(57)【要約】      （修正有）【課題】容易にスピーカの歪み特性を抑制する音声信号処理装置を提供する。【解決手段】音声信号処理装置１は、音声を発生するスピーカ６０と、入力された音声信号を複数の経路に出力する音声処理入力部１０と、音声処理入力部から第１の経路で音声信号が入力され、音声信号において音声で全周波数帯域に対して歪みやすい周波数帯域の信号振幅である特定信号振幅を増幅する周波数特性フィルタ２０と、フィルタから入力される振幅増幅後の音声信号である検出用音声信号から検出用音声信号の信号振幅の大きさを検出し、検出した検出用音声信号の信号振幅の大きさを示す信号振幅情報を出力する信号振幅検出部３０と、音声処理入力部から第２の経路で音声信号が入力され、信号振幅検出部から入力される信号振幅情報に従って音声信号の信号振幅を抑制し、振幅抑制後の音声信号である抑制音声信号をスピーカへ出力する信号振幅制御部４０と、を備える。【選択図】図２
2016072754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声を発生する電気音響変換器と、
入力された音声信号を複数の経路に出力する音声入力部と、
前記音声入力部から第１の経路で前記音声信号が入力され、前記音声信号において前記音声で全周波数帯域に対して歪みやすい周波数帯域の信号振幅である特定信号振幅を増幅するフィルタと、
前記フィルタから入力される振幅増幅後の前記音声信号である検出用音声信号から当該検出用音声信号の信号振幅の大きさを検出し、この検出した前記検出用音声信号の信号振幅の大きさを示す信号振幅情報を出力する振幅検出部と、
前記音声入力部から第２の経路で前記音声信号が入力され、前記振幅検出部から入力される前記信号振幅情報に従って前記音声信号の信号振幅を抑制し、振幅抑制後の前記音声信号である抑制音声信号を前記電気音響変換器へ出力する振幅制御部と、を備える音声信号処理装置。
【請求項２】
前記振幅制御部は、入力される前記音声信号の信号振幅を抑制するための振幅閾値を備え、
前記音声信号が前記振幅閾値以上である信号振幅を含む場合には、前記音声信号の信号振幅を前記振幅閾値未満まで抑制して、抑制処理をした前記抑制音声信号を前記電気音響変換器へ第１の出力信号として出力し、
前記音声信号が前記振幅閾値未満である場合には、抑制処理をしない前記音声信号を前記電気音響変換器へ第２の出力信号として出力する、請求項１の音声信号処理装置。
【請求項３】
前記フィルタは、前記特定信号振幅を抑制する音声レベルを示す所定の利得を備え、前記特定信号振幅を前記所定の利得で増幅する、請求項２の音声信号処理装置。
【請求項４】
前記振幅検出部は、前記特定信号振幅の大きさの情報を含む前記信号振幅情報を前記振幅制御部に出力する、請求項３の音声信号処理装置。
【請求項５】
前記振幅制御部は、前記振幅閾値と前記特定信号振幅とを比較し、前記特定信号振幅が前記振幅閾値以上の場合に、前記音声信号の前記特定信号振幅を前記信号振幅閾値未満に抑制する、請求項４の音声信号処理装置。
【請求項６】
前記振幅制御部は、前記振幅閾値と前記特定信号振幅とを比較し、前記特定信号振幅が前記振幅閾値以上の場合に、前記音声信号の前記歪みやすい周波数帯域以外の周波数帯域を所定の抑制率で抑制する、請求項５の音声信号処理装置。
【請求項７】
前記フィルタは、前記所定の周波数帯域の軸として前記電気音響変換器の最低共振周波数が設定され、前記所定の利得として実測によって取得される前記音声の歪みが解消される値が設定される、請求項６の音声信号処理装置。
【請求項８】
前記振幅制御部は、前記振幅閾値と前記特定信号振幅とを比較し、前記特定信号振幅が前記振幅閾値以上の場合に、前記音声信号の信号振幅に対する抑制処理を時間領域で実行する、請求項７の音声信号処理装置。
【請求項９】
