(57)【要約】【課題】低音再生能力が不十分なスピーカに低音感を擬似的に創出するための高調波生成装置は、DC成分除去のためHPFに通すので演算量がかかる。また90度位相がずれた高調波が含まれ音質が劣化する。【解決手段】入力信号から所定の帯域成分の信号を抽出する帯域成分抽出手段と、帯域成分抽出手段により抽出された帯域成分信号の位相を90度ずらす90度位相変換手段と、上記90度位相変換手段から出力された帯域成分信号の90度位相ずれ信号と帯域成分信号の乗算により高調波成分信号を生成する高調波生成手段を備える。【選択図】図１
2010041323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号から所定の帯域成分の信号を抽出する帯域成分抽出手段と、
上記帯域成分抽出手段により抽出された帯域成分信号の位相を90度ずらす90度位相変換手段と、
上記帯域成分抽出手段により抽出された帯域成分信号と、この90度位相変換手段から出力された帯域成分信号の90度位相ずれ信号の乗算により高調波成分信号を生成する高調波生成手段とを備えた高調波生成装置。
【請求項２】
90度位相変換手段は帯域成分信号をヒルベルト変換することで帯域成分信号の位相を90度ずらし、帯域成分信号の90度位相ずれ信号を生成することを特徴とする請求項１記載の高調波生成装置。
【請求項３】
90度位相変換手段は帯域成分信号を微分することで帯域成分信号の位相を90度ずらし、帯域成分信号の90度位相ずれ信号を生成することを特徴とする請求項１記載の高調波生成装置。
【請求項４】
90度位相変換手段は帯域成分信号を積分することで帯域成分信号の位相を90度ずらし、帯域成分信号の90度位相ずれ信号を生成することを特徴とする請求項１記載の高調波生成装置。
【請求項５】
高調波生成手段は生成した高調波成分信号を所定のサンプル分遅延させるサンプル遅延器と、
所定のサンプル分遅延した高調波成分信号と、帯域成分抽出手段で抽出された帯域成分信号を加算する加算器と
この加算器より出力された信号を90度位相ずれ信号と乗算し、より高次の高調波を含む高調波成分信号を生成し、上記サンプル遅延器に出力する乗算器とを備えることを特徴とする請求項１記載の高調波生成装置。
【請求項６】
高調波生成手段は、帯域成分信号と帯域成分信号の90度位相ずれ信号を乗算器により乗算して2次高調波成分信号を生成し、この生成された2次高調波成分信号と帯域成分信号の90度位相ずれ信号を乗算器により乗算し３次高調波成分信号を生成する処理を順次繰り返して２〜ｎ(n≧3)次までの高調波成分信号を生成する２〜ｎ次高調波生成部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の高調波生成装置。
【請求項７】
2次高調波生成部は帯域成分信号と帯域成分信号の90度位相ずれ信号を乗算する乗算器と、
上記乗算器より出力された信号を2倍増幅する増幅器を備えることを特徴とする請求項６記載の高調波生成装置。
【請求項８】
n次高調波生成部（n≧3）は（n-1)次高調波成分信号と帯域成分信号の90度位相ずれ信号を乗算する乗算器と、
上記乗算器により出力された信号を2倍増幅する増幅器と
上記増幅器により2倍増幅された信号から（n-2）次高調波成分信号を減算し、n次高調波成分信号を生成する減算器を備えることを特徴とした請求項６記載の高調波生成装置。
【請求項９】
高調波生成手段により生成された高調波成分信号に所定のゲインを乗算し、高次の高調波ほどパワーが減衰するように制御するゲイン調整手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか１項記載の高調波生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定帯域のスピーカの再生音を擬似的に創出するための高調波生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、低音の再生能力が不十分であるスピーカに対し、音響心理的特徴“Missing fundamental”を利用することで、低音感を擬似的に創出する技術が多く開発されている。“Missing fundamental”とは、ユーザが2つ以上の周波数の音を同時に聴くと、その差分の音が聴こえると錯覚する特徴である。例えば、以下の特許文献1には、音響心理的特徴“Missing fundamental”を利用した高調波生成装置が開示されている。
【０００３】
この高調波生成装置では、スピーカの周波数f0 以下の低音成分信号から高調波成分信号を生成し、その高調波成分信号を原音に加算することで、スピーカの周波数f0 以下の低音成分がなくても、その高調波成分信号によって低音成分が聴こえると錯覚させている。
