JP2002320297A - 低音感再現装置、低音感再現方法及び低音感再現プログラム - Google Patents

低音感再現装置、低音感再現方法及び低音感再現プログラム

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JP2002320297A
JP2002320297A JP2002035091A JP2002035091A JP2002320297A JP 2002320297 A JP2002320297 A JP 2002320297A JP 2002035091 A JP2002035091 A JP 2002035091A JP 2002035091 A JP2002035091 A JP 2002035091A JP 2002320297 A JP2002320297 A JP 2002320297A
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signal
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Shinichi Hanayama
慎一 花山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ない部品コスト、且つ少ない演算時間で、
低音感を再現する低音感再現装置を提供する。 【解決手段】 本発明の低音感再現装置32は、L及び
Rチャンネル信号を加算する加算処理部1と、LPF2
と、低音域の信号を増幅する増幅処理部3と、低音域成
分を歪ませるディストーション処理部4と、LPF5
と、信号の位相を合わせるためのAPF6と、低音域成
分の信号の振幅を飽和させる飽和処理部7と、分周処理
を行って倍音成分を含む信号を生成する分周処理部8
と、LPF9と、倍音成分を含む信号と歪ませた低音域
成分の信号を加算する加算処理部10と、HPF11
と、Lチャンネル入力信号にHPF11からの信号を加
算する加算処理部12と、HPF11から信号の位相を
反転させる位相反転処理部13と、Rチャンネル入力信
号に位相反転信号を加算する加算処理部14と、を備え
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、低音域の減衰によ
って低音感を再規できないスピーカでも低音感を再現す
ることができる低音感再現装置、低音感再現方法及び低
音感再現プログラムに関する。特には、低音域が減衰す
るため低音感を再現できないスピーカでも原音の低音域
成分に含まれる基本波から低音域成分を生成し、原音に
混合することによって低音感を再現することができる低
音感再現装置、低音感再現方法及び低音感再現プログラ
ムに関する。
【0002】
【従来の技術】今日に至るまで、ミニディスクなどのポ
ータブルオーディオプレーヤを中心に、優音域成分のピ
ッチを変更して混合する処理がDSP(Digital
Signal Processor)などで実現され
ていた。また、DSPを持たないパソコンなどでは、演
算に必要な時間の問題から、低音域信号を単純に増幅す
るという処理が広く採用されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来のDSPによる方法においては、低音域成分のピッ
チを変更して加算する処理で窓関数が必要になるため、
処理の内容が複雑で、プログラムのサイズや必要とする
メモリ量が大きくなり、DSPでの処理時間も増す。こ
のため、高性能なDSPが必要になり実現に大きなコス
トがかかる。
【0004】また、従来のパソコンのプログラムによる
処理においても、DSPと同様の処理を行うことが出来
たが、窓関数の演算処理が複雑でこの演算に時間がかか
るため、リアルタイム処理には性能の高いパソコンが必
要になる。
【0005】また、低音域を単純に増幅すると、低音域
の再生にはスピーカの出力パワーがある程度必要なた
め、スピーカの性能によっては低音域を正常に再生でき
ず、場合によっては、スピーカを故障させる可能性もあ
った。
【0006】したがって、本発明の目的は、上述した課
題を考慮し、少ない部品コスト、且つ少ない演算時間
で、低音感を再現する低音感再現装置、低音感再現方法
及び低音感再現プログラム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、本発明の低音感再現装置は、出力音声の低音感を再
