JP6063230B2 - 歪み音補正補完装置および歪み音補正補完方法 - Google Patents

Description

本発明は歪み音補正補完装置および歪み音補正補完方法に関し、より詳細には、スピーカより出力される出力信号に生じる歪音を抑制すると共に、音質の向上を図ることが可能な歪み音補正補完装置および歪み音補正補完方法に関する。

従来より、車室内の音響特性を補正するためのさまざまな装置・方法が提案されている。例えば、まず、車室内等のリスニング環境において、運転席などの特定の位置にマイクを設置し、スピーカとマイクとの間の周波数特性の測定を行う。次に、目標応答曲線の許容範囲に入るように、フィルタの周波数設定、振幅設定および帯域設定を最適化することにより、周波数特性を補正する方法等が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２２４１００号公報

しかしながら、前述のような周波数特性の補正を行っても、特定の周波数帯域の補正量が大きい場合に比較的大きな音量で音楽などを出力すると、スピーカの再生能力を超えて歪音が発生し、音質が大きく劣化するおそれがあった。

また、近年では、小型車市場が拡大し、比較的価格の手頃な車の人気が高まっている。小型車に搭載されるパワーアンプやスピーカは、必ずしも再生能力が高いとは言えないことから、音響機器の再生能力がパワーアンプやスピーカの性能により制限されるおそれがあった。このような状況においては、上述したような周波数特性の補正を行っても、アンプやスピーカの再生能力との整合性が取れない場合が生じ得るという問題があった。

例えば、歪音が発生した場合には、音場補正を用いて、該当する帯域（多くの場合には低域）のゲインを下げることにより歪みを抑制できるが、単にゲインを下げるだけでは、低域の出力が低下して、聴感上低域が薄くなってしまうという問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、スピーカ等の特性により特定の周波数で歪みが出やすい場合であっても、該当する周波数における音の歪みを大幅に低減し、音質の向上を図ることが可能な歪み音補正補完装置および歪み音補正補完方法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、本発明に係る歪み音補正補完装置は、出力信号が出力されるスピーカにおいて歪みが発生する周波数を特定周波数とし、前記スピーカより出力される前記出力信号が前記特定周波数において歪みを生じない最大の信号レベルを特定信号レベルとして、前記特定周波数を中央周波数とするピーキングフィルタを用いて、入力信号にフィルタ処理を行うことにより、補正帯域信号を生成する第１フィルタ手段と、該補正帯域信号の振幅の絶対値を算出して最大値検出を行うことにより、前記補正帯域信号の信号レベル検出を行う信号レベル検出手段と、該信号レベル検出手段により検出された信号レベルに基づいて、当該検出された信号レベルに対して前記特定信号レベルを超えた信号レベルの割合を制御信号の値として決定する第１ルックアップテーブル手段と、前記信号レベル検出手段により検出された信号レベルに基づいて、前記特定周波数に基づいて生成される倍音信号を増幅するための補正量を決定する第２ルックアップテーブル手段と、前記補正帯域信号に対して前記制御信号を乗算することにより、補正帯域抽出信号を生成する補正帯域抽出信号生成手段と、前記入力信号より前記補正帯域抽出信号を減算することにより、補正信号を生成する補正信号生成手段と、前記補正帯域抽出信号の絶対値を算出してＤＣ成分をカットすることにより、レベル検出信号を生成するレベル検出信号生成手段と、前記補正帯域抽出信号が負側から正側へと変わるタイミングを検出することにより振幅が１となるインパルス列を前記倍音信号として生成する第１エッジ検出手段と、前記倍音信号に前記レベル検出信号を乗算することにより、当該倍音信号の重み付けを行う第１重み付け手段と、前記第１重み付け手段により重み付けが行われた倍音信号の位相反転を行う第１位相反転手段と、該第１位相反転手段により位相反転された倍音信号に対して、ローパスフィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、前記倍音信号の高域側の信号レベルを抑制するローパスフィルタ手段と、該ローパスフィルタ手段によりフィルタ処理された倍音信号の低域側の信号レベルを抑制するハイパスフィルタ手段と、前記入力信号に基づいて決定される増幅初期値に前記補正量を加算して求められるゲインを、前記ハイパスフィルタ手段によりフィルタ処理された倍音信号に対して乗算することにより、当該倍音信号の増幅を行う第１増幅手段と、該第１増幅手段により増幅された倍音信号に対して、前記第１フィルタ手段で用いられる前記ピーキングフィルタの逆特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、増幅された前記倍音信号における前記特定周波数の信号レベルを抑制して補完信号を生成する第２フィルタ手段と、該補完信号を前記補正信号に加算することにより出力信号を生成する出力信号生成手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る歪み音補正補完装置の歪み音補正補完方法は、出力信号が出力されるスピーカにおいて歪みが発生する周波数を特定周波数とし、前記スピーカより出力される前記出力信号が前記特定周波数において歪みを生じない最大の信号レベルを特定信号レベルとして、前記特定周波数を中央周波数とするピーキングフィルタを用いて、入力信号のフィルタ処理を行うことにより、第１フィルタ手段が補正帯域信号を生成する補正帯域信号生成ステップと、該補正帯域信号の振幅の絶対値を算出して最大値検出を行うことにより、信号レベル検出手段が前記補正帯域信号の信号レベル検出を行う信号レベル検出ステップと、該信号レベル検出ステップにおいて検出された信号レベルに基づいて、第１ルックアップテーブル手段が、検出された前記信号レベルに対して前記特定信号レベルを超えた信号レベルの割合を制御信号の値として決定する制御信号決定ステップと、前記信号レベル検出ステップにおいて検出された信号レベルに基づいて、第２ルックアップテーブル手段が、前記特定周波数に基づいて生成される倍音信号を増幅するための補正量を決定する補正量決定ステップと、前記補正帯域信号に対して前記制御信号を乗算することにより、補正帯域抽出信号生成手段が補正帯域抽出信号を生成する補正帯域抽出信号生成ステップと、前記入力信号より前記補正帯域抽出信号を減算することにより、補正信号生成手段が補正信号を生成する補正信号生成ステップと、前記補正帯域抽出信号の絶対値を算出してＤＣ成分をカットすることにより、レベル検出信号生成手段がレベル検出信号を生成するレベル検出信号生成ステップと、前記補正帯域抽出信号が負側から正側へと変わるタイミングを検出することにより、第１エッジ検出手段が振幅を１とするインパルス列を前記倍音信号として生成する倍音信号生成ステップと、前記倍音信号に前記レベル検出信号を乗算することにより、第１重み付け手段が前記倍音信号の重み付けを行う第１重み付けステップと、第１位相反転手段が、前記第１重み付けステップにおいて重み付けが行われた倍音信号の位相反転を行う第１位相反転ステップと、該第１位相反転ステップにおいて位相反転された倍音信号に対して、ローパスフィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、ローパスフィルタ手段が前記倍音信号の高域側の信号レベルを抑制するローパスフィルタ処理ステップと、ハイパスフィルタ手段が、前記ローパスフィルタ処理ステップにおいてフィルタ処理された倍音信号の低域側の信号レベルを抑制するハイパスフィルタ処理ステップと、前記入力信号に基づいて決定される増幅初期値に前記補正量を加算して求められるゲインを、前記ハイパスフィルタ処理ステップにおいてフィルタ処理された倍音信号に対して乗算することにより、第１増幅手段が当該倍音信号の増幅を行う第１増幅ステップと、該第１増幅ステップにおいて増幅された倍音信号に対して、前記補正帯域信号生成ステップにおいて用いられる前記ピーキングフィルタの逆特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、第２フィルタ手段が増幅された前記倍音信号における前記特定周波数の信号レベルを抑制して補完信号を生成する補完信号生成ステップと、該補完信号を前記補正信号に加算することにより、出力信号生成手段が出力信号を生成する出力信号生成ステップとを備えることを特徴とする。

本発明に係る歪み音補正補完装置および歪み音補正補完方法によれば、スピーカにおいて歪みが発生する周波数（特定周波数）成分を入力信号より抽出することによって、補正帯域信号が生成され、補正帯域信号に対して特定信号レベルを超えた信号レベルの割合が制御信号の値として決定され、倍音信号を増幅するための補正量が決定される。このため、補正帯域信号に制御信号が乗算された補正帯域抽出信号は、入力信号における特定周波数の信号レベルであって、特定信号レベルを超えた信号レベルを示すことになる。従って、入力信号より補正帯域抽出信号を減算することにより生成される補正信号は、特定周波数の信号レベルを歪みが発生しない信号レベルまで低減させた信号となる。

一方で、補正帯域抽出信号に基づいて倍音信号が生成される。生成される倍音信号は、特定周波数を基準として２倍、３倍・・・倍の周波数におけるインパルス列からなる信号である。さらに、生成される倍音信号は、増幅初期値に補正量を加算することにより求められるゲインを乗算することにより増幅されている。ここで、補正量は、入力信号より特定周波数成分が抽出された信号である補正帯域信号の信号レベルに基づいて決定されるため、特定周波数において抑制された信号レベルを補正量に応じて倍音信号で補うことが可能となる。

このため、第２フィルタ手段において特定周波数の信号レベルを抑制した倍音信号（補完信号）と、特定周波数において歪みが発生しないように信号レベルが低減された補正信号とを、出力信号生成手段で加算することにより、歪音を抑制しつつ、倍音信号によって特定周波数における聴感上の音質が補完された出力信号を生成することが可能となる。

さらに、増幅された倍音信号は、ローパスフィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、高域側の倍音信号の信号レベルが抑制されているため、高域側の倍音信号の信号出力による歪音や異音の発生を防止することができる。

また、上記歪み音補正補完装置において、前記ローパスフィルタ手段において用いられる前記ローパスフィルタのカットオフ周波数は、前記第１フィルタ手段において用いられる前記ピーキングフィルタの中央周波数よりも高い周波数に設定されるものであっても良い。

さらに、上記歪み音補正補完装置の歪み音補正補完方法において、前記ローパスフィルタ処理ステップにおいて用いられる前記ローパスフィルタのカットオフ周波数は、前記補正帯域信号生成ステップにおいて用いられる前記ピーキングフィルタの中央周波数よりも高い周波数に設定されるものであっても良い。

このように、本発明に係る歪み音補正補完装置および歪み音補正補完方法では、ローパスフィルタ手段において用いられるローパスフィルタのカットオフ周波数が、第１フィルタ手段において用いられるピーキングフィルタの中央周波数よりも高い周波数に設定される。このため、特定周波数の２倍の周波数における倍音信号の出力や３倍の周波数における倍音信号の出力の抑制を抑えつつ、それ以上の倍数の周波数における倍音信号の出力を段階的に抑制することができる。従って、倍音信号により補完される特定周波数の聴感上の音質を聴取者に十分に知感させることができるとともに、高域側の倍音信号の信号出力によって生じるおそれのある歪音や異音を効果的に防止することが可能になる。

また、上記歪み音補正補完装置において、前記増幅初期値は、前記入力信号のサンプリング周波数と前記特定周波数とに基づいて、
増幅初期値［ｄＢ］
＝２０ｌｏｇ_１０（特定周波数［Ｈｚ］／サンプリング周波数［Ｈｚ］）
により決定されるものであっても良い。

さらに、上記歪み音補正補完装置の歪み音補正補完方法において、前記増幅初期値は、前記入力信号のサンプリング周波数と前記特定周波数とに基づいて、
増幅初期値［ｄＢ］
＝２０ｌｏｇ_１０（特定周波数［Ｈｚ］／サンプリング周波数［Ｈｚ］）
により決定されるものであっても良い。

本発明に係る歪み音補正補完装置および歪み音補正補完方法では、上述した関係式を用いることにより、入力信号のサンプリング周波数と特定周波数とに基づいて増幅初期値を決定する。このようにして増幅初期値を決定することにより、特定周波数に最適な倍音信号の増幅初期値を求めることが可能となる。さらに、この増幅初期値に補正量を加えて増幅手段で倍音信号の増幅処理を行うことにより、入力信号における特定周波数の信号レベル変動に応じた適切な増幅を倍音信号に付加することができ、出力信号における音質の向上を図ることが可能となる。

また、上記歪み音補正補完装置において、前記第１ルックアップテーブル手段において決定される制御信号の値は、検出された信号レベルに対して前記特定信号レベルを超えた信号レベルの割合を示すゲイン係数であって、前記特定信号レベル以下の場合には、ゲイン係数が０に決定され、前記特定信号レベルを超えた場合には、検出された前記信号レベルの増加量に応じてゲイン係数が０より大きい値であって１より小さい値に決定されるものであっても良い。

さらに、上記歪み音補正補完装置の歪み音補正補完方法において、前記制御信号決定ステップにおいて決定される制御信号の値は、検出された信号レベルに対して前記特定信号レベルを超えた信号レベルの割合を示すゲイン係数であって、前記特定信号レベル以下の場合には、ゲイン係数が０に決定され、前記特定信号レベルを超えた場合には、検出された前記信号レベルの増加量に応じてゲイン係数が０より大きい値であって１より小さい値に決定されるものであっても良い。

本発明に係る歪み音補正補完装置および歪み音補正補完方法では、補正帯域信号の信号レベルが特定信号レベル以下の場合には、ゲイン係数の値が０に決定され、特定信号レベルを超えた場合には、ゲイン係数の値が０より大きい値であって１より小さい値に決定される。このため、補正帯域信号の信号レベルが特定信号レベル以下であって、歪みが発生しない場合には、ゲイン係数の値が０となり、補正帯域抽出信号の信号レベルも０となるので、入力信号がそのまま補正信号（補正信号＝入力信号）となっても、出力信号において歪みを生じることがない。

一方で、補正帯域信号の信号レベルが特定信号レベルを超えた場合であって、出力信号から歪みが生じ得る場合には、ゲイン係数が０より大きな値となるので、補正帯域抽出信号は特定信号レベルを超えた信号レベルを示すことになる。このため、入力信号から補正帯域抽出信号を減算した補正信号は、特定信号レベルを超えないように信号レベルが抑制された信号になる。さらに、特定信号レベルを超えた信号レベルに基づいて（補正帯域抽出信号の信号レベルに基づいて）倍音信号の増幅が行われるので、抑制された信号レベルに対応する補正量を用いて倍音信号の増幅を行うことができ、聴感上、抑制された信号レベルを倍音信号で十分に補う（補完する）ことが可能となる。

