JP5598095B2 - 音声信号処理装置及び音声信号処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、音声信号に補正処理を施してスピーカ特性を補正する音声信号処理装置及び音声信号処理方法に関する。
音響機器等の音声信号処理を行う機器(以下、音声信号処理機器)において、音源から取得した音声信号に対してディジタルフィルタ処理等の補正処理を施す技術がある。音声信号処理機器は、補正処理された音声信号をスピーカ等から出力することにより、スピーカ等から出力される音声の音質、音響効果等を向上させることが可能である。
このような補正処理のひとつとして「スピーカ特性」の補正がある。スピーカ特性とは、スピーカの口径等や内部構造によって異なる、スピーカの周波数特性である。ここで、周波数特性は、スピーカに入力された音声信号とスピーカから出力される音声信号の位相の時間的なずれである位相特性や強度比である振幅特性等である。
音声信号に補正処理を施すことによりスピーカ特性を補正することが可能な音声信号処理機器の例として、例えば特許文献1に記載の「信号処理装置」がある。この信号処理装置は、入力オーディオ信号の低周波数帯域信号の増幅と、高周波数帯域へのシフトとを組み合わせて小型スピーカの低域成分の改善を図るものである。
特開2009−55079号公報(段落[0034]、図1)
しかしながら、特許文献1に記載の信号処理装置のように、予め設定された周波数帯域を増強させる補正処理は、接続されるスピーカの機種、即ちスピーカ特性が特定されている場合にしか適用することができない。音声信号処理機器には、スピーカと一体化されておらず、ユーザによって任意のスピーカが接続されるものも存在する。このような場合、音声信号にスピーカの機種によらず画一的な補正処理を施しても効果が限られ、又は逆効果となる。
特に近年、携帯型音楽再生機器等の普及により、ユーザがこのような機器を任意のスピーカに接続する機会が増加している。例えば、ヘッドフォンから音声の放音が可能な携帯型音楽再生機器をドッキングさせてスピーカによる放音を可能とするドッキングスピーカ等が広く利用されている。このような場合、音声信号処理装置に接続されるスピーカのスピーカ特性は様々である。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、接続されるスピーカのスピーカ特性に応じた補正処理を音声信号に施すことが可能な音声信号処理装置及び音声信号処理方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る音声信号処理装置は、信号処理部と、出力部と、保持部と、係数設定部とを具備する。
上記信号処理部は、デジタルフィルタにより音声信号に信号処理を施すことが可能である。
上記出力部は、外部のスピーカに接続され、上記スピーカに上記音声信号を出力する。
上記保持部は、スピーカ特性が異なる複数のスピーカの逆特性のインパルス応答であるフィルタ係数を複数保持する。
上記係数設定部は、上記保持部から、上記出力部に接続されたスピーカに対応する上記フィルタ係数を選択し、上記デジタルフィルタに設定する。
本発明によれば、予め保持部にスピーカ特性が異なる複数のスピーカの逆特性のインパルス応答であるフィルタ係数が保持される。スピーカのインパルス応答は、スピーカにインパルス信号を供給し、放音された音声をマイクロフォンで集音することで測定することが可能であり、スピーカの逆特性は、測定されたインパルス応答から求めることが可能である。逆特性のインパルス応答をフィルタ係数とすることにより音声信号に逆特性が付与され、そのフィルタ係数に対応するスピーカのスピーカ特性を補正することが可能となる。出力部にスピーカが接続されると、係数設定部によってそのスピーカに対応するフィルタ係数が選択される。係数設定部は、そのフィルタ係数を信号処理部のデジタルフィルタに設定する。これにより、信号処理部のデジタルフィルタにおいて出力部に接続されたスピーカに応じた信号処理が音声信号に施され、出力部から当該スピーカに出力される。以上のように、音声信号処理装置は、出力部に接続されたスピーカのスピーカ特性に応じた補正処理を音声信号に施すことが可能である。
上記保持部は、上記複数のスピーカの再生可能な周波数帯域に応じた上記フィルタ係数の係数長をさらに保持し、上記係数設定部は、上記係数長を参照して上記フィルタ係数を上記デジタルフィルタに設定してもよい。
スピーカには、その構造によって決まる最低共振周波数が存在し、その周波数以下の音声は適正に放音することができない。このため、デジタルフィルタによる補正処理において、最低共振周波数以下の周波数を補正しないことが好適である。ここで、補正対象の周波数帯域は、フィルタ係数の数である係数長により決定される。換言すれば、フィルタ係数をスピーカの再生可能な周波数帯域に応じた係数長とすることにより、スピーカの再生可能な周波数帯域にのみに補正処理を施すことが可能である。また、スピーカの最低共振周波数以下の周波数帯域を補正するための係数長が不要となるため、信号処理部による演算量を低減することも可能となる。
上記保持部は、上記複数のスピーカのそれぞれに対応する、チャンネルによる上記フィルタ係数の異同を示すチャンネル設定情報をさらに保持し、上記係数設定部は、上記チャンネル設定情報を参照して上記フィルタ係数を上記デジタルフィルタに設定してもよい。
スピーカによっては、ステレオ2チャンネルの左チャンネルと右チャンネルでスピーカ特性が異なる場合が考えられる。本発明によれば、チャンネルによってスピーカ特性が異なる場合であっても、それぞれに応じた補正処理を音声信号に施すことが可能である。また、スピーカの左チャンネルと右チャンネルのスピーカ特性が同一の場合、ひとつのフィルタ係数をそれぞれのスピーカの補正処理に用いることができ、保持部の容量を節約することが可能である。
上記保持部は、上記複数のスピーカのそれぞれに対応する、チャンネル数を示すチャンネル数情報をさらに保持し、上記係数設定部は、上記チャンネル数情報を参照して上記フィルタ係数を上記デジタルフィルタに設定してもよい。
本発明によれば、スピーカのチャンネル数に応じて、スピーカ特性を補正するための補正処理を音声信号に施す。スピーカがモノラルである場合、デジタルフィルタ処理チャンネル数を調整し、演算量を削減することができる。また、スピーカがモノラルである場合のフィルタ係数を、スピーカがステレオである場合に比べて半分にすることができ、保持部の容量を節約することが可能である。
