(57)【要約】【課題】ディジタル音響信号の極大値又は極小値付近のサンプルの値を変更することにより、偶数倍音のみ、または偶数倍音と奇数倍音の両方を生成し、高調波成分を発生させ高音質化を実現する。【解決手段】係数テーブル選択部１０５は、時間的に隣り合う極大値と極小値との間に存在するサンプルの数に応じた値の係数を選択する。高調波発生回路１０６は、極大値のサンプルの時間的に前後に位置する所定数の第１、第２のサンプルの各値と極大値との差分値や、極小値のサンプルの時間的に前後に位置する所定数の第３、第４のサンプルの各値と極小値との差分値を、上記係数と乗算して乗算結果を得た後、第１乃至第４のサンプルのうち乗算結果を得た各サンプルの値に対して、波形傾斜に応じて乗算結果を加算又は減算することでディジタル音響信号に高調波成分を発生させる。【選択図】図１
2010019901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定周期のサンプルの時系列合成信号であるディジタル音響信号の、時間的に前後に隣り合う前記サンプルの値を比較することにより、極大値、極小値を検出する第１のステップと、
時間的に隣り合う前記極大値と前記極小値との間に存在する複数の前記サンプルの値が時間の経過と共に増加傾向にあるか、又は減少傾向にあるかを示す波形傾斜を判別する第２のステップと、
時間的に隣り合う前記極大値と前記極小値との間に存在する前記サンプルの数に応じた値の係数を選択する第３のステップと、
前記極大値のサンプルより時間的に前に隣接する一又は二以上の所定数のサンプルからなる第１のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ後のサンプルとの各サンプル毎の第１の差分値、及び前記極大値のサンプルより時間的に後に隣接する前記所定数のサンプルからなる第２のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ前のサンプルとの各サンプル毎の第２の差分値の少なくともどちらか一方の差分値を算出すると共に、前記極小値のサンプルより時間的に前に隣接する前記所定数のサンプルからなる第３のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ後のサンプルとの各サンプル毎の第３の差分値、及び前記極小値のサンプルより時間的に後に隣接する前記所定数のサンプルからなる第４のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ前のサンプルとの各サンプル毎の第４の差分値の少なくともどちらか一方の差分値とをそれぞれ算出する第４のステップと、
前記第３のステップにより得られた前記係数と、前記第４のステップにより算出された前記差分値とを乗算して乗算結果を得る第５のステップと、
前記第１乃至第４のサンプル群の各サンプルのうち前記乗算結果を得た各サンプルの値に対して、前記第２のステップで判別した前記波形傾斜に応じて、前記乗算結果を加算又は減算することで前記ディジタル音響信号に高調波成分を発生させる第６のステップと
を含むことを特徴とするディジタル音響信号処理方法。
【請求項２】
前記第４のステップは、前記第１及び第４の差分値のみ、又は前記第２及び第３の差分値のみを算出し、
前記第６のステップは、前記第４のステップで前記第１及び第４の差分値のみを算出したときは、前記第１のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果を加算すると共に、前記第４のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果を減算し、前記第４のステップで前記第２及び第３の差分値のみを算出したときは、前記第２のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果を加算すると共に、前記第３のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果を減算することにより、前記ディジタル音響信号に偶数倍音と奇数倍音の両方を含む高調波成分を発生させることを特徴とする請求項１記載のディジタル音響信号処理方法。
【請求項３】
前記第４のステップは、前記第１乃至第４の差分値をそれぞれ算出し、
前記第６のステップは、前記第１及び第３のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果をそれぞれ加算し、かつ、前記第２及び第４のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果をそれぞれ減算する第１の算出方法、又は、前記第１及び第３のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果をそれぞれ減算し、かつ、前記第２及び第４のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果をそれぞれ加算する第２の算出方法により、前記第１乃至第４のサンプル群の各サンプルの値を変更することにより、前記ディジタル音響信号に偶数倍音のみを含む高調波成分を発生させることを特徴とする請求項１記載のディジタル音響信号処理方法。
【請求項４】
一定周期のサンプルの時系列合成信号であるディジタル音響信号の、時間的に前後に隣り合う前記サンプルの値を比較することにより、極大値、極小値を検出する極値検出手段と、
時間的に隣り合う前記極大値と前記極小値との間に存在する複数の前記サンプルの値が時間の経過と共に増加傾向にあるか、又は減少傾向にあるかを示す波形傾斜を判別する波形傾斜判別手段と、
時間的に隣り合う前記極大値と前記極小値との間に存在する前記サンプルの数に応じた値の係数を選択する係数選択手段と、
