JPH0359612B2

JPH0359612B2 -

Info

Publication number: JPH0359612B2
Application number: JP62270491A
Authority: JP
Inventors: Miruton Dorubi Ree
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-06-30
Filing date: 1987-10-28
Publication date: 1991-09-11
Also published as: BE889426A; BE889428A; ZA814433B; JPS5741015A; BE889427A; JPH0245385B2; JPS63119327A; ZA814423B; ZA814429B; JPS5741016A; JPS5748835A; JPH0243381B2; JPS63119328A; JPH0359611B2

Description

【発明の詳細な説明】本発明は一般的には録音送信システムに関し、
さらに詳しく言えば、このようなシステムにより
処理された信号のダイナミツクレンジを変更する
回路装置、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長す
るエクスパンダとを備えたノイズ低減装置に関す
る。本発明は、とくにオーデイオ信号を処理する
のに適用されるが、ビデオ信号を含めて他の信号
にも適用することができる。

コンプレツサとエクスパンダは、通常、ノイズ
を低減させるため両方いつしよに使用される（コ
ンパンダ・システム）。信号は送信または録音の
まえに圧縮され、送信チヤンネルからの受信また
は再生のあと伸長される。しかし、コンプレツサ
は圧縮された信号が最終目的に適当な場合引き続
いて伸長することなく、ダイナミツクレンジを狭
めるために、たとえば、送信チヤンネルの容量に
合わせるため単独で使用することができる。その
ほか、特定と製品、とくに、圧縮された放送信号
またはまえもつて録音された信号を送信したりあ
るいは録音することだけが意図したオーデイオ製
品にはコンプレツサだけが使用されている。また
特定の製品、とくに、すでに圧縮された放送信号
またはまえもつて録音された信号を受信したりあ
るいは再生することだけを意図したオーデイオ製
品にはエクスパンダだけが使用されている。さら
にある種の製品、とくに、オーデイオ録音再生装
置では、単一の装置が信号を録音するコンプレツ
サとしてのみならず圧縮された信号（またはまえ
もつて録音された信号）を再生するエクスパンダ
としてもモード切換えにより使用できるように構
成されていることが多い。

さらに詳しく言えば、本発明は、圧縮または伸
長を与えることのほか、レベルに応じた等化作用
を行なうコンプレツサとエクスパンダを有するノ
イズ低減装置に関するものである。磁気録音につ
いてはこのような等化作用を求める要求が高まつ
ている。なぜなら、とくに高い周波数で磁気テー
プが飽和する傾向があるからである。等化作用を
確保するためすでにいろいろな提案が行なわれて
おり、このうちいくつかのものが放送技術報告誌
（Rundfunktechn.Mitteilungen）の年報22巻
（1978年）第２号の63ページより74ページに発表
されている。特定の周波数における高レベル飽和
または過負荷効果の影響を受けやすい他の録音ま
たは送信媒体についても等化作用を求める要求が
高まつている。

１つの可能性（ただし、レベルに左右される等
化作用を提供することができない）は、コンプレ
ツサの後に高周波数ロールオフ回路を設け、エク
スパンダの前に補償ブースト（増幅）回路を設け
ることである。別法は、コンプレツサの前にロー
ルオフ回路を設けるとともに、エクスパンダの後
にブースト回路を設けることである。このような
技術の欠点は、すべてのレベルにおける信号が同
じロールオフ作用（及びこれに続くブースト作
用）をうけるので、得られるノイズ低減量が大幅
に減少することである。このような技術を利用せ
ずにノイズ低減量が20デシベル程度のものである
場合、ノイズ低減の損失は許容し得ることが示唆
されている（「放送技術報告誌」の論文）。しか
し、これは部分的にしか正しくない。実際に若干
のコンパクト・タイプのカセツト・テープについ
て調べてみると、テープ飽和効果は2KHz程度ま
で下がつており、この飽和効果を考慮して等化作
用を変化させると、可聴ノイズが大幅に増大す
る。

