JPH0243381B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に信号のダイナミツクレンジを変
える回路配置、すなわちダイナミツクレンジを圧
縮するコンプレツサとダイナミツクレンジを伸張
するエクスパンダとに関する。本発明は特にオー
デイオ信号を処理するのに有用であるが、他の信
号の処理にも適用し得る。

コンプレツサおよびエクスパンダは通常ノイズ
低減のために組合わせて用いられる（コンパンダ
装置）。すなわち送信または録音の前に信号が圧
縮され、送信チヤンネルからの受信または再生の
後に信号が伸張される。しかしダイナミツクレン
ジを低減するためにコンプレツサを単独で使用す
ることもできる。たとえば圧縮された信号が最終
目的に適している時には、送信チヤンネルの容量
に合わせるためにコンプレツサを用いるが、以後
の信号の伸張は行わない。さらに或る種の製品、
特に圧縮された放送用または録音済の信号を送信
または録音するだけに用いるオーデイオ製品には
コンプレツサのみを用いる。また或る種の製品、
特に既に圧縮された放送用または録音済の信号を
受信または再生するためにのみ用いられるオーデ
イオ製品はエクスパンダのみを用いる。或る種の
製品、特にオーデイオ録音再生用製品では、信号
を録音するためのコンプレツサと圧縮された放送
用または録音済の信号を再生するためのエクスパ
ンダとの間の切換モードの動作を行わせるように
単独の装置を設計することがしばしば行われる。

伝送チヤンネルは周波数依存特性を持つている
ことが知られている。そのため受信信号または再
生信号の周波数スペクトルは変化し、また圧縮さ
れた信号を送信チヤンネルに印加した時、信号の
相補的伸張作用は送信回路の周波数特性により質
が低下する。

コンパンダ型のノイズ低減装置では、相補性の
要件はエクスパンダがコンプレツサと実質的に逆
の特性を持つことだけでなく、コンプレツサとエ
クスパンダとの間の送信チヤンネルが圧縮信号の
バンド幅の全周波数において相対信号振幅を保つ
ことである。エクスパンダにて受信された時に、
送信チヤンネルにより生ずる相対レベルの変化は
コンプレツサによる信号処理と区別し得ない。そ
のため送信チヤンネルの誤差により伸張信号がコ
ンプレツサへの入力信号と異つてしまう。このよ
うな相違は大きく、信号のスペクトル内容によつ
ては可聴となる。圧縮／伸張比が大きい時には送
信チヤンネルの誤差はもつと大きくなる。典型的
な場合、最も可聴的な効果は非常に高いかまたは
低い周波数の信号自体に対する直接的な効果では
なく、むしろバンド幅の両極限間の信号に対する
変調効果であり、これは極く高い周波数および極
く低い周波数の信号がエクスパンダに到着し得な
いことによる。説明の都合上、この効果を中間帯
域変調効果と呼ぶことにする。

広帯域コンパンダでは、制御周波数における振
幅誤差はスペクトルの他の全ての部分で同じ程度
に現われる。これは良い場合も、悪い場合もあ
る。後で述べるように、スライデイング・バン
ド・コンパンダでは制御周波数がバンド幅両極限
にある場合、このような周波数における誤差は中
間周波数において事実上数倍となる。（逆に、通
常のように制御周波数が中間周波数にある場合、
周波数の極限における誤差は低下する。これはス
ライデイング・バンド・コンパンダの利点の一つ
である。） 本明細書において、「送信チヤンネル」なる語
はコンプレツサとエクスパンダとの間のシステム
の全ての部分を含むものとする。

低速磁気テープ、たとえばコンパクト・カセツ
トのごとき比較的狭いバンド幅の媒体に圧縮した
信号を記録するノイズ低減システムの場合、圧縮
信号の正確な相補的伸張を与えることは特に困難
である。これはかかるシステムが特に低および高
周波数において平担な信号振幅応答をすることが
できないことによる。しかしこのような問題はプ
ロフエツシヨナル用のコンプレツサ／エクスパン
ダ・システムにおいてすら存在する。この不都合
はコンプレツサの後で生じ、その原因としてはバ
ンド幅制限フイルタを含め、レコーダ、テープ、
再生ユニツトまたはそれらの任意の組合せがあ
る。FMまたは衛星放送の如き他のセステムでも
同様に送信器、放送信号媒体、受信器またはそれ
らの組合せの中での圧縮の後に誤差が生ずる。

実用的コンプレツサ／エクスパンダ・システム
ではコンプレツサの前およびエクスパンダの前に
シヤープなカツトオフ・フイルタを組込む必要が
あることが判つている。フイルタは少くともロー
パスフイルタであるが、ハイパス部分をも含むこ
とが望ましい。システムのバンド幅を制限しない
ため、このようなバンド制限フイルタはシステム
の有効バンドパスの縁またはその外側におけるコ
ーナー周波数を有する。このようなフイルタは次
のような幾つかの機能を有する。

(a) バイアス「バーデイー」（birdie）ビート
（ホイツスル）及びエンコード／デコード・ノ
イズ低減プロセツサ回路のミストラツキングを
防止するため、FM放送に用いるサブキヤリヤ
成分および19KHzパイロツト・トーンの減衰。

