JP2007171339A - Audio signal processing unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オーディオ信号処理装置に関する。 The present invention relates to an audio signal processing apparatus.
可聴帯域などに帯域制限されたオーディオ信号に対して、その制限帯域以外の帯域の成分を追加して、原音に近づくようにするための技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。 A technique has been proposed for adding a component in a band other than the limited band to an audio signal band-limited to an audible band or the like so as to approach the original sound (see, for example, Patent Document 1).
図6は、従来のオーディオ信号処理装置の一例を示すブロック図である。この従来のオーディオ信号処理装置は、可聴帯域に帯域制限されたオーディオ信号に対して、その制限帯域以外の周波数成分を追加する。 FIG. 6 is a block diagram showing an example of a conventional audio signal processing apparatus. This conventional audio signal processing apparatus adds frequency components other than the limited band to the audio signal band-limited to the audible band.
図6に示す装置では、倍音成分生成部101が、オーディオ信号から倍音成分を生成する。一方、遅延部102が、倍音成分生成部101での倍音成分の生成に要する時間だけ、オーディオ信号を遅延させる。
In the apparatus shown in FIG. 6, the harmonic
そして、生成された倍音成分が、オーディオ信号へ加算部111により加算される。加算部111により倍音成分が加算されたオーディオ信号は、ローパスフィルタ112を経て出力される。倍音成分の加算に伴いオーディオ信号の全帯域でのエネルギーが増加するため、ローパスフィルタ112は、不要な高周波成分を減衰させて、オーディオ信号の全帯域でのエネルギーの増加を抑制する。
Then, the generated overtone component is added to the audio signal by the adding
このようにして、入力されたオーディオ信号に対して倍音成分が追加され、倍音成分が追加されたオーディオ信号が出力される。 In this way, a harmonic component is added to the input audio signal, and an audio signal with the harmonic component added is output.
倍音成分を生成する倍音成分生成部101では、信号生成部121が、一定の周波数分布の信号を生成し、混合部122が、信号生成部121により生成された信号を、入力されたオーディオ信号に混合する。つまり、混合部122は、信号生成部121により生成された信号と、入力されたオーディオ信号との積を演算し、演算結果の信号を出力する。ハイパスフィルタ123は、混合部122により生成される信号のうち、倍音成分を透過させ、可聴帯域以下の周波数成分を減衰させる。
In the overtone
これにより、倍音成分生成部101では、入力されたオーディオ信号に基づいて倍音成分が生成される。
As a result, the harmonic
しかしながら、従来のオーディオ信号処理装置では、倍音成分生成部101により、信号生成部121による一定の周波数分布の信号が、入力されたオーディオ信号に混合されるため、生成される倍音成分は、入力されたオーディオ信号の各周波数成分の2倍の周波数の成分にならない。
However, in the conventional audio signal processing apparatus, since the harmonic
つまり、オーディオ信号の可聴帯域をfL〜fHとし、信号生成部121による信号の周波数をfaとすると、ある周波数fに対応する混合後の信号の周波数帯域は(fL+fa)〜(fH+fa)となってしまい、オーディオ信号の可聴帯域fL〜fHにおけるいずれの周波数についても、その周波数成分の2倍の周波数の成分が生成されるようにすることは困難である。
That is, assuming that the audible band of the audio signal is fL to fH and the frequency of the signal by the
このため、正確な倍音成分が得られず、処理後のオーディオ信号が原音に忠実なものとならない可能性がある。 For this reason, an accurate harmonic component cannot be obtained, and the processed audio signal may not be faithful to the original sound.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、元のオーディオ信号から倍音成分を正確に生成し、原音に忠実なオーディオ信号を生成可能なオーディオ信号処理装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to obtain an audio signal processing apparatus capable of accurately generating a harmonic component from an original audio signal and generating an audio signal faithful to the original sound. .
上記の課題を解決するために、本発明では以下のようにした。 In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
本発明に係るオーディオ信号処理装置の1つは、オーディオ信号を自乗する第1の乗算手段と、第1の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数以下の帯域成分を減衰させる第1のハイパスフィルタと、第1のハイパスフィルタを通過した後の信号をオーディオ信号に加算する加算手段とを備える。 One of the audio signal processing apparatuses according to the present invention is a first multiplication unit that squares an audio signal, and a first component that attenuates a band component equal to or lower than the upper limit frequency of the audio signal among signals generated by the first multiplication unit. 1 high-pass filter and an adding means for adding the signal after passing through the first high-pass filter to the audio signal.
また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置に加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、オーディオ信号処理装置は、第1の乗算手段により生成された信号にオーディオ信号を乗算する第2の乗算手段と、第2の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の2倍以下の周波数成分を減衰させる第2のハイパスフィルタとを備える。そして、加算手段は、第1のハイパスフィルタを通過した後の信号および第2のハイパスフィルタを通過した後の信号を、オーディオ信号に加算する。 In addition to the audio signal processing apparatus described above, the audio signal processing apparatus according to the present invention may be configured as follows. That is, in this case, the audio signal processing apparatus has a second multiplication unit that multiplies the signal generated by the first multiplication unit by the audio signal, and an upper limit of the audio signal among the signals generated by the second multiplication unit. A second high-pass filter that attenuates a frequency component that is twice or less the frequency. The adding means adds the signal after passing through the first high-pass filter and the signal after passing through the second high-pass filter to the audio signal.
