(57)【要約】  本技術は、過振幅を抑制し、より高品質な音を得ることができるようにする音響処理装置および方法、並びにプログラムに関する。音響処理装置は、スピーカの等価モデルに基づいて、スピーカに供給される入力信号に応じたスピーカの変位の予測値を算出する予測値算出部と、予測値が所定の閾値よりも大きい場合、入力信号に対して振幅制御を行う振幅制御部とを備える。本技術は音響再生システムに適用することができる。
2018116861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカの等価モデルに基づいて、前記スピーカに供給される入力信号に応じた前記スピーカの変位の予測値を算出する予測値算出部と、
前記予測値が所定の閾値よりも大きい場合、前記入力信号に対して振幅制御を行う振幅制御部と
を備える音響処理装置。
【請求項２】
前記予測値算出部は、前記スピーカを流れる電流の実測値に応じて前記等価モデルのパラメータを補正する
請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項３】
前記予測値算出部は、前記パラメータとして機械系コンプライアンスを補正する
請求項２に記載の音響処理装置。
【請求項４】
前記予測値算出部は、前記パラメータとして前記スピーカのボイスコイルの直流抵抗を補正する
請求項２に記載の音響処理装置。
【請求項５】
前記直流抵抗に基づいて、前記ボイスコイルの温度を算出する温度算出部と、
前記ボイスコイルの温度に応じて、前記入力信号に対して前記ボイスコイルの温度上昇を抑制するための温度制御を行う温度制御部と
をさらに備える請求項４に記載の音響処理装置。
【請求項６】
前記スピーカを流れる電流の実測値に基づいて、前記スピーカの変位を算出する変位算出部をさらに備え、
前記振幅制御部は、前記変位算出部により算出された変位と、前記予測値とのうちのより大きい方の値が前記閾値よりも大きい場合、前記入力信号に対して振幅制御を行う
請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項７】
前記入力信号を所定時間だけ遅延させて前記振幅制御部に供給する遅延部をさらに備える
請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項８】
前記予測値算出部は、前記スピーカの変位に対して非線形に変化する力係数および機械系コンプライアンスを含む、複数のパラメータにより定まる前記等価モデルに基づいて、前記予測値を算出する
請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項９】
前記振幅制御部は、前記予測値および前記閾値から定まるゲイン値に基づいて、前記入力信号に対する振幅制御を行う
請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項１０】
スピーカの等価モデルに基づいて、前記スピーカに供給される入力信号に応じた前記スピーカの変位の予測値を算出し、
前記予測値が所定の閾値よりも大きい場合、前記入力信号に対して振幅制御を行う
ステップを含む音響処理方法。
【請求項１１】
スピーカの等価モデルに基づいて、前記スピーカに供給される入力信号に応じた前記スピーカの変位の予測値を算出し、
前記予測値が所定の閾値よりも大きい場合、前記入力信号に対して振幅制御を行う
ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は音響処理装置および方法、並びにプログラムに関し、特に、過振幅を抑制し、より高品質な音を得ることができるようにした音響処理装置および方法、並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スピーカから出力される音の品質を向上させるための技術が多く提案されている。例えば、そのような技術として、スピーカのインピーダンスを検出し、その検出結果に対応する周波数特性の音声情報を形成してスピーカに供給することで、安定した周波数特性の音響出力が得られるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１２６４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、スピーカで過振幅が起こると、高域の信号が欠落してしまうIM（Inter Modulation）歪（混変調歪）が発生する。そのため、過振幅が起こる周波数帯域の音があると再生される声等が震えてしまい、音の品質が低下してしまう。【０００５】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、過振幅を抑制し、より高品質な音を得ることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本技術の一側面の音響処理装置は、スピーカの等価モデルに基づいて、前記スピーカに供給される入力信号に応じた前記スピーカの変位の予測値を算出する予測値算出部と、前記予測値が所定の閾値よりも大きい場合、前記入力信号に対して振幅制御を行う振幅制御部とを備える。【０００７】
前記予測値算出部には、前記スピーカを流れる電流の実測値に応じて前記等価モデルのパラメータを補正させることができる。【０００８】
前記予測値算出部には、前記パラメータとして機械系コンプライアンスを補正させることができる。【０００９】
前記予測値算出部には、前記パラメータとして前記スピーカのボイスコイルの直流抵抗を補正させることができる。【００１０】
音響処理装置には、前記直流抵抗に基づいて、前記ボイスコイルの温度を算出する温度算出部と、前記ボイスコイルの温度に応じて、前記入力信号に対して前記ボイスコイルの温度上昇を抑制するための温度制御を行う温度制御部とをさらに設けることができる。【００１１】
音響処理装置には、前記スピーカを流れる電流の実測値に基づいて、前記スピーカの変位を算出する変位算出部をさらに設け、前記振幅制御部には、前記変位算出部により算出された変位と、前記予測値とのうちのより大きい方の値が前記閾値よりも大きい場合、前記入力信号に対して振幅制御を行わせることができる。【００１２】
音響処理装置には、前記入力信号を所定時間だけ遅延させて前記振幅制御部に供給する遅延部をさらに設けることができる。【００１３】
前記予測値算出部には、前記スピーカの変位に対して非線形に変化する力係数および機械系コンプライアンスを含む、複数のパラメータにより定まる前記等価モデルに基づいて、前記予測値を算出させることができる。【００１４】
前記振幅制御部には、前記予測値および前記閾値から定まるゲイン値に基づいて、前記入力信号に対する振幅制御を行わせることができる。【００１５】
本技術の一側面の音響処理方法またはプログラムは、スピーカの等価モデルに基づいて、前記スピーカに供給される入力信号に応じた前記スピーカの変位の予測値を算出し、前記予測値が所定の閾値よりも大きい場合、前記入力信号に対して振幅制御を行うステップを含む。【００１６】
本技術の一側面においては、スピーカの等価モデルに基づいて、前記スピーカに供給される入力信号に応じた前記スピーカの変位の予測値が算出され、前記予測値が所定の閾値よりも大きい場合、前記入力信号に対して振幅制御が行われる。
【発明の効果】
【００１７】
本技術の一側面によれば、過振幅を抑制し、より高品質な音を得ることができる。【００１８】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載された何れかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】音響再生システムについて説明する図である。
【図２】過振幅抑制制御時の遅延について説明する図である。
【図３】一般的なダイナミック型のスピーカユニットの断面を示す図である。
【図４】振動板の変位、速度、および加速度の関係について説明する図である。
【図５】IM歪について説明する図である。
【図６】スピーカの等価回路を示す図である。
【図７】力係数と機械系コンプライアンスについて説明する図である。
【図８】スピーカシミュレータによるシミュレーション結果を示す図である。
【図９】本技術を適用した音響再生システムの構成例を示す図である。
【図１０】過振幅の抑制制御のオン、オフについて説明する図である。
【図１１】再生処理を説明するフローチャートである。
【図１２】音響再生システムの他の構成例を示す図である。
【図１３】再生処理を説明するフローチャートである。
【図１４】音響再生システムの他の構成例を示す図である。
【図１５】再生処理を説明するフローチャートである。
【図１６】音響再生システムの他の構成例を示す図である。
【図１７】再生処理を説明するフローチャートである。
【図１８】コンピュータの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本技術を適用した実施の形態について説明する。
【００２１】
〈第１の実施の形態〉
〈本技術について〉
本技術は、例えばハイレゾリューション（高解像度）の楽曲などを再生するスピーカを接続する音響再生装置などに適用することが可能である。