ロールオフ回路とブースト回路をレベルに応じ
て作動させるよう構成することにより上記の問題
を解消しようとする試みがなされた（米国特許第
4072914号参照）。ロールオフ回路の場合、ロール
オフは、低レベルのときより高レベルのときの方
が急激である。ブースト回路については、ブース
ト特性は、低レベルのときより高レベルのときの
方が同様に急激である。この方法の欠点の１つ
は、上述のような構成の結果、回路が大幅に複雑
になることである。

コンプレツサとエクスパンダの両方の制御回路
のまえに高周波ブースト回路を設ける提案も「放
送技術報告誌」に発表されているが、その結果得
られるロールオフは、主に高レベルで効果を得る
のが望ましいが、効果は中間レベルの信号の範囲
で認めることができるにすぎないと指摘されてい
る。一方、ビデオ録画システムでは使用されるプ
リエンフアシスにより高周波飽和の問題が生じる
おそれがある。同じような問題がFM放送にもみ
られる。

従つて、本発明の目的は、上述の問題を適切に
解決するシステム、すなわち、効果的でかつ簡単
な問題解決のためのシステムを提供することであ
る。

ハム等の低周波数雑音の低減は、広帯域のコン
プレツサとエキスパンダ、または低周波数と高周
波数とで別々に動作する回路を備えたコンプレツ
サとエクスパンダを用いて達成することができ
る。低周波数で雑音を低減することが有効な雑音
低減システムにおいては、テープの飽和によつて
コンプレツサとエクスパンダ間に追従誤差が生じ
ないようにするため、レベル依存型の低周波数等
化を行うことが望ましい。このレベル依存型の低
周波数等化を行わない場合には、多くの磁気テー
プ録音装置に組み込まれている3180μs（50Hzで＋
3dB）の録音時の増幅によりひどいテープ飽和が
起こり、例えば、オルガン音楽等で低周波数雑音
低減システムの追従誤差が生じ得る。

本発明のいま１つの目的は、必要な場合、低周
波数の範囲でも付加的に所要の等化作用を行なう
ことができる装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、飽和を受ける録音
媒体のヘツドルーム、したがつて、ダイナミツク
レンジを増加させることができることである。

本発明の出発点は、ダイナミツクレンジに関し
て線形の主信号路と、主信号路上の結合回路と、
入力が主信号の入力または出力に接続され出力が
結合回路に接続された別路とを有するコンプレツ
サまたはエクスパンダであり、該別路は、少なく
とも周波数帯域の上部では結合回路を経る主路信
号をブースト又はバツク（減衰）するが、入力の
ダイナミツクレンジの上部では別路の信号が主路
の信号より小さいよう制限されている信号を発す
る。

周波数帯域の上部は、一般には数百ヘルツの
値、たとえば、300〜400Hzの値より高方にある
が、より高い値を使用してもよい。たとえば、基
準レベルに関し−10dBから＋10dBまでにわたる
入力のダイナミツクレンジの上部では、別路の信
号は主路の信号より小さい。

このようなコンプレツサとエクスパンダはよく
知られており、広範に使用されている。これらコ
ンプレツサとエクスパンダの若干例が米国特許第
3846719号と米国特許第3903485号と米国再発行特
許第28426号に説明されている。このようなコン
プレツサとエクスパンダは、二重路型コンプレツ
サとエクスパンダと呼ばれている。別路信号はコ
ンプレツサを通る主路信号をブーストするが、エ
ンクパンダを主路信号が通ることが妨げる。タイ
プ（たとえば、米国特許第3046719号に開示さ
れている）の構成は、一般にオーデイオ装置に使
用されており、一方、（たとえば、米国特許第
3903485号に開示されているような）タイプは、
一般にビデオ装置に使用されている。

コンプレツサの場合、本発明では、主路にだけ
接続されていて、飽和により影響をうける周波数
帯域部分で周波数応答を低減させる働きをする周
波数依存回路を特徴とするものである。

エクスパンダの場合、本発明では、主路にだけ
接続されていて、飽和により影響をうける周波数
帯域部分での周波数応答を増大させる周波数依存
回路を特徴とするものである。

