JP6102360B2 - Channel divider and audio playback system including the same - Google Patents
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Description
本発明は、マルチウェイスピーカーシステムによる音声信号再生で使用するチャンネルデバイダおよびこれを含む音声再生システムであって、特に、3way以上のスピーカーシステムに対応して、いずれかのスピーカーユニットへの出力信号を位相反転しても振幅周波数特性が変わらずに、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を適切に変更することが可能なチャンネルデバイダに関する。 The present invention relates to a channel divider used for reproducing an audio signal by a multi-way speaker system and an audio reproducing system including the channel divider, and in particular, an output signal to any speaker unit corresponding to a speaker system of 3 ways or more. The present invention relates to a channel divider that can appropriately change the reproduction sound quality of a multi-way speaker system without changing the amplitude frequency characteristics even when the phase is inverted.
低音域再生用のウーファー及び高音域再生用のツィーターを含むマルチウェイスピーカーシステムでは、各スピーカーユニットの再生周波数帯域に合わせてアンプで増幅された音声信号を帯域分割するネットワーク回路を含む場合が一般的である。近年では、ウーファーに対応するネットワーク回路とツィーターに対応するネットワーク回路をそれぞれに独立することができ、それぞれに接続する入力端子を備えるバイワイヤリング接続に対応するスピーカーシステムが普及している。バイワイヤリング接続では、ウーファーのネットワーク回路に接続するパワーアンプと、ツィーターのネットワーク回路に接続する他のパワーアンプと、を用いるバイアンプ駆動を採用することになる。 In a multi-way speaker system including a woofer for low-frequency range playback and a tweeter for high-frequency range playback, it is common to include a network circuit that divides the audio signal amplified by the amplifier in accordance with the playback frequency band of each speaker unit. It is. In recent years, a network system corresponding to a woofer and a network circuit corresponding to a tweeter can be independent of each other, and a speaker system corresponding to a bi-wiring connection provided with an input terminal connected to each of them has become widespread. In bi-wiring connection, bi-amp driving using a power amplifier connected to the network circuit of the woofer and another power amplifier connected to the network circuit of the tweeter is adopted.
一方で、スピーカーシステムのネットワーク回路を使用せずにマルチアンプ(バイアンプ)駆動を実現する方法として、パワーアンプの前段にチャンネルデバイダを設けて、このチャンネルデバイダによって音声信号を帯域分割する場合がある。チャンネルデバイダは、上記のようなマルチアンプ−マルチウェイスピーカーシステムの音声再生システムにおいて、入力される音声信号を少なくとも低音域側出力信号と高音域側出力信号とに帯域分割して、マルチアンプに出力する。チャンネルデバイダを用いることで、スピーカーシステムのネットワークよりも急峻な過渡帯域を持つLPF(低域通過フィルタ)あるいはHPF(高域通過フィルタ)を設定できる、クロスオーバー周波数を比較的自由に設定できる、等の利点がある(例えば、特許文献1)。また、チャンネルデバイダを採用する場合には、低音域用のアンプ回路と高音域用のアンプ回路が独立するので、低音成分と高音成分とが重畳して発生する混変調歪が低減し、再生音質に優れるという利点があると言われている。 On the other hand, as a method of realizing multi-amplifier (bi-amplifier) driving without using the network circuit of the speaker system, there is a case where a channel divider is provided in front of the power amplifier and the audio signal is divided into bands by this channel divider. In the audio playback system of the multi-amplifier-multi-way speaker system as described above, the channel divider divides the input audio signal into at least a low-frequency side output signal and a high-frequency side output signal and outputs it to the multi-amplifier. To do. By using a channel divider, LPF (low-pass filter) or HPF (high-pass filter) having a steeper transition band than the network of the speaker system can be set, the crossover frequency can be set relatively freely, etc. (For example, patent document 1). In addition, when a channel divider is used, the low-frequency amplifier circuit and the high-frequency amplifier circuit are independent, reducing the cross-modulation distortion that occurs when the low-frequency component and the high-frequency component are superimposed, reducing the playback sound quality. It is said that there is an advantage that it is excellent.
近年、DSPおよびマルチアンプを含むAVレシーバー等を利用してネットワーク回路を備えないスピーカーシステムを接続できるように、DSPにチャンネルデバイダの機能を持たせようとするものがある(特許文献2、特許文献3)。チャンネルデバイダをデジタルフィルタで実現する場合にはFIRフィルタまたはIIRフィルタによる場合がある。チャンネルデバイダを使用するには、マイクロホン等を用いてスピーカーシステムの各スピーカーユニットの再生帯域を測定して、クロスオーバー周波数を適切に設定する必要がある(特許文献4、特許文献5)。 In recent years, there has been an attempt to give a DSP a channel divider function so that a speaker system without a network circuit can be connected using an AV receiver including a DSP and a multi-amplifier (Patent Document 2, Patent Document). 3). When the channel divider is realized by a digital filter, an FIR filter or an IIR filter may be used. In order to use the channel divider, it is necessary to appropriately set the crossover frequency by measuring the reproduction band of each speaker unit of the speaker system using a microphone or the like (Patent Documents 4 and 5).
マルチウェイスピーカーシステムが、低音域再生用のウーファー及び高音域再生用のツィーターに加えて中音域再生用のスコーカー(ミッドレンジスピーカーと呼ぶ場合もある。フルレンジスピーカーの場合もある。)を備える場合には、チャンネルデバイダは、さらにBPF(帯域通過フィルタ)を設定できるようにする必要がある。BPFを設定するには、ウーファーとスコーカーとの帯域分割を規定する第1クロスオーバー周波数と、スコーカーとツィーターとの帯域分割を規定する第2クロスオーバー周波数と、を定める。BPFは、第1クロスオーバー周波数および第2クロスオーバー周波数から導出して構成しても良いが、BPFは、低音域側のクロスオーバー周波数を設定するHPFと、高音域側の低音域側のクロスオーバー周波数を設定するLPFと、を直列接続して構成しても良い。3Way以上のマルチウェイスピーカーシステムの場合には、それぞれのスピーカーユニットへの出力信号を位相反転しない場合、または、それぞれのフィルタ特性の設定が複雑になるとともに、位相反転する場合の組み合わせが非常に多くなるので、第1クロスオーバー周波数または第2クロスオーバー周波数のいずれか一方においてスムーズな振幅周波数特性が得られても、他方の周波数ではディップができてしまい振幅周波数特性が変化してしまうことがあるという問題がある。 When the multi-way speaker system includes a woofer for low-frequency reproduction and a tweeter for high-frequency reproduction, and a squawker for mid-range reproduction (sometimes called a mid-range speaker or sometimes a full-range speaker). The channel divider needs to be able to set a BPF (band pass filter). In order to set the BPF, a first crossover frequency that defines the band division between the woofer and the squawker and a second crossover frequency that defines the band division between the squawker and the tweeter are determined. The BPF may be configured by deriving from the first crossover frequency and the second crossover frequency. However, the BPF is an HPF that sets the low frequency side crossover frequency and the low frequency side crossover frequency. An LPF for setting the over frequency may be connected in series. In the case of a 3 way or more multi-way speaker system, the output signal to each speaker unit is not phase-inverted, or the setting of each filter characteristic is complicated, and there are many combinations when the phase is inverted. Therefore, even if a smooth amplitude frequency characteristic is obtained at either the first crossover frequency or the second crossover frequency, a dip may occur at the other frequency and the amplitude frequency characteristic may change. There is a problem.
従来のチャンネルデバイダでは、低音域側のLPFおよび中音域側のBPFおよび高音域側のHPFは、幾つかの標準的なフィルタ特性の中から選択できるものが多く、非直線位相の位相シフト特性を有する巡回型フィルタ(無限長インパルスレスポンスフィルタ、IIRフィルタ)が用いられる場合がある。標準的なフィルタ特性の具体例としては、バターワースフィルタ、ベッセルフィルタ、Linkwitz−Rileyフィルタ、等の様々なフィルタが存在する。巡回型フィルタの次数を増やしてフィルタを設定する場合には、フィルタの通過域と、阻止域と、これらの間の遷移域の設定において、遷移域のゲイン特性を急峻にすることができる一方で、位相回転が増えて遅延が生じ、位相遅延特性および群遅延特性が周波数によって大きく異なるようになる場合がある。他方で、非巡回型フィルタ(有限長インパルスレスポンスフィルタ、FIRフィルタ)を用いる場合には、直線位相の位相シフト特性を有するフィルタが設定可能である。直線位相の位相シフト特性の場合は、遅延が周波数に対して一定であり、位相遅延特性および群遅延特性がフラットになる。 In conventional channel dividers, the LPF on the low-frequency side, the BPF on the middle-frequency range side, and the HPF on the high-frequency range can be selected from several standard filter characteristics. A recursive filter (infinite length impulse response filter, IIR filter) may be used. Specific examples of standard filter characteristics include various filters such as a Butterworth filter, a Bessel filter, and a Linkwitz-Riley filter. When setting the filter by increasing the order of the recursive filter, the gain characteristics of the transition band can be made steep in setting the pass band of the filter, the stop band, and the transition band between them. In some cases, the phase rotation increases and a delay occurs, and the phase delay characteristic and the group delay characteristic differ greatly depending on the frequency. On the other hand, when a non-recursive filter (finite length impulse response filter, FIR filter) is used, a filter having a phase shift characteristic of a linear phase can be set. In the case of the phase shift characteristic of the linear phase, the delay is constant with respect to the frequency, and the phase delay characteristic and the group delay characteristic are flat.
ただし、非直線位相の位相シフト特性を有するフィルタでは、入力された信号の波形が時間的に歪んで出力されることになる。したがって、チャンネルデバイダにおいて、例えば、96dB/Oct.〜192dB/Oct.と言った急峻なゲイン特性を有する高次の非直線位相のIIRフィルタを用いる場合には、出力信号の波形の歪みが大きくなり、再生音声の音色変化として現れてしまうという問題がある。また、スピーカーシステムのネットワーク回路のフィルタも非直線位相のパッシブフィルタであるので、急峻なゲイン特性を持たせているような場合には、同様の問題を有している。したがって、所望のゲイン特性をチャンネルデバイダおよびスピーカーシステムのネットワーク回路のフィルタに設定する場合であっても、非直線位相の位相シフト特性を直線位相化できるのが好ましい。 However, in a filter having a non-linear phase phase shift characteristic, the waveform of the input signal is distorted in terms of time and output. Therefore, in the channel divider, for example, 96 dB / Oct. -192 dB / Oct. When a high-order non-linear phase IIR filter having a steep gain characteristic is used, there is a problem that the waveform of the output signal is greatly distorted and appears as a timbre change in reproduced sound. Further, since the filter of the network circuit of the speaker system is also a non-linear phase passive filter, it has the same problem when it has a steep gain characteristic. Therefore, it is preferable that the phase shift characteristic of the non-linear phase can be converted into a linear phase even when the desired gain characteristic is set in the filter of the network circuit of the channel divider and the speaker system.
従来には、直線位相特性を有するIIR型デジタルフィルタの構成を有する時間軸反転型直線位相フィルタに関して、IIRフィルタのインパルス応答期間の2倍程度の時間単位で信号を反転させる時間軸反転回路及び時間軸反転された信号を処理するIIR型フィルタが2系統用意されている構成を、必要メモリ量を従来に比べて格段に少なくして実現しようとするものがある(特許文献6)。また、所望周波数振幅特性を与える巡回型デジタルフィルタのインパルス応答を測定し、インパルス応答を所定の応答時間に制限した制限インパルス応答を求め、制限インパルス応答と制限インパルス応答の時間軸を前後反転した反転インパルス応答をそれぞれインパルス応答係数とするように第1および第2の非巡回型デジタルフィルタの係数を設定する非巡回型デジタルフィルタの設計法がある(特許文献7)。また、アナログ入力信号を一連のデジタル値に変換するA/Dコンバータと、A/Dコンバータの出力側に接続されるフィルタユニットとを有するフィルタ処理されたECG信号のリンギングを除去する装置において、フィルタユニットは、巡回IIRフィルタと、IIRフィルタの2倍の位相シフトと等しい位相シフトを持つ後続のオールパスフィルタとを有し、オールパスフィルタ処理は、IIRフィルタ処理と関連して時間を反転して実行されることを特徴とするフィルタ処理されたECG信号のリンギングを除去する装置がある(特許文献8)。 Conventionally, with respect to a time axis inversion type linear phase filter having a configuration of an IIR type digital filter having a linear phase characteristic, a time axis inversion circuit and a time for inverting a signal in a unit of time about twice the impulse response period of the IIR filter There is one that attempts to realize a configuration in which two systems of IIR type filters for processing a signal whose axis has been inverted is prepared with a required amount of memory much smaller than that of the prior art (Patent Document 6). In addition, the impulse response of a cyclic digital filter that gives the desired frequency amplitude characteristics is measured, the impulse response is limited to a predetermined response time, the limited impulse response is obtained, and the time axis of the limited impulse response and the limited impulse response is reversed backwards and forwards. There is a design method for an acyclic digital filter in which the coefficients of the first and second acyclic digital filters are set so that the impulse response is an impulse response coefficient, respectively (Patent Document 7). An apparatus for removing ringing of a filtered ECG signal having an A / D converter for converting an analog input signal into a series of digital values and a filter unit connected to the output side of the A / D converter. The unit has a cyclic IIR filter and a subsequent all-pass filter with a phase shift equal to twice the phase shift of the IIR filter, and the all-pass filtering is performed with the time reversed in relation to the IIR filtering. There is an apparatus for removing ringing of a filtered ECG signal characterized in that (Patent Document 8).
