JP2016072754A - Sound signal processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、音声信号処理装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to an audio signal processing device.
近年、ＡＶ機器、例えば、薄型テレビジョン（ＴＶ）受信装置に搭載される音声信号処理装置は、製品の小型化及び薄型化、狭ベゼル化、デザイン制限などの要因により、搭載するスピーカの大きさの制限が厳しくなっている。振動板面積の小さいスピーカで振動板面積の大きいスピーカと同等の音圧を得るためには、スピーカの振動板の振幅を大きくする必要がある。このような状況から、小さい振動板のスピーカに大振幅信号を入力する音声信号処理装置が増えてきている。 2. Description of the Related Art In recent years, audio signal processing devices mounted on AV equipment, for example, thin television (TV) receivers, have a size of speakers to be mounted due to factors such as product size reduction and thickness reduction, narrow bezel, and design restrictions. The restrictions on are getting stricter. In order to obtain a sound pressure equivalent to that of a speaker having a large diaphragm area with a speaker having a small diaphragm area, it is necessary to increase the amplitude of the diaphragm of the speaker. Under such circumstances, an increasing number of audio signal processing apparatuses input a large amplitude signal to a speaker having a small diaphragm.
本発明が解決しようとする課題は、容易にスピーカの歪みを抑制できる音声信号処理装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an audio signal processing apparatus that can easily suppress distortion of a speaker.
本実施形態に係る音声信号処理装置は、音声を発生する電気音響変換器と、入力された音声信号を複数の経路に出力する音声入力部と、音声入力部から第１の経路で音声信号が入力され、音声信号において音声で全周波数帯域に対して歪みやすい周波数帯域の信号振幅である特定信号振幅を増幅するフィルタと、フィルタから入力される振幅増幅後の前記音声信号である検出用音声信号から検出用音声信号の信号振幅の大きさを検出し、検出した検出用音声信号の信号振幅の大きさを示す信号振幅情報を出力する振幅検出部と、音声入力部から第２の経路で音声信号が入力され、振幅検出部から入力される信号振幅情報に従って音声信号の信号振幅を抑制し、振幅抑制後の音声信号である抑制音声信号を電気音響変換器へ出力する振幅制御部と、を備える。 The audio signal processing apparatus according to the present embodiment includes an electroacoustic transducer that generates audio, an audio input unit that outputs an input audio signal to a plurality of paths, and an audio signal that is transmitted from the audio input unit through a first path. A filter that amplifies a specific signal amplitude that is a signal amplitude in a frequency band that is easily distorted with respect to the entire frequency band in a voice signal that is input, and a detection voice signal that is the voice signal after amplitude amplification that is input from the filter Detects the amplitude of the signal amplitude of the audio signal for detection from the signal, outputs an amplitude information indicating the amplitude of the detected signal amplitude of the audio signal for detection, and the audio from the audio input unit via the second path An amplitude control unit that receives a signal, suppresses the signal amplitude of the audio signal according to the signal amplitude information input from the amplitude detection unit, and outputs a suppressed audio signal that is an audio signal after amplitude suppression to the electroacoustic transducer , Comprising a.
以下、図面を参照して実施形態の説明をする。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る音声信号処理装置１の設置の一例を示す図である。
第１の実施形態における音声信号処理装置１は、再生装置１００に備えられている。再生装置１００は、例えば、テレビジョン受信装置（ＴＶ受信装置）、レコーダー、ビデオカメラ、オーディオコンポ（コンポーネントステレオ）、およびホームシアター等のＡＶ機器を含む。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of installation of the audio
The audio
図２は、本実施形態の音声信号処理装置のブロック図である。
本実施形態に係る音声信号処理装置１は、音声処理入力部（音声入力部）１０と、周波数特性フィルタ（フィルタ）２０と、信号振幅検出部（振幅検出部）３０と、信号振幅制御部（振幅制御部）４０と、パワーアンプ５０と、電気音響変換器６０とを備えている。なお、電気音響変換器６０は、例えば、スピーカ等であり、以下で電気音響変換器６０をスピーカ６０として説明する。本実施形態において、音声信号処理装置１は、音声処理入力部１０と、信号振幅検出部３０と、信号振幅制御部４０と、パワーアンプ５０と、スピーカ６０とが直列に接続されている音声信号経路と、音声処理入力部１０から分岐して信号振幅制御部４０に接続される並列経路として、周波数特性フィルタ２０と、信号振幅検出部３０とが接続されている振幅検出経路とを備えている。
FIG. 2 is a block diagram of the audio signal processing apparatus of the present embodiment.
