JPS6340376B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、たとえばオーデイオテープレコーダ
を用いてオーデイオ信号を録音、再生する際に発
生する雑音等を低減するノイズリダクシヨン回路
に関し、特に、オーデイオテープレコーダの録音
入力側ではレベル圧縮（コンプレス）し、再生出
力側ではレベル伸張（エクスパンド）するような
いわゆるコンパンダタイプのノイズリダクシヨン
回路に関する。

従来のコンパンダタイプのノイズリダクシヨン
回路には、種々の構成のものが知られているが、
たとえば圧縮、伸張動作のための可変抵抗手段と
して、FETやトランジスタ等を用いたものが多
く、回路設計上の自由度が制限され、機能の付加
が困難であり、また、高精度の特性を持つた可変
抵抗素子が得られないことから、回路の特性を向
上することが困難となつて、ダイナミツクレンジ
の改善も10dB〜20dB程度が可能であるにすぎな
い。

また、従来のノイズリダクシヨン回路の入力信
号レベルに変化に伴なう周波数特性曲線の変化
は、周波数軸方向に平行移動するようないわゆる
スライデイングバンドイフエクトを有するもので
あり、低域側のノイズリダクシヨン動作を十分に
行なえないという欠点がある。

本発明は、このような従来の実情に鑑みてなさ
れたものであり、回路設計の自由度が高く、種々
の機能を付加することが容易に行なえるようなノ
イズリダクシヨン回路の提供を目的としている。

本発明の他の目的は、可変利得回路として高精
度の特性が容易に得られるVCA（電圧制御形増幅
器）を導入することにより、従来の可変抵抗素子
を用いたノイズリダクシヨン回路に比べて、周波
数特性のばらつきが少なく、直流シフト分も少な
くでき、大巾なダイナミツクレンジの改善が図れ
るようなノイズリダクシヨン回路を提供すること
である。

本発明のさらに他の目的は、従来のいわゆるス
ライデイングバンドイフエクトを有するノイズリ
ダクシヨン回路では行なえない低域側におけるノ
イズリダクシヨンをも可能とし、全帯域にわたる
ノイズリダクシヨン効果が得られるようなノイズ
リダクシヨン回路を提供することである。

すなわち、本発明に係るノイズリダクシヨン回
路の特徴は、可変利得回路となるVCA（電圧制御
型増幅器）とオーデイオ帯域内の低域側で一定利
得を持つようなターンオーバ周波数（カツトオフ
周波数）を有するローパスフイルタとの直列接続
回路と、この直列接続回路に並列に接続された利
得変化の無い第１のサブパスと、ノイズリダクシ
ヨン回路の出力から入力へ帰還される利得変化の
無い第２のサブパスとを備えて構成されるエクス
パンダ回路を有していることである。

以下、本発明に係る好ましい実施例について、
図面を参照しながらら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示し、たとえ
ばオーデイオテープレコーダの再生出力側に設け
られて、再生オーデイオ信号を少なくともレベル
伸張するデコーダ（あるいは単なる伸張器）とし
てのノイズリダクシヨン回路１０を示している。
このノイズリダクシヨン回路１０において、入力
端子１１と出力端子１２との間には、可変利得回
路であるVCA１３とローパスフイルタ１４との
直列接続回路が挿入接続されてメインパスを構成
している。このローパスフイルタ１４の周波数特
性は、たとえば第３図の破線Ｌ（L₁〜L₄）に示す
ように低域側に比べて高域側を減衰するような特
性となつている。すなわち、低域側でフラツトな
一定利得を有し、低域側のターンオーバ周波数を
オーデイオ帯域内に有し、高域側のターンオーバ
周波数（カツトオフ周波数）はオーデイオ帯域外
に設定し、あるいは高域側ターンオーバ周波数を
持たないようにしている。これらのVCA１３と
ローパスフイルタ１４との直列接続回路に対して
並列に、利得変化が無く（ゲインコントロールを
受けず）、さらにたとえば少なくともオーデイオ
帯域内で周波数に依存しない特性（フラツトな周
波数特性）を有するたとえば抵抗を用いた伝送路
１５が第１のサブパスとして接続される。この伝
送路１５からの出力は、出力側の加算器１６に送
られている。次に、上記メインパスの出力端子１
２から入力端子１１にわたつて、第２のサブパス
である利得変化の無い帰還路１７が並列接続され
ており、出力端子１２からの入力オーデイオ信号
を帰還路１７を介して入力端子１１側の加算器１
８に減算信号として供給している。この帰還路１
７は、利得変化の無い、ゲインコントロールを受
けないパスであり、本実施例ではたとえば少なく
ともオーデイオ帯域内でフラツトな周波数特性を
有するたとえば抵抗を用いている。

