JPS6350195A - オ−デイオ信号伝送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明はオーディオ信号伝送システムに関し、特に物理
的特性の異なる複数の出力手段を出力部に具えるオーデ
ィオ信号伝送システムに関する。

〔従来の技術〕

一般にオーディオ信号の可聴周波数帯域は２０〜２０，
０ＯＯＨｚ程度であり、この可聴周波数の全域を１つの
スピーカにて高忠実再生することは非常に困難である。

そこで通常は複数のスピーカを利用し、夫々で別々の周
波数帯域の再生を担当する様構成し、可聴周波数全域を
再現する。この複数のスピーカに対して入力信号を周波
数帯域別に分割し供給する手法、所謂クロスオーバーネ
ットワークの分割方法としては以下の２通りが考えられ
ている。

即ち、１つは出力段のパワーアンプを介して後分割を行
うパッシブネットワークと、パワーアンプに入力される
以前に分割を行うマルチウェイシステムがある。一般に
パッシブネットワークは比較的安価に構成できるが、再
生の高忠実化という点ではマルチウェイシステムの方が
行い易く、一般にマルチウェイシステムが採用されるこ
とが多い。

更にマルチウェイ・クロスオーバーネットワークの回路
構成法としてはＲ，Ｌ、Ｃの組合せによるアナログ型と
、−度ディジタル信号に変換して処理するディジタル型
とがあり、共に、多くの方式が提案されている。

〔発明の解決しようとする問題点〕

上述のアナログ型マルチウェイシステムにあっては、ク
ロスオーバー周波数特性中の帯域外減衰特性と位相特性
の両立が困難であり、かつ部品の特性のバラツキにより
周波数特性もバラツクことがある。一方デイジタル型マ
ルチウェイシステムでは上述の帯域外減衰特性と位相特
性とを両立することが可能となるが、クロスオーバー周
波数に限度があり、特に低域のクロスオーバーネットワ
ークを実現することはできなかった。

本発明は上述の如き問題を解決し得るオーディオ信号伝
送システムを提供することを目的とする。即ち、クロス
オーバーネットワークに於ける所望の周波数特性を位相
特性を劣化させることなく実現できクロスオーバー周波
数を自由に設定でき、かつクロスオーバーネットワーク
に起因する歪みを極小化し得るオーディオ信号伝送シス
テムを提供することを目的とする。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 かかる目的下に於いて、本発明では入力部、出力部及び
それらの間に介在する伝送部を含むオーディオ信号伝送
システムに於いて、前記出力部が物理的特性の異なる複
数の出力手段を含み、該複数の出力手段に対応して入力
されたオーディオ信号を周波数帯別に信号分割を行う際
、入力されたオーディオ信号のスペクトラム解析を行い
、この解析結果に応じて前記信号分割を行う構成として
いる。

〔作用〕

上述の如く構成することにより、スペクトラム解析によ
り周波数帯域の分割は極めて正確に行え、かついかなる
周波数に於ける周波数分割も可能となる。又スペクトラ
ム解析により実時間処理でなくなるが、聴覚上殆ど問題
とならない。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例としてのシステムの概略構成
を示す図である。図中１は入力部であり、該入力部から
は入力されたオーディオ、信号がディジタル信号として
出力される。２はディジタルフィルタ、３はスペクトラ
ム解析部、４は帯域分割回路、５ａ、５ｂは夫々パワー
アンプ、６ａは低音用スピーカ、６ｂは中高音用スピー
カである。

以下、スペクトラム解析部３及び帯域分割回路４の具体
的構成例について説明する。第２図は２００Ｈｚを境と
して入力されたオーディオ信号を低域と中高域に帯域分
割するためのスペクトラム解析部及び帯域分割回路の具
体的構成例を示す図である。第２図に於いて１２．１４
はディジタルローパス有限長インパルス応答フィルタ（
ＦＩＲローパスフィルタと略す）、１３はサブサンプリ
ング器、１５はゼロサンプル添加器、１６は補間式ディ
ジタルローパスフィルタ、１７は遅延補正器、又１８は
中高域用信号演算器である。

