JPWO2008041321A1 - 信号処理装置及びそれを用いた放送装置 - Google Patents

Abstract

本発明の信号処理装置は、音声信号を複数の周波数帯域の信号に分割する帯域分割回路（Ｆｄ）と、帯域分割回路（Ｆｄ）により分割された各々の周波数帯域の信号を入力し、各々の周波数帯域の信号のレベルが各々の周波数帯域に対応して予め定められているレベルになるように自動利得制御による増幅処理を各々の周波数帯域の信号に対し行う複数の自動利得制御増幅回路（Ｇ１〜Ｇｎ）と、各々の自動利得制御増幅回路（Ｇ１〜Ｇｎ）により増幅処理された信号をコンプレス処理して出力する複数のコンプレス回路（Ｃ１〜Ｃｎ）と、複数のコンプレス回路（Ｃ１〜Ｃｎ）の出力信号を合成して出力する帯域合成回路（Ｆｃ）とを備えている。

Description

本発明は、ビルや学校等の放送装置の一部に好適な信号処理装置及びそれを用いた放送装置に関する。

従来、ＰＡ（Public Address）システム、例えば会社の社内放送や学校の校内放送等のアナウンス等に用いられる放送装置では、マイクロホン等からの音声信号は、例えばイコライザにより、各周波数帯域ごとにその信号レベルが調整され、ハイインピーダンス伝送用トランス（昇圧用トランス）を内蔵したアンプを介してハイインピーダンス伝送路へ出力され、ハイインピーダンス伝送路にマッチングトランスを介して接続された複数のスピーカから拡声音として出力されるように構成されている。

また、特許文献１には、カーオーディオ装置等に使用され、イコライザにコンプレス機能を持たせた信号処理装置が開示されている。
特開平９−３３１２２３号公報

ＰＡシステム等として用いられる放送装置は、ハイインピーダンス伝送路を含む場合が多い。このようなハイインピーダンス伝送路を含む放送装置は、一般に、ダイナミックレンジが狭い。また、暗騒音が大きい公共空間等で放送が行われることも多いが、放送される音声のうち暗騒音に埋もれてしまう成分は、明瞭に聞き取ることができない。一方、公共空間で発生することが許される音量には上限がある場合が多く、また、放送装置自体の性能から音量の上限が定まる場合もある。いずれにしても、放送装置が発する音声は、ダイナミックレンジの狭いものとなる。

上記のイコライザにより処理された信号を明瞭に聞き取るためには、広いダイナミックレンジが必要である。換言すれば、ハイインピーダンス伝送路を含む放送装置で放送したり、また、暗騒音が大きい空間で放送すると、音声の明瞭性が損なわれて聞き取りにくいのである。

また、特許文献１に記載の信号処理装置では、イコライザとしての機能を活かしながら各周波数帯域ごとに異なる圧縮特性を付与して多様な信号再生を可能にした構成であり、個人的な娯楽に使用されるオーディオ装置等の信号処理装置には適していると考えられる。しかしながら、この信号処理装置は、ハイインピーダンス伝送路用のＰＡシステム（放送装置）等には適しない。つまり、ハイインピーダンス伝送路を含むようなダイナミックレンジの狭い放送装置には適しないのである。

その理由は次のとおりである。つまり、この信号処理装置では、マイクロホン等からの音声信号が各周波数帯域に分割され、各周波数帯域の信号に対して、例えばコンプレス処理を行った後、可変利得増幅器により信号レベルを変化させている。そのため、小レベルの信号に対しては十分なコンプレス処理が行われない。そうすると、その（信号処理装置の）後段に接続される放送装置（アンプやスピーカから成る放送装置）が、ダイナミックレンジの十分に広いものでなければ、音声を明瞭に聞き取ることができなくなるからである。また、可変利得増幅器の利得の設定値等によっては、後段に接続されるアンプにおいて信号が歪んだり、アンプを破損させることにもなる。すなわち、マイクロホン等からの入力のように入力ソースのレベルが不均等であったり予測のできないようなシステムにおいては、特許文献１に記載の技術では十分な効果を発揮できず、また、逆効果となってしまう場合がある。

このように、特許文献１に記載の信号処理装置は、ハイインピーダンス伝送路を含むようなダイナミックレンジの狭い放送装置には適さない。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ハイインピーダンス伝送路を含むようなダイナミックレンジの狭い放送装置に適し、暗騒音が大きくてもスピーカから明瞭性のよい聞き取りやすい音を出力することを可能にする信号処理装置及びそれを用いた放送装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の信号処理装置は、音声信号を複数の周波数帯域の信号に分割する帯域分割回路と、前記帯域分割回路により分割された各々の周波数帯域の信号を入力し、前記各々の周波数帯域の信号のレベルが各々の周波数帯域に対応して予め定められているレベルになるように自動利得制御による増幅処理を前記各々の周波数帯域の信号に対し行う複数の自動利得制御増幅回路と、各々の前記自動利得制御増幅回路により増幅処理された信号をコンプレス処理して出力する複数のコンプレス回路と、前記複数のコンプレス回路の出力信号を合成して出力する帯域合成回路とを備えている。

