JPH06174767A

JPH06174767A - 帯域分割装置

Info

Publication number: JPH06174767A
Application number: JP35040492A
Authority: JP
Inventors: Naoya Nozawa; 直哉野澤
Original assignee: Roland Corp
Current assignee: Roland Corp
Priority date: 1992-12-02
Filing date: 1992-12-02
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】疑似アンダーサンプリングを行うフィルタを
用いて帯域分割装置を構成し、ＤＳＰのプログラミング
効率を向上させる。【構成】それぞれ異なる周波数特性の複数のフィルタ
手段341 乃至3430を組み合わせ、入力信号を複数の周波
数帯域に分割する帯域分割装置において、フィルタ手段
のうちの低域に対応するものの少なくとも１つ341 が、
各フィルタ手段のうちの高域のフィルタ手段の１つ347
と同じ構成で、低域のフィルタ手段を構成する遅延手段
461 乃至464 、481 乃至484 、501 乃至504 、521 乃至
524 の遅延量が、該高域のフィルタ手段347 の遅延量の
Ｎ（Ｎは自然数）倍とされて、疑似アンダーサンプリン
グフィルタを構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オーディオ信号等の入
力信号を複数の周波数帯域に分割し、それぞれの帯域の
レベルを調整することで周波数特性を補正する周波数特
性補正装置（グラフィックイコライザ）や、入力信号を
複数の周波数帯域に分割し、それぞれの周波数帯域のレ
ベルを検出して、表示するスペクトルアナライザ等に使
用する帯域分割装置に関する。なお、本出願では、特性
の異なるフィルタを縦続接続し、それぞれの周波数帯域
を制御するために、それぞれの帯域を選択することも帯
域分割と称している。

【０００２】

【従来の技術】従来、入力信号を複数の周波数帯域に分
割する場合、例えば周波数特性補正装置であるグラフィ
ックイコライザの場合、特開平2-43808 号公報の第１１
図に示されているように、複数のディジタルフィルタを
縦続接続し、各ディジタルフィルタの周波数特性を異な
らせるために、それぞれ異なる値のフィルタ係数を、各
ディジタルフィルタに設定していた。なお、これらディ
ジタルフィルタは、いずれもＤＳＰによって構成されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなグ
ラフィックイコライザの場合、カットオフ周波数の低い
ディジタルフィルタにおいて、入力されるディジタル信
号のデータ長が不充分であると、ディジタルフィルタ内
で発生する微小な直流オフセットが無視できない値にな
り、Ｓ／Ｎ比が悪くなったり、最悪の場合、飽和すると
いう問題点があった。また、カットオフ周波数の低いデ
ィジタルフィルタにおいて、フィルタ係数長が不充分で
あると、係数の切り捨て誤差のため、特性が大きく乱れ
るという問題点もあった。

【０００４】上記のような問題点を解決するためには、
データ長や、係数長を長くすることが考えられるが、こ
れでは、各ディジタルフィルタを構成するためのＤＳＰ
を処理ビット数の大きい大型のものにしなければなら
ず、コストが上昇するという新たな問題点を生じる。

【０００５】また、必要とする周波数特性よりも高い周
波数特性を有するディジタルフィルタに、入力ディジタ
ル信号を全て入力するのではなく、上記高い周波数特性
と必要とする周波数特性とによって定まるＮサンプリン
グ数だけ、ディジタル入力信号を間引いて入力するアン
ダーサンプリング処理を行うことも考えられる。この処
理なら、ＤＳＰを変更する必要がなく、ソフトウエアだ
けで対処できる。しかし、このアンダーサンプリング処
理を行う場合、Ｎサンプリング周期ごとにフィルタ演算
を行うため、ソフトウエアの効率が大幅に低下するとい
う新たな問題点が発生する。

【０００６】本発明は、疑似的にアンダーサンプリング
を行うディジタルフィルタを使用して、上記の問題点を
解決することを目的とする。

【０００７】

【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、本発明では、それぞれ異なる周波数特性の複数の
フィルタ手段を組み合わせ、入力信号を複数の周波数帯
域に分割する帯域分割装置において、上記各フィルタ手
段のうちの低域に対応するものの少なくとも１つが、上
記各フィルタ手段のうちの高域のフィルタ手段の１つと
同じ構成で、該低域のフィルタ手段を構成する遅延手段
の遅延量が該高域のフィルタ手段の遅延量のＮ（Ｎは自
然数）倍とされているものである。

