JPH0316002A - 音声信号処理装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は周波数変調（ＦＭ変調）音声信号と映像信号と
を重畳して記録する磁気記録再生装置における隣接記録
トラックからのクロストークに基づく雑音を低減する音
声信号処理装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より，映像信号の輝度信号を周波数変調（ＦＭ変調
）し、色度信号を上記ＦＭ変調輝度信号の下側に周波数
変換して記録する磁気記録再生装置（以下、ＶＴＲと言
う。）における音声信号の記録方法の１つとして、ＦＭ
変調した音声信号を上記映像信号に重畳して記録する方
法（以下，音声ＦＭ重畳方式という。）が知られている
。ところで、近年の記録密度向上は目覚ましいものがあ
り，約十年前のＶＴＲに比べて１７倍もの高密度記録を
達成している。そして、このような高密度記録技術の進
歩にともない、カセットの小型化や回転シリンダ径の小
型化などにより，コンパクト化を計ったＶＴＲが開発さ
れ始めている．これら小型ＶＴＲでは、小型・軽量化や
磁気テープ走行速度の低速度化等のため、磁気テープ走
行系の慣性力が小さくなり今までの固定ヘッドを用いる
音声信号録再方式では、ワウ・フラッタ特性、再生Ｓ／
Ｎや再生周波数帯域等の点で十分な性能を得る事が困難
となってきており、上述した音声ＦＭ重畳方式などの新
たな音声記録再生方式を採用する必要性が増している。

音声ＦＭ！！ｉ方式の特徴としては， （１）テープ走行速度むらによる時間軸変動の影響を受
けにくいのでワウ・フラッタ特性が良い。

（２）再生周波数帯域がテープ走行速度に依存しておら
ず、広帯域化が可能である． などがあげられる． ここで、上述した音声信号を映像信号に重畳して記録再
生するＶＴＲの記録周波数スペクトラムについて考えて
みる。

音声信号搬送波の中心周波数は、輝度信号及び色度信号
に与える影響が最小になるように決めなくてはならない
。また、小型ＶＴＲ、特に回転シリンダ径の小さいＶＴ
Ｒでは、テープとヘッドの相対速度が低くなるため記録
周波数帯域が狭く、輝度信号搬送波の中心周波数をあま
り高く設定できない。そこで、輝度信号及び色度信号に
重畳する音声信号搬送波の中心周波数は、ＦＭ変調輝度
信号の下側で、できるだけ低い周波数とせざるをえない
。

第１図および第２図に映像信号とＦＭ音声信号との周波
数スペクトラムの一例を示す。第１図は、ＦＭ変調輝度
信号Ｙエと周波数変換色度信号Ｃ１の間にＦＭ変調音声
信号八〇を配した一例，第２図は周波数変換色度信号Ｃ
ｉの下側にＦＭ変調音声信号Ａ２を配した一例である。

しかしながら，記録時のテープ速度と異なるテープ速度
にて再生する、いわゆる可変速再生を行なうためや，ト
ラッキング余裕度を得るためにビデオトラック幅に対し
てヘッド幅を広くした場合、及びトラッキングずれが生
ずると隣接ビデオトラックの信号をも再生することにな
り、再生音声信号中に隣接ビデオトラックのＦ’　Ｍ音
声信号の影￥Ｉ（以下、隣接妨害と言う。〉のため、雑
音が生じ大変耳障りである。

