JP2644473B2

JP2644473B2 - ダイナミック等化回路

Info

Publication number: JP2644473B2
Application number: JP3572883A
Authority: JP
Inventors: アマ−・ジ−・ボ−ズ; リチヤ−ド・ジ−・ブロ−ド
Original assignee: Bose Corp
Current assignee: Bose Corp
Priority date: 1982-06-14
Filing date: 1983-03-04
Publication date: 1997-08-25
Anticipated expiration: 2012-08-25
Also published as: USRE37223E1; DE3321225A1; US4490843A; DE3321225C2; JPS58223909A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は一般的には等化方法に関し、より詳細には、
音声増幅システムの周波数特性を声音再生の際に好まし
くない過度低音を起こさずにレベルの関数として自動的
に制御する新規な装置と技術に関する。1977年11月にAu
dio Engineering Societyに発表されたTomlinson Holma
nとFrank S.Kapmannによる論文「音量補償の使用と誤
用」（Loudness Compensation,Use and Abuse）（Repri
nt No.1281（Ｄ−４））には従来の音量補償用音量曲線
について述べられている。これらの音量曲線回路は、音
声レベルに対する人間の耳の周波数特性を表わすFletch
er−Munson曲線に基づいている。人間の耳の最低周波数
領域に対する感度は、音量が高レベルにある時よりも低
レベルにある時の方が小さい。斯かる差異を補償するた
めに、多くの音声増幅システムは、音量レベルが低くな
ると最低音域と最高音域の増幅を大きくなるようにした
音量制御装置を含んでいる。

上記の論文及び米国特許第4,220,817号には、Fletche
r−Munson曲線の形状もしくは後続の研究者の提案した
曲線の形状に合わせることを試みた低音域制御回路につ
いて述べられている。音量制御が行なわれている時にシ
ステムの周波数特性を人間の耳の周波数特性と逆の状態
に変化させるように音声再生装置の音量制御装置を設計
したことは歴史的な事であった。しかしながら斯かる技
術によって好ましくない影響が発生することも見い出さ
れている。本発明は特性を大巾に改善するものである。

現存の音量制御器に関する問題、及び本発明がこれら
の問題を如何に解決するかということについて理解する
ために、先ず、人間の耳の周波数特性が受けた音声の強
度に対して如何に変化するかということについて考えて
みる。次にこれらの周波数特性の音声や音楽に関する影
響について考察する。

等ラウドネス曲線は米国のFletcherとMunsonによっ
て、また後になって英国のChurcherとKingによって測定
された。これらの等ラウドネス曲線は、耳に与えられる
純粋な音質の音声レベルが低下すると、耳の500Hz以下
の周波数の音質に対する感度が低下することを示す。従
って、一方が50Hzで他方が1,000Hzの周波数を有し音圧
レベルが等しい２つの純粋な音質から成る音響信号を最
初に高音圧レベルで聴取し、次に低音圧レベルで聴取し
た場合、低音圧レベルの信号は、高音圧レベルの信号の
時に感ずるよりも、1,000Hzに対して50Hzが小さくなっ
ているように感じられるのである。

音声再生装置の音量（ラウドネス）制御装置は、音声
レベル低下の際に生じる低音域に対する耳の感度の低下
を補償するために音量制御量を減少させる時に低音域を
中音域に対して相対的に増幅するように開発された。し
かしながら、低音声レベルにおいて再生された信号の低
音域を増幅しても生の状態で聴いた時に感じられる音感
は保たれない。何となれば、低レベルで聴いた生の音声
は低音域において低下した耳の感度の影響を受け、従っ
て、中音域に比較して低音域が小さくなっているように
感じられるからである。斯かる理由により、今日の音声
再生装置に見られる音量制御装置は、低音量レベルにお
ける人の音声の分布する200〜500Hzの音域を増幅して再
生された時、低音域の音声が非常に強く（ブーミング）
感じられる。ハイファイ装置が、音量制御が不快になっ
た時、音量制御を切るためのスイッチを有する所以であ
る。毎日、人々は他の人の生の話を様々な音声レベルで
聴く機会を有する。この現象は、例えば、戸外にいる話
者と聴取者が様々な距離にある時に起きている。また、
話者は時間によって様々な音声レベルで話すこともあ
る。生の話の低音声レベルは低音域が小さいように聞こ
えるが、これは自然であると考えられる。低音声レベル
において音声を再生する際に、これらの低音域を本来の
声音に戻す如何なる試みも人工的に感じられることが見
い出されている。

