JP2001526513A - オーディオシステム用ピーク−ピーク信号検出器 - Google Patents
オーディオシステム用ピーク−ピーク信号検出器Info
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Abstract
Description
ーク信号検出器(PEAK TO PEAK SIGNAL DETECTOR
FOR AUDIO COMPRESSOR)」という名称で出願された仮出
願番号60/067、807号に関連するもので、その内容はすべて参照するた
めに本明細書中に組み込まれている。
オーディオシステムの分野に関するものであり、さらに具体的にはデュアル(二
重)チャンネルL+Rオーディオ信号を検出するためのピーク−ピーク信号検出
器に関するものである。
放送は、電子工業会(EIA:Electonic Industries A
ssociation)の放送システム・テレビジョン委員会(BTSC:Br
oadcast System Television Committee)
で採用されたシステムに従っている。このテレビジョン多チャンネル音声システ
ムは、以前はモノラル音声用オーディオ信号(モノ)によって占められていたテ
レビジョン信号のスペクトル空間にある主オーディオチャンネルの左および右の
ステレオ・オーディオ情報の和(L+R)を伝送している。これは、新しいステ
レオ信号が既存のモノラル音声用テレビジョン受像機とコンパチブル(両立性)
となるように行われたものである。テレビジョン多チャンネル音声システムは、
また、副搬送波上に変調された左および右のステレオ・オーディオ情報の差(L
−R)を伝送している。
(録音)された大音響効果と共同して、テレビジョン受像機のような今日の消費
者用電子オーディオユニットで採用されている大きな多チャンネル音声システム
は、広いダイナミック・レンジ特性を持った音声信号を与えることができる。こ
のようなシステムのダイナミック・レンジの可能性は、今日市販されている家庭
劇場用オーディオ/ビデオシステムにおける魅力的な特徴であり、一般に視聴者
(リスナー)のあらゆる質、楽しみに貢献するものである。しかしながら、この
ことは一般的には真実であると言えるが、大きな振幅の過渡的な変化を伴う信号
を含む音声は乱れを生じさせる可能性があり、また過大なノイズを生じさせる可
能性がある。これは、例えば子供の就寝中のようなある場合には極めて好ましく
ないことである。驚くことではないが、このような状況の下では、音声信号の範
囲全体にわたる広いダイナミック・レンジ性能を制限するために自動ダイナミッ
ク音量(ボリューム)制御圧縮システムを含むことが望ましい。従って、このよ
うなダイナミック音量(ボリューム)制御プロセスを実行するために、先ず最初
にこのような正負の振幅のオーディオ信号を正確に検出し、追従(トラッキング
)する必要がある。
用され、また大振幅の過渡信号を表わす大音響を制限するように音量(ボリュー
ム)設定を制御するために使用される検出器電圧を供給するために使用される。
しかしながら、オーディオ信号は大抵の場合非対称である。従って、オーディオ
(AC)信号の一部の部分についてのみ試験および検出を行うと、非常に小さい
(または非常に大きい)ピークが検出されることになり、検出すべき過渡信号振
幅を正確に表わすものとならない。このことは、acオーディオ信号を検出する
ために正ピーク検出器が使用されておれば、正の過渡信号のみの検出が行われる
ことになる。負方向の振れの過渡信号に対しては、正ピーク検出器はこれらの負
の過渡信号を検出することは不可能であるから、大音響信号が受信されてテレビ
ジョン受像機ユニットで拡大されることが認められ、そのことにより、リスナー
(視聴者)は不所望に過大な音響のオーディオ信号を感知することになる。正方
向および負方向の両方向の過渡ac信号を検出するために両極性の信号振幅を検
