JP6908833B2

JP6908833B2 - 信号処理装置、信号処理方法、及び、スピーカー装置

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Publication number: JP6908833B2
Application number: JP2017109652A
Authority: JP
Inventors: 弘貴黒崎; 川口　剛; 剛川口; 芳徳中西; 宏之浅原; 範匡北川
Original assignee: Onkyo Corp
Current assignee: Onkyo Corp
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2017-06-02
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-06-02
Also published as: JP2018026796A

Description

本発明は、音声信号に信号処理を行う信号処理装置、信号処理方法、及び、信号処理装置を備えるスピーカー装置に関する。

音声を出力するスピーカー装置は、音声信号に信号処理を行う信号処理装置（例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor））を備えている。小口径のスピーカーを備えるスピーカー装置においては、スピーカー振動板の過剰な振幅によって出力音声に著しく歪み成分が含まれる、又は、出力音声に異音が発生するようなスピーカー再生音の破綻を抑えるために、信号処理装置によって音声信号が圧縮される場合がある。図１２は、信号処理装置による圧縮処理を示すグラフである。横軸は、入力、縦軸は、出力を示している。例えば、閾値を図１２に示す閾値１に設定した場合、閾値１を超える音声信号が圧縮される。また、閾値を図１２に示す閾値２に設定した場合、閾値２を超える音声信号が圧縮される。

ここで、発明者らは、鋭意研究の結果、音声信号において、低域ほど、低い入力電圧でもスピーカー振動板の振幅量が大きくなり、すぐにスピーカー再生音が破綻することを発見した。スピーカー振動板の振幅量は、再生音圧レベルがそれ以上に高い周波数において高くなる最低共振周波数ｆ０以下の低域において、大きくなるからである。このため、低域でのスピーカー振動板の振幅量の限界（以下、「破綻点」という。）に至る音声信号レベルを圧縮処理の閾値に設定すると、中高域では過剰に信号が圧縮されることになる。従って、音声信号の低域成分に圧縮処理を行うようにすれば、その他の帯域が無駄に圧縮されず、音量を増やすことが可能になることに想到した。なお、特許文献１（図１参照。）では、音声信号の低域成分を抽出するローパスフィルター処理を行った音声信号に圧縮処理を行うことで、音量感を増加させようとしている。

また、スピーカー装置において、スピーカーの周波数特性を低い帯域まで伸ばすために、図１３に示すように、音声信号の低域成分をブーストする低域イコライジング処理を行う場合がある。

特開２００７−１０４４０７号公報

上述の低域イコライジング処理を行う場合、スピーカー振動板の振幅量が破綻点に達することを防止するため、音声信号を減衰する必要がある。しかしながら、音声信号の全帯域を減衰した場合、スピーカーからの再生音において、中高域の音量が不足する。

本発明の目的は、スピーカー再生音の中高域の音量不足を解消することである。

第１の発明の信号処理装置は、受け付けられたボリューム値に基づいて、音声信号を減衰する第１ボリューム処理と、前記第１ボリューム処理を行った前記音声信号の低域成分を抽出するローパスフィルター処理と、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号を圧縮する圧縮処理と、前記第１ボリューム処理を行った前記音声信号の高域成分を抽出するハイパスフィルター処理と、前記受け付けられたボリューム値に基づいて、前記ハイパスフィルター処理を行った前記音声信号を減衰する第２ボリューム処理と、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記第２ボリューム処理を行った前記音声信号と、を合成する合成処理と、を行うことを特徴とする。

本発明では、信号処理装置は、ローパスフィルター処理を行った音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、ローパスフィルター処理を行った音声信号を圧縮する圧縮処理を行う。これにより、音声信号の中高域成分が無駄に圧縮されないため、中高域の音量不足を解消することができる。

音声信号の低域成分は、スピーカー振動板の振幅量が破綻点に達しないように、所定の信号レベル以上で圧縮される。しかしながら、音声信号の中高域成分は、受け付けられたボリューム値に基づいて、音声信号の全帯域成分を減衰する第１ボリューム処理による減衰量がゼロであっても、破綻点に達するような信号レベルではない。そこで、本発明では、信号処理装置は、受け付けられたボリューム値に基づいて、ハイパスフィルター処理を行った音声信号を減衰する第２ボリューム処理を行う。従って、音声信号の中高域成分のボリュームを上げる（減衰量を減らす）ことができるため、中高域の音量不足を解消することができる。

第２の発明の信号処理装置は、第１の発明の信号処理装置において、前記受け付けられたボリューム値が所定値以下の場合、前記第１ボリューム処理による減衰量が変化し、前記第２ボリューム処理による減衰量は一定であり、前記受け付けられたボリューム値が前記所定値を超える場合、前記第１ボリューム処理による減衰量がゼロであり、前記第２ボリューム処理による減衰量が変化することを特徴とする。

本発明では、受け付けられたボリューム値が所定値を超える場合、第１ボリューム処理による減衰量がゼロであり、第２ボリューム処理による減衰量が変化する。従って、第１ボリューム処理による減衰量がゼロになった場合でも、第２ボリューム処理により、音声信号の中高域成分のボリュームを上げる（減衰量を減らす）ことが可能である。

