(57)【要約】【課題】  デジタル音声信号を低域、中域および高域のアナログ信号に変換する帯域分割装置を、信号の品位を保ちつつ安価に実現する。【解決手段】  帯域分割処理部５０はデジタル音声信号を、低域、中域および高域のデジタル信号に変換し、加算部５２は低域および高域のデジタル信号を加算してデジタル低高域信号を得る。デジタル中域信号とデジタル低高域信号とは、各々ＤＡ変換器５４，５６においてアナログ信号に変換される。これにより、帯域数「３」よりもＤＡ変換器の数「２」を少なくできるから、相当のコストダウンが実現する。アナログ低高域信号は、ＬＰＦ６０，６４およびＨＰＦ６２によってアナログ低域信号およびアナログ高域信号に分離されるが、相互に隣接しない（中域部分の無い）周波数帯域を分離するアナログフィルタは、安価に実現できるため、これらによるコストアップは軽微である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数帯域を有するデジタル音声信号から、低域の周波数帯域を有し、他の帯域を減衰してなるアナログ低域信号と、該低域よりも高い周波数帯域である中域の周波数帯域を有し、他の帯域を減衰してなるアナログ中域信号と、該中域よりも高い周波数帯域である高域の周波数帯域を有し、他の帯域を減衰してなるアナログ高域信号とを得る帯域分割装置において、
前記デジタル音声信号を、前記中域の周波数帯域を有し、前記低域および高域を減衰させたデジタル中域信号と、前記低域および高域を合わせた周波数帯域を有し、前記中域の周波数帯域を減衰させたデジタル低高域信号とに分離するデジタルフィルタと、
前記デジタル低高域信号をアナログ低高域信号に変換する第１のＤＡ変換器と、
前記デジタル中域信号をアナログ中域信号に変換する第２のＤＡ変換器と、
前記アナログ低高域信号を、前記アナログ低域信号と前記アナログ高域信号とに分離するアナログフィルタと
を有することを特徴とする帯域分割装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に品位の高い音質が要求される電子楽器等に用いて好適な帯域分割装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子楽器、その他の音響機器において特に品位の高い音質が要求される場合には、いわゆるマルチアンプシステムが採用される。すなわち、楽音信号が予め帯域分割され各帯域毎の信号がアンプで増幅された後、各帯域毎のスピーカを介して放音される。ここで、帯域分割のためのフィルタ特性の一例を、後述する実施例に適用される図４を参照し説明しておく。図４においては、楽音信号は低域、中域および高域の３帯域の信号に分割され、低域および中域はクロスオーバ周波数ｆ1においてクロスオーバし、中域および高域はクロスオーバ周波数ｆ2においてクロスオーバしている。そして、楽音信号の帯域に属する何れの周波数においても、その周波数に対する各フィルタのゲインの和はほぼ「０ｄＢ」になるようにフィルタ特性が調節されている。
【０００３】
楽音信号は元々デジタル信号として生成されＤＡ変換器を介してアナログ信号に変換されるため、従来は楽音信号を帯域分割する箇所として、「アナログ段」または「デジタル段」の何れか一方が採用されていた。帯域分割箇所を「アナログ段」にする場合には、まず１個のＤＡ変換器によってデジタル信号がアナログ信号に変換され、該アナログ信号が例えば非特許文献１に開示されているようなチャンネル・デバイダによって帯域分割される。一方、帯域分割箇所を「デジタル段」にする場合には、まずデジタルフィルタによってデジタル信号が帯域分割され、帯域数に等しい数のＤＡ変換器によって各帯域毎のアナログ信号が得られる。従って、図４のように楽音信号を３帯域に分割する場合には、３個のＤＡ変換器が必要になる。このようにデジタル段にて帯域分割を行う技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−５４３９５号公報
【非特許文献１】「Ｆ１０３０  取扱説明書」，ヤマハ株式会社，１９７６年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した各技術においては、以下のような問題があった。
まず、アナログ段において楽音信号を帯域分割する場合には、チャンネル・デバイダを構成するために、精度が高く、かつ、温度変化や経年変化に対して安定度の高い部品や複雑な回路方式を採用する必要があり、コスト面で不利であった。これは、クロスオーバ周波数付近においては、隣接する二の帯域に係る信号に対して、何れの周波数のゲインの和もほぼ「０ｄＢ」に揃えておく必要があり、さらにこれらの位相も揃えておく必要があるためである。
