低音増強装置
【課題】スピーカやそれを駆動するパワーアンプを大型化することなく、スピーカの低域周波数特性の低下を補償し低音感を増強する低音増強装置を提供する。
【解決手段】位相反転手段３と第１の低域通過フィルタ４でスピーカの再生周波数帯域外の低域信号を抽出し、前記抽出された信号に高調波生成手段５で入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有する原点非対称な非線形演算を施し、前記非線形演算を施された信号と、前記抽出された信号をそれぞれ適当な倍率にて減算処理を行うことにより、基本波を減衰させて第２次高調波と第３次高調波を生成し、前記生成した高調波を原信号に加算する。
【解決手段】位相反転手段３と第１の低域通過フィルタ４でスピーカの再生周波数帯域外の低域信号を抽出し、前記抽出された信号に高調波生成手段５で入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有する原点非対称な非線形演算を施し、前記非線形演算を施された信号と、前記抽出された信号をそれぞれ適当な倍率にて減算処理を行うことにより、基本波を減衰させて第２次高調波と第３次高調波を生成し、前記生成した高調波を原信号に加算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカやそれを駆動するパワーアンプを大型化することなく、スピーカの低域周波数特性の低下を聴覚的に補償し低音感を増強する低音増強装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年オーディオ機器の小型化が進み、特にスピーカの大きさの制約から十分な低域再生ができないないという問題を有していた。この問題を解決するために、低域は指向性があいまいであることを利用して、前方以外の位置にも設置可能な低域再生専用のスピーカとそれを駆動するパワーアンプを備えたシステムが販売されているが、設置場所を要するとか、高価である等の問題を有しており、また、このようなシステムにおいても小型化の要求が高まっている。
【０００３】
スピーカの低域周波数特性の低下を補償し低音感を増強する方法として、最も簡単にはイコライザーを用いて低域のゲインを上昇させる方法がある。しかし、スピーカの再生周波数帯域外の低音感を増強するには、低域ゲインを大幅に上昇させる必要があり、大電力出力が必要となり、スピーカを駆動するパワーアンプが大型化するという問題を有している。また、それに伴ってスピーカの許容入力も大きくする必要があり、スピーカも大型化するという問題を有している。
【０００４】
このような課題に対して、スピーカやそれを駆動するパワーアンプを大型化することなく、スピーカの再生周波数帯域外の低音感を増強する方法として、スピーカの再生周波数帯域外の低域信号を抽出し、その高調波を付加する方法が特許文献１に示されている。図１５は特許文献１に示されている低音増強装置のブロック図であって、以下、図１５を用いて従来の低音増強装置を説明する。
【０００５】
まず、装置に入力された左右の音声信号は第２の加算手段３２に入力され、左右の信号が加算される。第２の加算手段３２から出力された信号は第１の低域通過フィルタ３３に入力され、スピーカの再生周波数帯域外の低域信号が抽出される。第１の低域通過フィルタ３３から出力された信号は、高調波生成手段３４である全波整流器３５に入力され、入出力特性が出力軸に対して対称な偶関数であるため、主に第２次高調波に変換される。全波整流器３５から出力された信号は、第２の低域通過フィルタ３６に入力され、第２次高調波以外の高調波がカットされ、第２次高調波のみが抽出される。第２の低域通過フィルタ３６から出力された信号は、第１の加算手段３７、３８に入力され、装置に入力された左右信号に加算される。このようにして、入力された音声信号に対して、スピーカの再生周波数帯域外の低域信号の第２次高調波を付加することができる。
【０００６】
また、生成する高調波レベルを制御する方法として、抽出した信号にオフセットを与えた後に正負各半波成分にそれぞれ適当な値を乗じた信号を、抽出した信号に加算して高調波を生成する方法が特許文献２に示されている。
【特許文献１】特開平８−２３７８００号公報
【特許文献２】特許第３４６２５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は第２次高調波のみを付加するものである。音響心理学において、基音（基本波）が発せられず、その高調波のみが発せられる場合でも、人間は基音を感じることができることが知られている。例えば、７０Ｈｚ以下を再生できないスピーカにおいて、５０Ｈｚの第２次高調波、および第３次高調波である１００Ｈｚ、１５０Ｈｚを付加して再生した場合、人間は５０Ｈｚの基音を感じることができる。しかしながら、第２次高調波、および第４次高調波である１００Ｈｚ、２００Ｈｚを付加して再生した場合は、１００Ｈｚを基音、２００Ｈｚを第２次高調波であると誤認識し、基音である５０Ｈｚを感じることができない。また、第２次高調波である１００Ｈｚのみを再生した場合、１００Ｈｚを基音と誤認識し、基音である５０Ｈｚを感じることができない。このように、音響心理学を応用して、スピーカの低域周波数特性の低下を補償し低音感を増強するためには、第２次高調波および第３次高調波を付加する必要がある。
【０００８】
このように第２次高調波を主体とした偶数次高調波のみを付加する特許文献１の方法は、スピーカの再生周波数帯域外の基音の低音感を増強する効果が弱いという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２に記載の方法を実現するためには回路の規模が大きくなり、また抽出した信号から高調波だけでなく基本波も生成されるという問題を有している。
【００１０】
本発明の基本的な概念は、図１４のようにスピーカの再生周波数特性の低域が、基本波の範囲まで伸びていないものにおいて、原信号の基本波の第２次高調波、第３次高調波を発生させることによって、あたかも基本波が存在するように認識させ、スピーカやそれを駆動するパワーアンプを大型化することなく、スピーカの低域周波数特性の低下を補償し低音感を増強する低音増強装置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】
【００１１】
上記目的に対応するため、本発明の低音増強装置は、スピーカやそれを駆動するパワーアンプを大型化することなく、スピーカの低域周波数特性の低下を補償し低音感を増強するため、スピーカの再生周波数帯域外の低域信号を抽出し、当該抽出された信号に入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有する原点非対称な非線形演算を施し、当該非線形演算を施された信号と、前記抽出された信号をそれぞれ適当な倍率にて減算処理を行うことにより、基本波を減衰させて第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を生成し、当該生成した高調波を原信号に加算することで、
入力信号レベルが大きい場合にはスピーカの再生周波数帯域外の低域信号の第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を付加し、入力信号レベルが小さい場合には低域ゲインを増大させることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の低音増強装置は、スピーカの低域周波数特性の低下する帯域に含まれる低域信号に対して上記の処理を行うことにより、基本波を減衰させて第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を生成し、当該生成した高調波を原信号に加算することにより、
小規模な演算で、入力信号レベルが大きい場合にはスピーカの再生周波数帯域外の低域信号の第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を付加し、入力信号レベルが小さい場合には低域ゲインが増大し、ローコストで、スピーカやそれを駆動するパワーアンプを大型化することなく、スピーカの低域周波数特性の低下を補償し低音感を増強できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における低音増強装置のブロック図、図２は同じくその反転加算増幅器の回路図、図３は同じくその非線形演算手段の回路図、図４は同じく図３の非線形演算手段の入出力特性図、図５は同じく図３の非線形演算手段に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図、図６は同じく高調波生成手段の回路図、図７は同じく図６の高調波生成手段の入出力特性図、図８は同じく図６の高調波生成手段に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図である。
【００１４】
以下、図１、図２〜図８を用いて、本発明の低音増強装置を説明する。まず、低音増強装置に入力された左右の音声信号は、入力端子Ｔ１、Ｔ２からそれぞれ第１の加算手段１１、１２へ入力される信号と、高調波付加部１に入力される信号の２つに分岐される。
【００１５】
高調波付加部１は、第２の加算手段２、位相反転手段３、第１の低域通過フィルタ４、高調波生成手段５、第２の低域通過フィルタ１０で構成しており、高調波付加部１に入力された左右の音声信号は、第２の加算手段２に入力され加算される。第２の加算手段２から出力された信号は、位相反転手段３に入力され位相が反転される。
【００１６】
図２は反転加算増幅器の回路図であり、第２の加算手段２と位相反転手段３の作用を兼用している。抵抗器Ｒ１１とＲ１２の各一端には音声信号が加えられて加算されてＩＣ１１の反転入力端に入力され、ＩＣ１１の非反転入力は接地されている。また、出力端から反転入力端に抵抗器Ｒ１３が接続されている。
【００１７】
