JP2008275944A - Harmonics wave generation device, low sound enhancement device and computer program - Google Patents

Harmonics wave generation device, low sound enhancement device and computer program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain excellent sound quality of a low sound region, by generating harmonics including both even and odd ordered overtones, in a simple configuration with a small processing amount. <P>SOLUTION: A positive side half wave of an input sound signal is squared, and a negative side half wave is cubed, and the harmonics are generated by combining both. Odd and second ordered overtone components are obtained by squaring the positive side half wave, and even and first/third overtone components are obtained by cubing the negative side half wave. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、音声信号の高調波を生成する高調波生成装置、および高調波生成によって音声の低音域を増強する低音増強装置、ならびにコンピュータプログラムに関する。   The present invention relates to a harmonic generation device that generates harmonics of an audio signal, a bass enhancement device that enhances a bass range of audio by harmonic generation, and a computer program.

音声信号の高調波を生成する方法として、入力波形を全波整流する方法や、入力波形をクリップして歪ませる方法等が知られている。図７および図８を参照して、これらを説明する。図７は、波形の変化を示した図であり、横軸は時間、縦軸は波形の振幅である。図８は、生成した高調波に含まれる各次数の倍音成分を示した図であり、横軸は倍音の次数、縦軸は各倍音の相対強度である。正弦波状の入力波形（図７（Ａ））は、全波整流の場合、負側の半波成分がその符号を反転させられて、同図（Ｂ）に示す波形に変化する。この波形を周波数で分解したものが図８（Ａ）のスペクトルであり、高調波の成分には偶数次の倍音のみが含まれる。また、クリップの場合、振幅の絶対値が所定値を超えたところで振幅が飽和させられて、入力波形は図７（Ｃ）に示す波形に変化する。図８（Ｂ）はこの波形のスペクトルであり、高調波の成分には奇数次の倍音のみが含まれる。このように、入力波形を全波整流したりクリップしたりする方法では、偶数次または奇数次の倍音のみからなる高調波が生成されることになる。   As a method of generating harmonics of an audio signal, a method of full-wave rectification of an input waveform, a method of clipping and distorting an input waveform, and the like are known. These will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram showing changes in the waveform, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the amplitude of the waveform. FIG. 8 is a diagram showing harmonic components of each order included in the generated harmonics, where the horizontal axis represents the harmonic order and the vertical axis represents the relative intensity of each harmonic. In the case of full-wave rectification, the sinusoidal input waveform (FIG. 7A) changes its waveform to the waveform shown in FIG. A spectrum obtained by decomposing this waveform by frequency is the spectrum of FIG. 8A, and the harmonic component includes only even-order overtones. In the case of a clip, the amplitude is saturated when the absolute value of the amplitude exceeds a predetermined value, and the input waveform changes to the waveform shown in FIG. FIG. 8B shows the spectrum of this waveform, and the harmonic component includes only odd harmonics. As described above, in the method of full-wave rectifying or clipping the input waveform, harmonics composed only of even-order or odd-order overtones are generated.

図９は、音声信号の高調波を生成する方法として上記以外の方法を用いた、従来の高調波生成装置の例を示した構成図である。
図９（Ａ）の高調波生成装置では、半波抽出部１０１によって抽出した入力波形の正側半波を演算部１０２において所定のレベル変換テーブルを用いてクリップするとともに、反転部１０５で符号を反転した後に半波抽出部１０３によって抽出した入力波形の負側半波を演算部１０２とは異なるレベル変換テーブルを用いて演算部１０４においてクリップして、これら２つのクリップした信号を合成して出力している（特許文献１参照）。これにより、入力波形の正側と負側それぞれの半波が異なる態様でクリップされるので、奇数倍音への片寄りが防止された高調波が発生される。 FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an example of a conventional harmonic generation apparatus using a method other than the above as a method of generating a harmonic of an audio signal.
9A, the positive half wave of the input waveform extracted by the half wave extraction unit 101 is clipped by using the predetermined level conversion table in the calculation unit 102, and the sign is added by the inversion unit 105. The negative half-wave of the input waveform extracted by the half-wave extraction unit 103 after inversion is clipped by the calculation unit 104 using a level conversion table different from that of the calculation unit 102, and the two clipped signals are synthesized and output. (See Patent Document 1). As a result, since the half waves on the positive side and the negative side of the input waveform are clipped in different manners, harmonics that are prevented from shifting to odd overtones are generated.

図９（Ｂ）の高調波生成装置では、半波抽出部２０１によって抽出した入力波形の正側半波を演算部２０２において２乗するとともに、半波抽出部２０３によって抽出した入力波形の負側半波を演算部２０４において２乗した後に更に反転部２０５で符号を反転し、演算部２０２の出力と反転部２０５の出力を合成して出力している（特許文献２参照）。これにより、奇数次倍音のみを含んだ高調波が発生される。   9B, the positive half of the input waveform extracted by the half wave extraction unit 201 is squared by the calculation unit 202 and the negative side of the input waveform extracted by the half wave extraction unit 203 is used. After the half wave is squared in the arithmetic unit 204, the sign is further inverted by the inversion unit 205, and the output of the arithmetic unit 202 and the output of the inversion unit 205 are combined and output (see Patent Document 2). As a result, a harmonic including only odd harmonics is generated.

