(57)【要約】【課題】出力先装置においてクリッピングが発生しないよう、かつ、中高域成分の音量にゆれが生じないよう低域信号を増幅する。【解決手段】音声信号処理装置１００は、低域信号＃２を増幅器１３１により増幅し、中高域信号と合成して出力する。利得制御部１５０は、ＬoutおよびＲoutから出力される出力信号＃９の振幅に基づいて、増幅器１３１の利得を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号から低域信号を分離する音声信号分離手段と、
分離された上記低域信号の増幅または減衰の少なくとも何れかを行う、利得可変な低域信号増減手段と、
増幅または減衰された上記低域信号を上記音声信号の少なくとも一部に合成することによって出力信号を得る音声信号合成手段と、
得られた上記出力信号に基づいて上記低域信号増減手段の利得を制御する利得制御手段と、を備えている、
ことを特徴とする音声信号処理装置。
【請求項２】
上記低域信号増減手段の利得は、負の値（デシベル単位）を取り得る、
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項３】
上記音声信号分離手段により分離された上記低域信号に基本波を含む高調波成分を付加する高調波付加手段を更に備えており、
上記低域信号増減手段は、上記高調波付加手段により高調波成分が付加された上記低域信号を増幅するものである、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の音声信号処理装置。
【請求項４】
上記高調波付加手段は、
上記音声信号分離手段により分離された上記低域信号を半波整流する半波整流手段を含んでいる、
ことを特徴とする請求項３に記載の音声信号処理装置。
【請求項５】
上記高調波付加手段は、
上記音声信号分離手段により分離された上記低域信号を半波整流する半波整流手段と、半波整流された上記低域信号の値を二乗する二乗手段と、を含んでいる、
ことを特徴とする請求項３に記載の音声信号処理装置。
【請求項６】
上記低域信号増減手段に入力される低域信号のうち、所定の周波数以下の低域成分を減衰する低域成分減衰手段を更に備えており、
上記低域信号増減手段は、上記低域成分減衰手段により低域成分が減衰された低域信号を増幅する、
ことを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載の音声信号処理装置。
【請求項７】
音声信号から低域信号を分離する音声信号分離工程と、
分離された上記低域信号の増幅または減衰の少なくとも何れかを、利得可変な低域信号増減手段によって行う低域信号増減工程と、
増幅または減衰された上記低域信号を上記音声信号の少なくとも一部に合成することによって出力信号を得る音声信号合成工程と、
上記低域信号増減手段の利得を上記出力信号に基づいて制御する利得制御工程と、を含んでいる、
ことを特徴とする音声信号処理方法。
【請求項８】
デジタルシグナルプロセッサを請求項１から６までの何れか１項に記載の音声信号処理装置として動作させるための音声信号処理プログラムであって、
上記デジタルシグナルプロセッサを、上記音声信号処理装置が備えている各手段として機能させる、音声信号処理プログラム。
【請求項９】
請求項８に記載の音声信号処理プログラムを記録している、デジタルシグナルプロセッサ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低音感を増強する音声信号処理装置、および、音声信号処理方法に関する。また、そのような音声信号処理装置としてデジタルシグナルプロセッサを動作させるための音声信号処理プログラム、および、そのような音声信号処理プログラムが記録された記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の可聴周波数範囲は２０Ｈｚから２０ｋＨｚまでに及ぶが、小型スピーカを用いて音声を再生する場合、１００Ｈｚ以下の低音に対して十分な音圧レベルが得られず、一般的に低音感が不足しがちになる。特に、液晶テレビをはじめとする表示装置の薄型化が志向されている昨今、表示装置に内蔵可能な小型スピーカを用いて、十分な低音感を伴った音声を再生することが重要な課題となっている。
【０００３】
図３０は、テレビに内蔵可能な小型スピーカの周波数特性を例示するグラフである。１００Ｈｚ以下の低域に関して著しい音圧低下が見られ、実際、５０Ｈｚにおける音圧は、１００Ｈｚにおける音圧と比べて約２０ｄＢも低下していることが分かる。
【０００４】
このような小型のスピーカを用いて十分な低音感を伴った音声を再生する技術として、人間の聴覚における錯覚を利用して擬似的に低音感を増強する技術が知られている。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載の倍音付加装置は、入力された楽音信号から基本波を含む所定の範囲の帯域の信号を抽出し、抽出した信号から生成した上記基本波の倍音成分を上記楽音信号に混合して出力する（特許文献１の図１参照）。この倍音付加装置によれば、例えば、１００Ｈｚの基本波を十分な音圧レベルでスピーカから出力することができない場合でも、その倍音成分（２００Ｈｚ、３００Ｈｚ、…）を強調してスピーカから出力することができる。これにより、あたかも１００Ｈｚの基本波が十分な音圧で鳴っているかのように、リスナーに錯覚させることができる。
【０００６】
また、特許文献２に記載のサウンドエンハンスメントシステムは、ローパスフィルタにより抽出された低域信号から、複数のバンドパスフィルタを用いて帯域の異なる低域信号群を抽出する。そして、バンドパスフィルタにより抽出された低域信号群を利得可変な増幅器を用いて増幅した後、増幅された低域信号群を合成することによって、入力された音声信号に混合する低域信号を得る（特許文献２の図１６参照）。
【特許文献１】特開平８−  ９５５６７（１９９６年４月１２日公開）
【特許文献２】特表２００２−５２４９９６（２００２年８月６日公表）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の装置においては、出力信号の出力レベルが出力先装置（Ｄ／Ａコンバータやパワーアンプ等）の許容レベル（クリップレベル）を超えてしまい、最終的にスピーカから出力される音声が歪んでしまうという問題があった。
【０００８】
この問題について、もう少し具体的に説明すれば以下のとおりである。
【０００９】
特許文献１に記載の倍音付加装置においては、入力された楽音信号と生成された倍音成分とがそれぞれ増幅部により増幅されて混合される。したがって、入力レベル（楽音信号の振幅）が出力先装置においてクリッピングを生じることのない大きさであったとしても、楽音信号が増幅されることにより、また、増幅された倍音成分が楽音信号に付加されることにより、出力レベルが出力先装置の許容レベルを超えてしまうことがしばしば起こり、スピーカから出力される音声が歪がちになる。
【００１０】
また、特許文献２に記載のサウンドエンハンスメントシステムにおいては、複数のバンドパスフィルタを用いて抽出された低域信号群を増幅する増幅器の利得を、それらのバンドパスフィルタに入力される低域信号に基づいて制御している。このため、特許文献１に記載の倍音付加装置と比べてクリッピングが低減する。しかしながら、このサウンドエンハンスメントシステムにおける増幅器の利得制御は、バンドパスフィルタに入力される前の低域信号に基づいて行われるため、バンドパスフィルタを通過した低域信号群を増幅する段階、増幅された低域信号群を合成する段階、および、合成された低域信号を元の音声信号と混合する段階を経て出力される出力信号の出力レベルが、出力先装置の許容レベルを超えてしまうということが容易に起こり得る。また、このようにしてクリッピングが起こらないようにするために増幅器の利得を低めに設定すると、今度は、低域信号群が十分に増幅されず、十分な低音感を得られないという問題を生じる。
【００１１】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、出力先装置におけるクリッピングを確実に防止すると同時に、十分な低音感の得られる音声信号を出力することができる音声信号処理装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る音声信号処理装置は、音声信号から低域信号を分離する音声信号分離手段と、分離された上記低域信号の増幅または減衰の少なくとも何れかを行う、利得可変な低域信号増減手段と、増幅または減衰された上記低域信号を音声信号の少なくとも一部に合成することによって出力信号を得る音声信号合成手段と、得られた上記出力信号に基づいて上記低域信号増減手段の利得を制御する利得制御手段と、を備えている。
