JP5268581B2 - 低域補完装置 - Google Patents

Description

本発明は、低域補完装置に関し、より詳細には、スピーカの再生能力により再生することができない低域のオーディオ信号を、ミッシングファンダメンタル効果により聴取者に知覚させることが可能な低域補完装置に関する。

音楽をスピーカから出力させて聴く場合、出力される音楽の音質はスピーカの再生能力により大きく左右される。スピーカの再生能力は、スピーカの材質、形状、大きさなどの様々な要素により左右されるが、車載用オーディオシステムに用いられるスピーカのように、設置位置や設置スペースなどが制限されてしまうスピーカは、一般的に、住宅のリビングなどに設置されるスピーカよりも音楽再生能力が低くなってしまう傾向があり、特に低域の信号をスピーカから出力することが困難であった。

このため、今日では、スピーカの再生能力以下となる低域の信号をスピーカから出力させる方法として、ミッシングファンダメンタル効果を利用した方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特定の周波数の音源が含まれていないにもかかわらず、低い音高（知覚される音の高さ、もしくは音の物理的な高さ（基本周波数[Ｈｚ]）のこと。ピッチ）の音が聞こえることがある。例えば、７８０Ｈｚ、１０４０Ｈｚ、１３００Ｈｚという周波数成分を持つ複合音を聴くと、基本周波数としてこれらの最大公約数である２６０Ｈｚの音高が知覚される。これは、聞こえている高調波の差異を脳が繰り返しパターンとして認識するために生じる知覚である。この知覚現象のことをミッシングファンダメンタル現象という。

特許文献１に示す方法では、音源から入力信号の低域周波数成分を抽出し、カスケードに接続された複数のアナログ乗算器を用いてそれぞれの値を二乗することにより倍音（周波数（音高、ピッチ）が基音に対して２以上の整数倍になっている音の成分）を生成して、ミッシングファンダメンタル現象を実現している。

このように、ミッシングファンダメンタル現象を利用して倍音を含んだオーディオ信号を生成することにより、本来スピーカにおいて出力することができない周波数の基音を、生成したオーディオ信号のミッシングファンダメンタル効果により、聴取者に知覚させることが可能となる。
特開２００１−２４５３９９号公報（第３頁、第１図）

しかしながら、特許文献１に示す方法では、音源の低域帯域における信号レベルを考慮せずに二乗処理を繰り返し行っている。このため、信号レベルが１よりも小さい場合には、生成した倍音の信号レベルが著しく小さくなってしまうという問題があった。また、信号レベルが１よりも大きい場合には、生成した倍音の信号レベルが著しく大きくなってしまうという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、音源の信号レベルに依存することなく、好適な倍音を生成することにより、効果的なミッシングファンダメンタル効果を実現し、聴取者にスピーカの再生能力以下の低域音を知覚させることが可能な低域補完装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る低域補完装置は、第１ローパスフィルタ手段によって音源信号の低域帯域の抽出が行われた低域のオーディオ信号において、振幅値が負側から正側へ変わる時間位置または正側から負側へと変わる時間位置に、インパルス出力が発生するようにインパルス列を生成するインパルス列生成手段と、該インパルス列生成手段により生成された前記インパルス列に対して、前記オーディオ信号の振幅値に応じた重み付けを行うことにより、前記オーディオ信号の特性に応じた倍音信号を生成する倍音信号生成手段と、該倍音信号生成手段により生成された倍音信号に対して帯域制限を施すことにより、前記音源信号の低域帯域における補完信号を生成する補完信号生成手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る低域補完装置では、低域のオーディオ信号において振幅値が、負側から正側へ変わる時間位置または正側から負側へと変わる時間位置を基準にインパルス列を生成し、このインパルス列に低域のオーディオ信号の振幅値に応じた重み付けを付加することによって倍音信号を生成する。このため、音源信号の信号レベルに依存することなく（音源信号の信号レベルが１以上であっても１以下であっても）、最適な倍音信号を生成することが可能となる。

また、上述した低域補完装置の第１ローパスフィルタ手段は、スピーカの再生能力に応じてカットオフ周波数が決定されるものであってもよい。

このように、スピーカの再生能力に応じてカットオフ周波数が決定される第１ローパスフィルタ手段を用いて低域帯域の抽出が行われたオーディオ信号に基づいて、補完信号を生成することにより、スピーカの再生能力に対応した最適な補完信号を生成することが可能となる。

