特許 5929523 高調波生成装置および高調波生成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5929523

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月8日

(54)【発明の名称】高調波生成装置および高調波生成方法

(51)【国際特許分類】

   H04R 3/04 20060101AFI20160526BHJP

   H04R 3/00 20060101ALI20160526BHJP

【ＦＩ】

   H04R3/04

   H04R3/00 310

【請求項の数】10

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-124369(P2012-124369)

(22)【出願日】2012年5月31日

(65)【公開番号】特開2013-251687(P2013-251687A)

(43)【公開日】2013年12月12日

【審査請求日】2015年3月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000100746

【氏名又は名称】アイコム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(72)【発明者】

【氏名】鶴田 和宜

【審査官】 渡邊 正宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５６−０２８５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５０７９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１８５９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｒ ３／００− ３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力信号を全波整流する整流部と、
前記入力信号の傾きの符号を生成する微分部と、
前記入力信号の傾きが正の時点では、その時点における前記全波整流の値をとり、前記入力信号の傾きが負の時点では、その直前の前記入力信号の極大値とその直後の前記入力信号の極小値を正に反転させた値とを結ぶ直線の値をとる、台形波を生成する生成部と、
を備えることを特徴とする高調波生成装置。

【請求項2】

前記生成部で生成した台形波の直流分を除去し、前記入力信号との位相差を調整する生成波調整部と、
前記生成波調整部で前記台形波を調整した信号と前記入力信号を加算する調整加算部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の高調波生成装置。

【請求項3】

前記生成部で生成した台形波から所定の範囲の周波数成分を抽出して、前記生成波調整部の入力とする帯域調整部を備えることを特徴とする請求項２に記載の高調波生成装置。

【請求項4】

前記生成部で生成した台形波に、前記全波整流した信号を加算する整流加算部を備えることを特徴とする請求項１に記載の高調波生成装置。

【請求項5】

波動信号の基本波成分の信号を抽出する低域フィルタを備え、
前記低域フィルタで抽出した基本波成分の信号を前記整流部、前記微分部および前記生成部の入力信号とする、
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の高調波生成装置。

【請求項6】

入力信号を全波整流する整流ステップと、
前記入力信号の傾きの符号を生成する微分ステップと、
前記入力信号の微分が正の時点では、その時点における前記全波整流の値をとり、前記入力信号の微分が負の時点では、その直前の前記入力信号の極大値とその直後の前記入力信号の極小値を正に反転させた値とを結ぶ直線の値をとる、台形波を生成する生成ステップと、
を備えることを特徴とする高調波生成方法。

【請求項7】

前記生成ステップで生成した台形波の直流分を除去し、前記入力信号との位相差を調整する生成波調整ステップと、
前記生成波調整ステップで前記台形波を調整した信号と前記入力信号を加算する調整加算ステップと、
を備えることを特徴とする請求項６に記載の高調波生成方法。

【請求項8】

前記生成ステップで生成した台形波から所定の範囲の周波数成分を抽出する帯域調整ステップを備え、
前記生成波調整ステップでは、前記帯域調整ステップで抽出した周波数成分の波形を入力とすることを特徴とする請求項７に記載の高調波生成方法。

【請求項9】

前記生成ステップで生成した台形波に、前記全波整流した信号を加算する整流加算ステップを備えることを特徴とする請求項６に記載の高調波生成方法。

【請求項10】

波動信号の基本波成分の信号を抽出する低域濾波ステップを備え、
前記整流ステップ、前記微分ステップおよび前記生成ステップでは、前記低域濾波ステップで抽出した基本波成分の信号を前記入力信号とする、
ことを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１項に記載の高調波生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、入力信号の高調波を生成する高調波生成装置および高調波生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に倍音を多く含む信号は、基本波がなくても、倍音を聴くことで基本波があると錯覚してしまう性質がある。このような性質は、ミッシングファンダメンタル現象として知られている。この性質を利用して、物理的に低音を鳴らしにくい小型スピーカでも低音を感じさせることができる。

