信号処理装置および信号処理方法
【課題】スピーカユニットの逆接続等に伴う異常音の再生を停止する。
【解決手段】再生装置１では、負帰還のＭＦＢ（モーショナルフィードバック）の処理が行われる。スピーカユニット１４が逆接続されると、フィードバック信号の位相が反転し、結果的に正帰還の処理が行われ発振してしまう。制御部３には、スイッチ１１からデジタルオーディオ信号が供給される。さらに制御部３には、ＡＤＣ１６から出力されるデジタルフィードバック信号が供給される。制御部３は、デジタルオーディオ信号のレベルＲ２とデジタルフィードバック信号のレベルＲ１との差分（Ｒ１−Ｒ２）を検出する。差分が閾値Ｔｈ以上の場合は、逆接続がなされ発振していると判定する。制御部３は、ゲイン調整部６のゲイン係数を略０に設定する。ゲイン係数を略０に設定することでフィードバック成分が略０になり、発振に伴う異常音の再生を停止できる。
【解決手段】再生装置１では、負帰還のＭＦＢ（モーショナルフィードバック）の処理が行われる。スピーカユニット１４が逆接続されると、フィードバック信号の位相が反転し、結果的に正帰還の処理が行われ発振してしまう。制御部３には、スイッチ１１からデジタルオーディオ信号が供給される。さらに制御部３には、ＡＤＣ１６から出力されるデジタルフィードバック信号が供給される。制御部３は、デジタルオーディオ信号のレベルＲ２とデジタルフィードバック信号のレベルＲ１との差分（Ｒ１−Ｒ２）を検出する。差分が閾値Ｔｈ以上の場合は、逆接続がなされ発振していると判定する。制御部３は、ゲイン調整部６のゲイン係数を略０に設定する。ゲイン係数を略０に設定することでフィードバック成分が略０になり、発振に伴う異常音の再生を停止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば、オーディオ信号を再生する機器に適用可能な信号処理装置および信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
音響の分野では、従来からＭＦＢ(Motional Feed Back：モーショナルフィードバック）の処理が知られている。ＭＦＢの処理は、スピーカの振動板の動きから得られる電気信号を検出する。オーディオ信号に対して、検出した電気信号を負帰還することにより、スピーカユニットの振動板の動きを制御する。負帰還のＭＦＢの処理により、好ましくない低域の響きが抑制される。下記特許文献１および下記特許文献２には、ＭＦＢの構成の一例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２２３６８４号公報
【特許文献２】特開平０８−２２３６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、アンプとスピーカユニットとを分離できるシステムでは、ユーザ自身が、システムに対してスピーカユニットを接続する。スピーカユニットを接続する際に、ユーザのミス等により極性を反対にして接続しまう、いわゆる逆接続をしてしまうことがある。負帰還のＭＦＢの処理を行うシステムにおいてスピーカユニットを逆接続すると、フィードバック信号の位相が反転し、結果的に正帰還のＭＦＢの処理が行われることになる。正帰還のＭＦＢの処理により発振し、スピーカユニットから異常音が再生されてしまう問題があった。この問題は、逆接続に限らず、規格の異なるスピーカユニットを接続した際に生じることもある。
【０００５】
したがって、本開示の目的の一つは、例えば、負帰還のＭＦＢの処理を行うシステムにおいてスピーカユニットが逆接続されたときに、ＭＦＢの処理を停止する信号処理装置および信号処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本開示の信号処理装置は、例えば、スピーカユニットの振動板の動きに対応するデジタルフィードバック信号と、デジタルオーディオ信号とを合成する合成部と、
デジタルフィードバック信号のレベルとデジタルオーディオ信号のレベルとの差分に応じて、デジタルフィードバック信号のレベルを制御する制御部とを有する信号処理装置である。
【０００７】
本開示の信号処理方法は、例えば、スピーカユニットの振動板の動きに対応するデジタルフィードバック信号と、デジタルオーディオ信号とを合成し、
デジタルオーディオ信号のレベルとデジタルフィードバック信号のレベルとの差分に応じて、デジタルフィードバック信号のレベルを制御する信号処理装置における信号処理方法である。
【発明の効果】
【０００８】
少なくとも一つの実施形態によれば、例えば、負帰還のＭＦＢの処理を行うシステムにおいてスピーカユニットが逆接続されたときに、ＭＦＢの処理を停止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】再生装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】ゲイン余裕および位相余裕を説明するための略線図である。
【図３】スピーカユニットのオープンループ特性の一例を示す略線図である。
【図４】再生装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図５】他の再生装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】他の再生装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
＜１．第１の実施形態＞
＜２．第２の実施形態＞
＜３．変形例＞
なお、以下に説明する実施形態および変形例は、本開示の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本開示の範囲は、以下の説明において、特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態および変形例に限定されないものとする。
【００１１】
＜１．第１の実施形態＞
「再生装置の構成」
図１は、本開示の一実施形態における、再生装置１の構成例を示す。再生装置１は、ＭＦＢの処理が施されたオーディオ信号を再生する機能を有する。もちろん、ＭＦＢの処理が施されていないオーディオ信号を再生できる。
【００１２】
再生装置１は、例えば、テレビジョン装置、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器や携帯型電子機器に適用できる。再生装置１は、デジタル信号処理部２を有する。デジタル信号処理部２は、例えば、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)により構成される。デジタル信号処理部２は、その機能に注目すると、例えば、制御部３、低域補正イコライザ４、合成部５、ゲイン調整部６、ＬＰＦ(Low Pass Filter)７から構成される。デジタル信号処理部２の処理は、プログラムにより実現することができる。後述するように、制御部３の機能には、デジタルオーディオ信号のレベルとデジタルフィードバック信号のレベルとの差分を判定する判定部の機能と、差分に応じた処理を行う機能とが含まれる。
【００１３】
再生装置１に対して、ソース信号としての、デジタルオーディオ信号およびアナログオーディオ信号が供給される。デジタルオーディオ信号は、入力端子８を介して再生装置１に供給される。デジタルオーディオ信号は、例えば、４８ｋＨｚの信号である。
【００１４】
アナログオーディオ信号は、入力端子９を介して再生装置１に供給される。供給されるアナログオーディオ信号は、ＡＤＣ(Analog to Digital Converter)１０によりデジタルオーディオ信号に変換される。ＡＤＣ１０の処理におけるサンプリング周波数ｆｓは、例えば、４８ｋＨｚである。
【００１５】
再生装置１に供給されるオーディオ信号がデジタルオーディオ信号かアナログオーディオ信号かに応じて、スイッチ１１が切り替わる。デジタルオーディオ信号が供給される場合は、スイッチ１１は、接点１１ａに接続される。アナログオーディオ信号が供給される場合は、スイッチ１１は、接点１１ｂに接続される。スイッチ１１は、例えば、制御部３や図示しないＣＰＵ(Central Processing Unit)等の制御により切り替えられる。
【００１６】
なお、再生装置１に対して、デジタルオーディオ信号およびアナログオーディオ信号のいずれか一方のみが供給される場合は、スイッチ１１は不要である。さらに、音源がマルチチャンネルに対応し、チャンネル毎のオーディオ信号が入力される場合には、各チャンネルに応じた構成が設けられてもよい。
【００１７】
入力端子８を介して入力されるデジタルオーディオ信号、または、ＡＤＣ１０から供給されるデジタルオーディオ信号が、スイッチ１１から選択的に出力される。スイッチ１１から出力されるデジタルオーディオ信号が、制御部３および低域補正イコライザ４に供給される。
【００１８】
低域補正イコライザ４は、供給されるデジタルオーディオ信号の周波数特性を補正する。低域補正イコライザ４は、例えば、２次のＩＩＲ(Infinite Impulse Response)フィルタにより構成される。低域補正イコライザ４をデジタルフィルタにより構成することで、低域補正イコライザ４の特性を容易かつ迅速に変更できる。さらに、フィルタを構成する素子の特性のばらつきを考慮する必要がない。
【００１９】
