JP5609883B2 - マルチバンドコンプレッサ、その調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサ、その調整方法、に関する。

図５に、一般的なマルチバンドコンプレッサの構成を示す。マルチバンドコンプレッサは、入力された音声信号を帯域分割フィルタ(アイソレータとも呼ぶ)により周波数帯域ごとに分割し、分割された各バンドに対してコンプレッサ処理を施し、再び加算して出力する音響処理である。

帯域分割フィルタの一般的な構成例を図６および図７に示す。図７に示すように、帯域分割フィルタには、図６に示すようなカットオフ周波数が同一のローパスフィルタ(LPF)とハイパスフィルタ(HPF)の対が複数含まれており、低域または高域から(図の例では低域から)順に信号を分離する構成となっている。各バンドの境界となる周波数は外部から指定される。

コンプレッサ処理は入力信号のレベルを測定し、図８に示すような音量カーブをかけて出力する機能である。スレッショルドと呼ばれる入力信号に対する境界レベルがあらかじめ与えられており、スレッショルド以上の音量が入力された場合は指定された圧縮量に応じて音量を落とす。

最大入力に対して音量が落ちる分の出力ゲインを与えることによって、コンプレッサ全体を通しては平均音量の増強効果が得られる。マルチバンドコンプレッサは周波数帯域毎に独立してコンプレッサ処理を行うことで、ある周波数帯域の音量が急激に変動した場合でも、他の周波数帯域に影響を与えることがない。

このため、複数の音源が含まれる音源(一般の音楽など)においても、不自然な音揺れを引き起こすことなく十分な音量増強効果を得ることができる。現在、上述のようなマルチバンドコンプレッサとして各種の提案がある（例えば、特許文献１〜４参照）。

特開２００５−１６００３８号公報 特開平０５−０６４２９７号公報 特開平０９−０４６７９５号公報 特開２００９−５０７４０７号公報

しかし、マルチバンドコンプレッサは、以下の理由により調整が非常に困難である。（１）一般的に難易度が高いとされるコンプレッサの調整を複数バンドにわたって行う必要がある。
（２）前記周波数帯域とコンプレッサの設定が相互に影響する。前記周波数帯域を変えればコンプレッサの設定は再設定が必要であり、逆も同様である。

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解決するマルチバンドコンプレッサと、その調整方法と、を提供するものである。

本発明の第一のマルチバンドコンプレッサは、音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサであって、複数のバンドごとに入力または出力される電力を測定するパワー測定手段と、隣接するバンドごとの電力の差分に基づいて周波数帯域を設定する帯域設定手段と、を有する。

本発明の第二のマルチバンドコンプレッサは、音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサであって、複数のバンドごとに入力される電力を測定するパワー測定手段と、測定された電圧を平滑化した値に所定の相対スレッショルドを加算するスレッショルド加算手段と、複数のバンドごとのダイナミクス圧縮処理に与えるスレッショルドを設定するスレッショルド設定手段と、を有することを特徴とする。

本発明の第一の調整方法は、音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサの調整方法であって、複数のバンドの電力が等しくなるように周波数帯域を設定することを特徴とする。

本発明の第二の調整方法は、音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサの調整方法であって、複数のバンドの電力が等しくなるようにダイナミクス圧縮処理を設定することを特徴とする。

マルチバンドコンプレッサの調整において相互に影響するパラメータの片方を固定し、調整の自由度を小さくすることができるため、調整が極めて容易になる。また、平均的な信号をもとに調整を実施することで、どのような信号が入力されても適切な音量増強効果を得ることができる。

上述した目的、および、その他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、および、それに付随する以下の図面によって、さらに明らかになる。

本発明の実施の第一の形態の調整方法の周波数と信号レベルとを示す特性図である。 いくつかの音楽コンテンツから求めた周波数と平均レベルとを示す特性図である。 第一の実施例のマルチバンドコンプレッサを示すブロック図である。 第二の実施例のマルチバンドコンプレッサを示すブロック図である。 一従来例のマルチバンドコンプレッサを示すブロック図である。 一従来例のマルチバンドコンプレッサの周波数とゲインとを示す特性図である。 一従来例のマルチバンドコンプレッサの帯域分割フィルタを示す模式図である。 一従来例のマルチバンドコンプレッサのスレッショルドと信号レベルを示す特性図である。

本発明の実施の形態を図面を参照して以下に説明する。本発明は、音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンド（帯域）ごとにダイナミクス圧縮処理(コンプレッサ)してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサにおいて、パラメータの調整を容易にし、最適な音量増強効果を得る調整方法を提供する。また、この調整方法を自動で実施するマルチバンドコンプレッサも提供する。

