JP3335828B2 - ホーンスピーカシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホーンスピーカの
前段に設けたパワーアンプの増幅率の変動にかかわら
ず、ホーン内やコンプレッションドライバー内の空気に
対する過負荷のため生じる空気歪みを除去し、入力信号
に対して高忠実再生を実現するホーンスピーカシステム
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のホーンスピーカシステムでは、ホ
ーン内やコンプレッションドライバ内の空気に対する過
負荷のために、２次の高調波歪みや混変調歪みが発生し
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような２次の高調
波歪みや混変調歪みをより少なくするため、出願人は次
のようなホーンスピーカシステムを出願している（未公
開）。先ずこのホーンスピーカシステムについて以下に
説明する。

【０００４】図５は先願のホーンスピーカシステムをモ
デル化したブロック図である。本図においてホーンスピ
ーカシステムは、歪み除去装置９０と、歪み除去装置９
０の出力を増幅するパワーアンプ９１と、この出力を音
声に変換するホーンスピーカ９２とにより構成されてい
る。

【０００５】ここでホーンスピーカ９２は、歪みの無い
ホーンスピーカの伝達関数Ｈ１の系９８と、ホーンスピ
ーカの２次歪みを表わす伝達関数Ｈ２の系９９と、系９
８と系９９の各出力を加算する加算器１００とで等価的
に表される。パワーアンプ９１は、歪み除去装置９０の
出力信号をＡ倍してホーンスピーカ９２に与えるアンプ
である。歪み除去装置９０は、アナログの音響信号であ
る入力信号ｘ（ｔ）をディジタルに変換するＡ／Ｄ変換
器９３と、伝達関数Ｇ１で１次元の畳み込み演算を行う
第１のフィルタ９４と、伝達関数Ｇ２で２次元の畳み込
み演算を行う第２のフィルタ９５と、第１のフィルタ９
４の出力信号と第２のフィルタ９５の出力信号とを加算
する加算器９６と、加算器９６の出力信号をアナログ信
号に変換するＤ／Ａ変換器９７とで構成される。

【０００６】このようなホーンスピーカシステムでは、
入力信号ｘ（ｔ）と、出力信号ｙ（ｔ）の関係は、時間
軸の信号を周波数軸の信号に変換すると、次の（５）式
で表わされる。

【数７】 （５）式の第１項は、ｘ（ｔ）が第１のフィルタ９４と
ホーンスピーカの伝達関数Ｈ１の系９８とを通過する成
分を示す。（５）式の第２項の括弧内の第１項は、ｘ
（ｔ）が第２のフィルタ９５とホーンスピーカの伝達関
数Ｈ１の系９８とを通過する成分を示す。（５）式の第
２項の括弧内の第２項は、ｘ（ｔ）が第１のフィルタ９
４とホーンスピーカの歪みを表す伝達関数Ｈ２の系９９
とを通過する成分を示す。

【０００７】但し（５）式の第２項のｍは、ｍ＝ｍ１＋
ｍ２又は｜ｍ１−ｍ２｜を満たす全ての組み合わせにつ
いての和である。なお、ｘ（ｔ）が第２のフィルタ９５
とホーンスピーカの歪みを表わす伝達関数Ｈ２の系９９
とを通過する成分は、他の項に比べて微小であり、無視
している。

【０００８】ホーンスピーカ９２の歪み成分を除去する
ためには、（５）式の第２項の括弧内の２つの項が相殺
されてその値が０になれば良い。よって、第１のフィル
タ９４の伝達関数Ｇ１と、第２のフィルタ９５の伝達関
数Ｇ２は、それぞれ次の（６）式、（７）式が成立する
ように決定される。

【数８】

【数９】

【０００９】しかしながら、上記のホーンスピーカシス
テムでは、第２フィルタ９５の伝達関数Ｇ２を（７）式
によって決定した後に、パワーアンプ９１の増幅率Ａを
変化させた場合に、当初目標通りの歪み除去効果が得ら
れなくなるいう問題があった。ホーンスピーカ９２にお
いては、入力信号がＡ倍になると、出力信号に含まれる
２次歪み成分はＡ² 倍となる。Ａ² 倍された歪み成分を
除去するためには、第２のフィルタ９５のフィルタタッ
プをＡ倍しなければならない。こうすることは前述した
ホーンスピーカシステムでは困難であった。

【００１０】（５）式によれば、第１のフィルタの特性
Ｇ１と第２のフィルタの特性Ｇ２を決定した後に、パワ
ーアンプの増幅率Ａが変化すると、（５）式の第２項の
括弧内の２つの項が相殺されなくなる。即ち、これは出
力信号ｙ（ｔ）に歪み成分が含まれてしまうということ
を意味する。

【００１１】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、ホーンスピーカの前段に設けた
パワーアンプの増幅率Ａを変化させた場合にも、目標通
りの歪み除去効果を得られるホーンスピーカシステムを
実現することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、請求項１、３の発明によれば、歪み除去装置の第２
のフィルタは、ホーンスピーカの歪み成分を除去するた
めの信号成分を作成している。このフィルタの出力に乗
算係数を乗算する乗算器に、パワーアンプの増幅率Ａに
対応した乗算係数α１を設定する。こうするとパワーア
ンプの増幅率Ａに係わらず、ホーンスピーカのホーン内
やコンプレッションドライバ内の空気に対する過負荷の
ために生じていた歪みが除去され、ホーンスピーカシス
テムに入力されたオーディオ信号が高忠実に再生され
る。