すなわち、この高調波生成装置では図１２のようなフィードバックループにおいて、1サンプル遅延器41によって1サンプル遅延させた高調波成分信号と低音成分信号を乗算器42にて乗算し、その結果出力された信号を加算器43にて低音成分信号と加算し、より高次の高調波を含む高調波成分信号を生成する。ここで、加算器43で生成した高調波成分信号にはDC(Direct Current)成分が含まれ、音割れの原因になることからDC成分を除去する目的でHPF(High-Pass Filter) 44を通し、1サンプル遅延器41に出力する。
【０００４】
【特許文献１】特表2000-505277号公報  図4
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の高調波生成装置ではフィードバックループ内で音質劣化を招くDC成分が毎回生成され、その度にDC成分を除去する目的でHPFに通すため、演算量がかかるという問題や、生成した高調波成分信号には90度位相がずれた高調波が含まれるため、音質が劣化するという問題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、原理的に音質劣化を招くDC成分や、90度位相がずれた高調波を生成しない高調波成分信号を生成することで、低演算量で良質な音を再生できる高調波生成装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る高調波生成装置は、
入力信号から所定の帯域成分の信号を抽出する帯域成分抽出手段と、
上記帯域成分抽出手段により抽出された帯域成分信号の位相を90度ずらす90度位相変換手段と、
上記90度位相変換手段から出力された帯域成分信号の90度位相ずれ信号と帯域成分信号の乗算により高調波成分信号を生成する高調波生成手段とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る高調波生成装置によれば、帯域成分抽出部より抽出された帯域成分信号を90度位相変換部により90度位相ずれ信号に変換し、この90度位相ずれ信号と、帯域成分抽出部より抽出された帯域成分信号を乗算することで高調波成分信号を生成するため、DC成分が乗らない高調波成分信号を生成でき、音割れ防止のDC成分カット処理を省略でき、演算量を削減することができる効果を奏する
また、生成された高調波成分信号は90度位相がずれた高調波成分信号を含まないため、良質な音を再生できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態1による高調波生成装置を示す構成図であり、図において、帯域成分抽出部1はオーディオ信号である入力信号からスピーカの最低周波数f0 以下の低音成分からなる帯域成分信号を抽出する処理を実施する。なお、帯域成分抽出部1は帯域成分抽出手段を構成している。
高調波成分生成部2は帯域成分抽出部1より抽出された帯域成分信号より、帯域成分信号の高調波成分信号を生成する処理を実施する。なお、高調波生成部2は高調波生成手段を構成している。
【０００９】
90度位相変換部3は帯域成分抽出部1より抽出された帯域成分信号の位相を90度ずらした信号を生成する処理を実施する。なお、90度位相変換部3は位相変換手段を構成している。
乗算器4は帯域成分抽出部1より抽出された帯域成分信号と90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号を乗算し、2次高調波成分信号を生成する処理を実施する。なお、乗算器4は信号乗算手段を構成している。
乗算器5は90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号と乗算器4より出力された2次高調波成分信号を乗算し、3次高調波成分信号を生成する処理を実施する。なお、乗算器5は信号乗算手段を構成している。
【００１０】
加算器6は乗算器4より出力された2次高調波成分信号と乗算器5より出力された3次高調波成分信号を加算し、高調波成分信号を生成する処理を実施する。なお、加算器6は信号加算手段を構成している。
加算器7は入力信号と加算器6より出力された高調波成分信号を加算し、出力信号を出力する処理を実施する。なお、加算器7は信号加算手段を構成している。
【００１１】
次に動作について説明する。
帯域成分抽出部1はオーディオ信号を入力すると、入力信号からスピーカの最低再生周波数f0 以下の低音成分からなる帯域成分信号を抽出し、その帯域成分信号を90度位相変換部3及び乗算器4に出力する。
例えば、スピーカの最低再生周波数f0が100Hzである場合には、100Hz以下の低音成分からなる帯域成分信号を抽出する。
ここでは、帯域成分抽出部1より抽出された帯域成分信号が正弦波sinωtあるとして説明する。
【００１２】
