JP2629203B2 - 音声信号減衰装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、テープ，レコード，コンパクトディスク，
ビデオディスク等の再生時あるいはラジオ，テレビ等の
受信時において、ステレオ信号を処理してそれらに含ま
れる音声信号成分を伴奏信号レベルに対して減衰させ、
歌唱練習を容易にする音声信号減衰装置に関するもので
ある。

従来の技術 歌を聴いたり練習するには各種の記録媒体を再生した
り、テレビやラジオを受信して行うことが多い。これら
の記録媒体にはプロ歌手の歌声と伴奏がミックスされて
記録されていることが多い。また、ラジオ，テレビの放
送においても同様で歌声と伴奏が含まれている。これら
の媒体を通じて歌の練習を行う際に、最初は悔れていな
いのでプロ歌手の歌声が入っている方が練習しやすい
が、慣るに従って伴奏だけで歌いたくなる。この場合に
は、プロ歌手の歌声がかえって練習の妨げとなる。

これを実現する一つの方法として、俗称“カラオケ”
と呼ばれる音楽ソフトも市販されている。しかし、これ
は新曲が発表されてから市場に出るまでに長時間かかる
ことや、自分の好みに合せるのが難しいこともある。

以上のようなニーズを満すべく、従来は次のような音
声信号減衰装置があった。以下、図面を参照しながら説
明する。第７図は従来の音声信号減衰装置の一例であ
る。

１は一方の入力端子、２は他方の入力端子、３は第１
の遅延手段、４は第２の遅延手段、５は第１の帯域フィ
ルタ手段、６は第２の帯域フィルタ手段、７は位相検出
制御手段、８は減算手段、９は低音検出手段、10は混合
手段、11は出力端子である。第１の遅延手段３は例えば
電子式遅延素子“バケッドブリゲードデバイス”（以
下、BBDと称する）などを用いた遅延器301と、クロック
信号を発生する発振器302で構成している。第２の遅延
手段４は遅延器401と可変周波数発振器402で構成してい
る。そして、遅延器401は上記遅延器301と同じBBDを用
いている。また、可変周波数発振器402には電圧制御発
振器（一般にはVCOと呼ぶ）を用いることが多い。5,6は
第1,第２の帯域フィルタ手段で音声信号帯域のみを通過
させるものである。７は位相検出制御手段で、前記２つ
の帯域フィルタ手段の出力信号の位相差を検出すると共
に、前記第２の遅延手段４の可変周波数発振器402を制
御する。８は減算手段でレベル調整器801と演算増幅器
を用いた減算器802で構成している。９は低音検出手段
で演算増幅器を用いた加算器901とローパスフィルタ902
で構成している。

このように構成された従来の音声信号減衰装置の動作
について説明する。記録媒体等を再生した際に得られる
ステレオ信号で、かつその信号には歌声などの音声と伴
奏が混在しており、また音声信号はステレオ信号のそれ
ぞれに基本的に同位相・同振幅で記録されているものを
限定する。上記ステレオ信号の一方の信号を一方の入力
端子１に、他方の信号を他方の入力端子２に供給する。
一方の入力端子１の信号は第１の遅延手段３で一定時間
遅延される。その遅延時間tdは遅延器301を構成するBBD
の段数Ｎと発振器302の発振周波数fcによって決り、そ
の値は次式で算出できる。

td＝N/（2fc） ……（１） 他方の入力端子２の信号は第２の遅延手段４で遅延さ
れ、その値ｔ′ｄは遅延器401のBBDの段数Ｎ′、可変周
波数発振器402の発振周波数ｆ′ｃによって算出でき
る。

ｔ′ｄ＝Ｎ′／（2f′ｃ） ……（２） 可変周波数発振器402は後述の位相検出制御手段７から
制御されてその発振周波数ｆ′ｃを上記fcに対して増減
することができる。その結果、発振周波数と遅延時間の
相対関係は次のようになる。