出する精密整流器および増幅器を使用することもできる。しかしながら、このよ
うな整流器は多少複雑になる傾向があり、その機能を実行させるために比較的多
数の電子素子を必要とする。これは、今日の過当競争の市場でテレビジョン受像
機のような大衆消費者向け電子装置に組み込まれる回路として好ましくない性質
である。このような理由から、テレビジョンの製造業者は、広いダイナミック・
レンジのオーディオを制限するダイナミック音量(ボリューム)制御処理を行う
ために、正負両方向のオーディオ信号の振幅を正確に検出するための、安価で信
頼性の高い代替装置を探し求めている。
回路は、L+Rの(AC)オーディオ信号を受信する入力端子と、前記入力L+
RのACオーディオ信号に対応する時間対振幅関係を有する可変dc電圧を発生
するためにキャパシタと直列の抵抗に従続的に結合された出力端子とを具えた第
1の増幅器を含んでいる。基準電位点に結合された陽極と前記キャパシタに結合
された陰極とを有するクランピング・ダイオードは、前記可変dc電圧に関連す
る負方向の振幅の振れを予め設定された最小値に制限するように動作する。前記
クランピング・ダイオードの陰極に結合された陽極と第2のキャパシタに結合さ
れた陰極とを有し、前記可変dc電圧の振幅に応答して前記第2のキャパシタを
充電する整流ダイオードは、前記L+Rオーディオ信号のピーク−ピーク振幅に
比例するdc出力信号を発生するように動作する。検出器回路は、さらに、前記
整流ダイオードの陰極における電圧値に応答して前記dc出力電圧を最大値にク
ランプするクランピング回路を含んでいる。
ス インコーポレイテツド(Thomson Consumer Electr
onics Inc.)製のMM101オーディオシステムのようなテレビジョ
ン受像機のオーディオ圧縮システム用の本発明による検出器回路10を示す。全
図面を通じて同じ参照番号は同じ部品を表すために使用されていることに注意す
る必要がある。また、図1は本発明の検出器回路の実際の制作例に対応する抵抗
性および容量性の各回路素子に関連する電源電圧、素子の値を示しているが、こ
れらの値は単なる一例であって、特定の応用(適用)例に関連する要求に従って
素子の値、電源電圧を調整し得ることは当業者には明らかなことである。
チャンネル音声信号出力であるL+Rオーディオ信号成分(すなわち、AC信号
)に応答して出力端子90にdc出力信号100を生成するピーク−ピーク検出
器である。dc出力信号100の振幅は、Lチャンネル入力オーディオ信号とR
チャンネル入力オーディオ信号のピーク−ピーク振幅の和に比例している。大抵
のオーディオ波形の正部分と負部分は非対称であるから、ピーク−ピーク検出器
回路は入力L+RのACオーディオ信号の上記正部分と負部分の両方を検出する
ように動作する。従って、検出器回路10は、有効で且つ低コストの検出器を提
供するように最少数の電子素子を使用して正方向と負方向の両方の過渡振幅を検
出するように動作することができる。検出器の出力は、オーディオシステムの音
量(ボリューム)制御の設定を制御するために、このオーディオシステムのマイ
クロプロセッサによってサンプリングされる。
ャンネルは、それぞれ抵抗R1、R2を経てAC演算増幅器U1−Aの非反転入
力すなわち加算入力(ピン2)に供給される。増幅器U1−Aの反転入力(ピン
3)は抵抗R5を経て電圧源VPに結合されている。増幅器U1−Aの出力端子 1の出力信号は信号L+Rの反転された和からなる。増幅器U1−Aの出力端子
1と非反転入力端子2との間には抵抗R6が結合されていて、この増幅器が線形
動作するように負帰還を与えている。出力端子1はまた抵抗R3の第1の端子に
結合されており、その第2の端子はキャパシタC1の正端子に結合されている。
従って、抵抗R3とキャパシタC1は互に直列に結合されている。クランピング
・ダイオードCR1の陰極はキャパシタC1の負端子に結合されており、その陽
