JP5098999B2 - Signal level adjustment device - Google Patents
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Description
本発明は信号レベル調整装置に係り、とくにコンプレッサ、リミッタ、エキスパンダなどの入力信号の瞬時値に応じてレベルを調整して出力する信号レベル調整装置に関する。 The present invention relates to a signal level adjusting apparatus, and more particularly to a signal level adjusting apparatus that adjusts and outputs a level according to an instantaneous value of an input signal such as a compressor, a limiter, or an expander.
オーディオシステムでは、ソースの音楽的性質や使用環境により、ダイナミックレンジの圧縮や拡張、音色の加工などのため、コンプレッサ、リミッタ、エキスパンダなどの各種の信号レベル調整装置が用いられる。例えば車載用オーディオシステムでは、運転中、小レベルの信号部分がエンジンの騒音にマスキングされて聞き取り難くなるが、ユーザが音量を大きく設定すると大レベルの信号部分で音が大きくなり過ぎてしまう。このため、小レベルの信号部分のゲインを比較的大きくして小音時に聞きとり易くする一方、大レベルの信号部分のゲインを比較的小さくして大音時に音が大きくなり過ぎないようにして全体としてダイナミックレンジを圧縮するコンプレッサが用いられる。また、ホームシアタでは集合住宅などの静寂な環境下で近所迷惑にならにいよう最大振幅を一定以下に制限するリミッタが用いられる。 In an audio system, various signal level adjusting devices such as a compressor, a limiter, and an expander are used for dynamic range compression and expansion, tone color processing, and the like depending on the musical characteristics and usage environment of the source. For example, in an in-vehicle audio system, a low-level signal part is masked by engine noise during driving, making it difficult to hear, but if the user sets the volume high, the sound will be too loud at the high-level signal part. For this reason, the gain of the low-level signal part is made relatively large to make it easier to hear when the sound is low, while the gain of the high-level signal part is made relatively small so that the sound does not become too loud when the sound is loud. A compressor that compresses the dynamic range as a whole is used. In home theater, a limiter is used that limits the maximum amplitude to a certain level or less so as not to disturb the neighborhood in a quiet environment such as a housing complex.
従来、上記した各種信号レベル調整装置は、入力レベル−出力レベル特性図において入力レベルを１又は複数のスレッショルドレベルで区分し、各区分において、直線関数によりゲイン特性を定めることで実現していた。コンプレッサについて入力レベルが或るスレッショルドレベルより小さい範囲ではゲインを上げ、大きい範囲ではゲインを下げるようにした構成が小泉宣夫著「基礎音響・オーディオ学」コロナ社２００４年４月２８日発行の第７９乃至８０頁（非特許文献１）に記載されている。 Conventionally, the various signal level adjusting devices described above are realized by dividing the input level into one or a plurality of threshold levels in the input level-output level characteristic diagram and determining the gain characteristic by a linear function in each division. No. 79 published by Koizumi Nobuo, “Basic Acoustics / Audio Studies” Corona Company, April 28, 2004, in which the gain is increased when the input level is lower than a certain threshold level and the gain is decreased when the input level is larger. Thru | or 80 pages (nonpatent literature 1).
