JP3605706B2 - Sound signal reproducing method and apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する利用分野】
この発明は、各種の音響機器の音響信号再生方法及び装置に関するものであり、特に高音域の再生音質を改良する方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
音響信号には、音源としてコンパクトカセット、レコードなどの媒体にアナログで記録したもの、コンパクトディスク(CD)、ミニディスク(MD)、ディジタルコンパクトカセット(DCC)、ディジタルオーディオテープ(DAT)、レーザディスク(LD)などの媒体にディジタル記録させたもの、さらにはFM放送、BS、CSなど電波を媒体としたものなどがあり、これらの音響信号は、増幅器などを経由してスピーカ、イヤホンなどの電気音響変換素子を通じて再生が行われる。また、電子楽器のようにキーボードなどの入力手段を通じて入力した音情報を、デジタル信号に変えて増幅したのち、電気音響変換素子を通じて再生するものもある。
【0003】
従来から、再生される音響がいかに原音に忠実であるかが音響信号再生技術の大きな課題となっている。人の可聴周波数帯はおよそ20Hz〜20kHzと言われており、音響再生機器の周波数特性もこれに対応して規格化され、設計が行われている。しかし、従来のアナログ音響機器では、原音を忠実に再生するために再生周波数帯を広げようとすると、増幅器や電気音響変換素子の設計が困難かつ高価になってしまうという問題がある。また、テープなどの記録媒体自体の特性による制限や電波の割当周波数などの点から制限を受けてしまう場合もある。
【0004】
一方、近年の音響再生技術の主流であるディジタル音響機器は、媒体を繰り返し使用しても、また音響信号の伝達経路においても音響情報の劣化がないことから、高い忠実度で音響信号を記録および再生できることを長所としている。
【0005】
CDなどのディジタル音響機器が出始めたときは、これらのディジタル音響機器は、人の可聴周波数帯域や音楽のダイナミックレンジを十分にカバーして規格化されており、スタジオの音質がそのまま家庭に届くという売り込みがなされ、ディジタル音響機器の出現によって音響信号を再生する際の忠実度は相当高い水準まで満足できるように思われていた。しかし、ディジタル方式の音響情報記録では、サンプリング周波数や量子化ビット数により周波数帯域やダイナミックレンジが制限されるため、ディジタル化した後の音響情報は元々持っていた音響情報のなにがしかを捨てることになる。これは、例え雑音に隠されたり、歪みを伴っていても元の情報が残っているアナログ記録と本質的に異なる点である。
【0006】
このようなディジタル機器の持つ本質的な性質に起因する音響信号の欠落は、高い忠実度で音響信号を再生するという観点からは不満を残している。その後の研究でローレベルでの分解能をもっと改善する必要があるとか、もっと高い周波数まで記録すると音質が良くなることがわかり、ハイビットや、ハイサンプリング周波数を用いた情報記録も試みられている。また、原理的にローレベルでのリニアリティに優れている1ビットで1.96MHzといったより伝送速度の高いものも検討されている。いずれにしても、ディジタル機器ではこのような問題点に加えて、D/A変換後は上述したアナログ機器の持つ問題点も加わることになり、ディジタル機器による音響再生技術においても、聴覚的には未だに不十分であることは否めないのが現状である。
【0007】
このように、現状の音響再生装置が聴覚的に不十分であるとの認識の背景には、人の聴覚細胞は、単に可聴周波数帯域と呼ばれる範囲にある音響信号のみならず90kHzという高い周波数にも反応するということが最近言われ始めているということがある。すなわち、いわゆる可聴周波数帯域の上限である20kHzを越える領域の音についても、人はこれを感じることができると考えられてきているからである。
【0008】
今、ディジタル音響機器を例にとって考えてみると、ディジタル音響機器における高域の周波数特性はサンプリング周波数により制限されてしまう。たとえばCDのサンプリング周波数は44.1kHzであり、このサンプリング周波数で再生可能な高域側上限は、ほぼその2.2分の1である20kHzである。従って、再生される音響信号のスペクトルは20kHzを境に切捨てられた形になる。しかし、上述したとおり、人は20kHz以上の高音域の音も感じることができるので、このような高音領域が欠落している信号を再生しても、原音響信号に忠実で、人間の聴覚を満足させるような音響信号を再生することはできないと言える。
【0009】
図1は上に述べたCDの再生状態を示したグラフである。図1の(a)は、自然な音楽信号のスペクトルで20kHzを越える周波数成分が含まれている。これに対し、図1(b)は、CDにディジタル記憶された音響信号の再生音のスペクトルであり、20kHzを境に周波数特性が急峻に低下している。すなわち、実質的に20kHzを越える周波数帯のスペクトルを持っていないといえる。従来からこの切捨てられた部分を再現すればより良い再生音質が得られるであろうという予想はあった。しかし、一旦、ディジタル化により切捨てられてしまった情報をそのまま元に戻すことは無理か極めて困難である。
【0010】
また、アナログ音響機器では、ディジタル機器のように高音域が切り捨てられることはないにしても、実質的には20kHzを越える帯域での再生特性は減衰しておりやはり原音を十分に再生することは困難である。従って、聴覚を満足させる再生音を得るためには、アナログ機器においても、ディジタル機器と同様に何らかの形で高音域の補完が必要であると言える。
【0011】
従来から高音域の再生音質を改善するためにディジタル機器のカットオフ周波数を超える周波数成分を持つ高音域信号を生成し付加する手段が、例えば、特開平2−68773号公報『オーディオ信号再生装置』に開示されている。
【0012】
この従来の装置は、人は可聴帯域を越える周波数帯については楽音として判別するよりもむしろエネルギー成分として影響を受けるとの知見に基づき、エネルギー成分の付加を行うようにしたもので、信号成分として容易に得ることができるノイズ等を付加することを示唆している。付加する高音域の信号は、必ずしも原音響信号の高音域の楽音信号のままでなくともよく、切り捨てた帯域、あるいは再生特性が急激に減衰してしまった帯域と、ほぼ同じ周波数帯域で同等のスペクトルを持つノイズ信号を付加した場合であってもそれなりの成果が得られることがこの先行技術に示唆されている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したとおり、人の聴覚細胞は前述したように90kHzにも反応すると言われており、いわゆる可聴周波数帯域と言われる周波数の範囲を超える領域について、付加する高音域の信号成分のスペクトルや付加の方法によって聴覚上の差異が出てくることが本発明者の研究によって判明した。また、ノイズにも様々のものがあり、付加するノイズの種類や付加の方法の違いが再生音質に大きな影響を与える。
【0014】
更に、可聴帯域の音響情報と密接に関係するエネルギー成分を付加することもより自然な再生音質を得るためには必要と考えられる。
【0015】
更に、例えば各種の楽器類の再生音を考えた場合、その音質はそれぞれの次数の高調波成分の分布から楽器固有の音質が形成され、この高調波成分には可聴帯域の上限を越えるものも含まれている。また、楽器を演奏するときに生じる、叩いたり、擦ったり、吹き付けたりする音やこれに類似する音も可聴帯域を越える成分を非常に多く含んでいる。したがって、単に高調波成分のみを付加したのでは、楽器の種類等により高調波成分の含まれ方が異なり、かえって高域での再生音質のバランスを崩してしまうおそれもある。
【0016】
そこでこの発明は、音響信号の再生時に周波数特性のスペクトルが高域で極端に低減するか(アナログ機器)もしくは欠落してしまっている(デジタル機器)という不自然さをなくすために、低減もしくは欠落したスペクトル成分に近似する信号成分を原音響信号に付加して、音響機器における音響信号の再生音、特に高音域の再生音質の向上を図り、人間の耳に快適な音響信号を再生することができる音響信号再生方法及び装置を提供することを目的とするものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願の第1発明では、再生時に低減もしくは欠落したスペクトル成分に近似するスペクトルをもつノイズ成分を原音響信号に付加し、この付加するノイズ成分の種類や付加の手段に工夫を与えることで優れた再生音質を得るようにしている。
【0018】
すなわち、本願第1発明は、音響信号を分析してみた結果、高域の信号成分は物を叩いたり、擦ったり、吹き付けたりといった要因から発生するものが多く、これらの音の性質はランダムノイズに近いものとなっていることから、原音響信号に付加する信号としてランダムかもしくはランダムノイズに類似したノイズ成分を用いることを特徴としている。
【0019】
本発明で、原音響信号に付加する信号は、各周波数成分をランダムに含む信号であれば特に限定されるものではないが、一般に一番得やすいものはノイズと言える。そこで各種のノイズ発生器、ノイズ発生回路を付加するランダムノイズの信号源として用い、この信号源からの出力から、再生周波数帯の高音域上限かまたは可聴周波数帯の高音域上限を越える周波数帯域の出力を、フィルタ手段等を用いて選択して、これを原音響信号に付加するようにした。ただし、ここで、”ランダム”とは厳密な意味合いでランダムに分布していることを要するものでなく、各種の人為的に生成される擬似的にランダムと言われる信号であって良いことは言うまでもない。
【0020】
なお、本明細書でいう可聴周波数帯とは、サインウエーブを用いて測定した人間の耳で音として聴くことができる周波数帯をいい、その値は約16Hz−20kHzである。サインウエーブを用いて測定した可聴周波数帯の上限はおよそ20kHzであるが、上述の通り、昨今の研究によると、音楽信号のスペクトルでは、およそ90kHz程度の高い周波数まで人は感じることができると言われており、本発明者の実験でもこのことが確認されている。
【0021】
本願の第2の発明は、音響信号の再生において、当該音響信号の高調波成分であって、音響信号の再生周波数帯の高音域上限かまたは可聴周波数帯の高音域上限を越える高調波成分と、再生周波数帯の高音域上限かまたは可聴周波数帯の高音域上限を越える周波数帯域のスペクトルを持つノイズ成分とを、原音響信号に付加して再生を行うことを特徴としている。なお、付加するノイズ成分に、ノイズ発生器等からフィルタ手段によって、再生周波数帯の高音域上限かまたは可聴周波数帯の高音域上限を越える周波数帯域のスペクトルを持つノイズ成分を選択したものを用いること、及び”ランダム”の意味が擬似的にランダムと言われる信号であって良いことは第1発明と同様である。
【0022】
このように、本願第2発明では、従来切り捨てられるか(デジタル再生装置)、極端に減衰していた(アナログ再生装置)、可聴帯域の高音域上限を越える帯域の音響信号に代えて、原音響信号の高調波成分と原音響信号とは別の信号源から得られたランダムノイズ成分との双方を、原音響信号に付加することによって、上述した音響機器における信号再生の問題を解決して、より一層自然な再生音質を得るようにしている。
【0023】
本願発明の好適な実施例では、ノイズ成分を、元の音響信号成分の特定の周波数帯の出力に連動させて、ダイナミックに付加するようにしている。
【0024】
原音響信号のスペクトルは、可聴周波数帯域の高音域側のスペクトルとこれを越える領域のスペクトルとの間は、図1(a)に示すように、連続性があるものと考えられる。そこで原音響信号の高音域の周波数帯を選択して、この出力のレベルの変動に応じて、原音響信号に付加するノイズ成分のレベルをダイナミックに調整すれば再生の自然さが得られるとの知見に基づくものである。
【0025】
ここで、元の音響信号成分の特定の高音域の周波数帯とは、スペクトルの連続性からしても、付加する信号の下限周波数すなわち20kHz近傍の周波数帯を選択することが好ましく、6kHz〜20kHz程度が適している。もちろん20kHz以上の周波数帯まで出力されるアナログ音響機器では、あえて20kHzで高域をカットすることなく、6kHz以上を通過させるハイパスフィルターを通じた出力に連動させてノイズ成分を付加するようにしても良い。
【0026】
また付加するノイズ成分のダイナミクスも、単純に特定の周波数帯の出力に比例させて付加したり、あるいは、特定の非直線性をもって付加するなど各種の方法を選択することができる。これは使用する音響機器の再生特性や試聴などにより適宜に決めればよい。
【0027】
また本発明の更なる好適な実施例では、前述の、原音響信号の高音域の出力に、所定の時間遅れを生じさせ、この時間遅れが生じた出力を、原音響信号に付加するノイズ成分(あるいはノイズ成分と高調波成分)の出力レベルを制御するレベルコントロール信号として用いるように構成した。
【0028】
これは、本発明者が数々の実験の結果、原音響信号の特定の周波数帯の出力レベルの変動を原音響信号に付加するノイズ成分のレベルコントロール信号として用いるとき、時間遅れを発生させて用いることで良好な再生音質が得られ、この時間遅れが再生音質に大きな影響を及ぼすことを見いだしたことによる。具体的には、ある特定の範囲の時定数を持つ時定数回路を通した信号に基づいて、付加するノイズ成分のレベルを調整することで、音質的に人の聴感を満足させられることが試聴を繰り返した結果確認された。好ましい時定数の範囲は概ね2.2mS付近であり、好ましくは、2.2mS±40%の範囲であった。この範囲を越えて時定数が短くなると再生音質が騒がしくなり、時定数を長くすると粘っこいようなすっきりしない再生音質になることが見出された。
