JP2007279581A - オーディオ信号処理装置，オーディオ信号処理方法，プログラムおよび記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成で整数次の高調波を付加することにより，音声圧縮によって欠落した倍音成分を補完し，聴感上好ましい音声を得ることが可能となる。
【解決手段】 本発明によるオーディオ信号処理装置は，デジタルオーディオ信号をそれぞれ異なる整数でべき乗した整数次高調波を出力する１または２以上の整数次乗算器１１２と，デジタルオーディオ信号および整数次乗算器の出力信号に，それぞれ任意の定数を乗算する１または２以上の定数乗算器１１４と，定数乗算器の出力信号を順次加算する１または２以上の加算器１１６と，加算器の最終段の出力信号と，デジタルオーディオ信号とを乗算する信号乗算器１１８と，信号乗算器の出力信号の利得を調整する利得乗算器１２０とを備えることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は，デジタルオーディオ信号を加工処理するオーディオ信号処理装置，オーディオ信号処理方法，プログラムおよび記憶媒体に関する。

コンピュータの処理速度の高速化およびメモリの記憶容量の増大化により，近年，アナログオーディオ信号を一旦デジタル化して，様々な加工を施し，所望するデジタルオーディオ信号を生成することが可能となった。

その一例として，デジタル化されたデジタルオーディオ信号から高調波を生成し，そのデジタルオーディオ信号に重ねることで，デジタルオーディオ信号の高域成分を再現する技術が知られている（例えば，特許文献１，２）。

しかし，上記の技術は，デジタルオーディオ信号の周波数帯域を単に拡張することを目的とし，デジタルオーディオ信号の周波数帯域以上の周波数を持つ高調波を付加しているだけで，デジタルオーディオ信号の周波数帯域内にある高調波成分を付加していない。

このような技術の下では，圧縮音声において省略されたデジタルオーディオ信号の周波数帯域内の倍音成分を復活することができず，対象となる音声によっては，聴感上好ましくなるという効果を得ることができなかった。

他にも，デジタルオーディオ信号の周波数帯域内にある高調波成分を付加して，周波数帯域を広げ，高音成分を増幅する技術が知られている（例えば，特許文献３，４）。かかる技術でも，圧縮音声において省略されたデジタルオーディオ信号の周波数帯域内の倍音成分を復活することができず，また，各高調波の利得を個別に調整する機構を有していないので，音質の微調整を行うことができなかった。

特開平２−３１１００６号公報 特開２００５−３３２４５号公報 特開平５−２６６５８２号公報 特表２００５−５０１２７８号公報

本発明は，従来のデジタルオーディオ信号処理技術が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，簡易な構成で整数次の高調波を付加することにより，音声圧縮によって欠落した倍音成分を補完し，聴感上好ましい音声を得ることが可能な，新規かつ改良されたオーディオ信号処理装置，オーディオ信号処理方法，プログラムおよび記憶媒体を提供することである。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，デジタルオーディオ信号をそれぞれ異なる整数でべき乗した整数次高調波を出力する１または２以上の整数次乗算器と；上記デジタルオーディオ信号および上記整数次乗算器の出力信号に，それぞれ任意の定数を乗算する１または２以上の定数乗算器と；上記定数乗算器の出力信号を順次加算する１または２以上の加算器と；上記加算器の最終段の出力信号と，上記デジタルオーディオ信号とを乗算する信号乗算器と；上記信号乗算器の出力信号の利得を調整する利得乗算器と；を備えることを特徴とする，オーディオ信号処理装置が提供される。

本発明では，フーリエ変換等を介さずに，簡易な構成で整数次高調波の付加処理が実現されるので，低消費電力化，高速処理化，低コスト化，また回路で構成すれば小型化を図ることができる。また，デジタルオーディオ信号の周波数帯域内の全ての成分を含む整数次高調波を，元となるデジタルオーディオ信号に付加しているので，音声圧縮により欠落した倍音成分を補完し，聴感上好ましい音声を得ることが可能となる。

また，定数乗算器により，それぞれの整数次高調波に任意の定数を乗算することができ，高調波を単一の構成で生成する場合と比較して，各高調波の比を個々に設定できるので自由度が高くなり，聴感上さらに好ましい音声を得ることが可能となる。

