JP6489082B2

JP6489082B2 - イコライザ装置、及び、イコライザプログラム

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Publication number: JP6489082B2
Application number: JP2016155522A
Authority: JP
Inventors: 伸也日月
Original assignee: Onkyo Corp
Current assignee: Onkyo Corp
Priority date: 2016-08-08
Filing date: 2016-08-08
Publication date: 2019-03-27
Anticipated expiration: 2036-08-08
Also published as: EP3282582A1; JP2018026615A

Description

本発明は、音声信号の周波数特性を変更するイコライザ処理を行うイコライザ装置、及び、イコライザプログラムに関する。

イコライザ装置は、周波数に対するゲインを示すイコライザフィルター（イコライザ情報）に基づいてイコライザ処理を行う（例えば、特許文献１参照。）。イコライザ装置は、例えば、ロック、ポップス、ジャズ等のジャンルに応じたイコライザフィルターを記憶しており、ユーザーは、ジャンルに応じて、イコライザフィルターを選択することができるようになっている。

ヘッドホン（いわゆるイヤホンを含む）から再生される音圧から聴覚を保護するため、ポータブルオーディオ機器に対する音圧規制が欧州を中心に行われている。ヘッドホンから出力される音圧を測定する場合、イコライザ処理が行われた音声信号を測定する必要がある。

出願人は、平成２８年４月６日に特願２０１６−０７６５３９を出願している。特願２０１６−０７６５３９では、イコライザフィルターのゲインの実効値が所定の閾値以上である場合、閾値とゲインの実効値とに基づいて、補正値を算出する。そして、算出した補正値に基づいて、イコライザフィルターを補正している。

特開２０１２−０８４９４９号公報

しかしながら、特願２０１６−０７６５３９では、出力レベルが音圧規制よりかなり小さい場合であっても、補正処理が常に行われるという問題がある。

本発明の目的は、出力レベルに応じて、補正処理を行うことである。

第１の発明のイコライザ装置は、イコライザ情報のゲインの実効値が所定の閾値以上である場合、前記閾値と前記実効値とに基づいて、補正値を算出し、前記補正値に基づいて、前記イコライザ情報を補正した補正イコライザ情報を算出し、前記補正イコライザ情報に基づいて、音声信号の周波数特性を変更する信号処理部を備え、前記信号処理部は、ボリュームに応じて、前記閾値を変更することを特徴とする。

本発明では、信号処理部は、ボリュームに応じて、閾値を変更する。これにより、ボリュームが小さいときには、イコライザ情報の補正が行われなくなるため、出力レベルに応じた補正処理を行うことができる。

第２の発明のイコライザ装置は、第１の発明のイコライザ装置において、前記信号処理部は、前記イコライザ情報に重み関数としてテスト信号をかけ、前記テスト信号をかけた前記イコライザ情報の周波数特性の実効値である第１実効値を算出し、前記テスト信号の周波数特性の実効値である第２実効値を算出し、前記第１実効値と前記第２実効値とに基づいて、前記イコライザ情報のゲインの前記実効値である第３実効値を算出することを特徴とする。

本発明では、信号処理部は、イコライザ情報に重み関数としてテスト信号をかけ、テスト信号をかけたイコライザ情報を用いて、補正値を算出している。そして、信号処理部は、補正値に基づいて、イコライザ情報を補正した補正イコライザ情報を算出している。このように、テスト信号を考慮し、重み関数としてテスト信号をかけたイコライザ情報を用いてイコライザ情報を補正しているため、テスト信号が入力された場合でも、補正した補正イコライザ情報により、規制以下の音声信号を出力することができる。

第３の発明のイコライザ装置は、第２の発明のイコライザ装置において、前記信号処理部は、前記閾値を前記第３実効値で除することにより、前記補正値を算出することを特徴とする。

第４の発明のイコライザ装置は、第２又は第３の発明のイコライザ装置において、前記信号処理部は、前記第１実効値を前記第２実効値で除することにより、前記第３実効値を算出することを特徴とする。

