JPH07506677A - 音声帯域減少のための装置と方法 - 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】 旺■（や■七μ 本出願は、１９８９年３月１６日に提出されたアメリカ特許出願３２５，２３９ の継続出願である、１９９１年３月２８日に提出されたアメリカ特許出願６８０ ，０３５に基づいている。

失人分Ｉ 発明は、音声信号の周波数帯域減少のための装置と方法、より詳細には音声信号 のピークをクリップし且つ特別の特性を備えた帯域フィルターを用いてクリップ して生成される調波を消去する方式を使用する周波数帯域減少に関する。その結 果、平均音声エネルギー・レベルが高められ、更にノイズが減少し且つ周波数帯 域活用度に余裕ができることになる。

■ 音声帯域減少は、それが与えられた幅の周波数帯域内の音声チャンネルの数を増 やすので好まれる。従来の技術と異なって、発明は広範囲の帯域基準に適用され 、なおかつ、クリップ・プロセスで生成される調波が適切なフィルターを用いて 消去される。

与えられた本来の帯域幅を備えた音声信号の周波数帯域減少を音声信号品質とス ピーカー認識度の大幅な損失を招かずに提供することが、発明の目的である。

＆匪立１１ 発明は、帯域限界の積の平方根が６５０−９００　Ｈｚの範囲に入り且つ帯域の 下限と上限が共に好都合に６　ｄｂ／オクターブのロールオフをもつように上部 と下部の帯域限界を備えた帯域フィルターに依って、音声信号のプラスとマイナ スのピークをクリップする音声信号クリップ回路を提供する。帯域限界周波数の 相乗平均値は、好ましい６５０−９００　Ｈｚの範囲にあるが、必ずしもその範 囲にある必要はない。

帯域フィルターは、音声信号の歪みを招く恐れがある、クリップ・プロセスで生 成される調波を除去する。

約６　ｄｂ／オクターブのレートの下限と上限のロールオフは許容音声信号品質 を維持するために必要である。ロールオフがないと、クリップと帯域濾過作用は 、信号に空白部を発生させ且つスピーカー認識の損失を招くことになる。下限と 上限のロールは、希望された周波数帯域減少を維持するために必要である。

音声信号のピークのクリップは、音声信号の信号エネルギーの変動の減衰を導く 。人の音声は、音声エネルギーの２乗平均平方根値が変換中に広範囲にわたって 一定の割合で変動し、低いエネルギー・レベルになるように変調される。はとん どの伝送装置のピーク・エネルギー・レベルは与えられた上限値に限定される。

音声信号のクリップと濾過作用は、従って、平均音声信号レベルを高めるように 機能して、ノイズ減少とスピーチ包含を改善する。

好ましい６５０−９００　Ｈｚの範囲に於ける、しかし必ずしもその必要はない が、信号帯域の相乗平均値の活用度は、９４９　Ｈｚの相乗平均値を与える、３ ００−３０００　Ｈｚの帯域幅を常に備えている、通常の減少されない電話音声 チャンネルより低い。クリップし且つ濾過して信号の帯域幅を減少する際に、出 願人は、上部と下部の帯域限界を共に制御して帯域限界の相乗平均値を下方に移 行することが重要であることに気づいた。例えば３００−２０００　Ｈｚの音声 帯域は、音声品質とスピーカー認識の大幅な損失を招かずに達成できることが分 かった。このように帯域が限定される信号は、２７００　Ｈｚの通常の帯域幅と 比べると大幅な帯域減少になる、１７００　Ｈｚの帯域幅を備えているので、与 えられた周波数帯域の内部で使用可能な音声チャンネルの１．６倍以上を示す結 果になる。音声通過帯域は、成る程度のスピーカー認識のほかに使用可能な音節 と言葉と文章の表示を保持しながら、１　ｋＨｚの低さに減少されることができ る。

６　ｄｂ／オクターブ・ロールオフを生成する帯域フィルターと濾過手段は、能 動または受動フィルター或いはその組ろ合わせを用いて、または１つのフィルタ ーまたは幾つかの連動フィルターを用いて実現されることができる。