上記１または２以上の整数次乗算器は，前段の整数次乗算器の出力信号と上記デジタルオーディオ信号とを乗算することで順次高い整数次高調波を出力するとしてもよい。

かかる構成により，複数の整数次高調波を簡易な構成で形成することができ，当該オーディオ信号処理装置をさらに低消費電力化，高速処理化，低コスト化，小型化することができる。

入力段で，上記デジタルオーディオ信号のサンプル語長を拡張する語長拡張部と；上記利得乗算器の出力信号のサンプル語長を縮小する語長縮小部と；をさらに備えるとしてもよい。

語長拡張部は，入力されたデジタルオーディオ信号のサンプル語長（ビット長）を拡張する。こうしてデジタルオーディオ信号の分解能が上がり，フィルタ処理や高調波生成処理の演算精度を向上することができる。また，語長縮小部においてサンプル語長を縮小しているので，最終的には必要とされる出力のサンプル語長に合わせることができる。

入力段で，上記デジタルオーディオ信号をアップサンプルするアップサンプラと；上記利得乗算器の出力信号をダウンサンプルするダウンサンプラと；をさらに備えるとしてもよい。

アップサンプラは，元のサンプリング周波数を整数倍に上げる。逆にダウンサンプラは，周波数を整数倍に下げる。上記アップサンプラとダウンサンプラの構成により，当該オーディオ信号処理装置内では高いサンプリング周波数に基づいた処理が可能となる。

上記利得乗算器の出力信号の高周波数帯域を制限する低域通過フィルタ（ＬＰＦ：Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）をさらに備えるとしてもよい。かかる低域通過フィルタは，上記アップサンプラに伴って付加される。ここで，低域通過フィルタの遮断周波数を，アップサンプル前のサンプリング周波数の１／２とすることができる。

かかる構成により，アップサンプリングによって拡張された周波数帯域に発生するエイリアシングノイズを防止または軽減しつつ，音声圧縮により欠落したデジタルオーディオ信号の周波数帯域内の倍音成分を補完することが可能となる。

上記オーディオ信号処理装置は，複数の構成要素の集合体で表されるが，各構成要素が単体の装置に属する必要はない。また，上記構成要素は，電気回路もしくはコンピュータ上の機能モジュールとして機能するとしてもよい。さらに，上記構成要素間の接続は，直接接続に加え，他の構成要素を介して間接的に接続されている場合を含む。

コンピュータを，上記オーディオ信号処理装置として機能させるプログラムや，そのプログラムを記憶した，コンピュータで読み取り可能な記憶媒体も提供される。

また，上記オーディオ信号処理装置を利用して，デジタルオーディオ信号をそれぞれ異なる整数でべき乗した整数次高調波を出力する整数次乗算ステップと；上記デジタルオーディオ信号および上記整数次乗算ステップによる出力信号に，それぞれ任意の定数を乗算する定数乗算ステップと；上記定数乗算ステップによる出力信号を順次加算する加算ステップと；上記加算器の最終段の出力信号と，上記デジタルオーディオ信号とを乗算する信号乗算ステップと；上記信号乗算ステップによる出力信号の利得を調整する利得乗算ステップと；を含むことを特徴とする，オーディオ信号処理方法も提供される。

上述したオーディオ信号処理装置における従属項に対応する構成要素やその説明は，オーディオ信号処理方法，プログラムおよび記憶媒体にも適用可能である。

以上説明したように本発明によれば，簡易な構成で，デジタルオーディオ信号の周波数帯域内の周波数を含む整数次の高調波を，元のデジタルオーディオ信号に付加することができる。従って，音声圧縮によって欠落した倍音成分を補完でき，聴感上好ましい音声を得ることが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

「「MPEG digital audio coding」Noll, P.;(Signal Processing Magazine, IEEE, Volume 14,Issue 5,Sept.1997Page(s):59〜81)」に示されているように，ＭＰ３（ＭＰＥＧ Ａｕｄｉｏ Ｌａｙｅｒ−３）等の不可逆圧縮音声においては，知覚符号化処理であるＡｕｄｉｔｏｒｙ ＭａｓｋｉｎｇやＰｅｒｃｅｐｔｕａｌ Ｃｏｄｉｎｇ等の処理によって，音圧の低い高調波成分が省略される。