【００２２】
例えば、スピーカが過振幅を起こしてボイスコイルが磁気回路から抜け出た場合に、力係数が０に近づき、ボイスコイルに流している電流の信号が振動板に伝わらず、高域の信号が欠落する現象が知られており、このような現象はIM歪と呼ばれている。
【００２３】
IM歪が発生すると、例えばバスドラムなどの過振幅が生じる周波数帯域の音があると、スピーカで音を再生するときに、再生される声等が震えてしまう。すなわち、音の品質が低下してしまう。
【００２４】
また、ハイレゾリューションの楽曲などにおいても、せっかくの広帯域、広レンジであるにも関わらずスピーカの過振幅によって高域の信号が欠落してしまうことがあった。
【００２５】
そこで、一般的な音響再生装置では、声等が震えないようにする方法として、HPF（High Pass Filter）により過振幅する周波数帯域をカットする方法が用いられている。しかし、この方法では、音圧レベルに関係なく低域の音圧が削減されてしまう。
【００２６】
その他、声等が震えないようにする方法として、スピーカに直列に検出抵抗を挿入して検出抵抗の両端の電圧から電流に比例した信号を取得し、その取得した信号を利用して過振幅を抑制する方法（以下、実測抑制方法とも称する）が考えられる。
【００２７】
実測抑制方法では、取得された電流に比例した信号と、スピーカに印加した電圧とからインピーダンスが算出され、そのインピーダンスからスピーカの速度が算出され、さらに速度を積分することでスピーカの変位値が算出される。そして、得られたスピーカの変位値に基づいて、スピーカの過振幅を抑制する制御が行われる。
【００２８】
しかし、この方法では、スピーカに信号を印加し、スピーカが共振周波数近傍の周波数で動き出すまでの過渡応答時間があるため、スピーカの変位値が過振幅の閾値を越えたところから抑制制御を開始してもスピーカの動きだしのところで制御が追いつかない。
【００２９】
ここで、実測抑制方法について、より具体的に説明する。実測抑制方法は、例えば図１に示す構成により実現することができる。
【００３０】
図１に示す音響再生システムでは、再生される音のソース信号、つまり音響信号が入力信号としてゲイン調整部１１に供給され、ゲイン調整が行われる。そして、ゲイン調整された入力信号は増幅器１２を介してスピーカ１３に供給され、入力信号に基づく音がスピーカ１３から出力される。
【００３１】
また、音響再生システムでは、スピーカ１３の過振幅を検出するために、スピーカ１３に対して検出抵抗１４が直列に接続されている。
【００３２】
そして、差動増幅器１５により検出抵抗１４を流れる電流が測定され、その測定結果がAD（Analog Digital）変換部１６によりデジタルの値に変換されてインピーダンス算出部１７に供給される。
【００３３】
さらに、増幅器１２の出力端に接続されたAD変換部１８によって、増幅器１２の出力の電圧値、つまりスピーカ１３に印加した電圧の値がデジタルの値に変換されてインピーダンス算出部１７に供給される。
【００３４】
インピーダンス算出部１７では、AD変換部１６から供給された電流の実測値と、AD変換部１８から供給された電圧の実測値とからインピーダンスが算出され、速度算出部１９へと供給される。さらに速度算出部１９においてインピーダンスから速度が算出され、積分部２０においてその速度が積分されてスピーカ１３の変位値が算出され、絶対値算出部２１で、スピーカ１３の変位値の絶対値が算出される。
【００３５】
その後、時定数付加部２２において変位値の絶対値に対して時定数が付加され、ゲイン算出部２３に供給される。ゲイン算出部２３では、スピーカ１３の変位値の絶対値が過振幅の閾値を超えている場合、スピーカ１３に印加する信号の過振幅する周波数成分が抑制されるようにゲイン値が定められ、ゲイン調整部１１へと供給される。
【００３６】
そして、ゲイン調整部１１では、ゲイン算出部２３から供給されたゲイン値により定まるフィルタ係数が用いられて、供給された入力信号に対するゲイン調整が行われる。
【００３７】
このような実測抑制方法のメリットは、実際のスピーカ１３に流れる電流を測定しているので、そのときのスピーカ１３の特性を把握することができ、スピーカ１３の個体ばらつきや経年変化に追従できる点である。
【００３８】
一方、実測抑制方法には、例えば図２に示すようにスピーカ１３の動き始めの遅延があるため、過振幅が生じたときに、その過振幅の最初の部分、つまり過振幅の起こり始めの部分で抑制制御を行うことができないというデメリットがある。
【００３９】
なお、図２において横軸は時間を示しており、縦軸はレベルを示している。図２では、曲線Ｌ１１は増幅器１２からスピーカ１３へと供給される入力信号、すなわちアナログの電圧信号を示しており、曲線Ｌ１２はスピーカ１３の実際の変位を示している。
【００４０】
これらの曲線Ｌ１１と曲線Ｌ１２とから、入力信号がスピーカ１３に供給されてから、実際にスピーカ１３が動き出すまでに遅延があることが分かる。
【００４１】
例えば曲線Ｌ１２において、実際のスピーカ１３の変位が曲線Ｌ１１により示される入力信号の時刻ｔ１におけるレベルに対応する変位となるのは時刻ｔ２であり、それらの時刻の間の期間だけ遅延が生じてしまう。
【００４２】
図１に示した音響再生システムでは、スピーカ１３に直列接続される検出抵抗１４を流れる電流を実測しているため、ゲイン算出部２３で過振幅となる変位値が検出されるタイミングは、曲線Ｌ１２に示すスピーカ１３の実際の変位における場合とほぼ同じである。
【００４３】
そのため、例えば時刻ｔ２で過振幅が検出されても入力信号における時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の区間に対しては過振幅を抑制する処理を施すことができない。したがって、スピーカ１３で過振幅が発生するときには、その発生から過振幅抑制の処理の開始までに必ず遅延が生じ、過振幅の発生直後の部分では過振幅を抑制することができなかった。そうすると、上述したようにIM歪により高域の信号が欠落してしまうことになる。
【００４４】
以上のように実測抑制方法によって過振幅を抑制する制御を行っても、十分に過振幅を抑制することが困難であった。
【００４５】
そこで本技術では、例えば音を再生するための音響信号であるソース信号に基づいて、スピーカ等価モデルを用いてフィードフォワードでスピーカの変位値の予測値を算出し、その予測値が過振幅となる閾値を超えた場合に過振幅を抑制する制御を行うようにした。特に、本技術ではスピーカ動作時の遅延時間分だけソース信号を遅延させて制御を行うようにした。
【００４６】
これにより、スピーカに対するより正確な過振幅の抑制制御が可能となり、過振幅が発生する場合に過振幅する分だけ、過振幅が生じる周波数帯域の成分のみ抑制を行うことができる。したがって、スピーカの過振幅によって生じる、過振幅する周波数の高調波歪を抑制し、さらに低音の過振幅によって高域の信号が欠落するIM歪を削減することができる。その結果、スピーカで出力される音の品質を向上させることができる。また、スピーカの物理的な破損を防止するとともに、ハイレゾリューションの楽曲等を再生する音響再生システムの品質向上を図ることができる。
【００４７】
それでは、以下、本技術について、より具体的に説明する。
【００４８】
まず、一般的なダイナミック型のスピーカユニットについて説明する。
【００４９】
図３は、一般的なダイナミック型のスピーカユニットの断面を示している。
【００５０】
ダイナミック型のスピーカユニットでは、ボイスコイル５１はダンパ５２を介してフレーム５３に固定されている。また、振動板５４は、その振動板５４の外周を取り巻くように張られた柔軟な膜であるエッジ５５を介してフレーム５３に固定されている。また、フレーム５３に固定されたポールピース５６には、ボイスコイル５１の外周を囲むように磁石５７が固定されている。
【００５１】
スピーカユニットの駆動時には、入力信号が供給されるとボイスコイル５１に電流が流れ、ローレンツ力により振動板５４がフレーム５３に対して図中、上下方向に振動する。このとき、振動板５４とともにボイスコイル５１も上下に振動する。
【００５２】
例えばスピーカユニットにおける矢印Ｑ１に示す部分を中心部と呼ぶこととし、またスピーカユニットを駆動させていない状態における中心部の位置を基準位置とする。この中心部は、スピーカユニットの駆動時には振動板５４とともに図中、上下方向に振動する。
【００５３】
この場合、スピーカユニット駆動時における中心部の位置の基準位置からの図中、上下方向の移動距離が、スピーカユニットの変位の絶対値、つまり振動板５４の変位の絶対値となる。また、図中、上方向、つまりスピーカユニットから見た前方向がスピーカユニットの変位の正の方向となり、図中、下方向、つまりスピーカユニットから見た後方向がスピーカユニットの変位の負の方向となる。
【００５４】
例えばスピーカユニットの駆動時に振動板５４の変位が大きくなり過ぎて過振幅が発生すると、ボイスコイル５１が磁気回路（ヨーク）から抜け出てしまう。
【００５５】
また、過振幅が発生するとエッジ５５やダンパ５２が突っ張って、その影響により振動板５４が非線形な動きをし、振動板５４の変位が物理的な限界を超えるとスピーカユニットが破損してしまうこともある。