例えば、第１ローパスフィルタ手段のカットオフ周波数を、スピーカの再生能力の限界の周波数に設定することにより、スピーカにおいて再生することが困難となる低域のオーディオ信号が抽出されることになる。このように、スピーカにおいて再生することが困難となる低域帯域のオーディオ信号に基づいて、再生が困難となる周波数を基準とした倍音信号を生成することにより、効果的なミッシングファンダメンタル効果を実現することが可能となる。この倍音信号に基づいて生成される補完信号を用いた低域補完処理によって、スピーカで再生することができない低域の音を、聴取者に知覚させることが可能となる。

また、上述した低域補完装置において、前記補完信号生成手段は、スピーカの再生能力に応じてカットオフ周波数が決定されるハイパスフィルタ手段と、該ハイパスフィルタ手段において決定されたカットオフ周波数よりも高い周波数がカットオフ周波数として決定される第２ローパスフィルタ手段とを有し、該ハイパスフィルタ手段と該第２ローパスフィルタ手段とを用いて前記倍音信号にフィルタリング処理を施すことにより、前記補完信号を生成するものであってもよい。

このように、補完信号生成手段が、スピーカの再生能力に応じてカットオフ周波数が決定されるハイパスフィルタ手段を用いて、倍音信号のフィルタリング処理を行うことにより、スピーカの再生可能な周波数以上の帯域の信号成分であって、倍音信号によりミッシングファンダメンタル効果を実現し得るような信号成分を、補完信号に含ませることが可能となる。

また、補完信号生成手段が、ハイパスフィルタ手段において決定されたカットオフ周波数よりも高い周波数がカットオフ周波数として決定される第２ローパスフィルタ手段を用いて、倍音信号のフィルタリング処理を行うことにより、低域の補完信号に高域周波数の倍音信号成分が含まれてしまい、低域補完処理により高域補完がなされて、聴感上違和感が生じてしまうことを防止することができる。

本発明に係る低域補完装置によれば、オーディオ信号において振幅値が、負側から正側へ変わる時間位置または正側から負側へと変わる時間位置を基準にインパルス列を生成し、このインパルス列にオーディオ信号の振幅値に応じた重み付けを付加することによって倍音信号を生成する。このため、本発明に係る低域補完装置では、オーディオ信号の信号レベルに依存することなく、最適な倍音信号を生成することが可能となる。

以下、本発明に係る低域補完装置を備えたオーディオ再生装置を、図面を用いて詳細に説明する。

なお、本発明に係る低域補完装置は、家庭に設置されるオーディオ再生装置であってもよく、携帯用オーディオ再生機器であってもよいが、車載用のオーディオ再生装置に用いることが好適であるといえる。

車載用のオーディオ再生装置では、車内の限られた空間にスピーカ等が設置されることになるため、その設置位置や設置スペースに制限が生じる。また、車載用のスピーカ等では、できる限り小型、軽量なものを設置することが多いため、一般的な屋内用のスピーカよりも低域再生能力に劣るスピーカが採用されることがある。

一方で、車内は密閉された空間であるため、低域の再生能力に乏しいスピーカを用いて音楽の聴取を行うと、聴感上、低域音の不足感を感じやすくなり、音楽の全体的なバランスを失してしまう恐れがあった。

このため、本発明に係る低域補完装置は、車載用のオーディオ再生装置に用いることが好適であるといえる。

図１は、本発明に係る低域補完装置を備えたオーディオ再生装置を示したブロック図である。オーディオ再生装置１は、オーディオ再生部２と、低域補完部（低域補完装置）３と、オーディオ出力部４とを有している。

オーディオ再生部２は、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤなどの所定のメディアから所定圧縮方式で圧縮処理されたデジタルオーディオ信号を読み出してアナログのオーディオ信号に変換（デコード処理）した後に再生（出力）する機能を有している。具体的にオーディオ再生部２では、図示を省略した操作パネルの操作内容に応じて、再生対象とするメディアの選択、読み出した音楽情報の再生、一時停止、停止などの処理が行われる。

オーディオ出力部４は、低域補完部３を経て出力されたオーディオ信号を、聴取者が聴覚により聴取できるように出力する機能を有している。オーディオ出力部４として、一般的にスピーカが用いられる。なお、本実施の形態に係るオーディオ再生装置１では、オーディオ出力部４として、６０Ｈｚ以上の再生能力を備えたスピーカが用いられるものとし、６０Ｈｚ未満のオーディオ信号に関しては十分な出力能力を備えていないものとする。

