｑ）／［ＪＬ（ｑ）＋ＪＮＬ（ｑ）］から生成され、ＪＬ（ｑ）は、スピーカーシステムの線形時間領域ディスターバンス関数であり、ＪＮＬ（ｑ）は、スピーカーシステムの非線形時間領域ディスターバンス関数であることを特徴とする請求項９に記載の非線形歪曲低減方法。
【請求項１２】
前記前置補償段階はＦＩＲフィルタで具現されることを特徴とする請求項９に記載の非線形歪曲低減方法。
【請求項１３】
スピーカーシステム非線形歪曲低減装置であって、
音響ソースからの音響信号を受信して周波数領域の信号に変換する周波数領域変換部と、
前記周波数領域変換された音響信号をスピーカーシステムの線形周波数特性及びスピーカーシステムの全体周波数特性を利用して前置補償する前置補償部と、
前記音響信号の時間領域信号を生成するために前記前置補償された信号を時間領域変換する時間領域変換部と、を含むことを特徴とする非線形歪曲低減装置。
【請求項１４】
前記前置補償部の伝達関数Ｍ（ω）、は数式Ｍｆ（ω）＝［２ＨＬ（ω）−ＨＴ（ω）］／ＨＬ（ω）から生成され、ここで、ＨＬ（ω）は、スピーカーシステムの線形周波数特性であり、ＨＴ（ω）は、スピーカーシステムの全体周波数特性であることを特徴とする請求項１３に記載の周波数領域上の非線形歪曲低減装置。
【請求項１５】
前記スピーカーシステムの線形周波数特性ＨＬ（ω）は、ＡＲＸ及びＡＲＭＡＸモデリングを通じて生成されることを特徴とする請求項１４に記載の非線形歪曲低減装置。
【請求項１６】
前記スピーカーシステムの全体周波数特性ＨＴ（ω）は、非線形特性計測法を通じて生成されることを特徴とする請求項１４に記載の非線形歪曲低減装置。
【請求項１７】
前記時間領域変換されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の非線形歪曲低減装置。
【請求項１８】
前記周波数領域変換部は高速フーリエ変換を行い、前記時間領域変換部は逆高速フーリエ変換を行うことを特徴とする請求項１５に記載の非線形歪曲低減装置。
【請求項１９】
前記前置補償部はＦＩＲフィルタで具現されることを特徴とする請求項１５に記載の非線形歪曲低減装置。
【請求項２０】
時間領域上のスピーカーシステム非線形歪曲低減装置であって、
音響ソースからの音響信号をスピーカーシステムの線形時間領域特性及び非線形時間領域特性を利用して前置補償する時間領域前置補償部と、
前記前置補償された信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部と、を含むことを特徴とする非線形歪曲低減装置。
【請求項２１】
前記時間領域前置補償部の伝達関数Ｍｔ（ｔ）は、数式Ｍｔ（ｔ）＝ＧＬ（ｑ）／［ＧＬ（ｑ）＋ＧＮＬ（ｑ）］から生成され、ここで、ＧＬ（ｑ）は、スピーカーシステムの線形時間領域特性、ＧＮＬ（ｑ）は、スピーカーシステムの非線形時間領域特性であり、ｑは、遅延因子であることを特徴とする請求項２０に記載の時間領域上の非線形歪曲低減装置。
【請求項２２】
前記線形時間領域特性ＧＬ（ｑ）は、ＡＲＸ及びＡＲＭＡＸモデリングを通じて生成され、非線形時間領域特性ＧＮＬ（ｑ）は、非線形特性計測法により生成されることを特徴とする請求項２１に記載の非線形歪曲低減装置。
【請求項２３】
前記時間領域前置補償部に外部エラー信号ｅ（ｔ）が入力される時、前記前置補償された信号Ｚ（ｔ）は、数式Ｚ（ｔ）＝Ｍｔ（ｔ）ｘ（ｔ）−Ｍｅ（ｔ）ｅ（ｔ）により生成され、ここで、前記エラー信号による伝達関数Ｍｅ（ｔ）は数式Ｍｅ（ｔ）＝ＪＬ（ｑ）／［ＪＬ（ｑ）＋ＪＮＬ（ｑ）］から生成され、ＪＬ（ｑ）はスピーカーシステムの線形時間領域ディスターバンス関数であり、ＪＮＬ（ｑ）は、スピーカーシステムの非線形時間領域ディスターバンス関数であることを特徴とする請求項２１に記載の非線形歪曲低減装置。
