JPH05335858A - 音量制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 瞬時的音響レベル及び総音量を所定の限度に
自動的に適合させる。 【構成】 マイクロフォン３８、３９がスピーカ２０−
２３からの音響出力をサンプルする。得た時間領域のア
ナログ信号は高速フーリエ変換され、周波数帯域の強度
を表わす周波数領域の信号となる。各帯域の強度は各周
波数レベルに対して記憶された許容レベル限度と比較さ
れる。減衰器ＡＦ１-ＡＦ１６が、夫々の同調周波数帯
域を減衰するので、スピーカからの出力は許容限度を超
えた周波数を含まない。各周波数に対する重み付けされ
た許容可能な平均も積分され、累積音響量を表わす信号
を発生する。聴取時間に対する許容限度を全音量が超え
ようとすると、累積量信号は別の減衰器１１５を動作さ
せて、スピーカからの音量を許容レベルまで低下させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】ここに開示される発明は、許容レ
ベルを越えた音声レベルに晒され得る人間の聴覚を損傷
から保護することを特徴とするオーデイオ増幅システム
である。

【０００２】

【従来の技術】屋内または野外の音楽コンサートにおい
て、聴取者の聴覚を損傷しかねない音声出力レベルで演
奏者がスピーカを駆動することは通常よく行なわれてい
ることである。政府の健康当局者は労働者の聴覚の健康
を保護することを目的に、騒音レベル制限規定を定め
た。アメリカ合衆国政府の労働安全及び健康管理局（Ｏ
ＳＨＡ）、アメリカ国立規格協会（ＡＮＳＩ）及び国際
規格協会（ＩＳＯ）は従業員を騒音に晒される影響から
保護するための規格を確立した。ＯＳＨＡ規格は２９
Ｃ．Ｆ．Ｒ． １９１９．９５に公表されている。基本
的に、規格は、１日に騒音に晒された時間数とデシベル
で表わされた騒音または音声のレベルとの間に反比例関
係があることを示している。例えば、９５デシベルの音
響レベルに晒される従業員に対する安全上の限界は４時
間であり、一方音響レベルが１１０デシベルの場合晒さ
れる限界は１／２時間となる。

【０００３】また、規格は、全体の音響エネルギまたは
レベルのみではなく、音響または雑音の周波数成分をも
考慮にいれなくてはならないことも認識している。一般
的に、可聴周波数範囲の高い周波数部分の音響ほどエネ
ルギが強く、あるデシベルレベルにおいてより低い周波
数の音響よりも大きな損傷を与える原因となり得る。例
えば、非常に高いデシベルレベルでも２０ヘルツ程度の
可聴範囲の低周波数部分に近い音響に対しては許容され
るが、一方、４０００ヘルツ以上の高い周波数の同一エ
ネルギ量を有する音響に対しては、それよりかなり低い
デシベルレベルでないと許容することはできない。いわ
ゆるロック音楽コンサートでよく生じるスペクトルの高
周波数部分の音響レベルは、聴取者の聴覚を永久的に損
傷する原因となることは知られている。また、多くのコ
ンサートにおける音量の累積値は種々の規格によって設
定されている総量に対する許容限界を越えていることも
よく知られている。

【０００４】入場料を払ってコンサートを聞きに来る聴
衆の各人の聴覚を保護する処置を取る他に、音楽家、オ
ーディオ増幅器の操作者、不法なまたは無秩序な行為を
取り締まるために会場にいる職員のようにコンサートに
参加させられている人々の聴覚への損傷の可能性につい
ても考慮しなくてはならない。スピーカから発せられる
いかなる音にも晒される従業員に取付けられた音量計
（ａｕｄｉｏ ｄｏｓｉｍｅｔｅｒ）によって、コンサ
ート中音量がかなり過剰であることが示されている。コ
ンサートで定期的に増幅装置を操作している人は自覚は
ないがひどい聴力低下を被っている。彼らの聴力は普通
以下なので、その聴力の欠陥のため、彼らが許容範囲内
と考えるレベルまで増幅器の利得を上げる傾向にあり、
このため聴取者に永久的聴覚障害を起こさせる結果とな
る。

【０００５】拡声スピーカの組からの出力ボリュームを
自動的に制御するシステムが知られている。米国特許第
２３３８５５１号、２４６８２０５号、２６１６９７１
号、３００９９９１号、４２５４３０３号及び４３０６
１１５号がその例である。これらの特許はスピーカから
の音響出力レベルを調整して背景雑音レベルを補償する
ようにしている。言い換えれば、背景雑音が高ければ、
増幅器システムの利得を上げて雑音レベルを越えて有用
な音声が聞き取れるようにする。雑音レベルが低下すれ
ばスピーカからの音響出力は自動的に減少される。別の
米国特許第４５８３２４５号は、スピーカ・ダイアフラ
ムにダイアフラムが耐えるように設計されたより大きな
エクスカーションを起こさせる周波数を含む音響でスピ
ーカを駆動することによって起こり得る損傷から音声出
力スピーカを保護システムを開示している。このよう
に、この特許では、マイクロホンからの入力音響スペク
トルは成分周波数帯域に分離される。このようにして、
特定のスピーカが最適化される周波数がそのスピーカに
送出されるので、スピーカは損傷を受けない。聴取者の
耳は個別のスピーカから発せされる音響スペクトルを再
構成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここに開示される発明
がなされるまで、衝撃的即ち瞬時的音響レベル及び累積
音響量に対する限度を設定した既存の規格に自動的に適
合させる音響自動制御システムを提供する者はなかっ
た。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、新規な
オーデイオ増幅システムは、規格によって許可されてい
るレベルを越えるデシベルレベルの周波数帯域を自動
的、瞬時的且つ選択的に減衰し、更に音響の累積エネル
ギ即ち総量が所定レベルを越えるとき全周波数を所定の
可聴範囲に減衰することに特徴がある。本発明の例示的
実施例によれば、マイクロフォンが聴取者の領域に配置
され、聴取者の耳に届くスピーカからの音響をサンプリ
ングする。マイクロフォンから帰還された信号を表わす
音響は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行なうための常
駐ファームウエアを有するマイクロコントローラに供給
され、振幅レベルが可聴範囲内の一連の周波数帯域内の
周波数の強度又はレベルを表わす信号を発生する。言い
換えれば、音響信号は時間領域から周波数領域に変換さ
れる。これにより、規格によって設定され記憶された限
度を越えるいかなる周波数帯域も減衰し、時間に対する
音響レベルの積分を可能とするので、記憶されている音
量限度を超過した場合スペクトル全体を減衰することが
できる。好適実施例では、周波数変換された信号は、制
御すべき各周波数帯域に対して設けられたラッチ群の入
力及び出力を制御するようにプログラムされたマイクロ
コンピュータにバースト状に供給される。例として非限
定的に述べると、このようなラッチが１６個以上設けら
れる。マイクロコンピュータは種々の周波数をラッチに
対して順番に配置し、各ラッチの出力をノッチフィルタ
即ち減衰器の入力とする。この減衰器は任意の量の減衰
を行ない、また記憶された許容基準限度よりデシベルレ
ベルが高いか低いかによって、指定された特定の周波数
帯域に対して全く減衰を行なわない。言い換えれば、音
響スペクトルが分析される又は分割される周波数帯域と
同数のノッチフィルタ即ち減衰器が設けられる。例示的
実施例では、それぞれ各ラッチに関連した１６個のノッ
チフィルタが設けられる。ノッチフィルタ減衰器は例示
実施例では本質的に直列に接続され、各々マイクロコン
ピュータによって発生される制御信号に応じて特定の周
波数を段階的に減衰し及び減衰しないためのスイッチが
備えられている。各ノッチフィルタは電子的分路スイッ
チを有し、これは対応する信号レベルが許容レベル即ち
上限より低いとみなされる特定の周波数帯域に指定され
た特定のノッチフィルタを迂回するように動作する。演
奏者によって発生されている音声スペクトル内の全周波
数帯域が記憶されている限度を越えない場合、全ての切
り替えスイッチは全てのノッチフィルタを迂回する状態
を保持するので、音響は直接に増幅器へ、次いで聴衆に
音響を与えるスピーカへ出力される。