また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置に加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、オーディオ信号処理装置は、第2の乗算手段により生成された信号にオーディオ信号を乗算する第3の乗算手段と、第3の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の3倍以下の周波数成分を減衰させる第3のハイパスフィルタとを備える。そして、加算手段は、第1のハイパスフィルタを通過した後の信号、第2のハイパスフィルタを通過した後の信号および第3のハイパスフィルタを通過した後の信号を、オーディオ信号に加算する。 In addition to the audio signal processing apparatus described above, the audio signal processing apparatus according to the present invention may be configured as follows. That is, in this case, the audio signal processing apparatus has a third multiplication unit that multiplies the signal generated by the second multiplication unit by the audio signal, and an upper limit of the audio signal among the signals generated by the third multiplication unit. And a third high-pass filter that attenuates a frequency component equal to or less than three times the frequency. The adding means adds the signal after passing through the first high-pass filter, the signal after passing through the second high-pass filter, and the signal after passing through the third high-pass filter to the audio signal.
また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置に加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、オーディオ信号処理装置は、第3の乗算手段により生成された信号にオーディオ信号を乗算する第4の乗算手段と、第4の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の4倍以下の周波数成分を減衰させる第4のハイパスフィルタとを備える。そして、加算手段は、第1のハイパスフィルタを通過した後の信号、第2のハイパスフィルタを通過した後の信号、第3のハイパスフィルタを通過した後の信号および第4のハイパスフィルタを通過した後の信号を、オーディオ信号に加算する。 In addition to the audio signal processing apparatus described above, the audio signal processing apparatus according to the present invention may be configured as follows. That is, in this case, the audio signal processing apparatus includes a fourth multiplication unit that multiplies the signal generated by the third multiplication unit by the audio signal, and an upper limit of the audio signal among the signals generated by the fourth multiplication unit. And a fourth high-pass filter that attenuates a frequency component that is four times or less the frequency. The adding means passes the signal after passing through the first high-pass filter, the signal after passing through the second high-pass filter, the signal after passing through the third high-pass filter, and the fourth high-pass filter. The later signal is added to the audio signal.
また、本発明に係るオーディオ信号処理装置の1つは、オーディオ信号を2〜N乗して(Nは2以上の整数)、2倍音帯域の信号からN倍音帯域の信号までの(N−1)個の信号を生成する倍音生成手段と、倍音生成手段により生成された(N−1)個の信号をオーディオ信号に加算する加算手段とを備える。 Also, one of the audio signal processing apparatuses according to the present invention raises an audio signal to the 2nd to Nth power (N is an integer equal to or greater than 2), from a signal in the second harmonic band to a signal in the N harmonic band (N−1). ) Signal overtone generation means, and addition means for adding (N−1) signals generated by the overtone generation means to the audio signal.
また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置に加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、オーディオ信号処理装置は、オーディオ信号の周波数帯域内にフィルタ周波数を有する前段ハイパスフィルタを備える。そして、倍音生成手段は、前段ハイパスフィルタを通過した信号を2〜N乗して(Nは2以上の整数)、2倍音帯域の信号からN倍音帯域の信号までの(N−1)個の信号を生成し、加算手段は、倍音生成手段により生成された(N−1)個の信号をオーディオ信号に加算する。 In addition to the audio signal processing apparatus described above, the audio signal processing apparatus according to the present invention may be configured as follows. That is, in that case, the audio signal processing apparatus includes a front-stage high-pass filter having a filter frequency within the frequency band of the audio signal. Then, the harmonic generation means raises the signal that has passed through the preceding high-pass filter to the 2nd to Nth power (N is an integer of 2 or more), and (N−1) number of signals from the second harmonic band signal to the N harmonic band signal. A signal is generated, and the adding means adds (N-1) signals generated by the harmonic overtone generating means to the audio signal.
また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置に加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、前段ハイパスフィルタは、オーディオ信号の上限周波数の2分の1以下のフィルタ周波数を有する。 In addition to the audio signal processing apparatus described above, the audio signal processing apparatus according to the present invention may be configured as follows. That is, in that case, the front-stage high-pass filter has a filter frequency that is equal to or lower than half of the upper limit frequency of the audio signal.
また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、倍音生成手段は、2倍音帯域の信号からN倍音帯域の信号までのうちの1または複数の信号のそれぞれについて、オーディオ信号の2〜N乗の演算より前段に、オーディオ信号の周波数帯域内にフィルタ周波数がある1または複数の前段ハイパスフィルタを有する。 The audio signal processing apparatus according to the present invention may be configured as follows in addition to any of the above audio signal processing apparatuses. That is, in that case, the harmonic generation means, for each of one or a plurality of signals from the signal of the second harmonic band to the signal of the N harmonic band, before the computation of the 2nd to Nth powers of the audio signal, One or more pre-stage high-pass filters having a filter frequency in the frequency band are included.
また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置に加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、前段ハイパスフィルタは、対応する倍音帯域に応じたフィルタ周波数を有する。 In addition to the audio signal processing apparatus described above, the audio signal processing apparatus according to the present invention may be configured as follows. That is, in this case, the front-stage high-pass filter has a filter frequency corresponding to the corresponding harmonic band.
また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、倍音生成手段は、2倍音帯域の信号からN倍音帯域の信号までにおける1または複数の信号をそれぞれ増幅する1または複数の増幅手段を有する。 The audio signal processing apparatus according to the present invention may be configured as follows in addition to any of the above audio signal processing apparatuses. In other words, in this case, the harmonic overtone generation unit includes one or a plurality of amplification units that amplify one or a plurality of signals in the second harmonic band signal to the N harmonic band signal.
