JPH07501429A - 改良型多帯域プログラマブル圧縮システム - 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】 改良型多帯域プログラマブル圧縮システム発明の分野 本発明は、音声信号処理に関する。具体的には、聴覚障害者の聴覚を向上させる ための装置に用いられる４！Ｊ積回路多帯域圧縮器システムに係わる。

発明の背景 音声圧縮器は、聴覚障害者を援助するための装置に使用されて効果を発揮する装 置として良く知られている。圧縮器では、装置のゲインが、入力信号の振幅の関 数に従って変化する。ゲインは、低レベル人力信号で最大となり、振幅の大きい 信号で最小となる。

多くの症例において、聴覚障害者の耳の反応は、感度と周波数応答が健常者のも のとは実質的に異なる。感音聴覚障害と診断される人の場合、軟膏は聞取れない 。一方、大きな音は、健常者と同しように大きく感じられる。会話レベルの音は 、非常に静かで、感音聴覚障害の人には聞取れないこともある。従って、このよ うな人を援助するために線形増幅を利用したのでは、音の大きさの関係は歪曲さ れて知覚され、大きな音は不快感を与え、症例によっては、苦痛を与えるほどに なる。聴覚障害者が会話を理解するために必要なことは、静かな会話信号の振幅 を聞取れるレベルにまで上げることである。音の大きさの関係を見直すことによ って、更なる向上が期待される。この概念の理解を深めるためには、Ｅｄｇａｒ Ｖｉｌｌｃｈｕｒ著「感音性難聴における会話理解度を向上させるための信号処 理法Ｊ（米国聴覚学会機関誌第５３Ｓ、１６４６頁〜１６５７頁）を参照すると よい。

音声圧縮機能を備えた補聴器によって、感音性聴力損失を病む人の音節の理解度 を向上できることは、種々の研究から判明している。聴覚障害者に対する音声圧 縮器の使用については、ＷａｌｋｅｒとＤｉｌｌｏｎの共著による［補聴器にお ける圧縮−分析と検討と推奨品Ｊ　（ＩｉＡＬ報告第９０号。オーストラリア連 邦健康者国立聴覚研究所刊行。１９８２年６月）と題する報告で詳細に述べられ ている。その他には、Ｂ、　Ｃ，Ｊ、　ＭｏｏｒｅとＪ、　Ｓ、　Ｊｏｈｎｓｏ ｎとＴ、　Ｃ，Ｃ１ａｒｋとν、　Ｐｌｕｖｉｎａｇｅとの共著「感音性聴力損 失の人のための全二重チャネルダイナミンクレンジシステムの評価」（米国聴覚 学会機関誌にて発表予定）と題する臨床研究報告がある。この報告では、音声多 帯域圧縮の恩典が断定されている。

また、ユーザー人−人に固有の欠陥を補償するためや、静かな環境とか騒りしい 環境といった様々な状況の下で正常な聴覚をシミュレートするために補聴器の特 性を最適化するという目的にも、音声圧縮器が有効利用される０例えば、多くの 症例において、聴覚障害者は、周波数が高くレベルが低い時に聴力損失を経験す る。このような人には、低レベルで高周波数の音だけを増幅する装置が望ましい 。レベルが高く周波数が低い場合、装置のゲインは、低下し１に近い値になる。

低周波数の時、ゲインは、入力音レベルにかかわらず工に近い値をとる。従って 、周波数が高い時のみ圧縮を適用し、ゲインが、音声スペクトルにおいて高音レ ベルで１に近い値をとるようにする。

聴覚障害者−人一人が、−意な聴覚反応を示すので、圧縮率と周波数応答性とを 調整可能な圧縮システムが必要である。ダイナミックレンジの広い多帯域圧縮シ ステムについては、「多帯域プログラマブル圧縮システム」と題する米国特許第 ４，８２２，７６２号（１９８９年１１月２１日発布）に記載されている。この 特許（開示内容を参考として掲載する）は、感音性聴覚障害の患者の聴覚を向上 させるための現在製造中のシステムに関するものである。このシステムは、周囲 の音響信号を電気信号に変換するための入力変換器と、システムの様々な地点に 設けられた適当な信号レベルを設定するための電子増幅器と、多帯域圧縮器と、 聴覚障害者に聞取れる音響形態もしくは機械形態へ増幅電気信号を変換し直すた めの出力変換器とで構成される。

多帯域圧縮器は、本出願者に対して認可され１９８９年１１月２８日に公開され た米国特許第４，８８２．１６１号「低電圧プログラマブル圧縮器」に記載の圧 縮回路を複数個備えている。第４，８８２．７６１号（開示内容を参考のために 掲載する）に記された圧縮回路は、三種類の周波数帯域において三つの機能を果 たす。

三つの機能とは、圧縮率をプログラム可能な圧縮回路として動作する機能と、ゲ インの量をプログラムに組込んでユーザ毎に最適化されるようにする機能と、ユ ーザが音量を調節できるようにする機能とである０本発明の性質上、圧縮率とい う用梧は、出力レベル変化に対する入力信号レベル変化の比率を意味する。

上記の三つの機能を果たす圧縮回路のゲインの範囲を広くすると、性能に悪影響 を及ぼす。特に、圧縮器としての機能に悪影響を及ぼす。この点に付いて以下に 説明する。

聴覚装置の回路は、人間の耳に嵌入されるという構造上、非常に小さいことが必 要である。このため、第４，８８２，７６１号に記載の装置では、設計概念を上 記の多数の機能を単一の回路に組込むことに置いていた。本発明の改良型圧縮回 路は、集積回路チップ上のシリコン領域を先行例の設計より増加させることなく 、機能を別個の回路に分離して、性能を顕著に向上させ、歪みを低減し、ゲイン の順応性を高め、プログラムを簡素化し、製造歩どまりを高めることによって上 記の限界を取払おうとするものである。

回路の機能を正しく認識するために、本発明に必要なプログラム可能性をもつ振 幅制限回路の働きについて述べ、その振幅制限回路が使用された圧縮器であって 、圧縮率をプログラム可能な圧縮器について説明する。

信号の振幅制限を実現するためには、電気信号で制御できる可変ゲイン回路が必 要である。このような回路は、先行例で周知のとおりである。補聴器に使用され る低電′ａ電圧に特に適する回路については、本出願者とＢａｅｚに対して認可 され１９８９年９月１９日に公開された米国特許第４．８６８，４１７号「可変 損失器」で説明されている。特許第４，８６８，４１７号（参考のために開示内 容を掲載する）に記載されているように、可変損失器の電流ゲインは、二種類の 制ｒＢ電流ＩＡと１−の比率に等しく、全電流ゲインは、＋ｍ／＋４に等しい、 この回路に着信する信号を整流しフィルタ処理してエンベロープ信号を取出し、 エンベロープ信号を使って入力信号の増大に伴い１．を増加させる場合、入力信 号が増大すると、電流ゲインは低下する。従って、出力レベル対人力レベル曲線 の傾斜度は、高レベルで減少し始め、所定の入力レベル以上で一定になるまで減 少し続ける。

Ｌ／ＩＡの比率におけるＩＡは、入力レベルに伴い増加するので、入力レベルが 上がるとゲインは落ちる。Ｉ、は、固定直流電流と信号依存電流との二つの成分 で構成される。音レベルが非常に低い場合、ＩＡの固定直流成分が優勢となり、 ゲインが一定になる。ゲインが落ち始めるのは、■、の信号依存成分が、直流成 分に対して優勢となる時だけである。ＩＡの信号依存成分が直流成分に等しくな る音レベルを下側区切り点Ｐｌｋと定義する。これまでの説明は、いわゆる軟振 幅制限回路、すなわち、入力信号が増大するにつれてゲインが徐々に変化する振 幅制限回路に関することに留意する。軟振幅制限回路においては、Ｉｓは、固定 直流ｉｌ流を表す、上記の下側句切り点の定義づけから、句切り点での応答性は 、入力レベルがゼロになると、曲線の漸近値同士の交点の値より低い６デシベル となることが分かる。これは、句切り点ＩＡＯの電流をＩＡｓとすると、ＩＡ＝ ＩＡ。十Ｉ□、が成立つという事実に基づく。ここで、ｒＡｏは、ＩＡの直流定 成分を示し、■。は、Ｉ、の信号関係成分を示す。句切り点Ｉ、では、ＩＡ＝２ １４゜が成立つ、すなわち、総ゲインが５０％すなわち６ｄＢだけ低下する。

