KR101403086B1

KR101403086B1 - 신호 처리 장치 및 신호 처리 방법

Info

Publication number: KR101403086B1
Application number: KR20070096653A
Authority: KR
Inventors: 마사루 시무라; 다로 나까가미; 가즈노부 오꾸리
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2014-06-03
Also published as: US8094835B2; CN101154931A; DE102007046025A1; US20080170719A1; KR20080028324A; JP2008085412A

Abstract

소구경의 스피커로도 저음감이 얻어지는 오디오 장치를 제공한다. 오디오 신호 S1로부터 스피커(5)의 공진 주파수 f0 이상의 신호 성분 S2를 취출하는 하이패스 필터(2)를 설치한다. 오디오 신호 S1로부터, 주파수가 대역 f0/2∼f1/2에 포함되는 저역 성분 S21을 취출하는 밴드패스 필터(21)와, 오디오 신호 S1로부터, 주파수가 대역 f0/4∼f1/4에 포함되는 저역 성분 S41을 취출하는 밴드패스 필터(41)를 설치한다. 밴드패스 필터(21)의 출력을 2 체배하는 피치 시프트 회로(22)와, 밴드패스 필터(41)의 출력을 4 체배하는 피치 시프트 회로(42)를 설치한다. 하이패스 필터(2)의 출력과, 피치 시프트 회로(22, 42)의 출력을 소정의 비율로 가산하는 가산 회로(3)를 설치한다. 가산 회로(3)의 출력 신호 S3을 스피커(5)에 공급한다.

스피커, 하이패스 필터, 밴드패스 필터, 피치 시프트 회로, 가산 회로

Description

신호 처리 장치 및 신호 처리 방법{SIGNAL PROCESSING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은, 오디오 재생 장치에 관한 것이다.

소위 미니 컴포넌트나 박형의 텔레비전 등에서는, 구경이 작은 스피커가 사용되고 있음과 함께, 그 스피커를 수납하고 있는 스피커 박스(엔클로저)의 용적도 작은 경향이 있다. 이 때문에, 스피커의 공진 주파수 f0이 100Hz 정도 혹은 그 이상으로 높게 되어 있는 경우가 많다.

그리고, 일반적으로 스피커에 공진 주파수 f0 이하의 오디오 신호를 공급하면, 주파수가 낮아짐에 따라서 기본파 성분의 출력 음압이 저하되어 감과 함께, 왜곡 성분(고조파 성분)이 급속하게 증가되어 가는 경향이 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 구경이 작은 스피커를 사용한 오디오 기기에서는, 스피커의 공진 주파수 f0 이하의 저음을 충분히 재생할 수 없다.

그런데, 악기의 음은, 기본음과 그 배음으로 구성되고, 그 비율이 음색을 결정하고 있다. 그리고, 인간의 청감은, 기본음이 출력되어 있지 않아도, 그 배음이 출력되어 있으면, 마치 그 기본음이 출력되어 있는 것처럼 지각하는 것이, 심리 음 향적으로 실증되어 있다.

따라서, 그와 같은 지각 특성을 이용하여 저음감이 얻어지도록 한 오디오 장치가 고려되고 있다. 도 11은, 그와 같은 오디오 장치의 일례를 도시하는 것으로, 부호 5가 저음감의 개선의 대상으로 되는 스피커이다.

그리고, 오디오 신호 S1이, 입력 단자(1)를 통해 하이패스 필터(2)에 공급되어 도 12의 A에 도시한 바와 같이, 스피커(5)의 공진 주파수 f0 이상의 중고역 성분 S2가 취출되고, 이 중고역 성분 S2가 가산 회로(3)에 공급된다. 또한, 입력 단자(1)의 오디오 신호 S1이 밴드패스 필터(7)에 공급되어 도 12의 B에 도시한 바와 같이, 주파수가 f0/2∼f0인 저역 성분 S7이 취출되고, 이 저역 성분 S7이 피치 시프트 회로(8)에 공급된다.

이 피치 시프트 회로(8)는, 그에 공급된 저역 성분 S7의 주파수를 2배로 체배하는 것이며, 따라서 피치 시프트 회로(8)로부터는, 도 12의 C에 도시한 바와 같이 주파수가 f0∼2f0인 배음 성분 S8이 출력된다.

그리고, 이 배음 성분 S8이 가산 회로(3)에 공급되어 중고역 성분 S2에 가산되고, 가산 회로(3)로부터는 도 12의 D에 도시한 바와 같이, 저역 성분 S7의 배음 성분 S8이 증강된 오디오 신호 S3이 취출되고, 이 신호 S3이 파워 앰프(4)를 통해 스피커(5)에 공급된다. 따라서, 스피커(5)로부터는, 도 12의 D에 도시한 바와 같은 주파수 특성의 음향 출력, 즉 저역 성분 S7의 배음 성분 S8이 증강된 음향이 출력된다.

