CN102957988A - 声音信号处理电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种声音信号处理电路,具备:低通滤波器,其使应由扬声器再生的所输入的声音信号中的、比扬声器的可再生最低频率还低的频带分量通过;高通滤波器,其使应由扬声器再生的所输入的声音信号中的、比扬声器的所述可再生最低频率还高的频带分量通过,且具有与低通滤波器大致相同的相位特性;高次谐波生成部,其根据通过了低通滤波器的声音信号,生成高次谐波;和相加部,其将与高次谐波生成部的输出相应的声音信号相加到与第1高通滤波器的输出相应的声音信号上。由此,可防止通过在声音信号上重叠高次谐波来强调比扬声器的可再生音域还低的音域的声音进行再生时所产生的声音信号的失真,且可抑制音质的降低。
Description
技术领域
本发明涉及声音信号处理电路。
背景技术
近几年,正在推进电视的薄型化、音乐再生设备的小型化等、各种音频设备的小型化、薄型化,用于输出声音的扬声器也正在变得小型化。
伴随于此,为了弥补这种小型扬声器的低音的再生能力不足,公开了如下的技术:从原始的声音信号中提取比扬声器的可再生的最低频率更低的音域的声音信号,根据该低音域的声音信号生成高次谐波,将该高次谐波相加在原始的声音信号上,之后从扬声器输出(例如参照专利文献1)。
若利用这种技术再生声音,则听上去宛如输出实际上不会从扬声器输出的低音域的声音,能够提高可听度。
【专利文献1】日本特开2005-278158号公报
但是,从原始的声音信号提取低音域的声音信号时,会使用低通滤波器,但是通过了低通滤波器的低音域的声音信号会产生与频率相应的相位延迟。
并且,若根据产生了随着频率不同的相位延迟的该低音域的声音信号生成高次谐波,则即使在高次谐波生成时没有产生相位变化,所生成的高次谐波的相位也会与高次谐波生成前的声音信号同样地,随着频率而不同。
因此,该高次谐波与原始的声音信号之间的相位会随着频率而不同,根据这些信号生成的声音信号的波形会失真,会成为使从扬声器输出的声音的音质恶化的一个要因。
也就是说,通过在原始的声音信号上相加根据比扬声器的可再生最低频率还低的音域的声音信号生成的高次谐波进行输出,虽然能够再生强调了低音的可听度良好的声音,但是因声音信号的波形失真会导致音质的降低。
发明内容
本发明鉴于上述课题而完成,其目的之一是防止因在声音信号上叠加高次谐波而强调比扬声器的可再生音域还低的音域的声音来进行再生时所产生的声音信号的失真,并抑制音质的降低。
为了解决上述课题,本发明的一个侧面所涉及的声音信号处理电路具备:第1低通滤波器,其使应由扬声器再生的所输入的声音信号中的、比所述扬声器的可再生最低频率还低的频带分量通过;第1高通滤波器,其使应由所述扬声器再生的所输入的所述声音信号中的、比所述扬声器的所述可再生最低频率还高的频带分量通过,且具有与所述第1低通滤波器大致相同的相位特性;高次谐波生成部,其根据通过了所述第1低通滤波器的声音信号,生成高次谐波;和第1相加部,其将与所述高次谐波生成部的输出相应的声音信号相加到与所述第1高通滤波器的输出相应的声音信号上。
另外,本申请所公开的课题及其解决方法可通过用于实施发明的实施方式的记载及附图的记载等来明确。
(发明效果)
根据本发明,能够防止因在声音信号上重叠高次谐波而强调比扬声器的可再生音域还低的音域的声音来进行再生时所产生的声音信号的失真,并能够抑制音质的降低。
附图说明
图1是用于说明第1实施方式的图。
图2是表示低通滤波器及高通滤波器的一例的图。
图3是表示巴特沃斯滤波器的相位特性的一例的图。
图4是表示低通滤波器的相位特性的一例的图。
图5是表示巴特沃斯滤波器的相位特性的一例的图。
图6是表示高通滤波器的相位特性的一例的图。
图7是用于说明通过低通滤波器的频率fc的声音信号的相位延迟的图。
图8是用于说明通过高通滤波器的频率fc的声音信号的相位超前的图。
图9是用于说明第2实施方式的图。
图10是用于说明第3实施方式的图。
