JP2010213135A - Sound quality adjusting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタルフィルタを用いた音質調整装置に関する。 The present invention relates to a sound quality adjusting device using a digital filter.
従来、音質調整装置においては、音質調整用のデジタルフィルタが用いられている。デジタルフィルタは、フィルタ特性をソフトウェア処理によって容易に調整することができ、アナログフィルタに比べて多くの利点がある。 Conventionally, digital filters for adjusting sound quality are used in sound quality adjusting apparatuses. The digital filter can easily adjust the filter characteristics by software processing, and has many advantages over the analog filter.
デジタルフィルタが行う音質調整として、例えば残響音(反響音)の調整や生成が挙げられる。Lch(左チャンネル)およびRch(右チャンネル)とからなる2chのステレオ音に対して、サラウンド効果を得るために2chの音声より擬似的に残響音を生成して入力音声に付加させることが行われる。 Examples of sound quality adjustment performed by the digital filter include adjustment and generation of reverberant sound (reverberation sound). In order to obtain a surround effect for 2ch stereo sound consisting of Lch (left channel) and Rch (right channel), a pseudo reverberation sound is generated from the 2ch sound and added to the input sound. .
入力音声に対してフィルタリングを行わずに残響音を付加させると、周波数帯域の高い音域の出力が強くなる傾向があり、聴取者にとって耳障りな音となる。このため、LPF(Low Pass Filter)によってフィルタリングを行い、低周波数帯域の残響音を入力音声に付加させることが多い。 When a reverberation sound is added to the input sound without filtering, the output in a high frequency band tends to be strong, and the sound becomes harsh to the listener. For this reason, in many cases, filtering is performed by an LPF (Low Pass Filter), and reverberation sound in a low frequency band is added to the input sound.
特許文献1には、IIRフィルタやFIRフィルタを用いた例として、壁等の反射面が存在する場合もしくは聴取者の位置が一方に片寄っている場合において、入力された第1の信号若しくは第2の信号のうちいずれか一方から模擬反射信号を生成して入力信号に混合することにより、左右対称な音場を得る音声処理技術が記載されている。
In
図6に、残響音を入力音声に付加する場合における従来の音質調整装置100の概略図を示す。図6に示すように、音質調整装置100は、第1の入力端子101、第2の入力端子102、加算器103、104、105、LPF200、残響音生成部300、第1の出力端子106、第2の出力端子107等から構成される。
FIG. 6 shows a schematic diagram of a conventional sound
第1の入力端子101から入力された第1の信号と、第2の入力端子102から入力された第2の信号が加算器103によって加算され、LPF200に入力される。LPF200においてフィルタリングされた信号が、残響音生成部300に入力されて残響音が生成され、加算器104、105によってそれぞれ第1の入力信号、第2の入力信号に残響音が加算されて出力される。このようにして、第1の入力信号及び第2の入力信号に残響音が付加されることにより音質調整がなされてスピーカーから出力される。
ここでの、第1の入力端子101および第2の102には、LchおよびRchの音声信号が入力され、第1の出力端子106および第2の出力端子107には、残響音が加算されたLchおよびRchの音声が出力される。
The first signal input from the
Here, the Lch and Rch audio signals are input to the
図7に、IIR(Infinite Impulse Response)フィルタを使用したLPF200の構成を示す。図7に示すように、LPF200は、乗算器201、203、205、207,209、遅延素子202、204、206、208、加算器210から構成される。
FIG. 7 shows the configuration of an
遅延素子202、204、206、208は、所定周期で入力される信号を、この周期に相当する時間だけ遅延させる。乗算器201、203、205、207、209は、入力される信号に所定の乗数を乗算する。加算器210は、各乗算器201、203、205、207、209から出力される信号を加算する。乗算器201、203、205と遅延素子202、204からフィードフォワード部220が構成され、乗算器207、209と遅延素子206、208とからフィードバック部230が構成される。
The
図7に示すLPF200は、2次のIIRフィルタを使用し、乗算器と遅延素子の数が少ないため、計算量を抑えることができるが、フィードバック部230によって、出力を何度もフィードバックさせる必要がある。
The
図8に、FIR(Finite Impulse Response)フィルタを使用したLPF200の構成を示す。図8に示すように、LPF200は、乗算器211、213、215,217、219、遅延素子212、214、216、218、加算器220等から構成される。LPF200を構成する各部材の個々の動作は、図7に示すLPF100と同様であるので説明を省略する。
FIG. 8 shows a configuration of the
図8に示すLPF200は、FIRフィルタを使用しているため、IIRフィルタのようなフィードバック部は必要ないが、多くの乗算器や遅延素子が必要であり、計算量が多くなってしまう。
Since the
図9に、LPF200と残響音生成部300の構成の一例を示す。図9に示す例では、LPF200はIIRを使用しており、残響音生成部300はFIRを使用している。LPF200においてフィルタリングされた信号が残響音生成部300に入力され、所定の残響音を発生させるようにフィルタ設計されたFIRブロックによって残響音が生成されて出力される。
