(57)【要約】【課題】  倍音を付加することによって得られる低音感にばらつきがない再生が可能な音響信号処理装置およびその方法を提供する。【解決手段】  基本波抽出フィルタ１２は、入力端子１０に入力された入力音響信号から基本波信号を抽出する。倍音生成手段１３は、抽出された基本波信号の倍音信号を生成する。生成された各倍音信号は、ゲイン調整手段１４においてゲインを調整されて合成される。マスキング量検出手段１５は、ゲイン調整手段１４において合成された合成信号と入力音響信号とに基づいて、所定帯域毎にマスキング量を検出する。補正手段１６は、検出された所定帯域毎のマスキング量に基づいて、マスキング現象を抑制するように補正量を設定する。そして、当該補正量にしたがって、上記合成信号の周波数振幅特性を補正する。【選択図】  図１
2006324786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音響信号から基本波信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段において抽出された基本波信号の倍音信号を複数種類生成し、当該複数種類の倍音信号が合成された信号を供給する供給手段と、
前記入力音響信号が各前記倍音信号をマスクするマスキング量を検出する検出手段と、
前記合成信号に含まれる各前記倍音信号のゲインが前記検出されたマスキング量に応じて大きくなるように当該合成信号を補正する補正手段と、
前記補正手段において補正された合成信号と前記入力音響信号とを加算する加算手段とを備える、音響信号処理装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記供給手段において供給された合成信号と前記入力音響信号とに基づいて、前記マスキング量を所定周波数帯域毎に検出し、
前記補正手段は、前記合成信号に含まれる倍音信号毎に、倍音信号の周波数を含む所定周波数帯域について検出されたマスキング量に応じて当該倍音信号のゲインを補正することを特徴とする、請求項１に記載の音響信号処理装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記入力音響信号のレベルを前記マスキング量として検出し、
前記補正手段は、前記検出手段において検出された入力音響信号のレベルが大きくなるにつれて前記合成信号のゲインが大きくなるように当該合成信号のゲインを補正することを特徴とする、請求項１に記載の音響信号処理装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記入力音響信号のレベルが所定レベル以上となる範囲内において、当該入力音響信号のレベルが大きくなるにつれて前記合成信号のゲインが大きくなるように当該合成信号のゲインを補正することを特徴とする、請求項３に記載の音響信号処理装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記入力音響信号のレベルが所定レベル以下となる範囲内において、当該入力音響信号のレベルが大きくなるにつれて前記合成信号のゲインが大きくなるように当該合成信号のゲインを補正することを特徴とする、請求項３に記載の音響信号処理装置。
【請求項６】
前記検出手段は、所定周波数帯域における入力音響信号のレベルを検出することを特徴とする、請求項３に記載の音響信号処理装置。
【請求項７】
前記所定周波数帯域が前記各倍音信号の周波数を含む周波数帯域であることを特徴とする、請求項６に記載の音響信号処理装置。
【請求項８】
入力音響信号から基本波信号を抽出する抽出ステップと、
前記抽出ステップにおいて抽出された基本波信号の倍音信号を複数種類生成し、当該複数種類の倍音信号が合成された信号を供給する供給ステップと、
前記入力音響信号が各前記倍音信号をマスクするマスキング量を検出する検出ステップと、
前記合成信号に含まれる各前記倍音信号のゲインが前記検出されたマスキング量に応じて大きくなるように当該合成信号を補正する補正ステップと、
前記補正ステップにおいて補正された合成信号と前記入力音響信号とを加算する加算ステップとを含む、音響信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響信号処理装置およびその方法に関し、より特定的には、低音域に属する基本波の倍音を音響信号に付加することによって、再生音における低音感の向上を図る音響信号処理装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に小型スピーカでは、低音の再生が困難である。そこで従来において、再生困難な低音に代えて、その倍音を再生させる方法が提案されている（例えば特許文献１参照１）。以下、図１２を参照して、従来の音響信号処理装置９について説明する。図１２は、従来の音響信号処理装置９の構成を示すブロック図である。