上記の特許第４，８８２，７６１号に記載のプログラマブル圧縮器においては、 振幅制限によって、上述のように、Ｉｍ値が直流値を上回ると、出力レベル対入 力レベル曲線の傾斜度は、高レベルで減少し始める。しかし、特許第４．８８２ ．７６１号の装置では、ある高入力レベルで、Ｉｍ値が、入力信号の影響を受け て直流値より高くなる。このため、曲線に第二の上側句切り点を設ける。この上 側句切り点をＰ。とする。Ｐ、、ｂを上回る高いレベルで、出力レベル対入力レ ベル曲線の傾斜度は、−次関数のものに漸近し始める。これらの特性を定義する 数学的関数すなわちＣ字状の関数は、下側句切り点と上側句切り点との間の部位 で線形に近くなる０次に、二つの点の中間点すなわち変曲点について述べる。変 曲点に対応する入力レベルを要点Ｐｖとする。上側と下側の句切り点ＰｌｂとＰ −の間の距離を変化させることによって、かなり広範囲の音声入力振幅に対して 出力対入力曲線の上記の二点の間の部分の傾斜度を変化させることができる。入 力対出力曲線の傾斜度の逆数を圧縮率μとする。　Ｐ−ｂｔｌ’Ｐｌゎに対して （あるいは、その逆）変化させることによって、圧縮率を連続的に変化させるこ とができる。従って、二つの句切り点の一方もしくは両方を変化させることによ って、圧縮率をプログラムに組込める。二つの句切り点については、前述の可変 損失器に付加される直流電流に基づいて設定する。

先行例の可変圧縮器は、整流エンベロープ信号を付加してＩｍと１１の両方の値 を変化させるものであったが、本発明では、１．値は、振幅制限に用いられ、１ １値は、所望の圧縮率を得るために回路の動作をプログラムするのに使われる。

この改良に付随するその他の効果をいくつか以下に説明する。

先行例の回路では、圧縮率をプログラムできるばかりでなく、１４（＊と■、値 の固定直流成分を変化させるだけでゲインをプログラムに組込めるようにするも のであった。１゜を小さくするが１．。を大きくすることで、ゲインを増加させ ているのである。

先行例のシステムにおいて上記の三つの機能を果たすために回路のゲインを広範 囲に変化させねばならないので、制ｗＪ電流１ヶと１．の値をがなり広い範囲で 変化させることが必要である。このため、制御信号と歪の原因となるスプリアス 直流オフセット電圧との間で相互変調が必要になるが、次に説明するように、回 路の均衡が正しくとれていない場合、ゲインや圧縮率のプログラム値に深刻な影 響を及ぼすことになった。特許４，８８２，７６１号の回路は、適切に動作して 所望の機能を果たすが、高度な信号処理を維持するためには、回路のパラメータ を綿密に調整することが必要である。程度の異なる聴覚障害に対応するのに充分 な広さの範囲で１．と■、を変化させることが必要である。従って、良質の音を 得るために、集積回路の加工段階で仕様の調整を行う。この仕様調整によって、 製造経費が増加し、製造歩どまりが低下する。

発明の概要 要約すると、本発明は、ひずみ特性を向上させ、ゲインの順応性を上げ、性能を 高めること力呵能で、製造し昌い改良型多帯域圧縮システムを提供する０本発明 は、また、先行例との比較において改良型の信号処理システムを提供する。本発 明は、音を電気信号に変換するだめのマイクロホンと信号を増幅するための前置 増幅器とを備えた聴覚装置を企図する。前記増幅器は、出方端子をもつ多帯域圧 縮システムの入力端子に電圧を印可する６多帯域圧縮システムは、等花器と出力 増幅器などから成る信号処理回路に電圧を印可する。信号処理回路は、電気音響 変換器やスピーカーに電圧を印加する。前記増幅器からの信号は、複数の出力端 子を帯域毎に備えた帯域分割フィルタに入力される。帯域分割フィルタの出力は 、複数の信号振幅制限回路に供給される。信号振幅制限回路の出力は、合算され て多帯域圧縮システムの出力となる。

本発明の一つの側面によると、帯域分割フィルタの帯域毎の出力は、振幅制限回 路に人力されるばかりでなく抵抗器にも入力される。各振幅制限回路の出方は、 振幅制限回路の入力信号と等価の抵抗器信号と合算される。このように、帯域毎 の出力を別個に調整できる。

別の構成においては、帯域分割フィルタの入力端子の信号を振幅制限回路の出力 と合算して、多帯域圧縮システムへの入力信号を生成する。これによって、ゲイ ンを振幅制限回路毎に制御できるので、圧縮率を帯域毎に別個に制御できる。

本発明の更なる側面によれば、振幅制限回路を一個か複数個を、振幅制限を必要 としない周波数から外す。聴覚障害では多くの症例において、例えば最低周波数 では圧縮は必要ではないからである。従って、単一の抵抗器を使って、帯域分割 フィルタの最低帯域用出力端子から出力合算地点までの間に経路を一つだけ形成 する。

優先的実施例においては、圧縮器は各々、直列に接続された可変損失器二個で構 成される。第一の可変損失器は、プログラム可能な圧縮率に従って信号を圧縮す るための振幅制限回路として使用される。第一の可変損失器の圧縮率については 、プログラム可能な一つの変数に基づいて変化させることができる。第二の可変 損失器は、可変（聴覚科学的にプログラムされた）ゲインを実現し、ゲイントリ ム調整機能とユーザ音量制御機能とを提供する。圧縮率をプログラムできるばか りでなく、ゲインをもプログラムできる。更に、８ｄＢＳＰＬといった高信号レ ベルに対するゲインをプログラムすることは、５０ｄＢＳＰＬといった低信号レ ベルに対するゲインをプログラムすることとを別個に実施できる。（音響の振幅 を測定するために一般的に使用される単位は、音圧レベルデシベルｒｄＢｓ　Ｐ 　Ｌ　Ｊであり、本書でもこの単位を使う、）更に、別個に設けたＴ！１流から 直流ゲイン制御電流を供給されるので、音量をユーザが調節できる。

本発明の目的は、改良型帯域プログラマブル音声圧縮システムを提供することで ある。

本発明の別の目的は、ゲインと圧縮率とを周波数帯域毎に別個に調整できる改良 型多帯域プログラマブル圧縮システムを提供することである。

本発明の目的は、高度なひずみ特性を持ち圧縮率をプログラム可能な聴覚装置用 信号圧縮器を提供することである。

本発明の更に別な目的は、回路仕様を厳密に規定する必要の無い高度な信号処理 を実現し、製造歩どまりを向上させることである。

本発明の更なる目的は、圧縮率を単一のプログラム変数に従って変化させること ができるプログラマブル信号圧縮システムを提供することである。

本発明の更なる目的は、等化特性が信号レベルに伴って変化する多帯域圧縮シス テムを提供することである。

本発明の更に別な目的は、集積回路として容易に製造でき、圧縮率を連続的に変 化させることができる圧縮器を提供することである。

本発明の更なる目的は、単一のエネルギーセルで動作でき、圧縮率を連続的に変 化させることができる圧縮器を提供することである。

図面の簡単な説明 本発明の上記の目的およびその他の目的については、以下の説明と添付の図面と を通して充分に理解されるであろう。

第１図は、先行例における周知の多帯域圧縮器を示すブロック図である。

第２ａ図は、本発明の一つの側面に係わる圧縮器を簡単に示すブロック図であり 、第２ｂ図は、その圧縮器を詳細に示すブロック図である。

第３ａと３ｂ図は、振幅制限回路の出力応答性とゲインを示すグラフであり、第 ３０と３ｄ図は、本発明のプログラマブル圧縮回路の出力応答性とゲインとを示 すグラフである。

第４図は、通常の会話のグイナミソクレンジにおける圧縮率の相対的に一定の特 性すなわち線形の特性を示す様々な圧縮率をプログラム可能な本発明の回路の出 力応答性を示すグラフであり、本発明に係わる回路で達成される傾斜度変化の度 合を示す。

第５図は、本発明の実施例に係わる圧縮器用の可変損失器と制御回路とを示す概 略回路図である。

第６図は、第５図の回路を制御するための振幅検出器と緩衝増幅器とを示す回路 図である。

第７図は、本発明の実施例に係わる多帯域圧縮システムのチャネル毎に設けられ る信号処理システムのプログラマブルゲイン部を示す回路図である。

第８図は、第４図と同様に様々な圧縮率をプログラム可能な本発明の回路の出力 応答性を示すグラフであるが、ここでは、第８図の回路ｈ＜（吏われ、回路のケ ゛インが、８０ｄｌ’１ＳＰＬという入力音圧レベルの圧縮率の影響を受けなし ）ようにしりこものである。

第９図は、本発明の別な実施例における振幅制限回路を複数個と側路を一個（両 用した多帯域ダイナミ・７クレンジプロセノサを示す。

発明の詳細な説明 信号圧縮システムは、システム内のある地点Ｇこおしする（３号の振＋＝に応答 するル１１「路を備えた可変ゲイン回路で構成される。可変ゲイン回路口よ、入 カ信号の振幅の範囲での入力信号レベルと出力信号レベルとの間に所望の関係を 樹立させて、システムのゲインを変化させる。本発明におＬＸでむよ、可変）１ イン回路すなわち可変損失器は、−次関数を伝達関数とした電流乗算器である。

