JPH0582084B2

JPH0582084B2 -

Info

Publication number: JPH0582084B2
Application number: JP88501068A
Authority: JP
Inventors: Jaromiiru Aaru Baresu; Bakuretsushu Bii Peteru; Jeimuzu Eichi Sutanjeru
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1987-01-07
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1993-11-17
Also published as: KR960005377B1; KR890700966A; DE3788070T2; WO1988005226A1; EP0348396A4; DE3788070D1; EP0348396A1; JPH02500077A; US4721923A; ATE96951T1; EP0348396B1

Description

請求の範囲１電気的音声信号の振幅を変化し、前記電気的
音声信号の振幅を選択するための制御入力を有す
る可変利得手段、前記可変利得手段に接続され、アクテイブ・モ
ード及びバイパス・モードを有し、前記モードの
うちの１つを選択する制御入力を有するハイパ
ス・フイルタ、前記フイルタに接続される音声増幅器、前記増幅器に接続されるスピーカ、前記スピーカより発せられる音声のボリユーム
を選択するボリユーム選択手段、前記ボリユーム選択手段に接続され、前記可変
利得手段及び前記フイルタを制御する制御手段、を組合せて構成され、それにより、前記ボリユーム選択手段が所定レベルに進めら
れる時に、前記フイルタの前記アクテイブ・モー
ドが前記制御手段により選択され、同時に、前記
可変利得手段が、前記制御手段により前記電気的
音声信号の振幅のステツプ増加を有するように調
整されることを特徴とする電池により付勢される
無線受信機用音声増幅器回路。

２前記フイルタは、実質的に1.1KHzのコーナ
周波数を有し、前記電気的音声信号の振幅の前記ステツプ増加
は、実質的に6dBであることを特徴とする前記請
求項１記載の音声増幅器回路。

発明の背景本発明は、電池により付勢される無線受信機用
音声増幅器回路の分野に関するものであり、具体
的には、音声ひずみを減少し、また、知覚音
（perceived loudness）の大きさを増加する回路
に関する音声送信を受信するための無線周波受信機の設
計において、聴取者が要求するだけ多くのスピー
カへひずみの無い電力出力を与えるように調整で
きる音声増幅器を含むことが望まれる。しかしな
がら、大部分の増幅器は、クリツピングの近くで
より効率的に動作し、所定の電力出力に対して、
他の類似設計の増幅器より小型で最大電力出力能
力を有する増幅器は、典型的に少ない電力出力を
必要とするであろう。したがつて、無線受信機が
電池により付勢される時、電池の消耗を（drain）
を減少し、電池の充電または取換えの間の期間を
延ばすため、最大増幅器電力能力を制限するのが
望ましくなる。これら２つの設計目標は明らかに
衝突するものであり、無線受信機が電池により付
勢される時には音声増幅器にたいしては、妥協の
最大電力出力能力が選ばれるのが普通である。

第１図には、先行技術の無線受信機が図示され
る。この図を参照するに、受信機の“前置”増幅
器の復調音声出力は、電位差計（ポテンシヨメー
タ）１０４を介し音声増幅器１０６及びスピーカ
１０８へ接続される。電位差計１０４は、ボリユ
ーム（音量）制御（回転制御が想定される）とし
て機能し、その回転のある点で、音声増幅器１０
６への入力信号は、増幅器をクリツプさせるのに
十分であろう。これは、第２Ａ図、第２Ｂ図、第
２Ｃ図に図式的に説明され、その細い線及び太い
線はそれぞれ、第１図の先行技術回路の応答（レ
スポンス）及び第４図（以下に説明）の本発明の
応答（レスポンス）を表示する。第２Ａ図、第２
Ｂ図、第２Ｃ図において、それぞれ、ボリユーム
（音量）制御１０４の利得、聴取者にたいする知
覚音の大きさ、及び増幅器ひずみが、ボリユーム
制御の回路角に対しプロツトされている。

そのボリユーム制御がその最小ボリユーム位置
（グラフの水平軸上の最も左）より進められれば、
回転角２０２において増幅器１０６はクリツプし
始める。第２Ａ図は、そのボリユーム制御が点２
０２をこえ（グラフの水平軸上で右方に）回転さ
れるにつれ、増幅器入力信号は増加することを図
示し、しかし、第２Ｂ図、第２Ｃ図はそれぞれ、
ボリユーム制御が点２０２を超え回転されるにつ
れ、知覚ボリユームには実質的な変化はなく、ひ
ずみが急速に増加するのを図示している。

