(57)【要約】  対象とする信号の周波数特性を変形させるＨＰＦ７０２と、対象とする信号の位相特性を補正し、ＨＰＦ７０２の位相特性と略同一とする位相補正部７０１と、位相補正部７０１から出力された信号のゲインを調整する第一の乗算器７０５と、ＨＰＦ７０２から出力された信号のゲインを調整する第二の乗算器７０６と、第一の乗算器７０５のゲイン係数と第二の乗算器７０６のゲイン係数の合計が一定値となるように前記第一および第二の乗算器７０５，７０６のゲイン係数を決定する係数決定部と、第一の乗算器７０５および第二の乗算器７０６から出力される２つの信号を加算する加算器７１３とを備えた。
2013183185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象とする信号の周波数特性を変形させるフィルタと、
前記対象とする信号の位相特性を補正し、前記フィルタの位相特性と略同一とする位相補正部と、
前記位相補正部から出力された信号のゲインを調整する第一の乗算器と、
前記フィルタから出力された信号のゲインを調整する第二の乗算器と、
前記第一の乗算器のゲイン係数と第二の乗算器のゲイン係数の合計が一定値となるように前記第一および第二の乗算器のゲイン係数を決定する係数決定部と、
前記第一の乗算器および第二の乗算器から出力される２つの信号を加算する加算器とを備えたことを特徴とする周波数特性変形装置。
【請求項２】
前記フィルタは、高域通過フィルタで構成され、
目標とする特性のカットオフ周波数を高くする場合には、前記係数決定部が前記第二の乗算器のゲイン係数を最大値に近づけ、目標とする特性のカットオフ周波数を低くする場合には、前記係数決定部が前記第二の乗算器のゲイン係数を０に近づけることにより目標とする特性のカットオフ周波数を変化させることを特徴とする請求項１記載の周波数特性変形装置。
【請求項３】
前記フィルタは、低域通過フィルタで構成され、
目標とする特性のカットオフ周波数を高くする場合には、前記係数決定部が前記第二の乗算器のゲイン係数を０に近づけ、目標とする特性のカットオフ周波数を低くする場合には、前記係数決定部が前記第二の乗算器のゲイン係数を最大値に近づけることにより目標とする特性のカットオフ周波数を変化させることを特徴とする請求項１記載の周波数特性変形装置。
【請求項４】
カットオフ周波数の異なる複数の高域通過フィルタと、前記対象とする信号の位相特性を補正し、前記各高域通過フィルタの位相特性と略同一とする位相補正部と、前記高域通過フィルタおよび前記位相補正部から出力された信号のゲインを調整する複数の乗算器と、前記複数の乗算器のゲイン係数の合計が一定値となるように各ゲイン係数を決定する係数決定部とを備え、
前記対象とする信号を前記複数の高域通過フィルタに通して複数のフィルタ出力信号を生成し、生成された各フィルタ出力信号の位相特性を、他の高域通過フィルタの位相特性に相当する位相補正部を用いて補正して各フィルタ出力信号の位相特性を略同一とし、目標とする特性のカットオフ周波数を低くする場合には、前記係数決定部にてカットオフ周波数の低いフィルタからの出力信号に対応する乗算器のゲイン係数を最大値に近づけ、目標とする特性のカットオフ周波数を高くする場合には、前記係数決定部にてカットオフ周波数の高いフィルタからの出力信号に対応する乗算器のゲイン係数を最大値に近づけ、前記位相補正された各フィルタ出力信号に対して、前記係数決定部が決定した各ゲイン係数により重みづけを行った後、前記加算器によって各信号を加算することで、目標とする特性のカットオフ周波数を変化させることを特徴とする請求項２記載の周波数特性変形装置。
【請求項５】
カットオフ周波数の異なる複数の低域通過フィルタと、前記対象とする信号の位相特性を補正し、前記各低域通過フィルタの位相特性と略同一とする位相補正部と、前記低域通過フィルタおよび前記位相補正部から出力された信号のゲインを調整する複数の乗算器と、前記複数の乗算器のゲイン係数の合計が一定値となるように各ゲイン係数を決定する係数決定部とを備え、
前記対象とする信号を前記複数の低域通過フィルタに通して複数のフィルタ出力信号を生成し、生成された各フィルタ出力信号の位相特性を、他の低域通過フィルタの位相特性に相当する位相補正部を用いて補正して各フィルタ出力信号の位相特性を略同一とし、目標とする特性のカットオフ周波数を低くする場合には、前記係数決定部にてカットオフ周波数の低いフィルタからの出力信号に対応する乗算器のゲイン係数を最大値に近づけ、目標とする特性のカットオフ周波数を高くする場合には、前記係数決定部にてカットオフ周波数の高いフィルタからの出力信号に対応する乗算器のゲイン係数を最大値に近づけ、前記位相補正された各フィルタ出力信号に対して、前記係数決定部が決定した各ゲイン係数により重みづけを行った後、前記加算器によって各信号を加算することで、目標とする特性のカットオフ周波数を変化させることを特徴とする請求項３記載の周波数特性変形装置。
【請求項６】
前記高域通過フィルタを通してカットされる低域を抽出する低域抽出部と、
前記低域抽出部から出力された信号の高調波を生成する高調波生成部とを備える
ことを特徴とする請求項２記載の周波数特性変形装置。
【請求項７】
前記高域通過フィルタを通してカットされる低域を抽出する低域抽出部と、
前記低域抽出部から出力された信号の高調波を生成する高調波生成部とを備える
ことを特徴とする請求項４記載の周波数特性変形装置。
【請求項８】
前記高域通過フィルタを通してカットされる低域を抽出する低域抽出部と、
前記低域抽出部から出力された信号の高調波を生成する高調波生成部と、
前記高調波生成部から出力された信号と前記高域通過フィルタから出力された信号を加算する加算器とを備え、
前記加算器から出力された信号のゲインを前記第二の乗算器で変化させ、前記高調波生成部から出力された信号のゲインを低域の減衰特性に応じて変化させることを特徴とする請求項２記載の周波数特性変形装置。
【請求項９】
前記高域通過フィルタを通してカットされる低域を抽出する低域抽出部と、
前記低域抽出部から出力された信号の高調波を生成する高調波生成部と、
前記第二の乗算器で乗じるゲイン係数を、前記高調波生成部から出力される信号に乗じる乗算器とを備え、
前記高調波生成部から出力された信号のゲインを低域の減衰特性に応じて変化させることを特徴とする請求項２記載の周波数特性変形装置。
【請求項１０】
前記高域通過フィルタを通してカットされた低域を抽出する複数の低域抽出部と、
前記複数の低域抽出部から出力された信号の高調波を生成する複数の高調波生成部と、
前記高調波生成部から出力された複数の信号と前記高域通過フィルタから出力された複数の信号を加算する複数の加算器とを備え、
前記加算器から出力された複数の信号のゲインを請求項４記載の前記複数の乗算器で変化させ、前記高調波生成部から出力された複数の信号のゲインを低域の減衰特性に応じて変化させることを特徴とする請求項４記載の周波数特性変形装置。
【請求項１１】
前記高域通過フィルタを通してカットされた低域を抽出する複数の低域抽出部と、
前記複数の低域抽出部から出力された信号の高調波を生成する複数の高調波生成部と、
請求項４記載の前記乗算器で乗じる複数のゲイン係数を、前記複数の高調波生成部から出力される信号に乗じる複数の乗算器とを備え、
前記高調波生成部から出力された複数の信号のゲインを低域の減衰特性に応じて変化させることを特徴とする請求項４記載の周波数特性変形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音響信号再生における歪みや音割れを改善する信号処理技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
音楽やアナウンス音などの音響信号をスピーカで再生するスピーカ再生システムでは、歪みや音割れによって音質が劣化することがある。歪みや音割れの原因は２つに大別される。第一は、スピーカへの入力信号が歪んでいるケースであり、第二は、入力信号は歪んでいなくてもスピーカの再生限界を超えることで歪みや音割れが発生するケースである。
第一のケースについては、以下のように説明することができる。最近の音響信号再生システムではデジタル処理によって周波数特性を補正したり、音量を調整したりする装置が増えてきている。周波数特性の補正では、例えば高周波数成分を１０ｄＢ増強すると、−１０ｄＢＦＳ以上の音量値でデジタル信号が飽和する可能性がうまれる。なお０ｄＢＦＳはデジタル信号の最大振幅値を表す。このため、大音量時に再生音がデジタル的に歪んでしまい、音質が劣化してしまうこととなる。この様子を図２に示す。【０００３】