前記極大値のサンプルより時間的に前に隣接する一又は二以上の所定数のサンプルからなる第１のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ後のサンプルとの各サンプル毎の第１の差分値、及び前記極大値のサンプルより時間的に後に隣接する前記所定数のサンプルからなる第２のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ前のサンプルとの各サンプル毎の第２の差分値の少なくともどちらか一方の差分値を算出すると共に、前記極小値のサンプルより時間的に前に隣接する前記所定数のサンプルからなる第３のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ後のサンプルとの各サンプル毎の第３の差分値、及び前記極小値のサンプルより時間的に後に隣接する前記所定数のサンプルからなる第４のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ前のサンプルとの各サンプル毎の第４の差分値の少なくともどちらか一方の差分値とをそれぞれ算出する差分値算出手段と、
前記係数選択手段により得られた前記係数と、前記差分値算出手段により算出された前記差分値とを乗算して乗算結果を得る乗算手段と、
前記第１乃至第４のサンプル群の各サンプルのうち前記乗算結果を得た各サンプルの値に対して、前記波形傾斜判別手段で判別した前記波形傾斜に応じて、前記乗算結果を加算又は減算することで前記ディジタル音響信号に高調波成分を発生させる高調波発生手段と
を有することを特徴とするディジタル音響信号処理装置。
【請求項５】
前記差分値算出手段は、前記第１及び第４の差分値のみ、又は前記第２及び第３の差分値のみを算出し、
前記高調波発生手段は、前記差分値算出手段で前記第１及び第４の差分値のみを算出したときは、前記第１のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果を加算すると共に、前記第４のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果を減算し、前記差分値算出手段で前記第２及び第３の差分値のみを算出したときは、前記第２のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果を加算すると共に、前記第３のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果を減算することにより、前記ディジタル音響信号に偶数倍音と奇数倍音の両方を含む高調波成分を発生させることを特徴とする請求項４記載のディジタル音響信号処理装置。
【請求項６】
前記差分値算出手段は、前記第１乃至第４の差分値をそれぞれ算出し、
前記高調波発生手段は、前記第１及び第３のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果をそれぞれ加算し、かつ、前記第２及び第４のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果をそれぞれ減算する第１の算出方法、又は、前記第１及び第３のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果をそれぞれ減算し、かつ、前記第２及び第４のサンプル群の各サンプルの値に対して前記乗算結果をそれぞれ加算する第２の算出方法により、前記第１乃至第４のサンプル群の各サンプルの値を変更することにより、前記ディジタル音響信号に偶数倍音のみを含む高調波成分を発生させることを特徴とする請求項４記載のディジタル音響信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディジタル音響信号処理方法及び処理装置に係り、特にディジタル音響信号に対して、高調波成分を発生させ高音質化するディジタル音響信号処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アナログ音響信号をディジタル音響信号に変換する時、変換に用いられるサンプリング周波数によって、ディジタル音響信号の上限周波数がナイキスト周波数までに制限されてしまう。例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）の規格では、アナログ音響信号をサンプリング周波数４４.１［ｋＨｚ］、量子化ビット数１６ビットに変換したディジタル音響信号をＣＤに記録している。このため、ＣＤに記録されているディジタル音響信号の上限周波数はサンプリング周波数の半分であるナイキスト周波数２２.０５［ｋＨｚ］に制限される。このサンプリング周波数に設定するのは、人間の聴覚が一般に約２０［ｋＨｚ］までしか聞き取ることができないため、アナログ音響信号を変換したディジタル音響信号を実用上聞き取ることが可能であるためである。
【０００３】
しかし、アナログ音響信号においては２０［ｋＨｚ］以上の周波数帯域が存在しており、その高音域は、音響信号に豊かな臨場感を与えている。このため、ＣＤに記録されているディジタル音響信号を再生した場合は、ナイキスト周波数２２.０５［ｋＨｚ］以上の高音域が失われているため、豊かな臨場感を再現できない。
【０００４】
そこで、失われた高音域の作成について多くの技術が研究されている。例えば、ディジタル音響信号を時間軸上で波形整形を行い、再生される音響信号の高音質化を実現する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、音響学では、倍音によって音質を変化させることが知られている。倍音については、ヴァイオリンや金管楽器は、基音と偶数・奇数倍音のすべての倍音を含んでおり、クラリネットは基音と奇数倍音とが含まれている。ここで、一般的に基音の偶数倍音は聴感上心地よく感じられ、基音の奇数倍音は聴感上不快な刺激として感じられる。倍音を生成する音響信号処理方法も従来知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特許第３６５９４８９号公報