上記保持部は、上記スピーカのそれぞれに対応する、上記スピーカの機種毎に割り当てられたスピーカ機種情報をさらに保持し、上記係数設定部は、上記出力部に接続されたスピーカから取得した上記スピーカの機種を示す情報に該当するスピーカ機種情報が割り当てられたスピーカの上記フィルタ係数を上記デジタルフィルタに設定してもよい。
出力部にスピーカが接続された際に、係数設定部がそのスピーカに対応するフィルタ係数を選択するためには、係数設定部がそのスピーカの機種を認識する必要がある。このスピーカ機種の認識は例えば、ユーザによるスピーカ機種の指定入力によりなされてもよい。しかし、本発明のように、係数設定部がスピーカから機種を示す情報を取得し、スピーカ機種情報と比較することにより、ユーザがスピーカを接続するだけで係数設定部がスピーカ機種を認識することが可能となる。
上記保持部は、上記スピーカのそれぞれに対応する、上記係数設定部の係数語長をさらに保持し、上記係数設定部は、上記係数語長を参照して上記フィルタ係数を上記デジタルフィルタに設定してもよい。
本発明によれば、信号処理部の係数語長に応じて、スピーカ特性を補正するための補正処理を音声信号に施すことができ、信号処理部による演算量を低減することが可能である。
上記音声信号処理装置は、上記出力部に接続されたスピーカにテスト信号を出力するテスト信号出力部と、上記テスト信号により上記スピーカから放音された音声を集音する集音部と、上記集音部により集音された音声から、上記スピーカに対応する上記フィルタ係数を生成し上記保持部に保持させる係数生成部とをさらに具備してもよい。
本発明によれば、対応するフィルタ係数が保持部に保持されていないスピーカが出力部に接続された場合であっても、音声信号処理装置がそのスピーカに対応するフィルタ係数を生成し、補正処理に用いることが可能となる。これにより、本発明の音声信号処理装置は、予め保持部に保持されていたスピーカの種類より多くのスピーカに対してスピーカ特性を補正することが可能となる。
上記音声信号処理装置は、上記出力部に接続されたスピーカにテスト信号を出力するテスト信号出力部と、上記テスト信号により上記スピーカから放音された音声を集音する集音部と、上記集音部により集音された音声から、上記スピーカに対応する上記フィルタ係数を生成し、上記保持部に保持されている複数のフィルタ係数のうち最も類似性の高いものに上記スピーカを関連付ける係数生成部とをさらに具備していてもよい。
本発明によれば、対応するフィルタ係数が保持部に保持されていないスピーカが出力部に接続された場合であっても、音声信号処理装置がそのスピーカに対応するフィルタ係数を生成し、補正処理に用いることが可能となる。この際、係数生成部は、新たに生成したフィルタ係数と、保持部に保持されているフィルタ係数を比較し、最も類似性の高いフィルタ係数に当該スピーカを関連付ける。なお、類似性は、例えば、それぞれのフィルタ係数の値が接近しているかどうかにより判断することが可能である。これにより、新たなスピーカが接続された場合であっても、保持部に新たなフィルタ係数が追加されることがなく、保持部の容量を節約することも可能である。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る音声信号処理方法は、スピーカ特性が異なる複数のスピーカのそれぞれのインパルス応答を測定する。
上記インパルス応答から求められたフィルタ係数はスピーカに対応して保持部に保持される。
接続されたスピーカに応じたフィルタ係数は上記保持部から選択されてデジタルフィルタに設定され、音声信号に適用される。
以上のように本発明によれば、接続されるスピーカのスピーカ特性に応じた補正処理を音声信号に施すことが可能な音声信号処理装置及び音声信号処理方法を提供することができる。
第1の実施形態に係る音声信号処理装置を示すブロック図である。 信号処理部のデジタルフィルタの一例を示す概念図である。 特定のスピーカのインパルス応答及びその周波数特性を示すグラフである。 上記スピーカの逆特性のインパルス応答及びその周波数特性を示すグラフである。 音声信号に補正処理を施した上記スピーカのインパルス応答及びその周波数特性を示すグラフである。 第1の実施形態に係る音声信号処理装置の保持部に保持されている各種スピーカの係数ファイルを示す概念図である。 係数設定部がディスプレイに表示させるメニュー画面の一例である。 第1の実施形態に係る音声信号処理装置の動作を示すフローチャートである。 第2の実施形態に係る音声信号処理装置の保持部に保持されている各種スピーカの係数ファイルを示す概念図である。 比較として示すスピーカのインパルス応答及びその周波数特性を示すグラフである。 上記スピーカの逆特性のインパルス応答及びその周波数特性を示すグラフである。 音声信号に補正処理を施した上記スピーカのインパルス応答及びその周波数特性を示すグラフである。 第2の実施形態に係る音声信号処理装置の動作を示すフローチャートである。 第3の実施形態に係る音声信号処理装置の保持部に保持されている各種スピーカの係数ファイルを示す概念図である。 第3の実施形態に係る音声信号処理装置の動作を示すフローチャートである。 第4の実施形態に係る音声信号処理装置の保持部に保持されている各種スピーカの係数ファイルを示す概念図である。 第4の実施形態に係る音声信号処理装置の動作を示すフローチャートである。 第5の実施形態に係る音声信号処理装置の保持部に保持されている各種スピーカの係数ファイルを示す概念図である。 第5の実施形態に係る音声信号処理装置の動作を示すフローチャートである。 第6の実施形態に係る音声信号処理装置の保持部に保持されている各種スピーカの係数ファイルを示す概念図である。 第6の実施形態に係る音声信号処理装置の動作を示すフローチャートである。 第7の実施形態に係る音声信号処理装置を示すブロック図である。 第7の実施形態に係る音声信号処理装置の外観を示す斜視図である。 第7の実施形態に係る音声信号処理装置の、マイクロフォンによる音声の集音の際の状態を示す斜視図である。 第7の実施形態に係る音声信号処理装置の、マイクロフォンによる音声の集音の際の状態を示す斜視図である。 第7の実施形態に係る音声信号処理装置の動作を示すフローチャートである。 第8の実施形態に係る音声信号処理装置の動作を示すフローチャートである。
