WO2008020515A1 - Appareil et procédé de génération d'harmoniques supérieurs - Google Patents

Appareil et procédé de génération d'harmoniques supérieurs Download PDF

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WO2008020515A1
WO2008020515A1 PCT/JP2007/063592 JP2007063592W WO2008020515A1 WO 2008020515 A1 WO2008020515 A1 WO 2008020515A1 JP 2007063592 W JP2007063592 W JP 2007063592W WO 2008020515 A1 WO2008020515 A1 WO 2008020515A1
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overtone
harmonic
level
correction
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PCT/JP2007/063592
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Inventor
Keitaro Sugawara
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Pioneer Corporation
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Publication date
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    • G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
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    • G10H1/06—Circuits for establishing the harmonic content of tones, or other arrangements for changing the tone colour
    • G10H1/14—Circuits for establishing the harmonic content of tones, or other arrangements for changing the tone colour during execution
    • G—PHYSICS
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    • G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H1/00—Details of electrophonic musical instruments
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    • G10H1/20—Selecting circuits for transposition
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10H—ELECTROPHONIC MUSICAL INSTRUMENTS; INSTRUMENTS IN WHICH THE TONES ARE GENERATED BY ELECTROMECHANICAL MEANS OR ELECTRONIC GENERATORS, OR IN WHICH THE TONES ARE SYNTHESISED FROM A DATA STORE
    • G10H2210/00—Aspects or methods of musical processing having intrinsic musical character, i.e. involving musical theory or musical parameters or relying on musical knowledge, as applied in electrophonic musical tools or instruments
    • G10H2210/155—Musical effects
    • G10H2210/311—Distortion, i.e. desired non-linear audio processing to change the tone color, e.g. by adding harmonics or deliberately distorting the amplitude of an audio waveform

Definitions

  • the present invention relates to a harmonic generation device and a harmonic generation method.
  • the compressed music signal which is similar to MP3 and WMA, cuts the high-frequency range that is difficult for the human ear to hear because the file size is reduced. For this reason, the sound recorded on the CD and the compressed sound have a problem that the sound quality deteriorates compared to the original sound. Therefore, a harmonic overtone generator has been proposed that generates the above-mentioned music signal power overtone and restores the lost high frequency range.
  • Patent Document 1 describes a harmonic adding device that can separately generate even harmonics and odd harmonics of a music signal and control the balance between even harmonics and odd harmonics.
  • the even harmonics are harmonics including frequency components that are even multiples of the frequency of the music signal, that is, 2, 4, 6, 8, 2n times (n is an integer).
  • odd harmonics are harmonics containing frequency components that are odd multiples of the frequency of the music signal, that is, 3, 5, 7, 9 2 ( ⁇ + 1) times (n is an integer). is there.
  • Patent Document 2 describes an acoustic signal processing device that generates an integral multiple of harmonics using a full-wave rectifier circuit. Each harmonic generator generates an overtone that is an integer multiple of the frequency of the music signal.
  • Patent Document 1 JP-A-8-95567
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-101797
  • overtones do not necessarily have to be an integral multiple of the frequency of the music signal.
  • the sound quality of electronic instruments is often said to be “artificial” compared to natural instruments. this is because the harmonics contained in the sound of a natural musical instrument contain not only a small amount of harmonics but also a non-integer multiple, so that a music signal that has a harmonic power that is only an integral multiple of an electronic musical instrument has an unnatural feeling.
  • the present inventor has proposed an odd-order overtone generation device that generates a harmonic signal including a non-integer multiple frequency component shifted back and forth with respect to an odd multiple frequency from a music signal (Japanese Patent Application 2006). — 93092).
  • this odd-order overtone generator only the overtones with shifted odd-numbered frequency power can be obtained, and non-integer-times frequency components shifted back and forth with respect to the even-numbered frequency can be obtained. There was a problem that could not be done.
  • an odd-order overtone generation device using an even-order harmonic generation device that generates a harmonic signal including a non-integer multiple frequency component shifted back and forth with respect to an even-numbered frequency from a music signal, I tried to add each harmonic generated by the even harmonic generator
  • An object of the present invention is to solve a problem. That is, the present invention provides, for example, a harmonic generation device and a harmonic generation method that can obtain a non-integer multiple frequency component shifted back and forth from odd and even frequencies with a simple configuration. As!
  • the invention according to claim 1 includes a harmonic generation device that generates harmonics of a music signal, and includes an odd multiple frequency component that deviates before and after a predetermined frequency based on the music signal.
  • the invention according to claim 6 is a harmonic overtone generation method for generating overtones of a music signal.
  • a step of generating a harmonic signal including a non-integer multiple frequency component shifted around a predetermined frequency from an odd multiple of the frequency of the music signal; and the harmonic signal generated by the first harmonic generation unit A harmonic generation method characterized by sequentially performing a step of generating harmonics of even multiple frequencies.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a basic configuration of a harmonic overtone generating device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of a first overtone generation unit shown in FIG.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of a first harmonic overtone generator shown in FIG.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of a playback device incorporating a harmonic overtone generator according to the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a DSP constituting the playback device shown in FIG.
  • FIG. 6 (A) shows the frequency characteristics of the first harmonic signal generated from the first harmonic generation section, (B) shows the frequency characteristics of the first harmonic signal output by the second filter section, C) shows the frequency characteristics of the second harmonic signal, and (D) is a graph showing the frequency characteristics of the music signal obtained by adding the first harmonic signal and the second harmonic signal.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a detailed configuration of a first overtone generation unit shown in FIG.
  • FIG. 8 (A) is the signal level of the music signal before the level correction by the first level correction unit, and (B) is the music signal after the level correction by the first level correction unit. (C) is a time chart showing the signal level of the first overtone signal generated by the level correction by the second level correction unit.
  • FIG. 9 (A) and (B) are time charts of waveforms obtained by decomposing the first harmonic signal, respectively.
  • FIG. 10 is a time chart showing the signal level of the second harmonic signal obtained by full-wave rectification of the first harmonic signal.
  • FIG. 11 (A) and (B) are time charts of waveforms obtained by decomposing the second overtone signal, respectively.
  • Second level correction unit (second level correction means)
  • FIGS. 1 to 3 are configuration diagrams showing an example of the basic configuration of the harmonic overtone generating device according to the present invention.
  • a harmonic generation device is a harmonic generation device that generates harmonics of a music signal. Based on the music signal, a signal including an odd multiple frequency component and a signal of a predetermined frequency A first overtone generation unit (first overtone generation means) for generating a non-integer multiple frequency component shifted from the odd frequency to the predetermined frequency before and after the first harmonic signal. ) 1 and a second overtone generation unit 2 (second overtone generation means) that generates a second overtone signal including the even frequency component based on the first overtone signal.
  • first overtone generation unit for generating a non-integer multiple frequency component shifted from the odd frequency to the predetermined frequency before and after the first harmonic signal.
  • second overtone generation unit 2 second overtone generation means
  • the second overtone generation unit 2 generates the second overtone signal including the even frequency component based on the first overtone signal including the non-integer multiple frequency component, A second overtone signal is obtained that includes a frequency component that is a non-integer multiple that deviates around a predetermined frequency from an even multiple of the frequency component of the music signal. Therefore, it is sufficient if only the first harmonic generation unit 1 is configured to generate non-integer multiple frequency components. Both the first harmonic generation unit 1 and the second harmonic generation unit 2 have non-integer multiple frequencies. It is a simple configuration that does not require a configuration to generate components, and frequency components of non-integer multiples shifted back and forth from odd and even multiple frequencies. Obtainable. In addition, the shift amount for the odd-numbered frequency of the first harmonic signal and the shift amount for the even-numbered frequency of the second harmonic signal can be made the same.
  • the harmonic generation device may further include an addition unit (adding means) 4 that adds both the first harmonic signal and the second harmonic signal to the music signal.
  • the second overtone generator 2 may be composed of a full wave rectifier 21 for full wave rectification of the first overtone signal.
  • the second overtone signal can be generated with a simple configuration using the full-wave rectification unit 21.
  • the harmonic overtone generating device includes a harmonic overtone generating unit (1) in which the first overtone generating unit 1 suppresses a signal level exceeding a predetermined value of the music signal to a predetermined value and generates a harmonic component in the music signal ( Harmonic generation means) 11, a first level correction unit (first level correction means) 12 for generating a harmonic component by the harmonic generation means after performing level correction by multiplying the signal level of the music signal by a correction coefficient, A coefficient correction unit (coefficient correction means) 13 that corrects the correction coefficient so that the signal level of the music signal multiplied by the correction coefficient exceeds the specified value, and the signal level of the music signal that generated the harmonic component (1Z correction coefficient) ), And a second level correction unit (second level correction means) 14 for generating a first overtone signal by performing level correction.
  • a harmonic overtone generating unit (1) in which the first overtone generating unit 1 suppresses a signal level exceeding a predetermined value of the music signal to a predetermined value and generates a harmonic component in the music
  • the first harmonic overtone generating means 1 performs digital signal processing of the music signal!
  • the signal level is larger than the maximum signal level that can be processed by the digital signal.