図２において、縦軸はデジタル信号の振幅強度を、横軸は周波数を示す。また、信号が飽和して音割れの発生する領域をグレーで示し、その境界を太線で示す。２０１、２０２、２０３は、周波数特性が補正されたデジタル音響信号の周波数特性の一例を示しており、２０１は音量値が小さいときの特性、２０２は音量値が中程度のときの特性、２０３は音量値が大きいときの特性である。２０１や２０２の音量値では、音響信号は０ｄＢＦＳを超えないため、音割れが発生せず、本来の音質で楽しむことができる。しかし、２０３のように音量を上げてしまうと、高周波数成分の一部の信号強度が０ｄＢＦＳを超えてしまい、デジタル的に飽和してしまうこととなる。信号が飽和すると歪みや音割れが発生して音質が劣化する。【０００４】
このように、周波数特性が補正されたデジタル信号を大音量で再生しようとすると、特定の周波数成分がデジタル信号の最大振幅値となる０ｄＢＦＳを超えるケースがあるため、これが原因で信号が飽和して歪みや音割れが発生することとなる。【０００５】
次に、第二のケース、すなわちスピーカの再生限界を超えることで歪みや音割れが発生するケースについて説明する。
スピーカ再生では、スピーカの振動板が振れることのできる最大の変位幅があり、これを超えるような信号を入力するとスピーカ振動板がうまく振動することができなくなって歪みや音割れが発生する。ここで、スピーカ振動板の変位幅は入力信号の周波数に依存する。この関係を図３に示す。図３は、電圧（Ｖ）を変化させずに、信号の周波数のみを変化させてスピーカに入力したときにおけるスピーカ振動板の変位幅を示している。なお、図３は、実際にはスピーカの制動度合いを示すＱ値等の違いによってＦ０近傍の特性が図３よりも膨らんだり平らになったりするが、おおまかな傾向は変わらない。また、変位幅の特性が図３に示す特性と異なっているスピーカに対しても本発明を適用することができるため、説明上の利点から、スピーカ振動板の変位幅の特性を図３と見做して以下の説明を行う。【０００６】
図３より、スピーカ振動板の変位幅は、Ｆ０（スピーカの最低共振周波数）よりも低い周波数成分でほぼ一定値となり、Ｆ０よりも高い周波数成分では、およそ−１２ｄＢ／ｏｃｔの傾斜で変位幅が減少していく。これは、Ｆ０近傍以下の低い周波数成分をスピーカに入力したほうが、高い周波数成分を入力するよりもスピーカ振動板がより大きい変位幅で振れることを示している。したがって、低い周波数成分を多く含む信号をスピーカに入力し、その電圧を上げていくと、ある電圧以上で振動板の最大変位幅を超えてしまうこととなる。すなわち、低い周波数成分が多く含まれる信号ほど、また、電圧を上げるほど、スピーカの再生限界を超えやすくなると言える。この様子を図４に示す。
図４において、縦軸は信号の振幅強度を、横軸は周波数を示す。また、スピーカ振動板の変位限界を超えて音割れの発生する領域をグレーで示し、その境界を太線で示す。ここで、図４の特性は音響信号の振幅値に対する特性なので、図３に示したスピーカの変位幅の特性とは異なり、スピーカ振動板の変位限界は＋１２ｄＢ／ｏｃｔの傾斜となる。【０００７】
また、４０１、４０２、４０３は、スピーカで再生する音響信号の周波数特性を示しており、特に低周波数成分を多く含むケースを想定している。４０１は音量値が小さいときの特性、４０２は音量値が中程度のときの特性、４０３は音量値が大きいときの周波数特性である。４０１のように小さな音量値で再生する分には、低周波数成分を多く含む音響信号でもスピーカ振動板の最大変位幅を超えないため、音割れが発生せず、本来の音質で楽しむことができる。しかし、４０２や４０３のように音量を上げてしまうと、スピーカ振動板の最大変位幅を超えてしまうため、歪みや音割れが発生して音質が劣化することとなる。【０００８】
このように、振動板の最大変位幅を超えるような信号を入力すると、振動板がうまく振動できなくなって歪みや音割れが発生することとなる。
歪みや音割れは、本来の音響信号には含まれない音であるため、音楽を楽しもうとするときの大きな阻害要因となる。【０００９】
この問題に対して、従来では図１７に示す処理構成によって歪みや音割れを緩和していた。図１７では、入力信号１３０１に対して、低周波数成分を抑圧するＨＰＦ（高域通過フィルタ）１３０２を通してから信号１３０３を出力する構成となっている。このような構成にすることによって、スピーカに入力する前に、音割れの原因となる低周波数成分を抑圧することができるため、歪みや音割れの発生する割合を減少させることができる。しかし、従来の技術では、ＨＰＦ１３０２によって低周波数成分を抑圧してしまうため、例えば、再生する信号の低周波数成分が少なく、大電圧でスピーカを駆動しても音割れが発生しないような場合にも、常に低域成分が抑圧されてしまって本来の音を再生できなくなるという課題がある。また、それほど大きな電圧で駆動せず、高域通過フィルタ１３０２を通さなくとも音割れが発生しないようなケースでも、低周波成分を常に抑圧してしまうため、本来の音を再生できなくなるという課題もある。すなわち、従来の技術では、大電圧駆動時（大音量時）の音割れ防止のために、低周波数成分を過剰に抑圧して本来の音質を楽しめなくなるという課題がある。【００１０】
この課題を緩和する技術として、例えば、特許文献１に開示されている技術がある。図１８は特許文献１に開示されている振幅制限装置の処理ブロックである。特許文献１によれば、過大入力を抑えるための振幅制限において、振幅制限特性による歪の量を検出し、この値に基づいて周波数帯域毎のゲインを制御することで、振幅制限による音質劣化を緩和している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−１４７７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術では、抑圧する周波数成分が分割する帯域幅に制限されるため、本来抑圧しなくても良い周波数成分まで過剰に抑圧して音質が劣化してしまうという課題があった。例えば、ＢＰＦ（帯域通過フィルタ）によってサブバンドに分割する帯域幅が１００Ｈｚの場合を考える。このとき、６０Ｈｚ以下の周波数成分に大きな強度を持つ信号を入力すると、本来ならば６０Ｈｚ以下の信号成分のみを抑圧すれば音割れが発生しないことになる。然しながら、同技術では０〜１００Ｈｚの信号成分全体の強度を抑圧してしまうため、抑圧すべき周波数成分以外の成分（６０〜１００Ｈｚの成分）も抑圧されてしまうこととなる。また、図３に示した通り、スピーカ振幅板の変位幅は周波数特性を持つが、特許文献１に開示されている振幅制限装置では、変位幅の周波数特性を反映させた処理構成とはなっていない。このため、スピーカ振動板の最大変位を超えることによって発生する音割れを防止する機能を有していないと言える。【００１３】
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、音質を保持したままスピーカ再生における歪み、音割れを防ぐことが可能な周波数特性変形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】
【００１４】
この発明に係る周波数特性変形装置は、対象とする信号の周波数特性を変形させるフィルタと、対象とする信号の位相特性を補正し、フィルタの位相特性と略同一とする位相補正部と、位相補正部から出力された信号のゲインを調整する第一の乗算器と、フィルタから出力された信号のゲインを調整する第二の乗算器と、第一の乗算器のゲイン係数と第二の乗算器のゲイン係数の合計が一定値となるように第一および第二の乗算器のゲイン係数を決定する係数決定部と、第一の乗算器および第二の乗算器から出力される２つの信号を加算する加算器とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、音質を保持した状態でスピーカ再生における歪みや音割れを防止する周波数特性変形装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１による周波数特性変形装置の原理説明図である。
【図２】デジタル信号の振幅限界と音源の周波数特性の関係を示す図である。
【図３】スピーカ振動板の変位特性を示す図である。
【図４】スピーカの振動限界と音源の周波数特性の関係を示す図である。