図１は中レベルの信号部分のゲインを持ち上げるようにした従来の信号レベル調整装置の入力レベル（瞬時値レベル）−出力レベル（瞬時値レベル）特性の一例を示す線図である。入力信号の瞬時値ｘの可変範囲は−１≦ｘ≦１に正規化してある。出力信号の瞬時値をｙとすると、
（ａ）｜ｘ｜≦０．１６のとき、ｙ＝１．８５×ｘ
（ｂ）０．１６≦｜ｘ｜≦０．４のとき、ｙ＝１．１×ｘ＋０．１２×｜ｘ｜／ｘ
（ｃ）０．４≦｜ｘ｜≦０．８のとき、ｙ＝０．７×ｘ＋０．２８×｜ｘ｜／ｘ
（ｄ）０．８≦｜ｘ｜≦１．０のとき、ｙ＝０．８×ｘ＋０．２０×｜ｘ｜／ｘ
という具合にして、｜ｘ｜の可変範囲を４つに分けた各区分について、傾きの異なる直線関数でゲインを定めている。信号レベル調整装置を構成するＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）が入力信号の瞬時値ｘに対し上記各条件に従い演算処理を施して瞬時値がｙの出力信号を出力する。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an input level (instantaneous value level) -output level (instantaneous value level) characteristic of a conventional signal level adjusting device in which the gain of a medium level signal portion is raised. The variable range of the instantaneous value x of the input signal is normalized to −1 ≦ x ≦ 1. If the instantaneous value of the output signal is y,
(A) When | x | ≦ 0.16, y = 1.85 × x
(B) When 0.16 ≦ | x | ≦ 0.4, y = 1.1 × x + 0.12 × | x | / x
(C) When 0.4 ≦ | x | ≦ 0.8, y = 0.7 × x + 0.28 × | x | / x
(D) When 0.8 ≦ | x | ≦ 1.0, y = 0.8 × x + 0.20 × | x | / x
Thus, the gain is determined by linear functions having different slopes for each of the sections in which the variable range of | x | is divided into four. A DSP (digital signal processor) constituting the signal level adjusting device performs an arithmetic process on the instantaneous value x of the input signal in accordance with each of the above conditions, and outputs an output signal whose instantaneous value is y.
しかしながら、従来の信号レベル調整装置では、入力信号の瞬時値を条件別に場合分けする必要があり、演算処理が複雑になる欠点があった。また、場合分け条件の境目の前後でゲインが大きく変わるため、例えば入力信号が三角波、正弦波のときの出力信号は図２、図３に示す如く波形となり、場合分け条件の境目で大きな波形歪が生じ、聴感上の違和感が生じる欠点があった。場合分け条件を多くすることで、境目の前後のゲイン変化を小さくすることができるが、処理が複雑化してしまう。 However, the conventional signal level adjusting device has a drawback that it is necessary to classify the instantaneous value of the input signal according to the condition, which complicates the arithmetic processing. In addition, since the gain changes greatly before and after the boundary of the separation condition, for example, the output signal when the input signal is a triangular wave or a sine wave has a waveform as shown in FIGS. There was a drawback that caused a sense of incongruity in hearing. Increasing the number of cases can reduce the gain change before and after the boundary, but the processing becomes complicated.
本発明は上記した従来技術の問題に鑑み、場合分けをすることなく簡単な演算処理で波形歪の小さい信号レベル調整が可能な信号レベル調整装置を提供することを、その目的とする。 An object of the present invention is to provide a signal level adjusting device capable of adjusting a signal level with a small waveform distortion by simple arithmetic processing without dividing the case in view of the above-described problems of the prior art.
本発明の信号レベル調整装置では、入力信号のレベルを調整して出力する信号レベル調整装置において、入力信号の瞬時値をｘとし、ｘを変数とする加算と減算と乗算のみで実現した原点対称な１つの曲線関数ｆに従いｘに対するｆ値を演算手段により演算して出力するようにしたこと、を特徴としている。
本発明の１つの態様では、前記１つの曲線関数ｆは、ｘ以外の少なくとも１つの設定値の可変なパラメータを含み、パラメータを可変設定する設定手段を設けたこと、を特徴としている。
本発明の他の１つの態様では、前記１つの曲線関数ｆは、〔ａ・（ｂ−｜ｘ｜） c ＋ｄ〕・ｘ但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄは係数
の形式を有すること、を特徴としている。
本発明の更に他の１つの態様では、ａ、ｂ、ｃ、ｄの内、少なくとも１つは設定値の可変なパラメータとし、パラメータを可変設定する設定手段を設けたこと、を特徴としている。
本発明の他の１つの態様では、設定手段はユーザの入出力特性可変操作に従い、パラメータの可変設定をするようにしたこと、を特徴としている。
In the signal level adjusting apparatus of the present invention, the signal level adjusting apparatus that adjusts and outputs the level of the input signal is symmetric with respect to the origin realized by only addition, subtraction, and multiplication with the instantaneous value of the input signal as x and x as a variable. It is characterized in that the f value for x is calculated by the calculation means according to one curve function f and output.
