(57)【要約】【課題】音声信号の伝達特性を、スピーカに過大入力となったり信号歪みを生じたりすることのない最適な伝達特性に補正する。【解決手段】目標伝達特性生成部４は、スピーカ８から受聴位置１１までの伝達特性を補正して周波数毎の振幅を平坦化した目標伝達特性を生成するにあたり、低域と高域はロールオフし、その中間部分は平坦化しつつ補正量の大きいピークおよびディップ部分の補正を限定的にする。補正係数生成部３はこの目標伝達特性の逆特性を同定して補正係数を導出し、非巡回型デジタルフィルタ部２がこの補正係数を用いて音声信号の伝達特性を補正し、スピーカ８へ供給する。【選択図】図１
2012054863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非巡回型デジタルフィルタ部により、補正係数を用いてフィルタ補正されたオーディオ信号をスピーカに供給して音響放射する音響再生装置であって、
前記補正係数は、前記スピーカから受聴位置までの伝達特性を所定制限範囲内の補正量で補正して生成された目標伝達特性の逆特性であることを特徴とする音響再生装置。
【請求項２】
前記補正係数は、
前記スピーカから受聴位置までの伝達特性を所定制限範囲内の補正量で補正して目標伝達特性を生成する目標伝達特性生成部と、
前記目標伝達特性の逆特性を導出し、補正係数として生成する補正係数生成部とによって生成されたことを特徴とする請求項１記載の音響再生装置。
【請求項３】
前記目標伝達特性生成部は、
前記スピーカから受聴位置までの伝達特性を示すインパルス応答を入力とし、当該インパルス応答の数値列を時間軸から周波数軸へと変換するＦＦＴ部と、
前記ＦＦＴ部が変換した周波数軸の数値列のうちの振幅情報に基づく伝達特性に対して、設定情報が指定する補正量で振幅を補正し、目標伝達特性を生成する目標特性設定部と、
前記目標特性設定部が生成した目標伝達特性を周波数軸から時間軸へと変換する逆ＦＦＴ部とを有することを特徴とする請求項２記載の音響再生装置。
【請求項４】
前記目標特性設定部は、設定情報が指定する周波数範囲および補正量の制限範囲に基づいて、伝達特性のうちの当該周波数範囲の振幅を当該制限範囲内の補正量で補正することを特徴とする請求項３記載の音響再生装置。
【請求項５】
前記目標伝達特性生成部は、所定の測定信号と、当該測定信号を前記非巡回型デジタルフィルタ部がフィルタ処理して出力した測定信号を前記スピーカで音響放射した場合の受聴位置までの歪判定用伝達特性とを比較して得られた歪量に基づいて、補正量を調整することを特徴とする請求項２記載の音響再生装置。
【請求項６】
前記歪判定用伝達特性は、受聴位置で測定した結果であることを特徴とする請求項５記載の音響再生装置。
【請求項７】
前記歪判定用伝達特性は、前記非巡回型デジタルフィルタ部の補正特性と前記スピーカから受聴位置までの伝達特性とに基づいて推定した結果であることを特徴とする請求項５記載の音響再生装置。
【請求項８】
前記目標伝達特性生成部は、
前記スピーカから受聴位置までの伝達特性を示すインパルス応答を入力とし、当該インパルス応答の数値列を時間軸から周波数軸へと変換するＦＦＴ部と、
前記歪判定部が算出した歪量に基づいて補正を行う周波数範囲および補正量を求め、前記ＦＦＴ部が変換した周波数軸の数値列のうちの振幅情報に基づく伝達特性に対して、当該周波数範囲の振幅を当該補正量で補正し、目標伝達特性を生成する目標特性設定部と、
前記目標特性設定部が生成した目標伝達特性を周波数軸から時間軸へと変換する逆ＦＦＴ部とを有することを特徴とする請求項５記載の音響再生装置。
【請求項９】
前記目標特性設定部は、伝達特性のうちの設定情報が指定する周波数範囲について、歪量に基づく補正量で補正を行うことを特徴とする請求項８記載の音響再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非巡回型デジタルフィルタでオーディオ信号を補正して、本来のオーディオ信号に充実な音質を得る音響再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、テレビ受像機等の各種ＡＶ（Ａｕｄｉｏ  Ｖｉｓｕａｌ）機器のオーディオ再生系において、本来のオーディオ信号に忠実な再生を阻害する様々な要因が存在する。例えば、スピーカ前面に音導管およびパンチング板等の構造物が存在する場合に、音導管共振に由来するピークまたはディップの発生および高域減衰など、忠実性を損ねて音質劣化を生ずる。また、オーディオ再生系の存在する環境もこの忠実性を損なう原因となる場合がある。例えば、ＡＶ機器から受聴位置までの音の伝達経路として、直接波に比肩する優勢な反射波が存在する場合、または、音波を減衰させる物体もしくは人物が存在する場合などである。
【０００３】
これに対して、従来からデジタルフィルタを使用して、スピーカから受聴位置までの伝達特性を補正し、具体的には伝達空間を含めたスピーカシステムの音圧および群遅延特性を平坦化して、本来のオーディオ信号に忠実な音質を得る試みがなされている。
【０００４】