【0029】
また、本願発明では、ランダムノイズもしくはこれに類似するノイズの信号源として、熱雑音を用いることが好ましい。
【0030】
通常、ランダムノイズを発生させる手段としては、ノイズレベルが高く、増幅段が少なくて済むため、ツェナーダイオードを用いるのが一般的である。しかし、試聴テストを行った結果、熱雑音を音源としたランダムノイズの方が、ツェナーダイオードを用いたランダムノイズにくらべると、同じスペクトルを持つにもかかわらず、音の粒立ちが細かいという好結果が得られた。
【0031】
これは、ツェナーダイオードでも、熱雑音でも、ノイズ源は何れも電子であるが、ツェナーダイオードではノイズがアバラーシェ効果による電子の集団的な雪崩現象によって得られるため、音の粒立ちが荒くなるが、一方、熱雑音は、抵抗体内部の電子の熱運動のゆらぎによって発生するため、原理的にノイズがランダムで均一に発生するために音の粒立ちが細かくなると考えられるためである。なお、熱雑音は、必ずしも実際の抵抗素子から得られるものでなくとも、トランジスタ内部のベース抵抗や、FET内部のチャネル抵抗から得られるものであってもよい。
【0032】
更に、原音響信号に付加するランダムノイズは、ピンクノイズ、あるいはピンクノイズに類似したノイズ成分であることが好ましい。ピンクノイズは、自然に発生しないため、ノイズ信号の信号源として用いる熱雑音(ホワイトノイズ)の高域成分を少しずつ落として生成する。可聴周波数帯域を単にカットしただけのホワイトノイズを原音響信号に加えた場合と、ホワイトノイズをピンクノイズに加工したものを原音響信号に加えた場合とを試聴により比較してみると、前者の場合、音が細くかつ鋭くなり、後者、すなわちピンクノイズを加えた場合のほうが、ナチュラルな音に近い再生音が得られるという結果が出た。これは、ホワイトノイズがフラットな周波数特性を持っているのに対して、ピンクノイズはなだらかな右下がりの周波数特性を持っており、より原音響信号の特性に近いと考えられるためである。
【0033】
なお、原音響信号に付加するノイズ成分は、可聴周波数帯域、すなわち20kHz以下の成分はなるべく含まないことが好ましい。従って、本発明の好適な実施例では、可聴周波数帯域の上限を越える信号を通過させるフィルタに、高次フィルタを用いて、20kHz以下のノイズ成分を積極的にカットするようにしている。試聴の結果、使用するフィルタの次数が高ければ高いほど、再生音響信号にノイズが少なくなり、にごりのないクリアな再生音を得られることが分った。
【0034】
なお、本願発明では、ノイズ成分の発生源を音響機器の再生回路のチャンネル毎に、個々に独立して設けることが好ましい。
【0035】
音響再生機器は、通常はステレオシステムの2チャンネル構成であり、更にはサラウンドシステム等で多数のマルチチャンネルを構成する場合がある。いずれにしても、複数のチャンネルに対し付加すべきランダムノイズを単一の信号源から得てこれを分配することは、回路構成の簡略化という観点からは推奨され得る。しかし独立分離してノイズ源を設置した装置と比較試聴すると、独立分離したものの方が聴覚的に自然な広がりや臨場感が得られることがわかった。
【0036】
これは、自然音を考えた場合、20kHzを越えるような周波数帯域では、その位相が音響的な反射によって乱れてしまい、左右のチャンネルの位相の関連性がなくなり易くなってしまうため、本発明のようにノイズ源を独立分離して設置することが、自然な音により近い再生音を得られると考えられるからである。
【0037】
更に、本発明の他の好適な実施例では、原音響信号に付加する信号(ランダムノイズ成分、あるいは原音響信号の高調波成分とランダムノイズ信号)を、コンデンサを介して付加するようにしている。
【0038】
これはコンデンサを介してランダムノイズ、あるいは高調波成分とランダムノイズを付加すると、付加信号を原音響信号の回路と直流的に切り離すことになるため、付加信号の出力が原音響信号回路のバッファアンプの負荷になることが軽減され、中域、低域での聴覚上の抑圧感を低減させることができるからである。挿入するコンデンサには特に指定はないが、少なくとも付加される信号である20kHzを越える帯域の信号の通過に実質的に影響が及ばない範囲のインピーダンスを持つものであればよい。
【0039】
上述した本願発明の構成により以下のような作用が得られる。
まず本願第1発明では、アナログ音響機器では再生出力が極度に減衰する領域である可聴周波数帯を越える高音域、ディジタル音響機器では再生出力がサンプリング周波数によって規制される特定の周波数の上限を越える帯域において生じる周波数特性の欠落に起因する再生音質の不自然さを、音響信号に類似的なスペクトルを持つ異なる信号源から得たノイズ成分を原音響信号に付加することによって取り除き、再生信号のスペクトルを本来の音響信号の持つスペクトルに近似させて、聴感上の自然さを得ている。
【0040】
図2は、本発明の原理を説明したもので、本発明を適用した音響信号再生方法で再生した音響信号のスペクトルを示している。本来の楽音等の音響信号は、図のAおよびBの双方の領域にわたる周波数成分を持ち、音の大小によって図中の斜線部分の領域を変動する。ところがCDなどのディジタル音響機器による再生では、高域側が20kHzで切り落とされ図のAの領域のみ再生スペクトルとなってしまう。また、アナログ音響機器においても、可聴周波数の上限である20kHzを越える領域では、再生出力が減衰してしまう。
【0041】
そこでこの発明では、例えばノイズ発生器等の出力に適当なフィルタリングを施して、Bの領域にあたる周波数帯域の音響信号を原音響信号とは別個に作成しておき、原音響信号に図中のBの領域の斜線部分の範囲を付加することによって本来の音響信号が持つスペクトル帯と近似の再生状態を再現して音質を向上させている。
【0042】
更に、本願第2発明では、アナログ音響機器の可聴周波数帯を越える高音域における再生出力の著しい減衰や、ディジタル音響機器の再生出力がサンプリング周波数によって規制される特定の周波数の上限を越える帯域における周波数特性の欠落に起因する再生音質の不自然さを、本来の再生音響信号に含まれる高調波成分と、音響信号と異なる信号源から得た可聴周波数を超える帯域のノイズ成分との双方を付加することによって、本来の音響信号のスペクトルにより近似した再生音響信号を得るようにしている。このように構成することによって、高調波成分のみを付加した場合やノイズ成分のみを付加した場合よりも、更に本来の音響信号の持つスペクトルに近似させ、より自然な聴感上の再生音質を得ることができる。
【0043】
また、本願発明では、原音響信号に付加する信号のレベルを、原音響信号のうち、例えば6kHz〜20kHzの領域の出力の変動にダイナミックに対応させて変動させることによって、本来の音響信号により近い音を再現するようにしている。
【0044】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図3は、本発明にかかる音響再生装置の第一実施形態の構成を示すブロック図である。
図3は、アナログ音響再生装置の出力回路部分、あるいは、ディジタル音響再生装置のD/A変換後の出力回路部分に、本願第一発明の装置を適用した場合を示している。音響信号は入力端子9からバッファアンプ1に入った後、分岐されて一方はそのまま出力端子10側に接続され、他方はハイパスもしくはバンドパスフィルター2に入力される。フィルタ2を介して音響信号のうちの特定の帯域の信号を通過させた後、この信号を適当なレベルまで増幅器3により増幅し、検波回路4によって検波する。この信号を時定数回路5を介して乗算回路8に入力して、原音響信号に付加するノイズ成分のレベルを調整するレベルコントロール信号として用いる。
【0045】
一方、原音響信号に付加するノイズ成分は、ランダムノイズ発生器6の出力から得る。ノイズ発生器6の出力は、ハイパス又はバンドパスフィルター回路7を通して20kHz以上の周波数帯域を通過させ、これを乗算回路8に入力して、前記レベルコントロール信号に掛合わされた後、原音響信号に付加するようにする。従って、ランダムノイズ発生器6の出力は、原音響信号の高域音の出力レベルに比例した信号として原音響信号に付加され、出力端子10より取り出される。この付加信号の高域側には特に制限はないが、無意味に高い周波数帯までノイズ成分を含ませても、別異のトラブルを発生しかねないので、概ね100kHz程度までの帯域をカバーしていればよい。このようにしてノイズ成分が付加された音響信号は出力端子10から適当な増幅器等を経てスピーカ、イヤホーン等の電気音響変換器に供給され音楽等の再生がなされる。
【0046】
図4は、図3で示されたブロック図の具体的な回路例を示したものであり、図3に示されたブロックと同様に機能する要素には同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。
この回路はディジタル音響機器ではD/A変換回路の後段に、アナログ機器では例えば増幅器の電力増幅段の手前などに設置される。
図4において、原音響信号は入力端子9から入力され、バッファアンプ1を通じて増幅される。バッファアンプ1の出力の一部は出力端子10に接続され、一部はハイパスフィルター回路2に導かれる。このハイパスフィルター2のカットオフ周波数はおよそ6kHzである。
フィルター回路2によって選択された6kHz〜20kHzの帯域の音響信号は、検波器4で検波がなされた後、時定数回路5を介して、乗算回路8に送られて、原音響信号に付加するランダムノイズ成分のレベルコントロール信号として用いられる。
【0047】
このとき、時定数回路5の時定数を、回路を構成するコンデンサ12と抵抗13の値を所定の値に選択することで、付加するノイズ成分を聴感に適合させて、音質改善の効果を高めることができる。実際の試聴では、C=0.047μF、R=47kΩの場合で、時定数2.2mSの近傍が優れた再生音質が得られることが判明した。その後CとRを変えながら試聴により好ましい範囲を調べた結果、好ましい範囲は2.2mS±40%の範囲であった。なお、この実施形態では一段のCR素子で所望の時定数を得ているが、時定数回路はこの形態に限定されるものではなく、実質的に同程度の時間遅れが生じるのであれば二段あるいはそれ以上のCR素子からなる構成としても良い。また、ディレイ回路で構成するようにしても良い。
【0048】
ノイズ発生器6は、ランダムにノイズを発生するオペアンプ(TL072)6−1,6−2の内部抵抗とフィードバック抵抗の熱雑音を増幅して、原音響信号に付加するノイズの信号源として用いた。このノイズ出力をハイパスフィルター回路7を通して、20kHz以上の周波数帯のみを通過させるようにした。なお、半導体の熱雑音は高域になると半導体の利得特性の影響から減少する傾向があるために、この実施形態では特に高域側をカットするバンドパスフィルターは用いなかった。なお、熱雑音源には、抵抗素子のみならず、トランジスタ内部のベース抵抗やFET内部のチャネル抵抗などを利用するようにしてもよい。
【0049】
このノイズ出力は、乗算回路8に入力されて、前述のレベルコントロール信号と掛合わされる。このため、原音響信号のレベルの変動に応じて変動しながら、原音響信号に付加される。
【0050】
なお、信号の混合経路にスイッチ11を設けて、ノイズ出力の付加を任意に切り換えられるように構成した。
【0051】
以上のような回路を用いて実際に音楽を試聴して効果の確認を行った。前記スイッチ11を開閉して、ランダムノイズ成分が付加されたときの音響信号と、付加しないときの音響信号とを聴き比べて、再生音質の違いを調べた結果、ノイズ成分出力を付加したときは再生音質が大変に自然なものとなることが聴感上確認できた。
【0052】
図5は、本発明の第2実施形態の構成を示すブロック図である。図3及び図4に示す、第1の実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を付して、その説明は省略する。
【0053】
第2実施形態では、乗算回路8から送られてくるランダムノイズ成分を原音響信号に付加する回路に、コンデンサ14を設けたものである。このように、コンデンサ14を取り付けることによって、バッファアンプ1へかかる負荷の軽減を図ることができる。この結果を試聴すると、中域、低域での抑圧感が低減された音質を得ることができた。
【0054】
図6は、本発明の音響信号再生装置の第3実施形態の構成を示す回路図である。
図6に示す例では、ランダムノイズ発生回路を構成するオペアンプを3段に構成する(6−3,6−4,6−5)と共に、各オペアンプのフィードバック抵抗に、CR素子6a、6b、6cを並列に配置することによって、発生するノイズをいわゆるピンクノイズに加工するようにしている。このように、原音響信号に、ピンクノイズ成分を付加することによって、よりまろやかな、自然の音に近い再生音響信号を得ることが可能となる。
【0055】
また、図6に示す例では、フィルター回路7を8次に構成して、20kHz以下のノイズ成分を積極的にカットするようにしている。このように、フィルタの次数を高くすると、可聴帯域にノイズ成分はほとんど付加されないため、にごりの少ないよりクリアな音質を得ることができる。なお、フィルタの次数は、この実施形態に限定されるものではなく、使用する音響機器の種類などに応じて適宜変更することができる。試聴によれば、フィルタの次数が高くなるほど、再生音の音質が向上することが確認された。
【0056】