極は基準電位点すなわち接地電位点に結合されている。
1によってクランプされる。R3とC1のRC組合わせおよびクランピング・ダ
イオードCR1からなるクランピング回路は、強制的に(L+R)信号の負部分
が常に基準電位(すなわち、接地電位)よりも1ダイオード電圧降下分低い電圧
で動作するようにする。図示のように、接続点(ノード)80における(L+R
)信号は、オシロスコープ上で観察されるように、ここではdcオフセットされ
ている点を除いて元のオーディオ信号と実質的に同じ時間対振幅関係を持った可
変dc信号である。接続点80における信号は、−0.6Vdc(1ダイオード
電圧降下分に相当する)の最小電圧と、LとRの信号のピーク−ピーク振幅から
上記ダイオードの電圧降下を差し引いた最大電圧を持っている。これにより、可
変dc電圧信号40に関連する負方向の振幅の振れを予め設定された最小値であ
る−0.6Vに制限する。
パシタC2と抵抗R4とを含む時定数回路30を構成する接続点90におけるd
c検出器の出力との間にダイオードCR2が結合されている。接続点80の電圧
が接続点90の電圧よりも1ダイオード電圧降下分超過すると、接続点80にお
ける可変dc信号40はダイオードCR2を通過してキャパシタC2を充電する
。キャパシタC2の充電に関する時定数は主として抵抗R3の値によって決定さ
れる。入力オーディオ信号L+Rの振幅が0になると、キャパシタC2は時定数
R4×C2に従って抵抗R4を経て放電する。L+R信号の正または負の過渡変
化に急速応答するためには、キャパシタC2の充電時間はこのキャパシタC2の
放電時間よりも相当に小さくなければならない。従って、抵抗R4が抵抗R3の
対応する値よりも相当に大きくなるように、上記抵抗R3およびR4に関連する
各値が選択される。このような抵抗の値により、検出器に対して代表的な多くの
検出器の“高速アタック/低速ディケイ(高速開始/低速減衰)”特性を与える
ことができる。特定のシステムの要求に従って幾つかの抵抗/キャパシタの組合
わせを使用することができるが、好ましい実施例では抵抗値の比(R4/R3)
は20:1であることが望ましい。キャパシタC2の放電時間は、通常は抵抗R
4に比して非常に高いマイクロプロセッサ110の入力インピーダンスによって
も設定されることに注意する必要がある。従って、抵抗R4は主たる放電インピ
ーダンスを呈することになる。
の電圧100はオーディオシステムのマイクロプロセッサ110のアナログ−デ
ィジタル(A/D)変換器の入力に供給される。利得1の演算増幅器U1−Bと
ダイオードCR3を含むクランピング回路50(図1)はdc出力信号100の
最大振幅を予め設定された上限に制限またはクランプするように動作する。増幅
器U1−Bの端子7の電圧出力はその反転入力(ピン5)の電圧によって設定さ
れる。この電圧は、2個の抵抗R7とR8の両端間のdc電源電圧VPを、上記 抵抗R7とR8からなる分圧器による分圧により発生される。抵抗R7と並列関
係で動作するキャパシタC3はフィルタとして作用する。従って、増幅器U1−
Bのピン7における出力電圧はピン5における入力電圧によって固定され、接続
点25に一定の電圧を発生する。
の陽極は検出器の出力端子90においてCR2の陰極に接続されている。この構
成は、検出器の出力電圧を、ピン7(すなわち接続点25)における電圧にダイ
オードCR3の両端間のダイオード電圧降下分を加えた電圧に相当する最大値に
クランプまたは制限する。すなわち、接続点90における検出器の出力電圧が、
増幅器U1−Bの出力電圧に1ダイオード電圧降下分を加えた電圧に達すると、
ダイオードCR3が導通する。増幅器U1−Bは低インピーダンス装置であるか
ら、検出器の出力は有効に制限される。好ましい実施例では、増幅器U1−Bと
それに関連する回路とからなるクランピング回路によって検出器の出力電圧の振