主路に設けられる周波数依存回路は、タイプ
とタイプの両方のコンプレツサとエクスパンダ
のいずれにおいても別路の接続点と結合回路との
間に接続されている。

本発明は、特許請求の範囲に記載されている完
全なノイズ低減システムを提供するものである。

飽和により影響をうける周波数帯域の前記部分
は、通常、もつとも高い周波数帯域部分であつ
て、実際の使用例ではオーデイオ周波数帯域の上
端部とみなされているものである。具体的には、
オーデイオの場合、15KHz、20KHz等であり、ビ
デオの場合、４から6MHzの範囲にある。

コンプレツサまたはエクスパンダが低い周波数
で作動するようにされた本発明に係るオーデイオ
装置においては、周波数依存回路は、たとえば、
約100Hzから典型的には約20Hzのオーデイオ周波
数帯域の下限に及ぶオーデイオ周波数帯域の下方
部分における周波数応答を低減させたり（コンプ
レツサの場合）増大させたりする（エクスパンダ
の場合）。

以下、本発明を図解した添付図面を参照しなが
ら本発明を詳細に説明する。

高周波飽和の問題は、磁気セープ式録音装置や
光学フイルム式録音装置すべてに共通した問題で
ある。この問題は、FM放送システムを含め、多
くの種類のプリエンフアシスを行なう録音送信シ
ステムにもみられる。この問題は低速テープ録音
装置、とくに低価格のテープ型式を採用した録音
装置にとつては、非常に厳しい問題ではあるが、
高品質の業務用磁気テープ式録音装置や光学フイ
ルム式録音装置にとつても比較的高レベルで録音
を行なう能力に好ましくない影響を及ぼしてい
る。すなわち、録音媒体が該録音媒体に印加され
る高レベルで周波数の高い信号を正確に録音する
ことができないのである。主な可聴効果は、相互
変調のひずみであり、また録音したものの中に含
まれる高周波の割合が減少していることである。
しかし、本発明と関連してこのような高周波飽和
の問題はけつして好ましいことではない。なぜな
ら、信号レベルと周波数の特定の組み合わせの場
合、このような高周波飽和が生じると、エクスパ
ンダの再生上の相補性が著しく損なわれるからで
ある。したがつて、高周波飽和の程度に応じて、
ある程度エクスパンダの再生信号の復号が不正確
になる。主な可聴効果は、通常、エクスパンダに
より高周波損失が誘張されることであるが、中間
周波数の信号が間違つて変調されることも前記可
聴効果に含めることができる。

図示の実施例は主としてカセツト・テープ録音
兼再生装置と関連したものであるが、本発明は業
務用の高級磁気テープ式録音送信システムや光学
テープ式録音送信システムにも適用することがで
きる。

第１図は、一般に使用されているカセツト式録
音再生装置の応答を示したものである。−20dBの
録音レベルでは応答は20KHzまでほぼフラツトで
ある。これより高い録音レベルではテープの高周
波飽和の効果がはつきりと現われ、0dBの録音レ
ベルでは非常に高い周波数のロールオフが起こ
る。普通のカセツト装置はこれよりも大幅に大き
い飽和効果を示している。

上記の飽和効果を低減するもつとも適確な方法
は、高周波飽和がやつかいな問題となる周波数領
域ではテープを過励振しないような方法で録音等
化を変えることである。しかるのち、相補的な方
法で再生上の等化を変更する。残念なことに、カ
セツト録音の場合、第１図より判るように、2K
Hz程度の周波数まで飽和効果が広がるおそれがあ
る。必要に応じて等化の状態を変えると、可聴ノ
イズが大幅に増大する結果となる。

後述の回路を使用すれば、処理周波数領域でノ
イズ低減を大幅に犠牲にすることなく、高周波効
果を低減する処理をほどこすことが可能である。
全領域ノイズ低減システム即ち、高周波数および
低周波数を含む全オーデイオ帯域に亘り雑音低減
を行うシステムが採用されている場合、低周波数
テープ飽和を減らすために同一技術を用いること
ができる。とくに、二重路式コンプレツサまたは
エクスパンダ回路ではほとんどの場合、別路を設
けることにより非常に低い信号レベルの回路出力
が確保されている。10dBのダイナミツク動作を
行なうこのような装置の場合、主路と別路の貢献
度は１対2.16の割合である。高い信号レベルでは
２路の役割は逆になり、主路は主要な信号成分を
提供し、別路の貢献度は無視し得る程度となる。