【０００８】

【作用】上記高域のフィルタ手段の伝達関数を例えばＨ
（Ｚ^-1）とすると、上記低域のフィルタ手段は、遅延手
段の遅延量のＮ倍であるので、その伝達関数はＨ
（Ｚ^-N）となる。従って、高域のフィルタ手段の周波数
特性は、Ｈ（ｅｘｐ（−ｊωＴ））となり、低域のフィ
ルタ手段の周波数特性は、Ｈ（ｅｘｐ（−ｊωＮＴ））
となる。なお、Ｔは、これらフィルタに入力されるディ
ジタル信号のサンプリング周期、ωは角周波数である。
従って、低域のフィルタ手段の周波数特性、例えばカッ
トオフ周波数は、高域のフィルタのカットオフ周波数の
１／Ｎの関数で表される。

【０００９】

【実施例】本実施例の説明の前に、本実施例で使用する
疑似アンダーサンプリングフィルタについて説明する。
例えば図５に示すのは、基準となるバイカッド・フィル
タである。このフィルタでは、入力ディジタル信号に乗
算器１０で係数ｋ１を乗算する。入力ディジタル信号を
１サンプリング遅延手段１２で１サンプリング遅延させ
た後、乗算器１４で係数ｋ２を乗算する。入力ディジタ
ル信号を１サンプリング遅延手段１２、１６で合計２サ
ンプリング遅延させたものを、乗算器１８で係数ｋ３を
乗算する。

【００１０】また、このフィルタの出力信号を１サンプ
リング遅延手段２０で１サンプリング遅延させた後、乗
算器２２で係数ｋ４を乗算する。また、このフィルタの
出力信号を１サンプリング遅延手段２０、２４で合計２
サンプリング遅延させた後に、乗算器２６で係数ｋ５を
乗算する。そして、これら乗算器１０、１４、１８、２
２、２６の出力が、加算器２８で加算され、このフィル
タの出力信号とされる。

【００１１】なお、このフィルタは、サンプリング周波
数４８ＫＨｚ、中心周波数８００Ｈｚのバンドパスフィ
ルタとする。サンプリング周波数４８ＫＨｚの１／２の
周波数２４ＫＨｚに周波数の低い方から見て、最初のデ
ィップが生じる。

【００１２】図４に、図５のフィルタよりも、各乗算器
１４、１８、２２、２６に入力される信号の遅延量を４
倍としたフィルタを示す。即ち、乗算器１４には１サン
プリング遅延手段１２１乃至１２４によって４サンプリ
ング遅延されたディジタル入力信号が供給され、乗算器
１８には１サンプリング遅延手段１２１乃至１２４、１
６１乃至１６４によって８サンプリング遅延されたディ
ジタル入力信号が供給される。同様に乗算器２２には１
サンプリング遅延手段２０１乃至２０４によって４サン
プリング遅延されたディジタル出力信号が入力される。
また、乗算器２６には、１サンプリング遅延手段２０１
乃至２０４、２４１乃至２４４によって８サンプリング
遅延されたディジタル出力信号が入力される。

【００１３】このフィルタの周波数特性を図６に示す。
図６から明らかなように、中心周波数が２００Ｈｚで、
周波数の低い方から見て最初のディップが、６ＫＨｚに
生じている。即ち、図５のフィルタよりも、中心周波
数、ディップ周波数が１／４に低下しており、疑似的に
アンダーサンプリング処理を行ったものとなっている。

【００１４】但し、図６から明らかなように、６ＫＨｚ
のディップ周波数よりも高い周波数では、特性がかなり
乱れている。そこで、図７に示すように例えばカットオ
フ周波数が３００Ｈｚで、２４ｄＢ／ｏｃｔの周波数特
性のローパスフィルタ３０と、上記フィルタ３０とし
て、図４によって説明したフィルタを図８に示すように
縦続接続すると、その合成周波数特性は、図９に示すよ
うになる。

【００１５】このようにして、中心周波数が２００Ｈｚ
のバンドパスフィルタを、中心周波数が８００Ｈｚのバ
イカッド・フィルタと同じ構成（乗算器１０、１４、１
８、２２、２６の係数ｋ１乃至ｋ５はバイカッド・フィ
ルタと同じ）で得ることができる。