図面の簡単な脱Ｂ 図１は、前置増幅器、クリップ回路、帯域フィルターを含めた、主な機能ブロッ クを示す、発明のブロック図である。

図２は、回路の詳細を示す帯域減少装置の略回路図である。

図３は、種々の音声品質の帯域限界を示すグラフである。

図４は、典型的な帯域減少音声信号の帯域限界を示すグラフである。

好適　包態・の詳細なＭＩＩ 図１では、音声周波数信号は、入力ターミナルがポテンショメーター５に接続さ れ、出力が演算増幅器８の非反転入力に接続される、増幅器ステージ１の入力Ｖ ＳＩＮに接続されている。抵抗６．７を備えた負帰還ネットワークは、負帰還を 増幅器８の出力からその反転入力に与えて、スタビリテイを提供する。クリップ 回路２は、マイナス・クリップ・ポテンシャル−ＣＬがダイオード１０のプラス 側に接続され、プラス・クリップ・ポテンシャル＋ＣＬがダイオード１１のマイ ナス側に接続されている、直列接続ダイオード１０．１１を備えている。クリッ プ・ポテンシャル−ＣＬと÷ＣＬは、音声信号を対称的にクリップするために同 じ大きさになっていて、なおかつ、ポテンシャルが音声信号のピークの与えられ た部分をクリップするように選択される。クリップ信号は、一般的に音声信号の 最大ピーク振幅の６０−８θ％である。ダイオード１０．１１は、増幅器８の出 力に抵抗９を経由して接続される接続ポイントで接続されている。抵抗９は、鋭 いクリップとするために増幅器８と回路２の間で成る程度の分離効果を与えてい る。接続ポイントのクリップされた音声信号は、コンデンサー１４．１５とイン ダクター１３、】６から形成される２つの直列部とインダクター１７とコンデン サー１８の並列回路から形成される分路部から構成する帯域フィルター３の入力 に接続される。フィルター人力直列抵抗１２は、回路２をフィルター３から分離 し且つフィルター３のインピーダンス・マツチングを改善するためにオプション で与えられることができる。

フィルター３の出力は、入力ポテンショメーター１９、ポテンショメーター１９ の滑り接触部と直列で接続するコンデンサー２１とインダクター２２から成る直 列ＬＣブランチ、インダクター２２の出力とグラウンドの間に接続される分路コ ンデンサー２３から構成するロールオフ・ネットワーク４に接続されている。帯 域が減少された音声信号は、インダクター２２とコンデンサー２３の接続部に接 続される、出力ターミナルＶＳＯＵＴに現れる。

ネットワーク４の構成部品の値は、コンデンサー２１とインダクター２２が上部 と下部の帯域限界の相乗平均として測定される音声信号の中心周波数の周囲で幅 広い最大値をもち、その周波数の両側に対してロールオフするように選択される 。ポテンショメーター１９は、ロールオフの大きさを決定し、なおかつ、ロール オフがポテンショメーター１９の減衰効果に依り約６　ｄｂ／オクターブとなる ように普通はセットされる。

図２は、帯域減少回路の更なる詳細な回路図である。

それはソリッドステート・コンポーネントと能動フィルターから作られている。

音声周波数信号は、入力ターミナルＶＳｉｎから回路に入力し、入力コンデンサ ーｃ１を経由してユニジャンクション・トランジスターＱ１のゲートに入力され 、その出力は結合コンデンサーＣ２を経由して信号レベル・コントロール・ポテ ンショメーターＰ１に接続されていて、その出力は結合コンデンサー０５を経由 してトランジスター０２のベースに接続されて、第２ゲイン・ステージを与える 。トランジスターＱ２のコレクターは、結合コンデンサー０７を経由して上部位 置Ａと下部位置Ｂを備えた２極双投スイッチＤＰＤ月ご接続されている。位置Ｂ で、結合コンデンサーＣ７は、スイッチＤＰＤＴを経由して２つの逆並列ダイオ ードＤ１、Ｄ２がら成るクリップ回路の１つの側に接続されていて、それらの他 の側はグラウンド・ポテンシャルに接続されている。ダイオードは、シリコン・ タイプであって、大きい順方向電圧降下をもっているので、このアプリケーショ ンではクリップ・ポテンシャルを必要としない。

位置Ａで、スイッチＤＰＤＴは、音声周波数信号をコンデンサーＣ７から、ポテ ンショメーターＰ２、コンデンサー０８、インダクターＬから成る出力回路を直 接経由して出力ターミナルＶＳｏｕｔに、ダイオードＤｉＳＤ２をバイパスして 接続している。スイッチＤＰＤＴの位２Ｂで、ダイオードＤ１、Ｄ２は、ステー ジＡ１、Ａ２、Ａ３がら成る３ステージ能動性帯域フイルターの入力にクリップ 回路がら連なっている、トランジスターＱ２から音声信号パスに接続される。フ ィルターは、１７００　Ｈｚの通過帯域と共に、７７５　Ｈｚに等しい、３００ 　ｘ　２０００の平方根に等しい相乗平均周波数を与える、 ３００−２０００　Ｈｚの通過帯域を備えている。フィルターの構成部品は、６ 　ｄｂ／オクターブのロールオフが、３００−２０００）１ｚの帯域限界から測 定される時に、スイッチ出力ネットワークＬ１、Ｃ８に関連して得られるように 選択される。

