JP2011151698A - Source signal supplementation apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は音源信号補完装置に関し、より詳細には、音源部より出力された音源信号に対して所定の周波数帯域における補完処理を行うことが可能な音源信号補完装置に関する。 The present invention relates to a sound source signal complementing device, and more particularly to a sound source signal complementing device capable of performing a complementing process in a predetermined frequency band on a sound source signal output from a sound source unit.
一般的に、スピーカにおいて再生可能な周波数帯域は、音源より出力される信号(以下、音源信号とする)の周波数帯域よりも狭いことが多い。このため、音源信号をスピーカにおいて忠実に再生させるためには、再生可能な周波数帯域が極力広いスピーカを用いる必要が生じる。しかしながら、スピーカにおいて再生可能な周波数帯域は、スピーカの寸法や構造などによって大きく影響を受けるため、帯域幅の広いスピーカを採用することが困難な場合もあった。特に、低帯域の音源信号がスピーカにおいて十分に再生されないと、低域音が不足してしまい、聴取者にとって音楽の迫力や広がりに欠けた音として認識されてしまう恐れがあった。 In general, a frequency band that can be reproduced by a speaker is often narrower than a frequency band of a signal output from a sound source (hereinafter referred to as a sound source signal). For this reason, in order to faithfully reproduce the sound source signal on the speaker, it is necessary to use a speaker having a wide reproducible frequency band as much as possible. However, since the frequency band that can be reproduced by the speaker is greatly affected by the size and structure of the speaker, it may be difficult to employ a speaker with a wide bandwidth. In particular, if the low-band sound source signal is not sufficiently reproduced by the speaker, the low-frequency sound is insufficient, and the listener may be recognized as a sound lacking in the power and spread of music.
このため、スピーカの再生能力以下の低域音をスピーカで再生させるための技術として、低域音の倍音を求めて周波数特性を高めることにより、スピーカにおいて再生可能な周波数帯域で低域音の出力を行う方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For this reason, as a technology for reproducing low-frequency sounds below the speaker's playback capability on the speaker, output low-frequency sounds in a frequency band that can be reproduced by the speakers by increasing the frequency characteristics by obtaining harmonics of low-frequency sounds. The method of performing is proposed (for example, refer to Patent Document 1).
具体的には、音源より出力された音源信号の低域の周波数成分を抽出し、カスケード接続された複数のアナログ乗算器を用いてそれぞれの帯域の信号を二乗することにより倍音を生成して、スピーカから出力させる構成となっている。 Specifically, the low frequency component of the sound source signal output from the sound source is extracted, and the harmonics are generated by squaring each band signal using a plurality of cascaded analog multipliers, It is configured to output from a speaker.
このように、低域音の周波数をスピーカにおいて再生可能な周波数帯域まで高める補正を行うことにより、スピーカから出力される音の低域不足を解消することができ、音の迫力や広がりを再現することが可能となっている。 In this way, by correcting the frequency of the low-frequency sound to a frequency band that can be reproduced by the speaker, it is possible to eliminate the low-frequency shortage of the sound output from the speaker, and to reproduce the force and spread of the sound. It is possible.
しかしながら、上述したように、低域音の倍音を生成してスピーカから出力させる方法では、音源の低域における信号レベルを考慮せずに二乗を繰り返す処理を行っているため、信号レベルが1よりも小さい場合には、生成した倍音の信号レベルが著しく小さくなり、信号レベルが1よりも大きい場合には、生成した倍音の信号レベルが著しく大きくなってしまうという問題が生じていた。 However, as described above, in the method of generating harmonics of low-frequency sounds and outputting them from the speaker, since the process of repeating the square without considering the signal level in the low frequency range of the sound source is performed, the signal level is higher than 1. If the signal level is too small, the signal level of the generated overtone is remarkably reduced. If the signal level is higher than 1, the signal level of the generated overtone is remarkably increased.
本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、音源より出力される音源信号の信号レベルに依存することなく、音源信号における所定の周波数帯域の補完を行うことができ、特に、スピーカの再生能力以下の低域音における音響効果を、スピーカで再生可能な音域において再現することが可能な補完を行う音源信号補完装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can complement a predetermined frequency band in a sound source signal without depending on the signal level of the sound source signal output from the sound source. It is an object of the present invention to provide a sound source signal complementing device that performs complementation that can reproduce an acoustic effect in a low-frequency sound having a reproduction capacity equal to or lower than that in a sound range reproducible by a speaker.