図7は、本発明の第4実施形態の構成を示すブロック図である。
図7は、アナログ音響再生装置では出力回路部分に、ディジタル音響再生装置ではD/A変換後の出力回路部分に本願第2発明の装置を用いた場合を示している。音響信号は入力端子30からバッファアンプ21を経て分岐され、一方はそのまま出力端子31側に送られ、他方はハイパスもしくはバンドパスフィルター22に入力される。フィルタ22によって、音響信号のうち、特定の帯域のみを通過させ、この信号を高調波発生回路23に入力して、高調波を発生させる。この高調波発生回路23の出力を適当な時定数回路24を通して乗算回路27に入力して、原音響信号に付加するノイズ成分のレベルを制御するレベルコントロール信号として用いる。
【0057】
一方、原音響信号に付加するノイズ成分は、ノイズ発生器25の出力から得るようにする。ノイズ発生器25で発生したノイズをハイパスまたはバンドパスフィルタ回路26を介して、乗算回路27に入力して、前記レベルコントロール信号の出力レベルの変動に応じてノイズレベルを変化させる。この乗算回路27の出力と、前述の高調波発生回路23の出力とを、混合回路28に入力し、更に、ハイパスフィルター29を通過させることによって可聴帯域へのノイズの影響を除去して、原音響信号に付加する付加信号を得、この付加信号を、原音響信号ラインに付加して、コンデンサ33を介して出力端子31より取り出す。
【0058】
ここで原音響信号に付加する信号の周波数帯域は特に制限のあるものではないが、第1実施形態と同様に概ね100kHz程度までの帯域をカバーしていれば十分である。
【0059】
図8は、図7に示すブロック図の具体的な回路例を示したもので、図7に示されている構成要素と同様に機能する要素には同じ符号を付してある。
図8に示すように、この回路はディジタル音響機器ではD/A変換回路の後段に、アナログ音響機器では例えば増幅器の電力増幅段の手前などに設置される。第1実施形態と同様に、ステレオ回路とするためには左右両チャンネルの回路の各々に、また、マルチチャンネルの装置に用いる場合は、各々のチャンネルに、ランダムノイズの信号源を設けるようにすればよい。
【0060】
いま、原音響信号は入力端子30から入力され、バッファアンプ21を介して増幅される。バッファアンプ21の出力の一端は出力端子30に接続され、一部はハイパスフィルター回路22に導かれる。このハイパスフィルターのカットオフ周波数はおよそ6kHzである。
【0061】
フィルター回路22によって選択された6kHz〜20kHzの帯域の音響信号は、高調波発生回路23に入力され、高調波成分が生成される。高調波回路23は、両波整流により非線形回路を形成しておりこの非線形回路によってわざと歪みを発生させて高調波成分を得るようにしている。
【0062】
この高調波発生回路23の出力の一部は、所定の時定数を持つ時定数回路24を経て乗算回路27に送られ、原音響信号に付加するノイズ成分のレベルコントロール信号として用いられる。第1実施形態において説明したとおり、この時定数回路24の時定数の選択が聴感上の自然さとの高い相関関係があることが判明しており、聴感に適合する好ましい時定数は2.2mS±40%の範囲であることが試聴により確認されている。
【0063】
なお、高調波発生回路23の他方の出力は、後述の混合回路28に導かれて、乗算回路27の出力と混合された後、原音響信号に付加される。
【0064】
ノイズ発生器25では、オペアンプ25−1,25−2,25−3,25−4内の抵抗素子から発生する熱雑音を増幅して、原音響信号に付加するノイズ成分を得るようにしている。なお、ノイズ発生器25を構成するオペアンプをつなぐコンデンサ26a〜26dがフィルタ回路26を構成しており、ここで発生するノイズ成分のうち、20kHz以下の成分がある程度カットされる。なお半導体の熱雑音は高域になると半導体の利得特性の影響から減少する傾向があるために、この実施形態では特に高域側をカットするバンドパスフィルターは用いていない。
【0065】
このノイズ発生回路25の出力は、乗算回路27に入力され、前記レベルコントロール信号と掛合わされる。これによって、原音響信号の出力レベルに応じてノイズ成分の出力レベルが変動することになる。そしてこのノイズ成分は、混合回路28に入力され、高調波回路23で生成されたもう一方の原音響信号に依存する高調波成分と混合された後、可聴帯域の信号との干渉等を防止するために設けられた、20kHz以上の信号を通過させるハイパスフィルター29を経て、原音響信号に付加される。
【0066】
ハイパスフィルタ回路29には8次の高次フィルタが用いられており、原音響信号に付加する高調波成分とノイズ成分のうち20kHz以下の成分を積極的にカットするように構成されている。なお、ノイズ成分に関してはフィルタ回路26(4次)でもカットされており、コンデンサ33を含めて11次のフィルタで20kHz以下の成分を除去するようにしている。従って、可聴帯域にノイズ成分がほとんど残留しないため、クリアな音質を得ることができる。
【0067】
この第4実施形態では、切り替えスイッチ32を設けて、原音響信号への高調波成分及びランダムノイズ成分の付加量を複数段に切り替えられるように構成して、原音響信号の種類や視聴者の好み等により、この付加量を調整して、任意の音質が得られるようにしている。なお、この切り替えスイッチ32は必ずしも設けなければならないものでなく、予め定めた一定の量を固定的に付加するように構成しても良い。
【0068】
以上のような回路を用いて実際に音楽を試聴して本願第2発明の効果の確認を行った。第1発明と同様に、ランダムノイズ成分と高調波成分とを付加した場合と、付加しない場合とを比較すると、付加した場合に高音域での自然さが増することが確認でき、音響信号が好適に再生できることが確認できた。
【0069】
図9は、本発明の音響再生装置の第5実施形態の構成を示す回路図である。この例では、高調波回路23の出力の一部を、乗算回路27のノイズ成分の入力段の前段に入力させるようにして、原音響信号に付加する高調波成分のレベルについても、時定数回路24を通したレベルコントロール信号を用いて制御するように構成したものである。このような構成によって、より一層、自然な音響信号に近い音響再生信号を得ることが可能となる。
なお、第2実施形態と同様に、コンデンサ33を介して付加信号を原音響信号に付加するようにしている。
【0070】
図10は、本発明の音響再生装置の第6実施形態の構成を示す回路図である。この例では、ノイズ発生器25を構成する各オペアンプのフィードバック抵抗にコンデンサと抵抗素子25a〜25dを並列に設けて、高域のノイズ成分のレベルを徐々に落として、ピンクノイズを生成して、原音響信号に付加するようにしている。ピンクノイズを加えることによって、より自然な再生音響信号を得られることは第3実施形態の説明で述べたとおりである。
【0071】
図11は、本発明の第7実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態では、高調波を発生させる非線形回路を2段階に構成している。即ち、原音響信号の一部をフィルタ回路22を通して第1の絶対値回路23’に入力させた後、この出力を混合回路41に送り、ここで絶対値回路23’の出力を原音響信号と混合する。この混合回路41の出力を更に、フィルタ回路42を介して第2の絶対値回路43に入力して、原音響信号の高調波を発生させるようにしている。その他の構成は、図7に示す実施形態と同様であり、ここではその説明を省略する。このように、高調波発生のための非線形回路を2段階に構成することによって、より自然な再生音が得られることが試聴によって確認されている。なお、この実施形態では、高調波を発生させる非線形回路を2段構成にしているが、3段階以上の構成にしてもよい。また、非線形回路の各段の間には、フィルタ回路のみならず、移送器やディレイ回路を設けるようにしてもよく、更に、各段の非線形回路の出力信号を混合するなど別な組合わにすることもできる。更に、本実施形態では、高調波を発生させる非線形回路に絶対値回路を用いているが、クリップ回路や、自乗回路、平方根回路、対数回路などの他の非線形回路を用いることもできる。
【0072】
なお、上述した第1ないし第7実施形態では、1チャンネル分の音響信号再生回路の構成のみが示されているが、一般にステレオ回路は左右に2チャンネルが設けられており、更に、サラウンドシステム等でマルチチャンネルを構成することもある。このような場合は、上述したとおり、聴感的な音の広がり、臨場感などの点から、ノイズ発生源を、使用する音響機器が具えているチャンネル数だけ独立分離して設置することが好ましい。
【0073】
上述した実施形態では、ノイズ成分の付加をアナログ回路で行っているが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、ディジタル音響機器に適用する場合はこれらの全ての信号処理をディジタル領域で行ったのち、D/A変換を行って出力を取り出すこともできる。ただ、この場合は信号処理のための回路が複雑になることと、量子化ノイズが目立つことなどに留意する必要がある。
【0074】
むしろこの発明では、アナログ的に発生させたノイズがあたかもディザのように働いて量子化における非直線性や規則的な量子化ノイズを目立たなくさせる効果も併せ持っていると言える。
【0075】
また、上述の実施形態では、ランダムノイズ成分のレベルコントロール信号に時間遅れを生じさせるために、時定数回路を用いているが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、同程度の時間遅れを生じさせるものであれば、例えばディレイ回路など他の手段を用いるようにしてもよい。
【0076】
また、本発明にかかる方法及び装置で原音響信号に加える信号を作り、これを専用のアンプで増幅した後、専用のスピーカを用いて原音響信号とは別個に音響変換を行って、音を空間で合成するようにしてもよい。この場合、原音響信号を音響変換するスピーカ端子から、あるいはスピーカからでてきた音から音響信号のレベルを検出して、このレベルに応じて加える信号のレベル調整を行ってから、音を空間で合成するようにすれば、音響変換前に信号を合成した場合と同様の効果を得ることができる。
【0077】
更に、本発明の装置は、レコードプレーヤーやCDプレーヤーのみならず、電子楽器における音響信号の再生にも好適に利用することができる。また、従来の高音域が切り捨てられているマスターテープを再生して、この再生信号に本発明の方法で作った信号を加えた後、その再生信号をより優れた録音テープあるいはCDなどに記録して、音質が改善されて、新たな価値を持った音楽ソフトウエアを製作することもできる。
【0078】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、従来のアナログ音響機器においては可聴周波数帯域を越える高音域の再生周波数特性の減少、ディジタル音響装置おいてはサンプリング周波数等により再生できる周波数帯が決定されてしまうために生じる、この周波数帯域を上回る帯域の信号の減少あるいは欠落に起因する聴感上の不自然さを克服することができる。この発明ではこの高音域の再生周波数特性の急激な減少や、欠落した音響スペクトル成分が、ランダムなノイズ信号源より得たノイズ成分を所定の条件のもとに原音響信号に付加することで補償されており、本発明を用いた音響再生装置では、大変自然な再生音質を得ることができる。
【0079】
しかも、この原音響信号に付加するノイズ成分は、可聴周波数以上のものを使用しているので、複雑な回路や信号処理を施す必要もなく極めて簡易な回路構成で、急激に減少した再生周波数特性や、欠落した音響スペクトルを得ることができ、その改善効果は極めて大きいといえる。
【0080】
更に、本願第2発明によれば可聴帯域あるいは再生帯域の高域音上限を越える原音響信号に依存する高調波成分と、原音響信号に依存しない信号源から得られたランダムノイズ成分との双方を付加する手段をとることで、更に、聴感上の不自然さをなくし、再生音質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、音響信号の周波数成分のスペクトルを示すグラフで、(a)は本来の音響信号のもの、(b)はディジタル音響機器における音響信号再生時の周波数成分のスペクトルを表したものである。
【図2】図2は、この発明の音響信号再生方法の原理を説明するためのグラフであり、音響信号の周波数スペクトルの状態を示す。
【図3】図3は、本願発明にかかる音響信号再生装置の第1実施形態の構成を示すブロック図である。
【図4】図4は、図3に示す第1実施形態のより具体的な構成を示す回路図である。
【図5】図5は、本願発明にかかる音響信号再生装置の第2実施形態の構成を示す図である。
【図6】図6は、本願発明にかかる音響信号再生装置の第3実施形態の回路構成を示す図である。
【図7】図7は、本願発明にかかる音響信号再生装置の第4実施形態の構成を示すブロック図である。
【図8】図8は、図7に示す第4実施形態のより具体的な構成を示す回路図である。
【図9】図9は、本願発明の音響再生装置の第5実施形態の回路構成を示す図である。
【図10】図10は、本願発明にかかる音響信号再生装置の第6実施形態の回路構成を示す図である。
【図11】図11は、本願発明にかかる音響信号再生装置の第7実施形態の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
1、21 バッファアンプ
2、22 フィルタ回路
3 アンプ
4、24 検波回路
5 時定数回路
6、25 ノイズ発生器
7、26 フィルタ回路