また，これら圧縮音声は，「「Perceptual analysis related to MPEG1-layer3 coding system」Alarcon, S.S.;(Web Delivering of Music, 2002. WEDELMUSIC 2002. Proceedings. Second International Conference on9~11 Dec. 2002, IEEE, Page(s):230）」に示されるように，ＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｃｏｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等の非圧縮音声に比べ，特に「オーディオファイル」と呼ばれる音楽の専門家等から，音質的に劣るという評価を受けている。

一方，従来の真空管アンプ等の聴感評価は高く，整数次高調波，特に２次高調波を多く含んだ音声が聴感上好ましい効果をもたらすことが知られている。例えば，「「The cool sound of tubes [vacuum tube musical applications]」Barbour, E.;(Spectrum, IEEE Volume 35, Issue 8, Aug. 1998 Page(s):24〜35)」によると，上記のような整数次高調波を含んだ音声は，「音がクリーンである」「音がなめらかである」等の評価を受けている。

このような背景から，デジタルオーディオ信号から高調波を生成し，元となるデジタルオーディオ信号にその高調波を重ねることにより，デジタルオーディオ信号の聴感上の音声を改善することが検討されている。

しかし，デジタルオーディオ信号の周波数帯域を単に拡張することを目的とした処理では，生成された高調波のうち，デジタルオーディオ信号の周波数帯域以上の周波数（例えば１６ｋＨｚ以上）の高調波のみが付加され，デジタルオーディオ信号の周波数帯域内にある高調波の周波数成分は付加されない。

例えば，デジタルオーディオ信号のサンプリング周波数を４４．１ｋＨｚとした場合において，基音２ｋＨｚのバイオリンの音の倍音（２次高調波）成分は４ｋＨｚであり，デジタルオーディオ信号の周波数帯域以上の周波数の高調波のみを付加する上記従来の技術では，この周波数成分は付加されずに除去されてしまう。圧縮音声においては，このようなデジタルオーディオ信号の周波数帯域内の倍音成分も往々にして省略されるので，結局，倍音成分は残らず，バイオリンの音の聴感上の音声の改善を得ることはできない。

本発明の実施形態では，デジタルオーディオ信号の周波数帯域内の成分をほぼ全て含む整数次高調波を，元となるデジタルオーディオ信号に付加することによって，音声圧縮により欠落した倍音成分を補完し，聴感上好ましい音声を得ることが可能となる。以下，本実施形態のオーディオ信号処理装置を詳述する。

まず，本実施形態の説明に先立って，元となるデジタルオーディオ信号に２次高調波を付加する構成を説明する。かかるデジタルオーディオ信号の加工は，数式１によって実現される。

ここで，ｘは入力，ｙは出力，Ｇはオーディオ信号処理装置１０全体の利得，εは２次高調波の利得を示し，Ｇは１以下の数値であるのに対し，εは，０．０１等の小さい値で表される。

図４は，数式１を実現するためのオーディオ信号処理装置１０の概略的な構成を示した機能ブロック図である。上記オーディオ信号処理装置１０は，乗算器１２，１４，１８と，加算器１６を含んで構成される。

まず，乗算器１２は，デジタルオーディオ信号ｘの入力を二乗し，ｘ^２を生成する。そして，乗算器１４において，２次高調波の利得εを乗算してε・ｘ^２を生成する。

そして，加算器１６は，原信号であるデジタルオーディオ信号ｘと，２次高調波ε・ｘ^２とを加算し，（ｘ＋ε・ｘ^２）を生成する。最後に乗算器１８がデジタルオーディオ信号全体の利得Ｇを乗算して，所望の出力ｙを得ることができる。

（第１の実施形態：オーディオ信号処理装置１００）
この数式１に基づくオーディオ信号処理装置１０では，２次高調波のみを付加し，他の整数次の高調波は付加されていない。第１の実施形態におけるオーディオ信号処理装置１００は，この２次高調波だけでなく，偶数次と奇数次の高調波を混合して原信号に付加し，聴感上好ましい音声を生成する。

