(57)【要約】【課題】使用者の聴覚特性に合わせて高域の周波数特性を変化させることで、聴覚特性の個人差による体感効果の差を極力抑えた、高音質な音声信号を再生する。【解決手段】入力される音声信号の周波数特性を解析する周波数解析部と、周波数解析部で解析された周波数特性の傾向を検出し、高域の補正量を予測する補正量予測部と、使用者の聴覚特性に基づく聴覚パラメータを設定可能な聴覚パラメータ設定部４１と、補正量予測部で予測された補正量を、聴覚パラメータ設定部４１において設定されている聴覚パラメータによって補正する聴覚感度補正部４０と、高域補間処理部３２から出力される音声信号の周波数特性を、聴覚感度補正部４０から出力される補正量に基づき補正するイコライザ３３とを備えている。【選択図】図１
2008058470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される音声信号の高域成分を補間する高域補間処理部を含む高域補正部を備えた音声信号処理装置であって、
前記高域補正部は、
入力される音声信号の周波数特性を解析する周波数解析部と、
前記周波数解析部で解析された周波数特性の傾向を検出し、高域の補正量を予測し、補正結果を出力する補正量予測部と、
使用者の聴覚特性に基づく聴覚パラメータを設定可能な聴覚パラメータ設定部と、
前記補正量予測部から出力される補正結果を、前記聴覚パラメータ設定部において設定されている聴覚パラメータによって補正する聴覚感度補正部と、
前記高域補間処理部から出力される音声信号の周波数特性を補正するイコライザとを、さらに備え、
前記イコライザは、前記聴覚感度補正部から出力される補正結果に基づき、音声信号の周波数特性を補正することを特徴とする音声信号処理装置。
【請求項２】
入力される音声信号の高域成分を補間する高域補間処理部を含む高域補正部を備えた音声信号処理装置であって、
前記高域補正部は、
入力される音声信号の周波数特性を解析する周波数解析部と、
前記周波数解析部における周波数解析結果を回帰分析して回帰分析結果を導出し、前記回帰分析結果を高域側へ反映して高域の補正量を予測し、補正結果を出力する補正量予測部と、
前記高域補間処理部から出力される音声信号の周波数特性を補正するイコライザとを、さらに備え、
前記イコライザは、前記補正量予測部から出力される補正結果に基づき、音声信号を周波数特性を補正することを特徴とする音声信号処理装置。
【請求項３】
前記周波数解析部は、
入力されるステレオ音声信号において、左チャンネル及び右チャンネルの音声信号を減算処理し、差信号を抽出する差信号抽出部と、
前記差信号抽出部から出力される差信号を高速フーリエ変換処理して周波数解析を行う高速フーリエ変換処理部と、
前記高速フーリエ変換処理部から出力される周波数解析結果のピーク検出を行うエンベロープ検波部とを備えている、請求項１または２記載の音声信号処理装置。
【請求項４】
前記補正量予測部は、
前記周波数解析部における周波数解析結果を回帰分析する回帰分析部を備えた、請求項１記載の音声信号処理装置。
【請求項５】
前記補正量予測部は、
前記回帰分析部における回帰分析結果の変動の高周波成分を除去するフィルターを、さらに備えた請求項２または４記載の音声信号処理装置。
【請求項６】
通常モードと、使用者の聴覚特性を測定可能な聴覚測定モードとを備え、
前記聴覚パラメータ設定部は、
予め所定の周波数に設定されている純粋音を、レベルを変えながら発生する周波数発振部と、
前記周波数発振部において純粋音を発生させている時に、前記操作部が操作された時の周波数及びレベルを記録するメモリーとを備え、
本システムが前記聴覚測定モードに移行されると、
前記周波数発振部は前記純粋音をレベルを変えながら発生し、
発生した純粋音を前記出力端子から出力し、
前記純粋音が出力されている時に使用者によって前記操作部が操作されると、その時の前記純粋音の周波数及びレベルを前記メモリーに記録し、
前記メモリーに記録されている周波数及びレベルの情報に基づき聴覚パラメータを設定する、
請求項１記載の音声信号処理装置。
【請求項７】
入力される音声信号の高域成分を補間する高域補間処理部を備えた高域補正部と、
前記高域補正部から出力される音声信号を外部へ出力可能な出力端子と、
本システムにおける各種操作命令を入力可能な操作部とを備えた音声信号再生システムであって、
前記高域補正部は、
入力される音声信号の周波数特性を解析する周波数解析部と、
前記周波数解析部で解析された周波数特性の傾向を検出し、高域の補正量を予測し、補正結果を出力する補正量予測部と、
使用者の聴覚特性に基づく聴覚パラメータを設定可能な聴覚パラメータ設定部と、
前記補正量予測部から出力される補正結果を、前記聴覚パラメータ設定部において設定されている聴覚パラメータによって補正する聴覚感度補正部と、
前記高域補間処理部から出力される音声信号の周波数特性を補正するイコライザとを、さらに備え、
前記イコライザは、前記聴覚感度補正部から出力される補正結果に基づき、音声信号の周波数特性を補正することを特徴とする音声信号再生システム。
【請求項８】
通常モードと、使用者の聴覚特性を測定可能な聴覚測定モードとを備え、
前記聴覚パラメータ設定部は、
予め所定の周波数に設定されている純粋音を、レベルを変えながら発生する周波数発振部と、
前記周波数発振部において純粋音を発生させている時に、前記操作部が操作された時の周波数及びレベルを記録するメモリーとを備え、
本システムが前記聴覚測定モードに移行されると、
前記周波数発振部は前記純粋音をレベルを変えながら発生し、
発生した純粋音を前記出力端子から出力し、