【０００８】更に本発明によれば、積分装置が設けら
れ、これは累積された音量を積分し表示するように機能
する。音響の累積量が記憶されている基準限度を破る傾
向にあるとき、全音響周波数スペクトルが減衰される。
許容累積量を超過するとき、このシステムは増幅器を遮
断し、スピーカからの出力を停止することにより、不用
心な人々を永久的聴力低下から保護する。

【０００９】本制御システムの前述の特徴がいかにして
達成されるかは以下に図面を参照して示される本発明の
例示的実施例の説明にて明白となろう。

【００１０】

【実施例】図１は、通常は年配者より若者に一層アピー
ルする音楽家が演奏するコンサートの会場に設置される
典型的音響増幅装置を表わす図である。勿論、この新規
の聴覚保護装置は音楽を増幅する以外の音響システムに
も用いることができる。コンサートでスピーカから発せ
られる音楽は習慣的に十分騒々しく、一時的、そして多
くの場合永久的聴覚障害の原因となる。アメリカ合衆国
では職業安全及び健康管理局（以下ＯＳＨＡと呼ぶ）、
また国際的にはＩＳＯが、特定の周波数及びデシベルレ
ベルの音響が許可され得る時間を管理するための規格を
すでに作成してある。

【００１１】また、許可される音響レベルの時間で重み
付けされた平均が通常は音響のデシベルレベルに反比例
する広いスペクトルの音響レベルに対する規格もこれら
政府機関によって設定されている。

【００１２】図１の設置では、４つのスピーカタワー２
０、２１、２２、２３があり、各々４つのスピーカを支
持しており、そのスピーカの音響出力が図示されない聴
取者に向けられている。２４及び２５と符番されている
マイクロフォンにおいて音響が始まり、これらマイクロ
フォンは楽器２６及びドラム２７から発せられる音響を
傍受する。これらの楽器を演奏する音楽家は聴衆ととも
に強い音響に晒される。１つ以上の楽器または歌手の音
声を傍受する各マイクロフォンはアナログ信号を前置増
幅器に出力する。この特定の例では、８つの同一の前置
増幅器が用いられている。図示の前置増幅器は２８と符
番されている。前置増幅器からのアナログ信号はミキサ
２９に伝えられ、ミキサ２９は同軸線３０−３３の各々
に種々の楽器及び歌手によって発生された音響の複合で
ある広いスペクトルのアナログ信号を出力する。

【００１３】本発明によれば、各スピーカタワーに対し
て制御装置が備えられている。この４つのスピーカタワ
ーを有する特定例では、４つの制御装置３４−３７が用
いられている。３８及び３９と符番されたような２本の
マイクロフォンが聴衆の中に設置され、スピーカから発
せられ聴衆が聞いている音響レベルを検出即ちサンプリ
ングする。

【００１４】マイクロフォン３８及び３９によって傍受
された音響を表わす時間領域アナログ信号は制御装置３
４に帰還される。後に詳細に説明するが、典型的な制御
装置３４は、隣接するスピーカ群の音響出力を表わす帰
還アナログ信号の周波数成分を分析する能力を有する。
更に詳細には、制御装置３４−３７は、音声信号をデジ
タル化し時間領域から周波数領域に変換した後に高速フ
リエ変換する。言い換えれば、全帰還音響スペクトルを
含む一連の周波数帯域内の周波数の強度について決定を
下す。

【００１５】制御装置は各々の周波数帯域を各特定の帯
域に対して記憶された許容レベルと比較する能力を備え
ている。後に詳述するが、各制御装置は、ＯＳＨＡによ
って設定され制御装置に記憶されている許容限度を越え
る周波数を表わすアナログ信号のいかなる周波数帯域を
も減衰する手段を備えている。限度を超過し制御装置に
よって減衰されるのは周波数帯域のみである。許容限度
を越える周波数帯域がない場合、音響は減衰されずに単
にスピーカに送られる。制御装置３４のような制御装置
からの出力は、１つのタワーに取付けられたスピーカ２
０を駆動する増幅器４９に入力される。制御装置３５、
３６及び３７は同様に機能するので現時点でこれ以上広
範に述べる必要はない。