ｆ′ｃ＞fc……ｔ′ｄ＜td ……（３） ｆ′ｃ＜fc……ｔ′ｄ＞td ……（４） ｆ′ｃ＝fc……ｔ′ｄ＝td ……（５） ただし、Ｎ＝Ｎ′とする。

即ち、（３）式，（４）式，（５）式に示したように
第１の遅延手段３の遅延時間tdに対し第２の遅延手段４
の遅延時間ｔ′ｄを変えることができる。

そして、前記再生機器や受信機等で生ずるステレオ信
号のうちの２つの信号間の位相ずれを、入力端子１に供
給される信号を基準にtoとする。

そして、 to＝td−ｔ′ｄ ……（６） のような関係が成立するようにｔ′ｄを制御すればステ
レオ信号の元の位相関係に戻すことができる。

ここで、位相検出制御手段７について説明する。第１
の帯域フィルタ手段５は第１の遅延手段３の出力の音声
信号成分を抽出し、第２の帯域フィルタ手段６は第２の
遅延手段４の出力の音声信号成分を抽出する。位相検出
制御手段７は、第１の帯域フィルタ手段５と第２の帯域
フィルタ手段６の出力信号の位相差を検出し、制御用の
DC電圧を発生する。この位相検出制御手段７には、一般
にデジタル型位相比較器と呼ばれる論理回路の組あわせ
によって容易に実現でき、それらはいずれも集積回路と
して市販されているものである。

いま、第１の帯域フィルタ手段５の出力が第２の帯域
フィルタ手段６の出力に対して位相が遅れている場合に
は位相検出制御手段７は正の出力電圧を発生し、逆の場
合には負の電圧を発生すると共に、その値は位相差に比
例するように制御されている。そして、位相検出制御手
段７は可変周波数発振器402の発振周波数を制御する。
その結果、前述の（６）式が成立するようになる。

このように遅延時間ｔ′ｄを調整する狙いは入力端子
１及び入力端子２に加えられたステレオ信号の位相また
は時間ずれを補償することにある。即ち、記録媒体に記
録されたステレオ信号は音声信号がそれぞれ同位相・同
振幅で記録されていても再生手段（図示せず）の不安定
要因や製品のバラツキによって位相が元の状態と異なっ
ている。特にカセットテープを再生した際には走行系の
行安定要因やカセットテープを収納したハーフのバラツ
キ等により音声信号の位相ずれが大きい。そして記録周
波数が高くなるほど位相ずれが大きくなる。このため、
後述の演算処理を行っても音声信号を減衰させることが
難しくなる。この状態を防ぐ為に、第２の遅延手段４で
遅延時間を調整し、ステレオ信号の音声信号がそれぞれ
同位相になるように補償する。

次に、第１の遅延手段３と第２の遅延手段４の出力と
は、演算手段８で減算される。今、第１の遅延手段３の
出力と第２の遅延手段４の出力とにおいて、音声信号が
同位相でレベルが多少異なる状態を仮定する。このとき
にレベル調整器801を調整すると減算器802の入力ではそ
れぞれ同位相・同振幅になり、減算器802の出力には音
声信号が出なくなる。ただし、伴奏信号についてはステ
レオ信号として位相・振幅とも異なっているので、減算
器802の出力として発生する。尚、伴奏信号のうちでも
低い周波数成分の楽器、例えばバスドラムやベースなど
の信号はステレオ信号であってもそれぞれ同じ程度の大
きさ・位相になることが多くある（周波数が低くなると
指向性がなくなり記録時にステレオとして分離記録でき
ないことがある）。そのため、減算器802の出力には伴
奏の低域成分が少なくなる。

この低域成分の補償を行うのが低域検出手段９であり
第１の遅延手段３の出力と第２の遅延手段４の出力とを
加算器901で加算演算し、音声周波数帯域よりも低い周
波数の伴奏音をローパスフィルタ902で抽出する。

つぎに、混合手段10で減算手段８の出力と低音検出手
段９の出力を混合し出力端子11へ出力する。従って、ユ
ーザーは出力端子11に接続した拡声手段（図示せず）で
音を聴きながら、レベル調整器801を調整して、音声が
最も小さくなる状態に設定すれば伴奏音だけを聴くこと
が可能である。

