JP6136218B2 - 音響処理装置、方法、及びプログラム - Google Patents

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Description

開示の技術は、音響処理装置、音響処理方法、及び音響処理プログラムに関する。
近年、携帯電話機等の携帯機器の小型化・薄型化に伴い、携帯機器に搭載される再生デバイスの小型化も進んでいる。一方で、携帯機器の利用形態は音楽や動画の視聴など利用形態が多様化しており、再生音の大音量化への要求が高まっている。しかし、小さな再生デバイスにより大音量の音声を再生することにより、再生デバイスの振動が携帯機器の筐体に伝わり、再生音に音割れ(ビビリ音)が発生してしまう。音割れの発生頻度が高い場合には、例えば携帯電話では通話音声が聞き取り難くなるなど、再生音の音質が劣化してしまう。
そこで、オーディオ信号に含まれる低音信号によりビビリ音が車室内に発生するのを防止するビビリ音発生防止方法が提案されている。このビビリ音発生防止方法では、低周波数のビビリテスト信号を再生してスピーカより車室内に放出し、車室内に設けたマイクにより車室内で発生するビビリ音を集音する。ついで、低周波数信号に共振する振動により生じ、ビビリ音信号を振幅変調する変動信号をマイク集音信号より検出し、変動信号の変動量が設定値以下となるようにオーディオ信号が入力される周波数特性変更部(イコライザ)の低周波数における特性を制御する。
特開2011−79389号公報
しかしながら、従来のビビリ音発生防止方法では、予めテスト信号を再生させてキャリブレーションを行う必要があり、使い勝手が悪い。また、通常の再生中には、音源成分と音割れ成分とを区別することができないため、通常の再生中の音割れ検出には適用することができない。
開示の技術は、一つの側面として、キャリブレーションを必要とすることなく、再生中に音割れを検出することが目的である。
開示の技術は、再生サンプリング周波数、及び前記再生サンプリング周波数よりも高い録音サンプリング周波数を設定する設定部を備えている。また、開示の技術は、前記再生サンプリング周波数に基づいて、デジタル信号である音源信号をアナログ信号である再生信号に変換するデジタルアナログ変換部を備えている。また、開示の技術は、前記録音サンプリング周波数に基づいて、前記デジタルアナログ変換部により変換された再生信号に応じた再生音を録音して得られたアナログ信号である録音信号をデジタル信号である入力信号に変換するアナログデジタル変換部を備えている。また、開示の技術は、前記アナログデジタル変換部により変換された入力信号を、前記再生サンプリング周波数未満の帯域に含まれる低域信号と、前記再生サンプリング周波数以上の帯域に含まれる高域信号とに分離する信号分離部を備えている。また、開示の技術は、前記高域信号のパワー、または前記高域信号のパワーと前記低域信号のパワーとの差または比に基づいて、前記再生音に音割れが発生しているか否かを検出する音割れ検出部を備えている。
開示の技術は、一つの側面として、キャリブレーションを必要とすることなく、再生中に音割れを検出することができる、という効果を有する。
第1実施形態に係る音響処理装置を搭載した携帯電話の一例を示す機能ブロック図である。 第1実施形態に係る音響処理装置の一例を示す機能ブロック図である。 音割れの有無を比較した周波数スペクトルの一例を示す図である。 音割れの有無を比較したスペクトルグラムの一例を示す図である。 ゲイン算出のための変換式θの一例を示すグラフである。 第1実施形態に係る音響処理装置として機能するコンピュータの一例を示す概略ブロック図である。 第1実施形態における音響処理を示すフローチャートである。 第2実施形態に係る音響処理装置を搭載した携帯電話の一例を示す機能ブロック図である。 第2実施形態に係る音響処理装置の一例を示す機能ブロック図である。 選択番号とサンプリング周波数との対応を定めたテーブルの一例を示すイメージ図である。 音源信号の記憶を説明するためのイメージ図である。 第2実施形態に係る音響処理装置として機能するコンピュータの一例を示す概略ブロック図である。 第2実施形態における音響処理を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して開示の技術の実施形態の一例を詳細に説明する。
〔第1実施形態〕
第1実施形態では、図1に示すように、携帯電話50に搭載され、通話時の音割れを検出して、音割れを抑圧する音響処理装置10に開示の技術を適用した例について説明する。
図1に示すように、音響処理装置10には、受信部51により受信され、デコード部52によりデコードされた受信信号が入力される。音響処理装置10に入力される受信信号は、開示の技術の音源信号の一例である。音響処理装置10に入力された受信信号は、音響処理装置10により音響処理されて再生信号として出力され、スピーカ53から再生音となって出力される。また、スピーカ53から出力された再生信号に応じた再生音は、マイク54により集音され、録音信号として音響処理装置10に入力される。音響処理装置10に入力された録音信号は、音響処理装置10により音響処理されて出力される。出力された録音信号は、エンコード部55でエンコードされて送信信号となり、送信部56により送信される。
図2には、第1実施形態に係る音響処理装置10が示されている。音響処理装置10は、設定部11、デジタルアナログ変換(DAC)部12、アナログデジタル変換(ADC)部13、周波数変換部14、信号分離部15、音割れ検出部16、音割れ推定部17、抑圧部18、及び逆周波数変換部19を備えている。
設定部11は、入力されたサンプリング周波数Fsに基づいて、DAC部12における再生サンプリング周波数Fplay、及びADC部13における録音サンプリング周波数Frecを設定する。