前記純粋音が出力されている時に使用者によって前記操作部が操作されると、その時の前記純粋音の周波数及びレベルを前記メモリーに記録し、
前記メモリーに記録されている周波数及びレベルの情報に基づき聴覚パラメータを設定する、
請求項７記載の音声信号再生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、再生されるデジタル音声信号の高域成分を補正する音声信号処理装置に関する。また、その音声信号再生装置を備えた音声信号再生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＰ３（MPEG1 audio layer 3）やＷＭＡ（Windows Media Audio。なお「Windows」はマイクロソフト社の登録商標）などの形式で圧縮された楽曲データの配信が、急速に普及し始めている。これらの形式の楽曲データは、音声帯域が過度に広くなることによるデータ量の増大や占有帯域幅の広がりを避けるため、圧縮過程において所定周波数以上の周波数成分が除去されている。例えば、ＭＰ３形式では、約１６ｋＨｚ以上の周波数成分が除去されている。このように、一定値以上の周波数成分が除去された楽曲データに基づき再生される音楽等は、高域成分がカットされているため音質が悪い。
【０００３】
そこで、特許文献１〜３には、上記のような音質低下を防ぐための構成が開示されている。まず、特許文献１には、約２０ｋＨｚ以上の音信号を発生させ、原オーディオ信号に重畳させる構成が開示されている。また、特許文献２には、源オーディオ信号の高域成分に基づき、可聴帯域外のｎ次高調波成分（例えば２０ｋＨｚ以上）を生成し、原オーディオ信号に加算する構成が開示されている。また、特許文献３には、ランダムノイズを遅延させた高域成分を原オーディオ信号に付加する構成が開示されている。
【特許文献１】特許第２６４３３４９号公報
【特許文献２】特許第３１３７２８９号公報
【特許文献３】特許第３６０５７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１〜３に開示されている構成は、いずれも原オーディオ信号に、擬似的に生成した高域成分を補間するのみの構成である。このような高域補正では、補間特性が一定であるため、使用者において体感できる補正効果に大きな差が生じてしまう。すなわち、人間の聴覚特性（可聴周波数特性など）には個人差があり、特に高域成分については、使用者の年齢、性別、生活環境によって、音の聞こえ方に大きな差がある。例えば、女性や年少者や静穏な環境で生活している人などは、高域成分を聞き取る能力が高いと言われている。したがって、特許文献１〜３に開示されているように、一定の補間特性に基づき高域補正を行った場合、高域補正によって心地よい音質を体感できる人と、補正効果をほとんど感じることができない人とが生じてしまう。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑み、使用者の聴覚特性に合わせて高域の周波数特性を変化させることで、聴覚特性の個人差による体感効果の差を極力抑えた、高音質な音声信号を再生することができる音声信号補正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】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明の音声信号処理装置は。入力される音声信号の高域成分を補間する高域補間処理部を含む高域補正部を備えた音声信号処理装置であって、前記高域補正部は、入力される音声信号の周波数特性を解析する周波数解析部と、前記周波数解析部で解析された周波数特性の傾向を検出し、高域の補正量を予測し、補正結果を出力する補正量予測部と、使用者の聴覚特性に基づく聴覚パラメータを設定可能な聴覚パラメータ設定部と、前記補正量予測部から出力される補正結果を、前記聴覚パラメータ設定部において設定されている聴覚パラメータによって補正する聴覚感度補正部と、前記高域補間処理部から出力される音声信号の周波数特性を補正するイコライザとを、さらに備え、前記イコライザは、前記高域補間処理部から出力される音声信号の周波数特性を、前記聴覚感度補正部から出力される補正結果に基づき補正するものである。
【０００７】
また、本発明の音声信号処理装置は、入力される音声信号の高域成分を補間する高域補間処理部を含む高域補正部を備えた音声信号処理装置であって、前記高域補正部は、入力される音声信号の周波数特性を解析する周波数解析部と、前記周波数解析部における周波数解析結果を回帰分析して回帰分析結果を導出し、前記回帰分析結果を高域側へ反映して高域の補正量を予測し、補正結果を出力する補正量予測部と、前記高域補間処理部から出力される音声信号の周波数特性を補正するイコライザとを、さらに備え、前記イコライザは、前記補正量予測部から出力される補正結果に基づき、音声信号を周波数特性を補正するものである。
【０００８】
