JP5488389B2

JP5488389B2 - 音響信号処理装置

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Publication number: JP5488389B2
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Authority: JP
Inventors: 三貴五藤; 瑞之白井; 裕司山下
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Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2014-05-14
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Description

この発明は、音量に応じて音響信号の特性に適した周波数特性に制御する音響信号処理装置に関する。

人間の聴覚は、周波数帯域によって音量感が異なり、例えば、低域や高域では音量感が低下して感じることが知られている。このため、音響機器において全体の音量を低下させると、音響信号の低域や高域の音が聞こえにくくなってしまい、全体の音量感のバランスが崩れてしまうようになる。このような、人間の聴覚特性を補償するように、従来の音響機器では、設定音量が低下された場合に音響信号の低域および高域を強調するラウドネス機能を搭載させている。このラウドネス機能では、全体の音量を低下させた際に低域および高域の利得を増加させることにより、全体の音量感のバランスを保つようにしている。

特開昭６４−５１７０６号公報

従来の音量＆ラウドネス制御回路１００の構成例を示す回路ブロック図を図６に示す。
図６に示す音量＆ラウドネス制御回路１００において、入力された音響信号は帯域分離フィルタ群により高域成分、中域成分および低域成分の帯域別の成分に分離される。帯域分離フィルタ群は、音響信号の高域成分を抽出するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１１０と、音響信号の中域成分を抽出するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１１と、音響信号の低域成分を抽出するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１２から構成されている。ＨＰＦ１１０から出力される高域成分は乗算器１１３において、係数発生部１１９により発生された係数が乗算されてレベル制御される。また、ＬＰＦ１１２から出力される低域成分は乗算器１１５において、係数発生部１１９により発生された係数が乗算されてレベル制御される。乗算器１１３から出力されるレベル制御された高域成分と、ＢＰＦ１１１から出力されたレベル制御されていない中域成分と、乗算器１１５から出力されるレベル制御された低域成分とは、混合部１１４において混合されて出力信号が形成される。混合部１１４からの出力信号は乗算器１１６において係数発生部１１８により発生された係数が乗算されて出力レベルが制御される。

係数発生部１１８および係数発生部１１９には、ユーザが調整する音量つまみ１１７の回転角度の情報が供給され、音量つまみ１１７の回転角度に応じた係数が係数発生部１１８および係数発生部１１９において発生される。この場合、係数発生部１１８においては音量つまみ１１７の回転角度に対応する音量となる係数が発生されて乗算器１１６に供給される。また、係数発生部１１９では、音量つまみ１１７が小さな音量の回転角度とされた場合はゲインが１を超える係数が発生され、音量つまみ１１７が小さな音量を超える音量の回転角度とされた場合はゲインが１となる係数が発生されて、乗算器１１３および乗算器１１５に供給される。これにより、小さな音量とされた場合は低域成分と高域成分とが持ち上げられるラウドネス制御が行われるようになる。

図６に示す従来の音量＆ラウドネス制御回路１００においては、係数発生部１１９から乗算器１１３および乗算器１１５に供給される係数は同様の係数とされることから、レベル制御された音量の周波数特性は画一的となり、必ずしも音響信号の特性に適したものになっていないと云う問題点があった。すなわち、音響信号の高域成分については、全体の音量レベルが上がってくると、高域成分が耳についてうるさく聴こえだすので、スピーカから出るその高域成分を抑えることが好適であり、低域成分については、スピーカが許容できる範囲で、なるべく多くスピーカから出すことが好適であるが、このようなレベル制御を行うことができないという問題点があった。

そこで、本発明は、音量に応じて音響信号の特性に適した周波数特性に制御することができる音響信号処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の音響信号処理装置は、１の音響信号を入力し、アンプとスピーカを含むサウンドシステムに供給するための出力音響信号を形成する音響信号処理装置であって、前記入力する音響信号を、高域成分と、中域成分と、低域成分とに分離する第１帯域分離部と、前記高域成分のレベルを、第１制御信号に応じて制御して出力する第１レベル制御部と、前記低域成分のレベルを、第２制御信号に応じて制御して出力する第２レベル制御部と、前記第１レベル制御部から出力された高域成分と、前記帯域分離部から出力された前記中域成分と、前記第２レベル制御部から出力された低域成分とを混合して、混合信号を出力する混合部と、前記混合信号の音響特性を調整して、前記出力音響信号を形成する出力信号形成部と、前記出力音響信号の音量レベルを検出し、検出された音量レベルに基づいて、前記第１制御信号を生成して出力する第１制御信号生成部と、前記出力音響信号の低域成分の音量レベルを検出し、検出された音量レベルに基づいて、前記第２制御信号を生成する第２制御信号生成部とを備えたことを最も主要な特徴としている。

本発明によれば、出力音響信号の音量レベルを検出し、検出された音量レベルに基づいて、音響信号の高域成分のレベルを制御し、出力音響信号の低域成分の音量レベルを検出し、検出された音量レベルに基づいて、音響信号の低域成分のレベルを制御するようにしたことから、音量つまみの回転角度に応じて音響信号の特性に適した周波数特性に制御することができる。

