WO2011043020A1 - マルチバンドコンプレッサ、その調整方法 - Google Patents

マルチバンドコンプレッサ、その調整方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a multiband compressor that performs dynamics compression processing for each of a plurality of bands obtained by dividing an audio signal by a frequency band, adds and synthesizes the output, and an adjustment method thereof.
  • Fig. 5 shows the configuration of a general multiband compressor.
  • the multiband compressor is an acoustic process in which an input audio signal is divided into frequency bands by a band division filter (also called an isolator), subjected to a compressor process on each divided band, added again, and output. .
  • a band division filter also called an isolator
  • FIG. 6 and FIG. 7 show typical configuration examples of the band division filter.
  • the band division filter includes a plurality of pairs of a low pass filter (LPF) and a high pass filter (HPF) having the same cutoff frequency as shown in FIG. (In the example of the figure, from the low range), the signal is separated in order. The frequency that becomes the boundary of each band is designated from the outside.
  • LPF low pass filter
  • HPF high pass filter
  • Compressor processing is a function that measures the level of the input signal and outputs it by applying a volume curve as shown in FIG.
  • a boundary level with respect to an input signal called a threshold is given in advance, and when a volume higher than the threshold is input, the volume is reduced according to the specified compression amount.
  • the multiband compressor performs the compressor process independently for each frequency band, so that even if the volume of a certain frequency band fluctuates rapidly, it does not affect other frequency bands.
  • JP 2005-160038 A Japanese Patent Laid-Open No. 05-064297 Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-046795 JP 2009-507407 A
  • a multiband compressor is very difficult to adjust for the following reasons. (1) It is necessary to adjust the compressor over a plurality of bands, which is generally considered to be difficult. (2) The frequency band and the compressor setting affect each other. Changing the frequency band requires resetting the compressor settings and vice versa.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a multiband compressor that solves the above-described problems and an adjustment method thereof.
  • a first multi-band compressor of the present invention is a multi-band compressor that performs dynamics compression processing for each of a plurality of bands obtained by dividing an audio signal by a frequency band, and adds and synthesizes the output.
  • Power measuring means for measuring the output power; and band setting means for setting the frequency band based on the power difference between adjacent bands.
  • the second multi-band compressor according to the present invention is a multi-band compressor that performs dynamics compression processing for each of a plurality of bands obtained by dividing an audio signal by frequency band, and then adds and synthesizes the output.
  • Power measuring means for measuring the power to be measured
  • threshold addition means for adding a predetermined relative threshold to a value obtained by smoothing the measured voltage
  • threshold setting means for setting a threshold to be given to the dynamics compression processing for each of a plurality of bands It is characterized by having.
  • a first adjustment method of the present invention is an adjustment method of a multiband compressor that performs dynamics compression processing for each of a plurality of bands obtained by dividing an audio signal by a frequency band, and then adds and synthesizes the output. Is characterized in that the frequency bands are set so as to be equal.
  • a second adjustment method of the present invention is an adjustment method for a multiband compressor that performs dynamics compression processing for each of a plurality of bands obtained by dividing an audio signal in a frequency band, and then adds and synthesizes the output. Is characterized in that the dynamics compression processing is set so that.
  • the present invention is a multiband compressor that performs dynamics compression processing (compressor) for each of a plurality of bands (bands) obtained by dividing an audio signal into frequency bands, and then adds and synthesizes the output.
  • An adjustment method for obtaining an enhancement effect is provided.
  • a multiband compressor that automatically performs this adjustment method is also provided.
  • FIG. 1 is a characteristic diagram for explaining the basic concept of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an example of a multi-band compressor that divides into three bands.
  • a multiband compressor divides an input signal into a plurality of bands.
  • the characteristics of the filter used for division are determined at the time of multiband compressor design, the power distributed to each band is predicted when a signal with a known frequency-power distribution is given. Is possible.
  • Pi int_0 ⁇ Fs / 2 S (f) G (f) df Fs is a sampling frequency and int is an integral symbol.