図１が、本発明の実施の形態の基本的な考え方を説明する特性図である。図１は３バンドに分割するマルチバンドコンプレッサを例に記載してある。マルチバンドコンプレッサは入力信号を複数の帯域に分割する。

ただし、分割に用いるフィルタの特性(図では点線で表記)はマルチバンドコンプレッサ設計時に確定しているため、周波数−電力分布が既知である信号を与えた場合に各バンドに分配される電力は予測可能である。

すなわち、入力信号の周波数ｆに対する電力をＳ(ｆ)、バンドｉの周波数ｆにおけるゲインをＧ(ｆ)とすれば、バンドｉに入力されると想定される電力Ｐｉは以下の式で与えられる。

Pi＝int_0^Fs/2 S(f)G(f)df
なお、Ｆｓはサンプリング周波数、ｉｎｔは積分記号である。

一般に音楽プレーヤや携帯電話端末のような装置を作成する場合、入力される信号の周波数−電力分布はその時々で異なる。しかし、ある程度の前提をおけば、想定される平均的な周波数−電力分布は予測可能である。

例えば、一般的な音楽コンテンツが使用されると仮定した場合、人間にとって心地よい周波数−電力分布というものが知られており、多くの音楽コンテンツはこれに近い分布をもつ。

図２はいくつかの音楽コンテンツから求めた平均的な周波数−電力分布である。図に示すように、可聴限界となる２０Ｈｚと２００００Ｈｚの近傍で音量の低下があるほかは、おおむね−４ｄＢ／ｏｃｔの分布となっている。

通話等で用いられる音声信号についても、同様の分布が存在する。本実施の形態の調整方法においては、以下のいずれかの方法によりマルチバンドコンプレッサの設定値を事前に決めることができる。

［第一の調整方法］ パワー等分法
一つのコンプレッサにより得られる音量増強効果には限界があるとの仮定から、各バンドのコンプレッサに同程度の仕事をさせる調整方法である。

平均的な分布の信号が入力された場合に、各バンドに入力されるパワーが等しくなるように周波数帯域を設定する。各コンプレッサの設定は同一か、または少なくともスレッショルドは同じものを使用する。

［第二の調整方法］ 相対スレッショルド固定法
周波数−電力分布を処理前後で大きく変動させないように、各バンドの圧縮量を等しくする調整方法である。

周波数帯域は聴感評価等により自由に設定する。続いて上述の式により平均的な分布の信号が入力された場合のパワーを計算し、そのパワーに対し負の固定値（例えば−６ｄＢ）を加算した値をスレッショルドとする。

第一の調整方法・第二の調整方法いずれの場合も、マルチバンドコンプレッサの調整において相互に影響するパラメータの片方を固定し、調整の自由度を小さくすることができるため、調整が極めて容易になる。また平均的な信号をもとに調整を実施することで、どのような信号が入力されても適切な音量増強効果を得ることができる。

図３および図４は、最初の実施例による第一の調整方法・第二の調整方法それぞれをマルチバンドコンプレッサ自身が自動で実施するように構成した例である（図において、帯域１が低周波数側で帯域３が高周波数側である）。

図３では、各バンドのコンプレッサ出力（入力でもよい）の信号レベルを測定するためにパワー測定部を配置しており、各バンドの測定結果を隣接バンドの測定結果と比較して周波数帯域にフィードバックする機構を追加している。

より具体的には、このマルチバンドコンプレッサ１００では、入力信号１０１が入力される帯域分割フィルタ１１０に複数のコンプレッサ１２０が接続されており、これら複数のコンプレッサ１２０の出力ごとにパワー測定部１３０が接続されている。

複数のパワー測定部１３０は隣接する一対ごとに比較器１４０に接続されており、この比較器１４０が分割周波数の調整器１５０で帯域分割フィルタ１１０にフィードバック接続されている。

この構成では、あるバンドのパワーが過剰である場合にその帯域の周波数範囲を狭めるようにフィードバックがかかるため、入力信号に応じた最適なパワー等分法の結果に収束する。

図４では、各バンドのコンプレッサ入力の信号レベルを測定するパワー測定部を追加しており、それを時間方向に平滑化した後に、あらかじめ与えられた相対スレッショルド（負の固定値、例えば−６ｄＢ）を加算してコンプレッサのスレッショルドに設定する構成となっている。

より具体的には、このマルチバンドコンプレッサ２００では、入力信号１０１が入力される帯域分割フィルタ１１０に複数のコンプレッサ１２０が接続されており、これら複数のコンプレッサ１２０の入力ごとにパワー測定部１３０が接続されている。

これら複数のパワー測定部１３０には平滑化回路２１０が接続されており、これらが相対スレッショルド２２０とともにコンプレッサ１２０にフィードバック接続されている。

この構成では、入力信号の一定の範囲にわたる平均パワーに基づきスレッショルドを自動的に調整するため、入力信号に応じた最適な相対スレッショルド固定法の結果に収束する。

