JP4016206B2 - 音声信号処理装置及び音声信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、入力された音声信号に任意の周波数特性を付加する周波数特性付加手段と出力レベルが許容範囲を超えないように信号の増幅率を自動的に制御するオートレベルコントロール手段からなる音声信号処理装置に関し、特に周波数特性付加手段の設定値および系のレベル変換手段の値に応じて、オートレベルコントロール手段のパラメータを制御し、常に最大のダイナミックレンジを確保しながら信号のレベルをコントロールする音声信号処理装置及び音声信号処理方法に関する。

音声信号に任意の周波数特性を付加する周波数特性付加手段である、いわゆるイコライザと、出力レベルが許容範囲を超えないように信号の増幅率を自動的に制御するオートレベルコントロール手段を用いた音声信号処理装置が音声再生装置等において従来から使われている。

特に、オートレベルコントロール手段に関する技術については、本件出願人による特開平９−９３０６３号公報に開示されている。この公報では、録音装置等において、入力信号のレベルを一定化したり、もしくは過大レベルの入力を制限するオートゲインコントロール回路とされている。

図１６には、従来の上記オートレベルコントロール手段を用いた音声信号処理装置５０の構成を示す。図１６において、従来の音声信号処理装置５０は、入力端子５１から入力されるデジタル音声入力信号Ｄinに任意の周波数特性を付加することのできるイコライザ５２と、その後段のオートレベルコントロール部５３からなる。この音声信号処理装置５０は、イコライザ５２の出力信号レベルを基に、オートレベルコントロール部５３の構成要素であるゲイン算出器５４で算出されたゲインを可変ゲイン乗算器５５に与える。なお、本明細書においてゲイン（利得）を表わす数値や記号は、特に断らない限り、その単位はｄB（デシベル）であるとする。したがって、音声信号処理装置５０は、イコライザ５２の出力信号のレベルを制御し、系のデジタル音声出力信号Ｄoutを得ることができる。イコライザ５２の前段には、入力端子５１に供給されたデジタル音声入力信号Ｄinのレベルを変換するレベル変換器５７が設けられている。また、オートレベルコントロール部５３の後段には、オートレベルコントロール部５３の出力のレベルを変換するレベル変換器５８が設けられている。この系は、イコライザ５２で増幅された信号が、出力信号Ｄoutとなるときに許容範囲を超えて歪んでしまうのを防ぐ効果がある。

図１６のオートレベルコントロール部５３内部のゲイン算出部５４の構成を図１７に示す。イコライザ５２で特定の周波数特性が付加された出力信号は入力端子５９から入力され、対数（Ｌｏｇ）変換部６０にて対数に変換された値ｘとされてから加算器６１に供給される。加算器６１には、閾値保持部６２から閾値thも負符号を付加されて供給されている。よって、加算器６１は、上記対数に変換されたイコライザの出力信号（値ｘ）と上記閾値thの差分を演算する。この従来例でいう閾値thとは、オートレベルコントロール部５３の出力し得る最大レベルを意味し、オートレベルコントロール部５３の入出力特性を示した図１８中の閾値thにあたるものである。加算器６１により演算された差分は、−１を係数として乗算する乗算器６３に供給される。また、加算器６１により演算された差分は、スイッチ６５のスイッチ切り換え制御信号の基にもなる。乗算器６３は上記差分に−１を乗算して逆対数変換（Anti-Ｌｏｇ）部６４に供給する。逆対数変換部６４は、−１が乗算された上記値ｘを逆対数値に戻し、スイッチ６５の被選択端子６５ａに供給する。スイッチ６５は、上記被選択端子６５ａの他に被選択端子６５ｂを備えている。被選択端子６５ｂは、係数１を保持している係数保持部６６に接続されている。このため、スイッチ６５は、上記差分に基づいた切り替え制御信号にしたがって可動切片６５ｃを被選択端子６５ａ又は被選択端子６５ｂへ切り換え接続することによって、スイッチ出力を上記逆対数値又は係数１のいずれかにする。上記差分は、前述したように、上記イコライザの出力信号（値ｘ）と上記閾値（th）の差分（x-th)として加算器６１により出力されている。この差分（x-th)が０より大なるとき（（x-th)＞０）、つまり上記値ｘのレベルが閾値thより大きい場合、この差分はスイッチの可動切片６５ｃを被選択端子６５ａに接続させる切り換え制御信号となり、スイッチ６５の可動切片６５ｃを被選択端子６５ａに接続させる。これにより、ゲイン算出部５４は、上記図１６の可変ゲイン乗算器５５に対して、上記イコライザの出力信号と閾値thとの差分を抑える値を与える。また、差分（x-th)が０以下であるとき（（x-th)≦０）、つまり上記値ｘのレベルが閾値thより小さい場合、この差分はスイッチ６５の可動切片６５ｃを被選択端子６５ｂに接続させる切り換え制御信号となり、スイッチ６５の可動切片６５ｃを被選択端子６５ｂに接続させる。これにより、ゲイン算出器５４は、上記図１６の可変ゲイン乗算器５５に対して１倍のゲインを与える。