第３の発明の信号処理装置は、受け付けられたボリューム値に基づいて、音声信号を減衰する第１ボリューム処理と、前記第１ボリューム処理を行った前記音声信号の低域成分を抽出するローパスフィルター処理と、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号を圧縮する圧縮処理と、前記第１ボリューム処理を行った前記音声信号の高域成分を抽出するハイパスフィルター処理と、前記第１ボリューム処理を行った前記音声信号の、前記低域成分と前記高域成分との間の周波数帯域成分を抽出するバンドパスフィルター処理と、前記受け付けられたボリューム値に基づいて、前記バンドパスフィルター処理を行った前記音声信号を減衰する第２ボリューム処理と、前記受け付けられたボリューム値に基づいて、前記ハイパスフィルター処理を行った前記音声信号を減衰する第３ボリューム処理と、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記第２ボリューム処理を行った前記音声信号と、を合成する合成処理と、を行うことを特徴とする

音声信号の低域成分は、スピーカー振動板の振幅量が破綻点に達しないように、所定の信号レベル以上で圧縮される。しかしながら、音声信号の中高域成分は、受け付けられたボリューム値に基づいて、音声信号の全帯域成分を減衰する第１ボリューム処理による減衰量がゼロであっても、破綻点に達するような信号レベルではない。そこで、本発明では、信号処理装置は、受け付けられたボリューム値に基づいて、バンドパスフィルター処理を行った音声信号を減衰する第２ボリューム処理を行う。また、信号処理装置は、受け付けられたボリューム値に基づいて、ハイパスフィルター処理を行った音声信号を減衰する第３ボリューム処理を行う。従って、音声信号の中高域成分のボリュームを上げる（減衰量を減らす）ことができるため、中高域の音量不足を解消することができる。

第４の発明の信号処理装置は、第３の発明の信号処理装置において、前記受け付けられたボリューム値が所定値以下の場合、前記第１ボリューム処理による減衰量が変化し、前記第２ボリューム処理、及び、前記第３ボリューム処理による減衰量は一定であり、前記受け付けられたボリューム値が前記所定値を超える場合、前記第１ボリューム処理による減衰量がゼロであり、前記第２ボリューム処理、及び、前記第３ボリューム処理による減衰量が変化することを特徴とする。

本発明では、受け付けられたボリューム値が所定値を超える場合、第１ボリューム処理による減衰量がゼロであり、第２ボリューム処理、及び、第３ボリューム処理による減衰量が変化する。従って、第１ボリューム処理による減衰量がゼロになった場合でも、第２ボリューム処理、及び、第３ボリューム処理により、音声信号の中高域成分のボリュームを上げる（減衰量を減らす）ことが可能である。

第５の発明の信号処理装置は、第１〜第４のいずれかの発明の信号処理装置において、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号の低域成分をブーストする低域イコライジング処理をさらに行い、前記低域イコライジング処理を行った前記音声信号に、前記圧縮処理を行うことを特徴とする。

本発明では、信号処理装置は、ローパスフィルター処理を行った音声信号の低域成分をブーストする低域イコライジング処理を行う。これにより、スピーカーの周波数特性を低い帯域まで伸ばすことできる。

第６の発明の信号処理装置は、第５の発明の信号処理装置において、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号を減衰する減衰処理をさらに行い、前記減衰処理を行った前記音声信号に、前記低域イコライジング処理を行うことを特徴とする。

本発明では、信号処理装置は、ローパスフィルター処理を行った音声信号を減衰する減衰処理を行う。これにより、低域イコライジング処理のために、音声信号の低域成分のみが減衰されるため、音声信号の全帯域成分を減衰する場合に比べて、音声信号の中高域成分にマージンができる。従って、第２ボリューム処理において、所定の減衰量、ボリュームを上げることが可能となる。

第７の発明の信号処理装置は、第６の発明の信号処理装置において、前記減衰処理による減衰量は、前記受け付けられたボリューム値が、前記所定値の場合における、前記第１ボリューム処理による減衰量と、前記第２ボリューム処理による減衰量と、の差の値に等しいことを特徴とする。

本発明では、減衰処理による減衰量は、受け付けられたボリューム値が、所定値の場合における、第１ボリューム処理による減衰量と、第２ボリューム処理による減衰量と、の差の値に等しい。これにより、受け付けられたボリューム値が、所定値を挟んで変化する場合にも、低域成分と、中高域成分と、のバランスがとれた音声再生が可能になる。

第８の発明の信号処理装置は、第６又は第７の発明の信号処理装置において、スピーカーの特性に合わせて前記音声信号の周波数特性を調整するスピーカー調整イコライジング処理をさらに行い、前記スピーカー調整イコライジング処理を行った音声信号に、前記第１ボリューム処理を行うことを特徴とする。

本発明では、信号処理装置は、スピーカーの特性に合わせて音声信号の周波数特性を調整するスピーカー調整イコライジング処理を行う。これにより、スピーカーの特性に合わせた周波数特性とすることができる。

第９の発明の信号処理装置は、第３の発明の信号処理装置において、前記第１ボリューム処理において、前記受け付けられたボリューム値に基づいて、左右の音声信号を減衰し、前記第１ボリューム処理を行った左音声信号に０．５を掛けた音声信号と、前記第１ボリューム処理を行った右音声信号に０．５を掛けた音声信号と、を合成するモノラル合成処理をさらに行い、前記ローパスフィルター処理において、前記モノラル合成処理を行った音声信号の低域成分を抽出し、前記圧縮処理において、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号を圧縮し、前記ハイパスフィルター処理において、前記第１ボリューム処理を行った前記左右の音声信号の高域成分を抽出し、前記バンドパスフィルター処理において、前記第１ボリューム処理を行った前記左右の音声信号の、前記低域成分と前記高域成分との間の周波数帯域成分を抽出し、前記第２ボリューム処理において、前記受け付けられたボリューム値に基づいて、前記バンドパスフィルター処理を行った前記左右の音声信号を減衰し、前記第３ボリューム処理において、前記受け付けられたボリューム値に基づいて、前記ハイパスフィルター処理を行った前記左右の音声信号を減衰し、前記合成処理において、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記第２ボリューム処理を行った左音声信号と、を合成し、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記第２ボリューム処理を行った右音声信号と、を合成することを特徴とする。

