JPH0615400U - 音響信号の所定周波数成分除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通常の２チャンネルオーディオ信号を音源と
してその主信号を削除でき、また、左右の信号レベルが
多少乱れていても主成分を除去しえる、音響信号の所定
周波数成分除去装置の提供。 【構成】 本考案では適応型ＦＩＲフィルタを用いてＬ
チャンネル及びＲチャンネル信号から主信号を削除す
る。Ｒチャンネル入力信号２を例にすると、Ｒチャンネ
ル入力信号２を３つに分岐し、分岐した１つは加算器３
でＬチャンネル信号と加算し（Ｌ＋Ｒ）信号とし、もう
１つは適応型ＦＩＲフィルタ６でフィルタリングしその
出力を減算器９で加算器３の出力である（Ｌ＋Ｒ）信号
から差し引く。減算器９の出力ＬＡがＬチャンネル信号
から主信号を削除した信号であり、これを制御信号とし
て適応型ＦＩＲフィルタ６の係数を制御する。信号ＬＡ
はセンターに定位している低音域信号も削除してしまう
ため、逆のチャンネル（Ｌチャンネル）の入力信号であ
るＬチャンネル入力信号１をローパスフィルタ４で帯域
制限した出力Ｌ３を加算器１０で加算し（ＬＡ＋Ｌ３）
信号として出力する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ステレオ音響装置に好適な音響信号の所定周波数成分除去装置に関 する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、通常の２チャンネルオーディオ信号から主旋律となる信号（例えば、ヴ ォーカル）を削除しカラオケなどに応用する場合、片方のチャンネルの信号から 他方のチャンネルの信号を減算していた。

【０００３】 図５は、通常のコンパクト・ディスク（以下、ＣＤと記す）等の信号からヴォ ーカル信号を削除しカラオケに用いる場合の、従来技術の回路の例であり、５１ はＬチャンネル入力信号、５２，５７はローパスフィルタ（ＬＰＦ）、５３，５ ８は減算器、５４，５９は加算器、５６はＲチャンネル入力信号である。図５に おいて、減算器５３によりＬチャンネル入力信号５１からＲチャンネル入力信号 ５６を、減算器５８によりＲチャンネル入力５６からＲチャンネル入力５１をそ れぞれ減算する（この過程を以下、Ｌ−Ｒ、Ｒ−Ｌと記す）。

【０００４】 この処理により、Ｌチャンネル入力信号とＲチャンネル入力信号の中で、同位 相、同振幅成分は打ち消される。言い替えれば、Ｌチャンネル入力信号とＲチャ ンネル入力信号の中央（センター）に定位している信号（以下、主信号と記す） が削除される。そして、通常のＣＤ等のヴォーカル曲のヴォーカル信号はセンタ ーに定位するように録音されているため打ち消されることとなる。

【０００５】 しかしながら、この処理のためセンターに定位している（ベース、ドラム等の ）低音域成分も打ち消されるため、図５に示すようにローパスフィルタ５２，５ ７により原信号５１，５６からそれぞれ低音域の成分を取り出して加算器５４， ５９で加算し、Ｌチャンネルの出力信号５５とＲチャンネルの出力信号６０を得 ている。以下、通常のＣＤ等の信号から主信号（例えば、ヴォーカル）を削除す る処理をヴォーカル・キャンセル処理という。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、従来のヴォーカル・キャンセル処理にあっては次のような問題 点があった。 Ｌ−ＲまたはＲ−Ｌを行なうため、原信号のステレオ感（左右の定位感）が 損なわれる。 Ｌチャンネル及びＲチャンネルの主信号の振幅が同じでないと、同位相、同 振幅成分を完全に打ち消すことができない。例えば、左右の録音レベルが乱れて いるようなカセットテープを音源として従来のヴォーカル・キャンセル処理を行 なうと主信号が残る。

【０００７】 本考案は上記問題点に鑑みてなされたものであり、適応型ヴォーカル・キャン セル処理により、通常の２チャンネルオーディオ信号を音源としてその主信号を 削除でき、また、左右の信号レベルが多少乱れていても主成分を除去し得る、音 響信号の所定周波数成分除去装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために本考案の音響信号の所定周波数成分除去装置は、 ２チャンネルの主成分及び副成分を含む音響信号を合成した音響合成信号を得る 音響合成手段と、各チャンネルの音響信号を入力して音響適応処理信号を得る適 応フィルタ手段と、音響合成信号と音響適応処理信号とを演算処理して各チャン ネルに対応した主成分を除去した音響信号を得る演算処理手段と、を有し、適応 フィルタ手段が、主成分を除去した音響信号を分岐入力し該適応フィルタ手段の フィルタ係数を制御することにより、主成分を除去した音響信号の自乗平均値を 最小とするように、入力した各チャンネルの音響信号を適応制御して音響適応処 理信号を得ることを特徴とする。