【0003】

倍音を生成する従来の例として、信号の乗算により入力周波数の倍音を生成する方法がある。しかし、この場合、倍音生成のために繰り返す乗算により、倍音のゲインも大きく変わってしまう。そのため乗算を行う際にゲイン調整を行う必要がある。また、演算による誤差も乗算を繰り返すことにより無視できなくなる。

【0004】

特許文献２には、低音再生能力が不十分なスピーカに低音感を擬似的に創出するための高調波生成装置の技術が記載されている。特許文献２の高調波生成装置は、入力信号から所定の帯域成分の信号を抽出する帯域成分抽出手段と、帯域成分抽出手段により抽出された帯域成分信号の位相を９０度ずらす９０度位相変換手段と、上記９０度位相変換手段から出力された帯域成分信号の９０度位相ずれ信号と帯域成分信号の乗算により高調波成分信号を生成する高調波生成手段を備える。

【0005】

また、特許文献１には、ミュージカルノイズを目立たなくする音声信号処理装置が記載されている。特許文献１の音声信号処理装置は、ミュージカルノイズを含むソース信号を入力し、このソース信号を歪ませて生成した４ｋＨｚ〜６ｋＨｚの高調波を、ソース信号に加算合成して出力する。ソース信号に、自己の信号から生成した高調波を付加することにより、時間的且つ周波数的に孤立しているミュージカルノイズ成分を、時間的または周波数的に連続させてミュージカルノイズとして聴こえないようにし、且つ、耳障りでない自然な聴感の音声信号となるようにする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８−３０４６３５号公報

【特許文献2】特開２０１０−４１３２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来のように基本波を乗算することで整数次周波数の倍音を有する波形を生成する場合において、偶数次または奇数次周波数の生成を行う際、生成される倍音は基本波の振幅の大きさに依存するので、偶数倍音と奇数倍音の強さをそれぞれ検出し、調整しなければならない。

【0008】

乗算によって、基本波よりも大きい信号を生成し、奇数次周波数を多く含む歪んだ音となって聴感上よくない信号を生成してしまうことがある。従来技術ではこういったことが起こらないように、ゲインを調整する装置を用いて防いだりする。

【0009】

乗算器削減のためにフィードバックと乗算器の組合せを用いる装置では、急激な振幅の変化の対応が難しく、振幅の大きい入力の基本信号に対しては発振を起こしてしまう。

【0010】

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、基本信号の振幅に依存せず、簡単に偶数倍音および奇数倍音を多く含む信号を生成することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の第１の観点に係る高調波生成装置は、
入力信号を全波整流する整流部と、
前記入力信号の傾きの符号を生成する微分部と、
前記入力信号の傾きが正の時点では、その時点における前記全波整流の値をとり、前記入力信号の傾きが負の時点では、その直前の前記入力信号の極大値とその直後の前記入力信号の極小値を正に反転させた値とを結ぶ直線の値をとる、台形波を生成する生成部と、
を備えることを特徴とする。

【0012】

好ましくは、前記生成部で生成した台形波の直流分を除去し、前記入力信号との位相差を調整する生成波調整部と、
前記生成波調整部で前記台形波を調整した信号と前記入力信号を加算する調整加算部と、
を備えることを特徴とする。

【0013】

好ましくはさらに、前記生成部で生成した台形波から所定の範囲の周波数成分を抽出して、前記生成波調整部の入力とする帯域調整部を備えることを特徴とする。

【0014】

前記生成部で生成した台形波に、前記全波整流した信号を加算する整流加算部を備えてもよい。

【0015】

好ましくは、波動信号の基本波成分の信号を抽出する低域フィルタを備え、
前記低域フィルタで抽出した基本波成分の信号を前記整流部、前記微分部および前記生成部の入力信号とする、
ことを特徴とする。

【0016】

本発明の第２の観点に係る高調波生成方法は、
入力信号を全波整流する整流ステップと、
前記入力信号の傾きの符号を生成する微分ステップと、
前記入力信号の微分が正の時点では、その時点における前記全波整流の値をとり、前記入力信号の微分が負の時点では、その直前の前記入力信号の極大値とその直後の前記入力信号の極小値を正に反転させた値とを結ぶ直線の値をとる、台形波を生成する生成ステップと、
を備えることを特徴とする。