图11是用于说明第4实施方式的图。
符号说明:
10收音机接收机
20天线
21调谐器
22系统LSI
40AD变换器(ADC)
41数字信号处理电路(DSP)
42DA变换器(DAC)
50IF处理部
60、61、62低通滤波器(LPF)
70、71、75、76巴特沃斯滤波器
80高次谐波生成部
90、91放大器
100、101、102相加部
110、111、112、113高通滤波器(HPF)
120扬声器
130高次谐波附加部
具体实施方式
根据本说明书以及所添加的附图的记载,至少能够明确以下的事项。
==第1实施方式==
图1是表示本发明的一实施方式的收音机接收机10的构成的图。收音机接收机10例如设置在汽车立体音响装置(未图示)中,构成为包括:天线20、调谐器21、系统LSI(Large Scale Integration)22、扬声器120。
调谐器21例如从经由天线20接收的FM(Frequency Modulation)多路复用广播信号中提取指定的接收台的广播信号,并转换成IF信号之后输出。
系统LSI22构成为包括:AD变换器(ADC)40、数字信号处理电路(DSP)41、及DA变换器(DAC)42。
AD变换器40将从调谐器21输出的IF信号变换为数字信号并将其输出给DSP41。
DSP41(声音信号处理电路)生成声音信号,并且改善从扬声器120输出的声音的音质,变换成声音信号之后输出,以便提高可听度。
DA变换器42将从DSP41输出的声音信号变换为模拟信号。从扬声器120将该模拟信号作为声音来输出。
本实施方式的DSP41根据比扬声器120的可再生最低频率(例如100赫兹)还低的音域的声音信号来生成高次谐波,并将该高次谐波相加到原始的声音信号之后进行输出。由此,听起来仿佛从扬声器120输出实际上不会输出的低音域的声音,因此可强调从扬声器120可听到的声音的低音,能够提高可听度。并且,本实施方式的DSP41如以下那样,可抑制声音信号的波形的失真,且可抑制音质的降低。
DSP41构成为包括:IF处理部50、低通滤波器(第1低通滤波器)60、高通滤波器(第1高通滤波器)110、高次谐波生成部80、放大器90、91、相加部100。
其中,低通滤波器60、高次谐波生成部80、放大器90构成高次谐波附加部130。高次谐波附加部130根据为了由扬声器120再生而输入的声音信号中的、比扬声器120的可再生最低频率(例如100赫兹)还低的音域的声音信号,来生成高次谐波。
另外,包含在DSP41中的各模块例如是通过DSP41的中心(未图示)执行在存储器(未图示)中存储的程序来实现的功能块。但是,例如DSP41的各模块也可以由硬件构成。
IF处理部50对IF信号实施解调处理来生成声音信号S0。
低通滤波器60是使声音信号S0中比扬声器120的可再生最低频率fc(例如fc=100赫兹)还低的频带的声音信号通过的滤波器。高通滤波器110是使声音信号S0中比扬声器120的可再生最低频率fc还高的频带的声音信号通过的滤波器。
另外,在本实施方式中,将从低通滤波器60输出的声音信号作为声音信号S2,将从高通滤波器110输出的声音信号作为声音信号S1。
如图2所示,低通滤波器60构成为包括使比扬声器120的可再生最低频率fc还低的频带的声音信号通过的2次巴特沃斯滤波器70、71。由于串联连接了巴特沃斯滤波器70、71,因此巴特沃斯滤波器70、71构成所谓的林奎茨-莱利(Linkwitz-Riley)滤波器。
图3是表示巴特沃斯滤波器70、71各自的相位特性(相位响应)的图。巴特沃斯滤波器70、71是2次低通滤波器,因此在输入到巴特沃斯滤波器70、71的信号的频率足够低的情况下,输出的信号的相位延迟大致是0度。另一方面,在输入到巴特沃斯滤波器70、71的信号的频率足够高的情况下,输出的信号的相位延迟大致是180度。此外,在输入到巴特沃斯滤波器70、71的信号的频率是扬声器120的可再生最低频率fc的情况下,输出的信号的相位延迟是90度。因此,级联连接了这种巴特沃斯滤波器70、71的低通滤波器60的相位特性如图4。