しかしながら、一般的に言って生の音楽に対する音感
は全く異なるものである。指揮者が、与えられた曲を指
揮する時、例えば30dbも異なったレベルで演奏すること
はないし、またコンサートホールの中の音声レベルは座
席によってそれ程大きく異なるわけではない。従ってコ
ンサートホールの中で生演奏を聴く時、聴取者は、演奏
される曲を多かれ少かれ与えられた音声レベルで聴くこ
とに慣れてしまうのである。たとえば戸外において演奏
されるバンドを聴く場合でもバンドのすぐそばの音量の
大きな所にいれば集中して音楽を聴くことができる。拡
声装置を付けないで戸外演奏されるバンドの音楽の場
合、バンドから十分に離れるならば、音声レベルをかな
り弱めることができることは言うまでもない。しかしな
がら、こうすると、空気によって低音域よりも高音域の
方がかなり減衰してしまうので、本来ならば長い距離で
は低音域が失われたように感じられる現象を部分的にせ
よ補償することになるのである。

録音された音楽を、生演奏される曲に対して感じられ
る音声レベルよりも低い音声レベルにおいて再生する
と、人間の耳の感度は低音域に対して低下するために、
例えばダブルベース、バスドラム及びオルガンのペダル
キー等の低音域用楽器の音が再生された曲から消えてし
まう。斯かる低レベルの音感効果は（声音と違って）生
演奏にはみられないため、（200Hzより下の）非常に低
い音域を適当に増幅すれば、従来の音量補償方法におい
て得られたように声音再生を落すことなく改善されてい
ると認められる状態に低音域用楽器に対する音感を戻す
ことができることが見い出された。

Fletcher−Munsonの均等音量曲線を用いると200〜500
Hzの音域も増幅すべきであることが予測できるが、増幅
する音域を200Hz以下に限定すると、非常に満足のいく
音楽演奏が得られることが見い出されている。斯かる方
法を用いて、本発明は、前述の声音に関する好ましくな
い影響を防止している。すなわち、本発明は声音の任意
のフオルマント音域において無視出来る増幅をそう入し
ているのである。

また、一般に信じられているように、200Hz以下にお
いてさえも、周波数特性の最適増幅は、信号レベルの関
数としての均等音量カーブの変化によって予測できない
ことが見い出されている。Fletcher−Munson曲線は、純
粋音質（正弦波）を用いて作られた。この曲線は、た
だ、任意の音圧レベルの1,000Hzの純粋音質の音量と同
じ音量に感じられるには、特定の周波数の純粋音がどの
位の音圧レベルを持たなければならないかを示すだけで
ある。

音楽の場合、低音域成分の振幅と中音域の振幅（曲か
ら感じられる音量レベルの確立に対して大きな役割を果
たす）の間には何ら固定された相関関係がないため、従
って曲を再生する時の音量制御セツティング（設定）と
の間にも何ら相関関係がみられない。音質が異なる場合
の相対振幅はそれぞでの曲に依存し且つその曲の中でも
変化する。

さらに、音楽の場合、例えば、オルガンとダブルベー
スといった２つの異種の楽器を同一の低周波数領域にお
いて且つ異なった振幅で同時に演奏させることも可能で
ある。音量制御セツティングによる音量補償の均等音量
曲線理論に従うと、各楽器毎に、音量制御セツティング
の与えられた減少に対して異なった量の低音域増幅が要
求されることになる。もちろん、斯かる所業は達成でき
るものではない。何となれば、２つの音楽信号が同一の
音域を占めており、数学的に分離できないからである。
かくして、等ラウドネス曲線は、音量制御装置の設計に
用いられる適正な曲線でないことが見い出された。

本発明によると、再生された低音量レベルの曲に対す
る音感を改善し且つ声音の再生を劣化させないように配
慮された音量制御セツティング毎に変化する一群の周波
数曲線が見い出された。