【０００９】

【作用】

上記構成により、本考案の音響信号の所定周波数成分除去装置は、音響合成手 段により２チャンネルの主成分及び副成分を含む音響信号を合成した音響合成信 号を得て、適応フィルタ手段により各チャンネルの音響信号を入力して音響適応 処理信号を得る。そして、演算処理手段により音響合成信号と音響適応処理信号 とを演算処理して該各チャンネルに対応した主成分を除去した音響信号を得る。 なお、主成分を除去した音響信号を分岐入力し該適応フィルタ手段のフィルタ係 数を制御することにより、主成分を除去した音響信号の自乗平均値を最小とする ように、入力した各チャンネルの音響信号を適応制御して音響適応処理信号を得 る。

【００１０】

【実施例】

図１は本考案に基づく音響信号の所定周波数成分除去装置の一実施例の構成を 示すブロック図であり、１はＬチャンネル入力信号、２はＲチャンネル入力信号 、３は音響合成手段としての加算器、４，６はローパスフィルタ、５，７は適応 フィルタ手段としての適応型ＦＩＲフィルタ、８，９は演算処理手段としての減 算器、１１は加算器である。

【００１１】 本考案では適応型ＦＩＲフィルタを用いてＬチャンネル及びＲチャンネル信号 から主信号を削除する。このためにＬ＋Ｒ信号にＲ信号（又はＬ信号）をフィル タリングして適応させ、その結果、Ｌ信号（又はＲ信号）から主信号を削除した 信号が作成される。以下、図１により本考案の装置の動作について述べる。

【００１２】 Ｒチャンネル入力信号２を例にすると、Ｒチャンネル入力信号２は３つに分岐 される。分岐した１つは加算器３でＬチャンネル信号と加算し（Ｌ＋Ｒ）信号と なる。もう１つは適応型ＦＩＲフィルタ６でフィルタリングされる。適応型ＦＩ Ｒフィルタ６の出力は減算器９により加算器３の出力である（Ｌ＋Ｒ）信号から 差し引かれる。この減算器９の出力ＬＡがＬチャンネル信号から主信号を削除し た信号であり、この信号ＬＡを制御信号として適応型ＦＩＲフィルタ６の係数を 制御する。信号ＬＡはセンターに定位している低音域信号も削除してしまうため 、逆のチャンネル（Ｌチャンネル）の入力信号であるＬチャンネル入力信号１を ローパスフィルタ４で帯域制限した出力Ｌ３を加算器１０で加算し（ＬＡ＋Ｌ３ ）信号として出力する。

【００１３】 Ｌチャンネル入力信号１もＲチャンネル入力信号の場合と同様に、３つに分岐 され、分岐した１つは加算器３でＬチャンネル信号と加算し（Ｌ＋Ｒ）信号とな る。もう１つは適応型ＦＩＲフィルタ５でフィルタリングされる。適応型ＦＩＲ フィルタ５の出力は減算器８により加算器３の出力である（Ｌ＋Ｒ）信号から差 し引かれる。この減算器８の出力ＲＡがＲチャンネル信号から主信号を削除した 信号であり、この信号ＲＡを制御信号として適応型ＦＩＲフィルタ５の係数を制 御する。信号ＲＡはセンターに定位している低音域信号も削除してしまうため、 逆のチャンネル（Ｒチャンネル）の入力信号であるＲチャンネル入力信号２をロ ーパスフィルタ７で帯域制限した出力Ｒ３を加算器１１で加算し（ＲＡ＋Ｒ３） 信号として出力する。

【００１４】 なお、ローパスフィルタ３，７のカットオフ周波数は３００Hz付近が適当であ る。また、上記処理はデジタル信号処理により行なわれる。また、適応フィルタ を動作させるための適応アルゴリズムは多数あるが、本実施例ではＬＭＳアルゴ リズムを用いている。また、ＦＩＲフィルタのタップ数は数十タップで効果を得 ることができる。以下、適応処理について述べる。

【００１５】 図２は、本考案の適応処理の回路構成例を示すブロック図であり、ある目標信 号ｄを適応フィルタ２１の出力信号ｙで推定する場合の回路構成である。適応フ ィルタ２１の役割は、そのフィルタ係数を変えながら、ｙをｄに近付けることで あり、言い替えれば、減算器２２で目標信号から適応フィルタ２１の出力ｙを再 引いた誤差信号ｅの自乗平均誤差を最小にすることである（ここで誤差信号ｅの 自乗平均値である自乗平均誤差をＥ［ｅ²］と記す）。