上記課題を解決するために、本発明に係る音源信号補完装置は、所定の周波数間隔のインパルス列からなる信号を生成するパルス生成手段と、該パルス生成手段により生成された前記信号のインパルス列の信号レベルを周波数帯域に応じて調整してマルチキャリア信号を生成する第1フィルタ手段と、音源手段より出力される音源信号に対して、前記マルチキャリア信号を乗算することにより第1補完信号を生成する第1乗算手段とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a sound source signal complementing apparatus according to the present invention includes a pulse generation unit that generates a signal including an impulse train having a predetermined frequency interval, and an impulse train of the signal generated by the pulse generation unit. First filter means for generating a multicarrier signal by adjusting the signal level according to the frequency band, and generating a first complementary signal by multiplying the sound source signal output from the sound source means by the multicarrier signal And a first multiplication means.
本発明に係る音源信号補完装置では、インパルス列からなる信号が第1フィルタ手段において周波数帯域に応じて調整されることにより重み付けされてマルチキャリア信号となり、このマルチキャリア信号が、音源信号に対して乗算されることにより補完信号(第1補完信号)が生成される。この補完信号は、インパルス列からなるマルチキャリア信号が、音源信号に対して乗算されることにより生成されるため、音源信号の信号特性が、所定の周波数帯域にわたって複数に周波数シフトされた状態となる。 In the sound source signal complementing apparatus according to the present invention, a signal composed of an impulse train is weighted by being adjusted in accordance with the frequency band in the first filter means to be a multicarrier signal. By multiplying, a complementary signal (first complementary signal) is generated. Since this complementary signal is generated by multiplying a sound source signal by a multicarrier signal composed of an impulse train, the signal characteristics of the sound source signal are shifted to a plurality of frequencies over a predetermined frequency band. .
このように補完信号が、周波数シフトした複数の波形を備えた信号となるので、音源信号を基準として所定の周波数帯域の範囲において出力レベルの補完を行うことが可能となり、該当する周波数範囲における音源信号の補完を効果的に行うことが可能となる。 Since the complementary signal is a signal having a plurality of frequency-shifted waveforms in this way, it is possible to perform output level complementation within a predetermined frequency band with reference to the sound source signal, and a sound source in the corresponding frequency range. It is possible to effectively complement the signal.
また、本発明に係る音源信号補完装置では、パルス生成手段で生成されたインパルス列を用いて特定の周波数帯域における出力レベルの補完を行うことができるので、音源信号の信号レベルに左右されることなく補完処理を行うことが可能となる。従って、音源信号に基づいて倍音を生成して音源信号の補完を行った場合のように、音源信号の信号レベルによって補完特性に影響が生じることがなく、所望の周波数帯域の範囲で、さらに所望の信号レベルによって、効果に補完処理を行うことができる。 Further, in the sound source signal complementing device according to the present invention, the output level in a specific frequency band can be complemented using the impulse train generated by the pulse generating means, and therefore it depends on the signal level of the sound source signal. Complementary processing can be performed without any problem. Therefore, as in the case where the sound source signal is complemented by generating overtones based on the sound source signal, the signal level of the sound source signal does not affect the complementary characteristics, and the desired frequency band is further desired. Depending on the signal level, the effect can be complemented.
また、上述したようにマルチキャリア信号は、インパルス列に基づいて生成されるため、周波数と位相の異なる複数の波形成分を個別に生成して合成する必要がなく、簡易な構成で、所定の周波数帯域にわたり複数に周波数シフトされた補完信号を生成することが可能となる。 Further, as described above, since the multicarrier signal is generated based on the impulse train, it is not necessary to individually generate and synthesize a plurality of waveform components having different frequencies and phases. It is possible to generate a complementary signal that is frequency-shifted in plural over the band.
さらに、上述した音源信号補完装置は、前記音源手段より出力される音源信号に対して、所定の周波数帯域の信号出力を抽出することによりフィルタリング処理を行う第2フィルタ手段を備え、前記第1乗算手段が、該第2フィルタ手段によりフィルタ処理が行われた音源信号に対して、前記マルチキャリア信号を乗算するものであってもよく、特に、この音源信号補完装置において、前記第2フィルタ手段が、前記音源信号を出力するためのスピーカにおける再生可能な周波数帯域以下の信号出力が抽出されるようにして前記フィルタリング処理を行うものであってもよい。 Furthermore, the above-described sound source signal complementing device includes second filter means for performing filtering processing by extracting a signal output of a predetermined frequency band for the sound source signal output from the sound source means, and the first multiplication The means may multiply the sound source signal filtered by the second filter means by the multicarrier signal. In particular, in the sound source signal complementing apparatus, the second filter means The filtering process may be performed so that a signal output of a frequency band that can be reproduced by a speaker for outputting the sound source signal is extracted.
