JP2000099022A - 信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents

信号処理装置及び信号処理方法

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JP2000099022A
JP2000099022A JP10270344A JP27034498A JP2000099022A JP 2000099022 A JP2000099022 A JP 2000099022A JP 10270344 A JP10270344 A JP 10270344A JP 27034498 A JP27034498 A JP 27034498A JP 2000099022 A JP2000099022 A JP 2000099022A
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oversampling
signal
processing
frequency band
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JP10270344A
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Hideaki Minami
秀明 南
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Yamaha Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非線形処理を施すことにより生じるアナログ
領域における折り返しひずみを低減する。 【解決手段】 入力音声信号に対し、ディストーション
処理等の非線形処理を施す場合であっても、入力音声信
号を予めオーバサンプリングしてから非線形処理を施
し、その後、フィルタリング処理及びダウンサンプリン
グ処理を施すことにより、入力音声信号に相当するサン
プリング周波数FSの半分の周波数FS/2より高い周波
数成分を除去することができ、非線形処理に起因して発
生する折り返しひずみの発生を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、入力信号に対し処
理を施す信号処理装置及び信号処理方法に係り、特にカ
ラオケ装置において入力音声信号に所定のエフェクト処
理を施すための信号処理装置及び信号処理方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来よりカラオケ装置においては、歌唱
を盛り上げるためなどの理由により、入力音声信号ある
いは入力音響信号に対して様々なエフェクト処理(例え
ば、フィルタリング、ディレイ、ピッチシフト、ディス
トーション、リバーブ、エコーなど)を施すことが行わ
れている。これらのエフェクト処理は、入力音声信号に
対し、各種のフィルタリング処理、ピッチシフト処理な
どを施すことにより実現されていた。例えば、ディスト
ーション処理においては、図5に示すように、入力音声
信号SIN’(サンプリング周波数FS相当)に対し、非
線形処理ユニット50によりオーバーフロークリップ処
理などの非線形処理を施す非線形ディジタルエフェクト
処理によりディストーション処理を実現していた。ある
いは、入力音声信号の波高値に対し予め設定した参照テ
ーブルを参照して非線形処理を施す非線形ディジタルエ
フェクト処理によりディストーション処理を実現してい
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の非線形ディ
ジタルエフェクト処理においては、非線形ディジタルエ
フェクト処理を施した出力信号の波形は、1/2サンプ
リング周波数FS/2より高い周波数帯域における成分
が折り返しひずみ(エイリアスひずみ)となってしまう
という問題点があった。また、波高値に対し予め設定し
た参照テーブルを参照することにより非線形処理を施す
場合にも、返還後の波形のアナログ領域における周波数
成分は、サンプリング周波数FSの半分の周波数(=FS
/2)よりも高い周波数成分を含むこととなり、結果と
して、折り返しひずみが生じてしまうという問題点があ
った。そこで、本発明の目的は、非線形処理を施すこと
により生じるアナログ領域における折り返しひずみを低
減することが可能な信号処理装置及び信号処理方法を提
供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1記載の構成は、入力信号に対し、非線形処
理により生成される高調波成分に対して充分な周波数帯
域を有するオーバーサンプリング周波数でサンプリング
を行いオーバサンプリングデータを出力するオーバサン
プリング手段と、前記オーバサンプリングデータに対し