このような構成の音声信号処理装置５０において、０ｄＢフラットの音声入力信号が入ってきたとき、図１９（１）のようにピーク値でＧのゲインを持つ周波数特性が、図１６のイコライザ５２において付加されたとする。図１９はある瞬間のスペクトルを表しており、横軸は周波数、縦軸はレベルである。この時、図１６のレベル変換器５７のゲイン値を−Ａ、レベル変換器５８のゲイン値をＡ（Ｇ≦Ａ）で固定値とする。図１６の出力信号Ｄoutが、レベル変換器５８においてＡのゲインを付加しても０ｄＢを超えて歪まないようにするには、図１７の閾値thは−Ａとする必要がある。

この系において０ｄＢフラットの信号を入力したときの図１６中の（１）、（２）、（３）での出力が図１９の（１）、（２）、（３）となる。まず図１６のレベル変換器５７で０ｄＢフラットの入力信号がＡだけ減衰された後に、イコライザ５２によりピーク値Ｇのゲインを持つ周波数特性が付加される（１）。その後、出力信号５６がレベル変換器５８においてＡのゲインを付加しても０ｄＢ を超えて歪まないように、図１６のオートレベルコントロール部５３によりレベル制御が行われる。この時、オートレベルコントロール部５３内の可変ゲイン乗算器５５にゲイン算出部５４から与えられる値は、イコライザ５２の出力のピークレベルが（−Ａ＋Ｇ）、図１７の閾値thの値が−Ａであるから、図１７によって（（−Ａ＋Ｇ−（−Ａ））×（−１））より−Ｇとなり、図１９（１）からＧだけ減衰された図１９（２）となる。そして最終的にレベル変換器５８で図１９（３）に示すようにＡだけ増幅されて出力される。レベル変換器５７のゲイン−Ａ、レベル変換器５８のゲインＡおよび図１７の閾値thである−Ａは、イコライザ５２で付加される特性によらず常に一定である。このため、Ｇ＜Ａである場合、信号処理過程において、図１９（１）に示すように（Ａ−Ｇ）のダイナミックレンジ損失が発生していることがわかる。

また、上記図１６に示した構成の音声信号処理装置５０に、系全体の音量を制御するボリュームを付加した場合について考えてみる。図２０のように、図１６の系の最終段にボリューム５９を設け、独立に制御可能とする。この系では、ボリューム５９がイコライザおよびオートレベルコントロール部と独立しているために、レベル制御が行われるか否かは、信号の入力レベルにのみ依存する。例えばボリューム５９のゲイン値を−Ａとすると、この系において０ｄＢを入力したときの図２０中の（１）、（２）での出力は図１９と全く同じになり（図２１（１）、（２）に示す）、図２０の（３）での出力は図１９（３）を図２０のボリューム５９のゲイン値−Ａだけ変化させたものであるから図２１（３）のようになる。この場合レベル変換器５８が可変であれば、レベル変換器５８でＡだけ上げてからボリューム９で−Ａだけ下げることが判っていればレベル変換器５８とボリューム５９のゲイン値を０ｄＢに設定できる。レベル変換器５８とボリューム５９のゲイン値を０ｄＢに設定することで出力信号Ｄoutは０ｄＢを超えて歪むことはなくなる。このため、レベルコントロール部５３を動かして、図２１（２）に示されるレベル制御を行う必要はない。しかし、実際はレベル変換器５７のゲイン−Ａ、レベル変換器５８のゲインＡおよび図１７の閾値thが常に一定であるため、上述したような本来必要ないはずのレベル制御を行う可能性がある。

特開平９−９３０６３号公報

ところで、従来のイコライザおよびオートレベルコントロール部による音声信号処理装置では、上述したようなダイナミックレンジの損失が発生する可能性があること、および不要なレベル制御を行う可能性があることが問題として挙げられ、これらは信号処理過程における音質劣化の原因となる。

本発明では、上記イコライザおよびオートレベルコントロール部を用い、常に最大のダイナミックレンジを確保した上で、レベル制御を行う音声信号処理装置及び音声信号処理方法の提供を目的とする。また、常に最大のダイナミックレンジを確保しつつ、必要最小限のレベルコントロールのみを実現する音声信号処理装置及び音声信号処理方法の提供を目的とする。