例えば特許文献１に係る発明では、音源からの信号を、設定されたフィルタ係数に応じて畳み込み演算処理するコンボルバと、実際に測定して得たインパルス応答に基づき、中域のみ平坦となり低域と高域では元の伝達特性と同一となるように処理されて、算出された逆フィルタ用係数を求める係数供給手段とを備えた音響再生装置について開示されている。また、中域のみ平坦となり低域と高域では元の伝達特性と同一となる特性をターゲットとして収束するような逆フィルタ用係数を求める演算手段を含めた音響再生装置についても開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１１０７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の音響再生装置は以上のように構成されているので、実際の伝達特性と、スピーカ出力が本来のオーディオ信号に忠実となる場合の平坦特性との乖離が大きい場合には、平坦化のために過度な補正量を生ずる可能性があった。しかしながら、そのことについては一切言及されておらず、特性間の乖離が大きい場合にスピーカに過大入力が供給される状況になったり、補正により信号上の歪みが生じたりすることが懸念される課題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、実際の伝達関数の特性に関わらず、スピーカに過大入力となったり信号歪みを生じたりすることのない、スピーカシステムそれぞれの特性に合わせて常に妥当で、即ち音響的にも信号的にも聴感上認識し得る程にまで歪みを増加させない、最適な伝達特性へと補正可能な逆フィルタ用係数を、容易に実現可能な音響再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る音響再生装置は、非巡回型デジタルフィルタ部により、スピーカから受聴位置までの伝達特性を所定制限範囲内の補正量で補正して生成された目標伝達特性の逆特性である補正係数を用いてフィルタ処理されたオーディオ信号を、スピーカに供給して音響放射するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、非巡回型デジタルフィルタ部で用いる補正係数を生成するにあたり使用する目標伝達特性を、実際の伝達関数の特性に関わらずスピーカシステムそれぞれの特性に合わせて常に妥当で、即ち音響的にも信号的にも聴感上認識し得る程にまで歪みを増加させない、最適な伝達特性とするので、スピーカに過大入力となったり信号歪みを生ずることのない常に最適な補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る音響再生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す音響再生装置の受聴位置における再生特性の一例を示すグラフである。
【図３】図２に示す再生特性の逆特性を示すグラフである。
【図４】全帯域で平坦化された、理想的な受聴特性を示すグラフである。
【図５】図３に示す再生特性の逆特性のうち、低域と高域を限定的補正した限定的逆特性を示すグラフである。
【図６】図５に示す限定的逆特性に基づく補正係数でフィルタ補正した場合の、受聴特性を示すグラフである。
【図７】従来の、非巡回型デジタルフィルタ部の補正係数を算出する演算ブロックの構成を示す図である。
【図８】図１に示す音響再生装置において、非巡回型デジタルフィルタ部の補正係数を算出する演算ブロックの構成を示す図である。
【図９】図５に示す限定的逆特性に対し、さらに補正量の大きい領域も限定的補正した限定的逆特性を示すグラフである。
【図１０】図９に示す限定的逆特性に基づく補正係数でフィルタ補正した場合の、受聴特性を示すグラフである。
【図１１】図１に示す音響再生装置の、目標特性設定部の特性設定方法の一例を示す図である。
【図１２】図１に示す音響再生装置の、目標特性設定部の特性設定方法の別の例を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態２に係る音響再生装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１３に示す音響再生装置の、目標特性設定部の特性設定方法の一例を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態２に係る音響再生装置の変形例を示すブロック図である。
【図１６】この発明の実施の形態３に係る音響再生装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】この発明の実施の形態３に係る音響再生装置の変形例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１に示すように、実施の形態１に係る音響再生装置は、音声信号（オーディオ信号）を非巡回型デジタルフィルタ部２へ入力する音声信号入力端子１と、入力した音声信号の伝達特性をフィルタ補正して可変する非巡回型デジタルフィルタ部２と、非巡回型デジタルフィルタ部２に実装して使用される補正係数を生成する補正係数生成部３と、補正係数の生成に使用する目標伝達特性を生成する目標伝達特性生成部４と、インパルス応答を補正係数生成部３および目標伝達特性生成部４へ入力するインパルス応答入力端子５と、目標伝達特性の設定情報を目標伝達特性生成部４へ入力する設定入力端子６と、フィルタ補正した音声信号を増幅する電力増幅器７と、増幅した音声信号を再生出力するスピーカ８と、出力音声（音波）を所定方向へ伝達する音導管９と、スピーカ８を保護するパンチング板１０とを備える。