上述した音源信号補完装置では、マルチキャリア信号を乗算させる音源信号の周波数帯域を第2フィルタ手段により調整することができる。このため、例えば、低域、中域、高域などの補完信号によって積極的に音源信号の補完を行いたい帯域が存在する場合には、第2フィルタ手段による音源信号のフィルタリング処理により、音域に応じて効果的な補完を行うことが可能な補完信号を生成することができる。 In the sound source signal complementing apparatus described above, the frequency band of the sound source signal to be multiplied by the multicarrier signal can be adjusted by the second filter means. For this reason, for example, when there is a band in which a sound source signal is to be positively complemented by complementary signals such as a low frequency, a mid frequency, and a high frequency, the sound source signal is filtered by the second filter means. Accordingly, it is possible to generate a complementary signal that can be effectively complemented.
特に、第2フィルタ手段により抽出される周波数帯域が、スピーカにおいて再生可能な周波数帯域以下の信号出力である場合には、第2フィルタ手段により抽出された周波数帯域を基準として複数の周波数シフトした波形出力を備えた補完信号を生成することが可能となる。このため、第2フィルタ手段により抽出された周波数帯域がスピーカおいて再生可能な周波数帯域以下であっても、生成された補完信号により、スピーカで再生できない周波数帯域の音響効果を、周波数シフトされた補完信号によりスピーカで再生可能な周波数帯域において再現させることが可能となる。 In particular, when the frequency band extracted by the second filter means is a signal output equal to or lower than the frequency band reproducible by the speaker, a plurality of frequency-shifted waveforms with reference to the frequency band extracted by the second filter means A complementary signal having an output can be generated. For this reason, even if the frequency band extracted by the second filter means is less than or equal to the frequency band that can be reproduced by the speaker, the acoustic effect in the frequency band that cannot be reproduced by the speaker is frequency-shifted by the generated complementary signal. The complementary signal can be reproduced in a frequency band that can be reproduced by the speaker.
このようにスピーカで再生不可能な周波数帯域の音響効果を、スピーカで再生可能な周波数帯域において再現させることにより、スピーカから出力される音の低域不足を解消することができ、音の迫力や広がりを再現することが可能となる。 By reproducing the sound effect in the frequency band that cannot be reproduced by the speaker in this way in the frequency band that can be reproduced by the speaker, it is possible to eliminate the low frequency shortage of the sound output from the speaker, It becomes possible to reproduce the spread.
また、上述した音源信号補完装置は、前記音源信号に基づいて、0度位相の音源信号I1と90度位相の音源信号Q1とを生成する第1位相手段と、前記マルチキャリア信号に基づいて、0度位相のマルチキャリア信号I2と90度位相のマルチキャリア信号Q2とを生成する第2位相手段と、前記音源信号Q1に対して前記マルチキャリア信号Q2を乗算することにより第2補完信号を生成する第2乗算手段と、該第2乗算手段により生成された前記第2補完信号の位相反転を行う位相反転手段と、前記音源信号I1に対して前記マルチキャリア信号I2を乗算させることにより前記第1乗算手段において生成された第1補完信号に対して、前記位相反転手段により位相反転された第2補完信号を加算することにより補完信号を生成する加算手段とを備えるものであってもよい。 The sound source signal complementing device described above is based on the first phase means for generating the sound source signal I1 of 0 degree phase and the sound source signal Q1 of 90 degree phase based on the sound source signal, and on the basis of the multicarrier signal. Second phase means for generating a 0 degree phase multicarrier signal I2 and a 90 degree phase multicarrier signal Q2 and a second complementary signal by multiplying the sound source signal Q1 by the multicarrier signal Q2 Second multiplying means, phase inverting means for inverting the phase of the second complementary signal generated by the second multiplying means, and multiplying the sound source signal I1 by the multicarrier signal I2. An addition signal for generating a complementary signal by adding a second complementary signal whose phase has been inverted by the phase inverting means to the first complementary signal generated by one multiplying means. It may be provided with a means.
このように、0度位相の音源信号I1に対して0度位相のマルチキャリア信号I2を乗算することにより生成された第1補完信号に対して、90度位相の音源信号Q1に対して90度位相のマルチキャリア信号Q2を乗算することにより生成された第2補完信号を位相反転させて加算することにより、生成された補完信号におけるミラーイメージを効果的に抑制することが可能となる。 In this way, the first complementary signal generated by multiplying the 0 degree phase sound source signal I1 by the 0 degree phase multicarrier signal I2 is 90 degrees with respect to the 90 degree phase sound source signal Q1. It is possible to effectively suppress the mirror image in the generated complementary signal by adding the second complementary signal generated by multiplying the phase multi-carrier signal Q2 by inverting the phase.
本発明に係る音源信号補完装置によれば、インパルス列からなる信号が、第1フィルタ手段において周波数帯域に応じて調整されることにより重み付けされてマルチキャリア信号となり、このマルチキャリア信号が、音源信号に対して乗算されることにより補完信号(第1補完信号)が生成される。この補完信号は、インパルス列からなるマルチキャリア信号が、音源信号に対して乗算されることにより生成されるため、音源信号の信号特性が所定の周波数帯域にわたって複数に周波数シフトされた状態となる。 According to the sound source signal complementing apparatus of the present invention, a signal composed of an impulse train is weighted by being adjusted in accordance with the frequency band in the first filter means, and becomes a multicarrier signal. Is multiplied to generate a complementary signal (first complementary signal). Since this complementary signal is generated by multiplying the sound source signal by a multicarrier signal composed of an impulse train, the signal characteristics of the sound source signal are shifted in frequency over a predetermined frequency band.