本発明によれば、元のオーディオ信号から倍音成分を正確に生成し、原音に忠実なオーディオ信号を生成可能なオーディオ信号処理装置を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the audio signal processing apparatus which can produce | generate an overtone component correctly from the original audio signal and can produce | generate an audio signal faithful to an original sound can be obtained.
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。図1において、遅延部1は、高周波生成部2,3,4,5における演算所要時間だけ、入力されたオーディオ信号を遅延させる。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the audio signal processing apparatus according to
また、高周波生成部2は、入力されたオーディオ信号の2倍音成分を生成する。高周波生成部2において、混合部21は、入力オーディオ信号と同一の入力オーディオ信号との積を演算する。また、ハイパスフィルタ(以下、HPFという)22は、可聴帯域の上限周波数fH付近にフィルタ周波数を設定されたフィルタである。なお、HPF22のフィルタ周波数は入力オーディオ信号の上限周波数fHa以上(2×fHa)未満のいずれかの周波数としてもよい。例えば、電話音声の場合、オーディオ信号の上限周波数fHaは4kHz程度となり、HPF22のフィルタ周波数は4kHz〜8kHzのいずれかの周波数とされる。また、遅延部23は、高周波生成部5の出力信号と同期するように高周波生成部2の出力信号を遅延させる。つまり、時刻tにおけるオーディオ信号に基づいて生成された高周波生成部2の出力信号と高周波生成部5の出力信号とが同一タイミングで出力されるようにする。
The
また、高周波生成部3は、入力されたオーディオ信号の3倍音成分を生成する。高周波生成部3において、遅延部31は、混合部21の演算所要時間だけ入力オーディオ信号を遅延させる。また、混合部32は、混合部21の演算により生成された信号と入力オーディオ信号との積を演算する。また、HPF33は、可聴帯域の上限周波数fHの2倍の周波数(2×fH)付近にフィルタ周波数を設定されたフィルタである。なお、HPF33のフィルタ周波数は(2×fHa)以上(3×fHa)未満のいずれかの周波数としてもよい。例えば、電話音声の場合、オーディオ信号の上限周波数fHaは4kHz程度となり、HPF33のフィルタ周波数は8kHz〜12kHzのいずれかの周波数とされる。また、遅延部34は、高周波生成部5の出力信号と同期するように高周波生成部3の出力信号を遅延させる。つまり、時刻tにおけるオーディオ信号に基づいて生成された高周波生成部3の出力信号と高周波生成部5の出力信号とが同一タイミングで出力されるようにする。
The
また、高周波生成部4は、入力されたオーディオ信号の4倍音成分を生成する。高周波生成部4において、遅延部41は、混合部21および混合部32の演算所要時間だけ入力オーディオ信号を遅延させる。また、混合部42は、混合部32の演算により生成された信号と入力オーディオ信号との積を演算する。また、HPF43は、可聴帯域の上限周波数fHの3倍の周波数(3×fH)付近にフィルタ周波数を設定されたフィルタである。なお、HPF43のフィルタ周波数は(3×fHa)以上(4×fHa)未満のいずれかの周波数としてもよい。例えば、電話音声の場合、オーディオ信号の上限周波数fHaは4kHz程度となり、HPF43のフィルタ周波数は12kHz〜16kHzのいずれかの周波数とされる。また、遅延部44は、高周波生成部5の出力信号と同期するように高周波生成部4の出力信号を遅延させる。つまり、時刻tにおけるオーディオ信号に基づいて生成された高周波生成部4の出力信号と高周波生成部5の出力信号とが同一タイミングで出力されるようにする。
The high frequency generator 4 generates a fourth harmonic component of the input audio signal. In the high frequency generation unit 4, the
また、高周波生成部5は、入力されたオーディオ信号の5倍音成分を生成する。高周波生成部5において、遅延部51は、混合部21、混合部32および混合部42の演算所要時間だけ入力オーディオ信号を遅延させる。また、混合部52は、混合部42の演算により生成された信号と入力オーディオ信号との積を演算する。また、HPF53は、可聴帯域の上限周波数fHの4倍の周波数(4×fH)付近にフィルタ周波数を設定されたフィルタである。なお、HPF53のフィルタ周波数は(4×fHa)以上(5×fHa)未満のいずれかの周波数としてもよい。例えば、電話音声の場合、オーディオ信号の上限周波数fHaは4kHz程度となり、HPF53のフィルタ周波数は16kHz〜20kHzのいずれかの周波数とされる。
In addition, the
また、加算部11は、遅延部1による遅延後の入力オーディオ信号へ、高周波生成部2による2倍音成分の信号、高周波生成部3による3倍音成分の信号、高周波生成部4による4倍音成分の信号、および高周波生成部5による5倍音成分の信号を加算する。
The
また、ローパスフィルタ(以下、LPFという)12は、倍音追加後のオーディオ信号のパワーを低減させるフィルタである。2倍音成分〜5倍音成分の加算に伴いオーディオ信号のパワーが増加するため、LPF12により、倍音追加後のオーディオ信号のパワーを低減させる。
The low-pass filter (hereinafter referred to as LPF) 12 is a filter that reduces the power of the audio signal after overtone addition. Since the power of the audio signal increases with the addition of the second harmonic component to the fifth harmonic component, the
このように、最大次数以外の倍音成分を生成する高周波生成部2,3,4のそれぞれには、出力信号を遅延させる遅延部23,34,44が設けられ、2倍音成分以外の倍音成分を生成する高周波生成部3,4,5のそれぞれには、入力信号を遅延させる遅延部31,41,51が設けられる。
As described above, each of the high-
また、高周波生成部2,3,4,5には、混合部21,32,42,52およびHPF22,33,43,53がそれぞれ設けられる。i倍音成分(i=2,3,4,5)を生成する高周波生成部2,3,4,5において、各混合部21,32,42,52は、入力オーディオ信号(i=2の場合)または(i−1)倍音成分を生成する高周波生成部2,3,4の混合部21,32,42,52の出力信号と、入力オーディオ信号との積を演算する。HPF22,33,43,53は、i倍音成分(i=2,3,4,5)を生成する高周波生成部2,3,4,5において、(i×fH)付近にフィルタ周波数を有する。なお、HPF22,33,43,53のフィルタ周波数は、HPF22,33,43,53を通過する信号の周波数帯域が連続するように設定される。
The
この実施の形態1では、2倍音成分から5倍音成分までの各倍音成分が生成されるが、2倍音成分のみとしたり、2倍音成分からN倍音成分(Nは2以上でありかつ5以外の整数)までの各倍音成分が生成されるようにしてもよい。 In the first embodiment, each harmonic component from the second harmonic component to the fifth harmonic component is generated. However, only the second harmonic component or only the second harmonic component to the N harmonic component (N is 2 or more and other than 5). Each harmonic component up to (integer) may be generated.