【請求項２４】
前記時間領域前置補償部はＦＩＲフィルタで具現されることを特徴とする請求項２１に記載の非線形歪曲低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非線形歪曲低減方法及び装置に係り、より詳細には、非線形システムのスピーカーで再生されるオーディオ信号を時間領域及び周波数領域で線形及び非線形成分に分離した後、逆フィルタリング技術を通じて逆補正された信号を生成する歪曲低減方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、オーディオ、テレビなどの各種ＡＶ装置は音響信号を最終出力信号で生成する。音響信号は殆ど電気的音響信号を音圧波に変換するスピーカーにより生成される。スピーカーシステムはボイスコイルとその周囲のマグネット装置及び振動板を通じて電気的信号を実際空間を通じて伝播される物理的信号を生成する。しかし、スピーカーシステムに設置された振動板はその物理的特性により振動による振動板の変位Ｘが入力される信号の振幅と線形関係をなしていない。これは振動板の強性が振動板の変位と線形的関係を有していないためである。したがって、このような非線形関係により出力される音圧波は非線形成分を含み、これは各種オーディオ出力の音質劣化を発生させる原因になる。
【０００３】
図１は、非線形歪曲を低減させる従来の方法の概念を示す図面である。
入力信号Ｕｇｌはフーリエ周波数変換された信号であって（図示せず）、変位フィルタ１０１に入力される。この変位フィルタ１０１は振動変位を周波数の関数で有しており、これを通じて強性ｋ２が計算される。このような変位フィルタのパラメータ情報はスピーカー製造メーカーで事前に生成したテーブルにより提供される。強性ｋ２と該当変位Ｘとが決定されれば、値ｆ（ｋ，ｘ）＝ｋ２ｘ３が演算され、演算された信号は加算器１０３によって入力信号Ｕｇｌと合わせられてスピーカーに入力される最終信号である逆補正入力信号Ｕｇｎを生成する。
【０００４】
しかし、このような従来の方法によれば、集中パラメータ方法を利用してスピーカーシステムをモデリングするために、波長がスピーカーサイズより大きい領域である主に５００Ｈｚ以下でだけ適用され、その結果、５００Ｈｚ以上で発生する非線形歪曲現象を解析できない短所がある。もし音響信号の周波数帯域が５００Ｈｚ以下であるしても音質を決定的に劣化させる非線形要素である２ｎｄ、３ｒｄ高調波成分が５００Ｈｚ以上で）発生する点を考慮してみれば、このような集中パラメータ方法は非線形歪曲現象を解析するのに適切でない。
【０００５】
また、既存の方法は、スピーカーシステムを質量Ｍ、強性ｋ０、粘性ダンピングＲを使用して表現し、主要非線形性特性を誘発する因子を非線形的な強性及びフォース因子に仮定して非線形運動方程式を導いたが、実際、スピーカーシステムの非線形性を誘発させる原因は、強性、フォース因子の外にも非線形的な粘性ダンピング、構造性ダンピングなど数多くの因子が存在する。また、従来の方法は経時的なヒステリシス現象が考慮できない。
【０００６】
また、従来の方法はスピーカー自体変位ｘで発生する非線形歪曲を測定しなければならないが、これは実際に特殊装備を必要とするので、具現上に多くの困難が存在する。また、既存の方法では入力信号の周波数による位相情報が反映できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記のような問題点を解決するためのものであって、既存の集中パラメータ方法で考慮できない幾つかの事項、すなわち高周波での歪曲、粘性ダンピング、構造ダンピング、ヒステリシス現象などを考慮することによって、出力信号の品質をさらに向上させうる非線形歪曲低減方法を提供することである。
【０００８】