【図５】実施の形態１による周波数特性変形装置の２つのゲインによる周波数特性の遷移を示す説明図である。
【図６】実施の形態２による周波数特性変形装置の原理説明図である。
【図７】実施の形態２による周波数特性変形装置の２つのゲインによる周波数特性の遷移を示す説明図である。
【図８】実施の形態３による周波数特性変形装置の原理説明図である。
【図９】実施の形態３による周波数特性変形装置の３つのゲインによる周波数特性の遷移を示す説明図である。
【図１０】実施の形態４による周波数特性変形装置の原理説明図である。
【図１１】実施の形態４による周波数特性変形装置の低域抽出部の実施例を示す図である。
【図１２】実施の形態４による周波数特性変形装置の低域抽出部の他の実施例を示す図である。
【図１３】実施の形態４による低域減衰効果に応じた高調波の加算イメージを示す図である。
【図１４】実施の形態５による周波数特性変形装置の原理説明図である。
【図１５】実施の形態５による低域減衰効果に応じた高調波の加算イメージを示す図である。
【図１６】実施の形態６による周波数特性変形装置の原理説明図である。
【図１７】従来技術の原理説明図である。
【図１８】従来技術の振幅制限装置の処理ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施例を示す図である。以下、本実施例の動作について説明する。
本発明による周波数特性変形装置に入力された入力信号１０１は分岐され、位相補正部７０１とＨＰＦ７０２に送られる。
位相補正部７０１は入力信号の周波数振幅特性を変えずに、ＨＰＦ７０２の位相特性と略同一の特性となるように位相特性のみを補正し、得られた信号７０３を第一の乗算器７０５と過大入力推定部１０２に向けて出力する。
ＨＰＦ７０２は入力信号１０１をフィルタ処理し、得られた信号７０４を第二の乗算器７０６と過大入力推定部１０２に向けて出力する。
【００１８】
ここで、ＨＰＦ７０２と略同一の位相特性となるように位相を補正する位相補正部７０１の実現方法について説明する。ＨＰＦ７０２を２次ＩＩＲフィルタ１段で実現する場合、その位相特性はカットオフ周波数のところで丁度９０度回転し、それ以降の周波数成分では１８０度まで徐々に回転することとなる。このような位相特性を実現する位相補正部７０１は、１次ＩＩＲフィルタによる全域通過フィルタで構成することができる。また、ＨＰＦを２次ＩＩＲフィルタ２段で実現する場合、位相特性はカットオフ周波数のところで丁度１８０度回転し、それ以降の周波数成分では３６０度まで徐々に回転することとなる。このような位相特性を実現する位相補正部は２次ＩＩＲフィルタによる全域通過フィルタで構成することができる。また、ＨＰＦを２次ＩＩＲフィルタＮ段で実現する場合、１次ＩＩＲと２次ＩＩＲの全域通過フィルタを適切に直列接続することで同じ位相特性を実現することができる。また、ＨＰＦをＦＩＲフィルタで実現する場合、位相特性は直線位相となるため、位相補正部７０１はサンプル遅延処理で構成することができる。このようにＨＰＦ７０２と同じ位相特性となるような位相補正部７０１を実現することができる。
【００１９】
本実施例の過大入力推定部１０２は、スピーカ振動板変位推定部５０１から構成されている。スピーカ振動板変位推定部５０１では、ボリューム値や対象スピーカのＦ０等の情報５０２を用いて、信号７０３を再生したときのスピーカ振動板の変位値を推定し、第一のスピーカ振動板変位値７０７を求める。同様に、信号７０４を再生したときのスピーカ振動板の変位値を推定し、第二のスピーカ振動板変位値７０８を求める。変位値推定の具体例としては、Ｆ０をカットオフ周波数とする２次ＩＩＲフィルタによるＬＰＦを用意し、これに入力信号を通してからボリューム値を乗算することで、対象スピーカの変位幅に概略比例した値が求められる。また、２次ＩＩＲフィルタによるＬＰＦ ではＱ値を変更させることも可能なので、対象スピーカの制動度合いに応じてＱ値を変えて推定精度を向上させることもできる。もちろん他の方法、例えばＦＩＲフィルタで対象スピーカの振動板変位特性を模擬しても良い。
このように求めた２つのスピーカ振動板変位値７０７、７０８を制御部１０５へ向けて出力する。
【００２０】
制御部１０５では、入力された２つのスピーカ振動板変位値７０７、７０８に対して、夫々異なるゲイン係数を乗じてから加算したときに、振幅値の絶対値が所定の閾値以内に収まるような２つのゲイン係数を求める。ただし、２つのゲイン係数の合計を１とする。
このような条件で２つのゲイン係数を変えていくと、異なった低域減衰効果を実現することができる。図５は、ＨＰＦ７０２を、カットオフ周波数８０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ２段で実現し、位相補正部７０１を、カットオフ周波数８０Ｈｚの２次ＩＩＲの全域通過フィルタ１段で実現した時の２つのゲイン係数による周波数特性の遷移を表している。また、図５において、スピーカ振動板変位値７０７に対するゲイン係数をＡ１、スピーカ振動板変位値７０８に対するゲイン係数をＡ２としたとき、３０１はＡ１＝１．０、Ａ２＝０．０の特性、３０２はＡ１＝０．１、Ａ２＝０．９の特性、３０３は、Ａ１＝０．０、Ａ２＝１．０の特性を示す。このように、完全に平坦な特性（Ａ１＝１．０、Ａ２＝０．０）から、カットオフ周波数８０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ２段と同じ特性（Ａ１＝０．０、Ａ２＝１．０）となる間で異なった低域減衰特性を実現できることがわかる。また、カットオフ周波数以上の周波数成分については、合計１となる割合で位相の揃った成分を加算するため、強度の増減はなく平坦な特性を保つことができる。
【００２１】
このような２つのゲイン係数の具体的な算出法としては、スピーカ振動板変位値７０７をＸ１、スピーカ振動板変位値７０８をＸ２、Ｘ１に対するゲイン係数をＡ１、Ｘ２に対するゲイン係数をＡ２、所定の閾値をＴとすると、以下の式（１）を満たすＡ１、Ａ２を求めることで実現できる。
Ｔ＞ＡＢＳ（Ｘ１×Ａ１＋Ｘ２×Ａ２）    ・・・（１）
Ａ１＋Ａ２＝１  
なお、ＡＢＳ（ｘ）はｘの絶対値を表す。
【００２２】
また、周波数特性の変形を必要最小限に抑えるためには、上述した式（１）を満たすＡ１、Ａ２の組み合わせの中で、Ａ１の値が１に近くなる組み合わせを求めることが好ましい。これはＡ１が位相特性のみを補正した信号を元にした信号でありＡ１を１に近づけるほど周波数特性の変形が少なくなるからである。このようなゲイン係数を求めるためには、まず、Ａ１＝１として、Ａ１の値を徐々に小さくしながらＡＢＳ（Ｘ１×Ａ１＋Ｘ２×Ａ２）の値を求め、Ｔよりも小さくなった時点のＡ１、Ａ２を採用すれば良い。
【００２３】
このように求めたＡ１をゲイン係数７０９として第一の乗算器７０５に向けて出力する。また、Ａ２をゲイン係数７１０として第二の乗算器７０６に向けて出力する。
第一の乗算器７０５では、入力された信号７０３とゲイン係数７０９を乗じて、得られた信号７１１を加算器７１３に向けて出力する。
第二の乗算器７０６では、入力された信号７０４とゲイン係数７１０を乗じて、得られた信号７１２を加算器７１３に向けて出力する。
加算器７１３では、入力された２つの信号７１１、７１２を加算し、得られた信号を出力信号１０７として出力する。
【００２４】
以上のように、実施の形態１の処理構成により、再生音響信号が過大入力になることを防ぐことが可能となる。このため、本発明によって、歪みや音割れを抑圧することができるという効果が得られる。また、制御部によって、出来るだけカットオフ周波数を低くすることで、必要最小限の周波数特性変化で歪みや音割れを防止することができるという効果も得られる。
【００２５】
実施の形態２．
実施例１で説明したＨＰＦ７０２をＬＰＦに置き換えることで、高周波数成分の補正が多いような周波数特性補正を施されたデジタル音響信号において、デジタル信号の最大振幅を超えないように信号の周波数特性を変形させることも可能である。図６はＨＰＦ７０２をＬＰＦに置き換えた場合の実施例を示す処理構成である。
本発明による周波数特性変形装置に入力された入力信号１０１は分岐され、位相補正部７０１とＬＰＦ９０１に送られる。
位相補正部７０１は入力信号の周波数振幅特性を変えずに、ＬＰＦ９０１の位相特性と略同一の特性となるように位相特性のみを補正し、得られた信号７０３を第一の乗算器７０５と過大入力推定部１０２に向けて出力する。
