JPS6150408B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はフイルタ装置に関し、更に具体的には
振幅制限された信号の予め定めた振幅限界をオー
バーシユートさせることなしに該信号を低減ろ波
させる装置に関する。本装置は以下に特にFMス
テレオ放送に応用した場合について説明される。

信号のピーク振幅制限および帯域幅制限の両方
を必要とする装置においては、これらの制限のい
ずれかを与える１つの回路は他の制限に悪影響を
与える傾向を有するという理由でこれらの要件を
同時に満足するのに問題が生ずる。このように、
帯域幅制限フイルタは一般にピーク振幅のオーバ
ーシユートを生じさせる傾向を有するのに対し、
ピーク振幅リミター回路は一般に帯域幅制限値の
外側に属する寄生信号を生じさせる傾向を有す
る。この理由で、信号に対してこれらの制限のう
ちのどちらが最初に与えられようと、２番目の制
限を行う際に１番目の制限が失われてしまう。

これは、FCCが放送信号に対して帯域幅制限
値および変調制限値の両方をおいているFMステ
レオ放送においては特に重要である。従来におい
ては、これらの要件は、一般に、後続の帯域幅制
限用フイルタによつて生ぜしめられるオーバーシ
ユートが放送信号の過変調を生じさせないような
レベルまで変調信号の振幅レベルを減らすことに
よつて満足させられている。これは通常2.5ない
し６デシベルの程度の変調効率の測りうる減少を
意味する。

従つて、オーバーシユートを防止するため平均
変調レベルを減らす必要がないような仕方で振幅
制限オーデイオ信号を周波数制限する装置を提供
することが望ましいと考えられる。この機能を果
す最適の装置は、100％変調までの全ての振幅レ
ベルでフイルタの通過帯域に平坦な周波数レスポ
ンスを有さなければならず、その通過帯域の外側
の周波数については高い減衰度を有さなければな
らず、フイルタのオーバーシユートによる過変調
を無視し得るレベルまで減少させねばならず、処
理される信号の質を低下させてはならず、そし
て、100％の任意の変調レベルで無視し得るよう
なTHDおよびIMひずみを有するものでなければ
ならない。

本発明は振幅のオーバーシユートによる過変調
を除去ししかも上述の要件の全てを満足する新規
なフイルタリング技術を提供する。

本発明によれば、振幅制限された信号をろ波す
るための装置が提供される。第１のフイルタがこ
の振幅制限信号に応答してこのフイルタリングに
よる振幅のオーバーシユート成分を含みうるろ波
信号を生じさせる。オーバーシユート補償装置が
設けられ、このオーバーシユート補償装置は上記
のろ波信号に応答しかつ該信号を変更して変更さ
れたろ波信号を発生する。この変更されたろ波信
号は２番目にろ波されたときは予め定めた振幅制
限値を越さない周波数制限された信号を生じさせ
る。

本発明の更に制限された態様によれば、特定の
型のオーバーシユート補償装置が説明される。こ
のオーバーシユート補償装置はろ波された信号に
応答して該ろ波された信号からオーバーシユート
成分を分離するスレツシユホールド・クリツパを
含む。ろ波された信号から分離されたオーバーシ
ユート成分の振幅を増大させそしてこの増幅され
た成分を上記ろ波された信号から減算して上記の
変更された信号を発生する手段が設けられる。

以下図面を参照しながら本発明を説明する。

第１図にはありふれた形のFMステレオ放送シ
ステムが示されている。このようなシステムは左
オーデイオ信号源１２および右オーデイオ信号源
１４を含む。これらの信号源によつて発生された
信号は各場合においてリミタ１６および１８に導
かれ、これらのリミタ１６および１８はFCCに
より課されている要件に従つて変調を制限するよ
うにこれらのオーデイオ信号の振幅を特定のレベ
ルまで厳しく制限する作用をする。リミタ１６お
よび１８の出力はこれらのリミタのクリツピング
作用による種々の高周波成分を含む可能性があ
る。次いでこれらの信号は各場合においてフイル
タ２０および２２は導かれ、これらのフイルタ２
０および２２はやはりFCCにより課されている
要件を満足するように15キロヘルツよりも高い信
号成分を除去する作用をする。これらの信号を周
波数多重化して複合信号を形成するためにステレ
オ変調器２４が設けられる。次いでこの複合信号
は搬送波信号のFM変調を行うためFM変調器２
６に導かれる。

