(57)【要約】【課題】  この発明は、入力音声信号の種類に応じて最適な低音強調を行える低音強調回路を提供することを目的とする。【解決手段】  全波整流回路によって低音域成分の偶数次数の高調波を生成し、得られた高調波を利用することにより、低音を強調する低音強調回路において、第１のバンドパスフィルタを通過する音声信号の特徴量を検出する特徴量検出手段、ならびに特徴量検出手段によって検出された特徴量に基づいて、第１の増幅器のゲインおよび第２の増幅器のゲインを調整するゲイン調整手段を備えている。【選択図】  図３
2005269543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数チャンネルの入力音声信号を合成する第１の加算器、第１の加算器によって合成された音声信号のうち、所定周波数帯域の信号のみを通過させる第１のバンドパスフィルタ、第１のバンドパスフィルタを通過した音声信号の偶数次数の高調波信号を生成する全波整流回路、全波整流回路によって生成された高調波信号のうち、低音強調のために利用しようとする高調波の上限周波数を越える高周波数帯域の信号をカットするためのローパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつローパスフィルタを通過した高調波信号をそれぞれ増幅する第１の増幅器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第１の増幅器によって増幅された高調波信号を、そのチャンネルに対応する入力音声信号にそれぞれ加算する複数の第２の加算器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第２の加算器の出力信号から使用するスピーカで再生できない低周波数帯域の信号をカットする複数のハイパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応するハイパスフィルタを通過した信号のうち低周波数帯域の信号を増幅する複数の第２の増幅器、ならびに各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応するハイパスフィルタを通過した信号に、そのチャンネルに対応する第２の増幅器の出力信号を合成する複数の第３の加算器を備えている低音強調回路において、
第１のバンドパスフィルタを通過する音声信号の特徴量を検出する特徴量検出手段、ならびに
特徴量検出手段によって検出された特徴量に基づいて、第１の増幅器のゲインおよび第２の増幅器のゲインを調整するゲイン調整手段、
を備えていることを特徴とする低音強調回路。
【請求項２】
複数チャンネルの入力音声信号をそれぞれ増幅する複数の第１の増幅器、各第１の増幅器によって増幅された各チャンネルの音声信号を合成する第１加算器、第１の加算器によって合成された音声信号のうち、所定周波数帯域の信号のみを通過させる第１のバンドパスフィルタ、第１のバンドパスフィルタを通過した音声信号の偶数次数の高調波信号を生成する全波整流回路、全波整流回路によって生成された高調波信号のうち、低音強調のために利用しようとする高調波の上限周波数を越える高周波数帯域の信号をカットするためのローパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつローパスフィルタを通過した高調波信号をそれぞれ増幅する第２の増幅器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第２の増幅器によって増幅された高調波信号を、そのチャンネルに対応する第１の増幅器によって増幅された音声信号にそれぞれ加算する複数の第２の加算器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第２の加算器の出力信号から使用するスピーカで再生できない低周波数帯域の信号をカットする複数のハイパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応するハイパスフィルタを通過した信号のうち低周波数帯域の信号を増幅する複数の第３の増幅器、ならびに各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応するハイパスフィルタを通過した信号に、そのチャンネルに対応する第３の増幅器の出力信号を合成する複数の第３の加算器を備えている低音強調回路において、
各チャンネル毎に設けられ、対応する第３の加算器の加算結果が出力信号の有効ビット数を越えたか否かを判別するオーバーフロー判別手段、
第１のバンドパスフィルタを通過する音声信号の特徴量を検出する特徴量検出手段、ならびに
オーバーフロー判別手段の判別結果および特徴量検出手段によって検出された特徴量に基づいて、第１の増幅器のゲイン、第２の増幅器のゲインおよび第３の増幅器のゲインを調整するゲイン調整手段、
を備えていることを特徴とする低音強調回路。
【請求項３】
複数チャンネルの入力音声信号を合成する第１の加算器、第１の加算器によって合成された音声信号のうち、所定周波数帯域の信号のみを通過させる第１のバンドパスフィルタ、第１のバンドパスフィルタを通過した音声信号の偶数次数の高調波信号を生成する全波整流回路、全波整流回路によって生成された高調波信号のうち、低音強調のために利用しようとする高調波の上限周波数を越える高周波数帯域の信号をカットするとともに、使用するスピーカで再生できない低周波数帯域の信号をカットする第２のバンドパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつ第２のバンドパスフィルタを通過した高調波信号をそれぞれ増幅する第１の増幅器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する入力音声信号のうち、使用するスピーカで再生できない低周波数帯域の信号をカットするハイパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応するハイパスフィルタを通過した信号に、そのチャンネルに対応する第１の増幅器によって増幅された高調波信号を加算する複数の第２の加算器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第２の加算器の出力信号のうち低周波数帯域の信号を増幅する複数の第２の増幅器、ならびに各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第２の加算器の出力信号に、そのチャンネルに対応する第２の増幅器の出力信号を合成する複数の第３の加算器を備えている低音強調回路において、