ここで、図3に、スピーカ53から出力された再生音を32kHzのサンプリング周波数で録音したときの音割れ発生時(音割れあり)及び音割れが発生していない時(音割れなし)の周波数スペクトルを示す。図3に示す通り、ナイキスト周波数(サンプリング周波数の半分)未満の再生帯域(低域)では、音割れありの場合のスペクトルと音割れなしの場合のスペクトルとは形状が類似しており、両者を区別することは困難である。しかし、音割れ成分は全周波数帯域に渡って生じるため、再生帯域以上の帯域(高域)では、音割れありの場合のパワーの方が、音割れなしの場合のパワーより大きくなる。言い換えると、低域でのパワーと高域でのパワーとの差または比が、音割れありの場合には、音割れなしの場合に比べて小さくなる。
図4に、スピーカ53から出力された再生音を32kHzのサンプリング周波数で録音したときの音割れあり及び音割れなしのスペクトログラムを示す。図4では、横軸に時間、縦軸に周波数を取り、各周波数帯域のパワーの強さを濃淡で表現している。図4に示すように、音割れなしの場合には、再生帯域以上の帯域に成分は存在しないが、音割れありの場合では、再生帯域以上の帯域に歪み成分が生じている。
従って、スピーカ53から出力された再生音をマイク54で集音した録音信号の高域の信号に基づいて、または低域の信号と高域の信号との比較に基づいて、再生信号の再生時に音割れが発生しているか否かを検出することができる。
そこで、設定部11は、録音信号において、再生信号の再生帯域以上の帯域の信号を取得するため、再生サンプリング周波数Fplayよりも録音サンプリング周波数Frecを高く設定する。第1実施形態では、一例として、下記(1)式に示すように再生サンプリング周波数Fplay及び録音サンプリング周波数Frecを設定する。
play=Fs, Frec=Fs×2 (1)
DAC部12は、デジタル信号である受信信号を、設定部11により設定された再生サンプリング周波数Fplayに基づいて、アナログ信号である再生信号に変換して出力する。
ADC部13は、アナログ信号である録音信号を、設定部11により設定された録音サンプリング周波数Frecに基づいて、デジタル信号である入力信号x[t]に変換し、周波数変換部14へ出力する。なお、tは時刻である。
周波数変換部14は、ADC部12で変換された時間領域の信号である入力信号x[t]を、高速フーリエ変換(FFT)により、周波数領域の信号である入力スペクトルX[f]に変換し、入力スペクトルX[f]を抑圧部18へ出力する。なお、fは周波数である。また、FFTポイント数をFとする。さらに、周波数変換部14は、入力スペクトルX[f]から、下記(2)式によりパワースペクトルP[f]を算出し、信号分離部15へ出力する。
P[f]=10・log10|X[f]| (2)
信号分離部15は、設定部11により設定された再生サンプリング周波数Fplayに基づいて、周波数変換部14により算出されたパワースペクトルP[f]を、低域スペクトルと高域スペクトルとに分離する。ここでは、再生サンプリング周波数Fplay未満の帯域のスペクトルを低域スペクトル、再生サンプリング周波数Fplay以上の帯域のスペクトルを高域スペクトルとする。第1実施形態では、Fplay=Frec/2となるように設定しているため、0〜F/2を低域スペクトル、F/2〜Fを高域スペクトルとして分離する。信号分離部15は、低域スペクトルを音割れ検出部16及び抑圧部18に出力すると共に、高域スペクトルを音割れ検出部16及び音割れ推定部17に出力する。
音割れ検出部16は、信号分離部15から入力された低域スペクトル及び高域スペクトルを用いて、低域のパワーと高域のパワーとのパワー差を算出する。例えば、下記(3)式によりパワー差diffを算出する。
音割れ検出部16は、算出したパワー差diffに基づいて、音割れを検出する。上述したように、低域でのパワーと高域でのパワーとの差が、音割れありの場合には、音割れなしの場合に比べて小さくなる。そこで、音割れ検出部16は、下記(4)式に示すように、パワー差diffが予め定めた閾値THR未満の場合には、音割れありを示す音割れ検出結果result=1を出力する。一方、パワー差diffが閾値THR以上の場合には、音割れなしを示す音割れ検出結果result=0を出力する。
音割れ推定部17は、音割れ検出部16により音割れが検出された際に、信号分離部15から入力された高域スペクトルに基づいて、低域における音割れスペクトルR[f]を推定する。音割れスペクトルR[f]は、例えば、下記(5)式により推定する。α[f]は帯域別の重み係数である。
抑圧部18は、音割れ推定部17により推定された音割れスペクトルR[f]に基づいて、入力信号を抑圧するためのゲインG[f]を算出する。例えば、下記(6)式に示すように、推定された音割れスペクトルR[f]と信号分離部15から入力された低域スペクトルP[f]とのパワー差(P[f]−R[f])に基づいて、ゲインG[f]を算出する。
θ( )は、パワー差(P[f]−R[f])からゲインG[f]への変換式である。パワー差(P[f]−R[f])が小さいほど、低域スペクトルが音割れスペクトルに近似していることを示している。そこで、例えば、図5に示すように、パワー差(P[f]−R[f])が大きくなるほどゲインG[f]が小さくなるような変換式θ( )を定めておくことができる。
また、抑圧部18は、下記(7)式に示すように、周波数変換部14から入力された入力スペクトルX[f]の低域成分に、算出したゲインG[f]を乗算して、出力スペクトルY[f]を算出して、逆周波数変換部19へ出力する。
Y[f]=G[f]・X[f] f=0〜F/2 (7)
逆周波数変換部19は、抑圧部18から入力された周波数領域の信号である出力スペクトルY[f]を、逆高速フーリエ変換(IFFT)により、時間領域の信号である送信信号y[t]に変換する。なお、IFFTポイント数は、周波数変換部14におけるFFTポイント数FのFplay/Frec(ここでは1/2)とする。
音響処理装置10は、例えば図6に示すコンピュータ30で実現することができる。コンピュータ30はCPU32、メモリ34、不揮発性の記憶部36、及び入出力インタフェース(IF)38を備えている。CPU32、メモリ34、記憶部36、及び入出力IF38は、バス40を介して互いに接続されている。入出力IF38には、スピーカ53及びマイク54が接続されている。
