JP2003509941A - 高音量伸張器回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、オーディオ信号に関する音量伸張を行う回路に向けられている。回路は、入力側と出力側を有する増幅器を有する。更に、回路は、増幅器の出力側に増幅された信号を発生するために第１の増幅度でオーディオ信号を増幅する。回路は、増幅器の入力側と出力側に渡って接続された分路要素をも有する。分路要素は、増幅された信号が所定のしきい値に達した場合には、増幅器の第１の増幅度を第２の増幅度へ変更する可変インピーダンス装置を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の背景 本発明は、一般的には、電子回路に関し、特に、オーディオ信号の広ダイナミ
ックレンジを回復する高音量伸張器回路に関する。

【０００２】 ＴＶ、ＦＭ及び、２トラックＶＣＲは、信号フォーマット要求により制限され
たダイナミック信号レンジを有するオーディオ信号を使用する。そのような信号
フォーマットは、オーディオ信号が伝送又は記録される前に、オーディオ信号が
高レベルで所定のレベルに制限されることが必要である。このために、ＴＶ放送
又はＶＣＲからのサウンドトラックは、映画館で聞くことのできるのと同じ広さ
のダイナミックサウンドを有しない。

【０００３】 上述の観点で、そのような媒体の広いダイナミックサウンドを回復するために
装置が開発されている。そのような装置の１つは、線形音量伸張器として知られ
ている。しかし、この装置は線形なので、オーディオ信号は、低レベルも高電圧
レベルも伸張される。この大きな量の伸張は、再生されるサウンドが、視聴者に
不愉快であろうから、望ましくない。従って、高信号レベルのみで音量の伸張を
行うのが好ましい。

【０００４】 発明の概要 本発明は、オーディオ信号に関する音量伸張を行う回路に向けられている。回
路は、入力側と出力側を有する増幅器を有する。更に、回路は、増幅器の出力側
に増幅された信号を発生するために第１の増幅度でオーディオ信号を増幅する。
回路は、増幅器の入力側と出力側に渡って接続された分路要素をも有する。分路
要素は、増幅された信号が所定のしきい値に達した場合には、増幅器の第１の増
幅度を第２の増幅度へ変更する可変インピーダンス装置を有する。

【０００５】 本発明は、オーディオ信号に音量伸張を行う方法にも向けられている。この方
法は、増幅された信号を発生するために第１の増幅度でオーディオ信号の増幅を
有する。更に、所定のしきい値を定義し、且つ、増幅された信号が所定のしきい
値に達した場合には、第１の増幅度を第２の増幅度へ変更する。

【０００６】 詳細な説明 本発明は、オーディオ信号の広ダイナミック信号レンジを回復するための高音
量伸張器回路に向けられている。前述のように、種々の媒体で使用されているオ
ーディオ信号は、高信号レベルで所定のレベルに制限されていることにより、制
限されたダイナミックレンジを有する。この制限を克服するために、本発明は、
この所定のレベルでのみ選択的にオーディオ信号を伸張する。

【０００７】 本発明に従った高音量伸張器回路の概念を、図１に示す。回路２は、増幅器６
と分路要素１０を有する。増幅器６は、入力端子４と出力端子８の間に接続され
ている。図から分かるように、増幅器６はｏｐアンプ７とゲイン抵抗Ｒ１，Ｒ２
，Ｒ３を有する。分路要素１０は、増幅器６の出力に接続された第１の端子１０
Ａと、１つの抵抗Ｒ３に接続された第２の端子１０Ｂを有する。分路要素１０は
、増幅器６の出力に現れる信号の電圧レベルに基づき増幅器６のゲインを制御す
るために使用される。特に、分路要素１０は、出力信号の電圧レベルが所定のし
きい値レベルに達するのに応答して、オンされるように構成される。この所定の
しきい値レベルは、媒体の信号フォーマットにより、オーディオ信号が元々制限
されている電圧レベルに対応する。従って、分路要素１０は、回路２が使用され
る媒体の信号フォーマットに対応する所定のしきい値を有する要に構成される。

