JPH0879880A - スピーカ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルタ規模及び群遅延量を短くして小型で
かつ安価なスピーカ装置を得る。 【構成】 スピーカの所定の周波数帯域の応答特性を補
正する逆フィルタ２Ｌ及び２Ｒを、特定の周波数帯域で
ベル型特性を有するＩＩＲ型フィルタによって構成した
第１のフィルタ３Ｌ及び３Ｒと、コンボルバとして動作
するＦＩＲ型フィルタによって構成した第２のフィルタ
４Ｌ及び４Ｒとをそれぞれ従属接続して構成し、かつ前
記第１のフィルタ３Ｌ及び３Ｒの特性を前記第２のフィ
ルタ４Ｌ及び４Ｒのフィルタ係数長が所定の長さに最適
化するように設定したオーディオ信号処理装置を備え、
逆フィルタにより、スピーカを含む伝送系の補正を行い
伝送系の歪音が聞こえないようなオーディオ再生を行う
場合に、フィルタ規模及び群遅延量を短くして小型でか
つ安価なものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、逆フィルタによりスピ
ーカを含む伝送系の応答特性の補正を行い歪音が発生し
ないようにするスピーカ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マルチメディアにおいては、画像
に付随したオーディオ音の高品質化が求められつつあ
る。これはＣＤ−ＲＯＭによる広いダイナミックレンジ
のオーディオが普及するにつれ、単なる音ではないＨｉ
Ｆｉオーディオが不可欠になったことによる。この場
合、スピーカは小型でかつ高性能のものが求められてい
る。このような目的で、一方では、ＨｉＦｉオーディオ
のための音場（サラウンド）や音像（３Ｄバーチャルリ
アリティ）等の音場と音像とを含む立体音場の忠実な再
現が追及され、他方では、スピーカの高性能化、すなわ
ち逆フィルタによりスピーカを含む伝送系の応答特性の
補正を行い伝送系の歪音が聞こえないようなオーディオ
再生が追及されており、後者においても従来さまざまな
試みがなされている。

【０００３】従来、例えば特開平３−１４３１９５号公
報には、複数の周波数帯域チャンネル毎にそれぞれ直線
位相ＦＩＲ型フィルタ（ＦＩＲ：Finite Impulse Respo
nse）を設け、複数の周波数帯域毎にそれぞれ対応した
スピーカユニットに適したデジタル信号処理を行うこと
によって、スピーカシステムとしての特性改善、音質の
向上を図ったいわゆるマルチウエイ方式のスピーカシス
テムが開示されている。

【０００４】また、デジタルフィルタとして、ＦＩＲ型
フィルタとＩＩＲ型フィルタ（ＩＩＲ：Infinite Impul
se Response） を同時に用いるものとして、特開昭５７
−７９７２５号公報と特開昭６３−２２１７０８号公報
がある。このうち、特開昭５７−７９７２５号公報に
は、ＩＩＲ型フィルタの通過域を外れたロールオフ周波
数付近で振幅変化する共振特性をＦＩＲ型フィルタで除
去するようにすることが開示されており、さらに、特開
昭６３−２２１７０８号公報には、振幅を可変調整する
ＦＩＲ型フィルタと群遅延量を可変調整する全域通過型
のＩＩＲ型フィルタをそれぞれ独立に制御するものが開
示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た公報では、ＦＩＲ型フィルタのみでスピーカ特性を補
正しようとすると、フィルタ規模（フィルタ係数長）を
きわめて大きなものにしなければならず、逆に、フィル
タ規模を小さくすると（小型にすると）、性能を犠牲に
する必要があり、したがって、きわめて大規模なもの
か、または性能が十分でないものにしかなり得なく、フ
ィルタ規模（係数長）及び群遅延量を短くして小型にし
スピーカエンクロージャ内に組み込む点については開示
されてない。

