CN101378250B - 声音信号处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不损坏乐曲的音乐性、可获得听觉上易听取的重放音的声音信号处理装置及方法。其中，频带分割滤波器(2a～2e)将第1声音信号分割为多个频带，输出多个频带的每一个的第2声音信号。声压级放大部(3a～3e)对第2声音信号在除了低声压级区域和高声压级区域以外的中间声压级区域中，以从低声压级区域一侧开始到中间声压级区域内的中间点为止依次增大、从中间点开始到高声压级区域一侧为止依次减小的放大特性，放大声压级。加法部(5)将放大器(4a～4e)的输出相加，作为第3声音信号。

Description

声音信号处理装置及方法
技术领域
本发明涉及到一种处理声音信号的声音信号处理装置及方法，尤其涉及到一种可获得听觉上易听取的重放音的声音信号处理装置及方法。
背景技术
当听取者听取声音信号时，如果听觉上易于听取从扬声器、头戴耳机发出的重放音的话，听取者不易产生听觉疲劳。因此，作为重放声音信号的音频设备，优选重放听取者感到易听取的声音。此时，虽然是易听取的声音，但损坏听取的乐曲的音乐性则不可取。
作为现有的声音信号处理装置，例如包括JP特许第3373103号公报(专利文献1)、JP特开2002-281599号公报(专利文献2)、JP特开2000-22469号公报(专利文献3)记载的装置。此外，专利文献1、2中公开了通过频带分割滤波器将声音信号分割为多个频带并进行信号处理。专利文献3公开了改善声音信号的过渡响应特性的声音信号处理装置。
专利文献1：JP特许第3373103号公报
专利文献2：JP特开2002-281599号公报
专利文献3：JP特开2000-22469号公报
上述专利文献1～3所述发明可一定程度上改善听觉上的易听取性，但存在损坏乐曲音乐性的问题。因此，要求一种不损坏乐曲的音乐性、可获得听觉上易听取的重放音的声音信号处理装置及方法。
发明内容
本发明鉴于以上问题而产生，其目的在于提供一种不损坏乐曲的音乐性、可获得听觉上易听取的重放音的声音信号处理装置及方法。
本发明为了解决上述现有技术的问题，提供一种声音信号处理装置，其特征在于具有：频带分割滤波器(2a～2e)，将第1声音信号分割为多个频带，输出上述多个频带各自的第2声音信号；声压级放大部(3a～3e)，对上述多个频带各自的上述第2声音信号，在上述第2声音信号的最小声压级到最大声压级的范围内的、除了距上述最小声压级规定范围的低声压级区域和距上述最大声压级规定范围的高声压级区域以外的中间声压级区域中，以从上述低声压级区域一侧开始到上述中间声压级区域内的中间点为止依次增大、且从上述中间点开始到上述高声压级区域一侧为止依次减小的放大特性，放大声压级；加法部(5)，将由上述声压级放大部放大后的上述多个频带各自的上述第2声音信号相加，作为第3声音信号输出。
其中优选：上述声压级放大部，使上述多个频带中的上述中间点的位置至少一部分不同。
优选：上述声压级放大部，使含有最小可听界限的声压级最小的部分的频带中的上述中间点的位置位于最靠近上述高声压级区域一侧。
优选：上述声压级放大部，使上述多个频带内的最低频的频带中上述中间点的位置位于最靠近上述低声压级区域一侧。
优选：上述声压级放大部，使上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度至少一部分不同。
优选：上述声压级放大部，在上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度内，使含有最小可听界限的声压级最小的部分的频带中的上述中间点的位置下的放大度最小。
优选：上述声压级放大部，在上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度内，使最低频的频带中的上述中间点的位置下的放大度最大。
优选：上述声压级放大部，将上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度设定在以下范围内：根据上述第1声音信号具有的动态范围计算的最小放大度到最大放大度的范围。
进一步优选：上述第1声音信号是动态范围不同的多个声音信号内的任意一个声音信号，上述声压级放大部，通过多个动态范围的每一个，设定上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度的组，具有控制部，进行控制，以根据上述第1声音信号具有的动态范围切换上述放大度的组。
优选：上述第1声音信号是多种类型的内容的声音信号内的任意一种声音信号，上述声压级放大部，通过上述多种类型的每一个，设定上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度的组，具有控制部，进行控制，以根据上述第1声音信号的类型切换上述放大度的组。
优选：上述声压级放大部，根据听取上述第3声音信号时的多个听取模式，设定上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度的组，具有：操作部，用于选择上述多个听取模式；和控制部，进行控制，以根据由上述操作部选择的听取模式切换上述放大度的组。
进一步优选：上述声压级放大部，对上述多个频带的上述第2声音信号，在上述第2声音信号的声压级从第1声压级上升到第2声压级的时刻，赋予具有第1时间的起始时间的过渡响应特性，并且在上述第2声音信号的声压级从第3声压级降低到第4声压级的时刻，赋予具有比上述第1时间长的第2时间的释放时间的过渡响应特性。