ＬＰＦ９０１は入力信号１０１をフィルタ処理し、得られた信号９０２を第二の乗算器７０６と過大入力推定部１０２に向けて出力する。
ここで、位相補正部７０１は、実施例１と同様に全域通過フィルタないしサンプル遅延処理で実現することができるため詳しい説明を省略する。
【００２６】
本実施例の過大入力推定部１０２は、デジタル信号振幅算出部６０１から構成されている。デジタル信号振幅算出部６０１では、ボリューム値６０２と入力信号７０３を乗算して第一の振幅値７０７を求める。同様に、ボリューム値６０２と入力信号９０２を乗算して第二の振幅値７０８を求める。
このように求めた２つの振幅値７０７、７０８を制御部１０５へ向けて出力する。
【００２７】
制御部１０５では、入力された２つの振幅値７０７、７０８に対して、２つの異なるゲイン係数を乗じてから加算したときに、振幅値の絶対値が所定の閾値以内に収まるような２つのゲイン係数を夫々求める。ただし、２つのゲイン係数の合計を１とする。また、所定の閾値とは通常は０ｄＢＦＳを設定するがこれに限らず、スピーカ耐入力とアンプ出力との整合がとれておらず、アンプの出力を制限させたい場合などにはこれよりも小さい値を設定してもよい。
【００２８】
このような条件で２つのゲイン係数を変えていくと、異なった高域減衰効果を実現することができる。図７は、ＬＰＦ７０２を、カットオフ周波数６０００Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ２段で実現し、位相補正部７０１を、カットオフ周波数６０００Ｈｚの２次ＩＩＲの全域通過フィルタ１段で実現した時の２つのゲイン係数による周波数特性の遷移を表している。また、図７において、スピーカ振動板変位値７０７に対するゲイン係数をＡ１、スピーカ振動板変位値７０８に対するゲイン係数をＡ２としたとき、８０１はＡ１＝１．０、Ａ２＝０．０の特性、８０２はＡ１＝０．１、Ａ２＝０．９の特性、８０３は、Ａ１＝０．０、Ａ２＝１．０の特性を示す。このように、完全に平坦な特性（Ａ１＝１．０、Ａ２＝０．０）から、カットオフ周波数６０００Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ２段の特性（Ａ１＝０．０、Ａ２＝１．０）まで、異なった高域減衰特性を実現できることがわかる。また、カットオフ周波数以下の周波数成分については、合計１となる割合で位相の揃った成分を加算するため、強度の増減はなく平坦な特性を保つことができる。このような２つのゲイン係数の具体的な算出法としては、実施例１と同様に求められるため、説明を省略する。
【００２９】
このように求めたＡ１をゲイン係数７０９として第一の乗算器７０５に向けて出力する。また、Ａ２をゲイン係数７１０として第二の乗算器７０６に向けて出力する。
第一の乗算器７０５では、入力された信号７０３とゲイン係数７０９を乗じて、得られた信号７１１を加算器７１３に向けて出力する。
第二の乗算器７０６では、入力された信号９０２とゲイン係数７１０を乗じて、得られた信号７１２を加算器７１３に向けて出力する。
加算器７１３では、入力された２つの信号７１１、７１２を加算し、得られた信号を出力信号１０７として出力する。
【００３０】
以上のように、実施の形態２の処理構成により、高周波数成分を多く補正しているようなデジタル音響信号の振幅値を抑圧することができ、歪みや音割れを抑圧することができるという効果が得られる。また、本実施例の制御部では、ＬＰＦのカットオフ周波数をできるだけ大きな値にすることができるため必要最小限の周波数特性の変化で歪みや音割れを防止することができるという効果も得られる。
【００３１】
実施の形態３．
実施例１、２では、１つの位相補正部と１つのＨＰＦないしＬＰＦにて周波数特性変形部を実現していたが、これに限らず、複数の位相補正部と複数のＨＰＦないしＬＰＦにて周波数特性変形部を実現しても良い。
図８は、３つの位相補正部と３つＨＰＦにて周波数特性変形部を実現した例を示す図である。以下、本実施例の動作について説明する。
本発明による周波数特性変形装置に入力された入力信号１０１は３つに分岐され、第一のＨＰＦ１１０１と第二のＨＰＦ１１０２、第三のＨＰＦ１１０３に送られる。
第一のＨＰＦ１１０１では、入力信号をフィルタ処理し、得られた信号１１０４を第一の位相補正部１１０７に向けて出力する。
第二のＨＰＦ１１０２では、入力信号をフィルタ処理し、得られた信号１１０５を第二の位相補正部１１０８に向けて出力する。
第三のＨＰＦ１１０３では、入力信号をフィルタ処理し、得られた信号１１０６を第三の位相補正部１１０９に向けて出力する。
【００３２】
第一の位相補正部１１０７では、信号の周波数振幅特性を変えずに、第二のＨＰＦ１１０２と第三のＨＰＦ１１０３とを両方処理したときの位相特性と略同一の特性となるように位相特性のみを補正し、得られた信号１１１０を第一の乗算器１１１３と過大入力推定部１０２に向けて出力する。
第二の位相補正部１１０８では、信号の周波数振幅特性を変えずに、第一のＨＰＦ１１０１と第三のＨＰＦ１１０３とを両方処理したときの位相特性と略同一の特性となるように位相特性のみを補正し、得られた信号１１１１を第二の乗算器１１１４と過大入力推定部１０２に向けて出力する。
第三の位相補正部１１０９では、信号の周波数振幅特性を変えずに、第一のＨＰＦ１１０１と第二のＨＰＦ１１０２とを両方処理したときの位相特性と略同一の特性となるように位相特性のみを補正し、得られた信号１１１２を第三の乗算器１１１５と過大入力推定部１０２に向けて出力する。
【００３３】
ここで、各位相補正部は実施例１と同様に全域通過フィルタないしサンプル遅延処理で実現することができるため詳しい説明を省略する。
本実施例の過大入力推定部１０２は、スピーカ振動板変位推定部５０１から構成されている。スピーカ振動板変位推定部５０１では、ボリューム値や対象スピーカのＦ０等の情報５０２を用いて、信号１１１０を再生したときのスピーカ振動板の変位値を推定し、第一のスピーカ振動板変位値１１１６を求める。同様に、信号１１１１を再生したときのスピーカ振動板の変位値を推定し、第二のスピーカ振動板変位値１１１７を求める。同様に、信号１１１２を再生したときのスピーカ振動板の変位値を推定し、第三のスピーカ振動板変位値１１１８を求める。
変位値推定の具体例としては、実施例１と同様の方法で求められるため詳細説明を省略する。
【００３４】
このように求めた３つのスピーカ振動板変位値１１１６、１１１７、１１１８を制御部１０５へ向けて出力する。
制御部１０５では、入力された３つのスピーカ振動板変位値１１１６、１１１７、１１１８に対して、夫々異なるゲイン係数を乗じてから加算したときに、振幅値の絶対値が所定の閾値以内に収まるような３つのゲイン係数を求める。ただし、３つのゲイン係数の合計を１とする。
【００３５】
このような条件で３つのゲイン係数を変えていくと、異なった低域減衰効果を実現することができる。図９は、第一のＨＰＦ１１０１を、カットオフ周波数３０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ２段で実現し、第二のＨＰＦ１１０２を、カットオフ周波数７０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ２段で実現し、第三のＨＰＦ１１０３を、カットオフ周波数１４０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ４段で実現し、第一の位相補正部１１０７をカットオフ周波数７０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ１段とカットオフ周波数１４０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ２段とを直列に接続して実現し、第二の位相補正部１１０８をカットオフ周波数３０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ１段とカットオフ周波数１４０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ２段とを直列に接続して実現し、第三の位相補正部１１０９をカットオフ周波数３０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ１段とカットオフ周波数７０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ１段とを直列に接続して実現したときの３つのゲイン係数による周波数特性の遷移を表している。
