JP2007171339A - オーディオ信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 元のオーディオ信号から倍音成分を正確に生成し、原音に忠実なオーディオ信号を生成可能なオーディオ信号処理装置を得ること。
【解決手段】 このオーディオ信号処理装置は、オーディオ信号を自乗する混合部２１と、混合部２１により生成された信号の可聴帯域成分を減衰させるハイパスフィルタ２２と、ハイパスフィルタ２２を通過した後の信号をオーディオ信号に加算する加算部１１とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オーディオ信号処理装置に関する。

可聴帯域などに帯域制限されたオーディオ信号に対して、その制限帯域以外の帯域の成分を追加して、原音に近づくようにするための技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

図６は、従来のオーディオ信号処理装置の一例を示すブロック図である。この従来のオーディオ信号処理装置は、可聴帯域に帯域制限されたオーディオ信号に対して、その制限帯域以外の周波数成分を追加する。

図６に示す装置では、倍音成分生成部１０１が、オーディオ信号から倍音成分を生成する。一方、遅延部１０２が、倍音成分生成部１０１での倍音成分の生成に要する時間だけ、オーディオ信号を遅延させる。

そして、生成された倍音成分が、オーディオ信号へ加算部１１１により加算される。加算部１１１により倍音成分が加算されたオーディオ信号は、ローパスフィルタ１１２を経て出力される。倍音成分の加算に伴いオーディオ信号の全帯域でのエネルギーが増加するため、ローパスフィルタ１１２は、不要な高周波成分を減衰させて、オーディオ信号の全帯域でのエネルギーの増加を抑制する。

このようにして、入力されたオーディオ信号に対して倍音成分が追加され、倍音成分が追加されたオーディオ信号が出力される。

倍音成分を生成する倍音成分生成部１０１では、信号生成部１２１が、一定の周波数分布の信号を生成し、混合部１２２が、信号生成部１２１により生成された信号を、入力されたオーディオ信号に混合する。つまり、混合部１２２は、信号生成部１２１により生成された信号と、入力されたオーディオ信号との積を演算し、演算結果の信号を出力する。ハイパスフィルタ１２３は、混合部１２２により生成される信号のうち、倍音成分を透過させ、可聴帯域以下の周波数成分を減衰させる。

これにより、倍音成分生成部１０１では、入力されたオーディオ信号に基づいて倍音成分が生成される。

特開平２−３１１００６号公報（第１図等）

しかしながら、従来のオーディオ信号処理装置では、倍音成分生成部１０１により、信号生成部１２１による一定の周波数分布の信号が、入力されたオーディオ信号に混合されるため、生成される倍音成分は、入力されたオーディオ信号の各周波数成分の２倍の周波数の成分にならない。

つまり、オーディオ信号の可聴帯域をｆＬ〜ｆＨとし、信号生成部１２１による信号の周波数をｆａとすると、ある周波数ｆに対応する混合後の信号の周波数帯域は（ｆＬ＋ｆａ）〜（ｆＨ＋ｆａ）となってしまい、オーディオ信号の可聴帯域ｆＬ〜ｆＨにおけるいずれの周波数についても、その周波数成分の２倍の周波数の成分が生成されるようにすることは困難である。

このため、正確な倍音成分が得られず、処理後のオーディオ信号が原音に忠実なものとならない可能性がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、元のオーディオ信号から倍音成分を正確に生成し、原音に忠実なオーディオ信号を生成可能なオーディオ信号処理装置を得ることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明では以下のようにした。

本発明に係るオーディオ信号処理装置の１つは、オーディオ信号を自乗する第１の乗算手段と、第１の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数以下の帯域成分を減衰させる第１のハイパスフィルタと、第１のハイパスフィルタを通過した後の信号をオーディオ信号に加算する加算手段とを備える。

また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置に加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、オーディオ信号処理装置は、第１の乗算手段により生成された信号にオーディオ信号を乗算する第２の乗算手段と、第２の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の２倍以下の周波数成分を減衰させる第２のハイパスフィルタとを備える。そして、加算手段は、第１のハイパスフィルタを通過した後の信号および第２のハイパスフィルタを通過した後の信号を、オーディオ信号に加算する。

また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置に加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、オーディオ信号処理装置は、第２の乗算手段により生成された信号にオーディオ信号を乗算する第３の乗算手段と、第３の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の３倍以下の周波数成分を減衰させる第３のハイパスフィルタとを備える。そして、加算手段は、第１のハイパスフィルタを通過した後の信号、第２のハイパスフィルタを通過した後の信号および第３のハイパスフィルタを通過した後の信号を、オーディオ信号に加算する。

