WO2023032184A1 - 音声信号処理装置、音声信号処理方法およびプログラム - Google Patents

音声信号処理装置、音声信号処理方法およびプログラム Download PDF

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肇 吉野
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ＡｌｐｈａＴｈｅｔａ株式会社
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    • 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
    • G10H1/00—Details of electrophonic musical instruments
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones

Definitions

  • the present invention relates to an audio signal processing device, an audio signal processing method, and a program.
  • a technique is known that uses a variable filter such as a VCF (Voltage-Controlled Filter) to dynamically set a frequency band to be cut from an audio signal.
  • VCF Voltage-Controlled Filter
  • An audio signal processor is described for controlling the characteristics of a characteristic varying means.
  • Patent Document 2 describes a noise suppression device that changes the cut amount of the high frequency component of the signal according to the detection result of the setting position of the sound volume and the amount of the high frequency component of the input signal.
  • a first filter that attenuates a variable frequency band in an audio signal, a second filter that extracts a component of a predetermined frequency band from the audio signal that has passed through the first filter, and the predetermined frequency a level detection unit for detecting the level of the band component; a first time constant for increasing the amount of displacement of the first filter when the level exceeds the threshold; a switching circuit configured to reduce the amount of displacement of the first filter with a second time constant greater than the first time constant.
  • the first filter attenuates the variable frequency band according to the control voltage, and the audio signal processing device is arranged so that the amount of variation in the control voltage increases when charged.
  • Device. [3] The audio signal processing device according to [2], wherein in the switching circuit, circuit resistance on the charge side of the capacitor is smaller than circuit resistance on the discharge side of the capacitor.
  • the second filter attenuates the same variable frequency band as the first filter in the audio signal, the same control voltage as the control voltage is input to the second filter, and the level is detected.
  • the audio signal processing device according to [2] or [3], wherein the level is detected based on a difference from signal power.
  • the audio signal processing device according to any one of [1] to [3], wherein the first filter is a low-pass filter and the second filter is a high-pass filter.
  • the audio signal processing device according to any one of [1] to [5], wherein the threshold is set by a user's operation on the operation unit.
  • [9] a step of causing a first filter to attenuate a variable frequency band in an audio signal; a step of extracting a component of a predetermined frequency band from the audio signal that has passed through the first filter; increasing the amount of displacement of the first filter with a first time constant when the level exceeds the threshold; and detecting the first filter when the level is equal to or less than the threshold
  • the control voltage when the component of the predetermined frequency band increases and the restriction is insufficient, the control voltage is varied with a smaller first time constant, thereby realizing a quick response. Conversely, when the component of the predetermined frequency band becomes small, the control voltage is varied with a larger second time constant, thereby gently reducing the amount of attenuation by the filter. Therefore, for example, it is possible to avoid abrupt changes and fluctuations in the control amount due to active feedback control, and to output a sound signal that is audibly natural. In addition, since a switch circuit is included, it is not a closed feedback loop, so high stability can be ensured.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of an audio signal processing device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a filter circuit of the mixer shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic characteristic diagram of the VCF shown in FIG. 2
  • FIG. It is a figure which shows the structure of a part of filter circuit based on the modification of one Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of an audio signal processing device according to one embodiment of the present invention.
  • the audio signal processing device is a mixer 100 used for DJ performances.
  • the mixer 100 processes four-channel audio signals input from an external sound source according to the operation of an operation unit such as switches and knobs arranged on the housing, and outputs the processed signals to a speaker or the like.
  • the operation unit of the mixer 100 includes, for example, a channel fader 101, a cross fader 102, a volume control knob 103, a threshold setting button 104, and the like.
  • a display section for presenting various information to the user in the mixer 100 includes, for example, a channel level indicator 105, a master level indicator 106, and the like.
  • the threshold setting button 104 is used to set a threshold for a filter function, which will be described later, and the master level indicator 106 is used to display the set threshold. , may be used for the filter function. Since the operation section and display section of mixer 100 are configured in the same manner as a normal mixer except that they are used for the filter function, further detailed description of the operation section and display section will be omitted.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the filter circuit of the mixer shown in FIG.
  • an audio signal processing circuit is implemented using, for example, a CPU (Central Processing Unit) or a DSP (Digital Signal Processor).
  • the filter circuit includes a first filter VCF 110, a second filter HPF 120, a level detector 130, a switching circuit 140, a capacitor 150, a gain and polarity adjuster 160, and a reference control voltage generator. 170 and an adder 180 .
  • the switching circuit 140 includes a comparator 141 , a switch 142 and circuit resistors 143 and 144 . Each part will be further described below.
  • a VCF (Voltage-Controlled Filter) 110 attenuates a variable frequency band in the audio signal according to the input control voltage CV.