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について説明する。
[音声信号処理装置の構成]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る音声信号処理装置1を示すブロック図である。ここで示す音声信号処理装置1は、例えば携帯型音楽再生機器である。
同図に示すように、音声信号処理装置1は、取得部2、信号処理部3、出力部4、保持部5及び係数設定部6を有する。取得部2と出力部4は信号処理部3を介して接続され、信号処理部3には係数設定部6を介して保持部5が接続されている。また、図1には、出力部4に接続されたスピーカSと音源Mを示す。また、スピーカSに替わりヘッドフォンであってもよい。
取得部2は音源Mから音声信号を取得する。音源MはCD(Compact Disc)等の記録媒体に記録されたものであってもよく、インターネット等から取得されたものであってもよい。取得部2は例えばCDドライブとすることができる。取得部2は、取得した音声信号を信号処理部3に供給する。取得部2が取得する音声信号はアナログ信号でもデジタル信号でもよく、アナログ信号の場合は取得部2においてA/D(analog/digital)変換される。
信号処理部3は、取得部2から供給された音声信号に対して補正処理を施す。信号処理部3は、デジタルフィルタとすることができる。詳細については後述するが、信号処理部3は、係数設定部6によって設定されたスピーカSの係数ファイルに含まれるフィルタ係数群を用いて上記補正処理を行う。信号処理部3は、補正処理を施した音声信号を出力部4に供給する。
出力部4は、信号処理部3から供給された音声信号をスピーカSに出力する。出力部4は、例えば、D/A(digital/analog)変換器やアンプを含む。また、出力部4には、スピーカSを接続することが可能なコネクタが設けられている。例えば、このコネクタの形状により、出力部4に接続可能なスピーカの機種を限定することも可能である。
保持部5は、複数種のスピーカの「係数ファイル」を保持する。保持部5は例えばROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等である。
係数設定部6は、保持部5に保持されている複数種のスピーカ候補の係数ファイルから、出力部4に接続されているスピーカSの係数ファイルを選択し、その中に含まれるフィルタ係数群を信号処理部3に設定する。本実施形態では、係数設定部6は、図示しない入力手段を用いてユーザによって入力されたスピーカSの情報を基に該当する係数ファイルを選択する。
音声信号処理装置1は以上のように構成される。なお、本発明に係る音声信号処理装置はここに示すものに限られず、音声信号処理装置1と同等のものを含む。例えば、上記構成のいくつかは相互に接続された複数の装置に配置されていてもよい。
[デジタルフィルタについて]
信号処理部3のデジタルフィルタについて説明する。
図2は、信号処理部3のデジタルフィルタの一例を示す概念図である。同図に示すのははFIR(Finite Impulse Response:有限インパルス応答)フィルタであるが、IIR(Infinite impulse response:無限インパルス応答)フィルタ等の他種のデジタルフィルタであってもよい。
図2に示すように、デジタルフィルタFは、それぞれ複数(N個)の遅延ブロック11、乗算器12及び加算器13を有する。デジタルフィルタFに入力された入力信号Sigは各遅延ブロック11においてZ変換(離散信号に対するラプラス変換)され、1クロックずつ遅延される。遅延された信号はそれぞれ乗算器12において所定のフィルタ係数群h(フィルタ係数h〜hのセット)が乗算される。このフィルタ係数群hは後述する測定操作において決定されるものである。乗算器12を通過した各信号は加算器13によって足し合わされ、出力信号Sigとして出力される。
ひとつの遅延ブロック11と、その出力が入力される乗算器12と、その出力が入力される加算器13のセットがタップ14である。即ち、デジタルフィルタFはN個のタップ14を有する。タップ14の数(以下、タップ数)が大きければ、急峻に周波数特性を変化させることができるが、デジタルフィルタFの演算量が増加する。タップ14の数(以下、タップ数)及びフィルタ係数群hによってデジタルフィルタFのフィルタ特性が決定される。上述のように信号処理部3は、音声信号を入力信号SigとしてデジタルフィルタFを適用し、出力信号Sigとして補正された音声信号を出力する。
[補正処理について]
信号処理部3による音声信号の補正について説明する。
上述のように、信号処理部3は、スピーカSの係数ファイルに含まれるフィルタ係数群を用いてデジタルフィルタFにより音声信号に補正処理を施す。そのために、予めスピーカSのフィルタ係数群hを決定しておく。
フィルタ係数群hの決定は、スピーカSの「インパルス応答」の測定結果を基に行う。インパルス応答の測定は、スピーカSと、スピーカSと所定距離をおいて対向するマイクを用いて行う。スピーカSにインパルス信号(瞬間的な音声信号)を供給し、スピーカSから放音させる。その音声をマイクを用いて測定し、インパルス応答を得る。図3(a)は、測定されたインパルス応答の例を示す。同図に示すグラフの横軸は時間であり縦軸は振幅である。図3(a)に示したインパルス応答をフーリエ変換(時間領域信号を周波数領域信号へ変換)することにより図3(b)に示す周波数特性を得ることができる。同図に示すグラフの横軸は周波数であり、縦軸は振幅である。図3(a)や図3(b)に示したようなスピーカの特性がスピーカ特性である。
図3(a)及び図3(b)に示したスピーカSのスピーカ特性を信号処理部3における補正処理により理想的なスピーカ特性に補正する。理想的なスピーカ特性とは、スピーカSのインパルス応答を測定した際と同一の距離をおいて理想的なスピーカとマイクが対向しているとして、マイクに集音されるべきインパルス応答及びその周波数特性である。ここでは、理想的なスピーカ特性として、インパルスのピークが先鋭であり、周波数特性がフラットなものを例とするが、これには限られず、任意に設定可能である。