また、本発明の音声信号再生システムは、入力される音声信号の高域成分を補間する高域補間処理部を備えた高域補正部と、前記高域補正部から出力される音声信号を外部へ出力可能な出力端子と、本システムにおける各種操作命令を入力可能な操作部とを備えた音声信号再生システムであって、前記高域補正部は、入力される音声信号の周波数特性を解析する周波数解析部と、前記周波数解析部で解析された周波数特性の傾向を検出し、高域の補正量を予測し、補正結果を出力する補正量予測部と、使用者の聴覚特性に基づく聴覚パラメータを設定可能な聴覚パラメータ設定部と、前記補正量予測部から出力される補正結果を、前記聴覚パラメータ設定部において設定されている聴覚パラメータによって補正する聴覚感度補正部と、前記高域補間処理部から出力される音声信号の周波数特性を補正するイコライザとを、さらに備え、前記イコライザは、前記高域補間処理部から出力される音声信号の周波数特性を、前記聴覚感度補正部から出力される補正結果に基づき補正するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、使用者の聴覚特性に合わせた高音質な音声信号を再生することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の音声信号処理装置は、前記周波数解析部は、入力されるステレオ音声信号において、左チャンネル及び右チャンネルの音声信号を減算処理し、差信号を抽出する差信号抽出部と、前記差信号抽出部から出力される差信号を高速フーリエ変換処理して周波数解析を行う高速フーリエ変換処理部と、前記高速フーリエ変換処理部から出力される周波数解析結果のピーク検出を行うエンベロープ検波部とを備えた構成としてもよい。この構成により、音声信号の周波数エンベロープから高域補正の予測を行うので、従来のようなトーンコントロールではなく、音楽の状況（曲調など）に応じた動的な音質制御を行うことができる。よって、違和感がない自然な音を出力することができる。
【００１１】
また、前記補正量予測部は、前記周波数解析部における周波数解析結果を回帰分析する回帰分析部を備えた構成としてもよい。この構成により、入力される音楽データの曲調を把握し、把握した曲調に合わせて回帰線の傾きを補正するため、音楽情報（音楽の曲調やリズムなど）に適応したイコライジングが可能となり、自然で心地よい音質での高域補間が実現できる。また、回帰分析による補間周波数予測と、使用者の聴覚特性とを併用することで、単なる高域強調のイコライジングではなく、音楽情報に適応したイコライジングが可能となり、より自然で心地よい音質での高域補間が実現できる。
【００１２】
また、前記補正量予測部は、前記回帰分析部における回帰分析結果の変動の高周波成分を除去するフィルターを、さらに備えた構成としてもよい。この構成により、回帰分析部における回帰線（一次式）の係数ａ，ｂの変化を曲調に合わせて滑らかに変化させることができ、回帰線の傾きも曲調に合わせて滑らかに変化させることができる。よって、回帰線が曲調に合わせて急激に変化する際に発生するノイズを防止することができる。
【００１３】
また、本発明の音声信号処理装置または音声信号再生システムは、通常モードと、使用者の聴覚特性を測定可能な聴覚測定モードとを備え、前記聴覚パラメータ設定部は、予め所定の周波数に設定されている純粋音を、レベルを変えながら発生する周波数発振部と、前記周波数発振部において純粋音を発生させている時に、前記操作部が操作された時の周波数及びレベルを記録するメモリーとを備え、本システムが前記聴覚測定モードに移行されると、前記周波数発振部は前記純粋音をレベルを変えながら発生し、発生した純粋音を前記出力端子から出力し、前記純粋音が出力されている時に使用者によって前記操作部が操作されると、その時の前記純粋音の周波数及びレベルを前記メモリーに記録し、前記メモリーに記録されている周波数及びレベルの情報に基づき聴覚パラメータを設定する構成としてもよい。この構成により、使用者ごとに最適な高域特性を得ることができる。よって、使用者にとっては、心地よい音質で音楽を楽しむことができる。
【００１４】
（実施の形態１）
〔１．全体構成〕
図１は、実施の形態１における音声信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【００１５】
図１において、音声信号処理装置１は、例えばＭＰ３形式などの音楽データを再生可能なパソコンや携帯型音楽プレーヤーなどに相当するものであるが、本実施の形態ではパソコンを一例として挙げている。音声信号処理装置１には、情報媒体１１、音声データ処理部１２、高域補正部１３、デジタルインターフェース（以下、デジタルＩＦと称する）１４、操作部１５、および制御部１６が含まれている。なお、図１には、便宜上、本実施の形態の説明において必要な構成のみ示しており、実際には中央演算処理装置（ＣＰＵ）や半導体メモリーなど、図示の構成以外の構成も含まれる。なお、音声信号処理装置１で再生可能な音楽データは、ＭＰ３形式に限らず、ＷＭＡ形式やリニアＰＣＭ形式など少なくともデジタル信号で構成されている音楽データであればよい。以下の説明では、ＭＰ３形式を取り上げて説明する。
【００１６】
情報媒体１１は、ハードディスクドライブや半導体メモリーなど、少なくともデジタルデータを書き込みまたは読み出し可能な媒体で構成されている。また、情報媒体１１には、ＭＰ３形式でデータ圧縮された音楽データなどが記録されている。
【００１７】
音声データ処理部１２は、情報媒体１１に記録されている音楽データを読み出し、ＰＣＭ（Pulse Code Modulation）信号に復調して出力する。
【００１８】
高域補正部１３は、音声データ処理部１２から出力されるＰＣＭ信号に対して、約１６ｋＨｚ以上の高域成分を補間するとともに、使用者の聴覚特性に合わせた周波数特性に処理するものである。なお、高域補正部１３の詳しい構成については、後述する。
【００１９】
デジタルＩＦ１４は、高域補正部１３において高域補正されたＰＣＭ信号を、装置外へ出力可能なインターフェースである。デジタルＩＦ１４は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）インターフェースで構成され、ＵＳＢ規格に準拠したポートが含まれている。なお、ＤＡＣ２１のようなＵＳＢ対応機器を動作制御可能なドライバソフトウェアは、予め音声信号処理装置１に組み込まれているものとする。