補正レベルなどの低域補正イコライザ４の特性は、イコライザ係数によって規定される。低域補正イコライザ４がＩＩＲフィルタで構成される場合は、イコライザ係数は、ＩＩＲのフィルタ係数を意味する。なお、イコライザ係数は、例えば、制御部３の制御によって低域補正イコライザ４に設定される。
【００２０】
低域補正イコライザ４により周波数特性を補正しないで負帰還のＭＦＢの処理を行うと、スピーカユニット１４の低域共振周波数ｆ０付近のパワーが低下する周波数特性となる。低域補正イコライザ４は、低域共振周波数ｆ０付近のパワーが低下することを防ぐため、予めデジタルオーディオ信号の周波数特性を補正する。すなわち、低域補正イコライザ４は、ＭＦＢの処理により減衰する低域共振周波数ｆ０付近のパワーを、予めもちあげる補正を行う。
【００２１】
低域補正イコライザ４による補正を予め行うことで、目標の周波数特性とされた音をスピーカユニット１４から再生できる。なお、低域補正イコライザ４の処理により実現される目標の周波数特性は、例えば、フラット（平坦）な周波数特性である。低域を一定レベルにブーストまたはカットした特性をはじめ、任意の特性を設定してもかまわない。低域補正イコライザ４から出力されるデジタルオーディオ信号が、合成部５に供給される。
【００２２】
合成部５は、ゲイン調整部６から出力されるデジタルフィードバック信号の位相を反転する。そして、合成部５は、位相を反転したデジタルフィードバック信号と、低域補正イコライザ４から供給されるデジタルオーディオ信号とを加算する。加算処理が施されたデジタルオーディオ信号が、合成部５から出力される。
【００２３】
合成部５から出力されるデジタルオーディオ信号は、ＤＡＣ(Digital to Analog Converter)１２に供給される。ＤＡＣ１２により、デジタルオーディオ信号がアナログオーディオ信号へと変換される。ＤＡＣ１２から出力されるアナログオーディオ信号は、パワーアンプ１３に供給される。
【００２４】
パワーアンプ１３は、アナログオーディオ信号を所定の増幅率で増幅する。増幅されたアナログオーディオ信号がスピーカユニット１４に供給される。供給されるアナログオーディオ信号により、スピーカユニット１４のボイスコイルが振動する。ボイスコイルの振動が振動板に伝達し、振動板が振動する。振動板の振動により、アナログオーディオ信号に応じた音がスピーカユニット１４から再生される。スピーカユニット１４は、例えば、ダイナミックスピーカなどのインピーダンスが変化しないスピーカユニットである。
【００２５】
ＭＦＢの処理において、スピーカユニット１４の振動板の動きを検出する方式は、いくつか知られている。ここでは、ブリッジ回路による方式を使用している。この方式では、スピーカユニット１４を抵抗と見なし、パワーアンプ１３とスピーカユニット１４との間の信号線に、スピーカユニット１４および抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３により構成されるブリッジ回路を設ける。スピーカユニット１４の抵抗値は、例えば、製造者が指定する公称インピーダンスとされ、４Ω、８Ω、１６Ω、３２Ω等の値とされる。スピーカユニット１４と抵抗Ｒ３との接続点を、例えばＡ点とし、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点を、例えばＢ点とする。
【００２６】
検出／増幅回路１５は、Ａ点とＢ点との電位差を検出する。Ａ点とＢ点との電位差は、スピーカユニット１４の駆動によってブリッジの平衡条件がくずれた際に発生する。すなわち、検出／増幅回路１５は、Ａ点とＢ点との電位差を検出することにより、スピーカユニット１４の振動板の動きを検出することができる。ブリッジ回路により得られる検出信号（電位差）は、スピーカユニット１４の振動板の動きとして、速度を示すものとなる。すなわち、図１に示すＭＦＢの方式は、速度帰還型と称される方式に対応する。
【００２７】
アンプ１３とスピーカユニット１４とは、分離できる。ユーザは、アンプ１３とスピーカユニット１４を接続する。スピーカユニット１４とは異なる他のスピーカユニットを接続できるようにしてもよい。ここで、スピーカユニット１４を、極性を反対にして接続をする（逆接続）と、ブリッジ回路の検出信号の極性が反転する。このため、検出信号に基づくフィードバック信号の位相が反転する。
【００２８】
例えば、負帰還のＭＦＢの処理を行う際にスピーカシステムで逆接続がなされると、位相が反転したフィードバック信号の位相が、合成部５においてさらに反転されてデジタルオーディオ信号に加算される。したがって、結果的に正帰還のＭＦＢの処理が行われることになる。正帰還のＭＦＢの処理により発振して異常音が再生されてしまう。異常音が再生されることを防ぐため、フィードバック処理を停止させる。処理の詳細は後述する。
【００２９】
ブリッジ回路により検出された検出信号は、フィードバック信号として検出／増幅回路１５に供給される。検出／増幅回路１５によって増幅されたフィードバック信号が、ＡＤＣ１６に供給される。ＡＤＣ１６は、供給されるフィードバック信号をデジタルフィードバック信号に変換して出力する。ＡＤＣ１６から出力されるデジタルフィードバック信号が、デジタル信号処理部２のＬＰＦ７および制御部３に供給される。
【００３０】
ＬＰＦ７は、例えば、ＩＩＲフィルタにより構成される。ＬＰＦ７は、所定の周波数以下の帯域信号成分のみを通過させる。ＬＰＦ７の処理により、デジタルフィードバック信号の周波数成分のうち、ＭＦＢの処理に不要な周波数成分が除去される。ＬＰＦ７を通過したデジタルフィードバック信号が、ゲイン調整部６に供給される。
【００３１】
ゲイン調整部６は、ＬＰＦ７から供給されるデジタルフィードバック信号に対して、所定のゲイン係数を乗算する。デジタルフィードバック信号に対してゲイン係数を乗算することで、デジタルフィードバック信号のレベルが制御される。ゲイン係数は、例えば、制御部３の制御によって変更できる。
【００３２】
なお、通常のＭＦＢの処理が行われる場合に、ゲイン係数を適切に設定することで、ＭＦＢの処理におけるフィードバック量を制御するようにしてもよい。例えば、ゲイン係数を大きくすることでフィードバック量が多くなり、負帰還を強くかける処理を行うことができる。レベルが制御されたデジタルオーディオ信号が合成部５に供給される。合成部５により、位相が反転されたデジタルフィードバック信号とデジタルオーディオ信号とが加算される。
【００３３】
制御部３は、例えば、ゲイン調整部６のゲイン係数を設定する制御を行うことで、デジタルフィードバック信号のレベルを制御する。制御部３に対して、スイッチ１１から出されるデジタルオーディオ信号が供給される。さらに、制御部３に対して、ＡＤＣ１６から出力されるデジタルフィードバック信号が供給される。
【００３４】
制御部３は、例えば、デジタルオーディオ信号およびデジタルフィードバック信号のそれぞれのレベルを絶対値化する。そして、絶対値化したデジタルオーディオ信号のレベルと絶対値化したデジタルフィードバック信号のレベルとの差分を算出する。算出した差分が閾値Ｔｈより以上であるか否かを判定する。
【００３５】
判定の結果、差分が閾値Ｔｈ以上である場合は、制御部３は、スピーカユニット１４が逆接続されており、発振していると判定する。上述したように、スピーカユニット１４が逆接続されると、デジタルフィードバック信号の位相が反転し、正帰還のＭＦＢの処理が行われることになる。正帰還のＭＦＢの処理により、デジタルフィードバック信号のレベルが増大する。そこで、デジタルオーディオ信号に対するデジタルフィードバック信号のレベルを監視することで、逆接続に伴う発振が生じているか否かを判定することができる。
【００３６】
判定の結果、差分が閾値Ｔｈ以上である場合は、スピーカ制御部３は、ゲイン係数として、０または略０の値をゲイン調整部６に設定する。ゲイン係数が０または略０とされることで、デジタルオーディオ信号に対してＭＦＢの処理は施されない。したがって、デジタルオーディオ信号に基づく音が再生され、発振に基づく異常音が再生されることを防止できる。
【００３７】
なお、閾値Ｔｈは、例えば、デジタルオーディオ信号のレベルに対するデジタルフィードバック信号のレベルに応じて適切に設定される。デジタルフィードバック信号のレベルは、アンプ１３やスピーカユニット１４のインピーダンス等で構成されるフィードバックシステムの特性により規定される。デジタルフィードバック信号のレベルが、例えば、デジタルオーディオ信号のレベルより異常に高いレベル（６ｄＢ、１２ｄＢ等）である場合に、ゲイン係数が０または略０とされる。
【００３８】
判定の結果、差分が閾値Ｔｈより小さい場合は、判定の処理を引き続き行う。なお、判定の処理を開始してから、所定時間経過した後になっても差分が閾値Ｔｈ以上にならないときは、スピーカユニット１４が正しく接続されたものとみなして、判定の処理を停止してもよい。
【００３９】
デジタルーディオ信号のレベルと、デジタルフィードバック信号のレベルとの差分が閾値Ｔｈ以上であると判定される場合に、所定の表示がなされるようにしてもよい。例えば、制御部３は、差分が閾値Ｔｈ以上であると判定すると、その旨を表示制御部１７に対して通知してもよい。
【００４０】
表示制御部１７は、例えば、ＣＰＵにより構成され、デジタル信号処理部２とは別個に設けられる。表示制御部１７は、制御部３からの通知に応じて、表示部１８に対して所定の表示を行う制御を行う。例えば、表示制御部１７は、表示部１８に「スピーカの接続を確認してください」等の警告を表示する制御を行う。もちろん、表示に限らず、警告音等を再生してもよい。