本発明では、第１ボリューム処理を行った左音声信号に０．５を掛けた音声信号と、第１ボリューム処理を行った右音声信号に０．５を掛けた音声信号と、が合成された音声信号に、ローパスフィルター処理が行われる。すなわち、モノラル化された音声信号の低域成分が抽出される。また、音声信号の低域成分と、左音声信号の所定周波数帯域成分と、が合成され、音声信号の低域成分と、右音声信号の左音声信号の所定周波数帯域成分と、が合成される。従って、合成された音声信号を２つのウーファーに出力し、左右の音声信号の高域成分をそれぞれ２つのツイーターに出力すれば、所定周波数以上の音声信号は、ステレオのままであり、所定周波数以下の音声信号は、モノラル化されているため、低音の音量感を確保することができ、また、各ユニット／増幅器への負荷を分散することができ、また、ステレオ感も得られることができる。このように、本発明によれば、音量感とステレオ感とを両立させることができる。

第１０の発明の信号処理装置は、第９の発明の信号処理装置において、前記第３ボリューム処理が行われた前記左右の音声信号は、それぞれ、ツイーターに出力され、前記合成処理が行われた前記音声信号は、２つのウーファーに出力されることを特徴とする。

第１１の発明のスピーカー装置は、第１〜第１０のいずれかの発明の信号処理装置と、前記信号処理装置からの前記音声信号が入力されるスピーカーと、を備えることを特徴とする。

第１２の発明の信号処理方法は、受け付けられたボリューム値に基づいて、音声信号を減衰する第１ボリューム処理と、前記第１ボリューム処理を行った前記音声信号の低域成分を抽出するローパスフィルター処理と、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号を圧縮する圧縮処理と、前記第１ボリューム処理を行った前記音声信号の高域成分を抽出するハイパスフィルター処理と、前記受け付けられたボリューム値に基づいて、前記ハイパスフィルター処理を行った前記音声信号を減衰する第２ボリューム処理と、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記第２ボリューム処理を行った前記音声信号と、を合成する合成処理と、を行うことを特徴とする。

第１３の発明の信号処理方法は、受け付けられたボリューム値に基づいて、音声信号を減衰する第１ボリューム処理と、前記第１ボリューム処理を行った前記音声信号の低域成分を抽出するローパスフィルター処理と、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号を圧縮する圧縮処理と、前記第１ボリューム処理を行った前記音声信号の高域成分を抽出するハイパスフィルター処理と、前記第１ボリューム処理を行った前記音声信号の、前記低域成分と前記高域成分との間の周波数帯域成分を抽出するバンドパスフィルター処理と、前記受け付けられたボリューム値に基づいて、前記バンドパスフィルター処理を行った前記音声信号を減衰する第２ボリューム処理と、前記受け付けられたボリューム値に基づいて、前記ハイパスフィルター処理を行った前記音声信号を減衰する第３ボリューム処理と、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記第２ボリューム処理を行った前記音声信号と、を合成する合成処理と、を行うことを特徴とする。

第１４の発明の信号処理方法は、第１３の発明の信号処理方法において、前記第１ボリューム処理において、前記受け付けられたボリューム値に基づいて、左右の音声信号を減衰し、前記第１ボリューム処理を行った左音声信号に０．５を掛けた音声信号と、前記第１ボリューム処理を行った右音声信号に０．５を掛けた音声信号と、を合成するモノラル合成処理をさらに行い、前記ローパスフィルター処理において、前記モノラル合成処理を行った音声信号の低域成分を抽出し、前記圧縮処理において、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号を圧縮し、前記ハイパスフィルター処理において、前記第１ボリューム処理を行った前記左右の音声信号の高域成分を抽出し、前記バンドパスフィルター処理において、前記第１ボリューム処理を行った前記左右の音声信号の、前記低域成分と前記高域成分との間の周波数帯域成分を抽出し、前記第２ボリューム処理において、前記受け付けられたボリューム値に基づいて、前記バンドパスフィルター処理を行った前記左右の音声信号を減衰し、前記第３ボリューム処理において、前記受け付けられたボリューム値に基づいて、前記ハイパスフィルター処理を行った前記左右の音声信号を減衰し、前記合成処理において、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記第２ボリューム処理を行った左音声信号と、を合成し、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記第２ボリューム処理を行った右音声信号と、を合成することを特徴とする。

本発明によれば、スピーカー再生音の中高域の音量不足を解消することができる。

本発明の実施形態に係るスピーカー装置の構成を示すブロック図である。第１実施形態におけるＤＳＰによる信号処理を示す図である。従来のボリューム処理を示す図である。第１ボリューム処理と第２ボリューム処理との関係を示す図である。低域ＥＱ処理を行った音声信号の周波数に対するスピーカー振動板の振幅量を示す図である。図５の状態からボリュームを上げていった状態を示す図である。ＤＲＣ処理が行われた音声信号を示す図である。第２ボリューム処理によるボリュームの増加を示す図である。第２実施形態におけるＤＳＰによる信号処理を示す図である。第３実施形態におけるＤＳＰによる信号処理を示す図である。モノラル合成処理を行った音声信号を示すグラフである。信号処理装置による圧縮処理を示すグラフである。低域イコライジング処理が行われた音声信号を示す図である