第１のバンドパスフィルタを通過する音声信号の特徴量を検出する特徴量検出手段、ならびに
特徴量検出手段によって検出された特徴量に基づいて、第１の増幅器のゲインおよび第２の増幅器のゲインを調整するゲイン調整手段、
を備えていることを特徴とする低音強調回路。
【請求項４】
複数チャンネルの入力音声信号をそれぞれ増幅する複数の第１の増幅器、各第１の増幅器によって増幅された各チャンネルの音声信号を合成する第１加算器、第１の加算器によって合成された音声信号のうち、所定周波数帯域の信号のみを通過させる第１のバンドパスフィルタ、第１のバンドパスフィルタを通過した音声信号の偶数次数の高調波信号を生成する全波整流回路、全波整流回路によって生成された高調波信号のうち、低音強調のために利用しようとする高調波の上限周波数を越える高周波数帯域の信号をカットするとともに、使用するスピーカで再生できない低周波数帯域の信号をカットする第２のバンドパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつ第２のバンドパスフィルタを通過した高調波信号をそれぞれ増幅する第２の増幅器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第１の増幅器によって増幅された音声信号のうち、使用するスピーカで再生できない低周波数帯域の信号をカットするハイパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応するハイパスフィルタを通過した信号に、そのチャンネルに対応する第２の増幅器によって増幅された高調波信号を加算する複数の第２の加算器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第２の加算器の出力信号のうち低周波数帯域の信号を増幅する複数の第２の増幅器、ならびに各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第２の加算器の出力信号に、そのチャンネルに対応する第２の増幅器の出力信号を合成する複数の第３の加算器を備えている低音強調回路において、
各チャンネル毎に設けられ、対応する第３の加算器の加算結果が出力信号の有効ビット数を越えたか否かを判別するオーバーフロー判別手段、
第１のバンドパスフィルタを通過する音声信号の特徴量を検出する特徴量検出手段、ならびに
オーバーフロー判別手段の判別結果および特徴量検出手段によって検出された特徴量に基づいて、第１の増幅器のゲイン、第２の増幅器のゲインおよび第３の増幅器のゲインを調整するゲイン調整手段、
を備えていることを特徴とする低音強調回路。
【請求項５】
特徴量検出手段は、第１のバンドパスフィルタを通過した信号成分の中に最も多く含まれている周波数成分の周波数スペクトルと、第１のバンドパスフィルタを通過した信号全体の平均周波数スペクトルとの比または差を特徴量として検出するものであることを特徴とする請求項１、２、３および４のいずれかに記載の低音強調回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、低音再生能力の低い小型スピーカ、ヘッドホンを使用する場合に低音感を高めることができる低音強調回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
〔Ａ〕従来技術についての説明
基準周波数ｆの信号の高調波である２ｆ，３ｆ，４ｆ，…の信号からなる音を聴いた場合、基準周波数ｆの信号が含まれていなくても、その周波数ｆの音が再生されているように感じるという聴覚心理現象が知られている。
また、高調波の生成方法としては、各種の方法があるが、最も簡単な方法として、基準周波数の信号を全波整流することにより、偶数次数の高調波を生成する方法が知られている。
【０００３】
ところで、低音再生能力は、主にスピーカの容積によって制約を受ける。そのため、テレビなどで使用されている小型スピーカでは、十分な低音再生能力が得られない。この問題を解決するための方法として、高調波信号による聴覚心理現象により、スピーカが再生できない基準周波数信号を人間に感知させる方法がある。特開平０８−２３７８００号公報には、入力音声信号のうちスピーカ再生限界以下の低音域成分のみを全波整流することにより、上記低音域成分の偶数次数の高調波を生成して、生成された高調波のうち二次の高調波を増幅して入力音声信号に加算することにより、低音感を高める技術が開示されている。
【０００４】
しかしながら、この従来技術では、次のような問題があるため、低音が認識できたとしても、自然な音が得られない。
【０００５】
（１）通常の大型ＴＶに使用されているスピーカでも、再生下限周波数は１５０〜１８０Ｈｚ程度である。このため、楽器音の高調波に対する高調波も生成されるが、楽器音の高調波が再生されると、不自然な音となる。また、低い周波数の高調波が生成された場合、高調波どうしが不協和音となる。広い帯域の基準音に対する高調波が生成された場合、様々な高調波成分が混在し、低音部分の認識ができなくなる場合がある。
（２）音楽などで高調波のみを増幅して入力音声信号に加算した場合、不自然な音となる。また、全波整流により生成された高調波のエンベロープ特性は固定であり、自然な音が得られない。
【０００６】
そこで、本発明者は、上記問題を解消でき、協和性のある自然な高調波が得られ、自然な再生音が得られるようになる低音強調回路を開発した。
【０００７】
〔Ｂ〕本発明者が既に開発した低音強調回路についての説明
本発明者が既に開発した低音強調回路について説明する。なお、この低音強調回路は、本願の出願時点では公知となっておらず、従来技術ではない。
【０００８】
〔Ｂ１〕本発明者が既に開発した第１の低音強調回路についての説明
〔Ｂ１−１〕低音強調回路の構成について説明
図１は、本発明者が既に開発した第１の低音強調回路の構成を示している。
【０００９】
この低音強調回路には、Ｌチャンネル信号（Ｌｃｈ  ｉｎ）とＲチャンネル信号（Ｒｃｈ  ｉｎ）とからなる音声信号が入力される。Ｌチャンネル信号は、増幅器１Ｌによって増幅される。増幅器１Ｌによって増幅されたＬチャンネル信号は、遅延回路２Ｌを介して加算器３Ｌに送られる。また、増幅器１Ｌによって増幅されたＬチャンネル信号は、加算器１１にも送られる。Ｒチャンネル信号は、増幅器１Ｒによって増幅される。増幅器１Ｒによって増幅されたＲチャンネル信号は、遅延回路２Ｒを介して加算器３Ｒに送られる。また、増幅器１Ｒによって増幅されたＲチャンネル信号は、加算器１１にも送られる。
【００１０】
