(57)【要約】【課題】入力された音信号に対し、様々な環境に応じて、適切な周波数帯域毎に出力音圧を調整して、音の劣化を抑制する。【解決手段】音信号処理装置１００は、ピンクノイズを収音し電気信号へと変換するマイク１１６と、電気信号の複数の周波数帯域毎の音圧を分析することで第１伝達周波数特性を導出する特性導出部１４０と、第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域における隣り合う周波数帯域の音圧の差分をそれぞれ算出する差分算出部１４２と、差分が大きい順に、第１伝達周波数特性における隣り合う周波数帯域を１組または複数組抽出し、隣り合う周波数帯域の境界周波数を導出する境界導出部１４４と、原音信号を境界周波数で区切られた周波数帯域毎の信号に分割する原音分割部と、第１伝達周波数特性に基づいて音圧を調整する音圧調整部と、複数の周波数帯域の信号を加算する信号加算部１３０と、を備える。【選択図】図１
2011035573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音源から出力される既知の周波数特性の音を所定の聴点において収音し、前記音を電気信号へと変換する収音部と、
前記電気信号の複数の周波数帯域毎の音圧を分析することで第１伝達周波数特性を導出する特性導出部と、
前記第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域における隣り合う周波数帯域の音圧の差分をそれぞれ算出する差分算出部と、
前記差分算出部が算出した差分が大きい順に、前記第１伝達周波数特性における隣り合う周波数帯域を１組または複数組抽出し、その抽出した隣り合う周波数帯域の境界の周波数である境界周波数を導出する境界導出部と、
入力された原音信号を前記境界周波数で区切られた周波数帯域毎の信号に分割する原音分割部と、
前記第１伝達周波数特性に基づいて、前記原音分割部が分割した複数の周波数帯域の信号毎に音圧を調整する音圧調整部と、
前記音圧調整部が調整した複数の周波数帯域の信号を加算し、１の音信号を生成する信号加算部と、
を備えることを特徴とする音信号処理装置。
【請求項２】
前記特性導出部は、前記境界導出部が抽出した、前記第１伝達周波数特性の１組または複数組の隣り合う周波数帯域について、前記電気信号における、前記第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域とは異なる複数の周波数帯域毎の音圧を分析することで第２伝達周波数特性を導出し、
前記差分算出部は、前記第２伝達周波数特性の複数の周波数帯域における隣り合う周波数帯域の音圧の差分をそれぞれ算出し、
前記境界導出部は、前記第１伝達周波数特性の１組または複数組の隣り合う周波数帯域毎に、前記第２伝達周波数特性の複数の周波数帯域における隣り合う周波数帯域の内、前記差分算出部が算出した差分が最も大きい１組を抽出し、その抽出した隣り合う周波数帯域の境界の周波数を境界周波数とすることを特徴とする請求項１に記載の音信号処理装置。
【請求項３】
前記特性導出部は、１オクターブ分析を行うことで前記第１伝達周波数特性を導出し、１／２オクターブ分析、１／３オクターブ分析、１／４オクターブ分析、１／６オクターブ分析、１／１２オクターブ分析、１／２４オクターブ分析のいずれかを用いて前記第２伝達周波数特性を導出することを特徴とする請求項２に記載の音信号処理装置。
【請求項４】
前記境界導出部は、前記音圧の差分の絶対値が所定閾値よりも小さい、隣り合う前記第１伝達周波数特性の周波数帯域を抽出しないことを特徴とする請求項２または３に記載の音信号処理装置。
【請求項５】
前記音圧調整部は、前記差分を縮小させるように複数の周波数帯域の信号毎に調整することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の音信号処理装置。
【請求項６】
前記原音信号のうち、所定周波数帯域の周波数成分の倍音信号を、次数が高くなるに従って出力音圧が小さくなるように生成し、その生成した倍音信号を前記原音信号に加算する低音域倍音生成部をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の音信号処理装置。
【請求項７】
前記低音域倍音生成部は、ハイパスフィルタを備えることを特徴とする請求項６に記載の音信号処理装置。
【請求項８】
前記原音信号のうち、所定周波数帯域の周波数成分の所定次数の倍音信号を生成し、その生成した倍音信号を前記原音信号に加算する高音域倍音生成部をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の音信号処理装置。
【請求項９】
前記高音域倍音生成部は、ハイパスフィルタを備えることを特徴とする請求項８に記載の音信号処理装置。
【請求項１０】
前記原音信号に圧縮処理が施されている場合、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、前記圧縮処理において切り捨てられた周波数帯域の下限周波数であることを特徴とする請求項９に記載の音信号処理装置。
【請求項１１】
音源から出力される既知の周波数特性の音を所定の聴点において収音し、前記音を電気信号へと変換し、
前記電気信号の複数の周波数帯域毎の音圧を分析することで第１伝達周波数特性を導出し、
前記第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域における隣り合う周波数帯域の音圧の差分をそれぞれ算出し、
算出した差分が大きい順に、前記第１伝達周波数特性における隣り合う周波数帯域を１組または複数組抽出し、その抽出した隣り合う周波数帯域の境界の周波数である境界周波数を導出し、
入力された原音信号を前記境界周波数で区切られた周波数帯域毎の信号に分割し、
前記第１伝達周波数特性に基づいて、分割した複数の周波数帯域の信号毎に音圧を調整し、
調整した複数の周波数帯域の信号を加算し、１の音信号を生成することを特徴とする音信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音信号の周波数特性のバランスを調整する音信号処理装置および音信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両（自動車）内、店舗内、および自宅内等の様々な環境でオーディオ機器から出力される音（音声、音楽）を聴く機会が増えてきている。かかる環境において、音の伝達は、周囲の騒音や車体（壁）の形状・材質等の影響を受ける。そのため、ユーザが聴く音は、出力時点では周波数特性のバランスがとれていても、その環境に応じて、ユーザの耳に至る時点では周波数特性のバランスが崩れてしまうことがあった。
【０００３】
そこで、音信号を、例えば２つの周波数帯域に固定的に分割し、周波数帯域間のダイナミックレンジ比が生演奏と同じになるように、等ラウドネス特性と、車両の走行騒音に対応する車両の速度と、最大聴取レベル（ボリューム）の変化とに応じて、２つの周波数帯域毎に音圧を調整する技術が公開されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２３２８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された技術では、周囲の騒音を車両の速度から一意に予測するため、速度のパラメータを有さない車両内以外の環境では利用することができない。