【0017】

好ましくは、前記生成ステップで生成した台形波の直流分を除去し、前記入力信号との位相差を調整する生成波調整ステップと、
前記生成波調整ステップで前記台形波を調整した信号と前記入力信号を加算する調整加算ステップと、
を備えることを特徴とする。

【0018】

好ましくはさらに、前記生成ステップで生成した台形波から所定の範囲の周波数成分を抽出する帯域調整ステップを備え、
前記生成波調整ステップでは、前記帯域調整ステップで抽出した周波数成分の波形を入力とすることを特徴とする。

【0019】

前記生成ステップで生成した台形波に、前記全波整流した信号を加算する整流加算ステップを備えてもよい。

【0020】

好ましくは、波動信号の基本波成分の信号を抽出する低域濾波ステップを備え、
前記整流ステップ、前記微分ステップおよび前記生成ステップでは、前記低域濾波ステップで抽出した基本波成分の信号を前記入力信号とする、
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、基本信号の振幅に依存せず、簡単に偶数倍音および奇数倍音を多く含む信号を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施の形態１に係る高調波生成装置の構成例を示すブロック図である。

【図2】実施の形態１の高調波生成の原理を示す波形図である。

【図3A】入力信号の周波数スペクトルの例を示す図である。

【図3B】実施の形態１の高調波生成装置の周波数スペクトルの例を示す図である。

【図3C】実施の形態１の増減判定部の出力と入力信号を加算した信号の周波数スペクトルの例を示す図である。

【図4】本発明の実施の形態２に係る高調波生成装置の構成例を示すブロック図である。

【図5】実施の形態２に係る高調波生成装置の異なる構成例を示すブロック図である。

【図6】実施の形態２に係る高調波生成装置の波形を示す図である。

【図7A】実施の形態２の入力信号の周波数スペクトルの例を示す図である。

【図7B】実施の形態２の生成波の周波数スペクトルの例を示す図である。

【図7C】実施の形態２の高調波生成装置による周波数スペクトルの例を示す図である。

【図8A】実施の形態２の入力信号の周波数スペクトルの異なる例を示す図である。

【図8B】実施の形態２の生成波の周波数スペクトルの異なる例を示す図である。

【図8C】実施の形態２の高調波生成装置による周波数スペクトルの異なる例を示す図である。

【図9】本発明の実施の形態３に係る高調波生成装置の構成例を示すブロック図である。

【図10A】実施の形態３の入力信号の周波数スペクトルの例を示す図である。

【図10B】実施の形態３の生成波の周波数スペクトルの例を示す図である。

【図10C】実施の形態３の加算器の出力と入力信号を加算した信号の周波数スペクトルの例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る高調波生成装置の構成例を示すブロック図である。高調波生成装置１は、全波整流部２、微分部３、直流部４および増減判定部５を備える。入力信号は、全波整流部２、微分部３、直流部４それぞれに入力される。全波整流部２は、入力信号を全波整流して、全ての時点で基準電位以上の値の信号を生成する。全波整流部２では、平滑化しない。全波整流部２は、例えばダイオードを用いるブリッジ整流回路で構成することができる。あるいは、低域フィルタを通して、高調波生成装置１が使用する周波数の倍以上の周波数でサンプリングしてＡ−Ｄ（Analogue to Digital）変換し、負の値を符号反転して、全波整流することができる。

【0024】

微分部３は、入力信号を微分して入力信号の傾きの符号を生成する。微分部３は、微分回路を用いることができる。離散的には、高調波生成装置１が使用する周波数の倍以上の周波数でサンプリングして、隣り合う２つの値の差分をとってもよい。ここでは、微分値の絶対値は重要ではなく、微分値の符号（入力信号の傾き）がわかればよい。

【0025】

直流部４は、入力信号のある時点の値をもつ直流信号を生成する。直流部４は、例えばサンプルホールド回路で実現できる。全波整流部２、微分部３および直流部４の出力はいずれも増減判定部５に入力される。

