JP5375861B2

JP5375861B2 - オーディオ再生の効果付加方法およびその装置

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Description

この発明は、オーディオ再生において音の豊かさ、高域の伸びやきらびやかさ、低音の迫力感を増強させる効果付加方法および効果付加装置に関し、特に圧縮率の高い音源の再生に適用して高い効果を発揮するものである。

ＭＰ３（ＭＰＥＧ−１ＡｕｄｉｏＬａｙｅｒ III）、ＡＡＣ（ＭＰＥＧ−２／４ＡｕｄｉｏのＡｄｖａｎｃｅｄＡｕｄｉｏＣｏｄｉｎｇ）等の圧縮オーディオフォーマット音源は、高い圧縮率を実現するために、一般的に高音域の成分や音響心理学上聞こえにくいとされる成分をエンコード時に捨て去っている。例えば、ＭＰ３の場合は、最もよく使われる圧縮率のとき（１２８ｋｂｐｓ）に、１６ｋＨｚ以上の信号成分がカットされる。このため、圧縮音源の音は高音域が曇った音に聞こえたり、全体的に痩せた迫力のない音に聞こえたりすることがある。

従来、ＣＤ等の帯域制限された音源を再生する際に高音域を補強する技術として下記特許文献１に記載された技術があった。この技術は、帯域制限された音源に基づいてその高調波成分を生成し、該高調波成分を該帯域制限された音源に付加して再生することにより、該帯域制限された音源よりも高い音域まで再生できるようにしたものである。

特許第３１３７２８９号公報（第１図）

ＭＰ３、ＡＡＣ等の圧縮率の高い音源については、前記高音域を補強するだけでは音の豊かさや低音の迫力感が得られず、音質を改善する効果が不十分であった。

この発明は前記従来の技術における問題点を解決して、オーディオ再生において音の豊かさ、高域の伸びやきらびやかさ、低音の迫力感を増強させる効果付加方法および効果付加装置を提供しようとするものである。

この発明の効果付加方法は、オーディオ信号の正側波形部分と負側波形部分に対し、それぞれの入力レベル絶対値に応じて、相互に異なるゲインを付与する効果付加方法であって、前記ゲイン付与による正側、負側の一方の波形部分の入出力レベル特性が、入力レベルが最小レベルのときに出力レベルが最小レベルまで下がらない特性を有し、前記ゲイン付与による正側、負側の他方の波形部分の入出力レベル特性が、入力レベルが最小レベルから所定のレベルまで、出力レベルを最小レベルに保持する特性を有するものである。

また、この発明の効果付加方法は、オーディオ信号の正側波形部分と負側波形部分に対し、それぞれの入力レベル絶対値に応じて、正側波形部分の入力レベル絶対値が所定値以下のときと負側波形部分の入力レベル絶対値が該所定値以下のときとで異なるゲインを付与し、前記ゲインが付与されたオーディオ信号の高域成分に基づいて該高域成分よりも高域のオーディオ信号成分を作成し、前記ゲインが付与されたオーディオ信号の低域成分に基づいて該低域成分よりも低域のオーディオ信号成分を作成し、前記ゲインが付与されたオーディオ信号と、前記作成された高域のオーディオ信号成分と、前記作成された低域のオーディオ信号成分とを加算合成して、効果音が付加されたオーディオ信号を作成するものである。

この発明の効果付加方法によれば、オーディオ信号の正側波形部分と負側波形部分に対し、それぞれの入力レベル絶対値に応じて相互に異なるゲインを付与するようにしたので、オーディオ信号に正負非対称波形で発生する偶数次高調波（倍音）が含まれるようになる。偶数次高調波は、真空管アンプの音が心地よいまろやかさ、暖かさ、つや等の豊かさを感じさせると言われる原因とされているものであるので、このゲイン付与によって、オーディオ信号に音の豊かさが与えられる。

この発明の効果付加方法は、正側波形部分の入力レベル絶対値が所定値よりも大きいときと負側波形部分の入力レベル絶対値が該所定値よりも大きいときとで共通のゲインを付与することができる。これによれば、正側波形部分と負側波形部分でゲインを異ならせるのは入力レベルが所定値以下のときだけであり、入力レベルが該所定値よりも大きいときは正側波形部分と負側波形部分とで共通のゲインを付与するので、音の豊かさを与える効果が過剰になりすぎるのを抑制することができる。

また、この発明の効果付加方法によれば、前記ゲインが付与されたオーディオ信号の高域成分に基づいて該高域成分よりも高域のオーディオ信号成分を作成することにより高域の伸びやきらびやかさを増強することができる。さらに、ゲインが付与されたオーディオ信号の低域成分に基づいて該低域成分よりも低域のオーディオ信号成分を作成することにより低音の迫力感を増強させることができる。したがって、この発明の効果付加方法によれば、例えばＭＰ３、ＡＡＣ等の圧縮率の高い音源の再生に適用することにより、高音域が曇った音に聞こえたり、全体的に痩せた迫力のない音に聞こえたりするのを改善することができる。

なお、前記高域のオーディオ信号成分の作成処理および前記低域のオーディオ信号成分の作成処理を前記ゲイン付与前の音源に基づいてそれぞれ行い、該処理により作成された高域および低域のオーディオ信号成分を前記ゲイン付与された音と加算合成した場合には、該ゲイン付与によって豊かさが与えられた音と、該ゲイン付与前の音源に基づいて作成された高域および低域の音との聴感上の一体感が十分に得られなかった。これに対し、この発明のように、前記ゲイン付与によって豊かさが与えられた音に基づいて高域および低域の音を作成して該豊かさが与えられた音と加算合成した場合には、聴感上の音の一体感が得られた。

前記ゲイン付与処理は、例えば、前記オーディオ信号を正側波形部分と負側波形部分に分離し、前記正側波形部分、前記負側波形部分に個別のゲイン付与処理を行い、該ゲイン付与処理された正側波形部分と負側波形部分とを加算合成して行うことができる。

