JP2509789B2 - 可聴周波数帯域分割を利用した音響信号歪み補正装置 - Google Patents

可聴周波数帯域分割を利用した音響信号歪み補正装置

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  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、可聴周波数帯域分割を
利用した音響信号歪み補正装置に関し、特に線型特性を
要求する音響認識機器と音響再生機器及び変換器又は精
密センサなどのシステムにおいて人声の区別能力を表わ
すバークスケールを利用して音響信号の歪みを補正す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、多くの音響機器などは、電気信
号を機械的信号に変え、振動を発生させることにより音
響信号が生ずる。このような過程で、元の音響信号はシ
ステムの有している伝達関数にしたがって歪みを受け
る。上述の伝達関数による歪みを補正するために、電気
信号を機械信号に変換する前にDSPフィルタにより伝
達関数の逆関数に該当する電気的信号を加えることが行
われてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一方、DSPフィルタ
により歪みを補正するためには、スピーカが再生する周
波数帯域をサンプリングする必要がある。しかし従来
は、可聴周波数帯域を同一間隔でサンプリングしていた
ため、サンプリング周波数が増加すると、ほとんどすべ
ての周波数に対し正確な歪み補正ができる反面、DSP
フィルタを構成するための回路素子などの数が大幅に増
加するという問題点があった。また逆に、サンプリング
周波数を減少させると、フィルタを構成する回路素子な
どの数が少なくなる反面、歪み補正の正確度が劣るとい
う問題があった。
【0004】特開昭63−50195号の“オーディオ
信号伝送システム”においては、複数の出力手段に対応
して入力されたオーディオ信号を周波数帯域別に信号を
分割する場合、入力されたオーディオ信号のスペクトル
分析をして、その分析結果にしたがって信号を分割する
技術が開示されている。これは、オーディオ信号の全帯
域を忠実に再生(歪みの極少化)するために、分析した
オーディオ信号のスペクトルにしたがい、周波数帯域を
分割するという技術である。上記公報によれば、オーデ
ィオ信号伝送システムから所望の特性のクローズオーバ
ー歪みが生ずるのを防止できるが、上記の問題点などを
解決するには至っていない。
【0005】本発明における可聴周波数帯域分割を利用
した音響信号歪み補正装置は、可聴周波数帯域における
人の声を区別能力を表わすバークスケールを利用して可
聴周波数帯域を複数個の周波数帯域に分割し、低周波数
帯域では音響信号のサンプリング個数を増し、高周波帯
域ではサンプリング個数を少なくすることにより、少な
い回路素子で効率的なDSPフィルタとして機能するも
のである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の可聴周波数帯域分割を利用した音響信号歪み
補正装置は、所定周波数でサンプリングされた可聴周波
数帯域を多数の帯域に分割する周波数帯域分割手段と、
上記周波数帯域分割手段により帯域分割された音響デー
タ帯域により互いに異なる比率で抽出を行う抽出手段
と、上記抽出手段から抽出された音響データを帯域別に
歪み補正する歪み補正手段と、上記歪み補正手段で歪み
補正をされた音響データを周波数帯域分割手段に入力す
るときの音響データと同一の順になるように同期させ合
成出力するデータ出力手段とを具備する。
【0007】
【実施例】以下、本発明の好ましい一実施例について添
付図面に沿って詳述する。可聴周波数帯域において、異
なった周波数をもつ音響信号を区別する能力(聴覚分解
能)を表わすものにバークスケールがある。バークスケ
ールでは、人の聴覚分解能を周波数領域で示す。
【0008】図1に示すように、バークスケールでは、
20Hz〜20KHz程度の可聴周波数帯域をバークスケー
ルを区分する指数Kで表す。人の聴覚分解能は、図1に
示すバークスケールにおいて斜めの曲線で表示される。
人の聴覚分解能は、低周波領域が高周波領域より高い。
つまり、人は曲線の傾きが急な低周波領域であるほど音
響信号の周波数変化を感知し易く、曲線の傾きが緩やか
な高周波領域であるほど、音響信号の周波数変化を感知
しにくい。
【0009】図2において、所定の周波数でサンプリン
グされた可聴周波数帯域を多数の帯域に分割する周波数
帯域分割手段は、第1帯域フィルタ11と第2帯域フィ
ルタ12と第3帯域フィルタ13とから構成される。上
記第1,2,3帯域フィルタ11,12,13は異なる
周波数通過帯域を有する。ここでは、バークスケールに
よる周波数通過帯域を有するように構成する。
【0010】上記周波数帯域分割手段により帯域分割さ
れた音響データから帯域により互いに異なる比率で抽出
を行う抽出手段は、抽出器14,15,16とから構成
される。上記抽出手段から抽出された音響データを帯域
別に歪み補正する歪み補正手段は、FIRフィルタリン
