音響処理装置及び方法
【課題】 特定の聴取位置において基音と高調波の逆転によって生じる耳障りを抑制することが可能であり、特定の聴取位置以外の点においても適用したフィルタによって耳障り音が新たに発生することがない音響処理装置を提供する。
【解決手段】 音響処理装置は、入力再生信号から基音周波数ｆｂ（ｎ）と高調波周波数ｆＮ(ｎ)を検出する。そして、入力再生信号と、入力音響特性の畳み込み信号について、基音レベルＬｂ(ｎ)と高調波レベルＬＮ(ｎ)を算出する。算出した基音振幅レベルＬｂ(ｎ)と高調波振幅レベルＬＮ(ｎ)とを比較し、Ｌｂ(ｎ)より高いＬＮ(ｎ)があれば、Ｌｂ(ｎ)＞ＬＮ(ｎ)となるような補正フィルタを生成し、再生信号へ適用する。
【解決手段】 音響処理装置は、入力再生信号から基音周波数ｆｂ（ｎ）と高調波周波数ｆＮ(ｎ)を検出する。そして、入力再生信号と、入力音響特性の畳み込み信号について、基音レベルＬｂ(ｎ)と高調波レベルＬＮ(ｎ)を算出する。算出した基音振幅レベルＬｂ(ｎ)と高調波振幅レベルＬＮ(ｎ)とを比較し、Ｌｂ(ｎ)より高いＬＮ(ｎ)があれば、Ｌｂ(ｎ)＞ＬＮ(ｎ)となるような補正フィルタを生成し、再生信号へ適用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音響処理装置に関し、特に、聴取室の音響特性やスピーカの音圧周波数特性等の影響によって発生する音質の劣化を抑制する音響処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｋなどの大容量記憶媒体の登場や高音質音源のネットワーク配信の拡大により、家庭内で高精度・高ダイナミックレンジのオーディオ信号が手軽に入手できるようになった。このようなオーディオ信号の高精度化に伴って、再生機器に対してもより原信号に近いすなわちより原音忠実な臨場感のある音響再生への要求が高まっている。原音忠実な再生環境を実現するには原信号がそのまま聴取者へ届く、すなわち再生装置から聴取者の耳までのオーディオ信号が辿る経路（以下「音響経路」という。）の音圧周波数特性（以下「ｆ特」という。）がフラットであることが望ましい。
【０００３】
しかし、家庭でオーディオ信号を再生する場合、音響経路のｆ特をフラットにするのはきわめて困難である。音響経路のｆ特が変化する要因は様々あり、スピーカのｆ特や音響経路上の音響機器の持つｆ特、聴取室の音響特性などが挙げられるが、中でも影響力が大きいのが、聴取室の音響特性による影響である。
【０００４】
聴取室内において聴取者にはスピーカから発音された直接音だけでなく、壁や床、天井などで反射した反射音も届く。それらの音波は干渉するため、ｆ特上に大きなディップやピークを生じる。さらに聴取位置が変化すると、直接音と反射音の経路差も変化するため、ピークやディップの位置が変化してしまう。つまり聴取室の音響特性による影響は聴取位置に依存し大きく変化してしまうという特性をもっている。
【０００５】
このように再生されたオーディオ信号は音質劣化、結果として聴感に様々な影響を及ぼす。そこで、原音忠実な信号再生を実現するためには上記のような音響経路のｆ特の乱れを補正し、聴感上の悪影響を抑制するような音響処理が非常に重要になってくる。
【０００６】
従来、このようなｆ特の乱れに対しては、入力信号のｆ特を調整するグラフィックイコライザなどのｆ特調整装置を利用しユーザ自身が手作業で所望のｆ特に近づける方法があった。また、測定信号を用いて音響経路のｆ特を測定し、自動的に所望のｆ特に近づける補正を行う自動音場補正を用いる方法などもある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−１６６６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
人の声や楽器の音は、図８（Ａ）に示すように、基音と高調波から構成される。基音とは、いわゆる音高（又はピッチ）にあたる周波数成分であり、高調波とは、基音のＮ倍(Ｎ＝２，３，４，・・・)の周波数成分である。通常、基音の振幅レベル（以下「基音レベルＬｂ」という。）はＮ次高調波の振幅レベル（以下「高調波レベルＬＮ」という。）よりも大きく、基音レベルＬｂと高調波レベルＬＮのバランスによって音色（ｔｏｎｅ ｃｏｌｏｒ）が決まる。
【０００９】
ここで、基音レベルＬｂと高調波レベルＬＮのバランスについて、試聴実験から図８（Ｂ）に示すように、楽曲信号中の基音レベルＬｂよりも高調波レベルＬＮが相対的に大きくなる現象（以下「逆転現象」という。）が発生すると聴感上耳障りに感じるとの結果が出ている。これはつまり、オーディオ信号が再生される際に音響経路のｆ特の影響を受け基音レベルＬｂと高調波レベルＬＮのバランスが崩れてしまい逆転現象が発生すると、聴感上耳障りに感じてしまうことを意味する。
【００１０】
このような影響を補正するため音響経路のｆ特をフラットにする必要性がある。ｆ特をフラットにする方法として逆フィルタによる補正が考えられる。しかしFIRフィルタで音響経路のｆ特をフラットにするほどの特性を実現するためには多大なタップ数が必要であり、現在の信号処理性能では非常に困難であった。
【００１１】
そのため、短いタップのフィルタを使用せざるを得なく、ｆ特上にピークやディップが残ってしまっていた。つまり従来の方法では、上述の逆転現象により発生する聴感上の耳障りを抑制することができなかった。
【００１２】
また、聴取室のｆ特は聴取位置によって変化してしまう。そのため、ｆ特をフラットにする逆フィルタが実現できたとしても、聴取位置以外の点（例えば聴取位置から１ｍずれた点）における音響経路のｆ特のピークやディップを増大させてしまう可能性があった。このように、従来のような音響経路のｆ特に対する逆フィルタによる補正では、聴取位置以外の場所では耳障り音の発生を助長してしまう可能性があった。
【００１３】
そこで、本発明は、特定の聴取位置において基音と高調波の逆転による耳障り音の発生を抑制することを可能にする。また、特定の聴取位置以外の位置においても、補正によって、耳障り音の発生を助長させないようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一側面に係る音響処理装置は、入力した音響信号の基音周波数及び高調波周波数を算出する算出手段と、音響経路の少なくとも一部における音響特性を入力する入力手段と、前記音響信号と前記音響特性との畳み込み演算を行う演算手段と、前記演算手段での演算により得られた信号について、前記基音周波数の振幅レベルである基音レベルと、前記高調波周波数の振幅レベルである高調波レベルとを検出する第１のレベル検出手段と、前記高調波レベルが前記基音レベルより高い場合に、該基音レベルが該高調波レベルよりも高いレベルとなるように該基音レベル又は該高調波レベルを調整する調整手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、音響経路の周波数特性の影響で発生する基音レベルと高調波レベルとの逆転現象を抑制し、聴感上の耳障りな音が発生するのを抑制することができる。また、特定の聴取位置以外の点においても聴感上の耳障りな音の発生を助長することなく補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は実施形態１における音響処理装置のブロック図、（Ｃ）は実施形態１における音響信号処理部の詳細のブロック図。
【図２】（Ａ）は畳み込みＦＦＴ処理部の出力信号、（Ｂ）はフィルタ生成部で生成される帯域減衰フィルタの特性の例を示す図。
【図３】実施形態１における音響処理のフローチャート。
【図４】実施形態１における基音周波数ｆｂ及び高調波周波数ｆＮの検出を説明する図。
【図５】実施形態３における音響信号処理部の詳細のブロック図。
【図６】実施形態３における逆転判定を説明する図。
【図７】実施形態４における音響処理装置のブロック図。
【図８】（Ａ）は基音及び高調波を説明する図、（Ｂ）は逆転現象を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。
【００１８】
＜実施形態１＞
図１（Ａ）は、実施形態１に係る音響処理装置の構成を示すブロック図である。同図において、信号解析処理部１００は、再生信号入力部１０１、音響特性入力部１０２、音響信号処理部１０３、及び、信号出力部１０４を備える。