飽和低減効果またはひずみ低減効果は上述の観
察にもとづくものである。高周波励振または低周
波励振のさい所期の飽和低減またはひずみ低減を
提供する等化器がコンプレツサの主路に配置され
ている。高信号レベルで高周波ひずみ低減回路を
使用した場合の効果を図解した第２図に示されて
いるように、ほぼ完全な等化効果を得ることがで
き、その結果、高周波飽和を減らすことができ
る。しかし、低い信号レベルでは等化効果は低下
している。なぜなら、ノイズ低減路が占める貢献
度が大きくなるからである。たとえば、位相に関
する考慮を無視するとして、飽和防止回路網が特
定の周波数で12dB程度の減衰を与える場合、低
信号レベル効果は次のように表わすことができ
る。

0.25×１＋2.16＝2.41＝7.6dBすなわち、ノイズ
低減効果について2.4dBの損失に対し高レベル録
音励振における12dBの低減が得られたことにな
る。このような高度のひずみ低減は、たとえば
15KHzのような非常に高い周波数の場合しか必要
とされない。これより低い周波数では所要の飽和
減少は上記のものより少なくなり、これに応じて
ノイズ低減効果の損失も減少する。周波数が低い
場合、主な問題は、たとえば、上述のごときオル
ガン音楽の場合のように、低周波飽和問題をひき
起こす多くのテープ式録音装置に組み込まれてい
る3080usec（50Hzで＋30dB）録音ブーストの効果
をうち消してしまうことである。

オーデイオ装置の場合、適当な飽和防止回路網
に求める要件を次のように決定することができ
る。テープ、光学フイルム、FMチヤンネル等の
最大可器用出力レベルが低周波数から中間周波数
までの範囲で決定されるとともに、最高周波数に
至る比較的高い周波数範囲でも前記最大可使用出
力が決定される。この結果得られる最大出力レベ
ル曲線は、一般に耳にする音楽や演説の音にマツ
チした周波数の関数としてエネルギー分布をプロ
ツトした軌跡と比較することができる。このよう
なプロツトの一例が1973年６月に発行された
「ジヤーナル・オブ・ザ・オーデイオ・エンジニ
アリング・ソサイアテイ」の21巻、第５号の357
から362ページに掲載されている本発明者の論文
に発表されている。２つの曲線の間の差は所要の
高レベル飽和防止特性を表わしたものである。い
つたんこのような特性が決定されると、飽和防止
回路網がどのような周波数またはレベルでも圧縮
比の増加をもたらすのかどうかを判定するため、
得られた圧縮特性曲線をチエツクしなければなら
ない。もしそうであれば、ノイズ低減路の制限特
性を適宜変更するかあるいは直列に接続された何
組かのコンプレツサ（またはエクスパンダ）を使
用する場合、飽和防止特性を装置間に分布させる
ようにする。

同じような考え方をビデオ装置の場合にも適用
することができる。ビデオ録画装置の場合、しば
しば高周波数のプリエンフアシスを行ない、この
結果、FM過変調の問題が現われることが多い。
もし、米国特許（タイプ）と米国特許（タイプ
）に開示されているタイプのコンプレツサやエ
クスパンダを使用する場合、コンプレツサにもと
づく（数％程度の）残留オーバシユートが少ない
ため別の過変調が生じる傾向がある。しかし、こ
のようなオーバシユートは、本発明により補償す
ることができる（オーデイオ・システムの場合
も、残留オーバシユートを補償しようとする傾向
がある。）。

エンコーダ・ユニツトの場合、飽和防止回路網
だけで操作することが可能であるが、再生側で相
補的な補性を行なうことが好ましい。これによ
り、すべてのレベルについてフラツトな周波数レ
スポンスを持続することができる。以下の解析
は、所要の補正のタイプを示したものである。

