JPS5937904B2 - 信号の圧縮伸長装置のブリ−ジング除去回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は伝送信号系のノイズによるＳ／Ｎ劣化を防止す
る信号の圧縮伸長装置の改良に関する。

一般に、雑音のある伝送系に信号を通すと、信号のＳ／
Ｎは劣化する。そこで信号のレベルを圧縮しなるべく高
いレベルで伝送系に通すことによりＳ／Ｎを改善する為
の各種の圧縮伸長装置が提案されていることは衆知の通
りである。しかし、音声の高忠実度録音再生の分野では
取扱かう信号のダイナミックレンジが広く、８０〜１２
０（ｄＢ）にも達する為、この様に巾の広い信号を処理
できる圧縮伸長装置は少なく、実用されているものも複
雑高価なものである。この様な信号の圧縮伸長回路の基
本原理を第１図により説明すると、まず信号の圧縮の場
合は、入力端子１と伝送系２（例えばテープレコーダ）
の間に可変利得増巾回路３を設け、この出力信号のレベ
ルをレベル検出回路４により検出して、該信号レベルに
応じた制御信号により、前記可変利得増巾回路３の利得
を変化させて入力信号の振巾の制御を行なうものである
。

即ち、該可変利得増巾回路３の入出力をそれぞれｖｉ、
ｖｏ、利得をＡとすると、り０＝Ａｖｉ、検出回路４に
より利得Ａを出力ｖｏに反比例させれば、Ａ＝に／ｖｏ
であるからｖｏ二（に／ｖｏ）ｖｉ、即ちり０＝Ｊ■−
ＪＶ丁 ・・・・・・・・・・・・・・・（１）となり
、入力信号の圧縮が行なわれる。

圧縮されて伝送系２に送り込まれた信号を再びもとのレ
ベルに伸長する場合も、同様に伝送系２と出力端子５の
間に利得（１／Ａ）の可変利得増巾回路６を挿入し、こ
れを伝送系出力信号に応じて制御する為にレベル検出回
路７を設ける。

この場合伝送系２の出力信号りｉ’に反比例して利得を
制御するものとすれば、再生出力り’ ｏはり’ｏ■土
り’ｉ ■に’り２’ｉ、、、、、、、、、、、、、、
、（２）□一 ′ｉ二ＶＯである力）ら、 となり、原信号が再生される。

この様に信号は原理的には（１）及び（２）式の様に圧
伸されるのであるが、実際は上式の如き瞬時圧伸では伝
送信号に歪を生じるので、レベル検出回路４及び７は信
号振巾のピーク包絡線、又は信号振巾の平均値、或は実
効値などを検出する事により伝送信号の振巾成分のみ圧
伸し、信号歪の発生を避けている。さて、この様な信号
レベルの圧縮伸長装置では入力信号に含まれる雑音は信
号と同様、圧伸処理を受けても、もとのレベルに復元再
生されるのに対し、伝送系２から発生するノイズは信号
レベルにより利得が変化する増巾回路６を経ることによ
りレベルが変化することになる。

これがノイズのフリージンク（息づき）であり、次に説
明する過渡的なフリージンクと区別して我々は便宜上こ
れを定常的なフリージンクと呼んでいる。フリージンク
（息づき）は更に信号レベルが急激に変化するときも発
生する。

即ち、レベル検出回路４及び７は前述の如く信号レベル
を時間平均するものであるので、積分効果を有し、従つ
て必然的に応答時間なるものが存在する。第２図ｂ及び
ｃは同図ａの様なトーンバースト信号を圧縮回路３及び
伸長回路６に通した時の出力信号を示しており、Ｔａ，
ｔ′ａ及びＴｒ，ｔ′ｒをそれぞれアタツクタイム（動
作時間）、リカバリタイム（復帰時間）と称している（
音声信号の場合これらはいずれも数１０ミリ秒のオーダ
ーである）。