第５の発明のイコライザ装置は、第２〜第４のいずれかの発明のイコライザ装置において、前記信号処理部は、前記イコライザ情報に前記補正値をかけることにより、前記補正イコライザ情報を算出することを特徴とする。

第６の発明のイコライザ装置は、第２〜第５のいずれかの発明のイコライザ装置において、前記信号処理部は、前記テスト信号をかけた前記イコライザ情報と、前記テスト信号をかけた前記イコライザ情報と共役な複素数と、の積の各周波数における値の和の平方根をとることにより、前記第１実効値を算出することを特徴とする。

第７の発明のイコライザ装置は、第２〜第６のいずれかの発明のイコライザ装置において、前記信号処理部は、前記テスト信号と、前記テスト信号と共役な複素数と、の積の各周波数における値の和の平方根をとることにより、前記第２実効値を算出することを特徴とする。

第８の発明のイコライザ装置は、第２〜第７の発明のいずれかのイコライザ装置において、前記テスト信号は、プログラムシミュレーションノイズであることを特徴とする。

第９の発明のイコライザ装置は、第２〜第８の発明のいずれかのイコライザ装置において、前記イコライザ情報のパラメータの設定を受け付ける制御部をさらに備え、前記信号処理部は、前記制御部が受け付けた前記パラメータを補間することにより、前記イコライザ情報を生成することを特徴とする。

第１０の発明のイコライザプログラムは、コンピュータの信号処理部に、イコライザ情報のゲインの実効値が所定の閾値以上である場合の、前記閾値と前記実効値とに基づく、補正値の算出、前記補正値に基づいた、前記イコライザ情報を補正した補正イコライザ情報の算出、前記補正イコライザ情報に基づいた、音声信号の周波数特性の変更、を実行させることを特徴とする。

本発明によれば、出力レベルに応じた補正処理を行うことができる。

本発明の実施形態に係るＤＡＰの構成を示すブロック図である。ＤＡＰのアプリケーションの構成を示す図である。ボリューム値が変更された場合のＤＡＰの処理動作を示すフローチャートである。イコライザフィルターを補正した補正イコライザフィルターを生成する場合のＤＡＰの処理動作を示すフローチャートである。設定を受け付けたパラメータを示す図である。イコライザフィルターを示す図である。重み関数をかけたイコライザフィルターを示す図である。イコライザフィルターの一例を示す図である。ヘッドホン端子の出力電圧の実効値を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るデジタルオーディオプレーヤー（以下、「ＤＡＰ」という。）の構成を示すブロック図である。ＤＡＰ１は、記憶部５に記憶されている音楽再生プログラムＰ（イコライザプログラム）が実行されることにより、音声信号の周波数特性を変更するイコライザ装置として機能する。図１に示すように、ＤＡＰ１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２、ＲＯＭ（Read Only Memory）３、ＲＡＭ（Random Access Memory）４、記憶部５、表示部６、操作部７、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）８、Ｄ／Ａコンバータ（以下、「ＤＡＣ」という。）９、増幅器１０、１１、無線モジュール１２、ＵＳＢインターフェース（以下、「ＵＳＢＩ／Ｆ」という。）１３を備える。

ＣＰＵ２（制御部）は、制御プログラム、ＯＳプログラム、音楽再生プログラムＰを含むアプリケーションプログラムに従って、ＤＡＰ１を構成する各部を制御する。ＲＯＭ３は、制御プログラムを記憶する。ＲＡＭ４は、ＣＰＵ２の主メモリとして機能する。記憶部５は、ＯＳプログラム、音楽再生プログラムＰを含むアプリケーションプログラム等のプログラム、デジタルオーディオデータ等の各種データを記憶するフラッシュメモリである。なお、記憶部５は、例示する構成に限られず、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等であってもよい。

表示部６は、種々の画像（静止画像、動画像を含む）を表示するためのものであり、液晶パネルにより構成されている。操作部７は、各種設定を行うための操作キー、及び、表示部６と連動したタッチパネルを備えている。ユーザーは、操作部７を介して、各種の文字入力、設定などを行うことが可能である。また、ユーザーは、操作部７を介して、イコライザフィルター（イコライザ情報）のパラメータを設定することが可能である。