加算器１１では、増幅器１Ｌによって増幅されたＬチャンネル信号と、増幅器１Ｒによって増幅されたＲチャンネル信号とが加算される。加算器１１の出力は、所定周波数帯域の信号のみを通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２を介して全波整流回路１３に送られる。バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２の特性および機能については、後述する。全波整流回路１３は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２を通過した信号の偶数次数の高調波信号を生成する。全波整流回路１３によって生成された高調波信号は、周波数の高い成分をカットするためのローパスフィルタ（ＬＰＦ１）１４に送られる。
【００１１】
なお、任意の信号（sin θ) に対して全波整流を行えば、次式（１）で示すように、偶数次数の高調波が生成される。
【００１２】
abs[sinθ] ＝2/π+4/ π×｛(1/3) ×sin2θ−(1/15)×sin4θ+(1/35) ×sin6θ…｝
…（１）
【００１３】
上記式（１）において、abs[A]は、A の絶対値を取ることを意味している。
【００１４】
ローパスフィルタ（ＬＰＦ１）１４から出力される信号は、増幅器１５Ｌを介して加算器３Ｌに送られるとともに、増幅器１５Ｒを介して加算器３Ｒに送られる。
【００１５】
加算器３Ｌでは、遅延回路２Ｌの出力信号（原音の信号）と増幅器１５Ｌの出力信号（高調波の信号）とが加算される。加算器３Ｌの出力信号は、周波数の低い成分をカットするためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｌに送られる。ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｌの特性および機能については、後述する。ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｌを通過した信号は、遅延回路５Ｌを介して加算器８Ｌに送られる。また、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｌを通過した信号は、周波数の高い成分をカットするためのローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌおよび増幅器７Ｌを介して加算器８Ｌに送られる。ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌの特性および機能については、後述する。加算器８Ｌでは、遅延回路５Ｌの出力信号と増幅器７Ｌの出力信号とが加算され、Ｌチャンネルの出力信号（Ｌｃｈ  ｏｕｔ）として図示しないＬチャンネル用スピーカに出力される。
【００１６】
同様に、加算器３Ｒでは、遅延回路２Ｒの出力信号（原音の信号）と増幅器１５Ｒの出力信号（高調波の信号）とが加算される。加算器３Ｒの出力信号は、周波数の低い成分をカットするためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｒに送られる。ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｒを通過した信号は、遅延回路５Ｒを介して加算器８Ｒに送られる。また、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｒを通過した信号は、周波数の高い成分をカットするためのローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｒおよび増幅器７Ｒを介して加算器８Ｒに送られる。加算器８Ｒでは、遅延回路５Ｒの出力信号と増幅器７Ｒの出力信号とが加算され、Ｒチャンネルの出力信号（Ｒｃｈ  ｏｕｔ）として図示しないＲチャンネル用スピーカに出力される。      
【００１７】
〔Ｂ１−２〕各フィルタについての説明
【００１８】
〔Ｂ１−２−１〕バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２についての説明
バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２は、Ｌチャンネル信号とＲチャンネル信号との合成信号から、所定周波数帯域の信号のみを通過させるフィルタである。
【００１９】
ところで、スピーカの再生下限周波数は１００Ｈｚ〜２００Ｈｚであるものが多い。また、全波整流回路１３によって生成される高調波信号のうち、低音強調のために利用する高調波の上限周波数は５００Ｈｚ〜６００Ｈｚ程度である。スピーカの再生下限周波数（１００Ｈｚ〜２００Ｈｚ）から、低音強調のために利用しようとする高調波の上限周波数（５００Ｈｚ〜６００Ｈｚ）までの周波数帯域の信号の臨界帯域幅は、約８０〜１００Ｈｚである。臨界帯域幅以下の周波数差を有する２つの音を聴いたとき、不協和音が生じることが知られている。また、その周波数差が小さいほど、その不協和性が強くなり、耳障りな音に聴こえる。
【００２０】
そこで、この実施例では、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２の下限周波数を、スピーカの再生下限周波数から低音強調のために利用しようとする高調波の上限周波数までの周波数帯域の信号の臨界帯域幅の約１／２にあたる４５Ｈｚに設定している。このようにバンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２の下限周波数を設定することにより、全波整流回路１３で生成される偶数次数の高調波信号のうち、隣合う次数の高調波信号の周波数間隔が上記臨界帯域幅に相当する９０Ｈｚ以上となり、不協和音が発生しなくなる。
【００２１】
また、一般的に楽器音には、高調波が元々含まれているため、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２の上限周波数を高く設定すると、全波整流回路１３によって、楽器音の基準波とその高調波の両方に対して２次高調波が生成されてしまい、不自然な音が再生されてしまう。そこで、この実施例では、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２の上限周波数として、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２の下限周波数の２倍以下の値を設定している。具体的には、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２の上限周波数を、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２の下限周波数４５Ｈｚの２倍に相当する９０Ｈｚに設定している。
【００２２】
