[发明专利]频率特性变形装置

说明书

技术领域

本发明涉及改善声音信号再生中的失真、破音的信号处理技术。

背景技术

在用扬声器再生音乐、播音等声音信号的扬声器再生系统中，音质有时由于失真、破音而变差。失真、破音的原因大致分为2个。第一是向扬声器的输入信号发生了失真的情形，第二是即使输入信号未失真但由于超过扬声器的再生界限而发生失真、破音的情形。

关于第一情形，能够如以下那样说明。在最近的声音信号再生系统中，通过数字处理来校正频率特性或者调整音量的装置正在增加。在频率特性的校正中，例如如果使高频分量增强10dB，则有数字信号以-10dBFS以上的音量值而饱和的可能性。另外，0dBFS表示数字信号的最大振幅值。因此，在大音量时再生声音数字性地发生失真，导致音质变差。图2示出其情况。

在图2中，纵轴表示数字信号的振幅强度，横轴表示频率。另外，用灰色来表示信号饱和而发生破音的区域，用粗线表示其边界。201、202、203表示频率特性被校正了的数字声音信号的频率特性的一个例子，201是音量值小时的特性、202是音量值为中等程度时的特性、203是音量值大时的特性。在201、202的音量值中，声音信号不超过0dBFS，所以不发生破音，能够以本来的音质来享受。但是，如果如203那样提高音量，则高频分量的一部分信号强度超过0dBFS，数字性地饱和。如果信号饱和，则发生失真、破音而音质变差。

这样，如果想要以大音量来再生频率特性被校正了的数字信号，则存在特定的频率分量超过成为数字信号的最大振幅值的0dBFS的情形，所以由此信号饱和而发生失真、破音。

接下来，说明第二情形、即由于超过扬声器的再生界限而发生失真、破音的情形。

在扬声器再生中，有扬声器的振动板能够振动的最大的位移幅度，如果输入了超过最大的位移幅度那样的信号，则扬声器振动板无法良好地振动，而发生失真、破音。此处，扬声器振动板的位移幅度依赖于输入信号的频率。图3示出其关系。图3示出不使电压(V)变化而仅使信号的频率变化从而输入到扬声器时的扬声器振动板的位移幅度。另外，在图3中，实际上由于表示扬声器的制动程度的Q值等的差异，F0附近的特性比图3更凸起或者平滑，但大致的倾向不变化。另外，由于对于位移幅度的特性与图3所示的特性不同的扬声器也能够应用本发明，所以为了便于说明，将扬声器振动板的位移幅度的特性看作图3而进行以下的说明。

在图3中，扬声器振动板的位移幅度在比F0(扬声器的最低共振频率)低的频率分量中成为大致恒定值，在比F0高的频率分量中，位移幅度以大致-12dB/oct的斜率而减少。这表示，在将F0附近以下的低的频率分量输入到扬声器时，相比于输入高的频率分量，扬声器振动板以更大的位移幅度进行振动。因此，如果将包含大量的低的频率分量的信号输入到扬声器，并提高其电压，则在某个电压以上会超过振动板的最大位移幅度。即，可以说越是包含大量的低的频率分量的信号，另外越提高电压，越易于超过扬声器的再生界限。图4示出其情况。

在图4中，纵轴表示信号的振幅强度，横轴表示频率。另外，用灰色来表示超过扬声器振动板的位移界限而发生破音的区域，用粗线来表示其边界。此处，图4的特性是针对声音信号的振幅值的特性，所以与图3所示的扬声器的位移幅度的特性不同，扬声器振动板的位移界限成为+12dB/oct的斜率。

另外，401、402、403表示由扬声器再生的声音信号的频率特性，特别是设想包含大量的低频分量的情形。401是音量值小时的特性、402是音量值为中等程度时的特性、403是音量值大时的频率特性。在如401那样以小的音量值进行再生的部分中，即使是包含大量的低频分量的声音信号，也不会超过扬声器振动板的最大位移幅度，所以不发生破音，能够以本来的音质来享受。但是，如果如402、403那样提高音量，则会超过扬声器振动板的最大位移幅度，所以发生失真、破音而音质变差。

这样，如果输入了超过振动板的最大位移幅度那样的信号，则振动板无法良好地振动而发生失真、破音。

失真、破音是在本来的声音信号中未包含的音，所以成为想要享受音乐时造成妨碍的大的要因。