JPH08316760A - 音声信号制限増幅装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 再生特性に悪影響を与えない音声信号制限増
幅装置を得る。 【構成】 入力端子１へ入力された、低域から高域まで
の周波数帯域成分の音声信号ｓを、低域および高域周波
数帯域選択回路１１ａ、１１ｂを通して複数の周波数帯
域の信号ｆ1、ｆ2に分割する。この分割されたそれぞれ
の帯域の音声信号ｆ1、ｆ2を、低域および高域振幅レベ
ル制限増幅回路１２ａ、１２ｂでレベル制限する。レベ
ル制限された音声信号ｇ1、ｇ2を加算器１３で合成し、
合成した音声信号ｈを更に出力用の振幅レベル制限増幅
回路１４を通し、出力音声信号ｉを得る。この手順によ
れば、入力される元の信号ｓに含まれる過大レベルの周
波数帯の成分が、通常レベルの周波数帯域の信号に影響
を与えることなく制限増幅されるため、通常レベルの周
波数帯の音質劣化を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音声信号制限増幅装置
に関し、例えば、レベル制限を施した音声信号制限増幅
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、音声信号制限増幅装置は、例え
ば、放送用増幅器へ適用される。この増幅器で増幅され
た音声信号を業務用として放送する場合、振幅が一定レ
ベル以上の信号が入力されると、増幅系ではダイナミッ
クレンジの制限を超え、出力信号に歪を生じる。また、
その他の各系でも不都合が生じる。例えば、伝送系では
過大信号により隣接チャネルへのクロストークが発生
し、記録系ではテープ等の記録媒体のダイナミックレン
ジの制限を超え信号に歪を生じ、送信系では過変調とな
る。送信系におけるＡＭ（振幅）変調ではキャリアの無
い部分が生じ歪となり、ＦＭ（周波数）変調では周波数
変位量が大きくなり隣接チャネルへの影響や歪が生じ
る。

【０００３】これら問題を解決するため、例えば図５に
示す増幅器がある。図５の増幅器では、レベル制限増幅
器を信号経路の途中に挿入して歪の発生を抑え、悪影響
の発生を防止している。図５において、２１は入力レベ
ルを検出する回路であり、図６の入力信号ａの包絡線ａ
1に近い信号を出力する。２２は増幅器の増幅率を生成
する回路であり、ある一定レベル以上の入力レベルの時
に増幅率を小さくし、入力レベルが戻った時に増幅率を
元に戻すように２３の可変増幅率増幅器へ制御信号を送
る。可変増幅器２３では、入力された音声信号を指示さ
れた増幅率に基づく増幅率で増幅し、一定レベルを超え
ないよう抑圧・調整された歪のない信号の出力を図って
いる。

【０００４】図７は、入力信号ａと出力信号ｂとの関係
を詳細に表した波形例である。つまり、音声入力信号５
１が基準を超えるレベルから基準以下のレベルに変化し
た場合の、出力信号の応答動作例を示している。図７の
入力信号５１は、前半部分が基準レベル５ａを超えてい
る。増幅率を生成する回路２２からの制御信号の変化す
る応答時間ｂ2を短くすると波形は出力信号５２とな
り、過大入力から通常レベルに変化した部分の出力信号
波形が入力信号の波形と比較するとかなり変化し、聴感
上も不自然になる。そこで従来の技術では入力信号が過
大レベルから通常レベルに変化した時の増幅率を制御す
る信号の応答時間ｂ2を長くし、出力信号５３として不
自然さの発生を防止している。

【０００５】この応答時間ｂ2の望ましい時間長は、入
力される信号の周波数成分と比例関係にあり、高域の周
波数帯域についてはより短い方が聴感上優れている。増
幅率生成回路２２は一般的に１種類であり、制御信号を
変化させる応答時間は、低域周波数帯に合せた通常１〜
３秒の比較的長い１種類のみが設定される。

【０００６】本発明の技術分野に類似する従来例とし
て、特公平３−５５９６号がある。本例は、音声信号を
複数個の帯域に分割し、音声素片波形を帯域毎にずらし
て合成し、再生音声の音質を改善することを目的として
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
レベル制限増幅器では入力される全帯域に亘って同一条
件のレベル調整が行なわれる。このため帯域の異なる信
号間にレベルの格差が有る場合でも、各々の周波数帯域
の信号に画一的に抑圧処理が作用する。図８および図９
はこれらの関係を図化している。

【０００８】図８は、入力端子２に入力される音声信号
として、過大レベルの低域入力信号ｍ1と通常レベルの
高域入力信号ｍ2とが合成された音声信号ｍの形態例を
表している。つまり、低域周波数帯の入力信号ｍ1の前
半部が所定の規格レベルを超えている。しかし、高域周
波数の入力信号ｍ2はフラットであり規格レベル以内で
ある。

