JPS63119328A - 信号の録音及び送信システムにおける媒体過負荷効果を低減させるノイズ低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的、には録音送信システムに関し、さらに
詳しく言えば、このようなシステムにより処理された信
号のダイナミックレンジを変更する回路装置、すなわち
、ダイナミックレンジを圧縮するコンプレッサとダイナ
ミックレンジを仲良するエクスパンダとを備えたノイズ
低減装置に関する。本発明は、とくにオーディす信号を
処理するのに適用されるが、ビデオ信号を含めて他の信
号にも適用することができる。

コンプレッサとエクスパンダは、通常、ノイズを低減さ
せるため両方いっしょに使用される（コンパンダ・シス
テム）。信号は送信または録音のまえに圧縮され、送信
チャンネルからの受信または再生のあと伸長される。し
かし、コンプレッサは圧縮された信号が最終目的に適当
な場合引き続いて伸長することなく、ダイナミックレン
ジを狭めるために、たとえば、送信チャンネルの容量に
合わせるため単独で使用することができる。そのほか、
特定の製品、とくに、圧縮された放送信号またはまえも
って録音された信号を送信したりあるいは録音すること
だけを意図したオーディオ製品にはコンプレッサだけが
使用されている。また特定の製品、とくに、すでに圧縮
された放送信号またはまえもって録音された信号を受信
したりあるいは再生することだけを意図したオーディオ
製品にはエクスパンダだけが使用されている。ざらにあ
る種の製品、とくに、オーディオ録音再生装置では、単
一の装置が信号を録音するコンプレッサとしてのみなら
ず圧縮された信号（またはまえもって録音された信号）
を再生するエクスパンダとしてもモード切換えにより使
用できるように構成されていることが多い。

さらに詳しく言えば、本発明は、圧縮または伸長を与え
ることのほか、レベルに応じた等化作用を行なうコンプ
レッサとエクスパンダを有するノイズ低減装置に関する
ものである。磁気録音についてはこのような等化作用を
求める要求が高まっている。なぜなら、とくに高い周波
数で磁気テープが飽和する傾向があるからである。等化
作用を確保するためすでにいろいろな提案が行なわれて
おり、このうちのいくつかのものが腹五盈Ｊ＆−Ｒｕｎ
ｄｒｕｎｋｔｅｃｈｎ、Ｈｉｔｔｅｉｌｕｎｇｅｎ）の
年報２２巻（１９７８年）第２号の６３ページより７４
ページに発表されている。特定の周波数における高レベ
ル飽和または過負荷効果の影響を受けやすい他の録音ま
たは送信媒体についても等化作用を求める要求が高まっ
ている。

１つの可能性（ただし、レベルに左右される等化作用を
提供することができない）は、コンプレッサの後に高周
波数ロールオフ回路を設け、エクスパンダの前に補償ブ
ースト回路を設けることである。別法は、コンプレッサ
の前にロールオフ回路を設けるとともに、エクスパンダ
の後にブースト回路を設けることである。このような技
術の欠点は、すべてのレベルにおける信号が同じロール
オフ作用（及びこれに続くブースト作用）をうけるので
、得られるノイズ低減：ｉｔが大幅に減少することであ
る。このような技術を利用せずにノイズ低減量が２０デ
シベル程度のものである場合、ノイズ低減の損失は許容
し得ることが示唆されている（ｒ／ｉ５（’　　Ｉ　　
”−Ｊの論文）。しかし、これは部分的にしか正しくな
い。実際に若干のコンパクト・タイプのカセット・テー
プについて調べてみると、テープ飽和効果は２にＨ２Ｐ
ｉ！度まで下がっており、この飽和効果を考慮して等化
作用を変化させると、可聴ノイズが大幅に増大する。

ロールオフ回路とブースト回路をレベルに応じて作動さ
せるよう構成することにより上記の問題を解消しようと
する試みがなされたく米国特許第４．０７２，９１４号
参照）。０−ルオ７回路の場合、ロールオフは、低レベ
ルのときより高レベルのときの方が急激である。ブース
ト回路については、ブースト特性は、低レベルのときよ
り高レベルのときの方が同様に急激である。この方法の
欠点の１つは、上述のような構成の結果、回路が大幅に
複雑になることである。

