JP2004320516A - 音響信号処理装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】倍音生成を行い低音感を増強する音響信号処理装置において、より低音感が感じられるような倍音生成法を提供する。
【解決手段】帯域分割手段６は、入力信号から倍音生成を行う低音成分を抽出し、周波数帯域別の信号に分割する。各周波数帯域別に設けられた倍音生成手段４ａ〜４ｃは、それぞれ帯域通過フィルタ５ａ〜５ｃの出力信号に関してその倍音を生成する。生成された倍音と遅延器３を介した入力信号は、加算器７ｂにより加算された後、高域通過フィルタ８を介して外部へ出力される。周波数帯域が高い方の倍音生成手段が生成する倍音の個数が、周波数帯域が低い方の倍音生成手段が生成する倍音の個数以下となるようにする。少ない演算量で、連続した倍音列を生成するとともに、スピーカの再生可能帯域内の低い周波数にて、倍音を集中して生成する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低音域欠如の補償を行い、低音感を増強する音響信号処理装置及びその方法に係り、さらに詳しくは、低音成分に関する倍音を付加して低音感の増強を図り、小型スピーカのように、低音感が不足しがちな機器を使用する場合に好適な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、小型のスピーカでは、低音域の再生が困難であることはよく知られている。この課題を解決するために、再生困難な低音の代わりに、その倍音を再生させると、スピーカの再生可能帯域で再生しているにもかかわらず、バーチャル・ピッチ効果により、聴感的な低音感を向上させ得ることが、従来より知られている。
【０００３】
ここで、「倍音」の語については、次の２つの定義がある。１つ目の定義では、「倍音」とは、楽音あるいは原音における基音（基本周波数の音）以外の音の成分で、基音の自然数倍の周波数を有するものを意味する。
【０００４】
２つ目の定義では、「倍音」とは、ある対象音に対し、その自然数倍の周波数の音を意味する。
【０００５】
以下、本明細書では、これら２つの定義による「倍音」を区別することなく、単に「倍音」と呼ぶことにする。また、基音あるいは原音の周波数のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を持つ倍音を、第ｎ倍音と呼ぶことにする。
【０００６】
以下、図８〜図９を参照しながら、従来の音響信号処理装置（２タイプある）を説明する。
【０００７】
まず、図８（ａ）は、従来の第１の音響信号処理装置のブロック図である。図８（ａ）に示すように、入力端子１から入力された信号は、２系統に分かれ、１系統目の入力信号は、加算器７の一方の入力部へ入力される。
【０００８】
２系統目の入力信号は、低域通過フィルタ５に入力される。低域通過フィルタ５は、入力信号から、所定のカットオフ特性に従って、低音成分のみを抽出し、倍音生成手段４へ出力する。
【０００９】
倍音生成手段４は、低域通過フィルタ５が抽出した、低音域成分に対して整数倍の周波数成分を有する信号（倍音）を生成する。倍音生成手段４で生成された倍音は、加算器７の他方の入力部へ入力される。
【００１０】
加算器７は、一方の入力部と他方の入力部とに入力された信号を加算して、出力端子２へ出力する。
【００１１】
さて、倍音を生成する方法は、各種あるが、そのうち、ゼロクロス法について、図９を用いて説明する。
【００１２】
ここでは、図９（ａ）に示すような正弦波に関し、その倍音を生成する例を考える。
【００１３】
ゼロクロス点とは、信号が正から負へ、あるいは負から正へ、変化する点である。例えば、図９（ａ）において、負から正へのゼロクロス点は、点Ｐ１、点Ｐ２、点Ｐ３である。
【００１４】
第２倍音を生成する場合には、負から正へのゼロクロス点から、次の負から正へのゼロクロス点との区間（区間Ｐ１−Ｐ２、区間Ｐ２−Ｐ３）において、時間軸方向について、元の波形を１／２に圧縮し、２回繰り返し再生すればよい。その結果、処理後の信号は、図９（ｂ）に示すように、周波数が２倍の信号になる。
【００１５】
一般に、ｎを自然数とするとき、第ｎ倍音は、同ゼロクロス点区間において、時間軸方向に、元の波形を１／ｎに圧縮し、ｎ回繰り返し再生することで生成される。
【００１６】
図８（ａ）に示した、従来の第１の音響信号処理装置では、複合音（和音などの複数の周波数成分を持った音）が入力された場合、生成すべき倍音以外の周波数成分が発生し、歪となり音質が劣化してしまう。
