JP5652515B2 - Signal processing device - Google Patents

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Description

この発明は、入力された信号に種々の演算を行う信号処理装置に関し、特に低域成分を拡張する技術に関する。   The present invention relates to a signal processing apparatus that performs various operations on an input signal, and more particularly to a technique for extending a low frequency component.

口径の小さいスピーカは、物理的に低域成分を出力することができない場合がある。そこで、低域成分の高調波を発生させて元の信号に加算することにより、ミッシングファンダメンタルと言われる現象を利用して、物理的には出力されていない低域成分が出力されているように聴取させる技術が用いられている(例えば特許文献1参照)。   A speaker having a small diameter may not be able to physically output a low frequency component. Therefore, by generating a harmonic of the low frequency component and adding it to the original signal, it is possible to use a phenomenon called missing fundamentals so that the low frequency component that is not physically output is output. A technique for listening is used (see, for example, Patent Document 1).

特表平11−509712号公報Japanese National Patent Publication No. 11-509712

高調波は、入力信号をクリップさせるあるいは整流を行う、等の手法で発生させることができるが、これらの2手法では、奇数次あるいは偶数次の成分しか発生しないという課題がある。一方、積分演算であれば奇数次、偶数次の成分ともに発生させることもできるが、応答性が悪いという課題がある。   The harmonics can be generated by a method such as clipping an input signal or rectifying, but these two methods have a problem that only odd-order or even-order components are generated. On the other hand, in the case of integral calculation, both odd-order and even-order components can be generated, but there is a problem that response is poor.

そこで、この発明は、奇数次および偶数次の高調波をリアルタイムに発生させることができる信号処理装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a signal processing apparatus capable of generating odd-order and even-order harmonics in real time.

この発明の信号処理装置は、オーディオ信号を入力する入力部と、入力部からオーディオ信号を取得する取得部と、べき乗演算を行うべき乗演算部と、べき乗演算部の出力信号を入力部のオーディオ信号に加算して出力する加算手段と、を備えている。べき乗演算部は、取得部で取得したオーディオ信号に、例えば3乗および4乗演算を行う。cosの3倍角および4倍角公式によると、3乗演算により入力信号の1次(基音)成分、3次(3倍音)成分が生成され、4乗演算により入力信号の0次(直流)成分、2次(2倍音)成分、4次(4倍音)成分が生成される。したがって、これらの信号を加算することにより、奇数次および偶数次の高調波をリアルタイムに発生させることができる。なお、直流成分は後段のハイパスフィルタ等で取り除けばよい。   The signal processing apparatus according to the present invention includes an input unit that inputs an audio signal, an acquisition unit that acquires an audio signal from the input unit, a power calculation unit that performs a power operation, and an output signal of the power operation unit as an audio signal of the input unit Adding means for adding to and outputting. The power calculation unit performs, for example, the third power and fourth power calculation on the audio signal acquired by the acquisition unit. According to the third and fourth quadrature formulas of cos, the first order (fundamental) component and third order (third harmonic) component of the input signal are generated by the third power calculation, and the zeroth order (DC) component of the input signal by the fourth power calculation, A secondary (second overtone) component and a fourth order (fourth harmonic) component are generated. Therefore, by adding these signals, odd-order and even-order harmonics can be generated in real time. Note that the DC component may be removed by a subsequent high-pass filter or the like.

ミッシングファンダメンタルの効果は、倍音成分の差周波数(実際には存在しない低音)を感知するというものであるため、偶数次成分(または奇数次成分)のみを単独で元の信号に加えたとしても、差周波数は元の周波数の2倍となり、ファンダメンタル(基音)の感知はやや劣ることになる。しかし、本発明では、奇数次および偶数次両方の高調波を元の信号に加えるため、差周波数が基音と一致し、低音の量感を強く感知させることが可能となる。   The effect of the missing fundamental is to detect the difference frequency of the harmonic component (bass that does not actually exist), so even if only the even-order component (or odd-order component) is added to the original signal alone, The difference frequency is twice the original frequency, and the fundamental (fundamental) perception is somewhat inferior. However, in the present invention, since both odd-order and even-order harmonics are added to the original signal, the difference frequency matches the fundamental tone, and it is possible to strongly sense the volume of bass.

また、上記発明において、取得部で取得したオーディオ信号のダイナミックレンジ圧縮を行い、圧縮信号を生成する圧縮部を備える態様も可能である。この場合、べき乗演算部は、前記圧縮信号と前記取得部で取得したオーディオ信号を乗算することにより行う。例えば、3乗演算であれば、圧縮信号を自乗し、これに前記取得部で取得したオーディオ信号を乗算する。単に信号をべき乗すると振幅値もべき乗されるため、ダイナミックレンジが非常に大きな信号となってしまうが、圧縮信号をべき乗することにより、べき乗後の信号のダイナミックレンジを抑えることができる。なお、圧縮信号だけをべき乗すると、逆にダイナミックレンジが圧縮され過ぎたり、歪み感が増してしまう可能性もあるため、元の信号(取得部で取得したオーディオ信号)をある程度乗算する信号として用いる態様としている。   In the above-described invention, an aspect including a compression unit that performs dynamic range compression of the audio signal acquired by the acquisition unit and generates a compressed signal is also possible. In this case, the power calculation unit performs the multiplication by multiplying the compressed signal and the audio signal acquired by the acquisition unit. For example, in the case of a cube operation, the compressed signal is squared and multiplied by the audio signal acquired by the acquisition unit. If the signal is simply raised to the power, the amplitude value is also raised, so that the dynamic range becomes a very large signal. However, by raising the compressed signal to the power, the dynamic range of the signal after the power can be suppressed. Note that if only the compressed signal is raised to the power, the dynamic range may be excessively compressed or the sense of distortion may increase. Therefore, it is used as a signal to be multiplied to some extent by the original signal (audio signal acquired by the acquisition unit). It is an aspect.