幅は約5Vに制限される。この実施例では、増幅器U1−Bの出力は約4.3V
dcに制限されているので、接続点90における検出器の電圧が4.3Vdcに
1ダイオード電圧降下分を加えた振幅に達すると、ダイオードCR3は導通する
。このようにして、クランピング回路50は5Vのdc電源電圧で動作するマイ
クロプロセッサ110内のA/D変換器を保護するように動作することができる
。A/D変換器が5Vの動作電圧を超過する入力信号を受けることは望ましくな
いので、クランピング回路は、検出器の出力電圧を出力DC信号100を受ける
ように動作するプロセッサの動作電圧よりも大きくない電圧に制限するように作
用する。
時間期間内でdc検出器の電圧信号100をサンプリングする。次に、このマイ
クロプロセッサはサンプリングされた入力を使用して、前記サンプリングされた
検出器の電圧振幅に基づいて処理の決定を行なう。プロセッサはこの決定を使っ
てMM110オーディオシステムのようなオーディオシステムの、マイクロコン
ピュータで制御される音量(ボリューム)制御部の音量(ボリューム)設定を制
御する。すなわち、プロセッサはサンプリングされたdc信号電圧100の絶対
値振幅を予め設定された閾値と比較して、その相対的な差に比例して音量(ボリ
ューム)を減少または制御する。
ーク検出器はそのacオーディオ信号の正部分、負部分の両方を検出するために
使用される。図1の検出器回路に注目すると、増幅器U1−Aのピン1から正方
向の過渡変化が出力されると、この正方向の過渡変化はダイオードCR2を急速
に順バイアスする。同様に、正方向のパルスが高い振幅を持っていると、キャパ
シタC2は急速に充電され、これによって比較的短期間で正方向の過渡パルスの
検出が行なわれる。キャパシタC2が完全に放電されているときに、増幅器U1
−Aのピン1に負方向の過渡パルスが出力されると、接続点80における電圧は
接続点90における電圧を超過することはないので、ダイオードCR2は導通し
ない。従って、キャパシタC2を充電することにより、検出器は負方向の過渡変
化に即時に応答しない。代わりに、ダイオードCR1が導通し、キャパシタC1
を充電し始める。従って、負方向の過渡的変化の検出には、検出器がその出力に
L+R信号のピーク−ピーク振幅に比例したdc信号の振幅を発生することがで
きるように、キャパシタC1を充電するのに十分な時間期間のL+Rの波形の信
号を必要とする。
的に示した図である。図1と共に図2のAを参照すると、波形1は2.5Vのd
cオフセットを含む4.5Vのピーク−ピーク信号を表わしている。波形2は0
.2Vのdcオフセットを含む2.4Vのピーク−ピーク信号である。これらの
信号は、それぞれ右と左(RとL)のステレオ・オーディオチャンネルの信号を
表わす。接続点80(図1)の可変dc出力信号は波形3として示されている各
波形で表わされる。これは波形1と2のピーク−ピーク電圧の和である。図2の
Aの波形3は、制限回路50が消勢されているときの接続点80におけるdc可
変電圧を表わす。従って、和の正ピーク電圧は+6.3Vであり、負ピーク電圧
は−0.6Vに低下する。図2のBは、図1の+5Vの制限回路50が付勢され
たときの図2のAの波形と同じ波形の組を示している。この場合、加算されたL
+R信号の波形3のピークは、5.0Vのピークでクリップされるものとして示
されており、5.6Vのピーク−ピーク電圧を持っている。CR1のこのクラン
ピング回路は図2のAにも示すように、−0.6Vの最小電圧レベルを持ってい
る。
の組の入力波形を示し、この場合の各信号はdcオフセットを含まず、同じ2V
のピーク−ピークを持った信号である。従って、L+Rの加算された信号波形3
は4Vのピーク−ピーク信号であり、+3.4Vと−0.6Vのピーク値を持っ
ている。図2のA、図2のBおよび図2のCには示されていないが、接続点90
におけるdc振幅値は、加算された波形3からダイオードCR2の両端間の0.