４３号の振１畠１１ｄｌ限を実現するためには、電気信号で制御できる可変ゲイ ン回路力＜ａ・要である。先マチ例で周知の可変ゲイン回路の一つは、補聴器に 使用される低電源電圧に適用可能なものである。この回路につい°ては、前述の 特許第４，８６８．５１７号を特徴する特許第４，８６８，５１７号の説明で述 べたように、可変を員失器の電流ゲイン番よ、二種類の制？Ｂ電流１ａと１３の 比率に等し魁１゜すなわち１．／ＩＡに等しくλ０本発明の制御回路を使えば、 特許第４，８６８，５１７号に記載の可変１員失器複数個をプログラムの走行に 従って制御することによって、所望のケ゛インと圧縮率と信号レベル依存周波数 応答性とを得ることができる。しかも、個々のユーザの要望に合わせてそれらの パラメータを修正できる。

先行例の信号圧縮システムの一例を第１図に示す。この装」よ、前述の特許第４ ．８８２，７６２号に記載されている。第１図にお（劉、プロゲラマフ゛ル多帯 域圧縮システム１００は、マイクロホン１０２から音声信号を受イ言する。マイ クロホン１０２の出力端子は、前記増幅器と自動ゲイン制御回路（ＡＧＣ）１０ ４とＡＧＣ動作を制御する補助前置増幅器１１５とに接続されて（Ａる。ＡＧＣ 回路１０４の出力端子は、音声信号を複数の周波数帯域に分離するプロゲラマフ ゛ル帯域分離フィルタ１０６に接続されている。複数の周波数帯域としよ、優先 的実施例におし）ては、高周波数帯域と低周波数帯域である。プロゲラマフ゛ル 帯域分離フイルり１０６の低周波数帯域用出力端子は、プログラマブル低帯域圧 縮器１０８Ｏこ↑妾続され、プログラマブル帯域分離フィルタ１０６の高周波数 帯域用出力端子は、合算回路１１２に接続されている。合算回路１１２は、出力 信号を合成して完璧な音声信号を生成する。合算回路の出力端子は、増幅器１１ ４に接続されている。

増幅器１１４は、合成音声信号を増幅して、増幅器１１４に接続されている信号 表示器１２４を駆動するのに充分なレベルをもつ信号を生成する。システム１０ ０は、更に、システム１００内の様々な回路に整流電圧を印加するための電圧整 流器１１６を備えている。このように構成された先行例のプログラマブル多帯域 圧縮システムは、集積回路での実現に特に適している。また、領域１１Ｂに収納 される回路は全部、単一の集積回路基板上に構築される。第１図に示すプログラ マブル多帯域圧縮システム１００は、単一セル低電圧電池１２２を電源とする。

プログラマブル多帯域圧縮システム１００は、外部の制御回路１２０で生成され る複数の制御信号を受信する。制御回路１２０は、帯域分離フィルタ１０６およ び低帯域圧縮器１０８と高帯域圧縮器１１０とに接続されている。制御回路１０ ２からの制御信号は、低周波数帯域と高周波数帯域との間の周波数分離を制御し 、低帯域圧縮器１０８と高帯域圧縮器１１０のゲインと圧縮率とを制御して、多 様な聴覚障害を補償するのに必要な応答性をシステム１００に実現する。

上記の先行例のシステムでは、圧縮器１０８と１１０は各々、特許第４，８８２ ．７６１号に記載の回路であってもよい。

第１図のシステムの圧縮器１０８と１１０として最適な本発明に係わる一対の圧 縮器を第２ａ図のブロック図に示す。上記の帯域分離フィルタ１０６の高帯域用 出力端子からの信号は、高帯域圧縮器１１０の入力端子２０２Ａに印加される。

帯域分離フィルタ１０６の低帯域用出力端子からの信号は、低帯域圧縮器１０８ の入力端子２０２Ｂに印加される。圧縮器１０Ｂと１１０の両方は、同し動作を する。従って、高帯域圧縮器１１０について次に述べる説明は、低帯域圧縮器１ ０８にも適用される。

信号は、後に述べる信号振幅制限回路２０４Ａとフィードフォワード抵抗器２０ ６Ａの両方に印加される。振幅制限回路２０４Ａの出力端子から流出する電流と フィードフォワード抵抗器２０６Ａから流出する電流とは、合算ノード２１２Ａ で合算されて、プログラマブルゲイン部２１０Ａへ付加される。制ｍ電流は、制 御回路１２０から圧縮プログラム端子２０８Ａへ付加される。これによって、圧 縮システムの圧縮率をプログラムの走行に従って変化できる。ゲイン部２１０Ａ からの出力は、出力端子２１６Ａへ送出される。制御回路１２０からの電流をプ ログラム制御端子２１４Ａへ付加することによって、プログラマブルゲイン部２ １０Ａのゲインを変化できる。出力端子２１６Ａと２１６Ｂからの信号は、合算 されて増幅器１１４へ印加される。

本発明に適する振幅制限回路は、第２ｂ図に更に詳細に示す、第２ｂ図において 、入力端子２０２の入力電圧信号は、入力抵抗器２２２へ電流を流す。電流は、 可変損失器２２０に付加される。可変損失器２２０は、制御端子を二個２８２と ２８６（ｌえている。制御端子２８２と２８６を使って、可変損失器のゲインを 制御する。可変損失器の出力端子は、プログラマブルゲイン部２１０の入力端子 に接続された合算ノード２１２に接続されている。端子２０２からの入力端子も 、やはり、フィードフォワード抵抗器２０６に電流を流す。この電流も、合算ノ ード２１２に付加される。

端子２０２の入力電圧も、着信信号を整流１°るための振幅検出器２４０に印加 される。振幅検出器２４０の出力端子は、整流信号をフィルタ処理するコンデン サ２５０に接続されている６、コンデンサの他方の端は、基準電位点２１８に接 続されている。整流フィルタ処理信号は、緩衝増幅器２６０に印加される。振幅 検出器２４０は、入力信号のピーク振幅電圧を検出し、Ｊンデンサ２５０へ送■ する。コンデンサ２５０は、この電圧を予め設定された期間保持する。回路の保 持時間すなわち「解除１時間は、通常、１０〜１００ｍ５に設定される。コンデ ンサ２５０の電圧は、緩衝増幅器２６０への入力を形成する。緩衝増幅器２６０ の出力は、電流変換器２８０へ印加され、可変損失器２２０の第一制御端子２８ ２のＷを変化させる。圧縮プログラミングを流Ｌｐｃは、圧縮プログラミング端 子２０８に付加され、電流変換器２８４で制御を流に変換され、第二可変損失制 御端子２８６へ付加される。

可変損失制御端子２８２と２８６へ付加された制御電流は、可変損失器の′ｒ！ １流ゲイソゲインする。可変損失器のゲインは、ｔｍ４１のＩＡ値に対する比率 に等しい、ここで、■おは、第二制ｍｅｇａ子２８６へ付加される電流を示し、 ｌａは、第−可変損失制御端子２８２へ付加されるＴ！ｌ流を示す。Ｉ、。値は 、緩衝増幅器２６０からの直流出力レベルとＩ、の直流値を制御するためのプロ グラミング電流ＬＰｅとを合成することによって算出される。

上記の信号処理構成においては、入力信号を整流しフィルタ処理してエンベロー プ信号を取出す。エンベロープ信号の増大に伴い、ＩＡを増加させる。このよう にして、入力信号の増大に伴い電流ゲインを低下させる。出力レベルは、所定の 入力信号レベルより高いレベルで一定となる。この動作を第３図に示す。

第３ａ図は、出力レベル対入力レベルのグラフである。言うまでもなく、音響信 号を電気信号に、あるいは、その逆に変換するためには、入力変換器と出力変換 器とが必要である。更に、第１図の先行例の回路図を参照して説明したように、 上記の振幅制限回路と出力電気音響変換器かスピーカーとへ適切なレベルの信号 を供給するための電子増幅器群が必要である。第３ａ図のグラフにおいては、振 幅制限回路２０４の出力が、制御回路１２０からの制？１１′ｇｊ、流の一つの 値を示す曲線３０２と第二の制御電流値を示す曲線３０４とで表されている。こ れらの曲線は各々、レベルが非常に低い時に傾斜度が１になり、レベルが非常に 高い時に傾斜度が０になる。フィードフォワード抵抗器２０６からの信号を直線 ３０６で表す、この直線は、正の傾斜度をもつ、従って、出力は入力に直接比例 する。上記の第一の状Ｂ５０２における抵抗器信号３０６と振幅制限回路の信号 との合成信号３０２を破線３０８で表ず、第二の状態３０４における合成信号を 破線３１０で表す、二本の振幅制限回路曲線３０２と３０４については、形状は 同しだが、進行方向は各々、次に述べるように、垂直方向と平行方向とである。

これら：、本の破線曲線３０８と３１．０は、二つの信号経路を通る信号の合成 信号を示すわけだが、傾斜度が互いに異なっている。但し、その差は、直線性を 僅かに崩す程度のものである。二本の曲線の傾斜度は、図示の二つの状態におけ る圧縮率の逆数に匹敵する０本発明に係わる制御回路１２０は、図示の曲線に従 って圧縮率を制御する。

