JPH08180582A - 音声レベル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 音声記録装置用の音声レベル制御装置をディ
ジタル回路で構成する。 【構成】 音声増幅用の係数器３３，３４の各音声出力
の絶対値のうち大きい方の値を比較ゲート３８で取り出
し、この出力Ａ８に基づきダイナミックレンジを越える
ような音声については小さい増幅度となるよう係数発生
部４２で係数を発生する。この係数は、小時定数の包絡
線検波部４０の出力Ａ１２と、出力Ａ８を所定サンプル
数分平均化した後大きな立ち下がり時定数をもつ包絡線
検波部４１で処理した出力Ａ１１のうち値が大きい方の
出力により生成される。平均化のための所定サンプル数
は出力Ａ１１の値が大きいほど大きい値に設定する。こ
れにより、大レベルの破裂音が１回のみ発生する音源、
或るいは複数回継続的に発生する音源等のいずれに対し
ても適応的に音声レベルが制御される。この音声レベル
制御装置はマイコンにより簡単なプログラムで構成する
こともできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音声記録装置に用いて
好適な音声レベル制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、音声記録装置は、この装置の記
録可能なダイナミックレンジを越えるような大入力の音
声をそのまま記録すると再生音声の品質が著しく低下す
るため、このダイナミックレンジを越えたレベルの音声
が入力されたときには、この入力レベルに応じて速やか
に音声増幅回路のゲインを下げ、その後入力レベルが小
さくなったときにはゲインを元の値に復帰させるように
動作する音声レベル制御装置を内蔵している。

【０００３】そして、このような音声レベル制御装置で
は、収録対象が電話或るいは会議等における人の会話で
ある場合には、上記のゲインを元の値に復帰させるとき
の復帰速度も大きく設定しておくことにより、収録対象
の音声を常に一定の大きさで記録できるように構成され
ている。然るに、収録対象が、例えば、拍手のような破
裂音と川のせせらぎのような低レベルの定常音とが混在
する音源である場合には、上記のように復帰速度を大き
く設定しておくと破裂音に応じて川のせせらぎの音がふ
わふわレベルが変わってしまう不自然な収音になるとい
う問題が生ずる。

【０００４】これに対し、上記の復帰速度を小さく設定
しておけば、このような問題は起きないが、例えば、収
録対象が川のせせらぎで、かつ、この収録の最中に花火
のような破裂音が１回だけ発生したときには、ゲイン
が、この破裂音に応じたレベルに直ちに下げられて川の
せせらぎの音を十分な大きさで収録できず、しかも、復
帰速度が遅いため破裂音が発生する以前のレベルまでゲ
インが戻るのに時間がかかるという問題がある。

【０００５】そこで、従来、アナログの音声レベル制御
装置では、以上のような復帰速度の問題を解決するため
に２重時定数による制御を採用している。これは、瞬間
的な大音量に対してはレベル制御の追従性を速くし、定
常的またはある一定時間以上継続されるエネルギーの大
きな音に対しては追従を遅くするものであり、ゲイン制
御信号を生成する際の音声の検波回路に、２つの時定数
の異なるアナログの積分回路を組み合わせて用いてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
２重時定数回路を用いた音声レベル制御装置では、積分
時定数が２つしか選べないため、入力音声の状況に応じ
た細かい追従が不可能である。また、積分の時定数を数
１０秒となるように設定するため、これをディジタル回
路で構成しようとすると演算精度を上げる必要があり、
処理が複雑になるという欠点がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による音声レベル
制御装置は、ディジタル音声信号に関する絶対値データ
を導出する手段と、該絶対値データについての所定サン
プル数分の平均値データを導出する手段と、該平均値デ
ータについての包絡線検波データを導出する手段と、前
記所定サンプル数の値を設定する手段と、前記絶対値デ
ータについての包絡線検波データを導出する手段と、前
記絶対値データについての包絡線検波データ及び前記平
均値データについての包絡線検波データのうち、値が大
きい方の包絡線検波データに基づいて音声信号増幅手段
のゲインを設定する手段とを備えていることを特徴とす
る。