【特許文献２】特許第２８８８１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載のディジタル音響信号処理方法では、ディジタル音響信号を時間軸上での微細な波形整形を行うことにより、音響信号の高音質化を図っている。すなわち、特許文献１記載のディジタル音響信号処理方法では、ディジタル音響信号の時間軸上の波形の極大値・極小値を変化させ、また、極大値・極小値付近のサンプルの値を極大値・極小値に近づける処理を行っている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載のディジタル音響信号処理方法では、その信号処理の際に副次的に奇数倍音だけが生成されるため、その奇数倍音により処理後のディジタル音響信号が聴感上不快に感じられるという問題がある。このため、特許文献１記載のディジタル音響信号処理方法では、偶数倍音も生成しなければならず、また、楽器には、偶数倍音と奇数倍音両方を含むものがあるため、偶数倍音と奇数倍音の両方を生成する必要もある。
【０００８】
一方、特許文献２記載の音響信号処理方法では、音響信号を正半波・負半波に分離し処理を行うことにより、音響信号に対して倍音を生成している。しかし、この音響信号処理方法は、半波に対してそれぞれの処理を行うことから、処理量の増大を招くという問題がある。
【０００９】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、ディジタル音響信号の極大値又は極小値付近のサンプルの値を変更することにより、偶数倍音のみ、または偶数倍音と奇数倍音の両方を生成し、高調波成分を発生させ高音質化を実現するディジタル音響信号処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明のディジタル音響信号処理方法は、一定周期のサンプルの時系列合成信号であるディジタル音響信号の、時間的に前後に隣り合うサンプルの値を比較することにより、極大値、極小値を検出する第１のステップと、時間的に隣り合う極大値と極小値との間に存在する複数のサンプルの値が時間の経過と共に増加傾向にあるか、又は減少傾向にあるかを示す波形傾斜を判別する第２のステップと、時間的に隣り合う極大値と極小値との間に存在するサンプルの数に応じた値の係数を選択する第３のステップと、極大値のサンプルより時間的に前に隣接する一又は二以上の所定数のサンプルからなる第１のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ後のサンプルとの各サンプル毎の第１の差分値、及び極大値のサンプルより時間的に後に隣接する所定数のサンプルからなる第２のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ前のサンプルとの各サンプル毎の第２の差分値の少なくともどちらか一方の差分値を算出すると共に、極小値のサンプルより時間的に前に隣接する所定数のサンプルからなる第３のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ後のサンプルとの各サンプル毎の第３の差分値、及び極小値のサンプルより時間的に後に隣接する所定数のサンプルからなる第４のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ前のサンプルとの各サンプル毎の第４の差分値の少なくともどちらか一方の差分値とをそれぞれ算出する第４のステップと、第３のステップにより得られた係数と、第４のステップにより算出された差分値とを乗算して乗算結果を得る第５のステップと、第１乃至第４のサンプル群の各サンプルのうち乗算結果を得た各サンプルの値に対して、第２のステップで判別した波形傾斜に応じて、乗算結果を加算又は減算することでディジタル音響信号に高調波成分を発生させる第６のステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
また、上記の目的を達成するため、本発明のディジタル音響信号処理装置は、一定周期のサンプルの時系列合成信号であるディジタル音響信号の、時間的に前後に隣り合うサンプルの値を比較することにより、極大値、極小値を検出する極値検出手段と、時間的に隣り合う極大値と極小値との間に存在する複数のサンプルの値が時間の経過と共に増加傾向にあるか、又は減少傾向にあるかを示す波形傾斜を判別する波形傾斜判別手段と、時間的に隣り合う極大値と極小値との間に存在するサンプルの数に応じた値の係数を選択する係数選択手段と、極大値のサンプルより時間的に前に隣接する一又は二以上の所定数のサンプルからなる第１のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ後のサンプルとの各サンプル毎の第１の差分値、及び極大値のサンプルより時間的に後に隣接する所定数のサンプルからなる第２のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ前のサンプルとの各サンプル毎の第２の差分値の少なくともどちらか一方の差分値を算出すると共に、極小値のサンプルより時間的に前に隣接する所定数のサンプルからなる第３のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ後のサンプルとの各サンプル毎の第３の差分値、及び極小値のサンプルより時間的に後に隣接する所定数のサンプルからなる第４のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ前のサンプルとの各サンプル毎の第４の差分値の少なくともどちらか一方の差分値とをそれぞれ算出する差分値算出手段と、係数選択手段により得られた係数と、差分値算出手段により算出された差分値とを乗算して乗算結果を得る乗算手段と、第１乃至第４のサンプル群の各サンプルのうち乗算結果を得た各サンプルの値に対して、波形傾斜判別手段で判別した波形傾斜に応じて、乗算結果を加算又は減算することでディジタル音響信号に高調波成分を発生させる高調波発生手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ディジタル音響信号の極大値又は極小値付近のサンプルの値を変更することにより、偶数倍音のみ、または偶数倍音と奇数倍音の両方を生成し、高調波成分を発生させることができ、これによりディジタル音響信号を高音質化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明になるディジタル音響信号処理装置の一実施の形態のブロック図を示す。この実施の形態のディジタル音響信号処理装置１００は、ディジタル音響信号の極大値を検出する極大値検出部１０１と、ディジタル音響信号の極小値を検出する極小値検出部１０２と、極大値と極小値との間の波形の傾斜を判別する波形傾斜判別部１０３と、極大値と極小値との間のサンプル数を検出するカウンタ１０４と、カウンタ１０４の値に基づいて係数テーブルを参照して係数を選択する係数テーブル選択部１０５と、高調波を発生する高調波発生回路１０６とを有する。