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るスピーカー装置を示す図である。スピーカー装置１は、マイクロコンピューター２と、操作部３と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）４と、Ｄ／Ａコンバーター（以下、「ＤＡＣ」という。）５と、増幅器６と、スピーカー７と、無線モジュール８と、を備える。

マイクロコンピューター２は、スピーカー装置１を構成する各部を制御する。操作部３は、各種設定を受け付けるための操作キー等を有している。操作部３は、例えば、ユーザーによるボリューム調整を受け付けるためのボリュームノブを有している。ＤＳＰ４（信号処理装置）は、デジタル音声信号に信号処理を行う。ＤＳＰ４が行う信号処理については、後述する。ＤＡＣ５は、ＤＳＰ４が信号処理を行ったデジタル音声信号を、アナログ音声信号にＤ／Ａ変換する。増幅器６は、ＤＡＣ５がＤ／Ａ変換したアナログ音声信号を増幅する。増幅器６が増幅したアナログ音声信号は、スピーカー７に出力される。スピーカー７は、入力されるアナログ音声信号に基づいて、音声を出力する。無線モジュール８は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格、Ｗｉ−Ｆｉ規格に従った無線通信を行うためのものである。

マイクロコンピューター２は、例えば、無線モジュール１０を介して、スマートフォン、デジタルオーディオプレーヤー等から送信されるデジタル音声信号を受信する。そして、マイクロコンピューター２は、受信したデジタル音声信号に、ＤＳＰ４により信号処理を行わせる。

（第１実施形態）
第１実施形態において、スピーカー７は、フルレンジスピーカーである。図２は、第１実施形態におけるＤＳＰによる信号処理を示す図である。ＤＳＰ４は、スピーカー調整イコライジング処理（以下、「スピーカー調整ＥＱ処理」という。）、第１ボリューム処理、ローパスフィルター処理（以下、「ＬＰＦ処理」という。）、減衰処理、低域イコライジング処理（以下、低域ＥＱ処理という。）、ダイナミックレンジコントロール処理（以下、「ＤＲＣ処理」という。）、ハイパスフィルター処理（以下、「ＨＰＦ処理」という。）、第２ボリューム処理、合成処理を行う。

スピーカー調整ＥＱ処理は、スピーカーの特性に合わせて音声信号の周波数特性を調整する処理である。ＤＳＰ４は、入力される音声信号にスピーカー調整ＥＱ処理を行う。第１ボリューム処理は、マイクロコンピューター２によって受け付けられたボリューム値に基づいて、音声信号を減衰する。ＤＳＰ４は、スピーカー調整ＥＱ処理を行った音声信号に第１ボリューム処理を行う。従って、第１ボリューム処理は、音声信号の全帯域成分に行われる。マイクロコンピューター２は、操作部３を介して、ユーザーによるボリューム値の指示を受け付ける。

ＬＰＦ処理は、音声信号の低域成分（例えば、１５０Ｈｚ以下）を抽出する処理である。ＤＳＰ４は、第１ボリューム処理を行った音声信号にＬＰＦ処理を行う。なお、ＬＰＦ処理で抽出する周波数は、スピーカーの最低共振周波数ｆ０以下を含むように設定することが好ましい。減衰処理は、音声信号を減衰する処理である。ＤＳＰ４は、ＬＰＦ処理を行った音声信号に減衰処理を行う。低域ＥＱ処理は、音声信号の低域成分をブーストする処理である。ＤＳＰ４は、減衰処理を行った音声信号に低域ＥＱ処理を行う。ＤＲＣ処理（圧縮処理）は、音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、音声信号を圧縮する処理である。ＤＳＰ４は、低域ＥＱ処理を行った音声信号にＤＲＣ処理を行う。

ＨＰＦ処理は、音声信号の高域成分（例えば、１５０Ｈｚ以上）を抽出する処理である。ＤＳＰ４は、第１ボリューム処理を行った音声信号にＨＰＦ処理を行う。第２ボリューム処理は、マイクロコンピューター２によって受け付けられたボリューム値に基づいて、音声信号を減衰する処理である。ＤＳＰ４は、ＨＰＦ処理を行った音声信号に第２ボリューム処理を行う。合成処理は、ＤＲＣ処理を行った音声信号と、第２ボリューム処理を行った音声信号と、を合成する処理である。ＤＳＰ４は、ＤＲＣ処理を行った音声信号と、第２ボリューム処理を行った音声信号と、に合成処理を行う。

図３は、ボリューム処理が１つである従来のボリューム処理を示す図である。ボリューム処理では、音声信号の全帯域成分が減衰される。従来のボリューム処理では、音声信号の全帯域成分を減衰するボリューム処理が１つであるため、中高域の音量感が不足する。

図４は、第１ボリューム処理と第２ボリューム処理との関係を示す図である。「マスターボリューム」は、マイクロコンピューター２が受け付けるボリューム値である。「第１ボリューム」は、第１ボリューム処理による減衰量である。「第２ボリューム」は、第２ボリューム処理による減衰量である。「マスターボリューム」が「０ｄＢ」（所定値）以下の場合、第２ボリューム処理による減衰量は、「−６ｄＢ」一定である。「マスターボリューム」が「０ｄＢ」以下の場合、第１ボリューム処理による減衰量が変化する。「マスターボリューム」が「０ｄＢ」を超える場合、第１ボリューム処理による減衰は行われない（減衰量０）。「マスターボリューム」が「０ｄＢ」を超える場合、第２ボリューム処理による減衰量が変化する。本実施形態では、第１ボリューム処理による減衰量が「０ｄＢ」になった場合でも、第２ボリューム処理により、音声信号の中高域成分のボリュームを上げる（減衰量を減らす）ことが可能である。