低域補完部３は、オーディオ再生部２により再生されたオーディオ信号の低域補完を行う役割を有している。既に説明したように、オーディオ信号の低域の出力状態は、スピーカにおける再生能力に依存することになるため、低域の再生能力に乏しいスピーカを用いてオーディオ信号の出力を行うと、聴感上、音楽の低域部分に不足感を感じてしまう恐れがある。このため、本発明に係るオーディオ再生装置１の低域補完部３では、スピーカにより再生することができない周波数を基準としてその周波数の倍音を求め、この倍音を備えた補完信号（複合音）を生成することによりミッシングファンダメンタル効果を実現させ、聴感上、スピーカで再生することができない周波数の音高を聴取したような感覚を聴取者に与えるものである。

図２は、低域補完部３の概略構成を示したブロック図である。

低域補完部３は、第１ハイパスフィルタ部１１と、第１ローパスフィルタ部（第１ローパスフィルタ手段）１２と、レベル検出部１３と、エッジ検出部（インパルス列生成手段）１４と、乗算器（倍音信号生成手段）１５と、位相反転器１６と、増幅器１７と、第１加算器１８と、第２ローパスフィルタ部（補完信号生成手段、第２ローパスフィルタ手段）１９と、第２ハイパスフィルタ部（補完信号生成手段、ハイパスフィルタ手段）２０と、第２加算器２１とを有している。

オーディオ再生部２より入力されたオーディオ信号は、第１ハイパスフィルタ部１１および第１ローパスフィルタ部１２により、高域用のオーディオ信号と低域用のオーディオ信号とに分離される。図３（ａ）は、第１ハイパスフィルタ部１１のフィルタ特性を示しており、図３（ｂ）は、第１ローパスフィルタ部１２のフィルタ特性を示している。本実施の形態に係る第１ハイパスフィルタ部１１および第１ローパスフィルタ部１２は、３次のバタワースフィルタにより構成されており、それぞれのオフカット周波数は６０Ｈｚとなっている。

第１ハイパスフィルタ部１１および第１ローパスフィルタ部１２のオフカット周波数の設定値は、上述したように、オーディオ出力部４の再生能力に対応する周波数に設定される。このため、オーディオ再生装置１において用いられるオーディオ出力部４（スピーカ）の再生能力に応じて、第１ハイパスフィルタ部１１および第１ローパスフィルタ部１２におけるオフカット周波数を変更することにより、スピーカの再生能力に対応する好適な補完信号を生成することができる。

レベル検出部１３は、第１ローパスフィルタ部１２により抽出された低域のオーディオ信号において、絶対値の算出処理を行った後に、ＤＣ成分（直流成分）のカット処理を行う役割を有している。

図４（ａ）は、レベル検出部１３において絶対値算出処理およびＤＣ成分カット処理を行う前のオーディオ信号（つまり、第１ローパスフィルタ部１２により低域の分離処理が行われた直後のオーディオ信号）の信号状態（時間波形）を示しており、図４（ｂ）は、レベル検出部１３において絶対値の算出処理およびＤＣ成分のカット処理が行われた後のオーディオ信号の信号状態（時間波形）を示している。

なお図４（ａ）（ｂ）には、オーディオ再生部２において出力される５０Ｈｚの正弦波が、第１ローパスフィルタ部１２によって、低域帯域のオーディオ信号に分離された状態が示されている。

また、本実施の形態に係るレベル検出部１３では、ＤＣ成分のカット処理を行うために、カットオフ周波数が２０Ｈｚの１次のバタワースハイパスフィルタが用いられている。

図４（ａ）に示すように、第１ローパスフィルタ部１２を経た正弦波のオーディオ信号は、レベル検出部１３により絶対値の算出処理が行われるため、正弦波の負の信号レベルが正の信号レベルへと変換される。その後、レベル検出部１３においてＤＣ成分のカット処理により、絶対値の算出処理が行われて、オーディオ信号の正負の信号状態の調整が図られる。

エッジ検出部１４は、第１ローパスフィルタ部１２により抽出された低域のオーディオ信号において、振幅の値が負側から正側に変化する時間位置を検出し、その検出位置に対してインパルス入力を行うことによりインパルス列を生成する役割を有している。

