JP2013207704A - オーディオ信号再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スピーカ出力音の歪みを抑制し、且つ低音感を維持した音を再生するオーディオ信号再生装置を提供する。
【解決手段】入力されたオーディオ信号を帯域毎に帯域別ゲインを用いてゲイン調整を行う帯域別ゲイン調整部３と、オーディオ信号から低音成分信号の高調波成分信号を取得する高調波生成部１と、高調波生成部１が取得した高調波成分信号に高調波ゲインを乗算し、ゲイン調整を行う乗算器２と、オーディオ信号の再生音量に応じて、帯域別ゲインおよび高調波ゲインの値を算出するゲイン制御部７とを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、オーディオ信号の再生技術に関し、特に低音成分の再生品質を向上させるオーディオ信号再生装置に関するものである。

オーディオ信号再生装置において、再生音量を上げていくと、スピーカの再生限界を超えてスピーカの出力音が歪みやすくなり、再生音質が劣化する場合がある。
オーディオ信号再生装置の音量上昇時におけるスピーカの出力音の歪みを軽減する技術として、例えば特許文献１には、再生装置の設定音量に応じて入力信号の低音成分および高音成分のゲインをコントロールする音声出力制御装置が開示されている。

特許文献１に開示された音声出力制御装置は、入力信号の低音成分と高音成分の音圧を調整するゲイン調整部と、オーディオ信号再生装置の設定音量を判定し、判定結果に応じて上記ゲイン調整部のゲイン設定値を変更するゲイン制御部から構成されている。これより、オーディオ信号再生装置で設定した音量ではスピーカの再生限界を超えてしまい、スピーカの出力音が歪むと判断した場合には、上記ゲイン調整部において入力信号の低音成分と高音成分を抑制するようなゲインを設定し、スピーカの出力音を歪みにくくしている。

特開平１１−２７０６９号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術では、音量が上がるにつれ、低音成分の音圧が抑制されるため、スピーカ出力音が歪みにくくなるが、その一方で低音感が減った印象をユーザに与えるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、スピーカ出力音の歪みを抑制し、且つ低音感を維持した音を再生するオーディオ信号再生装置を提供することを目的とする。

この発明に係るオーディオ信号再生装置は、入力されたオーディオ信号を帯域毎に帯域別ゲインを用いてゲイン調整を行う帯域別ゲイン調整部と、オーディオ信号から低音成分信号の高調波成分信号を取得する高調波取得部と、高調波取得部が取得した高調波成分信号に高調波ゲインを乗算し、ゲイン調整を行う乗算器と、オーディオ信号の再生音量に応じて、帯域別ゲインおよび高調波ゲインの値を算出するゲイン制御部とを備えるものである。

この発明によれば、再生音量が大きい場合に、出力信号の低音成分を抑制してスピーカの歪みを軽減すると共に、低音成分を擬似的に再生して低音感を維持することができる。

実施の形態１によるオーディオ信号再生装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１によるオーディオ信号再生装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１によるオーディオ信号再生装置の出力信号の音圧特性を示す図である。 実施の形態２によるオーディオ信号再生装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２によるオーディオ信号再生装置の動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるオーディオ信号再生装置の構成を示すブロック図である。
オーディオ信号再生装置１００は、入力信号であるオーディオ信号からその入力信号に含まれる低音成分信号の高調波成分信号を生成する高調波生成部（高調波取得部）１、高調波生成部１より生成された高調波成分信号のゲイン調整を行う乗算器２、入力信号を帯域ごとにゲイン調整して帯域別ゲイン調整信号を生成する帯域別ゲイン調整部３、乗算器２でゲイン調整された高調波成分信号と帯域別ゲイン調整部３より出力された帯域別ゲイン調整信号を加算し、効果付与信号を生成する加算器４、効果付与信号のゲイン調整を行う乗算器５、再生装置の設定音量を表す音量情報を取得する音量情報取得部６、音量情報に応じて、乗算器２および帯域別ゲイン調整部３でゲイン調整するゲインを算出するゲイン制御部７と、乗算器５で乗算するゲインを算出する音量制御部８から構成される。

次に、オーディオ信号再生装置１００の動作について説明する。
図２は、この発明の実施の形態１によるオーディオ信号再生装置の動作を示すフローチャートである。
高調波生成部１は、入力信号であるオーディオ信号からその入力信号に含まれる低音成分信号の高調波成分信号を生成し、乗算器２に出力する（ステップＳＴ１）。高調波生成部１の高調波成分信号の生成方法としては、入力信号よりスピーカ（不図示）の最低共振周波数以下の低音成分信号を抽出し、その高調波成分をピークホールド、全波整流、半波整流などの波形変形や、低音成分信号のｎ回乗算（ｎは整数）、分周などで生成し、奇数次高調波成分および偶数次高調波成分の両方を生成するものであればよい。また、入力信号にスピーカの最低共振周波数以下の低音成分の高調波成分が含まれている場合には、その高調波成分を抽出して高調波成分信号とする方法を用いてもよい。