90度位相変換部3は帯域成分信号を入力すると帯域成分の位相が90度ずれる90度位相ずれ信号を生成し、乗算器4及び乗算器5に出力する。
例えば、90度位相変換部3ではヒルベルト変換、微分や積分をすることで、帯域成分信号の位相を90度ずらし、90度位相ずれ信号を生成する。
ここで、90度位相変換器3において帯域成分信号の位相を90度ずらした90度位相ずれ信号はcosωtである。
【００１３】
乗算器4は帯域成分抽出部1より抽出された帯域成分信号と90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号を乗算し、その結果生成される2次高調波成分信号を乗算器5及び加算器6に出力する。
ここで、乗算器4より出力される2次高調波成分信号は帯域成分信号sinωtと90度位相ずれ信号cosωtの乗算結果より1/2sin2ωtである。
乗算器5は90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号と乗算器4より出力された2次高調波成分信号を乗算し、その結果生成される3次高調波成分信号を加算器6に出力する。
ここで、乗算器5より出力された3次高調波成分信号は90度位相ずれ信号cosωtと2次高調波成分信号1/2sin2ωtの乗算結果より、1/4(sinωt + sin3ωt)である。
【００１４】
加算器6は乗算器4より出力された2次高調波成分信号と乗算器5より出力された3次高調波成分信号を加算し、その結果出力される高調波成分信号を加算器7に出力する。
ここで、加算器6より出力される高調波成分信号は2次高調波成分信号1/2sin2ωtと3次高調波成分信号1/4(sinωt + sin3ωt)の加算結果より、1/4sinωt +1/2sin2ωt + 1/4sin3ωt である。
加算器7は入力信号と加算器6より出力された高調波成分信号を加算し、その結果出力される信号を出力信号として出力する。
図２に帯域成分信号（点線）を50Hzの正弦波とした場合に上記処理により生成した高調波成分信号（実線）の周波数特性結果を示す。
図２より、50Hzの正弦波を入力することで、100Hzの2次高調波、150Hzの3次高調波が生成することがわかる。これより、高調波成分信号には2次高調波（100Hz）と3次高調波（150Hz）が含まれており、2つの周波数の差分より50Hzの低音成分を擬似的に感じさせることができる。
【００１５】
以上より、帯域成分抽出部1より抽出された帯域成分信号と90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号を乗算することで2次高調波成分信号を生成し、その2次高調波成分信号と90度位相ずれ信号を乗算することで3次高調波成分信号を生成する処理は、DC成分が乗らない高調波成分信号を生成するため、音割れ防止のDC成分カット処理を省略でき、演算量を削減することができる効果を奏する。
また、生成された高調波成分信号は帯域成分信号がsinωt の場合に1/4sinωt +1/2sin2ωt + 1/4sin3ωtとなり、従来技術のように90度位相がずれた高調波成分信号を含まないため、良質な音を再生できる効果を奏する。
なお、この実施の形態１では、帯域成分抽出部１が入力信号からスピーカの最低再生周波数ｆ０以下の低音成分からなる帯域成分信号を抽出するものについて示したが、入力信号から高音成分からなる帯域成分信号を抽出するようにしてもよい。
【００１６】
このように高音成分からなる帯域成分信号を抽出して、高調波成分信号を生成するようにすれば、例えば、ｍｐ３(MPEG Audio Layer-3)，ＡＡＣ(Advanced Audio Coding)などの非可逆圧縮方式による符号化処理によって失われた高音成分の音を擬似的に補間する技術にも応用することがきる。
【００１７】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態2による高調波生成装置の高調波生成部を示す構成図である。図の高調波生成部に関して、図１と同一符号は同一または相当部分を示して説明を省略し、図１と異なる部分に関して説明する。本実施の形態は、実施の形態１の3次高調波まで生成する構成とは異なり、フィードバックループにより、サンプル時刻nに応じた高調波成分信号を生成する構成となっている。
【００１８】
1サンプル遅延器8は乗算器10より出力された高調波成分信号を1サンプル遅延させ、出力する処理を実施する。なお、1サンプル遅延器8はサンプル遅延手段を構成している。
加算器9は帯域成分抽出部1より抽出された帯域成分信号と1サンプル遅延器8より出力された1サンプル遅延した高調波成分信号を加算する処理を実施する。なお、加算器9は信号加算手段を構成している。
