JP6695256B2 - 仮想低音(bass)のオーディオ信号への付加 - Google Patents
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- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
Description
1.低音信号を形成するために帯域通過フィルタを使って入力オーディオ信号から低周波数成分を取り出す。
2.低音信号を非線形デバイスへ供給することにより高次高調波(higher-order harmonics)を発生する。
3.帯域通過フィルタを使って高次高調波(仮想ピッチ)の一部分を選択する。
4.選択された高次高調波を元の信号へ戻して加える。
しかし、本願発明者は、この方法が音質をいちじるしく損なう、非線形デバイスによる相互変調歪(inter modulation distortion)の導入を含む問題があることを認めた。
1.入力オーディオ信号を離散フーリエ変換(DFT)ドメインへ変換するために短時間フーリエ変換(STFT)を使用する。
2.低周波数高調波トーンの周波数を、ラウドスピーカが効率的に音を発生できる周波数へ線形的にスケールアップする。
3.時間ドメインの仮想低音信号を合成するための正弦波の和シンセサイザ(sum-of-sinusoids synthesizer)を駆動するためにスケールアップされた高調波を使用する。
4.仮想低音信号を元の信号へ戻して加える。
しかし、本願発明者はこの方法がスケールアップされた高調波トーンの間に周波数差を生じ、得られた仮想ピッチ周波数があるべき周波数よりも高いという、少なくとも一つの問題を認めた。言い換えれば、得られた仮想低音部は元の信号の低音部よりも高いピッチを有するとして認識されるだろう。さらに悪いことに、多くのケースでは、特に音楽が含まれる場合、認識されるピッチにおける前述のシフトは認識される低音部をオーディオ信号の他の部分と衝突させて音質のさらに多くの重大な低下を生じる。
本実施形態の第1の実施形態は、主として周波数ドメインで動作し、図1を参照して論じられる。以下で詳細に論じられるように、図1は、元の信号10よりも少ない実際の低音部の中身を有し、しかし、例えば低音を作成するのに非常に良くないスピーカや他の出力デバイスについて、より適切にする仮想低音が付加された出力オーディオ信号40を作成するために、元の入力オーディオ信号10(典型的にはデジタル形式、すなわち時間において離散的又はサンプルされ、値において離散的又は量子化された)を処理するためのシステム5を説明する図である。
ここで、fl bは下端カットオフ(−3dB)周波数、fh bは上端カットオフ周波数、及び前記範囲は、望ましくは低音部が強くなると期待され、しかし意図されたラウドスピーカ又は他の最終の出力デバイス42が音を効率的に発生できないところに中心が置かれる。さらに、低音部抽出器14の帯域幅は、次に示す目的のためにオーディオ信号源から適切な調和構造(harmonic structure)を抽出するために、望ましくは十分なオクターブ(例えば、少なくとも1、2以上)にわたる。このような通過帯域の代表的な例は[40、160]Hzである。より一般的には、好適にはfl bは10、15、20又は30Hz、fh bは100−200Hzである。
この周波数変換乗数を使い、低音調和周波数(bass harmonic frequency)のセット、
F0,2F0,3F0,・・・
は、変換器28においてターゲット調和周波数のセット
F0+kF0,2F0+kF0,3F0+kF0,・・・へ変換される。
このように、ターゲット調和周波数の差はF0のままであり、それぞれの調和周波数はF0の整数倍のままである。したがって、この調和周波数のセットは欠けている仮想ピッチの感じを生成する。さらに、同じ量(Δ)によるF0の周囲の周波数の変換は多くの場合、認識することの観点から元の低音の品質を保つことができる。
前記時間ドメインにおいて全て動作する、本願の他の実施形態が図2を参照して主に説明される。以下に詳しく説明されるように、図2は、システム5について上記に論じられたような、元の信号10より実際は少ない低音の内容を有することができ、しかし、例えば、低音を生成するのに非常に良くないスピーカや他の出力デバイスに対してより適切にするための「仮想低音」が付加された出力オーディオ信号140を生成するために、元の入力オーディオ信号10(通常はデジタル形式)を処理するためのシステム105を説明する。
fc=kf0
これは下サイドバンドがラウドスピーカが効率的に音を作ることができる周波数より下になるようにし、ティンバー(timber)における下サイドバンドの影響を制限される。しかし、この下サイドバンドは過度な熱とコイルの変位とを生み出すので抑制されるべきである。
したがって、仮想低音信号125に対する代表的又は公称周波数は上記の制限の算術平均又は幾何平均として計算でき、たとえば、
一般に別のやり方で明確に示された場合を除いて、ここに記載された全てのシステム、方法、機能、テクニックは1以上のプログラム可能な汎用コンピューティングデバイスで実行可能である。このようなデバイス(例えばここで言及されるいずれかの電子デバイス)は、例えば次の互いに、例えば共通バスで互いに結合された構成要素の少なくともいくつかを含むだろう:(1)1以上のセントラルプロセッシングユニット(CPU)、(2)読み出し専用メモリ(ROM)、(3)ランダムアクセスメモリ(RAM)、(4)他の統合された又は取り付けられる記憶デバイス、(5)入力/出力ソフトウェア及び他のデバイスとのインタフェースのための回路(例えば、シリアルポート、パラレルポート、USB接続、ファイアワイヤ接続などの有線接続を使用するもの、又は無線周波数識別(RFID)、任意の近距離無線通信(NFC)プロトコル、ブルートゥース又は802.11プロトコルなどのような無線プロトコルを使用するもの。)