JP2001086585A - スピーカの二次歪み除去装置 - Google Patents

スピーカの二次歪み除去装置

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JP2001086585A
JP2001086585A JP25547999A JP25547999A JP2001086585A JP 2001086585 A JP2001086585 A JP 2001086585A JP 25547999 A JP25547999 A JP 25547999A JP 25547999 A JP25547999 A JP 25547999A JP 2001086585 A JP2001086585 A JP 2001086585A
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Japan
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JP25547999A
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Yoshihisa Fujinami
喜久 藤浪
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Victor Company of Japan Ltd
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Victor Company of Japan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 畳み込み処理の演算量を低減する。 【解決手段】 固有値分解処理部50により歪み除去対
象のスピーカ31の二次ボルテラ時間応答51を固有ベ
クトルuiと固有値λiに分解して二次畳み込み処理にと
って寄与が大きいもののみを選択して記憶部54に格納
する。A/D変換器11により変換されたデジタルオー
ディオ信号xと記憶部54に格納されていたM組の固有
ベクトルuiがそれぞれ一次畳み込み器55−1〜55
−Mにより乗算され、次いで自乗器56−1〜56−M
によりそれぞれ一次畳み込み器55−1〜55−Mの乗
算結果が自乗され、次いで係数乗算器57−1〜57−
Mによりそれぞれ自乗器56−1〜56−Mの各乗算結
果と記憶部54からの固有値λiが乗算される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、オーディオ信号を
再生するスピーカの二次歪み除去装置に関する。
【0002】
【従来の技術】スピーカの高調波歪みや混変調歪みを除
去する方法として、図4に示すようにボルテラフィルタ
と呼ばれる二次畳み込み演算を利用したシステムが提案
されている。なお、この種の従来例としては、例えば特
開平8−317490号公報、特開平9−139995
号公報、特開平10−51881号公報、特開平11−
55782号公報などに示されているものがある。
【0003】図4に示すようにこのシステムでは、ま
ず、歪み除去対象のスピーカ31を一次伝達関数H1
表現される一次システム37と、二次伝達関数H2で表
現される二次システム41の和(加算器38)と考え
る。ここで、一次システム37では次式(1)
【0004】
【数1】
【0005】の畳み込み演算が行われ、二次システム4
1では次式(2)
【0006】
【数2】
【0007】の二次畳み込み演算が行われる。ここで、
式(1)におけるh1(k1)と式(2)におけるh
2(k1,k2)は、それぞれ一次伝達関数H1、二次伝達
関数H2の時間応答である。これを図5、図6に示す。
ただしk1、k2は離散化された時間軸上における時刻を
表す整数値であり、h1(k1)はN、h2(k1,k2
はN×Nの応答長を持つものとする。
【0008】そして、スピーカ31において発生する二
次成分を除去するためにスピーカ31の前段に二次歪み
除去装置30が設けられる。二次歪み除去装置30では
アナログオーディオ信号をA/D変換器11によりデジ
タル信号に変換して、A/D変換器11の出力xを遅延
部12により二次畳み込み処理部17及び一次畳み込み
処理部18の処理時間だけ遅延して加算器13に出力す
るとともに、A/D変換器11の出力xを二次畳み込み