前記振幅制御部は、前記音声信号の周波数帯域に前記歪みやすい周波数帯域が含まれていない場合には、前記電気音響変換器へ前記音声信号を前記第２の出力信号として出力する、請求項８の音声信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、音声信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡＶ機器、例えば、薄型テレビジョン（ＴＶ）受信装置に搭載される音声信号処理装置は、製品の小型化及び薄型化、狭ベゼル化、デザイン制限などの要因により、搭載するスピーカの大きさの制限が厳しくなっている。振動板面積の小さいスピーカで振動板面積の大きいスピーカと同等の音圧を得るためには、スピーカの振動板の振幅を大きくする必要がある。このような状況から、小さい振動板のスピーカに大振幅信号を入力する音声信号処理装置が増えてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５２５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、容易にスピーカの歪みを抑制できる音声信号処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態に係る音声信号処理装置は、音声を発生する電気音響変換器と、入力された音声信号を複数の経路に出力する音声入力部と、音声入力部から第１の経路で音声信号が入力され、音声信号において音声で全周波数帯域に対して歪みやすい周波数帯域の信号振幅である特定信号振幅を増幅するフィルタと、フィルタから入力される振幅増幅後の前記音声信号である検出用音声信号から検出用音声信号の信号振幅の大きさを検出し、検出した検出用音声信号の信号振幅の大きさを示す信号振幅情報を出力する振幅検出部と、音声入力部から第２の経路で音声信号が入力され、振幅検出部から入力される信号振幅情報に従って音声信号の信号振幅を抑制し、振幅抑制後の音声信号である抑制音声信号を電気音響変換器へ出力する振幅制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る音声信号処理装置１の設置の一例を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態の音声信号処理装置のブロック図である。
【図３】図３は、スピーカの構造の一例を示す概要図である。
【図４】図４は、第１の実施形態の音声信号処理装置の音声信号の処理のフローチャートである。
【図５】図５は、所定のスピーカにおける歪み特性の実測による所望する抑制周波数特性と算出した抑制周波数特性とを示す図である。
【図６】図６（ａ）は、第１の実施形態に係る音声信号処理装置を適用した場合のスイープ信号による振幅―周波数特性の測定結果を示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の測定の条件を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、第１の実施形態に係る音声信号処理装置を適用した場合において、音声信号の周波数２７０Ｈｚ及び１ｋＨｚの入出力利得特性を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の測定の条件を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、ホワイトノイズ信号を第１の実施形態の音声信号処理装置に入力した場合の測定結果を示す図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の測定の条件を示す図である。
【図９】図９は、変形例に関連する計算精度の異なるＩＩＲフィルタに１ｋＨｚのサイン波をＦＦＴ表示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照して実施形態の説明をする。  
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る音声信号処理装置１の設置の一例を示す図である。  
第１の実施形態における音声信号処理装置１は、再生装置１００に備えられている。再生装置１００は、例えば、テレビジョン受信装置（ＴＶ受信装置）、レコーダー、ビデオカメラ、オーディオコンポ（コンポーネントステレオ）、およびホームシアター等のＡＶ機器を含む。
【０００８】
図２は、本実施形態の音声信号処理装置のブロック図である。  