本発明は、上記の従来技術が有する問題を解決するためになされたものであり、その目的は、マルチウェイスピーカーシステムによる音声信号再生で使用するチャンネルデバイダおよび音響再生システムであって、特に、3way以上のスピーカーシステムに対応して、いずれかのスピーカーユニットへの出力信号を位相反転しても振幅周波数特性が変わらずに、チャンネルデバイダのフィルタの位相シフト特性、および、スピーカーシステムが含むネットワーク回路の位相シフト特性を略直線位相化して、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を適切に変更することが可能なチャンネルデバイダおよび音響再生システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a channel divider and an acoustic reproduction system for use in reproducing an audio signal by a multi-way speaker system. Corresponding to the above speaker system, the amplitude frequency characteristic does not change even if the phase of the output signal to any speaker unit is reversed, and the phase shift characteristic of the filter of the channel divider and the network circuit included in the speaker system An object of the present invention is to provide a channel divider and a sound reproduction system capable of appropriately changing the reproduction sound quality of a multi-way speaker system by converting the phase shift characteristic into a substantially linear phase.
本発明のチャンネルデバイダは、入力される音声信号を低音域側の第1出力信号に帯域分割して第1出力端子に出力する低域通過フィルタ部と、音声信号を第1出力信号よりも高音域側の第2出力信号に帯域分割して第2出力端子に出力する高域通過フィルタ部と、音声信号を第1出力信号よりも高音域側でかつ第2出力信号よりも低音域側の第3出力信号に帯域分割して第3出力端子に出力する帯域通過フィルタ部と、を含むチャンネルデバイダであって、低域通過フィルタ部が、第1低域通過フィルタ特性と帯域通過フィルタ部の低域通過特性を規定する第2低域通過フィルタ特性との積を含むフィルタ特性を有し、高域通過フィルタ部が、帯域通過フィルタ部の高域通過特性を規定する第1高域通過フィルタ特性と第2高域通過フィルタ特性との積を含むフィルタ特性を有し、帯域通過フィルタ部が、少なくとも第1高域通過フィルタ特性と第2低域通過フィルタ特性との積、および、第1低域通過フィルタ特性と第2高域通過フィルタ特性との積、の和を含むフィルタ特性を有し、低域通過フィルタ部のフィルタ特性と、高域通過フィルタ部のフィルタ特性と、帯域通過フィルタ部のフィルタ特性と、の和が全帯域通過フィルタの特性に略等しく、かつ、第1低域通過フィルタ特性と第1高域通過フィルタ特性との和特性、並びに、第2低域通過フィルタ特性と第2高域通過フィルタ特性との和特性、の積に等しい。 The channel divider of the present invention includes a low-pass filter unit that divides an input audio signal into a first output signal on the low frequency side and outputs the first output signal to a first output terminal, and an audio signal higher than the first output signal. A high-pass filter section that divides a band into second output signals on the sound range side and outputs the second output signal to the second output terminal; and a sound signal that is on the high sound range side of the first output signal and on the low sound range side of the second output signal A band-pass filter unit that divides a band into a third output signal and outputs the band-pass filter unit to a third output terminal, wherein the low-pass filter unit includes a first low-pass filter characteristic and a band-pass filter unit. A first high-pass filter having a filter characteristic including a product of a second low-pass filter characteristic that defines a low-pass characteristic, wherein the high-pass filter part defines the high-pass characteristic of the band-pass filter part Characteristics and second high-pass filter The bandpass filter unit includes at least the product of the first high-pass filter characteristic and the second low-pass filter characteristic, and the first low-pass filter characteristic and the second filter characteristic. The filter characteristic includes the sum of the product of the high-pass filter characteristic and the sum of the filter characteristic of the low-pass filter part, the filter characteristic of the high-pass filter part, and the filter characteristic of the band-pass filter part. Is substantially equal to the characteristics of the all-band pass filter, is the sum characteristic of the first low-pass filter characteristic and the first high-pass filter characteristic, and the second low-pass filter characteristic and the second high-pass filter characteristic. Is equal to the product of
好ましくは、本発明のチャンネルデバイダは、帯域通過フィルタ部が、複数N(N:2以上の整数)の第3出力信号を出力する複数Nの帯域フィルタから構成され、複数のそれぞれの帯域フィルタが、少なくとも高域通過フィルタと低域通過フィルタとの積、並びに、低域通過フィルタと低域通過フィルタとの積、並びに、高域通過フィルタと高域通過フィルタとの積、の和を含むフィルタ特性を有し、低域通過フィルタ部が、第1低域通過フィルタ特性と第2低域通過フィルタ特性とを含む(N+1)の低域通過フィルタ特性の積を含むフィルタ特性を有し、高域通過フィルタ部が、第1高域通過フィルタ特性と第2高域通過フィルタ特性とを含む(N+1)の高域通過フィルタ特性の積を含むフィルタ特性を有するように構成される。 Preferably, in the channel divider of the present invention, the band-pass filter unit is composed of a plurality of N band filters for outputting a plurality of N (N: an integer of 2 or more) third output signals, and each of the plurality of band filters is provided. A filter including at least a product of a high-pass filter and a low-pass filter, a product of a low-pass filter and a low-pass filter, and a product of a high-pass filter and a high-pass filter The low-pass filter unit has a filter characteristic including a product of (N + 1) low-pass filter characteristics including the first low-pass filter characteristic and the second low-pass filter characteristic; The pass-pass filter unit is configured to have a filter characteristic including a product of (N + 1) high-pass filter characteristics including the first high-pass filter characteristic and the second high-pass filter characteristic.
また、好ましくは、本発明のチャンネルデバイダは、第1低域通過フィルタ特性および第1高域通過フィルタ特性が、第1出力信号と第3出力信号との帯域分割を定めて第1クロスオーバー周波数を規定し、第2低域通過フィルタ特性および第2高域通過フィルタ特性が、第3出力信号と第2出力信号との帯域分割を定めて第2クロスオーバー周波数を規定する。 Preferably, in the channel divider according to the present invention, the first low-pass filter characteristic and the first high-pass filter characteristic define a band division between the first output signal and the third output signal, and the first crossover frequency. And the second low-pass filter characteristic and the second high-pass filter characteristic define the second crossover frequency by defining a band division between the third output signal and the second output signal.
また、好ましくは、本発明のチャンネルデバイダは、第1低域通過フィルタ特性、第1高域通過フィルタ特性、第2低域通過フィルタ特性、および、第2高域通過フィルタ特性が、それぞれ奇数次バターワースフィルタのフィルタ特性と一致し、第1出力信号と第2出力信号と第3出力信号との和である和信号の振幅周波数特性と、第1出力信号と第2出力信号と第3出力信号とのいずれか一つを位相反転した信号と他の位相反転しない2つの信号との和である位相反転和信号の振幅周波数特性と、がいずれも音声信号の振幅周波数特性と一致する。 Preferably, in the channel divider of the present invention, the first low-pass filter characteristic, the first high-pass filter characteristic, the second low-pass filter characteristic, and the second high-pass filter characteristic each have an odd order. Amplitude frequency characteristics of the sum signal that is the sum of the first output signal, the second output signal, and the third output signal, and the first output signal, the second output signal, and the third output signal that match the filter characteristics of the Butterworth filter Both of the amplitude frequency characteristics of the phase inversion sum signal, which is the sum of the signal obtained by phase inversion of any one of the above and the other two signals that are not phase-inverted, coincide with the amplitude frequency characteristics of the audio signal.
また、好ましくは、本発明のチャンネルデバイダは、音声信号に対する和信号もしくは位相反転和信号の位相シフト特性と略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するFIRフィルタである全帯域通過フィルタ部をさらに含み、音声信号を全帯域通過フィルタ部へ入力し、全帯域通過フィルタ部からの出力信号を、音声信号に代えてそれぞれ低域通過フィルタ部と、高域通過フィルタ部と、帯域通過フィルタ部と、に入力する。 Preferably, the channel divider of the present invention is a coefficient obtained by inverting the time axis of a finite-length impulse response of an all-band pass filter having a phase shift characteristic substantially equal to a phase shift characteristic of a sum signal or a phase inversion sum signal with respect to an audio signal. And an all-band pass filter unit that is an FIR filter, and an audio signal is input to the all-band pass filter unit, and an output signal from the all-band pass filter unit is replaced with the low-pass filter unit instead of the audio signal, respectively. The high-pass filter unit and the band-pass filter unit are input.
また、好ましくは、本発明のチャンネルデバイダは、第1出力信号または第2出力信号または第3出力信号のレベル調整を行なうレベル調整回路と、第1出力信号または第2出力信号または第3出力信号の位相反転を行なう位相反転回路と、第1出力信号または第2出力信号または第3出力信号の遅延時間を調整する遅延回路と、をさらに含む。 Preferably, the channel divider of the present invention includes a level adjustment circuit for adjusting the level of the first output signal, the second output signal, or the third output signal, and the first output signal, the second output signal, or the third output signal. And a delay circuit that adjusts the delay time of the first output signal, the second output signal, or the third output signal.
また、本発明の音響再生システムは、上記のチャンネルデバイダと、チャンネルデバイダの第1出力端子および第2出力端子および第3出力端子に対応する増幅回路を含む増幅器と、少なくとも第1出力信号に対応するウーファーまたはサブウーファーと、第2出力信号に対応するツィーターと、第3出力信号に対応するツィーターまたはスコーカーまたはウーファーと、を含み増幅器とバイワイヤリング接続が可能なスピーカーシステムと、を含む。 In addition, the sound reproduction system of the present invention corresponds to the above-described channel divider, an amplifier including an amplifier circuit corresponding to the first output terminal, the second output terminal, and the third output terminal of the channel divider, and at least the first output signal. And a speaker system including a tweeter corresponding to the second output signal, a tweeter corresponding to the third output signal, a squawker or a woofer, and capable of bi-wiring connection with the amplifier.
以下、本発明の作用について説明する。 The operation of the present invention will be described below.