このように補完信号が、周波数シフトした複数の波形を備えた信号となるので、音源信号を基準として所定の周波数帯域の範囲において出力レベルの補完を行うことが可能となり、該当する周波数範囲における音源信号の補完を効果的に行うことが可能となる。 Since the complementary signal is a signal having a plurality of frequency-shifted waveforms in this way, it is possible to perform output level complementation within a predetermined frequency band with reference to the sound source signal, and a sound source in the corresponding frequency range. It is possible to effectively complement the signal.
また、本発明に係る音源信号補完装置では、パルス生成手段で生成されたインパルス列を用いて特定の周波数帯域における出力レベルの補完を行うことができるので、音源信号の信号レベルに左右されることなく補完処理を行うことが可能となる。従って、音源信号に基づいて倍音を生成して音源信号の補完を行った場合のように、音源信号の信号レベルによって補完特性に影響が生じることがなく、所望の周波数帯域の範囲で、さらに所望の信号レベルによって、効果に補完処理を行うことができる。 Further, in the sound source signal complementing device according to the present invention, the output level in a specific frequency band can be complemented using the impulse train generated by the pulse generating means, and therefore it depends on the signal level of the sound source signal. Complementary processing can be performed without any problem. Therefore, as in the case where the sound source signal is complemented by generating overtones based on the sound source signal, the signal level of the sound source signal does not affect the complementary characteristics, and the desired frequency band is further desired. Depending on the signal level, the effect can be complemented.
また、上述したようにマルチキャリア信号は、インパルス列に基づいて生成されるため、周波数と位相の異なる複数の波形成分を個別に生成して合成する必要がなく、簡易な構成で、所定の周波数帯域にわたり複数に周波数シフトされた補完信号を容易に生成することが可能となる。 Further, as described above, since the multicarrier signal is generated based on the impulse train, it is not necessary to individually generate and synthesize a plurality of waveform components having different frequencies and phases. It is possible to easily generate complementary signals that are frequency-shifted in a plurality of bands.
以下、本発明に係る音源信号補完装置の一例であるオーディオ補完装置について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an audio complementing apparatus which is an example of a sound source signal complementing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施の形態に係るオーディオ補完装置の概略構成を示したブロック図である。オーディオ補完装置1は、第1LPF(Low-pass filter)部(第2フィルタ手段)2と、ダウンサンプリング部3と、周波数変換部4と、増幅部5と、アップサンプリング部6と、第2LPF部7と、第1加算部8と、第1遅延部9とを有している。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an audio complementing apparatus according to the present embodiment. The
第1LPF部2は、音源部(音源手段)11より出力される音源信号のうち低域成分を抽出する低域通過フィルタとしての役割を有しており、ダウンサンプリング部3は、低域成分の抽出が行われた音源信号(第1LPF部2によりフィルタ処理が行われた音源信号)を所定間隔でダウンサンプリング処理する役割を有している。なお、第1LPF部2における低域通過フィルタのカットオフ周波数は、スピーカ12で再生可能な帯域以下の周波数に設定される。
The
周波数変換部4は、具体的な低域音の補完を行う役割を有している。図2は、周波数変換部4の概略構成を示したブロック図である。周波数変換部4は、第1位相器部(第1位相手段)21と、マルチキャリア信号発生部22と、第1乗算部(第1乗算手段)23と、第2乗算部(第2乗算手段)24と、位相反転部(位相反転手段)25と、第2加算部(加算手段)26を有している。
The