【００１３】
上記の構成に拠れば、上記音声信号から分離され増幅または減衰された低域信号と、上記音声信号の少なくとも一部とを合成した出力信号を得ることができる。すなわち、上記音声信号における低域成分が強調された出力信号を得ることができる。このため、得られた出力信号に基づいてスピーカを駆動すれば、十分な低音感を伴った音声を再生することができる。
【００１４】
しかも、上記の構成に拠れば、上記低域信号増減手段の利得は、増幅または減衰された低域信号を上記音声信号の少なくとも一部に合成することにより得られた出力信号に基づいて制御される。したがって、得られた出力信号を出力先装置に出力する場合に、その出力先装置においてクリッピングが発生することを確実に防止することができる、という効果を奏する。
【００１５】
さらに、上記の構成に拠れば、上記利得制御手段により制御される利得は、分離された低域信号を増幅または減衰する上記低域信号増減手段の利得である。したがって、低域信号の増幅率または減衰率が増減することはあっても、上記音声信号における低域信号以外の中高域信号の増幅率または減衰率が増減することはない。このため、上記音声信号が大振幅の低域信号を含んでいる場合でも、中高域信号の増幅率は一定に保たれる。したがって、得られた出力信号に基づいてスピーカを駆動すれば、中高域における音量のふらつきが生じることはない、という効果を奏する。
【００１６】
なお、上記音声信号から分離された上記低域信号は、例えば、上記音声信号に含まれる成分のうち、所定の周波数以上の中高域成分を減衰することにより得られる信号であって、該所定の周波数以下の低域成分を主たる成分とする信号のことである。
【００１７】
また、増幅された上記低域信号に合成される信号は、上記音声信号そのものであってもよいし、上記音声信号の一部、例えば、上記音声信号のうち、所定の周波数以下の低域成分を減衰することにより得られた、該所定の周波数以上の中高域成分を主たる成分とする中高域信号であってもよい。
【００１８】
また、上記利得制御手段は、上記音声信号処理装置より出力される上記出力信号の振幅が予め定めた所定の範囲内に維持されるよう上記低域信号増減手段の利得を制御するものであればよく、例えば、上記出力信号の振幅が所定の閾値以上であるとき、上記低域信号増減手段の利得を低下させ、上記出力信号の振幅が所定の閾値より小さいとき、上記低域信号増減手段の利得を上昇させるように構成することができる。
【００１９】
なお、上記低域信号増減手段は、分離された上記低域信号を増幅するものであっても、減衰するものであっても、増幅と減衰とを適宜行うものであってもよい。換言すれば、上記低域信号増減手段の利得は、正の値（ｄＢ単位）のみを取り得るものであっても、負の値（ｄＢ単位）のみを取り得るものであっても、正負双方の値（ｄＢ単位）を取り得るものであってもよい。
【００２０】
上記低域信号増減手段の利得が負の値を取り得る場合には、出力先装置のクリップレベルを超える大振幅の音声信号が上記音声信号処理装置に入力されたときに、出力先装置においてクリッピングが発生することをより確実に防止することができる。なお、大振幅の音声信号が上記音声信号処理装置に入力され得る状況としては、例えば、上記音声信号処理装置の前段で、擬似サラウンド処理やイコライザー処理が行われ低域が過剰に強調された場合や、マルチチャンネルのダウンミックス処理が行われ複数チャンネルの音声信号が加算された場合などが想定される。
【００２１】
なお、人間の聴覚は、中高域信号によるクリッピングと比べ、低域信号によるクリッピングを歪みと感じ易いという性質を有する。このため、上記のように低域信号を減衰させることは、歪み感の軽減に特に有効に作用する。ここで、低域信号によるクリッピングを歪みと感じ易い理由としては、低域信号によるクリッピングが生じると、聴覚感度の高い周波数領域（周知の等ラウドネス曲線を参照されたい）に高調波が生じることなどが挙げられる。
【００２２】
本発明に係る音声信号処理装置は、上記音声信号分離手段により分離された上記低域信号に基本波を含む高調波成分を付加する高調波付加手段を更に備えており、上記低域信号増減手段は、上記高調波付加手段により高調波成分が付加された上記低域信号を増幅するものである、ことが好ましい。
【００２３】
上記の構成に拠れば、高調波成分が付加された低域信号と上記音声信号の少なくとも一部とを合成した出力信号が得られる。すなわち、低域信号がスピーカの再生下限周波数以下の低域成分を含んでいる場合でも、その低域成分の倍音成分であって、そのスピーカの再生限界周波数より高い周波数の倍音成分を含んだ出力信号を得ることができる。このため、得られた出力信号に基づいてスピーカを駆動すれば、スピーカの再生下限周波数以下の低域があたかも再生されているような感覚をリスナーに与えることができる。
【００２４】
しかも、高調波成分が付加された低域信号から不要な高次高調波を除去するために、ローパスフィルタを用いる構成を採用した場合にも、低域信号に付加される高調波成分が基本波を含んでいるので、そのローパスフィルタの通過周波数帯域全域に渡って、低域信号をバランス良く強調することができる。これは、２次以上の高調波が上記ローパスフィルタにより減衰されてしまう、上記通過周波数帯域の上限近傍の周波数を有する低域成分に対しても、その基本波（その低域成分自体）が減衰されずに上記ローパスフィルタを通過するためである。
【００２５】
なお、上記高調波付加手段は、上記音声信号分離手段により分離された上記低域信号を半波整流する半波整流手段を含んで構成されていている、ことが好ましい。
【００２６】
上記の構成に拠れば、上記低域信号に基本波と偶数次高調波とを付加することができる。このため、スピーカから出力したときに十分な低音感が得られ、かつ、より歪み感の少ない出力信号を得ることができるという更なる効果を奏する。なぜなら、人間の聴覚には、奇数次倍音を歪みと感じ易いのに対し、偶数次倍音を歪みと感じ難いという性質があるためである。
【００２７】
なお、上記高調波付加手段は、上記音声信号分離手段により分離された上記低域信号を半波整流する半波整流手段と、半波整流された上記低域信号の値を二乗する二乗手段と、を含んで構成されていてもよい。
【００２８】
この場合、上記低域信号に基本波と２次高調波と、３次以上の奇数次高調波とを付加することができる。
【００２９】
本発明に係る音声信号処理装置は、上記低域信号増減手段に入力される低域信号のうち、所定の周波数以下の低域成分を減衰する低域成分減衰手段を更に備えており、上記低域信号増減手段は、上記低域成分減衰手段により低域成分が減衰された低域信号を増幅する、ことが好ましい。
【００３０】
上記の構成に拠れば、上記所定の周波数を、例えば、スピーカの再生下限周波数に設定した場合、スピーカの再生下限周波数以下の低域成分が減衰された低域信号が、上記低域信号増減手段により増幅される。これにより、そもそもスピーカにより再生し得ない低域成分によって、出力信号の出力レベルが上昇することを回避できる。このため、上記低域成分減衰手段を設けない構成と比べて、上記低域信号増減手段の利得を高く設定することができ、低音感をより強調することが可能になるという更なる効果を奏する。
【００３１】
上記課題を解決するために、本発明に係る音声信号処理方法は、音声信号から低域信号を分離する音声信号分離工程と、分離された上記低域信号の増幅または減衰の少なくとも何れかを、利得可変な低域信号増減手段によって行う低域信号増減工程と、増幅または減衰された上記低域信号を上記音声信号の少なくとも一部に合成することによって出力信号を得る音声信号合成工程と、上記低域信号増減手段の利得を上記出力信号に基づいて制御する利得制御工程と、を含んでいる。
【００３２】
上記の構成に拠れば、上記音声信号処理装置と同様、出力先装置においてクリッピングを生じさせたり、スピーカから出力したときに中域および高域における音量のふらつきを生じさせたりすることなく、スピーカから出力したときに十分な低音感を得られる出力信号を得ることができる、という効果を奏する。
【００３３】
なお、上記音声信号処理装置は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：digital signal processor）として実現されていてもよい。この場合、デジタルシグナルプロセッサを上記各手段として機能させることにより、そのデジタルシグナルプロセッサを上記音声信号処理装置として動作させる音声信号処理プログラム、および、そのプログラムを記録した記録媒体も、本発明の範疇に含まれる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る音声信号処理装置は、以上のように、音声信号から低域信号を分離する音声信号分離手段と、分離された上記低域信号の増幅または減衰の少なくとも何れかを行う、利得可変な低域信号増減手段と、増幅または減衰された上記低域信号を上記音声信号の少なくとも一部に合成することによって出力信号を得る音声信号合成手段と、得られた上記出力信号に基づいて上記低域信号増減手段の利得を制御する利得制御手段と、を備えている。
