(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を周波数帯域が相互に異なる補正周波数帯域信号と非補正周波数帯域信号とに分割する第１の周波数帯域分割手段と、
前記補正周波数帯域信号を補正処理する適応フィルタと、
目標応答信号を出力する目標応答出力部と、
前記非補正周波数帯域信号を遅延する第１の遅延器と、
前記適応フィルタの出力信号と前記第１の遅延器の出力信号とを混合する第１の演算器と、
前記第１の演算器の出力をｎ（ｎは２以上の自然数）個の周波数帯域の信号に分割する第２の周波数帯域分割手段と、
前記第２の周波数帯域分割手段で分割される各周波数帯域の信号を個別に遅延するｎ個の第２の遅延器と、
前記ｎ個の第２の遅延器で遅延された信号がそれぞれ個別に供給されるｎ個のスピーカーと、
前記ｎ個のスピーカーから出力されて音響系を伝播する音波を電気信号に変換するマイクロホンと、
前記マイクロホンの出力信号と前記目標応答信号との差を演算し、その結果を誤差信号として前記適応フィルタに出力する第２の演算器とを有し、
前記ｎ個のスピーカーの再生周波数帯域が相互に異なることを特徴とする帯域限定適応イコライザ。
【請求項２】
前記ｎ個のスピーカーから出力された各周波数帯域の音の前記マイクロホンまでの到達時間をｔm（但し、ｍ＝１，２，…，ｎ）とし、それらの到達時間のうち最も時間が長いものをｔMとしたときに、ｍ番目の前記第２の遅延器の遅延時間がｔM−ｔmに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の帯域限定適応イコライザ。
【請求項３】
前記補正周波数帯域の信号の周波数が、前記非補正周波数帯域の信号の周波数よりも低いことを特徴とする請求項２に記載の帯域限定適応イコライザ。
【請求項４】
前記目標応答出力部は、前記第１の周波数帯域分割手段で分割された補正周波数帯域信号を入力し、該信号を遅延して、前記目標応答信号として出力することを特徴とする請求項２に記載の帯域限定適応イコライザ。
【請求項５】
前記目標応答出力部に設定された遅延時間は、前記適応フィルタのタップ数の半分に相当する時間であることを特徴とする請求項４に記載の帯域限定適応イコライザ。
【請求項６】
前記第１の遅延器の遅延時間が、前記目標応答出力部に設定された時間をＴとしたときに、Ｔ−ｔMに設定されていることを特徴とする請求項２に記載の帯域限定適応イコライザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ装置に使用する適応イコライザに関し、 特に低い周波数帯域の信号にのみ補正処理を行う帯域限定適応イコライザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
オーディオシステムにより音楽等を再生する場合、再生空間における音の反射や吸収により音の伝達特性がその再生空間独自のものとなる。この再生空間毎に異なる伝達特性によりリスナーに到達する音の周波数毎のレベルや位相が変化して、音質劣化を生じさせる原因となる。このため、再生空間に応じて、オーディオ信号の周波数毎のレベルや位相を補正することが好ましい。
【０００３】
再生空間（音響系）による周波数毎のレベルや位相の変化を自動的に補正する装置の一つに適応イコライザ（適応等化器）がある。図２は従来の適応イコライザの構成を示すブロック図である。
適応イコライザは、入力端子３１，目標応答出力部３２、適応フィルタ３３、スピーカー３４，マイクロホン３５、演算部３６及びフィルタ３７により構成されている。また、適応フィルタ３３は、ＦＩＲ（Finite Impulse Responce ）フィルタ３３ａと、ＬＭＳ（Least Mean Square)適応アルゴリズムによりＦＩＲフィルタ３３ａの係数（以下、「フィルタ係数」ともいう）を設定する係数演算部３３ｂとにより構成される。
【０００４】
入力端子３１には、ＣＤプレーヤ及びＦＭチューナー等からオーディオ信号が入力される。目標応答出力部３２は、入力端子３１を介して入力したオーディオ信号を所定の時間だけ遅延し、目標応答信号として出力する。また、適応フィルタ３３は、入力端子３１を介して入力したオーディオ信号に対し周波数毎のレベル及び位相を調整して出力する。スピーカー３４は適応フィルタ３３から出力された信号を音（音波）として再生空間（音響系Ｃ）に放射する。
