JP2563329B2

JP2563329B2 - 音質調整装置

Info

Publication number: JP2563329B2
Application number: JP11737787A
Authority: JP
Inventors: 清一石川; 正治松本; 克昌佐藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-05-14
Filing date: 1987-05-14
Publication date: 1996-12-11
Anticipated expiration: 2011-12-11
Also published as: JPS63281510A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、任意の振幅周波数特性及び位相周波数特性
を実現するトランスバーサル・フィルタ（以下、FIRフ
ィルタと呼ぶ）を用いた音質調整装置に関するものであ
る。

従来の技術近年、音響装置のディジタル化に伴ない、FIRフィル
タを用いたイコライザの開発が求められている。

しかし従来、振幅周波数特性と位相周波数特性を一つ
のFIRフィルタにより、それぞれ独立に制御することは
できなかった。

第12図に、従来の振幅周波数特性のみを制御すること
ができるFIRフィルタを用いた音質調整装置のブロック
図を示す。第12図において、１は任意の振幅周波数特性
|H（ω）｜を入力する振幅入力手段、５は入力された振
幅周波数特性を伝達関数としてこの伝達関数を逆フーリ
エ変換することによりフィルタ係数を求める逆フーリエ
変換手段、６は求まったフィルタ係数をFIRフィルタに
設定する設定手段、７は実際に与えられた振幅周波数特
性を実現するFIRフィルタ、８はFIRフィルタ７に信号を
入力する信号入力手段、９はFIRフィルタ７により処理
された結果を出力する信号出力手段である。

希望する振幅周波数特性|H（ω）｜は、振幅入力手段
１により入力される。第13図Ａに入力された振幅周波数
特性の例を示す。第13図Ａにおいて、黒丸で入力ポイン
トを示している。

次に、逆フーリエ変換手段５において伝達関数Ｈ（ω）＝|H（ω）｜ ……（１）としてＨ（ω）を逆フーリエ変換することによりフィル
タ係数（Ｈ（ω）に対するインパルス応答）を求めるこ
とができる。

逆フーリエ変換は、次式のように実行する。

ｈ（ｎ）＝1/N×ΣＨ（ω）×e^jω^ｎ ……（２）（ω＝２π/N×ＫＯ≦ｎ≦Ｎ−１）（２）式で求まったｈ（ｎ）はフィルタ係数として設
定回路６によって、FIRフィルタ７に設定され、ここで
与えられた振幅周波数特性が実現されることとなる。位
相周波数特性は（１）式で伝達関数を与えたことにより
直線位相となる。

発明が解決しようとする問題点しかしながら第12図で示した従来例では、最初に述べ
たように任意の振幅周波数特性は実現できるが、位相周
波数特性はFIRフィルタのタップ係数の数により一義的
に決まる直線位相となり、位相周波数特性は任意に設定
することはできないという欠点があった。また、ある回
路が持つ振幅位相特性を実現しようとすると回路の振
幅，位相特性を測定してこれを振幅および位相入力手段
で入力しなければならなかったまた、外部の演算手段で
得られた位相，振幅特性を簡単に入力することができな
かった。

本発明は、上記問題点に鑑み、任意の振幅周波数特性
と任意の位相周波数特性をそれぞれ独立に設定でき、ま
た入力された信号の位相，振幅特性を分析することによ
り入力信号と同じあるいは逆特性の振幅，位相特性をも
つ回路と同じ特性のFIRフィルタ特性を入力手段で振
幅，位相特性として入力することなく実現でき、外部で
得られた振幅位相特性を簡単に入力でき更にこの特性と
装置の入力手段で入力された振幅位相特性に足し合わせ
た振幅位相特性を実現するFIRフィルタによる音質調整
装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決するため本発明は、任意の振幅周波
数特性を入力する振幅入力手段と、位相周波数特性を求
めるために位相特性あるいは群遅延特性あるいは振幅特
性あるいは共振条件のデータを入力する位相入力手段
と、位相入力手段で入力されたデータをもとに位相周波
数特性を演算する位相演算手段と、信号入力手段により
入力された信号の振幅位相偏差周波数分析を行う振幅位
相周波数分析手段と、位相演算手段で求まった位相周波
数特性と振幅位相周波数分析手段により求まった位相偏
差周波数特性とを加算あるいは減算する位相周波数特性
補正手段と、振幅入力手段で入力された振幅周波数特性
と振幅位相周波数分析手段により求まった振幅偏差周波
数特性とを加算あるいは減算する振幅周波数特性補正手
段と、位相周波数特性補正手段および振幅周波数特性補
正手段により求まった位相及び振幅周波数特性を用いて
伝達関数を演算する伝達関数演算手段と、伝達関数演算
手段で演算された伝達関数に対するインパルス応答を求
める逆フーリエ変換手段と、逆フーリエ変換により求ま
ったインパルス応答をフィルタ係数としてトランスバー
サル・フィルタに設定する設定手段と、設定された係数
のフィルタを実現するトランスバーサル・フィルタを具
備し、信号入力手段によって入力された信号をトランス
バーサル・フィルタを介して音質調整する構成となって
いる。

