JP5566269B2 - オーディオ信号再生装置 - Google Patents
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Description
この発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、偶数次高調波成分信号を生成する際に、音質を劣化させるDC成分や位相が90度ずれた高調波成分を一切生成しないことを目的とする。
入力信号であるオーディオ信号より低音成分信号を抽出する低音成分抽出部と、
低音成分抽出部からの低音成分信号より奇数次高調波成分信号を生成する奇数次高調波生成部と、
同じく低音成分抽出部からの低音成分信号より90度位相ずれ信号を生成する90度位相変換部と、
90度位相変換部の90度位相ずれ信号と奇数次高調波生成部の奇数次高調波成分信号を乗算して、偶数次高調波成分信号を生成する偶数次高調波乗算器と
偶数次高調波乗算器の偶数次高調波成分信号の振幅を調整する第1の振幅調整部と、
奇数次高調波生成部からの奇数次高調波成分信号と第1の振幅調整部で振幅調整された偶数次高調波成分信号を加算して高調波成分信号を出力する高調波加算器と、
高調波加算器の高調波成分信号の振幅を調整する第2の振幅調整部と、
入力信号であるオーディオ信号と第2の振幅調整部で振幅調整された高調波成分信号を加算して出力信号を出力する出力生成加算器を備える。
図1はこの発明の実施の形態1によるオーディオ信号再生装置を示す構成図である。図1において、オーディオ信号再生装置は、オーディオ信号である入力信号から低音成分信号を抽出する低音成分抽出部1、高調波成分信号を生成する高調波生成部2、出力信号を生成する出力生成加算器3より構成される。
高調波生成部2は奇数次高調波成分信号を生成する奇数次高調波生成部4、90度位相ずれ信号を生成する90度位相変換部5、偶数次高調波成分信号を生成する偶数次高調波乗算器6、偶数次高調波成分信号の振幅を調整する第1の振幅調整部7、高調波成分信号を生成する高調波加算器8、高調波成分信号の振幅を調整する第2の振幅調整部9から構成される。
図2は高調波生成部2における奇数次高調波生成部4の構成図である。図2において、奇数次高調波生成部4は、全波整流信号を生成する全波整流部10、奇数次高調波成分信号を生成する奇数次高調波乗算器11から構成される。
低音成分信号抽出部1は、オーディオ信号である入力信号が入力されると、スピーカーの最低共振周波数f0以下の低音成分からなる低音成分信号を入力信号より抽出し、その低音成分信号を高調波生成部2へ出力する。
例えば、スピーカーの最低共振周波数f0が100 Hzである場合は、100 Hz以下の低音成分からなる低音成分信号を抽出する。
ここでは、低音成分抽出部1より抽出した低音成分信号を正弦波Asinωt(A:振幅値、ω:角周波数、t:時間)であるとして説明する。
高調波生成部2は低音成分抽出部1より出力された低音成分信号を奇数次高調波生成部4および90度位相変換部5へ分配し、低音成分信号の高調波成分信号を生成後、高調波成分信号を出力生成加算器3へ出力する。
奇数次高調波生成部4は、低音成分信号が入力されると全波整流部10および奇数次高調波乗算器11に出力する。
全波整流部10は、入力した低音成分信号より、信号の振幅値の絶対値を取った全波整流信号を生成し、奇数次高調波乗算器11へ出力する。
ここで、全波整流部10より出力される全波整流信号は式(1)のように表すことができる。
図3に低音成分信号(点線、100Hzの正弦波)と全波整流信号(実線)の周波数特性を示す。図3より、全波整流信号はDC成分と低音成分信号の偶数次高調波成分(200Hz、400Hz、600Hz、…)を生成していることがわかる。
奇数次高調波乗算器11は、低音成分信号と全波整流部10より出力された全波整流信号を乗算し、その結果生成される奇数次高調波成分信号を偶数次高調波乗算器6及び高調波加算器8へ出力する。
低音成分信号Asinωtと全波整流信号(式(1))の乗算により出力される奇数次高調波成分信号は式(2)のように表すことができる。
図4に全波整流信号(実線)と奇数次高調波成分信号(点線)の周波数特性を示す。図4より、奇数次高調波成分信号は低音成分信号(100Hz)の奇数次高調波成分(100Hz、300Hz、500Hz、…)を生成していることがわかる。
ここで、90度位相変換器5において低音成分信号Asinωtの位相を90度ずらした90度位相ずれ信号はAcosωtである。
奇数次高調波乗算器11より出力される奇数次高調波成分信号(式(2))と90度位相変換部5より出力される90度位相ずれ信号Acosωtの乗算により生成される偶数次高調波成分信号は式(3)のように表すことができる。
第1の振幅調整部7は、偶数次高調波乗算器6より生成される偶数次高調波成分信号のパワーを奇数次高調波乗算器11より生成される奇数次高調波成分信号のパワーと揃えるため、低音成分信号Asinωtの振幅値Aの逆数を乗算し振幅調整を行う。
第2の振幅調整部9は、高調波加算器8より出力される高調波成分信号の振幅調整を行い、振幅調整した高調波成分信号を出力生成加算器3へ出力する。
第2の振幅調整部9は、高調波加算器8より出力される高調波成分信号のパワーを低音成分信号Asinωtのパワーと揃えるため、振幅値Aの逆数を乗算することで振幅調整を行う。
また、第2の振幅調整部9は振幅値Aの逆数に加え、ゲインαを乗算し、出力生成加算器3において入力信号に加算する高調波成分信号の割合を変更する。
図8はこの発明の実施の形態2によるオーディオ信号再生装置の高調波生成部2を示す構成図であり、図において、図1と異なる部分に関して説明する。高調波生成部2に関して、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