次に、デジタル段において楽音信号を帯域分割する場合には、帯域数に等しい数のＤＡ変換器が必要になる。しかし、特に品位の高い音質が要求される電子楽器等においては、使用されるＤＡ変換器も高品位なものが求められるため、ＤＡ変換器の所要数が多くなると、やはりコスト面で不利になるという問題があった。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、信号の品位を保ちつつ安価に実現できる帯域分割装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明にあっては、下記構成を具備することを特徴とする。なお、括弧内は例示である。
請求項１記載の帯域分割装置にあっては、所定の周波数帯域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）を有するデジタル音声信号から、低域（２０Ｈｚ〜２８０Ｈｚ）の周波数帯域を有し、他の帯域を減衰してなるアナログ低域信号と、該低域よりも高い周波数帯域である中域（２８０Ｈｚ〜４ｋＨｚ）の周波数帯域を有し、他の帯域を減衰してなるアナログ中域信号と、該中域よりも高い周波数帯域である高域（４ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）の周波数帯域を有し、他の帯域を減衰してなるアナログ高域信号とを得る帯域分割装置において、前記デジタル音声信号を、前記中域の周波数帯域を有し、前記低域および高域を減衰させたデジタル中域信号と、前記低域および高域を合わせた周波数帯域を有し、前記中域の周波数帯域を減衰させたデジタル低高域信号とに分離するデジタルフィルタ（５０，５２）と、前記デジタル低高域信号をアナログ低高域信号に変換する第１のＤＡ変換器（５４）と、前記デジタル中域信号をアナログ中域信号に変換する第２のＤＡ変換器（５６）と、前記アナログ低高域信号を、前記アナログ低域信号と前記アナログ高域信号とに分離するアナログフィルタとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
このように、本発明においては、低域および高域を合わせた周波数帯域を有するデジタル低高域信号を生成し、これをアナログ低高域信号に変換するため、ＤＡ変換器の数を減少させることができる。そして、アナログ低高域信号からアナログ低域信号とアナログ高域信号とを分離するフィルタは、簡易な構成で実現できるから、信号の品位を保ちつつ安価に帯域分割装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
1．実施例のハードウエア構成
次に、本発明の一実施例の電子ピアノのハードウエア構成を図１を参照し説明する。
図１において２は演奏操作子であり、鍵盤やペダル等によって構成されており、その操作状態は検出回路４によって検出され通信バス２２を介して出力される。６は制御用操作子であり、各種のスイッチ等から構成されており、その操作状態は検出回路８によって検出され通信バス２２を介して出力される。１０は表示部であり、表示回路１２の制御の下、ユーザに対して各種情報を表示する。１４は楽音合成回路であり、供給された演奏情報に基づいてデジタル信号である楽音信号を合成する。１６は信号処理回路であり、ＤＳＰと、該ＤＳＰ上で動作するマイクロプログラムとによって構成され、楽音合成回路１４から出力された楽音信号に対して、各種イコライジング処理や帯域分割処理などのデジタル信号処理を行う。１８は再生制御回路であり、信号処理回路１６から受信したデジタル信号である楽音信号をアナログ信号に変換し、得られたアナログ楽音信号に対して、ノイズ除去や帯域分割等、アナログ回路によるアナログ信号処理を行う。２０はサウンドシステムであり、再生制御回路１８から受信したアナログの楽音信号のレベル調節を行い、放音する。次に、２４はＣＰＵであり、ＲＯＭ２６に記憶されたプログラムに従って、通信バス２２を介して他の構成要素を制御する。２８はＲＡＭであり、ＣＰＵ２４のワークメモリとして使用される。３２は通信インタフェースであり、ＭＩＤＩ信号等の入出力を行う。
【０００９】
