JP2011217067A - 音信号出力制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】入力された音信号をクリップさせることなく出力させる技術を提供する。
【解決手段】マイク10の出力信号を増幅するマイク音量に応じて予め定められた圧縮制御情報をコンプレッサ制御部103からコンプレッサ104に入力し、コンプレッサ104は、マイク10からの音声信号が入力されると、コンプレッサ制御部103から指示されたマイク音量に応じた圧縮制御情報に基づき、当該音声信号の信号レベルと予め定められた閾値を比較し、当該閾値を超える音声信号に対し、マイク音量に応じて定められた圧縮態様に従って圧縮処理を施して出力する。
【選択図】図2

Description

本発明は、音信号出力制御装置に関する。
コンプレッサは、所定の信号レベルを超える音信号が入力された場合に、信号圧縮処理を行って最大信号レベルに達しないようにするものであり、カラオケ装置等においても用いられている。下記特許文献1には、出力レベルの異なるオーディオデータと音声データの各出力信号を、出力レベルが低い方に合わせるようにゲインダウンさせてミキシングする録音機能を備えたカラオケ装置が開示されている。
特開2004−295934号公報
ところで、コンプレッサは、コンプレッサに設定された閾値を入力信号が超えると、圧縮処理を行うから音声信号の波形に歪が生じる。カラオケ装置におけるマイクからの音声信号は出来る限り歪みなく出力したいという要望があるので、コンプレッサによる圧縮処理を行わない方が好ましい。一方、マイクからの音声信号を増幅するアンプのボリューム値が大きい場合にはコンプレッサによる圧縮処理を強く効かせなければクリップが発生するという問題がある。
本発明は、入力された音信号をクリップさせることなく出力させる音声出力制御装置を提供する。
本発明の請求項1に係る音信号出力制御装置は、マイクから入力される音信号を増幅するマイク音量を検出する音量検出手段と、前記マイク音量に応じた音信号の圧縮の態様を定めた圧縮制御情報を記憶する記憶手段と、前記マイクから入力された音信号が、予め設定されている閾値を超えると、前記音量検出手段において検出された前記マイク音量に応じた前記記憶手段内の前記圧縮制御情報に従い、前記閾値を超えている前記音信号に対して圧縮処理を行う圧縮手段と、前記圧縮手段において圧縮された音信号を出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明の請求項2に係る音信号出力制御装置は、前記音信号出力制御装置において、前記音信号の周波数成分を分析してハウリングを起こしている周波数成分を検出するハウリング検出手段と、前記マイク音量に応じた音信号の減衰量を記憶する減衰量記憶手段と、前記ハウリング検出手段が検出したハウリングを起こしている周波数成分を、前記音量検出手段によって検出されたマイク音量に応じた前記減衰量記憶手段における減衰量に従って減衰させるハウリング抑制手段とを備え、前記出力手段は、前記圧縮手段による圧縮処理と前記ハウリング抑制手段における減衰処理が施された音信号を出力することを特徴とする。
また、本発明の請求項3に係る音信号出力制御装置は、前記音信号出力制御装置において、前記閾値は、前記マイク音量に応じて予め定められた閾値であり、前記圧縮制御情報は、前記マイクから入力された音信号が前記閾値を超えてから圧縮を行うまでの第1時間と、当該音信号が再び前記閾値以下となってから圧縮を停止するまでの第2時間と、圧縮の割合を示す情報を含み、前記圧縮手段は、前記音量検出手段が検出したマイク音量に応じた前記圧縮制御情報に基づき、前記音信号が前記閾値を超えた時点から前記第1時間の経過した後、前記圧縮の割合に従って当該音信号を圧縮し、当該音信号が当該閾値以下になった時点から前記第2時間が経過したときに当該音信号の圧縮を停止することを特徴とする。
請求項1に記載の構成によれば、マイクから入力された音信号をクリップさせることなく出力することができる。