発明が解決しようとする問題点 上記構成の従来の音声信号減衰装置では次のような問
題点を有していた。即ち、記録媒体や放送媒体等のステ
レオ信号形成方法として、音声信号はそれぞれの信号に
対して同位相・同振幅に保たれていてもそれらの再生手
段や受信手段の性能の不安定さやバラツキにより位相・
振幅の関係がくずれてしまう。特にカセットテープを用
いた際にはその影響が大きく、テープ巻初めにてレベル
調整器801を調整してもテープ巻終では再調整しなけれ
ばならないこともある。

また、記録媒体を再生する手段を選択切換するごとに
レベル調整器801を調整しなければならない。さらに、
テレビやラジオ受信状態にてレベル調整器801を調整し
ていると、必要とした歌の放送が終ってしまうという問
題点がある。

本発明は上記問題点に鑑み、自動化により調整の繁雑
さを解消して、高性能な音声信号減衰装置を提供するも
のである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の音声信号減衰装
置は、２チャンネルの信号のそれぞれに含まれる音声信
号のレベルを同じにするためのレベル制御手段と、音声
信号の有無を検出する音声有無検出手段を備え、音声信
号のあるときのみ２チャンネルの信号のレベルを同じに
合せ音声信号の減衰を大きくすることを可能とする構成
を備えたものである。

作用 本発明は上記した構成によって、第１の遅延手段の出
力に含まれる音声信号レベルと第２の遅延手段の出力に
含まれる音声信号レベルとが、同じになるように音声有
無検出手段とレベル制御手段で制御して、後続の位相検
出制御手段、減算手段等へ供給していることから、減算
手段において音声信号成分が完全に相殺される。その結
果、従来例にて用いられている減算手段８のレベル調整
器801が不要となり調整の繁雑さが全く無くなるもので
ある。

実施例 以下、本発明の一実施例の音声信号減衰装置につい
て、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明における音声信号減衰装置の構成を示
すブロック図である。従来例と同一機能のものには同一
番号を付し、説明を省略する。第１図において、１は伴
奏音や音声がそれぞれ混合されているとともに、相互に
関連のある信号、例えばステレオ信号の一方の信号が供
給される入力端子、２は他方の信号が供給される入力端
子、３は第１の遅延手段で遅延器301と発振器302で構成
する。４は第２の遅延手段で、遅延器401,可変周波数発
振器402から構成する。５は第１の帯域フィルタ手段、
６は第２の帯域フィルタ手段、７は位相検出制御手段、
９は低温検出手段、10は混合手段、11は出力端子、12は
レベル制御手段でDC電圧で抵抗値を制御できる電子ボリ
ュームで構成する。13は音声有無検出手段、14はレベル
検出制御手段、15は減衰手段で、従来例の減算器802と
同一機能である。音声有無検出手段13とレベル検出制御
手段14をまとめて検出制御手段16とし、各信号入出力端
を16a,16b,16cとする。

第２図は第１図の検出制御手段16の具体的構成を示す
ブロック図で、音声有無検出手段13とレベル検出制御手
段14の機能をマイクロコンピュータ23と周辺回路で構成
したものである。17は加算回路、18は減算回路でそれぞ
れ演算増幅器で構成する。19〜22は整流回路で演算増幅
器とダイオードを用いて構成する。整流回路19〜22の出
力信号はそれぞれマイクロコンピュータ23のAI0〜AI3の
入力端子に接続されている。24はD/A変換回路でマイク
ロコンピュータ23からのディジタルデータをアナログの
DC電圧値に変換する。第２図において、入力端16aには
一方のチャンネル（例えばＬチャンネル）の信号の音声
信号成分が入力され、入力端16bには他方のチャンネル
（例えばＲチャンネル）の信号の音声信号成分が入力さ
れる。

ここで音声有無検出手段13の動作原理について、第２
図と第３図を用いて簡単に説明する。

まず、一般にステレオ音源では２つの信号の間におい
て音声信号を同位相・同振幅で形成することが多い。こ
れは、２つの信号間において音声信号の位相や、振幅が
異なったり変化すると、ステレオ再生をした場合に、音
声の音像が中央に定位せず、いずれか一方へ移動した位
置に再現されたり、また、その位置が不安定に変化する
といった問題を生ずるためである。