この構成によれば、各周波数帯域の信号に対して自動利得制御増幅回路の自動利得制御による増幅処理が施された後、その信号がコンプレス回路に入力される。

よって、コンプレス回路に入力される信号のレベルは、コンプレス回路のスレッショルドレベルを超えやすく、コンプレス処理が施されることが十分に期待できる。コンプレス回路に入力される信号の波形にはピーク成分（ピーク波形）も多く含まれるが、そのようなピーク成分はスレッショルドレベルを超えることが多く、コンプレス処理にかけられやすい。

このように、ある周波数帯域の信号成分レベルが小さなものであったとしても、自動利得制御によってその周波数帯域の信号成分は所定レベルまで増幅される。また、その信号に含まれるピーク成分にコンプレス処理がかけられるということは、ダイナミックレンジを狭くすることになるのであるが、ピーク成分にコンプレス処理がかけられたとしても、人間は聴感上それを歪みとして感じにくい。よって、自動利得制御によってレベルを増幅された後にコンプレス処理を施された音声信号は、ダイナミックレンジが狭いにもかかわらず、聴感上明瞭に感じられる。 そして、このようにしてコンプレス処理された各周波数帯域の信号が帯域合成回路によって合成される。

よって、この信号処理装置に入力される音声信号のレベルに、周波数帯域毎のバラツキがあったとしても、自動利得制御によって各周波数帯域の信号成分が所定レベルまで増幅され、その後コンプレス処理や帯域合成処理を施され、最終的には、ダイナミックレンジが狭いにもかかわらず明瞭に聞き取ることのできる音声信号が生成される。

このように、この信号処理装置は、各周波数帯域毎の信号レベルにバラツキがあっても、その信号を明瞭、かつ、ダイナミックレンジの狭い信号に変えることができるのである。

よって、ハイインピーダンス伝送路を含むようなダイナミックレンジの狭い放送装置に適用しても、明瞭な音声をスピーカから発生させることができる。また、暗騒音が大きくても、スピーカから明瞭性のよい人間が聞き取りやすい音を出力することができる。

また、本発明の放送装置は、請求項１に記載の信号処理装置と、前記信号処理装置の前記帯域合成回路の出力信号を増幅し、ハイインピーダンス伝送路へ出力する増幅装置と、各々が前記ハイインピーダンス伝送路にトランスを介して接続されたスピーカとを備えている。

ハイインピーダンス伝送路を含む放送装置はダイナミックレンジを広くすることが難しいのであるが、この信号処理装置によって、入力された音声信号は、ダイナミックレンジが狭いにもかかわらず明瞭に聞き取ることのできる音声信号となる。よって上記スピーカからは、明瞭な音声が発生される。また、暗騒音が大きくてもスピーカから明瞭な音声を出力することができる。

本発明は、以上に説明した構成を有し、ダイナミックレンジの狭い放送装置であっても、また、暗騒音が大きくても、スピーカから明瞭性のよい聞き取りやすい音を出力することを可能にする。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

図１は、本発明の実施の形態の信号処理装置を用いた放送装置の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 信号処理装置
２ Ｄ／Ａ変換器
３ 増幅装置
３ａ パワーアンプ
３ｂ トランス
４ ハイインピーダンス伝送路
５ スピーカ装置
５ａ スピーカ
５ｂ トランス
Ｆｄ 帯域分割回路
Ｇ１〜Ｇｎ ＡＧＣ（自動利得制御）増幅回路
Ｃ１〜Ｃｎ コンプレス回路
Ｆｃ 帯域合成回路

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態の信号処理装置を用いた放送装置の一例を示すブロック図である。

この放送装置には、信号処理装置１と、その出力端子ＯＵＴに接続されたＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器２と、Ｄ／Ａ変換器２に接続されたハイインピーダンス出力の増幅装置３と、増幅装置３に接続されたハイインピーダンス伝送路４と、ハイインピーダンス伝送路４に並列接続された複数のスピーカ装置５とが備えられている。増幅装置３は、パワーアンプ３ａ及びハイインピーダンス伝送用（昇圧用）のトランス３ｂを備えて構成され、スピーカ装置５は、スピーカ５ａ及びマッチングトランス５ｂを備えて構成されている。