The audio
音声処理入力部１０は、入力される音声信号に対して選択的に所定のデジタル信号処理を実行し、周波数特性フィルタ２０及び信号振幅制御部４０に同一の音声信号を出力する。
The audio
周波数特性フィルタ（以下、モデリングフィルタ）２０は、自身の特性が所望の特性になるように自動修正する適応フィルタ等である。モデリングフィルタ２０は、例えば、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ、オールパスフィルタ、やＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタ等である。モデリングフィルタ２０は、スピーカ６０の歪み特性（歪み率）に対応する周波数特性の設定値を備えている。モデリングフィルタ２０は、この設定値に基づいてスピーカ６０の歪み特性を模擬した周波数帯域の信号振幅（振幅）をフィルタリング及び増幅し、信号振幅検出部３０に出力する。
The frequency characteristic filter (hereinafter referred to as a modeling filter) 20 is an adaptive filter or the like that automatically corrects its own characteristic to be a desired characteristic. The
モデリングフィルタ２０は、フィルタ部２１と、周波数特性部２２とを備えている。
フィルタ部２１は、周波数特性部２２から歪み特性に基づく設定値を受け取り、設定値に基づいて模擬した周波数帯域の信号振幅を入力信号に対してフィルタリング及び増幅し、信号振幅検出部３０へ出力する出力信号を生成する。周波数特性部２２は、スピーカ６０の歪み特性に基づく複数の周波数振幅特性の設定値を保持する。
The
The
信号振幅検出部３０は、モデリングフィルタ２０からの出力信号（音声信号（検出用音声信号））の信号振幅の大きさ等を検出する。また、信号振幅検出部３０は、入力される音声信号の信号振幅の尖頭値（ピーク値）、または平均値（ｒｍｓ値）を検出し、検出した音声信号の信号振幅の大きさ等の情報を後述する信号振幅制御部４０に出力する。
The signal
信号振幅制御部４０は、音声処理入力部１０から入力される音声信号の信号振幅を制御する。信号振幅制御部４０は、信号振幅自動抑制によって振幅閾値以上の信号振幅を制御する（信号振幅自動抑制機能）。
The signal
信号振幅制御部４０は、信号振幅検出部３０により検出された信号振幅と対応付けられたゲイン（利得）を用いて、音声処理入力部１０から入力される音声信号の信号振幅を制御する。具体的には、信号振幅制御部４０は、信号振幅検出部３０で検出される信号振幅情報に従って歪みの発生が顕著な周波数帯域の振幅閾値を予測して設定し、信号振幅検出部３０から入力される信号振幅情報の信号振幅と当該振幅閾値とを比較する。信号振幅制御部４０は、信号振幅情報の信号振幅が振幅閾値以上の場合に、音声入力部１０から入力される音声信号の特定の周波数帯域（例えば、歪みの発生が顕著な周波数領域）の信号振幅を強力に振幅制限（抑制）する。このとき、信号振幅制御部４０は、時間領域で音声信号の信号振幅を抑制する。信号振幅制御部４０は、パワーアンプ５０を介してスピーカ６０に信号振幅を抑制した音声信号をスピーカ６０へ出力する。
The signal
信号振幅制御部４０は、信号振幅自動抑制器としてのコンプレッサ４１を備えている。
信号振幅制御部４０のコンプレッサ４１は、入力された音声信号の信号振幅（の大きさ）が振幅閾値以上の場合に予め定められた抑制率で入力された音声信号の信号振幅を抑制する。また、コンプレッサ４１は、入力された音声信号の信号振幅が振幅閾値未満の場合、入力された音声信号の信号振幅を抑制しない。なお、抑制率は、入力信号の信号振幅が大きいほど、大きな値が設定される。すなわち、コンプレッサ４１が、信号振幅の小さい音声信号が入力された場合に信号振幅を抑制せず、信号振幅の大きい音声信号が入力された場合に信号振幅を抑制することで、信号振幅制御部４０は、音声信号の信号振幅差を緩和できる。
The signal
The
パワーアンプ５０は、入力される音声信号を増幅し、スピーカ６０に出力する。
スピーカ６０は、パワーアンプ５０から入力される音声信号を音声として空間領域に放出する。スピーカ６０は、円錐台状に形成され、円周部の広い方向に音波（音声）を発生するように形成されている。以下で、スピーカ６０の音波の発生方向を先端方向と称する。
The
The
図３は、スピーカ６０の構造の一例を示す概要図である。
スピーカ６０は、ヨーク６１と、磁石６２と、フレーム６３と、ターミナル（端子）６４と、リード線６５と、コイル６６と、ダンパ６７と、振動板６８と、エッジ６９と、を備える。ヨーク６１は、スピーカ６０のベース部材であり、磁石６２の磁力を効率化する。フレーム６３は、スピーカ６０の振動系と駆動系とを指示する大枠部材であり、スピーカ６０の先端方向に広がるように形成される。ターミナル６４は、パワーアンプ５０からの出力信号（電気信号）が入力され、リード線６５を介してコイル６６に出力する。コイル６６は、リード線６５を介して入力されるパワーアンプ５０の出力信号と磁石６２の磁力によって振動する。ダンパ６７は、弾性部材で形成され、振動するコイル６３を所定の位置に保持する。振動板６８は、コイル６６の端部からの端部に放射状に広がって形成される。振動板６８は、コイル６６と結合されコイル６６の振動に応じて音波を発生させる。エッジ６９は、フレーム６３と振動板６８との先端部の円周部を接続し、振動板６８の設置位置を保持する。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of the structure of the
The
一般的に、スピーカは、大振幅信号を入力すると音声の歪みが大きくなる。また、大振幅時の音声の歪みを大きくさせる非線形要素として、ボイスコイルが振動する領域の磁束密度の不均一性、ダンパ、及びエッジの非線形応答等が挙げられる。これら非線形の影響は、通常、同一電圧振幅の信号に対してもスピーカの信号振幅応答が大きい低音域に対して顕著である。スピーカの線形応答範囲を超える大振幅信号を入力すると、所望の出力音以外の歪み成分が発生して音質が低下する。 In general, when a large amplitude signal is input to a speaker, sound distortion increases. Nonlinear elements that increase the distortion of sound at large amplitudes include non-uniformity of magnetic flux density in the region where the voice coil vibrates, dampers, and nonlinear response of edges. These non-linear effects are usually conspicuous for a bass range where the signal amplitude response of the speaker is large even for signals of the same voltage amplitude. When a large amplitude signal exceeding the linear response range of the speaker is input, distortion components other than the desired output sound are generated and the sound quality is deteriorated.