本発明の実施例にかかる音響信号処理装置が適用される音響装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例にかかる音響信号処理装置の参照入力レベルに応じた信号出力レベルの特性Ｘを示すグラフである。本発明の第１実施例の音響信号処理装置の構成を示す回路ブロック図である。本発明の第２実施例の音響信号処理装置の構成を示す回路ブロック図である。本発明の第３実施例の音響信号処理装置の構成を示す回路ブロック図である。従来の音量＆ラウドネス制御回路の構成を示す回路ブロック図である。

本発明の実施例にかかる音響信号処理装置が適用される音響装置の構成を図１に示す。
図１に示す音響装置１において、サウンドソース２はスピーカ５で再生すべき音響信号の供給源となる装置であり、ＣＤプレーヤ、レコーダやミキサ等をサウンドソース２とすることができる。サウンドソース２からの音響信号は、本発明にかかる音響信号処理装置３に入力される。音響信号処理装置３は、特定のスピーカ５への音響信号の供給のために、そのスピーカ５に専用に用意された信号処理を行う「スピーカプロセッサ」と呼ばれる信号処理を行う。音響信号処理装置３により信号処理が施された音響信号は、パワーアンプにより電力増幅されてスピーカ５に供給され放音される。スピーカ５は、全帯域用の１つのスピーカからなるフルレンジスピーカ、高域用のスピーカ（トゥイーター）と低域用のスピーカ（ウーファー）からなる２ウェイスピーカ、高域用のスピーカ（トゥイーター）と中域用のスピーカ（スコーカー）および低域用のスピーカ（ウーファー）からなる３ウェイスピーカ等とされる。

音響信号処理装置３は入力された音響信号に対して、音量つまみの回転角度に対応する音量制御や、ラウドネス制御等の、各種音響特性の調整を行っている。音量制御では、音量つまみの回転角度に対応するゲイン（増幅率ないし減衰率）となるよう音量制御する。また、ラウドネス制御では、高域成分のレベル制御について、出力する音響信号の全帯域のレベルを参照入力レベルとして、この参照入力レベルに応じて高域成分の信号出力レベルのレベル制御を行う。そして、低域成分のレベル制御について、出力する音響信号の低域成分のレベルを参照入力レベルとして、この参照入力レベルに応じて低域成分の信号出力レベルのレベル制御を行っている。なお、音響信号の中域成分については、このような参照入力レベルによるレベル制御は行わない。このような制御により、音響信号処理装置３では、音量つまみが絞られて音響信号の音量が小さくされた際に、その音響信号の周波数特性に応じて、音響信号の低域成分の信号出力レベルと高域成分の信号出力レベルとが別々にレベル制御されてラウドネス制御が行われることから、音響信号の特性に最適なラウドネス制御を行うことができる。
なお、音響信号処理装置３は、パワーアンプ４やスピーカ５とは独立した装置とすることができるが、音響信号処理装置３をパワーアンプ４に内蔵したり、音響信号処理装置３とパワーアンプ４とを、スピーカ５に内蔵するようにしてもよい。

図２に、検出されたデシベルスケールのレベル（参照入力レベル）に応じて生成された係数（デシベルスケールのゲインに相当）によりレベル制御する際の、音響信号の入出力レベル特性Ｘの一例のグラフを示す。
この図は、レベルが検出される音響信号と、レベル制御される音響信号が同じ音響信号である場合の特性図である。本実施例では、レベルが検出される音響信号とレベル制御される音響信号とが異なっているが、参照レベルに応じて生成される係数は基本的にこの図の場合と同じとされる。図２に示すグラフの横軸は参照入力レベルであり、縦軸はゲイン制御された信号のレベル（信号出力レベル）である。デシベルスケールであるので、信号出力レベルは、参照入力レベルにゲインを加算した値（リニアスケールでの乗算に相当）として表される。図２に示すグラフにおける傾斜した破線は、ゲインが０デシベル（リニアの「１」に相当）で一定の場合であり、入力する音響信号のレベルと出力される音響信号のレベルが等しくなる。参照入力レベルによるレベル制御が行われない中域成分の特性がこれに相当する。
図２に示すグラフにおける実線は、特性Ｘに従って制御された成分（高域成分又は低域成分）の信号出力レベルを示しており、ゲインが動的に変化している。すなわち、実線が破線より上にある範囲では、中域成分より当該成分のゲインが高く、バランス的に「持ち上げられた状態」といえる。逆に、実線が破線より下にある範囲では、中域成分より当該成分のゲインが小さく、バランス的に「下げられた状態」といえる。具体的には、参照入力レベルが小音量域のレベルのときは、特性Ｘに従って制御された成分は、破線より上に位置してゲインが「１」を超えており、当該成分の信号出力レベルは中域成分より大きくなる。また、参照入力レベルが微音量域の時は、特性Ｘに従って制御された成分は、参照入力レベルが小さくなるに従って次第に破線より下に位置するようになってゲインが「１」未満となり、当該成分の信号出力レベルは中域成分より小さくなる。さらに、参照入力レベルが中音量域−大音量域の中音量域以上とされる時は、特性Ｘに従って制御された成分は、参照入力レベルが大きくなるに従って次第に破線より下に位置するようになってゲインが「１」未満となり、当該成分の信号出力レベルは中域成分より小さくなる。

