JPH10163775A - リミッティングアンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 音声信号に含まれる過大信号による歪みを抑
制することができ、且つ、自然な聴感を得ることのでき
るリミッティングアンプを提供する。 【解決手段】 入力音声信号を所定のサンプリング周期
にて、各サンプリング点における音声レベルを検出し、
基準値を越えている場合には、増幅率の圧縮を開始し、
音声レベルが増加傾向にある場合には圧縮率を増大さ
せ、音声レベルが減少傾向にある場合には現状の圧縮率
を持続させるように調整する。また、音声レベルが基準
値を下回った場合にはこの持続時間を測定し、所定の基
準時間以下である場合には増幅率の圧縮をリリースせず
にそのまま圧縮を継続させる。また、基準時間以上であ
る場合には、圧縮時間に応じたリリース時間にて圧縮を
リリースさせ、増幅率を元の状態に復帰させる。これに
より、過大な音声信号を抑制することができ、且つ、自
然な聴感を得ることができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音声信号を増幅す
る際に、音声信号中に基準値よりも大きい信号が存在す
る際に、この信号を抑制して歪みの無い信号に変換する
リミッティングアンプに係り、特に、過大信号を抑制し
た際においても自然聴感を得ることのできる技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、放送等に用いられる音声信号を
増幅するためのアンプとして、リミッティングアンプが
用いられる。リミッティングアンプは、入力される音声
信号のレベルが所定の基準値を越えた際に、ダイナミッ
クレンジを抑えることにより過大信号による音声の歪み
を抑制するものである。従来におけるリミッティングア
ンプは、図７に示すように、入力されるアナログの音声
信号のレベルを検出し、該音声信号レベルが所定の基準
値を越えた際には、アンプの増幅率を低下させることに
より、過大信号を抑制すると共に、増幅率を一定のカー
ブで除々に復帰させることにより元の状態に戻す操作を
行っている。

【０００３】ところが、このような従来におけるアナロ
グ式で増幅率を圧縮する方法では、過大信号の入力に伴
って瞬時に増幅率を圧縮することができず、一定の時間
を要してしまい、更に、増幅率を元の状態に戻す際にお
いても一定の時間（リリース時間Ｔｒ０）を要してしま
うので、この時間は入力信号が基準レベルを下回ってい
るにも関わらず、増幅率が圧縮された状態となるので、
音声信号の聴感が不自然となってしまうことがある。ま
た、これを解決するためにディジタル方式で増幅率を圧
縮することにより、過大信号の入力に対して速やかにこ
れを抑止する方法もあるが、信号のレベルが元に戻った
時には一定のリリース時間にて増幅率を復帰させるの
で、やはり聴感上の問題が発生する。つまり、瞬時的に
過大信号が発生した場合と、一定時間継続して過大信号
が発生した場合とでリリース時間が同一であるので、自
然な聴感を得ることができない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来にお
けるリミッティングアンプにおいては、過大信号が発生
した際に速やかに増幅率を圧縮することができず、ま
た、増幅率を圧縮した後暫くの間増幅率が元の状態に復
帰しないので、この間の音声信号が不自然となってしま
い、聴感上の問題が発生していた。また、ディジタル方
式を採用すれば即時に増幅率を圧縮することができるも
のの、リリース時間が一定であるため自然な聴感を得る
ことができないという欠点があった。この発明はこのよ
うな従来の課題を解決するためになされたものであり、
その目的とするところは、音声信号中に過大信号が発生
した場合において、歪みを防止することができ、且つ、
自然な聴感を得ることのできるリミッティングアンプを
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、入力される音声信号のダイナミックレンジを
調整して、該音声信号のピーク値を抑制するリミッティ
ングアンプにおいて、ディジタル信号で入力された音声
信号を、所定のサンプリング周期で取り込み、各サンプ
リング周期における音声信号の大きさを検出する音声レ
ベル検出手段と、該音声レベル検出手段により検出され
た音声レベルが予め設定された基準値よりも大きいかど
うかを判定する基準レベル比較手段と、音声レベルが基
準レベルよりも大きくなった際に、該音声レベルが現在
までの最大値よりも大きいかどうかを比較する最大値比
較手段と、音声レベルが最大値よりも大きい場合には圧
縮率を増大し、最大値よりも小さい場合には圧縮率を保
持するように圧縮率を調整する圧縮率調整手段と、音声
レベルが基準値を下回った際に基準値以下となった保持
時間が予め設定された基準時間以上であるかどうかを判
定し、保持時間が基準時間以下の場合には圧縮を継続さ
せ、基準時間以上の場合には圧縮をリリースする保持時
間判定手段と、前記圧縮率調整部にて圧縮を持続してい
る時間を累積する圧縮時間累積手段と、該圧縮時間累積
手段にて得られる圧縮時間に応じてリリース時間を決定
するリリース時間設定手段と、前記圧縮率調整手段から
出力される圧縮率に基づいて入力された音声信号を圧縮
するゲインアンプと、を有することが特徴である。

