JP2002221975A - ディジタル信号処理装置 - Google Patents

ディジタル信号処理装置

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JP2002221975A
JP2002221975A JP2001017845A JP2001017845A JP2002221975A JP 2002221975 A JP2002221975 A JP 2002221975A JP 2001017845 A JP2001017845 A JP 2001017845A JP 2001017845 A JP2001017845 A JP 2001017845A JP 2002221975 A JP2002221975 A JP 2002221975A
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energy
filter
frequency
digital
signal processing
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Kazuaki Ouchi
一哲 大内
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New Japan Radio Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 自然空間における反射音と残響音による音響
効果と同等の音響効果を創造すること。 【解決手段】 音場生成回路2の出力周波数成分から高
域成分を減衰させるローパスフィルタ3を設けたディジ
タル信号処理装置において、入力信号の周波数成分のう
ち高域成分のエネルギーが高ければローパスフィルタ3
のフィルタ係数をそのカットオフ周波数が低くなるよう
に、低ければ高くなるように更新する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、入力信号の周波数
のエネルギー分布に応じてフィルタ係数を更新できるよ
うにしたディジタルフィルタを有するディジタル信号処
理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】空間で発生する反響音と残響音による音
響効果をシミュレーションするためのディジタル信号処
理装置として、図5に示す構成が知られている。このデ
ィジタル信号処理装置は、信号入力端子1に入力された
信号に基づいて反響音と残響音を生成する音場生成回路
2と、2次再帰型のローパスフィルタ3と、アッテネー
タ4と、加算器5から構成される。6は信号出力端子で
ある。
【0003】音場生成回路2は、遅延回路とアッテネー
タの組合せ(図示せず)により構成され、遅延回路によ
る遅延時間とアッテネータによる減衰量を調整すること
により、自然界の反響音と残響音をシミュレーションす
るものである。これにより、一般家庭の部屋に居ながら
コンサートホールや教会での音響効果と同等の音響効果
を得ることができる。
【0004】ローパスフィルタ3は、反響音と残響音の
高域成分を除去するために備えられている。反響音と残
響音のエネルギーは、反射と伝播を繰り返す過程で、壁
面等の反射物質によるエネルギー吸収と大気中の分子と
の衝突によって時間経過とともに減衰する。その単位時
間当りの減衰の大きさは周波数に依存し、一般に周波数
が高くなるほど減衰の度合は大きくなる。したがって、
このような現象をシミュレーションするために、高域成
分を減衰させるためのローパスフィルタ3が使用され
る。なお、このローパスフィルタ3において、301〜
304は1サンプル遅延器、305〜310は所定係数
の乗算器、311は加算器である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図5に示し
た従来のディジタル信号処理装置では、音場の周波数分
布が著しく偏っている場合には、自然界の反射音と残響
音の減衰の度合を正確にシミュレーションすることがで
きないという問題があった。特に、反射音と残響音の周
波数分布が高域に著しく偏っている場合には、ローパス
フィルタ3のカットオフ周波数の設定によっては高域成
分を充分に減衰させることができず、結果として聴感的
に不快感を与える場合があった。
【0006】本発明の目的は、入力信号の周波数分布が
著しく偏っているような場合であっても、自然空間にお
ける反射音と残響音による音響効果と同等の音響効果が
得られるようにしたディジタル信号処理装置を提供する
ことである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の第1の発明は、特定周波数成分を減衰させるディジタ
ルフィルタを有するディジタル信号処理装置において、
入力信号の周波数のエネルギー分布に応じて、前記ディ
ジタルフィルタのフィルタ係数を更新するように構成し
た。
【0008】第2の発明は、第1の発明において、前記
ディジタルフィルタがローパスフィルタであり、前記入
力信号の高域の周波数成分のエネルギーが高いほどカッ
トオフ周波数を低く、逆に高域の周波数成分のエネルギ
ーが低いほどカットオフ周波数を高くするよう前記ディ
ジタルフィルタのフィルタ係数を更新するように構成し
た。
【0009】第3の発明は、第1又は第2の発明におい
て、前記入力信号から互いに異なる周波数帯の信号を取
り出すn個のバンドパスフィルタと、該各バンドパスフ
ィルタの出力信号エネルギーを検出するn個のエネルギ