また、上記歪み音補正補完装置において、前記第２ルックアップテーブル手段において決定される前記補正量は、前記補正帯域信号の信号レベルが前記特定信号レベル以下の場合には０の値となり、前記補正帯域信号の信号レベルが前記特定信号レベルを超えた場合には、前記補正帯域信号の信号レベルから前記特定信号レベルまでの信号レベルの差の値に基づいて決定されるものであっても良い。

さらに、上記歪み音補正補完装置の歪み音補正補完方法において、前記補正量決定ステップにおいて決定される前記補正量は、前記補正帯域信号の信号レベルが前記特定信号レベル以下の場合には０の値となり、前記補正帯域信号の信号レベルが前記特定信号レベルを超えた場合には、前記補正帯域信号の信号レベルから前記特定信号レベルまでの信号レベルの差の値に基づいて決定されるものであっても良い。

本発明に係る歪み音補正補完装置および歪み音補正補完方法では、補正帯域信号の信号レベルが特定信号レベル以下の場合には、補正量の値が０となる。ここで、補正帯域信号の信号レベルが特定信号レベル以下の場合には、出力信号に歪みが生じないため、倍音信号の増幅を行う必要がない。このため、補正量を０に設定することにより不要な増幅処理を抑制することが可能となる。

一方で、補正帯域信号の信号レベルが特定信号レベルを超えた場合には、補正帯域信号の信号レベルから特定信号レベルまでの信号レベルの差の値に基づいて補正量の値が決定される。ここで、補正帯域信号の信号レベルが特定信号レベルを超えた場合には、出力信号において歪みが生じるおそれがある。このため、補正帯域信号の信号レベルから特定信号レベルまでの信号レベルの差の値を補正量として用いて倍音信号の増幅を行うことにより、特定周波数において信号レベルの抑制が行われた補正信号の音質を、倍音信号の増幅で十分に補う（補完する）ことが可能となる。

また、上記歪み音補正補完装置において、前記補正帯域抽出信号が負側から正側へと変わるタイミングを検出することにより生成されるインパルス列から１パルス毎に間引きを行った振幅が１となる信号を１／２倍音信号として生成する第２エッジ検出手段と、該１／２倍音信号に前記レベル検出信号を乗算することにより前記１／２倍音信号の重み付けを行う第２重み付け手段と、該第２重み付け手段により重み付けが行われた１／２倍音信号の位相反転を行う第２位相反転手段と、該第２位相反転手段により位相反転された１／２倍音信号に対して、前記特定周波数の半分の周波数を中心周波数とするピーキングフィルタを用いてフィルタ処理を行うピーキングフィルタ手段と、２０ｌｏｇ_１０（特定周波数［Ｈｚ］／２×入力信号のサンプリング周波数［Ｈｚ］）により求められる１／２倍音用増幅初期値に前記補正量を加算することにより求められるゲインを、前記ピーキングフィルタ手段によりフィルタ処理された１／２倍音信号に対して乗算することにより、当該１／２倍音信号の増幅を行う第２増幅手段と、前記第１増幅手段により増幅処理された倍音信号と、前記第２増幅手段により増幅処理された１／２倍音信号とを加算することにより新たな倍音信号を生成する加算手段とを備え、前記第２フィルタ手段は、前記加算手段により生成された新たな倍音信号に対して、前記第１フィルタ手段で用いられる前記ピーキングフィルタの逆特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、前記新たな倍音信号における前記特定周波数の信号レベルを抑制して補完信号を生成し、前記出力信号生成手段は、該補完信号を前記補正信号に加算することにより出力信号を生成するものであっても良い。

さらに、上記歪み音補正補完装置の歪み音補正補完方法において、前記補正帯域抽出信号が負側から正側へと変わるタイミングを検出することにより生成されるインパルス列から１パルス毎に間引きを行った振幅が１となる信号を、第２エッジ検出手段が１／２倍音信号として生成する１／２倍音信号生成ステップと、第２重み付け手段が、前記１／２倍音信号に前記レベル検出信号を乗算することにより、前記１／２倍音信号の重み付けを行う第２重み付けステップと、該第２重み付けステップにおいて重み付けが行われた１／２倍音信号の位相反転を、第２位相反転手段が行う第２位相反転ステップと、該第２位相反転ステップにおいて位相反転された１／２倍音信号に対して、ピーキングフィルタ手段が、前記特定周波数の半分の周波数を中心周波数とするピーキングフィルタを用いてフィルタ処理を行うピーキングフィルタ処理ステップと、２０ｌｏｇ_１０（特定周波数［Ｈｚ］／２×入力信号のサンプリング周波数［Ｈｚ］）により求められる１／２倍音用増幅初期値に前記補正量を加算することにより求められるゲインを、前記ピーキングフィルタ処理ステップにおいてフィルタ処理された１／２倍音信号に対して乗算することにより、第２増幅手段が当該１／２倍音信号の増幅を行う第２増幅ステップと、前記第１増幅ステップにおいて増幅処理された倍音信号と、前記第２増幅ステップにおいて増幅処理された１／２倍音信号とを加算することにより、加算手段が新たな倍音信号を生成する加算ステップとを備え、前記補完信号生成ステップにおいて、前記第２フィルタ手段は、前記加算手段により生成された新たな倍音信号に対して、前記補正帯域信号生成ステップにおいて用いられる前記ピーキングフィルタの逆特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、前記新たな倍音信号における前記特定周波数の信号レベルを抑制して補完信号を生成し、前記出力信号生成ステップにおいて、前記出力信号生成手段は、該補完信号を前記補正信号に加算することにより出力信号を生成するものであっても良い。

このように、本発明に係る歪み音補正補完装置および歪み音補正補完方法では、倍音信号と１／２倍音信号とを加算して補完信号を生成し、この補完信号を補正信号に加算して出力信号を生成するので、スピーカより出力される出力信号の音質を、倍音信号と１／２倍音信号との相乗効果によってより向上させることが可能となる。

本発明に係る歪み音補正補完装置および歪み音補正補完方法によれば、スピーカにおいて歪みが発生する周波数（特定周波数）成分を入力信号より抽出することによって、補正帯域信号が生成され、補正帯域信号に対して特定信号レベルを超えた信号レベルの割合が制御信号の値として決定され、倍音信号を増幅するための補正量が決定される。このため、補正帯域信号に制御信号が乗算された補正帯域抽出信号は、入力信号における特定周波数の信号レベルであって、特定信号レベルを超えた信号レベルを示すことになる。従って、入力信号より補正帯域抽出信号を減算することにより生成される補正信号は、特定周波数の信号レベルを歪みが発生しない信号レベルまで低減させた信号となる。

一方で、補正帯域抽出信号に基づいて倍音信号が生成される。生成される倍音信号は、特定周波数を基準として２倍、３倍・・・倍の周波数におけるインパルス列からなる信号である。さらに、生成される倍音信号は、増幅初期値に補正量を加算することにより求められるゲインを乗算することにより増幅されている。ここで、補正量は、入力信号より特定周波数成分が抽出された信号である補正帯域信号の信号レベルに基づいて決定されるため、特定周波数において抑制された信号レベルを補正量に応じて倍音信号で補うことが可能となる。

このため、第２フィルタ手段において特定周波数の信号レベルを抑制した倍音信号（補完信号）と、特定周波数において歪みが発生しないように信号レベルが低減された補正信号とを、出力信号生成手段で加算することにより、歪音を抑制しつつ、倍音信号によって特定周波数における聴感上の音質が補完された出力信号を生成することが可能となる。

さらに、増幅された倍音信号は、ローパスフィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、高域側の倍音信号の信号レベルが抑制されているため、高域側の倍音信号の信号出力による歪音や異音の発生を防止することができる。

実施の形態１に係る歪み音補正低域補完装置の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る歪み補正部の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る信号レベル検出部の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る補正ゲイン計算部の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係るゲイン設定部の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る低域補完部の概略構成を示すブロック図である。 （ａ）は、実施の形態１に係る歪み補正部の各機能部のパラメータを示す表１であり、（ｂ）は、実施の形態１に係る低域補完部の各機能部のパラメータを示す表２である。 （ａ）は、実施の形態１において、スピーカの出力信号の入力レベルを変化させた場合に発生する歪み成分の信号レベルを示す図であり、（ｂ）は、実施の形態１に係る歪み補正部の第１フィルタ部のピーキングフィルタのフィルタ特性を示す図である。 （ａ）は、図７の表１のパラメータを第１フィルタ部に設定し、入力信号として正弦波を用いた場合の入力信号の振幅変化を示し、（ｂ）は、（ａ）に示す入力信号において第１フィルタ部より出力される出力信号の振幅変化を示し、（ｃ）は、表１のパラメータを設定して、入力信号として音楽信号を用いた場合の入力信号の振幅変化を示し、（ｄ）は、（ｃ）に示す入力信号において第１フィルタ部より出力される出力信号の振幅変化を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、入力信号として正弦波を用いた場合に、最大値検出部および最大値ホールド部より出力される最大値検出信号および最大値ホールド信号を、リニア表示およびデシベル表示し、（ｃ）（ｄ）は、入力信号として音楽信号を用いた場合に、最大値検出部および最大値ホールド部より出力される最大値検出信号および最大値ホールド信号を、リニア表示およびデシベル表示する図である。 （ａ）は、第１ルックアップテーブル部の変換テーブルを示し、（ｂ）は、第２ルックアップテーブル部の変換テーブルを示す図である。 （ａ）（ｂ）は、入力される信号の信号レベルに応じて、歪み補正部で歪み補正が行われる周波数帯域の補正特性を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、アタックリリースフィルタ部へと入力される最大値ホールド信号と、アタックリリースフィルタ部より出力されるＡＲフィルタ出力信号とを示す図であって、（ａ）（ｂ）は、入力信号が正弦波である場合のリニア表示出力とデシベル表示出力とを示し、（ｃ）（ｄ）は、入力信号が音楽信号である場合のリニア表示出力とデシベル表示出力とを示す図である。 （ａ）（ｃ）は、第１ルックアップテーブル部へ入力されるＡＲフィルタ出力信号と、第１ＬＰＦ部より出力される制御信号とを示し、（ｂ）（ｄ）は、第２ルックアップテーブル部へ入力されるＡＲフィルタ出力信号と、第２ルックアップテーブル部より出力される補正量とを示す図であって、（ａ）（ｂ）は、入力信号が正弦波である場合のリニア表示出力とデシベル表示出力とを示し、（ｃ）（ｄ）は、入力信号が音楽信号である場合のリニア表示出力とデシベル表示出力とを示す図である。 （ａ）（ｃ）は、第２加算部に入力される入力信号を示し、（ｂ）（ｄ）は、第２加算部において求められる補正信号を示す図であって、（ａ）（ｂ）は、入力信号が正弦波である場合を示し、（ｃ）（ｄ）は、入力信号が音楽信号である場合を示す図である。 （ａ）は、入力信号が正弦波である場合の補正帯域抽出信号の振幅変化を示し、（ｂ）は、入力信号が音楽信号である場合の補正帯域抽出信号の振幅変化を示す図である。 （ａ）は、第１ＨＰＦ部および第２ＬＰＦ部のフィルタ特性を示す図であり、（ｂ）は、第３ＬＰＦ部および第２ＨＰＦ部の特性を示す図である。 （ａ）は、入力信号が正弦波である場合の低域用補正帯域抽出信号を示し、（ｂ）は（ａ）に示す低域用補正帯域抽出信号の時間間隔を拡大した図である。 （ａ）は、入力信号が音楽信号である場合の低域用補正帯域抽出信号を示し、（ｂ）は（ａ）に示す低域用補正帯域抽出信号の時間間隔を拡大した図である。 （ａ）（ｂ）は、レベル検出信号生成部から出力されるレベル検出信号とエッジ検出部から出力される倍音信号とを示す図であり、（ａ）は、入力信号が正弦波の場合を示し、（ｂ）は、入力信号が音楽信号の場合を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、特定周波数が抽出された入力信号の周波数特性と、位相反転部で位相反転が行われた倍音信号の周波数特性とを示す図であって、（ａ）は、入力信号が正弦波の場合を示し、（ｂ）は、入力信号が音楽信号の場合を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、増幅処理が行われる前の倍音信号の周波数特性と、増幅処理が行われた後の倍音信号の周波数数特性とを示す図であって、（ａ）は、入力信号が正弦波の場合を示し、（ｂ）は、入力信号が音楽信号の場合を示す図である。 （ａ）（ｃ）は、増幅部における増幅値（増幅初期値＋補正量）をリニア表示で示す図であり、（ｂ）（ｄ）はデシベル表示で示す図であって、（ａ）（ｂ）は入力信号が正弦波の場合を示し、（ｃ）（ｄ）は入力信号が音楽信号の場合を示す図である。 （ａ）は、第２フィルタ部に用いられるピーキングフィルタのフィルタ特性を示す図であり、（ｂ）は、実施の形態２に係るピーキングフィルタ部のフィルタ特性を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、第２フィルタ部によりフィルタ処理された倍音信号の周波数特性を示す図であり、（ａ）は入力信号が正弦波の場合を示し、（ｂ）は入力信号が音楽信号の場合を示す図である。 （ａ）は、実施の形態２に係る歪み音補正低域補完装置の概略構成を示すブロック図であり、（ｂ）は、実施の形態２に係る第２フィルタ部を通過した後の補完信号を示す図である。 実施の形態２に係る低域補完部の概略構成を示すブロック図である。 （ａ）は、レベル検出信号生成部より出力されるレベル検出信号と、倍音信号とを示し、（ｂ）は、レベル検出信号生成部より出力されるレベル検出信号と、１／２倍音信号とを示す図である。 （ａ）は、実施の形態２に係る歪み補正部の各機能部のパラメータを示す表３であり、（ｂ）は、実施の形態２に係る低域補完部の各機能部のパラメータを示す表４である。 （ａ）は、実施の形態２に係る歪み音補正低域補完装置の入力信号を示し、（ｂ）は補正信号を示し、（ｃ）は補正帯域抽出信号を示す図である。 （ａ）は、第２増幅値に基づいて第２増幅部で増幅された１／２倍音信号の周波数特性と、入力信号の周波数特性とを示す図であり、（ｂ）は、実施の形態２における第２フィルタ部のフィルタ特性を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、入力信号として５０［Ｈｚ］および６０［Ｈｚ］の正弦波を用い、歪み補正処理や低域補完処理を行うことなくスピーカより出力された音をマイクで集音した結果を示した周波数特性を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、図３２（ａ）（ｂ）の入力信号の信号レベルを低減させた場合の周波数特性を示す図である。 ２つの特定周波数に対して歪み補正処理・低域補完処理を行う歪み音補正低域補完装置の概略構成を示すブロック図である。 図６に示す低域補完部に対して、第１ＨＰＦ部、第２ＬＰＦ部および第４加算部を省略した低域補完部の概略構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係る歪み音補正補完装置の一例である歪み音補正低域補完装置について、図面を示して詳細に説明する。