【００１７】
次に、この点を改善する、従来の第２の音響信号処理装置について、図８（ｂ）を参照しながら説明する。図中、図８（ａ）と同様の構成要素については、同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００１８】
図８（ｂ）に示す例の要点は、複合音を、複数の周波数帯域に分割し、それぞれの周波数帯域に属する成分毎に、倍音生成を行う点である。
【００１９】
即ち、図８（ｂ）では、図８（ａ）に対して、新たに帯域分割手段６が設けられており、この帯域分割手段６は、互いに周波数帯域が異なる、複数の帯域通過フィルタ５ａ、５ｂ、…、５ｃを備え、入力信号の低音成分を、周波数帯域別の信号に分割する。
【００２０】
分割後の信号は、周波数帯域毎に設けられた倍音生成手段４ａ、４ｂ、…、４ｃに入力され、個々に倍音生成が行われる。複数の倍音生成手段４ａ、４ｂ、…、４ｃの出力信号は、加算器７ａにより加算され、加算器７ｂの一方の入力部に入力される。
【００２１】
図８（ｂ）に示すように、帯域分割を行うと、複合音が入力される場合にも、一つの周波数帯域につき、原則一つの周波数成分の信号に対して倍音生成が行われることになり、歪成分の発生が抑制される。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
このように、帯域分割する方法は、複合音入力時の音質劣化を抑制できる利点を持っている。しかしながら、従来技術では、帯域分割した各周波数帯域の成分について、どのように倍音を生成すればよいのかという点に関し、考慮がない。
【００２３】
ところが、本発明者らによる今回の研究によって明らかとなったことであるが、後に詳述するように、この倍音構成を上手く行わなければ、音質が劣化したり、あるいは低音感の向上効果が、十分に得られない。即ち、図８（ｂ）の構成では、未だ満足できるレベルに至っていないのである。
【００２４】
そこで本発明は、帯域分割処理を行う音響信号処理装置において、低音感向上効果が高く、しかも歪み感が少ない倍音生成技術を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の音響信号処理装置は、入力音響信号の低音成分を、複数の周波数帯域に属する成分に分割する帯域分割手段と、複数の周波数帯域のそれぞれに属する成分に基づき、倍音成分を生成する倍音生成手段と、生成された倍音成分と、入力音響信号とを、合成する合成手段とを備え、倍音生成手段は、生成される倍音成分が一定条件を満たすように、倍音成分を生成する。
【００２６】
この構成において、倍音生成手段における倍音生成において、一定条件を課すことにより、不適当な倍音生成を排除し、かつ、好ましい倍音を生成することができる。その結果、歪み感を抑制しつつ、低音感を向上できる。
【００２７】
請求項２記載の音響信号処理装置では、一定条件は、生成される倍音成分の次数に関する条件である。
【００２８】
この構成により、一定条件を、次数により簡潔に定義できるし、倍音生成手段は、該当する次数の倍音成分のみを生成すればよいことになるので、倍音生成手段の処理負担を軽減できる。
【００２９】
請求項３記載の音響信号処理装置では、一定条件は、生成される倍音成分が、一定の周波数範囲内にあるという条件である。
【００３０】
この構成により、想定するスピーカの再生可能帯域外の倍音成分を発生させないようにすることができる。第１に、高すぎる周波数の倍音成分を発生させないことにより、再生音が中高音寄りとならないようにし、音色の不自然な変化を防止できる。第２に、低すぎる周波数成分の倍音成分を発生させないようにすることにより、スピーカの過負荷を防止できる。
【００３１】
請求項４記載の音響信号処理装置では、一定条件は、複数の周波数帯域において、より高い周波数の周波数帯域に属する成分から生成される倍音成分の次数は、より低い周波数の周波数帯域に属する成分から生成される倍音成分の次数以下である、という条件である。
【００３２】
この構成により、生成される倍音成分を、いびつでなく、自然に構成できる。また、相対的に高い周波数よりも、相対的に低い周波数に、倍音成分を集中させることができ、低音感を効果的に向上できる。
【００３３】
請求項５記載の音響信号処理装置では、一定条件は、複数の周波数帯域のそれぞれにおいて、最小到達次数（想定するスピーカの再生可能帯域に到達する最小の次数）、及び／又は、この最小到達次数より大きな次数の倍音成分を生成するという、条件である。