【００１９】
再生信号入力部１０１は、ＣＤプレーヤ１又はＤＶＤプレーヤなどの音響再生装置から再生信号としての音響信号を入力する。入力した音響信号がアナログ信号であった場合、後のデジタル信号処理のためにＡ／Ｄ変換を施す。
【００２０】
音響特性入力部１０２には、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）２等の機器から、あらかじめ測定された音響経路又はその一部における音響特性のデータであるインパルス応答が入力される。なお、音響経路とは、上述したように、音響処理装置から聴取者の耳までの、音響信号が辿る経路をいう。ここで、音響特性入力部１０２に入力されるインパルス応答は、音響経路の少なくとも一部におけるインパルス応答を算出できる形式であればよい。周波数スペクトルや伝達関数の形式で入力された場合は、入力された信号をインパルス応答に変換して出力するようにしてもよい。
【００２１】
なお、音響特性入力部１０２は、音響特性のデータを外部から入力するかわりに、音響処理装置自体が音響特性を測定できる機能を有していてもよい。そのような例を、図１（Ｂ）を用いて説明する。同図に示す信号解析処理部１００は、図１（Ａ）に示した構成に対して、音響特性測定部３０２及びマイクロホン３１３を更に有する構成である。
【００２２】
音響特性測定部３０２は、測定信号生成部３１１及び音響特性演算部３１２を含む。測定信号生成部３１１は、聴取室の室内インパルス応答を測定するための測定信号を発生する。一般的には、室内インパルス応答を測定するための信号としては、ＭＬＳ（Maximum Length Sequence）などが使用される。測定信号はその場で演算されてもよいし、あらかじめメモリなどに保持されていてもよい。測定信号生成部３１１で生成れたインパルス応答測定信号はスピーカ４から発音され、聴取位置にセッティングされたマイクロホン３１３で収音される。
【００２３】
音響特性演算部３１２ではマイクロホン３１３で収音された信号と測定信号から相互相関を取ることでインパルス応答が演算される。ここで図１（Ｂ）において算出されるインパルス応答は測定信号が通過した音響経路、すなわちユーザが設置したイコライザ５及びスピーカ４のｆ特と聴取室の音響特性が統合されたインパルス応答が算出される。算出されたインパルス応答は音響特性入力部１０２へ入力される。
このようにして、音響処理装置自体が音響特性測定を行うようにしてもよい。
【００２４】
音響信号処理部１０３は、再生信号入力部１０１と音響特性入力部１０２からの入力信号を受け、再生信号入力部１０１からの入力信号に所要の音響処理を施す。信号出力部１０４は、音響信号処理部１０３からの信号を受け、アナログ信号を出力する場合にはＤ／Ａ変換を施し出力する。出力された信号はアンプ３などの音響機器に入力されスピーカ４から発音される。
【００２５】
なお、図には１チャネル分の経路しか描かれていないが、入力信号がマルチチャネル信号の場合、チャネルごとに上記の処理系統が独立に設けられる。例えば入力信号がステレオ信号ならば、２チャネルの系統を有することになる。
【００２６】
次に、上述した実施形態中の音響信号処理部１０３での信号の流れを図１（Ｃ）を参照して説明する。
再生信号入力部１０１より音響信号処理部１０３へ入力された音響信号は、フレーム分割部１１１へ入力される。フレーム分割部１１１は、入力した音響信号を所定の時間長のフレームに分割する。具体的には、後の処理のために信号を窓関数で切り出し、ＦＦＴ処理部１１２、畳み込みＦＦＴ処理部１１４及び遅延処理部１２０へ出力する。ＦＦＴ処理部１１２は、入力信号に対しＦＦＴ処理を施し、それにより得られた周波数スペクトルを基音・高調波周波数検出部１１３へ出力する。基音・高調波周波数検出部１１３は、入力された周波数スペクトルから基音周波数ｆｂ及び高調波周波数ｆＮを検出し、レベル検出部１１５へ出力する。
【００２７】
一方、畳み込みＦＦＴ処理部１１４は、フレーム分割部１１１から出力された１フレームの音響信号と音響特性入力部１０２から入力されたインパルス応答との畳み込み演算、及び畳み込み演算の結果に対するＦＦＴ処理を行う。算出された周波数スペクトルは、レベル検出部１１５へ出力される。
【００２８】
レベル検出部１１５は、入力された周波数スペクトル、基音周波数ｆｂ及び高調波周波数ｆＮから、入力された周波数スペクトルの基音レベルＬｂと高調波レベルＬＮを検出する。検出した基音レベルＬｂと高調波レベルＬＮは逆転判定部１１６へ出力される。
【００２９】
逆転判定部１１６は、入力された基音レベルＬｂと高調波レベルＬＮとを比較し、Ｌｂより高いＮが存在した場合、フィルタ生成処理実行を指示する制御信号をフィルタ生成部１１７へ出力する。一方、全てのＬＮがＬｂ以下であった場合、フィルタ生成部１１７へフィルタ生成及び適用処理停止を指示する制御信号を出力する。
【００３０】
フィルタ生成部１１７は、制御信号を受けて、フィルタ生成の処理を行う。制御信号がフィルタ生成処理実行を示す場合は、次のような処理行う。例えば、畳み込みＦＦＴ処理部１１４の出力が図２（Ａ）のようであった場合、図２（Ｂ）のように全てのＬＮについてＬｂ＞ＬＮとなるよう高調波レベルを減衰させる帯域減衰フィルタを生成し、フィルタ適用部１１８へ出力する。ここで本実施形態では信号の増幅によるデータのクリッピングを避けるために高調波レベルを減衰させるが、Ｌｂ＞ＬＮとなるよう基音レベルを増幅させる帯域増幅フィルタを生成してもよい。さらにＬｂ＞ＬＮとなるよう基音レベルを増幅させる帯域増幅フィルタと高調波レベルを減衰させる帯域減衰フィルタの両方を生成してもよい。しかし、増幅フィルタによってデータがクリッピングしないように注意する必要がある。
【００３１】
遅延処理部１２０は、フィルタ生成までの処理で発生する時間遅延を考慮して遅延処理を施し、フィルタ適用部１１８へ出力する。フィルタ適用部１１８は、入力されたフィルタを、遅延処理部１２０の出力に対して適用し、フレーム結合部１１９へ出力する。
【００３２】
逆転判定部１１６の出力がフィルタ生成及び適用停止を指示する制御信号であった場合、フィルタ生成部１１７及びフィルタ適用部１１８は処理を実行せず、フレーム分割部１１１の出力をそのままフレーム結合部１１９へ出力する。
【００３３】
最後に、フレーム結合部１１９は、フレームごと処理されたフィルタ適用部１１８の出力を結合し、信号出力部１０４へ出力する。
【００３４】
次に、音響信号処理部１０３での処理のフローを、図３を用いて詳細に説明する。
Ｓ２０１では、フレーム分割部１１１において再生信号の分割が行われる。すなわち、再生信号入力部１０１から入力された再生信号の時間波形信号を切り出す。ここで信号を切り出す窓関数は切り出した信号を再結合した際にデータ量が増減しないような窓関数を使用する。Ｓ２０２乃至Ｓ２１１の処理はこのフレーム単位で処理が行われ、処理が行われた信号はＳ２１２で結合される。
【００３５】
Ｓ２０２では、ＦＦＴ処理部１１２においてフレーム分割部１１１からの出力信号に対して周波数スペクトルを算出するためにＦＦＴ処理が行われる。Ｓ２０３乃至Ｓ２０５は、基音・高調波周波数検出部１１３で処理される。Ｓ２０３乃至Ｓ２０５の基音周波数検出、高調波周波数の算出、未検出ピークの有無の判断については、図４を用いて説明する。
【００３６】
はじめに、Ｓ２０３で、最大ピーク周波数検出が行われる。Ｓ２０２の処理によって算出された周波数スペクトル（図４（Ａ））から振幅レベルの最大値を検出し、その値が所定の振幅レベル以上である場合は、その最大値の周波数を算出する。ここで所定の振幅レベルとは信号とノイズを分離するために設定される値である。そのため、値は例えば図４（Ａ）の最大振幅レベルの半分の値(約−６ｄＢ)としてもよいし、ユーザが設定できるようにしてもよく、その他の方法を用いて値を決定してもよい。
【００３７】
本実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、算出した最大値の周波数を基音周波数ｆｂ（ｎ）とする。ここでｎはＳ２０３及びＳ２０４の繰り返し回数を示すものであり、図４（Ｂ）では１回目の検出であるため、ｆｂ(１)となっている。繰り返しの条件など詳細は後のＳ２０５の説明において述べる。