従って、本発明の１つの重要な目的は改良された音量
補償を提供することにある。

本発明の別の目的は改良された自動音量補償を提供す
ることにある。

本発明のさらに別の目的は、再生された声音もしくは
低周波音楽信号に好ましくないブーミングを起こさない
自動音量補償を用いて前項の１つ又は２つの目的を達成
することにある。

本発明の又別の目的は信頼度の高い且つ比較的組み立
てが簡単で費用もあまりかからない回路を用いて前項の
１つ又はそれ以上の目的を達成することにある。

本発明によれば、これらの目的は、利得制御装置（音
量制御装置）の手動設定によって決定されて音響信号に
与えられる異なる利得に対して、200Hzから始まる中音
域周波数の音声フォルマント・スペクトル成分に無視し
得る増加を与えるとともに、200Hz以下の低音域周波数
における低音域強調を利得の関数として顕著に変化させ
る手段を有し、音響信号の低い聴取再生音レベルにおい
て、音響信号によって特徴づけられるとき再生される音
声の品質を低下させることなく再生された低音域スペク
トル成分が聴取者に感知される、自動的ダイナミック等
化回路によって達成される。

本発明によると、極端な増幅位置においても、200Hz
及び200Hz以上の音域において無視できる増幅を行なう
音量補償曲線確立手段が配設されている。本発明の別の
観点によると、ステレオ増幅システムの両チャンネルに
共通の回路によって低音域の自動音量補償が行なわれ
る。

第１図について説明する。第１図には、本発明に係る
いくつかの音量補償曲線を示す。これらの曲線の中で曲
線11は極端な増幅（強調）位置においても、可聴低音域
ノイズを軽減するのに役立つロールオフ特性も以って、
150Hz以上の音域において1.5db以上の増幅を行なわない
ようにしている。本発明は、従来の曲線が複雑な信号で
の感じられる音質に必ずしも関係しない音量測定に基づ
いていたことを認識することによって従来技術の欠点を
克服するものである。

第２図について説明する。第２図には、第１図の周波
数特性を特徴とする自動音量補償を行うための回路の実
施例を示す。本発明の特徴は、150Hz以上の音域におい
て略平坦な周波数特性を維持すると同時に40〜60Hzの所
望の低音域で適当な低音域増幅を保証するのに十分に高
いＱを確立する活性（能動：アクティブ）共振回路を用
いている点にある。

音量制御装置（可変抵抗利得制御装置）14は音量増幅
と正しい出力レベルを達成するための適正な点に接続さ
れたタップ15を有する。選択された制御逓減（傾斜：テ
ーパ）度に対しては、タップの位置は以下のように配慮
される。すなわち、抵抗21が効果的に接地された状態
で、２×10^-5N／M²より80db上の音が最高に大きいプロ
グラム曲目に関する音圧レベルを聴取空間に与えると期
待される回転位置に配置されるのである。抵抗21が効果
的に接続されると、期待される音圧は約5db増加する。
このタップ15は、チューニングコンデンサ16と、コンデ
ンサ17及び抵抗18を含む活性インダクタと、を含む活性
共振回路に接続されている。この活性インダクタは抵抗
13を通してチューニングコンデンサ16に電流を供給する
増幅器12を駆動する。この回路はインダクタの電流電圧
位相関係を有するインピーダンスをコンデンサ16の両端
に与えており且つコンデンサ16と共にバンドパスフィル
タとして動作する。この活性共振回路は、共振周波数を
除く全ての音域においてタップ15に負荷を与えている。
この共振周波数は通常は50Hzに設定される。共振周波数
では、活性回路網のインピーダンスが高くなるため、タ
ップにはもはや1.2KΩ抵抗21を通して負荷が与えられ
ず、従って回路網の出力が増加する。