One aspect of the present invention is characterized in that the one curve function f includes at least one variable parameter of a set value other than x, and setting means for variably setting the parameter is provided.
In another aspect of the invention, the one curve function f is [a · (b− | x |) c + d] · x, where a, b, c, and d have the form of coefficients, It is characterized by.
Still another aspect of the present invention is characterized in that at least one of a, b, c, and d is a parameter having a variable setting value, and setting means for variably setting the parameter is provided.
Another aspect of the present invention is characterized in that the setting means is configured to variably set parameters in accordance with a user input / output characteristic variable operation.
本発明によれば、１つの曲線関数に従い信号レベルの調整を行うので、入力信号の瞬時値を場合分けする必要がなく、演算処理が簡単となる。また、ゲインが急変する入力レベルがなくなり波形歪が小さくなり、聴感上の違和感が小さくなる。また、曲線関数にｘ以外に少なくとも１つの設定値の可変なパラメータを含め、該パラメータを可変設定できるようにしたので、入出力特性の変更を簡単に行うことができ、汎用性が増す。 According to the present invention, since the signal level is adjusted according to one curve function, it is not necessary to classify the instantaneous value of the input signal, and the arithmetic processing is simplified. In addition, the input level at which the gain changes suddenly disappears, the waveform distortion is reduced, and the sense of incongruity is reduced. In addition, since the curve function includes at least one variable parameter having a set value other than x, the parameter can be variably set. Therefore, the input / output characteristics can be easily changed, and versatility is increased.
以下、本発明の最良の形態を実施例に基づき説明する。 Hereinafter, the best mode of the present invention will be described based on examples.
図４を参照して本発明の第１実施例を説明する。図４は本発明に係る信号レベル調整装置の構成を示す構成図である。
図４において、１Ａ、１ＢはＬＲ２チャンネルの入力アナログオーディオ信号ＡＬ、ＡＲをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、２はＡ／Ｄ変換された入力ディジタルオーディオ信号ＤＬ、ＤＲに対し所定の演算処理を施して信号レベルの調整を行うＤＳＰ、３Ａ、３ＢはＤＳＰ２からの出力ディジタルオーディオ信号ＤＬ’、ＤＲ’をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器、４はユーザが入出力特性の可変操作をする操作部、５はユーザの操作に従い、ＤＳＰ２に対し演算処理に用いるパラメータの設定を行うコントローラである。ＤＳＰ２は１つの曲線関数ｆに従い、入力ディジタルオーディオ信号ＤＬ、ＤＲの瞬時値ｘＬ、ｘＲに対し演算を行いｆ値としての出力ディジタルオーディオ信号の瞬時値ｙＬ、ｙＲを求めて出力する。ここで、曲線関数ｆは、ＤＳＰ２の扱う瞬時値ｘＬ、ｘＲの可変域が各々−１≦ｘＬ≦１、−１≦ｘＲ≦１に正規化されているものとして、ｘＬ−ｙＬの座標軸平面上の−１≦ｘＬ≦１の範囲で原点対称かつ単調増加な方程式と、ｘＲ−ｙＲの座標軸平面上の−１≦ｘＲ≦１の範囲で原点対称かつ単調増加な方程式とされており、具体的には、
ｙＬ＝〔ａ・（ｂ−｜ｘＬ｜）c ＋ｄ〕・ｘＬ・・・ (１）
ｙＲ＝〔ａ・（ｂ−｜ｘＲ｜）c ＋ｄ〕・ｘＲ・・・ (２）
ａ、ｂ、ｃ、ｄ：係数
で表される。但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄはコントローラ５により可変設定されるパラメータであり、ａはエフェクトレベルを定める。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the signal level adjusting apparatus according to the present invention.
