JPH0393400A - 多重チャンネル・オーディオ・システムにおける低音域強化装置 - 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】 多重チャンネル・オーディオまたはビデオ・システム用
オーディオにおける低音域を強化するための斬新な装置
および技術に関する。

（背景技術） 多重チャンネル・オーディオあるいはビデオ用オーディ
オ・システムにおいては、各チャンネル１こ対して使用
される別個のラウドスビー力カラプログラム題材の中間
および高い周波数成分のみを再生し、単一の低音域トラ
ンスジューサから全てのチャンネルに対するプログラム
題材の低音域成分を再生することが有利な場合がある。

２チャンネルのステレオ・システムにおいては、低音域
は左右のチャンネルの低音域成分を電気的あるいは音響
的に加算することにより得ることができる。しかし、サ
ラウンド（立体感）あるいはアンビエンス（臨場感）の
如き別の情報チャンネルがあるならば、左右のチャンネ
ルの低音域部分を単に加算するだけでは不満足なものと
なるが、これはノーマルなチャンネル（単数または複数
）に対するこれらの付加されたチャンネルの音の大きさ
（ラウドネス）がプログラム題材に依存するものである
からである。

（発明の概要） 本発明による回路は、幾つのチャンネルがアクティブ状
態にあるか、あるいはこれらチャンネルがノーマル・チ
ャンネルに対してどれだけの大きさで再生されるかに拘
わらず、システムの認識された周波数応答は一定のまま
であるように、個別の低音域トランスジューサにより生
じる音圧レベルを制御する。

ｌ９８８年１１月２１日出願の係属中の米国特許出願第
０７／２７４．　３８１号において記載されるビデオ用
オーディオ・システムは、標準的なステレオ信号の供給
を受けるが、左側チャンネル、右側チャンネル、アンビ
エンス・チャンネノレおよび低音域チャンネルに対する
スビーカを駆動する信号を導き出す多重チャンネル・シ
ステムである。

このシステムは、左右のチャンネルの和により駆動され
約２００１１ｚまでの周波数範囲をカバーする単一の低
音域トランスジューサを有する。ステレオ情報は、約２
００乃至２０．０００Ｈｚの周波数範囲を取扱う前方に
向けられた２つの比較的高い周波数のドライバにより取
扱われる。最後に、「アンビエンス」即ち拡がりは、約
２００乃至２０．０００Ｈｚで作動し、また差の信号即
ち（Ｌ−Ｒ）信号が加えられる高い周波数の更に２つの
ドライバにより加えられ、これらのアンビエンス・ドラ
イバは部屋の境界から反射により聴取者に音を供給する
。前掲の米国特許出願に記載された一実施例においては
、これらアンビエンス・ドライバは部屋における音圧レ
ベルに対する入力からの全体的な利得が左右のチャンネ
ルのそれより約５ｄＢ大きくなるように駆動される。

このシステムにおいては、本発明による回路は、低音域
チャンネル増幅器の利得を動的に調整して、システムの
認識される周波数応答がプログラム題材により変化しな
いように、部屋における低音域レベルを生じる。

本発明の他の特徴および利点については、添付図面に関
して以降の記述を読めば明らかになるであろう。

（実施例） 図面の特定の図について述べる前に゛、本発明によらな
いシステムの特性および本発明の数学的基礎について考
察することは有益であろう。

ステレオ信号とは異なるがこれから得られる情報を有す
るチャンネル（単数または複数）を含むシステムにおい
ては、このチャンネルにおける信号の大きさは再生され
るプログラム題材における左右のチャンネル間の相関の
程度に依存することになる。異なるプログラム題材は、
取得チャンネルにおいて異なるレベルを生じることにな
り、従って入力から聴取者への伝達関数はプログラム題
材により変化することになる。

本発明による回路がなければ、プログラム題材のこのよ
うな変動は、単一のトランスジューサによりカバーされ
る低音域範囲ではなく、左右のチャンネルおよび取得チ
ャンネルが作動する周波数範囲における音圧レベルに影
響を及ぼすのみである。この作動モードは、下記の２つ
の状態を考察することにより更によく理解されよう。即
ち、（１）左右のチャンネル信号の内容が異なるノーマ
ル・ステレオ信号、および（２）２つのチャンネルの内
容が同じであるモノフォニック信号である。