  • the VCF 110 functions as a low-pass filter when the control voltage CV is equal to or lower than the reference control voltage cv0 , and cuts when a difference voltage ⁇ cv from the reference control voltage cv0 occurs. It is configured so that the off-frequency fc is lowered by ⁇ fc. Therefore, as the control voltage CV decreases and the differential voltage ⁇ cv increases, the VCF 110 cuts a wider high frequency band as a low-pass filter.
  • the HPF (high-pass filter) 120 is arranged in a circuit branched from the output side of the VCF 110, and extracts components in a predetermined frequency band from the audio signal that has passed through the VCF 110, specifically, components above a predetermined cutoff frequency. do.
  • the cutoff frequency of the HPF 120 may be preset as an initial value, for example, or may be dynamically set to a frequency corresponding to the cutoff frequency fc of the VCF 110 . While the VCF 110 cuts the frequency band components above the cutoff frequency fc from the audio signal, the HPF 120 extracts the frequency band components above the cutoff frequency from the audio signal.
  • the cutoff frequency fc is set within an attenuation range (also called a transition range) in terms of frequency characteristics, so even an audio signal that has passed through the VCF 110 may contain components in a frequency band equal to or higher than the cutoff frequency fc.
  • the level detection unit 130 detects the level of the components above a predetermined cutoff frequency extracted by the HPF 120 .
  • Comparator 141 compares the detected level with a threshold, and outputs a control signal to switch 142 when the level exceeds the threshold and when the level becomes equal to or less than the threshold. Also, when the detected level exceeds the threshold, the comparator 141 applies a voltage corresponding to the difference between the level and the threshold to the circuit on the charging side of the capacitor 150 including the circuit resistance 143 .
  • the threshold of the comparator 141 is set by the user using the threshold setting button 104 on the operation section of the mixer 100 described above.
  • the switch 142 is connected to the non-grounded side of the capacitor 150 and connected to either the charging side circuit or the discharging side circuit according to the control signal from the comparator 141 .
  • the switch 142 is connected to the charge side by the control signal from the comparator 141, and the capacitor 150 is charged.
  • the charge stored in capacitor 150 at this time increases according to the voltage applied by comparator 141 to the circuit including circuit resistor 143 .
  • a voltage is applied to the gain and polarity adjustment section 160 through the switch 142 and the output circuit connected to the non-grounded side of the capacitor 150 .
  • the control signal from the comparator 141 connects the switch 142 to the circuit on the discharge side including the circuit resistance 144, and the capacitor 150 is discharged.
  • the circuit on the discharge side is connected to the ground side of capacitor 150 .
  • the charge accumulated in the capacitor 150 decreases, and the voltage applied to the gain and polarity adjustment section 160 via the output circuit decreases.
  • the circuit resistance 144 the charge stored in the capacitor 150 will decrease over time after switching of the switch 142, and the voltage applied to the gain and polarity adjustment section 160 will decrease over time as well. .
  • Gain and polarity adjustment section 160 amplifies the applied voltage, inverts the polarity, and outputs the amplified voltage. Therefore, the positive voltage applied by the charges accumulated in the capacitor 150 is output from the gain and polarity adjustment section 160 as an amplified negative voltage.
  • Reference control voltage generator 170 generates reference control voltage cv 0 for VCF 110 , and negative differential voltage ⁇ cv output from gain and polarity adjuster 160 is added to reference control voltage cv 0 in adder 180 .
  • the control voltage CV obtained by subtracting the differential voltage ⁇ cv corresponding to the charge accumulated in the capacitor 150 from the reference control voltage CV 0 is input to the VCF 110 . That is, in this embodiment, the capacitor 150 is arranged so that the control voltage CV fluctuates greatly when charged.
  • the charge accumulated in the capacitor 150 by the circuit resistance 144 decreases over time, and the differential voltage ⁇ cv also decreases over time. Therefore, the cutoff frequency of VCF 110 is also raised over time. Such changes are also referred to herein as reducing the displacement of the filter.
  • the decrease in differential voltage ⁇ cv continues until the discharge of capacitor 150 is completed and differential voltage ⁇ cv becomes substantially zero, or until switch 142 is again connected to the circuit on the charging side.
  • Switch 142 is connected to the charging side circuit again when the cutoff frequency fc of VCF 110 is increased or when the level of the component extracted by HPF 120 again exceeds the threshold due to a change in reproduction volume or the like.
  • the time constant ⁇ 2 during discharging of the capacitor 150 is made larger than the time constant ⁇ 1 during charging. be able to.