【００１６】図１に描かれた新しいシステムは、聴衆が
晒される音響の累積量も監視する。音響の累積量が記憶
されている限度を越えると、全スペクトル帯域は自動的
に減衰される。場合によって、記憶されているＯＳＨＡ
またはＩＳＯ累積量規格に適合させるために、スピーカ
を完全に切ってしまうこともある。この機能を達成する
ために、図１の設置は中央積分装置と呼ばれるブロック
４０を有する。これは、後に詳述するが、累積量を計測
し累積されていく量を連続的に表示するための装置を備
えている。この特定例では、スピーカからの音響を収拾
し対応するアナログ信号を中央積分装置４０に帰還する
４つの帰還マイクロフォン４１−４４がある。

【００１７】中央積分装置(ＣＩＵ)からの出力線４５−
４８の１本は、ＯＳＨＡまたはＩＳＯによって許可され
た累積量限度に適合するための要求にしたがって周波数
帯域の減衰を行なうために、制御信号を制御装置に供給
する。

【００１８】典型的な制御装置３４を図２Ａ及び図２Ｂ
を参照して説明する。図１の設置では、４組の目的の異
なるスピーカが用いられているので４つの制御装置が用
いられている。設備によっては４つ以上の制御装置が必
要の場合もあれば、１つの制御装置のみでよい場合もあ
る。

【００１９】１つの制御装置のための帰還マイクロフォ
ン３８及び３９は図２Ａの左上の部分に描かれている。
マイクロフォン３８は１つのタワーに取付けられたスピ
ーカからの全音声出力スペクトルを検出し、対応するア
ナログ信号を前置増幅器５０、１６ヘルツ高域フィルタ
５１及び楽器用増幅器５２からなる信号調整ネットワー
クに供給する。これらの構成要素は従来の商業的に入手
できるものである。１６ヘルツ以下の音声周波数は人間
の耳の聴覚能力以下なので、ろ波される。楽器用増幅器
５２は可調整オフセット及び可調整利得信号調整動作を
行ない、帰還信号を適当にスケーリングする。アナログ
ディバイセス製のＡＤ−５２１増幅器５２またはその同
等品が用いられる。前置増幅器５３、フィルタ５４及び
楽器用増幅器５５からなる同様の信号調整ネットワーク
と別のマイクロフォン３９とが、冗長な即ち他方の信号
調整ネットワークが動作不能になった時に用いられるた
めに待機状態にある。

【００２０】全スペクトルが調整されたアナログ帰還信
号は線５６を介して２つの半導体スイッチ５８及び５９
を含む長方形で表されているアナログマルチプレクサ５
７に入力される。インターシル製のＩＨ５２０８マルチ
プレクサまたはその同等品が用いられる。一度に１つの
信号調整ネットワークのみが動作するので、通常はスイ
ッチ５８及び５９の１つのみが動作する。アナログマル
チプレクサスイッチ５８は制御線即ちマイクロコントロ
ーラ６１から導かれるＩ／Ｏポート線６０によって動作
される。

【００２１】アナログマルチプレクサ５７を通過した
後、アナログオーデイオ信号はサンプルホールド増幅器
６２に入力される。このサンプルホールド増幅器の時定
数はコンデンサ６３及びポテンショメータ６４の値によ
って決められる。テレダインフィルブリック製のＴＰ４
８５６サンプルホールド増幅器がよく用いられている
が、同等の増幅器を用いることもできる。サンプルホー
ルド回路６２のタイミングをとる制御信号はマイクロコ
ントローラ６１によって線６５を介して供給される。全
アナログ音声スペクトルは連続的にサンプルされる。

【００２２】サンプルホールド増幅器からの出力信号
は、マイクロコントロラ６１、マイクロコンピュータ７
０、減衰データバッファ７１、減衰器アドレスデコーダ
／デマルチプレクサ７２、反転バッファ７３、７４、７
５、１６個のラッチＬＴ１−ＬＴ１６、及び１６個の直
列に接続され各々電子的分路即ちバイパススイッチを有
するノッチフィルタ減衰器ＡＦ１−ＡＦ１６からなる信
号処理回路において処理される。これらの要素は、図１
の制御装置３４−３７のいずれか１つのような制御装置
の１つを構成する。

【００２３】デコーダ／デマルチプレクサ７２はシグネ
ティックス製の７４Ｌ５１５４または同等品である。減
衰器データバッファ７１は７４ＬＳ２４１バッファ、そ
して反転バッファ７３−７５は７４ＬＳ２４０である。
マイクロコンピュータ７０はモトローラ製の６８７０５
Ｕ３である。実際の実施例に用いられるマイクロコント
ローラ６１はインテルの８０９６であるが、同等のコン
トローラを用いることもできる。

【００２４】このマイクロコントローラは、調整された
マイクロフォン帰還信号に対して高速フーリエ変換（Ｆ
ＦＴ）分析を施して時間領域のアナログ信号をデイスク
リートな周波数領域スペクトル、言い換えれば周波数領
域スペクトルを形成するデイスクリートな帯域の周波数
の振幅に変換する常駐ファームウエアを有する。例示の
実施例では、変換は１６の周波数領域帯域に対して行な
われる。スペクトル即ち帯域は定期的に直列通信線Ｃ
１、Ｃ２及びＣ３を介して減衰器制御ネットワークに伝
達される。ＦＦＴ分析ファームウエアは必要であれば周
波数スペクトルを１６以上例えば３２に分割するように
指示され得る。マイクロコントローラ６１に関連して数
個の発光ダイオード６７が設けられ、従来からあるよう
にプログラムの状態を指示する。基板上に実装されたＦ
ＦＴ用ファームウエア及び基板上のアナログ／デジタル
（Ａ／Ｄ）変換手段６６を有するマイクロコントローラ
６１は商業的に入手可能な集積回路である。音声量（ａ
ｕｄｉｏ ｄｏｓａｇｅ）制御システムの実際の実施例
は、１９８８年の著作権日を有する中のインテル社アプ
リケーションノートＡＰ−２７５の「組み込み型制御応
用ハンドブック」に記載されているインテル製の８０９
６集積回路マイクロコントローラを用いている。