第３ｂ図は、第３ａ図と同じ情報を示す、ここでは、ゲインと入力レベルから作 図されている。実線の曲線３１２と３１４は、第３ａ図の曲線３０２と３０４に 対応する。振幅制限回路のゲインは、レベルが非常に低いときに比較的一定で、 レベルガ高（なると漸近的に−１に近付く。フィードフォワード抵抗器のゲイン ３１６は、当然のことながら、全範囲で一定である。破線の曲線３１８と３２０ は、振幅制限回路とフィードフォワード抵抗器２０６との合成ゲインを表し、第 ３ａ図の曲線３０８と３１０に対応する。この振幅制限回路の場合、入力レベル が高くなると、ゲインが低くなる。これは、ＩＩ／ＩＡのｌＡが、人力レベルに 伴って増加するからである。レベルが非常に低いとき、固定直流値を示すＩＡの 一定値成分が優勢になる。従って、ゲインは、音レベルが低いときには比較的一 定でなる。上述のとおり、ゲインが下がり始めるのは、Ｉ、の信号依存成分が、 直流成分の大部分を占めるときだけである。ＩＡの信号依存成分が直流成分に等 しくなる音圧レベル点を下側句切り点Ｐ０と定義する。本発明の振幅制限回路の 場合、■、は、プログラミング電流ＬＰＣに基づいて設定される直流固定電流を 示すことに留意する。

上記の特許第４，８８２，７６１号に記載のプログラマブル圧縮器の場合、本発 明の場合と同様に、Ｉ、値は、入力信号に伴い増加する。ところが、特許第４． ８８２，７６１号の回路では、■、値も、ある高大カレベルで直流値よりも高く なる。Ｉｓの可変性を利用して、ゲイン曲線に第二の句切り点を設定する。この 点を、上側句切り点Ｐｗｂと定義する。第二の句切り点を導入すると、出力レベ ル対入力レベル曲線の傾斜度は、高レベルで増加し始める。このように、ゲイン 曲線全体は、Ｃ字状の関数を表す。この種の関数は、周知のとおり、漸近線に密 接することはなく、むしろ、下側と上側の句切り点の間で中間点を変曲点として 、はぼ線形になる傾向を示す。

上側と下側の句切り点ＰｌｂとＰｕｂの間の距離を変化させることによって、比 較的広いｄＢｓ　Ｐ　Ｌ範囲において第３ａ図の圧縮曲線（すなわち、破線の曲 線３０８と３１０）の傾斜度を変化させることができる。上記のとおり、人出力 曲線の傾斜度の逆数を圧縮率μと呼ぶ。Ｐ＋ｂ値に対してＰ、、ｂ値を変化させ ることによって、圧縮率を連続的に変化させることができる。圧縮率をプログラ ムに組むことは、上記の可変損失器に付加される直流電流で制御される句切り点 の一方もしくは両方を変更することによって達成される。先行例の可変圧縮器は 、整流エンベロープ信号を印加して■８値を変化させて、上側句切り点をめ、そ れによって、圧縮率を算出するというものであった。

本発明の圧縮器では、簡単な方法によって、上側句切り点をめ、圧縮率を変化さ せている。この回路構成でも、前記の方法と同様に、１．値を増加させることに よってゲインの低下を実現させている。これによって、可変損失器としての増幅 器の周辺の負のフィードバックが増加する。圧縮期間の完了でゲイン低下を終了 させる手段は、先行例の装置とは異なり、Ｉｌｌ値を増加さゼることによってフ ォワードゲインを増加さ−Ｌるのではなく、第２図に示す単純抵抗器２０６など のフィードフォワード信号経路を介して信号を送信するというものである。優先 的実施例では単純抵抗器を使用しているが、当業者ならば、線形増幅器などの固 定ゲイン装置でもよいことは明白である。

本発明の圧縮器のプログラム可能性を示す数学的特性を考察するために、圧縮器 のゲインにＣ字状の関係を持たせた。可変損失器の電流ゲインは、フィードバッ クテール電流に対する出力の比率としてめられる。第２ｂ図から、圧縮部の相互 コンダクタンスｇｅ　（所定の電圧入力ＶＣに対する電流出力）は、次の数式に よって算出される。

ｇｃ　＝１／Ｒｉ、−１ｓｃ／ｌＡｃ　＋　１／Ｒ，（１）圧縮部の出力は、フ ィードフォワード抵抗器２０６　（Ｒ，）を通過するｔｉと抵抗５２２２　（Ｒ ，、）を通過する入力端子との二つの成分で構成される。これら二つの成分は、 圧縮可変損失器の入力電圧■。に対する電流ゲイン、すなわち、１１１ｃ／ＩＡ ｃの商で乗算される。こられ二種類の電流は、出力合算ノード２１２ずなわちゲ イン可変を員失器２１０の入力端子で合成される。方程式１の二つの項の符号は 同しでなければならない。さもないと、信号が相殺されてしまう。このように、 単純フィードフォワード抵抗器を使用する場合には、可変ＩＭ失器で逆位相が発 生しないよう注意する。上述のとおり、抵抗器２０６の代わりに別のフィードフ ォワード装置を使用しても構わない。例えば、可変ｔｌ失器で逆位相の発生が必 要な場合には、逆位相を招く単純線形増幅器をフィードフォワード回路として用 いてもよい。

固定抵抗器２０６　（Ｒ，）によって、人力レベルに伴って変化しないゲインの 一つの成分が得られる。人力信号が下側句切り点Ｐｌｂを上回ると、圧縮可変… 失器のゲインは低下する。可変損失器のゲイン対入力レベルの曲線の傾斜度は、 高レベルで−１に近付く、これは、ＩＡｃが、信号レベルに直接に関係して増加 するからである。方程式１における二つの経路のゲインの合成ゲインは、■□／ Ｉｓ−の商がゼロに近付くにつれて、充分に高い入力レベルで平坦になる。この ことを考慮に入れれば、上側句切り点を設定し、圧縮率を変化させる手段を構成 できる。

本発明においては、■、は、信号には依存しない値をとるがプログラムに組むこ とはできる。■□がゼロのとき、回路の圧縮部は非活動であり、ゲインは１／Ｒ ２の商となり、装置は、圧縮率を１　（すなわち、圧縮しない）としてプログラ ムされる。■□値が増加すると、低レベルでゲインは増加する。しかし、ゲイン 対入力レベル曲線の傾斜度が負であるため、圧縮器は、高レベルのゲインにさほ ど影響を与えない、従って、ｌ□を圧縮調整パラメータとする。

フィードバックテール電流ＩＡＣは、固定成分ｌＡｌ１と信号依存成分ＬＳとで 構成される。すなわち、 Ｉ　ＡＣ＝　ＩＡ６＋　Ｉ　ａｓ　（２）ここで、ＩＡ、は、圧縮器に下側句切 り点を設定する■１の固定成分である。Ｌｍは、信号依存成分である。方程式１ を変形すると、次のようになる。

ｇｃ＝ｌ／Ｒｓ［１＋Ｒ，／Ｒ４，（Ｉｍｅ／［ａｓ＋ＩＡｃ）ｌ　（３）ピー ク信号電流＋ａｓを固定電流■。に対して正規化する場合、正規化信号変数をＶ 、　＝　Ｉ　ａｓ／　Ｉ　Ａｅと定義すると、ｇｃ　＝Ｉ／Ｒｓ　ｆＶｏ　＋　 １　＋（Ｒ，Ｉｓｃ／ＲｉＭＩＡｃ）　／　（Ｖ、　＋　１）　１この計算式は 、第３ｂ図の曲線３１８と３２０を表すものであり、固定成分と信号依存成分と を分子に、異なる固定成分と同一の信号依存成分とを分母にもつ式で、商として ゲインを算出するために使われる。下記句切り点は、■２−１となる入力レベル 地点と定義され、特許第４，８８２，７６１号に記載の装置の場合と同様に、圧 縮率の如何にかかわらず一定である。次に述べるが、下記句切り点も、圧縮率に 従って変化させることができるので、プログラム可能な圧縮率の範囲内でレベル に従ってゲインを変化させることができる。

方程式４は、Ｃ字状の関係を示している。本発明では、この式を先行例よりも単 純化している。この方程式を検討すれば分かるように、ｌ□ｃ値がゼロのとき、 ゲインは、入力信号変数ｖｃの関数ではない。

第４図は、第２図の制御端子２０８へ出力されるプログラミング電流値から算出 される圧縮率値に対する入力レベルの関数として出力レベルを示すグラフである 。第４図は、入出力曲線の相対的直線性の度合、すなわち、本発明の圧縮システ ムで設定される広範囲の圧縮率に対する人力レベルの関数としてめられるゲイン の変化を示す。

