JP4286510B2 - 音響信号処理装置及びその方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低音域欠如の補償を行い、低音感を増強する音響信号処理装置及びその方法に係り、さらに詳しくは、低音成分の倍音を付加して低音感の増強を図り、小型スピーカのように、低音感が不足しがちな機器を使用する場合に好適な、技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、再生困難な低音の代わりに、整数次の倍音を再生させると、バーチャル・ピッチ効果と呼ばれる聴覚現象により、低音感の向上を図れることが知られている。
【０００３】
以下、図面を参照しながら、従来の技術における、この種の音響信号処理装置を、説明する。図９（ａ）、（ｂ）は、従来の音響信号処理装置のブロック図である。なお、整数次の各倍音成分は、全波整流法、べき乗法、ゼロクロス法等で生成できる。
【０００４】
まず、図９（ａ）を用いて、第１の従来例を説明する。この例では、低音域に属する音について、ゼロクロス法又はべき乗法により、その整数次倍音成分を複数個生成する。
【０００５】
図９（ａ）に示すように、このものでは、入力端子９１から入力される信号は、２系統に分かれる。まず、１系統目では、入力される信号の全ての成分が、そのまま遅延部９３に入力され、後述する整数次倍音生成手段９７の処理に要する時間だけ遅れて、ゲイン調整器９４ａによりゲイン調整を受けた上で、加算器１００の一方の入力部へ入力される。
【０００６】
また、２系統目では、入力される信号の全ての成分が、ローパスフィルタ９６に入力される。ローパスフィルタ９６は、この全ての成分から、所定のカットオフ特性に従って、低音域に属する成分のみを抽出し、整数次倍音生成手段９７へ出力する。
【０００７】
ここで本明細書において、基音の周波数（基本周波数）のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を持つ倍音を、第ｎ倍音という。
【０００８】
さて、整数次倍音生成手段９７は、ローパスフィルタ９６が抽出した、低音域に属する成分の、第２倍音、第３倍音、...、第ｎ倍音を生成する、倍音生成手段９８ａ、９８ｂ、...、９８ｃを有する。これらの倍音生成手段９８ａ、９８ｂ、...、９８ｃが生成した、第２倍音、第３倍音、...、第ｎ倍音は、それぞれゲイン調整器９４ｂ、９４ｃ、...、９４ｄにより、ゲインを調整され、加算器９５で加算された上で、加算器１００の他方の入力部へ入力される。
【０００９】
加算器１００は、１系統目及び２系統目から、それぞれ入力する成分を加算して、出力端子９２へ出力する。
【００１０】
次に、図９（ｂ）を用いて、第２の従来例を説明する。この例では、低音域に属する音について、全波整流法により、その倍音を生成する。なお、この従来例に属する文献として、特許文献１をあげることができる。
【００１１】
図９（ｂ）において、図９（ａ）と同様の構成要素については、同一符号を付すことにより、説明を省略する。
【００１２】
さて、図９（ｂ）では、図９（ａ）における、整数次倍音生成手段９７に代えて、次の要素が設けられている。
【００１３】
全波整流器９９は、ローパスフィルタ９６が抽出した、低音域の信号について、負の値を正の値に折り返し、２倍の周波数に変換する。但し実際には、直流バイアスと偶数次の倍音成分が生成されるので、バンドパスフィルタ１０１を用いて、主成分である第２倍音のみを抽出する。
【００１４】
図９（ｂ）に示すように、全波整流法は、簡易な構成で実施できる。全波整流法によると、２次の倍音を生成でき、さらに、図９（ｃ）に示すように、全波整流器９９とバンドパスフィルタ１０１の組を、複数組、直列接続することにより、２のｎ乗次（ｎ＝２，３，・・・）の倍音を生成するように、拡張できる。しかしながら、全波整流法では、奇数次倍音を生成できないという問題点がある。
【００１５】
次に、図１０を用いて、ゼロクロス法及び第１の従来例の問題点を、説明する。ここで、図１０（ａ）、（ｂ）は、従来の波形例を示すグラフであり、図中、横軸は時間を示し、縦軸は振幅を示す。
【００１６】
さて、ゼロクロス法では、図１０（ａ）に丸印で示すように、信号が、正から負へ、あるいは、負から正へ、変化するゼロクロス点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を検出する。
【００１７】
そして、第２倍音成分を生成する場合には、ゼロクロス点から次のゼロクロス点との区間（図１０（ａ）の例では、Ｐ１−Ｐ２区間、Ｐ２−Ｐ３区間）において、波形を時間軸について２倍圧縮し、繰り返し２回再生する。
【００１８】
同様に、第ｎ倍音成分は、同ゼロクロス点区間を中心に、時間軸についてｎ倍倍圧縮され、ｎ回繰り返し再生することで得られる。
【特許文献１】
特開平５−３２８４８１号公報（第３−４頁、図１）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
さて、一般の音楽ソースは、複数の純音成分で構成される複合音である。例えば、図１１（ａ）のスペクトル構造例に示すように、周期性のある楽音は、基本周波数を持つ基音（図１１（ａ）ではｆ＝４０Ｈｚ）と、その整数倍の周波数を持つ倍音（図１１（ａ）では、８０、１２０、...Ｈｚ）とにより、構成される。
【００２０】
さらに、和音などは、強いエネルギー成分を持つ基本周波数が、複数存在する。和音などは、例えば、完全８度では図１１（ｂ）のようなスペクトル構造となり、完全５度では図１１（ｃ）のようなスペクトル構造となる。
【００２１】
次に、このような複数の純音で構成される一般の複合音に対し、従来の倍音生成法を用いた場合の問題点について述べる。なお、以下、倍音生成法としてゼロクロス法を用いた場合について説明するが、以下の問題点は、全波整流法、べき乗法など、他の倍音生成法を用いた場合にも、同様に該当する。
【００２２】
図１２（ａ）は、完全８度（周波数比が１：２）の関係にある２つの純音（同レベルの４０Ｈｚと８０Ｈｚの純音）で構成される複合音（スペクトル構造は図１１（ｂ）参照）に対し、ゼロクロス法を用いて、原信号と同レベルで第２倍音を生成した処理音についての、周波数解析の結果を示している。
【００２３】
また、図１２（ｂ）は、完全５度（周波数比が２：３）の関係にある２つの純音（同レベルの６０Ｈｚと９０Ｈｚの純音）で構成される複合音（スペクトル構造は図１１（ｃ）参照）に対し、ゼロクロス法を用いて、原信号と同レベルで第２倍音を生成した処理音についての、周波数解析の結果を示している。
【００２４】
図１２（ａ）（ｂ）いずれの場合においても、各純音成分の２倍の周波数のみで生成されることが望まれる。しかしながら、いずれの場合においても、２倍の周波数成分は発生しているものの、倍音以外の成分（２つの純音成分の基本周波数の最大公約数を、基本周波数とする倍音成分）からなる歪みが発生している。