【００１３】また請求項２、４の発明によれば、歪み除
去装置の乗算器は、Ａ／Ｄ変換器の出力信号に対して、
乗算係数α２で乗算を行う。そして第２のフィルタは、
乗算器の出力信号に対して２次元の畳み込み演算を行
う。こうすると第２のフィルタからホーンスピーカの歪
み成分を除去するための信号成分が作成される。こうし
て、パワーアンプの増幅率Ａに関らず、ホーンスピーカ
のホーン内やコンプレッションドライバ内の空気に対す
る過負荷のために生じていた歪みが除去され、ホーンス
ピーカシステムに入力されたオーディオ信号が、高忠実
に再生される。

【００１４】更に請求項３、４の発明によれば、歪み除
去装置にパワーアンプに対する増幅率検出手段と、乗算
器に対する乗算係数制御手段を設けたことにより、パワ
ーアンプの増幅率を途中で変更しても、乗算器の乗算係
数が最適に追従し、ホーンスピーカシステムに入力され
たオーディオ信号が、高忠実に再生される。

【００１５】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、ホーンス
ピーカの信号入力部にパワーアンプを接続し、前記パワ
ーアンプの入力部に歪み除去装置を接続したホーンスピ
ーカシステムであって、前記歪み除去装置は、アナログ
の音響信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、前記
Ａ／Ｄ変換器の出力信号に対して１次元の畳み込み演算
を行う第１のフィルタと、前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号
に対して２次元の畳み込み演算を行う第２のフィルタ
と、前記第２のフィルタの出力信号を所定の係数で乗算
する乗算器と、前記第１のフィルタの出力信号と前記乗
算器の出力信号とを加算する加算器と、前記加算器のデ
ィジタル出力信号をアナログ信号に変換し、前記パワー
アンプに出力するＤ／Ａ変換器と、を具備することを特
徴とするものである。

【００１６】このような構成により、歪み除去装置内の
Ａ／Ｄ変換器は、アナログの音響信号が入力されると、
音響信号をディジタル信号に変換する。第１のフィルタ
はＡ／Ｄ変換器の出力信号に対して１次元の畳み込み演
算を行い、第２のフィルタは２次元の畳み込み演算を行
う。乗算器は乗算係数α１で第２のフィルタの出力信号
に対して乗算を行う。加算器は第１のフィルタと乗算器
の出力信号を加算する。Ｄ／Ａ変換器は加算器の出力信
号をアナログ信号に変換してパワーアンプに出力する。
パワーアンプは入力信号をＡ倍に電力増幅した後、ホー
ンスピーカに与える。このとき第２のフィルタによって
ホーンスピーカの歪み成分を除去する信号成分が作成さ
れ、且つ乗算器でパワーアンプの増幅率Ａに対応した乗
算係数α１が設定されているので、パワーアンプの増幅
率Ａに関らず、ホーン内やコンプレッションドライバ内
の空気に対する過負荷のために生じていた歪みが除去さ
れる。

【００１７】請求項２記載の発明は、ホーンスピーカの
信号入力部にパワーアンプを接続し、前記パワーアンプ
の入力部に歪み除去装置を接続したホーンスピーカシス
テムであって、前記歪み除去装置は、アナログの音響信
号をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変
換器の出力信号に対して１次元の畳み込み演算を行う第
１のフィルタと、前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号を所定の
係数で乗算する乗算器と、前記乗算器の出力信号が入力
されて２次元の畳み込み演算を行う第２のフィルタと、
前記第１のフィルタの出力信号と前記第２のフィルタの
出力信号とを加算する加算器と、前記加算器のディジタ
ル出力信号をアナログ信号に変換し、前記パワーアンプ
に出力するＤ／Ａ変換器と、を具備することを特徴とす
るものである。

【００１８】このような構成により、歪み除去装置内の
Ａ／Ｄ変換器はアナログの音響信号が入力されると、音
響信号をディジタル信号に変換する。第１のフィルタは
Ａ／Ｄ変換器の出力信号に対して１次元の畳み込み演算
を行う。乗算器はＡ／Ｄ変換器の出力信号に対して、乗
算係数α２で乗算を行う。第２のフィルタは乗算器の出
力信号に対して２次元の畳み込み演算を行う。加算器は
第１のフィルタと第２のフィルタの出力信号を加算す
る。Ｄ／Ａ変換器は加算器の出力信号をアナログ信号に
変換する。パワーアンプはＤ／Ａ変換器の出力信号をＡ
倍に電力増幅した後、ホーンスピーカに与える。このと
き第２のフィルタによってホーンスピーカの歪み成分を
除去する信号成分が作成され、且つ乗算器でパワーアン
プの増幅率Ａに対応した乗算係数α２が設定されている
ので、パワーアンプの増幅率Ａに関らず、ホーン内やコ
ンプレッションドライバ内の空気に対する過負荷のため
に生じていた歪みが除去される。