8、27 乗算器
9 入力端子
10 出力端子
11、32 スイッチ
14、33 コンデンサ
23 高調波発生回路
28 加算回路
29 フィルタ回路
23’ 第1絶対値回路
41 混合回路
42 フィルタ回路
43 第2絶対値回路
[0001]
FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for reproducing an audio signal of various audio devices, and more particularly to a method and an apparatus for improving reproduced sound quality in a high-frequency range.
[0002]
[Prior art]
The sound signal includes a sound source recorded in analog on a medium such as a compact cassette or a record, a compact disc (CD), a mini disc (MD), a digital compact cassette (DCC), a digital audio tape (DAT), a laser disc ( LD) and other media that are digitally recorded, as well as those using radio waves as the media such as FM broadcasts, BSs and CSs. These acoustic signals are transmitted through an amplifier or the like to an electroacoustic device such as a speaker or earphone. Reproduction is performed through the conversion element. Some electronic musical instruments, such as electronic musical instruments, convert sound information input through input means such as a keyboard into a digital signal, amplify the signal, and reproduce the digital signal through an electroacoustic transducer.
[0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, how to reproduce reproduced sound faithfully to the original sound has been a major issue of acoustic signal reproduction technology. The human audible frequency band is said to be approximately 20 Hz to 20 kHz, and the frequency characteristics of the sound reproducing device have been standardized and designed accordingly. However, in the conventional analog audio equipment, there is a problem that designing an amplifier or an electroacoustic transducer becomes difficult and expensive when trying to widen a reproduction frequency band in order to faithfully reproduce an original sound. In addition, there may be a case where a limitation is imposed on the characteristics of the recording medium itself such as a tape or a limitation on a frequency assigned to a radio wave.
[0004]
On the other hand, digital audio equipment, which is the mainstream of sound reproduction technology in recent years, records and reproduces audio signals with high fidelity even if the medium is used repeatedly and there is no deterioration in the audio information even in the transmission path of the audio signals. The advantage is that it can be played.
[0005]
When digital audio equipment such as CDs began to appear, these digital audio equipment were standardized to sufficiently cover the audible frequency band of humans and the dynamic range of music, and the sound quality of the studio reached home as it was. With the advent of digital audio equipment, the fidelity in reproducing audio signals seemed to be satisfactory to a very high level. However, in digital audio information recording, the frequency band and dynamic range are limited by the sampling frequency and the number of quantization bits, so the audio information after digitization must be discarded from the original audio information. Become. This is essentially different from an analog recording in which the original information remains even if it is hidden by noise or accompanied by distortion.
[0006]
Such a lack of an audio signal due to an essential property of a digital device leaves a complaint from the viewpoint of reproducing an audio signal with high fidelity. Subsequent research has shown that it is necessary to further improve the resolution at low levels, and that recording at higher frequencies improves sound quality. Attempts have also been made to record information using high bits and high sampling frequencies. In addition, a 1-bit high-speed transmission such as 1.96 MHz, which is superior in principle to low-level linearity, is also being studied. In any case, in addition to such problems in digital devices, the problems of analog devices described above after D / A conversion are also added. At present, it is undeniable that it is still insufficient.
[0007]
As described above, the background of the recognition that the current sound reproducing device is inadequately auditory is that human auditory cells not only generate sound signals in a range called an audible frequency band but also a high frequency of 90 kHz. It has recently started to be said that people will react. That is, it has been considered that a person can feel a sound in a region exceeding 20 kHz, which is a so-called upper limit of the audible frequency band.
[0008]
Now, taking a digital audio device as an example, the high-frequency characteristics of the digital audio device are limited by the sampling frequency. For example, the sampling frequency of a CD is 44.1 kHz, and the upper limit on the high frequency side that can be reproduced at this sampling frequency is 20 kHz, which is approximately 1/2 of that. Accordingly, the spectrum of the reproduced audio signal is truncated at the boundary of 20 kHz. However, as described above, since a person can also sense a sound in a high-frequency range of 20 kHz or more, even if a signal in which such a high-frequency region is missing is reproduced, the sound is faithful to the original sound signal and the human hearing is perceived. It can be said that a sound signal that satisfies cannot be reproduced.
[0009]
FIG. 1 is a graph showing the reproduction state of the above-mentioned CD. FIG. 1A shows a spectrum of a natural music signal that includes a frequency component exceeding 20 kHz. On the other hand, FIG. 1B shows a spectrum of a reproduced sound of an audio signal digitally stored in a CD, and the frequency characteristic is sharply reduced at a boundary of 20 kHz. That is, it can be said that the spectrum does not substantially have a frequency band exceeding 20 kHz. Conventionally, there has been an expectation that reproducing this truncated portion will provide better reproduced sound quality. However, it is impossible or extremely difficult to restore the information once discarded by digitization.
