(57)【要約】【課題】コーデックの高域周波数特性の低下を自動的に補正するとともに、高域周波数帯域を拡大し高音感を増強する高音増強装置を提供する。【解決手段】高域通過フィルタ２で原信号の再生周波数帯域内の高域信号を抽出し、抽出された信号に高調波生成手段３で入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有する原点非対称な非線形演算を施し、前記非線形演算を施された信号と、前記抽出された信号をそれぞれ適当な倍率にて線形演算手段7で減算処理を行うことにより、入力信号の絶対値が一定値以上の場合に基本波を減衰させて第２次高調波と第３次高調波を生成し、前記生成した高調波を加算手段8で原信号に加算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置に入力された音声信号の高域成分を抽出する高域通過フィルタと、
前記高域通過フィルタから出力された高域信号の高調波を生成する高調波生成手段と、
前記高調波生成手段から出力された信号を前記装置に入力された音声信号に加算し装置から信号を出力する加算手段とを備え、
さらに前記高調波生成手段は、前記高域通過フィルタから出力された高域信号に所定の係数を乗じる第１の係数器と、前記高域通過フィルタから出力された高域信号に対して非線形演算を行う非線形演算手段と、前記非線形演算手段から出力された信号に所定の係数を乗じる第２の係数器と、前記第１の係数器から出力された信号と前記第２の係数器から出力された信号に対して加算または減算の処理を行って、前記非線形演算手段から出力された信号より前記広域通過フィルタから出力された高域信号を減衰させる線形演算手段とを備え、
前記非線形演算手段は、その入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であることを特徴とする高音増強装置。
【請求項２】
前記非線形演算手段は、正負非対称なリミッタ回路で構成したことを特徴とする請求項１記載の高音増強装置。
【請求項３】
装置に入力された音声信号の高域成分を抽出する高域通過フィルタと、
前記高域通過フィルタから出力された高域信号の高調波を生成する高調波生成手段と、
前記高調波生成手段から出力された信号を前記装置に入力された音声信号に加算し装置から信号を出力する加算手段とを備え、
前記高調波生成手段は、その入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、
入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、
入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は、正入力時もしくは負入力時の少なくとも一方で、入出力特性が入力軸と交差する方向に折り返す特性を有することを特徴とする高音増強装置。
【請求項４】
前記装置に入力された音声信号の音量を調節する音量調節手段を、前記加算手段および前記高域通過フィルタより前段に備えたことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の高音増強装置。
【請求項５】
前記高域通過フィルタの通過特性を切り替えるフィルタ特性切り替え手段と、
前記フィルタ特性切り替え手段に対し特性切り替えの指示を行う特性制御手段と、
前記高調波生成手段から出力される信号の音量を調節する付加量調節手段と、
前記付加量調節手段に対し付加量調節の指示を行う音量制御手段と、
前記高音増強装置に入力された音声信号に用いられているコーデックの種類とビットレートとサンプリング周波数とを判別し前記特性制御手段および音量制御手段のうち少なくとも1つに伝達する周波数帯域判別手段とをさらに備え、
前記高域通過フィルタの通過特性、または前記付加量調節手段の付加量のうち少なくとも１つを、前記高音増強装置に入力された音声信号の再生周波数帯域に応じて自動的に切り替えるように構成したことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の高音増強装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高域周波数特性の低下を自動的に補正するとともに、高域周波数帯域を拡大し高音感を増強する高音増強装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年ＳＤカード等の半導体メモリに音声信号を記録し再生する、いわゆるメモリオーディオ機器の利用が進んでいる。半導体メモリの記録容量が小さいために、ＡＡＣやＭＰ３などのコーデックにより音声信号を圧縮して記録し、これを伸張して再生するが、その過程で特に高域の周波数帯域が縮小するとともに高域の周波数特性が低下し、音質が劣化するという問題を有している。