【００２０】
操作部１５は、音声信号処理装置１における各種命令を入力可能なものであり、例えば音声信号処理装置１がパソコンで構成されている場合はキーボードやマウスに相当し、携帯型音楽プレーヤーで構成されている場合は音楽データを再生する命令を入力可能な再生ボタンや、音楽データの再生を停止させる命令を入力可能な停止ボタンなどが含まれている。
【００２１】
制御部１６は、操作部１５において操作された内容に基づき、少なくとも音声データ処理部１２及び高域補正部１３を動作制御する。
【００２２】
また、音声信号処理装置１には、ヘッドホン２２がＤＡＣ２１を介して接続されている。ＤＡＣ（Digital-Analog Converter）２１は、デジタルＩＦ１４から出力されるＰＣＭ信号をアナログ音声信号に変換するものであり、音声信号処理装置１およびヘッドホン２２とは独立したユニットで構成されている。ＤＡＣ２１には、ＵＳＢ規格に準拠したＵＳＢ端子が備わっており、ケーブルを介してデジタルＩＦ１４に接続することができる。また、ＤＡＣ２１には、アナログ音声信号に対応したヘッドホン２２を接続可能なアナログ端子（例えばステレオミニジャック）が備わっており、ヘッドホン２２を接続することができる。
【００２３】
上記構成の音声信号処理装置１で音楽データを聴取する場合は、まず、ヘッドホン２２をＤＡＣ２１のアナログ端子に接続し、ＤＡＣ２１のＵＳＢ端子をデジタルＩＦ１４に接続する。すると、音楽信号処理装置１においてＤＡＣ２１が接続されたことを検出し、音声信号処理装置１は、音楽データ（ＰＣＭ信号）をデジタルＩＦ１４から出力可能な状態になる。
【００２４】
次に、使用者によって操作部１５が操作されて、音楽データの再生命令が入力されると、制御部１６は音声データ処理部１２に対して再生命令を出力する。音声データ処理部１２は、入力される再生命令に基づき、情報媒体１１に記録されている音楽データの中から所望の音楽データを読み出し、ＰＣＭ信号に復調する。復調されたＰＣＭ信号は高域補正部１３に出力される。ＰＣＭ信号は、ＭＰ３形式に圧縮処理される際に約１６ｋＨｚ以上の高域成分が除去されるため、復調後のＰＣＭ信号も１６ｋＨｚ以上の高域成分が除去されている。
【００２５】
高域補正部１３では、入力されるＰＣＭ信号において、約１６ｋＨｚ以上の高域成分が付加されるとともに、使用者の聴覚特性に合わせた周波数特性に補正される。具体的な周波数特性の補正動作については後述する。
【００２６】
高域補正部１３から出力されるＰＣＭ信号は、デジタルＩＦ１４を介してＤＡＣ２１に出力される。ＤＡＣ２１では、入力されるＰＣＭ信号に基づきアナログ音声信号を生成し、ヘッドホン２２へ出力する。これにより、ヘッドホン２２から音声が出力され、使用者は出力される音声を聴取することができる。
【００２７】
〔２．高域補正部１３の構成〕
図２は、高域補正部１３の構成を示すブロック図である。図２に示すように、高域補正部１３は、入力端子３１、高域補間処理部３２、イコライザ３３、出力端子３４、差信号抽出部３５、高速フーリエ変換処理部（以下、ＦＦＴ処理部と称する）３６、エンベロープ検波部３７、回帰分析部３８、ＬＰＦ３９、聴覚感度補正部４０、および聴覚パラメータ設定部４１を備えている。
【００２８】
入力端子３１は、音声データ処理部１２から出力されるＰＣＭ信号が入力される端子である。
【００２９】
高域補間処理部３２は、入力端子３１に入力されるＰＣＭ信号に対して、高域成分を補間する。本実施の形態では、入力端子３１に入力されるＰＣＭ信号は、約１６ｋＨｚ以上の周波数の信号が除去されているため、高域補間処理部３２では約１６ｋＨｚ以上の周波数の信号が補間される。なお、高域補間処理部３２の具体的な構成及び動作については、例えば特開２００２−７３０９６号公報における周波数補間部の説明に開示されている構成及び動作と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００３０】
イコライザ３３は、高域補間処理部３２から出力されるＰＣＭ信号に対して、聴覚感度補正部４０から出力される聴覚特性のパラメータに基づき、周波数の特性を補正する。なお、イコライザ３３は、本実施の形態ではＩＩＲ型フィルタ（IIR:Infinite duration Impluse Response）で構成され、伝達関数は（数１）に示す通りである。
【００３１】
【数１】
2008058470.tif 000003
【００３２】
出力端子３４は、イコライザ３３から出力されるＰＣＭ信号を外部（図１のデジタルＩＦ１４）へ出力する端子である。
【００３３】
差信号抽出部３５は、入力端子３１に入力されるステレオのＰＣＭ信号において、左チャンネル（Ｌｃｈ）の信号と右チャンネル（Ｒｃｈ）の信号とを減算処理して差信号を抽出する。これにより、残響的な信号を抽出することができる。なお、本実施の形態では、入力されるＰＣＭ信号はステレオ信号としたが、モノラル信号であってもよい。モノラル信号である場合は、減算処理を行っても差信号（残響成分）を抽出することができないが、その場合は直接、周波数解析処理を行う。
【００３４】
ＦＦＴ処理部３６は、差信号抽出部３５から出力されるＰＣＭ信号に対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の手法を用いて、当該ＰＣＭ信号のスペクトルの離散的な分布を複素数の集合（具体的には、この複素数の実数部及び虚数部を表す２個の値から構成される組の集合）として表し、周波数解析を行う。なお、ＦＦＴ処理部３６の具体的な動作については、例えば特開２００２−１７５０９２号公報や特開２００２−１７１５８８号公報（特許第３７１３２００号公報）に開示されている構成及び動作と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００３５】