【０００５】
マイクロホン３５は再生空間内のリスニングポイントに設置され、スピーカー３４から放射された音を検出して電気信号に変換する。演算部３６は、目標応答出力部３２から出力された目標応答信号とマイクロホン３５から出力された信号（検出信号）との差を演算し、その演算結果を誤差信号として出力する。フィルタ３７はスピーカー３４からマイクロホン３５までの音響系Ｃの伝達特性を模擬するものであり、オーディオ信号を音響系Ｃの伝達特性に応じて補償した信号を適応フィルタ３３に出力する。
【０００６】
スピーカー３４から再生空間に放射された音（音響信号）の周波数特性は、スピーカー３４からマイクロホン３５に至るまでの間にさまざまな変化を受ける。適応フィルタ３３は、マイクロホン３５から出力される信号が目標応答信号に一致するように、誤差信号のパワーを最小にするという基準に基づいてフィルタ係数を調整する。そして、適応フィルタ３３は、このフィルタ係数に応じてオーディオ信号の周波数毎のレベル及び位相を調整する。これにより、再生空間の伝達特性による音響信号の変化が補正され、良好な音質で音楽等を楽しむことができる。
【０００７】
適応イコライザは、グラフィックイコライザなどと比べて、（１）周波数特性をより細かく調整できる、（２）位相特性の補正が可能である、という大きな利点を有している。しかし、信号の処理量が極めて多く、装置コストが高い（現状で数百万円から数千万円）という欠点がある。
このため、適応フィルタによる補正処理を低い周波数帯域に限定した帯域限定適応イコライザが提案されている。図３は、帯域限定適応イコライザの一例を示すブロック図である。なお、図３において、図２と同一物には同一符号を付している。
【０００８】
図３に示す適応イコライザでは、入力端子３１から入力されたオーディオ信号を、ハイパスフィルタ４１とローパスフィルタ４２とにより低周波帯域と中高周波帯域とに分割する。そして、低周波帯域の信号については、適応フィルタ３３により補正処理を行う。このとき、目標応答出力部３２には、適応フィルタ３３のタップ数の約半分の遅延時間に相当する遅延時間（Ｔ秒）が設定される。この目標応答出力部３２に設定された遅延時間を、モデリングディレイという。
【０００９】
中高周波帯域の信号については、遅延器４３により、モデリングディレイＴから音響系Ｃの伝播時間（ディレイ）ｔを減算した時間τ（τ＝Ｔ−ｔ）だけ遅延させる。そして、演算器４４により、適応フィルタ３３の出力と遅延器４３の出力とを混合し、スピーカー３４に供給する。演算器３６は、目標応答出力部３２の出力からマイクロホン３５の出力を減算し、その結果を誤差信号として適応フィルタ３３に出力する。
【００１０】
この帯域限定適応イコライザでは、上述の如く、音響系Ｃの伝達特性を打ち消すフィルタ（逆フィルタという）を精度よく構成するために、適応フィルタ３３のタップ数の約半分の遅延時間に相当する遅延時間（Ｔ秒）だけ入力信号を遅延し、目標応答信号として出力する。これにより、非補正周波数帯域（低周波帯域）の信号に対して、遅延時間Ｔ秒から音響系Ｃの伝播時間ｔ秒を差し引いたτ（＝Ｔ−ｔ）秒のディレイを加えて、補正処理帯域（中高周波数）の信号と同時にマイクロホン３５の位置（リスニングポイント）に到達するようにしている。
【００１１】
このようなシステムは、適応フィルタの信号処理量が少なく、比較的低いコストで実現することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車載オーディオシステムでは、複数のスピーカー及びアンプにより一つのチャンネルが構成されるマルチウエイといわれるシステムが広く使用されている。例えば、図４に示す例では、左右の高音用スピーカー５１ａ，５１ｂがリスニングポイントの前方に配置され、左右の中音用スピーカー５２ａ，５２ｂが側方に配置され、左右の低音用スピーカー５３ａ，５３ｂが後方に配置されている。右チャンネル（Ｒｃｈ）及び左チャンネル（Ｌｃｈ）のオーディオ信号が、それぞれハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５４ａ，５６ａ、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５４ｂ，５６ｂ及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）５４ｃ，５６ｃにより帯域毎に分割され、アンプ５５ａ〜５５ｃ，５７ａ〜５７ｃで増幅された後、高音用スピーカー５１ａ，５１ｂ、中音用スピーカー５２ａ，５２ｂ及び低音用スピーカー５３ａ，５３ｂにそれぞれ供給される。