本発明のチャンネルデバイダは、入力される音声信号を、少なくとも低音域側の第1出力信号と、第1出力信号よりも高音域側の第2出力信号と、第1出力信号よりも高音域側でかつ第2出力信号よりも低音域側の第3出力信号と、に帯域分割して、それぞれ第1出力端子および第2出力端子および第3出力端子に出力する。チャンネルデバイダは、それぞれの出力端子に対応する増幅回路を含む増幅器と、少なくとも第1出力信号に対応するウーファーまたはサブウーファーと、第2出力信号に対応するツィーターと、第3出力信号に対応するツィーターまたはスコーカーまたはウーファーと、を少なくとも含んで増幅器とバイワイヤリング接続が可能なスピーカーシステムと、を含む音響再生システムを構成する。なお、3Wayのマルチウェイスピーカーシステムとは、ウーファーおよびツィーターを含む2Wayのマルチウェイスピーカーシステムに、さらに低音域側を再生するサブウーファーを付加する場合を含む。したがって、ユーザーは、チャンネルデバイダを調整して、それぞれのスピーカーユニットが重複して再生する周波数帯域とその再生レベルを変更できるので、スピーカーシステムの再生音質の調整が容易になるという利点がある。なお、一般的なスピーカーシステムのネットワーク回路は、±6〜18dB/Oct.の遷移域特性が一般的であるのに対して、チャンネルデバイダのLPF、BPF、およびHPFは、±24〜96dB/Oct.以上の遷移域特性も可能であり、チャンネルデバイダを導入することで遷移域および阻止域の減衰率を大きくすることができる。 In the channel divider of the present invention, the input audio signal is divided into at least a first output signal on the low frequency side, a second output signal on the high frequency side of the first output signal, and a high frequency side of the first output signal. And band-dividing into a third output signal that is lower than the second output signal and outputting the result to the first output terminal, the second output terminal, and the third output terminal, respectively. The channel divider includes an amplifier including an amplifier circuit corresponding to each output terminal, a woofer or subwoofer corresponding to at least the first output signal, a tweeter corresponding to the second output signal, and a tweeter corresponding to the third output signal. Alternatively, a sound reproduction system including at least a squawker or a woofer and a speaker system capable of bi-wiring connection with an amplifier is configured. Note that the 3-way multi-way speaker system includes a case where a sub-woofer that reproduces the low-frequency side is added to a 2-way multi-way speaker system including a woofer and a tweeter. Therefore, the user can adjust the channel divider to change the frequency band and the reproduction level of each speaker unit that are reproduced in an overlapping manner, so that there is an advantage that the reproduction sound quality of the speaker system can be easily adjusted. The network circuit of a general speaker system is ± 6 to 18 dB / Oct. The channel divider LPF, BPF, and HPF are ± 24 to 96 dB / Oct. The above transition region characteristics are also possible, and by introducing a channel divider, the attenuation rate of the transition region and the stop region can be increased.
本発明のチャンネルデバイダは、入力される音声信号を低音域側の第1出力信号に帯域分割して第1出力端子に出力する低域通過フィルタ部と、音声信号を第1出力信号よりも高音域側の第2出力信号に帯域分割して第2出力端子に出力する高域通過フィルタ部と、音声信号を第1出力信号よりも高音域側でかつ第2出力信号よりも低音域側の第3出力信号に帯域分割して第3出力端子に出力する帯域通過フィルタ部と、を含む。低域通過フィルタ部は、第1低域通過フィルタ特性と帯域通過フィルタ部の低域通過特性を規定する第2低域通過フィルタ特性との積を含むフィルタ特性を有し、高域通過フィルタ部は、帯域通過フィルタ部の高域通過特性を規定する第1高域通過フィルタ特性と第2高域通過フィルタ特性との積を含むフィルタ特性を有し、帯域通過フィルタ部は、少なくとも第1高域通過フィルタ特性と第2低域通過フィルタ特性との積、および、第1低域通過フィルタ特性と第2高域通過フィルタ特性との積、の和を含むフィルタ特性を有する。 The channel divider of the present invention includes a low-pass filter unit that divides an input audio signal into a first output signal on the low frequency side and outputs the first output signal to a first output terminal, and an audio signal higher than the first output signal. A high-pass filter section that divides a band into second output signals on the sound range side and outputs the second output signal to the second output terminal; and a sound signal that is on the high sound range side of the first output signal and on the low sound range side of the second output signal A band-pass filter unit that divides the band into third output signals and outputs the third output signals to the third output terminal. The low-pass filter unit has a filter characteristic including a product of the first low-pass filter characteristic and the second low-pass filter characteristic that defines the low-pass characteristic of the band-pass filter unit, and the high-pass filter part Has a filter characteristic including a product of a first high-pass filter characteristic and a second high-pass filter characteristic that define the high-pass characteristic of the band-pass filter part, and the band-pass filter part has at least a first high-pass characteristic. It has a filter characteristic including the sum of the product of the band-pass filter characteristic and the second low-pass filter characteristic and the product of the first low-pass filter characteristic and the second high-pass filter characteristic.
ここで、低域通過フィルタ部の第1低域通過フィルタ特性および帯域通過フィルタ部の第1高域通過フィルタ特性が、第1出力信号と第3出力信号との帯域分割を定めて第1クロスオーバー周波数を規定する。また、低域通過フィルタ部のフィルタ特性と、高域通過フィルタ部のフィルタ特性と、帯域通過フィルタ部のフィルタ特性と、の和が全帯域通過フィルタの特性に略等しく、かつ、第1低域通過フィルタ特性と第1高域通過フィルタ特性との和特性、並びに、第2低域通過フィルタ特性と第2高域通過フィルタ特性との和特性、の積に等しい。その結果、本発明のチャンネルデバイダは、3Wayのマルチウェイスピーカーシステムに適するように低域通過フィルタ部および高域通過フィルタ部および帯域通過フィルタ部を設計する場合に、振幅周波数特性が変わらずに、クロスオーバー周波数付近にピークまたはディップができてしまうことがない。 Here, the first low-pass filter characteristic of the low-pass filter unit and the first high-pass filter characteristic of the band-pass filter unit determine the band division between the first output signal and the third output signal, and the first cross Specifies the over frequency. The sum of the filter characteristics of the low-pass filter section, the filter characteristics of the high-pass filter section, and the filter characteristics of the band-pass filter section is substantially equal to the characteristics of the all-band filter, and the first low-pass filter section It is equal to the product of the sum characteristic of the pass filter characteristic and the first high-pass filter characteristic and the sum characteristic of the second low-pass filter characteristic and the second high-pass filter characteristic. As a result, when the channel divider of the present invention is designed for a low-pass filter unit, a high-pass filter unit and a band-pass filter unit so as to be suitable for a 3-way multi-way speaker system, the amplitude frequency characteristic does not change. There is no peak or dip near the crossover frequency.
帯域通過フィルタ部の出力である第3出力信号は、さらに複数N(N:2以上の整数)に帯域分割してもよい。つまり、チャンネルデバイダは、帯域通過フィルタ部が、複数Nの第3出力信号を出力する複数Nの帯域フィルタから構成される場合には、複数のそれぞれの帯域フィルタが、少なくとも高域通過フィルタと低域通過フィルタとの積、並びに、低域通過フィルタと低域通過フィルタとの積、並びに、高域通過フィルタと高域通過フィルタとの積、の和を含むフィルタ特性を有し、低域通過フィルタ部が、第1低域通過フィルタ特性と第2低域通過フィルタ特性とを含む(N+1)の低域通過フィルタ特性の積を含むフィルタ特性を有し、高域通過フィルタ部が、第1高域通過フィルタ特性と第2高域通過フィルタ特性とを含む(N+1)の高域通過フィルタ特性の積を含むフィルタ特性を有するように構成される。したがって、4Way(N=2の場合)以上のマルチウェイスピーカーシステムに対応が可能であり、同様に、振幅周波数特性が変わらずに、クロスオーバー周波数付近にピークまたはディップができてしまうことがない。 The third output signal that is the output of the band-pass filter unit may be further divided into a plurality of N (N: an integer of 2 or more). That is, in the channel divider, when the band-pass filter unit includes a plurality of N band filters that output a plurality of N third output signals, each of the plurality of band filters includes at least a high-pass filter and a low-pass filter. Low-pass filter with filter characteristics including the sum of the product of the band-pass filter, the product of the low-pass filter and the low-pass filter, and the product of the high-pass filter and the high-pass filter The filter unit has a filter characteristic including a product of (N + 1) low-pass filter characteristics including the first low-pass filter characteristic and the second low-pass filter characteristic, and the high-pass filter part is the first The filter is configured to have a filter characteristic including a product of (N + 1) high-pass filter characteristics including the high-pass filter characteristic and the second high-pass filter characteristic. Therefore, it is possible to deal with a multi-way speaker system of 4 Way (when N = 2) or more, and similarly, no peak or dip occurs near the crossover frequency without changing the amplitude frequency characteristic.
また、第1低域通過フィルタ特性、第1高域通過フィルタ特性、第2低域通過フィルタ特性、および、第2高域通過フィルタ特性は、それぞれ奇数次バターワースフィルタのフィルタ特性と一致するように規定されている場合には、第1クロスオーバー周波数を規定する第1低域通過フィルタ特性と第1高域通過フィルタ特性とを考慮すると、第1クロスオーバー周波数において90°位相がずれているので、いずれか一方を位相反転してもそれらの和の周波数特性は変化しないという性質がある。第2クロスオーバー周波数を規定する第2低域通過フィルタ特性と第2高域通過フィルタ特性についても、同様である。したがって、本発明のチャンネルデバイダでは、第1出力信号と第2出力信号と第3出力信号との和である和信号の振幅周波数特性と、第1出力信号と第2出力信号と第3出力信号とのいずれか一つを位相反転した信号と他の位相反転しない2つの信号との和である位相反転和信号の振幅周波数特性と、がいずれも音声信号の振幅周波数特性と一致する。つまり、本発明のチャンネルデバイダは、3Wayのマルチウェイスピーカーシステムのいずれかのスピーカーユニットへの出力信号を位相反転しても振幅周波数特性が変わらずに、クロスオーバー周波数付近にピークまたはディップができてしまうことがない。 Further, the first low-pass filter characteristic, the first high-pass filter characteristic, the second low-pass filter characteristic, and the second high-pass filter characteristic are matched with the filter characteristics of the odd-order Butterworth filter, respectively. In the case where it is defined, since the first low-pass filter characteristic defining the first crossover frequency and the first high-pass filter characteristic are considered, the phase is shifted by 90 ° at the first crossover frequency. , Even if one of the phases is inverted, the sum frequency characteristic thereof does not change. The same applies to the second low-pass filter characteristic and the second high-pass filter characteristic that define the second crossover frequency. Therefore, in the channel divider of the present invention, the amplitude frequency characteristic of the sum signal, which is the sum of the first output signal, the second output signal, and the third output signal, the first output signal, the second output signal, and the third output signal. Both of the amplitude frequency characteristics of the phase inversion sum signal, which is the sum of the signal obtained by phase inversion of any one of the above and the other two signals that are not phase-inverted, coincide with the amplitude frequency characteristics of the audio signal. In other words, the channel divider of the present invention can peak or dip near the crossover frequency without changing the amplitude frequency characteristic even if the phase of the output signal to any speaker unit of the 3-way multiway speaker system is inverted. There is no end.
なお、本発明のチャンネルデバイダは、第1出力信号または第2出力信号または第3出力信号のレベル調整を行なうレベル調整回路と、第1出力信号または第2出力信号または第3出力信号の位相反転を行なう位相反転回路と、第1出力信号または第2出力信号または第3出力信号の遅延時間を調整する遅延回路と、をさらに含むようにしてもよい。再生音質を調整する範囲が広がり、様々なマルチウェイスピーカーシステムにも対応できるようになる。 The channel divider of the present invention includes a level adjustment circuit for adjusting the level of the first output signal, the second output signal, or the third output signal, and the phase inversion of the first output signal, the second output signal, or the third output signal. And a delay circuit that adjusts a delay time of the first output signal, the second output signal, or the third output signal. The range to adjust the playback sound quality will be expanded, and it will be compatible with various multi-way speaker systems.
本発明のチャンネルデバイダは、音声信号に対する和信号もしくは位相反転和信号の位相シフト特性と略等しい位相シフト特性を有する全帯域通過フィルタの有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させた係数を有するFIRフィルタである全帯域通過フィルタ部をさらに含むようにしてもよい。このチャンネルデバイダでは、音声信号を全帯域通過フィルタ部へ入力し、全帯域通過フィルタ部からの出力信号を、音声信号に代えてそれぞれ低域通過フィルタ部と、高域通過フィルタ部と、帯域通過フィルタ部と、に入力する。このFIRフィルタは、全帯域通過フィルタ(オールパスフィルタ、APF)であってゲイン特性が周波数にかかわらず一定でフラットであり、例えば、低域通過フィルタ部と、高域通過フィルタ部と、帯域通過フィルタ部と、をそれぞれ構成する巡回型フィルタでの位相遅延を伴う位相シフトを対象とする場合には、有限長インパルスレスポンスを時間軸反転させたFIRフィルタ係数を用いることで、所定の位相進みを含む位相特性を実現する。 The channel divider of the present invention is an FIR filter having a coefficient obtained by inverting the time axis of a finite-length impulse response of an all-band pass filter having a phase shift characteristic substantially equal to the phase shift characteristic of a sum signal or phase inversion sum signal with respect to an audio signal. A certain all-band pass filter unit may be further included. In this channel divider, an audio signal is input to an all-band pass filter unit, and an output signal from the all-band pass filter unit is replaced with an audio signal, respectively, a low-pass filter unit, a high-pass filter unit, and a band-pass filter. Input to the filter section. This FIR filter is an all-band pass filter (all-pass filter, APF) and has a constant and flat gain characteristic regardless of frequency. For example, a low-pass filter unit, a high-pass filter unit, a band-pass filter When a phase shift accompanied by a phase delay in a cyclic filter that constitutes each of the first and second components is targeted, an FIR filter coefficient obtained by inverting the time axis of a finite impulse response includes a predetermined phase advance. Realize phase characteristics.