本発明に係る音声信号処理装置は、上記課題を解決するために、入力された音声信号のレベルを変換する第１のレベル変換手段と、第１のレベル変換手段の出力信号に任意の周波数特性を付加する周波数特性付加手段と、周波数特性付加手段にて周波数特性が付加された信号のレベルと所定のパラメータとに応じて当該信号のレベルを制御するレベル制御手段と、レベル制御手段の出力信号のレベルを変換する第２のレベル変換手段と、周波数特性付加手段の周波数特性の最大ゲインに応じてレベル制御手段のパラメータと第１及び第２のレベル変換手段のゲインを可変する制御手段とを備える。
本発明に係る音声信号処理方法は、上記課題を解決するために、入力された音声信号のレベルを変換する第１のレベル変換工程と、上記第１のレベル変換工程の出力信号に任意の周波数特性を付加する周波数特性付加工程と、上記周波数特性付加工程にて周波数特性が付加された信号のレベルと所定のパラメータとに応じて当該信号のレベルを制御するレベル制御工程と、上記レベル制御工程の出力信号のレベルを変換する第２のレベル変換工程とを備え、上記周波数特性付加工程の周波数特性の最大ゲインに応じて上記レベル制御工程のパラメータと上記第１及び第２のレベル変換工程におけるゲインを可変する。

本発明に係る音声信号処理装置は、上記課題を解決するために、入力された音声信号のレベルを変換する第１のレベル変換手段と、第１のレベル変換手段の出力信号に任意の周波数特性を付加する周波数特性付加手段と、周波数特性付加手段にて周波数特性が付加された信号のレベルと所定のパラメータとに応じて当該信号のレベルを制御するレベル制御手段と、レベル制御手段の出力信号のレベルを変換する第２のレベル変換手段と、レベル制御手段の出力信号のレベルを検出し、この検出レベルに応じてレベル制御手段のパラメータと第１及び第２のレベル変換手段のゲインを可変する制御手段とを備える。
また、本発明に係る音声信号処理方法は、上記課題を解決するために、入力された音声信号のレベルを変換する第１のレベル変換工程と、第１のレベル変換工程の出力信号に任意の周波数特性を付加する周波数特性付加工程と、周波数特性付加工程にて周波数特性が付加された信号のレベルと所定のパラメータとに応じて当該信号のレベルを制御するレベル制御工程と、レベル制御工程の出力信号のレベルを変換する第２のレベル変換工程とを備え、レベル制御手段の出力信号のレベルを検出し、この検出レベルに応じてレベル制御工程のパラメータと上記第１及び第２のレベル変換工程のゲインを可変する。

本発明は、周波数特性付加手段及び周波数特性付加工程とレベル制御手段及びレベル制御工程を備えた音声信号処理装置及び音声信号処理方法にあって、レベル制御手段及びレベル制御工程で用いるパラメータと、上記第１および第２のレベル変換手段及びレベル変換工程の値を、固定ではなく、可変することができる。

本発明によれば、周波数特性付加手段とレベル制御手段を備えた音声信号処理装置にあって、レベル制御手段で用いるパラメータと、上記第１および第２のレベル変換手段の値を、固定ではなく、可変することができるので、常に最大のダイナミックレンジを確保したまま、出力レベルが許容範囲を超えないように信号の増幅率を自動的に制御できる。さらに、パラメータの可変方法によっては、必要最小限のレベル制御のみを行うレベル制御手段を備えた音声信号処理装置を実現できる。これにより、従来の手法によって生じていた信号処理過程における音質劣化の改善が可能となる。

本発明によれば、周波数特性付加工程とレベル制御工程を備えた音声信号処理方法にあって、レベル制御工程で用いるパラメータと、上記第１および第２のレベル変換工程におけるゲインを、固定ではなく、可変することができるので、常に最大のダイナミックレンジを確保したまま、出力レベルが許容範囲を超えないように信号の増幅率を自動的に制御できる。これにより、従来の手法によって生じていた信号処理過程における音質劣化の改善が可能となる。

以下、本発明を実施するためのいくつかの最良の形態を説明する。まず、第１の実施の形態として、図１に示すような、音声信号処理装置１を挙げる。この音声信号処理装置１は、入力端子２からのデジタル音声入力信号Ｄinに任意の周波数特性を付加することのできるイコライザ３と、その後段のオートレベルコントロール部４からなる。また、この音声信号処理装置１は、イコライザ３の前段にデジタル音声入力信号Ｄinのレベルを変換するレベル変換器７を設けている。また、オートレベルコントロール部４の後段に、オートレベルコントロール出力のレベルを変換するレベル変換器８を設けている。また、音声信号処理装置１は、操作部１１を介してユーザにより操作されたイコライザ３の設定値に応じてオートレベルコントロール部４のパラメータとレベル変換器７及びレベル変換器８の値を可変するコントロール部１０を備えている。レベル変換器８によってレベルが変換されたデジタル音声出力信号Ｄoutは、出力端子９から導出される。