位相反転手段３から出力された信号は、第１の低域通過フィルタ４に入力され、スピーカの再生周波数帯域外の低域信号を抽出するように遮断周波数を設定する。回路規模を増大させないために、第１の低域通過フィルタ４は２次のものを使用する。ここで、第１の低域通過フィルタ４により通過帯域では位相の遅れはなく、遮断帯域では位相が１８０°遅れる。位相反転手段３による位相反転作用を含めると、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域では位相が１８０°進み、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の帯域では位相の遅れはない。
【００１８】
第１の低域通過フィルタ４から出力された信号は、高調波生成手段５に入力される。高調波生成手段５は、非線形演算手段６、第１の係数器７、第２の係数器８、線形演算手段９で構成する。
【００１９】
非線形演算手段６は、その入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称となるように正負非対称なリミッタ回路で構成する。その１例を示す図３の非線形演算手段６の回路図では、抵抗器Ｒ２１と直列に接続した、抵抗器Ｒ２０とダイオードＤ２１の並列回路を用いたダイオードリミッタ回路の構成となっている。ここで、入力電圧が負の一定電圧以下の場合、図４に示すようにダイオードＤ２１が導通状態となり出力振幅が制限される。これにより入出力特性が原点上を通り、原点非対称かつ出力軸に対して非対称な特性となり、奇数次高調波と偶数次高調波を生成することができる。
【００２０】
非線形演算手段６に単一正弦波を入力した場合のスペクトラムは、図５に示すように、非線形演算手段６から出力された信号には、非線形演算手段６に入力された信号と同一周波数信号である基本波も含まれている。ここで、基本波が多く含まれていると、その信号が高周波付加部１より出力される際に、後述する第１の加算手段１１、１２に入力端子Ｔ１、Ｔ２より入力された音声信号と加算され、スピーカの再生周波数帯域外の低域信号であるにもかかわらず、ゲインが増大して装置から出力され、大出力時にスピーカやそれを駆動するアンプの負担となる。
【００２１】
そこで、第１の係数器７により非線型演算手段６に入力される信号に所定の倍率を乗じ、第２の係数器８により非線型演算手段６から出力される信号に所定の倍率を乗じ、線形演算手段９により第２の係数器８から出力される信号から第１の係数器７から出力される信号を減算することにより、非線型演算手段６から出力された信号に含まれる基本波を減衰させる。これにより、高調波生成手段５は、基本波の信号レベルが小さく、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を生成することができる。
【００２２】
図６に示す高調波生成手段５の回路図は、線形演算手段９に差動増幅器を用いた例を示す。第１の係数器７は抵抗器Ｒ２４、Ｒ２５、第２の係数器８は抵抗器Ｒ２２、Ｒ２３で係数を設定している。線形演算手段９は、差動増幅器はＩＣ２１、抵抗器Ｒ２６、Ｒ２７で構成され、第１の係数器７の出力をＩＣ２１の反転入力側に、第２の係数器８の出力を非反転入力側に接続して、後者から前者を減算するように構成する。高調波生成手段５の入出力特性を図７に、高調波生成手段５に単一正弦波を入力したときのスペクトラムを図８に示す。図８から、高調波生成手段５から基本波の信号レベルが小さくなって出力されていることが分かる。
【００２３】
図７から分かるように、高調波生成手段５は、入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は、負入力時で、入出力特性が入力軸に交差する方向に折り返す特性を有している。このため、入力信号レベルが小さい場合は、線形性が保たれて、振幅は抑圧されずに高調波も生成されない。一方、入力信号レベルが大きい場合は、負入力電圧の信号は正出力電圧に折り返して出力され、ピーク・トゥ・ピーク振幅は抑圧されるとともに高調波が生成される。
【００２４】
すなわち、高調波生成手段５に入力される信号レベルが大きい場合は、入力信号レベルに対する基本波レベルが小さく、高調波レベルが大きくなる。いっぽう、高調波生成手段５に入力される信号レベルが小さい場合は、入力信号レベルに対する基本波レベルが大きく、高調波レベルが小さくなる。
【００２５】
高調波生成手段５に入力される信号レベルが最大となるときに、線形演算手段９により基本波が最も減衰するように、第１の係数器７および第２の係数器８の係数を設定することにより、高調波生成手段５に入力される信号レベルが最大の場合は、基本波レベルが小さくなり高調波が生成される。そして、高調波生成手段５に入力される信号レベルが小さくなるにつれ、入力信号レベルに対する基本波レベルが大きく、高調波レベルは小さくなる。
【００２６】
第１の低域通過フィルタ４を比較的緩やかな特性である２次のもので構成したため、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域信号だけでなく、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の低域信号も抽出される。ただし、スピーカの再生周波数帯域外の信号レベルに比べてスピーカの再生周波数帯域内の信号レベルは小さくなる。
したがって、高調波生成手段５に入力される信号レベルが大きい場合は、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域信号は、信号レベルが大きいため第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波に変換される。第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の低域信号は、周波数が高くなるにつれ信号レベルが小さくなるため、生成される高調波の比率が小さくなるとともに、基本波の比率が大きくなる。なお、位相反転手段３により第１の低域通過フィルタ４の位相遅れを補償しているため、基本波の位相の遅れはない。
また、高調波生成手段５に入力される信号レベルが小さい場合は、帯域に関係なく高調波が生成されずに通過するが、信号レベルは第１の低域通過フィルタ４の減衰特性にしたがって周波数が高くなるにつれ小さくなる。
【００２７】
高調波生成手段５から出力された信号は、第２の低域通過フィルタ１０に入力され、不要な高調波がカットされ、必要な帯域の高調波が抽出される。第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数は、第１の低域通過フィルタ４で抽出した低域信号の第３次高調波までを抽出するために、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数の約３倍に設定する。回路規模を増大させないために、第２の低域通過フィルタ１０は２次のものを使用する。
【００２８】
第２の低域通過フィルタ１０により、通過帯域では位相の遅れはなく、遮断帯域では位相が１８０°遅れる。位相反転手段３と第１の低域通過フィルタ４による位相変化を含めると、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域では位相が１８０°進み、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数と第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数との間の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の低域では位相の遅れはなく、第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の中低域では位相が１８０°遅れることになる。
【００２９】
高調波付加部１に入力される信号レベルが大きい場合は、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域信号は、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波に変換される。第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数と第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数との間の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の低域信号は、周波数が高くなるにつれ生成される高調波の比率が小さくなるとともに、基本波の比率が大きくなる。なお、基本波の位相の遅れはない。第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の中低域信号は、信号レベルが小さくなり位相が１８０°遅れて通過する。
【００３０】
高調波付加部１に入力される信号レベルが小さい場合は、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域信号は、位相が１８０°進み通過する。第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数と第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数との間の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の低域信号は、信号レベルが小さくなり位相の遅れがなく基本波のまま通過する。第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の中低域信号は、さらに信号レベルが小さくなり位相が１８０°遅れて通過する。
【００３１】
高調波付加部１の最終段である第２の低域通過フィルタ１０から出力された信号は、第１の加算手段１１、１２に入力され、入力端子Ｔ１、Ｔ２に入力された左右信号にそれぞれ加算される。
【００３２】