  • the frequency-power distribution of an input signal varies from time to time.
  • the expected average frequency-power distribution can be predicted.
  • Fig. 2 shows the average frequency-power distribution obtained from several music contents. As shown in the figure, the distribution is generally ⁇ 4 dB / oct except that there is a decrease in volume in the vicinity of 20 Hz and 20000 Hz, which are audible limits.
  • the setting value of the multiband compressor can be determined in advance by any of the following methods.
  • the frequency band is set so that the power input to each band is equal. Use the same setting for each compressor, or at least the same threshold.
  • Relative Threshold Fixing Method This is an adjustment method that equalizes the compression amount of each band so that the frequency-power distribution does not fluctuate greatly before and after the processing.
  • the frequency band can be freely set by auditory evaluation. Subsequently, the power when an average distribution signal is input by the above formula is calculated, and a value obtained by adding a negative fixed value (for example, ⁇ 6 dB) to the power is set as a threshold.
  • a negative fixed value for example, ⁇ 6 dB
  • one of the parameters that affect each other in the adjustment of the multi-band compressor can be fixed, and the degree of freedom of adjustment can be reduced, making adjustment extremely easy. Become. Further, by performing adjustment based on the average signal, an appropriate volume enhancement effect can be obtained regardless of what signal is input.
  • band 1 is a low frequency
  • Band 3 is on the high frequency side
  • a power measurement unit is arranged to measure the signal level of the compressor output (which may be input) of each band, and the measurement result of each band is compared with the measurement result of the adjacent band and fed back to the frequency band. A mechanism has been added.
  • a plurality of compressors 120 are connected to a band division filter 110 to which an input signal 101 is input, and a power measurement unit 130 is connected to each output of the plurality of compressors 120. Has been.
  • the plurality of power measuring units 130 are connected to the comparators 140 in pairs adjacent to each other, and the comparators 140 are feedback-connected to the band-splitting filter 110 by the frequency divider 150.
  • a power measuring unit for measuring the signal level of the compressor input of each band is added, and after smoothing it in the time direction, a relative threshold given in advance (negative fixed value, for example, ⁇ 6 dB) is added. Is added to set the compressor threshold.
  • a plurality of compressors 120 are connected to a band division filter 110 to which an input signal 101 is input, and a power measurement unit 130 is connected to each input of the plurality of compressors 120. Has been.
  • the smoothing circuit 210 is connected to the plurality of power measuring units 130, and these are feedback-connected to the compressor 120 together with the relative threshold 220.
  • the threshold since the threshold is automatically adjusted based on the average power over a certain range of the input signal, it converges to the result of the optimum relative threshold fixing method according to the input signal.
  • adjustment is automatically performed from an input signal without using an average distribution signal. For this reason, even when a signal greatly deviating from the average is input, the set value can be automatically corrected to obtain the maximum volume enhancement effect.