なお、本実施の形態に係るオーディオ信号は、可聴帯域に周波数成分を限定されたデジタルオーディオ信号であり、デジタルオーディオ信号は、PCM(Pulse Code Modulation )信号であるが、他の帯域制限されたオーディオ信号、例えば電話音声や圧縮オーディオ信号であってもよい。 The audio signal according to the present embodiment is a digital audio signal whose frequency component is limited to an audible band, and the digital audio signal is a PCM (Pulse Code Modulation) signal, but other band-limited audio. It may be a signal, for example a telephone voice or a compressed audio signal.
また、このオーディオ信号処理装置がマイクロコンピュータまたはデジタルシグナルプロセッサにより実現される場合、混合部21,32,42,52、HPF22,33,43,53、加算部11およびLPF12は、プログラムに従ってCPU、MPUといったプロセシングユニットが処理を行うことで実現され、遅延部1,23,31,34,41,44,51は、マイクロコンピュータまたはデジタルシグナルプロセッサ内のメモリ等に各遅延時間だけ格納することで実現される。
When this audio signal processing device is realized by a microcomputer or a digital signal processor, the mixing
また、このオーディオ信号処理装置が専用回路、つまりハードワイヤで実現される場合、混合部21,32,42,52は混合器として、HPF22,33,43,53およびLPF12はデジタルフィルタとして、加算部11は加算器として実現され、遅延部1,23,31,34,41,44,51は、遅延素子として実現される。
When the audio signal processing device is realized by a dedicated circuit, that is, a hard wire, the mixing
次に、上記装置の動作について説明する。図2は、実施の形態1において生成される2〜5倍音成分の周波数帯域と元のオーディオ信号の周波数帯域との対応関係を示す図である。 Next, the operation of the above apparatus will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a correspondence relationship between the frequency band of the second to fifth harmonic components generated in the first embodiment and the frequency band of the original audio signal.
オーディオ信号が入力されると、ある時刻のオーディオ信号は、遅延部1、高周波生成部2、高周波生成部3、高周波生成部4および高周波生成部5に供給される。
When an audio signal is input, an audio signal at a certain time is supplied to the
高周波生成部2では、混合部21は、その時刻のオーディオ信号の値を2乗する。これにより、混合部21の出力信号には、オーディオ信号の周波数成分を2倍した周波数成分が含まれる。そして、混合部21の出力信号における可聴帯域の上限周波数fH以下の周波数成分がHPF22により減衰させられ、図2に示す2倍音帯域の成分がHPF22を通過する。HPF22を通過した信号は、遅延部23にて所定時間だけ遅延した後に加算部11に供給される。
In the high
また、高周波生成部3では、遅延部31は、その時刻のオーディオ信号を混合部21の演算時間分だけ遅延させた後、混合部32に供給する。混合部31は、混合部21による同一時刻のオーディオ信号の値を2乗した値と同一時刻のオーディオ信号の値との積を計算する。このため、混合部32から同一時刻のオーディオ信号の値を3乗した値が出力される。これにより、混合部32の出力信号には、オーディオ信号の周波数成分を3倍した周波数成分が含まれる。そして、混合部32の出力信号における可聴帯域の上限周波数fHの2倍以下の周波数成分がHPF33により減衰させられ、図2に示す3倍音帯域の成分がHPF33を通過する。HPF33を通過した信号は、遅延部34にて所定時間だけ遅延した後に加算部11に供給される。
In the high
また、高周波生成部4では、遅延部41は、その時刻のオーディオ信号を混合部21の演算時間および混合部32の演算時間分だけ遅延させた後、混合部42に供給する。混合部41は、混合部32による同一時刻のオーディオ信号の値を3乗した値と同一時刻のオーディオ信号の値との積を計算する。このため、混合部42から同一時刻のオーディオ信号の値を4乗した値が出力される。これにより、混合部42の出力信号には、オーディオ信号の周波数成分を4倍した周波数成分が含まれる。そして、混合部42の出力信号における可聴帯域の上限周波数fHの3倍以下の周波数成分がHPF43により減衰させられ、図2に示す4倍音帯域の成分がHPF43を通過する。HPF43を通過した信号は、遅延部44にて所定時間だけ遅延した後に加算部11に供給される。
In the high frequency generator 4, the
また、高周波生成部5では、遅延部51は、その時刻のオーディオ信号を混合部21の演算時間、混合部32の演算時間および混合部42の演算時間分だけ遅延させた後、混合部52に供給する。混合部52は、混合部42による同一時刻のオーディオ信号の値を4乗した値と同一時刻のオーディオ信号の値との積を計算する。このため、混合部52から同一時刻のオーディオ信号の値を5乗した値が出力される。これにより、混合部52の出力信号には、オーディオ信号の周波数成分を5倍した周波数成分が含まれる。そして、混合部52の出力信号における可聴帯域の上限周波数fHの4倍以下の周波数成分がHPF53により減衰させられ、図2に示す5倍音帯域の成分がHPF53を通過する。HPF53を通過した信号は、加算部11に供給される。
In addition, in the high
このようにして、入力されたオーディオ信号、およびそれと同一時刻のオーディオ信号から生成された2〜5倍音成分の信号が、同一タイミングで加算部11に供給される。
In this way, the input audio signal and the signal of the second to fifth harmonic components generated from the audio signal at the same time are supplied to the