그리고, 이 경우 스피커(5)로부터는, 저역 성분 S7의 음향은 출력되지 않지 만, 이 저역 성분 S7이 기본음 성분에 대응함과 함께, 그 배음 성분 S8의 음향이 출력되므로, 상술한 바와 같이 리스너에는 저역 성분 S7의 음향이 출력되고 있는 것처럼 지각되고, 따라서 스피커(5)가 소구경이어도 저음감을 얻을 수 있다.

또한, 일반적으로는 저역 성분 S7을 배음 처리하여 배음 성분 S5를 생성한 경우, 그 배음 성분 S5의 주파수가 200Hz 정도 이하이면, 청감상 위화감이 없다고 되어 있다.

선행 기술 문헌으로서 예를 들면 이하의 것이 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평8-213862호 공보

그런데, 상술한 오디오 재생 장치의 경우, 저역 성분 S7의 주파수에 따라서는, 적절한 저음감이 얻어지지 않는 경우가 있다. 즉, 지금, 스피커(5)의 재생 대역(주파수 특성)이 도 13의 A의 곡선 F5에 의해 표시되고, 이 때 공진 주파수 f0이 100Hz이었다고 하자.

그리고, 예를 들면 도 13의 A에 도시한 바와 같이, 저역 성분 S7의 주파수가 60Hz이었다고 하면, 그 배음 성분 S8의 주파수는, 도 13의 A에도 도시한 바와 같이 120Hz로 된다. 그리고, 배음 성분 S8의 주파수가 120Hz이면, 이는 스피커(5)의 재생 대역 F5에 포함되므로, 상술한 바와 같이 배음 성분 S8에 의해 저역 성분 S7의 저음감을 리스너가 느낄 수 있다.

그러나, 예를 들면 도 13의 B에 도시한 바와 같이, 저역 성분 S7의 주파수가 35Hz이었다고 하면, 그 배음 성분 S8의 주파수는, 도 13의 B에도 도시한 바와 같이 70Hz로 된다. 그리고, 배음 성분 S8의 주파수가 70Hz이면, 이는 스피커(5)의 재생 대역 F5에 포함되지 않으므로, 배음 성분 S8에 의해 저역 성분 S7의 저음감을 얻는 것은 곤란하다. 오히려, 스피커(5)에는 공진 주파수 f0보다도 낮은 주파수의 배음 성분 S8이 공급되므로, 스피커(5)로부터는 왜곡음이 출력되어 버린다.

또한, 예를 들면 도 13의 C에 도시한 바와 같이, 스피커(5)의 공진 주파수 f0이 120Hz이며, 이 때 저역 성분 S7의 주파수가 110Hz라고 하면, 그 배음 성분 S8의 주파수는, 도 13의 C에도 도시한 바와 같이 220Hz로 된다. 그렇게 하면, 이 배음 성분 S8의 주파수 220Hz는, 스피커(5)의 재생 대역 F5에 포함되므로, 그 음향 성분이 출력되게 된다. 그러나, 상기한 바와 같이 배음 성분 S8에 위화감이 생기지 않는 주파수의 상한은 200Hz 정도이며, 지금의 경우, 배음 성분 S8의 주파수 220Hz는 그 상한을 초과하므로, 스피커(5)의 재생음에 리스너가 위화감을 느끼게 된다.

본 발명은, 이상과 같은 문제점을 해결하고자 하는 것이다.

본 발명에서는，

N=2n

단，n=1∼6의 정수

f1 : 임의의 신호의 기본파 성분을 체배하였을 때, 그 결과의 체배파 성분에 청감상의 위화감이 생기지 않는 주파수라고 할 때,

오디오 신호로부터 스피커의 공진 주파수 f0 이상 중고역 성분을 취출하는 하이패스 필터와,

상기 오디오 신호로부터, 주파수가 대역 f0/N∼f1/N에 포함되는 저역 성분을 각각 취출하는 n개의 밴드패스 필터와,

이 n개의 밴드패스 필터의 출력의 각각을 N 체배하는 n개의 피치 시프트 회로와,

상기 하이패스 필터의 출력과, 상기 N개의 피치 시프트 회로의 출력을 소정의 비율로 가산하는 가산 회로를 갖고,

상기 가산 회로의 출력 신호를 상기 스피커에 공급하도록 한 오디오 재생 장치로 하는 것이다.

본 발명에 따르면, 오디오 신호의 저역 성분의 주파수가 스피커의 공진 주파수 f0보다 낮은 경우에는, 그 저역 성분의 배음 성분의 음향을 출력하도록 하고 있으므로, 이 배음 성분에 의해 저음감을 얻을 수 있다. 또한, 저역 성분을 체배할 때, 그 체배 결과의 배음 성분이 스피커의 공진 주파수 f0과, 상한 주파수 f1 사이의 대역에 들어가 체배하고 있으므로, 저음감에 위화감이 생기는 일이 없다.