作用本発明は上記した構成により、振幅入力手段及び位相
入力手段により希望する振幅周波数特性、位相周波数特
性が入力され、これと信号入力手段で入力されたデータ
を分析して得られた振幅位相偏差周波数特性、あるいは
記憶手段に記憶されている振幅位相偏差周波数特性とを
用いた演算により、新たに振幅周波数特性及び位相周波
数特性が求められ、この振幅周波数特性及び位相周波数
特性をもつ伝達関数を逆フーリエ変換する逆フーリエ変
換手段によりインパルス応答が計算され、設定手段によ
り求まったインパルス応答がフィルタ係数としてトラン
スバーサル・フィルタに設定されることにより希望の特
性が実現されるものである。

実施例以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。

第１図は、本発明の一実施例における音質調整のブロ
ック図を示すものである。

第１図において、11は希望の振幅周波数特性を入力す
る振幅入力手段、12は希望の位相周波数特性を演算する
ために必要なデータを入力する位相入力手段、13は位相
入力手段12で入力されたデータから位相周波数特性を求
める位相演算手段、28は信号入力手段18で入力された信
号の振幅偏差周波数特性及び位相偏差周波数特性を分析
する振幅位相周波数分析手段、29は位相演算手段13で得
られた位相周波数特性に前記位相偏差周波数特性を加算
あるいは減算する位相周波数特性補正手段、30は振幅入
力手段11で入力された振幅周波数特性と振幅位相周波数
分析手段28により求まった振幅偏差周波数特性とを加算
あるいは減算する振幅周波数特性補正手段、14は位相お
よび振幅周波数補正手段により求まった位相及び振幅周
波数特性を用いて伝達関数を演算する伝達関数演算手
段、15は伝達関数演算手段14で求まった伝達関数を逆フ
ーリエ変換する逆フーリエ変換手段、16は逆フーリエ変
換手段15で求まったインパルス応答をフィルタ係数とし
て設定する設定手段、17は実際に設定された振幅位相周
波数特性を実現するFIRフィルタ、19はFIRフィルタ17に
より処理された結果を出力する信号出力手段である。

以下、本実施例の動作について、図面に従って説明す
る。

振幅位相周波数分析手段28で分析されるために信号入
力手段18により入力される信号はノイズ信号あるいは正
弦波信号あるいはインパルス応答波形信号である。振幅
位相周波数分析手段28はこれら信号から位相特性と振幅
特性を分析する手段を備え（例えば、種々の中心周波数
を持つ帯域通過フィルタ手段、フーリエ変換手段、位相
比較手段、振幅測定手段）、さらに求まった振幅特性、
位相特性のそれぞれについて平均値を求め各周波数での
平均値からの偏差を出力するものである。また分析され
た結果が頻繁に変化する特性に付いては特性がなめらか
に変化するように、第２図に示したような曲線近似を、
狭い周波数幅での平均化処理あるいは高次関数近似など
により行うことが音質調整器として良い結果が得られる
場合がある。