〔Ｂ１−２−２〕ローパスフィルタ（ＬＰＦ１）１４についての説明
ローパスフィルタ（ＬＰＦ１）１４は、全波整流回路１３によって生成された高調波信号のうち、周波数の高い成分をカットするために設けられている。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４のカットオフ周波数は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌ、６Ｒのカットオフ周波数以下に設定されている。
【００２３】
〔Ｂ１−２−３〕ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｌ、４Ｒについての説明
ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｌ，４Ｒは、原音の信号に低音強調用の高調波信号が加算された信号のうち、使用するスピーカで再生できない帯域の低音信号をカットするために設けられている。なお、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｌ、４Ｒは、増幅器７Ｌ，７Ｒの増幅による信号の飽和を抑える働きもある。
【００２４】
〔Ｂ１−２−４〕ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌ、６Ｒについての説明
ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌ、６Ｒのカットオフ周波数は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ１）１４のカットオフ周波数より大きな値に設定されている。
【００２５】
ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌ，６Ｒは、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｌ，４Ｒを通過した信号のうち、周波数の高い成分をカットする。ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌ，６Ｒを通過した信号は増幅器７Ｌ，７Ｒで増幅された後、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｌ，４Ｒを通過した信号と合成される。
【００２６】
つまり、原音の信号と低音強調用の高調波信号との合成信号のうち、ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌ、６Ｒで決定される周波数帯域の信号が増幅され、増幅された信号（強調信号）が原音の信号に合成されている。このように、低音強調用の高調波信号だけ増幅するのではなく、原音の信号と低音強調用の高調波信号との合成信号のうちの所定帯域成分が増幅されているので、低音強調用の高調波信号だけ増幅する場合に比べて、高調波による違和感が抑えられ、波及効果として迫力のある重低音感を高めることができる。
【００２７】
ただし、必要以上に高次の高調波までを強調すると、耳障りな音になるため、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２の上限周波数である９０Ｈｚの基準周波数に対して、ｎ次、（ｎ＋２）次の２本の高調波が通過できるように、ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌ、６Ｒのカットオフ周波数を設定している。ｎは、９０Ｈｚの基準周波数に対する偶数次数の高調波のうち、スピーカの再生下限周波数以上の帯域で最も周波数が低い高調波に対応する次数とする。４５Ｈｚの信号に対しては、最大４本の高調波がローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌ、６Ｒを通過する。
【００２８】
例えば、２００Ｈｚ以下の信号が再生できないスピーカを使用する場合、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２を通過する上限周波数９０Ｈｚの信号に対する高調波は、１８０Ｈｚ，３６０Ｈｚ，５４０Ｈｚ，…であり、スピーカで再生可能な４次と６次の高調波があれば９０Ｈｚの基準音を認識できるため、ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌ、６Ｒのカットオフ周波数を５４０Ｈｚとする。
【００２９】
この場合、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２の下限周波数４５Ｈｚの信号に対する高調波は、９０Ｈｚ，１８０Ｈｚ，２７０Ｈｚ，３６０Ｈｚ，４５０Ｈｚ，５４０Ｈｚ，…であり、スピーカで再生可能な６次、８次、１０次、１２次の高調波がローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌ、６Ｒを通過することになる。
【００３０】
なお、表１に、使用するスピーカのタイプ（再生下限周波数）に対する上記各種フィルタの特性を示す。表１において、ＢＰＦ１はバンドパスフィルタ１２の下限周波数および上限周波数を、ＬＰＦ１はローパスフィルタ１３のカットオフ周波数を、ＨＰＦはハイパスフィルタ４Ｌ、４Ｒのカットオフ周波数を、ＬＰＦ２はローパスフィルタ６Ｌ、６Ｒのカットオフ周波数を、それぞれ示している。
【００３１】
【表１】
2005269543.tif 000003
【００３２】
上記第１の低音強調回路によれば、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２によって、高調波が生成される基準信号の周波数帯域を上述したような特定帯域に設定したため、協和性のある自然な高調波が得られ、自然な再生音が得られるようになる。また、楽器音の基準波とその高調波の両方に対して２次高調波が生成されてしまうのを防止でき、自然な再生音が得られるようになる。
【００３３】
また、原音の信号と低音強調用の高調波信号とを合成した後に、ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌ、６Ｒで決定される周波数帯域の信号を増幅し、増幅した信号（強調信号）を原音の信号に合成しているので、つまり、高調波を原音と一緒に強調しているので、高調波による違和感が抑えられる。この結果、基準音（低音）の認識を強めることができる。
【００３４】
〔Ｂ２〕本発明者が既に開発した第２の低音強調回路についての説明
図２は、本発明者が既に開発した第２の低音強調回路の構成を示している。
【００３５】
第２の低音強調回路では、次の点が第１の低音強調回路と異なっている。