< 1 > 제1 예

도 1은, 본 발명에 의한 제1 구성예를 도시하는 것으로, 부호 5가 저음감의 개선의 대상으로 되는 구경이 작은 스피커이다. 또한, 여기서,

f0 : 스피커(5)의 공진 주파수. 이 예에서는，100Hz 부근 혹은 그 이하.

f1 : 임의의 신호의 기본파 성분을 체배하였을 때, 그 결과의 체배파 성분에 청감상의 위화감이 생기지 않는 주파수(체배 결과의 신호의 주파수). 일반에는 200Hz 정도

라고 한다. 이 예에서는，f0=f1/2(혹은 f0≤f1/2)로 한다. 또한，2채널 스테레오나 멀티채널 스테레오의 경우에는, 각 채널을 도 1의 구성으로 할 수 있다.

그리고, 오디오 신호 S1이, 입력 단자(1)를 통해 하이패스 필터(2)에 공급되어 도 2의 A에 실선으로 나타낸 바와 같이, 스피커(5)의 공진 주파수 f0 이상 중고역 성분 S2가 취출되고, 이 중고역 성분 S2가 가산 회로(3)에 공급된다. 또한, 통과 대역이 주파수 f0∼f1, 이 예에서는 100Hz∼200Hz의 밴드패스 필터(11)가 설치되고, 입력 단자(1)로부터의 오디오 신호 S1이, 이 밴드패스 필터(11)에 공급되어 도 2의 A에 파선으로 나타낸 바와 같이, 주파수 대역이 f0∼f1인 저역 성분 S11이 취출되고, 이 저역 성분 S11이 어테네이터 회로(13)를 통해 가산 회로(3)에 공급된다.

또한, 통과 대역이 주파수 f0/2∼f1/2, 이 예에서는 50Hz∼100Hz인 밴드패스 필터(21)가 설치되고, 입력 단자(1)로부터의 오디오 신호 S1이, 이 밴드패스 필터(21)에 공급되어 도 2의 B에 도시한 바와 같이, 주파수가 f0/2∼f1/2인 저역 성분 S21이 취출되고, 이 저역 성분 S21이 피치 시프트 회로(22)에 공급된다.

이 피치 시프트 회로(22)는, 그 일례를 후술하지만, 그에 공급된 저역 성분 S21의 주파수를 2배로 체배하는 것이다. 따라서, 피치 시프트 회로(22)로부터는, 도 2의 C에 도시한 바와 같이 2배의 주파수의 배음 성분 S22, 즉 주파수가 f0∼f1인 배음 성분 S22가 출력된다. 이 2배의 배음 성분 S22는, 어테네이터 회로(23)를 통해 가산 회로(3)에 공급된다.

또한, 통과 대역이 주파수 f0/4∼f1/4, 이 예에서는 25Hz∼50Hz인 밴드패스 필터(41)가 설치되고, 입력 단자(1)로부터의 오디오 신호 S1이, 이 밴드패스 필터(41)에 공급되어 도 2의 D에 실선으로 나타낸 바와 같이, 주파수가 f0/4∼f1/4인 저역 성분 S41이 취출되고, 이 저역 성분 S41이 피치 시프트 회로(42)에 공급된다.

이 피치 시프트 회로(42)는, 그에 공급된 저역 성분 S41의 주파수를 4배로 체배하는 것이며, 따라서 피치 시프트 회로(42)로부터는, 도 2의 D에 파선으로 나타낸 바와 같이, 4배의 주파수의 배음 성분 S42, 즉 주파수가 f0∼f1인 배음 성분 S42가 출력된다. 이 4배의 배음 성분 S42도 어테네이터 회로(43)를 통해 가산 회로(3)에 공급된다.

이렇게 하여, 가산 회로(3)로부터는, 도 2의 E에 도시한 바와 같이 중고역 성분 S2에, 저역 성분 S11과, 2배의 배음 성분 S22와, 4배의 배음 성분 S42가, 어테네이터 회로(13, 23, 43)에 의해 소정의 비율로 가산된 오디오 신호 S3이 취출된다. 그리고, 이 가산 신호 S3이 파워 앰프(4)를 통해 스피커(5)에 공급된다.

이와 같은 구성에 따르면, 입력 단자(1)에 오디오 신호 S1이 공급되면, 피치 시프트 회로(22, 42)에 의해 저역 성분 S21 혹은 S41의 2배 혹은 4배의 주파수의 배음 성분 S22 혹은 S42가 형성되고, 이것이 오디오 신호 S1에 부가된다. 따라서, 오디오 신호 S1은 도 2의 E에 도시한 바와 같은 주파수 특성의 오디오 신호 S3으로 되고, 이 신호 S3이 스피커(5)에 공급된다.

이 때, 스피커(5)로부터는 공진 주파수 f0 이하의 기본음 성분의 음향은 대부분 출력되지 않지만, 배음 성분 S22, S42의 음향이 출력되므로, 상술한 바와 같이 리스너에는 공진 주파수 f0 이하의 음향이 출력되고 있는 것처럼 지각되고, 따라서 스피커(5)가 소구경이어도, 저음감을 얻을 수 있다.