【００４１】
なお、表示部１８は、例えば、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)である。表示部１８をタッチパネルとして構成し、表示部１８を使用した操作指示がなされてもよい。表示部１８に限らず、再生装置１の各部が表示制御部１７により制御されるようにしてもよい。
【００４２】
「ゲイン余裕・位相余裕」
ゲイン余裕および位相余裕について説明する。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ゲイン余裕は、位相が−１８０°のときにゲインがどのくらい低下しているのを示す数値である。位相余裕は、ゲインが０ｄＢであるときに、位相が−１８０°よりどのくらい余裕があるのかを示す数値である。ゲイン余裕および位相余裕は、大きければ大きいほど発振に対して安定するが、アンプ１３やスピーカユニット１４の特性等のシステムのバランスを考慮して適切に決定される。例えば、フィードバックシステムを安定させる条件として、ゲイン余裕を６ｄＢ程度、位相余裕を３０°以上もたせるようにしている。
【００４３】
「オープンループ特性」
図３は、スピーカユニット１４のゲインと位相の推移を、オープンループで測定したオープンループ特性を示す。参照符号ａが位相の推移（位相特性）を示し、参照符号ｂがゲインの推移を示している。ここでは、スピーカユニット１４の低域共振周波数ｆ０は、一例として５０Ｈｚとされている。図３に示すように、低域共振周波数ｆ０付近でゲインがあがり、位相が３６０°（０°）になっている。上述したゲイン余裕および位相余裕をもたせ、ＬＰＦ７により不要な高域成分を除去することで、速度帰還のＭＦＢの処理を安定的に行うことができる。
【００４４】
しかしながら、スピーカユニット１４を逆接続してしまうと、参照符号ａに示す位相特性が１８０°反転する。位相が−１８０°のときにゲインが０ｄＢを超えて安定条件を満たさなくなり、発振する可能性がある。特に、負帰還のＭＦＢの処理は正帰還の処理とは異なり、ゲイン余裕をもたせてフィードバック量を大きくすることもある。したがって、逆接続がなされて正帰還の処理が行われると、大きな異常音が再生されてしまう。本開示では、上述したようにしてフィードバック処理を停止することので、異常音を停止できる。さらに、閾値Ｔｈを適切に設定することで、異常音が再生されることを防止できる。例えば、異常音とされるレベルより小さいレベルを閾値Ｔｈとすることで、発振にともなう異常音の再生を未然に防止するようにしてもよい。
【００４５】
「処理の流れ」
図４は、再生装置１の処理の流れの一例を示すフローチャートである。ステップＳ１では、ソース信号としてのデジタルオーディオ信号を取り込む処理が行われる。例えば、スイッチ１１から出力されるデジタルオーディオ信号が制御部３に対して供給される。なお、スイッチ１１から出力されるデジタルオーディオ信号は、低域補正イコライザ４による補正がなされた後に、ＤＡＣ１２によりアナログオーディオ信号へと変換される。アナログオーディオ信号は、アンプ１３によって増幅された後に、スピーカユニット１４から再生される。そして、処理がステップＳ２に進む。
【００４６】
ステップＳ２では、フィードバック信号を取り込む処理が行われる。スピーカユニット１４の振動板の動きに応じて検出信号が生成される。検出信号に基づくフィードバック信号が、ＡＤＣ１６によりデジタルフィードバック信号に変換される。ＡＤＣ１６から出力されるデジタルフィードバック信号が制御部３に対して供給される。そして、処理がステップＳ３に進む。
【００４７】
ステップＳ３において、制御部３は、例えば、一定期間取りこんだデジタルオーディオ信号のレベルを平均化し、平均化したデジタルオーディオ信号のレベルＲ２を算出する。そして、処理がステップＳ４に進む。なお、レベルＲ２が所定のレベル以下の場合に、ステップＳ４以降の処理がなされるようにしてもよい。
【００４８】
ステップＳ４において、制御部３は、例えば、一定期間取りこんだデジタルフィードバック信号のレベルを平均化し、平均化したデジタルフィードバック信号のレベルＲ１を算出する。そして、処理がステップＳ５に進む。
【００４９】
ステップＳ５では、制御部３の判定機能によって、レベルＲ１とレベルＲ２との差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値Ｔｈ以上であるか否かが判定される。差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値Ｔｈより小さいと判定されると、処理がステップＳ１に戻る。差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値以上であると判定されると、処理がステップＳ６に進む。
【００５０】
差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値以上であることから、制御部３は、スピーカユニット１４が逆接続され、正帰還の処理が行われるものと判断する。そこで、ステップＳ６では、フィードバックゲインを略０または０にする処理が行われる。例えば、制御部３によって、ゲイン係数０がゲイン調整部６に設定される。ゲイン係数０が設定されることにより、デジタルフィードバック信号のレベルが０となり、ＭＦＢの処理がオフされた状態となる。したがって、スピーカユニット１４からはＭＦＢの処理が施されていないオーディオ信号が再生される。そして、処理がステップＳ７に進む。
【００５１】
ステップＳ７では、制御部３から表示制御部１７に対して異常が通知される。そして、処理がステップＳ８に進む。ステップＳ８では、表示部１８に異常を表示する処理が行われる。例えば、制御部３からの通知に応じて、表示部１８に異常を表示する処理が表示制御部１７によって行われる。表示部１８には、例えば「スピーカの接続を確認してください」等のメッセージが表示される。
【００５２】
ステップＳ６の処理でフィードバックゲインが０とされた後でも、ＭＦＢの処理が施されてないオーディオ信号が再生される。そこで、ステップＳ７の処理において異常を表示することで、異常が発生していることをユーザに対して確実に報知できる。
【００５３】
なお、ステップＳ３とステップＳ４における、レベルを平均化する処理は、必ずしも行われなくてもよい。例えば、所定時間毎のタイミングでレベルＲ１およびレベルＲ２の差分を算出するようにしてもよい。
【００５４】
以上、説明したように、例えば、負帰還のＭＦＢの処理を行うシステムにおいてスピーカユニットが逆接続された場合でも、発振に伴う異常音の再生を防止できる。発振に伴う異常音が再生された場合でも、フィードバックの処理を停止できるので異常音の再生を停止できる。
【００５５】
＜２．第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態における再生装置２１の構成例を示す。再生装置２１において、再生装置１と同一の構成については同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００５６】
再生装置２１は、デジタル信号処理部２における制御部３の機能と、表示制御部１７の機能とを有する制御部１９を備える。制御部１９は、例えば、ＣＰＵにより構成される。制御部１９には、スイッチ１１から出力されるデジタルオーディオ信号が供給される。さらに制御部１９には、ＡＤＣ１６から出力されるデジタルフィードバック信号が供給される。
【００５７】
制御部１９は、デジタルオーディオ信号のレベルとデジタルフィードバック信号のレベルとの差分に応じて、デジタルフィードバック信号のレベルを制御する。例えば、制御部１９は、デジタルオーディオ信号のレベルとデジタルフィードバック信号のレベルとの差分が閾値以上であるか否かを判定し、閾値以上である場合には、ゲイン調整部６のゲイン係数を０または略０に設定する。制御部１９の制御により、上述した再生装置１と同様に、発振に伴う異常音の再生を防止または停止できる。なお、デジタルオーディオ信号のレベルとデジタルフィードバック信号のレベルとの差分が閾値以上である場合には、制御部１９の制御によって、表示部１８に所定の表示がなされるようにしてもよい。
【００５８】
図６は、再生装置２１の処理の流れの一例を示すフローチャートである。ステップＳ２１では、ソース信号としてのデジタルオーディオ信号を取り込む処理が行われる。例えば、スイッチ１１から出力されるデジタルオーディオ信号が制御部１９に対して供給される。なお、スイッチ１１から出力されるデジタルオーディオ信号は、低域補正イコライザ４による補正がなされた後に、ＤＡＣ１２によりアナログオーディオ信号へと変換される。アナログオーディオ信号は、アンプ１３によって増幅された後に、スピーカユニット１４から再生される。そして、処理がステップＳ２２に進む。
【００５９】
ステップＳ２２では、フィードバック信号を取り込む処理が行われる。スピーカユニット１４の振動板の動きに応じて検出信号が生成される。検出信号に基づくフィードバック信号が、ＡＤＣ１６によりデジタルフィードバック信号に変換される。ＡＤＣ１６から出力されるデジタルフィードバック信号が制御部１９に対して供給される。そして、処理がステップＳ２３に進む。
【００６０】