なお、本実施の形態に係るエッジ検出部１４では、オーディオ信号の振幅値が負側から正側に変化する時間位置を検出してインパルス列を生成する構成とするが、インパルス列におけるインパルス入力の時間位置は、振幅の値が負側から正側に変化する時間位置には限定されず、振幅の値が正側から負側に変化する時間位置を基準とするものであってもよい。

図５（ａ）は、エッジ検出部１４において負正変化位置の検出を行う前のオーディオ信号（つまり、第１ローパスフィルタ部１２により低域の分離・抽出処理が行われた直後のオーディオ信号であり、図４（ａ）に示される正弦波と同一のオーディオ信号が該当する。）の信号状態（時間波形）を示しており、図５（ｂ）は、エッジ検出部１４においてオーディオ信号の振幅が負側から正側へ変化した時間位置の検出が行われ、この負正変化位置に対応してインパルス列が生成されたときのオーディオ信号の信号状態（時間波形）を示している。

本実施の形態では、インパルス列の振幅を１とする。このようにインパルス列を生成することにより、音源の低域オーディオ信号に対応する振幅１の倍音が生成されることになる。

乗算器１５では、エッジ検出部１４により生成された振幅１の倍音信号（図５（ｂ）参照）に対して、レベル検出部１３において上述した絶対値算出処理およびＤＣ成分カット処理がなされたオーディオ信号（図４（ｂ）参照）を乗算することにより、倍音信号に対して低域のオーディオ信号に応じた重み付けを行う役割を有している。この乗算器１５における倍音信号の重み付け処理によって、簡易な構成で音源（オーディオ再生部２により出力されるオーディオ信号）の信号レベルに依存しない倍音信号を生成することが可能となる。

なお、エッジ検出部１４において生成されるインパルス列は、オーディオ信号の振幅が負側から正側に変化する位置に、＋１（正の整数）の振幅値で形成されるため、乗算器１５においてインパルス列にレベル検出部１３でＤＣ成分カット処理がなされたオーディオ信号を乗算すると、図６（ａ）に示すように、ＤＣ成分カット処理により、インパルス列の値が負の値となってしまう。つまり、倍音信号では、インパルス列の各時間位置において、ＤＣ成分カット処理により信号レベルが負側にオフセットされた状態となる。オーディオ信号の振幅が正側から負側に変化する位置にインパルス列を形成する場合であっても同様である。このインパルス列の時間位置での負側のオフセット量が検出した低域信号レベルである。

位相反転器１６は、乗算器１５により重み付け処理された倍音信号の信号レベルを反転位相処理する役割を有している。上述したように、乗算器１５においてインパルス列にレベル検出部１３でＤＣ成分カット処理がなされたオーディオ信号を乗算すると、インパルス列の値が負の値となってしまう（図６（ａ）参照）。このため、位相反転器１６では、図６（ｂ）に示すように、負の値となったインパルス列の出力値を正の値に反転させる。

増幅器１７は、位相反転器１６において信号レベルの位相反転処理が行われた倍音信号の信号レベルを増幅する役割を有している。インパルス列により構成される倍音信号は、一般的に信号レベル（エネルギー）が小さい値となっている。このため、増幅器１７では、インパルス列の信号レベルを増幅させることによりゲインの増大を図り、信号レベルの適正化を行っている。本実施の形態に係る増幅器１７では、５７ｄＢにゲインが設定されている。

増幅器１７で信号レベルの増幅処理が行われた倍音信号は、第１加算器１８において、第１ローパスフィルタ部１２により分離された低域のオーディオ信号に加算される。この倍音信号と低域のオーディオ信号との加算処理により、オーディオ信号に対して倍音信号が加えられることになる。

図７（ａ）は、第１加算器１８で倍音信号の加算処理が行われる前の低域のオーディオ信号（第１ローパスフィルタ部１２により分離された低域のオーディオ信号）の周波数特性を示している。一方で、図７（ｂ）は、位相反転器１６より出力された後のオーディオ信号（倍音信号）の周波数特性を示している。図７（ｂ）に示すオーディオ信号は、増幅器１７を通過する前の信号であるため、図７（ａ）に示すオーディオ信号よりも信号レベルが低い値となっている。上述した増幅器１７による信号レベルの増幅処理により、図７（ａ）に示すオーディオ信号の信号レベルとの調整が図られる。