【０００９】上記の音声信号ｍをレベル制限増幅器で処
理した場合の出力信号ｎの形態例を図９が表している。
つまり、出力音声信号ｎを低域成分の出力信号ｎ1およ
び高域成分の出力信号ｎ2として帯域分離して示してい
る。これら図９の（Ｂ）、（Ｃ）の波形から知れる様
に、過大レベルの低域入力信号と共に通常レベルの高域
入力信号までもがレベル制限されてしまう。よって、こ
の制限により低域成分の出力信号ｎ1と共に高域成分の
出力信号ｎ2もレベルが抑圧され、高域成分の信号の音
質が損なわれる問題を伴う。

【００１０】また、放送を受信する受信機は無数に有
り、その周波数特性はまちまちである。例えば、低域成
分を再生する能力の小さい受信機では、再生される音声
信号は高域成分の信号が中心となり、レベル制限されて
いることが聴感的に目立つようになる。特にポータブル
ラジオ等のように小型のスピーカを使用した再生装置で
は、再生周波数帯域が狭いため抑圧の効果が拡大して再
生され、不自然な音質が顕著に現れる。

【００１１】図６に示す応答時間ｂ2は全周波数帯域に
亘って同じ時間である。このため、応答時間ｂ2が短い
と低域信号に歪を生じさせ易く音質を劣化させ、長いと
高域成分の音の復帰が遅くなり、ふわふわした感じの音
質となり易い問題を伴う。

【００１２】本発明は、再生特性に悪影響を与え難い音
声信号制限増幅装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の音声信号制限増幅装置は、音声信号を複数
の周波数帯域に分割する周波数帯域選択手段と、この周
波数帯域選択手段で分割した少なくとも２つの周波数帯
域の少なくとも１つの所定の周波数帯域の音声信号の振
幅レベルを所定の値以下として出力するレベル制限増幅
手段と、レベル制限増幅手段の出力信号および所定の周
波数帯域と異なる周波数帯域の音声信号を加算する加算
手段とを有して構成されたことを特徴としている。

【００１４】また、上記２つの周波数帯域のそれぞれに
レベル制限増幅手段を設けるとよい。さらに、上記の音
声制限増幅装置は、加算手段の出力信号の振幅レベルを
所定値以下とするレベル制限増幅手段を有するとよい。
尚、上記のレベル制限増幅手段の増幅率を変化させる応
答時間を、周波数帯域の低域の方を高域より長く構成す
るとよい。

【００１５】

【作用】したがって、本発明の音声信号制限増幅装置に
よれば、音声信号を複数の周波数帯域に分割し、この分
割した少なくとも２つの周波数帯域の少なくとも１つの
所定の周波数帯域の音声信号の振幅レベルを所定の値以
下として出力し、この出力信号およびその他の音声信号
を加算する。よって、分割された所定の周波数帯域の音
声信号のみが振幅レベルの制限処理がされる。

【００１６】

【実施例】次に添付図面を参照して本発明による音声信
号制限増幅装置の実施例を詳細に説明する。図１〜図４
を参照すると本発明が適用される音声信号制限増幅装置
の実施例が示されている。

【００１７】図１は実施例の音声信号制限増幅装置の回
路ブロック図である。本実施例の音声信号制限増幅装置
は、入力端子と直列に接続された一方の低域周波数選択
回路１１ａと低域レベル制限増幅回路１２ａ、および入
力端子と直列に接続された他方の高域周波数選択回路１
１ｂと高域レベル制限増幅回路１２ｂ、低域および高域
制限増幅回路１２ａ、１２ｂのそれぞれの出力信号が入
力された加算回路１３、加算回路１３の出力信号が接続
された出力用レベル制限増幅回路１４、出力端子１５と
により構成される。

【００１８】入力端子１は音声信号が入力される端子で
ある。低域周波数選択回路１１ａは、音声信号の低域成
分の信号を選択して通過させる周波数選択回路である。
低域レベル制限増幅回路１２ａは、選択された低域のみ
の音声信号のレベルを制限するためのレベル制限増幅回
路である。同様に高域周波数選択回路１１ｂは高域成分
の音声信号を選択する周波数選択回路であり、高域レベ
ル制限増幅回路１２ｂは高域信号のレベルのみを制限す
るレベル制限増幅回路である。