また、スピーカが線形応答する範囲の信号振幅において、例えば、パワーアンプの出力信号の信号振幅に上限を設け規制（クリップ）する場合は、スピーカに入力される信号に歪み成分が含まれ、音質が低下する。 In addition, in the signal amplitude in the range where the speaker linearly responds, for example, when the signal amplitude of the output signal of the power amplifier is limited and clipped, the signal input to the speaker includes a distortion component and the sound quality is improved. descend.
そこで、コンプレッサ等で信号振幅を自動的に抑制し、スピーカの許容入力信号振幅までに振幅閾値を設定してパワーアンプ出力信号の振幅を制限することで、歪みを低減する手法（自動振幅抑制手法）が知られている。 Therefore, a method to reduce distortion by automatically suppressing signal amplitude with a compressor, etc., and limiting the amplitude of the power amplifier output signal by setting an amplitude threshold up to the allowable input signal amplitude of the speaker (automatic amplitude suppression method) )It has been known.
しかし、このような自動振幅抑制手法を用いた場合でも、スピーカの最低共振周波数付近の周波数帯域などでは、入力信号に対するスピーカの振動板の信号振幅応答が大きく、スピーカの許容入力信号振幅の範囲内で、想定以上の歪みが発生し得る。また、歪みの低減を優先し、自動振幅抑制手法の振幅閾値を、特定の周波数帯域での歪みの最大値から割り出した振幅閾値に設定した場合、さらに高い振幅抑制閾値に設定したときでも歪みが発生しない周波数帯域まで過剰に振幅制限し得る。 However, even when such an automatic amplitude suppression method is used, the signal amplitude response of the speaker diaphragm with respect to the input signal is large in the frequency band near the lowest resonance frequency of the speaker, and is within the allowable input signal amplitude range of the speaker. Thus, distortion more than expected can occur. In addition, when priority is given to distortion reduction and the amplitude threshold value of the automatic amplitude suppression method is set to the amplitude threshold value calculated from the maximum distortion value in a specific frequency band, the distortion will not occur even when it is set to a higher amplitude suppression threshold value. The amplitude may be excessively limited to a frequency band that does not occur.