【０００３】
図１２において、音響信号処理装置９は、入力端子９０、加算器９１、基本波抽出フィルタ９２、倍音生成手段９３、ゲイン調整手段９４および出力端子９５を備える。入力端子９０には、音響信号が入力される。入力端子９０に入力された音響信号は、２系統に分岐する。１系統目においては、音響信号の全成分が加算器９１の一方の入力部に入力される。２系統目においては、音響信号の全成分が基本波抽出フィルタ９２に入力される。
【０００４】
基本波抽出フィルタ９２は、予め設定された特性をもつローパスフィルタおよびバンドパスフィルタなどで構成される。基本波抽出フィルタ９２は、その予め設定された特性に基づいて、入力信号の全成分の中から基本波を成分とする信号（以下、基本波信号という）を抽出する。抽出された基本波信号は、倍音生成手段９３に入力される。
【０００５】
倍音生成手段９３は、第２倍音生成手段９３１、第３倍音生成手段９３２、…、第ｎ（ｎは２以上の自然数）倍音生成手段９３３を備える。第２倍音生成手段９３１は、入力された基本波信号の第２倍音信号を生成する。第３倍音生成手段９３２は、入力された基本波信号の第３倍音信号を生成する。つまり、ｉ（ｉは２からｎまでの任意の自然数）を用いて表現すれば、第ｉ倍音生成手段は、入力された基本波信号の第ｉ倍音信号を生成することとなる。生成された各倍音信号のゲインは、基本波信号と同じゲインである。そして、各倍音信号はゲイン調整手段９４に入力される。なお、基本波信号の周波数（以下、基本周波数という）のｎ倍の周波数である倍音信号を、第ｎ倍音信号と呼ぶとする。
【０００６】
ここで、倍音信号を生成する方法はいくつか存在する。そのうち、ゼロクロス法について図１３を参照して説明する。図１３は、ゼロクロス法による倍音信号の生成方法を模式的に示す図である。以下、基本波信号を図１３（ａ）に示す正弦波として考える。
【０００７】
図１３（ａ）に示す正弦波の波形において、信号レベルが正から負へ、あるいは負から正へ変化する点をゼロクロス点とする。ここでは、負から正へのゼロクロス点を点Ｐ１、点Ｐ２および点Ｐ３とする。第２倍音信号を生成する場合には、ゼロクロス点区間（区間Ｐ１−Ｐ２、区間Ｐ２−Ｐ３）において、時間軸方向について元の波形（基本波信号の波形）を１／２に圧縮する。そして、その１／２に圧縮した波形を２回繰り返して再生する。その結果、図１３（ｂ）に示すように、生成される信号は周波数が２倍の信号となる。他次数の倍音（第３倍音、第４倍音、…、第ｎ倍音）信号についても上記方法で生成される。つまり、第ｎ倍音信号は、上記ゼロクロス点区間において、時間軸方向について基本波信号の波形を１／ｎに圧縮し、ｎ回繰り返して再生することで生成される。
【０００８】
ゲイン調整手段９４は、第２倍音ゲイン調整手段９４１、第３倍音ゲイン調整手段９４２、…、第ｎ倍音ゲイン調整手段９４３および加算器９４４を備える。ゲイン調整手段９４は、入力された各倍音信号が予め設定された倍音構成「第２倍音、第３倍音、…、第ｎ倍音＝ｘ２（ｄＢ）、ｘ３（ｄＢ）、…、ｘｎ（ｄＢ）」となるように、当該各倍音信号のゲインを調整する。なお、ｘ２〜ｘｎは整数とする。加算器９４４は、ゲインが調整された各倍音信号を１つの信号に加算合成する。加算合成された信号は、加算器９１の他方の入力部に入力される。加算器９１は、加算器９４４において加算合成された信号と１系統目の音響信号とを加算合成して、出力端子９５へ出力する。出力端子９５から出力される信号は、最終的にスピーカで再生される。
【０００９】
このように、音響信号に倍音を付加した再生を行うと、バーチャル・ピッチ効果と呼ばれる聴覚現象が生じる。この聴覚現象によって、基本波信号があたかも再生されているように聞こえる。つまり、従来の音響信号処理装置では、使用するスピーカが低音再生の困難な小型スピーカであっても、スピーカの再生帯域を変化させることなく低音感の向上を図ることができる。
【特許文献１】特開２００４−１０１７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、原音（音響信号の再生音）と倍音の聞こえ方について考える。上述の聴覚現象は、倍音がユーザに聞こえることで生じる。しかしながら、例えば音量の観点から見ると、実際には、原音の音量が大きいとき、倍音は聞き取りにくくなる。逆に、原音の音量が小さければ、倍音が聞き取りやすくなる。これは、原音が倍音をマスクしているために起こる現象である。つまり、原音をマスカー、倍音をマスキーとしたマスキング現象（周波数的な現象および時間的な現象を含む）が起こっている。周波数的なマスキング現象においては、例えば、マスキーの周波数がマスカーの周波数と近いほど、マスカーによってマスクされる量（以下、マスキング量という）が大きいという定性的な性質がある。また、マスカーの音量が大きいほど、マスカーによるマスキング量が大きいという性質もある。したがって、例えば原音の音量が大きいときには、倍音は原音によって大きくマスクされ、聞き取りにくくなる。このように、上記従来の音響信号処理装置では、マスキング現象によって倍音の聞き取りやすさが変化し、上記低音感にばらつきが生じるという問題があった。