【０００３】
この問題を解決するために、音声信号の圧縮による高域周波数特性の低下を補正し高音感を増強する方法として、最も簡単にはイコライザーを用いて高域のゲインを増加する方法がある。しかし、使用するコーデックの再生周波数帯域内の高域の周波数特性の低下を補正することはできるが、再生周波数帯域外の高音感を増強することができないという問題を有している。
【０００４】
このような課題に対して、高域周波数帯域を拡大し高音感を増強する方法として、高域信号を抽出し、その高調波を付加する方法が特許文献１に示されている。図１４は特許文献１の図６に示されている高音増強装置のブロック図であって、以下、図１４を用いて従来の高音増強装置を説明する。
【０００５】
まず、装置に入力された音声信号は高域通過フィルタ２２に入力され、約１０ｋＨｚ以上の高域信号が抽出される。高域通過フィルタ２２から出力された信号は、高調波生成手段２３に入力され、高調波が生成される。高調波生成手段２３から出力された信号は、第２の高域通過フィルタ２４に入力され、約２０ｋＨｚ以下の不要な高域信号がカットされ、高調波のみが抽出される。第２の高域通過フィルタ２４から出力された信号は、加算手段２５に入力され、装置に入力された信号に加算される。このようにして、入力された音声信号に対して、２０ｋＨｚ以上の高域信号の高調波を付加することができる。
【特許文献１】特公平８−２１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法はコーデックの再生周波数帯域外の高調波を付加するだけなので、コーデックの再生周波数帯域内の高音周波数特性の低下を補正する効果が弱いという問題がある。また、約２０ｋＨｚ以下の不要な高域信号をカットするための第２の高域通過フィルタが必要である。
【０００７】
本発明の基本的な概念は、図１３のようにコーデックの高域周波数特性が約２０ｋＨｚまで伸びていないものにおいて、コーデックの再生周波数帯域内の基本波から、その高調波を発生させ原信号に付加することによって、コーデックの高域周波数特性の低下を自動的に補正するとともに、高域周波数帯域を拡大し高音感を増強する高音増強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】
【０００８】
上記目的に対応するため、本発明の高音増強装置は、コーデックの高域周波数特性の低下を自動的に補正するとともに、高域周波数帯域を拡大し高音感を増強するため、コーデックの再生周波数帯域内の高域信号を抽出し、当該抽出された信号に入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有する原点非対称な非線形演算を施し、当該非線形演算を施された信号と、前記抽出された信号をそれぞれ適当な倍率にて減算処理を行うことにより、基本波を減衰させて高調波を生成し、当該生成した高調波を原信号に加算することで、
信号レベルが大きい場合にはコーデックの再生周波数帯域外の高域信号の高調波を付加し、
信号レベルが小さい場合にはコーデックの再生周波数帯域内の高域ゲインを増大させることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の高音増強装置は、コーデックの再生周波数帯域内の高域信号に対して上記の処理を行うことにより、基本波を減衰させて高調波を生成し、当該生成した高調波を原信号に加算することにより、
小規模な演算で、信号レベルが大きい場合にはコーデックの再生周波数帯域外の高域信号の高調波を付加し、信号レベルが小さい場合にはコーデックの再生周波数帯域内の高域ゲインを増大し、ローコストで、コーデックの高域周波数特性の低下を自動的に補正するとともに、高域周波数帯域を拡大し高音感を増強できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における高音増強装置のブロック図、図２は同じくその非線形演算手段の回路図、図３は同じく図２の非線形演算手段の入出力特性図、図４は同じく図２の非線形演算手段に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図、図５は同じくその高調波生成手段の回路図、図６は同じく図５の高調波生成手段の入出力特性図、図７は同じく図５の高調波生成手段に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図である。
【００１１】
以下、図１〜図７を用いて、本発明の実施形態１の高音増強装置を説明する。まず、高音増強装置に入力された音声信号は、加算手段８へ入力される信号と、高調波付加部１に入力される信号の２つに分岐される。
【００１２】