図９（Ｃ）の高調波生成装置では、上記図９（Ｂ）の高調波生成装置の前段に、入力波形のレベルをオフセットさせるオフセット付与部２０６が設けられている（特許文献２参照）。そして、オフセット付与部２０６で入力波形にオフセットを付与することにより、奇数次倍音と偶数次倍音の両方を含んだ高調波が発生され、更に、オフセット量を変化させることで、奇数次倍音と偶数次倍音の割合を制御可能としている。   In the harmonic generation device in FIG. 9C, an offset applying unit 206 that offsets the level of the input waveform is provided in the preceding stage of the harmonic generation device in FIG. 9B (see Patent Document 2). Then, by adding an offset to the input waveform by the offset applying unit 206, harmonics including both odd harmonics and even harmonics are generated, and by changing the offset amount, odd harmonics and even harmonics are generated. The ratio of the next overtone is made controllable.

ところで、ある周波数の音（基本波）が存在していなくても、その周波数に対応する高調波の音が存在していれば基本波の音程が知覚できるという現象が知られている。この現象を利用して、例えば小型のスピーカ等、低音域の再生能力が十分にないスピーカにおいて、高調波を再生することによってあたかもその基本波に相当する低音が再生されているように聴取者に知覚させる試みが、近年行われている。
特開２０００−９９０５９号公報 特許第３４６２５９０号公報 By the way, there is a known phenomenon that even if there is no sound of a certain frequency (fundamental wave), the pitch of the fundamental wave can be perceived if there is a sound of higher harmonics corresponding to that frequency. By using this phenomenon, a speaker that does not have sufficient reproduction capability in the low frequency range, such as a small speaker, is assured to the listener that the low frequency equivalent to the fundamental frequency is being reproduced by reproducing the harmonics. Attempts to perceive have been made in recent years.
JP 2000-99059 A Japanese Patent No. 3462590

上記のように高調波の再生によって基本波の音程を知覚させる場合、基本波の偶数次倍音と奇数次倍音が両方とも高調波に含まれていることが効果的である。
しかしながら、上述したように、入力波形を単純に全波整流したりクリップしたりする方法や、図９（Ｂ）の方法においては、偶数次または奇数次どちらか一方の倍音のみを含んだ高調波しか生成することができない。図９（Ａ）および（Ｃ）の構成を用いれば、偶数次と奇数次の両方の倍音を含んだ高調波を生成することができるが、それぞれ次のような問題がある。 As described above, when the pitch of the fundamental wave is perceived by reproducing the harmonic, it is effective that both the even harmonic and the odd harmonic of the fundamental wave are included in the harmonic.
However, as described above, in the method in which the input waveform is simply full-wave rectified or clipped, or in the method in FIG. 9B, the harmonics including only the harmonics of either the even order or the odd order. Can only be generated. 9A and 9C can be used to generate harmonics including both even-order and odd-order harmonics, but each has the following problems.

即ち、図９（Ａ）の構成の場合、入力波形をクリップによって変形させているが、クリップは一定値以上の振幅を飽和させる処理であるため、入力信号が大きい時と小さい時とでクリップのされ方に大きな差が生じて生成される高調波に含まれる倍音成分が異なってしまい、低音域の音質を安定して良好な状態に保持することができない。また、クリップを行うためのレベル変換テーブルが必要であるため、構成が複雑となってしまう。
また、図９（Ｃ）の構成の場合、オフセット処理や符号の反転処理を行う必要があるので、構成が複雑になるとともに処理量が増大してしまう。なお、図９（Ｂ）および（Ｃ）の各高調波生成装置の出力を所定の比率で混合する構成とすることにより、偶数次倍音と奇数次倍音のバランスを制御することが可能であるが（特許文献２参照）、構成が更に複雑になるという欠点がある。 In other words, in the case of the configuration of FIG. 9A, the input waveform is deformed by the clip, but since the clip is a process of saturating the amplitude above a certain value, the clip is changed depending on whether the input signal is large or small. The harmonic components contained in the generated harmonics are different due to a large difference in the way they are generated, and the sound quality in the low frequency range cannot be stably maintained. Further, since a level conversion table for clipping is necessary, the configuration becomes complicated.
Further, in the case of the configuration of FIG. 9C, since it is necessary to perform offset processing and sign inversion processing, the configuration becomes complicated and the processing amount increases. Note that the balance between the even harmonics and the odd harmonics can be controlled by mixing the outputs of the harmonic generators of FIGS. 9B and 9C at a predetermined ratio. (Refer patent document 2) There exists a fault that a structure becomes still more complicated.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、偶数次と奇数次の倍音を両方含んだ高調波を簡単な構成且つ少ない処理量で生成することが可能であり、また効果的に低音域の音程を知覚させることが可能な高調波生成装置、低音増強装置、およびコンピュータプログラムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to generate harmonics including both even-order and odd-order harmonics with a simple configuration and a small processing amount. It is an object to provide a harmonic generation device, a bass enhancement device, and a computer program that can effectively perceive a pitch in a low frequency range.