此时优选：上述声压级放大部，对上述多个频带的上述第2声音信号赋予频带越高上述第1及第2时间越短的过渡响应特性。
上述最小可听界限可以是基于人类标准听力特性的最小可听界限，优选是基于提前测定的听取上述第3声音信号的听取者的听力特性的最小可听界限。
并且，本发明为了解决上述现有技术的问题，提供一种声音信号处理方法，其特征在于：将第1声音信号分割为多个频带，输出上述多个频带各自的第2声音信号，对上述多个频带各自的上述第2声音信号，在上述第2声音信号的最小声压级到最大声压级的范围内的、除了距上述最小声压级规定范围的低声压级区域和距上述最大声压级规定范围的高声压级区域以外的中间声压级区域中，以从上述低声压级区域一侧开始到上述中间声压级区域内的中间点为止依次增大、且从上述中间点开始到上述高声压级区域一侧为止依次减小的放大特性，放大声压级，将放大后的上述多个频带各自的上述第2声音信号相加，作为第3声音信号输出。
其中优选：使上述多个频带中的上述中间点的位置至少一部分不同。
优选：使含有最小可听界限的声压级最小的部分的频带中的上述中间点的位置位于最靠近上述高声压级区域一侧。
优选：使上述多个频带内的最低频的频带中上述中间点的位置位于最靠近上述低声压级区域一侧。
优选：使上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度至少一部分不同。
优选：在上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度内，使含有最小可听界限的声压级最小的部分的频带中的上述中间点的位置下的放大度最小。
优选：在上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度内，使最低频的频带中的上述中间点的位置下的放大度最大。
优选：将上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度设定在以下范围内：根据上述第1声音信号具有的动态范围计算的最小放大度到最大放大度的范围。
进一步优选：上述第1声音信号是动态范围不同的多个声音信号内的任意一个声音信号，通过多个动态范围的每一个，设定上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度的组，根据上述第1声音信号具有的动态范围切换上述放大度的组。
优选：上述第1声音信号是多种类型的内容的声音信号内的任意一种声音信号，通过上述多种类型的每一个，设定上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度的组，根据上述第1声音信号的类型切换上述放大度的组。
优选：根据听取上述第3声音信号时的多个听取模式，设定上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度的组，选择上述多个听取模式的任意一个，根据选择的听取模式切换上述放大度的组。
进一步优选：对上述多个频带的上述第2声音信号，在上述第2声音信号的声压级从第1声压级上升到第2声压级的时刻，赋予具有第1时间的起始时间的过渡响应特性，并且在上述第2声音信号的声压级从第3声压级降低到第4声压级的时刻，赋予具有比上述第1时间长的第2时间的释放时间的过渡响应特性。
其中优选：对上述多个频带的上述第2声音信号赋予频带越高上述第1及第2时间越短的过渡响应特性。
上述最小可听界限可以是基于人类标准听力特性的最小可听界限，优选是基于提前测定的听取上述第3声音信号的听取者的听力特性的最小可听界限。
根据本发明的声音信号处理装置及方法，可不损坏乐曲的音乐性、获得听觉上易听取的重放音。听取者不易听觉疲劳，因此可提供一种可充分享受乐曲的听取的音频设备。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的框图。
图2是表示声压级放大部3a～3e的具体构成示例的框图。
图3是用于说明声压级放大部3a～3e中的放大特性的图。
图4是表示人类标准听力特性的图。
图5是表示声压级放大部3a～3e中的放大特性的具体示例的图。
图6是用于说明声压级放大部3a～3e中的过渡响应特性的处理的图。
图7是表示本发明的第2实施方式的框图。
图8是用于说明动态范围检测电路的动作示例的图。
图9是表示第2实施方式中的声压级放大部3a～3e的构成示例的部分框图。
图10是表示本发明的第3实施方式的框图。
图11是表示本发明的第4实施方式的框图。
图12是表示用于测定基于听取者的听力特性的最小可听界限的构成示例的框图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的声音信号处理装置及方法的各实施方式进行说明。采用硬件构成的框图说明各实施方式，但各实施方式的一部分也可作为软件构成。也可使可作为软件构成的部分全部由软件构成，硬件和软件的区分使用可以是任意的。
(第1实施方式)
图1是表示本发明的声音信号处理装置的第1实施方式的框图。第1实施方式的声音信号处理装置100表示本发明的声音信号处理装置的各实施方式中的基本构成。在图1中，输入到输入端子1的数字声音信号(第1声音信号)被提供到频带分割滤波器2a～2e。频带分割滤波器2a～2e彼此的通过频带不同。设人类的可听范围为20Hz～20kHz时，频带分割滤波器2a例如是使20Hz～200Hz的低频通过的滤波器，频带分割滤波器2b例如是使200Hz～600Hz的中低频通过的滤波器。频带分割滤波器2c例如是使600Hz～1.8kHz的中频通过的滤波器，频带分割滤波器2d例如是使1.8kHz～5.4kHz的中高频通过的滤波器。频带分割滤波器2e例如是通过5.4kHz～20kHz的高频的滤波器。