【０００８】この場合、所定サンプル数の値を設定する
手段は、前記平均値データについての包絡線検波データ
に基づき該包絡線検波データのレベルが大きいほど所定
サンプル数の値を高く設定するように構成するのが好適
であり、また、複数のチャンネルの音声のレベルを制御
する場合には、絶対値データとして、複数チャンネルの
それぞれのディジタル音声信号の絶対値のうち最も値の
大きい絶対値を使用するのが望ましい。

【０００９】

【作用】音源のレベルに応じてゲイン制御が行われ、か
つ、大入力の音声によって下げられたゲインが元のゲイ
ンへ戻るまでの復帰時間が、音源のレベルに応じて適応
的に制御される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明による音声レベル制御装置の１
実施例について図面を参照して説明する。図１は、かか
る音声レベル制御装置の設けられた音声信号処理段を示
す図であり、この音声信号処理段は、チャンネル１及び
チャンネル２の各アナログ入力音声信号を４８ＫＨｚで
サンプリングして２０．８μｓの周期のディジタル音声
信号を出力するＡＤ変換回路３１及び３２と、これらの
回路から出力されるディジタル音声信号Ａ１及びＡ２に
対する可変増幅装置として機能する係数器３３及び３４
と、該係数器３３及び３４の各出力に基づいて、これら
の各係数器へ供給すべき係数ｋを生成するための点線で
囲まれたディテクターブロックとから構成される。

【００１１】ディテクターブロックにおける係数ｋの生
成動作について説明すると、係数器３３及び３４の出力
Ａ３及びＡ４は、まず、絶対値化処理部３５及び３６へ
入力されて、それぞれの絶対値Ａ７及びＡ６が取り出さ
れる。これらの絶対値は比較ゲート部３８へ入力され、
ここで、絶対値Ａ７及びＡ６のうち大きい方の絶対値
（Ａ８）のみが出力される。比較ゲート部３８から出力
された絶対値信号Ａ８は、平均化処理部３９及び包絡線
検波部４０へ入力される。

【００１２】この包絡線検波部４０における処理につい
て図２を参照して説明すると、図２における（１）は、
包絡線検波部４０への入力Ａ８を表し、（２）は、包絡
線検波部の出力Ａ１２を表す。ここで、入力Ａ８に対す
る出力Ａ１２の追従特性は、音声信号のダイナミックレ
ンジに相当する４０ｄＢの入力変化に対して、立ち上が
り特性については２０ｍｓ、立ち下がり特性については
２０ｍｓ〜１００ｍｓ程度に設定されており、Ａ８は、
この図に示されるように、入力Ａ８に対して小さい時定
数でほぼ忠実に追従した信号として得られる。

【００１３】また、入力Ａ８は、平均化処理部３９へ入
力され、ここで、平均化サンプル数設定部３７において
設定されたサンプル数Ｎに応じて平均化処理を施され
る。なお、このサンプル数Ｎは、平均化処理部３９の出
力Ａ９を包絡線検波部４１において包絡線検波した出力
Ａ１１に基づいて設定される。次に、これらの処理部３
９、４１、３７における処理について、図３を参照して
説明する。

【００１４】この図の（１）に示される入力Ａ８に対し
て、平均化サンプル数設定部から与えられるサンプル数
Ｎに基づき平均化処理部３９において次のような演算式
に従って平均化出力Ａ９を導出する。 Ａ９＝（ａ１＋ａ２＋ａ３＋・・・＋ａＮ）／Ｎ 但し、ここでａ１，ａ２，ａ３，・・・，ａＮは、入力
Ａ８の連続して入力されるＮ個の音声データを表す。ま
た、Ｎの値は、通常のレベルの音声が入力されている場
合には３２０程度の値となるように設計されており、こ
れにより、平均化出力Ａ９として、この図の（２）に示
されるように６．６ｍｓ（＝３２０×２０．８μｓ）程
度の周期のデータが得られる。

