JP2000013158A

JP2000013158A - オーディオ装置

Info

Publication number: JP2000013158A
Application number: JP17612098A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Nakamura; 清志中村; Tomohiko Ise; 友彦伊勢; Takako Murata; 貴子村田
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2000-01-14

Abstract

(57)【要約】【課題】位相特性を変化させることなく周波数毎のレ
ベル調整を可能とし、演算量が少なく、ユーザーが音質
を確認しながら微調整を行うことができるオーディオ装
置を提供する。【解決手段】高速フーリエ変換部１１により時間領域
の入力信号ｘ（ｎ）を周波数領域の入力信号Ｘ（ｋ）に
高速フーリエ変換する。その後、フィルタリング処理部
１２において、入力信号Ｘ（ｋ）に対し、ユーザーによ
り設定された中心周波数、半値幅及びゲインに基づい
て、各周波数毎にレベルの調整を行い、周波数領域の出
力信号Ｙ（ｋ）を得る。次いで、高速フーリエ逆変換部
１３により、周波数領域の出力信号Ｙ（ｋ）を時間領域
の出力信号ｙ（ｎ）に高速フーリエ逆変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周波数毎のレベル
を個別に調整可能としたオーディオ装置に関し、特にユ
ーザーが音質を確認しながら微調整を行うことが可能な
オーディオ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】オーディオシステムにおいて音楽等を再
生する場合、再生空間における音の反射や吸収により音
の伝達特性がその再生空間独自のものとなる。この再生
空間毎に異なる伝達特性により周波数毎のレベル（振
幅）が変化して、違和感を生じさせる原因となる。この
ため、周波数毎にレベルを調整して、再生空間毎に異な
る伝達特性を補正することが好ましい。また、周波数毎
のレベルを調整し、好みの音質で音楽等を聞きたいとい
うユーザーからの要求も強い。

【０００３】従来、周波数毎にレベルを調整する装置と
して、グラフィックイコライザがある。しかし、グラフ
ィックイコライザは、単に設定された固定の周波数帯域
毎の増幅率を変化させるものであり、細かな音質の調整
はできない。グラフィックイコライザよりも細かな調整
ができる装置として、中心周波数とその周波数帯域毎の
増幅率と半値幅とを個別に調整できるパラメトリックイ
コライザがある。

【０００４】これらのグラフィックイコライザ及びパラ
メトリックイコライザは、いずれも伝達特性のうち振幅
特性のみの調整を行うものである。振幅特性と位相特性
の両方を調整できるものに適応等化器がある。適応等化
器は、直線位相フィルタの係数を適応アルゴリズムを用
いて目標とする伝達特性に自動調整するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したグラフィック
イコライザ及びパラメトリックイコライザに使用されて
いるフィルタは非直線位相のものであり、レベルを変化
させると位相も変化してしまうという問題がある。ま
た、パラメトリックイコライザでは、中心周波数や半値
幅を細かいステップで調整可能とするほど、フィルタの
パラメータが膨大になるという問題がある。

【０００６】一方、適応等化器では位相を調整できる
が、演算量が膨大になるため、高速のＤＳＰ（Digital
Signal Processor）を多数必要とする。また、適応アル
ゴリズムによる自動調整であるため、グラフィックイコ
ライザやパラメトリックイコライザのようにユーザーが
音質を確認しながら微調整を行うようにすることは、ユ
ーザーインターフェイス上の観点から困難であった。

【０００７】以上から本発明の目的は、位相特性を変化
させることなく周波数毎のレベル調整を可能とし、演算
量が少なく、ユーザーが音質を確認しながら微調整を行
うことができるオーディオ装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、時間領
域の入力信号を周波数領域の入力信号に高速フーリエ変
換する高速フーリエ変換手段と、前記周波数領域の入力
信号に対し周波数毎のレベル調整を行って周波数領域の
出力信号を出力するフィルタリング処理手段と、前記周
波数領域の出力信号を時間領域の出力信号に高速フーリ
エ逆変換する高速フーリエ逆変換手段とを有することを
特徴とするオーディオ装置により解決する。

【０００９】この場合、更に、設定された周波数、ゲイ
ン及び半値幅に基づいてフィルタ特性を設定するフィル
タ特性設定手段を有し、前記フィルタリング処理手段
は、該フィルタ特性設定手段で設定されたフィルタ特性
にしたがって前記周波数領域の入力信号のレベル調整を
行うことが好ましい。また、前記フィルタ特性設定手段
は、前記設定された周波数及び半値幅を基にスプライン
補間関数を用いて前記フィルタ特性を設定することが好
ましい。