その結果、本発明のチャンネルデバイダまたは音声再生システムでは、チャンネルデバイダの低域通過フィルタ部と、高域通過フィルタ部と、帯域通過フィルタ部と、をそれぞれ構成するフィルタに関して、位相シフト特性を直線位相化できる。チャンネルデバイダならびにスピーカーシステムを含む音声再生システムにおいて、急峻なゲイン特性を有する高次の非直線位相のフィルタを用いても、位相遅延特性および群遅延特性が周波数によって大きく異なる位相シフトを補正して直線位相化するので、出力信号の波形が歪むのを防ぐことが出来る。第1出力信号と第2出力信号と第3出力信号との和である和信号の振幅周波数特性は、入力される音声信号の振幅周波数特性と一致するので、チャンネルデバイダの総合特性は、全帯域通過フィルタとみなせるからである。したがって、全帯域通過フィルタ部は、音声信号に対する和信号もしくは位相反転和信号の位相シフト特性を規定できれば、位相シフト特性を直線位相化できる。したがって、この位相シフト特性のインパルス応答を求め、所定の長さの有限長インパルスレスポンスを得ることで、直線位相化するのに必要な時間軸反転させた全帯域通過フィルタのFIRフィルタ係数を得ることができる。 As a result, in the channel divider or audio reproduction system of the present invention, the phase shift characteristic is linearly phase-related with respect to the filters constituting the low pass filter unit, the high pass filter unit, and the band pass filter unit of the channel divider. Can be In audio playback systems including channel dividers and speaker systems, even if high-order nonlinear phase filters with steep gain characteristics are used, the phase delay characteristics and group delay characteristics are corrected by correcting phase shifts that vary greatly depending on the frequency. Since it is phased, it is possible to prevent distortion of the waveform of the output signal. Since the amplitude frequency characteristic of the sum signal, which is the sum of the first output signal, the second output signal, and the third output signal, matches the amplitude frequency characteristic of the input audio signal, the overall characteristic of the channel divider is the entire band. This is because it can be regarded as a pass filter. Therefore, if the all-band pass filter unit can define the phase shift characteristic of the sum signal or the phase inversion sum signal with respect to the audio signal, the phase shift characteristic can be linearized. Therefore, by obtaining the impulse response of this phase shift characteristic and obtaining a finite impulse response of a predetermined length, the FIR filter coefficient of the all-band pass filter that is time-axis inverted necessary for linear phase conversion is obtained. Can do.
本発明のチャンネルデバイダおよび音響再生システムは、3way以上のスピーカーシステムに対応して、いずれかのスピーカーユニットへの出力信号を位相反転しても振幅周波数特性が変わらずに、チャンネルデバイダのフィルタの位相シフト特性、および、スピーカーシステムが含むネットワーク回路の位相シフト特性を略直線位相化して、マルチウェイスピーカーシステムの再生音質を適切に変更することができる。 The channel divider and sound reproduction system of the present invention corresponds to a speaker system of 3 ways or more, and the phase of the channel divider filter does not change the amplitude frequency characteristic even if the phase of the output signal to any speaker unit is inverted. The reproduction characteristic of the multi-way speaker system can be appropriately changed by making the shift characteristic and the phase shift characteristic of the network circuit included in the speaker system into a substantially linear phase.
以下、本発明の好ましい実施形態によるチャンネルデバイダおよびこれを含む音声再生システムについて説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。 Hereinafter, a channel divider and an audio reproduction system including the same according to preferred embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these embodiments.
図1は、本発明の好ましい実施形態による音響再生システムについて説明する図である。具体的には、音響再生システムは、チャンネルデバイダを含むアンプ装置1と、アンプ装置1に接続するスピーカーシステム7Lおよび7Rと、を含み、図1は、それぞれの内部構成を示すブロック図である。また、図2は、アンプ装置1のチャンネルデバイダ12の低域通過フィルタ部13、帯域通過フィルタ部15および高域通過フィルタ部14の周波数特性(ゲイン特性、群遅延特性)について説明するグラフである。また、図3は、アンプ装置1のチャンネルデバイダ12の低域通過フィルタ部13、帯域通過フィルタ部15および高域通過フィルタ部14の出力を加算した和信号、または、一部の出力を位相反転して加算した位相反転和信号の周波数特性(ゲイン特性、群遅延特性)について説明するグラフである。なお、説明に不要な一部の構成や、内部構造等は、図示ならびに説明を省略する。 FIG. 1 is a diagram illustrating a sound reproduction system according to a preferred embodiment of the present invention. Specifically, the sound reproduction system includes an amplifier device 1 including a channel divider and speaker systems 7L and 7R connected to the amplifier device 1, and FIG. 1 is a block diagram showing the internal configuration of each. FIG. 2 is a graph illustrating the frequency characteristics (gain characteristics, group delay characteristics) of the low-pass filter unit 13, the band-pass filter unit 15, and the high-pass filter unit 14 of the channel divider 12 of the amplifier device 1. . 3 shows a sum signal obtained by adding the outputs of the low-pass filter unit 13, the band-pass filter unit 15 and the high-pass filter unit 14 of the channel divider 12 of the amplifier device 1, or a phase inversion of a part of the output. 6 is a graph for explaining frequency characteristics (gain characteristics, group delay characteristics) of phase-inverted sum signals added together. In addition, illustration and description are abbreviate | omitted about the one part structure unnecessary for description, an internal structure, etc.
音響再生システムは、アンプ装置1と、アンプ装置1に接続するスピーカーシステム7Lおよび7Rと、を含み、アンプ装置1に入力されるデジタル信号データadataをステレオ音声信号LおよびRに変換し、アンプ装置1で増幅した後に2本のスピーカー7Lおよび7Rからなるスピーカーシステム7によってステレオ音声を再生する音声再生システムである。アンプ装置1は、DSPおよびマルチアンプを含み、チャンネルデバイダを動作させたマルチアンプ接続が可能である。また、スピーカーシステム7は、それぞれウーファーWOおよびスコーカーSQおよびツィーターTWを含む3wayのバイワイヤリングSSであり、アンプ装置1とは、スピーカーコードによってバイワイヤリング接続される。したがって、アンプ装置1を使用するユーザーは、チャンネルデバイダを調整して、ウーファーとツィーターとが重複して再生する周波数帯域とその再生レベルを変更して、スピーカーシステム7の再生音質の調整が可能になる。 The sound reproduction system includes an amplifier device 1 and speaker systems 7L and 7R connected to the amplifier device 1, converts digital signal data data input to the amplifier device 1 into stereo audio signals L and R, and the amplifier device. This is a sound reproduction system for reproducing stereo sound by a speaker system 7 composed of two speakers 7L and 7R after being amplified at 1. The amplifier device 1 includes a DSP and a multi-amplifier, and can be connected to a multi-amplifier that operates a channel divider. The speaker system 7 is a 3-way bi-wiring SS including a woofer WO, a squawker SQ, and a tweeter TW, and is bi-wiring connected to the amplifier device 1 by a speaker cord. Therefore, the user who uses the amplifier device 1 can adjust the reproduction quality of the speaker system 7 by adjusting the channel divider to change the frequency band and the reproduction level in which the woofer and the tweeter overlap and reproduce. Become.
アンプ装置1は、デジタル信号データadataを信号処理するDSP(デジタルシグナルプロセッサ)10と、DSP10の4チャンネル分の出力を受けてアナログ信号に変換するD/A変換器2、および、これらのアナログ信号をそれぞれ増幅してスピーカーシステム7へ出力するアンプ回路3と、を少なくとも含む。ステレオ音声信号LおよびRは、アナログで供給されるステレオ信号(左信号Lおよび右信号R)として(図示しない)A/D変換器を介してDSP10に供給されてもよい。アンプ装置1は、全体を制御する制御回路であるCPU4と、CPU4に接続してユーザーからの指示入力を受ける操作部5と、ディスプレイを含む表示回路6と、を含む。具体的には、アンプ装置1は、マルチチャンネル音声に対応したDSPおよびマルチチャンネルアンプ回路を内蔵するAVレシーバー等により構成し得る。操作部5は、スイッチ、ジョグダイヤル、あるいは、リモコン装置、等の入力デバイスを含む。表示回路6は、内蔵するFLディスプレイ、液晶ディスプレイ等でもよく、又は他に接続するディスプレイ装置であってもよい。もちろん、アンプ装置1は、DSP10と、D/A変換器2と、マルチチャンネルアンプ回路3と、マイコン等のCPU4と、を含む他の音響再生装置により構成してもよい。また、アンプ装置1が含むDSP10は、単独のチャンネルデバイダ装置として独立していても良い。 The amplifier device 1 includes a DSP (digital signal processor) 10 that performs signal processing of digital signal data data, a D / A converter 2 that receives outputs from the DSP 10 for four channels, and converts them into analog signals, and these analog signals. And an amplifier circuit 3 for amplifying each of the signals and outputting them to the speaker system 7. The stereo audio signals L and R may be supplied to the DSP 10 via an A / D converter (not shown) as stereo signals (left signal L and right signal R) supplied in analog. The amplifier device 1 includes a CPU 4 that is a control circuit that controls the whole, an operation unit 5 that is connected to the CPU 4 and receives an instruction input from a user, and a display circuit 6 that includes a display. Specifically, the amplifier device 1 can be configured by a DSP that supports multi-channel sound, an AV receiver that incorporates a multi-channel amplifier circuit, and the like. The operation unit 5 includes an input device such as a switch, a jog dial, or a remote control device. The display circuit 6 may be a built-in FL display, a liquid crystal display, or the like, or a display device connected to another. Of course, the amplifier device 1 may be constituted by another sound reproducing device including the DSP 10, the D / A converter 2, the multi-channel amplifier circuit 3, and the CPU 4 such as a microcomputer. Further, the DSP 10 included in the amplifier device 1 may be independent as a single channel divider device.
スピーカーシステム7は、ウーファーWOおよびスコーカーSQおよびツィーターTWを含む3wayのバイワイヤリングSSであり、それぞれのスピーカーユニットに対応するネットワーク回路と入力端子を含む。左スピーカー7Lおよび右スピーカー7Rの低音域再生用のウーファーWOは、それぞれ入力端子tLに接続する。また、中音域再生用のスコーカーSQは、それぞれ入力端子tMに接続する。また、高音域再生用のツィーターTWは、それぞれ入力端子tHに接続する。 The speaker system 7 is a 3-way bi-wiring SS including a woofer WO, a squawker SQ, and a tweeter TW, and includes a network circuit and an input terminal corresponding to each speaker unit. The low frequency range reproduction woofers WO of the left speaker 7L and the right speaker 7R are connected to the input terminal tL, respectively. Further, the squawker SQ for mid-range reproduction is connected to the input terminal tM. In addition, the tweeter TW for high sound range reproduction is connected to the input terminal tH.
スピーカーシステム7のウーファーWOおよびスコーカーSQおよびツィーターTWは、主に音声再生可能な周波数帯域が予め定まっているので、ウーファーWOおよびスコーカーSQの間のクロスオーバー周波数fc1と、スコーカーSQおよびツィーターTWの間のクロスオーバー周波数fc2と、を境にしてチャンネルデバイダにより帯域分割する。低音域再生用のウーファーWOは、クロスオーバー周波数fc1以下の周波数帯域を主に再生し、スコーカーSQは、クロスオーバー周波数fc1以上fc2以下の周波数帯域を主に再生し、ツィーターTWは、クロスオーバー周波数fc2以上の周波数帯域を主に再生する。スピーカーシステム7は、チャンネルデバイダを用いて比較的にフラットな合成音圧周波数特性を実現するように調整される。 Since the woofer WO and the squawker SQ and the tweeter TW of the speaker system 7 mainly have predetermined frequency bands capable of reproducing sound, the crossover frequency fc1 between the woofer WO and the squawker SQ is between the squawker SQ and the tweeter TW. Is divided by a channel divider with the crossover frequency fc2 as a boundary. The woofer WO for low frequency reproduction mainly reproduces the frequency band below the crossover frequency fc1, the squawker SQ mainly reproduces the frequency band below the crossover frequency fc1 to fc2, and the tweeter TW represents the crossover frequency. A frequency band of fc2 or higher is mainly reproduced. The speaker system 7 is adjusted using a channel divider so as to realize a relatively flat synthesized sound pressure frequency characteristic.