【００１６】 図３（Ａ）は、Ｌチャンネル入力信号に対する適応処理の原理を示す説明図で あり、図３（Ａ）において、Ｌ，Ｒは信号源のＬチャンネル、Ｒチャンネルのス テレオ信号である。ここでこの信号の音像定位を図４に示すように仮定する。図 ４において、４１は音像Ｃの定位を、４２はＬチャンネルの音像Ｌ１の定位を、 ４３はＲチャンネルの主信号の音像Ｒ１の定位を、４４はＬチャンネルスピーカ 、４５はＲチャンネルスピーカ、４６は聴取者を示す。なお、図４は聴取者４６ がＬチャンネルスピーカ４４及びＲチャンネルスピーカ４５と正三角形の頂点を なす位置でステレオ信号を聴取した場合（言い替えれば、理想的な位置でステレ オ信号を聴取した場合）の音像定位を示している。

【００１７】 主信号の音像ＣはＬチャンネル及びＲチャンネルにそれぞれ同位相、同振幅で 記録され、音像Ｌ１はＬチャンネルのみに、音像Ｒ１はＲチャンネルのみに記録 され、音像Ｃ、Ｌ１、Ｒ１に相関はないものとする。この関係を下記数式１に示 す。

【００１８】

【数１】 Ｌ＝Ｌ１＋Ｃ Ｒ＝Ｒ１＋Ｃ …（１） 上記数式１より、図３のＬチャンネル入力信号に対する適応処理の関係は下記 数式２で表わすことができる。但し、ｅは誤差であり、Ｌ’はＬをフィルタリン グした結果である。

【００１９】

【数２】 ｅ＝（Ｌ＋Ｒ）−Ｌ’ （Ｌ１＋２Ｃ＋Ｒ１）−（Ｌ１＋Ｃ） …（２） そして、自乗平均誤差Ｅ［ｅ²］は下記数式３で表わされる。

【００２０】

【数３】 Ｅ［ｅ²］＝Ｅ［（Ｌ１＋２Ｃ＋Ｒ１）−Ｌ’）²］ ＝Ｅ［Ｒ１²］＋２Ｅ［Ｒ１（Ｌ１＋２Ｃ−Ｌ’）］ ＋Ｅ［（Ｌ１＋２Ｃ−Ｌ’）² …（３） また、Ｃ、Ｌ１、Ｒ１は無相関であるから、数式３の右辺第２項は０（ゼロ） となり、下記数式４となる。

【００２１】

【数４】 Ｅ［ｅ²］＝Ｅ［Ｒ１²］＋Ｅ［（Ｌ１＋２Ｃ−Ｌ’）²］ …（４） ここで、Ｅ［Ｒ１²］はフィルタ係数には依存しないため、適応フィルタがＥ ［ｅ²］を最小にすることは数式４の右辺第２項を最小にすることであり、従っ て、数式４を下記数式５で表わすことができる。

【００２２】

【数５】 Ｅ［ｅ²］≒Ｅ［Ｒ１²］ 上記数式５から、図３（Ａ）に示した回路構成によりＲ信号から主信号Ｃを削 除した信号Ｒ１が得られることがわかる。また、図３（Ｂ）のようにＬとＬ＋Ｒ との関係を逆にしてもよい。

【００２３】

【考案の効果】

以上説明したように本考案の音響信号の所定周波数成分除去装置によれば、原 信号のステレオ感を損なうことなく、通常の２チャンネルオーディオ信号を音源 として主信号を削除できる。また、左右の信号レベルが多少乱れていても、主信 号を削除できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に基づく音響信号の所定周波数成分除去
装置の一実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】本考案に基づく適応処理の回路構成例を示すブ
ロック図である。

【図３】Ｌチャンネル入力信号に対する適応処理の原理
を示す説明図である。

【図４】主信号の音像定位、Ｌチャンネルの音像定位及
びＲチャンネルの音像定位の関係を示す説明図である。

【図５】通常のコンパクト・ディスク等の信号からヴォ
ーカル信号を削除する従来技術による回路の例である。

【符号の説明】

１ Ｌチャンネル入力信号 ２ Ｒチャンネル入力信号 ３ 加算器（音響信号合成手段） ５，７ 適応型ＦＩＲ（適応フィルタ手段） ８，９ 減算器（演算処理手段）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２チャンネルの主成分及び副成分を含む
   音響信号を合成した音響合成信号を得る音響合成手段
   と、前記各チャンネルの音響信号を入力して音響適応処
   理信号を得る適応フィルタ手段と、前記音響合成信号と
   前記音響適応処理信号とを演算処理して該各チャンネル
   に対応した前記主成分を除去した音響信号を得る演算処
   理手段と、を有し、前記適応フィルタ手段が、前記主成
   分を除去した音響信号を分岐入力し該適応フィルタ手段
   のフィルタ係数を制御することにより、前記主成分を除
   去した音響信号の自乗平均値を最小とするように、入力
   した前記各チャンネルの音響信号を適応制御して音響適
   応処理信号を得ることを特徴とする音響信号の所定周波
   数成分除去装置。