  • Digital signal processing that suppresses the signal level to the maximum value when a level occurs
  • a first level correction unit (first level correction unit) 12 that generates a harmonic component by multiplying a signal level of a music signal by a correction coefficient to generate a harmonic component, and a correction coefficient.
  • a coefficient correction unit (coefficient correction means) 13 that corrects the correction coefficient so that the signal level of the multiplied music signal exceeds the maximum value, and (1Z correction coefficient) is multiplied by the signal level of the music signal that generated the harmonic component.
  • a second level correction section (second level correction means) 14 for generating a first harmonic signal by performing level correction.
  • the first harmonic signal can be multiplied by a signal corresponding to the variation frequency. For this reason, it is possible to generate a non-integer multiple frequency component that deviates from an odd multiple frequency around a fluctuating frequency (predetermined frequency). Even if the music signal has a small signal level, the signal level exceeds the predetermined value due to the level correction of the first level correction unit 12, so that the harmonic signal generation unit 11 reliably suppresses the signal level of the music signal. Overtones can be generated. That is, it is possible to reliably generate overtones even for a music signal of a small signal level.
  • the harmonics can be generated by overflowing the digital signal processing device, the harmonics can be generated even if the digital signal processing device does not perform arithmetic processing or the like according to a non-linear function. Overtones can be generated by processing.
  • the first level correction unit 12 includes a first correction coefficient multiplication unit (first correction coefficient multiplication unit) 12A that multiplies the signal level of the music signal by the first correction coefficient, and a first correction. And a second correction coefficient multiplier (second correction coefficient multiplication means) 12B for multiplying the signal level multiplied by the coefficient with a predetermined second correction coefficient, and the coefficient correction unit 13 multiplies the first correction coefficient.
  • the first correction coefficient may be corrected so that the difference between the signal level and a predetermined target value divided by the second correction coefficient is obtained.
  • the coefficient correction unit 13 corrects the first correction coefficient so that the signal level becomes smaller than the target value (target value Z second correction coefficient). For this reason, even if the target value is set to a value close to the maximum value, the signal level can be prevented from exceeding the maximum value when the signal level is multiplied by the first correction coefficient.
  • the first correction coefficient can be corrected without being affected by the overflow of the digital signal processing apparatus.
  • the overtone generation method generates overtones of a music signal. Based on the music signal, a first harmonic signal is generated by multiplying a signal containing an odd multiple of the frequency component by a signal having a predetermined frequency. Odd multiple frequency force in the sound signal. The step of generating a non-integer multiple frequency component shifted around the predetermined frequency, and the second overtone signal including the odd multiple frequency component based on the first overtone signal! Are sequentially performed.
  • the second overtone signal including the even frequency component is generated based on the first overtone signal including the non-integer multiple frequency component!
  • a second overtone signal containing a non-integer multiple frequency component deviated around the predetermined frequency from the frequency component is obtained. Therefore, it is sufficient to provide a configuration that generates a non-integer multiple frequency component only in the device that generates the first overtone signal. It is possible to obtain non-integer multiple frequency components that are shifted back and forth from the odd multiple and even multiple frequency components with a simple configuration that does not require a configuration that generates double frequency components. Moreover, the amount of deviation of the first harmonic signal with respect to the odd-numbered frequency and the amount of deviation of the second harmonic signal with respect to the even-numbered frequency can be made the same.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of a music playback device incorporating a harmonic generation device and a digital signal processing device.
  • This music playback apparatus processes, for example, a digital music signal recorded on a recording medium such as a DVD (Digital Versatile Disc), CD (Compact Disc), or hard disk (Hard Disk) into a signal that can be played back by a speaker. To do.
  • the music playback apparatus 100 is connected to an output unit 200 that plays back the processed music information.
  • the output unit 200 reproduces and outputs the music signal output from the music reproducing device 100.
  • the output unit 200 includes a digital Z analog (DZA) conversion 210, an amplifier 220, and a speaker 230.
  • the DZA converter 210 is connected to the music playback device 100 and converts a digital music signal output from the music playback device 100 into analog. Then, the D / A converter 210 outputs the music signal converted into analog to the amplifier 220.
  • DZA digital Z analog
  • the amplifier 220 is connected to the DZA converter 210 and to the speaker 230. It is. This amplifier 220 amplifies the analog music signal output from the DZA converter 210 and outputs it from the speaker 230.
  • the music playback device 100 includes a DIR (Digital Interface Receiver) 101 to which a digital music signal read from the storage medium described above is input, and a decoder 102 that demodulates the compressed music signal.
  • a DSP (Digital Signal Processor) 103 that performs various signal processing such as mixing processing and effect processing of the demodulated music signal, and a CPU 104 that controls the DSP 103 are also configured.
  • the signal level of digital music signal is DSP1 max
  • the signal level is an absolute value.
  • the DSP 103 uses a program stored in a memory (not shown) to perform a first filter unit 5, a first harmonic generation unit 1, a first amplification unit 6, a full wave rectification unit 21, a second amplification unit 7, An adding unit 4A, a second filter unit 8, and a second adding unit 4B are provided.
  • the first filter unit 5 extracts only a predetermined frequency band from the music signal.
  • the first overtone generation unit 1 functions as a first overtone generation unit, and if the frequency of the music signal extracted by the first filter unit 5 is f, an odd number is generated based on the music signal as shown in FIG.
  • a first overtone signal including a non-integer multiple frequency component shifted from the double frequency f, 3f, 5f...
  • the first amplifying unit 6 amplifies the first overtone signal.
  • the full-wave rectification unit 21 functions as a second overtone generation unit, and full-wave rectifies the first overtone signal before amplification to generate a second overtone signal including even frequency components.
  • the first harmonic signal is full-wave rectified, as shown in FIG. 6 (B), the second harmonic including a non-integer multiple frequency component shifted from the even-numbered frequency 2f, 4f,. A signal is generated.
  • the second amplifying unit 7 amplifies the second overtone signal.
  • the first adder 4 ⁇ adds the first overtone signal and the second overtone signal.
  • the second filter unit 8 The predetermined frequency band is removed from the signal obtained by adding the overtone signal and the second overtone signal, and only the overtone component is extracted.
  • the second adding unit 4B adds the output signal of the second filter unit 8 shown in FIG. 6 (C) to the music signal, and as shown in FIG. A non-integer multiple frequency component shifted from the frequencies 2f, 3f, 4f,...
  • the above-described first adder 4 ⁇ and second adder 4 ⁇ constitute an adder 4 as an adding means.
  • the first overtone generation unit 1 includes a first level correction unit 12 as a first level correction unit that multiplies the signal level of the music signal by a correction coefficient 2W, and a music signal that has been multiplied by the correction coefficient 2W.
  • It comprises a coefficient correction section 13 as correction means and a second level correction section 14 as second level correction means for multiplying the signal level of the music signal by (1Z correction coefficient 2W).
  • an absolute value (hereinafter referred to as I x'W I) obtained by multiplying the signal level X by the first correction coefficient W is input to the coefficient correction unit 13.
  • An absolute value section 15 for output is provided.
  • the target value V is set higher than the maximum value X.
  • the coefficient correction unit 13 described above includes a subtraction unit 13 A that subtracts the above I x′W
  • from the above (VZ2), and a subtraction value e ( (V / 2) I xW I) and a correction unit 13B that corrects the first correction coefficient W by adaptive signal processing so as to approach the x′W force VZ2 based on the value a′e multiplied by ⁇ .
  • W (n) is the first correction coefficient when the correction unit 13B performs (n-1) -th correction, and W is the first correction coefficient when the n-th correction is performed.
  • the coefficient correction unit 13 makes ae negative when the I x 'WI is larger than (V / 2), and the first correction coefficient W becomes small. If I x 'WI is smaller than (V / 2), oc e becomes positive and the first correction coefficient W is corrected. Also, if the difference between I x 'WI and (VZ2) is large, the value of ae also increases, and the large ae is added to or subtracted from the first correction factor W, so that the difference between I x' WI and (VZ2) is small. Ae becomes smaller, and small! /, Ae is added to or subtracted from the first correction coefficient W.
  • the coefficient correction unit 13 corrects the first correction coefficient W so that a value I x′W I obtained by multiplying the signal level X by the first correction coefficient W becomes VZ2.
  • the first correction coefficient multiplier 12A performs level correction so that the signal level X of the music signal approaches VZ2
  • the second correction coefficient multiplier 1 1B performs level correction so that the signal level X of the music signal approaches V. Is done.
  • the first level correction unit 12 corrects the signal level X by multiplying the signal level X by the correction coefficient 2W so that the signal level X of the music signal shown in FIG. .
  • the signal level X is multiplied by the correction coefficient 2W so that the signal level of the music signal repeats overshoot and undershoot with respect to the target value V as shown by the dotted line in FIG.
  • the target value V is set larger than the maximum value X.
  • the signal level exceeding max max is suppressed to the maximum value ⁇ . Therefore, the first level correction unit 12
  • the second level correction unit 14 multiplies the signal level of the music signal shown in FIG. 8B by (1Z correction coefficient 2W) and the signal level is the level before the correction by the first level correction unit 12 is performed.