【００１９】請求項３記載の発明は、ホーンスピーカの
信号入力部にパワーアンプを接続し、前記パワーアンプ
の信号入力部に歪み除去装置を接続したホーンスピーカ
システムであって、前記歪み除去装置は、アナログの音
響信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／
Ｄ変換器の出力信号に対して１次元の畳み込み演算を行
う第１のフィルタと、前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号に対
して２次元の畳み込み演算を行う第２のフィルタと、前
記第２のフィルタの出力信号を所定の係数で乗算する乗
算器と、前記第１のフィルタの出力信号と前記乗算器の
出力信号とを加算する加算器と、前記加算器のディジタ
ル出力信号をアナログ信号に変換し、前記パワーアンプ
に出力するＤ／Ａ変換器と、前記パワーアンプの増幅率
を検出する増幅率検出手段と、前記増幅率検出手段によ
って検出された増幅率に基づき、前記乗算器の乗算係数
を制御する乗算係数制御器と、を具備することを特徴と
するものである。

【００２０】このような構成により、増幅率検出手段は
パワーアンプの増幅率を検出し、その値を乗算係数制御
手段に与える。これにより乗算器は乗算係数を制御し、
パワーアンプの増幅率の変化に追従する。この場合はパ
ワーアンプの増幅率Ａが途中で変化しても、ホーン内や
コンプレッションドライバ内の空気に対する過負荷のた
めに生じていた歪みが自動的に除去される。

【００２１】請求項４記載の発明は、ホーンスピーカの
信号入力部にパワーアンプを接続し、前記パワーアンプ
の信号入力部に歪み除去装置を接続したホーンスピーカ
システムであって、前記歪み除去装置は、アナログの音
響信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／
Ｄ変換器の出力信号に対して１次元の畳み込み演算を行
う第１のフィルタと、前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号を所
定の係数で乗算する乗算器と、前記乗算器の出力信号に
対して２次元の畳み込み演算を行う第２のフィルタと、
前記第１のフィルタの出力信号と前記第２のフィルタの
出力信号とを加算する加算器と、前記加算器のディジタ
ル出力信号をアナログ信号に変換し、前記パワーアンプ
に出力するＤ／Ａ変換器と、前記パワーアンプの増幅率
を検出する増幅率検出手段と、前記増幅率検出手段によ
って検出された増幅率に基づき、前記乗算器の乗算係数
を制御する乗算係数制御器と、を具備することを特徴と
するものである。

【００２２】このような構成では、乗算器の接続位置を
第２のフイルタの前段に設けたものであり、請求項３の
発明と同様に作用する。

【００２３】請求項５記載の発明は、前記ホーンスピー
カの電気音響変換特性において、前記ホーンスピーカの
歪みのない伝達関数をＨ１とし、２次歪みを表わす伝達
関数をＨ２とし、前記ホーンスピーカの伝達関数をＨ１
とＨ２の並列接続体として表わし、前記パワーアンプの
増幅率をＡとし、前記歪み除去装置において、前記第１
のフィルタの伝達関数をＧ１とし、前記第２のフィルタ
の伝達関数をＧ２とし、前記伝達関数Ｈ１、Ｇ１を周波
数ｍをパラメータとして表わしたものをそれぞれＨ１
（ｍ）、Ｇ１（ｍ）とし、前記伝達関数Ｈ２、Ｇ２を周
波数ｍ（但し、ｍ＝ｍｉ＋ｍｊ、又は、ｍ＝｜ｍｉ−ｍ
ｊ｜となる組み合わせ）をパラメータとして表わしたも
のをそれぞれＨ２（ｍ１，ｍ２）、Ｇ２（ｍ１，ｍ２）
とし、前記乗算器の乗算係数をα１としたとき、（１）
式，（２）式，（３）式を同時に成立するように第１、
第２のフィルタの特性及び乗算係数α１を設定すること
を特徴とするものである。

【００２４】このような構成によれば、請求項１又は３
記載の発明において、ホーンスピーカの伝達関数をＨ１
とＨ２の並列接続体として表わし、パワーアンプの増幅
率をＡとし、歪み除去装置の第１、第２のフィルタの伝
達関数をそれぞれＧ１、Ｇ２としたとき、（１）式、
（２）式、（３）式を同時に満足するよう伝達関数Ｇ
１、Ｇ２と乗算係数α１の値を決定すれば、歪み除去装
置をより具体的に設計できる。

【００２５】請求項６記載の発明は、前記ホーンスピー
カシステムにおいて、前記ホーンスピーカの歪みのない
伝達関数をＨ１とし、２次歪みを表わす伝達関数をＨ２
とし、前記ホーンスピーカの伝達関数をＨ１とＨ２の並
列接続体として表わし、前記パワーアンプの増幅率をＡ
とし、前記歪み除去装置において、前記第１のフィルタ
の伝達関数をＧ１とし、前記第２のフィルタの伝達関数
をＧ２とし、前記伝達関数Ｈ１、Ｇ１を周波数ｍをパラ
メータとして表わしたものをそれぞれＨ１（ｍ）、Ｇ１
（ｍ）とし、前記伝達関数Ｈ２、Ｇ２を周波数ｍ（但
し、ｍ＝ｍｉ＋ｍｊ、又は、ｍ＝｜ｍｉ−ｍｊ｜となる
組み合わせ）をパラメータとして表わしたものをそれぞ
れＨ２（ｍ１，ｍ２）、Ｇ２（ｍ１，ｍ２）とし、前記
乗算器の乗算係数をα２としたとき、（１）式，（２）
式，（４）式を同時に成立させることを特徴とするもの
である。