【０００６】本発明は上述した従来例に係る問題点を解
消するためになされたもので、フィルタ規模及び群遅延
量を短くして小型でかつ安価なスピーカ装置を得ること
を目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るスピーカ装置は、スピーカの所定の周
波数帯域の応答特性を補正する逆フィルタを、特定の周
波数帯域でベル型等の所望の特性を有するＩＩＲ型フィ
ルタによって構成した第１のフィルタと、コンボルバと
して動作するＦＩＲ型フィルタによって構成した第２の
フィルタとを縦続接続して構成し、かつ第１のフィルタ
の特性を第２のフィルタのフィルタ係数長が所定の長さ
に最適化するように設定したオーディオ信号処理装置を
有するものである。

【０００８】また、本発明は前記スピーカとして、マル
チウエイ方式の複数のスピーカを備え、チャンネル毎に
分割しないで１つの逆フィルタにより全てのスピーカの
応答特性の補正を行うようにしたことを特徴とするもの
である。

【０００９】さらに、本発明はかかる逆フィルタを、一
対のコンボルバからなる立体音場制御部の各系統に配し
たことを特徴とするものである。

【００１０】

【実施例】

第１実施例 図１は第１実施例に係るスピーカ装置を示すシステム構
成図である。図１において、２チャンネルステレオ方式
の音源１Ｌ、１Ｒは所望のオーディオ信号を発生するも
のである。逆フィルタ２Ｌは、スピーカの出力特性を補
正して音圧特性及び位相特性の平坦なスピーカ再生を実
現するための縦続接続された第１と第２のフィルタ３Ｌ
と４Ｌを有し、左（Ｌ）チャンネル系のものである。第
１のフィルタ３Ｌは、特定の周波数帯域で中心周波数と
Ｑ（先鋭度）の設定によって０ｄＢ基準値に対して増強
／減衰するベル型の特性を有するＩＩＲ型フィルタによ
って構成される。一方、第２のフィルタ４Ｌは、第１の
フィルタ３Ｌのベル型特性を除いた残余の振幅及び位相
特性を補正するＦＩＲ型フィルタからなる畳み込み演算
処理回路であるコンボルバによって構成される。さら
に、第２のフィルタ４Ｌのフィルタ係数長を所定の長さ
に最適化するように第１のフィルタ３Ｌの特性が設定さ
れている。また、２Ｒは上記左チャンネル系と同様な第
１と第２のフィルタ３Ｒと４Ｒを備える右（Ｒ）チャン
ネル系の逆フィルタである。

【００１１】また、左チャンネルのコンボルバ４Ｌの出
力は左チャンネル系のマルチウエイ方式の各周波数帯域
のチャンネル毎に設けられるネットワークを構成する複
数のアンプ５Ｌ1〜５Ｌ3にそれぞれ接続されている。ま
た、これらのアンプ５Ｌ1〜５Ｌ3はそれぞれ対応すると
スピーカ６Ｌ1〜６Ｌ3に接続されている。５Ｒ1〜５Ｒ3
と６Ｒ1〜６Ｒ3は同じく右チャンネル系のマルチウエイ
方式の各周波数帯域のチャンネル毎に設けられるネット
ワークを構成する複数のアンプとスピーカで、これら左
チャンネル系と右チャンネル系の複数のスピーカは、各
周波数帯域毎のチャンネル毎に分割しないで上述した左
チャンネル系と右チャンネル系の１つの逆フィルタ２Ｌ
と２Ｒによってそれぞれ全てのスピーカの出力特性が補
正されるようになされており、音圧特性及び位相特性の
平坦なスピーカ再生を実現する。

【００１２】さらに、制御部７は逆フィルタ２Ｌ、２Ｒ
の特性を制御するものであり、ＲＯＭ等の係数メモリ８
が制御部７に接続されている。この係数メモリ８には、
第２のフィルタ４（４Ｌと４Ｒの総称）により畳み込み
演算を行う際のスピーカの出力特性と相補的な特性に係
る係数が予め記憶され、制御部７は第１のフィルタ３
（３Ｌと３Ｒの総称）にベル型特性の中心周波数及びＱ
を設定するとともに、メモリ８から係数を読み出すこと
によりその係数に基づいて時間軸上で畳み込み演算処理
を行い、スピーカ６Ｌ1〜６Ｌ3、６Ｒ1〜６Ｒ3の出力特
性をその逆特性で補正して音圧特性及び位相特性の平坦
なスピーカの再生を実現するようになされている。

