JPH0828633B2

JPH0828633B2 - 音質調整装置

Info

Publication number: JPH0828633B2
Application number: JP11737887A
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: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: JPS63281511A

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。ただし、ω＝π‐２πの特性は第13図Ｂ
に示すように、ω＝0-πの入力特性を折り返して制作し
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^jωⁿ ……………（２）（ω＝２π/N×ｋ０≦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の特性の振幅，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るFIRフ
ィルタであり、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
入力された信号を入力された順番に記憶する記憶手段
と、記憶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、記憶された有
限データにある窓関数を乗算し、この結果を記憶手段に
再度記憶させる窓乗算手段とを備えた構成となってい
る。

作用本発明は上記構成により、周波数帯域に応じた時間幅
の信号を分析した結果が得られ、所望の振幅位相周波数
特性を実現できるものである。

実施例以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明の第１の実施例における音質調整装置
の構成を示すブロック図であり、以下各図において、同
一部には同一番号を付して説明を省略する。第１図にお
いて、11は任意の振幅周波数特性を入力する振幅入力手
段、12は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、13は位相入力手段12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、18は音質調整したい信号を入力する信号入力手
段、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、28は記憶された信号の振
幅位相偏差周波数分析を行う振幅位相周波数分析手段、
29は位相演算手段13で求まった位相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、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
は位相周波数特性補正手段29および振幅周波数特性補正
手段30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、16は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、17は設定さ
れた係数のフィルタを実現するトランスバーサル（FI
R）・フィルタ、19はFIRフィルタ17によって音質調整さ
れた信号を出力する信号出力手段である。

35は記憶手段20に記憶された有用な有限データにある
窓関数を乗算し、この結果を記憶手段に再度記憶させる
窓乗算手段である。

窓関数にはハニング窓，ハミング窓，フラットトップ
窓等であり記憶された有用な信号のデータのどの部分に
注目して振幅位相特性の分析を行うかを決定する。例え
ば、第２図に窓を乗算した場合を示し、第１図に示した
例では有用なデータの初期の信号だけに含まれる振幅位
相特性が分析可能となる。第２図においてＡは記憶され
た信号データ、Ｂは窓関数、Ｃは分析される信号データ
である。尚、窓乗算手段35を複数の窓関数を有する窓乗
算手段としても良い。

この場合の効果として例えば、入力された有用なデー
タのうち出来るだけ初期の信号だけを用いて振幅位相特
性を分析したいとき、前記したように周波数が低ければ
低いほど長い時間のデータが必要である。したがって第
３図Ａに示すように分析する周波数帯域についてそれぞ
れ異なった窓関数Ｂを記憶された信号データＦに乗算
し、各信号Ｃを得、各々の分析された結果Ｄのうち各々
の帯域における振幅位相特性だけを取り出し、各々を連
結することにより全帯域の振幅位相特性Ｅを求めること
が出来る。以上の操作により周波数帯域に応じた時間幅
の信号を分析した結果が得られる。

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、第１図と同一部には同一
番号を付し説明を省略する。

第４図において、36は信号入力手段18により入力され
た信号の間引き手段である。

信号入力手段18から入力される信号を記憶する記憶手
段32には容量に限界がある。反面、入力された信号から
振幅位相特性を分析するには分析される周波数が低けれ
ば低いほど長い時間のデータが必要である。入力される
信号の標本化周波数は一定であるため、記憶される信号
の時間は記憶手段18の記憶容量で決定される。しかしな
がら本実施例は、間引き手段36で入力された信号を間引
いたデータを記憶手段32に転送することにより記憶され
る信号の時間を長くすることが可能となり周波数でも精
度のよ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、第１図と同一部には同一
番号を付している。

第５図において、161はそれぞれの窓関数が乗算され
た信号データを分析して求まった振幅特性，位相特性の
それぞれの窓関数に対応した帯域のデータについて隣り
合った帯域との接続周波数で位相値および振幅値が等し
くなるようにそれぞれの振幅，位相特性に一定値を加算
あるいは減算する接続点等価手段である。接続点等価手
段161の働きを第３図に従って説明する。

例えば第３図に示された各窓関数を乗算してもとまっ
た位相振幅特性は第３図に示すようにパターンの似た特
性となるが、分析した信号の長さが異なることから、全
帯域を通じてのレベル，特性変化の頻度が異なる。各窓
関数に対応した帯域を分ける周波数（三角印で示す。）
での位相，振幅共に等しくするために一方の振幅特性，
位相特性に一定値を加算する。全窓関数について求まっ
た位相，振幅特性について上記操作を行うことにより全
帯域の振幅，位相特性が求まる。以上の操作により周波
数帯域に応じた時間幅の信号を分析した結果が精度よく
接続点でも連続な特性が得られる。