【０００６】
また、車両内の音の伝達は、車両の速度以外にも、車両内の形状、搭乗者席の配置、搭乗者の数および位置、搭載品、エンジンの構成および排気量、窓の開閉、エアコンの使用状態、気温等、様々な要因の影響を受ける。音の伝達に関する周波数特性（伝達周波数特性）は、様々な要因の影響度合いに応じて変動するため、予め定められた固定的な伝達周波数特性と実際の伝達周波数特性との誤差が大きくなる可能性がある。
【０００７】
さらに、上述した従来技術では、音信号における周波数帯域を分割する境界となる周波数（以下、境界周波数と称する）が、例えば２００Ｈｚ等に固定されているため、実際の伝達周波数特性の推移の形に拘わらず、分割された周波数帯域（以下、分割周波数帯域と称する）毎に均一な音圧調整が施される。しかし、実際は、外部の環境に応じて、境界周波数の位置や数が変動し、音圧調整が必要な帯域と、音圧調整が不要な帯域とが時々刻々と変化する伝達周波数特性を有する。したがって、従来の固定された分割周波数帯域で行う均一な音圧調整が、ユーザが知覚する音における周波数特性のバランスを却って崩しかねなかった。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み、入力された音信号に対し、様々な環境に応じて適切に分割された周波数帯域毎に出力音圧（出力する音圧）を調整して、音の劣化を抑制することが可能な、音信号処理装置および音信号処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の音信号処理装置（１００）は、音源から出力される既知の周波数特性の音を所定の聴点において収音し、音を電気信号へと変換する収音部（１１６）と、電気信号の複数の周波数帯域毎の音圧を分析することで第１伝達周波数特性を導出する特性導出部（１４０）と、第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域における隣り合う周波数帯域の音圧の差分をそれぞれ算出する差分算出部（１４２）と、差分算出部が算出した差分が大きい順に、第１伝達周波数特性における隣り合う周波数帯域を１組または複数組抽出し、その抽出した隣り合う周波数帯域の境界の周波数である境界周波数を導出する境界導出部（１４４）と、入力された原音信号を境界周波数で区切られた周波数帯域毎の信号に分割する原音分割部と、第１伝達周波数特性に基づいて、原音分割部が分割した複数の周波数帯域の信号毎に音圧を調整する音圧調整部と、音圧調整部が調整した複数の周波数帯域の信号を加算し、１の音信号を生成する信号加算部（１３０）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
ここでは、境界導出部および音圧調整部が、音源から出力される既知の周波数特性の音を測定して得た伝達周波数特性に基づいて適切な境界周波数の導出および信号の調整を行うため、本発明の音信号処理装置は、使用する環境を選ばず様々な環境で有効に利用できる。また、本発明において、境界周波数は固定値ではなく伝達周波数特性に応じて動的に決定されるので、境界周波数で区切られた複数の周波数帯域は、伝達周波数特性の音圧の大きさが近似している帯域をまとめたものとなる。そのため、境界周波数で区切られた複数の周波数帯域毎に適切に音圧調整を施すことができ、周波数帯域毎の出力音圧を調整して、音の劣化を抑制することが可能となる。
【００１１】
特性導出部は、境界導出部が抽出した、第１伝達周波数特性の１組または複数組の隣り合う周波数帯域について、電気信号における、第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域とは異なる複数の周波数帯域毎の音圧を分析することで第２伝達周波数特性を導出し、差分算出部は、第２伝達周波数特性の複数の周波数帯域における隣り合う周波数帯域の音圧の差分をそれぞれ算出し、境界導出部は、第１伝達周波数特性の１組または複数組の隣り合う周波数帯域毎に、第２伝達周波数特性の複数の周波数帯域における隣り合う周波数帯域の内、差分算出部が算出した差分が最も大きい１組を抽出し、その抽出した隣り合う周波数帯域の境界の周波数を境界周波数としてもよい。
【００１２】
第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域毎の帯域幅が広過ぎると細かな変動が適切に反映されなくなり、狭すぎると処理負荷が増大してしまう上に境界周波数が局所的に偏ってしまうおそれがある。ここでは、まず、複数の周波数帯域に分割された第１伝達周波数特性を導出し、境界周波数の候補となる隣り合う周波数帯域を絞り、絞られた隣り合う周波数帯域に対してのみ詳細に、第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域とは異なる複数の周波数帯域に分割された第２伝達周波数特性を導出する。かかる構成により、境界周波数を簡易な処理で局所的に偏らせることなく適切に定めることができる。
【００１３】
上記特性導出部は、１オクターブ分析を行うことで第１伝達周波数特性を導出し、１／２オクターブ分析、１／３オクターブ分析、１／４オクターブ分析、１／６オクターブ分析、１／１２オクターブ分析、１／２４オクターブ分析のいずれかを用いて第２伝達周波数特性を導出してもよい。
【００１４】
かかる周波数帯域の上限周波数と下限周波数との比が一定となるオクターブバンドを用いる構成により、定比型の分析であるオクターブバンド分析を行うことができ、人間の聴覚に近い分析が可能となる。また、第２伝達周波数特性を、１オクターブバンドに含まれる音程の数の倍である２４の約数で分割した帯域で分析して導出することで、１オクターブに含まれる１２音階に則した帯域で調整を施すことができる。
【００１５】
上記境界導出部は、音圧の差分の絶対値が所定閾値よりも小さい、隣り合う第１伝達周波数特性の周波数帯域を抽出しないこととしてもよい。
【００１６】
かかる構成により、音圧の差分の絶対値が小さく調整が不要な周波数帯域まで無駄に分離してしまう事態を回避し、処理負荷を低減することができる。
【００１７】
上記音圧調整部は、前記差分を縮小させるように複数の周波数帯域の信号毎に調整してもよい。かかる構成により、周囲の環境の影響で音が伝達されにくい周波数帯域と、伝達され易い周波数帯域が、同程度の大きさに聴こえるように原音信号を調整することができるので、音の劣化を抑制することが可能となる。
【００１８】
上記音信号処理装置は、原音信号のうち、所定周波数帯域の周波数成分の倍音信号を、次数が高くなるに従って出力音圧が小さくなるように生成し、その生成した倍音信号を前記原音信号に加算する低音域倍音生成部をさらに備えてもよい。
【００１９】