ＤＳＰ８（信号処理部）は、デジタルオーディオデータに、イコライザ処理等の信号処理を行う。ＤＡＣ９は、デジタルオーディオデータをアナログオーディオデータにＤ／Ａ変換する。増幅器１０、１１は、ＤＡＣ９がＤ／Ａ変換したアナログオーディオデータを増幅し、ヘッドホン１００に出力する。無線モジュール１２は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格、Ｗｉ−Ｆｉ規格に従った無線通信を行うためのものである。ＤＡＰ１は、無線モジュール１２を介して、外部サーバと通信可能である。ＵＳＢＩ／Ｆ１３は、ＵＳＢ規格に従った通信を行うためのものである。ＤＡＰ１は、ＵＳＢＩ／Ｆ１３を介して、パーソナルコンピュータと通信を行うことが可能である。

次に、ボリューム値が変更された場合のＤＡＰ１の処理動作を説明する。図２は、ＤＡＰ１のアプリケーションの構成を示す図である。ＤＡＰ１は、Ａｎｄｒｏｉｄ（登録商標）ＯＳを搭載している。音楽再生時、Ａｎｄｒｏｉｄ（登録商標）が提供するフレームワーク（Framework）に従って音楽再生を行う。フレームワークには、デジタルボリューム（Digital Volume）と、ボリュームマネージャー（Volume Manager）と、が含まれる。デジタルボリュームは、デジタルオーディオデータのボリュームを調整する。ボリュームマネージャーは、ボリュームの変更の受付等、ボリュームの管理を行う。アプリケーション（Application）には、ボリュームオブザーバー（Volume Observer）と、イコライザ（Equalizer）と、が含まれる。ボリュームオブザーバーは、システムボリュームのボリューム値を監視している。イコライザは、デジタルオーディオデータにイコライザ処理を行う。

図３は、ボリューム値が変更された場合のＤＡＰ１の処理動作を示すフローチャートである。ＤＳＰ８は、ボリューム値の変更を検出すると（Ｓ１１）、ボリューム値とオーディオルートとからデジタルボリュームのヘッドルームを算出する（Ｓ１２）。次に、ＤＳＰ８は、ヘッドルームから閾値を更新する（Ｓ１３）。

次に、イコライザフィルターを補正した補正イコライザフィルターを生成する場合のＤＡＰ１の処理動作を、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。ＣＰＵ２は、イコライザフィルターのパラメータの設定を受け付ける（Ｓ１）。ユーザーは、図５に示すように、イコライザフィルターのパラメータを表示部６と連動したタッチパネルにより設定することができる。ＣＰＵ２は、例えば、タッチパネルにより、接触位置をイコライザフィルターのパラメータとして受け付ける。次に、ＤＳＰ８は、ＣＰＵ２が受け付けたパラメータを補間することにより、イコライザフィルターを生成する（Ｓ２）。ＤＳＰ８は、図６に示すように、イコライザフィルターを生成する。

次に、ＤＳＰ８は、イコライザフィルターに重み関数をかける（Ｓ３）。ここで、重み関数は、プログラムシミュレーションノイズ（Programme Simulation Noise）の周波数特性である。プログラムシミュレーションノイズは、欧州音圧規制において、測定に用いられるテスト信号である（プログラムシミュレーションノイズについては、http://www.jas-audio.or.jp/jas-cms/wp-content/uploads/2013/10/201309-all.pdf ６ページ、図５「Simulated program signalのパワスペクトル分布」参照。）。プログラムシミュレーションノイズは、高域の相対レベルが他の帯域よりも低い。図７は、重み関数がかけられたイコライザフィルターを示す図である。図７に示すように、図６に示すイコライザフィルターに比べて、高域が下がっている。

