JPH02500077A - 無線受信機用音声増幅器回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 無線受信機用音声増幅器回路 允里皇宜且 本発明は、電池により付勢される無線受信機用音声増幅器回路の分野に関するも のであり、具体的には、音声ひずみを減少し、また、知覚前（ｐｅｒｃｅｉｖｅ ｄ　Ｊｏｕｄｎｅｓｓ）の大きさを増加する回路に関する。

音声送信を受信するための無線周波受信機の設計において、聴取者が要求するだ け多くのスピーカへひずみの無い電力武力を与えるように調整できる音声増幅器 を含むことが望まれる。

しかしながら、大部分の増幅器は、クリッピングの近くでより効率的に動作し、 所定の電力出力に対して、他の類似設計の増幅器より小型で最大電力出力能力を 有する増幅器は、典型的に少ない電力出力を必要とするであろう。したがって、 無線受信機が電池により付勢される時、電池の消耗を（ｄｒａｉｎ）を減少し、 電池の充電または取換えの間の期間を延ばすため、最大増幅器電力能力を制限す るのが望ましくなる。これら２つの設計目標は明らかに衝突するものであり、無 線受信機が電池により付勢される時には音声増幅器にたいしては、妥協の最大電 力出力能力が選ばれるのが普通である。

第１図には、先行技術の無線受信機が図示される。この図を参照するに、受信機 の“前置”増幅、器の復調音声出力は、電位差計（ポテンショメータ）１０４を 介し音声増幅器１０６及びスピーカ１０８へ接続される。電位差計１０４は、ボ リューム（音量）制御（回転制御が想定される）として機能し、その回転のある 点で、音声増幅器１０６への入力信号は、増幅器をクリップさせるのに十分であ ろう。これは、第２Ａ図、第２Ｂ図、第２Ｃ図に図式的に説明され、その細い線 及び太い線はそれぞれ、第１図の先行技術回路の応答（レスポンス）及び第４図 （以下に説明）の本発明の応答（レスポンス）、を表示する。第２Ａ図、第２Ｂ 図、第２Ｃ図において、それぞれ、ボリューム（音量）制御１０４の、利得、聴 取者にたいする知覚音の大きさ、及び増幅器ひずみが、ボリューム制御の回路角 に対しプロットされている。

そのボリューム制御がその最小ボリューム位置（グラフの水平軸上の最も左）よ り進められれば、回転角２０２において増幅器１０６はクリップし始める。第２ Ａ図は、そのボリューム制御が点２０２をこえ（グラフの水平軸上で右方に）回 転されるにつれ、増幅器入力信号は増加することを図示し、しかし、第２Ｂ図、 第２Ｃ図はそれぞれ、ボリューム制御が点２０２を超え回転されるにつれ、知覚 ボリュームには実質的な変化はな（、ひずみが急速に増加するのを図示している 。

増幅器のクリッピング（ｃｆｉｐｐｔｎｇ）は、典型的な人間音声の周波数応答 プロットが図示される第３図を参照することにより最もよく理解される。典型的 な人間の音声は、略７００Ｈｚ、１５００Ｈｚ、及び２４００Ｈｚに中心をおく 、第１゜第２及び第３ピーク、または“フォルマント”を有する。第１フオルマ ントは第２フオルマントより１５ｄＢだけ強く、また、第２７オルマントは第３ フオルマントより６ｄＢだけ強（なる。

音声増幅器１０６クリツプし始める時に、第１フオルマント３０２の帯域幅内の 周波数は、第２フオルマント３０４及び第３フオルマント３０６の周波数の前方 でひずみ始める。第１フオルマントの第２及び第３ハーモニツク・プロダクト（ ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｐｒｏｄｕｃｔ）が、第２及び第３フオルマントの帯域幅内 におちるから、あいにく追加ひずみが発生する。かくして、ひずみは急速に増加 し、ひとたびひずみが始まれば、スピーカにおける知覚音の大きさには著じるし い増加はない。

したがって、了解度を同時に維持しながら、このひずみを減少し知覚音の大きさ を増加するように音声信号が増幅するに調節出来るとしたら、それは望ましいこ とであろう。

しい　の量゛ 第４図には、本発明の構成図が図示されている。この図を参照するに、アンテナ ４０２は既知の無線周波数受信機４０４の前置増幅器に接続される。無線前置増 幅器４０４は復調器を含み、その出力は、ステップ・アッテネータ（階段状減衰 器：５ｔｅｐ　ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）４０６の入力に接続される。