［実施の形態１］
図１は、歪み音補正低域補完装置の概略構成を示すブロック図である。歪み音補正低域補完装置１は、図１に示すように、歪み補正部１００と、低域補完部２００と、第１加算部（出力信号生成手段）３００とを備える。

歪み音補正低域補完装置１では、歪み補正部１００において、歪音が発生する周波数帯域（以下、歪音が発生する周波数を、特定周波数とする。）における信号の出力レベルを制限する。さらに、歪み音補正低域補完装置１では、低域補完部２００において、制限された出力レベルを補完するための倍音信号を生成し、第１加算部３００で、出力レベルが制限された信号に倍音信号を合成することにより、歪みを抑えつつ、出力レベルが制限された帯域の音が聴感上十分に認識（感知）できるような出力信号を生成する。

図２は、歪み補正部１００の概略構成を示すブロック図である。歪み補正部１００は、第１フィルタ部（第１フィルタ手段）１０と、信号レベル検出部（信号レベル検出手段）２０と、補正ゲイン計算部３０と、ゲイン設定部４０とを有する。

第１フィルタ部１０は、音源（図示省略）より入力された入力信号の特定周波数の信号だけを通過させるためのフィルタである。実施の形態１に係る第１フィルタ部１０では、後述するように、２次のピーキングフィルタを用いることにより、特定周波数の信号の抽出を行う。特定周波数は、予め車室内においてスピーカの歪みを測定することにより決定される。歪み音補正低域補完装置１では、特定周波数を歪み音補正低域補完装置１における補正帯域として、歪み補正処理および該当する帯域の補完処理を行う。第１フィルタ部１０を通過した信号は補正帯域信号として、信号レベル検出部２０およびゲイン設定部４０へ出力される。

図３は、信号レベル検出部２０の概略構成を示すブロック図である。信号レベル検出部２０は、最大値検出部２１と、最大値ホールド部２２とを有する。最大値検出部２１は、第１フィルタ部１０を通過した信号（補正帯域信号）における振幅の絶対値を検出し、所定時間内の最大値検出を行う役割を有する。最大値検出部２１において最大値の検出が行われた信号は、最大値検出信号として最大値ホールド部２２へ出力される。

最大値ホールド部２２は、最大値検出部２１において検出された最大値（最大値検出信号の検出値）を所定時間だけホールド（維持）する役割を有している。最大値ホールド部２２によりホールドされた信号は最大値ホールド信号として、補正ゲイン計算部３０へ出力される。

図４は、補正ゲイン計算部３０の概略構成を示すブロック図である。補正ゲイン計算部３０は、アタックリリースフィルタ部３１と、第１ルックアップテーブル部（第１ルックアップテーブル手段）３２と、第１ＬＰＦ（Low-pass filter）部３３と、第２ルックアップテーブル部（第２ルックアップテーブル手段）３４とを有する。

アタックリリースフィルタ部３１は、最大値ホールド部２２より入力された最大値ホールド信号に対して、アタック時間とリリース時間とに対応した応答速度になるように、フィルタ処理を行う役割を有する。アタック時間とリリース時間とは予め設定されており、具体的な設定値の例については後述する。アタックリリースフィルタ部３１によりアタック時間とリリース時間とのフィルタ処理が行われた信号（ＡＲフィルタ出力信号）は、第１ルックアップテーブル部３２と第２ルックアップテーブル部３４とのそれぞれに出力される。

第１ルックアップテーブル部３２および第２ルックアップテーブル部３４は、アタックリリースフィルタ部３１より入力された信号のレベル変換を行う役割を有する。第１ルックアップテーブル部３２と第２ルックアップテーブル部３４との具体的な設定内容（変換テーブルの内容）は、補正帯域の信号レベル（詳細には、ＡＲフィルタ出力信号の信号レベル）に基づいて決定される。

第１ルックアップテーブル部３２は、入力された信号の信号レベル（［ｄＢ］の値）に基づいてゲイン係数を求めて、第１ＬＰＦ部３３へ出力する役割を有する。第１ルックアップテーブル部３２に基づいて求められるゲイン係数は、入力された信号（ＡＲフィルタ出力信号）の信号レベルに対して特定信号レベルを超えた信号レベルの割合を示している。ここで、特定信号レベルとは、スピーカより出力される出力信号が特定周波数において歪みを生じない最大の信号レベルを意味する。特定信号レベルは、スピーカより出力される信号の歪みを測定することにより求められるが、その詳細については後述する。

ゲイン係数は、入力された信号（ＡＲフィルタ出力信号）の信号レベルに対して特定信号レベルを超えた信号レベルの割合を示しているため、入力された信号の信号レベルが特定信号レベル以下の場合には、ゲイン係数の値が０に決定され、特定信号レベルを超えた場合には、信号レベルの増加量に応じてゲイン係数の値が０より大きい値であって１より小さい値に決定される。ここで、入力された信号（ＡＲフィルタ出力信号）の信号レベルは実質的に補正帯域信号の信号レベルに該当する。

補正帯域信号の信号レベルが特定信号レベル以下の場合には、後述するゲイン設定部４０において、入力信号から歪みが生じるおそれのある特定周波数の信号レベルを減算しなくても、出力信号において歪みが生じるおそれがない。このため、補正帯域信号の信号レベルが特定信号レベル以下であって、歪みが発生しない場合には、ゲイン係数の値を０に設定することにより、ゲイン設定部４０において入力信号から減算を行う補正帯域抽出信号（後述する図５参照）の信号レベルを０とすることができ、入力信号における特定周波数の信号レベルを不必要に低減（減算）してしまうことを抑制できる。

一方で、補正帯域信号の信号レベルが特定信号レベルを超えた場合には、出力信号から歪みが生じるおそれがある。このため、補正帯域信号の信号レベルが特定信号レベルを超えた場合には、ゲイン係数を０より大きな値にすることによって、後述するゲイン設定部４０の処理において特定信号レベルを超えた信号レベルを、補正帯域抽出信号により求めることが可能となる。このため、ゲイン設定部４０において、入力信号から補正帯域抽出信号を減算することにより、入力信号の特定周波数において歪みが生じるおそれのある信号レベルを低減させること（歪音の補正を行うこと）が可能となり、出力信号における歪みの発生を抑制することが可能となる。

第２ルックアップテーブル部３４は、入力された信号（ＡＲフィルタ出力信号）の信号レベル（［ｄＢ］の値）に基づいて、後述する倍音信号の増幅を行うための補正量を求める役割を有する。ここで、後述するゲイン設定部４０において入力信号から歪みが生じるおそれのある特定周波数の信号レベルを減算して求められる補正信号に対して、倍音信号は、減算された特定周波数の補完を行うために生成される信号である。このため、倍音信号の増幅は、減算された信号レベルに応じて設定され、補正量はその信号レベルに応じて増幅量を調整する役割を有する。この補正量は、第１ルックアップテーブル部３２の設定内容（変換テーブルの内容）を考慮して決定される。このため、ゲイン係数が０から１へと増加するに従って、補正量の値が増加する傾向を示す。

具体的に、第２ルックアップテーブル部３４において決定される補正量は、入力された信号（ＡＲフィルタ出力信号）の信号レベルが特定信号レベル以下の場合には０の値となり、入力された信号（ＡＲフィルタ出力信号）の信号レベルが特定信号レベルを超えた場合には、入力された信号の信号レベルから特定信号レベルまでの信号レベルの差の値に基づいて決定される。ここで、入力された信号（ＡＲフィルタ出力信号）の信号レベルは実質的に補正帯域信号の信号レベルに該当する。

入力された信号の信号レベルが特定信号レベル以下の場合には、補正量の値が０となる。ここで、入力された信号の信号レベルが特定信号レベル以下の場合、つまり、補正帯域信号の信号レベルが特定信号レベル以下の場合には、出力信号に歪みが生じないので、歪みが生じるおそれのある特定周波数の信号レベルを入力信号から減算する必要がなくなる。この場合には、倍音信号を増幅する必要がないので、補正量を０に設定することにより不要な増幅処理を抑制することが可能となる。

一方で、入力された信号の信号レベルが特定信号レベルを超えた場合、つまり、補正帯域信号の信号レベルが特定信号レベルを超えた場合には、超えた信号レベルの量、つまり、補正帯域信号（＝入力される信号）の信号レベルから特定信号レベルまでの信号レベルの差の値に基づいて補正量の値が決定される。ここで、補正帯域信号の信号レベルが特定信号レベルを超えた場合には、出力信号において歪みが生じるおそれがある。このため、補正帯域信号の信号レベルから特定信号レベルまでの信号レベルの差の値を補正量として用いて倍音信号の増幅を行うことにより、特定周波数において信号レベルの抑制がされた補正信号の音質を、倍音信号の増幅で十分に補う（補完する）ことが可能となる。

第１ルックアップテーブル部３２で求められたゲイン係数は、第１ＬＰＦ部３３の低域通過フィルタによって平滑化されて、制御信号としてゲイン設定部４０へ出力される。一方で、第２ルックアップテーブル部３４で求められた補正量は、低域補完部２００へ出力される。

図５は、ゲイン設定部４０の概略構成を示すブロック図である。ゲイン設定部４０は、第１乗算部（補正帯域抽出信号生成手段）４１と、第２加算部（補正信号生成手段）４２とを有する。第１乗算部４１には、第１フィルタ部１０において入力信号から歪みが生じる周波数の抽出が行われた補正帯域信号と、第１ＬＰＦ部３３において平滑化されたゲイン係数が制御信号として入力される。前述したようにゲイン係数は１以下の値であるため、制御信号も１以下の値となる。このため、第１乗算部４１において、補正帯域信号に制御信号を乗算することにより、補正帯域信号において特定信号レベルを超えた信号レベルを示す信号を生成することができる。この信号を補正帯域抽出信号と呼ぶ。

第２加算部４２には、第１乗算部４１により生成された補正帯域抽出信号と、音源（図示省略）によって出力された入力信号とが入力される。第２加算部４２では、入力信号から補正帯域抽出信号を減算することにより補正信号を生成する。ここで、補正帯域抽出信号は、歪みが生じた周波数（特定周波数）の信号であって、特定信号レベルを超えた信号レベルを示す信号である。このため、音源より出力された入力信号から補正帯域抽出信号を減算することにより、入力信号における特定周波数の信号レベルを、歪みが生じない信号レベルまで抑制した信号が生成される。つまり、第２加算部４２より出力される補正信号は、特定周波数において歪みが発生しない入力信号に該当する。第２加算部４２より出力された補正信号は、第１加算部３００へ出力される。

図６は、低域補完部２００の概略構成を示すブロック図である。低域補完部２００は、図６に示すように、第１ＨＰＦ（High-pass filter）部５１と、第２ＬＰＦ部５２と、レベル検出信号生成部（レベル検出信号生成手段）５３と、エッジ検出部（第１エッジ検出手段）５４と、第２乗算部（第１重み付け手段）５５と、位相反転部（第１位相反転手段）５６と、第３ＬＰＦ部（ローパスフィルタ手段）５７と、第２ＨＰＦ部（ハイパスフィルタ手段）５８と、増幅部（第１増幅手段）５９と、第３加算部６０と、第４加算部６１と、第２フィルタ部（第２フィルタ手段）６２とを有する。

ゲイン設定部４０より出力された補正帯域抽出信号は、第１ＨＰＦ部５１と第２ＬＰＦ部５２とに入力される。第１ＨＰＦ部５１および第２ＬＰＦ部５２は、一例として３次のバタワースフィルタにより構成することができる。

第１ＨＰＦ部５１は、入力された信号の高域周波数成分を通過させるフィルタである。第１ＨＰＦ部５１により、補正帯域抽出信号の高域周波数成分が抽出されて高域用補正帯域抽出信号（第１補正帯域抽出信号）として第４加算部６１へ出力される。一方で、第２ＬＰＦ部５２は、入力された信号の低域周波数成分を通過させるフィルタである。第２ＬＰＦ部５２により、補正帯域抽出信号の低域周波数成分が抽出されて低域用補正帯域抽出信号（第２補正帯域抽出信号）として、レベル検出信号生成部５３およびエッジ検出部５４へ出力される。

レベル検出信号生成部５３は、入力された低域用補正帯域抽出信号の絶対値を算出し、ＤＣ成分のカットを行った後に、レベル検出信号として信号を第２乗算部５５へ出力する。一方で、エッジ検出部５４は、入力された低域用補正帯域抽出信号において、信号値が負側から正側に変わる位置（タイミング）を検出し、検出された位置（タイミング）でインパルス出力を設定することにより、インパルス列を生成する。ここで、インパルス列の振幅は１に設定され、生成されたインパルス列を倍音信号と呼ぶ。

第２乗算部５５では、レベル検出信号生成部５３より入力されたレベル検出信号と、エッジ検出部５４より入力された倍音信号との乗算を行う。第２乗算部５５における乗算処理により、倍音信号に対して低域用補正帯域抽出信号の信号レベルに対応する重み付けを付加することが可能となる。

位相反転部５６は、重み付けが行われた倍音信号の位相反転を行う。また、第３ＬＰＦ部５７は、入力された信号の低域周波数成分を通過させるフィルタであり、位相反転された倍音信号にフィルタ処理を施すことにより、倍音信号の上限帯域（高帯域）の信号出力を制限する。一方で、第２ＨＰＦ部５８は、入力された信号の高域周波数成分を通過させるフィルタであり、倍音信号にフィルタ処理を施すことにより、下限帯域（低帯域）の信号出力を制限する。第３ＬＰＦ部５７および第２ＨＰＦ部５８によって、高域および低域において帯域制限を受けた倍音信号は、増幅部５９へ出力される。