本実施例の電子ピアノにおいては、一のノートオンイベント（発音指示）が発生すると、楽音合成回路１４において４系統の楽音信号が合成され、これら４系統の楽音信号は、電子ピアノの筐体の４箇所に設けられたスピーカシステムを介して、一つの楽音として同時に放音される。４箇所のスピーカシステムは、それぞれ３個のスピーカ（各１個のツイータ、ウーハ、およびスコーカ）から構成されている。スピーカシステムの設置位置は、電子ピアノ筐体の左部、右部、中央前部および中央奥部であり、４系統の楽音信号は、対応するスピーカシステムの設置位置に応じた異なる波形を有している。より具体的には、楽音のモデルとなるアコースティックピアノの筐体の左部、右部、中央前部および中央奥部の４箇所にマイクを設置して楽音信号を録音し、録音された楽音信号に基づいて４系統の波形データが予め作成されている。楽音合成回路１４には、これら波形データが記憶されており、該波形データに基づいて、対応する箇所の楽音信号が各々合成される。楽音合成回路１４および信号処理回路１６においては、デジタルの楽音信号の全周波数帯域は、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚである。以下、楽音合成回路１４において合成され、信号処理回路１６に入力される楽音信号を「ソース楽音信号」と呼ぶことにする。このソース楽音信号には、全周波数帯域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）の周波数成分が含まれ得る。
【００１０】
2．帯域分割処理の詳細
次に、信号処理回路１６および再生制御回路１８において実行される帯域分割処理の詳細を図２を参照し説明する。図２に示す構成は、４箇所のスピーカシステムに対応する４系統の構成のうち１箇所のスピーカシステムに相当する１系統のみの構成である。４系統の全てが同じ構成であるため、これらを代表して、図２に示す１系統のみの構成を説明する。信号処理回路１６は、上述したようにデジタル信号処理を行うものであり、ＤＳＰおよびそのマイクロプログラムによって、帯域分割処理部５０および加算部５２の機能が実現されている。帯域分割処理部５０は、デジタルフィルタ（例えば１次ないし３次のＩＩＲフィルタ）によって構成され、ソース楽音信号を周波数分割する。すなわち、ソース楽音信号から低域周波数の成分を抽出して（中域および高域の成分を除去して）デジタル低域信号を生成し、該ソース楽音信号から中域周波数の成分を抽出して（低域および高域の成分を除去して）デジタル中域信号を生成するとともに、該ソース楽音信号から高域周波数の成分を抽出して（低域および中域の成分を除去して）デジタル高域信号を生成する。つまり、１系統の楽音信号に相当する１つのソース楽音信号から、３つの帯域（低域成分、中域成分、高域成分）のそれぞれに相当する３種類のデジタル信号が生成される。
【００１１】
ここで、「低域」とは、ソース楽音信号の全体の周波数帯域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）を３分割したときの最も低い周波数帯域を指す。また、「高域」とは最も高い周波数帯域を指し、「中域」とは残りの帯域、すなわち低域と高域との間の帯域を指す。ここで、帯域分割のためのフィルタ特性の例を図４に示す。図示の例にあっては、低域および中域はクロスオーバ周波数ｆ1（２８０Ｈｚ）においてクロスオーバし、中域および高域はクロスオーバ周波数ｆ2（４ｋＨｚ）においてクロスオーバしている。上述のように、本実施例において楽音信号の全周波数帯域は「２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ」であり、この全周波数帯域に属する何れの周波数においても、その周波数に対する各フィルタのゲインの和はほぼ「０ｄＢ」になるようにフィルタ特性が調節されている。図２に戻り、５２は加算部であり、デジタル低域信号とデジタル高域信号とを加算することにより、デジタル低高域信号を生成し出力する。以上のようにして、信号処理回路１６からはデジタル低高域信号と、デジタル中域信号とが出力される。すなわち、デジタル低高域信号は、ソース楽音信号に含まれていた全周波数帯域の周波数成分のうち低域成分と高域成分とを含み中域成分を含まない楽音信号であり、デジタル中域信号は、ソース楽音信号に含まれていた全周波数帯域の周波数成分のうち中域成分を含み低域成分と高域成分とを含まない楽音信号である。なお、本明細書で「含まない」という語句は、全く含まないという意味に限られるものではなく、「人間の聴感上では実質的に含まないと認識できる程度に充分に減衰されている」という意味である。
【００１２】