  • the first harmonic signal in which the signal level is distorted and the harmonic component is generated is obtained.
  • DSP 103 is equivalent to a harmonic generation means.
  • the target value V is set to be larger than the maximum value X! If the signal level overshoots the target value V by the level correction of the bell correction unit 12 and exceeds the maximum value X, it may be set to a value smaller than the maximum value X. Ie max max
  • the target value V is set so that the signal level of the music signal exceeds the maximum value X.
  • the waveforms shown in FIGS. 9A and 9B can be obtained. That is, the first overtone signal can be expressed by multiplying the signal shown in FIG. 9A by the sine wave shown in FIG. 9B. It can be seen that when the signal shown in Fig. 4A is Fourier transformed, harmonics of odd multiples f, 3f, 5f ... of the original music signal frequency f are generated.
  • the first harmonic signal in Fig. 8 (C) fluctuates slowly as shown by the two-dot chain line, and it can be seen that there is a low-frequency sine wave as shown in Fig. 9 (B). This is because the correction coefficient 2W fluctuates by the coefficient correction unit 13, and a signal corresponding to the fluctuation frequency (predetermined frequency) is multiplied by the first overtone signal.
  • the signal shown in Fig. 9 (A) has frequency components of odd multiples f, 3f, 5f ... of the frequency f of the original music signal, and the sine wave shown in Fig. 9 (B) is a frequency component of the predetermined frequency ⁇ .
  • the first harmonic signal shown in Fig. 8 (C) multiplied by the signal shown in Fig. 9 ( ⁇ ) and the sine wave shown in Fig. 9 ( ⁇ ) is (f + ⁇ ) as shown in Fig. 6 (A). ⁇ ( ⁇ — ⁇ ), (3 ⁇ + ⁇ ), (3 ⁇ - ⁇ ), (5f + Af), (5f— ⁇ )... That is, a first overtone signal including a non-integer multiple frequency component shifted from the odd multiple to about ⁇ is generated.
  • the predetermined frequency ⁇ can be adjusted by the step size ⁇ of the correction unit 13B. That is, if the step size ⁇ is increased, the variation frequency of the correction coefficient 2 W increases and the predetermined frequency ⁇ increases. On the other hand, if the step size ⁇ is reduced, the fluctuation frequency force S of the correction coefficient 2W is reduced, and the predetermined frequency ⁇ is reduced.
  • a second harmonic signal as shown in FIG. 10 is obtained.
  • the waveform of the first harmonic signal shown in FIG. 10 is decomposed, the waveforms shown in FIGS. 11 (A) and 11 (B) can be obtained. That is, the second harmonic signal is It can be expressed by multiplication of the signal shown in A) and the sine wave shown in FIG. Fig. 11 (A) corresponds to the full-wave rectified waveform of the signal shown in Fig. 9 (A).
  • FIG. 11B is the same sine wave as FIG. 9B.
  • the signal shown in FIG. 11 (A) has 2f, 4f... Frequency components that are even multiples of the frequency f of the original music signal.
  • the second overtone signal shown in FIG. 10 (C) obtained by multiplying the signal shown in FIG. 11 (A) by the sine wave shown in FIG. 11 (B) is (2f + A f) as shown in FIG. 6 (C). , (2f ⁇ A f), (4f + A f), (4f ⁇ A f), (6 ⁇ + ⁇ ⁇ ), (6f ⁇ ⁇ )... That is, a second overtone signal including a non-integer multiple frequency component shifted from the even multiple frequency around ⁇ is generated.
  • a digital music signal whose strength is read such as a recording medium
  • the decoder 102 demodulates the music signal compressed in the compression format such as ⁇ 3 or WMA, and supplies it to the DSP 103.
  • the DSP 103 obtains a non-integer multiple frequency component shifted from the even multiple and odd multiple frequencies 2f, 3f, 4f...
  • the music signal to which the overtone component is added is then subjected to various signal processing and then output to the DZA conversion 210.
  • the DZA conversion 210 converts the digital music signal to which the harmonic component is added into analog, and then outputs the analog music signal to the speaker 230 via the amplifier 220. Then, the music signal to which the harmonic component is added is reproduced by the speaker 230.
  • a first overtone signal is generated based on a music signal by multiplying a signal including an odd multiple of the frequency component by a signal of a predetermined frequency, and the first overtone.
  • the first harmonic overtone generator 1 generates a non-integer multiple frequency component shifted around a predetermined frequency, and the second overtone signal containing an odd multiple frequency component based on the first overtone signal.
  • a full-wave rectifying unit 21 to be generated That is, the full-wave rectification unit 21 as the second overtone generation means generates a second overtone signal including even frequency components based on the first overtone signal including non-integer multiple frequency components.
  • a second overtone signal containing non-integer multiple frequency components deviated around ⁇ f from the even frequency components of the signal is obtained.
  • the first harmonic generation unit 1 should be provided with a configuration for generating non-integer multiple frequency components.
  • a simple configuration such as the rectifying unit 21, it is possible to obtain non-integer multiple frequency components that are shifted back and forth from the odd and even multiple frequencies.
  • the amount of deviation ⁇ f for the odd-numbered frequency of the first harmonic signal and the amount of deviation ⁇ for the even-numbered frequency of the second harmonic signal can be made the same.
  • a first harmonic signal is generated by multiplying a signal including an odd multiple of a frequency component by a signal of a predetermined frequency based on the music signal! Generating a non-integer multiple frequency component shifted from the odd frequency to about the predetermined frequency in the first harmonic signal, and a second frequency component including the odd frequency component based on the first harmonic signal.
  • a step of generating a harmonic signal is sequentially performed. As a result, it is sufficient to provide a configuration that generates a non-integer multiple frequency component only in the first harmonic generation unit 1. It is possible to obtain non-integer multiple frequency components that are shifted back and forth with odd and even frequency forces.
  • the shift amount ⁇ f for the odd-numbered frequency of the first harmonic signal and the shift amount ⁇ for the even-numbered frequency of the second harmonic signal can be made the same.
  • the addition unit 4 that adds both the first harmonic signal and the second harmonic signal to the music signal, the frequency force of the odd multiple and the even multiple is also added to the music signal. It is possible to add non-integer multiple frequency components that are shifted to.
  • the second overtone generating means is constituted by the full-wave rectifier 21 for full-wave rectifying the first overtone signal, so that the second overtone signal can be generated with a simple configuration. Can be generated.
  • the correction coefficient 2W varies by the coefficient correction unit 13, and therefore, as shown in FIGS. 9A and 9B, a signal corresponding to the variation frequency is converted into the first harmonic signal. Multiplication is possible. For this reason, the irregularity shifted from the odd-numbered frequency around the fluctuation frequency (predetermined frequency). Several times the frequency component can be generated. Even for a music signal with a small signal level, the signal level is set to the maximum value X of DSP103 by the level correction of the first level correction unit 12.
  • the harmonic generation unit 11 can surely suppress the signal level of the music signal and generate harmonics. That is, even a small signal level music signal can reliably generate overtones.
  • DSP103 can overflow harmonics to generate harmonics, harmonics can be generated without requiring DSP103 to perform arithmetic processing according to a nonlinear function, and harmonics can be generated with little arithmetic processing. it can.
  • the correction coefficient 2W that the first level correction unit 12 multiplies the signal level is divided into two times by the first correction coefficient multiplication unit 12A and the second correction coefficient multiplication unit 12B. Multiply. Then, the coefficient correction unit 13 corrects the first correction coefficient W so that a value ⁇ ⁇ W obtained by multiplying the signal level X by the first correction coefficient W is smaller than the target value V and becomes (V / 2). Yes. For example, when the first correction coefficient W is corrected by the coefficient correction unit 13 so that x′V becomes the target value V, the signal level exceeds the maximum value X when the signal level is multiplied by the first correction coefficient W. Therefore, the coefficient correction unit 13 sets max so that the difference between the maximum value and the target value V becomes 0.
  • the correction coefficient Since the correction coefficient is corrected, the correction coefficient cannot be corrected so that the differential force between x'V and the target value V is obtained. However, in this embodiment, the target value V is set to the maximum value X.
  • the signal level is the maximum value X when the signal level is multiplied by the first correction factor W.
  • the coefficient correction unit 13 can correct the first correction coefficient W without being affected by the overflow of the DSP 103.
  • the first filter unit 5 extracts only the predetermined frequency band of the music signal power. Then, after generating a harmonic component in the extracted music signal of the predetermined frequency band, the second filter unit 8 removes the predetermined frequency band to extract only the harmonic component, and finally, the second adding unit 4B The harmonic component is added to the original music signal. According to this, it is possible to obtain a music signal in which a predetermined frequency band can be heard particularly well among the frequency bands constituting the music signal. For example, if the predetermined frequency band is set to be in the vocal region, the music signal resonates with vocals, and if the predetermined frequency band is set to be in the low sound region, the music signals resonate with low sounds.
  • music signals compressed in a compression format such as MP3 or WMA are used.
  • the power that has generated overtones The present invention is not limited to this.