コンプレッサとエクスパンダの両方の制御回路のまえに
高周波ブースト回路を設ける提案も「放盃久五皿遣１」
に発表されているが、その結果前られるロールオフは、
主に高レベルで効果を得るのが望ましいが、効果は中間
レベルの信号の範囲で認めることができるにすぎないと
指摘されている。一方、ビデオ録画システムでは使用さ
れるプリエンファシスにより高周波飽和の問題が生じる
おそれがある。同じような問題がＦＭ放送にもみられる
。

従って、本発明の目的は、上述の問題を適切に解決する
システム、すなわち、効果的でかつ簡単な問題解決のた
めのシステムを提供することである。

先行技術には説明されていないが、関連した問題は、低
周波数の範囲でも圧縮と伸長が有効である場合、低周波
数における等化作用（コンプレッサにおけるロールオフ
とエクスパンダにおけるブースト）が望ましい点である
。低周波数範囲における圧縮と伸長は、ハムノイズを減
らすには効果があり、これは広帯域のコンプレッサとエ
クスパンダ、または低周波数と高周波数で別々に動作す
る回路を備えたコンプレッサとエクスパンダを使用して
達成することができる。低い周波数の範囲での等化作用
の主な目的は、たとえば、オルガン音楽の場合のように
低い周波数の範囲でテープ飽和の問題をひき起こす多く
の磁気テープ録音装置に組み込まれた３１８０ｕｓｅｃ
　（５０Ｈｚで＋３ｄＢ）の録音ブーストの効果を打ち
消すことである。

本発明のいま１つの目的は、必要な場合、低周波数の範
囲でも付加的に所要の等化作用を行なうことができる装
置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、飽和を受ける録音媒体のへ
ラドルーム、したがって、ダイナミックレンジを増加さ
せることである。

本発明の出発点は、ダイナミックレンジに関して線形の
主信号路と、主信号路上の結合回路と、入力が主信号路
の入力または出力に接続され出力が結合回路に接続され
た別路とを有するコンプレッサまたはエクスパンダであ
り、該別路は、少なくとも周波数帯域の上部では結合回
路を経る主路信号をブースト又はバック（減衰）するが
、入力のダイナミックレンジの上部では別路の信号が主
路の信号より小さいよう制限されている信号を発する。

周波数帯域の上部は、一般には数百ヘルツの値、たとえ
ば、３００〜４００Ｈ２の値より高力にあるが、より高
い値を使用してもよい。たとえば、基準レベルに関し一
１０ｄＢから＋１０ｄＢまでにわたる入力のダイナミッ
クレンジの上部では、別路の信号は主路の信号より小さ
い。

このようなコンプレッサとエクスパンダはよく知られて
おり、広範に使用されている。これらコンプレッサとエ
クスパンダの若干例が米国特許第３．８４６．７１９号
と米国特許第３．９０３．４８５号と米国再発行特許第
２８，４２６号に説明されている。このようなコブレッ
サとエクスパンダは、二重路壁コンプレッサとエクスパ
ンダと呼ばれている。別路信号はコンプレッサを通る主
路信号をブーストするが、エクスンダを主路信号が通る
ことを妨げる。タイプＩ（たとえば、米国特許第３，０
４６，７１９号に開示されている）の構成は、一般にオ
ーディオ装置に使用されており、一方、（たとえば、米
国特許第３．９０３．４８５号に開示されているような
）タイプ■は、一般にビデオ装置に使用されている。

コンプレッサの場合、本発明では、主路にだけ接続され
ていて、飽和により影響をうける周波数帯域部分で周波
数応答を低減させる働きをする周波数依存回路を特徴と
するものである。

エクスパンダの場合、本発明では、主路にだけ接続され
ていて、飽和により影響をうける周波数帯域部分での周
波数応答を増大させる周波数依存回路を特徴とするもの
である。

主路に設けられる周波数依存回路は、タイブエとタイプ
■の両方のコンプレッサとエクスパンダのいずれにおい
ても別路のティクオフ点と結合回路との間に接続されて
いる。