200Hz～600Hz的中低频是含有声音的基波的频带，600Hz～1.8kHz的中频是含有共振峰的频带，1.8kHz～5.4kHz的中高频是含有子音成分的频带。频带分割滤波器的个数、即将声音信号分割为几个频带是任意的，不限于图1所示的5分割。例如，将声音信号分割为三个频带时，优选分割为20Hz～200Hz的低频、200Hz～5.4kHz的中频、5.4kHz～20kHz的高频。
在频带分割滤波器2a～2e的后段，与各频带分割滤波器2a～2e分别对应地设置声压级放大部3a～3e。作为声压级放大部3a～3e，一般可使用称为动态范围控制电路(DRC(Dynamic Range Control)电路)的电路。声压级放大部3a～3e对由频带分割滤波器2a～2e输出的各声音信号(第2声音信号)的声压级如下所述进行放大。声压级放大部3a～3e的内部结构彼此相同，但放大声压级时的放大特性分别由声压级放大部3a～3e单独设定。但声压级放大部3a～3e中的放大特性无需全部不同，也可是部分重复的放大特性。
在声压级放大部3a～3e的后段，与声压级放大部3a～3e分别对应地设置放大器4a～4e。放大器4a～4e将从声压级放大部3a～3e输出的各声音信号以提前确定的增益放大并输出。放大器4a～4e中的增益可以基本相同，但为了获得所需的重放音也可使部分放大器的增益不同，也可按照各频带分别设定不同的增益。放大器4a～4e根据情况可删除。由放大器4a～4e输出的声音信号输入到加法部5进行加法运算，从输出端子6输出。从加法部5输出的声音信号(第3声音信号)通过在此未图示的扬声器或头戴耳机由听取者听取。
在此利用图2说明声压级放大部3a～3e的具体构成。在图2中，从频带分割滤波器2a～2e的任意一个输出的声音信号被输入到电平检测部31及延迟部39。输入到声压级放大部3a～3e的声音信号如图3所示，具有-100dBFS～0dBFS的范围的声压级。FS是指满标值(full scale)。电平检测部31检测输入的声音信号是否是从最小声压级的-100dBFS到最大声压级的0dBFS的某一个声压级。由电平检测部31检测后的输入信号的声压级输入到动作范围设定部32及倍率产生部33。
如图3所示，在最小声压级到最大声压级的范围内，在距最小声压级规定范围(例如到-80dBFS)的低声压级区域R1、及距最大声压级规定范围(例如到-25dBFS)的高声压级区域R2中，优选作为不使输入信号放大的非放大区域。通过将低声压级区域R1和高声压级区域R2作为非放大区域，几乎不会损坏乐曲的音乐性。这是因为，当放大低声压级区域R1时，噪声变得明显，当放大高声压级区域R2时，易产生失真，且由于是较大的声压级，听觉上易变得明显。但也可在不损坏乐曲音乐性的程度下，在低声压级区域R1和高声压级区域R2中使输入信号放大。
低声压级区域R1和高声压级区域R2之间的中间声压级区域R3，作为放大区域，使虚线所示的非放大状态成为以实线所示的特性放大的状态。动作范围设定部32设定将哪个范围作为非放大区域、将哪个范围作为放大区域。如下所述，通过声压级放大部3a～3e各自的动作范围设定部32设定的非放大区域/放大区域不相同，通过各自的动作范围设定部32设定最佳的非放大区域/放大区域。
回到图2，放大特性设定部34具有拐点设定部341、放大度设定部342、和放大特性保持部343。如图3所示，在作为放大区域的中间声压级区域R3中，其特性是：从作为低声压级区域R1的高声压级一侧的端部的点P1、到作为中间声压级区域R3内的中间点的拐点Pi为止，随着输入信号的声压级增大，放大度依次增大；从拐点Pi到作为高声压级区域R2的低声压级一侧的端部的点P2为止，随着输入信号的声压级增大，放大度依次减小。在图3中表示以下示例：从点P1到拐点Pi使放大度线性增大，从拐点Pi到点P2使放大度线性减小。拐点设定部341用于设定将输入信号的声压级的什么位置作为拐点Pi。放大度设定部342用于设定拐点Pi的位置下的放大度Ga。
在放大特性保持部343中输入来自拐点设定部341的拐点设定数据和来自放大度设定部342的放大度设定数据。拐点设定数据是表示拐点Pi的位置(输入声压级)的位置信息，放大度设定数据是决定放大度Ga的信息。在本实施方式中，放大度设定数据是表示在拐点Pi的位置下将输入信号的声压级设定为几倍的倍率的数据。放大特性保持部343具有比拐点Pi靠近低声压级一侧和高声压级一侧的放大特性的倾斜度数据。放大特性保持部343利用倾斜度数据、拐点设定数据、和放大度设定数据，通过计算求出用于获得中间声压级区域R3中的放大特性的倍率数据并保持。
倍率产生部33参照放大特性保持部343中保持的倍率数据，产生和由电平检测部31提供的输入信号的声压级对应的倍率值。该倍率值被提供到开关35的端子a。固定倍率产生部36产生1.0的固定倍率值，并提供到开关35的端子b。从动作范围设定部32向开关35输入表示将哪个范围作为非放大区域、哪个范围作为放大区域的动作范围设定数据。开关35在动作范围设定数据表示非放大区域时选择端子b，在表示放大区域时选择端子a。这样一来，从开关35产生表示放大度的数据，该放大度决定在最小声压级到最大声压级的范围内如何放大输入信号。