高調波付加部１は高域通過フィルタ２、高調波生成手段３で構成する。高調波付加部１に入力された音声信号は、高域通過フィルタ２に入力され、コーデックの再生周波数帯域内の高域信号が抽出される。遮断周波数は、コーデックの再生周波数帯域の２分の１周波数以上の高域信号を抽出するように、約７ｋＨｚに設定する。
【００１３】
高域通過フィルタ２から出力された信号は、高調波生成手段３に入力される。高調波生成手段３は非線形演算手段４、第１の係数器Ｘ５、第２の係数器Ｙ６、線形演算手段７で構成する。
【００１４】
非線形演算手段４は、その入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称となるような正負非対称リミッタ回路で構成する。図２の非線形演算手段４の回路図では、抵抗器Ｒ２１と直列に接続した、抵抗器Ｒ２０とダイオードＤ２１の並列回路を用いたダイオードリミッタ回路の例を示す。入力電圧が負の一定電圧以下の場合、図３のようにダイオードＤ２１が導通状態となり出力振幅が制限される。これにより入出力特性が原点上を通り、原点非対称かつ出力軸に対して非対称な特性となり、奇数次高調波と偶数次高調波を生成することができる。
【００１５】
非線形演算手段４に単一正弦波を入力したときのスペクトラムを示す図４のように、非線形演算手段４から出力された信号には、非線形演算手段４に入力された信号と同一周波数信号である基本波（この場合10ｋＨｚ）も含まれている。基本波が多く含まれていると、後述する加算手段８により装置に入力された信号と加算され、入力信号レベルが大きい場合にも、過剰に高域ゲインが増大して装置から出力され、音質が損なわれる。
【００１６】
そこで、第１の係数器５により非線型演算手段４に入力される信号に所定の倍率を乗じ、第２の係数器６により非線型演算手段４から出力される信号に所定の倍率を乗じ、線形演算手段７により第２の係数器６から出力される信号から第１の係数器５から出力される信号を減算することにより、非線型演算手段４から出力された信号に含まれる基本波を減衰させる。これにより、高調波生成手段３から基本波の信号レベルが小さく、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を生成することができる。図５の高調波生成手段３の回路図において、線形演算手段７に差動増幅器を用いた例を示す。第１の係数器５は抵抗器Ｒ２４、Ｒ２５、第２の係数器６は抵抗器Ｒ２２、Ｒ２３で係数を設定しており、差動増幅器はＩＣ２１，抵抗器Ｒ２６、Ｒ２７で構成され、第１の係数器５の出力をＩＣ２１の反転入力側に、第２の係数器６の出力を非反転入力側に接続して、後者から前者を減算するように構成する。高調波生成手段３の入出力特性を図６に、高調波生成手段３に単一正弦波を入力したときのスペクトラムを図７に示す。
【００１７】
図６から分かるように、高調波生成手段３は、入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は、負入力時で、入出力特性が入力軸に交差する方向に折り返す特性を有している。このため、入力信号レベルが小さい場合は、線形性が保たれて、振幅は抑圧されずに高調波も生成されない。一方、入力信号レベルが大きい場合は、負入力電圧の信号は正出力電圧に折り返して出力され、ピーク・トゥ・ピーク振幅は抑圧されるとともに高調波が生成される。
【００１８】
すなわち、高調波生成手段３に入力される信号レベルが大きい場合は、入力信号レベルに対する基本波レベルが小さく、高調波レベルが大きくなる。いっぽう、高調波生成手段３に入力される信号レベルが小さい場合は、入力信号レベルに対する基本波レベルが大きく、高調波レベルが小さくなる。
【００１９】
高調波生成手段３に入力される信号レベルが最大となるときに、線形演算手段７により基本波が最も減衰するように、第１の係数器５および第２の係数器６の係数を設定することにより、高調波生成手段３に入力される信号レベルが最大の場合は、基本波レベルが小さくなり高調波が生成される。そして、高調波生成手段３に入力される信号レベルが小さくなるにつれ、入力信号レベルに対する基本波レベルが大きく、高調波レベルは小さくなる。
【００２０】
高調波生成手段３から出力された信号は、加算手段８に入力され、装置に入力された信号に加算される。
【００２１】
加算手段８の出力は、信号レベルが大きい場合、高域通過フィルタ２の通過帯域内の高域信号は、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波が付加され、信号レベルが小さい場合、高域通過フィルタ２の通過帯域内の高域信号は、信号レベルが大きくなって出力される。
【００２２】
このように本実施形態によれば、装置に入力された音声信号に対して、信号レベルが大きい場合には高域通過フィルタ２の通過帯域内の高域信号の第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を付加し、信号レベルが小さい場合にはコーデックの再生周波数帯域内の高域ゲインが増大するため、高域周波数特性の低下を自動的に補正するとともに、高域周波数帯域を拡大し高音感を増強できることとなる。