  • the switching circuit 140 quickly increases the differential voltage ⁇ cv to quickly lower the cutoff frequency fc of the VCF 110 (increase the displacement of the VCF 110 with a smaller first time constant ⁇ 1),
  • the differential voltage ⁇ cv can be gently decreased to gradually raise the cutoff frequency fc of the VCF 110 (the displacement amount of the VCF 110 is decreased with a larger second time constant ⁇ 2).
  • the filter circuit of the present embodiment it is possible to reduce the volume of the high frequency band above a predetermined frequency included in the audio signal, and prevent the high frequency range from being perceived as loud when used at a high volume, for example. . Since the level of the components in the high frequency band extracted by the HPF 120 increases when using a high volume, by setting an appropriate threshold, the VCF 110 can be operated only when using a high volume to reduce the volume of the high frequency band.
  • the cutoff frequency fc of VCF 110 is lowered, feedback control by HPF 120, level detector 130, and comparator 141 is executed. Since the cutoff frequency fc is raised by a simple operation of discharging , it is possible to avoid abrupt changes and fluctuations in the control amount due to active feedback control, and to output an acoustically natural sound signal.
  • the threshold set by the DJ using the threshold setting button 104 of the operation unit after actually listening to the sound at the venue is set in the comparator 141, and the threshold is adjusted to increase the threshold.
  • the extent to which the sound range is cut can be appropriately set.
  • the cutoff frequency fc of the VCF 100 changes depending on both the set threshold and the playback volume. It is possible to output an audibly natural audio signal even when the reproduction volume or threshold changes in a complicated manner.
  • FIG. 4 is a diagram showing a partial configuration of a filter circuit according to a modification of one embodiment of the present invention.
  • the HPF 120 and the level detector 130 described in the above example are replaced by the second filter VCF 220, power detectors 231 and 232, a subtractor 233 and a converter 234, which constitute the level detector.
  • VCF 220 is the second filter in this example and cuts the same variable frequency band from the audio signal as VCF 110 .
  • the same control voltage CV as the VCF 110 is input to the VCF 220 . Accordingly, the VCF 220 cuts the components in the frequency band above the same cutoff frequency fc as the VCF 110 from the audio signal.
  • Power detectors 231 and 232 detect the power of the audio signal before and after passing through VCF 220, respectively.
  • the power detector 231 detects the power of the audio signal that has passed through the VCF 110 but not the VCF 220
  • the power detector 232 detects the power of the audio signal that has passed through the VCF 110 and the VCF 220.
  • the subtractor 233 calculates the power difference detected by the power detectors 231 and 232
  • the converter 234 converts the calculated power difference into a level that can be compared with the threshold by the comparator 141 .
  • the VCF 220 is used as the second filter for detecting whether or not the VCF 110, which is the first filter, appropriately reduces the volume of the components in the high frequency band.
  • the measurement band of the second filter and the control band of the first filter can be exactly matched.
  • Appropriate control is possible even when the second filter is the HPF 120 as in the example of FIG. , the measurement band and the control band do not exactly match.
  • the accuracy of control of the filter circuit can be improved in this respect.
  • the audio signal processing device having the functions as described above is not limited to the mixer described as one embodiment, and may be, for example, a DJ controller having a mixer function. Although a 4-channel mixer was described in the above example, a similar function can be realized with a 2-channel mixer, for example. Moreover, the present invention is not limited to DJ equipment, and can be applied to audio equipment such as general mixers and electronic musical instruments.