【００２６】このような構成によれば、請求項２又は４
記載の発明において、ホーンスピーカの伝達関数をＨ１
とＨ２の並列接続体として表わし、パワーアンプの増幅
率をＡとし、歪み除去装置の第１、第２のフィルタの伝
達関数をそれぞれＧ１、Ｇ２としたとき、（１）式、
（２）式、（４）式を同時に満足するよう伝達関数Ｇ
１、Ｇ２と乗算係数α２の値を決定すれば、歪み除去装
置をより具体的に設計できる。

【００２７】（実施の形態１）本発明の第１実施形態の
ホーンスピーカシステムについて、図１と数式を参照し
ながら説明する。図１は第１実施形態のホーンスピーカ
システムの構成を模式的に示したブロック図である。本
図に示すように、ホーンスピーカシステムは歪み除去装
置１０と、パワーアンプ１１と、ホーンスピーカ１２と
を含んで構成される。

【００２８】歪み除去装置１０は入力信号ｘ（ｔ）が入
力されると、ｘ（ｔ）に対して１次元の畳み込み演算と
２次元の畳み込み演算とを行い、それらの演算結果を加
算して出力するものである。歪み除去装置１０はＡ／Ｄ
変換器１３、第１のフィルタ１４、第２のフィルタ１
５、加算器１６、Ｄ／Ａ変換器１７、乗算器１８により
構成される。

【００２９】Ａ／Ｄ変換器１３は、電気音響信号である
入力信号ｘ（ｔ）が歪み除去装置１０に入力されると、
Ａ／Ｄ変換を行う回路である。第１のフィルタ１４は伝
達関数Ｇ１を有し、Ａ／Ｄ変換器１３の出力信号に対し
て１次元の畳み込み演算を行うフィルタである。第２の
フィルタ１５は伝達関数Ｇ２を有し、Ａ／Ｄ変換器１３
の出力信号に対して、２次元の畳み込み演算を行うフィ
ルタである。乗算器１８は、第２のフィルタ１５の出力
信号に対して乗算係数α１で乗算を行う回路である。加
算器１７は、第１のフィルタ１４と乗算器１８の出力信
号の加算を行う回路である。Ｄ／Ａ変換器１７は加算器
１６の出力信号に対してＤ／Ａ変換を行い、出力信号ｚ
（ｔ）をパワーアンプ１１に与える回路である。

【００３０】パワーアンプ１１は、歪み除去装置１０の
出力信号ｚ（ｔ）に対して、増幅率Ａで電力増幅を行
い、出力信号Ａ・ｚ（ｔ）をホーンスピーカ１２に与え
る回路である。ホーンスピーカ１２は増幅された音響信
号Ａ・ｚ（ｔ）が入力されると、出力信号ｙ（ｔ）を音
として空間に出力する電気音響変換器である。ホーンス
ピーカ１２は、前述したものと同様に入出力特性におけ
る歪みの無い１次の伝達関数Ｈ１（ｍ）の系１９と、入
出力特性における２次歪みを表わす２次の伝達関数Ｈ２
（ｍ１、ｍ２）の系２０の出力信号とを加算器２１で加
算したものとして等価的に表現できる。

【００３１】まず、ホーンスピーカ１２の入出力特性の
詳細について数式を参照しながら述べる。ホーンスピー
カ１２に入力信号Ａ・ｚ（ｔ）が入力された場合に、出
力信号ｙ（ｔ）は（８）式のように表される。

【数１０】 ここで、Ｚ（ｍ）は時間軸表現のｚ（ｔ）を周波数軸表
現にするため、ディジタルフーリエ変換して表わしたも
のであり、Ｙ（ｍ）はｙ（ｔ）を同じくディジタルフー
リエ変換して表わしたものである。また、Ｈ１（ｍ）は
ホーンスピーカ１２の線形入出力特性を表わす系１９の
伝達関数であり、Ｈ２（ｍ１、ｍ２）はホーン内で生じ
た２次の非線形歪みを表わす系２０の伝達関数である。
なお、この式の第２項は、ｍ＝ｍ１＋ｍ２、又は、ｍ＝
｜ｍ１−ｍ２｜を満たす全ての組み合わせについての和
である。つまり、ｍ１、ｍ２は、周波数ｍを任意の周波
数の和、又は周波数の差に分解した値である。