【００３８】
Ｓ２０４では、基音周波数ｆｂ（ｎ）に対してＮ倍(Ｎ＝２，３，４，・・・)の周波数をＮ次高調波周波数ｆＮ(ｎ)として算出する。
【００３９】
ｆＮ（ｎ） = ｆｂ（ｎ）＊Ｎ （Ｎ＝２，３，４，・・・）
ここで、楽曲中の高調波周波数は必ずしも基音周波数の整数倍でなく、多少周波数がずれている可能性がある。そこで算出した高調波周波数ｆＮ(ｎ)に対応するＳ２０２の周波数スペクトルを参照し、所定の範囲内にスペクトルピークがあった場合、そのピークに対応する周波数を高調波周波数ｆＮ(ｎ)としてもよい。
【００４０】
Ｓ２０５では、Ｓ２０２の周波数スペクトルにおいて基音周波数ｆｂ（ｎ）及び高調波周波数ｆＮ(ｎ)以外に所定の振幅レベルを超えるスペクトルピークがあるか否かを判定する。図４（Ａ）に示したＳ２０２のスペクトルに対し、すでに検出した基音周波数ｆｂ(１)及び高調波周波数ｆＮ(１)の周波数成分を除いたスペクトル（図４（Ｃ））において所定の振幅レベルを超える信号があるかないかを判断する。所定の振幅レベルを超える信号があると判断された場合は、図４（Ｄ）の如く、Ｓ２０５において所定の振幅レベルを超える信号がなくなるまでＳ２０３及びＳ２０４の処理を行う。
【００４１】
Ｓ２０６乃至Ｓ２０７の処理は畳み込みＦＦＴ処理部１１４において行われる。Ｓ２０６では音響特性入力部１０２より入力されたインパルス応答と、Ｓ２０１でフレーム分割された信号の畳み込み演算が行われる。Ｓ２０７ではＳ２０６の畳み込み演算の結果に対してＦＦＴ処理を施し、Ｓ２０１でフレーム分割された信号に音響特性入力部１０２より入力されたインパルス応答を畳み込んだ信号の周波数スペクトルを算出する。この周波数スペクトルは再生信号の周波数スペクトルが入力された音響特性の影響を受けて変化した結果を示している。
【００４２】
Ｓ２０８の処理はレベル検出部１１５で行われる。Ｓ２０８ではＳ２０３乃至Ｓ２０５によって検出された全ての基音周波数ｆｂ（ｎ）と全ての高調波周波数ｆＮ(ｎ)についてＳ２０７で算出した周波数スペクトルにおける基音レベルＬｂ(ｎ)及び高調波レベルＬＮ(ｎ)を算出する。
【００４３】
Ｓ２０９の処理は逆転判定部１１６で行われる。Ｓ２０９ではそれぞれｎについて独立に基音レベルＬｂ(ｎ)と高調波レベルＬＮ(ｎ)を比較する。全てのｎについて比較を行った結果、基音レベルＬｂ(ｎ)よりも高調波レベルＬＮ(ｎ)が大きくなっている逆転現象が見つかった場合、フィルタ生成の制御信号をフィルタ生成部１１７へ出力する。一方、逆転現象が見つからなかった場合、フィルタ生成部１１７及びフィルタ適用部１１８へフィルタ生成及びフィルタ適用を止める制御信号を出力し、Ｓ２１０乃至Ｓ２１１の処理は行われない。
【００４４】
Ｓ２１０の処理はフィルタ生成部１１７で行われる。Ｓ２１０ではＳ２０９で検出した逆転現象を起こしている高調波周波数ｆＮ(ｎ)に対して高調波レベルＬＮ(ｎ)が基音レベルＬｂ(ｎ)より低くなるように帯域減衰フィルタ(ノッチフィルタ)を生成する。前述したとおり、基音周波数に対して基音レベルＬｂ(ｎ)が高調波レベルＬＮ(ｎ)より高くなるように帯域増幅フィルタを生成してもよいし、その両方を生成してもよい。ここで生成させるフィルタは、フィルタ処理を施すピークに隣接するピークに影響を及ぼさないような帯域幅に設計されることが望ましい。
【００４５】
Ｓ２１１の処理はフィルタ適用部１１８で行われる。Ｓ２１１ではＳ２１０で生成したフィルタをＳ２０１でフレーム分割された信号に対して適用する。ここでＳ２０１の出力はＳ２０２乃至Ｓ２１０の処理時間を鑑み遅延処理部１２０で遅延処理されている。
【００４６】
Ｓ２１２の処理はフレーム結合部１１９で行われる。Ｓ２１２ではフレームごとに処理されたＳ２１１の出力を結合していく。結合された信号は、信号出力部１０４へ出力される。
【００４７】
このような構成によれば、楽曲の高調波に対してのみ帯域減衰フィルタを適用するため、聴取位置以外の場所においても聴感上の耳障り音の発生を助長させることなく、聴取位置における耳障り音を抑制できるという利点がある。
【００４８】
＜実施形態２＞
以下では、聴取位置が複数ある場合の実施形態について説明する。
音響信号処理部の構成は図１（Ｃ）と同様である。本実施形態においては、説明のため、聴取点のｆ特（音圧周波数特性）を、ＧLP(ｆ) (ＬＰ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・)で表す。ここでＡ，Ｂ，Ｃ，・・・はそれぞれ聴取位置を示し、ｆは周波数を示す。音響特性入力部１０２に複数聴取点のｆ特ＧLP(ｆ)が入力された場合、畳み込みＦＦＴ処理部１１４ではそれぞれ聴取位置LPについて独立にＧLP(ｆ)とフレーム分割部１１１の出力との畳み込み演算及び演算結果に対するFFT処理が行われる。このようにして聴取位置ごと独立に周波数スペクトルが算出される。
【００４９】
Ｓ２０８乃至Ｓ２０９の処理も聴取位置ＬＰごと独立に行われる。Ｓ２０９において逆転現象が検出された場合、逆転現象を抑制するフィルタを生成する。すなわち、全ての聴取位置ＬＰにおいて高調波レベルＬＮLP(ｎ)が基音レベルＬｂLP(ｎ)より相対的に小さくなるようにフィルタを生成する。ここで、ユーザが各聴取位置ＬＰに優先度をつけ、その優先度に応じて優先度が高い場所において高調波レベルＬＮLP(ｎ)が基音レベルＬｂLP(ｎ)より相対的に小さくなるようにフィルタを生成してもよい。また、過半数の聴取位置ＬＰにおいて高調波レベルＬＮLP(ｎ)が基音レベルＬｂLP(ｎ)より相対的に小さくなるようにフィルタを生成してもよい。
【００５０】
このように、各処理部はそれぞれ聴取位置LPについて独立に動作する。このようにすれば聴取者が複数人数の場合においてもそれぞれの聴取位置において耳障り音を抑制できる。
【００５１】
＜実施形態３＞
図５は本発明の第３の実施形態に係る音響信号処理部１０３の構成をブロック図で示したものである。図１（Ｃ）に対して第２のレベル検出部２１５が追加されている。また、本実施形態において基音・高調波周波数検出部１１３では基音周波数検出方法として最大ピーク検出を用いた基音検出方法以外の方法を用いてもよい。例えば既存の音階検出(ピッチ検出)装置を用いて検出された音階を基音としてもよい。また逆転判定部１１６には第１のレベル検出部１１５の出力だけでなく第２のレベル検出部２１５の出力も入力される。なお他の構成は他の実施形態と同様である。
【００５２】
レベル検出部１１５では畳み込みＦＦＴ処理部１１４の出力に対してＳ２０８の基音レベルＬｂ(ｎ)検出及び高調波レベルＬＮ(ｎ)検出処理が行われる。レベル検出部２１５ではＦＦＴ処理部１１２の出力に対してＳ２０８の基音レベルＬsｂ(ｎ)及び高調波レベルＬsＮ(ｎ)の検出処理が行われる。
【００５３】
逆転判定部１１６では、レベル検出部１１５の出力に対して、それぞれｎについて独立に基音レベルＬｂ(ｎ)と高調波レベルＬＮ(ｎ)の比較を行う。またレベル検出部２１５の出力に対しても、それぞれｎについて独立に基音レベルＬsｂ(ｎ)と高調波レベルＬsＮ(ｎ)の比較を行う。
【００５４】
比較結果の一例を図６に示す。図６（Ａ）の如く上記比較の結果においてＬsｂ(ｎ)とＬsN(ｎ)の比較からは発見されなかった逆転現象がＬｂ(ｎ)とＬＮ(ｎ)の比較において１つ以上発見された場合、フィルタ生成部１１７へフィルタ生成の制御信号を出力する。一方、図６（Ｂ）の如くＦＦＴ処理部１１２の出力において既に逆転が検出されている場合や逆転現象が起こっていなかった場合、フィルタ生成部１１７及びフィルタ適用部１１８へフィルタ生成及びフィルタ適用を止める制御信号を出力する。したがってＳ２１０乃至Ｓ２１１の処理は行われない。
【００５５】
フィルタ生成部１１７では、逆転判定部１１６からの制御信号を受け逆転抑制フィルタの生成を行う。
【００５６】
上記比較の結果、Ｌsｂ(ｎ)＞ＬsＮ(ｎ)、かつ、Ｌｂ(ｎ)＜ＬＮ(ｎ)である基音周波数ｆｂ（ｎ）及び高調波周波数ｆＮ（ｎ）については次のようにする。すなわち、実施形態１の如く高調波レベルＬＮ(ｎ)が基音レベルＬｂ(ｎ)よりも低くなるように帯域減衰フィルタを生成する。ここでフィルタは以下のように生成してもよい。
【００５７】