また、本発明はスピーカー振動板の変位を測定する必要のない実際具現が容易な歪曲低減方法を提供することである。
【０００９】
また、本発明はスピーカーの非線形性を誘発させるより多くの因子を考慮することによって、出力信号の品質をさらに向上させうる非線形歪曲低減方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を解決するための本発明は、周波数領域上のスピーカーシステムの非線形歪曲低減方法であって、音響ソースからの音響信号を受信して周波数領域の信号に変換する周波数領域の変換段階と、周波数領域前置補償器を使用して前記周波数領域変換された音響信号を前置補償する段階と、前記前置補償された信号を時間領域変換して前記音響信号の時間領域信号を生成する段階と、を含み、この時、前置補償器の伝達関数Ｍ（ω）は数式Ｍｆ（ω）＝［２ＨＬ（ω）−ＨＴ（ω）］／ＨＬ（ω）から生成され、ここで、ＨＬ（ω）はスピーカーシステムの線形周波数特性であり、ＨＴ（ω）はスピーカーシステムの全体周波数特性であることを特徴とする。
【００１１】
ここで、スピーカーシステムの線形周波数特性ＨＬ（ω）はＡＲＸ（ＡｕｔｏＲｅｇｒｅｓｓｉｖｅ ｗｉｔｈ ｅＸｏｇｅｎｅｏｕｓ ｉｎｐｕｔ）及びＡＲＭＡＸ（ＡｕｔｏＲｅｇｒｅｓｓｉｖｅ Ｍｏｖｉｎｇ Ａｖｅｒａｇｅ ｗｉｔｈ ｅＸｏｇｅｎｅｏｕｓ ｉｎｐｕｔ）モデリングを通じて生成されることを特徴とする。
【００１２】
ここで、スピーカーシステムの全体周波数特性ＨＴ（ω）は非線形特性計測法を通じて生成されることを特徴とする。
【００１３】
また、前記目的を解決するための本発明は、時間領域上の歪曲低減方法であって、音響ソースからの音響信号を時間領域で前置補償する段階と、前記前置補償された信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換段階と、を含み、前記時間領域前置補償段階は、時間領域前置補償伝達関数Ｍｔ（ｔ）＝ＧＬ（ｑ）／［ＧＬ（ｑ）＋ＧＮＬ（ｑ）］により行われ、ここで、ＧＬ（ｑ）はスピーカーシステムの線形時間領域特性、ＧＮＬ（ｑ）はスピーカーシステムの非線形時間領域特性であり、ｑは遅延因子であることを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記線形時間領域特性ＧＬ（ｑ）はＡＲＸ及びＡＲＭＡＸモデリングを通じて生成され、非線形時間領域特性ＧＮＬ（ｑ）は非線形特性計測法により生成される。
【００１５】
また前記目的を解決するための本発明は、周波数領域上のスピーカーシステムの非線形歪曲低減装置であって、音響ソースからの音響信号を受信して周波数領域の信号に変換する周波数領域変換部と、前記周波数領域変換された音響信号を前置補償する前置補償部と、前記前置補償された信号を時間領域変換して前記音響信号の時間領域信号を生成する時間領域変換部と、を含み、前記前置補償部の伝達関数Ｍ（ω）は数式Ｍｆ（ω）＝［２ＨＬ（ω）−ＨＴ（ω）］／ＨＬ（ω）で（に）から生成され、ここで、ＨＬ（ω）は、スピーカーシステムの線形周波数特性であり、ＨＴ（ω）は、スピーカーシステムの全体周波数特性であることを特徴とする。
【００１６】
また、前記目的を解決するための本発明は、時間領域上のスピーカーシステムの非線形歪曲低減装置であって、音響ソースからの音響信号を時間領域で前置補償する時間領域前置補償部と、前記前置補償された信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部と、を含み、前記時間領域前置補償部の伝達関数Ｍｔ（ｔ）は数式Ｍｔ（ｔ）＝ＧＬ（ｑ）／［ＧＬ（ｑ）＋ＧＮＬ（ｑ）］から生成され、ここで、ＧＬ（ｑ）は、スピーカーシステムの線形時間領域特性、ＧＮＬ（ｑ）は、スピーカーシステムの非線形時間領域特性であり、ｑは、遅延因子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、従来の集中パラメータ方式によっては反映できない粘性ダンピング、構造ダンピングなどの幾つかの非線形歪曲特性が考慮できるので、さらに良質の音質が具現できる。
