オーディオ信号処理装置およびオーディオアンプ
【課題】少ない演算量且つ歪みの少ない処理で、オーディオ信号の低域を強調することが可能なオーディオ信号処理装置を提供する。
【解決手段】オーディオ信号を入力する入力部と、入力されたオーディオ信号の低域成分を取り出すフィルタ部と、取り出された低域成分信号に対して、低域成分信号の振幅包絡線に追随して増幅度を変化させるダイナミックレンジ圧縮部と、入力されたオーディオ信号とダイナミックレンジ圧縮された低域成分信号とを加算合成して出力する合成部とを備える。
【解決手段】オーディオ信号を入力する入力部と、入力されたオーディオ信号の低域成分を取り出すフィルタ部と、取り出された低域成分信号に対して、低域成分信号の振幅包絡線に追随して増幅度を変化させるダイナミックレンジ圧縮部と、入力されたオーディオ信号とダイナミックレンジ圧縮された低域成分信号とを加算合成して出力する合成部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ミッシングファンダメンタル効果を利用してオーディオ信号の低音域を強調するオーディオ信号処理装置およびオーディオアンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型のスピーカでは低い可聴周波数帯域すなわち低域を十分に再生することができない。しかし、このようなスピーカで低域を再生したいという要請は多くある。たとえば、小型のオーディオ装置やマルチチャンネルオーディオシステム等である。
【０００３】
マルチチャンネルオーディオシステムでは、各チャンネルのスピーカとは別に低域専用のスピーカであるサブウーファが設けられていることが多い。各チャンネルのオーディオ信号からサブウーファに振り分けられる低域成分の境界（クロスオーバー周波数）は、各チャンネルに接続されるスピーカの性能に応じて決定される。すなわち、通常チャンネルのスピーカが８０Ｈｚまで再生できるものであれば８０Ｈｚ以下の低域成分がサブウーファに振り分けられ、通常チャンネルのスピーカが２００Ｈｚまでしか再生できないものであれば２００Ｈｚ以下の低域成分がサブウーファに振り分けられる。
【０００４】
ところが、低機能なＡＶアンプの場合、全チャンネルに対して一括して１つのクロスオーバー周波数しか設定できないものがある。この場合、低域が最も出ない（廉価な）スピーカにあわせて高いクロスオーバー周波数が設定されてしまう。このため、フロントチャンネルのメインスピーカが８０Ｈｚまで再生できるものであっても、他のチャンネル（センタ、サラウンド）のスピーカが２００Ｈｚまでしか再生できない場合には、フロントチャンネルのクロスオーバー周波数も２００Ｈｚにされ、メインスピーカが８０Ｈｚ〜２００Ｈｚの信号が再生できるにもかかわらずサブウーファに振り分けられてしまう。
【０００５】
このような場合に、センタチャンネル等のスピーカで再生可能な周波数を下げることができれば、メインスピーカが低い周波数を再生して本来の能力を発揮することができる。
【０００６】
このような場面に対処するため、高調波を発生させて聴取者にミッシングファンダメンタル効果を生じさせることにより、聴感上の再生可能周波数を下げる技術が種々提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２３７２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、波形を大きく歪ませて高調波を発生させると音質の劣化を招くという問題点があり、これを防ぐために特許文献１のような処理を行うと、演算量が増加してしまうという問題点が生じる。
【０００９】
上記のような低機能なＡＶアンプの場合、高性能なＤＳＰを搭載していない場合が多いため、演算量が多いと個別のチャンネルに対して処理を行うことができないという問題点も生じる。
【００１０】
また、単に高調波を付加するのみでは、低域の音量感を十分に向上させることができないという別の課題もある。
【００１１】
この発明は、少ない演算量且つ歪みの少ない処理で、オーディオ信号の低域を強調することが可能なオーディオ信号処理装置およびオーディオアンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明であるオーディオ信号処理装置は、オーディオ信号を入力する入力部と、入力されたオーディオ信号の低域成分を取り出すフィルタ部と、前記取り出された低域成分信号に対して、該低域成分信号の振幅包絡線に追随して増幅度を変化させるダイナミックレンジ圧縮部と、前記入力されたオーディオ信号と、前記ダイナミックレンジ圧縮された低域成分信号とを加算合成して出力する合成部と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ダイナミックレンジ圧縮部は、前記低域成分信号を絶対値化する絶対値化部と、該絶対値化された低域成分信号のピークを検出するピークホールド部と、該ピークホールド部によって検出されたピーク値に基づき前記低域成分信号に対する増幅度を決定する増幅度決定部と、該増幅度決定部によって決定された増幅度で前記低域成分信号を増幅してダイナミックレンジを圧縮するレベル調整部と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記ピークホールド部の時定数が前記フィルタ部の高域遮断周波数の時定数の２００倍以下に設定されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項２、３の発明において、請求項前記増幅度決定部は、前記ピークホールド部によって検出されたピーク値を前記増幅度に変換するＤＲＣテーブルを備え、前記ピーク値を参照値として増幅度を読み出すことを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明であるオーディオアンプは、請求項１または２に記載のオーディオ信号処理装置を低域強調部として用い、入力されるマルチチャンネルのオーディオ信号の一部または全部のチャンネルの処理回路に前記低域強調部を挿入したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、ダイナミックレンジ圧縮という軽い処理で良質な高調波を発生することができ、リミッタ等の処理に比べて波形の歪みを少なくすることができる。
【００１８】
また、処理が軽いためマルチチャンネルのオーディオ装置に適用した場合でも、各チャンネル個別に処理をすることが可能になる。
【００１９】