乗算器10は90度位相変換部3より出力された位相ずれ信号と加算器9より出力された信号を乗算し、1サンプル遅延器8より出力された1サンプル遅延した高調波成分信号の次の次数の高調波成分信号を出力する処理を実施する。なお、乗算器10は信号乗算手段を構成している。
【００１９】
次に動作について説明する。
1サンプル遅延器8は乗算器10より出力された高調波成分信号を入力すると1サンプル分信号を遅延させ、加算器9に出力する。
加算器9は帯域成分抽出部1より抽出された帯域成分信号と1サンプル遅延器8より1サンプル遅延した高調波成分信号を加算し、乗算器10に出力する。
乗算器10は90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号と加算器9より出力された信号を乗算することで、1サンプル遅延器8より出力した1サンプル遅延した高調波成分信号の次の次数の高調波を含む高調波成分信号を1サンプル遅延器8及び加算器７に出力する。
【００２０】
ここで、1サンプル遅延器8、加算器9と乗算器10はフィードバックループを形成しており、フィードバックループの結果、乗算器10より出力される高調波成分信号を以下の式(1)〜式(5)にて示す。但し、サンプル時刻1における1サンプル遅延器8の出力信号は0と仮定した。
実線は1サンプル遅延器8の出力信号、太線は帯域成分信号、点線は90度位相ずれ信号を示す。 
【００２１】
【数１】
2010041323.tif 000003
【００２２】
これより、サンプル時刻が増えるごとに生成される高調波の次数が増し、かつ、最大次数の高調波の係数が指数的に小さくなっていくことが理解される。また、生成される高調波成分信号にはDC成分や、位相が90度ずれた高調波成分が含まれていないことがわかる。
図４に帯域成分信号（点線）を50Hzの正弦波とした場合に上記処理により生成した高調波成分信号（実線）の周波数特性結果を示す。
図４より、50Hzの正弦波を入力することで、少なくとも16次高調波まで（17次以降の高調波は値が小さいため、図示されていないが）生成していることがわかる。これより、高調波成分信号には少なくとも16次高調波まで含まれており、それらの差分より50Hzの低音成分を擬似的に感じさせることができる。
【００２３】
以上より、フィードバックループにおいて、帯域成分抽出部1より出力された帯域成分信号と1サンプル遅延器8より1サンプル遅延させた高調波成分信号を加算器9にて加算し、その結果出力された信号と90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号を乗算器10にて乗算し、より高次の高調波を含む高調波成分信号を生成する。このフィードバックループにより高調波成分信号を生成する処理はDC成分が乗らないため、音割れ防止のDC成分カット処理を省略でき、演算量を削減することができる効果を奏する。
また、生成された高調波成分信号には帯域成分信号sinωt の高調波成分のみであり、従来技術のように90度位相がずれたcosωtの高調波成分を含まないため、良質な音を再生できる効果を奏する。
【００２４】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態3による高調波生成装置の高調波生成部を示す構成図であり、図において、図１と異なる高調波生成部に関して説明する。また、高調波生成部に関して、図１と同一符号は同一または相当部分を示し説明を省略する。本実施の形態は実施の形態１とは異なり、帯域成分信号のパワーと同等のパワーを持つ高調波を生成する構成となっている。
【００２５】
2次高調波生成部11は乗算器4と2倍増幅器12を備え、帯域成分抽出部より抽出された帯域成分信号と90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号を入力し、2次高調波成分信号を出力する処理を実施する。なお、2次高調波生成部11は2次高調波生成手段を構成している。
乗算器4は、帯域成分信号と90度位相ずれ信号を乗算し、2倍増幅器12に出力する。2倍増幅器12は乗算器4より出力された信号を2倍増幅し、出力する処理を実施する。なお、2倍増幅器12は信号増幅手段を構成している。
【００２６】
3次高調波生成部13は、乗算器14と2倍増幅器15及び減算器16を備え、2倍増幅器12より出力された2次高調波成分信号と、90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号及び帯域成分抽出部より抽出された帯域成分信号を入力し、3次高調波成分信号を出力する処理を実施する。なお、3次高調波生成部13は3次高調波生成手段を構成している。
【００２７】
乗算器14は90度位相変換部より出力された90度位相ずれ信号と2倍増幅器12より出力された2次高調波成分信号を乗算し、出力する処理を実施する。なお、乗算器14は信号乗算手段を構成している。
