(57)【要約】【課題】ある帯域に制限されたデジタルオーディオ信号より高調波成分を生成し、欠落した高域の周波数成分を補整するオーディオ信号の再生装置に於いて、高調波生成時にエイリアジングノイズが発生する。【解決手段】ある帯域に制限されることで欠落した高域の周波数成分を、原デジタルオーディオ信号より高調波を生成する高調波生成手段と、生成した高調波を調整する高調波調整手段と、調整した補整信号を原デジタルオーディオ信号に付加する付加手段を有し、デジタルオーディオ信号の再生周波数の高音域上限を越える高音域の成分の補整を行うオーディオ信号の再生方法に於いて、高調波生成手段の前段に高調波生成時に発生するエイリアジングノイズを防止または低減する手段を具え、ノイズを防止、低減することで聴感を向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタルオーディオ信号より高調波を生成する高調波生成手段と、生成した前記高調波を調整する高調波調整手段と、前記高調波調整手段により調整した補正信号を前記デジタルオーディオ信号に付加する付加手段を有し、デジタルオーディオ信号の再生周波数の高音域上限を越える高音域の成分の補正を行うオーディオ信号の再生方法において、前記高調波生成手段の前段に高調波生成時に発生するエイリアジングノイズを防止または低減する手段を備えることを特徴とするオーディオ信号再生装置。
【請求項２】
前記高調波調整手段が所望の周波数帯域を取り出す手段であることを特徴とする請求項１記載のオーディオ信号再生装置。
【請求項３】
前記高調波調整手段が重み付けした周波数帯を取り出す手段であることを特徴とする請求項１記載のオーディオ信号再生装置。
【請求項４】
前記高調波調整手段が前記高調波の所望の周波数帯域を取り出す手段と、前記デジタルオーディオ信号のレベルを検出して前記高調波または前記所望の周波数帯のレベルを調整するレベル追従手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のオーディオ信号再生装置。
【請求項５】
前記高調波調整手段が前記高調波を重み付けし、所望の周波数帯を取り出す手段と、前記デジタルオーディオ信号のレベルを検出して、前記高調波または前記重み付けした所望の周波数帯のレベルを調整するレベル追従手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のオーディオ信号再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタルオーディオ信号の再生装置に関するものであり、高音域の再生音質を改善する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＤ，ＤＶＤ，ＭＤ等のオーディオ信号をデジタルに変換して処理されたデジタルオーディオ信号は、Ａ／Ｄ変換の際のサンプリング周波数によってナイキスト周波数に制限されている。さらに、ＭＰ３，ＡＴＲＡＣ３等の圧縮オーディオは、前記ナイキスト周波数より低い周波数に制限されている。このように、ある帯域に制限されることで欠落した高域の周波数成分を、原デジタルオーディオ信号より高調波成分を生成し、所定の帯域を選択して、前記原デジタルオーディオ信号に付加して再生することで補正するオーディオ信号の再生装置が知られている（例えば特許文献１参照。）。また、前記原デジタルオーディオ信号に付加する付加信号を時間遅れの量等を様々な形で調整しているものもある（例えば特許文献２参照。）。
【０００３】
図９は従来のオーディオ信号再生装置の全体構成を示すブロック図である。図９において、１は高域付加信号発生器で、原デジタルオーディオ信号ａに基づく高周波成分を含み、かつ周波数成分が前記所定の周波数以上であり、さらに前記所定の周波数とほぼ連続な周波数成分を有する信号を発生する手段である。２は加算器で、１の高域付加信号発生器より発生した高域付加信号ｂを前記原デジタルオーディオ信号ａに加算し再生信号ｃとして出力する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−３１１００６号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平９−３０７３８５号公報（第５−７頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＡ／Ｄ変換の際のサンプリングや圧縮により、ある帯域に制限されることで欠落した高域の周波数成分を、前記原デジタルオーディオ信号より高調波成分を生成し補正するオーディオ信号再生装置においては、生成しようとする高調波成分がナイキスト周波数より高い成分を含むとエイリアジングノイズが発生する。図１０に従来のオーディオ信号再生装置のスペクトラム図を示す。
