JP3146973U - 動的イコライジング - Google Patents

Abstract

【課題】レベルの検知と手動で選択した音量の検知とを取り入れた動的イコライジングを提供する。
【解決手段】本システムは、入力端子１１上の入力音声信号を処理して、動的にイコライズ（equalize）された出力信号を出力端子１２に与える。端子１１上の入力信号は、その利得が加算器１８にも送られるライン１４上の手動設定の音量設定信号によって設定されるところの、手動調節の音量調節器１３へ送られる。端子１１上の入力信号も、レベル検出器１５へ送られる。レベル検出器１５は、他のレベル検出器も使用することができるが、典型的には、ピーク検出器である。レベル検出器１５は、入力信号のレベルを表す線形信号を提供するが、それは、信号を、入力信号をデシベル（ｄｂ）で表すＭＡＸ１７へ与えるために、対数処理される。
【選択図】図１

Description

本考案は、広く、動的イコライジングに関するものであり、さらに細かくは、レベルの検知と手動で選択した音量の検知とを取り入れた動的イコライジングに関する。

コンパクトディスクに収められた６Ｋバイトの、２００４年１月１４日作成の DYNAMIC EQUALIZING の資料を参考のために組み入れる。

背景として、特許文献１，２を参照した。改善された動的イコライジングを提供することは、本考案の重要な目的である。

米国特許ＲＥ３７,２２３号明細書 米国特許第５,３６１,３８１号明細書

周波数応答は、入力信号のレベルの検知と、手動設定の音量調節器の設定とに応答して動的に調整され、レベルの検知は、信号が手動設定の音量調節器に送られる前に行われる。

本考案の一態様によると、周波数応答の変化の時間的制約は、圧縮器の影響を減らすために設けられる。圧縮器の影響を減らすための他の特徴には、検出した入力の最小値を制限することも含まれる。

本考案の他の特徴や目的や利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と共に読むことで、明らかになるであろう。

次に図面を、特に図１を参照すると、本考案によるシステムの論理的配置図を図示したブロック図が示されている。本考案は、ハードウェアで、あるいはハードウェアとソフトウェアの組み合わせで具現化することができ、また、アナログ回路、ディジタル信号技術、あるいはその組み合わせを用いて完成することができる。ある特定の実施形態には、ディジタル信号処理チップのためのプログラム命令を保存するフラッシュメモリがある。

本システムは、入力端子１１上の入力音声信号を処理して、本考案によって動的にイコライズ（equalize）された出力信号を出力端子１２に与える。端子１１上の入力信号は、その利得が加算器１８にも送られるライン１４上の手動設定の音量設定信号によって設定されるところの、手動調節の音量調節器１３へ送られる。端子１１上の入力信号も、レベル検出器１５へ送られる。レベル検出器１５は、他のレベル検出器も使用することができるが、典型的には、ピーク検出器である。レベル検出器１５は、入力信号のレベルを表す線形信号を提供するが、それは、信号を、入力信号をデシベル（ｄｂ）で表すＭＡＸ・１７へ与えるために、対数処理され＜１６＞る。一実施形態においては、フルスケールの入力信号に対して検出レベルの縮尺を０ｄＢに合わせる。２０ｄＢの値を持つ定数部１９が、ＭＡＸ・１７に対する出力の許容範囲を設定するのに使用されるが、それは本例の場合０ｄＢと−２０ｄＢの間である。しかし、他の値を定数部１８に対して選択することができる。ＭＡＸ・１７は、制限器を備え、その出力をレベル検出器１５に戻して、レベル検出器１５の出力が減衰するのが許容される最小レベルを制限する。例えば、もし入力信号１１のレベルが最大目盛りから−２０ｄＢ未満に低下すると、ＭＡＸ・１７からの帰還信号２１は、レベル検出器１５の出力を−２０ｄＢ未満に低下させない。加算器１８は、ライン２３上の第１和信号をライン２５上のシステム較正定数を受け取る第２加算器２４へ送る。加算器１８と２４は、もし希望するなら、一つの加算動作をするように結合することもできる。加算器１８の出力に加算されるシステム較正定数によって、最小レベル調節器２７に送られる出力ライン２６上の較正済み和信号が提供される。

