JP6556463B2 - フィルタ生成装置、フィルタ生成方法およびフィルタ生成プログラム - Google Patents
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Description
まず、音場補正装置200の構成について説明する。音場補正装置200は、FFT(高速フーリエ変換、短時間フーリエ変換)部210と、周波数フィルタ部220と、フィルタ係数用メモリ230と、IFFT(Inverse FFT:高速逆フーリエ変換、短時間逆フーリエ変換)部240とを有している。
FFT部210は、まず、図示を省略した音源より入力されたオーディオ信号を、サンプリングして離散時間信号に変換し、離散時間信号をフーリエ変換する処理を行う。より詳細に説明すると、FFT部210は、オーディオ信号に対するオーバーラップ処理と窓関数により重み付けとを行った後に、短時間フーリエ変換処理を行うことによって、オーディオ信号を時間領域から周波数領域に変換し、実数と虚数の周波数スペクトル信号を出力する。本実施の形態では、一例として、サンプリング周波数は96kHz、フーリエ変換長は16,384サンプル、オーバーラップ長は12,288サンプル、窓関数はハニング窓とし、4,096サンプルずつ時間シフトしながら短時間フーリエ変換を行うものとする。この場合、16,384ポイントの周波数スペクトル信号が得られる。ここで、FFT部210は、16,384ポイントのうち、0Hzから48kHzまでのナイキスト周波数による8,193ポイントの周波数スペクトル信号を出力する。
フィルタ係数用メモリ230には、フィルタ生成装置100によって生成されたフィルタ係数(新規のフィルタ係数)が記録される。より詳細には、後述するゲイン係数生成部140によって生成された新規のフィルタ係数が、フィルタ係数用メモリ230に記録され、周波数フィルタ部220において読み出し可能な状態になる。フィルタ係数用メモリ230に記録されたフィルタ係数(新規のフィルタ係数)は、FFT部210より出力される周波数スペクトル信号の全帯域に対応するフィルタ用のフィルタ係数として記録される。このため、フィルタ係数用メモリ230に記録されたフィルタ係数を周波数フィルタ部220が読み出して、周波数フィルタ部220でフィルタ処理を行うことにより、FIRフィルタによるフィルタ処理を実行することが可能になる。なお、フィルタ係数用メモリ230に記録されるフィルタ係数は、ゲイン係数生成部140により、一定時間毎に更新される。
周波数フィルタ部220は、フィルタ係数用メモリ230に記録されたフィルタ係数(新規のフィルタ係数)に基づいて、周波数スペクトル信号の重み付けを行う役割を有している。周波数フィルタ部220は、まず、FFT部210より出力された周波数スペクトル信号と、フィルタ係数用メモリ230に記録されたフィルタ係数とを乗算することによって、周波数領域でのフィルタ処理(フィルタリング)を行う。このフィルタ処理によって、重み付けされた周波数スペクトル信号が、周波数フィルタ部220より出力されることになる。
IFFT部240は、重み付けされた周波数スペクトル信号を、時間領域におけるオーディオ信号へ変換する役割を有している。IFFT部240は、重み付けされた周波数スペクトル信号に対して、短時間逆フーリエ変換処理を施すことによって、周波数スペクトル信号を、周波数領域から時間領域へ変換する。さらに、IFFT部240は、窓関数による重み付け処理とオーバーラップ加算処理とを行うことにより、周波数スペクトル信号をオーディオ信号に変換する。IFFT部240より出力されるオーディオ信号は、周波数フィルタ部220におけるフィルタ処理によって、周波数帯域のゲイン補正が行われた(周波数特性の補正が行われた)、オーディオ信号となる。IFFT部240より出力されたオーディオ信号は、図示を省略したスピーカ等より出力される。
次に、フィルタ生成装置100の構成について説明する。フィルタ生成装置100は、図1に示すように、周波数−ゲイン設定部(入力検出手段)110と、重み係数選択部(重み係数抽出手段)120と、重み係数用メモリ(重み係数記録手段)130と、ゲイン係数生成部(差分ゲイン算出手段、補正ゲイン生成手段、フィルタ係数算出手段)140と、ゲイン係数用メモリ(ゲイン係数記録手段)150とを有している。また、フィルタ生成装置100における各機能部(周波数−ゲイン設定部110、重み係数選択部120およびゲイン係数生成部140)は、図2に示すフローチャートに従って、フィルタ係数の生成処理を行う。