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、入力された音声信号の高調波を生成して出力する高調波生成装置において、前記入力された音声信号から正側半波を抽出する正側半波抽出手段と、前記入力された音声信号から負側半波を抽出する負側半波抽出手段と、前記正側半波抽出手段によって抽出された正側半波および前記負側半波抽出手段によって抽出された負側半波の一方を偶数乗し、他方を奇数乗する演算処理手段と、前記演算処理手段により偶数乗された信号と奇数乗された信号を合成して前記高調波として出力する合成手段と、を具備することを特徴とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and in a harmonic generation device that generates and outputs harmonics of an input audio signal, a positive half-wave is extracted from the input audio signal. Positive-side half-wave extracting means, negative-side half-wave extracting means for extracting negative-side half-waves from the input audio signal, positive-side half-waves extracted by the positive-side half-wave extracting means and the negative-side One of the negative half-waves extracted by the half-wave extraction means is raised to the even power, the other is the odd power, and the signal raised by the even power and the odd-numbered signal are synthesized by the arithmetic processing means Combining means for outputting as a harmonic.

この発明において、音声信号を正側半波と負側半波に分離し、その一方を偶数乗、他方を奇数乗して合成する。正側または負側の半波を偶数乗することにより主として奇数次の倍音を含んだ高調波が得られ、奇数乗することにより主として偶数次の倍音を含んだ高調波が得られる。
したがって、本発明によれば、奇数次と偶数次の倍音を両方含む高調波を生成することができる。また、その高調波は正側半波と負側半波の一方を偶数乗し他方を奇数乗することで得られるので、構成が簡単且つ処理量が少なくて済む。さらに、偶数乗や奇数乗の処理により生成される高調波には、入力される音声信号の大小によらず一定の相対強度を持つ倍音成分が含まれるので、入力レベルの違いによる音色変化を少なくすることができる。 In the present invention, the audio signal is separated into a positive half wave and a negative half wave, and one of them is synthesized by even power and the other power is odd power. By raising the positive or negative half-wave to an even power, a harmonic mainly including odd harmonics is obtained, and by applying an odd power, a harmonic mainly including even-order harmonics is obtained.
Therefore, according to the present invention, it is possible to generate harmonics including both odd and even harmonics. Further, since the harmonic is obtained by raising one of the positive half wave and the negative half wave to the even power and the other to the odd power, the configuration is simple and the processing amount is small. Furthermore, since harmonics generated by even power and odd power processing contain harmonic overtone components with a constant relative intensity regardless of the size of the input audio signal, timbre changes due to differences in input levels are reduced. can do.

また、上記高調波生成装置において、前記偶数乗は２乗であり、前記奇数乗は３乗であることを特徴とする。   In the above harmonic generator, the even power is a square and the odd power is a third power.

この発明において、正側半波と負側半波の一方を２乗し他方を３乗するので、入力される音声信号の大きさが変化したときの出力信号の大きさの変化は、４乗以上する場合と比べて小さい。よって、入力レベルの違いによる音色変化を少なくすることができる。   In the present invention, one of the positive half-wave and the negative half-wave is squared and the other half is squared, so that the change in the magnitude of the output signal when the magnitude of the input audio signal changes is the fourth power. Small compared to the above. Therefore, a change in timbre due to a difference in input level can be reduced.

また、上記高調波生成装置において、前記演算処理手段は、正側半波を偶数乗し負側半波を奇数乗するものであって、前記入力された音声信号の２次倍音を生成する２次倍音生成手段を更に備え、前記２次倍音生成手段によって生成された２次倍音を加算することにより前記出力する高調波に含まれる２次倍音のレベルを調整することを特徴とする。   Further, in the above harmonic generation device, the arithmetic processing means is a unit that raises the positive half-wave to an even power and the negative half-wave to an odd power, and generates a second harmonic of the input audio signal. The apparatus further comprises a second overtone generation unit, and adjusts the level of the second overtone included in the output harmonic by adding the second overtone generated by the second overtone generation unit.

正側半波を偶数乗し負側半波を奇数乗する場合、生成される２次倍音は、半波の偶数乗から得られたものと奇数乗から得られたものとでその符号が逆であるため、合成後にレベルが低下している。この発明によれば、その低下分を２次倍音の加算によって調整するので、音質をより自然な感じにすることができる。   When the positive half-wave is raised to an even power and the negative half-wave is raised to an odd power, the generated second harmonics are the one obtained from the even power of the half wave and the one obtained from the odd power. Therefore, the level is lowered after synthesis. According to the present invention, the decrease is adjusted by adding the second harmonic, so that the sound quality can be made more natural.