【００２３】
（実施の形態２）
図８は本発明の実施の形態２における高音増強装置のブロック図である。以下、図８を用いて説明する。なお、実施の形態１と同様の部分については、同じ符号をつけて説明を省略するが、実施の形態１に音量調節手段９、付加量調節手段１０、フィルタ特性切り替え手段１１、制御手段１２、周波数帯域判別手段１３、再生手段１４を追加して構成したものである。
【００２４】
まず、高音増強装置に入力された音声信号は、音量調節手段９に入力され音量が調節される。音量調節手段９は電子ボリュームで構成する。制御手段１２は、音量調節手段９に対して音量調節の指示を行う。本発明の高音増強装置は、実施の形態１において説明したように、入力信号レベルが小さい場合には高域ゲインが増大するが、音量調節手段９を加算手段８および高域通過フィルタ２の前段に配置したことにより、小音量時の高域ゲイン増大の効果が大きくなる。
【００２５】
音量調節手段９から出力された音声信号は、加算手段８へ入力される信号と、高調波付加部１ａに入力される信号の２つに分岐される。高調波付加部１ａは高域通過フィルタ２、高調波生成手段３、付加量調節手段１０、フィルタ特性切り替え手段１１で構成する。
【００２６】
付加量調節手段１０は、高調波生成手段３から出力された信号の大きさを調節するもので、電子ボリュームで構成する。制御手段１２は、付加量調節手段１０に対して付加量調節の指示を行う。
【００２７】
フィルタ特性切り替え手段１１は、高域通過フィルタ２の通過特性を切り替えるためのもので、高域通過フィルタ２の定数を切り替えるように構成する。制御手段１２は、フィルタ特性切り替え手段１１に対してフィルタ特性切り替えの指示を行う。ここでは制御手段を１つとして説明したが、個別の制御手段で制御してもよい。
【００２８】
装置に入力される音声信号の再生周波数帯域に応じて最適な補正を行うために、コーデックの再生周波数帯域を判別する周波数帯域判別手段１３を備え、コーデックの再生周波数帯域を制御手段１２に伝達する。周波数帯域判別手段１３は、再生手段１４により再生され、装置に入力される音声信号に用いられているコーデックの種類とビットレートとサンプリング周波数から、コーデックの再生周波数帯域を判別する。そして、その結果を、制御手段１２に伝達する。制御手段１２は、コーデックの再生周波数帯域の２分の１周波数以上の周波数帯域を抽出するように、フィルタ特性切り替え手段１１に対してフィルタ特性切り替えの指示を行う。
【００２９】
このように本実施形態によれば、装置に入力される音声信号の再生周波数帯域に応じて最適な補正を自動的に行うことができる。
【００３０】
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３における高音増強装置の高調波生成手段３の回路図、図１０は同じくその非線形演算手段４の入出力特性図、図１１は同じくその高調波生成手段３の入出力特性図、図１２は同じくその高調波生成手段３に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図である。なお、高音増強装置の基本的な構成は実施の形態１で用いた図１と同様である。
【００３１】
以下、図１、図９〜図１２を用いて説明する。図９に示した高調波生成手段３ａは、ダイオードＤ３１、Ｄ３２による全波整流回路の前段増幅器ＩＣ３１の帰還部に抵抗器Ｒ３２を挿入して、全波整流器の折り返し点をシフトさせるとともに、Ｒ３１〜Ｒ３５の各抵抗値の定数を正負ゲインが異なるように設定した非線型演算手段４ａと、線形演算手段７ａからなり、ＩＣ３２、抵抗器Ｒ３６、Ｒ３７で構成した線形演算手段７ａ自体は図５の７のものと同様であり、実施の形態1、2に示した第１の係数器５および第２の係数器６の係数は線形演算手段７ａの内部のゲインで設定している。
【００３２】
図１０は非線形演算手段４ａの入出力特性図であるが、実施の形態１における非線形演算手段４の入出力特性図である図３とは異なった特性となっている。実施の形態１においては、一定電圧以下の負入力電圧に対して振幅を抑制する特性であったが、実施の形態３においては、一定電圧以下の負入力電圧に対して振幅を拡張する特性である。
【００３３】
そこで、図９では図５と異なり、高調波生成手段３ａへの入力を線形演算手段７ａのＩＣ３２の非反転入力側に接続し、非線形演算手段４の出力を反転入力側に接続することで、前者から後者を減算し、図１１の特性を得る。
【００３４】
図１１は高調波生成手段３ａの入出力特性図であるが、実施の形態１における高調波生成手段３の入出力特性図である図６と類似の特性となる。すなわち、入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は負入力時で入出力特性が入力軸と交差する方向に折り返す特性を有している。
