(57)【要約】【課題】  クロスオーバー周波数付近でのウーファー及びツィーターからの再生音の重なりあわせを適切に設定して、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を変更することが可能なチャンネルデバイダを提供する。【解決手段】  チャンネルデバイダは、低域通過フィルタおよび高域通過フィルタと、低域通過フィルタのカットオフ周波数と等しい下限カットオフ周波数および高域通過フィルタのカットオフ周波数と等しい上限カットオフ周波数を設定する帯域通過フィルタと、帯域通過フィルタの出力を入力される第１櫛形フィルタおよび第２櫛形フィルタと、低域通過フィルタの出力及び第１櫛形フィルタの出力を加算する第１加算器と、高域通過フィルタ出力及び第２櫛形フィルタの出力を加算する第２加算器と、を含み、第１加算器の出力を第１出力信号とし、第２加算器の出力を第２出力信号とする。【選択図】  図１
2013255050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音声信号を、少なくとも低音域側の第１出力信号と該第１出力信号よりも高音域側の第２出力信号とに帯域分割して、それぞれ第１出力端子および第２出力端子に出力するチャンネルデバイダであって、
該入力音声信号をそれぞれ入力される低域通過フィルタおよび高域通過フィルタと、該入力音声信号を入力されて該低域通過フィルタのカットオフ周波数と等しい下限カットオフ周波数および該高域通過フィルタのカットオフ周波数と等しい上限カットオフ周波数を設定する帯域通過フィルタと、該帯域通過フィルタの出力を入力される第１櫛形フィルタと、該帯域通過フィルタの出力を入力される第２櫛形フィルタと、該低域通過フィルタの出力及び該第１櫛形フィルタの出力を加算する第１加算器と、該高域通過フィルタ出力及び該第２櫛形フィルタの出力を加算する第２加算器と、を含み、
該第１加算器の出力を該第１出力信号とし、該第２加算器の出力を該第２出力信号とする、
チャンネルデバイダ。
【請求項２】
前記第１櫛形フィルタおよび前記第２櫛形フィルタが、相互に無相関な信号を出力するように構成されるとともに、それぞれの出力を加算すると前記帯域通過フィルタの出力が再現されるようにレベル調整する乗算器を含む、
請求項１に記載のチャンネルデバイダ。
【請求項３】
前記第１櫛形フィルタが、入力される前記帯域通過フィルタの出力信号を分岐させて遅延させる遅延回路と、該帯域通過フィルタの該出力信号と該遅延回路の出力信号を加算する加算器と、を含むように構成され、
前記前記第２櫛形フィルタが、該遅延回路と、該帯域通過フィルタの該出力信号から該遅延回路の出力信号を減算する減算器と、を含むように構成される、
請求項１または２に記載のチャンネルデバイダ。
【請求項４】
前記遅延回路で設定される遅延時間が、該第１櫛形フィルタの出力特性において出現する最も低いディップ周波数と、または、該第２櫛形フィルタの出力特性において出現する最も低いピーク周波数と、前記高域通過フィルタの前記カットオフ周波数とが一致するように設定されている、
請求項３に記載のチャンネルデバイダ。
【請求項５】
前記帯域通過フィルタが、２つの隣接する周波数帯域を通過域にする低域通過フィルタの出力を減算するようにして構成され、
前記高域通過フィルタが、前記入力音声信号または前記入力音声信号を遅延させた信号と前記上限カットオフ周波数をカットオフ周波数とする低域通過フィルタの出力とを減算するようにして構成される、
請求項１から４のいずれかに記載のチャンネルデバイダ。
【請求項６】
前記第１出力信号または前記第２出力信号のレベル調整を行なうレベル調整回路と、該第１出力信号または該第２出力信号の位相反転を行なう位相反転回路と、該第１出力信号または該第２出力信号の遅延時間を調整する遅延回路と、をさらに含む、
請求項１から５のいずれかに記載のチャンネルデバイダ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のチャンネルデバイダと、該チャンネルデバイダのそれぞれの出力端子に対応する増幅回路を含む増幅器と、ウーファー及びツィーターとを少なくとも含み該増幅器とバイワイヤリング接続が可能なスピーカーシステムと、を含む音声再生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチウェイスピーカーシステムによる音声信号再生で使用するチャンネルデバイダおよびこれを含む音声再生システムであって、特に、クロスオーバー周波数付近でのウーファー及びツィーターからの再生音の重なりあわせを適切に設定して、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を変更することが可能なチャンネルデバイダに関する。
【背景技術】
【０００２】
低音域再生用のウーファー及び高音域再生用のツィーターを含むマルチウェイスピーカーシステムでは、各スピーカーユニットの再生周波数帯域に合わせてアンプで増幅された音声信号を帯域分割するネットワーク回路を含む場合が一般的である。近年では、ウーファーに対応するネットワーク回路とツィーターに対応するネットワーク回路をそれぞれに独立することができ、それぞれに接続する入力端子を備えるバイワイヤリング接続に対応するスピーカーシステムが普及している。バイワイヤリング接続では、ウーファーのネットワーク回路に接続するパワーアンプと、ツィーターのネットワーク回路に接続する他のパワーアンプと、を用いるバイアンプ駆動を採用することになる。
【０００３】