在本实施方式中，作为优选构成示例，设置平滑滤波器37和起始时间/释放时间设定部38。虽然不是必须设置平滑滤波器37及起始时间/释放时间设定部38，但优选设置。起始时间/释放时间设定部38保持有用于设定下述起始时间和释放时间的设定数据。平滑滤波器37对从开关35输入的放大度进行基于起始时间和释放时间的设定数据的平滑处理并输出。该平滑处理的具体动作稍后详述。
向放大器40中输入由延迟部39延迟的声音信号和从平滑滤波器37输出的进行了平滑处理的放大度。放大器40根据来自平滑滤波器37的放大度将输入的声音信号放大并输出。延迟部39使输入的声音信号延迟从电平检测部31到平滑滤波器27的处理所需的时间，并提供到放大器40。此外，优选设置延迟部39，但延迟部39不是必须的。在不设置延迟部39的结构中，从加法部5输出的声音信号的听觉劣化不多。
如上所述，声压级放大部3a～3e根据声压级放大部3a～3e各自的放大特性将各自的频带的声音信号放大。
在此说明频带分割滤波器2a～2e中的低频、中低频、中频、中高频、高频。图4表示人类标准的听力特性(声压级的可听范围)，最小可听界限和最大可听界限之间的声压级是作为声音可听到的范围。从图4可知，最小可听界限的声压级因声音信号的频率不同而不同。最小可听界限的声压级最小的部分包含在1.8kHz～5.4kHz的中高频的范围。本实施方式考虑到因频带不同表示最小可听界限的声压级不同的情况，分别设定声压级放大部3a～3e中的放大特性。
图5表示声压级放大部3a～3e中的放大特性的优选例。图5(A)表示在控制声音信号中的20Hz～200Hz的低频部分的放大特性的声压级放大部3a中设定的放大特性。在图5(A)中，点P1位于-80dBFS，点P2位于-25dBFS，拐点Pi位于-66dBFS。图5(B)表示在控制声音信号中的200Hz～600Hz的中低频部分的放大特性的声压级放大部3b中设定的放大特性。在图5(B)中，点P1位于-80dBFS，点P2位于-25dBFS，拐点Pi位于-63dBFS。
图5(C)表示在控制声音信号中的600Hz～1.8kHz的中频部分的放大特性的声压级放大部3c中设定的放大特性。在图5(C)中，点P1位于-80dBFS，点P2位于-20dBFS，拐点Pi位于-60dBFS。图5(D)表示在控制声音信号中的1.8kHz～5.4kHz的中高频部分的放大特性的声压级放大部3d中设定的放大特性。在图5(D)中，点P1位于-80dBFS，点P2位于-18dBFS，拐点Pi位于-57dBFS。图5(E)表示在控制声音信号中的5.4kHz～20kHz的高频部分的放大特性的声压级放大部3e中设定的放大特性。在图5(E)中，点P1位于-80dBFS，点P2位于-25dBFS，拐点Pi位于-63dBFS。其中，虽然点P1均为-80dBFS，但也可按照各频带使之不同。
如图5(A)～(E)所示，拐点Pi的位置相对于声压级放大部3a～3e并不相同，而分别设定在最佳位置上。声压级放大部3a中的拐点Pi位于最靠近低声压级一侧，接下来是声压级放大部3b、3e中的拐点Pi靠近低声压级一侧。在此声压级放大部3b、3e中的拐点Pi相同，但也可略有不同。声压级放大部3c中的拐点Pi与声压级放大部3a、3b、3e中的拐点Pi相比，位于高声压级一侧。声压级放大部3d中的拐点Pi位于最靠近高声压级一侧的位置。
因此，在将频带5分割的本实施方式中，在含有最小可听界限的声压级最小的部分的中高频中，优选使拐点Pi位于最靠近高声压级一侧。并且，在低频中，优选使拐点Pi位于最靠近低声压级一侧。在中低频中，优选使拐点Pi位于比低频中的拐点Pi靠近高声压级一侧。在中频中，优选使拐点Pi位于比中低频中的拐点Pi靠近高声压级一侧、比中高频中的拐点Pi靠近低声压级一侧。在高频中，优选使拐点Pi位于比中频及中高频中的拐点Pi靠近低声压级一侧、比低频中的拐点Pi靠近高声压级一侧。低频、中低频、中频、中高频、高频中的拐点Pi的相对位置关系优选为最靠近低声压级一侧、低声压级一侧、高声压级一侧、最靠近高声压级一侧、低声压级一侧。
进一步，拐点Pi的位置下的放大度Ga相对于声压级放大部3a～3e并不相同，分别设定最佳的放大度。使声压级放大部3a中的放大度Ga最大，声压级放大部3d中的放大部Ga最小。使声压级放大部3a、3e中的放大部Ga仅次于声压级放大部3a中的放大部Ga，使声压级放大部3c中的放大部Ga小于声压级放大部3b、3e中的放大度Ga、大于声压级放大部3d中的放大部Ga。低频、中低频、中频、中高频、高频中的放大度Ga的相对大小关系优选为最大、大、中等、最小、大。
接着说明在图2的平滑滤波器37及起始时间/释放时间设定部38中进行的过渡响应特性的处理。图6(A)表示正弦波的输入声音信号的声压级变大的状态。在此为了简化用包络线表示波形。图6(A)所示的声音信号作为一例是如下波形：声压级在时刻t1之前是-40dBFS，在时刻t1急速上升到-10dBFS，并到时刻t3为止保持-10dBFS，在时刻t3急速下降到-40dBFS，之后维持-40dBFS。图6(B)仅表示图6(A)的波形的正方向。
图2中的平滑滤波器37对声音信号赋予如下第1过渡响应特性：当声压级从第1电平向比第1电平大的第2电平变化时，使声压级暂时上升到超过第2电平的电平，然后衰减到第2电平。并且，平滑滤波器37赋予如下第2过渡响应特性：当声压级从第3电平向比第3电平小的第4电平变化时，暂时下降到超过第4电平的小电平，然后放大到第4电平。图6(D)表示对图6(B)的波形赋予第1及第2过渡响应特性的波形。
