JP3386618B2 - 音響再生装置 - Google Patents

音響再生装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスピーカより入力された
オーディオ信号に応じた音を音響空間に放射する音響再
生装置に係わり、特に低域成分、例えばスピーカの共振
周波数以下の低域成分の再生品質を向上できる音響再生
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の音響再生装置において、低音域の
再生品質を向上させる手段として、ラウドネス補償回路
や低音増強回路(グラフィックイコライザ)などが用い
られている。すなわち、これら回路により希望する周波
数帯域(低音域)の再生信号を他の周波数帯域よりも電
気的に大きくして再生し、これにより、低音域の再生品
質を向上させることが行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】電気回路的には、上記
手法を取ることにより希望する周波数帯域の特性を任意
に操作することが可能である。しかし、音響再生装置に
おいて、このように加工された信号は最終的にスピーカ
に供給され、音として再生される。このため、スピーカ
のもつ電気音響変換特性を考慮しない信号の加工を行っ
ても、最終的に再生される音の品質は期待どうりに改善
されることが非常に少ない。この原因は、スピーカの持
つ共振周波数f0により支配されている。スピーカの持
つ再生周波数特性は共振周波数f0(約100Hz辺り)を境
にして大きく変化する。すなわち、共振周波数f0以下
の周波数帯域において、その再生音の音圧は著しく低下
し(図4(a)参照)、かつ再生歪が大きく増加する(図4
(b)参照)。尚、図5に詳細なスピーカのf特性を示す。
【0004】このため、共振周波数f0以下の低音不足
によりイコライザにより低音域を増強すると(図4(c)
参照)、音は若干増強されるが、歪がそれ以上に増えて
再生音の品質が低下する。すなわち、グラフィックイコ
ライザやラウドネス補償回路等により、スピーカの共振
周波数f0以下の信号成分をどのように増強して供給し
ても効果的な音圧は期待できず、逆に、再生歪が増加し
てしまい再生音の品質を大きく損なってしまう。このよ
うな現象は、特に比較的共振周波数の高い小口径のスピ
ーカを用いた音響再生装置(例えば、ラジカセやテレビ
など)やスピーカを装着するいわゆるエンクロージャの
容積を十分に確保することが難しい車載用の再生装置等
において顕著に現われて来る。
【0005】以上から本発明の目的は、低域成分、特に
スピーカの共振周波数以下の低域成分の再生品質を向上
できる音響再生装置を提供することである。本発明の別
の目的は、簡単な構成で低域成分の再生品質を向上でき
る音響再生装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、オーディオ信号を、スピーカの共振周波数以下の低
域成分とスピーカの共振周波数以上の高域成分に分離す
る分離回路と、低域成分のオーディオ信号周波数を逓倍
する周波数逓倍回路と、高域成分と周波数逓倍回路出力
とを合成してスピーカ側に出力する合成部とを備えた音
響再生装置により達成される。
【0007】
【作用】分離回路(バンドパスフィルタとハイパスフィ
ルタ)によりオーディオ信号を低域成分と高域成分に分
離し、周波数逓倍回路により低域成分のオーディオ信号
周波数を逓倍(例えば2倍)し、合成部で高域成分と周
波数逓倍回路出力とを合成してスピーカ側に出力する。
スピーカの共振周波数f0以下の低域オーディオ信号の
周波数を逓倍(例えば2倍)し、該周波数逓倍されたオ
ーディオ信号をスピーカに入力すればスピーカは該周波
数逓倍されたオーディオ信号に応じた音を正しく音響空
間に放射する。ところで、心理音響的に基音の高調波だ
けが出ていれば、基音が無くてもあたかも基音があるか
のように人間は音を感じることが実証されている。この
ため、リスナーは周波数逓倍信号に応じた音より基音す
なわち共振周波数f0以下の低域音声を認識する。この