また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置に加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、オーディオ信号処理装置は、第３の乗算手段により生成された信号にオーディオ信号を乗算する第４の乗算手段と、第４の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の４倍以下の周波数成分を減衰させる第４のハイパスフィルタとを備える。そして、加算手段は、第１のハイパスフィルタを通過した後の信号、第２のハイパスフィルタを通過した後の信号、第３のハイパスフィルタを通過した後の信号および第４のハイパスフィルタを通過した後の信号を、オーディオ信号に加算する。

また、本発明に係るオーディオ信号処理装置の１つは、オーディオ信号を２〜Ｎ乗して（Ｎは２以上の整数）、２倍音帯域の信号からＮ倍音帯域の信号までの（Ｎ−１）個の信号を生成する倍音生成手段と、倍音生成手段により生成された（Ｎ−１）個の信号をオーディオ信号に加算する加算手段とを備える。

また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置に加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、オーディオ信号処理装置は、オーディオ信号の周波数帯域内にフィルタ周波数を有する前段ハイパスフィルタを備える。そして、倍音生成手段は、前段ハイパスフィルタを通過した信号を２〜Ｎ乗して（Ｎは２以上の整数）、２倍音帯域の信号からＮ倍音帯域の信号までの（Ｎ−１）個の信号を生成し、加算手段は、倍音生成手段により生成された（Ｎ−１）個の信号をオーディオ信号に加算する。

また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置に加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、前段ハイパスフィルタは、オーディオ信号の上限周波数の２分の１以下のフィルタ周波数を有する。

また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、倍音生成手段は、２倍音帯域の信号からＮ倍音帯域の信号までのうちの１または複数の信号のそれぞれについて、オーディオ信号の２〜Ｎ乗の演算より前段に、オーディオ信号の周波数帯域内にフィルタ周波数がある１または複数の前段ハイパスフィルタを有する。

また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置に加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、前段ハイパスフィルタは、対応する倍音帯域に応じたフィルタ周波数を有する。

また、本発明に係るオーディオ信号処理装置は、上記のオーディオ信号処理装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、倍音生成手段は、２倍音帯域の信号からＮ倍音帯域の信号までにおける１または複数の信号をそれぞれ増幅する１または複数の増幅手段を有する。

本発明によれば、元のオーディオ信号から倍音成分を正確に生成し、原音に忠実なオーディオ信号を生成可能なオーディオ信号処理装置を得ることができる。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。図１において、遅延部１は、高周波生成部２，３，４，５における演算所要時間だけ、入力されたオーディオ信号を遅延させる。

また、高周波生成部２は、入力されたオーディオ信号の２倍音成分を生成する。高周波生成部２において、混合部２１は、入力オーディオ信号と同一の入力オーディオ信号との積を演算する。また、ハイパスフィルタ（以下、ＨＰＦという）２２は、可聴帯域の上限周波数ｆＨ付近にフィルタ周波数を設定されたフィルタである。なお、ＨＰＦ２２のフィルタ周波数は入力オーディオ信号の上限周波数ｆＨａ以上（２×ｆＨａ）未満のいずれかの周波数としてもよい。例えば、電話音声の場合、オーディオ信号の上限周波数ｆＨａは４ｋＨｚ程度となり、ＨＰＦ２２のフィルタ周波数は４ｋＨｚ〜８ｋＨｚのいずれかの周波数とされる。また、遅延部２３は、高周波生成部５の出力信号と同期するように高周波生成部２の出力信号を遅延させる。つまり、時刻ｔにおけるオーディオ信号に基づいて生成された高周波生成部２の出力信号と高周波生成部５の出力信号とが同一タイミングで出力されるようにする。

また、高周波生成部３は、入力されたオーディオ信号の３倍音成分を生成する。高周波生成部３において、遅延部３１は、混合部２１の演算所要時間だけ入力オーディオ信号を遅延させる。また、混合部３２は、混合部２１の演算により生成された信号と入力オーディオ信号との積を演算する。また、ＨＰＦ３３は、可聴帯域の上限周波数ｆＨの２倍の周波数（２×ｆＨ）付近にフィルタ周波数を設定されたフィルタである。なお、ＨＰＦ３３のフィルタ周波数は（２×ｆＨａ）以上（３×ｆＨａ）未満のいずれかの周波数としてもよい。例えば、電話音声の場合、オーディオ信号の上限周波数ｆＨａは４ｋＨｚ程度となり、ＨＰＦ３３のフィルタ周波数は８ｋＨｚ〜１２ｋＨｚのいずれかの周波数とされる。また、遅延部３４は、高周波生成部５の出力信号と同期するように高周波生成部３の出力信号を遅延させる。つまり、時刻ｔにおけるオーディオ信号に基づいて生成された高周波生成部３の出力信号と高周波生成部５の出力信号とが同一タイミングで出力されるようにする。