如图6(D)所示，在第1过渡响应特性中，将声压级超过第2电平(-10dBFS)并上升到最大电平的状态设为100％、将衰减到第2电平的状态设为0％时，将从作为100％的时间的时刻t1到作为衰减到规定比例(例如50％)的时间的时刻t2为止的时间称为起始时间(attacktime)。将衰减到什么程度的时间作为起始时间是任意的，可以是80％衰减的时刻、100％衰减的时间(即变为0％的时间)等。在第2过渡响应特性中，将声压级超过第4电平(-40dBFS)并下降到最小电平的状态设为100％、将放大到第4电平的状态设为0％时，将从作为100％的时间的时刻t3到作为放大到规定比例(例如50％)的时间的时刻t4为止的时间称为释放时间。此时，将衰减到什么程度的时间作为释放时间也是任意的，可以是80％放大的时间、100％放大的时间(即变为0％的时间)等。
从图6(D)可知，第1过渡响应特性是以较短时间衰减的特性，第2过渡响应特性是以较长时间放大的特性。起始时间例如短到数毫秒到十几毫秒，释放时间例如长到100毫秒以上。图6(C)表示放大度的变化。向图6(B)的输入声音信号的波形乘以图6(C)的放大度时，成为图6(D)所示的输出声音信号的波形。图6(E)表示正方向及负方向的输出声音信号。图2中的起始时间/释放时间设定部38设定起始时间和释放时间的程度。在本实施方式中，通过设置平滑滤波器37及起始时间/释放时间设定部38，在声压级变化时赋予第1及第2过渡响应特性，因此可进一步提高不易损坏乐曲音乐性的效果，可获得自然的重放音。
在本实施方式中，进一步使通过声压级放大部3a～3e的起始时间/释放时间设定部38所设定的起始时间及释放时间，在越低频率的频带中越长、越高频率的频带中越短。表1表示声压级放大部3a～3e各个中的起始时间及释放时间的设定例。通过使起始时间及释放时间在越低频率的频带中越长、越高频率的频带中越短，和在所有频带中使用相同值时相比，可进一步不损坏乐曲的音乐性，获得自然的重放音。
表1
Figure G2008102149299D00141
(第2实施方式)
图7是表示本发明的声音信号处理装置的第2实施方式的框图。在第2实施方式的声音信号处理装置200中，对和第1实施方式的声音信号处理装置100相同的部分标以同一标号，并适当省略其说明。第2实施方式的声音信号处理装置200的特征在于：限制通过声压级放大部3a～3e放大声音信号时的放大度；根据声音信号的动态范围设定放大度的限制值。放大度是指通过上述放大特性设定部34设定的拐点Pi的位置下的放大度Ga。
在图7中，介质重放部201作为一例是公知的光盘重放部，重放CD、DVD等光盘。在介质重放部201中重放的光盘的重放信号被输入到信号处理部202。信号处理部202根据输入的重放信号，判断介质是哪个光盘。此外，光盘的判断可采用公知的方法。信号处理部202提取重放信号中含有的声音信号，提供到输入端子1，将表示光盘种类的判断信号提供到控制部203。控制部203根据输入的判断信号控制声压级放大部3a～3e。声压级放大部3a～3e将输入的声音信号根据光盘的种类(即输入的声音信号具有的动态范围)切换放大度Ga，从而以最佳的放大度Ga进行放大。
以介质是CD和DVD的情况为例，CD具有约98dB的动态范围，DVD理论上具有140dB以上的动态范围，但实质上是120dB左右的动态范围。声压级放大部3a～3e各自的放大度Ga的最小放大度优选为动态范围的约6％，最大放大度优选为动态范围的约20％。这是根据发明人的实验、研究获得的。因此，如表2所示，介质是CD时，最小放大度设为6dB，最大放大度为20dB，声压级放大部3a～3e各自中的放大度Ga设定在6dB到20dB的范围。并且，介质是DVD时，设最小放大度为8dB，最大放大度为24dB，声压级放大部3a～3e各自中的放大度Ga设定在8dB到24dB的范围。
表2
Figure G2008102149299D00151
介质重放部201重放的介质不限定为光盘。介质重放部201也可是重放半导体存储器中存储的MP3(MPEG1 Layer3)、WMA(WindowsMedia Audio)这样的压缩声音信号的装置。Windows是注册商标。信号的动态范围由分解能力决定。例如分解能力为8位时则动态范围为48dB，分解能力为12位时则动态范围为72dB。此时，信号处理部202将表示分解能力的信息输入到控制部203即可。
接着使用表3说明将声压级放大部3a～3e中的最小放大度和最大放大度如上所述限制时的声压级放大部3a～3e各自的放大度Ga的具体设定示例。表3表示介质为CD时的例子。
表3
表3中的初始值是基于图4的最小可听界限的值。在图4中，实心圆表示各自的频带中的代表性的位置。在中高频中，将最小可听界限的声压级最低的部分作为代表位置，在其他频带中，将大致中央的频率位置作为代表位置。从图4可知，中高频的代表位置和中频的代表位置之间，最小可听界限的声压级约有10dB的差。中高频的代表位置和中低频及高频的代表位置之间，最小可听界限的声压级有约20dB的差。中高频的代表位置和低频的代表位置之间，最小可听界限的声压级中有约40dB的差。以中高频为基准，将中高频和其他频带的最小可听界限的声压级的差作为初始值。
表3所示的标准值表示将声压级放大部3a～3e中的最小放大度和最大放大度如上限制、且考虑各频带的最小可听界限的声压级的差而计算出的放大度Ga。如表3所示，在控制声音信号的低频部分的声压级放大部3a中，初始值为40dB，但由于超过最大放大度的20dB，因此将作为标准值的放大度Ga设为最大放大度的20dB。控制声音信号的中低频部分的声压级放大部3b中，初始值为20dB，根据下述公式(1)，将作为标准值的放大度Ga设为12dB。在公式(1)中，Gamin是最小放大度，Gamax是最大放大度，Gin是该频带中的初始值，Ginmax是所有初始值中的最大值。