加算部11は、それらの信号の和を演算し、演算結果をLPF12に供給する。そして、LPF12を通過した信号が出力される。
The
以上のように、上記実施の形態1によれば、倍音生成手段としての高周波生成部2〜5は、オーディオ信号を2〜N乗して(Nは2以上の整数)、2倍音帯域の信号からN倍音帯域の信号までの(N−1)個の信号を生成し、加算手段としての加算部11は、高周波生成部2〜5により生成された(N−1)個の信号を入力オーディオ信号に加算する。
As described above, according to the first embodiment, the high
これにより、元のオーディオ信号の各周波数成分について倍音成分が生成されるため、元のオーディオ信号から倍音成分を正確に生成し原音に忠実なオーディオ信号を生成することができる。 As a result, a harmonic component is generated for each frequency component of the original audio signal, so that the harmonic component can be accurately generated from the original audio signal and an audio signal faithful to the original sound can be generated.
また、上記実施の形態1によれば、第1の乗算手段としての混合部21は、入力オーディオ信号を自乗し、第1のハイパスフィルタとしてのHPF22は、混合部21により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数以下の帯域成分を減衰させ、加算部11は、HPF22を通過した後の信号をオーディオ信号に加算する。
Further, according to the first embodiment, the mixing
これにより、元のオーディオ信号の各周波数成分について2倍音成分が生成されるため、元のオーディオ信号から倍音成分を正確に生成し、原音に忠実なオーディオ信号を生成することができる。 Thereby, since the second harmonic component is generated for each frequency component of the original audio signal, the harmonic component can be accurately generated from the original audio signal, and an audio signal faithful to the original sound can be generated.
また、上記実施の形態1によれば、第2の乗算手段として混合部32は、混合部21により生成された信号に入力オーディオ信号を乗算し、第2のハイパスフィルタとしてのHPF33は、混合部32により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の2倍以下の周波数成分を減衰させる。また、第3の乗算手段として混合部42は、混合部32により生成された信号に入力オーディオ信号を乗算し、第3のハイパスフィルタとしてのHPF43は、混合部42により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の3倍以下の周波数成分を減衰させる。また、第4の乗算手段として混合部52は、混合部42により生成された信号に入力オーディオ信号を乗算し、第4のハイパスフィルタとしてのHPF53は、混合部52により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の4倍以下の周波数成分を減衰させる。そして、加算部11は、HPF22を通過した後の信号、HPF33を通過した後の信号、HPF43を通過した後の信号およびHPF53を通過した後の信号を、オーディオ信号に加算する。
Further, according to the first embodiment, the mixing
これにより、元のオーディオ信号の各周波数成分について2倍音成分だけではなく複数次数の倍音成分が生成されるため、元のオーディオ信号から倍音成分をより正確に生成し原音に忠実なオーディオ信号を生成することができる。 As a result, not only the second harmonic component but also multiple harmonic components are generated for each frequency component of the original audio signal, so the harmonic component is generated more accurately from the original audio signal and an audio signal faithful to the original sound is generated. can do.
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係るオーディオ信号処理装置は、実施の形態1に係るオーディオ信号処理装置において、高周波生成部2〜5の前段にHPFを設けたものである。
The audio signal processing device according to
図3は、本発明の実施の形態2に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。図3において、HPF61は、可聴帯域にフィルタ周波数を有するハイパスフィルタである。この実施の形態2では、フィルタ周波数は、可聴帯域の上限周波数fHの2分の1の周波数とされる。ただし、このフィルタ周波数は、可聴帯域の上限周波数fHの2分の1未満の周波数でもよい。なお、HPF61のフィルタ周波数は入力オーディオ信号の周波数帯域内のいずれかの周波数(例えば、入力オーディオ信号の上限周波数fHaの2分の1、あるいはそれ未満のいずれかの周波数)としてもよい。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the audio signal processing apparatus according to
なお、図3におけるその他の構成要素については実施の形態1(図1)のものと同様であるので、その説明を省略する。 The other components in FIG. 3 are the same as those in the first embodiment (FIG. 1), and the description thereof is omitted.
次に、上記装置の動作について説明する。 Next, the operation of the above apparatus will be described.
