(57)【要約】【課題】１つのＩＩＲフィルタでＬＰＦと残響音処理を実現すること。【解決手段】ＩＩＲ１０は、フィードフォワード部とフィードバック部とを備え、フィードフォワード部をＬＰＦ３０として使用し、フィードバック部をＦＩＲフィルタを使用した残響音生成処理よりも出力を小さく設計するようにした残響音生成部４０として使用する。【選択図】図１
2010213135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に対して演算を施して出力信号を算出するデジタルフィルタを含む音質調整装置であって、
前記入力信号を所定周期分遅延させ、当該遅延させた入力信号に対して所定の係数を乗算させて加算するフィードフォワード部と、
前記出力信号を所定周期分遅延させ、当該遅延させた出力信号に対して所定の係数を乗算させて加算するフィードバック部と、
を備え、
前記フィードフォワード部と前記フィードバック部のうち、一方を前記入力信号の所定帯域の周波数成分を減衰させる周波数フィルタとし、他方を入力信号に対応する残響音を生成する残響音生成部とすることを特徴とする音質調整装置。
【請求項２】
前記フィードフォワード部をＦＩＲ型の周波数フィルタとし、前記フィードバック部を残響音生成部とすることを特徴とする請求項１に記載の音質調整装置。
【請求項３】
前記周波数フィルタは、移動平均法によってフィルタ設計されたローパスフィルタであることを特徴とする請求項２に記載の音質調整装置。
【請求項４】
前記フィードフォワード部を残響音生成部とし、前記フィードバック部を周波数フィルタとすることを特徴とする請求項１に記載の音質調整装置。
【請求項５】
前記周波数フィルタは、後進差分法によってフィルタ設計されたローパスフィルタであることを特徴とする請求項４に記載の音質調整装置。
【請求項６】
前記デジタルフィルタは、２次のＩＩＲ型フィルタであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の音質調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルフィルタを用いた音質調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、音質調整装置においては、音質調整用のデジタルフィルタが用いられている。デジタルフィルタは、フィルタ特性をソフトウェア処理によって容易に調整することができ、アナログフィルタに比べて多くの利点がある。
【０００３】
デジタルフィルタが行う音質調整として、例えば残響音（反響音）の調整や生成が挙げられる。Ｌｃｈ（左チャンネル）およびＲｃｈ（右チャンネル）とからなる２ｃｈのステレオ音に対して、サラウンド効果を得るために２ｃｈの音声より擬似的に残響音を生成して入力音声に付加させることが行われる。
【０００４】
入力音声に対してフィルタリングを行わずに残響音を付加させると、周波数帯域の高い音域の出力が強くなる傾向があり、聴取者にとって耳障りな音となる。このため、ＬＰＦ（Low Pass Filter）によってフィルタリングを行い、低周波数帯域の残響音を入力音声に付加させることが多い。
【０００５】
特許文献１には、ＩＩＲフィルタやＦＩＲフィルタを用いた例として、壁等の反射面が存在する場合もしくは聴取者の位置が一方に片寄っている場合において、入力された第１の信号若しくは第２の信号のうちいずれか一方から模擬反射信号を生成して入力信号に混合することにより、左右対称な音場を得る音声処理技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−４４７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図６に、残響音を入力音声に付加する場合における従来の音質調整装置１００の概略図を示す。図６に示すように、音質調整装置１００は、第１の入力端子１０１、第２の入力端子１０２、加算器１０３、１０４、１０５、ＬＰＦ２００、残響音生成部３００、第１の出力端子１０６、第２の出力端子１０７等から構成される。
【０００８】
第１の入力端子１０１から入力された第１の信号と、第２の入力端子１０２から入力された第２の信号が加算器１０３によって加算され、ＬＰＦ２００に入力される。ＬＰＦ２００においてフィルタリングされた信号が、残響音生成部３００に入力されて残響音が生成され、加算器１０４、１０５によってそれぞれ第１の入力信号、第２の入力信号に残響音が加算されて出力される。このようにして、第１の入力信号及び第２の入力信号に残響音が付加されることにより音質調整がなされてスピーカーから出力される。