増幅器のクリツピング（clipping）は、典型的
な人間音声の周波数応答プロツトが図示される第
３図を参照することにより最もよく理解される。
典型的な人間の音声は、略700Hz、1500Hz、及び
2400Hzに中心をおく、第１、第２及び第３ピー
ク、または“フオルマント”を有する。第１フオ
ルマントは第２フオルマントより15dBだけ強く、
また、第２フオルマントは第３フオルマントより
6dBだけ強くなる。

音声増幅器１０６クリツプし始める時に、第１
フオルマント３０２の帯域幅内の周波数は、第２
フオルマント３０４及び第３フオルマント３０６
の周波数の前方でひずみ始める。第１フオルマン
トの第２及び第３ハーモニツク・プロダクト
（harmonic product）が、第２及び第３フオルマ
ントの帯域幅内におちるから、あいにく追加ひず
みが発生する。かくして、ひずみは急速に増加
し、ひとたびひずみが始まれば、スピーカにおけ
る知覚音の大きさには著じるしい増加はない。し
たがつて、了解度を同時に維持しながら、このひ
ずみを減少し知覚音の大きさを増加するように音
声信号が増幅するに調節出来るとしたら、それは
望ましいことであろう。

好ましい実施例の説明第４図には、本発明の構成図が図示されてい
る。この図を参照するに、アンテナ４０２は既知
の無線周波数受信機４０４の前置増幅器に接続さ
れる。無線前置増幅器４０４は復調器を含み、そ
の出力は、ステツプ・アツテネータ（階段状減衰
器：step attenuator）４０６の入力に接続され
る。

ステツプ・アツテネータ４０６はなるべくな
ら、各ステツプが0.25dBである250のステツプを
持つのが好ましい。ステツプ・アツテネータ４０
６は、250ステツプの減衰の１つを選択のために
制御入力を有する。ステツプ・アツテネータ４０
６の出力は、ハイパス（高域通過型）フイルタ４
０８の入力に接続される。ハイパス・フイルタ４
０８は、“アクテイブ（active）”及び“バイパス
（bypass）”モードを有し、それは制御入力によ
り選択される。アクテイブ・モードにおいて、フ
イルタ４０８は、コーナ周波数1.1KHzを有する
２極ハイパス・フイルタとして機能する。しか
し、バイパス・モードにおいては、ろ波作用
（filtering）は与えられず、入力は必然的に出力
に接続される。フイルタ４０８の出力は音声増幅
器４１０の入力に接続され、また、音声増幅器の
出力はスピーカ４１２に接続される。

好ましい実施例では、４セクシヨンのバイカツ
ド（bi−quad）スイツチド・キヤパシタ・フイ
ルタが、アツテネータ４０６出力と音声増幅器４
１０の入力との間に接続される。そのスイツチ
ド・キヤパシタ・フイルタの１セクシヨンは、ハ
イパス・フイルタ４０８として機能し、他の３セ
クシヨンは、300Hzコーナ周波数を有するハイパ
ス・フイルタとして機能する。この特定の応用で
は、“トーン・コード化スケルチ”信号として既
知の制御信号は、DCと300Hzとの間の周波数帯域
で送信される。300Hzコーナ周波数を有する３個
のセクシヨンは、これらの制御信号をろ波して取
り除き、これらが音声増幅器４１０に増幅される
のを防止する。好ましい実施例において、バイパ
ス・モードに入るには、ハイパス・フイルタ４０
８の周波数が、1.1KHzより300Hzにたんに移行さ
れ、それにより、可聴下（subaudible）制御信号
に対しさらに減衰を与える。ハイパス・フイルタ
４０８のコーナ周波数の1.1KHzより300Hzへの変
化は、フイルタ４０８の制御入力におけるクロツ
ク周波数を変化させることにより達成される。ス
イツチド・キヤパシタ・フイルタは、そのフイル
タのモードを制御する便利な方法を提供するが、
他の既知の型のフイルタもまた利用できる。