スピーカSのスピーカ特性を理想的なスピーカ特性に補正するためにはフィルタ係数群hの個々のフィルタ係数h〜hを求め、上記デジタルフィルタFにより音声信号に適用すればよい。そのためには、「1」を実測したスピーカSのスピーカ特性で除することで「逆特性」を算出する。図4(a)に逆特性のインパルス応答を、図4(b)に逆特性の周波数特性を示す。逆特性のインパルス応答を上記デジタルフィルタのフィルタ係数h〜hとすることができる。フィルタ係数h〜hの数(タップ数)は、インパルス応答のピーク数である。
信号処理部3は、このようにしてフィルタ係数群hを設定したデジタルフィルタFによって音声信号に対して補正処理を行う。これにより音声信号に逆特性が付与され、スピーカSによって放音された際にスピーカ特性と重畳される。即ち、スピーカSのスピーカ特性が補正される。図5(a)は音声信号に補正処理を施した場合のスピーカSのインパルス応答であり、図5(b)はその周波数特性である。これらの図に示すように、インパルス応答のピークが先鋭化され、周波数特性もフラット化されている。
[係数ファイルについて]
上述のように、スピーカSの逆特性から求めたフィルタ係数群hを用いてスピーカSのスピーカ特性を補正することができる。このため、音声信号処理装置1はスピーカSのフィルタ係数群hを、スピーカSに関連付けられた「係数ファイル」に格納して保持部5に保持しておくことで、スピーカSが出力部4に接続された際にスピーカSのスピーカ特性を補正することが可能である。
さらに、音声信号処理装置1は、出力部4に接続される可能性のある他の機種のスピーカについて、スピーカSと同様にそのフィルタ係数群hを含む係数ファイルを保持部5に保持することができる。図6は、保持部5に保持されている各種スピーカの係数ファイルを概念的に示す図である。図6には、機種の異なるスピーカSをスピーカS、スピーカS、スピーカSとして示し、それぞれのフィルタ係数群hをフィルタ係数群h、フィルタ係数群h、フィルタ係数群hとして示す。
[係数ファイルの選択]
上述のように、係数設定部6は、保持部5に保持されている各種スピーカの係数ファイルから、出力部4に接続されているスピーカの機種に応じて該当するスピーカの係数ファイルを選択し、それに含まれるフィルタ係数群hを信号処理部3に設定する。具体的には、係数設定部6は、音声信号処理装置1に備えられているディスプレイに選択メニューを表示させ、ユーザによって選択させることができる。図7は、係数設定部6がディスプレイDに表示させるメニュー画面の一例である。ユーザによって接続されているスピーカの機種が入力されると、係数設定部6は該当するスピーカ機種の係数ファイルを選択する。
[音声信号処理装置の動作]
音声信号処理装置1の動作について説明する。
図8は、音声信号処理装置1の動作を示すフローである。
同図に示すように、係数設定部6は出力部4にスピーカSが接続されると、上記メニュー画面をディスプレイに表示させる(St101)。ユーザによる操作入力を受けて、係数設定部6は該当するスピーカの係数ファイルを選択する(St102)。次に、係数設定部6は、その係数ファイルに含まれるフィルタ係数群hを信号処理部3のデジタルフィルタFに設定する(St103)。このように、音声信号処理装置1は、接続されたスピーカの機種に応じて信号処理部3のデジタルフィルタにフィルタ係数を設定する。
音声の再生が指示されると、取得部2が音源Mから音声信号を取得し、信号処理部3に供給する。信号処理部3は、供給された音声信号に上記デジタルフィルタFを用いて補正処理を施し、出力部4に供給する。出力部4は、供給された音声信号にD/A変換、増幅等の処理を行い、スピーカSに供給して放音させる。音声信号処理装置1は、出力部4に接続されているスピーカSがユーザによって変更されると、再びスピーカの機種に応じた係数ファイルに含まれるフィルタ係数群hをデジタルフィルタFに設定する。
以上のように本実施形態では、音声信号処理装置1が接続される可能性のある複数種のスピーカの係数ファイルが保持されているため、接続されたスピーカの機種に応じてデジタルフィルタを設定することができる。これにより音声信号処理装置1は、接続されるスピーカの機種に応じて音声信号に補正処理を施し、スピーカ特性を補正することが可能である。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態において、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態の音声信号処理装置は、出力部4に接続されるスピーカの機種に対応するフィルタ係数群hを係数設定部6が保持部5から選択し、信号処理部3における補正処理に用いる点は第1の実施形態と同様である。しかし、保持部5が保持している係数ファイルの内容が第1の実施形態とは異なる。
[係数ファイルについて]
図9は、保持部5に保持されている各種スピーカの係数ファイルを概念的に示す図である。同図に示すように、各スピーカに対応する係数ファイルにはフィルタ係数群hに加え、「フィルタ係数長」mが含まれている。フィルタ係数長mは、フィルタ係数群hの長さ(フィルタ係数h〜hの個数)であり、スピーカSの機種毎に設定されている。図9にはスピーカSのフィルタ係数長mをフィルタ係数長m、スピーカSのフィルタ係数長をフィルタ係数長m、スピーカSのフィルタ係数長をフィルタ係数長mとして示す。
フィルタ係数長mは、スピーカ特性の補正範囲に影響を与える。上述のように、信号処理部3によって音声信号が補正処理され、スピーカSのスピーカ特性が補正される。しかし、スピーカには、その振動板の最低共振周波数f0が存在し、それより低い周波数の音声は適正に放音することができない。
図10(a)は、比較として示すスピーカTのインパルス応答であり、図10(b)はその周波数特性である。図11(a)はスピーカTの逆特性のインパルス応答であり、図11(b)はその周波数特性を示す。図11(a)は音声信号に補正処理を施した場合のスピーカTのインパルス応答であり、図11(b)はその周波数特性である。スピーカTとスピーカSは同一のプロセス、即ちそれぞれのインパルス応答が測定され、それぞれのフィルタ係数群が算出されてデジタルフィルタによりスピーカ特性が補正されたものである。
図3(b)と図10(b)とを比較すると、スピーカ特性の補正前の状態で、スピーカTの放音可能な周波数帯域がスピーカSのそれより低周波数側に広くなっており、スピーカTの周波数f0がスピーカSの周波数f0より小さいことがわかる。図4(b)及び図11(b)に示すように、逆特性の周波数帯域は、低周波数帯域において大きな違いはない。しかし、図5(b)及び図12(b)に示すように、スピーカ特性の補正後の状態では、両者ともスピーカ特性はフラット化されているが、スピーカTの方が低周波数側に広くなっている。