【００３５】
図１２は高調波生成手段３に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図であるが、実施の形態１における高調波生成手段３に単一正弦波を入力した場合のスペクトラムである図７と同様、基本波の信号レベルは抑制されており、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波が生成されている。なお、高調波生成手段３に入力する信号レベルは、実施の形態１に比べ高く調節している。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、非線型演算手段４ａの入出力特性に関係なく、高調波生成手段３ａの入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は負入力時で入出力特性が入力軸に交差する方向に折り返す特性を有しているので、入力信号レベルが小さい場合は、線形性が保たれて、振幅は抑圧されずに高調波も生成されないが、入力信号レベルが大きい場合、基本波の信号レベルを抑え、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を生成することができる。
【００３７】
なお、上記各実施形態において、２つ以上の手段の作用が１つの手段で実現されても、１つの手段の作用が２つ以上の手段で実現されてもよい。
【００３８】
また、入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は負入力時で入出力特性が入力軸に交差する方向に折り返す特性を得ることができれば、ここに例示した回路に限定されるものではない。
【００３９】
さらに、非線形演算手段の入出力特性は負入力側で折れ曲がるように説明したが、これが正入力側で折れ曲がるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明にかかる高音増強装置は、ＡＡＣやＭＰ３などの圧縮オーディオにおいて、高域周波数特性の低下を自動的に補正するとともに、高域周波数帯域を拡大し高音感を増強する用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１における高音増強装置のブロック図
【図２】同じくその非線形演算手段の回路図
【図３】同じくその非線形演算手段の入出力特性図
【図４】同じくその非線形演算手段に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図
【図５】同じくその高調波生成手段の回路図
【図６】同じくその高調波生成手段の入出力特性図
【図７】同じくその高調波生成手段に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図
【図８】本発明の実施の形態２における高音増強装置のブロック図
【図９】本発明の実施の形態３における高調波生成手段の回路図
【図１０】同じくその非線形演算手段の入出力特性図
【図１１】同じくその高調波生成手段の入出力特性図
【図１２】同じくその高調波生成手段に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図
【図１３】本発明の高調波付加の概念図
【図１４】従来の高音増強装置のブロック図
【符号の説明】
【００４２】
１、１ａ    高調波付加部
２    高域通過フィルタ
３、３ａ    高調波生成手段
４、４ａ    非線形演算手段
５    第１の係数器
６    第２の係数器
７、７ａ    線形演算手段
８    加算手段
９    音量調節手段
１０    付加量調節手段
１１    フィルタ特性切り替え手段
１２    制御手段
１３    周波数帯域判別手段
１４    再生手段
【図１】
2006267790.tif 000003
【図２】
2006267790.tif 000004
【図３】
2006267790.tif 000005
【図４】
2006267790.tif 000006
【図５】
2006267790.tif 000007
【図６】
2006267790.tif 000008
【図７】
2006267790.tif 000009
【図８】
2006267790.tif 000010
【図９】
2006267790.tif 000011
【図１０】
2006267790.tif 000012
【図１１】
2006267790.tif 000013
【図１２】
2006267790.tif 000014
【図１３】
2006267790.tif 000015
【図１４】
2006267790.tif 000016