FIG. 9 shows an example of the configuration of the
図10に、LPF200と残響音生成部300の構成の一例を示す。図10に示す例では、LPF200と残響音生成部300は、共にFIRフィルタを使用している。LPF200においてフィルタリングされた信号が残響音生成部300に入力され、所定の残響音を発生させるようにフィルタ設計されたFIRブロックによって残響音が生成されて出力される。
FIG. 10 shows an example of the configuration of the
上述したいずれの場合においても、残響音生成部300にはFIRフィルタを使用するため、多くの乗算器と遅延素子が必要となる。LPF200においても、フィードバック部を備えるIIRフィルタや、多くの乗算器と遅延素子を備える計算能力の高い高価なFIRフィルタを備える必要がある。
In any of the cases described above, since the
しかしながら、既存の技術では、特許文献1に記載の技術のように、LPFや残響音生成など各々の機能に対して、それぞれのIIRフィルタやFIRフィルタが必要である。つまり、音質調整装置において残響音を生成させるためには、これらの複数のフィルタが必要となる。
However, in the existing technology, as in the technology described in
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、1つのIIRフィルタでLPFと残響音生成処理を実現することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to realize LPF and reverberation sound generation processing with one IIR filter.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、
入力信号に対して演算を施して出力信号を算出するデジタルフィルタを含む音質調整装置であって、
前記入力信号を所定周期分遅延させ、当該遅延させた入力信号に対して所定の係数を乗算させて加算するフィードフォワード部と、
前記出力信号を所定周期分遅延させ、当該遅延させた出力信号に対して所定の係数を乗算させて加算するフィードバック部と、
を備え、
前記フィードフォワード部と前記フィードバック部のうち、一方を前記入力信号の所定帯域の周波数成分を減衰させる周波数フィルタとし、他方を入力信号に対応する残響音を生成する残響音生成部とすることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
A sound quality adjusting device including a digital filter that calculates an output signal by performing an operation on an input signal,
A feedforward unit that delays the input signal by a predetermined period, multiplies the delayed input signal by a predetermined coefficient, and adds the delayed signal;
A feedback unit that delays the output signal by a predetermined period, multiplies the delayed output signal by a predetermined coefficient, and adds;
With
One of the feedforward unit and the feedback unit is a frequency filter that attenuates a frequency component of a predetermined band of the input signal, and the other is a reverberation sound generation unit that generates a reverberation sound corresponding to the input signal. And
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、
前記フィードフォワード部をFIR型の周波数フィルタとし、前記フィードバック部を残響音生成部とすることを特徴とする。
The invention according to
The feedforward unit is an FIR type frequency filter, and the feedback unit is a reverberation sound generation unit.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、
前記周波数フィルタは、移動平均法によってフィルタ設計されたローパスフィルタであることを特徴とする。
The invention according to
The frequency filter is a low-pass filter designed by a moving average method.
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、
前記フィードフォワード部を残響音生成部とし、前記フィードバック部を周波数フィルタとすることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the invention according to
The feedforward unit is a reverberation sound generation unit, and the feedback unit is a frequency filter.
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、
前記周波数フィルタは、後進差分法によってフィルタ設計されたローパスフィルタであることを特徴とする。
The invention according to
The frequency filter is a low-pass filter designed by a backward difference method.
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5の何れか一項に記載の発明において、
前記デジタルフィルタは、2次のIIR型フィルタであることを特徴とする。
The invention according to
The digital filter is a second-order IIR filter.
本発明によれば、1つのIIRフィルタでLPFと残響音生成処理を実現させることができる。 According to the present invention, LPF and reverberant sound generation processing can be realized with one IIR filter.
