JP6289041B2

JP6289041B2 - イコライザ

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Publication number: JP6289041B2
Application number: JP2013233816A
Authority: JP
Inventors: 木村　勝; 勝木村; 厚堀田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2033-11-12
Also published as: JP2015095743A

Description

この発明は、音響信号の再生時の周波数特性を変更する音響信号処理技術に関する。

音楽やアナウンス音などの音響信号を再生する音響再生システムでは、信号処理によって再生する音響信号の周波数特性を変更することで「聞こえ」を良くすることが行われる。このような信号処理はイコライゼーション（等化）と呼ばれ、イコライゼーションを行う装置はイコライザ（等化器）と呼ばれる。イコライザにおいて音響信号の処理を行うデジタルフィルタの方式として、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response：無限インパルス応答）フィルタとＦＩＲ（Finite Impulse Response：有限インパルス応答）フィルタの２種類の方式が知られている。

ＩＩＲフィルタは所望の周波数特性を決定する際の調整性に優れるという長所がある一方で、フィードバックループの影響で演算誤差が蓄積するために周波数特性変更後の音響信号を再生すると音質が劣化してしまうという欠点がある。また、ＦＩＲフィルタは調整性が悪いという欠点がある一方で、演算誤差が蓄積されないので音質が劣化しにくいという長所がある。

上記の２方式の欠点を補うイコライザの方式として、所望の周波数特性を決定する段階ではＩＩＲフィルタで周波数特性を変更してＩＩＲフィルタの係数を決定し、所望の周波数特性を決定した後はＦＩＲフィルタに切り替えて、ＩＩＲフィルタの係数に基づいて求めたＦＩＲフィルタの係数でＦＩＲフィルタによる信号処理を行うようにして、ＩＩＲフィルタの調整性の良さを維持しつつ周波数特性の変更処理による音質劣化を緩和する方式が提案されている（特許文献１）。

国際公開第２０１０／０４１３８１号（図１）

ＦＩＲフィルタによってある周波数の特性（例えば強度）を所望の特性に変更するには、インパルス応答の長さ（インパルス応答の長さを応答長と記すこととする）が当該周波数における１波長よりも長いＦＩＲフィルタが必要である。このため、一般的にＦＩＲフィルタで特性を変更するときの演算量はＩＩＲフィルタで特性を変更するときの演算量に比べて大きくなる。特に低周波数の帯域の特性を変更するときには周期が長くなることから多大な演算量が必要である。

一方、ＦＩＲフィルタの処理の演算量を下げるために応答長が１波長以上になる周波数を高くした場合には、その周波数より低い周波数領域について所望の周波数特性に変更することが困難になる。

上述の従来のイコライザは、所望の周波数特性を決定した後ＦＩＲフィルタで周波数特性の変更を行っており、ＩＩＲフィルタを用いたイコライザに比べて高音質での周波数特性の変更が可能であるが、フィルタ処理の演算量が増大してしまうという問題がある。特に、低周波数領域の特性を変更するときにこの問題は顕著になるが、応答長が１波長以上になる周波数を高くして演算量を下げようとすると、応答長が１波長に満たないために所望の特性に変更できない周波数が上昇してしまうという問題が生じる。

この発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、フィルタ処理の演算量の増加を抑えつつ、低周波数領域の周波数特性の変更が可能なイコライザを得ることを目的とする。

この発明のイコライザは、入力された音響信号から再生用音響信号を生成するイコライザであって、インパルス応答の長さが予め定められたしきい値周波数における１波長以上になる次数のＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタでＦＩＲフィルタ係数を用いて前記音響信号の周波数特性を変更するＦＩＲフィルタ処理部と、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタでＩＩＲフィルタ係数を用いて前記音響信号の周波数特性を変更するＩＩＲフィルタ処理部と、前記再生用音響信号に要求される周波数特性を示す周波数特性情報を受け取り、前記周波数特性情報に基づいて前記ＩＩＲフィルタ係数を算出するＩＩＲ係数算出部と、前記ＩＩＲ係数算出部によって算出された前記ＩＩＲフィルタ係数に基づいて前記ＦＩＲフィルタ係数を算出するＦＩＲ係数算出部と、前記ＦＩＲフィルタ処理部で周波数特性が変更された前記音響信号が入力され、予め定められたカットオフ周波数よりも高い周波数成分を通過させて出力するハイパスフィルタ処理部と、前記ＩＩＲフィルタ処理部で周波数特性を変更された前記音響信号が入力され、前記カットオフ周波数よりも低い周波数成分を通過させて出力するローパスフィルタ処理部と、前記ハイパスフィルタ処理部から出力された信号と前記ローパスフィルタ処理部から出力された信号を加算して前記再生用音響信号を出力する加算器と、を備えるようにしたものである。