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Abstract

音声信号における可変の周波数帯域を減衰させる第１のフィルタと、上記第１のフィルタを通過した上記音声信号から所定の周波数帯域の成分を抽出する第２のフィルタと、上記所定の周波数帯域の成分のレベルを検出するレベル検出部と、上記レベルが閾値を超える場合に第１の時定数で上記第１のフィルタの変位量を増加させ、上記レベルが上記閾値以下である場合に上記第１の時定数よりも大きい第２の時定数で上記第１のフィルタの変位量を減少させるように構成されたスイッチング回路とを備える音声信号処理装置が提供される。上記閾値は、操作部を介してユーザーが現場の状況を見て設定することもできる。

Description

音声信号処理装置、音声信号処理方法およびプログラム
　本発明は、音声信号処理装置、音声信号処理方法およびプログラムに関する。
　ＶＣＦ（Voltage-Controlled Filter）のような可変フィルタを用いて、音声信号からカットされる周波数帯域を動的に設定する技術が知られている。例えば、特許文献１には、入力された第１および第２の音声信号の差信号の低域周波数成分のレベルに応じて、それぞれの音声信号の周波数特性を変化させる第１および第２の周波数特性可変手段の特性を制御する音声信号処理装置が記載されている。また、特許文献２では、音量ボリュームの設定位置の検出結果、および入力される信号の高音域成分量によって信号の高音域成分のカット量を変化させるノイズ抑制装置が記載されている。
特開平０５－０１４９８９号公報 特開平０５－１９１１８５号公報
　例えばＤＪ（Disc Jockey）パフォーマンスに用いられるミキサーでは、大音量使用時に高音域がうるさく感じられることがあるために、フィルタによって高音域をカットする需要がある。しかしながら、高音域だけを、かつ自然に（連続的に滑らかに）振幅調整することは容易ではない。
　そこで、本発明は、可変フィルタを用いて音声信号を処理するにあたり、聴覚上自然な音声信号を出力することが可能な音声信号処理装置、音声信号処理方法およびプログラムを提供することを目的とする。
［１］音声信号における可変の周波数帯域を減衰させる第１のフィルタと、上記第１のフィルタを通過した上記音声信号から所定の周波数帯域の成分を抽出する第２のフィルタと、上記所定の周波数帯域の成分のレベルを検出するレベル検出部と、上記レベルが閾値を超える場合に第１の時定数で上記第１のフィルタの変位量を増加させ、上記レベルが上記閾値以下である場合に上記第１の時定数よりも大きい第２の時定数で上記第１のフィルタの変位量を減少させるように構成されたスイッチング回路とを備える音声信号処理装置。
［２］上記第１のフィルタは、制御電圧に応じて上記可変の周波数帯域を減衰させ、上記音声信号処理装置は、充電されたときに上記制御電圧の変動量が大きくなるように配置されたキャパシタをさらに備え、上記スイッチング回路は、上記レベルが上記閾値を超える場合に上記キャパシタを充電し、上記レベルが上記閾値以下である場合に上記キャパシタを放電させる、［１］に記載の音声信号処理装置。
［３］上記スイッチング回路において、上記キャパシタの充電側の回路抵抗は、上記キャパシタの放電側の回路抵抗よりも小さい、［２］に記載の音声信号処理装置。
［４］上記第２のフィルタは、上記音声信号における上記第１のフィルタと同じ可変の周波数帯域を減衰させ、上記第２のフィルタには上記制御電圧と同じ制御電圧が入力され、上記レベル検出部は、上記第１のフィルタを通過し、かつ上記第２のフィルタを通過していない第１の音声信号のパワーと、上記第１のフィルタおよび上記第２のフィルタを通過した第２の音声信号のパワーとの差分に基づいて上記レベルを検出する、［２］または［３］に記載の音声信号処理装置。
［５］上記第１のフィルタはローパスフィルタであり、上記第２のフィルタはハイパスフィルタである、［１］から［３］のいずれか１項に記載の音声信号処理装置。
［６］上記閾値は、操作部に対するユーザー操作によって設定される、［１］から［５］のいずれか１項に記載の音声信号処理装置。
［７］上記操作部は、閾値設定ボタンを含む、［６］に記載の音声信号処理装置。
［８］第１のフィルタが音声信号における可変の周波数帯域を減衰させるステップと、上記第１のフィルタを通過した上記音声信号から所定の周波数帯域の成分を抽出するステップと、上記所定の周波数帯域の成分のレベルを検出するステップと、上記レベルが閾値を超える場合に第１の時定数で上記第１のフィルタの変位量を増加させ、上記レベルが上記閾値以下である場合に上記第１の時定数よりも大きい第２の時定数で上記第１のフィルタの変位量を減少させるステップとを備える音声信号処理方法。