処理部17により二次畳み込み処理して二次畳み込み処
理部17の出力^y2を一次畳み込み処理部18により
一次畳み込み処理して加算器13に出力する(なお
「^」の記号は、図中に示されているように、本来その
後の文字の上部に位置するが、便宜上分けて表記してい
る)。そして、加算器13により遅延部12の出力x’
から一次畳み込み処理部18の出力^y2’を減算し、
次いで加算器13の出力x’−^y2’をD/A変換器
14によりアナログ信号に変換してスピーカ31に出力
する。
【0009】二次畳み込み処理部17の伝達係数は、遅
延部12→加算器13→D/A変換器14→二次システ
ム41の二次経路「1」を通過する信号と、二次畳み込
み処理部17→一次畳み込み処理部18→加算器13→
D/A変換器14→一次システム37の二次経路「2」
を通過する二次成分が相殺されるように設定され、この
例ではスピーカ31の二次伝達関数H2の推定値^H2
設定される。二次畳み込み処理部17では次式(3)
【0010】
【数3】
【0011】の二次畳み込み演算が行われる。ここで、
式(3)における^h2(k1,k2)は推定値^H2に対
応する二次時間応答である。
【0012】ところで、二次畳み込み演算式(3)に示
される処理は膨大な演算を要するので、十分なタップ長
をDSP(デジタル・シグナル・プロセッサ)によりリ
アルタイムで畳み込み処理することは困難である。そこ
で、例えば特開平10−51881号公報、特開平11
−55782号公報に示されるように、式(3)をフー
リエ変換して次式(4)
【0013】
【数4】
【0014】で表される処理を実施する手法が提案され
ている。式(4)における二次畳み込み演算では、式
(3)のように時間領域で行っていた積和演算が周波数
領域における乗算になるので、演算量を大幅に低減する
ことができる。また、畳み込む周波数を選択することが
できるので、不要な周波数帯域を畳み込まないように畳
み込む周波数を選択すれば、更に演算量を大幅に低減す
ることができる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、式
(4)における周波数領域における処理の場合にも演算
量は依然多いという問題点がある。また、フーリエ変
換、逆フーリエ変換を行うのでオーバヘッドが大きく、
このため畳み込みの規模をある程度大きくしないと、演
算量低減の効果は少ない。
【0016】本発明は上記従来例の問題点に鑑み、畳み
込み処理の演算量を低減することができるスピーカの二
次歪み除去装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、歪み除去対象のスピーカの二次ボルテラ時
間応答を固有ベクトル及び固有値に分解し、この内、歪
み除去に寄与が大きいものを選択して一次畳み込み処理
を行うようにしたものである。
【0018】すなわち本発明によれば、歪み除去対象の
スピーカの二次ボルテラ時間応答を固有ベクトル及び固
有値に分解し、前記固有ベクトル及び固有値の内、歪み
除去に寄与が大きいものを選択する固有値分解手段と、
アナログオーディオ信号をデジタル信号に変換するA/
D変換手段と、前記A/D変換手段により変換されたデ
ジタルオーディオ信号と前記固有値分解手段により分解
及び選択された複数の固有ベクトルをそれぞれ一次畳み
込み処理する複数の第1の一次畳み込み手段と、前記複
数の第1の一次畳み込み手段の処理結果をそれぞれ自乗
する複数の自乗手段と、前記複数の自乗手段の処理結果
と前記固有値分解手段により分解及び選択された複数の
固有値をそれぞれ乗算する複数の乗算手段と、前記複数
の乗算手段の各処理結果を加算する第1の加算手段と、
前記第1の加算手段の処理結果を一次畳み込み処理する
第2の一次畳み込み手段と、前記A/D変換手段により
変換されたデジタルオーディオ信号から前記第2の一次
畳み込み手段の処理結果を差し引く第2の加算手段と、
前記第2の加算手段の処理結果をアナログオーディオ信
号に変換するD/A変換手段とを備え、前記D/A変換
手段の出力を前記歪み除去対象のスピーカに印加するよ
うにしたスピーカの二次歪み除去装置が提供される。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図1は本発明に係るスピーカの二
次歪み除去装置の一実施形態を示すブロック図、図2は