この発明のイコライザによれば、インパルス応答の長さが予め定められたしきい値周波数における１波長以上になる次数のＦＩＲフィルタを有するＦＩＲフィルタ処理部とＩＩＲフィルタを有するＩＩＲフィルタ処理部とを備え、入力された音響信号の周波数特性をＦＩＲフィルタ処理部で変更した信号のうち予め定められたカットオフ周波数以上の帯域の成分と、同じ音響信号の周波数特性をＩＩＲフィルタ処理部で変更した信号のうちカットオフ周波数以下の帯域の成分とを含む再生用音響信号を出力するようにしたので、ＦＩＲフィルタ処理による演算量の増加を抑制しつつ、しきい値周波数以下の低周波数帯についてもＩＩＲフィルタによって周波数特性を変更することが可能である。

この発明の実施の形態１のイコライザの構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１のイコライザのＬＰＦ処理部およびＨＰＦ処理部の特性を説明するグラフである。この発明の実施の形態１のイコライザのＬＰＦ処理部およびＨＰＦ処理部の特性の別の例を説明するグラフである。この発明の実施の形態１のイコライザにおけるＬＰＦカットオフ周波数とＨＰＦカットオフ周波数としきい値周波数の設定例を説明する模式図である。この発明の実施の形態２のイコライザの構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２のイコライザのＩＩＲフィルタ処理部で特性を変更する周波数とＦＩＲフィルタ処理部で特性を変更する周波数の例を説明する模式図である。ＩＩＲフィルタおよびＦＩＲフィルタの例を示すブロック図である。

以下この発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、参照する図において同一もしくは相当する部分には同一の符号を付している。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るイコライザの機能構成を示すブロック図である。この実施の形態のイコライザは、設定部１０１、ＩＩＲ係数算出部１０２、ＦＩＲ係数算出部１０３、ＩＩＲフィルタ処理部１０４、ＦＩＲフィルタ処理部１０５、ローパスフィルタ処理部（ＬＰＦ処理部）１０６、ハイパスフィルタ処理部（ＨＰＦ処理部）１０７、加算器１０８で構成される。

設定部１０１は外部より入力される周波数特性情報を受け付ける。周波数特性情報はイコライザによる変更後の周波数特性を規定する情報である。設定部１０１は受け付けた周波数特性情報に規定された周波数特性（要求された周波数特性）をＩＩＲ係数算出部１０２に通知する。ＩＩＲ係数算出部１０２は設定部１０１より通知された周波数特性となるようにＩＩＲフィルタ処理部１０４のＩＩＲフィルタの係数（ＩＩＲフィルタ係数）を算出してＩＩＲフィルタ処理部１０４に通知する。

また、ＩＩＲ係数算出部１０２で算出されたＩＩＲフィルタ係数はＦＩＲ係数算出部１０３にも入力され、ＦＩＲ係数算出部１０３ではＩＩＲフィルタ係数に基づいてＦＩＲフィルタ処理部１０５のＦＩＲフィルタの係数（ＦＩＲフィルタ係数）を算出し、ＦＩＲフィルタ処理部１０５に通知する。

外部よりこの実施の形態のイコライザに入力されたデジタルの音響信号は、ＩＩＲフィルタ処理部１０４およびＦＩＲフィルタ処理部１０５に入力される。ＩＩＲフィルタ処理部１０４はＩＩＲフィルタを備えており、ＩＩＲ係数算出部１０２から通知されたＩＩＲフィルタ係数をこのＩＩＲフィルタに設定し、入力された音響信号に対して周波数特性を変更する処理を行って出力する。また、ＬＰＦ処理部１０６はローパスフィルタ（ＬＰＦ）を備えており、ＩＩＲフィルタ処理部１０４が出力した信号に対して低域通過処理（ローパスフィルタ処理）を行って出力する。