［９］第１のフィルタが音声信号における可変の周波数帯域を減衰させるステップと、上記第１のフィルタを通過した上記音声信号から所定の周波数帯域の成分を抽出するステップと、上記所定の周波数帯域の成分のレベルを検出するステップと、上記レベルが閾値を超える場合に第１の時定数で上記第１のフィルタの変位量を増加させ、上記レベルが上記閾値以下である場合に上記第１の時定数よりも大きい第２の時定数で上記第１のフィルタの変位量を減少させるステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。
　上記の構成によれば、所定の周波数帯域の成分が大きくなり制限が不足している方向の時は、より小さい第１の時定数で制御電圧が変動させられることによって迅速な反応が実現される。逆に、所定の周波数帯域の成分が小さくなった場合はより大きい第２の時定数で制御電圧が変動させられることによって緩やかにフィルタによる減衰量が小さくなる。従って、例えば能動的なフィードバック制御による急激な変化や制御量の振動を回避し、聴覚上自然な音声信号を出力することができる。また、スイッチ回路を含むため、閉じたフィードバックループではないことから、高い安定性を確保できる。
本発明の一実施形態に係る音声信号処理装置の全体構成を示す図である。 図１に示されるミキサーのフィルタ回路の構成を示す図である。 図２に示されるＶＣＦの模式的な特性図である。 本発明の一実施形態の変形例に係るフィルタ回路の一部の構成を示す図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る音声信号処理装置の全体構成を示す図である。本実施形態に係る音声信号処理装置は、ＤＪパフォーマンスに用いられるミキサー１００である。ミキサー１００は、外部音源から入力される４チャンネルの音声信号を、筐体に配置されたスイッチやノブなどの操作部に対する操作に従って処理し、スピーカーなどに出力する。ミキサー１００の操作部には、例えばチャンネルフェーダー１０１、クロスフェーダー１０２、音量調節ノブ１０３および閾値設定ボタン１０４などが含まれる。また、ミキサー１００においてユーザーに各種の情報を提示するための表示部には、例えばチャンネルレベルインジケーター１０５およびマスターレベルインジケーター１０６などが含まれる。
　なお、本実施形態では、閾値設定ボタン１０４が後述するフィルタ機能の閾値を設定するために用いられ、マスターレベルインジケーター１０６が設定された閾値を表示するために用いられるが、他の実施形態では他の操作部および表示部がフィルタ機能のために用いられてもよい。ミキサー１００の操作部および表示部は、フィルタ機能のために用いられる点を除いては通常のミキサーと同様に構成されるため、操作部および表示部についてのさらに詳細な説明は省略する。
　図２は図１に示されるミキサーのフィルタ回路の構成を示す図である。なお、ミキサー１００において、音声信号の処理回路は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などを用いて実装される。フィルタ回路は、第１のフィルタであるＶＣＦ１１０と、第２のフィルタであるＨＰＦ１２０と、レベル検出部１３０と、スイッチング回路１４０と、キャパシタ１５０と、ゲインおよび極性調整部１６０と、基準制御電圧発生器１７０と、加算器１８０とを含む。スイッチング回路１４０は、コンパレーター１４１と、スイッチ１４２と、回路抵抗１４３，１４４とを含む。以下、それぞれの部分についてさらに説明する。
　ＶＣＦ（Voltage-Controlled Filter）１１０は、入力された制御電圧ＣＶに応じて音声信号における可変の周波数帯域を減衰させる。図３の模式的な特性図に示されるように、ＶＣＦ１１０は、制御電圧ＣＶが基準制御電圧ｃｖ０以下の場合にローパスフィルタとして機能し、基準制御電圧ｃｖ０との差分電圧Δｃｖが生じるとカットオフ周波数ｆｃがΔｆｃだけ低くなるように構成されている。従って、制御電圧ＣＶが低下して差分電圧Δｃｖが大きくなるにつれて、ＶＣＦ１１０はローパスフィルタとしてより広い高周波数帯域をカットする。
　一方、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）１２０は、ＶＣＦ１１０の出力側から分岐した回路に配置され、ＶＣＦ１１０を通過した音声信号から所定の周波数帯域の成分、具体的には所定のカットオフ周波数以上の成分を抽出する。ＨＰＦ１２０のカットオフ周波数は、例えば初期値として予め設定されてもよいし、ＶＣＦ１１０のカットオフ周波数ｆｃに対応する周波数に動的に設定されてもよい。ＶＣＦ１１０がカットオフ周波数ｆｃ以上の周波数帯域の成分を音声信号からカットするのに対して、ＨＰＦ１２０はカットオフ周波数以上の周波数帯域の成分を音声信号から抽出する。なお、ＶＣＦ１１０においてカットオフ周波数ｆｃは周波数特性上の減衰域（遷移域ともいう）内に設定されるため、ＶＣＦ１１０を通過した音声信号でもカットオフ周波数ｆｃ以上の周波数帯域の成分が存在しうる。