2倍増幅器15は乗算器14より出力された信号を2倍増幅し、出力する処理を実施する。なお、2倍増幅器15は信号増幅手段を構成している。
減算器16は2倍増幅器15より出力された信号を帯域成分抽出部より抽出された帯域成分信号で減算し、出力する処理を実施する。なお、減算器16は信号減算手段を構成している。
【００２８】
加算器17は2倍増幅器12より出力された2次高調波成分信号と減算器16より出力された3次高調波成分信号を加算し、出力する処理を実施する。なお、加算器17は信号加算手段を構成している。
【００２９】
次に動作について説明する。
2次高調波生成部11は帯域成分抽出部1より抽出された帯域成分信号と90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号を入力し、乗算器4及び2倍増幅器12を用いて2次高調波成分信号を生成し、乗算器14及び加算器17に出力する。以下に2次高調波生成部11について詳述する。
乗算器4は帯域成分抽出部1より抽出された帯域成分信号と90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号を乗算し、その結果生成される信号を2倍増幅器12に出力する。
ここで、乗算器4より出力される信号は帯域成分信号sinωtと90度位相ずれ信号cosωtの乗算結果より1/2sin2ωtである。
2倍増幅器12は乗算器4より出力された信号を2倍増幅し、その結果出力される2次高調波成分信号を乗算器14及び加算器17に出力する。
ここで、2倍増幅器12より出力される2次高調波成分信号は、乗算器4より出力された1/2sin2ωtを2倍増幅した、sin2ωtである。
【００３０】
3次高調波生成部13は2倍増幅器12より出力された2次高調波成分信号と、90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号及び帯域成分抽出部より抽出された帯域成分信号を入力し、乗算器14、2倍増幅器15及び減算器16を用いて3次高調波成分信号を生成し、加算器17に出力する。以下に3次高調波生成部13の詳細な処理について示す。
【００３１】
乗算器14は90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号と2倍増幅器12より出力された2次高調波成分信号を乗算し、その出力信号を2倍増幅器15に出力する。
ここで、乗算器14より出力される信号は、90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号cosωtと2倍増幅器12より出力された2次高調波成分信号sin2ωtの乗算結果より、1/2（sinωt + sin3ωt）である。
【００３２】
2倍増幅器15は乗算器14より出力された信号を2倍増幅し、その出力信号を減算器16に出力する。
ここで、2倍増幅器15より出力される信号は、乗算器14より出力された信号1/2（sinωt + sin3ωt）を2倍増幅したsinωt + sin3ωtである。
減算器16は2倍増幅器15より出力された信号を帯域成分抽出部より抽出された帯域成分信号で減算し、その結果出力される信号を3次高調波成分信号として加算器17に出力する。
ここで、減算器16より出力される3次高調波成分信号は、2倍増幅器15の出力信号sinωt + sin3ωtを帯域成分信号sinωtで減算した結果より、sin3ωtである。
【００３３】
加算器17は2倍増幅器12より出力された2次高調波成分信号と減算器16より出力された3次高調波成分信号を加算し、その出力信号を高調波成分信号として図１に示される加算器7に出力する。
ここで、加算器17より出力される高調波成分信号は、 2次高調波成分信号sin2ωtと3次高調波成分信号sin3ωtの加算結果より、sin2ωt + sin3ωtである。
【００３４】
図６に帯域成分信号（点線）を50Hzの正弦波とした場合に、上記処理より生成した高調波成分信号（実線）の周波数特性結果を示す。
図６より、50Hzの正弦波を入力することで、100Hzの2次高調波、150Hzの3次高調波が生成することがわかる。これより、高調波成分信号には2次高調波（100Hz）と3次高調波（150Hz）が含まれており、これら2つの周波数の差分より50Hzの低音成分を擬似的に感じさせることができる。
【００３５】
帯域成分信号と90度位相ずれ信号を乗算器4で乗算し、その出力結果を2倍増幅器12により2倍増幅することで2次高調波成分信号と生成し、乗算器14で2次高調波成分信号と90度位相ずれ信号と乗算し、その出力結果を2倍増幅器15で2倍増幅、減算器16で帯域成分信号を減算することで3次高調波成分信号を生成する処理は、DC成分が乗らず、かつ90度位相がずれた高調波を含まないため、低演算量で良質な音を再生できる効果を奏する。