この発明の効果付加方法は、前記正側波形部分の入力レベル絶対値に応じた該正側波形部分に対するゲイン付与を、該正側波形部分の入力波形の立ち下がりを所定のリリースタイムで緩やかにしたレベル絶対値に応じて行い、前記負側波形部分の入力レベル絶対値に応じた該負側波形部分に対するゲイン付与を、該負側波形部分の入力波形の立ち下がりを所定のリリースタイムで緩やかにしたレベル絶対値に応じて行うことができる。これによれば、入力信号のレベルおよび周波数が比較的高い場合にゲインが頻繁に変化するのを抑制して、不自然な音あるいは歪感のある音になるのを防止することができる。

この発明の効果付加方法は、前記ゲイン付与による正側、負側の一方の波形部分の入出力レベル特性が、入力レベル絶対値が前記所定値よりも大きいときに入力レベルに対して出力レベルを線形に変化させる高レベル側線形領域と、入力レベル絶対値が前記所定値以下のときに前記高レベル側線形領域の低レベル側の端部に続いて、入力レベルに対して出力レベルが非線形に変化して、入力レベルが零のときに出力レベルが零まで下がらない特性にする低レベル側非線形領域とからなり、前記ゲイン付与による正側、負側の他方の波形部分の入出力レベル特性が、入力レベル絶対値が前記所定値よりも大きいときに入力レベルに対して出力レベルを線形に変化させる、前記一方の波形部分の入出力レベル特性の前記高レベル側線形領域と共通の高レベル側線形領域と、入力レベル絶対値が前記所定値以下のときに前記高レベル側線形領域の低レベル側の端部に続いて、入力レベルに対して出力レベルが非線形に変化して、入力レベルが零から所定のレベルまで、出力レベルを零に保持する特性にする低レベル側非線形領域とからなるものとすることができる。

前記ゲインが付与されたオーディオ信号の高域成分に基づいて該高域成分よりも高域のオーディオ信号成分を作成する処理は、例えば、前記ゲインが付与されたオーディオ信号から高域成分を抽出し、該抽出された高域成分に所定周波数の正弦波信号を乗算し、該乗算によって生成される低域側シフト成分および高域側シフト成分のうち低域側シフト成分を除去して残りの高域側シフト成分を前記高域のオーディオ信号成分として得るものとすることができる。この手法によれば、前記オーディオ信号の高域成分を周波数シフトするだけであり、該高域成分の高調波成分（倍音成分）を作成する処理ではないので、いわゆる折り返し歪みなどの余分な歪み成分の少ない高域の信号を作成することができる。

前記ゲインが付与されたオーディオ信号の低域成分に基づいて該低域成分よりも低域のオーディオ信号成分を作成する処理は、例えば、該ゲインが付与されたオーディオ信号のゼロクロスを検出し、該検出されたゼロクロスで区切られる連続した４区間を１単位として、そのうち連続する２区間について波形の極性を反転し、該反転処理を前記単位ごとに繰り返して前記低域成分の基本波成分の１／２の周期の信号を作成し、さらにこの反転によって生じた高調波成分および超低域成分を除去するものとすることができる。

この発明の効果付加方法は、前記ゲインが付与されたオーディオ信号の高域成分に基づいて該高域成分よりも高域のオーディオ信号成分を作成した後、該作成された高域のオーディオ信号成分について、高レベル部分を低中レベル部分に対して相対的に圧縮することにより該低中レベル部分の信号レベルを相対的に増大させる処理を行い、前記ゲインが付与されたオーディオ信号の低域成分に基づいて該低域成分よりも低域のオーディオ信号成分を作成した後、該作成された低域のオーディオ信号成分について、高レベル部分を低中レベル部分に対して相対的に圧縮することにより該低中レベル部分の信号レベルを相対的に増大させる処理を行い、該処理がされた高域および低域のオーディオ信号成分を前記ゲインが付与されたオーディオ信号に加算合成することができる。これによれば、作成された高域および低域のオーディオ信号成分の低中レベルが増強されて、該高域成分および低域成分を付加する効果（高域の伸びやきらびやかさ、低音の迫力感）を増強することができる。

この発明の効果付加方法は、前記ゲインが付与されたオーディオ信号、前記作成された高域のオーディオ信号成分、前記作成された低域のオーディオ信号成分の時間の先後関係を相互に調整した後、これら信号を加算合成することができる。これによれば、３つの信号成分による音がリスナーに到達するタイミングが相互に（３つの信号成分間で相互に、あるいは１つの信号成分と他の２つの信号成分間で相互に）ずらされて、音質傾向を変えることができる。

この発明の効果付加方装置は、オーディオ信号の正側波形部分と負側波形部分に対し、それぞれの入力レベル絶対値に応じて、相互に異なるゲインを付与するゲイン付与回路を有し、該ゲイン付与回路で付与するゲイン特性は、正側、負側の一方の波形部分の入出力レベル特性が、入力レベルが最小レベルのときに出力レベルが最小レベルまで下がらない特性を有し、正側、負側の他方の波形部分の入出力レベル特性が、入力レベルが最小レベルから所定のレベルまで、出力レベルを最小レベルに保持する特性を有するものである。

この発明の効果付加装置は、オーディオ信号の正側波形部分と負側波形部分に対し、それぞれの入力レベル絶対値に応じて、正側波形部分の入力レベル絶対値が所定値以下のときと負側波形部分の入力レベル絶対値が該所定値以下のときとで異なるゲインを付与するゲイン付与回路と、前記ゲインが付与されたオーディオ信号の高域成分に基づいて該高域成分よりも高域のオーディオ信号成分を作成する高域成分作成回路と、前記ゲインが付与されたオーディオ信号の低域成分に基づいて該低域成分よりも低域のオーディオ信号成分を作成する低域成分作成回路と、前記ゲインが付与されたオーディオ信号と、前記作成された高域のオーディオ信号成分と、前記作成された低域のオーディオ信号成分とを加算合成して効果音が付加されたオーディオ信号を作成する加算合成回路とを具備してなるものである。

この発明の効果付加装置のゲイン付与回路は、正側波形部分の入力レベル絶対値が所定値よりも大きいときと負側波形部分の入力レベル絶対値が該所定値よりも大きいときとで共通のゲインを付与するものとすることができる。