【００１８】
また、音質を決定的に劣化させる非線形要素の２次及び３次高調波成分による歪曲も低減させうる。
【００１９】
また、スピーカーの振動板の変位を測定する必要がないので、歪曲低減装置の具現が容易である。
【００２０】
また、音響信号の周波数の経時的な変化によるヒステリシス現象及び位相変化情報も考慮できて、さらに優秀な音質が獲得できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明による望ましい一実施例を詳細に説明する。
本発明による非線形歪曲低減方法及び装置は、前置補償の方法によって２つの方法に分かれる。第１は、周波数領域で前置補償する方法であり、第２は、時間領域で直接前置補償する方法である。
【００２２】
周波数領域前置補償
図２は、本発明の一実施例による非線形歪曲低減装置のブロック図である。
本実施例による非線形歪曲低減装置２００は、周波数領域変換部２１０、前置補償部２２０、時間領域変換部２３０、及びＤ／Ａ変換部２４０を含む。本実施例では周波数領域変換された信号に対して前置補償を行う。
【００２３】
スピーカーシステム２６０は、線形周波数特性ＨＬ（ω）を有し、非線形周波数特性が含まれた全体周波数特性Ｈｔ（ω）を有すると仮定する。
【００２４】
音響ソース（図示せず）からの音響信号ｘ（ｔ）は周波数領域変換部２１０から周波数領域信号に変換される。周波数領域変換は、時間領域の変数を周波数領域の変数に変換する数学的表現技法であって、ハードウェアー的には周波数変換後の変換係数及び周波数変換された波形が数値的に表現できる各種変換器が可能である。本実施例では、高速フーリエ変換が使われた。周波数変換された信号Ｘ（ω）は各周波数での振幅の関数を有する。周波数変換された信号Ｘ（ω）は、スピーカーの最終出力信号ｙ（ｔ）が線形成分だけを有するように、前置補償部２２０により前置補償された新しい入力信号Ｚ（ω）に変換される。前置補償の伝達関数に対しては後述する。
【００２５】
新しい入力信号Ｚ（ω）は時間領域変換部２３０により時間領域信号ｚ（ｔ）に変換され、この時間領域変換された新しい入力信号ｚ（ｔ）はＤ／Ａ変換部２４０によりアナログ信号に変換される。アナログ変換された信号は、増幅器２５０により増幅された後、増幅された時間領域信号ｚ’（ｔ）がスピーカーシステム２６０に入力され、スピーカーシステム２６０は線形成分だけを有する新しい出力信号ｙ（ｔ）を出力する。
【００２６】
以下、本発明の特徴である前置補償部２２０の周波数領域伝達関数を生成する方法を説明する。
【００２７】
再生されるオーディオ信号は線形成分と非線形成分とで構成されている。このうち非線形成分はスピーカーシステムの非線形性により発生した成分であって歪曲成分である。したがって、一般的なスピーカーシステムの非線形モデルは次のように表現されうる。
【００２８】
［式１］
Ｙｔ（ω）＝Ｈｔ（ω）Ｘ（ω）
＝ＹＬ（ω）＋ＹＮＬ（ω）
＝ＨＬ（ω）Ｘ（ω）＋ＹＮＬ（ω）
【００２９】
ここで、Ｙｔ（ω）は、再生されるオーディオ信号の全体周波数特性、Ｈｔ（ω）は、スピーカーシステムの全体周波数特性、ＹＬ（ω）は、再生されるオーディオ信号の線形周波数特性、ＹＮＬ（ω）は、再生されるオーディオ信号の非線形周波数特性、ＨＬ（ω）は、スピーカーシステムの線形周波数特性、Ｘ（ω）は、スピーカーに入力されるオーディオ信号の周波数特性である。
【００３０】