【００３２】（８）式の第１項は周波数ｍの信号Ｚ
（ｍ）に対するホーンスピーカ１２の線形出力信号成分
を示している。（８）式の第２項は、入力信号Ｚ（ｍ
１）、Ｚ（ｍ２）に対するホーンスピーカ１２の非線形
出力信号成分を示しており、この第２項がホーン内やコ
ンプレッションドライバ内の空気に対する過負荷のため
に生ずる２次歪み成分を表わしている。本発明が目的と
するのは、パワーアンプ１１の増幅率Ａが変動した場合
にも、（８）式の第２項によるホーンスピーカ１２の出
力信号の歪みを除去することである。

【００３３】次に歪み除去装置１０の入力信号ｘ（ｔ）
と出力信号ｚ（ｔ）との関係を（９）式に示す。

【数１１】 （９）式においてＸ（ｍ）は入力信号ｘ（ｔ）を離散化
し、ディジタルフーリエ変換して表わしたもの、Ｚ
（ｍ）は出力信号ｚ（ｔ）を離散化し、ディジタルフー
リエ変換して表わしたものである。（９）式の第１項は
出力信号ｚ（ｔ）のうち、第１のフィルタ１４を通過し
た成分であり、（９）式の第２項は出力信号ｚ（ｔ）の
うち、第２のフィルタ１５及び乗算器１８を通過した成
分である。（９）式の加算記号は加算器１６の動作を示
す。また、この式の第２項は、ｍ＝ｍ１＋ｍ２、又は、
ｍ＝｜ｍ１−ｍ２｜を満たす全ての組み合わせについて
の和である。

【００３４】次に、第１のフィルタ１４の伝達関数Ｇ１
と、第２のフィルタ１５の伝達関数Ｇ２とについて数式
を用いて説明する。上記のように、歪み除去装置１０の
入出力関係は（９）式で表わされ、ホーンスピーカ１２
の入出力関係は（８）式で表わされるので、（９）式の
Ｚ（ｍ）を（８）式のＺ（ｍ）に代入すると、（１０）
式が得られる。

【数１２】

【００３５】（１０）式において、出力信号Ｙ（ｍ）を
示す右辺の内、第１項は入力信号Ｘ（ｍ）が歪み除去装
置１０の第１のフィルタ１４を通り、ホーンスピーカ１
２の伝達関数Ｈ１を持つ系１９を通った成分である。
（１０）式の第２項は入力信号Ｘ（ｍ１）、Ｘ（ｍ２）
が歪み除去装置１０の第２のフィルタ１５及び乗算器１
８を通り、ホーンスピーカ１２の伝達関数Ｈ１を持つ系
１９を通った成分である。（１０）式の第３項は、入力
信号Ｘ（ｍ１）、Ｘ（ｍ２）が歪み除去装置１０の第１
のフィルタ１４を通り、ホーンスピーカ１２の伝達関数
Ｈ２を持つ系２０を通った成分である。（１０）式の第
４項は入力信号Ｘ（ｍ１）、Ｘ（ｍ２）の少なくとも一
方が、歪み除去装置１０の第２のフィルタ１５を通り、
かつ、ホーンスピーカ１２の伝達関数Ｈ２を持つ系２０
を通った成分である。

【００３６】（１０）式の第２項及び第３項はｍ＝ｍ１
＋ｍ２、又は、ｍ＝｜ｍ１−ｍ２｜を満たす全ての組み
合わせについての和であり、第４項はｍ１＝ｍ３＋ｍ４
又は｜ｍ３−ｍ４｜、ｍ２＝ｍ５＋ｍ６又は｜ｍ５−ｍ
６｜を満たす全ての組み合わせについての和である。こ
こで、（１０）式の第４項は微小信号であるので無視
し、（１０）式を整理すると（１１）式となる。

【数１３】 （１１）式において、第２項はｍ＝ｍ１＋ｍ２、又は、
ｍ＝｜ｍ１−ｍ２｜を満たす全ての組み合わせについて
の和である。

【００３７】ホーンスピーカシステムが高忠実再生を実
現するためには、所望の特性として例えば（１２）式に
示すように、出力信号Ｙ（ｍ）が入力信号Ｘ（ｍ）を増
幅率Ａのパワーアンプによって増幅したＡ・Ｘ（ｍ）に
等しければよい。これを実現するには（１１）式の右辺
と、（１２）式の右辺が等しければ良い。よって、
（１）式、（２）式、（３）式が全て成立するときに、
（１２）式が満たされることとなる。

【数１４】

【数１５】

【数１６】

【数１７】

【００３８】ここで、パワーアンプ１１の増幅率Ａが変
動した場合に、（１）式、（２）式、（３）式において
増幅率Ａに関係があるのは（３）式のみである。よっ
て、増幅率Ａが変動した場合にも、第１及び第２のフィ
ルタのタップを変更する必要はなくなり、乗算器１８の
乗算係数α１の値をＡに変更するだけでホーンスピーカ
の歪みを除去することができる。

【００３９】このような信号処理を行うことにより、パ
ワーアンプ１１の増幅率に影響されることなく、ホーン
スピーカのホーン内やコンプレッションドライバ内での
空気の過負荷による音圧信号の歪みを除去することがで
きる。このためホーンスピーカシステムの入出力信号は
大幅に改善され、高忠実再生が可能となる。