【0026】

増減判定部５（生成部）は、入力信号の傾きが正の時点では、その時点における全波整流の値を出力する。入力信号の傾きが負の時点では、直流部４で生成するその直前の入力信号の極大値をとる、直流信号を出力する。したがって、入力信号が正で傾きが正の区間では、全波整流の値（入力信号と同じ）をとり、入力信号が正で傾きが負の区間および入力信号が負で傾きが負の区間では、その直前の入力信号の極大値の直流になり、入力信号が負で傾きが正の区間では、全波整流の値（入力信号の反転）をとる台形波を生成する。増減判定部５は、例えば、微分の符号判定回路と、全波整流部２または直流部４のいずれかを選択するスイッチから構成される。

【0027】

図２は、実施の形態１の高調波生成の原理を示す波形図である。図２（ａ）は、入力信号を表す。図２（ｂ）は入力信号の全波整流を、図２（ｃ）は、増減判定部５の出力である台形波を表す。入力信号（図２（ａ））の傾きが正（増加）の区間Ｉでは、全波整流を出力する。区間Ｉで入力信号が正の範囲では、台形波の立ち上がりが形成され、入力信号が負の範囲では、台形波の立ち下がりが形成される。入力信号の傾きが負（減少）の区間Ｄでは、その直前の入力信号の極大値の直流が出力される。その結果、図２（ｃ）のような台形波が生成される。

【0028】

全波整流は、入力信号を折り返しているので、周期は半分になり、基本周波数は入力信号の倍である。全波整流の折り返し点では、微分が不連続であり、基本周波数の倍音（高調波）成分を含む。したがって、全波整流の信号には、入力信号の偶数次の倍音（偶数倍音）が含まれる。

【0029】

台形波は、フーリエ級数に展開すればわかるように、その基本周波数の奇数倍の周波数の成分（高調波）を含む。図２（ｃ）の台形波の周期は入力信号と同じであるから、入力信号の奇数次の倍音（奇数倍音）を含む。

【0030】

したがって、増減判定部５で生成する台形波は、全波整流を行うことで入力信号の偶数倍音を含み、なおかつ、飽和した信号であるため入力信号の奇数倍音を含む。以上により、入力信号に対してその整数倍の倍音を生成することができる。

【0031】

図２では、入力信号の振幅が変化しない場合を例に記載している。入力信号の振幅が変化する場合は、入力信号の傾きが負の区間で、その直前の入力信号の極大値の直流にすると、その直後の入力信号の正の区間の全波整流の値との間に不連続を生じる。不連続によって、ノイズを生じるので、直流部４では、入力信号の傾きが負の区間で、その直前の入力信号の極大値とその直後の入力信号の極小値を正に反転させた値とを結ぶ直線の値を出力することが望ましい。その場合、入力信号の傾きが負の区間の直後の入力信号の極小値が確定してから、出力する必要があるので、その分、増減判定部５の出力を入力信号から遅延させて処理する。

【0032】

以下に、入力信号から整数倍音（奇数倍音＋偶数倍音）を生成する原理を説明する。入力信号の周波数ｆ［Ｈｚ］の入力信号を、ｘ［ｔ］（ｔは時間変数）、入力信号の半分の周波数ｆ／２［Ｈｚ］の信号をｙ［ｔ］としたとき、
ｘ［ｔ］ ＝ ｓｉｎ（２πｆ・ｔ） ・・・ （１）
ｙ［ｔ］ ＝ ｓｉｎ（πｆ・ｔ） ・・・ （２）
である。

【0033】

ｙ［ｔ］の絶対値についてフーリエ級数展開すると（｜ｙ［ｔ］｜は偶関数なので、余弦側の級数のみでよい）、
｜ｙ［ｔ］｜＝｜sin（πｆ・ｔ）｜
≒ A(0)＋A(2)cos（πf・２ｔ）＋A(4)cos（πｆ・４ｔ）＋・・・
＋A(2(n-1))cos（πｆ・２(ｎ−１)ｔ）＋A(2n)cos（πｆ・２ｎｔ）
・・・ （３）
A(n)はフーリエ余弦係数である。