この音声信号処理装置１は、レベル変換器７でレベルが変換され、イコライザ３によって特定の周波数特性が付加された出力信号をオートレベルコントロール部４に供給することにより、出力信号のレベルを入力信号レベルに応じて制御する。つまり、出力信号レベルが許容範囲を超えないように信号の増幅率を自動的に制御する。

特に、この音声信号処理装置は、レベル変換器７とレベル変換器８のゲイン値と、オートレベルコントロール部４で用いるパラメータを、ユーザにより操作部１１を介して設定されたイコライザ３の設定値であるピークゲインＧに応じてコントロール部１０で可変にしている。ここでいうピークゲインＧは、イコライザ３にて設定された周波数特性の一番ゲインの高いところという意味である。あるいは、周波数特性の最大ゲインとなっているところと言い換えることもできる。

また、音声信号処理装置１がイコライザ３のピークゲインＧに基づいて上記オートレベルコントロール部４のパラメータや、レベル変換器７及びレベル変換器８のゲイン値を可変にするのは、イコライザ３が設定された瞬時のタイミングであっても、或いはある程度の時間幅を持たせてもよい。瞬時のタイミングで行う場合、コントロール部１０は、毎サンプル毎に上記ピークゲインＧを見て、上記パラメータや、レベル変換器７及びレベル変換器８のゲイン値を瞬時に可変する。ある程度の時間幅を見るときには、例えば８サンプル毎に積分を行い平均レベルを見た上で上記パラメータや、ゲイン値を可変する。

オートレベルコントロール部４は、図２に示すように、イコライザ３の出力信号レベルを後述する閾値thと比較するコンパレータ４ａと、コンパレータ４ａの出力に基づいて上記イコライザ出力信号に可変ゲインを乗算する可変ゲイン乗算器４ｂからなる。

このような構成により、音声信号処理装置１は、イコライザ３の出力信号のレベルを制御し、系の出力信号Ｄoutを得ることができる。

以上説明したように、第１の実施の形態の音声信号処理装置１では、イコライザ３の上記ピークゲインＧに応じてコントロール部１０がレベル変換器７と、レベル変換器８のゲイン値を可変にしている。また、コントロール部１０は、オートレベルコントロール部４内のコンパレータ４ａで用いるパラメータである閾値thを、イコライザ３の設定値である上記ピークゲインＧに応じて可変にしている。したがって、音声信号処理装置１にあって、オートレベルコントロール部４と、上記レベル変換器７と、レベル変換器８からなる系は、イコライザ３で増幅されて出力端子９から出力される信号Doutが許容範囲を超えて歪んでしまうのを防ぐことができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態の音声信号処理装置１とほぼ同一の構成の音声信号処理装置２１である。異なるのは、オートレベルコントロール部４の内部構成である。

特に、この音声信号処理装置２１は、レベル変換器７とレベル変換器８のゲイン値と、オートレベルコントロール部４内の後述するゲイン算出器５にて用いるパラメータである閾値thを、ユーザにより操作部１１を介して設定されたイコライザ３の設定値であるピークゲインＧに応じてコントロール部１０で可変にしている。ここでいうピークゲインＧは、上述したように、イコライザ３にて設定された周波数特性の一番ゲインの高いところ、あるいは、周波数特性の最大ゲインとなっているところという意味である。

音声信号処理装置２１のオートレベルコントロール部４は、イコライザ３の出力信号レベルに基づいて可変ゲインを算出するゲイン算出器５と、このゲイン算出器５にて算出された可変ゲインが供給されてイコライザ３の出力信号に乗算する可変ゲイン乗算器６からなる。

したがって、音声信号処理装置２１は、イコライザ３の出力信号のレベルを制御し、系の出力信号Ｄoutを得ることができる。このオートレベルコントロール部４と、上記レベル変換器７と、レベル変換器８からなる系は、イコライザ３で増幅されて出力端子９から出力される信号Doutが許容範囲を超えて歪んでしまうのを防ぐ。特に、この音声信号処理装置２１では、イコライザ３の上記ピークゲインＧに応じてコントロール部１０がレベル変換器７と、レベル変換器８のゲイン値を可変にしている。また、コントロール部１０は、オートレベルコントロール部４内のゲイン算出器５にて用いるパラメータである閾値thを、イコライザ３の設定値である上記ピークゲインＧに応じて可変にしている。