ここでの、第１の入力端子１０１および第２の１０２には、ＬｃｈおよびＲｃｈの音声信号が入力され、第１の出力端子１０６および第２の出力端子１０７には、残響音が加算されたＬｃｈおよびＲｃｈの音声が出力される。
【０００９】
図７に、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを使用したＬＰＦ２００の構成を示す。図７に示すように、ＬＰＦ２００は、乗算器２０１、２０３、２０５、２０７，２０９、遅延素子２０２、２０４、２０６、２０８、加算器２１０から構成される。
【００１０】
遅延素子２０２、２０４、２０６、２０８は、所定周期で入力される信号を、この周期に相当する時間だけ遅延させる。乗算器２０１、２０３、２０５、２０７、２０９は、入力される信号に所定の乗数を乗算する。加算器２１０は、各乗算器２０１、２０３、２０５、２０７、２０９から出力される信号を加算する。乗算器２０１、２０３、２０５と遅延素子２０２、２０４からフィードフォワード部２２０が構成され、乗算器２０７、２０９と遅延素子２０６、２０８とからフィードバック部２３０が構成される。
【００１１】
図７に示すＬＰＦ２００は、２次のＩＩＲフィルタを使用し、乗算器と遅延素子の数が少ないため、計算量を抑えることができるが、フィードバック部２３０によって、出力を何度もフィードバックさせる必要がある。
【００１２】
図８に、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを使用したＬＰＦ２００の構成を示す。図８に示すように、ＬＰＦ２００は、乗算器２１１、２１３、２１５，２１７、２１９、遅延素子２１２、２１４、２１６、２１８、加算器２２０等から構成される。ＬＰＦ２００を構成する各部材の個々の動作は、図７に示すＬＰＦ１００と同様であるので説明を省略する。
【００１３】
図８に示すＬＰＦ２００は、ＦＩＲフィルタを使用しているため、ＩＩＲフィルタのようなフィードバック部は必要ないが、多くの乗算器や遅延素子が必要であり、計算量が多くなってしまう。
【００１４】
図９に、ＬＰＦ２００と残響音生成部３００の構成の一例を示す。図９に示す例では、ＬＰＦ２００はＩＩＲを使用しており、残響音生成部３００はＦＩＲを使用している。ＬＰＦ２００においてフィルタリングされた信号が残響音生成部３００に入力され、所定の残響音を発生させるようにフィルタ設計されたＦＩＲブロックによって残響音が生成されて出力される。
【００１５】
図１０に、ＬＰＦ２００と残響音生成部３００の構成の一例を示す。図１０に示す例では、ＬＰＦ２００と残響音生成部３００は、共にＦＩＲフィルタを使用している。ＬＰＦ２００においてフィルタリングされた信号が残響音生成部３００に入力され、所定の残響音を発生させるようにフィルタ設計されたＦＩＲブロックによって残響音が生成されて出力される。
【００１６】
上述したいずれの場合においても、残響音生成部３００にはＦＩＲフィルタを使用するため、多くの乗算器と遅延素子が必要となる。ＬＰＦ２００においても、フィードバック部を備えるＩＩＲフィルタや、多くの乗算器と遅延素子を備える計算能力の高い高価なＦＩＲフィルタを備える必要がある。
【００１７】
しかしながら、既存の技術では、特許文献１に記載の技術のように、ＬＰＦや残響音生成など各々の機能に対して、それぞれのＩＩＲフィルタやＦＩＲフィルタが必要である。つまり、音質調整装置において残響音を生成させるためには、これらの複数のフィルタが必要となる。
【００１８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、１つのＩＩＲフィルタでＬＰＦと残響音生成処理を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
入力信号に対して演算を施して出力信号を算出するデジタルフィルタを含む音質調整装置であって、
前記入力信号を所定周期分遅延させ、当該遅延させた入力信号に対して所定の係数を乗算させて加算するフィードフォワード部と、
前記出力信号を所定周期分遅延させ、当該遅延させた出力信号に対して所定の係数を乗算させて加算するフィードバック部と、