エンベロープ検波部３７は、ＦＦＴ処理部３６において周波数解析された結果における、各ビンのピークのみを検出し、検波処理を施す。すなわち、ＦＦＴ処理部３６において解析された結果は、Ｘ軸が周波数であるのに対し、エンベロープ検波部３７ではＸ軸を時間軸として考えて、波形処理を行うことになる。よって、エンベロープ検波部３７から出力される情報は、周波数の音質的な傾向（高域のエネルギーの傾き）を表す情報となる。
【００３６】
回帰分析部３８は、エンベロープ検波部３７から出力される情報の回帰分析を行う。例えば、ＦＦＴ処理部３６におけるＦＦＴの精度が２０４８ポイントであれば、２０４８個のデータを対象にして回帰分析を行う。なお、回帰分析の手法には、１次回帰や指数回帰など多くの手法があるが、どの手法を使用して分析を行ってもよい。しかし、リアルタイムで回帰分析処理を行うことを想定すると、演算量が少ない「直線回帰分析」を使用することが好ましい。本実施の形態では、直線回帰分析を用い、その結果として１次式（ｙ＝ａｘ＋ｂ）に必要なパラメータである係数ａ，ｂを出力している。また、回帰分析を行う際の対象データ数は、少ない方が音声信号処理装置１におけるＣＰＵ（中央演算処理装置）にかかる負担を軽減できるため、例えば２５６個であることが好ましい。
【００３７】
ＬＰＦ３９は、回帰分析部３８から出力される係数ａ，ｂにおける高周波成分を除去する。ＦＦＴによる解析処理は、比較的短時間の周期で行われるため、回帰分析部３８から出力される分析結果をそのまま制御に用いると、曲調の変化に合わせて急激に回帰線の傾きが変化し、雑音のような違和感が発生することになる。よって、係数ａ，ｂをＬＰＦ３９に通すことで、係数ａ，ｂの変化を曲調に合わせて滑らかに変化させることができ、回帰線の傾きも曲調に合わせて滑らかに変化させることができる。なお、本実施の形態では、ＬＰＦ３９は、２次のＩＩＲ型フィルタで構成することができ、伝達関数は（数２）に示す通りである。
【００３８】
【数２】
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【００３９】
聴覚感度補正部４０は、ＬＰＦ３９から出力される係数ａ，ｂを、聴覚パラメータ設定部４１から得られる聴覚パラメータに基づいて補正する。
【００４０】
聴覚パラメータ設定部４１は、使用者の聴覚特性を測定する機能を備えている。聴覚特性の測定結果は、Ｑ、ｆ、ゲインの３つのパラメータをテーブル化して記憶される。なお、Ｑは、高域強調特性における特性線（図７参照）の先鋭度を表している。ｆはピーク周波数を表している。聴覚パラメータの設定方法については、後ほど詳細に説明する。
【００４１】
なお、周波数解析部は、差信号抽出部３５とＦＦＴ処理部３６とエンベロープ検波部３７が含まれている。また、補正量予測部は、回帰分析部３８とＬＰＦ３９が含まれている。
【００４２】
以下、動作について説明する。
【００４３】
図２において、音声データ処理部１２から出力されるＰＣＭ信号は、入力端子３１を介して高域補間処理部３２と差信号抽出部３５とに入力される。
【００４４】
差信号抽出部３５では、入力されるステレオのＰＣＭ信号におけるＬｃｈ信号とＲｃｈ信号との減算処理を行い、差信号（残響成分）を抽出する。次に、差信号抽出部３５から出力される差信号はＦＦＴ処理部３６に入力され、差信号に対してＦＦＴ処理が行われ、周波数解析が行われる。その周波数解析の結果は、エンベロープ検波部３７に入力される。エンベロープ検波部３７では、入力される解析結果の各ビンのピーク検出を行い、検波処理を施す。検波処理によって得られた情報は、周波数の音質的な傾向を表す情報になる。以上の処理により、入力されるＰＣＭ信号の周波数特性を解析することができる。
【００４５】
次に、回帰分析部３８において、エンベロープ検波部３７から出力される情報に基づき回帰分析を行う。図３は、入力されるＰＣＭ信号をＦＦＴにより周波数解析した結果を示すグラフであり、Ｘ軸は周波数、Ｙ軸は利得を表している。図３に示すＰＣＭ信号に対して回帰分析（本実施の形態では直線回帰分析）を行うと、図４に示すような一次式の分析結果が得られる。一般に、音声は周波数が高くなるにつれて利得が下がる傾向にあるため、回帰分析の結果も図４に示すように傾斜した特性となる。
【００４６】
図４に示すように回帰分析した結果により、一次式の係数ａ，ｂが決まるので、高域補間後の高域強調の度合いを予測することができる。図５は、図３に示すグラフをもとにＸ軸の最大値を２５ｋＨｚまで拡大して表したグラフである。図５に示すように、入力されるＰＣＭ信号は、約１６ｋＨｚ以上の周波数成分が除去されている。図６は、図５に示す特性に基づき回帰分析を行った結果に、予測分を追加したグラフを示している。すなわち、図６において、１６ｋＨｚまでの特性は図５に示す特性に基づき回帰分析した結果で、１６ｋＨｚ以上の特性は回帰分析の結果に基づき予測された特性である。図６に示すように、回帰分析により算出された一次式の係数ａ，ｂに基づき、１６ｋＨｚまでの回帰線（線形モデル）を高域側へ延長させることで、１６ｋＨｚ以上の特性を予測することができる。なお、係数ａ，ｂを補正するための演算式は（数３）に示す通りである。
【００４７】
【数３】
2008058470.tif 000005
【００４８】