【００１５】
図２は、極大値検出部１０１及び極小値検出部１０２に入力される処理対象のディジタル音響信号の一例を示す。図２において、実線で示す正弦波のアナログ音響信号を変換して得られたディジタル音響信号の各サンプルを白四角で示す（後述する図４、図５も同様）。図２の縦軸は信号レベルを示し、例えば量子化ビット数１６ビットのアナログ音響信号の場合、最小値が−３２７６８、最大値は３２７６７である。また、図２の横軸は時間軸を示す。図２に示すように、ディジタル音響信号は、各サンプルの時間間隔（サンプル周期）がサンプリング周波数の逆数の一定値であり、一定周期のサンプルの時系列合成信号である。
【００１６】
次に、図１の実施の形態の動作について、図３のフローチャートを併せ参照して説明する。ディジタル音響信号処理装置１００は、まず、処理対象のディジタル音響信号の極大値と極小値をそれぞれ極大値検出部１０１及び極小値検出部１０２にて検出する（ステップＳ１）。すなわち、極大値検出部１０１は、入力されたディジタル音響信号の各サンプルにおいて、現在のサンプルより一つ前のサンプルの値から二つ前のサンプルの値を差し引いた差分が正であり、かつ、現在のサンプルの値から一つ前のサンプルの値を差し引いた差分が負であるときに、一つ前のサンプルの値を極大値として検出する。
【００１７】
また、極小値検出部１０２は、入力されたディジタル音響信号の各サンプルにおいて、現在のサンプルより一つ前のサンプルの値から二つ前のサンプルの値を差し引いた差分が負であり、かつ、現在のサンプルの値から一つ前のサンプルの値を差し引いた差分が正であるときに、一つ前のサンプルの値を極小値として検出する。図２の場合、Ｐ１、Ｐ３が極大値のサンプル、Ｐ２、Ｐ４が極小値のサンプルである。
【００１８】
次に、ディジタル音響信号処理装置１００は、波形傾斜判別部１０３において、時間的に隣り合う極大値と極小値との間に存在する複数のサンプルの値が時間の経過と共に増加傾向にあるか、又は減少傾向にあるかを示す波形傾斜を判別する（ステップＳ２）。
【００１９】
すなわち、波形傾斜判別部１０３は、極大値検出部１０１で検出した極大値と、極小値検出部１０２で検出した極小値との間に存在するサンプル数を数える際、数え始めの値が極大値であれば、極大値と極小値間に存在する各サンプルの値が時間の経過と共に漸次小さくなる傾向にあり（これを、波形傾斜が減少傾向にあるというものとする）、数え始めの値が極小値であれば、極大値と極小値間に存在する各サンプルの値が時間の経過と共に漸次大きくなる傾向である（これを、波形傾斜が増加傾向にあるというものとする）と判別する。よって、波形傾斜判別部１０３は、サンプル数を数える際に使用する始点のサンプルが極大値か極小値であるかにより波形の傾斜を判断する。
【００２０】
次に、ディジタル音響信号処理装置１００は、カウンタ１０４及び係数テーブル選択部１０５により、時間的に隣り合う極大値と極小値との間に存在するサンプルの数に応じた値の係数を選択する（ステップＳ３）。このステップＳ３において、カウンタ１０４は、極大値検出部１０１で検出した極大値のサンプルの場所から、次に極小値検出部１０２で検出する極小値のサンプルの場所までのサンプル数を計数する。また、カウンタ１０４は、極小値検出部１０２で検出した極小値のサンプルの場所から、次に極大値検出部１０１で検出する極大値のサンプルの場所までのサンプル数も計数する。
【００２１】
係数テーブル選択部１０５は、予め保持している係数テーブルを、カウンタ１０４で計数したサンプル数で参照して、そのサンプル数に対応した係数を選択する。この係数テーブル選択部１０５が選択する係数は、上記のサンプル数（これは、極大値と極小値間のサンプル間隔、又は極小値と極大値間のサンプル間隔に対応する）が大きい場合は、極大値や極小値付近のサンプルの値をあまり変化させないような値に設定されている。極大値又は極小値付近の各サンプルの値の差分に対して、選択した係数の値で割った値が、サンプル値の変化量を示す。
【００２２】
次に、ディジタル音響信号処理装置１００は、高調波発生回路１０６において、極大値のサンプルより時間的に前に隣接する一又は二以上の所定数のサンプルからなる第１のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ後のサンプルとの各サンプル毎の第１の差分値、及び極大値のサンプルより時間的に後に隣接する所定数のサンプルからなる第２のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ前のサンプルとの各サンプル毎の第２の差分値の少なくともどちらか一方の差分値を算出すると共に、極小値のサンプルより時間的に前に隣接する所定数のサンプルからなる第３のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ後のサンプルとの各サンプル毎の第３の差分値、及び極小値のサンプルより時間的に後に隣接する所定数のサンプルからなる第４のサンプル群において各サンプルとそのサンプルより時間的に１つ前のサンプルとの各サンプル毎の第４の差分値の少なくともどちらか一方の差分値とをそれぞれ算出する (ステップＳ４)。
【００２３】