またさらに、低域成分および低域成分から生成された高調波が元の信号に加算されることで、低域の音量感を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施形態であるオーディオ信号処理装置のブロック図
【図２】オーディオ信号処理装置のダイナミックレンジ圧縮部のブロック図
【図３】ダイナミックレンジ圧縮部の各部の信号波形を示す図
【図４】１００Ｈｚの正弦波に対するピーク検出の波形を示す図
【図５】ダイナミックレンジ圧縮部のＤＲＣテーブルの内容を説明する図
【図６】１００Ｈｚの正弦波をダイナミックレンジ圧縮部に入力したときの各部の信号波形を示す図
【図７】オーディオ信号処理装置で処理された１００Ｈｚの正弦波の周波数スペクトルを示す図
【図８】オーディオ信号処理装置が適用されるＡＶアンプのブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図面を参照してこの発明の実施形態であるオーディオ信号処理装置について説明する。図１はオーディオ信号処理装置１のブロック図である。このオーディオ信号処理装置は、オーディオ信号（原音Ｓａ）から低域成分信号Ｓｂを取り出し、この低域成分信号Ｓｂに対してダイナミックレンジ圧縮処理をして原音に加算して出力する。以上の簡略な処理により、オーディオ信号の低域の音量感を向上させるとともに、低域成分の奇数次の高調波を発生させ、聴取者にミッシングファンダメンタル効果を生じさせて低域の聴感を補強する。また、原音から分離した成分信号に対してダイナミックレンジ圧縮の処理をして原音に加算する処理であるため、原音を直接加工する場合や成分信号に対してリミッタ（振幅制限）等を施す場合に比べて音質の劣化がわずかである。ここで、ダイナミックレンジ圧縮処理とは、オーディオ信号の振幅包絡線の変化が小さく、および／または、緩やかになるように、オーディオ信号の増幅ゲインを制御する処理を言う。
【００２２】
図１において、オーディオ信号処理装置１は、ハンドパスフィルタ１２、１３、ダイナミックレンジ圧縮部１４および加算器１５を有している。処理対象のオーディオ信号である原音Ｓａは入力部ｉｎｐｕｔから入力され、処理され低域が強調・補強されたオーディオ信号Ｓｄは出力部ｏｕｔｐｕｔから出力される。入力部ｉｎｐｕｔは加算器１５に直接接続されるとともに、直列に接続されたバンドパスフィルタ１２、１３およびダイナミックレンジ圧縮部１４からなる高調波発生部１１に接続される。
【００２３】
バンドパスフィルタ１２は、直列に接続されたハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１２Ｈおよびローパスフィルタ（ＬＰＦ）からなる。ＨＰＦ１２Ｈは、たとえばバタワース特性の二次ＩＩＲフィルタにより構成され、カットオフ周波数は２０Ｈｚ、減衰特性は１２ｄＢ／ｏｃｔである。ただし、ＨＰＦ１２Ｈの構成、カットオフ周波数、減衰特性はこれに限定されない。また、ＬＰＦ１２Ｌは、たとえばバタワース特性の二次ＩＩＲフィルタにより構成され、カットオフ周波数は１００Ｈｚ、減衰特性は１２ｄＢ／ｏｃｔである。ただし、ＬＰＦ１２Ｌの構成、カットオフ周波数、減衰特性はこれに限定されない。なお、バンドパスフィルタ１２を、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタの組み合わせでなく、帯域通過特性を有する単体のフィルタで構成してもよい。
【００２４】
また、バンドパスフィルタ１３も、バンドパスフィルタ１２と同様に、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１３Ｈおよびローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３Ｌを直列に接続した構造を有しており、カットオフ周波数は、ＨＰＦ１３Ｈが６０Ｈｚ、ＬＰＦ１３Ｌが２００Ｈｚである。バンドパスフィルタ１２、１３により、原音Ｓａから６０Ｈｚ〜１００Ｈｚの低域成分Ｓｂが取り出される。なお、２つのバンドパスフィルタ１２、１３を直列に接続したのは、カットオフ特性を急峻且つ自由に設計できるようにするためであり、バンドパスフィルタは１つでもよいし、１２Ｈと１２Ｌと同様にハイパスフィルタ、ローパスフィルタの組み合わせでなく、帯域通過特性を有する単体のフィルタで構成してもよい。
【００２５】
取り出された低域成分Ｓｂは、ダイナミックレンジ圧縮部１４に入力される。ダイナミックレンジ圧縮部１４は、この低域成分Ｓｂに対して速い時定数のダイナミックレンジ圧縮処理を行う。ダイナミックレンジ圧縮部１４から出力された圧縮信号Ｓｃ、すなわちダイナミックレンジ圧縮処理をされた低域成分信号Ｓｂは、高調波を持つとともに低域の音量感が増強されている。この圧縮信号Ｓｃが加算器１５に入力される。
【００２６】
加算器１５は、原音Ｓａと圧縮信号Ｓｃを加算して処理済のオーディオ信号Ｓｄを合成する。処理済のオーディオ信号Ｓｄは出力部ｏｕｔｐｕｔから出力される。
【００２７】
図２はダイナミックレンジ圧縮部１４のブロック図である。図３は、ダイナミックレンジ圧縮部１４に各部の信号波形、具体的には、低域成分信号Ｓｂ（入力信号）、セレクタ２２によって検出されたピーク検出曲線Ｐ、および、このピーク検出曲線Ｐの値に基づいて算出されたゲイン値Ｇの波形を示す図である。
【００２８】
図２において、ダイナミックレンジ圧縮部１４は、入力部ｉｎｐｕｔから入力した低域成分信号Ｓｂをゲイン決定部３０およびレベル調整部２６に入力する。レベル調整部２６は、低域成分信号Ｓｂのレベルを調整し、圧縮信号Ｓｃとして出力する。このレベル調整は、ゲイン決定部３０が決定したゲイン値Ｇで行われる。ゲイン決定部３０は、低域成分信号Ｓｂの振幅値に基づき、低域成分信号Ｓｂのダイナミックレンジを圧縮するような、すなわち、低域成分信号Ｓｂの振幅包絡線の変化が小さく、および／または、緩やかになるようにゲイン値Ｇを刻々決定する。
【００２９】
ゲイン決定部３０は、絶対値算出部（ＡＢＳ）２１、セレクタ２２、ディレイ（遅延素子）２７、ディケイ（減衰乗算器）２８、リミッタ（振幅制限器）２３，２４を有有するピーク検出部３１、および、ＤＲＣテーブル２５を備えている。ピーク検出部２１は、ディケイ２８で時定数が決定されるピークホールド回路である。
【００３０】
絶対値算出部２１は、入力された低域成分信号Ｓｂの振幅の絶対値を算出して（全波整流して）出力する。すなわち、図３のＳｂに示す信号波形の負側の半波を正側に反転して出力する。
【００３１】