本発明の目的は、非線形歪曲成分を出力させないスピーカーに入力される信号を求めることである。したがって、スピーカーに前置補償された入力信号が入力されれば、出力される全体信号は線形成分だけを含むので、信号ＹＬ（ω）は次の式のように表現されうる。
【００３１】
［式２］
ＹＬ（ω）＝ＨＬ（ω）Ｚ（ω）＋ＹＮＬ（ω）
ここで、Ｚ（ω）は、前置補償された入力信号である。
【００３２】
一方、式１からの非線形スピーカー出力成分ＹＮＬ（ω）は、次のように表現される。
【００３３】
［式３］
ＹＮＬ（ω）＝［Ｈｔ（ω）−ＨＬ（ω）］Ｘ（ω）
【００３４】
式２及び式３から次の式が得られる。
［数４］
ＹＬ（ω）＝ＨＬ（ω）Ｚ（ω）＋ＹＮＬ（ω）
∴Ｚ（ω）＝［ＹＬ（ω）−ＹＮＬ（ω）］／ＨＬ（ω）＝［ＨＬ（ω）Ｘ（ω）−ＹＮＬ（ω）］／ＨＬ（ω）
＝［ＨＬ（ω）Ｘ（ω）−［Ｈｔ（ω）−ＨＬ（ω）］Ｘ（ω）］／ＨＬ（ω）
＝［［２ＨＬ（ω）−Ｈｔ（ω）］／ＨＬ（ω）］Ｘ（ω）
【００３５】
したがって、スピーカー出力成分が線形成分だけを有させるための前置補償器の周波数領域伝達関数Ｍｆ（ω）は［２ＨＬ（ω）−Ｈｔ（ω）］／ＨＬ（ω）である。すなわち、前置補償器の周波数領域伝達関数はスピーカーシステムの線形周波数特性ＨＬ（ω）と全体周波数特性Ｈｔ（ω）とを求めることによって決定されうる。
【００３６】
スピーカーシステムの線形周波数特性ＨＬ（ω）は、例えばＡＲＸまたはＡＲＭＡＸモデリングのようなシステム決定法により決定されうる。
【００３７】
スピーカーシステムの非線形性を含む全体周波数特性Ｈｔ（ω）は非線形特性計測法を通じて決定されうる。線形特性の場合、主に最長シーケンス、ピークノイズ、及びホワイトノイズをその入力信号として使用するのに対し、非線形特性の場合、非線形成分が十分に成長できる時間が必要であるために、入力信号をサインスウィープを利用して出力の測定を行う。すなわち、サイン信号を可聴周波数領域である２０Ｈｚから２０Ｋｈｚまで入力させた後、各１０Ｈｚ間隔または所望の解像度によって純粋なサイントーンをスピーカーに入力させた後、スピーカーで発生する出力信号をマイクロホンを使用して測定した後、入力信号と出力信号間の比を求める。この時に使われるマイクロホンはＢ＆Ｋマイクロホンのような高精度のマイクロホンが使われる。入力信号と出力信号との比を求める作業を全周波数領域に対して行った後、各周波数で求めた結果を全部合算することによって、全周波数領域での周波数特性が決定される。
【００３８】
また、線形システムの場合、入力信号レベルによる周波数特性が変わらないが、非線形システムの場合、入力信号のレベルによって周波数特性が変わる。したがって、非線形システムを線形システムの周波数特性分析時に使用する入力信号として使用する場合、誤った周波数特性または時間特性が得られる。また、非線形システムの場合、必ず入力信号を変化させながら各レベルに設定されたサインスウィープを利用して各レベルでの非線形周波数特性を測定しなければならない。一般的にスピーカーの場合、人々が聴取する音圧レベルが６０ないし８０ｄＢである点を勘案すれば、８０ｄＢか６０ｄＢで測定された非線形周波数特性は測定対象がスピーカーの代表的な非線形周波数特性といえる。これは６０ないし８０ｄＢ範囲での非線形周波数特性は大きく変化しないためである。
【００３９】
前記の線形モデリング及び非線形特性計測法は、当業者により公知されている。
【００４０】
伝達関数が決定されれば、前置補償部２２０はＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタまたはＩＩＲフィルタで具現されうる。
【００４１】
時間領域前置補償
図３は、本発明の他の実施例による非線形歪曲低減装置のブロック図である。