従って、特性Ｘに従って制御された高域成分または低域成分のゲインが「１」を超える小音量域においては、高域成分または低域成分が強調されるラウドネス制御が行われるようになる。逆に、特性Ｘに従って制御された高域成分または低域成分のゲインが「１」未満となる微音量域においては、小入力の音響信号をミュートするノイズゲートとして動作するようになる。なお、微音量域は人間の耳には聞こえないほどわずかな大きさの音量の範囲である。また、特性Ｘに従って制御された高域成分または低域成分のゲインが「１」未満となる中音量域以上においては、スピーカに大電力の音響信号が印加されることが抑制されて、スピーカが壊れてしまうことが防止されるようになる。
そして、本発明にかかる音響信号処理装置３においては、出力する音響信号の全帯域のレベルを参照入力レベルとして、高域成分は特性Ｘに従ってレベル制御され、出力する音響信号の低域成分のレベルを参照入力レベルとして、低域成分は特性Ｘに従ってレベル制御される。これにより、入力される音響信号の低域成分の信号出力レベルと高域成分の信号出力レベルとが別々に制御されるようになり、音響信号の特性に最適な動的ラウドネス制御を行うことができる。

次に、本発明の第１実施例の音響信号処理装置３の構成を示す回路ブロック図を図３に示す。
図３に示す音響信号処理装置３において、入力された音響信号は乗算器１０に入力され、音量つまみ１２の回転角度に応じた係数を発生する係数発生部１１からの係数が乗算される。これにより、音響信号の全帯域の音量レベルが音量つまみ１２の回転角度に応じてレベル制御される。乗算器１０から出力される音量つまみ１２に応じた音量レベルとされた音響信号は、帯域分離フィルタ群により高域成分、中域成分および低域成分の帯域別の成分に分離される。帯域分離フィルタ群は、音響信号の高域成分を抽出するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１３と、音響信号の中域成分を抽出するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１４と、音響信号の低域成分を抽出するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１４とから構成されている。ＨＰＦ１３から出力される高域成分は乗算器１６において、係数発生部２１により発生された第１係数が乗算されてレベル制御される。また、ＬＰＦ１５から出力される低域成分は乗算器１７において、係数発生部２４により発生された第２係数が乗算されてレベル制御される。乗算器１６から出力されるレベル制御された高域成分と、ＢＰＦ１４から出力されたレベル制御されていない中域成分と、乗算器１７から出力されるレベル制御された低域成分とは、混合部１８において混合され出力信号形成部１９に供給される。出力信号形成部１９は、供給された音響信号のレベル、周波数特性、振幅変化特性等の音響特性を制御して、サウンドシステムに供給するための出力信号を形成する。形成された出力信号は、サウンドシステムである、パワーアンプ４およびスピーカ５に供給される。例えば、スピーカ５が、全帯域用の１つのスピーカからなるフルレンジスピーカとされている場合、スピーカ間の位相やレベルのずれは起こりようがなく、スピーカから放音される音の周波数特性だけを制御すればよいので、出力信号形成部１９はイコライザのみの構成とすればよい。このイコライザにより、例えば、放音される音の周波数特性をフラットにしたり、その低域成分を適宜増強したりすることができる。