請求項2に記載の構成によれば、マイクから入力された音信号のハウリングを抑制することができる。
請求項3に記載の構成によれば、マイクから入力された音信号に対し、マイク音量に応じた圧縮処理を適切に行うことができる。
実施形態に係るカラオケ装置の構成を表すブロック図である。 実施形態に係る音声信号処理部の構成を説明する図である。 (a)は、実施形態に係る圧縮制御情報の構成及びデータ例を示す図である。(b)は、実施形態に係るハウリング制御情報の構成及びデータ例を示す図である。 実施形態に係る音声信号の波形を例示した図である。 実施形態に係る音声信号の圧縮態様を説明する図である。 (a)〜(d)は、実施形態に係る圧縮処理を説明する図である。 実施形態に係る音声信号のハウリング抑制処理を説明する図である。
本実施形態に係る音信号出力制御装置は、カラオケ装置に組み込まれて使用される場合の例について説明するが、単体で用いてもよいし、カラオケ装置以外の楽音発生装置と合わせて使用されてもよい。以下、本実施形態に係るカラオケ装置の構成について説明する。
図1は、本実施形態に係るカラオケ装置の構成を表すブロック図である。カラオケ装置1には、マイク接続端子にマイク10が接続されており、制御部11、操作部12、記憶部13、音源部14、表示部15、音声信号処理部16を含んで構成されている。
マイク10は、例えば、コンデンサマイク等の拡声手段であり、歌唱者が発する歌唱音声を収音した音信号を音声信号処理部16へ送出する。制御部11は、CPU及びRAMやROMのメモリで構成されており、RAMをワーキングエリアとして、ROMに記憶されている制御プログラムを実行することにより、制御部11と接続されている各部を制御する。特に、制御部11は、後述の操作部12で設定されたマイク10の音量に応じてマイク10の出力信号を増幅するマイク音量(ゲイン)を検出し、検出したマイク音量を音声信号処理部16へ送出する。
操作部12は、利用者からの操作を有線又は無線により受付ける操作手段であり、マイク音量を設定する操作を受付けるマイク音量操作摘みや、楽曲の音量の調節操作を受付ける楽曲音量操作摘み、歌唱音と楽曲の各音声信号を合わせた全音量の調節操作を受付ける主音量調節摘みを含むと共に、楽曲の選択操作や楽曲の再生や停止を指示する操作ボタン等の操作子を含んで構成される。操作部12は、利用者による操作を示す操作信号を制御部11へ送出する。
記憶部13は、不揮発性記憶媒体で構成されており、MIDI等の楽曲データや歌詞データ等の他、音声信号処理部16の信号処理の際に参照される音声信号処理制御情報130が記憶されている。なお、音声信号処理制御情報130には、圧縮制御情報及びハウリング制御情報が含まれており、これらの詳細は後述する。
音源部14は、制御部11の制御の下、指示された楽曲データを再生して楽音信号を生成し、音声信号処理部16へ送出する。表示部15は、液晶ディスプレイ等で構成され、制御部11の制御の下、指示された楽曲の歌詞データや操作部12において受付けられた操作内容を表示する。
音声信号処理部16は、本発明に係る音信号出力制御装置の一例であり、音声信号処理部16は、制御部11の制御の下、マイク10から入力された音信号に対し所定の信号処理を施して出力する。ここで、音声信号処理部16の詳細について説明する。図2は、音声信号処理部16の構成を中心とするブロック図である。音声信号処理部16は、プリアンプ101、A/D変換部102、コンプレッサ制御部103、コンプレッサ104、ハウリング抑制部105、ハウリング抑制制御部106、ミキサ107、D/A変換部108、アンプ109、スピーカ110を含んで構成されている。
本実施形態では、コンプレッサ制御部103、コンプレッサ104、ハウリング抑制部105、ハウリング抑制制御部106、ミキサ107は、DSP(Digital Signal Processor)により実現される。