そして、高調波発生回路１０６は、係数テーブル選択部１０５により選択された係数と、ステップＳ４により算出された差分値とを乗算して乗算結果を得た後（ステップＳ５）、上記の第１乃至第４のサンプルのうち乗算結果を得た各サンプルの値に対して、波形傾斜判別部１０３で判別した波形傾斜に応じて、乗算結果を加算又は減算することでディジタル音響信号に高調波成分を発生させる（ステップＳ６）。
【００２４】
すなわち、高調波発生回路１０６は、波形傾斜判別部１０３において求めた極大値と極小値間に存在する各サンプルの波形傾斜の情報と、係数テーブル選択部１０５から取り出した係数とを使用し、倍音を発生させるための波形整形を行う。高調波発生回路１０６は、波形傾斜判別部１０３により得られた波形傾斜の判別結果に応じて、波形整形する処理を変更することにより、偶数倍音のみの生成、又は偶数倍音と奇数倍音の両方の生成を行うことができる。高調波発生回路１０６により得られた波形整形後のディジタル音響信号がディジタル音響信号処理装置１００の外部へ出力される。
【００２５】
次に、高調波発生回路１０６により偶数倍音と奇数倍音の両方を生成する波形整形を行う場合の動作について、図４の波形図を併せ参照して詳細に説明する。
【００２６】
図４（Ａ）は、波形傾斜が減少傾向である各サンプルのうち、所定のサンプルに対して波形整形を行い、波形傾斜が増加傾向である各サンプルに対しては波形整形を行わないことで偶数倍音と奇数倍音の両方を生成する波形図を示す。
【００２７】
高調波発生回路１０６は、図４（Ａ）において、極大値のサンプルＰ１と時間的に一つ後（未来）にあるサンプルＸ２の各値の第１の差分を求め、極大値のサンプルＰ１と極小値のサンプルＰ２との間の波形傾斜が減少傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ａ２に応じた係数を第１の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ２の値に加算して、新たなサンプルＸ２の値とする。同様に、高調波発生回路１０６は、図４（Ａ）において、極大値のサンプルＰ３と時間的に一つ後（未来）にあるサンプルＸ６の各値の第２の差分を求め、極大値のサンプルＰ３と極小値のサンプルＰ４との間の波形傾斜が減少傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ａ４に応じた係数を第２の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ６の値に加算して新たなサンプルＸ６の値とする。
【００２８】
また、高調波発生回路１０６は、図４（Ａ）において、極小値のサンプルＰ２と時間的に一つ前（過去）にあるサンプルＸ３の各値の第３の差分を求め、極大値のサンプルＰ１と極小値のサンプルＰ２との間の波形傾斜が減少傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ａ２に応じた係数を第３の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ３の値から減算して新たなサンプルＸ３の値とする。同様に、高調波発生回路１０６は、図４（Ａ）において、極小値のサンプルＰ４と時間的に一つ前（過去）にあるサンプルＸ７の各値の第４の差分を求め、極大値のサンプルＰ３と極小値のサンプルＰ４との間の波形傾斜が減少傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ａ４に応じた係数を第４の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ７の値から減算して新たなサンプルＸ７の値とする。
【００２９】
これにより、高調波発生回路１０６により波形整形されたディジタル音響信号をアナログ音響信号に変換した場合の波形の傾斜は図４（Ａ）の実線から点線に示すように変化し、より鋸波に近い波形となる。鋸波に近いほど、偶数倍音と奇数倍音の両方が増加することが知られており、図４（Ａ）の点線に示すような波形とする波形整形により、偶数倍音と奇数倍音の両方が生成される。
【００３０】
図４（Ｂ）は、波形傾斜が増加傾向である各サンプルのうち、所定のサンプルに対して波形整形を行い、波形傾斜が減少傾向である各サンプルに対しては波形整形を行わないことで偶数倍音と奇数倍音の両方を生成する波形図を示す。
【００３１】
高調波発生回路１０６は、図４（Ｂ）において、極大値のサンプルＰ１と時間的に一つ前（過去）にあるサンプルＸ１の各値の第１の差分を求め、極小値のサンプルＰ０と極大値のサンプルＰ１との間の波形傾斜が増加傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ｂ１に応じた係数を第１の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ１の値に加算して、新たなサンプルＸ１の値とする。同様に、高調波発生回路１０６は、図４（Ｂ）において、極大値のサンプルＰ３と時間的に一つ前（過去）にあるサンプルＸ５の各値の第２の差分を求め、極小値のサンプルＰ２と極大値のサンプルＰ３との間の波形傾斜が増加傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ｂ３に応じた係数を第２の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ５の値に加算して新たなサンプルＸ５の値とする。
【００３２】
また、高調波発生回路１０６は、図４（Ｂ）において、極小値のサンプルＰ０と時間的に一つ後（未来）にあるサンプルＸ０の各値の第３の差分を求め、極小値のサンプルＰ０と極大値のサンプルＰ１との間の波形傾斜が増加傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ｂ１に応じた係数を第３の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ０の値から減算して新たなサンプルＸ０の値とする。同様に、高調波発生回路１０６は、図４（Ｂ）において、極小値のサンプルＰ２と時間的に一つ後（未来）にあるサンプルＸ４の各値の第４の差分を求め、極小値のサンプルＰ２と極大値のサンプルＰ３との間の波形傾斜が増加傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ｂ３に応じた係数を第４の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ４の値から減算して新たなサンプルＸ４の値とする。