フイルタ２０および２２がありふれた構成のも
ののときは、これらにより与えられる信号の振幅
は、仮にこれらのフイルタに対する入力が正確に
振幅制限されていたとしても、リミタ１６および
１８によつて与えられる振幅制限を或る場合にお
いてはオーバーシユートさせてしまう。この振幅
のオーバーシユートは２つの機構を原因として生
じ得る。フイルタ２０および２２は一般に異なる
周波数の信号に対して異なる時間遅延を与える。
それらが例えば楕円型フイルタである場合は、高
い方の周波数はフイルタを通過するときに低い方
の周波数よりも大きな時間遅延を受けるのが普通
である。この理由で、フイルタは信号の種々の周
波数成分間の相対位相を変えてしまう。これは出
力信号がリミタ１６および１８によつて供給され
る信号よりも大きな振幅を有するようにさせてし
まう。

例えばその基本波および第３調波成分だけがフ
イルタの通過帯域内に属する方形波の場合を考え
てみよう。より低い周波数を有するこの方形波の
第１調波は一般に第３調波成分よりも短い時間遅
延を受ける。従つて、第１および第３調波成分の
ピーク振幅はフイルタの入力において時間的に分
離されていたけれども、それらはフイルタの出力
では一致した状態になり得る。仮にこれが起つた
としたら、方形波の第１および第３調波のピーク
振幅はフイルタの出力において加算的に結合して
リミタ１６および１８によつて与えられる振幅制
限をオーバーシユートさせてしまうかも知れない
振幅を有する信号を生じさせてしまうであろう。

信号のオーバーシユートに寄与する第２の機構
は入力信号の周波数スペクトルが截頭形にあるこ
とから生ずる。方形波信号の第１調波成分はそれ
の一成分である方形波の振幅よりも約27％大きい
振幅を有する。高調波成分は基本波（すなわち、
第１調波）成分を変更して方形波の形を有する複
合信号を生ぜしめる作用をする。このフイルタに
対する方形波入力が基本波成分のみがこのフイル
タの通過帯域内に属するような周波数を有すると
きは、この基本波成分はこれらの高調波周波数成
分によつて変更されない状態で出力に現われる。
このときにはこの入力方形波の振幅よりも27％大
きい振幅を有する正弦波がこのフイルタの出力に
現われる。しかしながら、この型の方形波はしば
しば信号源そのもの或いはリミタ１６および１８
の制限作用のいずれかによつて発生される。

前述したように、このフイルタオーバーシユー
トの問題は従来技術では一般にオーデイオレベル
を「周波数再発生」のオーバーシユートが100％
変調を越さないレベルまで減らすことによつて解
決されていた。本発明はオーバーシユートを実質
上避けるような仕方でこの振幅制限された信号の
フイルタリングを遂行するダイナミツクフイルタ
を提供する。

第２図には本発明の教えに従うダイナミツク過
渡応答フイルタが示されている。この形を有する
フイルタをありふれたフイルタ２０および２２の
代りにオーデイオチヤンネルの各々に設けるのが
好ましい。ダイナミツク過渡応答フイルタ３０は
フイルタ３２を含む。このフイルタ３２はありふ
れた設計のものとすることができ、例えば１５キ
ロヘルツの遮断周波数を有する７次の楕円型フイ
ルタとすることができる。このフイルタは従来技
術のフイルタ２０および２２について上述した機
構の結果として場合によつてはオーバーシユート
することが理解される。