【００３６】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態4による高調波生成装置の高調波生成部を示す構成図であり、図において、図５と異なる高調波生成部に関して説明する。また、高調波生成部に関して、図５と同一符号は同一または相当部分を示し説明を省略する。本実施の形態は実施の形態３とは異なり、生成される高調波の最大次数がNとなるように高調波を生成する構成となっている。
【００３７】
n次高調波生成部18（n≧3）は乗算器19、2倍増幅器20、減算器21を備え、(n-2)次高調波生成部より出力された(n-2)次高調波成分信号と、(n-1)次高調波生成部より出力された(n-1)次高調波成分信号及び90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号を入力し、n次高調波成分信号を生成する処理を実施する。なお、n次高調波生成部18は高調波生成手段を構成している。
【００３８】
乗算器19は(n-1)次高調波生成部より出力された(n-1)次高調波成分信号と90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号を乗算し、出力する処理を実施する。なお、乗算器19は信号乗算手段を構成している。
2倍増幅器20は乗算器19より出力された信号を2倍増幅し、出力する処理を実施する。なお、2倍増幅器20は信号増幅手段を構成している。
減算器21は2倍増幅器20より出力された信号を(n-2)次高調波生成部より出力された(n-2)次高調波成分信号で減算し、出力する処理を実施する。なお、減算器21は信号減算手段を構成している。
【００３９】
乗算器22は(N-1)次高調波生成部より出力された(N-1)次高調波成分信号と90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号を乗算し、出力する処理を実施する。なお、乗算器22は信号乗算手段を構成している。
2倍増幅器23は乗算器22より出力された信号を2倍増幅し、出力する処理を実施する。なお、2倍増幅器23は信号増幅手段を構成している。
減算器24は2倍増幅器23より出力された信号を(N-2)次高調波生成部より出力された(N-2)次高調波成分信号で減算し、出力する処理を実施する。なお、減算器24は信号減算手段を構成している。
加算器25は(N-1)個の高調波を加算し、出力する処理を実施する。なお、加算器25は信号加算手段を構成している。
【００４０】
次に動作について説明する。
n次高調波生成部18（n≧3）は(n-2)次高調波生成部より出力された(n-2)次高調波成分信号と、(n-1)次高調波生成部より出力された(n-1)次高調波成分信号及び90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号を入力し、乗算器19、2倍増幅器20、減算器21を用いてn次高調波成分信号を生成し、(n+1)次高調波生成部及び加算器25に出力する。n次高調波生成部18の詳細な説明は以下に述べる。
【００４１】
乗算器19は(n-1)次高調波生成部より出力される(n-1)次高調波成分信号と90度位相変換部3より出力される90度位相ずれ信号を乗算し、その出力信号を2倍増幅器20に出力する。
ここで、乗算器19より出力された信号は(n-1)次高調波生成部より出力された(n-1)次高調波成分信号sin(n-1)ωtと90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号cosωtの乗算結果より1/2(sin((n-2)ωt)+sin(nωt))である。
2倍増幅器20は乗算器19より出力された信号を2倍増幅し、その出力信号を減算器21に出力する。
ここで、2倍増幅器20より出力された信号は乗算器19より出力された信号1/2(sin((n-2)ωt)+sin(nωt))を2倍増幅した信号であることから、sin((n-2)ωt)+sin(nωt)である。
【００４２】
減算器21は2倍増幅器20より出力された信号を(n-2)次高調波生成部より出力された(n-2)次高調波成分信号で減算し、その結果出力されるn次高調波成分信号を（n+1）次高調波生成部及び加算器25に出力する。
ここで、減算器21 より出力されるn次高調波成分信号は2倍増幅器20より出力された信号sin((n-2)ωt)+sin(nωt)を(n-2)次高調波生成部より出力された(n-2)次高調波成分信号sin((n-2)ωt)で減算した結果より、sin(nωt)である。
【００４３】