また、従来、低域ＥＱ処理を行うために、音声信号の全帯域を減衰していた。本実施形態のように、音声信号の低域成分のみに減衰処理を行う場合、従来と比べて、音声信号の中高域成分については、所定の減衰量マージンができる状態となる。従って、第２ボリューム処理において、所定の減衰量、ボリュームを上げることが可能となる。また、減衰処理による減衰量は、「マスターボリューム」が「０ｄＢ」の場合における、第１ボリューム処理による減衰量「０ｄＢ」と、第２ボリューム処理による減衰量「−６ｄＢ」と、の差の値（−６ｄＢ）とすることが好ましい。「マスターボリューム」が「０ｄＢ」を挟んで変化する場合にも、低域成分と中高域成分とのバランスがとれた音声再生が可能になるためである。

図５は、低域ＥＱ処理を行った音声信号の周波数に対するスピーカー振動板の振幅量を示す図である。図５に示すように、低域ＥＱ処理では、所定の周波数をブースト点として、音声信号の低域成分をブーストしている。図６は、図５の状態からボリュームを上げていった状態を示す図である。図６に示すように、ボリュームを上げていくと、音声信号の低域成分が、破綻音の出る振幅量に達し、歪が大幅に増える。

図７は、ＤＲＣ処理が行われた音声信号を示す図である。図７に示すように、ＤＲＣ処理により、音声信号の低域成分が圧縮されるため、破綻が防止される。しかしながら、低域成分が０ｄＢＦＳになるポイントでは、中高域（図中の斜線部分）の振幅がほとんど取れず、音量不足となる。言い換えれば、中高域については、音量が出せるにもかかわらず、それが制限されている状態である。図８は、第２ボリューム処理によるボリュームの増加を示す図である。図８に示すように、第２ボリューム処理により、中高域成分の音量を増加させることができる。

以上説明したように、本実施形態では、ＤＳＰ４は、ＬＰＦ処理を行った音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、ＬＰＦ処理を行った音声信号を圧縮するＤＲＣ処理を行う。これにより、音声信号の中高域成分が無駄に圧縮されないため、中高域の音量不足を解消することができる。

音声信号の低域成分は、スピーカー振動板の振幅量が破綻点に達しないように、所定の信号レベル以上で圧縮される。しかしながら、音声信号の中高域成分は、受け付けられたボリューム値に基づいて、音声信号の全帯域成分を減衰する第１ボリューム処理による減衰量がゼロであっても、破綻点に達するような信号レベルではない。そこで、本実施形態では、ＤＳＰ４は、受け付けられたボリューム値に基づいて、ＨＰＦ処理を行った音声信号を減衰する第２ボリューム処理を行う。従って、音声信号の中高域成分のボリュームを上げる（減衰量を減らす）ことができるため、中高域の音量不足を解消することができる。

また、本実施形態では、受け付けられたボリューム値が所定値を超える場合、第１ボリューム処理による減衰量がゼロであり、第２ボリューム処理による減衰量が変化する。従って、第１ボリューム処理による減衰量がゼロになった場合でも、第２ボリューム処理により、音声信号の中高域成分のボリュームを上げる（減衰量を減らす）ことが可能である。

（第２実施形態）
第２実施形態において、スピーカー７は、ツイーターとウーファーとを含む２ｗａｙスピーカーである。図９は、第２実施形態におけるＤＳＰによる信号処理を示す図である。図９に示すように、ＤＳＰ４は、スピーカー調整ＥＱ処理、第１ボリューム処理、ＬＰＦ処理、減衰処理、低域ＥＱ処理、ＤＲＣ処理、バンドパスフィルター処理（以下、「ＢＰＦ処理」という。）、第２ボリューム処理、合成処理、ＨＰＦ処理、第３ボリューム処理を行う。第１実施形態と同様の処理については説明を省略する。

ＢＰＦ処理は、音声信号の所定帯域成分（例えば、１５０Ｈｚ以上３ｋＨｚ以下）を抽出する処理である。ＤＳＰ４は、第１ボリューム処理を行った音声信号にＢＰＦ処理を行う。第２ボリューム処理は、マイクロコンピューター２によって受け付けられたボリューム値に基づいて、音声信号を減衰する処理である。ＤＳＰ４は、ＢＰＦ処理を行った音声信号に第２ボリューム処理を行う。合成処理は、ＤＲＣ処理を行った音声信号と、第２ボリューム処理を行った音声信号と、を合成する処理である。ＤＳＰ４は、ＤＲＣ処理を行った音声信号と、第２ボリューム処理を行った音声信号と、に合成処理を行う。合成処理が行われた音声信号は、ウーファーに出力される。

ＨＰＦ処理は、音声信号の高域成分（例えば、３ｋＨｚ以上）を抽出する処理である。ＤＳＰ４は、第１ボリューム処理を行った音声信号にＨＰＦ処理を行う。第３ボリューム処理は、マイクロコンピューター２によって受け付けられたボリューム値に基づいて、音声信号を減衰する処理である。ＤＳＰ４は、ＨＰＦ処理を行った音声信号に第３ボリューム処理を行う。ここで、第２ボリューム処理と第３ボリューム処理とにおける減衰量は同じである。また、第１ボリューム処理と、第２ボリューム処理及び第３ボリューム処理と、の関係は、図４に示す第１実施形態と同様である。第３ボリューム処理が行われた音声信号は、ツイーターに出力される。

以上説明したように、本実施形態では、ＤＳＰ４は、ＬＰＦ処理を行った音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、ＬＰＦ処理を行った音声信号を圧縮する圧縮処理を行う。これにより、音声信号の中高域成分が無駄に圧縮されないため、中高域の音量不足を解消することができる。