本発明は、特許請求の範囲に記載されている完全なノイ
ズ低減システムを提供するものである。

飽和により影響をうける周波数帯域の前記部分は、通常
、もつとも高い周波数帯域部分であって、実際の使用例
ではオーディオ周波数帯域の上端部とみなされているも
のである。具体的には、オーディオの場合、１５にＨｚ
１２０ＫＨｚ等であり、ビデオの場合、４から６に１１
２の範囲にある。

コンプレッサまたはエクスパンダが低い周波数で作動す
るようにされた本発明に係るオーディオ装置においては
、周波数依存回路は、たとえば、約１００Ｈｚから一般
に２０Ｈ２の範囲の下限にあるオーディオ周波数帯域の
下方領域における周波数応答を低減させたり（コンプレ
ッサの場合）、増大させたりする（エクスパンダの場合
）。

以下、本発明を図解した添付図面を参照しながら本発明
の詳細な説明する。

高周波飽和の問題は、磁気テープ式録音装置や光学フィ
ルム式録音装置すべてに共通した問題である。この問題
は、ＦＭ放送システムを含め、多くの種類のプリエンフ
ァシスを行なう録音送信システムにもみられる。この問
題は低速テープ録音装置、とくに低価格のテープ型式を
採用した録音装置にとっては、非常に厳しい問題ではあ
るが、高品質の業務用磁気テープ式録き装置や光学フィ
ルム式録音装置にとっても比較的高レベルで録音を行な
う能力に好ましくない影響を及ぼしている。

すなわち、録音媒体が該録音媒体に印加される高レベル
で周波数の高い信号を正確に録音することができないの
である。主な可聴効果は、相互変調のひずみであり、ま
た録音したものの中に含まれる高周波の割合が減少して
いることである。しかし、本発明と関連してこのような
高周波飽和の問題はけっして好ましいことではない。な
ぜなら、信号レベルと周波数の特定の組み合わせの場合
、このような高周波飽和が生じると、エクスパンダの再
生上の相補性が著しく損なわれるからである。

したがって、高周波飽和の程度に応じて、ある程度エク
スパンダの再生信号の復号が不正確になる。

主な可聴効果は、通常、エクスパンダにより高周波損失
が誇張されることであるが、中間周波数の信号が間違っ
て変調されることも前記可聴効果に含めることができる
。

図示の実施例は主としてカセット・テープ録音兼再生装
置と関連したものであるが、本発明は業務用の高級磁気
テープ式録音送信システムや光学テープ式録音送信シス
テムにも適用することができる。

第１図は、一般に使用されているカセット式録音再生装
置の応答を示したものである。−２０ｄＢの録音レベル
では応答は２０に１１２までほぼフラットである。これ
より高い録音レベルではテープの高周波飽和の効果がは
っきりと現われ、ＯｄＢの録音レベルでは非常に高い周
波数のロールオフが起こる。

普通のカセット装置はこれよりも大幅に大きい飽和効果
を示している。

上記の飽和効果を低減するもつとも適確な方法は、高周
波飽和がやっかいな問題となる周波数領域ではテープを
過励振しないような方法で録音等化を変えることである
。しかるのち、相補的な方法で再生上の等化を変更する
。残念なことに、カセット録音の場合、第１図より判る
ように、２にＨ２程度の周波数まで飽和効果が広がるお
それがある。必要に応じて等化の状態を変えると、可聴
ノイズが大幅に増大する結果となる。

後述の回路を使用すれば、処理周波数領域でノイズ低減
を大幅に犠牲にすることなく、高周波効果を低減する処
理をほどこすことが可能である。

全領域ノイズ低減システムが採用されている場合、低周
波テープのひずみを減らすために同じ技術を使用するこ
とができる。とくに、二重路式コンプレッサまたはエク
スパンダ回路ではほとんどの場合、別のノイズ低減路を
設けることにより非常に低い信号レベルの回路出力が確
保されている。１０ｄＢのダイナミック動作を行なうこ
のような装置の場合、主路とノイズ低減路の貢献度は１
対２．１６の割合である。高い信号レベルでは２路の役
割は逆になり、主路は主要な信号成分を提供し、別路の
貢献度は無視し得る程度となる。