特に、高記録密度化を計る場合、ビデオトラック幅が狭
くなるため、トラッキングずれが多く発生し隣接妨害が
音声ＦＭ重畳方式では問題となってくる。第３図は磁気
テープ２１に形成されるビデオトラックＴｉ，Ｔ２と、
ビデオヘッドＨの位置を模式的に示す平面図である． ここで、上記隣接妨害により生ずる雑音Ｄ　（ｔ）は、
第３図に示すごとくトラッキングがずれた場合、ビデオ
ヘッドＨがトレースしようとしているビデオトラックＴ
１から得られる第１のＦＭ音声信号（第３図Ａの部分よ
り得られる信号で、以下、希望ＦＭ音声信号という。）
のレベルをａ，隣接ビデオトラック　Ｔ２から得られる
第２のＦＭ音声信号（第３図Ｂの部分より得られる信号
で、以下、妨害ＦＭ音声信号という。）のレベルをｂと
し、希望ＦＭ音声信号と妨害ＦＭ音声信号との差周波数
をΔωとすると、 と表わされる。ここでｔは時間を表わす。すなわち，隣
接妨害雑音Ｄ　（ｔ）は，希望ＦＭ音声信号と妨害ＦＭ
音声イａ号との差周波数Δω（ビート周波数）の正弦波
として出力され，その振幅は妨害ＦＭ音声信号と希望Ｆ
Ｍ音声信号との振幅比ｂ／ａとその差周波数Δωとに比
例するものと考えられる。そこで、上述のＶＴＲにおけ
る隣接妨害を軽減するため、幾つかの方法が考えられて
おり、その１つの方法としてビデオトラックとその隣接
ビデオトラックとの間に無記録部分（ガードバンド）を
形或する方法がある。しかしながら、ガードバンドを形
或する方法では、磁気テープの利用効率が極めて低く、
高密度記録を計ることは不可能である．他の方法として
１本のビデオトラックを描く１走査毎にヘッドギャップ
の傾き（アジマス角度ψ〉の異なる回転ヘッドにより映
像信号を記録し、アジマス損失を利用してガードバンド
及び隣接妨害雑音をかくず方法（アジマス記録方式）が
ある．ここで、アジマス損失Ｌａは、テープ上のビデオ
トラック幅Ｗ，アジマス角度ψ．記録波長λとすると と表わせる。ここで、名は円周率を表わす．したがって
、このアジマス記録方式では，記録波長が短くなるほど
、また一般的にビデオヘッドか隣接トラックをトレース
する幅が狭いほど、そしてアジマス角度ψを大きくする
ほど，アジマス損失Ｌａが大きくなり隣接妨害を軽減で
きる。ここで，第４図にアジマス記録方式により隣接妨
害が軽減されることを示すアジマス角度、周波数対アジ
マス損失の特性の一特性例を示す。これ１上トラック幅
Ｔωが５８μｍ，相対速度υが５．８ｍ／Ｓの場合で、
記録信号の周波数が６２９ＫＨｚと３．４　Ｍ　Ｈ　ｚ
の特性例である。ところで、音声ＦＭ重畳方式における
音声搬送波の中心周波数は、上述したごとくあまり高い
周波数に設定できず、かつ、高記録密度化を計るために
はビデオヘッドが隣接ビデオトラックをトレースする幅
をあまり狭く出来ないので、実用上問題のないレベルま
で隣接妨害を減じるには、上述したごとくアジマス角度
ψを大きくするしかない。上記の数値例でＦＭ音声搬送
波周波数を１．３ＭＨｚとした場合、アジマス角度は２
０度以上必要となる。しかしながら、アジマス角度ψを
あまり大きくすると、磁気テープとヘッド間の相対的な
出力がｃｏｓψ倍となって、再生能力が減少してしまう
ことと、歩留り等のビデオヘッド製造上の問題が生じる
。またトラッキングずれによりヘッド切換時点等での再
生信号の時間軸不連続、いわゆるスキューが生じてしま
う。

ここで、スキュー量ｔは、トラッキング．ずれ量Ｘ、ア
ジマス角φ，ヘッド・テープ間相対速度ｖｈとすると と表わせ、アジマス角によって大きく変化する．また，
特に、テープ速度を拘束にして再生する、いわゆるサー
チ再生時は、画面上に数多くのスキューが発生し，画質
劣化が大きな問題となる．ゆえに、アジマス記録方式で
音声ＦＭ重畳方式における隣接妨害を減じるには限度が
あり，実用上十分なレベルであるとは言えない。