　レベル検出部１３０は、ＨＰＦ１２０で抽出された所定のカットオフ周波数以上の成分のレベルを検出する。コンパレーター１４１は、検出されたレベルを閾値と比較し、レベルが閾値を超えた場合、およびレベルが閾値以下になった場合にそれぞれスイッチ１４２に制御信号を出力する。また、コンパレーター１４１は、検出されたレベルが閾値を超える場合に、レベルと閾値との差分に相当する電圧を、回路抵抗１４３を含むキャパシタ１５０の充電側の回路に印加する。コンパレーター１４１の閾値は、上述したミキサー１００の操作部の閾値設定ボタン１０４を用いてユーザーによって設定される。
　スイッチ１４２は、キャパシタ１５０の非接地側に接続され、コンパレーター１４１からの制御信号に従って充電側の回路、または放電側の回路のいずれかに接続される。レベル検出部１３０で検出されたレベルが閾値を超えた場合、コンパレーター１４１からの制御信号によってスイッチ１４２は充電側に接続され、キャパシタ１５０は充電される。このときにキャパシタ１５０に蓄積される電荷は、コンパレーター１４１によって回路抵抗１４３を含む回路に印加される電圧に応じて増大する。キャパシタ１５０に電荷が蓄積されると、スイッチ１４２とともにキャパシタ１５０の非接地側に接続された出力回路を介して、ゲインおよび極性調整部１６０に電圧が印加される。
　一方、レベル検出部１３０で検出されたレベルが閾値以下である場合、コンパレーター１４１からの制御信号によってスイッチ１４２は回路抵抗１４４を含む放電側の回路に接続され、キャパシタ１５０は放電させられる。放電側の回路は、キャパシタ１５０の接地側に接続されている。このとき、キャパシタ１５０に蓄積された電荷が減少することによって、出力回路を介してゲインおよび極性調整部１６０に印加される電圧が低下する。ただし、回路抵抗１４４のために、キャパシタ１５０に蓄積された電荷はスイッチ１４２の切り替えの後に時間をかけて減少し、ゲインおよび極性調整部１６０に印加される電圧も同様に時間をかけて低下する。
　ゲインおよび極性調整部１６０は、印加された電圧を増幅し、極性を反転させて出力する。従って、キャパシタ１５０に蓄積された電荷によって印加されるプラスの電圧は、増幅されたマイナスの電圧としてゲインおよび極性調整部１６０から出力される。基準制御電圧発生器１７０は、ＶＣＦ１１０の基準制御電圧ｃｖ０を発生させ、ゲインおよび極性調整部１６０から出力されたマイナスの差分電圧Δｃｖは加算器１８０で基準制御電圧ｃｖ０に加算される。この結果、ＶＣＦ１１０には、基準制御電圧ｃｖ０からキャパシタ１５０に蓄積された電荷に相当する差分電圧Δｃｖを差し引いた制御電圧ＣＶが入力される。つまり、本実施形態において、キャパシタ１５０は、充電されたときに制御電圧ＣＶの変動量が大きくなるように配置されている。
　以上で説明したようなフィルタ回路は、以下のように動作する。まず、ＶＣＦ１１０に基準制御電圧ｃｖ０が入力される初期状態において（ＣＶ＝ｃｖ０）、ＶＣＦ１１０は全開、すなわち実質的にローパスフィルタとしては機能しない状態である。この状態において、ＨＰＦ１２０が抽出する予め設定されたカットオフ周波数以上の成分のレベルをレベル検出部１３０が検出し、検出されたレベルがユーザーの設定した閾値を超えた場合、コンパレーター１４１が出力する制御信号によってスイッチ１４２が充電側の回路に接続される。これによって、レベル検出部１３０で検出されたレベルと閾値との差分に相当する電圧に対応する電荷がキャパシタ１５０に蓄積され、ゲインおよび極性調整部１６０から出力される差分電圧Δｃｖが基準制御電圧ｃｖ０に加算される（ＣＶ＝ｖｃ０－Δｖｃ）。ＶＣＦ１１０のカットオフ周波数ｆｃは差分電圧Δｃｖの分だけ引き下げられ、ＶＣＦ１１０はローパスフィルタとして機能するようになる。このような変化を、本明細書ではフィルタの変位量が増加する、ともいう。
　ＶＣＦ１１０のカットオフ周波数ｆｃが引き下げられてもなお、ＨＰＦ１２０が抽出する成分のレベルが閾値を超える場合、スイッチ１４２は充電側の回路に維持され、キャパシタ１５０に蓄積される電荷は増大する。これによって差分電圧Δｃｖはより大きくなり、ＶＣＦ１１０のカットオフ周波数ｆｃはさらに引き下げられる。その結果として、または再生音量の変化などによってＨＰＦ１２０が抽出する成分のレベルが閾値以下になった場合、コンパレーター１４１が出力する制御信号によってスイッチ１４２は放電側の回路に切り替えられ、キャパシタ１５０の放電が開始される。既に述べたように、回路抵抗１４４によってキャパシタ１５０に蓄積された電荷は時間をかけて減少し、差分電圧Δｃｖも時間をかけて小さくなる。従って、ＶＣＦ１１０のカットオフ周波数も、時間をかけて引き上げられる。このような変化を、本明細書ではフィルタの変位量が減少する、ともいう。差分電圧Δｃｖの減少は、キャパシタ１５０の放電が完了して差分電圧Δｃｖが実質的に０になるか、またはスイッチ１４２が再び充電側の回路に接続されるまで継続される。スイッチ１４２は、ＶＣＦ１１０のカットオフ周波数ｆｃが引き上げられたことによって、または再生音量の変化などによってＨＰＦ１２０が抽出する成分のレベルが再び閾値を超えた場合に再び充電側の回路に接続される。