この出力信号は分岐されてＬ検出部２０に供給され、出力信号の全帯域におけるレベルが検出される。Ｌ検出部は、供給される音響信号のレベルを検出するレベル検出部であって、例えば、音響信号を整流する整流部、整流された音響信号の所定期間毎のピークを検出するピーク検出部、および、検出されたピークに追従する検出レベルを生成するアタックリリース部で構成される、一般的なエンベロープフォロワーとするとよい。その場合のアタックリリース部は、現在の検出レベルが検出されたピーク値より小さいとき、その検出レベルを立ち上がり時定数でそのピーク値まで立ち上げ、現在の検出レベルが検出されたピーク値より大きいとき、その検出レベルを立ち下がり時定数で０まで立ち下げることにより、出力する検出レベルを生成する。このＬ検出部２０の立ち上がり及び立ち下がり時定数がそれぞれ５０ｍ秒以上、例えば、３００〜４００ｍ秒と長めに設定されており、検出されるレベル（検出レベル）は急激な変化をしない。そして、Ｌ検出部２０で検出されたレベルが参照入力レベルとされて、図２に示す特性Ｘを実現するためのゲインが、係数発生部２１から第１係数として発生される。この場合、Ｌ検出部２０で検出された参照入力レベルが図２に示すゲイン「１」の破線上にあるときは、第１係数は「１」となり、破線より上にあるときは第１係数は「１」を超え、破線より下にあるときは第１係数は「１」未満となる。
また、分岐された出力信号はＬＰフィルタ２２にも供給され、ＬＰフィルタ２２により出力信号の低域成分が抽出される。ＬＰフィルタ２２により抽出された低域成分はＬ検出部２３に供給され、出力信号の低域成分のレベルが検出される。このＬ検出部２３の立ち上がりの時定数は５〜１０ｍ秒程度、立ち下がり時定数は２０〜３０ｍ秒程度とされており、低域成分のレベル変化にすばやく追従する。そして、Ｌ検出部２３で検出されたレベルが参照入力レベルとされて、図２に示す特性Ｘを実現するためのゲインが、係数発生部２４から第２係数として発生される。この場合、Ｌ検出部２３で検出された参照入力レベルが、図２に示すゲイン「１」の破線上にあるときは、第２係数は「１」となり、破線より上にあるときは第２係数は「１」を超え、破線より下にあるときは第２係数は「１」未満となる。スピーカから放音される音響信号の特性制御が最終目的であるため、第１係数および第２係数生成のためのレベル検出は、乗算器１７、混合器１８等の途中段階における音響信号ではなく、サウンドシステムに出力される音響信号である出力信号形成部１９の出力信号に対して行うのが好適とされる。また、出力信号形成部１９における信号処理では、音響信号に複数サンプリング周期分の遅延が生じており、何れか一方のレベル検出を出力信号に対して行い、他方を途中段階の音響信号に対して行うと、第１係数と第２係数の変化タイミングが相互にずれてうまく制御できない。そのため、乗算器１７の出力信号をＬ検出部２３へは入力していないのである。

ここで、音量つまみ１２がユーザにより絞られて、乗算器１０から出力される音響信号が帯域を問わず全体として小音量域の音量になった場合、Ｌ検出部２０で検出される全帯域の信号のレベルである参照入力信号のレベルが小音量域のレベルとなることから、特性Ｘに従って発生される第１係数は「１」を超える。この係数が乗算器１６においてＨＰＦ１３から出力される高域成分に乗算されるので、高域成分のレベルが持ち上げられるようレベル制御される。また、Ｌ検出部２３で検出される低域成分のレベルである参照入力信号のレベルも小音量域の音量になることから、特性Ｘに従って発生される第２係数は「１」を超える。この第２係数が乗算器１７においてＬＰＦ１５から出力される低域成分に乗算されるので、低域成分のレベルも持ち上げられるようレベル制御される。

ところで、音響信号の全帯域のレベルと、低域成分のレベルとは、多少の相関はあるにせよ基本的には相互に独立であるから、Ｌ検出部２０で検出される参照入力レベルと、Ｌ検出部２３で検出される参照入力レベルも、その時々の音響信号の周波数特性に応じて、相互に独立して変化する。すなわち、音響信号の低域成分のゲインと高域成分のゲインとが別々に制御されるようになる。このため、音響信号が小音量域の音量に調節されてラウドネス制御が行われる場合に、高域成分のゲインと低域成分のゲインとがスピーカに供給される音響信号の周波数特性に応じて動的に制御され、動的なラウドネス制御が行われるようになる。また、特性Ｘに従ってレベル制御されることから、全体の音量レベルが上がって中音量域以上となると、音響信号の高域成分が抑えられるようになると共に、低域成分については、低域成分の音量レベルが上がって中音量域以上になった場合のみ抑えられる、すなわち、スピーカが許容できる範囲で、なるべく多くスピーカから出力されるようになる。

次に、本発明の第２実施例の音響信号処理装置３−２の構成を示す回路ブロック図を図４に示す。本発明の第２実施例の音響信号処理装置３−２は、出力先のサウンドシステムが、複数の帯域に対応する複数のスピーカ５と、その各スピーカを個別にドライブする複数のパワーアンプ４とからなるマルチアンプ構成のサウンドシステムとされており、ここでは、説明の簡単化のため、スピーカが２ウェイである場合の例が示されている。この例では、音響信号がチャンネル・デバイダで高域と低域との複数帯域に分離され、パワーアンプ４には高域用と低域用の帯域専用のパワーアンプが用意され、スピーカ５には高域用のスピーカ（トゥイーター）と低域用のスピーカ（ウーファー）からなる２ウェイスピーカが用意される。なお、スピーカがｎウェイの場合には、チャンネル・デバイダによりｎ個の帯域に分離するようにすればよい。
図４に示すマルチアンプ用の音響信号処理装置３−２においては、図３に示す乗算器１０、係数発生部１１および音量つまみ１２が省略されて示されており、音量つまみ１２の回転角度に応じてレベル制御された音響信号が、帯域分離フィルタ群に入力される。帯域分離フィルタ群において、ＨＰＦ１３と、ＢＰＦ１４とＬＰＦ１５とにより高域成分、中域成分および低域成分の帯域別の成分に分離される。ＨＰＦ１３から出力される高域成分は乗算器１６において、係数発生部２１により発生された第１係数が乗算されてレベル制御される。また、ＬＰＦ１５から出力される低域成分は乗算器１７において、係数発生部２４により発生された第２係数が乗算されてレベル制御される。

