JP2004112414A - オーディオコンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】質の良いサウンドを作り出すこと。音の太さを演出すること。
【解決手段】入力オーディオ信号の振幅レベルに応じたゲイン調整データ（ＧＲ）に従って乗算器（１５）で該入力オーディオ信号の振幅レベルを調整する（コンプレス又はエキスパンドする）。ゲイン調整データ（ＧＲ）に応じてフィルタ制御データ（ＸＦ１，ＸＦ２）を発生し、該フィルタ制御データによって、入力オーディオ信号の周波数成分を制御するフィルタ（１３）を制御する。入力オーディオ信号の振幅レベルが大きいほど振幅圧縮量が大きく設定される。例えば、そのように振幅圧縮量が大きいほど、入力オーディオ信号の高域成分を減衰させる制御することで、相対的に低域成分を強調し、音の太さを演出する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はオーディオコンプレッサに関し、振幅コンプレッシングに関連づけて周波数成分の制御を行なうようにしたことに関する。
【０００２】
【従来の技術】
オーディオコンプレッサは、入力オーディオ信号のオリジナル振幅レベルに応じて、該オリジナル振幅レベルが大きければ振幅圧縮（コンプレッション）するように、また、該オリジナル振幅レベルが小さければ振幅増強（エキスパンド）するように、該入力オーディオ信号の振幅レベルを調整することで、入力オーディオ信号の振幅レベルが平準化されるようにするものである。従来のコンプレッサでは、オリジナル振幅レベルに応じてそのような振幅コンプレッシング制御が行なわれるだけであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、質の良いサウンドを作り出すことのできるオーディオコンプレッサを提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るオーディオコンプレッサは、入力オーディオ信号の振幅レベルに応じたゲイン調整データに従って該入力オーディオ信号の振幅レベルを調整するオーディオコンプレッサにおいて、前記入力オーディオ信号の周波数成分を制御するフィルタ手段と、前記ゲイン調整データに応じて前記フィルタ手段を制御する手段とを具え、ゲイン調整に関連づけて前記入力オーディオ信号の周波数成分を制御することを特徴とする。これにより、振幅コンプレッション（又はエキスパンド）に関連づけて周波数成分の制御を行なうことができる。例えば、振幅コンプレッションに関連づけて高域成分を減衰させ、相対的に低域成分を強調することで、音の太さを演出することができる。従って、質の良いサウンドを作り出すことのできるオーディオコンプレッサを提供することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明しよう。
図１はこの発明の一実施例に係るデジタルオーディオコンプレッサの機能的ブロック図である。このデジタルオーディオコンプレッサは、図１に示す各種処理機能を実現するように組まれたマイクロプログラムをＤＳＰ（デジタル信号処理装置）で実行することにより実現される。
【０００６】
まず、入力デジタルオーディオ信号を処理するメインパスについて説明する。入力端子ＩＮＰＵＴから与えられるデジタルの入力オーディオ信号に対して、ハイ・シェルフ１０及びハイ・エンド・シェルフ１１の各フィルタでイコライザ処理が施され、次にハイパスフィルタ１２で所定の超低域（例えば０．４Ｈｚ程度以下の超低域）がカットされる。
メインパスにおいて、ハイパスフィルタ１２から出力されるオーディオ信号は、ローパスフィルタ１３を通る経路と通らない経路の２経路に分配され、両経路の信号がクロスフェード合成部１４でクロスフェード合成される。ローパスフィルタ１３は、例えば１５ｋＨｚ程度以上の高域をカットするよう所定のカットオフ周波数が固定的に設定される。クロスフェード合成部１４は、ローパスフィルタ１３を通らない経路の信号に第１のクロスフェード係数ＸＦ１を乗算する乗算器１４ａと、ローパスフィルタ１３を通した経路の信号に第２のクロスフェード係数ＸＦ２を乗算する乗算器１４ｂと、両乗算器１４ａ，１４ｂの出力を加算する加算器１４ｃと含む。第１及び第２のクロスフェード係数ＸＦ１，ＸＦ２の値を相関させて制御することにより、ローパスフィルタ１３を通した信号と通さない信号との合成比率を可変制御し、もって、オーディオ信号に対するローパスフィルタ１３のかかり具合を可変制御する。
【０００７】