原音信号が、所定の音声圧縮方式によって圧縮されていた場合、低音域の情報量が減少していることがある。また、圧縮されていなくとも、小型のスピーカを用いる場合、低音域の音信号の出力能力が不足して、十分に低音域の音が出力されない。このような場合に、低音域の原音信号の倍音信号を、原音信号に加算し、所謂ミッシング・ファンダメンタルを生じさせて、倍音の基音となる低音域成分を強調することができる。しかし、音圧を維持したまま高次の倍音を加算してしまうと、出力される音が原音と異なってしまう場合が生じ得る。そこで、本発明の音信号処理装置では、原音信号の低音域成分の倍音信号を、次数が高いものほど出力音圧を小さくして、原音信号に加算する。かかる構成により、中高音域では加算された倍音がほとんど知覚されず音声を乱すことはなく、低音域ではミッシング・ファンダメンタルを生じさせて倍音の基音となる低音を強調することができる。
【００２０】
上記低音域倍音生成部は、ハイパスフィルタ（１７０）を備えてもよい。
【００２１】
原音信号から倍音信号を生成する過程で不要な直流成分が生じ得る。かかるハイパスフィルタを用いる構成により、倍音信号生成時に生じた直流成分の音信号を除去し、倍音成分のみを原音信号に加算することができる。
【００２２】
上記音信号処理装置は、原音信号のうち、所定周波数帯域の周波数成分の所定次数の倍音信号を生成し、その生成した倍音信号を原音信号に加算する高音域倍音生成部（１１４）をさらに備えてもよい。
【００２３】
原音信号は、例えば、ＭＰ３（MPEG Audio Layer-3）、ＡＡＣ（Advanced Audio Coding）、Ｏｇｇ  Ｖｏｒｂｉｓ等の音声圧縮方式によって、高音域を欠落している場合もある。本発明では、原音信号に残された高音域成分の所定次数の倍音を加算することで、欠落した高音域を再現することができる。
【００２４】
上記高音域倍音生成部は、ハイパスフィルタ（１８４）を備えてもよい。
【００２５】
原音信号から倍音信号を生成する過程で不要な直流成分が生じ得る。かかるハイパスフィルタを用いる構成により、倍音信号生成時に生じた直流成分を除去し、倍音成分のみを原音信号に加算することができる。
【００２６】
原音信号に、圧縮処理が施されている場合、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、圧縮処理において切り捨てられた周波数帯域の下限周波数であってもよい。
【００２７】
圧縮時に切り捨てられた、例えば１６ｋＨｚ以上の高音域であっても、音声データの生成時のサンプリング周波数の半分の周波数、例えば２２ｋＨｚまでは、音質に影響を与える有効な領域である。従って、高音域倍音生成部は、欠落している１６ｋＨｚ〜２２ｋＨｚの略半分にあたる８ｋＨｚ〜１１ｋＨｚの原音信号から２次の倍音を生成し、欠落した高音域１６ｋＨｚ〜２２ｋＨｚを再現する。この場合、カットオフ周波数を、生成した倍音の下限周波数１６ｋＨｚとすることで、倍音生成時に生じた直流成分を、生成した倍音に影響を与えず確実に除去することができる。
【００２８】
上記課題を解決するために、本発明の音信号処理方法は、音源から出力される既知の周波数特性の音を所定の聴点において収音し、音を電気信号へと変換し、電気信号の複数の周波数帯域毎の音圧を分析することで第１伝達周波数特性を導出し、第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域における隣り合う周波数帯域の音圧の差分をそれぞれ算出し、算出した差分が大きい順に、第１伝達周波数特性における隣り合う周波数帯域を１組または複数組抽出し、その抽出した隣り合う周波数帯域の境界の周波数である境界周波数を導出し、入力された原音信号を境界周波数で区切られた周波数帯域毎の信号に分割し、第１伝達周波数特性に基づいて、分割した複数の周波数帯域の信号毎に音圧を調整し、調整した複数の周波数帯域の信号を加算し、１の音信号を生成することを特徴とする。
【００２９】
上述した、音信号処理装置の技術的思想に基づく構成要素やその説明は、当該音信号処理方法にも適用可能である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の音信号処理装置は、入力された音信号に対し、様々な環境に応じて、適切な周波数帯域毎に出力音圧を調整して、音の劣化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態にかかる音信号処理装置の電気的な構成を示した機能ブロック図である。
【図２】低音域倍音生成部の電気的な構成を示した機能ブロック図である。
【図３】等ラウドネス曲線を示す説明図である。
【図４】高音域倍音生成部の電気的な構成を示した機能ブロック図である。
【図５】倍音信号が加算された原音信号を説明する説明図である。
【図６】本実施形態にかかる乗算関数を説明する説明図である。
【図７】出力時のピンクノイズの１／３オクターブバンド毎の音圧を示す説明図である。
【図８】ピンクノイズを用いた伝達周波数特性の導出結果の一例を示す説明図である。
【図９】本実施形態にかかるオクターブバンド分析の結果の一例を示す説明図である。
【図１０】本実施形態にかかる１／３オクターブバンド分析の結果の一例を示す説明図である。
【図１１】本実施形態にかかる音信号処理方法の具体的な処理を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００３３】
一般に、音の伝達は、周囲の騒音や車体（壁）の形状・材質等の影響を受けるため、ユーザが聴く音は、ユーザの耳に至る時点では周波数特性のバランスが崩れてしまうことがあった。
【００３４】
本実施形態では、音信号に対し、様々な環境に応じて、適切に分割された周波数帯域毎に出力音圧を調整して、音の劣化を抑制することを目的としている。以下、かかる目的を達成可能な音信号処理装置１００を説明し、その後、音信号処理方法の一連の動作を述べる。なお、低音域や高音域の倍音を生成し、低音域や高音域を強調することも可能な音信号処理装置１００を例として説明する。
【００３５】
（音信号処理装置１００）
図１は、本実施形態にかかる音信号処理装置１００の電気的な構成を示した機能ブロック図である。音信号処理装置１００は、信号入力部１１０と、低音域倍音生成部１１２と、高音域倍音生成部１１４と、収音部としてのマイク１１６と、音圧検出部１１８と、中央制御部１２０と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１２２と、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１２４（ＢＰＦ１２４ａ、ＢＰＦ１２４ｂ、ＢＰＦ１２４ｃ、ＢＰＦ１２４ｄ）と、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）１２６と、コンプレッサ１２８（コンプレッサ１２８ａ、コンプレッサ１２８ｂ、コンプレッサ１２８ｃ、コンプレッサ１２８ｄ、コンプレッサ１２８ｅ、コンプレッサ１２８ｆ）と、信号加算部としての加算器１３０と、信号出力部１３２と、を含んで構成される。本実施形態において、ＬＰＦ１２２と、ＢＰＦ１２４と、ＨＰＦ１２６とは、原音分割部として機能する。また、コンプレッサ１２８と後述する乗算設定部１４６とは、協働して音圧調整部として機能する。
【００３６】