上記比較の結果が図６（Ｃ）の如くＬsｂ(ｎ)＞ＬsN(ｎ)かつＬｂ(ｎ)＜ＬＮ(ｎ)かつＬＮ(ｎ)＞ＬsＮ(ｎ)である場合、次のようにする。すなわち、高調波周波数ｆＮ(ｎ)に対してＬｂ(ｎ) ＞ＬＮ(ｎ)となるように帯域減衰フィルタ（ノッチフィルタ）を生成する。
【００５８】
また、上記比較の結果が図６（Ｄ）の如くＬsｂ(ｎ)＞ＬsＮ(ｎ)かつＬｂ(ｎ)＜ＬＮ(ｎ)かつＬｂ(ｎ)＜Ｌsｂ(ｎ)である場合は次のようにする。すなわち、基音周波数ｆｂ（ｎ）に対して、Ｌｂ(ｎ) ＞ＬＮ(ｎ)となるように帯域増幅フィルタ(ピークフィルタ)を生成する。ここで、補正量すなわち補正フィルタのゲインは補正後の基音レベルと高調波レベルの比率が切り出し信号の比率と略等しくなるように設定されることが望ましい。
【００５９】
このような構成によれば、楽曲の基音に対して帯域増幅フィルタを適用し、高調波に対して帯域減衰フィルタを適用する。このため、聴取位置以外の場所においても聴感上の耳障り音の発生を助長させることなく、聴取位置における耳障り音を抑制できるという利点がある。さらに、実施形態１と比較して基音レベルＬｂ(ｎ)と高調波レベルＬＮ(ｎ)のバランスを基音レベルＬsｂ(ｎ)と高調波レベルＬsＮ(ｎ)のバランスに近づけることができるため、より理想的な補正が可能である。
【００６０】
＜実施形態４＞
試聴実験から、高域に関してはスピーカのｆ特と聴感の相関性が高く、低域は聴取位置で測定したｆ特と聴感の相関性が高いという結果が出ている。したがって、スピーカのｆ特と聴取位置で測定したｆ特が独立に入力されるように構成してもよい。また、グラフィックイコライザなどのユーザがｆ特を調整できる音響機器のｆ特は、逐次ユーザによって更新される可能性があるため、独立に入力されることが望ましい。その他にもスピーカが複数設置される場合、各スピーカごとに音響経路が異なるため、複数のインパルス応答の入力が必要となる。
【００６１】
このように、本発明において、音響特性入力部１０２に入力される音響特性は１つとは限らず、また、入力した音響特性を必ずしも全て使用する必要がないため、以下のような実施形態をとってもよい。
【００６２】
図７は、本発明の第４の実施形態に係る音響処理装置の構成を示すブロック図である。
図７では、図１（Ｃ）の音響特性入力部１０２が音響特性入力部４０２に置き換えられている。音響特性入力部４０２は、メモリ部４１２、選択部４１３、インパルス応答演算部４１１を含む。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００６３】
音響特性入力部４０２には例えばＰＣ２などが接続され、音響経路の少なくとも一部におけるインパルス応答が入力され、メモリ部４１２に記憶される。ここでメモリ部４１２には上述したような複数の音響特性が記憶されるため、あらかじめ記憶する音響特性に名前をつけるなど、それぞれの音響特性が何の音響特性か特定できるようにされていることが望ましい。
【００６４】
選択部４１３では補正に使用される音響特性が選択される。ここで選択部４１３は補正に使用する音響特性をユーザ自身が選択できるようにメモリ部４１２に記憶されている音響特性を特定する情報を表示する表示装置やどの音響特性を選択するのかを切り替える切り替えスイッチなどを備えていてもよい。また、選択部４１３は再生信号入力部１０１からの入力信号によって自動的に使用する音響特性を選択するようにしてもよい。例えば、マルチチャネルの音響特性がチャネルごと独立に記憶されている場合、再生信号入力部１０１に入力された再生信号がステレオかマルチチャネルかによって使用する音響特性を自動で選択するようにしてもよい。
【００６５】
インパルス応答演算部４１１では選択部４１３で選択された音響特性から補正に使用するインパルス応答を演算し出力する。ここで、インパルス応答演算部４１１において選択した音響特性の優先度や使用する帯域などを入力する装置を設け、ユーザがそれらのパラメータを任意に設定できるようにし、補正に使用するインパルス応答を演算するようにしてもよい。
【００６６】
このようにすれば、複数の音響特性が入力された場合においても補正に使用するインパルス応答をユーザが簡単に選択できる。
【００６７】
＜他の実施形態＞
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は音響処理装置に関し、特に、聴取室の音響特性やスピーカの音圧周波数特性等の影響によって発生する音質の劣化を抑制する音響処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｋなどの大容量記憶媒体の登場や高音質音源のネットワーク配信の拡大により、家庭内で高精度・高ダイナミックレンジのオーディオ信号が手軽に入手できるようになった。このようなオーディオ信号の高精度化に伴って、再生機器に対してもより原信号に近いすなわちより原音忠実な臨場感のある音響再生への要求が高まっている。原音忠実な再生環境を実現するには原信号がそのまま聴取者へ届く、すなわち再生装置から聴取者の耳までのオーディオ信号が辿る経路（以下「音響経路」という。）の音圧周波数特性（以下「ｆ特」という。）がフラットであることが望ましい。
【０００３】
しかし、家庭でオーディオ信号を再生する場合、音響経路のｆ特をフラットにするのはきわめて困難である。音響経路のｆ特が変化する要因は様々あり、スピーカのｆ特や音響経路上の音響機器の持つｆ特、聴取室の音響特性などが挙げられるが、中でも影響力が大きいのが、聴取室の音響特性による影響である。
【０００４】
聴取室内において聴取者にはスピーカから発音された直接音だけでなく、壁や床、天井などで反射した反射音も届く。それらの音波は干渉するため、ｆ特上に大きなディップやピークを生じる。さらに聴取位置が変化すると、直接音と反射音の経路差も変化するため、ピークやディップの位置が変化してしまう。つまり聴取室の音響特性による影響は聴取位置に依存し大きく変化してしまうという特性をもっている。
【０００５】
このように再生されたオーディオ信号は音質劣化、結果として聴感に様々な影響を及ぼす。そこで、原音忠実な信号再生を実現するためには上記のような音響経路のｆ特の乱れを補正し、聴感上の悪影響を抑制するような音響処理が非常に重要になってくる。
【０００６】
従来、このようなｆ特の乱れに対しては、入力信号のｆ特を調整するグラフィックイコライザなどのｆ特調整装置を利用しユーザ自身が手作業で所望のｆ特に近づける方法があった。また、測定信号を用いて音響経路のｆ特を測定し、自動的に所望のｆ特に近づける補正を行う自動音場補正を用いる方法などもある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−１６６６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
人の声や楽器の音は、図８（Ａ）に示すように、基音と高調波から構成される。基音とは、いわゆる音高（又はピッチ）にあたる周波数成分であり、高調波とは、基音のＮ倍(Ｎ＝２，３，４，・・・)の周波数成分である。通常、基音の振幅レベル（以下「基音レベルＬｂ」という。）はＮ次高調波の振幅レベル（以下「高調波レベルＬＮ」という。）よりも大きく、基音レベルＬｂと高調波レベルＬＮのバランスによって音色（ｔｏｎｅ ｃｏｌｏｒ）が決まる。
【０００９】
ここで、基音レベルＬｂと高調波レベルＬＮのバランスについて、試聴実験から図８（Ｂ）に示すように、楽曲信号中の基音レベルＬｂよりも高調波レベルＬＮが相対的に大きくなる現象（以下「逆転現象」という。）が発生すると聴感上耳障りに感じるとの結果が出ている。これはつまり、オーディオ信号が再生される際に音響経路のｆ特の影響を受け基音レベルＬｂと高調波レベルＬＮのバランスが崩れてしまい逆転現象が発生すると、聴感上耳障りに感じてしまうことを意味する。
【００１０】
このような影響を補正するため音響経路のｆ特をフラットにする必要性がある。ｆ特をフラットにする方法として逆フィルタによる補正が考えられる。しかしFIRフィルタで音響経路のｆ特をフラットにするほどの特性を実現するためには多大なタップ数が必要であり、現在の信号処理性能では非常に困難であった。
【００１１】
そのため、短いタップのフィルタを使用せざるを得なく、ｆ特上にピークやディップが残ってしまっていた。つまり従来の方法では、上述の逆転現象により発生する聴感上の耳障りを抑制することができなかった。