  • the same effect can be obtained by generating overtones in a music signal that has been cut off from the high frequency range as recorded on a CD.
  • the full-wave rectification unit 21 is used as the second overtone generation unit, but the present invention is not limited to this.
  • the second overtone generating means any means that generates an overtone that is an odd multiple of the frequency of the input signal may be used. For example, a zero cross method or a power method may be used.
  • the present invention is not limited to this.
  • the first overtone generation means for example, based on a music signal! /, An odd order overtone generation unit that generates a harmonic overtone signal including an odd number of frequency components thereof, and this odd order overtone generation unit is an odd number.
  • a music signal before generating a double frequency component, or a multiplication unit that multiplies a harmonic signal generated by an odd harmonic generation unit by a sine wave (signal) of a predetermined frequency may be used.
  • Various odd-order overtone generators have been proposed, such as compressors and peak-hold circuits that distort waveforms and generate odd multiples.
  • the adding unit 4 adds the first harmonic signal and the second harmonic signal, and then adds the added signal to the music signal. It is not limited to this.
  • the adding unit 4 may add the first overtone signal and the second overtone signal to the music signal.
  • the first overtone signal and the second overtone signal may be added separately to the music signal.
  • the DSP 103 is overflowed to generate overtones, but the present invention is not limited to this.
  • a program that causes the DSP 103 to perform a nonlinear function that suppresses a signal level exceeding a predetermined value to a predetermined value may be used to generate overtones.
  • the predetermined value is set to the maximum value X.
  • first level correction unit 12 If the first level correction unit 12 is set to a value smaller than max, and the signal level of the music signal is multiplied by a correction coefficient so that the signal level of the music signal exceeds a predetermined value, level correction is performed. Overtones can be generated by the nonlinear operation of the DSP 103.
  • the first level correction unit 1 If the predetermined value is set to a value smaller than the maximum value X, the first level correction unit 1
  • a correction coefficient multiplier that multiplies the signal level by the correction coefficient
  • a coefficient correction section that corrects the correction coefficient so that the value obtained by multiplying the signal level by the correction factor and the target value V becomes zero. Do it.
  • an analog compressor having an input / output characteristic that suppresses a signal level exceeding a predetermined value to a predetermined value may be used as the overtone generating means.
  • the predetermined value is set to a value smaller than the maximum value X, and the music signal is sent to the first level correction unit 12 of the DSP 103.
  • the signal level of the music signal is multiplied by a correction coefficient so that the signal level of the signal exceeds a predetermined value, and level correction is performed.
  • the music signal that has been level-corrected by the first level correction unit 12 is DZA converted, converted to an analog music signal, and then supplied to the analog compressor, thereby generating overtones.
  • the second correction coefficient multiplying unit 12B is multiplied by 2 as the second correction coefficient.
  • the present invention is not limited to this.
  • the target value VZ second correction factor is the maximum value X
  • the force in which the first and second level correction units 12 and 14 are configured by the DSP 103 is not limited to this. You may comprise.
  • the error e itself is used as the first level correction means as the evaluation value for bringing the signal level X close to the target value (VZ2). It is not limited to this.
  • the correction coefficient W may be corrected using the square error e 2 as an evaluation value so that the square error e 2 becomes zero.
  • the first level correction means may be any algorithm as long as it does not contradict the purpose of the present invention.

Description

倍音生成装置及び倍音生成方法
技術分野
[0001] 本発明は、倍音生成装置及び倍音生成方法に関するものである。
背景技術
[0002] CD (コンパクトディスク）のサンプリングフォーマットは、サンプリング周波数力 4. 1 kHzとなっているので、 CDに記録されている音楽信号は、人間の可聴帯域（20〜2 OkHz)を越えるような高音域をカットして！/、る。