記憶部36はHDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリ等によって実現できる。記録媒体としての記憶部36は、コンピュータ30を音響処理装置10として機能させるための音響処理プログラム60を記憶する。CPU32は、音響処理プログラム60を記憶部36から読み出してメモリ34に展開し、音響処理プログラム60が有するプロセスを順次実行する。
音響処理プログラム60は、設定プロセス61、DACプロセス62、ADCプロセス63、周波数変換プロセス64、信号分離プロセス65、音割れ検出プロセス66、音割れ推定プロセス67、抑圧プロセス68、及び逆周波数変換プロセス69を有する。
CPU32は、設定プロセス61を実行することで、図2に示す設定部11として動作する。また、CPU32は、DACプロセス62を実行することで、図2に示すDAC部12として動作する。また、CPU32は、ADCプロセス63を実行することで、図2に示すADC部13として動作する。また、CPU32は、周波数変換プロセス64を実行することで、図2に示す周波数変換部14として動作する。また、CPU32は、信号分離プロセス65を実行することで、図2に示す信号分離部15として動作する。また、CPU32は、音割れ検出プロセス66を実行することで、図2に示す音割れ検出部16として動作する。また、CPU32は、音割れ推定プロセス67を実行することで、図2に示す音割れ推定部17として動作する。また、CPU32は、抑圧プロセス68を実行することで、図2に示す抑圧部18として動作する。また、CPU32は、逆周波数変換プロセス69を実行することで、図2に示す逆周波数変換部19として動作する。これにより、音響処理プログラム60を実行したコンピュータ30が、音響処理装置10として機能することになる。
なお、音響処理装置10は、例えば半導体集積回路、より詳しくはASIC(Application Specific Integrated Circuit)等で実現することも可能である。
次に本第1実施形態の作用を説明する。携帯電話50において通話処理が開始されると、CPU32が、記憶部36に記憶された音響処理プログラム60をメモリ34に展開して、図7に示す音響処理を実行する。
図7に示す音響処理のステップ100で、設定部11が、入力されたサンプリング周波数Fsに基づいて、DAC部12における再生サンプリング周波数Fplay、及びADC部13における録音サンプリング周波数Frecを設定する。設定部11は、例えば(1)式に示すように、Fplay<Frecとなるように再生サンプリング周波数Fplay及び録音サンプリング周波数Frecを設定する。
次に、ステップ102で、DAC部12が、受信部51で受信され、デコード部52でデコードされた受信信号を1フレーム分取得する。そして、DAC部12が、上記ステップ100で設定された再生サンプリング周波数Fplayに基づいて、デジタル信号である受信信号をアナログ信号である再生信号に変換して出力する。出力された再生信号は、スピーカ53から再生音となって出力される。
次に、ステップ104で、ADC部13が、マイク54で集音された録音信号を1フレーム分取得する。そして、ADC部13が、上記ステップ100で設定された録音サンプリング周波数Frecに基づいて、アナログ信号である録音信号をデジタル信号である入力信号x[t]に変換する。
次に、ステップ106で、周波数変換部14が、上記ステップ104でデジタル信号に変換された時間領域の信号である入力信号x[t]を、FFTにより、周波数領域の信号である入力スペクトルX[f]に変換する。また、周波数変換部14が、入力スペクトルX[f]からパワースペクトルP[f]を算出する。
次に、ステップ108で、信号分離部15が、上記ステップ100で設定された再生サンプリング周波数Fplayに基づいて、上記ステップ106で算出されたパワースペクトルP[f]を、低域スペクトルと高域スペクトルとに分離する。
次に、ステップ110で、音割れ検出部16が、上記ステップ108で分離された低域スペクトル及び高域スペクトルを用いて、低域のパワーと高域のパワーとのパワー差diffを算出する。そして、音割れ検出部16が、算出したパワー差diffが予め定めた閾値THR未満の場合には、音割れありを示す音割れ検出結果result=1を出力する。一方、音割れ検出部16は、パワー差diffが閾値THR以上の場合には、音割れなしを示す音割れ検出結果result=0を出力する。
次に、ステップ112で、音割れ推定部17が、上記ステップ110で音割れが検出されたか否かを判定する。音割れ検出部16から出力された音割れ検出結果resultが1の場合には、音割れありと判定して、ステップ114へ移行する。一方、音割れ検出resultが0の場合には、音割れなしと判定して、ステップ118へ移行する。
ステップ114では、音割れ推定部17が、上記ステップ108で分離された高域スペクトルに基づいて、例えば、(5)式により、低域における音割れスペクトルR[f]を推定する。
次に、ステップ116で、抑圧部18が、上記ステップ114で推定された音割れスペクトルR[f]と、上記ステップ108で分離された低域スペクトルP[f]とのパワー差(P[f]−R[f])に基づいて、ゲインG[f]を算出する。そして、抑圧部18が、上記ステップ106で変換された入力スペクトルX[f]の低域成分に、算出したゲインG[f]を乗算して出力スペクトルY[f]を算出し、ステップ120へ移行する。
一方、ステップ118では、抑圧部18が、上記ステップ106で変換された入力スペクトルX[f]の低域成分を、そのまま出力スペクトルY[f]として、ステップ120へ移行する。
ステップ120では、逆周波数変換部19が、周波数領域の信号である出力スペクトルY[f]を、IFFTにより、時間領域の信号である送信信号y[t]に変換する。変換された送信信号y[t]は、エンコード部55でエンコードされて、送信部56により送信される。