次に、回帰分析部３８で回帰分析された結果である一次式の係数ａ，ｂにおける高周波成分を除去する。これにより、係数ａ，ｂの変化を曲調に合わせて滑らかに変化させることができるため、ノイズの発生を抑えることができる。ＬＰＦ３９から出力される係数ａ，ｂは、聴覚感度補正部４０に入力される。
【００４９】
なお、上記のような回帰分析に基づく周波数特性の補正は、リアルタイムに実行している。
【００５０】
一方、聴覚パラメータ設定部４１では、使用者の聴覚特性に合わせた聴覚パラメータが設定される。聴覚パラメータ設定部４１で設定される聴覚パラメータは、使用者が任意に入力してもよいし、所定の聴覚測定方法に基づき測定を行って決定してもよい。なお、聴覚測定方法の一例については後述する。
【００５１】
聴覚パラメータに基づく特性の一例を図７に示す。聴覚パラメータは、図７に示すように所定の周波数付近の利得を若干強調するように、Ｑ（図７に示す特性の先鋭度）と、ｆ（ピーク周波数）と、ゲインとから構成される。すなわち、これらの３つの聴覚パラメータによって、図７に示す特性のカーブが決まる。
【００５２】
設定された３つの聴覚パラメータは、聴覚感度補正部４０へ出力される。聴覚感度補正部４０は、ＬＰＦ３９から出力される一次式で表される回帰分析結果（図６参照）を、聴覚パラメータ設定部４１から出力される聴覚パラメータに基づき補正する。補正後の周波数特性を図８の実線に示す。なお、図８において、点線の特性は、聴覚感度補正部４０における補正前の特性である（すなわち図６に示す特性）。また、図８に示す補正後の周波数特性は、Ｑ＝０．７０７、ｆ＝１６ｋＨｚ、ゲインが１２ｄＢである。聴覚感度補正部４０において補正された聴覚パラメータは、イコライザ３３に出力される。
【００５３】
イコライザ３３は、聴覚感度補正部４０から出力される聴覚パラメータに基づき、高域補間処理部３２から出力されるＰＣＭ信号を補正する。具体的には、図８に示す特性に基づき周波数特性を補正するため、図９に示すように１６ｋＨｚ付近のレベルが強調するよう補正される。図９は、イコライザ３３から出力されるＰＣＭ信号の周波数特性を示しており、約１６ｋＨｚ以上の周波数が補間処理により追加されていることを示している。
【００５４】
イコライザ３３から出力されるＰＣＭ信号は、出力端子３４を介してデジタルＩＦ１４（図１）に出力される。
【００５５】
〔３．聴覚パラメータの設定方法〕
次に、聴覚パラメータの設定方法の一例について説明する。
【００５６】
本実施の形態では、使用者において自身の聴覚特性を測定可能な構成を備えている。聴覚測定機能は、使用者において任意に実行されるものであるため、操作部１５を操作することで聴覚測定モードへ移行可能なように構成されている。具体的には、聴覚測定を行うことができるソフトウェアを実行させることで、聴覚測定モードへ移行させることができる。
【００５７】
聴覚測定を行うために、図１に示すように音声信号処理装置１には周波数発振部１７を備えている。周波数発振部１７は、聴覚測定モードに移行された時、制御部１６からの制御により、複数の周波数の純粋音（ｓｉｎ波）を順次発生する。発生した純粋音は、デジタルＩＦ１４に出力される。
【００５８】
以下、動作について説明する。
【００５９】
図１において、聴覚測定を行う際は、音声信号処理装置１のデジタルＩＦ１４にＤＡＣ２１が接続され、ＤＡＣ２１にヘッドホン２２が接続されている必要がある。次に、操作部１５を操作して音声信号処理装置１を聴覚測定モードへ移行させる。具体的には、聴覚測定ソフトウェアを起動させる。なお、聴覚測定モードへ移行させた際、情報媒体１１に記録されている音楽データの再生動作が行われている場合は、制御部１６は音声データ処理部１２に対して、音楽データの再生動作を停止させるように制御する。
【００６０】
次に、聴覚測定を開始させると、制御部１６は周波数発振部１７に対して、所定の周波数の純粋音を発生させるよう制御する。具体的には、まず、周波数が１０ｋＨｚで利得が−５０ｄＢの連続的な純粋音を発生させる。その後、周波数を一定にしたまま、利得を１秒毎に５ｄＢづつ上昇させていく。このようにして発生した純粋音は、デジタルＩＦ１４を介してＤＡＣ２１へ出力され、アナログ信号に変換された後、ヘッドホン２２に出力される。よって、ヘッドホン２２からは、周波数が一定で、レベルが極小から徐々に大きくなっていく音が出力される。
【００６１】
使用者は、ヘッドホン２２から出力される純粋音を聞き、聞こえたタイミングで操作部１５を操作する。本実施の形態では、純粋音が聞こえたタイミングで、パソコンに付属しているキーボードのＥＮＴＥＲキーを操作することで、音が聞こえたタイミングを決定することができる。なお、聴覚測定時に操作する操作部１５は、キーボードに限らず、専用の押しボタンを設けてもよい。その場合は、押しボタンをヘッドホン２２のケーブル上に設けてもよい。
【００６２】
次に、操作部１５を操作した時点の、純粋音の利得の値（例えば−２０ｄＢ）が周波数発振部１７に含まれているメモリーに記録される。すなわち、１０ｋＨｚの音を聞くことができる最低のレベル（可聴利得）がメモリーに記録されるわけである。よって、１０ｋＨｚの信号を聞き取る能力が優れている人は、可聴利得の値が低くなる。
【００６３】
次に、制御部１６は、周波数発振部１７に対して１２ｋＨｚの連続的な純粋音を発生させるよう制御する、周波数発振部１７は、周波数が１２ｋＨｚで利得が−５０ｄＢの純粋音を発生させ、その後、１秒毎に５ｄＢづつ利得を上昇させていく。使用者は、前述同様、ヘッドホン２２から純粋音が聞こえたタイミングで操作部１５を操作する。操作部１５を操作した時における、純粋音の利得（例えば−１４ｄＢ）が周波数発振部１７におけるメモリーに記録される。
【００６４】