また本発明は、入力された音声信号から低音域成分の高調波を生成し、該高調波と前記音声信号とを加算して出力することにより音声の低音域を増強する低音増強装置において、前記低音域成分の音声信号から正側半波を抽出する正側半波抽出手段と、前記低音域成分の音声信号から負側半波を抽出する負側半波抽出手段と、前記正側半波抽出手段によって抽出された正側半波および前記負側半波抽出手段によって抽出された負側半波の一方を偶数乗し、他方を奇数乗する演算処理手段と、前記演算処理手段により偶数乗された信号と奇数乗された信号を合成して前記高調波を出力する合成手段と、を具備することを特徴とする。   Further, the present invention provides a bass enhancement device that generates a harmonic of a low frequency range component from an input audio signal, adds the harmonic and the audio signal, and outputs the harmonic signal to enhance the low frequency range of the audio. Positive half wave extraction means for extracting a positive half wave from a low frequency range sound signal, Negative half wave extraction means for extracting a negative half wave from the low sound range sound signal, and the positive half wave One of the positive half wave extracted by the extracting means and the negative half wave extracted by the negative half wave extracting means is an even power, and the other is an odd power, and the arithmetic processing means is an even power. And combining means for combining the generated signal and the odd-numbered signal and outputting the harmonic.

また本発明は、入力された音声信号の高調波を生成して出力する高調波生成装置のコンピュータに、前記入力された音声信号から正側半波を抽出するステップと、前記入力された音声信号から負側半波を抽出するステップと、前記抽出された正側半波および負側半波の一方を偶数乗し、他方を奇数乗するステップと、前記偶数乗された信号と奇数乗された信号を合成して前記高調波として出力するステップと、を実行させるためのコンピュータプログラムである。   The present invention also includes a step of extracting a positive half-wave from the input audio signal to a computer of a harmonic generation apparatus that generates and outputs a harmonic of the input audio signal; and the input audio signal Extracting the negative half wave from the step, multiplying one of the extracted positive half wave and negative half wave to the even power, and oddly raising the other, and the even signal and the odd power And a step of synthesizing signals and outputting them as the harmonics.

本発明によれば、偶数次と奇数次の倍音を両方含んだ高調波を簡単な構成且つ少ない処理量で生成することが可能である。   According to the present invention, it is possible to generate harmonics including both even-order and odd-order overtones with a simple configuration and a small amount of processing.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態による高調波生成装置の構成を示すブロック図である。同図において、高調波生成装置１０は、正側半波抽出部１１と、２乗演算部１２と、負側半波抽出部１３と、３乗演算部１４と、増幅器１５，１６と、合成器１７と、を含んで構成される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a harmonic generation apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, a harmonic generation device 10 includes a positive half-wave extraction unit 11, a square calculation unit 12, a negative half-wave extraction unit 13, a cube calculation unit 14, amplifiers 15 and 16, and a synthesis. And a device 17.

音声信号は、この高調波生成装置１０の入力端子２０を介して正側半波抽出部１１と負側半波抽出部１３へ供給される。ここで、以降の説明では音声信号は１つの正弦波であるとするが、実際には複数の正弦波の集合である。
正側半波抽出部１１は、入力された音声信号（正弦波）から正側半波、即ち音声信号の値が正の部分のみを抽出して、２乗演算部１２へ供給する。 The audio signal is supplied to the positive half wave extraction unit 11 and the negative half wave extraction unit 13 via the input terminal 20 of the harmonic generation device 10. Here, in the following description, the audio signal is assumed to be one sine wave, but in reality, it is a set of a plurality of sine waves.
The positive-side half-wave extraction unit 11 extracts only the positive-side half-wave, that is, the portion where the value of the audio signal is positive, from the input audio signal (sine wave), and supplies the extracted value to the square calculation unit 12.

２乗演算部１２は、正側半波抽出部１１から出力された信号を２乗して出力する。２乗演算部１２から出力される出力信号を図２に示す。同図（Ａ）は出力信号の波形であり、横軸は時間、縦軸は波形の振幅を表す。また同図（Ｂ）は出力信号のスペクトルであり、横軸は倍音の次数、縦軸は各倍音の相対強度を表す。２乗演算部１２において音声信号の正側半波が２乗されることにより、図２（Ｂ）に示されるように、２乗演算部１２の出力信号は、奇数次（１次、３次、５次、７次、…）の倍音成分と、２次の倍音成分と、直流成分とを含んでいる。なお、これら各次数の倍音成分の相対強度は、入力される音声信号の大きさによらず一定である。   The square calculation unit 12 squares the signal output from the positive half-wave extraction unit 11 and outputs the result. An output signal output from the square calculator 12 is shown in FIG. FIG. 4A shows the waveform of the output signal, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the amplitude of the waveform. FIG. 5B shows the spectrum of the output signal, where the horizontal axis represents the harmonic order and the vertical axis represents the relative intensity of each harmonic. As the positive half wave of the audio signal is squared in the square calculation unit 12, as shown in FIG. 2B, the output signal of the square calculation unit 12 is an odd order (first order, third order). 5th, 7th,...) Harmonic components, secondary harmonic components, and direct current components. Note that the relative intensities of the harmonic components of these orders are constant regardless of the magnitude of the input audio signal.