さらに他の方法として、特開昭５３−８０２０８号公報
では、ビデオトラック幅より狭いヘッド幅の再生ヘッド
を専用に設け、この再生専用ヘッドが隣接トラックにか
からないようにトラッキング制御を行う例が示されてい
る． （発明が解決しようとする課題〕 上記特開昭５３−８０２０８号公報に示された磁気記録
再生装置では、クロストーク妨害を防止するため、別に
再生専用ヘッドを必要とし、しかもこの再生専用ヘッド
は隣接する２トラックにまたがらないように位置制御さ
れなければならないため、非常に高精度のトラッキング
制御が必要であり、さらにヘッド幅が狭いため可変速再
生が困難となる。

本発明の目的は、隣接する２つのトラックが同時にトレ
ースされたときに生じる音声クロストーク妨害を減じる
ことができる音声信号処理装置を提供するにある。

〔課題の解決手段〕

本発明では、記録に際しては音声信号を圧縮し、周波数
変調し、再生に際しては再生信号を周波数復調し、伸張
する信号処理回路が設けられる。さらに本発明では、周
波数変調音声信号の記録又は再生のため回転磁気ヘッド
が設けられる．この回転磁気ヘッドは，磁気テープ上に
順次隣接形成されるトラックのトラック幅より充分に広
いヘッド幅に設定される．あるいは、この回転磁気ヘッ
ドは、２０度未満のアジマス角をもつ。

〔作用〕

記録又は再生される周波数変調音声信号が圧縮又は再生
されることにより，（１）式の差周波数Δωの大部分を
可聴周波数以上にすることができ，この結果差周波数成
分として発生するクロストークが感じられ難くなる．こ
のため、トラック幅よりも充分広いヘッド幅の回転磁気
ヘッドを用いることが可能となり、可変速再生や余裕度
をもったトラッキング制御が可能となる。ま・た，クロ
ストークが感じ難くなるので、アジマス損失を充分に確
保する必要がなく、したがって、回転磁気ヘッドのアジ
マス角を２０度以上に設定する必要もなくなる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。第５図は本発
明の磁気Ｅ録再生装置の音声信号記録回路の一実施例を
示すブロック図、第６図は本発明の磁気記録再生装置の
音声信号再生回路の一実施例を示すブロック図である。

第５図において、入力端子１から入力された音声信号は
１／２圧縮回路２にて，第７図に示す圧縮一伸張特性に
従い、大振幅部分は小さいレベルに、小振幅部分はノイ
ズレベルよりも大きくなるようにレベルが大きくされ、
第８図に示すごとくダイナミックレンジが１／２に圧縮
される。第７図において、Ｒｄは音声信号のダイナミッ
クレンジ、Ｌｎは雑音レベルを示す。圧縮回路２は、こ
れに入力される音声信号の信号レベルを検出するレベル
検出器とレベル検出器の出力信号で利得が変化する可変
利得増幅器で構成することができる。そして可変利得増
幅器は第８図の圧縮特性に従ってこれに供給される音声
信号の信号レベルが所定のレベルの場合はそのままの信
号レベルで音声信号を出力し、入力される音声信号の信
号レベルが所定のレベル以下となると可変利得増幅器の
利得を増大させて出力音声信号の信号レベルを大きくす
る。また入力される音声信号の信号レベルが所定のレベ
ルを越える場合には可変利得増幅器の利得を低下させ、
即ち可変利得増幅器を減衰器として動作させ出力音声信
号の信号レベルを小さくする。このようにして音声信号
のダイナミックレンジを圧縮する。

上記１／２圧縮回路２の出力信号は、ＦＭ変調器３でＦ
Ｍ変調される．ここで．ＦＭ変調器３は、搬送波中心周
波数約１．３ＭＨｚ、周波数偏移量約±５０ＫＨｚで動
作するが、小振幅音声信号の周波数偏移量は，１／２圧
縮回路２によりレベルが増加した分だけ１／２圧縮回路
２を通る前の信号に比べて大きくなる。該ＦＭ変調機３
の出力信号は，加算器４で入力端子７より入力される映
像信号と加算されたのち、回転磁気ヘッド５にて磁気テ
ープ６にその長手方向に対して斜めに記録される。例え
ば、回転磁気ヘッドは１７＠のアジマス角をもち、ヘッ
ド幅は２５μｍであり、１８．５μ幅のトラックが形成
される。