그리고, 이 경우, 예를 들면 도 3의 A에 도시한 바와 같이 저역 성분 S21(S41)의 주파수가 35Hz이면, 이 저역 성분 S21로부터 2배의 주파수의 배음 성분 S22(파선 도시)를 생성하여도, 그 주파수는 70Hz이며, 스피커(5)에 의해 재생할 수는 없다(이는, 도 13의 B의 경우와 마찬가지임).

그러나, 도 1의 장치에서는, 저역 성분 S21의 주파수가 35Hz이면, 이 저역 성분 S21, 즉 저역 성분 S41이 밴드패스 필터(41)를 통해 피치 시프트 회로(42)에 공급되어 4배의 주파수 140Hz의 배음 성분 S42(실선 도시)는 생성되고, 이 배음 성분 S42가 가산 회로(3)에 공급된다. 따라서, 저역 성분 S21의 주파수가 35Hz이어도, 그 4배의 주파수의 배음 성분 S42에 의해 저역 성분 S21에 대응하는 저음감을 리스너가 얻을 수 있다.

또한, 예를 들면 도 3의 B에 도시한 바와 같이, 저역 성분 S41(S21)의 주파수가 60Hz이면, 이 저역 성분 S41로부터 4배의 주파수의 배음 성분 S42(파선 도시)를 형성하면, 그 주파수는 240Hz이며, 배음을 부가할 때의 상한 주파수 f1(≒200Hz)을 초과하므로, 이 배음 성분 S42를 스피커(5)에 공급하면 위화감을 주는 음향으로 되어 버린다(이는, 도 13의 C의 경우와 마찬가지임).

그러나, 도 1의 장치에서는, 저역 성분 S41의 주파수가 60Hz이면, 이 저역 성분 S41, 즉 저역 성분 S21은 밴드패스 필터(21)를 통해 피치 시프트 회로(22)에 공급되어 2배의 주파수 120Hz의 배음 성분 S22(실선 도시)로 되고, 이 배음 성분 S22가 가산 회로(3)에 공급된다. 따라서, 저역 성분 S41의 주파수가 60Hz이어도, 그 2배의 주파수의 배음 성분 S22에 의해 저역 성분 S41에 대응하는 저음감을 얻을 수 있다.

또한, 도 2의 A, 도 2의 E에도 도시한 바와 같이, 원래의 입력 오디오 신호 S1에 포함되는 저역 성분 S11도 증강하고 있으므로, 저음감을 자연스러운 것으로 할 수 있다.

< 2 > 제2 예

도 4는, 본 발명의 제2 구성예를 도시하는 것으로, 이 예에서는f0>f1/2이어도, 유효하게 저음감이 얻어지도록 한 경우이다. 즉, 도 1의 장치와 마찬가지로, 입력 오디오 신호 S1로부터 중고역 성분 S2 및 저역 성분 S11이 취출되어, 가산 회로(3)에 공급된다.

또한, 입력 오디오 신호 S1이, 밴드패스 필터(21)에 공급되어 도 5의 A에 파선으로 나타낸 바와 같이, 주파수가 f0/2∼f1/2인 저역 성분 S21이 취출되어, 이 저역 성분 S21이 피치 시프트 회로(22)에 공급되고, 피치 시프트 회로(22)로부터는, 도 2의 A에 실선으로 나타낸 바와 같이 2배의 주파수의 배음 성분 S22, 즉 주파수가 f0∼f1인 배음 성분 S22가 출력된다. 그리고, 이 2배의 배음 성분 S22는, 어테네이터 회로(23)를 통해 가산 회로(62)에 공급된다.

또한, 입력 오디오 신호 S1이, 밴드패스 필터(41)에 공급되어 도 5의 A에 파선으로 나타낸 바와 같이, 주파수가 f0/4∼f1/4인 저역 성분 S41이 취출되어, 이 저역 성분 S41이 피치 시프트 회로(42)에 공급되고, 피치 시프트 회로(42)로부터는, 도 2의 A에 실선으로 나타낸 바와 같이 4배의 주파수의 배음 성분 S42, 즉 주파수가 f0∼f1인 배음 성분 S42가 출력된다. 그리고, 이 4배의 배음 성분 S42는, 어테네이터 회로(43)를 통해 가산 회로(62)에 공급된다.

그리고, 가산 회로(62)로부터는, 도 5의 B에 도시한 바와 같이 2배의 배음 성분 S22와, 4배의 배음 성분 S42와의 가산 신호 S62가 취출되고, 이 가산 신호 S62가, 로우패스 필터(63)에 공급된다. 이 로우패스 필터(63)는, 도 5의 C에 예를 들면 곡선 F63에 의해 나타내는 주파수 특성을 갖는 것이며, 즉 공진 주파수 f0을 컷오프 주파수로 하고, 상한 주파수 f1에서는 입력 신호 성분을 거의 차단하는 주파수 특성을 갖는 것이다.

따라서, 로우패스 필터(63)로부터는, 가산 신호 S62 중, 위화감을 주지 않는 2배 및 4배의 배음 성분 S63(해칭 부분)이 출력된다. 그리고, 이 배음 성분 S63이 가산 회로(3)에 공급되고, 이 가산 회로(3)의 출력 신호 S3이 파워 앰프(4)를 통해 스피커(5)에 공급된다.