従つて本発明は付加的に補償装置３４と一様時
間遅延フイルタ３６とを含む。フイルタ３６の通
過帯域はフイルタ３２の通過帯域と実質上同様で
あるように設計されるという理由およびフイルタ
３６はフイルタ３２の通過帯域内の全ての周波数
に対して一様な時間遅延を有するという理由か
ら、最初のフイルタは２番目のフイルタの出力を
「予言する」と考えることができる。すなわち、
最初のフイルタがオーバーシユートするときには
２番目のフイルタもオーバーシユートし、最初の
フイルタがオーバーシユートしないときは２番目
のフイルタもオーバーシユートしない。このよう
にしてフイルタ３２のオーバーシユートに基いて
フイルタ３６のオーバーシユートを予期しかつこ
のオーバーシユトが生じないように信号を変更す
る補償装置３４が設けられる。この補償装置は最
初のフイルタがオーバーシユートするときのみ機
能し、さもない場合は受動的であつて信号に影響
を及ぼさない。

補償装置３４はフイルタ３２によつて供給され
る信号の振幅をポテンシヨメータ３９によつて定
められる予め定めた振幅制限値と比較するスレツ
シユホールド・クリツパ３８を含む。このスレツ
シユホールド・クリツパ３８はフイルタ３２によ
つて供給される信号のうちポテンシヨメータ３９
によつて設定される振幅制限値をオーバーシユー
トする部分に対応する出力を供給する。このよう
にして、スレツシユホールド・クリツパ３８の出
力はフイルタ３２の出力がこの振幅制限値を越さ
なければ零のレベルに留まる。このクリツピン
グ・スレツシユホールドはリミタ１６および１８
中に設定される制限振幅と対応するように校正さ
れるのが好ましい。このようにして、スレツシユ
ホールド・クリツパ３８はフイルタ３２の出力か
らオーバーシユート成分を分離してしまうように
動作する。オーバーシユートが生じた場合には、
スレツシユホールド・クリツパ３８の出力は信号
のオーバーシユート部分だけ、すなわちポテンシ
ヨメータ３９によつて定められるクリツピング・
スレツシユホールドを越える信号部分にだけ線形
に応答する。クリツパ３８は信号の他の部分には
応答しない。

スレツシユホールド・クリツパ３８の出力は該
スレツシユホールド・クリツパ３８によつて分離
されたオーバーシユート成分の振幅を或る固定量
だけ増すように作用する増幅器４０に導かれる。
増幅器４０には最適動作のためには約1.85の利得
を与えるのが好ましいことが見出された。次いで
増幅器４０によつて供給されたこの増幅されたオ
ーバーシユート成分は減算回路４１へと導かれ
る。この減算回路４１はフイルタ３２の出力を増
幅器４０によつて供給される増幅されたオーバー
シユート成分と減算的に結合する作用をする。こ
のプロセスはフイルタ３２の出力に、さもなけれ
ばフイルタ３６の出力に現われるであろうオーバ
ーシユート成分と結合してそれを実質上相殺する
成分を与える作用をする。結果として、この増幅
された信号がフイルタ３６によつてろ波されたと
きその出力もオーバーシユートの発生を実質上避
けるように変更される。

一定時間遅延フイルタ３６は好都合には２つの
構成要素、すなわち、ありふれた設計のフイルタ
４２と全域通過フイルタ４４とを含み、この全域
通過フイルタ４４は全ての周波数を減衰なしに通
過させる作用をするが、ただしありふれたフイル
タ４２によつて与えられる位相遅延を補償するよ
うに設計されている位相遅延を与える。フイルタ
４２はフイルタ３２と同様の７次楕円型のものと
し得る。この性質のフイルタの位相特性は遮断周
波数近くで極めて非線形としうる。結果として、
位相等化器４４の設計を簡単化するため、フイル
タ４２の通過帯域はフイルタ４２の線形位相部分
がフイルタ３２の通過帯域を通して延びるように
15キロヘルツから17.5キロヘルツまで伸長させら
れる。このようにして構成されたときは、全域通
過フイルタ４４と低域フイルタ４２との組合せは
直流と15キロヘルツとの間で一様な時間遅延（例
えば、100マイクロ秒）に対する近似を与える。