第６図は、本発明の第４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６図において、51は位相特性としてスピーカの低域
の群遅延偏差特性を補正する位相偏差周波数特性及び中
高域（低域も含む）の群遅延偏差特性を補正する位相偏
差周波数特性及び全帯域の群遅延偏差特性を補正する位
相偏差周波数特性を独立に記憶し、さらにそれぞれの記
憶されている位相偏差特性を実現することによって生じ
る振幅周波数特性上のリップルを補正する振幅偏差周波
数特性が記憶されているROM（リードオンリイメモリ）
またはRAM（ランダムアクセスメモリ）などで構成され
た振幅位相特性記憶手段、52は振幅位相特性記憶手段51
に記憶されている任意の振幅偏差周波数特性及び位相偏
差周波数特性をそれぞれ振幅周波数特性補正手段30,位
相周波数特性補正手段29に出力することを指示する特性
出力手段である。

第７図Ａはスピーカの全帯域にわたる群遅延偏差特性
を模式的に示した図で、このスピーカの群遅延偏差特性
は第７図Ｂのように低域の群遅延偏差特性と第７図Ｃの
ように中高域の群遅延偏差特性とに分けることが可能で
ある。また、これら周波数帯域によって分けた群遅延偏
差特性の音質に与える影響はそれぞれ異なっている。

振幅位相特性記憶手段51にはこれら周波数帯域別の群
遅延偏差特性から求めた位相偏差周波数特性の逆特性及
び全帯域の群遅延偏差特性から求めた位相偏差周波数特
性の逆特性が記憶されている。

これらの特性をそのまま使用し、FIRフィルタ17のフ
ィルタ係数を求め、FIRフィルタ17に設定することによ
り、スピーカの群遅延偏差特性を周波数帯域別に独立に
フラットに補正することが可能となり、それぞれの補正
に対応した音質改善が可能となる。また、この群遅延特
性を補正する位相偏差周波数特性をそのまま使用する
と、実際に実現される振幅周波数特性にリップルが生じ
ることがあるため、このリップルを補正する振幅偏差周
波数特性をその位相偏差周波数特性と対に記憶させてお
く。これにより、精度の良い位相及び振幅周波数特性を
得ることが可能となる。

更に、特性出力手段52により記憶されている任意の振
幅および位相偏差周波数特性を振幅周波数特性補正手段
30,位相周波数特性補正手段29に出力し、これらと振幅
入力手段11,位相入力手段12で入力されさらに演算され
たそれぞれの振幅及び位相周波数特性に加算，又は減算
する。これによって求まった振幅，位相周波数特性から
FIRフィルタ17のフィルタ係数を求め、FIRフィルタ17に
設定することにより、スピーカの群遅延特性を補正した
結果の周波数特性に対して、更に任意の音質調整が可能
となる。

なお、本実施例では振幅位相特性記憶手段51にスピー
カの群遅延特性を補正するような位相周波数特性と振幅
周波数特性を記憶することを示したが、これらの周波数
特性は任意の特性で良い。例えば、スピーカの群遅延歪
みを更に大きくする位相周波数特性、あるいは用いられ
るスピーカの特性をまったく振幅位相共に平坦にするた
めの波形等価フィルタを実現する位相，振幅などが考え
られる。

また、振幅位相特性記憶手段51はある一定の周波数特
性を記憶したものを交換できる構成にすると、任意の特
性の交換が容易にでき、更に効果がある。

第８図は、本発明の第５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８図において、37は逆フーリエ変換手段15によって
求まったインパルス応答にある窓関数を乗算する窓手段
である。

本実施例において逆フーリエ変換手段15で求まったフ
ィルタ係数をそのままFIRフィルタ17に転送したときに
はFIRフィルタ17で実現される周波数特性上にリップル
が生じることがある。これを防ぐために、逆フーリエ変
換手段15で求まったフィルタ係数にある特性（ハニン
グ，ハミング等）を持つ窓関数を掛け、これをFIRフィ
ルタ17の係数とするものである。

第９図は、本発明の第６の実施例における音質調整装
置を示すブロック図である。第９図において、38は入力
された信号の振幅位相偏差周波数分析を行うスピーカ位
相特性分析手段で、位相および振幅偏差周波数特性を出
力される。そしてそれぞれ位相周波数特性補正手段29
で、位相演算手段13で求まった位相周波数特性と位相偏
差周波数特性とを加算あるいは減算し、振幅周波数特性
補正手段30で、振幅入力手段11で求まった振幅周波数特
性と、振幅偏差周波数特性とを加算あるいは減算し、こ
れにより求まった位相および振幅周波数特性を用いて伝
達関数演算手段で伝達関数が演算される。