次に上記第３図各部の動作について説明する。

まずディジタルオーディオ入力信号が、ＦＩＲローパス
フィルタ１２に供給される。以後の説明を簡単にする為
代表的ディジタル入力信号として卒 周知コンパクトディスク（ＣＤ）より出力される４　４
、１　Ｋ　Ｈｚの標本周波数を有するディジタルオーデ
ィオ信号を例に取る。この入力信号はフィルタ１２によ
り２ＫＴ（ｚ以上の信号成分がカットされる。次いで、
１３サブサンプリング器によりサブサンプリングされ１
／１０の標本化周波数（４，４１ＫＨｚ）に逓減される
。この２ＫＨｚまでの信号成分を含み４．４１ＫＨｚで
標本化されたディジタルオーディオ信号が次段のＦＩＲ
ローパスフィルタ１４に供給される。出力は２００Ｈｚ
以上の信号成分がカットされた標本化ユ 周波数４．４１ＫＨｚ信号となる。

次いでフィルタ１４の出力は１５に於いて標本化周波数
を元に戻す為ゼロサンプルデータが各データ間に９ヶ加
えられる。これで標本化周波数が元の４４．１　Ｋ　Ｈ
Ｚに復帰する。更に←＊補開式ディジタルローパスフィ
ルタにより９ケのゼロデータをそれらの両端のデータ間
をサイン波等により補間したデータに変える。これで２
０．０　Ｈｚ以上がカットされた低域ディジタル出力が
得られたことになる。

一方中高音用出力は入力と、上記低音用出力から算出さ
れる。まず入力が１７遅延補正器で上記低音用出力と同
期を取る。即ち、前出の低音用出力が得られるまでの時
間遅延される。次いで１８の中高域用信号算出器により
、同期の取れた入力と低音用出力から中高音用ディジタ
ル出力が算出される。

この様に各種のディジタルローパスフィルタとサンプリ
ング周波数の操作等により、例えば２００Ｈｚすなわち
５ｍｓを一周期とする低音でもコンピユーテイングに大
幅な負荷をかけることなくディジタル処理が可能となる
。上述の如き構成に於いて各種のディジタルローパスフ
ィルタ及びサンプリング器等からなるシステムは低域と
中高域をｍｓオーダーで解析してふるい分けるスペクト
ラム解析部に相当する。り゛−；＃零Ｆ更に第３図にて
第１図に於けるスペクトラム解析部及び帯域分割部の他
の具体例である１１３Ｈｚデイジタルクロスオーバーネ
ツトワークについて説明する。１９は入力された４　４
、１　Ｋ　Ｈｚの標本周波数のディジタルオーディオ信
号の２００パルス分の平均値を１　／　２２０．５秒毎
に算出する平均値算出器である。一方同じ入力データは
バッファメモリ２ｏに供給される。

平均値算出器１９より出力された１　／　２２０．５秒
毎に発生するデータを元の４４．１　Ｋ　ＨＺの標本周
波数に戻す為に、ゼロサンプルデータ添加器１５で各デ
ータ間に１９９ケのゼロデータを添加する。次に補間式
ディジタルローパスフィルタ１６により１９９ケのゼロ
サンプルデータを両端のサンプルデータ間をサインカー
ブで補間する種処理する。これで１１３Ｈｚ以上がカッ
トされた低域用ディジタル出力データが得られたことに
なる。

一方中高用信号は前例と同じく入力データと上記低音用
出力データの差として算出される。

バッファメモリ２０にてこれらの間の同期を正しく取る
ことも必須である。ちなみに４４．１　、にパルス７秒
に於ける２００デ一タ分の伝送時間は１１３Ｈｚの約半
波長分に相当し、約４．５　ｍ　ｓに当る。コンピユー
テイングに２．５ｍｓかかったとしても計７ｍｓ、３４
０ｍ／秒の音波にとっては約２．４ｍの伝播距離にしか
過ぎない。たとえライブの拡声システムに採用してもま
ったく人間の感覚には捕えられず違和感を生じない。