なお、上記のようなダイナミックレンジ圧縮は、べき乗演算後の信号について行ってもよい。この場合、加算手段は、ダイナミックレンジ圧縮されたべき乗演算後の信号を前記入力部に入力したオーディオ信号に加算して出力する。入力信号のレベルが低く、べき乗演算後の信号のレベルが低すぎる場合、低域拡張の効果が得られない(聴感上、ミッシングファンダメンタルの効果を感じない)、または入力信号のレベルが高すぎる場合、べき乗演算後の信号のレベルが高すぎて歪み音として認識されるおそれがあるが、ダイナミックレンジ圧縮されたべき乗演算後の信号を元のオーディオ信号に加算する態様とすることで、低域の音圧感を好適に補うことができる。   The dynamic range compression as described above may be performed on the signal after the power operation. In this case, the adding means adds the signal after the power calculation subjected to dynamic range compression to the audio signal input to the input unit and outputs the result. If the level of the input signal is low and the signal level after the power operation is too low, the low-frequency expansion effect cannot be obtained (the effect of missing fundamentals is not felt in the sense of hearing), or the input signal level is too high There is a possibility that the level of the signal after the power calculation is too high and may be recognized as a distorted sound. However, by adding the signal after the power calculation after dynamic range compression to the original audio signal, Sound pressure can be suitably compensated.

さらに、ダイナミックレンジ圧縮は、入力された信号を時間軸上で平滑化(例えば移動平均)し、この平滑化した信号に基づいて、ゲイン調整値を算出し、算出したゲイン調整値で入力された信号のレベルを調整する態様としてもよい。入力された信号のレベルが急激に上昇または急激に低下した場合、ダイナミックレンジが急激に変化し、圧縮による歪み音が目立つおそれがあるが、移動平均した信号でゲイン調整を行うことで、入力された信号に急激なレベル上昇やレベル低下があったとしても、ダイナミックレンジ圧縮の態様が急激に変化することがないため、圧縮による歪み音を目立たなくすることができる。   Furthermore, in the dynamic range compression, the input signal is smoothed (eg, moving average) on the time axis, a gain adjustment value is calculated based on the smoothed signal, and the input gain gain value is input. It is good also as an aspect which adjusts the level of a signal. If the level of the input signal suddenly rises or falls sharply, the dynamic range may change drastically, and distortion sound due to compression may be noticeable. Even if there is a sudden rise or fall in the signal level, the dynamic range compression mode does not change abruptly, so that the distortion sound caused by the compression can be made inconspicuous.

また、信号処理装置は、前記取得部で取得したオーディオ信号のレベルを検出するレベル検出部と、前記べき乗演算部と前記加算手段との間に設けられ、オーディオ信号の低域を抽出して出力する低域抽出部と、前記低域抽出部の低域抽出機能を有効又は無効とする制御を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記レベル検出部が検出したオーディオ信号のレベルが所定値以上である場合、前記低域抽出部の低域抽出機能を有効とし、前記レベル検出部が検出したオーディオ信号のレベルが所定値未満である場合、前記低域抽出部の低域抽出機能を無効とするとしてもよい。 The signal processing device is provided between the level detection unit for detecting the level of the audio signal acquired by the acquisition unit, the power calculation unit, and the addition unit, and extracts and outputs a low frequency range of the audio signal And a control unit that performs control to enable or disable the low-frequency extraction function of the low-frequency extraction unit, and the control unit has a level of the audio signal detected by the level detection unit. When the value is equal to or higher than a predetermined value, the low frequency extraction function of the low frequency extraction unit is validated, and when the level of the audio signal detected by the level detection unit is less than a predetermined value, the low frequency extraction function of the low frequency extraction unit May be invalidated .

オーディオ信号のレベルが大きくなるにつれて、べき乗演算部により生成される高調波のレベルも大きくなるが、この構成では、オーディオ信号のレベルが大きい場合、高調波は低域抽出部を通過しにくくなる。   As the level of the audio signal increases, the level of the harmonic generated by the power calculation unit also increases. However, in this configuration, when the level of the audio signal is large, the harmonic does not easily pass through the low-frequency extraction unit.

また、前記オーディオ信号は、センタチャンネルを含む複数のチャンネルのオーディオ信号からなり、前記レベル検出部は、前記センタチャンネルのオーディオ信号のレベルを検出してもよい。   The audio signal may be composed of audio signals of a plurality of channels including a center channel, and the level detector may detect the level of the audio signal of the center channel.