【００１１】
それ故に、本発明の目的は、倍音を付加して得られる低音感にばらつきがない再生が可能な音響信号処理装置およびその方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、入力音響信号から基本波信号を抽出する抽出手段と、抽出手段において抽出された基本波信号の倍音信号を複数種類生成し、当該複数種類の倍音信号が合成された信号を供給する供給手段と、入力音響信号が各倍音信号をマスクするマスキング量を検出する検出手段と、合成信号に含まれる各倍音信号のゲインが検出されたマスキング量に応じて大きくなるように、当該合成信号を補正する補正手段と、補正手段において補正された合成信号と入力音響信号とを加算する加算手段とを備える、音響信号処理装置である。
【００１３】
第２の発明は、上記第１の発明において、検出手段は、供給手段において供給された合成信号と入力音響信号とに基づいて、マスキング量を所定周波数帯域毎に検出し、補正手段は、前記合成信号に含まれる倍音信号毎に、倍音信号の周波数を含む所定周波数帯域について検出されたマスキング量に応じて当該倍音信号のゲインを補正することを特徴とする。
【００１４】
第３の発明は、上記第１の発明において、検出手段は、入力音響信号のレベルをマスキング量として検出し、補正手段は、検出手段において検出された入力音響信号のレベルが大きくなるにつれて合成信号のゲインが大きくなるように当該合成信号のゲインを補正することを特徴とする。
【００１５】
第４の発明は、上記第３の発明において、補正手段は、入力音響信号のレベルが所定レベル以上となる範囲内において、当該入力音響信号のレベルが大きくなるにつれて合成信号のゲインが大きくなるように当該合成信号のゲインを補正することを特徴とする。
【００１６】
第５の発明は、上記第３の発明において、補正手段は、入力音響信号のレベルが所定レベル以下となる範囲内において、当該入力音響信号のレベルが大きくなるにつれて合成信号のゲインが大きくなるように当該合成信号のゲインを補正することを特徴とする。
【００１７】
第６の発明は、上記第３の発明において、検出手段は、所定周波数帯域における入力音響信号のレベルを検出することを特徴とする。
【００１８】
第７の発明は、上記第６の発明において、所定周波数帯域が各倍音信号の周波数を含む周波数帯域であることを特徴とする。
【００１９】
第８の発明は、入力音響信号から基本波信号を抽出する抽出ステップと、抽出ステップにおいて抽出された基本波信号の倍音信号を複数種類生成し、当該複数種類の倍音信号が合成された信号を供給する供給ステップと、入力音響信号が各倍音信号をマスクするマスキング量を検出する検出ステップと、合成信号に含まれる各倍音信号のゲインが検出されたマスキング量に応じて大きくなるように、当該合成信号を補正する補正ステップと、補正ステップにおいて補正された合成信号と入力音響信号とを加算する加算ステップとを含む、音響信号処理方法である。
【発明の効果】
【００２０】
上記第１の発明によれば、検出されたマスキング量に応じて各倍音信号のゲインが大きくなるように合成信号を補正することで、入力音響信号が各倍音信号をマスクする現象（マスキング現象）を抑制することができる。これにより、倍音を付加することによって得られる低音感にばらつきがない再生を実現することができる。
【００２１】
上記第２の発明によれば、各倍音信号のゲインを個別に補正することが可能となる。つまり、複数種類ある倍音信号のうち、例えば１種類の倍音信号の周波数を含む所定周波数帯域のみマスキング量が大きいとき、その１種類の倍音信号のゲインのみを大きくする補正が可能となる。これにより、実際のマスキング現象にしたがった、より自然な、低音感にばらつきがない再生を実現することができる。
【００２２】
上記第３の発明によれば、入力音響信号のレベルを検出し、当該入力音響信号のレベルに応じて合成信号のゲインを補正する。すなわち、入力音響信号のレベルをマスキング量として等価的に扱って合成信号のゲインを補正する。これにより、実際のマスキング量を検出するための複雑な回路が不要となり、より簡易で、より小規模な装置を提供することができる。