【０００６】上述の如く構成された本発明によれば、デ
ィジタル信号として入力された音声信号が予め設定され
た基準値よりも大きくなった際には増幅率の圧縮を開始
する。そして、音声信号の各サンプリング点におけるレ
ベルが増加している場合（あるサンプリング点における
レベルがこの点までの最大値よりも大きい場合）には、
より一層の圧縮が必要であると判断して圧縮率を増大さ
せる。また、基準値は越えているけれども、最大値より
も小さい場合には、信号レベルが減少の傾向にあるので
圧縮率を変化させない。

【０００７】次いで、音声信号のレベルが低下して基準
値よりも小さくなった場合には、この基準値以下となっ
た時間を測定し、予め設定された基準時間よりも大きい
かどうかが判定され、もし、基準時間よりも短い場合に
は増幅率の圧縮をそのまま継続する。即ち、チャタリン
グ的にレベルが基準値を上下するような場合にはその都
度これに反応して増幅率を変動させることはかえって聴
感を悪くするので、このような場合には、圧縮動作を継
続する。また、音声レベルが基準値よりも小さくなった
時間が基準時間よりも大きい場合には、圧縮を継続した
時間に比例したリリース時間で増幅率の圧縮をリリース
し、元の状態に戻すように調整する。これにより、音声
信号に過大な信号が存在する際には、この信号に反応し
て瞬時に増幅率を圧縮させることができ、また、圧縮時
間に応じたリリース時間で圧縮をリリースさせるので、
過大な音声信号による歪みを防止することができると共
に、聴感上の不自然さを防止することができるようにな
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例に係るリ
ミッティングアンプの構成を示すブロック図であり、同
図に示すように、このリミッティングアンプは、アナロ
グ信号として入力された音声信号をディジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換器１と、ディジタル化された音声信号
を所定の増幅率にて増幅した後出力するゲインアンプ２
と、該ゲインアンプ２における増幅率を決定する増幅制
御部３と、ゲインアンプ２から出力されたディジタル信
号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器４と、から構
成されている。なお、ＣＤ（コンパクトディスクプレー
ヤ）やＤＡＴ（ディジタルオーディオテープレコーダ）
等から得られる音声信号のように、初めからディジタル
信号で入力信号が得られる場合には、Ａ／Ｄ変換器１及
びＤ／Ａ変換器４は取り付けなくても良い。

【０００９】図２は増幅制御部３の内部構成を示す機能
ブロック図であり、同図に示すように、該増幅制御部３
は、入力される音声信号のレベルを所定のサンプリング
周期で検出する音声レベル検出部１１と、予め設定され
ている基準レベルと音声レベル検出部１１にて検出され
た音声レベルとを比較する基準レベル比較部１２と、音
声レベルが基準レベルを上回った際に、該音声レベル値
が現在までの最大値よりも大きいかどうかを判定する最
大値比較部１３と、前記基準レベル比較部１２にて音声
レベルが基準レベルを越えたと判定された際に増幅率の
圧縮を開始し、最大値比較部１３にて音声レベルが最大
値よりも大きいと判定されたときには圧縮率を増加し、
小さいと判定されたときには圧縮率をそのまま持続させ
るように増幅率の圧縮を調整する圧縮率調整部１４と、
を有している。更に、音声レベルが基準レベルを下回っ
た際に、この保持時間が予め設定されている基準時間よ
りも大きいかどうかを判定する保持時間判定部１５と、
圧縮時間を測定して累積する圧縮時間累積部１６と、こ
の圧縮時間累積部１６にて得られた圧縮時間に応じたリ
リース時間を設定するリリース時間設定部１７と、を有
している。