この構成では、セリフを多く含むセンタチャンネルのレベルが大きい場合、すなわちセリフが検出された場合、高調波は低域抽出部を通過しにくくなる。したがって、セリフは、高調波の影響を受けにくくなる。   In this configuration, when the level of the center channel including a large amount of speech is high, that is, when speech is detected, it is difficult for harmonics to pass through the low-frequency extraction unit. Therefore, the lines are less susceptible to harmonics.

この発明によれば、奇数次および偶数次の高調波をリアルタイムに発生させることができる。   According to the present invention, odd-order and even-order harmonics can be generated in real time.

スピーカ装置の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the speaker apparatus. 信号処理部の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the signal processing part. 高調波発生部の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the harmonic generation part. DRCテーブルの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the DRC table. ダイナミックレンジ圧縮部の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the dynamic range compression part. 高調波成分が加算された場合の信号の変化(時間軸の信号の変化)を示した図である。It is the figure which showed the change (change of the signal of a time-axis) of a signal when a harmonic component is added.

本発明の信号処理装置に係る実施形態について説明する。図1は、本発明の信号処理装置を内蔵したスピーカ装置の構成を示すブロック図である。スピーカ装置は、入力部1、信号処理部2、および放音部3を備えている。   An embodiment according to a signal processing apparatus of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a speaker device incorporating a signal processing device of the present invention. The speaker device includes an input unit 1, a signal processing unit 2, and a sound emitting unit 3.

入力部1には、複数チャンネル(C:センタチャンネル、L:フロント左、R:フロント右、SL:サラウンド左、SR:サラウンド右、SBL:サラウンドバック左、SBR:サラウンドバック右、LFE:サブウーファ)のオーディオ信号が入力される。なお、チャンネル数は、同図に示す7.1chに限るものではなく、さらに多数のチャンネルが入力される例であってもよいし、モノラルであってもよい。   The input unit 1 includes a plurality of channels (C: center channel, L: front left, R: front right, SL: surround left, SR: surround right, SBL: surround back left, SBR: surround back right, LFE: subwoofer) Audio signals are input. The number of channels is not limited to 7.1 ch shown in the figure, and may be an example in which a larger number of channels are input, or may be monaural.

信号処理部2は、本発明の信号処理装置に相当し、入力部1から入力されたオーディオ信号Sinに低域拡張処理を施し、放音部3にオーディオ信号Soutとして出力する。放音部3は、信号処理部2から入力されたオーディオ信号Soutに音場付与処理等を施し、増幅した後にスピーカ(不図示)から音声を放音する。スピーカは、各チャンネルに対応して独立して設けられたものであってもよいし、多数の小口径スピーカユニットを配列したスピーカアレイであってもよい。スピーカアレイである場合、各チャンネルのオーディオ信号をすべて(または一部)のスピーカユニットに分配してディレイ制御することにより、放音した音声をビーム化して聴取者に直接、または壁面を反射して到達させるものであってもよい。   The signal processing unit 2 corresponds to the signal processing device of the present invention, performs low-frequency extension processing on the audio signal Sin input from the input unit 1, and outputs the audio signal Sout to the sound emitting unit 3. The sound emitting unit 3 performs a sound field applying process or the like on the audio signal Sout input from the signal processing unit 2, amplifies the sound, and then emits sound from a speaker (not shown). The speaker may be provided independently for each channel, or may be a speaker array in which a large number of small-diameter speaker units are arranged. In the case of a speaker array, the audio signal of each channel is distributed to all (or some) speaker units and controlled by delay, so that the emitted sound is beamed and reflected directly to the listener or reflected from the wall surface. You may make it reach.

図2は、信号処理部2の構成を示すブロック図である。図中左側に示す「Lch in」等の表記は、各チャンネルのオーディオ信号の入力を示し、入力部1から入力されるオーディオ信号(Sin)を示す。図中右側に示す「Lch out」等の表記は、各チャンネルのオーディオ信号の出力を示し、放音部3に出力されるオーディオ信号(Sout)を示す。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the signal processing unit 2. The notation such as “Lch in” shown on the left side in the figure indicates the input of the audio signal of each channel, and indicates the audio signal (Sin) input from the input unit 1. The notation such as “Lch out” shown on the right side in the figure indicates the output of the audio signal of each channel, and indicates the audio signal (Sout) output to the sound emitting unit 3.

取得部11は、各チャンネルのオーディオ信号を取得し、これらオーディオ信号を加算してLPF12に出力する。このとき、取得部11は、加算したチャンネル数で加算後のオーディオ信号を除算し、正規化しておくものとする。なお、チャンネル間の加算レベルは同一であってもよく、一部のチャンネルのレベルを上昇させてから加算し、一部のチャンネルを強調するようにしてもよい。また、すべてのチャンネルのオーディオ信号を加算する例に限らず、一部のチャンネルのオーディオ信号を加算する例であってもよい。   The acquisition unit 11 acquires the audio signal of each channel, adds these audio signals, and outputs them to the LPF 12. At this time, the acquisition unit 11 divides the added audio signal by the added number of channels and normalizes the divided audio signal. Note that the addition levels between channels may be the same, or the levels of some channels may be raised before addition to emphasize some channels. Further, the present invention is not limited to an example in which the audio signals of all channels are added, but may be an example in which audio signals of some channels are added.