【００２３】
上記第４の発明によれば、入力音響信号のレベルが所定レベル以上となる範囲内において、合成信号の補正が行われる。これにより、例えば所定レベルを装置の安定的な動作電圧などに設定することで、より安定的な補正を行うことができる。
【００２４】
上記第５の発明によれば、入力音響信号のレベルが所定レベルより大きな範囲内において、合成信号のゲインが過大になることを防ぐことができる。つまり、各倍音信号が過大出力されることを防ぐことができる。
【００２５】
上記第６の発明によれば、合成信号の補正に対して所定周波数帯域の重み付けが可能となり、より効率的にマスキング現象を抑制する補正を行うことができる。
【００２６】
上記第７の発明によれば、マスカー（入力音響信号）とマスキー（各倍音信号）の周波数が近いほどマスキング量が大きいというマスキング現象の性質に即した補正を行うことができる。その結果、より効率的にマスキング現象を抑制することができる。
【００２７】
上記第第８の発明は、上記第１の発明と同様の効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（第１の実施形態）
以下、図１を参照して、第１の実施形態に係る音響信号処理装置について説明する。図１は、第１の実施形態に係る音響信号処理装置１の構成を示すブロック図である。図１において、音響信号処理装置１は、入力端子１０、加算器１１、基本波抽出フィルタ１２、倍音生成手段１３、ゲイン調整手段１４、マスキング量検出手段１５、補正手段１６、および出力端子１７を備える。
【００２９】
入力端子１０には、音響信号が入力される。入力された音響信号は、加算器１１の一方の入力部、基本波抽出フィルタ１２、およびマスキング量検出手段１５にそれぞれ入力される。
【００３０】
基本波抽出フィルタ１２は、予め設定された特性をもつローパスフィルタまたはバンドパスフィルタなどで構成される。基本波抽出フィルタ１２は、その予め設定された特性に基づいて、音響信号の全成分の中から低音域に属する基本波信号を抽出する。抽出された基本波信号は、倍音生成手段１３に入力される。なお、抽出される基本波信号の周波数帯域は、所望の低音が含まれる帯域である。つまり、倍音信号によって疑似再生させる低音の周波数帯域である。
【００３１】
倍音生成手段１３は、第２倍音生成手段１３１、第３倍音生成手段１３２、…、および第ｎ（ｎは２以上の自然数）倍音生成手段１３３を備える。第２倍音生成手段１３１は、入力された基本波信号の第２倍音信号を生成する。第３倍音生成手段１３２は、入力された基本波信号の第３倍音信号を生成する。つまり、ｉ（ｉは２からｎまでの任意の自然数）を用いて表現すれば、第ｉ倍音生成手段は、入力された基本波信号の第ｉ倍音信号を生成することとなる。第２〜第ｎ倍音信号のゲインは、基本波信号のゲインと同じである。そして、第２〜第ｎ倍音信号は、ゲイン調整手段１４に入力される。なお、倍音信号の生成方法としては、例えば上述したゼロクロス法を用いる。
【００３２】
ゲイン調整手段１４は、第２倍音ゲイン調整手段１４１、第３倍音ゲイン調整手段１４２、…、第ｎ倍音ゲイン調整手段１４３、および加算器１４４を備える。ゲイン調整手段１４は、入力された各倍音信号が予め設定された倍音構成「第２倍音、第３倍音、…、第ｎ倍音＝ｘ２（ｄＢ）、ｘ３（ｄＢ）、…、ｘｎ（ｄＢ）」となるように、当該各倍音信号のゲインを調整する。なお、ｘ２〜ｘｎは整数とする。具体的には、ゲイン調整手段１４は、所定の調整量で各倍音信号のゲインを調整する。所定の調整量とは、倍音信号毎に予め設定されたゲインの調整量である。各倍音信号は、ゲイン調整手段１４において所定の調整量でゲインを調整されることで、上記倍音構成となる。例えば、倍音生成手段１３において第２〜第４倍音信号が生成されるとする。また、基本波信号のゲインを「０ｄＢ」とし、予め設定された倍音構成を「第２倍音、第３倍音、第４倍音＝０（ｄＢ）、−３（ｄＢ）、−６（ｄＢ）」とする。この場合、ゲイン調整手段１４に入力される第２〜第４倍音信号のゲインは、基本波信号のゲインと同じである。つまり、第２〜第４倍音信号のゲインは「０（ｄＢ）」である。したがって、第２〜第４倍音信号が予め設定された倍音構成となるためには、各倍音信号を所定の調整量「第２倍音、第３倍音、第４倍音＝０（ｄＢ）、−３（ｄＢ）、−６（ｄＢ）」でゲイン調整すればよい。ゲインが調整された各倍音信号は、加算器１４４において１つの信号に加算合成される。加算合成された各倍音信号の合成信号は、マスキング量検出手段１５および補正手段１６に入力される。
【００３３】