この回路の動作はこのダイナミツク過渡応答フ
イルタの種々の位置の信号をローマ数字，お
よびで識別される３つの入力信号に対して示し
てある第３図を参照することによつてより容易に
理解することができる。まず場合を参照すれ
ば、実質上正弦波の形を有しかつフイルタ３２の
通過帯域内に属する入力信号が与えられている。
この信号の振幅は実質上100％の変調レベルにあ
り、従つてオーバーシユートは許容できない。こ
の信号の周波数はフイルタ３２の通過帯域内にあ
るという理由およびこの信号は高調波を含まない
という理由からフイルタ３２の出力はそれに対す
る入力と厳格に一致する。オーバーシユート成分
が生ぜしめられないので、スレツシユホールド３
８の出力は零電圧レベルにとどまる。この理由
で、減算装置４２によつてフイルタ３２の出力か
ら減算される信号は存在せず、それ故減算装置４
２の出力は第３図ａ―に示された入力信号と厳
格に一致する。この信号もフイルタ３６の通過帯
域内にあるので、このフイルタによつて生ぜしめ
られるこの信号の変更はなく、第３図ｅ―に示
される出力信号は第３図ａ―に示される信号に
正確に一致する。

場合では、100％変調振幅およびフイルタ３
２の通過帯域内にある周波数を有する方形波が与
えられている。この信号はこの方形波の基本波成
分のみがフイルタ３２の通過帯域内に属するよう
な周波数を有する。従つてフイルタ３２の出力
（第３図ｂ―）はこの方形波のこの基本波成分
のみに対応し、約27％オーバーシユートする。ス
レツシユホールド・クリツパ３８はこの出力信号
に非線形に応答してフイルタ３２の出力のオーバ
ーシユート部分だけに対応する信号（第３図ｃ―
）を発生する。この信号は増幅器４０によつて
増幅された後フイルタ３２によつて供給される出
力信号から減算されて第３図ｄ―に示される変
更された信号を発生する。この変更された信号は
第２のフイルタ３６によつて更にろ波されたとき
第３図ｅ―に示される信号に対応する。この信
号は100％変調レベルをオーバーシユートしない
ことが知られる。

場合では、極めて低い周波数を有する方形波
が示されている。この信号がフイルタ３２に導か
れたとき、出力信号（第３図ｂ―に示されてい
る）は相当大きな「リンギング」成分を有する。
このリンギング成分のピークは100％変調レベル
を上回るので、スレツシユホールド・クリツパ３
８の出力は第３図ｃ―に示されたようなものと
なる。減算装置４２によつてフイルタ３２の出力
から減算されたとき、第３図ｄ―に示される信
号が発生され、これは第２のフイルタ３６によつ
て最終的にろ波されたときオーバーシユートしな
い第３図ｅ―に示される信号を発生する。

ここで第４図を参照すれば、本発明の更に技巧
をこらした変更が示されている。このようにして
第４図にはダイナミツク過渡応答フイルタ３０は
瞬時的フイルタ５０および１極低域フイルタ５２
を含みうるのが示されている。リミタ５０および
低域フイルタ５２が設けられている理由は第２図
のダイナミツク過渡応答フイルタは偶発的に数パ
ーセントだけオーバーシユートからである。しか
しながら、瞬時的リミタ５０および１極低域フイ
ルタ５２が含まれている状態では、オーバーシユ
ートしない組合せ型フイルタ装置が提供される。

このようにして、100％変調までの全てのレベ
ルで選ばれた通過帯域において平坦な周波数レス
ポンスを有しかつこの通過帯域の外側の周波数を
高度に減衰させるフイルタ装置が説明された。こ
のフイルタ装置は更に過変調を避けるようにオー
バーシユート成分を無視しうるレベルまで抑制
し、また100％変調までの任意のレベルで極めて
低い合計調波ひずみおよびIMひずみを有する。