ＦＩＲフィルタ処理部１０５はＦＩＲフィルタを備えており、ＦＩＲ係数算出部１０３から通知されたＦＩＲフィルタ係数をこのＦＩＲフィルタに設定し、入力された音響信号に対して周波数特性を変更する処理を行って出力する。ＨＰＦ処理部１０７はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を備えており、ＦＩＲフィルタ処理部１０５が出力した信号に対して高域通過処理（ハイパスフィルタ処理）を行って出力する。

ＬＰＦ処理部１０６およびＨＰＦ処理部１０７が出力した信号は加算器１０８に入力され、加算器１０８はこの２つの信号を加算して再生用音響信号として外部に出力する。

図７に２次のＩＩＲフィルタとＳ次のＦＩＲフィルタの例を示す。この図において、Ｘ（ｎ）、ｘ（ｎ）は入力信号、Ｙ（ｎ）、ｙ（ｎ）は出力信号であり、ｎはデジタル処理における時刻を表す。また、乗算器とともに示すａ０、ａ１、ｂは乗算器において信号にかけ合わされるフィルタ係数を表している。なお、ＦＩＲフィルタの応答長はＦＩＲフィルタの次数で決定される。

設定部１０１、ＩＩＲ係数算出部１０２、ＦＩＲ係数算出部１０３、ＩＩＲフィルタ処理部１０４、ＦＩＲフィルタ処理部１０５、ＬＰＦ処理部１０６、ＨＰＦ処理部１０７、加算器１０８の各ブロックはデジタル信号処理を行うものであり、プロセッサ及びメモリを備えたハードウェアとそのハードウェア上で動作するプログラムで実現することが可能である。あるいは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などを用いたハードウェアで実現することも可能であるし、また、それらを組み合わせて実現することも可能である。

次に動作を説明する。設定部１０１には外部より周波数特性情報が入力され、設定部１０１は周波数特性情報で要求された周波数特性をＩＩＲ係数算出部１０２に通知する。なお、周波数特性情報で規定される項目はＩＩＲフィルタ係数の算出が可能となる情報を含むものであればよい。例えば特性を変更する対象の周波数、サンプリング周波数、クオリティファクタ、ゲインなどの情報である。

ＩＩＲ係数算出部１０２は、通知された周波数特性に基づいてＩＩＲフィルタ処理部１０４のＩＩＲフィルタ係数を算出する。なお、ここではＩＩＲ係数計算部１０２は、上述の周波数特性情報を用いて周知の方法である一次変換法によりＩＩＲフィルタの係数を算出することとする。

一般的に２次のＩＩＲフィルタを多段構成にすることで調整可能な周波数を広範囲にすることが可能になるので、ここではＩＩＲフィルタ処理部１０４は複数段の２次のＩＩＲフィルタで構成されているものとする。なお、この発明はＩＩＲフィルタの段数で制限されるものではないので、以降ではＩＩＲフィルタの段数をＮ段（Ｎは２以上の自然数）として説明する。ただし、ＩＩＲフィルタ処理部１０４はこの構成に限られるものではなく、単数（すなわちＮ＝１）の１次ＩＩＲフィルタ、単数の高次ＩＩＲフィルタ、あるいはこれらを複数組み合わせた構成などのその他の構成であってもよい。

ＩＩＲ係数算出部１０２は、ＩＩＲフィルタ処理部１０４のＮ段のＩＩＲフィルタに対応するＮ組のＩＩＲフィルタ係数を算出する。

ＩＩＲ係数算出部１０２は算出したＩＩＲフィルタ係数をＩＩＲフィルタ処理部１０４およびＦＩＲ係数算出部１０３に出力する。ＦＩＲ係数算出部１０３は、受信したＩＩＲフィルタ係数を元にＦＩＲフィルタ係数を算出する。ＩＩＲフィルタ係数からＦＩＲフィルタ係数を求める方法としては、当該ＩＩＲフィルタ係数を有するＩＩＲフィルタのインパルス応答を測定することでＦＩＲフィルタの係数を求める方法や、あるいは逆離散フーリエ変換（Inverse Discrete Fourier Transform）等の演算で求める方法などを使用すればよい。

なおＦＩＲフィルタの次数は、予め定められたしきい値周波数における１波長以上の応答長をＦＩＲフィルタが有するようにする。この次数に対応するＦＩＲフィルタ係数を求めるには、例えばＩＩＲフィルタのインパルス応答を求めることによりＦＩＲフィルタの係数を求めるようにしている場合であれば、インパルス応答のサンプル数を上記で求めた次数までにすればよい。