信号入力部１１０には、別体もしくは一体的に形成されたＣＤプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ、ＭＰ３プレーヤ等（図示せず）のオーディオ機器から原音（オーディオ）信号が入力される。
【００３７】
低音域倍音生成部１１２は、信号入力部１１０に入力された原音信号のうち、所定周波数帯域、例えば、０〜３００Ｈｚの周波数成分の倍音信号を生成し、入力された原音信号に加算する。
【００３８】
図２は、低音域倍音生成部１１２の電気的な構成を示した機能ブロック図である。低音域倍音生成部１１２は、例えば、ＬＰＦ１６０と、乗算器１６２と、第１加算器１６４と、第１遅延器１６６と、増幅器１６８と、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）１７０と、第２遅延器１７２と、第２加算器１７４と、を含んで構成される。
【００３９】
ＬＰＦ１６０は、信号入力部１１０から伝送された原音信号のうち、所定の周波数（本実施形態においては、倍音生成の対象である３００Ｈｚ）以下の周波数成分を通過させる。
【００４０】
所謂ミッシング・ファンダメンタルの効果を奏するには、最小可聴音場が０ｄＢとなる２ｋＨｚ付近の周波数成分までに５〜６次までの倍音（高次になるにつれて音圧を小さくする。）をユーザに知覚させればよい。従って、２ｋＨｚを７で除算すると略２８９Ｈｚであることから、７次の倍音を２ｋＨｚ以下に収めるには、倍音生成の対象の周波数成分をおおよそ３００Ｈｚ以下に設定する。ここでミッシング・ファンダメンタルは、基本周波数がなくても、その基本周波数の連続倍音があれば基本周波数のピッチが基音として知覚される現象をいう。
【００４１】
乗算器１６２は、ＬＰＦ１６０から伝送された原音信号と、後述する増幅器１６８から伝送された原音信号とを乗算し、原音信号の倍音信号を生成する。
【００４２】
第１加算器１６４は、ＬＰＦ１６０から伝送された原音信号と、乗算器１６２から伝送された倍音信号とを加算する。
【００４３】
第１遅延器１６６は、第１加算器１６４から伝送された原音信号と倍音信号とを含む音信号を、所定のサンプリング周期分、遅延させる。
【００４４】
増幅器１６８は、第１遅延器１６６から伝送された音信号に１以下の所定のゲインを乗算する。このように、乗算器１６２から増幅器１６８までの処理を繰り返すことで２以上の次数の倍音信号を生成する。さらに、増幅器１６８が音信号に１以下のゲインを乗算することで、高次の倍音信号となるにつれてかかる倍音信号の音圧を低くすることができる。
【００４５】
増幅器１６８は、後述する図３において示す、最小可聴音場が０ｄＢとなる２ｋＨｚ付近で、上記原音信号の周波数成分の音圧が低くなるように制御する。
【００４６】
ＨＰＦ１７０は、第１加算器１６４から伝送された、音信号のうち、カットオフ周波数、本実施形態において５０Ｈｚより小さい周波数成分を遮断する。
【００４７】
原音信号から倍音信号を生成すると不要な直流成分が生じ得るが、ＨＰＦ１７０を用いる構成により、倍音信号生成時に生じた直流成分を除去し、原音信号と倍音信号のみを原音信号に加算することができる。
【００４８】
第２遅延器１７２は、信号入力部１１０から伝送された原音信号を所定のサンプリング周期分、遅延させる。かかる第２遅延器１７２により、第２加算器１７４における加算時の、ＨＰＦ１７０から伝送された、原音信号と倍音信号とを含む音信号と、第２遅延器１７２から伝送された原音信号との位相を合わせることができる。
【００４９】
第２加算器１７４は、ＨＰＦ１７０から伝送された、原音信号と倍音信号とを含む音信号と、第２遅延器１７２から伝送された原音信号とを加算する。
【００５０】
例えば、入力された原音信号が、所定の音声圧縮方式によって圧縮されていた場合、低音域の情報量が減少していることがある。また、圧縮されていなくとも、小型のスピーカを用いる場合、低音域の出力能力が不足して、十分に低音域の音が出力されない。このような場合に、上述した低音域倍音生成部１１２によって低音域の原音信号とその倍音信号とを加算し、所謂ミッシング・ファンダメンタルを生じさせて、倍音の基音となる低音域成分を強調することができる。
【００５１】
しかし、音圧を維持したまま高次の倍音信号を加算してしまうと、出力される音が入力された原音と異なってしまう場合が生じ得る。以下、かかる現象を等ラウドネス曲線を用いて説明する。
【００５２】
図３は、等ラウドネス曲線を示す説明図である。等ラウドネス曲線は、０Ｈｚから３ｋＨｚ付近までは右下がりとなっている。これは、同じ音圧の音でも周波数が大きい方がユーザには大きく聴こえることを示す。本実施形態では、図３に示すように、両矢印２００で示す周波数帯域の原音信号について倍音信号を生成する。
【００５３】
この等ラウドネス曲線で示される音響心理特性のため、３００Ｈｚ以下の原音信号を基音とする倍音信号を音圧を維持したまま生成すると、かかる倍音信号は、基音と音圧が同じでも基音より大きな音としてユーザに知覚されてしまい、出力される音が乱れてしまう。
【００５４】
そこで、本実施形態の音信号処理装置１００では、入力された原音信号の低音域成分の倍音信号を、次数が高いものほど出力音圧を小さくして、原音信号に加算する。かかる構成により、中高音域では加算された倍音がほとんど知覚されず音声を乱すことはなく、低音域ではミッシング・ファンダメンタルを生じさせて倍音の基音となる低音を強調することができる。
【００５５】
高音域倍音生成部１１４は、入力された原音信号のうち、所定周波数帯域の周波数成分の所定次数、本実施形態において２次までの倍音信号を生成し、入力された原音信号に倍音信号を加算する。
【００５６】
図４は、高音域倍音生成部１１４の電気的な構成を示した機能ブロック図である。高音域倍音生成部１１４は、ＢＰＦ１８０と、乗算器１８２と、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）１８４と、遅延器１８６と、加算器１８８と、を含んで構成される。
【００５７】
ＢＰＦ１８０は、低音域倍音生成部１１２から伝送された原音信号のうち、所定の下限周波数、本実施形態において８ｋＨｚより大きく、所定の上限周波数、本実施形態において１１ｋＨｚ以下の周波数成分のみを通過させる。ここで、ＢＰＦ１８０を８〜１１ｋＨｚとした理由は後に詳述する。
【００５８】
乗算器１８２は、ＢＰＦ１８０から伝送された原音信号を、ＢＰＦ１８０から伝送された原音信号自体に乗算し、２次の倍音信号を生成する。
【００５９】
ＨＰＦ１８４は、乗算器１８２から伝送された原音信号のうち、カットオフ周波数より小さい周波数成分を遮断する。
【００６０】
原音信号から倍音信号を生成すると不要な直流成分が生じ得るが、ＨＰＦ１８４を用いる構成により、ＨＰＦ１７０と同様、倍音信号生成時に生じた直流成分を除去し、倍音成分のみを原音信号に加算することができる。
【００６１】
また、入力された原音信号は、例えば、ＭＰ３、ＡＡＣ、Ｏｇｇ  Ｖｏｒｂｉｓ等の音声圧縮方式によって、高音域を欠落している場合もある。本実施形態の原音信号としてＭＰ３の音声圧縮方式が用いられる場合、ＨＰＦ１８４のカットオフ周波数は、欠落した周波数帯域の下限周波数、すなわち１６ｋＨｚとするとよい。
【００６２】