図３のオートレベルコントロール部４内部のゲイン算出部５の構成を図４に示す。入力端子１２から供給されたイコライザ３で特定の周波数特性が付加された出力信号は、対数（Ｌｏｇ）変換部１３にて対数に変換された値ｘとされてから加算器１４に供給される。加算器１４には、閾値保持部１５から閾値thも負符号を付加されて供給されている。よって、加算器１４は、上記対数に変換されたイコライザの出力信号（値ｘ）と上記閾値thの差分（ｘ−th）を演算する。ここで、閾値thは、上述したように、イコライザ３のピークゲインＧに応じて可変とされる。

加算器１４により演算された差分は、−１を係数として乗算する乗算器１６に供給される。また、加算器１４により演算された差分は、スイッチ１８のスイッチ切り換え制御信号の基にもなる。乗算器１６は上記差分に−１を乗算してから逆対数変換（Anti-Ｌｏｇ）部１７に供給する。逆対数変換部１７は、−１が乗算された上記値ｘを逆対数値に戻し、スイッチ１８の被選択端子１８ａに供給する。スイッチ１８は、上記被選択端子１８ａの他に被選択端子１８ｂを備えている。被選択端子１８ｂは、係数１を保持している係数保持部１９に接続されている。このため、スイッチ１８は、上記差分に基づいた切り替え制御信号にしたがって可動切片１８ｃを被選択端子１８ａ又は被選択端子１８ｂへ切り換え接続することによって、スイッチ出力を上記逆対数値又は係数１のいずれかとして出力端子２０から導出する。

スイッチ１８の切り換えは以下の通りとなる。上記差分は、上記イコライザの出力信号（値ｘ）と上記閾値（th）の差分（x-th)として加算器１４により出力されている。この差分（x-th)が０より大なるとき（（x-th)＞０）、つまり上記値ｘのレベルが閾値thより大きい場合、この差分は切り換え制御信号の基となるので、スイッチ１８の可動切片１８ｃを被選択端子１８ａに接続させる。これにより、ゲイン算出器５は、上記図３の可変ゲイン乗算器６に対して、上記イコライザの出力信号と閾値thとの差分を抑える値を与える。また、差分（x-th)が０以下であるとき（（x-th)≦０）、つまり上記値ｘのレベルが閾値thより小さい場合、この差分に基づいた切り換え制御信号は、スイッチ１８の可動切片１８ｃを被選択端子１８ｂに接続させる。これにより、ゲイン算出器５は、上記図３の可変ゲイン乗算器６に対して１倍のゲインを与える。

このような音声信号処理装置２１において、０ｄＢフラットの音声入力信号が入ってきたとき、図３のイコライザ３でのピークゲインが基準レベルからＧであるときの動作について図５を参照しながら説明する。図５はある瞬間のスペクトルを表しており、横軸は周波数、縦軸はレベルである。

この音声信号処理装置２１は、コントロール部１０の制御により、イコライザ３の上記ピークゲインＧに応じてレベル変換器７と、レベル変換器８のゲイン値を可変にし、かつオートレベルコントロール部４内のゲイン算出器５にて用いるパラメータである閾値thを上記ピークゲインＧに応じて可変にしている。このため、ピーク値でＧのゲインを持つ周波数特性が、図３のイコライザ３において付加されたとすると、コントロール部１０の制御に応じて図３のレベル変換器７のゲイン値は−Ｇとなり、レベル変換器８のゲイン値はＧとなる。また、上記ゲイン算出器５にて用いる閾値thは−Ｇとなる。

この系に対して０ｄＢ入力した時の図３中の（１）、（２）、（３）での出力は図５の（１）、（２）、（３）ようになる。レベル変換器７でＧのゲインだけ減衰された後に、イコライザ３によりピーク値でＧのゲインを持つ周波数特性を付加され（図５（１））、その後出力信号Ｄoutが、レベル変換器８においてＧのゲインを付加した場合も０ｄＢを超えて歪まないように、レベルコントロール部４で−Ｇ（（−Ｇ＋Ｇ−（−Ｇ））×（−１））より−Ｇのレベル制御が行われて（図５（２）から、レベル変換器８でＧのゲインだけ増幅され出力される（図５（３））。図５（３）における最終的な出力レベルは図１６の系と同じでありながら、図５と上記従来技術の説明で用いた図１９を比較すると、図１９（１）では（Ａ−Ｇ）のダイナミックレンジの損失があるのに対し、図５（１）ではこの損失は発生しておらず、信号処理過程におけるダイナミックレンジ損失は改善されているのがわかる。

このように、イコライザ３でのピークゲインＧに応じて、図３のレベル変換器７とレベル変換器８のゲイン値、および図４のゲイン算出器５の閾値thを可変にすることにより、最大のダイナミックレンジを確保した上で、レベル制御が実現できる。