、(6)1以上のネットワークを接続するためのソフトウェア及び回路、例えばイーサネットカードなどの有線接続や符号分割多元接続(CDMA)、移動通信のためのグローバルシステム(GSM)、ブルートゥース、802.11プロトコル又は本発明の多くの実施形態におけるネットワークを次々とインターネットや他のネットワークへ接続する他のセルラーベース又はセルラーベースではないシステムなどの無線プロトコル、(7)表示(陰極線管、液晶ディスプレイ、有機発光ディスプレイ、高分子発光ディスプレイ又は他の薄膜ディスプレイなど)、(8)他の出力デバイス(1以上のスピーカ、ヘッドホンセット、レーザー又は他のライトプロジェクター及び/又はプリンタなど)、(9)1以上の入力デバイス(マウス、1以上の物理スイッチ又は可変コントロール、タッチパッド、タブレット、タッチセンシティブディスプレイ又は他のポインティングデバイス、キーボード、キーパッド、マイクロホン及び/又はカメラ又はスキャナなど)、(10)大容量記憶デバイス(ハードディスクドライブ又はソリッドステートドライブなど)、(11)リアルタイムクロック、(12)取り外し可能な読み出し/書き込み記憶デバイス(フラッシュドライブ、半導体メモリを使用する他の携帯ドライブ、磁気ディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、光ディスク、またはそのようなものなど)、(13)モデム(例えば、ファックスを送るための、又はインターネット又は他のコンピュータネットワークへ接続するための)。実行中において、上記の方法や機能を実行するための処理ステップは汎用コンピュータによって実行される限りの範囲で、一般には最初に大容量記憶装置(例えば、ハードディスク又はソリッドステートドライブ)に記憶されていて、RAMにダウンロードされて、RAMの外のCPUによって実行される。しかし、ある場合には処理ステップは最初にRAM又はROMに記憶され及び/又は大容量記憶装置から直接実行される。
前の議論において、用語「操作者(operators)」、「操作(operations)」、「機能(functions)」及び類似の用語は、特定の実行/実施形態に基づいて、方法ステップ又はハードウェア構成要素に言及することができる。
Claims (15)
- オーディオ信号を処理するための装置であって、
(a)元のオーディオ信号を入力する入力ラインと、
(b)前記元のオーディオ信号の、少なくとも1オクターブ幅で、低音部分を抽出する低音部抽出フィルタと、
(c)前記低音部分内の低音の基本周波数を推定する推定器と、
(d)前記推定器によって推定された前記基本周波数の整数倍である正の周波数の増加により、前記少なくとも1オクターブ幅の低音部分を全体的にシフトして、仮想低音信号を提供する周波数変換器と、
(e)前記元のオーディオ信号と前記仮想低音信号とに接続される(i)入力及び(ii)出力を有する加算器と、
(f)前記加算器の前記出力に接続されるオーディオ出力デバイスと、
を含む装置。 - 前記低音部抽出フィルタは100Hzから200Hzの範囲内に上端カットオフ周波数を有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記低音部抽出フィルタは少なくとも10Hzの下端カットオフ周波数を有するバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項1又は2に記載の装置。
- 前記低音部抽出フィルタは少なくとも2オクターブのパスバンドを有するバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の装置。
- 前記低音部分の知覚ラウドネスの第1の推定及び前記仮想低音信号の知覚ラウドネスの第2の推定に基づいて前記仮想低音信号の強さを調整するラウドネスコントローラをさらに含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の装置。
- 前記第1の推定は、音圧レベル(SPL)又は前記低音部分のパワーの少なくとも一つの推定に基づくことを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 前記ラウドネスコントローラはさらに、ユーザ入力に基づいて前記仮想低音信号の強さを調整することを特徴とする請求項5又は6に記載の装置。
- 前記低音の前記基本周波数は、規定された1オクターブの範囲内に規制されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の装置。
- 前記規定された1オクターブ範囲の外の前記基本周波数の初期の推定は、前記基本周波数の前記初期の推定のオクターブを上げることにより前記規定された1オクターブの範囲内へシフトされることを特徴とする請求項8に記載の装置。
- 前記周波数変換器はシングルサイドバンド(SSB)変調を使用することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の装置。
- 前記オーディオ出力デバイスにより効率的に音に変換できない、前記元のオーディオ信号内の周波数を抑圧するハイパスフィルタをさらに含むことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の装置。
- 前記入力ラインと前記加算器との間に接続され、前記元のオーディオ信号と前記仮想低音信号との時間的な整合をとる遅延素子をさらに含むことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の装置。
- 前記推定器及び前記周波数変換器は周波数ドメインで動作することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の装置。
- 前記低音部抽出フィルタ、前記推定器及び前記周波数変換器は時間ドメインで動作することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の装置。
- 前記低音部抽出フィルタ、前記推定器、前記周波数変換器及び前記加算器はデジタルデバイスであり、さらに前記加算器と前記オーディオ出力デバイスとの間に配置されたデジタル−アナログ変換器を含むことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の装置。
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