再生時に隣接妨害雑音が発生する原因は再生時に隣接ト
ラックに記録されているＦＭ音声信号がクロストークし
、再生トラックのＦＭ音声信号の瞬時搬送波信号とクロ
ストークしたＦＭ音声信号の瞬時搬送波信号の差の周波
数が可聴周波数帯域にあるからであり、瞬時搬送波信号
の周波数が高い周波数であれば、差の周波数が高くなり
これが可聴周波数帯域より高い周波数となれば、もはや
１ 音声信号のダイナミックレンジを了　に圧縮し、この圧
縮した音声信号で搬送波を周波数変調すると小振幅の音
声信号に対応するＦＭ音声信号の搬送波信号の周波数偏
移は大きくなり、搬送波信号の側帯波信号の多くは高い
周波数帯域に存在するようになる。

また記録されたＦＭ音声信号の瞬時搬送波信号の位相及
び周波数は隣接トラック間で相関がないので、再生時に
隣りのトラックに記録されたＦＭ音声信号がクロストー
クしても，再生トラックに記録されたＦＭ音声信号の搬
送波信号の瞬時周波数とクロストークしたＦＭ音声信号
の搬送波信号の瞬時周波数との差の周波数は可聴周波数
より高い周波数となる場合が多く、妨害雑音は聞えなく
なる。

すなわち、ＦＭ変調器３は音声入力信号がＯｄＢのとき
±５　０　Ｋ　Ｈ　ｚの周波数偏移が生じるように動作
するので、例えば、−１４ｄＢの音声入力信号が１／２
圧縮回路２により圧縮されずにそのままＦＭ変調器３に
よりＦＭ変調されると±１０ＫＨｚ（＝±５０ＸＩＱ−
”ＫＨｚ）の周波数偏移が生ずる。このＦＭ変調信号が
隣接するビデオトラックＴｌ，Ｔ２として記録され、ビ
デオヘッドＨにより同時に再生されると、ビデオトラッ
クＴｌ，Ｔ２から読出された２つの再生信号の瞬時周波
数の差周波数はＯから２０ＫＨｚの範囲となり、すべて
の隣接妨害雑音が２０ＫＨｚ以下の可聴周波数帯域内と
なる．しかし，−１４ｄＢの音声入力信号が１／２圧縮
回路２により−７ｄＢの信号に圧縮されてＦＭ変調され
るとその周波数偏移は±２２ＫＨｚの周波数偏移となり
ｌ！３１接妨害雑音の周波数（２つの再生信号の瞬時周
波数の差周波数）はＯから４　４　ＫＨ　ｚの範囲に分
布することになり、大半の隣接妨害雑音を２０ＫＨｚ以
上の可聴周波数帯域外の周波数にすることができる。

換言すれば，０から２０ＫＨｚに分布する隣接妨害雑音
がＯから４４ＫＨｚの範囲に分布する隣接妨害雑音に周
波数的に拡散されるので、可聴周波数帯域内の雑音エネ
ルギが減少して隣接妨害雑音はほとんど感知されなくな
る。仮りにこの場合差周波数が正弦波状に変化したとす
ると全期間の約７０％が可聴周波数以上となる。これを
一般的に表すと、入力信号がＯｄＢのときの周波数偏移
が±θＫＨｚであるＦＭ変調器３に対して、周波数偏移
がすべて±１０ＫＨｚ以内（差周波数が２０ＫＨｚ以下
）となる上限の入力レベルは２０１ｏｇ１０ １刊Ｂであるのに対し、この上限の入力レベルかって，
圧縮されないときは差周波数すべてが可入力信号レベル
でも圧縮されてＦＭ変調器３に入力されると、隣接する
ビデオトラックＴｌ．Ｔ２から同時に再生された２つの
信号の瞬時周波数の差周波数が可聴周波数２０ＫＨｚ以
上となるような周波数偏移がＦＭ変調信号に生じること
になり，隣接妨害が軽減できるという本発明の効果が得
られる。