第1位相器部21は、ダウンサンプリング部3より入力される音源信号に対して、0度位相の音源信号I1と90度位相の音源信号Q1とを生成する役割を有している。具体的に、第1位相器部21は、図3(a)に示すように、ヒルベルト変換部31と第2遅延部32とを有している。ヒルベルト変換部31は、nタップのFIRフィルタで構成されており、入力された音源信号の位相を90度変換させて音源信号Q1として出力する。一方で、第2遅延部32は、ヒルベルト変換部31における処理によって音源信号Q1に生じた遅延を音源信号I1にも適用させて遅延補正を行う役割を有している。第2遅延部32は、音源信号I1に対して遅延処理を行うだけであり、積極的に位相変換を行うことはない。このため、第2遅延部32より出力される音源信号I1の位相は変化されず(0度位相となり)、結果として、音源信号Q1は、音源信号I1に対して90度の位相差が生じることになる。
The first
マルチキャリア信号発生部22は、所定間隔のインパルス列を発生させる役割を有している。マルチキャリア信号発生部22は、図3(b)に示すように、パルス生成部(パルス生成手段)41と、HPF(High-pass filter)部42と、第3LPF部(第1フィルタ手段)43と、第2位相器部(第2位相手段)44とを有している。
The
パルス生成部41は、図4(a)に示すように、kサンプル毎のインパルス列を生成する役割を有しており、HPF部42は、パルス生成部41において一定間隔毎に出力されるインパルス列のDC成分の除去を行う役割を有している。また、第3LPF部43は、低域通過フィルタであって、聴感上で違和感のない補完音を生成するために、インパルス列の周波数の重み付けを行う役割を有している。具体的に、第3LPF部43は、インパルス列の出力レベル(信号レベル)を周波数帯域に応じて調整することによって重み付けを行っている。この重み付けは、第3LPF部43におけるカットオフ周波数と次数とを変更することにより調整することが可能となっている。
As shown in FIG. 4A, the
第2位相器部44は、第3LPF部43を通過したマルチキャリア信号に対して、0度位相のマルチキャリア信号I2と90度位相のマルチキャリア信号Q2とを生成する役割を有している。第2位相器部44の具体的な構成は、第1位相器部21と同様の構成であり、ヒルベルト変換部31と第2遅延部32により構成されている。第2位相器部44は、第1位相器部21と同様に、ヒルベルト変換部31において、第3LFP部43より入力されたマルチキャリア信号の位相を90度変換させて、マルチキャリア信号Q2として出力し、第2遅延部32において第3LFP部43より入力されたマルチキャリア信号に対して位相変換を行うことなく遅延処理を行うことにより、マルチキャリア信号I2を出力する。このようなヒルベルト変換部31および第2遅延部32の処理により、マルチキャリア信号Q2は、マルチキャリア信号I2に対して90度の位相差が生じることになる。
The second
第1位相器部21より出力される0度位相の音源信号I1と、マルチキャリア信号発生部22より出力される0度位相のマルチキャリア信号I2とは、第1乗算部23において乗算処理が行われる。また、同様に、第1位相器部21より出力される90度位相の音源信号Q1と、マルチキャリア信号発生部22より出力される90度位相のマルチキャリア信号Q2とは、第2乗算部24において乗算処理が行われる。そして、位相反転部25において、第2乗算部24により演算処理が行われた信号(第2補完信号)の位相反転が行われた後に、第2加算部26において、第1乗算部23において乗算処理が行われた信号(第1補完信号)と、位相反転部25において位相反転が行われた信号とが加算されて、増幅部5へと出力される。
The first multiplier 23 performs multiplication processing on the 0-degree sound source signal I1 output from the
このように、パルス生成部41より出力され、第3LPF部43により重み付けされたマルチキャリア信号I2を、音源信号I1に対して乗算することにより、所定の周波数帯域にわたって複数に周波数シフトされた低帯域の信号を生成することが可能となる。さらに、低音の補正が行われた信号(第1乗算部23で乗算処理された信号)に対して、90度位相であって同様に第2乗算部24において低音の補正が行われた信号を、位相反転部25で位相反転させて加算することにより、出力される低域信号(補完信号)のミラーイメージを効果的に抑制することが可能となる。
In this way, the multi-carrier signal I2 output from the
また、マルチキャリア信号発生部22より出力されるマルチキャリア信号は、インパルス列に基づいて生成されるため、周波数と位相の異なる複数の正弦波を個別に生成して合成することなく、簡易な構成で、所定の周波数帯域にわたり複数に周波数シフトされた低域信号(補完信号)を生成することが可能となる。
In addition, since the multicarrier signal output from the multicarrier
増幅部5は、周波数シフトされた低域信号の増幅を行う役割を有しており、アップサンプリング部6は、増幅部5で増幅された低域信号を、所定間隔でアップサンプル処理する役割を有している。また、第2LPF部7は、低域通過フィルタであって、アップサンプリング部6におけるアップサンプル処理によって生じる複数のエイリアス信号の除去を行う役割を有している。
The amplifying
一方で、第1遅延部9は、音源信号の遅延補正を行う役割を有している。第1遅延部9による遅延補正によって、ダウンサンプリング部3や周波数変換部4等で生じる遅延に対する補正を音源信号に付加することが可能となる。そして、第1遅延部9により遅延補正が行われた音源信号に対して、周波数変換部4などにより生成された低域信号が、第1加算部8で加算され、低域音の補完が行われた音源信号がスピーカ12へと出力されることになる。
On the other hand, the
次に、オーディオ補完装置1の具体的な動作例を、詳細な設定データを示して説明する。
Next, a specific operation example of the