【００４０】（実施の形態２）本発明の第２実施形態の
ホーンスピーカシステムについて、図２と数式を参照し
ながら説明する。図２は第２実施形態のホーンスピーカ
システムの構成を模式的に示したブロック図である。本
図に示すようにホーンスピーカシステムは、歪み除去装
置３０と、パワーアンプ３１と、ホーンスピーカ３２と
を含んで構成される。歪み除去装置３０はＡ／Ｄ変換器
３３、第１のフィルタ３４、第２のフィルタ３５、加算
器３６、Ｄ／Ａ変換器３７、乗算器３８により構成され
る。またホースピーカ３２についても、歪みの無いホー
ンスピーカの伝達関数Ｈ１の系３９と、ホーンスピーカ
の２次歪みを表わす伝達関数Ｈ２の系４０と、系３９と
系４０の各出力を加算する加算器４１とで等価的に表さ
れる。第１実施形態と同一名称のブロックの機能説明と
信号については詳細な説明は省略する。

【００４１】本実施形態が第１実施形態と異なる部分
は、乗算器３８を第２のフィルタ３５の後段に設けるの
ではなく、第２のフィルタ３５の前段に設けていること
である。乗算器３８はＡ／Ｄ変換器３３の出力信号に乗
算係数α２を乗じ、第２のフィルタ３５に与える。但し
第１のフィルタ３４には、第１実施形態と同様にＡ／Ｄ
変換器３３の出力信号が入力される。

【００４２】本実施形態では、歪み除去装置２０の入力
信号Ｘ（ｍ）と出力信号Ｚ（ｍ）の関係は、（１３）式
のように表わされる。

【数１８】 （１３）式において、α２は乗算器３８の乗算係数であ
る。また、ホーンスピーカ３２の入出力特性は、第１実
施形態と同様に（８）式のように表わされる。

【００４３】ここで第１実施形態で行ったのと同様に、
（１３）式のＺ（ｍ）を（８）式のＺ（ｍ）に代入し、
微小信号項を無視すると（１４）式のようになる。

【数１９】

【００４４】ホーンスピーカシステムが高忠実再生を実
現するためには、所望の特性として例えば（１２）式に
示すように、出力信号Ｙ（ｍ）が入力信号Ｘ（ｍ）を増
幅率Ａのパワーアンプで増幅したＡ・Ｘ（ｍ）に等しけ
ればよい。これを実現するには、（１２）式の右辺と
（１４）式の右辺が等しければ良い。よって前述した
（１）式、（２）式、及び次で示す（４）式が全て成立
するときに、前述した（１２）式が満たされることとな
る。

【数２０】

【００４５】ここで、パワーアンプ３１の増幅率Ａが変
動した場合に、（１）式、（２）式、（４）式におい
て、増幅率Ａに関係があるのは上に示した（４）式のみ
である。よって増幅率Ａが変動した場合にも、ホーンス
ピーカの歪みを除去するには、第１及び第２のフィルタ
のタップを変更する必要はなくなり、乗算器３８の乗算
係数α２のみを変更すれば良い。

【００４６】このような信号処理を行うことにより、パ
ワーアンプの増幅率に影響されることなく、ホーンスピ
ーカのホーン内やコンプレッションドライバ内での空気
の過負荷による音圧信号の歪みを除去することができ
る。このため、ホーンスピーカシステムの入出力信号は
大幅に改善され、高忠実再生が可能となる。

【００４７】（実施の形態３）本発明の第３実施形態の
ホーンスピーカシステムについて、図３と数式を参照し
ながら説明する。図３は第３実施形態のホーンスピーカ
システムの構成を模式的に示したブロック図である。本
図に示すように、ホーンスピーカシステムは、歪み除去
装置５０と、パワーアンプ５１と、ホーンスピーカ５２
とを含んで構成される。

【００４８】歪み除去装置５０は、Ａ／Ｄ変換器５３、
第１のフィルタ５４、第２のフィルタ５５、加算器５
６、Ｄ／Ａ変換器５７、乗算器５８、増幅率検出手段５
９、乗算係数制御手段６０により構成される。またホー
スピーカ５２についても、歪みの無いホーンスピーカの
伝達関数Ｈ１の系６１と、ホーンスピーカの２次歪みを
表わす伝達関数Ｈ２の系６２と、系６１と系６２の各出
力を加算する加算器６３とで等価的に表される。尚、第
１実施形態と同一名称のブロックの機能説明と信号の説
明は省略する。

【００４９】本実施形態が第１実施形態と異なる部分
は、歪み除去装置５０に増幅率検出手段５９と乗算係数
制御手段６０が設けられたことである。乗算器５８の乗
算係数はα３はα１に等しいとする。本実施形態におい
て、ホーンスピーカシステムが高忠実再生を実現するた
めには、第１実施形態と同様にして（１１）式の右辺
と、（１２）式の右辺が等しければよい。よって、
（１）式、（２）式、（３）式が全て成立すればよい。

【００５０】増幅率検出手段５９はパワーアンプ３１の
増幅率Ａを検出する手段である。乗算係数制御手段６０
は増幅率検出手段５９から与えられた増幅率Ａを基に、
（３）式の演算によって乗算係数を決定し、乗算器５８
の演算係数α３を制御する手段である。