【００１５】次に、この平均化出力Ａ９を包絡線検波部
４１へ入力してもとの２０．８μｓの周期のデータへ変
換すると共に、更に、所定の立ち上がり特性及び立ち下
がり特性を付与する。ここで付与される立ち上がり特性
は、包絡線検波部４０における立ち上がり特性と同様
に、４０ｄＢの入力変化に対しては２０ｍｓ程度までの
追従ができるように設定し、立ち下がり特性については
数秒〜数１０秒程度の時定数のきわめて大きいものに設
定する。以上のような処理を行うことにより、包絡線検
波部４１の出力としてこの図の（３）に示されるような
出力Ａ１１を得る（なお、これらの（１）〜（３）に示
される信号図は簡略化したものであり、サンプル数及び
各サンプルデータのレベル等は正確に表されたものでは
ない）。

【００１６】このようにして得られた出力Ａ１１のレベ
ルに基づいて、平均化処理部３９へ与えるべきサンプル
数が平均化サンプル数設定部３７において設定される
が、この場合、Ａ１１のレベルが大きい程サンプル数の
値を大きく設定する。そして、Ａ１１のレベルに対して
具体的にどのような特性に従ってＮを設定するかは、求
められる音声レベル制御の制御特性に応じて決定すれば
よく、例えば、この図の（４）に示されるように、、
、等の様々な特性を採用することができる。

【００１７】以上のようにして生成された包絡線検波出
力Ａ１１は、比較ゲート部４３へ入力される。この比較
ゲート部において前述の包絡線検波出力Ａ１２と比較さ
れ、両入力Ａ１１及びＡ１２のうちレベルの大きい方の
信号が出力Ａ１３として取り出される。この出力Ａ１３
は係数発生部４２へ入力され、Ａ１３のレベルが大きい
ほど値の小さな係数ｋが発生される。そして、この係数
ｋを係数器３３及び３４へ供給することによりフィード
バック制御が実行され、所望のレベルに増幅されたディ
ジタル音声信号Ａ３及びＡ４が得られる。

【００１８】なお、この場合、各係数器の入出力間の増
幅特性が概ね図４に示されるような特性となるように設
計するのが望ましい。なお、この特性図では、レベルが
Ｐ以上の入力についてはその出力のレベルがＬに抑えら
れており、この出力レベルＬは、ダイナミックレンジ最
大に近い値に設定しておくことがＳ／Ｎの面で望まし
い。また、標準出力レベルが設定されている音声記録装
置の場合は標準出力レベルを少し越えた値に設定するの
が望ましい。

【００１９】なお、以上に説明した実施例は、２チャン
ネルの音声を記録するものであるが、本発明は、これ以
外の任意のチャンネル数の音声を記録する装置にも適用
することができ、例えば、１チャンネルの音声のみを記
録する装置の場合には図１における比較ゲート部３８は
不要であり、複数チャンネルの音声を記録する装置にあ
っては、そのチャンネル数分だけの絶対値化処理部を設
け、それらの絶対値化出力を全て比較ゲート部３８へ入
力するように構成する。

【００２０】次に、図１に示した音声レベル制御装置に
おける制御特性について、具体的な場合を例に挙げて説
明する。図５に示される（１）〜（４）は、低レベルの
定常音を収録している最中に高レベルの破裂音が１回だ
け発生した場合の信号Ａ８，Ａ１２，Ａ１１，及びＡ１
３のそれぞれの包絡線波形を表したものである。この図
に示されるように、Ａ８を図１の処理部４０において包
絡線検波して取り出した出力Ａ１２は、Ａ８とほぼ同じ
包絡線波形を有するのに対して、Ａ８を図１における処
理部３９及び４１において平均化及び包絡線検波して取
り出した出力Ａ１１は、破裂音の発生期間において多少
立ち上がった後、緩やかに立ち下がる波形を有するもの
となる。