実施の形態2では、入力オーディオ信号のうち、HPF61を通過した周波数成分の信号が、高周波生成部2〜5に供給される。HPF61では、2倍音成分〜5倍音成分の生成に関係しない低周波数成分を減衰させる。
In the second embodiment, the frequency component signal that has passed through the
なお、図3におけるその他の構成要素の動作については実施の形態1の場合と同様であるので、その説明を省略する。 Note that the operation of the other components in FIG. 3 is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
以上のように、上記実施の形態2によれば、高周波生成部2〜5は、前段ハイパスフィルタとしてのHPF61を通過した信号を2〜N(N=5)乗して、2倍音帯域の信号からN倍音帯域の信号までの(N−1)個の信号を生成し、加算部11は、高周波生成部2〜5により生成された(N−1)個の信号をオーディオ信号に加算する。特に、HPF61は、入力オーディオ信号の上限周波数fHaの2分の1より低いフィルタ周波数を有する。
As described above, according to the second embodiment, the
これにより、オーディオ信号のうち倍音成分の生成に使用されない周波数成分を減衰させて、高周波生成部2〜5内のHPF22,33,43,53でのフィルタ処理の計算量を減少させることができる。したがって、このオーディオ信号処理装置がマイクロコンピュータ等で実現される場合、CPUなどのプロセシングユニットの負荷を軽減することができる。
As a result, frequency components that are not used for generating overtone components in the audio signal can be attenuated, and the amount of filter processing in the
実施の形態3.
本発明の実施の形態3に係るオーディオ信号処理装置は、実施の形態2に係るオーディオ信号処理装置において、各次数の倍音成分を増幅する増幅部を各高周波生成部2〜5に設けたものである。
The audio signal processing device according to
図4は、本発明の実施の形態3に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。図4において、増幅部71は、高周波生成部2において、HPF22を通過した信号を増幅する。増幅部72は、高周波生成部3において、HPF33を通過した信号を増幅する。増幅部73は、高周波生成部4において、HPF43を通過した信号を増幅する。増幅部74は、高周波生成部5において、HPF53を通過した信号を増幅する。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the audio signal processing apparatus according to
なお、図4におけるその他の構成要素については実施の形態2(図3)のものと同様であるので、その説明を省略する。 The other components in FIG. 4 are the same as those in Embodiment 2 (FIG. 3), and the description thereof is omitted.
次に、上記装置の動作について説明する。 Next, the operation of the above apparatus will be described.
実施の形態3では、高周波生成部2,3,4,5において、HPF22,33,43,53を通過した2〜5倍音成分の信号が、増幅部71,72,73,74によりそれぞれ増幅される。そして、増幅部71,72,73,74により増幅された信号は、そのまま、あるいは遅延部23,24,44で遅延した後、加算部11に供給される。
In the third embodiment, in the
なお、図4におけるその他の構成要素の動作については実施の形態2の場合と同様であるので、その説明を省略する。 The operation of the other components in FIG. 4 is the same as that in the second embodiment, and a description thereof will be omitted.
以上のように、上記実施の形態3によれば、高周波生成部2〜5において、増幅手段としての増幅部71,72,73,74は、2倍音帯域の信号〜5倍音帯域の信号をそれぞれ増幅する。
As described above, according to the third embodiment, in the high
これにより、倍音成分のうち、各次数の倍音成分のレベルを自在に設定することができ、原音により忠実なオーディオ信号を生成することができる。 Thereby, the level of the harmonic component of each order among the harmonic components can be freely set, and an audio signal faithful to the original sound can be generated.
実施の形態4.
本発明の実施の形態4に係るオーディオ信号処理装置は、実施の形態3に係るオーディオ信号処理装置において、高周波生成部2〜5の前段に設けられた1つのHPF61の代わりに、各高周波生成部2〜5に別々にHPFを設けたものである。
Embodiment 4 FIG.
The audio signal processing device according to Embodiment 4 of the present invention is the same as the audio signal processing device according to
図5は、本発明の実施の形態4に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。図5において、HPF81は、高周波生成部2において、入力オーディオ信号のうち、2倍音成分に応じた所定のフィルタ周波数以下の周波数成分を減衰させる。HPF82は、高周波生成部3において、入力オーディオ信号のうち、3倍音成分に応じた所定のフィルタ周波数以下の周波数成分を減衰させる。HPF83は、高周波生成部4において、入力オーディオ信号のうち、4倍音成分に応じた所定のフィルタ周波数以下の周波数成分を減衰させる。HPF84は、高周波生成部5において、入力オーディオ信号のうち、5倍音成分に応じた所定のフィルタ周波数以下の周波数成分を減衰させる。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an audio signal processing apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 5, the HPF 81 attenuates a frequency component equal to or lower than a predetermined filter frequency corresponding to the second harmonic component in the input audio signal in the high
なお、図5におけるその他の構成要素については実施の形態3(図4)のものと同様であるので、その説明を省略する。 The other components in FIG. 5 are the same as those in Embodiment 3 (FIG. 4), and the description thereof is omitted.
次に、上記装置の動作について説明する。 Next, the operation of the above apparatus will be described.