【００５１】このようにホーンスピーカシステムを構成
すると、パワーアンプ５１の増幅率Ａが予め判らない場
合や、音楽信号の再生途中に増幅率Ａを変動したい場合
などでも、音楽信号の高忠実再生を行うことができる。

【００５２】（実施の形態４）本発明の第４実施形態の
ホーンスピーカシステムについて、図４と数式を参照し
ながら説明する。図４は第４実施形態のホーンスピーカ
システムの構成を模式的に示したブロック図である。本
図に示すように、ホーンスピーカシステムは、歪み除去
装置７０と、パワーアンプ７１と、ホーンスピーカ７２
とを含んで構成される。

【００５３】歪み除去装置７０は、Ａ／Ｄ変換器７３、
第１のフィルタ７４、第２のフィルタ７５、加算器７
６、Ｄ／Ａ変換器７７、乗算器７８、増幅検出手段７
９、乗算係数制御手段８０により構成される。またホー
スピーカ７２についても、歪みの無いホーンスピーカの
伝達関数Ｈ１の系８１と、ホーンスピーカの２次歪みを
表わす伝達関数Ｈ２の系８２と、系８１と系８２の各出
力を加算する加算器８３とで等価的に表される。尚、第
４実施形態と同一名称のブロックの機能説明と信号の説
明は省略する。

【００５４】本実施形態が第３実施形態と異なる部分
は、歪み除去装置７０において第２のフィルタ７５の前
段に乗算係数α４の乗算器７８を設けたことである。
尚、乗算器７８の乗算係数α４はα２に等しいとする。

【００５５】このような構成のホーンスピーカシステム
において、高忠実再生を実現するためには、第２実施形
態と同様にして（１２）式の右辺と（１４）式の右辺が
等しければよい。よって（１）式、（２）式、（４）式
が全て成立すればよい。増幅率検出手段７９はパワーア
ンプ７１の増幅率Ａを検出し、乗算係数制御手段８０に
出力する。乗算係数制御手段８０はこの増幅率Ａを基
に、（４）式の演算によって乗算係数α２を決定し、乗
算器４０６に与える。

【００５６】これにより、パワーアンプ７１の増幅率Ａ
が予め判らない場合や、音楽信号の再生途中に増幅率Ａ
を変更したい場合などでも、ホーンスピーカシステムは
音楽信号の高忠実再生を行うことができる。

【００５７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、乗算器を
第２のフィルタの後段あるいは前段に設けることによ
り、パワーアンプの増幅率に関らず、入力信号を高忠実
再生するホーンスピーカシステムが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態におけるホーンスピーカ
システムの構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第２実施形態におけるホーンスピーカ
システムの構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の第３実施形態におけるホーンスピーカ
システムの構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の第４実施形態におけるホーンスピーカ
システムの構成を示すブロック図である。

【図５】先願のホーンスピーカシステムの構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１０，３０，５０，７０，９０ 歪み除去装置 １１，３１，５１，７１，９１ パワーアンプ １２，３２，５２，７２，９２ ホーンスピーカ １３，３３，５３，７３，９３ Ａ／Ｄ変換器 １４，３４，５４，７４，９４ 第１のフィルタ １５，３５，５５，７５，９５ 第２のフィルタ １６，２１，３６，４１，５６，６３，７６，８３，９
６，１００ 加算器 １７，３７，５７，７７，９７ Ｄ／Ａ変換器 １８，３８，５８，７８ 乗算器 １９，３９，６１，８１，９８ １次元の伝達関数Ｈ１
を持つ系 ２０，４０，６２，８２，９９ ２次元の伝達関数Ｈ２
を持つ系 ５９，７９ 増幅率検出手段 ６０，８０ 乗算係数制御手段