【０００６】
例えばＡＴＲＡＣ３はＬＰ４で約１２ｋＨｚ、ＬＰ２で約１５ｋＨｚに制限される圧縮オーディオであるが、ナイキスト周波数が２２ｋＨｚであるので、生成する高調波が最小次数の２次調波を例にとっても、１２ｋＨｚの２次調波である２４ｋＨｚの成分が２０ｋＨｚとなって発生し、もはや前記原デジタルオーディオ信号の高調波成分ではなくノイズとなる。
【０００７】
また、ＣＤのようなＡ／Ｄ変換の際のサンプリングによってナイキスト周波数に制限される非圧縮オーディオをオーバーサンプリング、アンチエイリアジング処理をして高調波を生成する場合においても、オーバーサンプリングのサンプリング周波数の倍数より、生成する高調波の次数が高ければ、生成しようとする高調波成分がナイキスト周波数より高い成分を含むことになり、エイリアジングノイズが発生する。
【０００８】
従って、圧縮オーディオや例に示す次数やナイキスト周波数に限定されるものではなく前記原デジタルオーディオ信号より生成する高調波成分がナイキスト周波数より高い場合エイリアジングノイズが発生する。前記エイリアジングノイズは前記原デジタルオーディオ信号の高調波ではなくノイズとなるので、前記エイリアジングノイズを低減させることが要求されている。
【０００９】
本発明は、ある帯域に制限されることで欠落した高域の周波数成分を、前記原デジタルオーディオ信号より高調波成分を生成し、補正するオーディオ信号再生装置において、前記高調波成分のエイリアジングノイズを低減することによって聴感を向上するオーディオ信号再生装置を提供することを目的としてなされたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の発明は、デジタルオーディオ信号より高調波を生成する高調波生成手段と、生成した高調波を調整する高調波調整手段と、高調波調整手段により調整した補正信号をデジタルオーディオ信号に付加する付加手段を有し、デジタルオーディオ信号の再生周波数の高音域上限を越える高音域の成分の補正を行うオーディオ信号の再生方法において、高調波生成手段の前段に高調波生成時に発生するエイリアジングノイズを防止または低減する手段を備えることを特徴としたものであり、デジタルオーディオ信号の再生周波数の高音域上限を越える高音域の成分の補正を、エイリアジングノイズを防止または低減した高調波を調整し、デジタルオーディオ信号に付加することで行い、聴感を向上するという作用を有する。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、高調波調整手段が所望の周波数帯域を取り出す手段であることを特徴としたものであり、デジタルオーディオ信号の再生周波数の高音域上限を越える高音域の成分の補正を、エイリアジングノイズを防止または低減した高調波より所望の周波数帯を取り出し、デジタルオーディオ信号に付加することで行い、聴感を向上するという作用を有する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、高調波調整手段が重み付けした周波数帯を取り出す手段であることを特徴としたものであり、デジタルオーディオ信号の再生周波数の高音域上限を越える高音域の成分の補正を、エイリアジングノイズを防止または低減した高調波より重み付けした所望の周波数帯を取り出し、デジタルオーディオ信号に付加することで行い、聴感を向上するという作用を有する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、高調波調整手段が所望の周波数帯域を取り出す手段と、デジタルオーディオ信号のレベルを検出して、高調波または所望の周波数帯のレベルを調整するレベル追従手段を備えることを特徴としたものであり、デジタルオーディオ信号の再生周波数の高音域上限を越える高音域の成分の補正を、エイリアジングノイズを防止または低減した高調波より所望の周波数帯を取り出し、デジタルオーディオ信号より検出したレベルを用いて、高調波または所望の周波数帯のレベルを調整して、デジタルオーディオ信号に付加することで行い、聴感を向上するという作用を有する。