ここで、上記メインパス中のVCA１３は、レ
ベル伸張動作を行なわせるために、たとえば入力
信号レベルが小さいとき利得（ゲイン）を小さく
し、入力信号レベルが大きいとき利得を大きくす
るようなハードウエア上の構成がとられる。この
VCA１３の利得制御用の信号としては、上記メ
インパスにおいて、VCA１３の入力側や出力側
の任意の点からの信号、あるいは入力と出力との
和や差の信号を取り出して用いることができる。
すなわち、可変利得回路であるVCA１３の利得
は、VCA１３とローパスフイルタ１４との直列
接続回路より成る上記メインパスを通過する信号
のレベルに応じて制御される。たとえば本実施例
では、加算器１８からの出力の一部を、ウエイテ
イング用のハイパスフイルタ１９ａを介して制御
回路１９ｂに送り、この制御回路１９ｂにより検
波、平滑等を行なつて直流の制御電圧に変換した
後、VCA１３の制御端子に送る構成としている。

なお、上記メインパス中のVCA１３とローパ
スフイルタ１４とは、順序を逆にして接続しても
よく、すなわち、入力端子１１側の加算器１８の
次にローパスフイルタ１４を配置してもよい。

以上のような構成を有するデコード用のノイズ
リダクシヨン回路１０において、入力端子１１の
入力信号の振幅をｘ、出力端子１２の出力信号の
振幅をｙ、VCA１３への入力信号の振幅をｚと
し、VCA１３の利得（ゲイン）をＧ、ローパス
フイルタ１４の時定数をT_A、低域の利得をｇと
し、さらに伝送路１５の伝達関数をF_L、帰還路
１７の伝達関数をF_Hとするとき、ローパスフイ
ルタ１４の伝達関数は、 ｇ・１／１＋sT_A …(1) ただし、ｓ＝jω と表わせるから、 ｙ＝（Ｇ・ｇ・１／１＋sT_A＋F_L）・ｚ…(2) ｚ＝ｘ−F_H・ｙ …(3) となる。次に、これらの(2)、(3)式からｚを消去し
て、ｙについて解くと、 ｙ＝Gg＋F_L／１＋F_H（Gg＋F_L） ×１＋sT_A・F_L／Gg＋F_L／１＋sT_A・１＋F_HF_L／１＋F_H
（Gg＋F_L）・ｘ…(4) が得られる。この(4)式の周波数レスポンス特性を
第２図に示す。

この第２図においては、入力信号レベルが極め
て大きいとき、すなわちVCA１３のゲインＧが
極めて大きいときの特性曲線を模式的に表わす折
線Ｍと、入力信号レベルが極めて小さいとき（Ｇ
が極めて小さいとき）の特性曲線を模式的に表わ
す折線ｍとが示されている。これらの折線Ｍ，ｍ
は、それぞれが２個の折曲点を有している。これ
らの折曲点における周波数（ターンオーバ周波
数）₁，₂は、対応する時定数T₁，T₂により、
₁＝1/2πT₁、₂＝1/2πT₂と表わされ、これらの
時定数T₁，T₂は、 T₁＝T_A・１＋F_HF_L／１＋F_H（Gg＋F_L） …(5) T₂＝T_A・F_L／Gg＋F_L …(6) と表わされる。また、低域側でほぼフラツトとな
るときのレスポンスは、 Gg＋F_L／１＋F_H（Gg＋F_L） …(7) で表わせ、また高域側でほぼフラツトとなるとき
のレスポンスは、 F_L／１＋F_HF_L …(8) で表わせる。なお、第２図の周波数軸やレスポン
ス軸には、それぞれ周波数値やレスポンス値の一
例を示しているが、これらに限定されるものでは
ない。