【００１２】
スピーカ８の前面に存在する音導管９およびパンチング板１０は、先立って説明したように、音声信号入力端子１に入力した音声信号に忠実な再生を阻害する要因となる。ここで、スピーカ８からパンチング板１０までの構成を含むスピーカシステムの適用例としてテレビ受像機を考えると、パンチング板１０とはフロントパネルのスピーカ前面部分に当たる多孔性の音響抵抗部であり、音導管９とはスピーカ８の前面エッジとパンチング板１０の裏面との間を結合する樹脂成型部分であり、スピーカ８とパンチング板１０の間に所定容積の前室を形成している。
上記スピーカシステムは一例であるが、意匠デザインおよび音響構造はシステムによって千差万別であり、それに伴って音響特性、即ちピーク・ディップの出方も千差万別となる。また、デザイン的な統一性を図っても、背面構造およびスピーカユニットが違えば音響特性も変わってくる。従って、対象物それぞれ特有の特性に合わせて、音響的な補正が必要となる。
【００１３】
また、図１に示す伝達関数Ｈ１は、スピーカ８のみの周波数振幅特性の逆特性に相当する。伝達関数Ｈ２は、音導管９のみの周波数振幅特性の逆特性に相当する。伝達関数Ｈ３は、パンチング板１０のみの周波数振幅特性の逆特性に相当する。伝達関数Ｈ４は、パンチング板１０の出力端から受聴位置１１までの音響空間のみの周波数振幅特性の逆特性に相当する。伝達関数Ｈ０は、スピーカ８から受聴位置１１までのトータルの周波数振幅特性の逆特性に相当し、伝達関数Ｈ０ａは当該周波数振幅特性の限定的逆特性（詳細は後述する）に相当する。
【００１４】
各伝達関数Ｈ０，Ｈ０ａ，Ｈ１〜Ｈ４は必要に応じて演算ブロックが演算することとし、演算ブロックはコンピュータ等の演算装置で構成する。図１では、Ｈ０演算ブロック１００が伝達関数Ｈ０を演算し、Ｈ０ａ演算ブロック１００ａが伝達関数Ｈ０ａを演算し、Ｈ１演算ブロック１０１が伝達関数Ｈ１を演算し、Ｈ２演算ブロック１０２が伝達関数Ｈ２を演算し、Ｈ３演算ブロック１０３が伝達関数Ｈ３を演算し、Ｈ４演算ブロック１０４が伝達関数Ｈ４を演算する。本実施の形態１では、補正係数生成部３がＨ０ａ演算ブロック１００ａに相当するものとし、伝達関数Ｈ０ａを演算する。
【００１５】
目標伝達特性生成部４は、インパルス応答入力端子５の数値列を受け付けて、時間軸から周波数軸に変換するＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部４ａと、ＦＦＴ部４ａからの出力と設定入力端子６からの設定情報を受け付けて目標伝達特性を生成する目標特性設定部４ｂと、目標特性設定部４ｂの出力を周波数軸から時間軸の数値列へと戻す逆ＦＦＴ部４ｃとにより構成される。
【００１６】
次に、音響再生装置の動作を説明する。
図２は、スピーカ８を電気音響変換器とする音響再生装置の再生特性の一例であって、音導管９およびパンチング板１０を備えたスピーカ８の受聴位置１１における放射音響特性（伝達特性）を示すグラフである。実線は、図１の構成で言えば、非巡回型デジタルフィルタ部２に伝達特性を１とする補正係数を実装した場合、または、非巡回型デジタルフィルタ部２をバイパスした場合の受聴位置１１における放射音響特性に相当する。図２において、グラフの横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸はレベル［１０ｄＢ／ｄｉｖ］を示す。目標として破線で示す特性（以下、目標平坦特性または目標平坦位置）は、伝達特性１の場合を示しており、受聴位置１１において音声信号に忠実な放射音響特性となることを示している。非巡回型デジタルフィルタ部２によるフィルタ補正を行わないと、目標平坦特性から隔たりが大きいピーク、ディップ等が生じている。
【００１７】
図３は、図１に示す受聴位置１１における放射音響特性の逆特性を示すグラフであり、Ｈ０演算ブロック１００にて求めた伝達関数Ｈ０により表される伝達特性である。図２のグラフにおいて実線で示した放射音響特性の、破線で示した目標平坦特性からの隔たりが大きいほど、図３において補正量が大きい部分になっている。特にプラス側（グラフの上向き方向）の補正量が大きい場合には、スピーカ８に過大入力が供給される状況になったり、信号上の歪みを生じたりする状況が考えられる。逆にマイナス側（グラフの下向き方向）の補正量が大きい場合には、量子化歪みが増大することになる。
【００１８】