　上記のフィルタ回路において、例えばキャパシタ１５０の充電側の回路抵抗１４３を放電側の回路抵抗１４４よりも小さくすることによって、キャパシタ１５０の放電時の時定数τ２を充電時の時定数τ１よりも大きくすることができる。これによって、スイッチング回路１４０ではキャパシタ１５０の充電時には差分電圧Δｃｖを迅速に増加させてＶＣＦ１１０のカットオフ周波数ｆｃを迅速に引き下げ（ＶＣＦ１１０の変位量をより小さい第１の時定数τ１で増加させ）、キャパシタ１５０の放電時には差分電圧Δｃｖを緩やかに減少させてＶＣＦ１１０のカットオフ周波数ｆｃを徐々に引き上げる（ＶＣＦ１１０の変位量をより大きい第２の時定数τ２で減少させる）ことができる。
　以上で説明したような本実施形態のフィルタ回路によれば、音声信号に含まれる所定の周波数以上の高周波数帯域の音量を低減させ、例えば大音量使用時に高音域がうるさく感じられることを防止できる。ＨＰＦ１２０が抽出する高周波数帯域の成分のレベルは大音量使用時に大きくなるため、適切な閾値を設定することによって大音量使用時にのみＶＣＦ１１０を動作させて高周波数帯域の音量を低減させることができる。ＶＣＦ１１０のカットオフ周波数ｆｃを引き下げるときにはＨＰＦ１２０、レベル検出部１３０およびコンパレーター１４１によるフィードバック制御が実行されるのに対して、カットオフ周波数ｆｃを引き上げるときには能動的なフィードバック制御は実行されず、キャパシタ１５０の放電という単純な動作によってカットオフ周波数ｆｃが上昇させられるため、能動的なフィードバック制御による急激な変化や制御量の振動を回避し、聴覚上自然な音声信号を出力することができる。
　既に述べたように、ＤＪパフォーマンスに用いられるミキサーでは、大音量使用時に高音域がうるさく感じられることがあるために、フィルタによって高音域をカットする需要がある。しかしながら、どのくらいのレベルで制限するのがよいのか、どのくらいのレベルまで出力してよいのかは場合によって異なり、再生音量や接続される機器、スピーカーの特性、会場の音響特性や聴衆の密度など様々な要素に影響を受ける。本実施形態に係るミキサー１００では、ＤＪが実際に会場で音を聴いた上で操作部の閾値設定ボタン１０４を用いて設定した閾値がコンパレーター１４１に設定され、この閾値を調節することによって高音域をカットする程度を適切に設定することができる。この際、ＶＣＦ１００のカットオフ周波数ｆｃは設定された閾値と再生音量との両方に依存して変化するが、上記のようにカットオフ周波数ｆｃを引き上げるときに能動的なフィードバック制御が実行されないことによって、再生音量や閾値が複雑に変化した場合にも聴覚上自然な音声信号を出力することができる。
　図４は、本発明の一実施形態の変形例に係るフィルタ回路の一部の構成を示す図である。図示された例では、上記の例で説明されたＨＰＦ１２０およびレベル検出部１３０が、第２のフィルタであるＶＣＦ２２０と、レベル検出部を構成するパワー検出部２３１，２３２、減算器２３３および変換器２３４とに置き換えられている。ＶＣＦ２２０は、この例における第２のフィルタであり、ＶＣＦ１１０と同じ可変の周波数帯域を音声信号からカットする。さらに、ＶＣＦ２２０には、ＶＣＦ１１０と同じ制御電圧ＣＶが入力される。従って、ＶＣＦ２２０は、ＶＣＦ１１０と同じカットオフ周波数ｆｃ以上の周波数帯域の成分を音声信号からカットする。パワー検出部２３１，２３２は、それぞれ、ＶＣＦ２２０を通過する前後の音声信号のパワーを検出する。つまり、パワー検出部２３１が検出するのはＶＣＦ１１０を通過し、かつＶＣＦ２２０を通過していない音声信号のパワーであり、パワー検出部２３２が検出するのはＶＣＦ１１０およびＶＣＦ２２０を通過した音声信号のパワーである。減算器２３３はパワー検出部２３１，２３２がそれぞれ検出したパワーの差分を算出し、変換器２３４は算出されたパワーの差分をコンパレーター１４１で閾値と比較することが可能なレベルに変換する。
　上記のような変形例の構成によれば、第１のフィルタであるＶＣＦ１１０が高周波数帯域の成分の音量を適切に低減させられているか否かを検出するための第２のフィルタとしてＶＣＦ２２０を用いることによって、第２のフィルタにおける計測帯域と第１のフィルタにおける制御帯域とを厳密に一致させることができる。図２の例のように第２のフィルタがＨＰＦ１２０である場合にも適切な制御は可能であるが、ローパスフィルタとハイパスフィルタではカットオフ周波数が同じであったとしても特性曲線の形が異なるため、計測帯域と制御帯域とは厳密には一致しない。上記の変形例では、この点に関してフィルタ回路の制御の精度を向上させることができる。