(b) エンコーダ／デコーダのミストラツキングを
防ぐため、信号回路に漏れる可能性のあるテー
プレコーダ・バイアスの減衰。

(c) エンコーダ入力信号中のRFまたは超音波成
分の減衰（そうしなければ可聴相互変調およ
び／またはバイアス「バーデイー」を生ずるお
それがある）。

(d) エンコーダ／デコーダのミストラツキングを
防ぐため、デコーダ入力における超音波テー
プ・ノイズまたは他の送信チヤンネル・ノイズ
の減衰。

(e) エンコーダ／デコーダの応答の相補性を増進
するため、信号のバンド幅の限定。

専門的用途では、高周波バンド幅制限フイルタ
（たとえば20〜25KHz）および、好ましくは低周
波バンド幅制限フイルタ（たとえば20Hz）をも使
用することが望ましい。

厳密にいえば、エンコーダとデコーダとの間に
理想的なチヤンネルが存在する場合はデコーダへ
の入力フイルタを切離すべきである。というのは
それが接続していると或る種の信号状態で僅かに
非相補性となるおそれがあるからである（エンコ
ーダ・信号は１段階の波を受け、デコーダは２
段階の波を受ける）。しかし前記(a)〜(e)を考慮
するとデコーダ入力フイルタを除去することは実
際的でない。従つてエンコーダ出力とデコーダ入
力との間に優秀なチヤンネルが有る場合でも、非
常に必要なデコーダ入力フイルタ（保護用）の存
在のために、或る種の状態の下で固有の非相補性
を有するシステムとなる。それ故、エクスパンダ
入力フイルタを送信チヤンネルに組込むことを考
慮するのは有用である。

本発明の目的は、コンパンダ型ノイズ低減シス
テムの相補性に対する送信チヤンネルの振幅応答
性の誤差による悪影響を抑制することである。

換言すれば、本発明の目的は、コンパンダ型ノ
イズ低減システムの相補性に対する、コンプレツ
サとエクスパンダとの間に生ずる振幅応答性の誤
差による悪影響を抑制することである。

特に本発明の目的は、中間周波数にて可聴効果
を生ずる、非常に高い（または低い）周波数にお
ける非相補性効果を抑制する（中間帯域の変調効
果を減殺する）ことである。

本発明のいま一つの目的は、圧縮信号のバンド
幅が送信チヤンネル振幅応答性の比較的平坦なバ
ンド幅よりも大きいシステムにおける、このよう
な悪影響を抑制することである。

本発明のいま一つの目的は、コンパクト・カセ
ツトその他バンド幅が制限された媒体を使用する
オーデイオ・テープ・システム（ビデオ・カセツ
トおよびビデオ・デイスクのオーデイオ部分を含
む）におけるそのような悪影響を抑制することで
ある。

さらに本発明の目的は、そのようなオーデイ
オ・テープ・システムに極く高い周波数の信号
（たとえば10KHzより高い）が在る時、低レベル
の中間周波数（たとえば500Hz〜1KHzぐらい）の
非相補的変調を低減することである。

さらに本発明の目的は、エクスパンダ入力フイ
ルタの使用により発生する非相補的効果を低減す
ることである。

以下に述べる型式のスライド・バンド・システ
ムにおける上記効果を低減することも、本発明の
いま一つの目的である。

バンド幅を制限されたシステムでは、圧縮信号
の周波数バンド幅は録音／再生送信チヤンネルの
使用可能なバンド幅に近いか、それより広く、そ
のためかかるシステムは特に高周波数および低周
波数のバンド端縁の領域で録音／再生周波数応答
の誤差を生じ易い。

この問題には次の二つの面がある。

(1) 自蔵式オーデイオ装置において、コンプレツ
サ出力バンド幅が録音／再生応答性の比較的に
平坦なバンド幅を超える可能性がある。

(2) 録音済テープまたはデイスクを作成するのに
用いる装置のコンプレツサ出力バンド幅が、オ
ーデイオ装置の再生応答性の平坦なバンド幅を
超える可能性がある。

さらに以下に説明するように、誤差はスペクト
ルの何処ででも理論的に発生し得るけれども、シ
ステムのバンド幅の両極限における誤差の影響を
抑制すること、特にそのような誤差により生ずる
中間帯域変調効果を抑制することを本発明は指向
している。

本発明は中間帯域変調の問題を驚くほど簡単に
解決する。より具体的にいえばコンプレツサが処
理した信号は急激な高周波および／または低周波
ドロツプオフを受け、しかもコーナー周波数は送
信チヤンネルまたは録音／再生応答が大きな誤差
を持つ周波数より幾らか低く（高く）、システム
の有効バンド幅の中に充分収まる。エクスパンダ
が処理した信号は全体的に平坦な周波数を維持す
るように相補的ブーストを受けることが望まし
い。全体的な平坦な周波数応答が無くてもよい場
合は、コンパンダ・システムのコンプレツサ部分
にのみ本発明を組込むことができる。

しかして、本発明によれば、送信チヤンネルま
たは録音／再生の応答に誤差がある信号・スペク
トルの部分は、減衰した部分が圧縮比および伸張
比の制御から実質的に排除されるレベルまで減衰
される。

本発明によれば、コンプレツサが処理した信号
のスペクトル内容を変更またはスキユー（スペク
トル・スキユーイング）することによりコンプレ
ツサ作用は急激なロールオフ周波数を超える信号
の影響を受けることが著しく少くなる。