図４は、図３に示す放射音響特性の逆特性に基づく補正係数を用いて非巡回型デジタルフィルタ部２でフィルタ補正した音声信号を再生したときの、理想的な、全帯域で平坦化された受聴特性（実線）を示すグラフである。図４のグラフ中、破線はフィルタ補正前の受聴特性を示す。
【００１９】
但し、音声信号について、スピーカ８の再生能力に対して過大な補正量を与えることには限界があり、特に低域については最低共振周波数付近でスピーカ８の振動板稼動範囲の限界に達し、底打ち現象を生じて異音を発生するなど、スピーカ動作として破綻状態になる場合がある（動作限界域）。即ち、そもそも低域特性を非巡回型デジタルフィルタ部２の信号補正により完全に平坦化することは物理的に困難である。また、高域特性についても平坦化のために振幅を大きくすれば、歪みが増える結果となる。従って、低域および高域ではロールオフした特性とすることが妥当と言える。なお、特許文献１でもこのことは考慮されている。
【００２０】
以下、低域および高域の特性をロールオフする場合を説明する。
図５は、図３に示す放射音響特性の逆特性のうちの低域と高域を限定的補正とした場合の逆特性（以下、限定的逆特性と呼ぶ）を示すグラフである。破線で示した図３の逆特性に比べ、実線で示す限定的逆特性では低域と高域の補正量が小さい。
【００２１】
図６は、図５に示す放射音響特性の限定的逆特性に基づく補正係数を用いて非巡回型デジタルフィルタ部２でフィルタ補正した音声信号を再生したときの受聴特性（実線）を示すグラフである。低域と高域はロールオフし、その中間部分（中域）は平坦化している。図６のグラフ中、破線は補正前の受聴特性を示す。
【００２２】
しかしながら、図５および図６に示すような限定的補正の場合においても、中間部分のピークおよびディップが大きい場合には、平坦化に際してピーク、ディップ部分の補正量が大きくなり、スピーカ８に対して過大入力となったり信号歪みを生じたりする場合がある。
そこで、本実施の形態１に係る音響再生装置では、スピーカ８から受聴位置１１までの伝達特性を補正して目標平坦特性に近づける際に、目標平坦特性から乖離の大きい伝達特性については補正量を制限する限定補正を行うこととする。以下、スピーカ８から受聴位置１１までの伝達特性を限定補正して、目標平坦特性に近づけた特性を、目標伝達特性と称す。そして、補正係数生成部３は、目標伝達特性生成部４が生成した目標伝達特性に対して、逆特性を有するような補正係数を導出し、非巡回型デジタルフィルタ部２へ出力する。
【００２３】
ここで、伝達関数Ｈ０の導出方法を説明する。
図７は、伝達関数Ｈ０を導出するＨ０演算ブロック１００の構成を示すブロック図である。音響入力信号としてインパルス信号を入力端子２００から入力すると、遅延器２０４によってΔｔ時間だけ遅延して入力と同じインパルス信号を出力する系があるとする。この系における出力信号は、振幅特性が全ての周波数において一定であり、また、群遅延特性が一定（位相特性が周波数に対してリニア）となる特性が得られている。振幅特性が一定、即ち音圧周波数特性が平坦であって、位相特性がリニアな音響特性はオーディオ再生系のひとつの理想であり、この特性を非巡回型デジタルフィルタ（ＦＩＲフィルタ）で実現する方法を示す。
【００２４】
図７において、補正を行う対象であるターゲットの（スピーカシステムの）伝達関数Ｈｓ２０２に対して、適応フィルタ２０３のある係数を掛け合わせたときの信号２０５が、遅延器２０４による出力信号２０６との誤差２０１が最小となるように適応信号処理を行うことで、ターゲットの伝達関数Ｈｓの逆特性を有する伝達関数Ｈ０が同定されると共に、その伝達関数Ｈ０を実現する適応フィルタ２０３の係数が決定する。実際には、図１に示す受聴位置１１にマイクロフォンを設置し、そこで収集した音響特性をターゲットの伝達関数Ｈｓ２０２としてシステムに与え、適応フィルタ２０３にて最小二乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムを用いて逆特性を有する伝達関数Ｈ０の同定を行う。図１に図示したＨ０演算ブロック１００とは、伝達関数Ｈ０を導出する以上の工程を示したものである。なお、適応信号処理としては、ＬＭＳアルゴリズムを用いるほか、ターゲットの伝達関数の逆特性を同定できる手法であれば、どのような方法を用いてもよい。
【００２５】
また、図７において、遅延器２０４の出力信号２０６の周波数特性は、図２に破線で示す平坦特性を目標とすることになっている。
【００２６】
これに対して、図８は目標とする伝達特性を完全なインパルス信号としない、即ち完全に平坦な目標平坦特性に代えて、限定的補正した目標伝達特性から逆特性を同定する場合を説明するブロック図である。音響入力信号として目標伝達特性を有する時間信号を入力端子３０７から入力すると、遅延器３０４によってΔｔ時間だけ遅延して入力と同じ時間信号３０６を出力する系があるとする。この系における出力信号は、振幅特性が特定の周波数範囲を除いて一定であり、また、群遅延特性が一定（位相特性が周波数に対してリニア）となる特性が得られている。一方、音響入力信号として完全なインパルス信号を入力端子３００から入力するとき、補正を行う対象であるターゲットの（スピーカシステムの）伝達関数Ｈｓ３０２に対して適応フィルタ３０３の係数を掛け合わせたときの信号３０５が、遅延器３０４による出力信号３０６との誤差３０１が最小となるように適応信号処理を行うことで、ターゲットの伝達関数Ｈｓの限定的逆特性を有する伝達関数Ｈ０ａが同定されると共に、その伝達関数Ｈ０ａを実現する適応フィルタ３０３の係数が決定することになる。その他の工程は図７の説明と同様である。