一方で、スピーカーシステムのネットワーク回路を使用せずにマルチアンプ（バイアンプ）駆動を実現する方法として、パワーアンプの前段にチャンネルデバイダを設けて、このチャンネルデバイダによって音声信号を帯域分割する場合がある。チャンネルデバイダは、上記のようなマルチアンプ−マルチウェイスピーカーシステムの音声再生システムにおいて、入力される音声信号を少なくとも低音域側出力信号と高音域側出力信号とに帯域分割して、マルチアンプに出力する。チャンネルデバイダを用いることで、スピーカーシステムのネットワークよりも急峻な過渡帯域を持つＬＰＦ（低域通過フィルタ）あるいはＨＰＦ（高域通過フィルタ）を設定できる、クロスオーバー周波数を比較的自由に設定できる、等の利点がある（例えば、特許文献１）。また、チャンネルデバイダを採用する場合には、低音域用のアンプ回路と高音域用のアンプ回路が独立するので、低音成分と高音成分とが重畳して発生する混変調歪が低減し、再生音質に優れるという利点があると言われている。
【０００４】
近年、ＤＳＰおよびマルチアンプを含むＡＶレシーバー等を利用してネットワーク回路を備えないスピーカーシステムを接続できるように、ＤＳＰにチャンネルデバイダの機能を持たせようとするものがある（特許文献２、特許文献３）。チャンネルデバイダをデジタルフィルタで実現する場合にはＦＩＲフィルタまたはＩＩＲフィルタによる場合がある。チャンネルデバイダを使用するには、マイクロホン等を用いてスピーカーシステムの各スピーカーユニットの再生帯域を測定して、クロスオーバー周波数を適切に設定する必要がある（特許文献４、特許文献５）。
【０００５】
従来のチャンネルデバイダでは、ウーファーおよびツィーター間にクロスオーバー周波数を設定すると、これが低音域側のＬＰＦと高音域側のＨＰＦとのカットオフ周波数に自動的に適用されるものがある。もちろん、低音域側のＬＰＦのカットオフ周波数と高音域側のＨＰＦのカットオフ周波数とを独立して設定できるチャンネルデバイダも存在する。ただし、ネットワーク回路を用いない使用条件では、ウーファーおよびツィーターが再生可能な帯域が重複していることが多いので、これらの隣接する周波数帯域を担当するフィルタのカットオフ周波数は、上記重複する帯域において同一の周波数の設定値に設定することが多い。
【０００６】
また、従来のチャンネルデバイダでは、低音域側のＬＰＦおよび高音域側のＨＰＦは、幾つかの標準的なフィルタ特性の中から選択できるものが多く、低音域側のＬＰＦと高音域側のＨＰＦとの重畳帯域を柔軟に調整するのは困難な場合が多い。標準的なフィルタ特性の具体例としては、バターワースフィルタ、ベッセルフィルタ、Ｌｉｎｋｗｉｔｚ−Ｒｉｌｅｙフィルタ、等の様々なフィルタが存在する。これらの場合には、フィルタの通過域と、阻止域と、これらの間の遷移域の設定において、低音域側のＬＰＦの通過域と高音域側のＨＰＦの通過域とを重複させずに、遷移域のみで重複させるフィルタ特性の設定が一般的である。また、一つのフィルタタイプを決めたとしても、±１２、±２４、・・・±９６ｄＢ／Ｏｃｔ．（オクターブ）、といった遷移域での遮断特性を選択できる場合があり、フィルタ特性の設定条件は、設定すべきパラメータが数多く存在する。
【０００７】
ただし、これらの標準的なフィルタでは、低音域側のＬＰＦと高音域側のＨＰＦとの組み合わせで同一のフィルタ設定を選んでも、それらの加算特性はフラットな特性とならない場合も含まれる。これは、フィルタの通過域と、阻止域と、これらの間の遷移域とが設定される場合に、フィルタのゲイン特性および位相特性の関係から、ＬＰＦの遷移域とＨＰＦの遷移域の特性を加算すると、ＬＰＦの通過域あるいはＨＰＦの通過域のゲイン特性よりも大きくなったり小さくなったりする場合があるからである。例えば、加算特性がフラットになるフィルタでは、逆相で加算すると、カットオフ周波数でディップを生じる場合がある。また、Ｌｉｎｋｗｉｔｚ−Ｒｉｌｅｙフィルタの場合には、ＬＰＦおよびＨＰＦの加算特性が常にフラットになるものの、ＬＰＦの出力とＨＰＦの出力とが同じレベルになるのは、フィルタのカットオフ周波数だけであって、低音域側のＬＰＦと高音域側のＨＰＦとの重畳帯域をより広く設定しようとしても、±２４ｄＢ／Ｏｃｔ．の場合に最大になるにすぎない。
【０００８】
一方で、マルチウェイスピーカーシステムとチャンネルデバイダとを用いてバイアンプ駆動を実現しようとすると、フィルタ特性の設定およびクロスオーバー周波数の設定により、再生音質が大きく変化する。これは、クロスオーバー周波数付近の周波数帯域において、フィルタ特性が変わってウーファーおよびツィーターそれぞれに供給される音声信号の相対関係が変化すると、ウーファーからの再生音波とツィーターからの再生音波が空間で位相干渉するのが変化するからである。高音域を再生するツィーターは、一般的にスピーカー振動板の口径が低音域を再生するウーファーよりも小さく、同一周波数を再生する場合でもその振動板面積の差から放射音圧の指向特性が異なる。すなわち、チャンネルデバイダのフィルタ特性の設定を変えると、マルチウェイスピーカーシステムのクロスオーバー周波数付近の合成特性である指向特性が変化するので、その結果として、試聴点での再生音質が変化する。チャンネルデバイダは、ユーザーの好む再生音質を設定可能なように、様々なフィルタ特性、条件を容易に設定できるようにするのが好ましい。
【０００９】
ただし、マイクロホンおよびレベルメータ、ＦＦＴアナライザ等の測定器が無ければ、未知のクロスオーバー周波数を一般のユーザーが知るのは困難であり、一般的なユーザーにとっては、チャンネルデバイダで適切なフィルタ設定を選択する、あるいは、クロスオーバー周波数を設定するのは、困難な場合があるという問題がある。そこで、チャンネルデバイダのフィルタ特性の設定では、マルチウェイスピーカーシステムのクロスオーバー周波数付近において、低音域側のＬＰＦおよび高音域側のＨＰＦの加算特性をフラットにするという最小限の条件を満たしながら、低音域側のＬＰＦと高音域側のＨＰＦとの重畳帯域を柔軟に調整することができるようにするのが好ましい。チャンネルデバイダの出力レベルで、クロスオーバー周波数付近のピーク・ディップが生じにくくなり、不適切な条件での音声再生を回避できるからである。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１０９９６９号公報