乗算器１６から出力されるレベル制御された高域成分と、ＢＰＦ１４から出力されるレベル制御されていない中域成分と、乗算器１７から出力されるレベル制御された低域成分とは、混合部１８において混合されてイコライザ（ＥＱ）３０により音響信号の音響特性が調整される。ＥＱ３０は、主に、スピーカから出力される音の周波数特性を平坦化するために用意されており、このため、音響信号を供給するスピーカに応じて、イコライザ３０の周波数特性を設定するとよい。ＥＱ３０からの出力は、ＨＰフィルタ３１とＬＰフィルタ３３とに並列に供給される。この場合、ＨＰフィルタ３１およびＬＰフィルタ３３がチャンネルデバイダとなり、ＥＱ３０からの音響信号を、高域用スピーカに供給される帯域成分（以下、「高域成分」という）と、低域用スピーカに供給される低域成分とに分離している。従って、２ウェイスピーカを構成する各スピーカが受け持つ帯域に応じて、ＨＰフィルタ３１およびＨＰフィルタ３３の分離する周波数（カットオフ周波数）が異なっている。

ＨＰフィルタ３１により抽出された音響信号の高域成分は乗算器３２に供給されて、その高域成分により高域用スピーカから出る音のレベルが、低域用スピーカから出る音のレベルとバランスするように、乗算器３２において高域成分に乗算される係数（ゲイン）が調整される。一般化して、スピーカがｎウェイ構成であれば、チャンネル・デバイダによって、音響信号がｎ個の帯域成分に分離されることになるが、そのうちの最も低い低域成分を基準として、それに合致するように残りの（ｎ−１）個の帯域成分のレベルを調整すればよいので、その場合の乗算器３２の数は（ｎ−１）となる。この乗算器３２から高域の出力信号が出力され、高域専用のパワーアンプで増幅されて高域用スピーカ（トゥイーター）に供給される。また、ＬＰフィルタ３３により抽出された低域成分は、遅延部３４に供給されて、その位相が高域成分の位相と合致するように、遅延される。ここでは、１つの音響信号に含まれる２つの帯域成分が、略同じタイミングでスピーカから放音されることを指して「その２つの帯域間で位相が合致している」と表現している。そして、その２つの帯域成分で位相が合致していない場合、何れか一方の帯域成分を適宜遅延して（すなわち、タイミング調整して）、他方の位相に合致させることができる。ここでは低域成分のみを調整しているが、高域成分についても、遅延部を設けて調整するようにしてもよい。また、ｎウェイ構成の場合は、（ｎ−１）個の遅延部３４によって、最も高い成分を基準として、それに合致するように残りの（ｎ−１）個の帯域成分のタイミングが調整される。この遅延部３４から出力信号が出力され、低域専用のパワーアンプで増幅されて低域用のスピーカ（ウーファー）に供給される。ｎウェイ構成の場合は、（ｎ−１）個の乗算器３２ないし（ｎ−１）個の遅延部３４により調整されたｎ帯域の出力信号が、ｎ個のパワーアンプで増幅されｎ個のスピーカに供給される。このように、第２実施例の音響信号処理装置３−２においては、ＥＱ３０から遅延部３４までの計５ブロック（ｎウェイの場合は計（２ｎ−１）ブロック）が出力信号の形成を行う出力信号形成部を構成している。

高域の出力信号と低域の出力信号とは分岐されて、第２混合部３５に供給されることにより混合され、混合された全帯域の出力信号はＬ検出部２０に供給される。ｎウェイ構成の場合であれば、ｎ帯域の出力信号が分岐されて、第２混合部３５で混合され、混合された全帯域分の出力信号がＬ検出部２０に供給される。Ｌ検出部２０、係数発生部２１および乗算器１６の動作は、図３に示す第１実施例の音響信号処理装置３と同様であるので、その説明は省略するが、第１係数は全帯域の出力信号のレベルが変化しても急激には変化することなく全帯域の出力信号にゆっくり追従するよう係数発生部２１から発生されて乗算器１６に供給される。また、分岐された低域の出力信号はＬＰフィルタ２２に供給され、ＬＰフィルタ２２により低域の出力信号の低域成分が抽出されてＬ検出部２３に供給される。ｎウェイ構成の場合であれば、分岐された出力信号のうちの最も低い帯域からｍ帯域の出力信号が図示しない第３混合部で混合され、混合されたｍ帯域分の出力信号がＬＰフィルタ２２に供給され、その低域成分が抽出されてＬ検出部２３に供給される。なお、ＬＰフィルタ２２に供給される信号は、チャンネル・デバイダのＬＰフィルタ３３ないしｍ帯域分のフィルタで高域がカットされているので、それで充分であればＬＰフィルタ２２を省略することができる。その場合、低域の出力信号、ないし、第３混合部が出力する信号が、そのままＬ検出部２３に供給される。Ｌ検出部２３、係数発生部２４および乗算器１７の動作は、図３に示す第１実施例の音響信号処理装置３と同様であるので、その説明は省略するが、第２係数は出力信号の低域成分のレベル変化にすばやく追従するよう係数発生部２４から発生されて乗算器１７に供給される。