本実施例による非線形歪曲低減装置３００は、時間領域前置補償部３１０及びＤ／Ａ変換部３２０を含む。本実施例での前置補償の実行は周波数領域への変換なしに時間領域で直接行われる。したがって、前置補償部３１０の伝達関数は時間領域で表示される。
【００４２】
非線形周波数領域モデルと同様に、非線形時間領域モデルでもスピーカーで出力される音響信号は線形成分と非線形成分とに分かれる。出力信号ｙｔ（ｔ）は次の式に示される。
【００４３】
［式５］
Ｙｔ（ｔ）＝［ＧＬ（ｑ）＋ＧＮＬ（ｑ）］ｘ（ｔ）＋［ＪＬ（ｑ）＋ＪＮＬ（ｑ）］ｅ（ｔ）
＝［ＧＬ（ｑ）ｘ（ｔ）＋ＪＬ（ｑ）ｅ（ｔ）］ｌiｎｅａｒ＋［ＧＮＬ（ｑ）ｘ（ｔ）＋ＪＮＬ（ｑ）ｅ（ｔ）］ｎｏｎｌｉｎｅａｒ
＝ＹＬ（ｔ）＋ＹＮＬ（ｔ）
【００４４】
ここで、Ｙｔ（ｔ）は、全体スピーカー出力信号、ＧＬ（ｑ）及びＧＮＬ（ｑ）は、スピーカーシステムの時間領域線形及び非線形伝達関数、ｅ（ｔ）は、エラー信号、ＪＬ（ｑ）及びＪＮＬ（ｑ）は、エラー信号によるディスターバンス関数、ｑは、遅延因子、ＹＬ（ｔ）及びＹＮＬ（ｔ）は、線形及び非線形スピーカー出力信号を示す。
【００４５】
非線形成分のないスピーカー出力だけを生成させる新しいスピーカー入力信号ｚ（ｔ）がスピーカーに入力されると仮定すれば、式５は次のように表せる。
【００４６】
［式６］
ＹＬ（ｔ）＝［ＧＬ（ｑ）＋ＧＮＬ（ｑ）］ｚ（ｔ）＋［ＪＬ（ｑ）＋ＪＮＬ（ｑ）］ｅ（ｔ）
【００４７】
式５と式６とから前置補償された入力信号ｚ（ｔ）は、次のように表せる。
［式７］
ｚ（ｔ）＝［ＧＬ（ｑ）ｘ（ｔ）−ＪＮＬ（ｑ）ｅ（ｔ）］／［ＧＬ（ｑ）＋ＧＮＬ（ｑ）］
＝ＧＬ（ｑ）ｘ（ｔ）／［ＧＬ（ｑ）＋ＧＮＬ（ｑ）］−ＪＮＬ（ｑ）ｅ（ｔ）／［ＧＬ（ｑ）＋ＧＮＬ（ｑ）］
＝Ｍｔ（ｔ）ｘ（ｔ）−Ｍｅ（ｔ）ｅ（ｔ）
【００４８】
ここで、Ｍｔ（ｔ）は前置補償部３００の時間領域伝達関数、Ｍｅ（ｔ）は時間領域のエラー信号伝達関数である。一般的に外部環境に起因するエラー信号による影響は非線形歪曲に比べて無視しても良い量である。したがって、式１４は、次のように簡略化されうる。
【００４９】
［式８］
ｚ（ｔ）＝Ｍｔ（ｔ）ｘ（ｔ）
＝［ＧＬ（ｑ）／［ＧＬ（ｑ）＋ＧＮＬ（ｑ）］］ｘ（ｔ）
【００５０】
したがって、前置補償部３００の時間領域伝達関数Ｍｔ（ｔ）＝ＧＬ（ｑ）／［ＧＬ（ｑ）＋ＧＮＬ（ｑ）］である。すなわち、前置補償部３００の時間領域伝達関数はスピーカーシステムの線形時間領域特性及び非線形時間領域特性から決定されうる。
【００５１】
スピーカーシステムの線形時間領域特性ＧＬ（ｑ）及び非線形性を含む全体時間領域特性ＧＮＬ（ｑ）も周波数領域と同様にそれぞれＡＲＸ、ＡＲＭＡＸモデリングと同じシステム決定法及び非線形特性計測法を通じて生成されうる。これは当業者に公知されている。
【００５２】
前置補償部３００の伝達関数が決定された後、ＦＩＲフィルタまたはＩＩＲフィルタで具現されうる。
【００５３】
図４は、本発明による非線形歪曲低減装置が存在していない時のスピーカーシステムの信号入出力関係を示した図面であり、図４Ｂは、本発明による非線形歪曲低減装置が存在する時のスピーカーシステムの信号入出力関係を示した図面である。
【００５４】
図４Ａで、非線形であるスピーカーシステム２６０は入力信号Ｘ（ω）を入力されて歪曲された成分を含む出力信号Ｙｔ（ω）を出力する。出力信号Ｙｔ（ω）は高調波部分に歪曲された信号波形部分を含む。
【００５５】
図４Ｂで、非線形であるスピーカーシステム２６０の直前に歪曲低減装置の前置補償部２２０が位置する。スピーカーシステム２６０に入力される信号は音響ソースからの入力信号Ｘ（ω）でなく、前置補償部２２０を経た新しい入力信号Ｚ（ω）である。前置補償された新しい入力信号Ｚ（ω）は図示されるように歪曲された信号形態を有する。このような歪曲された形態の信号Ｚ（ω）がスピーカーシステムに印加されることによって、スピーカーシステムから出力される最終出力信号Ｙｔ’（ω）は歪曲された成分が除去されてかえって線形成分だけを有する。