振幅及び位相特性が平坦な信号が印加されたときスピ
ーカが出力した信号を入力信号としたときの例を第３図
に示す。スピーカの振幅位相特性が第３図Ａで示される
とき、振幅位相周波数分析手段28により得られた振幅位
相偏差は第３図Ｂで示され、振幅入力手段11及び位相入
力手段12で設定された特性が第３図Ｃである時、振幅位
相偏差の減算を行うことによりスピーカの特性を含めた
特性を振幅入力手段11及び位相入力手段12で設定された
特性とする振幅位相特性第３図Ｄがもとまる。また振幅
入力手段11及び位相入力手段12で設定された特性が平坦
で振幅位相偏差の加算を行ったときにはスピーカの振幅
位相特性を実現するFIRフィルタ17による音質調整器が
実現されることは明かである。

なお、振幅及び位相周波数補正手段のいずれか一方だ
けの加算あるいは減算を行うものであってもよく、振幅
あるいは位相のいずれかだけの補正あるいは再現が可能
であり、その特には振幅位相周波数分析手段28も振幅、
位相の何れか用いられる一方の分析が出来ればよい。

第４図は、本発明の第２の実施例における音質調整装
置のブロック図を示すものである。

第４図において、31はインパルス信号あるいは正弦波
信号あるいはランダム信号を発生する信号発生手段であ
る。

以下、本実施例の動作について、図面に従って簡単に
説明する。

信号発生手段31により発生された振幅，位相特性共に
平坦な信号は信号切り替え器191を経て位相振幅共に平
坦であるフィルタに設定されているFIRフィルタ17、信
号出力手段19を経て外部に出力される。なお、信号はFI
Rフィルタ17を経ることなく直接信号出力手段19に転送
されてもよい。信号発生手段31を内蔵することにより信
号入力手段18から入力される信号レベルに応じて発生信
号のレベルを制御することが可能で有り精度の良い分析
が可能となる。

第５図は、本発明の第３の実施例における音質調整装
置のブロック図を示すものである。

第５図において、32は信号入力手段18により入力され
た信号を入力された順番に記憶する記憶手段であり、記
憶された有限信号データの振幅位相特性を振幅位相周波
数分析手段28で分析を行うものである。

記憶手段32はシフトレジスタあるいはメモリ等で構成
され信号入力手段18で入力された信号を入力された順番
に記憶するものである。振幅位相周波数分析手段28は複
雑な処理を行うために信号が入力される時間に比べて長
い処理時間が必要である。記憶手段32で記憶された入力
信号を分析することにより信号入力手段18が入力する時
間に関係なく充分な分析時間が取れ精度のよい分析演算
が可能となる。

第６図は、第３の実施例における音質調整装置におい
て、信号入力手段18により入力された信号の値が決めら
れた設定値を越えたかどうかを判定する判定手段33を設
けた第４の実施例の構成を示すものであり、記憶手段32
は判定手段33の出力を同期信号として入力された信号の
記憶を開始するものである。

以下、本実施例の動作について説明すると、記憶手段
32にはその記憶できる信号の長さに限界が有り、効率よ
く入力信号を記憶することが振幅位相周波数分析手段28
の分析能力を向上させることになる。入力される信号は
第７図Ａに示されるような波形信号で有り、分析に有用
な信号の前には信号のない無音区間が有りこれを除いて
有用な信号だけを記憶することが望まれる。判定手段33
は無音区間の信号レベルに比べて確実に大きい信号レベ
ル（↑で示す）が入力されたとき、記憶手段32に対し
て、第７図Ｂに示すような信号の記憶を開始する同期信
号を出力する。これにより記憶手段32が有効に使用する
ことが可能となる。

第８図は、第４の実施例の音質調整装置において、記
憶手段32に、信号入力手段18により入力された信号の値
が決められた設定値を越たと判定された時、入力された
信号と記憶手段32で記憶されているデータとを記憶され
ている順番に加算すると共に加算されたデータを再度同
じ記憶場所に記憶させる同期加算手段201を備えた第５
の実施例の構成を示すものである。

以下、本実施例の動作について、簡単に説明すると、
第９図Ａに示すように信号入力手段18から入力される信
号は有用な信号にノイズが加わったような信号で有る。
それ自身が時間的に相関のないノイズの影響を小さくす
るには有用な信号の波形位置を一致させて複数回加算す
ることが有効である。第９図Ａで示される信号波形と第
９図Ｂで示される信号波形を判定手段33の記憶開始信号
（矢印↑で示す）の位置を合わせて同期加算することに
より、第９図Ｃで示すように相関のないノイズ信号は小
さくなり、相関が１である有用な信号は２倍になる。こ
のようにノイズ信号成分が少ない信号が記憶され分析さ
れることにより、より精度のよい振幅位相特性が得られ
る。