なお、実施の形態１においては、第３ＬＰＦ部５７の一例として、５次のバタワースローパスフィルタを用い、第２ＨＰＦ部５８の一例として、３次のバタワースハイパスフィルタを用いる。

増幅部５９では、帯域制限を受けた倍音信号の増幅処理を行う役割を有する。増幅部５９において、倍音信号の振幅値にリニアのゲイン［ｄＢ］が乗算されることにより増幅処理が行われる。増幅部５９で増幅されるゲインは、第３加算部６０において、歪み補正の対象となった入力信号の帯域（周波数）に基づいて設定される増幅初期値に対して、第２ルックアップテーブル部３４で求められた補正量（ゲイン［ｄＢ］）を加えることにより求められる。

第２ルックアップテーブル部３４で求められた補正量は、既に説明したように、補正帯域信号の信号レベルから特定信号レベルまでの信号レベルの差の値に基づいて決定される値である。このため、第２加算部４２において、入力信号から補正帯域抽出信号の信号レベルだけ周波数帯域の信号レベルが低減されても、増幅部５９において、低減された信号レベルに基づいて決定された補正量を増幅初期値に加算して倍音信号に増幅処理を行うことにより、出力信号において抑制された周波数帯域の音が聴感上薄く感じられてしまうことを防止して、十分な音響効果を聴取者に知覚させることが可能となる。増幅初期値の詳しい算出方法などについては、後述する。

増幅部５９において増幅処理が行われた倍音信号は、第４加算部６１へ出力される。第４加算部６１には、第１ＨＰＦ部５１より入力される高域用補正帯域抽出信号（第１補正帯域抽出信号）が入力される。高域用補正帯域抽出信号は、スピーカにおいて歪みが生じ得る周波数（特定周波数）の信号レベルを低減させた信号（補正帯域抽出信号）の高域周波数成分の信号である。第４加算部６１では、高域用補正帯域抽出信号と倍音信号とを加算することにより、スピーカの歪みが生じない信号成分を高域周波数成分に有し、さらに、特定周波数とは異なる周波数に対してその音を聴覚的に認識させることが可能な倍音を有する信号を生成することが可能になる。

次に、高域用補正帯域抽出信号と倍音信号とが加算された信号は、第２フィルタ部６２に入力される。第２フィルタ部６２は、第１フィルタ部１０の逆特性を有するフィルタである。第１フィルタ部１０は、特定周波数の信号の抽出を行うピーキングフィルタであり、このフィルタを用いることにより、スピーカにおいて歪みの生じる周波数（特定周波数）を入力信号より抽出することが可能となっている。一方で、第２フィルタ部６２は、第１フィルタ部１０の逆特性を有するピーキングフィルタである。第２フィルタ部６２で、高域用補正帯域抽出信号と倍音信号とが加算された信号にフィルタ処理を行うことにより、スピーカにおいて歪みが生じる周波数（特定周波数）の信号レベルだけを抑制し、他の周波数帯域（特定周波数以外の帯域）の信号を通過させることが可能となる。

第２フィルタ部６２を通過した信号は補完信号として、第１加算部３００へ出力される。第１加算部３００は、歪み補正部１００のゲイン設定部４０より入力される補正信号と、低域補完部２００の第２フィルタ部６２より入力される補完信号とを加算して出力信号を出力する役割を有する。

ここで、補正信号は、入力信号においてスピーカで歪みが生じないように特定周波数の信号レベルを抑制した信号である。また、補完信号は上述したように、スピーカで歪みが生じる周波数（特定周波数）の信号レベルを抑制した信号であり、特定周波数の音質を他の周波数帯域（特定周波数以外の帯域）の倍音により補完した信号である。このため、第１加算部３００において、補正信号と補完信号とが加算されることにより、入力信号に歪みが生じる周波数成分（特定周波数成分）の信号レベルを歪みが生じないレベルまで低減させつつ、その周波数成分（特定周波数成分）の音を倍音信号によって聴覚的に認識させることが可能な出力信号を生成することが可能となる。

［歪み音補正低域補完装置における具体的な動作説明］
次に、上述した歪み音補正低域補完装置１を用いて、実際に歪み補正処理および低域補完処理を行う場合について説明する。

図７（ａ）は、歪み補正部１００の各機能部で設定されるパラメータ（設定値）の一例を示す表１である。表１に示すパラメータの各設定値は、車室内に設置されるスピーカで発生する歪音に基づいて決定される。

図８（ａ）は、対象となる車室内において、スピーカより出力される信号の入力レベルを−８［ｄＢ］〜０［ｄＢ］へと変化させた場合にスピーカで発生する歪み成分の信号レベル［ｄＢ］を示す図である。図８（ａ）に示すように、スピーカより出力される信号の入力レベルが上がるほど、歪み成分が増加することが確認できる。ここで、入力信号（例えば、正弦波）をスイープさせてマイクで集音し、入力信号から集音された信号を差し引くことで、入力信号（正弦波）以外の余計な信号を求めることができる。このようにして求められた余計な信号は、高調波歪みとノイズとにより構成される。歪み成分の多い帯域を求めることにより補正処理の対象となる帯域（つまり、特定周波数の帯域）を明確にすることが可能となる。図８（ａ）の例では、３５［Ｈｚ］〜４０［Ｈｚ］周辺、具体的には、３６［Ｈｚ］が特定周波数に該当する。さらに、図８（ａ）より明らかなように、３５［Ｈｚ］〜４０［Ｈｚ］において、入力信号の信号レベルを−８［ｄＢ］から０［ｄＢ］へと８［ｄＢ］ほど低減させることにより、スピーカにおける歪みの発生を抑制することが可能となる。従って、図８（ａ）の例では、−８［ｄＢ］が特定信号レベルに該当する。

図８（ｂ）は、歪み補正部１００の第１フィルタ部１０におけるピーキングフィルタのフィルタ特性を示す図である。図８（ｂ）に示すピーキングフィルタでは、上述した図８（ａ）において特定される特定周波数３６［Ｈｚ］に該当する周波数帯域に中心周波数（カットオフ周波数）が設定される。

図９（ａ）は、図７（ａ）の表１に示すパラメータの値を第１フィルタ部１０に設定し、入力信号として正弦波を用いた場合の入力信号の振幅変化を示し、図９（ｂ）は、（ａ）に示す入力信号において第１フィルタ部１０より出力される出力信号の振幅変化を示している。また、図９（ｃ）は、同じ表１に示すパラメータの値を設定し、入力信号として音楽信号を用いた場合の入力信号の振幅変化を示している。図９（ｄ）は、（ｃ）に示す入力信号において第１フィルタ部１０より出力される出力信号の振幅変化を示している。

図９（ｂ）に示す正弦波の出力信号では、第１フィルタ部１０のピーキングフィルタにより、特定周波数だけ抽出されていることが分かり難いが、図９（ｄ）に示す音楽信号の出力信号では、（ｃ）に示す入力信号に比べて全体の振幅が低減されていることから、ピーキングフィルタによって、特定周波数だけ抽出されていると判断できる。

図１０（ａ）（ｂ）は、入力信号として正弦波を用いた場合に、最大値検出部２１および最大値ホールド部２２より出力される信号（最大値検出信号と最大値ホールド信号）をリニア表示（振幅表示）およびデシベル表示（ゲイン表示）した図である。一方で、図１０（ｃ）（ｄ）は、入力信号として音楽信号を用いた場合に、最大値検出部２１および最大値ホールド部２２より出力される信号（最大値検出信号と最大値ホールド信号）をリニア表示（振幅表示）およびデシベル表示（ゲイン表示）した図である。最大値ホールド信号は、最大値ホールド部２２によって、最大値検出部２１により検出された信号の最大値がホールドされた信号となる。

図１１（ａ）は、第１ルックアップテーブル部３２の変換テーブルを示し、図１１（ｂ）は、第２ルックアップテーブル部３４の変換テーブルを示している。図７（ａ）の表１に示す設定値に基づいて、アタックリリースフィルタ部３１でアタックリリース制御が行われた信号（ＡＲフィルタ出力信号）は、第１ルックアップテーブル部３２および第２ルックアップテーブル部３４にそれぞれ入力され、それぞれの変換テーブルに基づいてレベル変換処理が行われる。

図１１（ａ）に示す第１ルックアップテーブル部３２の変換テーブルでは、入力される信号（ＡＲフィルタ出力信号）の信号レベルが−３０［ｄＢ］から−８［ｄＢ］までの間、変換後のゲイン係数が０に設定されている。ここで、図８（ａ）で入力信号の歪み成分に関するグラフを示し説明したように、実施の形態１では、−８［ｄＢ］が特定信号レベルに該当する。このため、入力される信号が特定信号レベル以下の信号レベル、つまり、−３０［ｄＢ］から−８［ｄＢ］までの信号レベルの場合には、スピーカにおいて歪みが生じ難く、変換後のゲイン係数を０に設定しても問題が生じない。

一方で、入力される信号（ＡＲフィルタ出力信号）の信号レベルが、特定信号レベルより大きい信号レベル、つまり−８［ｄＢ］を超えた場合には、スピーカより歪みが生じる。このため、図１１（ａ）に示す変換テーブルでは、入力される信号（ＡＲフィルタ出力信号）の信号レベルが−８［ｄＢ］より大きい値になると、信号レベルの上昇に合わせてゲイン係数が増加する設定となっている。

つまり、特定周波数（第１フィルタ部１０において抽出された周波数）の信号レベルが、設定した閾値（特定信号レベル：実施の形態１では、信号レベルが−８［ｄＢ］）以下の場合には、ゲイン係数を０に設定して実質的に信号レベルの補正を行わず、設定した閾値（特定信号レベル）を超える場合には、閾値を超えた信号レベルの値に応じて信号レベルを低減させるようなゲイン係数の設定を行う。実施の形態１では、図１１（ａ）に示すように、入力される信号レベルが−８［ｄＢ］を超える場合には、入力される信号レベルが−８［ｄＢ］から０［ｄＢ］に上昇するに応じて、ゲイン係数が０から０．６へと上昇する。ゲイン係数は第１ＬＰＦ部３３を経て制御信号として出力される。その後、第１乗算部４１において、制御信号（ゲイン係数）と補正帯域信号とが乗算された信号（補正帯域抽出信号）を入力信号から減算することによって、特定周波数で歪みが生じる信号の抑制が行われた補正信号が生成される。

一方で、図１１（ｂ）に示す第２ルックアップテーブル部３４の変換テーブルでは、入力される信号の信号レベルが−３０［ｄＢ］から−８［ｄＢ］までの間、第１ルックアップテーブル部３２と同様に、変換後の補正量（ゲイン）が０に設定されている。この−３０［ｄＢ］から−８［ｄＢ］までの間は、図８（ａ）で入力信号の歪み成分に関するグラフを示し説明したように、スピーカで歪みが生じ難い。一方で、入力される信号の信号レベルが−８［ｄＢ］を超える場合には、信号レベルが上昇するのに比例するようにして、補正量（ゲイン）が増加するように変換テーブルが設定されている。図１１（ｂ）に示すように、入力される信号レベルが−８［ｄＢ］を超える場合には、入力される信号レベルが−８［ｄＢ］から０［ｄＢ］へ上昇するのに比例して、補正量が０［ｄＢ］から８［ｄＢ］へと上昇する。

ここで、第１ルックアップテーブル部３２の変換テーブルと、第２ルックアップテーブル部３４の変換テーブルとを比較する。両方の変換テーブルともに、入力される信号（ＡＲフィルタ出力信号）の信号レベルが−３０［ｄＢ］から−８［ｄＢ］までの間、変換テーブルによるレベル変換後の値が０に設定され、積極的な補正を行わない点で共通する。つまり、−３０［ｄＢ］〜−８［ｄＢ］においては、レベル変換の出力が、それぞれゲイン係数０と補正量（補正用のゲイン）０［ｄＢ］となる。一方で、入力される信号の信号レベルが−８［ｄＢ］を超える場合には、第１ルックアップテーブル部３２の変換テーブルのゲイン係数も、第２ルックアップテーブル部３４における変換テーブルの補正量（ゲイン）も、信号レベルに応じて増加するが、その増加量が異なる。例えば、入力される信号（ＡＲフィルタ出力信号）の信号レベルが０［ｄＢ］の場合、第１ルックアップテーブル部３２のゲイン係数は０．６となるが、第２ルックアップテーブル部３４の補正量は８［ｄＢ］となる。しかしながら、ゲイン係数０．６と補正量８［ｄＢ］とは、値が異なっていても、互いに同じだけ信号レベルを補正することが可能となる値である。

一般に、音圧を計算する一般式は下記で示すことができる。
ＳＰＬ＝２０ｌｏｇ_１０（ｐ_１／ｐ_０） ・・・式１
ここで、ＳＰＬは、音圧レベル［ｄＢ（デシベル）］、ｐ_１は、音圧［Ｐａ（パスカル）］、ｐ_０は基準音圧（＝２０×１０^−６［Ｐａ］）を示す。
このように音圧レベル（ＳＰＬ）は、音圧の大きさ（パスカル）を基準とする値との比の常用対数によって表される。

基準音圧ｐ_０を基準値１として、フルスケール０［ｄＢ］の入力信号（最大振幅値は１）を０．４倍にすると音圧が音圧レベル［ｄＢ］でどの程度の値になるかを考える。
音圧比０．４のＳＰＬは、式１より、
ＳＰＬ＝２０ｌｏｇ_１０（０．４／１）
＝−７．９５８８００１７［ｄＢ］となる。

ここで、上述したように、入力される信号の信号レベルが０［ｄＢ］の場合のゲイン係数は、図１１（ａ）では０．６となっている。このゲイン係数は、第１乗算部４１において、補正帯域信号と乗算されて補正帯域抽出信号となり、この補正帯域抽出信号は音源からの入力信号を減算することになるので、入力信号の最大振幅値を１（基準値＝１）とすると、補正帯域抽出信号は、入力信号に対して最大振幅値が０．６となり、さらに、入力信号から補正帯域抽出信号が減算された補正信号の最大振幅値は０．４となる。従って、補正信号の最大振幅値０．４は、上述した式により、−８［ｄＢ］だけ入力信号に対して信号レベルが減算（補正）された信号に該当することになり、この−８［ｄＢ］は、入力される信号が０［ｄＢ］の場合に、第２ルックアップテーブル部３４の変換テーブルの補正量（ゲイン）の値８［ｄＢ］に対応する。

