JP2007036710A - アタック信号増幅デジタル信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【目的】アタック音のみ抽出してＳ／Ｎ比を下げずに強調するアタック信号増幅デジタル信号処理装置を提供する。
【構成】アタック信号増幅デジタル信号処理装置１０は、デジタル音声信号Ｄｉｎの帯域分割フィルタ１を介して抽出された周波数帯域の信号レベルと、予め設定されたスレッショルドレベルＶｔｈとを比較するデジタル音声信号レベル検出手段２と、検出されたスレッショルドレベルＶｔｈ以上のデジタル音声信号をアタック音Ａとして検出し、そのデジタル音声信号の信号レベルに応じたブーストゲイン係数Ｇを演算するアタック音ブーストゲイン係数演算手段３と、検出されたデジタル音声信号のみをブーストゲイン係数Ｇで増幅するアタック音増幅手段４と、増幅されたデジタル音声信号データＤａを元の前記入力されたデジタル音声信号Ｄｉｎにおけるアタック音Ａの部分に遅延回路５で時間を合わせて合成する合成手段６と、を備える構成。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ポータブル・ヘッドフォン・ステレオ再生装置などのオーディオ機器におけるデジタル音声信号中のアタック音を強調するデジタル信号処理技術の分野に属する。

従来、一般にコンパクトディスク（以下、ＣＤと称する。）、ミニディスク（以下、ＭＤと称する。）或いはハードディスク（ＨＤ）などに記録されたデジタル音源の再生時において、読み出された（圧縮信号はさらに伸長された）デジタル音声信号はアナログ信号への変換後の増幅時に所定周波数帯域（例えば低音域）を強調（増幅）することが行われているが、その強調手段としては、イコライザで一様に所定周波数帯域（低音域）を増幅しているに過ぎない。

ところで、一般的に、楽器音などは波形立ち上がり時の「アタック音」と、その後に持続する「余韻」とによって形成されており、これらは単独または組み合わされて音を形作っている。

例えば、図３に示されるように、ドラムから発生する楽器音では、ドラム・スティックで打たれた瞬間（時間ｔ＝０）に音を発し始め、その後の音は減衰しながら僅かの時間継続して鳴り続ける。そして、ドラム・スティックによりドラムが励起された時に出る音がアタック音Ａであり、一方、その後にドラムの皮の共鳴によって続く音が余韻Ｂである。

そして、低域アタック音のみ増幅するとドラムなどの迫力ある音の躍動感が増すことになり、また、高域アタック音のみ増幅するとシンバルなどの音がより透明感のあるクリアな音となることが予想され、既に、上記のようなアタック音を検出して、アタック音のみを特に効果的に強調して音楽を再生することが試みられている。

例えば、下記［特許文献１］では、アナログ入力信号（音声信号）に関する図４に示されるようなアタック音検出装置の技術が開示されている。

即ち、図４において、アタック音検出装置１０１は、楽器音などの入力信号（音楽信号）を複数の周波数帯域に分割する複数のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２Ａ，１２Ｂ，・・・１２Ｎと、これら複数のＢＰＦ１２Ａ，１２Ｂ，・・・１２Ｎを通過した夫々の帯域信号の振幅増加分を検出する複数の振幅増加分検出回路１３Ａ，１３Ｂ，・・・１３Ｎと、これらから夫々検出された複数の振幅増加分が全て略同一時刻に発生した時にのみ一致信号を出力して音楽信号にアタック音があることを検出する検波回路１４と微分回路１５とからなる振幅増加分一致判定回路１６とで構成され、検出精度の高い構成となっている。そして、検出されたアタック音を増幅して音楽信号に付加するなどして音楽を効果的に楽しむことができるとする。

特開平０９−３１９３６６号公報

ＭＰ３などのデジタル音声信号の圧縮データは、伸長されたデジタル音声信号をそのままアナログ変換して出力するとアタック音の劣化により、音質が損なわれることがある。

そこで、アタック音を強調して出力することが望まれるが、従来のイコライザによる所定周波数帯域（低音域）を一様に増幅する方式は、Ｓ／Ｎ比が低下することもある。この一様に増幅する方法は、アタック音のみを抽出して効果的に強調することとは相容れない思想に基づくものであり、アタック音を効果的に再生することはできない。