これより、n次高調波生成部18は(n-2)次高調波生成部より出力された(n-2)次高調波成分信号、(n-1)次高調波生成部より出力された(n-1)次高調波成分信号と90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号を入力することで、n次高調波成分信号を生成するため、n次高調波生成部18をカスケード接続することで、より高次の高調波を生成することが可能である。
【００４４】
乗算器22は(N-1)次高調波生成部より出力された(N-1)次高調波成分信号と90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号を乗算し、その出力信号を2倍増幅器23に出力する。
ここで、乗算器22より出力される信号は(N-1)次高調波生成部より出力された(N-1)次高調波成分信号sin(N-1)ωtと90度位相変換部3より出力された90度位相ずれ信号cosωtの乗算結果より1/2(sin((N-2)ωt)+sin(Nωt))である。
2倍増幅器23は乗算器22より出力された信号を2倍増幅し、その出力信号を減算器24に出力する。
ここで、2倍増幅器23より出力される信号は乗算器22より出力された信号1/2(sin((N-2)ωt)+sin(Nωt))を2倍増幅した信号であることから、sin((N-2)ωt)+sin(Nωt)である。
減算器24は2倍増幅器23より出力された信号を(N-2)次高調波生成部より出力された(N-2)次高調波成分信号で減算し、その結果出力されるN次高調波成分信号を加算器25に出力する。
ここで、減算器24より出力されるN次高調波成分信号は2倍増幅器23より出力される信号sin((N-2)ωt)+sin(Nωt) を(N-2)次高調波生成部より出力された(N-2)次高調波成分信号sin((N-2)ωt)で減算した結果より、sin(Nωt)である。
【００４５】
加算器25は2倍増幅器12より出力される2次高調波成分信号と3〜N次高調波生成部より出力されるn次高調波成分信号（3≦n≦N）、計N-1個の高調波を加算し、その結果出力される高調波成分信号を図１に示す加算器7に出力する。 
ここで、加算器25より出力される高調波成分信号は2倍増幅器12より出力される2次高調波成分信号sin2ωtと3〜N次高調波生成部より出力される(N-3+1)個のsin(nωt)（3≦n≦N）の加算結果より、次式の通りになる。
【００４６】
【数２】
2010041323.tif 000004
【００４７】
図８に帯域成分信号（点線）を50Hzの正弦波とした場合に上記処理より生成した高調波成分信号（実線）の周波数特性結果を示す。但しN=12とした。
図８より、50Hzの正弦波を入力することで、最大次数が12である12次高調波（600Hz）を含む高調波成分信号を生成していることがわかる。これより、隣り合う高調波間の差分を同時に再生することで、50Hzの低音成分を擬似的に感じさせることができる。
【００４８】
n次高調波生成部18は乗算器19 において、(n-1)次高調波成分信号と90度位相ずれ信号を乗算し、その結果出力された信号を2倍増幅器20により2倍増幅し、減算器21において (n-2)次高調波成分信号で減算することでn次高調波成分信号を出力する構成となっており、これをカスケード接続することにより、DC成分が乗らず、かつ位相が90度ずれた高調波を含まない高調波成分信号を生成するため、低演算量で良質な音が再生可能である効果を奏する。また、n次高調波生成部18のカスケード数に関しては、ユーザの好みの数に設定可能であり、生成する高調波の最大次数を自由に決めることができる。
【００４９】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５による高調波生成装置の高調波生成部を示す構成図であり、図において、図７と異なる高調波生成部に関して説明する。また、高調波生成部に関して、図７と同一符号は同一または相当部分を示し説明を省略する。本実施の形態は、実施の形態４とは異なり、生成した高調波のパワーを次数ごとに調整可能な構成である。
【００５０】
ゲイン器26は2倍増幅器12より出力された2次高調波成分信号にゲインα2を乗算し、出力する処理を実施する。なお、ゲイン器26はゲイン調整手段を構成している。
ゲイン器27は減算器16より出力された3次高調波成分信号にゲインα3を乗算し、出力する処理を実施する。なお、ゲイン器27はゲイン調整手段を構成している。
ゲイン器28は減算器21より出力されたn次高調波成分信号にゲインαnを乗算し、出力する処理を実施する。なお、ゲイン器28はゲイン調整手段を構成している。
ゲイン器29は減算器22より出力されたN-1次高調波成分信号にゲインαN-1を乗算し、出力する処理を実施する。なお、ゲイン器29はゲイン調整手段を構成している。
ゲイン器30は減算器24より出力されたN次高調波成分信号にゲインαNを乗算し、出力する処理を実施する。なお、ゲイン器30はゲイン調整手段を構成している。