ステップ・アッテネータ４０６はなるべくなら、各ステップが０．２５ｄＢであ る２５０のステップを持つのが好ましい。

ステップ・アッテネータ４０６は、２５０ステツプの減衰の１つを選択のために 制御入力を有する。ステップ・アッテネータ４０６の出力は、バイパス（高域通 過型）フィルタ４０８０入力に接続される。バイパス・フィルタ４０８は、“ア クティブ（ａｃｔｉｖｅ）”及び“バイパス（ｂｙｐａｓｓ）″モードを有し、 それは制御入力により選択される。アクティブ・モードにおいて、フィルタ４０ ８は、コーナ周波数１．１ＫＨｚを有する２極バイパス・フィルタとして機能す る。しかし、バイパス・モードにおいては、ろ波作用（ｆｉｊ！ｔｅｒｉｎｇ） は与えられず、入力は必然的に出力に接続される。フィルタ４０８の出力は音声 増幅器４１０の入力に接続され、また、音声増幅器の出力はスピーカ４１２に接 続される。

好ましい実施例では、４セクシヨンのバイカッド（ｂｉ−ｑｕａｄ）スイッチド ・キャパシタ・フィルタが、アッテネータ４０６出力と音声増幅器４１０の入力 との間に接続される。そのスイッチド・キャパシタ・フィルタの１セクシヨンは 、バイパス・フィルタ４０８として機能し、他の３セクシヨンは、３００Ｈｚコ 一ナ周波数を有するバイパス・フィルタとして機能する。この特定の応用では、 “トーン・コード化スケルチ”信号として既知の制御信号は、ＤＣと３００Ｈｚ との間の周波数帯域で送信される。３００Ｈｚコ一ナ周波数を有する３個のセク ションは、これらの制御信号をろ波して取り除き、これらが音声増幅器４１０に 増幅されるのを防止する。好ましい実施例において、バイパス・モードに入るに は、バイパス・フィルタ４０Ｂの周波数が、１．１ＫＨ２より３００Ｈ２にたん に移行され、それにより、可聴下（ｓｕｂａｕｄｉｂｌ！ｅ）制御信号に対しさ らに減衰を与える。バイパス・フィルタ４０８のコーナ周波数の１．１ＫＨｚよ り３００Ｈｚへの変化は、フィルタ４０８の制御入力におけるクロック周波数を 変化させることにより達成される。スイッチド・キャパシタ・フィルタは、その フィルタのモードを制御する便利な方法を提供するが、他の既知の型のフィルタ もまた利用できる。

線形回転型逓変分圧器（ｊｉ！１ｎｅａｒ　ｔａｐｅｒ　ｒｏｔａｒｙ　ｐｏｔ ｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒ）４１４は、１つのエンド端子を接地に接続させ、他の端 子を正電圧源に接続させる。

前記逓変分圧器４１４のワイパ一端子は、アナログ・ディジタル・コンバータ４ １６の入力に接続される。Ａ／Ｄコンバータ４１６におけるビット数は、アッテ ネータ４０６において選択し得るステップ数を決定し、好ましい実施例において それは８ビツトを有する。Ａ／Ｄコンバータ４１６出力は、マイクロコンピュー タ４１８の入力ボートに接続される。

マイクロコンピュータ４１８は、なるべくなら低電力ＣＭＯ３の８ビツトコンピ ユータが好ましく、好ましい実施例ではＭｏｔｏｒｏｌａのＭＣ１４６８ＨＣ１ １マイクロコンピユータが使用される。マイクロコンピュータ４１８の１出力ボ ートは、アッテネータ４０６の制御入力に接続され、他の出力はバイパス・フィ ルタ４０８の制御入力に接続される。マイクロコンピュータ４１８は既知の“検 索（ｊ！ｏｏｋ　ｕｐ）　”テーブル・ソフトウェアを含み、これはボリューム 制御４１４の回転角度にもとづき、アッテネータ４０６に対し特定の減衰及びフ ィルタ４０８に対し特定のモードを選択する。具体的に云えば、そのマイクロコ ンピュータは、ボリューム制御の回転角度（実際には、その回転角度に直接に対 応するＡ／Ｄコンバータの２進出力）を読み出し、そのテーブルにおいて対応す るステップ・アッテネータ（階段状減衰器）の設定およびフィルタ・モードを検 索し、それに応じて適宜にアッテネータ及びフィルタを設定する。数学的にはア ッテネータ用検索テーブルは、第２Ａ図の太い曲線を不連続的にエミュレートす る。フィルタに対しては、検索テーブルは、単に、回転角度２０２以上ではフィ ルタを活性化し、その角度以下では第２Ａ図に図示の通りフィルタをバイパスす る。