【００３５】
また、本発明に係る音声信号処理方法は、以上のように、音声信号から低域信号を分離する音声信号分離工程と、分離された上記低域信号の増幅または減衰の少なくとも何れかを、利得可変な低域信号増減手段によって行う低域信号増減工程と、増幅または減衰された上記低域信号を上記音声信号の少なくとも一部に合成することによって出力信号を得る音声信号合成工程と、上記低域信号増減手段の利得を上記出力信号に基づいて制御する利得制御工程と、を含んでいる。
【００３６】
したがって、出力先装置においてクリッピングを生じさせたり、スピーカから出力したときに中域および高域における音量のふらつきを生じさせたりすることなく、スピーカから出力したときに十分な低音感を得られる出力信号を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
〔実施形態１〕
本発明の一実施形態に係る音声信号処理装置１００について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００３８】
＜音声信号処理装置の構成について＞
まず、音声信号処理装置１００の構成について、図１に基づいて説明する。
【００３９】
図１は、音声信号処理装置１００の構成を示すブロック図である。音声信号処理装置１００は、入力部ＬinおよびＲinを介して入力されたデジタル音声信号を処理し、処理済のデジタル音声信号を出力部ＬoutおよびＲoutを介して出力する。出力部ＬoutおよびＲoutに接続される、処理済のデジタル音声信号の出力先装置としては、例えば、Ｄ／Ａコンバータ（不図示）を介して音声信号処理装置１００に接続されたパワーアンプ（不図示）などが想定される。
【００４０】
図１に示したように、音声信号処理装置１００は、概略的に言えば、音声信号分離部１１０（音声信号分離手段）と、高調波付加部１２０（高調波付加手段）と、低域信号増幅部１３０（低域信号増減手段）と、音声信号合成部１４０（音声信号合成手段）と、利得制御部１５０（利得制御手段）とを備えており、例えば、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：digital signal processor）を上記各部として機能させることにより実現することができる。以下、音声信号処理装置１００が備えている各部について、図１を参照しながら説明する。
【００４１】
（音声信号分離部）
音声信号分離部１１０は、入力された音声信号＃１を低域信号＃２と中高域信号＃１０とに分離するための手段である。ここで、低域信号とは、所定の周波数（例えば、２００Ｈｚ）以下の信号成分を主たる成分とする音声信号のことである。また、中高域信号とは、所定の周波数（例えば、２００Ｈｚ）以上の信号成分を主たる成分とする音声信号のことである。
【００４２】
音声信号分離部１１０は、例えば、図１に示したように、左チャンネルの音声信号を入力するための入力部Ｌinに接続されたハイパスフィルタ１１１と、右チャンネルの音声信号を入力するための入力部Ｒinに接続されたハイパスフィルタ１１２と、入力部ＬinおよびＲinに接続された加算器１１３と、加算器１１３に接続されたローパスフィルタ１１４とにより構成することができる。
【００４３】
図１に示した構成において、ハイパスフィルタ１１１は、入力部Ｌinを介して入力された左チャンネルの音声信号＃１における所定の周波数Ｌ111以下の低域成分を減衰し、残った中高域信号＃１０を音声信号合成部１４０に供給する。また、ハイパスフィルタ１１２は、入力部Ｒinを介して入力された右チャンネルの音声信号＃１における所定の周波数Ｌ112以下の低域信号を減衰し、残った中高域信号＃１０を音声信号合成部１４０に供給する。一方、入力部ＬinおよびＲinから入力された左右チャンネルの音声信号＃１は、加算器１１３により加算された後、ローパスフィルタ１１４に供給される。ローパスフィルタ１１４は、加算された音声信号＃１における所定の周波数Ｈ114以上の中高域信号を減衰し、残った低域信号＃２を高調波付加部１２０に供給する。なお、ハイパスフィルタ１１１、および、１１２は、省略可能であり、この場合、入力部ＬinおよびＲinを介して入力された音声信号＃１自体が音声信号合成部１４０に供給される。
【００４４】
（高調波付加部）
高調波付加部１２０は、音声信号分離部１１０により分離された低域信号＃２に、基本波（一次高調波）を含む高調波成分を付加するための手段である。
【００４５】
高調波付加部１２０は、概略的に言えば、（１）音声信号分離部１１０により分離された低域信号＃２を半波整流することによって、あるいは、（２）音声信号分離部１１０により分離された低域信号＃２を半波整流し、かつ半波整流された低域信号＃２を２乗することによって、基本波を含む高調波成分を低域信号＃２に付加する。高調波付加部１２０により高調波成分が付加された低域信号＃６は、ハイパスフィルタ１２６を介して低域信号増幅部１３０に供給される。この高調波付加部１２０の詳細については、参照する図面を代えて後で説明する。
【００４６】
ハイパスフィルタ１２６は、高調波付加部１２０により高調波成分が付加された低域信号＃６（すなわち、低域信号増幅部１３０に入力される低域信号）のうち、所定の周波数以下の低域成分を減衰する低域成分減衰手段として機能する。このハイパスフィルタ１２６についても、参照する図面を代えて後に詳しく説明する。
【００４７】
（低域信号増幅部）
低域信号増幅部１３０は、高調波付加部１２０により高調波成分が付加された低域信号＃６を増幅するための手段であり、具体的には、ハイパスフィルタ１２６を介して入力された低域信号＃７を増幅する。低域信号増幅部１３０は、例えば、図１に示したように、高調波付加部１２０と利得制御部１５０とに接続された増幅器１３１により構成される。
【００４８】
増幅器１３１は、利得可変な増幅器であって、増幅するべき音声信号を入力するための音声信号入力部１３１ａと、利得を制御する制御信号を入力するための制御信号入力部１３１ｂとを備えている。音声信号入力１３１ａには、増幅するべき音声信号として、高調波付加部１２０により高調波が付加された低域信号＃６が、ハイパスフィルタ１２６を介して入力される。一方、制御信号入力部１３１ｂには、増幅器１３１の利得を制御するための制御信号が、利得制御部１５０より入力される。
【００４９】
なお、図１において、低域信号増幅部１３０は、正の利得（ｄＢ単位）をもつよう、増幅器１３１により構成されているが、負の利得（ｄＢ単位）をもつよう、増幅器１３１に代えて、例えば、減衰器により構成してもよい。また、正負双方の利得をもち得るよう、例えば、増幅器と減衰器とを組み合わせて構成してもよい。
【００５０】
（音声信号合成部）
音声信号合成部１４０は、低域信号増幅部１３０により増幅された低域信号＃８と音声信号分離部１１０により分離された中高域信号＃１０とを合成することによって出力信号＃９を得るための手段である。
【００５１】
音声信号合成部１４０は、例えば、図１に示したように、音声信号分離部１１０（具体的にはハイパスフィルタ１１１）および低域信号増幅部１３０に接続された加算器１４１と、音声信号分離部１１０（具体的にはハイパスフィルタ１１２）および低域信号増幅部１３０に接続された加算器１４２とにより構成することができる。
【００５２】
図１に示した構成において、加算器１４１は、ハイパスフィルタ１１１により分離された左チャンネルの中高域信号＃１０と、低域信号増幅部１３０により増幅された低域信号＃８とを加算することによって、左チャンネルの出力信号＃９を得る。また、加算器１４２は、ハイパスフィルタ１１２により分離された右チャンネルの中高域信号＃１０と、低域信号増幅部１３０により増幅された低域信号＃８とを加算することによって、右チャンネルの出力信号＃９を得る。加算器１４１および１４２により得られた出力信号＃９は、それぞれ出力部ＬoutおよびＲoutを介してＤ／Ａコンバータ等の出力先装置に出力されるとともに、利得制御部１５０に供給される。
【００５３】
（利得制御部）
利得制御部１５０は、音声信号合成部１４０により得られた出力信号＃９に基づいて低域信号増幅部１３０の利得を制御するための手段である。
【００５４】