ー検出手段と、該n個のエネルギー検出手段のエネルギ
ー検出結果を取り込み最もエネルギーの大きな周波数帯
を比較検出する比較手段と、該比較手段の比較結果に応
じて前記ディジタルフィルタのフィルタ係数を更新する
フィルタ係数更新手段とを具備するように構成した。
【0010】第4の発明は、第1、第2又は第3の発明
において、前記エネルギー検出手段は、入力信号の振幅
を自乗して所定期間分平均する演算手段であるように構
成した。
【0011】第5の発明は、第1、第2、第3又は第4
の発明において、前記フィルタ係数の更新を一定時間間
隔で実行するように構成した。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は本発明の1つの実施の形態
のディジタル信号処理装置のブロック図である。図5に
示したものと同じものには同じ符号を付けた。7は信号
入力端子1に入力する信号から互いに異なった周波数帯
域成分を取り出すためのバンドパスフィルタ群であり、
701は中心周波数が200Hzのバンドパスフィルタ、
702は中心周波数が1KHzのバンドパスフィルタ、7
03は中心周波数が5KHzのバンドパスフィルタであ
る。これらバンドパスフィルタ701〜703のQ値
(Quality factor)は1に設計されている。
【0013】8はそのバンドパスフィルタ群7内の各バ
ンドパスフィルタ701〜703の出力から各々の振幅
自乗平均を取り出す振幅自乗平均演算部であり、各バン
ドパスフィルタ701〜703に対応した振幅自乗平均
回路801〜803、各バンドパスフィルタ701〜7
03の出力信号を振幅自乗平均回路801〜803に取
り込ませるスイッチ804〜806、そのスイッチ80
4〜806を3/64secに1回の周期で1サンプルタ
イムだけオンさせるインターバルタイマ807、振幅自
乗平均回路801〜803で得られた信号を取り出すス
イッチ808、およびそのスイッチ808を3secに1
回の周期で1サンプルタイムだけオンさせるインターバ
ルタイマ809から構成されている。
【0014】9は比較回路であり、スイッチ808によ
り取り込まれた各振幅自乗平均回路801〜803の値
を相互に比較してその内の最も大きな値のものに対応す
るバンドパスフィルタ701〜703のいずれかを示す
信号を出力する。
【0015】10は比較回路9で検出された結果に応じ
て、ローパスフィルタ3の乗算器305〜310の係数
を設定するLUT(ルックアップテーブル)等からなる
係数更新回路であり、カットオフ周波数が7KHz用、4
KHz用、1KHz用の合計3組のフィルタ係数が格納され
ている。
【0016】さて、バンドパスフィルタ701〜703
で得られた各周波数帯の信号は、インターバルタイマ8
07によって3/64secに1回の周期で1サンプルタ
イムだけオンするスイッチ804〜806によって、振
幅自乗平均回路801〜803に取り込まれる。つまり
振幅自乗平均回路801〜803には、3secに64回
オンするスイッチ804〜806により3sec当り64
サンプル分が取り込まれる。なお、例えば、信号入力端
子1に入力する信号のサンプリング周波数が44.1KHzの
場合では、1サンプリング時間は22μsecであり、ス
イッチ804〜806が1回オンしている時間は22μ
secとなる。
【0017】振幅自乗平均回路801〜803では、3
sec単位で64サンプル分が振幅自乗平均処理される。
この振幅自乗平均回路801〜803で得られた振幅自
乗平均値は当該周波数成分のエネルギーを示す値であ
り、3secに1回オンするスイッチ808によりまとめ
て比較回路9に送り込まれ、この比較回路9においてそ
の3個の振幅自乗平均値の内の最も大きな振幅自乗平均
値が比較検出され、次の係数更新回路10に送られる。
【0018】係数更新回路10では、比較回路9で振幅
自乗平均回路801から出力する振幅自乗平均値が最も
大きいと検出されたときはローパスフィルタ3にそのカ
ットオフ周波数を7KHzにする係数を設定し、振幅自乗
平均回路802から出力する振幅自乗平均値が最も大き
いと検出されたとき4KHzにする係数を設定し、振幅自
乗平均回路803から出力する振幅自乗平均値が最も大
きいと検出されたとき1KHzにする係数を設定する。
【0019】以上により、信号入力端子1に入力する信
号について、200Hz成分のエネルギーが最も大きいと
きはローパスフィルタ3のカットオフ周波数が7KHzに
設定され、1KHz成分のエネルギーが最も大きいときは
4KHzに設定され、5KHz成分のエネルギーが最も大き
いときは1KHzに設定され、これが3sec経過毎に更新
される。
【0020】したがって、入力する信号に含まれる周波
数成分のうち、低域成分のエネルギーが相対的に大きい
ときはローパスフィルタ3のカットオフ周波数が高くな
り、高域成分のエネルギーが相対的に大きいときはロー
パスフィルタ3のカットオフ周波数が低くなるように、
3sec経過毎にカットオフ周波数が更新されるので、反
射音と残響音の周波数分布が高域に偏っているような場
合でも、ローパスフィルタ3によって高域成分が充分に
減衰され、聴感的に不快感を与えるようなことが防止さ
れる。
【0021】図2の(a)は信号入力端子1に入力さる信
号Vin(V)を、 Vin=1.0sin(2π・200t)+0.6sin(2π・1000t)+0.4sin
(2π・5000t) としたときのその信号Vinの波形図、図2の(b)はこの
信号Vinを入力してから3sec経過した後のローパスフ
ィルタ3の周波数特性図である。図2(a)の波形は振幅