【００１３】すなわち、図１に示すように、本発明によ
るスピーカ補正システム（オーディオ信号処理装置）
は、２チャンネルステレオ方式のスピーカシステムであ
り、左右チャンネル系の逆フィルタ２Ｌと２Ｒ、制御部
７、メモリ８から構成される。左（Ｌ）チャンネル系の
スピーカ補正システム（オーディオ信号処理装置）は、
音源１Ｌ、逆フィルタ２Ｌ、アンプ５Ｌ1〜５Ｌ3及びス
ピーカ６Ｌ1〜６Ｌ3から構成され、また、右（Ｒ）チャ
ンネル系のスピーカ補正システムは、音源１Ｒ、逆フィ
ルタ２Ｒ、アンプ５Ｒ1〜５Ｒ3及びスピーカ６Ｒ1〜６
Ｒ3から構成される。

【００１４】ところで、上記構成において、逆フィルタ
としては、ＦＩＲ型フィルタを用いるのが一般的である
が、ＦＩＲ型フィルタのみで逆フィルタ２Ｌ及び２Ｒを
構成すると、例えば本発明者らが実験で行った例（後述
する図３に示す特性）ではサンプリング周波数３２ＫＨ
ｚにおいて、タップ数（フィルタ係数長）が約１２００
以上（遅延時間＝１２００×（１／３２００）×１／２
＝０．１８７５秒）必要となる。これに加え、立体音場
制御で同規模のＦＩＲ型フィルタを用いると、さらに
０．１８７５秒必要であり、結局０.３７５秒遅れるこ
とになる。これは、許容される１コマ０.３３秒より大
きくなる。

【００１５】しかし、画像との時間的ずれ（遅れ）を少
なくするにはフィルタ規模（係数長）を短くする必要が
あり、また、小型にすればスピーカ内に組み込むことが
できるようになるメリットもある。そこで、時間的ずれ
がまったくないＩＩＲ型フィルタを補助的に用いてフィ
ルタ規模を大幅に低減させることが考えられ、このよう
にすれば、ＨｉＦｉオーディオ音をマルチメディアでも
楽しめるようになる。この実施例においては、逆フィル
タとして、ＦＩＲ型フィルタとＩＩＲ型フィルタを縦続
接続し、その際、ＩＩＲ型フィルタとしてベル型特性の
ものを採用し、そのフィルタ特性をＦＩＲ型フィルタの
フィルタ係数長が所定の長さに最適化するように設定す
る。なお、ベル型特性はバンドパス特性のような鋭いロ
ールオフを持たずにＱ（尖鋭度）に依存する緩やかなス
ロープを持つためそのスロープを適応的に設定しやす
い。

【００１６】次に、上記ＩＩＲ型フィルタに係るベル型
特性の算出法について説明する。図２は図１において逆
フィルタを設けてない場合の伝送系の補正前の振幅特性
（Ａ）、図３は逆フィルタ２（２Ｌ、２Ｒの総称）とし
て第２のフィルタ４のみを設けた場合の伝送系の補正さ
れた振幅特性（Ｂ）、（Ｃ）をそれぞれ示し、図３にお
いて、振幅特性（Ｂ）はタップ数（フィルタ係数長）１
２００の逆フィルタで実現したときの振幅特性、振幅特
性（Ｃ）は同３００で実現した場合の特性を示す。ま
た、図４はベル型特性、図５は補正のターゲット特性Ａ
と新たな補正のターゲット特性Ｂ、図６はタップ数（フ
ィルタ係数長）１２００の第２のフィルタ４のみを設け
た場合の振幅特性（Ｂ）と比較して示すタップ数（フィ
ルタ係数長）３００の第２のフィルタ４と図４に示すベ
ル型特性の第１のフィルタ３とを有する逆フィルタ２に
より補正された振幅特性Ｃをそれぞれ示している。