【００２５】信号処理手段内のマイクロコントローラ６
１からの周波数成分出力は、減衰器ネットワークの初段
であるマイクロコンピュータ７０に入力される。マイク
ロコンピュータ７０への入力は１６の半オクターブＦＦ
Ｔスペクトルの振幅に対応する１６の一連のデジタル値
である。ＦＦＴ分析マイクロコントローラ６１が周波数
スペクトル値を計算する時、マイクロコントローラ６１
はスペクトル値の高速バーストを線Ｃ１−Ｃ３を介して
伝達し、その後これらの線は次のバーストまでの間不活
性である。ＦＦＴの計算及び出力の伝達は、マイクロコ
ントローラ６１にデータが入力されると同時に行なわれ
る。実時間分析が実行され、失われるデータはない。動
作中のマイクロフォン３８または使用中の待機用マイク
ロフォン３９から入力される全てのデータがＦＦＴの対
象となる。

【００２６】マイクロコンピュータ７０は、１６の異な
る周波数帯域の許容デシベルレベルまたは強度を表わす
１６の値をそれ自体に記憶している。優先的に記憶され
るデータはＯＳＨＡまたはＩＳＯによって設定された許
容レベルを基にしている。周波数帯域の各々に対して異
なる周波数強度値がある。これは周波数の中には他のも
のより大きな障害を人間の耳に与えるものが発見されて
いるからである。したがって、もっとも有害な周波数に
対する許容レベル限度は、他の周波数の限度より低く設
定されている。マイクロコンピュータ７０はＦＦＴ分析
マイクロコントローラ６１から直列フォーマットでスペ
クトルデータを受け取る。マイクロコンピュータ７０内
に常駐のファームウエアは個々のスペクトル帯域レベル
をメモリ内に記憶されている許容衝撃レベルと比較す
る。後に示すように、許容レベルを超える振幅を有する
スペクトル帯域は全て自動的に減衰即ちろ波される。

【００２７】図２Ａでは、マイクロコンピュータ７０は
記憶されている許容周波数強度レベルとの比較をミリ秒
以内で行なう。各帯域に対して記憶された限度を瞬時的
周波数帯域レベルが超過すれば、限度を超過した帯域を
ＯＳＨＡ規格による限度以下に強度が低下するために減
衰されるべき度合いに対応しているデジタルデータによ
って表される。減衰制御データはデータバッファ７１を
介して１６個のラッチＬＴ１−ＬＴ１６に結合される。
また、３個の反転バッファ７３、７４及び７５も設けら
れている。マイクロコンピュータ７０は４本の線７６に
アドレスを出力する。これらのアドレスはデコーダ／デ
マルチプレクサ(Ｄｅｍｕｘ)７２に入力される。Ｄｅｍ
ｕｘ７２が線７７上の信号によってイネーブルされる
と、図２ＢのラッチＬＴ１−ＬＴ１６がアドレスされ
る。各ラッチは１つの周波数帯域に対する制御データを
扱う。反転バッファ７３、７４及び７５からは１６本の
アドレス線が引き出されている。これら１６本のアドレ
ス線は１６個のラッチに接続されており、減衰器制御デ
ータを個々の周波数帯域ラッチにアドレスすることがで
きる。

【００２８】５ビットのデータが得られる。このデータ
は５ビット並列バスを介してアドレスされている減衰器
ＡＦ１−ＡＦ１６のいずれかに伝送される。バッファ７
１を介して結合されるデータは、任意の特定の周波数帯
域がその周波数に対して記憶された許容限度以下にその
強度即ちレベルを低下させるように減衰されなくてはな
らない量を表わす。

【００２９】図２Ｂに示されるように、５ビットのデー
タはバス７９、８０、８１、８２及び８３を介してアド
レスされるとき、ラッチに伝送可能である。デジタルデ
ータの値は、特定の周波数帯域をその強度が限度を超え
ている場合に許容限度以下に落とすために減衰されるべ
き量を示す。この目的のため、参照記号ＡＦ４で全体的
に指示されているようなノッチフィルタ減衰器が設けら
れている。図２Ｂには、ノッチフィルタ減衰器ＡＦ４の
みが詳細に描かれており、これがラッチＬＴ４から出力
されるデータによって制御されるものである。他のノッ
チフィルタ減衰器ＡＦ１−ＡＦ３及びＡＦ５−ＡＦ１６
はＡＦ４と同様であり、直列に接続されているのでブロ
ック状で描かれている。しかしながら、各減衰器は、減
衰器ＡＦ４内の２つのスイッチ９３、９４のような迂回
即ち分路スイッチ手段及びＡＦ４上の１１２と符番され
た１つのシンボリックスイッチ手段を備えている。

【００３０】図１のミキサ２９からのアナログ音声信号
は、スピーカへの途中に配された直列の最初の減衰器Ａ
Ｆ４の入力端子８８及び８９に入力される。減衰を必要
としない周波数帯域は、電子的迂回即ち分路スイッチ手
段を導体手段（後述）として用いることにより、その特
定の帯域のフィルタを単に迂回する。

【００３１】図１に描かれた制御装置３４−３７の中の
各制御装置は、１６個のラッチＬＴ１−ＬＴ１６と、そ
れに対応する数の減衰器即ちノッチフィルタＡＦ１−Ａ
Ｆ１６とを含む。それぞれの減衰器即ちフィルタは各々
１６の内の特定の周波数帯域を減衰するように同調され
る。特定の周波数の減衰は、デコータ／デマルチプレク
サ７２を介して個々の減衰フィルタを制御するためにそ
の周波数に指定されたラッチをアドレスすることによっ
て開始され、次にＡＦ４等のフィルタによって減衰量を
制御するための減衰及びイネーブルコードが減衰器デー
タバス７８に送られ、これによって減衰器ラッチネット
ワーク内の各ラッチをストローブする。減衰器は、過剰
な周波数が低下するにつれ、リセットのための可変時間
にわたって前進的に除去される。減衰フィルタネットワ
ークは、従来のデユアル演算増幅器８６及び８７を用い
たプログラマブルアクティブ２次ノッチフィルタＡＦ１
−ＡＦ１６からなる。