また、高周波生成部４は、入力されたオーディオ信号の４倍音成分を生成する。高周波生成部４において、遅延部４１は、混合部２１および混合部３２の演算所要時間だけ入力オーディオ信号を遅延させる。また、混合部４２は、混合部３２の演算により生成された信号と入力オーディオ信号との積を演算する。また、ＨＰＦ４３は、可聴帯域の上限周波数ｆＨの３倍の周波数（３×ｆＨ）付近にフィルタ周波数を設定されたフィルタである。なお、ＨＰＦ４３のフィルタ周波数は（３×ｆＨａ）以上（４×ｆＨａ）未満のいずれかの周波数としてもよい。例えば、電話音声の場合、オーディオ信号の上限周波数ｆＨａは４ｋＨｚ程度となり、ＨＰＦ４３のフィルタ周波数は１２ｋＨｚ〜１６ｋＨｚのいずれかの周波数とされる。また、遅延部４４は、高周波生成部５の出力信号と同期するように高周波生成部４の出力信号を遅延させる。つまり、時刻ｔにおけるオーディオ信号に基づいて生成された高周波生成部４の出力信号と高周波生成部５の出力信号とが同一タイミングで出力されるようにする。

また、高周波生成部５は、入力されたオーディオ信号の５倍音成分を生成する。高周波生成部５において、遅延部５１は、混合部２１、混合部３２および混合部４２の演算所要時間だけ入力オーディオ信号を遅延させる。また、混合部５２は、混合部４２の演算により生成された信号と入力オーディオ信号との積を演算する。また、ＨＰＦ５３は、可聴帯域の上限周波数ｆＨの４倍の周波数（４×ｆＨ）付近にフィルタ周波数を設定されたフィルタである。なお、ＨＰＦ５３のフィルタ周波数は（４×ｆＨａ）以上（５×ｆＨａ）未満のいずれかの周波数としてもよい。例えば、電話音声の場合、オーディオ信号の上限周波数ｆＨａは４ｋＨｚ程度となり、ＨＰＦ５３のフィルタ周波数は１６ｋＨｚ〜２０ｋＨｚのいずれかの周波数とされる。

また、加算部１１は、遅延部１による遅延後の入力オーディオ信号へ、高周波生成部２による２倍音成分の信号、高周波生成部３による３倍音成分の信号、高周波生成部４による４倍音成分の信号、および高周波生成部５による５倍音成分の信号を加算する。

また、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという）１２は、倍音追加後のオーディオ信号のパワーを低減させるフィルタである。２倍音成分〜５倍音成分の加算に伴いオーディオ信号のパワーが増加するため、ＬＰＦ１２により、倍音追加後のオーディオ信号のパワーを低減させる。

このように、最大次数以外の倍音成分を生成する高周波生成部２，３，４のそれぞれには、出力信号を遅延させる遅延部２３，３４，４４が設けられ、２倍音成分以外の倍音成分を生成する高周波生成部３，４，５のそれぞれには、入力信号を遅延させる遅延部３１，４１，５１が設けられる。

また、高周波生成部２，３，４，５には、混合部２１，３２，４２，５２およびＨＰＦ２２，３３，４３，５３がそれぞれ設けられる。ｉ倍音成分（ｉ＝２，３，４，５）を生成する高周波生成部２，３，４，５において、各混合部２１，３２，４２，５２は、入力オーディオ信号（ｉ＝２の場合）または（ｉ−１）倍音成分を生成する高周波生成部２，３，４の混合部２１，３２，４２，５２の出力信号と、入力オーディオ信号との積を演算する。ＨＰＦ２２，３３，４３，５３は、ｉ倍音成分（ｉ＝２，３，４，５）を生成する高周波生成部２，３，４，５において、（ｉ×ｆＨ）付近にフィルタ周波数を有する。なお、ＨＰＦ２２，３３，４３，５３のフィルタ周波数は、ＨＰＦ２２，３３，４３，５３を通過する信号の周波数帯域が連続するように設定される。

この実施の形態１では、２倍音成分から５倍音成分までの各倍音成分が生成されるが、２倍音成分のみとしたり、２倍音成分からＮ倍音成分（Ｎは２以上でありかつ５以外の整数）までの各倍音成分が生成されるようにしてもよい。

なお、本実施の形態に係るオーディオ信号は、可聴帯域に周波数成分を限定されたデジタルオーディオ信号であり、デジタルオーディオ信号は、ＰＣＭ（Pulse Code Modulation ）信号であるが、他の帯域制限されたオーディオ信号、例えば電話音声や圧縮オーディオ信号であってもよい。

