JPH0771358B2 - オーディオ信号処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はオーデイオ信号処理装置に関する。

＜従来の技術＞ 近年、オーデイオ機器としてはコンパクトデイスクシス
テム（CD）、デイジタルオーデイオテープレコーダ（DA
T）等の各種のデイジタル機器が出現するに至り、高品
質なオーデイオ信号の再現が実現される様になってき
た。

またメデイアとしてのオーデイオ技術は、各分野に多様
な広がりを見せ始めている。

第４図は一般的なオーデイオ機器の概略構成を示す図
で、１は入力媒体、２はアンプ等を含む伝送部、３はス
ピーカ等を含む出力部である。近年の高品質のオーデイ
オ機器においては伝送部２における伝送歪を飛躍的に減
少させることができる様になった。これらの源は近年進
展の著しい超LSI技術に依存している処が多い。

＜発明が解決しようとする問題点＞ ところがこれらの超LSI技術を駆使した音質の改善は、
伝送部２における伝送歪に起因する音質の劣化を防止す
ることに伴うものであった。即ちCDやDATにおけるデイ
ジタル信号処理用のLSIの高速化に伴う高音質化、所謂
エンフアシス処理、ノイズリダクシヨン処理に伴う高音
質化と称されるものは全て、伝送路上での伝送歪を抑
え、入力媒体１より入力されたオーデイオ信号がいかに
忠実に出力部３に供給されるかということを素材、構造
等の最適化により果そうとしているにすぎない。

これに対してマイクやスピーカ等のメカニカルな振動系
は宿命的に質量を持っており、更に振動系の保持システ
ムはダンパーの役目を果たしている。この質量とダンパ
ーの存在は波形の歪を招くもので、特にトランジエント
特性の劣化と残留振動を生じさせるものである。この傾
向は特に大エネルギーを発生させるスピーカにおいて著
しい。

第１表は第４図における各部の忠実性を示す。これより
明らかな如く、近年においては入力部及び出力部、特に
出力部において忠実性が大きく劣化し、いかに高品質の
オーデイオ機器を用いても生音声との差は大きいもので
あった。

本発明は上述の如き問題に鑑み、高忠実な出力を得るこ
とのできるオーデイオ信号の処理装置を提供することを
目的としている。

＜問題点を解決するための手段＞ 上述の目的下において、本発明のオーディオ信号処理装
置においては、入力部とスピーカ振動系の間に介在し、
前記スピーカ振動系の物理特性に従うデータを予め格納
する記憶手段と、前記入力部から入力されたオーディオ
信号を逐次サンプリングし、その入力波形を観測する波
形観測手段と、該波形観測手段からの過去の入力波形の
観測結果を用いて、前記スピーカ振動系の状態を逐次演
算すると共に、該演算結果，前記スピーカ振動系の理想
位置及び前記記憶手段に格納されているデータに基づい
て前記スピーカ振動系を前記理想位置に定位させるため
の駆動信号を逐次算出する演算手段とを具備する構成と
している。

＜作用＞ 上述の如く構成することにより、原音の高忠実な出力に
対する最も大きな障害となっていた出力部の物理的な応
答特性に基く歪を逐次相殺することができるため、極め
て高忠実な音声を復元可能となった。

＜実施例＞ まず、本発明によるシステムの立脚点について述べる。
オーデイオの常温下における空気中に於ける伝搬速度は
約340m/sec、言い換えれば1m伝搬するのに3m sec必要で
ある。本提案ではこの音の伝搬速度の遅さに着目してい
る。即ち人間の感じる音はm secのオーダの遅れについ
ては聴覚上何ら差支えない筈である。例えば生演奏を考
えた時、3m sec程度の遅れは本来の位置より奏者と聴者
の間の距離が1m遠くなったにすぎない。本発明ではこの
数m secの時間を利用して演算処理を行うものである。

第２図はオーデイオ入力信号を示す図、第３図は本発明
の原理を説明するためのタイミングチヤートである。ま
ず、第１図に示すオーデイオ入力信号の波形の観測を行
いその解析を行う。この場合のサンプリング周波数は、
最大可聴周波数fmの２倍以上とする。例えば40KHz程度
とする。

この解析結果と、予めメモリに格納しているスピーカの
入力応答特性を示すデータを用い数m sec程度の時間（t
c）内にて、補正信号（スピーカ駆動信号）を演算す
る。即ち第２図において実際の入力が行われるt n＋１
のタイミングにおける入力波形（第３図（ａ））は、tc
遅れt n＋１＋tcのタイミングでスピーカへ供給される
ことになる。第３図（ｂ）は第３図（ａ）の入力波形を
そのままスピーカに供給した場合のスピーカの振動位置
を示している。尚t n＋１−tnは１サンプリング期間を
示す。