In FIG. 4, 1A and 1B are LR2 channel input analog audio signals AL and A / D converters for A / D converting AR, and 2 is a predetermined operation for A / D converted input digital audio signals DL and DR. DSP, 3A and 3B which perform signal level adjustment by performing processing are D / A converters which D / A convert digital audio signals DL ′ and DR ′ output from the
yL = [a · (b− | x L |) c + d] · xL (1)
yR = [a · (b− | x R |) c + d] · xR (2)
a, b, c, d: represented by coefficients. However, a, b, c, and d are parameters variably set by the
ＤＳＰ２は、ｘＬに対し絶対値演算をする絶対値演算部１０、ｂから絶対値演算部１０の出力を減算する減算部１１、減算部１１の出力をｃ乗する指数演算部１２、指数演算部１２の出力をａ倍する乗算部１３、乗算部１３の出力にｄを加算する加算部１４をａ倍する乗算部１３、乗算部１３の出力にｄを加算する加算部１４、ｘＬに対し加算部１４の出力を乗じる乗算部１５、ｘＲに対し絶対値演算をする絶対値演算部２０、ｂから絶対値演算部２０の出力を減算する減算部２１、減算部２１の出力をｃ乗する指数演算部２２、指数演算部２２の出力をａ倍する乗算部２３、乗算部２３の出力にｄを加算する加算部２４、ｘＲに対し加算部２４の出力を乗じる乗算部２５を有し、乗算部１５から瞬時値ｙＬの出力ディジタルオーディオ信号ＤＬ’を出力し、乗算部２５から瞬時値ｙＲの出力ディジタルオーディオ信号ＤＲ’を出力する。
The DSP 2 includes an absolute value calculation unit 10 that calculates an absolute value for xL, a subtraction unit 11 that subtracts the output of the absolute value calculation unit 10 from b, an exponent calculation unit 12 that outputs the output of the subtraction unit 11 to the c power, and an exponent calculation unit A multiplier 13 for multiplying the output of 12 by a; a multiplier 13 for multiplying the
操作部４ではユーザがａ、ｂ、ｃ、ｄの値の可変操作をすることで、信号レベル調整装置の入出力特性を可変できるようになっている。コントローラ５は操作部４で可変されたａ、ｂ、ｃ、ｄの値をＤＳＰ２に設定して、信号レベル調整用の演算処理を実行させる。
In the
図５は信号レベル調整装置の動作を示すフローチャート、図６は入出力特性を示す線図、図７乃至図９は入力波形と出力波形を対比して示す線図であり、以下、これらの図を参照して上記した実施例の動作を説明する。
ユーザが入力信号の中レベルを持ち上げる入出力特性に切り換えたい場合、操作部４で曲線関数ｆを定めるパラメータの値を例えば、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝２、ｄ＝１に可変する（図５のステップＳ１０）。すると、コントローラ５はこれらの値をＤＳＰ２に設定し、演算処理を開始させる（ステップＳ１１、Ｓ１２）。入力アナログオーディオ信号ＡＬ、ＡＲは、Ａ／Ｄ変換器１Ａ、１Ｂにより入力ディジタルオーディオ信号ＤＬ、ＤＲに変換されてＤＳＰ２に入力される。ＤＳＰ２は、ＤＬ、ＤＲの瞬時値ｘＬ、ｘＲに対し、
ｙＬ＝〔１×（１−｜ｘＬ｜）２＋１〕×ｘＬ ・・（３）
ｙＲ＝〔１×（１−｜ｘＲ｜）２＋１〕×ｘＲ ・・（４）
の演算を行い、瞬時値ｙＬ、ｙＲを持つ出力ディジタルオーディオ信号ＤＬ’、ＤＲ’を出力する。ＤＬ’、ＤＲ’はＤ／Ａ変換器３Ａ、３Ｂにより出力アナログオーディオ信号ＡＬ’、ＡＲ’に変換されて出力される。
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the signal level adjusting device, FIG. 6 is a diagram showing input / output characteristics, and FIGS. 7 to 9 are diagrams showing the input waveform and the output waveform in comparison. The operation of the above embodiment will be described with reference to FIG.