図７（ａ）に示すオーディオ信号と図７（ｂ）に示す倍音信号とを比較すると、図７（ａ）には、第１ローパスフィルタ部１２により分離された５０Ｈｚの周波数を備えたオーディオ信が示されているのに対して、図７（ｂ）には、５０Ｈｚに加えて、５０Ｈｚの倍数の周波数となる、１００Ｈｚ，１５０Ｈｚ、２００Ｈｚ、２５０Ｈｚ・・・の周波数、つまり、第１ローパスフィルタ部１２により分離された低域帯域よりも高い周波数を備えたオーディオ信号が示されている。

なお、図７（ｂ）に示すように、倍音信号にも低域のオーディオ信号と同じように５０Ｈｚの信号が含まれているため、必要に応じて、第１加算器１８において低域のオーディオ信号を加算処理するか否かを調整可能な構成とするものであってもよい。例えば、第１加算器１８の手前に、低域のオーディオ信号の信号レベル調整を行うための増幅器を設けて、増幅器の増幅ゲインを０に設定することにより、低域のオーディオ信号を倍音信号に加算しない構成とすることができる。

第２ローパスフィルタ部１９と第２ハイパスフィルタ部２０とは、第１加算器１８で加算処理された倍音信号の帯域制限処理を行う役割を有している。ここで、第２ローパスフィルタ部１９のカットオフ周波数は、補完信号により低域補完処理がなされたオーディオ信号が聴感上違和感のない音となるように周波数が設定される。また、第２ハイパスフィルタ部２０のカットオフ周波数は、オーディオ出力部（スピーカ）４の再生能力を考慮した上で設定される。

図８（ａ）は、本実施の形態に係る第２ローパスフィルタ部１９のフィルタ特性を示しており、図８（ｂ）は、第２ハイパスフィルタ部２０のフィルタ特性を示している。第２ローパスフィルタ部１９は、４次のバタワースフィルタにより構成されており、カットオフ周波数は９０Ｈｚとなっている。また、第２ハイパスフィルタ部２０は、２次のバタワースフィルタにより構成されており、カットオフ周波数は４８Ｈｚとなっている。このように、第２ローパスフィルタ部１９のカットオフ周波数は、第２ハイパスフィルタ部２０のカットオフ周波数よりも高い周波数に設定される。

図９（ａ）は、第２ローパスフィルタ部１９および第２ハイパスフィルタ部２０を通過した補完信号（倍音信号）の信号状態（時間波形）を示しており、図９（ｂ）は、この倍音信号の周波数特性を示している。図９（ｂ）に示すように、第２ローパスフィルタ部１９および第２ハイパスフィルタ部２０による帯域制限処理によって、０Ｈｚ近傍のＤＣ成分（信号レベル）が抑圧され（図７（ｂ）に示す倍音信号には、０Ｈｚ近傍に出力信号が示されている）、さらに、高域になるに従って、倍音信号の信号レベルが小さくなっている。この帯域制限処理によって、聴感上違和感のない低域の補完信号（倍音信号）を生成することが可能となる。

帯域制限処理により帯域補完がなされた低域の補完信号（倍音信号）は、第２加算器２１において、第１ハイパスフィルタ部１１により分離された高域のオーディオ信号に加算される。この加算処理により、倍音信号による低域補完がなされたオーディオ信号を生成することができる。生成されたオーディオ信号は、オーディオ出力部４に送信されて、オーディオ出力部４より聴取可能な形で出力されることになる。

次に、図１０（ａ）に示すような周波数特性を備えたオーディオ信号に対して、オーディオ再生装置１を用いて低域補完処理を行う場合の処理手順を説明する。

オーディオ再生部２より低域補完部３に対して、図１０（ａ）に示す周波数特性を備えたオーディオ信号が入力されると、第１ハイパスフィルタ部１１と第１ローパスフィルタ部１２とによりオーディオ信号が、高域のオーディオ信号と低域のオーディオ信号とに分離される。図１０（ｂ）は、第１ローパスフィルタ部１２により分離された低域のオーディオ信号における周波数特性を示している。

図１１（ａ）は、図１０（ｂ）に示したオーディオ信号の信号状態（時間波形）を示した図である。図１１（ａ）に示すようなオーディオ信号に対して、レベル検出部１３において絶対値の算出を行った後に、ＤＣ成分（直流成分）のカット処理が行われることにより、オーディオ信号が図１１（ｂ）に示す信号状態に変更される。