第１の加算手段１１、１２の出力は、入力信号レベルが大きい場合、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域信号は、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波が付加される。第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数と第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数との間の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の低域信号は、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波が若干付加されるとともに基本波の信号レベルが若干大きくなって出力される。第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の中低域信号は、高調波付加部１から位相が１８０°遅れて出力されるが信号レベルが小さいため、第１の加算手段１１、１２から出力される信号にほとんど影響を与えない。
【００３３】
第１の加算手段１１、１２の出力は、入力信号レベルが小さい場合、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域信号は、高調波付加部１から位相が１８０°進んで出力されるため、信号レベルが小さくなって出力される。第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数と第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数との間の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の低域信号は、高調波付加部１から位相の遅れがなく出力されるため、信号レベルが大きくなって出力される。第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の中低域信号は、高調波付加部１から位相が１８０°遅れて出力されるが信号レベルが小さいため、第１の加算手段１１、１２から出力される信号にほとんど影響を与えない。
【００３４】
このようにして、装置に入力された音声信号に対して、入力信号レベルが大きい場合にはスピーカの再生周波数帯域外の低域信号の第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を付加し、入力信号レベルが小さい場合には低域ゲインが増大するため、スピーカやそれを駆動するパワーアンプを大型化することなく、スピーカの低域周波数特性の低下を補償し低音感を増強できることとなる。
【００３５】
（実施の形態２）
図９は本発明の実施の形態２における低音増強装置のブロック図である。
【００３６】
以下、図９を用いて説明する。なお、実施の形態１と同様の部分については説明を省略するが、実施の形態１に音量調節手段１３、１４、付加量調節手段１５、第１のフィルタ特性切り替え手段１６、第２のフィルタ特性切り替え手段１７、制御手段１８、音声判別手段１９、再生手段２０を追加して構成したものである。
【００３７】
まず、低音増強装置に入力された左右の音声信号は、音量調節手段１３、１４に入力され音量が調節される。音量調節手段１３、１４は電子ボリュームで構成する。制御手段１８は、音量調節手段１３、１４に対して音量調節の指示を行う。
本発明低音増強装置は、実施の形態１において説明したように、入力信号レベルが小さい場合には低域ゲインが増大するが、音量調節手段１３、１４を第２の加算手段２および第１の加算手段１１、１２の前段に配置したことにより、小音量時の低域ゲイン増大の効果が大きくなる。
【００３８】
音量調節手段１３、１４から出力された左右の音声信号は、それぞれ第１の加算手段１１、１２へ入力される信号と、高調波付加部１に入力される信号の２つに分岐される。
【００３９】
高調波付加部１は第２の加算手段２、位相反転手段３、第１の低域通過フィルタ４、高調波生成手段５、第２の低域通過フィルタ１０、付加量調節手段１５、第１のフィルタ特性切り替え手段１６、第２のフィルタ特性切り替え手段１７で構成する。
【００４０】
付加量調節手段１５は、第２の低域通過フィルタ１０から出力された信号の大きさを調節するもので、電子ボリュームで構成する。制御手段１８は、付加量調節手段１５に対して付加量調節の指示を行う。
第１のフィルタ特性切り替え手段１６は、第１の低域通過フィルタ４の通過特性を切り替えるためのもので、第１の低域通過フィルタ４の定数を切り替えるように構成する。制御手段１８は、第１のフィルタ特性切り替え手段１６に対してフィルタ特性切り替えの指示を行う。
【００４１】
第２のフィルタ特性切り替え手段１７は、第２の低域通過フィルタ１０の通過特性を切り替えるためのもので、第２の低域通過フィルタ１０の定数を切り替えるように構成する。制御手段１８は、第２のフィルタ特性切り替え手段１７に対してフィルタ特性切り替えの指示を行う。
ここでは制御手段を１つとして説明したが、個別の制御手段で制御してもよい。
【００４２】
装置に入力される音声信号の種類に応じて最適な補正を行うために、入力される音声が記録されている媒体とその媒体に含まれる音声のチャンネル数を判別する音声判別手段１９を備え、音声の種類に関する情報を制御手段１８に伝達する。音声判別手段１９は、再生手段２０により再生され、装置に入力される音声が記録されている媒体のＴＯＣ情報などの認識情報から、音声が記録されている媒体、すなわちＣＤであるかＤＶＤビデオであるかＤＶＤオーディオであるか等を判別する。また、その媒体に含まれる音声のチャンネル数、すなわち２チャンネル音源のみか、５．１チャンネル音源が含まれているかを判別する。そして、その結果を、制御手段１８に伝達する。
【００４３】
一般に音楽信号に比べ映画音声信号のほうが、より低い周波数の信号が多く含まれており、また、より強い低音増強効果が求められる。そこで、音声判別手段１９から伝達された音声の種類に関する情報をもとに、制御手段１８は、音声が記録されている媒体がＤＶＤビデオであり、その媒体に５．１チャンネル音源が含まれている場合は他の場合に比べて、第１の低域通過フィルタ４、第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数を低く設定するように、第１のフィルタ切り替え手段１６、および第２のフィルタ切り替え手段１７に指示を行い、さらに付加量を多くするように付加量調節手段１５に指示を行う。この第１のフィルタ切り替え手段１６、および第２のフィルタ切り替え手段１７への指示と、付加量を多くするように付加量調節手段１５への指示とは、いずれか、または両方同時に行ってもよい。
【００４４】
これにより、装置に入力される音声信号の種類に応じて最適な補正を自動的に行うことができる。
【００４５】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３における低音増強装置の高調波生成手段５の回路図、図１１は同じくその非線形演算手段６の入出力特性図、図１２は同じくその高調波生成手段５の入出力特性図、図１３は同じくその高調波生成手段５に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図である。なお、低音増強装置の基本的な構成は実施の形態１で用いた図１と同様である。
【００４６】
以下、図１、図１０〜図１３を用いて説明する。図１０に示した高調波生成手段５は、ダイオードＤ３１、Ｄ３２による全波整流回路の前段増幅器ＩＣ３１の帰還部に抵抗器Ｒ３２を挿入して、全波整流器の折り返し点をシフトさせるとともに、各抵抗値の定数を正負ゲインが異なるように設定したものである。なお、第１の係数器７および第２の係数器８の係数は線形演算手段９の内部のゲインで設定している。Ｒ３１〜Ｒ３５は抵抗器である。またＩＣ３２、抵抗器Ｒ３６、Ｒ３７で構成した線形演算手段９自体は図６の９のものと同様である。
【００４７】
図１１は非線形演算手段６の入出力特性図であるが、実施の形態１における非線形演算手段６の入出力特性図である図４とは異なった特性である。実施の形態１においては、一定電圧以下の負入力電圧に対して振幅を抑制する特性であったが、実施の形態３においては、一定電圧以下の負入力電圧に対して振幅を拡張する特性である。
【００４８】
そこで、図１０では図６と異なり、高調波生成手段５への入力を線形演算手段９のＩＣ３２の非反転入力側に接続し、非線形演算手段６の出力を反転入力側に接続することで、前者から後者を減算し、図１２の特性を得る。
【００４９】
図１２は高調波生成手段５の入出力特性図であるが、実施の形態１における高調波生成手段５の入出力特性図である図７と類似の特性となる。すなわち、入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は負入力時で入出力特性が入力軸と交差する方向に折り返す特性を有している。
【００５０】
図１３は高調波生成手段５に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図であるが、実施の形態１における高調波生成手段５に単一正弦波を入力した場合のスペクトラムである図８と同様、基本波の信号レベルは抑制されており、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波が生成されている。なお、高調波生成手段５に入力する信号レベルは、実施の形態１に比べ高く調節している。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、非線型演算手段６の入出力特性に関係なく、高調波生成手段５の入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は負入力時で入出力特性が入力軸に交差する方向に折り返す特性を有しているならば、基本波の信号レベルが小さく、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を生成することができる。
【００５２】
なお、上記各実施形態において、位相反転手段３の位置は例示の部分に限定せず、高調波付加部内のどの部分に配置しても差し支えない。あるいは、第１の加算手段１１、１２の前段に配置してもよい。
【００５３】