予め定めた前記非線形処理を施して非線形データを出力
する非線形処理手段と、前記非線形データの周波数帯域
のうち、予め定めた所定の周波数帯域を越える周波数成
分を除去し、フィルタリングデータとして出力するフィ
ルタリング手段と、前記フィルタリングデータのダウン
サンプリングを行って前記所定の周波数帯域を有するダ
ウンサンプリングデータを出力するダウンサンプリング
手段と、を備えたことを特徴としている。
【0005】請求項2記載の構成は、請求項1記載の構
成において、前記オーバーサンプリング手段は、前記入
力信号のn倍オーバーサンプリング(n:2以上の整
数)を行って前記入力信号の周波数帯域を含む所定の周
波数帯域のn倍の周波数帯域を有する前記オーバサンプ
リングデータを出力することを特徴としている。
【0006】請求項3記載の構成は、請求項1または請
求項2のいずれかに記載の構成において、前記入力信号
は、アナログ信号であることを特徴としている。
【0007】請求項4記載の構成は、請求項3記載の構
成において、前記入力信号は、音声信号あるいは音響信
号であり、前記非線形処理手段は、予め定めたアナログ
モデルに基づいてエフェクト処理として前記非線形処理
を行うことを特徴としている。
【0008】請求項5記載の構成は、入力信号に対し、
非線形処理により生成される高調波成分に対して充分な
周波数帯域を有するオーバーサンプリング周波数でサン
プリングを行いオーバサンプリングデータを生成するオ
ーバサンプリング工程と、前記オーバサンプリングデー
タに対し予め定めた前記非線形処理を施す非線形処理工
程と、前記非線形処理が施されたオーバサンプリングデ
ータに対し、当該オーバーサンプリングデータの周波数
帯域成分のうち、予め定めた所定の周波数帯域を越える
周波数成分を除去し、フィルタリングデータを生成する
フィルタリング工程と、前記フィルタリングデータのダ
ウンサンプリングを行って前記所定の周波数帯域を有す
るダウンサンプリングデータを生成するダウンサンプリ
ング工程と、を備えたことを特徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態】次に図面を参照して本発明の好適
な実施形態について説明する。 [1] カラオケ装置の概要構成 図1にカラオケ装置の概要構成ブロック図を示す。カラ
オケ装置10は、歌唱者用マイク11を介して入力され
る入力音声信号SIN(サンプリング周波数FS相当)に
非線形処理であるエフェクト処理を施して効果付与音声
信号SEINとして出力するエフェクタ12と、カラオケ
演奏に用いられる楽曲データに基づいて楽曲信号SKを
生成し、出力する音源装置13と、効果付与音声信号S
EIN及び楽曲信号SKを混合して混合信号SMとして出力
するミキサ14と、混合信号SMを増幅して増幅混合信
号SAMとして出力するアンプ15と、増幅混合信号SAM
を音響信号に変換して出力するスピーカ16と、を備え
て構成されている。
【0010】[2] エフェクタの構成 図2にエフェクタの概要構成ブロック図を示す。エフェ
クタ12は、入力音声信号SINの2倍オーバサンプリン
グ(サンプリング周波数=2FS)を行い、オーバサン
プリングデータDOSを出力するオーバサンプリングユニ
ット21と、オーバサンプリングデータDOSに対し、デ
ィストーション処理などの非線形処理を施し、非線形オ
ーバサンプリングデータDNLOSを出力する非線形処理ユ
ニット22と、非線形オーバサンプリングデータDNLOS
のサンプリング周波数FSの半分の周波数FS/2以下の
周波数成分のみを通過させ、フィルタリングオーバサン
プリングデータDFOSを出力するロウパスフィルタユニ
ット23と、フィルタリングオーバサンプリングデータ
DFOSの1/2倍ダウンサンプリングを行い、サンプリ
ングデータDSを出力するダウンサンプリングユニット
24と、サンプリングデータDSのディジタル/アナロ
グ変換を行って効果付与音声信号SEINとして出力する
A/Dコンバータユニット25と、を備えて構成されて
いる。
【0011】[3] カラオケ装置の動作 カラオケ装置10のエフェクタ12は、歌唱者用マイク
11を介して入力される入力音声信号SINに非線形処理
であるエフェクト処理を施して効果付与音声信号SEIN
としてミキサ14に出力する。ここで、エフェクタ12
の詳細な動作について図3を参照して説明する。図3に
エフェクタの動作説明図を示す。エフェクタ12のオー
バサンプリングユニット21は、歌唱者用マイク11を
介して入力されたサンプリング周波数FSに相当する周
波数帯域を有する入力音声信号SIN(図3(a)参照)
に対し2倍オーバサンプリング(サンプリング周波数=
2FS)を行い、オーバサンプリングデータDOSを出力
する。非線形処理ユニット22と、オーバサンプリング