【００２５】
この歪みは、複数の純音を含んでいる信号に対し、一度に倍音生成を行ったために生じるものである。
【００２６】
つまり、純音が複数含まれる信号では、図１３（ａ）に示すように、原波形における、複合音の波形の周期Ｔ（含まれる純音の周期の最小公倍数）と、ゼロクロス点の間隔とが、通常一致しない。
【００２７】
このような場合に、ゼロクロス法を適用すると、周期Ｔ間隔のゼロクロス点以外で、波形の圧縮及び繰り返し再生を行うことになり、図１３（ｃ）に示すように、処理後の信号の波形が、原信号と相似にならず、波形の歪みが発生することとなる。この点、図１３（ａ）の原波形を理想的に倍音生成した波形を示す、図１３（ｂ）と、図１３（ｃ）とを、注意深く比較されたい。
【００２８】
そこで本発明は、複合音時の音質劣化を抑制できる音響信号処理装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の音響信号処理装置では、入力音響信号の低音成分を、互いに周波数帯域が異なる、複数の帯域に属する成分に分割する帯域分割手段と、複数の帯域に属する成分のそれぞれに基づき、倍音成分を生成する倍音生成手段と、生成された倍音成分と、入力音響信号とを、合成する合成手段とを備える。
【００３０】
この構成において、帯域分割手段が、低音成分を、複数の帯域幅に小分けすることにより、基音と、その倍音とが、同じ帯域幅に含まれる事態を抑制でき、歪みを抑制して音質を向上できる。
【００３１】
さらに、帯域分割手段は、基本周波数を持つ基音と、この基音に対する倍音とが、異なる帯域に属するように、入力音響信号の低音成分を、分割する。
【００３２】
この構成により、基音と、その倍音とが、同じ帯域幅に含まれることはなく、歪みを抑制して音質を向上できる。
【００３３】
さらに、複数の帯域は、ロー・インターバル・リミットに基づいて定められている。
【００３４】
この構成により、帯域分割の分割特性を最適化し、回路規模を削減することができる。
【００３５】
請求項２記載の音響信号処理装置では、複数の帯域は、さらに楽器の最低基音の周波数に基づいて定められている。
【００３６】
この構成により、現実に即した帯域分割を行える。
【００４３】
請求項５記載の音響信号処理装置では、請求項５記載の音響信号処理装置では、第１チャンネルの入力音響信号と、第２チャンネルの入力音響信号とを入力し、これらの入力音響信号の和成分を出力する和成分出力手段と、和成分の低音成分を、互いに周波数帯域が異なる、複数の帯域に属する成分に分割する帯域分割手段と、複数の帯域に属する成分のそれぞれに基づき、倍音成分を生成する倍音生成手段と、生成された倍音成分と、第１チャンネルの入力音響信号とを、合成する第１合成手段と、生成された倍音成分と、第２チャンネルの入力音響信号とを、合成する第２合成手段と、を備え、帯域分割手段は、基音周波数を持つ基音と、この基音に対する倍音とが、異なる帯域に属するように、入力音響信号の低音成分を分割し、複数の帯域の幅は、ロー・インターバル・リミットに基づいて定められている、ことを特徴している。
【００４４】
この構成により、請求項１と同様の利点がある。さらに、低音成分について定位感が鈍いという人間の聴感上の特性と、低音成分は各チャンネルに同相で含まれることが多いという実情とを利用し、２チャンネル以上の音響信号を処理する場合に、より小さな回路規模で、低音感の増強を行える。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図１（ａ）は、本発明の実施の形態における音響信号処理装置のブロック図である。
【００４６】
さて、図１に示す構成要素のうち、入力端子１１は、入力信号を入力する。帯域分割手段１３は、入力信号を複数の周波数帯域に分割する。
【００４７】
複数の倍音生成手段１４ａ〜１４ｃは、帯域分割手段１３により分割された各帯域信号に対し倍音生成を行う。因みに、第１の倍音生成手段１４ａは、第２倍音を生成し、同様に、第２の倍音生成手段１４ｂは、第３倍音を、第ｎの倍音生成手段１４ｃは、第ｎ倍音を、それぞれ生成する。
【００４８】
倍音生成手段１４ａ〜１４ｃには、従来の技術の項で説明した整数次の倍音成分法（全波整流法、べき乗法、ゼロクロス法等）のいずれを用いても良い。このようにしても、帯域分割手段１３による帯域分割幅を工夫することにより、倍音生成に伴う、上述した歪みが生じないようになっている。
【００４９】
ハイパスフィルタ１５は、高域通過特性を有するデジタルフィルタであり、入力信号に対し擬似化した周波数帯域の成分を除去を行う。
【００５０】
また、遅延器１６は、処理遅延を補償し、ゲイン調整器１７ａ〜１７ｄは、倍音生成手段１４ａ〜１４ｃと遅延器１６との、それぞれの出力に対しゲイン調整を行う。加算器１８は、ゲイン調整器１７ａ〜１７ｄの出力信号を加算し、加算結果は、出力端子１２より外部へ出力される。
【００５１】
帯域分割手段１２は、擬似化を行う低音成分を複数の周波数帯域の信号（以下帯域信号）に分割するものである。その実現法は、デジタル信号処理技術の分野では、一般に知られている。
【００５２】
ここで本発明における帯域分割手段１２は、後述する（条件１）に従う帯域分割を行えば足り、その構成自体に依存しない。なお、本形態では、図２に示すように、複数のバンドパスフィルタ２３ａ、２３ｂ、...、２３ｃを、帯域にあわせて、並列に設けることにより帯域分割手段１２を構成している。
【００５３】
この帯域分割手段１３の分割特性は、複合音時の音質劣化を抑制するため各周波数帯域に複数の純音成分が含まれないように構成する。なお、このような分割特性の決定法の詳細に関しては後述する。
【００５４】
なお、図１（ａ）に示す構成に代えて、図１（ｂ）のように、加算器１８の出力に対して、ハイパスフィルタ１５により、原信号からの擬似化した周波数帯域の成分を除去しても良い。
【００５５】
また、図１（ａ）に示す構成に代えて、図１（ｃ）のように、擬似化する元の周波数成分は残るものの、ハイパスフィルタ１５を省略しても実用上問題ない。
【００５６】
次に、動作を説明する。以下、図３に示すような分割特性を、［ｆ０Ｈｚ ｆ１Ｈｚ ｆ２Ｈｚ ｆ３Ｈｚ］のように、簡略化して表す。この表現は、ｆ０Ｈｚ〜ｆ１Ｈｚの帯域と、ｆ１Ｈｚ〜ｆ２Ｈｚの帯域と、ｆ２Ｈｚ〜ｆ３Ｈｚの帯域の、都合３つの帯域があることを示す。
【００５７】
ここでは、図３に示す３つの帯域の合計の帯域、即ち［ｆ０Ｈｚ ｆ３Ｈｚ］の周波数帯域を、擬似化する場合を説明する。また、次の例では、ｆ０＝０、ｆ１＝５０、ｆ２＝７５、ｆ３＝１００である。
【００５８】
まず、図１（ａ）に示すように、入力信号は、入力端子１１を経て、帯域分割手段１３に入力される。
【００５９】
帯域分割手段１３は、入力信号から擬似化する低音成分を抽出し、さらにその成分を、図３のように［０Ｈｚ ５０Ｈｚ］、［５０Ｈｚ ７５Ｈｚ］、［７５Ｈｚ １００Ｈｚ］の周波数帯域の信号（以下、帯域信号）に分割する。
【００６０】