この発明の効果付加装置の実施の形態を示すブロック図である。図１のゲイン付与回路１２の構成例を示すブロック図である。図２のレベル検出回路２０の動作例を示す波形図である。図２のゲインテーブル２２に記憶されているレベル検出値対ゲイン特性の一例を示す線図である。図４のゲイン特性を使用して入力信号にゲインを付与した場合の入出力レベル特性を示す線図である。図２のゲインテーブル３２に記憶されているレベル検出値対ゲイン特性の一例を示す線図である。図６のゲイン特性を使用して入力信号にゲインを付与した場合の入出力レベル特性を示す線図である。図５、図７の入出力レベル特性を使用した図２のゲイン付与回路１２の入出力波形の一例を示す波形図である。図１の周波数シフト回路４４の構成例を示すブロック図である。図１の高域成分作成回路４０による高域成分生成過程を示す説明図である。分周回路５６の構成例を示すブロック図である。図１１の分周回路５６の動作波形図である。図１の低中レベル成分強調回路７０，７２の構成例を示すブロック図である。図１３のゲインテーブル７６に備えられたレベル検出値対ゲイン特性のテーブルによる入出力レベル特性の一例を示す線図である。

１０…効果付加装置、１２…ゲイン付与回路、４０…高域成分作成回路、４４…周波数シフト回路、５２…低域成分作成回路、７０，７２…低中レベル成分強調回路、９４…加算器（加算合成回路）

この発明の実施の形態を以下説明する。図１はこの発明の効果付加装置の実施の形態を示す。効果付加装置１０にはＭＰ３、ＡＡＣ等の圧縮率の高い音源信号をデコードしたオーディオ信号（ディジタルオーディオの各サンプル信号）のうち左右一方のチャンネルの信号が入力される。なお、図示を省略するが、左右他方のチャンネルのオーディオ信号についても図１と同一構成の回路によって処理される。ゲイン付与回路１２は、入力オーディオ信号の正側波形部分と負側波形部分に対し、それぞれの入力レベル絶対値に応じて、正側波形部分の入力レベル絶対値が所定値よりも大きいときと負側波形部分の入力レベル絶対値が該所定値よりも大きいときとで共通のゲインを付与し、正側波形部分の入力レベル絶対値が前記所定値以下のときと負側波形部分の入力レベル絶対値が該所定値以下のときとで異なるゲインを付与するものである。このゲイン付与処理により、オーディオ信号には正負非対称波形で発生する偶数次高調波（倍音）が含まれるようになり、オーディオ信号に音の豊かさが与えられる。

ゲイン付与回路１２の構成例を図２に示す。入力オーディオ信号は正側波形ゲイン付与回路１４と負側波形ゲイン付与回路１６にそれぞれ入力される。正側波形ゲイン付与回路１４において、正側波形抽出回路１８は入力オーディオ信号からその正極性側の波形部分（正側波形部分）を抽出する。レベル検出回路２０は、この発明によるゲイン付与処理においてゲインの急激な（頻繁な）変化を抑制して不自然な音になるのを防止するために、抽出された正側波形部分についてピーク検出およびリリース処理（波形の立ち下がりを緩やかにする処理）をして、その結果生成されるエンベロープ波形を正側波形部分のレベル検出値として出力するものである。

レベル検出回路２０の動作例を図３に示す。細線はレベル検出回路２０に入力される入力オーディオ信号の正側波形部分である。レベル検出回路２０はこの正側波形部分について、図３の例ではアタックタイム（立ち上がり時間、すなわち入力波形の立ち上がりに追従するのに要する時間）を０ｍｓｅｃ、リリースタイム（立ち下がり時間、すなわち入力波形の立ち下がりに追従するのに要する時間）を１ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃに設定してピーク検出およびリリース処理をして、その結果生成される太線で示すエンベロープ波形を正側波形部分のレベル検出値として出力する。

ゲインテーブル２２はレベル検出値対ゲイン特性のテーブルを記憶したメモリを備え、レベル検出回路２０で時々刻々検出される正側波形部分のレベル検出値に応じて、このテーブルから該当するゲイン値を読み出して出力する。ゲインテーブル２２に記憶されているレベル検出値対ゲイン特性の一例を図４に示す。この特性は、レベル検出値が所定値Ｌ（Ｌの値は−８０ｄＢ〜−５０ｄＢが好ましく、例えば−６０ｄＢに設定される）よりも大きいときはゲインを１に固定し、レベル検出値が所定値Ｌ以下のときはレベル検出値が小さくなるにつれてゲインを非線形に増大させる特性である。

図５は図４のゲイン特性を使用して入力信号にゲインを付与した場合の入出力レベル特性を示す。この入出力レベル特性は、入力レベルが前記所定値Ｌよりも大きいときに入力レベルに対して出力レベルを線形に変化させる高レベル側線形領域Ａと、入力レベルが所定値Ｌ以下のときに高レベル側線形領域Ａの低レベル側の端部に連続して、入力レベルに対して出力レベルが非線形に変化して（入力レベルが小さくなるにつれて出力レベルの変化が徐々に小さくなるように連続的に変化する）、入力レベルが零のときに出力レベルが零まで下がらない特性にする低レベル側非線形領域Ｂとからなる全体として非線形な特性である。非線形領域Ｂは線形領域Ａに比べて範囲が狭く、しかも非線形領域Ｂは線形領域Ａの低域側端部に連続して緩やかなカーブを描く特性であるので、領域Ａ、領域Ｂを合わせた全体の特性としては軽微な非線形性であり、発生する高調波は微小で歪率としては測定にかからない程度のレベルであるが聴感上は心地よい音色となる。

図２において、係数器２４はゲインテーブル２２の出力ゲイン値に調整用の適宜の係数（定数）を付与する。可変ゲイン回路２６（乗算器）は、係数器２４から出力されるゲイン値に応じてゲインが可変制御され、正側波形抽出回路１８で抽出された正側波形部分の各対応する部分に、該当するゲインを順次付与する。

図２の負側波形ゲイン付与回路１６において、負側波形抽出回路２８は入力オーディオ信号からその負極性側の波形部分（負側波形部分）を抽出する。レベル検出回路３０は、この発明によるゲイン付与処理においてゲインの急激な変化を抑制して不自然な音になるのを防止するために、抽出された負側波形部分についてピーク検出およびリリース処理をして、その結果生成されるエンベロープ波形を負側波形部分のレベル検出値（絶対値）として出力するものである。レベル検出回路３０のアタックタイムおよびリリースタイムは正側のレベル検出回路２０と同じに設定される。そして、レベル検出回路３０は正側のレベル検出回路２０について説明した図３の動作例と同様に動作する。