[0003] また、 MP3や WMAと ヽつた圧縮された音楽信号は、ファイルサイズを縮小するた め人間の耳に聞こえにくいとする高音域をカットしている。このため CDに記録されて いる音や圧縮された音は元の音に比べて音質が劣化してしまうという問題があった。 そこで、上記音楽信号力 倍音を生成して失われた高音域を復活させる倍音発生器 が提案されている。
[0004] 例えば、特許文献 1には、音楽信号の偶数次倍音と奇数次倍音とを別々に生成し て、偶数次倍音と奇数次倍音とのバランスを制御できる倍音付加装置が記載されて いる。上記偶数次倍音とは、音楽信号の周波数に対して偶数倍、即ち 2、 4、 6、 8· ·· 2n倍 (nは整数)となる周波数成分を含む倍音である。一方、奇数次倍音とは、音楽 信号の周波数に対して奇数倍、即ち 3、 5、 7、 9· ··2 (η+ 1)倍 (nは整数）となる周波 数成分を含む倍音である。また、特許文献 2には、全波整流回路を用いて整数倍の 倍音を生成する音響信号処理装置が記載されている。何れの倍音発生器も、音楽 信号の周波数に対して整数倍の倍音を生成して 、る。
特許文献 1：特開平 8— 95567号公報
特許文献 2 :特開 2004— 101797号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] し力しながら、倍音は音楽信号の周波数に対して必ずしも整数倍である必要はない 。電子楽器による音質は自然楽器と比べてしばしば「人工的である」と言われる。これ は、自然楽器の音に含まれる倍音は少な力 ず非整数倍の倍音が含まれるため、電 子楽器の整数倍のみの倍音力 なる音楽信号では音質に不自然感が生じるためで ある。
[0006] そこで、本発明者は、音楽信号から奇数倍の周波数に対して前後にずれた非整数 倍の周波数成分を含んだ倍音信号を生成する奇数次倍音生成装置を提案した (特 願 2006— 93092)。しカゝしながら、この奇数次倍音生成装置では、奇数倍の周波数 力もずれた倍音しか得ることができず、偶数倍の周波数に対して前後にずれた非整 数倍の周波数成分を得ることができな ヽと、う問題があった。
[0007] また、音楽信号から偶数倍の周波数に対して前後にずれた非整数倍の周波数成 分を含んだ倍音信号を生成する偶数次倍音生成装置を用いて、奇数次倍音生成装 置と偶数次倍音生成装置とが生成したそれぞれの倍音を加算することを試みてみた
1S 上記偶数次倍音生成装置はいまだ確立されていない。たとえ確立されていたとし ても、奇数次倍音生成装置と偶数次倍音生成装置との両装置に非整数倍の周波数 成分を発生させる構成を設ける必要があり、構成が複雑となる。また、奇数次倍音生 成装置が生成する奇数倍の周波数に対する前後のズレ量と偶数次倍音生成装置が 生成する偶数倍の周波数に対する前後のズレ量とを同じ程度に調整することは非常 に難しい。
[0008] 本発明は、カゝかる問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、例えば、 簡単な構成で、奇数倍及び偶数倍の周波数から前後にずれた非整数倍の周波数成 分を得ることができる倍音生成装置及び倍音生成方法を提供することを目的として!ヽ る。
課題を解決するための手段
[0009] 請求項 1記載の発明は、音楽信号の倍音を生成する倍音生成装置において、前記 音楽信号に基づいて奇数倍の周波数力 所定周波数前後にずれた非整数倍の周 波数成分を含んだ第一倍音信号を生成する第一倍音生成手段と、前記第一倍音信 号に基づいて偶数倍の周波数成分を含んだ第二倍音信号を生成する第二倍音生 成手段とを備えたことを特徴とする倍音生成装置に存する。
[0010] 請求項 6記載の発明は、音楽信号の倍音を生成する倍音生成方法において、前記 音楽信号の周波数の奇数倍の周波数カゝら所定周波数前後にずれた非整数倍の周 波数成分を含んだ倍音信号を生成する工程と、前記第一倍音生成手段が生成した 前記倍音信号に対して偶数倍の周波数の倍音を生成する工程とを順次行うことを特 徴とする倍音生成方法に存する。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]本発明に係る倍音生成装置の基本構成の一例を示す構成図である。
[図 2]図 1に示す第一倍音生成部の一例を示す構成図である。
[図 3]図 1に示す第一倍音生成部の一例を示す構成図である。
[図 4]本発明に係る倍音生成装置を組み込んだ再生装置の一実施の形態を示すブ ロック図である。
[図 5]図 4に示す再生装置を構成する DSPの構成を示すブロック図である。
[図 6] (A)は第一倍音生成部から生成された第一倍音信号の周波数特性を示し、 (B )は第二フィルタ部力 出力される第一倍音信号の周波数特性を示し、 (C)は第二倍 音信号の周波数特性を示し、（D)は第一倍音信号、第二倍音信号を加算した音楽 信号の周波数特性を示すグラフである。
[図 7]図 5に示す第一倍音生成部の詳細な構成を示すブロック図である。
[図 8] (A)は第一レベル補正部によるレベル補正が行われる前の音楽信号の信号レ ベルであり、 (B)は第一レベル補正部によるレベル補正が行われた後の音楽信号の 信号レベルであり、 (C)は第二レベル補正部によりレベル補正されて生成された第一 倍音信号の信号レベルを示すタイムチャートである。
[図 9] (A)及び (B)はそれぞれ第一倍音信号を分解して得られた波形のタイムチヤ一 トである。
[図 10]第一倍音信号を全波整流して得た第二倍音信号の信号レベルを示すタイム チャートである。
[図 11] (A)及び (B)はそれぞれ第二倍音信号を分解して得られた波形のタイムチヤ ートである。
符号の説明
[0012] X 最大値 1 第一倍音生成部 (第一倍音生成手段）
2 第二倍音生成部 (第二倍音生成手段）
4 加算部 (加算手段）
21 全波整流部
12 第一レベル補正部 (第一レベル補正手段）
12A 第一補正係数乗算部 (第一補正係数乗算手段）
12B 第二補正係数乗算部 (第二補正係数乗算手段）
13 係数補正手段 (係数補正部）
14 第二レベル補正部 (第二レベル補正手段）
103 DSP (倍音発生手段）
発明を実施するための最良の形態
[0013] 以下、本発明に係る倍音生成装置の一最良の形態を、図 1〜図 3の図面を参照し て説明する。なお、図 1〜図 3は本発明に係る倍音生成装置の基本構成の一例を示 す構成図である。
[0014] 図 1において、倍音生成装置は、音楽信号の倍音を生成する倍音生成装置におい て、音楽信号に基づ!、てその奇数倍の周波数成分を含んだ信号と所定周波数の信 号とを乗算した第一倍音信号を生成して、この第一倍音信号に奇数倍の周波数から 前記所定周波数前後にずれた非整数倍の周波数成分を発生させる第一倍音生成 部 (第一倍音生成手段） 1と、第一倍音信号に基づいてその偶数倍の周波数成分を 含んだ第二倍音信号を生成する第二倍音生成部 2 (第二倍音生成手段)とを備えて いる。
[0015] これによれば、第二倍音生成部 2が非整数倍の周波数成分を含んだ第一倍音信 号に基づいて偶数倍の周波数成分を含んだ第二倍音信号を生成することにより、音 楽信号の偶数倍の周波数成分から所定周波数前後にずれた非整数倍の周波数成 分を含む第二倍音信号を得ている。従って、第一倍音生成部 1だけに非整数倍の周 波数成分を発生させる構成を設けておけばよぐ第一倍音生成部 1と第二倍音生成 部 2との両者に非整数倍の周波数成分を発生させる構成を設ける必要がなぐ簡単 な構成で奇数倍及び偶数倍の周波数から前後にずれた非整数倍の周波数成分を 得ることができる。しかも、第一倍音信号の奇数倍の周波数に対するズレ量と第二倍 音信号の偶数倍の周波数に対するズレ量とを同じにすることができる。
[0016] また、倍音生成装置は、音楽信号に第一倍音信号及び第二倍音信号の両信号を 加算する加算部 (加算手段) 4を備えて 、てもよ 、。
[0017] これによれば、音楽信号に奇数倍及び偶数倍の周波数から前後にずれた非整数 倍の周波数成分を加算することができる。
[0018] また、倍音生成装置は、第二倍音生成部 2が、第一倍音信号を全波整流する全波 整流部 21から構成されて 、てもよ 、。
[0019] これによれば、全波整流部 21を用いた簡単な構成で第二倍音信号を生成すること ができる。
[0020] また、図 2において、倍音生成装置は、第一倍音生成部 1が、音楽信号の所定値を 越える信号レベルを所定値に抑制して音楽信号に倍音成分を発生させる倍音発生 部 (倍音発生手段） 11と、音楽信号の信号レベルに補正係数を乗じてレベル補正を 行った後に倍音発生手段により倍音成分を発生させる第一レベル補正部 (第一レべ ル補正手段） 12と、補正係数を乗じた音楽信号の信号レベルが所定値を越えるよう に補正係数を補正する係数補正部 (係数補正手段） 13と、倍音成分を発生させた音 楽信号の信号レベルに（1Z補正係数)を乗じてレベル補正を行って第一倍音信号 を生成する第二レベル補正部 (第二レベル補正手段） 14とを備えて 、てもよ 、。
[0021] これによれば、係数補正部 13によって補正係数が変動するため、その変動周波数 に応じた信号を第一倍音信号に乗算できる。このため、奇数倍の周波数から変動周 波数 (所定周波数)前後にずれた非整数倍の周波数成分を生成することができる。し 力も、小信号レベルの音楽信号であっても第一レベル補正部 12のレベル補正により 信号レベルが所定値を越えるため、確実に倍音発生部 11によって音楽信号の信号 レベルを抑制して倍音を発生させることができる。即ち、小信号レベルの音楽信号で あっても確実に倍音を生成することができる。
[0022] また、図 3において、倍音生成装置は、第一倍音生成手段 1が、音楽信号のデジタ ル信号処理を行!ヽ該デジタル信号処理可能な信号レベルの最大値よりも大き ヽ信 号レベルが発生すると当該信号レベルを前記最大値に抑制するデジタル信号処理 装置から構成され、デジタル信号処理装置が、音楽信号の信号レベルに補正係数を 乗じてレベル補正して倍音成分を発生させる第一レベル補正部 (第一レベル補正手 段） 12と、補正係数を乗じた音楽信号の信号レベルが最大値を越えるように補正係 数を補正する係数補正部 (係数補正手段） 13と、倍音成分を発生させた音楽信号の 信号レベルに（1Z補正係数)を乗じてレベル補正を行って第一倍音信号を生成す る第二レベル補正部 (第二レベル補正手段） 14とを備えて 、てもよ 、。