現する低音感再現装置であって、入力信号から所定の周
波数以下の低音域成分を抽出する第1のローパスフィル
タと、前記第1のローパスフィルタで抽出された前記低
音域成分に分周処理を行って倍音成分を含む信号を生成
する分周処理手段と、前記分周処理手段で生成された前
記信号に前記入力信号を加算して出力信号を生成する出
力側加算処理手段と、を備える、ことを特徴とする。
【0008】さらに、前記第1のローパスフィルタで抽
出した前記低音域成分を増幅する増幅処理手段と、前記
増幅処理手段で増幅した前記低音域成分の振幅を一定の
値で飽和させる飽和処理手段と、を備える、ことを特徴
とする。
【0009】さらに、前記第1のローパスフィルタで抽
出した前記低音域成分を歪ませるディストーション処理
手段と、前記ディストーション処理手段からの信号の位
相を合わせるためのオールパスフィルタと、を備える、
ことを特徴とする。
【0010】さらに、前記第1のローパスフィルタで抽
出した前記低音域成分を増幅する増幅処理手段と、前記
増幅処理手段で増幅した前記低音域成分の振幅を一定の
値で飽和させる飽和処理手段と、を備え、前記ディスト
ーション処理手段は、前記増幅処理手段で増幅した前記
低音域成分を歪ませる、ことを特徴とする。
【0011】さらに、前記分周処理手段で生成された前
記信号から不要な低音域成分を除去する第2のローパス
フィルタを備える、ことを特徴とする。
【0012】さらに、前記分周処理手段で生成された前
記信号から不要な低音域成分を除去する第2のローパス
フィルタと、前記第2のローパスフィルタからの倍音域
成分を含む信号と、前記オールパスフィルタからの歪ま
せた前記低音域成分の信号とを加算する低音域成分加算
処理手段と、を備える、ことを特徴とする。
【0013】さらに、前記低音域成分加算処理手段で生
成される信号から所定の周波数以下の信号をカットする
ハイパスフィルタを備える、ことを特徴とする。
【0014】ここで、前記ハイパスフィルタで生成され
たモノラル信号の位相を反転させる位相反転処理手段を
備える、ことを特徴とする。
【0015】また、前記分周処理手段は、二安定回路で
ある、ことを特徴とする。
【0016】また、上記課題を解決するため、本発明の
第1の態様の低音感再現プログラムは、コンピュータに
出力音声の低音感を再現させるための低音感再現プログ
ラムであって、上述の低音感再現装置の機能を、コンピ
ュータに実現させるための低音感再現プログラムであ
る、ことを特徴とする。
【0017】また、上記課題を解決するため、本発明の
低音感再現方法は、出力音声の低音感を再現する低音感
再現方法であって、(A)入力信号から所定の周波数以
下の低音域成分を抽出し、(B)抽出された前記低音域
成分に分周処理を行って倍音成分を含む信号を生成し、
(C)生成された前記信号に前記入力信号を加算して出
力信号を生成する、ことを特徴とする。
【0018】さらに、前記ステップ(A)と前記ステッ
プ(B)の間で、(a1)抽出した前記低音域成分を増
幅し、(a2)増幅した前記低音域成分の振幅を一定の
値で飽和させ、前記ステップ(B)は、飽和された前記
低音域成分に分周処理を行って倍音成分を含む信号を生
成する、ことを特徴とする。
【0019】さらに、(a’1) 前記ステップ(A)
で抽出した前記低音域成分を歪ませ、(a’2) 歪み
処理を行った信号の位相を合わせ、(b1)前記ステッ
プ(a’2)からの信号と前記ステップ(B)からの前
記倍音成分を含む信号を加算し、 前記ステップ(C)
は、前記ステップ(b1)で加算処理した信号に前記入
力信号を加算して出力信号を生成する、ことを特徴とす
る。
【0020】さらに、前記ステップ(A)と前記ステッ
プ(B)の間で、(a1)抽出した前記低音域成分を増
幅し、(a2)増幅した前記低音域成分の振幅を一定の
値で飽和させ、前記ステップ(a’1)は、前記ステッ
プ(a1)で増幅した前記低音域成分を歪ませ、前記ス
テップ(B)は、飽和された前記低音域成分に分周処理
を行って倍音成分を含む信号を生成する、ことを特徴と
する。
【0021】さらに、前記ステップ(B)は、分周処理
で生成された前記信号から不要な低音域成分を除去す
る、ことを特徴とする。
【0022】さらに、前記ステップ(B)と前記ステッ
プ(C)の間に、前記ステップ(B)で生成されたモノ
