JP2008518500A - 音声信号処理装置、音声システム、方法、コンピュータープログラム - Google Patents

Abstract

音声信号処理装置（１）は、レベル制御された出力信号（Ｓ_Ｏ）を選択された入力信号（Ｓ_Ｉ）に応じて供給するよう配置される。当該装置は、入力信号（Ｓ_Ｉ）を複数の入力信号から選択する選択部（１１）、選択された入力信号を増幅し出力信号（Ｓ_Ｏ）を生成する増幅部（１２）、及び増幅部（１２）の利得を、音声信号レベルを表すレベル信号（Ｓ_Ｌ）に応じて制御する利得制御部（１５）を有する。当該装置は、レベル信号（Ｓ_Ｌ）を、増幅部（１２）の入力信号（Ｓ_Ｉ）の代わりに出力信号（Ｓ_Ｏ）から引き出すよう配置される。結果として、増幅部（１２）により導入される如何なる信号歪みも、利得制御に影響を与えず、及びより良い精度が達成される。

Description

本発明は、選択された入力信号に応じてレベル制御された出力信号を供給する音声信号処理装置に関する。当該装置は、入力信号を選択する選択部、当該選択された入力信号を増幅する増幅部、及び当該増幅部の利得を音声信号に依存して制御する利得制御部、を有する。

本発明は、選択された入力信号に応じてレベル制御された信号を供給する方法に更に関する。

本発明は、上述の方法を実行するコンピュータープログラムに更に関する。

音声増幅器又はテレビジョンセットのような音声装置は、種々の音源と接続され得る。増幅器の場合、このような音源は、ＣＤプレーヤー、ＤＶＤプレーヤー、ＭＰ３プレーヤー又は（デジタル又はアナログ）カセットプレーヤーを有して良い。一方、テレビジョンセットは、例えばＶＨＳプレーヤー及び／又はＤＶＤプレーヤーを音源として有して良い。音声信号のレベルは音源と音源の間で変化し得ることが良く知られている。テレビジョン放送とＤＶＤプレーヤーとの間を切り替えると、例えば音声レベルの大きな差が生じ得、ユーザーにとって大変不快である。テレビジョンチャネルの間でさえ、音声レベルの差が存在し得、標準的にユーザーは手動で音声レベルを調整することが要求される。

いくつかのテレビジョンセットは、音源の相対利得を予め設定可能である。このような配置は有用であるが、このような配置は静的でありチャネルの音声レベルの如何なる変化にも対応できないという不利点に苦しんでいる。更に、ユーザー入力が必要とされ、一部のユーザーにとっては煩わしい。

特許文献１（バード／フィリップス）は、選択器回路、自動利得制御部、及び増幅器を有する複数チャネルの音声信号インターフェースを開示している。自動利得制御部は、振幅分析器、及び増幅器の制御入力に供給される制御信号を生成する低域通過フィルターにより構成される。振幅分析器は、入力音声信号を２つの予め設定された閾値と比較し、及び対応する制御信号を生成するよう配置される。一方、低域通過フィルターは、瞬間的な利得変化を防ぐよう配置される。

この知られている配置は、利得制御があまり正確でないという欠点を有する。利得制御信号は、増幅器の入力信号から引き出され、増幅器により導入され得る如何なる歪み及び／又は非線形性も考慮しない。
米国特許第５７８４４７６号明細書

本発明の目的は、従来技術の上記の及び他の問題を克服すること、及び第１段落に定められた種類の改善された音声信号処理装置を提供すること、及び第２段落に定められた種類の改善された方法を提供すること、及び第３段落に定められた種類の改善されたコンピュータープログラムを提供することである。

従って、本発明は、レベル制御された出力信号を選択された入力信号に応じて供給する音声信号処理装置を提供する。当該装置は、
−入力信号を複数の入力信号から選択する選択部、
−当該選択された入力信号を増幅し出力信号を生成する増幅部、及び
−音声信号レベルを表すレベル信号に応じて増幅部の利得を制御する利得制御部、を有し、
当該装置は、当該レベル信号を当該出力信号から引き出すよう配置される。

レベル信号を出力信号から引き出すことにより、実際の拡声器の動作を表す信号は、拡声器に供給される前に増幅器を通過する信号の代わりに用いられる。結果として、より正確な利得制御が達成される。更に、上述の従来技術におけるような前方帰還の代わりに、帰還配置が得られる。これはまた、より正確且つ安定した利得制御に貢献する。

レベル信号は出力信号自体であって良いが、望ましくは出力信号から引き出された信号である。従って、出力信号は、レベル信号を引き出すために解析され整流され及び／又はフィルターされて良い。又は出力信号は、利得制御部に直接供給されて良い。この場合、利得制御部は、出力信号を適切に処理し、対応する利得制御信号を生成する。