まず各データの数値設定として、音源のサンプリング周波数を44.1kHzとし、第1LPF部2および第2LPF部7として6次のバタワース低域通過フィルタを用いて、カットオフ周波数を80Hzに設定する。また、ダウンサンプリング部3のダウンサンプルを1/120、増幅部5の増幅率を120倍、アップサンプリング部6のアップサンプルを120倍とする。このようにして各データが設定されたオーディオ補完装置1に対して、音源部11より44.1kHzのサンプリング周波数を備えた音源信号を入力させると、音源信号のサンプリング周波数は、ダウンサンプリング部3におけるダウンサンプル処理により44.1kHzから367.5Hzに変換され、アップサンプリング部6におけるアップサンプル処理により、367.5Hzから44.1kHzに変換されることになる。
First, as the numerical setting of each data, the sampling frequency of the sound source is set to 44.1 kHz, and the cut-off frequency is set to 80 Hz using a 6th-order Butterworth low-pass filter as the
さらに、パルス生成部41のサンプリング周波数を、ダウンサンプルされた音源信号と同様に367.5Hzとし、インパルス列の生成を16サンプル毎に設定する。また、HPF部42には、1次のバタワース高域通過フィルタを用い、正規化カットオフ周波数として0.05を設定する。さらに、第3LPF部43には、2次のバタワース低域通過フィルタを用い、正規化カットオフ周波数として0.2を設定する。また、ヒルベルト変換部31のFIRフィルタを32tapとし、図5に示すような係数とする。さらに、第2遅延部32の遅延時間を、16サンプルに設定する。
Further, the sampling frequency of the
図4(b)は、上述したような設定条件において、パルス生成部41で生成されるインパルス列の出力スペクトルを示した図である。図4(b)に示すように、インパルス列の間隔は、パルス生成部41のサンプリング周波数である367.5Hzの1/16(インパルス列が16サンプル毎に生成されるため)である23Hz間隔となっており、この23Hzの間隔のインパルス列によりマルチキャリア信号が構成されることになる。
FIG. 4B is a diagram showing an output spectrum of an impulse train generated by the
図6(a)は、音源信号が40Hzの正弦波の場合における、第1位相器部21の出力波形(音源信号I1と音源信号Q1との出力波形)を示し、図6(b)は第1位相器部21の出力スペクトル(音源信号I1のみ)を示している。図6(a)より明らかなように、第1位相器部21の出力信号として、0度位相の正弦波である音源信号I1と、90度位相の正弦波である音源信号Q1とが出力される。なお、図6(b)には、音源信号I1のみの出力スペクトルしか示されていないが、音源信号Q1は音源信号I1と位相が異なるだけであるため、同様の出力スペクトルを示すことになる。
FIG. 6A shows the output waveform of the first phase shifter unit 21 (output waveform of the sound source signal I1 and the sound source signal Q1) when the sound source signal is a sine wave of 40 Hz, and FIG. The output spectrum of the 1 phase shifter unit 21 (only the sound source signal I1) is shown. As is clear from FIG. 6A, the output signal of the first
一方で、図7(a)は、第2位相器部44の出力波形(マルチキャリア信号I2とマルチキャリア信号Q2との出力波形)を示し、図7(b)は、第2位相器部44の出力スペクトル(マルチキャリア信号I2のみを示すがマルチキャリア信号Q2も同様)を示している。図7(a)より明らかなように、第2位相器部44の出力信号として、0度位相の正弦波であるマルチキャリア信号I2と、90度位相の正弦波であるマルチキャリア信号Q2とが出力される。
On the other hand, FIG. 7A shows the output waveform of the second phase shifter unit 44 (the output waveform of the multicarrier signal I2 and the multicarrier signal Q2), and FIG. 7B shows the second
また、図7(b)に示すように、出力スペクトルの値は、第3LPF部43において設定されるカットオフ周波数と次数とに応じて、重み付けがなされている。図7(b)では、周波数が低いほど、出力スペクトルの出力レベルが高くなり、周波数が高くなるに従って、出力スペクトルの出力レベルが低減されるようにして重み付けがなされている。第2位相器部44より出力されるマルチキャリア信号I2(Q2)の出力スペクトルは、図7(b)に示すように、所定の周波数間隔毎に出力レベルが突出して示されるインパルス列により構成され、このようにして構成されるマルチキャリア信号I2(Q2)が、図6(b)に示すように、40Hzのみで出力レベルが突出する音源信号I1(Q1)に乗算される。
Further, as shown in FIG. 7B, the output spectrum value is weighted according to the cutoff frequency and the order set in the