次に、再生制御回路１８の内部において５４，５６はＤＡ変換器であり、デジタル信号をアナログ信号に変換する。より詳細には、ＤＡ変換器５４は、高域成分と低域成分のみを含み、中域成分を含まないデジタル低高域信号を、周波数成分の構成が同じであるアナログ信号、すなわち、高域成分と低域成分のみを含み、中域成分を含まないアナログ低高域信号に変換し、ＤＡ変換器５６は、中域成分のみを含み、高域成分と低域成分とを含まないデジタル中域信号を、周波数成分の構成が同じであるアナログ信号、すなわち、中域成分のみを含み、高域成分と低域成分とを含まないアナログ中域信号に変換する。上述したように、ＤＡ変換器５４，５６の前段までの構成要素（信号処理回路１６内の構成要素）はデジタル信号処理を行うものであったが、ＤＡ変換器５４，５６においてデジタル信号がアナログ信号に変換されるため、ＤＡ変換器５４，５６よりも後段の構成要素で実行される信号処理は、すべてアナログ信号処理である。このように、本実施例においては、ＤＡ変換器は「２」個のみ（５４，５６のみ）設ければよい。なお、一のＬＳＩチップでＤＡ変換器を「２」個内蔵しているものを適用する場合には、そのＬＳＩを「１」チップのみ設ければよい。６０はノイズ除去用のＬＰＦ（ローパスフィルタ）であり、そのカットオフ周波数は３５ｋＨｚである。ここで、ノイズ除去用のＬＰＦ６０を設けておく意義について説明しておく。一般に、ＤＡ変換器においてデジタル信号をアナログ信号に変換すると、楽音信号とは無関係なノイズが発生する。このノイズは、本来は可聴帯域の成分も有しているが、「ノイズ・シェーピング」という手法を用いると、発生するノイズを可聴帯域より高い周波数に追いやることができる。上記ＤＡ変換器５４，５６もこの技術によって、ノイズ成分を３５ｋＨｚ以上の帯域に追いやっている。
【００１３】
このように、ノイズの周波数成分は可聴帯域より高いため、ノイズそのものは人間には聞こえないが、このノイズは人間の聴覚メカニズムを狂わせ、聞こえる楽音が不自然になるような問題を起こす。かかる理由により、特に高品位の楽音が要求される電子楽器等においては、可聴帯域外のノイズを除去するＬＰＦは必須である。６２はＨＰＦ（ハイパスフィルタ）であり、アナログ低高域信号から、低域成分を除外することによって、高域成分のみを含むアナログ高域信号を抽出する。ＨＰＦ６２のカットオフ周波数は１．８ｋＨｚ、すなわち中域（２８０Ｈｚ〜４ｋＨｚ，図４参照）のほぼ中央付近の値に設定されている。また、ＨＰＦ６２は１次のフィルタであり、減衰率の変化は比較的緩いものである。アナログ低高域信号にあっては、元々中域成分が除去されているため、このように中域のほぼ中央付近にカットオフ周波数を設定することができる。当該カットオフ周波数１．８ｋＨｚは、クロスオーバ周波数ｆ1（２８０Ｈｚ）から相当に離れているため、減衰率の変化が緩い１次のフィルタを用いても、低域成分を充分にカットすることができ、簡単・安価な構成でありながら高品位のアナログ高域信号を抽出することができる。ＨＰＦ６２が安価に構成できる理由は、構成が簡単であるということにとどまらず、「バラツキや温度変化が比較的大きい部品が適用できる」という点も、その理由の一つである。ＨＰＦ６２は、要するに２８０Ｈｚ以下の低域信号と、４ｋＨｚ以上の高域信号とを分離できればよく、図４から解るように、「２８０Ｈｚ〜４ｋＨｚの間（つまり中域の範囲内）の周波数成分が除外され、低域成分と高域成分のみを含むアナログ低高域信号」から、高域成分を取り出すためには、カットオフ周波数は、低域成分の最高周波数よりも上で、高域成分の最低周波数よりも下の範囲、つまり中域の範囲内で設定すれば十分である。そのため、カットオフ周波数は正確に１．８ｋＨｚである必要はなく、１．８ｋＨｚから多少増減しても差し支えないため、バラツキや温度変化が比較的大きい安価な部品を適用することができるのである。
【００１４】
次に、６４はＬＰＦであり、そのカットオフ周波数は１．８ｋＨｚである。ＬＰＦ６４は、アナログ低高域信号から帯域外のノイズと高域成分（アナログ高域信号相当）とを除去し、これによってアナログ低域信号を抽出するフィルタになる。換言すれば、必須の構成要素であるノイズ除去用のＬＰＦと、アナログ低高域信号からアナログ低域信号を抽出するためのＬＰＦとを、双方の目的を兼ねるカットオフ周波数を採用することによって一のＬＰＦ６４によって実現している。ＬＰＦ６４も、「２８０Ｈｚ〜４ｋＨｚの間（つまり中域の範囲内）の周波数成分が除外され、低域成分と高域成分のみを含むアナログ低高域信号」から、低域成分を取り出すものであるため、そのカットオフ周波数は、低域成分の最高周波数よりも上で、高域成分の最低周波数よりも下の範囲、つまり中域の範囲内で設定すれば十分である。そのため、上述したＨＰＦ６２と同様に、カットオフ周波数は正確に１．８ｋＨｚである必要はない。６６はＬＰＦであり、ＬＰＦ６０と同様に構成されている。すなわち、そのカットオフ周波数は３５ｋＨｚであり、アナログ中域信号から帯域外のノイズを除去する。