図1の一次畳み込み器の構成を詳しく示すブロック図、
図3は畳み込み係数の固有値を示す説明図である。
【0020】二次畳み込み演算式(3)を変形して行列
で表すと、次式(5)
【0021】
【数5】
【0022】のような二次形式で表現することができ
る。ここで、式(5)における畳み込み係数行列^H2
は対称行列であるので、畳み込み係数の固有値λi、固
有ベクトルuiは実数であり、また、固有ベクトルui
お互いに直交する。また、畳み込み係数行列^H2は、
固有ベクトルuiを並べた正規行列Uと、固有値λiを対
角線上に並べた対角行列Λにより次式(6)
【0023】
【数6】
【0024】のように対角化される。そして、式(5)
は次式(7)
【0025】
【数7】
【0026】のように展開されるので、二次畳み込みは
固有ベクトルuiで構成されるモードの重ね合わせと解
釈することができる。そして、式(7)の各項λi(ui
Tx)2におけるui Tx(Tは転置を表す)は、固有ベク
トルuiを係数とする一次畳み込みであるので、式
(7)を処理する回路ブロックは、図2に示すようにオ
ーディオ信号xを遅延する複数段の遅延器101
(Z-1)と、各遅延器101の出力xに対して固有ベク
トルuiを乗算する複数段の係数乗算器102と、この
乗算結果xuiを加算する加算器103と、加算器10
3の出力を自乗する自乗器56と、自乗器56の出力に
固有値λiを乗算する係数乗算器57により実現するこ
とができる。遅延器101と、係数乗算器102と加算
器103は、図1に示す一次畳み込み演算器55を構成
する。
【0027】さらに、N×Nの二次畳み込み係数を固有
値分解すると、N組の固有ベクトルuiとN個の固有値
λiが得られるが、固有値λiは各モードを重ね合わせる
際の重みと考えることができるので、式(7)において λ1>λ2・・・>λM・・・>λN として、λMが十分小さく第M項以降は演算を打ち切る
ことができる場合には式(7)は次式(8)
【0028】
【数8】
【0029】で表すことができる。ここで、図3は実際
のスピーカの二次畳み込み係数を固有値分解したときの
固有値の一例を示し、固有値λiの大半は畳み込みに寄
与していないことがわかる。したがって、ノイズ除去に
貢献しない固有ベクトルuiと固有値λiを除いて一次畳
み込みすれば、大幅に演算量を低減することができる。
【0030】次に図1を参照して本発明の二次歪み除去
装置について詳しく説明する。図1に示す装置は、図4
に示す二次畳み込み処理部17の代わりに、固有値分解
処理部50と二次畳み込み処理部17aが設けられ、他
の構成(A/D変換器11、遅延部12、加算器13、
D/A変換器14、一次畳み込み処理部18)は図1と
同じである。まず、実際の歪み除去時(オーディオ再生
時)の前に、固有値分解処理部50では、歪み除去対象
のスピーカ31(図4参照)の二次ボルテラ時間応答5
1が固有値分解部52により固有ベクトルuiと固有値
λiに分離される。
【0031】そして、この固有ベクトルuiと固有値λi
の内、前述したように二次畳み込み処理にとって寄与が
大きいもののみが選択部53により選択されて記憶部5
4に格納される。例えば二次ボルテラ時間応答51の規
模がN×Nの場合、固有値分解部52ではN組の固有ベ
クトルuiとN個の固有値λiが算出されるが、選択部5
3では固有値λiの絶対値に基づいて二次畳み込み処理
にとって寄与が大きいM(<N)組の固有ベクトルui
とM個の固有値λiが選択される。
【0032】実際の歪み除去時(オーディオ再生時)に
は、A/D変換器11により変換されたデジタルオーデ
ィオ信号xと記憶部54に格納されていたM組の固有ベ
クトルuiがそれぞれ一次畳み込み器55−1〜55−
Mにより乗算され、次いで自乗器56−1〜56−Mに
より、それぞれ一次畳み込み器55−1〜55−Mの乗
算結果が自乗され、次いで係数乗算器57−1〜57−
Mにより、それぞれ自乗器56−1〜56−Mの各乗算
結果と記憶部54からの固有値λiが乗算される。そし
て、係数乗算器57−1〜57−Mの各算出結果が加算
器58により加算され、この加算結果^y2が一次畳み
込み処理部18に送られる。
【0033】一次畳み込み処理部18では、この加算結
果^y2に対して^H1 -1が畳み込まれ、この処理結果^
2’が加算器13に送られる。加算器13では遅延部