【特許文献２】特開２００２−１１１３９９号公報
【特許文献３】特開２００５−１８４１４９号公報
【特許文献４】特許第４３２１３１５号公報
【特許文献５】実開平５−３９０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の従来技術が有する問題を解決するためになされたものであり、その目的は、マルチウェイスピーカーシステムによる音声信号再生で使用するチャンネルデバイダであって、特に、クロスオーバー周波数付近でのウーファー及びツィーターからの再生音の重なりあわせを適切に設定して、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を変更することが可能なチャンネルデバイダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のチャンネルデバイダは、入力音声信号を、少なくとも低音域側の第１出力信号と第１出力信号よりも高音域側の第２出力信号とに帯域分割して、それぞれ第１出力端子および第２出力端子に出力するチャンネルデバイダであって、入力音声信号をそれぞれ入力される低域通過フィルタおよび高域通過フィルタと、入力音声信号を入力されて低域通過フィルタのカットオフ周波数と等しい下限カットオフ周波数および高域通過フィルタのカットオフ周波数と等しい上限カットオフ周波数を設定する帯域通過フィルタと、帯域通過フィルタの出力を入力される第１櫛形フィルタと、帯域通過フィルタの出力を入力される第２櫛形フィルタと、低域通過フィルタの出力及び第１櫛形フィルタの出力を加算する第１加算器と、高域通過フィルタ出力及び第２櫛形フィルタの出力を加算する第２加算器と、を含み、第１加算器の出力を第１出力信号とし、第２加算器の出力を第２出力信号とする。
【００１３】
好ましくは、本発明のチャンネルデバイダは、第１櫛形フィルタおよび第２櫛形フィルタが、位相が９０度ずれて相互に無相関な信号を出力するように構成されるとともに、それぞれの出力を加算すると帯域通過フィルタの出力が再現されるようにレベル調整する乗算器を含む。
【００１４】
また、好ましくは、本発明のチャンネルデバイダは、第１櫛形フィルタが、入力される帯域通過フィルタの出力信号を分岐させて遅延させる遅延回路と、帯域通過フィルタの出力信号と遅延回路の出力信号を加算する加算器と、を含むように構成され、第２櫛形フィルタが、遅延回路と、帯域通過フィルタの出力信号から遅延回路の出力信号を減算する減算器と、を含むように構成される。
【００１５】
また、好ましくは、本発明のチャンネルデバイダは、遅延回路で設定される遅延時間が、第１櫛形フィルタの出力特性において出現する最も低いディップ周波数と、または、第２櫛形フィルタの出力特性において出現する最も低いピーク周波数と、高域通過フィルタのカットオフ周波数とが一致するように設定されている。
【００１６】
また、好ましくは、本発明のチャンネルデバイダは、帯域通過フィルタが、２つの隣接する周波数帯域を通過域にする低域通過フィルタの出力を減算するようにして構成され、高域通過フィルタが、入力音声信号または入力音声信号を遅延させた信号と上限カットオフ周波数をカットオフ周波数とする低域通過フィルタの出力とを減算するようにして構成される。
【００１７】
また、好ましくは、本発明のチャンネルデバイダは、第１出力信号または第２出力信号のレベル調整を行なうレベル調整回路と、第１出力信号または第２出力信号の位相反転を行なう位相反転回路と、第１出力信号または第２出力信号の遅延時間を調整する遅延回路と、をさらに含む。
【００１８】
また、本発明の音響再生システムは、上記のチャンネルデバイダと、チャンネルデバイダのそれぞれの出力端子に対応する増幅回路を含む増幅器と、ウーファー及びツィーターとを少なくとも含み増幅器とバイワイヤリング接続が可能なスピーカーシステムと、を含む。
【００１９】
以下、本発明の作用について説明する。
【００２０】
本発明のチャンネルデバイダは、入力される音声信号を、少なくとも低音域側の第１出力信号と第１出力信号よりも高音域側の第２出力信号とに帯域分割して、それぞれ第１出力端子および第２出力端子に出力する。チャンネルデバイダは、チャンネルデバイダのそれぞれの出力端子に対応する増幅回路を含む増幅器と、少なくともウーファー及びツィーターとを少なくとも含み、増幅器とバイワイヤリング接続が可能なスピーカーシステムと、を含む音響再生システムを構成する。したがって、ユーザーは、チャンネルデバイダを調整して、ウーファーとツィーターとが重複して再生する周波数帯域とその再生レベルを変更できるので、再生音質の調整が容易になるという利点がある。なお、一般的なスピーカーシステムのネットワーク回路は、±６〜１８ｄＢ／Ｏｃｔ．の遷移域特性が一般的であるのに対して、チャンネルデバイダのＬＰＦ、ＢＰＦ、およびＨＰＦは、±２４〜９６ｄＢ／Ｏｃｔ．以上の遷移域特性も可能であり、チャンネルデバイダを導入することで遷移域および阻止域の減衰率を大きくすることができる。
【００２１】