【００３４】
この構成において、最小到達次数を用いることにより、複数の周波数帯域に属する各成分のそれぞれについて、好ましい倍音成分を、簡潔かつ適切に生成できる。
【００３５】
請求項６記載の音響信号処理装置では、一定条件は、生成される倍音成分が一定の周波数範囲内にあり、かつ、最小到達次数（想定するスピーカの再生可能帯域に到達する最小の次数）と、この最小到達次数より大きな次数であって、周波数範囲内にある次数との、倍音成分を生成するという、条件である。
【００３６】
この構成により、想定するスピーカの再生可能帯域外の倍音成分を発生させないようにすることができる。第１に、高すぎる周波数の倍音成分を発生させないことにより、再生音が中高音寄りとならないようにし、音色の不自然な変化を防止できる。第２に、低すぎる周波数成分の倍音成分を発生させないようにすることにより、スピーカの過負荷を防止できる。
【００３７】
また、最小到達次数を用いることにより、複数の周波数帯域に属する各成分のそれぞれについて、好ましい倍音成分を、簡潔かつ適切に生成できる。
【００３８】
請求項７記載の音響信号処理装置では、一定条件は、生成される倍音成分が一定の周波数範囲内にあり、かつ、複数の周波数帯域のそれぞれにおいて単一の次数の倍音成分のみを、生成するという、条件である。
【００３９】
この構成により、少ない処理負担で、低音感を向上できる。
【００４０】
請求項８記載の音響信号処理装置では、単一の次数は、最小到達次数（想定するスピーカの再生可能帯域に到達する最小の次数）である。
【００４１】
この構成により、想定するスピーカの再生可能帯域のうち、低域側に、低音成分を集中させ、低音感を効果的に向上できる。
【００４２】
請求項９記載の音響信号処理装置では、単一の次数は、複数の周波数帯域の成分から生成される倍音成分の周波数が、互いに重複しないように設定される。
【００４３】
この構成により、低音成分の次数が連続しやすくなり、自然で歪み感の少ない再生音が得られる。
【００４４】
請求項１０記載の音響信号処理装置では、倍音成分の振幅は、倍音成分の周波数が高くなるにつれて小さくなるように設定される。
【００４５】
この構成により、再生音が、聴感上、中高音側にシフトしないようにすることができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
（比較例）
以下、本発明の各形態における、倍音生成法の説明に先立ち、倍音生成の比較例を説明する。結論を先に言えば、この比較例によると、特に、基音が低い楽音で、その低次の倍音もスピーカの再生可能帯域以下である場合に、問題を生ずる。
【００４７】
さて、本明細書では、スピーカの再生可能帯域が、１５０Ｈｚ以上であると仮定する。また、図２（ａ）のように、倍音生成のための帯域分割を、２５Ｈｚ間隔とする。そして、帯域分割された各周波数帯域において、第２倍音から第４倍音までを生成する。ただし、１５０Ｈｚ未満の倍音は、生成しないものとする。
【００４８】
したがって、この比較例では、
周波数帯域Ａ（２５〜５０Ｈｚ）について、第４倍音のみを生成する。
周波数帯域Ｂ（５０〜７５Ｈｚ）について、第３倍音と第４倍音を生成する。
周波数帯域Ｃ（７５〜１００Ｈｚ）と周波数帯域Ｄ（１００〜１２５Ｈｚ）と周波数帯域Ｅ（１２５〜１５０Ｈｚ）について、第２〜第４倍音を生成する。
【００４９】
この比較例において、基音４０Ｈｚの楽音が入力される場合を考える。この場合、図２（ｂ）に示すように、処理帯域に、その楽音の基音（４０Ｈｚ）、第２倍音（８０Ｈｚ）、第３倍音（１２０Ｈｚ）の３つの周波数成分が含まれることになる。
【００５０】
これら３つの周波数成分は、帯域分割処理により分離され、４０Ｈｚの成分は周波数帯域Ａに、８０Ｈｚの成分は周波数帯域Ｃに、１２０Ｈｚの成分は周波数帯域Ｅに属し、それぞれ周波数帯域別に倍音生成が行われる。
【００５１】
その結果、図４に示すようになる。即ち、
周波数帯域Ａ（２５〜５０Ｈｚ）に属する基音（４０Ｈｚ）から、１６０Ｈｚの倍音を生成する。
周波数帯域Ｃ（７５〜１００Ｈｚ）に属する第２倍音（８０Ｈｚ）から、１６０Ｈｚ、２４０Ｈｚ、３２０Ｈｚの倍音を生成する。
周波数帯域Ｅ（１２５〜１５０Ｈｚ）に属する第３倍音（１２０Ｈｚ）から、２４０Ｈｚ、３６０Ｈｚ、４８０Ｈｚの倍音を生成する。
【００５２】
