JP2008011414A

JP2008011414A - 音声信号処理装置および音声信号処理方法

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Publication number: JP2008011414A
Application number: JP2006182185A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Suzuki; 紀明鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2026-06-30
Also published as: JP4785650B2; US8085950B2; US20080013750A1

Abstract

【課題】位相反転型スピーカボックスから遅延して放出される低域信号とスピーカユニットから遅延なく放出される高域信号の時間的ズレにより、振動停止直後にもマスキング等の妨害が発生する。
【解決手段】入力信号を低域信号出力１１と高域信号出力１０に分割し、高域信号出力１０のみを遅延させることにより、位相反転型スピーカ７の遅延した低音域との時間的ズレを低減する。さらに、高域信号出力１０の遅延による位相変化に応じて低域信号出力１１の位相を補正することによって、低域信号出力１１と高域信号出力１０を加算する際に干渉により周波数特性が変動してしまうことを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は音声信号処理装置および音声信号処理方法に関し、特に位相反転型スピーカへ出力する音声信号を生成する音声信号処理装置および音声信号処理方法に関する。

従来、スピーカの低音再生特性を改善するための技術として、バスレフポートやパッシブラジエータなどの共振出力部を設けた位相反転型スピーカが知られている。

ここで図７および図８を用いて、一般的な位相反転型スピーカによる音声出力について説明する。図７は、位相反転型スピーカ７とこれを駆動する増幅器６の接続図を示す。同図に示す位相反転型スピーカ７において、７ａはスピーカユニット部、７ｂは共振出力部であり、音声信号入力部１からの入力電圧が、これら各部の出力音圧と空間合成されて、総合出力音圧として得られる。

図８に、音声信号入力部１の入力電圧と、位相反転型スピーカ７におけるスピーカユニット部７ａと共振出力部７ｂの出力音圧、およびそれぞれが空間合成されて得られる総合出力音圧の概略波形を示す。位相反転型スピーカ７は、スピーカユニット部７ａ背面から放出される音圧をボックス内容積に蓄積してから共振出力部７ｂより遅延して放出することにより、放出遅延時間３０が略半周期となる周波数で共振することを利用して低音域の音圧を高めている。

このような位相反転型スピーカ７においては、スピーカユニット部７ａ背面から共振出力部７ｂを通過し遅延して放出される音が、スピーカユニット部７ａ前面から放出される音と干渉してしまうことがある。この不具合を解決するために、スピーカユニット部７ａ前面にバスレフポートを設けて位相を反転させることにより、スピーカ背面に設けた音響管から放出される音との干渉を防止するスピーカシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭63-120586号公報

しかしながら、上述した位相反転型スピーカ７においては、特に低音域でスピーカユニット部７ａ背面から放出された音圧が共振出力部７ｂより放出されるまでに、放出遅延時間３０が生じてしまう。

さらに、スピーカユニット部７ａが振動を停止した後も、ボックス内容積の空気によるバネ作用と、バスレフポート形状やパッシブラジエータ重量等の共振出力部７ｂによる等価的なおもり作用により、遅延した低音が放出される。すなわち図８に示すように、共振出力部７ｂからは収束時間３１にわたり遅延した低音が放出される。したがって、高音域に比して低音域が遅延して放出されてしまう問題のみならず、振動停止直後に高域信号が存在する場合には音圧放出時間が重なってマスキングなどの妨害を与えてしまう可能性がある。

本発明は上述した問題を解決するためになされたものであり、以下の機能を実現する音声信号処理装置および音声信号処理方法を提供することを目的とする。すなわち、位相反転型スピーカへ入力する高域信号を電気的に遅延させることにより、該スピーカの構造に起因する低域信号と高域信号の時間的ズレを、周波数特性を変動させることなく補正する。

上記目的を達成するための一手段として、本発明の音声信号処理装置は以下の構成を備える。

すなわち、位相反転型スピーカへ入力される音声出力信号を生成する音声信号処理装置であって、入力された音声信号を低域信号と高域信号に分割する分割手段と、前記高域信号の位相を遅延させる遅延手段と、前記低域信号の位相を前記音声入力信号の周波数に応じて変化させる位相補正手段と、前記遅延手段からの出力信号と前記位相補正手段からの出力信号を合成して前記音声出力信号を生成する合成手段と、を有し、前記位相補正手段は、前記低域信号の位相を、前記遅延手段からの出力信号と同相となるように補正することを特徴とする。

以上の構成により本発明の音声信号処理装置によれば、位相反転型スピーカへ入力する高域信号を電気的に遅延させることにより、該スピーカの構造に起因する低域信号と高域信号の時間的ズレを、周波数特性を変動させることなく補正することができる。