また、このオーディオ信号処理装置がマイクロコンピュータまたはデジタルシグナルプロセッサにより実現される場合、混合部２１，３２，４２，５２、ＨＰＦ２２，３３，４３，５３、加算部１１およびＬＰＦ１２は、プログラムに従ってＣＰＵ、ＭＰＵといったプロセシングユニットが処理を行うことで実現され、遅延部１，２３，３１，３４，４１，４４，５１は、マイクロコンピュータまたはデジタルシグナルプロセッサ内のメモリ等に各遅延時間だけ格納することで実現される。

また、このオーディオ信号処理装置が専用回路、つまりハードワイヤで実現される場合、混合部２１，３２，４２，５２は混合器として、ＨＰＦ２２，３３，４３，５３およびＬＰＦ１２はデジタルフィルタとして、加算部１１は加算器として実現され、遅延部１，２３，３１，３４，４１，４４，５１は、遅延素子として実現される。

次に、上記装置の動作について説明する。図２は、実施の形態１において生成される２〜５倍音成分の周波数帯域と元のオーディオ信号の周波数帯域との対応関係を示す図である。

オーディオ信号が入力されると、ある時刻のオーディオ信号は、遅延部１、高周波生成部２、高周波生成部３、高周波生成部４および高周波生成部５に供給される。

高周波生成部２では、混合部２１は、その時刻のオーディオ信号の値を２乗する。これにより、混合部２１の出力信号には、オーディオ信号の周波数成分を２倍した周波数成分が含まれる。そして、混合部２１の出力信号における可聴帯域の上限周波数ｆＨ以下の周波数成分がＨＰＦ２２により減衰させられ、図２に示す２倍音帯域の成分がＨＰＦ２２を通過する。ＨＰＦ２２を通過した信号は、遅延部２３にて所定時間だけ遅延した後に加算部１１に供給される。

また、高周波生成部３では、遅延部３１は、その時刻のオーディオ信号を混合部２１の演算時間分だけ遅延させた後、混合部３２に供給する。混合部３１は、混合部２１による同一時刻のオーディオ信号の値を２乗した値と同一時刻のオーディオ信号の値との積を計算する。このため、混合部３２から同一時刻のオーディオ信号の値を３乗した値が出力される。これにより、混合部３２の出力信号には、オーディオ信号の周波数成分を３倍した周波数成分が含まれる。そして、混合部３２の出力信号における可聴帯域の上限周波数ｆＨの２倍以下の周波数成分がＨＰＦ３３により減衰させられ、図２に示す３倍音帯域の成分がＨＰＦ３３を通過する。ＨＰＦ３３を通過した信号は、遅延部３４にて所定時間だけ遅延した後に加算部１１に供給される。

また、高周波生成部４では、遅延部４１は、その時刻のオーディオ信号を混合部２１の演算時間および混合部３２の演算時間分だけ遅延させた後、混合部４２に供給する。混合部４１は、混合部３２による同一時刻のオーディオ信号の値を３乗した値と同一時刻のオーディオ信号の値との積を計算する。このため、混合部４２から同一時刻のオーディオ信号の値を４乗した値が出力される。これにより、混合部４２の出力信号には、オーディオ信号の周波数成分を４倍した周波数成分が含まれる。そして、混合部４２の出力信号における可聴帯域の上限周波数ｆＨの３倍以下の周波数成分がＨＰＦ４３により減衰させられ、図２に示す４倍音帯域の成分がＨＰＦ４３を通過する。ＨＰＦ４３を通過した信号は、遅延部４４にて所定時間だけ遅延した後に加算部１１に供給される。

また、高周波生成部５では、遅延部５１は、その時刻のオーディオ信号を混合部２１の演算時間、混合部３２の演算時間および混合部４２の演算時間分だけ遅延させた後、混合部５２に供給する。混合部５２は、混合部４２による同一時刻のオーディオ信号の値を４乗した値と同一時刻のオーディオ信号の値との積を計算する。このため、混合部５２から同一時刻のオーディオ信号の値を５乗した値が出力される。これにより、混合部５２の出力信号には、オーディオ信号の周波数成分を５倍した周波数成分が含まれる。そして、混合部５２の出力信号における可聴帯域の上限周波数ｆＨの４倍以下の周波数成分がＨＰＦ５３により減衰させられ、図２に示す５倍音帯域の成分がＨＰＦ５３を通過する。ＨＰＦ５３を通過した信号は、加算部１１に供給される。

このようにして、入力されたオーディオ信号、およびそれと同一時刻のオーディオ信号から生成された２〜５倍音成分の信号が、同一タイミングで加算部１１に供給される。

加算部１１は、それらの信号の和を演算し、演算結果をＬＰＦ１２に供給する。そして、ＬＰＦ１２を通過した信号が出力される。

以上のように、上記実施の形態１によれば、倍音生成手段としての高周波生成部２〜５は、オーディオ信号を２〜Ｎ乗して（Ｎは２以上の整数）、２倍音帯域の信号からＮ倍音帯域の信号までの（Ｎ−１）個の信号を生成し、加算手段としての加算部１１は、高周波生成部２〜５により生成された（Ｎ−１）個の信号を入力オーディオ信号に加算する。