また、位相反転手段３の作用と第１の加算手段１１、１２の作用を兼用し、第１の加算手段１１、１２を減算手段で構成してもよい。すなわち、上記各実施形態において、２つ以上の手段の作用が１つの手段で実現されても、１つの手段の作用が２つ以上の手段で実現されてもよい。
【００５４】
さらに、入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は、負入力時で入出力特性が入力軸に交差する方向に折り返す特性を得ることができるものであれば、ここに例示した回路に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明にかかる低音増強装置は、スピーカやそれを駆動するパワーアンプを大型化することが困難な小型ステレオ、テレビなどにおいて、スピーカからの低域周波数特性の低下を補償し低音感を増強する用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態１および３における低音増強装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における反転加算増幅器の回路図
【図３】本発明の実施の形態１における非線形演算手段の回路図
【図４】本発明の実施の形態１における非線形演算手段の入出力特性図
【図５】本発明の実施の形態１における非線形演算手段に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図
【図６】本発明の実施の形態１における高調波生成手段の回路図
【図７】本発明の実施の形態１における高調波生成手段の入出力特性図
【図８】本発明の実施の形態１における高調波生成手段に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図
【図９】本発明の実施の形態２における低音増強装置のブロック図
【図１０】本発明の実施の形態３における高調波生成手段の回路図
【図１１】本発明の実施の形態３における非線形演算手段の入出力特性図
【図１２】本発明の実施の形態３における高調波生成手段の入出力特性図
【図１３】本発明の実施の形態３における高調波生成手段に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図
【図１４】本発明の高調波付加の概念図
【図１５】従来の低音増強装置のブロック図
【符号の説明】
【００５７】
１ 高調波付加部
２ 第２の加算手段
３ 位相反転手段
４ 第１の低域通過フィルタ
５ 高調波生成手段
６ 非線形演算手段
７ 第１の係数器
８ 第２の係数器
９ 線形演算手段
１０ 第２の低域通過フィルタ
１１、１２ 第１の加算手段
１３、１４ 音量調節手段
１５ 付加量調節手段
１６ 第１のフィルタ特性切り替え手段
１７ 第２のフィルタ特性切り替え手段
１８ 制御手段
１９ 音声判別手段
２０ 再生手段
３１ 高調波付加部
３２ 第２の加算手段
３３ 第１の低域通過フィルタ
３４ 高調波生成手段
３５ 全波整流器
３６ 第２の低域通過フィルタ
３７、３８ 第１の加算手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカやそれを駆動するパワーアンプを大型化することなく、スピーカの低域周波数特性の低下を聴覚的に補償し低音感を増強する低音増強装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年オーディオ機器の小型化が進み、特にスピーカの大きさの制約から十分な低域再生ができないないという問題を有していた。この問題を解決するために、低域は指向性があいまいであることを利用して、前方以外の位置にも設置可能な低域再生専用のスピーカとそれを駆動するパワーアンプを備えたシステムが販売されているが、設置場所を要するとか、高価である等の問題を有しており、また、このようなシステムにおいても小型化の要求が高まっている。
【０００３】
スピーカの低域周波数特性の低下を補償し低音感を増強する方法として、最も簡単にはイコライザーを用いて低域のゲインを上昇させる方法がある。しかし、スピーカの再生周波数帯域外の低音感を増強するには、低域ゲインを大幅に上昇させる必要があり、大電力出力が必要となり、スピーカを駆動するパワーアンプが大型化するという問題を有している。また、それに伴ってスピーカの許容入力も大きくする必要があり、スピーカも大型化するという問題を有している。
【０００４】
このような課題に対して、スピーカやそれを駆動するパワーアンプを大型化することなく、スピーカの再生周波数帯域外の低音感を増強する方法として、スピーカの再生周波数帯域外の低域信号を抽出し、その高調波を付加する方法が特許文献１に示されている。図１５は特許文献１に示されている低音増強装置のブロック図であって、以下、図１５を用いて従来の低音増強装置を説明する。
【０００５】
まず、装置に入力された左右の音声信号は第２の加算手段３２に入力され、左右の信号が加算される。第２の加算手段３２から出力された信号は第１の低域通過フィルタ３３に入力され、スピーカの再生周波数帯域外の低域信号が抽出される。第１の低域通過フィルタ３３から出力された信号は、高調波生成手段３４である全波整流器３５に入力され、入出力特性が出力軸に対して対称な偶関数であるため、主に第２次高調波に変換される。全波整流器３５から出力された信号は、第２の低域通過フィルタ３６に入力され、第２次高調波以外の高調波がカットされ、第２次高調波のみが抽出される。第２の低域通過フィルタ３６から出力された信号は、第１の加算手段３７、３８に入力され、装置に入力された左右信号に加算される。このようにして、入力された音声信号に対して、スピーカの再生周波数帯域外の低域信号の第２次高調波を付加することができる。
【０００６】
また、生成する高調波レベルを制御する方法として、抽出した信号にオフセットを与えた後に正負各半波成分にそれぞれ適当な値を乗じた信号を、抽出した信号に加算して高調波を生成する方法が特許文献２に示されている。
【特許文献１】特開平８−２３７８００号公報
【特許文献２】特許第３４６２５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は第２次高調波のみを付加するものである。音響心理学において、基音（基本波）が発せられず、その高調波のみが発せられる場合でも、人間は基音を感じることができることが知られている。例えば、７０Ｈｚ以下を再生できないスピーカにおいて、５０Ｈｚの第２次高調波、および第３次高調波である１００Ｈｚ、１５０Ｈｚを付加して再生した場合、人間は５０Ｈｚの基音を感じることができる。しかしながら、第２次高調波、および第４次高調波である１００Ｈｚ、２００Ｈｚを付加して再生した場合は、１００Ｈｚを基音、２００Ｈｚを第２次高調波であると誤認識し、基音である５０Ｈｚを感じることができない。また、第２次高調波である１００Ｈｚのみを再生した場合、１００Ｈｚを基音と誤認識し、基音である５０Ｈｚを感じることができない。このように、音響心理学を応用して、スピーカの低域周波数特性の低下を補償し低音感を増強するためには、第２次高調波および第３次高調波を付加する必要がある。
【０００８】
このように第２次高調波を主体とした偶数次高調波のみを付加する特許文献１の方法は、スピーカの再生周波数帯域外の基音の低音感を増強する効果が弱いという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２に記載の方法を実現するためには回路の規模が大きくなり、また抽出した信号から高調波だけでなく基本波も生成されるという問題を有している。
【００１０】
本発明の基本的な概念は、図１４のようにスピーカの再生周波数特性の低域が、基本波の範囲まで伸びていないものにおいて、原信号の基本波の第２次高調波、第３次高調波を発生させることによって、あたかも基本波が存在するように認識させ、スピーカやそれを駆動するパワーアンプを大型化することなく、スピーカの低域周波数特性の低下を補償し低音感を増強する低音増強装置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】
【００１１】
上記目的に対応するため、本発明の低音増強装置は、スピーカやそれを駆動するパワーアンプを大型化することなく、スピーカの低域周波数特性の低下を補償し低音感を増強するため、スピーカの再生周波数帯域外の低域信号を抽出し、当該抽出された信号に入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有する原点非対称な非線形演算を施し、当該非線形演算を施された信号と、前記抽出された信号をそれぞれ適当な倍率にて減算処理を行うことにより、基本波を減衰させて第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を生成し、当該生成した高調波を原信号に加算することで、
入力信号レベルが大きい場合にはスピーカの再生周波数帯域外の低域信号の第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を付加し、入力信号レベルが小さい場合には低域ゲインを増大させることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の低音増強装置は、スピーカの低域周波数特性の低下する帯域に含まれる低域信号に対して上記の処理を行うことにより、基本波を減衰させて第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を生成し、当該生成した高調波を原信号に加算することにより、
小規模な演算で、入力信号レベルが大きい場合にはスピーカの再生周波数帯域外の低域信号の第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を付加し、入力信号レベルが小さい場合には低域ゲインが増大し、ローコストで、スピーカやそれを駆動するパワーアンプを大型化することなく、スピーカの低域周波数特性の低下を補償し低音感を増強できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における低音増強装置のブロック図、図２は同じくその反転加算増幅器の回路図、図３は同じくその非線形演算手段の回路図、図４は同じく図３の非線形演算手段の入出力特性図、図５は同じく図３の非線形演算手段に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図、図６は同じく高調波生成手段の回路図、図７は同じく図６の高調波生成手段の入出力特性図、図８は同じく図６の高調波生成手段に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図である。