第３図について説明する。第３図には、本発明に係る
別の実施例を示す。音量が低下した時、低音域において
良好な分離を維持することは必要でないことが見い出さ
れた。従って、第２図に示す型式のマルチチャンネルシ
ステム用単一活性共振回路を用いることは実用的であ
る。Ａ及びＢで示された２つのチャンネルは、それぞれ
音量制御装置（可変抵抗利得制御装置）19及び20を有す
る同時作動（連動）のポテンショメータによって制御さ
れる。活性共振器は第１図に示す所望の音量補償曲線を
達成するためにポテンショメータ19のタツプ22及び23並
びにポテンショメータ20のタップ24及び25に接続されて
いる。共振器回路網は高音域において大地に対して短絡
状態になるため、高音域においては、両チャンネル間で
クロスカップリングが起らず、従ってチャンネル間の分
離は良好状態を保つ。音量補償を必要とする最低音域に
おいてのみ、チューニングコンデンサ107の端子のイン
ピーダンスはチャンネル間にカップリングが起きる点ま
で増加する。これらの低音域では、回路の分離は減少す
るが、斯かる減少によって、音響的に不快な現象が起き
ることはない。何となれば、Ａチャンネル及びＢチャン
ネルの高周波スペクトル成分のおかげで低音量では適正
なステレオ分離が行われていると感じられるからであ
る。第３図はまた、音量曲線を第１図に示す所望の特性
にさらに精密に適合させるために、異なった信号が供給
される２つ以上のタップを音量制御ポテンションメータ
19及び20に用いている本発明に係る好ましい形態を開示
するものである。更に多くのタップを用いると、所望の
曲線を更に精密に達成することが可能となる。

これらの付加的なタップを用いるのは、中音域におけ
る各20db毎の減衰に対して、低音域において相対的に10
dbの増幅（増加）をスムーズ且つ連続的に、そして正確
に近似させるためにバンドパスフィルタの波信号を再
注入するためである。390Ω抵抗と1.5KΩ抵抗を図示の
如く接続することによって、ワイパによる制御の所望の
減衰は上部タップにおける減衰よりも約30db高くするこ
とができる。1.5KΩ抵抗は、フィルタ回路の利得と、ポ
テンショメータ及び390Ω抵抗の分圧作用とによって、
再注入された低域信号レベルを維持する。

第４図について説明する。第４図には、ステレオシス
テムに用いられる本発明に係る別の実施例を示す。入力
端子31及び32にそれぞれかけられた左チャンネル入力信
号と右チャンネル入力信号は処理されると、出力端子33
及び34に音量補償を有する左チャンネル信号及び右チャ
ンネル信号が供給される。ポテンショメータR1A,R1B及
びR1Cは共通の低域増幅を有するシステム内に同時作動
する三部ポテンショメータを形成している。ポテンショ
メータのR1A部とR1B部（可変抵抗利得制御装置）は、そ
れぞれ抵抗R2A、R7Aと抵抗R2B、R7Bと並列結合されるワ
イパに、所望の音声逓減度を与えている。差動増幅器A2
A及びA2Bは、それぞれ入力抵抗R7A及びR7Bを通して全帯
域幅信号を受取り、且つ各増幅器はこの全帯域幅信号を
ポテンショメータのR1C部のワイパアームに供給される
帯域制御信号に差動的に結合するための手段を含んでい
る。また、抵抗R2A及びR2Bはこれらの信号を、増幅器A1
及び関連の回路成分から成り通常は約50Hzを中心とする
帯域パス特性を有するフィルタ回路に供給している。こ
の中心周波数は、関連する音声再生システムの低音域カ
ットオフの近くにあることが好ましい。ポテンショメー
タのR1C部は、増幅器A1の出力において波された信号
を受け取り、聴取空間において90db SPLより高いピーク
音響レベルになるような方向に利得設定がされると、ワ
イパアームが接地される方向に移動する。また、ポテン
ショメータのR1A部とR1B部によって10dbの減衰が与えら
れる毎に、ポテンショメータのR1C部によって減衰は低
減し、中間音域出力に比較して帯域パスフィルタの中心
周波数における増幅器A2A及びA2Bの出力が5db増加する
ように、200Hz以上の中間音域の利得には影響を与える
ことなく所望の音量補償が得られる。

第４図に示す回路では、添字Ａ又はＢで示す成分は実
質的に同じパラメータ値を有する。各チャンネルに対し
て独立の低域増幅音量回路が必要な場合は、増幅器A1と
関連成分を含むフィルタ回路を２つ配設すれば良い。