乗算器２は、ステップＳＴ１において、高調波生成部１より出力された高調波成分信号にゲイン制御部７より出力された高調波ゲインを乗算し、加算器４へ出力する（ステップＳＴ２）。帯域別ゲイン調整部３は、入力信号をゲイン制御部７から出力される帯域別ゲインでゲイン調整し、その結果生成される帯域別ゲイン調整信号を加算器４へ出力する（ステップＳＴ３）。ここで、帯域別ゲイン調整は、おもに音量が上がった際に、スピーカ出力音の歪みを軽減させるための処理で、その方法は、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタで帯域分割後にそれぞれの帯域ごとにゲイン調整するものや、シェルビングフィルタを用いて低音成分や高音成分の音圧を抑制するものである。

加算器４は、ステップＳＴ２で出力されたゲイン調整した高調波成分信号とステップＳＴ３で出力された帯域別ゲイン調整信号を加算して効果付与信号を生成し、乗算器５へ出力する（ステップＳＴ４）。乗算器５は、ステップＳＴ４で出力された効果付与信号を、音量制御部８から出力された音量ゲインでゲイン調整し、その調整結果を出力信号として出力し（ステップＳＴ５）、処理を終了する。

なお、図２のフローチャートに示した動作とは別に、音量情報取得部６、ゲイン制御部７および音量制御部８は以下の動作を行っている。
音量情報取得部６は、あらかじめ設定された間隔で、オーディオ信号再生装置１００で設定される音量情報を取得し、ゲイン制御部７および音量制御部８へ出力する。ゲイン制御部７は、音量情報取得部６から出力された音量情報に基づいて、乗算器２でゲイン調整する高調波成分信号の高調波ゲインを算出すると共に、帯域別ゲイン調整部３でゲイン調整する帯域別ゲインを算出する。帯域別ゲインは、おもに、オーディオ信号再生装置１００の音量が大きくなった際にスピーカ出力音の歪みを軽減させるもので、例えばスピーカの最低共振周波数以下の低音成分信号の音圧を抑制する。また、高調波ゲインは、高調波成分信号の付加強度を変更するもので、帯域別ゲインで低音成分信号の音圧を抑制した分をその高調波成分信号で補う。音量制御部８は、音量情報取得部６から出力された音量情報に基づいて、音量ゲインを算出する。

図３は、この発明の実施の形態１によるオーディオ信号再生装置の出力信号の音圧特性を示す図である。図３に示す音圧特性のイメージ図に基づいて、帯域別ゲインと高調波ゲインの設定イメージについて説明する。図３において、横軸は周波数［Ｈｚ］、縦軸は音圧［ｄＢ］を表す。
帯域別ゲインと高調波ゲインを設定する上で基準とする音量を基準音量とし、基準音量における帯域別ゲインおよび高調波ゲインはそれぞれ０ｄＢであり、且つ、音圧特性はフラットであるとする。音量が基準音量より大きい場合は、帯域別ゲインを小さくして低音成分信号の音圧を抑制すると共に、高調波ゲインを大きくして低音成分信号の抑制分を高調波成分信号で補い、低音感を維持させるために、高調波成分信号の音圧を増幅させる。
一方、音量が基準音量より小さい場合には、人間の耳の特性として小音量ほど低音の感度が悪くなるため、帯域別ゲインを大きくする。この場合の高調波ゲインは−∞ｄＢとする。