又、これまでの説明をコンパクトディスクの規格をベー
スとして行なって来たが上述のシステムは他のディジタ
ルオーディオ信号、例えば８ｒｎｍビデオテープレコー
ダ（ＶＴＲ）規格の３１．５ＫＨｚ、ディジタルオーデ
ィオチーブレコーダ（ＤＡＴ）の４８ＫＨｚのディジタ
ルオーディオ信号にも同様に適用して有効であり、アナ
ログ入力も人口でディジタル化することにより上述のシ
ステムを適用できる。

−Ｈにディジタルフィルタの特性は変化しないが、これ
を適応的に変化させることのできる適応型のディジタル
フィルタ（以下ＡＤＦと称す）が知られてい゛る。ＡＤ
Ｆは入力されたディジタル信号や、予め設定した制御デ
ータに応じて、タップの切換や係数器の係数等を可変と
し、その特性を変化させ得るものである。

第４図にＡＤＦの基本構成を示しておく。

第４図に於いて２１は制御回路２２からの制御データに
応じて特性の切換えが可能なディジタルフィルタであり
、２３は加減算器である。ｘｊは入力信号データ、ｙｊ
は出力信号データ、ｄｊは目標とする特性等を示す目標
データである。制御回路２２は入力信号データｘｊ、出
力信号データｙｊ並びに目標データｄｊに応じて、フィ
ルタ２１内の係数器の係数やタップを切換える。これに
よって様々な周波数特性、遅延特性等を有するフィルタ
を得ようというものである。

第５図は本発明の他の実施例としてのシステムであり、
上述のＡＤＦを用いたものである。

入力部３１より入力されたディジタルオーディオ信号は
ＡＤＦＩＡ理部３２に供給される。ＡＤＦ処理部３２は
最終的には低音用スピーカ１１ａ１中音用スピーカ１１
ｂ、高音用スピーカ１．ＩＣにて夫々理想的な出力が得
られる様に各スピーカに接続されるパワーアンプ１０ａ
、１０ｂ、１０ｃに３系統の、出力信号を供給する。こ
のＡＤＦ処理部３２は並列に複数、更に直列に複数ＡＤ
Ｆを接続することにより構成される。この理由はＦＩＲ
フィルタにせよＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタ
にせよ、正確な処理の可能な遅延段数は３〜４段程度で
あるのに対し、急峻な周波数特性は３〜４段程度の遅延
段数のディジタルフィルタでは実現不可能なことに因す
る。即ちＡＤＦを複数直列接続することで急峻な周波数
特性を実現できる。又周波数特性を様々に変化させる場
合にも煩雑な周波数特性、例えば多数のピーク周波数を
有する様な特性を持たせることを一系統のディジタルフ
ィルタ群で実現しようとするのは事実上不可能に近いか
らである。

第５図のＡＤＦ処理部３２の構成例を第６図に示す。第
６図に於いて３５は入力部３１からのディジタルオーデ
ィオ信号が供給される端子、３６は目標データ設定回路
３３からの目標データが供給される端子、４１ａ〜４６
ａ、４１ｂ〜４６ｂ、４１ｃ〜４６ｃは並直列にマトリ
クス状に接続されたＡＤＦである。各ＡＤＦの構成は例
えば第４図に示す如き構成となっている。

４７．４８．４９は夫々低域、中域、高域の各スピーカ
ｌｌａ、ｌｌｂ、ｌｌｃへの出力オーディオ信号を端子
３７，３８．３９に導出するための加算器である。端子
３６より入力された目標データは各ＡＤＦの特性を単独
に調整するためのデータを含んでいる。

以下上述の如きシステムの利用法について説明する。

マルチウェイシステムの基本的欠点の一つは一つの楽器
や一人の音声が周波数によって異なるスピーカから再生
されることである。この為音像が移動したり、不鮮明に
なったりする。この現象を回避する為種々の工夫がなさ
れているがいづれも完全ではない。しかしＡＤＦを導入
することにより一つの解決策が得られる。