第２実施例の音響信号処理装置３−２において、Ｌ検出部２０では出力信号の全帯域の信号のレベルが参照入力レベルとして検出され、Ｌ検出部２３では出力信号の低域成分のレベルが参照入力レベルとして検出されることから、Ｌ検出部２０で検出される参照入力レベルとＬ検出部２３で検出される参照入力レベルとは、入力される音響信号の周波数特性に応じて異なるようになる。そして、特性Ｘに従って、Ｌ検出部２０で検出された参照入力レベルに対応する第１係数が発生されて、高域成分のレベル制御が第１係数により行われ、特性Ｘに従って、Ｌ検出部２３で検出された参照入力レベルに対応する第２係数が発生されて、低域成分のレベル制御が行われる。このため、小音量とされてラウドネス制御される場合に、音量の周波数特性が入力された音響信号の特性に適した動的ラウドネス制御を行うことができる。この場合、音響信号の全帯域のうちの何れかの帯域の音量レベルが上がってくると、音響信号の高域成分が抑えられるように制御されると共に、低域成分については、それに属する帯域の音量レベルが上がってきた場合にしか、音響信号の低域成分を抑えず、低域用スピーカが許容できる範囲で、なるべく多く低域用スピーカから出力されるよう制御される。

次に、本発明の第３実施例の音響信号処理装置３−３の構成を示す回路ブロック図を図５に示す。本発明の第３実施例の音響信号処理装置３−３は、出力先のパワーアンプ４およびスピーカ５からなるサウンドシステムがマルチアンプ構成の３ウェイスピーカの場合であって、さらに、ラウドネス制御用の帯域分離フィルタであるＨＰフィルタ１３、ＢＰフィルタ１４、ＬＰフィルタ１５を、チャンネル・デバイダの帯域分離フィルタとして共用するようにした場合の例である。このマルチアンプ構成では、音響信号がチャンネル・デバイダで高域と中域と低域との複数帯域に分離され、パワーアンプ４には高域用と中域用と低域用の帯域専用のパワーアンプが用意されて、スピーカ５には高域用のスピーカ（トゥイーター）と中域用のスピーカ（スコーカー）および低域用のスピーカ（ウーファー）からなる３ウェイスピーカが用意される。
図５に示すマルチアンプ用の音響信号処理装置３−３においては、図３に示す乗算器１０、係数発生部１１および音量つまみ１２が省略されて示されており、音量つまみ１２の回転角度に応じてレベル制御された音響信号が、帯域分離フィルタ群に入力される。帯域分離フィルタ群において、ＨＰＦ１３とＢＰＦ１４とＬＰＦ１５とにより高域成分、中域成分および低域成分の帯域別の成分に分離される。この場合、ＨＰＦ１３、ＢＰＦ１４およびＬＰＦ１５がチャンネルデバイダとなり、音響信号を、高域スピーカ用に供給される高域成分と、中域スピーカ用に供給される中域成分と、低域スピーカ用に供給される低域成分とに分離している。従って、複数の各スピーカが受け持つ帯域に応じて、ＨＰＦ１３、ＢＰＦ１４およびＬＰＦ１５の分離する周波数（カットオフ周波数）が異なる。

ＨＰＦ１３から出力される高域成分は乗算器１６において、係数発生部２１により発生された第１係数が乗算されてレベル制御される。また、ＬＰＦ１５から出力される低域成分は乗算器１７において、係数発生部２４により発生された第２係数が乗算されてレベル制御される。乗算器１６においてレベル制御された高域成分はＥＱ４１によりその周波数特性が調整され、ＢＰＦ１４において抽出された中域成分はＥＱ４３によりその周波数特性が調整され、乗算器１７においてレベル制御された低域成分はＥＱ４６によりその周波数特性が調整される。ＥＱ４１、ＥＱ４３およびＥＱ４６は、主に、各帯域用のスピーカから出力される音の周波数特性を平坦化するために用意されており、このため、音響信号を供給する各帯域用のスピーカに応じて、ＥＱ４１、ＥＱ４３、ＥＱ４６の周波数特性が設定される。これら３つのイコライザは、それぞれ、入力する音響信号の周波数帯域が、高域、中域、低域に限定されているので、その限定された帯域の周波数特性を制御するフィルタのみ（１０バンド程度）で構成すればよく、３基トータルで通常のイコライザ１基分（３１バンド程度）強程度の信号処理にしかならない。具体的に、ＥＱ４１であれば、ＨＰフィルタ１３が通過させる高域成分の帯域の特性を制御するフィルタだけで構成すればよい。