飽和低減効果またはひずみ低減効果は上述の観察にもと
づくものである。高周波励振または低周波励振のさい所
期の飽和低減またはひずみ低減を提供する等化器がコン
プレッサの主路に配置されている。高信号レベルで高周
波ひずみ低減回路を使用した場合の効果を図解した第２
図に示されているように、はぼ完全な等化効果を得るこ
とができ、その結果、高周波飽和を減らすことができる
。

しかし、低い信号レベルでは等化効果は低下している。

なぜなら、ノイズ低減路が占める貢献度が大きくなるか
らである。たとえば、位相に関する考慮を無視するとし
て、飽和防止回路網が特定の周波数で１２ｄＢ程度の減
衰を与える場合、低信号レベル効果は次のように表わす
ことができる。

０．２５　ｘ　１＋２．１６−２．４１　＝　７．６ｄ
Ｂ　　すなわち、ノイズ低減効果について２．４ｄＢの
損失に対し高レベル録音励振における１２ｄＢの低減が
得られたことになる。このような高度のひずみ低減は、
たとえば１５ＫＨｚのような非常に高い周波数の場合し
か必要とされない。これより低い周波数では所要の飽和
減少は上記のものより少なくなり、これに応じてノイズ
低減効果の損失も減少する。周波数が低い場合、主な問
題は、たとえば、上述のごときオルガン音楽の場合のよ
うに、低周波飽和問題をひき起こす多くのテープ式録音
装置に組み込まれている３１８０１ＪＳＱＣ（５０Ｈ２
で＋３ｄＢ）録音ブーストの効果をうち消してしまうこ
とである。

オーディオ装置の場合、適当な飽和防止回路網に求める
要件を次のように決定することができる。

テープ、光学フィルム、ＦＭチャンネル等の最大可使用
出力レベルが低周波数から中間周波数までの範囲で決定
されるとともに、最高周波数に至る比較的高い周波数範
囲でも前記最大可使用出力が決定される。この結果得ら
れる最大出力レベル曲線は、一般に耳にする音楽や演説
の音にマツチした周波数の関数としてエネルギー分布を
プロットした軌跡と比較することができる。このような
プロットの一例が１９７３年６月に発行された「ジャー
ナル・オフ・ザ・オーディオ・エンジニアリング・ソサ
イアティ」の２１巻、第５号の３５１から３６２ページ
に掲載されている本発明者の論文に発表されている。２
つの曲線の間の差は所要の高レベル飽和防止特性を表わ
したものである。いったんこのような特性が決定される
と、飽和防止回路網がどのような周波数またはレベルで
も圧縮比の増加をもたらすのかどうかを判定するため、
得られた圧縮特性曲線をチェックしなければならない。

もしそうであれば、ノイズ低減路の制限特性を適宜変更
するかあるいは直列に接続された信組かのコンプレッサ
（またはエクスパンダ）を使用する場合、飽和防止特性
を装置間に分布させるようにする。

同じような考え方をビデオ装置の場合にも適用すること
ができる。ビデオ録画装置の場合、しばしば高周波数の
プリエンファシスを行ない、この結果、ＦＭ過変調の問
題が現われることが多い。

もし、米国特許（タイプＩ）と米国特許（タイプ■）に
開示されているタイプのコンプレッサやエクスパンダを
使用する場合、コンプレッサにもとづく（数％程度の）
残留オーバシュートが少ないため別の過変調が生じる傾
向がある。しかし、このようなオーバシュートは、本発
明により補償することができる（オーディオ・システム
の場合も、残留オーバシュートを補償しようとする傾向
がある。）。

エンコーダ・ユニットの場合、飽和防止回路網だけで操
作することが可能であるが、再生側で相補的な補正を行
なうことが好ましい。これにより、すべてのレベルにつ
いてフラットな周波数レスポンスを持続することができ
る。以下の解析は、所要の補正のタイプを示したもので
ある。

タイプ■の二重路コンプレッサとエクスパンダの構成を
図解した第３図を参照すれば、コンプレッサへの入力信
号をＸで表わし、情報チャンネルを通る信号をｙで表わ
し、エクスパンダの出力信号を２で表わす。Ｆ　とＦ２
がそれぞれ、コンプル ッサとエクスパンダの別路の伝達特性を表わし、ＦＡＳ
が飽和防止回路網の伝達特性を表わすものとする。さら
に、”Ａｓがデコーダの所要補償特性を表わすものとす
る。