加算器31はN-1個のゲイン器より出力される信号を加算し、出力する処理を実施する。なお、加算器31は信号加算手段を構成している。
【００５１】
次に動作について説明する。
ゲイン器26は2倍増幅器12より出力された2次高調波成分信号にゲインα2を乗算し、その出力信号を加算器31に出力する。
ゲイン器27は減算器16より出力された3次高調波成分信号にゲインα3を乗算し、その出力信号を加算器31に出力する。
ゲイン器28は減算器21より出力されたn次高調波成分信号にゲインαnを乗算し、その出力信号を加算器31に出力する。
ゲイン器29は減算器22より出力されたN-1次高調波成分信号にゲインαN-1を乗算し、その出力信号を加算器31に出力する。
ゲイン器30は減算器24より出力されたN次高調波成分信号にゲインαNを乗算し、その出力信号を加算器31に出力する。
【００５２】
加算器31はN-1個のゲイン器より出力されるゲイン調整された信号を加算し、その結果生成される高調波成分信号を加算器7に出力する。
図１０と図１１はゲインα2〜αNを指数的に変化させた場合の高調波成分信号の周波数特性である。ここで、図１０はゲインα2=0.7とし、図１１はゲインα2=0.5とし、αNまで指数的に減少させ、ゲイン調整した結果を示している．
【００５３】
以上より、生成したN-1個の高調波のパワーをそれぞれでゲイン調整できるため、高次の高調波のパワーほど減衰量を大きくする制御がローパスフィルタなどを用いずに実現可能なため演算量を削減できるという効果を奏する．
実施の形態２の構成において、それぞれの次数の高調波のパワーに対し、ゲイン調整する場合、フィードバックループ内にゲイン器を追加することとなり、発散しない安定した信号を得るためには、ゲイン器の値が限定される。
そこで、本実施の形態のように実施の形態４の構成にゲイン器を追加した場合、実施の形態２と異なり、実施の形態４は生成される高調波成分信号のパワーが帯域成分信号と同等のパワーを持っていることや、フィードバックループを用いないことからゲイン器の値を自由に決めることができるため、よりユーザの好みに応じた調整が実現可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
この発明の高調波生成装置は、所定帯域のスピーカの再生音を擬似的に創出するので、小型、低電力、低コストが必要とされるオーディオ再生システムへの適用が好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】この発明の実施の形態１による高調波生成装置を示す構成図である。
【図２】実施の形態１により生成した高調波成分信号の周波数特性図である。
【図３】この発明の実施の形態２による高調波生成装置の高調波生成部を示す構成図である。
【図４】実施の形態２により生成した高調波成分信号の周波数特性図である。
【図５】この発明の実施の形態３による高調波生成装置の高調波生成部を示す構成図である。
【図６】実施の形態３により生成した高調波成分信号の周波数特性図である。
【図７】この発明の実施の形態４による高調波生成装置の高調波生成部を示す構成図である。
【図８】実施の形態４により生成した高調波成分信号の周波数特性図である。
【図９】この発明の実施の形態５による高調波生成装置の高調波生成部を示す構成図である。
【図１０】実施の形態５により生成された高調波のゲイン調整結果の周波数特性図である。
【図１１】実施の形態５により生成された高調波の他の値によるゲイン調整結果の周波数特性図である。
【図１２】従来の高調波成分信号生成部を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
1；帯域成分抽出部、2；高調波成分生成部、3；90度位相変換部、4、5、10、14、19、22；乗算器、6、7、9、17、25；加算器、8；1サンプル遅延器、11；2次高調波生成部、12、15、20、23；2倍増幅器、13；3次高調波生成部、16、21、24；減算器、18；n次高調波生成部。
【図１】
2010041323.tif 000005
【図２】
2010041323.tif 000006
【図３】
2010041323.tif 000007
【図４】
2010041323.tif 000008
【図５】
2010041323.tif 000009
【図６】
2010041323.tif 000010
【図７】
2010041323.tif 000011
【図８】
2010041323.tif 000012
【図９】
2010041323.tif 000013
【図１０】
2010041323.tif 000014
【図１１】
2010041323.tif 000015
【図１２】
2010041323.tif 000016