次に、ステップ122で、次フレームの受信信号及び録音信号が存在するか否かを判定する。携帯電話50の通話処理が継続している場合には、次フレームの受信信号及び録音信号が存在するため、ステップ102へ戻って、ステップ102〜120の処理を繰り返す。一方、通話処理が終了した場合には、次フレームの受信信号及び録音信号は存在しないため、音響処理を終了する。
以上説明したように、第1実施形態の音響処理装置10によれば、携帯電話における通話時に、受信信号を再生信号に変換する際の再生サンプリング周波数より高い録音サンプリング周波数により、マイクで集音された録音信号を入力信号に変換する。そして、入力信号において、再生サンプリング周波数未満の低域と再生サンプリング周波数以上の高域とのパワー差に基づいて音割れを検出する。音割れが検出された場合には、入力信号を抑圧して送信する。このように、事前にテスト信号を用いたキャリブレーションを必要とすることなく、通話中、すなわち受信信号の再生中に音割れを検出することができる。
〔第2実施形態〕
第2実施形態では、図8に示すように、携帯電話50に搭載され、携帯電話50内部の記憶領域に記憶された音源信号の再生時の音割れを検出して、音割れを防止する音響処理装置20に開示の技術を適用した例について説明する。
図8に示すように、携帯電話50内部の記憶領域に記憶された音源信号が読み出され、音響処理装置20に入力される。音響処理装置20に入力された音源信号は、音響処理装置20により音響処理されて再生信号として出力され、スピーカ53から再生音となって出力される。また、スピーカ53から出力された再生信号に応じた再生音は、マイク54により集音され、録音信号として音響処理装置20に入力される。入力された録音信号は、音源信号の音響処理の際に用いられる。
図9には、第2実施形態に係る音響処理装置20が示されている。音響処理装置20は、設定部21、DAC部22、ADC部23、信号分離部25、音割れ検出部26、同期部27、記憶制御部28、及び再生制御部29を備えている。同期部27は音源信号記憶部27aを有し、記憶制御部28は最小パワー記憶部28aを有する。
設定部21は、入力されたサンプリング周波数Fsに基づいて、DAC部12における再生サンプリング周波数Fplay、及びADC部13における録音サンプリング周波数Frecを設定する。第2実施形態では、図10に示すような、選択番号と複数のサンプリング周波数とを対応付けたテーブルから選択された選択番号が入力されるものとする。図10の例では、選択番号j(j=0,・・・,7)が大きくなるにしたがって対応するサンプリング周波数が大きくなるように定められている。
設定部21は、第1実施形態の設定部11と同様に、録音信号において、再生信号の再生帯域以上の帯域の信号を取得するため、再生サンプリング周波数Fplayよりも録音サンプリング周波数Frecを高く設定する。第2実施形態では、下記(7)式に示すように再生サンプリング周波数Fplay及び録音サンプリング周波数Frecを設定する。
play=Fs[j], Frec=Fs[j+1] (7)
例えば、図10の例で、サンプリング周波数の選択番号として、j=1が入力された場合には、設定部21は、再生サンプリング周波数Fplayを11.25kHzに、録音サンプリング周波数Frecを16kHzに設定する。
DAC部22は、後述する再生制御部29から出力されたデジタル信号である出力信号y[t]を、設定部21により設定された再生サンプリング周波数Fplayに基づいて、アナログ信号である再生信号に変換して出力する。
ADC部23は、アナログ信号である録音信号を、設定部21により設定された録音サンプリング周波数Frecに基づいて、デジタル信号である入力信号x[t]に変換し、信号分離部25へ出力する。
信号分離部25は、設定部21により設定された再生サンプリング周波数Fplayに基づいて、ADC部23から入力された入力信号x[t]を、低域信号xlow[t]と高域信号xhight[t]とに分離する。信号の分離には、下記(8)式に示すような帯域分割フィルタ(FIR)を用いる。
ここで、α[i]はフィルタiのフィルタ係数(HPF)であり、Mはフィルタ次数である。再生サンプリング周波数Fplay未満の帯域の信号が低域信号、再生サンプリング周波数Fplay以上の帯域の信号が高域信号となるように、フィルタを設計する。さらに、信号分離部25は、低域信号xlow[t]を、再生サンプリング周波数Fplayに対応させてダウンサンプリングした低域ダウンサンプリング信号rlow[t]を生成する。信号分離部25は、高域信号xhight[t]を音割れ検出部26に出力すると共に、低域ダウンサンプリング信号rlow[t]を同期部27に出力する。
音割れ検出部26は、信号分離部25から入力された1フレーム分の高域信号xhight[i](i=0,…,N−1、Nは1フレーム内のサンプリングポイント数)を用いて、例えば、下記(9)式により、高域のパワーphightを算出する。
音割れ検出部26は、算出したパワーphightに基づいて、音割れを検出する。上述したように、音割れありの場合は、音割れなしの場合に比べて高域でのパワーが大きくなる。そこで、音割れ検出部26は、下記(10)式に示すように、パワーphightが予め定めた閾値THRより大きい場合には、音割れありを示す音割れ検出結果result=1を出力する。一方、パワーphightが閾値THR以下の場合には、音割れなしを示す音割れ検出結果result=0を出力する。
同期部27は、入力された音源信号z[t]を音源信号記憶部27aに記憶する。音源信号記憶部27aは、図11に示すように、1フレーム分の音源信号z[t]の各々を記憶する記憶領域z(n=0,・・・,N−1、図11の例ではN=6)を有する記憶部である。時刻tの音源信号z[t]が音源信号記憶部27aに記憶される際には、時刻t−1において各記憶領域zに記憶されていた音源信号を、それぞれ記憶領域zn+1にコピーし、末尾の記憶領域zに時刻tの音源信号z[t]を記憶する。すなわち、記憶領域zに記憶される音源信号はz[t−n]である。