プリアンプ101は、制御部11によって指示されたマイク音量に応じて、マイク10からの出力信号を増幅してA/D変換部102に送出する。A/D変換部102は、プリアンプ101から出力された出力信号をA/D変換し、A/D変換した音声信号をコンプレッサ104に送出する。
コンプレッサ制御部103は、制御部11から出力されたマイク音量を検知し、検知したマイク音量に対応する圧縮制御情報を記憶部13から読み出してコンプレッサ104に送出する。コンプレッサ104は、本発明に係る圧縮手段であり、A/D変換部102から出力された音声信号の信号レベルがマイク音量に応じた閾値を超えると、コンプレッサ制御部103から送出された圧縮制御情報に従って音声信号を圧縮する処理を行う。
ここで、圧縮制御情報について説明する。図3(a)は、圧縮制御情報の構成及びデータ例を示す図である。この図において、マイク音量は、マイク音量操作摘みで設定可能なマイク音量の範囲(V1<V2<V3・・・<Vn)を示している。アタックタイム(ΔT1)は、音声信号が閾値を超えてから圧縮処理を開始するまでの時間を示し、リリースタイム(ΔT2)は、音声信号が再び閾値以下になってから圧縮処理を停止するまでの時間を示している。また、レシオは、マイク音量に応じて音声信号を圧縮する圧縮比率である。閾値(Vth)は、圧縮対象となる信号レベルであり、コンプレッサ104における最大信号レベル(Vmax)より小さい値が設定されている。
例えば、A/D変換部102から図4に示す波形30の音声信号が出力された場合において、この音声信号がコンプレッサ104に入力されると、図5に示すように、閾値Vthを超えたt1からマイク音量に応じたアタックタイムΔT1が経過した時点から、当該マイク音量に対応するレシオに従って音声信号の圧縮処理が開始される。そして、再び音声信号の信号レベルが閾値Vth以下になるt2からマイク音量に応じたリリースタイムΔT2が経過した時点で圧縮処理が停止される。この圧縮処理によって波形31のように圧縮される。
なお、本実施形態では、図3(a)に示す圧縮制御情報において、アタックタイム及びリリースタイムは、マイク音量が大きいほど短く設定されている(T31<T21<T11<・・・) 、(T12<T22<T32・・・)。また、レシオはマイク音量が大きいほど大きい値が設定され(R1<R2<R3・・・)、閾値は、マイク音量が大きいほど大きい閾値が設定されている(Vth1<Vth2<Vth3・・・)。
つまり、マイク音量が大きいほどマイク10に入力された音声は増幅されるため、マイク音量で増幅した分だけ閾値を高くするように設定し、コンプレッサ104の最大信号レベルでクリップさせないようにレシオを大きく設定すると共に、アタックタイム及びリリースタイムを短めに設定し、閾値を超える音声信号に高圧縮処理を行う。また、マイク音量が小さい場合には、マイク10に入力された音声の増幅も小さいため、マイク音量が大きい場合より閾値を小さく設定し、アタックタイム及びリリースタイムは、マイク音量が大きい場合より長めに設定し、閾値を超える音声信号に対して低圧縮処理を行う。このように、マイク音量に応じた適正な音量のダイナミックレンジを定義して閾値を動的に変化させ、マイク音量に応じた圧縮処理を行うことで、どのマイク音量に設定された場合でも適正なダイナミックレンジとなるように音声信号の信号レベルを自動調整することができるので、ユーザが聴きやすい音量にすることができる。
ここで、マイク音量がV3とV1(V3>V1)である場合のマイク10から入力される音声信号の例を図6(a)と(b)に示す。マイク音量がV3の場合には、図6(a)に示すように、マイク10からの音声信号は、振幅が大きいピーク波形が多く現れ、これらのピーク波形が従来のように処理されるとコンプレッサ104の最大信号レベルVmaxに達してしまう。また、マイク音量がV1の場合には、図6(b)に示すように、マイク10からの音声信号は振幅が小さいピーク波形が多く現れており、従来のように処理されたとしてもコンプレッサ104の最大信号レベルVmaxには達しない。以下、図6(a)と(b)の各波形の音声信号がコンプレッサ104に入力された場合の処理を各々説明する。