【００１９】加算回路１３は低域および高域の各々のレ
ベル制限増幅回路１２ａ、１２ｂの出力信号を合成し、
合成した音声信号を出力する回路である。出力用レベル
制限回路１４は、合成したことにより発生する基準レベ
ルを超える音声信号のレベルを制限する回路である。出
力端子１５はレベル制限された音声信号を出力する出力
端子である。

【００２０】上記の低域および高域周波数の信号への分
離および増幅の特性例を図２に示している。図２は、周
波数を横軸に増幅率を縦軸とした特性図である。同図の
特性ｂが低域周波数選択回路１１ａと低域レベル制限増
幅回路１２ａとによる特性である。また特性ｃが高域周
波数選択回路１１ｂと高域レベル制限増幅回路１２ｂと
による特性である。特性ｄは特性ｂと特性ｃとを合成し
た特性である。これら低域および高域周波数へ帯域制限
し２分するカットオフ周波数は、予め設定される。また
信号のレベルを制限する基準レベルも予め設定される。

【００２１】上記の各部により構成される音声信号制限
増幅装置において、入力端子１へ入力される音声信号
が、図１の各部において信号処理された信号の形態を図
化して表したのが図３および図４である。図３の各図に
おいて、図３（Ａ）が入力端子１へ入力される音声信号
例、図３（Ｂ）が低域周波数選択回路１１ａにより周波
数選択された低域信号ｆ1、図３（Ｃ）が高域周波数選
択回路１１ｂにより周波数選択された高域信号ｆ2であ
る。また、図４の各図において、図４（Ａ）が低域レベ
ル制限増幅回路１２ａにより低域レベル制限増幅された
出力信号ｇ1、図４（Ｂ）が加算回路１３の出力信号
ｈ、図４（Ｃ）が出力用レベル制限増幅回路１４の出力
信号ｉである。尚、高域レベル制限増幅回路１２ｂによ
り高域レベル制限増幅された出力信号ｇ2の波形の形態
には変化が無く、高域信号ｆ2と実質的に同一である。

【００２２】上記の音声信号制限増幅装置の動作につい
て説明する。本実施例の音声信号制限増幅装置は以下の
ように音声信号を処理する。入力端子１へ入力される音
声信号は、一般的に低域から高域までの全ての周波数成
分を含んでいる。入力された信号の一方は予め設定され
た周波数で周波数帯域制限する低域通過フィルタを構成
する低域周波数選択回路１１ａを通過し、他方は同じく
高域通過フィルタを構成する高域周波数選択回路１１ｂ
を通過する。これらの信号レベルが次段の低域および高
域の各レベル制限増幅回路１２ａ、１２ｂで制限を受け
ない場合には、それぞれのレベル制限増幅回路１２ａ、
１２ｂを通過した音声信号は、加算回路１３で合成され
るが、合成後の音声信号の周波数特性はフラットにな
る。よって、低域から高域までの全ての成分を含んで入
力される音声信号は、音質の変化を受けることなく出力
される。

【００２３】図３（Ａ）は、本実施例の音声信号制限増
幅装置へ入力される過大な音声信号ｓの波形例である。
この音声信号ｓを低域周波数と高域周波数とで帯域分離
すると、図３（Ｂ）に示された低域信号ｆ1と図３
（Ｃ）に示された高域信号ｆ2とになる。本例の音声信
号ｓを分離された状態で考察した場合、一方の低域信号
ｆ1の前半部が過大信号となっている。他方の高域信号
ｆ2は全般的にフラットなレベルであり、所定の基準レ
ベル以下となっている。

【００２４】上記の音声信号が入力端子１へ入力された
場合、低域成分を通す周波数選択回路１１ａを通した低
域信号ｆ1、および高域成分を通す周波数選択回路１１
ｂを通した高域信号ｆ2とに弁別される。これらの信号
のうち一方の低域信号ｆ1は、前半部分が所定の基準レ
ベルを超えているため次段のレベル制限増幅回路１２ａ
を通すことにより、出力信号のレベルは歪無くレベルが
下げられ、図４（Ａ）に示す出力信号ｇ1となる。また
他方の高域信号ｆ2は、この場合では基準レベル以下で
あるためレベル制限増幅回路１２ｂを通してもレベルに
変化はなく、高域信号ｆ2と実質的に同一の出力信号ｇ2
が得られる。

【００２５】これらの出力信号ｇ1およびｇ2は、加算回
路１３を通すことにより低域成分のみがレベル制限さ
れ、高域成分はレベル制限されない出力信号ｈが得られ
る。しかしながら、低域の出力信号ｇ1と高域の出力信
号ｇ2とが加算されることにより、加算後の出力信号ｈ
のうち信号ｈａに相当する部分で所定の基準制限レベル
を超えている。この出力信号ｈは、次段の出力用レベル
制限増幅回路１４でレベル制限がされ、最終的に出力信
号ｉとされて出力される。