また、同期部27は、下記(11)式により、信号分離部25から入力された低域ダウンサンプリング信号rlow[t]と音源信号記憶部27aに記憶された音源信号z[t]との相関が最も高くなる遅延dmaxを算出する。
さらに、同期部27は、入力信号に対応した同期信号k[t]を、算出した遅延dmaxにより、k[t]=z[t−dmax]として生成する。
記憶制御部28は、下記(12)式に示すように、音割れが検出された入力信号x[t]に対応する同期信号k[t]から、音割れが発生した音源信号(入力信号の低域に相当)のパワーplowを算出する。
記憶制御部28は、下記(13)式に示すように、算出したパワーplowが既に最小パワー記憶部28aに記憶されている最小パワーpmin[n−1]より小さい場合には、最小パワーpmin[n]をplowに更新する。算出したパワーplowが最小パワーpmin[n−1]以上の場合には、pmin[n−1]をそのまま最小パワーpmin[n]とする。
再生制御部29は、1フレーム分の音源信号z[i](i=0,…,N−1)を用いて、例えば、下記(14)式により、音源信号のパワーpinを算出する。
ここで、最小パワー記憶部28aに記憶されている最小パワーpminは、音割れが検出された際の音源信号のパワーのうち最小のものであるため、音源信号のパワーpinがこの最小パワーpminより大きい場合には、音割れが発生する可能性が高い。そこで、再生制御部29は、音源信号のパワーpinが最小パワーpminより大きい場合には、音源信号のパワーpinが最小パワーpminまで低下するように音源信号z[t]を抑圧する。例えば、再生制御部29は、下記(15)式に示すように音源信号z[t]を減衰させた出力信号y[t]を生成して出力する。音源信号のパワーpinが最小パワーpmin 以下の場合には、音源信号z[t]をそのまま出力信号y[t]として出力する。
音響処理装置20は、例えば図12に示すコンピュータ230で実現することができる。コンピュータ230はCPU32、メモリ34、不揮発性の記憶部36、及び入出力IF38を備えている。CPU32、メモリ34、記憶部36、及び入出力IF38は、バス40を介して互いに接続されている。入出力IF38には、スピーカ53及びマイク54が接続されている。
記憶部36はHDDやフラッシュメモリ等によって実現できる。記録媒体としての記憶部36は、コンピュータ230を音響処理装置20として機能させるための音響処理プログラム70を記憶する。また、記憶部36には、音源信号を記憶するための音源信号記憶領域77a、及び最小パワーpminを記憶するための最小パワー記憶領域78aを有する。CPU32は、音響処理プログラム70を記憶部36から読み出してメモリ34に展開し、音響処理プログラム70が有するプロセスを順次実行する。
音響処理プログラム70は、設定プロセス71、DACプロセス72、ADCプロセス73、信号分離プロセス75、音割れ検出プロセス76、同期プロセス77、記憶制御プロセス78、及び再生制御プロセス79を有する。
CPU32は、設定プロセス71を実行することで、図9に示す設定部21として動作する。また、CPU32は、DACプロセス72を実行することで、図9に示すDAC部22として動作する。また、CPU32は、ADCプロセス73を実行することで、図9に示すADC部23として動作する。また、CPU32は、また、CPU32は、信号分離プロセス75を実行することで、図9に示す信号分離部25として動作する。また、CPU32は、音割れ検出プロセス76を実行することで、図9に示す音割れ検出部26として動作する。また、CPU32は、同期プロセス77を実行することで、図9に示す同期部27として動作する。また、CPU32は、記憶制御プロセス78を実行することで、図9に示す記憶制御部28として動作する。また、CPU32は、再生制御プロセス79を実行することで、図9に示す再生制御部29として動作する。
音響処理装置20がコンピュータ230で実現される場合、音源信号記憶領域77aは図9に示す音源信号記憶部27aとして用いられ、最小パワー記憶領域78aは図9に示す最小パワー記憶部28aとして用いられる。これにより、音響処理プログラム70を実行したコンピュータ230が、音響処理装置20として機能することになる。
なお、音響処理装置20は、例えば半導体集積回路、より詳しくはASIC等で実現することも可能である。
次に本第2実施形態の作用を説明する。携帯電話50において音源信号の再生処理が開始されると、CPU32が、記憶部36に記憶された音響処理プログラム70をメモリ34に展開して、図13に示す音響処理を実行する。
図13に示す音響処理のステップ200で、設定部21が、入力されたサンプリング周波数の選択番号jに基づいて、DAC部12における再生サンプリング周波数Fplay、及びADC部13における録音サンプリング周波数Frecを設定する。設定部21は、例えば、図10に示すような選択番号とサンプリング周波数との対応を示すテーブルを参照して、(7)式に示すように、Fplay<Frecとなるように再生サンプリング周波数Fplay及び録音サンプリング周波数Frecを設定する。
次に、ステップ202で、同期部27が、音源信号記憶部27aの各記憶領域zに記憶されている音源信号を、それぞれ記憶領域zn+1にコピーし、末尾の記憶領域zに音源信号z[t]を記憶する。
次に、ステップ204で、再生制御部29が、1フレーム分の音源信号z[i](i=0,…,N−1)を用いて、音源信号のパワーpinを算出する。そして、再生制御部29が、算出した音源信号のパワーpinが最小パワーpminより大きいか否かを判定する。pin>pminの場合にはステップ206へ移行し、再生制御部29が、音源信号のパワーpinが最小パワーpminまで低下するように音源信号z[t]を減衰させた出力信号y[t]を生成して出力する。一方、pin≦pminの場合には、再生制御部29は、音源信号z[t]をそのまま出力信号y[t]として出力する。