第10図は、本発明の第６の実施例における音質調整装
置のブロック図を示すものである。

第10図において、31は信号発生手段で、複数回同じ信
号を発生するものである。34は信号発生手段18が信号を
発生してから判定手段33が設定値を越えたと判定するま
での時間を初回の信号に発生された時だけ時間計数する
と共に後続の信号が発生した時には時間計数された時間
と同じ時間が経過したら記憶手段32へ同期加算信号を発
生する時間計数手段である。

前述したように同期加算手段201により同期加算をす
ることによりノイズ信号が小さくなり分析の精度が向上
される。しかしながら同期加算の開始位置が正しく設定
されていないときには有用な信号に誤差が生じる。判定
手段33に設定されている値が一定であるため、入力され
る信号にノイズが加わっている時には第９図に示したよ
うに必ずしも有用な信号の一定した位置に同期信号が出
力されるとは限らない。入力信号が信号発生手段31の発
生した信号に相関のある信号であるので信号が発生され
た後一定の時間で同期加算を行えば有用な信号の同期加
算による誤差は生じない。時間計数手段34ははじめに信
号が発生されて有用な信号が入力されるまでの時間を計
数し、この値を一定として同期加算を行うための同期信
号を出力するため有用な信号にとって非常に精度のよい
同期加算が行われ、分析結果も精度が向上される。

また、判定手段33を用いて計数された設定時間以前に
も有用なデータが僅かに有り、判定設定値がノイズレベ
ルに比べて大きければ大きいほど記憶されない有用なデ
ータの数は増加する。第11図にその概念図を示す。第11
図Ａはノイズの乗っている波形、第11図Ｂはノイズの乗
っていない正しい波形である。したがって時間計数手段
34への設定時間を実際に計数された時間より少し短い時
間することにより有用な信号全てが記憶され分析の精度
が向上される。

また、判定手段33が出力する記憶開始信号で記憶を開
始する記憶手段32である場合にも記憶開始信号の少し以
前から記憶することにより同様の効果が得られるもので
ある。

