JP2009055079A - 信号処理装置、信号処理方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】小型スピーカでの低域成分の再生音の良好な改善を図る。
【解決手段】入力オーディオ信号の低周波数帯域信号を抽出する低域信号抽出部と、上記低周波数帯域信号の高調波信号を生成する高調波生成部と、上記低周波数帯域信号のレベルを検出するレベル検出部と、さらに、上記低周波数帯域信号のレベルと上記高調波信号のレベルを、上記レベル検出部により検出される上記低周波数帯域信号のレベルに応じて調整制御する調整制御部を備える。これにより、低域信号の検出レベルが所定レベルとなるまではブースト量を増加させて自然な音質による低域増強を行い、それよりも大きなレベルによる低域信号入力時には仮想信号による低域増強によって引き続き低域の増強を行うことができる。すなわちこのような構成によって、ブースト方式と仮想信号増強方式との相互の不利点を補って低域の増強を行うことができるという、相乗的な効果を得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、オーディオ信号を入力して処理する信号処理装置とその方法、さらにプログラムに関する。

スピーカによりオーディオ信号に基づく音響再生を行う場合において、例えば小型スピーカを用いた音響再生では、その容積による制約のために、充分な低音の再生を実現できないことが知られている。
図２５は、大型スピーカと小型スピーカの周波数特性（周波数−振幅特性）の比較を示しているが、図２５（ａ）に示す大型スピーカの場合では、図中における下限周波数である５０Hzにおいても振幅の下降は見られないが、図２５（ｂ）に示す小型スピーカの場合では、２００Hz以下の周波数で振幅が下降しているのがわかる。

従来より、このような小型スピーカでの低域成分の再生音を改善するため様々な方法が提案されている。
１つには、低域成分をブーストするということが行われている。一般に、小型スピーカであっても、低域成分の信号が全く再生されないわけではなく、図２５（ｂ）に示した如く、大型スピーカと比較して減衰した音量にて再生音が得られることになる。そこで、低域成分のゲインを上げてブーストすることにより、低域まで延びた再生音を得ることができる。

また、他の手法としては、低域信号の高調波を付加する手法が知られている。具体的には、オーディオ信号の低域成分を抽出し、これに例えば全波整流などによる高調波生成処理を施して、低域成分の高調波信号を生成する。そして、この高調波信号をオーディオ信号に対して付加するというものである。
このような処理を行うことで、実際には低域信号が再生されていなくても、その高調波の存在により、聴取者には低域信号があるように知覚させることができる。この現象は、いわゆる「ミッシングファンダメンタル」として一般的に知られている。

なお、上記による従来技術と関連する特許文献として以下の文献を挙げておく。
特表平１１−５０９７１２号公報

上記のような手法を採ることにより、小型のスピーカシステムにおいても低音の量感を増すことが可能となる。
しかしながら、上記手法のうち、低域信号をブーストする手法を採る場合には、非線形歪が問題となる。すなわち、スピーカへの入力信号レベルが所定の許容値以上となってしまった場合には、それ以上低域の量感が増すといったことはなくなり、またこれに加えて音質の劣化も招いてしまうものとなる。
但し、入力レベルがスピーカの許容範囲内に収まる限りにおいては、良好な音質により低域の量感を増すことができる。

また、もう一方の高調波を付加する手法は、低域の量感を増すように知覚させるのは低域成分に基づき生成した高調波成分となるので、低域をブーストする場合のような低音再生に係る非線形性の問題は回避することができる。しかし、この手法は、あくまで仮想的な信号により低域の量感が増すように知覚させるものであることから、その音質は、低域をブーストする手法と比較すれば劣るものとなってしまう。

そこで、本発明では以上のような問題点に鑑み、信号処理装置として以下のように構成することとした。
つまり、入力オーディオ信号の低周波数帯域信号を抽出する低域信号抽出部を備える。
また、上記低域信号抽出部により抽出された低周波数帯域信号の高調波信号を生成する高調波生成部を備える。
また、上記低域信号抽出部により抽出された低周波数帯域信号のレベルを検出するレベル検出部を備える。
さらに、上記低域信号抽出部により抽出された上記低周波数帯域信号のレベルと上記高調波生成部により生成された上記高調波信号のレベルを、上記レベル検出部により検出される上記低周波数帯域信号のレベルに応じて調整制御する調整制御部を備えるものである。

上記構成からも理解されるように、本発明では、低域信号をブーストするブースト方式と、低域信号の高調波信号を付与して低域の増強を図る仮想信号増強方式とを組み合わせた手法を採る。その上で、低域信号の検出レベルに応じて、上記低域信号のレベル（ブースト量）と上記高調波信号のレベルとを調整制御するようにしたものである。
ここで、先に述べたようにしてブースト方式は、仮想信号増強方式に比して聴感上より自然な音質で低域の増強を行うことができるが、非線形歪の問題から、スピーカへの入力信号レベルが所定以上となる場合には低域の増強が困難となり、またその場合の音質劣化も問題となる。一方、仮想信号増強方式は、このような低音再生について非線形歪についての問題は回避できるが、あくまで仮想信号による低域増強であるため、ブースト方式に比して低音の自然な再現性の面で劣るものとなる。
上記本発明によれば、低域信号の検出レベルに応じて、低域のブースト量と高調波信号のレベルとを調整制御することができる。つまりこれによれば、例えば入力される低域信号レベルが所定レベルとなるまではブースト量を増加させて自然な音質による低域増強を行い、それよりも大きなレベルによる低域信号入力時には仮想信号による低域増強によって引き続き低域の増強を行うといったことができるようになる。

上記のようにして本発明によれば、入力される低域信号のレベルが所定レベルとなるまではブースト量を増加させて自然な音質による低域増強を行い、それよりも大きなレベルによる低域信号入力時には仮想信号による低域増強によって引き続き低域の増強を行うことができる。
つまり、このような本発明によれば、ブースト方式と仮想信号増強方式との相互の不利点を補って低域の増強を行うことができるという、相乗的な効果を得ることができる。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明していく。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態の信号処理装置としての、テレビジョン受像機１の内部構成を示したブロック図である。
このテレビジョン受像機１は、デジタルテレビジョン放送を受信して受信信号に応じた映像表示・音響再生を行うデジタルテレビジョン受像機とされる。先ず、図中の端子Ｔinからは、図示されないアンテナによって受信されたデジタルテレビジョン放送による放送信号が入力される。

チューナ部２は、上記端子Ｔinを介して入力される上記アンテナからの受信信号を入力して、選局操作等に応じて決定されたキャリア（受信周波数信号）を受信するようにされ、例えばビタビ復調処理や誤り訂正処理等を施すことでＴＳ（Transport Stream）を得る。

なお、確認のために述べておくと、地上波デジタル放送やデジタル衛星放送等、デジタル放送の規格によるＴＳは、周知のようにＭＰＥＧ２(Moving Picture Experts Group Layer2)方式によって複数のプログラム（映像番組）のビデオ信号及びオーディオ信号を圧縮した圧縮データと、各種の付加情報が多重化されている。
上記ビデオ信号及びオーディオ信号を圧縮した圧縮データは、ＥＳ（Elementary Stream）として多重化される。また、放送側が挿入する付加情報としては、ＰＡＴ(Program Association Table)、ＰＭＴ(Program Map Table)などのテーブルを格納するＰＳＩ(Program Specific Information：番組特定情報）や、ＳＩ(Service Information:番組配列情報）などが挙げられる。なお各情報の多重化は、ＴＳを１８８バイトのトランスポートストリーム・パケット（ＴＳパケット）により形成するようにして、このＴＳパケットに対して、上記したＥＳ及び各種付加情報を格納することにより行われる。
ここでは、上記ＴＳにて多重化される各種の付加情報についての処理は周知であるものとしてその説明は省略し、圧縮ビデオ信号・オーディオ信号についての処理系の構成について説明を行うものとする。

上記のようにしてチューナ部２により得られたＴＳは、放送信号処理部３に対して供給される。
放送信号処理部３は、上記ＴＳに対するデスクランブル処理、デマルチプレクッス処理、上記デマルチプレックス処理により得られたＭＰＥＧ圧縮データについてのデコード処理を行って、放送コンテンツとしてのビデオ信号（デジタルビデオ信号：図中ではVideoと表記）、オーディオ信号（デジタルオーディオ信号：図中ではAudioと表記）を得る。
放送信号処理部３で得られたデジタルビデオ信号は映像信号処理部４に、デジタルオーディオ信号はＤＳＰ（Digital Signal Processor）７に対して供給される。