ＳｙｓＣａｌ定数は、本考案が使用される特定のシステムを表している。ＳｙｓＣａｌは、加算器１８の出力に現れる値に加算されたときに、本考案が組み入れられた関連する音響システムが典型的な室内（増幅器が線形領域で動作すると仮定する）で動作する際に得られる（ライン２６上で有効な）ＳＰＬを表した推定値を与える数字である。それは、増幅器の利得と変換器の利得（電気入力からＳＰＬ出力への）と部屋の利得を含んだ、加算器１８の出力と実際に存在するＳＰＬの間のシステム内に存在する全ての利得を補償する。特定の実施形態に対するＳｙｓＣａｌを決定する一つの方法は、代表的な部屋の中で本考案を使用するシステムを動作させることを必要とする。加算器１８の出力は、室内に存在する音圧（ｄＢＳＰＬで測定）と共に同時に測定される。これらの値の間の差は、ＳｙｓＣａｌの値である。本考案を具現化する特定のラジオでは、ＳｙｓＣａｌ定数は１１４ｄＢである。

最小レベル調節器２７は、出力音圧レベルの最大推定値を、ライン３１上のＭａｘ ＳＰＬ定数によって設定されるレベルである、前述の特定のラジオに対する約９０ｄＢに制限する。Ｍａｘ ＳＰＬ定数は、概ね、電気音響システムが典型的な室内で生み出すことのできる最大ＳＰＬに合うように選択され、システムの大信号の動作を止める。最小レベル調節器２７は、本システムが可能とする最大出力或いはその近辺で動作する時に、本考案を用いるシステムが使用される環境における実際のＳＰＬを大きく超えることの無いように、音圧レベルの推定値を保つ。その環境にあるＳＰＬの推定値を超えると、システムに加えられる動的イコライジングが非常に小さくなるだろう。Ｍａｘ ＳＰＬ定数と最小レベル調節器２７の組み合わせは、大信号の条件下でシステムの利得（最初は電気的利得だが、音響システムの利得も含む）が減少するという事実を補償するのに使用される。入力信号レベルが増加するいくつかの点において、出力音圧レベルは最早増加しないだろう。

典型的なシステムには、システム増幅器がクリップしないように保つのに使用することができるシステム制限器が含まれるだろう。制限器は、この動作を、増幅器がクリップするのに十分な大きさの信号が増幅器の入力に現れる時に、システムの（電気的）利得を動的に減らすことで実施する。Ｍａｘ ＳＰＬ定数を上述したように使用するよりも、ＳＰＬ推定値を、システムの利得を動的に追った変更済みの値で制限することによって制限することができよう。システムの制限器からの出力は、最小レベル調節器２７へ返して、ＳＰＬ推定値をその環境における実際のＳＰＬを超えないように保つことができる。

最小レベル調節器２７は、出力信号１２が駆動する電気音響機器（図示されない増幅器とスピーカー）を持った音響システムを聴く聴取者が出会う音圧レベルの推定値である出力信号をライン３２上に与える。ＳＰＬ推定値信号は、ライン３２を介して音量マッピング関数３３に送られる。マッピング関数３３は、ＳＰＬ推定値と、ライン３４上を利得調節器３５へ与えられる利得信号の関係を決定する。マッピング関数３３は、典型的には、参照表として構成されるが、希望するマッピング動作を記述するために生成される関数から計算することもできる。マッピング関数の形状は、希望する信号を動的にイコライズするのに使用する要素の接続形態によって決まる。図１に示す接続形態を使用する実施形態に対して代表的なマッピング関数を導くことについて、以下に説明する。マッピング関数は、低周波イコライジングと音圧レベルの間の関係を説明する。その関係は、接続形態を別にして、その関係が中で使用されるシステムとは無関係である。また、接続形態を含んで、システムと完全に無関係なマッピング関数を構築することも可能である。この場合、マッピング関数を特定の接続形態で使用するように変えるのに、別のブロックが必要であろう。