実施の形態4では、高周波生成部2において、入力オーディオ信号のうち、HPF81を通過した周波数成分の信号に基づいて、混合部21、HPF22などにより2倍音成分の信号が生成される。HPF81では、2倍音成分の生成に関係しない低周波数成分を減衰させる。この実施の形態4では、HPF81のフィルタ周波数は、可聴帯域の上限周波数fHの2分の1またはそれ未満の周波数とされる。このように設定することで、不要な周波数成分が事前にカットされるとともに、混合部21の出力信号には、可聴帯域の上限周波数fHからその2倍までの周波数成分が含まれる。なお、入力オーディオ信号の周波数帯域が可聴帯域と一致しない場合には、HPF81のフィルタ周波数は、入力オーディオ信号の上限周波数fHaの2分の1またはそれ未満の周波数としてもよい。
In the fourth embodiment, in the
また、高周波生成部3において、入力オーディオ信号のうち、HPF82を通過した周波数成分の信号に基づいて、混合部32、HPF33などにより3倍音成分の信号が生成される。HPF82では、3倍音成分の生成に関係しない低周波数成分を減衰させる。この実施の形態4では、HPF82のフィルタ周波数は、可聴帯域の上限周波数fHの3分の2またはそれ未満の周波数とされる。このように設定することで、不要な周波数成分が事前にカットされるとともに、混合部32の出力信号には、可聴帯域の上限周波数fHの2倍から3倍までの周波数成分が含まれる。なお、入力オーディオ信号の周波数帯域が可聴帯域と一致しない場合には、HPF82のフィルタ周波数は、入力オーディオ信号の上限周波数fHaの3分の2またはそれ未満の周波数としてもよい。
In addition, in the high
また、高周波生成部4において、入力オーディオ信号のうち、HPF83を通過した周波数成分の信号に基づいて、混合部42、HPF43などにより4倍音成分の信号が生成される。HPF83では、4倍音成分の生成に関係しない低周波数成分を減衰させる。この実施の形態4では、HPF83のフィルタ周波数は、可聴帯域の上限周波数fHの4分の3またはそれ未満の周波数とされる。このように設定することで、不要な周波数成分がカットされるとともに、混合部42の出力信号には、可聴帯域の上限周波数fHの3倍から4倍までの周波数成分が含まれる。なお、入力オーディオ信号の周波数帯域が可聴帯域と一致しない場合には、HPF83のフィルタ周波数は、入力オーディオ信号の上限周波数fHaの4分の3またはそれ未満の周波数としてもよい。
Further, in the high frequency generation unit 4, a quadrature component signal is generated by the mixing
また、高周波生成部5において、入力オーディオ信号のうち、HPF84を通過した周波数成分の信号に基づいて、混合部52、HPF53などにより5倍音成分の信号が生成される。HPF84では、5倍音成分の生成に関係しない低周波数成分を減衰させる。この実施の形態4では、HPF84のフィルタ周波数は、可聴帯域の上限周波数fHの5分の4またはそれ未満の周波数とされる。このように設定することで、不要な周波数成分がカットされるとともに、混合部52の出力信号には、可聴帯域の上限周波数fHの4倍から5倍までの周波数成分が含まれる。なお、入力オーディオ信号の周波数帯域が可聴帯域と一致しない場合には、HPF84のフィルタ周波数は、入力オーディオ信号の上限周波数fHaの5分の4またはそれ未満の周波数としてもよい。
Further, in the high
なお、図5におけるその他の構成要素の動作については実施の形態1の場合と同様であるので、その説明を省略する。 Note that the operation of the other components in FIG. 5 is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
以上のように、上記実施の形態4によれば、高周波生成部2〜5において、前段ハイパスフィルタとしてのHPF81〜84は、2倍音帯域の信号からN倍音帯域の信号までのうちの1または複数の信号のそれぞれについて、オーディオ信号の2〜N乗の演算より前段に、オーディオ信号の周波数帯域内にフィルタ周波数がある。HPF81〜84は、対応する倍音帯域、つまり倍音の次数に応じたフィルタ周波数を有する。
As described above, according to the fourth embodiment, in the high-
これにより、倍音の次数ごとに、オーディオ信号のうち倍音成分の生成に使用されない周波数成分を減衰させて、高周波生成部2〜5内のHPF22,33,43,53でのフィルタ処理の計算量を減少させることができる。したがって、このオーディオ信号処理装置がマイクロコンピュータ等で実現される場合、CPUなどのプロセシングユニットの負荷を軽減することができる。
As a result, for each harmonic order, the frequency components that are not used to generate the harmonic component in the audio signal are attenuated, and the amount of calculation of the filter processing in the
なお、上述の各実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。 Each embodiment described above is a preferred example of the present invention, but the present invention is not limited to these, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. It is.
例えば、上記実施の形態3では、各高周波生成部2,3,4,5に増幅部71,72,73,74が設けられているが、偶数次高周波成分に対応する高周波生成部2,4のみに増幅部71,73を設けたり、奇数次高周波成分に対応する高周波生成部3,5のみに増幅部72,74を設けたりしてもよい。また、各増幅部71,72,73,74の増幅率を可変可能としてもよい。
For example, in the third embodiment, the high
また、上記各実施の形態において、可聴帯域は20Hzから20kHzまでであるが、元のオーディオ信号に含まれる周波数成分の範囲を可聴帯域としてもよい。 In each of the above embodiments, the audible band is from 20 Hz to 20 kHz, but the range of the frequency component included in the original audio signal may be set as the audible band.
また、上記各実施の形態において、最終段のLPF12、および遅延部23,31,34,41,44,51は、理論的には必要であるが、その効果が人間の聴感上感知できないあるいはほとんど感知できない場合にはそれぞれ省略してもよい。なお、これらの要素をプロセシングユニットとプログラムで実現する場合には、これらの要素を省略することでプロセッサの負荷を軽減することができ、これらの要素を素子で実現する場合には、これらの要素を省略することで回路規模およびコストを低くすることができる。
In each of the above embodiments, the
また、上記実施の形態2,3のように前段ハイパスフィルタとしてHPF61を設ける場合、HPF61のフィルタ周波数を所定の周波数として、高周波生成部2のHPF22を省略するようにしてもよい。その場合には、混合部21の出力信号は遅延部23による遅延後フィルタを通過せずに加算部11に供給される。
When the
本発明は、例えば、デジタルオーディオプレーヤ、通信機器などに適用可能である。 The present invention is applicable to, for example, a digital audio player and a communication device.