【００３６】
（１）ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｌ、４Ｒを、加算器３Ｌ、３Ｒの後段ではなく、加算器３Ｌ、３Ｒの前段に配置したこと。それに伴って、全波整流回路１３の後段に設けられていたローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４の代わりに、ローパスフィルタ（ＬＰＦ１）１４とハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｌ、４Ｒの両方の機能を備えたバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）１６を用いたこと。
【００３７】
（２）原音の特定の帯域のみが強調されることによる違和感を更に緩和するために、ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌ（６Ｒ）と増幅器７Ｌ（７Ｒ）との直列回路に並列に、ローパスフィルタ（ＬＰＦ３）９Ｌ（９Ｒ）と増幅器１０Ｌ（１０Ｒ）との直列回路が設けられていること。この場合のローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌ（６Ｒ）とローパスフィルタ（ＬＰＦ３）９Ｌ（９Ｒ）の特性は、例えば、表２のように設定される。また、ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌ（６Ｒ）を通過した信号を増幅する増幅器７Ｌ（７Ｒ）のゲインをＧ１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ３）９Ｌ（９Ｒ）を通過した信号を増幅する増幅器１０Ｌ（１０Ｒ）のゲインをＧ２とすると、Ｇ１＞Ｇ２に設定される。
【００３８】
【表２】
2005269543.tif 000004
【特許文献１】特開平０８−２３７８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
上記の本出願人が既に開発した低音強調回路は、高周波の合成および低音増幅によって、低音を強調させている。
【００４０】
ところで、高周波には、特定の差分周波数を認識させる効果があり、低音増幅には、低音感を全体的に高める効果がある。したがって、楽器音などには前者が有効であり、爆発音などには後者が有効であると言える。このため、入力音声信号における低周波数帯域の種類（特性）に関わらず、処理を固定化すると、最適な効果を得ることができない。また、高周波の合成および低音増幅を行うことにより、信号レベルが有効ビット長を越えてしまう場合がある。
【００４１】
この発明は、入力音声信号の種類に応じて最適な低音強調を行える低音強調回路を提供することを目的とする。
【００４２】
また、この発明は、入力音声信号の種類に応じて最適な低音強調を行えるとともに、オーバーフローを抑えることができる低音強調回路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】
【００４３】
請求項１に記載の発明は、複数チャンネルの入力音声信号を合成する第１の加算器、第１の加算器によって合成された音声信号のうち、所定周波数帯域の信号のみを通過させる第１のバンドパスフィルタ、第１のバンドパスフィルタを通過した音声信号の偶数次数の高調波信号を生成する全波整流回路、全波整流回路によって生成された高調波信号のうち、低音強調のために利用しようとする高調波の上限周波数を越える高周波数帯域の信号をカットするためのローパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつローパスフィルタを通過した高調波信号をそれぞれ増幅する第１の増幅器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第１の増幅器によって増幅された高調波信号を、そのチャンネルに対応する入力音声信号にそれぞれ加算する複数の第２の加算器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第２の加算器の出力信号から使用するスピーカで再生できない低周波数帯域の信号をカットする複数のハイパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応するハイパスフィルタを通過した信号のうち低周波数帯域の信号を増幅する複数の第２の増幅器、ならびに各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応するハイパスフィルタを通過した信号に、そのチャンネルに対応する第２の増幅器の出力信号を合成する複数の第３の加算器を備えている低音強調回路において、第１のバンドパスフィルタを通過する音声信号の特徴量を検出する特徴量検出手段、ならびに特徴量検出手段によって検出された特徴量に基づいて、第１の増幅器のゲインおよび第２の増幅器のゲインを調整するゲイン調整手段を備えていることを特徴とする。
【００４４】
請求項２に記載の発明は、複数チャンネルの入力音声信号をそれぞれ増幅する複数の第１の増幅器、各第１の増幅器によって増幅された各チャンネルの音声信号を合成する第１加算器、第１の加算器によって合成された音声信号のうち、所定周波数帯域の信号のみを通過させる第１のバンドパスフィルタ、第１のバンドパスフィルタを通過した音声信号の偶数次数の高調波信号を生成する全波整流回路、全波整流回路によって生成された高調波信号のうち、低音強調のために利用しようとする高調波の上限周波数を越える高周波数帯域の信号をカットするためのローパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつローパスフィルタを通過した高調波信号をそれぞれ増幅する第２の増幅器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第２の増幅器によって増幅された高調波信号を、そのチャンネルに対応する第１の増幅器によって増幅された音声信号にそれぞれ加算する複数の第２の加算器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第２の加算器の出力信号から使用するスピーカで再生できない低周波数帯域の信号をカットする複数のハイパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応するハイパスフィルタを通過した信号のうち低周波数帯域の信号を増幅する複数の第３の増幅器、ならびに各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応するハイパスフィルタを通過した信号に、そのチャンネルに対応する第３の増幅器の出力信号を合成する複数の第３の加算器を備えている低音強調回路において、各チャンネル毎に設けられ、対応する第３の加算器の加算結果が出力信号の有効ビット数を越えたか否かを判別するオーバーフロー判別手段、第１のバンドパスフィルタを通過する音声信号の特徴量を検出する特徴量検出手段、ならびにオーバーフロー判別手段の判別結果および特徴量検出手段によって検出された特徴量に基づいて、第１の増幅器のゲイン、第２の増幅器のゲインおよび第３の増幅器のゲインを調整するゲイン調整手段を備えていることを特徴とする。