【0034】

式（３）を変形すると
｜ｙ［ｔ］｜ ≒ A(0)＋A(2)cos（２πf・１ｔ）＋A(4)cos（２πｆ・２ｔ）＋
・・・＋A(2(n-1))cos（２πｆ・(ｎ−１)ｔ）＋A(2n)cos（２πｆ・ｎｔ）
・・・（４）
となる。式（４）から、入力信号ｘ［ｔ］の周波数が半分である信号ｙ［ｔ］の絶対値をとった信号は、入力信号ｘ［ｔ］の整数倍の信号であることが言える。

【0035】

以上説明した原理では、純粋に入力信号の半分の周波数の信号をとって、絶対値を用いている。しかし、実際にリアルタイム処理で入力信号に対して周波数を半分にして、絶対値をとって倍音生成するという過程は難しいので、ごく簡単に行うために、本実施の形態では、入力信号の半分の周波数の台形波を作り、全波整流を行うことで、整数倍音を多く含む信号を作っている。

【0036】

図３Ａは、入力信号の周波数スペクトルの例を示す図である。図３Ｂは、実施の形態１の高調波生成装置による周波数スペクトルの例を示す図である。図３Ａの入力信号の３００Ｈｚの基本周波数に対して、図３Ｂでは、整数倍の倍音が生成されていることが見て取れる。

【0037】

図１には記載していないが、例えば音声を再生するときには、入力信号に高調波生成装置１（増減判定部５）で生成した倍音を入力信号に加えて出力する。図３Ｃは、実施の形態１の増減判定部の出力と入力信号を加算した信号の周波数スペクトルの例を示す図である。図３Ｃの周波数スペクトルは、図３Ａと図３Ｂの周波数スペクトルを加え合わせたものになっている。入力信号（図３Ａ）に対して、倍音成分が増加している。増減判定部の出力のゲインを変えることによって、入力信号に対する倍音成分の大きさを調整できる。

【0038】

実施の形態１の高調波生成装置１によれば、入力信号の振幅情報を元に倍音を生成しているので、入力信号の増減に伴うゲイン調整を行う必要がない。また、偶数倍音および奇数倍音のバランスを調整するためのゲイン調整も必要としない。その結果、基本信号の振幅に依存せず、簡単に偶数倍音および奇数倍音を多く含む信号を生成することができる。そして、複数の乗算器を用いることなく、高次倍音の生成ができる。

【0039】

（実施の形態２）
実施の形態２では、倍音を生成したい低域周波数信号抽出のためのＬＰＦ（低域フィルタ）が追加される。また、倍音全体の周波数帯域とゲインを調整し、倍音の直流成分を除去する。そして、入力信号に対して、倍音生成のために高調波生成装置１にかかる遅延と同等の時間を遅延させて、倍音に加算する。

【0040】

図４は、本発明の実施の形態２に係る高調波生成装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態２の高調波生成装置１は、実施の形態１の構成に加えて、基本波抽出ＬＰＦ（Low Pass Filter：低域フィルタ）６、倍音調整部７、微分器８、加算器９および入力遅延器１０を備える。

【0041】

まず、入力信号（波動信号Ｗ）から基本波を抽出するため、基本波抽出ＬＰＦ６（低域フィルタ）を通したのち、実施の形態１で説明した高調波生成装置１と原理的に同じ回路で倍音を生成する。

【0042】

基本波抽出ＬＰＦ６で抽出された低域周波数信号Ｌは、全波整流部２と増減を調べるための微分部３に通される。微分部３は、遅延器３１と差分器３２から構成される。遅延器３１で１クロック遅れた信号が、差分器３２で現在の値から差し引かれて、その時点の入力信号の傾きがわかる。

【0043】

増減判定部５で、微分部３の出力の値が正ならば、低域周波数信号Ｌは増加とみなされ、全波整流した信号を出力する。微分部３の出力の値が負ならば、低域周波数信号Ｌは減少とみなされ、増減判定部５は、その直前の全波整流の値を出力する。このときの値は入力信号（低域周波数信号Ｌ）の極大値である。

【0044】

直流部４は、遅延器４１から構成され、増減判定部５の出力を遅延して出力する。増減判定部５が直流部４を選択すると、その直前の値が保持される。微分値が正から負に変化したところで、増減判定部５は、出力を全波整流部２から直流部４に切り替えるので、直前の値、すなわち入力信号（低域周波数信号Ｌ）の極大値が保持される。