DSP10は、入力データadataをステレオ信号LおよびRに変換するデコーダ11と、デジタルフィルタを含むチャンネルデバイダ12と、を内部に含む。DSP10は、チャンネルデバイダ12の6チャンネル分の出力端子(DL1、DL2、DL3、DR1、DR2、DR3)をD/A変換器2へ出力する。チャンネルデバイダ12は、左信号Lおよび右信号Rにそれぞれ対応する低域通過フィルタ部13と、帯域通過フィルタ部15と、高域通過フィルタ部14と、第1出力調整回路13aと、第3出力調整回路15aと、第2出力調整回路14aと、を含む。DSP10のチャンネルデバイダ12の低域通過フィルタ部13および帯域通過フィルタ部15および高域通過フィルタ部14のフィルタ設定等は、CPU4により制御される。 The DSP 10 includes therein a decoder 11 that converts input data data into stereo signals L and R, and a channel divider 12 that includes a digital filter. The DSP 10 outputs the output terminals (DL 1, DL 2, DL 3, DR 1, DR 2, DR 3) for 6 channels of the channel divider 12 to the D / A converter 2. The channel divider 12 includes a low-pass filter unit 13, a band-pass filter unit 15, a high-pass filter unit 14, a first output adjustment circuit 13a, and a third output corresponding to the left signal L and the right signal R, respectively. An adjustment circuit 15a and a second output adjustment circuit 14a are included. The CPU 4 controls the filter settings of the low pass filter unit 13, the band pass filter unit 15 and the high pass filter unit 14 of the channel divider 12 of the DSP 10.
本実施例のチャンネルデバイダ12の低域通過フィルタ部13および帯域通過フィルタ部15および高域通過フィルタ部14はそれぞれ、IIRフィルタにより構成される低域通過フィルタLPFまたは高域通過フィルタHPFまたは帯域通過フィルタBPFを含んで構成されているデジタルフィルタである。低域通過フィルタ部13は、入力される音声信号を低音域側の第1出力信号に帯域分割し、第1出力端子D1に出力する。また、高域通過フィルタ部14は、入力される音声信号を高音域側の第2出力信号に帯域分割し、第2出力端子D2に出力する。また、帯域通過フィルタ部15は、入力される音声信号を第1出力信号よりも高音域側でかつ第2出力信号よりも低音域側の第3出力信号に帯域分割し、第3出力端子D3に出力する。 The low-pass filter unit 13, the band-pass filter unit 15 and the high-pass filter unit 14 of the channel divider 12 of the present embodiment are respectively a low-pass filter LPF or a high-pass filter HPF or a band-pass filter constituted by IIR filters. It is a digital filter configured to include a filter BPF. The low-pass filter unit 13 band-divides the input audio signal into a first output signal on the low-frequency range side, and outputs the first output signal to the first output terminal D1. The high-pass filter unit 14 divides the input audio signal into a second output signal on the high-frequency range side, and outputs the second output signal to the second output terminal D2. In addition, the band pass filter unit 15 divides the input audio signal into a third output signal that is higher in the frequency range than the first output signal and lower in the frequency range than the second output signal, and the third output terminal D3. Output to.
DSP10のデコーダ11の出力信号であるステレオ信号LおよびRは、それぞれFIRフィルタである全帯域通過フィルタ部16に入力されて、その全帯域通過フィルタ部16の出力が、低域通過フィルタ部13または高域通過フィルタ部14または帯域通過フィルタ部15に分岐されて入力される。振幅周波数特性がフラットである全帯域通過フィルタ部16は、全帯域通過フィルタAPFを含み、FIRフィルタの係数を変更することで、位相特性(群遅延特性)を変更できる。つまり、全帯域通過フィルタ部16は、単純な遅延素子のように直線位相特性(群遅延時間が一定値)であるか、非直線位相特性(群遅延時間が一定値でない)であるか、を切り換えることができる。本実施例1では、全帯域通過フィルタ部16が単純な遅延素子(任意のtapにおいて係数が1であり、その他全てのtapにおいて係数が0である。)で直線位相特性(群遅延時間が一定値)である場合を説明する。したがって、本実施例の場合には、全帯域通過フィルタ部16を省略しても良い。 Stereo signals L and R which are output signals of the decoder 11 of the DSP 10 are respectively input to the all-band pass filter unit 16 which is an FIR filter, and the output of the all-band pass filter unit 16 is the low-pass filter unit 13 or The signal is branched and input to the high-pass filter unit 14 or the band-pass filter unit 15. The all-band pass filter unit 16 having a flat amplitude frequency characteristic includes an all-band pass filter APF, and can change the phase characteristic (group delay characteristic) by changing the coefficient of the FIR filter. That is, the all-band pass filter unit 16 has a linear phase characteristic (group delay time is a constant value) or a non-linear phase characteristic (group delay time is not a constant value) like a simple delay element. Can be switched. In the first embodiment, the all-pass filter unit 16 has a simple delay element (coefficient is 1 at an arbitrary tap and coefficient is 0 at all other taps), and linear phase characteristics (group delay time is constant). Value). Therefore, in the present embodiment, the all-band pass filter unit 16 may be omitted.
低域通過フィルタ部13の出力は、第1出力調整回路13aに入力されて、第1音声出力信号D1として、DSP10の出力端子(DL1、DR1)に出力される。また、高域通過フィルタ部14の出力は、第2出力調整回路14aに入力されて、第2音声出力信号D2として、DSP10の出力端子(DL2、DR2)に出力される。また、帯域通過フィルタ部15の出力は、第3出力調整回路15aに入力されて、第3音声出力信号D3として、DSP10の出力端子(DL3、DR3)に出力される。なお、第1出力調整回路13aおよび第2出力調整回路14aおよび第3出力調整回路15aは、再生音質を調整する範囲を広げて幅広いスピーカーシステム7にも対応できるように、第1音声出力信号D1と第2音声出力信号D2と第3音声出力信号D3それぞれに、レベル調整を行なうレベル調整回路と、位相反転を行なう位相反転回路と、遅延時間を調整する遅延回路と、をそれぞれ含む。 The output of the low-pass filter unit 13 is input to the first output adjustment circuit 13a and output to the output terminals (DL1, DR1) of the DSP 10 as the first audio output signal D1. The output of the high-pass filter unit 14 is input to the second output adjustment circuit 14a and output to the output terminals (DL2, DR2) of the DSP 10 as the second audio output signal D2. The output of the band pass filter unit 15 is input to the third output adjustment circuit 15a, and is output to the output terminals (DL3, DR3) of the DSP 10 as the third audio output signal D3. The first output adjustment circuit 13a, the second output adjustment circuit 14a, and the third output adjustment circuit 15a expand the range for adjusting the reproduction sound quality so that the first sound output signal D1 can be applied to a wide range of speaker systems 7. Each of the second audio output signal D2 and the third audio output signal D3 includes a level adjustment circuit that performs level adjustment, a phase inversion circuit that performs phase inversion, and a delay circuit that adjusts the delay time.
本実施例のチャンネルデバイダ12では、例えば、図2のグラフ(左:基準化した振幅周波数特性、右:基準化した群遅延特性)にそれらの周波数特性を図示するように、図2(a):低域通過フィルタ部13と、図2(b):帯域通過フィルタ部15と、図2(c):高域通過フィルタ部14と、を設定して入力される音声信号を帯域分割することができる。図2に図示する低域通過フィルタ部13、帯域通過フィルタ部15および高域通過フィルタ部14のそれぞれのフィルタ特性は、入力音声信号としてインパルスを入力した場合のそれぞれの出力信号(第1音声出力信号D1、第2音声出力信号D2、第3音声出力信号D3)に相当する。ここでは、ウーファーWOおよびスコーカーSQの間のクロスオーバー周波数fc1は300Hzに設定され、スコーカーSQおよびツィーターTWの間のクロスオーバー周波数fc2は1.2kHzに設定されている。上記の通り、低域通過フィルタ部13および帯域通過フィルタ部15および高域通過フィルタ部14はそれぞれ、IIRフィルタにより構成される低域通過フィルタLPFまたは高域通過フィルタHPFまたは帯域通過フィルタBPFを含んで構成されているので、群遅延特性は周波数の変化に対して一定値にならずに、クロスオーバー周波数fc1およびfc2付近に変曲点が現れるように変化している。つまり、低域通過フィルタ部13および帯域通過フィルタ部15および高域通過フィルタ部14はそれぞれ、非直線位相のフィルタである。 In the channel divider 12 of the present embodiment, for example, as shown in FIG. 2A, the frequency characteristics are illustrated in the graph of FIG. 2 (left: normalized amplitude frequency characteristics, right: normalized group delay characteristics). : Set the low-pass filter unit 13, FIG. 2 (b): the band-pass filter unit 15, and FIG. 2 (c): set the high-pass filter unit 14 to divide the input audio signal into bands. Can do. The filter characteristics of the low-pass filter unit 13, the band-pass filter unit 15 and the high-pass filter unit 14 shown in FIG. 2 are the respective output signals (first audio output) when an impulse is input as the input audio signal. Signal D1, second audio output signal D2, and third audio output signal D3). Here, the crossover frequency fc1 between the woofer WO and the squawker SQ is set to 300 Hz, and the crossover frequency fc2 between the squawker SQ and the tweeter TW is set to 1.2 kHz. As described above, the low-pass filter unit 13, the band-pass filter unit 15, and the high-pass filter unit 14 each include a low-pass filter LPF, a high-pass filter HPF, or a band-pass filter BPF configured by IIR filters. Therefore, the group delay characteristic does not become a constant value with respect to the frequency change, but changes so that inflection points appear in the vicinity of the crossover frequencies fc1 and fc2. That is, the low-pass filter unit 13, the band-pass filter unit 15, and the high-pass filter unit 14 are non-linear phase filters, respectively.
低域通過フィルタ部13は、下記の式(1)により表されるフィルタ特性HLP(s)を有する低域通過フィルタLPFにより構成される。なお、sは、ラプラス演算子を意味する。
HLP(s)=GLP1(s)GLP2(s) (1)
つまり、低域通過フィルタ部13は、第1低域通過フィルタ特性GLP1および第2低域通過フィルタ特性GLP2の積を含むフィルタ特性を有する。第1低域通過フィルタ特性GLP1は、クロスオーバー周波数fc1をカットオフ周波数とする5次バターワース低域通過フィルタであり、一方、第2低域通過フィルタ特性GLP2は、クロスオーバー周波数fc2をカットオフ周波数とする15次バターワース低域通過フィルタである。したがって、低域通過フィルタLPFは、IIRフィルタを多段にして、合計20次のIIRフィルタとして構成することができる。
The low-pass filter unit 13 includes a low-pass filter LPF having a filter characteristic H LP (s) expressed by the following equation (1). Note that s means a Laplace operator.
H LP (s) = G LP 1 (s) G LP 2 (s) (1)
That is, the low-pass filter unit 13 has a filter characteristic including a product of the first low-pass filter characteristic G LP 1 and the second low-pass filter characteristic G LP 2. The first low-pass filter characteristic G LP 1 is a fifth-order Butterworth low-pass filter whose cut-off frequency is the crossover frequency fc1, while the second low-pass filter characteristic G LP 2 is the crossover frequency fc2. Is a 15th-order Butterworth low-pass filter with a cutoff frequency. Therefore, the low-pass filter LPF can be configured as a total 20th-order IIR filter with multiple stages of IIR filters.
高域通過フィルタ部14は、下記の式(2)により表されるフィルタ特性HHP(s)を有する高域通過フィルタHPFにより構成される。
HHP(s)=GHP1(s)GHP2(s) (2)
つまり、高域通過フィルタ部14は、第1高域通過フィルタ特性GHP1および第2高域通過フィルタ特性GHP2の積を含むフィルタ特性を有する。第1高域通過フィルタ特性GHP1は、クロスオーバー周波数fc1をカットオフ周波数とする5次バターワース高域通過フィルタであり、一方、第2高域通過フィルタ特性GHP2は、クロスオーバー周波数fc2をカットオフ周波数とする15次バターワース高域通過フィルタである。したがって、高域通過フィルタHPFは、IIRフィルタを多段にして、合計20次のIIRフィルタとして構成することができる。
The high-pass filter unit 14 includes a high-pass filter HPF having a filter characteristic H HP (s) expressed by the following equation (2).