【００１３】
このようなマルチウエイシステムでは、１つのチャンネル（Ｒｃｈ又はＬｃｈ）の各スピーカーからリスニングポイントまでの距離が異なるため、上記の手法を単純に適用することはできない。例えば、ローパスフィルタ５４ｃから出力される信号を適応フィルタにより補正し、適応フィルタのタップ数の約半分の遅延時間に相当する時間だけハイパスフィルタ５４ａ及びバンドパスフィルタ５４ｂから出力される信号を遅延しても、スピーカー５１ａ，５２ａ，５３ａからリスニングポイントまでの距離がそれぞれ異なるので、スピーカー５１ａ，５２ａ，５３ａからそれぞれ放出された音波がリスニングポイントに到達する時間は一致しない。
【００１４】
以上から本発明の目的は、マルチウエイシステムのオーディオ装置に適用できる帯域限定適応イコライザを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決は、入力信号を周波数帯域が相互に異なる補正周波数帯域信号と非補正周波数帯域信号とに分割する第１の周波数帯域分割手段と、前記補正周波数帯域信号を補正処理する適応フィルタと、目標応答信号を出力する目標応答出力部と、前記非補正周波数帯域信号を遅延する第１の遅延器と、前記適応フィルタの出力信号と前記第１の遅延器の出力信号とを混合する第１の演算器と、前記第１の演算器の出力をｎ（ｎは２以上の自然数）個の周波数帯域の信号に分割する第２の周波数帯域分割手段と、前記第２の周波数帯域分割手段で分割される各周波数帯域の信号を個別に遅延するｎ個の第２の遅延器と、前記ｎ個の第２の遅延器で遅延された信号がそれぞれ個別に供給されるｎ個のスピーカーと、前記ｎ個のスピーカーから出力されて音響系を伝播する音波を電気信号に変換するマイクロホンと、前記マイクロホンの出力信号と前記目標応答信号との差を演算し、その結果を誤差信号として前記適応フィルタに出力する第２の演算器とを有し、前記ｎ個のスピーカーの再生周波数帯域が相互に異なることを特徴とする帯域限定適応イコライザにより解決する。
【００１６】
以下、本発明の作用について説明する。
本発明においては、第１の周波数帯域分割手段により入力信号を補正周波数帯域信号と非補正周波数帯域信号とに分割する。補正周波数帯域信号については、適応フィルタにより補正処理を施す。また、非補正周波数帯域信号については第１の遅延器で遅延する。そして、第１の演算器により、適応フィルタの出力と第１の遅延器の出力とを混合する。
【００１７】
この第１の遅延器の出力を、第２の周波数帯域分割手段及び第２の遅延手段により複数（ｎ個）の周波数帯域の信号に分割し、各周波数帯域の信号をそれぞれ個別に遅延する。その後、各周波数帯域の信号はそれぞれスピーカーに供給され、スピーカーから音が放射される。スピーカーから放射された音は、音響空間を伝播してマイクロホンに到達する。第２の演算器は、マイクロホンの出力と目標応答出力部から出力される目標応答信号との差を演算し、誤差信号として出力する。適応フィルタは、この誤差信号のパワーが最小となるように、補正周波数帯域の信号に対し補正処理を施す。
【００１８】
このように、本発明においては、適応フィルタにより補正処理された補正周波数帯域の信号と、第１の遅延器で遅延した非補正周波数帯域の信号とを第１の演算器で混合した後、第２の周波数帯域分割手段で複数の周波数帯域の信号に分割し、各周波数帯域の信号に対し個別の遅延時間を設定するので、各周波数帯域の信号がマイクロホンに到達するまでの時間が統一される。これにより、マルチウエイシステムのオーディオ装置に帯域限定適応イコライザを適用することが可能となる。
【００１９】