【００３２】既に示したように、例えば楽器によって発
生された非変換複合オーデイオ信号が図１のミキサ２９
から各ノッチフィルタの入力端子８８及び８９に供給さ
れる。ノッチフィルタはそれらが同調された周波数帯域
の上下の全ての周波数を除去する。このようにして、制
御装置内の１６のノッチフィルタＡＦ１−ＡＦ１６の各
々の入力端子８８及び８９に供給された周波数帯域の内
の選択された周波数帯域を除去または減衰することがで
きる。

【００３３】周波数が減衰されるべき時に音楽の顕著な
変化を避けるために、減衰は集積回路のアナログスイッ
チ素子９０によって段階的に行なわれる。アナログスイ
ッチ素子９０は、９２と符番された抵抗器と直列に接続
された４つの機械的スイッチ９１として、典型的な周波
数帯域減衰フィルタＡＦ４内に示されている。減衰制御
抵抗器９２は、インターシル製のＤＧ２１１ＣＪまたは
同等品のアナログスイッチ素子９０によって切り換えら
れる。

【００３４】減衰フィルタＡＦ４内に図示された２つの
単極双投ソリッドステートアナログ迂回即ち分路スイッ
チ９３及び９４は、線ＦＢ４上の信号によって、アナロ
グスイッチ９３へのオーデイオ入力信号を図示された位
置からスイッチの端子９５へ、更に他方のアナログスイ
ッチ９４の端子９７に導く線９６へ切り換えるように制
御される。これら２つのスイッチは、動作が必要なとき
はいつでも線ＦＢ４上の信号によって同時に動作され
る。これらが閉成されるときは、ノッチフィルタが同調
された特定の周波数が、減衰を必要としない場合の許容
限度以下の強度即ちレベルにあるときである。このよう
な場合、オーデイオ信号はノッチフィルタを迂回する。
特定の周波数帯域を減衰することが必要ならば、図示の
ラッチＬＴ４からの線ＡＳ０−ＡＳ３上の信号が、各ノ
ッチフィルタが同調された周波数の強度即ちレベルの変
化を人の耳が検出するより速い速度で、前進的にノッチ
フィルタＡＦ４内のアナログスイッチ９０に供給され
る。

【００３５】ノッチフィルタは本質的には従来のもの
で、帰還抵抗１００及び１０１、結合コンデンサ１０２
及び１０３、抵抗器１０４、１０５及び入力抵抗器１０
６からなる分割回路、及び楽器用増幅器１０７を含む。
この増幅器は、アナログデバイセズのＡＤ５２１または
同等品でよい。フィルタオフセット及び利得調整はポテ
ンショメータ１０８及び１０９によって夫々得られる。

【００３６】各ノッチフィルタからの出力線９８及び９
９は、図１に４９と符番されたような増幅器の入力に接
続された出力端子１１０及び１１１に導かれ、増幅器４
９は図１の制御装置３４からの信号を受取り、それをス
ピーカタワーの１つに取り付けられた４つのスピーカに
供給する。

【００３７】これまで、個々の周波数帯域が各制御装置
内で減衰される態様を述べてきた。段階的な減衰は、要
求されるとマイクロ秒で起こり、聴衆には気付かれな
い。同様に、特定の周波数の強度即ち振幅が記憶されて
いる許容限度以下に低下すると、減衰は段階的に除去さ
れる。帯域の１つが許容限度を越える時はいつでも、図
２Ａに示すコンピュータ７０はいくつかのソフトウエア
スイッチを設定する。

【００３８】ソフトウエアは、いずれか動作中のピック
アップマイクロフォン３８または３９からの帰還に対す
る減衰の効果を監視する特別な走査ルーチンを起動す
る。最初に、コンピュータは２５％前後のフィルタ減衰
を適用する。許容レベル以下に落とすには不十分な場
合、コンピュータは継続して更に多くの減衰を行なう。
例えば、ある周波数帯域の瞬時レベルが１１３デシベル
で、この周波数に対してＯＳＨＡによって許可されてい
る９５デシベルよりはるかに高いと仮定する。この場
合、コンピュータはスイッチング回路９０内の最初の４
個のアナログスイッチ９１を動作させ、当該周波数に対
する約１０９デシベルの帰還のための時間遅延が検出さ
れる。

【００３９】入力が同じであれば減衰器が再び上昇する
のは明白なので、コンピュータは減衰器の動作を止めな
い。したがって、コンピュータは減衰を除去する前に、
レベルが例えば１０７デシベルまで低下することを要求
する。例示した実施例では、段階的低下は数秒間に２５
％及び５％の割合である。減衰は緩やかに減少される。
しかし、減衰を減少していく時点で当該周波数の信号が
限度に再び達したときは、コンピュータも減衰を再び増
加させる。

【００４０】ループは耳が検出するより速く応答する。
音響システムのミキサや増幅器を操作するエンジニアが
突然利得を上げても、聴衆は障害を与えるようなレベル
の音響を聞くことはない。波形の最初の部分がスピーカ
タワーから発せられるが、その周波数で波形が完全にな
る前に、マイクロ秒の内にその周波数の減衰が行なわれ
る。

【００４１】図２Ｂには、参照番号１１５で全体的に示
された別のスイッチング及び抵抗ネットワークが示され
ている。このネットワークは、次に図３を参照して説明
する、与えられた時間にわたる許容累積音量を制御し制
限するために用いられる。

【００４２】図３は、図１のシステム図に同様に表示さ
れたブロック４０を表わす中央積分装置４０を示す。図
３において、図１に描かれているピックアップマイクロ
フォン４１−４４が繰り返されている。この実施例で
は、スピーカ群２０−２３のそれぞれに対して１個のマ
イクロフォンがある。各マイクロフォンは、スピーカか
ら拾い上げた音響を表わすアナログ信号を前置増幅器１
２６、高域フィルタ１２７及び楽器増幅器１２８からな
る各信号調整システムに供給する。

【００４３】これら４つのシステムは全く同一であり、
図２Ａの上部の信号調整システムと基本的に同一であ
る。例えば、典型的なマイクロフォン４１はアナログ入
力信号を前置増幅器１２６に供給し、前置増幅器１２６
の出力は１６ヘルツ高域フィルタ１２７に供給され、更
に高域フィルタ１２７の出力は楽器増幅器１２８への入
力となる。