音声信号の低域成分は、スピーカー振動板の振幅量が破綻点に達しないように、所定の信号レベル以上で圧縮される。しかしながら、音声信号の中高域成分は、受け付けられたボリューム値に基づいて、音声信号の全帯域成分を減衰する第１ボリューム処理による減衰量がゼロであっても、破綻点に達するような信号レベルではない。そこで、本実施形態では、ＤＳＰ４は、受け付けられたボリューム値に基づいて、ＢＰＦ処理を行った音声信号を減衰する第２ボリューム処理を行う。また、ＤＳＰ４は、受け付けられたボリューム値に基づいて、ＨＰＦ処理を行った音声信号を減衰する第３ボリューム処理を行う。従って、音声信号の中高域成分のボリュームを上げる（減衰量を減らす）ことができるため、中高域の音量不足を解消することができる

また、本実施形態では、受け付けられたボリューム値が所定値を超える場合、第１ボリューム処理による減衰量がゼロであり、第２ボリューム処理、及び、第３ボリューム処理による減衰量が変化する。従って、第１ボリューム処理による減衰量がゼロになった場合でも、第２ボリューム処理、及び、第３ボリューム処理により、音声信号の中高域成分のボリュームを上げる（減衰量を減らす）ことが可能である。

また、第１及び第２実施形態では、ＤＳＰ４は、ＬＰＦ処理を行った音声信号の低域成分をブーストする低域ＥＱ処理を行う。これにより、スピーカーの周波数特性を低い帯域まで伸ばすことできる。

また、第１及び第２実施形態では、ＤＳＰ４は、ＬＰＦ処理を行った音声信号を減衰する減衰処理を行う。これにより、低域ＥＱ処理のために、音声信号の低域成分のみが減衰されるため、音声信号の全帯域成分を減衰する場合に比べて、音声信号の中高域成分にマージンができる。従って、第２ボリューム処理において、所定の減衰量、ボリュームを上げることが可能となる。

また、第１及び第２実施形態では、減衰処理による減衰量は、受け付けられたボリューム値が、所定値の場合における、第１ボリューム処理による減衰量と、第２ボリューム処理による減衰量と、の差の値に等しい。これにより、受け付けられたボリューム値が、所定値を挟んで変化する場合にも、低域成分と、中高域成分と、のバランスがとれた音声再生が可能になる。

また、第１及び第２実施形態では、ＤＳＰ４は、スピーカーの特性に合わせて音声信号の周波数特性を調整するスピーカー調整ＥＱ処理を行う。これにより、スピーカーの特性に合わせた周波数特性とすることができる。
（第３実施形態）

第１実施形態、及び、第２実施形態においては、音量感とステレオ感とがトレードオフの関係になっており、音量感とステレオ感との両立が課題である。すなわち、第１実施形態、及び、第２実施形態をステレオ再生で使用すると、低域での音量感が欠如するという問題がある。

第２実施形態においても、スピーカー７は、ツイーターとウーファーとを含む２ｗａｙスピーカーである。図１０は、第２実施形態におけるＤＳＰによる信号処理を示す図である。図１０に示すように、ＤＳＰ４は、スピーカー調整ＥＱ処理、第１ボリューム処理、モノラル合成処理、ＬＰＦ処理、減衰処理、低域ＥＱ処理、ＤＲＣ処理、ＢＰＦ処理、第２ボリューム処理、合成処理、ＨＰＦ処理、第３ボリューム処理を行う。ＤＳＰ４は、左右の音声信号に信号処理を行う。第１実施形態、第２実施形態と同様の処理については説明を省略する。

ＤＳＰ４は、左右の音声信号にスピーカー調整ＥＱ処理を行う。ＤＳＰ４は、スピーカー調整ＥＱ処理を行った左右の音声信号に第１ボリューム処理を行う。モノラル合成処理は、第１ボリューム処理を行った左音声信号に０．５を掛けた音声信号と、第１ボリューム処理を行った右音声信号に０．５を掛けた音声信号と、を合成する処理である。ＤＳＰ４は、第１ボリューム処理を行った左右の音声信号にモノラル合成処理を行う。ＤＳＰ４は、ＬＰＦ処理において、モノラル合成処理を行った音声信号の低域成分を抽出する。第３実施形態において、ＤＳＰ４は、例えば、１５０Ｈｚ以下の音声信号の低域成分を抽出する。ＤＳＰ４は、ＬＰＦ処理を行った音声信号に減衰処理を行う。ＤＳＰ４は、減衰処理を行った音声信号に、低域ＥＱ処理を行う。ＤＳＰ４は、低域ＥＱ処理を行った音声信号に、ＤＲＣ処理を行う。

ＤＳＰ４は、第１ボリューム処理を行った左右の音声信号にＨＰＦ処理を行う。第３実施形態において、ＤＳＰ４は、例えば、３００Ｈｚ以上の音声信号の高域成分を抽出する。ＤＳＰ４は、第１ボリューム処理を行った左右の音声信号にＢＰＦ処理を行う。第３実施形態において、ＤＳＰ４は、１５０Ｈｚから３００Ｈｚの音声信号の周波数帯域成分を抽出する。ＤＳＰ４は、ＢＰＦ処理を行った左右の音声信号に第２ボリューム処理を行う。ＤＳＰ４は、ＨＰＦ処理を行った左右の音声信号に第３ボリューム処理を行う。第３ボリューム処理が行われた左右の音声信号は、それぞれ、ツイーターに出力される。