ようにすれば、共振周波数f0以下の低域音声信号をス
ピーカに入力しないため歪がなく、しかも、心理音響的
効果により共振周波数f0以下の低域音声を認識でき、
低音の再生品質を向上することができる。
【0008】又、周波数逓倍に要する時間分、高域成分
を遅延して周波数逓倍されたオーディオ信号と合成して
出力することにより、時間的ずれのない音を聴取するこ
とができる。更に、ゲイン可変増幅器により周波数逓倍
された音声信号のゲインを調整可能にすれば、リスナー
の好みに応じて低音を増減することができる。
【0009】
【実施例】
(a) 本発明の原理 スピーカが出せないオーディオ信号成分は無理にスピー
カに入力しない方が良い。しかし、これでは実際のオー
ディオ信号に含まれるスピーカの共振周波数f0以下の低
域信号成分がカットされてしまい、低音を聞くことがで
きない。そこで、何らかの方法により、共振周波数以下
の低域信号成分をスピーカに入力しないで該低域信号成
分をリスナーが聞き取れるようにできれば最善である。
ところで、心理音響的に基音の高調波だけが出ていれ
ば、基音が無くてもあたかも基音があるかのように人間
は音を感じることが実証されている。例えば、基音とそ
の高調波により音色が決まるが、基音が無くても高調波
を正確に再現できれば人間はその楽器の音を正しく認識
できる。
【0010】かかる心理音響的理論により、スピーカの
共振周波数f0以下の低域音声信号の周波数を逓倍(例
えば2倍)し、該逓倍された信号をスピーカに入力すれ
ばスピーカは正確に該信号に応じた音を音響空間に放射
し、リスナーは該逓倍信号に応じた音より基音すなわち
共振周波数f0以下の低域音声を認識する。これによ
り、リスナーは歪のない低音を認識でき、低音の再生品
質を向上できる。
【0011】(b) 全体の構成 図1は本発明の音響再生装置の構成図、図2は動作説明
図である。図1において、11は周波数fc以上の通過
帯域を有するハイパスフィルタ(H.P.F)であり、周波数
fcは例えばスピーカの共振周波数f0(約100Hz)と一致
させる(図2(b)参照)。12は通過帯域fc1〜fc2のバ
ンドパスフィルタ(B.P.F)で、高周波側の周波数fc2
スピーカの共振周波数f0(約100Hz)と一致させ、低周
波側の周波数fc1は後述する周波数逓倍化率をaとすれ
ば、fc1=f0/aとする(図2(b)参照)。すなわち、 fc=f0 fc1=f0/a fc2=f0 とする。
【0012】13はバンドパスフィルタ12を通過した
低域音声信号の周波数をa逓倍する周波数逓倍回路であ
り、好ましくは、aは整数で、例えばa=2である。逓
倍化率a=2とすると共に、スピーカの共振周波数f0
を100Hzとすれば、fc=100Hz、fc1=50Hz、fc2=100
Hzとなる。14は周波数逓倍に要する時間分、ハイパス
フィルタ11から出力される中高域成分を遅延する遅延
回路(DELAY)、15は周波数逓倍回路13から出力され
る周波数逓倍されたオーディオ信号の振幅を制御するゲ
イン可変増幅器、16は増幅器(ゲイン可変であっても
良い)、17は合成部であり、増幅器15,16を介し
て入力された信号を合成してスピーカ側に出力するもの
である。
【0013】(c) 音響再生装置の動作 テーププレーヤ、CDプレーヤ、FMチューナ等のオー
ディオソースから出力されたフラットな周波数特性(図
2(a))を有するオーディオ信号Sinはハイパスフィルタ
11とバンドパスフィルタ12に入力する。ハイパスフ
ィルタ11はfc(=100Hz)以下の低音域の成分を除去
し、100Hz以上の、すなわち中低音域以上のオーディオ
信号成分を通過する。一方、バンドパスフィルタ12は
周波数fc1〜fc2(=50Hz〜100Hz)の低音域成分を抽出
して出力する(図2(c)参照)。周波数逓倍回路13はバ
ンドパスフィルタ12を通過した低音域成分の周波数を
a逓倍、例えば2倍する。これにより、元のfc1〜fc2
(=50Hz〜100Hz)の低音域の信号は、2fc1〜2fc2(=
100Hz〜200Hz)の周波数成分を有する信号に変換される