これらの図に示したように、スピーカにはその構造によって最低共振周波数f0が存在するため、音声信号の補正処理によっても周波数f0より低い周波数帯域を補うことはできない。そればかりか、スピーカに、周波数f0より低い周波数帯域の音声信号を供給すると音声として出力されず、高調波歪み等の非線形歪みが発生するおそれがある。そのため、スピーカの機種に応じて、周波数f0以上の周波数帯域においてのみ音声信号を補正することが好適である。
ここで、デジタルフィルタにおいては、補正処理が施される音声信号の周波数帯域に応じて必要となるフィルタ係数長m、即ちフィルタ係数群hに含まれるフィルタ係数h〜hの個数が異なる。低周波数帯域の音声信号を補正するために必要なフィルタ係数長は、高周波数帯域の音声信号の補正に必要なフィルタ係数長mより大きい。このため、スピーカの機種(最低共振周波数f0)に応じてフィルタ係数長mを可変することにより、補正処理が施される音声信号の周波数帯域を限定することが可能である。上記の例でいえば、
周波数f0が大きいスピーカSのフィルタ係数長mを、周波数f0が小さいスピーカSのフィルタ係数長mより小さくすることで、それぞれのスピーカに応じた周波数帯域について音声信号を補正処理することが可能である。
したがって、保持部5に保持される各スピーカの係数ファイルに、そのスピーカの機種に応じたフィルタ係数長mを付加させることにより、係数設定部6がフィルタ係数h〜hの中から適切なものを信号処理部3のデジタルフィルタFに設定することが可能となる。
[音声信号処理装置の動作]
本実施形態に係る音声信号処理装置の動作について説明する。
図13は、音声信号処理装置の動作を示すフローである。
同図に示すように、係数設定部6は出力部4にスピーカSが接続されると、上記メニュー画面をディスプレイに表示させる(St201)。ユーザによる操作入力を受けて、係数設定部6は該当するスピーカの係数ファイルを選択する(St202)。次に、係数設定部6は、選択したスピーカの係数ファイルに含まれるフィルタ係数長mを参照する(St203)。続いて、係数設定部6は、フィルタ係数長mを基にフィルタ係数群hの中の適切なフィルタ係数h〜hをデジタルフィルタFに設定する(St204)。音声の再生が指示されると、音声信号処理装置は、第1の実施形態と同様に、信号処理部3において音声信号に補正処理を施し、スピーカSから放音させる。
以上のように本実施形態では、係数ファイルに、スピーカSの機種に応じたフィルタ係数長mが含まれているため、信号処理部3において適切な周波数帯域の音声信号のみが補正処理される。これにより、スピーカSから最低共振周波数f0以下の周波数の音声を放音させることを防止することが可能である。また、フィルタ係数長mによりフィルタ係数h〜hの中から適切なものが選択され、デジタルフィルタFのタップ数が小さくなるため、信号処理部3の演算量も低減することが可能である。
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態について説明する。
第3の実施形態において、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態の音声信号処理装置は、出力部4に接続されるスピーカの機種に対応するフィルタ係数群hを係数設定部6が保持部5から選択し、信号処理部3における補正処理に用いる点は第1の実施形態と同様である。しかし、保持部5が保持している係数ファイルの内容が第1の実施形態とは異なる。
[係数ファイルについて]
図14は、保持部5に保持されている各種スピーカの係数ファイルを概念的に示す図である。同図に示すように、各スピーカに対応する係数ファイルには、フィルタ係数群hと「チャンネル情報」cが含まれている。ここで、スピーカの右チャンネル(Rch)と左チャンネル(Lch)のスピーカ特性が異なる場合、係数ファイルにはそれぞれのチャンネルに対応するフィルタ係数群hが含まれる。また、左右チャンネルのスピーカ特性が同一の場合、係数ファイルには両チャンネルの共有の係数ファイルが含まれる。ここでは、スピーカSの左右チャンネルのスピーカ特性が異なり、スピーカSA及びスピーカSの左右チャンネルのスピーカ特性は同一であるものとする。チャンネル情報cは、この、スピーカの左右チャンネルで用いるフィルタ係数群が同一か異なるかについての情報である。図14にはスピーカSのチャンネル情報をチャンネル情報c、左右チャンネルで共通のフィルタ係数群をフィルタ係数群hとして示し、スピーカSについても同様である。また、スピーカSのチャンネル情報をチャンネル情報C、Rchフィルタ係数群をRchフィルタ係数群hB(R)、Lchフィルタ係数群をLchフィルタ係数群hB(L)として示す。
[音声信号処理装置の動作]
本実施形態に係る音声信号処理装置の動作について説明する。
図15は、音声信号処理装置の動作を示すフローである。
同図に示すように、係数設定部6は出力部4にスピーカSが接続されると、上記メニュー画面をディスプレイに表示させる(St301)。ユーザによる操作入力を受けて、係数設定部6は、該当するスピーカの係数ファイルを選択する(St302)。続いて、係数設定部6は、その係数ファイルに含まれるチャンネル情報cを参照する(St303)。そのスピーカについて、右チャンネルと左チャンネルでフィルタ係数が別々の場合、係数設定部6はRchフィルタ係数群h(R)及びLchフィルタ係数群h(L)をそれぞれ信号処理部3に設定する(St304)。又、そのスピーカについて右チャンネルと左チャンネルでフィルタ係数が同一の場合、係数設定部6は左右チャンネルで共通のフィルタ係数群hを信号処理部3に設定する(St304)。音声の再生が指示されると、音声信号処理装置は、第1の実施形態と同様に、信号処理部3において音声信号に補正処理を施し、スピーカSから放音させる。
以上のように本実施形態では、係数ファイルに、対応するスピーカの右チャンネルと左チャンネルで用いるフィルタ係数群hが同一か別々かについての情報であるチャンネル情報cが含まれている。係数設定部6は、このチャンネル情報cを参照してフィルタ係数群hをデジタルフィルタに設定する。スピーカの右チャンネルと左チャンネルのスピーカ特性が同一である場合のフィルタ係数群hを、スピーカ特性が異なる場合に比べて半分にすることができ、保持部5の容量を節約することが可能である。