[第1の実施の形態]
まず、構成について説明する。
図1に、本発明に係る音質調整装置1の概略図を示す。図1に示すように、音質調整装置1は、第1の入力端子2、第2の入力端子3、加算器4,5,6、2次IIRフィルタ(以下、単にIIRという)10、第1の出力端子7、第2の出力端子8等から構成される。第1の入力端子2から入力される第1の信号(例えば、左チャンネル)は、第1の出力端子7(例えば、左チャンネル)の出力信号、第2の入力端子3から入力される第2の信号(例えば、右チャンネル)は、第2の出力端子8(例えば、右チャンネル)の出力信号である。
[First Embodiment]
First, the configuration will be described.
FIG. 1 shows a schematic diagram of a sound
第1の入力端子2から入力された第1の信号と、第2の入力端子3から入力された第2の信号は、加算器4によって加算されてIIR10に対して入力される。IIR10においては、詳細は後述するが、フィルタリング処理と残響音生成処理が実行される。IIR10から出力された信号は、加算器5において第1の入力信号に加算されて、第1の出力端子7に対して出力される。同様に、IIR10から出力された信号は、加算器6において第2の入力信号と加算されて、第2の出力端子8に対して出力される。
The first signal input from the
図2に、本実施の形態におけるIIR10の構成を示す。図2に示すように、IIR10は、乗算器11、13、15、17、19、遅延素子12、14、16、18、加算器20等から構成される2次のIIRフィルタである。
FIG. 2 shows the configuration of
遅延素子12は、所定周期で入力される信号(例えば24ビットの音声データ)をその周期に相当する時間T1だけ遅延させる。遅延素子14は、遅延素子12から出力される信号を時間T1だけ遅延させる。乗算器11は、入力される信号に所定の乗数a0を乗算させる。乗算器13は、遅延素子12から出力される信号に所定の乗数a1を乗算させる。乗算器15は、遅延素子14から出力される信号に所定の乗数a2を乗算させる。これらの乗数はソフトウェア処理により任意に決定することができる。
The
遅延素子16は、加算器20から出力される信号を所定時間T1だけ遅延させる。遅延素子18は、遅延素子16から出力される信号を所定時間T1だけ遅延させる。乗算器17は、遅延素子16から出力される信号に所定の乗数b1を乗算させる。乗算器19は、遅延素子18から出力される信号に所定の乗数b2を乗算させる。
The
加算器20は、各乗算部11、13、15、17、19から出力される信号を加算させる。乗算器11、13、15、遅延素子12、14によってLPF30が構成され、乗算器17、19、遅延素子16、18によって残響音生成部40が構成される。つまり、IIR10は、LPF30と残響音生成部40とを含む。
The
LPF30は、FIRフィルタ設計手法の2TAPで実現できるフィルタとし、たとえば、移動平均法等によってフィルタ設計される。TAPとは、FIRフィルタにおける遅延素子の個数のことである。IIR10に含まれるLPF30は遅延素子12と14の2つを含むため、TAP数は2となる。TAP数が多いほど、フィルタリングにおける周波数表現を詳細に行うことができる。
The
ここで、LPFのフィルタ設計を行うための移動平均法について説明する。移動平均法とは、時系列データを平滑化する手法であり、単純移動平均や加重移動平均等がある。移動平均法により設計されたフィルタは、標本数の平均値を出力する。具体的には、フィルタの出力をOutとし、入力をIn0、1次遅れの入力をIn1、2次遅れの入力をIn2とすると、単純移動平均法の場合、以下のようにフィルタ設計される。
加重移動平均法によって設計されるフィルタも同様であり、入力のそれぞれに重み付けとして所定の乗数が乗算されて出力が算出される。例えば、LPF30の場合には、乗数a0が0.25、乗数a1が0.5、乗数a2が0.25等のように重み付けがなされることにより設計される。
The same applies to a filter designed by the weighted moving average method, and an output is calculated by multiplying each input by a predetermined multiplier as a weight. For example, the
残響音生成部40は、残響音生成処理の効果(出力)を従来技術において説明した通常のFIRフィルタを使用した残響音生成処理の効果よりも小さくなるように乗算器17、19の乗数b1、b2を制限する。この制限により、残響音として入力に対して戻す信号を、時間が経過するごとに徐々に小さくすることができ、残響音を生成する残響音生成部として機能する。
The reverberant
以上のように、本実施の形態における音質調整装置1によれば、IIRフィルタのフィードフォワード部を2TAPのFIRフィルタのLPFとし、IIRのフィードバック部を残響音生成部とする。したがって、IIRフィルタとFIRフィルタの組合せや、複数のFIRフィルタを直列的に接続するようにしてLPFと残響音生成部を構成する場合に比べて、一つのIIRでLPFと残響音生成部を設計できるので、処理が簡略になり、残響音生成のための計算量を軽減できる。この場合には、残響音生成部の出力を加算器に戻して徐々に小さくするように乗算器17、19の乗数を設定しておけば、IIRフィルタのフィードバック部において残響音を生成することが可能となる。このIIRフィルタは、IIRフィルタを構成する乗算器の乗数を更新することができるものであればよい。
As described above, according to the sound
また、残響音生成部は、複数次遅れを加算する方法ではなく、入力信号を出力し、同時に出力を入力に戻すようにしているため残響音を生成できる。 Further, the reverberation sound generation unit is not a method of adding a plurality of delays, but outputs an input signal and simultaneously returns the output to the input, so that a reverberation sound can be generated.