利得制御部１５０は、概略的に言えば、音声信号合成部１４０により得られた出力信号＃９の振幅が所定の閾値以上であるとき、低域信号増幅部１５０の利得を低下させ、音声信号合成部１４０により得られた出力信号＃９の振幅が所定の閾値より小さいとき、低域信号増幅部１３０の利得を上昇させることによって、出力部ＬoutおよびＲoutより出力される出力信号＃９の振幅を所定の範囲内に維持する。これにより、出力部ＬoutおよびＲoutに接続されるＤ／Ａコンバータやパワーアンプ等の出力先装置がクリップすることを防止する。この利得制御部１５０の詳細については、参照する図面を代えて後に説明する。
【００５５】
＜高調波付加部の詳細＞
次に、音声信号処理装置１００の高調波付加部１２０の詳細について、図２から図１６に基づいて説明する。
【００５６】
（高調波付加部の構成）
高調波付加部１２０の構成例を、図２を参照して説明する。
【００５７】
図２は、高調波付加部１２０の構成例を示したブロック図である。
【００５８】
高調波付加部１２０は、例えば、図２に示したように、音声信号分離部１１０に接続された半波整流部１２１と、半波整流部１２１に接続されたハイパスフィルタ１２２と、ハイパスフィルタ１２２に接続されたローパスフィルタ１２３と、ローパスフィルタ１２３に接続されたボリューム１２４と、音声信号分離部１１０およびボリューム１２４に接続された加算器１２５とにより構成することができる。
【００５９】
図２に示した構成において、半波整流部１２１には、音声信号分離部１１０によって音声信号＃１から分離された低域信号＃２が供給される。半波整流部１２１は、（１）低域信号＃２を半波整流することによって、あるいは、（２）低域信号＃２を半波整流し、かつ、半波整流された低域信号の値を２乗することによって、低域信号＃２に基本波を含む高調波成分を付加する。半波整流部１２１は、上記２つの方法のうちの予め定められた何れか一方の方法よって高調波成分を付加するものであってもよいし、上記２つの方法のうち何れの方法によって高調波成分を付加するかを切り替え可能に構成され、上記２つの方法から選択された何れか一方の方法によって高調波成分を付加するものであってもよい。この際、高調波成分を付加する方法の切り替えは、音声信号処理装置１００によって自動的に行われてもよいし、あるいは、ユーザによって手動で行われてもよい。
【００６０】
また、図２に示した構成において、ハイパスフィルタ１２２には、半波整流部１２１によって高調波成分が付加された低域信号＃３が供給される。ハイパスフィルタ１２２は、半波整流部１２１より供給された低域信号＃３における所定のカットオフ周波数Ｌ122以下の低域成分を減衰し、残った低域信号＃４をローパスフィルタ１２３に供給する。ローパスフィルタ１２３は、ハイパスフィルタ１２２より供給された低域信号＃４における所定のカットオフ周波数Ｈ123以上の高域成分を減衰し、残った低域信号＃５をボリューム１２４を介して加算器１２５に供給する。
【００６１】
また、図２に示した構成において、ローパスフィルタ１２３より出力された低域信号＃５は、ボリューム１２４によって振幅を調整された後、加算器１２５に入力される。ローパスフィルタ１２３より出力された低域信号＃５をボリューム１２４を介して加算器１２５に入力することによって、加算器１２５によって得られる低域信号＃６における低域信号＃２と低域信号＃５との比率を所望の値に設定することができる。ここで、ボリューム１２４は、低域信号＃５を予め設定された減衰率で減衰する減衰器であってもよいし、低域信号＃５を予め設定された増幅率で増幅する増幅器であってもよい。加算器１２５は、ボリューム１２４によって振幅が調整された低域信号＃５と、音声信号分離部１１０よって分離された低域信号＃２とを加算し、得られた低域信号＃６をハイパスフィルタ１２６を介して低域信号増幅部１３０に供給する。
【００６２】
なお、図２においては、半波整流部１２１に接続されたハイパスフィルタ１２２の後段にローパスフィルタ１２３を配置する構成例を示しているが、高調波付加部１２０の構成はこれに限定されるものではない。例えば、半波整流部１２１にローパスフィルタ１２３を接続し、その後段にハイパスフィルタ１２２を接続する構成、あるいは、ハイパスフィルタ１２２とローパスフィルタ１２３の双方の機能を有するバンドパスフィルタを半波整流部１２１に接続する構成を採用してもよい。
【００６３】
（高調波付加の実施例１）
図２に示した高調波付加部１２０における高調波付加の一実施例を、図３から図８までに基づいて説明する。
【００６４】
本実施例において、半波整流部１２１は、低域信号＃２を半波整流することによって、低域信号＃２に基本波を含む高調波成分を付加するものとした。また、ハイパスフィルタ１２２のカットオフ周波数Ｌ122を２００Ｈｚに設定し、ローパスフィルタ１２３のカットオフ周波数Ｈ123は３００Ｈｚに設定し、ボリューム１２４の増幅率（または減衰率）を０ｄＢに設定した。
【００６５】
図３は、本実施例におけるハイパスフィルタ１２２、および、ローパスフィルタ１２３の周波数特性を示すグラフである。同図において、実線により示したグラフは、カットオフ周波数Ｌ122を２００Ｈｚに設定したハイパスフィルタ１２２の周波数特性を示しており、点線により示したグラフは、カットオフ周波数Ｈ123を３００Ｈｚに設定したローパスフィルタ１２３の周波数特性を示している。
【００６６】
本実施例においては、１００Ｈｚを中心周波数とする低域信号＃２を高調波付加部１２０に入力した。図４（ａ）は、本実施例において高調波付加部１２０に入力した低域信号＃２の波形図である。図４（ｂ）は、同低域信号＃２の周波数特性を示すグラフである。
【００６７】
図５（ａ）は、半波整流部１２１によって得られた、半波整流された低域信号＃３の波形図である。図５（ｂ）は、同低域信号＃３の周波数特性を示すグラフである。図５（ｂ）から明らかなように、半端整流部１２１によって、元の低域信号＃２における中心周波数と同じ１００Ｈｚの基本波と、元の低域信号＃２における中心周波数の偶数倍の周波数を有する２次、４次、６次、…の偶数次高調波とを含む低域信号＃３を生成することができた。
【００６８】
図６（ａ）は、ハイパスフィルタ１２２によって低域成分が減衰された低域信号＃４の波形図である。図６（ｂ）は、同低域信号＃４の周波数特性を示すグラフである。図６（ｂ）から明らかなように、ハイパスフィルタ１２２によって、低域信号＃３からＤＣ成分、および、スピーカの再生下限周波数以下の不要な低域成分を除去することができた。
【００６９】
図７（ａ）は、ローパスフィルタ１２３によって高域成分が減衰された低域信号＃５の波形図である。図７（ｂ）は、同低域信号＃５の周波数特性を示すグラフである。図７（ｂ）から明らかなように、ローパスフィルタ１２２よって、低域信号＃４から不要な高次高調波、具体的には、６次以上の高次高調波を除去することができた。
【００７０】
図８（ａ）は、低域信号＃５と低域信号＃２とを加算器１２５によって加算して得られた低域信号＃６の波形図である。図８（ｂ）は、同低域信号＃６の周波数特性を示すグラフである。図８（ｂ）から明らかなように、高調波付加部１２０により出力される低域信号＃６は、高調波付加部１２０に入力された低域信号＃２に、１次、２次、および、４次の高調波を付加した低域信号となった。
【００７１】
（高調波付加の実施例２）
図２に示した高調波付加部１２０における高調波付加の他の実施例を、図９から図１２までに基づいて説明する。
【００７２】
本実施例において、半波整流部１２１は、低域信号＃２を半波整流し、更に半波整流された低域信号を２乗することによって、低域信号＃２に基本波を含む高調波成分を付加するものとした。
【００７３】
また、本実施例においても、先の実施例と同様、ハイパスフィルタ１２２のカットオフ周波数Ｌ122を２００Ｈｚに設定し、ローパスフィルタ１２３のカットオフ周波数Ｈ123を３００Ｈｚに設定し、ボリューム１２４の増幅率（減衰率）を０ｄＢに設定した。また、本実施例においても、先の実施例と同様、図４（ａ）および図４（ｂ）に示した１００Ｈｚを中心周波数とする低域信号＃２を高調波付加部１２０に入力した。
【００７４】
図９（ａ）は、半波整流部１２１によって得られた、半波整流され２乗された低域信号＃３の波形図である。図９（ｂ）は、同低域信号＃３の周波数特性を示すグラフである。図９（ｂ）から明らかなように、半端整流部１２１によって、元の低域信号＃２における中心周波数と同じ１００Ｈｚの基本波と、元の低域信号＃２における中心周波数の２倍の周波数を有する２次高調波と、さらに、元の低域信号＃２における中心周波数の奇数倍の周波数を有する３次、５次、７次、…の奇数次高調波とを含む低域信号＃３を生成することができた。
【００７５】
図１０（ａ）は、ハイパスフィルタ１２２によって得られた、低域成分が減衰された低域信号＃４の波形図である。図１０（ｂ）は、同低域信号＃４の周波数特性を示すグラフである。図１０（ｂ）から明らかなように、ハイパスフィルタ１２２によって、低域信号＃３からＤＣ成分、および、スピーカの再生下限周波数以下の不要な低域成分を除去することができた。