一方で、エッジ検出部１４では、図１１（ａ）に示したオーディオ信号において、振幅値が負側から正側に変化する位置を検出し、図１２（ａ）に示すように、その検出位置に対応するインパルス列を生成する。

そして、乗算器１５において、エッジ検出部１４において生成された倍音信号に、レベル検出部１３において絶対値算出処理およびＤＣ成分カット処理がなされたオーディオ信号を乗算することにより、倍音信号に対して低域のオーディオ信号に応じた重み付けが行われる。

その後、乗算器１５により重み付け処理された倍音信号の信号レベルは、位相反転器１６において反転位相処理が行われ、さらに、増幅器１７において、図１２（ｂ）に示すように、倍音信号の信号レベルの増幅処理が行われる。その後、増幅処理が行われた倍音信号は、第１加算器１８において、第１ローパスフィルタ部１２により分離された低域オーディオ信号との加算処理が行われ、その後、第２ローパスフィルタ部１９および第２ハイパスフィルタ部２０により帯域補完が行われることにより、低域の補完信号が生成される。

図１３（ａ）は、図１２（ｂ）に示した倍音信号の周波数特性を示している。図１３（ａ）に示す倍音信号に対して、図８（ａ）および図８（ｂ）に示したカットオフ周波数を備えた第２ローパスフィルタ部１９および第２ハイパスフィルタ部２０を適用させることにより、図１３（ｂ）に示すような低域の補完信号が生成されることになる。図１３（ｂ）に示す低域の補完信号の周波数特性と、図１０（ｂ）に示す低域補完処理前における低域のオーディオ信号の周波数特性とを比較すると、図１０（ｂ）に示すオーディオ信号では、４０Ｈｚ付近だけにピークが現れているのに対して、図１３（ｂ）に示す補完信号では、４０Ｈｚ付近に加えて、８０Ｈｚ付近、１２０Ｈｚ付近、１６０Ｈｚ付近にもピークが示されており、４０Ｈｚの数倍の周波数においてピークを示す倍音が生成されている。このため、オーディオ出力部４における再生能力が５０Ｈｚ以上のオーディオ信号しか再生することができない場合であっても、スピーカの再生能力により出力することができない（聴取者が聴取することができない）低域のオーディオ信号を、倍音信号によって聴取したような気分にさせることができる。

その後、第２加算器２１において、第１ハイパスフィルタ部１１により分離された高域のオーディオ信号と、低域の補完信号（倍音信号）とを加算することにより、オーディオ再生部２において再生されたオーディオ信号に対して補完処理を行うことが可能となり、スピーカの再生能力により出力することができない低域音を、聴取者に知覚させることが可能となる。

図１４（ａ）は、オーディオ再生部２より出力されたオーディオ信号に対して、低域補完部３で低域補完処理が行われたオーディオ信号の周波数特性を示しており、図１４（ｂ）は、全く低域補完処理が行われていないオーディオ信号（オーディオ再生部２より入力されるオーディオ信号）の周波数特性を示している。図１４（ａ）と図１４（ｂ）との比較により明らかなように、低域周波数（５０Ｈｚ〜３００Ｈｚ当たり）における信号出力が増大され、倍音信号により、オーディオ出力部４の再生能力よりも低域のオーディオ信号における音響効果を聴取者に提供することが可能となる。

さらに、本実施の形態に係るオーディオ再生装置１では、低域のオーディオ信号において振幅値が負側から正側へ変わる時間位置を基準にインパルス列を生成し、このインパルス列にオーディオ信号の振幅値に応じた重み付けを付加することによって補完信号を生成する。このため、補完対象となる低域のオーディオ信号の信号レベルが１より大きいか小さいか拘わらず、生成される補完信号の信号レベルを一定に保つことができ、音源の信号レベルに依存することのない効果的な倍音信号に基づいて、オーディオ出力部４の再生能力以下の低域の信号を知覚させることが可能となる。なお、オーディオ信号において振幅値が正側から負側へ変わる時間位置を基準にインパルス列を生成する場合も同様である。

また、本実施の形態に係るオーディオ再生装置１では、第１ハイパスフィルタ部１１および第１ローパスフィルタ部１２のオフカット周波数の設定値が、オーディオ出力部４の再生能力に対応する周波数に設定される。このため、オーディオ再生装置１において用いられるオーディオ出力部４（スピーカ）の再生能力に応じて、第１ハイパスフィルタ部１１および第１ローパスフィルタ部１２におけるオフカット周波数を変更することにより、スピーカの再生能力に対応する最適な低域の補完信号を生成することができる。