高通滤波器110构成为包括使比扬声器120的可再生最低频率fc还高的频带的声音信号通过的2次巴特沃斯滤波器75、76。因此,巴特沃斯滤波器75、76也构成林奎茨-莱利滤波器。另外,在此,将各滤波器设计成巴特沃斯滤波器70、71、75、76的Q值相等。
图5是表示巴特沃斯滤波器75、76各自的相位特性的图。巴特沃斯滤波器75、76是2次高通滤波器,因此在输入到巴特沃斯滤波器75、76的信号的频率足够低的情况下,输出的信号的相位超前大致是180度。另一方面,在输入到巴特沃斯滤波器75、76的信号的频率足够高的情况下,输出的信号的相位超前大致是0度。此外,在输入到巴特沃斯滤波器75、76的信号的频率是扬声器120的可再生最低频率fc的情况下,输出的信号的相位超前是90度。因此,级联连接了这种巴特沃斯滤波器75、76的高通滤波器52的相位特性如图6。
但是,在图6所示的相位特性和图4所示的相位特性中,相位偏移量是360度,低通滤波器60和高通滤波器110的相位特性相同。因此,对于输入到低通滤波器60及高通滤波器110的声音信号S0的所有频率分量而言,从低通滤波器60输出的声音信号S2的相位、和从高通滤波器110输出的声音信号S1的相位是一致的。
具体而言,例如,如图7所示,若向低通滤波器60输入频率为fc的声音信号S0,则声音信号S2的相位相对声音信号S0的相位延迟180度。另一方面,如图8所示,若向高通滤波器110输入频率为fc的声音信号S0,则声音信号S1的相位相对声音信号S0的相位超前180度。由此,在低通滤波器60中相位会延迟,而在高通滤波器110中相位会超前,声音信号S1、S2的相位都变成180度,是一致的。
接着,高次谐波生成部80根据通过了低通滤波器60的声音信号S2,生成高次谐波。高次谐波生成部80例如可由全波整流电路构成。
此时,若声音信号S2=sin(wt),则如果进行傅立叶展开,那么如S3=(2/π)+(4/π)*((1/3)*sin(2wt)-(1/15)*sin(4wt)+(1/35)*sin(6wt)...)所示,从高次谐波生成部80输出的声音信号S3成为包括偶数次的高次谐波的信号。
另外,为了生成高次谐波,除了全波整流电路以外,也可以通过各种电路来实现高次谐波生成部80。如上所述,在使用了全波整流电路的情况下,能够生成偶数次的高次谐波,但是根据实现高次谐波生成部80的电路,也能够生成奇数次高次谐波或混合了偶数次和奇数次的高次谐波等各种高次谐波。
放大器90放大从高次谐波生成部80输出的声音信号S3之后进行输出。放大器91放大从高通滤波器110输出的声音信号S1之后进行输出。
另外,放大器90的放大率和放大器91的放大率可以设为都相等的值(例如1倍),例如,也可以设成一方的放大率比另一方的放大率大。由此,能够控制从扬声器120输出的声音的音质或音色。
此外,也可以是不使用放大器90、91的构成。此时,将从高次谐波生成部80输出的声音信号S3或从高通滤波器110输出的声音信号S1分别作为声音信号S5、S4来直接输入给相加部100。
另外,将放大器90、91设计成放大器90、91中的声音信号S3、S1的相位的变化相等。
相加部(第1相加部)100对声音信号S4和声音信号S5进行加法运算,并将声音信号S6输出给DA变换器42。DA变换器42为了在扬声器120中再生从相加部100输出的声音信号S6,将该声音信号S6变换为模拟信号。
由此,本实施方式的DSP41通过低通滤波器60提取为了由扬声器120再生而输入的声音信号S0中的、比扬声器120的可再生最低频率还低的音域的声音信号S2,而且利用相位特性与该低通滤波器60大致相等的高通滤波器110,从声音信号S0中提取比扬声器120的可再生最低频率还高的音域的声音信号S1。因此,能够在所有频率上使声音信号S2的相位和声音信号S1的相位一致。