線形回転型逓変分圧器（linear taper rotary
potentiometer）４１４は、１つのエンド端子を
接地に接続させ、他の端子を正電圧源に接続させ
る。前記逓変分圧器４１４のワイパー端子は、ア
ナログ・デイジタル・コンバータ４１６の入力に
接続される。Ａ／Ｄコンバータ４１６におけるビ
ツト数は、アツテネータ４０６において選択し得
るステツプ数を決定し、好ましい実施例において
それは８ビツトを有する。Ａ／Ｄコンバータ４１
６出力は、マイクロコンピユータ４１８の入力ポ
ートに接続される。

マイクロコンピユータ４１８は、なるべくなら
低電力CMOSの８ビツトコンピユータが好まし
く、好ましい実施例ではMotorolaの
MC1468HC11マイクロコンピユータが使用され
る。マイクロコンピユータ４１８の１出力ポート
は、アツテネータ４０６の制御入力に接続され、
他の出力はハイパス・フイルタ４０８の制御入力
に接続される。マイクロコンピユータ４１８は既
知の“検索（look up）”テーブル・ソフトウエ
アを含み、これはボリユーム制御４１４の回転角
度にもとづき、アツテネータ４０６に対し特定の
減衰及びフイルタ４０８に対し特定のモードを選
択する。具体的に云えば、そのマイクロコンピユ
ータは、ボリユーム制御の回転角度（実際には、
その回転角度に直接に対応するＡ／Ｄコンバータ
の２進出力）を読み出し、そのテーブルにおいて
対応するステツプ・アツテネータ（階段状減衰
器）の設定およびフイルタ・モードを検索し、そ
れに応じて適宜にアツテネータ及びフイルタを設
定する。数学的にはアツテネータ用検索テーブル
は、第２Ａ図の太い曲線を不連続的にエミユレー
トする。フイルタに対しては、検索テーブルは、
単に、回転角度２０２以上ではフイルタを活性化
し、その角度以下では第２Ａ図に図示の通りフイ
ルタをバイパスする。

動作においてステツプ・アツテネータ４０６
は、無線前置増幅器４０４の復調器の出力に現わ
れる電気音声信号の振幅を変化する可変利得手段
を与える。

マイクロコンピユータ４１８は、アツテネータ
４０６の利得及びフイルタ４０８のモードを制御
する制御手段を提供する。逓降分圧器４１４は、
逓降分圧器の回転の関数としてスピーカより発せ
られる音声ボリユームを選定するため、ボリユー
ムの選択手段を提供する。

ボリユーム制御（逓変分圧器）４１４の適当な
回転により、低ボリユームが選択された時には、
前記ボリユーム制御４１４のワイパーに現われる
アナログ電圧は、Ａ／Ｄコンバータ４１６により
８ビツト・デイジタル信号に変換され、次にマイ
クロコンピユータ４１８へ接続される。マイクロ
コンピユータ４１８は、適当な制御信号をステツ
プ・アツテネータ（階段状減衰器）４０６に送
り、そこで利得は所定のレベルに設定されるであ
ろう。低ボリユームに対して、マイクロコンピユ
ータ４１８は、フイルタ４０８をバイパス・モー
ドに置き、そこで、アツテネータ４０６の出力
は、本質的に音声増幅器４１０の入力へ直結され
る。

ボリユーム制御（逓変分圧器）４１４が僅かに
進められる時に、Ａ／Ｄコンバータ４１６の出力
は増分され、またマイクロコンピユータ４１８
は、対応して新しい制御信号をステツプ・アツテ
ネータ４０６へ送り、約0.25dBだけその利得を
増大する。かくして、ボリユーム制御（逓変分圧
器）４１４が進められるにつれ、マイクロコンピ
ユータ４１８は、対応するステツプ・アツテネー
タ４０６の利得を増加する。結果的には、ステツ
プ・アツテネータ４０６の利得は充分に大きくな
り、音声増幅器４１０が最小クリツピング・レベ
ルになるようにする。