2,3,4,5 高周波生成部(倍音生成手段)
11 加算部(加算手段)
21 混合部(第1の乗算手段)
22 HPF(第1のハイパスフィルタ)
32 混合部(第2の乗算手段)
33 HPF(第2のハイパスフィルタ)
42 混合部(第3の乗算手段)
43 HPF(第3のハイパスフィルタ)
52 混合部(第4の乗算手段)
53 HPF(第4のハイパスフィルタ)
61 HPF(前段ハイパスフィルタ)
71,72,73,74 増幅部(増幅手段)
81,82,83,84 HPF(前段ハイパスフィルタ)
2, 3, 4, 5 High frequency generator (overtone generator)
11 Adder (addition means)
21 Mixing unit (first multiplication means)
22 HPF (first high-pass filter)
32 mixing section (second multiplication means)
33 HPF (second high-pass filter)
42 Mixing unit (third multiplication means)
43 HPF (third high-pass filter)
52 mixing section (fourth multiplication means)
53 HPF (fourth high-pass filter)
61 HPF (previous high-pass filter)
71, 72, 73, 74 Amplifying section (amplifying means)
81, 82, 83, 84 HPF (previous high-pass filter)
Claims (10)
上記第1の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数以下の帯域成分を減衰させる第1のハイパスフィルタと、
上記第1のハイパスフィルタを通過した後の信号を上記オーディオ信号に加算する加算手段と、
を備えることを特徴とするオーディオ信号処理装置。 First multiplication means for squaring the audio signal;
A first high-pass filter for attenuating a band component below the upper limit frequency of the audio signal among the signals generated by the first multiplication means;
Adding means for adding the signal after passing through the first high-pass filter to the audio signal;
An audio signal processing apparatus comprising:
上記第2の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の2倍以下の周波数成分を減衰させる第2のハイパスフィルタとを備え、
前記加算手段は、前記第1のハイパスフィルタを通過した後の信号および前記第2のハイパスフィルタを通過した後の信号を、上記オーディオ信号に加算すること、
を特徴とする請求項1記載のオーディオ信号処理装置。 Second multiplying means for multiplying the signal generated by the first multiplying means by the audio signal;
A second high-pass filter for attenuating a frequency component less than twice the upper limit frequency of the audio signal among the signals generated by the second multiplication means,
The adding means adds the signal after passing through the first high-pass filter and the signal after passing through the second high-pass filter to the audio signal;
The audio signal processing apparatus according to claim 1.
上記第3の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の3倍以下の周波数成分を減衰させる第3のハイパスフィルタとを備え、
前記加算手段は、前記第1のハイパスフィルタを通過した後の信号、前記第2のハイパスフィルタを通過した後の信号および前記第3のハイパスフィルタを通過した後の信号を、上記オーディオ信号に加算すること、
を特徴とする請求項2記載のオーディオ信号処理装置。 Third multiplication means for multiplying the audio signal by the signal generated by the second multiplication means;
A third high-pass filter for attenuating a frequency component equal to or lower than three times the upper limit frequency of the audio signal among the signals generated by the third multiplication means;
The adding means adds the signal after passing through the first high-pass filter, the signal after passing through the second high-pass filter, and the signal after passing through the third high-pass filter to the audio signal. To do,
The audio signal processing apparatus according to claim 2.
上記第4の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の4倍以下の周波数成分を減衰させる第4のハイパスフィルタとを備え、
前記加算手段は、前記第1のハイパスフィルタを通過した後の信号、前記第2のハイパスフィルタを通過した後の信号、前記第3のハイパスフィルタを通過した後の信号および前記第4のハイパスフィルタを通過した後の信号を、上記オーディオ信号に加算すること、
を特徴とする請求項3記載のオーディオ信号処理装置。 Fourth multiplying means for multiplying the audio signal by the signal generated by the third multiplying means;
A fourth high-pass filter for attenuating a frequency component equal to or lower than four times the upper limit frequency of the audio signal among the signals generated by the fourth multiplication means,
The adding means includes a signal after passing through the first high-pass filter, a signal after passing through the second high-pass filter, a signal after passing through the third high-pass filter, and the fourth high-pass filter. Adding the signal after passing through to the audio signal,
The audio signal processing apparatus according to claim 3.
上記倍音生成手段により生成された(N−1)個の信号を上記オーディオ信号に加算する加算手段と、
を備えることを特徴とするオーディオ信号処理装置。 Harmonic generation means for generating an (N-1) number of signals from the second harmonic band signal to the N harmonic band signal by raising the audio signal to the power of 2 to N (N is an integer of 2 or more);
Adding means for adding (N-1) signals generated by the harmonic overtone generating means to the audio signal;
An audio signal processing apparatus comprising:
前記倍音生成手段は、上記前段ハイパスフィルタを通過した信号を2〜N乗して、2倍音帯域の信号からN倍音帯域の信号までの(N−1)個の信号を生成し、
前記加算手段は、前記倍音生成手段により生成された(N−1)個の信号を前記オーディオ信号に加算すること、
を特徴とする請求項5記載のオーディオ信号処理装置。 A pre-stage high-pass filter having a filter frequency within the frequency band of the audio signal;
The harmonic generation means generates (N-1) signals from the second harmonic band signal to the N harmonic band signal by raising the signal that has passed through the preceding high-pass filter to the 2nd to Nth power,
The adding means adds (N−1) signals generated by the harmonic sound generating means to the audio signal;
The audio signal processing apparatus according to claim 5.
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