上記の理由により、また本実施例では２チャンネル間
の位相を合わせているため、２チャンネルの信号から、
それぞれ音声帯域の信号のみを抜き出し、加算をすれば
元の音声帯域信号のレベルに対して＋6dBになり、減算
をすれば、ほぼゼロになることは容易に理解できる。し
かしながら、実際には伴奏と音声の入ったステレオ音源
から帯域フィルタで音声帯域信号を抜き出しても音声だ
けを抽出することはできず音声帯域に存在する伴奏音も
在る程度一緒に抽出されてしまう。その様子を示したも
のが第３図のａである。この図は、音声（歌）入りのス
テレオ音源の歌い始めの部分の信号を入力端子１と２に
供給した時に、整流回路19の出力と整流回路20の出力に
現れる電圧変化を横軸−時間、縦軸−電圧で示したもの
である。この図か明らかなように、音声の有る部分では
およそ10dB以上のレベル差が発生する。そして図には示
してないが、音声の無い部分では２チャンネルの信号の
位相関係はランダムであるので、２〜3dB程度のレベル
差しか発生しない。その結果、前記整流回路19,20の出
力レベルを、或るしきい値で区分することにより音声信
号の有無を検出することができる。なお、本実施例では
加算回路側と減算回路側とのレベル差のしきい値を様々
な実験の結果から6dBに設定した。

第３図のｂに示してあるのは第２図の整流回路21,22
の出力信号の波形図である。

第５図は、本実施例のレベル制御手段12として用いた
電子ボリュームの特性曲線図であり、横軸にレベル制御
電圧、縦軸にそれぞれのチャンネルの減衰量をとって示
したものである。入力信号の音声信号成分のレベルが両
チャンネルとも同じであれば、第５図に示してあるよう
に、4Vのレベル制御電圧を印加すればよく、また、ch1
（入力端１側）のレベルがch2（入力端２）のレベルよ
り低い場合は4Vより低い電圧を、逆の場合は4Vより高い
電圧をそれぞれ印加すれば良いことになる。

第６図は、第５図の特性曲線図をデータテーブル化し
たもので、各レベル差に対応した出力データとしてROM
（Read Only Memory）内に持っており、２チャンネル間
のレベル差がわかればレベル合わせのために出力すべき
出力データを容易に求めることができる。

以上のように構成された本実施例において、従来例と
の相違点であるレベル制御手段12と検出制御手段16（音
声有無検出手段13とレベル検出制御手段14をまとめたも
の）の動作を、第２図の具体的構成を示すブロック図
と、第４図のマイクロコンピュータの処理動作の要部を
示すフローチャートを用いて以下に説明する。なお、位
相検出制御，減算，低音検出，混合の等の動作説明につ
いては従来例と同じためここでは省略する。

まず、装置の電源は投入されており、マイクロコンピ
ュータ23内部にある記憶装置等も初期化されているもの
とする。そして整流回路19,20,21,22からのレベル（電
圧）情報は、それぞれマイクロコンピュータ23の入力端
子AI0,AI1,AI2,AI3に入力されている。

まず、ステップ31では整流回路19〜22からのレベル情
報を入力する。そのために、アナログ−デジタル変換器
（返下、ADCと称する）を内蔵したマイクロコンピュー
タを用いている。通常用いられるのは８ビットADCであ
り、その場合256段階のレベルデータが得られる。例え
ば、ADCの基準電圧を5Vとし第３図の時刻t1の時に入力
したとすると、AI0のレベルデータは5DH（1.81V）、AI1
のレベルデータは1AH（0.5V）、AI2のレベルデータは3D
H（1.19V）、AI3のレベルデータ33H（1.0V）でありマイ
クロコンピュータ23のアキュミュレータには5DH,1AH,3D
H,33Hのデータが順次入力され、次のステップ32でRAM
（Random Access Memory）に順次記憶する。