セレクタ２２は、絶対値算出部２１から出力される絶対値化された低域成分信号の値（入力ａ）と、セレクタ２２から１サンプル前に出力され減衰（ディケイ）された値（入力ｂ）と比較し、大きい方の値を出力する。この入力ｂの値は、セレクタ２２から出力され、ディレイ２７で１サンプル遅延され、ディケイ２８で減衰された値である。このディケイ２８の時定数（減衰特性）は−９ｄＢ／１５０ｍｓ程度に設定される。振幅が１／ｅになる時間、つまり約−９ｄＢまで減衰する時間を時定数と呼ぶ場合には、このディケイ２８の時定数ＴＣは１５０ｍｓである。
【００３２】
ここで、ローパスフィルタの時定数Ｔは以下の式で表される。
Ｔ＝１／（２×π×ｆｃ） ；（πは円周率、ｆｃはカットオフ周波数）
ＬＰＦ１２Ｌのカットオフ周波数ｆｃ１２＝１００（Ｈｚ）であるため、ＬＰＦ１２Ｌの回路時定数Ｔ１２＝１．５９ｍｓとなる。ＬＰＦ１２Ｌは、本装置が処理し、高調波を発生させる低域成分信号の周波数上限を規定する回路である。ディケイ２８の時定数ＴＣは、このＬＰＦ１２Ｌの時定数Ｔ１２のおよそ１００倍であり、聴感上はこの程度の時定数比率が歪み少なくミッシングファンダメンタル効果を発生させるうえで最適である。ディケイ２８の時定数は、ローパスフィルタに比べると長いが、エフェクタであるコンプレッサと比べると十分に短く高速である。ディケイ２８の時定数は聴感と高調波スペクトルの発生度合いに基づいて決定すればよいが、発明者の実験により、ディケイ２８の時定数ＴＣは、ＬＰＦ１２Ｌの時定数Ｔ１２のおよそ５０倍乃至２００倍程度が望ましいことが判っている。
図４は、１００Ｈｚのサイン波に−９ｄＢ／１５０ｍｓのディケイ曲線を重ね合わせた図である。ディケイ曲線は、波形のピークから−９ｄＢ／１５０ｍｓの比率で下降してゆき、次のピークに到達したとき約−０．３ｄＢ下降している。セレクタ２２から出力されるピーク検出曲線Ｐは、一つの波形のピークから−９ｄＢ／１５０ｍｓの比率でディケイ曲線に沿って下降してゆき、次の波形に当たったときこの波形値で更新される。この程度の時定数（減衰特性）が、信号波形にミッシングファンダメンタル効果のための高調波を発生させるために最適の歪みを生じさせる。これよりも減衰が遅いと歪み（高調波）が生じず、これよりも減衰が速いと歪みが大きすぎて音色が損なわれる。
【００３３】
このような時定数を設定することにより、セレクタ２２の出力波形は、図３のＰに示すように、絶対値化された低域成分信号Ｓｂの大きなピークには瞬時に反応し、その後は−９ｄＢ／１５０ｍｓの減衰特性でほぼ包絡線に沿って減衰する波形となる。この波形Ｐをここではピーク検出曲線と呼ぶ。
【００３４】
リミッタ２４は、セレクタ２２から出力されたピーク検出曲線Ｐによるコンプレッション演算の下限値を制限する演算部である。リミッタ２４は、ピーク検出曲線Ｐの値が−３０ｄＢを下回ったときその値に代えて−３０ｄＢを出力する。これにより、−３０ｄＢ以下の入力に対してのゲインは−３０ｄＢの時と同じ値となる。なお、リミッタ２４の制限値は−３０ｄＢに限定されない。また、ピーク検出曲線Ｐの上限値を制限するリミッタを更に設けてもよい。
【００３５】
リミッタ２４で下限値を制限されたピーク検出曲線Ｐの値は、参照値としてＤＲＣテーブル２５に入力される。ＤＲＣテーブル２５は入力されたピーク検出曲線Ｐの値に対応するゲイン値Ｇを出力し、これを乗算係数としてレベル調整部２６に入力する。この実施形態では、ピーク検出曲線Ｐの値に対するゲイン値Ｇは、図３に示すような曲線になる。
【００３６】
図５はＤＲＣテーブル２５の内容を説明する図である。図５（Ａ）は、−３０ｄＢ〜０ｄＢの入力（ダイナミックレンジ３０ｄＢ）を−１５ｄＢ〜０ｄＢの半分のレンジに圧縮する場合の入出力関係を示したグラフである。同図において、横軸が入力値であり縦軸が出力値を示している。直線Ｌ１がＤＲＣなしの場合（リニア出力）の入出力関係を示す。折れ線Ｌ２がＤＲＣありの場合の入出力関係を示している。図５（Ｂ）は、同図（Ａ）の入出力関係および入力に対応するゲイン値を１０ｄＢ刻みのテーブルとしたものである。上述のように、入力が−３０ｄＢ以下のときはコンプレッションをかけないためゲインは１５ｄＢで一定であり、入力が−３０ｄＢを超えると徐々にゲインが低下してゆき（−２０ｄＢのとき１０ｄＢ、−１０ｄＢのとき５ｄｂ）、入力が０ｄＢになるとゲインは０ｄＢとなる。
【００３７】
図２において、レベル調整部２６は、決定されたゲイン値Ｇを用いて低域成分信号Ｓｂのレベルを調整し、圧縮信号Ｓｃとして出力する。図１において、加算器１５が圧縮信号Ｓｃと原音Ｓａとを加算合成してて処理済のオーディオ信号Ｓｄとして出力する。
【００３８】
図６は、図４に示した１００Ｈｚの正弦波を−２０ｄＢで装置に入力した場合の、入力信号Ｓｂ、ピーク検出曲線Ｐおよびゲイン値Ｇの波形を示す図である。また、図７は、図４に示した１００Ｈｚの正弦波を−２０ｄＢで装置に入力した場合に出力される処理済のオーディオ信号Ｓｄの周波数スペクトルを示す図である。図６に示すように、−２０ｄＢ（リニアで０．１）の入力信号が、ほぼ＋１０ｄＢ（リニアで３．２）付近のゲインＧで増幅され、ほぼ−１０ｄＢ（リニアで０．３２）の圧縮信号Ｓｃとして出力される。このときのゲインＧは図６の上部に示すように、ほぼ＋１０ｄＢであるが、図４に示したようにディケイと波形のピークによる値更新によって若干の２００Ｈｚ周期のうねりが発生している。このうねりが波形を微妙に（聴感上影響のない程度に）歪ませて高調波を生み出している。
【００３９】
図７に示すように、原音Ｓａに対して全体的に（特に低域側に）厚みが増しているとともに、基音周波数（１００Ｈｚ）に対する奇数次（３００Ｈｚ、５００Ｈｚ、・・・）の高調波が発生している。また、ノイズとなるような他の周波数成分のピークは見られない。
【００４０】
以上のように、入力信号の絶対値ピーク検出後に時定数を設けたことによりゲイン値Ｇの曲線が低周波信号となり、このゲイン値Ｇが乗算係数として低域成分信号Ｓｂに乗算（振幅変調）されるため、圧縮信号Ｓｃは波形がミッシングファンダメンタル効果を生じさせるために好適な高調波成分を含むものとなり低域の厚みが増したものとなる。また、この時定数（リリースタイム）が高速であるため、決定されるゲイン値Ｇがなだらかであるが十分に大きく変動し、波形の過度な歪みを抑制しつつ高調波を含ませることが可能になっている。
【００４１】
そして上記のように、オーディオ信号Ｓｄは、低域成分の奇数次の高調波を有するため、聴取者にミッシングファンダメンタル効果を生じさせて低域の聴感を補強することができる。また、原音から分離した成分信号に対してダイナミックレンジ圧縮の処理をして原音に加算する処理であるため、音質の劣化がわずかである。
【００４２】