これにより、元のオーディオ信号の各周波数成分について倍音成分が生成されるため、元のオーディオ信号から倍音成分を正確に生成し原音に忠実なオーディオ信号を生成することができる。

また、上記実施の形態１によれば、第１の乗算手段としての混合部２１は、入力オーディオ信号を自乗し、第１のハイパスフィルタとしてのＨＰＦ２２は、混合部２１により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数以下の帯域成分を減衰させ、加算部１１は、ＨＰＦ２２を通過した後の信号をオーディオ信号に加算する。

これにより、元のオーディオ信号の各周波数成分について２倍音成分が生成されるため、元のオーディオ信号から倍音成分を正確に生成し、原音に忠実なオーディオ信号を生成することができる。

また、上記実施の形態１によれば、第２の乗算手段として混合部３２は、混合部２１により生成された信号に入力オーディオ信号を乗算し、第２のハイパスフィルタとしてのＨＰＦ３３は、混合部３２により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の２倍以下の周波数成分を減衰させる。また、第３の乗算手段として混合部４２は、混合部３２により生成された信号に入力オーディオ信号を乗算し、第３のハイパスフィルタとしてのＨＰＦ４３は、混合部４２により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の３倍以下の周波数成分を減衰させる。また、第４の乗算手段として混合部５２は、混合部４２により生成された信号に入力オーディオ信号を乗算し、第４のハイパスフィルタとしてのＨＰＦ５３は、混合部５２により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の４倍以下の周波数成分を減衰させる。そして、加算部１１は、ＨＰＦ２２を通過した後の信号、ＨＰＦ３３を通過した後の信号、ＨＰＦ４３を通過した後の信号およびＨＰＦ５３を通過した後の信号を、オーディオ信号に加算する。

これにより、元のオーディオ信号の各周波数成分について２倍音成分だけではなく複数次数の倍音成分が生成されるため、元のオーディオ信号から倍音成分をより正確に生成し原音に忠実なオーディオ信号を生成することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るオーディオ信号処理装置は、実施の形態１に係るオーディオ信号処理装置において、高周波生成部２〜５の前段にＨＰＦを設けたものである。

図３は、本発明の実施の形態２に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。図３において、ＨＰＦ６１は、可聴帯域にフィルタ周波数を有するハイパスフィルタである。この実施の形態２では、フィルタ周波数は、可聴帯域の上限周波数ｆＨの２分の１の周波数とされる。ただし、このフィルタ周波数は、可聴帯域の上限周波数ｆＨの２分の１未満の周波数でもよい。なお、ＨＰＦ６１のフィルタ周波数は入力オーディオ信号の周波数帯域内のいずれかの周波数（例えば、入力オーディオ信号の上限周波数ｆＨａの２分の１、あるいはそれ未満のいずれかの周波数）としてもよい。

なお、図３におけるその他の構成要素については実施の形態１（図１）のものと同様であるので、その説明を省略する。

次に、上記装置の動作について説明する。

実施の形態２では、入力オーディオ信号のうち、ＨＰＦ６１を通過した周波数成分の信号が、高周波生成部２〜５に供給される。ＨＰＦ６１では、２倍音成分〜５倍音成分の生成に関係しない低周波数成分を減衰させる。

なお、図３におけるその他の構成要素の動作については実施の形態１の場合と同様であるので、その説明を省略する。

以上のように、上記実施の形態２によれば、高周波生成部２〜５は、前段ハイパスフィルタとしてのＨＰＦ６１を通過した信号を２〜Ｎ（Ｎ＝５）乗して、２倍音帯域の信号からＮ倍音帯域の信号までの（Ｎ−１）個の信号を生成し、加算部１１は、高周波生成部２〜５により生成された（Ｎ−１）個の信号をオーディオ信号に加算する。特に、ＨＰＦ６１は、入力オーディオ信号の上限周波数ｆＨａの２分の１より低いフィルタ周波数を有する。

これにより、オーディオ信号のうち倍音成分の生成に使用されない周波数成分を減衰させて、高周波生成部２〜５内のＨＰＦ２２，３３，４３，５３でのフィルタ処理の計算量を減少させることができる。したがって、このオーディオ信号処理装置がマイクロコンピュータ等で実現される場合、ＣＰＵなどのプロセシングユニットの負荷を軽減することができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係るオーディオ信号処理装置は、実施の形態２に係るオーディオ信号処理装置において、各次数の倍音成分を増幅する増幅部を各高周波生成部２〜５に設けたものである。