【０００８】 動作に際し、オーディオ信号は入力端子４に与えられ、それにより、増幅器６
の出力端子８で増幅された信号が生成される。増幅器６のゲインは、分路要素１
０により制御される。分路要素１０がオフされた場合には、増幅器６のゲイン（
Ａ１）は、以下の式、 Ａ１＝１＋Ｒ１／（Ｒ２＋Ｒ３） （１） となる。

【０００９】 増幅器６の出力で信号の電圧レベルが分路要素１０のしきい値に達する場合に
は、分路要素１０は、抵抗Ｒ３から電流をそらすためにオンされる。したがって
、Ｒ３は、回路から実効的に削除され、そして、増幅器６のゲイン（Ａ２）は、
以下の式、 Ａ２＝１＋Ｒ１／Ｒ２ （２） のように増加する。

【００１０】 増幅器６の出力で、電圧レベルがしきい値以下に低下した場合には、分路要素
１０はオフされ、増幅器６のゲインは式１に変更されて戻る。この処理に従って
、オーディオ信号は、高電圧レベルで選択的に伸張され、それにより、広ダイナ
ミック信号レンジを回復する。

【００１１】 図２は、本発明に従った高音量伸張器回路の１つの実施例を示す。回路１２は
、図１に示したのと同じ概念で動作する。前述のように、分路要素１０は増幅器
６の出力に現れる信号の電圧レベルに応答して増幅器６のゲインを制御するのに
使用される。これは、分路要素１０のしきい値に達したのに応答して、増幅器６
のゲインから抵抗の１つＲ３を削除することにより達成される。従って、式１と
２のゲインが適用される。

【００１２】 図２から分かるように、分路要素１０を構成する構成要素は、破線で囲まれて
いる。分路要素１０は、第２の端子１０Ｂとグランドの間に接続されたバイポー
ラトランジスタＴ１を有する。トランジスタＴ１は、分路要素１０のしきい値に
達したのに応答して、抵抗の１つＲ３から電流をそらすための可変インピーダン
ス装置として使用される。動作中は、第１の端子１０Ａでの電圧は、通常は約０
．３ボルトである。従って、分路要素１０は、高いしきい値電圧を提供するため
に、ダイオードＤ１を有することが好ましい。図から分かるように、ダイオード
Ｄ１は、抵抗Ｒ１２を通して、トランジスタＴ１のベースに接続されている。従
って、しきい値電圧は、トランジスタＴ１とダイオードＤ１の両方のターンオン
電圧の和に等しい。

【００１３】 更に、分路要素１０は、ターンオンとターンオフに時間遅延を有することも好
ましい。これは、増幅器６の高ゲインと低ゲインの間を更に徐々に遷移すること
を提供し、これは、音量伸張された可聴信号により生成されるサウンドを、更に
聞かれたときに快適にする。ターンオン遅延は、抵抗Ｒ１０とキャパシタＣ５に
より形成される時定数により決定される。ターンオフ遅延は、キャパシタＣ５と
抵抗Ｒ１１、Ｒ１２により形成される時定数により決定される。

【００１４】 回路１２は、実際のアプリケーションに必要な追加の構成要素も含む。例えば
、デカップリングキャパシタＣ１、Ｃ３、Ｃ４を含み、それらはＤＣ電圧を阻止
するのに使用される。抵抗Ｒ４、Ｒ９は、キャパシタＣ１、Ｃ４をデカップリン
グするためのブリーダ抵抗として働く。バイアス抵抗Ｒ５、Ｒ６は、単一電源Ｖ
ＣＣを使用するときに必要な、適切なバイアス電圧を演算増幅器ＯＰの入力に供
給する。更に、キャパシタＣ２は、電源ＶＣＣのフィルタとして働く。