したがって、比較例では、全体として、１６０Ｈｚ、２４０Ｈｚ、３２０Ｈｚ、３６０Ｈｚ、４８０Ｈｚなる倍音成分が生成される。
【００５３】
ここで、生成される倍音に関し、原信号の基音４０Ｈｚを基準とし、次数をつけて並べると次のようになる。
第４倍音（１６０Ｈｚ）、第６倍音（２４０Ｈｚ）、第８倍音（３２０Ｈｚ）、第９倍音（３６０Ｈｚ）、第１２倍音（４８０Ｈｚ）
【００５４】
以上より、第５倍音、第７倍音等が欠落し生成されないことがわかる。また、第９倍音、第１２倍音といった、低音感向上に寄与しない高次の倍音まで生成されてしまう。
【００５５】
このようないびつな構成の倍音を生成してしまうと、低音感向上にならないばかりか、再生音が中高音の方へシフトしたように感じられたり、独特の音色変化が生じたりする。
【００５６】
以上のように、音響信号処理装置において、低音感向上のための生成倍音の構成については、何らかの指針が必要である。本発明者らは、以上の知見に基づいて、今回提案する技術を完成させたものである。なお、以下の各実施の形態及び比較例の、評価については、最後にまとめて、詳述する。
【００５７】
以下、本発明の各形態について説明する。
（実施の形態１）
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態１を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における音響信号処理装置のブロック図である。
【００５８】
以下、実施の形態１、２においては、比較例と同様に、スピーカの再生可能帯域を１５０Ｈｚ以上とし、１５０Ｈｚ以下の低音域に関して、倍音成分を生成する。そして、倍音成分について、一定の周波数範囲は、１５０〜２８０Ｈｚとする。勿論、これらの数値は、一例に過ぎないのであって、適宜変更できることは言うまでもない。
【００５９】
図１（ａ）に示す構成要素のうち、入力端子１は、入力信号を入力するものである。
【００６０】
帯域分割手段６は、入力信号から倍音生成を行う低音成分を抽出し、周波数帯域別の信号に分割する。ここでは、通過帯域の異なる複数の帯域通過フィルタ５ａ、５ｂ、…、５ｃを並列に設けることにより、帯域分割手段６を構成する。
【００６１】
各周波数帯域別に設けられた倍音生成手段４ａ、４ｂ、…、４ｃは、それぞれ帯域通過フィルタ５ａ、５ｂ、…、５ｃの出力信号に関して、その倍音を生成する。
【００６２】
加算器７ａは、倍音生成手段４ａ、４ｂ、…、４ｃの出力信号を加算する。遅延器３は、倍音生成処理に伴う遅延と同じ時間だけ、入力信号を遅延させる。
【００６３】
加算器７ｂは、合成手段に相当し、遅延器３の出力信号と加算器７ａの出力信号を加算し、高域通過フィルタ８を介して出力端子２から音響信号を出力する。
【００６４】
高域通過フィルタ８は、スピーカの再生可能帯域以下の低音成分を除去し、スピーカの過負荷を防止するために設けられる。
【００６５】
高域通過フィルタ８は、遅延器３の前段か、若しくは後段に設けることも可能である。また、過負荷防止の機能は、失われるものの、高域通過フィルタ８を省略することも可能である。
【００６６】
なお、この音響信号処理装置を、ステレオ入力に対応させるには、図１（ａ）の回路を左チャンネルと右チャンネルとに、別々に２つ用意すれば良い。
【００６７】
あるいは、図７に示すように、左右の入力を加算させ、モノラル化した後に、倍音生成に関する処理を行い、それを再び左右に振り分けるような処理を行っても良い。
【００６８】
図７のように構成すると、図１（ａ）の回路を、左右チャンネル毎に、独立して設ける場合に比べ、回路規模を削減できる。ここで、低音成分は、各チャンネルに同相で含まれることが多いため、図７のように構成しても、音質は、ほとんど低下しない。
【００６９】
本形態では、比較例と同様に、帯域分割手段６における分割特性を、図２（ａ）のように設定する。図２（ａ）の例では、２５Ｈｚから１５０Ｈｚの周波数帯域を２５Ｈｚの周波数帯域で分割している。
【００７０】
あるいは、図２（ｃ）のように、最低音域（５０Ｈｚ以下）については、低域通過特性としてもよい。
【００７１】
さて、周波数帯域毎に設けられる倍音生成手段４ａ、４ｂ、…、４ｃは、図１（ｂ）に示す回路構成となっている。
【００７２】
倍音生成手段４ａ、４ｂ、…、４ｃは、入力信号に関し、その第ｎ倍音から第（ｎ＋Ｍ−１）倍音までＭ個の倍音を生成する倍音成分生成手段９ａ、９ｂ、…、９ｃを備え、これらの倍音成分生成手段９ａ、９ｂ、…、９ｃの出力に対し、その後段に設けられる乗算器１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃが、係数ａ１〜ａＭを乗する。そして、加算器７ｃが、乗算器１０ａ、１０ｂ、…、１０ｃの出力を、加算する。