ラル信号の位相を反転させるステップを備える、ことを
特徴とする。
【0023】また、上記課題を解決するため、本発明の
低音感再現プログラムは、コンピュータに出力音声の低
音感を再現させるための低音感再現プログラムであっ
て、上述の低音感再現方法の処理を、コンピュータに実
現させるための低音感再現プログラムである、ことを特
徴とする。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の低音感再現装置、
低音感再現方法及び低音感再現プログラムについて、図
面を参照しながら詳細に説明する。
【0025】図1は、本発明の低音感再現装置の実施の
形態の一例を示す構成図である。図1において、本発明
の低音感再現装置32は、Lチャンネル入力側から入力
された音声のLチャンネル信号とRチャンネル入力側か
ら入力されたRチャンネル信号を加算する加算処理部1
と、加算処理部1で加算された信号からスピーカの再生
限界以下の低音域を抽出するローパスフィルタ(LP
F:Low PassFilter)2と、LPF2で
抽出した低音域の信号を増幅する増幅処理部3と、LP
F2で抽出し増幅処理部3で増幅した低音域成分を歪ま
せるディストーション処理部4と、ディストーション処
理部4で歪ませた信号から所定の不要な成分を除去する
ためにスピーカの再生限界の周波数を閾値として周波数
成分をカットするLPF5と、LPF5からの信号の位
相を合わせるためのオールパスフィルタ(APF:Al
l Pass Filter)6と、増幅処理部3で増
幅した低音域成分の信号の振幅を一定の値で飽和させる
飽和処理部7と、飽和処理部7で処理された信号にフリ
ップフロップ回路などで分周処理を行って倍音成分を含
む信号を生成する分周処理部8と、分周処理部8で処理
された信号から不要な低音域成分を除去するLPF9
と、LPF9からの倍音成分を含む信号とAPF6から
の歪ませた低音域成分の信号を加算する加算処理部10
と、所定の周波数以下の信号をカットするハイパスフィ
ルタ(HPF:High Pass Filter)1
1と、Lチャンネル入力側からの信号にHPF11から
の生成された信号を加算してLチャンネル出力側へ信号
を出力する加算処理部12と、HPF11からの生成さ
れた信号の位相を反転させる位相反転処理部13と、R
チャンネル入力側からの信号に位相反転処理部13から
信号を加算してRチャンネル出力側へ信号を出力する加
算処理部14と、を備えている。
【0026】現在、ポータブルオーディオプレーヤに付
属しているイヤホンなどでは、一般に100[hz]以
下の低音は再生できないため、迫力のある音声の再生が
楽しめない。本発明においては、分周処理部8で入力信
号を分周することでオクターブを変更し、その結果とし
て倍音成分を含む信号を生成する。そして、最終的にそ
の成分を加算処理部12及び加算処理部14で原音に混
合することで低音感を再現する。これにより、基本波成
分がスピーカの出力から欠けていても、倍音成分が存在
するため、基本波成分に相当するピッチが出力される。
【0027】したがって、基本波成分の低音域成分がス
ピーカの出力から欠けていても、基本波成分の低音域成
分に相当するピッチが聞こえるため、低音を感得するこ
とができるという音響心理学的効果を得ることができ
る。以下、その動作を詳細に説明する。
【0028】図2は、図1に示した本発明の低音感再現
装置32をPC(PersonalComputer)
に適用した場合のブロック図を示す。図2において、こ
のPC40は、各構成を制御する制御部42と、音声デ
ータ(信号)などを記憶するメモリ41と、低音感再現
装置32と、音声データ(信号)などが入力される入力
部43と、低音感再現装置32で処理された音声信号を
出力するスピーカなどが接続されるサウンドカードなど
のオーディオデバイスである出力部44と、制御信号や
データ信号を伝送するバス45と、を備えている。
【0029】ここで、メモリ41は、RAM(Rand
om Access Memory)などで構成され、
入力音声データ(信号)のLチャンネル成分を記憶する
バッファL41aと、入力音声データ(信号)のRチャ
ンネル成分を記憶するバッファR41bと、低音感再現
装置32で生成された音声信号を記憶するバッファ41
c,41dと、低音感再現装置32で生成された出力音
声データ(信号)を記憶するバッファ41eと、を備え
ている。