この偶数次の高調波と奇数次の高調波の関係を定式化することは難しいが，一般に，偶数次の高調波を付加した音声は，温かく，または柔らかく，心地良い音声になり，奇数次の高調波を付加した音声は，ブライトでシャープな音声になると言われている。このような偶数次の高調波と奇数時の高調波の混合比を微調整できれば，例えば，真空アンプによる真空管特有の音を生成することが可能となる。

そこで，奇数次および偶数次の高調波を双方含む整数次の高調波を各々個別に調整できるように数式１を変形すると，

数式２を得る。ここで，ｘは入力，ｙは出力，Ｇはオーディオ信号処理装置全体の利得，ε_1…ｎは整数次高調波ｘ^ｎそれぞれの利得を，ｎは整数を示す。

上記数式２を満たす回路を考えた場合，まず，原信号ｘと高調波ｘ^２，ｘ^３，…，ｘ^ｎ＋１とをそれぞれ乗算器で生成し，最後にその出力同士を加算器で加算することが考えられる。しかし，高調波を生成するのに必要な乗算器は次数に応じた個数分だけ必要であり，例えば，高調波ｘ^４を原信号に分解すると（ｘ・ｘ）・（ｘ・ｘ）となり，高調波ｘ^４を生成するために，乗算器が３つ必要であることが分かる。

このような問題に鑑みて，本実施形態では，複数の整数次高調波を簡易な構成で形成し，オーディオ信号処理装置を低消費電力化，高速処理化，低コスト化，小型化することができる。

ここでは，数式２を変形した数式３が利用される。

図１は，上記導出された数式３を実現するためのオーディオ信号処理装置１００の概略的な構成を示した機能ブロック図である。上記オーディオ信号処理装置１００は，語長拡張部１１０と，整数次乗算器１１２と，定数乗算器１１４と，加算器１１６と，信号乗算器１１８と，利得乗算器１２０と，語長縮小部１２６とを含んで構成される。

当該オーディオ信号処理装置１００は，デジタルオーディオ信号が入力され，整数次高調波を原信号に付加する処理を施して出力する。かかるデジタルオーディオ信号は，ＣＤ，ＭＤ，ＭＰ３プレーヤー等のデジタルオーディオプレーヤー，または任意のデジタルオーディオ信号処理回路から出力される音声信号である。また，デジタルオーディオ信号は，上記の信号に限らず，アナログレコードプレーヤーやカセットデッキ等のアナログ音声出力，あるいはデジタルオーディオプレーヤーのアナログ音声出力によるアナログ信号をＡ／Ｄ変換した音声であってもよい。

上記語長拡張部１１０は，当該オーディオ信号処理装置１００の外部から入力されたデジタルオーディオ信号のサンプル語長を拡張して整数次乗算器１１２，定数乗算器１１４，信号乗算器１１８にそれぞれ送信する。入力されたデジタルオーディオ信号が１６ビットで形成される場合，その語長を例えば３２ビットに拡張する。こうしてデジタルオーディオ信号の分解能が上がり，後段の乗算器における演算精度を向上することができる。

上記整数次乗算器１１２は，１または２以上の乗算器から構成され，デジタルオーディオ信号をそれぞれ異なる整数でべき乗した整数次高調波を出力する。ここでは，それぞれの整数次高調波を独立して生成せず，低次の高調波を利用して高次の高調波を生成している。即ち，整数次乗算器１１２は，前段の整数次乗算器１１２の出力信号とデジタルオーディオ信号とを乗算することで順次高い整数次高調波を出力している。

かかる整数次の高調波の生成段階は，以下の数式４で表すことができる。

本実施形態による整数次乗算器１１２においては，数式４に示したように，２次の高調波が一度生成されると，３次の高調波が２次の高調波と原信号とによって生成され，４次の高調波がその生成された３次の高調波と原信号とによって生成される。このような繰り返し演算によって，ｎ次までの整数次高調波を網羅することができる。

上記定数乗算器１１４は，１または２以上の乗算器から構成され，原信号であるデジタルオーディオ信号および整数次乗算器１１２の出力信号に，それぞれ任意の定数ε_１，ε_２，ε_３，…，ε_ｎを乗算する。かかるεは，非線形増幅の非線形性の強さを表す。乗算結果として，それぞれε_１ｘ，ε_２ｘ^２，ε_３ｘ^３，…，ε_ｎｘ^ｎの信号が出力される。