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、高調波調整手段が重み付けした所望の周波数帯を取り出す手段と、デジタルオーディオ信号のレベルを検出して、高調波または重み付けした所望の周波数帯のレベルを調整するレベル追従手段を備えることを特徴としたものであり、デジタルオーディオ信号の再生周波数の高音域上限を越える高音域の成分の補正を、エイリアジングノイズを防止または低減した高調波より重み付けをした所望の周波数帯を取り出し、デジタルオーディオ信号より検出したレベルを用いて、高調波または重み付けをした所望の周波数帯のレベルを調整して、デジタルオーディオ信号に付加することで行い、聴感を向上するという作用を有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図１から図８を用いて説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるオーディオ信号再生装置のブロック図を示す。図１において、ａはデジタルオーディオ信号で、オーディオ信号再生装置の入力であり、Ａ／Ｄ変換の際のサンプリングや圧縮により、ある帯域に制限されたデジタル信号である。５はエイリアジングノイズを防止または低減する手段としてのローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと略称）で、高調波生成時のエイリアジングを低減する。３は高調波生成手段としての半波整流器で、入力信号の偶数次数の高調波を生成する。但し、半波整流器３の出力は、高調波以外に、基本波とＤＣ成分を含む。４は高調波調整手段で、半波整流器３の出力を、デジタルオーディオ信号ａの周波数以上であり、さらに前記所定の周波数とほぼ連続な周波数成分を有する等の聴感上適当なパラメータの高域付加信号ｂに調整する。２は加算器で、オーディオ信号再生装置の入力であるデジタルオーディオ信号ａと高域付加信号ｂを加算し再生信号として出力する。
【００１７】
以上のように構成されたオーディオ信号再生装置について、以下その動作について説明する。説明のため、デジタルオーディオａは、例としてＡＴＲＡＣ３（ＬＰ４）の圧縮デジタルオーディオ信号であるとし、サンプリング周波数ｆｓ＝４４ｋＨｚ（従ってナイキスト周波数ｆｎ＝２２ｋＨｚ）、高域上限周波数ｆｍａｘ＝１２ｋＨｚとする。また、半波整流器３で生成される高調波は、偶数次数の高調波を無限級数で発生するが、説明の煩雑さを避けるため、主として２次調波を発生するものとして説明する。実際、半波整流器３で生成される高調波のスペクトラムは、２次調波を最大として、次数が高くなる程、２次のオーダーで減少する。従って、４次以上の高調波は、２次調波に比べて十分小さいと考え得る。さらに、ＬＰＦ５は、ナイキスト周波数ｆｎと、半波整流器３が主として２次調波を発生することから、例として、カットオフ周波数ｆｃが、ナイキスト周波数ｆｎの２分の１である急峻な減衰特性を持つＬＰＦであるとする。
【００１８】
まず、原信号であるデジタルオーディオ信号ａをＬＰＦ５に入力し１／２ｆｎ以上の周波数を除去し、１／２ｆｎ以下の周波数帯域の信号を出力する。ＬＰＦ５の出力を、半波整流器３に入力し、１／２ｆｎ以下の周波数帯域の信号に対する高調波を生成する（但し、出力は、高調波以外に、基本波とＤＣ成分を含む）。
【００１９】
半波整流器３より出力された高調波（基本波とＤＣ成分を含む）を、高調波調整手段４に入力し、原信号（デジタルオーディオ信号ａ）に重なる周波数帯を除去し、レベルの調整等を施し高域付加信号ｂとして出力する。高域付加信号ｂとデジタルオーディオ信号ａを加算器２で加算し再生信号ｃとして出力する。また、中間出力のスペクトラムのイメージ図を図３に示す。
【００２０】
以上のように本実施形態によれば、エイリアジングノイズを防止または低減する手段としてのＬＰＦ５を用いることにより、半波整流器３への入力を１／２ｆｎ以下の周波数帯域に制限することで、半波整流器３の生成する２次調波についてエイリアジングノイズを防止しており、半波整流器３の生成する高調波が、主として２次調波であることからエイリアジングを大幅に低減できる。従って、エイリアジングノイズを防止または低減する手段としてのＬＰＦ５を用いることにより、圧縮等により所定帯域に制限されることで欠落した高域周波数成分を、所定帯域に制限されたデジタルオーディオ信号ａを元に、エイリアジングノイズを低減した高音域上限を越える高調波成分を生成でき，より自然な音への補正ができることとなる。