次に第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態も、図６に示すような構成の音声信号処理装置２２であり、レベル変換器７でレベルが変換され、イコライザ３によって特定の周波数特性が付加された出力信号をオートレベルコントロール部４に供給することにより、出力信号のレベルを入力信号レベルに応じて制御する。つまり、出力信号レベルが許容範囲を超えないように信号の増幅率を自動的に制御する音声信号処理装置２２である。図６にあって上記図３に示した音声信号処理装置１と同じブロックについては同符号を付して説明を省略する。また、図７には、ゲイン算出器５の構成を示す。

音声信号処理装置２２が上記図３に示した音声信号処理装置２１と異なるのは、レベル変換器８をレベル変換器７と独立して制御していることである。つまり、コントロール部２３がレベル変換器８の値に応じて図７のゲイン算出器５の閾値thを可変にしている点である。レベル変換器７の値は、コントロール部２３がイコライザ３の上記ピークゲインＧに応じて可変としている。

図６のイコライザ３でのピークゲインが基準レベルからＧであるとき、レベル変換器７のゲイン値はコントロール部２３が上記ピークゲインにより可変とするので上記図３に示した音声信号処理装置２１と同様−Ｇに設定する。

レベル変換器８では、例えばＶ（０ｄＢ＜Ｖ＜Ｇ）だけレベルを変換するとする。この系に対して０ｄＢ入力した時の図６中の（１）、（２）、（３）での出力を図８（１）、（２）、（３）に示す。レベル変換器７でゲインＧだけ減衰された後にイコライザ３でピーク値でＧのゲインを持つ周波数特性を付加される（図８（１））。出力信号Ｄoutが、レベル変換器８においてＶのゲインを付加した場合も０ｄＢを超えて歪まないようにするためには、閾値thを−Ｖ（図７において（−Ｇ＋Ｇ−（−Ｖ））×（−１）より）に設定する必要があり、図８（１）から−Ｖのレベル制御が行われ（図８（２））、レベル変換器８でゲインＶだけ増幅されて図８（３）の信号が得られる。

また、同じく０ｄＢ入力時に、例えばレベル変換器８のゲイン値をＶ’（Ｖ’＜０ｄＢ）とした時の上記図６（１）、（２）、（３）での出力を図９（１）、（２）、（３）に示す。レベル変換器７でゲインＧだけ減衰された後にイコライザ３でピーク値でＧのゲインを持つ周波数特性を付加される（図９（１））。レベル変換器８のゲイン値はＶ’（Ｖ’＜０ｄＢ）であり、このゲインを付加しても出力信号Ｄoutが０ｄＢを超えて歪むことはないため、レベルコントロール部４において図９（１）の信号レベルを抑える必要はない。そのため、この時の閾値thは０ｄＢに設定すると図９（２）が得られ、レベル変換器８を通って、最終的に図９（３）の信号が出力される。これは入力信号レベルが同じでも、レベル変換器８のゲイン値によってレベル制御を行う場合と行わない場合があることを示している。

従来技術で説明した図２０の系では、レベル制御が行われるか否かは、信号の入力レベルにのみ依存しているため、不要なレベル制御をおこなう可能性があったのに対し、図６の系では、レベル制御が行われるか否かは、信号の入力レベルのみならずレベル変換器８のゲイン値にも依存し、必要最小限のレベル制御のみを行う構成になっている。

以上から第３の実施の形態の音声信号処理装置２２では、図８、図９の出力信号（３）を得る過程において、従来の図１９に示したようなパラメータ設定によるダイナミックレンジの損失が発生しておらず、かつ従来の図２０の系と比較すると不要なレベル制御も行わないため、信号処理過程における音質劣化の改善が可能となる。

このように、音声信号処理装置２２は、コントロール部２３がイコライザ３のピークゲインＧに応じて図６のレベル変換器７のゲイン値を可変にし、さらにレベル変換器８を独立して制御できるようにし、そのレベル変換器８のゲイン値に応じてコントロール部２３が図７の閾値thを可変にすることにより、最大のダイナミックレンジを確保しつつ、必要最小限のレベルコントロールのみを行うことができる。

次に第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態も、図１０に示すような構成の音声信号処理装置３１であり、レベル変換器７でレベルが変換され、イコライザ３によって特定の周波数特性が付加された出力信号をオートレベルコントロール部４にて、出力信号のレベルを入力信号レベルに応じて制御し、出力信号レベルが許容範囲を超えないように信号の増幅率を自動的に制御している。さらに、この音声信号処理装置３１は、最終段にて音量を調節できる構成である。図１０にあって上記図３、図６に示した音声信号処理装置２１、２２と同じブロックについては同符号を付し説明を省略する。