【００４５】
請求項３に記載の発明は、複数チャンネルの入力音声信号を合成する第１の加算器、第１の加算器によって合成された音声信号のうち、所定周波数帯域の信号のみを通過させる第１のバンドパスフィルタ、第１のバンドパスフィルタを通過した音声信号の偶数次数の高調波信号を生成する全波整流回路、全波整流回路によって生成された高調波信号のうち、低音強調のために利用しようとする高調波の上限周波数を越える高周波数帯域の信号をカットするとともに、使用するスピーカで再生できない低周波数帯域の信号をカットする第２のバンドパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつ第２のバンドパスフィルタを通過した高調波信号をそれぞれ増幅する第１の増幅器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する入力音声信号のうち、使用するスピーカで再生できない低周波数帯域の信号をカットするハイパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応するハイパスフィルタを通過した信号に、そのチャンネルに対応する第１の増幅器によって増幅された高調波信号を加算する複数の第２の加算器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第２の加算器の出力信号のうち低周波数帯域の信号を増幅する複数の第２の増幅器、ならびに各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第２の加算器の出力信号に、そのチャンネルに対応する第２の増幅器の出力信号を合成する複数の第３の加算器を備えている低音強調回路において、第１のバンドパスフィルタを通過する音声信号の特徴量を検出する特徴量検出手段、ならびに特徴量検出手段によって検出された特徴量に基づいて、第１の増幅器のゲインおよび第２の増幅器のゲインを調整するゲイン調整手段を備えていることを特徴とする。
【００４６】
請求項４に記載の発明は、複数チャンネルの入力音声信号をそれぞれ増幅する複数の第１の増幅器、各第１の増幅器によって増幅された各チャンネルの音声信号を合成する第１加算器、第１の加算器によって合成された音声信号のうち、所定周波数帯域の信号のみを通過させる第１のバンドパスフィルタ、第１のバンドパスフィルタを通過した音声信号の偶数次数の高調波信号を生成する全波整流回路、全波整流回路によって生成された高調波信号のうち、低音強調のために利用しようとする高調波の上限周波数を越える高周波数帯域の信号をカットするとともに、使用するスピーカで再生できない低周波数帯域の信号をカットする第２のバンドパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつ第２のバンドパスフィルタを通過した高調波信号をそれぞれ増幅する第２の増幅器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第１の増幅器によって増幅された音声信号のうち、使用するスピーカで再生できない低周波数帯域の信号をカットするハイパスフィルタ、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応するハイパスフィルタを通過した信号に、そのチャンネルに対応する第２の増幅器によって増幅された高調波信号を加算する複数の第２の加算器、各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第２の加算器の出力信号のうち低周波数帯域の信号を増幅する複数の第２の増幅器、ならびに各チャンネル毎に設けられ、かつそのチャンネルに対応する第２の加算器の出力信号に、そのチャンネルに対応する第２の増幅器の出力信号を合成する複数の第３の加算器を備えている低音強調回路において、各チャンネル毎に設けられ、対応する第３の加算器の加算結果が出力信号の有効ビット数を越えたか否かを判別するオーバーフロー判別手段、第１のバンドパスフィルタを通過する音声信号の特徴量を検出する特徴量検出手段、ならびにオーバーフロー判別手段の判別結果および特徴量検出手段によって検出された特徴量に基づいて、第１の増幅器のゲイン、第２の増幅器のゲインおよび第３の増幅器のゲインを調整するゲイン調整手段を備えていることを特徴とする。
【００４７】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４に記載の発明において、特徴量検出手段は、第１のバンドパスフィルタを通過した信号成分の中に最も多く含まれている周波数成分の周波数スペクトルと、第１のバンドパスフィルタを通過した信号全体の平均周波数スペクトルとの比または差を特徴量として検出するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４８】
この発明によれば、入力音声信号の種類に応じて最適な低音強調を行えるようになる。      
【００４９】
また、この発明によれば、入力音声信号の種類に応じて最適な低音強調を行えるとともに、オーバーフローを抑えることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、図３〜図７を参照して、この発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００５１】
〔１〕低音強調回路の構成について説明
図３は、第１実施例における低音強調回路の構成を示している。図３において、図１と同じものには、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
図３の低音強調回路は、次の点において、図１の低音強調回路と異なっている。
【００５３】
（１）バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２を通過する信号に基づいて、曲特徴量を検出するための曲特徴量検出部２１が設けられていること。