6Vの電圧降下分を差し引いた正ピーク値で表されることを確認することができ
る。
ーム)制御システム内の動作について注目すると、ピーク−ピーク検出器は出力
端子にdc電圧信号を出力し、この出力端子は前記dc出力信号を一連のディジ
タルサンプルに変換するA/D変換器を有するマイクロコントローラのようなプ
ロセッサに結合可能である。プロセッサはこれらのディジタルサンプルに応答し
て、爆発、大砲の発射、銃の発射等の大音響のL+R信号に関連する大振幅の過
渡信号を取り除くように音量(ボリューム)を制御するために動作する。この信
号の圧縮はディジタル的に制御される音量(ボリューム)制御装置のソフトウエ
ア制御により行なわれる。
(通常テレビジョンセットとして知られている)やVCRのように表示装置を持
たないテレビジョン受像機を含む各種のオーディオシステムで使用することがで
きることに注目する必要がある。また、幾つかのFMラジオはテレビジョンの音
声信号を受信し、これを再生する機能を持っていることに注目する必要がある。
このことから本発明で実施されたピーク−ピーク検出器は、左および右のステレ
オ・オーディオチャンネル信号のピーク−ピーク振幅に応答して音量(ボリュー
ム)を制御するためのプロセッサへの入力として、上記のようなFMラジオを使
用することもできる。
す図である。
びRオーディオ信号の振幅、加算されたLおよびRオーディオ信号に関連するd
c出力電圧を表わす図である。 図2のBは、図1の回路の動作により得られる各種の波形を示し、入力Lおよ
びRオーディオ信号の振幅、加算されたLおよびRオーディオ信号に関連するd
c出力電圧を表わす図である。 図2のCは、図1の回路の動作により得られる各種の波形を示し、入力Lおよ
びRオーディオ信号の振幅、加算されたLおよびRオーディオ信号に関連するd
c出力電圧を表わす図である。
制御信号システムをブロックの形で示した図である。
Claims (20)
- 【請求項1】 左(L)および右(R)のステレオ・オーディオチャンネル
信号を受信して、左および右のステレオ・オーディオチャンネル信号の和を表す
L+Rオーディオ信号を形成する手段と、 前記L+Rオーディオ信号に応答して、このL+Rオーディオ信号に対応する
時間と振幅との関係を持つ可変dc信号を生成し、さらに該可変dc信号に関連
する最小振幅を予め設定された最小値に制限するクランピング手段と、 前記可変dc信号に応答して前記L+Rオーディオ信号のピーク−ピーク振幅
の和に比例する振幅を持つdc出力信号を発生する整流手段と、 からなるテレビジョン受像機で使用するピーク−ピーク検出噐回路。 - 【請求項2】 前記クランピング手段は、前記L+Rオーディオ信号を受信 する入力端子と抵抗の第1の端子に結合された出力端子とを有する加算増幅器と
、前記抵抗の第2の端子に結合された第1の端子とダイオードの陰極に結合され
た第2の端子とを有するキャパシタと、からなる請求項1によるピーク−ピーク
検出器回路。 - 【請求項3】 前記整流手段は、第2のダイオードと基準電位点との間に結
合された第2のキャパシタを含み、前記第2のダイオードが導通すると、前記第
2のキャパシタは前記dc出力信号に従って充電される、請求項1によるピーク
−ピーク検出器回路。 - 【請求項4】 前記整流手段は、さらに、前記L+Rオーディオ信号が実質
的に0振幅にあるときに所定の放電時間値に従って前記検出器回路を放電させる
ように動作する放電回路を形成するために、前記第2のキャパシタと並列の第2
の抵抗を含む、請求項3によるピーク−ピーク検出器回路。 - 【請求項5】 前記第2のキャパシタは所定の充電時間値に従って充電され
る、請求項4によるピーク−ピーク検出器回路。 - 【請求項6】 前記放電時間値は前記充電時間値よりも実質的に大である、
請求項5によるピーク−ピーク検出器回路。 - 【請求項7】 さらに、前記出力dc信号に関連する最大振幅を、前記出力
dc信号を受信するように動作するプロセッサの動作電圧よりも大きくない電圧
に対応する予め設定された最大値に制限する第2のクランピング手段を含む、請
求項1によるピーク−ピーク検出器回路。 - 【請求項8】 前記第2のクランピング回路は出力端子に一定の出力電圧を
発生する増幅器と、陰極が前記増幅器の出力端子に結合された第3のダイオード
とを含み、それによって前記第3のダイオードは、該第3のダイオードの陽極に
おける電圧が前記増幅器の出力電圧を所定の大きさ超過すると前記増幅器を経て