【００２１】
（実施の形態２）
次に、図２は第２の実施の形態におけるオーディオ信号再生装置のブロック図を示し、図２において、図１と同符号を付したものは同機能あるいは同種の信号としてその説明を省略する。６は高調波調整手段としてのバンドパスフィルター（以下、ＢＰＦと略称）で、半波整流器３により生成した高調波よりデジタルオーディオ信号ａの周波数以上の周波数帯を取り出し高域付加信号ｂとして出力する。
【００２２】
以上のように構成されたオーディオ信号再生装置について、以下その動作について説明する。説明のため、デジタルオーディオａ及びＬＰＦ５は、第１の実施の形態と同様の例を用いる。即ち、デジタルオーディオａは、例としてＡＴＲＡＣ３（ＬＰ４）の圧縮デジタルオーディオ信号であるとし、ＬＰＦ５は、例として、カットオフ周波数ｆｃがナイキスト周波数ｆｎの２分の１である急峻な減衰特性を持つとする。また、半波整流器３で生成される高調波は、第１の実施の形態と同様、主として２次調波を発生するものとして説明する。
【００２３】
実施の形態１と異なる点は、まず、半波整流器３より出力された高調波（基本波とＤＣ成分を含む）をＢＰＦ６に入力し、原信号（デジタルオーディオ信号ａ）に重なる周波数帯を除去し、高域付加信号ｂとして出力する。高域付加信号ｂとデジタルオーディオ信号ａを加算器２で加算し再生信号ｃとして出力する。中間出力のスペクトラムのイメージ図を図３に示す。
【００２４】
以上のように本実施形態によっても実施の形態１と同様の作用・効果が得られる。尚、本実施形態では、ＢＰＦ６を半波整流器３の後段に構成したが、半波整流器３の代わりに、基本波を発生しない全波整流器とＤＣ成分をカットする構成の高調波生成手段を用いると、高調波生成手段の前段に、例えば１／２ｆｍａｘ以下の周波数を除去する等のＨＰＦを設置し、高調波生成手段より出力された高調波が原信号（デジタルオーディオ信号ａ）に重なる周波数帯出力しないように調整すれば、ＢＰＦ６を用いずとも、ＢＰＦ６と類似した効果が得られる。従って、高調波調整手段の位置は、高調波生成手段の後段に限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３におけるオーディオ信号再生装置のブロック図も図２である。実施の形態２と異なる点は、
ＢＰＦ６で、半波整流器３により生成された高調波よりデジタルオーディオ信号ａの周波数以上の周波数帯を取り出すだけでなく、さらに１／ｆの重み付けをされた高域付加信号ｂとして出力することである。例えば、ＢＰＦ６の構成がＨＰＦとＬＰＦの構成であるとすると、ＨＰＦは急峻な傾きのカットオフ周波数がｆｍａｘのフィルター、ＬＰＦは緩やかな傾きのカットオフ周波数がｆｍａｘのフィルターとすると、重み付けされたｆｍａｘ以上の周波数帯を取り出せる。
【００２６】
以上のように構成されたオーディオ信号再生装置について、以下その動作について説明する。説明のため、デジタルオーディオａ及びＬＰＦ５は、実施の形態１または２と同様の例を用いる。また、半波整流器３で生成される高調波は、実施の形態１または２と同様、主として２次調波を発生するものとして説明する。
【００２７】
実施の形態２と異なる点は、上述したように、半波整流器３より出力された高調波（基本波とＤＣ成分を含む）をＢＰＦ６に入力し、原信号（デジタルオーディオ信号ａ）に重なる周波数帯を除去し、さらに、重み付けして高域付加信号ｂとして出力する。高域付加信号ｂとデジタルオーディオ信号ａを加算器２で加算し再生信号ｃとして出力する。中間出力のスペクトラムのイメージ図を図４に示す。
【００２８】
以上のように本実施形態によっても実施の形態１または２と同様の作用・効果が得られる。
【００２９】
（実施の形態４）
また、図５は第４の実施の形態におけるオーディオ信号再生装置のブロック図を示し、図５において、図２と同符号を付したものは同機能あるいは同種の信号としてその説明を省略する。また、ＢＰＦ６は重み付けの有無を問わない。７はレベル検出器で、入力信号の振幅レベルを検出する。８はレベル調整器で、レベル検出７からの入力に応じて、他方の入力信号をレベル調整し出力する。