本発明の望ましい実施例の一つは、コンプレツ
サ入力の信号路に適正なフイルタ（またはネツト
ワーク）を、（そして望むらくはエクスパンダ出
力の信号路に相補形（コンプリメンタリ）フイル
タを）配置することである。この解決法は最少限
の回路要素しか必要としないし、全ての信号レベ
ルにて動作するから、望ましいものである。しか
し、同等の配置は２個のフイルタを用いることで
あり、１個はコンプレツサの制御回路に、もう１
個はコンプレツサ出力の信号路に設けるのであ
る。同様に、エクスパンダにおいて、１個のフイ
ルタを制御回路に、もう１個をエクスパンダ入力
の信号路に設ける。デユアルパスのコンプレツサ
またはエクスパンダの場合はさらに代わりの配置
が可能である（米国特許第3846719号および米国
再発行特許28426号）。すなわち通過する信号とサ
イドパルスの制御回路との双方に影響を与えるよ
うにプロセツサのサイドパスの入力にのみ適正な
フイルタを配置することもできるし、同等の２個
のフイルタを配置して、１個はサイドパス制御回
路通路に、もう１個はサイドパス信号出力通路に
設けることもできる。

コンパンダ・システムではテープの飽和を軽減
するためにシステムのコンプレツサ側に高周波の
ロールオフを与え、システムのエクスパンダ側に
相補形増幅（コンプリメンタリ）ブーストを与え
ることは公知である（米国特許第3846719号、同
第4072914号）。しかしロールオフは中程度であ
り、本発明のようにシステムの不安定な応答領域
における高（低）周波の高レベルの信号がコンプ
レツサに影響を与えないようにするには不充分で
ある。

上記の開示から信号路内の種々の箇所に飽和防
止フイルタを設けることが知られている。すなわ
ちコンプレツサ／エクスパンダの前後および制御
回路の中を含めてコンプレツサ／エクスパンダの
内部に設けるのである。このようにコンプレツサ
およびエクスパンダの信号路に録音テープに印加
される高周波信号を低減する目的に沿う飽和防止
フイルタを種々の箇所に設けることができる。そ
れと対照的に、本発明による回路はコンプレツサ
が処理する信号の周波数スペクトルを変更するこ
とによりコンプレツサ、したがつてエクスパンダ
に影響を与えることを意図しているから、より精
細に配置する必要がある。

本発明は飽和効果を緩和することを指向するも
のではないが、テープ飽和を或る程度回避するの
に役立つ。しかし、急激なドロツプオフのコーナ
ー周波数は飽和が起り始める領域より高い（低
い）の周波数の所に通常存在するから、テープの
飽和は他の装置により処理するのが望ましい（例
えば「オーデイオ」（Audio）、1981年５月、20〜
26ページに記載の例を参照）。

公知の飽和防止の配置の場合と同じく、本発明
においては周波数の関係として信号が急激に減衰
される領域においても、ノイズ低減効果は喪失し
ない。しかし、システムの高周波数端における急
激なドロツプオフのコーナー周波数は人の耳がノ
イズに極く鈍感な領域である比較的高い周波数の
帯域にある。システムの低周波数端における本発
明の使用に関して、正しく設計されたシステムで
はノイズ低減が劣つているものでも、そのような
周波数では、人の耳も感受性が鈍く、実質的に可
聴ノイズは無い筈である。高周波および低周波の
極限におけるスペクトル・スキユーイングのみを
本発明は意図しているが、それはこれらの周波数
領域は送信チヤンネルの振幅応答が大きな誤差を
持つ唯一の領域であるからである。また人の耳の
応答性のためこれらの極限ではノイズ低減の減退
があつてもよいというのがいま一つの理由であ
る。

公知のもう一つのシステムでは、広帯域の一般
用オーデイオテープ・コンパンダ型ノイズ低減シ
ステムの制御回路に約20Hzおよび10KHzのコーナ
ー周波数を持つ12dB／オクターブのバンドパ
ス・フイルタを用いている（商品名dbx）。し
かしこの配置は本発明の目的を達成することがで
きない。それは信号路にフイルタが設けられず、
10KHzをこえる（または20Hzに達しない）高レベ
ルの高（低）周波信号が制御回路のバンドパス内
に存在する信号のレベルに応じて増幅されるから
である。それ故、20Hz〜10KHzの範囲内の高振幅
信号が存在しない時、そのような配置は高レベル
の高（低）周波信号（20Hz〜10KHzバンドの外
側）を過度に増幅して、送信チヤンネルをオーバ
ードライブ（過加振）してしまうことになる。

またビデオのノイズ低減システムにおいて、ク
ロマ・信号がコンプレツサおよびエクスパンダを
チヨークしそれによりカラーのサブキヤリヤ周波
数より低い周波数におけるノイズ低減作用を除去
するのを防止するために、カラーテレビのサブキ
ヤリヤ周波数を中心とする、クロマ・レベルに応
答するバリアブルＱノツチ・フイルタを設けるこ
とも知られている（米国特許第3846719号）。すな
わち、フイルタの中心はシステムの信号のバンド
幅の両極限の内にあるとともに、システム送信チ
ヤンネルの予想可能の応答の内に入つており、そ
して録音／再生の応答誤差を克服することを目的
としない。この目的こそが本発明の基礎となつて
いる。

デユアルパスのコンプレツサおよびエクスパン
ダのサイドパスに12dB／オクターブのローパ
ス・バイパスフイルタおよびハイパスフイルタを
設けることもまた公知である（米国特許第
3846719号、Journal of the Audio Engineering
Society，Vol.15，No.４，1967年10月、393〜388
ページ）。しかし、これらのフイルタは全く異つ
た目的、すなわち別々のサイドパスにノイズ低減
作用をバンド分割するためのものであり、コンプ
レツサ入力信号の上方または下方周波数極限には
影響を与えない。