以降、前述と同様に、１４ｋＨｚ、１６ｋＨｚ、１８ｋＨｚ、および２０ｋＨｚの純粋音で測定を行う。
【００６５】
周波数発振部１７から出力される純粋音は、レベルが−５０ｄＢから０ｄＢまで段階的に上昇されるが、０ｄＢが出力されているにもかかわらず使用者によって操作部１５が操作されない場合は、その時の周波数の音が使用者には聞き取ることができないと判断し、メモリーには可聴利得の値が記録されない。すなわち、「測定不能」という結果になる。
【００６６】
これにより、１２〜２０ｋＨｚの各周波数における可聴利得がメモリーに記録される。測定結果の一例を（表１）に示す。
【００６７】
【表１】
2008058470.tif 000006
【００６８】
（表１）に示す結果を出した被測定者は、低周波の音は良く聞こえるが、高周波の音は聞こえにくく、特に１６ｋＨｚ以上の音はほとんど聞こえない（測定不能）という聴覚特性を有していることになる。
【００６９】
上記のようにして得られた聴覚測定の結果に基づき、聴覚パラメータを設定する。具体的には、図７に示すように１６ｋＨｚ付近の利得を若干強調するように、Ｑ（図７に示す特性の先鋭度）、ｆ（ピーク周波数）、ゲインの３つの聴覚パラメータを設定する。すなわち、この３つの聴覚パラメータによって、図７に示す特性のカーブが決まる。なお、図７に示す周波数特性は、Ｑ＝０．７０７、ｆ＝１６ｋＨｚ、ゲイン＝１２ｄＢである。
【００７０】
設定された３つの聴覚パラメータは、聴覚感度補正部４０へ出力される。聴覚感度補正部４０は、ＬＰＦ３９から出力される一次式で表される回帰分析結果（図６参照）を、聴覚パラメータ設定部４１から出力される聴覚パラメータに基づき補正する。補正後の周波数特性を図８に示す（実線）。なお、図８において、点線の特性は、聴覚感度補正部４０における補正前の特性である（すなわち図６に示す特性）。聴覚感度補正部４０において補正された聴覚パラメータは、イコライザ３３に出力される。
【００７１】
イコライザ３３は、聴覚感度補正部４０から出力される聴覚パラメータに基づき、高域補間処理部３２から出力されるＰＣＭ信号を補正する。具体的には、図８に示す特性に基づき周波数特性を補正するため、１６ｋＨｚ付近のレベルが強調するよう補正される。
【００７２】
イコライザ３３から出力されるＰＣＭ信号は、出力端子３４を介してデジタルＩＦ１４（図１）に出力される。
【００７３】
〔４．実施の形態の効果、他〕
以上のように本実施の形態によれば、聴覚パラメータ設定部４１において、使用者の聴覚特性に合わせた聴覚パラメータを設定し、その聴覚パラメータに基づきイコライザ３３におけるＰＣＭ信号の高域を補正する構成であるため、使用者ごとに最適な高域特性を得ることができる。よって、使用者にとっては、心地よい音質で音楽を楽しむことができる。
【００７４】
また、回帰分析部３８によって、入力される音楽データの曲調を把握し、把握した曲調に合わせて回帰線の傾きを補正するため、音楽情報（音楽の曲調やリズムなど）に適応したイコライジングが可能となり、自然で心地よい音質での高域補間が実現できる。
【００７５】
また、回帰分析による補間周波数予測と、使用者の聴覚特性とを併用することで、単なる高域強調のイコライジングではなく、音楽情報に適応したイコライジングが可能となり、より自然で心地よい音質での高域補間が実現できる。
【００７６】
すなわち、一般的に人間の脳は、音楽を聴く場合、音楽情報の周波数的な傾きを予測しながら聴いているため、本実施の形態のように使用者の聴覚特性に合わせて周波数を補正することで、使用者に補正感を程良く認識させ、心地よい音質の音楽を楽しむことができる。例えば、シンバルなど高域を強調するような楽器の場合は、その音がある程度続くと、響きなどの心地よさを認識できるようになる。つまり、心地よい音は、連続して続くような音源に対して有効である。本実施の形態では、そのような音に対して周波数強調を行うことで、響き感がある音を作ることができる。よって、回帰分析の予測通りに高域の音を補正することで、自然で聞こえやすい音質を実現することができる。さらに、予測以上の高域を補正すれば、クリアな音を実現できる。
【００７７】
また、音の響き感は、残響音の量と比例的な関係がある。そこで、本実施の形態では、差信号抽出部３５において抽出されるＬｃｈとＲｃｈの差信号が残響的な音であることから、差信号の量を測定することで、響き感の量を予測することができる。そして、差信号のエンベロープをもとに高域補正の予測を行うことで、響き感を悪化させずに高域補正が可能になる。
【００７８】
また、高域の感度には個人差があり、同じ高域強調の度合いであったとしても、過度な高域強調であると感じたり、高域強調されていることに気付かない場合がある。よって、本実施の形態では、使用者の聴覚周波数特性を測定し、高域の感度が高い使用者の場合は高域補正量を抑え、高域の感度が低い使用者の場合には、通常補正以上の高域補正（イコライジング）を行うことで、高域感度の個人差に合わせた音質を実現することができる。
【００７９】
また、本実施の形態では、ＰＣＭ信号の周波数エンベロープから高域補正の予測を行うので、従来のようなトーンコントロールではなく、音楽の状況（曲調など）に応じた動的な音質制御を行うことができる。よって、違和感がない自然な音を出力することができる。
【００８０】
また、本実施の形態では、ＬＰＦ３９を配したことで、回帰分析部３８における回帰線（一次式）の係数ａ，ｂの変化を曲調に合わせて滑らかに変化させることができ、回帰線の傾きも曲調に合わせて滑らかに変化させることができる。よって、回帰線が曲調に合わせて急激に変化する際に発生するノイズを防止することができる。
【００８１】