例えば、実施の形態に係る低域補完部３のように、第１ローパスフィルタ部１２のカットオフ周波数を、オーディオ出力部４の再生能力の周波数とほぼ一致する６０Ｈｚに設定することにより、スピーカにおいて再生することが困難となる低域のオーディオ信号を抽出することが可能となる。このようにして、スピーカにおいて再生することが困難となる低域帯域のオーディオ信号に基づいて、再生が困難となる周波数を基準とした倍音信号を生成し、この倍音信号に基づいて生成される低域の補完信号を用いて低域補完処理を行うことにより、効果的なミッシングファンダメンタル効果を実現することが可能となり、スピーカで再生することができない低域の音を聴取者に知覚させることが可能となる。

また、本実施の形態に係るオーディオ再生装置１では、第２ローパスフィルタ部１９のカットオフ周波数が、第２ハイパスフィルタ部２０において決定されたカットオフ周波数よりも高い周波数に設定される。このようにしてカットオフ周波数が決定された第２ローパスフィルタ部１９を用いて、倍音信号のフィルタリング処理を行うことにより、低域の補完信号に高域周波数の倍音信号成分が含まれてしまい、低域補完処理により高域補完がなされて、聴感上違和感が生じてしまうことを防止することができる。

さらに、本実施の形態に係るオーディオ再生装置１では、第２ハイパスフィルタ部２０のカットオフ周波数が、オーディオ出力部（スピーカ）４の再生能力を考慮した上で設定される。このように、スピーカの再生能力に応じてカットオフ周波数が決定された第２ハイパスフィルタ部２０を用いて、倍音信号のフィルタリング処理を行うことにより、スピーカの再生可能な周波数以上の帯域の信号成分であって、倍音信号によりミッシングファンダメンタル効果を実現し得るような信号成分を、補完信号に含ませることが可能となる。

以上、本発明に係る低域補完装置について、図面を用いて詳細に説明したが、本発明に係る低域補完装置は、上述した実施の形態に示した例に限定されるものではない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本実施の形態に係るオーディオ再生装置の概略構成を示したブロック図である。 本実施の形態に係る低域補完部の概略構成を示したブロック図である。 （ａ）は、本実施の形態に係る第１ハイパスフィルタ部のフィルタ特性を示した図であり、（ｂ）は、本実施の形態に係る第１ローパスフィルタ部のフィルタ特性を示した図である。 （ａ）は、本実施の形態に係るレベル検出部において絶対値算出処理およびＤＣ成分カット処理を行う前のオーディオ信号の信号状態を示した図であり、（ｂ）は、本実施の形態に係るレベル検出部において絶対値算出処理およびＤＣ成分カット処理を行った後のオーディオ信号の信号状態を示した図である。 （ａ）は、本実施の形態に係るエッジ検出部において負正変化位置の検出を行う前のオーディオ信号の信号状態を示した図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したオーディオ信号に対して、本実施の形態に係るエッジ検出部で負正変化位置の検出を行ったインパルス列の信号状態を示した図である。 （ａ）は、本実施の形態に係る乗算器においてインパルス列にレベル検出部でＤＣ成分カット処理がなされたオーディオ信号を乗算させたときの倍音信号を示した図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した倍音信号を本実施の形態に係る位相反転器により位相反転させた状態を示した図である。 （ａ）は、本実施の形態に係る第１加算器で倍音信号の加算処理が行われる前の低域のオーディオ信号の周波数特性を示した図であり、（ｂ）は、本実施の形態に係る位相反転器より出力されたオーディオ信号の周波数特性を示した図である。 （ａ）は、本実施の形態に係る第２ローパスフィルタ部のフィルタ特性を示した図であり、（ｂ）は、本実施の形態に係る第２ハイパスフィルタ部のフィルタ特性を示した図である。 （ａ）は、本実施の形態に係る第２ローパスフィルタ部および第２ハイパスフィルタ部を通過した倍音信号の信号状態を示した図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した倍音信号の周波数特性を示した図である。 （ａ）本実施の形態に係るオーディオ再生部より入力されるオーディオ信号の一例の周波数特性を示した図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したオーディオ信号が、本実施の形態に係る第１ローパスフィルタ部により分離されて低域だけ抽出されたオーディオ信号の周波数特性を示した図である。 （ａ）は、図１０（ｂ）に示したオーディオ信号の信号状態を示した図であり、（ｂ）は、（ａ）に示したオーディオ信号に対し、本実施の形態に係るレベル検出部において絶対値の算出を行った後に、ＤＣ成分カット処理が行われたオーディオ信号の信号状態を示した図である。 （ａ）は、図１１（ｂ）に示したオーディオ信号において、振幅値の変化状態（傾き）が負側から正側に変化する位置に対応するように生成させたインパルス列の信号状態を示した図であり、（ｂ）は、本実施の形態に係る乗算器において、倍音信号に対して低域のオーディオ信号に応じた重み付け処理が行われた後に、位相反転器で反転位相処理が行われ、さらに、増幅器で信号レベルの増幅処理が行われた倍音信号の信号状態を示した図である、 （ａ）は、図１２（ｂ）に示した倍音信号の周波数特性を示した図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す倍音信号に対して第２ローパスフィルタ部および第２ハイパスフィルタ部により帯域制限処理が行われた補完信号の周波数特性を示した図である。 （ａ）は、本実施の形態に係るオーディオ再生部より出力されたオーディオ信号に対して、低域補完部で低域補完処理が行われたオーディオ信号の周波数特性を示した図であり、（ｂ）は、全く低域補完処理が行われていないオーディオ信号の周波数特性を示した図である。