図6(a)の波形で示される音声信号がコンプレッサ104に入力される場合、コンプレッサ制御部103は制御部11から送出されたマイク音量「V3」を検出し、マイク音量「V3」に対応するアタックタイム「T31」、リリースタイム「T32」、レシオ「R3」、閾値「Vth3」を記憶部13における圧縮制御情報から選択してコンプレッサ104に送出する。
コンプレッサ104は、入力された音声信号の信号レベルが閾値Vth3を超えた時点からアタックタイム「T31」を経過したときに、レシオ「R3」の圧縮比率で音声信号の圧縮処理を開始し、音声信号が再び閾値vth3以下となった時点からリリースタイム「T32」を経過した時点で圧縮処理を停止する。この圧縮処理により、コンプレッサ104に入力された音声信号は、最大信号レベルに達する前にマイク音量に応じた圧縮態様で圧縮されて図6(c)のような波形となり、入力された音声信号が最大信号レベルVmaxでクリップされることを防止できる。
次に、図6(b)の波形で示される音声信号がコンプレッサ104に入力される場合、コンプレッサ制御部103は、制御部11から送出されたマイク音量「V1」を検出し、マイク音量「V1」に対応するアタックタイム「T11」、リリースタイム「T12」、レシオ「R1」、閾値「Vth1」を記憶部13における圧縮制御情報から選択してコンプレッサ104に送出する。
コンプレッサ104は、入力された音声信号の信号レベルが閾値Vth1を超えた時点からアタックタイム「T11」を経過したときに、レシオ「R1」の圧縮比率で音声信号の圧縮処理を開始し、音声信号が再び閾値vth1以下となった時点からリリースタイム「T12」を経過した時点で圧縮処理を停止する。コンプレッサ104に入力された音声信号のうち、閾値を超える音声信号に対して低圧縮処理がなされ、図6(d)のような波形となる。以上がコンプレッサ104による圧縮処理である。
図2に戻り、説明を続ける。ハウリング抑制制御部106は、制御部11から出力されたマイク音量に応じた減衰条件を示すハウリング制御情報を記憶部13から読み出してハウリング抑制部105に指示する。
ここで、ハウリング制御情報について説明する。図3(b)は、ハウリング制御情報の構成及びデータ例を示す図である。この図において、マイク音量は、上述した圧縮制御情報と同様、マイク音量操作摘みで設定可能なマイク音量の範囲(V1<V2<V3・・・<Vn)を示しており、各マイク音量に対応するゲインは、ハウリング周波数成分のゲインの減衰量が定義されている。本実施形態では、マイク音量が大きいほどハウリング周波数の振幅レベルが大きくなることに鑑みて、マイク音量が大きいほど減衰量が大きくなるように設定されている(G1<G2<G3・・・)。
ハウリング抑制部105は、コンプレッサ104から出力された音声信号に対し、高速フーリエ変換を用いた周波数解析処理を行い、所定の振幅レベルを超えている周波数成分(以下、ハウリング周波数成分と言う)の音声信号を、ハウリング抑制制御部106から指示されたハウリング制御情報に基づく減衰量に従い、ノッチフィルタを用いて減衰させる処理を行う。
具体的には、ハウリング抑制部105において、入力された音声信号を周波数解析した結果、例えば、図7に示すような周波数スペクトルが得られた場合には、所定の振幅レベルAthを超えている周波数f1においてハウリングが生じていることを検知する。ハウリング抑制部105は、ハウリング周波数f1を中心周波数とし、ハウリング周波数f1と振幅レベルに基づいてQ値を決定し、ハウリング抑制制御部106から指示されたハウリング制御情報のゲインを減衰量としてノッチフィルタによりハウリング周波数f1成分を減衰させる。
図2に戻り、説明を続ける。ミキサ107は、ハウリング抑制部105においてハウリングが抑制されて出力された音声信号と、音源部14において生成された楽音信号とを合成した音声信号をD/A変換部108へ出力する。D/A変換部108は、ミキサ107から出力された音声信号に対してD/A変換処理を施してアンプ109に出力する。そして、アンプ109は、制御部11から指示されたマイク音量及び主音量操作摘みで設定されている音量に従って、D/A変換部108から出力された音声信号を増幅してスピーカ110に出力し、スピーカ110から放音する。