【００４４】４つの調整回路は全て音響サンプリング帰
還マイクロフォン４１−４４からのオーデイオ信号を受
ける。調整回路からの実質的に同様な４つのアナログ信
号は線Ｖ１−Ｖ４を介して、インターシル製のＩＨ５２
０８または同等品からなるアナログマルチプレクサ(Ｍ
ＵＸ)１２９の入力に供給される。ＭＵＸ１２９は１３
０と符番されたものに代表される４つのソリッドステー
トスイッチを含む。マイクロコントローラ１３１はアド
レス選択線Ａ０及びＡ１を介してＭＵＸ１２９の個々の
スイッチ１３０をアドレスする。マイクロフォンによっ
て発生されたアナログ信号は、ＭＵＸ１２９によって順
番に配列され、テレダインフィルブリック製のＴＰ４８
５６または同等品からなるサンプルホールド増幅器１３
２に入力される。サンプルホールド増幅器１３２の時定
数即ちサンプリング速度は、コンデンサ１３３及びポテ
ンショメータ１３４によって制御される。

【００４５】マイクロコントローラ１３１は図２の制御
装置と構成及び機能において同様である。前述の場合の
ように、マイクロコントローラ１３１は調整されたマイ
クロフォン帰還信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦ
Ｔ）分析を行ない、時間領域のアナログ信号をデイスク
リートな周波数領域のスペクトル帯域に変換する。マイ
クロコントローラ１３１はインテル製の８０９６または
同等品である。

【００４６】マイクロコントローラ１３１へのアナログ
入力信号は、１３６と符番されＡ／Ｄという文字の入っ
たブロックによって示唆されているように、デジタル信
号への処理のために変換される。マイクロコントローラ
１３１は、線１３７によって伝達される信号によってサ
ンプルホールド装置１３２のサンプリング速度を制御す
る。一群の発光ダイオード及び制限抵抗器１３８はマイ
クロコントローラのプログラム状態の指示を与える。

【００４７】中央積分装置から導出される出力直列通信
線Ｃ１−Ｃ３は、変換された周波数スペクトルを、すで
に説明した各制御装置内で起こることと同様に、マイク
ロコンピュータ１３９の入力に伝送する。モトローラ製
のＭＣ６８７０５Ｕ３または同等品のマイクロコンピュ
ータ１３９が用いられる。４個のマイクロフォン４１−
４４から中央積分装置４０に供給することにより、単一
地点からのではなく聴取者領域の平均音響レベルが得ら
れる。４個のマイクロフォンは冗長性も与えている。１
つが故障または破壊された場合、マイクロコントローラ
１３１内のソフトウエアは、ＭＵＸ１２９内の適宜のス
イッチを開放状態に保持することにより当該スピーカを
切り離す。

【００４８】マイクロコンピュータ１３９は、各周波数
帯域に対する同等の量の連続的な合計即ち積分を求め
る。重み付け係数がコンピュータに実装されているメモ
リに記憶されている。コンピュータは各帯域に対する重
み係数を内部メモリからアクセスする。特定の周波数の
聴覚に対する相対的障害が異なるので、コンピュータは
帯域を個々の重み付け係数と乗算する。重み付けされた
音量は合計され、コンピュータに実装されたレジスタに
積分音量として記憶される。

【００４９】催しの長さ及び開始の制御も、スイッチ１
４０、１４１及び１４２を用いてマイクロコンピュータ
１３９内にプログラムされる。音量は連続的に不揮発性
ＲＡＭメモリ素子（ＮＶＲＡＭ)１４３に記憶される。
このメモリは、ダラスセミコンダクターズ製のＤＳ１２
２０メモリまたは同等品である。許容された総量の無許
可調整を禁止するために、キー操作スイッチ１４４が設
けられている。メモリ１４３は不揮発性なので、記憶さ
れている累積量をいかなる期間でも保持するので、オー
デイオの催し中に停電があると、電源回復時にメモリは
停電時に停止した際の累積量に加算し始める。

【００５０】８ビットのデータバス１４５はマイクロコ
ンピュータ１３９から出力される。このデータバスはデ
ジタル表示を制御する信号を与える。表示装置群１５０
は、スイッチ１４０及び１４１を用いることによって、
表示用に入力された催しの所定の持続期間を示す。別の
表示装置群１５１は、コンサートまたは別のオーデイオ
の催しの開始からの経過時間量を示す。更に別の表示装
置群１５２は、現在までの累積量を表示するために、催
しの期間連続的に更新される。別の表示装置群１５３
は、所定の催し持続期間内で許容され得る音声の累積量
を表示する。線１５４及び１５５を介した信号は表示デ
コーダ１５６及び１５７をストローブする。別の線１５
８は、インターシル製の７４ＬＳ３７３等のラッチ素子
１５９をストローブし、減衰レベル表示装置１６０を更
新する。デコーダ１６１はバーグラフ表示を制御する。

【００５１】コンピュータ１３９のプログラムは、本質
的にＯＳＨＡまたはＩＳＯの音量規格のソフトウエアに
よる表現である。この規格は、種々の周波数及び全体と
しての音響スペクトルに対して特定の等価のデシベル時
間数、即ち時間で重み付けされた平均（ＴＷＡ)を許容
する。許容され得る時間重み平均がそれらの予想限度に
近づくと、全ての制御装置３４−３７の減衰またはシス
テム内の制御装置のいずれかの量を増加して、プログラ
ムされた催しの持続期間中限度内にとどめなくてはなら
ない。予定された催しの終了の前に時間で重み付けされ
た平均を使い果たしてしまった場合、オーデイオ増幅シ
ステムを完全に遮断し、対応する催しの持続期間に対す
るプログラムされたＯＳＨＡ音響総量に適合させなけれ
ばならない。