第５図について説明する。第５図には、同時作動三部
ポテンショメータを用いる本発明に係る別の形態の略図
を示す。左チャンネルと右チャンネルの同様のエレメン
トは同じ符号で示し、ＬとＲを添字することによって左
チャンネルか右チャンネルかを表わしている。入力ポテ
ンショメータ42L及び42R（可変抵抗利得制御装置）は共
通のポテンショメータ43と共に機械的に同時作動する。
低音域は増幅器44及び関連の回路成分によって増幅され
る。増幅器45L及び45Rは高周波成分を増幅する。通常は
開になっているダイナミック等化遮断スイッチ46はポテ
ンショメータ43のアームを接地することによってダイナ
ミック等化を遮断する。

この回路はタップ付ポテンショメータを用いた回路と
比較すると多くの利点を有する。フィルタ回路の構成部
品の値は音量制御抵抗とは独立に設定できる。高価な大
容量コンデンサは必要ない。チャンネル間の利得差はポ
テンショメータの製造誤差を少なくすることによってよ
り改善される。この回路は前段の低い抵抗値に影響され
ず、適正な動作を行なうことができる。また、この回路
は容易に入手可能な部品によって組立てることができ
る。ポテンショメータ43の両端は接地されているので、
増幅器44からの信号はアームからポテンショメータ43に
入り、増幅器45L及び45Rはそのアームから信号を取り出
す。