アナログ中域信号には、中域の成分しか含まれないため、帯域外のノイズ除去を行うと、その結果は直接的にアンプを介して、中域成分の再生に特化したスピーカ（スコーカ）で出力するための中域成分のみを含んだ信号になる。次に、サウンドシステム２０の内部において７０，７２，７４はアンプであり、各帯域のアナログ信号をそれぞれ増幅するとともにレベル調節する。７６はツイータ、７８はウーハ、８０はスコーカであり、それぞれ高域、低域および中域の音声を放音する。ここで、ＬＰＦ６０，６４およびＨＰＦ６２の回路図を図３に示す。図示のように、これらのフィルタは、何れも１個のオペアンプと、数個の抵抗器およびコンデンサによって構成されている。なお、上述したようにＬＰＦ６６の構成はＬＰＦ６０と同様である。
【００１５】
3．実施例の効果
本実施例の効果を、特許文献１（特開平６−５４３９５号公報）の技術と対比しつつ説明する。特許文献１の技術は、デジタルの楽音信号を３帯域に分割し、これらを「３個」のＤＡ変換器によってアナログ信号に変換するものであるから、「２個」のＤＡ変換器によって実現される上記実施例は、「１個」のＤＡ変換器を削減できる。なお、上記実施例は、加算部５２によって高域信号と低域信号とを加算しているが、加算部５２はＤＳＰ用のマイクロプログラムのステップ数を若干追加すれば実現できるため、製造コストの上昇にはつながらない。また、特許文献１には、ＬＰＦ６０，６４，６６に相当するものは特に記載されていないが、特に高品位の楽音が要求される電子楽器等に適用するのであれば、帯域外のノイズを除去するために、ＬＰＦ６０，６４，６６に相当するものは不可欠である。一方、特許文献１にあっては、低域信号と高域信号とが元々分離されているため、上記実施例のＨＰＦ６２に相当するものは不要である。
【００１６】
結局、製造コストに関係する構成要素について特許文献１の技術と比較すると、上記実施例は「ＤＡ変換器を１個削減できるが、ＨＰＦ６２を１個追加する必要がある」という関係を有している。しかし、上述したように、ＨＰＦ６２はきわめて安価に実現できるのに対して、品位の高い音質を実現するＤＡ変換器は高価であるため、これを１個削減できることは、コストのメリットが非常に大きい。結局、「ＤＡ変換器の１個の削減」と「ＨＰＦ６２の１個の追加」とを総合すると、上記実施例は、特許文献１の技術と比較して、非常に安価な構成で帯域分割装置を実現できることが解る。
【００１７】
4．変形例
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例えば以下のように種々の変形が可能である。
(1)上記実施例においては、信号処理回路１６においてデジタル高域信号とデジタル低域信号とを生成し、加算部５２において両者を加算することによってデジタル低高域信号を得ていた。しかし、デジタル低高域信号を得る方法はこれに限定されるものではなく、デジタル段でソース楽音信号をデジタル低高域信号と、デジタル中域信号とに分けられる手段であればよい。例えばソース楽音信号から中域成分を除去するバンド除去フィルタによってデジタル低高域信号を得るようにしてもよい。
【００１８】
(2)また、上記実施例は、本発明を電子ピアノに適用した例を説明したが、本発明は電子ピアノに限定されるものではなく、帯域毎のマルチアンプシステムを採用する、業務用または家庭用の各種音声信号機器に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例の電子ピアノのブロック図である。
【図２】一実施例における帯域分割処理のアルゴリズムを示すブロック図である。
【図３】ＬＰＦ６０，６４およびＨＰＦ６２の回路図である。
【図４】帯域分割処理部５０のフィルタ特性図である。
【符号の説明】
【００２０】
２：演奏操作子、４：検出回路、６：制御用操作子、８：検出回路、１０：表示部、１２：表示回路、１４：楽音合成回路、１６：信号処理回路、１８：再生制御回路、２０：サウンドシステム、２２：通信バス、２４：ＣＰＵ、２６：ＲＯＭ、２８：ＲＡＭ、３２：通信インタフェース、５０：帯域分割処理部（デジタルフィルタ）、５２：加算部（デジタルフィルタ）、５４：第１のＤＡ変換器、５６：第２のＤＡ変換器、６０，６４，６６：ＬＰＦ、６２：ＨＰＦ、７０，７２，７４：アンプ、７６：ツイータ、７８：ウーハ、８０：スコーカ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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