本実施形態に係る音声信号処理装置１は、音声処理入力部（音声入力部）１０と、周波数特性フィルタ（フィルタ）２０と、信号振幅検出部（振幅検出部）３０と、信号振幅制御部（振幅制御部）４０と、パワーアンプ５０と、電気音響変換器６０とを備えている。なお、電気音響変換器６０は、例えば、スピーカ等であり、以下で電気音響変換器６０をスピーカ６０として説明する。本実施形態において、音声信号処理装置１は、音声処理入力部１０と、信号振幅検出部３０と、信号振幅制御部４０と、パワーアンプ５０と、スピーカ６０とが直列に接続されている音声信号経路と、音声処理入力部１０から分岐して信号振幅制御部４０に接続される並列経路として、周波数特性フィルタ２０と、信号振幅検出部３０とが接続されている振幅検出経路とを備えている。
【０００９】
音声処理入力部１０は、入力される音声信号に対して選択的に所定のデジタル信号処理を実行し、周波数特性フィルタ２０及び信号振幅制御部４０に同一の音声信号を出力する。
【００１０】
周波数特性フィルタ（以下、モデリングフィルタ）２０は、自身の特性が所望の特性になるように自動修正する適応フィルタ等である。モデリングフィルタ２０は、例えば、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ、オールパスフィルタ、やＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタ等である。モデリングフィルタ２０は、スピーカ６０の歪み特性（歪み率）に対応する周波数特性の設定値を備えている。モデリングフィルタ２０は、この設定値に基づいてスピーカ６０の歪み特性を模擬した周波数帯域の信号振幅（振幅）をフィルタリング及び増幅し、信号振幅検出部３０に出力する。
【００１１】
モデリングフィルタ２０は、フィルタ部２１と、周波数特性部２２とを備えている。  
フィルタ部２１は、周波数特性部２２から歪み特性に基づく設定値を受け取り、設定値に基づいて模擬した周波数帯域の信号振幅を入力信号に対してフィルタリング及び増幅し、信号振幅検出部３０へ出力する出力信号を生成する。周波数特性部２２は、スピーカ６０の歪み特性に基づく複数の周波数振幅特性の設定値を保持する。
【００１２】
信号振幅検出部３０は、モデリングフィルタ２０からの出力信号（音声信号（検出用音声信号））の信号振幅の大きさ等を検出する。また、信号振幅検出部３０は、入力される音声信号の信号振幅の尖頭値（ピーク値）、または平均値（ｒｍｓ値）を検出し、検出した音声信号の信号振幅の大きさ等の情報を後述する信号振幅制御部４０に出力する。
【００１３】
信号振幅制御部４０は、音声処理入力部１０から入力される音声信号の信号振幅を制御する。信号振幅制御部４０は、信号振幅自動抑制によって振幅閾値以上の信号振幅を制御する（信号振幅自動抑制機能）。
【００１４】
信号振幅制御部４０は、信号振幅検出部３０により検出された信号振幅と対応付けられたゲイン（利得）を用いて、音声処理入力部１０から入力される音声信号の信号振幅を制御する。具体的には、信号振幅制御部４０は、信号振幅検出部３０で検出される信号振幅情報に従って歪みの発生が顕著な周波数帯域の振幅閾値を予測して設定し、信号振幅検出部３０から入力される信号振幅情報の信号振幅と当該振幅閾値とを比較する。信号振幅制御部４０は、信号振幅情報の信号振幅が振幅閾値以上の場合に、音声入力部１０から入力される音声信号の特定の周波数帯域（例えば、歪みの発生が顕著な周波数領域）の信号振幅を強力に振幅制限（抑制）する。このとき、信号振幅制御部４０は、時間領域で音声信号の信号振幅を抑制する。信号振幅制御部４０は、パワーアンプ５０を介してスピーカ６０に信号振幅を抑制した音声信号をスピーカ６０へ出力する。
【００１５】
信号振幅制御部４０は、信号振幅自動抑制器としてのコンプレッサ４１を備えている。  
信号振幅制御部４０のコンプレッサ４１は、入力された音声信号の信号振幅（の大きさ）が振幅閾値以上の場合に予め定められた抑制率で入力された音声信号の信号振幅を抑制する。また、コンプレッサ４１は、入力された音声信号の信号振幅が振幅閾値未満の場合、入力された音声信号の信号振幅を抑制しない。なお、抑制率は、入力信号の信号振幅が大きいほど、大きな値が設定される。すなわち、コンプレッサ４１が、信号振幅の小さい音声信号が入力された場合に信号振幅を抑制せず、信号振幅の大きい音声信号が入力された場合に信号振幅を抑制することで、信号振幅制御部４０は、音声信号の信号振幅差を緩和できる。