このように、ゲイン制御部７は、音量情報取得部６が取得した音量情報を参照し、設定された音量が基準音量である、基準音量より大きいか、あるいは基準音量より小さいかに応じて高調波ゲインおよび帯域別ゲインを算出する。そのため、乗算器２および帯域別ゲイン調整部３は、基準音量より大きいか、小さいかに応じて高調波成分信号へのゲインの乗算、または入力信号のゲイン調整を行うことができ、出力音の歪みおよび低音感の減少を抑制することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、音量情報に基づいて高調波ゲインと帯域別ゲインを算出するゲイン制御部７と、高調波成分信号に算出された高調波ゲインを乗算する乗算器２と、入力信号を算出された帯域別ゲインでゲイン調整する帯域別ゲイン調整部３とを備えるように構成したので、オーディオ信号再生装置１００の音量が基準音量より大きい場合には、スピーカからの出力信号の低音成分が抑制されてスピーカの出力音の歪みを軽減することができる。また、低音成分の抑制分をその高調波成分で補うため、スピーカでの再生が困難な低音成分を擬似的に再生し、低音感を維持することができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２によるオーディオ信号再生装置の構成を示すブロック図である。上述した実施の形態１では入力信号を高調波生成部１に入力する構成を示したが、この実施の形態２のオーディオ信号再生装置１００´は、帯域別ゲイン調整部１１内の帯域分割処理部１２から出力される低音成分信号を高調波生成部１５に入力する構成を有している。なお以下では、実施の形態１によるオーディオ信号再生装置１００の構成要素と同一または相当する部分には、実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。

帯域別ゲイン調整部１１は、入力信号であるオーディオ信号を高音成分信号と低音成分信号に帯域分割する帯域分割処理部１２、低音成分信号のゲイン調整を行う乗算器（第１の乗算器）１３、高音成分信号とゲイン調整した低音成分信号を加算して帯域別ゲイン調整信号を出力する加算器１４より構成される。
高調波生成部１５は、帯域分割処理部１２から出力される低音成分信号の高調波成分信号を生成する。

ゲイン制御部７´は、音量情報取得部６が取得した音量情報に応じて、乗算器（第２の乗算器）２でゲイン調整する高音成分ゲインを算出し、乗算器１３でゲイン調整する低音成分ゲインを算出する。低音成分ゲインは、音量が基準音量より大きく設定される場合に、スピーカの出力音の歪みが軽減するように低音成分信号のゲインを小さく設定し、低音成分信号の音圧を抑制する。高調波ゲインは、上述した実施の形態１と同様であり、高調波成分信号の付加強度を変更するもので、帯域別ゲインで低音成分信号の音圧を抑制した分をその高調波成分信号で補う。

次に、オーディオ信号再生装置１００´の動作について説明する。
図５は、この発明の実施の形態２によるオーディオ信号再生装置の動作を示すフローチャートである。
帯域別ゲイン調整部１１は、入力信号であるオーディオ信号を帯域分割処理部１２に入力する（ステップＳＴ１１）。帯域分割処理部１２は、ステップＳＴ１１で入力された入力信号を高音成分信号と低音成分信号に帯域分割し、高音成分信号を加算器１４に出力し、低音成分信号を乗算器１３および高調波生成部１５に出力する（ステップＳＴ１２）。ここで、帯域分割処理部１２による帯域分割処理は、スピーカの最低共振周波数をカットオフ周波数として低音成分信号と高音成分信号に分割する。

乗算器１３は、ステップＳＴ１２で出力された低音成分信号を、ゲイン制御部７´から出力された低音成分ゲインでゲイン調整し、生成された低音成分信号を加算器１４に出力する（ステップＳＴ１３）。
加算器１４は、ステップＳＴ１２で出力された高音成分信号と、ステップＳＴ１３で出力されたゲイン調整した低音成分信号を加算し、その加算結果である帯域別ゲイン調整信号を加算部４に出力する（ステップＳＴ１４）。

高調波生成部１５は、ステップＳＴ１２で出力された低音成分信号の高調波成分信号を生成して乗算器２へ出力する（ステップＳＴ１５）。高調波成分信号の生成方法としては、入力信号よりスピーカの最低共振周波数以下の低音成分信号を抽出し、その高調波成分をピークホールド、全波整流、半波整流などの波形変形や、低音成分信号のｎ回乗算（ｎは整数）、分周などで生成し、奇数次高調波成分および偶数次高調波成分の両方を生成するものであればよい。

乗算器２は、ステップＳＴ１５において、高調波生成部１５より出力された高調波成分信号にゲイン制御部７´より出力された高調波ゲインを乗算し、加算器４へ出力する（ステップＳＴ１６）。加算器４は、ステップＳＴ１４で出力された帯域別ゲイン調整信号と、ステップＳＴ１６で生成された高調波成分信号を加算して効果付与信号を生成し、乗算器５へ出力する（ステップＳＴ１７）。乗算器５は、ステップＳＴ１７で出力された効果付与信号を、音量制御部８から出力された音量ゲインでゲイン調整し、その調整結果を出力信号として出力し（ステップＳＴ１８）、処理を終了する。