同様に、さきに述べたシヤープなカツトオフ・
バンド制限フイルタは周波数バンド幅の上限又は
下限域に影響を与えることを意図していないの
で、コーナー周波数を意図的にシステムの有効バ
ンド幅の外側にくるようにしてある。

これまではシステムの有効バンド幅の周波数ス
ペクトルを大きく変えることは望ましくないと考
えられていた。たとえばプロ用の録音ではすべて
の上方バンド制限フイルタのコーナー周波数を
20KHzより低に所に置くことは考えられないとさ
れている。同様に、FM放送では全ての信号段階
を通して15KHzのバンドパス上限を厳格に守つて
いる。

本発明は特定型式のノイズ低減コンパンダ・シ
ステムへの使用に限定されず、広帯域コンパンダ
を含むすべての型式のコンパンダの動作を向上さ
せるけれども、スライデイングバンド式ノイズ低
減システムに用いるのが特に有効である（米国再
発行特許第28426号および米国特許第3757254号）。
そのような公知のスライデイングバンド回路で
は、可変下方コーナー周波数を持つハイパスフイ
ルタを用いて高周波ブースト（圧縮用）またはカ
ツト（伸張用）をかけることにより高周波のオー
デイオ圧縮または伸張を達成する。高周波数バン
ドの信号レベルが高まるに従い、フイルタのコー
ナー周波数が上方にスライド（移動）してブース
トまたはカツトされたバンドを狭め、有用な信号
がブーストまたはカツトされるのを防止する。

スライデイングバンド装置の録音／再生応答に
おける不安定性による影響の一つは、録音／再生
の不安定領域での高周波信号がコンプレツサ入力
に存在する時、低レベルの中間周波数信号が結果
的に変調を受けることである。或る型式のデユア
ル・スライデイングバンド装置（米国再発行特許
第28426号）では、装置のサイドパスに急激な高
周波ドロツプオフを与えることによりこの影響を
抑制することができる。このような形態は中およ
び低信号・レベルだけに急激なドロツプオフを与
えるけれども、スライデイングバンド方式（米国
再発行特許第28426号）および固定バンド方式
（米国特許第3846719号）の双方のデユアルパス装
置において本発明の目的を十分に達成することが
妥当である。

以下に添付図面を参照しつつ、実施例を用いて
本発明を、より詳細に記載する。

第１図〜第４図は本発明によるスペクトル・ス
キユーイング・ネツトワークを配置することので
きる種々の位置を図解する、概括的ブロツクダイ
ヤグラムである。

最も単純で望ましい実施例を示す第１図におい
て、スペクトル・スキユーイング用の一つのネツ
トワーク（低周波または高周波部分を持つ）また
は複数のネツトワーク（低周波および高周波部分
を両方とも持つ）２がコンプレツサ４への入力信
号路に置かれ、コンプレツサ４の出力は送信チヤ
ンネルＮに印加される。チヤンネルＮの再生側で
は、コンプリメンタリ・エクスパンダ６が再生信
号に働いて、コンプレツサ入力通路のネツトワー
クに対してコンプリメンタリ（相補的）特性を持
つオプシヨナルスペクトルのデスキユーイング・
ネツトワーク８にその信号を送る。「オーデイ
オ」、1981年５月、20〜26頁に記載されているよ
うにコンプレツサおよびエクスパンダの各々が２
個以上のシリーズの装置を含んでいる場合には、
このネツトワークの位置は特に有利である。

第２図は同等の形態を示すが、これはより複雑
で、付加的な回路を必要とし、より高価となるか
ら実用上、望ましくない。この同等の形態ではス
ペクトル・スキーイング・ネツトワーク１０がコ
ンプレツサ４の制御回路に配置され、もう一つの
スペクトル・スキユーイング・ネツトワーク１２
がコンプレツサ信号出力通路に配置される。再生
側にオプシヨナル・デスキユーイングが用いられ
る場合はエクスパンダ・信号入力通路にコンプリ
メンタリ・デスキユイング・ネツトワーク１４が
用いられ、またコンプレツサ制御回路のネツトワ
ーク１０と同じ特性を持つスペクトル・スキユー
イング・ネツトワーク１０がエクスパンダ６の制
御回路に配置される。ネツトワーク４とネツトワ
ーク１２との特性はネツトワーク２の特性と幾ら
か異なつてもよいし、またネツトワーク２と同じ
全体的効果を生ずるように相互に異つてもよい。
これはネツトワーク１４とネツトワーク１０との
関係にも当てはまる。前記「オーデイオ」誌に記
載のようにコンプレツサ４およびエクスパンダ６
がそれぞれ直列の装置を含む場合は、スペクトル
スキユーイング・ネツトワーク１０は第１のコン
プレツサ装置の制御回路にのみ必要であり、ネツ
トワーク１２は第１のコンプレツサ直列装置の出
力通路にのみ配置され、また（任意であるが）ネ
ツトカーク１４は、制御回路中にのみネツトワー
ク１０も持つ最終エクスパンダ・直列装置の入力
通路にのみ配置される。