信号処理装置１では、デジタル信号処理が行われ、その入力端子ＩＮには、例えばマイクロホンから出力されるアナログ音声信号がＡ／Ｄ変換されたデジタル音声信号、あるいはＣＤプレーヤ等の記録媒体再生装置から出力されるデジタル音声信号が入力される。この信号処理装置１には、入力端子ＩＮから入力されるデジタル音声信号を複数の周波数帯域の信号に分割するための帯域分割回路Ｆｄと、帯域分割回路Ｆｄから入力される各々の信号のレベルを一定にして出力する複数のＡＧＣ（自動利得制御）増幅回路Ｇ１〜Ｇｎと、各々のＡＧＣ増幅回路Ｇ１〜Ｇｎから入力される信号をコンプレス処理（圧縮処理）して出力する複数のコンプレス回路Ｃ１〜Ｃｎと、全てのコンプレス回路Ｃ１〜Ｃｎの出力信号を合成して出力する帯域合成回路Ｆｃとが備えられている。この信号処理装置１は、例えばＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）によって構成され、帯域分割回路Ｆｄ、ＡＧＣ増幅回路Ｇ１〜Ｇｎ、コンプレス回路Ｃ１〜Ｃｎ及び帯域合成回路Ｆｃは、ＤＳＰの処理によって実現される機能ブロックを示したものである。

帯域分割回路Ｆｄは、例えば、離散ウェーブレット変換を用いた帯域分割フィルタバンクにより構成すればよい。また、帯域合成回路Ｆｃは、例えば、離散ウェーブレット逆変換を用いた帯域合成フィルタバンクとして構成すればよい。このような離散ウェーブレット変換及び逆変換を用いたフィルタバンクは、例えば画像信号のサブバンド符号化において用いられて周知である。

また、各々のコンプレス回路Ｃ１〜Ｃｎでは、入力信号レベルがしきい値を超えたときに出力信号レベルを入力信号レベルよりも減衰させる処理（コンプレス処理）を行う回路であり、例えば、１つのコンプレッサを用いた構成、あるいは特性の異なる複数のコンプレッサを直列に接続した構成、あるいはコンプレッサとリミッタとを直列に接続した構成であってもよい。ここで、入力信号レベルの変化の大きさに対する出力信号レベルの変化の大きさを示す圧縮比が低い（圧縮比が例えば２：１〜４：１）コンプレス回路をコンプレッサと言い、圧縮比が高い（圧縮比が例えば８：１〜１０：１）コンプレス回路をリミッタと言う。

以上のように構成された放送装置について、以下にその動作を説明する。

デジタル音声信号が信号処理装置の入力端子ＩＮへ入力される。帯域分割回路Ｆｄでは、入力されるデジタル音声信号を、可聴周波数範囲（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）を含む所定の周波数範囲を複数の周波数帯域に分割して複数の周波数帯域の信号（サブバンド信号）Ｓ１〜Ｓｎを生成する。ここで、サブバンド信号Ｓ１が最も低い周波数帯域のサブバンド信号であり、Ｓ１，Ｓ２，・・・，Ｓｎの順に高い周波数帯域のサブバンド信号とする。例えば、複数の周波数帯域に分割する所定の周波数範囲を０〜２５．６ｋＨｚとし、８つの周波数帯域に分割する場合（ｎ＝８の場合）、例えば、サブバンド信号Ｓ１が０〜２００Ｈｚの周波数帯域の信号、サブバンド信号Ｓ２が２００〜４００Ｈｚの周波数帯域の信号、サブバンド信号Ｓ３が４００〜８００Ｈｚの周波数帯域の信号、サブバンド信号Ｓ４が８００Ｈｚ〜１．６ｋＨｚの周波数帯域の信号、サブバンド信号Ｓ５が１．６〜３．２ｋＨｚの周波数帯域の信号、サブバンド信号Ｓ６を３．２〜６．４ｋＨｚの周波数帯域の信号、サブバンド信号Ｓ７が６．４〜１２．８ｋＨｚの周波数帯域の信号、サブバンド信号Ｓ８が１２．８〜２５．６ｋＨｚの周波数帯域の信号となるように、帯域分割回路Ｆｄは、複数のフィルタ（例えばバンドパスフィルタ）として機能する。

帯域分割回路Ｆｄから出力される各々のサブバンド信号Ｓ１〜Ｓｎは、それぞれＡＧＣ増幅回路Ｇ１〜Ｇｎによって一定レベルの信号となるように自動利得制御による増幅処理が行われて出力される。各々のＡＧＣ増幅回路Ｇ１〜Ｇｎでは、各周波数帯域毎に（各々のＡＧＣ増幅回路Ｇ１〜Ｇｎ毎に）予め定められた一定レベルの出力信号が得られるように、入力信号レベルに応じて利得を自動的に調整して増幅する。

