JPH05183363A

JPH05183363A - 信号処理方法及びその装置

Info

Publication number: JPH05183363A
Application number: JP34851291A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Kimura; 英俊木村
Original assignee: Tokai University
Current assignee: Tokai University
Priority date: 1991-12-06
Filing date: 1991-12-06
Publication date: 1993-07-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】過大な入力信号に対して出力側で耳障りな音
を軽減できるようにする。【構成】入力端子Ｔｉに入力された入力信号は増幅回
路１で増幅された後にＡＤ変換器２でデジタル信号に変
換される。このデジタル信号は、変換手段であるＤＳＰ
３により一定の処理がされる。ＤＳＰ３は、出力端子Ｔ
ｏから出力信号として許容される正負最大値に相当する
しきい値を超えたとき振幅値の符号がほぼ聞こえないレ
ベルに相当する符号に変換する。この変換されたデジタ
ル信号は、ＤＡ変換器４でアナログ信号に変換される。
このアナログ信号は、増幅回路５で増幅されて出力信号
として出力端子Ｔｏから取り出すことができる。これに
より、過大な入力信号が入力端子Ｔｉに印加されても、
出力端子Ｔｏからは無音状態の信号が出力されるので、
聴き手は耳障りな音を聴く必要がなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音声・音響に関する信
号を処理する信号処理方法及びその装置に関し、特に耳
障りな音が出力されないようにした信号処理方法及びそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の信号処理装置としては増幅装置
がある。この増幅装置は、マイクロホン等からの入力信
号を増幅してスピーカから音声・音響等を出力する装置
等として知られている。

【０００３】図６に従来の増幅装置を示す。この増幅装
置１０１は、入力端子Ｔｉに印加された入力信号を増幅
し、その増幅後の信号を出力端子Ｔｏから出力する装置
である。この増幅装置１０１は、過大な入力信号に対し
ては、出力レベルが飽和するために音が歪んで耳障りと
なったり、大きな雑音入力がある場合は聴き手に不快感
や苦痛を与えることがあった。このため、増幅装置１０
１には、図示しないが自動利得制御回路（以下ＡＧＣ回
路という）が設けられているのが一般的である。このＡ
ＧＣ回路により、この増幅装置１０１は、その利得が調
整されて適正なレベルの出力信号が得られることにな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の増幅装置にあっては、ＡＧＣ回路は、平均的な
出力信号の利得を制御することができても、時間的な変
化については追従することができないものであった。す
なわち、ＡＧＣ回路の付加した従来の信号処理装置の場
合、ＡＧＣ回路の応答の遅れにより、急激に正負に増大
する信号に対して応答ができずに大きな音が出力された
り、あるいは逆に大きな信号が入力された直後には増幅
装置の利得が低下し、その後の入力信号に対して十分な
増幅機能を果たさないという欠点があった。

【０００５】本発明は、上述した欠点に鑑み、過大な入
力信号に対して出力側で耳障りな音を軽減できる信号処
理方法及びその装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明は入力信号をデジタル信号に変換し、このデ
ジタル信号に一定の処理を施し、その処理後のデジタル
信号をアナログ信号に変換してから出力信号として出力
できる信号処理方法において、前記デジタル信号に施さ
れる一定の処理を、前記出力信号として許容される正負
最大値に相当するしきい値を超えたとき振幅値の符号が
ほぼ聞こえないレベルに相当する符号に変換することと
したものである。

【０００７】また、本発明による信号処理装置は、入力
信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器
と、デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタルア
ナログ変換器とを備え、デジタルアナログ変換器からの
アナログ信号に基づいた出力信号を出力する信号処理装
置であって、前記デジタルアナログ変換器に与えるデジ
タル信号を、前記出力信号として許容される正負最大値
に相当するしきい値を超えたとき振幅値の符号がほぼ聞
こえないレベルに相当する符号に変換する変換手段を設
けたことを特徴とするものである。

【０００８】更に、請求項２記載の発明において、前記
変換手段は、デジタルアナログ変換器に与えるデジタル
信号を、前記出力信号として許容される正負最大値に相
当するしきい値を超えたとき振幅値の符号がほぼ聞こえ
ないレベルに相当する符号に変換するデジタル信号処理
回路で構成すればよい。

【０００９】また、同様に、上記変換手段は、前記出力
信号として許容される正負最大値に相当するしきい値を
超えたとき振幅値の符号がほぼ聞こえないレベルに相当
する符号に変換する回路構成とし、これをデジタルアナ
ログ変換器、アナログデジタル変換器、またはデジタル
アナログ変換器とアナログデジタル変換器の間に設けれ
ばよい。