并且,由于将放大器90、91设计成声音信号的相位变化相等,因此能够抑制加法器100中相加的声音信号S5和声音信号S4的相位偏移。
由此,本实施方式的DSP41能够抑制从加法器100输出的声音信号S6的波形的失真,因此能够抑制从扬声器120输出的声音的音质的降低。
另外,在本实施方式中,为了简化说明,例示了抑制单频道声音的音质降低的情况,但是,在抑制立体声音的音质降低时也是同样的。在抑制立体声音的音质降低的情况下,例如,如上说那样针对L信道的声音信号和R信道的声音信号分别生成高次谐波,将各高次谐波分别相加到原始的声音信号上即可。以下说明的其他实施方式中也是同样的。
==第2实施方式==
图9是用于说明DSP41的第2实施方式的图。对与图1所示的第1实施方式的DSP41相同的构成要素附加同一符号来进行说明。
如图9所示,第2实施方式的DSP41在第1实施方式的DSP41的基础上,追加了高通滤波器(第2高通滤波器)111和高通滤波器(第3高通滤波器)112。
高通滤波器111设置在高次谐波生成部80与相加部100之间,使高次谐波生成部80生成的高次谐波的声音信号S3中的、比扬声器120的可再生最低频率fc(例如100赫兹)还高的频带的声音信号S8通过。
也就是说,输入到高次谐波生成部80的声音信号S2是比扬声器120的可再生最低频率fc还低的频带的声音信号,因此在从高次谐波生成部80输出的声音信号S3中还包括比扬声器120的可再生最低频率fc还低的频带的声音信号,但是通过高通滤波器111,能够阻断比扬声器120的可再生最低频率fc还低的频带的分量。
此外,高通滤波器112具有与高通滤波器111大致相同的相位特性,且设置在高通滤波器110与相加部100之间,使通过了高通滤波器110的声音信号S1中的、比扬声器120的可再生最低频率fc还高的频带的声音信号S7通过。
由此,通过使高通滤波器111的相位特性和高通滤波器112的相位特性一致,从而能够使声音信号S3和声音信号S1的相位变化相等,因此与第1实施方式相同,能够抑制在加法器100中相加的声音信号S5和声音信号S4的相位偏移。因此,本实施方式的DSP41能够抑制从加法器100输出的声音信号S6的波形的失真,能够降低从扬声器120输出的声音的音质的降低。
此外,输入到相加部100的声音信号S5是被高通滤波器111阻断了比扬声器120的可再生最低频率fc还低的频带分量的声音信号,与输入到相加部100的声音信号S4相比,是通过高通滤波器112阻断了比扬声器120的可再生最低频率fc还低的频带分量的声音信号,因此从加法器100输出的声音信号S6不包含比扬声器120的可再生最低频率fc还低的频带分量。
由此,不会使扬声器120在规定值(可再生最低频率)以下的频率下振动,还能够防止扬声器120的破损和故障。
另外,无论是声音信号S3通过高通滤波器111时、还是声音信号S1通过高通滤波器112时,任一信号的相位都超前,因此这些高通滤波器111、112不需要包含图2例示的2次巴特沃斯滤波器75、76,而且也不需要构成林奎茨-莱利滤波器。
当然,这些高通滤波器111、112也可以包括2次巴特沃斯滤波器75、76,并构成林奎茨-莱利滤波器。
==第3实施方式==
图10是用于说明DSP41的第3实施方式的图。对与图1所示的第1实施方式的DSP41相同的构成要素附加同一符号来进行说明。
如图10所示,第3实施方式的DSP41在第1实施方式的DSP41的基础上,追加了低通滤波器(第2低通滤波器)61、低通滤波器(第3低通滤波器)62、高通滤波器(第4高通滤波器)113、和相加部(第2相加部)101。
低通滤波器61设置在高次谐波生成部80与相加部100之间,使高次谐波生成部80生成的高次谐波的声音信号S3中的、比规定频率还低的频带分量通过。
也就是说,通过低通滤波器61,阻断从高次谐波生成部80输出的声音信号S3所包含的高次谐波中的、比上述规定频率还高的频带分量。