また、上記［特許文献１］に記載された具体例としてのアタック音検出装置１０１は、アナログ音声信号に関するものであり、その検出手段は複数のバンドパスフィルタを構成要素とする複雑なものであり、判定方法も各帯域信号の振幅増加分の発生時刻の一致を以ってアタック音を検出するという処理の複雑な検出方式を採っており、ポータブル・ヘッドフォン・ステレオ再生装置などの低コスト化の要求が強いオーディオ再生装置に対しては不向きである。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、入力されたデジタル音声信号に対して、全周波数帯域または所定の周波数帯域のアタック信号のみを強調するようにしたアタック信号増幅デジタル信号処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、入力されたデジタル音声信号Ｄｉｎの全周波数帯域の信号レベルまたは帯域分割フィルタ１を介して抽出された所定の周波数帯域の信号レベルと、予め設定されたスレッショルドレベルＶｔｈとを比較するデジタル音声信号レベル検出手段２と、前記デジタル音声信号レベル検出手段２によって検出されたスレッショルドレベルＶｔｈ以上のデジタル音声信号をアタック音Ａとして検出し、そのアタック音Ａとして検出されたデジタル音声信号の信号レベルに応じたブーストゲイン係数Ｇを演算するアタック音ブーストゲイン係数演算手段３と、前記アタック音Ａとして検出されたデジタル音声信号のみを前記ブーストゲイン係数演算手段３によって演算されたブーストゲイン係数Ｇで増幅するアタック音増幅手段４と、前記アタック音増幅手段４で増幅されたデジタル音声信号Ｄａを元の前記入力されたデジタル音声信号Ｄｉｎにおける前記アタック音Ａの部分に時間を合わせて合成する合成手段５と、を備えることを特徴とするアタック信号増幅デジタル信号処理装置１０を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係るアタック信号増幅デジタル信号処理装置は、上記のような構成のため、
（１）入力されたデジタル音声信号における全周波数帯域または所定の周波数帯域に含まれるアタック音のみをその信号レベルに応じて増幅して強調することが可能である。
（２）低域アタック音のみ増幅するとドラムなどの迫力ある音の躍動感が増し、高域アタック音のみ増幅するとシンバルなどの音がより透明感のあるクリアな音となって、総じてメリハリのある表現となる。
（３）アタック音の劣化が激しいＭＰ３などの圧縮音声の高音質化に効果的である。

本発明に係るアタック信号増幅デジタル信号処理装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係るアタック信号増幅デジタル信号処理装置のブロック各部とその処理内容を説明するための図である。図２は本発明に係るアタック信号増幅デジタル信号処理装置によるアタック音強調の信号増幅処理のＯＮ／ＯＦＦ時の信号波形図である。

図１において、アタック信号増幅デジタル信号処理装置１０は、入力されたデジタル音声信号Ｄｉｎの帯域分割フィルタ１を介して抽出された所定の周波数帯域の信号レベルと、予め設定されたスレッショルドレベルＶｔｈとを比較するデジタル音声信号レベル検出手段２と、前記デジタル音声信号レベル検出手段２によって検出されたスレッショルドレベルＶｔｈ以上のデジタル音声信号をアタック音Ａとして検出し、そのアタック音Ａとして検出されたデジタル音声信号の信号レベルに応じたブーストゲイン係数Ｇを演算するアタック音ブーストゲイン係数演算手段３と、前記アタック音Ａとして検出されたデジタル音声信号のみを前記ブーストゲイン係数演算手段３によって演算されたブーストゲイン係数Ｇで増幅するアタック音増幅手段４と、前記アタック音増幅手段４で増幅されたデジタル音声信号Ｄａを元の前記入力されたデジタル音声信号Ｄｉｎにおける前記アタック音Ａの部分に時間を合わせて合成する合成手段６と、を備える構成を特徴とする。

上記入力されたデジタル音声信号Ｄｉｎは、ＣＤ、ＭＤ或いはＤＶＤオーディオの再生装置或いはＨＤＤで読み出されたデジタル信号データであり、圧縮音声を伸長してなるデジタル信号データの場合も含まれる。

また、上記帯域分割フィルタ１は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）或いはＩＩＲ（Infinite Impulse Response）のデジタルフィルタで構成され、低域アタック音を強調する場合はローパスフィルタ（ＬＰＦ）であり、高域アタック音を強調する場合はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）であり、中音域アタック音を強調する場合はその中音域を抽出するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）として用いられる。