[0010]
In addition, in analog audio equipment, even if the high frequency range is not cut off unlike digital equipment, the reproduction characteristics in a band exceeding 20 kHz are substantially attenuated, so that the original sound cannot be sufficiently reproduced. Have difficulty. Therefore, in order to obtain a reproduced sound that satisfies the sense of hearing, it can be said that analog devices need to supplement the treble range in some way as in digital devices.
[0011]
Conventionally, means for generating and adding a high-frequency signal having a frequency component exceeding a cut-off frequency of a digital device in order to improve the reproduction sound quality of a high-frequency range is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-68773, entitled "Audio Signal Reproduction Apparatus". Is disclosed.
[0012]
This conventional device adds an energy component based on the knowledge that humans are affected by a frequency band exceeding the audible band as an energy component rather than discriminating it as a musical tone. It suggests adding noise or the like that can be easily obtained. The treble signal to be added does not necessarily have to be the treble tone signal of the original sound signal, and is equivalent to the truncated band or the band in which the reproduction characteristics are rapidly attenuated. It is suggested in the prior art that a reasonable result is obtained even when a noise signal having a spectrum is added.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, it is said that human auditory cells also respond to 90 kHz as described above. For a region exceeding a frequency range called a so-called audible frequency band, a spectrum of a signal component of a high-frequency range added or It has been found by the inventor's research that an auditory difference is caused by the additional method. There are various types of noise, and the type of noise to be added and the difference in the method of addition have a great effect on the reproduced sound quality.
[0014]
Further, it is considered necessary to add an energy component closely related to the audio information in the audible band in order to obtain a more natural reproduced sound quality.
[0015]
Furthermore, for example, in the case of playing sounds of various musical instruments, the sound quality of the musical instrument is formed from the distribution of harmonic components of the respective orders, and the sound quality specific to the musical instrument is formed. include. In addition, hitting, rubbing, blowing, and similar sounds that occur when playing a musical instrument also include a very large number of components exceeding the audible band. Therefore, if only the harmonic component is simply added, the manner in which the harmonic component is included differs depending on the type of musical instrument, and the balance of the reproduced sound quality in the high frequency range may be lost.
[0016]
Therefore, the present invention reduces or eliminates the frequency characteristic spectrum when reproducing an audio signal, in order to eliminate the unnaturalness that the spectrum of the frequency characteristic is extremely reduced in a high frequency range (analog device) or is missing (digital device). By adding a signal component that approximates the spectral component to the original audio signal, it is possible to improve the reproduction sound of the audio signal in audio equipment, especially the reproduction sound quality in the high frequency range, and reproduce the audio signal that is comfortable for the human ear. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for reproducing an acoustic signal.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the first invention of the present application, a noise component having a spectrum similar to a reduced or missing spectrum component at the time of reproduction is added to the original audio signal, and the type of the added noise component and a means for adding In order to obtain excellent playback sound quality by giving a device to the device.
[0018]
That is, according to the first invention of the present application, as a result of analyzing an acoustic signal, many high-frequency signal components are generated by factors such as hitting, rubbing, and blowing an object, and the nature of these sounds is random noise. Therefore, it is characterized in that a random or noise component similar to random noise is used as a signal to be added to the original audio signal.
[0019]
In the present invention, the signal to be added to the original sound signal is not particularly limited as long as it is a signal containing each frequency component at random, but it can be generally said that the most easily obtained signal is noise. Therefore, various types of noise generators and noise generators are used as random noise signal sources, and from the output of this signal source, the upper frequency range upper limit of the reproduction frequency band or the higher frequency range upper limit of the audible frequency band is exceeded. The output is selected using a filter means or the like, and this is added to the original sound signal. However, it is needless to say that the term “random” does not necessarily mean that the signal is randomly distributed in a strict sense, but may be various artificially generated signals called pseudo-random. No.
[0020]
Note that the audible frequency band referred to in this specification refers to a frequency band that can be heard as sound by human ears measured using a sine wave, and its value is approximately 16 Hz to 20 kHz. The upper limit of the audible frequency band measured using a sine wave is about 20 kHz. However, as described above, according to recent research, it can be said that in the spectrum of a music signal, a person can feel up to a frequency as high as about 90 kHz. This has been confirmed in experiments performed by the present inventors.
[0021]
The second invention of the present application is directed to a reproduction of an audio signal, in which a harmonic component of the audio signal is a higher harmonic range upper limit of a reproduction frequency band of the acoustic signal or a higher harmonic range upper limit of an audible frequency band. The reproduction is performed by adding a noise component having a spectrum in a frequency band exceeding the upper limit of the treble range of the reproduction frequency band or the upper limit of the treble range of the audible frequency band to the original acoustic signal. In addition, a noise component having a spectrum in a high frequency range of the reproduction frequency band or a frequency band exceeding the high frequency range of the audible frequency band selected by a filter from a noise generator or the like is used as a noise component to be added. , And "random" may be a pseudo-random signal, as in the first invention.
[0022]
As described above, according to the second aspect of the present invention, the original sound is replaced with the sound signal of the band which is conventionally truncated (digital reproduction device) or extremely attenuated (analog reproduction device) or exceeds the upper limit of the audible band. By adding both the harmonic component of the signal and the random noise component obtained from another signal source to the original sound signal to the original sound signal, the above-described problem of signal reproduction in the audio device is solved, We are trying to get even more natural reproduction sound quality.
[0023]
In a preferred embodiment of the present invention, the noise component is dynamically added in conjunction with the output of the original audio signal component in a specific frequency band.
[0024]
It is considered that the spectrum of the original acoustic signal has continuity between the spectrum on the high-frequency side of the audible frequency band and the spectrum in the region beyond the high-frequency range, as shown in FIG. Therefore, if a high frequency band of the original sound signal is selected and the level of the noise component added to the original sound signal is dynamically adjusted in accordance with the fluctuation of the output level, natural reproduction can be obtained. It is based on knowledge.
[0025]
Here, the frequency band of the specific high-frequency range of the original acoustic signal component is preferably selected from the lower limit frequency of the signal to be added, that is, a frequency band near 20 kHz, even from the continuity of spectrum, and 6 kHz to 20 kHz. The degree is suitable. Of course, in an analog audio device that outputs up to a frequency band of 20 kHz or more, a noise component may be added in conjunction with an output through a high-pass filter that passes 6 kHz or more without cutting the high frequency band at 20 kHz. .
[0026]
Also, the dynamics of the noise component to be added can be selected from various methods, such as simply adding the dynamics in proportion to the output of a specific frequency band, or adding with a specific non-linearity. This may be determined as appropriate according to the reproduction characteristics of the audio equipment to be used and the trial listening.
[0027]
In a further preferred embodiment of the present invention, a predetermined time delay is caused in the output of the treble range of the original audio signal, and the output with the time delay is added to the noise component added to the original audio signal. (Or a noise component and a harmonic component) as a level control signal for controlling the output level.
[0028]
This is because, when the inventor uses a variation in the output level of a specific frequency band of the original audio signal as a level control signal of a noise component to be added to the original audio signal as a result of a number of experiments, a time delay is generated and used. As a result, good reproduction sound quality can be obtained, and this time delay has been found to have a great effect on the reproduction sound quality. More specifically, by adjusting the level of a noise component to be added based on a signal passed through a time constant circuit having a time constant in a specific range, it is possible to satisfy human hearing in sound quality. Was confirmed as a result. A preferable range of the time constant is approximately 2.2 mS, and preferably, a range of 2.2 mS ± 40%. It has been found that when the time constant is shortened beyond this range, the reproduced sound quality becomes noisy, and when the time constant is increased, the reproduced sound quality becomes sticky and unclear.
[0029]
In the present invention, it is preferable to use thermal noise as a signal source of random noise or similar noise.
[0030]
Usually, as a means for generating random noise, a zener diode is generally used because the noise level is high and the number of amplification stages is small. However, as a result of the audition test, the random noise using the thermal noise as the sound source has a good result that the graininess of the sound is fine even though it has the same spectrum as compared with the random noise using the Zener diode. was gotten.
[0031]
The reason for this is that the noise source is electrons in both the Zener diode and thermal noise, but in the Zener diode the noise is obtained by the collective avalanche phenomenon of electrons due to the Avalanche effect, so the sound graininess is rough, On the other hand, thermal noise is generated due to fluctuations in the thermal motion of electrons inside the resistor, and in principle, it is considered that noise is generated randomly and uniformly, so that the granularity of sound becomes fine. The thermal noise is not necessarily obtained from the actual resistance element, but may be obtained from the base resistance inside the transistor or the channel resistance inside the FET.
[0032]
Further, the random noise added to the original audio signal is preferably pink noise or a noise component similar to pink noise. Since pink noise does not occur naturally, high frequency components of thermal noise (white noise) used as a signal source of the noise signal are gradually reduced to generate the pink noise. A comparison of the case where white noise that merely cuts the audible frequency band was added to the original audio signal and the case where white noise was processed into pink noise and added to the original audio signal by trial listening showed that the former was In this case, the sound became thinner and sharper, and the latter, that is, the case where pink noise was added, resulted in a reproduced sound closer to a natural sound. This is because while white noise has a flat frequency characteristic, pink noise has a gentle downward-sloping frequency characteristic, which is considered to be closer to the characteristic of the original acoustic signal.
[0033]
It is preferable that the noise component added to the original acoustic signal contains as little as possible an audio frequency band, that is, a component of 20 kHz or less. Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, a high-order filter is used as a filter that passes a signal exceeding the upper limit of the audible frequency band, so that noise components of 20 kHz or less are positively cut. As a result of the audition, it was found that the higher the order of the filter to be used, the lower the noise in the reproduced audio signal, and a clearer reproduced sound without smear was obtained.
[0034]
In the present invention, it is preferable that noise sources are provided independently for each channel of the reproduction circuit of the audio device.
[0035]
The sound reproducing device usually has a two-channel configuration of a stereo system, and further may have a multi-channel configuration of a surround system or the like. In any case, obtaining and distributing random noise to be added to a plurality of channels from a single signal source can be recommended from the viewpoint of simplifying a circuit configuration. However, when compared with a device in which a noise source was separately installed and listened, it was found that the device which was independently separated can obtain a natural acoustically widespread and realistic feeling.
[0036]
This is because, when considering natural sounds, in a frequency band exceeding 20 kHz, the phase is disturbed by acoustic reflection, and it becomes easy to lose the relevance of the phase of the left and right channels. This is because it is considered that the independent and separate installation of the noise sources can obtain a reproduced sound closer to a natural sound.