グを行うFIRフィルタ17,18,19とから構成さ
れる。上記歪み補正手段で歪み補正された音響データを
周波数帯域分割手段に入力するときの音響データと同一
の順になるように同期させ合成出力するデータ出力手段
は、同期化部20,21,22と、第4,5,6帯域フ
ィルタ23,24,25と加算器26とから構成され
る。
【0011】上記データ出力手段で同期化部20,2
1,22は、上述のFIRフィルタ17,18,19か
ら出力されるデータが入力されるときの音響データと同
一の時間順となるように再構成される。上記第4,5,
6帯域フィルタ23,24,25は、同期化部20,2
1,22から出力されるデータのノイズを除去する。こ
こで、第1,2,3帯域フィルタ11,12,13と同
一のライン上にある第4,5,6帯域フィルタ23,2
4,25は、それぞれ同一の周波数通過帯域をもつよう
に構成される。加算器26は、同期化部20,21,2
2の出力を帯域フィルタ23、24、25でノイズ除去
したデータを加算して出力する。
【0012】したがって、所定のサンプリング周波数
(通常、44.1KHz)でサンプリングされた可聴周波
数帯域の音響データが入力端aを介して図2の装置に入
力されると、第1,2,3帯域フィルタ11,12,1
3は音響データを図1に示すようにバークスケールの指
数Kにしたがって3つの周波数帯域に分割する。つま
り、第1帯域フィルタ11は、指数Kが0〜9.8の第
1周波数帯域20Hz〜1.2KHzの音響データを通過さ
せ、第2帯域フィルタ12及び第3帯域フィルタ13は
それぞれ指数Kが9.8〜19.7と19.7〜29.
5の第2,3周波数帯域1.2KHz〜5.4KHz、5.4
KHz〜20KHzの音響データを通過させることにより、入
力される音響データを3つの周波数帯域に分割する。
【0013】上記第1,2,3帯域フィルタにより、3
つの周波数帯域に分割された音響データが、第1,2,
3抽出器14,15,16にそれぞれ入力されると、そ
れぞれの抽出器では入力される音響データを定められた
比率で抽出する。第1抽出器14は、15個のサンプリ
ングデータから1つを選択して出力し、残りの14個は
無視する方式の15対1抽出を行う。
【0014】また、第2抽出器15は、第1抽出器14
と同一の方式で3つのサンプリングデータ中1つを選択
して出力し、残りの2つは無視する方式の3対1抽出を
行う。さらに、第3抽出器16は1対1抽出を行い、入
力されるデータをそのまま出力する。ここで、3対1抽
出とは、入力端aを通過するときの音響データのもつサ
ンプリング周波数の1/3、14.7KHzで音響データ
をサンプリングしたものと実際には同一である。つま
り、44.1KHzのサンプリング周波数でサンプリング
した3つのデータから1つのデータを選択して出力する
ことにより、14.7KHz=(44.1KHz/3)で入力
される音響データをサンプリングしたものと同一にな
る。したがって、第1抽出器14の出力データは、2.
9KHz(=44.1KHz/15)でサンプリングデータを
サンプリングした結果と実際には同一になる。
【0015】FIRフィルタ17,18,19は抽出器
14,15,16から出力されるひずんだデータの振幅
歪みと位相歪みなどを補正する。この際、総タップ数を
200とする場合、第1,2,3周波数帯域ではそれぞ
れ34タップ,68タップ,98とする。従って、各帯
域の分解能は、サンプリング周波数/(TAP×抽出
比)により下記<表1>と同一になる。 表1 バークスケール 周波数範囲 TAP数 分解能 第1帯域 0〜 9.8 20Hz〜1.2KHz 34 約 90 Hz 第2帯域 9.8〜19.7 1.2KHz〜5.4KHz 68 約 200 Hz 第3帯域 19.7〜29.5 5.4KHz〜 20KHz 98 約 450 Hz つまり、第1帯域での分解能は、“44.1KHz/(3
4×15)≒90Hz”となり、第2帯域での分解能は
“44.1KHz/(68×3)≒200Hz”となり、第
3帯域での分解能は“44.1KHz/(98×1)≒4
50Hz”となる。
【0016】上述の<表1>において、各帯域に対応さ
れる周波数範囲及びバークスケールは図1と同じく、タ
ップ数は各周波数帯域における人の聴覚分解能とタップ
を構成する集積回路の特性などを考慮して決める。ここ
では、第1FIRフィルタ17は、34個のタップを有
し、第2FIRフィルタ18及び第3FIRフィルタ1
9はそれぞれ68個のタップ及び98個のタップをもつ
ように構成した。上記<表1>において分解能とは 、
所定音響データと他の所定音響データ間の周波数差が9
0Hzであるのを意味する。
【0017】歪み補正された音響データが異なるタップ
数をもつそれぞれのFIRフィルタから出力されると、
FIRフィルタの出力端に連結された同期化部20,2
1,22は、図示しない所定の制御命令により、入力さ
れる音響データを同期化させる。つまり、帯域分割して
抽出とフィルタリングを行った音響データを、入力端a
を通過するときの音響データと同一の順になるように時
間的に連結させる。
【0018】第1同期化部20から出力されるデータ