Landscapes

  • Tone Control, Compression And Expansion, Limiting Amplitude (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Abstract

　音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサであって、複数の前記バンドごとに入力または出力される電力を測定し、隣接するバンドごとの電力の差分に基づいて周波数帯域を設定する。または、複数のバンドごとに入力される電力を測定し、測定された電圧を平滑化した値に所定の相対スレッショルドを加算し、複数のバンドごとのダイナミクス圧縮処理に与えるスレッショルドを設定する。これにより、どのような信号が入力されても適切な音量増強効果を得ることができるマルチバンドコンプレッサを提供する。

Description

マルチバンドコンプレッサ、その調整方法
　本発明は、音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサ、その調整方法、に関する。
　図５に、一般的なマルチバンドコンプレッサの構成を示す。マルチバンドコンプレッサは、入力された音声信号を帯域分割フィルタ(アイソレータとも呼ぶ)により周波数帯域ごとに分割し、分割された各バンドに対してコンプレッサ処理を施し、再び加算して出力する音響処理である。
　帯域分割フィルタの一般的な構成例を図６および図７に示す。図７に示すように、帯域分割フィルタには、図６に示すようなカットオフ周波数が同一のローパスフィルタ(LPF)とハイパスフィルタ(HPF)の対が複数含まれており、低域または高域から(図の例では低域から)順に信号を分離する構成となっている。各バンドの境界となる周波数は外部から指定される。
　コンプレッサ処理は入力信号のレベルを測定し、図８に示すような音量カーブをかけて出力する機能である。スレッショルドと呼ばれる入力信号に対する境界レベルがあらかじめ与えられており、スレッショルド以上の音量が入力された場合は指定された圧縮量に応じて音量を落とす。
　最大入力に対して音量が落ちる分の出力ゲインを与えることによって、コンプレッサ全体を通しては平均音量の増強効果が得られる。マルチバンドコンプレッサは周波数帯域毎に独立してコンプレッサ処理を行うことで、ある周波数帯域の音量が急激に変動した場合でも、他の周波数帯域に影響を与えることがない。
　このため、複数の音源が含まれる音源(一般の音楽など)においても、不自然な音揺れを引き起こすことなく十分な音量増強効果を得ることができる。現在、上述のようなマルチバンドコンプレッサとして各種の提案がある（例えば、特許文献１～４参照）。
特開２００５－１６００３８号公報 特開平０５－０６４２９７号公報 特開平０９－０４６７９５号公報 特開２００９－５０７４０７号公報
　しかし、マルチバンドコンプレッサは、以下の理由により調整が非常に困難である。（１）一般的に難易度が高いとされるコンプレッサの調整を複数バンドにわたって行う必要がある。
（２）前記周波数帯域とコンプレッサの設定が相互に影響する。前記周波数帯域を変えればコンプレッサの設定は再設定が必要であり、逆も同様である。
　本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解決するマルチバンドコンプレッサと、その調整方法と、を提供するものである。
　本発明の第一のマルチバンドコンプレッサは、音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサであって、複数のバンドごとに入力または出力される電力を測定するパワー測定手段と、隣接するバンドごとの電力の差分に基づいて周波数帯域を設定する帯域設定手段と、を有する。
　本発明の第二のマルチバンドコンプレッサは、音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサであって、複数のバンドごとに入力される電力を測定するパワー測定手段と、測定された電圧を平滑化した値に所定の相対スレッショルドを加算するスレッショルド加算手段と、複数のバンドごとのダイナミクス圧縮処理に与えるスレッショルドを設定するスレッショルド設定手段と、を有することを特徴とする。
　本発明の第一の調整方法は、音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサの調整方法であって、複数のバンドの電力が等しくなるように周波数帯域を設定することを特徴とする。
　本発明の第二の調整方法は、音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサの調整方法であって、複数のバンドの電力が等しくなるようにダイナミクス圧縮処理を設定することを特徴とする。