【0030】図3は、本発明の低音感再現方法を示すフ
ローチャートである。以下、図1〜図3に基づいて、図
1に示した本発明の低音感再現装置32をPCに適用
し、低音感再現方法をPCで実現する場合を例として説
明する。
【0031】図1〜図3において、入力部43からPC
M(Puls Code Modulation)形式
の左右のチャンネルのオーディオサンプル(信号)を記
録したファイルを読み込み、制御部42は、バス45を
介して浮動点小数の配列としてメモリ41上のバッファ
L41a及びバッファR41bに格納する(ステップ1
5)。
【0032】次に、バッファL41a及びバッファR4
1bの各信号が低音感再現装置32に入力され、低音感
再現装置32の加算処理部1で加算してモノラルのデー
タを作成しメモリ41のバッファ41cに代入する(ス
テップ16)。
【0033】次に、低音感再現装置32のLPF2、例
えば、バタワース型IIRフィルタなど、によって低音
域成分を抽出する(ステップ17)。
【0034】そして、低音感再現装置32の増幅処理部
3は、バッファ41cに格納された各信号を増幅する
(ステップ18)。このとき、増幅処理部3で増幅され
た各信号はバッファ41cに格納される。
【0035】次に、バッファ41cからバッファ41d
へデータ(各信号)コピーして格納する(ステップ1
9)。
【0036】低音感再現装置32のディストーション処
理部4において、バッファ41cに格納された信号にデ
ィストーション処理を行う(ステップ20)。この処理
によって、バッファ41cには、ディストーション処理
後の信号が格納されることになる。
【0037】次に、LPF5、例えば、バタワース型I
IRフィルタなど、によってバッファ41cに格納され
た信号の低音域成分を抽出する(ステップ21)。これ
により、バッファ41cには、低音域成分を抽出した信
号が格納される。
【0038】そして、APF6によってバッファ41c
に格納された信号の位相の補正を行う(ステップ2
2)。これにより、バッファ41cには、位相の補正後
の信号が格納される。
【0039】一方、飽和処理部7において、バッファ4
1dに堵納された信号の振幅を一定の値の範囲内に納め
ることで飽和処理を行う(ステップ23)。この処理後
の信号は、バッファ41dに格納される。
【0040】次に、バッファ41dに格納された信号を
フリップフロップフィルタなどの分周処理部8によっ
て、分周化を行う(ステップ24)。この分周化された
信号はバッファ41dに格納される。
【0041】そして、LPF9、例えば、バタワース型
IIRフィルタなど、によりバッファ41dの低音域成
分を抽出する(ステップ25)。抽出後の信号は、バッ
ファ41dに格納される。
【0042】加算処理部10は、バッファ41cのデー
タにバッファ41dのデータを加算して音声データ(信
号)を混合する(ステップ26)。
【0043】そして、HPF11、例えば、バタワース
型IIRフィルタなど、により低音域部分を除去し、そ
の信号をバッファ41cに格納する(ステップ27)。
【0044】以上において、ステップ24で使用してい
る分周処理部8のフリップフロップフィルタであるが、
これは音を歪ませた矩形波に近い信号を入力すると入力
された音のオクターブを変更する効果がある。また、そ
の動作であるが、以下の処理を各サンプルについて繰り
返す。 (1)サンプルの符号などの状態を保存 (2)入力信号の符号を状態変数によって変更して保存 (3)状態変数を更新
【0045】ここで、Pascal言語でフリップフロ
ップフィルタのプログラムを記述すると以下のようにな
る。なお、sampleはサンブル数、prevおよび
stateは状態変数、destは格納先の配列、sr
cは処理する信号が含まれた配列である。 for i:=0 to samples−1 do begin bstate:=(Prev<>0) and (src[i]>0); state:=state xor bstate; Prev:=src[i]; if state then dest[i]:=−src[i] else dest[i]:=src[i]; end
【0046】以上に示したフリップフロップフィルタに
よる処理は、二安定回路により分周を行うものである。
【0047】上述のようにして、歪ませた原音の低音域
成分と、原音の低音域成分の倍音を含む信号を生成し、
バッファ41cに格納する。