H HP (s) = G HP 1 (s) G HP 2 (s) (2)
That is, the high-pass filter unit 14 has a filter characteristic including a product of the first high-pass filter characteristic G HP 1 and the second high-pass filter characteristic G HP 2. The first high-pass filter characteristic G HP 1 is a fifth-order Butterworth high-pass filter whose cut-off frequency is the crossover frequency fc1, while the second high-pass filter characteristic G HP 2 is a crossover frequency fc2. Is a 15th-order Butterworth high-pass filter with a cutoff frequency. Therefore, the high-pass filter HPF can be configured as a total 20th-order IIR filter with multiple stages of IIR filters.
帯域通過フィルタ部15は、下記の式(3)により表されるフィルタ特性HBP(s)を有する帯域通過フィルタBPFにより構成される。
HBP(s)=GHP1(s)GLP2(s)+GLP1(s)GHP2(s) (3)
つまり、帯域通過フィルタ部15は、第1高域通過フィルタ特性GHP1と第2低域通過フィルタ特性GLP2との積、および、第1低域通過フィルタ特性GLP1と第2高域通過フィルタ特性GHP2との積、の和を含むフィルタ特性を有する。上記の通り、第1高域通過フィルタ特性GHP1および第1低域通過フィルタ特性GLPは、クロスオーバー周波数fc1をカットオフ周波数とする5次バターワースフィルタであり、一方、第2低域通過フィルタ特性GLP2および第2高域通過フィルタ特性GHP2は、クロスオーバー周波数fc2をカットオフ周波数とする15次バターワースフィルタである。したがって、帯域通過フィルタBPFは、IIRフィルタを多段にして、合計20次のIIRフィルタを2つ並列に設けてそれらの出力を加算して和信号を出力するようにして構成することができる。
The band pass filter unit 15 is configured by a band pass filter BPF having a filter characteristic H BP (s) expressed by the following equation (3).
H BP (s) = G HP 1 (s) G LP 2 (s) + G LP 1 (s) G HP 2 (s) (3)
That is, the band-pass filter unit 15 includes the product of the first high-pass filter characteristic G HP 1 and the second low-pass filter characteristic G LP 2, and the first low-pass filter characteristic G LP 1 and the second high-pass filter characteristic G LP 2. It has a filter characteristic including the sum of the product of the band-pass filter characteristic G HP 2. As described above, the first high-pass filter characteristic G HP 1 and the first low-pass filter characteristic G LP are fifth-order Butterworth filters having the crossover frequency fc1 as a cutoff frequency, while the second low-pass filter characteristic G LP The filter characteristic G LP 2 and the second high-pass filter characteristic G HP 2 are 15th order Butterworth filters having the crossover frequency fc2 as a cutoff frequency. Therefore, the band pass filter BPF can be configured by providing IIR filters in multiple stages, providing two 20th-order IIR filters in parallel, adding their outputs, and outputting a sum signal.
図3は、アンプ装置1のチャンネルデバイダ12の低域通過フィルタ部13、帯域通過フィルタ部15および高域通過フィルタ部14の出力を加算した和信号、または、一部の出力を位相反転して加算した位相反転和信号の周波数特性(ゲイン特性、群遅延特性)について説明するグラフである。具体的には、図3(a)は、低域通過フィルタ部13の出力D1、帯域通過フィルタ部15の出力D3および高域通過フィルタ部14の出力D2を加算した和信号(LPF+BPF+HPF)の場合である。また、図3(b)は、位相反転した低域通過フィルタ部13の出力(−D1)、帯域通過フィルタ部15の出力D3および高域通過フィルタ部14の出力D2を加算した位相反転和信号(−LPF+BPF+HPF)の場合である。また、図3(c)は、低域通過フィルタ部13の出力D1と、位相反転した帯域通過フィルタ部15の出力(−D3)および高域通過フィルタ部14の出力D2を加算した位相反転和信号(LPF−BPF+HPF)の場合である。また、図3(d)は、低域通過フィルタ部13の出力D1と、帯域通過フィルタ部15の出力D3および位相反転した高域通過フィルタ部14の出力(−D2)を加算した位相反転和信号(LPF+BPF−HPF)の場合である。 FIG. 3 shows a sum signal obtained by adding the outputs of the low-pass filter unit 13, the band-pass filter unit 15 and the high-pass filter unit 14 of the channel divider 12 of the amplifier device 1, or a phase of the output of a part of the output. It is a graph explaining the frequency characteristic (gain characteristic, group delay characteristic) of the added phase inversion sum signal. Specifically, FIG. 3A shows a sum signal (LPF + BPF + HPF) obtained by adding the output D1 of the low-pass filter unit 13, the output D3 of the band-pass filter unit 15, and the output D2 of the high-pass filter unit 14. It is. FIG. 3B shows a phase-inverted sum signal obtained by adding the phase-inverted output (−D1) of the low-pass filter unit 13, the output D3 of the band-pass filter unit 15, and the output D2 of the high-pass filter unit 14. This is the case of (−LPF + BPF + HPF). FIG. 3C shows a phase inversion sum obtained by adding the output D1 of the low-pass filter unit 13, the output (−D3) of the phase-inverted band-pass filter unit 15, and the output D2 of the high-pass filter unit 14. This is the case of the signal (LPF−BPF + HPF). FIG. 3D shows a phase inversion sum obtained by adding the output D1 of the low-pass filter unit 13, the output D3 of the band-pass filter unit 15, and the output (−D2) of the phase-inverted high-pass filter unit 14. This is the case of the signal (LPF + BPF-HPF).
図3(a)に示すようには、本実施例のアンプ装置1のチャンネルデバイダ12では、チャンネルデバイダ12の総合特性と言える帯域分割する各フィルタ特性の和の振幅周波数特性がフラットになり、ゲインが周波数に因らずに一定値になる。すなわち、第1出力信号D1と第2出力信号D2と第3出力信号D3との和である和信号の振幅周波数特性が、チャンネルデバイダ12に入力される音声信号の振幅周波数特性と一致することになる。このことは、それぞれ対応する低域通過フィルタLPFのフィルタ特性H LP (s)(=式(1)=G LP 1(s)G LP 2(s))と、高域通過フィルタHPFのフィルタ特性H HP (s)(=式(2)=G HP 1(s)G HP 2(s))と、帯域通過フィルタBPFのフィルタ特性H BP (s)(=式(3)=G HP 1(s)G LP 2(s)+G LP 1(s)G HP 2(s))と、の和(H LP (s)+H HP (s)+H BP (s))が、振幅周波数特性が周波数に寄らずに一定値になる全帯域通過フィルタの特性に略等しくなることを示すのに等価である。また、低域通過フィルタLPFのフィルタ特性H LP (s)と、高域通過フィルタHPFのフィルタ特性H HP (s)と、帯域通過フィルタBPFのフィルタ特性H BP (s)と、の和は、(G LP 1(s)G LP 2(s)+G HP 1(s)G HP 2(s)+G HP 1(s)G LP 2(s)+G LP 1(s)G HP 2(s))という和の式で記載できるので、これが、第1低域通過フィルタ特性(G LP 1(s))と第1高域通過フィルタ特性(G HP 1(s))との和特性(G LP 1(s)+G HP 1(s))、並びに、第2低域通過フィルタ特性(G LP 2(s))と第2高域通過フィルタ特性(G HP 2(s))との和特性(G LP 2(s)+G HP 2(s))、の積(G LP 1(s)+G HP 1(s))・(G LP 2(s)+G HP 2(s))を演算して和の式に展開したものに等しくなることは、算術的に明らかである。 As shown in FIG. 3A, in the channel divider 12 of the amplifier device 1 of the present embodiment, the sum of the filter frequency dividing frequency characteristics that can be said to be the overall characteristics of the channel divider 12 becomes flat, and the gain Becomes a constant value regardless of the frequency. That is, the amplitude frequency characteristic of the sum signal, which is the sum of the first output signal D1, the second output signal D2, and the third output signal D3, matches the amplitude frequency characteristic of the audio signal input to the channel divider 12. Become. This means that the filter characteristics H LP (s) (= Equation (1) = G LP 1 (s) G LP 2 (s)) of the corresponding low-pass filter LPF and the filter characteristics of the high-pass filter HPF, respectively. H HP (s) (= Equation (2) = G HP 1 (s) G HP 2 (s)) and the filter characteristic H BP (s) of the bandpass filter BPF (= Equation (3) = G HP 1 ( s) G LP 2 (s) + G LP 1 (s) G HP 2 (s)) and the sum (H LP (s) + H HP (s) + H BP (s)) This is equivalent to showing that the characteristics of the all-band pass filter that are constant without being shifted are substantially equal. The sum of the filter characteristic H LP (s) of the low-pass filter LPF, the filter characteristic H HP (s) of the high-pass filter HPF, and the filter characteristic H BP (s) of the band-pass filter BPF is: (G LP 1 (s) G LP 2 (s) + G HP 1 (s) G HP 2 (s) + G HP 1 (s) G LP 2 (s) + G LP 1 (s) G HP 2 (s) since it described by the formula of the sum of which is the sum characteristics of the first low-pass filter characteristic (G LP 1 (s)) and the first high pass filter characteristic (G HP 1 (s)) (G LP 1 (S) + G HP 1 (s)), and the sum characteristic (G of the second low-pass filter characteristic (G LP 2 (s)) and the second high-pass filter characteristic (G HP 2 (s)) LP 2 (s) + G HP 2 (s)), the product (G LP 1 (s) + G HP 1 (s) · (G LP 2 (s) + G HP 2 (s)) be equal in its expansion into equation sum calculated is the arithmetic evident.
これは、第1クロスオーバー周波数fc1を規定する低域通過フィルタ部13の第1低域通過フィルタ特性GLP1および帯域通過フィルタ部15の第1高域通過フィルタ特性GHP1が、それぞれ5次バターワースフィルタの特性に一致するように規定されており、さらに、第2クロスオーバー周波数fc2を規定する帯域通過フィルタ部15の第2低域通過フィルタ特性GLP2および高域通過フィルタ部14の第2高域通過フィルタ特性GHP2が、それぞれ15次バターワースフィルタの特性に一致するように規定されているからである。したがって、チャンネルデバイダ12の出力段階においては、振幅周波数特性が変わらずに、クロスオーバー周波数fc1およびfc2付近にピークまたはディップができてしまうことがなく、3Wayのスピーカーシステム7の再生音質を適切に変更することができる。 This is because the first low-pass filter characteristic G LP 1 of the low-pass filter unit 13 defining the first crossover frequency fc1 and the first high-pass filter characteristic G HP 1 of the band-pass filter unit 15 are 5 respectively. are defined to match the characteristics of the following Butterworth filter, further, the band pass filter section 15 which defines the second cross-over frequency fc2 of the second low-pass filter characteristic G LP 2 and the high pass filter unit 14 This is because the second high-pass filter characteristics G HP 2 are defined so as to coincide with the characteristics of the 15th-order Butterworth filter. Therefore, at the output stage of the channel divider 12, the amplitude frequency characteristic does not change, and no peak or dip occurs near the crossover frequencies fc1 and fc2, and the reproduction sound quality of the 3-way speaker system 7 is appropriately changed. can do.
一方で、図3(b)〜図3(d)に示すようには、本実施例のアンプ装置1のチャンネルデバイダ12では、帯域分割する各フィルタのいずれか一つを位相反転して他の2つは位相反転しない場合に、各フィルタ特性の位相反転を含む和の振幅周波数特性もフラットになり、ゲインが周波数に因らずに一定値になる。すなわち、第1出力信号D1と第2出力信号D2と第3出力信号D3とのいずれか一つを位相反転した信号と他の位相反転しない2つの信号との和である位相反転和信号の振幅周波数特性と、がいずれもチャンネルデバイダ12に入力される音声信号の振幅周波数特性と一致することになる。 On the other hand, as shown in FIGS. 3B to 3D, in the channel divider 12 of the amplifier device 1 of the present embodiment, one of the filters to be band-divided is phase-inverted to obtain the other. When the phase is not inverted, the sum amplitude frequency characteristic including the phase inversion of each filter characteristic becomes flat, and the gain becomes a constant value regardless of the frequency. That is, the amplitude of the phase-reversed sum signal, which is the sum of a signal obtained by phase inverting one of the first output signal D1, the second output signal D2, and the third output signal D3 and the other two signals that are not phase-inverted. Both of the frequency characteristics coincide with the amplitude frequency characteristics of the audio signal input to the channel divider 12.