【００１４】
以下、図１、図２〜図８を用いて、本発明の低音増強装置を説明する。まず、低音増強装置に入力された左右の音声信号は、入力端子Ｔ１、Ｔ２からそれぞれ第１の加算手段１１、１２へ入力される信号と、高調波付加部１に入力される信号の２つに分岐される。
【００１５】
高調波付加部１は、第２の加算手段２、位相反転手段３、第１の低域通過フィルタ４、高調波生成手段５、第２の低域通過フィルタ１０で構成しており、高調波付加部１に入力された左右の音声信号は、第２の加算手段２に入力され加算される。第２の加算手段２から出力された信号は、位相反転手段３に入力され位相が反転される。
【００１６】
図２は反転加算増幅器の回路図であり、第２の加算手段２と位相反転手段３の作用を兼用している。抵抗器Ｒ１１とＲ１２の各一端には音声信号が加えられて加算されてＩＣ１１の反転入力端に入力され、ＩＣ１１の非反転入力は接地されている。また、出力端から反転入力端に抵抗器Ｒ１３が接続されている。
【００１７】
位相反転手段３から出力された信号は、第１の低域通過フィルタ４に入力され、スピーカの再生周波数帯域外の低域信号を抽出するように遮断周波数を設定する。回路規模を増大させないために、第１の低域通過フィルタ４は２次のものを使用する。ここで、第１の低域通過フィルタ４により通過帯域では位相の遅れはなく、遮断帯域では位相が１８０°遅れる。位相反転手段３による位相反転作用を含めると、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域では位相が１８０°進み、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の帯域では位相の遅れはない。
【００１８】
第１の低域通過フィルタ４から出力された信号は、高調波生成手段５に入力される。高調波生成手段５は、非線形演算手段６、第１の係数器７、第２の係数器８、線形演算手段９で構成する。
【００１９】
非線形演算手段６は、その入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称となるように正負非対称なリミッタ回路で構成する。その１例を示す図３の非線形演算手段６の回路図では、抵抗器Ｒ２１と直列に接続した、抵抗器Ｒ２０とダイオードＤ２１の並列回路を用いたダイオードリミッタ回路の構成となっている。ここで、入力電圧が負の一定電圧以下の場合、図４に示すようにダイオードＤ２１が導通状態となり出力振幅が制限される。これにより入出力特性が原点上を通り、原点非対称かつ出力軸に対して非対称な特性となり、奇数次高調波と偶数次高調波を生成することができる。
【００２０】
非線形演算手段６に単一正弦波を入力した場合のスペクトラムは、図５に示すように、非線形演算手段６から出力された信号には、非線形演算手段６に入力された信号と同一周波数信号である基本波も含まれている。ここで、基本波が多く含まれていると、その信号が高周波付加部１より出力される際に、後述する第１の加算手段１１、１２に入力端子Ｔ１、Ｔ２より入力された音声信号と加算され、スピーカの再生周波数帯域外の低域信号であるにもかかわらず、ゲインが増大して装置から出力され、大出力時にスピーカやそれを駆動するアンプの負担となる。
【００２１】
そこで、第１の係数器７により非線型演算手段６に入力される信号に所定の倍率を乗じ、第２の係数器８により非線型演算手段６から出力される信号に所定の倍率を乗じ、線形演算手段９により第２の係数器８から出力される信号から第１の係数器７から出力される信号を減算することにより、非線型演算手段６から出力された信号に含まれる基本波を減衰させる。これにより、高調波生成手段５は、基本波の信号レベルが小さく、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を生成することができる。
【００２２】
図６に示す高調波生成手段５の回路図は、線形演算手段９に差動増幅器を用いた例を示す。第１の係数器７は抵抗器Ｒ２４、Ｒ２５、第２の係数器８は抵抗器Ｒ２２、Ｒ２３で係数を設定している。線形演算手段９は、差動増幅器はＩＣ２１、抵抗器Ｒ２６、Ｒ２７で構成され、第１の係数器７の出力をＩＣ２１の反転入力側に、第２の係数器８の出力を非反転入力側に接続して、後者から前者を減算するように構成する。高調波生成手段５の入出力特性を図７に、高調波生成手段５に単一正弦波を入力したときのスペクトラムを図８に示す。図８から、高調波生成手段５から基本波の信号レベルが小さくなって出力されていることが分かる。
【００２３】
図７から分かるように、高調波生成手段５は、入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は、負入力時で、入出力特性が入力軸に交差する方向に折り返す特性を有している。このため、入力信号レベルが小さい場合は、線形性が保たれて、振幅は抑圧されずに高調波も生成されない。一方、入力信号レベルが大きい場合は、負入力電圧の信号は正出力電圧に折り返して出力され、ピーク・トゥ・ピーク振幅は抑圧されるとともに高調波が生成される。
【００２４】
すなわち、高調波生成手段５に入力される信号レベルが大きい場合は、入力信号レベルに対する基本波レベルが小さく、高調波レベルが大きくなる。いっぽう、高調波生成手段５に入力される信号レベルが小さい場合は、入力信号レベルに対する基本波レベルが大きく、高調波レベルが小さくなる。
【００２５】
高調波生成手段５に入力される信号レベルが最大となるときに、線形演算手段９により基本波が最も減衰するように、第１の係数器７および第２の係数器８の係数を設定することにより、高調波生成手段５に入力される信号レベルが最大の場合は、基本波レベルが小さくなり高調波が生成される。そして、高調波生成手段５に入力される信号レベルが小さくなるにつれ、入力信号レベルに対する基本波レベルが大きく、高調波レベルは小さくなる。
【００２６】
第１の低域通過フィルタ４を比較的緩やかな特性である２次のもので構成したため、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域信号だけでなく、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の低域信号も抽出される。ただし、スピーカの再生周波数帯域外の信号レベルに比べてスピーカの再生周波数帯域内の信号レベルは小さくなる。
したがって、高調波生成手段５に入力される信号レベルが大きい場合は、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域信号は、信号レベルが大きいため第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波に変換される。第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の低域信号は、周波数が高くなるにつれ信号レベルが小さくなるため、生成される高調波の比率が小さくなるとともに、基本波の比率が大きくなる。なお、位相反転手段３により第１の低域通過フィルタ４の位相遅れを補償しているため、基本波の位相の遅れはない。
また、高調波生成手段５に入力される信号レベルが小さい場合は、帯域に関係なく高調波が生成されずに通過するが、信号レベルは第１の低域通過フィルタ４の減衰特性にしたがって周波数が高くなるにつれ小さくなる。
【００２７】
高調波生成手段５から出力された信号は、第２の低域通過フィルタ１０に入力され、不要な高調波がカットされ、必要な帯域の高調波が抽出される。第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数は、第１の低域通過フィルタ４で抽出した低域信号の第３次高調波までを抽出するために、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数の約３倍に設定する。回路規模を増大させないために、第２の低域通過フィルタ１０は２次のものを使用する。
【００２８】
第２の低域通過フィルタ１０により、通過帯域では位相の遅れはなく、遮断帯域では位相が１８０°遅れる。位相反転手段３と第１の低域通過フィルタ４による位相変化を含めると、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域では位相が１８０°進み、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数と第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数との間の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の低域では位相の遅れはなく、第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の中低域では位相が１８０°遅れることになる。
【００２９】
高調波付加部１に入力される信号レベルが大きい場合は、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域信号は、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波に変換される。第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数と第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数との間の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の低域信号は、周波数が高くなるにつれ生成される高調波の比率が小さくなるとともに、基本波の比率が大きくなる。なお、基本波の位相の遅れはない。第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の中低域信号は、信号レベルが小さくなり位相が１８０°遅れて通過する。