本実施形態の音声信号処理装置１は、このような自動振幅抑制手法に加え、前述のようにスピーカ６０の歪み特性を模擬した周波数帯域の振幅閾値を予測して設定し、特定の周波数帯域の信号振幅（特定信号振幅）が振幅閾値以上の場合に特定信号振幅を含む音声信号を振幅制限する。すなわち、本実施形態の信号振幅処理装置１は、信号振幅の抑制の閾値は入力した音声信号の信号振幅によらず、音声信号の特定の周波数帯域の信号振幅が振幅閾値を上回ったときに当該信号振幅を強力に抑制し、特定の周波数帯域が振幅閾値を上回っている間にその他の全周波数帯域も所定の抑制率で抑制する。また、本実施形態の信号振幅処理装置１は、音声信号の周波数特定を変化させることがなく、かつ入力される音声信号が特定の周波数帯域を含まないときは、その入力される音声信号に対して信号振幅を抑制しない。その結果、本実施形態の信号振幅処理装置１では、最大限出力信号振幅を高めることができ、かつ歪み成分の発生が抑制され、音質が維持される。
In addition to such an automatic amplitude suppression method, the audio
以下で図を参照して、本実施形態の音声信号処理装置１の音声信号の処理について説明する。
With reference to the drawings, the audio signal processing of the audio
図４は、音声信号処理装置１における音声信号の処理のフローチャートである。
Ｓ４０１において、例えば、再生装置１００から出力される音声信号が音声処理入力部１０に入力される。Ｓ４０２において、音声処理入力部１０は音声信号に適切な信号処理を実行し、音声信号経路と振幅検出経路とに同一の音声信号を出力する。ここで、音声信号経路は、音声処理入力部１０、および信号振幅制御部４０の順に音声信号が通る経路であり、振幅検出経路は、音声処理入力部１０、周波数特性フィルタ２０、信号振幅検出部３０、および信号振幅制御部４０の順に音声信号が通る経路である。すなわち、音声処理入力部１０は、周波数特性フィルタ２０及び信号振幅制御部４０に同一の音声信号を出力する。
FIG. 4 is a flowchart of audio signal processing in the audio
In S <b> 401, for example, an audio signal output from the
Ｓ４０３において、モデリングフィルタ２０のフィルタ部２１は、スピーカ６０の歪み特性に基づく設定値を周波数特性部２２から受け、設定値に基づいて模擬した音声の歪みが発生し易い（歪みが顕著な）周波数帯域の信号振幅を入力信号に対してフィルタリングする。フィルタ部２１は、音声信号をフィルタリングした音声信号を増幅し、信号振幅検出部３０に出力する。設定値は、スピーカ６０の各周波数における歪み特性を歪み率計、又は聴覚により実測し、予め設定される。例えば、スピーカ６０の歪み特性の測定として、図３において、発信源であるスピーカ６０から所定の距離、例えば、Ｐ点に設置された歪み率計、又は聴覚によってスピーカ６０から発信される音波が観測される。この測定条件において、スピーカ６０から発音される音声の周波数を段階的に変化させ、スピーカ６０の音に変化が確認される周波数が特定する。音の変化として、パワーアンプから出力される音声信号に有意な歪み成分が含まれないときでも、スピーカから発音される音声の歪み成分が１０％以上、例えば、２０乃至３０％の振幅の変化（歪み）が確認される場合等が挙げられる。２０乃至３０％の振幅の変化があった場合、聴覚による観測であっても確実に音の変化を観測することができる。このような実測により算出された各周波数において、２０乃至３０％の振幅の変化を示す周波数振幅特性の周波数及び利得が、設定値として周波数特性部２２に格納される。
In S403, the
図５は、所定のスピーカにおける歪み特性の実測による所望する抑制周波数特性と算出した抑制周波数特性とを示す図である。図５は、横軸が対数スケールで表示される周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸がスピーカから発音される音声の歪み率が１０％に相当するパワーアンプの出力振幅に対する相対値（ｄＢｒ（Decibel relative））である。音声の歪み率が１０％程度であれば、聴覚で感じる音質劣化は少ないので、歪み率が１０％のときの音質をdBr基準値として試験を実施した。図５において、Ｌ５１は、ある周波数においてどの程度振幅を抑制すると音の変化が収まり、歪み率が１０％程度になかを示した聴覚による実測値を示す。Ｌ５２は、実測値であるＬ５１を計算によって模擬した値を示す。Ｌ５１及びＬ５２は、尖頭値（ピーク値）はスピーカの歪み特性が顕著である最低共振周波数（ｆ０（エフゼロ））近傍である。図５において、Ｌ５１のピーク値は、約３００ヘルツ（Ｈｚ）である。Ｌ５２は、パラメトリックイコライザ（ＰＥＱ）で、利得を６デシベル（ｄＢ）、中心（軸）となる周波数を２７０Ｈｚで模擬した周波数振幅特性である。例えば、Ｌ５２で示される周波数振幅特性が、設定値として周波数特性部２２に格納される。以下で、設定値の周波数振幅特性として、周波数がスピーカ６０の最低共振周波数近傍の２７０Ｈｚであり、実測によって取得される歪みが解消される値から算出される利得が６デシベル（ｄＢ）であるとする。
FIG. 5 is a diagram showing a desired suppression frequency characteristic and a calculated suppression frequency characteristic by actual measurement of distortion characteristics in a predetermined speaker. In FIG. 5, the horizontal axis represents the frequency (Hz) displayed on a logarithmic scale, and the vertical axis represents the relative value (dBr (Decibel) with respect to the output amplitude of the power amplifier corresponding to a distortion rate of 10% of the sound produced from the speaker. relative)). If the distortion rate of the sound is about 10%, there is little deterioration in sound quality perceived by the auditory sense. Therefore, the test was conducted using the sound quality when the distortion rate was 10% as the dBr reference value. In FIG. 5, L51 indicates an actually measured value by auditory sense that indicates how much the amplitude is