これは、第1クロスオーバー周波数fc1を規定する低域通過フィルタ部13の第1低域通過フィルタ特性GLP1および帯域通過フィルタ部15の第1高域通過フィルタ特性GHP1と、第2クロスオーバー周波数fc2を規定する帯域通過フィルタ部15の第2低域通過フィルタ特性GLP2および高域通過フィルタ部14の第2高域通過フィルタ特性GHP2とが、それぞれ奇数次バターワースフィルタの特性に一致するように規定されているので、それぞれいずれか一方を位相反転してもそれらの和の周波数特性は変化しないという性質があるからである。 This is because the first low-pass filter characteristic G LP 1 of the low-pass filter unit 13 defining the first crossover frequency fc1, the first high-pass filter characteristic G HP 1 of the band-pass filter unit 15, and the second The second low-pass filter characteristic G LP 2 of the band-pass filter unit 15 that defines the crossover frequency fc2 and the second high-pass filter characteristic G HP 2 of the high-pass filter unit 14 are respectively odd-order Butterworth filters. This is because the frequency characteristics of the sum do not change even if one of them is phase-inverted because it is defined to match the characteristics.
したがって、チャンネルデバイダ12の出力段階においては、振幅周波数特性が変わらずに、クロスオーバー周波数fc1およびfc2付近にピークまたはディップができてしまうことがなく、3Wayのスピーカーシステム7の再生音質を適切に変更することができる。つまり、このチャンネルデバイダ12を含むアンプ装置1を用いる音声再生システムでは、3Wayのマルチウェイスピーカーシステム7のいずれかのスピーカーユニットへの出力信号を位相反転しても(あるいは、いずれかのスピーカーユニットの接続を位相反転させても)、振幅周波数特性が変わらずに、クロスオーバー周波数付近にピークまたはディップができてしまうことがないという利点がある。 Therefore, at the output stage of the channel divider 12, the amplitude frequency characteristic does not change, and no peak or dip occurs near the crossover frequencies fc1 and fc2, and the reproduction sound quality of the 3-way speaker system 7 is appropriately changed. can do. That is, in the audio reproduction system using the amplifier device 1 including the channel divider 12, the output signal to any speaker unit of the 3-way multi-way speaker system 7 is inverted in phase (or any speaker unit's Even if the connection is phase-inverted), there is an advantage that the amplitude frequency characteristic does not change and a peak or dip does not occur near the crossover frequency.
なお、チャンネルデバイダ12は、上記実施例のようなウーファーWOおよびスコーカーSQおよびツィーターTWを含む3wayのバイワイヤリングSSに適用するものに限られない。3Wayのマルチウェイスピーカーシステムとは、ウーファーおよびツィーターを含む2Wayのマルチウェイスピーカーシステムに、さらに低音域側を再生するサブウーファーを付加する場合を含む。その場合には、低音域側に帯域分割された第1出力信号D1をサブウーファーに出力し、高音域側に帯域分割された第2出力信号D2を2Wayのマルチウェイスピーカーシステムのツィーターに出力し、それらの間の帯域に帯域分割された第3出力信号D3を2Wayのマルチウェイスピーカーシステムのウーファーに出力するようにすればよい。 The channel divider 12 is not limited to the one applied to the 3-way bi-wiring SS including the woofer WO, squawker SQ, and tweeter TW as in the above embodiment. The 3-way multi-way speaker system includes a case where a sub-woofer for reproducing the low frequency range is further added to a 2-way multi-way speaker system including a woofer and a tweeter. In that case, the first output signal D1 divided into the low sound band side is output to the subwoofer, and the second output signal D2 divided into the high sound band side is output to the tweeter of the 2-way multi-way speaker system. The third output signal D3 divided into bands between them may be output to the woofer of the 2-way multi-way speaker system.
また、チャンネルデバイダ12は、サブウーファーおよび/またはミッドレンジ(スコーカー)および/またはスーパーツィーターを含む4way以上のマルチウェイスピーカーである(図示しない)バイワイヤリングSSに対応するように、4つ以上に帯域分割した出力を含む構成にしてもよい。もちろん、ネットワーク回路を含むマルチウェイスピーカーの場合にも、本実施例のチャンネルデバイダ12は有効である。また、スピーカーシステム7がフルレンジスピーカーを含む場合にも、同様にチャンネルデバイダ12は有効である。フルレンジスピーカー、あるいは、ウーファー、スコーカー、ツィーター等のスピーカーの再生音圧周波数特性の限界に起因するレベル低下に対応して、他のスピーカーとの実質的なクロスオーバー周波数fcが設定されている場合にも、これに合わせたチャンネルデバイダ12の低域通過フィルタ部、帯域通過フィルタ部、または高域通過フィルタ部を設定することができる。 The channel divider 12 is a 4-way or higher multi-way speaker (not shown) including a subwoofer and / or a mid-range (squaker) and / or a super tweeter. A configuration including a divided output may be used. Of course, the channel divider 12 of this embodiment is also effective in the case of a multi-way speaker including a network circuit. Similarly, the channel divider 12 is effective when the speaker system 7 includes a full range speaker. When a substantial crossover frequency fc with another speaker is set in response to a level drop caused by the limit of the reproduction sound pressure frequency characteristics of a full range speaker or a speaker such as a woofer, squawker, and tweeter. In addition, a low-pass filter unit, a band-pass filter unit, or a high-pass filter unit of the channel divider 12 can be set in accordance with this.
4Way以上のマルチウェイスピーカーシステムに対応する場合には、チャンネルデバイダ12は、帯域通過フィルタ部15が、第3出力信号D3をさらに複数N(N:2以上の整数)に帯域分割する(図示しない)複数Nの帯域分割フィルタ部から構成されるようにしても良い。その場合には、第1出力信号D1を出力する低域通過フィルタ部13は、第1低域通過フィルタ特性と第2低域通過フィルタ特性とを含む(N+1)の低域通過フィルタ特性の積を含むフィルタ特性を有するように設定される。また、第2出力信号D2を出力する高域通過フィルタ部14は、第1高域通過フィルタ特性と第2高域通過フィルタ特性とを含む(N+1)の高域通過フィルタ特性の積を含むフィルタ特性を有するように設定される。さらに、第3出力信号D3を出力する帯域通過フィルタ部15は、複数Nのそれぞれの帯域フィルタが、少なくとも高域通過フィルタと低域通過フィルタとの積、並びに、低域通過フィルタと低域通過フィルタとの積、並びに、高域通過フィルタと高域通過フィルタとの積、の和を含むフィルタ特性を有するように設定される。本発明のチャンネルデバイダでは、再生音質を調整する範囲が広がり、様々なマルチウェイスピーカーシステムにも対応できるようになる。 When the multi-way speaker system of 4 Way or more is supported, the channel divider 12 causes the band pass filter unit 15 to further divide the third output signal D3 into a plurality of N (N: integer of 2 or more) (not shown). ) A plurality of N band division filter units may be configured. In this case, the low-pass filter unit 13 that outputs the first output signal D1 is a product of (N + 1) low-pass filter characteristics including the first low-pass filter characteristic and the second low-pass filter characteristic. Is set to have a filter characteristic including The high pass filter unit 14 that outputs the second output signal D2 includes a product of (N + 1) high pass filter characteristics including the first high pass filter characteristic and the second high pass filter characteristic. It is set to have characteristics. Further, the bandpass filter unit 15 that outputs the third output signal D3 includes a plurality of N bandpass filters, at least a product of a high-pass filter and a low-pass filter, and a low-pass filter and a low-pass filter. It is set to have a filter characteristic including the product of the filter and the sum of the product of the high-pass filter and the high-pass filter. In the channel divider of the present invention, the range for adjusting the reproduction sound quality is widened, and it becomes possible to cope with various multi-way speaker systems.
上記実施例では、アンプ装置1のチャンネルデバイダ12が含む全域通過フィルタ部16は、全帯域通過フィルタ部16が単純な遅延素子であり直線位相特性(群遅延時間が一定値)である場合であるが、本実施例2では、FIRフィルタの係数を変更して位相特性(群遅延特性)を非直線位相特性に設定し、チャンネルデバイダ12が含む低域通過フィルタ部13と、高域通過フィルタ部14と、帯域通過フィルタ部15と、の和の位相特性を直線位相化(群遅延特性を一定値化)する。したがって、上記実施例と共通する説明および図示を省略する。 In the above embodiment, the all-pass filter unit 16 included in the channel divider 12 of the amplifier device 1 is a case where the all-band pass filter unit 16 is a simple delay element and has a linear phase characteristic (group delay time is a constant value). However, in the second embodiment, the coefficient of the FIR filter is changed to set the phase characteristic (group delay characteristic) to a non-linear phase characteristic, and the low-pass filter unit 13 included in the channel divider 12 and the high-pass filter unit 14 and the band-pass filter unit 15 are linearly phased (group delay characteristics are made constant). Therefore, the description and illustration common to the above embodiment are omitted.
チャンネルデバイダ12は、図2に図示するように、CPU4が、低域通過フィルタ部13と、高域通過フィルタ部14と、帯域通過フィルタ部15と、を、急峻なゲイン特性を有する高次の非直線位相のIIRフィルタを用いるように設定可能である。高次の非直線位相のIIRフィルタの位相特性は、位相回転が大きくなり、群遅延特性としても周波数に対する変化量が大きくなる。したがって、非直線位相の位相シフト特性を有するIIRフィルタを低域通過フィルタ部13と、高域通過フィルタ部14と、帯域通過フィルタ部15と、に設定する場合では、全域通過フィルタ部16を設けて直線位相化するように動作させることで、位相シフト特性を直線位相化でき、入力された信号の波形の歪が大きくなるのを防止できる。 As shown in FIG. 2, the channel divider 12 is configured such that the CPU 4 converts the low-pass filter unit 13, the high-pass filter unit 14, and the band-pass filter unit 15 into a high-order filter having a steep gain characteristic. It can be set to use a non-linear phase IIR filter. The phase characteristic of the high-order nonlinear phase IIR filter has a large phase rotation, and the amount of change with respect to the frequency also increases as the group delay characteristic. Therefore, when the IIR filter having the phase shift characteristic of the non-linear phase is set to the low pass filter unit 13, the high pass filter unit 14, and the band pass filter unit 15, the all pass filter unit 16 is provided. Therefore, the phase shift characteristic can be converted to a linear phase, and the waveform distortion of the input signal can be prevented from increasing.
図4は、直線位相化する全域通過フィルタ部16のAPFを動作させた場合の周波数特性(ゲイン特性、群遅特性)について説明するグラフである。つまり、低域通過フィルタ部13の出力D1、帯域通過フィルタ部15の出力D3および高域通過フィルタ部14の出力D2を加算した和信号(LPF+BPF+HPF)の場合である。図4に示すようには、本実施例のアンプ装置1のチャンネルデバイダ12では、チャンネルデバイダ12の総合特性と言える帯域分割する各フィルタ特性の和の振幅周波数特性がフラットになり、ゲインが周波数に因らずに一定値になる。すなわち、第1出力信号D1と第2出力信号D2と第3出力信号D3との和である和信号の振幅周波数特性が、チャンネルデバイダ12に入力される音声信号の振幅周波数特性と一致することになる。さらに、本実施例の場合には、全域通過フィルタ部16のAPFを動作させているので、基準化した群遅特性も周波数に因らずに一定値となっており、直線位相化が実現されている。 FIG. 4 is a graph for explaining the frequency characteristics (gain characteristics, group delay characteristics) when the APF of the all-pass filter unit 16 for linear phase operation is operated. That is, the sum signal (LPF + BPF + HPF) is obtained by adding the output D1 of the low-pass filter unit 13, the output D3 of the band-pass filter unit 15, and the output D2 of the high-pass filter unit 14. As shown in FIG. 4, in the channel divider 12 of the amplifier device 1 of this embodiment, the amplitude frequency characteristic of the sum of the respective filter characteristics to be divided into bands, which can be said to be the overall characteristic of the channel divider 12, becomes flat, and the gain becomes the frequency. Regardless, it becomes a constant value. That is, the amplitude frequency characteristic of the sum signal, which is the sum of the first output signal D1, the second output signal D2, and the third output signal D3, matches the amplitude frequency characteristic of the audio signal input to the channel divider 12. Become. Further, in the case of the present embodiment, since the APF of the all-pass filter unit 16 is operated, the normalized group delay characteristic is a constant value regardless of the frequency, and linear phase conversion is realized. ing.