次に、VCA１３のゲインＧが変化するときの
周波数特性曲線の変化について、第３図を参照し
ながら説明する。まず、ローパスフイルタ１４の
周波数レスポンス特性は、たとえば第３図の破線
Ｌに示すように、１個のカツトオフ周波数（ター
ンオーバ周波数）_Aを有し、この周波数_Aより低
域側ではほぼフラツトなレスポンスで、周波数_A
から高域側に向つてほぼ6dB／outで下降するよ
うな折線により近似される。ここで、上記周波数
_Aは、上記(1)式のT_Aを用いて、_A＝1/2πT_Aと表
わされる。このような近似的な特性曲線Ｌの特性
を持つローパスフイルタ１４とVCA１３との直
列接続回路の周波数特性は、VCA１３のゲイン
Ｇの変化に応じて、たとえば第３図の各破線L₁，
L₂，L₃，L₄のように、レスポンス軸の方向（矢
印Ａ方向）に平行移動する。このようなローパス
フイルタ１４とVCA１３との直列接続回路の周
波数特性において、上記第２のサブパスである帰
還路１７によつてレスポンスの上限がたとえば
Rmaxで制限され、上記第１のサブパスである伝
送路１５によつてレスポンスの下限がたとえば
Rminで制限される。したがつて、ノイズリダク
シヨン回路１０の全体の周波数特性は、VCA１
３のゲイン変化による上記ローパスフイルタの特
性曲線L₁，L₂，L₃，L₄に対応して、たとえば第
３図の実線E₁，E₂，E₃，E₄のように表われる。

すなわち、ノイズリダクシヨン回路１０の入力
信号レベルが小さいときには、VCA１３のゲイ
ンＧが小さく、周波数特性はたとえば第３図の曲
線E₁のように、低域側のレスポンスが最大値
Rmaxよりも小さくなつており、このとき第２図
に示した低域側のターンオーバ周波数₁は上記カ
ツトオフ周波数_Aにほぼ等しい。次に、入力信号
レベルがやや大きくなつてくると、周波数特性曲
線はたとえば曲線E₂に示すように、上記周波数_A
以下の低域側ではレスポンス軸方向の図中上方
（矢印Ba方向）に移動し、周波数_A以上の高域側
では周波数軸の高域に向かつて矢印Bb方向に移
動し、また高域側のターンオーバ周波数₂（第２
図参照。）は、第３図のようにより高域側にずれ
る。そして、入力信号レベルがさらに大きくなつ
てVCA１３のゲインＧがさらに増大すると、周
波数特性曲線の上記矢印Ba方向の移動は最大値
Rmaxにより制限され、曲線E₃やE₄に示すように
矢印Bb方向にのみ移動する。このような曲線E₃，
E₄の形態での移動においては、上記ターンオー
バ周波数₁，₂の比₁／₂がほぼ一定に保たれ
る。

これに対して、入力信号レベルが大きい状態か
ら低下する場合には、周波数特性が曲線E₄から
順次E₃，E₂，E₁のように移行することは勿論で
ある。

したがつて、低域側の周波数レスポンスが矢印
Ba方向に変動する分だけ、低域側のノイズリダ
クシヨン効果が増大し、周波数の全帯域にわたつ
てノイズ低減が図れる。また、可変利得回路とし
て、高精度で可変利得幅が大きいVCAを用いる
ことにより、従来の可変抵抗素子を用いたノイズ
リダクシヨン回路に比べて、回路の周波数特性の
ばらつきを抑え、ダイナミツクレンジの改善量を
増大させる等の特性向上が図れる。

次に、この第１の実施例における周波数を固定
したときの入出力特性は、たとえば第４図の実線
のように表わされる。すなわち、この第４図にお
いて、VCA１３によるレベル伸張（エクスパン
ド）動作特性は、たとえば破線EPのように表わ
されるが、入力レベルが減少したときには、
VCA１３のゲインが減少して伝送路１５による
入出力特性（破線F_L）の影響が大きくなり、ま
た入力レベル増大時には帰還路１７による入出力
特性（破線F_H）の影響が大きくなる。