更なる増幅部が装置内、又は本発明の装置を有する音声システム内に存在する場合、望ましくは、レベル信号は拡声器部に最も近いが、如何なる場合も制御された増幅部の下流にある信号から引き出される。

第１の実施例では、利得制御部は、増幅部の出力と結合される。利得制御部は、（制御された）増幅部の出力と直接又は間接に結合されて良い。間接結合は、信号分析器部のような中間部を有する。

第２の実施例では、利得制御部は、装置と結合された拡声器に配置されたトランスデューサーと結合される。この実施例では、レベル信号は、拡声器及び関連するトランスデューサーを通じた出力信号から引き出される。つまり、拡声器及びトランスデューサーは、（制御された）増幅器の出力信号をレベル信号に変換する。留意すべき点は、トランスデューサーが、加速時計のような別個に生産され拡声器に取り付けられたトランスデューサー、又は拡声器の緩衝装置の導電部のような統合型トランスデューサーであって良いことである。

上述の両方の実施例では、利得設定部は、信号分析器部と利得制御部との間に配置されて良い。このような利得設定部は、ユーザーに自動的に制御された利得を調整すること、及び手動で平均利得値を設定することを可能にする。

本発明の装置は、周波数帯毎に利得制御を提供するために適切なフィルターを更に設けられて良い。例えば低周波数は、中又は高周波数より少ない利得調整を必要として良い。

本発明による音声システムは、上述のような装置を有する。音声システムは、少なくとも１つの拡声器部、及び／又はＤＣプレーヤー、ＤＶＤプレーヤー、ＭＰ３プレーヤー、ラジオチューナー、テレビジョンチューナー等のような少なくとも２つの音源を更に有して良い。

本発明はまた、選択された入力信号に応じてレベル制御された出力信号を供給する方法を提供する。当該方法は、
−入力信号を複数の入力信号から選択する段階、
−当該選択された入力信号を増幅し、出力信号を生成する段階、及び
−音声信号レベルを表すレベル信号に応じて増幅部の利得を制御する段階、を有し、
当該方法は、当該レベル信号を当該出力信号から引き出す段階、を更に有する。

第１の実施例では、出力信号は拡声器部へ供給された信号である。一方、第２の実施例では、出力信号は拡声器部内のトランスデューサーにより生成された信号である。勿論、第１及び第２の実施例は、２つのレベル信号又は少なくとも１つの結合されたレベル信号を用いるために、結合されて良い。

本発明は、以上に説明された方法を実行するコンピュータープログラムを更に提供する。コンピュータープログラムは、ＣＤ（コンパクトディスク）又はＤＶＤ（デジタルバーサタイルディスク）のような担体媒体に格納されたコンピューター可読の命令セットを有して良い。

本発明の上記の態様及び他の態様は、本願明細書に記載される実施例の例から明らかであり、実施例のこれらの例を参照して説明される。

本発明は、例である図示された実施例を参照し、以下に更に説明される。本発明はこれら実施例により制限されない。

図１に示される従来技術の装置１’は、選択器部１１、増幅器１２、信号分析器１３及び利得制御部１５を有する。複数の音源２ａ、２ｂ、．．．、２ｎは、選択器部１１と接続される。選択器部１１は、選択された音源（入力信号Ｓ_Ｉ）を増幅器１２へ接続する。増幅器１２はまた、拡声器部４と結合される。

音源２ａ、２ｂ、．．．、２ｎは、ＣＤプレーヤー、ＤＶＤプレーヤー、ＭＰ３プレーヤー、テレビジョンセット、（デジタル）カセットプレーヤー、ラジオチューナー、インターネット端末及び／又は他の適切な音源を有して良い。

増幅器１２は、それ自体知られているＶＣＯ（電圧制御増幅器）のような制御された増幅器である。増幅器１２の利得は、利得制御部１５により生成された利得制御信号Ｓ_Ｇにより制御される。利得制御部１５は、利得制御信号Ｓ_Ｇを、音声信号レベルを表し及び信号分析器１３により生成されるレベル信号Ｓ_Ｌから引き出す。図１に示された従来技術の装置では、レベル信号Ｓ_Ｌ及び利得制御信号Ｓ_Ｇは、それぞれ入力信号Ｓ_Ｉに基づき引き出される。