スイッチＤＰＤＴは、最適の結果が帯域減少回路なしに達成されると思われる状 態でクリップ回路と帯域フィルターをバイパスする。

図３は、縦座標がファミリーの音声帯域の下限を表し且つ横座標が対応する上限 の帯域を表す対数目盛のグラフである。［最適帯域幅（ＯＰＴＩＭＵＭ　ＢＡＮ Ｄ　ＬＩＭＩＴ）　Ｊとラベル表示されているラインは、指示された帯域限界を もつ最適品質の音声周波数帯域に対応する上限と下限の帯域幅の関係を示してい る。品質は、スピーカー認識だけでなく、音節、言葉、文章認識を含めた音声表 示パラメータに関して評価される。

右側の座標は、帯域減少音声信号を表示する品質の大ざっばな測定結果である［ リミナル・ユニット（ＬＩＭＩＮＡＬＵＮｒＴＳ）Ｊとして等吸付けされて表示 される。成る最小限度の認定可能な単位は、音声表示に於ける真の識別可能な変 化量の概略的な測定結果である。

［質（ＱＵＡＬ　ＩＴｙ＞　Ｊとラベル表示されている上のラインは、帯域限界 が与えられた帯域幅に最高度の表示を与える、比較的高い等級の音声信号の帯域 限界を示している。

図４は、クリップされていない音声信号（上の曲線）と図２に図示されている回 路に従ってクリップされた帯域濾過信号（下の曲線）のグラフを示している。そ れは、３００−２０５０　Ｈｚの帯域幅を備えていて、なおかっ、満足できるス ピーカー認識と組み合わされて好ましい音声表示を与えるために聴取者の投票に 依って判定されたものである。

フ 歇 ｒｏ 寸

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．上部と下部の帯域限界を備えた音声信号の周波数帯域減少のための装置に於 いて、音声信号入力と、前記の音声信号入力に接続されている音声信号のプラス とマイナスのピークをクリップするクリップ回路と、前記のクリップ回路に依っ て生成される調波を消去するために前記のクリップ回路に接続されている帯域フ ィルターと、与えられたｄｂ／オクターブの周波数ロールオフを下部の帯域限界 で生成する下限ロールオフ・フィルター手段を備えていて、そこでは前記の上部 と下部の帯域限界の相乗平均値が与えられた下部と与えられた上部の周波数範囲 に人っている前記の装置。
2. ２．前記の上部と下部の帯域限界の前記の相乗平均値が６５０−９００Ｈｚの範 囲に入っている請求項１に記載の装置。
3. ３．前記の帯域フィルターが３次の受動フィルターである請求項１に記載の装置 。
4. ４．前記の帯域フィルターが３次の能動フィルターである請求項１に記載の装置 。
5. ５．前記のロールオフ・フィルター手段が２次の受動ＬＣフィルターを具備して いる請求項１に記載の装置。
6. ６．前記のロールオフ・フィルター手段が２次の能動フィルターを具備している 請求項１に記載の装置。
7. ７．前記のクリップ回路が、前記の能動フィルターの入力に接続されていて、な おかつ、前記の音声信号のピークをクリップするためにマイナスとプラスのクリ ップ・ポテンシャルにそれらの各々プラス側とマイナス側に依って接続されてい る、接続ポイントに於いて接続される第１と第２のクリップ・ダイオードを具備 している請求項４に記載の装置。
8. ８．前記のクリップ回路と帯域フィルターを選択してバイパスするスイッチ手段 を具備している請求項１に記載の装置。
9. ９．６ｄｂ／オクターブのロールオフを音声帯域の上限で与える上限ロールオフ ・フィルター手段を具備している請求項１に記載の装置。
10. １０．帯域限界の積の平方根が与えられた範囲に入るように、音声帯域信号のピ ークを対称的にクリップし、なおかつ、クリップされた音声帯域信号を上部と下 部の帯域限界を備えた帯域フィルターに於いて帯域限定するステップを具備する 、音声帯域周波数減少のための方法。