【００１５】 図３は、図２の回路の周波数応答を示す。第１の曲線２２は、分路要素１０が
ターンオンされたときの増幅器６の高い方のゲインを示し、第２の曲線２４は、
分路要素がターンオフされたときの増幅器６の低い方のゲインを示す。図から分
かるように、第１の曲線は２０から２ｋＨｚ範囲でかなり平坦な応答を有する。
このように、図２の回路は、周波数のこの範囲を通して、音量伸張を行う。しか
し、いくつかのアプリケーションでは、そのような応答は望ましくない。例えば
、スピーカでの低音の過負荷を避けるために、中間の高周波数に、回路の音量伸
張を制限することが好ましい場合がある。

【００１６】 本発明に従った高音量伸張回路の他の実施例を、図４に示す。この実施例１４
は、キャパシタＣ３が小さな値のキャパシタＣ６に変更されたことを除いては、
図２に示す実施例と同じである。小さな値を有するキャパシタＣ６は、低い周波
数信号を阻止する。従って実施例１４の周波数応答は、音量伸張が中間の高周波
数でのみ発生するように変更される。前述のように、これは、低音の過負荷の問
題の発生を避ける。

【００１７】 図５は、図４の回路の周波数応答を示す。第２の曲線２２’は分路要素１０が
ターンオンされたときの増幅器６の高いゲインを示す。従って、図４は、前述の
ように、中間の高周波数で音量伸張を行う。

【００１８】 本発明に従った高音量伸張器回路の他の実施例を図６に示す。実施例１４は、
分路要素１０が変更されたことを除いては図２に示す実施例と同じである。この
実施例１６では、分路要素１０は、第２のトランジスタＴ２と抵抗Ｒ１６を有す
る。Ｔ２のベースは、Ｔ１のベースに接続され、そして、Ｔ２のエミッタはＴ１
のコレクタに接続されている。更に、抵抗１６はトランジスタＴ２のコレクタと
グランドの間に接続されている。

【００１９】 分路要素１０の上述の構成は、回路１６内で発生する非線形性を防ぐ。そのよ
うな非線形性は、トランジスタＴ１が、分路動作での正に行くＡＣ信号と負に行
くＡＣ信号に応答して非線形であることによる。この条件は、回路１６の出力に
、大きな量の歪を起こす。しかし、第１のトランジスタＴ１がターンオンを開始
するときに第２のトランジスタＴ２がターンオンを開始するので、非線形性は、
避けられる。従って、第１のトランジスタＴ１は、Ｒ１５を通して供給される全
ての電流は受けず、そして、正に行く信号に応答して、強くターンオンされない
。

【００２０】 本発明に従った高音量伸張器回路の他の実施例を図７に示す。この実施例１８
では、増幅器６は、オペアンプ７と抵抗Ｒ１７，Ｒ１８，Ｒ１９を有する。しか
し、図７から分かるように、分路要素１０はこれらの抵抗を渡っては接続されて
いない。代わりに分路要素１０は、１つの抵抗Ｒ１９と直列に接続されている。
従って、分路要素１０がターンオフされる場合には、増幅器６のゲイン（Ａ１）
は、以下の、 Ａ１＝１＋Ｒ１７／Ｒ１８ （３） である。

【００２１】 分路要素１０が、ターンオンされる場合には、増幅器のゲイン（Ａ２）は、以
下の、 Ａ２＝１＋Ｒ１７／Ｒ１８＊Ｒ１９ （４） に上昇される。

【００２２】 更に、この実施例１８では、分路要素１０は、可変インピーダンスとして、Ｊ
ＦＥＴ Ｔ３を有する。ＪＦＥＴ Ｔ３は、キャパシタＣ１１を電源電圧ＶＣＣ
の半分に保つバイアス抵抗Ｒ７、Ｒ８により、通常はオフ状態である。電源電圧
ＶＣＣの半分は、ＪＦＥＴ Ｔ３のピンチオフ電圧と等しいか又は、大きくなけ
ればならない。さらに、ダイオードＤ１は、前の実施例と反転されている。この
ように、この実施例１８内の分路要素１０のしきい値電圧は、負である。特に前
の実施例は正のしきい値電圧を有する。