次に、ＤＳＰ８は、実効値を算出し、補正値を算出する（Ｓ４）。まず、ＤＳＰ８は、重み関数をかけたイコライザフィルターの周波数特性の実効値である第１実効値を算出する。具体的には、ＤＳＰ８は、以下の数１の計算を行う。
すなわち、ＤＳＰ８は、重み関数をかけたイコライザフィルターと、重み関数をかけたイコライザフィルターと共役な複素数と、の積の各周波数における値の和の平方根をとる。ここで、Ｆ（ω）は、イコライザフィルターの周波数特性である。Ｗ（ω）は、重み関数の周波数特性である。Ｆ´ｒｍｓは、第１実効値である。

次に、ＤＳＰ８は、重み関数の周波数特性の実効値である第２実効値を算出する。具体的には、ＤＳＰ８は、以下の数２の計算を行う。
すなわち、ＤＳＰ８は、重み関数と、重み関数と共役な複素数と、の積の各周波数における値の和の平方根をとる。ここで、Ｗｒｍｓは、第２実効値である。

次に、ＤＳＰ８は、第１実効値と第２実効値とに基づいて、イコライザフィルターのゲインの実効値である第３実効値を算出する。具体的には、ＤＳＰ８は、以下の数３の計算を行う。
すなわち、ＤＳＰ８は、第１実効値を第２実効値で除する。ここで、Ｇｒｍｓは、第３実効値である。

次に、ＤＳＰ８は、第３実効値が所定の閾値以上である場合、閾値と第３実効値とに基づいて、補正値を算出する。具体的には、ＤＳＰ８は、以下の数４の計算を行う。
すなわち、ＤＳＰ８は、閾値を第３実効値で除する。ここで、Ｖｃは、補正値である。Ｖｔは、閾値である。この閾値Ｖｔが、システムボリュームに連動する。

次に、ＤＳＰ８は、補正値に基づいて、イコライザフィルターを補正した補正イコライザフィルターを算出する（Ｓ５）。具体的には、ＤＳＰ８は、以下の数５の計算を行う。
すなわち、ＤＳＰ８は、イコライザフィルターに補正値をかける。ここで、Ｆｃ（ω）は、補正イコライザフィルターである。

ＤＳＰ８は、補正イコライザフィルターに基づいて、音声信号（デジタルオーディオデータ）の周波数特性を変更するイコライザ処理を実行する。

図８は、イコライザフィルターの一例を示す図である。図９は、ヘッドホン端子の出力電圧の実効値を示す図である。「ボリューム」は、システムボリュームのステップを示している。「ヘッドルーム」は、システムボリュームのヘッドルームを示している。「閾値」は、上記した閾値を示している。「なし」は、イコライザ処理を行わなかった場合の実効値である。「あり」は、イコライザ処理を行った場合の実効値である。欧州音圧規制では、実効値が１５０ｍＶ以下である必要がある。

ボリュームのステップが１６０である場合、ヘッドルームは、０ｄＢ、閾値は、１である。また、イコライザ処理なしの実効値は、１３０ｍＶ、イコライザ処理ありの実効値は、９２ｍＶである。ボリュームのステップが１４０である場合、ヘッドルームは、１０ｄＢ、閾値は、３．１である。また、イコライザ処理なしの実効値は、４１ｍＶ、イコライザ処理ありの実効値は、９２ｍＶである。ボリュームのステップが１２０である場合、ヘッドルームは、２０ｄＢ、閾値は、５．６である。また、イコライザ処理なしの実効値は、１３ｍＶ、イコライザ処理ありの実効値は、３６ｍＶである。

以上説明したように、本実施形態では、ＤＳＰ８は、ボリュームに応じて、閾値を変更する。これにより、ボリュームが小さいときには、イコライザフィルターの補正が行われなくなるため、出力レベルに応じた補正処理を行うことができる。