[0037]
Further, in another preferred embodiment of the present invention, a signal (random noise component, or a harmonic component of the original audio signal and a random noise signal) to be added to the original audio signal is added via a capacitor. .
[0038]
This is because adding random noise or harmonic components and random noise via a capacitor causes the additional signal to be separated from the original audio signal circuit in a DC manner, so the output of the additional signal is the buffer amplifier of the original audio signal circuit. This is because it is possible to reduce the load of, and to reduce the sense of auditory suppression in the middle range and the low range. The capacitor to be inserted is not particularly specified, but may be any as long as it has an impedance in a range that does not substantially affect the passage of at least a signal in a band exceeding 20 kHz, which is an added signal.
[0039]
The following effects are obtained by the configuration of the present invention described above.
First, in the first invention of the present application, a high-frequency range exceeding an audible frequency band, which is a region where reproduction output is extremely attenuated in an analog audio device, and a reproduction frequency range exceeding an upper limit of a specific frequency regulated by a sampling frequency in a digital audio device. The unnaturalness of the reproduced sound quality due to the lack of the frequency characteristic generated in the above is removed by adding noise components obtained from different signal sources having a spectrum similar to the acoustic signal to the original acoustic signal, and the spectrum of the reproduced signal is removed. By approximating the spectrum of the original acoustic signal, naturalness in audibility is obtained.
[0040]
FIG. 2 illustrates the principle of the present invention, and shows the spectrum of an acoustic signal reproduced by an acoustic signal reproducing method to which the present invention is applied. An acoustic signal such as an original musical tone has a frequency component covering both the regions A and B in the figure, and the shaded area in the figure fluctuates depending on the magnitude of the sound. However, in reproduction by a digital audio device such as a CD, the high-frequency side is cut off at 20 kHz, and only the region A in FIG. Also, in analog audio equipment, the reproduction output is attenuated in a region exceeding the upper limit of the audible frequency of 20 kHz.
[0041]
Therefore, in the present invention, for example, an appropriate filtering is performed on the output of a noise generator or the like, and an audio signal in a frequency band corresponding to the region B is created separately from the original audio signal. By adding the range of the shaded area of the region, the reproduction state similar to the spectrum band of the original audio signal is reproduced to improve the sound quality.
[0042]
Further, according to the second invention of the present application, the reproduction output of the analog audio equipment in a treble range exceeding the audible frequency band is remarkably attenuated, and the reproduction output of the digital audio equipment exceeds the upper limit of a specific frequency regulated by the sampling frequency. The unnaturalness of the reproduced sound quality caused by the lack of the characteristic is added to both the harmonic component included in the original reproduced sound signal and the noise component in a band exceeding the audible frequency obtained from a signal source different from the sound signal. In this way, a reproduced sound signal that is closer to the spectrum of the original sound signal is obtained. With this configuration, it is possible to further approximate the spectrum of the original sound signal and obtain a more natural reproduction sound quality than in the case where only the harmonic component is added or the case where only the noise component is added. Can be.
[0043]
Further, in the present invention, the level of the signal added to the original audio signal is changed in accordance with the output fluctuation in the range of, for example, 6 kHz to 20 kHz in the original audio signal dynamically, so that the level is closer to the original audio signal. Try to reproduce the sound.
[0044]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment of the sound reproducing device according to the present invention.
FIG. 3 shows a case where the device of the first invention of the present application is applied to an output circuit portion of an analog sound reproduction device or an output circuit portion after D / A conversion of a digital sound reproduction device. The audio signal enters the buffer amplifier 1 from the input terminal 9, is branched, and one is directly connected to the output terminal 10, and the other is input to the high-pass or band-pass filter 2. After passing a signal in a specific band of the acoustic signal through the filter 2, the signal is amplified to an appropriate level by the amplifier 3 and detected by the detection circuit 4. This signal is input to the multiplication circuit 8 via the time constant circuit 5 and used as a level control signal for adjusting the level of a noise component added to the original audio signal.
[0045]
On the other hand, a noise component added to the original audio signal is obtained from the output of the random noise generator 6. The output of the noise generator 6 is passed through a high-pass or band-pass filter circuit 7 through a frequency band of 20 kHz or more, and is input to a multiplication circuit 8 to be multiplied by the level control signal and added to the original sound signal. To do. Therefore, the output of the random noise generator 6 is added to the original sound signal as a signal proportional to the output level of the high frequency sound of the original sound signal, and is taken out from the output terminal 10. There is no particular restriction on the high frequency side of this additional signal, but even if noise components are included in a meaninglessly high frequency band, different troubles may occur, so that the band up to approximately 100 kHz is covered. It should just be. The acoustic signal to which the noise component has been added in this manner is supplied from an output terminal 10 to an electroacoustic transducer such as a speaker or an earphone through an appropriate amplifier or the like, and the music or the like is reproduced.
[0046]
FIG. 4 shows a specific circuit example of the block diagram shown in FIG. 3. Elements that function similarly to the blocks shown in FIG. 3 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. It shall be.
This circuit is installed after the D / A conversion circuit in digital audio equipment, and is installed, for example, before the power amplification stage of an amplifier in analog equipment.
In FIG. 4, an original sound signal is input from an input terminal 9 and is amplified through a buffer amplifier 1. Part of the output of the buffer amplifier 1 is connected to the output terminal 10 and part of the output is guided to the high-pass filter circuit 2. The cutoff frequency of the high-pass filter 2 is approximately 6 kHz.
The sound signal in the band of 6 kHz to 20 kHz selected by the filter circuit 2 is detected by the detector 4 and then sent to the multiplication circuit 8 via the time constant circuit 5 to be added to the original sound signal. Used as a noise component level control signal.
[0047]
At this time, by selecting the time constant of the time constant circuit 5 to a predetermined value for the capacitor 12 and the resistor 13 constituting the circuit, the added noise component is adapted to the audibility and the effect of improving sound quality is enhanced. be able to. In actual trial listening, it was found that in the case of C = 0.047 μF and R = 47 kΩ, excellent reproduction sound quality was obtained near a time constant of 2.2 mS. Thereafter, the preferred range was examined by listening while changing C and R, and as a result, the preferred range was 2.2 mS ± 40%. In this embodiment, a desired time constant is obtained by one CR element. However, the time constant circuit is not limited to this form. Alternatively, a configuration including more CR elements may be employed. Further, it may be constituted by a delay circuit.
[0048]
The noise generator 6 amplifies the thermal noise of the internal resistors and feedback resistors of the operational amplifiers (TL072) 6-1 and 6-2 that randomly generate noise, and uses the amplified noise as a signal source of noise added to the original acoustic signal. . This noise output was passed through the high-pass filter circuit 7 and passed only in a frequency band of 20 kHz or more. Since the thermal noise of the semiconductor tends to decrease due to the effect of the gain characteristic of the semiconductor when the frequency becomes higher, a band-pass filter for cutting the high frequency side is not used in this embodiment. As the thermal noise source, not only a resistance element but also a base resistance inside a transistor or a channel resistance inside a FET may be used.
[0049]
This noise output is input to the multiplication circuit 8 and is multiplied by the above-mentioned level control signal. For this reason, it is added to the original sound signal while changing according to the change in the level of the original sound signal.
[0050]
The switch 11 is provided in the signal mixing path so that the addition of the noise output can be arbitrarily switched.
[0051]
Using the circuit as described above, the music was actually sampled and the effect was confirmed. When the switch 11 is opened and closed to compare the sound signal when the random noise component is added and the sound signal when the random noise component is not added, and the difference in the reproduced sound quality is examined. It was confirmed by hearing that the reproduced sound quality was very natural.
[0052]
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment shown in FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0053]
In the second embodiment, a capacitor 14 is provided in a circuit for adding a random noise component sent from the multiplication circuit 8 to an original audio signal. By attaching the capacitor 14 in this manner, the load applied to the buffer amplifier 1 can be reduced. By listening to the results, it was possible to obtain sound quality with reduced feeling of suppression in the middle and low ranges.
[0054]
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of the third embodiment of the audio signal reproducing device of the present invention.
In the example shown in FIG. 6, the operational amplifiers constituting the random noise generating circuit are configured in three stages (6-3, 6-4, 6-5), and the CR elements 6a, 6b, 6c are added to the feedback resistors of the operational amplifiers. Are arranged in parallel, so that generated noise is processed into so-called pink noise. As described above, by adding the pink noise component to the original sound signal, it is possible to obtain a more mellow reproduced sound signal close to a natural sound.
[0055]
In the example shown in FIG. 6, the filter circuit 7 is configured to have an eighth order so as to positively cut noise components of 20 kHz or less. As described above, when the order of the filter is increased, a noise component is hardly added to the audible band, so that clearer sound quality with less blur can be obtained. Note that the order of the filter is not limited to this embodiment, and can be appropriately changed according to the type of acoustic equipment to be used. According to the trial listening, it was confirmed that the higher the order of the filter, the higher the sound quality of the reproduced sound.
[0056]
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows a case where the device of the second invention of the present application is used for an output circuit portion in an analog sound reproducing device and for an output circuit portion after D / A conversion in a digital sound reproducing device. The acoustic signal is branched from the input terminal 30 via the buffer amplifier 21, one of which is sent to the output terminal 31 as it is, and the other is input to the high-pass or band-pass filter 22. The filter 22 allows only a specific band of the acoustic signal to pass therethrough, and inputs this signal to the harmonic generation circuit 23 to generate a harmonic. The output of the harmonic generation circuit 23 is input to a multiplication circuit 27 through an appropriate time constant circuit 24, and is used as a level control signal for controlling the level of a noise component added to the original audio signal.
[0057]
On the other hand, the noise component added to the original audio signal is obtained from the output of the noise generator 25. The noise generated by the noise generator 25 is input to a multiplication circuit 27 via a high-pass or band-pass filter circuit 26, and the noise level is changed according to the fluctuation of the output level of the level control signal. The output of the multiplication circuit 27 and the output of the above-described harmonic generation circuit 23 are input to a mixing circuit 28, and further passed through a high-pass filter 29 to remove the influence of noise on the audible band, and An additional signal to be added to the audio signal is obtained, and the additional signal is added to the original audio signal line and taken out from the output terminal 31 via the capacitor 33.
[0058]
Here, the frequency band of the signal to be added to the original acoustic signal is not particularly limited, but it is sufficient to cover a band up to about 100 kHz as in the first embodiment.
[0059]
FIG. 8 shows a specific circuit example of the block diagram shown in FIG. 7, and the same reference numerals are given to components that function similarly to the components shown in FIG.
As shown in FIG. 8, this circuit is installed after the D / A conversion circuit in digital audio equipment, and is installed before the power amplification stage of an amplifier in analog audio equipment. Similarly to the first embodiment, a random noise signal source is provided for each of the left and right channel circuits in order to form a stereo circuit, and a random noise signal source for each channel when used in a multi-channel device. Just fine.