【００７６】
図１１（ａ）は、ローパスフィルタ１２３によって得られた、高域成分が減衰された低域信号＃５の波形図である。図１１（ｂ）は、同低域信号＃５の周波数特性を示すをグラフである。図１１（ｂ）から明らかなように、ローパスフィルタ１２２よって、低域信号＃４から不要な高次高調波、５次以上の高次高調波を除去することができた。
【００７７】
図１２（ａ）は、加算器１２５によって低域信号＃５と低域信号＃２とを加算して得られた、低域信号＃６の波形図である。図１２（ｂ）は、同低域信号＃６の周波数特性を示すグラフである。図１２（ｂ）から明らかなように、高調波付加部１２０により出力される低域信号＃６は、高調波付加部１２０に入力された低域信号＃２に、１次、２次、および、３次の高調波を付加した低域信号となった。
【００７８】
（高調波付加部による効果）
図２に示した高調波付加部１２０において、半波整流を行う半波整流部１２１を、全波整流を行う全波整流部に置き換えた場合、付加することが可能な高調波成分は、２次以上の高調波成分に限定される。このため、ハイパスフィルタ１１１の通過周波数帯域の上限に近い周波数を有する低域信号＃２に対しては、２次以上の高調波成分が後段のローパスフィルタ１２３により減衰されてしまい、十分な振幅の高調波成分を得ることができない。したがって、ハイパスフィルタ１１１の通過周波数帯域全域に渡って、低域信号＃２をバランス良く強調することができないという問題を生じる。
【００７９】
図１３および図１４は、全波整流により高調波成分を付加した場合に生じる上記問題点を説明するための図である。
【００８０】
図１３（ａ）は、２００Ｈｚの入力信号を全波整流した波形を示す波形図であり、図１３（ｂ）は、同信号の周波数特性を示すグラフである。図１３（ｂ）から明らかなように、全波整流後の信号は、４００Ｈｚの２次高調波を含み、２００Ｈｚの基本波を含まない。
【００８１】
図１４（ａ）は、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示した全波整流後の信号を、カットオフ周波数２００Ｈｚのハイパスフィルタとカットオフ周波数３００Ｈｚのローパスフィルタと通過させることによって得られた信号の波形図である。図１４（ｂ）は、同信号の周波数特性を示すグラフである。図１４（ｂ）から明らかなように、全波整流により付加された２次高調波の振幅が、ローパスフィルタにより減衰される。このように、ローパスフィルタのカットオフ周波数に近い周波数を有する入力信号に対しては、十分な低音感を与える低域信号を得ることができない。
【００８２】
一方、図２に示した高調波付加部１２０の構成によれば、半波整流により高調波成分を付加しているので、高調波付加部１２０に入力された低域信号＃２に、基本波を含む高調波成分を付加することができる。このため、２次以上の高調波成分がローパスフィルタ１２３により減衰されてしまったとしても、基本波が存在することにより、低音感が失われることはない。したがって、高調波付加部１２０は、入力された低域信号＃２をバランス良く強調することができる。
【００８３】
図１５および図１６は、半波整流により高調波成分を付加した場合の利点を説明するための図である。
【００８４】
図１５（ａ）は、２００Ｈｚの入力信号を半波整流した波形を示す波形図であり、図１５（ｂ）は、同信号の周波数特性を示すグラフである。図１５（ｂ）から明らかなように、全波整流後の信号は、２００Ｈｚの基本波と、４００Ｈｚの２次高調波とを含む。
【００８５】
図１６（ａ）は、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示した半波整流後の信号を、カットオフ周波数２００Ｈｚのハイパスフィルタとカットオフ周波数３００Ｈｚのローパスフィルタと通過させることによって得られた信号の波形図である。図１６（ｂ）は、同信号の周波数特性を示すグラフである。図１６（ｂ）から明らかなように、２次高調波の振幅は、ローパスフィルタにより減衰されているが、基本波の振幅は減衰されていない。このように、ローパスフィルタのカットオフ周波数に近い周波数を有する入力信号に対しても、十分な低音感を与える低域信号を得ることができる。
【００８６】
＜利得制御部の詳細＞
次に、音声信号処理装置１００の利得制御部１５０の詳細について、図１７から図２５に基づいて説明する。
【００８７】
（利得制御部による利得制御）
まず、利得制御部１５０による利得制御の流れを、図１７を参照して説明する。
【００８８】
図１７は、利得制御部１５０による利得制御の流れを示したフローチャートである。利得制御部１５０は、図１７のフローチャートに示した一連の工程を単位時間毎に繰り返し実行することにより、低域信号増幅部１３０の利得を段階的に制御する。利得制御部１５０による利得制御に含まれる各ステップについて説明すれば以下のとおりである。
【００８９】
ステップＳ１：利得制御部１５０は、音声信号処理装置１００より出力される出力信号＃９の左チャンネルの値Ｌの絶対値と、同出力信号＃９の右チャンネルの値Ｒの絶対値とを算出し、算出された２つの絶対値のうち大きい方の値を求めることにより、出力信号＃９の出力レベルＸ＝Ｍａｘ｛｜Ｌ|、｜Ｒ｜｝を決定する。
【００９０】
ステップＳ２：次に、利得制御部１５０は、ステップＳ１にて決定された出力レベルＸと予め定められた閾値Ｔｈとを大小比較する。出力レベルＸが閾値Ｔｈより大きかった場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、利得制御部１５０は、以下のステップＳ３〜Ｓ５によって、増幅器１３１の利得を低下させる。一方、出力レベルＸが閾値Ｔｈ以下であった場合（Ｓ２：Ｎｏ）、利得制御部１５０は、以下のステップＳ６〜Ｓ８によって、増幅器１３１の利得を上昇させる。
【００９１】
ステップＳ３：ステップＳ２にて出力レベルＸが閾値Ｔｈより大きいと判定された場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、利得制御部１５０は、現在の利得Ｇと、予め設定された下限利得Ｇminとを大小比較する。
【００９２】
ステップＳ４：ステップＳ３にて現在の利得Ｇが下限利得Ｇminより大きいと判定された場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、利得制御部１５０は、増幅器１３１の利得Ｇを、現在の利得ＧよりＧmax／Ｔattackだけ小さい値Ｇ−Ｇmax／Ｔattackに設定する。ここで、Ｇmaxは、予め設定された上限利得であり、Ｔattackは、予め設定されたアタックタイムである。
【００９３】
ステップＳ５：ステップＳ３にて現在の利得Ｇが下限利得Ｇmin以下であると判定された場合（Ｓ３：Ｎｏ）、利得制御部１５０は、増幅器１３１の利得Ｇを、下限利得Ｇminに設定し、利得低下を完了する。
【００９４】
ステップＳ６：ステップＳ２にてＸが閾値Ｔｈ以下であると判定された場合（Ｓ２：Ｎｏ）、利得制御部１５０は、現在の利得Ｇと、予め設定された上限利得Ｇmaxとを大小比較する。
【００９５】
ステップＳ７：ステップＳ６にて現在の利得Ｇが上限利得Ｇmaxより小さいと判定された場合（Ｓ６：Ｙｅｓ）、利得制御部１５０は、増幅器１３１の利得Ｇを、現在の利得ＧよりＧmax／Ｔreleaseだけ大きい値Ｇ＋Ｇmax／Ｔreleaseに設定する。ここで、Ｔreleaseは、予め設定されたリリースタイムである。
【００９６】
ステップＳ８：ステップＳ６にて現在の利得Ｇが上限利得Ｇmax以上であると判定された場合（Ｓ６：Ｎｏ）、利得制御部１５０は、増幅器１３１の利得Ｇを、上限利得Ｇmaxに設定し、利得上昇を完了する。
【００９７】
なお、図１７に示したフローチャートは、Ｇmax＞０の場合（増幅器１３１の利得が正の値を取る場合）を想定したものであるが、Ｇmax≦０の場合（増幅器１３１の利得Ｇが０以下の値をとる場合、すなわち減衰器の場合）には、ステップＳ４において、利得Ｇを｜Ｇmin｜／Ｔattack、または（Ｇmax−Ｇmin）／Ｔattackだけ減少させ、ステップＳ７において、利得Ｇを｜Ｇmin｜／Ｔrelease、または（Ｇmax−Ｇmin）／Ｔreleaseだけ増加させるようにしてもよい。あるいは、利得をデシベル単位ではなく、比率（＝１０（利得／２０））に換算して扱い、常にＧmax＞０となるようにしてもよい。
【００９８】
図１８は、出力信号＃９の出力レベルＸの時間変化を示すグラフである。図１８に示したグラフにおいて、横軸は時刻を表し、縦軸は出力信号＃９の出力レベルＸを表す。
【００９９】