ＥＱ４１により音響特性が調整された高域成分は、乗算器４２に供給されて、高域用スピーカから出る音のレベルが、低域用スピーカから出る音のレベルとバランスするように、高域用スピーカに供給される高域成分のレベルが調整される。この乗算器４２から高域の出力信号が出力され、高域専用のパワーアンプで増幅されて高域用スピーカ（トゥイーター）に供給される。また、ＥＱ４３により音響特性が調整された中域成分は、乗算器４４に供給されて、中域用のスピーカから出る音のレベルが、低域用のスピーカから出る音のレベルとバランスするように、中域用スピーカに供給される中域成分のレベルが調整される。さらに、乗算器４４からの中域成分は、遅延部４５において、その位相が、高域成分の位相と合致するように、遅延される。この遅延部４５から中域の出力信号が出力され、中域専用のパワーアンプで増幅されて中域用スピーカ（スコーカー）に供給される。また、ＥＱ４６により音響特性が調整された低域成分は、遅延部４７において、その位相が、高域成分の位相と合致するように、遅延される。この遅延部４７から低域の出力信号が出力され、低域専用のパワーアンプにより増幅されて低域用のスピーカ（ウーファー）に供給される。このように、第３実施例の音響信号処理装置３−３においては、ＥＱ４１から遅延部４７までの７ブロックが出力信号の調整処理を行う出力信号形成部を構成している。

高域、中域、低域の各出力信号は分岐されて、混合部４８に供給されることにより混合され、混合された全帯域の出力信号はＬ検出部２０に供給される。Ｌ検出部２０、係数発生部２１および乗算器１６の動作は、図３に示す第１実施例の音響信号処理装置３と同様であるので、その説明は省略するが、第１係数は全帯域の出力信号のレベルが変化しても急激には変化することなく全帯域の出力信号にゆっくり追従するよう係数発生部２１から発生されて乗算器１６に供給される。また、分岐された低域の出力信号は、Ｌ検出部２３に供給され、出力信号の低域成分のレベルが検出される。ここでは、低域の出力信号が出力信号の低域成分そのものであるため、Ｌ検出部２３の前段にＬＰフィルタを入れる必要はない。Ｌ検出部２３、係数発生部２４および乗算器１７の動作は、図３に示す第１実施例の音響信号処理装置３と同様であるので、その説明は省略するが、第２係数は低域の出力信号のレベル変化にすばやく追従するよう係数発生部２４から発生されて乗算器１７に供給される。

第３実施例の音響信号処理装置３−３においても、Ｌ検出部２０では出力信号の全帯域の信号のレベルが参照入力レベルとして検出され、Ｌ検出部２３では出力信号の低域成分のレベルが参照入力レベルとして検出されることから、Ｌ検出部２０で検出される参照入力レベルとＬ検出部２３で検出される参照入力レベルとは、入力される音響信号の特性に応じて異なるようになる。そして、特性Ｘに従って、Ｌ検出部２０で検出された参照入力レベルに対応する第１係数が発生されて、高域成分のレベル制御が第１係数により行われ、特性Ｘに従って、Ｌ検出部２３で検出された参照入力レベルに対応する第２係数が発生されて、低域成分のレベル制御が行われる。このため、小音量とされてラウドネス制御される場合に、音量の周波数特性が入力された音響信号の特性に適した動的ラウドネス制御を行うことができる。この場合、特性Ｘに従ってレベル制御されることから、全体の音量レベルが上がってくると、音響信号の高域成分が抑えられるようになると共に、低域成分については、低域用スピーカが許容できる範囲で、なるべく多く低域用スピーカから出力されるようになる。第３実施例の音響信号処理装置３−３では、ラウドネス制御用の帯域分離フィルタをチャンネル・デバイダとして共用しているため、第２実施例に比較して、チャンネル・デバイダの帯域分離フィルタと、ＬＰフィルタ２２に相当する信号処理を削減できる一方、イコライザ４１、４３、４６に係る信号処理の増加は僅かであるので、全体として、第２実施例を３ウェイスピーカの構成とした場合より少ない信号処理で、同等の動的なラウドネス制御を実現できる。