【００３３】
これにより、高調波発生回路１０６により波形整形されたディジタル音響信号をアナログ音響信号に変換した場合の波形の傾斜は図４（Ｂ）の実線から点線に示すように変化し、より鋸波に近い波形となり、偶数倍音と奇数倍音の両方が生成される。
【００３４】
このように、高調波発生回路１０６により、図４（Ａ）又は図４（Ｂ）に点線で示す波形整形を行うことにより、偶数倍音と奇数倍音の両方が生成・付加されたディジタル音響信号が取り出される。
【００３５】
なお、図４（Ａ）、（Ｂ）では、極大値・極小値付近の１サンプルについて波形整形を行っているが、複数のサンプルについて、図４（Ａ）、（Ｂ）と同様の波形整形を行うことでも偶数倍音と奇数倍音が生成される。例えば、図４（Ａ）の場合は、極大値のサンプルＰ１より時間的に後に隣接する例えば２つのサンプルＸ２及びＸ８からなるサンプル群において、サンプルＸ２の値とそのサンプルＸ２より時間的に１つ前のサンプルＰ１の極大値との差分値と、サンプルＸ８の値とそのサンプルＸ８より時間的に１つ前のサンプルＸ２の値との差分値をそれぞれ算出する。極大値のサンプルＰ３より時間的に後に隣接する例えば２つのサンプルＸ６及びＸ１０からなるサンプル群においても、上記と同様に、サンプルＸ６と時間的に１つ前のサンプルＰ３の各値の差分値と、サンプルＸ１０と時間的に１つ前のサンプルＸ６の各値の差分値を算出する。
【００３６】
また、極小値のサンプルＰ２より時間的に前に隣接する例えば２つのサンプルＸ３及びＸ９からなるサンプル群において、サンプルＸ３の値とそのサンプルＸ３より時間的に１つ後のサンプルＰ２の極小値との差分値と、サンプルＸ９の値とそのサンプルＸ９より時間的に１つ後のサンプルＸ３の値との差分値をそれぞれ算出する。極小値のサンプルＰ４より時間的に前に隣接する例えば２つのサンプルＸ７及びＸ１１からなるサンプル群においても、上記と同様に、各サンプルＸ７と時間的に１つ後のサンプルＰ４の各値の差分値と、サンプルＸ１１と時間的に１つ後のサンプルＸ７の各値の差分値を算出する。そして、高調波発生回路１０６は、これらの差分値の絶対値を選択した係数と乗算した後、その乗算結果を元のサンプル値に加算又は減算する。
【００３７】
図４（Ｂ）の場合は、極小値のサンプルＰ０より時間的に後に隣接する例えば２つのサンプルＸ０及びＸ１２からなるサンプル群において、サンプルＸ０の値とそのサンプルＸ０より時間的に１つ前のサンプルＰ０の極小値との差分値と、サンプルＸ１２の値とそのサンプルＸ１２より時間的に１つ前のサンプルＸ０の値との差分値をそれぞれ算出する。極小値のサンプルＰ２より時間的に後に隣接する例えば２つのサンプルＸ４及びＸ１４からなるサンプル群においても、上記と同様に、サンプルＸ４と時間的に１つ前のサンプルＰ２の各値の差分値と、サンプルＸ１４と時間的に１つ前のサンプルＸ４の各値の差分値を算出する。
【００３８】
また、極大値のサンプルＰ１より時間的に前に隣接する例えば２つのサンプルＸ１及びＸ１３からなるサンプル群において、サンプルＸ１の値とそのサンプルＸ１より時間的に１つ後のサンプルＰ１の極大値との差分値と、サンプルＸ１３の値とそのサンプルＸ１３より時間的に１つ後のサンプルＸ１の値との差分値をそれぞれ算出する。極大値のサンプルＰ３より時間的に前に隣接する例えば２つのサンプルＸ５及びＸ１５からなるサンプル群においても、上記と同様に、各サンプルＸ５と時間的に１つ後のサンプルＰ３の各値の差分値と、サンプルＸ１５と時間的に１つ後のサンプルＸ５の各値の差分値を算出する。そして、高調波発生回路１０６は、これらの差分値の絶対値を選択した係数と乗算した後、その乗算結果を元のサンプル値に加算又は減算する。
【００３９】
次に、高調波発生回路１０６により偶数倍音のみを生成する波形整形を行う場合の動作について、図５の波形図を併せ参照して詳細に説明する。
【００４０】
図５（Ａ）は、波形傾斜が減少傾向である各サンプルのうちの所定のサンプルと、波形傾斜が増加傾向である各サンプルのうちの所定のサンプルに対してそれぞれ波形整形を行うことで、偶数倍音のみを生成する波形図を示す。ただし、図５（Ａ）では、波形傾斜が増加傾向である各サンプルのうち、極大値に隣接するサンプルに対しては、元のサンプルの値を減少させる波形整形を行い、かつ、極小値に隣接するサンプルに対しては、元のサンプルの値を増加させる波形整形を行う。また、波形傾斜が減少傾向である各サンプルのうち、極大値に隣接するサンプルに対しては、元のサンプルの値を増加させる波形整形を行い、かつ、極小値に隣接するサンプルに対しては、元のサンプルの値を減少させる波形整形を行う。
【００４１】
すなわち、高調波発生回路１０６は、図５（Ａ）において、極大値のサンプルＰ１と時間的に一つ前（過去）にあるサンプルＸ１の各値の第１の差分を求め、極小値のサンプルＰ０と極大値のサンプルＰ１との間の波形傾斜が増加傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ａ１に応じた係数を第１の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ１の値から減算して、新たなサンプルＸ１の値とする。また、高調波発生回路１０６は、図５（Ａ）において、極大値のサンプルＰ１と時間的に一つ後（未来）にあるサンプルＸ２の各値の第２の差分を求め、極大値のサンプルＰ１と極小値のサンプルＰ２との間の波形傾斜が減少傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ａ２に応じた係数を第２の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ２の値に加算して、新たなサンプルＸ２の値とする。