上述した実施形態では、コンプレッサ104に入力される音声信号の信号レベルが、マイク10のマイク音量に応じて適切に設定された閾値を超えた場合に、マイク音量に応じたアタックタイム、リリースタイム、レシオに従って圧縮処理を行うことができる。そのため、コンプレッサ104において入力された音声信号が最大信号レベルでクリップされず、不自然な音質とならないように出力することができる。また、マイク音量に応じて適切に設定された減衰量を用いて、コンプレッサ104から出力された音声信号におけるハウリング周波数成分を減衰させて出力することができるため、スピーカ110から放音される音声が再びマイク10で収音された場合におけるハウリングを抑制することができる。
<変形例>
本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよく、各変形例を組み合わせて実施してもよい。以下、本発明に係る実施形態の変形例について説明する。
(1)上述した実施形態では、マイク音量に応じて異なる閾値が予め設定されている例であったが、所定値以下のマイク音量に対しては固定の閾値を一つだけ設定し、所定値より大きいマイク音量の場合には、実施形態と同様にマイク音量に応じて異なる閾値を設定するようにしてもよい。また、所定値以下のマイク音量に対しては、レシオ、アタック、リリースのパラメータを各々一つだけ設定するようにしてもよい。
(2)上述した実施形態では、マイク音量に応じた圧縮制御情報に基づいてコンプレッサ104により圧縮処理を行う例であったが、コンプレッサ制御部103は、マイク音量が一定値以下である場合には、コンプレッサ104において圧縮処理を行わないように指示するように構成してもよい。
(3)上述した実施形態では、ハウリング抑制部105は、コンプレッサ104で圧縮処理を行ったか否かに関わらず、ハウリングを検知した場合にはマイク音量に応じた減衰量だけハウリング周波数の成分を減衰させる例であったが、コンプレッサ104で圧縮処理がなされた場合には、ハウリング周波数成分の減衰量を、圧縮処理を行わない場合と比べて所定量だけ減らして減衰させる等、圧縮処理が行われたか否かに応じて減衰量を変化させてもよい。なお、この場合には、コンプレッサ104で圧縮処理を行ったか否かの情報をハウリング抑制制御部106又はハウリング抑制部105に通知されるように構成する。
(4)上述した実施形態では、マイク音量に応じて異なるアタックタイム及びリリースタイムを設定する例であったが、マイク音量に応じて異なるレシオだけを設定してもよいし、マイク音量に応じて異なるアタックタイムだけを設定するようにしてもよい。また、マイク音量に応じて異なるリリースタイムだけを設定するようにしてもよい。また、レシオ、アタックタイム、リリースタイムのうち任意の2つのパラメータをマイク音量に応じて異なるように設定するように構成してもよい。
(5)また、上述した実施形態では、予め、マイク音量の範囲に応じた圧縮制御情報及びハウリング抑制情報が記憶部13に記憶されている例であったが、圧縮制御情報及びハウリング抑制情報の予め定めた各基準値のみを記憶し、マイク音量に応じた圧縮制御情報及びハウリング抑制情報の変化量を各基準値に加算又は乗算するなど、予め定めた演算式を用いて圧縮制御情報及びハウリング抑制情報を求めるようにしてもよい。
(6)上述した実施形態では、マイク音量に応じた圧縮制御情報及びハウリング抑制情報を記憶部13に記憶している例であったが、マイク音量に加えて、例えば、カラオケ装置1が設置されている部屋の音響伝達特性に応じた圧縮制御情報及びハウリング抑制情報を記憶するようにしてもよい。この場合には、カラオケ装置1が設けられている部屋毎の音響伝達特性を予め測定し、カラオケ装置1が設けられている部屋に応じた音響伝達特性とマイク音量に対応する圧縮制御情報及びハウリング抑制情報をコンプレッサ104及びハウリング抑制部105に指示するように構成する。