在此,该规定频率为扬声器120的可再生最低频率fc的值的3倍~5倍范围内的值是较好的。例如,在扬声器120的可再生最低频率fc为100赫兹的情况下,为300赫兹~500赫兹范围的值是较好的。由此,阻断由高次谐波生成部80生成的声音信号S3中的、比扬声器120的可再生最低频率fc的值的3倍~5倍范围内的频率还高的频率的声音信号,从而从扬声器120输出的声音中阻断能感觉到刺耳的声音,因此能够进一步提高可听度。
接着,低通滤波器62及高通滤波器113并联设置在高通滤波器110与相加部100之间。
低通滤波器62使通过了高通滤波器110的声音信号S1中的、比上述规定频率还低的频带的声音信号S10通过。此外,高通滤波器113使通过了高通滤波器110的声音信号S1中的、比上述规定频率还高的频带的声音信号S9通过。
并且,低通滤波器62由串联连接了巴特沃斯滤波器70、71的林奎茨-莱利滤波器构成。此外,高通滤波器113也由串联连接了巴特沃斯滤波器75、76的林奎茨-莱利滤波器构成。
因此,低通滤波器62的相位特性和高通滤波器113的相位特性都大致相等。因此,声音信号S9和声音信号S10在各频率下的相位一致。
因此,即使在相加部101中相加声音信号S9和声音信号S10,也能够抑制从相加部101输出的声音信号S11的波形的失真。
另外,声音信号S11是暂时以比上述规定频率更高的分量和更低的分量分离声音信号S1之后再次相加而生成的信号,因此成为具有与声音信号S1相同波形的声音信号。也就是说,从整体上来看,低通滤波器62、高通滤波器113和相加部101构成全通滤波器。
此外,低通滤波器61也与低通滤波器62相同,由串联连接了巴特沃斯滤波器70、71的林奎茨-莱利滤波器构成。
因此,低通滤波器61的相位特性、低通滤波器62的相位特性、和高通滤波器113的相位特性全部大致相等。因此,能够使声音信号S3和声音信号S1的相位变化相等,所以能够抑制声音信号S12和声音信号S11的相位偏移。
由此,在第3实施方式中,也能够抑制在加法器100中相加的声音信号S5和声音信号S4的相位偏移,因此本实施方式的DSP41能够抑制从加法器100输出的声音信号S6的波形的失真,并且能够抑制从扬声器120输出的声音的音质的降低。
==第4实施方式==
图11是用于说明DSP41的第4实施方式的图。对与图1所示的第1实施方式的DSP41相同的构成要素附加同一符号来进行说明。
如图11所示,第4实施方式的DSP41追加了在第2实施方式中追加的构成要素(高通滤波器111及高通滤波器112)、以及在第3实施方式中追加的构成要素(低通滤波器61、低通滤波器62、高通滤波器113、及相加部101),同时在L信道和R信道中共用高次谐波附加部130。
另外,为了在L信道和R信道中共用高次谐波附加部130,第4实施方式的高次谐波附加部130追加了相加部102。
相加部102将L信道的声音信号S0、和R信道的声音信号S0’相加,之后输出给低通滤波器60。
如第4实施方式所示,通过在L信道和R信道中共用高次谐波附加部130,从而能够通过高次谐波附加部130再生增加了低音感的可听度高的立体声音,并且能够使装置构成合理化,能够实现DSP41的制造简单、成本降低。
以上,详细说明了各实施方式。无论在哪个实施方式中,都可通过在声音信号上叠加高次谐波来强调比扬声器120的可再生音域还低的音域的声音进行再生时所生成的声音信号的失真,能够抑制音质的降低。
另外,在上述实施方式中,作为一例,说明了串联连接2个巴特沃斯滤波器70、71作为林奎茨-莱利滤波器而构成低通滤波器60、61、62的例子。此外,说明了串联连接2个巴特沃斯滤波器75、76作为林奎茨-莱利滤波器而构成高通滤波器110、113的例子。
但是,例如,也可以将级联连接了4个1次低通滤波器的滤波器用作低通滤波器60、61、62,将级联连接了4个1次高通滤波器的滤波器用作高通滤波器110、113。
此外,也可以将级联连接了2个2次切比雪夫低通滤波器的滤波器用作低通滤波器60、61、62,将级联连接了2个2次切比雪夫高通滤波器的滤波器用作高通滤波器110、113。