導通して、前記出力dc信号に関連する最大電圧振幅を制限する、請求項7によ
るピーク−ピーク検出器回路。 - 【請求項9】 前記所定の大きさは前記第3のダイオードの両端間の電圧降
下分に相当する、請求項8によるピーク−ピーク検出器回路。 - 【請求項10】 L+RのACオーディオ信号を受信する入力端子と、前記
入力L+RのACオーディオ信号に対応する時間対振幅関係を有する可変dc電
圧を発生するためにキャパシタと直列の抵抗に従続的に結合された出力端子とを
有する第1の増幅器と、 基準電位点に結合された陽極と前記キャパシタに結合された陰極とを有し、前
記可変dc電圧に関連する負方向の振幅の振れを予め設定された最小値に制限す
るクランピング・ダイオードと、 前記クランピング・ダイオードの陰極に結合された陽極と第2のキャパシタに
結合された陰極とを有し、前記可変dc電圧の振幅に応答して前記第2のキャパ
シタを充電して前記L+Rオーディオ信号のピーク−ピーク振幅に比例するdc
出力信号を発生する整流ダイオードと、 からなるオーディオシステムで使用するピーク−ピーク検出器回路。 - 【請求項11】 さらに、前記整流ダイオードの陽極における電圧値に応答
して前記dc出力電圧を最大値にクランプする制限回路を含む、請求項9による
ピーク−ピーク検出器回路。 - 【請求項12】 前記最大電圧値は、前記出力dc信号を受信するように動
作するプロセッサの動作電圧よりも大きくない電圧に相当する、請求項10によ
るピーク−ピーク検出器回路。 - 【請求項13】 前記制限回路は第2のクランピング・ダイオードに結合さ
れた第2の増幅器を含む、請求項10によるピーク−ピーク検出器回路。 - 【請求項14】 前記第2の増幅器は出力端子に一定の電圧を発生するよう
に動作し、前記第2のクランピング・ダイオードは前記第2の増幅器の出力端子
に結合された陰極と前記整流ダイオードの陰極に結合された陽極とを有し、それ
によって前記第2のクランピング・ダイオードは前記第2の増幅器を経て導通し
て、前記整流ダイオードの陰極の電圧が前記増幅器の出力電圧を前記第2のクラ
ンピング・ダイオードの両端間の電圧降下分超過したときに、前記出力dc信号
に関連する最大振幅を制限する、請求項12によるピーク−ピーク検出器回路。 - 【請求項15】 前記第2のキャパシタに関連する充電時間は、前記第1の
抵抗と前記第2のキャパシタに関連するパラメータの値に従って決定される、請
求項12によるピーク−ピーク検出器回路。 - 【請求項16】 L+Rステレオ/オーディオ信号を受信して、反転された
L+Rステレオ/オーディオ信号に相当する信号を発生する手段と、前記L+R
オーディオ信号に応答して、該L+Rオーディオ信号に対応する時間と振幅との
関係を有する可変dc信号を発生し、該可変dc信号の負方向の振れを最小電圧
値に制限するクランピング回路と、前記可変dc信号に応答して前記L+Rオー
ディオ信号のピーク−ピーク振幅の和に比例した振幅をもったdc出力信号を発
生する整流手段と、を含むピーク−ピーク検出器回路と、 前記出力dc信号に応答して、この出力dc信号に関連する振幅を閾値と比較
して、差の値を決定し、この差に従って前記L+Rステレオ・オーディオに関連
する振幅を調整するプロセッサと、 からなるL+Rステレオ・オーディオのレベルを制御する音量(ボリューム)制
御システム。 - 【請求項17】 前記ピーク−ピーク検出器回路は、さらに前記出力dc信
号の正方向の振れを最大電圧値に制限するリミタ回路を含む、請求項16による
音量(ボリューム)制御システム。 - 【請求項18】 前記プロセッサは、予め設定された時間期間で前記出力d
c信号をサンプリングするためのアナログ−ディジタル変換器を具えたマイクロ
コンピュータと、差の値に従って前記L+Rステレオ・オーディオ信号に関連す
る振幅を調整する圧縮器(コンプレッサ)とを含む、請求項17による音量(ボ
リューム)制御システム。 - 【請求項19】 前記最大電圧値は、前記出力dc信号を受信するように動
作する前記アナログ−ディジタル変換器の動作電圧よりも大きくない電圧に相当
する、請求項18による音量(ボリューム)制御システム。 - 【請求項20】 前記可変dc信号に関連する前記最小電圧値は実質的に−
0.6ボルトである、請求項16による音量(ボリューム)制御システム。
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