また、実施の形態１と同様に、図２のフローチャートに示した動作とは別に、音量情報取得部６、ゲイン制御部７´および音量制御部８は以下の動作を行っている。
音量情報取得部６は、あらかじめ設定された間隔で、オーディオ信号再生装置１００´で設定される音量情報を取得し、ゲイン制御部７´および音量制御部８へ出力する。ゲイン制御部７´は、音量情報取得部６から出力された音量情報に基づいて、乗算器２でゲイン調整する高調波成分信号の高調波ゲインを算出すると共に、乗算器１３でゲイン調整する低音成分ゲインを算出する。音量制御部８は、音量情報取得部６から出力された音量情報に基づいて、音量ゲインを算出する。

このように、ゲイン制御部７´は、音量情報取得部６が取得した音量情報を参照し、設定された音量が基準音量である、基準音量より大きいか、あるいは基準音量より小さいかに応じて高調波ゲインおよび低音成分ゲインを算出する。そのため、乗算器２および乗算器１３は、基準音量より大きいか、小さいかに応じて高調波成分信号へのゲインの乗算、または入力信号の低音成分信号のゲイン調整を行うことができ、出力音の歪みおよび低音間の減少を抑制することができる。

以上のように、この実施の形態２では、音量情報に基づいて高調波ゲインと低音成分ゲインを算出するゲイン制御部７´と、高調波生成部１５で生成された高調波成分信号の高調波ゲインによるゲイン調整を行う乗算器２と、低音成分ゲインによる帯域別ゲイン調整信号の生成を行う帯域別ゲイン調整部１１とを備えるように構成したので、オーディオ信号再生装置１００´の音量が大きい場合には、出力信号の低音成分を抑制し、スピーカの出力音の歪みを軽減することができる。また、低音成分の抑制分をその高調波成分で補うため、スピーカでの再生が困難な低音成分を擬似的に再生し、低音感を維持することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１，１５ 高調波生成部、２，５，１３ 乗算器、３，１１ 帯域別ゲイン調整部、４，１４ 加算器、６ 音量情報取得部、７，７´ ゲイン制御部、８ 音量制御部、１２ 帯域分割処理部、１００，１００´ オーディオ信号再生装置。

Claims (6)

1. 入力されたオーディオ信号を帯域毎に帯域別ゲインを用いてゲイン調整を行う帯域別ゲイン調整部と、
   前記オーディオ信号から低音成分信号の高調波成分信号を取得する高調波取得部と、
   前記高調波取得部が取得した高調波成分信号に高調波ゲインを乗算し、ゲイン調整を行う乗算器と、
   前記オーディオ信号の再生音量に応じて、前記帯域別ゲインおよび前記高調波ゲインの値を算出するゲイン制御部とを備えたオーディオ信号再生装置。
2. 前記高調波取得部は、前記オーディオ信号再生時の最低共振周波数以下の低音成分信号を抽出し、抽出した低音成分信号の高調波成分信号を生成することを特徴とする請求項１記載のオーディオ信号再生装置。
3. 前記高調波取得部は、前記オーディオ信号再生時の最低共振周波数以下の低音成分信号の高調波成分信号を抽出することを特徴とする請求項１記載のオーディオ信号再生装置。
4. 前記ゲイン制御部は、前記オーディオ信号の再生音量があらかじめ設定した基準音量よりも大きい場合に、前記オーディオ信号の低音成分信号を抑制する前記帯域別ゲインの値を算出し、且つ前記帯域別ゲインより抑制される低音成分信号を補う高調波成分信号を増加させる前記高調波ゲインの値を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のオーディオ信号再生装置。
5. 入力されたオーディオ信号の再生時の最低共振周波数に基づいて、前記オーディオ信号を低音成分信号と高音成分信号とに分割する帯域分割処理部と、前記帯域分割処理部が分割した低音成分信号に低音成分ゲインを乗算し、ゲイン調整を行う第１の乗算器とを備えた帯域別ゲイン調整部と、
   前記帯域分割処理部が分割した低音成分信号から高調波成分信号を生成する高調波生成部と、
   前記高調波生成部が生成した高調波成分信号に高調波ゲインを乗算し、ゲイン調整を行う第２の乗算器と、
   前記オーディオ信号の再生音量に応じて、前記低音成分ゲインおよび前記高調波ゲインの値を算出するゲイン制御部とを備えたオーディオ信号再生装置。
6. 前記ゲイン制御部は、前記オーディオ信号の再生音量があらかじめ設定した基準音量よりも大きい場合に、前記オーディオ信号の低音成分信号を抑制する前記低音成分ゲインの値を算出し、当該低音成分ゲインにより抑制される低音成分信号を補う高調波成分を増加させる前記高調波ゲインの値を算出することを特徴とする請求項５記載のオーディオ信号再生装置。

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