Gamin+(Gin/Ginmax)×(Gamax-Gamin)…(1)
在控制声音信号的中频部分的声压级放大部3c中，初始值为10dB，根据公式(1)，将作为标准值的放大度Ga设为9dB。控制声音信号的中高频部分的声压级放大部3d中，初始值为0dB，由于小于最小放大度，因此将作为标准值的放大度Ga设为最小放大度的6dB。控制声音信号的高频部分的声压级放大部3e中，初始值为20dB，根据公式(1)，将作为标准值的放大度Ga设为12dB。
在以上说明的第2实施方式中，声音信号的动态范围根据介质的种类、分解能力来获得，也可从声音信号中直接检测出动态范围。图8表示声音信号的波形的一个示例。如图8中的虚线所示，将某一时间下保持的信号电平以较长的时间常数向零集中。在集中阶段产生较大信号电平时，保持其信号电平，同样重复集中。以规定时间进行该处理，从而可获得最大信号电平和最小信号电平，通过计算出两者的差，可求出动态范围。通过设置进行该处理的检测电路，可直接从声音信号检测出动态范围。
并且，在图7中，听取者操作操作部204，可选择和多个动态范围对应的多个模式。操作部204可设置在音频设备主体上，也可是遥控发送机。
图9表示第2实施方式中的声压级放大产3a～3e的构成示例。其中为了简化，省略了声压级放大部3a～3e中的倍率产生部33及放大特性设定部34以外的图示。以介质重放部201重放的光盘是CD和DVD时为例，放大设定部342作为CD用的放大度Ga保持Ga1，作为DVD用的放大度Ga保持Ga2。放大度设定部342中输入来自控制部203的控制信号，放大度设定部342作为放大度Ga输出Ga1和Ga2的任意一个。声压级放大部3a～3e中设定的放大度Ga的组设定得与动态范围的种类对应即可。或者，保持作为基准的放大度Ga的组，根据动态范围的不同，通过计算求出其他放大度Ga的组。
(第3实施方式)
图10是表示本发明的声音信号处理装置的第3实施方式的框图。在第3实施方式的声音信号处理装置300中，对和第1实施方式的声音信号处理装置100相同的部分标以同一标号，并适当省略其说明。第3实施方式的声音信号处理装置300的特征在于：和第2实施方式同样地限制通过声压级放大部3a～3e放大声音信号时的放大度，并进一步根据内容的类型设定放大度Ga。
在图10所示的第3实施方式的声音信号处理装置300中，表示设置了接收数字发送信号的接收部301的示例。由接收部301接收的数字广播信号的无线电波信号被输入到信号处理部302。信号处理部302分离含有图像信号及声音信号的内容数据、及内容数据上附加的附加数据。附加数据含有内容的类型数据。信号处理部302将内容数据中的声音信号提供到输入端子1，将类型数据提供到控制部303。控制部303根据输入的类型数据控制声压级放大部3a～3e。声压级放大部3a～3e将输入的声音信号根据类型数据切换放大度Ga，以便以最佳的放大度Ga放大。此外，在图10中，对图像信号的处理省略了图示。
采用表4说明内容的多个类型中的声压级放大部3a～3e各自的放大度Ga的具体设定例。表4表示以放大度Ga的标准值作为表3的标准值时的例子。如表4所示，在各内容的类型中，是相对于标准值的放大度Ga增减的值，从而可获得各类型中听觉上易听取的重放音。
表4
Figure G2008102149299D00191
在以上说明的第3实施方式中，表示设置了接收数字广播信号的接收部301的例子，也可取代接收部301，设置和第2实施方式一样的介质重放部。并且，在图10中，在操作部304上设置用于选择类型的操作按钮，听取者可通过操作按钮直接选择类型，选择和类型对应的多个模式。进一步，也可使与第2实施方式的多个动态范围对应的多个模式的选择、及和类型对应的多个模式的选择组合。即，优选将和表4所示的多个类型对应的多个模式按照动态范围不同的多个声音信号的每一个来准备。
(第4实施方式)
图11是表示本发明的声音信号处理装置的第4实施方式的框图。在第4实施方式的声音信号处理装置400中，对和第1实施方式的声音信号处理装置100相同的部分标以同一标号，并适当省略其说明。第4实施方式的声音信号处理装置300的特征在于：和第2实施方式同样地限制通过声压级放大部3a～3e放大声音信号时的放大度，并进一步根据听取者指定的听取模式设定放大度Ga。
在图11中，作为听取模式的一例，在操作部404中设置用于选择标准、放松、BGM、听力校正的操作按钮4041。控制部403控制声压级放大部3a～3e，以成为和由操作按钮4041选择的听取模式对应的放大度Ga。
采用表5说明各听取模式的声压级放大部3a～3e各自的放大度Ga的具体设定例。表5表示将放大度Ga的标准值作为表3的标准值时的例子。如表5所示，在“放松”及“BGM”的听取模式中，是将标准值的放大度Ga部分减少的值。“放松”是用于以放松的心情享受音乐的模式，“BGM”是用于以小音量作为BGM听取音乐的模式。“听力校正”的听取模式是根据个人的听力特性校正放大度Ga的模式。对个人的听力特性的测定方法稍后论述。将9dB+αa、9dB+αb、9dB+αc、9dB+αd、9dB+αe中的αa、αb、αc、αd、αe根据个人的听力特性来设定，从而可改善不易听取的频带中的听取性。不易听取的频带因人而异，因此根据各听取者可获得听觉上易听取的重放音。
表5