ｙ＝（ＦＡ８＋Ｆ１）ｘ またＺ＝ＶＦ’　　−Ｚ　Ｆ２　Ｆ’　ＡＳ八へ Ｚ＝Ｘである。

同じような導き方は第４図に図解されているタイプ■の
構成にも適用づ”ることができる。

’／　＝Ｆ　ＡＳＸ　−Ｆ　１Ｆ　ＡＳ’！またｚ＝１
１ｍｌ　　’ｊ−Ｆ２ｙ 八Ｓ （Ｆ′Ａ８−Ｆ２） したがってＺ＝　　　　　　　　　　　Ｘ「ＡＳ　　−
Ｆｌ ２麿Ｘである。

上記の諸式は、本出願人の先願発明より明らかなように
２つのノイズ低減回路網が同一でなければならないこと
を示すばかりでなく、デコーダの飽和防止補償回路網が
エンコーダに使用されている回路網の特性と逆の特性を
備えていなければならないことを示している。抵抗とコ
ンデンサを組み合わせるような方法で命中な補正を行な
うことができるが、もっと複雑な補正を行なう場合、と
くにデコーダに要求されている逆特性を確保するためフ
ィードバック技術を採用することができる。

さて、第５図を参照すれば、主として磁気テープの録音
及び再生に使用される２段のタイブエの構成について実
施された本発明のブロック・ダイアグラムが示されてい
る。

図示の実施例は、確実に圧縮量を増加するためカスケー
ド接続されたコンプレッサ（５２）と（５４）を使用す
るとともに、これに対応してカスケード接続されたエク
スパンダ（５Ｇ）と（５８）を使用している。

本発明は単一路のコンプレッサとエクスパンダにも適用
することができる。コンプレッサはそれぞれ、主路に別
路Ｎ　とＮ２の出力を付加する結合回路（１２）を組み
込んだ主路（１０）を備えており、しかして前記別路Ｎ
　とＮ２の入力は対応した主路の入力に接続される。ま
た、エクスパンダは、主路（１４）と該主路（１４）か
ら別路Ｎ　とＮ１の出力を差し引く結合回路（１６）を
備えており、この場合も前記別路Ｎ　とＮ１の入力は対
応した主路の出力に接続される。

このようなコンプレッサとエクスパンダの構成はよく知
られているものであるから、改めて詳しく説明すること
は省略する。しかし、別路Ｎ１またはＮ２については主
に２つの形式のものが採用されている。そのうちの１つ
は（米国特許第３．８４６．７１９号の第７図と第８図
に示されているような）フィルタであり、信号レベルが
上昇するにしたがって、整流されかつ平滑化された制御
信号により積極的に制限を行なうようにされた制御式リ
ミッタが前記フィルタのあとに設けられている。

もう１つのものは、（米国再発行特許第２８．４２６号
に開示されているような）スライディングバンドタイプ
の高域フィルタであって、その通過帯域は、好適には固
定の高域フィルタと直列に接続されているフィルタの出
力から大きい信号成分を取り除（ように制御信号により
徐々に狭められている。

スライディングバンドフィルタにとって有利なコーナー
周波数値は休止状態で約３７５１１ｚであるが、制御信
号に応答してコーナー周波数の高バスは徐々に狭くなっ
ている。

第１と第２のコンプレッサ（５２）と（５４）は高周波
数かつ／または低周波数（かつ／またはその他の特定の
周波数または周波数範囲）の飽和防止型のエンコーダ（
７４）、　（７６）を備えており、該飽和防止回路によ
り主信号成分が影響をうける。エクスパンダ（５６）と
（５８）は、テープ録音装ＥｔＴの再生側で主信号成分
に影響を及ぼす相補的な回路網を備えている。また、コ
ンプレッサのうちの一方についてだけまた対応したエク
スパンダについてだけこのような補償を行なうようにし
てもよい。補償は、例えばエンコーダ（コンプレッサ）
のおだやかな高周波ロールオフ（例えば１０ＫＨｚより
高い周波数で増大する）と、デコーダ（エクスパンダ）
の相補ブーストの形式で行なうことができる。