ボリユーム制御（逓変分圧器）４１４は、その
ボリユームがこの最小クリツピング・レベル以上
12dBとなるまで進んだ時に、マイクロコンピユ
ータ４１８はフイルタ４０８をアクテイブ・モー
ドに切換え、フイルタは、1.1KHzのコーナ周波
数を有する２極（形）応答（レスポンス）をとる
ものと考えられる。フイルタ４０８がアクテイ
ブ・モードに切換えられた場合、スピーカ４１２
より発せられるボリユームに著しい減少が聴取者
に知覚できるであろう。したがつて、フイルタ４
０８がアクテイブ・モードに切換えられる時に
は、マイクロコンピユータ４１８は、アツテネー
タ４０６に利得を6dBのステツプだけ増加するよ
うに命令する。（6dBの利得の特定の増加は、反
復的な聴取者テストにより実験的に決定された）。
かくして、フイルタ４０８をアクテイブ・モード
へ切換えることにより発生した。スピーカ４１２
における知覚音の大きさの減少は、アツテネータ
４０６の利得のステツプ増加により補償される。
したがつて、スピーカ４１２における知覚音の大
きさは、ボリユーム制御（逓変分圧器）４１４に
進められるにつれ、滑らかに連続的に増加するよ
うにみえるであろう。

本発明の応答（レスポンス）特性は、第２Ａ
図、第２Ｂ図、第２Ｃ図のグラフに太線で図示さ
れている。第２図を参照するに、ボリユーム制御
が点２０２迄進められるにつれて、ステツプ・ア
ツテネータの出力には、なめらかで連続的な増加
が存在するのが明らかになるであろう。点２０２
において、音声増幅器４１０は、最小クリツピン
グレベル以上約12dBになるが、ハイパス・フイ
ルタ４０８は、アクテイブ・モードに切換えられ
る。同時に、マイクロコンピユータ４１８は、ア
ツテネータ４０６に命令し、その出力電圧を6dB
だけステツプさせる。ボリユーム制御（逓変分圧
器）４１４が点２０２を超えて進められると、ス
テツプ・アツテネータ４０６の出力は、再びなめ
らかで連続的に増加する応答（レスポンス）特性
を示す。第２Ａ図の細い線は、第１図の電位差計
１０４の出力を図示し、本発明のステツプ・アツ
テネータ４０６出力に対する直接の比較を提供す
る。

第２Ｂ図に参照するに、本発明及び先行技術回
路の知覚音の大きさは、点２０２まで実質的に同
一である（明らかにするため図面では太線及び細
線に分離して示されているが、実際には点２０２
より左側は、これら曲線は殆んど同一である）。
点２０２において、先行技術回路はクリツピング
に入り、音声増幅器１０６の入力における信号レ
ベルを更に増加してスピーカ１０８における知覚
音の大きさを殆んど増加しない。しかし、好まし
い実施例においてフイルタ４０８は、点２０２に
おいて切換えられ、スピーカ４１２の知覚音の大
きさは、ボリユーム制御（逓変分圧器）４１４が
点２０２を超え進められるにつれ増加する。第２
Ｃ図は、同様に、ボリユーム制御が点２０２を超
え進められるにつれ、先行技術回路のひずみが急
速に増加するし、他方、本発明のひずみの増加
は、より低い割合で増加することを示している。

本発明の動作理論は、第３図を参照することに
より最も良く理解される。第３図において、典型
的な人間の音声の周波数レスポンスが図示されて
いる。既に説明した通り、このレスポンスは、そ
れぞれ第１、第２及び第３フオルマントと呼ばれ
る、ピーク３０２，３０４及び３０６を有してい
る。第１フオルマント３０２は主としてスピーカ
の認識に原因があり、他方、第２及び第３フオル
マント３０４及び３０６は、ワード及びシラブル
（syllable）の認識に原因がある。第１フオルマ
ント３０２は略700Hzに中心をおき、第２フオル
マント３０４は略1500Hzに中心を置くから、フイ
ルタ４０８をアクテイブ・モードへ切換えること
は、第１フオルマント３０２を減衰するだけであ
る。第２及び第３フオルマント３０４及び３０６
は、フイルタ４０８の活性化により減衰されない
から、了解度は失なわれないが、しかし、スピー
カの認識は、僅かに低下するであろう。

したがつて所定の音声増幅器に対し、第４図の
発明は、スピーカにおける知覚音の大きさを増加
することが可能であり、同時に、高ボリユーム・
レベルにおけるひずみを減少することが可能にな
る。この回路は、音声増幅器の最大電力能力が電
池チヤージを維持するように典型的に制限される
電池電源により動作する無線受信機において主と
して有用である。制限のない電力源が使用できる
場合、知覚音の大きさの増加は、単に音声増幅器
の最大電力能力の増加のみにより達成できること
は自明である。