ここで説明する動的ＥＱの別のシステムでの使用では、典型的には、ＳｙｓＣａｌとＭＡＸ ＳＰＬ定数を変更する必要があるが、マッピング関数を変える必要は無い。また、希望するなら、ＳｙｓＣａｌとＭＡＸ ＳＰＬ関数を一つのマッピング関数の中に組み込むことが可能であることに注意しなくてはならない。そのような装置は、図１のシステムと同一に動作するだろうが、但しマッピング関数は、最早、それまで使用したシステムとは無関係では無く、これによって多くの機器の製造側を困らせるだろう。図１の構造は、複数の製品に対する本考案の携帯性を求めて、システムに依存する関数とシステムと無関係の関数とを分ける。

利得調節器３５は、帯域通過フィルタ３６が提供する出力信号のレベルを調節するが、この信号は、典型的にはシステムが発する最も低い周波数における中心周波数を持ち、手動調節型音量調節器１３の出力によって電圧を加えられ、出力加算器３７へ与えられる。出力加算器３７は、手動で調節された入力信号を利得調節器３５によって与えられる信号と結合して、本考案によって動的にイコライズされる出力部１２上に出力信号を供給する。結果としての信号は、２００Ｈｚと帯域通過フィルタ３６の中心周波数の間でスペクトル成分を持つが、それは、周波数が減少するにつれて、マッピング関数或いは参照表３３で決定されるように、検知した入力レベルと音量調節設定との両方に関係する量だけ増加するような周波数の関数として徐々に増幅される。

図１の接続形態を使用する実施形態に対するマッピング関数３３は、前述の特許文献１の図６で図示されるデータから導かれる。図６の上部の曲線は、９４ｄＢＳＰＬのレベルに関連している。帯域通過フィルタ３６の中心周波数は、曲線の集まりの低周波数のピークを関連しており、この実施形態では約５０Ｈｚである。図６マーカー６５％の曲線に対するマッピングパラメータを導くことを説明しよう。６５％の曲線は、約７１ｄＢＳＰＬのＳＰＬに対応する。その曲線（低域の増加が行われていない高周波数を見る）は、上部の曲線より約２３ｄＢ低く、９４ｄＢＳＰＬに関係付けられる。利得ブロック３６の得られた利得は、７１ｄＢＳＰＬの推定ＳＰＬに対して、低周波数ピーク（５０Ｈｚ）における６５％曲線の振幅と、高周波数における振幅とを比較して決定される。６５％曲線に対して、高周波数レベルは約−１０.５ｄＢであり、ピークのレベルは約−２ｄＢである。従って、利得は、約８.５ｄＢのはずである。他の推定ＳＰＬレベルに対する値は、同様のやり方で決定することができ、結果としての値は参照表の一部となる。図６で示される曲線に含まれるＳＰＬ推定値に対する値は、補間することができる。代わりに、得られた一連の値に多項式あるいは他の関数を合わせることができ、その関数は利得が必要な時はいつでも計算される。

本考案には、多くの利点がある。信号を手動設定音量調節器に送る前のレベル検知によって、音量調節設定の反応性の利点が得られる。音量調節の変化と信号レベルの変化を動的にイコライズする反応性は、独立して設定することができる。音量調節設定の変化を補償する動的イコライズは、即座に起こるのが望ましいが、一方、入力信号レベルにおける変化を補償する動的イコライズは、可聴の影響を減らすために加えられる時間定数を持つ（時間定数は以下でより詳細に説明される）。この装置は、システム音量を手動で減らす結果として入力信号レベルが減った時に、レベル検知動的イコライズシステムにおいていくらかの時間の間発生することがある低域の一時的な損失を回避する。本考案の実施形態によって、手動の音量レベル調整と信号レベルの変動に関連する、イコライズの調整に使用される異なる時間定数が可能になる。

一実施形態において、側鎖（要素１５−１９，２１，２３−２７，３１，３２，３３から成る側鎖）の処理が、複数のブロック内で行われる。２５６個の試料（約５.８ミリ秒の音声データ）が取得され処理される。レベル検出器１５は、ブロック内の試料のＲＭＳ値を計算し、ｄＢ１６は、この計算した値を対数値へ変換し、Ｍａｘ１７は、これらのブロック値の変動範囲を２０ｄＢに制限し、前述したように帰還をレベル検出器１５に与える。選ばれたブロックの大きさは、基本的に、入力レベルが変化した時に、どの程度速くレベル検出器が変化できるかを決定する。従って、立ち上がり時間定数は、選ばれたブロックの大きさに関係し、本例では、約５.８ミリ秒である。減衰時間定数は、与えられたイコライズを動的に変更することに関連する可聴の影響を減らすように選ばれる。一実施形態において、約２０秒のような長い時間定数が望ましいが、減衰時間定数は、１０秒の単位で選ばれる。