（２）曲特徴量検出部２１によって検出された曲特徴量に基づいて、増幅器１５Ｌ、１５ＲのゲインＧ１および増幅器７Ｌ、７ＲのゲインＧ２を調整するためのゲイン調整部２２が設けられていること。
【００５４】
バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２を通過する信号、すなわち、高周波を生成するための基準信号が、特定の周波数に限定される場合には、高調波による、基準信号認識の効果は大きい。一方、爆発音などの全帯域において基準信号が存在する場合は、高調波による基準音認識は難しい。そこで、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２の出力特性に応じて、前者の場合には高調波の割合を大きくし、後者の場合にはローパスフィルタ（ＬＰＦ２）６Ｌ，６Ｒによる低音ブースト量を大きく設定する。
【００５５】
〔２〕曲特徴量検出部２１の動作についての説明
曲特徴量検出部２１は、所定時間毎に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２を通過する信号の上限周波数に合わせ、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２の出力信号をダウンサンプリング処理した後にＦＦＴを行うことにより、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２の出力信号を周波数スペクトルデータに変換する。そして、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２を通過する信号の周波数帯域のスペクトルの平均値（バンドパスフィルタ１２を通過した信号全体の平均周波数スペクトル）および最大値（バンドパスフィルタ１２を通過した信号成分の中に最も多く含まれている周波数成分の周波数スペクトル）を算出し、それらの比率Ｈ（＝最大値／平均値）を算出する。そして、算出した比率Ｈをゲイン調整部２２に与える。なお、最大値と平均値との差を算出してゲイン調整部２２に与えるようにしてもよい。
【００５６】
〔３〕ゲイン調整部２２の動作についての説明
ゲイン調整部２２は、曲特徴量検出部２１から比率Ｈが与えられる毎に、次式（２）に基づいて、ゲインＧ１，Ｇ２を算出し、増幅器１５Ｌ、１５Ｒのゲインを算出したゲインＧ１に設定するとともに、増幅器７Ｌ、７Ｒのゲインを、算出したゲインＧ２に設定する。
【００５７】
Ｇ１＝（Ｇ１＿orig＋ΔＧ１＿h)
Ｇ２＝（Ｇ２＿orig＋ΔＧ２＿h)
ΔＧ１＿h ＝Ａ×Ｈ
ΔＧ２＿h ＝Ｂ／Ｈ                  …（２）
【００５８】
上記式（１）において、Ｇ１＿origはゲインＧ１の初期値であり、Ｇ２＿origはゲインＧ２の初期値である。また、Ａ，Ｂは任意の係数である。
【００５９】
バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２を通過する信号の周波数帯域のスペクトルの平均値に対する最大値の比Ｈが大きい場合には、すなわち、高周波を生成するための基準信号が特定の周波数に限定される場合には、増幅器１５Ｌ、１５ＲのゲインＧ１が大きくなり、増幅器７Ｌ、７ＲのゲインＧ２が小さくなる。
【００６０】
一方、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２を通過する信号の周波数帯域のスペクトルの平均値に対する最大値の比Ｈが小さい場合には、すなわち、爆発音などの全帯域において基準信号が存在する場合は、増幅器１５Ｌ、１５ＲのゲインＧ１が小さくなり、増幅器７Ｌ、７ＲのゲインＧ２が大きくなる。
【実施例２】
【００６１】
〔１〕低音強調回路の構成について説明
図４は、第２実施例における低音強調回路の構成を示している。図４において、図１と同じものには、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００６２】
図４の低音強調回路は、次の点において、図１の低音強調回路と異なっている。
【００６３】
（１）加算器８Ｌの後段にオーバーフロー検出部３１Ｌが設けられているとともに、    加算器８Ｒの後段にオーバーフロー検出部３１Ｒが設けられていること
（２）バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２を通過する信号に基づいて、曲特徴量を検出するための曲特徴量検出部２１が設けられていること。
（３）オーバーフロー検出部３１Ｌ、３１Ｒの検出信号と、曲特徴量検出部２１によって検出された曲特徴量とに基づいて、増幅器１Ｌ、１ＲのゲインＧ０、増幅器１５Ｌ、１５ＲのゲインＧ１および増幅器７Ｌ、７ＲのゲインＧ２を調整するためのゲイン調整部２２が設けられていること。
【００６４】
上記第１実施例のように、ゲインＧ１，Ｇ２を制御した場合、入力信号の内容によって最終出力ゲインが変動し、最大出力値を把握することが難しく、加算器８Ｌ，８Ｒの出力信号が有効ビット長をオーバーする可能性がある。そこで、第２実施例では、最終出力信号レベルをゲインの制御に反映させている。
【００６５】
〔２〕曲特徴量検出部２１の動作についての説明
曲特徴量検出部２１は、第１実施例と同様であり、所定時間毎に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）１２を通過する信号の周波数帯域のスペクトルの平均値に対する最大値の比率Ｈ（＝最大値／平均値）を算出して、ゲイン調整部２２に与える。
【００６６】
〔３〕オーバーフロー検出部３１Ｌ、３１Ｒについての説明
オーバーフロー検出部３１Ｌ、３１Ｒは、例えば、１６bit 精度で出力信号を出力する場合には、加算器８Ｌ，８Ｒの加算結果が１６bit で表される最大値を越えているときには、オーバーフローの割合ｏｖｅｒを次式（３）に基づいて算出して、ゲイン調整部２２に与える。なお、加算器８Ｌ，８Ｒの加算結果（ＡＤＤ）が１６bit で表される最大値（０ｘ７ＦＦＦ）以下である場合には、  オーバーフロー検出部３１Ｌ、３１Ｒは、ｏｖｅｒの値を０に設定する。
【００６７】
ｏｖｅｒ＝（｜ＡＤＤ｜−０ｘ７ＦＦＦ）／０ｘ７ＦＦＦ      …（３）
【００６８】
〔４〕ゲイン調整部２２の動作についての説明
ゲイン調整部２２は、ゲイン調整部２２は、曲特徴量検出部２１から比率Ｈが与えられる毎に、後述するようにゲイン調整処理を行う。
【００６９】
ゲイン調整部２２によって行われるゲイン調整処理の基本的な考え方について説明する。基本的には、第１実施例と同様に、増幅器１５Ｌ、１５ＲのゲインＧ１および増幅器７Ｌ、７ＲのゲインＧ２を、曲特徴量検出部２１によって検出された曲特徴量に基づいて制御する。ｏｖｅｒが０を越えたときには、ゲインＧ１，Ｇ２を下げる。ｏｖｅｒが０より大きな所定値γ所定値（例えば”２”）を越えたときには、増幅器１Ｌ，１ＲのゲインＧ０を下げる。なお、ゲインＧ０については、オーバーフローによって一旦下げられると、それ以上大きくされることはない。ただし、電源が切断された後に、電源が入れられたときには、各ゲインＧ０，Ｇ１，Ｇ２は、初期値に戻される。