図４は、本発明の実施の形態３に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。図４において、増幅部７１は、高周波生成部２において、ＨＰＦ２２を通過した信号を増幅する。増幅部７２は、高周波生成部３において、ＨＰＦ３３を通過した信号を増幅する。増幅部７３は、高周波生成部４において、ＨＰＦ４３を通過した信号を増幅する。増幅部７４は、高周波生成部５において、ＨＰＦ５３を通過した信号を増幅する。

なお、図４におけるその他の構成要素については実施の形態２（図３）のものと同様であるので、その説明を省略する。

次に、上記装置の動作について説明する。

実施の形態３では、高周波生成部２，３，４，５において、ＨＰＦ２２，３３，４３，５３を通過した２〜５倍音成分の信号が、増幅部７１，７２，７３，７４によりそれぞれ増幅される。そして、増幅部７１，７２，７３，７４により増幅された信号は、そのまま、あるいは遅延部２３，２４，４４で遅延した後、加算部１１に供給される。

なお、図４におけるその他の構成要素の動作については実施の形態２の場合と同様であるので、その説明を省略する。

以上のように、上記実施の形態３によれば、高周波生成部２〜５において、増幅手段としての増幅部７１，７２，７３，７４は、２倍音帯域の信号〜５倍音帯域の信号をそれぞれ増幅する。

これにより、倍音成分のうち、各次数の倍音成分のレベルを自在に設定することができ、原音により忠実なオーディオ信号を生成することができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係るオーディオ信号処理装置は、実施の形態３に係るオーディオ信号処理装置において、高周波生成部２〜５の前段に設けられた１つのＨＰＦ６１の代わりに、各高周波生成部２〜５に別々にＨＰＦを設けたものである。

図５は、本発明の実施の形態４に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。図５において、ＨＰＦ８１は、高周波生成部２において、入力オーディオ信号のうち、２倍音成分に応じた所定のフィルタ周波数以下の周波数成分を減衰させる。ＨＰＦ８２は、高周波生成部３において、入力オーディオ信号のうち、３倍音成分に応じた所定のフィルタ周波数以下の周波数成分を減衰させる。ＨＰＦ８３は、高周波生成部４において、入力オーディオ信号のうち、４倍音成分に応じた所定のフィルタ周波数以下の周波数成分を減衰させる。ＨＰＦ８４は、高周波生成部５において、入力オーディオ信号のうち、５倍音成分に応じた所定のフィルタ周波数以下の周波数成分を減衰させる。

なお、図５におけるその他の構成要素については実施の形態３（図４）のものと同様であるので、その説明を省略する。

次に、上記装置の動作について説明する。

実施の形態４では、高周波生成部２において、入力オーディオ信号のうち、ＨＰＦ８１を通過した周波数成分の信号に基づいて、混合部２１、ＨＰＦ２２などにより２倍音成分の信号が生成される。ＨＰＦ８１では、２倍音成分の生成に関係しない低周波数成分を減衰させる。この実施の形態４では、ＨＰＦ８１のフィルタ周波数は、可聴帯域の上限周波数ｆＨの２分の１またはそれ未満の周波数とされる。このように設定することで、不要な周波数成分が事前にカットされるとともに、混合部２１の出力信号には、可聴帯域の上限周波数ｆＨからその２倍までの周波数成分が含まれる。なお、入力オーディオ信号の周波数帯域が可聴帯域と一致しない場合には、ＨＰＦ８１のフィルタ周波数は、入力オーディオ信号の上限周波数ｆＨａの２分の１またはそれ未満の周波数としてもよい。

また、高周波生成部３において、入力オーディオ信号のうち、ＨＰＦ８２を通過した周波数成分の信号に基づいて、混合部３２、ＨＰＦ３３などにより３倍音成分の信号が生成される。ＨＰＦ８２では、３倍音成分の生成に関係しない低周波数成分を減衰させる。この実施の形態４では、ＨＰＦ８２のフィルタ周波数は、可聴帯域の上限周波数ｆＨの３分の２またはそれ未満の周波数とされる。このように設定することで、不要な周波数成分が事前にカットされるとともに、混合部３２の出力信号には、可聴帯域の上限周波数ｆＨの２倍から３倍までの周波数成分が含まれる。なお、入力オーディオ信号の周波数帯域が可聴帯域と一致しない場合には、ＨＰＦ８２のフィルタ周波数は、入力オーディオ信号の上限周波数ｆＨａの３分の２またはそれ未満の周波数としてもよい。