suppressed at a certain frequency, the change in sound is reduced, and the distortion rate is about 10%. L52 indicates a value obtained by simulating L51, which is an actual measurement value, by calculation. L51 and L52 have peak values (peak values) near the lowest resonance frequency (f0 (F zero)) where the distortion characteristics of the speaker are remarkable. In FIG. 5, the peak value of L51 is about 300 hertz (Hz). L52 is a parametric equalizer (PEQ) having frequency amplitude characteristics simulating a gain of 6 dB (dB) and a center (axis) frequency of 270 Hz. For example, the frequency amplitude characteristic indicated by L52 is stored in the frequency
Ｓ４０４において、信号振幅検出部３０は、モデリングフィルタ２０からの出力信号から信号振幅を検出し、検出した音声の歪みが顕著な周波数帯域の信号振幅の情報を含む信号振幅データ（情報）を信号振幅制御部４０に出力する。
In S <b> 404, the signal
Ｓ４０５において、信号振幅制御部４０は、設定されている振幅閾値と信号振幅検出部３０から入力された信号振幅情報の信号振幅とを比較する。
信号振幅検出部２０からの信号振幅情報に含まれる音声の歪みが顕著な周波数帯域の信号振幅が振幅閾値以上である場合には（Ｓ４０５のＹｅｓ）、Ｓ４０６において、信号振幅制御部４０のコンプレッサ４１は、他の周波数帯域によりも歪みが顕著な周波数帯域の信号振幅を振幅閾値未満まで強力に時間領域で抑制し、且つ歪みが顕著な周波数帯域以外の全周波数帯域も所定の抑制率で抑制し、次の処理に進む。
In step S <b> 405, the signal
When the signal amplitude in the frequency band in which the audio distortion included in the signal amplitude information from the signal
また、信号振幅検出部２０からの信号振幅情報に含まれる音声の歪みが顕著な周波数帯域の信号振幅が振幅閾値よりも小さい（未満の）場合には（Ｓ４０５のＮｏ）、コンプレッサ４１は、信号入力部１０より入力された音声信号の信号振幅を変化させずに、次の処理に進む。
When the signal amplitude in the frequency band in which the audio distortion included in the signal amplitude information from the signal
Ｓ４０７において、信号振幅制御部４０によって制御された音声信号がパワーアンプ５０で増幅され、スピーカ６０に出力される。
以上のＳ４０１〜Ｓ４０７の処理が、繰り返し実行される。
図６（ａ）は、本実施形態に係る音声信号処理装置１を適用した場合のスイープ信号による周波数振幅特性の測定結果を示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の測定の条件を示す図である。図６（ａ）は、パワーアンプ５０からの出力信号をアナライザ（図示せず）及びシグナルジェネレータ（図示せず）によって測定した値である。図６（ｂ）は、シグナルジェネレータへの入力条件を示しているが、パワーアンプ５０のゲイン等の要因により出力レベルと必ずしも一致していない。図６（ａ）は、周波数を２０Ｈｚから２０ｋHzまでスイープさせた場合の結果を示している。図６（ａ）は、横軸が対数スケールで表示される周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸が相対的な音声レベル値である。図６（ａ）において、信号振幅制御部４０の振幅閾値は、−１８ｄＢに設定されている。
In S <b> 407, the audio signal controlled by the signal
The above processes of S401 to S407 are repeatedly executed.
FIG. 6A is a diagram showing the measurement result of the frequency amplitude characteristic by the sweep signal when the audio
図６（ａ）において、Ｌ６１は、音声信号の入力レベルが−３ｄＢの測定結果を示し、Ｌ６２は、音声信号の入力レベルが−１５ｄＢの測定結果を示し、Ｌ６３は、音声信号の入力レベルが−２０ｄＢの測定結果を示し、Ｌ６４は、音声信号の入力レベルが−２５ｄＢの測定結果を示している。図６（ａ）に示すように、入力信号の信号振幅を−２５ｄＢ〜−３ｄＢと値を大きくしていくにつれて、信号振幅が抑制される。また、図６（ａ）に示すように、Ｓ４０３でモデリングフィルタ２０に設定された設定値近傍が際立って抑制されている。例えば、Ｌ６１において、全周波数領域が振幅閾値である−１８ｄＢまで抑制される中で、モデリングフィルタ２０の設定値近傍は、周辺の周波数よりさらに６ｄＢ程度抑制されている。
In FIG. 6A, L61 indicates the measurement result when the input level of the audio signal is −3 dB, L62 indicates the measurement result when the input level of the audio signal is −15 dB, and L63 indicates the input level of the audio signal. The measurement result of −20 dB is shown, and L64 shows the measurement result of the audio signal input level of −25 dB. As shown in FIG. 6A, the signal amplitude is suppressed as the signal amplitude of the input signal is increased from -25 dB to -3 dB. Further, as shown in FIG. 6A, the vicinity of the set value set in the