【００３６】
また、図９において、スピーカ振動板変位値１１１６に対するゲイン係数をＡ１、スピーカ振動板変位値１１１７に対するゲイン係数をＡ２、スピーカ振動板変位値１１１８に対するゲイン係数をＡ３としたとき、９０１はＡ１＝１．０、Ａ２＝０．０、Ａ３＝０．０の特性、９０２はＡ１＝０．１、Ａ２＝０．９、Ａ３＝０．０の特性、９０３は、Ａ１＝０．０、Ａ２＝１．０、Ａ３＝０．０の特性、９０４は、Ａ１＝０．０、Ａ２＝０．１、Ａ３＝０．９の特性、９０５は、Ａ１＝０．０、Ａ２＝０．０、Ａ３＝１．０の特性を示す。このように、カットオフ周波数３０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ２段の特性（Ａ１＝１．０、Ａ２＝０．０、Ａ３＝０．０）から、カットオフ周波数１４０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ４段の特性（Ａ１＝０．０、Ａ２＝０．０、Ａ３＝１．０）まで、異なった低域減衰特性を実現できることがわかる。また、カットオフ周波数以上の周波数成分については、合計１となる割合で位相の揃った成分を加算するため、強度の増減はなく平坦な特性を保つことができる。
【００３７】
また、このような３つのゲイン係数の具体的な算出法としては、スピーカ振動板変位値１１１６をＸ１、スピーカ振動板変位値１１１７をＸ２、スピーカ振動板変位値１１１８をＸ３、Ｘ１に対するゲイン係数をＡ１、Ｘ２に対するゲイン係数をＡ２、Ｘ３に対するゲイン係数をＡ３、所定の閾値をＴとすると、以下の式（２）を満たすＡ１、Ａ２、Ａ３を求めることで実現できる。
Ｔ＞ＡＢＳ（Ｘ１×Ａ１＋Ｘ２×Ａ２＋Ｘ３×Ａ３）    ・・・（２）
Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＝１  
なお、ＡＢＳ（ｘ）はｘの絶対値を表す。
【００３８】
このように求めたＡ１をゲイン係数１１１９として第一の乗算器１１１３に向けて出力する。また、Ａ２をゲイン係数１１２０として第二の乗算器１１１４に向けて出力する。また、Ａ３をゲイン係数１１２１として第三の乗算器１１１５に向けて出力する。
第一の乗算器１１１３では、入力された信号１１１０とゲイン係数１１１９を乗じて、得られた信号１１２２を加算器７１３に向けて出力する。
第二の乗算器１１１４では、入力された信号１１１１とゲイン係数１１２０を乗じて、得られた信号１１２３を加算器７１３に向けて出力する。
第三の乗算器１１１５では、入力された信号１１１２とゲイン係数１１２１を乗じて、得られた信号１１２４を加算器７１３に向けて出力する。
加算器７１３では、入力された３つの信号１１２２、１１２３、１１２４を加算し、得られた信号を出力信号１０７として出力する。
【００３９】
以上のように、実施の形態３の処理構成により、３つの位相補正と３つのＨＰＦにて周波数特性変形部を実現することができ、周波数特性変形部にて、実施例１よりも通常のＨＰＦに近い特性を実現できるという効果が得られる。
もちろん、位相補正とＨＰＦの個数を増やすことで、さらに通常のＨＰＦに近い特性を実現できるようになる。また、本構成のＨＰＦをＬＰＦに置き換えることにより、高周波数成分の補正が多いような周波数特性補正を施されたデジタル音響信号において、デジタル信号の最大振幅を超えないように信号の周波数特性を変形させることも可能となる。
【００４０】
実施の形態４．
図１０は本発明の別の実施例を示す図である。本実施例では、高域通過フィルタでカットした低域に対し、その高調波を生成、加算する例を示している。以下、本実施例の動作について説明する。
本発明による信号処理装置に入力された入力信号１０１は分岐され、位相補正部７０１、ＨＰＦ７０２に送られる。
位相補正部７０１は入力信号の周波数振幅特性を変えずに、ＨＰＦ７０２の位相特性と略同一の特性となるように位相特性のみを補正し、得られた信号７０３を第一の乗算器７０５、過大入力推定部１０２と高調波信号生成部２００１に向けて出力する。
ＨＰＦ７０２は入力信号１０１をフィルタ処理し、得られた信号７０４を加算器２００３に向けて出力する。
ここで、位相補正部は実施例１と同様に全域通過フィルタないしサンプル遅延処理で実現することができるため詳しい説明を省略する。
【００４１】
高調波信号生成部２００１は、低域抽出部２００４、高調波生成部２００６と乗算器２００８から構成されている。
低域抽出部２００４では、位相補正部７０１の出力信号７０３を入力してＨＰＦ７０２でカットされる低域を抽出し、得られた信号２００５を高調波生成部２００６に向けて出力する。ここで、ＨＰＦ７０２でカットされる低域を抽出する低域抽出部２００４の実現方法は、図１１のように差分器２０１１から構成して、位相補正部７０１の出力信号７０３をＨＰＦ７０２の出力信号７０４で減算することで実現する方法や、図１２のようにＬＰＦ２０１２から構成して、位相補正部７０１の出力信号７０３をＨＰＦ７０２のフィルタ仕様と同様なフィルタに通すことで実現する方法がある。
【００４２】
高調波生成部２００６では、低域抽出部２００４の出力信号２００５の高調波をｎ次まで生成し（ｎは３以上の整数）、得られた信号２００７を乗算器２００８に向けて出力する。ここで、高調波生成部２００６の実現方法は、ピークホールド、全波整流、半波整流などの波形変形や、信号２００５のｍ回乗算（ｍは整数）、分周などで生成し、奇数次高調波及び偶数次高調波の両方を生成するものであればよい。
乗算器２００８では、高調波生成部２００６の出力信号２００７を、ユーザ好みのゲイン係数で乗じて、得られた信号２００２を加算器２００３に向けて出力する。ここで、乗算器２００８で乗じるゲイン係数は、固定のゲイン係数を事前に複数用意するなどし、ユーザの好みに応じて変更するものである。
加算器２００３では、入力された２つの信号７０４、２００２を加算し、得られた信号２００３´を過大入力推定部１０２と第二の乗算器７０６に向けて出力する。
【００４３】
本実施例の過大入力推定部１０２は、スピーカ振動板変位推定部５０１から構成されている。スピーカ振動板変位推定部５０１では、ボリューム値や対象スピーカのＦ０等の情報５０２を用いて、信号７０３を再生したときのスピーカ振動板の変位値を推定し、第一のスピーカ振動板変位値７０７を求める。同様に、信号２００３´を再生したときのスピーカ振動板の変位値を推定し、第二のスピーカ振動板変位値７０８を求める。
変位値推定の具体例としては、実施例１と同様の方法で求められるため詳細説明を省略する。
【００４４】
スピーカ振動板変位推定部５０１で求めた２つのスピーカ振動板変位値７０７、７０８は、制御部１０５へ向けて出力する。
制御部１０５では、入力された２つのスピーカ振動板変位値７０７、７０８に対して、夫々異なるゲイン係数を乗じてから加算したときに、振幅値の絶対値が所定の閾値以内に収まるような２つのゲイン係数を求める。ただし、２つのゲイン係数の合計を１とする。
このような条件で２つのゲイン係数を変えていくと、異なった低域減衰効果を実現することができる。低域減衰効果の具体例は、実施例１と同様な特性となるため詳細説明を省略する。
【００４５】
また、低域減衰効果に応じて、カットした低域の高調波の加算量を変化させることができる。図１３は、ＨＰＦ７０２を、カットオフ周波数８０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ２段で実現し、位相補正手段７０１を、カットオフ周波数８０Ｈｚの２次ＩＩＲの全域通過フィルタ１段で実現した時の低域減衰効果に応じた高調波の加算イメージを表したものである。
図１３において、スピーカ振動板変位値７０７に対するゲイン係数をＡ１、スピーカ振動板変位値７０８に対するゲイン係数をＡ２としたとき、２０２１はＡ１＝０．０、Ａ２＝１．０の特性イメージ、２０２２はＡ１＝０．１、Ａ２＝０．９の特性イメージ、２０２３は、Ａ１＝０．５、Ａ２＝０．５の特性イメージを示す。これより、Ａ２の値が大きく、低域の減衰量が大きいほど８０Ｈｚ以下の低域の高調波が多く加算されることがわかる。
また、ゲイン係数Ａ１、Ａ２の具体的な算出法は、実施例１と同様に求められるため、説明を省略する。
【００４６】
制御部１０５で求めたＡ１はゲイン係数７０９として第一の乗算器７０５に向けて出力する。また、Ａ２はゲイン係数７１０として第二の乗算器７０６に向けて出力する。