【００７３】
すなわち、周波数帯域別に分割された各々の信号に対して、図３のように、スピーカの再生可能帯域に入る最小次の第ｎ倍音より連続してＭ個の倍音を生成することになる。各倍音の振幅レベルを調整するための係数列ａ１〜ａＭには、高次になるにつれ値が減衰していく係数列を用いる。例えば、係数列ａ１〜ａＭとして、公比ｒの等比数列（ａ１、ａ１×ｒ、ａ１×ｒ×ｒ、・・・）を用いることができる。公比ｒは、例えば０．３とする。
【００７４】
図１（ａ）において、生成条件設定手段２０は、外部から生成条件情報を入力し、各倍音生成手段４ａ、４ｂ、…、４ｃに、倍音生成における一定条件を設定する。この生成条件情報は、上述した、倍音成分の次数ｎ、ｎ＋Ｍ−１、係数ａ１、公比ｒ等に関する情報である。
【００７５】
ここで、図１（ａ）の例では、生成条件設定手段２０により、各倍音生成手段４ａ、４ｂ、…、４ｃにおける一定条件を変更できるようにした。
【００７６】
しかしながら、一通りの一定条件しか使用しないときには、生成条件設定手段２０を省略して、各倍音生成手段４ａ、４ｂ、…、４ｃの回路構成を、所望の一定条件に合うように固定的に構成することもできる。この場合では、図１（ｂ）に示すように、必ずしも、第ｎ倍音〜第ｎ＋Ｍ−１倍音の全てについて、倍音成分生成手段を設けなくともよい。即ち、使用しない次数の倍音については、倍音生成手段を省略し、回路構成を簡略化して差し支えない。
【００７７】
次に、本発明の主題である、倍音生成法について、詳述する。まず、最小到達次数を定義する。最小到達次数とは、分割された各周波数帯域における信号成分に対し行われる倍音生成に関し、スピーカの再生可能帯域（本明細書では１５０Ｈｚ以上）に到達する最小の次数である。
【００７８】
例えば、図２（ａ）において、最小到達次数は、
周波数帯域Ｂ（５０〜７５Ｈｚ）において、３次
周波数帯域Ｃ（７５〜１００Ｈｚ）において、２次
周波数帯域Ｄ（１００〜１２５Ｈｚ）において、２次
周波数帯域Ｅ（１２５〜１５０Ｈｚ）において、２次
である。
【００７９】
ただし、周波数帯域Ａ（２５〜５０Ｈｚ）については、周波数２５〜３０Ｈｚの最小到達次数は６次であり、周波数３０〜３７．５Ｈｚの最小到達次数は５次であり、周波数３７．５Ｈｚ〜５０Ｈｚの最小到達次数は４次である。
【００８０】
このように、分割の特性によっては、最小到達次数について複数の候補が存在し、最小到達次数が一意に定められないことがある。このような場合、これらの候補のうち、任意の候補を、最小到達次数としてよい。ここでは、周波数帯域Ａについての最小到達次数は、４次とする。
【００８１】
以上述べた最小到達次数を用いて、次のように倍音を生成する。実施の形態１では、各周波数帯域で、最小到達次数の倍音のみか、あるいは最小到達次数の倍音を含む、次数の連続した複数の倍音を生成する。このとき、低域側の周波数帯域ほど、生成する倍音の数が増加するように構成する。
【００８２】
例えば、次のパターン１、パターン２などが考えられる。
【００８３】
（パターン１）
周波数帯域Ａでは、第４、５、６倍音を生成する。
周波数帯域Ｂでは、第３、４倍音を生成する。
周波数帯域Ｃ、Ｄ、Ｅでは、第２倍音を生成する。
【００８４】
（パターン２）
周波数帯域Ａでは、第４、５、６、７倍音を生成する。
周波数帯域Ｂでは、第３、４倍音を生成する。
周波数帯域Ｃでは、第２、３倍音を生成する。
周波数帯域Ｄ、Ｅでは、第２倍音を生成する。
【００８５】
このような倍音生成法に従えば、低い基本周波数を持つ楽音が入力された場合においても、生成される倍音が、いびつな構成とならず、自然な倍音を生成できる。以下、この理由を説明する。
【００８６】
原信号を楽音とすると、その原信号には、基音とそのｎ倍（ｎ＝２、３、…）の周波数の倍音が含まれている。基音は、ｎ＝１の倍音とみなすこともできる。この原信号に関して、倍音生成手段でｍ倍（ｍ＝２、３、…）の倍音を生成し、原音の基音を基準に考えると、周波数がｎ×ｍ倍の倍音が生成されることになる。
【００８７】
この時、あまり高次の倍音が生成されると、中高音の方へ音の高さがシフトして感じられる。したがって、次数ｎ×ｍには、上限値が存在する。すなわち、ｎの値が大きくなるほど、ｍの値は小さい値しか取りえないこととなる。言い換えれば、周波数帯域Ａのように、最低域の周波数帯域では、比較的高次まで、多くの倍音を付加することができるが、周波数帯域Ｅのように比較的高い周波数帯域では低次の倍音しか取りえないこととなる。