第３図および第４図はデユアルパス・コンプレ
ツサおよびエクスパンダのサイドパスに設けられ
たスペクトル・スキユーイング・ネツトワークを
図解する。このようなコンプレツサおよびエクス
パンダの形態はそれ自体公知であるから詳述しな
い。しかしもう一つの通路Ｎ２０には２つの主な
形式がある。一つ（米国特許第3846719号の第７
図、８図）はフイルタの後に制御されたリミツタ
を設けたものであり、このリミツタは信号レベル
が上るに従つて、整流され平準化された制御信号
により漸進的制限を行う。もう一つ（米国再発行
特許第28426号）はスライデイングバンド・ハイ
パスフイルタであり、、このフイルタのパスバン
ドは、フイルタ出力から大きな信号成分を排除す
るように、制御信号によつて漸進的に狭ばめられ
る。可変フイルタの有利なコーナー周波数値は静
止状態では375Hzであるが、制御信号に応答して
漸進的により狭いハイパスとなる。第１図および
第２図の形態にはデユアルパスのコンプレツサお
よびエクスパンダ（単独または直列で）を使用す
ることもできる。

第３図において、コンプレツサ２２および（任
意であるが）エクスパンダ２４のノイズ低減サイ
ドパス回路２０の入力信号路にスペクトル・スキ
ユーイング・ネツトワーク１８が配置される。第
４図において、スライデイングバンド方式のコン
プレツサ２６およびフイルタ装置２７に関して同
等の形態が示されている。この同等の形態におい
て、サイドパス制御回路３０の中にスペクトル・
スキユーイング・ネツトワーク２８が設けられ、
この制御回路３０は周波数可変シエルフまたはス
ライデイングバンド・フイルタ回路３２を制御す
る。サイドパス出力路中にもう一つのスペクト
ル・スキユーイング・ネツトワーク３４が設けら
れる。任意であるが、同様のネツトワークがエク
スパンダのサイドパスに設けられる。第１図およ
び第２図の形態の方が第３図および第４図のもの
より望ましい。それは前者が全信号・レベルにお
いて動作するためにバンドの極限におけるチヤン
ネルのオーバーロードまたはテープ飽和効果をも
軽減するからである。

第３図および第４図において１個のサイドパス
のみを示してあるが、幾つかのサイドパスを用い
ることもできる（例えば米国特許第3846719号参
照）。さらにコンプレツサのサイドパスがフイー
ドバツクとなり、エクスパンダのサイドパスがフ
イードフオワードとなるようにサイドパスの形態
を作ることもできる（米国特許第3903485号）。直
列のデユアルパス装置がコンプレツサおよびエク
スパンダに用いられる場合（「オーデイオ」、1981
年５月、20〜26ページの形式）では、コンプレツ
サの最初の直列装置にスペクトル・スキユーイン
グ・ネツトワークを用い、（任意であるが）エク
スパンダの最終の直列装置にスペクトル・スキユ
ーイング・ネツトワークを用いることで充分であ
る（ただし、この場合も第１図の形態が望まし
い）。

スペクトル・スキユーイング特性は下記の特性
を有することが好ましい。

(a) エクスパンダのバンド・パス・フイルタを含
めて送信チヤンネルまたはテープレコーダの応
答が適度に信頼し得る領域内のドロツプオフ・
コーナー周波数、すなわち送信チヤンネルまた
はテープレコーダの応答が不安定かまたはロー
ルオフを始める周波数より幾らか低い（または
高い）ドロツプオフ・コーナー周波数。

(b) 回路を制御する周波数に明確な限界を与える
ための、急激なドロツプオフ。

(c) 全体的に平坦な周波数応答（必要あれば）を
保持するために、再生すなわちプレーバツクの
際、相互特性を容易に発生し得るように、ドロ
ツプオフに続く明確な形状。

(d) 人の聴覚の低レベル・ノイズ感度特性を最適
に利用する形状、すなわちプレーバツク中に相
互特性を用いる場合ノイズ・レベルに目立つた
増大を生ずることのない、できるだけ急激で、
かつ深い周波数応答のドロツプオフ。

鋭いコーナー周波数より高い（低い）ノイズ低
減作用をこのスペクトル・スキユーイング特性は
てきめんに減殺するけれども、周波数が約5KHz
を超える（または約50Hzを下廻わる）場合は、低
レベルの高周波および低周波ノイズに対する人間
の耳の反応は鈍いから、この増大したノイズは聞
きとれない。本発明はテープレコーダのコンパン
ダに用いる時のように、ノイズ・レベルルが極端
に低い場合は、特にそうである。この本発明の驚
くべき面は実験的に証明されている。

この処理法の正当性は第６図のCCIRノイズ加
重曲線の形状にも見ることができる。この曲線は
人の耳の低レベル・ノイズ感度を表わしている。
感度は低周波数において低く、また約６〜7KHz
のピークより高い周波数では急激に低下すること
が判る。従つて８〜10KHzより高い周波数におい
て大きなノイズ低減度を維持する心理的・聴覚的
な必要性は乏しい。これが、低周波領域ではほと
んど処理をしないけれども、他の領域で大巾のノ
イズ低減を与えるノイズ低減システムについて観
測された能力のうちの高周波域の対応部分であ
る。優れた技術によりカセツトテープ録音におい
て本質的にわずらわしい唯一の低周波ノイズであ
るハムを除去することができる。

予想しなかつたハムの問題に対する保証として
低周波ノイズ低減作用が設けられているプロ用ノ
イズ低減システムでは、起り得る最低のハム成分
（すなわち50Hz）より低い所でのノイズ低減の必
要性は通常ほとんどない。