図１８に示したように、出力信号＃９の出力レベルＸが時刻ｔ1において閾値Ｔｈに達すると、利得制御部１５０は、時刻ｔ1から時刻ｔ2までの間、増幅器１３１の利得Ｇを徐々に低下させる。より具体的に言うと、図１７に示した一連の処理を１回実行する毎に、増幅器１３１の利得ＧをＧmax／Ｔattackずつ減少させる。ここで、利得Ｇの減少が終了する時刻ｔ2は、増幅器１３１の利得Ｇが下限利得Ｇminに達する時刻である。そして、利得制御部１５０は、時刻ｔ2から時刻ｔ3までの間、増幅器１３１の利得Ｇを、下限利得Ｇminに保つ。ここで、時刻ｔ3は、出力レベルＸが閾値Ｔｈに達する時刻である。そして、利得制御部１５０は、時刻ｔ3から時刻ｔ４までの間、増幅器１３１の利得Ｇを徐々に上昇させる。より具体的に言うと、図１７に示した一連の処理を１回実行する毎に、増幅器１３１の利得ＧをＧmax／Ｔreleaseずつ上昇させる。ここで、時刻ｔ4は、増幅器１３１の利得Ｇが上限利得Ｇmaxに達する時刻である。以後、再び出力レベルＸが再び閾値Ｔｈに達するまで、増幅器１３１の利得Ｇは、上限利得Ｇmaxに保たれる。
【０１００】
図１９は、増幅器１３１に入力される低域信号＃７の入力レベルと、音声信号処理装置１００より出力される出力信号＃９の出力レベルとの相関を示すグラフである。ここでは、上限利得Ｇmaxを６ｄＢに、下限利得Ｇminを０ｄＢに、そして、閾値Ｔｈを−１.５ｄＢに設定している。図１９から明らかなように、出力信号＃９の出力レベルが閾値Ｔｈ以下のとき、増幅器１３１に入力される低域信号＃７は、上限利得Ｇmaxで増幅される。また、出力信号＃９の出力レベルが閾値Ｔｈより大きいのとき、増幅器１３１に入力される低域信号＃７は、下限利得Ｇminで増幅される。
【０１０１】
（利得制御部による利得制御の実施例）
図１７に示した利得制御部１５０による利得制御の実施例を、図２０から図２４までを参照して説明する。以下の実施例において、閾値Ｔｈ、上限利得Ｇmax、下限利得Ｇmin、アタックタイムＴattack、および、リリースタイムＴreleaseは、以下の表に示すように設定した。
【０１０２】
【表１】
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【０１０３】
まず、低域成分（中心周波数１００Ｈｚ）のみからなる音声信号＃１を音声信号処理装置１００に入力した。図２０（ａ）は、ここで音声信号処理装置１００に入力した音声信号＃１の信号波形を表す波形図である。図２０（ｂ）は、同音声信号＃１の周波数特性を表すグラフである。
【０１０４】
図２１（ａ）は、図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示した音声信号＃１を音声信号処理装置１００に入力することにより得られた、出力信号＃９の信号波形を示す波形図である。図２１（ｂ）は、同出力信号＃９の周波数特性を示すグラフである。
【０１０５】
図２１（ａ）から分かるように、出力信号＃９は、約０.０２秒程度で速やかに定常状態に達した。すなわち、入力開始時には小さかった出力信号＃９の振幅が、時間経過に伴い徐々に大きくなり、約０．０２秒で一定の値に達した。これは、ハイパスフィルタ１２６として、ＩＩＲ型のハイパスフィルタを用いているためである。そして、定常状態においては、入力された音声信号＃１において０.５であった振幅が０.８４に増幅された。すなわち、４.５ｄＢ程度の利得が得られた。
【０１０６】
なお、図２０（ａ）および図２１（ａ）において、振幅は、音声信号処理装置１００の後段に接続されるＤ／Ａコンバータのクリップレベルを１とするように規格化されている。つまり、図２１（ａ）に示した出力信号＃９の振幅は、Ｄ／Ａコンバータのクリップレベル以下に維持されている。
【０１０７】
次に、低域成分（中心周波数１００Ｈｚ）と中域成分（中心周波数５００Ｈｚ）とからなる音声信号＃１を音声信号処理装置１００に入力した。図２２（ａ）は、ここで音声信号処理装置１００に入力した音声信号＃１の信号波形を示す波形図である。図２２（ｂ）は、同音声信号＃１の周波数特性を示すグラフである。音声信号＃１は、俳優の台詞（中域成分）と爆発音（低域成分）とが同時に鳴ったときの音声信号に相当している。ここでは、音声信号＃１の最大振幅がちょうどＤ／Ａコンバータのクリップレベルに一致するよう、低域成分および中域成分の振幅をそれぞれ０.５とした。
【０１０８】
図２３（ａ）は、図２２（ａ）および図２２（ｂ）に示した音声信号＃１を音声信号処理装置１００に入力することにより得られた、出力信号＃９の信号波形を示す波形図である。図２３（ｂ）は、同出力信号＃９の周波数特性を示すグラフである。
【０１０９】
図２３（ａ）から分かるように、定常状態においては、出力信号＃９の最大振幅がＤ／Ａコンバータのクリップレベル以下に維持された。このように、出力信号＃９の最大振幅をＤ／Ａコンバータのクリップレベル以下に維持することができるのは、利得制御手段１５０が、増幅器１３１から出力される低域信号＃８に基づいてではなく、中域成分を含む出力信号＃１０に基づいて利得制御を行っているためである。
【０１１０】
また、図２３（ｂ）から分かるように、出力信号＃９における中域成分の振幅は、入力信号＃１における中域成分の振幅と同じ０.５程度に維持された。すなわち、爆音のような低域成分が音声信号＃１に含まれている場合でも、俳優の台詞のような中域成分の振幅の減衰が生じないこと、つまり、中域成分の「音量のふらつき」が発生しないことが確認された。このように、出力信号＃９における中域成分の振幅を入力信号＃１の振幅と同程度に維持することができるのは、利得制御手段１５０による利得制御が、音声信号＃１全域を増幅するのではなく、低域信号のみを増幅する増幅器１３１の利得を制御しているためである。
【０１１１】
最後に、中域成分（中心周波数５００Ｈｚ）のみからなる音声信号＃１を音声信号処理装置１００に入力した。図２４（ａ）は、ここで音声信号処理装置１００に入力した音声信号＃１の信号波形を表す波形図である。図２４（ｂ）は、同音声信号＃１の周波数特性を表すグラフである。
【０１１２】
図２５（ａ）は、図２４（ａ）および図２４（ｂ）に示した音声信号＃１を音声信号処理装置１００に入力することにより得られた、出力信号＃９の信号波形を示す波形図である。図２４（ｂ）は、同出力信号＃９の周波数特性を示すグラフである。図２５（ａ）および図２５（ｂ）からも確認できるように、出力信号＃９における中域成分の振幅は、入力信号＃１における中域成分の振幅と同じ０.５程度に維持された。
【０１１３】
＜低域成分減衰手段＞
音声信号処理装置１００は、低域信号増幅部１３０に入力される低域信号＃６のうち、所定の周波数以下の低域成分を減衰する低域成分減衰手段として、ハイパスフィルタ１２６を備えている。以下、このハイパスフィルタ１２６について、もう少し詳しく説明する。
【０１１４】
上記所定の周波数、すなわち、ハイパスフィルタ１２６のカットオフ周波数は、例えば、音声信号処理装置１００により処理された音声信号を音波として出力するスピーカの再生下限周波数に設定される。これにより、スピーカの再生下限周波数以下の低域成分が除去された低域信号＃７が、低域信号増幅部１３０により増幅される。
【０１１５】
これにより、そもそもスピーカにより再生し得ない低域成分による、出力信号＃９の出力レベルの上昇を避けることができる。このため、ハイパスフィルタ１２６が存在しない場合と比べて増幅器１３１の利得を高めに設定することができ、低音感をより強調することが可能になる。
【０１１６】
図２６（ａ）は、５０Ｈｚの超低域成分と１００Ｈｚの低域成分とからなる音声信号を、ハイパスフィルタ１２６を取り外した音声信号処理装置１００に入力して得られた、低域信号増幅部１３０の出力信号＃８の波形図である。図２６（ｂ）は、同出力信号＃８の定常状態における周波数特性を示すグラフである。
【０１１７】
ハイパスフィルタ１２６を取り外した場合、図２６（ａ）からも分かるように、出力信号＃８の振幅が過渡状態においてクリップレベルを超えるので、利得制御部１５０により増幅器１３１の利得が低下される。このため、スピーカの再生下限周波数（ここでは１００Ｈｚを想定）より低い超低域成分の振幅も、スピーカの再生下限周波数である低域成分の振幅もともに小さくなってしまう。
【０１１８】
図２７（ａ）は、５０Ｈｚの超低域成分と１００Ｈｚの低域成分とからなる同じ音声信号を、ハイパスフィルタ１２６を備えた音声信号処理装置１００に入力して得られた、低域信号増幅部１３０の出力信号＃８の波形図である。図２７（ｂ）は、同出力信号＃８の定常状態における周波数特性を示すグラフである。
【０１１９】
ハイパスフィルタ１２６を取り付けた場合、図２６（ａ）からも分かるように、出力信号＃８の振幅がクリップレベル未満になるので、利得制御部１５０により増幅器１３１の利得が上昇される。このため、スピーカの再生下限周波数以上の周波数を有する１００Ｈｚの低域成分の振幅を、より大きくすることができる。