つまり、第１ルックアップテーブル部３２の変換テーブルで求められるゲイン係数と、第２ルックアップテーブル部３４の変換テーブルで求められる補正量とは、互いに同じゲイン（レベル）だけ信号レベルを補正することを目的として設定された値となる。

また、式１において基準音圧ｐ_０を基準値１とすることにより、上述のように、基準音圧ｐ_０を無視することができるので、式１は、
ｐ_１＝１０^SPL/20 ・・・式２
と示すことが可能となる。

また、この式２に基づいて考えると、第１ルックアップテーブル部３２の変換テーブルで求められるゲイン係数は、入力信号から減算を行うための制御信号であるため、
ｐ_１'＝１−１０^SPL/20 ・・・式３
として示すことが可能となる。この式３では、フルスケール０［ｄＢ］における最大振幅値を１として示す。

例えば、入力される信号の信号レベルが−３［ｄＢ］のときゲイン係数は、図１１（ａ）に示す第１ルックアップテーブル部３２の変換テーブルに基づいて０．４３７７となる。ゲイン係数が０．４３７７の場合の音圧レベルＳＰＬ［ｄＢ（デシベル）］は、式３から−５．０００６［ｄＢ］として求められる。一方で、図１１（ｂ）に示す第２ルックアップテーブル部３４の変換テーブルに基づいて、入力される信号の信号レベルが−３［ｄＢ］のとき補正量を求めると、５［ｄＢ］となり、式３から求められる−５［ｄＢ］に対応する補正量となる。なお、図１２（ａ）（ｂ）は、入力される信号の信号レベルに応じて、歪み補正部１００で歪み補正が行われる周波数帯域の補正特性を示す図である。図１２（ａ）（ｂ）に示すように、スピーカで歪みが生じる周波数である特定周波数（３６Ｈｚ）において補正が行われ、さらに、−８［ｄＢ］以上の信号レベルに対しては、特定周波数の信号レベルが−８［ｄＢ］以下になるようにゲインの抑制が行われている。

図１３（ａ）〜（ｄ）は、最大値ホールド部２２よりアタックリリースフィルタ部３１へと入力される最大値ホールド信号と、アタックリリースフィルタ部３１より出力されるＡＲフィルタ出力信号とを示す図である。なお、図１３（ａ）（ｂ）は、入力信号が正弦波の場合における各信号（最大値ホールド信号とＡＲフィルタ出力信号）のリニア表示出力（図１３（ａ））とデシベル表示出力（図１３（ｂ））とを示し、図１３（ｃ）（ｄ）は、入力信号が音楽信号の場合における各信号（最大値ホールド信号とＡＲフィルタ出力信号）のリニア表示出力（図１３（ｃ））とデシベル表示出力（図１３（ｄ））とを示している。

アタックリリースフィルタ部３１において、最大値ホールド信号に対してアタックリリースフィルタ処理が施されるため、出力される信号（ＡＲフィルタ出力信号）が平滑化されていることが分かる。アタックリリースフィルタ部３１で設定されるアタック時間とリリース時間との値を大きくすることによって、平滑化される度合いを大きくすることができる。このように、アタックリリースフィルタ部３１におけるアタックリリースフィルタのパラメータを調整することにより、出力される信号（ＡＲフィルタ出力信号）の平滑化の度合いを調整することが可能となる。

図１４（ａ）（ｃ）は、アタックリリースフィルタ部３１より第１ルックアップテーブル部３２へ入力されるＡＲフィルタ出力信号と、第１ルックアップテーブル部３２を経て第１ＬＰＦ部３３より出力される制御信号とを示し、図１４（ｂ）（ｄ）は、アタックリリースフィルタ部３１より第２ルックアップテーブル部３４へ入力されるＡＲフィルタ出力信号と、第２ルックアップテーブル部３４より出力される補正量とを示す図である。なお、図１４（ａ）（ｂ）は、入力信号が正弦波の場合における各信号（ＡＲフィルタ出力信号と制御信号と補正量）のリニア表示出力（図１４（ａ））とデシベル表示出力（図１４（ｂ））とを示し、図１４（ｃ）（ｄ）は、入力信号が音楽信号の場合における各信号のリニア表示出力（図１４（ｃ））とデシベル表示出力（図１４（ｄ））とを示している。

また、図１５（ａ）（ｃ）は、第２加算部４２に入力される入力信号を示し、図１５（ｂ）（ｄ）は、入力信号から補正帯域抽出信号を減算することにより求められる補正信号を示す。なお、図１５（ａ）（ｂ）は、入力信号が正弦波の場合における各信号（入力信号と補正信号）の振幅変化を示し、図１５（ｃ）（ｄ）は、入力信号が音楽信号の場合における各信号（入力信号と補正信号）の振幅変化を示している。

図１５（ａ）に示す正弦波の図では、入力信号の最大振幅値が１（フルスケール）の場合が示されている。図１５（ｂ）より求められる補正信号の最大振幅値（ゲイン係数）は、０．４（約−８［ｄＢ］に相当）となっていることから、歪み補正部１００において、入力信号の信号レベルが８［ｄＢ］だけ抑制（補正）されたことを確認できる。なお、図１６（ａ）には、入力信号が正弦波の場合における補正帯域抽出信号の振幅変化が示されている。この補正帯域抽出信号の振幅値は、入力信号の最大振幅値を１とすると、０．６となって示されている。

また、図１５（ｃ）（ｄ）では入力信号が音楽信号の場合を示しているが、音楽信号の場合には、特定周波数の信号レベルだけが抑制されても全体の抑制量が振幅値に現れ難い傾向がある。このため図１５（ｄ）の補正信号は、図１５（ｂ）の補正信号ほど最大振幅値が減少していないように感じるが、図１５（ｃ）で示される入力信号と比較を行うことにより、振幅値が減少していることを確認できる。図１６（ｂ）は、入力信号が音楽信号の場合における補正帯域抽出信号の振幅変化が示されている。この補正帯域抽出信号も、音楽信号の場合の振幅変化が正弦波に比べて、小さく示されている。

図１６（ａ）（ｂ）に示される補正帯域抽出信号と、図１４（ｂ）（ｄ）に示される補正量とが、歪み補正部１００から低域補完部２００へ出力されて、低域補完部２００において倍音信号が生成される。

図７（ｂ）は、低域補完部２００の各機能部で設定されるパラメータ（設定値）を示す表２である。表２に示すパラメータの各設定値は、スピーカで発生する歪音に基づいて決定される。

図１７（ａ）は、第１ＨＰＦ部５１および第２ＬＰＦ部５２のフィルタ特性を示す図である。歪み補正部１００より入力される補正帯域抽出信号は、図１７（ａ）に示すフィルタ特性を備えた第１ＨＰＦ部５１によって高域周波数が抽出されて高域用補正帯域抽出信号（第１補正帯域抽出信号）が生成され、第２ＬＰＦ部５２によって低域周波数が抽出されて低域用補正帯域抽出信号（第２補正帯域抽出信号）が生成される。図１８（ａ）は、入力信号が正弦波である場合の低域用補正帯域抽出信号を示し、図１８（ｂ）は（ａ）に示す低域用補正帯域抽出信号の時間間隔を拡大した図である。また、図１９（ａ）は、入力信号が音楽信号である場合の低域用補正帯域抽出信号を示し、図１９（ｂ）は（ａ）に示す低域用補正帯域抽出信号の時間間隔を拡大した図である。

第２ＬＰＦ部５２より出力される低域用補正帯域抽出信号は、レベル検出信号生成部５３およびエッジ検出部５４へ出力される。図２０（ａ）および図２０（ｂ）は、レベル検出信号生成部５３から出力されるレベル検出信号とエッジ検出部５４から出力される倍音信号とを示す図である。図２０（ａ）は、入力信号が正弦波の場合を示し、図２０（ｂ）は、入力信号が音楽信号の場合を示している。

実施の形態１に係るレベル検出信号生成部５３では、ＤＣ成分の除去のために、１次のバタワースフィルタが用いられており、カットオフ周波数として２０［Ｈｚ］が設定されている（図７（ｂ）に示す表２参照）。また、エッジ検出部５４では、入力された低域用補正帯域抽出信号において負側から正側に変化する位置を検出して、その位置のインパルス列を生成する。なお、図２０（ａ）（ｂ）において、レベル検出信号は、ＤＣ成分の除去に伴って信号レベルがインパルス列の位置において負側にオフセットされた状態で示されている。インパルス列の位置における負側のオフセット量が、検出された低域信号の信号レベルである。

その後、第２乗算部５５でインパルス列に低域信号の信号レベルに応じた重み付けが行われ、さらに、位相反転部５６で倍音信号の位相反転が行われる。図２１（ａ）（ｂ）は、第１フィルタ部１０において特定周波数が抽出された入力信号の周波数特性と、第２乗算部５５で重み付けが行われ、さらに位相反転部５６で位相反転が行われた後の倍音信号の周波数特性とを示す図である。なお、図２１（ａ）は、入力信号が正弦波の場合を示し、図２１（ｂ）は、入力信号が音楽信号の場合を示している。

図２１（ａ）に示すように、入力信号では、特定周波数３６［Ｈｚ］のゲイン（信号レベル）だけが高い値となっているが、倍音信号では、３６［Ｈｚ］だけでなく、７２［Ｈｚ］，１０８［Ｈｚ］，１４４［Ｈｚ］・・・のように、３６［Ｈｚ］の倍数の周波数のゲイン（信号レベル）が全て同一のレベル（ゲイン）の値を示している。図２１（ａ）では、倍音信号のゲインは入力信号のゲインに比べて小さい状態となっている。これは、倍音信号において正弦波の１周期毎のパルスを抽出したため、図２１（ａ）に示す倍音信号では、１周期の正弦波に対して１サンプル分のレベル（エネルギー）［ｄＢ］のみが示されているためである。一方で、図２１（ａ）に示す入力信号の信号レベルは、正弦波の１周期分のレベル（エネルギー）［ｄＢ］が示されている。このため、入力信号の信号レベルは倍音信号の信号レベルに比べて約６０［ｄＢ］程度の信号レベル（ゲイン）差があり、この差分を増幅部５９で増幅させる必要が生じる。

３６［Ｈｚ］の正弦波の１周期は、１２２５サンプルであるため（＝４４１００［Ｈｚ］（サンプリング周波数）÷３６［Ｈｚ］）、３６［Ｈｚ］の正弦波に対して、１サンプル分のレベル（エネルギー）は、
２０×ｌｏｇ_１０（１／１２２５）＝−６１．７６２７［ｄＢ］
となる。つまり、約６１［ｄＢ］分だけ増幅させる必要が生じる。このため、増幅部５９で増幅を行うにあたって、増幅初期値として６１［ｄＢ］（図７（ｂ）の表２参照）が設定される。さらに、増幅初期値に歪み補正部１００で求められた補正量を加えた値を用いて、増幅部５９で倍音信号の増幅が行われる。なお、実施の形態１に係る補正量は、図１１（ｂ）を示し説明したように、第２ルックアップテーブル部３４によって、０［ｄＢ］から８［ｄＢ］の値が設定される。

図１７（ｂ）は、図７（ｂ）に示す表２で設定されたカットオフ周波数を備えた、第３ＬＰＦ部５７および第２ＨＰＦ部５８の帯域制限フィルタの特性を示す図である。位相反転された倍音信号は、図１７（ｂ）に示すフィルタ特性を備えた第３ＬＰＦ部５７および第２ＨＰＦ部５８で帯域制限が行われた後に、増幅部５９へ出力される。

ここで、第３ＬＰＦ部５７で設定されるカットオフ周波数は、第１フィルタ部１０において用いられるピーキングフィルタの中央周波数よりも高い周波数に設定されている。具体的に、第３ＬＰＦ部５７で設定されるカットオフ周波数が７０［Ｈｚ］であるのに対して、第１フィルタ部１０において設定される中央周波数は、３６［Ｈｚ］である。このように、第３ＬＰＦ部５７のカットオフ周波数を、第１フィルタ部１０中央周波数よりも高い周波数に設定することによって、特定周波数（３６［Ｈｚ］）の２倍の周波数における倍音信号の出力や３倍の周波数における倍音信号の出力の抑制を抑えつつ、それ以上の倍数の周波数の倍音信号の出力を段階的に抑制することができる。このため、高域側の倍音信号の信号出力によって生じるおそれのある歪音や異音を効果的に防止することが可能になる。

図２２（ａ）（ｂ）は、増幅部５９に入力される倍音信号（増幅処理が行われる前の倍音信号）の周波数特性と、増幅部５９で増幅処理が行われた後の倍音信号の周波数数特性とを示す図である。なお、図２２（ａ）は、入力信号が正弦波の場合を示し、図２２（ｂ）は、入力信号が音楽信号の場合を示している。図２２（ａ）（ｂ）に示すように、増幅部５９により倍音信号の信号レベルが増幅されることが分かる。

また、図２３（ａ）（ｃ）は、増幅部５９における増幅値（増幅初期値＋補正量）をリニア表示した図であり、図２３（ｂ）（ｄ）はデシベル表示した図である。なお、図２３（ａ）（ｂ）は入力信号が正弦波の場合を示し、図２３（ｃ）（ｄ）は入力信号が音楽信号の場合を示している。図２３（ｂ）（ｄ）のデシベル表示を参照すると、実施の形態１の増幅初期値である６１［ｄＢ］を基準として、増幅値が、補正量（０［ｄＢ］〜８［ｄＢ］）が加算された値の範囲内、つまり、６１［ｄＢ］〜６９［ｄＢ］の範囲で変化している。