【００２３】 第１の端子１０Ａでの電圧が負のしきい値以上の場合には、ＪＦＥＴ Ｔ３は
、ターンオフされそして、増幅器６のゲインは式３と等しい。しかし、第１の端
子１０Ａでの電圧が負のしきい値に落ちると、ダイオードＤ１は導通し、そして
、キャパシタＣ１１の電圧を、ＪＦＥＴ Ｔ３のピンチオフ電圧以下に落とす。
ＪＦＥＴ Ｔ３は、ターンオンされ、そして、増幅器６のゲインは式（４）に上
昇する。前述のように、上昇したゲインは、高電圧レベルで、オーディオ信号を
選択的に伸張する。

【００２４】 この実施例１８では、キャパシタＣ１０と抵抗Ｒ２０は、分路要素１０のター
ンオン遅延を決定する、時定数を構成する。キャパシタＣ１０と抵抗Ｒ２１は、
この分路要素１０のターンオフ遅延を決定する、他の時定数を構成する。前述の
ように、これらの遅延は真著されたオーディオ信号のサウンドを更に聞きやすい
ものにする。

【００２５】 更に図７から分かるように、キャパシタＣ１２と直列の抵抗Ｒ２４は、は、Ｊ
ＦＥＴ Ｔ３のゲートドレインの間に接続されている。抵抗Ｒ２４とキャパシタ
Ｃ１２は、ＪＦＥＴ Ｔ３が、正に行くＡＣ信号に応答して強くターンオンしす
ぎるのを防ぐ帰還ループとして働く。このように、これは、回路１８内で非線形
性が発生するのを防ぐ。ＪＦＥＴ Ｔ３のゲートに接続された抵抗Ｒ２３は、こ
の帰還回路から、残りの回路を分離するのに使用される。キャパシタＣ９、Ｃ１
１は、ＡＣフィルタとして使用され、一方、抵抗Ｒ５，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ１８は、
オペアンプ７にバイアスを提供する。

【００２６】 本発明に従った高音量伸張回路の更なる実施例を図８に示す。この実施例２０
では、通常はキャパシタＣ１５が通常はＪＦＥＴ Ｔ３のピンチオフ電圧以下に
保持されているので、ＪＦＥＴ Ｔ３は、通常はターンオンされている。従って
、抵抗Ｒ２７は、回路に含まれておらず、これは、増幅器６のゲイン（Ａ１）が
、以下の、 Ａ１＝Ｒ２８／Ｒ２５ （５） であることを意味する。

【００２７】 分路要素１０がターンオフのときには、抵抗Ｒ２７は、回路に含まれ、そして
、増幅器のゲイン（Ａ２）は、以下の、 Ａ２＝（Ｒ２７＋Ｒ２８）／Ｒ２５ （６） に上昇される。

【００２８】 この実施例２０では、しきい値電圧は分路要素１０をターンオフする。従って
、しきい値電圧はダイオードＤ１のターンオン電圧と、ＪＦＥＴ Ｔ３のピンチ
オフ電圧の和に等しい。第１の端子１０Ａがこのしきい値電圧に達すると、キャ
パシタＣ１５は、ＪＦＥＴ Ｔ３のピンチオフ電圧へ上昇する。ＪＦＥＴ Ｔ３
は、オフされそして、増幅器６のゲインは、式６へ増加される。前述のように、
上昇されたゲインは、オーディオ信号を高レベルで選択的に伸張する。第１の端
子１０Ａで、の電圧がしきい値電圧以下に落ちると、ＪＦＥＴ Ｔ３はターンオ
ンされそして、増幅器のゲインは式５へ低下される。

【００２９】 図７の実施例と同様に、抵抗Ｒ２４とキャパシタＣ１６は、回路２０内で、非
線形性が発生するのを防ぐために帰還ループとして働く。更に、図８を参照する
と、キャパシタＣ１５と抵抗Ｒ３０は、分路要素１０のターンオン遅延を決定す
る時定数を構成する。キャパシタＣ１５と抵抗Ｒ２９は、分路要素１０のターン
オン遅延を決定する他の時定数を構成する。前述のように、これらの遅延は、伸
張されたオーディオ信号により生成されたサウンドを聞いたときにさらに快適と
する。更に、抵抗Ｒ７，Ｒ８，Ｒ２６は、オペアンプＯＰへバイアスを供給し、
一方キャパシタＣ２は電源ＶＣＣのフィルタとして働く。