周波数−ゲイン設定部110には、表示部112と操作部113とが設けられている。表示部112には、例えば、図3(a)に示すように、複数の帯域に区分けされた周波数[Hz]が横軸に示され、各帯域において設定されるゲイン[dB]が縦軸に示されている。より詳細に説明すると、図3(a)の横軸には、30Hzから40kHzまで1/3オクターブ毎に32個に分割された周波数帯域が示されている。また、図3(a)の縦軸には、調整可能なゲインの調整範囲が示されている。図3(a)の場合には、調整範囲として±20dBまで表示させることが可能になっている。
重み係数選択部120は、周波数―ゲイン設定部110より受信した帯域情報に基づいて、重み係数用メモリ130より該当する帯域情報の重み係数情報を読み出す役割(図2のステップS.4:重み係数抽出ステップ、重み係数抽出機能)を有している。帯域情報および読み出された重み係数情報は、重み係数選択部120によって、ゲイン係数生成部140へと出力される(図2のステップS.5)。
重み係数用メモリ130には、周波数−ゲイン設定部110の表示部112に分割表示された32個の周波数帯域のそれぞれに対応する重み係数情報が記録されている。図4(a)は、重み係数用メモリ130に記録された400Hzを中心周波数とする帯域の重み係数情報の一例を示し、図4(b)は、31.5kHzを中心周波数とする帯域の重み係数情報の一例を示している。重み係数情報は、周波数帯域毎に予め設定された情報であって、図4(a)(b)に示すように、周波数ポイント(図4(a)(b)の横軸の値)における中心周波数の振幅値(図4(a)(b)の縦軸の値)を1とし、中心周波数から離れるに従って、連続的に振幅値が減少するように設定されている。本実施の形態では、図4(a)(b)に示すように、Hann窓の減衰カーブにより重み係数情報の振幅値が設定されている。
ゲイン係数生成部140は、ユーザにより選択された周波数帯域において、新規に更新されたゲイン(新規のゲイン)の値と、更新される直前のゲインの値とのゲインの差を差分ゲインとして求める役割を有している。ゲイン係数用メモリ150は、周波数−ゲイン設定部110において新しいゲインの値が検出される前の検出処理において検出されていた、分割された帯域毎のゲインの値を、直前のゲインの値として記録する役割を有している。つまり、ゲイン係数用メモリ150は、直前の音響補正処理以前にユーザによって設定された分割された帯域毎のゲインの値を、直前のゲインの値として記録する。また、ゲイン係数用メモリ150は、直前の音響補正処理において、周波数フィルタ部220で用いられたフィルタ係数(つまり、フィルタ係数用メモリ230に記録されたフィルタ係数と同じフィルタ係数)を、直前のフィルタ係数として記録する。
110 …周波数−ゲイン設定部(入力検出手段)
112 …表示部
113 …操作部
114 …左右ボタン
115 …上下ボタン
120 …重み係数選択部(重み係数抽出手段)
130 …重み係数用メモリ(重み係数記録手段)
140 …ゲイン係数生成部(差分ゲイン算出手段、補正ゲイン生成手段、フィルタ係数算出手段)
150 …ゲイン係数用メモリ(ゲイン係数記録手段)
200 …音場補正装置
210 …FFT部
220 …周波数フィルタ部
230 …フィルタ係数用メモリ
240 …IFFT部
300 …CPU
310 …メモリ
Claims (15)
- オーディオ信号を高速フーリエ変換処理した後にFIRフィルタを用いてフィルタ処理を施してから高速逆フーリエ変換処理を行うことにより、前記オーディオ信号に対して音響補正処理を行うための、前記FIRフィルタ用のフィルタ係数を生成するフィルタ生成装置であって、
前記音響補正処理を行うために用いられる重み係数情報を、前記オーディオ信号の周波数帯域に基づいて複数に分割された帯域毎に記録する重み係数記録手段と、