例えば１６ｋＨｚ以上の高音域は、音声データの生成時のサンプリング周波数の半分の周波数、例えば２２ｋＨｚまでは、音質に影響を与える有効な領域であり、欠落する前の原音信号において、このような高音域は低中音域の倍音によって構成されているはずである。従って、高音域倍音生成部１１４は、欠落した１６ｋＨｚ〜２２ｋＨｚの略半分の（２で除算した）周波数にあたる８ｋＨｚ〜１１ｋＨｚ（図３に示す両矢印２０２）の原音信号から２次の倍音信号を生成し、欠落した高音域１６ｋＨｚ〜２２ｋＨｚを再現する。
【００６３】
このように、欠落した周波数帯域の下限周波数および上限周波数を所定次数で除算した周波数をそれぞれ下限周波数および上限周波数とする周波数成分について、所定次数の倍音信号を生成することで、折り返しノイズが生じず入力された原音信号に影響を与えることなく、欠落した高音域を再現できる。
【００６４】
また、ＨＰＦ１８４のカットオフ周波数を、生成した倍音信号の下限周波数１６ｋＨｚとすることで、倍音信号生成時に生じた直流成分を、生成した倍音信号に影響を与えず確実に除去することができる。
【００６５】
遅延器１８６は、低音域倍音生成部１１２から伝送された原音信号を所定のサンプリング周期分、遅延させる。かかる遅延器１８６により、加算器１８８における加算時の、ＨＰＦ１８４から伝送された倍音信号と、遅延器１８６から伝送された原音信号の位相を合わせることができる。
【００６６】
加算器１８８は、加算器１８８における加算時の、ＨＰＦ１８４から伝送された倍音信号と、遅延器１８６から伝送された原音信号とを加算する。
【００６７】
図５は、倍音信号が加算された原音信号を説明する説明図である。特に、図５（ｂ）は、低音域倍音生成部１１２および高音域倍音生成部１１４が倍音信号を加算した後の原音信号の周波数スペクトルであり、図５（ａ）は、倍音信号を加算する前の原音信号の周波数スペクトルである。
【００６８】
図５（ａ）に示すように、倍音信号を加算する前の原音信号には、両矢印２１０で示す欠落した１６ｋＨｚ以上の周波数成分は含まれていない。
【００６９】
本実施形態の高音域倍音生成部１１４が８〜１１ｋＨｚの周波数成分の２次の倍音信号を生成して加算すると、図５（ｂ）に示すように、原音信号に１６ｋＨｚより大きい周波数成分までが含まれる。一般に、高音域は低中音域の倍音によって構成されることから、この場合、原音信号に残された高音域成分の所定次数の倍音信号を加算することで、データ圧縮時に欠落した高音域をある程度再現することができ、原音信号に基づいて出力される音声を高音質化することが可能となる。
【００７０】
また、低音域倍音生成部１１２が３００Ｈｚ以下の周波数成分の倍音信号を生成して加算しても、図５（ａ）および（ｂ）を比較して分かるように、１６ｋＨｚ以下の周波数成分の変化はあまり見られない。このように、低音域倍音生成部１１２が生成する倍音信号は、原音信号に加算しても原音信号を大きく乱さない程度の音圧であるが、ミッシング・ファンダメンタルは確実に生じ、倍音の基音となる低音を強調することができる。
【００７１】
次に図１に戻って、マイク１１６について説明する。マイク１１６は、音源から出力される既知の周波数特性の音を、所定の聴点において収音する。本実施形態において、既知の周波数特性の音は後述する信号出力部１３２が伝送したピンクノイズ信号に基づいて外部のスピーカが出力したピンクノイズとし、所定の聴点はマイク１１６を設置した位置とする。
【００７２】
そして、マイク１１６は、収音したピンクノイズを電気信号である調整用の音信号（以下、単に測定音信号と称する）に変換する。マイク１１６を設置する位置は、例えば、車内であれば、ドライバーの座席のヘッドレストであったり、座席間の略中央であったり、店舗内であれば、店舗の略中央であったりする等、高音質で音を聴かせたい位置（もしくは略中央の位置）であるとよい。また、耳に装着可能なマイクを用い、ユーザが耳に装着した状態でピンクノイズを収音することで、ユーザの耳に到達する、より正確なピンクノイズを収音できる。
【００７３】
図７は、出力時のピンクノイズの１／３オクターブバンド毎の音圧を示す説明図である。ピンクノイズは、任意の周波数成分の周波数と音圧が反比例する音であるため、図７に示すように、帯域の上限周波数と下限周波数との比が一定となる１／３オクターブバンド毎にエネルギーが均一となる。かかる特性はオクターブバンドについても同様である。ピンクノイズは、伝達周波数特性（後述する、第１伝達周波数特性および第２伝達周波数特性）を導出するための後述するオクターブバンド分析および１／３オクターブバンド分析に好適に用いることができる。
【００７４】
音圧検出部１１８は、聴点、すなわちマイク１１６の設置位置における音圧を検出する。詳細に、音圧検出部１１８は、マイク１１６がピンクノイズを変換した測定音信号について、後述する特性導出部１４０の指示に従い、オクターブバンドおよび１／３オクターブバンド毎の音圧を検出する。
【００７５】
中央制御部１２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）や信号処理装置（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）を含む半導体集積回路で構成され、所定のプログラムを用いて音信号処理装置１００全体を管理および制御する。
【００７６】
また、中央制御部１２０は、特性導出部１４０と、差分算出部１４２と、境界導出部１４４と、乗算設定部１４６としても機能する。
【００７７】
特性導出部１４０は、測定音信号の複数の周波数帯域毎の音圧を分析することで、第１伝達周波数特性を導出する。このとき、特性導出部１４０は、上述した音圧検出部１１８に、マイク１１６が収音した音の音圧をオクターブバンドおよび１／３オクターブバンド毎に検出させる。
【００７８】
本実施形態において、音が周囲を伝達する伝達周波数特性の特性値は、所定の音源における出力時の音の音圧と、聴点における測定時の音の音圧の比である。かかる音圧の比を周波数帯域毎に比較することで、周波数帯域毎の音の伝達し易さ（伝達周波数特性）を把握できる。かかる伝達周波数特性の導出にオクターブバンドや１／３オクターブバンド毎の音圧が等しいピンクノイズを用いることで、検出された音圧（音圧レベル）をそのまま特性値とすることが可能となる。
【００７９】
図８は、ピンクノイズを用いた伝達周波数特性の導出結果の一例を示す説明図である。図８では、本実施形態とは異なり、測定音信号の複数の周波数帯域毎の音圧を分析することで第１伝達周波数特性を導出する際、複数の周波数帯域として１／３オクターブバンドを用いた、１／３オクターブバンド分析を行って導出した結果を示している。かかる１／３オクターブバンド分析や後述するオクターブバンド分析は、ＪＩＳ  Ｃ１５１３に基づいて行っている。また、図８から図１０において、縦軸は音圧レベルを示し、横軸はオクターブバンドもしくは１／３オクターブバンドの公称中心周波数を示す。
【００８０】
図７に示す、出力時のピンクノイズの１／３オクターブバンド毎の音圧レベル（特性値）が均等であるのに比べ、図８に示すように、測定音信号の音圧の検出によって導出された所定の音源から所定の聴点までの伝達周波数特性では、１／３オクターブバンド毎の音圧レベルが、周囲の環境の影響を受けて大きくばらついている。
【００８１】