ステップＳ２３において、制御部１９は、例えば、一定期間取りこんだデジタルオーディオ信号のレベルを平均化し、平均化したデジタルオーディオ信号のレベルＲ２を算出する。そして、処理がステップＳ２４に進む。
【００６１】
ステップＳ２４において、制御部１９は、例えば、一定期間取りこんだデジタルフィードバック信号のレベルを平均化し、平均化したデジタルフィードバック信号のレベルＲ１を算出する。そして、処理がステップＳ２５に進む。
【００６２】
ステップＳ２５では、制御部１９の判定機能によって、レベルＲ１とレベルＲ２との差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値Ｔｈ以上であるか否かが判定される。差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値Ｔｈより小さい場合は、処理がステップＳ２１に戻る。差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値以上であれば、処理がステップＳ２６に進む。
【００６３】
差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値以上であることから、制御部１９は、スピーカユニット１４が逆接続され、正帰還の処理が行われるものと判断する。そこで、ステップＳ２６では、フィードバックゲインを略０または０にする処理が行われる。例えば、制御部１９によって、ゲイン係数０がゲイン調整部６に設定される。ゲイン係数０が設定されることにより、デジタルフィードバック信号のレベルが０となり、ＭＦＢの処理がオフされた状態となる。したがって、スピーカユニット１４からはＭＦＢの処理が施されていないオーディオ信号が再生される。そして、処理がステップＳ２７に進む。
【００６４】
ステップＳ２７では、表示部１８に異常を表示する処理が行われる。例えば、制御部１９の制御によって、表示部１８に異常を示すメッセージが表示される。例えば、表示部１８に「スピーカの接続を確認してください」等のメッセージが表示される。
【００６５】
なお、ステップＳ２３とステップＳ２４における、レベルを平均化する処理は、必ずしも行われなくてもよい。例えば、所定時間毎のタイミングでレベルＲ１およびレベルＲ２の差分を算出するようにしてもよい。
【００６６】
このように、デジタル信号処理部２における制御部３の機能を、デジタル信号処理部２とは別個に設けられた制御部１９が有するようにしてもよい。さらに、制御部１９が表示制御部１８の機能を有するようにしてもよい。
【００６７】
＜３．変形例＞
以上、一実施形態について具体的に説明したが、一実施形態において各種の変形が可能であることは言うまでもない。以下、変形例について説明する。
【００６８】
制御部３によりなされる制御は、ゲイン余裕と位相余裕が破たんする周波数付近のレベルに着目してなされてもよい。例えば、制御部３は、スピーカユニット１４の低域共振周波数付近におけるデジタルフィードバック信号のレベルを検出する。さらに、制御部３は、スピーカユニット１４の低域共振周波数付近におけるデジタルオーディオ信号のレベルを検出する。そして、制御部３は、スピーカユニット１４の低域共振周波数付近におけるデジタルフィードバック信号のレベルと、スピーカユニット１４の低域共振周波数付近におけるデジタルオーディオ信号のレベルとの差分に応じて、デジタルフィードバック信号のレベルを制御するようにしてもよい。制御部１９についても同様である。
【００６９】
発振している状態では、低域共振周波数付近のデジタルフィードバック信号のレベルが突出して表れる。したがって、スピーカユニット１４の低域共振周波数付近におけるデジタルフィードバック信号のレベルと、スピーカユニット１４の低域共振周波数付近におけるデジタルオーディオ信号のレベルとに着目して処理を行うことで、正確な判定処理を行うことができる。
【００７０】
なお、上述したように、制御部３および制御部１９が行う処理はデジタル処理で行われる。したがって、信号レベルを平均化する処理や、低域共振周波数付近のデジタルフィードバック信号のレベルおよび低域共振周波数付近のデジタルオーディオ信号のレベルを抽出する処理を容易に行うことができる。さらに、処理を迅速に行うことができる。
【００７１】
上述した実施形態において、低域補正イコライザ４から出力されるデジタルオーディオ信号が制御部３に供給されてもよい。低域補正イコライザ４による補正内容を制御部３が認識しておくことにより、制御部３は、低域補正前のデジタルオーディオ信号を復元できる。同様に、ＬＰＦ７やゲイン調整部６から出力されるデジタルフィードバック信号が、制御部３に供給されるようにしてもよい。なお、処理の複雑化を避けるため、スイッチ１１から出力されるデジタルオーディオ信号と、ＡＤＣ１６から出力されるデジタルフィードバック信号とが制御部３に供給されることが好ましい。
【００７２】
上述した再生装置１では、スピーカユニット１４の振動板の動きをブリッジ回路により検出した。ブリッジ回路に代えて、静電容量やレーザ変位計によって、振動板の変位を検出するようにしてもよい。さらに、速度検出のセンサとして、スピーカユニット１４のボイスコイルとは別のコイルを設け、このコイルによって電流を検出するようにしてもよい。
【００７３】
さらに、加速度センサやマイクロフォンを使用して、振動板の動きを検出するようにしてもよい。さらに、スピーカユニット１４の振動板の動きをデジタルセンサによって検出するようにしてもよい。この場合には、デジタルセンサの出力がデジタル信号処理部２にそのまま供給される。
【００７４】
上述したＭＦＢは、いわゆる速度帰還型のＭＦＢとして説明したが、これに限られない。例えば、加速度帰還型のＭＦＢでもよい。加速度帰還型のＭＦＢでは、例えば、ＡＤＣ１６のＬＰＦ７との間に、微分処理部が設けられる。微分処理部によって、検出信号に対する微分処理がなされる。微分処理を行うことは、振動板の動きとして加速度を求めていることに相当する。微分処理がなされた信号がＬＰＦ７に供給されるようにしてもよい。
【００７５】
再生装置１は、速度帰還型および加速度帰還型に対応する構成とされてもよい。速度帰還型および加速度帰還型の双方を有効にすることもできる。例えば、速度帰還型によるデジタルフィードバック信号および加速度帰還型のデジタルフィードバック信号と、デジタルオーディオ信号とが合成されるようにしてもよい。
【００７６】
再生装置１は、例えば、ヘッドホンに適用されてもよい。ヘッドホンに適用する場合において、再生装置１の構成を、ヘッドホンとオーディオプレーヤに分けて構成することができる。例えば、ブリッジ回路がヘッドホン側に設けられ、他のデジタル信号処理部２、ＤＡＣ１２、検出／増幅回路１５、ＡＤＣ１６等の構成がオーディオプレーヤ側に設けられるようにしてもよい。ヘッドホンとオーディオプレーヤとの間では、無線または有線により信号の送受信がなされる。
【００７７】
上述した複数の実施形態および変形例における処理は、方法、プログラム、プログラムを記録した記録媒体として構成することができる。さらに、上述した複数の実施形態および変形例における処理は、技術的矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせることができる。さらに、フローチャートで説明した処理の流れは、必ずしも時系列に行われる必要はなく、並列的に行われてもよい。例えば、図４のステップＳ３およびステップＳ４の処理が、制御部３によってパラレルに行われてもよい。さらに、本開示は、スピーカユニットが逆接続された場合だけでなく、例えば、意図しない正帰還の処理が行われ、正帰還の処理により発振する場合に広く適用できる。
【符号の説明】
【００７８】
２・・・デジタル信号処理部
３、１９・・・制御部
５・・・合成部
６・・・ゲイン調整部
１４・・・スピーカユニット
１７・・・表示制御部
１８・・・表示部
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば、オーディオ信号を再生する機器に適用可能な信号処理装置および信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
音響の分野では、従来からＭＦＢ(Motional Feed Back：モーショナルフィードバック）の処理が知られている。ＭＦＢの処理は、スピーカの振動板の動きから得られる電気信号を検出する。オーディオ信号に対して、検出した電気信号を負帰還することにより、スピーカユニットの振動板の動きを制御する。負帰還のＭＦＢの処理により、好ましくない低域の響きが抑制される。下記特許文献１および下記特許文献２には、ＭＦＢの構成の一例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２２３６８４号公報
【特許文献２】特開平０８−２２３６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、アンプとスピーカユニットとを分離できるシステムでは、ユーザ自身が、システムに対してスピーカユニットを接続する。スピーカユニットを接続する際に、ユーザのミス等により極性を反対にして接続しまう、いわゆる逆接続をしてしまうことがある。負帰還のＭＦＢの処理を行うシステムにおいてスピーカユニットを逆接続すると、フィードバック信号の位相が反転し、結果的に正帰還のＭＦＢの処理が行われることになる。正帰還のＭＦＢの処理により発振し、スピーカユニットから異常音が再生されてしまう問題があった。この問題は、逆接続に限らず、規格の異なるスピーカユニットを接続した際に生じることもある。