ゲインテーブル３２はレベル検出値対ゲイン特性のテーブルを記憶したメモリを備え、レベル検出回路３０で時々刻々検出される負側波形部分のレベル検出値に応じて、このテーブルから該当するゲイン値を読み出して出力する。ゲインテーブル３２に記憶されているレベル検出値対ゲイン特性の一例を図６に示す。この特性は、レベル検出値（絶対値）が所定値Ｌよりも大きいときはゲインを１に固定し、レベル検出値が所定値Ｌ以下のときはレベル検出値が小さくなるにつれてゲインが非線形に減少し、レベル検出値が０に達する前にゲインが０まで下がり、以後レベル検出値が０に達するまでゲインが０を維持する特性である。

図２において、係数器３４はゲインテーブル３２の出力ゲイン値に調整用の適宜の係数（定数）を付与する。可変ゲイン回路３６（乗算器）は、係数器３４から出力されるゲイン値に応じてゲインが可変制御され、負側波形抽出回路２８で抽出された負側波形部分の各対応する部分に、該当するゲインを順次付与する。

図７は図６のゲイン特性を使用して入力信号にゲインを付与した場合の入出力レベル特性を示す。この入出力レベル特性は、入力レベルが前記所定値Ｌよりも大きいときに入力レベルに対して出力レベルを線形に変化させる高レベル側線形領域Ｃと、入力レベルが所定値Ｌ以下のときに高レベル側線形領域Ｃの低レベル側の端部に連続して、入力レベルに対して出力レベルが非線形に変化して（入力レベルが小さくなるにつれて出力レベルの変化が徐々に大きくなるように連続的に変化する）、入力レベルが零から所定のレベルまで出力レベルが零を維持する低レベル側非線形領域Ｄとからなる全体として非線形な特性である。非線形領域Ｄは線形領域Ｃに比べて範囲が狭く、しかも非線形領域Ｄは線形領域Ｃの低域側端部に連続して緩やかなカーブを描く特性であるので、領域Ｃ、領域Ｄを合わせた全体の特性としては軽微な非線形性であり、発生する高調波は偶数次高調波であり、歪率としては測定にかからない程度のレベルであるが聴感上は心地よい音色となる。

図２において、正側波形ゲイン付与回路１４の出力信号と負側波形ゲイン付与回路１６の出力信号は、加算器３８で加算合成されて、ゲイン付与回路１２の出力信号となる。図８は、図５、図７の入出力レベル特性による図２のゲイン付与回路１２の入出力波形の一例として、入力信号として正弦波信号を入力した場合を示す。これは、入力信号のレベルが比較的低いときの波形である。すなわち、図８（ｂ）によれば、１つの正側波形部分の期間（入力信号の半周期）内で図５の非線形領域Ｂのみが使用され、非線形領域Ｂ内でゲインが変動している。また、１つの負側波形部分の期間（入力信号の半周期）内で図７の非線形領域Ｄのみが使用され、非線形領域Ｄ内でゲインが変動している。このとき、図８（ｂ）に示すように、正側波形部分のピーク部分のレベルは負側波形部分のピーク部分のレベルよりも大きくなり、またゼロクロス付近の波形が正側波形部分と負側波形部分とで異なり、その結果正負非対称波形で発生する偶数次高調波（倍音）が含まれるようになり、オーディオ信号に音の豊かさが与えられる。

なお、入力信号のレベルが高い場合に非線形領域Ｂ，Ｄが使用されると、不自然な音あるいは歪感のある音になったりすることがあるが、この実施の形態ではレベル検出回路２０，３０（図２）のリリース処理（図３）によってこれが防止されている。すなわち、リリース処理をすると、レベルが高い入力波形については、その波形の立ち下がりを所定のリリースタイムで緩やかにしたレベル絶対値は高いレベルを維持する（リリースタイムによりレベルがあまり下がらないうちに次の大きな波形が到来する）ので、線形領域Ａ，Ｃのみが使用されるようになる。

図１において、高域成分作成回路４０はゲイン付与回路１２でゲイン付与されたオーディオ信号の高域成分に基づいて該高域成分よりも高域の（ゲイン付与されたオーディオ信号の周波数帯域よりも高域の）オーディオ信号成分を作成するものである。すなわち、高域成分作成回路４０において、ハイパスフィルタ４２は、次段の周波数シフト回路４４で高域成分作成回路４０の入力オーディオ信号の周波数帯域よりも高域のオーディオ信号成分を作成するために、ゲイン付与回路１２の出力オーディオ信号から該高域のオーディオ信号成分を作成する元となる高域成分を抽出するものである。周波数シフト回路４４はハイパスフィルタ４２で抽出された高域成分を周波数軸上で移動させるものである。

周波数シフト回路４４の構成例を図９に示す。周波数シフト回路４４は、ハイパスフィルタ４２で抽出された高域成分と正弦波発生器４６から発生する適宜の周波数の正弦波信号とを乗算器４８で乗算して、該高域成分を周波数軸上で移動した信号を作成する。すなわち、前記高域成分をｓｉｎＡ（様々な周波数を含む信号）、正弦波信号（正弦波形状の信号の意味）をｃｏｓＢ（固定周波数の信号）とすると、乗算器４８は、

ｓｉｎＡ・ｃｏｓＢ＝１／２｛ｓｉｎ（Ａ＋Ｂ）＋ｓｉｎ（Ａ−Ｂ）｝

の演算を行う。この周波数シフト演算によれば、前記高域成分ｓｉｎＡを高域側にシフトした成分ｓｉｎ（Ａ＋Ｂ）のほかに低域側にシフトした成分ｓｉｎ（Ａ−Ｂ）が作成される。この低域側にシフトした成分は不要なので、図１のハイパスフィルタ５０で除去する。その結果、高域成分作成回路４０からは前記高域成分ｓｉｎＡを高域側にシフトした成分ｓｉｎ（Ａ＋Ｂ）が出力される。この出力信号は高域成分ｓｉｎＡを高域側にシフトした成分ｓｉｎ（Ａ＋Ｂ）であるので、高域成分ｓｉｎＡの高調波成分（倍音成分）を作成する場合と異なり、折り返し歪みなどの余分な歪み成分の少ない信号である。