【0045】

実施の形態１で述べたように、直流部４は、入力信号の傾きが負の区間で、その直前の入力信号の極大値とその直後の入力信号の極小値を正に反転させた値とを結ぶ直線の値を出力することが望ましい。ここでは、入力信号の振幅の変化が無視できるものと仮定して、簡易な構成を記載している。

【0046】

倍音調整部７（帯域調整部）は、増幅器７１および調整ＬＰＦ７２から構成される。倍音調整部７は、増減判定部５から出力される台形波を入力して、倍音全体の周波数帯域および倍音のゲインを調整する。調整ＬＰＦ７２は、例えば、所定の周波数以上の高域の倍音成分を除去する。

【0047】

微分器８（生成波調整部）は、入力信号との位相調整および倍音の直流成分除去のため、倍音調整された倍音信号を微分する。微分器８は、例えば遅延器８１と差分器８２から構成される。あるいは、微分器８に代えて、直流除去用にＨＰＦ（High Pass Filter：高域フィルタ）と、位相調整のための位相反転器を設けてもよい。さらに、直流除去用のＨＰＦと調整ＬＰＦ７２を合わせて、ＢＰＦ（Band Pass Filter：帯域フィルタ）を用いることもできる。

【0048】

図５は、実施の形態２に係る高調波生成装置の異なる構成例を示すブロック図である。図５の高調波生成装置１は、図４の調整ＬＰＦ７２および微分器８に代えて、調整ＢＰＦ７３および位相反転器８３を備える。

【0049】

一方、図４および図５の入力遅延器１０は、高調波生成（倍音の生成）にかかる遅延と同等の時間だけ、入力信号を遅延させる。そして図４および図５のいずれも最後に、加算器９（調整加算部）は、遅延させた入力信号と生成した倍音を足し合わせる。

【0050】

図６は、実施の形態２に係る高調波生成装置の波形を示す図である。図６（ａ）は、増減判定部５で生成する台形波の波形を示す。図６（ａ）は、図２（ｃ）と同じである。図６（ｂ）は、台形波を微分した波形を示す。図６（ｃ）は、入力信号（低域周波数信号Ｌ）に台形波を微分した信号を足し合わせた波形を実線で示す。図６（ｃ）の破線は、入力信号（低域周波数信号Ｌ）を示す。

【0051】

増減判定部５から出力される台形波（図６（ａ））は、直流成分を含み、入力信号に対して位相が９０°変化する。そこで、台形波を微分することによって、直流成分を除去し、位相を調整する。台形波を微分すると、台形波の立ち上がりで正の値、台形の上底で０、そして、立ち下がりで負の値の波形になる（図６（ｂ））。この微分した波形を、入力信号に対する台形波の位相で、入力信号に加えると、鋸波が生成される（図６（ｃ））。鋸波は、基本周波数の整数倍の高調波を重ねた波であり、入力信号の整数倍の倍音（高調波）を含んでいる。

【0052】

図７Ａは、実施の形態２の入力信号の周波数スペクトルの例を示す図である。図７Ｂは、実施の形態２の生成波の周波数スペクトルの例を示す図である。図７Ｃは、実施の形態２の高調波生成装置による周波数スペクトルの例を示す図である。図７Ｂに示すように、入力信号のピーク３００Ｈｚの基本周波数に対して、整数倍の倍音が生成されていることが見て取れる。この例では、図３の周波数スペクトルに比べて、含まれる倍音の帯域が制限されている。図７Ｃは、図７Ａの入力信号と図７Ｂの生成波を足し合わせた出力を示す。

【0053】

図８Ａは、実施の形態２の入力信号の周波数スペクトルの異なる例を示す図である。図８Ｂは、実施の形態２の生成波の周波数スペクトルの異なる例を示す図である。図８Ｃは、実施の形態２の高調波生成装置による周波数スペクトルの異なる例を示す図である。図８Ｂ、図８Ｃは、図５の高調波生成装置１に、図８Ａの入力信号を入力した場合の周波数スペクトルを示す。