【００４２】
図５（Ａ）に示す極大値のサンプルＰ３の場合も上記と同様に、極大値のサンプルＰ３と時間的に一つ前（過去）にあるサンプルＸ５の各値の第１の差分を求め、極小値のサンプルＰ２と極大値のサンプルＰ３との間の波形傾斜が増加傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ａ３に応じた係数を第１の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ５の値から減算して、新たなサンプルＸ５の値とする。また、高調波発生回路１０６は、図５（Ａ）において、極大値のサンプルＰ３と時間的に一つ後（未来）にあるサンプルＸ６の値を、サンプルＰ３とサンプルＸ６の各値の第２の差分を求め、極大値のサンプルＰ３と極小値のサンプルＰ４との間の波形傾斜が減少傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ａ４に応じた係数を第２の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ６の値に加算して、新たなサンプルＸ６の値とする。
【００４３】
また、高調波発生回路１０６は、図５（Ａ）において、極小値のサンプルＰ０と時間的に一つ後（未来）にあるサンプルＸ０の各値の第３の差分を求め、前記の波形傾斜が増加傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ａ１に応じた係数を第３の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ０の値に加算して、新たなサンプルＸ０の値とする。同様に、高調波発生回路１０６は、図５（Ａ）において、極小値のサンプルＰ２と時間的に一つ後（未来）にあるサンプルＸ４の各値の第３の差分を求め、前記の波形傾斜が増加傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ａ３に応じた係数を第３の差分の絶対値に乗算し、その乗算した値をサンプルＸ４の値に加算して、新たなサンプルＸ４の値とする。
【００４４】
また、高調波発生回路１０６は、図５（Ａ）において、極小値のサンプルＰ２と時間的に一つ前（過去）にあるサンプルＸ３の各値の第４の差分を求め、前記の波形傾斜が減少傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ａ２に応じた係数を第４の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ３の値から減算して、新たなサンプルＸ３の値とする。同様に、高調波発生回路１０６は、図５（Ａ）において、極小値のサンプルＰ４と時間的に一つ後（未来）にあるサンプルＸ７の各値の第４の差分を求め、前記の波形傾斜が減少傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ａ４に応じた係数を第４の差分の絶対値に乗算し、その乗算した値をサンプルＸ７の値から減算して、新たなサンプルＸ７の値とする。
【００４５】
これにより、高調波発生回路１０６により波形整形されたディジタル音響信号をアナログ音響信号に変換した場合の波形の傾斜は図５（Ａ）の実線から点線に示すように変化する。この点線で示す波形は、基音に対して偶数倍音を付加した波形の周波数エネルギーの分布から得られた波形に近付いた波形である。従って、高調波発生回路１０６からは、波形整形により偶数倍音のみが生成されたディジタル音響信号が出力される。
【００４６】
また、高調波発生回路１０６は、図５（Ｂ）に点線で示す波形整形を行って偶数倍音のみを生成することもできる。図５（Ｂ）は、波形傾斜が減少傾向である各サンプルのうちの所定のサンプルと、波形傾斜が増加傾向である各サンプルのうちの所定のサンプルに対してそれぞれ波形整形を行うことで、偶数倍音のみを生成する波形図を示す。ただし、図５（Ｂ）では、波形傾斜が増加傾向である各サンプルのうち、極大値に隣接するサンプルに対しては、元のサンプルの値を増加させる波形整形を行い、かつ、極小値に隣接するサンプルに対しては、元のサンプルの値を減少させる波形整形を行う。また、波形傾斜が減少傾向である各サンプルのうち、極大値に隣接するサンプルに対しては、元のサンプルの値を減少させる波形整形を行い、かつ、極小値に隣接するサンプルに対しては、元のサンプルの値を増加させる波形整形を行う。
【００４７】
この場合、高調波発生回路１０６は、図５（Ｂ）において、極大値のサンプルＰ１と時間的に一つ前（過去）にあるサンプルＸ１の各値の第１の差分を求め、極小値のサンプルＰ０と極大値のサンプルＰ１との間の波形傾斜が増加傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ｂ１に応じた係数を第１の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ１の値に加算して、新たなサンプルＸ１の値とする。また、高調波発生回路１０６は、図５（Ｂ）において、極大値のサンプルＰ１と時間的に一つ後（未来）にあるサンプルＸ２の各値の第２の差分を求め、極大値のサンプルＰ１と極小値のサンプルＰ２との間の波形傾斜が減少傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ｂ２に応じた係数を第２の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ２の値から減算して、新たなサンプルＸ２の値とする。
【００４８】