上述の演算はt n＋１のタイミングの入力に対して、t n
＋１＋tcのタイミングで理想位置にスピーカの振動系を
定位するためのtn＋tcのタイミングにおけるスピーカの
振動系の位置並びに加速度を過去の入力信号の波形解析
（観測）結果を用いてまず演算する。そしてこのtn＋tc
のタイミングにおけるスピーカ振動系の位置及び加速度
及びt n＋１−tcのタイミングにおけるスピーカ振動系
の理想位置の３条件とメモリに格納されているスピーカ
の振動系の質量、駆動力＋ダンパ等の物理的特性とによ
ってスピーカに実際に入力する補正信号（駆動信号）を
算出する。

この補正入力は第３図（ｃ）に示す如くt n＋１＋tcの
タイミングでスピーカに供給される。この結果スピーカ
振動系はtc遅れたタイミングで入力オーデイオ信号に極
めて忠実な位置をとることになる。これによりスピーカ
振動系は第３図（ｂ）に示す如き分割振動、トランジエ
ントの劣化を極力抑えた振動を行うことができる。この
様子を第３図（ｄ）に示す。

第１図は上述の考え方をブロツク化した模式図である。
第１図において入力部５より入力されたオーデイオ信号
はデイジタルフイルタ６を介して波形解析部７に供給さ
れ、前述した如きデータが得られる。メモリ８に格納さ
れているスピーカ11の物理的特性を示すデータと波形解
析部７よりのデータは補正信号演算回路９に供給され
る。補正信号演算回路９は専用のマイクロプロセツサ、
特に近年応用の著しいデイジタルシグナルプロセツサ
（DSP）により構成される。10はアンプ、11はスピーカ
である。

第５図は本発明を３スピーカシステムに応用した場合の
模式図で、前述の補正信号は高域、中域、低域に分けて
別の補正信号演算回路9a,9b,9cで演算し、これに用いる
データはスピーカ11a,11b,11cの物理的な特性に応じて
夫々メモリ８′より各補正信号演算回路9a,9b,9cに供給
される。

一般にオーデイオ信号に対して、フーリエスペクトルを
求める有効性の根拠は、人間の耳の感覚器自体が、音の
スペクトル分析を行なって識別していると考えられるこ
とに基く。人間は、無意識にオーデイオ信号のフーリエ
スペクトルの主としてピーク値に着目して、不自由なく
会話を行っており、人の声の弁別を行い、認識処理を行
っている。いわば、人間の感覚器官はスペクトル情報を
抽出して処理を行っている事に他ならない。

人間はこの様に複雑な処理を連続して行なえるが、機械
が行なう場合、得られたサンプリング信号に対し、例え
ばデイジタル計算機を用いて計算する場合でも、データ
数が多くなると、計算時間が膨大となる。しかし近年、
この様な連続したデータを扱うのに最適なプロセツサが
出現した。この様なプロセツサを用いることにより上述
のシステムが実現可能となっている。

＜発明の効果＞ 以上説明したよう様に本発明によれば極めて高忠実なオ
ーデイオ信号を出力することのできるオーデイオ信号処
理装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の考え方をブロツク化した模式図、 第２図はオーデイオ入力信号を示す図、 第３図は本発明の原理を説明するためのタイミングチヤ
ート、 第４図は一般的なオーデイオ機器の概略構成を示す図、 第５図は本発明の応用例を模式的に示すブロツク図であ
る。 ５は入力部、７は波形解析部、８はメモリ、９は補正信
号演算回路、11はスピーカである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力部とスピーカ振動系の間に介在するオ
   ーディオ信号処理装置であって、 前記スピーカ振動系の物理特性に従うデータを予め格納
   する記憶手段と、 前記入力部から入力されたオーディオ信号を逐次サンプ
   リングし、その入力波形を観測する波形観測手段と、 該波形観測手段からの過去の入力波形の観測結果を用い
   て、前記スピーカ振動系の状態を逐次演算すると共に、
   該演算結果，前記スピーカ振動系の理想位置及び前記記
   憶手段に格納されているデータに基づいて前記スピーカ
   振動系を前記理想位置に定位させるための駆動信号を逐
   次算出する演算手段と、 を具備することを特徴とするオーディオ信号処理装置。