図２の構成では、低域成分信号Ｓｂのレベル検出をピーク検出で行っているが、ピーク検出（およびディケイ）の手法をとらずに、短い時間の実効値を算出してレベル検出を行っても良い。またこれらを併用してもよい。ただし、ピーク検出の方が簡略であり、演算量を節約することができる。
【００４３】
また、以上の説明では、信号レベルをデシベル（ｄＢ）で説明したが、実際の演算はリニアな振幅値（１６ビットの場合：０〜３２７６８）で行ってもよい。また、上記実施形態では、ゲイン値Ｇの決定をＤＲＣテーブル２５を用いて行っていたが、演算によって求めてもよい。演算はｄＢ、リニア値のどちらを用いてもよい。
【００４４】
図８は、上記オーディオ信号処理装置１が用いられたオーディオアンプ５０を示すブロック図である。オーディオアンプ５０は、５．１チャンネルのマルチチャンネルオーディオ用のアンプであり、フロント左ＦＬ、フロント右ＦＲ、センタＣ、サラウンド左ＳＬ、サラウンド右ＳＲの５チャンネルのオーディオ信号を入力し、これら５チャンネルのオーディオ信号から低域成分を分離して合成し、低音チャンネルであるサブウーファチャンネルＳＷを作成するものである。
【００４５】
ここで、各チャンネルにはそれぞれスピーカ６０、６１が接続されるが、サブウーファ６１を除く５チャンネルに同一特性のスピーカが接続されるとは限らない。この例では、フロントチャンネルＦＬ，ＦＲのスピーカ６０ＦＬ，ＦＲは、大型の特性の良いスピーカ（たとえば再生可能周波数が８０Ｈｚ以上のもの）が接続され、センタチャンネルＣおよびサラウンドチャンネルＳＬ，ＳＲのスピーカ６０Ｃ，６０ＳＬ，６０ＳＲには、小型のもの（たとえば再生可能周波数が２００Ｈｚ以上のもの）が接続されているとする。
【００４６】
入力された５チャンネルのオーディオ信号は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５１でスピーカ５５の再生可能周波数以下の周波数成分がカットされたのち放音処理部５４に入力される。また、５チャンネルのオーディオ信号は、加算器５２で加算されたのちローパスフィルタ（ＬＰＦ）５３でスピーカ６０の再生可能周波数以下の周波数成分が取り出され、サブウーファチャンネルＳＷの信号として放音処理部５４に入力される。
【００４７】
放音処理部５４は、入力されたオーディオ信号に対してイコランジング、音場形成等の処理をし、増幅してスピーカ６０、６１に出力する。スピーカ６０，６１は入力されたオーディオ信号を音響として放音する。
【００４８】
ここで、低機能なオーディオアンプの場合、ハイパスフィルタ５１およびローパスフィルタ５３のカットオフ周波数（クロスオーバー周波数）は全チャンネル一括して１つの周波数しか設定できないものが多い。この図の例の場合、センタチャンネルＣおよび左右サラウンドチャンネルＳＬ，ＳＲのスピーカ６０Ｃ，６０ＳＬ，６０ＳＲの再生可能最低周波数が２００Ｈｚであるため、サブウーファＳＷを用いて全周波数帯域をカバーしようとすれば、ＨＰＦ５１、ＬＰＦ５２のカットオフ周波数を２００Ｈｚとして２００Ｈｚ以下の周波数成分をサブウーファ５６から放音することになる。
【００４９】
しかし、左右フロントチャンネルＦＬ，ＦＲに接続されたスピーカ６０ＦＬ，６０ＦＲは再生可能最低周波数が８０Ｈｚであるにもかかわらず、８０〜２００Ｈｚの成分はサブウーファチャンネルＳＷのスピーカ６１に振り分けられ、音場形成が可能なフロントチャンネルから出力されないことになる。
【００５０】
そこで、この実施形態では、小型のスピーカが接続されているセンタチャンネルＣ、左右サラウンドチャンネルＳＬ，ＬＲに図１〜図７で説明したオーディオ信号処理装置１を低音強調部５５として挿入し、８０Ｈｚ〜２００Ｈｚの低域成分がミッシングファンダメンタル効果により聴取者に知覚できるように加工する。そして、ＨＰＦ５１およびＬＰＦ５３のカットオフ周波数を８０Ｈｚとする。
【００５１】
これにより、センタチャンネルＣ、左右サラウンドチャンネルＳＬ，ＬＲのスピーカ６０Ｃ，６０ＳＬ，６０ＳＲは８０〜２００Ｈｚの帯域は放音できないが、ミッシングファンダメンタル効果によってその帯域の周波数成分が聴取者に知覚できるようになる。そして、大型で特性の良いスピーカが接続されているフロントチャンネルでは、８０Ｈｚまでの低域成分がそのチャンネルのスピーカから再生され、良好に音場形成、音像定位が行われる。
【００５２】
なお、この実施形態では、センタチャンネルＣ、左右サラウンドチャンネルＳＬ，ＬＲに低域強調部５５を挿入したが、挿入するチャンネルはこれに限定されない。また、スピーカの再生可能周波数に応じて低域強調部５５を挿入するか否かを決定しているが、挿入するか否かの決定もこの基準に限定されるものではない。たとえば、接続されるスピーカの性能にかかわらず全てのチャンネルに低域協調部５５を挿入してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１ オーディオ信号処理装置
１４ ダイナミックレンジ圧縮部
２５ ＤＲＣテーブル
２６ レベル調整部
３０ ゲイン決定部
３１ ピーク検出部
５５ 低域強調部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ミッシングファンダメンタル効果を利用してオーディオ信号の低音域を強調するオーディオ信号処理装置およびオーディオアンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型のスピーカでは低い可聴周波数帯域すなわち低域を十分に再生することができない。しかし、このようなスピーカで低域を再生したいという要請は多くある。たとえば、小型のオーディオ装置やマルチチャンネルオーディオシステム等である。
【０００３】
マルチチャンネルオーディオシステムでは、各チャンネルのスピーカとは別に低域専用のスピーカであるサブウーファが設けられていることが多い。各チャンネルのオーディオ信号からサブウーファに振り分けられる低域成分の境界（クロスオーバー周波数）は、各チャンネルに接続されるスピーカの性能に応じて決定される。すなわち、通常チャンネルのスピーカが８０Ｈｚまで再生できるものであれば８０Ｈｚ以下の低域成分がサブウーファに振り分けられ、通常チャンネルのスピーカが２００Ｈｚまでしか再生できないものであれば２００Ｈｚ以下の低域成分がサブウーファに振り分けられる。
【０００４】