【００８８】
また、次数ｎ×ｍの値が、素数であれば、ｎ＝１すなわち原信号の基音からのみしか倍音は生成できない。例えば、原信号の基音に対する第５倍音や第７倍音は、原信号の基音からでないと生成できない。したがって、低域ほど倍音生成の個数を増やすとよく、こうすると、いびつな倍音列になりにくい。
【００８９】
前述の例で、原信号として、基音（４０Ｈｚ）を持つ楽音で、原信号中に８０Ｈｚ、１２０Ｈｚの倍音成分が含まれている信号系列を考える。
【００９０】
図５（ａ）に示す、パターン１では、
周波数帯域Ａに属する４０Ｈｚ成分から、１６０Ｈｚ、２００Ｈｚ、２４０Ｈｚの倍音を生成する。
周波数帯域Ｃに属する８０Ｈｚ成分から、１６０Ｈｚの倍音を生成する。
周波数帯域Ｅに属する１２０Ｈｚ成分から、２４０Ｈｚの倍音を生成する。
【００９１】
図５（ｂ）に示す、パターン２では、
周波数帯域Ａに属する４０Ｈｚ成分から、１６０Ｈｚ、２００Ｈｚ、２４０Ｈｚ、２８０Ｈｚの倍音を生成する。
周波数帯域Ｃに属する８０Ｈｚ成分から、１６０Ｈｚ、２４０Ｈｚの倍音を生成する。
周波数帯域Ｅに属する１２０Ｈｚ成分から、２４０Ｈｚの倍音を生成する。
【００９２】
ここで、パターン１では、原信号の基音に対して第４〜６倍音の範囲で、次数の欠落なしに、倍音が生成される。
【００９３】
パターン２では、原信号の基音に対して第４〜７倍音の範囲で、次数の欠落なしに、倍音が生成される。
【００９４】
また、第９倍音以上といった高すぎる倍音が生成されることはない。よって、中高音の方へ音の高さがシフトして感じられたり、独特の音色変化が発生することが少なく、低音感が向上した出力信号が得られる。
【００９５】
このように、本構成法に従えば、処理帯域に複数の周波数成分を含むような基本周波数の低い楽音が入力された場合でも、スピーカの再生可能帯域において、次数の連続する自然な構成の倍音を生成することが可能となる。これにより、基本周波数の低い楽音入力時の音質劣化を抑制することが可能となる。また、高域側の周波数帯域で生成する倍音の数を減らしたことで、その生成にかかる回路規模を削減できる。
【００９６】
（実施の形態２）
実施の形態２においては、実施の形態１と同じ回路（図１（ａ）、（ｂ）、図７参照）において、倍音生成について別の構成法を実施する。実施の形態２における構成法は、一言で言うと、各周波数帯域で最小到達次数、またはこれに準じる倍音を一つのみ生成する方法である。
【００９７】
即ち、図２（ａ）に示す周波数帯域において、例えば、次のパターン３、パターン４などが考えられる。
【００９８】
（パターン３）
周波数帯域Ａでは、第４倍音を生成する。
周波数帯域Ｂでは、第３倍音を生成する。
周波数帯域Ｃ、Ｄ、Ｅでは、第２倍音を生成する。
【００９９】
（パターン４）
周波数帯域Ａでは、第５倍音を生成する。
周波数帯域Ｂでは、第３倍音を生成する。
周波数帯域Ｃ、Ｄ、Ｅでは、第２倍音を生成する。
【０１００】
実施の形態１と同じ例で、図２（ｂ）のように、原信号として、基音が４０Ｈｚの楽音で原信号中に８０Ｈｚ、１２０Ｈｚの倍音成分が含まれている信号系列を考える。
【０１０１】
図６（ａ）に示す、パターン３では、
周波数帯域Ａに属する４０Ｈｚ成分から、１６０Ｈｚの倍音を生成する。
周波数帯域Ｃに属する８０Ｈｚ成分から、１６０Ｈｚの倍音を生成する。
周波数帯域Ｅに属する１２０Ｈｚ成分から、２４０Ｈｚの倍音を生成する。
【０１０２】
図６（ｂ）に示す、パターン４では、
周波数帯域Ａに属する４０Ｈｚ成分から、２００Ｈｚの倍音を生成する。
周波数帯域Ｃに属する８０Ｈｚ成分から、１６０Ｈｚの倍音を生成する。
周波数帯域Ｅに属する１２０Ｈｚ成分から、２４０Ｈｚの倍音を生成する。
【０１０３】
パターン３については、原信号の基音に対する第５倍音（２００Ｈｚ）が生成されないため、低音感については若干劣る。パターン４については、第４倍音から第６倍音まで連続して生成されるため、パターン３よりも改善されている。
【０１０４】
実施の形態２で示した構成法は、一つの周波数帯域につき一つの倍音のみを生成するため、実施の形態１に比べると、低音感の向上に関しては若干劣る。しかしその反面、演算量が削減でき、回路規模を小さくすることが可能となる。また、倍音生成時に生じる歪も削減され、クリアな音質になる。