【0054】

図８Ｂに示すように、図７Ｂと同様に、入力信号のピーク３００Ｈｚの基本周波数に対して、整数倍の倍音が生成されていることが見て取れる。この例でも、図３の周波数スペクトルに比べて、含まれる倍音の帯域が制限されている。図８Ｃは、図８Ａの入力信号と図８Ｂの生成波を足し合わせた出力を示す。

【0055】

実施の形態２の高調波生成装置１によれば、倍音の周波数帯域を調整することができる。また、入力信号に対する倍音の成分比を調整することができる。なお、入力信号（波動信号Ｗ）の高周波数成分が基本周波数の成分に比べて小さければ、基本波抽出ＬＰＦ６を省略してもよい。すなわち、実施の形態１の構成に倍音調整部７、微分器８、加算器９および入力遅延器１０を加えた構成でもよい。

【0056】

（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３に係る高調波生成装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態３では、増減判定部５で生成される台形波に、全波整流した信号を加算する。

【0057】

実施の形態３の高調波生成装置１は、実施の形態１の構成に加えて、全波増幅器１２と加算器１３を備える。また、入力段に増幅器１１を備える。入力段の増幅器１１は、入力信号のゲインを調整する。全波増幅器１２は、全波整流した信号のゲインを調整する。加算器１３（整流加算部）は、増減判定部５で生成された台形波と全波整流した信号を加算する。

【0058】

一般に奇数倍音は、金属音のようないわゆる“歪み”に感じられる。それに対して、偶数倍音を多く含む音は、聴感上“やわらかい”、“温かみのある”音として好まれる傾向にある。入力信号を全波整流した信号は偶数倍音を多く含むので、加算器１３の出力は、実施の形態１に比べて、偶数倍音成分を多く含む。

【0059】

図１０Ａは、実施の形態３の入力信号の周波数スペクトルの例を示す図である。図１０Ｂは、実施の形態３の生成波の周波数スペクトルの例を示す図である。図１０Ｂは、加算器１３の出力の周波数スペクトルを示す。図１０Ｂの周波数スペクトルは、図３Ｂに比べて、偶数倍音の成分が大きくなっている。偶数倍音と奇数倍音の比は、全波増幅器１２のゲインを調整することによって、変えることができる。

【0060】

図９には記載していないが、例えば音声を再生するときには、入力信号に高調波生成装置１で生成した倍音（加算器１３の出力）を入力信号に加えて出力する。図１０Ｃは、実施の形態３の加算器の出力と入力信号を加算した信号の周波数スペクトルの例を示す図である。図１０Ｃの周波数スペクトルは、図１０Ａと図１０Ｂの周波数スペクトルを加え合わせたものになっている。図１０Ｃでは、図１０Ｂに比べて、基本周波数の成分および倍音成分以外が増加している。図１０Ｃの周波数スペクトルは、入力信号（図１０Ａ）に対して倍音成分が増加しているが、図３Ｃの周波数スペクトルに比べて、偶数倍音の成分が増加していることが見て取れる。増幅器１１および全波増幅器１２のゲインを変えることによって、入力信号に対する倍音成分の大きさを調整できる。

【0061】

実施の形態３の高調波生成装置によれば、図９のように増減判定器の後に全波整流信号を付加するだけで偶数倍音を多く含む整数倍音を生成することができる。なお、実施の形態２に実施の形態３を組み合わせることもできる。例えば、図４または図５の増減判定部５と倍音調整部７の間に、加算器１３を追加して、台形波に全波整流信号を加算することによって、偶数倍音を多く含むようにすることができる。

【符号の説明】

【0062】

１ 高調波生成装置
２ 全波整流部
３ 微分部
４ 直流部
５ 増減判定部（生成部）
６ 基本波抽出ＬＰＦ（低域フィルタ）
７ 倍音調整部（帯域調整部）
８ 微分器（生成波調整部）
９ 加算器（調整加算部）
１０ 入力遅延器
１１ 増幅器
１２ 全波増幅器
１３ 加算器（整流加算部）
３１ 遅延器
３２ 差分器
４１ 遅延器
７１ 増幅器
７２ 調整ＬＰＦ
７３ 調整ＢＰＦ
８１ 遅延器
８２ 差分器
８３ 位相反転器

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】