在以上说明的第1～第4实施方式中，如图4所说明的，作为设定放大度Ga的基准，采用人类标准的听力特性的最小可听界限。如使用基于声音信号的听取者的听力特性的最小可听界限，则对各听取者而言，可获得最佳的听觉上易听取的重放音。图12表示测定听取者的听力特性时的一例结构。在图12中，介质重放部51重放规定的介质。信号处理部52处理来自介质重放部51的声音信号，提供到开关54的端子a。通过控制部60的控制开关54与端子a连接时，从信号处理部52输出的声音信号由放大器55放大，提供到扬声器56或头戴耳机57。这样一来，来自介质重放部51的声音信号发声。以上是通常的音频设备中的乐曲的重放。
基准信号产生部53产生用于测定听取者的听力特性的基准信号。例如，将基准信号记录到CD等光盘，通过介质重放部51重放光盘中记录的基准信号。来自基准信号产生部53的基准信号提供到开关54的端子b。通过控制部60的控制开关54与端子b连接时，基准信号通过扬声器56或头戴耳机57发声。测定听力特性的听取者听取由扬声器56或头戴耳机57发出的基准信号。基准信号含有20Hz～20kHz范围的选择性多频声音信号。听取者听取由操作部59选择的频带的声音信号的同时，用操作部59调整声压级(音量)，确定可听的最小的声压级。
听取者通过操作部59选择频带后，控制部60使基准信号产生部53产生所选择的频带的声音信号。听取者决定多个频带各自可听的最小的声压级。显示部61中显示通过控制部60的控制测定一系列的听力特性时的作为引导的图像。控制部60将听取者输入的多个频带中的可听的最小声压级作为听取者个人具有的最小可听界限，将该最小可听界限数据存储到存储部62。
信号处理部52具有第1～第4实施方式的声音信号处理装置100～400的任意一个。控制部60从存储部62读出听取者的最小可听界限的数据，控制信号处理部52(声音信号处理装置100～400)。
本发明不限于以上说明的各实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内，可进行各种变更。

Claims (12)

1.一种声音信号处理装置，其特征在于，具有：
频带分割滤波器，将第1声音信号分割为多个频带，输出上述多个频带各自的第2声音信号；
声压级放大部，对上述多个频带各自的上述第2声音信号，不压缩上述第2声音信号的最小声压级到最大声压级为止的声压级的范围，并且在上述最小声压级到上述最大声压级的范围内的、除了距上述最小声压级规定范围的低声压级区域和距上述最大声压级规定范围的高声压级区域以外的中间声压级区域中，以从上述低声压级区域一侧开始到上述中间声压级区域内的中间点为止依次增大、且从上述中间点开始到上述高声压级区域一侧为止依次减小的放大特性，放大声压级；和
加法部，将由上述声压级放大部放大后的上述多个频带各自的上述第2声音信号相加，作为第3声音信号输出；
上述声压级放大部，使上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度至少一部分不同；
上述声压级放大部，将上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度设定在以下范围内：根据上述第1声音信号具有的动态范围计算的最小放大度到最大放大度的范围。
2.根据权利要求1所述的声音信号处理装置，其特征在于，
上述第1声音信号是动态范围不同的多个声音信号内的任意一个声音信号，
上述声压级放大部，通过多个动态范围的每一个，设定上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度的组，
具有控制部，进行控制，以根据上述第1声音信号具有的动态范围切换上述放大度的组。
3.一种声音信号处理装置，其特征在于，具有：
频带分割滤波器，将第1声音信号分割为多个频带，输出上述多个频带各自的第2声音信号；
声压级放大部，对上述多个频带各自的上述第2声音信号，不压缩上述第2声音信号的最小声压级到最大声压级为止的声压级的范围，并且在上述最小声压级到上述最大声压级的范围内的、除了距上述最小声压级规定范围的低声压级区域和距上述最大声压级规定范围的高声压级区域以外的中间声压级区域中，以从上述低声压级区域一侧开始到上述中间声压级区域内的中间点为止依次增大、且从上述中间点开始到上述高声压级区域一侧为止依次减小的放大特性，放大声压级；和
加法部，将由上述声压级放大部放大后的上述多个频带各自的上述第2声音信号相加，作为第3声音信号输出；
上述声压级放大部，使上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度至少一部分不同；
上述第1声音信号是多种类型的内容的声音信号内的任意一种声音信号，
上述声压级放大部，通过上述多种类型的每一个，设定上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度的组，
具有控制部，进行控制，以根据上述第1声音信号的类型切换上述放大度的组。
4.一种声音信号处理装置，其特征在于，具有：
频带分割滤波器，将第1声音信号分割为多个频带，输出上述多个频带各自的第2声音信号；
声压级放大部，对上述多个频带各自的上述第2声音信号，不压缩上述第2声音信号的最小声压级到最大声压级为止的声压级的范围，并且在上述最小声压级到上述最大声压级的范围内的、除了距上述最小声压级规定范围的低声压级区域和距上述最大声压级规定范围的高声压级区域以外的中间声压级区域中，以从上述低声压级区域一侧开始到上述中间声压级区域内的中间点为止依次增大、且从上述中间点开始到上述高声压级区域一侧为止依次减小的放大特性，放大声压级；和
加法部，将由上述声压级放大部放大后的上述多个频带各自的上述第2声音信号相加，作为第3声音信号输出；