【００１６】
パワーアンプ５０は、入力される音声信号を増幅し、スピーカ６０に出力する。  
スピーカ６０は、パワーアンプ５０から入力される音声信号を音声として空間領域に放出する。スピーカ６０は、円錐台状に形成され、円周部の広い方向に音波（音声）を発生するように形成されている。以下で、スピーカ６０の音波の発生方向を先端方向と称する。
【００１７】
図３は、スピーカ６０の構造の一例を示す概要図である。  
スピーカ６０は、ヨーク６１と、磁石６２と、フレーム６３と、ターミナル（端子）６４と、リード線６５と、コイル６６と、ダンパ６７と、振動板６８と、エッジ６９と、を備える。ヨーク６１は、スピーカ６０のベース部材であり、磁石６２の磁力を効率化する。フレーム６３は、スピーカ６０の振動系と駆動系とを指示する大枠部材であり、スピーカ６０の先端方向に広がるように形成される。ターミナル６４は、パワーアンプ５０からの出力信号（電気信号）が入力され、リード線６５を介してコイル６６に出力する。コイル６６は、リード線６５を介して入力されるパワーアンプ５０の出力信号と磁石６２の磁力によって振動する。ダンパ６７は、弾性部材で形成され、振動するコイル６３を所定の位置に保持する。振動板６８は、コイル６６の端部からの端部に放射状に広がって形成される。振動板６８は、コイル６６と結合されコイル６６の振動に応じて音波を発生させる。エッジ６９は、フレーム６３と振動板６８との先端部の円周部を接続し、振動板６８の設置位置を保持する。
【００１８】
一般的に、スピーカは、大振幅信号を入力すると音声の歪みが大きくなる。また、大振幅時の音声の歪みを大きくさせる非線形要素として、ボイスコイルが振動する領域の磁束密度の不均一性、ダンパ、及びエッジの非線形応答等が挙げられる。これら非線形の影響は、通常、同一電圧振幅の信号に対してもスピーカの信号振幅応答が大きい低音域に対して顕著である。スピーカの線形応答範囲を超える大振幅信号を入力すると、所望の出力音以外の歪み成分が発生して音質が低下する。
【００１９】
また、スピーカが線形応答する範囲の信号振幅において、例えば、パワーアンプの出力信号の信号振幅に上限を設け規制（クリップ）する場合は、スピーカに入力される信号に歪み成分が含まれ、音質が低下する。
【００２０】
そこで、コンプレッサ等で信号振幅を自動的に抑制し、スピーカの許容入力信号振幅までに振幅閾値を設定してパワーアンプ出力信号の振幅を制限することで、歪みを低減する手法（自動振幅抑制手法）が知られている。
【００２１】
しかし、このような自動振幅抑制手法を用いた場合でも、スピーカの最低共振周波数付近の周波数帯域などでは、入力信号に対するスピーカの振動板の信号振幅応答が大きく、スピーカの許容入力信号振幅の範囲内で、想定以上の歪みが発生し得る。また、歪みの低減を優先し、自動振幅抑制手法の振幅閾値を、特定の周波数帯域での歪みの最大値から割り出した振幅閾値に設定した場合、さらに高い振幅抑制閾値に設定したときでも歪みが発生しない周波数帯域まで過剰に振幅制限し得る。
【００２２】
本実施形態の音声信号処理装置１は、このような自動振幅抑制手法に加え、前述のようにスピーカ６０の歪み特性を模擬した周波数帯域の振幅閾値を予測して設定し、特定の周波数帯域の信号振幅（特定信号振幅）が振幅閾値以上の場合に特定信号振幅を含む音声信号を振幅制限する。すなわち、本実施形態の信号振幅処理装置１は、信号振幅の抑制の閾値は入力した音声信号の信号振幅によらず、音声信号の特定の周波数帯域の信号振幅が振幅閾値を上回ったときに当該信号振幅を強力に抑制し、特定の周波数帯域が振幅閾値を上回っている間にその他の全周波数帯域も所定の抑制率で抑制する。また、本実施形態の信号振幅処理装置１は、音声信号の周波数特定を変化させることがなく、かつ入力される音声信号が特定の周波数帯域を含まないときは、その入力される音声信号に対して信号振幅を抑制しない。その結果、本実施形態の信号振幅処理装置１では、最大限出力信号振幅を高めることができ、かつ歪み成分の発生が抑制され、音質が維持される。
【００２３】
以下で図を参照して、本実施形態の音声信号処理装置１の音声信号の処理について説明する。
【００２４】
図４は、音声信号処理装置１における音声信号の処理のフローチャートである。  