図７（ａ）は、本実施形態に係る音声信号処理装置１を適用した場合において、音声信号の周波数２７０Ｈｚ及び１ｋＨｚの入出力利得特性を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の測定の条件を示す図である。図７（ａ）は、２７０Ｈｚ及び１ｋＨｚの各々のサイン波の信号振幅を−４０ｄＢから０ｄＢまで変化させて本実施形態に係る音声信号処理装置１に入力した場合の測定結果を示している。図７（ａ）は、横軸が入力される相対的な音声レベル値を示し、縦軸が出力される相対的な音声レベル値である。図７（ａ）において、信号振幅制御部４０の振幅閾値は、−１４ｄＢに設定されている。
FIG. 7A is a diagram showing input / output gain characteristics of audio signals having frequencies of 270 Hz and 1 kHz when the audio
図７（ａ）において、Ｌ７１は、音声信号の周波数が１ｋＨｚの測定結果を示し、Ｌ７２は、音声信号の周波数が２７０Ｈｚの測定結果を示す。図７（ａ）において、Ｌ７１の１ｋＨｚのサイン波の信号振幅は、入力振幅を大きくしたとしても振幅閾値である−１４ｄＢ以上の出力振幅にはならない。また、図７（ａ）において、Ｌ７２の２７０Ｈｚのサイン波の信号振幅は、モデリングフィルタ２０に設定された設定値の利得、例えば６ｄＢの振幅抑制が加算され、入力振幅を大きくしたとしても−２０ｄＢ以上の出力振幅にはならない。
In FIG. 7A, L71 indicates the measurement result when the frequency of the audio signal is 1 kHz, and L72 indicates the measurement result when the frequency of the audio signal is 270 Hz. In FIG. 7A, the signal amplitude of the 1 kHz sine wave of L71 does not become an output amplitude equal to or greater than −14 dB which is the amplitude threshold even if the input amplitude is increased. In FIG. 7A, the signal amplitude of the sine wave of 270 Hz of L72 is -20 dB even if the gain of the set value set in the
図８（ａ）は、ホワイトノイズ信号を本実施形態の音声信号処理装置１に入力した場合の測定結果を示す図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の測定の条件を示す図である。ホワイトノイズ信号は、周波数全域に亘って振幅が等しい雑音（ノイズ）であり、図８（ａ）において２０Ｈｚから２０ｋＨｚまでの全周波数帯域の信号成分を含む。図８（ａ）において、信号振幅制御部４０の振幅閾値は、−６６ｄＢに設定されている。図８（ｂ）は、シグナルジェネレータへの入力条件を示しているが、パワーアンプ５０のゲイン等の要因により出力レベルと必ずしも一致していない。
FIG. 8A is a diagram illustrating a measurement result when a white noise signal is input to the audio
図８（ａ）において、Ｌ８１は、音声信号の入力レベルが−１０ｄＢの測定結果を示し、Ｌ８２は、音声信号の入力レベルが−２５ｄＢの測定結果を示し、Ｌ８３は、音声信号の入力レベルが−３０ｄＢの測定結果を示している。図８（ａ）は、横軸が対数スケールで表示される周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸が相対的な音声レベル値である。図８（ａ）に示すように、入力信号の信号振幅を−３５ｄＢ〜−１０ｄＢと値を大きくしていくにつれて、信号振幅が抑制される。図８（ａ）において、ホワイトノイズ信号は、モデリングフィルタ２０の設定値（２７０Ｈｚ近傍）で周波数特性が変化せず、設定された振幅閾値−６６ｄＢに対して全周波領域で単純に振幅抑制されている。すなわち、実際の音声信号などの広帯域の信号が入力された場合には、モデリングフィルタ２０によって入力された音声信号で音質変化が発生しない。
In FIG. 8A, L81 indicates the measurement result when the input level of the audio signal is −10 dB, L82 indicates the measurement result when the input level of the audio signal is −25 dB, and L83 indicates the input level of the audio signal. The measurement result of −30 dB is shown. In FIG. 8A, the horizontal axis represents the frequency (Hz) displayed on a logarithmic scale, and the vertical axis represents the relative audio level value. As shown in FIG. 8A, the signal amplitude is suppressed as the signal amplitude of the input signal is increased from −35 dB to −10 dB. In FIG. 8A, the frequency characteristics of the white noise signal do not change with the setting value of the modeling filter 20 (near 270 Hz), and the amplitude is simply suppressed in the entire frequency region with respect to the set amplitude threshold of −66 dB. Yes. That is, when a wideband signal such as an actual audio signal is input, no change in sound quality occurs in the audio signal input by the
図６（ａ）に示すように、本実施形態において、信号振幅制御部４０は、モデリングフィルタ２０の設定値の周波数振幅特性、かつ振幅閾値よりも大きい信号振幅が検出された場合には、その音声信号の信号振幅を際立って抑制する。一方、図８（ａ）に示すように、本実施形態において、信号振幅制御部４０は、モデリングフィルタ２０の設定値の周波数振幅特性、かつ振幅閾値よりも大きい信号振幅が検出されない場合には、その音声信号の周波数振幅特性を変化させない。すなわち、図６（ａ）及び図８（ａ）より、特定の周波数領域の歪みは、抑制され、入力される音声信号の音質は、変化しないことがわかる。
As shown in FIG. 6A, in the present embodiment, the signal