ところで、増幅された倍音信号には、図２２（ａ）（ｂ）より明らかなように、特定周波数である３６［Ｈｚ］に信号出力が含まれている。このため、増幅された倍音信号をそのまま補正信号に加えると、歪みが生じる３６［Ｈｚ］の信号レベルも増強されてしまい、最終的な出力信号に歪みが発生してしまう。このため、第２フィルタ部６２では、特定周波数の倍音信号の出力を遮断するために、第１フィルタ部１０で用いた特定周波数のピーキングフィルタの逆特性を備えたフィルタを用いて、特定周波数の信号出力を抑制する。

図２４（ａ）は、第２フィルタ部６２に用いられるピーキングフィルタの逆特性のフィルタ特性を示し、このフィルタを増幅された倍音信号に適用することにより特定周波数３６［Ｈｚ］の出力を抑制した倍音信号を生成することができる。図２５（ａ）（ｂ）は、第２フィルタ部６２によりフィルタ処理された倍音信号の周波数特性を示している。なお、図２５（ａ）は入力信号が正弦波の場合を示し、図２５（ｂ）は入力信号が音楽信号の場合を示している。図２５（ａ）（ｂ）に示す倍音信号の周波数特性より明らかなように、図２２（ａ）（ｂ）に示す増幅した倍音信号に比べて、フィルタ処理した倍音信号では、３６［Ｈｚ］の信号出力が抑制されていることが分かる。

このようにして特定周波数の信号出力を抑制しつつ、特定周波数を基準とする倍音信号を生成することにより補完信号を生成する。そして、第１加算部３００において、特定周波数の信号レベルが抑制された補正信号に対して、特定周波数の信号出力を抑制した倍音からなる補完信号を加算することにより、特定周波数の信号レベルをスピーカで歪みが生じないレベルまで抑制された信号（歪みの補正が行われた信号）であって、特定周波数の音質を聴感上認識できるように、倍音信号で低域補完が行われた信号が、歪み音補正低域補完装置１より出力信号として出力される。

このため、出力信号は、スピーカの再生時における歪音や異音の発生を補正により抑えることができる。また、補正により抑えられて聴感上薄く感じる帯域（低域）に関しては、特定周波数においては影響のない他の帯域に係る倍音を生成することで十分な補完を行うことが可能となる。また、歪み音補正低域補完装置１では、音源からの入力信号に応じて、歪み補正処理および低域補完処理を行うことができるため、歪みのレベルに応じた補完信号を生成し、違和感のない音を聴取者に知覚させることが可能になる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、歪みが生じる周波数（特定周波数）において音源からの入力信号の信号レベルを低減させると共に、特定周波数を基本とする倍音信号を生成することによって、スピーカからの歪みを抑制しつつ、聴感上、抑制された特定周波数の音を倍音信号で知覚させる方法について説明した。しかしながら、抑制された特定周波数の音を補完する方法は、必ずしも倍音信号だけに限定されるものではなく、倍音信号に対して、さらに１／２倍音信号を付加した新たな倍音信号を生成する方法を用いることも可能である。実施の形態２では、倍音信号と１／２倍音信号とを用いることにより、聴感上の補完を行う場合について説明する。なお、実施の形態２の歪み音補正低域補完装置において、実施の形態１で説明した内容と同様の構成・機能を備える部分については、同一符号を用いて説明を行うと共に、その構成・機能に関する詳細な説明は省略する。

図２６（ａ）は、実施の形態２に係る歪み音補正低域補完装置の概略構成を示すブロック図である。歪み音補正低域補完装置２は、歪み補正部１００と、低域補完部２１０と、第１加算部３００とを有する。歪み補正部１００および第１加算部３００は、実施の形態１において説明した歪み補正部１００および第１加算部３００と同じ構成・機能を備える。

図２７は、低域補完部２１０の概略構成を示すブロック図である。低域補完部２１０は、第１ＨＰＦ部５１と、第２ＬＰＦ部５２と、レベル検出信号生成部（レベル検出信号生成手段）５３と、第１エッジ検出部（第１エッジ検出手段）５４ａと、第２乗算部（第１重み付け手段）５５と、第１位相反転部（第１位相反転手段）５６ａと、第３ＬＰＦ部（ローパスフィルタ手段）５７と、第２ＨＰＦ部（ハイパスフィルタ手段）５８と、第１増幅部（第１増幅手段）５９ａと、第３加算部６０と、第４加算部（加算手段）６１と、第２フィルタ部（第２フィルタ手段）６２と、第２エッジ検出部（第２エッジ検出手段）７１と、第３乗算部７２（第２重み付け手段）と、第２位相反転部（第２位相反転手段）７３と、ピーキングフィルタ部（ピーキングフィルタ手段）７４と、第２増幅部（第２増幅手段）７５とを備える。

なお、低域補完部２１０の第１ＨＰＦ部５１と、第２ＬＰＦ部５２と、レベル検出信号生成部５３と、第２乗算部５５と、第３ＬＰＦ部５７と、第２ＨＰＦ部５８と、第３加算部６０と、第４加算部６１と、第２フィルタ部６２とは、実施の形態１の歪み音補正低域補完装置１における低域補完部２００の各機能部と同じである。また、第１エッジ検出部５４ａは、実施の形態１のエッジ検出部５４に該当し、第１位相反転部５６ａは、実施の形態１の位相反転部５６に該当し、第１増幅部５９ａは、実施の形態１の増幅部５９に該当する。これらの機能部については、既に説明したので詳細な説明を省略する。さらに、第３乗算部７２は、第２乗算部５５と同じ構成であって、同一の機能を有し、また第２位相反転部７３および第２増幅部７５も、位相反転部５６および増幅部５９と同一構成であって、同一の機能を有するものであるため、説明を省略する。

第２エッジ検出部７１は、入力された低域用補正帯域抽出信号において、信号値が負側から正側に変わる位置（タイミング）を検出し、検出された位置（タイミング）において、１パルスずつ間引いた信号からなるインパルス列を生成する。ここで、インパルス列の振幅は１に設定され、生成されたインパルス列を、１／２倍音信号と呼ぶ。つまり、１／２倍音信号は、第１エッジ検出部５４ａから出力されるインパルス列（倍音）から１パルスずつ間引かれた信号となる。１パルスずつ間引くことによって、１／２倍音信号は周期が２倍となり、周波数が半分となる。

図２８（ａ）は、レベル検出信号生成部５３より出力されるレベル検出信号と、倍音信号とを示す図であり、図２８（ｂ）は、レベル検出信号生成部５３より出力されるレベル検出信号と、１／２倍音信号とを示す図である。図２８（ａ）（ｂ）より明らかなように、倍音信号のインパルス列に対して、１／２倍音信号のインパルス列は、１パルスずつ間引きが行われた状態となっている。

ピーキングフィルタ部７４は、生成した１／２倍音信号に対する帯域制限を施すフィルタである。図２４（ｂ）に、ピーキングフィルタ部７４のフィルタ特性の一例を示す。なお、実施の形態２では、音源信号として１００［Ｈｚ］の正弦波が用いられる場合を一例として用いる。また、歪み音補正低域補完装置２の歪み補正部１００では、図２９（ａ）に示す表３に基づいて各機能部の設定が行われ、低域補完部２１０では、図２９（ｂ）に示す表４に基づいて各機能部の設定が行われる。さらに、実施の形態２では、特定周波数を１００［Ｈｚ］に設定する。このため、ピーキングフィルタ部７４では、図２４（ｂ）より明らかなように、特定周波数である１００［Ｈｚ］の１／２の周波数である５０［Ｈｚ］を中心周波数（カットオフ周波数）に設定している。

図３０（ａ）〜（ｃ）は、歪み音補正低域補完装置２における入力信号（図３０（ａ））と、補正信号（図３０（ｂ））と、補正帯域抽出信号（図３０（ｃ））とを示している。実施の形態２における特定信号レベルも−８［ｄＢ］に設定されており、図３０（ａ）〜（ｃ）においても、入力信号の振幅を１として、補正信号の最大振幅値が約０．４の場合が示されており、補正量の−８［ｄＢ］に対応する信号出力だけ補正信号が減衰している状態が示されている。

第２増幅部７５では、ピーキングフィルタ部７４において帯域制限された１／２倍音信号に対して増幅処理を行う。第２増幅部７５における増幅処理は第１増幅部５９ａと同じ処理が行われ、増幅初期値に歪み補正部１００より入力される補正量を加えた値に基づいて増幅されることになる。なお、第１増幅部５９ａにおける増幅初期値と、第２増幅部７５における増幅初期値とは、図２９（ｂ）の表４に示すように値が異なる。

実施の形態２では、特定周波数を１００［Ｈｚ］としているため、倍音信号により補完を行う低域の周波数も１００［Ｈｚ］である。このため、倍音信号の増幅を行う第１増幅部５９ａの増幅初期値は、２０ｌｏｇ_１０（１００［Ｈｚ］／４４１００［Ｈｚ］）＝−５２．８８８８［ｄＢ］となり、約５３［ｄＢ］が増幅初期値として設定される。１／２倍音信号により補完を行う低域の周波数は、１００［Ｈｚ］の１／２の５０［Ｈｚ］である。このため、１／２倍音信号の増幅を行う第２増幅部７５の増幅初期値は、２０ｌｏｇ_１０（５０［Ｈｚ］／４４１００［Ｈｚ］）＝−５８．９０９４［ｄＢ］となり、約５９［ｄＢ］が増幅初期値として設定される。第３加算部６０では、５３［ｄＢ］の値に歪み補正部１００より入力される補正量を加えた値を第１増幅部５９ａ用の増幅値（第１増幅値）として、第１増幅部５９ａへ出力し、５９［ｄＢ］の値に歪み補正部１００より入力される補正量を加えた値を第２増幅部７５用の増幅値（第２増幅値）として、第２増幅部７５へ出力する。図３１（ａ）に、第２増幅値に基づいて第２増幅部７５で増幅された１／２倍音信号の周波数特性と、入力信号（１００［Ｈｚ］の正弦波）の周波数特性とを示す。

第２フィルタ部６２では、第４加算部６１において加算された信号に対して、特定周波数（１００［Ｈｚ］）を除去した倍音および１／２倍音の信号を補完信号として出力する。第２フィルタ部６２は、第１フィルタ部１０のピーキングフィルタの逆特性を有するフィルタであり、特定周波数以外の信号の通過を許容するフィルタである。実施の形態２における第２フィルタ部６２のフィルタ特性を図３１（ｂ）に示し、第２フィルタ部６２を通過した後の補完信号を図２６（ｂ）に示す。図２６（ｂ）から明らかなように、補完信号では、１００［Ｈｚ］（実施の形態２の特定周波数）周辺の信号出力が抑制されている。なお、５０［Ｈｚ］の出力信号が１／２倍音に該当し、２００［Ｈｚ］，３００［Ｈｚ］，４００［Ｈｚ］・・・に示される出力信号が倍音に該当する。

このようにして低域補完部２１０において生成された補完信号と歪み補正部１００において生成された補正信号とを加算して出力信号を生成し、スピーカより出力することにより、スピーカで歪みが生じる特定周波数（実施の形態２では１００［Ｈｚ］）の信号レベルを歪みが生じないレベルまで低減させることができ、さらに、低減された特定周波数の音を、１／２倍音信号と倍音信号とによって補完することができる。このため、生成される出力信号は、聴感上、音質の劣化等を知感させることなく良質の音を出力することが可能となり、さらに、出力信号に１／２倍音信号が付加されるので、倍音信号だけが付加される場合よりもより良い音質での出力が可能となる。

［補正帯域の設定について］
以上、実施の形態１および実施の形態２において、スピーカで歪みの生じ得る周波数を特定周波数として、この特定周波数の信号出力を抑制すると共にその音を補完する方法について説明を行った。

この特定周波数は、スピーカで歪みが生じ得る帯域であるため、スピーカに応じてその帯域を変更する必要が生じる。また、車室内に設けられたスピーカの振動がスピーカ周辺部品や車室内の部品などに伝わり、共振して異音が発生する可能性がある。図３２（ａ）（ｂ）は、それぞれ、入力信号として５０［Ｈｚ］および６０［Ｈｚ］の正弦波を用い、歪み補正処理や低域補完処理を行うことなくスピーカより出力された音をマイクで集音した結果を示す周波数特性である。図３２（ａ）（ｂ）では、スピーカの振動に周辺部分が共振して異音が発生しているため、中高域にかけて強い成分の信号出力が生じていることを確認できる。

一方で、図３３（ａ）（ｂ）は、図３２（ａ）（ｂ）に対して入力信号の信号レベルを低減させた場合の周波数特性を示している。図３３（ａ）（ｂ）より明らかなように、入力信号の信号レベルを低くすることにより、異音の発生を抑えることが可能となる。特に、図３３（ａ）（ｂ）では、図３２（ａ）（ｂ）に示される共振が発生していた中高域成分の異音が効果的に抑制されている。このように、スピーカの特性だけでなく、車両の構造などによっても異音や歪音の発生するため、歪音や異音が発生する帯域を求めて歪み補正処理・低域補完処理を行う必要がある。

図３４は、２つの特定周波数に対して歪み補正処理・低域補完処理を行う歪み音補正低域補完装置３の概略構成を一例として示すブロック図である。歪み音補正低域補完装置３は、歪み補正部１３０と、低域補完部２３０と、第１加算部３００とを備える。２つの周波数帯域で異音や歪音が生じる場合には、それぞれの特定周波数の信号レベルを抑制して歪音・異音の発生を抑制し、さらに、それぞれの特定周波数を基本とする倍音信号等を用いて聴感上の音質補完を行う必要が生じる。このため、歪み補正部１３０では、それぞれの帯域に応じて特定周波数の信号レベルを抑制する機能部が必要になり、低域補完部２３０では、それぞれの帯域に基づいて倍音信号を生成する必要が生じる。

図３４において、歪み補正部１３０の内部に示される［Ａ］と［Ｂ］との機能ブロックは、それぞれの特定周波数に応じて信号出力の抑制を行う機能部を示している。［Ａ］は、一方の特定周波数の歪み補正処理を行う歪み補正部としての機能部を示し、［Ｂ］は、他方の特定周波数の歪み補正処理を行う歪み補正部としての機能部を示している。また、低域補完部２３０の内部に示される［Ａ］の機能ブロックは、一方の特定周波数に基づいて倍音信号の生成を行う機能部を示し、［Ｂ］の機能ブロックは、他方の特定周波数に基づいて倍音信号の生成を行う機能部を示している。