データDOSに対し、ディストーション処理などの非線形
処理を施し、非線形オーバサンプリングデータDNLOSを
出力する。
【0012】このときの非線形オーバサンプリングデー
タDNLOSの周波数−ゲイン特性は、図3(b)に示すよ
うなものとなる。従って、このまま、ダウンサンプリン
グを施すと、得られる信号は、図4に示すような周波数
−ゲイン特性を示すこととなり、1/2サンプリング周
波数FS/2を越える周波数帯域成分は折り返しひずみ
成分となってしまう。そこで、本実施形態では、ロウパ
スフィルタユニット23を用い、非線形オーバサンプリ
ングデータDNROSのサンプリング周波数FSの半分の周
波数FS/2以下の周波数成分のみを通過させ、フィル
タリングオーバサンプリングデータDFOSとしてダウン
サンプリングユニット24に出力する構成を採ってい
る。これにより、ダウンサンプリングユニット24は、
フィルタリングオーバサンプリングデータDFOSの1/
2倍ダウンサンプリングを行い、図3(c)に示すよう
な、サンプリングデータDSをA/Dコンバータユニッ
ト25出力することとなる。
【0013】これらの結果、A/Dコンバータユニット
25は、サンプリングデータDSのディジタル/アナロ
グ変換を行って、図3(d)に示すような周波数−ゲイ
ン特性を有する効果付与音声信号SEINを生成し、ミキ
サ14に出力することとなる。従って、効果付与音声信
号SEINに含まれる折り返しひずみ成分は、ロウパスフ
ィルタユニット23を用いずにダウンサンプリングした
場合(図4参照)と比較し、折り返しひずみ成分を有意
に低減させることができる。一方、音源装置13は、カ
ラオケ演奏に用いられる楽曲データに基づいて楽曲信号
SKを生成し、ミキサ14に出力する。ミキサ14は、
エフェクタ12が出力した効果付与音声信号SEIN及び
音源装置13が出力した楽曲信号SKを混合して混合信
号SMとしてアンプ15に出力する。アンプ15は、混
合信号SMを増幅して増幅混合信号SAMとしてスピーカ
16に出力し、スピーカ16は、増幅混合信号SAMを音
響信号に変換して出力することとなる。
【0014】[4] 実施形態の効果 このように、本実施形態によれば、入力音声信号に対
し、ディストーション処理等の非線形処理を施す場合で
あっても、入力音声信号を予めオーバサンプリングして
から非線形処理を施し、その後、フィルタリング処理及
びダウンサンプリング処理を施すことにより、入力音声
信号に相当するサンプリング周波数FSの半分の周波数
FS/2より高い周波数成分を除去することができ、非
線形処理に起因して発生する折り返しひずみの発生を低
減して、より高品質な出力音声を得ることができる。
【0015】[5] 実施形態の変形例 [5.1] 第1変形例 上記説明においては、オーバサンプリング処理として2
倍オーバサンプリング処理を施していたが、n倍(n=
2以上の整数)オーバサンプリングを行う場合にも同様
の処理が可能である。この場合には、ダウンサンプリン
グユニットにおいて、1/nダウンサンプリング処理を
施せばよい。
【0016】[5.2] 第2変形例 上記説明においては、n倍オーバーサンプリングの場合
について説明したが、これに限定されるものではなく、
入力信号に対し、非線形処理により生成される高調波成
分に対して充分な周波数帯域を有するオーバーサンプリ
ング周波数でサンプリングを行うように構成すればよ
い。
【0017】[5.3] 第3変形例 上記説明においては、エフェクト処理としてディストー
ションについて説明したが、非線形処理を行うエフェク
トであれば、適用が可能である。 [5.4] 第4変形例 上記実施形態においては、入力信号としてアナログ信号
である場合について説明したが、ディジタル信号を用い
る場合であっても、本発明の適用が可能である。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、入力信号に対し、ディ
ストーション処理等の非線形処理を施す場合であって
も、入力信号を予めオーバサンプリングしてから非線形
処理を施し、その後、フィルタリング処理及びダウンサ
ンプリング処理を施すことにより、入力信号に対し、非
線形処理により生成される高調波成分に対して充分な周
波数帯域を有するオーバーサンプリング処理を施すの
で、ダウンサンプリング後に、不要な高調波成分を除去
することができ、非線形処理に起因して発生する折り返
しひずみの発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 カラオケ装置の概要構成ブロック図である。
【図2】 エフェクタの概要構成ブロック図である。
【図3】 エフェクタの処理説明図である。
【図4】 オーバサンプリング処理を行わない場合の処
理結果の説明図である。
【図5】 従来のエフェクト処理の説明図である。
【符号の説明】