(図2(d)参照)。以後、この周波数逓倍された信号は可
変ゲイン増幅器15を介して合成部17に入力する。
【0014】一方、遅延回路14はハイパスフィルタ1
1を通過した中高音域成分を周波数逓倍に要する時間分
遅延し、増幅器16を介して合成部17に入力する。合
成部17は増幅器15,16を介して入力された周波数
逓倍回路13と遅延回路14の出力を合成し(図2(e)
参照)、合成信号Soutを図示しないスピーカ側のオーデ
ィオ回路(イコライザ、電子ボリューム回路等)に入力
し、最終的にスピーカに入力する。
【0015】心理音響的に基音の高調波だけが出ていれ
ば、基音が無くてもあたかも基音があるかのように人間
は音を感じることができる。このため、リスナーは周波
数逓倍信号に応じた音より基音すなわちスピーカの共振
周波数f0以下の低域音声を認識する。この結果、共振
周波数f0以下の低域音声信号をスピーカに入力しなく
ても、心理音響的効果により共振周波数f0以下の低域
音声を認識でき、しかも、低域音声信号をスピーカに入
力しないため歪がなく、優れた低音再生が可能となる。
又、周波数逓倍に要する時間分、高域成分を遅延して周
波数逓倍されたオーディオ信号と合成して出力すること
により、時間的ずれのない音を聴取することができる。
又、リスナーの好みに応じて低音を増減したい場合に
は、操作部にゲイン可変用のツマミを設け、該ツマミを
操作することによりゲイン可変増幅器15のゲインを調
整して低音を増減する。
【0016】(d) 周波数逓倍回路 図3は周波数逓倍回路13の構成図である。13aはバ
ンドパスフィルタ12から出力される低音域のオーディ
オ信号成分を所定のサンプリング速度Spでサンプリン
グしてデジタルデータに変換するADコンバータ(AD
C)、13b,13cは所定期間T毎に交互にデジタルオ
ーディオデータを時系列的に記憶する第1、第2のメモ
リ、13dはADコンバータ13aから出力されるデジ
タルデータを周期T毎に交互に第1、第2のメモリ13
b,13cに振り分けるデータ振り分け部、13eは周
期T毎に交互に第1、第2のメモリ13b,13cから
速度Spでデジタルデータを1個おきに読み出して出力
する間引き読み出し部、13fは間引き読み出し部から
出力されるデジタルデータをアナログに変換するDAコ
ンバータ(DAC)である。
【0017】ADコンバータ13aは連続的にサンプリ
ング速度Spで低音域のオーディオ信号成分をデジタル
データに変換し、データ振り分け部13dはAD変換さ
れたオーディオデータをまず第1のメモリ13bに入力
して記憶させる。第1メモリ13bに1周期T分のオー
ディオデータが記憶されると、間引き読み出し部13e
は、該第1のメモリ13bから読み出し速度Spでオー
ディオデータを1個おきに繰返し読み出し、同時に、デ
ータ振り分け部13dはADコンバータ13aからのオ
ーディオデータを第2メモリ13cに格納する。間引き
読み出し部13eは、1個おきにデータを繰返し読み出
すため1周期Tの間に2回同一データを読み出すことに
なり、オーディオデータの周波数は2倍となってDAコ
ンバータ13fに入力する。
【0018】1周期が終了すると、切替信号CHGが発
生し、データ振り分け部13dはオーディオデータを第
1メモリ13bに記憶し、一方、間引き読み出し部13
eは第2メモリ13cから読み出し速度Spでオーディ
オデータを1個おきに繰返し読み出す。以後、かかるオ
ーディオデータの格納及び間引き読み出しが繰り返され
る。DAコンバータ13fは、間引き読み出し部13e
から入力されたオーディオデータを速度Spでアナログ
のオーディオ信号に変換して出力する。これにより、バ
ンドパスフィルタ12から入力された50〜100Hzの低域
のオーディオ信号は100〜200Hzの周波数成分を有する信
号に変換される。尚、第1、第2のメモリから速度2・
Spでオーディオデータを連続的に読み出しDA変換し
て出力するように構成することもできる。
【0019】(e) 変形例 以上では、周波数逓倍化率a=2の場合について説明し
たが、2に限らず周波数を整数倍、あるいはその他の倍