【００１０】

【作用】請求項１記載の方法では、入力信号が一定のし
きい値を超えたときに、無音あるいは無音に近いレベル
となる符号に変換し、このように変換してなるデジタル
信号を基にアナログ信号に変換している。したがって、
入力信号が一定のしきい値を超えたとしても、聴き手は
大きな音を聞くことがなくなり、聴き手の音質が著しく
改善されることになる。

【００１１】また、請求項２記載の装置では、入力信号
をアナログデジタル変換器でデジタル信号とし、これを
変換手段で入力信号が一定のしきい値を超えたときに、
無音あるいは無音に近いレベルとなる符号に変換し、つ
いでデジタルアナログ変換器でアナログ信号に変換し、
これを出力している。したがって、聴き手は大きな音を
聞くことがなくなることになる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。

【００１３】図１に本発明の信号処理方法を実現する増
幅回路の一実施例を示す。この増幅装置は、入力端子Ｔ
ｉに入力された入力信号をデジタル信号に変換し、この
デジタル信号に一定の処理を施し、その処理後のデジタ
ル信号をアナログ信号に変換してから出力信号として出
力端子Ｔｏから出力する装置であって、増幅回路１、Ａ
Ｄ変換器２、デジタル信号処理回路（以下ＤＳＰとい
う）３、ＤＡ変換器４、増幅回路５を備え、下記のよう
に構成されている。すなわち、入力端子Ｔｉは増幅回路
１に接続されており、入力端子Ｔｉに印加された入力信
号を増幅回路１に導くようにしてある。この増幅回路１
は、一般的には、不要な周波数成分を除去するためのフ
ィルタと、その利得を入力信号のレベルに応じて調整制
御するＡＧＣ機能を有している。増幅回路１の出力端は
アナログ−デジタル（ＡＤ）変換器２に接続されてお
り、増幅後の信号をＡＤ変換器２に供給するようにして
ある。ＡＤ変換器２は、増幅回路１から入力されたアナ
ログ信号をデジタル信号に変換する装置であり、そのデ
ジタル信号をＤＳＰ３に供給する。ＤＳＰ３は、入力さ
れたデジタル信号を予め定めた手順により処理して出力
する回路であり、入力されたデジタル信号が出力端子Ｔ
ｏへの出力信号として許容される正負最大値に相当する
しきい値間にあるときに入力デジタル信号を処理をせず
にそのまま出力し、前記しきい値を超えたときに、入力
デジタル信号に代えて、振幅値の符号をゼロ（無音）に
相当する符号に変換して出力するようになっている。こ
のＤＳＰ３からの処理出力信号はデジタル−アナログ
（ＤＡ）変換器４に与えられる。ＤＡ変換器４は、入力
されたデジタル信号を所定のアナログ信号に変換する装
置であり、そのアナログ信号を増幅回路５に供給する。
増幅回路５は、ＤＡ変換器４からのアナログ信号をフィ
ルタ等をかけて増幅し、その増幅後の信号を出力端子Ｔ
ｏから取り出せるようにしてある。なお、上記ＤＳＰ３
の場合、しきい値を外部から簡単に変更できる。これ
は、ＤＳＰ３の内部メモリに記載されるしきい値を書き
換えることが可能であるからである。

【００１４】このように構成された実施例の作用を図１
を基に図２〜図３を参照して説明する。尚、図２には本
発明の実施例において瞬間的に過大な信号が入力された
ときの処理を説明するための波形図を示し、横軸が拡大
した時間、縦軸が信号レベルを示している。図３には本
発明の実施例における増幅作用を入力信号と出力信号の
関係の波形図を示し、横軸が時間、縦軸が信号レベルを
示している。