映像信号処理部４は、上記デジタルビデオ信号に対し各種映像信号処理や、垂直・水平同期信号検出などを行って、表示部６を駆動するために必要な信号を生成する。
ドライバ５は、映像信号処理部４からの出力信号に基づき表示部６を表示駆動する。
なお、表示部６が例えば液晶ディスプレイとされる場合は、液晶表示パネルと共にバックライトが含まれるものとなる。この場合、ドライバ５は液晶表示パネルについての表示駆動と共にバックライトの発光駆動も行うものとなる。

ＤＳＰ７は、メモリ８を備え、当該メモリ８に格納される音声処理プログラム８ａに基づくデジタル信号処理を行うことで、上記デジタルオーディオ信号に対して音声信号処理を施す。このＤＳＰ７により実現される音声信号処理については後述する。

ＤＳＰ７を介して得られるデジタルオーディオ信号は、Ｄ／Ａ変換器９にてアナログオーディオ信号に変換された後にアンプ１０で増幅され、スピーカ１１に供給される。スピーカ１１は、上記アンプ１０により増幅されたオーディオ信号に基づき音響再生を行う。

図２は、図１に示すＤＳＰ７によって実現される各種の機能動作をブロック化して模式的に示している。なお、この図では図１に示されるＤ／Ａ変換器９も併せて示している。
この図に示されるようにして、ＤＳＰ７としては、低域増強処理部７ａと特性付与フィルタ処理部７ｂとしての機能動作をデジタル信号処理により実現するようにプログラミングされている。
先ず、低域増強処理部７ａとしては、さらにその機能を詳細化すると、図示するようにしてＬＰＦ（Low Pass Filter）処理部１５、加算処理部１６、ゲイン調整処理部１７、レベル検出処理部１８、高調波生成処理部１９、ゲイン計算処理部２０、ゲイン調整処理部２１、加算処理部２２に分けることができる。
なお、以下では説明の便宜上、各処理機能ブロックをハードウエアとして扱うようにして動作説明を行うが、これら処理機能ブロックとしての動作は、ＤＳＰ７が音声信号処理プログラム８ａに基づきハードウエアリソースを用いたデジタル信号処理を行うことによって実現する動作となる。

先ず、図１に示した放送信号処理部３からのデジタルオーディオ信号（以下、単にオーディオ信号とする）は、ＬＰＦ処理部１５と加算処理部１６とに分岐して供給される。
ＬＰＦ処理部１５は、入力オーディオ信号の低周波数帯域の信号を抽出するフィルタ処理を行う。図３は、横軸を周波数（Hz）、縦軸をゲイン（dB）としてＬＰＦ処理部１５によるフィルタ処理のフィルタ特性を示している。この図からも理解されるように、ＬＰＦ処理部１５では、入力オーディオ信号の所定以下の周波数帯域のみを抽出するようにしてフィルタ処理を行う。具体的にこの場合は、図のように最低周波数から或る周波数まではゲインを一定とし、それ以降、上記所定の周波数にかけてはゲインを減衰させていくようにしてオーディオ信号の低周波数帯域信号（以下、単に低域信号や低域成分とも呼ぶ）を抽出するようにされている。

ここで、実施の形態の場合、ＬＰＦ処理部１５におけるカットオフ周波数（つまり上記所定の周波数）は、スピーカ１１の低域再生能力を考慮して、例えば入力オーディオ信号レベルに対してスピーカ１１による音響再生信号レベルの減衰が認められる周波数帯域における、上限周波数が設定されるものとする。

図４は、図３に示すようなフィルタ特性を実現するためのデジタルフィルタの構成を示している。この図４に示されるように、図３によるフィルタ特性は、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタにより実現することができる。
ＬＰＦ処理部１５では、このようなＩＩＲフィルタとしての構成で表すことのできるデジタルフィルタ処理を行うことで、図３に示すような特性によるフィルタ処理を行う。

図２に戻り、上記ＬＰＦ処理部１５によって抽出されたオーディオ信号の低周波数帯域信号は、ゲイン調整処理部１７、レベル検出処理部１８、高調波生成処理部１９のそれぞれに対して供給される。

レベル検出処理部１８は、上記ＬＰＦ処理部１５により得られた低域信号について、その絶対値レベルを検出する。
また、上記高調波生成処理部１９は、上記ＬＰＦ処理部１５により得られた低域信号の高調波信号を生成する。

図５は、高調波生成処理部１９を実現するためのデジタル演算器の構成の一例を示している。
基本的に、ｎ次の高調波信号を生成するにあたっては、乗算器によって入力信号をｎ回乗算すればよい。この図に示す例では、２次、及び３次の高調波を生成する場合の構成を示している。具体的には、入力信号（この場合は上記低域信号）を２回乗算するようにされた乗算器１９ａと、入力信号を３回乗算するようにされた乗算器１９ｂとが備えられる。さらに、上記乗算器１９ａの出力レベルを調整するためのゲイン調整器１９ｃ、上記乗算器１９ｂの出力レベルを調整するためのゲイン調整器１９ｄが設けられる。そして、上記ゲイン調整器１９ｃを介して出力される２次高調波信号、及び上記ゲイン調整器１９ｄを介した３次高調波信号が、加算器１９ｅにて加算されて出力されるようになっている。

ここで、確認のために、次の図６に高調波の概念図を示しておく。この図では５次高調波まで生成される場合を例示しているが、その場合の高調波としては、基準となる周波数信号（原信号）ｆ１に対し、その周波数が２倍となる周波数信号ｆ２、３倍となる周波数信号ｆ３、４倍となる周波数信号ｆ４、５倍となる周波数信号ｆ５が生成されることになる。

図２に戻り、上記高調波生成処理部１９により生成された高調波信号は、ゲイン調整処理部２１に供給される。このゲイン調整処理部２１を介した高調波信号は、図示するようにして加算処理部２２に供給され、ここで先に述べたゲイン調整処理部１７を介して得られる低域信号と加算される。
さらに、このように加算処理部２２で得られる、それぞれゲイン調整の施された低域信号と高調波信号とが加算された信号（第１加算信号とする）は、先に述べた加算処理部１６に供給され、ここにおいて入力オーディオ信号と加算される。
当該加算処理部１６による加算結果は、第２加算信号として、上述した特性付与フィルタ処理部７ｂに供給される。そして、当該特性付与フィルタ処理部７ｂを介した第２加算信号は、図示するようにしてＤＳＰ７の出力信号として図１に示したＤ／Ａ変換器９に対して供給されるようになっている。

ここで、これまでの説明から理解されるように、本実施の形態の音声信号処理系においては、低域信号をブーストする系（ＬＰＦ処理部１５→ゲイン調整処理部１７）と、低域信号に基づき高調波信号を生成・出力する系（高調波生成処理部１９→ゲイン調整処理部２１）とを設けるものとしている。
その上で、本実施の形態では、これら低域信号、高調波信号のレベルを、低域信号の検出レベルに応じて制御するための構成を設けるものとしている。具体的には、レベル検出処理部１８と、ゲイン調整制御処理部２０を設けている。

図２において、上記ゲイン調整制御処理部２０は、上述したレベル検出処理部１８による低域信号についてのレベル検出結果に基づき、ゲイン調整処理部１７、ゲイン調整処理部２１が入力信号に対して与えるゲインを制御する。
この場合、ゲイン調整制御処理部２０では、検出される低域信号レベルが或る閾値に達するまでは低域信号がブーストされ、且つ検出される低域信号レベルが上記閾値よりも大となるときには低域信号のブーストを行わず、逆に低域信号の出力レベルが入力レベル（検出レベル）に関わらず一定となるようにして、ゲイン調整処理部１７におけるゲインを制御する。
一方、高調波信号については、検出される低域信号レベルが或る閾値に達するまでは信号出力が行われないよう（つまりゲインを「０」とする）にし、この閾値よりも大となる場合は、入力レベルに比例したレベルによる信号出力が行われるようにしてゲイン調整処理部２１のゲインを制御する。

図７は、このようなゲイン調整制御処理部２０によるゲイン調整制御の一例について説明するための図として、図７（ａ）は、低域信号側についての入／出力レベル特性の例、図７（ｂ）は高調波信号側についての入／出力レベル特性の例を示している。この図に示される「入力レベル」は、レベル検出処理部１８にて検出される低域信号レベルを指し、「出力レベル」は、図７（ａ）の場合はゲイン調整処理部１７を介して出力される低域信号のレベル、図７（ｂ）の場合はゲイン調整処理部２１を介して出力される高調波信号のレベルを指すものとなる。