【００１７】今、図３に示すように、逆フィルタ２とし
て第２のフィルタ４のみを設けた場合の伝送系の補正さ
れた振幅特性として、タップ数（フィルタ係数長）１２
００の場合の振幅特性（Ｂ）に比較して、タップ数（フ
ィルタ係数長）３００の場合の振幅特性（Ｃ）のように
タップ数が少ない場合は、例えば周波数が１５０Ｈｚ付
近でタップ数（フィルタ係数長）１２００の場合の振幅
特性（Ｂ）及び図５に示すターゲット特性Ａとの誤差が
大きくなり、十分な性能がでないことがわかる。すなわ
ち、タップ数（フィルタ係数長）を低減してフィルタ規
模を小さくすると（小型にすると）、逆に性能を犠牲に
することになる。

【００１８】そこで、図３に示すタップ数（フィルタ係
数長）３００の場合の振幅特性（Ｃ）から図４に示すよ
うな中心周波数が１５０Ｈｚで５ｄＢダウンするベル型
特性を取り出し、これと相反する特性のＩＩＲ型フィル
タとして設定した第１のフィルタ３で最初の補正を行
い、次に図５に示す補正のターゲット特性Ａから上記ベ
ル特性を除いた特性である新たな補正のターゲット特性
Ｂを求め、タップ数３００の第２のフィルタで補正する
と、図６に示す振幅特性Ｃを得ることになる。特に、こ
の振幅特性Ｃは図３に示す振幅特性（Ｃ）と比べターゲ
ット特性との誤差が低減されたことがわかる。すなわ
ち、第２のフィルタ４のフィルタ係数長を所定の長さに
最適化するように第１のフィルタ３の特性を設定するこ
とにより、フィルタ規模を小型にし、スピーカ内に組み
込みマルチメディアのＨｉＦｉオーディオを快適に楽し
むことを可能にすることができる。

【００１９】また、詳しくは述べないが、他のベル型特
性の特性算出法としては、例えば図２に示すように、振
幅特性（Ａ）からベル・ターゲットＢＴを直接求めるよ
うにしてもよい。また、ここで、振幅特性によって、ベ
ル・ターゲットＢＴは１つに限らず２つまたはそれ以上
の複数であってもよい。このようなベル型の中心周波数
およびＱ（先鋭度）の特定には、ベル解析ルーチン（所
定帯域内の各パラメータのスイープによる）がワークス
テーション上で稼働され、ＩＩＲ型フィルタとＦＩＲ型
フィルタの合成特性を最終的に所定の偏差以内になるま
で繰り返し求められる。

【００２０】従って、第１実施例によれば、スピーカの
所定の周波数帯域の応答特性を補正する逆フィルタ２
を、特定の周波数帯域でベル型特性を有するＩＩＲ型フ
ィルタによって構成した第１のフィルタ３と、コンボル
バとして動作するＦＩＲ型フィルタによって構成した第
２のフィルタ４とを縦続接続して構成し、かつ第１のフ
ィルタ３の特性を第２のフィルタ４のフィルタ係数長が
所定の長さに最適化するように設定するオーディオ信号
処理装置を構成することにより、逆フィルタ２により、
スピーカを含む伝送系の応答特性の補正を行い伝送系の
歪音が聞こえないようなオーディオ再生を行う場合に、
フィルタ規模を小型にし、例えばスピーカエンクロージ
ャ内に組み込みマルチメディアのＨｉＦｉオーディオを
快適に楽しむことができる。

【００２１】また、スピーカとして、マルチウエイ方式
の複数のスピーカ６Ｌ1〜６Ｌ3、６Ｒ1〜６Ｒ3を備え、
チャンネル毎に分割しないで１つの逆フィルタ２Ｌ、２
Ｒにより全てのスピーカの補正を行うようにしたので、
スピーカの補正を行うオーディオ信号処理装置をスピー
カ内に組み込むことが可能となり、処理装置部が安価な
ものとなり、スピーカ装置を小型化することができる。