ｎ個のスピーカーからそれぞれ個別に出力された周波数帯域の音のマイクロホンまでの到達時間をｔm （但し、ｍ＝１，２，…，ｎ）とし、それらの到達時間のうち最も時間が長いものをｔM としたときに、ｍ番目の前記第２の遅延器の遅延時間を、例えばｔM −ｔm に設定する。また、目標応答出力部に設定された時間をＴとしたときに、第１の遅延器の遅延時間をＴ−ｔM に設定する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態の帯域限定適応イコライザの構成を示すブロック図である。
本実施の形態の適応イコライザは、入力端子１１、ハイパスフィルタ１２、ローパスフィルタ１３、遅延器１４、目標応答出力部１５、適応フィルタ１６、フィルタ１７、演算器１８、遅延器１９ａ，１９ｂ，１９ｃ、ハイパスフィルタ２０ａ、バンドパスフィルタ２０ｂ、ローパスフィルタ２０ｃ、スピーカー２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、マイクロホン２２及び演算器２３により構成される。また、適応フィルタ１６は、ＦＩＲフィルタ１６ａと、ＬＭＳ適応アルゴリズムによりＦＩＲフィルタ１６ａのフィルタ係数を設定する係数演算部１６ｂとにより構成される。
【００２１】
入力端子１１には、ＣＤプレーヤ及びＦＭチューナー等からオーディオ信号が入力される。ハイパスフィルタ１２及びローパスフィルタ１３は、それぞれ設定された周波数以上の非補正周波数帯域信号又は設定された周波数以下の補正周波数帯域信号を次段に伝達する。
遅延器１４は、ハイパスフィルタ１２を通過した非補正周波数帯域信号を所定の時間τだけ遅延して出力する。遅延時間τの値については後述する。
【００２２】
一方、ローパスフィルタ１３を通過した補正周波数帯域信号は、目標応答出力部１５、適応フィルタ１６及びフィルタ１７に伝達される。目標応答出力部１５は、ローパスフィルタ１３を通過した補正周波数帯域信号を所定の時間Ｔだけ遅延し、目標応答信号として出力する。適応フィルタ１６は、入力したオーディオ信号に対し周波数毎のレベル及び位相を調整して出力する。演算器１８は、適応フィルタ１６の出力と遅延器１４の出力とを混合して出力する。
【００２３】
遅延器１９ａは、演算器１８の出力を所定の時間（ｔM −ｔ1 ）だけ遅延して出力する。この遅延器１９ａの出力は、ハイパスフィルタ２０ａを介して高音用スピーカー２１ａに供給される。
遅延器１９ｂは、演算器１８の出力を所定の時間（ｔM −ｔ2 ）だけ遅延して出力する。この遅延器１９ｂの出力は、バンドパスフィルタ２０ｂを介して中音用スピーカー２１ｂに供給される。
【００２４】
遅延器１９ｃは、演算器１８の出力を所定の時間（ｔM −ｔ3 ）だけ遅延して出力する。この遅延器１９ｃの出力は、ローパスフィルタ２０ｃを介して低音用スピーカー２１ｃに供給される。なお、ハイパスフィルタ２０ａの前段又は後段、バンドパスフィルタ２０ｂの前段又は後段、及びローパスフィルタ２０ｃの前段又は後段には、それぞれアンプ（図示せず）が設けられており、これらのアンプのゲインを調整して、各周波数帯域の信号のレベルを調整することができるようになっている。また、この例では、遅延器１９ａ，１９ｂ，１９ｃがハイパスフィルタ２０ａ、バンドパスフィルタ２０ｂ又はローパスフィルタ２０ｃの前段に設けられているとしたが、遅延器１９ａ，１９ｂ，１９ｃはハイパスフィルタ２０ａ、バンドパスフィルタ２０ｂ又はローパスフィルタ２０ｃの後段に設けられていてもよい。
【００２５】
スピーカー２１ａ，２１ｂ，２１ｃから放出された音は、再生空間（音響系Ｃ）を伝播して、リスニングポイントに置かれたマイクロホン２２に到達する。演算器２３は、マイクロホン２２の出力と目標応答出力部１５から出力された目標応答信号との差を演算し、誤差信号として出力する。適応フィルタ１６の係数演算部１６ｂは、誤差信号のパワーが最小となるように、ＦＩＲフィルタ１６ａのフィルタ係数を調整する。フィルタ１７は音響系Ｃの伝達特性を模擬するものであり、ローパスフィルタ１３から出力されたオーディオ信号を補償した信号を適応フィルタ１６に出力する。
【００２６】
以下、遅延器１４、１９ａ，１９ｂ，１９ｃの遅延時間の設定方法について説明する。まず、入力端子１１にホワイトノイズ又はピンクノイズを発生する信号源を接続し、アンプのゲインを調整して各スピーカー２１ａ，２１ｂ，２１ｃから出力される音の音圧を一定値に合わせる。