また、本実施の形態による高域補間は、ヘッドホンなどのように再生周波数帯域が高域まで広くカバーされている音声出力機器において、より強く補正効果を実感できる。
【００８２】
なお、聴覚測定時に周波数発振部１７から発生する周波数は、（表１）に示す１０〜２０ｋＨｚの範囲に限らず、他の値で測定してもよい。また、聴覚測定するサンプル数は、（表１）に示す６個に限らず、７個以上としてもよい。サンプル数を増やすことで、より細かく聴覚感度を測定することができ、より細かく高域補正を行うことができる。
【００８３】
また、本実施の形態で示す聴覚測定方法は一例であり、他の方法で聴覚パラメータを設定する構成でもよい。例えば、年齢、性別、生活環境などの情報の組み合わせに応じた聴覚パラメータを規定値として予めテーブル化しておき、使用者が自身の年齢や性別などの情報を入力することで、入力された情報に最適な聴覚パラメータをテーブルから選出する方法でもよい。また、聴覚パラメータの実数を使用者に入力させる方法でもよい。
【００８４】
また、上記測定方法にて測定された聴覚パラメータは、使用者毎にメモリーに記録させておく構成としてもよい。このように構成することで、複数の使用者でパソコンを共有している場合、自分自身が音楽を聴く場合に自分自身の聴覚パラメータを読み出すだけでよいので、音楽を聴くたびに聴覚測定を行う必要がなくなり、使い勝手が向上する。
【００８５】
また、本実施の形態では、ＭＰ３形式の音楽データの高域補正について説明したが、ＭＰ３形式以外の形式の音楽データであっても、同様に高域補正を行うことができる。特に、圧縮によって高域成分が除去されている音楽データにおいて、高音質化を図ることができる。
【００８６】
また、本実施の形態における情報媒体は必須ではなく、例えばネットワーク上から取得した音楽データを再生する場合や、ネットワーク上から取得した音声ストリームをストリーミング再生する場合や、デジタルラジオ放送を受信して得られた音声データを再生する場合も、本実施の形態は有効である。特に、圧縮によって高域成分が除去されている音楽データにおいて、高音質化を図ることができる。
【００８７】
また、本実施の形態では、高域補正部１３や周波数発振部１７など、聴覚特性に基づき高域補正を行う構成を音声信号処理装置１（パソコン）に備える構成としたが、ＤＡＣ２１やヘッドホン２２などの外部機器に備える構成としてもよい。このような構成にする場合は、聴覚測定時に使用者が操作する操作部を、外部機器に備える。このように構成することで、パソコンに、高域補正を行うためのソフトウェアをインストールする作業が不要になるため、使い勝手を向上させることができる。また、パソコンに限らず、様々な音響機器に接続して利用することができる。
【００８８】
また、ＤＡＣ２１は、ヘッドホン２２に対して独立したユニットで構成されているが、ヘッドホン２２内に組み込む構成としてもよい。その場合は、ヘッドホン２２には、ステレオミニプラグに替えてＵＳＢ端子（雄ピン）を備える。
【００８９】
また、ＤＡＣ２１は、音声信号処理装置１に対して独立したユニットで構成されているが、音声信号処理装置１内に組み込む構成としてもよい。その場合は、デジタルＩＦ１４は、ステレオミニジャックなどのアナログＩＦで構成する。例えば、音声信号処理装置１が携帯型音楽プレーヤーに含まれている場合は、音声信号処理装置１内にＤＡＣ２１を備え、音声出力端子としてステレオミニジャックを備える。このような構成においても、本実施の形態の特徴である聴覚特性に基づく高域補正を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の音声信号処理装置は、音楽信号や音楽データを再生可能な機器に有用である。例えば、アンプ、スピーカー、ヘッドホン、パソコン、携帯電話機、携帯型音楽プレーヤーなどに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施の形態１における音声信号処理装置の構成を示すブロック図
【図２】実施の形態１における高域補正部の構成を示すブロック図
【図３】実施の形態１における１次回帰演算における入力信号の特性図
【図４】実施の形態１における１次回帰演算における回帰線の特性図
【図５】実施の形態１における１次回帰演算における入力信号の特性図
【図６】実施の形態１における１次回帰演算における高域補間後の回帰線の特性図
【図７】実施の形態１における聴覚測定結果に基づく周波数強調特性の一例を示す特性図
【図８】実施の形態１における聴覚測定結果を追加した回帰線を示す特性図
【図９】実施の形態１における高域補間後の周波数特性を示す特性図
【符号の説明】
【００９２】
１  音声信号処理装置
１１  情報媒体
１２  音声データ処理部
１３  高域補正部
１４  デジタルＩＦ
１５  操作部
１６  制御部
１７  周波数発振部
２１  ＤＡＣ
２２  ヘッドホン
３２  高域補間処理部
３３  イコライザ
３５  差信号抽出部
３６  ＦＦＴ処理部
３７  エンベロープ検波部
３８  回帰分析部
３９  ＬＰＦ
４０  聴覚感度補正部
４１  聴覚パラメータ設定部
【図１】
2008058470.tif 000007
【図２】
2008058470.tif 000008
【図３】
2008058470.tif 000009
【図４】
2008058470.tif 000010
【図５】
2008058470.tif 000011
【図６】
2008058470.tif 000012
【図７】
2008058470.tif 000013
【図８】
2008058470.tif 000014
【図９】
2008058470.tif 000015