【００１０】次に、上述の如く構成された本実施形態の
動作を、図３に示すフローチャート及び図４〜図６に示
すタイミングチャートを参照しながら説明する。まず、
当該リミッティングアンプにアナログの音声信号が入力
されると（ステップＳＴ１）Ａ／Ｄ変換器１によりディ
ジタル化され、該ディジタル音声信号の各サンプリング
点におけるレベルが基準レベル検出部１１にて検出さ
れ、このレベルが基準レベルを越えているかどうかが基
準レベル比較部１２にて判定される（ステップＳＴ
２）。そして、基準レベルを越えていない場合には（ス
テップＳＴ２でＮＯ）そのまま増幅率を変化させずに音
声信号を取り込む。また、音声信号が基準レベルを上回
った場合には（ステップＳＴ２でＹＥＳ）増幅率を圧縮
して歪みを防止する必要があるので圧縮を開始し、これ
と同時に圧縮時間累積部１６にて圧縮時間の累積を開始
する（ステップＳＴ３）。

【００１１】次いで、各サンプリング点毎の音声信号レ
ベルを検出して今回検出された音声信号レベルが現在ま
での最大値よりも大きいかどうかを最大値比較部１３に
て判定し（ステップＳＴ４）、最大値よりも大きいと判
定されたときには（ステップＳＴ４でＹＥＳ）、圧縮率
を増大させる操作を行う（ステップＳＴ５）。これを図
４に示す特性図を参照しながら説明すると、いま、サン
プリング間隔を時間Ｔとすると、各時刻ｔ１，ｔ２，…
…にて音声レベルが得られることになる。そして、新た
に得られた音声レベルが現在までの最大値よりも大きい
ということは、音声信号が基準値を越えた後、単調に増
加しているということであり、増幅率の圧縮を開始して
いるにも関わらず基準値を越えた音声信号のレベル増加
が抑制されていないということになる。従って、これを
抑制するために、圧縮率調整部１４では圧縮率を増加さ
せて瞬時に音声信号を低減させて歪みを防止する。

【００１２】一方、最大値よりも小さいと判定された場
合には（ステップＳＴ４でＹＥＳ）、既にピークを通り
越したということになるので（つまり、図４に示すｔ
５，ｔ６の状態）、これ以上圧縮率を増加させる必要は
無いので、現状の圧縮率の状態を保持する（ステップＳ
Ｔ６）。なお、圧縮操作が行われている間は圧縮時間の
累積が継続される。その後、音声レベルが減少し、基準
値以下となった場合には（ステップＳＴ７でＹＥＳ）、
基準値以下となっている時間が基準時間よりも長いかど
うかが保持時間判定部１５により判定され（ステップＳ
Ｔ９）、基準時間以下であれば（ステップＳＴ９でＮ
Ｏ）、再度増幅率の圧縮が必要であるので、そのまま圧
縮操作を継続させ、圧縮時間を累積させる（ステップＳ
Ｔ８）。つまり、音声信号がチャタリング的に上下に変
動した際に、この変動に伴って増幅率の圧縮を変更する
とかえって音声が不自然となるので、このような場合に
は、図６に示すようにチャタリング成分が継続している
間圧縮を持続させることによりチャタリング成分全体の
増幅率を圧縮して歪みを抑制する。

【００１３】また、基準レベル以下となる保持時間が基
準時間以上である場合には（ステップＳＴ９でＹＥ
Ｓ）、圧縮時間累積部１６にて累積された圧縮時間に応
じたリリース時間にて圧縮をリリースさせることにより
元の増幅率に復帰させ（ステップＳＴ１０）、その後リ
リース動作を終了させる（ステップＳＴ１１）。ここ
で、リリース時間と圧縮時間の累積値との関係は、例え
ば次の（１）にて決定することができる。

【００１４】 Ｔｒ＝３００log Ｔｐ＋Ｔ０ …（１） ここで、Ｔｒはリリース時間、Ｔｐは圧縮時間、Ｔ０は
プリセット値であり、圧縮時間Ｔｐが長くなるほどリリ
ース時間もまた長くなるように設定されることになる。
つまり、圧縮時間が長いときは、一旦音声レベルが基準
値以下となった後、再度基準値を越える可能性が高いの
で、緩やかに圧縮をリリースさせることによりこれを防
止することができ、一方、圧縮時間が短いときには再び
基準値を越えることは少ないので、短いリリース時間に
より比較的早く元の増幅率に戻すように調整される。こ
れにより、図５に示すように基準値を越えた部分のみの
音声レベルが抑制され、また、圧縮時間の長さに応じて
リリース時間が変化することになる。例えば、圧縮時間
の短い信号Ｓ１ではリリース時間Ｔｒ１が短く設定さ
れ、圧縮時間の長い信号Ｓ２ではリリース時間Ｔｒ２は
長く設定されることになる。その結果、過大な音声信号
による歪みの発生を防止することができると共に増幅率
の変化による不自然さを解消することができるようにな
る。