ＦＩＲ係数算出部１０３はこのようにして求めたＦＩＲフィルタ係数をＦＩＲフィルタ処理部１０５に出力する。このような構成にすることで、ＩＩＲフィルタ処理部１０４のＩＩＲフィルタとＦＩＲフィルタ処理部１０５のＦＩＲフィルタが同じ周波数特性情報に基づいた同様の特性を有するようにそれぞれのフィルタを設定することができる。なお、ＩＩＲフィルタ処理部１０４のＩＩＲフィルタとＦＩＲフィルタ処理部１０５のＦＩＲフィルタの周波数特性が一致している必要はない。

この実施の形態のイコライザに入力された音響信号は分岐され、一方はＩＩＲフィルタ処理部１０４へ、もう一方はＦＩＲフィルタ処理部１０５へと送られる。ＩＩＲフィルタ処理部１０４は、ＩＩＲ係数算出部１０２から受信したＩＩＲフィルタ係数に従って、入力された音響信号に対してＮ段のＩＩＲフィルタ処理を行い、処理後の音響信号をＬＰＦ処理部１０６に出力する。また、ＦＩＲフィルタ処理部１０５では、ＦＩＲ係数算出部１０３から受信したＦＩＲフィルタ係数に従って、入力された音響信号に対してＦＩＲフィルタ処理を行い、処理後の音響信号をＨＰＦ処理部１０７に出力する。

ＬＰＦ処理部１０６は、ＩＩＲフィルタ処理部１０４から受信した周波数特性変更後の音響信号に対して、予め定められたカットオフ周波数よりも低い周波数成分を通すローパスフィルタ処理を行い、処理後の音響信号を加算器１０８に対して出力する。また、ＨＰＦ処理部１０７は、ＦＩＲフィルタ処理部１０５から受信した周波数特性変更後の音響信号に対して、カットオフ周波数よりも高い周波数成分を通すハイパスフィルタ処理を行い、処理後の音響信号を加算器１０８に対して出力する。

図２にＬＰＦ処理部１０６とＨＰＦ処理部１０７のそれぞれのフィルタの特性の例を示す。図２（ａ）に示すようにＬＰＦ処理部１０６において強度が６ｄＢ（ここでは６ｄＢ減衰する周波数をカットオフ周波数とした）減衰する周波数とＨＰＦ処理部１０７において６ｄＢ減衰する周波数が合うように調整されている。また、図２（ｂ）に示すように位相の周波数特性も合うように調整されるものとする。

このような特徴を有するフィルタの設計については、ＬＰＦとＨＰＦをともにＦＩＲフィルタで構成して、互いのフィルタの次数を揃えることで容易に行うことができる。また、ＬＰＦとＨＰＦをＩＩＲフィルタで構成する場合には、ＬＰＦとＨＰＦの後段に位相調整用のＡＰＦ（All Pass Filter）をそれぞれ設けることで実現することも可能である。ただし、ＩＩＲフィルタで構成する場合、カットオフ周波数の値によってはＬＰＦ、ＨＰＦの処理での演算誤差が無視できない程度になる可能性があるので、ＦＩＲフィルタでＬＰＦ、ＨＰＦを構成するほうが好ましい。これらのフィルタの設計方法については周知の方法を用いればよい。

なお、ＬＰＦ処理部１０６とＨＰＦ処理部１０７は図３に示すようにカットオフ周波数と位相の特性が同程度となるよう調整されたものであってもよい。図３（ａ）はＬＰＦ処理部１０６のカットオフ周波数（ＬＰＦカットオフ周波数）とＨＰＦ処理部１０７のカットオフ周波数（ＨＰＦカットオフ周波数）が同程度（例えばカット周波数の２０パーセント以内）の周波数になるように調整された例を示している。ただし、ＨＰＦカットオフ周波数はＬＰＦカットオフ周波数以下である方が望ましい。また、図２（ｂ）はＬＰＦ処理部１０６とＨＰＦ処理部１０７のそれぞれのフィルタの位相の周波数特性が同程度（例えば１０度以内）になるように調整された例を示している。このようにすることで、ＬＰＦ処理部１０６とＨＰＦ処理部１０７のフィルタをより容易に構成することができる。