이와 같은 구성에 따르면, 도 1의 장치와 마찬가지로 피치 시프트 회로(22, 42)에 의해 저역 성분 S21 혹은 S41의 2배 혹은 4배의 주파수의 배음 성분 S22 혹은 S42가 형성되고, 이것이 오디오 신호 S2에 부가되므로, 상술한 바와 같이 스피커(5)로부터는 공진 주파수 f0 이하의 음향이 출력되고 있는 것처럼 지각되고, 따 라서 스피커(5)가 소구경이어도, 저음감을 얻을 수 있다.

그리고, 이 경우 가산 회로(3)에서，중고역 성분 S2에 2배 및 4배의 배음 성분 S63이 가산되지만, 이 배음 성분 S63은 로우패스 필터(63)에 의해 상한 주파수 f1에 근접함에 따라서 레벨이 작게 되어 있으므로, 예를 들면 배음 성분 S63에 상한 주파수 f1을 초과하도록 한 신호 성분이 포함되어 있어도, 위화감을 억제할 수 있다. 이 결과, 예를 들면 f0>f1/2이어도, 리스너에 위화감을 주는 일 없이, 저음감을 얻을 수 있다.

< 3 > 제3 예

도 6은, 본 발명의 제3 구성예를 도시하는 것으로, 도 1의 장치와 마찬가지로, 오디오 신호 S1이, 입력 단자(1)를 통해 하이패스 필터(2)에 공급되어 스피커(5)의 공진 주파수 f0 이상의 중고역 성분 S2가 취출되고, 이 중고역 성분 S2가 가산 회로(3)에 공급된다. 또한, 입력 단자(1)로부터의 오디오 신호 S1이, 통과 대역이 주파수 f1 이하, 이 예에서는 200Hz 이하의 로우패스 필터(10)에 공급되어 상한 주파수 f1 이하의 저역 성분 S10이 취출되고, 이 저역 성분 S10이 어테네이터 회로(13)를 통해 가산 회로(3)에 공급되어, 소정의 비율로 중고역 성분 S2에 가산된다.

또한, 도 1의 장치와 마찬가지의 밴드패스 필터(21, 41) 및 피치 시프트 회로(22, 42)에 의해 2배 및 4배의 배음 성분 S22, S42가 형성되고, 이들 배음 성분 S22, S42가 어테네이터 회로(23, 43)를 통해 가산 회로(3)에 공급되어, 소정의 비율로 중고역 성분 S2에 가산된다.

이렇게 하여, 가산 회로(3)로부터는, 도 7의 A에 도시한 바와 같이 중고역 성분 S2에, 저역 성분 S11과, 2배의 배음 성분 S22와, 4배의 배음 성분 S42가 어테네이터 회로(13, 23, 43)에 의해 소정의 비율로 가산된 오디오 신호 S3이 취출된다.

그리고, 이 가산 신호 S3이 저역 커트 필터(6)에 공급되고, 도 7의 B에 도시한 바와 같이, 오디오 신호 S3 중, 소구경의 스피커(5)에 있어서 유해한 중저역 성분, 즉 스피커(5)에 공급되었을 때, 정상인 저음은 출력되지 않지만, 왜곡 성분(고조파 성분)이 대량으로 출력되도록 한 저역 성분이 제거된 오디오 신호 S6으로 되고, 이 오디오 신호 S6이 파워 앰프(4)를 통해 스피커(5)에 공급된다.

이와 같은 구성에 따르면, 스피커(5)로부터는 저역 성분 S11의 음향은 대부분 출력되지 않지만, 저역 성분 S11의 배음 성분 S22, S42의 음향이 출력되므로, 상술한 바와 같이 리스너에는 저역 성분 S11의 음향이 출력되고 있는 것처럼 지각되고, 따라서 스피커(5)가 소구경이어도, 저음감을 얻을 수 있다.

또한, 도 7의 B에도 도시한 바와 같이, 저역 성분 S11도 어느 정도 오디오 신호 S6에 남도록 하고 있으므로, 저음감을 자연스러운 것으로 할 수 있다. 그리고, 이 때 저역 성분 S11 중에서도, 소구경의 스피커(5)에 있어서 유해한 중저음 성분은, 저역 커트 필터(6)에 의해 제거되므로, 정상인 저음은 대부분 출력되지 않음에도, 왜곡 성분(고조파 성분)이 대량으로 출력된다고 하는 일은 없다.

< 4 > 피치 시프트 회로(22, 42)의 예

저역 성분 S21, S41의 2배 혹은 4배의 주파수의 배음 성분 S22, S42는, 예를 들면 도 8에 도시한 바와 같은 방법에 의해 형성할 수 있다. 즉, 지금 도 8의 A에 도시한 바와 같이, 정현파 신호 SA의 1 사이클에 D/A 변환할 수 있는 디지털 데이터 DA가, 메모리에 보존되어 있는 것으로 한다. 또한, 기호 ●는, 그 샘플 점을 나타낸다. 또한, 기간 TA는, 그 정현파 신호 SA의 1 사이클 기간, 기간 1/fc는 1 샘플 기간이다.