また、高周波生成部４において、入力オーディオ信号のうち、ＨＰＦ８３を通過した周波数成分の信号に基づいて、混合部４２、ＨＰＦ４３などにより４倍音成分の信号が生成される。ＨＰＦ８３では、４倍音成分の生成に関係しない低周波数成分を減衰させる。この実施の形態４では、ＨＰＦ８３のフィルタ周波数は、可聴帯域の上限周波数ｆＨの４分の３またはそれ未満の周波数とされる。このように設定することで、不要な周波数成分がカットされるとともに、混合部４２の出力信号には、可聴帯域の上限周波数ｆＨの３倍から４倍までの周波数成分が含まれる。なお、入力オーディオ信号の周波数帯域が可聴帯域と一致しない場合には、ＨＰＦ８３のフィルタ周波数は、入力オーディオ信号の上限周波数ｆＨａの４分の３またはそれ未満の周波数としてもよい。

また、高周波生成部５において、入力オーディオ信号のうち、ＨＰＦ８４を通過した周波数成分の信号に基づいて、混合部５２、ＨＰＦ５３などにより５倍音成分の信号が生成される。ＨＰＦ８４では、５倍音成分の生成に関係しない低周波数成分を減衰させる。この実施の形態４では、ＨＰＦ８４のフィルタ周波数は、可聴帯域の上限周波数ｆＨの５分の４またはそれ未満の周波数とされる。このように設定することで、不要な周波数成分がカットされるとともに、混合部５２の出力信号には、可聴帯域の上限周波数ｆＨの４倍から５倍までの周波数成分が含まれる。なお、入力オーディオ信号の周波数帯域が可聴帯域と一致しない場合には、ＨＰＦ８４のフィルタ周波数は、入力オーディオ信号の上限周波数ｆＨａの５分の４またはそれ未満の周波数としてもよい。

なお、図５におけるその他の構成要素の動作については実施の形態１の場合と同様であるので、その説明を省略する。

以上のように、上記実施の形態４によれば、高周波生成部２〜５において、前段ハイパスフィルタとしてのＨＰＦ８１〜８４は、２倍音帯域の信号からＮ倍音帯域の信号までのうちの１または複数の信号のそれぞれについて、オーディオ信号の２〜Ｎ乗の演算より前段に、オーディオ信号の周波数帯域内にフィルタ周波数がある。ＨＰＦ８１〜８４は、対応する倍音帯域、つまり倍音の次数に応じたフィルタ周波数を有する。

これにより、倍音の次数ごとに、オーディオ信号のうち倍音成分の生成に使用されない周波数成分を減衰させて、高周波生成部２〜５内のＨＰＦ２２，３３，４３，５３でのフィルタ処理の計算量を減少させることができる。したがって、このオーディオ信号処理装置がマイクロコンピュータ等で実現される場合、ＣＰＵなどのプロセシングユニットの負荷を軽減することができる。

なお、上述の各実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

例えば、上記実施の形態３では、各高周波生成部２，３，４，５に増幅部７１，７２，７３，７４が設けられているが、偶数次高周波成分に対応する高周波生成部２，４のみに増幅部７１，７３を設けたり、奇数次高周波成分に対応する高周波生成部３，５のみに増幅部７２，７４を設けたりしてもよい。また、各増幅部７１，７２，７３，７４の増幅率を可変可能としてもよい。

また、上記各実施の形態において、可聴帯域は２０Ｈｚから２０ｋＨｚまでであるが、元のオーディオ信号に含まれる周波数成分の範囲を可聴帯域としてもよい。

また、上記各実施の形態において、最終段のＬＰＦ１２、および遅延部２３，３１，３４，４１，４４，５１は、理論的には必要であるが、その効果が人間の聴感上感知できないあるいはほとんど感知できない場合にはそれぞれ省略してもよい。なお、これらの要素をプロセシングユニットとプログラムで実現する場合には、これらの要素を省略することでプロセッサの負荷を軽減することができ、これらの要素を素子で実現する場合には、これらの要素を省略することで回路規模およびコストを低くすることができる。

また、上記実施の形態２，３のように前段ハイパスフィルタとしてＨＰＦ６１を設ける場合、ＨＰＦ６１のフィルタ周波数を所定の周波数として、高周波生成部２のＨＰＦ２２を省略するようにしてもよい。その場合には、混合部２１の出力信号は遅延部２３による遅延後フィルタを通過せずに加算部１１に供給される。

本発明は、例えば、デジタルオーディオプレーヤ、通信機器などに適用可能である。

図１は、本発明の実施の形態１に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。 図２は、実施の形態１において生成される２〜５倍音成分の周波数帯域と元のオーディオ信号の周波数帯域との対応関係を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態２に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。 図４は、本発明の実施の形態３に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。 図５は、本発明の実施の形態４に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。 図６は、従来のオーディオ信号処理装置の一例を示すブロック図である。