そして、それぞれの帯域信号に対し、倍音生成手段１４ａ〜１４ｃにより倍音生成が行われる。
【００６１】
これら倍音生成手段１４ａ〜１４ｃの出力信号と再合成される入力信号は、ハイパスフィルタ１５により擬似化する［ｆ０Ｈｚ ｆ３Ｈｚ］の周波数帯域の成分が減衰され、さらに遅延器１６により、低音成分の倍音生成処理によって生じた遅延の補償が行われる。
【００６２】
そして、ゲイン調整手段１７ａ〜１７ｄにより、倍音生成手段１４ａ〜１４ｃの出力信号と遅延器１６の出力信号とに、適当なゲイン調整が施され、加算器１８により加算され、出力端子１２を介して外部へ出力される。
【００６３】
このように、帯域を複数に分割することで、複合音を構成する各々の純音成分に対し個別に倍音生成することができ、複合音時の音質の劣化を抑制できる。
【００６４】
しかしながら、帯域の分割数が増加すると、分割数と同じだけの倍音生成手段が必要となり、また、より狭帯域フィルタの実現が要求されるため、回路規模が増大する。
【００６５】
従って、個々の純音成分が分離可能な最大の帯域の幅で構成されることが、音質を保った上で回路規模を削減するという点から見た場合の最適な分割特性であるといえる。
【００６６】
そのような分割特性を構成するには、分割の個々の帯域の幅を、
楽音の倍音構成と、
ロー・インターバル・リミットと
に基づいて決定すればよいことを、以下述べる。
【００６７】
１．楽音の倍音構成
楽音のような周期性複合音は、基本周波数を持つ基音とその整数倍の周波数からなる倍音で構成される。
【００６８】
なお、基本周波数の下限は、楽器により異なる。次段は、主な低音楽器の基本周波数の下限（以下、最低基音）を示している。
楽 器 最低基音（Ｈｚ）
ピアノ ２７．５
ベースギター（５弦） ３０．８
コントラバス ３４．６
バス・チューバ ４１．２
バス・サキソフォン ５５．０
【００６９】
これによれば、ピアノの最低基音である２７．５Ｈｚは、大半の低音楽器の中で最小であるといって差し支えない。従って、ピアノの最低基本周波数である２７．５Ｈｚ以上の基本周波数に対応すれば、十分であるといえる。
【００７０】
なお、通常、楽音に含まれる倍音成分は、第２、第３、第４・・・というように高次に渡り存在するため、基音とこれら個々の倍音成分がそれぞれ分離されることが望まれる。
【００７１】
以上の点を総合すると、結局、２７．５Ｈｚ以上の各基本周波数に対し、次の（条件１）が満たされれば、必要十分となる。
【００７２】
（条件１）基本周波数（周波数ｆ）を持つ基音と、その基音に対する倍音（ｎを自然数として、周波数ｎｆ）が、同一の分割帯域に含まれない（つまり、基本周波数を持つ基音と、この基音に対する倍音とが、異なる帯域に属する）こと。
【００７３】
（条件１）を満たさない例を、図４を用いて説明する。図４（ａ）では、基本周波数３５Ｈｚに関し、第２倍音と第３倍音とが、［５０Ｈｚ １１０Ｈｚ］の帯域に同時に属しており、（条件１）を満たさない。また、図４（ｂ）では、基本周波数３５Ｈｚについては、（条件１）を満たしているが、基本周波数４０Ｈｚについては、第２倍音と第３倍音とが、［７５Ｈｚ １２５Ｈｚ］の帯域に同時に存在し、（条件１）を満たさない。
【００７４】
なお、図４（ｂ）に示したように、ある基本周波数（４０Ｈｚ）について、それよりも低い基本周波数（３５Ｈｚ）において（条件１）を満たしているからといって、その基本周波数（４０Ｈｚ）が（条件１）を満たすとは限らない。
【００７５】
２．ロー・インターバル・リミットに基づく設定
和音は、複数の基本周波数を持っている。このため、和音の場合において各純音成分を分離するには、個々の基音と基本周波数とその倍音成分の分離が必要となる。
【００７６】
ここで、低音域においては、基本周波数の密接した和音は、融合することなく濁った音になるという聴感上の性質が存在する。
【００７７】
そして、それぞれ音程が定められた２つの音を、これ以上低い音域で発すると濁って聴こえる限界がある。この限界を、ロー・インターバル・リミットと呼ぶ。ロー・インターバル・リミットが存在するため、濁りなく同時に鳴らすことができる、基本周波数は、制限される。
【００７８】
図５は、ロー・インターバル・リミットに基づいて、基本周波数の周波数間隔を計算したものであり、これには、基本周波数、音階及び周波数間隔の関係がまとめられている。
【００７９】
これによると、Ａ０〜Ａ１では完全８度のみ、Ａ１＃〜Ａ２では完全５度・完全８度、Ａ２＃〜Ｂ２では増４度を除く、長３度以上、Ｃ２〜Ｄ２では短３度以上、Ｄ２＃以上では長２度以上の音程が用いられていることがわかる。
【００８０】
なお、音名に付けられた添え字は、オクターブ番号を表しており、Ａ０がピアノの最低基音である２７．５Ｈｚに一致する。
【００８１】
ここで、低音のカットオフ周波数が、２９Ｈｚ以上の基本周波数と倍音成分の分離条件を満たしていれば、このロー・インターバル・リミットの条件も充足できていることは、次のようにすると、確かめることができる。
【００８２】
例えば、完全５度（周波数比が２：３）は、５８Ｈｚから用いられる。この５８Ｈｚは、２９Ｈｚの第２倍音にあたり、さらに第３倍音を持つ周波数８７Ｈｚは、第２倍音から見て完全５度の周波数比となっている。
【００８３】
つまり、完全５度は、第２倍音と第３倍音の周波数比に等しく、さらに完全５度が用いられる周波数の下限５８Ｈｚは、２９Ｈｚの第２倍音に一致する。したがって、基本周波数２９Ｈｚ以降が（条件１）を満たしていれば、５８Ｈｚ以降の完全５度の関係にある基本周波数の分離が可能であるといえる。
【００８４】
これと同様のことが、完全８度（基本周波数と第２倍音の周波数比）、長３度（第４倍音と第５倍音の周波数比）にも該当し、結局、基本周波数２９Ｈｚ以降に関して、（条件１）が満たされれば、低音の和音に介する基本周波数の分離も可能である。
【００８５】
次に、（条件１）を満たす分割特性の具体例を示していく。ここで対象とする基本周波数の下限は、ピアノの基音である２７．５Ｈｚとする。但し、図５を参照すればわかるように、この下限は、必要に応じて、例えば、２０Ｈｚ〜６０Ｈｚの範囲で、適宜設定することができる。
【００８６】
（条件１）を満たす単純な例としては、それぞれの帯域の幅を一律に２７．５Ｈｚより小さくすることが考えられる。但し、クロスオーバーのない理想的な帯域分割は行えないから、実際には、２７．５Ｈｚよりも小さめに帯域の幅を設定することになる。
【００８７】
このような分割の具体例として、図６（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す
［２５Ｈｚ ５０Ｈｚ ７５Ｈｚ １００Ｈｚ １２５Ｈｚ］
［１２．５Ｈｚ ３７．５Ｈｚ ６２．５Ｈｚ １１２．５Ｈｚ］
という、帯域をあげることができる。
【００８８】
また、図６（ｃ）、（ｄ）にそれぞれ示す
［２５Ｈｚ ５０Ｈｚ ７０Ｈｚ ９５Ｈｚ １２０Ｈｚ］
［１２．５Ｈｚ ３７．５Ｈｚ ６０．５Ｈｚ ８５．５Ｈｚ １１５Ｈｚ］