ＤＳＰ４は、合成処理において、ＤＲＣ処理を行った音声信号と、第２ボリューム処理を行った左音声信号と、を合成し、ＤＲＣ処理を行った音声信号と、第２ボリューム処理を行った右音声信号と、を合成する。合成処理が行われた音声信号は、２つのウーファーに出力される。

図１１は、モノラル合成処理を行った音声信号を示すグラフである。縦軸は、振幅、横軸は、角度を示している。モノラル合成処理は、上述のように、左音声信号に０．５を掛けた音声信号（Ｌ／２）と、第１ボリューム処理を行った右音声信号に０．５を掛けた音声信号（Ｒ／２）と、を合成する（Ｌ／２＋Ｒ／２）。図１１に示すように、Ｌ／Ｒの位相がずれるほどに信号レベルが下がり、逆相成分は、完全に消えてしまう。ワンボックスのスピーカーにおいて、逆相の低域信号は、波長の長さにより、空間合成でも消えてしまうため、あらかじめモノラル合成することの弊害は少ない。一方、１５０Ｈｚ以上の音声信号は、逆相成分の打ち消しによる弊害が強いため、同じユニットが受け持つ帯域であっても、左右（ステレオ）の信号を残すことにより、ステレオ感が得られる。

以上説明したように、本実施形態では、第１ボリューム処理を行った左音声信号に０．５を掛けた音声信号と、第１ボリューム処理を行った右音声信号に０．５を掛けた音声信号と、が合成された音声信号に、ローパスフィルター処理が行われる。すなわち、モノラル化された音声信号の低域成分が抽出される。また、音声信号の低域成分と、左音声信号の所定周波数帯域成分と、が合成され、音声信号の低域成分と、右音声信号の左音声信号の所定周波数帯域成分と、が合成される。従って、合成された音声信号を２つのウーファーに出力し、左右の音声信号の高域成分をそれぞれ２つのツイーターに出力すれば、所定周波数以上の音声信号は、ステレオのままであり、所定周波数以下の音声信号は、モノラル化されているため、低音の音量感を確保することができ、また、各ユニット／増幅器への負荷を分散することができ、また、ステレオ感も得られることができる。このように、本実施形態によれば、音量感とステレオ感とを両立させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は、上述の実施形態には限られるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることが可能である。