入力レベル検知に対する符号の一例を挙げる。
k=p->dyneq.timeConstant; // current value=0.99942 浮動小数点=exp(-1/1723), 約７フレーム=256*7)
p->dyneq.slower_smoothed_rms=MAX(m,scalarMult(k,p->dyneq,slower_smoothed_rms));

言い換えると、この方法は、高速の立ち上がりと低速の減衰の方法である。フレーム毎に、データの２５６個の試料（或いは５.８ミリ秒分）が得られる。２５６個のデータ試料のフレーム（或いはブロック）の２乗平均の信号（ｍ）が測定される。もし（ｍ）がゆゆっくりと減衰する最新の推定値（p.slower_smoothed_rms）よりも大きければ、（ｍ）は、即座に新しい推定値となるが、そうでない時は、古い推定値が１０秒の時間定数で減衰する。

側鎖処理は、ブロック単位に行われるので、マッピング関数の出力は、約５.８ミリ秒毎に１回変化し、これによって利得調節器３５は、５.８ミリ秒毎に１回変化する。４０Ｈｚの遮断周波数を持つ一極（one pole）の低域通過フィルタが、マッピング関数と利得要素３５の間に置かれて、利得の変化を滑らかにし、もしそれが無くて、利得調節器３５が階段状に変化するのならばかなりのものになるであろう（階段状の雑音あるいはファスナー状の雑音のような）影響を減らす。さらに、信号レベルの変動に関連した時間定数は、時間で変動する利得に関連した影響を減らすように選択することができる。さらなる利点は、検出した入力の最小値を制限することによって影響を減らすことにある。レベル検出器は、音量調節の動的全範囲に対応する必要は無く、その値の範囲は典型的には２０ｄＢ単位だが、６０ｄＢと比べて小さくても良いし、音量検出後においてはそれ以上でも良いところの、音源信号レベルにおける変化の予測範囲に制限することができる。さらに、レベル検出器の動的範囲を制限することには、静かな変化に続く突然の立ち上がりの間の過大な低音のような、遷移が起こる間に起こり得る最大誤りを減らす利点がある。

本考案は、典型的には、最初に入力信号を検出して、それを線形範囲から対数範囲へデシベル（ｄｂ）で変換することによって、室内の音圧レベル（ＳＰＬ）の推定値を作る。この検出されたレベルは、予想される入力音源に十分に対応する広さを持った値に制限される。音量の設定が、検出されたレベルに加えられ、動的なイコライザによって効果的な電気的入力レベルを探す。倍率（ＳｙｓＣａｌ）が加えられて、室内のＳＰＬの推定値を作る。その後、この推定値は、再生システムの制限を明らかにする上限値まで上げられる。そして最後のＳＰＬ推定値は、必要な帯域通過フィルタの利得を作る、希望の音の大きさのマッピング関数への入力として使用される。

図２を参照すると、本考案を使用したラジオ部の論理装置を図解したブロック図が示される。スイッチ４１で選ばれて、アナログディジタル変換器４２の入力部に送られる音声入力信号が、本考案によって動的にイコライズされたスピーカー４３によって再生される。端子４１Ａ上のＦＭ信号か、端子４１Ｂ上のＣＤ信号か、端子４１Ｃ上のテレビからのような予備信号であろう音声入力信号が、アナログディジタル変換器４２の入力部に送られて、ディジタル信号プロセッサ４４に送られる対応するディジタル信号を供給するが、このディジタル信号プロセッサ４４は、音量調節器４５からの音量調節設定信号を受け取り、上で確認した添付のＣＤ−ＲＯＭ上にあり上で参照したプログラム命令をその中に保存したフラッシュメモリ４６とディジタル情報を交換する。ディジタル信号プロセッサ４４は、上述した方法で処理した、動的にイコライズしたディジタル信号を、ディジタルアナログ変換器４７に供給するが、この変換器４７は、対応する動的にイコライズした信号を、スピーカー４２に電圧を加える電力増幅器５１の入力部に供給する。