LPF12は、ローパスフィルタであり、取得部11から出力されたオーディオ信号の遮断周波数以上の帯域成分を減衰させてHPF13に出力する。LPF12は、例えば2次のIIRフィルタにより実現される。   The LPF 12 is a low-pass filter that attenuates a band component equal to or higher than the cutoff frequency of the audio signal output from the acquisition unit 11 and outputs the attenuated band component to the HPF 13. The LPF 12 is realized by, for example, a secondary IIR filter.

HPF13は、ハイパスフィルタであり、LPF12から出力されたオーディオ信号の遮断周波数以下の帯域成分を減衰させて高調波発生部14に出力する。HPF13も、例えば2次のIIRフィルタにより実現される。   The HPF 13 is a high-pass filter, and attenuates a band component below the cutoff frequency of the audio signal output from the LPF 12 and outputs the attenuated band component to the harmonic generation unit 14. The HPF 13 is also realized by, for example, a secondary IIR filter.

LPF12およびHPF13により、バンドパスフィルタが実現され、オーディオ信号の一部帯域のみが抽出され、信号Saとして高調波発生部14に出力される。なお、バンドパスフィルタとしての通過帯域は、拡張すべき低音の帯域に応じて設定する。例えば、スピーカが出力することが可能である最低周波数が100Hzであるとき、LPF12の遮断周波数を100Hzとする。また、HPF13の遮断周波数は、聴感特性に応じて設定すればよい(例えば20Hzとする)。   A band pass filter is realized by the LPF 12 and the HPF 13, and only a partial band of the audio signal is extracted and output to the harmonic generation unit 14 as a signal Sa. Note that the passband as the bandpass filter is set according to the bass band to be expanded. For example, when the lowest frequency that the speaker can output is 100 Hz, the cutoff frequency of the LPF 12 is set to 100 Hz. Further, the cutoff frequency of the HPF 13 may be set according to the auditory characteristics (for example, 20 Hz).

高調波発生部14は、HPF13から出力された信号Saの高調波を生成し、信号SbとしてLPF15に出力する。図3に示すように、高調波発生部14は、絶対値演算部(ABS)141、移動平均演算部142、ゲイン計算部143、レベル調整部144、3乗演算部145、および4乗演算部146を備えている。   The harmonic generation unit 14 generates a harmonic of the signal Sa output from the HPF 13 and outputs the harmonic as the signal Sb to the LPF 15. As shown in FIG. 3, the harmonic generation unit 14 includes an absolute value calculation unit (ABS) 141, a moving average calculation unit 142, a gain calculation unit 143, a level adjustment unit 144, a third power calculation unit 145, and a fourth power calculation unit. 146.

入力信号(HPF13から出力された信号)Saは、絶対値演算部141、レベル調整部144、3乗演算部145、および4乗演算部146にそれぞれ入力される。   The input signal (signal output from the HPF 13) Sa is input to the absolute value calculation unit 141, the level adjustment unit 144, the third power calculation unit 145, and the fourth power calculation unit 146, respectively.

絶対値演算部141は、入力信号Saの振幅の絶対値を算出し、移動平均演算部142に出力する。移動平均演算部142は、絶対値化された値の移動平均(例えば数サンプル〜数百サンプル程度の移動平均)を算出する。これにより、包絡線に類似した成分が抽出される。なお、移動平均に限らず、時間軸の平滑化であれば他の演算を用いてもよく、例えば二乗平均平方根の演算でもよい。   The absolute value calculator 141 calculates the absolute value of the amplitude of the input signal Sa and outputs it to the moving average calculator 142. The moving average calculation unit 142 calculates a moving average of absolute values (for example, a moving average of several samples to several hundred samples). Thereby, a component similar to the envelope is extracted. In addition to the moving average, other calculations may be used as long as the time axis is smoothed. For example, a root mean square calculation may be used.

ゲイン計算部143は、上記絶対値化され移動平均をとった値を包絡線とみなし、所定のテーブルや関数に従ってゲイン値を算出する。例えば、図4に示すダイナミックレンジ圧縮(DRC)テーブルに従ったゲイン値を算出する。図4の例では、入力側のレベルが大きい(同図の例では−8dB以上)場合には出力成分を小さくし、入力側のレベルが小さい(同図の例では−8から−21dBまで)場合には出力成分を大きくするテーブルとなっている。また、入力側のレベルが小さ過ぎる(同図の例では、−21dB以下)場合は、ノイズ成分であるとみなし、逆にレベルを下げように調整する。無論、DRCの手法は、この例に限るものではなく、他の手法を用いてもよい。   The gain calculation unit 143 considers the absolute value and the moving average value as an envelope, and calculates a gain value according to a predetermined table or function. For example, the gain value according to the dynamic range compression (DRC) table shown in FIG. 4 is calculated. In the example of FIG. 4, when the level on the input side is large (in the example of the figure, −8 dB or more), the output component is reduced and the level of the input side is small (in the example of the figure, from −8 to −21 dB). In this case, the output component is increased. On the other hand, if the level on the input side is too small (−21 dB or less in the example in the figure), it is regarded as a noise component, and conversely, the level is adjusted to be lowered. Of course, the DRC method is not limited to this example, and other methods may be used.