特にスペクトルの高周波端部において、スペク
トル・スキユーイング・ネツトワークを用いて
も、「マルチプレクサ・フイルタ（MPX）」とし
て広く知られている全バンド制限フイルタを省略
したりその代りとなることはない。その理由は前
述の通りである。前述のように、通常録音と再生
との両方に用いられるバンド制限フイルタはそれ
らの説明において末消的な意味しか無い幾つかの
機能を有している。従つて理想的な信号チヤンネ
ルの場合でも、エンコーデイングおよびデコーデ
イングにおいて： (1) バンド幅制限フイルタ、 (2) スペクトルのスキユーイングおよびデスキユ
ーイングのネツトワーク、 を共に備えることが望ましい。

スペクトル・スキユーイング・ネツトワーク
２，１０，１２，１８，２８，３４は第５図に示
すように急激なシエルフ、デイツプまたはドロツ
プオフを与える。破線は最終的な高周波（低周
波）応答が実線で示される程に正確である必要は
ないということを示すものである。

スペクトル・スキユーイング・ネツトワーク
２，１０，１２，１８，２８，３４の適当な形式
の一つは、１８dB／オクターブのスロープを有
し、CCIRノイズ加重典線（第６図）の急降下部
分に入り、また送信チヤンネルの上方カツトオフ
周波数より低い（高い）コーナー周波数を持つ、
シヤープローパス（ハイパス）フイルタである。
約15KHz（低周波数端では30〜60Hz）まで有効
な、しかし不安定な応答を持つ高品質テープデツ
キには、約８〜10KHz（低周波数端にて50Hz）の
コーナーまたはカツトオフ周波数が適当であろ
う。

ネツトワークも第５図に示すように、約10dB
のフロアを持つシエルフ・ネツトワークの形をと
り得るであろう。

いま一つの適当なネツトワークの形式は、約
16KHz（20Hz）の中心周波数、約８〜10KHz（20
Hz）のコーナー周波数が得られるようなＱ、そし
て約10dBの深さを持つノツチ・フイルタである。
特にプロ用としては、より広い全ノツチを与える
ために、第１のノツチの上方に１オクターブの数
分の一（たとえば1/3オクターブ）の間隔を明け
て第２のノツチを設けた、ダブル・チユーンド
（スタガー・チユーンド）ノツチ・フイルタを用
いることもできる。

最も困難な場合に中間帯域変調効果を排除する
ために約10〜15dBのデプスが有効であることが
実験的に証明されている。しかし、特に18dB／
オクターブといつた急激なドロツプオフの場合、
6dBという小さなデプスによつて中間帯域変調効
果における大巾な改善が得られることが判つてい
る。

平坦な全応答が望ましい場合は、システムの再
生またはプレーバツク部分に、同一のネツトワー
クおよび・またはコンプリメンタリ・ネツトワー
ク８，１０，１４，１８，２８，３４が用いられ
る。

特に一般用コンパクトカセツト・オーデイオ・
テープレコーダ／プレバツク装置の特性に関し
て、本発明をより充分に評価するために、幾つか
の典型的コンパクトカセツト・レコーダのテープ
飽和を避けるのに充分低い入力レベルにおいて計
測された代表的高周波応答曲線を示す第７図〜第
９図を参照する。第１０図はもう一つの典型的コ
ンパクトカセツト・レコーダの幾つかの入力レベ
ルにおける代表的な高周波応答曲線を示す。第７
図では、レコーダの応答が10KHzを超えると急に
低下する。第８図では、約10KHzで応答が上り始
め、約17KHzにて著しいピークを示している。第
９図の応答は15KHzにて高周波ピークを有し、そ
れを超すと応答は急激に低下する。第１０図で、
飽和を避ける−20dBのレベルの応答はほぼ理想
的であり、20KHzまで実質的に平坦である。しか
しこのように優秀な応答は稀である。

従つて、第７図〜第１０図の応答曲線は、飽和
状態より下のレベルでは、良く調整された典型的
レコーダは10KHzより下の応答にほとんどの欠陥
を有さないことを示しているので、このような装
置に対して高周波スペクトル・スキユーイング・
ネツトワークのコーナー周波数として約10KHzを
選ぶのがよい。それ故、スペクトル・スキユーイ
ング・ネツトワークにより、大抵のレベルにおい
て、極めて高い周波数における応答の不安定によ
り生ずるプレーバツク制御信号のレベルずれが実
質的に無くなることが確実となる。約10KHzのコ
ーナー周波数というのはさらにその周波数が
CCIRノイズ加重曲線（第６図）の急激に降下す
る部分にあり、そのためノイズ低減作用が幾らか
失われても人間の耳には感知し得ないことから、
そのような装置にとつて良い選択である。

或るスペクトル・スキユーイング・ネツトワー
クに適当なコーナー周波数の選択にあたつて、設
計者は自己のシステムのパラメータに基づき10K
Hzとは異なる近似周波数を選択することができ
る。たとえば、より高品質の送信チヤンネルの場
合、より高いコーナー周波数を使用し得る。第７
図〜第１０図に示される特性を持つ型式のコンパ
クトカセツト装置において、高周波コーナー周波
数の許容値は約8KHzから11または12KHzまでの
範囲にわたる。高レベルの高（低）周波数信号が
コンプレツサを制御しないことを確実にするため
に、約18dB／オクターブのフイルタが望ましい
けれども、12dB／オクターブという小さいドロ
ツプオフを用いれば大抵の信号に対して本発明の
目的を実質的に達成するであろう。18dB／オク
ターブよりもずつと鋭い減衰を用いると、コンプ
リメンタリ・デスキユーイングを与える上に困難
が生じまた価格も高くなる。