【０１２０】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態に係る音声信号処理装置１００´について、図２８および図２９に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【０１２１】
図２８は、音声信号処理装置１００´の構成を示すブロック図である。また、図２９は、音声信号処理装置１００´が備えている高調波付加部１２０´の内部構成を示すブロック図である。
【０１２２】
音声信号処理装置１００´は、基本的に、図１および図２に示した音声信号処理装置１００の各ブロックを組み合わせることにより構成されている。このため、図２８および図２９において、各ブロックの参照符号を、音声信号処理装置１００において同一機能を有するブロックの参照符号と一致させることにより、各ブロックについての個別の説明を省略する。
【０１２３】
図２８にから分かるように、音声信号処理装置１００´における音声信号処理装置１００との相違点は、以下のとおりである。
【０１２４】
まず、音声信号処理装置１００は、ローパスフィルタ１１４、高調波付加部１２０、ハイパスフィルタ１２６、および、利得可変な増幅器１３１からなる低域信号増幅回路を左右独立に２系統備えている。
【０１２５】
また、音声信号処理装置１００´は、音声信号の入力を受け付けるか否かを切り替えるためのスイッチＳＷ１を備えている。
【０１２６】
また、音声信号処理装置１００´は、２系統の低域信号増幅回路の各々に対し、ローパスフィルタ１１４によって抽出された低域信号をそのまま低域信号増幅回路に入力するか、あるいは、同低域信号を高調波付加部１２０´を介して低域信号増幅回路に入力するかを切り替えるスイッチＳＷ２を備えている。
【０１２７】
ローパスフィルタ１１４によって抽出された低域信号をそのまま低域信号増幅回路に入力する場合、音声信号処理装置１００´は、入力された音声信号のうち、ローパスフィルタ１１４を通過した低域信号のみを単純に増幅する、通常の低域強調処理を実行する。一方、ローパスフィルタ１１４によって抽出された低域信号を高調波付加部１２０´を介して低域信号増幅回路に入力する場合、倍音により低音感を強調する音声信号処理装置１００と同様の低域強調処理を実行する。
【０１２８】
また、音声信号処理装置１００´は、ローパスフィルタ１１４によって抽出された低域信号、または、高調波付加部１２０´によって該低域信号に高調波成分が付加された低域信号を、そのまま中高域信号と合成するか、あるいは、ハイパスフィルタ１２６によって不要な低域成分を減衰したうえで増幅器１３１によって増幅した後、中高域信号と合成するかを切り替えるスイッチＳＷ３を備えている。
【０１２９】
さらに、音声信号処理装置１００´は、利得制御部１５０が増幅器１３１の利得を制御するために参照する音声信号を、出力部ＬoutおよびＲoutから出力される出力信号とするか、あるいは、増幅器１３１により増幅された低域信号とするかを切り替えるスイッチＳＷ４を備えている。
【０１３０】
なお、音声信号処理装置１００´において、出力部ＬoutおよびＲoutから出力される出力信号は、まず、出力レベル決定部１５２に入力される。出力信号レベル決定部１５２は、Ｌoutから出力される左チャンネルの出力信号の絶対値と、Ｒoutから出力される右チャンネルの出力信号の絶対値とを算出し、算出した２つの絶対値のうち大きい方の値をスイッチＳＷ４に入力する。
【０１３１】
また、左右チャンネルの低域信号を増幅する２つの増幅器１３１から出力された低域信号は、低域信号レベル決定部１５１に入力される。低域信号レベル決定部１５１は、左チャンネルの低域信号の絶対値と、右チャンネルの低域信号の絶対値とを算出し、算出した２つの絶対値のうち大きい方の値をスイッチＳＷ４に入力する。
【０１３２】
これにより、利得制御部１５０は、出力部ＬoutおよびＲoutから出力される出力信号の出力レベル、あるいは、増幅器１３１により増幅された低域信号の低域レベルの何れかに基づいて、増幅器１３１の利得を制御することができる。
【０１３３】
なお、音声信号処理装置１００´は、低音強調以外の目的で使用することも可能である。すなわち、ＳＷ２を高調波付加をしない設定とし、増幅器１３１の下限利得Ｇminを−３ｄＢのように減衰できる値に設定することにより、入力部ＬinおよびＲinの前段における信号処理（５．１ｃｈなどのマルチチャンネルの信号を２ｃｈの信号にするダウンミックス処理、擬似サラウンド処理、イコライジング処理など）によって低域成分の振幅が予期せぬ大きさに増幅された場合に、クリップを防止する保護処理装置として使用することが可能である。
【０１３４】
〔付記事項〕
音声信号処理装置１００は、上述したように、デジタルシグナルプロセッサにより実現することができる。すなわち、音声信号処理装置１００は、高速積和演算器やＡＬＵ（arithmetic logical unit）等の演算装置と、その演算装置を音声信号分離部１１０、高調波付加部１２０、低域信号増幅部１３０、音声信号合成部１４０、および、利得制御部１５０として機能させる音声信号処理プログラムを担持したプログラムメモリ等の記憶装置とを備えたデジタルシグナルプロセッサとして構成することができる。音声信号処理装置１００´についても同様である。
【０１３５】
そして、本発明の目的は、上記音声信号処理プログラムがデジタルシグナルプロセッサのプログラムメモリに固定的に担持されている場合に限らず、上記音声信号処理プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、または、ソースプログラム）を汎用的なデジタルシグナルプロセッサに供給し、そのデジタルシグナルプロセッサが上記プログラムコードを実行することによっても、あるいは、上記プログラムコードを記録した記録媒体を音声信号処理装置１００に供給し、音声信号処理装置１００が備えている汎用的なデジタルシグナルプロセッサが上記記録媒体に記録されている上記プログラムコードを読み出して実行することによっても、達成可能である。
【０１３６】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【０１３７】
また、デジタルシグナルプロセッサ（あるいは、デジタルシグナルプロセッサを備えた音声信号処理装置１００）を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して、そのデジタルシグナルプロセッサに供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態によっても実現され得る。
【０１３８】
また、以上の説明では、音声信号処理装置１００は、デジタル音声信号を処理するものとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、音声信号処理装置１００は、アナログ音声信号を処理するものであってもよい。
【０１３９】
この場合、音声信号分離部１１０は、例えば、抵抗とコンデンサーとからなるハイパスフィルターおよびローパスフィルターにより構成すればよい。また、高調波付加部１２０は、例えば、シリコンダイオードからなる半波整流部と、抵抗とコンデンサーとからなるハイパスフィルターおよびローパスフィルターとにより構成することができる。また、低域信号増幅部１３０は、例えば、トランジスタを用いて構成することができる。また、出力信号をＡ／Ｄコンバータを介して利得制御部１５０に入力することにより、出力信号がアナログ信号である場合でも、利得制御部１５０をデジタルシグナルプロセッサにより構成することができる。音声信号処理装置１００´についても同様である。
【０１４０】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
本発明は、スピーカにより出力される音声信号を処理する各種装置に対して、広く利用することができる。特に、小型スピーカを搭載した薄型表示装置に対して、とりわけ好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、音声信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態を示すものであり、音声信号処理装置が備えている高調波付加部の構成を示したブロック図である。
【図３】本発明の一実施例を示すものであり、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタの周波数特性を示すグラフである。