クロスフェード合成部１４からの出力信号は、振幅コンプレッション（又はエキスパンド）用の乗算器１５に入力される。乗算器１５の乗算係数として、追って説明するようにゲイン調整データＧＲが入力され、該ゲイン調整データＧＲに応じて入力オーディオ信号の振幅レベルが制御され、これにより本デジタルコンプレッサの主たる役目である振幅コンプレッションが行なわれる。乗算器１５の出力信号に対してサチレーション回路１６でサチレーション処理を施した後、出力端子ＯＵＴＰＵＴへ出力する。サチレーション回路１６は、従前のアナログコンプレッサで得られる独特の音の歪み感を、デジタルコンプレッサにおいてシミュレートするために設けられている。例えば、サチレーション回路１６においては、予め用意されている複数の非線形的飽和関数のうち任意の非線形的飽和関数を選択可能とし、入力オーディオ信号の波形を該選択された非線形的飽和関数特性で歪ませる。これにより、従前のアナログコンプレッサで得られるような独特の音の歪み感をデジタルコンプレッサでも出すことができ、質の良いサウンドを作り出すことができる。
【０００８】
次に、入力デジタルオーディオ信号の振幅レベル検出に基づきゲイン調整データＧＲを生成するサイドチェーンについて説明する。メインパスのハイパスフィルタ１２から出力されたオーディオ信号が、サイドチェーンに分岐され、乗算器２０で適宜の係数を掛けた後、ハイパスフィルタ２１に入力される。ハイパスフィルタ２１では所定の超低域又は低域成分をカットする。次に、全波整流部２２で入力デジタルオーディオ信号をデジタル的に全波整流する。例えば、負の振幅値を正の振幅値に符号変換すればよい。全波整流された信号は、２段にカスケード接続された振幅検出部２３，２４に入力され、振幅レベル検出すなわちエンベロープ検出が行なわれる。振幅検出部２３，２４は、振幅エンベロープのアタック（立上り）とレリース（立下り）に関して、異なる応答特性で振幅レベル検出を行なうように、アタック用時定数とレリース用時定数とを調整可能に別々に有する時定数回路からなっている。
【０００９】
図２は、振幅検出部２３，２４の一例を示す機能的ブロック図である。前段の振幅検出部２３について説明すると、検出した振幅レベルデータを一時保存するために出力側に遅延回路（Ｄ）３１が設けられ、この遅延回路３１の出力データが入力側の加算器３２のマイナス入力に与えられる。加算器３２のプラス入力には、全波整流された入力オーディオ信号のデジタルデータが全波整流部２２から与えられる。従って、加算器３２では、入力オーディオ信号の現在の振幅レベルデータと遅延回路３１に保存された振幅レベル検出データとの差を求める。入力オーディオ信号の振幅レベルが漸次増加するとき、つまり振幅エンベロープのアタック（立上り）では、加算器３２の出力は正の値を取り、レベル増加変化量を示す。入力オーディオ信号の振幅レベルが漸次減少するとき、つまり振幅エンベロープのレリース（立下り）では、加算器３２の出力は負の値を取り、レベル減少変化量を示す。正ゲート（Ｐ）３３は、加算器３２の出力データが正の値のとき、これを通過し、アタック用時定数に相当する係数ＡＴを乗算するための乗算器３４に入力する。乗算器３４の出力データは正の値であり、これが加算器３７に与えられる。該加算器３７の出力が、振幅レベル検出データとして出力されると共に、遅延回路３１に一時保存される。遅延回路３１の出力は加算器３７に入力される。一方、負ゲート（Ｎ）３５は、加算器３２の出力データが負の値のとき、これを通過し、レリース用時定数に相当する係数ＲＴを乗算するための乗算器３６に入力する。乗算器３６の出力は負の値であり、これが加算器３７に与えられる。なお、係数ＲＴは正の値で与えられるとする。係数ＲＴは負の値で与えてもよく、その場合は、負ゲート（Ｎ）３５は、負の値を正の値に変換（整流）して出力すればよい。
【００１０】
従って、振幅エンベロープのアタック（立上り）では、加算器３２の出力は振幅レベル増加変化量に相当する正の値を取ることにより、該振幅レベル増加変化量に乗算器３４でアタック用時定数に相当する係数ＡＴが掛けられ、加算器３７で前回の振幅レベル検出データに加算される。こうして、振幅エンベロープのアタック（立上り）においては、アタック用時定数に従う応答特性で、振幅レベルが検出される。
一方、振幅エンベロープのレリース（立下り）では、加算器３２の出力は振幅レベル減少値に相当する負の値を取ることにより、該振幅レベル減少変化量に乗算器３６でレリース用時定数に相当する係数ＲＴが掛けられ、加算器３７で前回の振幅レベル検出データから減算される。こうして、振幅エンベロープのレリース（立下り）においては、レリース用時定数に従う応答特性で、振幅レベルが検出される。
後段の振幅検出部２４も、前段の振幅検出部２３と同様の構成からなる。