【００２６】上記の処理手順に基づけば、過大レベルの
信号が高域周波数において生じた信号の場合は、動作す
るレベル制限増幅回路が高域側の回路となり、同様の動
作となる。この処理手順により、周波数帯域別に信号レ
ベルの抑圧処理がされる。よって、それぞれの周波数帯
域に最適な応答時間を設定することができる。また、周
波数帯域別に処理された信号は合成され、合成後に再度
信号レベルの抑圧チェックおよび処理がされる。これら
の手順により、歪みの発生を少なくした出力信号を得る
ことが可能となる。

【００２７】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるが本発明はこれに限定されるものではなく
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可
能である。例えば、選択する周波数帯域は低域と高域の
選択以外にきめ細かなレベル制限制御を行わせるため、
中域を個別にし３分割とした方法や、さらに細かい帯域
に分割する構成としてもよい。また、過大信号となる周
波数帯域は一般に低域成分に多く、レベル制限増幅回路
を低域の１種類にのみ挿入する簡易な構成としてもよ
い。最終段の全体をまとめてレベル制限させる制限増幅
回路１４を省略し、簡易な構成としてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の音声信号制
限増幅装置は、音声信号を複数の周波数帯域に分割し、
この分割した少なくとも２つの周波数帯域の少なくとも
１つの所定の周波数帯域の音声信号の振幅レベルを所定
の値以下として出力し、この出力信号およびその他の音
声信号を加算する。上記の手順によれば、分割された所
定の周波数帯域の音声信号のみが振幅レベルの制限処理
がされる。よって、過大レベルの音声信号が入力されて
も、過大レベルの成分を含まない周波数帯域の音声信号
に影響を与えないでレベル制限増幅が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の音声信号制限増幅装置の一実施例を示
す回路ブロック図である。

【図２】図１のレベル制限増幅装置の周波数特性例を示
す図である。

【図３】レベル制限増幅装置へ入力される音声信号の一
例を示す波形図であり、（Ａ）が全体波形、（Ｂ）が低
周波帯域の波形、（Ｃ）が高周波帯域の波形である。

【図４】図４の音声信号の入力において図１のレベル制
限増幅装置の各部の処理手順を説明するための波形図で
ある。

【図５】従来の音声信号レベル制限増幅装置の構成例を
示す回路ブロック図である。

【図６】従来の音声信号レベル制限増幅装置の動作を説
明するための、（Ａ）が入力信号ａ、（Ｂ）が出力信号
ｂ、（Ｃ）が増幅度制御信号である。

【図７】従来の音声信号レベル制限増幅装置の動作を説
明するための波形図であり、（Ａ）が入力信号例、
（Ｂ）が出力信号例一、（Ｃ）が出力信号例二である。

【図８】従来の音声信号レベル制限増幅装置への入力信
号例を示す波形図であり、（Ａ）が低域入力信号、
（Ｂ）が高域入力信号、（Ｃ）が全体入力信号である。

【図９】図８の入力信号において、従来の音声信号レベ
ル制限増幅装置の動作を説明するための波形図である。

【符号の説明】

１ 入力瑞子 １１ａ 低域成分周波数選択回路 １１ｂ 高域成分周波数選択回路 １２ａ 低域成分レベル制限増幅回路 １２ｂ 高域成分レベル制限増幅回路 １３ 加算回路 １４ 出力用レベル制限増幅回路 １８ 出力瑞子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音声信号を複数の周波数帯域に分割する
   周波数帯域選択手段と、 前記周波数帯域選択手段で分割した少なくとも２つの周
   波数帯域の、少なくとも１つの所定の周波数帯域の音声
   信号の振幅レベルを、所定の値以下として出力するレベ
   ル制限増幅手段と、 該レベル制限増幅手段の出力信号および前記所定の周波
   数帯域と異なる周波数帯域の音声信号を加算する加算手
   段とを有することを特徴とする音声信号制限増幅装置。
2. 【請求項２】 前記２つの周波数帯域のそれぞれにレベ
   ル制限増幅手段を設けたことを特徴とする請求項１記載
   の音声信号制限増幅装置。
3. 【請求項３】 前記音声信号制限増幅装置は、さらに前
   記加算手段の出力信号の振幅レベルを前記所定値以下と
   するレベル制限増幅手段を有することを特徴とする請求
   項１または２に記載の音声信号制限増幅装置。
4. 【請求項４】 前記レベル制限増幅手段の増幅率を変化
   させる応答時間を周波数帯域の低域の方を高域より長く
   構成したことを特徴とする音声信号制限増幅装置。