タイプの二重路コンプレツサとエクスパンダ
の構成を図解した第３図を参照すれば、コンプレ
ツサへの入力信号をｘで表わし、情報チヤンネル
を通る信号ｙで表わし、エクスパンダの出力信号
をｚで表わす。F₁とF₂がそれぞれ、コンプレツ
サとエクスパンダの別路の伝達特性を表わし、
F_ASが飽和防止回路網の伝達特性を表わすものと
する。さらに、F′_ASがデコーダの所要補償特性を
表わすものとする。

ｙ＝（F_AS＋F₁）ｘまたｚ＝yF′_AS−zF₂F′_AS したがつてｚ＝F′_ASF_AS＋F₁F′_AS／１＋F₂F′_ASｘもし、F₁＝F₂かつF′_AS＝１／F_ASであれば、ｚ＝ｘである。

同じような導き方は第４図に図解されているタ
イプの構成にも適用することができる。

ｙ＝F_ASＸ＋F₁F_ASｙまたｚ＝F′_ASｙ＋F₂y したがつて
ｚ＝（F′_AS−F₂）／１F_AS−F₁ｘもし、F₁＝F₂かつF′_AS＝１／F_ASであれば、ｚ＝ｘである。

上記の諸式は、本出願人の先願発明より明らか
なように２つの別路回路網が同一でなければなら
ないことを示すばかりでなく、デコーダの飽和防
止補償回路網がエンコーダに使用されている回路
網の特性と逆の特性を備えていなければならない
ことを示している。抵抗とコンデンサを組み合わ
せるような方法で簡単な補正を行なうことができ
るが、もつと複雑な補正を行なう場合、とくにデ
コーダに要求されている逆特性を確保するためフ
イードバツク技術を採用することができる。

さて、第５図を参照すれば、主として磁気テー
プの録音及び再生に使用される２段のタイプの
構成について実施された本発明のブロツク・ダイ
アグラムが示されている。

図示の実施例は、確実に圧縮量を増加するため
カスケード接続されたコンプレツサ５２と５４を
使用するとともに、これに対応してカスケード接
続されたエクスパンダ５６と５８を使用してい
る。本発明は単一路のコンプレツサとエクスパン
ダに適用することができる。コンプレツサはそれ
ぞれ、主路に別路N₁とN₂の出力を付加する結合
回路１２を組み込んだ主路１０を備えており、し
かして前記別路N₁とN₂の入力は対応した主路の
入力に接続される。また、エクスパンダは、主路
１４と該主路１４から別路N₂とN₁の出力を差し
引く結合回路１６を備えており、この場合も前記
別路N₂とN₁の入力は対応した主路の出力に接続
される。

このようなコンプレツサとエクスパンダの構成
はよく知られているものであるから、改めて詳し
く説明することは省略する。しかし、別路N₁ま
たはN₂については主に２つの形式のものが採用
されている。そのうちの１つは（米国特許第
3846719号の第７図と第８図に示されているよう
な）フイルタであり、信号レベルが上昇するにし
たがつて、整流されかつ平滑化された制御信号に
より積極的に制限を行なうようにされた制御式リ
ミツタが前記フイルタのあとに設けられている。
もう１つのものは、（米国再発行特許第28426号に
開示されているような）スライデイングバンドタ
イプの高域フイルタであつて、その通過帯域は、
好適には固定の高域フイルタと直列に接続されて
いるフイルタの出力から大きい信号成分を取り除
くように制御信号により徐々に狭められている。
スライデイングバンドフイルタにとつて有利なコ
ーナー周波数値は休止状態で約375Hzであるが、
制御信号に応答してコーナー周波数の高パスは
徐々に狭くなつている。

第１と第２のコンプレツサ５２と５４は高周波
数かつ／または低周波数（かつ／またはその他の
特定の周波数または周波数範囲）の飽和防止型の
エンコーダ７４，７６を備えており、該飽和防止
回路による主信号成分が影響をうける。エクスパ
ンダ５６と５８は、テープ録音装置Ｔの再生側で
主信号成分に影響を及ぼす相補的な回路網を備え
ている。また、コンプレツサのうちの一方につい
てだけまた対応したエクスパンダについてだけこ
のような補償を行なうようにしてもよい。補償
は、例えばエンコーダ（コンプレツサ）のおだや
かな高周波ロールオフ（例えば10KHzより高い周
波数で増大する）と、デコータ（エクスパンダ）
の相補ブーストの形式で行なうことができる。