所要のフイルタ・ドロツプオフ率はフイルタ・
カツトオフ周波数を超える信号に対するコンプレ
ツサの感度に或る程度左右される。たとえばデユ
アルパス・スライデイングバンド・コンプレツサ
（米国特許再発行第28426号）。その装置にはコン
プレツサ制御回路に高周波のプリエンフアシスが
用いられ、第１１図に示す如き信号がコンプレツ
サに導入されると（このような信号は広帯域の打
撃音により発生し得る）、制御回路のプリエンフ
アシスのためその信号は第１２図に示すエネル
ギ・スペクトルを持つ。このプリエンフアシスを
受けた信号のスペクトルはピークを持つ。整流
後、このピークはコンプレツサのスライデイン
グ・バンド作用を制御するDC制御信号を与える。

第１３図は４つの代表的なコンパクトカセツ
ト・テープレコーダａ，ｂ，ｃおよびｄについ
て、テープレコーダ・チヤンネルの不安定な周波
数応答を示す。第１２図のスペクトルに対する効
果はエクスパンダ（デコーダ）の制御回路に４つ
の異つたスペクトルを存在させ、その結果４つの
異つたDC制御信号を生ずることになる。明らか
にデコーデイングの誤差が生ずる。

そのような場合、望ましいスペクトル・スキユ
ーイング・ネツトワークの特性によりエクスパン
ダ（デコーダ）が、第１５図のように各場合に同
様のDC制御信号を発生することになる。第５図
のように約10KHzのコーナー周波数を持つネツト
ワーク特性が適当である。このネツトワークは周
波数バンドのスライデイングを排除しない。実
際、それは僅かに軽減されるのみである。しか
し、スライデイング（又は米国特許第3846719号
のバンド分割型システムでは圧縮作用）は再生の
際回復可能となる。

本発明の主目的は第１５図に見られるように、
コンプレツサおよびエクスパンダの双方におい
て、AC制御信号のスペクトルの同様なピークが
整流点に存在するのを確実にすることである。

今述べた型式のスライデイング・バンド・シス
テムについては、回復されてエクスパンダに送ら
れることのないコンプレツサ内の高レベル高周波
数信号の存在により生ずる中間周波数変調を抑制
するのに、スペクトル・スキユーイング・ネツト
ワークは殊に役立つ。実際の音楽の音源に極く稀
にしか生じないこの変調効果は、不完全な信号チ
ヤンネルを持つスライデイング・バンド装置の基
本動作に関連している。すなわち優勢な信号がス
ライデイング・バンド周波数特性を効果的に制御
して、その信号が再生の際に回復されない高周波
数に在る可聴効果を生ずることがある。その優勢
な信号が低レベルの中間周波数信号の周波数より
著しく高い周波数域に在る時、打撃音、シンバル
の摩擦音の如くその高周波数信号が断続的でテー
プレコーダにより同じレベルに再生されない場合
に、中間周波数変調効果は可聴となる。この場
合、高周波数信号はプレーバツク・デコーダ内に
相補的伸張を生ずることなくスライデイング・バ
ンド周波数応答を変えるから、中間周波数信号は
デコーデイングの後でも振幅を変調される。この
効果は基本的にはテープの飽和効果ではないこと
に留意すべきであり、その原因は不正確なバイア
スおよび等化またはギヤツプ・ロス、不良なアジ
マス調整などによる。しかし、制御周波数領域に
飽和が存在する場合にはこの効果は明らかにより
悪化する。この低レベル中間周波数変調効果の問
題は、第１６図により理解できる。同図は優勢信
号の存在による圧縮器応答特性への影響を示す曲
線で、優勢信号として０から−60dBの15kHz信号
と、低レベル探査音として−65dBの掃引周波数
とを入力として加えて録音再生した場合の本シス
テムによるコンプレツサの出力をプロツトしたも
のである。優勢信号が例えば−60dBから−50dB
まで10dB変化すると15kHzの出力は約2dB変化
し、1kHzでは約10dB変化することが分かる。こ
の2dBの変化は録音工程に於いて正確に保持され
なければならない、何故ならば中間周波数の動作
特性はこの様な優勢信号に依存するからである。
この様にして制御周波数領域の再生上の誤差は特
に中間周波数帯域で増強される。