先ず、図７（ａ）（ｂ）の両図にて、図中の斜めの一点鎖線は、入力レベルと出力レベルとの比率が１：１となるリニアな特性を示している。すなわち、ゲイン＝１となるラインである。
このことを踏まえ、先ず図７（ａ）の低域信号については、或る閾値ｔｈ-rに達するまでは「１」よりも大なるゲインが与えられ、入力レベルが当該閾値ｔｈ-rに達した（入力レベル＝閾値ｔｈ-r）ときに、ゲイン＝１となるようにされていることが確認できる。
そしてこの場合、入力レベルが上記閾値ｔｈ-rに至るまでの間の具体的なゲイン特性としては、入力レベルが低いほどゲインの値が大きくなるようにされている。換言すれば、入力レベルが大きくなるに従ってゲインが小さくなるようにして設定されることがわかる。
さらに、入力レベルが閾値ｔｈ-rに達した以降（つまり入力レベル＞閾値ｔｈ-rの条件）では、出力レベルが一定となるようにされている。つまり、ゲインとしては、このように出力レベルが一定となるようにして、入力レベルが大きくなるに従ってその値が小さくなるように制御することになる。

一方、高調波信号については、図７（ｂ）に示されるように、入力レベルが或る閾値ｔｈ1となるまでは、信号出力が行われない（つまり出力レベル＝０となる）ようにしてゲインが設定される。すなわち、入力レベル≦閾値ｔｈ1の条件では、ゲイン＝０となるように制御される。
そして、入力レベルが上記閾値ｔｈ1を超える場合には、閾値ｔｈ1よりも大なる閾値ｔｈ2に至るまでの範囲内で、入力レベルの上昇に比例して出力レベルが上昇するようにしてゲインを制御する。具体的にこの場合は、上記閾値ｔｈ1から上記閾値ｔｈ2までの入力レベルの上昇に対し、出力レベルの傾きが一定となるようにゲインを制御するものとしている。なおかつ、この場合は、上記閾値ｔｈ1、ｔｈ2を、先の図７（ａ）にて説明した閾値ｔｈ-rとの関係で「ｔｈ1＜ｔｈ-r＜ｔｈ2」となるように設定するものとしており、入力レベルが上記閾値ｔｈ-rに至るときにゲイン＝１となるようにしている。すなわち、ブースト系により低域信号の出力レベルが一定とされた以降には、高調波信号の出力レベルが「１」より大なるゲインによって徐々に上昇していくようにされているものである。
また、入力レベルが上記閾値ｔｈ2より大となる場合には、図示するようにして入力レベルの上昇に関わらず出力レベルが一定となるようにしてゲインが制御されることになる。

ここで、上記のように本例では、入力レベルが所定レベルとなるまでは低域信号をブーストさせ、それ以上の入力レベルの上昇に応じては低域信号の出力レベルを一定レベルに抑制するものとしている。これによれば、スピーカ１１の非線形歪を生じさせない範囲内で低域信号のブーストを行うことができる。
なお、この説明からも理解されるように、閾値ｔｈ-rに達したときの具体的な低域信号の出力レベルは、少なくともスピーカ１１の非線形歪を生じさせないレベルに抑えられるように設定すべきものとなる。ここでは、例えば非線形歪を生じさせない限界のレベルとなるように設定するものとしている。これにれば、非線形歪を発生させない範囲内で最大限、低域信号をブーストさせることができる。

そして、上記構成によれば、このように低域信号の出力レベルが限界に達した以降は、高調波信号の出力による仮想的な低域の増強がメインとして行われるものとなる。

このようにして本実施の形態としての信号処理装置によれば、入力される低域信号のレベルが所定レベルとなるまではブースト量を増加させて自然な音質による低域増強を行い、それよりも大きなレベルによる低域信号入力時には、仮想信号による低域増強によって引き続き低域の増強を行うことができる。すなわち、このような本実施の形態により、ブースト方式と仮想信号増強方式との相互の不利点を補って低域の増強を行うことができるという、相乗的な効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、高調波信号の出力を開始させるための閾値ｔｈ1の値を、閾値ｔｈ-rよりも小さい値に設定するものとしているが、このことにより、低域信号の入力レベルが、低域信号の出力レベルについての一定制御を開始するレベルよりも低くなっている状態から、高調波信号の出力レベルを徐々に上昇させていくものとしている。すなわち、低域ブーストと高調波信号の出力とがオーバーラップする領域を設けるものとしている。
このように高調波信号の出力をオーバーラップさせているのは、非線形歪を考慮して、低域信号の入力レベルが閾値ｔｈ-rに近づくにつれて低域信号のブースト量を徐々に減少させる傾向としなければならないことに対応させるためである。すなわち、このようにブースト量が閾値ｔｈ-rに近づくにつれて減少してしまう関係から、この部分で高調波信号をオーバーラップさせて出力させることで、低域の増強量の不足を効果的に補うことができるものである。
なお、この点について特段考慮しないのであれば、閾値ｔｈ1＝閾値ｔｈ-rとして、高調波信号のオーバーラップ出力は行わないようにすることもできる。

また、低域信号の入力レベルが閾値ｔｈ2よりも大となる範囲では、高調波信号の出力レベルが一定レベルとなるようにしているが、これは、高調波信号を所定レベル以上としてしまうと音質劣化を招く可能性があり、その防止を図るためである。
本例の場合、このような高調波信号の一定レベルとしては、音質劣化を招かない限界付近のレベルを設定するものとしている。このように限界レベル付近まで高調波信号のレベルが達していれば、高調波信号レベルが他の帯域の信号レベルに対し相対的に低くなったとしても、聴感上は低域の増強感は充分に得られるものとなる。すなわち、低域の不足が知覚される虞はほぼないといえる。

説明を図２に戻す。
ＤＳＰ７では、上記により説明した低域増強処理部７ａとしてのデジタル信号処理を行うと共に、さらに、特性付与フィルタ処理部７ｂとしてのデジタル信号処理を行う。
この特性付与フィルタ処理部７ｂとしては、加算処理部１６による加算処理によって得られる第２加算信号に対し、スピーカ１１の特性（スピーカ特性）の逆特性に相当する信号特性を付与するフィルタ処理を行う。

ここで、図８を参照して、このようなスピーカ特性の逆特性の付与と、それにより得られる効果とについて説明しておく。
先ず、一般にオーディオ信号をスピーカにて音響再生する場合、スピーカとしては個々に特有の特性、すなわち周波数特性や時間応答特性を有するため、同じ入力オーディオ信号についてスピーカ毎に異なる聞こえ方で再生音を出力することになる。このことは、特徴の異なる様々なすぐれた音楽性を持つスピーカが存在する要因の一つとなっている。

一方で、このようなスピーカ個々の特徴を取り去ることにより、スピーカの再生音を改善しようと言う方法が知られている。すなわち、スピーカに対して入力されるオーディオ信号成分に対し、予め算出しておいた上記スピーカの特性の逆特性を与えることで、個々のスピーカの特性を平坦化して均質な音響再生が行われるように図るものである。

図８（ａ）は、或るスピーカについて測定したインパルス応答と周波数特性を示しており、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示される測定結果に基づき生成した上記スピーカの逆特性としてのインパルス応答（時間応答特性）と周波数特性を示している。各図において、左側がインパルス応答、右側が周波数特性を示す。

スピーカ特性の逆特性としては、図８（ａ）に示す測定特性（インパルス応答と周波数特性）を伝達関数Ｈ(s)とおくと、１／Ｈ(s)で表される伝達関数となる。このようにして算出された逆特性（逆関数）としての伝達関数１／Ｈ(s)を、スピーカに入力されるオーディオ信号成分に対して付与するものである。
このような逆特性の付与が行われることにより、結果としてスピーカから音響再生される再生音としては、周波数特性が平坦で、直線位相特性、すなわちインパルス応答の揺らぎの少ない特性により出力されるものとなる。

図２における特性付与フィルタ処理部７ｂとしても、このような逆特性に相当する信号特性の付与を行う。すなわち、特性付与フィルタ処理部７ｂは、予めスピーカ１１による再生音（例えばＴＳＰ信号などの測定信号の再生音：ＴＳＰ＝Time Stretched Pulse）に基づき測定されたスピーカ特性（Ｈ(s)：周波数特性、インパルス応答）の逆特性としての伝達関数（１／Ｈ(s)）に相当する信号特性が設定され、この信号特性を、加算処理部１６による加算結果として得られる第２加算信号に対して付与する。

図９は、このような逆特性に相当する信号特性を与えるフィルタ処理を実現するための、デジタルフィルタの構成例を示している。この図９に示されるように、上記スピーカ１１の逆特性のような比較的広範な周波数帯域にわたる信号特性を与えるためのデジタルフィルタとしては、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタが用いられることになる。すなわち、特性付与フィルタ処理部７ｂとしては、入力信号に対しこのようなＦＩＲフィルタとしてのデジタルフィルタ処理を行うことで上記逆特性に相当する信号特性を付与する。