本発明のチャンネルデバイダは、入力音声信号をそれぞれ入力される低域通過フィルタおよび高域通過フィルタと、入力音声信号を入力されて低域通過フィルタのカットオフ周波数と等しい下限カットオフ周波数および高域通過フィルタのカットオフ周波数と等しい上限カットオフ周波数を設定する帯域通過フィルタと、帯域通過フィルタの出力を入力される第１櫛形フィルタと、帯域通過フィルタの出力を入力される第２櫛形フィルタと、低域通過フィルタの出力及び第１櫛形フィルタの出力を加算する第１加算器と、高域通過フィルタ出力及び第２櫛形フィルタの出力を加算する第２加算器と、を含み、第１加算器の出力を第１出力信号とし、第２加算器の出力を第２出力信号とする。
【００２２】
つまり、本発明のチャンネルデバイダは、入力音声信号を、低域通過フィルタＬＰＦと、帯域通過フィルタＢＰＦと、高域通過フィルタＨＰＦと、で３つの周波数帯域に帯域分割し、ウーファーとツィーターとの間のクロスオーバー周波数が、帯域通過フィルタＢＰＦの通過帯域に含まれるようにフィルタのカットオフ周波数を設定する。そして、帯域通過フィルタの出力を、第１櫛形フィルタおよび第２櫛形フィルタに入力し、低域通過フィルタＬＰＦの出力と第１櫛形フィルタを通過した帯域通過フィルタＢＰＦの出力とを第１加算器で加算して第１出力信号とし、高域通過フィルタＨＰＦと第２櫛形フィルタを通過した帯域通過フィルタＢＰＦの出力とを第２加算器で加算して第２出力信号とする。したがって、本発明のチャンネルデバイダは、低音域側の第１出力信号および高音域側の第２出力信号のそれぞれに、櫛形フィルタを通過した帯域通過フィルタＢＰＦの出力成分を加えることができて、クロスオーバー周波数付近でのウーファー及びツィーターからの再生音の重なりあわせを比較的に自由に調整可能にして、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を変更することができる。
【００２３】
本発明のチャンネルデバイダは、好ましくは、第１櫛形フィルタおよび第２櫛形フィルタが、位相が９０度ずれて相互に無相関な信号を出力するように構成されるとともに、それぞれの出力を加算すると帯域通過フィルタの出力が再現されるようにレベル調整する乗算器を含む。つまり、第１櫛形フィルタの出力と第２櫛形フィルタは、これらを加算しても減算してもフラットな帯域通過フィルタの出力が再現される無相関の関係になる。したがって、低音域側のＬＰＦおよび高音域側のＨＰＦの加算特性をフラットにするという最小限の条件を満たし、ウーファー及びツィーターの位相関係が正相でも逆相でも関係が無くなるので、クロスオーバー周波数付近でのウーファー及びツィーターからの再生音の重なりあわせを適切に設定して、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を変更することができる。重畳する帯域は、帯域通過フィルタＢＰＦの通過帯域幅（下限カットオフ周波数〜上限カットオフ周波数）を、低域通過フィルタＬＰＦと高域通過フィルタＨＰＦとを含めて設定することで変更すればよい。
【００２４】
また、第１櫛形フィルタが、入力される帯域通過フィルタの出力信号を分岐させて遅延させる遅延回路と、帯域通過フィルタの出力信号と遅延回路の出力信号を加算する加算器と、を含むように構成され、第２櫛形フィルタが、遅延回路と、帯域通過フィルタの出力信号から遅延回路の出力信号を減算する減算器と、を含むように構成されるようにしてもよい。具体的には、遅延回路で設定される遅延時間が、第１櫛形フィルタの出力特性において出現する最も低いディップ周波数と、または、第２櫛形フィルタの出力特性において出現する最も低いピーク周波数と、高域通過フィルタのカットオフ周波数とが一致するように設定されていてもよい。第１櫛形フィルタおよび第２櫛形フィルタの構成を単純化でき、さらに、櫛形フィルタの特性を利用した自然なロールオフ特性を第１出力信号と第２出力信号とに加えることができる。ユーザーは容易にクロスオーバー周波数付近でのウーファー及びツィーターからの再生音の重なりあわせを変えて、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を変更することができる。
【００２５】
なお、チャンネルデバイダは、帯域通過フィルタが、２つの隣接する周波数帯域を通過域にする低域通過フィルタの出力を減算するようにして構成され、高域通過フィルタが、入力音声信号または入力音声信号を遅延させた信号と上限カットオフ周波数をカットオフ周波数とする低域通過フィルタの出力とを減算するようにして構成されるようにしてもよい。また、チャンネルデバイダは、低域通過フィルタＬＰＦおよび高域通過フィルタＨＰＦが、第１出力信号または第２出力信号のレベル調整を行なうレベル調整回路と、第１出力信号または第２出力信号の位相反転を行なう位相反転回路と、第１出力信号または第２出力信号の遅延時間を調整する遅延回路と、をそれぞれ含むようにしてもよく、再生音質を調整する範囲が広がり、様々なマルチウェイスピーカーシステムにも対応できるようになる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のチャンネルデバイダは、クロスオーバー周波数付近でのウーファー及びツィーターからの再生音の重なりあわせを適切に設定して、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるアンプ装置１を含む音響再生システムについて説明する図である。（実施例１）
【図２】本発明の好ましい実施形態による音響再生システムを構成するスピーカーシステム７の音圧周波数特性、および、低域通過フィルタＬＰＦ、高域通過フィルタＨＰＦ、帯域通過フィルタＢＰＦの周波数特性について説明するグラフである。（実施例１）
【図３】本発明の好ましい実施形態によるアンプ装置１のチャンネルデバイダ１２のフィルタ構成について説明する図である。（実施例１）