但是,例如,在使用了切比雪夫滤波器等的情况下,有时在从切比雪夫滤波器输出的信号中会产生波纹等。因此,如本实施方式所示,例如,使用由巴特沃斯滤波器70、71构成的林奎茨-莱利滤波器能够更有效地防止音质的降低。
另外,上述实施方式是为了便于理解本发明而记载的内容,并不限定性地解释本发明。本发明在不超出宗旨的情况下,通过变更改良得到的等价物也包含在本发明中。
Claims (6)
1.一种声音信号处理电路,其特征在于,具备:
第1低通滤波器,其使为了由扬声器再生而输入的声音信号中的、比所述扬声器的可再生最低频率还低的频带分量通过;
第1高通滤波器,其使为了由所述扬声器再生而输入的所述声音信号中的、比所述扬声器的所述可再生最低频率还高的频带分量通过,且具有与所述第1低通滤波器大致相同的相位特性;
高次谐波生成部,其根据通过了所述第1低通滤波器的声音信号,生成高次谐波;和
第1相加部,其将与所述高次谐波生成部的输出相应的声音信号相加到与所述第1高通滤波器的输出相应的声音信号上。
2.根据权利要求1所述的声音信号处理电路,其特征在于,还具备:
第2高通滤波器,其设置在所述高次谐波生成部与所述第1相加部之间,使所述高次谐波生成部生成的所述高次谐波中的、比所述扬声器的所述可再生最低频率还高的频带分量通过;和
第3高通滤波器,其设置在所述第1高通滤波器与所述第1相加部之间,使通过了所述第1高通滤波器的声音信号中的、比所述扬声器的所述可再生最低频率还高的频带分量通过,且具有与所述第2高通滤波器大致相同的相位特性。
3.根据权利要求1所述的声音信号处理电路,其特征在于,还具备:
第2低通滤波器,其设置在所述高次谐波生成部与所述第1相加部之间,使所述高次谐波生成部生成的所述高次谐波中的、比规定频率还低的频带分量通过;
第3低通滤波器,其设置在所述第1高通滤波器与所述第1相加部之间,使通过了所述第1高通滤波器的声音信号中的、比所述规定频率还低的频带分量通过,且具有与所述第2低通滤波器大致相同的相位特性;
第4高通滤波器,在所述第1高通滤波器与所述第1相加部之间与所述第3低通滤波器并联地设置该第4高通滤波器,该第4高通滤波器使通过了所述第1高通滤波器的声音信号中的、比所述规定频率还高的频带分量通过,其具有与所述第2低通滤波器大致相同的相位特性;和
第2相加部,在所述第3高通滤波器与所述第1相加部之间、及所述第4高通滤波器与所述第1相加部之间设置该第2相加部,所述第2相加部对通过了所述第3低通滤波器的声音信号、和通过了所述第4高通滤波器的声音信号进行加法运算。
4.根据权利要求2所述的声音信号处理电路,其特征在于,还具备:
第2低通滤波器,其设置在所述第2高通滤波器与所述第1相加部之间,使通过了所述第2高通滤波器的高次谐波中的、比规定频率还低的频带分量通过;
第3低通滤波器,其设置在所述第3高通滤波器与所述第1相加部之间,使通过了所述第3高通滤波器的声音信号中的、比所述规定频率还低的频带分量通过,且具有与所述第2低通滤波器大致相同的相位特性;
第4高通滤波器,在所述第3高通滤波器与所述第1相加部之间与所述第3低通滤波器并联地设置该第4高通滤波器,该第4高通滤波器使通过了所述第3高通滤波器的声音信号中的、比所述规定频率还高的频带分量通过,且具有与所述第2低通滤波器大致相同的相位特性;和
第2相加部,在所述第3高通滤波器与所述第1相加部之间、及所述第4高通滤波器与所述第1相加部之间设置该第2相加部,所述第2相加部对通过了所述第3低通滤波器的声音信号、和通过了所述第4高通滤波器的声音信号进行加法运算。
5.根据权利要求3或4所述的声音信号处理电路,其特征在于,
所述规定频率的值是所述扬声器的所述可再生最低频率的值的3倍~5倍范围内的值。
6.根据权利要求1~5的任一项所述的声音信号处理电路,其特征在于,
所述低通滤波器及所述高通滤波器均为林奎茨-莱利滤波器。
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