以下に、ＦＩＲフィルタ処理部１０５のＦＩＲフィルタの次数としきい値周波数、ＬＰＦカットオフ周波およびＨＰＦカットオフ周波数、ＬＰＦ処理部１０６およびＨＰＦ処理部１０７をＦＩＲフィルタで構成する場合の次数の一例を示す。なお、ここでは音響信号のサンプリング周波数を４４１００Ｈｚ（音楽Compact Discのサンプリング周波数）とする。

ＬＰＦカットオフ周波数およびＨＰＦカットオフ周波数を５００Ｈｚとする。なお、ＩＩＲフィルタの演算誤差による音質劣化が顕著に認識されるようになるのは５００Ｈｚ程度以上の周波数であり、再生する音響信号の５００Ｈｚ以下の周波数の成分にＩＩＲフィルタの演算誤差が含まれていたとしても、その音響信号を再生した時の音質に与える影響は小さいと言える。

ＬＰＦ処理部１０６およびＨＰＦ処理部１０７のＦＩＲフィルタの次数は応答長がカットオフ周波数における１波長以上である値として１２８（＞４４１００÷５００＝８８．２）次とする。

また、ＦＩＲフィルタ処理部１０５のＦＩＲフィルタの次数については５００Ｈｚ以上の周波数の特性を変更することができる次数として、ＬＰＦ処理部１０６およびＨＰＦ処理部１０７と同様の１２８次とする。なお、ＦＩＲフィルタ処理部１０５のＦＩＲフィルタの次数を１２８次とすると、しきい値周波数は３４５Ｈｚである。
図４はここで示した例の場合の、ＬＰＦカットオフ周波数とＨＰＦカットオフ周波数としきい値周波数を説明する模式図である。ＩＩＲフィルタ処理部１０４で周波数特性を変更した音響信号のうち出力された再生用音響信号に含まれる成分の周波数範囲と、ＦＩＲフィルタ処理部１０５で周波数特性を変更した音響信号のうち再生用音響信号に含まれる成分の周波数範囲と、ＦＩＲフィルタ処理部１０５の応答長が１波長以上である（すなわち周波数特性を所望の特性に変更できる）周波数の範囲を示している。

なお、この例ではＬＰＦカットオフ周波数とＨＰＦカットオフ周波数を同じにしたが、上述のように正確に一致しなくてもよい。また、この例ではしきい値周波数をＨＰＦカットオフ周波数（およびＬＰＦカットオフ周波数）よりも低い周波数としているが、同じあるいは高い周波数としてもよい。ただし、要求された周波数の特性を変更するという観点では、この例のようにしきい値周波数を低い値とした方が、変更できない周波数帯が生じないため望ましい。

加算器１０８では、ＬＰＦ処理部１０６が出力する信号と、ＨＰＦ処理部１０７が出力する信号を加算し、加算後の信号を再生用音響信号として外部に出力する。このような構成にすることで、ＩＩＲフィルタ処理部１０４の出力信号のＬＰＦカットオフ周波数以下の帯域の成分と、ＦＩＲフィルタ処理部１０５の出力信号のＨＰＦカットオフ周波数以上の帯域の成分とを合成して出力することができる。なお、ＬＰＦ処理部１０６とＨＰＦ処理部１０７のカットオフ周波数が同程度の周波数になるように調整し、また、ＬＰＦ処理部１０６とＨＰＦ処理部１０７の周波数に対する位相特性が同程度になるように調整しているので、周波数的に過不足無くこれら２つの信号を合成することが可能である。

次にこの実施の形態のイコライザの効果について説明する。なお、ＦＩＲフィルタ処理部１０５のＦＩＲフィルタの次数を１２８とし、ＩＩＲフィルタ処理部１０４のＩＩＲフィルタの次数を２、段数を１０段（Ｎ＝１０）とする。ＬＰＦ処理部１０６およびＨＰＦ処理部１０７は両方ともカットオフ周波数が５００Ｈｚで次数が１２８のＦＩＲフィルタで構成されているものとする。また、音響信号のサンプリング周波数を４４１００Ｈｚとする。