音声信号処理装置３１が上記図６に示した音声信号処理装置２２と異なるのは、レベル変換器８の後段に、Ｄ／Ａ変換器３３とボリューム３４を設けたことである。レベル変換器８の出力はＤ／Ａ変換器３３によりＤ／Ａ変換され、電子制御可能なボリューム３４に渡される。

図１１に示すゲイン算出器５はコントロール部３２の制御に応じてレベル変換器８のゲイン値により閾値thを可変する。レベル変換器８のゲイン値は、ボリューム３４の設定値により可変とされる。ボリューム３４の設定は、コントロール部３２に接続されている操作部１１を用いたユーザによる操作に従っている。このため、コントロール部３２は、ボリューム３４の設定値によりレベル変換器８のゲイン値を可変とし、レベル変換器８の値によりゲイン算出器５の閾値thを可変する。レベル変換器７のゲイン値は、コントロール部３２がイコライザ３の上記ピークゲインＧに応じて可変としている。

この構成において、図１０のレベル変換器８の出力（デジタル出力信号）Ｄoutでの信号レベルが０ｄＢを超える可能性がある場合は、レベル変換器８のゲイン値と、ゲイン算出器５の閾値thの組み合わせで全体の音量を調節する。また、図９で説明したように０ｄＢを超える可能性がない場合はボリューム３４で音量を調整すれば、デジタルデータ上最大のダイナミックレンジを確保しつつ、必要最小限のレベルコントロールのみを行うような音量の調節法が可能となる。

なお、図１０にあって、Ｄ／Ａ変換器３３および電子制御可能なボリューム３４は、後述するようにコントロール端子からの入力によって出力レベルを制御できるデジタルアンプ１２として構成することもできる。デジタルアンプ１２は図１２に示すように電源電圧Vccが供給される端子及びコントロール信号CNTが供給される端子を持つコントロール部３５ａと、入力信号Ｖinが供給される端子と出力信号Ｖoutを出す端子と接地ＧＮＤされる端子とを備えるアンプ３５ｂを有する。アンプ３５ｂは、コントロール部３５ａの制御に基づいて入力信号Ｖinを増幅して出力信号Ｖoutとする。コントロール部３５ａは、コントロール信号CNTに基づき、デジタルアンプへの供給電圧を制御することにより、図１３に示すパルス波形の振幅レベルＶｐ‐ｐの値を変える。このため、デジタルアンプ３５は、出力レベルを可変とすることができる。

次に第５の実施の形態について説明する。第５の実施の形態は、図１４に示すような音声信号処理装置４１である。この音声信号処理装置４１は、オートレベルコントロール部４の出力レベルをコントロール部１０により検出し、この検出レベルに基づいてオートレベルコントロール部４のパラメータとレベル変換器７及びレベル変換器８のゲイン値を可変にする、フィードバック型の制御を行っている。上記図１に示した音声信号処理装置１がイコライザ３の設定値に応じてオートレベルコントロール部４のパラメータとレベル変換器７及びレベル変換器８のゲイン値を可変したのとは異なる制御処理を行っている。

したがって、音声信号処理装置４１にあって、オートレベルコントロール部４と、上記レベル変換器７と、レベル変換器８からなる系は、イコライザ３で増幅されて出力端子９から出力される信号Doutが許容範囲を超えて歪んでしまうのを防ぐことができる。

また、上記第２の実施の形態の音声信号処理装置２１に対する図１５に示す音声信号処理装置４２（第６の実施の形態）でも、オートレベルコントロール部４の出力レベルをコントロール部１０により検出し、この検出レベルに基づいてオートレベルコントロール部４のパラメータとレベル変換器７及びレベル変換器８のゲイン値を可変にすることができる。

また、オートレベルコントロール部４の出力レベルをコントロール部により検出し、この検出レベルに基づいて、レベル変換器７、８のゲイン値を可変にするという制御を、上記第３の実施の形態の音声信号処理装置２２に準用してもよいし、第４の実施の形態の音声信号処理装置３１に準用してもよい。