【００２７】
この図８の構成を図１に当てはめたとき、ターゲットの伝達関数Ｈｓ３０２にはインパルス応答入力端子５が相当し、入力端子３０７に入力される音響入力信号には目標伝達特性生成部４の出力が相当する。また、適応フィルタ３０３に同定される係数が補正係数生成部３の出力に該当し、この出力が非巡回型デジタルフィルタ部２に実装される。従って、補正係数生成部３の動作は、即ち図８に示すターゲットの伝達関数の限定的逆特性を有する伝達関数Ｈ０ａを同定する過程に他ならない。
【００２８】
図９は、図５に示す限定的逆特性に対して、補正量の大きい領域を限定的補正する領域としてさらに追加した場合の限定的逆特性を示す。図１０は、図９に示す放射音響特性の限定的逆特性に基づく補正係数を用いて非巡回型デジタルフィルタ部２でフィルタ補正した音声信号を再生したときの受聴特性（実線）を示すグラフである。低域と高域は図６の場合と同様にロールオフし、それに加えて図９では、中間部分を平坦化しつつ補正量の大きい領域（ピークおよびディップ）の補正を限定的にしている。従って、ディップ部分では、平坦化の際に音響信号に対する補正量が大きくなる状況を防止でき、よってスピーカ８に過大入力となったり信号歪みを生じたりする状況を回避できる。また、ピーク部分でも同様に補正量を縮減するので、いたずらにビット精度を低下させて音質劣化および量子化歪みを招く状況を回避できる。
【００２９】
以下、具体的な動作を説明する。
図１１は、目標特性設定部４ｂの特性設定方法の一例を示す図であり、画面表示例である。この例では、目標伝達特性生成部４が表示装置と、キーボードまたはマウス等の入力装置とを備え、入力装置の出力は設定入力端子６に入力されるものとする。そして、目標伝達特性生成部４の生成する目標伝達特性は表示装置に画面表示され、ユーザは、入力装置を用いて対話的に目標伝達特性の設定情報を入力する。
【００３０】
インパルス応答入力端子５から入力されるインパルス信号のデータ列は、ＦＦＴ部４ａにより周波数軸のデータ列に変換されて、目標特性設定部４ｂへ入力される。目標特性設定部４ｂは周波数軸のデータ列が入力されると、その振幅情報のみに基づいて模擬した周波数特性のグラフを画面表示する。それが図１１に示す状態であり、破線は振幅情報に基づいて模擬した初期特性を示す。そして、目標特性設定部４ｂは、設定入力端子６から受け付ける設定情報に基づいて、周波数特性の構成点を選択して振幅方向に移動させ、所望の特性となるように調整して目標伝達特性を生成する。図中、白丸で表す部分は周波数特性の構成点を示し、矢印で示すように各構成点を移動して調整すると、実線で示す特性調整後特性になる。即ち、設定入力端子６から供給される設定情報は、特性構成点の移動情報である。
【００３１】
但し、各構成点を目標平坦位置に完全に一致させるように移動するのではなく、移動量が所定の制限範囲内で収まるように、限定的補正を行うこととする。また、高域と低域の周波数特性は、補正を行わないか、または限定的補正を行う。
【００３２】
なお、図示例では、主にディップ部分の構成点を移動させているが、各構成点は調整のターゲット部分を示しており、構成点をこれ以外の部分に設けてもよい。また、図示例では、各構成点のみを移動させているのではなく、その周辺の構成点を付随させる形で滑らかに特性を変える概念を示しているが、この形態に限定するものではない。
また、特性の調整はどのように行ってもよく、例えば上述のようにユーザが入力装置を操作しながら対話的に各構成点についての設定情報を入力してもよいし、あるいは、全構成点についての設定情報を一度に入力してもよい。
【００３３】
目標特性設定部４ｂにて生成された目標伝達特性のデータ列は逆ＦＦＴ部４ｃへ入力され、逆ＦＦＴ部４ｃが時間軸のデータ列に変換して補正係数生成部３へ出力する。すると、図８で説明したように、補正係数生成部３では、限定的補正された目標伝達特性を入力端子３００から受け付けて、目標伝達特性の周波数振幅の限定的逆特性である伝達関数Ｈ０ａを同定することになる。
【００３４】
図１２は、目標特性設定部４ｂの特性設定方法の別の例を示す図である。図１２の例では、設定入力端子６が受け付ける設定情報を、補正を行う周波数範囲と補正量の最大値（以下、最大補正量）にする。目標特性設定部４ｂは、設定情報に基づいて、補正対象となる周波数範囲において、最大補正量の制限範囲内で振幅を目標平坦特性に近づけるように、目標伝達特性を決定する。なお、周波数範囲外の高域および低域は補正しない。