レベル調整部144は、ゲイン計算部143で算出されたゲイン値で入力信号Saのレベル調整を行い、3乗演算部145および4乗演算部146に圧縮信号comp(Sa)として出力する。なお、圧縮信号comp(Sa)は、移動平均により時間軸上で平滑化された信号に応じてゲイン制御される信号であり、入力信号に急激なレベル上昇やレベル低下があったとしても、ダイナミックレンジが急激に変化することがないため、圧縮による歪み音を目立たなくすることができる。   The level adjustment unit 144 adjusts the level of the input signal Sa with the gain value calculated by the gain calculation unit 143, and outputs the level to the third power calculation unit 145 and the fourth power calculation unit 146 as a compressed signal comp (Sa). Note that the compression signal comp (Sa) is a signal whose gain is controlled according to a signal smoothed on the time axis by a moving average, and even if the input signal has a sudden level increase or level decrease, Since the range does not change abruptly, the distortion sound due to compression can be made inconspicuous.

3乗演算部145および4乗演算部146は、それぞれ入力された信号の3乗演算、4乗演算を行う。これにより、入力信号Saの奇数次成分および偶数次成分の高調波をリアルタイムに生成する。すなわち、cosの3倍角、および4倍角公式は、それぞれcos3θ=4cosθ−3cosθ、cos4θ=8cosθ−8cos2θ+1で表されるため、これらの公式によれば、3乗演算により入力信号の1次(基音)成分、3次(3倍音)成分が生成され、4乗演算により入力信号の0次(直流)成分、2次(2倍音)成分、4次(4倍音)成分が生成される。したがって、加算器147で3乗演算部145および4乗演算部146の出力信号を加算して出力することにより、高調波発生部14は、0次から4次までの連続した高調波成分を含む信号(出力信号Sb)を出力することができる。 A cube power calculation unit 145 and a fourth power calculation unit 146 respectively perform a cube calculation and a cube operation on the input signals. Thereby, the harmonics of the odd-order component and the even-order component of the input signal Sa are generated in real time. That is, the triple angle and quadruple angle formulas for cos are expressed as cos 3θ = 4 cos 3 θ- 3 cos θ and cos 4θ = 8 cos 4 θ-8 cos 2θ + 1, respectively. Next (fundamental) component, third order (third harmonic) component are generated, and the fourth order (direct current) component, second order (second harmonic) component, and fourth order (fourth harmonic) component of the input signal are generated by the fourth power calculation. . Therefore, by adding and outputting the output signals of the third power calculator 145 and the fourth power calculator 146 by the adder 147, the harmonic generator 14 includes continuous harmonic components from the 0th order to the 4th order. A signal (output signal Sb) can be output.

ただし、単に入力信号をべき乗すると振幅値もべき乗されるため、ダイナミックレンジが非常に大きな信号となってしまう。そこで、本実施形態では、3乗演算部145および4乗演算部146で圧縮信号comp(Sa)をべき乗することにより、ダイナミックレンジを抑える態様としている。すなわち、3乗演算部145は、圧縮信号comp(Sa)を自乗し、これに入力信号Saを乗算することで3乗演算を行う。また、4乗演算部146は、圧縮信号comp(Sa)を3乗し、これに入力信号Saを乗算することで4乗演算を行う。これにより、べき乗後の信号のダイナミックレンジを抑えることができる。なお、圧縮信号comp(Sa)だけをべき乗すると、逆にダイナミックレンジが圧縮され過ぎてしまうため、歪み音が目立つ可能性がある。そこで、3乗演算部145および4乗演算部146は、入力信号Saをある程度(上記例では、1つ)乗算信号に用いることで、ダイナミックレンジの増大を抑えつつも圧縮し過ぎない態様としている。   However, when the input signal is simply raised to the power, the amplitude value is also raised to the power, so that the signal has a very large dynamic range. Therefore, in the present embodiment, the dynamic range is suppressed by raising the compressed signal comp (Sa) to the power by the cube calculating unit 145 and the fourth calculating unit 146. That is, the cube calculation unit 145 performs the cube calculation by squaring the compressed signal comp (Sa) and multiplying this by the input signal Sa. The fourth power calculation unit 146 performs the fourth power calculation by multiplying the compressed signal comp (Sa) to the third power and multiplying this by the input signal Sa. Thereby, the dynamic range of the signal after the power can be suppressed. Note that if only the compressed signal comp (Sa) is raised to the power, the dynamic range is excessively compressed, so that distortion sound may be noticeable. Therefore, the cube calculation unit 145 and the fourth power calculation unit 146 use the input signal Sa as a multiplication signal to some extent (one in the above example) so that the increase in the dynamic range is suppressed but the compression is not excessive. .

なお、上記の手法では、3次成分および4次成分は、1次成分および2次成分よりも低レベルとなり、5次以上の成分を含んでいないが、無論、5乗演算を行って、5次以上の成分を算出してもよい。ただし、本実施形態の高調波発生部14では、4次成分の生成までに抑え、かつ3次および4次成分のレベルを抑えることで、高調波成分が歪み音として聴覚されることを防止しながらも、ミッシングファンダメンタルとしての低域拡張を目立たせるようにしている。   In the above method, the third-order component and the fourth-order component are at a lower level than the first-order component and the second-order component and do not include the fifth-order or higher component. The next or higher component may be calculated. However, the harmonic generation unit 14 according to the present embodiment prevents the harmonic component from being heard as a distorted sound by suppressing the generation of the fourth-order component and suppressing the levels of the third-order and fourth-order components. However, the low-frequency expansion as a missing fundamental is conspicuous.