以上説明した本発明の実施例にかかる音響信号処理装置においては、ユーザからの指示に応じて、第１係数と第２係数をそれぞれ「１」に固定することにより、本発明にかかる「動的ラウドネス制御」をオフすることができる。また、本発明にかかる「動的ラウドネス制御」は、スピーカプロセッサ以外の信号処理装置（エフェクトプロセッサ）にも適用することができる。この場合は、音響信号処理装置のブロックを、モノラル入力モノラル出力の１つのエフェクトとして実装するのが好適となる。
また、本発明にかかる音響信号処理装置において、出力信号形成部における調整処理は、周波数特性制御を行うＥＱ、レベル制御を行う乗算器、遅延制御を行う遅延部により構成したが、該調整処理を、その一部の処理だけとしても良いし、或いは、コンプレッサ処理、変調処理、ノンリニア変換処理などのその他の処理を含むようにしてもよい。
さらに、本発明の第１，２実施例の音響信号処理装置におけるＬＰフィルタ２２のフィルタ特性は、ＬＰＦ１５のフィルタの特性と同じにすると好適となる。この場合、必ずしも同じ特性にしなければならないということはなく、多少異ならせても良い。

１音響装置、２サウンドソース、３，３−１，３−２音響信号処理装置、４パワーアンプ、５スピーカ、１０乗算器、１１係数発生部、１２音量つまみ、１３ＨＰＦ、１４ＢＰＦ、１５ＬＰＦ、１６乗算器、１７乗算器、１８混合部、１９出力信号形成部、２０Ｌ検出部、２１係数発生部、２２ＬＰフィルタ、２３Ｌ検出部、２４係数発生部、３０ＥＱ、３１ＨＰフィルタ、３２乗算器、３３ＬＰフィルタ、３４遅延部、３５混合部、４１ＥＱ、４２乗算器、４３ＥＱ、４４乗算器、４５遅延部、４６ＥＱ、４７遅延部、４８混合部、１００ラウドネス制御回路、１１３乗算器、１１４混合部、１１５乗算器、１１６乗算器、１１８係数発生部、１１９係数発生部

Claims

１の音響信号を入力し、アンプとスピーカを含むサウンドシステムに供給するための出力音響信号を形成する音響信号処理装置であって、
前記入力する音響信号を、高域成分と、中域成分と、低域成分とに分離する第１帯域分離部と、
前記高域成分のレベルを、第１制御信号に応じて制御して出力する第１レベル制御部と、
前記低域成分のレベルを、第２制御信号に応じて制御して出力する第２レベル制御部と、
前記第１レベル制御部から出力された高域成分と、前記帯域分離部から出力された前記中域成分と、前記第２レベル制御部から出力された低域成分とを混合して、混合信号を出力する混合部と、
前記混合信号の音響特性を調整して、前記出力音響信号を形成する出力信号形成部と、
前記出力音響信号の音量レベルを検出し、検出された音量レベルに基づいて、前記第１制御信号を生成して出力する第１制御信号生成部と、
前記出力音響信号の低域成分の音量レベルを検出し、検出された音量レベルに基づいて、前記第２制御信号を生成する第２制御信号生成部と、
を備えたことを特徴とする音響信号処理装置。
前記サウンドシステムは、複数の帯域に対応する複数のスピーカを、対応する複数のアンプで駆動するマルチアンプ方式のサウンドシステムであって、
前記出力信号形成部は、前記混合信号を、前記複数の帯域毎の音響信号に分離し、該分離された各帯域の音響信号の音響特性を調整して、前記複数のアンプに供給する複数の音響信号からなる前記出力音響信号を形成する出力信号形成部であることを特徴とする請求項１記載の音響信号処理装置。
１の音響信号を入力し、高域スピーカ、中域スピーカ、低域スピーカを、対応する高域アンプ、中域アンプ、低域アンプで駆動するマルチアンプ方式のサウンドシステムに供給するための、高域、中域、低域の出力音響信号を形成する音響信号処理装置であって、
前記入力する音響信号を、高域成分と、中域成分と、低域成分とに分離する第１帯域分離部と、
前記高域成分のレベルを、第１制御信号に応じて制御して出力する第１レベル制御部と、
前記低域成分のレベルを、第２制御信号に応じて制御して出力する第２レベル制御部と、
前記第１レベル制御部から出力された高域成分の音響特性を調整して、前記高域の出力音響信号を形成し、前記帯域分離部から出力された中域成分の音響特性を調整して、前記中域の出力音響信号を形成し、前記第２レベル制御部から出力された低域成分の音響特性を調整して、前記低域の出力音響信号を形成する出力信号形成部と、
前記出力信号形成部から出力された前記高域、中域、低域の出力音響信号を混合して、混合信号を出力する混合部と、
前記混合信号の音量レベルを検出し、検出された音量レベルに基づいて、前記第１制御信号を生成して出力する第１制御信号生成部と、
前記低域の出力音響信号の音量レベルを検出し、検出された音量レベルに基づいて、前記第２制御信号を生成する第２制御信号生成部と、
を備えたことを特徴とする音響信号処理装置。
前記第１制御信号生成部における音量レベルの検出は、所定の第１の立ち上がり時定数および第１の立ち下がり時定数を用いて行い、
前記第２制御信号生成部における音量レベルの検出は、前記所定の第１の立ち上がり時定数および第１の立ち下がり時定数より短い、所定の第２の立ち上がり時定数および第２の立ち下がり時定数を用いて行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の音響信号処理装置。