【００２１】これにより、Ａ１１及びＡ１２を比較ゲー
ト４３へ入力して得られる出力Ａ１３は、この図の
（４）に示されるような包絡線波形を有するものとな
る。従って、このＡ１３に基づいて発生される係数ｋの
値は、破裂音発生期間中は急激に小さくなって破裂音が
抑圧されると共に、該期間経過後はほぼ元の値まで戻る
ので低レベルの定常音を再び十分収録できるようにな
る。

【００２２】また、図６に示される波形は、低レベルの
定常音を収録している最中に高レベルの破裂音が所定期
間繰り返し発生した場合の信号Ａ８，Ａ１２，Ａ１１，
及びＡ１３のそれぞれの包絡線波形を表したものであ
る。この図の場合には、出力Ａ１１は、立ち下がり特性
が緩やかであるため破裂音の発生毎にレベルが上昇して
ゆき、破裂音の繰り返し発生期間の経過後は、緩やかに
立ち下がる波形を有するものとなる。

【００２３】これにより、Ａ１１及びＡ１２を比較ゲー
ト４３へ入力して得られる出力Ａ１３は、この図の
（４）に示されるような包絡線波形を有するものとな
る。即ち、このように破裂音が繰り返し発生する場合に
は、１つの破裂音が終わってから次の破裂音が発生する
までの期間におけるＡ１３のレベルが逐次上昇してゆく
ので、この期間に発生している低レベルの定常音の録音
レベルは次第に低いレベルに保持されてゆき、従来のよ
うに定常音の録音レベルがふわふわ変動することがな
い。

【００２４】更に、Ａ１１のレベルが高くなる程Ａ８に
基づいてＡ１１を生成する際の平均化のサンプル数が大
きくなるように設定されているので、Ａ１１の波形の立
ち下がり特性は、Ａ１１のレベルが高くなる程ゆるやか
なものとなる。つまり、破裂音の繰り返し回数が少ない
ほど、破裂音の繰り返し発生期間経過後のＡ１３の波形
の立ち下がりが速やかに行われて、それだけ低レベルの
定常音の収録が早く実行されることになる。

【００２５】以上に説明した音声レベル制御装置におけ
るディテクターブロックは、その内部の各処理部を全て
ハードウェアによって構成することができるが、マイコ
ン制御を利用した構成とすることも可能である。そこ
で、次に、マイコンによって上記のディテクターブロッ
クの機能を実現するようにした構成例について図７〜図
１２を参照して説明する。

【００２６】図７は、マイコンを用いた場合のディテク
ターブロックの構成であり、信号Ａ３及びＡ４はインタ
ーフェース５３を介してマイコン５５へ入力され、これ
らの入力に基づいてマイコン内で導出された係数ｋが該
インターフェース５３を介して出力される。そして、マ
イコン内のＲＡＭ５６の内部には前述の出力Ａ８を格納
するためのレジスタＲａ、出力Ａ１２を格納するための
レジスタＲｈ、出力Ａ９を格納するためのレジスタＲ
ｍ、出力Ａ１１を格納するためのレジスタＲｏ、平均化
サンプル数Ｎを格納するためのレジスタＲｎ、及びマイ
コン５５への音声データの入力回数が格納されるレジス
タＲｃが設けられ、また、ＲＯＭ５７の内部には通常の
マイコンプログラムの他に、出力Ａ１１のレベルに応じ
た平均化サンプル数Ｎを取り出すための「Ａ１１→Ｎ」
変換用テーブルＴｎ、及び出力Ａ１３のレベルに基づい
て係数ｋを設定するための「Ａ１３→ｋ」変換用テーブ
ルＴｋが設けられている。

【００２７】次に、このマイコン５５における係数ｋの
生成フローを図８により説明する。この図において、先
ずステップＳ１及びステップＳ２の実行によりレジスタ
Ｒｎ、Ｒｏ、及びＲｈにそれぞれデフォルト値を格納す
ると共に、レジスタＲｃ及びＲｍの内容をクリアする。
次にステップＳ３で音声データＡ３及びＡ４が入力され
るまで待機し、音声データが入力されたら入力音声デー
タＡ３及びＡ４のそれぞれの絶対値データのうち値が大
きい方の絶対値データＡ８をレジスタＲａに格納する
（ステップＳ４）。