上述声压级放大部，使上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度至少一部分不同；
上述声压级放大部，根据听取上述第3声音信号时的多个听取模式，设定上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度的组，
具有：操作部，用于选择上述多个听取模式；和
控制部，进行控制，以根据由上述操作部选择的听取模式切换上述放大度的组。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的声音信号处理装置，其特征在于，
上述声压级放大部，对上述多个频带的上述第2声音信号，在上述第2声音信号的声压级从第1声压级上升到第2声压级的时刻，赋予具有第1时间的起始时间的过渡响应特性，并且在上述第2声音信号的声压级从第3声压级降低到第4声压级的时刻，赋予具有比上述第1时间长的第2时间的释放时间的过渡响应特性。
6.根据权利要求5所述的声音信号处理装置，其特征在于，上述声压级放大部，对上述多个频带的上述第2声音信号赋予频带越高上述第1及第2时间越短的过渡响应特性。
7.一种声音信号处理方法，其特征在于：
将第1声音信号分割为多个频带，输出上述多个频带各自的第2声音信号，
对上述多个频带各自的上述第2声音信号，不压缩上述第2声音信号的最小声压级到最大声压级为止的声压级的范围，并且在上述最小声压级到上述最大声压级的范围内的、除了距上述最小声压级规定范围的低声压级区域和距上述最大声压级规定范围的高声压级区域以外的中间声压级区域中，以从上述低声压级区域一侧开始到上述中间声压级区域内的中间点为止依次增大、且从上述中间点开始到上述高声压级区域一侧为止依次减小的放大特性，放大声压级，
将放大后的上述多个频带各自的上述第2声音信号相加，作为第3声音信号输出；
使上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度至少一部分不同；
将上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度设定在以下范围内：根据上述第1声音信号具有的动态范围计算的最小放大度到最大放大度的范围。
8.根据权利要求7所述的声音信号处理方法，其特征在于，
上述第1声音信号是动态范围不同的多个声音信号内的任意一个声音信号，
通过多个动态范围的每一个，设定上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度的组，
根据上述第1声音信号具有的动态范围切换上述放大度的组。
9.一种声音信号处理方法，其特征在于：
将第1声音信号分割为多个频带，输出上述多个频带各自的第2声音信号，
对上述多个频带各自的上述第2声音信号，不压缩上述第2声音信号的最小声压级到最大声压级为止的声压级的范围，并且在上述最小声压级到上述最大声压级的范围内的、除了距上述最小声压级规定范围的低声压级区域和距上述最大声压级规定范围的高声压级区域以外的中间声压级区域中，以从上述低声压级区域一侧开始到上述中间声压级区域内的中间点为止依次增大、且从上述中间点开始到上述高声压级区域一侧为止依次减小的放大特性，放大声压级，
将放大后的上述多个频带各自的上述第2声音信号相加，作为第3声音信号输出；
使上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度至少一部分不同；
上述第1声音信号是多种类型的内容的声音信号内的任意一种声音信号，
通过上述多种类型的每一个，设定上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度的组，
根据上述第1声音信号的类型切换上述放大度的组。
10.一种声音信号处理方法，其特征在于：
将第1声音信号分割为多个频带，输出上述多个频带各自的第2声音信号，
对上述多个频带各自的上述第2声音信号，不压缩上述第2声音信号的最小声压级到最大声压级为止的声压级的范围，并且在上述最小声压级到上述最大声压级的范围内的、除了距上述最小声压级规定范围的低声压级区域和距上述最大声压级规定范围的高声压级区域以外的中间声压级区域中，以从上述低声压级区域一侧开始到上述中间声压级区域内的中间点为止依次增大、且从上述中间点开始到上述高声压级区域一侧为止依次减小的放大特性，放大声压级，
将放大后的上述多个频带各自的上述第2声音信号相加，作为第3声音信号输出；
使上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度至少一部分不同；
根据听取上述第3声音信号时的多个听取模式，设定上述多个频带中的上述中间点的位置下的放大度的组，
选择上述多个听取模式的任意一个，
根据选择的听取模式切换上述放大度的组。
11.根据权利要求7至10的任意一项所述的声音信号处理方法，其特征在于，
对上述多个频带的上述第2声音信号，在上述第2声音信号的声压级从第1声压级上升到第2声压级的时刻，赋予具有第1时间的起始时间的过渡响应特性，并且在上述第2声音信号的声压级从第3声压级降低到第4声压级的时刻，赋予具有比上述第1时间长的第2时间的释放时间的过渡响应特性。
12.根据权利要求11所述的声音信号处理方法，其特征在于，对上述多个频带的上述第2声音信号赋予频带越高上述第1及第2时间越短的过渡响应特性。
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