次に、上記第１の実施例のデコーダ（あるいは
単なる伸張器）としてのノイズリダクシヨン回路
１０をオペアンプ等の高利得増幅器の負帰還路に
挿入接続することにより、エンコード特性を有す
るノイズリダクシヨン回路が得られる。これは、
一般に、伝達関数がＢの回路を、利得Ａの増幅器
の負帰還路に挿入接続して成る回路の伝達関数Ｈ
が、 Ｈ＝Ａ／１＋AB …(9) と表わされ、高利得、すなわちＡが極めて大きい
場合には、１≪ABとなつて、上記(9)式は、 Ｈ≒１／Ｂ …(10) となることを利用したものである。したがつて、
このような構成を用いることにより、(10)式から明
らかなように、高利得増幅器の負帰還路中に挿入
接続されたデコード特性のノイズリダクシヨン回
路１０の伝達関数（たとえばこれをＢとする。）
のほぼ逆の特性、すなわちエンコード特性が得ら
れるわけである。

次に、本発明に係る第２の実施例を第５図に示
す。この第５図に示すデコード用のノイズリダク
シヨン回路２０は、上記第１の実施例の構成にロ
ーパスフイルタ２９を追加して成り、第１図中の
各回路部分１１〜１８と対応する部分には、それ
ぞれ20番台の参照番号２１〜２８を付している。
このローパスフイルタ２９は、たとえば加算器２
６と出力端子２２との間に挿入接続され、ローパ
スフイルタ２４とともにデイエンフアシス特性を
与えるものであり、２信号周波数特性のレスポン
スの傾きをより急峻（たとえば12dB／oct程度）
にして、中低域と高低域との分離を高め、ノイズ
モジユレーシヨンを少なくしている。

この第２の実施例のデコード用のノイズリダク
シヨン回路２０を、オペアンプ等の高利得増幅器
の負帰還路に挿入接続することにより、逆特性と
してのエンコード特性を持つたノイズリダクシヨ
ン回路を得ることができる。なお、ローパスフイ
ルタ２９の挿入位置は、上記実施例に限定されな
い。

次に、本発明の第３の実施例としてのデコーダ
となるノイズリダクシヨン回路を第６図に示す。
この第６図のノイズリダクシヨン回路３０は、上
記第２の実施例としてのノイズリダクシヨン回路
２０の第２のサブパスとなる帰還路２７に、ロー
パス形の周波数特性をもたせ、ローパスフイルタ
３７としたものである。この第６図の他の回路部
３１〜３６，３８，３９は、第５図の各回路部２
１〜２６，２８，２９とそれぞれ対応し、同じ作
用をなす。

この第３の実施例においては、出力端子３２か
ら入力端子３１の加算器３８に減算信号を送る負
帰還路中にローパスフイルタ３７を挿入接続する
ことにより、前述した第３図の説明中のレスポン
ス上限値Rmaxが、ローパスフイルタ３７の逆特
性としてのハイパスフイルタ特性を持つ。このた
め、ノイズリダクシヨン回路３０の周波数特性
は、たとえば第７図に示すように、大信号入力時
にさらに高域エクスパンド特性が付与されたもの
となる。この第７図は前述した第２図と同様に、
入力信号レベルが大きくVCA３３のゲインが大
のときの周波数特性を模式的に表わす折線Ｍと、
入力信号レベルが小で上記ゲインが小のときの模
式的周波数特性を示す折線ｍとが示されている。
この第３の実施例によれば、第２の実施例のエク
スパンド特性のうえに、大信号入力時にはさらに
高域エクスパンド特性が付与され、テープのリニ
アリテイの拡大およびMOL特性の改善が図れる。

次に、第８図は本発明の第４の実施例としての
デコーダとなるノイズリダクシヨン回路４０を示
している。このノイズリダクシヨン回路４０は、
上記第２の実施例の第１のサブパスに対応する伝
送路４５と並列に、ハイパスフイルタ５１とアン
チリミツタ回路５２との直列接続回路を接続して
構成したものである。他の回路部分４１〜４９
は、第５図の各回路部分２１〜２９とそれぞれ対
応し、同一の作用をなす。