(7)上述した実施形態では、コンプレッサ制御部103及びハウリング抑制制御部106から、コンプレッサ104及びハウリング抑制部105に圧縮制御情報及びハウリング制御情報を指示する構成であったが、制御部11からコンプレッサ104及びハウリング抑制部105に圧縮制御情報及びハウリング制御情報を指示するように構成してもよい。
(8)上述した実施形態において、ハウリング抑制部105が複数の異なる周波数成分においてハウリングが生じていることを検出した場合、複数のハウリング周波数が一定範囲内の近傍にあれば、当該複数のハウリング周波数を一つのノッチフィルタで減衰させるように構成してもよい。例えば、3つの異なるハウリング周波数f1、f2、f3(f1<f2<f3)の成分のうち、ハウリング周波数f1及びf2が一定範囲内にあれば、Q値を小さくしてハウリング周波数f1及びf2を含む周波数成分をノッチフィルタにより減衰させる。
(9)上述した実施形態では、楽曲データを記憶部13に記憶している例であったが、カラオケ装置1に通信手段を設け、通信回線を介して接続された外部装置から楽曲データを取得して再生するように構成してもよいし、光ディスク等の記録媒体に記憶されている楽曲データを取得して再生するように構成してもよい。
1・・・カラオケ装置、10・・・マイク、11・・・制御部、12・・・操作部、13・・・記憶部、14・・・音源部、15・・・表示部、16・・・音声信号処理部、101・・・プリアンプ、102・・・A/D変換部、103・・・コンプレッサ制御部、104・・・コンプレッサ、105・・・ハウリング抑制部、106・・・ハウリング抑制制御部、107・・・ミキサ、108・・・D/A変換部、109・・・アンプ、110・・・スピーカ

Claims (3)

  1. マイクから入力される音信号を増幅するマイク音量を検出する音量検出手段と、
    前記マイク音量に応じた音信号の圧縮の態様を定めた圧縮制御情報を記憶する記憶手段と、
    前記マイクから入力された音信号が、予め設定されている閾値を超えると、前記音量検出手段において検出された前記マイク音量に応じた前記記憶手段内の前記圧縮制御情報に従い、前記閾値を超えている前記音信号に対して圧縮処理を行う圧縮手段と、
    前記圧縮手段において圧縮された音信号を出力する出力手段と
    を備えることを特徴とする音信号出力制御装置。
  2. 前記音信号の周波数成分を分析してハウリングを起こしている周波数成分を検出するハウリング検出手段と、
    前記マイク音量に応じた音信号の減衰量を記憶する減衰量記憶手段と、
    前記ハウリング検出手段が検出したハウリングを起こしている周波数成分を、前記音量検出手段によって検出されたマイク音量に応じた前記減衰量記憶手段における減衰量に従って減衰させるハウリング抑制手段とを備え、
    前記出力手段は、前記圧縮手段による圧縮処理と前記ハウリング抑制手段における減衰処理が施された音信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の音信号出力制御装置。
  3. 前記閾値は、前記マイク音量に応じて予め定められた閾値であり、
    前記圧縮制御情報は、前記マイクから入力された音信号が前記閾値を超えてから圧縮を行うまでの第1時間と、当該音信号が再び前記閾値以下となってから圧縮を停止するまでの第2時間と、圧縮の割合を示す情報を含み、
    前記圧縮手段は、前記音量検出手段が検出したマイク音量に応じた前記圧縮制御情報に基づき、前記音信号が前記閾値を超えた時点から前記第1時間の経過した後、前記圧縮の割合に従って当該音信号を圧縮し、当該音信号が当該閾値以下になった時点から前記第2時間が経過したときに当該音信号の圧縮を停止することを特徴とする請求項1又は2に記載の音信号出力制御装置。
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