最初に、左側のチャンネルにおける大きさＬ１および右
側のチャンネルにおける大きさＲの入力信号に関して記
載されるシステムに対し加えられるステレオ信号につい
て考察しよう。

電気的入力から聴取者の耳における音圧レベルへの伝達
関数は、システムにおける比較的高い周波数の各ドライ
バに対して同（であると考えることができる。下記の音
圧レベルが聴取者の場所において生じる。即ち、 左側チャンネルの高周波数ドライバ：　　Ｌ゛右側チャ
ンネルの高周波数ドライバ：　　Ｒ′第１のアンビエン
ス高周波数ドライバ：　Ａ（Ｌ−Ｒ）第２のアンビエン
ス高周波数ドライバ：　Ａ（Ｒ−Ｌ）但し、Ｌ゛は上記
の伝達関数を許容するＬから生じた音響出力を意味し、
Ａはアンビエンス・チャンネル増幅器に含まれる余剰利
得および等化である。全ての信号が大きさと位相の両方
を持つため、Ｌ，Ｒ，Ｌ’　　Ｒ’は全て複素数である
ことに注意。これらの音圧レベルは、含まれる波長がド
ライバ間の典型的な距離およびドライバ／聴取者間の距
離に比較して短い時、相互に関連しない状態で加算され
ることになる。従って、結果として生じる音圧レベルは
、 Ｌ’２＋Ｒ”＋［Ａ（Ｌ−Ｒ）’）”＋（Ａ（Ｒ−Ｌ）
’ｌ”）　　　（１）これは下式に等しい。

（Ｌ”＋Ｒ”＋２（Ａ（Ｌ−Ｒ）’ｌ２）　　　　　　
　　　　　（２）２００１１ｚより低いプログラム題材
は、先に述べたように、単一の低音域チャンネルにより
処理される。このため、このチャンネルが生じる音響信
号のレベルは、先に述べた音圧レベルに対し、また従っ
て選択された利得に対して適当なものでなければならな
い。

ルて ここで、システムがモノフォニツク信号が与えられる時
にどうなるかについて考える。この場合、両方のチャン
ネルにおける信号は等しい。

即ち、 Ｒ＝Ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３）式
（２）から、より高い周波数ドライバにより生じる音圧
レベルは下記となる。

へて１　ｌ　＋　１万　　　　　　　　　　　　　　　
（４）このレベルは、式（２）において与えられるステ
レオ入力に対するレベルより低く、このため、正しい音
響バランスのためには、更に低いレベルが低音域チャン
ネルにより生じなければならない。

換言すれば、低音域チャンネルは、ステレオ題材におい
て使用される時よりもモノフォニツク題材において使用
される時の方が低い利得を持たねばならない。

もし低音域チャンネルにおける利得がモノフォニツク信
号に対して正しくなるように調整サレるならば、システ
ムにステレオ信号が与えられる時低音域チャンネルにお
いて必要とされる余剰利得は、式（４）で式（２）を除
すことにより見出すことができ、下式の利得プーストを
生じる。

即ち、 式（５）により与えられるブーストは、単に上記の２つ
の状態に対してではなくどんなアンビエンス・レベルに
対しても適当なものとなる。アンビエンス信号が大きけ
れば、低音域プーストもまた大きくなり、その結果シス
テムの全体的な音響バランスは左右のチャンネル間の相
関量に依存しなくなる。

式（５）による回路処理信号は、左側チャンネルに対す
る検出器、右側チャンネルに対する検出器、および（　
Ｌ　−　Ｒ　）チャンネルに対する検出器を備えたシス
テムにおいて害施することかできる。

本システムは、下式に従って僅かに２つの検出器処理信
号により実施することができる。即ち、但し、Ｂはその
値がアンビエンス・チャンネルにおける利得Ａに依存す
る定数である。式（６）は式（５）の数学的に等価では
ないが、所望のブースト範囲のほとんどにわたり同じ結
果をもたらすことを示すことができる。

第１図は、式（５）の所要のブーストと、アンビエンス
・チャンネルＡの利得が５ｄＢの等価であり定数Ｂが１
であるシステムに対して式（６）により生じるプースト
との関係を示している。

０乃至９ｄＢのブーストの範囲にわたり、この両者はほ
とんど同じである。９ｄＢより高い範囲では、２つのチ
ャンネルが等しく位相が相互に完全に一致しない場合に
、より少ない検出器による構成が無限大のブーストに近
付く過剰プーストを生じる。