【００５６】
例えば、一般的なダイナミック型スピーカーユニットを用いた密閉型スピーカの変位特性は図４に示すようになる。なお、図４において横軸は周波数を示しており、縦軸は振動板の変位、速度、または加速度を示している。
【００５７】
図４において、曲線Ｌ２１は各周波数におけるスピーカユニットの振動板の変位を示しており、曲線Ｌ２２は各周波数におけるスピーカユニットの振動板の速度を示しており、曲線Ｌ２３は各周波数におけるスピーカユニットの振動板の加速度を示している。ここで、横軸となる周波数は、スピーカユニットに入力される入力信号の周波数でもあり、振動板が振動するときの周波数、つまり出力される音の周波数でもある。
【００５８】
一般的なダイナミック型スピーカーユニットを用いた密閉型スピーカの変位特性は、図中、左側の曲線Ｌ２１に示すような周波数特性となる。
【００５９】
曲線Ｌ２１に示される例では、共振周波数ｆ0より低い周波数ではフラットな特性となっており、共振周波数ｆ0より高い周波数では、周波数が高くなるにつれて-12dB/Octの傾きで変位が減衰している。これは、ちょうど２次のLPF（Low Pass Filter）の特性に近い周波数特性となっている。
【００６０】
このような曲線Ｌ２１に示される変位値を微分したものが、図中、中央の曲線Ｌ２２に示す速度となる。曲線Ｌ２２に示す速度の特性は、共振周波数ｆ0で速度がピークとなる。また、共振周波数ｆ0より低い周波数では周波数が低くなるにつれて-6dB/Octの傾きで速度が減衰していき、共振周波数ｆ0より高い周波数では周波数が高くなるにつれて-6dB/Octの傾きで速度が減衰していく。
【００６１】
さらに、曲線Ｌ２２に示される速度を微分したものが、図中、右側の曲線Ｌ２３に示す加速度、すなわちスピーカユニットから出力される音の音圧となる。
【００６２】
曲線Ｌ２３に示す音圧の特性は、共振周波数ｆ0より高い周波数ではフラットな特性となっており、共振周波数ｆ0より低い周波数では周波数が低くなるにつれて-12dB/Octの傾きで音圧（加速度）が減衰していく。
【００６３】
したがって、共振周波数ｆ0より低い周波数では音圧は小さい一方でスピーカの変位が大きく、共振周波数ｆ0より高い周波数では音圧は大きい一方でスピーカの変位は小さい。このことから、スピーカの過振幅は共振周波数近傍より低い周波数で生じることが分かる。
【００６４】
次に、過振幅時のIM歪（混変調歪）について説明する。
【００６５】
例えば、最も過振幅する周波数が50Hzであるスピーカに対して、50Hzと2kHzの２つの正弦波のトーンバースト信号からなるソース信号を入力信号して入力したときの各波形を図５に示す。なお、図５において横軸は時間を示しており、縦軸は信号レベル、スピーカの変位、または音圧を示している。
【００６６】
図５では、矢印Ｑ１１に示す波形は増幅器から出力された入力信号の波形、つまりスピーカに入力される入力信号の波形を示しており、矢印Ｑ１２に示す波形は、矢印Ｑ１１に示した入力信号をスピーカに供給したときのスピーカの変位を示している。
【００６７】
また、矢印Ｑ１３に示す波形はスピーカから出力された音の音圧の波形を示しており、矢印Ｑ１４に示す波形はスピーカから出力された音のうちの高域成分、つまり2kHzの成分の音圧の波形を示している。
【００６８】
これらの矢印Ｑ１１乃至矢印Ｑ１４に示す波形は、入力信号に対して過振幅の抑制の制御を行っていない状態での波形を示している。
【００６９】
これに対して、矢印Ｑ２１乃至矢印Ｑ２４のそれぞれに示す波形は、矢印Ｑ１１乃至矢印Ｑ１４のそれぞれに示す波形に対応する、入力信号に対して過振幅の抑制の制御を行ったときの波形を示している。
【００７０】
すなわち、矢印Ｑ２１に示す波形は過振幅の抑制の制御が行われて増幅器から出力された入力信号の波形を示しており、矢印Ｑ２２に示す波形は、矢印Ｑ２１に示した入力信号をスピーカに供給したときのスピーカの変位を示している。
【００７１】
また、矢印Ｑ２３に示す波形は矢印Ｑ２１に示した入力信号に基づいてスピーカから出力された音の音圧の波形を示しており、矢印Ｑ２４に示す波形は矢印Ｑ２１に示した入力信号に基づいてスピーカから出力された音のうちの高域成分の音圧の波形を示している。
【００７２】
例えば矢印Ｑ１１に示す入力信号をスピーカに入力して過振幅が発生すると、スピーカの変位の時間波形は本来であれば正弦波となるはずのものが、矢印Ｑ１２に示すように50Hzの三角波のようになり、高調波歪が増大する。
【００７３】
また、音圧においては、スピーカの振動板が50Hzで過振幅してボイスコイルが磁気回路から抜け出し、力係数、つまりＢＬ値が０に近づくと50Hzについては振動板は慣性で動くが、2kHzについては振動板に信号が伝わらず、2kHzの成分が欠落する。
【００７４】
矢印Ｑ１３に示す例では、例えば矢印Ａ１１に示す部分などにおいて、2kHzの成分が欠落していることが分かる。
【００７５】
さらに、この場合、2kHz成分の音圧に注目すると矢印Ｑ１４に示すように音圧の波形が周期的に変化しており、50Hzで振幅変調がかかっているのが分かる。
【００７６】
これにより、例えば50Hzのバスドラムと2kHzのボーカルとからなる音の入力信号に基づいてスピーカで音を再生すると、バスドラムが鳴るときに過振幅が発生し、そのとき同時に歌っているボーカルの声が震えたように再生されてしまうという現象が発生してしまう。すなわち、IM歪が生じてしまう。
【００７７】
これに対して、過振幅の発生を検知し、過振幅を抑制する制御を行うことでボイスコイルが磁気回路から抜け出すことを防ぐことができる。これにより、図中、右側の矢印Ｑ２１乃至矢印Ｑ２４に示すように音の品質の低下を抑制することができる。
【００７８】
この例では、例えば矢印Ｑ２２に示すように50Hz成分自体も高調波歪が低減し、また矢印Ｑ２３や矢印Ｑ２４に示すように2kHz成分についても正確に振動板に信号が伝わっており、2kHz成分の欠落が発生していないことが分かる。
【００７９】
続いて、スピーカの等価回路について説明する。
【００８０】
図６はダイナミック型スピーカーユニットを用いた密閉型スピーカの等価回路を示している。特に、図中、左側の回路が電気系の等価回路を示しており、図中、右側が機械系の等価回路を示している。
【００８１】
また、図６における各文字はＴＳパラメータと呼ばれている各パラメータを示している。
【００８２】
すなわち、Ｒｅはボイスコイルの直流抵抗［Ω］を示しており、Ｌｅはボイスコイルのインダクタンス［ｍＨ］を示しており、ＢＬは力係数、つまりＢＬ値［Ｎ／Ａ］を示している。力係数ＢＬは、ボイスコイルおよび磁気回路の部分における磁束密度と、ボイスコイルのコイル長の積により求まる。
【００８３】
また、Ｒｍｓは、機械抵抗［Ｎｘｓ／ｍ］を示しており、Ｃｍｓは、ユニットのサスペンションの柔らかさを示す指標である機械系コンプライアンス［ｍ／Ｎ］を示しており、Ｍｍｓは振動系等価質量［ｇ］を示している。この振動系等価質量Ｍｍｓは、振動板およびボイスコイルの重量と、振動板前後の空気の重さとの和である。
【００８４】
さらにＣｂは、密閉型スピーカの密閉箱内の空気バネのコンプライアンス［ｍ／Ｎ］を示している。
【００８５】
ここで、これらのＴＳパラメータのうち、力係数ＢＬと機械系コンプライアンスＣｍｓは、例えば図７に示すように振動板の変位に依存する。
【００８６】
なお、図７において横軸は振動板の変位ｘを示しており、縦軸は力係数ＢＬの値または機械系コンプライアンスＣｍｓの値を示している。特に、変位ｘについては、振動板が停止している状態が変位ｘ＝０であり、変位ｘが０より大きい位置、つまりｘ＝０の位置より図中、右側の位置は振動板の正の方向の位置となっている。ここで、位置ｘが正の位置である場合には、振動板は前方向、つまり音の放射方向へと移動した状態となっている。これに対して、変位ｘが０より小さい位置である場合には、振動板の位置は負の方向の位置となっており、振動板は後ろ方向、つまり音の放射方向とは反対の方向へと移動した状態となっている。
【００８７】
図７では、矢印Ｑ３１に示す曲線は各変位ｘにおける力係数ＢＬを示しており、矢印Ｑ３２に示す曲線は各変位ｘにおける機械系コンプライアンスＣｍｓを示している。これらの曲線から分かるように、力係数ＢＬおよび機械系コンプライアンスＣｍｓは振動板の変位ｘに依存し、変位ｘが前方の位置でも後方の位置でも、変位ｘの絶対値が大きくなるにつれて力係数ＢＬおよび機械系コンプライアンスＣｍｓの値は減衰していく。
【００８８】
例えば力係数ＢＬの値は、ボイスコイルが磁気回路から抜け出してくると減衰し始め、機械系コンプライアンスＣｍｓの値は変位ｘが大きくなるとエッジやダンパが突っ張ってきて動きにくくなる。そして、このような変位ｘによる力係数ＢＬおよび機械系コンプライアンスＣｍｓの変化によって振動板、つまりスピーカの動きが非線形となる。
【００８９】
このような力係数ＢＬおよび機械系コンプライアンスＣｍｓという非線形なＴＳパラメータを、変位ｘに応じて変化させるようにすれば、スピーカシミュレータによって、実際のスピーカと同等の特性を予測することが可能となる。スピーカシミュレータでは、ＴＳパラメータから定まるスピーカ等価モデルが用いられて、スピーカの特性が予測される。