When the user wants to switch to an input / output characteristic that raises the middle level of the input signal, the parameter value that defines the curve function f is changed to, for example, a = 1, b = 1, c = 2, and d = 1. (Step S10 in FIG. 5). Then, the
yL = [1 × (1− | xL |) 2 + 1] × xL (3)
yR = [1 × (1− | xR |) 2 + 1] × xR (4)
The output digital audio signals DL ′ and DR ′ having instantaneous values yL and yR are output. DL ′ and DR ′ are converted to output analog audio signals AL ′ and AR ′ by the D / A converters 3A and 3B and output.
曲線関数ｆが（３）、（４）のときの入出力特性を図６の実線Ａに示す。瞬時値ｘＬ、ｘＲの可変域全体にわたり連続的かつ滑らかにゲインが変化していることが判る。入力ディジタルオーディオ信号ＤＬ（ＤＲ）が三角波と正弦波の場合の出力波形ＤＬ’（ＤＲ’）を図７、図８に示す。従来の信号レベル調整装置の出力波形（図２、図３参照）と比較して波形歪が小さくなっている。 The input / output characteristics when the curve function f is (3) and (4) are shown by the solid line A in FIG. It can be seen that the gain changes continuously and smoothly over the entire variable range of the instantaneous values xL and xR. 7 and 8 show output waveforms DL '(DR') when the input digital audio signal DL (DR) is a triangular wave and a sine wave. Compared with the output waveform (see FIGS. 2 and 3) of the conventional signal level adjusting device, the waveform distortion is small.
ユーザが入力信号の大レベルのゲインを少し下げたい場合、例えば、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝４、ｄ＝１に可変する。すると、コントローラ５はこれらの値をＤＳＰ２に設定し、演算処理を開始させる（ステップＳ１３、Ｓ１１、Ｓ１２）。ＤＳＰ２は、ＤＬ、ＤＲの瞬時値ｘＬ、ｘＲに対し、
ｙＬ＝〔１×（１−｜ｘＬ｜）４＋１〕×ｘＬ ・・（５）
ｙＲ＝〔１×（１−｜ｘＲ｜）４＋１〕×ｘＲ ・・（６）
の演算を行い、瞬時値ｙＬ、ｙＲを持つ出力ディジタルオーディオ信号ＤＬ’、ＤＲ’を出力する。曲線関数ｆが（５）、（６）のときの入出力特性を図６の実線Ｂに示す。入力信号の大レベルの部分のゲインが殆んど１となっている事が判る。
When the user wants to slightly lower the large gain of the input signal, for example, a = 1, b = 1, c = 4, and d = 1. Then, the
yL = [1 × (1− | xL |) 4 + 1] × xL (5)
yR = [1 × (1− | xR |) 4 + 1] × xR (6)
The output digital audio signals DL ′ and DR ′ having instantaneous values yL and yR are output. The solid line B in FIG. 6 shows the input / output characteristics when the curve function f is (5) and (6). It can be seen that the gain of the large level portion of the input signal is almost unity.