次に、ステップ210で、DAC部22が、上記ステップ206または208で出力されたデジタル信号である出力信号y[t]を、上記ステップ200で設定された再生サンプリング周波数Fplayに基づいて、アナログ信号である再生信号に変換して出力する。出力された再生信号は、スピーカ53から再生音となって出力される。
次に、ステップ212で、ADC部13が、マイク54で集音された録音信号を取得する。そして、ADC部23が、アナログ信号である録音信号を、上記ステップ200で設定された録音サンプリング周波数Frecに基づいて、デジタル信号である入力信号x[t]に変換する。
次に、ステップ214で、信号分離部25が、上記ステップ200で設定された再生サンプリング周波数Fplayに基づいて、上記ステップ212で変換された入力信号x[t]を、低域信号xlow[t]と高域信号xhight[t]とに分離する。また、信号分離部25が、低域信号xlow[t]を、再生サンプリング周波数Fplayに対応させてダウンサンプリングした低域ダウンサンプリング信号rlow[t]を生成する。
次に、ステップ216で、同期部27が、上記ステップ214で生成された低域ダウンサンプリング信号rlow[t]と音源信号記憶部27aに記憶された音源信号z[t]との相関が最も高くなる遅延dmaxを算出する。そして、同期部27が、入力信号に対応した同期信号k[t]を、算出した遅延dmaxにより、k[t]=z[t−dmax]として生成する。
次に、ステップ218で、音割れ検出部26が、上記ステップ214で分離された1フレーム分の高域信号xhight[i](i=0,…,N−1)を用いて、高域のパワーphightを算出する。そして、音割れ検出部26が、算出したパワーphightが予め定めた閾値THRより大きい場合には、音割れありを示す音割れ検出結果result=1を出力する。一方、パワーphightが閾値THR以下の場合には、音割れなしを示す音割れ検出結果result=0を出力する。
次に、ステップ220で、記憶制御部28が、上記ステップ218で出力された音割れ検出結果resultが1か否かを判定する。result=1の場合には、ステップ222へ移行し、result=0の場合には、ステップ228へ移行する。
ステップ222では、記憶制御部28が、音割れが検出された入力信号x[t]に対応する同期信号k[t]から、音割れが発生した音源信号のパワーplowを算出する。そして、記憶制御部28が、算出したパワーplowが既に最小パワー記憶部28aに記憶されている最小パワーpmin[n−1]より小さいか否かを判定する。plow<pmin[n−1]の場合には、ステップ224へ移行し、記憶制御部28が、最小パワーpmin[n]をplowに更新する。一方、plow≧pmin[n−1]の場合には、ステップ226へ移行し、pmin[n−1]をそのまま最小パワーpmin[n]とする。
次に、ステップ228で、次の音源信号が存在するか否かを判定する。携帯電話50の再生処理が継続している場合には、次の音源信号が存在するため、ステップ202へ戻って、ステップ202〜226の処理を繰り返す。一方、再生処理が終了した場合には、次の音源信号は存在しないため、音響処理を終了する。
以上説明したように、第2実施形態の音響処理装置20によれば、携帯電話における音源信号の再生時に、音源信号を再生する際の再生サンプリング周波数より高い録音サンプリング周波数により、マイクで集音された録音信号を入力信号に変換する。そして、入力信号において、再生サンプリング周波数以上の高域のパワーに基づいて音割れを検出する。音割れが検出された時の入力信号に同期する音源信号の最小パワーを記憶しておき、音源信号のパワーが最小パワーより大きい場合には、音源信号を減衰させて再生する。このように、事前にテスト信号を用いたキャリブレーションを必要とすることなく、音源信号の再生中に音割れを検出することができる。
なお、第1実施形態における音割れの検出方法を第2実施形態に適用してもよいし、第2実施形態の音割れ検出方法を第1実施形態に適用してもよい。すなわち、第2実施形態において、低域スペクトルと高域スペクトルとの比に基づいて音割れを検出してもよい。また、第1実施形態において、高域信号のパワーに基づいて音割れを検出してもよい。
また、第1実施形態では、低域スペクトル全域のパワーと高域スペクトル全域のパワーとの差に基づいて音割れを検出する場合について説明したが、これに限定されない。低域に含まれる一部の信号のパワーと高域に含まれる一部の信号のパワーとの差に基づいて音割れを検出してもよい。また、低域の信号のパワーと高域の信号のパワーとの差に限らず、低域の信号のパワーと高域の信号のパワーとの比に基づいて音割れを検出してもよい。また、第2実施形態では、高域全域のパワーに基づいて音割れを検出する場合について説明したが、これに限定されない。高域に含まれる一部の信号のパワーに基づいて音割れを検出してもよい。
また、上記では開示の技術における音響処理プログラムの一例である音響処理プログラム60及び70が記憶部36に予め記憶(インストール)されている態様を説明した。しかし、開示の技術における音響処理プログラムは、CD−ROMやDVD−ROM等の記録媒体に記録されている形態で提供することも可能である。
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
再生サンプリング周波数、及び前記再生サンプリング周波数よりも高い録音サンプリング周波数を設定する設定部と、前記再生サンプリング周波数に基づいて、デジタル信号である音源信号をアナログ信号である再生信号に変換するデジタルアナログ変換部と、前記録音サンプリング周波数に基づいて、前記デジタルアナログ変換部により変換された再生信号に応じた再生音を録音して得られたアナログ信号である録音信号をデジタル信号である入力信号に変換するアナログデジタル変換部と、前記アナログデジタル変換部により変換された入力信号を、前記再生サンプリング周波数未満の帯域に含まれる低域信号と、前記再生サンプリング周波数以上の帯域に含まれる高域信号とに分離する信号分離部と、前記高域信号のパワー、または前記高域信号のパワーと前記低域信号のパワーとの差または比に基づいて、前記再生音に音割れが発生しているか否かを検出する音割れ検出部と、を含む音響処理装置。