図７に示したＦＩＲフィルタの例のように、Ｓ次のＦＩＲフィルタでは音響信号の１サンプルあたりＳ回の乗算と加算の処理（乗算と加算をあわあせて１回の演算処理と数えることにする）をする必要がある。したがって、この実施の形態のイコライザのＦＩＲフィルタ処理部１０５がサンプリング周波数４４１００Ｈｚの音響信号を処理するためには、１秒間に４４１００×１２８で５．７×１０^６回の演算処理をする必要がある。また、ＬＰＦ処理部１０６およびＨＰＦ処理部１０７も１２８次のＦＩＲフィルタであるので１秒間にＦＩＲフィルタ処理部１０５と同様の演算処理を行う必要がある。
また、ＩＩＲフィルタ処理部１０４については、１サンプルあたり５回の演算処理が必要（図７の例で考えた場合、実際には５回の乗算と４回の加算）とすると、１０段のＩＩＲフィルタを備えるので１秒間に４４１００×５×１０で２．２×１０^６回程の演算処理が必要となる。ＩＩＲフィルタ処理部は、以上より、この実施の形態のイコライザは１秒間に１９．３×１０^６回の演算処理を実施する能力を必要とすることになる。

一方、ＦＩＲフィルタで周波数特性を変更するイコライザの場合、例えば２０Ｈｚの信号の特性を変更しようとすると、ＦＩＲフィルタの応答長が２０Ｈｚにおける１波長以上になるようにするためにはＦＩＲフィルタの次数を２２０５次にする必要があるので、１秒間に９７．２×１０^６回の演算処理を行うことができなければならない。従って、この実施の形態のイコライザはＦＩＲフィルタで周波数特性を変更するイコライザに比べて２０Ｈｚの信号の周波数特性を変更しようとするとき、１秒間に７７．９×１０^６回程の演算処理を削減できることになる。

また、１２８次のＦＩＲフィルタのみで構成されたイコライザの場合には、応答長が１波長に満たないため、８８Ｈｚ以下については周波数特性を所望の特性に変更することができない。一方、この実施の形態のイコライザではＩＩＲフィルタ処理部１０４で周波数特性を変更した音響信号の２０Ｈｚの成分がＬＰＦ処理部１０６を通過し、加算器１０８を経由して再生用音響信号として出力されるので２０Ｈｚの周波数成分の特性を変更することが可能である。

なお、ＩＩＲフィルタ処理部１０４によって周波数特性を変更した音響信号にはＩＩＲフィルタ処理による演算誤差が含まれるが、ＬＰＦカットオフ周波数以上の周波数帯についてはＬＰＦ処理部１０６を通過できず再生用音響信号にその影響が及ぶことは無い。また、人間の耳の感度は可聴周波数帯のうち１，０００〜４，０００Ｈｚ程度の帯域で感度が最もよくそれ以外の帯域では感度が下がることから、上述の例のように再生用音響信号の５００Ｈｚ以下の周波数帯の成分にＩＩＲフィルタの演算誤差が含まれていたとしても、その演算誤差が音質に与える影響は軽微なものであると言える。

以上のように、この実施の形態のイコライザは、応答長がしきい値周波数おける１波長以上になるように構成されたＦＩＲフィルタを有するＦＩＲフィルタ処理部１０５とＩＩＲフィルタを有するＩＩＲフィルタ処理部１０４とを備え、入力された音響信号の周波数特性をＦＩＲフィルタ処理部１０５で変更した信号のうち予め定められたカットオフ周波数以上の帯域の成分と、入力された音響信号の周波数特性をＩＩＲフィルタ処理部１０４で変更した信号のうちカットオフ周波数以下の帯域の成分とを含む再生用音響信号を出力するようにした。

これにより、イコライザが音響信号の周波数特性を変更するために必要な演算量を削減するとともに、カットオフ周波数以上の周波数帯においてはＦＩＲフィルタによって周波数特性を変更した音質の良い音響信号が出力され、カットオフ周波数以下の周波数帯においてはＩＩＲフィルタによって周波数特性を変更した音響信号が出力されるので、ＦＩＲフィルタ処理による演算量の増加を抑制しつつ、カットオフ周波数以上の周波数帯についてはＦＩＲフィルタによる高音質の周波数特性の変更ができ、また、カットオフ周波数以下の周波数帯（低周波数帯）についても周波数特性の変更をすることが可能なイコライザを得ることができる。

実施の形態２
図５はこの発明の実施の形態２に係るイコライザの機能構成を示すブロック図である。この実施の形態のイコライザと実施の形態１のイコライザの差分は、ＩＩＲ係数算出部１０２ｂからＩＩＲフィルタ処理部１０４に出力されるＩＩＲフィルタ係数とは異なる係数情報がＦＩＲ係数算出部１０３に対して出力される点である。