【図４】アンプ装置１のチャンネルデバイダ１２の第１櫛形フィルタＣＯＭ１および第２櫛形フィルタＣＯＭ２のゲイン周波数特性および位相周波数特性について説明するグラフである。（実施例１）
【図５】アンプ装置１のチャンネルデバイダ１２の出力特性（第１出力信号Ｄ１と第２出力信号Ｄ２）について説明するグラフである。（実施例１）
【図６】本発明の好ましい実施形態によるアンプ装置１のチャンネルデバイダ１２の他のフィルタ構成について説明する図である。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の好ましい実施形態によるチャンネルデバイダおよびこれを含む音声再生システム、並びに、チャンネルデバイダのクロスオーバー周波数を設定する方法について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【実施例１】
【００２９】
図１および図３は、本発明の好ましい実施形態による音響再生システムについて説明する図である。具体的には、音響再生システムは、チャンネルデバイダ１２を含むアンプ装置１と、アンプ装置１に接続するスピーカーシステム７Ｌおよび７Ｒと、を含み、図１および図３は、それぞれの内部構成を示すブロック図である。また、図２は、スピーカーシステム７の音圧周波数特性、および、低域通過フィルタＬＰＦ、高域通過フィルタＨＰＦ、帯域通過フィルタＢＰＦの周波数特性について説明するグラフであり、図４は、第１櫛形フィルタＣＯＭ１および第２櫛形フィルタＣＯＭ２のゲイン周波数特性および位相周波数特性について説明するグラフである。また、図５は、アンプ装置１のチャンネルデバイダの出力特性（第１出力信号Ｄ１と第２出力信号Ｄ２）について説明するグラフである。なお、説明に不要な一部の構成や、内部構造等は、図示ならびに説明を省略する。
【００３０】
音響再生システムは、アンプ装置１と、アンプ装置１に接続するスピーカーシステム７Ｌおよび７Ｒと、を含み、アンプ装置１に入力されるデジタル信号データａｄａｔａをステレオ音声信号ＬおよびＲに変換し、アンプ装置１で増幅した後に２本のスピーカー７Ｌおよび７Ｒからなるスピーカーシステム７によってステレオ音声を再生する音声再生システムである。アンプ装置１は、ＤＳＰおよびマルチアンプを含み、チャンネルデバイダを動作させたマルチアンプ接続が可能である。また、スピーカーシステム７は、それぞれウーファーＷＯおよびツィーターＴＷを含む２ｗａｙのバイワイヤリングＳＳであり、アンプ装置１とは、スピーカーコードによってバイワイヤリング接続される。したがって、アンプ装置１を使用するユーザーは、チャンネルデバイダを調整して、ウーファーとツィーターとが重複して再生する周波数帯域とその再生レベルを変更して、スピーカーシステム７の再生音質の調整が可能になる。
【００３１】
アンプ装置１は、デジタル信号データａｄａｔａを信号処理するＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）１０と、ＤＳＰ１０の４チャンネル分の出力を受けてアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２、および、これらのアナログ信号をそれぞれ増幅してスピーカーシステム７へ出力するアンプ回路３と、を少なくとも含む。ステレオ音声信号ＬおよびＲは、アナログで供給されるステレオ信号（左信号Ｌおよび右信号Ｒ）として（図示しない）Ａ／Ｄ変換器を介してＤＳＰ１０に供給されてもよい。アンプ装置１は、全体を制御する制御回路であるＣＰＵ４と、ＣＰＵ４に接続してユーザーからの指示入力を受ける操作部５と、ディスプレイを含む表示回路６と、を含む。具体的には、アンプ装置１は、マルチチャンネル音声に対応したＤＳＰおよびマルチチャンネルアンプ回路を内蔵するＡＶレシーバー等により構成し得る。操作部５は、スイッチ、ジョグダイヤル、あるいは、リモコン装置、等の入力デバイスを含む。表示回路６は、内蔵するＦＬディスプレイ、液晶ディスプレイ等でもよく、又は他に接続するディスプレイ装置であってもよい。もちろん、アンプ装置１は、ＤＳＰ１０と、Ｄ／Ａ変換器２と、マルチチャンネルアンプ回路３と、マイコン等のＣＰＵ４と、を含む他の音響再生装置により構成してもよい。また、アンプ装置１が含むＤＳＰ１０は、単独のチャンネルデバイダ装置として独立していても良い。
【００３２】
スピーカーシステム７は、ウーファーＷＯおよびツィーターＴＷを含む２ｗａｙのバイワイヤリングＳＳであり、それぞれのスピーカーユニットに対応する入力端子を含む。左スピーカー７Ｌおよび右スピーカー７Ｒの低音域再生用のウーファーＷＯは、入力端子ｔＬに接続し、高音域再生用のツィーターＴＷは、入力端子ｔＨに接続する。スピーカーシステム７は、内部にネットワーク回路を有しないスピーカーシステムであるので、アンプ装置１が含むＤＳＰ１０が、チャンネルデバイダを構成して音声信号を帯域分割して、入力端子ｔＬおよびｔＨに出力する。
【００３３】
図２（ａ）は、スピーカーシステム７の音圧周波数特性について説明するグラフである。本実施例のスピーカーシステム７のウーファーＷＯおよびツィーターＴＷは、振動板面積等の諸条件から再生周波数帯域がそれぞれ定まる。スピーカーシステム７の場合には、主に音声再生する周波数帯域をネットワーク回路により分割されていないので、図示する周波数ｆｃの付近でのスピーカーシステム７の再生音は、図２（ａ）に図示するように、ウーファーＷＯからの再生音とツィーターＴＷからの再生音とが、幅広く重複することになる。したがって、ウーファーＷＯおよびツィーターＴＷが同程度の音圧レベルで再生可能な帯域が重畳する周波数ｆｃ付近が、チャンネルデバイダで設定するクロスオーバー周波数として適している。この音響再生システムでは、低音域再生用のウーファーＷＯは、チャンネルデバイダが設定するクロスオーバー周波数ｆｃ以下の周波数帯域を主に再生し、ツィーターＴＷは、クロスオーバー周波数ｆｃ以上の周波数帯域を主に再生する。なお、２ｗａｙのスピーカーシステムの場合には、クロスオーバー周波数ｆｃは約１〜８ｋＨｚの間に設定されるのが一般的である。