ただし、２つの帯域の補正・補完処理を行う場合であっても、補完を行う特定周波数は低域の帯域であることが望ましい。１５０［Ｈｚ］〜２００［Ｈｚ］以上の帯域を特定周波数に設定すると、補完信号となる倍音信号によって、異音が発生する可能性が生じる。例えば、特定周波数が５００［Ｈｚ］の場合に、この５００［Ｈｚ］に基づいて生成される倍音は、１［ｋＨｚ］、１．５［ｋＨｚ］、２［ｋＨｚ］・・・となり、高域の倍音が生成されるため、出力される出力信号において異音が発生するおそれがある。

また、歪み補正部１３０における補正処理が、［Ａ］と［Ｂ］とで示されるように、２帯域必要となるため、低域補完部２３０における補完処理（倍音生成処理）に必要とされる信号が４信号（［Ａ］および［Ｂ］の歪み補正部１３０における２つの補正帯域抽出信号（補正帯域抽出信号Ａ、補正帯域抽出信号Ｂ）と、２つの制御信号（制御信号Ａ、制御信号Ｂ））となる。

さらに、低域補完部２３０で生成される倍音信号も２帯域分生成されるため、補完信号も２つ（補完信号Ａ、補完信号Ｂ）生成される。このため、歪み音補正低域補完装置３では、２つの補完信号を加算するための第５加算部８１が設けられる。さらに、第５加算部８１において補完信号Ａと補完信号Ｂとが加算された信号は、それぞれの特定周波数の信号が含まれるため、そのまま第１加算部３００で補正信号に加算されると出力信号が歪むおそれがある。このため、歪み音補正低域補完装置３では、第３フィルタ部８２が設けられており、補完信号Ａと補完信号Ｂとが加算された信号から、それぞれの特定周波数の成分を除去するフィルタ処理を行う。つまり、［Ａ］と［Ｂ］とで示される２つ周波数帯域の信号出力が、それぞれ除去される。

なお、第３フィルタ部８２を第５加算部８１の上流側に設置することも可能であるが、その場合には、補完信号Ａの特定周波数の信号出力を除去するためのフィルタ部と、補完信号Ｂの特定周波数の信号出力を除去するためのフィルタ部とをそれぞれ別々に設置してフィルタ処理を行う必要が生じるので、処理が重複し処理負担が増えることになる。このため重複した処理を防ぎ処理負担の軽減を図ることを考えると、第３フィルタ部８２を第５加算部８１の下流側に設置することが好ましい。

また、第３フィルタ部８２を第５加算部８１の上流側に設置すると、［Ａ］の特定周波数と、［Ｂ］の特定周波数との関係によっては、補完信号Ａの特定周波数の信号出力を除去するフィルタ処理と、補完信号Ｂの特定周波数の信号出力を除去するフィルタ処理とをそれぞれ別々に行っても、第５加算部８１の加算処理後に、除去すべき特定周波数の信号が残ってしまうおそれがある。

例えば、［Ａ］の特定周波数が４０［Ｈｚ］付近であり、［Ｂ］の特定周波数が８０［Ｈｚ］付近であるとする。この場合、補完信号Ａの倍音の周波数は、４０［Ｈｚ］，８０［Ｈｚ］，１２０［Ｈｚ］・・・であり、補完信号Ｂの倍音の周波数は、８０［Ｈｚ］，１６０［Ｈｚ］，２４０［Ｈｚ］・・・である。一方の第３フィルタ部８２で、補完信号Ａの特定周波数である４０［Ｈｚ］の信号出力を除去し、他方の第３フィルタ部８２で、補完信号Ｂの特定周波数である８０［Ｈｚ］の信号出力を除去すると、補完信号Ａにおける４０［Ｈｚ］の信号出力と、補完信号Ｂにおける８０［Ｈｚ］の信号出力とは除去されるが、補完信号Ａには、補完信号Ｂの特定周波数である８０［Ｈｚ］の信号出力が含まれたままとなる。このような状態で、第５加算部８１でそれぞれの信号が合成されると、合成された信号の中に、補完信号Ｂの特定周波数である８０［Ｈｚ］の信号出力が含まれたままとなる。

従って、８０［Ｈｚ］の信号出力が含まれた信号（補完信号）を第１加算部３００で補正信号に加算すると、出力信号がスピーカから出力される際に、８０［Ｈｚ］の信号出力に基づいて歪みが発生するおそれがある。このような特定周波数における信号レベルの抑制処理（補正処理）を、より効果的かつ簡単に行うために、第３フィルタ部８２は、第５加算部８１の下流側に設置することが望ましい。

以上、本発明に係る歪み音補正補完装置について、実施の形態１および実施の形態２を一例として示し説明を行ったが、本発明に係る歪み音補正補完装置は、上述した実施の形態１および実施の形態２には限定されない。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得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である。

例えば、実施の形態１では、補正を行う周波数（特定周波数）が３６［Ｈｚ］の場合について説明を行い、実施の形態２では、特定周波数が１００［Ｈｚ］の場合について説明を行った。しかしながら、特定周波数は、スピーカの歪みが生じる帯域に基づいて決定されるものであるため、出力信号が出力されるスピーカに応じて特定周波数を変更する必要がある。

また、特定周波数をスピーカの歪みの生じる帯域に基づいて決定したとしても、その特定周波数においてどの程度ゲインを抑制するかを歪みの大きさなどに基づいて決定する必要がある。実施の形態１および実施の形態２では、低減させるゲイン（特定信号レベル）を−８［ｄＢ］に設定したが、このゲインの設定も、歪みを大きく低減させたい場合には、設定値をマイナス方向に大きくして設定を行い、歪みが少し残っても音質に厚みを持たせたい場合には、設定値をマイナス方向に小さくして設定することが望ましい。

さらに、歪み補正部１００の信号レベル検出部２０において設定される最大値検出部２１の最大値検出値および最大値ホールド部２２の最大値ホールド値は、図７（ａ）、図２９（ａ）に示す値には限定されず、設定値をレベル検出の目的に応じて調整することが可能である。しかしながら、値を大きく設定しすぎると、信号のレベル変動に対応することができなくなるおそれもあるため、値をレベル変動に対応できる程度の値に設定することが望まれる。さらに、設定値が小さすぎると、信号レベル検出部２０における演算処理に負担を掛けすぎるため、装置の演算処理能力に応じて適宜調節を行う必要がある。

また、補正ゲイン計算部３０のアタックリリースフィルタ部３１におけるアタックリリースフィルタは、信号のレベル変動に応じて補正量（補正の程度）を制御するためのパラメータである。このため、緩やかに補正を行う場合には、アタック時間またはリリース時間の一方、あるいは両方を長く設定することが望ましい。素早く補正を行う場合（補正を迅速に行う場合）には、アタック時間またはリリース時間の一方、あるいは両方を短く設定することが望ましい。

例えば、音源からの入力信号が音楽信号の場合には、アタック時間を短く設定し、リリース時間を長く設定することが望ましい。また、補正を行う周波数（特定周波数）の入力信号において信号レベルの変動量が大きい場合には、入力信号の信号レベルが、補正を行うために設定されたゲイン（特定周波数において抑制する信号レベルのゲインであって、実施の形態１、２では−８［ｄＢ］がこのゲインに該当する）以上の場合には、アタック時間を短く設定することにより、信号レベル変動に素早く対応することが可能である。一方で、リリース時間を長く設定することによって、信号レベル変動に対して緩やかに制御を行うことが可能となり、聴感上違和感のない制御を行うことが可能になる。

また、低域補完部２００、２１０において説明した第１ＨＰＦ部５１と第２ＬＰＦ部５２とのカットオフ周波数は、歪み補正部１００の第１フィルタ部１０において設定される中心周波数の値、つまり、特定周波数の値に設定する。第１ＨＰＦ部５１と第２ＬＰＦ部５２は、倍音を生成するための信号を抽出する役割を有する。従って、倍音信号により聴感上感じられる特定周波数の音質をより効果的に発現させるために、第１ＨＰＦ部５１と第２ＬＰＦ部５２とのカットオフ周波数は、特定周波数の値に設定する必要が生じる。例えば、実施の形態１では、第１ＨＰＦ部５１および第２ＬＰＦ部５２のカットオフ周波数として、特定周波数に該当する３６［Ｈｚ］が設定され、実施の形態２では、第１ＨＰＦ部５１および第２ＬＰＦ部５２のカットオフ周波数として、特定周波数に該当する１００［Ｈｚ］が設定される。

一方で、低域補完部２００、２１０における第３ＬＰＦ部５７および第２ＨＰＦ部５８は、倍音信号に対する帯域制限フィルタである。このため、第３ＬＰＦ部５７および第２ＨＰＦ部５８のカットオフ周波数は、倍音の効果を低減させることなくより効果的になるように設定する必要がある。

一般的に、第３ＬＰＦ部５７のカットオフ周波数は、第２ＬＰＦ部５２のカットオフ周波数よりも大きな値に設定する。実施の形態１では、約２倍、実施の形態２では、約１．３倍に設定している。例えば、倍音信号を生成する場合、２倍の周波数の倍音はその効果をはっきりさせるために信号レベルを強くしておくことが望ましいが、３倍よりも大きな周波数の倍音は、信号レベルが強いと、却って異音として聞こえてしまうおそれがある。このため、第３ＬＰＦ部５７のカットオフ周波数を、第２ＬＰＦ部５２のカットオフ周波数よりも大きな値に設定することにより、２倍の倍音に比べて３倍の倍音、３倍の倍音に比べて４倍の倍音と、高域になるに従って倍音信号の信号レベルを段階的に抑制することができ、異音の発生を抑えることが可能になる。

また、第２ＨＰＦ部５８のカットオフ周波数は、第１ＨＰＦ部５１のカットオフ周波数と同じ値か、それよりも大きい値に設定する。第２ＨＰＦ部５８のカットオフ周波数を第１ＨＰＦ部５１のカットオフ周波数と同じ値か、それよりも大きい値に設定することにより、特定周波数よりも高い倍音信号の信号レベルを許容し、倍音信号の効果をより確実にすることが可能となる。

さらに、低域補完部２００、２１０における増幅部５９、第１増幅部５９ａおよび第２増幅部７５における増幅初期値は、補正したい周波数（特定周波数）によって決定される。既に説明したように、増幅初期値は、
増幅初期値［ｄＢ］
＝２０ｌｏｇ_１０（特定周波数［Ｈｚ］／サンプリング周波数［Ｈｚ］）
によって決定される。この式で求められた増幅初期値に対して歪み補正部１００において求められた補正量を加算し、倍音信号を増幅することによって、聴感上違和感のない補完信号を生成することが可能となる。

また、実施の形態１および実施の形態２の低域補完部２００、２１０では、入力された補正帯域抽出信号を第１ＨＰＦ部５１と第２ＬＰＦ部５２とで高域信号と低域信号とに分割し、分割された低域信号に基づいて倍音信号を生成して、第４加算部６１で倍音信号を高域信号に合成する処理を行う。ここで、低域補完部２００、２１０に入力される補正帯域抽出信号は、既に第１フィルタ部１０のピーキングフィルタによって、特定周波数の抽出が行われた信号に基づいて生成される信号であり、さらに上述したように、第１ＨＰＦ部５１と第２ＬＰＦ部５２のカットオフ周波数は、第１フィルタ部１０のピーキングフィルタの中心周波数と同じ周波数である。

しかしながら、実施の形態１において用いた第１フィルタ部１０のピーキングフィルタのフィルタ特性（図８（ｂ）参照）と、第１ＨＰＦ部５１および第２ＬＰＦ部５２のフィルタ特性（図１７（ａ）参照）とは異なっている。具体的には、第１フィルタ部１０のピーキングフィルタを通過した信号では、第１ＨＰＦ部５１および第２ＬＰＦ部５２を通過した信号に比べて、中域成分が多少含まれた信号となる。このため、例えば、第１ＨＰＦ部５１、第２ＬＰＦ部５２および第４加算部６１を省略して構成の簡略化を図り、低域補完部２００へ入力された補正帯域抽出信号をそのまま用いて倍音信号を生成した場合には、倍音信号に異音が含まれるおそれが生じる。

一方で、例えば、第１フィルタ部１０を通過した信号に中域成分が含まれないようにピーキングフィルタのフィルタ特性を変更・調整したり、生成された倍音信号の帯域を調整する第３ＬＰＦ部５７や第２ＨＰＦ部５８のフィルタ特性を変更・調整することにより、補正帯域抽出信号をそのまま用いて生成された倍音信号を、第４加算部６１で加算された信号（補正帯域抽出信号の高域成分と、低域成分により生成された倍音信号とが、加算された信号）と共通した特性にすることも可能である。

このため、第１フィルタ部１０、あるいは第３ＬＰＦ部５７、第２ＨＰＦ部５８のフィルタ特性を変更・調整することにより、図３５に示すように、図６の構成から、第１ＨＰＦ部５１と、第２ＬＰＦ部５２と、第４加算部６１とを省略することにより構成の簡略化を図ることが可能になる。さらに、このようにして構成の簡略化が図られた場合であっても、第１フィルタ部１０、あるいは第３ＬＰＦ部５７、第２ＨＰＦ部５８のフィルタ特性を変更・調整することにより、入力される補正帯域抽出信号をそのまま用いて生成される倍音信号によって生成された補完信号から、実施の形態１および実施の形態２と同様に、歪音の発生を抑制し、聴感上違和感のない出力信号を生成することが可能である。