この定数ε_１，ε_２，ε_３，…，ε_ｎは，利用者によって個々に設定されてもよいし，それぞれ所定の定数ε_１，ε_２，ε_３，…，ε_ｎからなる複数のパターンが予めプリセットされ，その中から選択するとしてもよい。

このように，それぞれ独立したライン（整数次乗算器１１２，定数乗算器１１４の組合せ）を設けて高調波を生成する構成では，各次数の高調波を個別に調整することができ，付加する高調波の比率を自由に選択することができる。また，各高調波がエイリアシングノイズとならない最大の周波数領域でデジタルオーディオ信号を有効に活用できる。従って，単一のラインで複数の高調波を生成する場合と比較すると，設定の自由度が高く，原信号を有効に活用できるので，聴感上さらに好ましい音声を得ることが可能となる。

上記加算器１１６は，定数１と，定数乗算器１１４の出力信号ε_１ｘ，ε_２ｘ^２，ε_３ｘ^３，…，ε_ｎｘ^ｎを順次加算し，１＋ε_１ｘ＋ε_２ｘ^２＋ε_３ｘ^３＋…＋ε_ｎｘ^ｎを導出する。

上記信号乗算器１１８は，加算器１１６の最終段の出力信号（１＋ε_１ｘ＋ε_２ｘ^２＋ε_３ｘ^３＋…＋ε_ｎｘ^ｎ）と，原信号であるデジタルオーディオ信号ｘとを乗算し，ｘ（１＋ε_１ｘ＋ε_２ｘ^２＋ε_３ｘ^３＋…＋ε_ｎｘ^ｎ）を導出する。

上記利得乗算器１２０は，当該利得乗算器１２０の出力がゲインオーバーを起こさないように調整された利得Ｇを，信号乗算器１１８の出力信号ｘ（１＋ε_１ｘ＋ε_２ｘ^２＋ε_３ｘ^３＋…＋ε_ｎｘ^ｎ）に乗算する。このようにして，数式３を満たす出力を得ることができる。

上記語長縮小部１２６は，利得乗算器１２０からの信号のサンプル語長を縮小する。上述したように，語長拡張部１１０は，当該オーディオ信号処理装置１００の外部から入力されたデジタルオーディオ信号のサンプル語長を拡張している。従って，オーディオ信号処理装置１００内で処理されているサンプル語長と，必要とされる出力のサンプル語長が相違する場合がある。語長縮小部１２６は，出力フォーマットに合わせてサンプル語長を縮小する。また，出力先が拡張したサンプル語長を許容する場合，当該語長縮小部１２６を省略することもできる。

本実施形態におけるオーディオ信号処理装置１００は，このような整数次乗算器１１２，定数乗算器１１４，加算器１１６の組合せを複数段設けることによって構成される。従って，高次の高調波が必要な場合であっても，その高調波の次数分だけ上記整数次乗算器１１２，定数乗算器１１４，加算器１１６の組合せを追加するだけで，音声圧縮によって欠落した倍音成分の補完を実現できる。

具体的には，音声圧縮によって欠落した倍音成分を新たに創作，付加することで音声を加工し，特に，音声圧縮前の元の音声に近づけることを目的としている。また，上述したように，奇数次と偶数次の高調波の比率を変え，柔らかく，心地良い音声にしたり，ブライトでシャープな音声にしたりして，任意の音質を強調することもできる。従って，偶数次と奇数時の高調波の混合比を微調整して，真空アンプによる真空管特有の音を生成することも可能となる。

上述した各構成要素は，電気回路（ハードウェア）で形成されてもよいし，コンピュータ上の機能モジュール（ソフトウェア）として機能するとしてもよい。また，コンピュータをオーディオ信号処理装置１００として機能させるプログラムやそのプログラムを記憶した，コンピュータで読み取り可能な記憶媒体も提供される。