直前の音響補正処理以前にユーザによって設定された前記分割された帯域毎の直前のゲインの値と、前記直前の音響補正処理において用いられた直前のフィルタ係数とを記録するゲイン係数記録手段と、
前記分割された帯域のうち前記ユーザにより選択された帯域を帯域情報として検出すると共に、選択された帯域において前記ユーザにより新たに設定された新規のゲインの値を検出する入力検出手段と、
該入力検出手段により検出された帯域情報に基づいて、前記ユーザにより選択された帯域の重み係数情報を前記重み係数記録手段より抽出する重み係数抽出手段と、
前記ゲイン係数記録手段に記録される前記直前のゲインの値のうち前記帯域情報により求められる帯域の直前のゲインの値と、前記入力検出手段により検出された前記新規のゲインの値との差を、差分ゲインとして算出する差分ゲイン算出手段と、
前記重み係数抽出手段により抽出された前記重み係数情報と前記差分ゲイン算出手段により算出された前記差分ゲインとを乗算することにより、前記帯域情報により求められる帯域の補正ゲインを生成する補正ゲイン生成手段と、
該補正ゲイン生成手段により生成された前記補正ゲインを、前記ゲイン係数記録手段に記録された前記直前のフィルタ係数のうち前記帯域情報により求められる帯域に対して乗算することにより、新規のフィルタ係数を生成するフィルタ係数算出手段と
を備えることを特徴とするフィルタ生成装置。 - 前記重み係数情報は、前記分割された帯域の中心周波数の振幅値を最大値とし、該中心周波数から離れるに従って振幅値が減少する凸状の振幅値変化状態で設定されることを特徴とする請求項1に記載のフィルタ生成装置。
- 前記重み係数情報は、周波数を対数スケールで示した場合に、前記凸状の振幅値変化状態が左右対称の形状となることを特徴とする請求項2に記載のフィルタ生成装置。
- 前記重み係数情報は、隣接する帯域の中心周波数の振幅値を0とし、隣接する帯域との境界となる周波数の振幅値を前記最大値の半分の振幅値として設定されることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のフィルタ生成装置。
- 前記重み係数情報は、前記凸状の振幅値変化状態として、Hann窓又は三角窓に該当する減衰特性を備えることを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載のフィルタ生成装置。
- オーディオ信号を高速フーリエ変換処理した後にFIRフィルタを用いてフィルタ処理を施してから高速逆フーリエ変換処理を行うことにより、前記オーディオ信号に対して音響補正処理を行うための、前記FIRフィルタ用のフィルタ係数を生成するフィルタ生成装置のフィルタ生成方法であって、
前記フィルタ生成装置は、
前記音響補正処理を行うために用いられる重み係数情報を、前記オーディオ信号の周波数帯域に基づいて複数に分割された帯域毎に記録する重み係数記録手段と、
直前の音響補正処理以前にユーザによって設定された前記分割された帯域毎の直前のゲインの値と、前記直前の音響補正処理において用いられた直前のフィルタ係数とを記録するゲイン係数記録手段と
を備え、
入力検出手段が、前記分割された帯域のうち前記ユーザにより選択された帯域を帯域情報として検出すると共に、選択された帯域において前記ユーザにより新たに設定された新規のゲインの値を検出する入力検出ステップと、
重み係数抽出手段が、前記入力検出ステップにおいて検出された帯域情報に基づいて、前記ユーザにより選択された帯域の重み係数情報を前記重み係数記録手段より抽出する重み係数抽出ステップと、
差分ゲイン算出手段が、前記ゲイン係数記録手段に記録される前記直前のゲインの値のうち前記帯域情報により求められる帯域の直前のゲインの値と、前記入力検出ステップにおいて検出された前記新規のゲインの値との差を、差分ゲインとして算出する差分ゲイン算出ステップと、
補正ゲイン生成手段が、前記重み係数抽出ステップにおいて抽出された前記重み係数情報と前記差分ゲイン算出ステップにおいて算出された前記差分ゲインとを乗算することにより、前記帯域情報により求められる帯域の補正ゲインを生成する補正ゲイン生成ステップと、
フィルタ係数算出手段が、前記補正ゲイン生成ステップにおいて生成された前記補正ゲインを、前記ゲイン係数記録手段に記録された前記直前のフィルタ係数のうち前記帯域情報により求められる帯域に対して乗算することにより、新規のフィルタ係数を生成するフィルタ係数算出ステップと