【００２２】第２実施例 次に、図７は第２実施例に係るスピーカ装置を説明する
もので、（ａ）は外観構造図、（ｂ）は内部のオーディ
オ信号処理装置の回路構成図である。この第２実施例で
は、図７の（ａ）の外観構造で示すように、図１に示す
第１実施例の構成と同様にマルチウェイスピーカシステ
ムを採用しているが、例えば左チャンネル系の各スピー
カ６Ｌ1〜６Ｌ3は、それぞれ個別のアンプによって駆動
するのではなく、単一のアンプ５Ｌで駆動するようにし
て、アンプ５Ｌと逆フィルタ等を処理回路部９によって
一体化してスピーカ装置内に組み込むようにしている。
また、プレーヤやディスプレイ等の本体２０からの赤外
線による音源及びリモコン（音量／オンオフ）指令を受
光するための赤外線受光部１０を備えている。なお、１
１は赤外線受光部１０により受光された赤外線を受信信
号に変換する変換部、１２は変換された受信信号を制御
部７と逆フィルタ２Ｌに分配する分配器、１３はアンプ
５Ｌを介した駆動信号を各スピーカ６Ｌ1〜６Ｌ3に分配
する分配器を示す。また、左チャンネル系と同様な構成
が右チャンネル系にも備えられる。

【００２３】従って、この第２実施例によれば、マルチ
ウェイスピーカシステムの各スピーカをそれぞれ個別の
アンプによって駆動するのではなく、単一のアンプ５Ｌ
で駆動するようにして、アンプ５Ｌと逆フィルタ等を処
理回路部９によって一体化してスピーカ装置内に組み込
むようにしたので、処理回路部９を安価に構成できると
共に、スピーカ装置の高性能化及び小型化を達成でき
る。また、赤外線によって指令を与えるようにしたの
で、スピーカ装置をステレオ定位させやすい最適距離に
移動性よく配置でき、プレーヤやディスプレイ等の本体
と離隔して設けられるので、放熱性よく、本体に対しフ
ラックスのリーケージはなく、本体のコンピュータ等に
振動等の悪影響を与えない等のビューティフルな特長を
持たせることができる。特に、マルチメディア用オーデ
ィオシステムに最適である。

【００２４】第３実施例 次に、図９は立体音場制御と組み合わせた第３実施例に
係るスピーカ装置のブロック構成図を示す。図９に示す
第３実施例に係るスピーカ装置は、一対のコンボルバか
らなる音像定位フィルタ１４Ｌと１４Ｒを備える立体音
場制御部の各系統に、第１実施例に係る逆フィルタ２Ｌ
と２Ｒを設けたもので、制御部７により、一対の音像定
位フィルタ１４Ｌと１４Ｒを調整することにより、２個
のスピーカ６Ｌと６Ｒで任意の位置に仮想のスピーカ６
Ｉがあるように再生することができる。なお、１５はＣ
Ｄ−ＲＯＭ、１６ａないし１６ｃはＣＤーＲＯＭ１５の
音源データと定位データ及び映像データ、１７は映像デ
ータを表示するディスプレイである。

【００２５】このように構成することにより、合計の時
間遅延は少なくなり、立体音場制御と組み合わせても時
間遅れが画像の１コマ未満の時間に押さえ込ませること
ができ、マルチメディア再生に支障を与えることがな
い。なお、ここでは詳細に述べないが、上記各実施例に
おいて、一般に小型スピーカで不足しがちである低音を
補うため、例えば６０〜２００Ｈｚの低域周波数におい
てＮＦＢ（負帰還）技術を採用してさらに音質を改善す
るようにしても良いことはいうまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればス
ピーカの所定の周波数帯域の応答特性を補正する逆フィ
ルタを、特定の周波数帯域でベル型特性を有するＩＩＲ
型フィルタによって構成した第１のフィルタと、コンボ
ルバとして動作するＦＩＲ型フィルタによって構成した
第２のフィルタとを縦続接続して構成し、かつ第１のフ
ィルタの特性を第２のフィルタのフィルタ係数長が所定
の長さに最適化するように設定したオーディオ信号処理
装置を備えたので、逆フィルタにより、スピーカを含む
伝送系の応答特性の補正を行い伝送系の歪音が聞こえな
いようなオーディオ再生を行う場合に、フィルタ規模及
び群遅延量を短くして小型でかつ安価なスピーカ装置を
得ることができる。