の帯域のように、帯域同士を、必ずしも等幅にする必要はない。
【００８９】
なお、［０Ｈｚ ２７．５Ｈｚ］の帯域の基本周波数は少ないから、特にこの周波数帯は考慮しなくて良い。
【００９０】
したがって、図７（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す
［０Ｈｚ ５０Ｈｚ ７５Ｈｚ １００Ｈｚ １２５Ｈｚ］
［０Ｈｚ ３７．５Ｈｚ ６２．５Ｈｚ ８７．５Ｈｚ １１２．５Ｈｚ］
の帯域のように、最低の帯域を、単に低音通過フィルタとしてもよい。
【００９１】
さらに、帯域の幅を２７．５Ｈｚ以上にすることも考えられる。例えば、図７（ｃ）に示すように、一部の帯域の幅を、３５Ｈｚにすることもできる。
【００９２】
この分割特性であっても、（条件１）を満たしている。このような例は、他に種々考えられる。
【００９３】
なお、１５０Ｈｚ以上の分割特性について、短３度、長２度の分離を行えるようにすると、さらに音質を向上できる。
【００９４】
図７（ｄ）に示す
［２５Ｈｚ ５０Ｈｚ ７５Ｈｚ １００Ｈｚ １２５Ｈｚ １４５Ｈｚ １６５Ｈｚ ．．］
という例では、短３度の分離を可能とするため、１２５Ｈｚ以上の帯域の幅を、２０Ｈｚとしている。
【００９５】
以上述べたように、帯域分割処理により、複合音を構成する各々の純音成分に対し個別に倍音生成を行うことで音質の劣化を抑制することができる。さらに、楽音の倍音構成とロー・インターバル・リミットに基づき分割特性を、（条件１）に基づいて、設定することで、帯域分割の分割特性を最適化し、回路規模を削減することを可能とした。
【００９６】
なお、上記説明において、（条件１）における基本周波数の下限を、ピアノの基本周波数である２７．５Ｈｚとしたが、例えば３０Ｈｚ等のように、より高い周波数を、この下限としても、本発明は、一定の効果を奏し、実用上十分と思われる。
【００９７】
なお、上記の説明は、入力信号が、モノラルの場合に関して説明したが、２チャンネル以上のソースにおいても、本発明は適用できる。
【００９８】
図８は、本発明の実施の形態における２チャンネル対応の音響信号処理装置のブロック図である。図中、図１と同様の構成要素については、同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００９９】
この装置では、第１チャンネル（図ではＬチャンネル）と第２チャンネル（図ではＲチャンネル）の２チャンネルに対応するため、入力端子１１ａ、１１ｂ、遅延器１６ａ、１６ｂ、ゲイン調整器１７ａ、１７ｅ、加算器１８ａ、１８ｂ、ハイパスフィルタ１５ａ、１５ｂが、それぞれ各チャンネル毎に、設けられている。
【０１００】
また、和成分出力手段としての、加算器８１は、第１チャンネルの入力音響信号と、第２チャンネルの入力音響信号とを入力し、これらの入力音響信号の和成分を、帯域分割手段１３へ出力する。したがって、この帯域分割手段１３は、和成分の低音成分を、互いに周波数帯域が異なる、複数の帯域に属する成分に分割する。
【０１０１】
第１合成手段としての、加算器１８ａは、倍音生成手段１４ａ〜１４ｃにより生成された倍音成分と、第１チャンネルの入力音響信号とを、加算しハイパスフィルタ１５ａへ出力する。
【０１０２】
また、第２合成手段としての、加算器１８ｂは、倍音生成手段１４ａ〜１４ｃにより生成された倍音成分と、第２チャンネルの入力音響信号とを、加算しハイパスフィルタ１５ｂへ出力する。
【０１０３】
図８に示す装置では、低音成分は各チャンネルに同相で含まれることが多いことを利用し、各チャンネルの信号を加算後に処理を行うことで処理量を削減している。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明によれば、帯域分割処理により、複合音を構成する各々の純音成分に対し個別に倍音を生成でき、歪みを低減して、音質の劣化を抑制できる。
【０１０５】
さらに、楽音の倍音構成とロー・インターバル・リミットに基づいて帯域分割特性を構成することで、帯域分割の分割特性を最適化し、回路規模を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態による音響信号処理装置のブロック図
（ｂ）同音響信号処理装置のブロック図
（ｃ）同音響信号処理装置のブロック図
【図２】同帯域分割手段のブロック図
【図３】同帯域分割の説明図
【図４】（ａ）同帯域分割の例示図（不適）
（ｂ）同帯域分割の例示図（不適）
【図５】同ロー・インターバル・リミットを考慮した周波数間隔説明図
【図６】（ａ）同帯域分割の例示図（適）
（ｂ）同帯域分割の例示図（適）
（ｃ）同帯域分割の例示図（適）
（ｄ）同帯域分割の例示図（適）
【図７】（ａ）同帯域分割の例示図（適）
（ｂ）同帯域分割の例示図（適）
（ｃ）同帯域分割の例示図（適）
（ｄ）同帯域分割の例示図（適）
【図８】同２チャンネル対応の音響信号処理装置のブロック図
【図９】（ａ）従来の音響信号処理装置のブロック図
（ｂ）従来の音響信号処理装置のブロック図
【図１０】（ａ）従来のゼロクロス法による倍音生成説明図（原波形）
（ｂ）従来のゼロクロス法による倍音生成説明図（生成波形）
【図１１】（ａ）従来のスペクトラム構造の説明図
（ｂ）従来のスペクトラム構造の説明図
（ｃ）従来のスペクトラム構造の説明図
【図１２】（ａ）従来の倍音生成処理結果（複合音）のスペクトルを表した図
（ｂ）従来の倍音生成処理結果（複合音）のスペクトルを表した図
【図１３】（ａ）従来のゼロクロス法による倍音生成説明図（原波形）
（ｂ）従来のゼロクロス法による倍音生成説明図（生成波形）
（ｃ）従来のゼロクロス法による倍音生成説明図（理想生成波形）
【符号の説明】
１１ 入力端子
１２ 出力端子
１３ 帯域分割手段
１４ａ〜１４ｃ 倍音生成手段
１５ ハイパスフィルタ
１６ 遅延器
１７ａ〜１７ｄ ゲイン調整器
１８ 加算器
【発明の属する技術分野】
本発明は、低音域欠如の補償を行い、低音感を増強する音響信号処理装置及びその方法に係り、さらに詳しくは、低音成分の倍音を付加して低音感の増強を図り、小型スピーカのように、低音感が不足しがちな機器を使用する場合に好適な、技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、再生困難な低音の代わりに、整数次の倍音を再生させると、バーチャル・ピッチ効果と呼ばれる聴覚現象により、低音感の向上を図れることが知られている。
【０００３】
以下、図面を参照しながら、従来の技術における、この種の音響信号処理装置を、説明する。図９（ａ）、（ｂ）は、従来の音響信号処理装置のブロック図である。なお、整数次の各倍音成分は、全波整流法、べき乗法、ゼロクロス法等で生成できる。
【０００４】
まず、図９（ａ）を用いて、第１の従来例を説明する。この例では、低音域に属する音について、ゼロクロス法又はべき乗法により、その整数次倍音成分を複数個生成する。
【０００５】