次にステップ33へと進み、ここでは一定時間経過した
かを判断している。一定時間というのは、入力される信
号は時々刻々変化しており、情報を平均化して精度の高
いものにするためである。ここでNOと判断されるとステ
ップ31へと戻り、再び入力処理を繰りかえす。ステップ
33でYESと判断されると、次にステップ34へと進む。こ
こでは、例えば、第３図の時刻t1と時刻t2の間の一定時
間のそれぞれのチャンネルの平均レベルを求める。実際
に第３図の波形図より求めると、AI0の平均レベルは60H
（1.88V）、AI1の平均レベルは1AH（0.5V）、AI2の平均
レベルは3F（1.23V）、AI3の平均レベルは35H（1.03V）
となる。

次に、ステップ35へと進み、ここではAI0とAI1の平均
レベルのレベル差を演算する。ステップ34で求められた
結果をもとに計算すると下記のようになる。

この場合、前述の理由により音声信号有りの状態と判
断できる。次に、ステップ36へと進み、ここではAI0側
のレベルがAI1側のレベルより6dB以上高いか否かを判断
している。ここで前記（７）式の結果は11dBであるので
YESとなりステップ37へと進む。もし、NOと判断された
場合はステップ31へと戻り、再び入力処理を繰りかえ
す。ステップ37では、時刻t1から時刻t2の間は音声有り
と判断されたので、本発明の特徴である音声有りの時の
チャンネル間のレベル合わせ処理に移る。ステップ34で
求められた結果をもとに計算すると下記のようになる。

次に、ステップ38へと進み、ここではレベル補正デー
タをデータテーブルより求める処理をする。ここでAI2
とAI3のレベルの大小関係は、（８）式よりAI2側が1.5d
B高いのでレベルを合わせるためには第５図の特性曲線
図の電圧4Vより高い電圧を出力する必要がある。実際に
第５図の特性曲線図をデータ化した第６図のデータテー
ブルから1.5dBのレベル差（AI2側が高いので補正するレ
ベルとしては−1.5dBとなる）を補正するために、出力
データACHを得る（実際のROMテーブルにはROMアドレス
値と出力データ値のみが記憶されている）。

次に、ステップ39へと進む。ここでは、出力データAC
Hを出力し、第２図のD/A変換回路24を介して5.4VのDC電
圧に変換され、端子16Cを介してレベル制御手段12に制
御電圧を印加する。その結果、第３図のｂに示してある
ように、時刻t2を過ぎてから徐々にAI2とAI3のレベル差
が減少して行く。これは、第４図のフローチャートには
示していないが、レベル制御用の電子ボリュームの電圧
値を急激に変化させると出力信号にクリックノイズが出
力されて非常に耳ざわりになるため、レベル制御用のデ
ータを徐々に変化させているためである。そして、ステ
ップ31へと戻り、再び信号入力処理を繰りかえすことに
なる。

ここで、ステップ31〜ステップ36は主に第１図の音声
有無検出手段13の機能を、ステップ37〜ステップ39は主
に第１図のレベル検出制御手段14の機能を実現したもの
である。

以上のように本実施例によれば、入力される２チャン
ネル信号の入力レベルを制御するレベル制御手段と、入
力信号中の音声信号の有無を検出する音声有無検出手段
と、前記レベル制御手段を制御するレベル検出制御手段
を設けて２チャンネルの入力信号に音声信号がある時の
み、２チャンネルの入力信号の音声信号レベルを自動的
に合わせることができ、調整の繁雑さを解消すると共
に、高性能な音声信号減衰装置を提供することができ
る。

なお、本実施例では、音声有無検出手段13とレベル検
出制御手段14をマイクロコンピュータ23で実現したが、
これらを従来の汎用ロジック回路等で実現してもよいの
は勿論のことである。

また、本実施例では遅延手段3,4としてBBDを用いてい
るが、これらをデジタル遅延器を用いて実現してもよい
のは勿論のことである。

また、本実施例では、音声信号の有無を判断する時
に、加算手段側のレベルと減算手段側のレベル差を6dB
以上としたが、入力される信号の種類や、音声帯域を通
過させるフィルタ手段の特性により6dBより大きい値に
したり、逆に小さい値にしたりしてもよいのは言うまで
もない。