上述の実施形態においては、ＤＳＰ４により、第１ボリューム処理等の各処理が行われている。これに限らず、各処理が専用の回路等により行われるようになっていてもよい。

本発明は、音声信号に信号処理を行う信号処理装置、信号処理方法、及び、信号処理装置を備えるスピーカー装置に好適に採用され得る。

１スピーカー装置
２マイクロコンピューター
３操作部
４ＤＳＰ（信号処理装置）
５ＤＡＣ
６増幅器
７スピーカー
８無線モジュール

Claims

音声信号の低域成分を抽出するローパスフィルター処理と、
前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号を圧縮する圧縮処理と、
音声信号の高域成分を抽出するハイパスフィルター処理と、
前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記ハイパスフィルター処理を行った前記音声信号と、を合成する合成処理と、
受け付けられたマスターボリューム値に基づいて、前記ハイパスフィルター処理を行った前記音声信号を減衰する第２ボリューム処理と、を行い、
前記合成処理において、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記第２ボリューム処理を行った前記音声信号と、を合成することを特徴とする信号処理装置。
受け付けられたマスターボリューム値に基づいて、音声信号を減衰する第１ボリューム処理をさらに行い、
前記ローパスフィルター処理において、前記第１ボリューム処理を行った前記音声信号の低域成分を抽出し、
前記ハイパスフィルター処理において、前記第１ボリューム処理を行った前記音声信号の高域成分を抽出することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
受け付けられたマスターボリューム値が所定値以下の場合、前記第１ボリューム処理による減衰量が変化し、前記第２ボリューム処理による減衰量は一定であり、
受け付けられたボリューム値が前記所定値を超える場合、前記第１ボリューム処理による減衰量がゼロであり、前記第２ボリューム処理による減衰量が変化することを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
音声信号の低域成分を抽出するローパスフィルター処理と、
前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号を圧縮する圧縮処理と、
音声信号の高域成分を抽出するハイパスフィルター処理と、
音声信号の、前記低域成分と前記高域成分との間の周波数帯域成分を抽出するバンドパスフィルター処理と、
前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記バンドパスフィルター処理を行った前記音声信号と、を合成する合成処理と、
受け付けられたマスターボリューム値に基づいて、前記バンドパスフィルター処理を行った前記音声信号を減衰する第２ボリューム処理と、を行い、
前記合成処理において、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記第２ボリューム処理を行った前記音声信号と、を合成することを特徴とする信号処理装置。
受け付けられたマスターボリューム値に基づいて、音声信号を減衰する第１ボリューム処理をさらに行い、
前記ローパスフィルター処理において、前記第１ボリューム処理を行った前記音声信号の低域成分を抽出し、
前記ハイパスフィルター処理において、前記第１ボリューム処理を行った前記音声信号の高域成分を抽出し、
前記バンドパスフィルター処理において、前記第１ボリューム処理を行った前記音声信号の、前記低域成分と前記高域成分との間の周波数帯域成分を抽出することを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
受け付けられたマスターボリューム値に基づいて、前記ハイパスフィルター処理を行った前記音声信号を減衰する第３ボリューム処理をさらに行うことを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。
受け付けられたマスターボリューム値が所定値以下の場合、前記第１ボリューム処理による減衰量が変化し、前記第２ボリューム処理、及び、前記第３ボリューム処理による減衰量は一定であり、
受け付けられたマスターボリューム値が前記所定値を超える場合、前記第１ボリューム処理による減衰量がゼロであり、前記第２ボリューム処理、及び、前記第３ボリューム処理による減衰量が変化することを特徴とする請求項６に記載の信号処理装置。
前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号の低域成分をブーストする低域イコライジング処理をさらに行い、
前記低域イコライジング処理を行った前記音声信号に、前記圧縮処理を行うことを特徴とする請求項３又は７に記載の信号処理装置。
前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号を減衰する減衰処理をさらに行い、
前記減衰処理を行った前記音声信号に、前記低域イコライジング処理を行うことを特徴とする請求項８に記載の信号処理装置。
前記減衰処理による減衰量は、受け付けられたマスターボリューム値が、前記所定値の場合における、前記第１ボリューム処理による減衰量と、前記第２ボリューム処理による減衰量と、の差の値に等しいことを特徴とする請求項９に記載の信号処理装置。
スピーカーの特性に合わせて前記音声信号の周波数特性を調整するスピーカー調整イコライジング処理をさらに行い、
前記スピーカー調整イコライジング処理を行った音声信号に、前記第１ボリューム処理を行うことを特徴とする請求項９又は１０に記載の信号処理装置。
左音声信号に０．５を掛けた音声信号と、右音声信号に０．５を掛けた音声信号と、を合成するモノラル合成処理をさらに行い、
前記ローパスフィルター処理において、前記モノラル合成処理を行った音声信号の低域成分を抽出し、
前記圧縮処理において、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号を圧縮し、
前記ハイパスフィルター処理において、左右の音声信号の高域成分を抽出し、
前記バンドパスフィルター処理において、左右の音声信号の、前記低域成分と前記高域成分との間の周波数帯域成分を抽出し、
前記合成処理において、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記バンドパスフィルター処理を行った左音声信号と、を合成し、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記バンドパスフィルター処理を行った右音声信号と、を合成することを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
受け付けられたマスターボリューム値に基づいて、前記バンドパスフィルター処理を行った前記左右の音声信号を減衰する第２ボリューム処理をさらに行い、
前記合成処理において、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記第２ボリューム処理を行った左音声信号と、を合成し、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記第２ボリューム処理を行った右音声信号と、を合成することを特徴とする請求項１２に記載の信号処理装置。
受け付けられたマスターボリューム値に基づいて、左右の音声信号を減衰する第１ボリューム処理をさらに行い、
前記モノラル合成処理において、前記第１ボリューム処理を行った左音声信号に０．５を掛けた音声信号と、前記第１ボリューム処理を行った右音声信号に０．５を掛けた音声信号と、を合成し、
前記ハイパスフィルター処理において、前記第１ボリューム処理を行った前記左右の音声信号の高域成分を抽出し、
前記バンドパスフィルター処理において、前記第１ボリューム処理を行った前記左右の音声信号の、前記低域成分と前記高域成分との間の周波数帯域成分を抽出することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の信号処理装置。
受け付けられたマスターボリューム値に基づいて、前記ハイパスフィルター処理を行った前記左右の音声信号を減衰する第３ボリューム処理をさらに行うことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の信号処理装置。
前記第３ボリューム処理が行われた前記左右の音声信号は、それぞれ、ツイーターに出力され、
前記合成処理が行われた前記音声信号は、２つのウーファーに出力されることを特徴とする請求項１５に記載の信号処理装置。
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の信号処理装置と、
前記信号処理装置からの前記音声信号が入力されるスピーカーと、
を備えることを特徴とするスピーカー装置。
音声信号の低域成分を抽出するローパスフィルター処理と、
前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号を圧縮する圧縮処理と、
音声信号の高域成分を抽出するハイパスフィルター処理と、
前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記ハイパスフィルター処理を行った前記音声
信号と、を合成する合成処理と、
受け付けられたマスターボリューム値に基づいて、前記ハイパスフィルター処理を行った前記音声信号を減衰する第２ボリューム処理と、を行い、
前記合成処理において、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記第２ボリューム処理を行った前記音声信号と、を合成することを特徴とする信号処理方法。
音声信号の低域成分を抽出するローパスフィルター処理と、
前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号を圧縮する圧縮処理と、
音声信号の高域成分を抽出するハイパスフィルター処理と、
音声信号の、前記低域成分と前記高域成分との間の周波数帯域成分を抽出するバンドパスフィルター処理と、
前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記バンドパスフィルター処理を行った前記音声信号と、を合成する合成処理と、
受け付けられたマスターボリューム値に基づいて、前記バンドパスフィルター処理を行った前記音声信号を減衰する第２ボリューム処理と、を行い、
前記合成処理において、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記第２ボリューム処理を行った前記音声信号と、を合成することを特徴とする信号処理方法。
左音声信号に０．５を掛けた音声信号と、右音声信号に０．５を掛けた音声信号と、を合成するモノラル合成処理をさらに行い、
前記ローパスフィルター処理において、前記モノラル合成処理を行った音声信号の低域成分を抽出し、
前記圧縮処理において、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号が所定の信号レベル以上である場合に、前記ローパスフィルター処理を行った前記音声信号を圧縮し、
前記ハイパスフィルター処理において、左右の音声信号の高域成分を抽出し、
前記バンドパスフィルター処理において、左右の音声信号の、前記低域成分と前記高域成分との間の周波数帯域成分を抽出し、
前記合成処理において、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記バンドパスフィルター処理を行った左音声信号と、を合成し、前記圧縮処理を行った前記音声信号と、前記バンドパスフィルター処理を行った右音声信号と、を合成することを特徴とする請求項１９に記載の信号処理方法。