【００１２】
また、聴取室のｆ特は聴取位置によって変化してしまう。そのため、ｆ特をフラットにする逆フィルタが実現できたとしても、聴取位置以外の点（例えば聴取位置から１ｍずれた点）における音響経路のｆ特のピークやディップを増大させてしまう可能性があった。このように、従来のような音響経路のｆ特に対する逆フィルタによる補正では、聴取位置以外の場所では耳障り音の発生を助長してしまう可能性があった。
【００１３】
そこで、本発明は、特定の聴取位置において基音と高調波の逆転による耳障り音の発生を抑制することを可能にする。また、特定の聴取位置以外の位置においても、補正によって、耳障り音の発生を助長させないようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一側面に係る音響処理装置は、入力した音響信号の基音周波数及び高調波周波数を算出する算出手段と、音響経路の少なくとも一部における音響特性を入力する入力手段と、前記音響信号と前記音響特性との畳み込み演算を行う演算手段と、前記演算手段での演算により得られた信号について、前記基音周波数の振幅レベルである基音レベルと、前記高調波周波数の振幅レベルである高調波レベルとを検出する第１のレベル検出手段と、前記高調波レベルが前記基音レベルより高い場合に、該基音レベルが該高調波レベルよりも高いレベルとなるように該基音レベル又は該高調波レベルを調整する調整手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、音響経路の周波数特性の影響で発生する基音レベルと高調波レベルとの逆転現象を抑制し、聴感上の耳障りな音が発生するのを抑制することができる。また、特定の聴取位置以外の点においても聴感上の耳障りな音の発生を助長することなく補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は実施形態１における音響処理装置のブロック図、（Ｃ）は実施形態１における音響信号処理部の詳細のブロック図。
【図２】（Ａ）は畳み込みＦＦＴ処理部の出力信号、（Ｂ）はフィルタ生成部で生成される帯域減衰フィルタの特性の例を示す図。
【図３】実施形態１における音響処理のフローチャート。
【図４】実施形態１における基音周波数ｆｂ及び高調波周波数ｆＮの検出を説明する図。
【図５】実施形態３における音響信号処理部の詳細のブロック図。
【図６】実施形態３における逆転判定を説明する図。
【図７】実施形態４における音響処理装置のブロック図。
【図８】（Ａ）は基音及び高調波を説明する図、（Ｂ）は逆転現象を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。
【００１８】
＜実施形態１＞
図１（Ａ）は、実施形態１に係る音響処理装置の構成を示すブロック図である。同図において、信号解析処理部１００は、再生信号入力部１０１、音響特性入力部１０２、音響信号処理部１０３、及び、信号出力部１０４を備える。
【００１９】
再生信号入力部１０１は、ＣＤプレーヤ１又はＤＶＤプレーヤなどの音響再生装置から再生信号としての音響信号を入力する。入力した音響信号がアナログ信号であった場合、後のデジタル信号処理のためにＡ／Ｄ変換を施す。
【００２０】
音響特性入力部１０２には、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）２等の機器から、あらかじめ測定された音響経路又はその一部における音響特性のデータであるインパルス応答が入力される。なお、音響経路とは、上述したように、音響処理装置から聴取者の耳までの、音響信号が辿る経路をいう。ここで、音響特性入力部１０２に入力されるインパルス応答は、音響経路の少なくとも一部におけるインパルス応答を算出できる形式であればよい。周波数スペクトルや伝達関数の形式で入力された場合は、入力された信号をインパルス応答に変換して出力するようにしてもよい。
【００２１】
なお、音響特性入力部１０２は、音響特性のデータを外部から入力するかわりに、音響処理装置自体が音響特性を測定できる機能を有していてもよい。そのような例を、図１（Ｂ）を用いて説明する。同図に示す信号解析処理部１００は、図１（Ａ）に示した構成に対して、音響特性測定部３０２及びマイクロホン３１３を更に有する構成である。
【００２２】
音響特性測定部３０２は、測定信号生成部３１１及び音響特性演算部３１２を含む。測定信号生成部３１１は、聴取室の室内インパルス応答を測定するための測定信号を発生する。一般的には、室内インパルス応答を測定するための信号としては、ＭＬＳ（Maximum Length Sequence）などが使用される。測定信号はその場で演算されてもよいし、あらかじめメモリなどに保持されていてもよい。測定信号生成部３１１で生成れたインパルス応答測定信号はスピーカ４から発音され、聴取位置にセッティングされたマイクロホン３１３で収音される。
【００２３】
音響特性演算部３１２ではマイクロホン３１３で収音された信号と測定信号から相互相関を取ることでインパルス応答が演算される。ここで図１（Ｂ）において算出されるインパルス応答は測定信号が通過した音響経路、すなわちユーザが設置したイコライザ５及びスピーカ４のｆ特と聴取室の音響特性が統合されたインパルス応答が算出される。算出されたインパルス応答は音響特性入力部１０２へ入力される。
このようにして、音響処理装置自体が音響特性測定を行うようにしてもよい。
【００２４】
音響信号処理部１０３は、再生信号入力部１０１と音響特性入力部１０２からの入力信号を受け、再生信号入力部１０１からの入力信号に所要の音響処理を施す。信号出力部１０４は、音響信号処理部１０３からの信号を受け、アナログ信号を出力する場合にはＤ／Ａ変換を施し出力する。出力された信号はアンプ３などの音響機器に入力されスピーカ４から発音される。
【００２５】
なお、図には１チャネル分の経路しか描かれていないが、入力信号がマルチチャネル信号の場合、チャネルごとに上記の処理系統が独立に設けられる。例えば入力信号がステレオ信号ならば、２チャネルの系統を有することになる。
【００２６】
次に、上述した実施形態中の音響信号処理部１０３での信号の流れを図１（Ｃ）を参照して説明する。
再生信号入力部１０１より音響信号処理部１０３へ入力された音響信号は、フレーム分割部１１１へ入力される。フレーム分割部１１１は、入力した音響信号を所定の時間長のフレームに分割する。具体的には、後の処理のために信号を窓関数で切り出し、ＦＦＴ処理部１１２、畳み込みＦＦＴ処理部１１４及び遅延処理部１２０へ出力する。ＦＦＴ処理部１１２は、入力信号に対しＦＦＴ処理を施し、それにより得られた周波数スペクトルを基音・高調波周波数検出部１１３へ出力する。基音・高調波周波数検出部１１３は、入力された周波数スペクトルから基音周波数ｆｂ及び高調波周波数ｆＮを検出し、レベル検出部１１５へ出力する。
【００２７】
一方、畳み込みＦＦＴ処理部１１４は、フレーム分割部１１１から出力された１フレームの音響信号と音響特性入力部１０２から入力されたインパルス応答との畳み込み演算、及び畳み込み演算の結果に対するＦＦＴ処理を行う。算出された周波数スペクトルは、レベル検出部１１５へ出力される。
【００２８】
レベル検出部１１５は、入力された周波数スペクトル、基音周波数ｆｂ及び高調波周波数ｆＮから、入力された周波数スペクトルの基音レベルＬｂと高調波レベルＬＮを検出する。検出した基音レベルＬｂと高調波レベルＬＮは逆転判定部１１６へ出力される。
【００２９】
逆転判定部１１６は、入力された基音レベルＬｂと高調波レベルＬＮとを比較し、Ｌｂより高いＮが存在した場合、フィルタ生成処理実行を指示する制御信号をフィルタ生成部１１７へ出力する。一方、全てのＬＮがＬｂ以下であった場合、フィルタ生成部１１７へフィルタ生成及び適用処理停止を指示する制御信号を出力する。
【００３０】