ここで、本実施の形態の場合、上記特性付与フィルタ処理部７ｂとしては、測定されたスピーカ１１の特性の逆特性そのものを付与するのではなく、先に説明したような低域信号のブーストを行うことに対応させた手法として、予め低域成分をブーストさせた状態で測定したスピーカ１１の特性の逆特性を付与するものとされる。
以下、この点について図１０〜図１２を参照して説明する。

先ず、図１０（ａ）は、通常のスピーカ特性として、スピーカ１１によりオーディオ信号（測定信号）を通常再生させた場合（測定信号に対しブースト等の特別な信号処理を施さずにスピーカ１１による音響再生を行わせた場合）に測定されるスピーカ１１の特性（周波数−振幅特性Ｈ）を示している。
先の説明によれば、単に周波数特性の平坦化を図るにあたっては、この図１０（ａ）に示される特性Ｈの逆特性を測定信号成分に対して与えればよいものとなるが、本実施の形態では、測定信号に対して、予め図１０（ｂ）に示されるような周波数−振幅特性を付与することで、低域信号をブーストさせた状態でスピーカ１１による音響再生を行わせ、スピーカ１１の特性を測定するものとしている。
図１１は、このように低域をブーストさせた状態で測定されたスピーカ１１の周波数−振幅特性（Ｈｂとする）を表しているが、この場合は低域がブーストされることに伴い、通常のスピーカ１１の特性Ｈ（図中破線）よりも低域部分が持ち上げられた特性となっていることが確認できる。

そして、この図１１に示されるようにして低域が持ち上げられた特性Ｈｂについて、その逆特性を算出する。図１２は、算出された逆特性としての周波数−振幅特性１／Ｈｂを例示している。この図１２に示されるように、逆特性１／Ｈｂとしては、図中破線により示す通常の逆特性１／Ｈ（低域をブーストしない通常の音響再生を行った場合の逆特性）と比較して、その低域部分のゲインが引き下げられたものとなることが確認できる。

なお、ここではスピーカ１１の特性として周波数−振幅特性のみを例示し、時間応答特性についての説明は省略したが、当然のことながら直線位相化も図る場合には、時間応答特性についても測定を行い、測定された時間応答特性と周波数−振幅特性とで表される伝達関数Ｈｂ(s)について、その逆関数としての伝達関数１／Ｈｂ(s)を算出しておく。本実施の形態においても直線位相化を図るものとし、このような伝達関数１／Ｈｂ(s)をスピーカ１１の逆特性として算出しておくものとされる。

特性付与フィルタ処理部７ｂでは、このようにして算出された逆特性１／Ｈｂ(s)が設定されており、先の図９に示したＦＩＲフィルタとしてのデジタル信号処理により、当該逆特性１／Ｈｂ(s)を第２加算信号に対して付与するようにされている。

ここで、図１２において比較されているように、低域をブーストしない通常の測定を行って算出したスピーカ１１の逆特性１／Ｈ（破線）は、本例の場合の逆特性１／Ｈｂ（実線）と比較して、低域部分のゲインを比較的大きく上げるような特性となってしまう。このことで、オーディオ信号成分に対し通常の逆特性１／Ｈを与えて平坦化を図るとした場合は、ＦＩＲフィルタとしてその分長いタップ長が必要となってしまい、これによってＤＳＰ７のハードウエアリソースの増大や処理負担の増大を招くものとなってしまう。

このことを考慮し、本例では平坦化のための低域信号のブーストは、実際の音響再生時におけるＬＰＦ処理部１５とゲイン調整処理部１７とによる低域信号のブースト系に主に担わせるものとし、特性付与フィルタ処理部７ｂにて付与する特性については、上述のようにして予め低域信号をブーストした状態を想定して測定したスピーカ特性の逆特性を設定するようにしている。つまり、このような構成により、特性付与フィルタ処理部７ｂとしてのＦＩＲフィルタにおける、平坦化のための低域増強に伴う処理負担の軽減が図られるようにしてるものである。
このことで、特性付与フィルタ処理部７ｂとしてのＦＩＲフィルタのタップ長は、通常の逆特性１／Ｈを付与するとした場合と比較して格段に減少させることができる。この場合、ＬＰＦ処理部１５を実現するためのＩＩＲフィルタに必要なハードウエアリソースが比較的少なくて済むことを考慮すれば、上記のように低域におけるゲイン付与を簡略化できることによるＦＩＲフィルタのタップ長の削減が図られることに伴っては、ＤＳＰ７全体で必要なハードウエアリソースの大幅な削減が図られることが理解できる。

このようにして、平坦化のための低域ブーストをＬＰＦ処理部１５とゲイン調整処理部１７とによる低域信号のブースト系に主に担わせるものとし、特性付与フィルタ処理部７ｂにて付与する特性は予め低域信号をブーストした状態を想定して算出した逆特性に設定する構成としたことで、ＤＳＰ７のハードウエアリソースの大幅な削減、及び処理負担の大幅な削減を図ることができる。

なお、先の図１１で示した特性Ｈｂの測定時において、オーディオ信号に対してブースト処理を施す帯域は、ＬＰＦ処理部１５により抽出する帯域と同じ帯域に設定されることになる。また、その際のブースト量（ゲイン）としては、低域信号の出力レベルが、先の図７（ａ）に示した、スピーカ１１の非線形歪を生じさせない限界のレベルと同レベルとなるように設定している。換言すれば、このような測定時のブースト量の設定により、ゲイン調整制御処理部２０によるゲイン制御により低域信号レベルが最大限にブーストされるときの、スピーカ１１の特性を測定するようにされることになる。さらに言えば、この場合の逆特性１／Ｈｂとしては、このようにゲイン調整制御処理部２０によるゲイン制御により低域信号レベルが最大限にブーストされたときを基準として、周波数特性を平坦化させるための特性となるものである。

ここで、上記による測定時の低域ブースト帯域・低域ブースト量の設定によると、実際の音響再生時において、低域信号の入力レベルが先に説明した閾値ｔｈ-r以外となる場合には、低域信号の特性が厳密に平坦にはならないものとなってしまう。しかしながら、もともと入力信号レベルが比較的低い場合には、聴感上、平坦化による効果は知覚されにくく、従って入力信号レベルが上記閾値ｔｈ-rより低い場合において厳密な平坦化が図られないとしても、低域の不足が知覚されてしまうといったことが問題となることはない。
また、先に説明したように、本例の場合においては、入力信号レベルが閾値ｔｈ-rよりも大となった場合は、低域の増強は主に高調波信号によって為されることから、入力信号レベルが上記閾値ｔｈ-rより大きくなることに伴い低域信号の特性が厳密に平坦にならないとしても（具体的には低域信号レベルが他の中・高域の信号のレベルに対し相対的に低下しても）、聴感上は、低域の不足感が知覚されることはないものとなる。
つまり、これらのことより、上述のようなＤＳＰ７の平坦化のためのハードウエアリソース・処理負担の削減を図る構成とした場合であっても、聴感上は、厳密な平坦化が行われる場合とほぼ同等の効果を得ることができるものとなる。

このようにして本例では、スピーカ特性の逆特性が与えられるようにすることで、周波数特性の平坦化・直線位相化が図られるものとなるが、本例の場合、このような周波数特性の平坦化・直線位相化が図られることによっては、単にスピーカ１１の持つ特性による影響を低減した略フラットな特性による音響再生が実現されるという効果のみでなく、さらに、高調波信号による低域の増強感を安定して得ることができるという効果も奏することになる。

図１３（ａ）、図１３（ｂ）は、それぞれ特性の異なるスピーカＡ、スピーカＢの周波数特性を例示している。
先の説明から理解されるように、高調波信号は、ＬＰＦ処理部１５によって抽出された低域信号に基づき、その整数倍の周波数による信号が生成されたものとなる。図１３（ａ）（ｂ）ではそれぞれ、１００Hzの信号の２次高調波（２００Hz）と３次高調波（３００Hz）の位置を実線矢印により指し示しているが、これら図１３（ａ）（ｂ）の比較から理解されるように、特性の異なるスピーカ間では、同じ高調波信号について、その再生レベルが異なるものとなってしまう。すなわち、スピーカ特性が異なることで、高調波信号によって知覚される低域成分の量感にバラツキが生じてしまうものである。
また、スピーカＡ、スピーカＢをそれぞれ単独で見た場合、２次高調波と３次高調波の関係においても、その再生レベルに差が与えられてしまうことがわかる。この図の例では、スピーカＡ、スピーカＢで共に、２次高調波、３次高調波の信号のレベル差が約５ｄＢ近くあるものとなっている。このことによると、仮想的に知覚される低域成分の音質の悪化を助長することになる。
また、このように同じ周波数信号を基とした２次、３次高調波の関係のみならず、それぞれ異なる周波数の信号に基づく高調波の関係について見ても、同様に再生レベルの差が生じることになる。例えば、１００Hzの信号に基づく２次高調波（２００Hz）と６０Hzの低域信号に基づく２次高調波（１２０Hz）とを比較した場合にも、それらの再生レベルには相応の差が生じるものとなる。このことで、聴感上知覚されるレベルとしても、６０Hzと１００Hzで相応の差が生じることになる。