以上のようにして生成された出力信号Sbは、LPF15、HPF16、およびLPF17を経てDRC18に入力される。   The output signal Sb generated as described above is input to the DRC 18 via the LPF 15, the HPF 16, and the LPF 17.

LPF15は、高調波生成時に発生した高次成分を除去するためのローパスフィルタであり、高調波発生部14から出力された信号の遮断周波数(例えば200Hz)以上の帯域成分を減衰させてHPF16に出力する。特に、入力信号Sinに非整数倍の成分が入力される場合(例えば入力信号がcosω1、cosω2の2波入力され、n・ω1≠ω2である場合)、高調波発生部14において、不要な高次倍音成分(例えばcos(ω1+ω2)のような混変調成分)が発生するおそれがあり、LPF15は、これらの不要な高次倍音成分を除去するための機能を有する。LPF15も、2次のIIRフィルタにより実現される。   The LPF 15 is a low-pass filter for removing high-order components generated at the time of generating harmonics, and attenuates a band component equal to or higher than the cutoff frequency (for example, 200 Hz) of the signal output from the harmonic generation unit 14 and outputs it to the HPF 16. To do. In particular, when a non-integer multiple component is input to the input signal Sin (for example, when the input signal has two waves of cos ω1 and cos ω2 and n · ω1 ≠ ω2), the harmonic generation unit 14 has an unnecessary high frequency. There is a possibility that a second harmonic component (for example, a cross-modulation component such as cos (ω1 + ω2)) may occur, and the LPF 15 has a function for removing these unnecessary higher harmonic components. The LPF 15 is also realized by a secondary IIR filter.

HPF16は、主に上記直流成分や低域側の非整数倍成分を除去するためのハイパスフィルタであり、LPF15から出力されたオーディオ信号の遮断周波数(例えば50Hz)以下の帯域成分を減衰させてLPF17に出力する。HPF16も、例えば2次のIIRフィルタにより実現される。   The HPF 16 is a high-pass filter for mainly removing the DC component and non-integer multiple components on the low frequency side, and attenuates the band component below the cutoff frequency (for example, 50 Hz) of the audio signal output from the LPF 15 to reduce the LPF 17. Output to. The HPF 16 is also realized by, for example, a secondary IIR filter.

これらLPF15およびHPF16によりバンドパスフィルタが実現され、高調波成分が含まれた信号Sbから不要となる成分が取り除かれる。   A band pass filter is realized by the LPF 15 and the HPF 16, and unnecessary components are removed from the signal Sb including the harmonic component.

LPF17は、本発明において必須ではないが、微調整用のローパスフィルタであり、このLPF17と前段のLPF15の組み合わせにより、遮断周波数やQ値を調整し、高周波数側の減衰のさせ方をなだらかにさせたり急峻にしたりすることができる。また、例えば、取得部11が取得したオーディオ信号に台詞等の音声が含まれる場合、当該台詞の音声帯域に高調波成分が加算されないようにLPF15およびLPF17の周波数を調整することにより、台詞の音声を聞きやすくすることもできる。台詞の音声が含まれるか否かは、Cch信号のレベルから判断すればよい。例えば、Cch信号のレベル検出部を設け、Cch信号のレベルが所定値以上であればLPF17の処理をオンし、Cch信号のレベルが所定値未満であればLPF17をオフすればよい。   The LPF 17 is not essential in the present invention, but is a low-pass filter for fine adjustment. The combination of the LPF 17 and the preceding LPF 15 adjusts the cut-off frequency and the Q value to gently attenuate the high frequency side. It can be made sharp or steep. Also, for example, when speech such as speech is included in the audio signal acquired by the acquisition unit 11, speech of speech is adjusted by adjusting the frequencies of the LPF 15 and LPF 17 so that harmonic components are not added to the speech bandwidth of the speech. Can be made easier to hear. Whether or not speech of lines is included may be determined from the level of the Cch signal. For example, a Cch signal level detection unit may be provided, and the processing of the LPF 17 may be turned on if the level of the Cch signal is equal to or higher than a predetermined value, and the LPF 17 may be turned off if the level of the Cch signal is lower than the predetermined value.

次に、DRC18は、図4に示すように、絶対値演算部(ABS)181、移動平均演算部182、ゲイン計算部183、およびレベル調整部184を備えている。すなわち、図3に示した高調波発生部14の絶対値演算部(ABS)141、移動平均演算部142、ゲイン計算部143、およびレベル調整部144と同じ構成、機能を有する。そのため、同図においては各構成の詳細な説明は省略する。   Next, as shown in FIG. 4, the DRC 18 includes an absolute value calculation unit (ABS) 181, a moving average calculation unit 182, a gain calculation unit 183, and a level adjustment unit 184. That is, it has the same configuration and function as the absolute value calculation unit (ABS) 141, moving average calculation unit 142, gain calculation unit 143, and level adjustment unit 144 of the harmonic generation unit 14 shown in FIG. Therefore, detailed description of each component is omitted in FIG.