第６図について説明する。第６図には、様々な音量制
御セツティングに対して導入された等化のグラフ図を示
す。周波数は10〜1,000Hzを対数目盛で表わしており、
Ｅの後の数字はＥの前の数字１を10倍づつしていったも
のの対数を表わしている。音量制御セッティングが最大
になると、周波数特性は平坦な特性を示すが、第６図の
例に示すように音量制御セッティングが減少するにつれ
て平坦な特性が失われてくる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る音量補償のグラフ図、第２図は本
発明に係る補償回路の１形態の略回路図、第３図はマル
チチャンネルシステムにおける使用に適当な本発明に係
る自動音量補償の略回路図、第４図はマルチチャンネル
システムに用いられる本発明に係る別の実施例の略回路
図、第５図は本発明に係る好ましい形態の略図、第６図
は音量セッティングの領域を補償する本発明に係る音量
補償のグラフ図。 14……音量制御装置、15,22、23,24,25……タップ、16,
107……チューニングコンデンサ、17……コンデンサ、1
8……抵抗、19,20……ポテンショメータ、31,32……入
力端子、33,34……出力端子、43……共通ポテンショメ
ータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者リチヤ−ド・ジ−・ブロ−ドアメリカ合衆国マサチユ−セツツ州 01721アシユランド・ベルビユ−・ハイツ19 (56)参考文献実公昭13−15385（ＪＰ，Ｙ１) 特許135718（ＪＰ，Ｃ１)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】手動で操作される可変抵抗利得制御装置
と、中音域周波数におけるスペクトル成分の大きさに対
して、低音域周波数におけるスペクトル成分に与えられ
る低音域強調の大きさを、中音域周波数の可聴音として
再生処理されている音響信号に与えられる手動操作によ
り制御される利得の関数として変化させる手段とを含
む、自動的ダイナミック等化回路において、前記利得制御装置を含み、該利得制御装置の手動設定に
よって決定されて音響信号に与えられる異なる利得に対
して、200Hzから500Hzの中音域周波数の音声フォルマン
ト・スペクトル成分に無視し得る増加を与えるととも
に、200Hz以下の低音域周波数における低音域強調を前
記利得の関数として顕著に変化させる手段を設け、前記
音響信号の低い聴取再生音レベルにおいて、前記音響信
号によって特徴づけられるとき再生される音声の品質を
低下させることなく再生された低音域スペクトル成分が
聴取者に感知される、等化回路。
【請求項２】前記手段が150Hz以下の低音域に共振点を
有する共振回路によってシャントされるタップ付ポテン
ショメータを含む特許請求の範囲第１項記載の等化回
路。
【請求項３】前記共振回路が高いＱによって特徴づけら
れ、誘導リアクタンスを発生する能動回路によってシャ
ントされるコンデンサを含む特許請求の範囲第２項記載
の等化回路。
【請求項４】前記ポテンショメータと連動し第２チャネ
ルと関連した第２ポテンショメータを含む特許請求の範
囲第３項記載の等化回路。
【請求項５】能動共振回路によってシャントされる前記
ポテンショメータに配設された第２タップを含む特許請
求の範囲第２項記載の等化回路。
【請求項６】前記手段が、出力ポテンショメータ手段と連動する入力ポテンショメ
ータ手段、前記入力ポテンショメータ手段のアームの信号に対応す
る信号を前記出力ポテンショメータ手段のアームの信号
に対応する信号と差動的に結合させて音の大きさを補償
した出力信号を供給する手段、及び実質上少くとも70Hz程度に低く且つ前記中音域周波数よ
り下に中心を有するスペクトル成分からなる帯域を選択
的に通過させるため、前記入力ポテンショメータのアー
ムと前記出力ポテンショメータ手段を相互結合するバン
ドパスフィルタ手段、を含む特許請求の範囲第１項記載の等化回路。
【請求項７】前記第１入力ポテンショメータ手段及び前
記出力ポテンショメータ手段と連動する前記入力ポテン
ショメータ手段の第２手段、及び前記出力ポテンショメータのアームの信号に対応する信
号を前記第２入力ポテンショメータ手段のアームの信号
に対応する信号と差動的に結合する第２手段を含む特許
請求の範囲第６項記載の等化回路。
【請求項８】前記ポテンショメータが逓減度によって特
徴づけられ、所定の基準レベルから前記入力ポテンショ
メータ手段によって導入された10db減衰に対して前記出
力ポテンショメータ手段によって与えられる減衰を減少
させ、前記バンドパスフィルタの中心周波数において前
記差動結合手段の出力を前記中音域の出力に対して相対
的に実質上5db増加させるための手段を含む特許請求の
範囲第６項記載の等化回路。
【請求項９】前記手段が、70Hz以下の所定低音域より下
の周波数特性をロールオフする手段を含む特許請求の範
囲第１項記載の等化回路。
【請求項１０】前記手段が150Hzよりかなり低い低音域
に共振点を有する共振回路によってシャントされるタッ
プ付きポテンショメータを含む特許請求の範囲第９項記
載の等化回路。
【請求項１１】前記低音域強調を変化させる手段が音量
制御装置を含み、音量制御設定が減少した時に低音域を
強調すると同時に人間の音声の全てのフォルマント域に
対する周波数特性を実質的に均一に維持するため、音量
制御設定に依存する周波数特性によって特徴づけられる
特許請求の範囲第１項記載の等化回路。
【請求項１２】前記低音域強調を変化させる手段が20db
以下の音量制御減衰に対して100Hz以上で無視し得る増
加を与える特許請求の範囲第11項記載の等化回路。
【請求項１３】前記低音域強調を変化させる手段が20乃
至40dbの音量制御減衰に対して200Hz以上で無視し得る
増加を与える特許請求の範囲第11項記載の等化回路。
【請求項１４】等化曲線の勾配が低音量制御設定の少な
くともいくつかに対して12db/オクターブより大きい特
許請求の範囲第11項記載の等化回路。
【請求項１５】前記低音域強調を変化させる手段が、音
量制御設定が減少するに従って虚軸に近づく複素極によ
って特徴づけられる回路手段を含む特許請求の範囲第11
項記載の等化回路。
【請求項１６】100Hzよりかなり低い所定の低音域より
下で周波数特性のロールオフ特性を与える手段を含む特
許請求の範囲第11項記載の等化回路。
【請求項１７】音量制御設定が低下するに従って前記ロ
ールオフ特性の勾配が増加する特許請求の範囲第11項記
載の等化回路。
【請求項１８】前記音量制御の最大設定において所定の
所望周波数特性を与えるため前記手段と共動する固定等
化回路手段を含む特許請求の範囲第11項記載の等化回
路。
【請求項１９】約15dbの音量制御減衰に対して音量制御
設定によって導入される全体減衰の約80％から40％の範
囲でピーク振幅の周波数において減少する振幅特性を有
する、ピーク振幅周波数を中心とする１群のダイナミッ
ク等化曲線によって特徴づけられる特許請求の範囲第11
項記載の等化回路。