次に、入力端子１１にホワイトノイズ又は時間引き延ばしパルス（Time Stretched Pulese ：ＴＳＰ）を発生する信号源を接続し、各スピーカー２１ａ，２１ｂ，２１ｃからマイクロホン２２に至るまでの音響系Ｃのインパルス応答を順次測定し、そのインパルス応答の絶対値の最大値をとる時間を調べて、その時間を音源からマイクロホン２２までの音波の伝播時間とする。但し、このとき、遅延器１９ａ，１９ｂ，１９ｃの遅延時間はいずれも０としておく。ここでは、スピーカー２１ａから出力される音波の伝播時間をｔ1 、スピーカー２１ｂから出力される音波の伝播時間をｔ2 、スピーカー２１ｃから出力される音波の伝播時間をｔ3 とする。
【００２７】
次に、これらの伝播時間のうち、伝播時間が最も最も長いものをｔM とする。ここでは、スピーカー２１ｃから出力される音波の伝播時間が最も長い（ｔ3 ＝ｔM ）とする。
その後、ｔM の値を用いて、各遅延器１４，１９ａ，１９ｂ，１９ｃの遅延時間を設定する。すなわち、遅延器１４の遅延時間τは、適応フィルタ１６のタップ数の約半分の遅延時間に相当する遅延時間（モデリングディレイ）ＴからｔM を減算した値（τ＝Ｔ−ｔM ）に設定する。また、遅延器１９ａの遅延時間はｔM −ｔ1 、遅延器１９ｂの遅延時間はｔM −ｔ2 、遅延器１９ｃの遅延時間はｔM −ｔ3 （＝０）とする。
【００２８】
このようにして遅延器１４，１９ａ，１９ｂ，１９ｃの遅延時間を設定することにより、各スピーカー２１ａ，２１ｂ，２１ｃから出力された音波がマイクロホン２２（リスニングポイント）に同時に到達する。すなわち、演算器１８の出力（図１中のＡポイント）からマイクロホン２２に到達するまでの遅延時間は全てｔM に統一されるので、ハイパスフィルタ１２により分離された非補正周波数帯域を遅延器１４でＴ−ｔM 遅延させることにより、全ての帯域の信号の遅延を目標応答出力部１５に設定したモデリングディレイに合わせることができる。
【００２９】
このようにして各遅延器１４，１９ａ，１９ｂ、１９ｃの遅延時間を設定した後、入力端子１１にオーディオ信号を入力して適応フィルタ１６を動作させる。適応フィルタ１６は常に動作させてもよいし、ある程度の時間動作させた後にフィルタ係数が殆ど変化しない場合は、フィルタ係数を固定したＦＩＲフィルタに置き換えてもよい。
【００３０】
本実施の形態においては、補正処理を低域の周波数帯域に限定した帯域限定適応イコライザを、マルチウエイシステムのオーディオ装置に適用することが可能になるという効果を奏する。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、適応フィルタにより補正処理された補正周波数帯域の信号と、第１の遅延器で遅延した非補正周波数帯域の信号とを第１の演算器で混合した後、第２の周波数帯域分割手段で複数の周波数帯域の信号に分割し、各周波数帯域の信号に対し個別の遅延時間を設定するので、各周波数帯域の信号がマイクロホンに到達するまでの時間が統一される。
【００３２】
これにより、マルチウエイシステムのオーディオ装置に帯域限定適応イコライザを適用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態の帯域限定適応イコライザの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は従来の適応イコライザの構成を示すブロック図である。
【図３】図３は従来の帯域限定適応イコライザの構成を示すブロック図である。
【図４】図４は車載用オーディオシステムの一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１…入力端子、
１２，２０ａ…ハイパスフィルタ、
１３，２０ｃ…ローパスフィルタ、
１４，１９ａ，１９ｂ，１９ｃ…遅延器、
１５…目標応答出力部、
１６…適応フィルタ、
１６ａ…ＦＩＲフィルタ、
１６ｂ…係数演算部、
１８，２３…演算部、
２０ｂ…バンドパスフィルタ、
２１ａ〜２１ｃ…スピーカー、
２２…マイクロホン。
【図１】
0004001701.tif 000002
【図２】
0004001701.tif 000003
【図３】
0004001701.tif 000004
【図４】
0004001701.tif 000005