【0048】次に、加算処理部12において、原音であ
るバッファL41a内のデータにバッファ41cのデー
タを加算することで、原音に生成された倍音成分を混合
する処理を行う(ステップ28)。混合された信号は、
バッファR41bに格納される。
【0049】また、位相反転処理部13でバッファ41
cのデータの位相を反転し、加算処理部14において、
原音であるバッファR41b内のデータにこの反転デー
タを加算することで原音に倍音成分を加算する処理を行
う(ステップ29)。混合された信号は、バッファR4
1bに格納される。
【0050】そして、バッファL41a及びバッファR
41b内の成分をクリッピングしてPCMに変換し、バ
ッファ41eに保存する(ステップ30)。
【0051】そして、制御部42は、バス45を介し
て、バッファ41eに保存されているデータをサウンド
カードなどのオーディオデバイスに出力する(ステップ
31)。
【0052】以上、本発明の低音感再現装置及び低音感
再現方法について説明したが、低音感再現装置の機能
を、コンピュータに実現させるための低音感再現プログ
ラムとし、または、低音感再現方法の処理を、コンピュ
ータに実現させるための低音感再現プログラムとするこ
とができる。
【0053】
【発明の効果】以上のように、本発明の低音感再現装
置、低音感再現方法及び低音感再現プログラムによる
と、スピーカの交換を行わずに、強力な低音感を再現す
ることができるという長所を有する。
【0054】また、本発明の低音感再現装置、低音感再
現方法及び低音感再現プログラムは、特にDSPやパソ
コンのシステムとして実現した場合に、従来の方法より
も少ない演算時間で実現可能なので、安価なDSPやC
PUで実現することが可能になり、少ない部品コストで
低音感を再現させるという長所を有する。特に、近年広
く使われている、携帯型MPEGAudioプレーヤな
どデコード処理のプログラムが書き換え可能な機器の一
部では、デコード処理の後段に本発明に基づく処理を追
加することで、部品の追加を行わずに低音感の再現を行
える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の低音感再現装置の構成の一例を示す図
である。
【図2】本発明の低音感再現装置を適用したPCの構成
の一例を示す図である。
【図3】本発明の低音感再現方法を示すフローチャート
である。
【符号の説明】
1,10,12,14 加算処理部 2,5,9 LPF 3 増幅処理部 4 ディストーション処理部 6 APF 7 飽和処理部 8 分周処理部 11 HPF 13 位相反転処理部 32 低音感再現装置 41 メモリ 41a バッファL 41b バッファR 41c,41d,41e バッファ 42 制御部 43 入力部 44 出力部 45 バス

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出力音声の低音感を再現する低音感再現
    装置であって、 入力信号から所定の周波数以下の低音域成分を抽出する
    第1のローパスフィルタと、 前記第1のローパスフィルタで抽出された前記低音域成
    分に分周処理を行って倍音成分を含む信号を生成する分
    周処理手段と、 前記分周処理手段で生成された前記信号に前記入力信号
    を加算して出力信号を生成する出力側加算処理手段と、 を備える、 ことを特徴とする低音感再現装置。
  2. 【請求項2】 さらに、 前記第1のローパスフィルタで抽出した前記低音域成分
    を増幅する増幅処理手段と、 前記増幅処理手段で増幅した前記低音域成分の振幅を一
    定の値で飽和させる飽和処理手段と、 を備える、 ことを特徴とする請求項1記載の低音感再現装置。
  3. 【請求項3】 さらに、 前記第1のローパスフィルタで抽出した前記低音域成分
    を歪ませるディストーション処理手段と、 前記ディストーション処理手段からの信号の位相を合わ
    せるためのオールパスフィルタと、 を備える、 ことを特徴とする請求項1記載の低音感再現装置。
  4. 【請求項4】 さらに、 前記第1のローパスフィルタで抽出した前記低音域成分
    を増幅する増幅処理手段と、 前記増幅処理手段で増幅した前記低音域成分の振幅を一
    定の値で飽和させる飽和処理手段と、 を備え、 前記ディストーション処理手段は、前記増幅処理手段で