【００１６】本実施例は、このような疑似アンダーサン
プリングフィルタを、３０バンド、１／３オクターブの
周波数特性補正装置（グラフィックイコライザ）に実施
したもので、図３に示すように、バンド・ブースト／カ
ットフィルタ３４１乃至３４３０が縦続接続されたもの
である。

【００１７】そして、これらフィルタ３４１乃至３４３
０の中心周波数は、低い方から順に２０Ｈｚ、２５Ｈ
ｚ、３１．５Ｈｚ、４０Ｈｚ、５０Ｈｚ、６３Ｈｚ、８
０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１２５Ｈｚ、１６０Ｈｚ、２００
Ｈｚ、２５０Ｈｚ、３１５Ｈｚ、４００Ｈｚ、５００Ｈ
ｚ、６３０Ｈｚ、８００Ｈｚ、１ＫＨｚ、１．２５ＫＨ
ｚ、１．６ＫＨｚ、２ＫＨｚ、２．５ＫＨｚ、３．１５
ＫＨｚ、４ＫＨｚ、５ＫＨｚ、６．３ＫＨｚ、８ＫＨ
ｚ、１０ＫＨｚ、１２．５ＫＨｚ、１６ＫＨｚに設定さ
れている。

【００１８】各フィルタ３４１乃至３４３０のうち、中
心周波数が７５Ｈｚ以上のものは、いずれも基本的構成
が同一であり、例えば中心周波数が８０Ｈｚのフィルタ
３４１０は、図２に示すように構成されている。即ち、
このフィルタ３４１０は加算器３６、乗算器３８、４
０、４２、４４、１サンプリング遅延手段４６、４８、
５０、５２からなる２次バイカッド・フィルタを備えて
いる。

【００１９】このフィルタでは、入力ディジタル信号
は、乗算器３８に供給されると共に、遅延手段４６、４
８によって２サンプリング遅延されて乗算器４０に供給
される。また、ディジタル出力信号は、１サンプリング
遅延手段５０によって１サンプル遅延されて、乗算器４
２に供給されると共に、１サンプリング遅延手段５０、
５２によって２サンプリング遅延されて、乗算器４４に
供給される。各乗算器３８、４０、４２、４４に供給さ
れている係数Ｃ０、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２は、各フィルタの
中心周波数に応じて設定されている。

【００２０】また、加算器３６の出力は乗算器４３にお
いて係数ＥＦと乗算される。また、ディジタル入力信号
は乗算器４５において係数ＤＩと乗算される。これら乗
算器４３、４５の出力が加算器４９において、加算さ
れ、このフィルタの出力信号として出力される。ここ
で、係数ＥＦ、ＤＩの値を適切に設定することによっ
て、ブースト／カットの特性を制御できる。

【００２１】図２に示すような構成によって中心周波数
が７５Ｈｚ以下のフィルタを構成した場合、係数Ｃ０、
Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２の精度の影響で、特性が乱れる。そこ
で、７５Ｈｚより低い周波数のフィルタ、即ち中心周波
数が２０Ｈｚ乃至６３Ｈｚのフィルタ３４１乃至３４６
には、図４乃至図９に関連して説明した疑似アンダーサ
ンプリングフィルタを用いている。

【００２２】例えば中心周波数が２０Ｈｚのフィルタ３
４１は、図１に示すように構成されており、図２に示し
た中心周波数が８０Ｈｚのバイカッド・フィルタ３４７
における遅延段数を、それぞれ４倍としたフィルタ５４
を備えている。上述したように、遅延時間を４倍とする
と、中心周波数は１／４となり、２０Ｈｚとなる。

【００２３】そのため、図２で使用した１サンプリング
遅延手段４６に代えて、４台の１サンプリング遅延手段
４６１乃至４６４が使用され、同じく１サンプリング遅
延手段４８に代えて、４台の１サンプリング遅延手段４
８１乃至４８４が使用され、１サンプリング遅延手段５
０に代えて、４台の１サンプリング遅延手段５０１乃至
５０４が使用され、さらに遅延手段５２に代えて、４台
の１サンプリング遅延手段５２１乃至５２４が使用され
ている。即ち、各遅延量が、図２の中心周波数が８０Ｈ
ｚのフィルタ３４７の遅延量の４倍とされている。

【００２４】変更されているのは、この遅延量のみであ
って、各乗算器３８、４０、４２、４４の係数Ｃ０、Ｃ
２、Ｄ１、Ｄ２は、中心周波数が８０Ｈｚのフィルタ３
４７と同一である。即ち、構成はフィルタ３４７と同一
である。