各々のＡＧＣ増幅回路Ｇ１〜Ｇｎから出力された信号は、それぞれコンプレス回路Ｃ１〜Ｃｎによって所定のコンプレス処理が施されて出力される。

各々のコンプレス回路Ｃ１〜Ｃｎから出力された信号は、帯域合成回路Ｆｃによって所定の周波数範囲（例えば前述の０〜２５．６ｋＨｚ）の信号に合成されて出力端子ＯＵＴから出力される。

信号処理装置１の出力端子ＯＵＴから出力される音声信号（デジタル信号）は、Ｄ/Ａ変換器２によってアナログ音声信号に変換された後、パワーアンプ３ａによって電力増幅され、ハイインピーダンス伝送用のトランス３ｂを介してハイインピーダンス伝送路４へ出力される。このハイインピーダンス伝送路４へ出力されたアナログ音声信号は、それぞれのマッチングトランス５ｂを介してスピーカ５ａへ入力され、複数のスピーカ５ａから拡声音として出力される。

以上のように、ＡＧＣ増幅回路Ｇ１〜Ｇｎによって各周波数帯域毎の信号を予め定められた一定レベルにした後、それぞれコンプレス回路Ｃ１〜Ｃｎに入力することで、帯域分割回路Ｆｄから出力されたときのサブバンド信号Ｓ１〜Ｓｎがレベルの小さな信号であっても、ＡＧＣ増幅回路Ｇ１〜Ｇｎによって信号レベルの最大値をコンプレス回路Ｃ１〜Ｃｎのしきい値よりも大きくすることができ、確実にコンプレス処理を施すことが可能になる。

本実施の形態では、信号処理装置１の入力信号のレベルに、各周波数帯域毎のバラツキがあったとしても、各々の周波数帯域における信号のレベルを同程度にまで増幅させることができる。例えば、各々のサブバンド信号Ｓ１〜Ｓｎのレベルが小さい場合には、それぞれのＡＧＣ増幅回路Ｇ１〜Ｇｎによって、各々の周波数帯域毎に予め定められた一定レベルの信号となるように増幅される。また、各周波数帯域の信号をＡＧＣ増幅回路Ｇ１〜ＧｎによりＡＧＣ増幅した後、コンプレス回路Ｃ１〜Ｃｎによりコンプレス処理を施し、さらに、コンプレス処理された各周波数帯域の信号を合成するので、信号処理装置１の出力信号は、ダイナミックレンジが狭いにもかかわらず、明瞭に聞き取ることのできる音声の信号となる。よって、スピーカ５ａから再生される音声は、暗騒音が大きくても人間が聞き取りやすい明瞭な音声となる。また、信号処理装置１は、ダイナミックレンジが狭いにもかかわらず明瞭に聞き取ることのできる音声の信号を生成するので、ハイインピーダンス伝送路４を含むようなダイナミックレンジの狭い、本実施形態に示したような放送装置に好適である。

なお、本実施の形態では、ハイインピーダンス伝送路４に複数のスピーカ装置５が接続されているが、ハイインピーダンス伝送路４に接続されるスピーカ装置５が１つであっても構わない。

また、信号処理装置１を講演会等を行うホールでの放送装置に用いる場合に、図１において、ハイインピーダンス出力の増幅装置３とハイインピーダンス伝送路４とスピーカ装置５とに代えて、Ｄ／Ａ変換器２にパワーアンプを接続し、パワーアンプにスピーカを接続した構成とすればよく、この場合、コンプレス回路Ｃ１〜Ｃｎによってコンプレス処理が行われることによりハウリングを抑えることができる。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明に係る信号処理装置及びそれを用いた放送装置は、ＰＡシステム等に使用される装置として有用である。

Claims (2)

1. 音声信号を複数の周波数帯域の信号に分割する帯域分割回路と、
   前記帯域分割回路により分割された各々の周波数帯域の信号を入力し、前記各々の周波数帯域の信号のレベルが各々の周波数帯域に対応して予め定められているレベルになるように自動利得制御による増幅処理を前記各々の周波数帯域の信号に対し行う複数の自動利得制御増幅回路と、
   各々の前記自動利得制御増幅回路により増幅処理された信号をコンプレス処理して出力する複数のコンプレス回路と、
   前記複数のコンプレス回路の出力信号を合成して出力する帯域合成回路とを備えた信号処理装置。
2. 請求項１に記載の信号処理装置と、
   前記信号処理装置の前記帯域合成回路の出力信号を増幅し、ハイインピーダンス伝送路へ出力する増幅装置と、
   各々が前記ハイインピーダンス伝送路にトランスを介して接続されたスピーカとを備えた放送装置。

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