【０００５】
したがって、本開示の目的の一つは、例えば、負帰還のＭＦＢの処理を行うシステムにおいてスピーカユニットが逆接続されたときに、ＭＦＢの処理を停止する信号処理装置および信号処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本開示の信号処理装置は、例えば、スピーカユニットの振動板の動きに対応するデジタルフィードバック信号と、デジタルオーディオ信号とを合成する合成部と、
デジタルフィードバック信号のレベルとデジタルオーディオ信号のレベルとの差分に応じて、デジタルフィードバック信号のレベルを制御する制御部とを有する信号処理装置である。
【０００７】
本開示の信号処理方法は、例えば、スピーカユニットの振動板の動きに対応するデジタルフィードバック信号と、デジタルオーディオ信号とを合成し、
デジタルオーディオ信号のレベルとデジタルフィードバック信号のレベルとの差分に応じて、デジタルフィードバック信号のレベルを制御する信号処理装置における信号処理方法である。
【発明の効果】
【０００８】
少なくとも一つの実施形態によれば、例えば、負帰還のＭＦＢの処理を行うシステムにおいてスピーカユニットが逆接続されたときに、ＭＦＢの処理を停止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】再生装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】ゲイン余裕および位相余裕を説明するための略線図である。
【図３】スピーカユニットのオープンループ特性の一例を示す略線図である。
【図４】再生装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図５】他の再生装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】他の再生装置の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
＜１．第１の実施形態＞
＜２．第２の実施形態＞
＜３．変形例＞
なお、以下に説明する実施形態および変形例は、本開示の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本開示の範囲は、以下の説明において、特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態および変形例に限定されないものとする。
【００１１】
＜１．第１の実施形態＞
「再生装置の構成」
図１は、本開示の一実施形態における、再生装置１の構成例を示す。再生装置１は、ＭＦＢの処理が施されたオーディオ信号を再生する機能を有する。もちろん、ＭＦＢの処理が施されていないオーディオ信号を再生できる。
【００１２】
再生装置１は、例えば、テレビジョン装置、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器や携帯型電子機器に適用できる。再生装置１は、デジタル信号処理部２を有する。デジタル信号処理部２は、例えば、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)により構成される。デジタル信号処理部２は、その機能に注目すると、例えば、制御部３、低域補正イコライザ４、合成部５、ゲイン調整部６、ＬＰＦ(Low Pass Filter)７から構成される。デジタル信号処理部２の処理は、プログラムにより実現することができる。後述するように、制御部３の機能には、デジタルオーディオ信号のレベルとデジタルフィードバック信号のレベルとの差分を判定する判定部の機能と、差分に応じた処理を行う機能とが含まれる。
【００１３】
再生装置１に対して、ソース信号としての、デジタルオーディオ信号およびアナログオーディオ信号が供給される。デジタルオーディオ信号は、入力端子８を介して再生装置１に供給される。デジタルオーディオ信号は、例えば、４８ｋＨｚの信号である。
【００１４】
アナログオーディオ信号は、入力端子９を介して再生装置１に供給される。供給されるアナログオーディオ信号は、ＡＤＣ(Analog to Digital Converter)１０によりデジタルオーディオ信号に変換される。ＡＤＣ１０の処理におけるサンプリング周波数ｆｓは、例えば、４８ｋＨｚである。
【００１５】
再生装置１に供給されるオーディオ信号がデジタルオーディオ信号かアナログオーディオ信号かに応じて、スイッチ１１が切り替わる。デジタルオーディオ信号が供給される場合は、スイッチ１１は、接点１１ａに接続される。アナログオーディオ信号が供給される場合は、スイッチ１１は、接点１１ｂに接続される。スイッチ１１は、例えば、制御部３や図示しないＣＰＵ(Central Processing Unit)等の制御により切り替えられる。
【００１６】
なお、再生装置１に対して、デジタルオーディオ信号およびアナログオーディオ信号のいずれか一方のみが供給される場合は、スイッチ１１は不要である。さらに、音源がマルチチャンネルに対応し、チャンネル毎のオーディオ信号が入力される場合には、各チャンネルに応じた構成が設けられてもよい。
【００１７】
入力端子８を介して入力されるデジタルオーディオ信号、または、ＡＤＣ１０から供給されるデジタルオーディオ信号が、スイッチ１１から選択的に出力される。スイッチ１１から出力されるデジタルオーディオ信号が、制御部３および低域補正イコライザ４に供給される。
【００１８】
低域補正イコライザ４は、供給されるデジタルオーディオ信号の周波数特性を補正する。低域補正イコライザ４は、例えば、２次のＩＩＲ(Infinite Impulse Response)フィルタにより構成される。低域補正イコライザ４をデジタルフィルタにより構成することで、低域補正イコライザ４の特性を容易かつ迅速に変更できる。さらに、フィルタを構成する素子の特性のばらつきを考慮する必要がない。
【００１９】
補正レベルなどの低域補正イコライザ４の特性は、イコライザ係数によって規定される。低域補正イコライザ４がＩＩＲフィルタで構成される場合は、イコライザ係数は、ＩＩＲのフィルタ係数を意味する。なお、イコライザ係数は、例えば、制御部３の制御によって低域補正イコライザ４に設定される。
【００２０】
低域補正イコライザ４により周波数特性を補正しないで負帰還のＭＦＢの処理を行うと、スピーカユニット１４の低域共振周波数ｆ０付近のパワーが低下する周波数特性となる。低域補正イコライザ４は、低域共振周波数ｆ０付近のパワーが低下することを防ぐため、予めデジタルオーディオ信号の周波数特性を補正する。すなわち、低域補正イコライザ４は、ＭＦＢの処理により減衰する低域共振周波数ｆ０付近のパワーを、予めもちあげる補正を行う。
【００２１】
低域補正イコライザ４による補正を予め行うことで、目標の周波数特性とされた音をスピーカユニット１４から再生できる。なお、低域補正イコライザ４の処理により実現される目標の周波数特性は、例えば、フラット（平坦）な周波数特性である。低域を一定レベルにブーストまたはカットした特性をはじめ、任意の特性を設定してもかまわない。低域補正イコライザ４から出力されるデジタルオーディオ信号が、合成部５に供給される。
【００２２】
合成部５は、ゲイン調整部６から出力されるデジタルフィードバック信号の位相を反転する。そして、合成部５は、位相を反転したデジタルフィードバック信号と、低域補正イコライザ４から供給されるデジタルオーディオ信号とを加算する。加算処理が施されたデジタルオーディオ信号が、合成部５から出力される。
【００２３】
合成部５から出力されるデジタルオーディオ信号は、ＤＡＣ(Digital to Analog Converter)１２に供給される。ＤＡＣ１２により、デジタルオーディオ信号がアナログオーディオ信号へと変換される。ＤＡＣ１２から出力されるアナログオーディオ信号は、パワーアンプ１３に供給される。
【００２４】
パワーアンプ１３は、アナログオーディオ信号を所定の増幅率で増幅する。増幅されたアナログオーディオ信号がスピーカユニット１４に供給される。供給されるアナログオーディオ信号により、スピーカユニット１４のボイスコイルが振動する。ボイスコイルの振動が振動板に伝達し、振動板が振動する。振動板の振動により、アナログオーディオ信号に応じた音がスピーカユニット１４から再生される。スピーカユニット１４は、例えば、ダイナミックスピーカなどのインピーダンスが変化しないスピーカユニットである。
【００２５】
ＭＦＢの処理において、スピーカユニット１４の振動板の動きを検出する方式は、いくつか知られている。ここでは、ブリッジ回路による方式を使用している。この方式では、スピーカユニット１４を抵抗と見なし、パワーアンプ１３とスピーカユニット１４との間の信号線に、スピーカユニット１４および抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３により構成されるブリッジ回路を設ける。スピーカユニット１４の抵抗値は、例えば、製造者が指定する公称インピーダンスとされ、４Ω、８Ω、１６Ω、３２Ω等の値とされる。スピーカユニット１４と抵抗Ｒ３との接続点を、例えばＡ点とし、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点を、例えばＢ点とする。