選択器部１１が動作され別の音源を選択すると、全ての音源が同一の信号レベルを生成するわけではないので、入力信号Ｓ_Ｉのレベルは、標準的に変化する。入力信号Ｓ_Ｉの（平均）信号レベルの変化は、結果として変化したレベル信号Ｓ_Ｌ、従って変化した利得制御信号Ｓ_Ｇを生じる。従って、入力信号Ｓ_Ｉのレベル変化は、出力信号Ｓ_Ｏの平均レベルを実質的に不変に保つため、標準的に結果として増幅器１２の利得変化を生じる。

利得制御信号Ｓ_Ｇを入力信号Ｓ_Ｉから引き出すことは、増幅器１２により導入される如何なる歪みも考慮されないという不利点を有する。更に詳細には、増幅器の如何なる非線形性も、又は如何なる他の信号歪みも、結果として不正な利得調整を生じる。結果として、出力信号Ｓ_Ｏの（平均）レベルは、別の音声源が選択されると依然として不要に変化し得る。この問題は、本発明の装置により解決される。

図２に単なる非限定的な例として示される本発明の装置１は、選択器部１１、増幅器１２、信号分析器１３及び利得制御部１５を有する。複数の音源２ａ、２ｂ、．．．、２ｎは、選択器部１１と接続される。一方、拡声器部４は、１つ以上の拡声器及び／又は他の音響トランスデューサーを有して良く、増幅器１２と結合される。特筆すべき点は、全て又はいくつかの音源が装置１の部分であって良いことである。

図１に示された従来技術の装置１’と対比すると、レベル信号Ｓ_Ｌは、図２の装置１内にあり、入力信号Ｓ_Ｉの代わりに、出力信号Ｓ_Ｏから引き出される。図２から分かるように、信号分析器１３は、拡声器部４へ供給される実際の信号を表すレベル信号Ｓ_Ｌを生成するため、増幅器１２の出力と結合される。利得信号Ｓ_Ｇは従って、拡声器部４の駆動信号である出力信号Ｓ_Ｏの（平均）レベルと関連する。結果として、拡声器部により生成された音声と利得信号Ｓ_Ｇとの間には更に直接的な関係が存在し、従ってより良い利得調整が達成される。

留意すべき点は、信号分析器１３は、信号レベルの一時的なピーク又は谷により必要以上に影響されないレベル信号Ｓ_Ｇを生成するため、標準的に出力信号Ｓ_Ｏの平均化を実行することである。

図３の実施例は、図２の実施例とほぼ同じであるが、信号分析器１３と利得制御部１５との間に挿入されたレベル設定部１４が異なる。レベル設定部１４は、ユーザーに利得設定信号Ｖに基づき（平均）利得レベルを設定可能にする。利得設定信号Ｖは、可変抵抗又は（遠隔）制御部から引き出されて良い。

図５の実施例では、信号分析器は、増幅器１２の出力ではなく、拡声器部４自体と結合される。この実施例では、少なくとも１つのトランスデューサー（示されない）は、拡声器部４内に取り付けられる。トランスデューサーは、信号分析器１３と結合される。適切なトランスデューサーは、拡声器のコーンの加速度を測定する加速度計であって良いが、拡声器の緩衝装置の導電部のような他のトランスデューサーも利用されて良い。測定電流は、このような導電部を通過し、実質的に拡声器の変位と比例する測定電圧を生成して良い。

理解されるべき点は、利得設定部１４が、本発明の範囲から逸脱することなく、図５の実施例から除去され得ることである。同様に、電力増幅器及び／又はフィルターのような追加構成要素は、本発明の装置の多くの実施例で用いられて良い。

本発明の装置では、信号分析器１３は、それ自体知られている信号平均化器、又は如何なる他の適切な回路により構成されて良い。分析器１３、レベル設定部１４及び利得制御部１５はまた、デジタル信号処理部（例えばデジタルシグナルプロセッサー、ＤＳＰ）を用いソフトウェアで、又は（フィールド）プログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を用いハードウェアで実施され得る。当業者により理解されるべき点は、デジタルの実施例が適切なＤ／Ａ（デジタル／アナログ）及び／又はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバーターを必要とすることである。

従って、利得制御部１５は、演算増幅器又はレベル信号Ｓ_Ｌを適切な利得制御信号Ｓ_Ｇに変換するデジタル信号処理部により構成されて良い。

増幅器１２の利得は標準的に１より大きいが、全ての実施例において、増幅器１２の利得を１より小さくさせ、従って調整を効果的に生じることが可能である。電力増幅器（示されない）は、制御された増幅器１２と拡声器部４との間に配置されて良い。当業者は、複数チャネルの音声、例えばステレオ又は「５．１」に用いられ得るように、図２乃至４の装置１を変更することが可能である。