【００２７】また、スピーカとして、マルチウエイ方式
の複数のスピーカを備え、チャンネル毎に分割しないで
１つの逆フィルタにより全てのスピーカの補正を行うよ
うにすることにより、スピーカの補正を行うオーディオ
信号処理装置を小型で安価なものとし、スピーカ内に組
み込むことが可能となり、マルチメディアのＨｉＦｉオ
ーディオを快適に楽しむことができる。

【００２８】さらに、逆フィルタを、一対のコンボルバ
からなる立体音場制御部の各系統に設けることにより、
立体音場制御と組み合わせても時間遅れが画像の１コマ
未満の時間に押さえ込ませることができ、マルチメディ
ア再生に支障を与えることがないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスピーカ装置の第１実施例を示す全体
ブロック図である。

【図２】図１において、逆フィルタを設けてない場合の
伝送系の補正前の振幅特性（Ａ）を示す特性図である。

【図３】図１において、逆フィルタ２（２Ｌ、２Ｒの総
称）として第２のフィルタ４のみを設けた場合の伝送系
の補正された振幅特性（Ｂ）、（Ｃ）をそれぞれ示す特
性図で、振幅特性（Ｂ）はタップ数（フィルタ係数長）
１２００の逆フィルタで実現したときの特性、振幅特性
（Ｃ）は同３００で実現した場合の特性を示す。

【図４】ベル型特性の特性図である。

【図５】補正のターゲット特性Ａと新たな補正のターゲ
ット特性Ｂを示す特性図である。

【図６】タップ数（フィルタ係数長）１２００の第２の
フィルタ４のみを設けた場合の振幅特性（Ｂ）と比較し
て示すタップ数（フィルタ係数長）３００の第２のフィ
ルタ４と図４に示すベル型特性の第１のフィルタ３とを
有する逆フィルタ２により補正された振幅特性Ｃをそれ
ぞれ示す特性図である。

【図７】本発明の第２実施例に係るスピーカ装置の外観
図と内部処理回路のブロック図である。

【図８】本発明の第２実施例に係るスピーカ装置の外観
図と内部処理回路のブロック図である。

【図９】本発明のスピーカ装置の第３実施例を示す全体
ブロック図である。

【符号の説明】

１Ｌ、１Ｒ 音源 ２Ｌ、２Ｒ 逆フィルタ ３Ｌ、３Ｒ 第１のフィルタ（ＩＩＲ型フィルタ） ４Ｌ、４Ｒ 第２のフィルタ（ＦＩＲ型フィルタ、コ
ンボルバ） ５Ｌ1〜５Ｌ3、５Ｒ1〜５Ｒ3 アンプ ６Ｌ1〜６Ｌ3、６Ｒ1〜６Ｒ3 アンプ ７ 制御部 ８ メモリ １４Ｌ、１４Ｒ コンボルバ（音像定位フィルタ）

フロントページの続き (72)発明者 坪岡 健男 神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番 地 日本ビクター株式会社内 (72)発明者 佐藤 康夫 神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番 地 日本ビクター株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スピーカの所定の周波数帯域の応答特性
   を補正する逆フィルタを、特定の周波数帯域で所望の特
   性を有するＩＩＲ型フィルタによって構成した第１のフ
   ィルタと、コンボルバとして動作するＦＩＲ型フィルタ
   によって構成した第２のフィルタとを縦続接続して構成
   し、かつ前記第１のフィルタの特性を前記第２のフィル
   タのフィルタ係数長が所定の長さに最適化するように設
   定してなるオーディオ信号処理装置を有するスピーカ装
   置。
2. 【請求項２】 前記スピーカとして、マルチウエイ方式
   の複数のスピーカが備えられて、チャンネル毎に分割し
   ないで１つの逆フィルタにより全てのスピーカの補正を
   行うようにしたことを特徴とする請求項１記載のスピー
   カ装置。
3. 【請求項３】 前記逆フィルタを、一対のコンボルバか
   らなり音場と音像とを含む立体音場を制御する立体音場
   制御部の各系統に配したことを特徴とする請求項２記載
   のスピーカ装置。