つまり、全域通過フィルタ部16の全域通過フィルタAPFは、帯域分割する各フィルタ特性の和の信号が、図3(a)に示すような群遅延特性を有する場合に、それに対応する位相特性を時間軸で反転させたのに略等しい位相特性を有するように設定される。全域通過フィルタ部16の全域通過フィルタAPFのFIRフィルタの係数は、帯域分割する各フィルタ特性の和の信号の位相特性に略等しい全帯域通過フィルタのインパルス応答を求めて、それらを有限長に制限して、これらを時間軸で反転させることで得られる。所定のフィルタ特性の中から選択するような非直線位相の位相シフト特性を有する巡回型フィルタでは、低域通過または高域通過の場合にかかわらず、カットオフ周波数および巡回型フィルタの次数が定まると、その位相特性は一意に定まる。 That is, the all-pass filter APF of the all-pass filter unit 16 sets the phase characteristic corresponding to the time characteristic when the sum signal of the respective filter characteristics to be band-divided has a group delay characteristic as shown in FIG. It is set so as to have substantially the same phase characteristics as when inverted by the axis. The coefficient of the FIR filter of the all-pass filter APF of the all-pass filter unit 16 obtains the impulse response of the all-band pass filter that is substantially equal to the phase characteristic of the signal of the sum of the filter characteristics to be divided into bands, and limits them to a finite length. Then, these can be obtained by inverting these on the time axis. In a cyclic filter having a phase shift characteristic of a non-linear phase that is selected from predetermined filter characteristics, the cutoff frequency and the order of the cyclic filter are determined regardless of low-pass or high-pass. The phase characteristic is uniquely determined.
したがって、巡回型フィルタである全域通過フィルタを、同一のカットオフ周波数および同一の巡回型フィルタの次数に設定すれば、全帯域通過フィルタのインパルス応答を求めることができる。全域通過フィルタ部16の全域通過フィルタAPFのインパルス応答の長さ及びFIRフィルタのtap長は、カットオフ周波数および巡回型フィルタの次数に応じて、対象のフィルタのインパルス応答が十分に収束する範囲の長さがあればよく、任意に設定可能である。カットオフ周波数および巡回型フィルタの次数、ならびに、FIRフィルタのtap長は、操作部5へのユーザー操作に基づいてCPU4が設定すればよく、また、他の自動計測により求めてもよい。 Therefore, if the all-pass filter, which is a recursive filter, is set to the same cutoff frequency and the same recursive filter order, the impulse response of the all-band pass filter can be obtained. The length of the impulse response of the all-pass filter APF of the all-pass filter unit 16 and the tap length of the FIR filter are within a range in which the impulse response of the target filter sufficiently converges according to the cutoff frequency and the order of the recursive filter. It only needs to be long and can be set arbitrarily. The cut-off frequency, the order of the cyclic filter, and the tap length of the FIR filter may be set by the CPU 4 based on a user operation on the operation unit 5 or may be obtained by other automatic measurement.
その結果、チャンネルデバイダ12の出力段階においては、第1出力信号D1および第2出力信号D2および第3出力信号D3の加算特性をフラットにすることができ、振幅周波数特性が変わらずに、クロスオーバー周波数fc1およびfc2付近にピークまたはディップができてしまうことがなく、3Wayのスピーカーシステム7の再生音質を適切に変更することができる。さらに、急峻なゲイン特性を有する高次の非直線位相のフィルタをチャンネルデバイダ12の低域通過フィルタ部13および高域通過フィルタ部14および帯域通過フィルタ部15に用いても、位相遅延特性および群遅延特性が周波数によって大きく異なる位相シフトを補正して直線位相化するので、出力信号の波形が歪むのを防ぐことができる。もちろん、第1出力信号D1および第2出力信号D2の加算特性をフラットにすることができる。 As a result, in the output stage of the channel divider 12, the addition characteristics of the first output signal D1, the second output signal D2, and the third output signal D3 can be flattened, and the crossover is performed without changing the amplitude frequency characteristics. A peak or dip does not occur in the vicinity of the frequencies fc1 and fc2, and the reproduction sound quality of the 3-way speaker system 7 can be appropriately changed. Further, even if a high-order nonlinear phase filter having a steep gain characteristic is used for the low-pass filter unit 13, the high-pass filter unit 14, and the band-pass filter unit 15 of the channel divider 12, the phase delay characteristic and the group Since the phase shift is corrected to correct the phase shift whose delay characteristic greatly varies depending on the frequency, the waveform of the output signal can be prevented from being distorted. Of course, the addition characteristic of the first output signal D1 and the second output signal D2 can be made flat.
本発明のチャンネルデバイダは、ステレオ音声信号を再生するステレオ装置のみならず、マルチチャンネルサラウンド音声再生装置を含む音響再生システムにも適用が可能である。 The channel divider of the present invention can be applied not only to a stereo apparatus that reproduces a stereo audio signal, but also to an audio reproduction system including a multi-channel surround sound reproduction apparatus.
1 アンプ装置
2 D/A変換器
3 アンプ回路
4 CPU
5 操作部
6 表示回路
7 スピーカーシステム
10 DSP
11 デコーダ
12 チャンネルデバイダ
13 低域通過フィルタ部
13a 第1出力調整回路
14 高域通過フィルタ部
14a 第2出力調整回路
15 帯域通過フィルタ部
15a 第3出力調整回路
16 全帯域通過フィルタ部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Amplifier apparatus 2 D / A converter 3 Amplifier circuit 4 CPU
5 Operation unit 6 Display circuit 7 Speaker system 10 DSP
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Decoder 12 Channel divider 13 Low pass filter part 13a 1st output adjustment circuit 14 High pass filter part 14a 2nd output adjustment circuit 15 Band pass filter part 15a 3rd output adjustment circuit 16 All band pass filter part
Claims (7)
該低域通過フィルタ部が、第1低域通過フィルタ特性と該帯域通過フィルタ部の低域通過特性を規定する第2低域通過フィルタ特性との積を含むフィルタ特性を有し、
該高域通過フィルタ部が、該帯域通過フィルタ部の高域通過特性を規定する第1高域通過フィルタ特性と第2高域通過フィルタ特性との積を含むフィルタ特性を有し、
該帯域通過フィルタ部が、少なくとも該第1高域通過フィルタ特性と該第2低域通過フィルタ特性との積、および、該第1低域通過フィルタ特性と該第2高域通過フィルタ特性との積、の和を含むフィルタ特性を有し、
該低域通過フィルタ部の該フィルタ特性と、該高域通過フィルタ部の該フィルタ特性と、該帯域通過フィルタ部の該フィルタ特性と、の和が、振幅周波数特性が周波数に寄らずに一定値になる全帯域通過フィルタの特性に略等しく、かつ、該第1低域通過フィルタ特性と該第1高域通過フィルタ特性との和特性、並びに、該第2低域通過フィルタ特性と該第2高域通過フィルタ特性との和特性、の積に等しい、
チャンネルデバイダ。 A low-pass filter unit that divides the input audio signal into a first output signal on the low-frequency range and outputs the first output signal to the first output terminal; and a second high-frequency-side filter for the audio signal. A high-pass filter section that divides the output signal into a band and outputs the output signal to the second output terminal; and a third high-frequency filter side of the audio signal that is higher than the first output signal and lower than the second output signal. A band divider including a band-pass filter unit that divides the output signal into a band and outputs it to the third output terminal,
The low-pass filter unit has a filter characteristic including a product of a first low-pass filter characteristic and a second low-pass filter characteristic defining the low-pass characteristic of the band-pass filter unit;
The high-pass filter unit has a filter characteristic including a product of a first high-pass filter characteristic and a second high-pass filter characteristic that define the high-pass characteristic of the band-pass filter part;
The band-pass filter unit includes at least a product of the first high-pass filter characteristic and the second low-pass filter characteristic, and the first low-pass filter characteristic and the second high-pass filter characteristic. Has a filter characteristic including the sum of products,
The sum of the filter characteristics of the low-pass filter section, the filter characteristics of the high-pass filter section, and the filter characteristics of the band-pass filter section is a constant value regardless of the frequency of the amplitude frequency characteristics. substantially equal to the characteristic of the all-pass filter becomes, and the sum characteristics of the first low-pass filter characteristic and the first high-pass filter characteristics, and, second low-pass filter characteristic and the second Equal to the product of the sum characteristic with the high-pass filter characteristic,
Channel divider.
前記低域通過フィルタ部が、前記第1低域通過フィルタ特性と前記第2低域通過フィルタ特性とを含む(N+1)の低域通過フィルタ特性の積を含むフィルタ特性を有し、
前記高域通過フィルタ部が、前記第1高域通過フィルタ特性と前記第2高域通過フィルタ特性とを含む(N+1)の高域通過フィルタ特性の積を含むフィルタ特性を有するように構成される、
請求項1に記載のチャンネルデバイダ。
チャンネルデバイダ。 The band pass filter unit includes a plurality of N band filters that output a plurality of N (N: integer greater than or equal to 2) third output signals, and each of the plurality of band filters includes at least a high pass filter. Having a filter characteristic including the sum of the product of the low-pass filter, the product of the low-pass filter and the low-pass filter, and the product of the high-pass filter and the high-pass filter,
The low-pass filter unit has a filter characteristic including a product of (N + 1) low-pass filter characteristics including the first low-pass filter characteristic and the second low-pass filter characteristic;
The high-pass filter unit is configured to have a filter characteristic including a product of (N + 1) high-pass filter characteristics including the first high-pass filter characteristic and the second high-pass filter characteristic. ,
The channel divider according to claim 1.
Channel divider.
前記第2低域通過フィルタ特性および前記第2高域通過フィルタ特性が、該第3出力信号と前記第2出力信号との帯域分割を定めて第2クロスオーバー周波数を規定する、
請求項1または2に記載のチャンネルデバイダ。 The first low-pass filter characteristic and the first high-pass filter characteristic define a first crossover frequency by defining a band division between the first output signal and the third output signal;
The second low-pass filter characteristic and the second high-pass filter characteristic define a second crossover frequency by defining a band division between the third output signal and the second output signal;
The channel divider according to claim 1 or 2.
前記第1出力信号と前記第2出力信号と前記第3出力信号との和である和信号の振幅周波数特性と、該第1出力信号と該第2出力信号と該第3出力信号とのいずれか一つを位相反転した信号と他の位相反転しない2つの信号との和である位相反転和信号の振幅周波数特性と、がいずれも該音声信号の振幅周波数特性と一致する、
請求項1から3のいずれかに記載のチャンネルデバイダ。 The first low-pass filter characteristic, the first high-pass filter characteristic, the second low-pass filter characteristic, and the second high-pass filter characteristic respectively match the filter characteristics of the odd-order Butterworth filter. ,
An amplitude frequency characteristic of a sum signal that is a sum of the first output signal, the second output signal, and the third output signal, and any of the first output signal, the second output signal, and the third output signal The amplitude frequency characteristic of the phase inversion sum signal, which is the sum of the signal obtained by inverting one of the two signals and the other two signals that are not phase-inverted, coincides with the amplitude frequency characteristic of the audio signal.
The channel divider according to any one of claims 1 to 3.
該音声信号を該全帯域通過フィルタ部へ入力し、該全帯域通過フィルタ部からの出力信号を、該音声信号に代えてそれぞれ前記低域通過フィルタ部と、前記高域通過フィルタ部と、前記帯域通過フィルタ部と、に入力する、
請求項1から4のいずれかに記載のチャンネルデバイダ。 All band pass which is a FIR filter having a coefficient obtained by inverting the time axis of a finite impulse response of an all band pass filter having a phase shift characteristic substantially equal to the phase shift characteristic of the sum signal or the phase inversion sum signal with respect to the audio signal. A filter unit;
The audio signal is input to the all-band pass filter unit, and the output signal from the all-band pass filter unit is replaced by the low-pass filter unit, the high-pass filter unit, Input to the band pass filter section,
The channel divider according to any one of claims 1 to 4.
請求項1から5のいずれかに記載のチャンネルデバイダ。 A level adjusting circuit for adjusting a level of the first output signal or the second output signal or the third output signal; and a phase for performing phase inversion of the first output signal, the second output signal or the third output signal. An inverting circuit; and a delay circuit that adjusts a delay time of the first output signal, the second output signal, or the third output signal.
The channel divider according to any one of claims 1 to 5.
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