Ｓ４０１において、例えば、再生装置１００から出力される音声信号が音声処理入力部１０に入力される。Ｓ４０２において、音声処理入力部１０は音声信号に適切な信号処理を実行し、音声信号経路と振幅検出経路とに同一の音声信号を出力する。ここで、音声信号経路は、音声処理入力部１０、および信号振幅制御部４０の順に音声信号が通る経路であり、振幅検出経路は、音声処理入力部１０、周波数特性フィルタ２０、信号振幅検出部３０、および信号振幅制御部４０の順に音声信号が通る経路である。すなわち、音声処理入力部１０は、周波数特性フィルタ２０及び信号振幅制御部４０に同一の音声信号を出力する。
【００２５】
Ｓ４０３において、モデリングフィルタ２０のフィルタ部２１は、スピーカ６０の歪み特性に基づく設定値を周波数特性部２２から受け、設定値に基づいて模擬した音声の歪みが発生し易い（歪みが顕著な）周波数帯域の信号振幅を入力信号に対してフィルタリングする。フィルタ部２１は、音声信号をフィルタリングした音声信号を増幅し、信号振幅検出部３０に出力する。設定値は、スピーカ６０の各周波数における歪み特性を歪み率計、又は聴覚により実測し、予め設定される。例えば、スピーカ６０の歪み特性の測定として、図３において、発信源であるスピーカ６０から所定の距離、例えば、Ｐ点に設置された歪み率計、又は聴覚によってスピーカ６０から発信される音波が観測される。この測定条件において、スピーカ６０から発音される音声の周波数を段階的に変化させ、スピーカ６０の音に変化が確認される周波数が特定する。音の変化として、パワーアンプから出力される音声信号に有意な歪み成分が含まれないときでも、スピーカから発音される音声の歪み成分が１０％以上、例えば、２０乃至３０％の振幅の変化（歪み）が確認される場合等が挙げられる。２０乃至３０％の振幅の変化があった場合、聴覚による観測であっても確実に音の変化を観測することができる。このような実測により算出された各周波数において、２０乃至３０％の振幅の変化を示す周波数振幅特性の周波数及び利得が、設定値として周波数特性部２２に格納される。
【００２６】
図５は、所定のスピーカにおける歪み特性の実測による所望する抑制周波数特性と算出した抑制周波数特性とを示す図である。図５は、横軸が対数スケールで表示される周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸がスピーカから発音される音声の歪み率が１０％に相当するパワーアンプの出力振幅に対する相対値（ｄＢｒ（Decibel relative））である。音声の歪み率が１０％程度であれば、聴覚で感じる音質劣化は少ないので、歪み率が１０％のときの音質をdBr基準値として試験を実施した。図５において、Ｌ５１は、ある周波数においてどの程度振幅を抑制すると音の変化が収まり、歪み率が１０％程度になかを示した聴覚による実測値を示す。Ｌ５２は、実測値であるＬ５１を計算によって模擬した値を示す。Ｌ５１及びＬ５２は、尖頭値（ピーク値）はスピーカの歪み特性が顕著である最低共振周波数（ｆ０（エフゼロ））近傍である。図５において、Ｌ５１のピーク値は、約３００ヘルツ（Ｈｚ）である。Ｌ５２は、パラメトリックイコライザ（ＰＥＱ）で、利得を６デシベル（ｄＢ）、中心（軸）となる周波数を２７０Ｈｚで模擬した周波数振幅特性である。例えば、Ｌ５２で示される周波数振幅特性が、設定値として周波数特性部２２に格納される。以下で、設定値の周波数振幅特性として、周波数がスピーカ６０の最低共振周波数近傍の２７０Ｈｚであり、実測によって取得される歪みが解消される値から算出される利得が６デシベル（ｄＢ）であるとする。
【００２７】
Ｓ４０４において、信号振幅検出部３０は、モデリングフィルタ２０からの出力信号から信号振幅を検出し、検出した音声の歪みが顕著な周波数帯域の信号振幅の情報を含む信号振幅データ（情報）を信号振幅制御部４０に出力する。
【００２８】
Ｓ４０５において、信号振幅制御部４０は、設定されている振幅閾値と信号振幅検出部３０から入力された信号振幅情報の信号振幅とを比較する。  