自乗平均が200Hzにピークをもつので、バンドパスフ
ィルタ701に対応する係数が選択され、ローパスフィ
ルタ3のカットオフ周波数は7KHzとなっている。な
お、測定時には出力端子6に5dBの減衰器を挿入した
のでオフセットが−5dBとなっている。
【0022】図3の(a)は信号入力端子1に入力さる信
号Vin(V)を、 Vin=0.4sin(2π・200t)+1.0sin(2π・1000t)+0.6sin
(2π・5000t) としたときのその信号Vinの波形図、図3の(b)はこの
信号Vinを入力してから3sec経過した後のローパスフ
ィルタ3の周波数特性図である。図3(a)の波形は振幅
自乗平均が1KHzにピークをもつので、バンドパスフィ
ルタ702に対応する係数が選択され、ローパスフィル
タ3のカットオフ周波数は4KHzとなっている。なお、
測定時には出力端子6に5dBの減衰器を挿入したので
オフセットが−5dBとなっている。
【0023】図4の(a)は信号入力端子1に入力さる信
号Vin(V)を、 Vin=0.6sin(2π・200t)+0.4sin(2π・1000t)+1.0sin
(2π・5000t) としたときのその信号Vinの波形図、図4の(b)はこの
信号Vinを入力してから3sec経過した後のローパスフ
ィルタ3の周波数特性図である。図4(a)の波形は振幅
自乗平均が5KHzにピークをもつので、バンドパスフィ
ルタ703に対応する係数が選択され、ローパスフィル
タ3のカットオフ周波数は1KHzとなっている。なお、
測定時には出力端子6に5dBの減衰器を挿入したので
オフセットが−5dBとなっている。
【0024】なお、以上ではローパスフィルタのフィル
タ係数更新について説明したが、ハイパスフィルタやバ
ンドパスフィルタについても、入力信号の周波数のエネ
ルギー分布に応じてそのフィルタ係数を更新するよう構
成することもできる。
【0025】
【発明の効果】以上から本発明のディジタル信号処理装
置によれば、入力信号の周波数のエネルギー分布に応じ
てフィルタ係数を更新するので、音場生成用の装置に適
用したとき、自然空間における反射音と残響音による音
響効果と同等の音響効果を創造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1つの実施形態のディジタル信号処
理装置のブロックである。
【図2】 (a)は200Hzのエネルギーが最も大きい入
力信号の波形図、(b)はその入力信号に応じてフィルタ
係数が設定されたローパスフィルタの周波数特性図であ
る。
【図3】 (a)は1KHzのエネルギーが最も大きい入力
信号の波形図、(b)はその入力信号に応じてフィルタ係
数が設定されたローパスフィルタの周波数特性図であ
る。
【図4】 (a)は5KHzのエネルギーが最も大きい入力
信号の波形図、(b)はその入力信号に応じてフィルタ係
数が設定されたローパスフィルタの周波数特性図であ
る。
【図5】 従来のディジタル信号処理装置のブロックで
ある。
【符号の説明】
1:信号入力端子 2:音場再生回路 3:ローパスフィルタ、301〜304:1サンプル遅
延器、305〜310:乗算器、311:加算器 4:アッテネータ 5:加算器 6:信号出力端子 7:バンドパスフィルタ群、701〜703:バンドパ
スフィルタ 8:振幅自乗平均演算部、801〜803:振幅自乗平
均回路、804〜806:スイッチ、807:インター
バルタイマ、808:スイッチ、809:インターバル
タイマ 9:比較回路 10:係数更新回路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】特定周波数成分を減衰させるディジタルフ
    ィルタを有するディジタル信号処理装置において、入力
    信号の周波数のエネルギー分布に応じて、前記ディジタ
    ルフィルタのフィルタ係数を更新するようにしたことを
    特徴とするディジタル信号処理装置。
  2. 【請求項2】前記ディジタルフィルタがローパスフィル
    タであり、前記入力信号の高域の周波数成分のエネルギ
    ーが高いほどカットオフ周波数を低く、逆に高域の周波
    数成分のエネルギーが低いほどカットオフ周波数を高く
    するよう前記ディジタルフィルタのフィルタ係数を更新
    することを特徴とする請求項1に記載のディジタル信号
    処理装置。
  3. 【請求項3】前記入力信号から互いに異なる周波数帯の
    信号を取り出すn個のバンドパスフィルタと、該各バン
    ドパスフィルタの出力信号エネルギーを検出するn個の
    エネルギー検出手段と、該n個のエネルギー検出手段の
    エネルギー検出結果を取り込み最もエネルギーの大きな
    周波数帯を比較検出する比較手段と、該比較手段の比較
    結果に応じて前記ディジタルフィルタのフィルタ係数を
    更新するフィルタ係数更新手段とを具備することを特徴
    とする請求項1又は2に記載のディジタル信号処理装
    置。
  4. 【請求項4】前記エネルギー検出手段は、入力信号の振
    幅を自乗して所定期間分平均する演算手段であることを
    特徴とする請求項1、2又は3に記載のディジタル信号
    処理装置。
  5. 【請求項5】前記フィルタ係数の更新を一定時間間隔で
    実行することを特徴とする請求項1,2,3又は4に記
    載のディジタル信号処理装置。
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