このようにして、高調波信号の付加によって知覚される低域成分の量感や音質は、スピーカの有する特性に依存してしまうことになる。
なお、図示による説明は省略したが、実際にスピーカにより再生される高調波の位相関係としても、使用されるスピーカの上記高調波に相当する周波数応答により異なるものとなる。すなわち、知覚される低域成分の量感・音質は、スピーカの位相特性にも依存するものである。

このような問題に対し、本例の場合は、上述のようにして中・高域における周波数特性の平坦化・直線位相化が図られるものとなる。つまりこれにより、低域信号に基づき生成される高調波信号が含まれる帯域について、周波数特性の平坦化・直線位相化が図られているものである。
この結果、上述のようなスピーカ特性の影響による低域の量感・音質の劣化の防止を図ることができ、仮想信号による低域の増強感が安定して得られるようにすることができる。

なお、このような仮想信号による低域の増強感の安定化のみの観点からみれば、周波数特性の平坦化・直線位相化は、少なくとも高調波信号が含まれる帯域のみに限定して行うこともできる。すなわち、例えば本例のように高調波信号として３次高調波までを生成する場合には、低域信号における上限周波数（つまりスピーカ１１にて充分な音響再生を行うことができるとされる帯域の下限周波数）をｆ0としたとき、ｆ0＜ｆ＜ｆ0×３の範囲内において周波数特性の平坦化・直線位相化を実現すればよい。具体的に、この場合の特性付与フィルタ７ｂに対しては、先に説明した逆特性１／Ｈｂ(s)のうちのｆ0＜ｆ＜ｆ0×３で表される周波数帯域の特性を設定しておき、該特性が入力信号に対して付与されるようにすればよい。
このような構成とすれば、中・高域におけるスピーカ本来の特性は残したまま、低域再生において、仮想信号による低域増強をバラツキなく良好に実現することができる。

＜第２の実施の形態＞

続いて、第２の実施の形態について説明する。
図１４は、第２の実施の形態としての信号処理装置の構成について説明するための図である。第２の実施の形態は、上記により説明した第１の実施の形態としての音声信号処理系の動作を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）の処理動作によって実現するものである。
なお、図１４では、このようなＣＰＵが設けられる信号処理装置を備えて構成された電子機器の内部構成を示している。このような電子機器としては、例えばパーソナルコンピュータなどを想定している。

図１４において、先ずＣＰＵ２５には、図示されない記録媒体から再生されたオーディオ信号（デジタルオーディオ信号）が供給される。
ＣＰＵ２５に対しては、当該ＣＰＵ２５によるデータの読み出し／書き込みが可能とされるメモリ部２６が設けられ、当該メモリ部２６は、ＣＰＵ２５によるワーク領域として利用されたり、またＣＰＵ２５が各種処理を行う上で必要となるパラメータなどが格納される。特に本実施の形態の場合、上記メモリ部２６には、ＣＰＵ２５によって後の図１５に示す実施の形態としての音声信号処理を実行させるための、音声処理プログラム２６ａが格納されている。

ＣＰＵ２５によって音声信号処理が施されたオーディオ信号は、Ｄ／Ａ変換器９に供給されてアナログ信号に変換された後、アンプ１０にて増幅されてスピーカ１１に供給され、スピーカ１１を駆動する。

図１５のフローチャートは、ＣＰＵ２５がオーディオ信号を入力して行う処理動作を示している。
なお、この場合、ＣＰＵ２５では入力オーディオ信号を所定のフレーム単位で扱うものとされている。すなわち、この図においてオーディオ信号を扱うステップＳ１０１〜Ｓ１０７までの各処理は、オーディオ信号中の同フレームを対象として行われるものである。

先ず、ステップＳ１０１では、入力オーディオ信号に対するＬＰＦ処理を行う。すなわち、入力オーディオ信号に対し、先に説明したＬＰＦ処理部１５と同様のフィルタ特性によるフィルタ処理を行うことによって、低域信号を抽出する。
続くステップＳ１０２では、高調波信号を生成する。つまり、上記ステップＳ１０１の処理により抽出した低域信号について、例えば先の図５にて説明したものと同様の手法で高調波信号を生成する。

次のステップＳ１０３では、低域信号のレベルを検出する。そして、続くステップＳ１０４では、レベル検出結果に基づき、低域信号と高調波信号のレベルを調整する。すなわち、先の図７（ａ）（ｂ）にて説明した入／出力レベル特性に基づき、低域信号のレベルと高調波信号のレベルとを調整する。

次のステップＳ１０５では、レベル調整した低域信号と高調波信号とを加算し（第１加算信号の生成）、続くステップＳ１０６では、入力オーディオ信号に対して第１加算信号を加算する（第２加算信号の生成）。

そして、次のステップＳ１０７では、第２加算信号に対し、逆特性を付与して出力する。すなわち、第２加算信号に対して先に説明したＦＩＲフィルタとしてのデジタルフィルタ処理によって逆特性１／Ｈｂ(s)を付与し、その結果をＤ／Ａ変換器９に対して出力する。

続くステップＳ１０８では、処理を終了すべき状態となったか否かを判別する。例えば、オーディオ信号の再生停止を指示する操作入力が行われるなど、予め設定された処理終了のための所定のトリガの発生有無を判別する。ステップＳ１０８において、処理を終了すべき状態となっていないとして否定結果が得られた場合は、ステップＳ１０１に戻るようにされる。また、処理を終了すべき状態となったとして肯定結果が得られた場合は、この図に示される処理動作を終了する。

＜第３の実施の形態＞

図１６は、第３の実施の形態としてのテレビジョン受像機の構成について説明するための図である。なお、第３の実施の形態のテレビジョン受像機としては、ＤＳＰ７にて行われる処理内容が異なる以外は、先の第１の実施の形態の場合のテレビジョン受像機１の構成と同様となることから、図１６では、この場合のＤＳＰ７により実現される処理機能ブロックのみについて主に示す（この場合もＤＳＰ７外部のＤ／Ａ変換器９も併せて示す）。
また、確認のために述べておくと、第３の実施の形態のテレビジョン受像機においては、この図に示される各処理機能を実現するためのデジタル信号処理がＤＳＰ７により実行されるようにして、メモリ８内に格納される音声処理プログラム８ａの内容が変更されるものとなる。
なお、この図１６において、既に先の図２にて説明した処理機能ブロックについては同一符号を付して説明を省略する。

図示するようにして第３の実施の形態の場合のＤＳＰ７としては、先の第１の実施の形態の場合のＤＳＰ７の処理機能ブロックに加えて、高調波生成処理部１９とゲイン調整処理部２１との間に対高調波特性付与処理部３０が、またオーディオ信号のＬＰＦ処理部１５への分岐点と加算処理部１６との間に対してＨＰＦ（High Pass Filter）処理部３１が追加される。その上で、第１の実施の形態のＤＳＰ７に備えられていた特性付与フィルタ処理部７ｂが省略されたものとなる。

ＨＰＦ処理部３１は、ＬＰＦ処理部１５のカットオフ周波数と同周波数によるカットオフ周波数が設定される。これにより、ＨＰＦ処理部３１は、入力オーディオ信号における低域信号以外の帯域の信号を抽出するようにされる。換言すれば、スピーカ１１により充分な音響再生を行うことができるとされる中・高域の信号が抽出される。

また、対高調波特性付与処理部３０は、高調波生成処理部１９により生成された高調波信号に対し、予め定められた信号特性を与えるためのフィルタ処理を行う。この対高調波特性付与処理部３０による特性付与は、先の各実施の形態の場合のように全周波数帯域にわたって周波数特性の平坦化・直線位相化が図られるようにする必要はなく、少なくとも高調波が付加される帯域を対象として平坦化・直線位相化が図られるようにするために行われる。