信号振幅検出部２０からの信号振幅情報に含まれる音声の歪みが顕著な周波数帯域の信号振幅が振幅閾値以上である場合には（Ｓ４０５のＹｅｓ）、Ｓ４０６において、信号振幅制御部４０のコンプレッサ４１は、他の周波数帯域によりも歪みが顕著な周波数帯域の信号振幅を振幅閾値未満まで強力に時間領域で抑制し、且つ歪みが顕著な周波数帯域以外の全周波数帯域も所定の抑制率で抑制し、次の処理に進む。
【００２９】
また、信号振幅検出部２０からの信号振幅情報に含まれる音声の歪みが顕著な周波数帯域の信号振幅が振幅閾値よりも小さい（未満の）場合には（Ｓ４０５のＮｏ）、コンプレッサ４１は、信号入力部１０より入力された音声信号の信号振幅を変化させずに、次の処理に進む。
【００３０】
Ｓ４０７において、信号振幅制御部４０によって制御された音声信号がパワーアンプ５０で増幅され、スピーカ６０に出力される。  
以上のＳ４０１〜Ｓ４０７の処理が、繰り返し実行される。  
図６（ａ）は、本実施形態に係る音声信号処理装置１を適用した場合のスイープ信号による周波数振幅特性の測定結果を示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の測定の条件を示す図である。図６（ａ）は、パワーアンプ５０からの出力信号をアナライザ（図示せず）及びシグナルジェネレータ（図示せず）によって測定した値である。図６（ｂ）は、シグナルジェネレータへの入力条件を示しているが、パワーアンプ５０のゲイン等の要因により出力レベルと必ずしも一致していない。図６（ａ）は、周波数を２０Ｈｚから２０ｋHzまでスイープさせた場合の結果を示している。図６（ａ）は、横軸が対数スケールで表示される周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸が相対的な音声レベル値である。図６（ａ）において、信号振幅制御部４０の振幅閾値は、−１８ｄＢに設定されている。
【００３１】
図６（ａ）において、Ｌ６１は、音声信号の入力レベルが−３ｄＢの測定結果を示し、Ｌ６２は、音声信号の入力レベルが−１５ｄＢの測定結果を示し、Ｌ６３は、音声信号の入力レベルが−２０ｄＢの測定結果を示し、Ｌ６４は、音声信号の入力レベルが−２５ｄＢの測定結果を示している。図６（ａ）に示すように、入力信号の信号振幅を−２５ｄＢ〜−３ｄＢと値を大きくしていくにつれて、信号振幅が抑制される。また、図６（ａ）に示すように、Ｓ４０３でモデリングフィルタ２０に設定された設定値近傍が際立って抑制されている。例えば、Ｌ６１において、全周波数領域が振幅閾値である−１８ｄＢまで抑制される中で、モデリングフィルタ２０の設定値近傍は、周辺の周波数よりさらに６ｄＢ程度抑制されている。
【００３２】
図７（ａ）は、本実施形態に係る音声信号処理装置１を適用した場合において、音声信号の周波数２７０Ｈｚ及び１ｋＨｚの入出力利得特性を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の測定の条件を示す図である。図７（ａ）は、２７０Ｈｚ及び１ｋＨｚの各々のサイン波の信号振幅を−４０ｄＢから０ｄＢまで変化させて本実施形態に係る音声信号処理装置１に入力した場合の測定結果を示している。図７（ａ）は、横軸が入力される相対的な音声レベル値を示し、縦軸が出力される相対的な音声レベル値である。図７（ａ）において、信号振幅制御部４０の振幅閾値は、−１４ｄＢに設定されている。
【００３３】
図７（ａ）において、Ｌ７１は、音声信号の周波数が１ｋＨｚの測定結果を示し、Ｌ７２は、音声信号の周波数が２７０Ｈｚの測定結果を示す。図７（ａ）において、Ｌ７１の１ｋＨｚのサイン波の信号振幅は、入力振幅を大きくしたとしても振幅閾値である−１４ｄＢ以上の出力振幅にはならない。また、図７（ａ）において、Ｌ７２の２７０Ｈｚのサイン波の信号振幅は、モデリングフィルタ２０に設定された設定値の利得、例えば６ｄＢの振幅抑制が加算され、入力振幅を大きくしたとしても−２０ｄＢ以上の出力振幅にはならない。
【００３４】
図８（ａ）は、ホワイトノイズ信号を本実施形態の音声信号処理装置１に入力した場合の測定結果を示す図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の測定の条件を示す図である。ホワイトノイズ信号は、周波数全域に亘って振幅が等しい雑音（ノイズ）であり、図８（ａ）において２０Ｈｚから２０ｋＨｚまでの全周波数帯域の信号成分を含む。図８（ａ）において、信号振幅制御部４０の振幅閾値は、−６６ｄＢに設定されている。図８（ｂ）は、シグナルジェネレータへの入力条件を示しているが、パワーアンプ５０のゲイン等の要因により出力レベルと必ずしも一致していない。