第一の乗算器７０５では、入力された信号７０３とゲイン係数７０９を乗じて、得られた信号７１１を加算器７１３に向けて出力する。
第二の乗算器７０６では、入力された信号２００３´とゲイン係数７１０を乗じて、得られた信号７１２を加算器７１３に向けて出力する。
加算器７１３では、入力された２つの信号７１１、７１２を加算し、得られた信号を出力信号１０７として出力する。
【００４７】
以上のように、実施の形態４の処理構成により、周波数特性変形部でカットした低域の高調波を高調波信号生成部においてｎ次まで生成し（ｎは３以上の整数）、音響心理的特徴“Missing fundamental”によりカットした低域を擬似的に感じさせることができるという効果が得られる。また、制御部において、ＨＰＦの出力信号と生成した高調波信号のゲインを併せて制御するため、低域の減衰特性に応じて前記低域補間効果を変化させることも可能となる。
ここでMissing fundamentalとは、２つ以上の周波数の音を聴くと、その差分の周波数の音が聴こえると錯覚する特徴である。
【００４８】
実施の形態５．
実施例５では、１つの位相補正部と１つのＨＰＦにて周波数特性変形部を実現していたが、これに限らず、複数の位相補正部と複数のＨＰＦにて周波数特性変形部を実現しても良い。
図１４は、３つの位相補正部と３つのＨＰＦにて周波数特性変形部を実現した例を示す図である。以下、本実施例の動作について説明する。
本発明による信号処理装置に入力された入力信号１０１は６つに分岐され、第一のＨＰＦ１１０１、第二のＨＰＦ１１０２、第三のＨＰＦ１１０３と第一のＬＰＦ２１０１と第二のＬＰＦ２１０２、第三のＬＰＦ２１０３に送られる。
第一のＨＰＦ１１０１では、入力信号をフィルタ処理し、得られた信号１１０４を第一の位相補正部１１０７に向けて出力する。
第二のＨＰＦ１１０２では、入力信号をフィルタ処理し、得られた信号１１０５を第二の位相補正部１１０８に向けて出力する。
第三のＨＰＦ１１０３では、入力信号をフィルタ処理し、得られた信号１１０６を第三の位相補正部１１０９に向けて出力する。
【００４９】
第一の位相補正部１１０７では、信号の周波数振幅特性を変えずに、第二のＨＰＦ１１０２と第三のＨＰＦ１１０３とを両方処理したときの位相特性と略同一の特性となるように位相特性のみを補正し、得られた信号１１１０を加算器２１２５に向けて出力する。
第二の位相補正部１１０８では、信号の周波数振幅特性を変えずに、第一のＨＰＦ１１０１と第三のＨＰＦ１１０３とを両方処理したときの位相特性と略同一の特性となるように位相特性のみを補正し、得られた信号１１１１を加算器２１２６に向けて出力する。
第三の位相補正部１１０９では、信号の周波数振幅特性を変えずに、第一のＨＰＦ１１０１と第二のＨＰＦ１１０２とを両方処理したときの位相特性と略同一の特性となるように位相特性のみを補正し、得られた信号１１１２を加算器２１２７に向けて出力する。
ここで、各位相補正部は実施例１と同様に全域通過フィルタないしサンプル遅延処理で実現することができるため詳しい説明を省略する。
【００５０】
第一のＬＰＦ２１０１では、入力信号１０１を第一のＨＰＦ１１０１と同様なフィルタ仕様を持ったフィルタで処理し、得られた信号２１０４を第四の位相補正部２１０７に向けて出力する。
第二のＬＰＦ２１０２では、入力信号１０１を第二のＨＰＦ１１０２と同様なフィルタ仕様を持ったフィルタで処理し、得られた信号２１０５を第五の位相補正部２１０８に向けて出力する。
第三のＬＰＦ２１０３では、入力信号１０１を第三のＨＰＦ１１０３と同様なフィルタ仕様を持ったフィルタで処理し、得られた信号２１０６を第六の位相補正部２１０９に向けて出力する。
【００５１】
第四の位相補正部２１０７では、信号の周波数振幅特性を変えずに、第二のＬＰＦ２１０２と第三のＬＰＦ２１０３とを両方処理したときの位相特性と略同一の特性となるように位相特性のみを補正し、得られた信号２１１０を第一の高調波生成部２１１３に向けて出力する。
第五の位相補正部２１０８では、信号の周波数振幅特性を変えずに、第一のＬＰＦ２１０１と第三のＬＰＦ２１０３とを両方処理したときの位相特性と略同一の特性となるように位相特性のみを補正し、得られた信号２１１１を第二の高調波生成部２１１４に向けて出力する。
第六の位相補正部２１０９では、信号の周波数振幅特性を変えずに、第一のＬＰＦ２１０１と第二のＬＰＦ２１０２とを両方処理したときの位相特性と略同一の特性となるように位相特性のみを補正し、得られた信号２１１２を第三の高調波生成部２１１５に向けて出力する。
【００５２】
第一の高調波生成部２１１３では、信号２１１０の高調波を生成し、得られた信号２１１６を乗算器２１１９に向けて出力する。
第二の高調波生成部２１１４では、信号２１１１の高調波を生成し、得られた信号２１１７を乗算器２１２０に向けて出力する。
第三の高調波生成部２１１５では、信号２１１２の高調波を生成し、得られた信号２１１８を乗算器２１２１に向けて出力する。
【００５３】
ここで、各高調波生成部の実現方法は、ピークホールド、全波整流、半波整流などの波形変形や、信号のｍ回乗算（ｍは整数）、分周などで生成し、奇数次高調波及び偶数次高調波の両方を生成するものであればよい。
乗算器２１１９では、信号２１１６をユーザの好みのゲイン係数で乗じて、得られた信号２１２２を加算器２１２５に向けて出力する。
乗算器２１２０では、信号２１１７をユーザの好みのゲイン係数で乗じて、得られた信号２１２３を加算器２１２６に向けて出力する。
乗算器２１２１では、信号２１１８をユーザの好みのゲイン係数で乗じて、得られた信号２１２４を加算器２１２７に向けて出力する。
ここで、乗算器２１１９、２１２０、２１２１で乗じるゲイン係数は、固定のゲイン係数を事前に複数用意するなどし、ユーザの好みに応じて変更するものである。
【００５４】
加算器２１２５では、入力された２つの信号１１１０、２１２２を加算し、得られた信号２１２８を過大入力推定部１０２と第一の乗算器１１１３に向けて出力する。
加算器２１２６では、入力された２つの信号１１１１、２１２３を加算し、得られた信号２１２９を過大入力推定部１０２と第二の乗算器１１１４に向けて出力する。
加算器２１２７では、入力された２つの信号１１１２、２１２４を加算し、得られた信号２１３０を過大入力推定部１０２と第三の乗算器１１１５に向けて出力する。
【００５５】
過大入力推定部１０２は、スピーカ振動板変位推定部５０１から構成されている。スピーカ振動板変位推定部５０１では、ボリューム値や対象スピーカのＦ０等の情報５０２を用いて、信号２１２８を再生したときのスピーカ振動板の変位値を推定し、第一のスピーカ振動板変位値１１１６を求める。同様に、信号２１２９を再生したときのスピーカ振動板の変位値を推定し、第二のスピーカ振動板変位値１１１７を求める。同様に、信号２１３０を再生したときのスピーカ振動板の変位値を推定し、第三のスピーカ振動板変位値１１１８を求める。
変位値推定の具体例としては、実施例１と同様の方法で求められるため詳細説明を省略する。
【００５６】
スピーカ振動板変位推定部５０１で求めた３つのスピーカ振動板変位値１１１６、１１１７、１１１８を制御部１０５へ向けて出力する。
制御部１０５では、入力された３つのスピーカ振動板変位値１１１６、１１１７、１１１８に対して、夫々異なるゲイン係数を乗じてから加算したときに、振幅値の絶対値が所定の閾値以内に収まるような３つのゲイン係数を求める。ただし、３つのゲイン係数の合計を１とする。
このような条件で３つのゲイン係数を変えていくと、異なった低域減衰効果を実現することができる。低域減衰効果の具体例は、実施例３と同様な特性となるため詳細説明を省略する。
【００５７】