図１７は、対高調波特性付与処理部３０に設定されるべき特性について説明するための図である。
先ず、この場合も平坦化・直線位相化のための特性の設定にあたっては、先の図８で説明したようにスピーカ１１による再生音についてインパルス応答、周波数特性の測定を行って、逆特性を算出する。なお、この場合の特性付与はあくまで高調波が付与される帯域を対象とするので、測定にあたって先の図１０に示したような低域のブーストを行う必要はない。
対高調波特性付与処理部３０に対しては、このように算出した逆特性の少なくとも一部帯域の特性のみを設定する。
図１７では、算出された逆特性における一部帯域の特性のみを抽出して示している。この図では一例として、例えば７５Hzの信号の２倍から１３倍の高調波が存在する帯域、すなわち１５０Hz〜１ｋHzの帯域の特性を抽出している。なお、実施の形態の場合、高調波信号としては３次高調波までを生成するものとされるので、低域信号における上限周波数をｆ0としたとき、ｆ0＜ｆ＜ｆ0×３の帯域の逆特性のみが設定されるようにすればよい。

このように対高調波特性付与処理部３０にて逆特性の一部帯域のみの特性が設定されることに伴い、この場合のスピーカ１１の特性は、高調波信号の生成系についてのみ見た場合、次の図１８に示されるようにして補正されることになる。すなわち、逆特性が付与された帯域のみ平坦化されるものとなる。

ここで、注意すべきは、この場合の特性付与は、高調波生成処理部１９により生成された高調波信号に対してのみ行われるという点である。つまりこの場合、ＬＰＦ処理部１５で抽出された低域信号、ＨＰＦ処理部３１で抽出された中・高域信号については補正が行われずにそのままスピーカ１１の特性が与えられて出力されることになる。換言すれば、この場合の逆特性による補正としてはオーディオ信号から別途生成された高調波信号についてのみ作用するものであり、入力オーディオ信号については、高調波が付与される帯域も含めた全帯域にわたってスピーカ１１による特性を付与させて出力させることができるものである。

このような第３の実施の形態としての構成により、高調波信号の付加による低域の増強感がスピーカ特性によらず安定して得られるようにするという点と、スピーカ特性を活かした音響再生を行うという点の両立を図ることができる。

なお、このような第３の実施の形態としての音声信号処理についても、第２の実施の形態と同様にＣＰＵによる処理動作で実現することもできる。その場合のＣＰＵで行われるべき処理動作は、第２の実施の形態で説明した図１５の一連の処理動作について、ステップＳ１０２による高調波信号の生成処理の後からステップＳ１０４の処理の前までの間に、対高調波特性付与処理部３０による処理と同様の処理を追加し、且つステップＳ１０４では、このように特性付与された高調波信号と低域信号のレベルを調整する処理を行う。さらに、ステップＳ１０６の処理よりも前に、入力オーディオ信号に対するＨＰＦ処理部３１による処理と同様の処理を追加し、且つステップＳ１０６では、このようにＨＰＦ処理されたオーディオ信号と第１加算信号とを加算する処理を行うようにする。なおこの場合、ステップＳ１０７の処理が省略されることは言うまでもない。

また、第３の実施の形態では、ＨＰＦ処理を追加するものとしたが、これを省略した場合にも同様の効果が得られることに変わりはない。

＜第４の実施の形態＞

図１９は、第４の実施の形態としての信号処理装置の構成について説明するための図である。なお、第４の実施の形態においても、テレビジョン受像機の構成は、ＤＳＰ７にて行われる処理内容が異なる以外は先の第１の実施の形態の場合のテレビジョン受像機１の構成と同様となることから、図１９では、この場合のＤＳＰ７により実現される処理機能ブロックを主に示す（この場合もＤ／Ａ変換器９を併せて示す）。
また、この場合としても、この図に示される各処理機能を実現するためのデジタル信号処理がＤＳＰ７により実行されるようにして、メモリ８内に格納される音声処理プログラム８ａの内容が変更される。
また、この図１９では、既に先の図２、及び図１６にて説明した処理機能ブロックについては同一符号を付して説明を省略する。

第４の実施の形態の場合のＤＳＰ７としては、先の第３の実施の形態の場合のＤＳＰ７の処理機能ブロックに加えて、先の第１の実施の形態で説明した特性付与フィルタ処理部７ｂと、さらにＥＱ処理部７ｃが追加される。また、図１６に示した対高調波特性付与処理部３０に代えて、ＥＱ逆特性付与処理部３２が設けられる。
この場合も上記特性付与フィルタ処理部７ｂは、加算処理部１６により得られる第２加算信号に対し、先の第１の実施の形態で説明した逆特性１／Ｈｂ(s)を与える。
また、ＥＱ処理部７ｃは、上記特性付与フィルタ処理部７ｂによって特性付与された第２加算信号に対し、所要の等化目標特性を与えるためのフィルタ処理を行う。この場合のＤ／Ａ変換器９に対しては、このようにＥＱ処理部７ｃによるフィルタ処理が施された第２加算信号が供給されることになる。
これら特性付与フィルタ処理部７ｂとＥＱ処理部７ｃとが設けられることで、この場合の高調波信号を除くオーディオ信号成分については、第１の実施の形態の場合と同様にスピーカ１１の特性が補正されて周波数特性の平坦化・直線位相化が図られた上で、所要のイコライジング処理が施されて出力されることになる。

第４の実施の形態は、このようなイコライジング処理を行う場合に対応した手法を提案するものである。すなわち、このようなイコライジング処理に伴って高調波信号による低域増強感の安定性が損なわれてしまうことの防止を図るものである。
例えば、ＥＱ処理部７ｃにおける目標特性として、次の図２０（ａ）に示すように高調波帯域のゲインを上げるような特性が設定されたとすると、加算処理部１６で得られる第２加算信号に対しては、特性付与フィルタ処理部７ｂによる逆特性付与によって平坦化・直線位相化のための特性が付与されたにも関わらず、その後のＥＱ処理部７ｃによるイコライジングによって、高調波帯域の特性の平坦なものではなくなるようにされてしまう。すなわち、このように高調波帯域の特性が平坦ではなくなることで、この場合も高調波信号による低域の増強感の安定性が損なわれてしまうものである。

そこで、第４の実施の形態では、ＥＱ逆特性付与処理部３２を設けている。ＥＱ逆特性付与処理部３２では、高調波生成処理部１９により生成された高調波信号に対し、ＥＱ処理部７ｃに設定される目標特性の逆特性となる信号特性を付与する。つまり、例えば先の図２０（ａ）の目標特性が設定される場合には、図２０（ｂ）に示されるような信号特性を高調波信号に対して付与するものである。

このようにして、高調波信号に対しＥＱ処理部７ｃの目標特性と逆特性が付与されることで、ＥＱ処理部７ｃのイコライジング処理が高調波信号による低域増強感の安定性に悪影響を与えてしまうことを防止でき、この結果、ＥＱ処理部７ｃによるイコライジングが行われる場合であっても、高調波信号による低域の増強感を安定して得ることができる。

ここで、ＥＱ処理部７ｃで設定される目標特性については、図２０（ａ）で例示したような所定帯域のみゲインを上げる特性以外にも、例えば次の図２１（ａ）に示されるように、他のスピーカの特性を模した目標特性などを設定することもできる。例えば、図２１（ａ）に示す目標特性を設定した場合、ＥＱ逆特性付与処理部３２にて設定される特性は図２１（ｂ）に示すものとなる。
このとき、ＥＱ処理部７ｃに設定される目標特性は、固定であってもよいし可変とされてもよい。可変とする場合、例えばユーザ操作に応じてＥＱ処理部７ｃに設定される目標特性が変更されるようにすればよい。この場合、目標特性の変更は、いわゆるグラフィックイコライザのように所定の周波数帯域ごとのゲインの変更が可能となるようにしてもよいし、プリセットによる複数の特性の中から選択するようにしてもよい。

このようにして第４の実施の形態によれば、音声信号処理系に対し任意のイコライザを追加することができ、かつイコライザの種類に依存せず、高調波信号による低域増強感を安定して得ることができる。

なお、第４の実施の形態としての音声信号処理についても、第２の実施の形態と同様にＣＰＵによる処理動作で実現することもできる。その場合のＣＰＵで行われるべき処理動作は、第２の実施の形態で説明した図１５の一連の処理動作について、ステップＳ１０２による高調波信号の生成処理の後からステップＳ１０４の処理の前までの間に、ＥＱ逆特性付与処理部３２による処理と同様の処理を追加し、且つステップＳ１０４では、このように特性付与された高調波信号と低域信号のレベルを調整する処理を行う。さらに、ステップＳ１０６の処理よりも前に、入力オーディオ信号に対するＨＰＦ処理部３１による処理と同様の処理を追加し、且つステップＳ１０６では、このようにＨＰＦ処理されたオーディオ信号と第１加算信号とを加算する処理を行うようにする。また、ステップＳ１０７とステップＳ１０８との間に、ＥＱ処理部７ｃの処理と同様の処理を追加する。
また、第４の実施の形態としてもＨＰＦ処理については省略することもできる。