を備え、
前記フィードフォワード部と前記フィードバック部のうち、一方を前記入力信号の所定帯域の周波数成分を減衰させる周波数フィルタとし、他方を入力信号に対応する残響音を生成する残響音生成部とすることを特徴とする。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記フィードフォワード部をＦＩＲ型の周波数フィルタとし、前記フィードバック部を残響音生成部とすることを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記周波数フィルタは、移動平均法によってフィルタ設計されたローパスフィルタであることを特徴とする。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記フィードフォワード部を残響音生成部とし、前記フィードバック部を周波数フィルタとすることを特徴とする。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、
前記周波数フィルタは、後進差分法によってフィルタ設計されたローパスフィルタであることを特徴とする。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明において、
前記デジタルフィルタは、２次のＩＩＲ型フィルタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、１つのＩＩＲフィルタでＬＰＦと残響音生成処理を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るデジタルフィルタを適用した音質調整装置の概略図である。
【図２】本実施の形態におけるＩＩＲの構成を示す図である。
【図３】第２の実施の形態におけるＩＩＲの構成を示す図である。
【図４】（ａ）は、アナログ電気回路素子による積分回路を示し、（ｂ）は、（ａ）に示す回路を伝達関数を用いて表現されるデジタル回路を示す。
【図５】第３の実施の形態における音質調整装置の概略図を示す。
【図６】残響音を入力音声に付加する場合における従来の音質調整装置の概略図である。
【図７】ＩＩＲフィルタブロックを使用した従来のＬＰＦの構成を示す図である。
【図８】ＦＩＲフィルタブロックを使用した従来のＬＰＦの構成を示す図である。
【図９】従来のＬＰＦと残響音生成部の構成の一例を示す図である。
【図１０】従来のＬＰＦと残響音生成部の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［第１の実施の形態］
まず、構成について説明する。
図１に、本発明に係る音質調整装置１の概略図を示す。図１に示すように、音質調整装置１は、第１の入力端子２、第２の入力端子３、加算器４，５，６、２次ＩＩＲフィルタ（以下、単にＩＩＲという）１０、第１の出力端子７、第２の出力端子８等から構成される。第１の入力端子２から入力される第１の信号（例えば、左チャンネル）は、第１の出力端子７（例えば、左チャンネル）の出力信号、第２の入力端子３から入力される第２の信号（例えば、右チャンネル）は、第２の出力端子８（例えば、右チャンネル）の出力信号である。
【００２８】
第１の入力端子２から入力された第１の信号と、第２の入力端子３から入力された第２の信号は、加算器４によって加算されてＩＩＲ１０に対して入力される。ＩＩＲ１０においては、詳細は後述するが、フィルタリング処理と残響音生成処理が実行される。ＩＩＲ１０から出力された信号は、加算器５において第１の入力信号に加算されて、第１の出力端子７に対して出力される。同様に、ＩＩＲ１０から出力された信号は、加算器６において第２の入力信号と加算されて、第２の出力端子８に対して出力される。
【００２９】
図２に、本実施の形態におけるＩＩＲ１０の構成を示す。図２に示すように、ＩＩＲ１０は、乗算器１１、１３、１５、１７、１９、遅延素子１２、１４、１６、１８、加算器２０等から構成される２次のＩＩＲフィルタである。
【００３０】
遅延素子１２は、所定周期で入力される信号（例えば２４ビットの音声データ）をその周期に相当する時間Ｔ１だけ遅延させる。遅延素子１４は、遅延素子１２から出力される信号を時間Ｔ１だけ遅延させる。乗算器１１は、入力される信号に所定の乗数a0を乗算させる。乗算器１３は、遅延素子１２から出力される信号に所定の乗数a1を乗算させる。乗算器１５は、遅延素子１４から出力される信号に所定の乗数a2を乗算させる。これらの乗数はソフトウェア処理により任意に決定することができる。