高周波チャンネルの過負荷の低減は主信号成分にだけ適
用されるので、サイド・チャンネルの中の低レベル成分
は影響はうけないから、過負荷の低減はノイズの低減に
大きく影響を及ぼすことはない。その結果、チャンネル
の過負荷低減を中間周波数の範囲まで下げることができ
る。

エンコーダ（７４）と（７６）の中に設けられている飽
和防止回路網とデコーダ（７８）と（８０）の中に設け
られている相補的回路網が主信号路の中に設けられてい
る。この配置構成の結果、ノイズ低減効果の損失を非常
に低く抑えることができる。なぜなら、ノイズ低減側の
連鎖により低レベルの信号が得られるからである。した
がって、高度のノイズ低減損失を伴うことなく飽和効果
を確保するため、たとえば、３〜６ｄＢ／オクターブと
いうなだらかな高周波数のロールオフを有するとともに
、２〜３ＫＩＩＺまで周波数を大幅に下げて（デコーダ
の相補ブースト）を備えた飽和防止回路網を提供するこ
とが可能である。たとえば、第１図に示されているゼロ
・デシベルにおける周波数応答は、高周波数応答が飽和
が始まる約２に１１２から減りはじめていることを示す
ものである。飽和防止回路網は高レベル信号を運ぶ主チ
ャンネルの中に設けられているので、飽和をひき起こす
信号が形容をうけるだけである。

場合によっては、３〜６ｄＢ／オクターブのロールオフ
の半分をエンコーダ（７４）と（１６）それぞれに与え
、相補ブーストの半分をデコーダ（７８）と（８０）そ
れぞれに与えるようにしてもよい。もし、１］−ルオフ
とブーストをすべて単一のエンコーダ（７６）とデコー
ダ（１８）だけが引きうける場合、関連したコンプレッ
サまたはエクスパンダと関係のある特定のレベルと周波
数領域における前記コンプレッサまたはエクスパンダの
圧縮比または伸長比は増大する。しかし、消費者用装置
では、単一の回路網を使用するのが適切である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、カセット・テープ録音兼再生装置の代表的な
応答曲線、第２図は、特性曲線の一例を示す縮図、第３
図は、タイブエのコンプレッサとエクスパンダを図解し
たブロック・ダイアグラム、第４図はタイプ■のコンプ
レッサ及びエクスパンダを示すブロック・ダイアグラム
、第５図は、本発明による二系統コンパンダ・システム
の一実施例を図解したブロックφダイアグラムである。 １０、１４・・・主路　　　　　１２．１６・・・結合
回路５２．５４・・・コンプレッサ　５６．５８・・・
エクスパンダ７４．７６・・・エンコーダ　　７８．８
０・・・デコーダＨｚ ］ミニ［１ｒ−−１ ｚ ゴ＝工３−−２−

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）コンプレッサとエクスパンダとを有するノイズ低
   減装置であつて、前記コンプレッサとエクスパンダがそ
   れぞれ、ダイナミックレンジに関して線形の主信号路と
   、前記主路中に設けられた結合回路と、入力を該主路の
   入力または出力に接続させ且つ出力を前記結合回路に接
   続させた別路にして、少なくとも周波数帯域の上部で、
   該結合回路によりコンプレッサ内で主路信号をブースト
   させるとともに、エクスパンダ内で主路信号をバックさ
   せるが、いずれの場合にも入力ダイナミックレンジの上
   部では前記主路信号より小さい値になるように制限され
   た信号を供給する別路と、前記周波数帯域の選択された
   部分でコンプレッサの周波数応答を低減させ且つエクス
   パンダの周波数応答を相補的に増大させるために、該主
   路のみに接続された周波数依存回路装置とから成るノイ
   ズ低減装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載のノイズ低減装置に
   おいて、前記周波数依存回路装置がオーディオ周波数帯
   域の上部でコンプレッサの周波数応答を低減するととも
   に、エクスパンダの周波数応答を増大させるノイズ低減
   装置。
3. （３）特許請求の範囲第２項に記載のノイズ低減装置に
   おいて、前記周波数依存回路装置がオーディオ周波数帯
   域の下部でコンプレッサの周波数応答を低減するととも
   に、エクスパンダ周波数応答を相補的に増大させるノイ
   ズ低減装置。