DRC18においては、LPF17から出力された信号Scのダイナミックレンジ圧縮を行い、高調波成分のレベルを適性に制御するものである。すなわち、入力信号のレベルが低く、高調波成分を含む信号Scのレベルが低すぎる場合、低域拡張の効果が得られない(聴感上、ミッシングファンダメンタルの効果を感じない)、または入力信号のレベルが高すぎる場合、高調波成分を含む信号Scのレベルが高すぎて歪み音として認識されるおそれがあるが、ダイナミックレンジ圧縮された信号Sdに変換し、元の信号Sinに加算する態様とすることで、低域の音圧感を好適に補うことができる。また、信号Sdは、移動平均により時間軸上で平滑化された信号に応じてゲイン制御された信号であり、入力信号に急激なレベル上昇やレベル低下があったとしても、ダイナミックレンジ圧縮の態様が急激に変化することがないため、圧縮による歪み音を目立たなくすることができる。   The DRC 18 performs dynamic range compression of the signal Sc output from the LPF 17 and appropriately controls the level of the harmonic component. That is, if the level of the input signal is low and the level of the signal Sc including the harmonic component is too low, the effect of low-frequency band expansion cannot be obtained (the effect of missing fundamentals is not felt in the sense of hearing), or the level of the input signal Is too high, the level of the signal Sc including the harmonic component may be too high to be recognized as a distorted sound. However, the signal Sc is converted into a dynamic range compressed signal Sd and added to the original signal Sin. Thus, the low-frequency sound pressure can be suitably compensated. Further, the signal Sd is a signal whose gain is controlled according to a signal smoothed on the time axis by moving average, and even if there is a sudden level rise or level drop in the input signal, the dynamic range compression mode Does not change abruptly, so that distortion sound due to compression can be made inconspicuous.

図2に戻り、DRC18から出力された信号Sdは、加算部19に入力される。加算部19は、DRC18から入力された信号Sdを各チャンネルの元の信号(Cin、Lin、Rin、SLin、SRin、SBLin、SBRin、LFEin)に加算する。なお、各チャンネルに同じ信号Sdが入力されると、高調波成分だけが大きくなり過ぎるため、加算部19は、加算するチャンネル数で信号Sdを除算しておくものとする。なお、チャンネル間の加算レベルは同一であってもよく、一部のチャンネルについては信号Sd(除算後の信号)のレベルを上昇させてから加算し、一部のチャンネルを強調するようにしてもよい。また、すべてのチャンネルのオーディオ信号に加算する例に限らず、一部のチャンネルのオーディオ信号に加算する例であってもよい。   Returning to FIG. 2, the signal Sd output from the DRC 18 is input to the adder 19. The adder 19 adds the signal Sd input from the DRC 18 to the original signals (Cin, Lin, Rin, SLiin, SRin, SBLin, SBRin, LFEin) of each channel. Note that if the same signal Sd is input to each channel, only the harmonic component becomes too large, so the adder 19 divides the signal Sd by the number of channels to be added. Note that the addition level between channels may be the same, and for some channels, the level of the signal Sd (the signal after division) is increased and added to emphasize some channels. Good. Further, the present invention is not limited to the example of adding to the audio signals of all channels, but may be an example of adding to the audio signals of some channels.

また、LinおよびRinについては、信号Sdが加算された後に、PEQ21にて周波数特性の調整がなされる。PEQ21は、本発明において必須ではないが、高調波成分を強調するために所定帯域のレベルを上昇させるものである。特に、入力信号Sinに非整数倍の成分が入力される場合、LPF15およびHPF16の通過帯域内にも高調波の非整数倍成分が残り、不要な歪み音として含まれる可能性がある。この場合、歪み音を目立たせないように信号Sdのレベルを下げる必要がある。そこで、PEQ21で、所定周波数成分のレベルを上昇させる(または他の帯域を下げる)ことにより、高調波成分を強調するように周波数特性を調整する。ただし、高調波発生部14に入力される信号Saが単一周波数成分であれば必要ない処理であるため、例えば単一周波数成分検出部を設け、単一周波数成分が入力された場合には、信号Sdのレベル制御およびPEQの機能を停止するようにしてもよい。   For Lin and Rin, after the signal Sd is added, the frequency characteristics are adjusted by the PEQ 21. The PEQ 21 is not essential in the present invention, but increases the level of a predetermined band in order to emphasize harmonic components. In particular, when a non-integer multiple component is input to the input signal Sin, a non-integer multiple component of harmonics may remain in the passbands of the LPF 15 and the HPF 16 and may be included as unnecessary distortion sound. In this case, it is necessary to lower the level of the signal Sd so that the distorted sound does not stand out. Therefore, the PEQ 21 adjusts the frequency characteristic so as to emphasize the harmonic component by increasing the level of the predetermined frequency component (or lowering the other band). However, if the signal Sa input to the harmonic generation unit 14 is a single frequency component, the processing is not necessary. For example, when a single frequency component detection unit is provided and a single frequency component is input, The level control of the signal Sd and the function of the PEQ may be stopped.