符号の説明

２，３，４，５ 高周波生成部（倍音生成手段）
１１ 加算部（加算手段）
２１ 混合部（第１の乗算手段）
２２ ＨＰＦ（第１のハイパスフィルタ）
３２ 混合部（第２の乗算手段）
３３ ＨＰＦ（第２のハイパスフィルタ）
４２ 混合部（第３の乗算手段）
４３ ＨＰＦ（第３のハイパスフィルタ）
５２ 混合部（第４の乗算手段）
５３ ＨＰＦ（第４のハイパスフィルタ）
６１ ＨＰＦ（前段ハイパスフィルタ）
７１，７２，７３，７４ 増幅部（増幅手段）
８１，８２，８３，８４ ＨＰＦ（前段ハイパスフィルタ）

Claims (10)

1. オーディオ信号を自乗する第１の乗算手段と、
   上記第１の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数以下の帯域成分を減衰させる第１のハイパスフィルタと、
   上記第１のハイパスフィルタを通過した後の信号を上記オーディオ信号に加算する加算手段と、
   を備えることを特徴とするオーディオ信号処理装置。
2. 前記第１の乗算手段により生成された信号に前記オーディオ信号を乗算する第２の乗算手段と、
   上記第２の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の２倍以下の周波数成分を減衰させる第２のハイパスフィルタとを備え、
   前記加算手段は、前記第１のハイパスフィルタを通過した後の信号および前記第２のハイパスフィルタを通過した後の信号を、上記オーディオ信号に加算すること、
   を特徴とする請求項１記載のオーディオ信号処理装置。
3. 前記第２の乗算手段により生成された信号に前記オーディオ信号を乗算する第３の乗算手段と、
   上記第３の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の３倍以下の周波数成分を減衰させる第３のハイパスフィルタとを備え、
   前記加算手段は、前記第１のハイパスフィルタを通過した後の信号、前記第２のハイパスフィルタを通過した後の信号および前記第３のハイパスフィルタを通過した後の信号を、上記オーディオ信号に加算すること、
   を特徴とする請求項２記載のオーディオ信号処理装置。
4. 前記第３の乗算手段により生成された信号に前記オーディオ信号を乗算する第４の乗算手段と、
   上記第４の乗算手段により生成された信号のうちオーディオ信号の上限周波数の４倍以下の周波数成分を減衰させる第４のハイパスフィルタとを備え、
   前記加算手段は、前記第１のハイパスフィルタを通過した後の信号、前記第２のハイパスフィルタを通過した後の信号、前記第３のハイパスフィルタを通過した後の信号および前記第４のハイパスフィルタを通過した後の信号を、上記オーディオ信号に加算すること、
   を特徴とする請求項３記載のオーディオ信号処理装置。
5. オーディオ信号を２〜Ｎ乗して（Ｎは２以上の整数）、２倍音帯域の信号からＮ倍音帯域の信号までの（Ｎ−１）個の信号を生成する倍音生成手段と、
   上記倍音生成手段により生成された（Ｎ−１）個の信号を上記オーディオ信号に加算する加算手段と、
   を備えることを特徴とするオーディオ信号処理装置。
6. 前記オーディオ信号の周波数帯域内にフィルタ周波数を有する前段ハイパスフィルタを備え、
   前記倍音生成手段は、上記前段ハイパスフィルタを通過した信号を２〜Ｎ乗して、２倍音帯域の信号からＮ倍音帯域の信号までの（Ｎ−１）個の信号を生成し、
   前記加算手段は、前記倍音生成手段により生成された（Ｎ−１）個の信号を前記オーディオ信号に加算すること、
   を特徴とする請求項５記載のオーディオ信号処理装置。
7. 前記前段ハイパスフィルタは、オーディオ信号の上限周波数の２分の１以下のフィルタ周波数を有することを特徴とする請求項６記載のオーディオ信号処理装置。
8. 前記倍音生成手段は、２倍音帯域の信号からＮ倍音帯域の信号までのうちの１または複数の信号のそれぞれについて、オーディオ信号の２〜Ｎ乗の演算より前段に、前記オーディオ信号の周波数帯域内にフィルタ周波数がある１または複数の前段ハイパスフィルタを有することを特徴とする請求項５記載のオーディオ信号処理装置。
9. 前記前段ハイパスフィルタは、対応する倍音帯域に応じたフィルタ周波数を有することを特徴とする請求項８記載のオーディオ信号処理装置。
10. 前記倍音生成手段は、２倍音帯域の信号からＮ倍音帯域の信号までにおける１または複数の信号をそれぞれ増幅する１または複数の増幅手段を有することを特徴とする請求項５記載のオーディオ信号処理装置。

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