図１０は高域成分作成回路４０による高域成分生成過程を示す。図１０（ａ）は周波数シフト前の高域成分である。この高域成分に乗算器４８（図９）で正弦波信号ｃｏｓＢを乗算すると、図１０（ｂ）に示すように高域側にシフトした成分ｓｉｎ（Ａ＋Ｂ）と低域側にシフトした成分ｓｉｎ（Ａ−Ｂ）が得られる。これら両成分ｓｉｎ（Ａ＋Ｂ）、ｓｉｎ（Ａ−Ｂ）をハイパスフィルタ５０に通して低域側にシフトした成分ｓｉｎ（Ａ−Ｂ）を除去することにより、ハイパスフィルタ５０からは図１０（ｃ）に示すように高域側にシフトした成分ｓｉｎ（Ａ＋Ｂ）のみが出力される。すなわち、ハイパスフィルタ４２に入力されるオーディオ信号（ゲイン付与回路１２の出力オーディオ信号）の周波数帯域の上限値をｆ２（例えば１６ｋＨｚ）、ハイパスフィルタ４２のカットオフ周波数をｆ１（ｆ１＜ｆ２であり、ｆ１は例えば６ｋＨｚ）、とすると、ハイパスフィルタ４２からは図１０（ａ）に示す、周波数帯域がｆ１〜ｆ２のオーディオ信号が出力される。また、正弦波発生器４６（図９）から発生する正弦波信号の周波数をｆ３（例えば８ｋＨｚ）とすると、図９の構成の周波数シフト回路４４からは図１０（ｂ）に示すように、高域側にシフトした成分ｓｉｎ（Ａ＋Ｂ）として周波数帯域が（ｆ１＋ｆ３）〜（ｆ２＋ｆ３）のオーディオ信号と、低域側にシフトした成分ｓｉｎ（Ａ−Ｂ）として周波数帯域が（ｆ３−ｆ１）〜（ｆ２−ｆ３）のオーディオ信号がそれぞれ出力される。なお、図１０（ｂ）の例ではｆ１＝６ｋＨｚ、ｆ２＝１６ｋＨｚ、ｆ３＝８ｋＨｚの場合を示しており、たまたまｆ２−ｆ３＝ｆ３となっている。また、ハイパスフィルタ５０のカットオフ周波数をｆ４｛（ｆ２−ｆ３）≦ｆ４≦（ｆ１＋ｆ３）であり、ｆ４は例えば１０ｋＨｚ｝とすると、ハイパスフィルタ５０からは図１０（ｃ）に示す、周波数帯域が（ｆ１＋ｆ３）〜（ｆ２＋ｆ３）の信号が出力される。

図１において、低域成分作成回路５２はゲイン付与回路１２でゲイン付与されたオーディオ信号の低域成分に基づいて該低域成分よりも低域のオーディオ信号成分を作成するものである。すなわち、低域成分作成回路５２において、ローパスフィルタ５４は、次段の分周回路５６で低域成分作成回路５２の入力オーディオ信号の周波数帯域よりも低域のオーディオ信号成分を作成するために、ゲイン付与回路１２の出力オーディオ信号から該低域のオーディオ信号成分を作成する元となる低域成分を抽出するものである。ローパスフィルタ５４のカットオフ周波数は例えば１００Ｈｚに設定される。分周回路５６はローパスフィルタ５４で抽出された低域成分に基づいて該低域成分の１／２の周波数の（すなわち１オクターブ下の）オーディオ信号成分を作成するものである。

分周回路５６の構成例を図１１に示す。この分周回路５６はその入力信号のゼロクロスを検出し、該検出されたゼロクロスで区切られる連続した４区間（基本波成分の２周期）を１単位として、そのうち連続する２区間について波形の極性を反転することにより該基本波成分の１／２の周期の信号を作成するようにしたものである。すなわち、分周回路５６において、ゼロクロス検出回路５８は入力信号のゼロクロスを検出する。ゼロクロスは該入力信号を構成する各サンプルデータのサインビットのデータによって判別することができる。２ビットカウンタ６０は検出されたゼロクロスをカウントし、カウント値０〜３を循環して出力する。このカウント値により、現在前記４区間のいずれの区間にあるかが判別される。極性反転回路６２は入力信号の極性を反転する。セレクタ６４は入力信号をＡ入力に入力し、入力信号の反転信号をＢ入力に入力する。そして、セレクタ６４は、２ビットカウンタ６０のカウント値に応じて、カウント値が０と３のときはＡ入力を選択出力し、カウント値が１と２のときはＢ入力を選択出力する。これにより、セレクタ６４からは分周回路５６の入力信号の基本波成分の１／２周期の信号が出力される。

なお、分周回路５６に入力されるある程度微小な低域成分については上述した分周動作をさせない方が好ましいので、該分周動作を停止させる。すなわち、図１１においてレベル検出回路６５は、分周回路５６の入力信号（入力信号の正側波形部分もしくは負側波形部分または全波整流波形）についてピーク検出およびリリース処理をして、その結果生成されるエンベロープからレベルを検出し、該検出されたレベルが所定レベル以下（例えば−８０ｄＢ以下）のときはリセット信号を出力し、２ビットカウンタ６０をリセットする。これにより、２ビットカウンタ６０は入力信号レベルが該所定レベル以下となっている期間中カウント値０を出力し続け、セレクタ６４はＡ入力すなわち反転されていない入力信号を選択出力し続ける。

図１２は図１１の分周回路５６の動作波形を示す。分周回路５６は図１２（ａ）に示す入力信号についてゼロクロスを検出し、該検出されたゼロクロスで区切られる連続した４区間０〜３を１単位として、そのうち区間１，２について波形の極性を図１２（ｂ）に示すように反転して基本波成分の１／２の周期の信号を作成し、この動作を繰り返す。