また、本実施形態では、ＤＳＰ８は、イコライザフィルターに重み関数としてプログラムシミュレーションノイズの周波数特性をかけ、プログラムシミュレーションノイズの周波数特性をかけたイコライザフィルターを用いて、補正値を算出している。そして、ＤＳＰ８は、補正値に基づいて、イコライザフィルターを補正した補正イコライザフィルターを算出している。このように、プログラムシミュレーションノイズを考慮し、重み関数としてプログラムシミュレーションノイズの周波数特性をかけたイコライザフィルターを用いてイコライザフィルターを補正しているため、プログラムシミュレーションノイズが入力された場合でも、補正した補正イコライザフィルターにより、規制以下の音声信号を出力することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は、上述の実施形態には限られるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることが可能である。

上述の実施形態においては、テスト信号として、プログラムシミュレーションノイズを用いている。これに限らず、他の信号であってもよい。

上述の実施形態においては、音楽再生プログラムＰにイコライザプログラムが組み込まれている。これに限らず、音楽ファイルを再生する音楽再生プログラムとイコライザプログラムとが別のプログラムであってもよい。

上述の実施形態においては、ＤＡＰ１に音楽再生プログラムＰがインストールされている場合について説明した。これに限らず、イコライザ装置として機能させる機器として、スマートフォン、タブレットＰＣ、フィーチャーフォン、携帯メディアプレーヤー、携帯ゲーム機等であってもよい。

本発明は、音声信号の周波数特性を変更するイコライザ処理を行うイコライザ装置、及び、イコライザプログラムに好適に採用され得る。

１ＤＡＰ（イコライザ装置）
２ＣＰＵ（制御部）
６表示部
７操作部
８ＤＳＰ（信号処理部）
Ｐ音楽再生プログラム（イコライザプログラム）

Claims

イコライザ情報のゲインの実効値が所定の閾値以上である場合、前記閾値と前記実効値とに基づいて、補正値を算出し、
前記補正値に基づいて、前記イコライザ情報を補正した補正イコライザ情報を算出し、
前記補正イコライザ情報に基づいて、音声信号の周波数特性を変更する
信号処理部を備え、
前記信号処理部は、ボリュームに応じて、前記閾値を変更することを特徴とするイコライザ装置。
前記信号処理部は、
前記イコライザ情報に重み関数としてテスト信号をかけ、
前記テスト信号をかけた前記イコライザ情報の周波数特性の実効値である第１実効値を算出し、
前記テスト信号の周波数特性の実効値である第２実効値を算出し、
前記第１実効値と前記第２実効値とに基づいて、前記イコライザ情報のゲインの前記実効値である第３実効値を算出することを特徴とする請求項１に記載のイコライザ装置。
前記信号処理部は、前記閾値を前記第３実効値で除することにより、前記補正値を算出することを特徴とする請求項２に記載のイコライザ装置。
前記信号処理部は、前記第１実効値を前記第２実効値で除することにより、前記第３実効値を算出することを特徴とする請求項２又は３に記載のイコライザ装置。
前記信号処理部は、前記イコライザ情報に前記補正値をかけることにより、前記補正イコライザ情報を算出することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のイコライザ装置。
前記信号処理部は、前記テスト信号をかけた前記イコライザ情報と、前記テスト信号をかけた前記イコライザ情報と共役な複素数と、の積の各周波数における値の和の平方根をとることにより、前記第１実効値を算出することを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載のイコライザ装置。
前記信号処理部は、前記テスト信号と、前記テスト信号と共役な複素数と、の積の各周波数における値の和の平方根をとることにより、前記第２実効値を算出することを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載のイコライザ装置。
前記テスト信号は、プログラムシミュレーションノイズであることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載のイコライザ装置。
前記イコライザ情報のパラメータの設定を受け付ける制御部をさらに備え、
前記信号処理部は、前記制御部が受け付けた前記パラメータを補間することにより、前記イコライザ情報を生成することを特徴とする請求項２〜８のいずれか１項に記載のイコライザ装置。
コンピュータの信号処理部に、
イコライザ情報のゲインの実効値が所定の閾値以上である場合の、前記閾値と前記実効値とに基づく、補正値の算出、
前記補正値に基づいた、前記イコライザ情報を補正した補正イコライザ情報の算出、
前記補正イコライザ情報に基づいた、音声信号の周波数特性の変更、
を実行させることを特徴とするイコライザプログラム。