　マルチバンドコンプレッサの調整において相互に影響するパラメータの片方を固定し、調整の自由度を小さくすることができるため、調整が極めて容易になる。また、平均的な信号をもとに調整を実施することで、どのような信号が入力されても適切な音量増強効果を得ることができる。
　上述した目的、および、その他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、および、それに付随する以下の図面によって、さらに明らかになる。
本発明の実施の第一の形態の調整方法の周波数と信号レベルとを示す特性図である。 いくつかの音楽コンテンツから求めた周波数と平均レベルとを示す特性図である。 第一の実施例のマルチバンドコンプレッサを示すブロック図である。 第二の実施例のマルチバンドコンプレッサを示すブロック図である。 一従来例のマルチバンドコンプレッサを示すブロック図である。 一従来例のマルチバンドコンプレッサの周波数とゲインとを示す特性図である。 一従来例のマルチバンドコンプレッサの帯域分割フィルタを示す模式図である。 一従来例のマルチバンドコンプレッサのスレッショルドと信号レベルを示す特性図である。
　本発明の実施の形態を図面を参照して以下に説明する。本発明は、音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンド（帯域）ごとにダイナミクス圧縮処理(コンプレッサ)してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサにおいて、パラメータの調整を容易にし、最適な音量増強効果を得る調整方法を提供する。また、この調整方法を自動で実施するマルチバンドコンプレッサも提供する。
　図１が、本発明の実施の形態の基本的な考え方を説明する特性図である。図１は３バンドに分割するマルチバンドコンプレッサを例に記載してある。マルチバンドコンプレッサは入力信号を複数の帯域に分割する。
　ただし、分割に用いるフィルタの特性(図では点線で表記)はマルチバンドコンプレッサ設計時に確定しているため、周波数－電力分布が既知である信号を与えた場合に各バンドに分配される電力は予測可能である。
　すなわち、入力信号の周波数ｆに対する電力をＳ(ｆ)、バンドｉの周波数ｆにおけるゲインをＧ(ｆ)とすれば、バンドｉに入力されると想定される電力Ｐｉは以下の式で与えられる。
　Pi＝int_0^Fs/2 S(f)G(f)df
　なお、Ｆｓはサンプリング周波数、ｉｎｔは積分記号である。
　一般に音楽プレーヤや携帯電話端末のような装置を作成する場合、入力される信号の周波数－電力分布はその時々で異なる。しかし、ある程度の前提をおけば、想定される平均的な周波数－電力分布は予測可能である。
　例えば、一般的な音楽コンテンツが使用されると仮定した場合、人間にとって心地よい周波数－電力分布というものが知られており、多くの音楽コンテンツはこれに近い分布をもつ。
　図２はいくつかの音楽コンテンツから求めた平均的な周波数－電力分布である。図に示すように、可聴限界となる２０Ｈｚと２００００Ｈｚの近傍で音量の低下があるほかは、おおむね－４ｄＢ／ｏｃｔの分布となっている。
　通話等で用いられる音声信号についても、同様の分布が存在する。本実施の形態の調整方法においては、以下のいずれかの方法によりマルチバンドコンプレッサの設定値を事前に決めることができる。
　［第一の調整方法］　パワー等分法
　一つのコンプレッサにより得られる音量増強効果には限界があるとの仮定から、各バンドのコンプレッサに同程度の仕事をさせる調整方法である。
　平均的な分布の信号が入力された場合に、各バンドに入力されるパワーが等しくなるように周波数帯域を設定する。各コンプレッサの設定は同一か、または少なくともスレッショルドは同じものを使用する。
　［第二の調整方法］　相対スレッショルド固定法
　周波数－電力分布を処理前後で大きく変動させないように、各バンドの圧縮量を等しくする調整方法である。
　周波数帯域は聴感評価等により自由に設定する。続いて上述の式により平均的な分布の信号が入力された場合のパワーを計算し、そのパワーに対し負の固定値（例えば－６ｄＢ）を加算した値をスレッショルドとする。
　第一の調整方法・第二の調整方法いずれの場合も、マルチバンドコンプレッサの調整において相互に影響するパラメータの片方を固定し、調整の自由度を小さくすることができるため、調整が極めて容易になる。また平均的な信号をもとに調整を実施することで、どのような信号が入力されても適切な音量増強効果を得ることができる。
　図３および図４は、最初の実施例による第一の調整方法・第二の調整方法それぞれをマルチバンドコンプレッサ自身が自動で実施するように構成した例である（図において、帯域１が低周波数側で帯域３が高周波数側である）。
　図３では、各バンドのコンプレッサ出力（入力でもよい）の信号レベルを測定するためにパワー測定部を配置しており、各バンドの測定結果を隣接バンドの測定結果と比較して周波数帯域にフィードバックする機構を追加している。