【００５６】
図５は、既存の方法及び本発明の方法によるテスト信号に対する全体高周波歪率（ＴＨＤ：Ｔｏｔａｌ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を示す図面である。
【００５７】
図示されたように、本発明の前置補償部により全体高調波の歪みが顕著に減少したことが分かり、特に、このような現象は１００Ｈｚ以下の周波数でさらに明らかである。例えば、音響信号の周波数が１０Ｈｚである時、歪率は３．７５％から０．７％に約５倍以上減少した。
【００５８】
図６は、スピーカーシステムの入力信号と出力信号との関係を示す図面である。非線形信号出力６１０は、前置補償なく音響信号Ｘ（ω）をそのままスピーカーシステムに印加した時の出力信号Ｙｔ（ω）であり、補正された信号出力６３０は、前置補償部を経た新しい入力信号Ｚ（ω）であり、線形信号出力６２０は、前置補償された新しい入力信号Ｚ（ω）がスピーカーシステムに入力された時の出力信号Ｙｔ’（ω）を示す。
【００５９】
図６に示したように、非線形信号出力６１０は信号が印加された部分６４０以外にも第２及び第３高調波による歪曲された部分６５０、６６０を含む。しかし、前置補償部を経た線形信号出力６２０はこのような高調波による歪曲部分が顕著に減少したことが分かる。
【００６０】
これまで、本発明に対してその望ましい実施例を中心に説明した。本発明が属する技術分野で当業者は本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態で具現されうるものが理解できる。したがって、開示された実施例は限定的な観点でなく説明的な観点で考慮せねばならない。本発明の範囲は前述した説明でなく、特許請求の範囲に現れており、それと同等な範囲内にあるあらゆる差異点は本発明に含まれるものと解釈されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明はスピーカーシステムなどで非線形雑音による歪曲を補償する装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】非線形歪曲を低減させる従来の方法の概念を示す図面である。
【図２】本発明の一実施例による非線形歪曲低減装置のブロック図である。
【図３】本発明の他の実施例による非線形歪曲低減装置のブロック図である。
【図４Ａ】本発明による非線形歪曲低減装置が存在していない時のスピーカーシステムの信号入出力関係を示した図面である。
【図４Ｂ】本発明による非線形歪曲低減装置が存在する時のスピーカーシステムの信号入出力関係を示した図面である。
【図５】既存の方法と本発明の方法とによるテスト信号に対するＴＨＤを示す図面である。
【図６】スピーカーシステムの入力信号と出力信号との関係を示す図面である。
【符号の説明】
【００６３】
２００    非線形歪曲低減装置
２１０    周波数領域変換部
２２０    前置補償部
２３０    時間領域変換部
２４０    Ｄ／Ａ変換部
２５０    増幅器
２６０    スピーカーシステム
Ｘ（ω）    周波数変換された信号
Ｚ（ω）    前置補償された新しい入力信号
ｘ（ｔ）    音響ソースからの音響信号
ｙ（ｔ）    スピーカーの最終出力信号
ｚ（ｔ）    時間領域信号
ｚ’（ｔ）    増幅された時間領域信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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