マスキング量検出手段１５は、入力端子１０に入力された音響信号と各倍音信号の合成信号とに基づいて、音響信号によるマスキング量（音響信号が倍音信号をマスクする量）を検出する。なお、音響信号がマスカーであり、倍音信号がマスキーである。マスキング量検出手段１５は、図２に示すように、音響信号分析手段１５１、倍音信号分析手段１５２、および帯域別マスキング量検出手段１５３を備える。図２は、マスキング量検出手段１５の内部構成例を示すブロック図である。
【００３４】
図２において、音響信号分析手段１５１は、入力端子１０から入力される音響信号のレベルを所定の周波数帯域（以下、所定帯域という）毎に分析する。音響信号分析手段１５１による分析の結果を示す情報（分析情報）は、帯域別マスキング量検出手段１５３に入力される。なお、所定帯域は、例えば臨界帯域とする。臨界帯域とは、人間の聴覚特性に基づいた周波数帯域である。具体的に言えば、個々の信号音が聴感上識別できず、個々の信号音の大きさが加算されて聞こえる周波数帯域である。倍音信号分析手段１５２には、ゲイン調整手段１４から合成信号が入力される。倍音信号分析手段１５２は、合成信号に含まれる各倍音信号のレベルを所定帯域毎に分析する。倍音信号分析手段１５２による分析結果を示す分析情報は、帯域別マスキング量検出手段１５３に入力される。なお、音響信号分析手段１５１および倍音信号分析手段１５２における分析方法としては、例えばＦＦＴ（高速フーリエ変換）により周波数振幅特性を求めた後に、信号レベルとして、上記所定帯域毎にその帯域内の信号のパワーを算出する方法がある。また例えば、上記所定帯域を通過帯域とするバンドパスフィルタを通過させた後、信号レベルとして、その出力された信号のパワーを測定する方法などもある。
【００３５】
帯域別マスキング量検出手段１５３は、音響信号分析手段１５１および倍音信号分析手段１５２において分析された各分析情報に基づいて、所定帯域毎にマスキング量を検出する。なお、所定帯域のマスキング量は、当該所定帯域と同じ帯域において分析された各分析情報に基づいて検出される。検出された情報は、補正手段１６に入力される。マスキング量を検出する方法としては、２つの代表的な方法が知られている。第１の検出方法としては、帯域性雑音と純音とによるマスキング量を検出する方法が挙げられる。この場合には、音響信号を帯域性雑音と、倍音信号を純音とそれぞれ仮定する。第２の検出方法としては、純音同士によるマスキング量を検出する方法が挙げられる。この場合には、音響信号および倍音信号をともに純音と仮定する。このように、上記各検出方法によって、マスキング量が検出される。なお、マスキング量は、上記検出方法以外の他の検出方法を用いて検出されてもよい。
【００３６】
補正手段１６は、マスキング量検出手段１５において検出された所定帯域毎のマスキング量に基づいて、各倍音信号のゲインが大きくなるように、ゲイン調整手段１４から入力された合成信号の周波数振幅特性を補正する。なお、当該合成信号は、上述したように各倍音信号が加算合成された信号である。したがって、合成信号の周波数振幅特性を補正することで、各倍音信号のゲインをそれぞれ個別に補正することができる。補正手段１６は、図３に示すように、補正量設定手段１６１および周波数振幅特性補正手段１６２を備える。図３は、補正手段１６の内部構成例を示すブロック図である。
【００３７】
図３において、補正量設定手段１６１は、検出された所定帯域毎のマスキング量に基づいて、音響信号によるマスキング現象を抑制するように補正量を設定する。なお、当該補正量は、所定帯域毎に設定される。ここで、補正量の設定例について説明する。例えば所定帯域「１００Ｈｚ〜２００Ｈｚ」においてマスキング量が「＋６ｄＢ」と検出されたとする。マスキング量が「＋６ｄＢ」ということは、再生段階において音響信号が倍音信号を「＋６ｄＢ」マスクするということである。したがって、この音響信号によるマスキング現象を抑制するには、所定帯域「１００Ｈｚ〜２００Ｈｚ」内にある倍音信号のゲインを例えば「＋６ｄＢ」増幅させればよい。つまり、当該所定帯域においては、補正量を「＋６ｄＢ」と設定すればよい。このように、補正量設定手段１６１は、所定帯域毎のマスキング量に基づいて、所定帯域毎に補正量を設定する。なお、上記数値例では、マスキング量「＋６ｄＢ」に対して補正量「＋６ｄＢ」として、マスキング量を完全に打ち消すように設定したがこれに限定されない。上記補正量がマスキング量を完全に打ち消さない値に設定されても一定の効果を有する。
【００３８】