１、２、３ …歪み音補正低域補完装置（歪み音補正補完装置）
１０ …第１フィルタ部（第１フィルタ手段）
２０ …信号レベル検出部（信号レベル検出手段）
２１ …最大値検出部
２２ …最大値ホールド部
３０ …補正ゲイン計算部
３１ …アタックリリースフィルタ部
３２ …第１ルックアップテーブル部（第１ルックアップテーブル手段）
３３ …第１ＬＰＦ部
３４ …第２ルックアップテーブル部（第２ルックアップテーブル手段）
４０ …ゲイン設定部
４１ …第１乗算部（補正帯域抽出信号生成手段）
４２ …第２加算部（補正信号生成手段）
５１ …第１ＨＰＦ部
５２ …第２ＬＰＦ部
５３ …レベル検出信号生成部（レベル検出信号生成手段）
５４ …エッジ検出部（第１エッジ検出手段）
５４ａ …第１エッジ検出部（第１エッジ検出手段）
５５ …第２乗算部（第１重み付け手段）
５６ …位相反転部（第１位相反転手段）
５６ａ …第１位相反転部（第１位相反転手段）
５７ …第３ＬＰＦ部（ローパスフィルタ手段）
５８ …第２ＨＰＦ部（ハイパスフィルタ手段）
５９ …増幅部（第１増幅手段）
５９ａ …第１増幅部（第１増幅手段）
６０ …第３加算部
６１ …第４加算部（加算手段）
６２ …第２フィルタ部（第２フィルタ手段）
７１ …第２エッジ検出部（第２エッジ検出手段）
７２ …第３乗算部（第２重み付け手段）
７３ …第２位相反転部（第２位相反転手段）
７４ …ピーキングフィルタ部（ピーキングフィルタ手段）
７５ …第２増幅部（第２増幅手段）
８１ …第５加算部
８２ …第３フィルタ部
１００、１３０ …歪み補正部
２００、２１０、２３０ …低域補完部
３００ …第１加算部（出力信号生成手段）

Claims (12)

1. 出力信号が出力されるスピーカにおいて歪みが発生する周波数を特定周波数とし、前記スピーカより出力される前記出力信号が前記特定周波数において歪みを生じない最大の信号レベルを特定信号レベルとして、
   前記特定周波数を中央周波数とするピーキングフィルタを用いて、入力信号にフィルタ処理を行うことにより、補正帯域信号を生成する第１フィルタ手段と、
   該補正帯域信号の振幅の絶対値を算出して最大値検出を行うことにより前記補正帯域信号の信号レベル検出を行う信号レベル検出手段と、
   該信号レベル検出手段により検出された信号レベルに基づいて、当該検出された信号レベルに対して前記特定信号レベルを超えた信号レベルの割合を制御信号の値として決定する第１ルックアップテーブル手段と、
   前記信号レベル検出手段により検出された信号レベルに基づいて、前記特定周波数に基づいて生成される倍音信号を増幅するための補正量を決定する第２ルックアップテーブル手段と、
   前記補正帯域信号に対して前記制御信号を乗算することにより、補正帯域抽出信号を生成する補正帯域抽出信号生成手段と、
   前記入力信号より前記補正帯域抽出信号を減算することにより、補正信号を生成する補正信号生成手段と、
   前記補正帯域抽出信号の絶対値を算出してＤＣ成分をカットすることにより、レベル検出信号を生成するレベル検出信号生成手段と、
   前記補正帯域抽出信号が負側から正側へと変わるタイミングを検出することにより振幅が１となるインパルス列を前記倍音信号として生成する第１エッジ検出手段と、
   前記倍音信号に前記レベル検出信号を乗算することにより、当該倍音信号の重み付けを行う第１重み付け手段と、
   前記第１重み付け手段により重み付けが行われた倍音信号の位相反転を行う第１位相反転手段と、
   該第１位相反転手段により位相反転された倍音信号に対して、ローパスフィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、前記倍音信号の高域側の信号レベルを抑制するローパスフィルタ手段と、
   該ローパスフィルタ手段によりフィルタ処理された倍音信号の低域側の信号レベルを抑制するハイパスフィルタ手段と、
   前記入力信号に基づいて決定される増幅初期値に前記補正量を加算して求められるゲインを、前記ハイパスフィルタ手段によりフィルタ処理された倍音信号に対して乗算することにより、当該倍音信号の増幅を行う第１増幅手段と、
   該第１増幅手段により増幅された倍音信号に対して、前記第１フィルタ手段で用いられる前記ピーキングフィルタの逆特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、増幅された前記倍音信号における前記特定周波数の信号レベルを抑制して補完信号を生成する第２フィルタ手段と、
   該補完信号を前記補正信号に加算することにより出力信号を生成する出力信号生成手段と
   を備えることを特徴とする歪み音補正補完装置。
2. 前記ローパスフィルタ手段において用いられる前記ローパスフィルタのカットオフ周波数は、前記第１フィルタ手段において用いられる前記ピーキングフィルタの中央周波数よりも高い周波数に設定されること
   を特徴とする請求項１に記載の歪み音補正補完装置。
3. 前記増幅初期値は、前記入力信号のサンプリング周波数と前記特定周波数とに基づいて、
   増幅初期値［ｄＢ］
   ＝２０ｌｏｇ_１０（特定周波数［Ｈｚ］／サンプリング周波数［Ｈｚ］）
   により決定されること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の歪み音補正補完装置。
4. 前記第１ルックアップテーブル手段において決定される制御信号の値は、検出された信号レベルに対して前記特定信号レベルを超えた信号レベルの割合を示すゲイン係数であって、前記特定信号レベル以下の場合には、ゲイン係数が０に決定され、前記特定信号レベルを超えた場合には、検出された前記信号レベルの増加量に応じてゲイン係数が０より大きい値であって１より小さい値に決定されること
   を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の歪み音補正補完装置。
5. 前記第２ルックアップテーブル手段において決定される前記補正量は、
   前記補正帯域信号の信号レベルが前記特定信号レベル以下の場合には０の値となり、
   前記補正帯域信号の信号レベルが前記特定信号レベルを超えた場合には、前記補正帯域信号の信号レベルから前記特定信号レベルまでの信号レベルの差の値に基づいて決定されること
   を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の歪み音補正補完装置。
6. 前記補正帯域抽出信号が負側から正側へと変わるタイミングを検出することにより生成されるインパルス列から１パルス毎に間引きを行った振幅が１となる信号を１／２倍音信号として生成する第２エッジ検出手段と、
   該１／２倍音信号に前記レベル検出信号を乗算することにより前記１／２倍音信号の重み付けを行う第２重み付け手段と、
   該第２重み付け手段により重み付けが行われた１／２倍音信号の位相反転を行う第２位相反転手段と、
   該第２位相反転手段により位相反転された１／２倍音信号に対して、前記特定周波数の半分の周波数を中心周波数とするピーキングフィルタを用いてフィルタ処理を行うピーキングフィルタ手段と、
   ２０ｌｏｇ_１０（特定周波数［Ｈｚ］／２×入力信号のサンプリング周波数［Ｈｚ］）により求められる１／２倍音用増幅初期値に前記補正量を加算することにより求められるゲインを、前記ピーキングフィルタ手段によりフィルタ処理された１／２倍音信号に対して乗算することにより、当該１／２倍音信号の増幅を行う第２増幅手段と、
   前記第１増幅手段により増幅処理された倍音信号と、前記第２増幅手段により増幅処理された１／２倍音信号とを加算することにより新たな倍音信号を生成する加算手段と、
   を備え、
   前記第２フィルタ手段は、前記加算手段により生成された新たな倍音信号に対して、前記第１フィルタ手段で用いられる前記ピーキングフィルタの逆特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、前記新たな倍音信号における前記特定周波数の信号レベルを抑制して補完信号を生成し、
   前記出力信号生成手段は、該補完信号を前記補正信号に加算することにより出力信号を生成すること
   を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の歪み音補正補完装置。
7. 出力信号が出力されるスピーカにおいて歪みが発生する周波数を特定周波数とし、前記スピーカより出力される前記出力信号が前記特定周波数において歪みを生じない最大の信号レベルを特定信号レベルとして、
   前記特定周波数を中央周波数とするピーキングフィルタを用いて、入力信号のフィルタ処理を行うことにより、第１フィルタ手段が補正帯域信号を生成する補正帯域信号生成ステップと、
   該補正帯域信号の振幅の絶対値を算出して最大値検出を行うことにより、信号レベル検出手段が前記補正帯域信号の信号レベル検出を行う信号レベル検出ステップと、
   該信号レベル検出ステップにおいて検出された信号レベルに基づいて、第１ルックアップテーブル手段が、検出された前記信号レベルに対して前記特定信号レベルを超えた信号レベルの割合を制御信号の値として決定する制御信号決定ステップと、
   前記信号レベル検出ステップにおいて検出された信号レベルに基づいて、第２ルックアップテーブル手段が、前記特定周波数に基づいて生成される倍音信号を増幅するための補正量を決定する補正量決定ステップと、
   前記補正帯域信号に対して前記制御信号を乗算することにより、補正帯域抽出信号生成手段が補正帯域抽出信号を生成する補正帯域抽出信号生成ステップと、
   前記入力信号より前記補正帯域抽出信号を減算することにより、補正信号生成手段が補正信号を生成する補正信号生成ステップと、
   前記補正帯域抽出信号の絶対値を算出してＤＣ成分をカットすることにより、レベル検出信号生成手段がレベル検出信号を生成するレベル検出信号生成ステップと、
   前記補正帯域抽出信号が負側から正側へと変わるタイミングを検出することにより、第１エッジ検出手段が振幅を１とするインパルス列を前記倍音信号として生成する倍音信号生成ステップと、
   前記倍音信号に前記レベル検出信号を乗算することにより、第１重み付け手段が前記倍音信号の重み付けを行う第１重み付けステップと、
   第１位相反転手段が、前記第１重み付けステップにおいて重み付けが行われた倍音信号の位相反転を行う第１位相反転ステップと、
   該第１位相反転ステップにおいて位相反転された倍音信号に対して、ローパスフィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、ローパスフィルタ手段が前記倍音信号の高域側の信号レベルを抑制するローパスフィルタ処理ステップと、
   ハイパスフィルタ手段が、前記ローパスフィルタ処理ステップにおいてフィルタ処理された倍音信号の低域側の信号レベルを抑制するハイパスフィルタ処理ステップと、
   前記入力信号に基づいて決定される増幅初期値に前記補正量を加算して求められるゲインを、前記ハイパスフィルタ処理ステップにおいてフィルタ処理された倍音信号に対して乗算することにより、第１増幅手段が当該倍音信号の増幅を行う第１増幅ステップと、
   該第１増幅ステップにおいて増幅された倍音信号に対して、前記補正帯域信号生成ステップにおいて用いられる前記ピーキングフィルタの逆特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、第２フィルタ手段が増幅された前記倍音信号における前記特定周波数の信号レベルを抑制して補完信号を生成する補完信号生成ステップと、
   該補完信号を前記補正信号に加算することにより、出力信号生成手段が出力信号を生成する出力信号生成ステップと
   を備えることを特徴とする歪み音補正補完装置の歪み音補正補完方法。
8. 前記ローパスフィルタ処理ステップにおいて用いられる前記ローパスフィルタのカットオフ周波数は、前記補正帯域信号生成ステップにおいて用いられる前記ピーキングフィルタの中央周波数よりも高い周波数に設定されること
   を特徴とする請求項７に記載の歪み音補正補完装置の歪み音補正補完方法。
9. 前記増幅初期値は、前記入力信号のサンプリング周波数と前記特定周波数とに基づいて、
   増幅初期値［ｄＢ］
   ＝２０ｌｏｇ_１０（特定周波数［Ｈｚ］／サンプリング周波数［Ｈｚ］）
   により決定されること
   を特徴とする請求項７又は請求項８に記載の歪み音補正補完装置の歪み音補正補完方法。
10. 前記制御信号決定ステップにおいて決定される制御信号の値は、検出された信号レベルに対して前記特定信号レベルを超えた信号レベルの割合を示すゲイン係数であって、前記特定信号レベル以下の場合には、ゲイン係数が０に決定され、前記特定信号レベルを超えた場合には、検出された前記信号レベルの増加量に応じてゲイン係数が０より大きい値であって１より小さい値に決定されること
    を特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載の歪み音補正補完装置の歪み音補正補完方法。
11. 前記補正量決定ステップにおいて決定される前記補正量は、前記補正帯域信号の信号レベルが前記特定信号レベル以下の場合には０の値となり、
    前記補正帯域信号の信号レベルが前記特定信号レベルを超えた場合には、前記補正帯域信号の信号レベルから前記特定信号レベルまでの信号レベルの差の値に基づいて決定されること
    を特徴とする請求項７乃至請求項１０のいずれか１項に記載の歪み音補正補完装置の歪み音補正補完方法。
12. 前記補正帯域抽出信号が負側から正側へと変わるタイミングを検出することにより生成されるインパルス列から１パルス毎に間引きを行った振幅が１となる信号を、第２エッジ検出手段が１／２倍音信号として生成する１／２倍音信号生成ステップと、
    第２重み付け手段が、前記１／２倍音信号に前記レベル検出信号を乗算することにより、前記１／２倍音信号の重み付けを行う第２重み付けステップと、
    該第２重み付けステップにおいて重み付けが行われた１／２倍音信号の位相反転を、第２位相反転手段が行う第２位相反転ステップと、
    該第２位相反転ステップにおいて位相反転された１／２倍音信号に対して、ピーキングフィルタ手段が、前記特定周波数の半分の周波数を中心周波数とするピーキングフィルタを用いてフィルタ処理を行うピーキングフィルタ処理ステップと、
    ２０ｌｏｇ_１０（特定周波数［Ｈｚ］／２×入力信号のサンプリング周波数［Ｈｚ］）により求められる１／２倍音用増幅初期値に前記補正量を加算することにより求められるゲインを、前記ピーキングフィルタ処理ステップにおいてフィルタ処理された１／２倍音信号に対して乗算することにより、第２増幅手段が当該１／２倍音信号の増幅を行う第２増幅ステップと、
    前記第１増幅ステップにおいて増幅処理された倍音信号と、前記第２増幅ステップにおいて増幅処理された１／２倍音信号とを加算することにより、加算手段が新たな倍音信号を生成する加算ステップと、
    を備え、
    前記補完信号生成ステップにおいて、前記第２フィルタ手段は、前記加算手段により生成された新たな倍音信号に対して、前記補正帯域信号生成ステップにおいて用いられる前記ピーキングフィルタの逆特性を有するフィルタを用いてフィルタ処理を行うことにより、前記新たな倍音信号における前記特定周波数の信号レベルを抑制して補完信号を生成し、
    前記出力信号生成ステップにおいて、前記出力信号生成手段は、該補完信号を前記補正信号に加算することにより出力信号を生成すること
    を特徴とする請求項７乃至請求項１１のいずれか１項に記載の歪み音補正補完装置の歪み音補正補完方法。

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