動作においてステップ・アッテネータ４０６は、無線前置増幅器４０４の復調器 の出力に現われる電気音声信号の振幅を変化する可変利得手段°を与える。

マイクロコンピュータ４１８は、アッテネータ４０６の利得及びフィルタ４０８ のモードを制御する制御手段を提供する。

逓降分圧器４１４は、逓降分圧器の回転の関数としてスピーカより発せられる音 声ボリュームを選定するため、ボリュームの選択手段を提供する。

ボリューム制御（過変分圧器）４１４の適当な回転により、低ボリュームが選択 された時には、前記ボリュームＭ？１１４１４のワイパーに現われるアナログ電 圧は、Ａ／Ｄコンバーク４１６により８ビツト・ディジタル信号に変換され、次 にマイクロコンピュータ４１８へ接続される。マイクロコンピュータ４１８は、 適当な制御信号をステップ・アッテネータ（階段状減衰器）４０６に送り、そこ で利得は所定のレベルに設定されるであろう。低ボリュームに対して、マイクロ コンピュータ４１８は、フィルタ４０８をバイパス・モードに置き、そこで、ア ッテネータ４０６の出力は、本質的に音声増幅器４１００入力へ直結される。

ボリューム制御（過変分圧器）４１４が僅かに進められる時に、Ａ／Ｄコンバー タ４１６の出力は増分され、またマイクロコンピュータ４１８は、対応して新し い制御信号をステップ・アッテネータ４０６へ送り、約０．２５ｄＢだけその利 得を増大する。かくして、ボリューム制御（過変分圧器）４１４が進められるに つれ、マイクロコンピュータ４１８は、対応するステップ・アッテネータ４０６ の利得を増加する。結果的には、ステップ・アッテネータ４０６の利得は充分に 大きくなり、音声増幅器４１０が最小クリッピング・レベルになるようにする。

ボリューム制御（過変分圧器）４１４は、そのボリュームがこの最小クリッピン グ・レベル以上１２ｄＢとなるまで進んだ時に、マイクロコンピュータ４１８は フィルタ４０８をアクティブ・モードに切換え、フィルタは、１．１ＫＨｚのコ ーナ周波数を有する２極（形）応答（レスポンス）をとるものと考えられる。フ ィルタ４０８がアクティブ・モードに切換えられた時に、ステップ・アッテネー タ４０６が調整されない場合、スピーカ４１２より発せられるボリュームに著し い減少が聴取者に知覚できるであろう。したがって、フィルタ４０８がアクティ ブ・モードに切換えられる時には、マイクロコンピュータ４１８は、アッテネー タ４０６に利得を６ｄＢのステップだけ増加するように命令する。（６ｄＢの利 得の特定の増加は、反復的な聴取者テストにより実験的に決定された）。かくし て、フィルタ４０８をアクティブ・モードへ切換えることにより発生した。スピ ーカ４１２における知覚音の大きさの減少は、アッテネータ４０６の利得のステ ップ増加により補償される。したがって、スピーカ４１２における知覚音の大き さは、ボリューム制ｍ　（過変分圧器）４１４に進められるにつれ、滑らかに連 続的に増加するようにみえるであろう。

本発明の応答（レスポンス）特性は、第２Ａ図、第２Ｂ図、第２Ｃ図のグラフに 太線で図示されている。第２図を参照するに、ボリューム制御が点２０２迄進め られるにつれて、ステップ・アッテネータの出力には、なめらかで連続的な増加 が存在するのが明らかになるであろう０点２０２において、音声増幅器４１０は 、最小クリッピングレベル以上約１２ｄＢになるが、バイパス・フィルタ４０８ は、アクティブ・モードに切換えられる。同時に、マイクロコンピュータ４１８ は、アッテネータ４０６に命令し、その出力電圧を６ｄＢだけステップさせる。