【００１０】以下、本発明の作用について説明する。本
発明においては、高速フーリエ変換手段により、時間領
域の入力信号を周波数領域の入力信号に高速フーリエ変
換する。時間領域の信号とは、横軸を時間軸とし、縦軸
を振幅として表わされる信号であり、周波数領域の信号
とは、横軸を周波数軸とし、縦軸を振幅として表わされ
る信号である。そして、フィルタリング処理手段におい
て、周波数領域の入力信号に対し、周波数毎のレベル調
整を行う。この場合、入力信号は周波数領域に変換され
ており、その実数部と虚数部とを等倍するため、位相を
変化させずに振幅のみを変化させることができる。その
後、高速フーリエ逆変換手段により、フィルタリング処
理手段から出力される周波数領域の出力信号を時間領域
の出力信号に変換する。

【００１１】このように、本発明においては、時間領域
の入力信号を高速フーリエ変換して周波数領域の入力信
号に変換した後にその振幅の実数部と虚数部を等倍する
ことによりレベルを変化させるので、位相を変化させる
ことなく振幅を変化させることができる。また、高速フ
ーリエ変換及び高速フーリエ逆変換により演算を行うの
で、演算量が比較的少なく、高速で演算を行うことがで
きる。更に、フィルタパラメータを用意する必要がない
ので、膨大なメモリを使うことなく細かな調整が可能で
ある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して説明する。図１は本発明の実
施の形態のオーディオ装置を示すブロック図である。１
０ａは時間領域のオーディオ入力信号ｘ（ｎ）が入力さ
れる入力端子であり、１１は入力されたオーディオ入力
信号ｘ（ｎ）を周波数領域のオーディオ入力信号Ｘ
（ｋ）に変換する高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）であ
る。

【００１３】１２は周波数領域のオーディオ入力信号Ｘ
（ｋ）にフィルタリング処理を施すフィルタリング処理
部である。このフィルタリング処理部１２では、後述す
るように、周波数領域のオーディオ入力信号Ｘ（ｋ）に
対し所定の周波数の振幅を変化させる。１３はフィルタ
リング処理部１２から出力された周波数領域のオーディ
オ出力信号Ｙ（ｋ）を時間領域のオーディオ出力信号ｙ
（ｎ）に高速フーリエ逆変換する高速フーリエ逆変換部
（ＩＦＦＴ）である。１０ｂは高速フーリエ変換部１３
から出力されるオーディオ出力信号ｙ（ｎ）を他の装置
に伝達するための出力端子である。

【００１４】１４は、ユーザーにより所望の中心周波
数、半値幅及びゲインが設定される設定入力部である。
この設定入力部１４には、予め中心周波数、半値幅及び
ゲインの初期値が設定されている。そして、ユーザー
は、例えば設定入力部１４に設けられた各種操作ボタン
を操作して、所望の中心周波数、半値幅及びゲインを設
定する。

【００１５】１５は設定入力部１４に設定された設定値
に基づいて、全周波数帯域の振幅特性を決める振幅特性
設定部、１６は振幅特性設定部１５で設定された振幅特
性をスプライン補間するスプライン補間部、１７はスプ
ライン補間後の全周波数帯域の振幅特性に基づいてフィ
ルタ特性を設定するフィルタ特性設定部である。以下、
高速フーリエ変換、入力信号のレベルの調整及び高速フ
ーリエ逆変換について説明する。

【００１６】高速フーリエ変換高速フーリエ変換部１１は、時間領域のオーディオ入力
信号ｘ（ｎ）を高速フーリエ変換して、周波数領域のオ
ーディオ入力信号Ｘ（ｋ）を出力する。この場合、高速
フーリエ変換は、下記（１）式により行う。

【００１７】

【数１】

【００１８】但し、Ｎはサンプリング数であり、ｋは周
波数（０，１，…，Ｎ−１）である。また、Ｗ_Nは下記
（２）式で表わされる値である。

【００１９】

【数２】

【００２０】上記（１）式を計算すると、下記（３）式
に示すように、入力信号Ｘ（ｋ）は、実数部（Ｒｅ）と
虚数部（Ｉｍ）との和として表わすことができる。

【００２１】

【数３】

【００２２】図２は、横軸に実数軸Ｒｅ、縦軸に虚数軸
Ｉｍをとって、入力信号Ｘ（ｋ）の実数部及び虚数部を
模式的に示す図である。この図２に示すように、入力信
号Ｘ（ｋ）は、実数部（Ｒｅ［Ｘ（ｋ）］）と虚数部
（ｊＩｍ［Ｘ（ｋ）］）とのベクトル和として表わすこ
とができる。また、入力信号Ｘ（ｋ）は、Ｘ（ｋ）と横
軸とのなす角度（偏角）をａｒｇ［Ｘ（ｋ）］とする
と、下記（４）式で表わすこともできる。