次に実施の形態２のイコライザの動作を説明する。設定部１０１、ＦＩＲ係数算出部１０３、ＦＩＲフィルタ処理部１０５、ＬＰＦ処理部１０６、ＨＰＦ処理部１０７、加算器１０８の動作は実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１との差分を中心に説明する。

ＩＩＲ係数算出部１０２ｂは実施の形態１と同様に周波数特性を所望の特性に変更するＮ組のＩＩＲフィルタ係数を算出する。そして、算出したＮ組のＩＩＲフィルタ係数のうち、しきい値周波数以下の周波数を対象とするＩＩＲフィルタ係数を含むＪ組（ＪはＮ以下の自然数）のフィルタ係数を選択して、ＩＩＲフィルタ処理部１０４に出力する。一方、ＦＩＲ係数算出部１０３に対しては実施の形態１と同様にＮ組のＩＩＲフィルタ係数を出力する。
ＩＩＲフィルタ処理部１０４では、ＩＩＲ係数算出部１０２ｂから受信したＪ組のＩＩＲフィルタ係数に基づいてＪ段のＩＩＲフィルタを設定する。
このような構成にすることにより、実施の形態１に示したイコライザが有する効果に加えて、ＩＩＲフィルタ処理部１０４の段数をＮ段からＪ段に削減することが可能となるので、実施の形態１のイコライザよりもさらにフィルタ処理に必要な演算量を削減することができる。

あるいは、ＩＩＲ係数算出部１０２ｂからＦＩＲ係数算出部１０３に対して、算出したＮ組のＩＩＲフィルタ係数のうち、しきい値周波数以上の周波数を対象とするＩＩＲフィルタ係数を選択して（この時選択されたＩＩＲフィルタ係数をＫ組（ＫはＮ以下の自然数）とする）通知するようにすることも考えられる。そしてＦＩＲ係数算出部１０３では、応答長がこの受信したＫ組のＩＩＲフィルタ係数に対応する周波数のうち最も低い周波数における１波長以上になるようにＦＩＲフィルタ処理部１０５のＦＩＲフィルタの次数を決定してＦＩＲフィルタ係数を求めるようにしてもよい。

なお、このときＩＩＲフィルタ処理部１０４に対しては実施の形態１と同様にＮ組のＩＩＲフィルタ係数を通知してもよいし、しきい値周波数以下の周波数を対象とするＮ−Ｋ組のＩＩＲフィルタ係数を含むＮ組以下のフィルタ係数を選択して通知するようにしてもよい。

このような構成にすることにより、ＦＩＲフィルタ処理部１０５のＦＩＲフィルタの次数をＦＩＲフィルタ処理部１０５において特性を変更する周波数に応じて、しきい値周波数に対応した次数からさらに下げることが可能となり、より一層の演算量の削減が可能となる。

図６は、ＩＩＲフィルタ処理部１０４に対してしきい値周波数以下の周波数を対象とするＩＩＲフィルタ係数を選択して通知し、ＦＩＲ係数算出部１０３に対してしきい値周波数以上の周波数を対象とするＩＩＲフィルタ係数を選択して通知した場合の一例を説明する模式図である。なお、ここではカットオフ周波数（ＬＰＦカットオフ周波数とＨＰＦカットオフ周波数）としきい値周波数を同じ値にしている。図６に示すようにＦ１からＦ１０の１０個の周波数の特性を変更するとして、Ｆ４までがしきい値周波数以下、Ｆ５からＦ１０までがしきい値周波数以上であるとする。

ＩＩＲフィルタ処理部１０４にはＦ１からＦ４までの４個の周波数の特性を変更する各周波数に対応した４組のＩＩＲフィルタ係数が設定される。一方、ＦＩＲフィルタ処理部１０５ではＦ５からＦ１０までの６個の周波数の特性を変更するためのＦＩＲフィルタ係数が設定される。この場合、ＩＩＲフィルタ処理部１０４では４段のＩＩＲフィルタの処理が行われる。また、ＦＩＲフィルタ処理部１０５のＦＩＲフィルタは応答長がＦ５における１波長以上になる次数になる。