[0060]
Now, the original sound signal is input from the input terminal 30 and is amplified via the buffer amplifier 21. One end of the output of the buffer amplifier 21 is connected to the output terminal 30, and part of the output is guided to the high-pass filter circuit 22. The cut-off frequency of this high-pass filter is about 6 kHz.
[0061]
The acoustic signal in the band of 6 kHz to 20 kHz selected by the filter circuit 22 is input to the harmonic generation circuit 23, where a harmonic component is generated. The harmonic circuit 23 forms a non-linear circuit by double-wave rectification, and the non-linear circuit intentionally generates distortion to obtain a harmonic component.
[0062]
A part of the output of the harmonic generation circuit 23 is sent to a multiplication circuit 27 via a time constant circuit 24 having a predetermined time constant, and is used as a level control signal of a noise component added to the original acoustic signal. As described in the first embodiment, it has been found that the selection of the time constant of the time constant circuit 24 has a high correlation with the naturalness of the audibility, and the preferable time constant suitable for the audibility is 2.2 mS ±. It was confirmed by listening that the range was 40%.
[0063]
The other output of the harmonic generation circuit 23 is guided to a mixing circuit 28 described below, mixed with the output of the multiplication circuit 27, and then added to the original sound signal.
[0064]
The noise generator 25 amplifies the thermal noise generated from the resistance elements in the operational amplifiers 25-1, 25-2, 25-3, and 25-4 to obtain a noise component added to the original acoustic signal. . The capacitors 26a to 26d connecting the operational amplifiers constituting the noise generator 25 constitute a filter circuit 26. Of the noise components generated here, components of 20 kHz or less are cut to some extent. Since the thermal noise of the semiconductor tends to decrease due to the effect of the gain characteristic of the semiconductor when the frequency becomes higher, a band-pass filter for cutting the high frequency side is not used in this embodiment.
[0065]
The output of the noise generation circuit 25 is input to the multiplication circuit 27 and is multiplied by the level control signal. As a result, the output level of the noise component fluctuates according to the output level of the original audio signal. The noise component is input to the mixing circuit 28 and mixed with a harmonic component dependent on the other original sound signal generated by the harmonic circuit 23, thereby preventing interference with a signal in the audible band. Is added to the original sound signal through a high-pass filter 29 that passes a signal of 20 kHz or more.
[0066]
An 8th-order high-order filter is used for the high-pass filter circuit 29, and is configured to positively cut a component of 20 kHz or less among harmonic components and noise components added to the original acoustic signal. The noise component is also cut off by the filter circuit 26 (4th order), and the 11th order filter including the capacitor 33 is used to remove components below 20 kHz. Therefore, since a noise component hardly remains in the audible band, clear sound quality can be obtained.
[0067]
In the fourth embodiment, the changeover switch 32 is provided so that the addition amount of the harmonic component and the random noise component to the original audio signal can be switched in a plurality of stages, and the type of the original audio signal and the viewer's The amount of addition is adjusted according to preference or the like so that an arbitrary sound quality can be obtained. Note that the changeover switch 32 is not necessarily provided, and may be configured so that a predetermined fixed amount is fixedly added.
[0068]
By actually listening to music using the circuit as described above, the effect of the second invention of the present application was confirmed. Similar to the first invention, when the case where the random noise component and the harmonic component are added and the case where the random noise component and the harmonic component are not added are compared, it can be confirmed that when added, the naturalness in the high frequency range increases, and the acoustic signal is It was confirmed that the reproduction could be suitably performed.
[0069]
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a fifth embodiment of the sound reproducing device of the present invention. In this example, a part of the output of the harmonic circuit 23 is input to a stage preceding the input stage of the noise component of the multiplying circuit 27, and the level of the harmonic component added to the original acoustic signal is also adjusted by the time constant circuit. It is configured to control using a level control signal passed through 24. With such a configuration, it is possible to obtain a sound reproduction signal that is closer to a natural sound signal.
As in the second embodiment, the additional signal is added to the original audio signal via the capacitor 33.
[0070]
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of the sixth embodiment of the sound reproducing device of the present invention. In this example, a capacitor and resistance elements 25a to 25d are provided in parallel with the feedback resistance of each operational amplifier constituting the noise generator 25, and the level of the high frequency noise component is gradually lowered to generate pink noise. It is added to the original sound signal. As described in the description of the third embodiment, a more natural reproduced sound signal can be obtained by adding pink noise.
[0071]
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the seventh embodiment of the present invention. In the present embodiment, a nonlinear circuit for generating harmonics is configured in two stages. That is, after a part of the original sound signal is input to the first absolute value circuit 23 ′ through the filter circuit 22, the output is sent to the mixing circuit 41, where the output of the absolute value circuit 23 ′ is referred to as the original sound signal. Mix. The output of the mixing circuit 41 is further input to a second absolute value circuit 43 via a filter circuit 42 so as to generate harmonics of the original acoustic signal. Other configurations are the same as those of the embodiment shown in FIG. 7, and the description thereof is omitted here. In this way, it has been confirmed by listening that a more natural reproduced sound can be obtained by configuring the nonlinear circuit for generating harmonics in two stages. In this embodiment, the nonlinear circuit for generating harmonics has a two-stage configuration, but may have a configuration of three or more stages. In addition, not only a filter circuit but also a transfer device and a delay circuit may be provided between each stage of the nonlinear circuit. Further, in another combination such as mixing output signals of the nonlinear circuits of each stage. You can also. Further, in the present embodiment, the absolute value circuit is used as the nonlinear circuit for generating harmonics. However, other nonlinear circuits such as a clip circuit, a square circuit, a square root circuit, and a logarithmic circuit can be used.
[0072]
In the above-described first to seventh embodiments, only the configuration of the audio signal reproduction circuit for one channel is shown. However, generally, a stereo circuit is provided with two channels on the left and right, and furthermore, a surround system or the like. May form a multi-channel. In such a case, as described above, it is preferable to separately install noise sources by the number of channels included in the audio device to be used, from the viewpoints of audible sound spread and presence.
[0073]
In the above-described embodiment, the addition of the noise component is performed by the analog circuit. However, the present invention is not limited to these embodiments. After performing on the area, the output can be taken out by performing D / A conversion. However, in this case, it is necessary to keep in mind that a circuit for signal processing is complicated and quantization noise is conspicuous.
[0074]
Rather, according to the present invention, it can be said that the noise generated in an analog manner also acts as a dither and has the effect of making non-linearity in quantization and regular quantization noise inconspicuous.
[0075]
Further, in the above-described embodiment, a time constant circuit is used in order to cause a time delay in the level control signal of the random noise component. However, the present invention is not limited to this embodiment. Other means, such as a delay circuit, may be used as long as they cause the time delay described above.
[0076]
In addition, a signal to be added to the original sound signal is created by the method and apparatus according to the present invention, amplified by a dedicated amplifier, and then subjected to sound conversion separately from the original sound signal by using a dedicated speaker to convert the sound. You may make it synthesize | combine in space. In this case, the level of the sound signal is detected from the speaker terminal that converts the original sound signal into sound or from the sound output from the speaker, and the level of the signal to be added is adjusted according to this level. When the signals are combined, the same effect as when the signals are combined before the sound conversion can be obtained.
[0077]
Further, the apparatus of the present invention can be suitably used not only for record players and CD players, but also for reproducing sound signals in electronic musical instruments. Also, after reproducing the conventional master tape in which the treble is cut off and adding the signal produced by the method of the present invention to the reproduced signal, the reproduced signal is recorded on a better recording tape or CD. Thus, it is possible to produce music software having a new value with improved sound quality.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the conventional analog audio equipment, the reproduction frequency characteristic of the high frequency range exceeding the audible frequency band is reduced, and in the digital audio equipment, the frequency band that can be reproduced is determined by the sampling frequency and the like. As a result, it is possible to overcome the unnaturalness in audibility caused by the reduction or omission of a signal in a band higher than this frequency band. According to the present invention, a sudden decrease in the reproduction frequency characteristic of the high-frequency range or a missing acoustic spectrum component is compensated by adding a noise component obtained from a random noise signal source to the original acoustic signal under predetermined conditions. Thus, in the sound reproducing apparatus using the present invention, very natural reproduced sound quality can be obtained.
[0079]
In addition, since the noise component added to the original audio signal is of an audible frequency or higher, there is no need to perform complicated circuits or signal processing. In addition, a missing acoustic spectrum can be obtained, and the improvement effect can be said to be extremely large.
[0080]
Further, according to the second aspect of the present invention, both the harmonic component dependent on the original sound signal exceeding the upper limit of the high frequency sound in the audible band or the reproduction band, and the random noise component obtained from the signal source independent of the original sound signal. By taking the means of adding, it is possible to further eliminate unnaturalness in audibility and to improve reproduction sound quality.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a spectrum of a frequency component of an audio signal. FIG. 1 (a) shows a spectrum of an original audio signal, and FIG. 1 (b) shows a spectrum of a frequency component when a digital audio device reproduces an audio signal. It was done.
FIG. 2 is a graph for explaining the principle of the audio signal reproducing method according to the present invention, and shows a state of a frequency spectrum of the audio signal.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of an audio signal reproducing device according to the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a more specific configuration of the first embodiment shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of the audio signal reproducing device according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration of a third embodiment of the audio signal reproducing device according to the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a fourth embodiment of the audio signal reproducing device according to the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a more specific configuration of the fourth embodiment shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a diagram showing a circuit configuration of a fifth embodiment of the sound reproducing device of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a circuit configuration of a sixth embodiment of the audio signal reproducing device according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a circuit configuration of a seventh embodiment of the audio signal reproducing device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1,21 buffer amplifier
2,22 filter circuit
3 Amplifier
4, 24 detection circuit
5 Time constant circuit
6, 25 Noise generator
7,26 Filter circuit
8,27 multiplier
9 Input terminal
10 Output terminal
11, 32 switch
14,33 Capacitor
23 Harmonic generation circuit
28 Addition circuit
29 Filter circuit
23 'first absolute value circuit
41 Mixing circuit
42 Filter Circuit
43 Second Absolute Value Circuit

Claims (14)

  1. 音響信号の再生における再生周波数の高音域上限、または可聴周波数の高音域上限を越える周波数帯域のスペクトルを持つ出力を、原音響信号に付加して再生を行う音響信号の再生方法において、
    前記原音信号に付加する信号が、原音響信号とは別個の信号源から得たランダムもしくはランダムな信号に類似したノイズ成分から所定の周波数帯域を選択した成分であって、この成分を、原音響信号からレベルコントロール信号を取り出して、当該レベルコントロール信号に時定数1.32〜3.08mSの時間遅れを持たせ、前記成分を、時間遅れを持ったレベルコントロール信号に連動させてレベル制御し、レベル制御された前記成分を原音響信号に付加することを特徴とする音響信号再生方法。
    In the reproduction method of the acoustic signal, in which the reproduction of the acoustic signal is performed by adding an output having a spectrum in a frequency range exceeding the upper limit of the reproduction frequency in the reproduction frequency or the upper limit of the audible frequency to the original audio signal,
    The signal added to the original sound signal is a component obtained by selecting a predetermined frequency band from a noise component similar to a random or random signal obtained from a signal source different from the original sound signal, and this component is referred to as an original sound signal. Extracting a level control signal from the signal, giving the level control signal a time delay of 1.32 to 3.08 mS, and controlling the level of the component in conjunction with the level control signal having a time delay; A sound signal reproducing method comprising adding the level-controlled component to an original sound signal .