그리고, 이 디지털 데이터 DA를 메모리로부터 판독하는 경우, 기입시와 동등한 클록 주파수 fc에서 1 샘플씩 순서대로 판독하면, 기간 TA에 정현파 신호 SA의 1 사이클을 얻을 수 있다.

또한, 디지털 데이터 DA를 메모리로부터 판독하는 경우, 도 8의 B에 도시한 바와 같이, 기입시와 동등한 클록 주파수 fc에서, 2번지당 1번지의 비율로 씨닝하여 판독함과 함께, 그 판독을 2회 반복할 때에는, 기간 TA에 정현파 신호 SA의 2배의 주파수의 정현파 신호 SB를 2 사이클 얻을 수 있다. 즉, 기간 TA에 정현파 신호 SA의 2배의 주파수의 배음 성분 SB를 얻을 수 있다.

또한, 디지털 데이터 DA를 메모리로부터 판독하는 경우, 도 8의 C에 도시한 바와 같이, 기입시와 동등한 클록 주파수 fc에서, 4번지당 1번지의 비율로 씨닝하여 판독함과 함께, 그 판독을 4회 반복할 때에는, 기간 TA에 정현파 신호 SA의 4배의 주파수의 정현파 신호 SC를 4 사이클 얻을 수 있다. 즉, 기간 TA에 정현파 신호 SA의 4배의 주파수의 배음 성분 SC를 얻을 수 있다.

따라서, 피치 시프트 회로(22)(및 42)는, 예를 들면 도 9에 도시한 바와 같이 구성할 수 있다. 즉, 도 9에서, 부호 22M은 예를 들면 링 버퍼로 구성되어 실 질적으로 충분한 크기의 어드레스(용량)를 갖는 메모리 회로를 나타낸다. 또한, 저역 성분 S21이 예를 들면 도 10의 A에 도시한 바와 같은 파형이며, 이를 A/D 변환한 신호가 디지털 데이터 D21이며, 그 샘플링 주파수(클록 주파수)는 fc이라고 한다.

또한, 이 디지털 데이터 D21(저역 성분 S21)의 극성이, 예를 들면 마이너스로부터 플러스로 반전하는 시점을, 시점 tx라고 한다. 또한, 임의의 시점 tx로부터 그 다음 시점 tx까지의 기간, 즉 저역 성분 S21의 1 사이클 기간을, 기간 Tx라고 한다.

그리고, 도 9에서, 디지털 데이터 D21이 입력 단자 22A를 통해 메모리 회로(22M)에 공급되고, 도 10의 A에 도시한 바와 같이 디지털 데이터 D21은, 그 1 샘플 분마다 메모리 회로(22M)의 각 어드레스에 순서대로 기입되어 간다. 따라서, 도 10의 기간 Tx가 도 8의 기간 TA에 대응하고, 도 10의 A는 도 8의 A에 대응한다.

또한, 이 기입과 동시에, 메모리(22)로부터 이에 기입된 디지털 데이터 D21이 판독된다. 도 10에서는, 간단히 하기 위해, 기입측의 기간 Tx와, 판독측의 기간 Tx가 동시라고 하고 있다.

이 메모리(22)로부터의 판독은, 도 8의 B와 마찬가지로 실행되는 것이며, 즉 기입시와 동등한 클록 주파수 fc에서, 2번지당 1번지의 비율로 씨닝하여 판독하는 것이다. 또한, 기간 Tx에, 그 판독을 2회 반복하는 것이다. 따라서, 이 판독한 디지털 데이터 D22를 D/A 변환하면, 원래의 저역 성분 S21의 2배의 주파수의 배음 성분 S22를 얻을 수 있다.

또한, 저역 성분 S41에 대해서도, 마찬가지로 A/D 변환하여 메모리에 기입하고, 도 8의 C와 마찬가지로 판독하면, 즉 기입시와 동등한 클록 주파수 fc에서, 4번지당 1번지의 비율로 씨닝하여 판독함과 함께, 기간 Tx에 그 판독을 4회 반복하면, 그 판독한 디지털 데이터를 D/A 변환하였을 때, 원래의 저역 성분 S41의 4배의 주파수의 배음 성분 S42를 얻을 수 있다.

< 5 > 맺음말

상술한 장치에 따르면, 저역 성분의 주파수가 스피커(5)의 공진 주파수 f0보다 낮은 경우라도, 피치 시프트 회로(22, 42)에 의해 스피커(5)의 공진 주파수 f0보다도 높은 주파수의 배음 성분 S22, S42를 형성하고, 이를 중고역 성분 S2에 부가하여 스피커(5)에 공급하도록 하고 있으므로, 스피커(5)의 구경이 작아도 저음감을 얻을 수 있다.