（オーディオ信号処理方法）
また，上述したオーディオ信号処理装置１００を利用して，デジタルオーディオ信号を加工処理するオーディオ信号処理方法も提供される。

図２は，オーディオ信号処理方法の処理の流れを示したフローチャートである。まず，オーディオ信号処理装置１００は，入力されたデジタルオーディオ信号のサンプル語長を拡張して，整数次乗算器１１２，定数乗算器１１４，信号乗算器１１８に送信する（Ｓ２００）。

続いて，整数次乗算器１１２は，まず，デジタルオーディオ信号同士を乗算し，その乗算した結果を順次デジタルオーディオ信号と繰り返し乗算して，１または２以上の整数次高調波を生成する（Ｓ２０２）。定数乗算器１１４は，原信号であるデジタルオーディオ信号および上記ステップ（Ｓ２０２）で生成された整数次高調波に，それぞれ任意の定数ε_１，ε_２，ε_３，…，ε_ｎを乗算する（Ｓ２０４）。

そして，加算器１１６は，定数１と，定数乗算器１１４の出力信号ε_１ｘ，ε_２ｘ^２，ε_３ｘ^３，…，ε_ｎｘ^ｎを順次加算し（Ｓ２０６），信号乗算器１１８は，その加算器１１６の最終段の出力信号（１＋ε_１ｘ＋ε_２ｘ^２＋ε_３ｘ^３＋…＋ε_ｎｘ^ｎ）と，原信号であるデジタルオーディオ信号とを乗算する（Ｓ２０８）。

次に，利得乗算器１２０は，利得乗算器１２０の出力がゲインオーバーを起こさないように調整された利得Ｇを信号乗算器１１８の出力信号に乗算し（Ｓ２１０），語長縮小部１２６は，語長拡張部１１０によって拡張されたサンプル語長を元の語長に縮小する（Ｓ２１２）。

かかるオーディオ信号処理方法によっても，整数次高調波を原デジタルオーディオ信号に付加することで，音声圧縮によって欠落した倍音成分を補完でき，聴感上好ましい音声を得ることが可能となる。

（第２の実施形態：オーディオ信号処理装置３００）
第２の実施形態では，オーディオ信号処理装置の内部処理におけるサンプリング周波数を高くして，フィルタ処理等の計算処理精度を高める。

図３は，第２の実施形態によるオーディオ信号処理装置３００の概略的な構成を示した機能ブロック図である。上記オーディオ信号処理装置３００は，語長拡張部１１０と，アップサンプラ３１０と，整数次乗算器１１２と，定数乗算器１１４と，加算器１１６と，信号乗算器１１８と，利得乗算器１２０と，低域通過フィルタ３１２と，ダウンサンプラ３１４と，語長縮小部１２６とを含んで構成される。

第１の実施形態における構成要素として既に述べた語長拡張部１１０と，整数次乗算器１１２と，定数乗算器１１４と，加算器１１６と，信号乗算器１１８と，利得乗算器１２０と，語長縮小部１２６とは，実質的に機能が同一なので重複説明を省略し，ここでは，アップサンプラ３１０と，低域通過フィルタ３１２と，ダウンサンプラ３１４とを主に説明する。

上記アップサンプラ３１０は，語長拡張部１１０からのデジタルオーディオ信号をアップサンプルして整数次乗算器１１２，定数乗算器１１４，信号乗算器１１８にそれぞれ送信する。かかるアップサンプラ３１０としては，ポリフェイズフィルタ等の補間用フィルタを用いることができる。

このアップサンプラ３１０により，当該オーディオ信号処理装置３００内では，原信号より高いサンプリング周波数に基づいた処理が可能となる。例えば，アップサンプラ３１０のアップサンプルレートを２倍とすると，原デジタルオーディオ信号のサンプリング周波数ｆ_Ｓは，２×ｆ_Ｓにアップサンプルされる。このアップサンプラ３１０の前段において既にサンプリング周波数が拡張されている場合，かかるアップサンプル３１０を省略することができる。ここで，デジタルオーディオ信号のサンプリング周波数は，オーディオ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する際のサンプリング周波数を言う。