図１において、分周回路５６の出力信号はローパスフィルタ６６に通され、さらにハイパスフィルタ６８に通される。すなわち、上述した分周回路５６の処理によれば波形反転に伴って波形に不連続点が生じ、これが新たに高調波成分を発生させるので、ローパスフィルタ６６でこの高調波成分を除去する。ローパスフィルタ６６のカットオフ周波数は、分周回路５６の入力側のローパスフィルタ５４のカットオフ周波数よりも高く、例えば１５０Ｈｚに設定される。また、上述した分周回路５６の処理によればその出力信号に聴感上不快とされる超低域成分（サブソニック）を含む場合があるので、ハイパスフィルタ６８でこの超低域成分を除去する。ハイパスフィルタ６８のカットオフ周波数は例えば５０Ｈｚに設定される。

図１において、高域成分作成回路４０および低域成分作成回路５２の出力信号は低中レベル成分強調回路７０，７２にそれぞれ入力されて、その低〜中レベル成分が増強される。これにより、高域成分作成回路４０および低域成分作成回路５２でそれぞれ作成された高域成分および低域成分が増強されて、該高域成分および低域成分を付加する効果（高域の伸びやきらびやかさ、低音の迫力感）が認識されやすくなる。

低中レベル成分強調回路７０，７２の構成例を図１３に示す。図１３のレベル検出回路７４は図２の正側波形ゲイン付与回路１４および負側波形ゲイン付与回路１６と同様に構成されている。すなわち、レベル検出回路７４はゲインの急激な変化を抑制して不自然な音になるのを防止するために、低中レベル成分強調回路７０，７２の入力信号（入力信号の正側波形部分もしくは負側波形部分または全波整流波形）についてピーク検出およびリリース処理をして、その結果生成されるエンベロープ波形をレベル検出値として出力する。レベル検出回路７４は、例えばアタックタイムを０ｍｓｅｃ、リリースタイムを０．１ｓｅｃ〜１ｓｅｃに設定することができる。

ゲインテーブル７６はレベル検出値対ゲイン特性のテーブルを記憶したメモリを備え、レベル検出回路７４で時々刻々検出されるレベル検出値に応じて、このテーブルから該当するゲイン値を読み出して出力する。このテーブルによる入出力レベル特性の一例を図１４に実線で示す（点線はゲイン付与がない場合のリニアな特性を示す）。図１４の入出力レベル特性は、低中レベル成分を伸長し高レベル成分を圧縮して、全体としてはダイナミックレンジを変更せずに、低中レベル成分の信号レベルを相対的に増大させる特性である。

図１３において、係数器７８はゲインテーブル７６の出力ゲイン値に調整用の適宜の係数（定数）を付与する。可変ゲイン回路８０（乗算器）は、係数器７８から出力されるゲイン値に応じてゲインが可変制御され、低中レベル成分強調回路７０，７２の入力信号の各対応する部分に、該当するゲインを順次付与して、低中レベル成分の信号レベルを増強する。

図１において、遅延回路８２，８４，８６は、ゲイン付与回路１２の出力信号、低中レベル成分強調回路７０から出力される高域成分、低中レベル成分強調回路７２から出力される低域成分について必要に応じて個別に遅延することにより、音質傾向を変えるものである。すなわち、例えば遅延回路８４の遅延時間を０、遅延回路８２，８６の遅延時間を数ｍｓｅｃに設定すると、高域成分が早くリスナーに到達することになり、聴感上の高域認知が補助され、結果として高域の立ち上がりがシャープな印象の音になる。また、遅延回路８６の遅延時間を０、遅延回路８２，８４の遅延時間を数ｍｓｅｃに設定すると、低域成分が早くリスナーに到達することになり、低音の立ち上がりにメリハリがある低音が締まった音になる。このような遅延回路８２，８４，８６の遅延時間の組合せを何種類か予め設定しておき、リスナーが自分の好みに応じて任意の組合せを選択できるようにしておくと便利である。あるいは、リスナーが遅延回路８２，８４，８６の遅延時間を個別に調整できるようにしておくこともできる。

遅延回路８２，８４，８６で適宜遅延された信号は、利得補正回路８８，９０，９２で相互のレベルバランスが調整された後、加算器９４で加算合成される。加算合成された信号は、ハイシェルビングフィルタおよびローシェルビングフィルタ９６で構成されるいわゆるトーンコントロール回路で高域・低域バランスの最終調整が行われて出力される。出力された信号はデジタル・アナログ変換された後、パワーアンプで増幅されてスピーカから再生される。

なお、前記実施の形態では、ゲイン付与回路１２（図２）は、オーディオ信号の正側波形部分、負側波形部分のそれぞれに対し相互に異なる非線形な入出力レベル特性（図５、図７）となるようにゲイン付与したが、これに代えて、オーディオ信号の正側波形部分、負側波形部分のいずれか一方に対し非線形な入出力レベル特性（例えば、図５または図７の特性）となるようにゲイン付与し、他方については線形な入出力レベル特性となるようにゲイン付与することもできる。このようにしても、正側波形部分、負側波形部分で非対称な波形が得られ、これらを加算合成した出力信号には偶数次高調波が含まれるようになる。

この出願には次の発明が含まれている。

《効果付加方法の発明》
オーディオ信号の正側波形部分と負側波形部分に対し、それぞれの入力レベル絶対値に応じて、正側波形部分の入力レベル絶対値が所定値よりも大きいときと負側波形部分の入力レベル絶対値が該所定値よりも大きいときとで共通のゲインを付与し、正側波形部分の入力レベル絶対値が前記所定値以下のときと負側波形部分の入力レベル絶対値が該所定値以下のときとで異なるゲインを付与し、前記ゲインが付与されたオーディオ信号の高域成分に基づいて該高域成分よりも高域のオーディオ信号成分を作成し、前記ゲインが付与されたオーディオ信号の低域成分に基づいて該低域成分よりも低域のオーディオ信号成分を作成し、前記ゲインが付与されたオーディオ信号と、前記作成された高域のオーディオ信号成分と、前記作成された低域のオーディオ信号成分とを加算合成して、効果音が付加されたオーディオ信号を作成する。