２乗演算部１２からの出力信号は、増幅器１５によって所定の増幅率で増幅されて、合成器１７へ入力される。   The output signal from the square calculation unit 12 is amplified by the amplifier 15 with a predetermined amplification factor and input to the combiner 17.

一方、負側半波抽出部１３は、入力された音声信号から負側半波、即ち音声信号の値が負の部分のみを抽出して、３乗演算部１４へ供給する。   On the other hand, the negative half-wave extracting unit 13 extracts only the negative half-wave, that is, the portion where the value of the audio signal is negative, from the input audio signal, and supplies the extracted value to the cube computing unit 14.

３乗演算部１４は、負側半波抽出部１３から出力された信号を３乗して出力する。３乗演算部１４から出力される出力信号を図３に示す。同図（Ａ）は出力信号の波形であり、横軸は時間、縦軸は波形の振幅を表す。また同図（Ｂ）は出力信号のスペクトルであり、横軸は倍音の次数、縦軸は各倍音の相対強度を表す。３乗演算部１４において音声信号の負側半波が３乗されることにより、図３（Ｂ）に示されるように、３乗演算部１４の出力信号は、偶数次（２次、４次、６次、８次、…）の倍音成分と、１次の倍音成分と、３次の倍音成分と、直流成分とを含んでいる。なお、これら各次数の倍音成分の相対強度は、入力される音声信号の大きさによらず一定である。   The cube calculation unit 14 cubes the signal output from the negative half-wave extraction unit 13 and outputs the result. The output signal output from the cube calculation unit 14 is shown in FIG. FIG. 4A shows the waveform of the output signal, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the amplitude of the waveform. FIG. 5B shows the spectrum of the output signal, where the horizontal axis represents the harmonic order and the vertical axis represents the relative intensity of each harmonic. As the negative half wave of the audio signal is cubed in the cube computing unit 14, the output signal of the cube computing unit 14 is an even order (second order, fourth order, as shown in FIG. 3B). , 6th, 8th,...) Harmonic component, primary harmonic component, tertiary harmonic component, and direct current component. Note that the relative intensities of the harmonic components of these orders are constant regardless of the magnitude of the input audio signal.

３乗演算部１４からの出力信号は、増幅器１６によって所定の増幅率で増幅されて、合成器１７へ入力される。
合成器１７は、正側半波が２乗された増幅器１５からの信号と負側半波が３乗された増幅器１６からの信号を合成して、出力端子２１から出力する。この出力される高調波の波形とスペクトルをそれぞれ図４（Ａ）および（Ｂ）に示す。同図（Ａ）において横軸は時間、縦軸は波形の振幅を表し、また同図（Ｂ）において横軸は倍音の次数、縦軸は各倍音の相対強度を表す。なおここで、２次の倍音成分は、正側半波が２乗されたものと負側半波が３乗されたものとの和として得られるが、両者は符合が逆であるため、合成によってレベルが他のもの（１次や３次）と比べて低下している。 The output signal from the cube calculation unit 14 is amplified by the amplifier 16 with a predetermined amplification factor and input to the combiner 17.
The combiner 17 combines the signal from the amplifier 15 squared with the positive half-wave and the signal from the amplifier 16 squared with the negative half-wave and outputs the synthesized signal from the output terminal 21. The output harmonic waveform and spectrum are shown in FIGS. 4A and 4B, respectively. In FIG. 4A, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents the amplitude of the waveform, and in FIG. 4B, the horizontal axis represents the order of harmonics, and the vertical axis represents the relative intensity of each harmonic. Here, the second harmonic component is obtained as the sum of the square of the positive half wave and the cube of the negative half wave. However, since the signs are opposite, they are synthesized. As a result, the level is lowered compared to the others (primary and tertiary).

このように、本実施形態によれば、入力される音声信号の正側半波を２乗し、負側半波を３乗して、両者を合成することで高調波を生成する。正側半波の２乗により奇数次および２次の倍音成分が得られ、負側半波の３乗により偶数次および１，３次の倍音成分が得られるので、偶数次と奇数次の両方の倍音を含んだ高調波を生成することができる。そして、従来のようにレベル変換テーブルやオフセット処理部や反転処理部などを用いないので、構成が簡単であるとともに処理量が少なくて済む。また、図２（Ｂ）と図３（Ｂ）に示される各次数の倍音成分の相対強度は入力される音声信号の大きさによらず一定であるので、生成された高調波によって得られる音質を安定させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the positive half wave of the input audio signal is squared, the negative half wave is cubed, and a harmonic is generated by combining the two. Odd-order and second-order overtone components are obtained by the square of the positive half-wave, and even-order and first-order harmonic components are obtained by the third-order of the negative half-wave. Harmonics including overtones can be generated. In addition, since a level conversion table, an offset processing unit, an inversion processing unit, and the like are not used as in the prior art, the configuration is simple and the processing amount is small. Further, since the relative intensities of the harmonic components of the respective orders shown in FIGS. 2B and 3B are constant regardless of the magnitude of the input audio signal, the sound quality obtained by the generated harmonics Can be stabilized.