この様な可変利得増巾回路の応答遅れによる増巾率の一
時的な脈動は圧縮と伸長で相補的である為、伝送信号に
ついてはレベルに影響を与えないが、伝送系２より発生
するノイズ（テープレコーダの場合は、例えばテープよ
り発生するヒスノイズ）については第２図ｃに示す様な
振巾変調を受ける。

このうち、特に（ｔ′ｒ）の期間については、例えば伝
送信号である音声信号のレベルが弱くなつたにもかかわ
らず、ノイズレベルが増加するものであつて、きわめて
耳ざわりなものである。これを我々は便宜上過渡的なフ
リージンクと呼んでいる。本発明はこの様なテーブレコ
ーダ用圧縮伸長装置の基本的欠陥を改良するものである
。

まず、過渡的フリージンクを減少させるには、レベル検
出回路４，７の応答を早めてリカバリタイムＴｌｒを短
かくすれば良いのであるが、これは前述の様なレベル検
出回路の積分効果を失なわせることになり、従つて信号
の歪を増加させる原因となる。しかし、リカバリタイム
の縮少、即ち積分時定数を下げることは、低周波信号に
対しては前述の如く信号歪の増加を招くが、高周波信号
に対しては比較的信号歪の問題は無い。第３図にはリカ
バリタイムｔ／ｒをパラメータとした周波数ｆ対信号の
歪率Ｄのデータを示す。尚、第３図においてリカバリタ
イムｔ′ｒは第２図のトーンバーストテストにおける過
渡変化が最大値の１０％まで減衰する時間とした。

この第３図から判かる如く、信号の周波数成分に応じて
リカバリタイムをコントロールする方法は、過渡的なフ
リージンクに対し効果的であろう。即ち信号に高域成分
が多い時にはリカバリタイムを短かくし、過渡的なフリ
ージンクを抑えるのである。テープレコーダのヒスノイ
ズは、もともと高域成分が耳ざわりであつて、従つて前
述の定常的なフリージンクは高域成分の多い信号ではマ
スキングされて聴感上ほとんど問題ない。信号に高域成
分が少なく、低域成分で占める時には、リカバリタイム
は長くならざるを得ない。

しかし、このような信号に対しては高域カツトフイルタ
を動作させて、ヒスノイズ成分を除去すれば音質をそこ
ねる事なくフリージンクを除去することが可能であり、
従来よりヒスノイズ除去技術として公知のダイナミツク
フイルタを使用することで解決できる。以上の本発明の
内容を具体的に第４図で説明する。

まず、信号の圧縮の場合は、入力端子１とテープレコー
ダ２の間に設けられた可変利得増巾回路３の利得を制御
するレベル検出回路４の構成を低域フイルタ（ＬＰＦ）
８と高域フイルタ（ＨＰＦ）９の２つに分割し、それぞ
れの信号を絶対値増巾回路１０及び１１により全波整流
した後、ＬＰＦ８に対しては長い時定数τ１の、またＨ
ＰＦ９に対しては短かい時定数τ２の積分回路１２，１
３を通し、それぞれバツフア増巾回路１４，１５を経た
後、加算回路１６で加え合わせて前記可変利得増巾回路
３を制御する回路１７の入力とするものである。上記Ｌ
ＰＦ及びＨＰＦは２〜３ＫＨＺで分割し、双方の合成特
性はフラツトになるもので良好な結果が得られている。
次に信号の伸長の場合も同様にテープレコーダ２と出力
端子５の間に挿入された可変利得増巾回路６の利得を制
御するレベル検出回路７の構成を低域フイルタ（ＬＰＦ
）１８と高域フイルタ（ＨＰＦ）１９以下２つの帯域に
分割し、それぞれ時定数の異異なる積分回路２２及び２
３の出力を加え合わせて前記可変利得増巾回路６の利得
を制御する。