実施の形態2によるオーディオ信号再生装置は、実施の形態1の構成に低音成分信号Asinωtの振幅値Aを計算する振幅値計算部12を追加した構成である。
振幅値計算部12は低音成分信号Asinωtと90度位相変換部5より出力される90度位相ずれ信号Acosωtを入力して振幅値Aを計算し、その計算結果を第1の振幅調整部7及び第2の振幅調整部9へ出力する。
振幅値Aの算出は三角関数の公式を利用することで式(4)より行う。
図9はこの発明の実施の形態3によるオーディオ信号再生装置の高調波生成部2を示す構成図であり、図において、図1と異なる部分に関して説明する。高調波生成部に関して、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。本実施の形態3によるオーディオ信号再生装置は、実施の形態1の構成に低音成分信号Asinωtの振幅値Aを計算する振幅値計算部12を追加した構成であり、また、実施の形態2と異なる点は、振幅値計算部12の入力信号が低音成分信号Asinωtと90度位相ずれ信号Acosωtでなく、奇数次高調波生成部4を構成する全波整流部10の全波整流信号を入力する点である。
振幅値計算部12は全波整流部10より出力される全波整流信号を入力して振幅値Aを計算し、その計算結果を第1の振幅調整部7及び第2の振幅調整部9へ出力する。
振幅値の算出は全波整流信号に対し、ローパスフィルタを通し、その結果出力される信号を低音成分信号の振幅値とすることで行う。
図10はこの発明の実施の形態4によるオーディオ信号再生装置の高調波生成部2を示す構成図であり、図において、図1及び図8と異なる部分に関して説明する。高調波生成部2に関して、図1及び図8と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
実施の形態4によるオーディオ信号再生装置は、実施の形態1の構成に低音成分信号Asinωtの振幅値Aを計算する振幅値計算部12を追加した構成であり、図8に示す実施の形態2と異なる点は、振幅値計算部12の入力信号が低音成分信号Asinωtと90度位相ずれ信号Acosωtでなく、低音成分信号Asinωtのみである点である。
振幅値計算部12は低音成分信号Asinωtを入力して振幅値Aを計算し、その計算結果を第1の振幅調整部7及び第2の振幅調整部9へ出力する。
低音成分信号の振幅値Aは低音成分信号AsinωtのRMS(Root Mean Square)の計算結果を用いる。
Claims (8)
- 入力信号であるオーディオ信号より低音成分信号を抽出する低音成分抽出部と、
低音成分抽出部からの低音成分信号より奇数次高調波成分信号を生成する奇数次高調波生成部と、
同じく低音成分抽出部からの低音成分信号より90度位相ずれ信号を生成する90度位相変換部と、
90度位相変換部の90度位相ずれ信号と奇数次高調波生成部の奇数次高調波成分信号を乗算して、偶数次高調波成分信号を生成する偶数次高調波乗算器と
偶数次高調波乗算器の偶数次高調波成分信号の振幅を調整する第1の振幅調整部と、
奇数次高調波生成部からの奇数次高調波成分信号と第1の振幅調整部で振幅調整された偶数次高調波成分信号を加算して高調波成分信号を出力する高調波加算器と、
高調波加算器の高調波成分信号の振幅を調整する第2の振幅調整部と、
入力信号であるオーディオ信号と第2の振幅調整部で振幅調整された高調波成分信号を加算して出力信号を出力する出力生成加算器
を備えることを特徴とするオーディオ信号再生装置。 - 奇数次高調波生成部は低音成分信号より全波整流信号を生成する全波整流部と、
低音成分信号と全波整流信号を乗算して奇数次高調波成分信号を生成する奇数次高調波乗算器を
備えることを特徴とする請求項1記載のオーディオ信号再生装置。 - 90度位相変換部は低音成分信号をヒルベルト変換することで、低音成分信号の位相を90度ずらし、低音成分信号の90度位相ずれ信号を生成することを特徴とする請求項1または2記載のオーディオ信号再生装置。
- 90度位相変換部は低音成分信号を微分することで、低音成分信号の位相を90度ずらし、低音成分信号の90度位相ずれ信号を生成することを特徴とする請求項1または2記載のオーディオ信号再生装置。
- 90度位相変換部は低音成分信号を積分することで、低音成分信号の位相を90度ずらし、低音成分信号の90度位相ずれ信号を生成することを特徴とする請求項1または2記載のオーディオ信号再生装置。
- 低音成分信号と低音成分信号の位相を90度ずらした90度位相ずれ信号の自乗和の平方根より低音成分信号の振幅値を算出する振幅値計算部を備え、第1および第2の振幅調整部は振幅幅計算部からの振幅値により、偶数次高調波成分信号および高調波成分信号の振幅調整を行うことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載のオーディオ信号再生装置。
- 全波整流部より出力される全波整流信号をローパスフィルタに通し、その結果出力される信号を低音成分信号の振幅値とする振幅値計算部を備え、第1および第2の振幅調整部は振幅幅計算部からの振幅値により、偶数次高調波成分信号および高調波成分信号の振幅調整を行うことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載のオーディオ信号再生装置。
- 低音成分信号よりRMS(Root Mean Square)を算出し、その算出結果を低音成分信号の振幅値とする振幅値計算部を備え、第1および第2の振幅調整部は振幅幅計算部からの振幅値により、偶数次高調波成分信号および高調波成分信号の振幅調整を行うことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載のオーディオ信号再生装置。
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