このような伝達周波数特性を示す環境において、出力音圧の調整をせずにそのまま原音信号を出力してしまうと、所定の音源から所定の聴点まで伝達する間に、周波数特性のバランスが崩れてしまう。そこで、後述するように本実施形態の音信号処理装置１００を用いれば、かかる周波数特性のバランスの崩れを回避することができる。
【００８２】
差分算出部１４２は、第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域における隣り合う周波数帯域の音圧の差分をそれぞれ算出する。
【００８３】
境界導出部１４４は、第１伝達周波数特性の１組または複数組の隣り合う周波数帯域（本実施形態においてオクターブバンド）毎に、第２伝達周波数特性の複数の周波数帯域（本実施形態において１／３オクターブバンド）における隣り合う周波数帯域の内、差分算出部１４２が算出した差分が最も大きい１組を抽出し、その抽出した隣り合う周波数帯域の境界の周波数を境界周波数とし、その境界周波数に基づいて、ＬＰＦ１２２、ＢＰＦ１２４ａ〜１２４ｄ、ＨＰＦ１２６を制御する。
【００８４】
ここで、かかる第１伝達周波数特性の導出において、第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域の帯域幅がオクターブバンドのように広過ぎると細かな変動が適切に反映されなくなり、図８に示すように、１／３オクターブバンドのように狭すぎると処理負荷が増大してしまう上に境界周波数が局所的に偏ってしまうおそれがある。
【００８５】
そこで、特性導出部１４０は、境界導出部１４４が抽出した、第１伝達周波数特性の１組または複数組の隣り合う周波数帯域について、測定音信号における、第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域とは異なる複数の周波数帯域、本実施形態において１／３オクターブバンド毎の音圧を分析することで第２伝達周波数特性を導出する。
【００８６】
詳細に、特性導出部１４０は、まず、マイク１１６が収音した音の周波数特性を基に、測定音信号の複数の周波数帯域、本実施形態においてオクターブバンド毎の音圧を分析することで、第１伝達周波数特性を導出する。
【００８７】
そして、差分算出部１４２が、第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域（オクターブバンド）における隣り合う周波数帯域の音圧の差分をそれぞれ算出すると、特性導出部１４０は、差分算出部１４２が算出した差分が大きい順に、第１伝達周波数特性の隣り合うオクターブバンドを、１組または複数組、本実施形態においては５つ抽出する。
【００８８】
続いて、特性導出部１４０は、測定音信号における、第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域とは異なる複数の周波数帯域、本実施形態において１／３オクターブバンド毎の音圧を分析することで第２伝達周波数特性を導出する。第１伝達周波数特性および第２伝達周波数特性は共に伝達周波数特性であり、上述した特性値（音圧）を導出する周波数帯域の分割の規則が異なる。
【００８９】
そして、差分算出部１４２は、第２伝達周波数特性の周波数帯域（１／３オクターブバンド）における隣り合う周波数帯域の音圧の差分をそれぞれ算出する。
【００９０】
境界導出部１４４は、第１伝達周波数特性の１組または複数組の隣り合う周波数帯域（オクターブバンド）毎に、第２伝達周波数特性の複数の周波数帯域（１／３オクターブバンド）における隣り合う周波数帯域の内、差分算出部１４２が算出した差分が最も大きい１組を抽出し、その抽出した隣り合う周波数帯域の境界の周波数を境界周波数とする。
【００９１】
かかる特性導出部１４０、差分算出部１４２および境界導出部１４４の処理について、図９および図１０を用いて詳述する。
【００９２】
図９は、本実施形態にかかるオクターブバンド分析の結果の一例を示す説明図である。特性導出部１４０は、図９に示すように測定音信号の音圧レベルをオクターブバンド毎に音圧検出部１１８に検出させ（オクターブバンド分析）、第１伝達周波数特性を導出する。そして、差分算出部１４２は、第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域における隣り合う周波数帯域の音圧の差分をそれぞれ算出する。
【００９３】
本実施形態において、音信号を出力する対象のスピーカの再生能力が低く、低音域および高音域の音圧が低くなってしまう場合を想定し、図９中斜線で示した、両端の３１．５Ｈｚおよび１６ｋＨｚを公称中心周波数とするオクターブバンドは差分算出部１４２が音圧の差分を算出する対象としない。
【００９４】
境界導出部１４４は、隣り合うオクターブバンドの音圧の差分が大きい方から順（図９において、差分ｇ、ｃ、ｄ、ｂ、ｅ、ａ、ｆ）に５つ（差分ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｇに対応する）、隣り合うオクターブバンドＢ（１２５Ｈｚと２５０Ｈｚ）、Ｃ（２５０Ｈｚと５００Ｈｚ）、Ｄ（５００Ｈｚと１ｋＨｚ）、Ｅ（１ｋＨｚと２ｋＨｚ）、Ｇ（４ｋＨｚと８ｋＨｚ）を抽出する。
【００９５】
図１０は、本実施形態にかかる１／３オクターブバンド分析の結果の一例を示す説明図である。図１０に示すように、特性導出部１４０は、図９の説明で抽出した隣り合うオクターブバンドＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｇについて、測定音信号の音圧レベルを１／３オクターブバンド毎に音圧検出部１１８に検出させる（１／３オクターブバンド分析）。ここで、特性導出部１４０は、公称中心周波数１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの１／３オクターブバンドそれぞれについて既に音圧レベル（特性値）を検出させており、抽出された隣り合うオクターブバンドに、重複する１／３オクターブバンドがあったとしても、その音圧レベルの検出は１度しか行わない。
【００９６】
差分算出部１４２は、特性導出部１４０が抽出した、隣り合うオクターブバンドに対応する１／３オクターブバンドのグループ（図１０においてＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｇで示す）の中で、１／３オクターブバンドに対応する、隣り合う１／３オクターブバンドの周波数帯域の差分を算出する。
【００９７】
境界導出部１４４は、第１伝達周波数特性の５組の隣り合う周波数帯域（オクターブバンド）毎に、第２伝達周波数特性の複数の周波数帯域（１／３オクターブバンド）における隣り合う周波数帯域の内、差分算出部１４２が算出した差分が最も大きい１組を抽出し、その抽出した隣り合う１／３オクターブバンドの境界の周波数を境界周波数とする。
【００９８】
図１０において、公称中心周波数が、１６０Ｈｚと２００Ｈｚ、４００Ｈｚと５００Ｈｚ、６３０Ｈｚと８００Ｈｚ、１．６ｋＨｚと２ｋＨｚ、８ｋＨｚと１０ｋＨｚの１／３オクターブバンドの境界の周波数が境界周波数となる。
【００９９】