これと異なり、ユーザが入力信号が大レベルのときの出力レベルを圧縮したい場合、例えば、ａ＝０．３、ｂ＝１．８、ｃ＝２、ｄ＝０．３に可変する。すると、コントローラ５はこれらの値をＤＳＰ２に設定し、演算処理を開始させる（ステップＳ１３、Ｓ１１、Ｓ１２）。ＤＳＰ２は、ＤＬ、ＤＲの瞬時値ｘＬ、ｘＲに対し、
ｙＬ＝〔０．３×（１．８−｜ｘＬ｜）２＋０．３〕×ｘＬ ・・（７）
ｙＲ＝〔０．３×（１．８−｜ｘＲ｜）２＋０．３〕×ｘＲ ・・（８）
の演算を行い、瞬時値ｙＬ、ｙＲを持つ出力ディジタルオーディオ信号ＤＬ’、ＤＲ’を出力する。曲線関数ｆが（７）、（８）のときの入出力特性を図６の実線Ｃに示す。入力ディジタルオーディオ信号ＤＬ（ＤＲ）が正弦波の場合の出力波形ＤＬ’を図９に示す。出力信号の最大振幅が制限されている事が判る。
On the other hand, when the user wants to compress the output level when the input signal is at a high level, for example, a = 0.3, b = 1.8, c = 2, and d = 0.3. Then, the
yL = [0.3 × (1.8− | xL |) 2 + 0.3] × xL (7)
yR = [0.3 × (1.8− | xR |) 2 + 0.3] × xR (8)
The output digital audio signals DL ′ and DR ′ having instantaneous values yL and yR are output. The input / output characteristics when the curve function f is (7) and (8) are shown by the solid line C in FIG. FIG. 9 shows an output waveform DL ′ when the input digital audio signal DL (DR) is a sine wave. It can be seen that the maximum amplitude of the output signal is limited.
この実施例によれば、１つの曲線関数ｆに従い信号レベルの調整を行うので、入力信号の瞬時値を場合分けする必要がなく、演算処理が簡単となる。また、ゲインが急変する入力レベルがなくなり波形歪が小さくなり、聴感上の違和感が小さくなる。また、曲線関数ｆのｘ以外の係数を設定値の可変なパラメータとし、ユーザの入出力特性可変操作に従い、当該パラメータを可変設定できるようにしたので、入出力特性の変更を簡単に行うことができ、汎用性が増す。 According to this embodiment, since the signal level is adjusted according to one curve function f, the instantaneous value of the input signal does not need to be classified for each case, and the arithmetic processing is simplified. In addition, the input level at which the gain changes suddenly disappears and the waveform distortion is reduced, and the sense of incongruity is reduced. In addition, the coefficient other than x of the curve function f is set as a variable parameter, and the parameter can be variably set according to the user's input / output characteristic variable operation, so that the input / output characteristic can be easily changed. And versatility increases.
本発明は、オーディオ信号を始めとして、映像信号、測定信号などを対象として信号レベルの調整を行なう装置に適用できる。 The present invention can be applied to an apparatus that adjusts a signal level for audio signals, video signals, measurement signals, and the like.
２ ＤＳＰ
４ 操作部
５ コントローラ
2 DSP
4
Claims (5)
入力信号の瞬時値をｘとし、ｘを変数とする加算と減算と乗算のみで実現した原点対称な１つの曲線関数ｆに従いｘに対するｆ値を演算手段により演算して出力するようにしたこと、
を特徴とする信号レベル調整装置。 In the signal level adjustment device that adjusts and outputs the level of the input signal,
The instantaneous value of the input signal is x, and the f value for x is calculated by the calculation means according to one origin-symmetrical curve function f realized only by addition, subtraction, and multiplication with x as a variable, and is output.
A signal level adjusting device characterized by the above.
を特徴とする請求項１記載の信号レベル調整装置。 The one curve function f includes a variable parameter of at least one set value other than x, and setting means for variably setting the parameter is provided.
The signal level adjusting device according to claim 1.
〔ａ・（ｂ−｜ｘ｜）c ＋ｄ〕・ｘ 但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄは係数
の形式を有すること、
を特徴とする請求項１記載の信号レベル調整装置。 The one curve function f is
[A · (b− | x |) c + d] · x where a, b, c, and d have the form of coefficients,
The signal level adjusting device according to claim 1.
を特徴とする請求項３記載の信号レベル調整装置。 at least one of a, b, c, and d is a parameter whose setting value is variable, and setting means for variably setting the parameter is provided,
The signal level adjusting device according to claim 3.
を特徴とする請求項２又は４記載の信号レベル調整装置。 The setting means was designed to variably set parameters according to the user's input / output characteristics variable operation,
5. The signal level adjusting device according to claim 2, wherein the signal level is adjusted.
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