また、低域減衰効果に応じて、カットした低域の高調波の加算量を変化させることができる。図１５は、第一のＨＰＦ１１０１を、カットオフ周波数３０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ２段で実現し、第二のＨＰＦ１１０２を、カットオフ周波数７０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ２段で実現し、第三のＨＰＦ１１０３を、カットオフ周波数１４０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ４段で実現し、第一の位相補正部１１０７をカットオフ周波数７０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ１段とカットオフ周波数１４０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ２段とを直列に接続して実現し、第二の位相補正部１１０８をカットオフ周波数３０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ１段とカットオフ周波数１４０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ２段とを直列に接続して実現し、第三の位相補正部１１０９をカットオフ周波数３０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ１段とカットオフ周波数７０Ｈｚの２次ＩＩＲフィルタ１段とを直列に接続して実現したときの低域減衰効果に応じた高調波の加算イメージを表したものである。
【００５８】
図１５において、スピーカ振動板変位値１１１６に対するゲイン係数をＡ１、スピーカ振動板変位値１１１７に対するゲイン係数をＡ２、スピーカ振動板変位値１１１８に対するゲイン係数をＡ３としたとき、２１３１はＡ１＝１．０、Ａ２＝０．０、Ａ３＝０．０の特性イメージ、２１３２はＡ１＝０．９、Ａ２＝０．１、Ａ３＝０．０の特性イメージ、２１３３は、Ａ１＝０．０、Ａ２＝０．０、Ａ３＝１．０の特性イメージを示す。これより、ＨＰＦでカットした低域の高調波が、カットした帯域の上の周波数帯域に加算されることがわかる。
また、ゲイン係数Ａ１、Ａ２、Ａ３の具体的な算出法は、実施例３と同様に求められるため、説明を省略する。
【００５９】
制御部１０５で求めたＡ１をゲイン係数１１１９として第一の乗算器１１１３に向けて出力する。また、Ａ２をゲイン係数１１２０として第二の乗算器１１１４に向けて出力する。また、Ａ３をゲイン係数１１２１として第三の乗算器１１１５に向けて出力する。
第一の乗算器１１１３では、入力された信号２１２８とゲイン係数１１１９を乗じて、得られた信号１１２２を加算器７１３に向けて出力する。
第二の乗算器１１１４では、入力された信号２１２９とゲイン係数１１２０を乗じて、得られた信号１１２３を加算器７１３に向けて出力する。
第三の乗算器１１１５では、入力された信号２１３０とゲイン係数１１２１を乗じて、得られた信号１１２４を加算器７１３に向けて出力する。
加算器７１３では、入力された３つの信号１１２２、１１２３、１１２４を加算し、得られた信号を出力信号１０７として出力する。
【００６０】
以上のように、実施の形態５の処理構成により、高調波信号生成部において周波数特性変形部でカットした低域の高調波をｎ次まで生成し（ｎは３以上の整数）、音響心理的特徴“Missing fundamental”によりカットした低域を擬似的に感じさせることができるという効果が得られる。また、制御部において、ＨＰＦの出力信号と生成した高調波信号のゲインを併せて制御するため、低域の減衰特性に応じて前記低域補間効果を変化させることも可能となる。
【００６１】
実施の形態６
実施例４、５では、高調波信号生成部２００１の出力信号２００２をＨＰＦの出力信号と加算する構成であったが、高調波信号生成部２００１の出力信号２００２を周波数特性変形部１０３の後段で加算する構成にしても良い。
図１６は、実施例４において、高調波信号生成部２００１の出力信号２００２の加算位置を周波数特性変形部１０３の後段に変更した構成の実施例を示す図である。以下、本実施例の動作について説明する。
本発明による信号処理装置に入力された入力信号１０１は分岐され、位相補正部７０１、ＨＰＦ７０２に送られる。
位相補正部７０１は入力信号の周波数振幅特性を変えずに、ＨＰＦ７０２の位相特性と略同一の特性となるように位相特性のみを補正し、得られた信号７０３を第一の乗算器７０５、過大入力推定部１０２と高調波信号生成部２００１に向けて出力する。
ＨＰＦ７０２は入力信号１０１をフィルタ処理し、得られた信号７０４を乗算器７０６と過大入力推定部１０２に向けて出力する。
ここで、位相補正部は実施例１と同様に全域通過フィルタないしサンプル遅延処理で実現することができるため詳しい説明を省略する。
【００６２】
本実施例の過大入力推定部１０２は、スピーカ振動板変位推定部５０１から構成されている。スピーカ振動板変位推定部５０１では、ボリューム値や対象スピーカのＦ０等の情報５０２を用いて、信号７０３を再生したときのスピーカ振動板の変位値を推定し、第一のスピーカ振動板変位値７０７を求める。同様に、信号７０４を再生したときのスピーカ振動板の変位値を推定し、第二のスピーカ振動板変位値７０８を求める。
変位値推定の具体例としては、実施例１と同様の方法で求められるため詳細説明を省略する。
【００６３】
スピーカ振動板変位推定部５０１で求めた２つのスピーカ振動板変位値７０７、７０８を制御部１０５へ向けて出力する。
制御部１０５では、入力された２つのスピーカ振動板変位値７０７、７０８に対して、夫々異なるゲイン係数を乗じてから加算したときに、振幅値の絶対値が所定の閾値以内に収まるような２つのゲイン係数を求める。ただし、２つのゲイン係数の合計を１とする。
このような条件で２つのゲイン係数を変えていくと、異なった低域減衰効果を実現することができる。低域減衰効果の具体例は、実施例１と同様な特性となるため詳細説明を省略する。
また、図１６において、スピーカ振動板変位値７０７に対するゲイン係数をＡ１、スピーカ振動板変位値７０８に対するゲイン係数をＡ２としたとき、ゲイン係数Ａ１、Ａ２の具体的な算出法は、実施例１と同様に求められるため、説明を省略する。
【００６４】
制御部１０５で求めたＡ１をゲイン係数７０９として第一の乗算器７０５に向けて出力する。また、Ａ２をゲイン係数７１０として第二の乗算器７０６と乗算器２２０１に向けて出力する。
第一の乗算器７０５では、入力された信号７０３とゲイン係数７０９を乗じて、得られた信号７１１を加算器７１３に向けて出力する。
第二の乗算器７０６では、入力された信号７０４とゲイン係数７１０を乗じて、得られた信号７１２を加算器７１３に向けて出力する。
加算器７１３では、入力された２つの信号７１１、７１２を加算し、得られた信号２２０３を加算２２０４に向けて出力する。
【００６５】
高調波信号生成部２００１は、低域抽出部２００４、高調波生成部２００６と乗算器２００８から構成されている。
低域抽出部２００４では、位相補正部７０１の出力信号を入力し、ＨＰＦ７０２でカットされる低域を抽出し、得られた信号２００５を高調波生成部２００６に向けて出力する。ここで、ＨＰＦ７０２でカットされる低域を抽出する低域抽出部２００４の実現方法は、実施例４と同様に求められるため、説明を省略する。
【００６６】
高調波生成部２００６では、低域抽出部２００４の出力信号２００５の高調波をｎ次まで生成し（ｎは３以上の整数）、得られた信号２００７を乗算器２００８に向けて出力する。ここで、高調波生成部２００６の実現方法は、ピークホールド、全波整流、半波整流などの波形変形や、信号２００５のｍ回乗算（ｍは整数）、分周などで生成し、奇数次高調波及び偶数次高調波の両方を生成するものであればよい。
【００６７】
乗算器２００８では、高調波生成部２００６の出力信号２００７を、ユーザ好みのゲイン係数で乗じて、得られた信号２００２を乗算器２２０１に向けて出力する。ここで、乗算器２００８で乗じるゲイン係数は、固定のゲイン係数を事前に複数用意するなどし、ユーザの好みに応じて変更するものである。
乗算器２２０１では、入力された信号２００２とゲイン係数７１０を乗じて、得られた信号２２０２を加算器２２０４に向けて出力する。ここで、乗算器２２０１では、低域減衰効果に応じて、カットした低域の高調波の加算量を変化させることができる。低域減衰効果に応じた高調波の加算イメージについては、実施例４と同様となるため、説明を省略する。
加算器２２０４では、入力された２つの信号２２０２、２２０３を加算し、得られた信号を出力信号１０７として出力する。
【００６８】
以上のように、実施の形態６の処理構成により、高調波信号生成部において周波数特性変形部でカットした低域の高調波をｎ次まで生成し（ｎは３以上の整数）、音響心理的特徴“Missing fundamental”によりカットした低域を擬似的に感じさせることができるという効果が得られる。また、制御部において、ＨＰＦの出力信号と生成した高調波信号のゲインを併せて制御するため、低域の減衰特性に応じて前記低域補間効果を変化させることも可能となる。