以下、添付の図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。

＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態における音声再生機の概略回路図である。同図において、１００が本実施形態の特徴をなす音声信号処理装置である。音声信号処理装置１００に接続される増幅器６と位相反転型スピーカ７は上述した従来例に示した図７と同様であり、位相反転型スピーカ７における７ａはスピーカユニット部、７ｂはバスレフポートやパッシブラジエータなどの共振出力部である。

音声信号処理装置１００は主に、帯域分割部２、遅延部３、位相補正部４、加算器５からなる。以下、音声信号処理装置１００の動作について詳細に説明する。

音声信号入力部１に入力された音声信号は、帯域分割部２における高域信号濾波器２ａと低域信号濾波器２ｂにより、高域信号出力１０と低域信号出力１１に分割される。このとき、高域信号濾波器２ａと低域信号濾波器２ｂのカットオフ周波数は後述する理由により、接続された位相反転型スピーカ７における共振出力部７ｂの共振周波数ｆｄの２倍の周波数２ｆｄでクロスオーバするように設定される。

図２は、本実施形態における音声信号入力部１からの周波数ｆｄ、２ｆｄ、３ｆｄの入力時、および高域信号入力時における、遅延部３の出力信号８と位相補正部４の出力信号９の概略波形をそれぞれ示す図である。すなわち図２は、帯域分割部２によって分割された高域出力信号１０と低域出力信号１１の、合成直前の波形（出力信号８と出力信号９）を示す。

図２によれば、いずれの周波数入力時においても、帯域分割部２で分割された高域信号出力１０は、出力信号８として示されるように遅延部３によって遅延時間３ａだけ遅延されていることが分かる。この遅延時間３ａは、位相反転型スピーカ７における共振出力部７ｂの共振周波数ｆｄの半周期の整数倍に相当する。以下、遅延時間３ａが、ｆｄの半周期相当である場合を例として説明する。

このとき、帯域分割部２におけるクロスオーバ周波数は２ｆｄに設定されているため、入力信号の周波数が２ｆｄのときは、遅延部３の出力信号８と位相補正部４の出力信号９は同相となり、加算部５により加算されて入力信号と同じ振幅に復元される。

また、入力信号の周波数が共振周波数ｆｄのときは、遅延部３の出力信号８と位相補正部４の出力信号９は逆相となる。しかしながら、クロスオーバ周波数２ｆｄから１オクターブ離れているため、高域信号濾波器２ａの特性により、位相補正部４の出力信号９の振幅は加算部５における加算時に干渉が問題とならない程度に抑えられる。

また、入力信号の周波数が共振周波数の３倍の３ｆｄのときは、遅延部３の出力信号８と低域信号出力１１は逆相となり、クロスオーバ周波数２ｆｄから１オクターブ以内であるため低域信号濾波器２ｂにて振幅を低減することは難しい。したがって低域信号出力１１に対しては位相補正部４によって、加算部５における加算時に干渉が問題とならないように、１８０度遅れとなるような位相補正が施される。

また、入力信号が高域信号のときは、位相補正部４の出力信号９の振幅は低域信号濾波器２ｂにより抑えられるため、遅延時間３ａだけ遅延された信号が得られる。

本実施形態の音声信号処理装置１００においては、以上のように制御された音声信号が出力され、これが増幅器６を介して位相反転型スピーカ７に入力される。

ここで図３に、本実施形態における音声信号入力部１の入力電圧と、位相反転型スピーカ７におけるスピーカユニット部７ａと共振出力部７ｂの出力音圧、およびそれぞれが空間合成されて得られる総合出力音圧の概略波形を示す。同図によれば、高域信号のみが遅延時間３ａだけ遅延されることが分かる。したがって、上記従来例で図８に示した概略波形図と比較すれば、共振出力部７ｂの収束時間３１において高域信号が受けるマスキング等の妨害が低減されることが分かる。

以上説明したように本実施形態によれば、入力信号を低域信号出力１１と高域信号出力１０に分け、高域信号出力１０のみを電気的に遅延させる。このとき、高域信号出力１０の遅延による位相変化に応じて低域信号出力１１の位相を補正することによって、低域信号出力１１と高域信号出力１０を加算する際に干渉により周波数特性が変動してしまうことを防止する。

このように、位相反転型スピーカ７の構造に起因して発生する低域信号出力１１と高域信号出力１０の時間的ズレを周波数特性の変動なく補正することによって、より忠実な音声再生が可能となる。そしてさらに、遅延により不正なタイミングで放出された低音域による高音域への妨害が低減され、より明瞭な再生が可能となる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明に係る第２実施形態について説明する。

図４は、第２実施形態における音声信号処理装置２００を搭載した音声再生機の概略回路図である。音声信号処理装置２００に接続される増幅器６と位相反転型スピーカ７は上述した従来例に示した図７と同様であり、位相反転型スピーカ７における７ａはスピーカユニット部、７ｂは共振出力部である。