[0023] これによれば、係数補正部 13によって補正係数が変動するため、その変動周波数 に応じた信号を第一倍音信号に乗算できる。このため、奇数倍の周波数から変動周 波数 (所定周波数)前後にずれた非整数倍の周波数成分を生成することができる。ま た、小信号レベルの音楽信号であっても第一レベル補正部 12のレベル補正により信 号レベルが所定値を越えるため、確実に倍音発生部 11によって音楽信号の信号レ ベルを抑制して倍音を発生させることができる。即ち、小信号レベルの音楽信号であ つても確実に倍音を生成することができる。し力も、デジタル信号処理装置をオーバ 一フローさせて倍音を生成することができるため、デジタル信号処理装置に非線形 関数に従って演算処理などを行わせなくても倍音を生成することができ、少な 、演算 処理で倍音を生成することができる。
[0024] また、倍音生成装置は、第一レベル補正部 12が、音楽信号の信号レベルに第一 補正係数を乗じる第一補正係数乗算部 (第一補正係数乗算手段） 12Aと、第一補正 係数を乗じた信号レベルにさらに予め定めた第二補正係数を乗じる第二補正係数 乗算 (第二補正係数乗算手段） 12Bとを有し、係数補正部 13が、第一補正係数を乗 じた信号レベルと予め定めた目標値を第二補正係数で除した値との差力^になるよう に第一補正係数を補正するものであってもよ 、。
[0025] これによれば、係数補正部 13が、信号レベルが目標値よりも小さい（目標値 Z第二 補正係数）になるように第一補正係数を補正する。このため、目標値を最大値に近い 値に設定しても、信号レベルに第一補正係数を乗じた時点で信号レベルが最大値を 越えな 、ようにすることができ、係数補正部 13がデジタル信号処理装置のオーバー フローの影響を受けることなく第一補正係数の補正を行うことができる。
[0026] また、本発明の一実施の形態に係る倍音生成方法は、音楽信号の倍音を生成する 倍音生成方法にお!ヽて、前記音楽信号に基づ!ヽてその奇数倍の周波数成分を含ん だ信号と所定周波数の信号とを乗算した第一倍音信号を生成して、この第一倍音信 号に奇数倍の周波数力 前記所定周波数前後にずれた非整数倍の周波数成分を 発生させる工程と、前記第一倍音信号に基づ!、て奇数倍の周波数成分を含んだ第 二倍音信号を生成する工程とを順次行う。
[0027] これによれば、非整数倍の周波数成分を含んだ第一倍音信号に基づ!、て偶数倍 の周波数成分を含んだ第二倍音信号を生成することにより、音楽信号の偶数倍の周 波数成分から所定周波数前後にずれた非整数倍の周波数成分を含む第二倍音信 号を得ている。従って、第一倍音信号を生成する装置だけに非整数倍の周波数成 分を発生させる構成を設けておけばよぐ第一倍音生信号、第二倍音信号それぞれ を生成する装置の両方に非整数倍の周波数成分を発生させる構成を設ける必要が なぐ簡単な構成で奇数倍及び偶数倍の周波数カゝら前後にずれた非整数倍の周波 数成分を得ることができる。しかも、第一倍音信号の奇数倍の周波数に対するズレ量 と第二倍音信号の偶数倍の周波数に対するズレ量とを同じにすることができる。 実施例
[0028] 次に、上述した倍音生成装置を音楽再生装置に組み込む場合の実施例を以下説 明する。なお、図 4は倍音生成装置及びデジタル信号処理装置を組み込んだ音楽 再生装置の構成の一例を示す構成図である。
[0029] この音楽再生装置は、例えば DVD (Digital Versatile Disc)や CD (Compact Disc) 、ハードディスク（Hard Disk)などの記録媒体に記録されているデジタルの音楽信号 をスピーカによって再生可能な信号に処理する。この音楽再生装置 100には、処理 した音楽情報を再生する出力部 200が接続されている。
[0030] 出力部 200は、音楽再生装置 100から出力される音楽信号を再生出力する。この 出力部 200は、デジタル Zアナログ（DZA)変翻 210と、アンプ 220と、スピーカ 2 30とを備えている。 DZA変 210は、音楽再生装置 100に接続され、音楽再生 装置 100から出力されるデジタルの音楽信号をアナログに変換する。そして、 D/A 変換器 210は、アナログに変換した音楽信号をアンプ 220へ出力する。
[0031] アンプ 220は、 DZA変 210に接続されているとともに、スピーカ 230に接続さ れている。このアンプ 220は、 DZA変換器 210から出力されるアナログの音楽信号 を増幅してスピーカ 230から出力させる。
[0032] 音楽再生装置 100は、上述した記憶媒体から読み取ったデジタルの音楽信号が入 力される DIR (Digital Interface Receiver:デジタルインタフェースレシーノ ） 101と、圧 縮された音楽信号を復調するデコーダ 102と、復調された音楽信号の例えばミキシ ング処理やエフェクト処理などの各種信号処理を行う DSP (Digital Signal Processor: デジタル信号処理装置） 103と、 DSP103を制御する CPU104と力も構成されてい る。
[0033] 上述した DSP103は、デジタル信号処理可能な信号レベルの最大値 x (=所定
max
値)よりも大き 、信号レベルが発生するとオーバーフローして、その信号レベルを最 大値 X に抑制（クリップ)する。通常、デジタルの音楽信号の信号レベルは、 DSP1 max
03の最大値 X を越えな 、ようになって 、る。なお、上記信号レベルは絶対値である
max
[0034] 次に、上述した DSP103の構成について図 5を参照して以下説明する。 DSP103 は図示しないメモリに記憶されたプログラムにより、第一フィルタ部 5と、第一倍音生成 部 1と、第一増幅部 6と、全波整流部 21と、第二増幅部 7と、第一加算部 4Aと、第二 フィルタ部 8と、第二加算部 4Bとを備えている。第一フィルタ部 5は、音楽信号から所 定周波数帯のみを抽出する。第一倍音生成部 1は、第一倍音生成手段として働き、 第一フィルタ部 5によって抽出された音楽信号の周波数を fとすると、図 6 (A)に示す ように、音楽信号に基づいて奇数倍の周波数 f、 3f、 5f…から所定周波数 Δ ί前後に ずれた非整数倍の周波数成分を含んだ第一倍音信号を生成する。
[0035] 第一増幅部 6は、第一倍音信号を増幅する。全波整流部 21は、第二倍音生成手 段として働き、増幅前の第一倍音信号を全波整流して、偶数倍の周波数成分を含ん だ第二倍音信号を生成する。第一倍音信号を全波整流すると、図 6 (B)に示すように 、偶数倍の周波数 2f、 4f…から所定周波数 Δ ί前後にずれた非整数倍の周波数成 分を含んだ第二倍音信号が生成される。
[0036] 第二増幅部 7は、第二倍音信号を増幅する。第一加算部 4Αは、上記第一倍音信 号及び第二倍音信号を加算する。第二フィルタ部 8は、図 6 (C)に示すように、第一 倍音信号及び第二倍音信号を加算した信号から上記所定周波数帯を除去して倍音 成分のみを取り出す。第二加算部 4Bは、図 6 (C)に示す第二フィルタ部 8の出力信 号を音楽信号に加算して、図 6 (D)に示すように、音楽信号に偶数倍及び奇数倍の 周波数 2f、 3f、 4f…から所定時間 Δ ί前後にずれた非整数倍の周波数成分を得る。 なお、上述した第一加算部 4Α及び第二加算部 4Βが、加算手段としての加算部 4を 構成している。
[0037] 次に、図 7を参照して、上記第一倍音生成部 1の構成について説明する。同図に示 すように、第一倍音生成部 1は、音楽信号の信号レベルに補正係数 2Wを乗じる第 一レベル補正手段としての第一レベル補正部 12と、補正係数 2Wを乗じた音楽信号 の信号レベルが DSP103の最大値 X を越えるように補正係数 2Wを補正する係数
max
補正手段としての係数補正部 13と、音楽信号の信号レベルに（1Z補正係数 2W)を 乗じる第二レベル補正手段としての第二レベル補正部 14とから構成されている。
[0038] 上述した第一レベル補正部 12は、音楽信号の信号レベル Xに第一補正係数 Wを 乗じる第一補正係数乗算手段としての第一補正係数乗算部 12Aと、信号レベル Xに 第一補正係数 Wを乗じた値 (以下 x'W)にさらに 2 (=第二補正係数)を乗じる第二 補正係数乗算手段としての第二補正係数乗算部 12Bとを備えている。また、係数補 正部 13は、 x'Wと予め定めた目標値 Vを 2で除した値（=以下 VZ2)との差が 0にな るように第一補正係数 Wを補正する。上記第一補正係数乗算部 12Aと係数補正部 1 3との間には、信号レベル Xに第一補正係数 Wを乗じた値の絶対値 (以下 I x'W I ) を係数補正部 13に出力する絶対値部 15が設けられている。なお、本実施例では、 目標値 Vは最大値 X よりも高 、値に設定されて 、る。
max
[0039] 上述した係数補正部 13は、上記 (VZ2)から上記 I x'W |を減算する減算部 13 Aと、その減算値 e (= (V/2) I x-W I )〖こステップサイズ αを乗じた値 a 'eを基 に、 x'W力VZ2に近づくように適応信号処理によって第一補正係数 Wを補正する 補正部 13Bとを備えている。
[0040] 上記補正部 13Bによって (n— 1)回目の補正が行われた時点での第一補正係数を W(n)、 n回目の補正が行われた時点での第一補正係数を W(n— 1)としたとき W(n ；！と^^^！ー！^とは以下の式 ）に示す関係となる。なお、 nは任意の整数である。 W (n) =W (n- l) + I x I a e
=W (n- l) + I x I a (V/2 - | x -W | ) …ひ）