図９（ａ）に示すように、このものでは、入力端子９１から入力される信号は、２系統に分かれる。まず、１系統目では、入力される信号の全ての成分が、そのまま遅延部９３に入力され、後述する整数次倍音生成手段９７の処理に要する時間だけ遅れて、ゲイン調整器９４ａによりゲイン調整を受けた上で、加算器１００の一方の入力部へ入力される。
【０００６】
また、２系統目では、入力される信号の全ての成分が、ローパスフィルタ９６に入力される。ローパスフィルタ９６は、この全ての成分から、所定のカットオフ特性に従って、低音域に属する成分のみを抽出し、整数次倍音生成手段９７へ出力する。
【０００７】
ここで本明細書において、基音の周波数（基本周波数）のｎ倍（ｎは自然数）の周波数を持つ倍音を、第ｎ倍音という。
【０００８】
さて、整数次倍音生成手段９７は、ローパスフィルタ９６が抽出した、低音域に属する成分の、第２倍音、第３倍音、...、第ｎ倍音を生成する、倍音生成手段９８ａ、９８ｂ、...、９８ｃを有する。これらの倍音生成手段９８ａ、９８ｂ、...、９８ｃが生成した、第２倍音、第３倍音、...、第ｎ倍音は、それぞれゲイン調整器９４ｂ、９４ｃ、...、９４ｄにより、ゲインを調整され、加算器９５で加算された上で、加算器１００の他方の入力部へ入力される。
【０００９】
加算器１００は、１系統目及び２系統目から、それぞれ入力する成分を加算して、出力端子９２へ出力する。
【００１０】
次に、図９（ｂ）を用いて、第２の従来例を説明する。この例では、低音域に属する音について、全波整流法により、その倍音を生成する。なお、この従来例に属する文献として、特許文献１をあげることができる。
【００１１】
図９（ｂ）において、図９（ａ）と同様の構成要素については、同一符号を付すことにより、説明を省略する。
【００１２】
さて、図９（ｂ）では、図９（ａ）における、整数次倍音生成手段９７に代えて、次の要素が設けられている。
【００１３】
全波整流器９９は、ローパスフィルタ９６が抽出した、低音域の信号について、負の値を正の値に折り返し、２倍の周波数に変換する。但し実際には、直流バイアスと偶数次の倍音成分が生成されるので、バンドパスフィルタ１０１を用いて、主成分である第２倍音のみを抽出する。
【００１４】
図９（ｂ）に示すように、全波整流法は、簡易な構成で実施できる。全波整流法によると、２次の倍音を生成でき、さらに、図９（ｃ）に示すように、全波整流器９９とバンドパスフィルタ１０１の組を、複数組、直列接続することにより、２のｎ乗次（ｎ＝２，３，・・・）の倍音を生成するように、拡張できる。しかしながら、全波整流法では、奇数次倍音を生成できないという問題点がある。
【００１５】
次に、図１０を用いて、ゼロクロス法及び第１の従来例の問題点を、説明する。ここで、図１０（ａ）、（ｂ）は、従来の波形例を示すグラフであり、図中、横軸は時間を示し、縦軸は振幅を示す。
【００１６】
さて、ゼロクロス法では、図１０（ａ）に丸印で示すように、信号が、正から負へ、あるいは、負から正へ、変化するゼロクロス点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を検出する。
【００１７】
そして、第２倍音成分を生成する場合には、ゼロクロス点から次のゼロクロス点との区間（図１０（ａ）の例では、Ｐ１−Ｐ２区間、Ｐ２−Ｐ３区間）において、波形を時間軸について２倍圧縮し、繰り返し２回再生する。
【００１８】
同様に、第ｎ倍音成分は、同ゼロクロス点区間を中心に、時間軸についてｎ倍倍圧縮され、ｎ回繰り返し再生することで得られる。
【特許文献１】
特開平５−３２８４８１号公報（第３−４頁、図１）
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
さて、一般の音楽ソースは、複数の純音成分で構成される複合音である。例えば、図１１（ａ）のスペクトル構造例に示すように、周期性のある楽音は、基本周波数を持つ基音（図１１（ａ）ではｆ＝４０Ｈｚ）と、その整数倍の周波数を持つ倍音（図１１（ａ）では、８０、１２０、...Ｈｚ）とにより、構成される。
【００２０】
さらに、和音などは、強いエネルギー成分を持つ基本周波数が、複数存在する。和音などは、例えば、完全８度では図１１（ｂ）のようなスペクトル構造となり、完全５度では図１１（ｃ）のようなスペクトル構造となる。
【００２１】
次に、このような複数の純音で構成される一般の複合音に対し、従来の倍音生成法を用いた場合の問題点について述べる。なお、以下、倍音生成法としてゼロクロス法を用いた場合について説明するが、以下の問題点は、全波整流法、べき乗法など、他の倍音生成法を用いた場合にも、同様に該当する。
【００２２】
図１２（ａ）は、完全８度（周波数比が１：２）の関係にある２つの純音（同レベルの４０Ｈｚと８０Ｈｚの純音）で構成される複合音（スペクトル構造は図１１（ｂ）参照）に対し、ゼロクロス法を用いて、原信号と同レベルで第２倍音を生成した処理音についての、周波数解析の結果を示している。
【００２３】
また、図１２（ｂ）は、完全５度（周波数比が２：３）の関係にある２つの純音（同レベルの６０Ｈｚと９０Ｈｚの純音）で構成される複合音（スペクトル構造は図１１（ｃ）参照）に対し、ゼロクロス法を用いて、原信号と同レベルで第２倍音を生成した処理音についての、周波数解析の結果を示している。
【００２４】
図１２（ａ）（ｂ）いずれの場合においても、各純音成分の２倍の周波数のみで生成されることが望まれる。しかしながら、いずれの場合においても、２倍の周波数成分は発生しているものの、倍音以外の成分（２つの純音成分の基本周波数の最大公約数を、基本周波数とする倍音成分）からなる歪みが発生している。
【００２５】
この歪みは、複数の純音を含んでいる信号に対し、一度に倍音生成を行ったために生じるものである。
【００２６】
つまり、純音が複数含まれる信号では、図１３（ａ）に示すように、原波形における、複合音の波形の周期Ｔ（含まれる純音の周期の最小公倍数）と、ゼロクロス点の間隔とが、通常一致しない。
【００２７】
このような場合に、ゼロクロス法を適用すると、周期Ｔ間隔のゼロクロス点以外で、波形の圧縮及び繰り返し再生を行うことになり、図１３（ｃ）に示すように、処理後の信号の波形が、原信号と相似にならず、波形の歪みが発生することとなる。この点、図１３（ａ）の原波形を理想的に倍音生成した波形を示す、図１３（ｂ）と、図１３（ｃ）とを、注意深く比較されたい。
【００２８】
そこで本発明は、複合音時の音質劣化を抑制できる音響信号処理装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の音響信号処理装置では、入力音響信号の低音成分を、互いに周波数帯域が異なる、複数の帯域に属する成分に分割する帯域分割手段と、複数の帯域に属する成分のそれぞれに基づき、倍音成分を生成する倍音生成手段と、生成された倍音成分と、入力音響信号とを、合成する合成手段とを備える。
【００３０】