【図４】図４（ａ）は、本発明の一実施例を示すものであり、高調波付加部に入力された低域信号の信号波形を示す波形図である。図４（ｂ）は、本発明の一実施例を示すものであり、高調波付加部に入力された低域信号の周波数特性を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）は、本発明の一実施例を示すものであり、半波整流された低域信号の信号波形を示す波形図である。図５（ｂ）は、本発明の一実施例を示すものであり、半波整流された低域信号の周波数特性を示すグラフである。
【図６】図６（ａ）は、本発明の一実施例を示すものであり、ハイパスフィルタを通過した低域信号の信号波形を示す波形図である。図６（ｂ）は、本発明の一実施例を示すものであり、ハイパスフィルタを通過した低域信号の周波数特性を示すグラフである。
【図７】図７（ａ）は、本発明の一実施例を示すものであり、ローパスフィルタを通過した低域信号の信号波形を示す波形図である。図７（ｂ）は、本発明の一実施例を示すものであり、ローパスフィルタを通過した低域信号の周波数特性を示すグラフである。
【図８】図８（ａ）は、本発明の一実施例を示すものであり、加算器によって加算された低域信号の信号波形を示す波形図である。図８（ｂ）は、本発明の一実施例を示すものであり、加算器によって加算された低域信号の周波数特性を示すグラフである。
【図９】図９（ａ）は、本発明の他の実施例を示すものであり、半波整流され２乗された低域信号の信号波形を示す波形図である。図９（ｂ）は、本発明の他の実施例を示すものであり、半波整流され２乗された低域信号の周波数特性を示すグラフである。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明の他の実施例を示すものであり、ハイパスフィルタを通過した低域信号の信号波形を示す波形図である。図１０（ｂ）は、本発明の他の実施例を示すものであり、ハイパスフィルタを通過した低域信号の周波数特性を示すグラフである。
【図１１】図１１（ａ）は、本発明の他の実施例を示すものであり、ローパスフィルタを通過した低域信号の信号波形を示す波形図である。図１１（ｂ）は、本発明の他の実施例を示すものであり、ローパスフィルタを通過した低域信号の周波数特性を示すグラフである。
【図１２】図１２（ａ）は、本発明の他の実施例を示すものであり、加算器によって加算された低域信号の信号波形を示す波形図である。図１２（ｂ）は、本発明の他の実施例を示すものであり、加算器によって加算された低域信号の周波数特性を示すグラフである。
【図１３】図１３（ａ）は、従来技術を示すものであり、２００Ｈｚの入力信号を全波整流した信号波形を示す波形図である。図１３（ｂ）は、従来技術を示すものであり、２００Ｈｚの入力信号を全波整流した信号の周波数特性を示すグラフである。
【図１４】図１４（ａ）は、従来技術を示すものであり、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタを通過した信号の信号波形を示す波形図である。図１４（ｂ）は、従来技術を示すものであり、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタを通過した信号の周波数特性を示す波形図である。
【図１５】図１５（ａ）は、本発明の実施例を示すものであり、２００Ｈｚの入力信号を半波整流した信号波形を示す波形図である。図１５（ｂ）は、本発明の実施例を示すものであり、２００Ｈｚの入力信号を半波整流した信号の周波数特性を示すグラフである。
【図１６】図１６（ａ）は、本発明の実施例を示すものであり、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタを通過した信号の信号波形を示す波形図である。図１６（ｂ）は、本発明の実施例を示すものであり、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタを通過した信号の周波数特性を示す波形図である。
【図１７】本発明の実施形態を示すものであり、利得制御部による利得制御の流れを示したフローチャートである。
【図１８】本発明の実施形態を示すものであり、音声信号処理装置の出力信号の出力レベルの時間変化を示すグラフである。
【図１９】本発明の実施形態を示すものであり、音声信号処理装置における入力レベルと出力レベルとの相関を示すグラフである。
【図２０】図２０（ａ）は、本発明の一実施例を示すものであり、音声信号処理装置に入力した音声信号の信号波形を示す波形図である。図２０（ｂ）は、本発明の一実施例を示すものであり、音声信号処理装置に入力した音声信号の周波数特性を示すグラフである。
【図２１】図２１（ａ）は、本発明の一実施例を示すものであり、図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示した音声信号を音声信号処理装置に入力することにより得られた、出力信号の信号波形を示す波形図である。図２１（ｂ）は、本発明の一実施例を示すものであり、図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示した音声信号を音声信号処理装置に入力することにより得られた、出力信号の周波数特性を示すグラフである。
【図２２】図２２（ａ）は、本発明の他の実施例を示すものであり、音声信号処理装置に入力した音声信号の信号波形を示す波形図である。図２２（ｂ）は、本発明の他の実施例を示すものであり、音声信号処理装置に入力した音声信号の周波数特性を示すグラフである。
【図２３】図２３（ａ）は、本発明の他の実施例を示すものであり、図２２（ａ）および図２２（ｂ）に示した音声信号を音声信号処理装置に入力することにより得られた、出力信号の信号波形を示す波形図である。図２３（ｂ）は、本発明の他の実施例を示すものであり、図２２（ａ）および図２２（ｂ）に示した音声信号を音声信号処理装置に入力することにより得られた、出力信号の周波数特性を示すグラフである。
【図２４】図２４（ａ）は、本発明の他の実施例を示すものであり、音声信号処理装置に入力した音声信号の信号波形を示す波形図である。図２４（ｂ）は、本発明の他の実施例を示すものであり、音声信号処理装置に入力した音声信号の周波数特性を示すグラフである。
【図２５】図２５（ａ）は、本発明の一実施例を示すものであり、図２４（ａ）および図２４（ｂ）に示した音声信号を音声信号処理装置に入力することにより得られた、出力信号の信号波形を示す波形図である。図２５（ｂ）は、本発明の一実施例を示すものであり、図２４（ａ）および図２４（ｂ）に示した音声信号を音声信号処理装置に入力することにより得られた、出力信号の周波数特性を示すグラフである。
【図２６】図２６（ａ）は、超低域成分と低域成分とを含む音声信号を、ハイパスフィルタを介さずに増幅して得られた信号の信号波形を示す波形図である。図２６（ｂ）は、超低域成分と低域成分とを含む音声信号を、ハイパスフィルタを介さずに増幅して得られた信号の周波数特性を示すグラフである。
【図２７】図２７（ａ）は、超低域成分と低域成分とを含む音声信号を、ハイパスフィルタを通過させてから増幅して得られた信号の信号波形を示す波形図である。図２７（ｂ）は、超低域成分と低域成分とを含む音声信号を、ハイパスフィルタを通過させてから増幅して得られた信号の周波数特性を示すグラフである。
【図２８】本発明の他の実施形態を示すものであり、音声信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２９】本発明の他の実施形態を示すものであり、音声信号処理装置が備えている高調波付加部の構成を示したブロック図である。
【図３０】テレビに搭載可能な、小型スピーカの周波数特性を例示するグラフである。
【符号の説明】
【０１４３】
１００、１００´  音声信号処理装置
１１０            音声信号分離部（音声信号分離手段）
１１１、１１２        ハイパスフィルタ
１１３                加算器
１１４                ローパスフィルタ
１２０            高調波付加部（高調波付加手段）
１２１                半波整流部
１２２                ハイパスフィルタ
１２３                ローパスフィルタ
１２４                ボリューム
１２５                加算器
１２６            ハイパスフィルタ（低域成分減衰手段）
１３０            低域信号増幅部（低域信号増減手段）
１３１                増幅器
１４０            音声信号合成部（音声信号合成手段）
１４１、１４２        加算器
１５０            利得制御部（利得制御手段）
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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