なお、上述した本実施の形態における記述は、本発明に係る好適な音質調整装置の一例であり、これに限定されるものではない。
例えば、本実施の形態においては、2TAPのIIRフィルタを用いたが、IIRフィルタのフィードフォワード部をLPFとして使用し、フィードバック部を残響音生成部として使用できればよく、TAP数はこれに限られず、3つ以上であってもよい。
In addition, the description in this Embodiment mentioned above is an example of the suitable sound quality adjusting device which concerns on this invention, and is not limited to this.
For example, in the present embodiment, a 2TAP IIR filter is used. However, the feedforward unit of the IIR filter may be used as an LPF and the feedback unit may be used as a reverberation sound generation unit, and the number of TAPs is not limited thereto. There may be three or more.
また、IIRのフィードフォワード部をLPFとして使用する例を説明したが、フィードフォワード部をHPF(High Pass Filter)やBPF(Band Pass Filter)として使用してもよい。この場合には、乗算器の乗数を変化させることによってHPFやBPFとして使用することができる。例えば、乗数a0を0.25、乗数a1を−0.5、乗数a2を0.25等、一次遅れの乗数を負に設定することによってHPFとして使用することができる。同様に、IIRのフィードフォワード部に含まれる乗算器の乗数を変化させることにより、BPFとしても使用することができる。 Moreover, although the example which uses the feedforward part of IIR as LPF was demonstrated, you may use a feedforward part as HPF (High Pass Filter) and BPF (Band Pass Filter). In this case, it can be used as HPF or BPF by changing the multiplier of the multiplier. For example, the multiplier can be used as an HPF by setting the multiplier of the first-order lag negative, such as a multiplier a 0 of 0.25, a multiplier a 1 of −0.5, and a multiplier a 2 of 0.25. Similarly, it can also be used as a BPF by changing the multiplier of the multiplier included in the IIR feedforward section.
その他、音質調整装置を構成する各部の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。 In addition, the detailed configuration and detailed operation of each part of the sound quality adjusting device can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
[第2の実施の形態]
次に、第2の実施の形態について説明する。
第2の実施の形態は、IIR10のフィードフォワード部を残響音生成部50として使用し、IIR10のフィードバック部をLPF60として使用する点のみが異なるので、以下においては、第1の実施の形態と異なる箇所についてのみ説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described.
The second embodiment is different from the first embodiment only in that the feedforward unit of the
図3に、第2の実施の形態におけるIIR10の構成を示す。
乗算器11、13、15、遅延素子12、14によって残響音生成部50が構成される。残響音生成部50は、FIRフィルタで実現される。乗算器17、19、遅延素子16、18によってLPF60が構成される。LPF60は、IIR10のフィードバック部を利用した後進差分フィルタで実現する。
FIG. 3 shows the configuration of the
The
ここで、後進差分法によるフィルタ設計について説明する。
図4(a)に、アナログ電気回路素子による積分回路(RCフィルタ)を示す。この図4(a)に示すアナログ電気回路のRCフィルタをZ変換を用いて算出されるフィルタの伝達関数は以下のようになる。図4(b)に、この伝達関数によって表されるデジタル回路を示す。
FIG. 4A shows an integration circuit (RC filter) using analog electric circuit elements. The transfer function of the filter calculated by using the Z conversion of the RC filter of the analog electric circuit shown in FIG. 4A is as follows. FIG. 4B shows a digital circuit represented by this transfer function.