【００２３】

【数４】

【００２４】この場合、ａｒｇ［Ｘ（ｋ）］は周波数ｋ
の信号成分の位相を示す。図２中のＸ^*（ｋ）は入力信
号Ｘ（ｋ）に対する複素共役の信号である。この複素共
役の信号Ｘ^*（ｋ）は、下記（５）式に示すように表わ
すことができる。

【００２５】

【数５】

【００２６】周波数ｋの信号成分の振幅（｜Ｘ（ｋ）
｜）は、下記（６）式で表わすことができる。

【００２７】

【数６】

【００２８】レベルの調整（ｉ）周波数領域におけるレベルの調整フィルタリング処理部１２では、周波数領域の入力信号
Ｘ（ｋ）のレベルを変化させる。下記（７）式に示すよ
うに、振幅｜Ｘ（ｋ）｜に係数ａを乗じることにより、
入力信号Ｘ（ｋ）のレベルをａ倍した信号（出力信号）
Ｙ（ｋ）が得られる。

【００２９】

【数７】

【００３０】図３は、横軸に実数軸、縦軸に虚数軸をと
って、レベルの調整を示す図である。この図３に示すよ
うに、周波数領域の入力信号Ｘ（ｋ）のレベルをａ倍す
る場合、実数部Ｒｅ［Ｘ（ｋ）］及び虚数部Ｉｍ［Ｘ
（ｋ）］をそれぞれａ倍した値の２乗の和の平方根を演
算することにより、位相を表わすａｒｇ［Ｘ（ｋ）］を
変化させることなく、入力信号Ｘ（ｋ）のレベルをａ倍
した出力信号Ｙ（ｋ）が得られる。

【００３１】（ii）半値幅設定された半値幅Ｑより振幅特性の補間をする。設定入
力部１４では、ユーザーにより、レベル調整する周波数
（中心周波数）と、半値幅Ｑ及びゲインが設定される。
ゲインは、初期状態では全周波数帯域に対し０ｄＢに設
定されており、ユーザーによりゲインａが設定される。

【００３２】半値幅Ｑは、Ｑ＝ｆ／Δｆにより定義され
る。図４に示すように、ｆは中心周波数であり、中心周
波数のレベルをＡとすると、レベルがＡ−３ｄＢとなる
周波数ｆ1 ，ｆ2 の差がΔｆである。例えば、半値幅Ｑ
が２．０とすると、中心周波数ｆが１ｋＨｚのとき、Δ
ｆは０．５ｋＨｚとなる。中心周波数ｆ及び半値幅Ｑが
ユーザーにより設定されると、ｆ1 ，ｆ2 の２点も決ま
る。

【００３３】（iii ）スプライン補間スプライン補間部１６は、中心周波数ｆと周波数ｆ1 ，
ｆ2 が決まると、周知のスプライン関数を用いて、図５
に示すように、中心周波数ｆのレベルと、周波数ｆ1 ，
ｆ２のレベルとの３点を通る滑らかな曲線をもとめ、こ
の曲線から各周波数毎のレベルを設定する。

【００３４】通常、一つの中心周波数についてのみレベ
ルを変化させることは少なく、複数の中心周波数につい
て同時にレベルの調整が行われる。この場合、図６に示
すように、中心周波数ｋについてスプライン補間して各
周波数毎のレベルを決定し、次に、中心周波数ｋ’につ
いてスプライン補間して各周波数毎のレベルを決定しと
いうように各中心周波数毎にレベルを設定した後、これ
らを重畳して全周波数帯域の振幅特性を決定する。フィ
ルタ特性設定部１７では、このようにして設定された全
周波数帯域の振幅特性に基づいて、フィルタ特性を設定
する。すなわち、全周波数帯域の各周波数毎にゲインを
設定する。

【００３５】（iV）レベル調整フィルタリング処理部１２は、フィルタ特性設定部１７
で設定されたフィルタ特性に基づいて、各周波数毎に入
力信号Ｘ（ｋ）のレベルを設定する。すなわち、図３で
示すように各周波数毎の入力信号Ｘ（ｋ）に対し周波数
毎のゲイン（図３ではａ）を乗算して、各周波数毎の出
力信号Ｙ（ｋ）を算出する。

【００３６】なお、高速フーリエ変換の定義上、０Ｈｚ
を境にして負の周波数の側では正の周波数での複素共役
の関係でなければ時間領域の信号が実数にならない。こ
のため、下記（８）式、（９）式に示すように、正の周
波数の虚数項の符号を変えることで、負の周波数成分と
する。