上記低域通過フィルタ３１２は，利得乗算器１２０の出力信号の高周波数帯域を制限し，低周波数帯域のみ通過させる。アップサンプラ３１０を含むオーディオ信号処理装置１００を介して非線形増幅を行うと，原信号の周波数成分は高くなる。例えば，高調波が２次の高調波の場合，原信号における周波数ｆ_Ｓ／４以上の周波数成分が，３次の高調波の場合，周波数ｆ_Ｓ／６以上の周波数成分が，同様にｎ次の高調波の場合，ｆ_Ｓ／２ｎ以上の周波数成分がナイキストリミットを越え，エイリアシングノイズとなってしまう。

このエイリアシングノイズを防ぐために，非線形増幅の最高次数をＮとして，Ｎ倍以上のアップサンプルを行う必要がある。従って，アップサンプラ３１０は，Ｌ≧Ｎ（Ｌ，Ｎは整数）となるアップサンプルレートＬを満たさなければならない。

また，低域通過フィルタ３１２は，アップサンプラ３１０の周波数帯域の上記のアップサンプルに応じて，エイリアシングノイズとなる，ｆ_Ｓ／２を超える周波数成分を最終的に除去もしくは削減して，エイリアシングノイズを抑制する。このときの遮断周波数ｆ_Ｓ／２は，アップサンプル前のサンプリング周波数がｆ_Ｓの場合であり，サンプリング周波数がＮ×ｆ_Ｓの場合，低域通過フィルタ３１２を省略することができる。

上記低域通過フィルタ３１２を実施する場合ｆ_Ｓ／２以上の周波数成分は，低域通過フィルタ３１２により取り除かれるが，ｆ_Ｓ／２以下のデジタルオーディオ信号の周波数帯域の成分は残っており，また，その成分自体の高調波も生成されるため，音声圧縮により欠落した倍音成分を補完することが可能となる。

上記ダウンサンプラ３１４は，低域通過フィルタ３１２からの信号をダウンサンプルする。例えば，当該オーディオ信号処理装置３００がデジタルオーディオ信号の中継装置として機能する場合，入力と出力のサンプリング周波数は等しくなければならない。ここで，当該オーディオ信号処理装置３００の出力フォーマットが，高いサンプリング周波数を許容できる場合，必要に応じてダウンサンプラ３１４を省略することが可能である。また，ダウンサンプラ３１４は，低域通過フィルタ３１２と一体形成され，高域の周波数成分を制限するとしてもよい。

上述した第１，２の実施形態によるオーディオ信号処理装置１００，３００では，デジタルオーディオ信号に整数次高調波が付加され，これによって，音声圧縮によって失われた倍音成分が補完される。このような処理によって生成されたデジタルオーディオ信号は，聴感上好ましくなる効果，例えば，「音がクリーンである」「音がなめらかである」等の効果を得ることができる。また，デジタルオーディオ信号が圧縮音声でなかったとしても，上記整数次高調波を付加する構成により，聴感上好ましくなる効果が得られる。

また，上述した実施形態のオーディオ信号処理装置は，基本的に，デジタルフィルタとメモリのみで構成することができるため，フーリエ変換を利用するような複雑なアルゴリズムを適用する場合に比べ，少ない処理量で目的を達成することができ，必要とされるシステム資源，実装コストの点でも非常に有利である。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば，上述した実施形態においては，フィルタ処理を高速で実現可能なコンピュータを例に挙げているが，ポータブルオーディオプレーヤーやシステムステレオ等の比較的小型で安価なデジタルオーディオ機器でも本実施形態を適用することが可能である。この場合，高価かつ容積をとる真空管アンプ等を用いなくても，比較的小規模のデジタル回路の追加のみで，「クリーン」「なめらか」といった真空管アンプに類似した好ましい特徴の音色を得ることができる。その他にも，原理上全てのデジタルオーディオを用いた機器に適用できるため，カーオーディオ，デジタルテレビ，ホームシアターシステム等，極めて広い範囲の電子機器に応用することができる。

なお，本明細書のオーディオ信号処理方法における各工程は，必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく，並列的あるいは個別に実行される処理（例えば，並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むとしても良い。

第１の実施形態によるオーディオ信号処理装置の概略的な構成を示した機能ブロック図である。 オーディオ信号処理方法の処理の流れを示したフローチャートである。 第２の実施形態によるオーディオ信号処理装置の概略的な構成を示した機能ブロック図である。 オーディオ信号処理装置の概略的な構成を示した機能ブロック図である。