上記信号レベルとは、サンプリングされ、量子化され、符号化された各デジタル音声の（電圧値に換算される）コーディング数の数値をいう。

また、上記スレッショルドレベルＶｔｈは、抽出された帯域のデジタル音声信号に含まれるアタック音Ａを検出する最低信号レベルであり、たとえばＣＤやＤＡＴなどの１６ビットデジタル音声信号の場合は、コーディング数６５５３５（＝最大レベル）が２Ｖとすると、前記スレッショルドレベルＶｔｈを１．５Ｖ程度とし、上記デジタル音声信号レベル検出手段２は、スレッショルドレベルＶｔｈに相当するコーディング数と各サンプルのデジタル音声信号のコーディング数を比較器で比較して、スレッショルドレベルＶｔｈのコーディング数以上のデジタル音声信号をアタック音Ａとして検出する（スレッショルドレベルＶｔｈのコーディング数より大のコーディング数のデジタル音声信号をアタック音Ａとして検出してもよい。）。

また、前記ブーストゲイン係数演算手段３は、検出されたアタック音Ａをその信号レベルに応じて（例えば、スレッショルドレベルＶｔｈの超過分に比例するように）可変的にブーストゲイン係数Ｇを演算する。ここに、ブーストゲイン係数Ｇはアタック音Ａのブースト（持ち上げ）の増幅度であり、アタック音Ａの強調の程度を表す。

また、上記アタック音増幅手段４は、帯域分割フィルタ１を介して抽出された帯域のデジタル音声信号におけるアタック音Ａのみを演算されたブーストゲイン係数Ｇで以って増幅する増幅器（積算器）である。

ブーストされたアタック音のデジタル音声信号Ｄａは元の入力されたデジタル音声信号Ｄｉｎにおける前記アタック音Ａの部分に時間を合わせて合成手段（例えばミキサ回路）６で合成され、所定の周波数帯域のアタック音のみが強調されたデジタル音声信号Ｄｏｕｔとなって出力される。ここに、図１中の遅延回路（Ｄｅｌａｙ）５は前記帯域分割フィルタ１での遅延時間を補正しアタック時間を合わせるための回路である。

なお、図１中の点線枠の帯域分割フィルタ１と遅延回路５を削除した回路構成とすると、入力されたデジタル音声信号Ｄｉｎの全周波数帯域の信号レベルを対象としてその中に含まれるアタック音を抽出してブーストし強調することとなる。

図２の（ａ）、（ｂ）はＣＤ再生装置において、入力されたＣＤの低音域の３０秒間のデジタル音声信号に対する本発明のアタック信号増幅デジタル信号処理装置１０のＯＦＦ／ＯＮの場合のそれぞれの波形を示した波形図である。図２より、元の音声信号の数十本のアタック音Ａ（ほぼ垂直な上下に伸びたヒゲ状の波形部分）の高さが本装置によって高くなっており、所定レベル（スレッショルドレベルＶｔｈ）以上のアタック音のみが強調されていることが判る。

本発明に係るアタック信号増幅デジタル信号処理装置のブロック各部とその処理内容を説明するための図である。 本発明に係るアタック信号増幅デジタル信号処理装置によるアタック音強調の信号増幅処理のＯＮ／ＯＦＦ時の信号波形図である。 アタック音を説明するためのドラムから発生する楽器音の波形図である。 ［特許文献１］に記載されたアタック音検出装置のブロック図である。

符号の説明

１ 帯域分割フィルタ
２ デジタル音声信号レベル検出手段
３ ブーストゲイン係数演算手段
４ アタック音増幅手段
５ 遅延回路
６ 合成手段
１０ アタック信号増幅デジタル信号処理装置
Ｄｉｎ デジタル音声信号（入力）
Ｄｏｕｔ デジタル音声信号（出力）
Ｖｔｈ スレッショルドレベル
Ａ アタック音
Ｇ ブーストゲイン係数
Ｄａ デジタル音声信号

Claims (1)

1. 入力されたデジタル音声信号の全周波数帯域の信号レベルまたは帯域分割フィルタを介して抽出された所定の周波数帯域の信号レベルと、予め設定されたスレッショルドレベルとを比較するデジタル音声信号レベル検出手段と、
   前記デジタル音声信号レベル検出手段によって検出されたスレッショルドレベル以上のデジタル音声信号をアタック音として検出し、そのアタック音として検出されたデジタル音声信号の信号レベルに応じたブーストゲイン係数を演算するアタック音ブーストゲイン係数演算手段と、
   前記アタック音として検出されたデジタル音声信号のみを前記ブーストゲイン係数演算手段によって演算されたブーストゲイン係数で増幅するアタック音増幅手段と、
   前記アタック音増幅手段で増幅されたデジタル音声信号を元の前記入力されたデジタル音声信号における前記アタック音の部分に時間を合わせて合成する合成手段と、
   を備えることを特徴とするアタック信号増幅デジタル信号処理装置。
   

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