JP4983433B2

JP4983433B2 - 低音増強装置

Info

Publication number: JP4983433B2
Application number: JP2007166001A
Authority: JP
Inventors: 恩彩劉
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-06-25
Also published as: JP2009005224A

Description

本発明は、音声信号に含まれる低域信号を増強する低音増強装置に関する。

オーディオ機器の小型化が進み、特にスピーカの大きさの制約から十分な低域再生ができないという問題があった。この問題を解決する方法として、聴覚心理学を利用して、低域信号の倍音を追加することで、低音が強調されたように感じさせるという方法がある。例えば、特許文献１には、信号を累乗することにより発生した倍音を追加する技術が記載されている。
特許第３４６２５９０号公報

しかし、信号を累乗することによって生成した倍音を追加する方法では、倍音に含まれる基本波成分のレベルが元の信号の累乗に比例するため、大音量時に不必要な増幅が発生するという問題があった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、基本波成分の不必要な増幅を抑えつつ低域信号の増幅を実現することができる低音増強装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、音声信号から低域信号を抽出する低域信号抽出手段と、前記低域信号抽出手段によって抽出された前記低域信号を累乗することにより、前記低域信号の倍音成分を含み、基本波の位相が前記低域信号と逆相の倍音信号を発生する倍音発生手段と、前記低域信号抽出手段によって抽出された前記低域信号のレベルが前記倍音発生手段から発生された前記倍音信号の前記基本波のレベルと同レベルになるように、前記倍音発生手段と連動させて前記低域信号のレベルを調整するレベル調整手段と、前記倍音発生手段によって発生された前記倍音信号と、前記レベル調整手段によってレベルが調整された前記低域信号とを加算する第１の信号加算手段と、前記第１の信号加算手段から出力された信号と前記音声信号とを加算する第２の信号加算手段と、を備えたことを特徴とする低音増強装置である。

また、本発明は、音声信号から低域信号を抽出する低域信号抽出手段と、前記低域信号抽出手段によって抽出された前記低域信号を累乗することにより、前記低域信号の倍音成分を含み、基本波の位相が前記低域信号と同相の倍音信号を発生する倍音発生手段と、前記倍音発生手段によって発生された前記倍音信号の基本波の位相を前記低域信号と逆相になるように調整する位相調整手段と、前記低域信号抽出手段によって抽出された前記低域信号のレベルが前記倍音発生手段から発生された前記倍音信号の前記基本波のレベルと同レベルになるように、前記倍音発生手段と連動させて前記低域信号のレベルを調整するレベル調整手段と、前記位相調整手段によって基本波の位相が調整された前記倍音信号と、前記レベル調整手段によってレベルが調整された前記低域信号とを加算する第１の信号加算手段と、前記第１の信号加算手段から出力された信号と前記音声信号とを加算する第２の信号加算手段と、を備えたことを特徴とする低音増強装置である。

本発明によれば、低域信号中の基本波に対し、逆相の基本波を含む倍音信号を加算することによって、基本波成分の不必要な増幅を抑えつつ低域信号の増幅を実現することができるという効果が得られる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態による低音増強装置の構成を示している。ＬＰＦ１（ローパスフィルタ）は音声信号１００から、基本波の周波数を含む低域信号を抽出する。倍音発生部２は、ＬＰＦ１から出力された低域信号１０１を累乗することにより、低域信号１０１の倍音成分を含み、基本波の位相が低域信号１０１と同相または逆相の倍音信号を発生する。位相調整部３は、倍音発生部２から出力された倍音信号１０２の基本波の位相を低域信号１０１と逆相になるように調整する。

レベル調整部４は、低域信号１０１がフルスケールのとき、出力する低域信号１０４のレベルが倍音信号１０２の基本波のレベルと同レベルになるように、低域信号１０１のレベルを調整する。信号加算部５は、位相調整部３から出力された倍音信号１０３と、レベル調整部４から出力された低域信号１０４とを加算する。レベル調整部６は、信号加算部５から出力された信号１０５のレベルを必要に応じて調整する。このレベル調整部６を設けなくてもよい。信号加算部７は、レベル調整部６から出力された信号１０６と元の音声信号１００とを加算し、倍音成分を含む音声信号１０７を出力する。

レベル調整部４のゲインの設定は倍音発生部２の処理内容と連動する。例えば、低域信号１０１をＡｓｉｎωｔ（Ａは定数）とし、倍音発生部２が低域信号１０１の３乗により３倍音を発生するものとする。このとき、倍音信号１０２はＡ^３ｓｉｎ^３ωｔとなり、以下の（１）式より倍音信号１０２の基本波成分は（３／４）Ａ^３となる。

低音信号１０１がフルスケール（≡（Ａ＝１））のとき、倍音信号１０２の基本波成分は３／４となるので、レベル調整部４のゲインの設定も３／４とする。これと同様にして、倍音発生部２の処理内容に応じてレベル調整部４のゲインの設定を変更すればよい。また、このレベル調整部４のゲインとして、実験によって決められたゲインを用いてもよい。

位相調整部３は例えば逆相器であり、倍音信号１０２の基本波の位相が低域信号１０１と同相の場合に、倍音信号１０２の基本波の位相を低音信号１０１と逆相にする処理を行う。一方、倍音信号１０２の基本波の位相が低域信号１０１と逆相の場合には、位相調整部３は倍音信号１０２をそのまま通過させる。あるいは、倍音信号１０２の基本波の位相が常に低域信号１０１と逆相の場合には、位相調整部３を設けなくてもよい。