図8(a)は、周波数変換部4より出力される低域信号の出力スペクトルを示した図である。音源信号が40Hzの正弦波である場合には、図8(a)に示すように、40Hzに対して、23Hz、46Hz、69Hz、・・・だけ周波数シフトされた63Hz、86Hz、109Hz、・・・の複数の正弦波が生成され、さらに、ミラーイメージも効果的に抑制されている。このようにして周波数変換部4において所定の周波数の波形信号に基づいて周波数シフトした複数の波形信号を生成することにより、所定の周波数を基準としたその周囲の周波数の出力スペクトルを得ることが可能となる。このため、所定の周波数帯域の範囲において音源信号の補完を行うことが可能となる。
FIG. 8A shows the output spectrum of the low frequency signal output from the
図8(b)は、オーディオ補完装置1よりスピーカ12に対して出力される信号の出力スペクトルを示した図である。具体的には、図8(a)に示した複数の正弦波が、図1に示したように、第2LPF部7によってフィルタリングされた後に、音源部11より入力された音源信号であって第1遅延部9において遅延処理された音源信号と、第1加算部8において合成される。このようにして、音源部11より入力された音源信号に対して、所定の周波数間隔であって、重み付けされた出力スペクトルを備えた信号が合成されるため、図8(b)に示すような、低域周波数成分が強調された信号(低域信号)を生成することが可能となる。
FIG. 8B is a diagram illustrating an output spectrum of a signal output from the
このようにして、パルス生成部41で所定の周波数間隔のインパルス列を生成し、所定の重み付けを行った後に、補正対象となる周波数帯域の音源信号に対して加算処理(合成処理)を行うことによって、所定の周波数帯域を中心としてその周囲の出力レベルを強調(補完)した補完信号を生成することが可能となる。
In this way, after the
また、本実施の形態に係るオーディオ補完装置1では、パルス生成部41で生成されたインパルス列を用いて特定の周波数帯域における出力レベルの補完を行うことができるので、音源信号の信号レベル(出力レベル)に左右されることなく補完を行うことが可能となる、従って、倍音を生成して音源信号の補完を行う場合のように、音源信号の信号レベルに左右されることが無くなるため、所望の周波数帯域の範囲で、さらに所望の信号レベルによって、効果に補完処理を行うことができる。
Further, in the
以上、上述した実施の形態に係るオーディオ補完装置1を一例として説明することにより、本発明に係る音源信号補完装置について、説明を行ったが、本発明に係る音源信号補完装置は、上述した実施の形態に示した例には限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
As described above, the audio
例えば、上述した図4〜図8では、音源信号が40Hzの正弦波である場合について説明したが、音源信号は、40Hzの正弦波の場合だけには限定されない。例えば、図9(a)は、音源信号が40Hzの正弦波と55Hzの正弦波とにより構成され、55Hzの正弦波の出力スペクトルの方が、40Hzの正弦波の出力スペクトルよりも−6dBだけ小さい場合における周波数変換部4の出力信号の出力スペクトルを示し、図9(b)は、オーディオ補完装置1よりスピーカ12に対して出力される信号の出力スペクトルを示している。
For example, in FIGS. 4 to 8 described above, the case where the sound source signal is a sine wave of 40 Hz has been described, but the sound source signal is not limited to the case of a sine wave of 40 Hz. For example, in FIG. 9A, the sound source signal is composed of a 40 Hz sine wave and a 55 Hz sine wave, and the output spectrum of the 55 Hz sine wave is smaller by −6 dB than the output spectrum of the 40 Hz sine wave. FIG. 9B shows the output spectrum of the signal output from the
図9(a)と図8(a)とを比較すると、図9(a)に示した出力スペクトルでは、図8(a)に示した出力スペクトルに加えて、55Hzの正弦波に対して、23Hz、46Hz、69Hz、・・・・だけ周波数シフトされた78Hz、101Hz、124Hz、・・・・の複数の正弦波が示されている。このように、複数の周波数からなる信号波形により音源信号が構成される場合であっても、それぞれの周波数に対応した低域信号の補完処理を行うことが可能であり、音源信号の信号特性に応じて適切な補完を行うことが可能となる。 Comparing FIG. 9 (a) and FIG. 8 (a), in the output spectrum shown in FIG. 9 (a), in addition to the output spectrum shown in FIG. A plurality of sine waves of 78 Hz, 101 Hz, 124 Hz,... Shifted by 23 Hz, 46 Hz, 69 Hz,. In this way, even when a sound source signal is composed of a signal waveform composed of a plurality of frequencies, it is possible to perform low-frequency signal complement processing corresponding to each frequency, and the signal characteristics of the sound source signal can be improved. Appropriate complementation can be performed accordingly.