【００１５】入力端子Ｔｉに入力された信号は、増幅回
路１で適当なレベルまで増幅される。増幅回路１の増幅
後の出力信号は、例えば図２の信号Ｓで示される。この
信号Ｓは、ＡＤ変換器２において、サンプリング時間ｔ
₁，ｔ₂，ｔ₃，…，ｔ₁₇，…毎にデジタル信号に変換
される。ＡＤ変換器２で変換されたデジタル信号は、Ｄ
ＳＰ３に供給される。ＤＳＰ３では、入力されたデジタ
ル信号が、出力端子Ｔｏへの出力信号として許容される
正負最大値に相当するしきい値Ｌｐ，Ｌｍの間にあると
き（図２では、時刻ｔ₁〜ｔ₅，ｔ₉〜ｔ₁₄）に処理を
せずに出力し、前記しきい値Ｌｐ，Ｌｍを超えたとき
（図２では、時刻ｔ₆，ｔ₈，ｔ₁₆）に振幅値の符号を
ゼロ（無音）に相当する符号に変換して出力する。この
ようにしてＤＳＰ３から出力されたデジタル信号は、Ｄ
Ａ変換器４において、図２のアナログ信号Ａｄに変換さ
れる。このアナログ信号Ａｄは、増幅回路５でフィルタ
をかけられて増幅された後、図２のアナログ信号Ａｏと
して出力端子Ｔｏから出力されることになる。なお、上
述のように上記実施例を動作させると、時間軸を拡大し
た場合に図２に示す波形となるが、時間軸を縮小した場
合には、図３（Ａ）に示す入力信号Ｓｉが出力端子Ｔｏ
への出力信号として許容される正負最大値に相当するし
きい値Ｌｐ，Ｌｍを超える期間（Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃）に
ついて、図３（Ｂ）に示すように無音の部分が形成され
ることになる。

【００１６】このように本実施例では、最大振幅を超え
る出力値では無音の状態になり、従来の増幅装置のよう
に許容される最大振幅を超える出力値でもそのまま出力
されるというようなことがない。したがって、所定の大
きさ以上の過大な音声あるいは雑音入力がある場合に
は、最大値以上の大きな音の代わりに無音の時間ができ
ることになる。これにより、耳障りな大きな音が除かれ
ることになり、聴き手にとっての音質が格段に改善され
ることになる。

【００１７】なお、上述したように無音の時間が聴き手
に与える影響は、無音の時間が短い範囲の場合には、通
常の会話や講演等の話言葉に対してはほとんどない（十
分に小さい）ことが知られている。さらに、一般的に、
大きな音を聴いた直後は、マスキング効果により、しば
らくの時間（数秒／１０）、聞き取りの能力が低下する
ことが知られている。しかしながら、本発明によれば、
大きな音に対して無音となることから、上述したことを
防止することができる。

【００１８】上述したように本実施例では、入力信号Ｓ
ｉが出力端子Ｔｏへの出力信号として許容される正負最
大値に相当するしきい値Ｌｐ，Ｌｍを超えたときに、振
幅値の符号をゼロ（無音）に相当する符号に変換してＤ
Ａ変換器４に与えるようにしたものであるが、必ずしも
ゼロにすることはない。

【００１９】それでは、この点について以下に説明す
る。図４に、耳に聞こえる音の周波数〔Hz〕に対する音
圧レベル〔dB〕の関係を示す（「聴覚と音響心理」、境
久雄、中山剛著、コロナ社、昭和５３年５月）。図４に
おいて、符号１１，１３〜１５は受話器による最小可聴
限、符号１２，１６は音場での最小可聴限、符号１７は
不快感が生じ始めた最大可聴限、符号１８，２０はむず
がゆい感じがし始めるレベル、符号１９は痛み始めるレ
ベル、符号２１は触覚的な感じ、２２は中耳がちくりと
痛い感じがし始めるレベルである。

【００２０】図４からも分かるように、可聴範囲で、最
小レベルから最大許容レベルまでは周波数で差がある
が、１００〔Hz〕〜数千〔Hz〕までの範囲で６０〔dB〕
であるものとする。図４の縦軸の音圧は、振幅の二乗で
表現されているので、６０〔dB〕は振幅で３桁となる。
そこで、例えば、ＡＤ変換器２で線型１２ビットの符号
化するものとすると、１２²＝４０９６通りの符号化が
可能になる。これを正負に割り当てると、２０４８ビッ
トの量子化レベルとなる。ピークの１／１０００を可聴
範囲とすると、図５に示すように、例えば＋２〜−２ビ
ットまでは聞こえない（無音）としてよい。すなわち、
本発明でいう無音とは、必ずしも振幅値の符号ゼロに限
らず、符号化のビット数や許容レベル（入力信号のレベ
ル（±Ｖ）についてどう設定するか）で異なることにな
る。