【００３４】
ＤＳＰ１０は、入力データａｄａｔａをステレオ信号ＬおよびＲに変換するデコーダ１１と、デジタルフィルタを含むチャンネルデバイダ１２と、を内部に含む。ＤＳＰ１０は、チャンネルデバイダ１２の４チャンネル分の出力端子（ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＲ１、ＤＲ２）をＤ／Ａ変換器２へ出力する。チャンネルデバイダ１２は、左信号Ｌおよび右信号Ｒにそれぞれ対応する低域通過フィルタＬＰＦと、帯域通過フィルタＢＰＦと、高域通過フィルタＨＰＦと、第１櫛形フィルタＣＯＭ１と、第２櫛形フィルタＣＯＭ２と、第１加算器１５と、第２加算器１６と、第１出力調整回路１７と、第２出力調整回路１８と、を含む。ＤＳＰ１０のチャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタＬＰＦと、帯域通過フィルタＢＰＦと、高域通過フィルタＨＰＦと、のフィルタ設定等は、ＣＰＵ４により制御される。
【００３５】
チャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタＬＰＦ、帯域通過フィルタＢＰＦ、高域通過フィルタＨＰＦは、ＦＩＲフィルタまたはＩＩＲフィルタにより構成されるデジタルフィルタである。低域通過フィルタＬＰＦ、帯域通過フィルタＢＰＦおよび高域通過フィルタＨＰＦは、バターワースフィルタ、Ｌｉｎｋｗｉｔｚ−Ｒｉｌｅｙフィルタ、等が好ましく、ＦＩＲフィルタによる直線位相特性を含むものであってもよい。チャンネルデバイダ１２は、図２（ｂ）に示すように、入力音声信号を、低域通過フィルタＬＰＦと、帯域通過フィルタＢＰＦと、高域通過フィルタＨＰＦと、で３つの周波数帯域に帯域分割する。チャンネルデバイダ１２では、図２に示すように、にウーファーＷＯとツィーターＴＷとの間のクロスオーバー周波数ｆｃが、帯域通過フィルタＢＰＦの通過帯域に含まれるように３つのフィルタのカットオフ周波数を設定する。具体的には、帯域通過フィルタＢＰＦの下限カットオフ周波数を、低域通過フィルタＬＰＦのカットオフ周波数ｆｌと等しく設定し、帯域通過フィルタＢＰＦの上限カットオフ周波数を、高域通過フィルタＨＰＦのカットオフ周波数ｆｈと等しく設定する。
【００３６】
なお、本実施例のアンプ装置１のチャンネルデバイダ１２では、図３に図示するように、低域通過フィルタＬＰＦのカットオフ周波数ｆｌが１．６ｋＨｚに設定され、高域通過フィルタＨＰＦのカットオフ周波数ｆｈが４ｋＨｚに設定され、帯域通過フィルタＢＰＦの通過域が１．６ｋＨｚ〜４ｋＨｚに設定される。図３では、左信号Ｌ側および右信号Ｒ側のフィルタ構成については、同様であるので一方側のみを図示し、他方側の図示並びに説明を省略する。
【００３７】
帯域通過フィルタＢＰＦの出力が入力される第１櫛形フィルタＣＯＭ１および第２櫛形フィルタＣＯＭ２は、位相が９０度ずれて相互に無相関な２つの信号を出力するように構成される。具体的には、第１櫛形フィルタＣＯＭ１および第２櫛形フィルタＣＯＭ２は、図３に図示するように、帯域通過フィルタＢＰＦの出力が入力される乗算器１３と、遅延回路１４（Ｄｅｌａｙ）とを共通に含む。乗算器１３は、第１櫛形フィルタＣＯＭ１および第２櫛形フィルタＣＯＭ２の２つの出力を加算すると帯域通過フィルタＢＰＦの出力が再現されるように、レベル調整して係数０．５を乗算する。遅延回路１４は、分岐された乗算器１３の出力信号を所定時間だけ遅延させて、加算器１９および減算器２０にそれぞれ入力する。加算器１９は、帯域通過フィルタＢＰＦの出力信号である乗算器１３の出力と遅延回路１４の出力を加算して加算器１５へ出力する。一方、減算器２０は、帯域通過フィルタＢＰＦの出力信号である乗算器１３の出力から遅延回路１４の出力を減算して加算器１６へ出力する。つまり、第１櫛形フィルタＣＯＭ１および第２櫛形フィルタＣＯＭ２は、遅延された入力信号を、分岐した入力信号に加算する、あるいは、減算するようにして構成される。
【００３８】
第１加算器１５は、低域通過フィルタＬＰＦの出力と加算器１９の出力とを加算して第１出力調整回路１７に入力し、第１音声出力信号Ｄ１として、ＤＳＰ１０の出力端子（ＤＬ１、ＤＲ１）に出力する。また、第２加算器１６は、低域通過フィルタＬＰＦの出力と加算器２０の出力とを加算して第２出力調整回路１８に入力し、第２音声出力信号Ｄ２として、ＤＳＰ１０の出力端子（ＤＬ２、ＤＲ２）に出力する。なお、第１出力調整回路１７および第２出力調整回路１８は、再生音質を調整する範囲を広げて幅広いスピーカーシステム７にも対応できるように、第１音声出力信号Ｄ１と第２音声出力信号Ｄ２それぞれに、レベル調整を行なうレベル調整回路と、位相反転を行なう位相反転回路と、遅延時間を調整する遅延回路と、をそれぞれ含む。
【００３９】
図４は、第１櫛形フィルタＣＯＭ１および第２櫛形フィルタＣＯＭ２のゲイン周波数特性および位相周波数特性について説明するグラフである。図４（ａ）に示すように、第１櫛形フィルタＣＯＭ１の出力は、出現する最も低いディップ周波数が、高域通過フィルタＨＰＦのカットオフ周波数ｆｈ（＝４ｋＨｚ）と一致するように、遅延回路１４で設定される遅延時間を設定されている。一方、図４（ｂ）に示すように、第２櫛形フィルタＣＯＭ２の出力は、出現する最も低いピーク周波数が、高域通過フィルタＨＰＦのカットオフ周波数ｆｈ（＝４ｋＨｚ）と一致することになる。また、位相特性のグラフから分かるように、第１櫛形フィルタＣＯＭ１の出力と第２櫛形フィルタＣＯＭ２の出力とは、相対的に常に９０度の位相差を有する。したがって、第１櫛形フィルタＣＯＭ１の出力と第２櫛形フィルタＣＯＭ２の出力は、これらを加算しても減算してもフラットな帯域通過フィルタの出力が再現される無相関の関係になる。第１櫛形フィルタＣＯＭ１および第２櫛形フィルタＣＯＭ２には、帯域通過フィルタＢＰＦの出力が入力する。本実施例の場合には、帯域通過フィルタＢＰＦの通過域が１．６ｋＨｚ〜４ｋＨｚに設定され、第１櫛形フィルタＣＯＭ１での最も低いディップおよび第２櫛形フィルタＣＯＭ２での最も低いピークを形成するロールオフ特性を利用して、それぞれ帯域分割した信号を出力する。