図１乃至３及び図５に示された実施例では、同一利得が全ての周波数に適用された。更なる有利な実施例では、フィルターが設けられ、周波数帯を選択し及び周波数帯毎に利得を制御して良い。例えば低周波数は、高周波数より少ない利得調整（及び異なる調整）を必要として良い。複数の制御ループを複数の周波数帯に提供することにより、改善された音声レベル制御が達成され得る。

これは図４に図示される。図４では、２つのフィルター１７及び１８がそれぞれ出力信号Ｓ_Ｏを受信する。フィルターされた出力信号は、両方とも信号分析器１３へ供給される。単一の信号分析器１３の代わりに、それぞれ周波数範囲に関連付けられた複数の信号分析器が設けられ得る。また、周波数範囲毎に別個のレベル設定部１４及び／又は利得制御部１５を設け、従って更に正確な利得制御を得ることが可能である。

図４に示される例では、第１のフィルター１７は低域通過フィルターであり、第２のフィルター１８は高域通過フィルターである。これは、しかしながら必須ではなく、本発明の範囲から逸脱することなく、実質的に如何なる通過帯域を有するフィルターが用いられて良い。２つのフィルターの代わりに、３個以上のフィルターが設けられ得る。

図４の実施例は、周波数に依存する利得制御が達成されるという利点を有する。従って、例えばより高い周波数では、より低い周波数の場合より大きい利得調整を可能にする。

勿論、図４及び図５の実施例は、結合され、少なくとも１つの拡声器トランスデューサーが用いられ周波数に依存する利得制御信号を引き出す実施例を提供し得る。

本発明は、実際の拡声器信号が、入力信号よりも良い利得制御の指標であるという見識に基づく。

留意すべき点は、本願明細書で用いられた如何なる語も、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきでないことである。特に「有する」の語は、詳細に記載されない如何なる要素を排除することを意味しない。単一の（回路）要素は、複数の（回路）要素により又はそれらの等価物により置き換えられて良い。

当業者には、本発明は以上に説明された例である実施例に限定されず、複数の変形及び変更が請求の範囲に定められた本発明の範囲内で可能であることが明らかであろう。

従来技術による、複数入力の音声レベル制御装置を図示する。 本発明による、複数入力の音声レベル制御装置の第１の実施例を図示する。 本発明による、複数入力の音声レベル制御装置の第２の実施例を図示する。 本発明による、複数入力の音声レベル制御装置の第３の実施例を図示する。 本発明による、複数入力の音声レベル制御装置の第４の実施例を図示する。

Claims (12)

1. 音声信号処理装置であって、選択された入力信号に応じてレベル制御された出力信号を供給し、前記装置は：
   −入力信号を複数の入力信号から選択する選択部、
   −前記選択された入力信号を増幅し、出力信号を生成する増幅部、及び
   −音声信号レベルを表すレベル信号に応じて前記増幅部の利得を制御する利得制御部、を有し、
   前記装置は、前記レベル信号を前記出力信号から引き出すよう配置された、音声信号処理装置。
2. 前記利得制御部は、前記増幅部の出力と結合される、請求項１記載の装置。
3. 前記利得制御部は、信号分析器部を介し前記増幅部の出力と結合される、請求項２記載の装置。
4. 前記利得制御部は、前記装置と結合された拡声器に配置されたトランスデューサーと結合される、請求項１記載の装置。
5. 利得設定部は、前記信号分析器部と前記利得制御部との間に配置される、請求項１記載の装置。
6. 周波数帯を選択するフィルターを更に設けられ、周波数に依存する利得制御を提供する、請求項１記載の装置。
7. 音声システムであって、請求項１記載の装置を有する音声システム。
8. 方法であって、選択された入力信号に応じてレベル制御された出力信号を供給し、前記方法は：
   −入力信号を複数の入力信号から選択する段階、
   −前記選択された入力信号を増幅し、出力信号を生成する段階、及び
   −音声信号レベルを表すレベル信号に応じて増幅部の利得を制御する段階、を有し、
   前記方法は、前記レベル信号を前記出力信号から引き出す段階、を更に有する、方法。
9. 前記出力信号は、拡声器部へ供給される信号である、請求項８記載の方法。
10. 前記出力信号は、拡声器部に配置されたトランスデューサーにより生成される信号である、請求項８記載の方法。
11. 周波数帯を選択する段階を更に有し、周波数に依存する利得制御を提供する、請求項８記載の方法。
12. コンピュータープログラムであって、プログラム可能な装置のメモリーに直接読み込み可能であり、前記プログラムが前記装置で実行された場合、請求項８記載の方法の段階を実行するソフトウェアコード部分を有する、コンピュータープログラム。

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