倍音発生部２の処理内容に応じて、倍音信号１０２の基本波の位相が低域信号１０１と同相／逆相であるのかを以下のように予め知ることができる。例えば、倍音発生部２が以下の（２）式によって倍音信号を発生するものとする。ただし、ｘ＝Ａｓｉｎωｔは周期Ｔの正弦波であって低域信号１０１に相当し、ｙは倍音信号１０２に相当する。
ｙ＝ｘ^２ｗｈｅｎｘ＜０・・・（２）

上記の（２）式をフーリエ展開すると、以下の（３）式となる。したがって、倍音信号１０２の基本波成分は以下の（４）式で表され、元の低域信号１０１と逆相となる。

次に、本実施形態の効果を説明する。位相調整部３から出力される倍音信号１０３の基本波成分は以下の特徴を持つ。
・レベルは元の低域信号１０１のレベルの累乗に比例する。
・位相は元の低域信号１０１と逆相である。

低域信号１０１をＡｓｉｎωｔとし、倍音発生部２が低域信号１０１のｎ乗（ｎは２以上の整数）により倍音を発生するものとする。このとき、倍音信号１０３の基本波成分は−α×Ａ^ｎｓｉｎωｔ（αは倍音発生部２の倍音発生方法に応じた定数）となる。

また、レベル調整部４から出力された低域信号１０４の基本波成分は以下の特徴を持つ。
・レベルは元の低域信号１０１のレベルに比例する。
・位相は元の低域信号１０１と同相である。

低域信号１０１をＡｓｉｎωｔとすると、低域信号１０４はα×Ａｓｉｎωｔとなる。したがって、信号加算部５から出力される信号１０５には、倍音成分の他に以下のような基本波成分も含まれている。
信号１０５の基本波成分：α×Ａｓｉｎωｔ×（１−Ａ^ｎ−１）

レベル調整部６のゲインをＧとすると、信号加算部７から出力される音声信号１０７に含まれる低域信号の基本波成分は以下の（５）式で表される。
Ａｓｉｎωｔ＋Ｇ×α×Ａｓｉｎωｔ×（１−Ａ^ｎ−１）＝Ａｓｉｎωｔ×（１＋Ｇ×α（１−Ａ^ｎ−１））・・・（５）

したがって、低音増強装置全体の低域信号の増幅量Ｇ_ｄＢ（ｄＢ）は以下の（６）式のようになる。
Ｇ_ｄＢ＝２０ｌｏｇ（１＋Ｇ×α（１−Ａ^ｎ−１））・・・（６）

低域信号１０１のレベルが小さい（Ａ＜＜１）場合、（１−Ａ^ｎ−１）≒１なので、基本波成分の増幅量は２０ｌｏｇ（１＋Ｇ×α）（ｄＢ）にほぼ等しい。低域信号１０１のレベルが大きくなると、それに応じて増幅量は小さくなる。また、低域信号１０１がフルスケールの正弦波（Ａ＝１）である場合、（１−Ａ^ｎ−１）＝０なので、基本波成分の増幅量は０（ｄＢ）になる。

すなわち、本実施形態による低音増強装置は、低域信号１０１のレベルが小さいときに基本波成分の増幅量が大きく、低域信号１０１のレベルが大きいときに基本波成分の増幅量が小さく、低域信号１０１がフルスケールのときは基本波成分の増幅量は０であるという特性を有する。したがって、基本波成分の不必要な増幅を抑えつつ低域信号の増幅を実現することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態による低音増強装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１・・・ＬＰＦ（低域信号抽出手段）、２・・・倍音発生部（倍音発生手段）、３・・・位相調整部（位相調整手段）、４・・・レベル調整部（レベル調整手段）、５・・・信号加算部（第１の信号加算手段）、６・・・レベル調整部、７・・・信号加算部（第２の信号加算手段）

Claims

音声信号から低域信号を抽出する低域信号抽出手段と、
前記低域信号抽出手段によって抽出された前記低域信号を累乗することにより、前記低域信号の倍音成分を含み、基本波の位相が前記低域信号と逆相の倍音信号を発生する倍音発生手段と、
前記低域信号抽出手段によって抽出された前記低域信号のレベルが前記倍音発生手段から発生された前記倍音信号の前記基本波のレベルと同レベルになるように、前記倍音発生手段と連動させて前記低域信号のレベルを調整するレベル調整手段と、
前記倍音発生手段によって発生された前記倍音信号と、前記レベル調整手段によってレベルが調整された前記低域信号とを加算する第１の信号加算手段と、
前記第１の信号加算手段から出力された信号と前記音声信号とを加算する第２の信号加算手段と、
を備えたことを特徴とする低音増強装置。
音声信号から低域信号を抽出する低域信号抽出手段と、
前記低域信号抽出手段によって抽出された前記低域信号を累乗することにより、前記低域信号の倍音成分を含み、基本波の位相が前記低域信号と同相の倍音信号を発生する倍音発生手段と、
前記倍音発生手段によって発生された前記倍音信号の基本波の位相を前記低域信号と逆相になるように調整する位相調整手段と、
前記低域信号抽出手段によって抽出された前記低域信号のレベルが前記倍音発生手段から発生された前記倍音信号の前記基本波のレベルと同レベルになるように、前記倍音発生手段と連動させて前記低域信号のレベルを調整するレベル調整手段と、
前記位相調整手段によって基本波の位相が調整された前記倍音信号と、前記レベル調整手段によってレベルが調整された前記低域信号とを加算する第１の信号加算手段と、
前記第１の信号加算手段から出力された信号と前記音声信号とを加算する第２の信号加算手段と、
を備えたことを特徴とする低音増強装置。