フィルタ生成部１１７は、制御信号を受けて、フィルタ生成の処理を行う。制御信号がフィルタ生成処理実行を示す場合は、次のような処理行う。例えば、畳み込みＦＦＴ処理部１１４の出力が図２（Ａ）のようであった場合、図２（Ｂ）のように全てのＬＮについてＬｂ＞ＬＮとなるよう高調波レベルを減衰させる帯域減衰フィルタを生成し、フィルタ適用部１１８へ出力する。ここで本実施形態では信号の増幅によるデータのクリッピングを避けるために高調波レベルを減衰させるが、Ｌｂ＞ＬＮとなるよう基音レベルを増幅させる帯域増幅フィルタを生成してもよい。さらにＬｂ＞ＬＮとなるよう基音レベルを増幅させる帯域増幅フィルタと高調波レベルを減衰させる帯域減衰フィルタの両方を生成してもよい。しかし、増幅フィルタによってデータがクリッピングしないように注意する必要がある。
【００３１】
遅延処理部１２０は、フィルタ生成までの処理で発生する時間遅延を考慮して遅延処理を施し、フィルタ適用部１１８へ出力する。フィルタ適用部１１８は、入力されたフィルタを、遅延処理部１２０の出力に対して適用し、フレーム結合部１１９へ出力する。
【００３２】
逆転判定部１１６の出力がフィルタ生成及び適用停止を指示する制御信号であった場合、フィルタ生成部１１７及びフィルタ適用部１１８は処理を実行せず、フレーム分割部１１１の出力をそのままフレーム結合部１１９へ出力する。
【００３３】
最後に、フレーム結合部１１９は、フレームごと処理されたフィルタ適用部１１８の出力を結合し、信号出力部１０４へ出力する。
【００３４】
次に、音響信号処理部１０３での処理のフローを、図３を用いて詳細に説明する。
Ｓ２０１では、フレーム分割部１１１において再生信号の分割が行われる。すなわち、再生信号入力部１０１から入力された再生信号の時間波形信号を切り出す。ここで信号を切り出す窓関数は切り出した信号を再結合した際にデータ量が増減しないような窓関数を使用する。Ｓ２０２乃至Ｓ２１１の処理はこのフレーム単位で処理が行われ、処理が行われた信号はＳ２１２で結合される。
【００３５】
Ｓ２０２では、ＦＦＴ処理部１１２においてフレーム分割部１１１からの出力信号に対して周波数スペクトルを算出するためにＦＦＴ処理が行われる。Ｓ２０３乃至Ｓ２０５は、基音・高調波周波数検出部１１３で処理される。Ｓ２０３乃至Ｓ２０５の基音周波数検出、高調波周波数の算出、未検出ピークの有無の判断については、図４を用いて説明する。
【００３６】
はじめに、Ｓ２０３で、最大ピーク周波数検出が行われる。Ｓ２０２の処理によって算出された周波数スペクトル（図４（Ａ））から振幅レベルの最大値を検出し、その値が所定の振幅レベル以上である場合は、その最大値の周波数を算出する。ここで所定の振幅レベルとは信号とノイズを分離するために設定される値である。そのため、値は例えば図４（Ａ）の最大振幅レベルの半分の値(約−６ｄＢ)としてもよいし、ユーザが設定できるようにしてもよく、その他の方法を用いて値を決定してもよい。
【００３７】
本実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、算出した最大値の周波数を基音周波数ｆｂ（ｎ）とする。ここでｎはＳ２０３及びＳ２０４の繰り返し回数を示すものであり、図４（Ｂ）では１回目の検出であるため、ｆｂ(１)となっている。繰り返しの条件など詳細は後のＳ２０５の説明において述べる。
【００３８】
Ｓ２０４では、基音周波数ｆｂ（ｎ）に対してＮ倍(Ｎ＝２，３，４，・・・)の周波数をＮ次高調波周波数ｆＮ(ｎ)として算出する。
【００３９】
ｆＮ（ｎ） = ｆｂ（ｎ）＊Ｎ （Ｎ＝２，３，４，・・・）
ここで、楽曲中の高調波周波数は必ずしも基音周波数の整数倍でなく、多少周波数がずれている可能性がある。そこで算出した高調波周波数ｆＮ(ｎ)に対応するＳ２０２の周波数スペクトルを参照し、所定の範囲内にスペクトルピークがあった場合、そのピークに対応する周波数を高調波周波数ｆＮ(ｎ)としてもよい。
【００４０】
Ｓ２０５では、Ｓ２０２の周波数スペクトルにおいて基音周波数ｆｂ（ｎ）及び高調波周波数ｆＮ(ｎ)以外に所定の振幅レベルを超えるスペクトルピークがあるか否かを判定する。図４（Ａ）に示したＳ２０２のスペクトルに対し、すでに検出した基音周波数ｆｂ(１)及び高調波周波数ｆＮ(１)の周波数成分を除いたスペクトル（図４（Ｃ））において所定の振幅レベルを超える信号があるかないかを判断する。所定の振幅レベルを超える信号があると判断された場合は、図４（Ｄ）の如く、Ｓ２０５において所定の振幅レベルを超える信号がなくなるまでＳ２０３及びＳ２０４の処理を行う。
【００４１】
Ｓ２０６乃至Ｓ２０７の処理は畳み込みＦＦＴ処理部１１４において行われる。Ｓ２０６では音響特性入力部１０２より入力されたインパルス応答と、Ｓ２０１でフレーム分割された信号の畳み込み演算が行われる。Ｓ２０７ではＳ２０６の畳み込み演算の結果に対してＦＦＴ処理を施し、Ｓ２０１でフレーム分割された信号に音響特性入力部１０２より入力されたインパルス応答を畳み込んだ信号の周波数スペクトルを算出する。この周波数スペクトルは再生信号の周波数スペクトルが入力された音響特性の影響を受けて変化した結果を示している。
【００４２】
Ｓ２０８の処理はレベル検出部１１５で行われる。Ｓ２０８ではＳ２０３乃至Ｓ２０５によって検出された全ての基音周波数ｆｂ（ｎ）と全ての高調波周波数ｆＮ(ｎ)についてＳ２０７で算出した周波数スペクトルにおける基音レベルＬｂ(ｎ)及び高調波レベルＬＮ(ｎ)を算出する。
【００４３】
Ｓ２０９の処理は逆転判定部１１６で行われる。Ｓ２０９ではそれぞれｎについて独立に基音レベルＬｂ(ｎ)と高調波レベルＬＮ(ｎ)を比較する。全てのｎについて比較を行った結果、基音レベルＬｂ(ｎ)よりも高調波レベルＬＮ(ｎ)が大きくなっている逆転現象が見つかった場合、フィルタ生成の制御信号をフィルタ生成部１１７へ出力する。一方、逆転現象が見つからなかった場合、フィルタ生成部１１７及びフィルタ適用部１１８へフィルタ生成及びフィルタ適用を止める制御信号を出力し、Ｓ２１０乃至Ｓ２１１の処理は行われない。
【００４４】
Ｓ２１０の処理はフィルタ生成部１１７で行われる。Ｓ２１０ではＳ２０９で検出した逆転現象を起こしている高調波周波数ｆＮ(ｎ)に対して高調波レベルＬＮ(ｎ)が基音レベルＬｂ(ｎ)より低くなるように帯域減衰フィルタ(ノッチフィルタ)を生成する。前述したとおり、基音周波数に対して基音レベルＬｂ(ｎ)が高調波レベルＬＮ(ｎ)より高くなるように帯域増幅フィルタを生成してもよいし、その両方を生成してもよい。ここで生成させるフィルタは、フィルタ処理を施すピークに隣接するピークに影響を及ぼさないような帯域幅に設計されることが望ましい。
【００４５】
Ｓ２１１の処理はフィルタ適用部１１８で行われる。Ｓ２１１ではＳ２１０で生成したフィルタをＳ２０１でフレーム分割された信号に対して適用する。ここでＳ２０１の出力はＳ２０２乃至Ｓ２１０の処理時間を鑑み遅延処理部１２０で遅延処理されている。
【００４６】
Ｓ２１２の処理はフレーム結合部１１９で行われる。Ｓ２１２ではフレームごとに処理されたＳ２１１の出力を結合していく。結合された信号は、信号出力部１０４へ出力される。
【００４７】
このような構成によれば、楽曲の高調波に対してのみ帯域減衰フィルタを適用するため、聴取位置以外の場所においても聴感上の耳障り音の発生を助長させることなく、聴取位置における耳障り音を抑制できるという利点がある。
【００４８】
＜実施形態２＞
以下では、聴取位置が複数ある場合の実施形態について説明する。
音響信号処理部の構成は図１（Ｃ）と同様である。本実施形態においては、説明のため、聴取点のｆ特（音圧周波数特性）を、ＧLP(ｆ) (ＬＰ＝Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・)で表す。ここでＡ，Ｂ，Ｃ，・・・はそれぞれ聴取位置を示し、ｆは周波数を示す。音響特性入力部１０２に複数聴取点のｆ特ＧLP(ｆ)が入力された場合、畳み込みＦＦＴ処理部１１４ではそれぞれ聴取位置LPについて独立にＧLP(ｆ)とフレーム分割部１１１の出力との畳み込み演算及び演算結果に対するFFT処理が行われる。このようにして聴取位置ごと独立に周波数スペクトルが算出される。
【００４９】
Ｓ２０８乃至Ｓ２０９の処理も聴取位置ＬＰごと独立に行われる。Ｓ２０９において逆転現象が検出された場合、逆転現象を抑制するフィルタを生成する。すなわち、全ての聴取位置ＬＰにおいて高調波レベルＬＮLP(ｎ)が基音レベルＬｂLP(ｎ)より相対的に小さくなるようにフィルタを生成する。ここで、ユーザが各聴取位置ＬＰに優先度をつけ、その優先度に応じて優先度が高い場所において高調波レベルＬＮLP(ｎ)が基音レベルＬｂLP(ｎ)より相対的に小さくなるようにフィルタを生成してもよい。また、過半数の聴取位置ＬＰにおいて高調波レベルＬＮLP(ｎ)が基音レベルＬｂLP(ｎ)より相対的に小さくなるようにフィルタを生成してもよい。