第７図は音楽と話し声に含まれる周波数と音量の範囲を
示している。プロのソリストの場合図示の話し声に比し
３〜６ｄＢは大きめの音を出せると思われるが、それで
もフルオーケストラより明らかに周波数範囲も音量も小
さい。そこで第５図で中音域の再生系、特にスピーカｌ
ｌｂをできるだけ広帯域のものを選ぶ。一般に音量を極
端に上げない限り歪率は低いので、例えば１０〜１６ｃ
ｍのシングルコーンを利用する。

さて第５図の入力部３１よりフルオーケストラの部分と
ボーカルソロが中心の部分とが混在するオーディオ信号
が入力されたとする。この入力信号は周波数帯域（例え
ばエネルギーの９５％の存在する領域）及び音量から２
つに分類することが可能である。即ちフルオーケストラ
部分は広帯域、大音量の信号となりボーカルソロ中心の
部分は比較的狭帯域で音量も限られた範囲となる（第７
図参照）。

従ってこの入力オーディオ信号の性質をＡＤＦ処理部３
２に於ける初段のＡＤＦ４１ａ〜４６ａの制御回路（第
４図参照）にて判別し、各ＡＤＦの周波数特性を切換え
る。例えばソロボーカル中心部分が入力されている場合
に於いては中音域スピーカへの出力信号を決定するＡＤ
Ｆ４３ａ〜４３ｃ、４４ａ〜４４ｃの特性をフルオーケ
ストラ部分が入力されている場合よりも通過帯域が広く
なる種設定し、他方低音域用スピーカ及び高音域用スピ
ーカへの出力信号を決定するＡＤＦの特性を通過帯域が
狭くなる種設定する。この様に構成することにより特に
音像が重視されるボーりも高帯域、大音量でかつ低歪率
が大切なフルオーケストラはマルチウェイで出力される
。

上記の利用法は入力信号に応じてＡＤＦの特性を制御し
て行ったが以下目標データについて説明する。この目標
データの設定パラメータとしてはソースの性格（種類）
、スピーカの特性、再生音場の特性、ユーザーの好み等
が考えられる。

まずソースの性格（種類）としてはクラシッり、ジャズ
、ポップス、ロック、ボーカル等いくつもジャンルがあ
る。レコーディング／ミキシング等でそれぞれのジャン
ルに向いた味つけが多少なされるが再生システム自体に
も向き不向きがある。例えば通称トンシャリ型と呼ばれ
る低音、高音を強調したものはポップス、ロック向きと
言われている。そこで、これらのジャンル別に適切な目
標データを設定しこれらをＲＯＭ等に記憶しておきユー
ザーがプレーバック時ジャンルセレクタにより選択する
ことにより各ジャンルによって定められた目標データが
各ＡＤＦに供給される様にしてやる。

次にスピーカの特性としては接続するスピーカシステム
の周波数特性、指向性、ダンピングファクタ、インピー
ダンス等により各ＡＤＦに対する目標データを設定する
。更に再生音場はスピーカのセツティング再生音場の音
響特性、サラウンドシステム時のマルチプロセス等も含
めて目標データを設定する。又ユーザーの好みは上記総
てと関連がある。一般に理想的再生に対し、３つの考え
方がある。

ＰＨＦ派−−−一物理的に高忠実な再生を良とする。一
般に電気信号処理の領域 はこの考え方が中心。

ＳＨＦ派−一一一原音通りの音に感する再生を良とする
。スピーカ等のトランス テ 情ユーサは未だ未完成であり、 物理的に不完全である。従って どこかで妥協、味つけがなされ る。ＳＨＦはクラシック音楽 愛好家に多く見られる。

ＧＲ派−一一一こちらは原音にはあまりこだわらず快適
な良い音楽を創造しよ うとする。主に軽音楽愛好家に 強くみられる。

更に興味ある事実は本音と建前が非常に異なることであ
る。多くのオーディオ愛好家に良い音は何か、と聞くと
、このＰＩＦだという。ところが求められるスピーカシ
ステムは９０％以上作られた音である。つまり本音はＳ
ＨＦかＧＲだが建前はＰＨＦということである。