　より具体的には、このマルチバンドコンプレッサ１００では、入力信号１０１が入力される帯域分割フィルタ１１０に複数のコンプレッサ１２０が接続されており、これら複数のコンプレッサ１２０の出力ごとにパワー測定部１３０が接続されている。
　複数のパワー測定部１３０は隣接する一対ごとに比較器１４０に接続されており、この比較器１４０が分割周波数の調整器１５０で帯域分割フィルタ１１０にフィードバック接続されている。
　この構成では、あるバンドのパワーが過剰である場合にその帯域の周波数範囲を狭めるようにフィードバックがかかるため、入力信号に応じた最適なパワー等分法の結果に収束する。
　図４では、各バンドのコンプレッサ入力の信号レベルを測定するパワー測定部を追加しており、それを時間方向に平滑化した後に、あらかじめ与えられた相対スレッショルド（負の固定値、例えば－６ｄＢ）を加算してコンプレッサのスレッショルドに設定する構成となっている。
　より具体的には、このマルチバンドコンプレッサ２００では、入力信号１０１が入力される帯域分割フィルタ１１０に複数のコンプレッサ１２０が接続されており、これら複数のコンプレッサ１２０の入力ごとにパワー測定部１３０が接続されている。
　これら複数のパワー測定部１３０には平滑化回路２１０が接続されており、これらが相対スレッショルド２２０とともにコンプレッサ１２０にフィードバック接続されている。
　この構成では、入力信号の一定の範囲にわたる平均パワーに基づきスレッショルドを自動的に調整するため、入力信号に応じた最適な相対スレッショルド固定法の結果に収束する。
　これらの実施例では、平均的な分布の信号を用いずに入力信号から自動で調整する。このため、平均から大きくずれた信号が入力された場合であっても自動で設定値を補正し、最大限の音量増強効果を得ることができる。
　なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。また、この出願は、２００９年１０月　７日に出願された日本出願特願２００９－２３２９９５号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てを、ここに取り込む。

Claims (9)

  1. 　音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサであって、
    　複数の前記バンドごとに入力または出力される電力を測定するパワー測定手段と、
    　隣接する前記バンドごとの前記電力の差分に基づいて前記周波数帯域を設定する帯域設定手段と、
    を有するマルチバンドコンプレッサ。
  2. 　音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサであって、
    　複数の前記バンドごとに入力される電力を測定するパワー測定手段と、
    　測定された前記電圧を平滑化した値に所定の相対スレッショルドを加算するスレッショルド加算手段と、
    　複数の前記バンドごとの前記ダイナミクス圧縮処理に与えるスレッショルドを設定するスレッショルド設定手段と、
    を有することを特徴とするマルチバンドコンプレッサ。
  3. 　音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサの調整方法であって、
    　複数の前記バンドの電力が等しくなるように前記周波数帯域を設定することを特徴とする調整方法。
  4. 　音声信号を周波数帯域で分割した複数のバンドごとにダイナミクス圧縮処理してから加算合成して出力するマルチバンドコンプレッサの調整方法であって、
    　複数の前記バンドの電力が等しくなるように前記ダイナミクス圧縮処理を設定することを特徴とする調整方法。
  5. 　複数の前記バンドごとに分配される電力を計算し、
    　複数の前記バンドで圧縮量が等しくなるように前記周波数帯域を設定することを特徴とする請求項３に記載の調整方法。
  6. 　複数の前記バンドごとに分配される電力を計算し、
    　複数の前記バンドで圧縮量が等しくなるように前記ダイナミクス圧縮処理を設定することを特徴とする請求項４に記載の調整方法。
  7. 　複数の前記バンドごとに入力または出力される電力を測定し、
    　隣接する前記バンドごとの前記電力の差分に基づいて前記周波数帯域を設定することを特徴とする請求項５に記載の調整方法。
  8. 　複数の前記バンドごとに入力または出力される電力を測定し、
    　隣接する前記バンドごとの前記電力の差分に基づいて前記ダイナミクス圧縮処理を設定することを特徴とする請求項６に記載の調整方法。
  9. 　複数の前記バンドごとに入力される電力を測定し、
    　測定された前記電圧を平滑化した値に所定の相対スレッショルドを加算し、
    　複数の前記バンドごとの前記ダイナミクス圧縮処理に与えるスレッショルドを設定することを特徴とする請求項８に記載の調整方法。
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