この効果付加方法によれば、オーディオ信号の正側波形部分と負側波形部分に対し、それぞれの入力レベル絶対値に応じて相互に異なるゲインを付与するようにしたので、オーディオ信号に正負非対称波形で発生する偶数次高調波（倍音）が含まれるようになる。偶数次高調波は、真空管アンプの音が心地よいまろやかさ、暖かさ、つや等の豊かさを感じさせると言われる原因とされているものであるので、このゲイン付与によって、オーディオ信号に音の豊かさが与えられる。しかも、正側波形部分と負側波形部分でゲインを異ならせるのは入力レベルが所定値以下のときだけであり、入力レベルが該所定値よりも大きいときは正側波形部分と負側波形部分とで共通のゲインを付与するので、音の豊かさを与える効果が過剰になりすぎるのを抑制することができる。

また、この効果付加方法によれば、前記ゲインが付与されたオーディオ信号の高域成分に基づいて該高域成分よりも高域のオーディオ信号成分を作成することにより高域の伸びやきらびやかさを増強することができる。さらに、ゲインが付与されたオーディオ信号の低域成分に基づいて該低域成分よりも低域のオーディオ信号成分を作成することにより低音の迫力感を増強させることができる。したがって、この効果付加方法によれば、例えばＭＰ３、ＡＡＣ等の圧縮率の高い音源の再生に適用することにより、高音域が曇った音に聞こえたり、全体的に痩せた迫力のない音に聞こえたりするのを改善することができる。

なお、前記高域のオーディオ信号成分の作成処理および前記低域のオーディオ信号成分の作成処理を前記ゲイン付与前の音源に基づいてそれぞれ行い、該処理により作成された高域および低域のオーディオ信号成分を前記ゲイン付与された音と加算合成した場合には、該ゲイン付与によって豊かさが与えられた音と、該ゲイン付与前の音源に基づいて作成された高域および低域の音との聴感上の一体感が十分に得られなかった。これに対し、この方法のように、前記ゲイン付与によって豊かさが与えられた音に基づいて高域および低域の音を作成して該豊かさが与えられた音と加算合成した場合には、聴感上の音の一体感が得られた。

この効果付加方法は、前記正側波形部分の入力レベル絶対値に応じた該正側波形部分に対するゲイン付与を、該正側波形部分の入力波形の立ち下がりを所定のリリースタイムで緩やかにしたレベル絶対値に応じて行い、前記負側波形部分の入力レベル絶対値に応じた該負側波形部分に対するゲイン付与を、該負側波形部分の入力波形の立ち下がりを所定のリリースタイムで緩やかにしたレベル絶対値に応じて行うことができる。これによれば、入力信号のレベルおよび周波数が比較的高い場合にゲインが頻繁に変化するのを抑制して、不自然な音あるいは歪感のある音になるのを防止することができる。

この効果付加方法は、前記ゲイン付与による正側、負側の一方の波形部分の入出力レベル特性が、入力レベル絶対値が前記所定値よりも大きいときに入力レベルに対して出力レベルを線形に変化させる高レベル側線形領域と、入力レベル絶対値が前記所定値以下のときに前記高レベル側線形領域の低レベル側の端部に続いて、入力レベルに対して出力レベルが非線形に変化して、入力レベルが零のときに出力レベルが零まで下がらない特性にする低レベル側非線形領域とからなり、前記ゲイン付与による正側、負側の他方の波形部分の入出力レベル特性が、入力レベル絶対値が前記所定値よりも大きいときに入力レベルに対して出力レベルを線形に変化させる、前記一方の波形部分の入出力レベル特性の前記高レベル側線形領域と共通の高レベル側線形領域と、入力レベル絶対値が前記所定値以下のときに前記高レベル側線形領域の低レベル側の端部に続いて、入力レベルに対して出力レベルが非線形に変化して、入力レベルが零から所定のレベルまで、出力レベルを零に保持する特性にする低レベル側非線形領域とからなるものとすることができる。

この効果付加方法は、前記ゲインが付与されたオーディオ信号の高域成分に基づいて該高域成分よりも高域のオーディオ信号成分を作成した後、該作成された高域のオーディオ信号成分について、高レベル部分を低中レベル部分に対して相対的に圧縮することにより該低中レベル部分の信号レベルを相対的に増大させる処理を行い、前記ゲインが付与されたオーディオ信号の低域成分に基づいて該低域成分よりも低域のオーディオ信号成分を作成した後、該作成された低域のオーディオ信号成分について、高レベル部分を低中レベル部分に対して相対的に圧縮することにより該低中レベル部分の信号レベルを相対的に増大させる処理を行い、該処理がされた高域および低域のオーディオ信号成分を前記ゲインが付与されたオーディオ信号に加算合成することができる。これによれば、作成された高域および低域のオーディオ信号成分の低中レベルが増強されて、該高域成分および低域成分を付加する効果（高域の伸びやきらびやかさ、低音の迫力感）を増強することができる。

この効果付加方法は、前記ゲインが付与されたオーディオ信号、前記作成された高域のオーディオ信号成分、前記作成された低域のオーディオ信号成分の時間の先後関係を相互に調整した後、これら信号を加算合成することができる。これによれば、３つの信号成分による音がリスナーに到達するタイミングが相互に（３つの信号成分間で相互に、あるいは１つの信号成分と他の２つの信号成分間で相互に）ずらされて、音質傾向を変えることができる。

《効果付加装置の発明》
オーディオ信号の正側波形部分と負側波形部分に対し、それぞれの入力レベル絶対値に応じて、正側波形部分の入力レベル絶対値が所定値よりも大きいときと負側波形部分の入力レベル絶対値が該所定値よりも大きいときとで共通のゲインを付与し、正側波形部分の入力レベル絶対値が前記所定値以下のときと負側波形部分の入力レベル絶対値が該所定値以下のときとで異なるゲインを付与するゲイン付与回路と、前記ゲインが付与されたオーディオ信号の高域成分に基づいて該高域成分よりも高域のオーディオ信号成分を作成する高域成分作成回路と、前記ゲインが付与されたオーディオ信号の低域成分に基づいて該低域成分よりも低域のオーディオ信号成分を作成する低域成分作成回路と、前記ゲインが付与されたオーディオ信号と、前記作成された高域のオーディオ信号成分と、前記作成された低域のオーディオ信号成分とを加算合成して効果音が付加されたオーディオ信号を作成する加算合成回路とを具備する。