回路が生じ得るブーストの量に制限を与えることにより
、２つの回路の結果はこれら回路間の差異が聞こえない
程近付けることができる。この結果は！ｆＩ２図に示さ
れ、これにおいては２つの検出器回路の最大利得がｌｌ
ｄＢである。

第３図においては、本発明の一実施例の回路一ブロック
図が示されている。第３図の回路例は、下記の４Ｒ成要
素からなる。２つ以上のバイボーラ入力信号に応答して
２つ以上の信号を生じるためのレベル検出手段が設けら
れ、その出力は前記入力信号のＲＭＳ，平均あるいはピ
ーク値と等価である。前記レベル検出手段はユニポーラ
である必要はなく、前記入力信号は前に述べた帯域幅と
関連付けることもこれに限定する必要もない。前記入力
信号は、これに限定されないがレーザー・ディスク、１
ンパクト・ディスク、テープ、オフエア（ｏｆｒ　ａｉ
ｒ）　、蓄音機あるいは池の信号源を含む柚々のソース
から生成することができる。

前記レベル検出手段の出力に応答して対数一線形電圧（
デンベル単位）を生成する手段が設けられる。

前記対数一線形電圧発生器の出力に応答して差の信号を
生じる手段が設けられ葛。

その電圧利得（ｄＢ単位）が前記差の信号発生器により
線形的に制御される可変利得素子が含まれる。前記可変
利得素子は、第３の入力信号のレベルを振幅変調し、こ
れは前記第１または第２の信号のいずれとも関連付ける
必要はない。

演算増幅器Ａ３と可変相互コンダクタンス増幅器八から
なる可変利得要素は、式（６）により低音域チャンネル
信号を振幅変調する。可変利得素子の利得Ａ，は下式に
より表わされる。

即ち、 但し、２５℃におけるｇ．は約１６．２であり、！　ｍ
’ｂｇはトランジスタＱ３により生成される電流、Ｒ　
＋．はＩＯＫである。

トランジスタＱ３、Ｑ４は、各低音域における電圧ｖ２
′、Ｖｌ’間の差に比例する電流を生じる。

トランジスタＱ３、Ｑ４は、一定電流６００μ八で作動
する。

トランジスタＱｌ，Ｑ２は、それぞれ電流１１１１２を
流すダイオードとして作動し、下式により示される電圧
を生じる。即ち、 ｉＩ ■＋’　　＝　　Ｋ　ｔ／　ｑ　　Ｌ　ｎ　　．　　　
　　　　（８）ｌ　． ｖ２゜＝　Ｋ　ｔ／ｑ　Ｌｎ−４−’　　　　　（９）
１　， 但し、２５℃におけるＫ　ｔ　／　ｑは約０．　０２６
であり、ｉ．は素子が制御するパラメータ、本例の場合
には、ＩＱ−１４アンペアである。

ｊｒ＝Ｖ＋／Ｒ＋ ｉｔ　＝　　Ｖ　ｘ／　Ｒ　ｔ および、ｖｌは（Ｌ＋Ｒ）信号の平均値、ｖ２は（Ｌ−
Ｒ）信号の平均値であり、（　１　３　＋　Ｉ　ｍｂＪ
は６００μＡである。

更に、電圧ｖ，゜およびｖ２゜は実際は対数一線形であ
り、定着した作動パターンに従う。この作動のスケール
・ファクタは、入力電流ｉの３　ｍｙ／デシベルに限定
される。

ｊａｍ。は、下式により見出すことができる。

即ち、 ｖ１゜＝Ｖ，゜、ｉ　ａｂ＜−３００μＡ％およびｊｓ
＝３００μＡの場合には、（Ｌ−Ｒ）＝　（Ｌ＋Ｒ）で
あることに注意。

このような条件の場合、可変利得セル（Ａ３，Ａ４）は
６ｄＢの電圧利得を持つことになる。

可変利得の絶対屠度は、抵抗Ｒ．を含むことにより制御
することができ、ここで！　ｓｈｅがＯＡに近付くに従
い、回路の電圧利得は下記の如く制限される。即ち、 Ｒ，＝６１．９ＫおよびＲｘ＝ｌＯＫめ場合、最大低音
ブーストは実際の回路において略々１７ｄＢとなる。