高周波チヤンネルの過負荷の低減は主信号成分
にだけ適用されるので、別路の中の低レベル成分
は影響をうけないから、過負荷の低減はノイズの
低減に大きく影響を及ぼすことはない。その結
果、チヤンネルの過負荷低減を中間周波数の範囲
まで下げることができる。

エンコーダ７４と７６の中に設けられている飽
和防止回路網とデコーダ７８と８０の中に設けら
れている相補的回路網が主信号路の中に設けられ
ている。この配置構成により主として主路の応答
が影響を受けるので、ノイズ低減効果の損失を非
常に低く押さえられる。何故なら、低レベルにお
いては大部分の信号が別路により与えられるから
である。したがつて、高度のノイズ低減損失を伴
うことなく飽和効果を確保するため、たとえば、
３〜6dB／オクターブというなだらかな高周波数
のロールオフを有するとともに、２〜3KHzまで
周波数を大幅に下げて（デコーダの相補ブース
ト）を備えた飽和防止回路網を提供すること可能
である。たとえば、第１図に示されているゼロ・
デジベルにおける周波数応答は、高周波数応答が
飽和が始まる約2KHzかり減りはじめていること
を示すものである。飽和防止回路網は高レベル信
号を運ぶ主チヤンネルの中に設けられているの
で、飽和をひき起こす信号が影響をうけるだけで
ある。

場合によつては、３〜6dB／オクターブのロー
ルオフの半分をエンコーダ７４と７６それぞれに
与え、相補ブーストの半分をデコーダ７８と８０
それぞれに与えるようにしてもよい。もし、ロー
ルオフとブーストをすべて単一のエンコーダ７６
とデコーダ７８だけが引きうける場合、関連した
コンプレツサまたはエクスパンダと関係のある特
定のレベルと周波数領域における前記コンプレツ
サまたはエクスパンダの圧縮化または伸長比は増
大する。しかし、消費者用装置では、単一の回路
網を使用するのが適切である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、カセツト・テープ録音兼再生装置の
代表的な応答曲線、第２図は、特性曲線の一例を
示す線図、第３図は、タイプのコンプレツサと
エクスパンダを図解したブロツク・ダイアグラ
ム、第４図はタイプのコンプレツサ及びエクス
パンダを示すブロツク・ダイアグラム、第５図
は、本発明による二系統コンパンダ・システムの
一実施例を図解したブロツク・ダイアグラムであ
る。１０，１４……主路、１２，１６……結合回
路、５２，５４……コンプレツサ、５６，５８…
…エクスパンダ、７４，７６……エンコーダ、７
８，８０……デコーダ。

Claims

【特許請求の範囲】１コンプレツサとエクスパンダとから成るノイ
ズ低減装置であつて、前記コンプレツサとエクス
パンダがそれぞれ、ダイナミツクレンジに関して線形の主路と、前記主路中に設ける結合回路と、前記主路に並列に設ける別路にして、少なくと
も高周波数部分では該コンプレツサ内で主路信号
を増幅すると共に該エクスパンダ内では主路信号
を低減させるが、高レベル入力に対しては主路信
号より小さい信号を供給する別路と、高周波数の一部でコンプレツサの周波数応答を
低減させ且つエクスパンダの周波数応答を相補的
に増大させるために前記主路のみに接続される周
波数依存回路にして、前記別路の接続点と前記結合回路との間に接続
される周波数依存回路とを含むノイズ低減装置。２特許請求の範囲第１項に記載のノイズ低減装
置において、前記周波数依存回路がオーデイオ周
波数帯域の上部でコンプレツサの周波数応答を低
減させると共に、エクスパンダの周波数応答を相
補的に増大させるノイズ低減装置。３特許請求の範囲第２項に記載のノイズ低減装
置において、前記周波数依存回路がオーデイオ周
波数帯域の下部でコンプレツサの周波数応答を低
減させると共に、エクスパンダの周波数応答を相
補的に増大させるノイズ低減装置。