【００２６】
検出／増幅回路１５は、Ａ点とＢ点との電位差を検出する。Ａ点とＢ点との電位差は、スピーカユニット１４の駆動によってブリッジの平衡条件がくずれた際に発生する。すなわち、検出／増幅回路１５は、Ａ点とＢ点との電位差を検出することにより、スピーカユニット１４の振動板の動きを検出することができる。ブリッジ回路により得られる検出信号（電位差）は、スピーカユニット１４の振動板の動きとして、速度を示すものとなる。すなわち、図１に示すＭＦＢの方式は、速度帰還型と称される方式に対応する。
【００２７】
アンプ１３とスピーカユニット１４とは、分離できる。ユーザは、アンプ１３とスピーカユニット１４を接続する。スピーカユニット１４とは異なる他のスピーカユニットを接続できるようにしてもよい。ここで、スピーカユニット１４を、極性を反対にして接続をする（逆接続）と、ブリッジ回路の検出信号の極性が反転する。このため、検出信号に基づくフィードバック信号の位相が反転する。
【００２８】
例えば、負帰還のＭＦＢの処理を行う際にスピーカシステムで逆接続がなされると、位相が反転したフィードバック信号の位相が、合成部５においてさらに反転されてデジタルオーディオ信号に加算される。したがって、結果的に正帰還のＭＦＢの処理が行われることになる。正帰還のＭＦＢの処理により発振して異常音が再生されてしまう。異常音が再生されることを防ぐため、フィードバック処理を停止させる。処理の詳細は後述する。
【００２９】
ブリッジ回路により検出された検出信号は、フィードバック信号として検出／増幅回路１５に供給される。検出／増幅回路１５によって増幅されたフィードバック信号が、ＡＤＣ１６に供給される。ＡＤＣ１６は、供給されるフィードバック信号をデジタルフィードバック信号に変換して出力する。ＡＤＣ１６から出力されるデジタルフィードバック信号が、デジタル信号処理部２のＬＰＦ７および制御部３に供給される。
【００３０】
ＬＰＦ７は、例えば、ＩＩＲフィルタにより構成される。ＬＰＦ７は、所定の周波数以下の帯域信号成分のみを通過させる。ＬＰＦ７の処理により、デジタルフィードバック信号の周波数成分のうち、ＭＦＢの処理に不要な周波数成分が除去される。ＬＰＦ７を通過したデジタルフィードバック信号が、ゲイン調整部６に供給される。
【００３１】
ゲイン調整部６は、ＬＰＦ７から供給されるデジタルフィードバック信号に対して、所定のゲイン係数を乗算する。デジタルフィードバック信号に対してゲイン係数を乗算することで、デジタルフィードバック信号のレベルが制御される。ゲイン係数は、例えば、制御部３の制御によって変更できる。
【００３２】
なお、通常のＭＦＢの処理が行われる場合に、ゲイン係数を適切に設定することで、ＭＦＢの処理におけるフィードバック量を制御するようにしてもよい。例えば、ゲイン係数を大きくすることでフィードバック量が多くなり、負帰還を強くかける処理を行うことができる。レベルが制御されたデジタルオーディオ信号が合成部５に供給される。合成部５により、位相が反転されたデジタルフィードバック信号とデジタルオーディオ信号とが加算される。
【００３３】
制御部３は、例えば、ゲイン調整部６のゲイン係数を設定する制御を行うことで、デジタルフィードバック信号のレベルを制御する。制御部３に対して、スイッチ１１から出されるデジタルオーディオ信号が供給される。さらに、制御部３に対して、ＡＤＣ１６から出力されるデジタルフィードバック信号が供給される。
【００３４】
制御部３は、例えば、デジタルオーディオ信号およびデジタルフィードバック信号のそれぞれのレベルを絶対値化する。そして、絶対値化したデジタルオーディオ信号のレベルと絶対値化したデジタルフィードバック信号のレベルとの差分を算出する。算出した差分が閾値Ｔｈより以上であるか否かを判定する。
【００３５】
判定の結果、差分が閾値Ｔｈ以上である場合は、制御部３は、スピーカユニット１４が逆接続されており、発振していると判定する。上述したように、スピーカユニット１４が逆接続されると、デジタルフィードバック信号の位相が反転し、正帰還のＭＦＢの処理が行われることになる。正帰還のＭＦＢの処理により、デジタルフィードバック信号のレベルが増大する。そこで、デジタルオーディオ信号に対するデジタルフィードバック信号のレベルを監視することで、逆接続に伴う発振が生じているか否かを判定することができる。
【００３６】
判定の結果、差分が閾値Ｔｈ以上である場合は、スピーカ制御部３は、ゲイン係数として、０または略０の値をゲイン調整部６に設定する。ゲイン係数が０または略０とされることで、デジタルオーディオ信号に対してＭＦＢの処理は施されない。したがって、デジタルオーディオ信号に基づく音が再生され、発振に基づく異常音が再生されることを防止できる。
【００３７】
なお、閾値Ｔｈは、例えば、デジタルオーディオ信号のレベルに対するデジタルフィードバック信号のレベルに応じて適切に設定される。デジタルフィードバック信号のレベルは、アンプ１３やスピーカユニット１４のインピーダンス等で構成されるフィードバックシステムの特性により規定される。デジタルフィードバック信号のレベルが、例えば、デジタルオーディオ信号のレベルより異常に高いレベル（６ｄＢ、１２ｄＢ等）である場合に、ゲイン係数が０または略０とされる。
【００３８】
判定の結果、差分が閾値Ｔｈより小さい場合は、判定の処理を引き続き行う。なお、判定の処理を開始してから、所定時間経過した後になっても差分が閾値Ｔｈ以上にならないときは、スピーカユニット１４が正しく接続されたものとみなして、判定の処理を停止してもよい。
【００３９】
デジタルーディオ信号のレベルと、デジタルフィードバック信号のレベルとの差分が閾値Ｔｈ以上であると判定される場合に、所定の表示がなされるようにしてもよい。例えば、制御部３は、差分が閾値Ｔｈ以上であると判定すると、その旨を表示制御部１７に対して通知してもよい。
【００４０】
表示制御部１７は、例えば、ＣＰＵにより構成され、デジタル信号処理部２とは別個に設けられる。表示制御部１７は、制御部３からの通知に応じて、表示部１８に対して所定の表示を行う制御を行う。例えば、表示制御部１７は、表示部１８に「スピーカの接続を確認してください」等の警告を表示する制御を行う。もちろん、表示に限らず、警告音等を再生してもよい。
【００４１】
なお、表示部１８は、例えば、ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)である。表示部１８をタッチパネルとして構成し、表示部１８を使用した操作指示がなされてもよい。表示部１８に限らず、再生装置１の各部が表示制御部１７により制御されるようにしてもよい。
【００４２】
「ゲイン余裕・位相余裕」
ゲイン余裕および位相余裕について説明する。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ゲイン余裕は、位相が−１８０°のときにゲインがどのくらい低下しているのを示す数値である。位相余裕は、ゲインが０ｄＢであるときに、位相が−１８０°よりどのくらい余裕があるのかを示す数値である。ゲイン余裕および位相余裕は、大きければ大きいほど発振に対して安定するが、アンプ１３やスピーカユニット１４の特性等のシステムのバランスを考慮して適切に決定される。例えば、フィードバックシステムを安定させる条件として、ゲイン余裕を６ｄＢ程度、位相余裕を３０°以上もたせるようにしている。
【００４３】
「オープンループ特性」
図３は、スピーカユニット１４のゲインと位相の推移を、オープンループで測定したオープンループ特性を示す。参照符号ａが位相の推移（位相特性）を示し、参照符号ｂがゲインの推移を示している。ここでは、スピーカユニット１４の低域共振周波数ｆ０は、一例として５０Ｈｚとされている。図３に示すように、低域共振周波数ｆ０付近でゲインがあがり、位相が３６０°（０°）になっている。上述したゲイン余裕および位相余裕をもたせ、ＬＰＦ７により不要な高域成分を除去することで、速度帰還のＭＦＢの処理を安定的に行うことができる。
【００４４】
しかしながら、スピーカユニット１４を逆接続してしまうと、参照符号ａに示す位相特性が１８０°反転する。位相が−１８０°のときにゲインが０ｄＢを超えて安定条件を満たさなくなり、発振する可能性がある。特に、負帰還のＭＦＢの処理は正帰還の処理とは異なり、ゲイン余裕をもたせてフィードバック量を大きくすることもある。したがって、逆接続がなされて正帰還の処理が行われると、大きな異常音が再生されてしまう。本開示では、上述したようにしてフィードバック処理を停止することので、異常音を停止できる。さらに、閾値Ｔｈを適切に設定することで、異常音が再生されることを防止できる。例えば、異常音とされるレベルより小さいレベルを閾値Ｔｈとすることで、発振にともなう異常音の再生を未然に防止するようにしてもよい。
【００４５】
「処理の流れ」
図４は、再生装置１の処理の流れの一例を示すフローチャートである。ステップＳ１では、ソース信号としてのデジタルオーディオ信号を取り込む処理が行われる。例えば、スイッチ１１から出力されるデジタルオーディオ信号が制御部３に対して供給される。なお、スイッチ１１から出力されるデジタルオーディオ信号は、低域補正イコライザ４による補正がなされた後に、ＤＡＣ１２によりアナログオーディオ信号へと変換される。アナログオーディオ信号は、アンプ１３によって増幅された後に、スピーカユニット１４から再生される。そして、処理がステップＳ２に進む。