同時に３ＫＨＺ以下の低域をカツトする高域通過フイル
タ２８がテーブレコーダ出力側に設けられ、これにより
前記可変利得増巾回路６と出力端子５の間に挿入された
ダイナミツク・フイルタ２９を制御する。即ち、該ダイ
ナミツク．フイルタは通常低域フイルタ一（高域カツト
フイルタで遮断周波数３ＫＨＺ１減衰特性１２ｄＢ／０
ｃｔ）であり、前記高域通過フイルタ一２８の出力、即
ち信号の高域成分に応じて遮断周波数を上げるものであ
る。

この様な構成によれば、信号の低域成分が少ない場合は
、ダイナミツクフイルタ２９は動作しない代りにレベル
検出回路４或いは７の時定数は短かく、過渡的なフリー
ジンクの発生は抑えられ、又定常時なフリージンクは信
号の高域成分によつてマスキングされる。

勿論、レベル検出回路の時定数が短かいことに依る信号
歪の心配は無い。逆に信号に高域成分が少なく、低域の
みが優勢である場合、この時の信号歪の発生をおさえる
為レベル検出回路の時定数は長くなるが、代りに高域を
カツトするダイナミツク・フイルタ２９が作動して耳ざ
わりなヒスノイズを除去する。信号の高低域成分が共に
優勢の場合、この時はダイナミツク・フイルタも動作せ
ず、又過渡的フリージンクを抑制する時定数も長くなる
。

しかしながらこの様な信号帯域の広い信号ないし音声ソ
ースについては聴感上いずれのフリージンクもあまり問
題にならない事が確かめられている。フリージンクが耳
ざわりとなるのはピアノ曲など比較単純が構成の音楽で
ある。本発明の更に詳細な実施例を第５図及び第６図に
示す。

まず、第５図は信号の圧縮回路であつて演算増巾器３１
は信号入力端子３０の信号入力を抵抗３２を介して負入
力端子に受け、正人力端子は抵抗３３により接地されて
いる。かつ、信号出力端子３４と該演算増巾器３１の負
入力端子間には可変インピーダンス素子である所の例え
ば（ＣｄＳ），（ＣｄＳｅ）などの様な光導電素子３５
が接続されていて、出力を入力に帰還している。従つて
この反転増巾回路は抵坑３２及び光導電素子３５の抵抗
値をそれぞれＲｌ，Ｒａとしたとき利得−Ｒａ／Ｒ１の
可変利得増巾回路を構成する。出力はまず低域フイルタ
一３６を経た信号の低域成分が絶対値回路３７により絶
対値増巾せられ、抵抗値Ｒ２の抵抗３８、同じくＲ３の
抵抗３９、容量Ｃ１のコンデンサ４０により信号レベル
の低域成分が積分される。従つて充電時定数はＲ２Ｃｌ
放電時定数はＲ３Ｃｌでそれぞれ低域成分に対するアタ
ツクタイム、リカバリタイムを決定する。具体的にはリ
カバリタイムは低域に対し的１００ｍｓｅｃである。又
出力信号の高域フイルタ４１を経た高域成分は同様に絶
対値増巾回路４２を経て、抵抗Ｒ４の抵抗４３，Ｒ５の
抵抗４４、容量Ｃ２のコンデンサ４５により高域成分が
積分される。

高域成分のリカバリタイムを決める時定数は短かく、リ
カバリタイムは高域に対して約３０ｍｓｅｃである。こ
れらの積分出力はそれぞれバツフアアンプ４６，４７を
経た後、加算回路４８により加え合わされ、バツフアア
ンプ４９、抵抗５０を介して前記光導電素子３５を照射
する発光ダイオード５１を制御する。即ち該発光ダイオ
ード５１の光量は時間積分された信号出力レベルに比例
しており、かつ可変利得増巾回路３１の利得を決める素
子の抵抗値が照度に反比例する為（１）式に示す様な信
号レベルの圧縮が行なわれる。