具体的には、例えば図中に破線で示す初期特性のある周波数における振幅レベルと目標平坦位置のレベルとを比較して差分を求め、その差分と最大補正量とを比較してその差分が最大補正量を上回る場合には、初期特性の振幅レベルから最大補正量分だけ目標平坦位置寄りに値をシフトさせる。なお、図１２では、初期特性の振幅レベルを目標平坦位置まで単純シフトするたけでなく、シフトする点に隣接する点も目標平坦位置と滑らかに結合するように調整しているが、この形態に限定するものではない。
【００３５】
以上より、実施の形態１に係る音響再生装置は、入力された音声信号の伝達特性を補正係数を用いてフィルタ補正する非巡回型デジタルフィルタ部２と、非巡回型デジタルフィルタ部２が出力する音声信号を増幅する電力増幅器７と、電力増幅器７が出力する音声信号を音響放射するスピーカ８と音導管９およびパンチング板１０とを有するスピーカシステムと、スピーカ８から受聴位置１１までの伝達特性を所定制限範囲内の補正量で補正して目標伝達特性を生成する目標伝達特性生成部４と、目標伝達特性の逆特性を導出し、補正係数として生成する補正係数生成部３とを備えるように構成した。このため、非巡回型デジタルフィルタ部２で用いる補正係数を生成するにあたり使用する目標特性を、実際の伝達関数の特性に関わらずスピーカシステムそれぞれの特性に合わせて常に妥当で、即ち音響的にも信号的にも聴感上認識し得る程にまで歪みを増加させない、最適な伝達特性とするので、スピーカ８に過大入力となったり信号歪みを生ずることのない常に最適な補正を行うことができる。
【００３６】
また、実施の形態１によれば、目標伝達特性生成部４は、スピーカ８から受聴位置１１までの伝達特性を示すインパルス応答を入力とし、当該インパルス応答の数値列を時間軸から周波数軸へと変換するＦＦＴ部４ａと、ＦＦＴ部４ａが変換した周波数軸の数値列のうちの振幅情報に基づく伝達特性に対して、設定入力端子６から入力される設定情報が指定する補正量で振幅を補正し、目標伝達特性を生成する目標特性設定部４ｂと、目標特性設定部４ｂが生成した目標伝達特性を周波数軸から時間軸へと変換する逆ＦＦＴ部４ｃとを有するように構成した。このため、ＦＦＴ部４ａの処理にて実際の伝達特性のうち位相情報を捨て振幅情報のみを用いることにより、スピーカシステムの特性に合わせた目標伝達特性を容易に設定できる。
【００３７】
また、実施の形態１によれば、目標特性設定部４ｂは、設定入力端子６から入力される設定情報が指定する周波数範囲および補正量の制限範囲に基づいて、伝達特性のうちの当該周波数範囲の振幅を当該制限範囲内の補正量で補正するように構成した。このため、伝達特性の周波数全体域に渡って補正のし過ぎを防止することができる。
【００３８】
実施の形態２．
図１３は、本実施の形態２に係る音響再生装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態２では、図１に示した上記実施の形態１の設定入力端子６に代えて、測定信号発生部１２と、測定入力端子１３と、歪判定部１４と、入力切替部１５とを新たに備える構成である。これに伴い、目標特性設定部４ｂの動作も変更となる。なお、これ以外の構成要素については、図１と同一または相当する部分のため同一の符号を付し説明を省略する。
【００３９】
図１３に示す音響再生装置において、音声信号入力端子１より音声信号を入力した場合、受聴位置１１における放射音響特性は図２に示すような特性となる。前述と同様に補正係数生成部３は、インパルス応答入力端子５から入力されたインパルス応答に基づいて、目標伝達特性生成部４の出力を目標として図８を用いて説明した原理によって補正係数を生成し、非巡回型デジタルフィルタ部２に実装する。
【００４０】
図１４は、本実施の形態２に係る目標特性設定部４ｂの特性設定方法を示す図である。図１４（ａ）のグラフは、受聴位置１１における放射音響特性の一例のうち、ディップ部分を抜粋した初期特性と目標平坦特性とを表している。図１４（ｂ）のグラフは、初期特性を平坦化する場合にディップ部分を増幅することにより生ずる高調波歪みを表している。このディップは、音響構造およびスピーカ再生能力に基づいて生ずる部分であり、このディップを非巡回型デジタルフィルタ部２によって目標平坦特性にまで補正しようとすれば信号増幅となるので、例えばスピーカ駆動信号および動作が飽和領域に差し掛かることにより高調波歪みを生ずることとなり、問題である。
【００４１】
そこで、歪判定部１４が目標特性設定部４ｂに指示を出し、図１４（ｃ）のグラフに示すように、高調波歪みに対してある許容値を定め、許容値を超えるような信号増幅を行わないようにする。これにより、図１４（ｄ）のグラフに示すように平坦化に制限が掛かり、深いディップ部分では補正を十分には行わず抑制する働き（即ち、制限範囲内の補正量で補正する限定的補正）となる。
【００４２】
具体的には、測定信号発生部１２が正弦波信号（測定信号）を発生する。そして、入力切替部１５が非巡回型デジタルフィルタ部２への入力を音声信号入力端子１から測定信号発生部１２に切り替えて、正弦波信号を非巡回型デジタルフィルタ部２へ入力させる。この正弦波信号に基づいたスピーカ８の放射音響特性（歪判定用伝達特性）を受聴位置１１で測定して、測定入力端子１３より歪判定部１４へと入力する。