【００４６】
ステップＳ２では、フィードバック信号を取り込む処理が行われる。スピーカユニット１４の振動板の動きに応じて検出信号が生成される。検出信号に基づくフィードバック信号が、ＡＤＣ１６によりデジタルフィードバック信号に変換される。ＡＤＣ１６から出力されるデジタルフィードバック信号が制御部３に対して供給される。そして、処理がステップＳ３に進む。
【００４７】
ステップＳ３において、制御部３は、例えば、一定期間取りこんだデジタルオーディオ信号のレベルを平均化し、平均化したデジタルオーディオ信号のレベルＲ２を算出する。そして、処理がステップＳ４に進む。なお、レベルＲ２が所定のレベル以下の場合に、ステップＳ４以降の処理がなされるようにしてもよい。
【００４８】
ステップＳ４において、制御部３は、例えば、一定期間取りこんだデジタルフィードバック信号のレベルを平均化し、平均化したデジタルフィードバック信号のレベルＲ１を算出する。そして、処理がステップＳ５に進む。
【００４９】
ステップＳ５では、制御部３の判定機能によって、レベルＲ１とレベルＲ２との差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値Ｔｈ以上であるか否かが判定される。差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値Ｔｈより小さいと判定されると、処理がステップＳ１に戻る。差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値以上であると判定されると、処理がステップＳ６に進む。
【００５０】
差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値以上であることから、制御部３は、スピーカユニット１４が逆接続され、正帰還の処理が行われるものと判断する。そこで、ステップＳ６では、フィードバックゲインを略０または０にする処理が行われる。例えば、制御部３によって、ゲイン係数０がゲイン調整部６に設定される。ゲイン係数０が設定されることにより、デジタルフィードバック信号のレベルが０となり、ＭＦＢの処理がオフされた状態となる。したがって、スピーカユニット１４からはＭＦＢの処理が施されていないオーディオ信号が再生される。そして、処理がステップＳ７に進む。
【００５１】
ステップＳ７では、制御部３から表示制御部１７に対して異常が通知される。そして、処理がステップＳ８に進む。ステップＳ８では、表示部１８に異常を表示する処理が行われる。例えば、制御部３からの通知に応じて、表示部１８に異常を表示する処理が表示制御部１７によって行われる。表示部１８には、例えば「スピーカの接続を確認してください」等のメッセージが表示される。
【００５２】
ステップＳ６の処理でフィードバックゲインが０とされた後でも、ＭＦＢの処理が施されてないオーディオ信号が再生される。そこで、ステップＳ７の処理において異常を表示することで、異常が発生していることをユーザに対して確実に報知できる。
【００５３】
なお、ステップＳ３とステップＳ４における、レベルを平均化する処理は、必ずしも行われなくてもよい。例えば、所定時間毎のタイミングでレベルＲ１およびレベルＲ２の差分を算出するようにしてもよい。
【００５４】
以上、説明したように、例えば、負帰還のＭＦＢの処理を行うシステムにおいてスピーカユニットが逆接続された場合でも、発振に伴う異常音の再生を防止できる。発振に伴う異常音が再生された場合でも、フィードバックの処理を停止できるので異常音の再生を停止できる。
【００５５】
＜２．第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態における再生装置２１の構成例を示す。再生装置２１において、再生装置１と同一の構成については同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００５６】
再生装置２１は、デジタル信号処理部２における制御部３の機能と、表示制御部１７の機能とを有する制御部１９を備える。制御部１９は、例えば、ＣＰＵにより構成される。制御部１９には、スイッチ１１から出力されるデジタルオーディオ信号が供給される。さらに制御部１９には、ＡＤＣ１６から出力されるデジタルフィードバック信号が供給される。
【００５７】
制御部１９は、デジタルオーディオ信号のレベルとデジタルフィードバック信号のレベルとの差分に応じて、デジタルフィードバック信号のレベルを制御する。例えば、制御部１９は、デジタルオーディオ信号のレベルとデジタルフィードバック信号のレベルとの差分が閾値以上であるか否かを判定し、閾値以上である場合には、ゲイン調整部６のゲイン係数を０または略０に設定する。制御部１９の制御により、上述した再生装置１と同様に、発振に伴う異常音の再生を防止または停止できる。なお、デジタルオーディオ信号のレベルとデジタルフィードバック信号のレベルとの差分が閾値以上である場合には、制御部１９の制御によって、表示部１８に所定の表示がなされるようにしてもよい。
【００５８】
図６は、再生装置２１の処理の流れの一例を示すフローチャートである。ステップＳ２１では、ソース信号としてのデジタルオーディオ信号を取り込む処理が行われる。例えば、スイッチ１１から出力されるデジタルオーディオ信号が制御部１９に対して供給される。なお、スイッチ１１から出力されるデジタルオーディオ信号は、低域補正イコライザ４による補正がなされた後に、ＤＡＣ１２によりアナログオーディオ信号へと変換される。アナログオーディオ信号は、アンプ１３によって増幅された後に、スピーカユニット１４から再生される。そして、処理がステップＳ２２に進む。
【００５９】
ステップＳ２２では、フィードバック信号を取り込む処理が行われる。スピーカユニット１４の振動板の動きに応じて検出信号が生成される。検出信号に基づくフィードバック信号が、ＡＤＣ１６によりデジタルフィードバック信号に変換される。ＡＤＣ１６から出力されるデジタルフィードバック信号が制御部１９に対して供給される。そして、処理がステップＳ２３に進む。
【００６０】
ステップＳ２３において、制御部１９は、例えば、一定期間取りこんだデジタルオーディオ信号のレベルを平均化し、平均化したデジタルオーディオ信号のレベルＲ２を算出する。そして、処理がステップＳ２４に進む。
【００６１】
ステップＳ２４において、制御部１９は、例えば、一定期間取りこんだデジタルフィードバック信号のレベルを平均化し、平均化したデジタルフィードバック信号のレベルＲ１を算出する。そして、処理がステップＳ２５に進む。
【００６２】
ステップＳ２５では、制御部１９の判定機能によって、レベルＲ１とレベルＲ２との差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値Ｔｈ以上であるか否かが判定される。差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値Ｔｈより小さい場合は、処理がステップＳ２１に戻る。差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値以上であれば、処理がステップＳ２６に進む。
【００６３】
差分（Ｒ１−Ｒ２）が閾値以上であることから、制御部１９は、スピーカユニット１４が逆接続され、正帰還の処理が行われるものと判断する。そこで、ステップＳ２６では、フィードバックゲインを略０または０にする処理が行われる。例えば、制御部１９によって、ゲイン係数０がゲイン調整部６に設定される。ゲイン係数０が設定されることにより、デジタルフィードバック信号のレベルが０となり、ＭＦＢの処理がオフされた状態となる。したがって、スピーカユニット１４からはＭＦＢの処理が施されていないオーディオ信号が再生される。そして、処理がステップＳ２７に進む。
【００６４】
ステップＳ２７では、表示部１８に異常を表示する処理が行われる。例えば、制御部１９の制御によって、表示部１８に異常を示すメッセージが表示される。例えば、表示部１８に「スピーカの接続を確認してください」等のメッセージが表示される。
【００６５】
なお、ステップＳ２３とステップＳ２４における、レベルを平均化する処理は、必ずしも行われなくてもよい。例えば、所定時間毎のタイミングでレベルＲ１およびレベルＲ２の差分を算出するようにしてもよい。
【００６６】
このように、デジタル信号処理部２における制御部３の機能を、デジタル信号処理部２とは別個に設けられた制御部１９が有するようにしてもよい。さらに、制御部１９が表示制御部１８の機能を有するようにしてもよい。
【００６７】
＜３．変形例＞
以上、一実施形態について具体的に説明したが、一実施形態において各種の変形が可能であることは言うまでもない。以下、変形例について説明する。
【００６８】
制御部３によりなされる制御は、ゲイン余裕と位相余裕が破たんする周波数付近のレベルに着目してなされてもよい。例えば、制御部３は、スピーカユニット１４の低域共振周波数付近におけるデジタルフィードバック信号のレベルを検出する。さらに、制御部３は、スピーカユニット１４の低域共振周波数付近におけるデジタルオーディオ信号のレベルを検出する。そして、制御部３は、スピーカユニット１４の低域共振周波数付近におけるデジタルフィードバック信号のレベルと、スピーカユニット１４の低域共振周波数付近におけるデジタルオーディオ信号のレベルとの差分に応じて、デジタルフィードバック信号のレベルを制御するようにしてもよい。制御部１９についても同様である。