　なお、上記のような機能をもった音声信号処理装置は一実施形態として説明されたようなミキサーには限られず、例えばミキサー機能を備えたＤＪコントローラーなどであってもよい。上記の例では４チャンネルのミキサーが説明されたが、例えば２チャンネルのミキサーでも同様の機能が実現可能である。また、本発明はＤＪ機器に限られず、一般的なミキサーや電子楽器などの音響機器にも適用可能である。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　１００…ミキサー、１１０…ＶＣＦ、１２０…ＨＰＦ、１３０…レベル検出部、１４０…スイッチング回路、１４１…コンパレーター、１４２…スイッチ、１４３，１４４…回路抵抗、１５０…キャパシタ、１６０…ゲインおよび極性調整部、１７０…基準制御電圧発生器、１８０…加算器、２３１，２３２…パワー検出部、２３３…減算器、２３４…変換器。
 

Claims (9)

  1. 　音声信号における可変の周波数帯域を減衰させる第１のフィルタと、
    　前記第１のフィルタを通過した前記音声信号から所定の周波数帯域の成分を抽出する第２のフィルタと、
    　前記所定の周波数帯域の成分のレベルを検出するレベル検出部と、
    　前記レベルが閾値を超える場合に第１の時定数で前記第１のフィルタの変位量を増加させ、前記レベルが前記閾値以下である場合に前記第１の時定数よりも大きい第２の時定数で前記第１のフィルタの変位量を減少させるように構成されたスイッチング回路と
    　を備える音声信号処理装置。
  2. 　前記第１のフィルタは、制御電圧に応じて前記可変の周波数帯域を減衰させ、
    　前記音声信号処理装置は、充電されたときに前記制御電圧の変動量が大きくなるように配置されたキャパシタをさらに備え、
    　前記スイッチング回路は、前記レベルが前記閾値を超える場合に前記キャパシタを充電し、前記レベルが前記閾値以下である場合に前記キャパシタを放電させる、請求項１に記載の音声信号処理装置。
  3. 　前記スイッチング回路において、前記キャパシタの充電側の回路抵抗は、前記キャパシタの放電側の回路抵抗よりも小さい、請求項２に記載の音声信号処理装置。
  4. 　前記第２のフィルタは、前記音声信号における前記第１のフィルタと同じ可変の周波数帯域を減衰させ、前記第２のフィルタには前記制御電圧と同じ制御電圧が入力され、
    　前記レベル検出部は、前記第１のフィルタを通過し、かつ前記第２のフィルタを通過していない第１の音声信号のパワーと、前記第１のフィルタおよび前記第２のフィルタを通過した第２の音声信号のパワーとの差分に基づいて前記レベルを検出する、請求項２または請求項３に記載の音声信号処理装置。
  5. 　前記第１のフィルタはローパスフィルタであり、前記第２のフィルタはハイパスフィルタである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の音声信号処理装置。
  6. 　前記閾値は、操作部に対するユーザー操作によって設定される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の音声信号処理装置。
  7. 　前記操作部は、閾値設定ボタンを含む、請求項６に記載の音声信号処理装置。
  8. 　第１のフィルタが音声信号における可変の周波数帯域を減衰させるステップと、
    　前記第１のフィルタを通過した前記音声信号から所定の周波数帯域の成分を抽出するステップと、
    　前記所定の周波数帯域の成分のレベルを検出するステップと、
    　前記レベルが閾値を超える場合に第１の時定数で前記第１のフィルタの変位量を増加させ、前記レベルが前記閾値以下である場合に前記第１の時定数よりも大きい第２の時定数で前記第１のフィルタの変位量を減少させるステップと
    　を備える音声信号処理方法。
  9. 　第１のフィルタが音声信号における可変の周波数帯域を減衰させるステップと、
    　前記第１のフィルタを通過した前記音声信号から所定の周波数帯域の成分を抽出するステップと、
    　前記所定の周波数帯域の成分のレベルを検出するステップと、
    　前記レベルが閾値を超える場合に第１の時定数で前記第１のフィルタの変位量を増加させ、前記レベルが前記閾値以下である場合に前記第１の時定数よりも大きい第２の時定数で前記第１のフィルタの変位量を減少させるステップと
    　をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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