第５図は、本発明の一つの実施例における圧縮器の可変損失器と制御回路との概 略回路図である。信号は、フィードフォワード抵抗器２０６を介して回路の出力 端子へ入力され、人力抵抗器２２２によって可変を員失器２２０へ供給される。

可変損失器２２０については、特許第４，８６８．４１７号に関連づけて先に説 明した。可変損失器２２０は、増幅器５００と出力差分セルすなわち出力セル５ ２０とフィードバック差分セルすなわちフィードバックセル５４０とを備えてい る。

増幅器は、エミッタを共通に接続させたトランジスタ５１４と５１６とから成る 差動増幅器対５０６とｔｉ流ミラー負荷５０４とで構成され、直流オフセット調 整抵抗器５０６とトリム調整抵抗器５０８とを備えることもある。トランジスタ ５１４と５１６のエミッタから流込む差動増幅器対５０２用のテール電流は、当 業者には周知の方法に従ってトランジスタで構成される電流発生器５１２から供 給される。トランジスタ５１６のベースは、抵抗器５１０を介して基準電位点２ １８に接続されている。この構成によって、抵抗器５１０のベース電流の直流電 圧成分を公称同程度だけ逆位相に低下させることによって、抵抗器２２２のベー ス電流の直流電圧低下を補償するためである。

出力セル５２０は、エミッタを相互に結合させたトランジスタ５２６と５２８と から成る差動増幅器対５２２と電流ミラー負荷５２４とを備えている。トランジ スタ５２８のベースは、基準電位点２１８に接続されている。一方、トランジス タ５２６のベースは、トランジスタ５１４のコレクタすなわち増幅器５００の出 力端子に接続されている。出力セル５２０の出力端子は、トランジスタ５２６の コレクタを介して出力端子２１２に接続されている。出力セル５２０のテール電 流１□は、トランジスタ５３２から出力される。トランジスタ５３２のベースは 、ダイオード連結トランジスタ５３４に接続されている。トランジスタ５３４の エミッタは、抵抗器５３６を介して負のｔ源電圧に接続されている。テール電流 １゜は、制御端子２０８へ人力されるプログラミング′ｒ！１流し、に基づいて 制御される。トランジスタ５３２と５３４は、端子２０日に付加されたプログラ ミング電流を出力セル制御電流１１ｃに変換するための電流変換器２８４を備え ている。

フィードバックセル５４０は、トランジスタ５４６と５４８から成る差動増幅器 対４２と電流ミラー負荷５４４とで構成される。トランジスタ５４８のベースは 、基準電位点２１８に接続されている。一方、トランジスタ５４６のベースは、 トランジスタ５２６のベースと共通にトランジスタ５１４のコレクタすなわち増 幅器５００の出力端子に接続されている。フィードバックセル５４０の出力端子 は、トランジスタ５４８のコ１／クタを介してトランジスタ５１４のベースに接 続されている。フィードバックセル５４０は、増幅！１５００にフィードバック を与え、トランジスタ５１４のベースすなわち合算ノードに入力を与える。出力 セル５４０のテール電流ＩＡｃは、ベースをダイオード連結トランジスタ５５４ に接続させたトランジスタから出力される。テール１ｍｍ１ＡＣは、制御端子２ ７Ｂへ入力される緩衝増幅器の出力電流Ｉ０に基づいて制御される。トランジス タ５５２と５５４は、緩衝増幅器２６０からの信号エンベロープ電流をフィード バンクセル制御を流Ｉｎｃに変換するための電流変換器２８０を備えている。

トランジスタ５５６は、ベースをダイオード連結トランジスタ５３４のベースに 接続させ、エミッタを抵抗器５５８を介して接地させている。トランジスタ５５ ６のコレクタは、１−ランジスタ５５２のベースに接続されている。この構成に よって、緩衝増幅器の出力電流から電流を引出し、圧縮プログラミング電流の増 大に伴（゛下側句切り点Ｐｌｂの値を低下させることができる。入力信号がない ときには、緩衝増幅器の出力から直ｉ電流が生成され、最大Ｉａｏ値が設定され る点に留意する。抵抗器５５８によって、圧縮率が変化しても、下側句切り点が 常に所望の値に設定されるように電流引出し量を決定できる。このように、　ｔ ａｎすなわちＩ　Ａｃの直流成分は変動する。＋Ａｏｌｉｉは、プログラミング 電流１．２．に基づいて設定される。優先的実施例においては、抵抗器５５８を 使用して、最大圧縮率の時に、すなわち、■、が最大許容値をとった時に、下側 句切り点が５０６ＢＳＰＬに設定されるようにしている。

動作に関する限り、出力セル５２０とフィードバックセル５４０とは全く同じで ある。但し、それらのテール電流は各々、電流変換器２８０と２８４から出力さ れるものであり互いに異なる。増幅器５００のゲインが適度に高い時、可変損失 器のＷ流ゲインは、フィードバックテールを流に対する出力テール電流の比率す なわちＩＩ／ＩＡの商に等しい、緩衝増幅器からのエンベロープ信号を電流変換 器２８０へ供給すると、テール電流１．は増大し、可変損失器２２０のゲインは 低下する。

差動増幅器対への入力電圧と差動増幅器からの出力電流との間には計線形の関係 があることは周知のとおりである。可変損失器２２０のダイナミックレンジが比 較的広いのは、出力セルとフィードバックセルとの非線形特性を比較的正確に取 消せるからである。例えば、純粋な正弦波信号の電流が、出力セル５２０の出力 端子に現れるようにするには、トランジスタ５２６と５４６の（ある入力信号か ら発生する）ベース電圧を予め歪ませて、純粋な正弦波信号を生成しなければな らない。フィードバックセルの出力電流は、出力セルの出力電流と同じ働きをす るものでなければならない、しかも、純粋な正弦波出力でなければならない。

フィードバンクセルの出力が、実質上、可変損失器への人力信号電流全体を構成 するので、入出力が両方とも、木質的に正弦波である０通常の動作では、可変損 失器の歪特性は大したものではない。他の種類の歪も発生ずる。これについては 次に検討する。歪は、可変損失器が圧縮器として動作すると発生する。まず最初 に、振幅検出器と緩衝増幅器とに注目する。

圧縮システムの入力端子２０２に入力される帯域分割フィルタ１０６からの信号 は、第６図に振幅検出器２４０と緩衝増幅器２６０とに印加される。振幅検出器 は、半波整流器として図示されているが、当業者に周知の別の種類の振幅検出器 を使用しても、本発明の精神から逸脱しない。

振幅検出器２４０は、音声入力信号の正のエンベロープに対応する電圧を発生す る。すなわち、振幅検出器は、音声入力信号の正のピークエンベロープで制御を 渡す。この検出器を使って、端子２０２から音声入力信号を受信する。音声入力 信号は、更に、上記のとおり可変損失器２２０とフィードフォワード抵抗器２０ ６とに供給される。

振幅検出器２４０は、エミッタを相互に結合させたトランジスタ６０４と６０６ から成る差動増幅器対６０２で構成される。トランジスタ６０４と６０６のコレ クタは、ミラー負荷６０８に接続されている。差動増幅器対のテール電流は、コ レクタをトランジスタ６０４と６０６のエミッタに共通に接続させたトランジス タ６１４から出力される。トランジスタ６１４のベースは、端子６８０でｉｌｔ 源に接続されている。従って、電源に接続されているトランジスタは、予め設定 された電流を生成できる。差動増幅器対６０２の出力端子すなわちトランジスタ ６０４のコレクタは、出カドランジスタロ１０のベースに接続されている。トラ ンジスタ６１０のエミッタは、正の電源に接続され、コレクタは、フィルタコン デンサ６１８と負荷抵抗器６２０とに接続されている。

正の信号が端子２０２で受信されると、トランジスタ６０４は、一層深く導通し トランジスタ６１０からベース電流を引出す。これによって、トランジスタ６１ ０のコレクタ電流が増大し、コンデンサ６１８を充電する。コンデンサを充電す るために必要な時間を攻撃時間と呼ぶ、これは極めて短時間である。優先的実施 例においては、攻撃時間は１ミリ秒未満に設定されている。コンデンサ６１８が 充電され人力信号が縮小すると、トランジスタ６０６のベースは、トランジスタ ６０４のベースより正の度合を増す。このため、トランジスタ６０４は不導通と なる。同時に、ミラー負荷のダイオード連結トランジスタ６０９は、深く導通し ミラー負荷６０８のトランジスタ６０７を深く導通させようとする。電流はどこ にも流出できないので、トランジスタ６０マは、飽和しトランジスタのコレクタ 電圧をｉｔ源電圧位に引上げ１−ランジスタロ１０を遮断する。このため、コン デンサ６１８は充電されたままになり、放電経路は抵抗器６２０のみとなる。コ ンデンサ６１Ｂの電圧は、徐りに減衰し開放時間と呼ばれる期間中に放電する。