【００６９】
発振している状態では、低域共振周波数付近のデジタルフィードバック信号のレベルが突出して表れる。したがって、スピーカユニット１４の低域共振周波数付近におけるデジタルフィードバック信号のレベルと、スピーカユニット１４の低域共振周波数付近におけるデジタルオーディオ信号のレベルとに着目して処理を行うことで、正確な判定処理を行うことができる。
【００７０】
なお、上述したように、制御部３および制御部１９が行う処理はデジタル処理で行われる。したがって、信号レベルを平均化する処理や、低域共振周波数付近のデジタルフィードバック信号のレベルおよび低域共振周波数付近のデジタルオーディオ信号のレベルを抽出する処理を容易に行うことができる。さらに、処理を迅速に行うことができる。
【００７１】
上述した実施形態において、低域補正イコライザ４から出力されるデジタルオーディオ信号が制御部３に供給されてもよい。低域補正イコライザ４による補正内容を制御部３が認識しておくことにより、制御部３は、低域補正前のデジタルオーディオ信号を復元できる。同様に、ＬＰＦ７やゲイン調整部６から出力されるデジタルフィードバック信号が、制御部３に供給されるようにしてもよい。なお、処理の複雑化を避けるため、スイッチ１１から出力されるデジタルオーディオ信号と、ＡＤＣ１６から出力されるデジタルフィードバック信号とが制御部３に供給されることが好ましい。
【００７２】
上述した再生装置１では、スピーカユニット１４の振動板の動きをブリッジ回路により検出した。ブリッジ回路に代えて、静電容量やレーザ変位計によって、振動板の変位を検出するようにしてもよい。さらに、速度検出のセンサとして、スピーカユニット１４のボイスコイルとは別のコイルを設け、このコイルによって電流を検出するようにしてもよい。
【００７３】
さらに、加速度センサやマイクロフォンを使用して、振動板の動きを検出するようにしてもよい。さらに、スピーカユニット１４の振動板の動きをデジタルセンサによって検出するようにしてもよい。この場合には、デジタルセンサの出力がデジタル信号処理部２にそのまま供給される。
【００７４】
上述したＭＦＢは、いわゆる速度帰還型のＭＦＢとして説明したが、これに限られない。例えば、加速度帰還型のＭＦＢでもよい。加速度帰還型のＭＦＢでは、例えば、ＡＤＣ１６のＬＰＦ７との間に、微分処理部が設けられる。微分処理部によって、検出信号に対する微分処理がなされる。微分処理を行うことは、振動板の動きとして加速度を求めていることに相当する。微分処理がなされた信号がＬＰＦ７に供給されるようにしてもよい。
【００７５】
再生装置１は、速度帰還型および加速度帰還型に対応する構成とされてもよい。速度帰還型および加速度帰還型の双方を有効にすることもできる。例えば、速度帰還型によるデジタルフィードバック信号および加速度帰還型のデジタルフィードバック信号と、デジタルオーディオ信号とが合成されるようにしてもよい。
【００７６】
再生装置１は、例えば、ヘッドホンに適用されてもよい。ヘッドホンに適用する場合において、再生装置１の構成を、ヘッドホンとオーディオプレーヤに分けて構成することができる。例えば、ブリッジ回路がヘッドホン側に設けられ、他のデジタル信号処理部２、ＤＡＣ１２、検出／増幅回路１５、ＡＤＣ１６等の構成がオーディオプレーヤ側に設けられるようにしてもよい。ヘッドホンとオーディオプレーヤとの間では、無線または有線により信号の送受信がなされる。
【００７７】
上述した複数の実施形態および変形例における処理は、方法、プログラム、プログラムを記録した記録媒体として構成することができる。さらに、上述した複数の実施形態および変形例における処理は、技術的矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせることができる。さらに、フローチャートで説明した処理の流れは、必ずしも時系列に行われる必要はなく、並列的に行われてもよい。例えば、図４のステップＳ３およびステップＳ４の処理が、制御部３によってパラレルに行われてもよい。さらに、本開示は、スピーカユニットが逆接続された場合だけでなく、例えば、意図しない正帰還の処理が行われ、正帰還の処理により発振する場合に広く適用できる。
【符号の説明】
【００７８】
２・・・デジタル信号処理部
３、１９・・・制御部
５・・・合成部
６・・・ゲイン調整部
１４・・・スピーカユニット
１７・・・表示制御部
１８・・・表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカユニットの振動板の動きに対応するデジタルフィードバック信号と、デジタルオーディオ信号とを合成する合成部と、
前記デジタルフィードバック信号のレベルと前記デジタルオーディオ信号のレベルとの差分に応じて、前記デジタルフィードバック信号のレベルを制御する制御部とを有する信号処理装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記スピーカユニットの低域共振周波数付近における前記デジタルフィードバック信号のレベルと、前記スピーカユニットの低域共振周波数付近における前記デジタルオーディオ信号のレベルとの差分に応じて、前記デジタルフィードバック信号のレベルを制御する請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、所定の期間における前記デジタルフィードバック信号のレベルを平均したレベルと、前記所定の期間における前記デジタルオーディオ信号のレベルを平均したレベルとの差分に応じて、前記デジタルフィードバック信号のレベルを制御する請求項１または２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記デジタルフィードバック信号のレベルと前記デジタルオーディオ信号のレベルとの差分が閾値以上である場合に、前記デジタルフィードバック信号に乗算するゲイン係数が略０になるように、前記ゲイン係数を制御する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記デジタルフィードバック信号のレベルと前記デジタルオーディオ信号のレベルとの差分が閾値以上である場合に、所定の表示がなされる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項６】
スピーカユニットの振動板の動きに対応するデジタルフィードバック信号と、デジタルオーディオ信号とを合成し、
前記デジタルオーディオ信号のレベルと前記デジタルフィードバック信号のレベルとの差分に応じて、前記デジタルフィードバック信号のレベルを制御する信号処理装置における信号処理方法。
【請求項１】
スピーカユニットの振動板の動きに対応するデジタルフィードバック信号と、デジタルオーディオ信号とを合成する合成部と、
前記デジタルフィードバック信号のレベルと前記デジタルオーディオ信号のレベルとの差分に応じて、前記デジタルフィードバック信号のレベルを制御する制御部とを有する信号処理装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記スピーカユニットの低域共振周波数付近における前記デジタルフィードバック信号のレベルと、前記スピーカユニットの低域共振周波数付近における前記デジタルオーディオ信号のレベルとの差分に応じて、前記デジタルフィードバック信号のレベルを制御する請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、所定の期間における前記デジタルフィードバック信号のレベルを平均したレベルと、前記所定の期間における前記デジタルオーディオ信号のレベルを平均したレベルとの差分に応じて、前記デジタルフィードバック信号のレベルを制御する請求項１または２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記デジタルフィードバック信号のレベルと前記デジタルオーディオ信号のレベルとの差分が閾値以上である場合に、前記デジタルフィードバック信号に乗算するゲイン係数が略０になるように、前記ゲイン係数を制御する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記デジタルフィードバック信号のレベルと前記デジタルオーディオ信号のレベルとの差分が閾値以上である場合に、所定の表示がなされる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項６】
スピーカユニットの振動板の動きに対応するデジタルフィードバック信号と、デジタルオーディオ信号とを合成し、
前記デジタルオーディオ信号のレベルと前記デジタルフィードバック信号のレベルとの差分に応じて、前記デジタルフィードバック信号のレベルを制御する信号処理装置における信号処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８６６７５（Ｐ２０１２−１８６６７５Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４８５９５（Ｐ２０１１−４８５９５）
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]