【００９０】
非線形に変化する力係数ＢＬおよび機械系コンプライアンスＣｍｓを含むＴＳパラメータを用いてスピーカの振幅、つまり変位ｘの周波数特性のシミュレーションを行うと、例えば図８に示す結果が得られる。なお、図８において横軸は周波数を示しており、縦軸は振動板の変位ｘを示している。
【００９１】
この例では、スピーカに対して、互いに電圧の実効値が異なる複数の入力信号のそれぞれが供給されたときの各周波数における振動板の前方向および後方向の変位ｘが示されている。また、図８では直線Ｌ５１の位置よりも図中、上側となる変位ｘ、および直線Ｌ５２の位置よりも図中、下側となる変位ｘにおいてスピーカの過振幅が発生した状態となる。
【００９２】
図８に示す例では、振動板の変位ｘについて前方向と後方向とでそれぞれ変位ｘのピークがあり、入力信号の電圧の実効値が小さい間は、電圧レベルの変化に対して変位ｘがほぼ線形に変化していくことが分かる。しかし、入力信号の電圧の実効値が大きくなると、電圧レベルの変化に対して変位ｘが非線形に変化している。
【００９３】
本技術では、このようなスピーカシミュレータを用いてフィードフォワードでスピーカ、つまり振動板の変位の予測値を算出し、その予測値が過振幅となる閾値を超えた場合に過振幅を抑制する制御を行うようにした。
【００９４】
〈音響再生システムの構成例〉
図９は、本技術を適用した音響再生システムの一実施の形態の構成例を示す図である。
【００９５】
図９に示す音響再生システムは、音響再生装置８１およびスピーカ８２を有している。
【００９６】
音響再生装置８１には、スピーカ８２で音を再生するための時間領域の音響信号、つまりソース信号が入力信号として供給される。音響再生装置８１は、供給された入力信号に対して、適宜、過振幅を抑制する処理を施してスピーカ８２に供給する。
【００９７】
スピーカ８２は、ハイレゾリューション（高解像度）の楽曲などを再生可能な、例えばダイナミック型スピーカーユニットを用いた密閉型のスピーカからなり、音響再生装置８１から供給された入力信号に基づいて音を再生する。なお、スピーカ８２はダイナミック型のスピーカの他、過振幅が発生するスピーカであればどのようなものであってもよい。
【００９８】
また、音響再生装置８１は遅延部９１、ゲイン調整部９２、増幅器９３、検出抵抗９４、差動増幅器９５、AD変換部９６、パラメータ補正値９７、増幅部９８、スピーカシミュレータ９９、絶対値算出部１００、時定数付加部１０１、およびゲイン算出部１０２を有している。
【００９９】
この音響再生装置８１では、電流を測定するための検出抵抗９４がスピーカ８２に対して直列に接続されており、差動増幅器９５によって検出抵抗９４の両端の電圧から、検出抵抗９４、つまりスピーカ８２のボイスコイルに流れる電流が実測される。そして、パラメータ補正部９７において、電流の実測値に基づいてＴＳパラメータを補正するために用いられるパラメータ補正値が算出されるようになされている。
【０１００】
音響再生装置８１について、より具体的に説明する。
【０１０１】
遅延部９１は、外部から供給された入力信号を所定時間だけ遅延させた後、ゲイン調整部９２に供給する。ここで、入力信号を遅延させる時間は、例えば入力信号に対する実際のスピーカ８２の動作の遅延時間（過渡応答時間）分の時間とされる。
【０１０２】
ゲイン調整部９２は、例えばダイナミックバスシェルビングフィルタやダイナミックＥＱ（Equalizer）など、IIR（Infinite Impulse Response）型のフィルタ等からなり、入力信号に対してゲイン調整、すなわち振幅制御を行う振幅制御部として機能する。
【０１０３】
ゲイン調整部９２は、ゲイン算出部１０２から供給されたゲイン値に基づいてフィルタ処理に用いるフィルタ係数を更新するとともに、得られたフィルタ係数を用いて遅延部９１から供給された入力信号に対してフィルタ処理を施し、増幅器９３へと供給する。
【０１０４】
ゲイン調整部９２において入力信号に対してフィルタ処理を行うことで、入力信号の周波数成分ごとにゲイン調整が行われる。このような周波数成分ごとのゲイン調整を行う処理が、スピーカ８２の過振幅を抑制する処理、つまり過振幅の抑制を制御する処理となる。
【０１０５】
増幅器９３は、予め定められたゲイン分や、ユーザ等によるボリューム調整操作分だけ入力信号が増幅されるように、ゲイン調整部９２から供給された入力信号に対してゲイン値を乗算して増幅させ、増幅された入力信号をスピーカ８２に供給する。増幅器９３からスピーカ８２に供給される入力信号は、アナログの電圧信号である。
【０１０６】
増幅器９３によりスピーカ８２に入力信号が供給されると、スピーカ２８のボイスコイルだけでなく検出抵抗９４にも電流が流れる。
【０１０７】
差動増幅器９５は、検出抵抗９４の両端の電圧を入力として、検出抵抗９４を流れる電流を測定（実測）し、その結果得られたアナログの測定値を電流実測値としてAD変換部９６に供給する。AD変換部９６は、差動増幅器９５から供給された電流実測値をアナログ値からデジタル値へとAD変換し、パラメータ補正部９７に供給する。
【０１０８】
なお、ここでは検出抵抗９４と差動増幅器９５を設けてスピーカ８２を流れる電流を測定する例について説明するが、その他、例えばスピーカ８２に電流センサを接続し、電流センサによりスピーカ８２を流れる電流を測定して電流実測値を得るようにしてもよい。
【０１０９】
パラメータ補正部９７は、AD変換部９６から供給された電流実測値に基づいて、ＴＳパラメータを補正するために用いられるパラメータ補正値を算出し、スピーカシミュレータ９９に供給する。
【０１１０】
パラメータ補正部９７で得られるパラメータ補正値は、例えばＴＳパラメータそのものの補正値であってもよいし、ＴＳパラメータを補正するために用いられる、スピーカ８２のインピーダンス特性の尖鋭度を示すＱや共振周波数ｆ0などの値であってもよい。以下では、具体的な例としてスピーカ８２の共振周波数ｆ0がパラメータ補正値として用いられる場合について説明する。
【０１１１】
また、増幅器９３、検出抵抗９４、差動増幅器９５、およびAD変換部９６のうちの一部または全部が音響再生装置８１の外部に設けられるようにしてもよい。
【０１１２】
増幅部９８は、外部から供給された入力信号を、増幅器９３における増幅分だけ増幅させ、スピーカシミュレータ９９に供給する。これにより、実際にスピーカ８２に供給（印加）される入力信号と同じ信号レベルの入力信号をスピーカシミュレータ９９に入力することができ、より高精度にスピーカ８２の変位ｘを予測できるようになる。
【０１１３】
スピーカシミュレータ９９は、増幅部９８から供給された入力信号と、パラメータ補正部９７から供給されたパラメータ補正値とに基づいて、入力信号の供給によるスピーカ８２の振動板の変位ｘを予測により求めて絶対値算出部１００に供給する。すなわち、スピーカシミュレータ９９は、スピーカ等価モデルに基づいて、スピーカ８２に供給される入力信号に応じたスピーカ８２の変位の予測値を算出する予測値算出部として機能する。
【０１１４】
具体的には、例えばスピーカシミュレータ９９は、パラメータ補正値としての共振周波数ｆ0に基づいてＴＳパラメータとしての機械系コンプライアンスＣｍｓを補正する。すなわち、スピーカ８２を流れる電流の実測値である電流実測値に応じて、スピーカ等価モデルのＴＳパラメータである機械系コンプライアンスＣｍｓが補正される。
【０１１５】
そして、スピーカシミュレータ９９は、補正された機械系コンプライアンスＣｍｓを含むＴＳパラメータから定まるスピーカ８２のスピーカ等価モデル、つまり図６を参照して説明した等価回路と、入力信号とからスピーカ８２（機械系）の速度を求め、さらにその速度を積分することで変位ｘ、より詳細には変位ｘの予測値を求める。以下では、スピーカシミュレータ９９で求められた変位ｘの予測値を、特に変位予測値とも称することとする。
【０１１６】
スピーカシミュレータ９９では、このようなスピーカ等価モデルを用いることで、高精度に変位ｘを予測することができる。特に、スピーカ等価モデルのＴＳパラメータである力係数ＢＬと機械系コンプライアンスＣｍｓとして、変位ｘに対して非線形に変化するものを用いることで、非線形に動作するスピーカ８２の動きを模すことができる。
【０１１７】
絶対値算出部１００は、スピーカシミュレータ９９から供給された変位予測値の絶対値を算出し、時定数付加部１０１に供給する。
【０１１８】
時定数付加部１０１は、絶対値算出部１００から供給された変位予測値の絶対値に対して時定数を付加し、ゲイン算出部１０２に供給する。具体的には、例えば時定数の付加時にはアタックタイムが０秒でリリースタイムが１秒などとなるようになされる。
【０１１９】
ゲイン算出部１０２は、時定数付加部１０１から供給された、時定数が付加された変位予測値の絶対値と、予め定められた閾値であるスピーカ８２の変位の過振幅限界値とを比較し、その比較結果に応じてゲイン値を算出してゲイン調整部９２に供給する。
【０１２０】
ここで、過振幅限界値は、スピーカ８２の変位の値として許容できる最大の値であり、例えば過振幅とならない最大の変位の大きさなどとされる。