【００４３】
そして、歪判定部１４が、測定信号発生部１２から入力される正弦波信号と測定入力端子１３から入力される放射音響特性とを比較して高調波歪みを算出する。一般に、高調波歪みは、基本信号のパワーレベルに対する２次および３次高調波のパワーレベルの比として表される。従って、歪判定部１４は、測定入力端子１３から測定信号発生部１２入力に由来する基本信号を抜き出し、２次および３次高調波とパワーレベルの比として計算すればよい。
さらに、測定信号発生部１２は正弦波信号の周波数を順次変えつつ、歪判定部１４にて高調波歪みを算出することになる。そして、歪判定部１４は、測定周波数毎の高調波歪みの計算結果が予め設定された許容値の範囲に収まるように、目標特性設定部４ｂに対して設定情報を出力して目標伝達特性のレベル設定を合わせ込むように動作を制御する。
【００４４】
目標特性設定部４ｂは、歪判定部１４から設定情報を受け付けると、例えば初期特性を完全に平坦化した状態から歪判定に基づいて平坦化を弱める方向に系を動かして目標伝達特性を生成してもよいし、逆に、初期特性から平坦化する方向に系を動かして目標伝達特性を生成してもよい。
【００４５】
以上のようにして、歪判定部１４は高調波歪みが許容値内に収まるように歪判定し、目標特性設定部４ｂがその判定結果に基づいて、図１４（ｄ）に示すような目標伝達特性を導出する。なお、図１３では、入力切替部１５を用いて音声信号入力端子１と切り替える構成で測定信号発生部１２を用いているが、この構成に限定されるものではなく、例えば音声信号入力端子１から測定信号を入力して歪判定部１４にも供給する構成にしても構わない。
【００４６】
あるいは、音響再生装置を図１５に示す構成にしても構わない。図１５に示す構成の音響再生装置は、測定信号発生部１２の測定信号を非巡回型デジタルフィルタ部２に入力して受聴位置１１における放射音響特性を測定する構成に代えて、推定する構成である。具体的には、不図示の演算装置などにより、スピーカ８から受聴位置１１までの伝達特性に、非巡回型デジタルフィルタ部２に実装されて使用される補正係数を畳み込み演算することにより、仮想的に各測定信号入力に対応する測定結果を算出して、推定結果とする。その推定結果を推定結果入力端子１６から歪判定部１４へ入力すると共に、対応する各測定信号を測定信号発生部１２から入力することにより、図１４にて説明したように深いディップ部分で補正を抑制するように働かせることもできる。この構成の場合、測定信号の周波数毎に受聴位置１１における測定を実施することなく、計算値に基づいて歪判定部１４が歪判定を実施することができるので、容易な構成で目標伝達特性の設定を行うことができる利点がある。
【００４７】
以上より、実施の形態２に係る音響再生装置は、所定の測定信号を生成して、非巡回型デジタルフィルタ部２に出力する測定信号発生部１２と、測定信号発生部１２が生成した測定信号と非巡回型デジタルフィルタ部２がフィルタ処理して出力した測定信号をスピーカ８で音響放射した場合の受聴位置１１までの歪判定用伝達特性の測定結果とを比較して、当該歪判定用伝達特性の歪量を算出する歪判定部１４とを備え、目標伝達特性生成部４は、歪判定部１４が算出した歪量に基づいて補正量を調整するように構成した。このため、測定信号に関わる受聴位置１１における測定結果を入力として、測定信号毎の歪みの程度を判定して当該判定結果に基づき、補正係数を生成するにあたり使用する目標伝達特性を調整することができる。よって、実際の伝達関数の特性に関わらずスピーカシステムそれぞれの特性に合わせて常に妥当で、即ち音響的にも信号的にも聴感上認識し得る程にまで歪みを増加させない、最適な伝達特性とするので、スピーカ８に過大入力となったり信号歪みを生ずることのない最適な補正を確実に行うことができる。
【００４８】
また、実施の形態２によれば、目標特性設定部４ｂが、歪判定用伝達特性として、非巡回型デジタルフィルタ部２の補正特性とスピーカ８から受聴位置１１までの伝達特性とに基づいて推定した結果を用いるように構成したので、目標伝達特性を高速かつ容易に調整することができる。また、測定結果に代えて推定結果を用いても、上記同様に、実際の伝達関数の特性に関わらずスピーカシステムそれぞれの特性に合わせて常に妥当で、即ち音響的にも信号的にも聴感上認識し得る程にまで歪みを増加させない、最適な伝達関数とするので、スピーカ８に過大入力となったり信号歪みを生ずることのない最適な補正を確実に行うことができる。
【００４９】
実施の形態３．
図１６は、本実施の形態３に係る音響再生装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態３では、図１３に示した上記実施の形態２の構成に加えて、設定入力端子１７を新たに備える構成である。これに伴い、目標特性設定部４ｂの動作も変更となる。なお、これ以外の構成要素については、図１３と同一または相当する部分のため同一の符号を付し説明を省略する。
【００５０】