(付記2)
前記設定部は、前記録音サンプリング周波数を、前記再生サンプリング周波数の2倍に設定する付記1記載の音響処理装置。
(付記3)
前記音割れ検出部は、前記高域信号のパワーが予め定めた第1閾値より大きい場合、または前記高域信号のパワーと前記低域信号のパワーとの差または比が予め定めた第2閾値より小さい場合に、前記再生音に音割れが発生していると検出する付記1または付記2記載の音響処理装置。
(付記4)
前記再生信号に変換する前の音源信号を所定時間分記憶しておき、記憶された音源信号と前記入力信号との相関に基づいて、前記記憶された音源信号と前記入力信号との同期をとる同期部と、前記音割れ検出部により音割れが検出された際の入力信号に同期する前記記憶された音源信号のパワーを記憶する記憶制御部と、前記再生信号に変換する前の音源信号のパワーが、前記記憶された音源信号のパワーより大きい場合に、音割れが発生しないように前記再生信号に変換する前の音源信号を制御する再生制御部と、を含む付記1〜付記3のいずれか1つに記載の音響処理装置。
(付記5)
前記再生制御部は、前記再生信号に変換する前の音源信号のパワーが前記記憶された音源信号のパワー以下となるように、前記再生信号に変換する前の音源信号を減衰させる付記4記載の音響処理装置。
(付記6)
前記音割れ検出部により音割れが検出された際に、前記低域信号を抑圧する抑圧部を含む付記1〜付記3のいずれか1つに記載の音響処理装置。
(付記7)
前記音割れ検出部により音割れが検出された前記高域信号に対応する音割れ成分を含む低域信号である音割れ信号を予測する音割れ予測部を含み、前記抑圧部は、前記音割れ予測部により予測された前記音割れ信号と、前記信号分離部で分離された低域信号との差が小さいほど大きくなるゲインを前記低域信号に乗算することにより、前記低域信号を抑圧する付記6記載の音響処理装置。
(付記8)
再生サンプリング周波数、及び前記再生サンプリング周波数よりも高い録音サンプリング周波数を設定し、前記再生サンプリング周波数に基づいて、デジタル信号である音源信号をアナログ信号である再生信号に変換し、前記録音サンプリング周波数に基づいて、変換された再生信号に応じた再生音を録音して得られたアナログ信号である録音信号をデジタル信号である入力信号に変換し、変換された入力信号を、前記再生サンプリング周波数未満の帯域に含まれる低域信号と、前記再生サンプリング周波数以上の帯域に含まれる高域信号とに分離し、前記高域信号のパワー、または前記高域信号のパワーと前記低域信号のパワーとの差または比に基づいて、前記再生音に音割れが発生しているか否かを検出することを含む音響処理方法。
(付記9)
前記録音サンプリング周波数を、前記再生サンプリング周波数の2倍に設定する付記8記載の音響処理方法。
(付記10)
前記高域信号のパワーが予め定めた第1閾値より大きい場合、または前記高域信号のパワーと前記低域信号のパワーとの差または比が予め定めた第2閾値より小さい場合に、前記再生音に音割れが発生していると検出する付記8または付記9記載の音響処理方法。
(付記11)
前記再生信号に変換する前の音源信号を所定時間分記憶しておき、記憶された音源信号と前記入力信号との相関に基づいて、前記記憶された音源信号と前記入力信号との同期をとり、音割れが検出された際の入力信号に同期する前記記憶された音源信号のパワーを記憶し、前記再生信号に変換する前の音源信号のパワーが、前記記憶された音源信号のパワーより大きい場合に、音割れが発生しないように前記再生信号に変換する前の音源信号を制御することを含む付記8〜付記10のいずれか1つに記載の音響処理方法。
(付記12)
前記再生信号に変換する前の音源信号のパワーが前記記憶された音源信号のパワー以下となるように、前記再生信号に変換する前の音源信号を減衰させる付記11記載の音響処理方法。
(付記13)
音割れが検出された際に、前記低域信号を抑圧することを含む付記8〜付記10のいずれか1つに記載の音響処理方法。
(付記14)
音割れが検出された前記高域信号に対応する音割れ成分を含む低域信号である音割れ信号を予測し、予測された前記音割れ信号と、分離された低域信号との差が小さいほど大きくなるゲインを前記低域信号に乗算することにより、前記低域信号を抑圧する付記13記載の音響処理方法。
(付記15)
コンピュータに、再生サンプリング周波数、及び前記再生サンプリング周波数よりも高い録音サンプリング周波数を設定し、前記再生サンプリング周波数に基づいて、デジタル信号である音源信号をアナログ信号である再生信号に変換し、前記録音サンプリング周波数に基づいて、変換された再生信号に応じた再生音を録音して得られたアナログ信号である録音信号をデジタル信号である入力信号に変換し、変換された入力信号を、前記再生サンプリング周波数未満の帯域に含まれる低域信号と、前記再生サンプリング周波数以上の帯域に含まれる高域信号とに分離し、前記高域信号のパワー、または前記高域信号のパワーと前記低域信号のパワーとの差または比に基づいて、前記再生音に音割れが発生しているか否かを検出することを含む処理を実行させるための音響処理プログラム。
(付記16)
前記録音サンプリング周波数を、前記再生サンプリング周波数の2倍に設定する付記15記載の音響処理プログラム。
(付記17)
前記高域信号のパワーが予め定めた第1閾値より大きい場合、または前記高域信号のパワーと前記低域信号のパワーとの差または比が予め定めた第2閾値より小さい場合に、前記再生音に音割れが発生していると検出する付記15または付記16記載の音響処理プログラム。
(付記18)
前記再生信号に変換する前の音源信号を所定時間分記憶しておき、記憶された音源信号と前記入力信号との相関に基づいて、前記記憶された音源信号と前記入力信号との同期をとり、音割れが検出された際の入力信号に同期する前記記憶された音源信号のパワーを記憶し、前記再生信号に変換する前の音源信号のパワーが、前記記憶された音源信号のパワーより大きい場合に、音割れが発生しないように前記再生信号に変換する前の音源信号を制御することを含む付記15〜付記17のいずれか1つに記載の音響処理プログラム。