周波数振幅特性補正手段１６２は、補正量設定手段１６１において設定された所定帯域毎の補正量にしたがって、倍音信号生成手段１３から入力された各倍音信号の合成信号の周波数振幅特性を補正する。ここで、合成信号の周波数振幅特性を補正する方法についての一例を説明する。周波数振幅特性補正手段１６２に倍音信号生成手段１３から合成信号が入力される。入力された合成信号は、ＦＦＴによって所定時間幅で切り出され、周波数振幅特性に変換される。そして、合成信号の周波数振幅特性は、所定帯域毎の補正量にしたがって、重み付けされる。つまり、各倍音信号は、それぞれに対応するマスキング量に基づいたゲインで増幅される。重み付けされた合成信号は、逆ＦＦＴによって、再び時間特性に変換される。このように、周波数振幅特性補正手段１６２は、所定帯域毎の補正量にしたがって、合成信号の周波数振幅特性を補正する。なお、周波数振幅特性を補正する方法としては、上記以外の方法であってもよい。例えばＩＩＲフィルタ、ＦＩＲフィルタを多段備えたものに合成信号を入力する。そして、設定された補正量に応じてフィルタ係数を切り替えることで、合成信号の周波数振幅特性を補正する方法もある。
【００３９】
補正手段１６において補正された合成信号は、加算器１１の他方の入力部に入力される。加算器１１は、合成信号と入力端子１０から入力された音響信号とを加算合成して、出力端子１７へ出力する。出力端子１７から出力された信号は、最終的にスピーカで再生される。
【００４０】
次に、図４に示すフローチャートを参照して、本実施形態に係る音響信号処理装置１の動作の流れについて説明する。図４は、本実施形態に係る音響信号処理装置１の動作の流れを示すフローチャートである。
【００４１】
まず、入力端子１０に音響信号が入力される（ステップＳ１）。基本波抽出フィルタ１２において入力音響信号から基本波信号が抽出される（ステップＳ２）。以下、ステップＳ３〜Ｓ７の処理説明のために、例えば基本波抽出フィルタ１２のフィルタを通過した全信号のうち、周波数が基本周波数である信号の１波分を基本波信号と呼ぶ。倍音生成手段１３において、ステップＳ２で抽出された基本波信号の第２〜第ｎ倍音信号が生成される（ステップＳ３）。ゲイン調整手段１４において、ステップＳ３で生成された各倍音信号がゲイン調整され、その後、合成される（ステップＳ４）。マスキング量検出手段１５において、ステップＳ１で入力された入力音響信号とステップＳ４で合成された合成信号とに基づいて、所定帯域毎にマスキング量が検出される（ステップＳ５）。補正手段１６において、ステップＳ５で検出されたマスキング量に基づいて、入力音響信号によるマスキング現象を抑制するように、所定帯域毎に補正量が設定される（ステップＳ６）。そして、ステップＳ６において設定された補正量にしたがって、各倍音信号の合成信号における周波数振幅特性が補正される（ステップＳ７）。ステップＳ７の次にステップＳ８において、ステップＳ２において抽出された全ての基本波信号について、ステップＳ３〜Ｓ７の処理が完了していれば、図４に示す処理を終了する。全ての基本波信号についてステップＳ３〜Ｓ７の処理をしていなければ、ステップＳ３〜Ｓ７の処理へ進む。以上、音響信号処理装置１の処理の流れについての説明を終了する。
【００４２】
ここで、ステップＳ５〜Ｓ７の処理について、数値例を挙げて、より具体的に説明する。ステップＳ５において検出されたマスキング量が、所定帯域「１００Ｈｚ〜２００Ｈｚ」において「＋６ｄＢ」であるとする。また、ステップＳ６において、当該所定帯域における補正量が「＋６ｄＢ」と設定されるとする。以下、周波数が「１２０Ｈｚ」である第２倍音信号について考えるとする。第２倍音信号の周波数「１２０Ｈｚ」は、所定帯域「１００Ｈｚ〜２００Ｈｚ」内の周波数である。したがって、第２倍音信号は、音響信号によって、「＋６ｄＢ」マスクされる。しかしながら、ステップＳ６において、上記所定帯域の補正量が「＋６ｄＢ」と設定されている。したがって、ステップＳ７において、合成信号の周波数振幅特性が補正されて、第２倍音信号のゲインが補正量「＋６ｄＢ」の分だけ増幅される。これにより、音響信号によって「＋６ｄＢ」マスクされても、第２倍音信号が聴感上聞こえにくくなることを回避できる。つまり、音響信号によるマスキング現象を抑制することができる。
【００４３】
以上のように、本実施形態では、音響信号をマスカーとし、倍音信号をマスキーとして所定帯域毎のマスキング量を検出する。そして、当該マスキング量に基づいて、合成信号の周波数振幅特性を補正する。これにより、音響信号の再生音によるマスキング現象を抑制することができる。その結果、倍音を付加することによって得られる低音感にばらつきがない再生を実現することができる。また、本実施形態では、合成信号の周波数振幅特性を補正することで、当該合成信号に含まれる各倍音信号のゲインを個別に補正することができる。つまり、周波数変化するマスキング量に対応した補正を行うことができる。これにより、より自然に低音感にばらつきがない再生を実現することができる。