[0041] 上記式（1)から明らかなように、係数補正部 13は、 I x 'W Iが (V/2)よりも大きけ れば a eがマイナスとなり、第一補正係数 Wが小さくなるように補正され、 I x 'W Iが (V/2)よりも小さければ oc eがプラスとなり、第一補正係数 Wが大きくなるように補正 される。また、 I x 'W Iと (VZ2)との差が大きければ a eの値も大きくなり、大きい a eが第一補正係数 Wに加算又は減算され、 I x 'W Iと (VZ2)との差が小さければ a eが小さくなり、小さ!/、 a eが第一補正係数 Wに加算又は減算される。即ち、係数補 正部 13は、信号レベル Xに第一補正係数 Wを乗じた値 I x'W Iが VZ2となるように 第一補正係数 Wの補正を行う。これにより、第一補正係数乗算部 12Aによって音楽 信号の信号レベル Xが VZ2に近づくようにレベル補正され、第二補正係数乗算部 1 1Bによって音楽信号の信号レベル Xが Vに近づくようにレベル補正される。
[0042] 次に、上述した DSP103内での信号処理動作について、図 8〜図 11を参照して以 下説明する。今、 DSP103内に図 8 (A)に示すような正弦波の音楽信号が入力され たとする。第一レベル補正部 12は、上述したように図 8 (A)に示す音楽信号の信号レ ベル Xが目標値 Vに近づくように信号レベル Xに補正係数 2Wを乗じて信号レベル Xを 補正する。この結果、図 8 (B)の点線で示すように音楽信号の信号レベルが目標値 V に対してオーバーシュート、アンダーシュートを繰り返すような補正係数 2Wが信号レ ベル Xに乗算される。目標値 Vは最大値 X よりも大きな値に設定されている。
max
[0043] 信号レベルが最大値 X を越えると、 DSP103がオーバーフローして最大値 X を
max max 越える信号レベルを最大値 χ に抑制する。従って、第一レベル補正部 12により、
max
図 8 (B)に示すように最大値 X を越えた部分が歪み、倍音成分が発生した音楽信
max
号が得られる。その後、第二レベル補正部 14が、図 8 (B)に示す音楽信号の信号レ ベルに（1Z補正係数 2W)を乗じて信号レベルが第一レベル補正部 12による補正 が行われる前のレベルに戻す。これ〖こより、図 8 (C)に示すように信号レベルが歪み、 倍音成分が発生した第一倍音信号が得られる。以上のことから明らかなように DSP1 03が倍音発生手段に相当する。
[0044] なお本実施例では目標値 Vとしては最大値 X よりも大きく設定して!/ヽたが、第一レ ベル補正部 12のレベル補正により信号レベルが目標値 Vをオーバーシュートして、 最大値 X を越えるようであれば最大値 X よりも小さい値に設定してもよい。即ち、 max max
目標値 Vは音楽信号の信号レベルが最大値 X を越えるような値に設定されて ヽれ max
ばよい。
[0045] 図 8 (C)に示す第一倍音信号の波形を分解すると、図 9 (A)及び (B)の波形を得る ことができる。つまり、第一倍音信号は、図 9(A)に示す信号と、図 9(B)に示す正弦 波の乗算で表すことができる。同図 (A)に示す信号をフーリエ変換すると、オリジナ ルの音楽信号の周波数 fの奇数倍 f、 3f、 5f…の倍音が生成されることが分かる。一 方、図 8(C)の第一倍音信号は、二点鎖線で示すようにゆっくりと揺らいでおり、図 9( B)に示すような低周波の正弦波が存在することがわかる。これは、係数補正部 13に よって補正係数 2Wが変動するため、その変動周波数 (所定周波数）に応じた信号が 第一倍音信号に乗算されるためである。
[0046] 一般的に、 2つの信号を乗算した信号が含む周波数成分は、各信号の周波数成分 f 、 f の畳み込み（f +f )、（f -f )で表されることが知られている。上述したように図
1 2 1 2 1 2
9(A)に示す信号が、オリジナルの音楽信号の周波数 fの奇数倍 f、 3f、 5f…の周波 数成分を有し、図 9(B)に示す正弦波が、所定周波数 Δίの周波数成分を有している とする。図 9 (Α)に示す信号と図 9 (Β)に示す正弦波とを乗算した図 8 (C)に示す第 一倍音信号は、図 6(A)に示すように、 (f+Δί)ゝ (ί—Δί)、（3ί+Δί)、 (3ί-Δί) 、（5f+Af)、（5f— Δί)…の周波数成分を有する。即ち、奇数倍の周波数から Δί 前後にずれた非整数倍の周波数成分を含んだ第一倍音信号が生成される。
[0047] 以上のことから明らかなように、所定周波数 Δίは、補正部 13Bのステップサイズ α によって調整することができる。つまり、ステップサイズ αを大きくすれば、補正係数 2 Wの変動周波数が大きくなり、所定周波数 Δίが大きくなる。一方、ステップサイズ α を小さくすれば、補正係数 2Wの変動周波数力 S小さくなり、所定周波数 Δίが小さくな る。
[0048] さらに、全波整流部 21により上記第一倍音信号を全波整流すると、図 10に示すよ うな第二倍音信号が得られる。この図 10に示す第一倍音信号の波形を分解すると、 図 11(A)及び図 11(B)の波形を得ることができる。つまり、第二倍音信号は、図 11( A)に示す信号と、図 11 (B)に示す正弦波の乗算で表すことができる。図 11 (A)は、 図 9 (A)に示す信号を全波整流した波形に相当する。
[0049] 図 11 (B)は、図 9 (B)と同じ正弦波である。上記図 11 (A)に示す信号は、オリジナ ルの音楽信号の周波数 fの偶数倍の 2f、 4f…の周波数成分を有している。図 11 (A) に示す信号と図 11 (B)に示す正弦波とを乗算した図 10 (C)に示す第二倍音信号は 、図 6 (C)に示すように、（2f+ A f)、（2f—A f)、（4f+ A f)、（4f—A f)、 (6ί+ Δ ί) 、（6f— Δ ί)…の周波数成分を有する。即ち、偶数倍の周波数から Δ ί前後にずれた 非整数倍の周波数成分を含んだ第二倍音信号が生成される。
[0050] 次に、上述した構成の音楽再生装置 100全体の動作について以下説明する。まず 、記録媒体など力も読み取ったデジタルの音楽信号が DIR101を介してデコーダ 10 2に入力される。デコーダ 102は、 ΜΡ3や WMAといった圧縮形式で圧縮された音 楽信号を復調して、 DSP103に対して供給する。 DSP103〖こより、図 6 (D)に示すよ うに音楽信号に偶数倍及び奇数倍の周波数 2f、 3f、 4f…から所定時間 Δ ί前後にず れた非整数倍の周波数成分を得る。倍音成分が付加された音楽信号はその後各種 信号処理を施された後、 DZA変翻210に出力される。
[0051] DZA変翻210は、倍音成分が付加されたデジタルの音楽信号をアナログに変 換した後、アンプ 220を介してスピーカ 230に出力する。そして、スピーカ 230によつ て倍音成分が付加された音楽信号が再生される。
[0052] 上述した音楽再生装置 100によれば、音楽信号に基づいてその奇数倍の周波数 成分を含んだ信号と所定周波数の信号とを乗算した第一倍音信号を生成して、この 第一倍音信号に奇数倍の周波数力 所定周波数前後にずれた非整数倍の周波数 成分を発生させる第一倍音生成部 1と、第一倍音信号に基づいて奇数倍の周波数 成分を含んだ第二倍音信号を生成する全波整流部 21とを備えている。即ち、第二 倍音生成手段としての全波整流部 21が非整数倍の周波数成分を含んだ第一倍音 信号に基づいて偶数倍の周波数成分を含んだ第二倍音信号を生成することにより、 音楽信号の偶数倍の周波数成分から Δ f前後にずれた非整数倍の周波数成分を含 む第二倍音信号を得ている。これにより、第一倍音生成部 1だけに非整数倍の周波 数成分を発生させる構成を設けておけばよぐ第二倍音生成手段としては上記全波 整流部 21のような簡単な構成で奇数倍及び偶数倍の周波数から前後にずれた非整 数倍の周波数成分を得ることができる。しかも、第一倍音信号の奇数倍の周波数に 対するズレ量 Δ fと第二倍音信号の偶数倍の周波数に対するズレ量 Δとを同じにす ることがでさる。
[0053] また、上述した音楽再生装置 100によれば、音楽信号に基づ!/、てその奇数倍の周 波数成分を含んだ信号と所定周波数の信号とを乗算した第一倍音信号を生成して、 この第一倍音信号に奇数倍の周波数から前記所定周波数前後にずれた非整数倍 の周波数成分を発生させる工程と、第一倍音信号に基づいて奇数倍の周波数成分 を含んだ第二倍音信号を生成する工程とを順次行っている。これにより、第一倍音生 成部 1だけに非整数倍の周波数成分を発生させる構成を設けておけばよぐ第二倍 音生成手段としては上記全波整流部 21のような簡単な構成で奇数倍及び偶数倍の 周波数力も前後にずれた非整数倍の周波数成分を得ることができる。しかも、第一倍 音信号の奇数倍の周波数に対するズレ量 Δ fと第二倍音信号の偶数倍の周波数に 対するズレ量 Δとを同じにすることができる。
[0054] また、上述した音楽再生装置 100の DSP103によれば、奇数倍の周波数から前後 にずれた周波数を含む第一倍音信号（=奇数次倍音)と、偶数倍の周波数から前後 にずれた周波数を含む第二倍音信号（=偶数次倍音)とをそれぞれ別々に生成する ことができるため、第一増幅器 6、第二増幅器 7の増幅ゲインを調整して奇数次倍音 と偶数次倍音とのバランスを簡単に制御することができる。
[0055] また、上述した DSP103によれば、音楽信号に第一倍音信号及び第二倍音信号 の両信号を加算する加算部 4を設けることにより、音楽信号に奇数倍及び偶数倍の 周波数力も前後にずれた非整数倍の周波数成分を加算することができる。
[0056] また、上述した DSP103によれば、第二倍音生成手段が、第一倍音信号を全波整 流する全波整流部 21から構成されているので、簡単な構成で第二倍音信号を生成 することができる。
[0057] 上述した DSP103によれば、係数補正部 13によって補正係数 2Wが変動するため 、図 9 (A)、（B)に示すように、その変動周波数に応じた信号を第一倍音信号に乗算 できる。このため、奇数倍の周波数から変動周波数 (所定周波数)前後にずれた非整 数倍の周波数成分を生成することができる。また、小信号レベルの音楽信号であって も第一レベル補正部 12のレベル補正により信号レベルが DSP103の最大値 X を