【００５２】全音響のボリュームの減少またはオーデイ
オ増幅システムの遮断を制御する減衰器制御信号は、図
３の右下の端子Ａ０-Ａ３に現われる。図１に４５−４
７と符番されたようなケーブルがこれらの信号を中央積
分装置４０から各制御装置３４−３７に導き、制御信号
は図２Ｂの部分Ｂ内の減衰器即ちボリューム制御器１１
５のような各制御装置内の第２の減衰手段の対応する端
子Ａ０-Ａ３に結合される。減衰器即ちボリューム制御
器１１５は、それぞれ機械式スイッチ１２０−１２３に
直列な抵抗器１１６−１１９によって象徴されているソ
リッドステートスイッチ回路である。インターシル製の
ＤＧ２１１ＣＪまたは同等品の４極ソリッドステートス
イッチが実際の実施例では用いられている。ネットワー
ク１１５は、制御信号端子Ａ１−Ａ４に入力された減衰
コード信号に応じて、低下レジスタ１２４と結合してい
る減衰レジスタを選択的に切り替えることにより、出力
端子１１０、１１１へ導くオーデイオ出力信号の全体の
全帯域減衰を与える。

【図面の簡単な説明】

【図１】新規な聴覚保護の特徴を組み込んだ音声システ
ムのブロック図。

【図２】２Ａ及び２Ｂは、周波数選択に基づき音響レベ
ル減衰するシステムのための複数の制御装置の１つを示
す回路図。

【図３】過剰音量を聴取者の耳に到達させないシステム
の積分回路を示すブロック図。

【符号の説明】

２０−２３ 帰還用マイクロフォン ２８ 前置増幅器 ２９ ミキサ ３４−３７ 制御装置 ４０ 中央積分装置

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 聴取者によって聴取されるために発生さ
   れた音響をスピーカから発し、前記聴取者が晒される音
   響の量を制御するように構成されたオーデイオ・システ
   ムであって、 振幅が時間と共に変化する発生された音響スペクトルを
   表わす第１の信号を発生する手段と、 前記スピーカによって発せられる音響スペクトルと前記
   スピーカの環境内に存在する音響とを表わし、振幅が時
   間と共に変化する帰還信号を発生する手段と、 前記帰還信号用の入力手段と出力手段とを有する信号処
   理手段であって、前記スピーカによって発せられた音響
   スペクトル及び前記帰還信号を発生するための手段の環
   境内の音源に含まれる特定の周波数スペクトル帯域のレ
   ベルを表わすデータを発生し、発生された信号を聴取者
   に聴取を許可し得るそれぞれの特定のスペクトル帯域の
   規格レベルを表わす記憶された信号と比較し、発生され
   たデータの値が前記記憶されたデータの値を超える量に
   対応して夫々減衰制御信号を発生するように動作する手
   段を含む信号処理手段と、 夫々特定の周波数帯域を減衰するために設けられた複数
   の減衰手段であって、前記発生された音響スペクトルを
   表わす前記第１の信号の入力手段と出力手段とを有し、
   各々前記第１の信号内の特定の周波数帯域に対応する減
   衰制御信号の入力に応答する制御手段を有し、各周波数
   帯域の量を許容レベル以下に保持するため前記第１の信
   号内の前記周波数帯域を減衰させることによって前記第
   １の信号を減衰させる複数の第１の減衰手段と、 前記減衰手段の前記出力手段を前記スピーカに結合する
   手段とを具備するオーデイオ・システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載のシステムにおいて、前記
   発せられた音響スペクトル内の特定の周波数帯域のレベ
   ルを表わす信号を発生するように動作する前記手段は、
   前記帰還信号を時間領域から周波数領域に変換する手段
   を備えているシステム。
3. 【請求項３】 請求項２記載のシステムにおいて、前記
   変換手段は高速フーリエ変換手段であるシステム。
4. 【請求項４】 請求項１記載のシステムにおいて、特定
   の周波数帯域を減衰する前記複数の手段は、各々特定の
   周波数帯域を減衰し前記特定の周波数帯域の実質的に上
   下の周波数を通過させるように構成され直列に接続され
   たノッチフィルタであり、前記直列のノッチフィルタは
   各々、前記発生された音響スペクトルを表わす前記第１
   の信号の前記入力手段を有し、前記直列内の最後のノッ
   チフィルタは前記減衰手段を結合するための前記手段に
   よって前記スピーカに結合される出力手段を有し、 前記システムは、前記減衰手段を迂回して夫々接続され
   るスイッチ手段を備えている回路手段を更に備え、前記
   スイッチ手段は、前記記憶された許容レベルを超えない
   周波数帯域を表わす前記信号処理手段からの制御信号に
   応じて、当該周波数を減衰させることなく前記第１の信
   号を前記減衰手段を迂回するように導通するシステム。
5. 【請求項５】 聴取者が晒される音響の総量を決定する
   手段を更に備えた請求項１記載のシステムにおいて、 前記スピーカによって発せられた音響を表わし、振幅が
   時間と共に変化する第２の帰還信号を発生する手段と、 前記第２の帰還信号の入力手段と出力手段とを有する第
   ２の信号処理手段であって、発生された音響内に含まれ
   る個々の周波数帯域のレベルを表わすデータを連続的に
   発生し、各周波数帯域の等価量の合計を連続的に積分ま
   たは保持するように動作する第２の信号処理手段とを含
   み、 前記処理手段は更に、人の聴覚に対する許容度に応じて
   聴取時間に対して周波数帯域に重み付けする記憶された
   重み付け係数と各周波数帯域の積分された音量とを乗算
   し、重み付けされた結果を合計して全周波数帯域に対し
   て時間で重み付けされた総量を表わすデータを発生し、
   前記データを記憶された許容累積限度と比較するように
   動作し、前記処理手段は前記比較の結果に応じて、スピ
   ーカ駆動信号が所定の聴取時間内の累積量の超過を防止
   するレベルに音量比率を保持するように減衰されなくて
   はならない程度を表わす第２の減衰制御信号を前記出力
   手段に発生し、 更に、第２の減衰手段及び前記第２の減衰手段を前記ス
   ピーカに結合する手段を含み、前記第２の減衰手段は、
   前記第２の減衰制御信号が結合される制御信号入力手段
   を有し、前記累積量が許容限度を超えるとき前記スピー
   カへの時間変化信号の減衰を行なうシステム。
6. 【請求項６】 請求項５記載のシステムにおいて、前記
   音響累積量を表わすデータが前記第２の信号処理手段に
   対して生成されるとき該第２の信号処理手段にによって
   アドレスされる不揮発性メモリ手段を含み、 前記スピーカからの音響の発生が中断された後に再開さ