このように隣接妨害が軽減されるため、回転磁気ヘッド
５のヘッド幅をビデオトラックＴｌ，Ｔ２のトラック幅
より大きくして、可変速再生や余裕度をもったトラッキ
ング制御を行うことが可能となる．また、アジマス角を
大きくしてアジマス損失を大きくする必要がないため、
ヘッドからの再生出力を充分に確保することができる。

また記録された音声信号はその信号レベルが所定レベル
以下の場合には搬送波信号の周波数偏移を広げ、逆に所
定レベル以上の場合には周波数偏移を狭くして記録され
ているためＦＭ音声信号の周波数帯域を狭くすることが
できる。

以上は音声信号のダイナミックレンジを単に圧縮させた
だけで、音声信号の振幅周波数特性を変化させるもので
はないが、その他の方法、例えば振幅周波数特性をも変
化させて雑音除去の動作をするものなどでも良い。また
音声信号の特定の帯域の信号レベルに応じて振幅，振幅
周波数特性を変化させて雑音除去の動作するものでもよ
い。即ち音声信号の周波数が低い場合には隣接妨害信号
の周波数が可聴周波数帯域内の周波数になり易い．また
音声信号の周波数が高い場合には隣接妨害信号の周波数
は可聴周波数舟域より高い周波数にな１ り易い。そこでＴ圧縮回路２の振幅周波数特性に変化を
持たせ，低い周波数の音声信号のみその信号レベルを増
大させることにより隣接妨害信号の多くを可聴周波数帯
域外の周波数にすることができる。また音声信号周波数
が低くかつ信号レベルが小さい場合のみその信号レベル
を増大させるようにしても隣接妨害信号の多くを可聴周
波数帯域外の周波数にすることができる。

次に第６図の音声信号再生回路において、磁気テープ６
より磁気ヘッド５にて再生された信号は、帯域通過フィ
ルタ（ＢＰＦ）８に入力される。上記ＢＰＦ８は、再生
信号よりＦＭ音声信号を抽出する。ここで、抽出された
ＦＭ音声とのレベル比は、たとえば、アジマス角１７度
、周波数１．３ＭＨｚ、トラック＠１８．５μｍ、ビデ
オヘッド幅２５μｍとすると、約２２ｄＢである。また
、磁気ヘッド５にて再生された信号は、出力端子１２よ
り映像信号再生回路（図示せず）へも出力される。上記
抽出されたＦＭ音声信号は、ＦＭ復調器９にて音声信号
に復調される。復調された音声信号は、ダイナミックレ
ンジを１／２に圧縮されたままなので、２倍伸張回路１
０にて圧縮されたダイナミックレンジを第７図に従って
元のレンジに伸張する。

元のダイナミックレンジに戻された再生音声信号は、第
８図に示すごとくノイズレベルも同じ伸張動作を受け小
さい雑音レベルとされるため、雑音の抑えられた信号と
して出力端子１１より出力される。

ここで、上記ＶＴＲにてＦＭ音声信号を再生した場合の
隣接妨害雑音の雑音周波数スペクトラムの一特性例を、
上記した１／２圧縮回路２及び２倍伸張回路１０よりな
る雑音除去回路を用いた場合と用いない場合とに分けて
第９図に示す。

第９図において，Ｋは雑音除去回路がない場合、■は雑
音除去回路を用いた場合をそれぞれ示す。

第９図より明らかなように、上記雑音除去回路を用いた
場合は、隣接妨害雑音を約２０ｄＢ程度改善できること
がわかる。

なお２倍伸張回路１０は±圧縮回路２と全く２ 逆の特性を持っており、この伸張回路１０も圧縮向路２
と同様に入力される音声信号の信号レベルを検出するレ
ベル検出器と，レベル検出器の出力信号で利得が変化す
る可変利得増幅器とで構威することかできる。なお可変
利得増幅器は減衰器として動作し，第８図の伸張特性に
従って入力音声信号を減衰させることにより，音声信号
のダイナミンクレンジを伸張し元の音声信号のダイナミ
ックレンジに戻すことができる。