【０１２１】
例えばゲイン算出部１０２では、変位予測値の絶対値が過振幅限界値よりも大きい場合のみ、ゲイン値が算出されて出力される。このとき、ゲイン値は過振幅限界値と変位予測値の絶対値との比、すなわち過振幅限界値を変位予測値の絶対値で除算して得られる値などとされる。これに対して、変位予測値の絶対値が過振幅限界値以下であるときにはゲイン値は出力されず、実質的にゲイン値が１とされる。
【０１２２】
ゲイン調整部９２では、例えばスピーカ８２の変位の周波数特性の逆特性のフィルタを実現するフィルタ係数が用意されており、ゲイン調整部９２はゲイン算出部１０２から供給されたゲイン値に基づいてフィルタ係数を更新（変更）する。このとき、ゲイン調整部９２では、ゲイン算出部１０２からのゲイン値の分だけ過振幅が生じる周波数帯域のフィルタの特性が補正されるように、新たなフィルタ係数が求められる。すなわちフィルタ係数が更新される。
【０１２３】
したがって、ゲイン調整部９２では、変位予測値の絶対値が過振幅限界値よりも大きい場合のみ、入力信号に対して、過振幅の抑制制御を実現するためのゲイン調整（振幅制御）が行われるということができる。
【０１２４】
このように音響再生装置８１では、変位予測値の絶対値が過振幅限界値よりも大きい場合のみ、つまり過振幅が発生する場合のみ、変位予測値の絶対値と過振幅限界値とのゲインの差分が計算される。そして、過振幅限界値のゲインを超えた分だけ、ダイナミックに入力信号の過振幅する周波数帯域の成分がゲイン調整により抑制される。
【０１２５】
また、スピーカシミュレータ９９ではスピーカ８２の動きを模擬するため、スピーカシミュレータ９９の出力も立ち上がりが遅く、過振幅する入力信号が入力されて実際に過振幅する変位予測値となるまでに遅延が生じる。そこで、遅延部９１では、その遅延時間分だけ入力信号が遅延されてゲイン調整部９２に供給されるようになされている。これにより、過振幅が発生するときだけ、過振幅の起こり始めの部分から、過振幅を抑制する制御を行うことが可能となる。
【０１２６】
以上のような音響再生システムにおいて、ダイナミックな過振幅の抑制制御をオンしたときとオフしたときのスピーカ８２の変位の周波数特性は、例えば図１０に示すようになる。なお、図１０において横軸は周波数を示しており、縦軸はスピーカ８２の変位を示している。また、図１０では直線Ｌ７１の位置よりも図中、上側となる変位、および直線Ｌ７２の位置よりも図中、下側となる変位においてスピーカ８２の過振幅が発生した状態となる。すなわち、直線Ｌ７１および直線Ｌ７２により示される変位は過振幅限界値を示している。
【０１２７】
図１０では、互いに電圧の実効値が異なる複数の入力信号について各周波数におけるスピーカ８２の振動板の変位が周波数特性として示されている。
【０１２８】
特に矢印Ｑ５１に示される部分ではダイナミックな過振幅の抑制制御がオフされているとき、すなわちゲイン算出部１０２から出力されるゲイン値によるフィルタ係数の更新を行わないときの変位の周波数特性が示されている。
【０１２９】
これに対して、矢印Ｑ５２に示される部分ではダイナミックな過振幅の抑制制御がオンされているとき、すなわちゲイン算出部１０２から出力されるゲイン値によるフィルタ係数の更新を行うときの変位の周波数特性が示されている。
【０１３０】
これらの周波数特性から、ゲイン調整部９２においてフィルタ係数の更新を行わないときには過振幅が生じるが、ゲイン値によりフィルタ係数の更新を行うようにすれば、過振幅する場合のみ、過振幅の抑制制御が行われ、変位が過振幅限界値まで抑制されていることが分かる。
【０１３１】
〈再生処理の説明〉
次に、図９に示した音響再生システムの動作について説明する。
【０１３２】
すなわち、以下、図１１のフローチャートを参照して、音響再生システムによる再生処理について説明する。なお、この再生処理は、音響再生装置８１に入力信号が供給されると開始される。
【０１３３】
ステップＳ１１において、遅延部９１は、供給された入力信号を予め定められた所定時間だけ遅延させてゲイン調整部９２に供給する。このように入力信号のゲイン調整部９２への供給を遅延させることで、フィードフォワードでのスピーカ８２の変位予測が可能となる。
【０１３４】
また、入力信号は増幅部９８にも供給される。増幅部９８は、供給された入力信号を増幅器９３における増幅分と同じだけ増幅させてスピーカシミュレータ９９に供給する。
【０１３５】
ステップＳ１２において、スピーカシミュレータ９９は、増幅部９８から供給された入力信号と、パラメータ補正部９７から供給されたパラメータ補正値とに基づいて変位予測値を算出し、絶対値算出部１００に供給する。すなわち、スピーカ等価モデルが用いられてスピーカ８２の変位が予測される。
【０１３６】
例えばスピーカシミュレータ９９は、パラメータ補正値として供給された共振周波数ｆ0に基づいてＴＳパラメータとしての機械系コンプライアンスＣｍｓを補正し、ＴＳパラメータと入力信号とから変位予測値を算出する。
【０１３７】
また、絶対値算出部１００は、スピーカシミュレータ９９から供給された変位予測値の絶対値を算出して、得られた絶対値を時定数付加部１０１に供給する。時定数付加部１０１は、絶対値算出部１００から供給された変位予測値の絶対値に対して時定数を付加し、得られた変位予測値の絶対値をゲイン算出部１０２に供給する。
【０１３８】
ステップＳ１３において、ゲイン算出部１０２は、時定数付加部１０１から供給された変位予測値の絶対値と、予め定められた閾値である過振幅限界値とを比較する。
【０１３９】
ステップＳ１４において、ゲイン算出部１０２はステップＳ１３の処理における比較の結果に基づいてゲイン値を算出し、ゲイン調整部９２に供給する。
【０１４０】
すなわち、ゲイン算出部１０２は、変位予測値の絶対値が過振幅限界値よりも大きい場合、それらの変位予測値の絶対値と過振幅限界値の比をゲイン値として算出する。なお、変位予測値の絶対値が過振幅限界値以下である場合には、ゲイン値は特に算出されない。
【０１４１】
ステップＳ１５において、ゲイン調整部９２は、ゲイン算出部１０２から供給されたゲイン値に基づいて、予め保持しているフィルタ係数を更新する。なお、ゲイン算出部１０２からゲイン値が供給されなかった場合には、フィルタ係数の更新は行われない。この場合、実質的にはゲイン値が１であるとされてフィルタ係数が更新される。
【０１４２】
ステップＳ１６において、ゲイン調整部９２は、ステップＳ１５で得られたフィルタ係数を用いて、ステップＳ１１で遅延されて遅延部９１から供給された入力信号に対してフィルタ処理を行うことで、入力信号のゲイン調整を行う。フィルタ処理では、フィルタ係数と入力信号との畳み込み処理が行われる。
【０１４３】
ゲイン調整部９２は、このようにして得られた入力信号を増幅器９３へと供給する。増幅器９３は、ゲイン調整部９２から供給された入力信号を増幅させてスピーカ８２へと供給する。
【０１４４】
ステップＳ１７において、スピーカ８２は増幅器９３から供給された入力信号に基づいて音を再生する。これにより、適宜、過振幅が抑制された駆動が行われ、スピーカ８２から再生音が出力される。
【０１４５】
ステップＳ１８において、差動増幅器９５は検出抵抗９４の両端の電圧から、スピーカ８２、すなわち検出抵抗９４を流れる電流を測定し、その測定結果をAD変換部９６に供給する。AD変換部９６は、差動増幅器９５から供給された測定結果である電流実測値をアナログ値からデジタル値に変換し、パラメータ補正部９７に供給する。
【０１４６】
ステップＳ１９において、パラメータ補正部９７は、AD変換部９６から供給された電流実測値に基づいてパラメータ補正値を算出してスピーカシミュレータ９９に供給し、再生処理は終了する。
【０１４７】
例えばパラメータ補正部９７は、電流実測値に基づいて共振周波数ｆ0を補正パラメータとして算出する。このようにして算出された補正パラメータは、次に行われる再生処理のステップＳ１２の処理で用いられる。
【０１４８】
以上のようにして音響再生システムは、スピーカ等価モデルを用いてフィードフォワードでスピーカの変位予測値を算出し、その変位予測値の絶対値が過振幅限界値を超えた場合に、ゲイン値によりフィルタ係数を更新し、過振幅を抑制する制御を行う。特に音響再生システムでは、遅延部９１により入力信号を遅延させることで、過振幅の起こり始めの部分についても過振幅の抑制制御を行うことができる。これにより、より正確な過振幅の抑制制御が可能となり、より高品質な音を得ることができる。
【０１４９】
また、音響再生システムでは、スピーカ８２を流れる電流を実測し、その実測結果に応じてＴＳパラメータ、つまりスピーカ等価モデルを補正することで、スピーカ８２の個体ばらつきや経年変化にも対応することができる。したがって、より正確な過振幅の抑制制御を行うことができる。
【０１５０】
さらに、より正確な過振幅の抑制制御を実現できることから、過振幅が発生する場合に過振幅する分だけ、過振幅が生じる周波数帯域の成分のみ抑制することができる。したがって、スピーカ８２の過振幅によって生じる、過振幅する周波数の高調波歪を抑制し、低音の過振幅によって高域の信号が欠落するIM歪を削減することができる。その結果、スピーカ８２で出力される音の品質を向上させることができる。また、スピーカ８２の物理的な破損を防止するとともに、ハイレゾリューションの楽曲等を再生する音響再生システムの品質向上を図ることができる。