또한, 저역 성분을 체배할 때, 그 체배 결과의 배음 성분이 스피커(5)의 공진 주파수 f0과, 상한 주파수 f1 사이의 대역에 들어가도록, 2 체배 혹은 4 체배로 하고 있으므로, 저음감에 위화감이 생기는 일이 없다.

또한, 도 7의 B에도 도시한 바와 같이, 원래의 저역 성분 S11도 어느 정도 오디오 신호 S6에 남도록 하고 있으므로, 저음감을 자연스러운 것으로 할 수 있다. 그리고, 이 때 저역 성분 S11 중에서도, 소구경의 스피커(5)에 있어서 유해한 중저역 성분은, 저역 커트 필터(6)에 의해 제거되므로, 정상의 저음은 출력되지 않음에도, 왜곡이 대량으로 출력된다고 하는 것은 없다.

또한, 예를 들면 3배의 주파수의 배음 성분은, 원래의 기본음 성분에 대해 옥타브의 관계가 없으므로, 위화감을 주게 되지만, 2배 혹은 4배의 주파수의 배음 성분은, 원래의 기본파 성분에 대해 1 옥타브 혹은 2 옥타브 높은 주파수의 관계가 있어, 재생음에 위화감을 주는 일이 없다.

< 6 > 기타

상술에 있어서, 입력 오디오 신호 S1로부터 출력 오디오 신호 S6을 얻기까지의 신호계는, 실제로는 DSP나 전용의 하드웨어를 사용하여 디지털 처리에 의해 실현하므로, 예를 들면 밴드패스 필터(21)와 피치 시프트 회로(22)에서 메모리를 공용하거나, 밴드패스 필터(21)와 밴드패스 필터(41)에서 메모리를 공용하거나 할 수 있다. 예를 들면, 1 사이클분의 디지털 데이터를, 밴드패스 필터(21)에 의해 처리하고, 그 처리 결과를 피치 시프트 회로(22)에 공급할 때, 버퍼 메모리를 공용할 수 있다.

또한, 상술에 있어서는, 피치 시프트 회로(22)가, 도 10에 도시한 바와 같이, 입력된 저역 성분 D21(S21)의 1 사이클을 단위(구획)로 하여 2 체배하고 있지만, 일정한 기간을 단위로 하여 2 체배할 수도 있고, 그 경우에는 어떤 기간의 파형의 최후의 부분과, 다음 기간의 파형의 최초의 부분이 원활하게 이어지도록 처리할 수 있다.

또한，CD나 SACD 등에서는, 매우 낮은 주파수의 저역 성분이 기록되어 있는 경우도 있으므로, 이들 저역 성분으로부터도 저음감을 얻는 경우에는, 2배 및 4배의 배음 성분 외에，8배, 16배, 32배 등의 배음 성분, 즉 주파수가 상한 주파수 f1을 초과하지 않는 배음 성분이며, 저음감을 얻고자 하는 저역 성분의 N배(N=2n. n=1∼6 정도의 정수)의 배음 성분을 부가할 수 있다.

[약어의 일람]

A/D : Analog to Digital

CD : Compact Disc

D/A : Digital to Analog

DSP : Digital Signal Processor

SACD : Super Audio CD

도 1은 본 발명의 일 형태를 도시하는 계통도.

도 2는 본 발명을 설명하기 위한 주파수 특성도.

도 3은 본 발명을 설명하기 위한 주파수 특성도.

도 4는 본 발명의 다른 형태를 도시하는 계통도.

도 5는 본 발명을 설명하기 위한 주파수 특성도.

도 6은 본 발명의 다른 형태를 도시하는 계통도.

도 7은 본 발명을 설명하기 위한 주파수 특성도.

도 8은 본 발명을 설명하기 위한 파형도.

도 9는 본 발명에 사용할 수 있는 회로의 일 형태를 도시하는 계통도.

도 10은 도 9를 설명하기 위한 파형도.

도 11은 본 발명을 설명하기 위한 계통도.

도 12는 도 11의 회로를 설명하기 위한 주파수 특성도.

도 13은 도 11의 회로를 설명하기 위한 주파수 특성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 입력 단자

2 : 하이패스 필터

5 : 스피커

11, 21 및 41 : 밴드패스 필터

13, 23 및 43 : 어테네이터 회로

22 및 42 : 피치 시프트 회로

Claims

입력 오디오 신호로부터, 제1 주파수 대역을 갖는 성분을 추출하는 제1 추출부와,

입력 오디오 신호로부터, 제2 주파수 대역을 갖는 성분을 추출하는 제2 추출부와,

상기 제1 추출부에 의해 추출된 성분의 N1배의 주파수 성분을 갖는 제1 배음 성분 신호를 생성하는 제1 배음 성분 생성부와,

상기 제2 추출부에 의해 추출된 성분의 N2배의 주파수 성분을 갖는 제2 배음 성분 신호를 생성하는 제2 배음 성분 생성부와,

상기 입력 오디오 신호와, 제1 배음 성분 신호와, 제2 배음 성분 신호를 소정의 비율로 합성하는 합성부

를 갖고,

상기 제1 주파수 대역은 상기 제2 주파수 대역보다 높고,

상기 N1 및 N2는 자연수이며, 상기 N1은 상기 N2보다 낮은

것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,

입력 오디오 신호로부터, 제3 주파수 대역을 갖는 성분을 추출하는 제3 추출부

를 더 갖고,

상기 합성부는, 상기 입력 오디오 신호와, 제1 배음 성분 신호와, 제2 배음 성분 신호와, 상기 제3 추출부에 의해 추출된 신호를 소정의 비율로 합성하는