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態について説明する。
第4の実施形態において、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態の音声信号処理装置は、出力部4に接続されるスピーカの機種に対応するフィルタ係数群hを係数設定部6が保持部5から選択し、信号処理部3における補正処理に用いる点は第1の実施形態と同様である。しかし、保持部5が保持している係数ファイルの内容が第1の実施形態とは異なる。
[係数ファイルについて]
図16は、保持部5に保持されている各種スピーカの係数ファイルを概念的に示す図である。同図に示すように、各スピーカに対応する係数ファイルには、フィルタ係数群hと「チャンネル数」nが含まれている。ここで、スピーカがステレオ2チャンネルである場合、係数ファイルにはそれぞれのチャンネルに対応するフィルタ係数群hが含まれる。また、スピーカがモノラル1チャンネルである場合、係数ファイルにはひとつのフィルタ係数群hが含まれる。ここでは、スピーカSがステレオであり、スピーカSA及びスピーカSがモノラルであるものとする。チャンネル数nは、この、スピーカがステレオであるかモノラルであるかの情報である。図16にはスピーカSのチャンネル情報をチャンネル情報c、フィルタ係数群をフィルタ係数群hとして示し、スピーカSについても同様である。また、スピーカSのチャンネル情報をチャンネル情報C、Rchフィルタ係数群をRchフィルタ係数群hB(R)、Lchフィルタ係数群をLchフィルタ係数群hB(L)として示す。
[音声信号処理装置の動作]
本実施形態に係る音声信号処理装置の動作について説明する。
図17は、音声信号処理装置の動作を示すフローである。
同図に示すように、係数設定部6は出力部4にスピーカSが接続されると、上記メニュー画面をディスプレイに表示させる(St401)。ユーザによる操作入力を受けて、係数設定部6は、該当するスピーカの係数ファイルを選択する(St402)。続いて、係数設定部6は、その係数ファイルに含まれるチャンネル数nを参照する(St403)。そのスピーカについて、チャンネル数が2、即ちステレオである場合、係数設定部6はRchフィルタ係数群h(R)及びLchフィルタ係数群h(L)をそれぞれ信号処理部3に設定する(St404)。又、そのスピーカについてチャンネル数が1、即ちモノラルである場合、係数設定部6はRchフィルタ係数群h(R)又はLchフィルタ係数群h(L)のいずれか一方を信号処理部3に設定する(St404)。音声の再生が指示されると、音声信号処理装置は、第1の実施形態と同様に、信号処理部3において音声信号に補正処理を施し、スピーカSから放音させる。
以上のように本実施形態では、係数ファイルに、対応するスピーカのチャンネル数の情報であるチャンネル数nが含まれている。係数設定部6は、このチャンネル数nを参照してフィルタ係数群hをデジタルフィルタに設定する。スピーカがモノラルである場合、デジタルフィルタ処理チャンネル数を調整し、演算量を削減することができる。また、スピーカがモノラルである場合のフィルタ係数群hを、スピーカがステレオである場合に比べて半分にすることができ、保持部5の容量を節約することが可能である。
(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態について説明する。
第5の実施形態において、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態の音声信号処理装置は、出力部4に接続されるスピーカの機種に対応するフィルタ係数群hを係数設定部6が保持部5から選択し、信号処理部3における補正処理に用いる点は第1の実施形態と同様である。しかし、保持部5が保持している係数ファイルの内容が第1の実施形態とは異なる。また、本実施形態では、スピーカSに機種、型番等の情報を示す機種情報が付されている。
[係数ファイルについて]
図18は、保持部5に保持されている各種スピーカの係数ファイルを概念的に示す図である。同図に示すように、各スピーカに対応する係数ファイルには「スピーカ識別情報」iが含まれている。スピーカ識別情報iは、接続されたスピーカSから取得されたスピーカの機種情報と対照して、対応する係数ファイルを検索するための情報である。図18には、スピーカSのスピーカ識別情報をスピーカ識別情報i、スピーカSのスピーカ識別情報をチャンネル情報i、スピーカSのスピーカ識別情報をスピーカ識別情報iとして示す。
[音声信号処理装置の動作]
本実施形態に係る音声信号処理装置の動作について説明する。
図19は、音声信号処理装置の動作を示すフローである。
同図に示すように、係数設定部6は出力部4にスピーカSが接続されるとスピーカSの機種情報を取得する(St501)。次に、係数設定部6は、スピーカSの機種情報と、各係数ファイルに含まれるスピーカ識別情報iとを比較し、スピーカSに対応する係数ファイルを特定する(St502)。続いて、係数設定部6は、その係数ファイルに含まれるフィルタ係数群hを信号処理部3のデジタルフィルタFに設定する(St503)。音声の再生が指示されると、音声信号処理装置は、第1の実施形態と同様に、信号処理部3において音声信号に補正処理を施し、スピーカSから放音させる。
以上のように本実施形態では、係数ファイルに、スピーカSに対応する係数ファイルを検索するためのスピーカ識別情報iが含まれている。このため、本実施形態に係る音声信号処理装置は、スピーカSが接続されると、ユーザによる操作入力を受けることなく自動的にスピーカSに対応するフィルタ係数群hを設定することが可能となる。
(第6の実施形態)
本発明の第6の実施形態について説明する。
第6の実施形態において、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態の音声信号処理装置は、出力部4に接続されるスピーカの機種に対応するフィルタ係数群hを係数設定部6が保持部5から選択し、信号処理部3における補正処理に用いる点は第1の実施形態と同様である。しかし、保持部5が保持している係数ファイルの内容が第1の実施形態とは異なる。