上述したように、特性導出部１４０は、まず、オクターブバンド毎に分割された第１伝達周波数特性を導出し境界周波数の候補となる周波数を含む隣り合う周波数帯域を絞り、絞られた周波数帯域に対してのみ詳細に１／３オクターブバンド毎に分割された第２伝達周波数特性を導出する。かかる２段階に検出および導出させる構成により、境界周波数を簡易な処理で局所的に偏ることなく適切に定めることができる。
【０１００】
また、境界導出部１４４は、音圧の差分の絶対値が所定閾値よりも小さい、隣り合う第１伝達周波数特性の周波数帯域、すなわち、隣り合うオクターブバンドを抽出しない。かかる構成により、音圧の差分の絶対値が小さく調整が不要な周波数帯域まで無駄に分離してしまう事態を回避し、処理負荷を低減することができる。
【０１０１】
上述したように、特性導出部１４０は、本実施形態において、１オクターブ分析を行うことで第１伝達周波数特性を導出し、１／３オクターブ分析を行うことで第２伝達周波数特性を導出しているが、かかる場合に限定されず、１／２オクターブ分析、１／３オクターブ分析、１／４オクターブ分析、１／６オクターブ分析、１／１２オクターブ分析、１／２４オクターブ分析のいずれかを用いて第２伝達周波数特性を導出してもよい。
【０１０２】
かかるオクターブバンドを用いる構成により、帯域の上限周波数と下限周波数との比が一定となる周波数帯域毎に音圧を求める定比型の分析であるオクターブバンド分析を行うこととなり、人間の聴覚に近い分析が可能となる。また、第２伝達周波数特性を、１オクターブバンドに含まれる音程の倍の数である２４の約数で分割した帯域で分析して導出することで、１オクターブに含まれる１２音階に則した帯域で調整を施すことができる。特に、処理負荷のコストと高音質化の効果を鑑みると、第２伝達周波数特性は、２４の約数のうち、３を用いた１／３オクターブバンド分析を用いて導出するのが妥当である。
【０１０３】
さらに、より詳細な検出および導出をする場合、例えば１／３オクターブバンドを用いて第１伝達周波数特性を、１／１２オクターブバンドを用いて第２伝達周波数特性を導出するとき、境界周波数の候補となる周波数を含む周波数帯域を２段階で絞ることで境界周波数をより迅速に導出することができる。さらに、コンプレッサ１２８の数が本実施形態よりも少ない場合も、抽出すべき隣り合うオクターブバンドの数が少なくなるので、やはり境界周波数を導出するまでの処理数を減らすことができ、境界周波数を迅速に導出することが可能となる。
【０１０４】
上述したピンクノイズによる伝達周波数特性の導出は、本実施形態において所定時間毎に行うものとするが、かかる場合に限定されず、ユーザ入力に応じて行ってもよいし、車両内で用いる場合、車両の速度が所定値を超えたり下回ったりしたときに行ってもよいし、高速道路の料金所を通過したときに行ってもよい。
【０１０５】
乗算設定部１４６は、伝達周波数特性に基づいて、境界周波数で区切られた周波数帯域毎の乗算関数を設定する。かかる乗算関数は、パラメータとして乗算率が変化する閾値と、傾斜を示す傾きとを含み、隣り合うオクターブバンドの音圧の差分を縮小させるような値、すなわち、オクターブバンド毎の音圧レベルが、伝達周波数特性の導出の対象となった周波数帯域全体の音圧レベルの平均値に近づくように計算された関数として導出され、入力された原音信号の調整に用いられる。つまり、乗算設定部１４６は、入力された原音信号（正確には倍音信号が加算された原音信号）の境界周波数で区切られた周波数帯域の内、音圧レベルが小さい周波数帯域よりも、音圧レベルが大きい周波数帯域の方をより減衰させるように乗算関数を設定する。また、本実施形態において、音圧調整部は、入力レベルよりも出力レベルが小さくなるような処理を行うが、音圧レベルが小さい周波数帯域の音圧レベルを増幅させるような処理を行っても良い。
【０１０６】
また、以下の本実施形態の説明において乗算率とは、入力する原音信号の音圧（入力レベル）に対する出力する原音信号の音圧（出力レベル）の比の百分率である。
【０１０７】
図６は、本実施形態にかかる乗算関数を説明する説明図である。本実施形態において、コンプレッサ１２８が用いる、図６（ａ）に示す乗算関数は、入力レベルをｘ、出力レベルをｙとすると、例えば、以下の数式１で表される。
【数１】
2011035573.tif 000003
…（数式１）
ここで、Ｘ１はコンプレッサ１２８の乗算率が変化する開始点（閾値）、ｍは乗算率の変化推移の傾斜を示す傾きである。
【０１０８】
また、図６（ａ）よりも入力レベルを大きく減衰させる必要がある場合、ｍ＜１であれば、乗算設定部１４６は、図６（ｂ）のように、開始点として閾値Ｘ１より小さい閾値Ｘ２を設定する。すると、乗算関数は、例えば、以下の数式２で表される。
【数２】
2011035573.tif 000004
…（数式２）
【０１０９】
同様に、図６（ａ）よりも入力レベルを大きく減衰させる必要がある場合、図６（ｃ）のように、乗算設定部１４６は、傾きｍより小さい傾きｎを設定する。すると、乗算関数は、例えば以下の数式３で表される。
【数３】
2011035573.tif 000005
…（数式３）
【０１１０】
上述したように、乗算関数は、乗算率が変化する開始点（閾値）と、変化推移の傾斜を示す傾きとをパラメータとして含む。また、乗算率が変化する閾値および傾斜を示す傾きそれぞれに上限（下限）を設けることで、閾値や傾きが極端な値になってしまい音信号が歪んでしまう現象を回避することができる。
【０１１１】
また、かかる乗算関数は、隣り合うオクターブバンド毎の音圧の差分を縮小させるような関数に限定されず、乗算設定部１４６は、例えば、低音域を強調したり、高音域を強調したりするように乗算関数を設定してもよい。
【０１１２】
乗算設定部１４６を用いる構成により、周囲の環境の影響で音が伝達されにくい周波数帯域と、伝達され易い周波数帯域が、同程度の大きさに聴こえるように原音信号が調整処理されるため、周波数帯域毎の出力音圧を調整して、音の劣化を抑制することが可能となる。
【０１１３】
境界導出部１４４は、境界周波数に基づいて、ＬＰＦ１２２、ＢＰＦ１２４ａ〜１２４ｄ、ＨＰＦ１２６を制御し、ＬＰＦ１２２、ＢＰＦ１２４ａ〜１２４ｄ、ＨＰＦ１２６は、協働して、上述した高音域倍音生成部１１４から伝送された、倍音信号が加算された原音信号を、境界導出部１４４が導出した境界周波数で区切られた周波数帯域毎の信号に分割する。具体的に、ＬＰＦ１２２、ＢＰＦ１２４ａ〜１２４ｄ、ＨＰＦ１２６は、それぞれ最も小さい境界周波数を下限周波数とする周波数帯域の周波数成分、最大および最小の境界周波数を下限周波数とする周波数帯域を除いた周波数帯域の周波数成分、周波数が最も大きい境界周波数を下限周波数とする周波数帯域の周波数成分のみを通過させる。
【０１１４】
ＢＰＦ１２４について、詳細には、ＢＰＦ１２４ａが２番目、ＢＰＦ１２４ｂが３番目、ＢＰＦ１２４ｃが４番目、ＢＰＦ１２４ｄが５番目、に小さい境界周波数を下限周波数とする周波数帯域の周波数成分のみを通過させる。
【０１１５】
コンプレッサ１２８（コンプレッサ１２８ａ〜１２８ｆ）は、第１伝達周波数特性に基づいて、本実施形態においては、乗算設定部１４６が第１伝達周波数特性（および第２伝達周波数特性）に応じて設定した乗算関数に基づいて、ＬＰＦ１２２、ＢＰＦ１２４ａ〜１２４ｄ、ＨＰＦ１２６が分割した複数の周波数帯域の信号毎に音圧を調整する。詳細に、ＬＰＦ１２２、ＢＰＦ１２４ａ〜１２４ｄ、ＨＰＦ１２６から伝送された複数の周波数帯域の信号は、それぞれ、コンプレッサ１２８ａ〜１２８ｆにおいて、コンプレッサ１２８ａ〜１２８ｆ毎に設定された乗算関数に基づいて音圧が調整される。