ノイズ低減システムが低周波域を処理する場合
は、低周波域において対応する効果が生ずる。コ
ンプレツサへの入力信号における特に低い周波数
のランブルがコンプレツサ回路を作動させること
がある。録音機がランブル成分を再生しない場合
は、エクスパンダ出力における信号変調効果が明
らかとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明によるスペクトル・ス
キユーイング・ネツトワークの各配置を示すブロ
ツクダイヤグラム、第５図はカセツトテープレコ
ーダ／リプロデユーサに用いる高周波スペクト
ル・スキユーイング・ネツトワークおよびコンプ
リメンタリ・デスキユーイング・ネツトワークの
特性を概略的に示す応答曲線、第６図は標準
CCIRノイズ加重特性曲線、第７図〜第１０図は
典型的なカセツトテープ・レコーダ／リプロデユ
ーサの代表的な応答曲線、及び第１１図〜第１６
図は本発明の理解に役立つ代表的な曲線である。 ４，２２，２６…コンプレツサ、６，２４，２
７…エクスパンダ、２，１０，１２，１８，２
８，３４…スペクトル・スキユーイング・ネツト
ワーク、３０…サイドパス制御回路、３２…スラ
イデイング・バンド・フイルタ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高低極限周波数領域において不安定な相対信
   号振幅応答を示し易い送信システムを経て圧縮信
   号をエクスパンダに送信する音声信号コンプレツ
   サであつて、圧縮比を印加信号の周波数及び振幅
   レベル特性に応じて制御する装置と、前記極限周
   波数によつて圧縮特性が制御されないように前記
   圧縮信号中の該極限周波数領域を減衰させるフイ
   ルタ装置とから成り、前記フイルタ装置は顕著な
   雑音レベルの増加をもたらすような、高コーナー
   周波数以上及び低コーナー周波数以下の該極限周
   波数領域において、エクスパンダ側で相補的特性
   を必要としないような急激且つ深い減衰特性を有
   し、前記コーナー周波数が低レベル雑音成分に対
   しては耳の感度が低下するような周波数領域内に
   あることを特徴とするコンプレツサ。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のコンプレツサ
   において、前記フイルタ装置が約50Hzの低コーナ
   ー周波数以下で急激に作動するコンプレツサ。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のコ
   ンプレツサにおいて、前記フイルタ装置が８〜
   12KHzの高コーナー周波数以上で急激に作動する
   コンプレツサ。 ４ 特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか
   一つに記載のコンプレツサにおいて、前記コーナ
   ー周波数が12〜18dB／オクターブの傾斜を有す
   るコンプレツサ。 ５ 特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか
   一つに記載のコンプレツサにおいて、前記フイル
   タ装置が、前記極限周波数領域を減衰させるため
   に配置したコーナー周波数有する、少なくとも１
   つの急激なドロツプオフをしめすバンド除去ネツ
   トワークを備えるコンプレツサ。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載のコンプレツサ
   において、前記ネツトワークがコンプレツサの入
   力信号路にあるコンプレツサ。 ７ 特許請求の範囲第５項に記載のコンプレツサ
   において、前記装置が圧縮比を制御するために印
   加信号の周波数と振幅とに応答する制御回路を含
   み、前記制御回路に一つのバンド除去ネツトワー
   クを設けると共に、コンプレツサの出力信号路に
   もう一つのバンド除去ネツトワークを備えるコン
   プレツサ。 ８ 特許請求の範囲第５項乃至第７項のいずれか
   一つに記載のコンプレツサにおいて、前記バンド
   除去ネツトワークが極限高周波数領域または極限
   低周波数領域において夫々ローパスフイルタまた
   はハイパスフイルタを備えるコンプレツサ。 ９ 特許請求の範囲第５項乃至第７項のいずれか
   一つに記載のコンプレツサにおいて、前記バンド
   除去ネツトワークが極限周波数領域において、ノ
   ツチフイルタを備えるコンプレツサ。 １０ 特許請求の範囲第５項乃至第７項のいずれ
   か一つに記載のコンプレツサにおいて、前記バン
   ド除去ネツトワークが極限周波数領域において、
   シエフルネツトワークを備えるコンプレツサ。 １１ 特許請求の範囲第５項乃至第７項のいずれ
   か一つに記載のコンプレツサにおいて、前記バン
   ド除去ネツトワークが極限周波数領域において、
   少なくとも6dBの深さを有するコンプレツサ。 １２ 特許請求の範囲第１１項に記載のコンプレ
   ツサにおいて、前記深さが６乃至10dBであるコ
   ンプレツサ。 １３ 特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれ
   か一つに記載のコンプレツサにおいて、前記制御
   装置は、ダイナミツクレンジに関して線形の主信
   号路と、入力を該主信号路の入力または出力に接
   続し、且つ出力を前記組合せ回路に接続する別信
   号路とを有し、前記別信号路が該組合せ回路によ
   り該主信号路を増幅するが、該主信号路信号以下
   の値に限定される信号を与え、前記フイルタ装置
   を該別信号路のみに配置するコンプレツサ。 １４ 特許請求の範囲第１３項に記載のコンプレ
   ツサにおいて、前記フイルタ装置が前記別信号路
   の入力信号路にあるネツトワークを含むコンプレ
   ツサ。 １５ 特許請求の範囲第１３項に記載のコンプレ
   ツサにおいて、前記圧縮比制御装置が、圧縮比を
   制御するために印加する信号の周波数および振幅
   に応答する、該別信号路にある制御回路を有し、
   前記フイルタ装置が、前記制御回路にあるバンド
   除去ネツトワークと、該別信号路の出力信号路に
   ある別のバンド除去ネツトワークとを有するコン
   プレツサ。 １６ 特許請求の範囲第１４項又は第１５項に記
   載のコンプレツサにおいて、前記ネツトワークが
   極限高周波数領域または極限低周波数領域におい
   て、夫々ローパスフイルタまたはハイパスフイル
   タを備えるコンプレツサ。 １７ 特許請求の範囲第１４項又は第１５項に記
   載のコンプレツサにおいて、前記ネツトワークが
   極限周波数領域において、ノツチフイルタを有す
   るコンプレツサ。 １８ 特許請求の範囲第１４項又は第１５項に記
   載のコンプレツサにおいて、前記ネツトワークが
   極限周波数領域において、シエルフネツトワーク
   を有するコンプレツサ。 １９ 特許請求の範囲第１項乃至第１８項のいず
   れか一つに記載のコンプレツサによつて圧縮し、
   且つ前記送信チヤネルを介して受信する信号のダ
   イナミツクレンジを伸長するエクスパンダと組合
   わせて用いるコンプレツサにして、前記エキスパ
   ンダが、ほぼ平坦な総合周波数応答を与えるため
   に、前記減衰される極限周波数領域を増幅する回
   路装置を備えるコンプレツサ。