【００３１】
遅延素子１６は、加算器２０から出力される信号を所定時間Ｔ１だけ遅延させる。遅延素子１８は、遅延素子１６から出力される信号を所定時間Ｔ１だけ遅延させる。乗算器１７は、遅延素子１６から出力される信号に所定の乗数ｂ１を乗算させる。乗算器１９は、遅延素子１８から出力される信号に所定の乗数ｂ２を乗算させる。
【００３２】
加算器２０は、各乗算部１１、１３、１５、１７、１９から出力される信号を加算させる。乗算器１１、１３、１５、遅延素子１２、１４によってＬＰＦ３０が構成され、乗算器１７、１９、遅延素子１６、１８によって残響音生成部４０が構成される。つまり、ＩＩＲ１０は、ＬＰＦ３０と残響音生成部４０とを含む。
【００３３】
ＬＰＦ３０は、ＦＩＲフィルタ設計手法の２ＴＡＰで実現できるフィルタとし、たとえば、移動平均法等によってフィルタ設計される。ＴＡＰとは、ＦＩＲフィルタにおける遅延素子の個数のことである。ＩＩＲ１０に含まれるＬＰＦ３０は遅延素子１２と１４の２つを含むため、ＴＡＰ数は２となる。ＴＡＰ数が多いほど、フィルタリングにおける周波数表現を詳細に行うことができる。
【００３４】
ここで、ＬＰＦのフィルタ設計を行うための移動平均法について説明する。移動平均法とは、時系列データを平滑化する手法であり、単純移動平均や加重移動平均等がある。移動平均法により設計されたフィルタは、標本数の平均値を出力する。具体的には、フィルタの出力をＯｕｔとし、入力をＩｎ０、１次遅れの入力をＩｎ１、２次遅れの入力をＩｎ２とすると、単純移動平均法の場合、以下のようにフィルタ設計される。
【数１】
2010213135.tif 000003
【００３５】
加重移動平均法によって設計されるフィルタも同様であり、入力のそれぞれに重み付けとして所定の乗数が乗算されて出力が算出される。例えば、ＬＰＦ３０の場合には、乗数a0が０．２５、乗数a1が０．５、乗数a2が０．２５等のように重み付けがなされることにより設計される。
【００３６】
残響音生成部４０は、残響音生成処理の効果（出力）を従来技術において説明した通常のＦＩＲフィルタを使用した残響音生成処理の効果よりも小さくなるように乗算器１７、１９の乗数ｂ１、ｂ２を制限する。この制限により、残響音として入力に対して戻す信号を、時間が経過するごとに徐々に小さくすることができ、残響音を生成する残響音生成部として機能する。
【００３７】
以上のように、本実施の形態における音質調整装置１によれば、ＩＩＲフィルタのフィードフォワード部を２ＴＡＰのＦＩＲフィルタのＬＰＦとし、ＩＩＲのフィードバック部を残響音生成部とする。したがって、ＩＩＲフィルタとＦＩＲフィルタの組合せや、複数のＦＩＲフィルタを直列的に接続するようにしてＬＰＦと残響音生成部を構成する場合に比べて、一つのＩＩＲでＬＰＦと残響音生成部を設計できるので、処理が簡略になり、残響音生成のための計算量を軽減できる。この場合には、残響音生成部の出力を加算器に戻して徐々に小さくするように乗算器１７、１９の乗数を設定しておけば、ＩＩＲフィルタのフィードバック部において残響音を生成することが可能となる。このＩＩＲフィルタは、ＩＩＲフィルタを構成する乗算器の乗数を更新することができるものであればよい。
【００３８】
また、残響音生成部は、複数次遅れを加算する方法ではなく、入力信号を出力し、同時に出力を入力に戻すようにしているため残響音を生成できる。
【００３９】
なお、上述した本実施の形態における記述は、本発明に係る好適な音質調整装置の一例であり、これに限定されるものではない。
例えば、本実施の形態においては、２ＴＡＰのＩＩＲフィルタを用いたが、ＩＩＲフィルタのフィードフォワード部をＬＰＦとして使用し、フィードバック部を残響音生成部として使用できればよく、ＴＡＰ数はこれに限られず、３つ以上であってもよい。
【００４０】
また、ＩＩＲのフィードフォワード部をＬＰＦとして使用する例を説明したが、フィードフォワード部をＨＰＦ（High Pass Filter）やＢＰＦ（Band Pass Filter）として使用してもよい。この場合には、乗算器の乗数を変化させることによってＨＰＦやＢＰＦとして使用することができる。例えば、乗数a0を０．２５、乗数a1を−０．５、乗数a2を０．２５等、一次遅れの乗数を負に設定することによってＨＰＦとして使用することができる。同様に、ＩＩＲのフィードフォワード部に含まれる乗算器の乗数を変化させることにより、ＢＰＦとしても使用することができる。