【００５０】
このように、各処理部はそれぞれ聴取位置LPについて独立に動作する。このようにすれば聴取者が複数人数の場合においてもそれぞれの聴取位置において耳障り音を抑制できる。
【００５１】
＜実施形態３＞
図５は本発明の第３の実施形態に係る音響信号処理部１０３の構成をブロック図で示したものである。図１（Ｃ）に対して第２のレベル検出部２１５が追加されている。また、本実施形態において基音・高調波周波数検出部１１３では基音周波数検出方法として最大ピーク検出を用いた基音検出方法以外の方法を用いてもよい。例えば既存の音階検出(ピッチ検出)装置を用いて検出された音階を基音としてもよい。また逆転判定部１１６には第１のレベル検出部１１５の出力だけでなく第２のレベル検出部２１５の出力も入力される。なお他の構成は他の実施形態と同様である。
【００５２】
レベル検出部１１５では畳み込みＦＦＴ処理部１１４の出力に対してＳ２０８の基音レベルＬｂ(ｎ)検出及び高調波レベルＬＮ(ｎ)検出処理が行われる。レベル検出部２１５ではＦＦＴ処理部１１２の出力に対してＳ２０８の基音レベルＬsｂ(ｎ)及び高調波レベルＬsＮ(ｎ)の検出処理が行われる。
【００５３】
逆転判定部１１６では、レベル検出部１１５の出力に対して、それぞれｎについて独立に基音レベルＬｂ(ｎ)と高調波レベルＬＮ(ｎ)の比較を行う。またレベル検出部２１５の出力に対しても、それぞれｎについて独立に基音レベルＬsｂ(ｎ)と高調波レベルＬsＮ(ｎ)の比較を行う。
【００５４】
比較結果の一例を図６に示す。図６（Ａ）の如く上記比較の結果においてＬsｂ(ｎ)とＬsN(ｎ)の比較からは発見されなかった逆転現象がＬｂ(ｎ)とＬＮ(ｎ)の比較において１つ以上発見された場合、フィルタ生成部１１７へフィルタ生成の制御信号を出力する。一方、図６（Ｂ）の如くＦＦＴ処理部１１２の出力において既に逆転が検出されている場合や逆転現象が起こっていなかった場合、フィルタ生成部１１７及びフィルタ適用部１１８へフィルタ生成及びフィルタ適用を止める制御信号を出力する。したがってＳ２１０乃至Ｓ２１１の処理は行われない。
【００５５】
フィルタ生成部１１７では、逆転判定部１１６からの制御信号を受け逆転抑制フィルタの生成を行う。
【００５６】
上記比較の結果、Ｌsｂ(ｎ)＞ＬsＮ(ｎ)、かつ、Ｌｂ(ｎ)＜ＬＮ(ｎ)である基音周波数ｆｂ（ｎ）及び高調波周波数ｆＮ（ｎ）については次のようにする。すなわち、実施形態１の如く高調波レベルＬＮ(ｎ)が基音レベルＬｂ(ｎ)よりも低くなるように帯域減衰フィルタを生成する。ここでフィルタは以下のように生成してもよい。
【００５７】
上記比較の結果が図６（Ｃ）の如くＬsｂ(ｎ)＞ＬsN(ｎ)かつＬｂ(ｎ)＜ＬＮ(ｎ)かつＬＮ(ｎ)＞ＬsＮ(ｎ)である場合、次のようにする。すなわち、高調波周波数ｆＮ(ｎ)に対してＬｂ(ｎ) ＞ＬＮ(ｎ)となるように帯域減衰フィルタ（ノッチフィルタ）を生成する。
【００５８】
また、上記比較の結果が図６（Ｄ）の如くＬsｂ(ｎ)＞ＬsＮ(ｎ)かつＬｂ(ｎ)＜ＬＮ(ｎ)かつＬｂ(ｎ)＜Ｌsｂ(ｎ)である場合は次のようにする。すなわち、基音周波数ｆｂ（ｎ）に対して、Ｌｂ(ｎ) ＞ＬＮ(ｎ)となるように帯域増幅フィルタ(ピークフィルタ)を生成する。ここで、補正量すなわち補正フィルタのゲインは補正後の基音レベルと高調波レベルの比率が切り出し信号の比率と略等しくなるように設定されることが望ましい。
【００５９】
このような構成によれば、楽曲の基音に対して帯域増幅フィルタを適用し、高調波に対して帯域減衰フィルタを適用する。このため、聴取位置以外の場所においても聴感上の耳障り音の発生を助長させることなく、聴取位置における耳障り音を抑制できるという利点がある。さらに、実施形態１と比較して基音レベルＬｂ(ｎ)と高調波レベルＬＮ(ｎ)のバランスを基音レベルＬsｂ(ｎ)と高調波レベルＬsＮ(ｎ)のバランスに近づけることができるため、より理想的な補正が可能である。
【００６０】
＜実施形態４＞
試聴実験から、高域に関してはスピーカのｆ特と聴感の相関性が高く、低域は聴取位置で測定したｆ特と聴感の相関性が高いという結果が出ている。したがって、スピーカのｆ特と聴取位置で測定したｆ特が独立に入力されるように構成してもよい。また、グラフィックイコライザなどのユーザがｆ特を調整できる音響機器のｆ特は、逐次ユーザによって更新される可能性があるため、独立に入力されることが望ましい。その他にもスピーカが複数設置される場合、各スピーカごとに音響経路が異なるため、複数のインパルス応答の入力が必要となる。
【００６１】
このように、本発明において、音響特性入力部１０２に入力される音響特性は１つとは限らず、また、入力した音響特性を必ずしも全て使用する必要がないため、以下のような実施形態をとってもよい。
【００６２】
図７は、本発明の第４の実施形態に係る音響処理装置の構成を示すブロック図である。
図７では、図１（Ｃ）の音響特性入力部１０２が音響特性入力部４０２に置き換えられている。音響特性入力部４０２は、メモリ部４１２、選択部４１３、インパルス応答演算部４１１を含む。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００６３】
音響特性入力部４０２には例えばＰＣ２などが接続され、音響経路の少なくとも一部におけるインパルス応答が入力され、メモリ部４１２に記憶される。ここでメモリ部４１２には上述したような複数の音響特性が記憶されるため、あらかじめ記憶する音響特性に名前をつけるなど、それぞれの音響特性が何の音響特性か特定できるようにされていることが望ましい。
【００６４】
選択部４１３では補正に使用される音響特性が選択される。ここで選択部４１３は補正に使用する音響特性をユーザ自身が選択できるようにメモリ部４１２に記憶されている音響特性を特定する情報を表示する表示装置やどの音響特性を選択するのかを切り替える切り替えスイッチなどを備えていてもよい。また、選択部４１３は再生信号入力部１０１からの入力信号によって自動的に使用する音響特性を選択するようにしてもよい。例えば、マルチチャネルの音響特性がチャネルごと独立に記憶されている場合、再生信号入力部１０１に入力された再生信号がステレオかマルチチャネルかによって使用する音響特性を自動で選択するようにしてもよい。
【００６５】
インパルス応答演算部４１１では選択部４１３で選択された音響特性から補正に使用するインパルス応答を演算し出力する。ここで、インパルス応答演算部４１１において選択した音響特性の優先度や使用する帯域などを入力する装置を設け、ユーザがそれらのパラメータを任意に設定できるようにし、補正に使用するインパルス応答を演算するようにしてもよい。
【００６６】
このようにすれば、複数の音響特性が入力された場合においても補正に使用するインパルス応答をユーザが簡単に選択できる。
【００６７】
＜他の実施形態＞
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力した音響信号の基音周波数及び高調波周波数を算出する算出手段と、
音響経路の少なくとも一部における音響特性を入力する入力手段と、
前記音響信号と前記音響特性との畳み込み演算を行う演算手段と、
前記演算手段での演算により得られた信号について、前記基音周波数の振幅レベルである基音レベルと、前記高調波周波数の振幅レベルである高調波レベルとを検出する第１のレベル検出手段と、
前記高調波レベルが前記基音レベルより高い場合に、該基音レベルが該高調波レベルよりも高いレベルになるように該基音レベル又は該高調波レベルあるいはその両方を調整する調整手段と、
を有することを特徴とする音響処理装置。
【請求項２】
前記調整手段は、前記基音レベルを前記高調波レベルよりも高いレベルに増幅させる増幅手段であることを特徴とする請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項３】
前記調整手段は、前記高調波レベルを前記基音レベルよりも低いレベルに減衰させる減衰手段であることを特徴とする請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項４】