を備えることを特徴とするフィルタ生成方法。 - 前記重み係数情報は、前記分割された帯域の中心周波数の振幅値を最大値とし、該中心周波数から離れるに従って振幅値が減少する凸状の振幅値変化状態で設定されることを特徴とする請求項6に記載のフィルタ生成方法。
- 前記重み係数情報は、周波数を対数スケールで示した場合に、前記凸状の振幅値変化状態が左右対称の形状となることを特徴とする請求項7に記載のフィルタ生成方法。
- 前記重み係数情報は、隣接する帯域の中心周波数の振幅値を0とし、隣接する帯域との境界となる周波数の振幅値を前記最大値の半分の振幅値として設定されることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載のフィルタ生成方法。
- 前記重み係数情報は、前記凸状の振幅値変化状態として、Hann窓又は三角窓に該当する減衰特性を備え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項に記載のフィルタ生成方法。
- オーディオ信号を高速フーリエ変換処理した後にFIRフィルタを用いてフィルタ処理を施してから高速逆フーリエ変換処理を行うことにより、前記オーディオ信号に対して音響補正処理を行うための前記FIRフィルタ用のフィルタ係数を生成する機能を、フィルタ生成装置のコンピュータで実現させるフィルタ生成プログラムであって、
前記フィルタ生成装置は、
前記音響補正処理を行うために用いられる重み係数情報を、前記オーディオ信号の周波数帯域に基づいて複数に分割された帯域毎に記録する重み係数記録手段と、
直前の音響補正処理以前にユーザによって設定された前記分割された帯域毎の直前のゲインの値と、前記直前の音響補正処理において用いられた直前のフィルタ係数とを記録するゲイン係数記録手段と
を備え、
前記コンピュータに、
前記分割された帯域のうち前記ユーザにより選択された帯域を帯域情報として検出させると共に、選択された帯域において前記ユーザにより新たに設定された新規のゲインの値を検出させるための入力検出機能と、
該入力検出機能により検出された帯域情報に基づいて、前記ユーザにより選択された帯域の重み係数情報を前記重み係数記録手段より抽出させる重み係数抽出機能と、
前記ゲイン係数記録手段に記録される前記直前のゲインの値のうち前記帯域情報により求められる帯域の直前のゲインの値と、前記入力検出機能により検出された前記新規のゲインの値との差を、差分ゲインとして算出させる差分ゲイン算出機能と、
前記重み係数抽出機能により抽出された前記重み係数情報と前記差分ゲイン算出機能により算出された前記差分ゲインとを乗算することにより、前記帯域情報により求められる帯域の補正ゲインを生成させる補正ゲイン生成機能と、
該補正ゲイン生成機能により生成された前記補正ゲインを、前記ゲイン係数記録手段に記録された前記直前のフィルタ係数のうち前記帯域情報により求められる帯域に対して乗算することにより、新規のフィルタ係数を生成させるフィルタ係数算出機能と
を実現させることを特徴とするフィルタ生成プログラム。 - 前記重み係数情報は、前記分割された帯域の中心周波数の振幅値を最大値とし、該中心周波数から離れるに従って振幅値が減少する凸状の振幅値変化状態で設定されることを特徴とする請求項11に記載のフィルタ生成プログラム
- 前記重み係数情報は、周波数を対数スケールで示した場合に、前記凸状の振幅値変化状態が左右対称の形状となることを特徴とする請求項12に記載のフィルタ生成プログラム。
- 前記重み係数情報は、隣接する帯域の中心周波数の振幅値を0とし、隣接する帯域との境界となる周波数の振幅値を前記最大値の半分の振幅値として設定されることを特徴とする請求項12又は請求項13に記載のフィルタ生成プログラム。
- 前記重み係数情報は、前記凸状の振幅値変化状態として、Hann窓又は三角窓に該当する減衰特性を備えることを特徴とする請求項12乃至請求項14のいずれか1項に記載のフィルタ生成プログラム。
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