ところが、低機能なＡＶアンプの場合、全チャンネルに対して一括して１つのクロスオーバー周波数しか設定できないものがある。この場合、低域が最も出ない（廉価な）スピーカにあわせて高いクロスオーバー周波数が設定されてしまう。このため、フロントチャンネルのメインスピーカが８０Ｈｚまで再生できるものであっても、他のチャンネル（センタ、サラウンド）のスピーカが２００Ｈｚまでしか再生できない場合には、フロントチャンネルのクロスオーバー周波数も２００Ｈｚにされ、メインスピーカが８０Ｈｚ〜２００Ｈｚの信号が再生できるにもかかわらずサブウーファに振り分けられてしまう。
【０００５】
このような場合に、センタチャンネル等のスピーカで再生可能な周波数を下げることができれば、メインスピーカが低い周波数を再生して本来の能力を発揮することができる。
【０００６】
このような場面に対処するため、高調波を発生させて聴取者にミッシングファンダメンタル効果を生じさせることにより、聴感上の再生可能周波数を下げる技術が種々提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２３７２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、波形を大きく歪ませて高調波を発生させると音質の劣化を招くという問題点があり、これを防ぐために特許文献１のような処理を行うと、演算量が増加してしまうという問題点が生じる。
【０００９】
上記のような低機能なＡＶアンプの場合、高性能なＤＳＰを搭載していない場合が多いため、演算量が多いと個別のチャンネルに対して処理を行うことができないという問題点も生じる。
【００１０】
また、単に高調波を付加するのみでは、低域の音量感を十分に向上させることができないという別の課題もある。
【００１１】
この発明は、少ない演算量且つ歪みの少ない処理で、オーディオ信号の低域を強調することが可能なオーディオ信号処理装置およびオーディオアンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明であるオーディオ信号処理装置は、オーディオ信号を入力する入力部と、入力されたオーディオ信号の低域成分を取り出すフィルタ部と、前記取り出された低域成分信号に対して、該低域成分信号の振幅包絡線に追随して増幅度を変化させるダイナミックレンジ圧縮部と、前記入力されたオーディオ信号と、前記ダイナミックレンジ圧縮された低域成分信号とを加算合成して出力する合成部と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ダイナミックレンジ圧縮部は、前記低域成分信号を絶対値化する絶対値化部と、該絶対値化された低域成分信号のピークを検出するピークホールド部と、該ピークホールド部によって検出されたピーク値に基づき前記低域成分信号に対する増幅度を決定する増幅度決定部と、該増幅度決定部によって決定された増幅度で前記低域成分信号を増幅してダイナミックレンジを圧縮するレベル調整部と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記ピークホールド部の時定数が前記フィルタ部の高域遮断周波数の時定数の２００倍以下に設定されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項２、３の発明において、請求項前記増幅度決定部は、前記ピークホールド部によって検出されたピーク値を前記増幅度に変換するＤＲＣテーブルを備え、前記ピーク値を参照値として増幅度を読み出すことを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明であるオーディオアンプは、請求項１または２に記載のオーディオ信号処理装置を低域強調部として用い、入力されるマルチチャンネルのオーディオ信号の一部または全部のチャンネルの処理回路に前記低域強調部を挿入したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、ダイナミックレンジ圧縮という軽い処理で良質な高調波を発生することができ、リミッタ等の処理に比べて波形の歪みを少なくすることができる。
【００１８】
また、処理が軽いためマルチチャンネルのオーディオ装置に適用した場合でも、各チャンネル個別に処理をすることが可能になる。
【００１９】
またさらに、低域成分および低域成分から生成された高調波が元の信号に加算されることで、低域の音量感を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施形態であるオーディオ信号処理装置のブロック図
【図２】オーディオ信号処理装置のダイナミックレンジ圧縮部のブロック図
【図３】ダイナミックレンジ圧縮部の各部の信号波形を示す図
【図４】１００Ｈｚの正弦波に対するピーク検出の波形を示す図
【図５】ダイナミックレンジ圧縮部のＤＲＣテーブルの内容を説明する図
【図６】１００Ｈｚの正弦波をダイナミックレンジ圧縮部に入力したときの各部の信号波形を示す図
【図７】オーディオ信号処理装置で処理された１００Ｈｚの正弦波の周波数スペクトルを示す図
【図８】オーディオ信号処理装置が適用されるＡＶアンプのブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図面を参照してこの発明の実施形態であるオーディオ信号処理装置について説明する。図１はオーディオ信号処理装置１のブロック図である。このオーディオ信号処理装置は、オーディオ信号（原音Ｓａ）から低域成分信号Ｓｂを取り出し、この低域成分信号Ｓｂに対してダイナミックレンジ圧縮処理をして原音に加算して出力する。以上の簡略な処理により、オーディオ信号の低域の音量感を向上させるとともに、低域成分の奇数次の高調波を発生させ、聴取者にミッシングファンダメンタル効果を生じさせて低域の聴感を補強する。また、原音から分離した成分信号に対してダイナミックレンジ圧縮の処理をして原音に加算する処理であるため、原音を直接加工する場合や成分信号に対してリミッタ（振幅制限）等を施す場合に比べて音質の劣化がわずかである。ここで、ダイナミックレンジ圧縮処理とは、オーディオ信号の振幅包絡線の変化が小さく、および／または、緩やかになるように、オーディオ信号の増幅ゲインを制御する処理を言う。
【００２２】
図１において、オーディオ信号処理装置１は、ハンドパスフィルタ１２、１３、ダイナミックレンジ圧縮部１４および加算器１５を有している。処理対象のオーディオ信号である原音Ｓａは入力部ｉｎｐｕｔから入力され、処理され低域が強調・補強されたオーディオ信号Ｓｄは出力部ｏｕｔｐｕｔから出力される。入力部ｉｎｐｕｔは加算器１５に直接接続されるとともに、直列に接続されたバンドパスフィルタ１２、１３およびダイナミックレンジ圧縮部１４からなる高調波発生部１１に接続される。
【００２３】