[係数ファイルについて]
図20は、保持部5に保持されている各種スピーカの係数ファイルを概念的に示す図である。同図に示すように、各スピーカに対応する係数ファイルには「係数語長」pが含まれている。係数語長pは、16bitあるいは32bit等の、信号処理部3での信号処理に用いられる係数の語長を記述するものである。図20には、スピーカSの係数語長を係数語長p、スピーカSの係数語長を係数語長p、スピーカSの係数語長を係数語長pとして示す。
[音声信号処理装置の動作]
本実施形態に係る音声信号処理装置の動作について説明する。
図21は、音声信号処理装置の動作を示すフローである。
同図に示すように、係数設定部6は出力部4にスピーカSが接続されると、上記メニュー画面をディスプレイに表示させる(St601)。ユーザによる操作入力を受けて、係数設定部6は、該当するスピーカの係数ファイルを選択する(St602)。続いて、係数設定部6は、その係数ファイルに含まれる係数語長pを参照する(St603)。さらに、係数設定部6は、選択した係数ファイルに含まれるフィルタ係数群hを信号処理部3に設定する(St604)。音声の再生が指示されると、音声信号処理装置は、信号処理部3において、上記係数語長pを用いて音声信号に補正処理を施し、スピーカSから放音させる。
以上のように本実施形態では、係数ファイルに、信号処理部3での信号処理に用いられる係数の語長である係数語長pが含まれている。このため、信号処理部3での演算量を削減することが可能である。
(第7の実施形態)
本発明の第7の実施形態について説明する。
第7の実施形態において、第1の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態の音声信号処理装置は、出力部4に接続されるスピーカの機種に対応するフィルタ係数群hを係数設定部6が保持部5から選択し、信号処理部3における補正処理に用いる点は第1の実施形態と同様である。しかし、本実施形態の音声信号処理装置は、接続されたスピーカのフィルタ係数群を自ら作成することができる点で第1の実施形態に係る音声信号処理装置1とは異なる。
[音声信号処理装置の構成]
図22は、本発明の一実施形態に係る音声信号処理装置20を示す図である。同図に示すように、音声信号処理装置20は、第1の実施形態に係る音声信号処理装置1の構成に加え、係数生成部21及びマイクロフォン22を有する。マイクロフォン22は係数生成部21に接続され、係数生成部21は保持部5に接続されている。
マイクロフォン22は、スピーカSから放音された音声を集音し、係数生成部21に伝達する。係数生成部21は、マイクロフォン22によって集音された音声から、スピーカSのフィルタ係数群hを算出し、係数ファイルに格納して保持部5に保持させる。係数生成部21には、マイクロフォン22によって集音された音声信号をA/D変換するA/D変換器が含まれる。
図23は、音声信号処理装置20の外観を示す図である。図23に示すように、音声信号処理装置20はスピーカSに接続されている。図24は、音声信号処理装置20がマイクロフォン22によってスピーカSから放音された音声を集音する際の状態を示す。また、図25に示すように、マイクロフォン22は、音声信号処理装置20と分離可能なものであってもよい。
[係数ファイルの追加]
音声信号処理装置20は、保持部5に係数ファイルが保持されていないスピーカSが接続されると、出力部4からスピーカSにテスト信号を出力する。テスト信号は、上記インパルス信号とすることができる。マイクロフォン22が、テスト信号によってスピーカSから放音された音声を集音し、係数生成部21に伝達する。
係数生成部21は、マイクロフォン22によって集音された音声(インパルス応答)からフィルタ係数群hを算出する。フィルタ係数群hの算出は上述の方法によってすることができる。係数生成部21は、算出したフィルタ係数群hを保持部5に供給する。この際、係数生成部21は、フィルタ係数群hを、スピーカSの機種と関連付けられた係数ファイルに格納して保持部5に保持させる。スピーカSの機種は、ユーザによって入力されてもよく、第5の実施形態において説明したスピーカ識別情報iを用いて取得されてもよい。このようにして、音声信号処理装置20は、保持部5に係数ファイルが保持されていないスピーカが接続された場合、自らそのスピーカの係数ファイルを追加することが可能である。
[音声信号処理装置の動作]
本実施形態に係る音声信号処理装置の動作について説明する。
図26は、音声信号処理装置の動作を示すフローである。
同図に示すように、係数設定部6は、出力部4にスピーカSが接続されると、スピーカSに該当するスピーカ機種の係数ファイルが保持されているかを保持部5において検索する(St701)。係数設定部6は、保持部5にスピーカSの係数ファイルが保持されていれば(St702:Yes)、その係数ファイルを選択する(St703)。保持部5にスピーカSの係数ファイルが保持されていなければ(St702:No)、スピーカSのインパルス応答を測定する(St704)。係数生成部21は、測定されたインパルス応答から、スピーカSのフィルタ係数群hを算出し(St705)、フィルタ係数群hを含む係数ファイルを保持部5に追加する(St706)。係数設定部6は、追加された係数ファイルを選択する(St703)。
係数設定部6は、St703において選択された係数ファイルに含まれるフィルタ係数群hを信号処理部3に設定する(St707)。音声の再生が指示されると、音声信号処理装置は、信号処理部3において係数ファイルに含まれるフィルタ係数群hを用いて音声信号に補正処理を施し、スピーカSから放音させる。
以上のように本実施形態では、音声信号処理装置20が、保持部5に係数ファイルが保持されていないスピーカが接続された場合であっても、そのスピーカの係数ファイルを保持部5に追加することが可能である。これにより、音声信号処理装置20は、保持部5に係数ファイルが保持されていないスピーカが接続された場合であっても、そのスピーカのスピーカ特性を補正することが可能となる。
(第8の実施形態)
本発明の第8の実施形態について説明する。
第8の実施形態において、第1及び第7の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態の音声信号処理装置は、出力部4に接続されるスピーカの機種に対応するフィルタ係数群hを係数設定部6が保持部5から選択し、信号処理部3における補正処理に用いる点は第1の実施形態と同様である。しかし、本実施形態の音声信号処理装置は、接続されたスピーカを、保持部5に保持している類似する係数ファイルに関連付ける点で第1の実施形態に係る音声信号処理装置1とは異なる。