また、第４の実施の形態において、特性付与フィルタ処理部７ｂとＥＱ処理部７ｃはその挿入位置が前後してもよい。すなわち、加算処理部１６により得られる第２加算信号の成分に対して平坦化・直線位相化のための特性付与処理とイコライジング処理を行う順番は、前後してもよい。

＜変形例＞

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明としてはこれまでに説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えば、これまでの説明では、簡単のため、実施の形態としての音声信号処理を１チャンネル分のオーディオ信号について行う場合を例示したが、例えばＬチャンネルとＲチャンネルによるステレオ再生を行う場合、或いは５．１チャンネルなどのマルチチャンネル再生を行う場合には、各チャンネルの入力オーディオ信号ごとにこれまでに説明した音声信号処理を行う構成を設けるものとすればよい。

また、これまでの説明では、スピーカ特性の逆特性として、振幅特性と位相特性の双方を付与する場合を例示したが、振幅特性のみを付与することもできる。その場合としても、高調波信号による低域の増強感の安定効果は相応に得ることができる。
なお、実施の形態で例示したように位相特性も付与するものとして直性位相化を図ることができれば、音像の定位感を増すことができる。

また、高調波信号の生成手法は、図５に示した構成に基づく演算を行う以外の、他の手法を採ることもできる。例えば、いわゆる全波整流方式として、次の図２２（ａ）（ｂ）による比較で示されるように、入力信号を絶対値化することで高調波信号を生成するといった手法を採ることもできる。

また、これまでの説明では、本発明としての音声信号処理機能が、ＤＳＰやＣＰＵによるデジタル処理で実現される場合を例示したが、アナログ回路により各処理機能を実現するように構成することもできる。

また、これまでの説明では、本発明がテレビジョン受像機に適用される場合を例示したが、本発明としては、低域信号の充分な再生が困難とされる小型スピーカによる音響再生を行うことが想定される電子機器に対して広く好適に適用することができる。例えば、小型スピーカを備えるアクティブスピーカ装置や、携帯型のゲーム機器などに対しても好適に適用することができる。

また、本発明の範囲からは逸脱するが、特に第３、第４の実施の形態で例示した音声信号処理系としては、低域信号のブーストによる増強は行わずに、高周波信号のみで低域を増強する構成とすることもできる。その場合のＤＳＰの処理機能ブロックの構成例を図２３、図２４にそれぞれ示す。この場合は、先の図１６、図１９の構成から低域信号のレベル調整制御系（ゲイン調整処理部１７とゲイン調整制御処理部２０における低域信号側についてのゲイン制御機能）と、加算処理部２２を省略して、ＬＰＦ処理部１５の出力がレベル検出処理部１８と高調波生成処理部１９のみに供給されるようにした上で、ゲイン調整処理部２１による出力を加算処理部１６によりオーディオ信号と加算するように構成する。
このように高調波信号のみで低域を増強する構成とした場合は、低域信号の出力は不要であるので、ＨＰＦ処理部３１によるＨＰＦ処理は、図のように加算処理部１６による加算後の信号に対して行うようにすることもできる。
また、この場合は、低域信号の入力レベル（検出レベル）が比較的低い場合にも高調波信号による低域増強感が得られるように、ゲイン調整制御処理部２０におけるゲイン制御特性を変更することになる。つまりこの場合、図７（ｂ）に示したような、低域信号の入力レベルが低い場合における高調波信号の出力されない部分が形成されないように、ゲイン制御特性を変更する。

なお、この場合としても、少なくとも入力オーディオ信号に加算される前の高調波信号に対して所要の信号特性付与を行うものとしていることで、入力オーディオ信号成分に影響を与えずに、高調波信号成分のみに独立して所要の信号特性を与えることができる。つまりこれにより、第３、第４の実施の形態で説明したように、平坦化（及び直線位相化）のための逆特性付与を高調波信号のみに独立して行って高調波による低域増強の安定化を図りつつ、スピーカ本来の特性を活かした音響再生を実現したり、或いはＥＱ処理部の目標特性の逆特性を高調波信号成分のみに付与して高調波の低域増強の安定化を図りつつ、任意のイコライザを用いることができるという効果を得ることができる。

また、図２３、図２４の構成においては、敢えて低域信号レベルに応じて高調波信号のレベルを調整する構成を設ける必要はない。すなわち、レベル検出処理部１８、ゲイン調整制御処理部２０、ゲイン調整処理部２１を省略した構成とした場合にも同様の効果を得ることができる。但し、図２３、図２４のように高調波信号についてのレベル調整を行う構成を付加するものとすれば、入力低域信号レベルに対する高調波信号の出力レベルの特性をリニアではない任意の特性にすることができる。

本発明の第１の実施の形態としての信号処理装置を備えて構成されるテレビジョン受像機の内部構成を示すブロック図である。 図１に示すテレビジョン受像機が備えるＤＳＰにより実現される処理機能をブロック化して主に示した図である。 低周波数帯域信号を生成するためのＬＰＦ特性を例示した図である。 ＬＰＦ処理を実現するためのデジタルフィルタの構成を例示した図である。 高調波信号を生成するためのデジタル演算器の構成の一例を示した図である。 高調波の概念図である。 低周波数帯域信号（低域信号）と高調波信号についてのゲイン調整制御特性を例示した図である。 スピーカ特性の逆特性について説明するための図である。 スピーカ特性の逆特性を付与するフィルタ処理を実現するためのデジタルフィルタの構成の例示した図である。 通常のスピーカ特性と低域ブースト特性とを例示した図である。 低域をブーストさせた状態で得られるスピーカ特性を例示した図である。 実施の形態としての逆特性を例示した図である。 スピーカ特性が高調波信号による低域増強に対して与える影響について説明するための図である。 第２の実施の形態としての信号処理装置を備えて構成される電子機器の内部構成を示したブロック図である。 実施の形態としての音声信号処理動作を実現するために行われるべき処理動作について示したフローチャートである。 第３の実施の形態としてのテレビジョン受像機が備えるＤＳＰにより実現される処理機能をブロック化して主に示した図である。 第３の実施の形態において高調波信号に対して付与される特性を例示した図である。 図１７に示される特性が付与された場合のスピーカ特性の例を示した図である。 第４の実施の形態としてのテレビジョン受像機が備えるＤＳＰにより実現される処理機能をブロック化して主に示した図である。 第４の実施の形態にて行われるイコライジング処理で設定される目標特性とその逆特性を例示した図である。 第４の実施の形態にて行われるイコライジング処理で設定される目標特性とその逆特性の他の例を示した図である。 高調波信号の生成手法に関する変形例について説明するための図である。 第３の実施の形態の変形例の構成の説明図である。 第４の実施の形態の変形例の構成の説明図である。 大型スピーカと小型スピーカによる音響再生特性を対比して示した図である。

符号の説明

１ テレビジョン受像機、２ チューナ部、３ 放送信号処理部、４ 映像信号処理部、５ ドライバ、６ 表示部、７ ＤＳＰ、７ａ 低域増強処理部、７ｂ 特性付与フィルタ処理部、７ｃ ＥＱ処理部、８ メモリ、８ａ 音声処理プログラム、９ Ｄ／Ａ変換器、１０ アンプ、１１ スピーカ、１５ ＬＰＦ処理部、１６,２２ 加算処理部、１７,２１ ゲイン調整処理部、１８ レベル検出処理部、１９ 高調波生成処理部、２０ ゲイン調整制御処理部、２５ ＣＰＵ、２６ メモリ部、２６ａ 音声処理プログラム、３０ 対高調波特性付与処理部、３１ ＨＰＦ処理部、３２ ＥＱ逆特性付与処理部

Claims (21)