【００１５】このようにして、本実施形態においては、
音声信号に瞬時的な過大信号が含まれている場合には、
この信号に反応して即時に増幅率を圧縮することがで
き、且つ、圧縮時間に応じたリリース時間にて増幅率が
復帰されるので、音声の不自然さが発生することが無
く、自然な聴感を得ることができるようになる。また、
音声信号がチャタリング的に連続的に上下して基準値を
越えた場合には、この信号が発生している間全体を通し
て増幅率が圧縮されるように動作するので、聴感の不自
然さを解消することができるようになる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のリミッテ
ィングアンプによれば、入力された音声信号が所定の基
準値を越えた場合に、この音声信号レベルが上昇傾向に
あるか（最大値よりも大きいか）、或いは、減少傾向に
あるか（最大値よりも小さいか）を判定して、増幅率の
圧縮率を決定し、音声信号に含まれる過大信号を抑制す
る。従って、過大信号が発生した場合には、この部分の
み増幅率を圧縮して歪みを防止することができ、その後
圧縮時間に応じたリリース時間にて増幅率を元の状態に
復帰させることができるので、従来のように一定のリリ
ース時間をもって復帰する場合と比較して音声信号の聴
感上の不自然さを防止することができるようになる。ま
た、チャタリング的に動作する信号が入力された場合に
は、瞬時的な過大信号全てに対して圧縮率を変動させる
とかえって聴感上不自然となってしまうので、このよう
な場合には、チャタリング成分が継続している間を通し
て増幅率が圧縮されるように制御することにより、より
自然な聴感を得ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用されたリミッティングアンプの
一実施形態の構成を示すブロック図。

【図２】 増幅制御部の内部構成を示す機能ブロック
図。

【図３】 本実施形態に係るリミッティングアンプの動
作を示すフローチャート。

【図４】 音声信号の各サンプリング点におけるレベル
を示す説明図。

【図５】 音声信号が基準レベルを越えた際の増幅率の
変化を示す特性図。

【図６】 音声信号がチャタリング的に変動して基準レ
ベルを越えた際の増幅率の変化を示す特性図。

【図７】 従来におけるリミッティングアンプの増幅率
の変化を示す特性図。

【符号の説明】

１ Ａ／Ｄ変換器 ２ ゲインアンプ ３ 増幅制御部 ４ Ｄ／Ａ変換器 １１ 音声レベル検出部 １２ 基準レベル比較部 １３ 最大値比較部 １４ 圧縮率調整部 １５ 保持時間判定部 １６ 圧縮時間累積部 １７ リリース時間設定部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力される音声信号のダイナミックレン
   ジを調整して、該音声信号のピーク値を抑制するリミッ
   ティングアンプにおいて、 ディジタル信号で入力された音声信号を、所定のサンプ
   リング周期で取り込み、各サンプリング周期における音
   声信号の大きさを検出する音声レベル検出手段と、 該音声レベル検出手段により検出された音声レベルが予
   め設定された基準値よりも大きいかどうかを判定する基
   準レベル比較手段と、 音声レベルが基準レベルよりも大きくなった際に、該音
   声レベルが現在までの最大値よりも大きいかどうかを比
   較する最大値比較手段と、 音声レベルが最大値よりも大きい場合には圧縮率を増大
   し、最大値よりも小さい場合には圧縮率を保持するよう
   に圧縮率を調整する圧縮率調整手段と、 音声レベルが基準値を下回った際に基準値以下となった
   保持時間が予め設定された基準時間以上であるかどうか
   を判定し、保持時間が基準時間以下の場合には圧縮を継
   続させ、基準時間以上の場合には圧縮をリリースする保
   持時間判定手段と、 前記圧縮率調整部にて圧縮を持続している時間を累積す
   る圧縮時間累積手段と、 該圧縮時間累積手段にて得られる圧縮時間に応じてリリ
   ース時間を決定するリリース時間設定手段と、 前記圧縮率調整手段から出力される圧縮率に基づいて入
   力された音声信号を圧縮するゲインアンプと、 を有することを特徴とするリミッティングアンプ。
2. 【請求項２】 前記音声レベル検出手段の前段にＡ／Ｄ
   変換器を配置し、前記ゲインアンプの後段にＤ／Ａ変換
   器を配置したことを特徴とする請求項１に記載のリミッ
   ティングアンプ。