[係数ファイルの関連付け]
音声信号処理装置20は、保持部5に係数ファイルが保持されていないスピーカSが接続されると、出力部4からスピーカSにテスト信号を出力する。テスト信号は、上記インパルス信号とすることができる。マイクロフォン22が、テスト信号によってスピーカSから放音された音声を集音し、係数生成部21に伝達する。
係数生成部21は、マイクロフォン22によって集音された音声(インパルス応答)からフィルタ係数群hを算出する。フィルタ係数群hの算出は上述の方法によってすることができる。次に係数生成部21は、算出したフィルタ係数群hを、保持部5に保持されている各種スピーカの係数ファイルに含まれるフィルタ係数群hと比較する。そして、最も類似性の高いフィルタ係数群hを含む係数ファイルにさらに新たなスピーカを関連付ける。ここで、「関連付ける」とは、既存のあるスピーカに対応する係数ファイルを、さらに新たなスピーカにも対応するように変更することである。
[音声信号処理装置の動作]
本実施形態に係る音声信号処理装置の動作について説明する。
図27は、音声信号処理装置の動作を示すフローである。
同図に示すように、係数設定部6は、出力部4にスピーカSが接続されると、スピーカSに該当するスピーカ機種の係数ファイルが保持されているかを保持部5において検索する(St801)。係数設定部6は、保持部5にスピーカSの係数ファイルが保持されていれば(St802:Yes)、その係数ファイルを選択する(St803)。保持部5にスピーカSの係数ファイルが保持されていなければ(St802:No)、スピーカSのインパルス応答を測定する(St804)。係数生成部21は、測定されたインパルス応答から、スピーカSのフィルタ係数群hを算出する(St805)。次に、係数生成部21は、算出されたフィルタ係数群hと、保持部5に保持されている各種スピーカのフィルタ係数群hとを比較し、最も類似性の高いフィルタ係数群hを含む係数ファイルに新たなスピーカを関連付ける(St806)。係数設定部6は、追加された係数ファイルを選択する(St803)。
係数設定部6は、St803において選択された係数ファイルに含まれるフィルタ係数群hを信号処理部3に設定する(St807)。音声の再生が指示されると、音声信号処理装置は、信号処理部3において係数ファイルに含まれるフィルタ係数群hを用いて音声信号に補正処理を施し、スピーカSから放音させる。
以上のように本実施形態では、音声信号処理装置が、保持部5に係数ファイルが保持されていないスピーカが接続された場合であっても、スピーカの係数ファイルを保持部5に保持されている係数ファイルに関連付けることが可能である。これにより、音声信号処理装置20は、保持部5に係数ファイルが保持されていないスピーカが接続された場合であっても、そのスピーカのスピーカ特性を補正することが可能となる。ここで、新たなスピーカの係数ファイルとして既存の係数ファイルが利用され、新たなスピーカの係数ファイルは保持部5に保持されないため、保持部5の容量を節約することが可能である。
本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更され得る。
上記各実施形態において、信号処理部3はスピーカのスピーカ特性を補正するものとしたが、これに加え、仮想音像定位等の音響処理を付加する補正処理を音声信号に対して施すことも可能である。
1…情報処理装置
3…信号処理部
4…出力部
5…保持部
6…係数設定部
21…係数生成部
22…マイクロフォン

Claims (5)

  1. デジタルフィルタにより音声信号に信号処理を施すことが可能な信号処理部と、
    外部のスピーカに接続され、前記スピーカに前記音声信号を出力する出力部と、
    スピーカ特性が異なる複数のスピーカの逆特性のインパルス応答であるフィルタ係数を複数保持し、かつ、スピーカの機種毎に割り当てられたスピーカ識別情報を保持する保持部と、
    前記出力部に接続されたスピーカにテスト信号を出力するテスト信号出力部と、
    前記テスト信号により前記スピーカから放音された音声を集音する集音部と、
    前記出力部に接続されたスピーカから取得したスピーカ識別情報に一致するスピーカ識別情報が前記保持部に保持されている場合には、前記スピーカ識別情報に対応するフィルタ係数を前記デジタルフィルタに設定し、前記出力部に接続されたスピーカから取得したスピーカ識別情報に一致するスピーカ識別情報が前記保持部に保持されていない場合には、前記集音部により集音された音声からフィルタ係数を生成し、前記デジタルフィルタに設定する係数設定部と
    を具備する音声信号処理装置。
  2. 請求項1に記載の音声信号処理装置であって、
    前記保持部は、前記複数のスピーカの再生可能な周波数帯域に応じた前記フィルタ係数の係数長をさらに保持し、
    前記係数設定部は、前記係数長を参照して前記フィルタ係数を前記デジタルフィルタに設定する
    音声信号処理装置。
  3. 請求項1に記載の音声信号処理装置であって、
    前記保持部は、前記複数のスピーカのそれぞれに対応する、チャンネルによる前記フィルタ係数の異同を示すチャンネル設定情報をさらに保持し、
    前記係数設定部は、前記チャンネル設定情報を参照して前記フィルタ係数を前記デジタルフィルタに設定する
    音声信号処理装置。
  4. 請求項1に記載の音声信号処理装置であって、
    前記保持部は、前記複数のスピーカのそれぞれに対応する、チャンネル数を示すチャンネル数情報をさらに保持し、
    前記係数設定部は、前記チャンネル数情報を参照して前記フィルタ係数を前記デジタルフィルタに設定する
    音声信号処理装置。
  5. 請求項1に記載の音声信号処理装置であって、
    前記保持部は、前記スピーカのそれぞれに対応する、前記係数設定部の係数語長をさらに保持し、
    前記係数設定部は、前記係数語長を参照して前記フィルタ係数を前記デジタルフィルタに設定する
    音声信号処理装置。
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