バンドパスフィルタ１２は、直列に接続されたハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１２Ｈおよびローパスフィルタ（ＬＰＦ）からなる。ＨＰＦ１２Ｈは、たとえばバタワース特性の二次ＩＩＲフィルタにより構成され、カットオフ周波数は２０Ｈｚ、減衰特性は１２ｄＢ／ｏｃｔである。ただし、ＨＰＦ１２Ｈの構成、カットオフ周波数、減衰特性はこれに限定されない。また、ＬＰＦ１２Ｌは、たとえばバタワース特性の二次ＩＩＲフィルタにより構成され、カットオフ周波数は１００Ｈｚ、減衰特性は１２ｄＢ／ｏｃｔである。ただし、ＬＰＦ１２Ｌの構成、カットオフ周波数、減衰特性はこれに限定されない。なお、バンドパスフィルタ１２を、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタの組み合わせでなく、帯域通過特性を有する単体のフィルタで構成してもよい。
【００２４】
また、バンドパスフィルタ１３も、バンドパスフィルタ１２と同様に、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１３Ｈおよびローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３Ｌを直列に接続した構造を有しており、カットオフ周波数は、ＨＰＦ１３Ｈが６０Ｈｚ、ＬＰＦ１３Ｌが２００Ｈｚである。バンドパスフィルタ１２、１３により、原音Ｓａから６０Ｈｚ〜１００Ｈｚの低域成分Ｓｂが取り出される。なお、２つのバンドパスフィルタ１２、１３を直列に接続したのは、カットオフ特性を急峻且つ自由に設計できるようにするためであり、バンドパスフィルタは１つでもよいし、１２Ｈと１２Ｌと同様にハイパスフィルタ、ローパスフィルタの組み合わせでなく、帯域通過特性を有する単体のフィルタで構成してもよい。
【００２５】
取り出された低域成分Ｓｂは、ダイナミックレンジ圧縮部１４に入力される。ダイナミックレンジ圧縮部１４は、この低域成分Ｓｂに対して速い時定数のダイナミックレンジ圧縮処理を行う。ダイナミックレンジ圧縮部１４から出力された圧縮信号Ｓｃ、すなわちダイナミックレンジ圧縮処理をされた低域成分信号Ｓｂは、高調波を持つとともに低域の音量感が増強されている。この圧縮信号Ｓｃが加算器１５に入力される。
【００２６】
加算器１５は、原音Ｓａと圧縮信号Ｓｃを加算して処理済のオーディオ信号Ｓｄを合成する。処理済のオーディオ信号Ｓｄは出力部ｏｕｔｐｕｔから出力される。
【００２７】
図２はダイナミックレンジ圧縮部１４のブロック図である。図３は、ダイナミックレンジ圧縮部１４に各部の信号波形、具体的には、低域成分信号Ｓｂ（入力信号）、セレクタ２２によって検出されたピーク検出曲線Ｐ、および、このピーク検出曲線Ｐの値に基づいて算出されたゲイン値Ｇの波形を示す図である。
【００２８】
図２において、ダイナミックレンジ圧縮部１４は、入力部ｉｎｐｕｔから入力した低域成分信号Ｓｂをゲイン決定部３０およびレベル調整部２６に入力する。レベル調整部２６は、低域成分信号Ｓｂのレベルを調整し、圧縮信号Ｓｃとして出力する。このレベル調整は、ゲイン決定部３０が決定したゲイン値Ｇで行われる。ゲイン決定部３０は、低域成分信号Ｓｂの振幅値に基づき、低域成分信号Ｓｂのダイナミックレンジを圧縮するような、すなわち、低域成分信号Ｓｂの振幅包絡線の変化が小さく、および／または、緩やかになるようにゲイン値Ｇを刻々決定する。
【００２９】
ゲイン決定部３０は、絶対値算出部（ＡＢＳ）２１、セレクタ２２、ディレイ（遅延素子）２７、ディケイ（減衰乗算器）２８、リミッタ（振幅制限器）２３，２４を有有するピーク検出部３１、および、ＤＲＣテーブル２５を備えている。ピーク検出部２１は、ディケイ２８で時定数が決定されるピークホールド回路である。
【００３０】
絶対値算出部２１は、入力された低域成分信号Ｓｂの振幅の絶対値を算出して（全波整流して）出力する。すなわち、図３のＳｂに示す信号波形の負側の半波を正側に反転して出力する。
【００３１】
セレクタ２２は、絶対値算出部２１から出力される絶対値化された低域成分信号の値（入力ａ）と、セレクタ２２から１サンプル前に出力され減衰（ディケイ）された値（入力ｂ）と比較し、大きい方の値を出力する。この入力ｂの値は、セレクタ２２から出力され、ディレイ２７で１サンプル遅延され、ディケイ２８で減衰された値である。このディケイ２８の時定数（減衰特性）は−９ｄＢ／１５０ｍｓ程度に設定される。振幅が１／ｅになる時間、つまり約−９ｄＢまで減衰する時間を時定数と呼ぶ場合には、このディケイ２８の時定数ＴＣは１５０ｍｓである。
【００３２】
ここで、ローパスフィルタの時定数Ｔは以下の式で表される。
Ｔ＝１／（２×π×ｆｃ） ；（πは円周率、ｆｃはカットオフ周波数）
ＬＰＦ１２Ｌのカットオフ周波数ｆｃ１２＝１００（Ｈｚ）であるため、ＬＰＦ１２Ｌの回路時定数Ｔ１２＝１．５９ｍｓとなる。ＬＰＦ１２Ｌは、本装置が処理し、高調波を発生させる低域成分信号の周波数上限を規定する回路である。ディケイ２８の時定数ＴＣは、このＬＰＦ１２Ｌの時定数Ｔ１２のおよそ１００倍であり、聴感上はこの程度の時定数比率が歪み少なくミッシングファンダメンタル効果を発生させるうえで最適である。ディケイ２８の時定数は、ローパスフィルタに比べると長いが、エフェクタであるコンプレッサと比べると十分に短く高速である。ディケイ２８の時定数は聴感と高調波スペクトルの発生度合いに基づいて決定すればよいが、発明者の実験により、ディケイ２８の時定数ＴＣは、ＬＰＦ１２Ｌの時定数Ｔ１２のおよそ５０倍乃至２００倍程度が望ましいことが判っている。
図４は、１００Ｈｚのサイン波に−９ｄＢ／１５０ｍｓのディケイ曲線を重ね合わせた図である。ディケイ曲線は、波形のピークから−９ｄＢ／１５０ｍｓの比率で下降してゆき、次のピークに到達したとき約−０．３ｄＢ下降している。セレクタ２２から出力されるピーク検出曲線Ｐは、一つの波形のピークから−９ｄＢ／１５０ｍｓの比率でディケイ曲線に沿って下降してゆき、次の波形に当たったときこの波形値で更新される。この程度の時定数（減衰特性）が、信号波形にミッシングファンダメンタル効果のための高調波を発生させるために最適の歪みを生じさせる。これよりも減衰が遅いと歪み（高調波）が生じず、これよりも減衰が速いと歪みが大きすぎて音色が損なわれる。
【００３３】
このような時定数を設定することにより、セレクタ２２の出力波形は、図３のＰに示すように、絶対値化された低域成分信号Ｓｂの大きなピークには瞬時に反応し、その後は−９ｄＢ／１５０ｍｓの減衰特性でほぼ包絡線に沿って減衰する波形となる。この波形Ｐをここではピーク検出曲線と呼ぶ。