上式のように、A0を入力のゲインとして、フィードバック部に含まれる乗算器の乗数を設定し、フィードバック部における乗算を行うことでLPFを実現することができる。 As in the above equation, as the gain of the input to A 0, sets the multiplier of the multiplier included in the feedback part, it is possible to realize the LPF by performing multiplication in the feedback unit.
以上のように、第2の実施の形態における音質調整装置によれば、IIRフィルタのフィードフォワード部を残響音生成部として使用し、IIRフィルタのフィードバック部をLPFとして使用することができ、第1の実施の形態における音質調整装置と同様に、一つのIIRフィルタにおいて残響音生成部とLPFとを設計することができる。 As described above, according to the sound quality adjustment apparatus in the second embodiment, the feedforward unit of the IIR filter can be used as the reverberation sound generation unit, and the feedback unit of the IIR filter can be used as the LPF. Similarly to the sound quality adjustment apparatus in the embodiment, the reverberation sound generation unit and the LPF can be designed in one IIR filter.
その他、音質調整装置を構成する各部の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。 In addition, the detailed configuration and detailed operation of each part of the sound quality adjusting device can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
[第3の実施の形態]
次に、第3の実施の形態について説明する。
第3の実施の形態は、音質調整装置1の構成が第1の実施の形態と異なるので、以下においては、第1の実施の形態と異なる部分についてのみ説明する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described.
The third embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the sound
図5に、第3の実施の形態における音質調整装置1の概略図を示す。図5に示すように、IIR10がそれぞれ第1の入力端子2と第2の入力端子3に接続される。IIR10は、それぞれ第1の出力端子7と第2の出力端子8と接続される。IIR10の構成は、第1の実施の形態と同様である。
FIG. 5 shows a schematic diagram of the sound
このように、第3の実施の形態の音質調整装置によれば、第1の入力信号と第2の入力信号のそれぞれについて、一つのIIRフィルタで残響音生成処理を行うことができる。 As described above, according to the sound quality adjustment apparatus of the third embodiment, it is possible to perform reverberation sound generation processing with one IIR filter for each of the first input signal and the second input signal.
その他、音質調整装置を構成する各部の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。 In addition, the detailed configuration and detailed operation of each part of the sound quality adjusting device can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
1 音質調整装置
2 第1の入力端子
3 第2の入力端子
4、5、6 加算器
7 第1の出力端子
8 第2の出力端子
10 IIR
11、13、15、17、19 乗算器
12、14、16、18 遅延素子
20 加算器
30 LPF
40 残響音生成部
100 IIR
101 第1の入力端子
102 第2の入力端子
103、104、105 加算器
200 LPF
201、203、205、207、208 乗算器
202、204、206、208 遅延素子
211、213、215、217、219 乗算器
212、214、216、218 遅延素子
220 加算器
300 残響音生成部
DESCRIPTION OF
11, 13, 15, 17, 19
40
101
201, 203, 205, 207, 208
Claims (6)
前記入力信号を所定周期分遅延させ、当該遅延させた入力信号に対して所定の係数を乗算させて加算するフィードフォワード部と、
前記出力信号を所定周期分遅延させ、当該遅延させた出力信号に対して所定の係数を乗算させて加算するフィードバック部と、
を備え、
前記フィードフォワード部と前記フィードバック部のうち、一方を前記入力信号の所定帯域の周波数成分を減衰させる周波数フィルタとし、他方を入力信号に対応する残響音を生成する残響音生成部とすることを特徴とする音質調整装置。 A sound quality adjusting device including a digital filter that calculates an output signal by performing an operation on an input signal,
A feedforward unit that delays the input signal by a predetermined period, multiplies the delayed input signal by a predetermined coefficient, and adds the delayed signal;
A feedback unit that delays the output signal by a predetermined period, multiplies the delayed output signal by a predetermined coefficient, and adds;
With
One of the feedforward unit and the feedback unit is a frequency filter that attenuates a frequency component of a predetermined band of the input signal, and the other is a reverberation sound generation unit that generates a reverberation sound corresponding to the input signal. Sound quality adjustment device.
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