前記音響特性は、複数の聴取位置のそれぞれについての音圧周波数特性を含み、前記演算手段、前記第１のレベル検出手段、及び前記調整手段は、前記複数の聴取位置のそれぞれついて独立に動作することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の音響処理装置。
【請求項５】
前記音響信号について、前記基音レベル及び前記高調波レベルを検出する第２のレベル検出手段を更に有し、
前記調整手段は、前記第２のレベル検出手段で検出された高調波レベルが該第２のレベル検出手段で検出された基音レベルより低く、かつ、前記第１のレベル検出手段で検出された高調波レベルが該第１のレベル検出手段で検出された基音レベルより高い場合に、前記第２のレベル検出手段で検出された基音レベル及び該第２のレベル検出手段で検出された高調波レベルに近づくように、前記第１のレベル検出手段で検出された高調波レベルを減衰させる、あるいは該第１のレベル検出手段で検出された基音レベルを増幅させることによって、該第１のレベル検出手段で検出された高調波レベルを該第１のレベル検出手段で検出された基音レベルよりも低いレベルになるよう調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項６】
前記音響信号はマルチチャネルの音響信号であり、前記入力手段は、チャネルごとの音響特性を選択して入力することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の音響処理装置。
【請求項７】
前記音響特性は、スピーカの音圧周波数特性及び聴取位置の音圧周波数特性を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の音響処理装置。
【請求項８】
前記音響特性は、前記音響処理装置から聴取の耳までの、前記音響信号が辿る音響経路の音圧周波数特性であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の音響処理装置。
【請求項９】
算出手段が、入力した音響信号の基音周波数及び高調波周波数を算出する算出ステップと、
入力手段が、音響経路の少なくとも一部における音響特性を入力する入力ステップと、
演算手段が、前記音響信号と前記音響特性との畳み込み演算を行う演算ステップと、
レベル検出手段が、前記演算ステップでの演算により得られた信号について、前記基音周波数の振幅レベルである基音レベルと、前記高調波周波数の振幅レベルである高調波レベルとを検出するレベル検出ステップと、
前記高調波レベルが前記基音レベルより高い場合に、調整手段が、該基音レベルが該高調波レベルよりも高いレベルになるように該基音レベル又は該高調波レベルあるいはその両方を調整する調整ステップと、
を有することを特徴とする音響処理方法。
【請求項１０】
コンピュータを、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の音響処理装置が有する各手段として機能させるためのプログラム。
【請求項１】
入力した音響信号の基音周波数及び高調波周波数を算出する算出手段と、
音響経路の少なくとも一部における音響特性を入力する入力手段と、
前記音響信号と前記音響特性との畳み込み演算を行う演算手段と、
前記演算手段での演算により得られた信号について、前記基音周波数の振幅レベルである基音レベルと、前記高調波周波数の振幅レベルである高調波レベルとを検出する第１のレベル検出手段と、
前記高調波レベルが前記基音レベルより高い場合に、該基音レベルが該高調波レベルよりも高いレベルになるように該基音レベル又は該高調波レベルあるいはその両方を調整する調整手段と、
を有することを特徴とする音響処理装置。
【請求項２】
前記調整手段は、前記基音レベルを前記高調波レベルよりも高いレベルに増幅させる増幅手段であることを特徴とする請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項３】
前記調整手段は、前記高調波レベルを前記基音レベルよりも低いレベルに減衰させる減衰手段であることを特徴とする請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項４】
前記音響特性は、複数の聴取位置のそれぞれについての音圧周波数特性を含み、前記演算手段、前記第１のレベル検出手段、及び前記調整手段は、前記複数の聴取位置のそれぞれついて独立に動作することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の音響処理装置。
【請求項５】
前記音響信号について、前記基音レベル及び前記高調波レベルを検出する第２のレベル検出手段を更に有し、
前記調整手段は、前記第２のレベル検出手段で検出された高調波レベルが該第２のレベル検出手段で検出された基音レベルより低く、かつ、前記第１のレベル検出手段で検出された高調波レベルが該第１のレベル検出手段で検出された基音レベルより高い場合に、前記第２のレベル検出手段で検出された基音レベル及び該第２のレベル検出手段で検出された高調波レベルに近づくように、前記第１のレベル検出手段で検出された高調波レベルを減衰させる、あるいは該第１のレベル検出手段で検出された基音レベルを増幅させることによって、該第１のレベル検出手段で検出された高調波レベルを該第１のレベル検出手段で検出された基音レベルよりも低いレベルになるよう調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の音響処理装置。
【請求項６】
前記音響信号はマルチチャネルの音響信号であり、前記入力手段は、チャネルごとの音響特性を選択して入力することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の音響処理装置。
【請求項７】
前記音響特性は、スピーカの音圧周波数特性及び聴取位置の音圧周波数特性を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の音響処理装置。
【請求項８】
前記音響特性は、前記音響処理装置から聴取の耳までの、前記音響信号が辿る音響経路の音圧周波数特性であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の音響処理装置。
【請求項９】
算出手段が、入力した音響信号の基音周波数及び高調波周波数を算出する算出ステップと、
入力手段が、音響経路の少なくとも一部における音響特性を入力する入力ステップと、
演算手段が、前記音響信号と前記音響特性との畳み込み演算を行う演算ステップと、
レベル検出手段が、前記演算ステップでの演算により得られた信号について、前記基音周波数の振幅レベルである基音レベルと、前記高調波周波数の振幅レベルである高調波レベルとを検出するレベル検出ステップと、
前記高調波レベルが前記基音レベルより高い場合に、調整手段が、該基音レベルが該高調波レベルよりも高いレベルになるように該基音レベル又は該高調波レベルあるいはその両方を調整する調整ステップと、
を有することを特徴とする音響処理方法。
【請求項１０】
コンピュータを、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の音響処理装置が有する各手段として機能させるためのプログラム。
【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２０１２−１００１１７（Ｐ２０１２−１００１１７Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４６７４６（Ｐ２０１０−２４６７４６）
【出願日】平成２２年１１月２日（２０１０．１１．２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２日（２０１０．１１．２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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