図５（Ｂ）に示す極大値のサンプルＰ３の場合も上記と同様に、極大値のサンプルＰ３と時間的に一つ前（過去）にあるサンプルＸ５の各値の第１の差分を求め、極小値のサンプルＰ２と極大値のサンプルＰ３との間の波形傾斜が増加傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ｂ３に応じた係数を第１の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ５の値に加算して、新たなサンプルＸ５の値とする。また、高調波発生回路１０６は、図５（Ｂ）において、極大値のサンプルＰ３と時間的に一つ後（未来）にあるサンプルＸ６の各値の第２の差分を求め、極大値のサンプルＰ３と極小値のサンプルＰ４との間の波形傾斜が減少傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ｂ４に応じた係数を第２の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ６の値から減算して、新たなサンプルＸ６の値とする。
【００４９】
また、高調波発生回路１０６は、図５（Ｂ）において、極小値のサンプルＰ０と時間的に一つ後（未来）にあるサンプルＸ０の各値の第３の差分を求め、前記の波形傾斜が増加傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ｂ１に応じた係数を第３の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ０の値から減算して、新たなサンプルＸ０の値とする。また、高調波発生回路１０６は、図５（Ｂ）において、極小値のサンプルＰ２と時間的に一つ後（未来）にあるサンプルＸ４の各値の第３の差分を求め、前記の波形傾斜が増加傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ｂ３に応じた係数を第２の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ４の値から減算して、新たなサンプルＸ４の値とする。
【００５０】
また、高調波発生回路１０６は、図５（Ｂ）において、極小値のサンプルＰ２と時間的に一つ前（過去）にあるサンプルＸ３の各値の第４の差分を求め、前記の波形傾斜が減少傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ｂ２に応じた係数を第４の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ３の値に加算して、新たなサンプルＸ３の値とする。また、高調波発生回路１０６は、図５（Ｂ）において、極小値のサンプルＰ４と時間的に一つ前（過去）にあるサンプルＸ７の各値の第４の差分を求め、前記の波形傾斜が減少傾向にあるサンプル数（又はサンプル間隔）Ｂ４に応じた係数を第４の差分の絶対値と乗算し、その乗算した値をサンプルＸ７の値に加算して、新たなサンプルＸ7の値とする。
【００５１】
これにより、高調波発生回路１０６により波形整形されたディジタル音響信号をアナログ音響信号に変換した場合の波形の傾斜は図５（Ｂ）の実線から点線に示すように変化する。この点線で示す波形は、基音に対して偶数倍音を付加した波形の周波数エネルギーの分布から得られた波形に近付いた波形である。従って、高調波発生回路１０６からは、波形整形により偶数倍音のみが生成されたディジタル音響信号が出力される。
【００５２】
なお、図５（Ａ）、（Ｂ）では、極大値・極小値付近の１サンプルについて波形整形を行っているが、複数のサンプルについて、図５（Ａ）、（Ｂ）と同様の波形整形を行うことでも偶数倍音のみが生成される。この場合も、図４（Ａ）、（Ｂ）で説明したように、極大値、極小値のサンプルに対して時間的に後又は前に隣接する複数のサンプルからなるサンプル群を構成する各サンプル毎にそのサンプルより時間的に１つ前、又は１つ後のサンプルの各値の差分値を算出する。そして、これらの差分値の絶対値を選択した係数と乗算した後、その乗算結果を元のサンプル値に加算又は減算する。
【００５３】
以上のように、本実施の形態によれば、ディジタル音響信号の極大値と極小値とを検出し、隣り合う極大値と極小値との間のサンプル数（サンプル間隔）に応じた係数を極大値又は極小値とその付近のサンプルの値との差分値に乗算して得られた乗算結果を、極大値又は極小値の付近のサンプルの値に加算又は減算することで、ディジタル音響信号の時間軸上での波形整形を行い、これにより、偶数倍音のみ、又は偶数倍音・奇数倍音の両方を生成し、可聴周波数帯域の上限周波数以上の高調波成分をディジタル音響信号に付加することができ、これによりディジタル音響信号を高音質化することができる。
【００５４】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、以上の実施の形態のディジタル音響信号処理を、ハードウェアで実現する場合に限らず、パーソナルコンピュータ等で動作するソフトウェアで実現するコンピュータプログラムも本発明に含む。この場合、コンピュータプログラムは、記録されている記録媒体からコンピュータに取り込まれてもよいし、ネットワークを介して配信されてコンピュータにダウンロードされるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明のディジタル音響信号処理装置の一実施の形態のブロック図である。
【図２】ディジタル音響信号の波形の一例を示す図である。
【図３】本発明のディジタル音響信号処理方法の一実施の形態のフローチャートである。
【図４】図１のディジタル音響信号処理装置にて、偶数倍音と奇数倍音の両方を生成させる波形整形を行う場合の一例の説明用波形図である。
【図５】図１のディジタル音響信号処理装置にて、偶数倍音のみを生成させる波形整形を行う場合の一例の説明用波形図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００  ディジタル音響信号処理装置
１０１  極大値検出部
１０２  極小値検出部
１０３  波形傾斜判別部
１０４  カウンタ
１０５  係数テーブル選択部
１０６  高調波発生回路
【図１】
2010019901.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010019901.tif 000005
【図４】
2010019901.tif 000006
【図５】
2010019901.tif 000007