【００３０】 図９は、図８の回路の周波数応答を示す。第１の曲線２２は、分路要素１０が
ターンオフされたときの増幅器６の高ゲインを示す。第２の曲線２４は、分路要
素がターンオンされたときの増幅器６の低ゲインを示す。図から分かるように、
第１の曲線は、１０から１ｋＨｚの範囲でかなり平坦な応答を有する。

【００３１】 本発明の前述の説明は、図示と説明の目的のために提示された。本発明は、開
示された詳細な形式に制限されるものではない。前述の説明で多くの変更と変形
が可能である。従って、本発明の範囲は詳細な説明に制限されるべきではない。

【００３２】 以下の表は、実施例で説明した部品である。

【００３３】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に従った高音量伸張器回路の概念を示す図である。

【図２】 本発明の１つの実施例に従った高音量伸張器回路を示す図である。

【図３】 図２の回路の周波数応答を示す図である。

【図４】 本発明の他の実施例に従った高音量伸張器回路を示す図である。

【図５】 図４の回路の周波数応答を示す図である。

【図６】 本発明の他の実施例に従った高音量伸張器回路を示す図である。

【図７】 本発明の他の実施例に従った高音量伸張器回路を示す図である。

【図８】 本発明の更なる実施例に従った高音量伸張器回路を示す図である。

【図９】 図９の回路の周波数応答を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5D080 BA01 FA05 GA11 5J030 BA02 BC00 BC03 BC05 BC06

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オーディオ信号に音量伸張を行う回路であって、 増幅器の出力側に増幅された信号を発生するために第１の増幅度でオーディオ
   信号を増幅する、入力側と出力側を有する増幅器と、 増幅器の入力側と出力側に渡って接続された分路要素とを有し、分路要素は、
   増幅された信号が所定のしきい値に達した場合には、増幅器の第１の増幅度を第
   ２の増幅度へ変更する可変インピーダンス装置を有する回路。
2. 【請求項２】 増幅器は演算増幅器と抵抗を含む請求項１に記載の回路。
3. 【請求項３】 可変インピーダンス装置は、抵抗の１つと並列に接続された
   第１のバイポーラトランジスタである請求項２に記載の回路。
4. 【請求項４】 第１のバイポーラトランジスタのベースに接続されたダイオ
   ードを更に有する請求項３に記載の回路。
5. 【請求項５】 第１のトランジスタのベースに接続されたベースを有する第
   ２のバイポーラトランジスタを更に有する請求項４に記載の回路。
6. 【請求項６】 第２のトランジスタのコレクタに接続された抵抗を更に有す
   る請求項５に記載の回路。
7. 【請求項７】 しきい値電圧は、バイポーラトランジスタとダイオードによ
   り決定される請求項４に記載の回路。
8. 【請求項８】 可変インピーダンス装置はＪＦＥＴである請求項２に記載の
   回路。
9. 【請求項９】 ＪＦＥＴは抵抗の１つと並列に接続されている請求項８に記
   載の回路。
10. 【請求項１０】 ＪＦＥＴは抵抗の１つと直列に接続されている請求項８に
    記載の回路。
11. 【請求項１１】 ＪＦＥＴのゲートに接続されたダイオードを更に有する請
    求項８に記載の回路。
12. 【請求項１２】 しきい値電圧は、ＪＦＥＴとダイオードにより決定される
    請求項１１に記載の回路。
13. 【請求項１３】 オーディオ信号に音量伸張を行う方法であって、 増幅された信号を発生するために第１の増幅度でオーディオ信号を増幅し、 所定のしきい値を定義し、且つ、 増幅された信号が所定のしきい値に達した場合には、第１の増幅度を第２の増
    幅度へ変更する方法。