【００７０】
図５は、ゲイン調整部２２によるゲイン調整処理手順を示している。
【００７１】
ゲイン調整部２２は、電源が入れられると、初期設定が行われる（ステップＳ１）。つまり、ゲインＧ０，Ｇ１，Ｇ２が、それぞれ初期値Ｇ０＿orig，Ｇ１＿orig，Ｇ２＿origに設定される。また、上記式（１）で示されたΔＧ１＿h ，ΔＧ２＿h の他、ゲインＧ０の補正値ΔＧ０t ，ゲインＧ１の補正値ΔＧ１t ，ゲインＧ２の補正値ΔＧ２t のそれぞれに初期値が設定される。これらの変数の初期値は、次の通りである。
【００７２】
ΔＧ１＿h ＝ΔＧ２＿h ＝０，
ΔＧ０t ＝ΔＧ１t ＝ΔＧ２t ＝１
【００７３】
なお、ゲイン調整処理に用いられる定数α１，α２，β１，β２、γ，ｎは、例えば、次のように設定されている。
【００７４】
α１＝α２＝１．０，
β１＝β２＝０．０，
γ＝２．０，                                                                    ｎ＝０．２５
【００７５】
次に、曲特徴量検出部２１によって比率Ｈが算出されてゲイン調整部２２に与えられると（ステップＳ２）、ゲイン調整部２２は、上記式（２）に基づいて、ΔＧ１＿h ，ΔＧ２＿h を算出する（ステップＳ３）。
【００７６】
次に、オーバーフロー検出部３１Ｌ、３１Ｒから与えられているｏｖｅｒのうち、大きい方のｏｖｅｒ（以下、単にｏｖｅｒという）が、γより大きいか否かを判別する（ステップＳ４）。ｏｖｅｒがγ以下である場合には、ｏｖｅｒが０より大きいか否かを判別する（ステップＳ６）。ｏｖｅｒが０以下である場合には、ステップＳ８に進み、ゲインＧ０，Ｇ１，Ｇ２の算出および設定を行う。そして、ステップＳ２に戻る。
【００７７】
上記ステップＳ４において、ｏｖｅｒがγより大きいと判別した場合には、ゲインＧ０の補正値ΔＧ０t を算出するための処理を行う（ステップＳ５）。そして、ステップＳ６に進む。上記ステップＳ６でｏｖｅｒが０より大きいと判別した場合には、ゲインＧ１の補正値ΔＧ１t およびゲインＧ２の補正値ΔＧ２t を算出するための処理を行う（ステップＳ７）。そして、ステップＳ８に進む。
【００７８】
上記ステップＳ５、上記ステップＳ７および上記ステップＳ８の処理内容について具体時に説明する。
【００７９】
上記ステップＳ５では、次式（４）に基づいて、ゲインＧ０の補正値ΔＧ０t を算出した後、ｏｖｅｒの値として、γを設定する（ｏｖｅｒ＝γ）。
【００８０】
ΔＧ０t ＝ΔＧ０t-1 ×γ／ｏｖｅｒ        …（４）
【００８１】
ΔＧ０t-1 は、前回算出された補正値ΔＧ０t である。
【００８２】
上記ステップＳ７では、次式（５），（６）に基づいて、ゲインＧ１およびＧ２の補正値ΔＧ１t ，ΔＧ２t を算出する。
【００８３】
ΔＧ１t ＝ΔＧ１t-1 ×｛α１／（１＋ｏｖｅｒ＋β１）｝n   …（５）
ΔＧ２t ＝ΔＧ２t-1 ×｛α２／（１＋ｏｖｅｒ＋β２）｝n   …（６）
【００８４】
ΔＧ１t-1 ，ΔＧ２t-1 は、前回算出された補正値ΔＧ１t ，ΔＧ２t である。
【００８５】
上記ステップＳ８では、まず、次式（７），（８），（９）に基づいて、ゲインＧ０，Ｇ１，Ｇ２を算出する。
【００８６】
Ｇ０＝  Ｇ０＿orig＋ΔＧ０t                 …（７）
Ｇ１＝（Ｇ１＿orig＋ΔＧ１＿h)×ΔＧ１t     …（８）
Ｇ２＝（Ｇ２＿orig＋ΔＧ２＿h)×ΔＧ２t     …（９）
【００８７】
そして、最新に算出された補正値ΔＧ０t ，ΔＧ１t ，ΔＧ２t を前回算出された補正値ΔＧ０t-1 ，ΔＧ１t-1 ，ΔＧ２t-1 に設定する。この後、ステップＳ２に戻る。
【００８８】
なお、この発明は、図６または図７に示すように、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｌ、４Ｒを、加算器３Ｌ、３Ｒの後段ではなく、加算器３Ｌ、３Ｒの前段に配置するとともに、全波整流回路１３の後段に設けられていたローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４の代わりに、ローパスフィルタ（ＬＰＦ１）１４とハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４Ｌ、４Ｒの両方の機能を備えたバンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）１６を用いた低音強調回路にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明者が既に開発した第１の低音強調回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明者が既に開発した第２の低音強調回路の構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施例である低音強調回路の構成を示すブロック図である。
【図４】第２実施例である低音強調回路の構成を示すブロック図である。
【図５】図４のゲイン調整部２２によるゲイン調整処理手順を示すフローチャートである。
【図６】他の実施例を示すブロック図である。
【図７】さらに他の実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９０】
１Ｌ，１Ｒ  第１の増幅器
２Ｌ，２Ｒ  遅延回路
３Ｌ，３Ｒ  加算器
４Ｌ，４Ｒ  ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
５Ｌ，５Ｒ  遅延回路
６Ｌ，６Ｒ  ローパスフィルタ（ＬＰＦ２）
７Ｌ，７Ｒ  第３の増幅器
８Ｌ，８Ｒ  加算器
１１  加算器
１２  バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１）
１３  全波整流回路
１４  ローパスフィルタ（ＬＰＦ１）
１５Ｌ，１５Ｒ  第２の増幅器
１６  バンドパスフィルタ（ＢＰＦ２）
２１  曲特徴量検出部
２２  ゲイン調整部
３１Ｌ、３１Ｒ  オーバーフロー検出部
【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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