動的なイコライズに対して新規な装置と技術を説明してきた。当業者ならば、進歩性を失わずに、ここに説明した特定の装置と技術との多くの用途と変更を考えたり、それから発展したりすることができることは明白である。結論として、本考案は、ここに開示された装置と技術の内にに存するか、それによって保持される新規な特徴および新規な特徴の組み合わせの各々および全てを包含すると解釈されるべきである。

本考案に関する一システムの論理的配置図を示している。 本考案を具現化するラジオ部分のブロック図である。

符号の説明

１１…入力端子
１２…出力端子
１３…音量調節器
１４，２３，２５，３１，３２，３４…ライン
１５…レベル検出器
１７…ＭＡＸ
１８，１９…定数部
２４…第２加算器
２６…出力ライン
２７…最少レベル調節器
３３…マッピング関数
３５…利得調節器
３６…帯域通過フィルタ
３７…出力加算器
４１…スイッチ
４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ…端子
４２…アナログディジタル変換器
４３…スピーカー
４４…ディジタル信号プロセッサ
４５…音量調節器
４６…フラッシュメモリ
４７…ディジタルアナログ変換器
５１…電力増幅器

Claims (7)

1. 動的イコライジング装置において、
   入力端子及び出力端子と、
   第１入力部及び第２入力部を持った出力加算器と、
   前記入力端子と前記第１入力部を内部結合した、手動調節型音量調節器と、
   前記入力端子に結合された入力部を持ち、前記入力端子上のレベルを表すレベル信号を提供するレベル検出器と、
   前記レベル信号を受け取るための第１入力部と、前記手動調節型音量調節器に結合された第２入力部とを持ち、手動調節型音量設定を表す信号を受け取って、結合したレベル音量設定信号を供給するレベル加算器と、
   所定の低周波数において中心周波数によって特徴付けられる、前記手動調節型音量調節器の出力に結合された入力部を持った帯域通過フィルタと、
   前記レベル設定加算器の出力部に結合された入力部を持ち、入力信号レベルと手動設定音量調節器の設定で決まる希望の利得を表す利得信号を供給する参照表と、
   帯域通過フィルタを前記出力加算器の第２入力に結合し、参照表の出力に結合されて、前記希望の利得を定めるために後者の出力に応答する利得調節器と
   を備えることを特徴とする動的イコライジング装置。
2. 検出したレベル入力を最小値に制限する装置があることを特徴とする請求項１記載の動的イコライジング装置。
3. 前記装置は、参照回路に送られた信号を、所定の最大値を表す信号に制限する装置を含むことを特徴とする請求項１記載の動的イコライジング装置。
4. 制限を行う間にシステムの利得の損失を明らかにするために構成され準備された、出力制限器と、制限器からレベル検出器までの帰還パスとを、さらに備えることを特徴とする請求項１記載の動的イコライジング装置。
5. 前記レベル検出器と関連した第２減衰時間定数とは異なる、前記レベル検出器と関連した第１立ち上がり時間定数を持つように構成され準備されたことを特徴とする請求項１記載の動的イコライジング装置。
6. 前記第１時間定数は、高速立ち上がり時間定数であり、前記第２時間定数は、低速減衰時間定数であることを特徴とする請求項１記載の動的イコライジング装置。
7. 入力端子および出力端子と、
   前記入力端子と前記出力端子の間にある、手動調節型音量調節器と、
   前記入力端子に結合された入力部を持ち、前記入力端子上のレベルを表すレベル信号を供給するレベル検出器と、
   前記レベル検出器に結合され、前記レベル信号の動的範囲を制限するように構成され準備された制限器と、
   前記手動調節型音量調節器と前記出力端子の間で結合される、低域スペクトル成分のフィルタと、
   レベル検出器とフィルタの間で結合され、入力信号レベルと手動設定音量調節器設定によって決まる、前記フィルタと前記出力端子の間の希望の利得を表す利得信号を供給するように構成され準備される信号プロセッサと、
   前記利得信号に応答して前記希望の利得を定めるように構成され準備された、フィルタと前記出力の間の利得調節器と
   を備えることを特徴とする動的イコライジング装置。

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