また、本実施例では全体の構成を、演算増幅器やマイ
クロコンピュータ等で実現したが、これらをデジタル信
号処理装置を用いて、遅延，フィルタ，減算，加算等の
機能を実現しても良いのは言うまでもない。

発明の効果 以上のように本発明は、２チャンネル信号の入力レベ
ルを制御するレベル制御手段と、レベル制御手段からの
２つの出力信号の一方の信号を一定時間遅延する第１の
遅延手段と、他方の信号を遅延すると共にその遅延時間
を可変できる第２の遅延手段と、それぞれの遅延手段の
出力信号の音声帯域信号のみを通過させるための第1,第
２の帯域フィルタ手段と、２つの帯域フィルタ手段の出
力信号から音声信号の有無を検出する音声有無検出手段
と、前記２つの帯域フィルタ手段の出力信号のそれぞれ
の信号レベルを検出して、前記レベル制御手段を制御す
るレベル検出制御手段と、前記第1,第２の帯域フィルタ
手段の出力信号の位相ずれを検出して第２の遅延手段の
遅延時間を制御する位相検出制御手段と、前記第1,第２
の遅延手段の出力の差を演算する減算手段と、前記第1,
第２の遅延手段の出力から低音を検出する低音検出手段
と、低音検出手段と前記減算手段の出力とを混合する混
合手段を設けることにより、音声入りのステレオ信号の
音声信号減衰させてカラオケ等をするときに、ユーザー
が従来行っていた繁雑なレベル合わせ作業が全く不要と
なり、非常に使いがってが良く高性能な音声信号減衰装
置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成の要部を示すブロック
図、第２図は本実施例の検出制御手段の具体的構成を示
すブロック図、第３図は本実施例の具体的構成を説明す
るときの各部波形図、第４図は本実施例のマイクロコン
ピュータの処理動作の要部を示すフローチャート、第５
図は本実施例で用いた電子ボリュームの特性曲線図、第
６図は第５図の特性曲線図をデータテーブル化した説明
図、第７図は従来例の具体的構成を示すブロック図であ
る。 ３……第１の遅延手段、４……第２の遅延手段、５……
第１の帯域フィルタ手段、６……第２の帯域フィルタ手
段、７……位相検出制御手段、８……減算手段、９……
低音検出手段、10……混合手段、12……レベル制御手
段、13……音声有無検出手段、14……レベル検出制御手
段、15……減算手段、17……加算回路、18……減算回
路、19〜22……整流回路、23……マイクロコンピュー
タ、24……D/A変換回路。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−107472（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−269600（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−68800（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−95200（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】伴奏音や音声がそれぞれ混合されていると
   共に、相互に関連のある２チャンネル信号の入力レベル
   を制御するレベル制御手段と、レベル制御手段からの２
   つの出力信号の一方の信号を一定時間遅延する第１の遅
   延手段と、他方の信号を遅延すると共にその遅延時間を
   可変できる第２の遅延手段と、それぞれの遅延手段の出
   力信号の音声帯域信号のみを通過させるための第1,第２
   の帯域フィルタ手段と、２つの帯域フィルタ手段の出力
   信号から音声信号の有無を検出する音声有無検出手段
   と、前記２つの帯域フィルタ手段の出力信号のそれぞれ
   の信号レベルを検出して、前記レベル制御手段を制御す
   るレベル検出制御手段と、前記第1,第２の帯域フィルタ
   手段の出力信号の位相ずれを検出して第２の遅延手段の
   遅延時間を制御する位相検出制御手段と、前記第1,第２
   の遅延手段の出力の差を演算する減算手段と、前記第1,
   第２の遅延手段の出力から低音を検出する低音検出手段
   と、低音検出手段と前記減算手段の出力とを混合する混
   合手段とを備え、２チャンネルの入力信号に音声信号が
   ある時のみ前記レベル制御手段で２チャンネルのレベル
   合せをするように構成したことを特徴とする音声信号減
   衰装置。