39は測定のための信号源として、インパルス信号ある
いは正弦波信号またはランダム信号を発生する信号発生
手段である。40は切換えスイッチである。

第10図は第９図の構成にスピーカを加え、スピーカの
群遅延特性を補正するようにした構成を示すものであ
る。第11図はその等価回路図である。

第10図において、信号出力手段39により正弦波あるい
はインパルスを発生し、増幅器20により信号を増幅，極
小の位相検出抵抗R_C21を通してスピーカ22に印加する。
また位相検出抵抗R_C21により検出された信号を信号入力
手段18を通して音質調整装置入力、信号発生手段39の信
号と入力された信号とをスピーカ位相特性分析手段38に
入力し、スピーカ22の位相分析を実施し、スピーカ22の
群遅延特性を補正するようにしたものである。

発明の効果本発明は、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，位相周波数特性を入力し、これ
と、信号入力手段で入力され、記憶手段で記憶された有
限データにある窓関数を乗算し、この結果を再度記憶さ
せたデータを分析して得られた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
周波数特性を求め、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FIRフ
ィルタに設定されることにより、希望の振幅位相周波数
特性が実現される。

【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図は同窓乗算手段の動作を説
明するための特性図、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図は同周
波数特性図、第８図は第５の実施例のブロック図、第９
図，第10図は第６の実施例のブロック図、第11図は同ス
ピーカの等価回路図、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、
22……スピーカ、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、32……記憶手段、35……窓乗算手段、36……間引
き手段、37……窓手段、38……スピーカ位相特性分析手
段、39……信号発生手段、161……接続点等価手段。

Claims

【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を入力さ
れた順番に記憶する記憶手段と、記憶された信号の振幅
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、前記
記憶手段に記憶された有限データにある窓関数を乗算
し、この結果を前記記憶手段に再度記憶させる窓乗算手
段とを具備してなる音質調整装置。
【請求項２】記憶手段は、信号入力手段により入力され
た信号を間引く間引き手段を有し、前記間引き手段の出
力を記憶する特許請求の範囲第１項記載の音質調整装
置。
【請求項３】窓乗算手段は複数の窓関数を有し、振幅位
相周波数分析手段は、記憶されたデータとそれぞれの窓
関数との乗算を行った乗算結果を記憶手段を経て振幅位
相周波数特性演算手段で分析し、分析結果データのうち
記憶されたデータに乗算された窓関数に対応する周波数
帯域のデータだけを振幅位相特性として採用し、複数の
窓関数それぞれについて上記一連の操作を行うことによ
り全周波数帯域の振幅位相偏差周波数特性を演算する特
許請求の範囲第１項記載の音質調整装置。
【請求項４】振幅位相周波数分析手段は、それぞれの窓
関数について求まった振幅特性，位相特性のそれぞれの
窓関数に対応した帯域のデータが隣り合った帯域との接
続周波数で等しくなるようにそれぞれの振幅，位相特性
に一定値を加算あるいは減算する接続点等価手段を備え
た特許請求の範囲第１項記載の音質調整装置。
【請求項５】固定された位相偏差周波数特性あるいは群
遅延偏差特性及び振幅偏差周波数特性などを記憶してい
る振幅位相記憶手段と、前記振幅位相特性記憶手段の任
意の特性を振幅周波数特性補正手段と位相周波数特性補
正手段に出力することを指示する特性出力手段とを備
え、振幅入力手段と位相演算手段により設定された周波
数特性と前記振幅位相特性記憶手段から出力される周波
数特性とを演算して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音質調整装置。
【請求項６】振幅位相特性記憶手段は、位相偏差特性と
してスピーカの低域の群遅延偏差特性に対応する位相偏
差周波数特性及び中高域の群遅延偏差特性に対応する位
相偏差周波数特性及び全帯域の群遅延偏差特性に対応す
る位相周波数特性を独立に記憶しており、振幅偏差特性
としてそれぞれの記憶されている位相偏差特性を設定し
たときに発生する振幅周波数特性の誤差を補正するため
の振幅偏差周波数特性が記憶されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第５項記載の音質調整装置。
【請求項７】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、入力された振幅周波数特性と演算でもとまっ
た位相周波数特性により伝達関数を求める伝達関数演算
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、
前記逆フーリエ変換により求まったインパルス応答に、
ある窓関数を乗算する窓手段と、前記窓手段の出力する
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を具備し、前記トラン
スバーサル・フィルタによって前記信号入力手段によっ
て入力された信号を音質調整する音質調整装置。
【請求項８】入力された信号の振幅位相偏差周波数分析
を行うスピーカ位相特性分析手段と、位相演算手段で求
まった位相周波数特性と前記スピーカ位相特性分析手段
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、振幅入力手段により
入力された振幅周波数特性と、前記スピーカ位相特性分
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を備え、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、測定のための信
号源としてインパルス信号あるいは正弦波信号またはラ
ンダム信号を発生する信号発生手段とを具備してなる音
質調整装置。