第６図は信号の伸長回路であつて、この場合は図の如く
可変利得増巾回路３１の増巾率を決める抵抗３２及び光
導電素子３５の位置が逆転すると同時に端子３０へのテ
ープレコーダ出力信号が、低域フイルタ一３６、高域フ
イルタ一４１以下の回路に入力する。

この様な構成では可変利得増巾回路３１の利得は−Ｒ１
／Ｒａであり、Ｒａを制御する発光ダイオード５１の光
量が入力信号Ｖ′ｉのレベルに比例するから、結果的に
は（２）式の如く信号レベルの伸長が行なわれる。

低域フイルタ一３６、高域フイルタ一４１以下のリカバ
リタイムの異なる積分回路は圧縮時と同様、信号の低域
成分に対してリカバリタイムを長くして信号歪の発生を
さけるものである。更に、信号路には周波数特性が外部
制御可能の即ちダイナミツクな高域カツトフイルタ一（
口ーパスフイルタ一）５２が挿人されており、入力端子
３０への信号入力の高域成分を検出する前記フイルタ一
４１の積分出力により制御されて、信号の高域成分に応
じて高域しや断周波数を変化させるものである。

以下第５図、第６図にもとづき本発明を説明したが、こ
れら圧縮伸長回路はダイナミツクフイルタを除き完全に
同一回路を単純な接点構成の切換で切換使用することが
出来る。

なお、上記説明に於てはダイナミツクフイルタ一を信号
の高域成分に応じて遮断周波数を変化させるものとした
が、信号の高域成分により減衰特性を変化させてもよい
。このように本発明の構成によれば、信号の帯域に応じ
てリカバリタイムを変えている為、圧縮時や伸長時の信
号レベルが異なつても、再生時には原音波形が得られる
特徴を有しており、従来音声信号を圧縮伸長する際に最
大の欠陥とされた伝送系ノイズのフリージンクを、信号
の周波数帯域に応じてリカバリタイム及びハイカツト特
性を変えることにより聴感上ほとんど問題ない程度にま
で除去することが出来る。

【図面の簡単な説明】 第１図は信号のレベル圧縮伸長回路の基本的構成を示す
ためのプロツク・ダイアグラム、第２図および第３図は
第１図を説明するための図面である。 第４図は本発明の信号の圧縮伸長装置のフリージンク除
去回路を示すプロツク・ダイアグラム第５図は本発明の
信号の圧縮装置を示す回路図、第６図は本発明の信号の
伸長装置を示す回路図である。３，６，３１・・・・・
・可変利得増巾回路、４，７・・・・・・信号圧縮用お
よび信号伸長用のレベル検出回路、８，１８，３６・・
・・・・低域淵波回路、９，１９，４１・・・・・・高
域Ｐ波回路、１２，１３，２２，２３、Ｃｌ，Ｒ２、Ｃ
３，Ｒ４・・・・・・積分回路、４８・・・・・・加算
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 伝送信号の振巾成分を検出するレベル検出回路と、
   信号回路に挿入され該レベル検出回路により利得が制御
   される可変利得増巾回路とを備え、該増巾回路により伝
   送信号の振巾を圧縮して伝送路より発生するノイズレベ
   ルに対し充分高いレベルで伝送路に送出し、且つ再生時
   には同じく信号の振巾成分を検出するレベル検出回路と
   該検出回路によつて制御される可変利得増巾回路により
   もとの信号レベルに伸長復元し、信号対雑音比を高くし
   て信号を伝送する信号の圧縮伸長装置であつて、低域濾
   波回路と積分回路を備える低域成分回路と、高域濾波回
   路と積分回路を備える高域成分回路と、前記低域成分回
   路の出力と前記高域成分回路の出力とを加算する加算回
   路とから前記レベル検出回路を構成することを特徴とす
   る信号の圧縮伸長装置のブルージンク除去回路。