12からのオーディオ信号x’からこの処理結果^
2’が差し引かれ、この処理結果x’−^y2’がD/
A変換器14によりアナログ信号に変換されてスピーカ
31に送られる。ここで、一次畳み込み処理部18の処
理は、スピーカ31により付加される一次成分を事前に
取り除くためであって、この処理結果^y2’がスピー
カ31を通過する際に発生する二次歪みy2’を除去す
る。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、歪
み除去対象のスピーカの二次ボルテラ時間応答を固有ベ
クトル及び固有値に分解し、この内、歪み除去に寄与が
大きいものを選択して一次畳み込み処理を行うようにし
たので、畳み込み処理の演算量を低減することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るスピーカの二次歪み除去装置の一
実施形態を示すブロック図である。
【図2】図1の一次畳み込み器の構成を詳しく示すブロ
ック図である。
【図3】畳み込み係数の固有値を示す説明図である。
【図4】従来のスピーカの二次歪み除去装置を示すブロ
ック図である。
【図5】一次伝達関数の時間応答h1(k1)の一例であ
る。
【図6】二次伝達関数の時間応答h2(k1,k2)の一
例である。
【符号の説明】
11 A/D変換器(A/D変換手段) 12 遅延部 13 加算器(第2の加算手段) 14 D/A変換器(D/A変換手段) 18 一次畳み込み処理部(第2の一次畳み込み手段) 31 スピーカ 50 固有値分解処理部(固有値分解手段) 52 固有値分解部 53 選択部 54 記憶部 55,55−1〜55−M 一次畳み込み器(第1の一
次畳み込み手段) 56,56−1〜56−M 自乗器(自乗手段) 57,57−1〜57−M 係数乗算器(乗算手段) 58 加算器(第1の加算手段)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 歪み除去対象のスピーカの二次ボルテラ
    時間応答を固有ベクトル及び固有値に分解し、前記固有
    ベクトル及び固有値の内、歪み除去に寄与が大きいもの
    を選択する固有値分解手段と、 アナログオーディオ信号をデジタル信号に変換するA/
    D変換手段と、 前記A/D変換手段により変換されたデジタルオーディ
    オ信号と前記固有値分解手段により分解及び選択された
    複数の固有ベクトルをそれぞれ一次畳み込み処理する複
    数の第1の一次畳み込み手段と、 前記複数の第1の一次畳み込み手段の処理結果をそれぞ
    れ自乗する複数の自乗手段と、 前記複数の自乗手段の処理結果と前記固有値分解手段に
    より分解及び選択された複数の固有値をそれぞれ乗算す
    る複数の乗算手段と、 前記複数の乗算手段の各処理結果を加算する第1の加算
    手段と、 前記第1の加算手段の処理結果を一次畳み込み処理する
    第2の一次畳み込み手段と、 前記A/D変換手段により変換されたデジタルオーディ
    オ信号から前記第2の一次畳み込み手段の処理結果を差
    し引く第2の加算手段と、 前記第2の加算手段の処理結果をアナログオーディオ信
    号に変換するD/A変換手段とを備え、 前記D/A変換手段の出力を前記歪み除去対象のスピー
    カに印加するようにしたスピーカの二次歪み除去装置。
JP25547999A 1999-09-09 1999-09-09 スピーカの二次歪み除去装置 Withdrawn JP2001086585A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014138226A (ja) * 2013-01-16 2014-07-28 Onkyo Corp 音声再生装置
US8996365B2 (en) 2009-03-19 2015-03-31 Yugengaisya Cepstrum Howling canceller

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8996365B2 (en) 2009-03-19 2015-03-31 Yugengaisya Cepstrum Howling canceller
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