このアンチリミツタ回路５２としては、たとえ
ば第９図に示すような具体的回路構成を用いれば
よい。この第９図において、入力端子５３に抵抗
５５を接続し、この抵抗５５の他端と出力端子５
４との間に、アノード、カソードの向きが互いに
逆となるように２個のダイオード５６，５７を並
列に挿入接続して、アンチリミツタ回路５２を構
成している。このアンチリミツタ回路５２の入力
端子５３が第８図のハイパスフイルタ５１に、出
力端子５４が加算器４６に、それぞれ接続され
る。

さらに、VCA４３の利得制御のため、たとえ
ばハイパスフイルタ５１からの出力の一部を、ウ
エイテイング用のハイパスフイルタおよび制御回
路を介してVCA４３の制御端子に送る構成を用
いることができ、このとき利得制御信号には、２
個のハイパスフイルタによるウエイテイング（重
みづけ）がなされる。

このような第４の実施例によれば、たとえば入
力信号が小レベルから急激に増大したとき、
VCA４３のゲインは小から大に変化しようとす
るが、応答時間の遅れ等により、アタツクタイム
中には完全に大ゲインになり得ず、波形歪が生じ
る。これは、高利得増幅器の負帰還路中にノイズ
リダクシヨン回路４０を挿入接続してエンコード
動作を行なわせる場合には、いわゆるオーバーシ
ユート現象となつて、テープ飽和等が生じる。ア
ンチリミツタ回路５２は、このような悪影響を防
止する作用をなし、VCA４３の入力レベルが一
定レベル以上となるとき動作する。また、上記テ
ープ飽和等の現象は、高域周波数において生じ易
いことから、アンチリミツタ回路５２の前段に、
ハイパスフイルタ５１を挿入接続している。

ところで上記第２〜第４実施例の各VCAの利
得制御用の信号については、前述した第１の実施
例と同様に、各VCAの入力側の加算器からの出
力信号を、ウエイテイング用ハイパスフイルタ１
９ａを介し制御回路１９ｂを介して取り出してい
るが、前述したように、メインパスを通過する信
号、例えばVCAの入力側や出力側の任意の点か
らの信号、あるいは入力及び出力の和あるいは差
の信号等を取り出して用いることができることは
勿論である。

なお、本発明は上記実施例のみに限定されるも
のではなく、たとえば上記第３および第４の実施
例についても、オペアンプ等の高利得増幅器の負
帰還路中に挿入接続することにより、逆特性とし
てのエンコード特性を得ることができ、さらに切
換スイツチ等を用いて、エンコード、デコード特
性を任意に切換選択する構成も容易に実現可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１の実施例を
示し、第１図はブロツク回路図、第２図および第
３図は動作原理を説明するための周波数特性を示
すグラフ、第４図は入出力特性を示すグラフであ
る。第５図は本発明の第２の実施例を示すブロツ
ク回路図である。第６図および第７図は本発明の
第３の実施例を示し、第６図はブロツク回路図、
第７図は動作を説明するための周波数特性を示す
グラフである。第８図および第９図は本発明の第
５の実施例を示し、第８図はブロツク回路図、第
９図はアンチリミツタ回路の一例を示す回路図で
ある。 １１，２１，３１，４１……入力端子、１２，
２２，３２，４２……出力端子、１３，２３，３
３，４３……VCA、１４，２４，３４，４４…
…ローパスフイルタ、１５，２５，３５，４５…
…伝送路、１７，２７，３７，４７……帰還路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入力端子と出力端子との間に挿入接続され、
   可変利得回路と、オーデイオ帯域内の低域側で一
   定利得を持つような少なくとも１個のターンオー
   バ周波数を有するローパスフイルタとの直列接続
   回路と、 この直列接続回路を通過する信号のレベルに応
   じて上記可変利得回路の利得を制御する制御回路
   と、 上記直列接続回路に並列に接続された利得変化
   の無い伝送路と、 上記出力端子から入力端子に向かつて並列接続
   された利得変化の無い帰還路とを備えて成ること
   を特徴とするノイズリダクシヨン回路。