図５は、本発明の他の実施形態による高調波生成装置の構成を示すブロック図である。同図において、高調波生成装置１０Ａは、正側半波抽出部１１と、２乗演算部１２と、負側半波抽出部１３と、３乗演算部１４と、増幅器１５，１６，１９と、合成器１７と、２次倍音生成部１８と、を含んで構成される。２次倍音生成部１８と増幅器１９以外の構成は図１の構成と同じであるので、それらの説明は省略する。   FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a harmonic generation device according to another embodiment of the present invention. In the figure, a harmonic generation device 10A includes a positive half wave extraction unit 11, a square calculation unit 12, a negative side half wave extraction unit 13, a cube calculation unit 14, amplifiers 15, 16, and 19, , A synthesizer 17 and a secondary overtone generator 18. Since the configuration other than the secondary overtone generation unit 18 and the amplifier 19 is the same as the configuration in FIG. 1, description thereof is omitted.

２次倍音生成部１８へは、入力端子２０を介して音声信号が供給される。２次倍音生成部１８は、入力された音声信号から２次のみの倍音を生成して増幅器１９へ出力する。２次倍音生成部１８は、例えば、上述した２乗演算部によって構成することができる。また、２乗演算部と所定の帯域の信号のみを通過させるバンドパスフィルタの組み合わせによっても構成することができる。増幅器１９は、２次倍音を所定の増幅率で増幅して合成器１７へ入力する。これにより、上述した図１の構成における２次の倍音成分のレベル低下を補償するようになっている。増幅器１９の増幅率は、このレベル低下の補償を適切に行える値に設定するのが好ましい。
本実施形態によれば、生成される高調波に含まれる２次の倍音成分の相対強度が適切に調整されるので、高調波により得られる音質をより自然な感じにすることができる。 An audio signal is supplied to the secondary overtone generation unit 18 via the input terminal 20. The secondary harmonic generation unit 18 generates secondary harmonics from the input audio signal and outputs the generated harmonics to the amplifier 19. The secondary harmonic generation unit 18 can be configured by, for example, the above-described square calculation unit. It can also be configured by a combination of a square computing unit and a bandpass filter that allows only a signal of a predetermined band to pass. The amplifier 19 amplifies the secondary overtone with a predetermined amplification factor and inputs it to the synthesizer 17. As a result, the level drop of the secondary harmonic component in the configuration of FIG. 1 described above is compensated. The amplification factor of the amplifier 19 is preferably set to a value that can appropriately compensate for this level decrease.
According to this embodiment, since the relative intensity of the secondary harmonic component included in the generated harmonic is appropriately adjusted, the sound quality obtained by the harmonic can be made more natural.

図６は、本発明の一実施形態による低音増強装置の構成を示すブロック図である。同図において、低音増強装置１は、ローパスフィルタ２２と、高調波生成装置１０と、合成器２３と、を含んで構成される。   FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a bass enhancement device according to an embodiment of the present invention. In the figure, the bass enhancement device 1 includes a low-pass filter 22, a harmonic generation device 10, and a synthesizer 23.

音声信号は、この低音増強装置１の入力端子２４を介してローパスフィルタ２２へ供給される。この音声信号は再生すべき音声の全周波数帯域の信号成分からなるものであり、ローパスフィルタ２２は、このうち所定の周波数以下の低音域成分の信号のみを通過させて、高調波生成装置１０へ入力する。高調波生成装置１０は、図１に示したものと同じ構成のものであり、ローパスフィルタ２２を通過して入力された上記低音域の信号から高調波を生成する。この高調波には、上述したように、偶数次と奇数次両方の倍音が含まれている。なお、高調波生成装置１０に代えて、図５に示した高調波生成装置１０Ａを適用することも、もちろん可能である。   The audio signal is supplied to the low pass filter 22 via the input terminal 24 of the bass enhancement device 1. This audio signal is made up of signal components in the entire frequency band of the audio to be reproduced, and the low-pass filter 22 passes only the signal of the low-frequency component below the predetermined frequency and passes it to the harmonic generation device 10. input. The harmonic generation device 10 has the same configuration as that shown in FIG. 1, and generates harmonics from the low-frequency signal input through the low-pass filter 22. As described above, this harmonic includes both harmonics of even and odd orders. Of course, it is possible to apply the harmonic generation device 10A shown in FIG. 5 in place of the harmonic generation device 10.