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04R 3/00 310 H04R 1/30

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホーンスピーカの信号入力部にパワーア
   ンプを接続し、前記パワーアンプの入力部に歪み除去装
   置を接続したホーンスピーカシステムであって、 前記歪み除去装置は、 アナログの音響信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器
   と、 前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号に対して１次元の畳み込み
   演算を行う第１のフィルタと、 前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号に対して２次元の畳み込み
   演算を行う第２のフィルタと、 前記第２のフィルタの出力信号を所定の係数で乗算する
   乗算器と、 前記第１のフィルタの出力信号と前記乗算器の出力信号
   とを加算する加算器と、 前記加算器のディジタル出力信号をアナログ信号に変換
   し、前記パワーアンプに出力するＤ／Ａ変換器と、を具
   備するものであることを特徴とするホーンスピーカシス
   テム。
2. 【請求項２】 ホーンスピーカの信号入力部にパワーア
   ンプを接続し、前記パワーアンプの入力部に歪み除去装
   置を接続したホーンスピーカシステムであって、 前記歪み除去装置は、 アナログの音響信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器
   と、 前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号に対して１次元の畳み込み
   演算を行う第１のフィルタと、 前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号を所定の係数で乗算する乗
   算器と、 前記乗算器の出力信号が入力されて２次元の畳み込み演
   算を行う第２のフィルタと、 前記第１のフィルタの出力信号と前記第２のフィルタの
   出力信号とを加算する加算器と、 前記加算器のディジタル出力信号をアナログ信号に変換
   し、前記パワーアンプに出力するＤ／Ａ変換器と、を具
   備するものであることを特徴とするホーンスピーカシス
   テム。
3. 【請求項３】 ホーンスピーカの信号入力部にパワーア
   ンプを接続し、前記パワーアンプの信号入力部に歪み除
   去装置を接続したホーンスピーカシステムであって、 前記歪み除去装置は、 アナログの音響信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器
   と、 前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号に対して１次元の畳み込み
   演算を行う第１のフィルタと、 前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号に対して２次元の畳み込み
   演算を行う第２のフィルタと、 前記第２のフィルタの出力信号を所定の係数で乗算する
   乗算器と、 前記第１のフィルタの出力信号と前記乗算器の出力信号
   とを加算する加算器と、 前記加算器のディジタル出力信号をアナログ信号に変換
   し、前記パワーアンプに出力するＤ／Ａ変換器と、 前記パワーアンプの増幅率を検出する増幅率検出手段
   と、 前記増幅率検出手段によって検出された増幅率に基づ
   き、前記乗算器の乗算係数を制御する乗算係数制御器
   と、を具備するものであることを特徴とするホーンスピ
   ーカシステム。
4. 【請求項４】 ホーンスピーカの信号入力部にパワーア
   ンプを接続し、前記パワーアンプの信号入力部に歪み除
   去装置を接続したホーンスピーカシステムであって、 前記歪み除去装置は、 アナログの音響信号をディジタル変換するＡ／Ｄ変換器
   と、 前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号に対して１次元の畳み込み
   演算を行う第１のフィルタと、 前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号を所定の係数で乗算する乗
   算器と、 前記乗算器の出力信号に対して２次元の畳み込み演算を
   行う第２のフィルタと、 前記第１のフィルタの出力信号と前記第２のフィルタの
   出力信号とを加算する加算器と、 前記加算器のディジタル出力信号をアナログ信号に変換
   し、前記パワーアンプに出力するＤ／Ａ変換器と、 前記パワーアンプの増幅率を検出する増幅率検出手段
   と、 前記増幅率検出手段によって検出された増幅率に基づ
   き、前記乗算器の乗算係数を制御する乗算係数制御器
   と、を具備するものであることを特徴とするホーンスピ
   ーカシステム。
5. 【請求項５】 前記ホーンスピーカの電気音響変換特性
   において、前記ホーンスピーカの歪みのない伝達関数を
   Ｈ１とし、２次歪みを表わす伝達関数をＨ２とし、前記
   ホーンスピーカの伝達関数をＨ１とＨ２の並列接続体と
   して表わし、 前記パワーアンプの増幅率をＡとし、 前記歪み除去装置において、前記第１のフィルタの伝達
   関数をＧ１とし、前記第２のフィルタの伝達関数をＧ２
   とし、前記伝達関数Ｈ１、Ｇ１を周波数ｍをパラメータ
   として表わしたものをそれぞれＨ１（ｍ）、Ｇ１（ｍ）
   とし、前記伝達関数Ｈ２、Ｇ２を周波数ｍ（但し、ｍ＝
   ｍｉ＋ｍｊ、又は、ｍ＝｜ｍｉ−ｍｊ｜となる組み合わ
   せ）をパラメータとして表わしたものをそれぞれＨ２
   （ｍ１，ｍ２）、Ｇ２（ｍ１，ｍ２）とし、前記乗算器
   の乗算係数をα１としたとき、 【数１】 【数２】 【数３】 を同時に成立するように第１、第２のフィルタの特性及
   び乗算係数α１を設定するものであることを特徴とする
   請求項１、３のいずれか１項記載のホーンスピーカシス
   テム。
6. 【請求項６】 前記ホーンスピーカシステムにおいて、
   前記ホーンスピーカの歪みのない伝達関数をＨ１とし、
   ２次歪みを表わす伝達関数をＨ２とし、前記ホーンスピ
   ーカの伝達関数をＨ１とＨ２の並列接続体として表わ
   し、 前記パワーアンプの増幅率をＡとし、 前記歪み除去装置において、前記第１のフィルタの伝達
   関数をＧ１とし、前記第２のフィルタの伝達関数をＧ２
   とし、前記伝達関数Ｈ１、Ｇ１を周波数ｍをパラメータ
   として表わしたものをそれぞれＨ１（ｍ）、Ｇ１（ｍ）
   とし、前記伝達関数Ｈ２、Ｇ２を周波数ｍ（但し、ｍ＝
   ｍｉ＋ｍｊ、又は、ｍ＝｜ｍｉ−ｍｊ｜となる組み合わ
   せ）をパラメータとして表わしたものをそれぞれＨ２
   （ｍ１，ｍ２）、Ｇ２（ｍ１，ｍ２）とし、前記乗算器
   の乗算係数をα２としたとき、 【数４】 【数５】 【数６】 を同時に成立させることを特徴とする請求項２、４のい
   ずれか１項記載のホーンスピーカシステム。