この構成において、帯域分割手段が、低音成分を、複数の帯域幅に小分けすることにより、基音と、その倍音とが、同じ帯域幅に含まれる事態を抑制でき、歪みを抑制して音質を向上できる。
【００３１】
さらに、帯域分割手段は、基本周波数を持つ基音と、この基音に対する倍音とが、異なる帯域に属するように、入力音響信号の低音成分を、分割する。
【００３２】
この構成により、基音と、その倍音とが、同じ帯域幅に含まれることはなく、歪みを抑制して音質を向上できる。
【００３３】
さらに、複数の帯域は、ロー・インターバル・リミットに基づいて定められている。
【００３４】
この構成により、帯域分割の分割特性を最適化し、回路規模を削減することができる。
【００３５】
請求項２記載の音響信号処理装置では、複数の帯域は、さらに楽器の最低基音の周波数に基づいて定められている。
【００３６】
この構成により、現実に即した帯域分割を行える。
【００４３】
請求項５記載の音響信号処理装置では、請求項５記載の音響信号処理装置では、第１チャンネルの入力音響信号と、第２チャンネルの入力音響信号とを入力し、これらの入力音響信号の和成分を出力する和成分出力手段と、和成分の低音成分を、互いに周波数帯域が異なる、複数の帯域に属する成分に分割する帯域分割手段と、複数の帯域に属する成分のそれぞれに基づき、倍音成分を生成する倍音生成手段と、生成された倍音成分と、第１チャンネルの入力音響信号とを、合成する第１合成手段と、生成された倍音成分と、第２チャンネルの入力音響信号とを、合成する第２合成手段と、を備え、帯域分割手段は、基音周波数を持つ基音と、この基音に対する倍音とが、異なる帯域に属するように、入力音響信号の低音成分を分割し、複数の帯域の幅は、ロー・インターバル・リミットに基づいて定められている、ことを特徴している。
【００４４】
この構成により、請求項１と同様の利点がある。さらに、低音成分について定位感が鈍いという人間の聴感上の特性と、低音成分は各チャンネルに同相で含まれることが多いという実情とを利用し、２チャンネル以上の音響信号を処理する場合に、より小さな回路規模で、低音感の増強を行える。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図１（ａ）は、本発明の実施の形態における音響信号処理装置のブロック図である。
【００４６】
さて、図１に示す構成要素のうち、入力端子１１は、入力信号を入力する。帯域分割手段１３は、入力信号を複数の周波数帯域に分割する。
【００４７】
複数の倍音生成手段１４ａ〜１４ｃは、帯域分割手段１３により分割された各帯域信号に対し倍音生成を行う。因みに、第１の倍音生成手段１４ａは、第２倍音を生成し、同様に、第２の倍音生成手段１４ｂは、第３倍音を、第ｎの倍音生成手段１４ｃは、第ｎ倍音を、それぞれ生成する。
【００４８】
倍音生成手段１４ａ〜１４ｃには、従来の技術の項で説明した整数次の倍音成分法（全波整流法、べき乗法、ゼロクロス法等）のいずれを用いても良い。このようにしても、帯域分割手段１３による帯域分割幅を工夫することにより、倍音生成に伴う、上述した歪みが生じないようになっている。
【００４９】
ハイパスフィルタ１５は、高域通過特性を有するデジタルフィルタであり、入力信号に対し擬似化した周波数帯域の成分を除去を行う。
【００５０】
また、遅延器１６は、処理遅延を補償し、ゲイン調整器１７ａ〜１７ｄは、倍音生成手段１４ａ〜１４ｃと遅延器１６との、それぞれの出力に対しゲイン調整を行う。加算器１８は、ゲイン調整器１７ａ〜１７ｄの出力信号を加算し、加算結果は、出力端子１２より外部へ出力される。
【００５１】
帯域分割手段１２は、擬似化を行う低音成分を複数の周波数帯域の信号（以下帯域信号）に分割するものである。その実現法は、デジタル信号処理技術の分野では、一般に知られている。
【００５２】
ここで本発明における帯域分割手段１２は、後述する（条件１）に従う帯域分割を行えば足り、その構成自体に依存しない。なお、本形態では、図２に示すように、複数のバンドパスフィルタ２３ａ、２３ｂ、...、２３ｃを、帯域にあわせて、並列に設けることにより帯域分割手段１２を構成している。
【００５３】
この帯域分割手段１３の分割特性は、複合音時の音質劣化を抑制するため各周波数帯域に複数の純音成分が含まれないように構成する。なお、このような分割特性の決定法の詳細に関しては後述する。
【００５４】
なお、図１（ａ）に示す構成に代えて、図１（ｂ）のように、加算器１８の出力に対して、ハイパスフィルタ１５により、原信号からの擬似化した周波数帯域の成分を除去しても良い。
【００５５】
また、図１（ａ）に示す構成に代えて、図１（ｃ）のように、擬似化する元の周波数成分は残るものの、ハイパスフィルタ１５を省略しても実用上問題ない。
【００５６】
次に、動作を説明する。以下、図３に示すような分割特性を、［ｆ０Ｈｚ ｆ１Ｈｚ ｆ２Ｈｚ ｆ３Ｈｚ］のように、簡略化して表す。この表現は、ｆ０Ｈｚ〜ｆ１Ｈｚの帯域と、ｆ１Ｈｚ〜ｆ２Ｈｚの帯域と、ｆ２Ｈｚ〜ｆ３Ｈｚの帯域の、都合３つの帯域があることを示す。
【００５７】
ここでは、図３に示す３つの帯域の合計の帯域、即ち［ｆ０Ｈｚ ｆ３Ｈｚ］の周波数帯域を、擬似化する場合を説明する。また、次の例では、ｆ０＝０、ｆ１＝５０、ｆ２＝７５、ｆ３＝１００である。
【００５８】
まず、図１（ａ）に示すように、入力信号は、入力端子１１を経て、帯域分割手段１３に入力される。
【００５９】
帯域分割手段１３は、入力信号から擬似化する低音成分を抽出し、さらにその成分を、図３のように［０Ｈｚ ５０Ｈｚ］、［５０Ｈｚ ７５Ｈｚ］、［７５Ｈｚ １００Ｈｚ］の周波数帯域の信号（以下、帯域信号）に分割する。
【００６０】
そして、それぞれの帯域信号に対し、倍音生成手段１４ａ〜１４ｃにより倍音生成が行われる。
【００６１】
これら倍音生成手段１４ａ〜１４ｃの出力信号と再合成される入力信号は、ハイパスフィルタ１５により擬似化する［ｆ０Ｈｚ ｆ３Ｈｚ］の周波数帯域の成分が減衰され、さらに遅延器１６により、低音成分の倍音生成処理によって生じた遅延の補償が行われる。
【００６２】
そして、ゲイン調整手段１７ａ〜１７ｄにより、倍音生成手段１４ａ〜１４ｃの出力信号と遅延器１６の出力信号とに、適当なゲイン調整が施され、加算器１８により加算され、出力端子１２を介して外部へ出力される。
【００６３】
このように、帯域を複数に分割することで、複合音を構成する各々の純音成分に対し個別に倍音生成することができ、複合音時の音質の劣化を抑制できる。
【００６４】
しかしながら、帯域の分割数が増加すると、分割数と同じだけの倍音生成手段が必要となり、また、より狭帯域フィルタの実現が要求されるため、回路規模が増大する。
【００６５】
従って、個々の純音成分が分離可能な最大の帯域の幅で構成されることが、音質を保った上で回路規模を削減するという点から見た場合の最適な分割特性であるといえる。
【００６６】
そのような分割特性を構成するには、分割の個々の帯域の幅を、