は、第4帯域フィルタ23により、再びフィルタリング
されてノイズが除去され、第2,3同期化部21,22
から出力されるデータは、それぞれ第5,6帯域フィル
タ24,25によりノイズが除去される。上記第4,
5,6帯域フィルタ23,24,25からノイズの除去
された音響データなどは、同一ライン上にある第1,
2,3帯域フィルタ11,12,13の通過周波数帯域
とそれぞれ同一周波数帯域を有する。
【0019】加算器26は、第4,5,6帯域フィルタ
23,24,25からノイズの除去された音響データを
加算して出力する。特に、上記一実施例では可聴周波数
帯域を3つの帯域に分割して本発明を実現したが、本発
明の適用対象により増減できるものであり、本発明の技
術的範囲に属することは明らかである。
【0020】上述において、より具体的な実施例につい
て述べたが、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の
変形が可能であることは明らかである。
【0021】
【発明の効果】上述のように、本発明の可聴周波数帯域
分割を利用した音響信号歪み補正装置によれば、人の聴
覚分解能を利用して少ない回路素子で効率的にDSPフ
ィルタが構成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】バークスケールを示す図である。
【図2】本発明にかかる実施例による可聴周波数帯域分
割を利用した音響信号歪み補正装置ののブロック図であ
る。
【符号の説明】
11,12,13 第1,2,3帯域フィルタ 14,15,16 抽出器 17,18,19 FIRフィルタ 20,21,22 同期化部 23,24,25 第4,5,6帯域フィルタ 26 加算器

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定周波数でサンプリングされた可聴周
    波数帯域を多数の帯域に分割する周波数帯域分割手段
    と、 上記周波数帯域分割手段により帯域分割された音響デー
    タから帯域により互いに異なる比率で抽出を行う抽出手
    段と、 上記抽出手段から抽出された音響データを帯域別に歪み
    補正する歪み補正手段と、 上記歪み補正手段で歪み補正された音響データを周波数
    帯域分割手段に入力するときの音響データと同一の順に
    なるように同期させ、合成出力するデータ出力手段とを
    具備することを特徴とする可聴周波数帯域分割を利用し
    た音響信号歪み補正装置。
  2. 【請求項2】 周波数帯域分割手段は、可聴周波数帯域
    をバークスケールにしたがって分割することを特徴とす
    る請求項1記載の可聴周波数帯域分割を利用した音響信
    号歪み補正装置。
  3. 【請求項3】 周波数帯域分割手段は、可聴周波数帯域
    をバークスケールにしたがって分割する多数個の帯域フ
    ィルタを有することを特徴とする請求項1又は2記載の
    可聴周波数帯域分割を利用した音響信号歪み補正装置。
  4. 【請求項4】 帯域フィルタは、少なくとも2つ以上に
    て構成されることを特徴とする請求項3記載の可聴周波
    数帯域分割を利用した音響信号歪み補正装置。
  5. 【請求項5】 抽出手段は、互いに異なる抽出比率で抽
    出を行う多数個の抽出器を有することを特徴とする請求
    項1記載の可聴周波数帯域分割を利用した音響信号歪み
    補正装置。
  6. 【請求項6】 抽出器は、少なくとも2つ以上で構成さ
    れることを特徴とする請求項5記載の可聴周波数帯域分
    割を利用した音響信号歪み補正装置。
  7. 【請求項7】 歪み補正手段は、音響データを帯域別に
    補正するFIRフィルタを有することを特徴とする請求
    項1記載の可聴周波数帯域分割を利用した音響信号歪み
    補正装置。
  8. 【請求項8】 データ出力手段は、音響データを上記周
    波数帯域分割手段に入力するときの音響データと同一の
    順になるように同期化させる同期化部を有することを特
    徴とする請求項1記載の可聴周波数帯域分割を利用した
    音響信号歪み補正装置。
  9. 【請求項9】 データ出力手段は、上記同期化部で同期
    化されたデータノイズを帯域別に除去する帯域フィルタ
    と、 上記帯域フィルタにより帯域別にノイズを除去されたデ
    ータを合成する加算器をさらに含むことを特徴とする請
    求項8記載の可聴周波数帯域分割を利用した音響信号歪
    み補正装置。
  10. 【請求項10】 帯域フィルタは、周波数帯域分割手段
    の帯域フィルタの周波数通過帯域と対応することを特徴
    とする請求項9記載の可聴周波数帯域分割を利用した音
    響信号歪み補正装置。
JP5154991A 1992-08-22 1993-06-25 可聴周波数帯域分割を利用した音響信号歪み補正装置 Expired - Fee Related JP2509789B2 (ja)

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