以上の様な手法で高調波成分が加算された場合の信号の変化(時間軸の信号の変化)を図6に示す。同図(A)は、正弦波(一例として50Hz)の信号を示している。この正弦波が信号処理部2に入力信号Sinとして入力された場合の出力信号Soutを同図(B)に示す。同図(B)に示すように、出力信号Soutは、正負非対称となっている。すなわち、奇数次成分に加え、偶数次成分も含まれていることを意味する。よって、本実施形態の信号処理部2によれば、低次から連続した倍音成分を生成することができ、奇数次成分のみ、あるいは偶数次成分のみを生成する態様に比べ、ミッシングファンダメンタルとしての効果をより強調することができる。また、時間軸上の信号のべき乗演算で高調波を生成することができるため、周波数軸上の演算をする必要がなく、リアルタイムに奇数次および偶数次の高調波を生成することができる。なお、信号処理部の能力(DSPやCPUの演算能力)により、聴感上知覚することができる程度の処理遅延が発生する場合、元の信号Sinに遅延処理を行い、時間的なずれを補正してもよい。   FIG. 6 shows signal changes (time-axis signal changes) when harmonic components are added by the above-described method. FIG. 2A shows a sine wave signal (50 Hz as an example). The output signal Sout when this sine wave is input to the signal processing unit 2 as the input signal Sin is shown in FIG. As shown in FIG. 5B, the output signal Sout is asymmetric between positive and negative. That is, it means that even order components are included in addition to odd order components. Therefore, according to the signal processing unit 2 of the present embodiment, it is possible to generate harmonic components that are continuous from the lower order, and the effect as a missing fundamental compared to an aspect in which only odd-order components or only even-order components are generated. Can be emphasized more. In addition, since harmonics can be generated by exponentiation of signals on the time axis, it is not necessary to perform calculations on the frequency axis, and odd-order and even-order harmonics can be generated in real time. In addition, when a processing delay that can be perceived by the auditory sense occurs due to the ability of the signal processing unit (the computing ability of the DSP or CPU), the original signal Sin is subjected to delay processing to correct a time lag. May be.

1…入力部
11…取得部
12…LPF
13…HPF
14…高調波発生部
141…絶対値演算部
142…移動平均演算部
143…ゲイン計算部
144…レベル調整部
145…3乗演算部
146…4乗演算部
147…加算器
15…LPF
16…HPF
17…LPF
18…DRC
182…移動平均演算部
183…ゲイン計算部
184…レベル調整部
19…加算部
2…信号処理部
21…PEQ
3…放音部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Input part 11 ... Acquisition part 12 ... LPF
13 ... HPF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 ... Harmonic wave generation part 141 ... Absolute value calculating part 142 ... Moving average calculating part 143 ... Gain calculating part 144 ... Level adjusting part 145 ... Third power calculating part 146 ... Fourth power calculating part 147 ... Adder 15 ... LPF
16 ... HPF
17 ... LPF
18 ... DRC
182 ... Moving average calculator 183 ... Gain calculator 184 ... Level adjuster 19 ... Adder 2 ... Signal processor 21 ... PEQ
3 ... Sound emission part

Claims (2)

オーディオ信号を入力する入力部と、
前記入力部に入力したオーディオ信号を取得する取得部と、
前記取得部で取得したオーディオ信号にべき乗演算を行うべき乗演算部と、
前記べき乗演算部で演算されたべき乗後の信号を前記入力部に入力したオーディオ信号に加算して出力する加算手段と、
前記取得部で取得したオーディオ信号のレベルを検出するレベル検出部と、
前記べき乗演算部と前記加算手段との間に設けられ、オーディオ信号の低域を抽出して出力する低域抽出部と、
前記低域抽出部の低域抽出機能を有効又は無効とする制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記レベル検出部が検出したオーディオ信号のレベルが所定値以上である場合、前記低域抽出部の低域抽出機能を有効とし、前記レベル検出部が検出したオーディオ信号のレベルが所定値未満である場合、前記低域抽出部の低域抽出機能を無効とする、
信号処理装置。
An input section for inputting an audio signal;
An acquisition unit for acquiring an audio signal input to the input unit;
A power calculation unit that performs a power calculation on the audio signal acquired by the acquisition unit;
Adding means for adding the signal after the power operation calculated by the power operation unit to the audio signal input to the input unit;
A level detection unit for detecting the level of the audio signal acquired by the acquisition unit;
A low-frequency extraction unit that is provided between the power calculation unit and the adding means, and extracts and outputs a low frequency of the audio signal;
A control unit that performs control to enable or disable the low-frequency extraction function of the low-frequency extraction unit; and
With
The control unit enables the low-frequency extraction function of the low-frequency extraction unit when the level of the audio signal detected by the level detection unit is equal to or higher than a predetermined value, and the level of the audio signal detected by the level detection unit is When it is less than a predetermined value, the low frequency extraction function of the low frequency extraction unit is invalidated .
Signal processing device.
前記オーディオ信号は、センタチャンネルを含む複数のチャンネルのオーディオ信号からなり、
前記レベル検出部は、前記センタチャンネルのオーディオ信号のレベルを検出する、
請求項1に記載の信号処理装置。
The audio signal is composed of audio signals of a plurality of channels including a center channel,
The level detection unit detects the level of the audio signal of the center channel;
The signal processing apparatus according to claim 1.
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