【００３５】
図８（ａ）において、Ｌ８１は、音声信号の入力レベルが−１０ｄＢの測定結果を示し、Ｌ８２は、音声信号の入力レベルが−２５ｄＢの測定結果を示し、Ｌ８３は、音声信号の入力レベルが−３０ｄＢの測定結果を示している。図８（ａ）は、横軸が対数スケールで表示される周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸が相対的な音声レベル値である。図８（ａ）に示すように、入力信号の信号振幅を−３５ｄＢ〜−１０ｄＢと値を大きくしていくにつれて、信号振幅が抑制される。図８（ａ）において、ホワイトノイズ信号は、モデリングフィルタ２０の設定値（２７０Ｈｚ近傍）で周波数特性が変化せず、設定された振幅閾値−６６ｄＢに対して全周波領域で単純に振幅抑制されている。すなわち、実際の音声信号などの広帯域の信号が入力された場合には、モデリングフィルタ２０によって入力された音声信号で音質変化が発生しない。
【００３６】
図６（ａ）に示すように、本実施形態において、信号振幅制御部４０は、モデリングフィルタ２０の設定値の周波数振幅特性、かつ振幅閾値よりも大きい信号振幅が検出された場合には、その音声信号の信号振幅を際立って抑制する。一方、図８（ａ）に示すように、本実施形態において、信号振幅制御部４０は、モデリングフィルタ２０の設定値の周波数振幅特性、かつ振幅閾値よりも大きい信号振幅が検出されない場合には、その音声信号の周波数振幅特性を変化させない。すなわち、図６（ａ）及び図８（ａ）より、特定の周波数領域の歪みは、抑制され、入力される音声信号の音質は、変化しないことがわかる。
【００３７】
本実施形態によれば、音声信号が音声信号処理装置１に入力された際に、信号振幅制御部４０は、スピーカ６０の歪み特性を模擬した周波数振幅特性を入力される信号振幅検出部３０の出力信号から歪み成分の発生が顕著な周波数帯域の振幅閾値を予測して設定する。信号振幅制御部４０は、振幅閾値の特定の周波数帯域が入力されたときのみ強力に振幅を制限（抑制）する。すなわち、歪み成分が発生しやすい周波数帯域だけを振幅制限し、音質を損なわずに所望の音圧出力を獲得することができる。この結果、本実施形態の音声信号処理装置は、容易にスピーカ６０の歪みを抑制できる。
【００３８】
また、入力する音声信号の周波数が、モデリングフィルタ２０で設定された設定値の周波数帯域に含まれない場合には、音声信号に対してモデリングフィルタ２０による振幅抑制が作用しないために、大きな信号振幅の音声信号が出力できる。すなわち、入力した音声信号の音質を変化させずに、大きな音圧出力が得られる。
【００３９】
次に第１の実施形態に係る音声信号処理装置の変形例について説明する。実施形態の変形例において、前述した第１の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４０】
（変形例）  
第１の実施形態の変形例の音声信号処理装置１は、モデリングフィルタ２０に適用されるフィルタ部分が異なる。  
変形例のモデリングフィルタ２０は、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタである。ＦＩＲフィルタ及びオールパスフィルタでは周波数振幅特性及び位相特性が考慮されるのに対して、ＩＩＲフィルタ２０では周波数振幅特性のみが考慮されている。また、ＩＩＲフィルタ２０は、計算のコストが低い。
【００４１】
しかし、ＩＩＲフィルタ２０は、低ビット深度の固定小数点演算で構築する場合等の計算精度が低い際に、演算誤差によるノイズが生じ得る。
【００４２】
図９は、計算精度の異なるＩＩＲフィルタ２０に１ｋＨｚのサイン波をＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）表示した図である。図６において、計算精度のみが異なり、その他の条件は同一である。図６において、ＩＩＲフィルタの計算精度は、３２ビットと６４ビットである。図９において、Ｌ９１は、６４ビットの計算精度のＩＩＲフィルタ２０による結果を示し、Ｌ９２は、３２ビットの計算精度によるＩＩＲフィルタ２０による結果を示している。図９に示すように、Ｌ９２は、Ｌ９１に対して低周波領域において２０ｄＢ程度のノイズが発生している。すなわち、３２ビットの計算精度のＩＩＲフィルタ２０では、顕著な演算誤差が発生し得る。