  2. 音響信号の再生における再生周波数の高音域上限、または可聴周波数の高音域上限を越える周波数帯域のスペクトルを持つ出力を、原音響信号に付加して再生を行う音響信号の再生方法において、
    前記原音信号に付加する信号が、原音響信号とは別個の信号源から得たランダムもしくはランダムな信号に類似したノイズ成分から所定の周波数帯域を選択した成分と、原音響信号から得られた高調波成分とであって、これらの成分を、原音響信号からレベルコントロール信号を取り出して、少なくとも前記ノイズ成分、又は前記ノイズ成分と前記高調波成分の双方を、当該レベルコントロール信号に連動させてレベル制御し、レベル制御された前記各成分を前記原音響信号に付加することを特徴とする音響信号再生方法。
    In the reproduction method of the acoustic signal, in which the reproduction of the acoustic signal is performed by adding an output having a spectrum in a frequency range exceeding the upper limit of the reproduction frequency in the reproduction frequency or the upper limit of the audible frequency to the original audio signal,
    The signal to be added to the original sound signal is a component obtained by selecting a predetermined frequency band from a noise component similar to a random or random signal obtained from a signal source separate from the original sound signal , and a harmonic obtained from the original sound signal. And a level control signal extracted from the original sound signal, and at least the noise component, or both the noise component and the harmonic component, are linked to the level control signal to obtain a level. A sound signal reproducing method comprising controlling and adding each of the level-controlled components to the original sound signal.
  3. 請求項2に記載の音響信号再生方法において、前記原音響信号に付加するレベル制御されたノイズ成分、またはノイズ成分と高調波成分に、時定数1.32〜3.08mSの時間遅れを持たせて、レベル制御されかつ時間遅れを持った成分として、前記原音響信号に付加することを特徴とする音響信号再生方法。3. The audio signal reproducing method according to claim 2, wherein the level-controlled noise component or the noise component and the harmonic component added to the original audio signal have a time delay of 1.32 to 3.08 mS. An audio signal reproducing method , wherein a level-controlled component having a time delay is added to the original audio signal.
  4. 請求項2または3に記載の音響信号再生方法において、前記原音響信号に付加する高調波成分が、原音響信号を絶対値回路を経由させて生成した高調波成分であることを特徴とする音響信号再生方法。4. The acoustic signal reproducing method according to claim 2, wherein the harmonic component added to the original acoustic signal is a harmonic component generated by passing the original acoustic signal through an absolute value circuit. Signal playback method.
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載の音響信号再生方法において、
    前記音響信号再生の信号処理をデジタル領域で行うことを特徴とする音響信号再生方法。
    The audio signal reproducing method according to any one of claims 1 to 4,
    A sound signal reproducing method, wherein the signal processing of the sound signal reproduction is performed in a digital domain.
  6. 請求項1乃至のいずれかに記載の音響信号再生方法において、前記原音響信号への信号の付加を、音を空間で合成することによって行うことを特徴とする音響信号再生方法。In the audio signal reproducing method according to any one of claims 1 to 5, the acoustic signal reproduction method, which comprises carrying out by the addition of signals to the original audio signal, to synthesize a sound space.
  7. 請求項6に記載の音響信号再生方法において、原音響信号を音響変換するスピーカ端子から、あるいは当該スピーカからでる音から音響信号のレベルを検出して、前記レベルコントロールを行うことを特徴とする音響信号再生方法。7. The sound signal reproducing method according to claim 6, wherein the level control is performed by detecting a level of the sound signal from a speaker terminal for converting an original sound signal into sound or from a sound output from the speaker. Signal playback method.
  8. 音響信号の再生における再生周波数帯の高音域上限、または可聴周波数帯の高音域上限を越える周波数帯域のスペクトルを持つ出力を原音響信号に付加する音響信号の再生装置において、
    原音響信号とは別個の信号源から原音響信号に付加すべきランダムノイズを発生させるランダムノイズ発生手段と、
    前記ランダムノイズ発生手段で発生したランダムノイズから、可聴周波数帯域あるいは、音響信号の再生における再生周波数帯の高音域上限を越える周波数帯域のランダムノイズを選択する周波数選択手段と、
    原音信号からレベルコントロール信号を取り出して、前記原音響信号に付加するランダムノイズの出力レベルを、前記レベルコントロール信号に応じて制御するレベル制御手段と、
    前記レベルコントロール信号に時定数1.32〜3.08mSの時間遅れを発生させる時間遅れ発生手段と、
    前記周波数選択手段で所定の周波数を選択したランダムノイズであって、前記レベル制御手段および時間遅れ発生手段で、前記時間遅れを伴って出力レベルが制御されたランダムノイズを原音信号に付加する信号付加手段と、
    を具えることを特徴とする音響信号再生装置。
    In a sound signal reproduction device that adds an output having a spectrum of a frequency band exceeding a high frequency range upper limit of a reproduction frequency band or a high frequency range upper limit of an audible frequency band to an original sound signal in reproduction of an audio signal,
    Random noise generating means for generating random noise to be added to the original audio signal from a signal source separate from the original audio signal,
    From the random noise generated by the random noise generating means , audible frequency band, or frequency selection means for selecting random noise in a frequency band exceeding the upper limit of the high frequency range of the reproduction frequency band in the reproduction of the acoustic signal,
    Level control means for extracting a level control signal from an original sound signal and controlling an output level of random noise added to the original sound signal in accordance with the level control signal ;
    A time delay generating means for generating a time delay of 1.32 to 3.08 ms in the level control signal;
    Signal addition for adding random noise, which is a random noise whose predetermined frequency is selected by the frequency selecting means and whose output level is controlled with the time delay by the level control means and the time delay generating means , to an original sound signal Means,
    A sound signal reproducing device comprising:
  9. 音響信号の再生における再生周波数帯の高音域上限、または可聴周波数帯の高音域上限を越える周波数帯域のスペクトルを持つ出力を原音響信号に付加する音響信号の再生装置において、
    原音響信号とは別個の信号源から原音響信号に付加すべきランダムノイズを発生させるランダムノイズ発生手段と、
    前記ノイズ成分から、可聴周波数帯域あるいは、音響信号の再生における再生周波数帯の高音域上限を越える周波数帯域を選択する周波数選択手段と、
    原音響信号から得られた高調波成分を発生する高調波成分発生手段と、
    原音信号からレベルコントロール信号を取り出して、前記原音響信号に付加するランダムノイズ、または、ランダムノイズおよび高調波成分の出力レベルを、前記レベルコントロール信号に応じて制御するレベル制御手段と、
    前記レベル制御手段で出力レベルを制御し前記周波数選択手段で所定の周波数を選択したノイズ成分と、前記高調波成分、または、前記レベル制御手段で出力レベルを制御し前記周波数選択手段で所定の周波数を選択したノイズ成分と、前記レベル制御手段で出力レベルを制御した前記高調波成分を原音信号に付加する信号付加手段と、
    を具えることを特徴とする音響信号再生装置。
    In a sound signal reproduction device that adds an output having a spectrum of a frequency band exceeding a high frequency range upper limit of a reproduction frequency band or a high frequency range upper limit of an audible frequency band to an original sound signal in reproduction of an audio signal,
    Random noise generating means for generating random noise to be added to the original audio signal from a signal source separate from the original audio signal,
    From the noise component, an audible frequency band, or a frequency selection unit that selects a frequency band that exceeds a treble upper limit of a reproduction frequency band in reproducing an audio signal,
    Harmonic component generating means for generating a harmonic component obtained from the original acoustic signal,
    Level control means for extracting a level control signal from an original sound signal, adding random noise to the original sound signal, or an output level of random noise and harmonic components, in accordance with the level control signal ;
    A noise component whose output level is controlled by the level control means and a predetermined frequency is selected by the frequency selection means; or a harmonic component or an output level controlled by the level control means and a predetermined frequency is controlled by the frequency selection means. And a signal adding unit that adds the harmonic component whose output level is controlled by the level control unit to an original sound signal.
    A sound signal reproducing device comprising:
  10. 請求項9に記載の音響信号再生装置がさらに、前記レベルコントロール信号に時定数1.32〜3.08mSの時間遅れを発生させる時間遅れ発生手段を具えることを特徴とする音響信号再生装置。10. The audio signal reproducing apparatus according to claim 9, further comprising a time delay generating means for generating a time delay of 1.32 to 3.08 ms in the level control signal.
  11. 請求項9または10に記載の音響信号再生装置において、
    当該装置が原音響信号の高調波成分を発生する高調波成分発生手段を具え、この高調波成分発生手段が絶対値回路で構成されていることを特徴とする音響信号再生装置。
    The acoustic signal reproducing device according to claim 9 or 10,
    An acoustic signal reproducing apparatus, wherein the apparatus comprises a harmonic component generating means for generating a harmonic component of the original acoustic signal, and the harmonic component generating means comprises an absolute value circuit.
  12. 請求項8乃至11のいずれかに記載の音響信号再生装置において、音響信号再生の信号処理がデジタル領域で行われることを特徴とする音響信号再生装置。The audio signal reproducing apparatus according to claim 8, wherein the signal processing of the audio signal reproduction is performed in a digital domain.
  13. 請求項8乃至12のいずれかに記載の音響信号再生装置において、前記原音響信号への信号の付加を、音を空間で合成することによって行うことを特徴とする音響信号再生装置。In the audio signal reproducing apparatus according to any one of claims 8 to 12, wherein the additional signal to the original audio signal, sound audio signal reproducing apparatus which is characterized in that by combining in a space.
  14. 請求項13に記載の音響信号再生装置において、原音響信号を音響変換するスピーカ端子から、あるいは当該スピーカからでる音から音響信号のレベルを検出する手段を具え、この検出したレベルについて、前記レベルコントロールを行うことを特徴とする音響信号再生装置。14. The audio signal reproducing apparatus according to claim 13, further comprising: means for detecting a level of the audio signal from a speaker terminal for converting the original audio signal into sound or from a sound output from the speaker, and controlling the level of the detected level. A sound signal reproducing device characterized by performing:
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