これらの実施例では、平均的な分布の信号を用いずに入力信号から自動で調整する。このため、平均から大きくずれた信号が入力された場合であっても自動で設定値を補正し、最大限の音量増強効果を得ることができる。

なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。また、この出願は、２００９年１０月 ７日に出願された日本出願特願２００９−２３２９９５号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てを、ここに取り込む。
以下、参考形態の例を付記する。
１． 音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサであって、
複数の前記バンドごとに入力または出力される電力を測定するパワー測定手段と、
隣接する前記バンドごとの前記電力の差分に基づいて前記周波数帯域を設定する帯域設定手段と、
を有するマルチバンドコンプレッサ。
２． 音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサであって、
複数の前記バンドごとに入力される電力を測定するパワー測定手段と、
測定された前記電圧を平滑化した値に所定の相対スレッショルドを加算するスレッショルド加算手段と、
複数の前記バンドごとの前記ダイナミクス圧縮処理に与えるスレッショルドを設定するスレッショルド設定手段と、
を有することを特徴とするマルチバンドコンプレッサ。
３． 音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサの調整方法であって、
複数の前記バンドの電力が等しくなるように前記周波数帯域を設定することを特徴とする調整方法。
４． 音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサの調整方法であって、
複数の前記バンドの電力が等しくなるように前記ダイナミクス圧縮処理を設定することを特徴とする調整方法。
５． 複数の前記バンドごとに分配される電力を計算し、
複数の前記バンドで圧縮量が等しくなるように前記周波数帯域を設定することを特徴とする３に記載の調整方法。
６． 複数の前記バンドごとに分配される電力を計算し、
複数の前記バンドで圧縮量が等しくなるように前記ダイナミクス圧縮処理を設定することを特徴とする４に記載の調整方法。
７． 複数の前記バンドごとに入力または出力される電力を測定し、
隣接する前記バンドごとの前記電力の差分に基づいて前記周波数帯域を設定することを特徴とする５に記載の調整方法。
８． 複数の前記バンドごとに入力または出力される電力を測定し、
隣接する前記バンドごとの前記電力の差分に基づいて前記ダイナミクス圧縮処理を設定することを特徴とする６に記載の調整方法。
９． 複数の前記バンドごとに入力される電力を測定し、
測定された前記電圧を平滑化した値に所定の相対スレッショルドを加算し、
複数の前記バンドごとの前記ダイナミクス圧縮処理に与えるスレッショルドを設定することを特徴とする８に記載の調整方法。

Claims (9)

1. 音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサであって、
   複数の前記バンドごとに入力または出力される電力を測定するパワー測定手段と、
   隣接する前記バンドごとの前記電力の差分に基づいて前記周波数帯域を設定する帯域設定手段と、
   を有するマルチバンドコンプレッサ。
2. 音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサであって、
   複数の前記バンドごとに入力される電力を測定するパワー測定手段と、
   測定された前記電力を平滑化した値に所定の相対スレッショルドを加算するスレッショルド加算手段と、
   複数の前記バンドごとの前記ダイナミクス圧縮処理に与えるスレッショルドを設定するスレッショルド設定手段と、
   を有することを特徴とするマルチバンドコンプレッサ。
3. 音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサの調整方法であって、
   複数の前記バンドごとに入力または出力される電力を測定し、隣接する前記バンドごとの前記電力の差分に基づいて前記周波数帯域を設定する調整方法。
4. 音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサの調整方法であって、
   複数の前記バンドごとに入力される電力を測定し、測定された前記電力を平滑化した値に所定の相対スレッショルドを加算し、複数の前記バンドごとの前記ダイナミクス圧縮処理に与えるスレッショルドを設定するマルチバンドコンプレッサの調整方法。
5. 複数の前記バンドの電力が等しくなるように前記周波数帯域を設定することを特徴とする請求項３に記載の調整方法。
6. 複数の前記バンドの電力が等しくなるように前記ダイナミクス圧縮処理を設定することを特徴とする請求項４に記載の調整方法。
7. 複数の前記バンドごとに分配される電力を計算し、
   複数の前記バンドで圧縮量が等しくなるように前記周波数帯域を設定することを特徴とする請求項５に記載の調整方法。
8. 複数の前記バンドごとに分配される電力を計算し、
   複数の前記バンドで圧縮量が等しくなるように前記ダイナミクス圧縮処理を設定することを特徴とする請求項６に記載の調整方法。
9. 複数の前記バンドごとに入力または出力される電力を測定し、
   隣接する前記バンドごとの前記電力の差分に基づいて前記周波数帯域を設定することを特徴とする請求項７に記載の調整方法。

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