さらに、本実施の形態に係るオーディオ補完装置1では、スピーカの再生能力以下の低域音をスピーカ12で再生可能な低音域まで補正して音源信号の低音補完を行う場合について説明を行ったが、本発明に係る音源信号補完装置において補完することが可能な音域は低音部分だけに限定されるものではない。例えば、図1に示した第1LPF部2の低域通過フィルタの代わりに、中音域や高音域を抽出する帯域通過フィルタを用いることにより、実施の形態と同様の処理・構成によって、中音域や高音域における音源信号の補完を行うことが可能である。このような中音域や高音域における音源信号の補完によって、例えば、MP3(MPEG Audio Layer-3)やWMA(Windows (登録商標)Media Audio)などの圧縮音源方式により、圧縮時に音源信号より削除された中高域の音の音響補完を行うことが可能となる。
Furthermore, in the
1 …オーディオ補完装置(音源信号補完装置)
2 …第1LPF部(第2フィルタ手段)
3 …ダウンサンプリング部
4 …周波数変換部
5 …増幅部
6 …アップサンプリング部
7 …第2LPF部
8 …第1加算部
9 …第1遅延部
11 …音源部(音源手段)
12 …スピーカ
21 …第1位相器部(第1位相手段)
22 …マルチキャリア信号発生部
23 …第1乗算部(第1乗算手段)
24 …第2乗算部(第2乗算手段)
25 …位相反転部(位相反転手段)
26 …第2加算部(加算手段)
31 …ヒルベルト変換部
32 …第2遅延部
41 …パルス生成部(パルス生成手段)
42 …HPF部
43 …第3LPF部(第1フィルタ手段)
44 …第2位相器部(第2位相手段)
I1、Q1 …音源信号
I2、Q2 …マルチキャリア信号
1 ... Audio complement device (sound source signal complement device)
2 ... 1st LPF part (2nd filter means)
DESCRIPTION OF
12 ...
22... Multicarrier signal generator 23... First multiplier (first multiplier)
24 ... 2nd multiplication part (2nd multiplication means)
25 ... Phase inversion unit (phase inversion means)
26 ... 2nd addition part (addition means)
31 ... Hilbert transform
42 ...
44 ... 2nd phase shifter part (2nd phase means)
I1, Q1 ... sound source signals I2, Q2 ... multicarrier signals
Claims (4)
該パルス生成手段により生成された前記信号のインパルス列の信号レベルを周波数帯域に応じて調整してマルチキャリア信号を生成する第1フィルタ手段と、
音源手段より出力される音源信号に対して、前記マルチキャリア信号を乗算することにより第1補完信号を生成する第1乗算手段と
を備えることを特徴とする音源信号補完装置。 Pulse generation means for generating a signal composed of an impulse train of a predetermined frequency interval;
First filter means for adjusting a signal level of an impulse train of the signal generated by the pulse generating means to generate a multicarrier signal according to a frequency band;
A sound source signal complementing device, comprising: first multiplication means for generating a first complementary signal by multiplying the sound source signal output from the sound source means by the multicarrier signal.
前記第1乗算手段は、該第2フィルタ手段によりフィルタ処理が行われた音源信号に対して、前記マルチキャリア信号を乗算すること
を特徴とする請求項1に記載の音源信号補完装置。 A second filter unit that performs a filtering process by extracting a signal output of a predetermined frequency band for the sound source signal output from the sound source unit;
2. The sound source signal complementing apparatus according to claim 1, wherein the first multiplying unit multiplies the multicarrier signal by the sound source signal that has been subjected to the filter processing by the second filter unit.
を特徴とする請求項2に記載の音源信号補完装置。 3. The sound source according to claim 2, wherein the second filter unit performs the filtering process so that a signal output of a frequency band that can be reproduced in a speaker for outputting the sound source signal is extracted. Signal complementer.
前記マルチキャリア信号に基づいて、0度位相のマルチキャリア信号I2と90度位相のマルチキャリア信号Q2とを生成する第2位相手段と、
前記音源信号Q1に対して前記マルチキャリア信号Q2を乗算することにより第2補完信号を生成する第2乗算手段と、
該第2乗算手段により生成された前記第2補完信号の位相反転を行う位相反転手段と、
前記音源信号I1に対して前記マルチキャリア信号I2を乗算させることにより前記第1乗算手段において生成された第1補完信号に対して、前記位相反転手段により位相反転された第2補完信号を加算することにより補完信号を生成する加算手段と
を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の音源信号補完装置。 First phase means for generating a 0 degree phase sound source signal I1 and a 90 degree phase sound source signal Q1 based on the sound source signal;
Second phase means for generating a 0 degree phase multicarrier signal I2 and a 90 degree phase multicarrier signal Q2 based on the multicarrier signal;
Second multiplication means for generating a second complementary signal by multiplying the multi-carrier signal Q2 by the sound source signal Q1,
Phase inversion means for performing phase inversion of the second complementary signal generated by the second multiplication means;
The second complementary signal phase-inverted by the phase inverting means is added to the first complementary signal generated in the first multiplying means by multiplying the sound source signal I1 by the multi-carrier signal I2. 4. The sound source signal complementing device according to claim 1, further comprising: an adding unit configured to generate a complementary signal.
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