数の信号に変換することもできる。又、以上では、スピ
ーカの共振周波数f0を境にオーディオ信号を低域成
分、高域成分に分離したが必ずしもf0を境に分離する
必要はなく、それ以上、あるいはそれ以下の周波数で分
離することもでき、又、低域、高域の一部が重なるよう
にしてもよい。以上、本発明を実施例により説明した
が、本発明は請求の範囲に記載した本発明の主旨に従い
種々の変形が可能であり、本発明はこれらを排除するも
のではない。
【0020】
【発明の効果】以上本発明によれば、オーディオ信号を
低域成分と高域成分に分離し、低域成分のオーディオ信
号周波数を逓倍(例えば2倍)し、高域成分と周波数逓
倍回路出力を合成してスピーカ側に出力するように構成
したから、周波数逓倍信号に応じた音より心理音響的に
低域音声を認識でき、しかも、共振周波数f0以下の低
域音声信号をスピーカに入力しないため歪のない優れた
低音を聴取でき、低音再生品質を向上することができ
る。特に、比較的低音再生能力の低いスピーカにおいて
も、簡単な構成で良質な低音再生品質を供給することが
できる。すなわち、一般のホーム用音響再生装置ばかり
でなく 比較的共振周波数の高い小口径のスピーカを用
いた音響再生装置(例えば ラジカセやテレビ)や、スピ
ーカを装着するいわゆるエンクロージャの容積を十分に
確保することが難しい車載用の再生装置などの各種音響
再生装置に対し 的確で良質な低音再生品質を供給する
ことができる。又、本発明によれば、周波数逓倍に要す
る時間分、高域成分を遅延して周波数逓倍されたオーデ
ィオ信号と合成して出力するように構成したから、時間
的ずれのない音を聴取することができる。更に、周波数
逓倍された音声信号のゲインを調整可能に構成したか
ら、リスナーの好みに応じて低音を増減することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の音響再生装置の構成図である。
【図2】本発明の動作説明図である。
【図3】周波数逓倍回路の構成図である。
【図4】従来の問題点説明図である。
【図5】スピーカの周波数特性の詳細図である。
【符号の説明】
11・・ハイパスフィルタ 12・・バンドパスフィルタ 13・・周波数逓倍回路 14・・遅延回路 15・・ゲイン可変増幅器 16・・合成部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−314099(JP,A) 特開 平5−328481(JP,A) 特開 昭50−130402(JP,A) 特開 平5−266582(JP,A) 特開 平1−186008(JP,A) 特開 平5−199576(JP,A) 特開 平5−122782(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03G 5/02 H04R 3/00 310 H04R 3/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スピーカより入力されたオーディオ信号
    に応じた音を音響空間に放射する音響再生装置におい
    て、 オーディオ信号を、スピーカの共振周波数以下の低域成
    分とスピーカの共振周波数以上の高域成分に分離する分
    離回路と、 低域成分のオーディオ信号周波数を逓倍する周波数逓倍
    回路と、 高域成分と周波数逓倍回路出力を合成してスピーカ側に
    出力する合成部とを備えた音響再生装置。
  2. 【請求項2】 前記周波数逓倍回路はオーディオ信号周
    波数を整数倍する請求項1記載の音響再生装置。
  3. 【請求項3】 周波数逓倍に要する時間分、前記高域成
    分を遅延する遅延部を備え、前記合成部は該遅延部と周
    波数逓倍回路出力を合成して出力する請求項記載の音
    響再生装置。
  4. 【請求項4】 周波数逓倍された音声信号のゲインを調
    整するゲイン制御回路を備えた請求項記載の音響再生
    装置。
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