本実施形態によれば、音声信号が音声信号処理装置１に入力された際に、信号振幅制御部４０は、スピーカ６０の歪み特性を模擬した周波数振幅特性を入力される信号振幅検出部３０の出力信号から歪み成分の発生が顕著な周波数帯域の振幅閾値を予測して設定する。信号振幅制御部４０は、振幅閾値の特定の周波数帯域が入力されたときのみ強力に振幅を制限（抑制）する。すなわち、歪み成分が発生しやすい周波数帯域だけを振幅制限し、音質を損なわずに所望の音圧出力を獲得することができる。この結果、本実施形態の音声信号処理装置は、容易にスピーカ６０の歪みを抑制できる。
According to the present embodiment, when an audio signal is input to the audio
また、入力する音声信号の周波数が、モデリングフィルタ２０で設定された設定値の周波数帯域に含まれない場合には、音声信号に対してモデリングフィルタ２０による振幅抑制が作用しないために、大きな信号振幅の音声信号が出力できる。すなわち、入力した音声信号の音質を変化させずに、大きな音圧出力が得られる。
In addition, when the frequency of the input audio signal is not included in the frequency band of the setting value set by the
次に第１の実施形態に係る音声信号処理装置の変形例について説明する。実施形態の変形例において、前述した第１の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。 Next, a modification of the audio signal processing device according to the first embodiment will be described. In the modification of the embodiment, the same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
（変形例）
第１の実施形態の変形例の音声信号処理装置１は、モデリングフィルタ２０に適用されるフィルタ部分が異なる。
変形例のモデリングフィルタ２０は、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタである。ＦＩＲフィルタ及びオールパスフィルタでは周波数振幅特性及び位相特性が考慮されるのに対して、ＩＩＲフィルタ２０では周波数振幅特性のみが考慮されている。また、ＩＩＲフィルタ２０は、計算のコストが低い。
(Modification)
The audio
The
しかし、ＩＩＲフィルタ２０は、低ビット深度の固定小数点演算で構築する場合等の計算精度が低い際に、演算誤差によるノイズが生じ得る。
However, the
図９は、計算精度の異なるＩＩＲフィルタ２０に１ｋＨｚのサイン波をＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）表示した図である。図６において、計算精度のみが異なり、その他の条件は同一である。図６において、ＩＩＲフィルタの計算精度は、３２ビットと６４ビットである。図９において、Ｌ９１は、６４ビットの計算精度のＩＩＲフィルタ２０による結果を示し、Ｌ９２は、３２ビットの計算精度によるＩＩＲフィルタ２０による結果を示している。図９に示すように、Ｌ９２は、Ｌ９１に対して低周波領域において２０ｄＢ程度のノイズが発生している。すなわち、３２ビットの計算精度のＩＩＲフィルタ２０では、顕著な演算誤差が発生し得る。
FIG. 9 is a diagram in which a 1 kHz sine wave is displayed on the
音声信号処理装置１は、音声信号経路と、振幅検出経路とを備えている。変形例において、モデリングフィルタ２０は、振幅検出経路に配置されているため、計算精度に対する要求が低くてもよい。したがって、モデリングフィルタ２０として、ＩＩＲフィルタ２０を適用したとしても、歪みを抑制することができる。
The audio
また、周波数振幅解析による歪み成分低減手法では、一般にＦＦＴなどの多量の計算量を要求する信号処理機能が必要とされる。一方、変形例の音声信号処理装置１では、時間領域で振幅抑制するために、周波数振幅解析による手法よりも計算量が少なくともよい。
In addition, the distortion component reduction method by frequency amplitude analysis generally requires a signal processing function that requires a large amount of calculation such as FFT. On the other hand, in the audio
変形例において、計算精度の低いＩＩＲフィルタをモデリングフィルタ２０として適用したとしても、ＩＩＲフィルタは振幅検出のみに使用するために音声信号経路の音声信号に直接的に影響を与えない。また、ＩＩＲフィルタによるノイズは、通常の信号振幅制御部４０の振幅閾値の信号レベルに対して十分に小さいので、モデリングフィルタ２０としてＩＩＲフィルタを適用したとしても信号振幅の検出の精度は変化しない。したがって、変形例の音声信号処理装置１は、計算コストを低減することができる。
In the modification, even if an IIR filter with low calculation accuracy is applied as the
前述の実施形態によれば、音声信号が音声信号処理装置１に入力された際に、信号振幅制御部４０は、スピーカ６０の歪み特性を模擬した周波数振幅特性を入力される信号振幅検出部３０の出力信号から歪み成分の発生が顕著な周波数帯域の振幅閾値を予測して設定する。信号振幅制御部４０は、振幅閾値の特定の周波数帯域が入力されたときのみ強力に振幅を制限（抑制）する。すなわち、歪み成分が発生しやすい周波数帯域だけを振幅制限し、音質を損なわずに所望の音圧出力を獲得することができる。その結果、本実施形態の音声信号処理装置は、容易にスピーカ６０の歪みを抑制できる。
According to the above-described embodiment, when the audio signal is input to the audio
また、入力する音声信号の周波数が、モデリングフィルタ２０で設定された設定値の周波数帯域に含まれない場合には、音声信号に対してモデリングフィルタ２０による振幅抑制が作用しないために、大きな信号振幅の音声信号が出力できる。すなわち、入力した音声信号の音質を変化させずに、大きな音圧出力が得られる。さらに、信号振幅制御部４０は、信号振幅自動抑制機能を備えているので、振幅閾値に基づいて過度に大きい信号振幅を抑制することができる。
In addition, when the frequency of the input audio signal is not included in the frequency band of the setting value set by the