楽音の倍音構成と、
ロー・インターバル・リミットと
に基づいて決定すればよいことを、以下述べる。
【００６７】
１．楽音の倍音構成
楽音のような周期性複合音は、基本周波数を持つ基音とその整数倍の周波数からなる倍音で構成される。
【００６８】
なお、基本周波数の下限は、楽器により異なる。次段は、主な低音楽器の基本周波数の下限（以下、最低基音）を示している。
楽 器 最低基音（Ｈｚ）
ピアノ ２７．５
ベースギター（５弦） ３０．８
コントラバス ３４．６
バス・チューバ ４１．２
バス・サキソフォン ５５．０
【００６９】
これによれば、ピアノの最低基音である２７．５Ｈｚは、大半の低音楽器の中で最小であるといって差し支えない。従って、ピアノの最低基本周波数である２７．５Ｈｚ以上の基本周波数に対応すれば、十分であるといえる。
【００７０】
なお、通常、楽音に含まれる倍音成分は、第２、第３、第４・・・というように高次に渡り存在するため、基音とこれら個々の倍音成分がそれぞれ分離されることが望まれる。
【００７１】
以上の点を総合すると、結局、２７．５Ｈｚ以上の各基本周波数に対し、次の（条件１）が満たされれば、必要十分となる。
【００７２】
（条件１）基本周波数（周波数ｆ）を持つ基音と、その基音に対する倍音（ｎを自然数として、周波数ｎｆ）が、同一の分割帯域に含まれない（つまり、基本周波数を持つ基音と、この基音に対する倍音とが、異なる帯域に属する）こと。
【００７３】
（条件１）を満たさない例を、図４を用いて説明する。図４（ａ）では、基本周波数３５Ｈｚに関し、第２倍音と第３倍音とが、［５０Ｈｚ １１０Ｈｚ］の帯域に同時に属しており、（条件１）を満たさない。また、図４（ｂ）では、基本周波数３５Ｈｚについては、（条件１）を満たしているが、基本周波数４０Ｈｚについては、第２倍音と第３倍音とが、［７５Ｈｚ １２５Ｈｚ］の帯域に同時に存在し、（条件１）を満たさない。
【００７４】
なお、図４（ｂ）に示したように、ある基本周波数（４０Ｈｚ）について、それよりも低い基本周波数（３５Ｈｚ）において（条件１）を満たしているからといって、その基本周波数（４０Ｈｚ）が（条件１）を満たすとは限らない。
【００７５】
２．ロー・インターバル・リミットに基づく設定
和音は、複数の基本周波数を持っている。このため、和音の場合において各純音成分を分離するには、個々の基音と基本周波数とその倍音成分の分離が必要となる。
【００７６】
ここで、低音域においては、基本周波数の密接した和音は、融合することなく濁った音になるという聴感上の性質が存在する。
【００７７】
そして、それぞれ音程が定められた２つの音を、これ以上低い音域で発すると濁って聴こえる限界がある。この限界を、ロー・インターバル・リミットと呼ぶ。ロー・インターバル・リミットが存在するため、濁りなく同時に鳴らすことができる、基本周波数は、制限される。
【００７８】
図５は、ロー・インターバル・リミットに基づいて、基本周波数の周波数間隔を計算したものであり、これには、基本周波数、音階及び周波数間隔の関係がまとめられている。
【００７９】
これによると、Ａ０〜Ａ１では完全８度のみ、Ａ１＃〜Ａ２では完全５度・完全８度、Ａ２＃〜Ｂ２では増４度を除く、長３度以上、Ｃ２〜Ｄ２では短３度以上、Ｄ２＃以上では長２度以上の音程が用いられていることがわかる。
【００８０】
なお、音名に付けられた添え字は、オクターブ番号を表しており、Ａ０がピアノの最低基音である２７．５Ｈｚに一致する。
【００８１】
ここで、低音のカットオフ周波数が、２９Ｈｚ以上の基本周波数と倍音成分の分離条件を満たしていれば、このロー・インターバル・リミットの条件も充足できていることは、次のようにすると、確かめることができる。
【００８２】
例えば、完全５度（周波数比が２：３）は、５８Ｈｚから用いられる。この５８Ｈｚは、２９Ｈｚの第２倍音にあたり、さらに第３倍音を持つ周波数８７Ｈｚは、第２倍音から見て完全５度の周波数比となっている。
【００８３】
つまり、完全５度は、第２倍音と第３倍音の周波数比に等しく、さらに完全５度が用いられる周波数の下限５８Ｈｚは、２９Ｈｚの第２倍音に一致する。したがって、基本周波数２９Ｈｚ以降が（条件１）を満たしていれば、５８Ｈｚ以降の完全５度の関係にある基本周波数の分離が可能であるといえる。
【００８４】
これと同様のことが、完全８度（基本周波数と第２倍音の周波数比）、長３度（第４倍音と第５倍音の周波数比）にも該当し、結局、基本周波数２９Ｈｚ以降に関して、（条件１）が満たされれば、低音の和音に介する基本周波数の分離も可能である。
【００８５】
次に、（条件１）を満たす分割特性の具体例を示していく。ここで対象とする基本周波数の下限は、ピアノの基音である２７．５Ｈｚとする。但し、図５を参照すればわかるように、この下限は、必要に応じて、例えば、２０Ｈｚ〜６０Ｈｚの範囲で、適宜設定することができる。
【００８６】
（条件１）を満たす単純な例としては、それぞれの帯域の幅を一律に２７．５Ｈｚより小さくすることが考えられる。但し、クロスオーバーのない理想的な帯域分割は行えないから、実際には、２７．５Ｈｚよりも小さめに帯域の幅を設定することになる。
【００８７】
このような分割の具体例として、図６（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す
［２５Ｈｚ ５０Ｈｚ ７５Ｈｚ １００Ｈｚ １２５Ｈｚ］
［１２．５Ｈｚ ３７．５Ｈｚ ６２．５Ｈｚ １１２．５Ｈｚ］
という、帯域をあげることができる。
【００８８】
また、図６（ｃ）、（ｄ）にそれぞれ示す
［２５Ｈｚ ５０Ｈｚ ７０Ｈｚ ９５Ｈｚ １２０Ｈｚ］
［１２．５Ｈｚ ３７．５Ｈｚ ６０．５Ｈｚ ８５．５Ｈｚ １１５Ｈｚ］
の帯域のように、帯域同士を、必ずしも等幅にする必要はない。
【００８９】
なお、［０Ｈｚ ２７．５Ｈｚ］の帯域の基本周波数は少ないから、特にこの周波数帯は考慮しなくて良い。
【００９０】
したがって、図７（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す
［０Ｈｚ ５０Ｈｚ ７５Ｈｚ １００Ｈｚ １２５Ｈｚ］
［０Ｈｚ ３７．５Ｈｚ ６２．５Ｈｚ ８７．５Ｈｚ １１２．５Ｈｚ］
の帯域のように、最低の帯域を、単に低音通過フィルタとしてもよい。
【００９１】
さらに、帯域の幅を２７．５Ｈｚ以上にすることも考えられる。例えば、図７（ｃ）に示すように、一部の帯域の幅を、３５Ｈｚにすることもできる。
【００９２】
この分割特性であっても、（条件１）を満たしている。このような例は、他に種々考えられる。
【００９３】
なお、１５０Ｈｚ以上の分割特性について、短３度、長２度の分離を行えるようにすると、さらに音質を向上できる。
【００９４】
図７（ｄ）に示す
［２５Ｈｚ ５０Ｈｚ ７５Ｈｚ １００Ｈｚ １２５Ｈｚ １４５Ｈｚ １６５Ｈｚ ．．］
という例では、短３度の分離を可能とするため、１２５Ｈｚ以上の帯域の幅を、２０Ｈｚとしている。
【００９５】