符号の説明

１ …オーディオ再生装置
２ …オーディオ再生部
３ …低域補完部（低域補完装置）
４ …オーディオ出力部
１１ …第１ハイパスフィルタ部
１２ …第１ローパスフィルタ部（第１ローパスフィルタ手段）
１３ …レベル検出部
１４ …エッジ検出部（インパルス列生成手段）
１５ …乗算器（倍音信号生成手段）
１６ …位相反転器
１７ …増幅器
１８ …第１加算器
１９ …第２ローパスフィルタ部（補完信号生成手段、第２ローパスフィルタ手段）
２０ …第２ハイパスフィルタ部（補完信号生成手段、ハイパスフィルタ手段）
２１ …第２加算器

Claims (3)

1. スピーカの再生能力に応じてカットオフ周波数が決定される第１ローパスフィルタ手段と、
   該第１ローパスフィルタ手段によって、入力された音源信号の低域帯域の抽出が行われたオーディオ信号において、振幅値が負側から正側へ変わる時間位置または正側から負側へと変わる時間位置に、インパルス出力が発生するようにインパルス列を生成するインパルス列生成手段と、
   前記オーディオ信号の絶対値に対して直流成分のカット処理を行った振幅の大きさを振幅値として取得する振幅値取得手段と、
   前記インパルス列生成手段により生成された前記インパルス列に前記振幅値を乗算することにより、前記オーディオ信号の特性に応じた倍音信号を生成する倍音信号生成手段と、
   該倍音信号生成手段により生成された倍音信号に対して帯域制限を施すことにより、前記音源信号の低域帯域における補完信号を生成する補完信号生成手段と
   を備えることを特徴とする低域補完装置。
2. 前記補完信号生成手段は、
   前記スピーカの再生能力に応じてカットオフ周波数が決定されるハイパスフィルタ手段と、
   該ハイパスフィルタ手段において決定されたカットオフ周波数よりも高い周波数がカットオフ周波数として決定される第２ローパスフィルタ手段とを有し、
   該ハイパスフィルタ手段と該第２ローパスフィルタ手段とを用いて前記倍音信号にフィルタリング処理を施すことにより、前記補完信号を生成すること
   を特徴とする請求項１に記載の低域補完装置。
3. スピーカの再生能力に応じてカットオフ周波数が決定される第１ローパスフィルタ手段を用いて入力された音源信号の低域帯域を抽出し、
   該第１ローパスフィルタ手段によって前記音源信号の低域帯域の抽出が行われたオーディオ信号において、振幅値が負側から正側へ変わる時間位置または正側から負側へと変わる時間位置にインパルス出力が発生するようにインパルス列を生成し、
   前記オーディオ信号の絶対値に対して直流成分のカット処理を行った振幅の大きさを振幅値として取得し、
   前記インパルス列に前記振幅値を乗算することにより、前記オーディオ信号の特性に応じた倍音信号を生成し、
   該倍音信号に対して帯域制限を施すことにより、前記音源信号の低域帯域における補完信号を生成する
   ことを特徴とする低域補完装置の補完信号生成方法。

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