【００３０】
高調波付加部１に入力される信号レベルが小さい場合は、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域信号は、位相が１８０°進み通過する。第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数と第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数との間の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の低域信号は、信号レベルが小さくなり位相の遅れがなく基本波のまま通過する。第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の中低域信号は、さらに信号レベルが小さくなり位相が１８０°遅れて通過する。
【００３１】
高調波付加部１の最終段である第２の低域通過フィルタ１０から出力された信号は、第１の加算手段１１、１２に入力され、入力端子Ｔ１、Ｔ２に入力された左右信号にそれぞれ加算される。
【００３２】
第１の加算手段１１、１２の出力は、入力信号レベルが大きい場合、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域信号は、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波が付加される。第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数と第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数との間の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の低域信号は、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波が若干付加されるとともに基本波の信号レベルが若干大きくなって出力される。第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の中低域信号は、高調波付加部１から位相が１８０°遅れて出力されるが信号レベルが小さいため、第１の加算手段１１、１２から出力される信号にほとんど影響を与えない。
【００３３】
第１の加算手段１１、１２の出力は、入力信号レベルが小さい場合、第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数以下の帯域であるスピーカの再生周波数帯域外の低域信号は、高調波付加部１から位相が１８０°進んで出力されるため、信号レベルが小さくなって出力される。第１の低域通過フィルタ４の遮断周波数と第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数との間の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の低域信号は、高調波付加部１から位相の遅れがなく出力されるため、信号レベルが大きくなって出力される。第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数以上の帯域であるスピーカの再生周波数帯域内の中低域信号は、高調波付加部１から位相が１８０°遅れて出力されるが信号レベルが小さいため、第１の加算手段１１、１２から出力される信号にほとんど影響を与えない。
【００３４】
このようにして、装置に入力された音声信号に対して、入力信号レベルが大きい場合にはスピーカの再生周波数帯域外の低域信号の第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を付加し、入力信号レベルが小さい場合には低域ゲインが増大するため、スピーカやそれを駆動するパワーアンプを大型化することなく、スピーカの低域周波数特性の低下を補償し低音感を増強できることとなる。
【００３５】
（実施の形態２）
図９は本発明の実施の形態２における低音増強装置のブロック図である。
【００３６】
以下、図９を用いて説明する。なお、実施の形態１と同様の部分については説明を省略するが、実施の形態１に音量調節手段１３、１４、付加量調節手段１５、第１のフィルタ特性切り替え手段１６、第２のフィルタ特性切り替え手段１７、制御手段１８、音声判別手段１９、再生手段２０を追加して構成したものである。
【００３７】
まず、低音増強装置に入力された左右の音声信号は、音量調節手段１３、１４に入力され音量が調節される。音量調節手段１３、１４は電子ボリュームで構成する。制御手段１８は、音量調節手段１３、１４に対して音量調節の指示を行う。
本発明低音増強装置は、実施の形態１において説明したように、入力信号レベルが小さい場合には低域ゲインが増大するが、音量調節手段１３、１４を第２の加算手段２および第１の加算手段１１、１２の前段に配置したことにより、小音量時の低域ゲイン増大の効果が大きくなる。
【００３８】
音量調節手段１３、１４から出力された左右の音声信号は、それぞれ第１の加算手段１１、１２へ入力される信号と、高調波付加部１に入力される信号の２つに分岐される。
【００３９】
高調波付加部１は第２の加算手段２、位相反転手段３、第１の低域通過フィルタ４、高調波生成手段５、第２の低域通過フィルタ１０、付加量調節手段１５、第１のフィルタ特性切り替え手段１６、第２のフィルタ特性切り替え手段１７で構成する。
【００４０】
付加量調節手段１５は、第２の低域通過フィルタ１０から出力された信号の大きさを調節するもので、電子ボリュームで構成する。制御手段１８は、付加量調節手段１５に対して付加量調節の指示を行う。
第１のフィルタ特性切り替え手段１６は、第１の低域通過フィルタ４の通過特性を切り替えるためのもので、第１の低域通過フィルタ４の定数を切り替えるように構成する。制御手段１８は、第１のフィルタ特性切り替え手段１６に対してフィルタ特性切り替えの指示を行う。
【００４１】
第２のフィルタ特性切り替え手段１７は、第２の低域通過フィルタ１０の通過特性を切り替えるためのもので、第２の低域通過フィルタ１０の定数を切り替えるように構成する。制御手段１８は、第２のフィルタ特性切り替え手段１７に対してフィルタ特性切り替えの指示を行う。
ここでは制御手段を１つとして説明したが、個別の制御手段で制御してもよい。
【００４２】
装置に入力される音声信号の種類に応じて最適な補正を行うために、入力される音声が記録されている媒体とその媒体に含まれる音声のチャンネル数を判別する音声判別手段１９を備え、音声の種類に関する情報を制御手段１８に伝達する。音声判別手段１９は、再生手段２０により再生され、装置に入力される音声が記録されている媒体のＴＯＣ情報などの認識情報から、音声が記録されている媒体、すなわちＣＤであるかＤＶＤビデオであるかＤＶＤオーディオであるか等を判別する。また、その媒体に含まれる音声のチャンネル数、すなわち２チャンネル音源のみか、５．１チャンネル音源が含まれているかを判別する。そして、その結果を、制御手段１８に伝達する。
【００４３】
一般に音楽信号に比べ映画音声信号のほうが、より低い周波数の信号が多く含まれており、また、より強い低音増強効果が求められる。そこで、音声判別手段１９から伝達された音声の種類に関する情報をもとに、制御手段１８は、音声が記録されている媒体がＤＶＤビデオであり、その媒体に５．１チャンネル音源が含まれている場合は他の場合に比べて、第１の低域通過フィルタ４、第２の低域通過フィルタ１０の遮断周波数を低く設定するように、第１のフィルタ切り替え手段１６、および第２のフィルタ切り替え手段１７に指示を行い、さらに付加量を多くするように付加量調節手段１５に指示を行う。この第１のフィルタ切り替え手段１６、および第２のフィルタ切り替え手段１７への指示と、付加量を多くするように付加量調節手段１５への指示とは、いずれか、または両方同時に行ってもよい。
【００４４】
これにより、装置に入力される音声信号の種類に応じて最適な補正を自動的に行うことができる。
【００４５】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３における低音増強装置の高調波生成手段５の回路図、図１１は同じくその非線形演算手段６の入出力特性図、図１２は同じくその高調波生成手段５の入出力特性図、図１３は同じくその高調波生成手段５に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図である。なお、低音増強装置の基本的な構成は実施の形態１で用いた図１と同様である。
【００４６】
以下、図１、図１０〜図１３を用いて説明する。図１０に示した高調波生成手段５は、ダイオードＤ３１、Ｄ３２による全波整流回路の前段増幅器ＩＣ３１の帰還部に抵抗器Ｒ３２を挿入して、全波整流器の折り返し点をシフトさせるとともに、各抵抗値の定数を正負ゲインが異なるように設定したものである。なお、第１の係数器７および第２の係数器８の係数は線形演算手段９の内部のゲインで設定している。Ｒ３１〜Ｒ３５は抵抗器である。またＩＣ３２、抵抗器Ｒ３６、Ｒ３７で構成した線形演算手段９自体は図６の９のものと同様である。
【００４７】
図１１は非線形演算手段６の入出力特性図であるが、実施の形態１における非線形演算手段６の入出力特性図である図４とは異なった特性である。実施の形態１においては、一定電圧以下の負入力電圧に対して振幅を抑制する特性であったが、実施の形態３においては、一定電圧以下の負入力電圧に対して振幅を拡張する特性である。
【００４８】
そこで、図１０では図６と異なり、高調波生成手段５への入力を線形演算手段９のＩＣ３２の非反転入力側に接続し、非線形演算手段６の出力を反転入力側に接続することで、前者から後者を減算し、図１２の特性を得る。
【００４９】