合成器２３へは、高調波生成装置１０から出力される低音域の音声信号の高調波と、入力端子２４へ供給されたそのままの音声信号とが入力される。合成器２３は、これら２つの信号を合成して、合成した音声信号を出力端子２５から出力する。この出力信号によって図示しないスピーカが駆動されるが、当該スピーカが上記低音域の音声（基本波）を再生する十分な能力を有しない場合でも、低音域の高調波が再生されることで、聴取者は基本波の音程を知覚することができる。   The synthesizer 23 receives the harmonics of the low frequency sound signal output from the harmonic generation device 10 and the sound signal as it is supplied to the input terminal 24. The synthesizer 23 synthesizes these two signals and outputs the synthesized audio signal from the output terminal 25. A speaker (not shown) is driven by this output signal. Even if the speaker does not have sufficient ability to reproduce the above-mentioned low-frequency sound (fundamental wave), the low-frequency harmonics are reproduced. One can perceive the pitch of the fundamental wave.

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。   As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above, and various design changes and the like can be made without departing from the scope of the present invention. It is possible to

例えば、２乗演算部１２に代えて入力信号を偶数乗する偶数乗演算部を適用し、３乗演算部１４に代えて入力信号を奇数乗する奇数乗演算部を適用することもできる。この場合も、偶数乗演算部からは主として入力信号の奇数次倍音が出力され、奇数乗演算部からは主として入力信号の偶数次倍音が出力されるので、上述した実施形態と同様に、偶数次と奇数次の両方の倍音を含んだ高調波を生成することができる。また、構成が簡易で処理量が少ない点も、上述の実施形態と同じである。但し、累乗の指数が４乗、５乗…と上がっていくと、入力信号の振幅と出力信号の振幅の間の非線形性が大きくなる。上述の実施形態のように、２乗と３乗を適用した場合には、入力される音声信号の大きさが変化したときの出力信号の大きさの変化が４乗以上する場合と比べて小さいため、入力レベルの違いによる音色変化を少なくすることができるメリットがある。   For example, an even power arithmetic unit that applies an even power to an input signal may be applied instead of the square arithmetic unit 12, and an odd power arithmetic unit that applies an odd power to the input signal may be applied instead of the cube arithmetic unit 14. In this case as well, since the even-order overtone of the input signal is mainly output from the even-number power calculator, and the even-order overtone of the input signal is mainly output from the odd-number power calculator, the even-order harmonic is output as in the above-described embodiment. And harmonics containing both overtones and odd harmonics can be generated. The point that the configuration is simple and the processing amount is small is the same as that of the above-described embodiment. However, as the exponent of the power increases to fourth power, fifth power,..., Nonlinearity between the amplitude of the input signal and the amplitude of the output signal increases. As in the above-described embodiment, when the square and the third power are applied, the change in the magnitude of the output signal when the magnitude of the input audio signal is changed is smaller than the case where the magnitude of the output signal is the fourth power or more. Therefore, there is a merit that the timbre change due to the difference in the input level can be reduced.

また、上述の実施形態とは逆に、正側半波を３乗（奇数乗）し、負側半波を２乗（偶数乗）する構成としてもよく、同様の効果を得ることができる。   In contrast to the above-described embodiment, the positive half wave may be raised to the third power (odd power), and the negative half wave may be raised to the second power (even power), and similar effects can be obtained.

また、本発明はＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）等のコンピュータによって実施することも可能であり、上述した各部の処理を実行するためのコンピュータプログラムを当該コンピュータに読み込ませて実行することで、本発明を実施できる。その際には、コンピュータプログラムを格納するメモリや、デジタル信号（音声信号や生成した高調波）を入出力するためのインタフェース等を適宜設け、高調波生成装置と低音増強装置を構成すればよい。   The present invention can also be implemented by a computer such as a DSP (digital signal processor). The computer program for executing the processing of each unit described above is read and executed by the computer. Can be implemented. In that case, a memory for storing a computer program, an interface for inputting / outputting digital signals (audio signals and generated harmonics), and the like may be appropriately provided to configure the harmonic generation device and the bass enhancement device.

本発明の一実施形態による高調波生成装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the harmonic generator by one Embodiment of this invention. ２乗演算部からの出力信号を示す図である。It is a figure which shows the output signal from a square calculating part. ３乗演算部からの出力信号を示す図である。It is a figure which shows the output signal from a cube calculating part. 図１の高調波生成装置の出力信号を示す図である。It is a figure which shows the output signal of the harmonic generator of FIG. 本発明の他の実施形態による高調波生成装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the harmonic generator by other embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による低音増強装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the bass enhancing device by one Embodiment of this invention. 従来の高調波生成方法において、波形の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of a waveform in the conventional harmonic generation method. 従来の高調波生成方法において、生成した高調波に含まれる各次数の倍音成分を示す図である。It is a figure which shows the harmonic component of each order contained in the produced | generated harmonic in the conventional harmonic production | generation method. 従来の高調波生成装置の例を示した構成図である。It is the block diagram which showed the example of the conventional harmonic generator.