優先的実施例においては、開放時間は１０〜１００ｍ５に設定される。こ−のよ うにして、任意の所定の時刻に、コンデンサ６１８間の電圧は、信号の正のエン ベロープとも呼ばれる入力信号の正のピーク値に関係づけられる。

コンデンサ６１８のエンベロープ信号は、緩衝増幅器２６０の入力端子に供給さ れる。緩衝増幅器２６０は、■をフィードバンクされる演算増幅器で構成される 。増幅器２６０は、エミッタを相互に結合させたトランジスタ６３４と６３６か ら成る入力差動増幅器対６３２で構成される。トランジスタ６３４と６３６のコ レクタは、ミラー負荷６３８に接続されている。差動増幅器対のテール電流は、 コレクタをトランジスタ６３４と６３６のエミッタに共通に接続させたトランジ スタ６４４から出力される。トランジスタ６４４のベースは、バイアス線６８０ に接続されている。これによって、バイアス線に接続されたトランジスタは、予 め設定された電流を生成できる。抵抗器６４６によって、この予め設定された電 流中のテール電流量を調整できる。トランジスタ６３４のコレクタである差動増 幅器対６３２の出力端子は、出カドランジスタロ４０のベースに接続されている 。

出カドランジスタロ４０のエミッタは、正の電源に接続され、コレクタは、抵抗 器６４８を介してトランジスタ６３６のベースにフィードバック関係で接続され ている。トランジスタ６４０のコレクタは、基準電位点２１８にも接続されてい る。降圧電流は、トランジスタ６５６から出力される。トランジスタ６５６のベ ースは、端子６８０の電源に接続されている。従って、その電源に接続されたト ランジスタは、予め設定された電流を生成できる。抵抗Ｈ６５８によって、この 予め設定されたｉｉ電流中降圧電流量を調整できる。コンデンサ６５２と抵抗器 ６５４とを直列に接続させたフィードバック安定化ネットワークは、トランジス タ６４０のコレクタからベースまでを接続する。

動作時、増幅器２６０には１がフィードバックされ、トランジスタ６４０のコレ クタ電圧は、コンデンサ６１８間の電圧、すなわち、人力信号の正のエンベロー プに実質的に等しくなる。抵抗器６５０からの電流は、抵抗器６５０の抵抗値に よるエンベロープ電圧の商に等しい。トランジスタ６４０のコレクタ電流は、抵 抗Ｈ６５０と通る電流とトランジスタ６５６によって引出される降圧電流との和 に等しい。

トランジスタ６６０は、トランジスタ６４０のコレクタ電流を反映する。すなわ ち、トランジスタ６６０のコレクタは、エミッタを抵抗器６６４を介して接地さ せた第二の降圧トランジスタ６６２のコレクタに接続されている。緩衝増幅器か らの出力は、トランジスタ６６０のコレクタ電流と等しく（トランジスタ６４０ のコレクタ電流と等しい）、トランジスタ６６２の降圧１！流より小さい、この 出力は、抵抗器６６４の抵抗値を調整することによって調整される。動作時、抵 抗器６６４の抵抗値を抵抗器６５８の抵抗値より大きくする。これは、緩衝増幅 器の直流出力に正の極性をもたせるためである。すなわち、エンベロープ信号と 同じ符号をもたせるためである。この電流によって、圧縮器の下側句切り点を設 定し易くなる。ここで繰り返すが、下側句切り点とは、エンベロープ信号によっ て誘導される電流が、直流電流と等しくなる点のことである。下側句切り点もや はり、第５図に関連づけて説明したように、トランジスタ５５６と抵抗器５５８ とによって圧縮プログラミング電流Ｌｙｅに従っζ制御される点に留意する。

特許第４，８６８，５１７号に記載の可変損失器の一意な設計によって、出力セ ルとフィードバックセルとの非線形性は相殺され、制御信号がない場合、可変損 失器によって増幅される信号の非線形歪は最小となる。可変損失器は、信号乗算 器としての役目を果たすが、信号乗算機能が発揮されると発生する相互変調歪に は特に注意が必要である。とりわけ厄介な歪が、可変損失器における相互変調に よって引起こされるのである。この歪は、直流入力オフセット電圧として表現さ れる。オフセットは、直流動作電流における不均衡や、可変損失増幅器の入力差 動増幅器対を形成する二つのトランジスタを始めとする半導体装置の製造中に発 生する幾何学的不均衡や、信号源から可変損失器の入力端子へ供給される直流オ フセット（直流結合の場合）などが原因で発生する。直流オフセットは、音声信 号に加算される入力信号となる。

可変損失器の出力は、音声信号（直流オフセットを含む）と制御信号との二つの 信号の積としてめられる。この制御信号は、音声信号のエンベロープである。

歪は、音声信号の音声信号自信のエンベロープとの積で表される大きさをもつ。

圧縮器の開放時間が短い場合、エンへａ−プ信号は、音声信号を変調させる低周 波数音声成分をもつ、この結果、差音相互変調（ＤＴＩＭ）の産物と呼ばれる歪 の低周波数成分が生成される。振幅がほぼ等しく、周波数が例えば２７００〜３ ０００Ｈｚと接近している二種類の信号音が、圧縮器の入力端子に印加されると 、合成信号のエンベロープは、周波数の差すなわち３００Ｈｚと等しい速度で変 動する。このエンベロープ信号を整流しフィルタ処理して、可変損失器に印加さ れる制御信号を形成すると、２４００Ｈｚと３３００　Ｈｚの総和音と差音とが 、可変損失器の出力端子に現れる。会話音声信号や音楽信号を処理する場合、こ れらの産物は、音の「混濁」の原因となる。制御信号の３００　Ｈｚの成分の振 幅は、コンデンサ６１Ｂと抵抗Ｈ６２０とによるフィルタ処理の度合に左右され る。フィルタ処理の度合が小さい場合、圧縮器の開放時間が短いほど、３００　 Ｈ２２次は大きくなる。しかし、通常の使用状態では、フィルタ処理で上記の歪 を最小限に抑えることができる。

もっと深刻な信号の電圧は、エンベロープ信号を直流オフセットで乗じて、出力 端子にエンベロープ信号お同等の信号を生成しようとするときに発生する。この 降圧の度合は、エンベロープ信号と定数（直流オフセット）の積としてめられる 。２７００Ｈ２（７）音と３０００Ｈｚの音を例にとると、３００Ｈｚ（７）差 音が出力に現出する。会話音声信号や音楽信号では、このように低周波数の差音 すなわち信号エンベロープが、ハツキリと聞こえ耳障りである。

エンベロープと直流オフセントとの乗算によって発生する歪も深刻な問題である 。圧縮器の攻撃時間は、通常、開放時間よりも非常に短く設定されるがらである 。着信信号の振幅が突然大きくなると、振幅検出器からのエンベロープ信号が、 突然立上がる。立上がりを生じるのは、音声帯域のスペクトルの成分である。こ の成分を直流オフセットで乗しると、音声スペクトルの大部分が包含する広い帯 域の周波数をもつ歪信号が、可変損失器の出力に即現出する。この現象が、大し た影響を及ぼさなければ、信号とオフセットとの和を信号エンベロープで乗じる ことによって生じる他の歪全部も無視してよいことが、過去のデータから判明し ている。振幅検出器の攻撃時間に関連するがら、この歪を「攻ｗ１歪Ｊと呼ぶ、 突然に振幅を変化させる会話音声信号の場合、会話音声の他に聞こえるものは、 耳障りな「空電」音すなわちひっがき音である。

高レベルの音声が突然可変…火器に付加された時の可変損失器の直流出方オフセ ントの変動を測定することによって、上記の影響を数量的に表現できる。まず最 初に、圧縮器の出力端子の直流電圧を入力信号がゼロという条件の下で測定する ０次に、８０ｄＢＳＰｌ、信号と同レベルの正弦波信号を圧縮器の入力端子に印 加し、圧縮器の出力端子の直流電圧を再度測定する。可変損失器の出力における 直流変動が、攻撃歪の量を示す。

攻撃歪の量は、圧ｍｌと圧縮器にプログラムされるゲインの１とに従って変化す る。これには二つの原因がある。第一の原因は、可変損失器のゲインの量が、直 流出力変動に影響を及ぼすという現象である。第二の原因は、指定されたプログ ラム（ゲインと圧縮率）と可変損失器に印加される信号のレベルとに従って、直 流入力オフセントが変化するという捕らえどころの無い現象である。事を一層難 しくするのが、この第二の現象である６本発明の圧縮器に生じるこの現象を低減 させるには、信号レベルに伴うＩ、の変化を除去すればよい。先行例における１ 、の変化は、本発明においては、フィードフォワード抵抗器Ｒ１という固定抵抗 経路の設置によって解消されている。