【０１５１】
特に、ハイレゾリューション対応の再生スピーカには、フルレンジで20kHz以上の可聴帯域外も再生可能なものもある。また、別途ツィータがあるウーファにおいても、それらのスピーカの周波数特性は数kHzでクロスオーバーしており、そのフィルタの傾きも-12dB/Octなどとなっている。
【０１５２】
そのため、そのようなスピーカをスピーカ８２として用いた場合、高域まで再生している状況でフルレンジのスピーカやウーファが過振幅を起こしてIM歪が生じると、その影響は高域まで及ぶことになる。したがって、本技術により過振幅によるIM歪を削減することで、可聴帯域外にまで及ぶ音響再生システムの性能改善が可能となる。
【０１５３】
〈第２の実施の形態〉
〈音響再生システムの構成例〉
なお、以上においては、パラメータ補正値に基づいてＴＳパラメータが補正される例について説明したが、スピーカ８２の電流実測値からスピーカ８２の変位（以下、測定変位値とも称する）を算出し、適宜、変位予測値を補正するようにしてもよい。
【０１５４】
そのような場合、音響再生システムは、例えば図１２に示すように構成される。なお、図１２において図９における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【０１５５】
図１２に示す音響再生システムは、音響再生装置８１およびスピーカ８２からなり、音響再生装置８１は遅延部９１乃至ゲイン算出部１０２を有している。
【０１５６】
図１２に示す音響再生装置８１の構成は、ゲイン調整部９２から出力された入力信号がパラメータ補正部９７にも供給され、パラメータ補正部９７から出力されるパラメータ補正値が絶対値算出部１００に供給される点で図９の音響再生装置８１と異なり、その他の点では図９の音響再生装置８１と同じ構成となっている。
【０１５７】
パラメータ補正部９７は、ゲイン調整部９２から供給された入力信号と、AD変換部９６から供給された電流実測値とに基づいて、パラメータ補正値として測定変位値を算出し、絶対値算出部１００に供給する。すなわち、ここでは、パラメータ補正部９７はスピーカ８２を流れる電流の実測値である電流実測値に基づいて、スピーカ８２の変位を算出する変位算出部として機能する。
【０１５８】
具体的には、パラメータ補正部９７は、入力信号に対して増幅器９３での増幅分のゲイン値を乗算して、増幅器９３からスピーカ８２に供給される入力信号を生成するとともに、得られた入力信号により示される電圧値と、電流実測値とからスピーカ８２のインピーダンスを算出する。そして、パラメータ補正部９７は、得られたインピーダンスからスピーカ８２の振動板の移動の速度を算出し、さらにその速度を積分することで測定変位値を算出する。
【０１５９】
なお、ここでは増幅器９３における入力信号の増幅量が既知であるとする。増幅器９３における入力信号の増幅量が既知でない場合等には、パラメータ補正部９７等が増幅器９３の出力端の部分の電圧値を測定し、測定された電圧値と電流実測値とからインピーダンスが算出されるようにしてもよい。
【０１６０】
絶対値算出部１００は、スピーカシミュレータ９９から供給された変位予測値、およびパラメータ補正部９７から供給されたパラメータ補正値としての測定変位値について、それらの値の絶対値を算出する。そして、絶対値算出部１００は、得られた変位予測値の絶対値と測定変位値の絶対値のうちのより大きい方を時定数付加部１０１に供給する。
【０１６１】
このように変位予測値の絶対値と、測定変位値の絶対値とのうちのより大きい方を、最終的なスピーカ８２の変位値の絶対値の予測結果として出力することは、必要に応じてパラメータ補正値により変位予測値を補正することであるともいうことができる。
【０１６２】
この場合、ゲイン調整部９２では、変位予測値の絶対値と、測定変位値の絶対値とのうちのより大きい方の値が過振幅限界値よりも大きいときのみ、入力信号に対して、過振幅の抑制制御を実現するためのゲイン調整（振幅制御）が行われることになる。
【０１６３】
〈再生処理の説明〉
次に、図１３のフローチャートを参照して、図１２に示した音響再生システムによる再生処理について説明する。
【０１６４】
なお、ステップＳ４１およびステップＳ４２の処理は、図１１のステップＳ１１およびステップＳ１２の処理と同様であるので、その説明は省略する。但し、ステップＳ４２では、パラメータ補正値によるＴＳパラメータの補正は行われずに、スピーカ等価モデルが用いられてスピーカ８２の変位が予測される。そして、予測により得られた変位予測値がスピーカシミュレータ９９から絶対値算出部１００に供給される。
【０１６５】
ステップＳ４３において、絶対値算出部１００は、変位予測値の絶対値と、測定変位値の絶対値とを比較する。
【０１６６】
すなわち、絶対値算出部１００は、スピーカシミュレータ９９から供給された変位予測値の絶対値を算出するとともに、パラメータ補正部９７から供給されたパラメータ補正値としての測定変位値の絶対値を算出する。そして、絶対値算出部１００は、変位予測値の絶対値と、測定変位値の絶対値とを比較し、より大きい方の値を最終的なスピーカ８２の変位値の絶対値の予測結果として時定数付加部１０１に供給する。
【０１６７】
時定数付加部１０１は、絶対値算出部１００から供給されたスピーカ８２の変位値の絶対値、より詳細には変位値の絶対値の予測結果に対して時定数を付加し、時定数が付加された変位値の絶対値をゲイン算出部１０２に供給する。
【０１６８】
このようにして変位値の絶対値に時定数が付加されると、その後、ステップＳ４４乃至ステップＳ４９の処理が行われるが、これらの処理は図１１のステップＳ１３乃至ステップＳ１８の処理と同様であるので、その説明は省略する。
【０１６９】
但し、ステップＳ４４では、時定数付加部１０１から出力された変位値の絶対値と、過振幅限界値とが比較される。また、ステップＳ４７では、ゲイン調整部９２から出力された入力信号は、増幅器９３だけでなくパラメータ補正部９７にも供給される。
【０１７０】
ステップＳ５０において、パラメータ補正部９７は、AD変換部９６から供給された電流実測値と、ゲイン調整部９２から供給された入力信号とに基づいて、パラメータ補正値として測定変位値を算出して絶対値算出部１００に供給し、再生処理は終了する。
【０１７１】
このようにして算出された補正パラメータは、次に行われる再生処理のステップＳ４３の処理で用いられる。
【０１７２】
以上のようにして音響再生システムは、実測した電流値を用いてスピーカ８２の測定変位値を算出し、その測定変位値と変位予測値とのうちのより絶対値が大きい方を用いて、フィルタ係数を更新（補正）するためのゲイン値を算出する。これにより、実際のスピーカ８２の動きも考慮して、より正確に過振幅の抑制制御を行うことができる。
【０１７３】
〈第３の実施の形態〉
〈音響再生システムの構成例〉
ところで、スピーカの過振幅による物理的破損を回避して、より大きいパワーをスピーカに投入できるようになると、すなわちより大きい電圧を印加できるようになると、ボイスコイルの熱上昇に伴って、ボイスコイルの断線などが発生することもある。
【０１７４】
例えばボイスコイルにパワーを投入すると、ボイスコイルとヨークなどのボイスコイル周辺において、各々の時定数で熱が変化していく。
【０１７５】
また、ボイスコイルの直流抵抗の値はボイスコイルの温度に依存する。すなわち、ボイスコイルの温度をTvcとし、ボイスコイル温度Tvcが２０度であるときのボイスコイルの直流抵抗をＲｅとし、ボイスコイルの材料に依存する係数をαとすると、ボイスコイルの直流抵抗Ｒｅ’は次式（１）により求められる。
【０１７６】
Ｒｅ’＝（１＋α（Tvc-20））×Ｒｅ  ・・・（１）
【０１７７】
ここで、例えばボイスコイルが銅導体の場合には、係数αは0.00393となるから、そのような場合には、ボイスコイルの直流抵抗Ｒｅ’は次式（２）に示すようになる。
【０１７８】
Ｒｅ’＝（１＋0.00393（Tvc-20））×Ｒｅ  ・・・（２）
【０１７９】
また、例えばボイスコイルが２０度であるときの直流抵抗Ｒｅが４Ωであり、ボイスコイル温度Tvcが３００度に達すると、ボイスコイルの直流抵抗Ｒｅ’は次式（３）に示すようになる。
【０１８０】
Ｒｅ’＝（１＋0.00393（300-20））×4.0＝8.4016Ω  ・・・（３）
【０１８１】
式（３）では、ボイスコイルの直流抵抗Ｒｅ’は、２０度であるときの直流抵抗Ｒｅの略倍となっている。
【０１８２】
上述したスピーカシミュレータ９９では、ＴＳパラメータの１つであるボイスコイルの直流抵抗として、ボイスコイルが２０度であるときの直流抵抗Ｒｅが用いられている。
【０１８３】
しかし、ボイスコイルの直流抵抗が大きくなると、スピーカ８２に流れる電流は小さくなるので、スピーカ８２の変位値も小さくなる。そのため、スピーカシミュレータ９９で用いられるＴＳパラメータとしての直流抵抗Ｒｅが常温時のままの値であると、実際のボイスコイルの温度が２００度近くになると、その差分は無視できなくなる。
【０１８４】