【００４４】
なお、上述の倍音生成手段１３では、ゼロクロス法を用いて倍音を生成するとしたが、これ以外の他の方法を用いてもよい。それらの方法は、適切な変形によって、本発明に適用することが可能である。
【００４５】
（第２の実施形態）
以下、図５を参照して、第２の実施形態に係る音響信号処理装置について説明する。図５は、第２の実施形態に係る音響信号処理装置２の構成を示すブロック図である。マスキング現象においては、上述したようにマスカーのレベルが大きいほどマスキング量も大きいという定性的な性質がある。第２の実施形態では、この定性的性質を利用して、マスカーである音響信号のレベルをマスキング量として等価的に扱い、各倍音信号を補正する。つまり、第２の実施形態では、等価的なマスキング量として、音響信号のレベルを検出する点で第１の実施形態と大きく異なる。以下、異なる点を中心に説明する。
【００４６】
図５において、音響信号処理装置２は、入力端子１０、加算器１１、基本波抽出フィルタ１２、倍音生成手段１３、ゲイン調整手段１４、マスキング量検出手段２５、補正手段２６、および出力端子１７を備える。なお、図５において、入力端子１０、加算器１１、基本波抽出フィルタ１２、倍音生成手段１３、ゲイン調整手段１４、および出力端子１７は、上述した第１の実施形態と同様であるため、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４７】
図５において、マスキング量検出手段２５には、入力端子１０に入力された音響信号が入力される。マスキング量検出手段２５は、当該音響信号に基づいて、等価的なマスキング量、つまり音響信号のレベルを検出する。マスキング量検出手段２５は、図６に示すように、絶対値化回路２５１、ピークホールド回路２５２、時定数回路２５３、およびレベル検出回路２５４を備える。図６は、マスキング量検出手段２５の内部構成例を示すブロック図である。
【００４８】
図６において、絶対値化回路２５１は、例えば全波整流回路で構成される。そして、入力された音響信号のレベルを絶対値化する。ピークホールド回路２５２は、絶対値化された音響信号レベルのピークを検出する。時定数回路２５３は、例えばＣＲ回路で構成される。そして、ピークホールド回路２５２において検出された音響信号レベルのピークを平滑化する。レベル検出回路２５４は、時定数回路２５３によって平滑化された音響信号のレベルを検出する。このように、本実施形態では、等価的なマスキング量として音響信号のレベルを検出している。
【００４９】
図５において、補正手段２６は、所定の補正カーブを有するイコライザで構成される。また、補正手段２６は、マスキング量検出手段２５において検出された音響信号のレベル情報を入力とする。補正手段２６は、所定の補正カーブにしたがって、ゲイン調整手段１４から入力された合成信号のゲインを増幅する補正を行う。この増幅分のゲインは、所定の補正カーブと音響信号レベルとで決まるゲインである。なお、第１の実施形態においては、合成信号の周波数振幅特性を補正したが、本実施形態においては、合成信号自体のゲインを補正する。つまり、合成信号に含まれる各倍音信号は、一律のゲインで補正される。補正カーブの一例を図７に示す。図７は、補正カーブの一例を示す図である。図７において、実線が補正カーブ（補正後の合成信号のゲインカーブ）を示し、点線が補正前の合成信号のゲインを示す。図７に示す補正カーブによれば、合成信号のゲインは、音響信号レベルが大きくなるにつれて大きくなる。このような補正カーブを有するイコライザによって、音響信号レベルが大きいときには、合成信号のゲインが大きくなる。これにより、マスカーのレベルが大きいほどマスキング量も大きいという定性的な性質に即した補正を行うことが可能となり、音響信号レベルをマスキング量として等価的に扱うことができる。
【００５０】
以上のように、本実施形態では、音響信号レベルを等価的なマスキング量として補正を行っている。これにより、本実施形態では、第１の実施形態と比べて、実際のマスキング量を検出するための複雑な回路が不要である。そのため、本実施形態に係る音響信号処理装置は、より簡易で、より小規模な構成で実現することができる。
【００５１】