것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 합성부는, 제1 배음 성분 신호와, 제2 배음 성분 신호를 소정의 비율로 합성하고, 합성된 신호를 로우패스 필터에 공급하고, 그 로우패스 필터로부터의 출력과 상기 입력 오디오 신호를 합성하는

것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,

입력 오디오 신호로부터 제1 주파수 대역보다 높은 주파수 대역 성분을 추출하는 하이패스 필터

를 더 구비하고,

상기 합성부는, 상기 하이패스 필터에 의해 추출된 성분 신호와, 제1 배음 성분 신호와, 제2 배음 성분 신호를 소정의 비율로 합성하는

것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 합성부의 출력 신호의 저역 성분을 커트하는 저역 커트 필터를 더 갖는

것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 주파수 대역을 N1배로 한 주파수 대역과, 상기 제2 주파수 대역을 N2배로 한 주파수 대역은 동등한

것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 N1 및 N2는 자연수이며, 또한 2의 멱승인

것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
입력 오디오 신호로부터, 제1 주파수 대역을 갖는 성분을 추출하는 제1 추출 스텝과,

입력 오디오 신호로부터, 제2 주파수 대역을 갖는 성분을 추출하는 제2 추출 스텝과,

상기 제1 추출 스텝에 의해 추출된 성분의 N1배의 주파수 성분을 갖는 제1 배음 성분 신호를 생성하는 제1 배음 성분 생성 스텝과,

상기 제2 추출 스텝에 의해 추출된 성분의 N2배의 주파수 성분을 갖는 제2 배음 성분 신호를 생성하는 제2 배음 성분 생성 스텝과,

상기 입력 오디오 신호와, 제1 배음 성분 신호와, 제2 배음 성분 신호를 소정의 비율로 합성하는 합성 스텝

을 갖고,

상기 제1 주파수 대역은 상기 제2 주파수 대역보다 높고,

상기 N1 및 N2는 자연수이며, 상기 N1은 상기 N2보다 낮은

것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
제8항에 있어서,

입력 오디오 신호로부터, 제3 주파수 대역을 갖는 성분을 추출하는 제3 추출 스텝

을 더 갖고,

상기 합성 스텝에서는, 상기 입력 오디오 신호와, 제1 배음 성분 신호와, 제2 배음 성분 신호와, 상기 제3 추출 스텝에 의해 추출된 신호를 소정의 비율로 합성하는

것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
제8항에 있어서,

상기 합성 스텝에서는, 제1 배음 성분 신호와, 제2 배음 성분 신호를 소정의 비율로 합성하고, 합성된 신호를 로우패스 필터에 공급하고, 그 로우패스 필터로부터의 출력과 상기 입력 오디오 신호를 합성하는

것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
제8항에 있어서,

상기 합성 스텝에서는, 상기 입력 오디오 신호로부터 하이패스 필터에 의해 추출된 성분 신호와, 제1 배음 성분 신호와, 제2 배음 성분 신호를 소정의 비율로 합성하는 것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
제8항에 있어서,

상기 합성 스텝에 의한 출력 신호의 저역 성분을 커트하는 저역 성분 커트 스텝을 더 갖는

것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
제8항에 있어서,

상기 제1 주파수 대역을 N1배로 한 주파수 대역과, 상기 제2 주파수 대역을 N2배로 한 주파수 대역은 동등한

것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
제8항에 있어서,

상기 N1 및 N2는 자연수이며, 또한 2의 멱승인

것을 특징으로 하는 신호 처리 방법.
입력 오디오 신호로부터, 제1 주파수 대역을 갖는 성분을 추출하는 제1 추출 수단과,

입력 오디오 신호로부터, 제2 주파수 대역을 갖는 성분을 추출하는 제2 추출 수단과,

상기 제1 추출 수단에 의해 추출된 성분의 N1배의 주파수 성분을 갖는 제1 배음 성분 신호를 생성하는 제1 배음 성분 생성 수단과,

상기 제2 추출 수단에 의해 추출된 성분의 N2배의 주파수 성분을 갖는 제2 배음 성분 신호를 생성하는 제2 배음 성분 생성 수단과,

상기 입력 오디오 신호와, 제1 배음 성분 신호와, 제2 배음 성분 신호를 소정의 비율로 합성하는 합성 수단

를 갖고,

상기 제1 주파수 대역은 상기 제2 주파수 대역보다 높고,

상기 N1 및 N2는 자연수이며, 상기 N1은 상기 N2보다 낮은

것을 특징으로 하는 신호 처리 장치.