以上述べたように、帯域分割処理により、複合音を構成する各々の純音成分に対し個別に倍音生成を行うことで音質の劣化を抑制することができる。さらに、楽音の倍音構成とロー・インターバル・リミットに基づき分割特性を、（条件１）に基づいて、設定することで、帯域分割の分割特性を最適化し、回路規模を削減することを可能とした。
【００９６】
なお、上記説明において、（条件１）における基本周波数の下限を、ピアノの基本周波数である２７．５Ｈｚとしたが、例えば３０Ｈｚ等のように、より高い周波数を、この下限としても、本発明は、一定の効果を奏し、実用上十分と思われる。
【００９７】
なお、上記の説明は、入力信号が、モノラルの場合に関して説明したが、２チャンネル以上のソースにおいても、本発明は適用できる。
【００９８】
図８は、本発明の実施の形態における２チャンネル対応の音響信号処理装置のブロック図である。図中、図１と同様の構成要素については、同一符号を付すことにより説明を省略する。
【００９９】
この装置では、第１チャンネル（図ではＬチャンネル）と第２チャンネル（図ではＲチャンネル）の２チャンネルに対応するため、入力端子１１ａ、１１ｂ、遅延器１６ａ、１６ｂ、ゲイン調整器１７ａ、１７ｅ、加算器１８ａ、１８ｂ、ハイパスフィルタ１５ａ、１５ｂが、それぞれ各チャンネル毎に、設けられている。
【０１００】
また、和成分出力手段としての、加算器８１は、第１チャンネルの入力音響信号と、第２チャンネルの入力音響信号とを入力し、これらの入力音響信号の和成分を、帯域分割手段１３へ出力する。したがって、この帯域分割手段１３は、和成分の低音成分を、互いに周波数帯域が異なる、複数の帯域に属する成分に分割する。
【０１０１】
第１合成手段としての、加算器１８ａは、倍音生成手段１４ａ〜１４ｃにより生成された倍音成分と、第１チャンネルの入力音響信号とを、加算しハイパスフィルタ１５ａへ出力する。
【０１０２】
また、第２合成手段としての、加算器１８ｂは、倍音生成手段１４ａ〜１４ｃにより生成された倍音成分と、第２チャンネルの入力音響信号とを、加算しハイパスフィルタ１５ｂへ出力する。
【０１０３】
図８に示す装置では、低音成分は各チャンネルに同相で含まれることが多いことを利用し、各チャンネルの信号を加算後に処理を行うことで処理量を削減している。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明によれば、帯域分割処理により、複合音を構成する各々の純音成分に対し個別に倍音を生成でき、歪みを低減して、音質の劣化を抑制できる。
【０１０５】
さらに、楽音の倍音構成とロー・インターバル・リミットに基づいて帯域分割特性を構成することで、帯域分割の分割特性を最適化し、回路規模を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態による音響信号処理装置のブロック図
（ｂ）同音響信号処理装置のブロック図
（ｃ）同音響信号処理装置のブロック図
【図２】同帯域分割手段のブロック図
【図３】同帯域分割の説明図
【図４】（ａ）同帯域分割の例示図（不適）
（ｂ）同帯域分割の例示図（不適）
【図５】同ロー・インターバル・リミットを考慮した周波数間隔説明図
【図６】（ａ）同帯域分割の例示図（適）
（ｂ）同帯域分割の例示図（適）
（ｃ）同帯域分割の例示図（適）
（ｄ）同帯域分割の例示図（適）
【図７】（ａ）同帯域分割の例示図（適）
（ｂ）同帯域分割の例示図（適）
（ｃ）同帯域分割の例示図（適）
（ｄ）同帯域分割の例示図（適）
【図８】同２チャンネル対応の音響信号処理装置のブロック図
【図９】（ａ）従来の音響信号処理装置のブロック図
（ｂ）従来の音響信号処理装置のブロック図
【図１０】（ａ）従来のゼロクロス法による倍音生成説明図（原波形）
（ｂ）従来のゼロクロス法による倍音生成説明図（生成波形）
【図１１】（ａ）従来のスペクトラム構造の説明図
（ｂ）従来のスペクトラム構造の説明図
（ｃ）従来のスペクトラム構造の説明図
【図１２】（ａ）従来の倍音生成処理結果（複合音）のスペクトルを表した図
（ｂ）従来の倍音生成処理結果（複合音）のスペクトルを表した図
【図１３】（ａ）従来のゼロクロス法による倍音生成説明図（原波形）
（ｂ）従来のゼロクロス法による倍音生成説明図（生成波形）
（ｃ）従来のゼロクロス法による倍音生成説明図（理想生成波形）
【符号の説明】
１１ 入力端子
１２ 出力端子
１３ 帯域分割手段
１４ａ〜１４ｃ 倍音生成手段
１５ ハイパスフィルタ
１６ 遅延器
１７ａ〜１７ｄ ゲイン調整器
１８ 加算器
Claims (6)
- 入力音響信号の低音成分を、互いに周波数帯域が異なる、複数の帯域に属する成分に分割する帯域分割手段と、
複数の帯域に属する成分のそれぞれに基づき、倍音成分を生成する倍音生成手段と、
生成された倍音成分と、入力音響信号とを、合成する合成手段とを備え、
前記帯域分割手段は、基音周波数を持つ基音と、この基音に対する倍音とが、異なる帯域に属するように、入力音響信号の低音成分を分割し、
前記複数の帯域の幅は、ロー・インターバル・リミットに基づいて定められている、音響信号処理装置。 - 複数の帯域の幅は、さらに楽器の最低基音の周波数に基づいて定められている請求項１記載の音響信号処理装置。
- 複数の帯域の幅は、２０Ｈｚから６０Ｈｚの範囲に属する同一の幅である請求項１から２記載の音響信号処理装置。
- 複数の帯域の幅は、２０Ｈｚから６０Ｈｚの範囲に属する異なる幅である請求項１から２記載の音響信号処理装置。
- 第１チャンネルの入力音響信号と、第２チャンネルの入力音響信号とを入力し、これらの入力音響信号の和成分を出力する和成分出力手段と、
和成分の低音成分を、互いに周波数帯域が異なる、複数の帯域に属する成分に分割する帯域分割手段と、
複数の帯域に属する成分のそれぞれに基づき、倍音成分を生成する倍音生成手段と、
生成された倍音成分と、第１チャンネルの入力音響信号とを、合成する第１合成手段と、
生成された倍音成分と、第２チャンネルの入力音響信号とを、合成する第２合成手段とを備え、
前記帯域分割手段は、基音周波数を持つ基音と、この基音に対する倍音とが、異なる帯域に属するように、入力音響信号の低音成分を分割し、
前記複数の帯域の幅は、ロー・インターバル・リミットに基づいて定められている、音響信号処理装置。 - 入力音響信号の低音成分を、互いに周波数帯域が異なる、複数の帯域に属する成分に分割する分割ステップと、
複数の帯域に属する成分のそれぞれに基づき、倍音成分を生成する生成ステップと、
生成された倍音成分と、入力音響信号とを、合成する合成ステップと、を含み、
前記分割ステップは、基音周波数を持つ基音と、この基音に対する倍音とが、異なる帯域に属するように、入力音響信号の低音成分を分割し、
前記複数の帯域の幅は、ロー・インターバル・リミットに基づいて定められている、音響信号処理方法。
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