【００４０】
チャンネルデバイダ１２は、通常の音声再生時には、図１のように、低域通過フィルタＬＰＦと高域通過フィルタＨＰＦの間に、スピーカーシステム７のクロスオーバー周波数帯域に対応する帯域通過フィルタＢＰＦを設け、さらにこの帯域通過フィルタＢＰＦの出力を第１櫛形フィルタＣＯＭ１および第２櫛形フィルタＣＯＭ２に入力して相互に無相関な関係にして、低域通過フィルタＬＰＦまたは高域通過フィルタＨＰＦの出力に加算する。つまり、低音域側の第１音声出力信号Ｄ１および高音域側の第２音声出力信号Ｄ２のそれぞれに、帯域通過フィルタＢＰＦの出力成分を相互に無相関な関係にして加算することで、クロスオーバー周波数付近でのウーファー及びツィーターからの再生音の重なりあわせを比較的に広くして、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を変更することができる。
【００４１】
図５は、アンプ装置１のチャンネルデバイダ１２の出力特性（図５（ａ）：第２音声出力信号Ｄ２、図５（ｂ）：第１音声出力信号Ｄ１）について説明するグラフである。第１音声出力信号Ｄ１の出力特性は、カットオフ周波数ｆｌ以下の通過域の出力レベルが０ｄＢの低域通過フィルタＬＰＦの出力と、周波数ｆｌ〜ｆｈに帯域制限されて通過域の出力レベルが第１櫛形フィルタＣＯＭ１のディップ特性のロールオフを有する帯域通過フィルタＢＰＦの出力と、が加算された図示するような特性を有し、カットオフ周波数ｆｈ以上が阻止域である。一方で、第２音声出力信号Ｄ２の出力特性は、カットオフ周波数ｆｈ以上の通過域の出力レベルが０ｄＢの高域通過フィルタＨＰＦの出力と、周波数ｆｌ〜ｆｈに帯域制限されて通過域の出力レベルが第２櫛形フィルタＣＯＭ２のピーク特性のロールオフを有する帯域通過フィルタＢＰＦの出力と、が加算された図示するような特性を有し、カットオフ周波数ｆｌ以下が阻止域である。
【００４２】
このように、低音域側の第１音声出力信号Ｄ１および高音域側の第２音声出力信号Ｄ２のそれぞれに、対応する帯域通過フィルタＢＰＦの所定の周波数帯域成分が高いゲインレベルで含まれることになり、低音域側の第１音声出力信号Ｄ１と高音域側の第２音声出力信号Ｄ２との重畳帯域を、従来の他のフィルタよりも意図して広く設定することができる。ウーファーＷＯからの再生音波とツィーターＴＷからの再生音波の音圧レベルがほぼ等しい帯域が広くなると、音波が空間で位相干渉する帯域が広くなるので、スピーカーシステムの指向特性が変化して再生音質が変化する。また、このチャンネルデバイダ１２では、低音域側の第１音声出力信号Ｄ１と高音域側の第２音声出力信号Ｄ２とを加算しても、減算しても、フラットな０ｄＢのゲイン特性が得られる。したがって、スピーカーシステム７のクロスオーバー周波数ｆｃ付近において、ウーファーＷＯおよびツィーターＴＷの位相特性が正相逆相の関係にかかわらず、ゲイン特性が大きくなったり小さくなったりすることがなく、低音域側のＬＰＦと高音域側のＨＰＦとの重畳帯域を広く設定することができる。
【００４３】
本実施例のようにチャンネルデバイダ１２において、スピーカーシステム７で設定可能なクロスオーバー周波数ｆｃを、帯域通過フィルタＢＰＦの通過域に含まれるようにカットオフ周波数ｆｌおよびｆｈを設定すると、基本的なスピーカーシステム７の音圧周波数特性は変更することなく、かつ、音響再生システムの重畳帯域の再生音質を変化するように調整することができる。例えば、２ｗａｙのスピーカーシステム７においてステレオ音声を再生すると、そのクロスオーバー周波数ｆｃを跨ぐように歌手のボーカル音声の再生帯域が存在するので、チャンネルデバイダ１２により急峻な遷移域特性を設定すると、ウーファーＷＯの再生音波とツィーターＴＷの再生音波との間での干渉が実質的に減少し、ユーザーは、チャンネルデバイダ１２を機能させない場合に比較して、歌手のボーカルの大きさがより小さくなるような音像感を得ることができる。一方で、本実施例のように、ウーファーＷＯの再生音波とツィーターＴＷの再生音波との間での干渉を意図的に調整できれば、ユーザーは、フィルタ構成またはクロスオーバー周波数設定を変更するだけで、スピーカーシステム７の指向特性を調整して好みの音像感を得ることができる。もちろん、チャンネルデバイダ１２の低域通過フィルタＬＰＦ、帯域通過フィルタＢＰＦ、および、高域通過フィルタＨＰＦのカットオフ周波数は、細かく設定できるのが好ましいが、例えば、ＪＩＳ規格（又はＩＳＯ／ＩＥＣ規格）に倣って１／３オクターブ程度、または、１／６オクターブ程度のステップで設定できるものであってもよい。また、帯域通過フィルタＢＰＦの帯域は、約１／６〜４オクターブ程度の範囲で自由に設定できるのが好ましい。
【００４４】