(付記19)
前記再生信号に変換する前の音源信号のパワーが前記記憶された音源信号のパワー以下となるように、前記再生信号に変換する前の音源信号を減衰させる付記18記載の音響処理プログラム。
(付記20)
音割れが検出された際に、前記低域信号を抑圧することを含む付記15〜付記17のいずれか1つに記載の音響処理プログラム。
(付記21)
音割れが検出された前記高域信号に対応する音割れ成分を含む低域信号である音割れ信号を予測し、予測された前記音割れ信号と、分離された低域信号との差が小さいほど大きくなるゲインを前記低域信号に乗算することにより、前記低域信号を抑圧する付記20記載の音響処理プログラム。
10、20 音響処理装置
11、21 設定部
12、22 ADC部
13、23 DAC部
15、25 信号分離部
16、26 音割れ検出部
17 音割れ推定部
18 抑圧部
27 同期部
27a 音源信号記憶部
28 記憶制御部
28a 最小パワー記憶部
29 再生制御部
30、230 コンピュータ

Claims (9)

  1. 再生サンプリング周波数、及び前記再生サンプリング周波数よりも高い録音サンプリング周波数を設定する設定部と、
    前記再生サンプリング周波数に基づいて、デジタル信号である音源信号をアナログ信号である再生信号に変換するデジタルアナログ変換部と、
    前記録音サンプリング周波数に基づいて、前記デジタルアナログ変換部により変換された再生信号に応じた再生音を録音して得られたアナログ信号である録音信号をデジタル信号である入力信号に変換するアナログデジタル変換部と、
    前記アナログデジタル変換部により変換された入力信号を、前記再生サンプリング周波数未満の帯域に含まれる低域信号と、前記再生サンプリング周波数以上の帯域に含まれる高域信号とに分離する信号分離部と、
    前記高域信号のパワー、または前記高域信号のパワーと前記低域信号のパワーとの差または比に基づいて、前記再生音に音割れが発生しているか否かを検出する音割れ検出部と、
    を含む音響処理装置。
  2. 前記設定部は、前記録音サンプリング周波数を、前記再生サンプリング周波数の2倍に設定する請求項1記載の音響処理装置。
  3. 前記音割れ検出部は、前記高域信号のパワーが予め定めた第1閾値より大きい場合、または前記高域信号のパワーと前記低域信号のパワーとの差または比が予め定めた第2閾値より小さい場合に、前記再生音に音割れが発生していると検出する請求項1または請求項2記載の音響処理装置。
  4. 前記再生信号に変換する前の音源信号を所定時間分記憶しておき、記憶された音源信号と前記入力信号との相関に基づいて、前記記憶された音源信号と前記入力信号との同期をとる同期部と、
    前記音割れ検出部により音割れが検出された際の入力信号に同期する前記記憶された音源信号のパワーを記憶する記憶制御部と、
    前記再生信号に変換する前の音源信号のパワーが、前記記憶された音源信号のパワーより大きい場合に、音割れが発生しないように前記再生信号に変換する前の音源信号を制御する再生制御部と、
    を含む請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の音響処理装置。
  5. 前記再生制御部は、前記再生信号に変換する前の音源信号のパワーが前記記憶された音源信号のパワー以下となるように、前記再生信号に変換する前の音源信号を減衰させる請求項4記載の音響処理装置。
  6. 前記音割れ検出部により音割れが検出された際に、前記低域信号を抑圧する抑圧部を含む請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の音響処理装置。
  7. 前記音割れ検出部により音割れが検出された前記高域信号に対応する音割れ成分を含む低域信号である音割れ信号を予測する音割れ予測部を含み、
    前記抑圧部は、前記音割れ予測部により予測された前記音割れ信号と、前記信号分離部で分離された低域信号との差が小さいほど大きくなるゲインを前記低域信号に乗算することにより、前記低域信号を抑圧する
    請求項6記載の音響処理装置。
  8. 再生サンプリング周波数、及び前記再生サンプリング周波数よりも高い録音サンプリング周波数を設定し、
    前記再生サンプリング周波数に基づいて、デジタル信号である音源信号をアナログ信号である再生信号に変換し、
    前記録音サンプリング周波数に基づいて、変換された再生信号に応じた再生音を録音して得られたアナログ信号である録音信号をデジタル信号である入力信号に変換し、
    変換された入力信号を、前記再生サンプリング周波数未満の帯域に含まれる低域信号と、前記再生サンプリング周波数以上の帯域に含まれる高域信号とに分離し、
    前記高域信号のパワー、または前記高域信号のパワーと前記低域信号のパワーとの差または比に基づいて、前記再生音に音割れが発生しているか否かを検出する
    ことを含む音響処理方法。
  9. コンピュータに、
    再生サンプリング周波数、及び前記再生サンプリング周波数よりも高い録音サンプリング周波数を設定し、
    前記再生サンプリング周波数に基づいて、デジタル信号である音源信号をアナログ信号である再生信号に変換し、
    前記録音サンプリング周波数に基づいて、変換された再生信号に応じた再生音を録音して得られたアナログ信号である録音信号をデジタル信号である入力信号に変換し、
    変換された入力信号を、前記再生サンプリング周波数未満の帯域に含まれる低域信号と、前記再生サンプリング周波数以上の帯域に含まれる高域信号とに分離し、
    前記高域信号のパワー、または前記高域信号のパワーと前記低域信号のパワーとの差または比に基づいて、前記再生音に音割れが発生しているか否かを検出する
    ことを含む処理を実行させるための音響処理プログラム。
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