発明の効果以上のように本発明によれば、任意の振幅周波数特性
を入力する振幅入力手段と、位相周波数特性を求めるた
めに位相特性あるいは群遅延特性あるいは振幅特性ある
いは共振条件のデータを入力する位相入力手段と、位相
入力手段で入力されたデータをもとに位相周波数特性を
演算する位相演算手段と、信号入力手段により入力され
た信号の振幅位相偏差周波数分析を行う振幅位相周波数
分析手段と、位相演算手段で求まった位相周波数特性と
振幅位相周波数分析手段により求まった位相偏差周波数
特性とを加算あるいは減算する位相周波数特性補正手段
と、振幅入力手段で入力された振幅周波数特性と前記振
幅位相周波数分析手段により求まった振幅偏差周波数特
性とを加算あるいは減算する振幅周波数特性補正手段
と、位相周波数特性補正手段および振幅周波数補正手段
により求まった位相及び振幅周波数特性を用いて伝達関
数を演算する伝達関数演算手段と、伝達関数演算手段で
演算された伝達関数に対するインパルス応答を求める逆
フーリエ変換手段と、逆フーリエ変換により求まったイ
ンパルス応答をフィルタ係数としてトランスバーサル・
フィルタに設定する設定手段と、設定された係数のフィ
ルタを実現するトランスバーサル・フィルタを備え、前
記トランスバーサル・フィルタによって音質調整された
信号を出力するので振幅入力手段及び位相入力手段によ
り希望する振幅周波数特性，位相周波数特性が入力さ
れ、これと信号入力手段で入力されたデータを分析して
得られた振幅位相偏差周波数特性、あるいは記憶手段に
より記憶されている振幅位相偏差周波数特性とを用いた
演算により、新たに振幅周波数特性及び位相周波数特性
が求められ、この振幅周波数特性及び位相周波数特性を
もつ伝達関数を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段
によりインパルス応答が計算され、設定手段により求ま
ったインパルス応答がフィルタ係数としてトランスバー
サル・フィルタに設定されることにより希望の特性が実
現されるものでる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における音質調整装置の
ブロック図、第２図，第３図は同周波数振幅位相特性
図、第４図〜第６図は第２〜第４の実施例における音質
調整装置のブロック図、第７図は同動作を説明するため
の波形図、第８図は第５の実施例のブロック図、第９図
は同波形図、第10図は第６の実施例のブロック図、第11
図は同波形図、第12図は従来の音質調整装置のブロック
図、第13図は同入力状態を示す周波数特性図である。 11……振幅入力手段、12……位相入力手段、13……位相
演算手段、14……伝達関数演算手段、15……逆フーリエ
変換手段、16……設定手段、17……トランスバーサル・
フィルタ、18……信号入力手段、19……信号出力手段、
28……振幅位相周波数分析手段、29……位相周波数特性
補正手段、30……振幅周波数特性補正手段、31……信号
発生手段。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】任意の振幅周波数特性を入力する振幅入力
手段と、位相周波数特性を求めるために位相特性あるい
は群遅延特性あるいは振幅特性あるいは共振条件のデー
タを入力する位相入力手段と、前記位相入力手段で入力
されたデータをもとに位相周波数特性を演算する位相演
算手段と、信号入力手段により入力された信号の振幅位
相偏差周波数分析を行う振幅位相周波数分析手段と、前
記位相演算手段で求まった位相周波数特性と前記振幅位
相周波数分析手段により求まった位相偏差周波数特性と
を加算あるいは減算する位相周波数特性補正手段と、前
記振幅入力手段で入力された振幅周波数特性と前記振幅
位相周波数分析手段により求まった振幅偏差周波数特性
とを加算あるいは減算する振幅周波数特性補正手段と、
前記位相周波数特性補正手段および前記振幅周波数特性
補正手段により求まった位相及び振幅周波数特性を用い
て伝達関数を演算する伝達関数演算手段と、前記伝達関
数演算手段で演算された伝達関数に対するインパルス応
答を求める逆フーリエ変換手段と、逆フーリエ変換によ
り求まったインパルス応答をフィルタ係数としてトラン
スバーサル・フィルタに設定する設定手段と、設定され
た係数のフィルタを実現する前記トランスバーサル・フ
ィルタを具備し、信号入力手段によって入力された信号
を前記トランスバーサル・フィルタを介して音質調整す
る音質調整装置。
【請求項２】信号入力手段の出力信号と切り替えて、ト
ランスバーサル・フィルタにインパルス信号あるいは正
弦波信号あるいはランダム信号を発生させて入力する信
号発生手段を具備してなる特許請求の範囲第１項記載の
音質調整装置。
【請求項３】信号入力手段により入力された信号を入力
された順番に記憶する記憶手段を備え、振幅位相周波数
分析手段は記憶された有限信号データの振幅位相偏差周
波数分析を行う特許請求の範囲第１項記載の音質調整装
置。
【請求項４】信号入力手段より入力された信号の値が決
められた設定値を超えたかどうかを判定する判定手段
と、信号入力手段により入力された信号を入力された順
番に記憶する記憶手段とを備え、前記記憶手段は、前記
判定手段の出力を同期信号として記憶を開始する特許請
求の範囲第１項記載の音質調整装置。
【請求項５】記憶手段は、信号入力手段により入力され
た信号の値が決められた設定値を超たと判定された時、
入力された信号と記憶手段で記憶されているデータとを
記憶されている順番に加算すると共に加算されたデータ
を再度前記記憶手段の同じ記憶場所に記憶させる同期加
算手段を備えてなる特許請求の範囲第４項記載の音質調
整装置。
【請求項６】信号入力手段の出力信号と切り替えて、ト
ランスバーサル・フィルタに複数回同じ信号を発生させ
て入力する信号発生手段と、前記信号発生手段が信号を
発生してから判定手段が設定値を越えたと判定するまで
の時間を初回の信号が発生された時だけ時間計数すると
共に計数された時間を設定時間として後続の信号が発生
した時には設定時間が経過したら記憶手段への同期加算
信号を発生する時間計数手段を具備した特許請求の範囲
第４項記載の音質調整装置。
【請求項７】時間計数手段により求められた時間から一
定時間を減算した値を同期加算信号出力のための設定時
間とする特許請求の範囲第６項記載の音質調整装置。