【００４３】
音声信号処理装置１は、音声信号経路と、振幅検出経路とを備えている。変形例において、モデリングフィルタ２０は、振幅検出経路に配置されているため、計算精度に対する要求が低くてもよい。したがって、モデリングフィルタ２０として、ＩＩＲフィルタ２０を適用したとしても、歪みを抑制することができる。
【００４４】
また、周波数振幅解析による歪み成分低減手法では、一般にＦＦＴなどの多量の計算量を要求する信号処理機能が必要とされる。一方、変形例の音声信号処理装置１では、時間領域で振幅抑制するために、周波数振幅解析による手法よりも計算量が少なくともよい。
【００４５】
変形例において、計算精度の低いＩＩＲフィルタをモデリングフィルタ２０として適用したとしても、ＩＩＲフィルタは振幅検出のみに使用するために音声信号経路の音声信号に直接的に影響を与えない。また、ＩＩＲフィルタによるノイズは、通常の信号振幅制御部４０の振幅閾値の信号レベルに対して十分に小さいので、モデリングフィルタ２０としてＩＩＲフィルタを適用したとしても信号振幅の検出の精度は変化しない。したがって、変形例の音声信号処理装置１は、計算コストを低減することができる。
【００４６】
前述の実施形態によれば、音声信号が音声信号処理装置１に入力された際に、信号振幅制御部４０は、スピーカ６０の歪み特性を模擬した周波数振幅特性を入力される信号振幅検出部３０の出力信号から歪み成分の発生が顕著な周波数帯域の振幅閾値を予測して設定する。信号振幅制御部４０は、振幅閾値の特定の周波数帯域が入力されたときのみ強力に振幅を制限（抑制）する。すなわち、歪み成分が発生しやすい周波数帯域だけを振幅制限し、音質を損なわずに所望の音圧出力を獲得することができる。その結果、本実施形態の音声信号処理装置は、容易にスピーカ６０の歪みを抑制できる。
【００４７】
また、入力する音声信号の周波数が、モデリングフィルタ２０で設定された設定値の周波数帯域に含まれない場合には、音声信号に対してモデリングフィルタ２０による振幅抑制が作用しないために、大きな信号振幅の音声信号が出力できる。すなわち、入力した音声信号の音質を変化させずに、大きな音圧出力が得られる。さらに、信号振幅制御部４０は、信号振幅自動抑制機能を備えているので、振幅閾値に基づいて過度に大きい信号振幅を抑制することができる。
【００４８】
なお、前述の実施形態において、モデリングフィルタ２０は、デジタルフィルタで構築されていると記載したが、アナログフィルタで構築されていてもよい。所望の周波数振幅特性が提供されていれば、アナログフィルタ内で発生した歪み成分、又は外因ノイズが生じる場合であっても、振幅閾値が十分に高ければ、アナログフィルタで構築されたモデリングフィルタ２０は、音声信号処理装置１に適用することができる。ここで、外因ノイズは、例えば、モデリングフィルタ２０として使用するコイルに変動磁場が挿入されることなどを含む。従って、前述の実施形態の音声信号処理装置１において、モデリングフィルタ２０として、アナログフィルタ２０を適用したとしても、歪みを抑制することができる。
【００４９】
さらに、前述の実施形態では、電気音響変換器６０は、一例として、スピーカであるとしたが、音声を発生する音声出力機器であればよい。電気音響変換器６０は、例えば、ヘッドフォンやイヤホンでもよい。
【００５０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許の請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５１】
１…音声信号処理装置、１０…音声処理入力部、２０…周波数特性フィルタ、３０…信号振幅検出部、４０…信号振幅制御部、５０…パワーアンプ、６０…スピーカ。
【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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