【０１０５】
なお、実施の形態１および２では、スピーカの再生可能帯域が１５０Ｈｚ以上の場合について説明したが、言うまでもなく、本発明は、スピーカの再生可能領域に拠らず、再生可能帯域の異なる各種小型スピーカに適用可能である。
【０１０６】
（評価）
本発明者らは、上述した、比較例、パターン１、パターン３について、評価を行ったので、その結果を以下に示す。
【０１０７】
なお、パターン２、パターン４については、具体的な評価を行っていないが、パターン２についてはパターン１と同様の結果が得られるものと推定され、パターン４についてはパターン３と同様の結果が得られるものと推定される。
【０１０８】
評価は、被験者Ａ、Ｂが、パターン１、３及び比較例により、倍音を生成した処理音と、原音とを聞き比べ、どの程度低音感が向上しているか、あるいは、歪み感の有無について、調べた。
【０１０９】
ソースとして、次の３つの音源を使用した。
（ソース１） アーティスト：槙原敬之、曲名：ＳＰＹ、評価区間：曲開始から３０秒間
（ソース２） アーティスト：シンディー・ローバー、曲名：ＨＥＹ ＮＯＷ、評価区間：曲開始から３０秒間
（ソース３） アーティスト：ダイアナ・キング、曲名：ＳＨＹ ＧＵＹ、評価区間：曲開始４０秒後から３０秒間
【０１１０】
被験者Ａ
低音感向上効果 ○：かなり向上、△：やや向上、×：殆ど向上なし
【０１１１】

歪み感 ○：ほとんどなし、△：やや感じる、×：かなり感じる
【０１１２】

【０１１３】
被験者Ｂ
低音感向上効果 ○：かなり向上、△：やや向上、×：殆ど向上なし
【０１１４】

歪み感 ○：ほとんどなし、△：やや感じる、×：かなり感じる
【０１１５】

【０１１６】
（考察）
いずれの被験者によっても、低音感向上効果が高く、しかも、歪み感が少ないと評価された、パターン１が最も優れていると考えられる。
【０１１７】
一方、比較例では、歪み感が強く、実用的でないことがわかった。この歪みは、低音感向上効果を無効にするだけでなく、ソース中の低音楽器の音を、中高音側にシフトさせたり、独特の音色変化をもたらした。
【０１１８】
パターン３では、低音感は、パターン１に劣るものの、音質は、パターン１よりもクリアであった。
【０１１９】
総じて言えば、パターン１及びパターン３の両方は、低音感向上効果及び歪み感の少なさの両面において、比較例よりも優れていた。
【０１２０】
【発明の効果】
本発明によれば、周波数帯域が高い方の倍音生成手段が生成する倍音の個数が、周波数帯域が低い方の倍音生成手段が生成する倍音の個数以下に定めることで、少ない演算量で、連続した倍音列を生成するとともに、スピーカの再生可能帯域内の低い周波数にて、倍音を集中して生成できる。
【０１２１】
本発明によれば、帯域分割処理導入時における生成倍音の構成を、音質劣化が少なく、より低音感が感じられるよう最適化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１、２による音響信号処理装置のブロック図
（ｂ）同倍音生成手段のブロック図
【図２】（ａ）同帯域分割特性の例示図
（ｂ）同帯域分割特性の例示図
（ｃ）同帯域分割特性の例示図
【図３】同倍音生成の振幅構成例を示すグラフ
【図４】同比較例の倍音生成説明図
【図５】（ａ）同実施の形態１における倍音生成説明図（パターン１）
（ｂ）同実施の形態１における倍音生成説明図（パターン２）
【図６】（ａ）同実施の形態２における倍音生成説明図（パターン３）
（ｂ）同実施の形態２における倍音生成説明図（パターン４）
【図７】同ステレオ信号における音響信号処理装置のブロック図
【図８】（ａ）従来の第１の音響信号処理装置のブロック図
（ｂ）従来の第２の音響信号処理装置のブロック図
【図９】（ａ）従来の倍音生成原理説明図
（ｂ）従来の倍音生成原理説明図
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１１ 入力端子
２、２ａ、２ｂ、１２ 出力端子
３、３ａ、３ｂ 遅延器
４ａ〜４ｃ 倍音生成手段
５ａ〜５ｃ 帯域通過フィルタ
６ 帯域分割手段
７ａ〜７ｅ 加算器
８、８ａ、８ｂ 高域通過フィルタ
９ａ〜９ｃ 倍音成分生成手段
１０ａ〜１０ｃ レベル調整手段
２０ 生成条件設定手段

Claims (20)

1. 入力音響信号の低音成分を、複数の周波数帯域に属する成分に分割する帯域分割手段と、
   前記複数の周波数帯域のそれぞれに属する成分に基づき、倍音成分を生成する倍音生成手段と、