音声信号処理装置２００の構成において、上述した第１実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略するが、高域信号出力に対する位相反転部２０を設けたことを特徴とする。以下、音声信号処理装置２００の動作について説明する。

帯域分割部２で分割された高域信号出力１０は、位相反転部２０により位相反転された後、遅延部３によって遅延時間３ａだけ遅延される。この遅延時間３ａは第１実施形態と同様に、位相反転型スピーカ７における共振出力部７ｂの共振周波数ｆｄの半周期に相当する。なお、位相反転部２０は低域信号から見た高域信号の位相を反転させるために備えられたものであり、実際には低域信号と高域信号のいずれかが反転されれば良い。

図５は、第２実施形態における音声信号入力部１からの周波数ｆｄ、２ｆｄ、３ｆｄの入力時、および高域信号入力時における、遅延部３の出力信号８と位相補正部４の出力信号９の概略波形をそれぞれ示す図である。すなわち図５は、帯域分割部２によって分割された高域出力信号１０と低域出力信号１１の、合成直前の波形（出力信号８と出力信号９）を示す。

図５によれば、位相補正部４の出力信号９は、入力信号周波数が２ｆｄであっても３ｆｄであっても、それぞれ遅延部３の出力信号８と同相となるよう、それぞれ１８０度遅れおよび３６０度遅れとなるような位相補正が施されている。したがってこの場合、出力信号８と出力信号９は干渉することなく加算部５により加算されて、入力信号と同じ振幅に復元される。

図５によればさらに、位相反転部２０により高域出力信号１０の位相が反転されているため遅延部３の出力信号８は、入力信号周波数がｆｄであっても、相補正部４の出力信号９と同相となる。このとき、高域信号濾波器２ａの特性のばらつきなどにより遅延部３の出力信号８の振幅が多少増加しても、補正部４の出力信号９と同相のため干渉することなく加算される。

第２実施形態の音声信号処理装置２００においては、以上のように制御された音声信号が出力され、これが増幅器６を介して位相反転型スピーカ７に入力される。これにより、上述した第１実施形態と同様に図３に示す出力音圧の波形が得られ、高域信号のみが遅延時間３ａだけ遅延されることにより、共振出力部７ｂの収束時間３１において高域信号が受けるマスキング等の妨害が低減される。

以上説明したように第２実施形態に示す音声信号処理装置２００の構成によっても、上述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第３実施形態＞
以下、本発明に係る第３実施形態について説明する。

図６は、第３実施形態における音声信号処理装置３００を搭載した音声再生機の概略回路図である。音声信号処理装置３００に接続される増幅器６と位相反転型スピーカ７は上述した従来例に示した図７と同様であり、位相反転型スピーカ７における７ａはスピーカユニット部、７ｂは共振出力部である。

音声信号処理装置３００の構成において、上述した第１実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。第３実施形態の音声信号処理装置３００においては、帯域分割部２内に高域信号濾波器２ａ、低域信号濾波器２ｂに加えて、中域信号濾波器２ｃを備えることによって、高域信号出力１０と低域信号出力１１の他に、中域信号出力１２を得る。なお、中域信号濾波器２ｃと低域信号濾波器２ｂのカットオフ周波数は、接続された位相反転型スピーカ７における共振出力部７ｂの共振周波数ｆｄの２倍でクロスオーバするように設定される。

帯域分割部２で分割された中域信号出力１２は、セリフ強調部２２において帯域内に含まれる人声の成分が強調された後、第２の加算部２３により高域信号出力１０と加算され、遅延部３によって遅延時間３ａだけ遅延される。この遅延時間３ａは上述した第１実施形態と同様に、位相反転型スピーカ７における共振出力部７ｂの共振周波数ｆｄの半周期に相当する。

また帯域分割部２で分割された低域信号出力１１は、低域強調部２１において強調される。これは、中域信号出力１２のみが強調されてしまうことによるアンバランスを補正するためである。低域強調の後、位相補正部４による位相補正が施されることによって、上述した第１実施形態と同様に加算部５における干渉が抑制される。

たとえば、入力信号周波数が共振周波数の３倍の３ｆｄのときは、遅延部３の出力信号８と位相補正部４の出力信号９の加算部５での加算時に干渉が問題とならないように、加算前に位相補正部４により位相補正が施される。

また、入力信号周波数が共振周波数の２倍の２ｆｄのときは、遅延部３の出力信号８と位相補正部４の出力信号９は同相となり、加算部５で干渉なく加算される。

また、入力信号周波数が共振周波数ｆｄのときは、中域信号濾波器２ｃの特性により、位相補正部４の出力信号９の振幅は抑制され、加算部５で干渉なく加算される。

第３実施形態の音声信号処理装置３００においては、以上のような制御によって、上述した第１実施形態と同様に図３に示した出力音圧の波形が得られ、すなわち、共振出力部７ｂの収束時間３１において高域信号が受けるマスキング等の妨害が低減される。