【００３７】

【数８】

【００３８】

【数９】

【００３９】高速フーリエ逆変換高速フーリエ逆変換部１３は、フィルタリング処理部１
２から出力される周波数領域の出力信号Ｙ（ｋ）を高速
フーリエ逆変換して、時間領域の出力信号ｙ（ｎ）を出
力する。高速フーリエ逆変換の式を下記（１０）式に示
す。

【００４０】

【数１０】

【００４１】但し、この演算過程において、線形フィル
タリングを実現するために、周知の重畳加算法（overla
p-add method）や重畳保留法（overlap-save method ）
を用いることが好ましい。本発明においては、上述の如
く、時間領域の入力信号ｘ（ｎ）を高速フーリエ変換し
て周波数領域の入力信号Ｘ（ｋ）に変換し、この周波数
領域の入力信号Ｘ（ｋ）の実数部と虚数部を等倍するこ
とによりレベルを変化させて周波数領域の出力信号Ｙ
（ｋ）とし、該周波数領域の出力信号Ｙ（ｋ）を高速フ
ーリエ逆変換して時間領域の出力信号ｙ（ｎ）とするの
で、入力信号の位相を変化させることなく、入力信号の
レベルを変化させることができる。これにより、位相の
変化に起因する音質劣化が防止される。

【００４２】また、本実施の形態においては、高速フー
リエ変換及び高速フーリエ逆変換により信号処理を行う
ので、中心周波数や半値幅を細かいステップで調整可能
としても、従来のパラメトリックイコライザや適応等化
器に比べて演算量が少なくてすむ。更に、本実施の形態
においては、高速フーリエ変換した周波数領域の入力信
号に対してユーザーが設定したレベルの調整を行い、高
速フーリエ逆変換して時間領域の信号に戻すので、従来
の適応等化器と異なり、ユーザーが音質を確認しながら
微調整を行うことができる。

【００４３】更にまた、本実施の形態においては、従来
のグラフィックイコライザやパラメトリックイコライザ
のようにフィルタパラメータを持つ必要がないため、膨
大なメモリを使うことなく、細かいステップで調整が可
能である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のオーディ
オ装置によれば、高速フーリエ変換部により時間領域の
入力信号を高速フーリエ変換して周波数領域の入力信号
とし、該周波数領域の入力信号に対して実数部と虚数部
を等倍することによりレベルを変化させるので、位相を
変化させることなく信号レベルを変化させることができ
る。これにより、位相の変化に起因する音質の劣化が回
避される。

【００４５】また、本発明においては、高速フーリエ変
換した周波数領域の入力信号に対してユーザーが設定し
たレベルの調整を行い、高速フーリエ逆変換して時間領
域の信号に戻すので、従来の適応等化器と異なり、ユー
ザーが音質を確認しながら微調整を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のオーディオ装置を示すブ
ロック図である。

【図２】入力信号Ｘ（ｋ）の実数部及び虚数部を模式的
に示す図である。

【図３】レベルの調整を説明する図である。

【図４】半値幅を説明する図である。

【図５】スプライン補間を示す図である。

【図６】複数の中心周波数を設定したときのレベルの設
定を示す図である。

【符号の説明】

１１高速フーリエ変換部、１２フィルタリング処理部、１３高速フーリエ逆変換部、１４設定入力部、１５振幅特性設定部、１６スプライン補間部、１７フィルタ特性設定部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村田貴子東京都品川区西五反田１丁目１番８号アルパイン株式会社内Ｆターム(参考） 5J030 AA01 AB03 AB04 AC09 AC10 AC19 5J040 AA05 AA06 AA09 AA17 BA10 BC06 CA29 CA31 EA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】時間領域の入力信号を周波数領域の入力
信号に高速フーリエ変換する高速フーリエ変換手段と、前記周波数領域の入力信号に対し周波数毎のレベル調整
を行って周波数領域の出力信号を出力するフィルタリン
グ処理手段と、前記周波数領域の出力信号を時間領域の出力信号に高速
フーリエ逆変換する高速フーリエ逆変換手段とを有する
ことを特徴とするオーディオ装置。
【請求項２】更に、設定された周波数、ゲイン及び半
値幅に基づいてフィルタ特性を設定するフィルタ特性設
定手段を有し、前記フィルタリング処理手段は、該フィ
ルタ特性設定手段で設定されたフィルタ特性にしたがっ
て前記周波数領域の入力信号のレベル調整を行うことを
特徴とする請求項１に記載のオーディオ装置。
【請求項３】前記フィルタ特性設定手段は、前記設定
された周波数及び半値幅を基にスプライン補間関数を用
いて前記フィルタ特性を設定することを特徴とする請求
項２に記載のオーディオ装置。