図１２は高調波生成手段５の入出力特性図であるが、実施の形態１における高調波生成手段５の入出力特性図である図７と類似の特性となる。すなわち、入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は負入力時で入出力特性が入力軸と交差する方向に折り返す特性を有している。
【００５０】
図１３は高調波生成手段５に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図であるが、実施の形態１における高調波生成手段５に単一正弦波を入力した場合のスペクトラムである図８と同様、基本波の信号レベルは抑制されており、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波が生成されている。なお、高調波生成手段５に入力する信号レベルは、実施の形態１に比べ高く調節している。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、非線型演算手段６の入出力特性に関係なく、高調波生成手段５の入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は負入力時で入出力特性が入力軸に交差する方向に折り返す特性を有しているならば、基本波の信号レベルが小さく、第２次高調波と第３次高調波を含んだ高調波を生成することができる。
【００５２】
なお、上記各実施形態において、位相反転手段３の位置は例示の部分に限定せず、高調波付加部内のどの部分に配置しても差し支えない。あるいは、第１の加算手段１１、１２の前段に配置してもよい。
【００５３】
また、位相反転手段３の作用と第１の加算手段１１、１２の作用を兼用し、第１の加算手段１１、１２を減算手段で構成してもよい。すなわち、上記各実施形態において、２つ以上の手段の作用が１つの手段で実現されても、１つの手段の作用が２つ以上の手段で実現されてもよい。
【００５４】
さらに、入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は、負入力時で入出力特性が入力軸に交差する方向に折り返す特性を得ることができるものであれば、ここに例示した回路に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明にかかる低音増強装置は、スピーカやそれを駆動するパワーアンプを大型化することが困難な小型ステレオ、テレビなどにおいて、スピーカからの低域周波数特性の低下を補償し低音感を増強する用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態１および３における低音増強装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における反転加算増幅器の回路図
【図３】本発明の実施の形態１における非線形演算手段の回路図
【図４】本発明の実施の形態１における非線形演算手段の入出力特性図
【図５】本発明の実施の形態１における非線形演算手段に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図
【図６】本発明の実施の形態１における高調波生成手段の回路図
【図７】本発明の実施の形態１における高調波生成手段の入出力特性図
【図８】本発明の実施の形態１における高調波生成手段に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図
【図９】本発明の実施の形態２における低音増強装置のブロック図
【図１０】本発明の実施の形態３における高調波生成手段の回路図
【図１１】本発明の実施の形態３における非線形演算手段の入出力特性図
【図１２】本発明の実施の形態３における高調波生成手段の入出力特性図
【図１３】本発明の実施の形態３における高調波生成手段に単一正弦波を入力した場合のスペクトラム図
【図１４】本発明の高調波付加の概念図
【図１５】従来の低音増強装置のブロック図
【符号の説明】
【００５７】
１ 高調波付加部
２ 第２の加算手段
３ 位相反転手段
４ 第１の低域通過フィルタ
５ 高調波生成手段
６ 非線形演算手段
７ 第１の係数器
８ 第２の係数器
９ 線形演算手段
１０ 第２の低域通過フィルタ
１１、１２ 第１の加算手段
１３、１４ 音量調節手段
１５ 付加量調節手段
１６ 第１のフィルタ特性切り替え手段
１７ 第２のフィルタ特性切り替え手段
１８ 制御手段
１９ 音声判別手段
２０ 再生手段
３１ 高調波付加部
３２ 第２の加算手段
３３ 第１の低域通過フィルタ
３４ 高調波生成手段
３５ 全波整流器
３６ 第２の低域通過フィルタ
３７、３８ 第１の加算手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置に入力された信号の低域成分を抽出する第１の低域通過フィルタと、
前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号の高調波を生成する高調波生成手段と、
前記高調波生成手段から出力された信号の低域成分を抽出する第２の低域通過フィルタと、
前記第２の低域通過フィルタから出力された信号を前記入力された音声信号に加算し装置から信号を出力する第１の加算手段とを備え、
さらに前記高調波生成手段は、前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号に所定の係数を乗じる第１の係数器と、前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号に対して非線形演算を行う非線形演算手段と、前記非線形演算手段から出力された信号に所定の係数を乗じる第２の係数器と、前記第１の係数器から出力された信号と前記第２の係数器から出力された信号に対して加算または減算の処理を行って、前記非線形演算手段から出力された信号より前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号を減衰させる線形演算手段とを備え、
前記非線形演算手段は、その入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であることを特徴とする低音増強装置。
【請求項２】
装置に入力された複数チャンネルの音声信号を加算する第２の加算手段と、
前記第２の加算手段から出力された信号の低域成分を抽出する第１の低域通過フィルタと、
前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号の高調波を生成する高調波生成手段と、
前記高調波生成手段から出力された信号の低域成分を抽出する第２の低域通過フィルタと、
前記第２の低域通過フィルタから出力された信号を前記入力された音声信号に加算し装置から信号を出力する第１の加算手段とを備え、
さらに前記高調波生成手段は、前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号に所定の係数を乗じる第１の係数器と、前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号に対して非線形演算を行う非線形演算手段と、前記非線形演算手段から出力された信号に所定の係数を乗じる第２の係数器と、前記第１の係数器から出力された信号と前記第２の係数器から出力された信号に対して加算または減算の処理を行って、前記非線形演算手段から出力された信号より前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号を減衰させる線形演算手段とを備え、
前記非線形演算手段は、その入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であることを特徴とする低音増強装置。
【請求項３】
前記非線形演算手段は、正負非対称なリミッタ回路で構成したことを特徴とする請求項１または２記載の低音増強装置。
【請求項４】
装置に入力された信号の低域成分を抽出する第１の低域通過フィルタと、
前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号の高調波を生成する高調波生成手段と、
前記高調波生成手段から出力された信号の低域成分を抽出する第２の低域通過フィルタと、
前記第２の低域通過フィルタから出力された信号を前記入力された音声信号に加算し装置から信号を出力する第１の加算手段とを備え、
前記高調波生成手段は、その入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、
入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、
入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は、正入力時もしくは負入力時の少なくとも一方で、入出力特性が入力軸と交差する方向に折り返す特性を有することを特徴とする低音増強装置。
【請求項５】
装置に入力された複数チャンネルの音声信号を加算する第２の加算手段と、
前記第２の加算手段から出力された信号の低域成分を抽出する第１の低域通過フィルタと、
前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号の高調波を生成する高調波生成手段と、
前記高調波生成手段から出力された信号の低域成分を抽出する第２の低域通過フィルタと、
前記第２の低域通過フィルタから出力された信号を前記入力された音声信号に加算し装置から信号を出力する第１の加算手段とを備え、
前記高調波生成手段は、その入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、
入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、
入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は、正入力時もしくは負入力時の少なくとも一方で、入出力特性が入力軸と交差する方向に折り返す特性を有することを特徴とする低音増強装置。
【請求項６】
前記第２の加算手段、前記第１の低域通過フィルタ、前記高調波生成手段、前記第２の低域通過フィルタとからなる高調波付加部の位相を反転する位相反転手段を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の低音増強装置。