上記の実施例では、高域通過フィルタＨＰＦのカットオフ周波数ｆｈを設定すると、第１櫛形フィルタＣＯＭ１および第２櫛形フィルタＣＯＭ２の遅延回路１４の遅延時間が連動して設定される。ただし、チャンネルデバイダ１２の第１櫛形フィルタＣＯＭ１および第２櫛形フィルタＣＯＭ２は、上記実施例のような場合に限られない。帯域通過フィルタＢＰＦの通過域内に複数のピークおよびディップが出現するように、遅延回路１４での遅延時間をさらに長くしてもよく、あるいは、帯域通過フィルタＢＰＦの通過域内にピークおよびディップが出現しないように、遅延回路１４での遅延時間をさらに短くしてもよい。低音域側の第１音声出力信号Ｄ１および高音域側の第２音声出力信号Ｄ２のそれぞれに、帯域通過フィルタＢＰＦの出力成分を相互に無相関な関係にして加算するようにできれば、第１櫛形フィルタＣＯＭ１および第２櫛形フィルタＣＯＭ２の構成および遅延時間の設定は、帯域通過フィルタＢＰＦのカットオフ周波数の設定と独立させてもよい。
【００４５】
ただし、チャンネルデバイダ１２は、上記実施例のようなウーファーＷＯおよびツィーターＴＷを含む２ｗａｙのバイワイヤリングＳＳに適用するものに限られない。チャンネルデバイダ１２は、サブウーファーおよび／またはミッドレンジおよび／またはスーパーツィーターを含む３〜５ｗａｙのマルチウェイスピーカーである（図示しない）バイワイヤリングＳＳに対応するように、３〜５ｗａｙ用の３〜５に帯域分割した出力を含む構成にしてもよい。また、帯域通過フィルタＢＰＦは、低域通過フィルタＬＰＦおよび高域通過フィルタＨＰＦに、それぞれ他の高域通過フィルタＨＰＦまたは他の低域通過フィルタＬＰＦを直列接続して構成してもよい。
【００４６】
もちろん、ネットワーク回路を含むウーファーおよびツィーターを含むマルチウェイスピーカーの場合にも、本実施例のチャンネルデバイダ１２は有効である。また、スピーカーシステム７がフルレンジスピーカーを含む場合にも、同様にチャンネルデバイダ１２は有効である。フルレンジスピーカー、あるいは、ウーファー、ツィーター等のスピーカーの再生音圧周波数特性の限界に起因するレベル低下に対応して、他のスピーカーとの実質的なクロスオーバー周波数ｆｃが設定されている場合にも、これに合わせたチャンネルデバイダ１２の帯域通過フィルタＢＰＦを設定することができる。
【実施例２】
【００４７】
図６は、上記実施例のアンプ装置１のチャンネルデバイダ１２の他のフィルタ構成について説明する図である。本実施例のチャンネルデバイダ１２は、帯域通過フィルタＢＰＦと高域通過フィルタＨＰＦの具体的構成が、先の実施例と異なっている他は、共通する。なお、左信号Ｌ側および右信号Ｒ側のフィルタ構成については、同様であるので一方側のみを図示し、共通する部分の説明と、他方側の図示並びに説明を省略する。
【００４８】
本実施例のアンプ装置１のチャンネルデバイダ１２では、低域通過フィルタＬＰＦのカットオフ周波数ｆｌが１．６ｋＨｚに設定され、高域通過フィルタＨＰＦのカットオフ周波数ｆｈが４ｋＨｚに設定され、帯域通過フィルタＢＰＦの通過域が１．６ｋＨｚ〜４ｋＨｚに設定される。ただし、通過域を１．６ｋＨｚ〜４ｋＨｚとする帯域通過フィルタＢＰＦは、カットオフ周波数ｆｌが４ｋＨｚに設定された低域通過フィルタＬＰＦ１の出力から、カットオフ周波数ｆｌが１．６ｋＨｚに設定された低域通過フィルタＬＰＦの出力を減算するようにして構成されている。
【００４９】
さらに、高域通過フィルタＨＰＦは、入力音声信号を遅延回路Ｄｅｌａｙで遅延させた信号と、カットオフ周波数ｆｌを４ｋＨｚとする低域通過フィルタＬＰＦ１の出力とを減算するようにして構成される。遅延回路Ｄｅｌａｙでの遅延時間は、低域通過フィルタＬＰＦ１を構成するＦＩＲ直線位相フィルタの遅延時間に等しく設定する。このようにすることで、チャンネルデバイダ１２のフィルタ構成の簡略化ができる。低域通過フィルタＬＰＦ１が、非直線位相のＩＩＲフィルタで構成されている場合は、遅延回路を設けることなく、入力音声信号と低域通過フィルタＬＰＦ１の出力とを減算するようにして構成してもよい。なお、低域通過フィルタＬＰＦを、入力音声信号を遅延回路Ｄｅｌａｙで遅延させた信号と、他の高域通過フィルタＨＰＦの出力とを減算するようにして構成してもよい。
【００５０】
また、チャンネルデバイダ１２の第１櫛形フィルタＣＯＭ１および第２櫛形フィルタＣＯＭ２を含む構成は、上記実施例で説明および図示する構成に限られない。つまり、第１櫛形フィルタＣＯＭ１および第２櫛形フィルタＣＯＭ２の構成は、遅延した信号を加算または減算して出力し、非巡回型であるフィードフォワード型に限定されず、出力信号を遅延させて入力信号に加算し、巡回型であるフィードバック型であってもよい。つまり、低域通過フィルタＬＰＦの出力と無相関化した帯域通過フィルタＢＰＦの出力の一方とを第１加算器１５で加算して第１出力信号とし、高域通過フィルタＨＰＦと無相関化した帯域通過フィルタＢＰＦの出力の他方とを第２加算器１６で加算して第２出力信号とし、所定の重畳する帯域をともに設けるものであればよい。ユーザーは容易にクロスオーバー周波数付近でのウーファー及びツィーターからの再生音の重なりあわせを変えて、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のチャンネルデバイダは、ステレオ音声信号を再生するステレオ装置のみならず、マルチチャンネルサラウンド音声再生装置を含む音響再生システムにも適用が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１        アンプ装置
２        Ｄ／Ａ変換器
３        アンプ回路
４        ＣＰＵ
５        操作部
６        表示回路
７        スピーカーシステム
１０      ＤＳＰ
１１      デコーダ
１２      チャンネルデバイダ
【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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