以上説明したように第３実施形態によれば、入力された音声信号のうち、特に人声成分を含む中域信号を強調しつつ、上述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜他の実施形態＞
以上、実施形態例を詳述したが、本発明は例えば、システム、装置、方法、プログラム若しくは記憶媒体(記録媒体)等としての実施態様をとることが可能である。具体的には、複数の機器（例えば、ホストコンピュータ、インタフェース機器、撮像装置、webアプリケーション等）から構成されるシステムに適用しても良いし、また、一つの機器からなる装置に適用しても良い。

尚本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。なお、この場合のプログラムとは、実施形態において図に示したフローチャートに対応したプログラムである。

従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。

その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、OSに供給するスクリプトデータ等の形態であっても良い。

プログラムを供給するための記録媒体としては、以下に示す媒体がある。例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、MO、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM、DVD(DVD-ROM，DVD-R)などである。

プログラムの供給方法としては、以下に示す方法も可能である。すなわち、クライアントコンピュータのブラウザからインターネットのホームページに接続し、そこから本発明のコンピュータプログラムそのもの(又は圧縮され自動インストール機能を含むファイル)をハードディスク等の記録媒体にダウンロードする。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるWWWサーバも、本発明に含まれるものである。

また、本発明のプログラムを暗号化してCD-ROM等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせることも可能である。すなわち該ユーザは、その鍵情報を使用することによって暗号化されたプログラムを実行し、コンピュータにインストールさせることができる。

また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される。さらに、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOSなどが、実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。

さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、実行されることによっても、前述した実施形態の機能が実現される。すなわち、該プログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行うことが可能である。

本発明に係る一実施形態における音声信号処理装置の概略回路図である。本実施形態において分割された高域信号と低域信号の概略波形図である。本実施形態の音声信号処理装置による処理信号を入力した際の位相反転型スピーカにおける各部の出力音圧の概略波形図である。第２実施形態における音声信号処理装置の概略回路図である。第２実施形態において分割された高域信号と低域信号の概略波形図である。第３実施形態における音声信号処理装置の概略回路図である。一般的な位相反転型スピーカの概略構成を示す図である。一般的な位相反転型スピーカにおける各部の出力音圧の概略波形図である。

Claims

位相反転型スピーカへ入力される音声出力信号を生成する音声信号処理装置であって、入力された音声信号を低域信号と高域信号に分割する分割手段と、
前記高域信号の位相を遅延させる遅延手段と、
前記低域信号の位相を前記音声入力信号の周波数に応じて変化させる位相補正手段と、前記遅延手段からの出力信号と前記位相補正手段からの出力信号を合成して前記音声出力信号を生成する合成手段と、を有し、
前記位相補正手段は、前記低域信号の位相を、前記遅延手段からの出力信号と同相となるように補正することを特徴とする音声信号処理装置。
さらに、前記低域信号に対する前記高域信号の位相を反転させる位相反転手段を有し、前記位相補正手段は、前記位相反転手段により反転した前記高域信号を前記遅延手段により遅延した出力信号と同相となるように、前記低域信号の位相を補正することを特徴とする請求項１記載の音声信号処理装置。
前記分割手段は、入力された音声信号を低域信号と中域信号、および高域信号に分割し、
前記中域信号を強調する中域強調手段と、
前記中域強調手段で強調された中域信号を前記高域信号に合成する中高域合成手段と、をさらに有し、
前記遅延手段は、前記中高域合成手段からの出力信号の位相を遅延させることを特徴とする請求項１記載の音声信号処理装置。
前記遅延手段における遅延時間は、前記位相反転型スピーカの共振出力部における共振周波の半周期の整数倍に相当することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の音声信号処理装置。
前記位相反転型スピーカの前記共振出力部は、バスレフポートにより構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の音声信号処理装置。
前記位相反転型スピーカの前記共振出力部は、パッシブラジエータにより構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の音声信号処理装置。
位相反転型スピーカへ入力される音声出力信号を生成する音声信号処理方法であって、入力された音声信号を低域信号と高域信号に分割する分割ステップと、
前記高域信号の位相を遅延させる遅延ステップと、
前記低域信号の位相を前記音声入力信号の周波数に応じて変化させる位相補正ステップと、
前記遅延ステップで遅延された高域信号と前記位相補正ステップで位相補正された低域信号を合成して前記音声出力信号を生成する合成ステップと、を有し、
前記位相補正ステップにおいては、前記低域信号の位相を、前記遅延ステップで遅延された高域信号と同相となるように補正することを特徴とする音声信号処理方法。
コンピュータ上で実行されることによって、該コンピュータを請求項１乃至６のいずれかに記載の音声信号処理装置として動作するように制御することを特徴とするプログラム。
請求項８記載のプログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。