上述のように実施の形態２のイコライザによれば、実施の形態１に示したイコライザの効果に加えて、ＩＩＲフィルタ処理部１０４で周波数特性を変更する周波数の個数に合わせてＩＩＲフィルタ処理部１０４の段数を変更することにより、さらに演算量を削減することができる。
また、ＦＩＲフィルタ処理部１０５において特性を変更する周波数に応じてＦＩＲフィルタの次数をしきい値周波数に対応した次数からさらに下げることが可能となり、さらに演算量を削減することができる。

１０１設定部、１０２，１０２ｂＩＩＲ係数算出部、１０３ＦＩＲ係数算出部、１０４ＩＩＲフィルタ処理部、１０５ＦＩＲフィルタ処理部、１０６ローパスフィルタ処理部（ＬＰＦ処理部）、１０７ハイパスフィルタ処理部（ＨＰＦ処理部）、１０８加算器

Claims

入力された音響信号から再生用音響信号を生成するイコライザであって、
インパルス応答の長さが予め定められたしきい値周波数における１波長以上になる次数のＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタでＦＩＲフィルタ係数を用いて前記音響信号の周波数特性を変更するＦＩＲフィルタ処理部と、
ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタでＩＩＲフィルタ係数を用いて前記音響信号の周波数特性を変更するＩＩＲフィルタ処理部と、
前記再生用音響信号に要求される周波数特性を示す周波数特性情報を受け取り、前記周波数特性情報に基づいて前記ＩＩＲフィルタ係数を算出するＩＩＲ係数算出部と、
前記ＩＩＲ係数算出部によって算出された前記ＩＩＲフィルタ係数に基づいて前記ＦＩＲフィルタ係数を算出するＦＩＲ係数算出部と、
前記ＦＩＲフィルタ処理部で周波数特性が変更された前記音響信号が入力され、予め定められたカットオフ周波数よりも高い周波数成分を通過させて出力するハイパスフィルタ処理部と、
前記ＩＩＲフィルタ処理部で周波数特性を変更された前記音響信号が入力され、前記カットオフ周波数よりも低い周波数成分を通過させて出力するローパスフィルタ処理部と、
前記ハイパスフィルタ処理部から出力された信号と前記ローパスフィルタ処理部から出力された信号を加算して前記再生用音響信号を出力する加算器と、
を備えたことを特徴とするイコライザ。
前記ハイパスフィルタ処理部は、前記カットオフ周波数に基づいて調整されたハイパスフィルタカットオフ周波数よりも高い周波数成分を通過させ、
前記ローパスフィルタ処理部は、前記カットオフ周波数に基づいて調整されたローパスフィルタカットオフ周波数よりも低い周波数成分を通過させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のイコライザ。
前記ハイパスフィルタ処理部の位相の周波数特性および前記ローパスフィルタ処理部の位相の周波数特性が同一または略同一であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のイコライザ。
前記ＩＩＲフィルタ処理部は、前記音響信号の周波数特性を変更する対象のＮ個（Ｎは１以上の自然数）の周波数に対応するＮ段のＩＩＲフィルタの処理のうち、前記しきい値周波数以下の周波数を含むＪ個（Ｊは０以上かつＮ以下の自然数）の周波数の特性の変更に必要なＪ段のＩＩＲフィルタの処理を実施することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のイコライザ。
前記ＦＩＲフィルタ処理部は、前記しきい値周波数以上の前記音響信号の周波数特性を変更する対象の周波数のなかで、他の周波数よりも低い周波数における１波長以上の長さのインパルス応答が得られる次数のＦＩＲフィルタの処理を実施することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のイコライザ。
前記ＩＩＲフィルタ処理部は、前記音響信号の周波数特性を変更する対象のＮ個（Ｎは１以上の自然数）の周波数に対応するＮ段の前記ＩＩＲフィルタを有し、
前記ＩＩＲ係数算出部は、算出されたＮ段の前記ＩＩＲフィルタ係数の内のＪ段（Ｊは０以上かつＮ未満の自然数）を前記ＩＩＲフィルタ処理部に提供し、
前記ＦＩＲ係数算出部は、前記ＩＩＲ係数算出部からＮ段の前記ＩＩＲフィルタ係数を受け取り、前記ＩＩＲフィルタ係数に基づいて前記ＦＩＲフィルタ係数を算出して前記ＦＩＲフィルタ処理部に提供する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のイコライザ。