10…カラオケ装置、11…歌唱者用マイク、12…エ
フェクタ、13…音源装置、14…ミキサ、15…アン
プ、16…スピーカ、21…オーバサンプリングユニッ
ト、22…非線形処理ユニット、23…ロウパスフィル
タユニット、24…ダウンサンプリングユニット、25
…A/Dコンバータユニット、DFOS…フィルタリング
オーバサンプリングデータ、DNLOS…非線形オーバサン
プリングデータ、DOS…オーバサンプリングデータ、D
S…サンプリングデータ、SAM…増幅混合信号、SEIN…
効果付与音声信号、SIN…入力音声信号、SK…楽曲信
号、SM…混合信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G10K 15/04 302 G10K 15/04 302E

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号に対し、非線形処理により生成
    される高調波成分に対して充分な周波数帯域を有するオ
    ーバーサンプリング周波数でサンプリングを行いオーバ
    サンプリングデータを出力するオーバサンプリング手段
    と、 前記オーバサンプリングデータに対し予め定めた前記非
    線形処理を施して非線形データを出力する非線形処理手
    段と、 前記非線形データの周波数帯域のうち、予め定めた所定
    の周波数帯域を越える周波数成分を除去し、フィルタリ
    ングデータとして出力するフィルタリング手段と、 前記フィルタリングデータのダウンサンプリングを行っ
    て前記所定の周波数帯域を有するダウンサンプリングデ
    ータを出力するダウンサンプリング手段と、 を備えたことを特徴とする信号処理装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の信号処理装置において、 前記オーバーサンプリング手段は、前記入力信号のn倍
    オーバーサンプリング(n:2以上の整数)を行って前
    記入力信号の周波数帯域を含む所定の周波数帯域のn倍
    の周波数帯域を有する前記オーバサンプリングデータを
    出力することを特徴とする信号処理装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2のいずれかに記
    載の信号処理装置において、 前記入力信号は、アナログ信号であることを特徴とする
    信号処理装置。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の信号処理装置において、 前記入力信号は、音声信号あるいは音響信号であり、 前記非線形処理手段は、予め定めたアナログモデルに基
    づいてエフェクト処理として前記非線形処理を行うこと
    を特徴とする信号処理装置。
  5. 【請求項5】 入力信号に対し、非線形処理により生成
    される高調波成分に対して充分な周波数帯域を有するオ
    ーバーサンプリング周波数でサンプリングを行いオーバ
    サンプリングデータを生成するオーバサンプリング工程
    と、 前記オーバサンプリングデータに対し予め定めた前記非
    線形処理を施す非線形処理工程と、 前記非線形処理が施されたオーバサンプリングデータに
    対し、当該オーバーサンプリングデータの周波数帯域成
    分のうち、予め定めた所定の周波数帯域を越える周波数
    成分を除去し、フィルタリングデータを生成するフィル
    タリング工程と、 前記フィルタリングデータのダウンサンプリングを行っ
    て前記所定の周波数帯域を有するダウンサンプリングデ
    ータを生成するダウンサンプリング工程と、 を備えたことを特徴とする信号処理方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9595925B2 (en) 2014-10-28 2017-03-14 Panasonic Corporation Distortion-compensating power amplifier and method for compensating for distortion to amplify power

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9595925B2 (en) 2014-10-28 2017-03-14 Panasonic Corporation Distortion-compensating power amplifier and method for compensating for distortion to amplify power

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