1. 入力オーディオ信号の低周波数帯域信号を抽出する低域信号抽出部と、
   上記低域信号抽出部により抽出された低周波数帯域信号の高調波信号を生成する高調波生成部と、
   上記低域信号抽出部により抽出された低周波数帯域信号のレベルを検出するレベル検出部と、
   上記低域信号抽出部により抽出された上記低周波数帯域信号のレベルと上記高調波生成部により生成された上記高調波信号のレベルを、上記レベル検出部により検出される上記低周波数帯域信号のレベルに応じて調整制御する調整制御部と
   を備えることを特徴とする信号処理装置。
2. さらに、上記調整制御部によりレベル調整された上記低周波数帯域信号と上記高調波信号と上記入力オーディオ信号とを加算する加算部と、
   上記加算部によって上記低周波数帯域信号と上記高調波信号と上記オーディオ信号とが加算された信号成分に対して、所定の信号特性を与える第１のフィルタ部とを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
3. 上記調整制御部は、
   上記レベル検出部により検出される上記低周波数帯域信号のレベルが所定の閾値より大となるときは、上記低周波数帯域信号の出力レベルが一定レベルに抑制されるように上記低周波数帯域信号のレベルを調整制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
4. 上記調整制御部は、
   上記レベル検出部により検出される上記低周波数帯域信号のレベルが所定の閾値以下のときは、上記高調波信号が出力されないようにし、上記低周波数帯域信号のレベルが上記所定の閾値より大となるときは、上記高調波信号の出力レベルが上記低周波数帯域信号の検出レベルに比例したレベルとなるように調整制御を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
5. 上記調整制御部は、
   上記レベル検出部により検出される上記低周波数帯域信号のレベルが第１の閾値より大となるときは、上記低周波数帯域信号の出力レベルが一定のレベルに抑制されるように上記低周波数帯域信号のレベルを調整制御し、
   上記レベル検出部により検出される上記低周波数帯域信号のレベルが、上記第１の閾値よりも小なる第２の閾値以下のときは上記高調波信号が出力されないようにし、上記低周波数帯域信号のレベルが上記第２の閾値より大となるときは、上記高調波信号の出力レベルが上記低周波数帯域信号の検出レベルに比例したレベルとなるように調整制御を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
6. 上記第１のフィルタ部は、上記信号特性として、当該信号処理装置による出力信号に基づく音響再生を行うスピーカの特性の逆特性としての信号特性を与える
   ことを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
7. 上記逆特性は、
   予め上記低域信号抽出部で抽出対象とする低周波数帯域をブーストした測定信号を、上記スピーカにより出力させて測定された上記スピーカの特性に基づき算出されたものである
   ことを特徴とする請求項６に記載の信号処理装置。
8. 上記調整制御部によりレベル調整される前の上記高調波信号に対して所要の信号特性を与える第２のフィルタ部をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
9. 上記調整制御部によりレベル調整された上記低周波数帯域信号と上記高調波信号と上記入力オーディオ信号とを加算する加算部を備えると共に、
   上記第２のフィルタ部は、上記信号特性として、当該信号処理装置による出力信号に基づく音響再生を行うスピーカの特性の逆特性としての信号特性を上記高調波信号に対して与える
   ことを特徴とする請求項８に記載の信号処理装置。
10. さらに、上記調整制御部によりレベル調整された上記低周波数帯域信号と上記高調波信号と上記入力オーディオ信号とを加算する加算部と、
    上記加算部によって上記低周波数帯域信号と上記高調波信号と上記オーディオ信号とが加算された信号成分に対して、当該信号処理装置による出力信号に基づく音響再生を行うスピーカの特性の逆特性としての信号特性を与える第１のフィルタ部と、
    上記加算部によって上記低周波数帯域信号と上記高調波信号と上記オーディオ信号とが加算された信号成分に対して、所要の信号特性を目標特性とした等化処理を行う等化処理部とを備えると共に、
    上記第２のフィルタ部は、上記信号特性として、上記等化処理部の目標特性の逆特性としての信号特性を上記高調波信号に対して与える
    ことを特徴とする請求項８に記載の信号処理装置。
11. 入力オーディオ信号の低周波数帯域信号を抽出する低域信号抽出手順と、
    上記低域信号抽出手順により抽出した低周波数帯域信号の高調波信号を生成する高調波生成手順と、
    上記低域信号抽出手順により抽出した低周波数帯域信号のレベルを検出するレベル検出手順と、
    上記低域信号抽出手順により抽出した上記低周波数帯域信号のレベルと上記高調波生成手順により生成した上記高調波信号のレベルを、上記レベル検出手順により検出される上記低周波数帯域信号のレベルに応じて調整制御する調整制御手順と
    を備えることを特徴とする信号処理方法。
12. さらに、上記調整制御手順によりレベル調整された上記低周波数帯域信号と上記高調波信号と上記入力オーディオ信号とを加算する加算手順と、
    上記加算手順によって上記低周波数帯域信号と上記高調波信号と上記オーディオ信号とが加算された信号成分に対して、所定の信号特性を与える第１のフィルタ手順とを備える
    ことを特徴とする請求項１１に記載の信号処理方法。
13. 上記調整制御手順は、
    上記レベル検出手順により検出される上記低周波数帯域信号のレベルが所定の閾値より大となるときは、上記低周波数帯域信号の出力レベルが一定レベルに抑制されるように上記低周波数帯域信号のレベルを調整制御する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の信号処理方法。
14. 上記調整制御手順は、
    上記レベル検出手順により検出される上記低周波数帯域信号のレベルが所定の閾値以下のときは、上記高調波信号が出力されないようにし、上記低周波数帯域信号のレベルが上記所定の閾値より大となるときは、上記高調波信号の出力レベルが上記低周波数帯域信号の検出レベルに比例したレベルとなるように調整制御を行う
    ことを特徴とする請求項１１に記載の信号処理方法。
15. 上記調整制御手順は、
    上記レベル検出手順により検出される上記低周波数帯域信号のレベルが第１の閾値より大となるときは、上記低周波数帯域信号の出力レベルが一定のレベルに抑制されるように上記低周波数帯域信号のレベルを調整制御し、
    上記レベル検出手順により検出される上記低周波数帯域信号のレベルが、上記第１の閾値よりも小なる第２の閾値以下のときは上記高調波信号が出力されないようにし、上記低周波数帯域信号のレベルが上記第２の閾値より大となるときは、上記高調波信号の出力レベルが上記低周波数帯域信号の検出レベルに比例したレベルとなるように調整制御を行う
    ことを特徴とする請求項１１に記載の信号処理方法。
16. 上記第１のフィルタ手順は、上記信号特性として、当該信号処理方法による出力信号に基づく音響再生を行うスピーカの特性の逆特性としての信号特性を与える
    ことを特徴とする請求項１２に記載の信号処理方法。
17. 上記逆特性は、
    予め上記低域信号抽出手順で抽出対象とする低周波数帯域をブーストした測定信号を、上記スピーカにより出力させて測定された上記スピーカの特性に基づき算出されたものである
    ことを特徴とする請求項１６に記載の信号処理方法。
18. 上記調整制御手順によりレベル調整される前の上記高調波信号に対して所要の信号特性を与える第２のフィルタ手順をさらに備える
    ことを特徴とする請求項１１に記載の信号処理方法。
19. 上記調整制御手順によりレベル調整された上記低周波数帯域信号と上記高調波信号と上記入力オーディオ信号とを加算する加算手順を備えると共に、
    上記第２のフィルタ手順は、上記信号特性として、当該信号処理方法による出力信号に基づく音響再生を行うスピーカの特性の逆特性としての信号特性を上記高調波信号に対して与える
    ことを特徴とする請求項１８に記載の信号処理方法。
20. さらに、上記調整制御手順によりレベル調整された上記低周波数帯域信号と上記高調波信号と上記入力オーディオ信号とを加算する加算手順と、
    上記加算手順によって上記低周波数帯域信号と上記高調波信号と上記オーディオ信号とが加算された信号成分に対して、当該信号処理方法による出力信号に基づく音響再生を行うスピーカの特性の逆特性としての信号特性を与える第１のフィルタ手順と、
    上記加算手順によって上記低周波数帯域信号と上記高調波信号と上記オーディオ信号とが加算された信号成分に対して、所要の信号特性を目標特性とした等化処理を行う等化処理手順とを備えると共に、
    上記第２のフィルタ手順は、上記信号特性として、上記等化処理手順の目標特性の逆特性としての信号特性を上記高調波信号に対して与える
    ことを特徴とする請求項１８に記載の信号処理方法。
21. 入力オーディオ信号の低周波数帯域信号を抽出する低域信号抽出処理と、
    上記低域信号抽出処理により抽出した低周波数帯域信号の高調波信号を生成する高調波生成処理と、
    上記低域信号抽出処理により抽出した低周波数帯域信号のレベルを検出するレベル検出処理と、
    上記低域信号抽出処理により抽出した上記低周波数帯域信号のレベルと上記高調波生成処理により生成した上記高調波信号のレベルを、上記レベル検出手順により検出される上記低周波数帯域信号のレベルに応じて調整制御する調整制御処理と
    を信号処理装置に実行させるプログラム。

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