Claims

オーディオ信号の正側波形部分と負側波形部分に対し、それぞれの入力レベル絶対値に応じて、相互に異なるゲインを付与する効果付加方法であって、
前記ゲイン付与による正側、負側の一方の波形部分の入出力レベル特性が、入力レベルが最小レベルのときに出力レベルが最小レベルまで下がらない特性を有し、
前記ゲイン付与による正側、負側の他方の波形部分の入出力レベル特性が、入力レベルが最小レベルから所定のレベルまで、出力レベルを最小レベルに保持する特性を有する効果付加方法。
オーディオ信号の正側波形部分と負側波形部分に対し、それぞれの入力レベル絶対値に応じて、正側波形部分の入力レベル絶対値が所定値以下のときと負側波形部分の入力レベル絶対値が該所定値以下のときとで異なるゲインを付与し、
前記ゲインが付与されたオーディオ信号の高域成分に基づいて該高域成分よりも高域のオーディオ信号成分を作成し、
前記ゲインが付与されたオーディオ信号の低域成分に基づいて該低域成分よりも低域のオーディオ信号成分を作成し、
前記ゲインが付与されたオーディオ信号と、前記作成された高域のオーディオ信号成分と、前記作成された低域のオーディオ信号成分とを加算合成して、
効果音が付加されたオーディオ信号を作成する効果付加方法。
正側波形部分の入力レベル絶対値が前記所定値よりも大きいときと負側波形部分の入力レベル絶対値が該所定値よりも大きいときとで共通のゲインを付与する請求項２記載の効果付加方法
前記正側波形部分の入力レベル絶対値に応じた該正側波形部分に対するゲイン付与を、該正側波形部分の入力波形の立ち下がりを所定のリリースタイムで緩やかにしたレベル絶対値に応じて行い、
前記負側波形部分の入力レベル絶対値に応じた該負側波形部分に対するゲイン付与を、該負側波形部分の入力波形の立ち下がりを所定のリリースタイムで緩やかにしたレベル絶対値に応じて行う請求項３記載の効果付加方法。
前記ゲイン付与による正側、負側の一方の波形部分の入出力レベル特性が、入力レベル絶対値が前記所定値よりも大きいときに入力レベルに対して出力レベルを線形に変化させる高レベル側線形領域と、入力レベル絶対値が前記所定値以下のときに前記高レベル側線形領域の低レベル側の端部に続いて、入力レベルに対して出力レベルが非線形に変化して、入力レベルが零のときに出力レベルが零まで下がらない特性にする低レベル側非線形領域とからなり、
前記ゲイン付与による正側、負側の他方の波形部分の入出力レベル特性が、入力レベル絶対値が前記所定値よりも大きいときに入力レベルに対して出力レベルを線形に変化させる、前記一方の波形部分の入出力レベル特性の前記高レベル側線形領域と共通の高レベル側線形領域と、入力レベル絶対値が前記所定値以下のときに前記高レベル側線形領域の低レベル側の端部に続いて、入力レベルに対して出力レベルが非線形に変化して、入力レベルが零から所定のレベルまで、出力レベルを零に保持する特性にする低レベル側非線形領域とからなる請求項３または４記載の効果付加方法。
前記ゲインが付与されたオーディオ信号の高域成分に基づいて該高域成分よりも高域のオーディオ信号成分を作成する処理が、前記ゲインが付与されたオーディオ信号から高域成分を抽出し、該抽出された高域成分に所定周波数の正弦波信号を乗算し、該乗算によって生成される低域側シフト成分および高域側シフト成分のうち低域側シフト成分を除去して残りの高域側シフト成分を前記高域のオーディオ信号成分として得る処理である請求項３から５のいずれかに記載の効果付加方法。
前記ゲインが付与されたオーディオ信号の高域成分に基づいて該高域成分よりも高域のオーディオ信号成分を作成した後、該作成された高域のオーディオ信号成分について、高レベル部分を低中レベル部分に対して相対的に圧縮することにより該低中レベル部分の信号レベルを相対的に増大させる処理を行い、
前記ゲインが付与されたオーディオ信号の低域成分に基づいて該低域成分よりも低域のオーディオ信号成分を作成した後、該作成された低域のオーディオ信号成分について、高レベル部分を低中レベル部分に対して相対的に圧縮することにより該低中レベル部分の信号レベルを相対的に増大させる処理を行い、
該処理がされた高域および低域のオーディオ信号成分を前記ゲインが付与されたオーディオ信号に加算合成する請求項３から６のいずれかに記載の効果付加方法。
前記ゲインが付与されたオーディオ信号、前記作成された高域のオーディオ信号成分、前記作成された低域のオーディオ信号成分の時間の先後関係を相互に調整した後、これら信号を加算合成する請求項３から７のいずれかに記載の効果付加方法。
オーディオ信号の正側波形部分と負側波形部分に対し、それぞれの入力レベル絶対値に応じて、相互に異なるゲインを付与するゲイン付与回路を有し、
該ゲイン付与回路で付与するゲイン特性は、正側、負側の一方の波形部分の入出力レベル特性が、入力レベルが最小レベルのときに出力レベルが最小レベルまで下がらない特性を有し、正側、負側の他方の波形部分の入出力レベル特性が、入力レベルが最小レベルから所定のレベルまで、出力レベルを最小レベルに保持する特性を有する効果付加装置。
オーディオ信号の正側波形部分と負側波形部分に対し、それぞれの入力レベル絶対値に応じて、正側波形部分の入力レベル絶対値が所定値以下のときと負側波形部分の入力レベル絶対値が該所定値以下のときとで異なるゲインを付与するゲイン付与回路と、
前記ゲインが付与されたオーディオ信号の高域成分に基づいて該高域成分よりも高域のオーディオ信号成分を作成する高域成分作成回路と、
前記ゲインが付与されたオーディオ信号の低域成分に基づいて該低域成分よりも低域のオーディオ信号成分を作成する低域成分作成回路と、
前記ゲインが付与されたオーディオ信号と、前記作成された高域のオーディオ信号成分と、前記作成された低域のオーディオ信号成分とを加算合成して効果音が付加されたオーディオ信号を作成する加算合成回路と
を具備してなる効果付加装置。
正側波形部分の入力レベル絶対値が前記所定値よりも大きいときと負側波形部分の入力レベル絶対値が該所定値よりも大きいときとで共通のゲインを付与する請求項１０記載の効果付加装置。