【００３４】
リミッタ２４は、セレクタ２２から出力されたピーク検出曲線Ｐによるコンプレッション演算の下限値を制限する演算部である。リミッタ２４は、ピーク検出曲線Ｐの値が−３０ｄＢを下回ったときその値に代えて−３０ｄＢを出力する。これにより、−３０ｄＢ以下の入力に対してのゲインは−３０ｄＢの時と同じ値となる。なお、リミッタ２４の制限値は−３０ｄＢに限定されない。また、ピーク検出曲線Ｐの上限値を制限するリミッタを更に設けてもよい。
【００３５】
リミッタ２４で下限値を制限されたピーク検出曲線Ｐの値は、参照値としてＤＲＣテーブル２５に入力される。ＤＲＣテーブル２５は入力されたピーク検出曲線Ｐの値に対応するゲイン値Ｇを出力し、これを乗算係数としてレベル調整部２６に入力する。この実施形態では、ピーク検出曲線Ｐの値に対するゲイン値Ｇは、図３に示すような曲線になる。
【００３６】
図５はＤＲＣテーブル２５の内容を説明する図である。図５（Ａ）は、−３０ｄＢ〜０ｄＢの入力（ダイナミックレンジ３０ｄＢ）を−１５ｄＢ〜０ｄＢの半分のレンジに圧縮する場合の入出力関係を示したグラフである。同図において、横軸が入力値であり縦軸が出力値を示している。直線Ｌ１がＤＲＣなしの場合（リニア出力）の入出力関係を示す。折れ線Ｌ２がＤＲＣありの場合の入出力関係を示している。図５（Ｂ）は、同図（Ａ）の入出力関係および入力に対応するゲイン値を１０ｄＢ刻みのテーブルとしたものである。上述のように、入力が−３０ｄＢ以下のときはコンプレッションをかけないためゲインは１５ｄＢで一定であり、入力が−３０ｄＢを超えると徐々にゲインが低下してゆき（−２０ｄＢのとき１０ｄＢ、−１０ｄＢのとき５ｄｂ）、入力が０ｄＢになるとゲインは０ｄＢとなる。
【００３７】
図２において、レベル調整部２６は、決定されたゲイン値Ｇを用いて低域成分信号Ｓｂのレベルを調整し、圧縮信号Ｓｃとして出力する。図１において、加算器１５が圧縮信号Ｓｃと原音Ｓａとを加算合成してて処理済のオーディオ信号Ｓｄとして出力する。
【００３８】
図６は、図４に示した１００Ｈｚの正弦波を−２０ｄＢで装置に入力した場合の、入力信号Ｓｂ、ピーク検出曲線Ｐおよびゲイン値Ｇの波形を示す図である。また、図７は、図４に示した１００Ｈｚの正弦波を−２０ｄＢで装置に入力した場合に出力される処理済のオーディオ信号Ｓｄの周波数スペクトルを示す図である。図６に示すように、−２０ｄＢ（リニアで０．１）の入力信号が、ほぼ＋１０ｄＢ（リニアで３．２）付近のゲインＧで増幅され、ほぼ−１０ｄＢ（リニアで０．３２）の圧縮信号Ｓｃとして出力される。このときのゲインＧは図６の上部に示すように、ほぼ＋１０ｄＢであるが、図４に示したようにディケイと波形のピークによる値更新によって若干の２００Ｈｚ周期のうねりが発生している。このうねりが波形を微妙に（聴感上影響のない程度に）歪ませて高調波を生み出している。
【００３９】
図７に示すように、原音Ｓａに対して全体的に（特に低域側に）厚みが増しているとともに、基音周波数（１００Ｈｚ）に対する奇数次（３００Ｈｚ、５００Ｈｚ、・・・）の高調波が発生している。また、ノイズとなるような他の周波数成分のピークは見られない。
【００４０】
以上のように、入力信号の絶対値ピーク検出後に時定数を設けたことによりゲイン値Ｇの曲線が低周波信号となり、このゲイン値Ｇが乗算係数として低域成分信号Ｓｂに乗算（振幅変調）されるため、圧縮信号Ｓｃは波形がミッシングファンダメンタル効果を生じさせるために好適な高調波成分を含むものとなり低域の厚みが増したものとなる。また、この時定数（リリースタイム）が高速であるため、決定されるゲイン値Ｇがなだらかであるが十分に大きく変動し、波形の過度な歪みを抑制しつつ高調波を含ませることが可能になっている。
【００４１】
そして上記のように、オーディオ信号Ｓｄは、低域成分の奇数次の高調波を有するため、聴取者にミッシングファンダメンタル効果を生じさせて低域の聴感を補強することができる。また、原音から分離した成分信号に対してダイナミックレンジ圧縮の処理をして原音に加算する処理であるため、音質の劣化がわずかである。
【００４２】
図２の構成では、低域成分信号Ｓｂのレベル検出をピーク検出で行っているが、ピーク検出（およびディケイ）の手法をとらずに、短い時間の実効値を算出してレベル検出を行っても良い。またこれらを併用してもよい。ただし、ピーク検出の方が簡略であり、演算量を節約することができる。
【００４３】
また、以上の説明では、信号レベルをデシベル（ｄＢ）で説明したが、実際の演算はリニアな振幅値（１６ビットの場合：０〜３２７６８）で行ってもよい。また、上記実施形態では、ゲイン値Ｇの決定をＤＲＣテーブル２５を用いて行っていたが、演算によって求めてもよい。演算はｄＢ、リニア値のどちらを用いてもよい。
【００４４】
図８は、上記オーディオ信号処理装置１が用いられたオーディオアンプ５０を示すブロック図である。オーディオアンプ５０は、５．１チャンネルのマルチチャンネルオーディオ用のアンプであり、フロント左ＦＬ、フロント右ＦＲ、センタＣ、サラウンド左ＳＬ、サラウンド右ＳＲの５チャンネルのオーディオ信号を入力し、これら５チャンネルのオーディオ信号から低域成分を分離して合成し、低音チャンネルであるサブウーファチャンネルＳＷを作成するものである。
【００４５】
ここで、各チャンネルにはそれぞれスピーカ６０、６１が接続されるが、サブウーファ６１を除く５チャンネルに同一特性のスピーカが接続されるとは限らない。この例では、フロントチャンネルＦＬ，ＦＲのスピーカ６０ＦＬ，ＦＲは、大型の特性の良いスピーカ（たとえば再生可能周波数が８０Ｈｚ以上のもの）が接続され、センタチャンネルＣおよびサラウンドチャンネルＳＬ，ＳＲのスピーカ６０Ｃ，６０ＳＬ，６０ＳＲには、小型のもの（たとえば再生可能周波数が２００Ｈｚ以上のもの）が接続されているとする。
【００４６】
入力された５チャンネルのオーディオ信号は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５１でスピーカ５５の再生可能周波数以下の周波数成分がカットされたのち放音処理部５４に入力される。また、５チャンネルのオーディオ信号は、加算器５２で加算されたのちローパスフィルタ（ＬＰＦ）５３でスピーカ６０の再生可能周波数以下の周波数成分が取り出され、サブウーファチャンネルＳＷの信号として放音処理部５４に入力される。
【００４７】
放音処理部５４は、入力されたオーディオ信号に対してイコランジング、音場形成等の処理をし、増幅してスピーカ６０、６１に出力する。スピーカ６０，６１は入力されたオーディオ信号を音響として放音する。