この様なユーザー心理に対応する為には基本的にＰＨＦ
向け、つまりトランスペアレントな構成とすることが大
切である。あとは好みに応じて目標信号値を設定する。

勿論ＳＨＦ、ＧＲ等の中でも更に様々な好みがある。快
い音振、ハーモニーを重視する協和性感覚派、ハギレの
良い音を好む人、大音量を好む人、響いた音が好きな人
、等々限りがない。これらの好みを制御可能な物理量に
置き換え目標データとして各ＡＤＦへ供給する。

更に、クラシック愛好家にはコンサートホール毎の差を
再生したいと願う人々がある。当然それぞれのホールの
音響特性に基づく目標データを各ＡＤＦに与えることに
なる。又これら各種のＡＤＦの応用と前述の入力そのも
のによるＡＤＦの利用は単独でも、又複合してでも良い
。又これらの調整、すなわち目標データは周波数特性、
遅延特性、音源位置及び指向性等の制御を行うためのデ
ータを含む。

又、これらの目標データのデータ量はシステム化が進行
するにつれ、増加し、更にそれぞれの目標データは複雑
になり大容量のメモリを必要とする様になる。従って制
御入力とそれぞれの目標信号値をＲＯＭ、カード、チッ
プ等可搬性のメモリに記憶させておくことも有益である
。又その際演奏会場風景、目標データの解説等を同様に
前述の可搬性メモリに記憶することも有益である。

更に放送、各種記録メディアを介してユーザーに伝達す
る際、演奏会場の音場特性等を目標データとして伝達す
ることもできる。

上述の如きＡＤＦを用いたシステムに於いては、各ＡＤ
Ｆの制御回路にて入力オーディオ信号のスペクトラム解
析を行うことになり、これらを周波数帯域別に信号分割
する場合にこの分割特性を可変とすることが可能である
。又上述のＡＤＦを他のパラメータにより制御すること
により様々な性質のオーディオ信号を再現することが可
能となる。

（発明の効果） 以上説明した様に本発明のオーディオ信号伝送システム
によれば所望の特性のクロスオーバーネットワークを歪
を生じることなく実現することのできるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてのシステムの概略構成
を示す図、 第２図は第１図に於けるスペクトラム解析部及び帯域分
割回路の具体的構成を示す図、第３図は第１図に於ける
スペクトラム解析部及び帯域分割回路の他の具体例を示
す図、第４図はＡＤＦの基本構成を示す図、 第５図は本発明の他の実施例としてのシステムの概略構
成を示す図、 第６図は第５図に於けるＡＤＦ処理部の構成例を示す図
、 第７図は音楽と話し声に含まれる周波数と音量の範囲を
示す図である。 １．３１−−−一入力部 ２　−−−−−−−−−−ディジタルフィルタ３　−−
−−−−−−−−スペクトラム解析部４　−−−−−−
−−−一帯域分割部 ５　ａ、　　５　ｂ、　１０ａ、　１０ｂ、　１０ｃ−
一一一一−−−−−パワーアンプ ６　ａ、　　６　ｂ、　ｌｌａ、　ｌｌｂ、　１ｌｃ−
一一−−−−−−−スピーカ １２、１４−−−−−−ディジタルローパスＦＩＲフィ
ルタ １５−−−−−−−−−−ゼロサンプルデータ添加器１
６−−−−−、−−−一補間式デイジタルローパスフィ
ルタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力部、出力部及びそれらの間に介在する伝送部を含む
   オーディオ信号伝送システムであって、前記出力部が物
   理的特性の異なる複数の出力手段を含み、該複数の出力
   手段に対応して入力されたオーディオ信号を周波数帯別
   に信号分割を行う際、入力されたオーディオ信号のスペ
   クトラム解析を行い、この解析結果に応じて前記信号分
   割を行うことを特徴とするオーディオ信号伝送システム
   。