符号の説明Explanation of symbols

１…低音増強装置 １０…高周波生成装置 １１…正側半波抽出部 １２…２乗演算部 １３…負側半波抽出部 １４…３乗演算部 １５，１６，１９…増幅器 １７，２３…合成器 １８…２次倍音生成部 ２０，２４…入力端子 ２１，２５…出力端子 ２２…ローパスフィルタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Bass booster 10 ... High frequency generator 11 ... Positive side half wave extraction part 12 ... Square calculation part 13 ... Negative side half wave extraction part 14 ... Cubic power calculation part 15, 16, 19 ... Amplifier 17, 23 ... Synthesis | combination 18 ... Second harmonic overtone generation unit 20, 24 ... Input terminal 21, 25 ... Output terminal 22 ... Low pass filter

Claims (5)

入力された音声信号の高調波を生成して出力する高調波生成装置において、
前記入力された音声信号から正側半波を抽出する正側半波抽出手段と、
前記入力された音声信号から負側半波を抽出する負側半波抽出手段と、
前記正側半波抽出手段によって抽出された正側半波および前記負側半波抽出手段によって抽出された負側半波の一方を偶数乗し、他方を奇数乗する演算処理手段と、
前記演算処理手段により偶数乗された信号と奇数乗された信号を合成して前記高調波として出力する合成手段と、
を具備することを特徴とする高調波生成装置。 In a harmonic generation device that generates and outputs harmonics of an input audio signal,
Positive-side half-wave extracting means for extracting a positive-side half-wave from the input voice signal;
Negative-side half-wave extracting means for extracting negative-side half-waves from the input audio signal;
Arithmetic processing means for raising one of the positive half wave extracted by the positive half wave extracting means and the negative half wave extracted by the negative half wave extracting means to an even power and the other to an odd power;
Combining means for combining the signal raised to the even power and the signal raised to the odd power by the arithmetic processing means and outputting as the harmonic;
A harmonic generation device comprising: 前記偶数乗は２乗であり、前記奇数乗は３乗であることを特徴とする請求項１に記載の高調波生成装置。   The harmonic generation apparatus according to claim 1, wherein the even power is a square and the odd power is a third power. 前記演算処理手段は、正側半波を偶数乗し負側半波を奇数乗するものであって、
前記入力された音声信号の２次倍音を生成する２次倍音生成手段を更に備え、
前記２次倍音生成手段によって生成された２次倍音を加算することにより前記出力する高調波に含まれる２次倍音のレベルを調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の高調波生成装置。 The arithmetic processing means is for raising the positive half-wave to an even power and the negative half-wave to an odd power,
A second harmonic generation means for generating a second harmonic of the input audio signal;
The harmonic generation apparatus according to claim 1, wherein the level of the secondary harmonic included in the output harmonic is adjusted by adding the secondary harmonics generated by the secondary harmonic generation unit. 入力された音声信号から低音域成分の高調波を生成し、該高調波と前記音声信号とを加算して出力することにより音声の低音域を増強する低音増強装置において、
前記低音域成分の音声信号から正側半波を抽出する正側半波抽出手段と、
前記低音域成分の音声信号から負側半波を抽出する負側半波抽出手段と、
前記正側半波抽出手段によって抽出された正側半波および前記負側半波抽出手段によって抽出された負側半波の一方を偶数乗し、他方を奇数乗する演算処理手段と、
前記演算処理手段により偶数乗された信号と奇数乗された信号を合成して前記高調波を出力する合成手段と、
を具備することを特徴とする低音増強装置。 In a bass enhancement device that generates a harmonic of a low frequency component from an input audio signal, adds the harmonic and the audio signal, and outputs the harmonic signal to enhance the low frequency range of the audio.
Positive side half wave extraction means for extracting a positive side half wave from the audio signal of the low frequency range component;
Negative-side half-wave extraction means for extracting a negative-side half-wave from the audio signal of the low frequency range component;
Arithmetic processing means for raising one of the positive half wave extracted by the positive half wave extracting means and the negative half wave extracted by the negative half wave extracting means to an even power and the other to an odd power;
Combining means for combining the signal raised to the even power and the signal raised to the odd power by the arithmetic processing means to output the harmonic;
A bass enhancement device comprising: 入力された音声信号の高調波を生成して出力する高調波生成装置のコンピュータに、
前記入力された音声信号から正側半波を抽出するステップと、
前記入力された音声信号から負側半波を抽出するステップと、
前記抽出された正側半波および負側半波の一方を偶数乗し、他方を奇数乗するステップと、
前記偶数乗された信号と奇数乗された信号を合成して前記高調波として出力するステップと、
を実行させるためのコンピュータプログラム。 In the computer of the harmonic generation device that generates and outputs harmonics of the input audio signal,
Extracting a positive half wave from the input audio signal;
Extracting a negative half-wave from the input audio signal;
One of the extracted positive half wave and negative half wave is raised to an even power and the other is raised to an odd power;
Combining the even-powered signal and the odd-numbered signal and outputting them as the harmonics;
A computer program for running.
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