本発明の優先的実施例においては、装置のゲインをプログラムするために第二の 可変損失器を使用している。可変損失器のゲインは、信号レベルに伴って変化し ないのである。優先的実施例では可変損失器を採用しているが、当業者にとって は明白なように、プログラマブル可変ゲイン増幅器をゲイン部として使用しても よい、優先的実施例の信号処理システムのプログラマブルゲイン部を第７図に示 す。このゲイン部は、第５図の圧縮部に関して説明したのと同様な可変損失器２ ２０を備えている。可変損失器２２００制ｍ電波は全部が、ゲインプログラミン グ端子２１４に付加される直流プログラミング電流から生成される。ゲインプロ グラミング端子２１４は、患者毎、制御回路からの電流に乗せられたユーザによ り音Ｉ調節情報毎、および聴覚装置の製造中にゲインを調整するために使用され るゲイントリム調整情報毎にプログラムされた内容に応して、可変損失器のゲイ ンを設定する。ゲイン制御の目的が多様化したこと、および、製造ゲイントリム 調整は、全プログラム範囲に亘って均一でなければならないこと、すなわち、所 定のプログラミングＴ！ｊ、ＡＮは、全プログラム範囲において同しゲイン変化 （ｄＢ）を示さなければならないことから、プログラミング音量制御範囲のほぼ 全体に亘ってプログラミング電流に対して線形関係をもつゲイン変化をｄＢ単位 で発生させるように制御回路を設計することが必要である。制御電流を取出す段 階にこの動作を入れればよい。制′４Ｂ電流１マイクロアンペア当りの変化のｄ Ｂ値を測定するには、一対の制？■抵抗器７１６と７３６の抵抗値を測定すれば よい。

制ｍｔ流は、次のようにしてプログラミング電流から生成される。すなわち、コ レクタを制御端子２８６と２８２に接続させ、エミッタを負の電源に接続させた 、すなわち、接地させた電流変換トランジスタ７１８と７３８によって、テール 電流１ｍ、とＩＡＩが生成される。トランジスタ７１８と７３８のベースは、ダ イオード連結トランジスタ７２０と７４０に接続されている。ダイオード連結ト ランジスタ７２０と７４０は、ｐｎｐ電流ミラー７１０と７３０に接続されてい る。

ｐｎｐｔ流ミラーは各ｈ、ダイオード連結トランジスタ７１２と７３２を備えて いる。これらトランジスタ７１２と７３２のコレクタ電流は、差動増幅器対７０ ９のトランジスタ７０６と７０８へ送出される。プログラマブルゲイン部のゲイ ンを制御するのは、差動増幅器対７０９である。差動増幅器対７０９のテール電 流が、Ｔ４流シンクトランジスタ７２４から出力される。ｉｔ流シンクトランジ スタ７２４のベースはバイアス電源に接続され、電流値はエミッタ抵抗器７２６ によって調整される。トランジスタ７０６と７０８のベース間に電圧が印加され ると、差動増幅器対７０９のトランジスタ間に、テール電流が送出される。この 電圧値は、ゲインプログラミング電流に基づいて決定される。決定までの動作に ついて次に述べる。プログラミング電流は、ミラー７０４の一部を形成するダイ オード連結トランジスタ７０２に付加される。トランジスタ７０３のコレクタ電 流は、プログラミング電流を反映し、抵抗器７１６内に電圧低下を発生させる。

抵抗器７１６は、トランジスタ７０８に対むる１〜ランジスタフ０６のコレクタ 電流を低下させる。これら二つの電流は、電流ミラーによって変換されたもので 、可変損失器２２０のフィードバックセルと出力セルのテール電流を制御する。

当業者によっては明白であろうが、ミラー７４１と７３０と７２１と７１０およ び差動増幅器対７０９のエミッタ領域の割合を変更して、フィードバンクセルと 出力セル両方のテール電流の相対的な大きさを調整すれば、可変損失器２２０の ゲインを所望の範囲に設定できる。優先的実施例においては、トランジスタ領域 は、相対的に第７図に示すように配置されている。第７図において、例えばトラ ンジスタ７０６と７０８には、ｘｌＯとｘ２が記されている。すなわち、トラン ジスタ７０６のエミッタ領域は、標準型トランジスタの１０倍の大きさである。

同様に、トランジスタ７１８と７３８にはｘ５とｘ３が記されている。また、ト ランジスタ７１４にはｘ２が記されている。電流ミラーチェーンに含まれるその 他のトランジスタは全部、標準型トランジスタである。このように、プログラミ ング電流がゼロのとき（最大ゲイン設定のとき）、出力セルのテール電流に対す るフィードバックセルのテール電流の割合は、（３ｘ２）／　（１０ｘ２ｘ５） ＝０．０６０となる。抵抗器７３６によって、トランジスタ７０８のベースバイ アス電流は、基準電位点２１８へと流れる。

第４図の入出力曲線は、８０ｄＢＳＰＬで約７ｄＢとなる圧縮率に対応する。圧 縮率の規定値とは別個に８０ｄＢＳＰＬで（あるいは、５０ｄＢＳＰＬのゲイン と同等の）高レベルゲインを規定できるようにするには、高レベルゲインを高圧 縮率に対応づけてプログラムするときに、プログラマブル圧縮部の超過ゲインに 対してゲイン修正を行うとよい、このゲイン修正によって、圧縮率とゲインを直 交関数に従って制御できるようになる。ゲイン修正は、エミッタを抵抗器７５２ を介して接地させたトランジスタ７５０によって実行される。トランジスタ７５ ０のベースは、圧縮プログラミング入力端子２０８に接続されている。圧縮プロ グラミング電流を付加すると、トランジスタ７５０のコレクタ電流が増大する。

このコレクタ電流によって、抵抗器７１６に電圧低下が発生する。このコレクタ 電流は、トランジスタ７０３のコレクタ電流と同等の作用を及ぼし、最大圧縮時 に７ｄＢだけ可変損失器のゲインを低下させる。圧縮率の中間値を得るには、修 正電流の中間値をめることが必要である。修正電流はトランジスタ７５０から出 力される。

修正の正確さは、第８図の人出力曲線から判断される。第８図のグラフから、圧 縮率の値が何であろうと、８０ｄＢＳＰＬの出力は、１ｄＢ以内の誤差で同一に なることが分かる。

本発明の別の実施例を第９図に示す、第９図は、帯域分割フィルタ９０６を示す 、帯域分割フィルタ９０６は、入力端子９０２と、上記の振幅制限回路９０８＠ ＨｂＨ１ｌＬｅ、Ｒに接続された第一の出力端子を複数個と、第９図に示すよう に単純抵抗器で構成される固定ゲイン手段９１０を介して合算ノード９１８に接 続された第二の出力端子を複数個（第９図には、固定ゲイン手段を一個のみ示す ）とで構成される。この実施例は、ある周波数帯域では圧縮を必要としないよう に工夫されており、その周波数帯域に対しては振幅制限回路は設けられていない 。これは、感音性聴覚障害の症例の大多数が、低周波数に対する聴覚には支障が 無いという事実に基づいている。

振幅制限回路９０８は、出力端子を合算ノード９１８とプログラミング端子９１ ４　ｍ＋　ｂ＋　ｍＬＣｌａｓａ　＋ｔとに接続させている。従って、上記のよ うに、制御電流に基づいて圧縮率が設定される。固定伝導性経路は、入力端子９ ０２と合算ノード９１８との間に接続されている０合算ノード９１８で、増幅と 音量４１１節とゲインのプログラム値設定と製造ゲインのトリム調整とを行う回 路９２０と等イし器とへの入力が形成される０本実施例は、特に多数の帯域に対 応するシステムに適用された場合に、帯域毎に別個のゲイン可変損失器を設ける 必要力くな（１とし）う効果を発揮する。感音性障害の補償条件は、必ずしも障 害者に合わせた補正条件と一致しないが、第９図の実施例によれば、両条件を別 個に取扱うことカベできる。

本発明の精神から逸脱することなく上記の開示内容を他の用途に使用し修正する ことも当業者にとっては明らかに可能である。従って、本発明しよ、次の轟青求 の範囲によってのみ制限されるものとする。

〜 特表平７−５０１４２９　（１ｆｆ） ＦＩＧ、３ａ　音圧入力レベルｄＢｓＰＬＦＩＧ、３ｂ　人力音圧レベルｄＢｓ ＰＬＢ級増幅器 ＦＩＧ、８　音圧入カレベルｄＢＳＰＬ手続補正書（方式） ａ　９．２２／勾 平成　年　月　日