なお、前述の実施形態において、モデリングフィルタ２０は、デジタルフィルタで構築されていると記載したが、アナログフィルタで構築されていてもよい。所望の周波数振幅特性が提供されていれば、アナログフィルタ内で発生した歪み成分、又は外因ノイズが生じる場合であっても、振幅閾値が十分に高ければ、アナログフィルタで構築されたモデリングフィルタ２０は、音声信号処理装置１に適用することができる。ここで、外因ノイズは、例えば、モデリングフィルタ２０として使用するコイルに変動磁場が挿入されることなどを含む。従って、前述の実施形態の音声信号処理装置１において、モデリングフィルタ２０として、アナログフィルタ２０を適用したとしても、歪みを抑制することができる。
In the above-described embodiment, the
さらに、前述の実施形態では、電気音響変換器６０は、一例として、スピーカであるとしたが、音声を発生する音声出力機器であればよい。電気音響変換器６０は、例えば、ヘッドフォンやイヤホンでもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許の請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof, as long as they are included in the scope and gist of the invention.
１…音声信号処理装置、１０…音声処理入力部、２０…周波数特性フィルタ、３０…信号振幅検出部、４０…信号振幅制御部、５０…パワーアンプ、６０…スピーカ。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
入力された音声信号を複数の経路に出力する音声入力部と、
前記音声入力部から第１の経路で前記音声信号が入力され、前記音声信号において前記音声で全周波数帯域に対して歪みやすい周波数帯域の信号振幅である特定信号振幅を増幅するフィルタと、
前記フィルタから入力される振幅増幅後の前記音声信号である検出用音声信号から当該検出用音声信号の信号振幅の大きさを検出し、この検出した前記検出用音声信号の信号振幅の大きさを示す信号振幅情報を出力する振幅検出部と、
前記音声入力部から第２の経路で前記音声信号が入力され、前記振幅検出部から入力される前記信号振幅情報に従って前記音声信号の信号振幅を抑制し、振幅抑制後の前記音声信号である抑制音声信号を前記電気音響変換器へ出力する振幅制御部と、を備える音声信号処理装置。 An electroacoustic transducer for generating sound;
An audio input unit for outputting the input audio signal to a plurality of paths;
A filter that amplifies a specific signal amplitude that is a signal amplitude of a frequency band in which the audio signal is input from the audio input unit through a first path and the audio signal is easily distorted with respect to the entire frequency band in the audio signal;
The magnitude of the signal amplitude of the audio signal for detection is detected from the audio signal for detection that is the audio signal after amplitude amplification input from the filter, and the magnitude of the signal amplitude of the detected audio signal for detection is detected. An amplitude detector that outputs signal amplitude information indicating;
The audio signal is input from the audio input unit through a second path, the signal amplitude of the audio signal is suppressed according to the signal amplitude information input from the amplitude detection unit, and the audio signal after amplitude suppression is suppressed An audio signal processing apparatus comprising: an amplitude control unit that outputs an audio signal to the electroacoustic transducer.
前記音声信号が前記振幅閾値以上である信号振幅を含む場合には、前記音声信号の信号振幅を前記振幅閾値未満まで抑制して、抑制処理をした前記抑制音声信号を前記電気音響変換器へ第１の出力信号として出力し、
前記音声信号が前記振幅閾値未満である場合には、抑制処理をしない前記音声信号を前記電気音響変換器へ第２の出力信号として出力する、請求項１の音声信号処理装置。 The amplitude control unit includes an amplitude threshold for suppressing the signal amplitude of the input audio signal,
When the audio signal includes a signal amplitude that is equal to or greater than the amplitude threshold, the signal amplitude of the audio signal is suppressed to less than the amplitude threshold, and the suppressed audio signal subjected to suppression processing is sent to the electroacoustic transducer. 1 as an output signal,
The audio signal processing apparatus according to claim 1, wherein when the audio signal is less than the amplitude threshold, the audio signal not subjected to suppression processing is output to the electroacoustic transducer as a second output signal.
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