【００４８】
ここで、低機能なオーディオアンプの場合、ハイパスフィルタ５１およびローパスフィルタ５３のカットオフ周波数（クロスオーバー周波数）は全チャンネル一括して１つの周波数しか設定できないものが多い。この図の例の場合、センタチャンネルＣおよび左右サラウンドチャンネルＳＬ，ＳＲのスピーカ６０Ｃ，６０ＳＬ，６０ＳＲの再生可能最低周波数が２００Ｈｚであるため、サブウーファＳＷを用いて全周波数帯域をカバーしようとすれば、ＨＰＦ５１、ＬＰＦ５２のカットオフ周波数を２００Ｈｚとして２００Ｈｚ以下の周波数成分をサブウーファ５６から放音することになる。
【００４９】
しかし、左右フロントチャンネルＦＬ，ＦＲに接続されたスピーカ６０ＦＬ，６０ＦＲは再生可能最低周波数が８０Ｈｚであるにもかかわらず、８０〜２００Ｈｚの成分はサブウーファチャンネルＳＷのスピーカ６１に振り分けられ、音場形成が可能なフロントチャンネルから出力されないことになる。
【００５０】
そこで、この実施形態では、小型のスピーカが接続されているセンタチャンネルＣ、左右サラウンドチャンネルＳＬ，ＬＲに図１〜図７で説明したオーディオ信号処理装置１を低音強調部５５として挿入し、８０Ｈｚ〜２００Ｈｚの低域成分がミッシングファンダメンタル効果により聴取者に知覚できるように加工する。そして、ＨＰＦ５１およびＬＰＦ５３のカットオフ周波数を８０Ｈｚとする。
【００５１】
これにより、センタチャンネルＣ、左右サラウンドチャンネルＳＬ，ＬＲのスピーカ６０Ｃ，６０ＳＬ，６０ＳＲは８０〜２００Ｈｚの帯域は放音できないが、ミッシングファンダメンタル効果によってその帯域の周波数成分が聴取者に知覚できるようになる。そして、大型で特性の良いスピーカが接続されているフロントチャンネルでは、８０Ｈｚまでの低域成分がそのチャンネルのスピーカから再生され、良好に音場形成、音像定位が行われる。
【００５２】
なお、この実施形態では、センタチャンネルＣ、左右サラウンドチャンネルＳＬ，ＬＲに低域強調部５５を挿入したが、挿入するチャンネルはこれに限定されない。また、スピーカの再生可能周波数に応じて低域強調部５５を挿入するか否かを決定しているが、挿入するか否かの決定もこの基準に限定されるものではない。たとえば、接続されるスピーカの性能にかかわらず全てのチャンネルに低域協調部５５を挿入してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１ オーディオ信号処理装置
１４ ダイナミックレンジ圧縮部
２５ ＤＲＣテーブル
２６ レベル調整部
３０ ゲイン決定部
３１ ピーク検出部
５５ 低域強調部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号を入力する入力部と、
入力されたオーディオ信号の低域成分を取り出すフィルタ部と、
前記取り出された低域成分信号に対して、該低域成分信号の振幅包絡線に追随して増幅度を変化させるダイナミックレンジ圧縮部と、
前記入力されたオーディオ信号と、前記ダイナミックレンジ圧縮された低域成分信号とを加算合成して出力する合成部と、
を備えたオーディオ信号処理装置。
【請求項２】
前記ダイナミックレンジ圧縮部は、
前記低域成分信号を絶対値化する絶対値化部と、
該絶対値化された低域成分信号のピークを検出するピークホールド部と、
該ピークホールド部によって検出されたピーク値に基づき前記低域成分信号に対する増幅度を決定する増幅度決定部と、
該増幅度決定部によって決定された増幅度で前記低域成分信号を増幅してダイナミックレンジを圧縮するレベル調整部と、
を備えた請求項１に記載のオーディオ信号処理装置。
【請求項３】
前記ピークホールド部の時定数が前記フィルタ部の高域遮断周波数の時定数の２００倍以下に設定されている請求項２に記載のオーディオ信号処理装置。
【請求項４】
前記増幅度決定部は、前記ピークホールド部によって検出されたピーク値を前記増幅度に変換するＤＲＣテーブルを備え、前記ピーク値を参照値として増幅度を読み出す請求項２または請求項３に記載のオーディオ信号処理装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のオーディオ信号処理装置を低域強調部として用い、
入力されるマルチチャンネルのオーディオ信号の一部または全部のチャンネルの処理回路に前記低域強調部を挿入したオーディオアンプ。
【請求項１】
オーディオ信号を入力する入力部と、
入力されたオーディオ信号の低域成分を取り出すフィルタ部と、
前記取り出された低域成分信号に対して、該低域成分信号の振幅包絡線に追随して増幅度を変化させるダイナミックレンジ圧縮部と、
前記入力されたオーディオ信号と、前記ダイナミックレンジ圧縮された低域成分信号とを加算合成して出力する合成部と、
を備えたオーディオ信号処理装置。
【請求項２】
前記ダイナミックレンジ圧縮部は、
前記低域成分信号を絶対値化する絶対値化部と、
該絶対値化された低域成分信号のピークを検出するピークホールド部と、
該ピークホールド部によって検出されたピーク値に基づき前記低域成分信号に対する増幅度を決定する増幅度決定部と、
該増幅度決定部によって決定された増幅度で前記低域成分信号を増幅してダイナミックレンジを圧縮するレベル調整部と、
を備えた請求項１に記載のオーディオ信号処理装置。
【請求項３】
前記ピークホールド部の時定数が前記フィルタ部の高域遮断周波数の時定数の２００倍以下に設定されている請求項２に記載のオーディオ信号処理装置。
【請求項４】
前記増幅度決定部は、前記ピークホールド部によって検出されたピーク値を前記増幅度に変換するＤＲＣテーブルを備え、前記ピーク値を参照値として増幅度を読み出す請求項２または請求項３に記載のオーディオ信号処理装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のオーディオ信号処理装置を低域強調部として用い、
入力されるマルチチャンネルのオーディオ信号の一部または全部のチャンネルの処理回路に前記低域強調部を挿入したオーディオアンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１５１７６７（Ｐ２０１２−１５１７６７Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０２２２（Ｐ２０１１−１０２２２）
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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