【００２８】次のステップＳ５ではレジスタＲａ内のデ
ータＡ８をレジスタＲｎに格納されている平均化サンプ
ル数で割った値をレジスタＲｍに格納されているデータ
と加算し、この加算出力をレジスタＲｍに格納すると共
に、レジスタＲｃの内容を「１」だけ増加させる。次に
ステップＳ６ＴでレジスタＲａ内のデータＡ８に関する
包絡線検波データＡ１２を導出してこれをレジスタＲｈ
に格納した後、ステップＳ７でレジスタＲｃ内の入力回
数データの値がレジスタＲｎ内の平均化サンプル数と等
しいかどうかを判断する。

【００２９】この判断結果がＮＯであれば、レジスタＲ
ｈ内のデータＡ１２とレジスタＲｏ内のデータ（Ａ１
１）とを比較し、大きい方のデータの値に対応する係数
ｋをテーブルＴｋから読み出して係数器３３及び３４へ
出力（ステップＳ８〜ステップＳ１０）した後、ステッ
プＳ３へ戻る。ステップＳ３〜ステップＳ１０からなる
ループの繰り返し実行によりステップＳ７での判断結果
がＹＥＳとなったときには、レジスタＲｍ内には求める
平均化サンプル数分についての平均化データＡ９が格納
されたことになるので、このデータＡ９に関する包絡線
検波データＡ１１を導出し、レジスタＲｏ内のデータを
この新たに導出されたデータＡ１１に更新する（ステッ
プＳ７及びステップＳ１１）。

【００３０】次に、このデータＡ１１に対応させて設定
すべき平均化サンプル数をテーブルＴｎから読み出して
レジスタＲｎに格納することにより次の平均化演算処理
の準備をした（ステップＳ１２）後、レジスタＲｈ内の
データＡ１２とレジスタＲｏ内のデータ（Ａ１１）とを
比較し、大きい方のデータの値に対応する係数ｋをテー
ブルＴｋから読み出して係数器３３及び３４へ出力（ス
テップＳ１３〜ステップＳ１５）した後、ステップＳ２
へ戻る。

【００３１】なお、この図におけるステップＳ４の具体
的フローは、図９のように構成される。また、ステップ
Ｓ６の具体的フローは図１０のように構成される。この
図１０のフローについて説明すると、入力音声データか
ら取り出された絶対値データＡ８（レジスタＲａの内
容）が１サンプル前の包絡線検波データ（レジスタＲｈ
の内容）と等しい値を持つときは、レジスタＲｈ内の包
絡線検波データ（Ａ１２）の値は更新されないが、値が
等しくないときにはレジスタＲｈ内のデータＡ１２の値
を更新する。

【００３２】即ち、レジスタＲａ内のデータＡ８の値が
レジスタＲｈ内のデータの値より大きいときはデータＡ
８をα倍した値をレジスタＲｈに格納し（ステップＳ２
２）、逆の大小関係のときはレジスタＲｈ内のデータか
ら値βだけ減算した数値をレジスタＲｈに格納する（ス
テップＳ２３）。ここで、αの値が包絡線検波データの
立ち上がり特性を決定すると共に、βの値が立ち下がり
特性を決定し、これらの値は、図２で説明した立ち上が
り特性及び立ち下がり特性が得られるように設定され
る。

【００３３】ステップＳ１１の包絡線検波の具体的フロ
ーは、ステップＳ６の場合と同様に図１１に示されるよ
うに実行される。そして、この図のステップＳ２７にお
けるγの値及びステップＳ２８におけるδの値は、図１
０の場合と同様、それぞれ包絡線検波の立ち上がり特性
及び立ち下がり特性を決定し、これらの値は図３で説明
した立ち上がり特性及び立ち下がり特性が得られるよう
に設定される。