なお、上述したマスキング量検出手段２５は、図８に示すように、フィルタ２５０をさらに備えていてもよい。図８は、フィルタ２５０をさらに備えたマスキング量検出手段２５の内部構成例を示すブロック図である。フィルタ２５０は、例えばバンドパスフィルタなどで構成される。そして、フィルタ２５０は音響信号の全周波数帯域のうち、所定周波数帯域を選択的に通過させる。マスキング量検出手段２５においては、フィルタ２５０によって選択された所定周波数帯域の音響信号レベルが検出される。これにより、合成信号の補正に対して、所定周波数帯域の重み付けをすることができる。例えば、マスキング現象においては、上述したように、マスカーとマスキーの周波数が近いほど、マスキング量が大きいという性質がある。したがって、例えばフィルタ２５０において、生成された各倍音信号が含まれる周波数帯域の音響信号を通過させると設定してもよい。これにより、上記定性的性質に即した、より効果的な補正を行うことができる。また、音声信号を含む信号（例えば音楽や映画など）では、一般的に音声信号レベルが他の信号より大きい。つまり、音声信号によるマスキング量が大きい場合が多い。したがって、フィルタ２５０において、音声信号が含まれる周波数帯域（例えば、２００Ｈｚ〜４ｋＨｚの周波数帯域）の音響信号を通過させると設定してもよい。これにより、音声信号を含む信号に対して、より効果的な補正を行うことができる。このように、所定周波数帯域の重み付けを行うことで、実際のマスキング量が周波数変化する場合であっても、マスキング量が大きい周波数帯域を選択して、補正することができる。その結果、より効率的にマスキング現象を抑制することができる。
【００５２】
また、上述した補正手段２６は、図９に示すように、基本波抽出フィルタ１２の出力と倍音生成手段１３の入力との間に設けられてもよい。図９は、第２の実施形態に係る音響信号処理装置２の他の構成例を示すブロック図である。このとき、補正手段２６は、上述した合成信号と同様の補正方法で基本波信号のゲインを補正する。補正手段２６は、合成信号のゲインを基本波信号の段階で補正している。また、上述した補正手段２６において、図７に示す補正カーブを有するとしたが、図１０および図１１に示す補正カーブを有していてもよい。図１０および図１１は、補正カーブの他の例を示す図である。図１０に示す補正カーブにおいて、Ｐ１のレベルは、装置を安定的に動作させることが可能なスレッショルド・レベル（閾値）である。つまり、図１０に示す補正カーブを用いれば、スレッショルド・レベル以上において、合成信号のゲインが補正される。これにより、当該補正動作をより安定的に行うことができる。また、図１１に示す補正カーブは、Ｐ２のレベル以上では、補正するゲイン量は増加せずに一定となる。このように、補正するゲイン量に上限（Ｐ２）を設けることで、合成信号、つまり各倍音信号のレベルが過大になることを防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、音響信号処理装置およびその方法に関し、音響信号に倍音信号を付加することで低音感の向上を図ることが可能な擬似低音再生装置、オーディオ機器等にも適用される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１の実施形態に係る音響信号処理装置１の構成を示すブロック図
【図２】マスキング量検出手段１５の内部構成例を示すブロック図
【図３】補正手段１６の内部構成例を示すブロック図
【図４】本実施形態に係る音響信号処理装置１の動作の流れを示すフローチャート
【図５】第２の実施形態に係る音響信号処理装置２の構成の一例を示すブロック図
【図６】マスキング量検出手段２５の内部構成例を示すブロック図
【図７】補正カーブの一例を示す図
【図８】フィルタ２５０をさらに備えたマスキング量検出手段２５の内部構成例を示すブロック図
【図９】第２の実施形態に係る音響信号処理装置２の他の構成例を示すブロック図
【図１０】補正カーブの他の例を示す図
【図１１】補正カーブの他の例を示す図
【図１２】従来の音響信号処理装置９の構成を示すブロック図
【図１３】ゼロクロス法による倍音信号の生成方法を模式的に示す図
【符号の説明】
【００５５】
１、２  音響信号処理装置
１０  入力端子
１１、１４４  加算器
１２  基本波抽出フィルタ
１３  倍音生成手段
１４  ゲイン調整手段
１５、２５  マスキング量検出手段
１６、２６  補正手段
１７  出力端子
１３１  第２倍音生成手段
１３２  第３倍音生成手段
１３３  第ｎ倍音生成手段
１４１  第２倍音ゲイン調整手段
１４２  第３倍音ゲイン調整手段
１４３  第ｎ倍音ゲイン調整手段
１５１  音響信号分析手段
１５２  倍音信号分析手段
１５３  帯域別マスキング量検出手段
１６１  補正量設定手段
１６２  周波数振幅特性補正手段
２５０  フィルタ
２５１  絶対値化回路
２５２  ピークホールド回路
２５３  時定数回路
２５４  レベル検出回路
【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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