【００６９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、この発明に係る周波数特性変形装置は音響信号再生における歪みや音割れを改善することができ、オーディオ再生装置などに利用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０１  入力信号、１０２  過大入力推定部、１０３  周波数特性変形部、１０５  制御部、１０７  出力信号、５０１  スピーカ振動板変位推定部、５０２  情報、７０１  位相補正部、７０２  ＨＰＦ、７０５  第一の乗算器、７０６  第二の乗算器、７１３，２００３，２１２５，２１２６，２１２７，２２０４  加算器、９０１，２０１２  ＬＰＦ、１１０１  第一のＨＰＦ、１１０２  第二のＨＰＦ、１１０３  第三のＨＰＦ、１１０７  第一の位相補正部、１１０８  第二の位相補正部、１１０９  第三の位相補正部、１１１３  第一の乗算器、１１１４  第二の乗算器、１１１５  第三の乗算器、２００１  高調波信号生成部、２００４  低域抽出部、２００６  高調波生成部、２００８，２１１９，２１２０，２１２１，２２０１  乗算器、２０１１  差分器、２１０１  第一のＬＰＦ、２１０２  第二のＬＰＦ、２１０３  第三のＬＰＦ、２１０７  第四の位相補正部、２１０８  第五の位相補正部、２１０９  第六の位相補正部、２１１３  第１の高調波生成部、２１１４  第２の高調波生成部、２１１５  第３の高調波生成部。
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年11月10日(2014.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
この発明に係る周波数特性変形装置は、対象とする信号が入力され、入力された前記対象とする信号の周波数特性を変更したフィルタ出力信号をそれぞれ生成する互いにカットオフ周波数の異なる複数の高域通過フィルタと、それぞれの前記フィルタ出力信号に対して、当該フィルタ出力信号を生成した前記高域通過フィルタを除く他の前記高域通過フィルタに応じた位相特性の補正を行って、位相特性を補正された複数の前記フィルタ出力信号の位相特性を略同一とする位相補正部と、前記位相補正部において位相特性を補正された複数の前記フィルタ出力信号のそれぞれに対応し、当該対応する信号のゲインを調整する複数の乗算器と、前記複数の乗算器のゲイン係数の合計が一定値となるように前記複数の乗算器のゲイン係数を決定する係数決定部と、前記係数決定部が決定した前記ゲイン係数により前記乗算器が重みづけを行ってゲインを調整された複数の信号を加算する加算器と、を備えたものである。
この発明に係る別の周波数特性変形装置は、対象とする信号が入力され、入力された前記対象とする信号の周波数特性を変更したフィルタ出力信号をそれぞれ生成する互いにカットオフ周波数の異なる複数の低域通過フィルタと、それぞれの前記フィルタ出力信号に対して、当該フィルタ出力信号を生成した前記低域通過フィルタを除く他の前記低域通過フィルタに応じた位相特性の補正を行って、位相特性を補正された複数の前記フィルタ出力信号の位相特性を略同一とする位相補正部と、前記位相補正部において位相特性を補正された複数の前記フィルタ出力信号のそれぞれに対応し、当該対応する信号のゲインを調整する複数の乗算器と、前記複数の乗算器のゲイン係数の合計が一定値となるように前記複数の乗算器のゲイン係数を決定する係数決定部と、前記係数決定部が決定した前記ゲイン係数により前記乗算器が重みづけを行ってゲインを調整された複数の信号を加算する加算器と、を備えたものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象とする信号が入力され、入力された前記対象とする信号の周波数特性を変更したフィルタ出力信号をそれぞれ生成する互いにカットオフ周波数の異なる複数の高域通過フィルタと、
それぞれの前記フィルタ出力信号に対して、当該フィルタ出力信号を生成した前記高域通過フィルタを除く他の前記高域通過フィルタに応じた位相特性の補正を行って、位相特性を補正された複数の前記フィルタ出力信号の位相特性を略同一とする位相補正部と、
前記位相補正部において位相特性を補正された複数の前記フィルタ出力信号のそれぞれに対応し、当該対応する信号のゲインを調整する複数の乗算器と、
前記複数の乗算器のゲイン係数の合計が一定値となるように前記複数の乗算器のゲイン係数を決定する係数決定部と、
前記係数決定部が決定した前記ゲイン係数により前記乗算器が重みづけを行ってゲインを調整された複数の信号を加算する加算器と、
を備えたことを特徴とする周波数特性変形装置。
【請求項２】
前記係数決定部は、目標とする特性のカットオフ周波数を低くする場合には、カットオフ周波数の低い前記高域通過フィルタからのフィルタ出力信号に対応する前記乗算器の前記ゲイン係数を最大値に近づけ、目標とする特性のカットオフ周波数を高くする場合には、カットオフ周波数の高い前記高域通過フィルタからのフィルタ出力信号に対応する前記乗算器の前記ゲイン係数を最大値に近づけることで、目標とする特性のカットオフ周波数を変化させることを特徴とする請求項１記載の周波数特性変形装置。
【請求項３】
対象とする信号が入力され、入力された前記対象とする信号の周波数特性を変更したフィルタ出力信号をそれぞれ生成する互いにカットオフ周波数の異なる複数の低域通過フィルタと、
それぞれの前記フィルタ出力信号に対して、当該フィルタ出力信号を生成した前記低域通過フィルタを除く他の前記低域通過フィルタに応じた位相特性の補正を行って、位相特性を補正された複数の前記フィルタ出力信号の位相特性を略同一とする位相補正部と、
前記位相補正部において位相特性を補正された複数の前記フィルタ出力信号のそれぞれに対応し、当該対応する信号のゲインを調整する複数の乗算器と、
前記複数の乗算器のゲイン係数の合計が一定値となるように前記複数の乗算器のゲイン係数を決定する係数決定部と、
前記係数決定部が決定した前記ゲイン係数により前記乗算器が重みづけを行ってゲインを調整された複数の信号を加算する加算器と、
を備えたことを特徴とする周波数特性変形装置。
【請求項４】
前記係数決定部は、目標とする特性のカットオフ周波数を低くする場合には、カットオフ周波数の低い前記低域通過フィルタからのフィルタ出力信号に対応する前記乗算器の前記ゲイン係数を最大値に近づけ、目標とする特性のカットオフ周波数を高くする場合には、カットオフ周波数の高い前記低域通過フィルタからのフィルタ出力信号に対応する前記乗算器の前記ゲイン係数を最大値に近づけることで、目標とする特性のカットオフ周波数を変化させることを特徴とする請求項３記載の周波数特性変形装置。
【請求項５】
前記高域通過フィルタを通してカットされる低域を抽出する低域抽出部と、
前記低域抽出部から出力された信号の高調波を生成する高調波生成部とを備える
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の周波数特性変形装置。
【請求項６】
前記高域通過フィルタを通してカットされる低域を抽出する低域抽出部と、
前記低域抽出部から出力された信号の高調波を生成する高調波生成部と、
前記高調波生成部から出力された信号と前記高域通過フィルタから出力された信号を加算する第二の加算器とを、それぞれ複数備え、
前記第二の加算器から出力された複数の信号のゲインを前記複数の乗算器で変化させ、前記高調波生成部から出力された複数の信号のゲインを低域の減衰特性に応じて変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の周波数特性変形装置。
【請求項７】
前記高域通過フィルタを通してカットされる低域を抽出する低域抽出部と、
前記低域抽出部から出力された信号の高調波を生成する高調波生成部と、
前記係数決定部で決定された前記乗算器で乗じる前記ゲイン係数を前記高調波生成部から出力される信号に乗じる第二の乗算器と、をそれぞれ複数備え、
前記高調波生成部から出力された複数の信号のゲインを低域の減衰特性に応じて変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の周波数特性変形装置。
【国際調査報告】
2013183185.tif 000021
2013183185.tif 000022
2013183185.tif 000023
2013183185.tif 000024