【００４１】
その他、音質調整装置を構成する各部の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【００４２】
［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、ＩＩＲ１０のフィードフォワード部を残響音生成部５０として使用し、ＩＩＲ１０のフィードバック部をＬＰＦ６０として使用する点のみが異なるので、以下においては、第１の実施の形態と異なる箇所についてのみ説明する。
【００４３】
図３に、第２の実施の形態におけるＩＩＲ１０の構成を示す。
乗算器１１、１３、１５、遅延素子１２、１４によって残響音生成部５０が構成される。残響音生成部５０は、ＦＩＲフィルタで実現される。乗算器１７、１９、遅延素子１６、１８によってＬＰＦ６０が構成される。ＬＰＦ６０は、ＩＩＲ１０のフィードバック部を利用した後進差分フィルタで実現する。
【００４４】
ここで、後進差分法によるフィルタ設計について説明する。
図４（ａ）に、アナログ電気回路素子による積分回路（ＲＣフィルタ）を示す。この図４（ａ）に示すアナログ電気回路のＲＣフィルタをＺ変換を用いて算出されるフィルタの伝達関数は以下のようになる。図４（ｂ）に、この伝達関数によって表されるデジタル回路を示す。
【数２】
2010213135.tif 000004
【００４５】
上式のように、Ａ０を入力のゲインとして、フィードバック部に含まれる乗算器の乗数を設定し、フィードバック部における乗算を行うことでＬＰＦを実現することができる。
【００４６】
以上のように、第２の実施の形態における音質調整装置によれば、ＩＩＲフィルタのフィードフォワード部を残響音生成部として使用し、ＩＩＲフィルタのフィードバック部をＬＰＦとして使用することができ、第１の実施の形態における音質調整装置と同様に、一つのＩＩＲフィルタにおいて残響音生成部とＬＰＦとを設計することができる。
【００４７】
その他、音質調整装置を構成する各部の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【００４８】
［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態は、音質調整装置１の構成が第１の実施の形態と異なるので、以下においては、第１の実施の形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
図５に、第３の実施の形態における音質調整装置１の概略図を示す。図５に示すように、ＩＩＲ１０がそれぞれ第１の入力端子２と第２の入力端子３に接続される。ＩＩＲ１０は、それぞれ第１の出力端子７と第２の出力端子８と接続される。ＩＩＲ１０の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００５０】
このように、第３の実施の形態の音質調整装置によれば、第１の入力信号と第２の入力信号のそれぞれについて、一つのＩＩＲフィルタで残響音生成処理を行うことができる。
【００５１】
その他、音質調整装置を構成する各部の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１  音質調整装置
２  第１の入力端子
３  第２の入力端子
４、５、６  加算器
７  第１の出力端子
８  第２の出力端子
１０  ＩＩＲ
１１、１３、１５、１７、１９  乗算器
１２、１４、１６、１８  遅延素子
２０  加算器
３０  ＬＰＦ
４０  残響音生成部
１００  ＩＩＲ
１０１  第１の入力端子
１０２  第２の入力端子
１０３、１０４、１０５  加算器
２００  ＬＰＦ
２０１、２０３、２０５、２０７、２０８  乗算器
２０２、２０４、２０６、２０８  遅延素子
２１１、２１３、２１５、２１７、２１９  乗算器
２１２、２１４、２１６、２１８  遅延素子
２２０  加算器
３００  残響音生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010213135.tif 000013
【図１０】
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