【００３０】
以上のように構成されたオーディオ信号再生装置について、以下その動作について説明する。説明のため、デジタルオーディオａ及びアンチエイリアジングフィルター５は、実施の形態１または２または３と同様の例を用いる。また、半波整流器３で生成される高調波は、実施の形態１から３と同様、主として２次調波を発生するものとして説明する。
【００３１】
実施の形態２または３と異なる点は、半波整流器より出力された高調波（基本波とＤＣ成分を含む）をＢＰＦ６に入力し、原信号（デジタルオーディオ信号ａ）に重なる周波数帯を除去した高調波をレベル調整８に入力する。一方、レベル検出７は、デジタルオーディオ信号ａよりレベルを検出しレベル調整８に入力する。
【００３２】
レベル調整８でレベル調整した高調波を高域付加信号ｂとして出力する。高域付加信号ｂとデジタルオーディオ信号ａを加算器２で加算し再生信号ｃとして出力する。中間出力のスペクトラムのイメージ図を図７に示す。ＢＰＦで重み付けした周波数帯を取り出す場合のスペクトラムのイメージ図を図８に示す。
【００３３】
また、本実施の形態ではＢＰＦ６の出力をレベル調整器８によりレベル調整したが、図６に示すように半波整流器の出力をレベル調整した後、ＢＰＦ６で必要な周波数帯を取り出すというように順序を変えても効果は変わらない。
【００３４】
以上のように本実施の形態によれば、エイリアジングノイズを防止または低減する手段としてのＬＰＦ５を用いることにより、半波整流器３への入力を１／２ｆｎ以下の周波数帯域に制限することで、半波整流器３の生成する２次調波についてエイリアジングノイズを防止しており、半波整流器３の生成する高調波が、主として２次調波であることからエイリアジングを大幅に低減できる。従って、エイリアジングノイズを防止または低減する手段としてのＬＰＦ５を用いることにより、圧縮等により所定帯域に制限されることで欠落した高域周波数成分を、所定帯域に制限されたデジタルオーディオ信号ａを元に、エイリアジングノイズを低減した高音域上限を越える高調波成分を生成でき、より自然な音への補正ができることとなる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、圧縮等により所定帯域に制限されることで欠落した高域周波数成分を、所定帯域に制限されたデジタルオーディオ信号を元に高調波を発生させ補正する再生方法において、エイリアジングノイズを防止または低減する手段を高調波発生器のより前段に用いることにより、デジタルオーディオ信号より高調波を発生させる際に発生するエイリアジングノイズを防止低減させる。これにより、エイリアジングノイズのない、より調和性の高い高音域上限を越える高調波成分で再生信号を補正することで、より自然な音に再生するという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるオーディオ信号再生装置のブロック図
【図２】本発明の第２、第３の実施形態によるオーディオ信号再生装置のブロック図
【図３】本発明の第２の実施形態によるオーディオ信号再生装置のスペクトラム図
【図４】本発明の第３の実施形態によるオーディオ信号再生装置のスペクトラム図
【図５】本発明の第４の実施形態によるオーディオ信号再生装置のブロック図
【図６】本発明の第４の実施形態による第２のオーディオ信号再生装置のブロック図
【図７】本発明の第４の実施形態によるオーディオ信号再生装置のスペクトラム図（ＢＰＦの重み付け無）
【図８】本発明の第４の実施形態によるオーディオ信号再生装置のスペクトラム図（ＢＰＦの重み付け有）
【図９】従来のオーディオ信号再生装置のブロック図
【図１０】従来のオーディオ信号再生装置のスペクトラム図
【符号の説明】
１  高域付加信号発生器
２  加算器
３  半波整流器
４  高調波調整手段
５  ＬＰＦ
６  ＢＰＦ
７  レベル検出器
８  レベル調整器
ａ  デジタルオーディオ信号
ｂ  高域付加信号
ｃ  再生信号
【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】
2005033245.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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