    増幅した前記低音域成分を歪ませる、 ことを特徴とする請求項3記載の低音感再現装置。
  5. 【請求項5】 さらに、 前記分周処理手段で生成された前記信号から不要な低音
    域成分を除去する第2のローパスフィルタを備える、こ
    とを特徴とする請求項1又は4記載の低音感再現装置。
  6. 【請求項6】 さらに、 前記分周処理手段で生成された前記信号から不要な低音
    域成分を除去する第2のローパスフィルタと、 前記第2のローパスフィルタからの倍音域成分を含む信
    号と、前記オールパスフィルタからの歪ませた前記低音
    域成分の信号とを加算する低音域成分加算処理手段と、 を備える、ことを特徴とする請求項3又は4記載の低音
    感再現装置。
  7. 【請求項7】 さらに、 前記低音域成分加算処理手段で生成される信号から所定
    の周波数以下の信号をカットするハイパスフィルタを備
    える、 ことを特徴とする請求項6記載の低音感再現装置。
  8. 【請求項8】 前記ハイパスフィルタで生成されたモノ
    ラル信号の位相を反転させる位相反転処理手段を備え
    る、ことを特徴とする請求項7記載の低音感再現装置。
  9. 【請求項9】 前記分周処理手段は、二安定回路であ
    る、ことを特徴とする請求項1乃至8記載の低音感再現
    装置。
  10. 【請求項10】 出力音声の低音感を再現する低音感再
    現方法であって、(A)入力信号から所定の周波数以下
    の低音域成分を抽出し、(B)抽出された前記低音域成
    分に分周処理を行って倍音成分を含む信号を生成し、
    (C)生成された前記信号に前記入力信号を加算して出
    力信号を生成する、ことを特徴とする低音感再現方法。
  11. 【請求項11】 さらに、前記ステップ(A)と前記ス
    テップ(B)の間で、(a1)抽出した前記低音域成分
    を増幅し、(a2)増幅した前記低音域成分の振幅を一
    定の値で飽和させ、 前記ステップ(B)は、飽和された前記低音域成分に分
    周処理を行って倍音成分を含む信号を生成する、 ことを特徴とする請求項10記載の低音感再現方法。
  12. 【請求項12】 さらに、(a’1) 前記ステップ
    (A)で抽出した前記低音域成分を歪ませ、(a’2)
    歪み処理を行った信号の位相を合わせ、(b1)前記
    ステップ(a’2)からの信号と前記ステップ(B)か
    らの前記倍音成分を含む信号を加算し、 前記ステップ(C)は、前記ステップ(b1)で加算処
    理した信号に前記入力信号を加算して出力信号を生成す
    る、 ことを特徴とする請求項10記載の低音感再現方法。
  13. 【請求項13】 さらに、前記ステップ(A)と前記ス
    テップ(B)の間で、(a1)抽出した前記低音域成分
    を増幅し、(a2)増幅した前記低音域成分の振幅を一
    定の値で飽和させ、 前記ステップ(a’1)は、前記ステップ(a1)で増
    幅した前記低音域成分を歪ませ、 前記ステップ(B)は、飽和された前記低音域成分に分
    周処理を行って倍音成分を含む信号を生成する、 ことを特徴とする請求項12記載の低音感再現方法。
  14. 【請求項14】 さらに、前記ステップ(B)は、分周
    処理で生成された前記信号から不要な低音域成分を除去
    する、ことを特徴とする請求項10乃至14記載の低音
    感再現方法。
  15. 【請求項15】 さらに、前記ステップ(B)と前記ス
    テップ(C)の間に、 前記ステップ(B)で生成されたモノラル信号の位相を
    反転させるステップを備える、 ことを特徴とする請求項14記載の低音感再現方法。
  16. 【請求項16】 コンピュータに出力音声の低音感を再
    現させるための低音感再現プログラムであって、 前記請求項1乃至9記載の低音感再現装置の機能を、コ
    ンピュータに実現させるための低音感再現プログラム。
  17. 【請求項17】 コンピュータに出力音声の低音感を再
    現させるための低音感再現プログラムであって、 前記請求項10乃至15記載の低音感再現方法の処理
    を、コンピュータに実現させるための低音感再現プログ
    ラム。
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