【００２１】このように本発明では、出力端子Ｔｏにお
いて、無音か、耳障りでない音圧レベルに変更できるよ
うな符号をＤＡ変換器４に入力できればよいことにな
る。

【００２２】また、上記実施例では、無音か、耳障りで
ない音圧レベルに変更できる符号を形成するためにＤＳ
Ｐ３を使用したが、ＤＳＰ３が必須の条件ではなく、Ａ
Ｄ変換器２において無音か、耳障りでない音圧レベルに
変更できるような符号を形成してＤＡ変換器４に供給す
るか、あるいはＡＤ変換器２からのデジタル信号をＤＡ
変換器４において無音か、耳障りでない音圧レベルに変
更できるような符号にしてからアナログ信号に変換する
ようにしてもよい。

【００２３】なお、上述した各実施例でも、増幅回路１
のＡＧＣ機能は使用するとより効果的になる。すなわ
ち、出力信号がしきい値以上となる頻度が多くなると、
それだけ無音の時間が増加することになる。そこで、増
幅回路１のＡＧＣ機能により平均的な増幅度を入力信号
の平均レベルに合わせて制御する方法を使用することに
より、無音時間の多発を防止することができることにな
る。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、許容される最大振幅を超える出力信号の場合
に出力信号を無音あるいは無音に近い状態の信号を得る
ことができ、耳障りな大きな音が除かれることになり、
聴き手にとっての音質が改善されることになる。

【００２５】また、請求項２記載の発明によれば、許容
される最大振幅を超える出力信号の場合に出力信号を無
音あるいは無音に近い状態の信号を簡単な装置で得るこ
とができ、耳障りな大きな音が除かれることになり、聴
き手にとっての音質が改善されことになる。

【００２６】請求項３記載の発明によれば、しきい値の
設定が自由にできることになる。

【００２７】請求項４記載ないし請求項６記載のいずれ
かの発明によれば、簡単な回路構成により無音状態を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の信号処理装置の実施例を示すブロック
図である。

【図２】本発明の実施例の動作を説明するために時間を
拡大して示す波形図である。

【図３】信号処理を説明するための波形図で、（Ａ）は
従来の信号処理を、（Ｂ）は本発明の信号処理を示す。

【図４】周波数に対する人間の可聴範囲レベルを示す説
明図である。

【図５】本発明の他の例を説明するための図である。

【図６】従来の増幅装置を示すブロック図である。

【符号の説明】

１増幅回路２ＡＤ変換器３ＤＳＰ４ＤＡ変換器５増幅回路Ｔｉ入力端子Ｔｏ出力端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音声・音響に関する入力信号をデジタル
信号に変換し、このデジタル信号に一定の処理を施し、
その処理後のデジタル信号をアナログ信号に変換してか
ら出力信号として出力できる信号処理方法であって、前
記デジタル信号に施す一定の処理は、前記出力信号とし
て許容される正負最大値に相当するしきい値を超えたと
き振幅値の符号がほぼ聞こえないレベルに相当する符号
に変換することを特徴とする信号処理方法。
【請求項２】音声・音響に関する入力信号をデジタル
信号に変換するアナログデジタル変換器と、デジタル信
号をアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器と
を備え、デジタルアナログ変換器からのアナログ信号に
基づいた出力信号を出力する信号処理装置であって、前
記デジタルアナログ変換器に与えるデジタル信号を、前
記出力信号として許容される正負最大値に相当するしき
い値を超えたとき振幅値の符号がほぼ聞こえないレベル
に相当する符号に変換する変換手段を設けたことを特徴
とする信号処理装置。
【請求項３】前記変換手段は、デジタルアナログ変換
器に与えるデジタル信号を、前記出力信号として許容さ
れる正負最大値に相当するしきい値を超えたとき振幅値
の符号がほぼ聞こえないレベルに相当する符号に変換で
きるデジタル信号処理回路からなることを特徴とする請
求項２記載の信号処理装置。
【請求項４】前記変換手段は、前記出力信号として許
容される正負最大値に相当するしきい値を超えたとき振
幅値の符号がほぼ聞こえないレベルに相当する符号に変
換する回路からなり、デジタルアナログ変換器に設けら
れたことを特徴とする請求項２記載の信号処理装置。
【請求項５】前記変換手段は、前記出力信号として許
容される正負最大値に相当するしきい値を超えたとき振
幅値の符号がほぼ聞こえないレベルに相当する符号に変
換する回路からなり、アナログデジタル変換器に設けら
れたことを特徴とする請求項２記載の信号処理装置。
【請求項６】前記変換手段は、前記出力信号として許
容される正負最大値に相当するしきい値を超えたとき振
幅値の符号がほぼ聞こえないレベルに相当する符号に変
換する回路からなり、アナログデジタル変換器とデジタ
ルアナログ変換器の間に設けられたことを特徴とする請
求項２記載の信号処理装置。