   れたときに前期データにアクセスして前記音量の連続的
   な積分を与えるシステム。
7. 【請求項７】 請求項５記載のシステムにおいて、前記
   第２の処理手段によって制御され、音響量の累積と共に
   そのレベルを表示するための手段を備えているシステ
   ム。
8. 【請求項８】 請求項５記載のシステムにおいて、前記
   第２の信号処理手段によって制御され、音響が発せられ
   ている催しの所定の時間長に対する許容音量限度を表示
   するための手段を備えているシステム。
9. 【請求項９】 請求項１記載のシステムにおいて、前記
   信号処理手段は、強度が前記帰還信号の周波数成分を表
   わす周波数帯域に前記帰還信号を変換する高速フーリエ
   手段を含むシステム。
10. 【請求項１０】 請求項９記載のシステムにおいて、前
    記減衰手段はノッチフィルタであり、各々周波数帯域の
    １つを通過させるようにされ、各ノッチフィルタ内の前
    記ノッチフィルタを制御する手段は、許容限度を超過し
    たフィルタに対する周波数帯域を示す制御信号に応じて
    周波数帯域を段階的に減衰するように構成されているシ
    ステム。
11. 【請求項１１】 請求項１記載のシステムにおいて、所
    定の聴取時間の間聴取者が晒される音響の累積量を決定
    する手段を有し、前記手段は、 スピーカから発せられる音響と聴取者の環境にて発生さ
    れる音響とを表わし、振幅が時間と共に変化する第２の
    帰還信号を発生する手段と、 入力及び出力手段を有し、前記第２の帰還信号が入力手
    段に結合され処理されて、発せられた音響内に含まれる
    個々の周波数帯域のレベルを表わすデータを発生し、各
    周波数帯域の等価量を積分あるいは連続的に合計する第
    ２の処理手段とを含み、 前記第２の処理手段は更に、人の聴覚に対する許容度に
    応じて聴取時間に対して周波数帯域に重み付けする記憶
    された重み付け係数と各周波数帯域の積分された音量と
    を乗算し、重み付けされた結果を合計して全周波数帯域
    に対して時間で重み付けされた累積量を表わすデータを
    発生し、前記データを記憶された時間で重み付けされた
    許容限度に対応する記憶されたデータと比較するように
    動作し、 前記第２の処理手段は、前記比較の結果に応じて、スピ
    ーカ駆動信号が所定の聴取時間内の総量の超過を防止す
    るレベルに音量比率を保持するように減衰されなくては
    ならない程度に対応する第２の減衰制御信号を前記第２
    の処理手段の出力に発生し、 第２の減衰手段及び前記第２の減衰手段を前記スピーカ
    に結合する手段を更に含み、 前記第２の減衰手段は、前記第２の減衰制御信号が結合
    される制御信号入力手段を有し、前記累積量が許容限度
    を超える時前記スピーカに結合された時間変化信号を減
    衰するシステム。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載のシステムにおいて、
    前記音響累積量を表わすデータが前記第２の信号処理手
    段に対して生成されるとき該第２の信号処理手段によっ
    てアドレスされる不揮発性メモリ手段を含み、 前記音響が発生されている催しの期間に前記スピーカか
    らの音響の発生が中断された後に再開されたとき前記デ
    ータにアクセスして前記音量の連続的な積分を与えるシ
    ステム。
13. 【請求項１３】 請求項１１記載のシステムにおいて、
    前記第２の処理手段に制御され、音響量の累積と共にそ
    のレベルを表示するための手段を備えているシステム。
14. 【請求項１４】 請求項１記載のシステムにおいて、前
    記処理手段は、 前記帰還信号の入力手段及び出力手段を有するマイクロ
    コントローラと、前記マイクロコントローラを制御して
    前記帰還信号に高速フーリエ変換を施して前記信号を時
    間領域から周波数領域に変換し、結果として得られた信
    号の振幅の変動が前記帰還信号を構成する周波数帯域の
    瞬時的レベルを表わすようにしたファームウエアとを有
    し、 前記処理手段は、前記マイクロコントローラの出力手段
    と結合された入力手段と出力手段とを有し、前記コンピ
    ュータは、前記結果信号内の前記周波数帯域のレベルを
    各周波数帯域の許容レベルを表わす記憶されたレベルと
    比較し、周波数帯域レベルと記憶されたレベルとの差の
    量に対応する前記制御信号を発生するように動作し、前
    記減衰手段は、各周波数帯域を減衰するために設けられ
    た複数のフィルタを備え、前記フィルタは前記音声信号
    の入力手段と音声信号の出力手段とを有し、前記フィル
    タは更に、前記制御信号の入力に応じて音声信号内のレ
    ベルが前記許容レベルを超えた周波数帯域の減衰を行な
    うように動作可能な可制御スイッチ手段を有するシステ
    ム。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載のシステムにおいて、
    前記フィルタは直列に接続され、 前記可制御スイッチ手段は各フィルタの入力及び出力の
    間に分路状に接続され、 前記可制御スイッチ手段は、夫々フィルタの周波数帯域
    に対応する制御信号に応じて、基準周波数レベル以下の
    場合、音声信号がフィルタを迂回して前記スイッチ手段
    を通過するように動作するシステム。
16. 【請求項１６】 請求項１４記載のシステムにおいて、
    前記帰還信号を発生する手段と前記マイクロコントロー
    ラの入力手段との間にサンプルホールド手段を更に備え
    たシステム。
17. 【請求項１７】 請求項１４記載のシステムにおいて、
    前記システム内で周波数帯域を減衰するのに用いられる
    フィルタの数に対応する数のラッチ手段を含み、 前記ラッチ手段は前記コンピュータに結合され前記制御
    信号を受ける入力手段と、前記可制御スイッチ手段に結
    合された出力手段とを有し、 前記ラッチ手段を前記コンピュータに結合して、前記制
    御信号を前記フィルタに伝送するように前記ラッチ手段
    を夫々制御する複数のアドレス線を更に備えているシス
    テム。
18. 【請求項１８】 請求項１０記載のシステムにおいて、
    前記第２の処理手段は、前記第２の帰還信号を時間領域
    から周波数領域の信号に変換するための高速フーリエ変
    換手段を備えているシステム。