実際に再生する音のチャンネル数に拘わりなく単一の低
音域トランスジューサが適当な量の低音域を生じること
を可能にするため、多重オーディオ・チャンネルがほと
んどのオーディオ得域幅にわたり使用されるどんな状態
においても、類似の回路を使用することができる。例え
ば、サラウンド音について考察しよう。サラウンド音検
出器は、コード化されたムービイの左右のチャンネルか
ーら得られる背部音のチャンネルを提供する。この背部
チャンネルを提供するスビーカは、これらが低い周波数
を再生する必要がなければ、非常に小さくすることがで
きる。

しかし、サラウンド信号の低音域部分を現在ある低音域
筐体に集めるだけでは、不正確な音のバランスを生じる
。このアンバランスは、アンビエンスにおけるように、
サラウンド情報が左右の信号間の差から得られる故であ
る。更に、サラウンド情報信号は、通常はこれを約２０
ミリ秒？け遅らせるため遅延線を通して送られる。

ノーマルなステレオの低周波数による遅らされた差信号
の低周波数を単に集めるだけで、予測できない振幅の櫛
形フィルタで濾波された結果成分を生じることになる。

本発明による回路を用いて、サラウンド・チャンネルが
活動状態にある時、部屋内に生じた音圧レベルの増加に
比例する低音域チャンネル（単数または複数）に対し余
分なプーストを送ることができる。アンビエンスの場合
におけるように、どんなプログラム題材における実際の
サラウンド量にも拘わらず、正確なプーストがシステム
全体の認識周波数応答を一定に■維持することになり、
その結果もしソフトウエアの１つの生じるならば、低音
域もまたこれに比例して大きくなる。

回路は、個々の低音域増幅チャンネルにおける動的に変
化するブーストを生じることに限定されるものではない
。本発明の原理は、フルレンジ・スピーカの低音域部分
に使用することができる。

このような用途に対する一例は、前面チャンネルに対す
るフルレンジ・スビーカ・システムにより単に中間周波
数および高周波数のみをカバーする小さなサラウンド・
スピーカを使用することによって提供される。この場合
には、回路は前面スピーカに対して送られる信号の低音
域部分のみをブーストすることができ、このようなブー
ストの周波数応答はサラウンド・スビーカの低い周波数
限度により決定される。その結果は、前面一左側および
前而一右側のチャンネルの動的な等化であり、その結果
これらチャンネルは、左右の低音域に加えて、サラウン
ド・スビーカを追加することにより生じ名部屋内の音圧
レベルにおける増加に比例する低音域を供給する。

他の実施態様も特許請求の範囲内に含まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の代替的な実施例の低音域ブースト間の
関係を示すグラフ、第２図はこれら実施例の１つから得
られる利得に制限を課す類似の関係を示すグラフ、およ
び第３図は本発明の実際の実施例のブロックー回路図で
ある。 掛４名） 〉 ｔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多重チャンネル・オーディオ・システムにおける低
   音域を改善する装置において、 左右の信号Ｌ、Ｒを含む比較的高い周波数音を放射する
   複数のチャンネルと、 低音域周波数レンジにおけるスペクトル成分を特徴とす
   る音信号を発射する比較的少ない数の低音域・チャンネ
   ルと、 比較的高い周波数チャンネルにおける信号の同時に生じ
   る振幅を表わす検出された信号を生じる検出回路と、 検出された信号を処理して低音域利得信号を生じる処理
   回路と、 前記低音域利得信号に応答して前記低音域 チャンネルの利得を制御して、前記比較的高い周波数チ
   ャンネルおよび前記比較的少ない低音域チャンネル数か
   らなるシステム全体の知覚される周波数応答が異なる比
   較的高い周波数チャンネルにおける可変信号レベルの存
   在時に実質上一定の状態のままであるようにする利得コ
   ントローラと、 を含み、 前記処理回路が、 前記Ｌ信号と前記Ｒ信号を加えた大きさを 表わす信号を受ける第１の回路と、 前記Ｌ信号から前記Ｒ信号を差し引いた 大きさを表わす信号を受ける第２の回路と、前記差信号
   を組合わせて前記低音域利得 信号を生じる組合わせ回路とを含み、 前記比較的少ない数の低音域チャンネルが、前記Ｌ信号
   と前記Ｒ信号を加えた低音域スペクトル成分を受ける入
   力と、出力と、利得制御入力とを有する可変利得増幅器
   を含み、 前記利得制御入力が前記低音域利得信号を 受ける、 装置。