【００２５】このフィルタ５４の前段には、図８のフィ
ルタ３０に相当するフィルタ５６が縦続接続されてい
る。このフィルタ５６は、２次バイカッド・フィルタを
２段縦続接続したもので、カットオフ周波数が約３００
Ｈｚに設定されたもので、乗算器５８乃至７６と、１サ
ンプリング遅延手段７８乃至８４、４６１乃至４６２
と、加算器８６、８８によって構成されている。

【００２６】他の中心周波数が７５Ｈｚよりも低いフィ
ルタも、同様に疑似アンダーサンプリングフィルタによ
って構成されている。なお、これら各フィルタは、実際
にはＤＳＰによって実現される。従って、中心周波数が
８０Ｈｚのフィルタ３４１０と、中心周波数が２０Ｈｚ
のフィルタ５４との係数が同一であるので、各係数を記
憶したテーブルを節約することができる。

【００２７】上記の実施例は、本発明をグラフィックイ
コライザーに実施したものであるが、例えば図１０に示
すように、上記の実施例の各フィルタ３４１乃至３４３
０（中心周波数が低いフィルタを疑似アンダーサンプリ
ングフィルタによって構成したもの）を並列に接続し、
これらにディジタル信号を入力し、各フィルタ３４１乃
至３４３０の出力をレベル検出及びレベル表示部９０に
表示させることによって、スペクトルアナライザーとす
ることもできる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、上記各
フィルタ手段のうちの低域に対応するものの少なくとも
１つが、上記各フィルタ手段のうちの高域のフィルタ手
段の１つと同じ構成で、該低域のフィルタ手段を構成す
る遅延手段の遅延量が該高域のフィルタ手段の遅延量の
Ｎ（Ｎは自然数）倍とされているので、低域のフィルタ
手段は、疑似アンダーサンプリングを行うディジタルフ
ィルタによって構成されている。従って、例えばＤＳＰ
によって本帯域分割装置を実現する場合に、遅延時間の
変更のみによって上記の疑似アンダーサンプリングフィ
ルタを実現できる。

【００２９】通常行われているアンダーサンプリングフ
ィルタ処理では、ディジタル信号が入力されるごとに、
これをカウントし、そのカウント値が設定値になるごと
にフィルタ演算を行うものである。これでは、カウント
値が設定値になったとき、ジャンプ命令を使用して、演
算処理に移行するので、即ち、条件分岐処理を使用する
ので、ＤＳＰの効率が悪い。しかし、この発明では、上
述したよう遅延時間を変更するだけで対応できるので、
条件分岐処理が不要となり、プログラミング効率が向上
し、コストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による帯域分割装置の１実施例に使用す
る疑似アンダーサンプリングフィルタのブロック図であ
る。

【図２】図１の疑似アンダーサンプリングフィルタの基
礎となるフィルタのブロック図である。

【図３】同実施例の全体のブロック図である。

【図４】疑似アンダーサンプリングフィルタの一部のブ
ロック図である。

【図５】図４の疑似アンダーサンプリングフィルタの基
礎となるフィルタのブロック図である。

【図６】図４のフィルタの周波数特性図である。

【図７】図４のフィルタと共に疑似アンダーサンプリン
グフィルタを構成するフィルタの周波数特性図である。

【図８】図４のフィルタを用いて構成した疑似アンダー
サンプリングフィルタのブロック図である。

【図９】図８の疑似アンダーサンプリングフィルタの周
波数特性図である。

【図１０】他の実施例のブロック図である。

【符号の説明】

５４フィルタ４６１乃至４６４１サンプリング遅延手段４８１乃至４８４１サンプリング遅延手段５０１乃至５０４１サンプリング遅延手段５２１乃至５２４１サンプリング遅延手段３６加算器３８、４０、４２、４４乗算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ異なる周波数特性の複数のフィ
ルタ手段を組み合わせ、入力信号を複数の周波数帯域に
分割する帯域分割装置において、上記各フィルタ手段のうちの低域に対応するものの少な
くとも１つが、上記各フィルタ手段のうちの高域のフィ
ルタ手段の１つと同じ構成で、該低域のフィルタ手段を
構成する遅延手段の遅延量が該高域のフィルタ手段の遅
延量のＮ（Ｎは自然数）倍とされていることを特徴とす
る帯域分割装置。