max 越えるため、確実に倍音発生部 11によって音楽信号の信号レベルを抑制して倍音 を発生させることができる。即ち、小信号レベルの音楽信号であっても確実に倍音を 生成することができる。し力も、 DSP103をオーバーフローさせて倍音を生成すること ができるため、 DSP103に非線形関数に従って演算処理などを行わせなくても倍音 を生成することができ、少な 、演算処理で倍音を生成することができる。
[0058] また、上述した DSP103によれば、第一レベル補正部 12が信号レベルに乗じる補 正係数 2Wを第一補正係数乗算部 12Aと第二補正係数乗算部 12Bとによって 2回に 分けて乗算している。そして、係数補正部 13が、信号レベル Xに第一補正係数 Wを 乗じた値 χ · Wが目標値 Vよりも小さ 、 (V/2)になるように第一補正係数 Wを補正し ている。たとえば、係数補正部 13によって x'Vが目標値 Vになるように第一補正係数 Wを補正した場合、信号レベルに第一補正係数 Wを乗じた時点で信号レベルが最 大値 X を越えてしまい、係数補正部 13は最大値と目標値 Vとの差が 0になるように max
補正係数の補正を行ってしまい、 x'Vと目標値 Vとの差力^になるような補正係数の 補正を行うことができない。しかし本実施例では、目標値 Vを最大値 X
maxに近い値に 設定しても、信号レベルに第一補正係数 Wを乗じた時点で信号レベルが最大値 X
max を越えないようにすることができ、係数補正部 13が DSP103のオーバーフローの影 響を受けることなく第一補正係数 Wの補正を行うことができる。
[0059] また、上述した DSP103によれば、第一フィルタ部 5によって音楽信号力も所定周 波数帯のみを抽出している。そして、該抽出した所定周波数帯の音楽信号に倍音成 分を発生させた後、第二フィルタ部 8によって所定周波数帯を除去して倍音成分の みを抽出して、最後に第二加算部 4Bによって元の音楽信号に倍音成分を加算して いる。これによれば、音楽信号を構成する周波数帯のうち所定周波数帯が特に良く 聞こえる音楽信号を得ることができる。たとえば、所定周波数帯をボーカル領域となる ように設定すると、ボーカルがより響く音楽信号となり、所定周波数帯を低音領域とな るように設定すると、低音がより響く音楽信号となる。
[0060] なお、本実施形態では、 MP3や WMAなどの圧縮形式で圧縮させた音楽信号に 倍音を発生していた力 本発明はこれに限ったものではない。例えば、 CDに録音さ れているような高音域がカットされた音楽信号に倍音を発生させても同様の効果を得 ることがでさる。
[0061] また、上述した実施例によれば、第二倍音生成手段として全波整流部 21を用いて いたが、本発明はこれに限ったものではない。第二倍音生成手段としては、入力信 号の周波数に対して奇数倍の倍音を生成するものであればよぐ例えばゼロクロス法 、べき乗法などを用いたものであってもよい。
[0062] また、上述した実施例によれば、第一倍音生成手段として補正係数 2Wを変動させ ることにより、音楽信号に基づいその奇数倍の周波数成分を含んだ信号と補正係数 2Wの変動周波数 (所定周波数)の信号とを乗算した第一倍音信号を生成するものを 用いていたが、本発明はこれに限ったものではない。第一倍音生成手段としては、例 えば、音楽信号に基づ!/、てその奇数倍の周波数成分を含んだ倍音信号を生成させ る奇数次倍音生成部と、この奇数次倍音生成部が奇数倍の周波数成分を発生させ る前の音楽信号、または奇数次倍音生成部によって生成された倍音信号に所定周 波数の正弦波 (信号)を乗算する乗算部とから構成しても良い。奇数次倍音生成部と しては、波形を歪ませて奇数倍の周波数を発生させるコンプレッサーやピークホール ド回路など色々なものが提案されている。
[0063] また、上述した実施例によれば、加算部 4は、第一倍音信号と第二倍音信号とを加 算した後に、その加算信号を音楽信号に加算していたが、本発明はこれに限ったも のではない。加算部 4としては、第一倍音信号及び第二倍音信号を音楽信号に加算 できればよぐ例えば第一倍音信号及び第二倍音信号を各々別々に音楽信号に加 算するようにしてちょい。
[0064] また、上述した実施例によれば、 DSP103をオーバーフローさせて倍音を生成して いるが、本発明はこれに限ったものではない。たとえば、 DSP103に所定値を越える 信号レベルを所定値に抑制する非線形関数の演算を行わせるプログラムを組み込 んで倍音を生成できるようにしてもょ ヽ。この場合、上記所定値を上記最大値 X
maxより も小さい値に設定して、第一レベル補正部 12に音楽信号の信号レベルが所定値を 越えるように音楽信号の信号レベルに補正係数を乗じてレベル補正を行わせれば、 上記 DSP103の非線形演算により倍音を生成することができる。
[0065] また、所定値を上記最大値 X よりも小さい値に設定すれば、第一レベル補正部 1
max
2としては、信号レベルに補正係数を乗じる補正係数乗算部と、信号レベルに補正係 数を乗じた値と目標値 Vとが 0になるように補正係数を補正する係数補正部とから構 成してちょい。
[0066] また、所定値を越える信号レベルを所定値に抑制するような入出力特性を有するァ ナログのコンプレッサーを倍音発生手段としてもよい。この場合も、上記所定値を上 記最大値 X よりも小さい値に設定して、 DSP103の第一レベル補正部 12に音楽信
max
号の信号レベルが所定値を越えるように音楽信号の信号レベルに補正係数を乗じて レベル補正を行わせる。そして、第一レベル補正部 12によりレベル補正を行った音 楽信号を DZA変換して、アナログの音楽信号に変換した後に、上記アナログのコン プレッサーに供給すれば倍音を生成することができる。
[0067] また、上述した実施例によれば、第二補正係数乗算部 12Bでは第二補正係数とし て 2を乗じていた力 本発明はこれに限ったものではない。第二補正係数としては、 目標値 VZ第二補正係数が上記最大値 X
maxよりも小さ 、値になればどんな値でもよ い。
[0068] また、上述した実施例によれば、第一及び第二レベル補正部 12、 14を DSP103で 構成していた力 本発明はこれに限ったものではなぐ同等の働きをするアナログ回 路で構成してもよい。
[0069] また、上述した実施例によれば、第一レベル補正手段としては、信号レベル Xを目 標値 (VZ2)に近づける評価値として、誤差 eそのものを用いていたが、本発明はこ れに限ったものではない。例えば、評価値として二乗誤差 e2を用いてこの二乗誤差 e 2が 0になるように補正係数 Wを補正してもよい。即ち、第一レベル補正手段としては 、本発明の目的に反しない限りどんなアルゴリズムであってもよい。
[0070] また、前述した実施例は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実 施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変 形して実施することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 音楽信号の倍音を生成する倍音生成装置において、
前記音楽信号に基づいてその奇数倍の周波数成分を含んだ信号と所定周波数の 信号とを乗算した第一倍音信号を生成して、この第一倍音信号に奇数倍の周波数 から前記所定周波数前後にずれた非整数倍の周波数成分を発生させる第一倍音生 成手段と、
前記第一倍音信号に基づいてその偶数倍の周波数成分を含んだ第二倍音信号を 生成する第二倍音生成手段と
を備えたことを特徴とする倍音生成装置。
[2] 前記音楽信号に前記第一倍音信号及び前記第二倍音信号の両信号を加算する 加算手段を備えたことを特徴とする倍音生成装置。
[3] 前記第二倍音生成手段が、前記第一倍音信号を全波整流する全波整流部から構 成されることを特徴とする請求項 1又は 2記載の倍音生成装置。
[4] 前記第一倍音生成手段が、前記音楽信号の所定値を越える信号レベルを前記所 定値に抑制して前記音楽信号に倍音成分を発生させる倍音発生手段と、前記音楽 信号の信号レベルに補正係数を乗じてレベル補正を行った後に前記倍音発生手段 により倍音成分を発生させる第一レベル補正手段と、前記補正係数を乗じた前記音 楽信号の信号レベルが前記所定値を越えるように前記補正係数を補正する係数補 正手段と、前記倍音成分を発生させた前記音楽信号の信号レベルに（1Z前記補正 係数)を乗じてレベル補正を行って前記第一倍音信号を生成する第二レベル補正手 段とを備えたことを特徴とする請求項 1〜3何れか 1項記載の倍音生成装置。
[5] 前記第一倍音生成手段が、前記音楽信号のデジタル信号処理を行!、該デジタル 信号処理可能な信号レベルの最大値よりも大きい信号レベルが発生すると当該信号 レベルを前記最大値に抑制するデジタル信号処理装置力 構成され、
前記デジタル信号処理装置が、前記音楽信号の信号レベルに補正係数を乗じて レベル補正して倍音成分を発生させる第一レベル補正手段と、前記補正係数を乗じ た前記音楽信号の信号レベルが前記最大値を越えるように前記補正係数を補正す る係数補正手段と、前記倍音成分を発生させた前記音楽信号の信号レベルに（1Z 前記補正係数)を乗じてレベル補正を行って前記第一倍音信号を生成する第二レべ ル補正手段とを備えたことを特徴とする請求項 1〜3何れか 1項記載の倍音生成装置
[6] 前記第一レベル補正手段が、前記音楽信号の信号レベルに第一補正係数を乗じ る第一補正係数乗算手段と、前記第一補正係数を乗じた信号レベルにさらに予め定 めた第二補正係数を乗じる第二補正係数乗算手段とを有し、
前記係数補正手段が、前記第一補正係数を乗じた信号レベルと予め定めた目標 値を前記第二補正係数で除した値との差が 0になるように前記第一補正係数を補正 するものであることを特徴とする請求項 5項記載の倍音生成装置。
[7] 音楽信号の倍音を生成する倍音生成方法にお!、て、
前記音楽信号に基づいてその奇数倍の周波数成分を含んだ信号と所定周波数の 信号とを乗算した第一倍音信号を生成して、この第一倍音信号に奇数倍の周波数 カゝら前記所定周波数前後にずれた非整数倍の周波数成分を発生させる工程と、 前記第一倍音信号に基づいて奇数倍の周波数成分を含んだ第二倍音信号を生 成する工程と
を順次行うことを特徴とする倍音生成方法。
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