そこで、音響再生装置８１においてスピーカ８２の電流値と電圧値とを測定してインピーダンスを算出し、そのインピーダンスに基づいてＴＳパラメータとしてのボイスコイルの直流抵抗を補正するようにしてもよい。
【０１８５】
そのような場合、音響再生システムは、例えば図１４に示すように構成される。なお、図１４において図９における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【０１８６】
図１４に示す音響再生システムは、音響再生装置８１およびスピーカ８２からなり、音響再生装置８１は遅延部９１乃至ゲイン算出部１０２、およびインピーダンス算出部１３１を有している。
【０１８７】
図１４に示す音響再生装置８１の構成は、新たにインピーダンス算出部１３１が設けられている点で図９の音響再生装置８１と異なり、その他の点では図９の音響再生装置８１と同じ構成となっている。
【０１８８】
図１４に示す例では、ゲイン調整部９２から出力された入力信号、およびAD変換部９６から出力された電流実測値はインピーダンス算出部１３１にも供給される。なお、上述したように、スピーカ８２を流れる電流の測定は、電流センサにより行われるようにしてもよい。
【０１８９】
インピーダンス算出部１３１は、ゲイン調整部９２から供給された入力信号と、AD変換部９６から供給された電流実測値とに基づいて、スピーカ８２のインピーダンスを算出し、さらにそのインピーダンスからボイスコイルの直流抵抗を算出する。
【０１９０】
すなわち、インピーダンス算出部１３１は、入力信号に対して増幅器９３での増幅分のゲイン値を乗算して、増幅器９３からスピーカ８２に供給される入力信号を生成するとともに、得られた入力信号により示される電圧値と、電流実測値とからスピーカ８２のインピーダンスを算出する。そして、インピーダンス算出部１３１は、得られたインピーダンスからスピーカ８２のボイスコイルの直流抵抗を算出する。
【０１９１】
以下では、インピーダンス算出部１３１により算出されるボイスコイルの直流抵抗を、特に直流抵抗Ｒｅ’とも記すこととする。なお、図１２を参照して説明したパラメータ補正部９７における場合と同様に、増幅器９３における入力信号の増幅量が既知でない場合等には、増幅器９３の出力端の部分の電圧値を測定し、測定された電圧値と電流実測値とからインピーダンスが算出されるようにしてもよい。
【０１９２】
インピーダンス算出部１３１は、このようにして得られたボイスコイルの直流抵抗Ｒｅ’をスピーカシミュレータ９９に供給する。スピーカシミュレータ９９では、ＴＳパラメータとしてのボイスコイルの直流抵抗Ｒｅとして、インピーダンス算出部１３１から供給された直流抵抗Ｒｅ’を用いて変位予測値を算出する。すなわち、スピーカシミュレータ９９では、直流抵抗Ｒｅ’に基づいて、ＴＳパラメータとしてのスピーカ８２のボイスコイルの直流抵抗Ｒｅが補正されて変位予測値が算出される。
【０１９３】
また、ここでは図９に示した音響再生装置８１に対して、さらにインピーダンス算出部１３１を設ける例について説明したが、図１２に示した音響再生装置８１に対して、さらにインピーダンス算出部１３１を設けるようにしてもよい。
【０１９４】
〈再生処理の説明〉
次に、図１５のフローチャートを参照して、図１４に示した音響再生システムによる再生処理について説明する。
【０１９５】
なお、ステップＳ８１乃至ステップＳ８９の処理は、図１１のステップＳ１１乃至ステップＳ１９の処理と同様であるので、その説明は省略する。
【０１９６】
但し、ステップＳ８２では、スピーカシミュレータ９９は、パラメータ補正部９７から供給されたパラメータ補正値とともに、インピーダンス算出部１３１から供給された直流抵抗Ｒｅ’も用いてＴＳパラメータを補正する。特に、直流抵抗Ｒｅ’が用いられて、ＴＳパラメータとしてのボイスコイルの直流抵抗Ｒｅが補正される。
【０１９７】
ステップＳ９０において、インピーダンス算出部１３１は、ゲイン調整部９２から供給された入力信号と、AD変換部９６から供給された電流実測値とに基づいて、スピーカ８２のインピーダンスを算出し、さらにそのインピーダンスからボイスコイルの直流抵抗Ｒｅ’を算出する。そして、インピーダンス算出部１３１は、得られた直流抵抗Ｒｅ’をスピーカシミュレータ９９に供給し、再生処理は終了する。
【０１９８】
このようにして得られた直流抵抗Ｒｅ’は、次に行われる再生処理のステップＳ８２の処理で用いられる。
【０１９９】
以上のようにして音響再生システムは、実測した電流値を用いてスピーカ８２のボイスコイルの直流抵抗の値を算出し、得られた直流抵抗の値に基づいて変位予測値を算出する際のＴＳパラメータを補正する。これにより、実際のボイスコイルの温度を考慮して、より正確に過振幅の抑制制御を行うことができる。
【０２００】
〈第４の実施の形態〉
〈音響再生システムの構成例〉
さらに、算出されたスピーカ８２のボイスコイルの直流抵抗の値から、ボイスコイルの温度を求め、求められた温度に基づいて、入力信号のゲイン調整を行うようにしてもよい。
【０２０１】
そのような場合、音響再生システムは、例えば図１６に示すように構成される。なお、図１６において図１４における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【０２０２】
図１６に示す音響再生システムは、音響再生装置８１およびスピーカ８２からなり、音響再生装置８１は遅延部９１乃至ゲイン算出部１０２、インピーダンス算出部１３１、ゲイン調整部１６１、温度算出部１６２、および状態遷移部１６３を有している。
【０２０３】
図１６に示す音響再生装置８１の構成は、新たにゲイン調整部１６１乃至状態遷移部１６３が設けられている点で図１４の音響再生装置８１と異なり、その他の点では図１４の音響再生装置８１と同じ構成となっている。
【０２０４】
図１６に示す例では、インピーダンス算出部１３１から出力された直流抵抗Ｒｅ’は、温度算出部１６２にも供給される。
【０２０５】
温度算出部１６２は、インピーダンス算出部１３１から供給された直流抵抗Ｒｅ’に基づいて、例えば上述した式（１）を用いてボイスコイル温度Tvcを算出し、状態遷移部１６３に供給する。
【０２０６】
状態遷移部１６３は、温度算出部１６２から供給されたボイスコイル温度に基づいて、ボイスコイルの温度に関する状態を遷移させ、ゲイン値を決定する。
【０２０７】
すなわち、状態遷移部１６３では、ボイスコイルのとり得る温度の範囲がいくつかの範囲に分割されており、それらの温度の範囲に対してゲイン値が予め定められている。状態遷移部１６３は、供給されたボイスコイル温度Tvcが含まれる温度範囲を特定し、特定された温度範囲に対して予め定められたゲイン値を選択する。状態遷移部１６３は、このようにして選択したゲイン値をゲイン調整部１６１に供給する。
【０２０８】
ゲイン調整部１６１は、状態遷移部１６３から供給されたゲイン値に基づいて、外部から供給された入力信号に対して、ボイスコイルの温度上昇を抑制するためのゲイン調整を行い、その結果得られた入力信号を増幅部９８および遅延部９１に供給する。換言すれば、ゲイン調整部１６１はゲイン調整を行うことで、ボイスコイルの温度制御を行う。
【０２０９】
ここで、ゲイン調整部１６１でのゲイン調整においては、例えばボイスコイルの温度が２００度以内に抑えられるようにDRC（Dynamic Range Compression）やダイナミックＥＱなどにより、入力信号の信号レベルが抑制される処理が行われる。
【０２１０】
このように、ゲイン調整部１６１は、スピーカ８２のボイスコイルの温度に応じて、入力信号に対してボイスコイルの温度上昇を抑制するためのゲイン調整、すなわち振幅制御（温度制御）を行う温度制御部として機能する。
【０２１１】
ボイスコイルの温度変化は、入力信号自体の変化に比べると緩やかな変化である。そのため、ボイスコイルの温度制御のためのゲイン調整では、ゲイン調整に用いられるゲイン値の更新も頻繁ではなく緩やかに切り替わっていくようになされる。そこで、状態遷移部１６３では、ある程度の幅を有する温度範囲ごとに１つのゲイン値が定められている。
【０２１２】
〈再生処理の説明〉
次に、図１７のフローチャートを参照して、図１６に示した音響再生システムによる再生処理について説明する。
【０２１３】
ステップＳ１３１において、ゲイン調整部１６１は、状態遷移部１６３から供給されたゲイン値に基づいて、外部から供給された入力信号に対して、ボイスコイルの温度上昇抑制のためのゲイン調整を行い、その結果得られた入力信号を増幅部９８および遅延部９１に供給する。
【０２１４】
入力信号に対して温度上昇の抑制のためのゲイン調整が行われると、その後、ステップＳ１３２乃至ステップＳ１４１の処理が行われるが、これらの処理は図１５のステップＳ８１乃至ステップＳ９０の処理と同様であるので、その説明は省略する。
【０２１５】
但し、ステップＳ１４１では、算出されたボイスコイルの直流抵抗Ｒｅ’がインピーダンス算出部１３１からスピーカシミュレータ９９および温度算出部１６２へと供給される。
【０２１６】
ステップＳ１４２において、温度算出部１６２は、インピーダンス算出部１３１から供給された直流抵抗Ｒｅ’と、予め定められた温度、すなわち２０度におけるボイスコイルの直流抵抗とに基づいて、上述した式（１）からボイスコイルの温度を算出し、状態遷移部１６３に供給する。