このように本発明はＦＭ音声信号の周波数偏移量を実効
的に増加させるものであるから，ＦＭ音声信号の周波数
帯域を広げることなく実用上十分なレベルまで隣接妨害
を低減することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明を用いれば、以下に示すよ
うに、 １．［単な回路構或にて実用上十分なレベルまで隣接妨
害を低減できる。

２．ビデオトラック幅をさらに狭くすることができるた
め高密度記録が行なえる。

３．ＶＪ接妨害雑音以外のノイズも同時に低減できる。

４．見かけ上の音声信号の周波数偏移量を増加させ、差
周波数を可聴帯域外とする方法であるの゛で、記録に必
要な周波数帯域幅が小さくてよい。

５．必要な周波数帯域幅が小さくてよいことから、回転
シリンダ径を小さくできる。

６．複雑な機構，回路を用いなくとも良好な音質の可変
速再生が行なえる。

７．音声占有帯域が小さくてよいことから，映像信号の
影響、いわゆる映像バズによる音質劣化が生じにくい。

などの数多くの特徴を有し、ＶＴＲの小形化に対してそ
の効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は，音声ＦＭ重畳方式における信号周
波数スペクトルの例を示す周波数スペクトル図、第３図
は隣接妨害の説明のための磁気テープの平面図、第４図
はアジマス角度、記録波長対アジマス損失の特性を示す
特性図、第５図及び第６図は本発明を用いた音声信号記
録回路及び再圧縮回路及び２倍伸張回路の動作の説明の
ためのレベル説明図、第８図は同じく入出力特性図、第
９図は隣接妨害雑音減少の効果を示す隣接妨害雑音振幅
の周波数特性図である． ２・・・１／２圧縮回路　　　１０・・・２倍伸張回路
５・・・ビデオヘッド アジ゛マスβν室．φ（Ｓ．） 口 第 周波紋一 第 ７ 閉 第 ｇ閉 Ｏ 人力しベル 第 ９ 閉 工 周波漫紅ＫＨＥ）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．磁気テープに対して斜めトラック軌跡を描く回転磁
   気ヘッドと、 ダイナミックレンジが圧縮された後に周波数変調された
   周波数変調音声信号を処理する信号処理回路と、 上記回転磁気ヘッドと上記信号処理回路とを電気的に接
   続する接続手段とからなり、 上記回転磁気ヘッドのヘッド幅が、上記磁気テープに形
   成されるトラック幅よりも充分に広い ことを特徴とする音声信号処理装置。
2. ２．上記ヘッド幅が２５μｍであり、 上記トラック幅が１８．５μｍである ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の音声信号
   処理装置。
3. ３．上記信号処理回路は、上記周波数変調音声信号を上
   記接続手段を介して上記回転磁気ヘッドに対して出力す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の音声信
   号処理装置。
4. ４．上記信号処理回路は、上記周波数変調音声信号を上
   記接続手段を介して上記回転磁気ヘッドから供給され、
   上記周波数変調音声信号を復調・伸張することを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の音声信号処理装置。
5. ５．上記回転磁気ヘッドのアジマス角が２０度未満であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の音声信
   号処理装置。
6. ６．磁気テープに対して斜めトラック軌跡を描く回転磁
   気ヘッドと、 ダイナミックレンジが圧縮された後に周波数変調された 周波数変調音声信号を処理する信号処理回路と、 上記回転磁気ヘッドと上記信号処理回路とを電気的に接
   続する接続手段とからなり、 上記回転磁気ヘッドのアジマス角が２０度未満である ことを特徴とする音声信号処理装置。
7. ７．上記回転磁気ヘッドのアジマス角は１７度であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の音声信号処
   理装置。