本発明は図面に示された実施例に限定されるも
のではなく、種々の変形が可能である。本発明は
次に挙げるような態様においても実施できる。

(1) 振幅制限された信号に応答して予め定めた振
幅制限値をオーバーシユートする振幅を有する
周波数制限された信号を発生する第１のフイル
タ装置と、前記周波数制限された信号の振幅の
オーバーシユートに応答して前記周波数制限さ
れた信号を変更しこの変更された信号に応答す
る後続フイルタ装置のオーバーシユートを実質
上避けるようにする補償装置と、前記変更され
た信号に応答して前記信号を周波数制限し前記
予め定めた振幅制限値を実質上越さない振幅を
有する周波数制限された信号を発生する第２の
フイルタ装置と、前記第２のフイルタ装置によ
つて供給される前記周波数制限された信号に応
答して前記信号を振幅制限することにより前記
信号からいかなる残留振幅オーバーシユートも
除去する瞬時的リミタ装置とを具備する、予め
定めた振幅制限値を越すことなしに振幅制限さ
れた信号を周波数制限する装置。

(2) 態様(1)記載の装置において、更に前記瞬時的
リミタ装置の出力をろ波する１極低域フイルタ
装置を具備する装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が好都合に用いられるFMステ
レオ放送システムの概略ブロツクダイヤグラム、
第２図は本発明に従うダイナミツク過渡応答フイ
ルタの概略ブロツクダイヤグラム、第３図は種々
の入力条件に対しての第２図のダイナミツク過渡
応答フイルタに関連する波形のグラフ、第４図は
オーバーシユートを更に完全に減らすための別の
構成要素を含む第２図のダイナミツク過渡応答フ
イルタの概略ブロツクダイヤグラムである。 １２：左オーデイオ信号源、１４：右オーデイ
オ信号源、１６，１８：リミタ、２０，２２：フ
イルタ、２４：ステレオ変調器、２６：FM変調
器、３０：ダイナミツク過渡応答フイルタ、３
２：従来設計型フイルタ、３４：補償装置、３
６：一様遅延時間フイルタ、３８：スレツシユホ
ールドクリツパ、４０：増幅器、４１：減算回
路、４２：従来設計型フイルタ、４４：位相等化
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 振幅制限された信号に応答して予め定めた振
   幅制限値をオーバーシユートする振幅を有する周
   波数制限された信号を発生する第１のフイルタ装
   置と、前記周波数制限された信号の振幅のオーバ
   ーシユートに応答して前記周波数制限された信号
   を変更しこの変更された信号に応答する後続フイ
   ルタ装置のオーバーシユートを実質上避けるよう
   にする補償装置と、前記変更された信号に応答し
   て前記信号を周波数制限し前記予め定めた振幅制
   限値を実質上越さない振幅を有する周波数制限さ
   れた信号を発生する第２のフイルタ装置とを具備
   することを特徴とする、予め定めた振幅制限値を
   越すことなしに振幅制限された信号を周波数制限
   する装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   補償装置が、予め定めた振幅制限値を越す振幅を
   有する周波数制限された信号に応答して前記予め
   定めた振幅制限値を越す周波数制限された信号の
   部分だけに応答する出力信号を発生するスレツシ
   ユホールドクリツパ装置と、該出力信号の利得を
   増大させて増幅された出力信号を発生する増幅装
   置と、前記振幅制限値をオーバーシユートする振
   幅を有する周波数制限された信号から前記増幅さ
   れた出力信号を減算することにより変更された信
   号を発生する信号減算装置とからなることを特徴
   とする振幅制限された信号を周波数制限する装
   置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   第２のフイルタ装置が第１のフイルタ装置の通過
   帯域内の全ての周波数に対して一定の時間遅延を
   有するフイルタ装置からなることを特徴とする振
   幅制限された信号を周波数制限する装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の装置において、
   一定の時間遅延を有するフイルタ装置が第１のフ
   イルタ装置の通過帯域内の全ての周波数に対し周
   波数に実質上線形に関係している時間遅延を有す
   る楕円フイルタ装置と、第２のフイルタ装置の結
   合された時間遅延特性が第１のフイルタ装置の通
   過帯域内の全ての周波数に対し実質上一定となる
   ように前記楕円フイルタ装置の一定でない時間遅
   延特性を補償する如く設計されている時間遅延特
   性を有する位相等化装置とからなることを特徴と
   する振幅制限された信号を周波数制限する装置。