【００１１】
図１に戻り、後段の振幅検出部２４から出力される振幅レベル検出データは、ゲインコンバータ２５に入力される。ゲインコンバータ２５は、所定のコンプレッション特性関数に従って振幅レベル検出データをゲイン調整データＧＲに変換するもので、関数発生器又はテーブル等で構成される公知のものであってよい。複数のコンプレッション特性関数が用意されており、コンプレッション・レシオ選択データに応じて、１つのコンプレッション特性関数が選択され、該選択されたコンプレッション特性関数に従って振幅レベル検出データがゲイン調整データＧＲに変換される。公知のように、コンプレッション特性関数は、一般的には、入力オーディオ信号の振幅レベルが大きいほど振幅減衰量を大きくする（振幅ゲインを小さくする）ように、逆に言えば、入力オーディオ信号の振幅レベルが小さいほど振幅ゲインを大きくするように、ゲイン調整データＧＲを発生する。例えば、ゲイン調整データＧＲは最大値１と最小値０の範囲の小数値からなるものとされ（つまりゲイン・リダクション量を示す）、入力オーディオ信号の振幅レベルが大きいほどその値が小さくされ、入力オーディオ信号の振幅レベルが小さいほどその値が大きくされる。また、概ね、コンプレッション・レシオ選択データにより、コンプレッション特性関数の傾きが選択される。ゲインコンバータ２５で発生されたゲイン調整データＧＲは、振幅コンプレッション用の乗算器１５に入力され、該ゲイン調整データＧＲに応じて入力オーディオ信号の振幅レベルが制御され、振幅コンプレッションが行なわれる。
【００１２】
更に、ゲインコンバータ２５で発生されたゲイン調整データＧＲはフィルタ制御用コンバータ２６に入力され、該ゲイン調整データＧＲに応じたフィルタ制御データが該フィルタ制御用コンバータ２６から発生される。一例として、このフィルタ制御用コンバータ２６は、入力したゲイン調整データＧＲの平方根√（ＧＲ）　を、該ゲイン調整データＧＲに応じたフィルタ制御データとして出力する演算器またはテーブルからなる。このフィルタ制御用コンバータ２６から出力されるフィルタ制御データは、前述の第１のクロスフェード係数ＸＦ１として、クロスフェード合成部１４の乗算器１４ａに入力される。また、このフィルタ制御データ（ＸＦ１）は引算器２７に入力され、「１−ＸＦ１＝ＸＦ２」の演算が行なわれ、該ＸＦ１の「１」の補数として、前述の第２のクロスフェード係数ＸＦ２が求められる。この第２のクロスフェード係数ＸＦ２は、クロスフェード合成部１４の乗算器１４ｂに入力される。
【００１３】
なお、この実施例では、ゲイン調整データＧＲは最大値１と最小値０の範囲の小数値からなるものとしており、したがって、フィルタ制御用コンバータ２６から出力されるフィルタ制御データ（第１のクロスフェード係数ＸＦ１）も最大値１と最小値０の範囲の小数値からなるものであり、第１のクロスフェード係数ＸＦ１と第２のクロスフェード係数ＸＦ２の合計値が１になるように、つまり、「ＸＦ１＋ＸＦ２＝１」となるように該第２のクロスフェード係数ＸＦ２が算出される。前述の通り、クロスフェード合成部１４では、ローパスフィルタ１３を通らない経路の信号に対して乗算器１４ａで第１のクロスフェード係数ＸＦ１を乗算し、ローパスフィルタ１３を通した経路の信号に対して乗算器１４ｂで第２のクロスフェード係数ＸＦ２を乗算し、両者を加算器１４ｃで加算して出力する。
【００１４】
よって、ゲイン調整データＧＲの値が大きいほど、つまり、入力オーディオ信号のオリジナル振幅レベルが小さいほど、ＸＦ１の値が大きくなり、ローパスフィルタ１３を通らない経路の信号がより大きな比率で含まれる信号がクロスフェード合成部１４から出力される。つまり、入力オーディオ信号のオリジナル振幅レベルが小さいほど、ローパスフィルタ１３による高域成分（例えば１５ｋＨｚ以上）の減衰割合が少なくされる。
一方、ゲイン調整データＧＲの値が小さいほど、つまり、入力オーディオ信号のオリジナル振幅レベルが大きいほど、ＸＦ２の値が大きくなり、ローパスフィルタ１３を通した経路の信号がより大きな比率で含まれる信号がクロスフェード合成部１４から出力される。つまり、入力オーディオ信号のオリジナル振幅レベルが大きいほど、ローパスフィルタ１３による高域成分（例えば１５ｋＨｚ以上）の減衰割合が多くされる。入力オーディオ信号のオリジナル振幅レベルが大きいほど、高域成分（例えば１５ｋＨｚ以上）のレベルが目立って延びているため、そのままでは、ゲイン・リダクションつまり振幅コンブレッションだけでは、高域成分の目立った印象を解消できない。そこで、この実施例に示すように、入力オーディオ信号のオリジナル振幅レベルが大きいほど、ローパスフィルタ１３による高域成分（例えば１５ｋＨｚ以上）の減衰割合が多くなるようにする、つまり、高域成分（例えば１５ｋＨｚ以上）を明瞭にカットすることにより、低域成分を強調することができ、もって、音の太さを演出することができる。