第１の実施の形態の音声信号処理装置のブロック図である。 オートレベルコントロール部の構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態の音声信号処理装置のブロック図である。 ゲイン算出器のブロック図である。 音声信号処理装置の動作を説明するためのスペクトル図である。 第３の実施の形態の音声信号処理装置のブロック図である。 ゲイン算出器のブロック図である。 音声信号処理装置の動作を説明するためのスペクトル図である。 音声信号処理装置の他の動作を説明するためのスペクトル図である。 第４の実施の形態の音声信号処理装置のブロック図である。 ゲイン算出器のブロック図である。 デジタルアンプのブロック図である。 デジタルアンプにより可変される出力レベルを示す図である。 第５の実施の形態の音声信号処理装置のブロック図である。 第６の実施の形態の音声信号処理装置のブロック図である。 従来の音声信号処理装置のブロック図である。 ゲイン算出器のブロック図である。 ゲイン算出器の閾値を説明するための図である。 従来の音声信号処理装置の動作を説明するためのスペクトル図である。 従来の音声信号処理装置のブロック図である。 従来の音声信号処理装置の動作を説明するためのスペクトル図である。

符号の説明

１，２１，３１ 音声信号処理装置、３ イコライザ、４ オートレベルコントロール部、５ ゲイン算出器、６ 可変ゲイン乗算器、７，８レベル変換器、１０ コントロール部、１１ 操作部

Claims (7)

1. 入力された音声信号のレベルを変換する第１のレベル変換手段と、
   上記第１のレベル変換手段の出力信号に任意の周波数特性を付加する周波数特性付加手段と、
   上記周波数特性付加手段にて周波数特性が付加された信号のレベルと所定のパラメータとに応じて当該信号のレベルを制御するレベル制御手段と、
   上記レベル制御手段の出力信号のレベルを変換する第２のレベル変換手段と、
   上記周波数特性付加手段の周波数特性の最大ゲインに応じて上記レベル制御手段のパラメータと上記第１及び第２のレベル変換手段のゲインを可変する制御手段と
   を備えることを特徴とする音声信号処理装置。
2. 上記第２のレベル変換手段の後段にボリューム手段をさらに備え、上記制御手段は上記ボリューム手段の設定値に基づいて上記第２のレベル変換手段のゲインを可変し、上記第２のレベル変換手段のゲインに基づいて上記レベル制御手段のパラメータを可変し、かつ上記周波数特性付加手段にて付加された周波数特性の最大ゲインに基づいて上記第１のレベル変換手段のゲインを可変とすることを特徴とする請求項１記載の音声信号処理装置。
3. 上記ボリューム手段は、デジタルアンプによってなることを特徴とする請求項２記載の音声信号処理装置。
4. 入力された音声信号のレベルを変換する第１のレベル変換手段と、
   上記第１のレベル変換手段の出力信号に任意の周波数特性を付加する周波数特性付加手段と、
   上記周波数特性付加手段にて周波数特性が付加された信号のレベルと所定のパラメータとに応じて当該信号のレベルを制御するレベル制御手段と、
   上記レベル制御手段の出力信号のレベルを変換する第２のレベル変換手段と、
   上記レベル制御手段の出力信号のレベルを検出し、この検出レベルに応じて上記レベル制御手段のパラメータと上記第１及び第２のレベル変換手段のゲインを可変する制御手段と
   を備えることを特徴とする音声信号処理装置。
5. 入力された音声信号のレベルを変換する第１のレベル変換工程と、
   上記第１のレベル変換工程の出力信号に任意の周波数特性を付加する周波数特性付加工程と、
   上記周波数特性付加工程にて周波数特性が付加された信号のレベルと所定のパラメータとに応じて当該信号のレベルを制御するレベル制御工程と、
   上記レベル制御工程の出力信号のレベルを変換する第２のレベル変換工程とを備え、
   上記周波数特性付加工程の周波数特性の最大ゲインに応じて上記レベル制御工程のパラメータと上記第１及び第２のレベル変換工程におけるゲインを可変する
   ことを特徴とする音声信号処理方法。
6. 上記第２のレベル変換工程に続いてボリューム工程をさらに備え、上記ボリューム工程の設定値に基づいて上記第２のレベル変換工程のゲインを可変し、上記第２のレベル変換工程のゲインに基づいて上記レベル制御工程のパラメータを可変し、かつ上記周波数特性付加工程にて付加された周波数特性の最大ゲインに基づいて上記第１のレベル変換工程のゲインを可変とすることを特徴とする請求項５記載の音声信号処理方法。
7. 入力された音声信号のレベルを変換する第１のレベル変換工程と、
   上記第１のレベル変換工程の出力信号に任意の周波数特性を付加する周波数特性付加工程と、
   上記周波数特性付加工程にて周波数特性が付加された信号のレベルと所定のパラメータとに応じて当該信号のレベルを制御するレベル制御工程と、
   上記レベル制御工程の出力信号のレベルを変換する第２のレベル変換工程とを備え、
   上記レベル制御手段の出力信号のレベルを検出し、この検出レベルに応じて上記レベル制御工程のパラメータと上記第１及び第２のレベル変換工程のゲインを可変する
   ことを特徴とする音声信号処理方法。

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