【０２１７】
ステップＳ１４３において、状態遷移部１６３は、温度算出部１６２から供給されたボイスコイルの温度に基づいて、ボイスコイルの温度上昇抑制のためのゲイン値を決定し、決定したゲイン値をゲイン調整部１６１に供給する。
【０２１８】
このようにしてボイスコイルの温度に対応するゲイン値が出力されると、再生処理は終了する。ここで、ステップＳ１４３の処理で決定されたゲイン値は、次に行われる再生処理のステップＳ１３１の処理で用いられる。
【０２１９】
以上のようにして音響再生システムは、実測した電流値を用いてスピーカ８２のボイスコイルの温度を算出し、得られた温度に対応するゲイン値を用いて、入力信号に対して温度上昇抑制のためのゲイン調整を行う。これにより、ボイスコイルの温度上昇を抑制することができる。
【０２２０】
なお、本技術では、以上において説明した各実施の形態を適宜組み合わせることも勿論可能である。
【０２２１】
〈コンピュータの構成例〉
ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行する場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のコンピュータなどが含まれる。
【０２２２】
図１８は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。
【０２２３】
コンピュータにおいて、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１，ＲＯＭ（Read Only Memory）５０２，ＲＡＭ（Random Access Memory）５０３は、バス５０４により相互に接続されている。
【０２２４】
バス５０４には、さらに、入出力インターフェース５０５が接続されている。入出力インターフェース５０５には、入力部５０６、出力部５０７、記録部５０８、通信部５０９、及びドライブ５１０が接続されている。
【０２２５】
入力部５０６は、キーボード、マウス、マイクロホン、撮像素子などよりなる。出力部５０７は、ディスプレイ、スピーカなどよりなる。記録部５０８は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部５０９は、ネットワークインターフェースなどよりなる。ドライブ５１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体５１１を駆動する。
【０２２６】
以上のように構成されるコンピュータでは、ＣＰＵ５０１が、例えば、記録部５０８に記録されているプログラムを、入出力インターフェース５０５及びバス５０４を介して、ＲＡＭ５０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
【０２２７】
コンピュータ（ＣＰＵ５０１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブル記録媒体５１１に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
【０２２８】
コンピュータでは、プログラムは、リムーバブル記録媒体５１１をドライブ５１０に装着することにより、入出力インターフェース５０５を介して、記録部５０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部５０９で受信し、記録部５０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ＲＯＭ５０２や記録部５０８に、あらかじめインストールしておくことができる。
【０２２９】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
【０２３０】
また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０２３１】
例えば、本技術は、１つの機能をネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。
【０２３２】
また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
【０２３３】
さらに、１つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その１つのステップに含まれる複数の処理は、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
【０２３４】
また、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。
【０２３５】
さらに、本技術は、以下の構成とすることも可能である。
【０２３６】
（１）
スピーカの等価モデルに基づいて、前記スピーカに供給される入力信号に応じた前記スピーカの変位の予測値を算出する予測値算出部と、
前記予測値が所定の閾値よりも大きい場合、前記入力信号に対して振幅制御を行う振幅制御部と
を備える音響処理装置。
（２）
前記予測値算出部は、前記スピーカを流れる電流の実測値に応じて前記等価モデルのパラメータを補正する
（１）に記載の音響処理装置。
（３）
前記予測値算出部は、前記パラメータとして機械系コンプライアンスを補正する
（２）に記載の音響処理装置。
（４）
前記予測値算出部は、前記パラメータとして前記スピーカのボイスコイルの直流抵抗を補正する
（２）または（３）に記載の音響処理装置。
（５）
前記直流抵抗に基づいて、前記ボイスコイルの温度を算出する温度算出部と、
前記ボイスコイルの温度に応じて、前記入力信号に対して前記ボイスコイルの温度上昇を抑制するための温度制御を行う温度制御部と
をさらに備える（４）に記載の音響処理装置。
（６）
前記スピーカを流れる電流の実測値に基づいて、前記スピーカの変位を算出する変位算出部をさらに備え、
前記振幅制御部は、前記変位算出部により算出された変位と、前記予測値とのうちのより大きい方の値が前記閾値よりも大きい場合、前記入力信号に対して振幅制御を行う
（１）乃至（５）の何れか一項に記載の音響処理装置。
（７）
前記入力信号を所定時間だけ遅延させて前記振幅制御部に供給する遅延部をさらに備える
（１）乃至（６）の何れか一項に記載の音響処理装置。
（８）
前記予測値算出部は、前記スピーカの変位に対して非線形に変化する力係数および機械系コンプライアンスを含む、複数のパラメータにより定まる前記等価モデルに基づいて、前記予測値を算出する
（１）乃至（７）の何れか一項に記載の音響処理装置。
（９）
前記振幅制御部は、前記予測値および前記閾値から定まるゲイン値に基づいて、前記入力信号に対する振幅制御を行う
（１）乃至（８）の何れか一項に記載の音響処理装置。
（１０）
スピーカの等価モデルに基づいて、前記スピーカに供給される入力信号に応じた前記スピーカの変位の予測値を算出し、
前記予測値が所定の閾値よりも大きい場合、前記入力信号に対して振幅制御を行う
ステップを含む音響処理方法。
（１１）
スピーカの等価モデルに基づいて、前記スピーカに供給される入力信号に応じた前記スピーカの変位の予測値を算出し、
前記予測値が所定の閾値よりも大きい場合、前記入力信号に対して振幅制御を行う
ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。
【符号の説明】
【０２３７】
８１  音響再生装置，  ８２  スピーカ，  ９１  遅延部，  ９２  ゲイン調整部，  ９５  差動増幅器，  ９７  パラメータ補正部，  ９９  スピーカシミュレータ，  １０２  ゲイン算出部，  １３１  インピーダンス算出部，  １６１  ゲイン調整部，  １６２  温度算出部，  １６３  状態遷移部
【図１】
2018116861.tif 000003
【図２】
2018116861.tif 000004
【図３】
2018116861.tif 000005
【図４】
2018116861.tif 000006
【図５】
2018116861.tif 000007
【図６】
2018116861.tif 000008
【図７】
2018116861.tif 000009
【図８】
2018116861.tif 000010
【図９】
2018116861.tif 000011
【図１０】
2018116861.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2018116861.tif 000015
【図１４】
2018116861.tif 000016
【図１５】
2018116861.tif 000017
【図１６】
2018116861.tif 000018
【図１７】
2018116861.tif 000019
【図１８】
2018116861.tif 000020
【国際調査報告】
2018116861.tif 000021
2018116861.tif 000022
2018116861.tif 000023
2018116861.tif 000024