図１６に示す音響再生装置において、目標特性設定部４ｂは、歪判定部１４から高調波歪みの判定結果が入力されると共に、設定入力端子１７から設定情報も入力される構成とする。この設定入力端子１７からは、例えば歪判定部１４による歪判定に基づいて目標伝達特性の設定を行う周波数範囲を指定する。具体的には、図１２に「補正周波数範囲」として示すような周波数範囲を指定した設定情報が設定入力端子１７から入力されると、目標特性設定部４ｂはその周波数範囲外となる高域および低域は補正を行わないようにして、それらの周波数領域を除いた周波数帯域について歪判定に基づく目標伝達特性の設定を行うようにする。これにより、歪判定に基づく特性設定を行う領域を限定でき、目標伝達特性設定にかかる時間の短縮につながる。
【００５１】
あるいは、図１７に示す構成にしても構わない。図１７に示す構成の音響再生装置は、図１５に示す上記実施の形態２の変形例に対して、設定入力端子１７を新たに備える構成である。この構成の場合にも、図１６の構成と同様に目標特性設定部４ｂによる歪判定に基づく特性設定を行う領域を限定でき、目標伝達特性設定にかかる時間の短縮につながる利点がある。また、測定信号の周波数毎に受聴位置１１における測定を実施することなく、計算値に基づいて歪判定部１４が歪判定を実施することができるので、容易な構成で目標伝達特性の設定を行うことができる利点もある。
【００５２】
あるいは、図１６および図１７において、設定情報による周波数範囲の指定を測定信号発生部１２および歪判定部１４に対しても行うように構成して、測定信号発生部１２はその周波数範囲の正弦波信号を生成し、歪判定部１４もその周波数範囲の歪判定のみ行うようにすることで、更なる時間の短縮が可能である。
【００５３】
以上より、実施の形態３によれば、目標伝達特性生成部４は、伝達特性のうち、設定入力端子１７から入力される設定情報が指定する周波数範囲について、歪量に基づく補正量で補正を行うように構成した。このため、補正係数を生成するにあたり使用する目標伝達特性を高速かつ容易に調整することができる。また、この構成であっても、上記実施の形態２と同様に、実際の伝達関数の特性に関わらずスピーカシステムそれぞれの特性に合わせて常に妥当で、即ち音響的にも信号的にも聴感上認識し得る程にまで歪みを増加させない、最適な伝達関数とするので、スピーカ８に過大入力となったり信号歪みを生ずることのない最適な補正を確実に行うことができる。
【００５４】
なお、上記実施の形態１〜３では、音声信号入力端子１、非巡回型デジタルフィルタ部２、電力増幅器７、スピーカ８、音導管９およびパンチング板１０からなるオーディオ再生系と、それ以外の構成要素からなる演算系とを含めて音響再生装置を構成したが、演算系を別途異なる装置で構成してもよい。
例えば実施の形態１の場合であれば、補正係数生成部３、目標伝達特性生成部４、インパルス応答入力端子５および設定入力端子６からなる演算系を別体の演算装置で構成して、この演算装置で補正係数を求め、音響再生装置の非巡回型デジタルフィルタ部２に実装すればよい。また、演算装置をコンピュータで構成する場合には、補正係数生成部３および目標伝達特性生成部４の処理内容を記述している演算プログラムをコンピュータのメモリに格納し、コンピュータのＣＰＵがメモリに格納されている演算プログラムを実行するようにすればよい。
同様に、実施の形態２，３の場合であれば、演算系として測定信号発生部１２、測定入力端子１３（または推定結果入力端子１６）、歪判定部１４、設定入力端子１７を含めた別体の演算装置を構成してもよい。
【００５５】
また、上記実施の形態１〜３では、スピーカ８が音導管９とパンチング板１０を両方備えるスピーカシステムを例に説明したが、スピーカシステムはこれ以外の構成であってもよく、例えば音導管９とパンチング板１０のうちの一方を備える構成であってもよい。この構成の場合には、伝達関数Ｈ０ａは、スピーカ８から音導管９を経由した受聴位置１１までの伝達特性、またはスピーカ８からパンチング板１０を経由した受聴位置１１までの伝達特性となる。
なお、本願発明の範囲内において、実施の形態を適宜組合せ、変更、省略等することが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１  音声信号入力端子、２  非巡回型デジタルフィルタ部、３  補正係数生成部、４  目標伝達特性生成部、４ａ  ＦＦＴ部、４ｂ  目標特性設定部、４ｃ  逆ＦＦＴ部、５  インパルス応答入力端子、６  設定入力端子、７  電力増幅器、８  スピーカ、９  音導管、１０  パンチング板、１１  受聴位置、１２  測定信号発生部、１３  測定入力端子、１４  歪判定部、１５  入力切替部、１６  推定結果入力端子、１７  設定入力端子、１００  Ｈ０演算ブロック、１００ａ  Ｈ０ａ演算ブロック、１０１  Ｈ１演算ブロック、１０２  Ｈ２演算ブロック、１０３  Ｈ３演算ブロック、１０４  Ｈ４演算ブロック。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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