【０１１６】
加算器１３０は、コンプレッサ１２８ａ〜１２８ｆから伝送された、コンプレッサ１２８ａ〜１２８ｆが音圧を調整した複数の周波数帯域の信号を加算し１の音信号を生成する。信号出力部１３２は、加算器１３０から伝送された、１の音信号を図示しない外部のアンプやスピーカ等のオーディオ機器に出力する。こうして、原音信号は音として周囲の環境を伝達する。
【０１１７】
また、本実施形態において、信号出力部１３２は、特性導出部１４０からの指示に応じて、周囲の環境の音の伝達周波数特性を導出するために出力される参照音信号（周波数特性測定信号）、本実施形態においてピンクノイズの音信号であるピンクノイズ信号を出力する。
【０１１８】
上述したように、境界導出部１４４およびコンプレッサ１２８が、音源から出力される既知の周波数特性の所定の環境下における音を測定して得た伝達周波数特性に基づいて適切な境界周波数の導出および信号の調整を行うため、音信号処理装置１００は、使用する環境を選ばず様々な環境で有効に利用できる。また、本実施形態において、境界周波数は固定値ではなく伝達周波数特性に応じて動的に決定されるので、境界周波数で区切られた複数の周波数帯域は、伝達周波数特性の音圧レベルの大きさが近似している帯域をまとめたものとなる。そのため、境界周波数で区切られた複数の周波数帯域毎に適切に音圧調整を施すことができ、周波数帯域毎の出力音圧を調整して、音の劣化を抑制することが可能となる。
【０１１９】
（音信号処理方法）
続いて、上述した音信号処理装置１００を用いた音信号処理方法について説明する。図１１は、本実施形態にかかる音信号処理方法の具体的な処理を示したフローチャートである。かかる音信号処理方法の処理は、音信号処理装置１００に原音信号が入力されている間、所定のサンプリング周期毎に繰り返し実行される。
【０１２０】
原音信号が入力されると、特性導出部１４０は、前回第１伝達周波数特性を導出してから所定時間が経過しているか否かを判断する（Ｓ３００）。所定時間が経過していると（Ｓ３００のＹＥＳ）、特性導出部１４０は、信号出力部１３２にピンクノイズ信号を出力させる（Ｓ３０２）。
【０１２１】
特性導出部１４０は、マイク１１６が収音したピンクノイズを変換した測定音信号の複数の周波数帯域毎の音圧を分析することで、オクターブバンド分析を行う（Ｓ３０４）。そして、差分算出部１４２は、オクターブバンド分析によって導出された第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域（オクターブバンド）における隣り合う周波数帯域の音圧の差分をそれぞれ算出する（Ｓ３０６）。続いて境界導出部１４４は、音圧の差分が大きい順に所定数（例えば、５つ）、隣り合う周波数帯域（オクターブバンド）を抽出し（Ｓ３０８）、特性導出部１４０は、それぞれの隣り合う周波数帯域について、１／３オクターブバンド分析を行う（Ｓ３１０）。
【０１２２】
差分算出部１４２は、続いて、１／３オクターブバンド分析によって導出された第１伝達周波数特性の複数の周波数帯域（１／３オクターブバンド）における隣り合う周波数帯域の音圧の差分をそれぞれ算出する（Ｓ３１２）。境界導出部１４４は、第１伝達周波数特性の１組または複数組の隣り合う周波数帯域（オクターブバンド）毎に、第２伝達周波数特性の複数の周波数帯域（１／３オクターブバンド）における隣り合う周波数帯域の内、差分算出部１４２が算出した差分が最も大きい１組を抽出し（Ｓ３１４）、隣り合う１／３オクターブバンドの境界となる周波数である境界周波数を導出する（Ｓ３１６）。
【０１２３】
そして、乗算設定部１４６は、伝達周波数特性に基づいて、境界周波数で区切られた周波数帯域毎の乗算関数を設定する（Ｓ３１８）。
【０１２４】
続いて、低音域倍音生成部１１２は、信号入力部１１０に入力された原音信号のうち、所定周波数帯域、例えば、０〜３００Ｈｚの周波数成分の倍音信号を、倍音の次数が高くなるに従って出力音圧を小さくなるように生成し、入力された原音信号に加算する（Ｓ３２０）。
【０１２５】
そして、高音域倍音生成部１１４は、低音域倍音生成部１１２から伝送された、倍音信号が加算された原音信号のうち、８ｋＨｚより大きく１１ｋＨｚ以下の周波数成分の所定次数（例えば、２次）の倍音信号を生成し、低音域倍音生成部１１２から伝送された、倍音信号が加算された原音信号にその倍音信号を加算する（Ｓ３２２）。
【０１２６】
ＬＰＦ１２２、ＢＰＦ１２４、およびＨＰＦ１２６は、境界導出部１４４が導出した境界周波数に応じて、高音域倍音生成部１１４から伝送された、倍音信号が加算された原音信号を、境界周波数で区切られた周波数帯域毎の信号に分割する（Ｓ３２４）。
【０１２７】
続いて、コンプレッサ１２８は、ＬＰＦ１２２、ＢＰＦ１２４、およびＨＰＦ１２６が分割した信号毎に音圧を、乗算設定部１４６が設定した乗算関数に基づいて調整し（Ｓ３２６）、加算器１３０は、調整処理が施されたそれぞれの信号同士を加算し１の音信号を生成する（Ｓ３２８）。信号出力部１３２は、コンプレッサ１２８から伝送された原音信号を図示しない外部のアンプやスピーカ等のオーディオ機器に出力する（Ｓ３３０）。
【０１２８】
本実施形態の音信号処理方法を用いると、境界周波数は固定値ではなく伝達周波数特性に応じて動的に決定され、分割周波数帯域は、伝達周波数特性の音圧レベルの大きさが近い帯域をまとめたものとなるため、分割周波数帯域毎に適切に調整処理を施すことができ、周波数帯域毎の出力音圧を調整して、音の劣化を抑制することが可能となる。
【０１２９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１３０】
なお、本明細書の音信号処理方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明は、音信号の周波数特性のバランスを調整する音信号処理装置および音信号処理方法に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１００  …音信号処理装置
１１２  …低音域倍音生成部
１１４  …高音域倍音生成部
１１６  …マイク（収音部）
１２２  …ＬＰＦ（原音分割部）
１２４  …ＢＰＦ（原音分割部）
１２６  …ＨＰＦ（原音分割部）
１２８  …コンプレッサ（音圧調整部）
１３０  …加算器（信号加算部）
１４０  …分割導出部
１４２  …差分算出部
１４４  …境界導出部
１４６  …乗算設定部（音圧調整部）
１７０  …ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）
１８４  …ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）
【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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