【００３４】なお、図１０及び図１１の包絡線検波のフ
ローにおいて使用する立ち上がり時及び立ち下がり時の
包絡線検波データ値を決定する演算式としては、ステッ
プＳ２２及びステップＳ２３、ステップＳ２７及びステ
ップＳ２８に示されるものの他に、例えばステップＳ２
２及びステップＳ２３に関して示すと、図１２の（ｉ）
〜（ｉｉｉ）のように種々のものを考えることができる
が、本実施例においては、実験において最も聴感上のク
オリティーが優れていた図１０及び図１１に示される演
算式を採用している。

【００３５】以上に説明したように、本発明においては
音源のレベルに応じて適応的に追従性を制御することに
よって、ダイナミックレンジの広い音源を収録する際聴
感上自然なゲイン制御が行われ、かつ、これをマイコン
制御により行う場合、簡単なアルゴリズムで実現でき
る。なお、本発明を適用できる音声記録装置としては、
アナログ録音或るいはディジタル録音を問わず様々な装
置が挙げられるが、この他にＶＴＲ或るいはビデオディ
スク等のように画像と共に音声を記録する装置にも適用
できることは勿論である。

【００３６】

【発明の効果】ダイナミックレンジの広い音源を収録す
る際、聴感上自然なゲイン制御が行われる。マイコン制
御を用いて構成する場合、簡単なアルゴリズムで実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の構成を示す図である。

【図２】同実施例における包絡線検波部４０の処理を説
明する図である。

【図３】同実施例における平均化処理部３９、包絡線検
波部４１、及び平均化サンプル数設定部３７の処理を説
明する図である。

【図４】同実施例における増幅特性を説明する図であ
る。

【図５】同実施例において、破裂音が１回のみ発生した
ときの制御特性を説明する図である。

【図６】同実施例において、破裂音が継続的に複数回発
生したときの制御特性を説明する図である。

【図７】同実施例の制御部をマイコンにより構成した場
合の説明図である。

【図８】同マイコンの動作フローを示す図である。

【図９】同マイコンにより図１の絶対値化処理部３５及
び３６、比較ゲート部３８の処理を実現するためのフロ
ーである。

【図１０】同マイコンにより包絡線検波部４０の処理を
実現するためのフローである。

【図１１】同マイコンにより包絡線検波部４１の処理を
実現するためのフローである。

【図１２】マイコンにより包絡線検波処理を実行する場
合に採用しうる他の演算式の例である。

【符号の説明】

３３，３４…係数器、 ３５，３６…絶対値化処理
部、３８，４３…比較ゲート部、 ３７…平均化サ
ンプル数設定部、３９…平均化処理部、 ４０，４
１…包絡線検波部、４２…係数発生部、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （１）ディジタル音声信号に関する絶対
   値データを導出する手段と、（２）該絶対値データにつ
   いての所定サンプル数分の平均値データを導出する手段
   と、（３）該平均値データについての包絡線検波データ
   を導出する手段と、（４）前記所定サンプル数の値を設
   定する手段と、（５）前記絶対値データについての包絡
   線検波データを導出する手段と、（６）前記絶対値デー
   タについての包絡線検波データ及び前記平均値データに
   ついての包絡線検波データのうち、値が大きい方の包絡
   線検波データに基づいて音声信号増幅手段のゲインを設
   定する手段と、を備えたことを特徴とする音声レベル制
   御装置。
2. 【請求項２】 所定サンプル数の値を設定する手段は、
   前記平均値データについての包絡線検波データに基づき
   該包絡線検波データのレベルが大きいほど所定サンプル
   数の値を高く設定するものであることを特徴とする請求
   項１記載の音声レベル制御装置。
3. 【請求項３】 ディジタル音声信号に関する絶対値デー
   タは、複数チャンネルのそれぞれのディジタル音声信号
   の絶対値のうち最も値の大きい絶対値であることを特徴
   とする請求項１または２記載の音声レベル制御装置。