【００１５】
なお、上記実施例では、フィルタ制御用コンバータ２６によるゲイン調整データＧＲの変換特性を、該ゲイン調整データＧＲの平方根に相当するものとしたが、これに限らず、適切なフィルタ制御を行なうことができるものであれば、どのような変換特性でもよい。例えば、コンバータ２６に対して任意の指数データｄを選択的に入力し、該指数データｄに応じてＧＲのｄ乗の演算を行うようにしてよい。その場合、ｄ＝１／２のときがＧＲの平方根を演算することになる。なお、この実施例のようにゲイン調整データＧＲの平方根に相当する特性で変換したものをフィルタ制御データ（ＸＦ１，ＸＦ２）として使用すると、その非線形性により、入力オーディオ信号のオリジナル振幅レベルの比較的小さい部分で細かなフィルタ制御が行なわれ、比較的良い特性が得られることが確認された。しかし、これに限らず、例えば、他の指数（又は対数）特性でゲイン調整データＧＲを変換するようにしてもよいし、あるいは、ゲイン調整データＧＲに対してリニアな特性でフィルタ制御データ（第１のクロスフェード係数ＸＦ１）を発生してもよい。
また、上記実施例では、フィルタ制御の仕方として、クロスフェード合成部１４を用いてローパスフィルタ１３を通した経路の信号と通さない経路の信号とをクロスフェード合成しているが、これに限らず、どのようなフィルタ制御法を採用してもよい。例えば、ゲイン調整データＧＲの値に応じてフィルタ係数を可変制御するようにしてもよい。また、ゲイン調整データＧＲに応じて入力オーディオ信号の周波数成分を制御するためのフィルタ手段としては、上記実施例のようなローパスフィルタ１３に限らず、その他のタイプのものであってもよい。
さらに、入力オーディオ信号の振幅レベルを検出するための振幅検出部は、本例では図２に示すような２段構成の振幅検出部２３，２４で構成しているが、これに限らず、３段以上の多段構成としてもよい。
【００１６】
上記実施例では、この発明に係るデジタルオーディオコンプレッサを、ＤＳＰ（デジタル信号処理装置）と該デジタルオーディオコンプレッサの機能を該ＤＳＰにて実現するマイクロプログラムとの組合せによって実行するようにしている。従って、この発明に関連するローパスフィルタ１３やクロスフェード合成部１４、あるいはフィルタ制御用コンバータ２６等の各手段は、ＤＳＰプログラムからなっている。しかし、これに限らず、この発明に係るデジタルオーディオコンプレッサを、専用の個別ハードウエア回路で構成してもよい。その場合は、この発明に関連するローパスフィルタ１３やクロスフェード合成部１４、あるいはフィルタ制御用コンバータ２６等の各手段は、それぞれの機能を実現する個別ハードウエア回路からなる。さらには、この発明に係るデジタルオーディオコンプレッサを、ＣＰＵで実行されるソフトウェアプログラムで構成してもよい。
さらに、この発明はアナログオーディオコンプレッサにも適用可能である。
【００１７】
【発明の効果】
以上の通りこの発明によれば、振幅コンプレッション（又はエキスパンド）に関連づけて周波数成分の制御を行なうことができ、質の良いサウンドを作り出すことのできるオーディオコンプレッサを提供することができる。例えば、振幅コンプレッションに関連づけて高域成分を減衰させ、相対的に低域成分を強調することで、音の太さを演出することができ、オーディオコンプレッサの制御性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係るデジタルオーディオコンプレッサの一例を示す機能的ブロック図。
【図２】図１における振幅検出部の一例を示す機能的ブロック図。
【符号の説明】
１３　ローパスフィルタ
１４　クロスフェード合成部
１５　乗算器
２３，２４　振幅検出部
２５　ゲインコンバータ
２６　フィルタ制御用コンバータ

Claims (1)

1. 入力オーディオ信号の振幅レベルに応じたゲイン調整データに従って該入力オーディオ信号の振幅レベルを調整するオーディオコンプレッサにおいて、
   前記入力オーディオ信号の周波数成分を制御するフィルタ手段と、
   前記ゲイン調整データに応じて前記フィルタ手段を制御する手段と
   を具え、ゲイン調整に関連づけて前記入力オーディオ信号の周波数成分を制御することを特徴とするオーディオコンプレッサ。

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