符号の説明

１０，１００，３００ オーディオ信号処理装置
１６，１１６ 加算器
１１０ 語長拡張部
１１２ 整数次乗算器
１１４ 定数乗算器
１１８ 信号乗算器
１２０ 利得乗算器
３１０ アップサンプラ
３１２ 低域通過フィルタ
３１４ ダウンサンプラ

Claims (9)

1. デジタルオーディオ信号をそれぞれ異なる整数でべき乗した整数次高調波を出力する１または２以上の整数次乗算器と；
   前記デジタルオーディオ信号および前記整数次乗算器の出力信号に，それぞれ任意の定数を乗算する１または２以上の定数乗算器と；
   前記定数乗算器の出力信号を順次加算する１または２以上の加算器と；
   前記加算器の最終段の出力信号と，前記デジタルオーディオ信号とを乗算する信号乗算器と；
   前記信号乗算器の出力信号の利得を調整する利得乗算器と；
   を備えることを特徴とする，オーディオ信号処理装置。
2. 前記１または２以上の整数次乗算器は，前段の整数次乗算器の出力信号と前記デジタルオーディオ信号とを乗算することで順次高い整数次高調波を出力するように構成されることを特徴とする，請求項１に記載のオーディオ信号処理装置。
3. 入力段で，前記デジタルオーディオ信号のサンプル語長を拡張する語長拡張部と；
   前記利得乗算器の出力信号のサンプル語長を縮小する語長縮小部と；
   をさらに備えることを特徴とする，請求項１に記載のオーディオ信号処理装置。
4. 入力段で，前記デジタルオーディオ信号をアップサンプルするアップサンプラと；
   前記利得乗算器の出力信号をダウンサンプルするダウンサンプラと；
   をさらに備えることを特徴とする，請求項１に記載のオーディオ信号処理装置。
5. 前記利得乗算器の出力信号の高周波数帯域を制限する低域通過フィルタをさらに備えることを特徴とする，請求項１に記載のオーディオ信号処理装置。
6. 前記低域通過フィルタの遮断周波数は，前記デジタルオーディオ信号のサンプリング周波数の１／２であることを特徴とする，請求項５に記載のオーディオ信号処理装置。
7. コンピュータを，
   デジタルオーディオ信号をそれぞれ異なる整数でべき乗した整数次高調波を出力する１または２以上の整数次乗算器と；
   前記デジタルオーディオ信号および前記整数次乗算器の出力信号に，それぞれ任意の定数を乗算する１または２以上の定数乗算器と；
   前記定数乗算器の出力信号を順次加算する１または２以上の加算器と；
   前記加算器の最終段の出力信号と，前記デジタルオーディオ信号とを乗算する信号乗算器と；
   前記信号乗算器の出力信号の利得を調整する利得乗算器と；
   して機能させることを特徴とする，プログラム。
8. コンピュータを，
   デジタルオーディオ信号をそれぞれ異なる整数でべき乗した整数次高調波を出力する１または２以上の整数次乗算器と；
   前記デジタルオーディオ信号および前記整数次乗算器の出力信号に，それぞれ任意の定数を乗算する１または２以上の定数乗算器と；
   前記定数乗算器の出力信号を順次加算する１または２以上の加算器と；
   前記加算器の最終段の出力信号と，前記デジタルオーディオ信号とを乗算する信号乗算器と；
   前記信号乗算器の出力信号の利得を調整する利得乗算器と；
   して機能させるプログラムを記憶した，記憶媒体。
9. デジタルオーディオ信号をそれぞれ異なる整数でべき乗した整数次高調波を出力する整数次乗算ステップと；
   前記デジタルオーディオ信号および前記整数次乗算ステップによる出力信号に，それぞれ任意の定数を乗算する定数乗算ステップと；
   前記定数乗算ステップによる出力信号を順次加算する加算ステップと；
   前記加算器の最終段の出力信号と，前記デジタルオーディオ信号とを乗算する信号乗算ステップと；
   前記信号乗算ステップによる出力信号の利得を調整する利得乗算ステップと；
   を含むことを特徴とする，オーディオ信号処理方法。
   

Images