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. １．音響情報を表現する電気信号を受信するための入力手段と；前記入力手段に 接続された振幅制限回路手段であって、入力信号句切り点を設定して、入力信号 が当該句切り点を略下回る時には、当該振幅制限回路手段からの出力信号が前記 電気入力信号に略対応し、入力信号が当該句切り点を路上回る時には、当該振幅 制限回路手段からの出力信号が略一定となるようにする振幅制限回路手段と； 前記振幅制限回路信号フィードフォワード手段のゲインをプログラムを走行させ て変化させる制御手段であって、前記入力手段に接続されて、前記入力電気信号 に正比例する出力信号を出力するための制御手段と；前記振幅制限回路手段の出 力端子からの信号とフィードフォワード手段からの信号との和信号を生成し、こ れによって、圧縮率をプログラムできるようにした合算手段とで構成されること を特徴とする音声周波数信号圧縮器。
2. ２．前記信号フィードフォワード手段は、抵抗器であること限特徴とする請求の 範囲第１項に記載の信号圧縮器。
3. ３．更に、前記合算手段に接続されて、前記振幅制限回路手段からの信号と前記 フィードフォワード手段からの信号との合成信号を増幅出力信号として出力する ためのゲイン手段で構成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の信号 圧縮器。
4. ４．前記振幅制限回路手段は、ゲインを二つの制御電流の比率に基づいて設定さ せた可変損失器で構成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の信号圧 縮器。
5. ５．前記制御電流の一方は、プログラム可能な定数であることを特徴とする請求 の範囲第４項に記載の信号圧縮器。
6. ６．前記振幅制限回路手段は、前記制御電流の他方の値を変化させるための信号 振幅検出手段で構成されることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の信号圧縮 器。
7. ７．前記ゲイン手段は、二つの制御電流の比率に基づいてゲインを設定させた可 変損失器で構成されることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の信号圧縮器。
8. ８．前記ゲイン手段は、圧縮率とゲインとの直交関数に従って制御を行う回路手 段で構成されることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の信号圧縮器。
9. ９．音声周波数電気信号を受信するための入力端子と出力端子と第一と第二の制 御手段とを備えた可変損失器であって、当該入出力端子間に接続された当該可変 損失器のゲインが、当該第一と第二の制御手段からの電波の比率に基づいて制御 される可変損失器と； 前記入力信号の振幅に応じた制御信号電流を出力するための検出器手段と；前記 制御信号電流を前記第一の制御手段へ付加するための手段と；プログラミング電 流を前記第二の制御手段へ出力するためのプログラミング手段と； 前記可変損失器と並列に前記入力端子と前記出力端子とに接続されて、前記入力 電気信号に対応する信号を前記出力端子に出力するためのフィードフォワード手 段とで構成されることを特徴とする圧縮率をプログラム可能な信号圧縮器。
10. １０．前記フィードフォワード手段は、抵抗器であることを特徴とする請求の範 囲第９項に記載の信号圧縮器。
11. １１．前記フィードフォワード手段は、線形増幅器であることを特徴とする請求 の範囲第９項に記載の信号圧縮器。
12. １２．前記第一の制御手段への制御電流は、入力電気信号が無いときに固定直流 値をとることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の信号圧縮器。
13. １３．第一の制御手段からの制御電流の固定直流値は、プログラミング電流の関 数であることを特徴とする請求の範囲最１２項に記載の信号圧縮器。
14. １４．更に、前記出力端子に接続された可変ゲイン増幅器手段で構成されること を特徴とする請求の範囲第９項に記載の信号圧縮器。
15. １５．前記可変ゲイン増幅器手段は、第二の可変損失器で構成されることを特徴 とする請求の範囲第１４項に記載の信号圧縮器。
16. １６．前記可変ゲイン増幅器は、圧縮率とゲインとを直交関数に従って制御する ための回路手段で構成されることを特徴とす鋼請求の範囲第１４項に記載の信号 圧縮器。
17. １７．音響信号を表現する電気信号を分割して複数の帯域制限電気信号を生成す るための帯域分割フィルタと； 前記帯域分割フィルタの出力端子に接続された入力端子と出力端子とを備えた振 幅制限回路手段であって、最大出力レベルを別個にプログラム可能な振幅制限回 路手段複数個と； 前記振幅制限回路に並列に前記入出力端子に接続されて、前記帯域制限電気信号 に対応する信号を前記出力端子に出力するためのフィードフォワード手段複数個 とで構成されることを特徴とする多帯域音声周波数信号圧縮器。
18. １８．更に、前記出力端子に接続された可変ゲイン増幅器複数個で構成されるこ とを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の多帯域圧縮器。
19. １９．前記振幅制限回路と前記可変ゲイン増幅器とは、可変損失器で構成される ことを特徴とする請求の範囲第１８項に記載の多帯域圧縮器。
20. ２０．更に、入力信号のピーク振幅に対応する制御信号を生成するための振幅検 出手段で構成され、前記振幅増幅器のゲインを前記制御信号に応じて変化させる ことができることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の多帯域圧縮器。
21. ２１．帯域分割フィルタを、周波数スペクトルを所望の周波数帯域に分割するよ うにプログラムできることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の多帯域圧縮 器。
22. ２２．振幅制限回路の数は、前記帯域分割フィルタによって生成される帯域制限 信号の数よりも小さく、更に、振幅制限回路に接続されず、入力信号の周波数帯 域部分に対応する出力信号を出力するために周波数帯域毎に設けられた手段で構 成されることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の多帯域圧縮器。
23. ２３．周囲音を音を表現する電気信号へ変換するための入力変換器と；前記電気 信号を分割して複数の予め設定された周波数帯域の帯域制限電気信号を生成する ための帯域分割フィルタ手段と；前記帯域制限電気信号に基づいて圧縮出力信号 を出力するためのプログラマブル圧縮器複数個と； 前記帯域分割フィルタ手段の出力の周波数帯域と前記圧縮器の一つ一つの圧縮率 と前記圧縮器一つ一つのゲインとを制御するための制御手段と；前記圧縮器の出 力を合成するための手段と；前記圧縮器の合成出力を音響信号に変換するための 出力変換器とで構成され鋼補聴器において； 前記圧縮器は各々、前記帯域制限電気信号の中の一つを入力信号として入力する 可変ゲイン振幅制限回路手段で構成され、前記振幅制限回路手段は、前記制御手 段が設定した圧縮率で出力信号を生成し、前記振幅制限回路に並列に接続された 回路は、前記帯域制限電気信号に対応する信号を前記振幅制限回路の出力端子に 出力し、可変ゲイン増幅器は、前記振幅制限回路の出力と前記並列に接続された 回路の出力との合成出力を入力とすることを特徴とする補聴器。
24. ２４．前記振幅制限回路は各々、ゲインを二つの制御電流の比率に対応させた可 変損失器と、帯域制限電気信号の振幅に対応する第一の制御信号を出力するため の振幅検出器とで構成され、前記第一の制御信号は、可変損失器の制御電流の一 方を制御するために使用され、前記可変損失器の制御電流の他方は、前記制御手 段からの前記第一の制御信号とは異なる第二の制御信号によって制御され、これ によって、前記可変損失器の圧縮率は、前記第二の制御信号に基づいて設定され ることを特徴とする請求の範囲第２３項に記載の補聴器。
25. ２５．周囲音を表現する電気信号を受信するための入力端子と出力端子とを備え た可変ゲイン振幅制限回路手段であって、ゲインが当該入力電気信号の振幅の関 数である可変ゲイン振幅制限回路手段であって、当該関数は、下側句切り点を定 義するものである可変ゲイン振幅制限回路手段と；前記振幅制限回路手段に並列 に前記入力端子と前記出力端子とに接続され、前記入力電気信号に対応する信号 を前記出力端子に出力し、上側句切り点を設定して、前記圧縮器のゲイン曲線が Ｃ字状の関数限示すようにした並列回路手段とで構成されることを特徴とする補 聴器に使用される信号圧縮器。
26. ２６．前記並列回路手段は、フィードフォワード抵抗器であること限特徴とする 請求の範囲第２５項に記載の圧縮器。
27. ２７．前記上例句切り点と下側句切り点との中間には要点があり、圧縮器の圧縮 率は、ゲイン曲線の要点における傾斜度と同等であることを特徴とする請求の範 囲第２５項に記載の圧縮器。
28. ２８．入力信号がないとき、振幅制限回路のゲインは、予め設定された値をとる ことを特徴とする請求の範囲第２５項に記載の圧縮器。
29. ２９．周囲音を表現する電気信号を分割して予め設定された周波数帯域の帯域制 限電気信号を複数個生成するための帯域分割フィルタ手段と；圧縮器一つ一つの 圧縮率を制御する制御手段と；前記帯域制限電気信号の一つを入力信号とし、制 御手段が設定した圧縮率で出力信号を生成し、前記帯域制限電気信号に基づいて 圧縮出力信号を出力するプログラマブル可変ゲイン振幅制限回路手段複数個と； 合算ノードで前記振幅制限回路手段の出力を合成するための手段と；入力端子を 前記帯域分割フィルタに接続させ、出力端子を前記合算ノードに接続させて、前 記帯域分割フィルタの入力端子の前記電気信号に対応する電気信号を前記合算ノ ードに出力するための回路手段と；前記合算ノードで信号を増幅するための可変 ゲイン増幅器手段とで構成されることを特徴とする多帯域圧縮器を用いた補聴器 。
30. ３０．更に、前記可変ゲイン増幅器手段毎に設けられ、増幅器信号を等化するた めの等化手段で構成されることを特徴とする請求の範囲第２９項に記載の補聴器 。