【請求項７】
前記第１の低域通過フィルタを２次のフィルタで構成したことを特徴とする、請求項６に記載の低音増強装置。
【請求項８】
装置に入力された複数チャンネルの音声信号の音量を調節する音量調節手段を、前記第１の加算手段および前記第２の加算手段より前段に備えたことを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の低音増強装置。
【請求項９】
前記第１の低域通過フィルタの通過特性を切り替える第１のフィルタ特性切り替え手段と、
前記第１のフィルタ特性切り替え手段に対し特性切り替えの指示を行う制御手段と、
前記第２の低域通過フィルタの通過特性を切り替える第２のフィルタ特性切り替え手段と、
前記第２のフィルタ特性切り替え手段に対し特性切り替えの指示を行う制御手段と、
前記高調波付加部から出力される信号の音量を調節する付加量調節手段と、
前記付加量調節手段に対し付加量調節の指示を行う制御手段と、
入力される音声が記録されている媒体とその媒体に含まれる音声のチャンネル数を判別する音声判別手段とをさらに備え、
前記第１の低域通過フィルタの通過特性、または前記第２の低域通過フィルタの通過特性、または前記付加量調節手段の付加量のうち少なくとも１つを、入力される音声の種類に応じて自動的に切り替えるように構成したことを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の低音増強装置。
【請求項１０】
入力される音声が記録されている媒体がＤＶＤビデオであり、その媒体に５．１チャンネル音源が含まれている場合は他の場合に比べて、前記第１の低域通過フィルタの遮断周波数および前記第２の低域通過フィルタの遮断周波数を低い周波数に切り替える、または前記付加量調節手段の付加量を多くするように構成したことを特徴とする請求項９記載の低音増強装置。
【請求項１】
装置に入力された信号の低域成分を抽出する第１の低域通過フィルタと、
前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号の高調波を生成する高調波生成手段と、
前記高調波生成手段から出力された信号の低域成分を抽出する第２の低域通過フィルタと、
前記第２の低域通過フィルタから出力された信号を前記入力された音声信号に加算し装置から信号を出力する第１の加算手段とを備え、
さらに前記高調波生成手段は、前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号に所定の係数を乗じる第１の係数器と、前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号に対して非線形演算を行う非線形演算手段と、前記非線形演算手段から出力された信号に所定の係数を乗じる第２の係数器と、前記第１の係数器から出力された信号と前記第２の係数器から出力された信号に対して加算または減算の処理を行って、前記非線形演算手段から出力された信号より前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号を減衰させる線形演算手段とを備え、
前記非線形演算手段は、その入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であることを特徴とする低音増強装置。
【請求項２】
装置に入力された複数チャンネルの音声信号を加算する第２の加算手段と、
前記第２の加算手段から出力された信号の低域成分を抽出する第１の低域通過フィルタと、
前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号の高調波を生成する高調波生成手段と、
前記高調波生成手段から出力された信号の低域成分を抽出する第２の低域通過フィルタと、
前記第２の低域通過フィルタから出力された信号を前記入力された音声信号に加算し装置から信号を出力する第１の加算手段とを備え、
さらに前記高調波生成手段は、前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号に所定の係数を乗じる第１の係数器と、前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号に対して非線形演算を行う非線形演算手段と、前記非線形演算手段から出力された信号に所定の係数を乗じる第２の係数器と、前記第１の係数器から出力された信号と前記第２の係数器から出力された信号に対して加算または減算の処理を行って、前記非線形演算手段から出力された信号より前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号を減衰させる線形演算手段とを備え、
前記非線形演算手段は、その入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であることを特徴とする低音増強装置。
【請求項３】
前記非線形演算手段は、正負非対称なリミッタ回路で構成したことを特徴とする請求項１または２記載の低音増強装置。
【請求項４】
装置に入力された信号の低域成分を抽出する第１の低域通過フィルタと、
前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号の高調波を生成する高調波生成手段と、
前記高調波生成手段から出力された信号の低域成分を抽出する第２の低域通過フィルタと、
前記第２の低域通過フィルタから出力された信号を前記入力された音声信号に加算し装置から信号を出力する第１の加算手段とを備え、
前記高調波生成手段は、その入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、
入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、
入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は、正入力時もしくは負入力時の少なくとも一方で、入出力特性が入力軸と交差する方向に折り返す特性を有することを特徴とする低音増強装置。
【請求項５】
装置に入力された複数チャンネルの音声信号を加算する第２の加算手段と、
前記第２の加算手段から出力された信号の低域成分を抽出する第１の低域通過フィルタと、
前記第１の低域通過フィルタから出力された低域信号の高調波を生成する高調波生成手段と、
前記高調波生成手段から出力された信号の低域成分を抽出する第２の低域通過フィルタと、
前記第２の低域通過フィルタから出力された信号を前記入力された音声信号に加算し装置から信号を出力する第１の加算手段とを備え、
前記高調波生成手段は、その入出力特性が原点上を通り、原点以外の少なくとも１箇所以上に折れ点を有し、原点非対称であり、
入力信号レベルの絶対値が一定値以下の場合は線形特性を有し、
入力信号レベルの絶対値が一定値以上の場合は、正入力時もしくは負入力時の少なくとも一方で、入出力特性が入力軸と交差する方向に折り返す特性を有することを特徴とする低音増強装置。
【請求項６】
前記第２の加算手段、前記第１の低域通過フィルタ、前記高調波生成手段、前記第２の低域通過フィルタとからなる高調波付加部の位相を反転する位相反転手段を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の低音増強装置。
【請求項７】
前記第１の低域通過フィルタを２次のフィルタで構成したことを特徴とする、請求項６に記載の低音増強装置。
【請求項８】
装置に入力された複数チャンネルの音声信号の音量を調節する音量調節手段を、前記第１の加算手段および前記第２の加算手段より前段に備えたことを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の低音増強装置。
【請求項９】
前記第１の低域通過フィルタの通過特性を切り替える第１のフィルタ特性切り替え手段と、
前記第１のフィルタ特性切り替え手段に対し特性切り替えの指示を行う制御手段と、
前記第２の低域通過フィルタの通過特性を切り替える第２のフィルタ特性切り替え手段と、
前記第２のフィルタ特性切り替え手段に対し特性切り替えの指示を行う制御手段と、
前記高調波付加部から出力される信号の音量を調節する付加量調節手段と、
前記付加量調節手段に対し付加量調節の指示を行う制御手段と、
入力される音声が記録されている媒体とその媒体に含まれる音声のチャンネル数を判別する音声判別手段とをさらに備え、
前記第１の低域通過フィルタの通過特性、または前記第２の低域通過フィルタの通過特性、または前記付加量調節手段の付加量のうち少なくとも１つを、入力される音声の種類に応じて自動的に切り替えるように構成したことを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の低音増強装置。
【請求項１０】
入力される音声が記録されている媒体がＤＶＤビデオであり、その媒体に５．１チャンネル音源が含まれている場合は他の場合に比べて、前記第１の低域通過フィルタの遮断周波数および前記第２の低域通過フィルタの遮断周波数を低い周波数に切り替える、または前記付加量調節手段の付加量を多くするように構成したことを特徴とする請求項９記載の低音増強装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−２７０６９８（Ｐ２００６−２７０６９８Ａ）
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−８７８４３（Ｐ２００５−８７８４３）
【出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月５日（２００６．１０．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２５日（２００５．３．２５）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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