   生成された倍音成分と、入力音響信号とを、合成する合成手段とを備え、
   前記倍音生成手段は、生成される倍音成分が一定条件を満たすように、倍音成分を生成する、音響信号処理装置。
2. 前記一定条件は、生成される倍音成分の次数に関する条件である、請求項１記載の音響信号処理装置。
3. 前記一定条件は、生成される倍音成分が、一定の周波数範囲内にあるという条件である、請求項１または２記載の音響信号処理装置。
4. 前記一定条件は、前記複数の周波数帯域において、より高い周波数の周波数帯域に属する成分から生成される倍音成分の次数は、より低い周波数の周波数帯域に属する成分から生成される倍音成分の次数以下である、という条件である、請求項１から３記載の音響信号処理装置。
5. 前記一定条件は、前記複数の周波数帯域のそれぞれにおいて、最小到達次数（想定するスピーカの再生可能帯域に到達する最小の次数）、及び／又は、この最小到達次数より大きな次数の倍音成分を生成するという、条件である、請求項１から４記載の音響信号処理装置。
6. 前記一定条件は、生成される倍音成分が一定の周波数範囲内にあり、かつ、最小到達次数（想定するスピーカの再生可能帯域に到達する最小の次数）と、この最小到達次数より大きな次数であって、前記周波数範囲内にある次数との、倍音成分を生成するという、条件である、請求項１記載の音響信号処理装置。
7. 前記一定条件は、生成される倍音成分が一定の周波数範囲内にあり、かつ、前記複数の周波数帯域のそれぞれにおいて単一の次数の倍音成分のみを、生成するという、条件である、請求項１記載の音響信号処理装置。
8. 前記単一の次数は、最小到達次数（想定するスピーカの再生可能帯域に到達する最小の次数）である、請求項７記載の音響信号処理装置。
9. 前記単一の次数は、前記複数の周波数帯域の成分から生成される倍音成分の周波数が、互いに重複しないように設定される、請求項７記載の音響信号処理装置。
10. 倍音成分の振幅は、倍音成分の周波数が高くなるにつれて小さくなるように設定される、請求項１から９記載の音響信号処理装置。
11. 入力音響信号の低音成分を、複数の周波数帯域に属する成分に分割し、
    前記複数の周波数帯域のそれぞれに属する成分に基づき、倍音成分を生成し、
    生成された倍音成分と、入力音響信号とを、合成する方法であって、
    生成される倍音成分が一定条件を満たすように、倍音成分を生成する、音響信号処理方法。
12. 前記一定条件は、生成される倍音成分の次数に関する条件である、請求項１１記載の音響信号処理方法。
13. 前記一定条件は、生成される倍音成分が、一定の周波数範囲内にあるという条件である、請求項１１または１２記載の音響信号処理方法。
14. 前記一定条件は、前記複数の周波数帯域において、より高い周波数の周波数帯域に属する成分から生成される倍音成分の次数は、より低い周波数の周波数帯域に属する成分から生成される倍音成分の次数以下である、という条件である、請求項１１から１３記載の音響信号処理方法。
15. 前記一定条件は、前記複数の周波数帯域のそれぞれにおいて、最小到達次数（想定するスピーカの再生可能帯域に到達する最小の次数）、及び／又は、この最小到達次数より大きな次数の倍音成分を生成するという、条件である、請求項１１から１４記載の音響信号処理方法。
16. 前記一定条件は、生成される倍音成分が一定の周波数範囲内にあり、かつ、最小到達次数（想定するスピーカの再生可能帯域に到達する最小の次数）と、この最小到達次数より大きな次数であって、前記周波数範囲内にある次数との、倍音成分を生成するという、条件である、請求項１１記載の音響信号処理方法。
17. 前記一定条件は、生成される倍音成分が一定の周波数範囲内にあり、かつ、前記複数の周波数帯域のそれぞれにおいて単一の次数の倍音成分のみを、生成するという、条件である、請求項１１記載の音響信号処理方法。
18. 前記単一の次数は、最小到達次数（想定するスピーカの再生可能帯域に到達する最小の次数）である、請求項１７記載の音響信号処理方法。
19. 前記単一の次数は、前記複数の周波数帯域の成分から生成される倍音成分の周波数が、互いに重複しないように設定される、請求項１７記載の音響信号処理方法。
20. 倍音成分の振幅は、倍音成分の周波数が高くなるにつれて小さくなるように設定される、請求項１１から１９記載の音響信号処理方法。

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