ボリューム制御（過変分圧器）の４１４が点２０２を超えて進められると、ステ ップ・アッテネータ４０６の出力は、再びなめらかで連続的に増加する応答（レ スポンス）特性を示す。第２Ａ図の細い線は、第１図の電位差計１０４の出力を 図示し、本発明のステップ・アッテネータ４０６出力に対する直接の比較を提供 する。

第２Ｂ図に参照するに、本発明及び先行技術回路の知覚音の大きさは、点２０２ まで実質的に同一である（明らかにするため図面では太線及び細線に分離して示 されているが、実際には点２０２より左側は、これら曲線は殆んど同一である） ０点２０２において、先行技術回路はクリッピングに入り、音声増幅器１０６０ 入力における信号レベルを更に増加してスピーカ１０８における知覚音の大きさ を殆んど増加しない。しかし、好ましい実施例においてフィルタ４０８は、点２ ０２において切換えられ、スピーカ４１２の知覚音の大きさは、ボリューム制御 （過変分圧器）４１４が点２０２を超え進められるにつれ増加する。第２Ｃ図は 、同様に、ボリューム制御が点２０２を超え進められるにつれ、先行技術回路の ひずみが急速に増加するし、他方、本発明のひずみの増加は、より低い割合で増 加することを示している。

本発明の動作理論は、第３図を参照することにより最も良く理解される。第３図 において、典型的な人間の音声の周波数レスポンスが図示されている。既に説明 した通り、このレスポンスは、それぞれ第１．第２及び第３フオルマントと呼ば れる、ピーク３０２．３０４及び３０６を有している。第１フオルマント３０２ は主としてスピーカの認識に原因があり、他方、第２及び第３フオルマント３０ ４及び３０６は、ワード及びシラブル（ｓｙｊ！ｊ！ａｂｆｆｅ）の認識に原因 がある。第１フオルマント３０２は略７００Ｈｚに中心をおき、第２フオルマン ト３０４は略１５００Ｈｚに中心を置（から、フィルタ４０８をアクティブ・モ ードへ切換えることは、第１フオルマント３０２を減衰するだけである。第２及 び第３フオルマント３０４及び３０６は、フィルタ４０８の活性化により減衰さ れないから、了解度は失なわれないが、しかし、スピーカの認識は、僅かに低下 するであろう。

したがって所定の音声増幅器に対し、第４図の発明は、スピ゛−カにおける知覚 音の大きさを増加することが可能であり・同時に、高ボリューム・レベルにおけ るひずみを減少することが可能になる。この回路は、音声増幅器の最大電力能力 が電池チャージを維持するように典型的に制限される電池電源により動作する無 線受信機において主として有用である。制限のない電力源が使用できる場合、知 覚者の大きさの増加は、単に音声増幅器の最大電力能力の増加のみにより達成で きることは自明である。

国際調査報告

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．電気的音声信号の振幅を変化し、前記電気的音声信号の振幅を選択するため の制御入力を有する可変利得手段、前記可変利得手段に接続され、アクティプ・ モード及びバイパス・モードを有し、前記モードのうちの１つを選択する制御入 力を有するハイパス・フィルタ、前記フィルタに接続される音声増幅器、前記増 幅器に接続されるスピーカ、 前記スピーカより発せられる音声のボリユームを選択するボリユーム選択手段、 前記ボリユーム選択手段に接続され、前記可変利得手段及び前記フィルタを制御 する制御手段、 を組合せて構成され、それにより、 前記ボリユーム選択手段が所定レベルに進められる時に、前記フィルタの前記ア クティブ・モードが前記制御手段により選択され、同時に、前記可変利得手段が 、前記制御手段により前記電気的音声信号の振幅のステツプ増加を有するように 調整されることを特徴とする電池により付勢される無線受信機用音声増幅器回路 。
2. ２．前記フィルタは、実質的に１．１ＫＨｚのコーナ周波数を有し、 前記電気的音声信号の振幅の前記ステツプ増加は、実質的に６ｄＢであることを 特徴とする前記請求項１記載の音声増幅器回路。