(57)【要約】【課題】  簡単な演算処理で波形歪の小さい信号レベル調整を可能とする。【解決手段】  ＤＳＰ２は１つの曲線関数ｆに従い、入力ディジタルオーディオ信号ＤＬ、ＤＲの瞬時値ｘＬ、ｘＲに対し演算を行いｆ値としての出力オーディオ信号ＤＬ’、ＤＲ’の瞬時値ｙＬ、ｙＲを求めて出力する。曲線関数ｆは、ＤＬ、ＤＲの瞬時値ｘＬ、ｘＲの可変域を−１≦ｘＬ、ｘＲ≦１として、      ｙＬ＝〔ａ・（ｂ−｜ｘ｜）c ＋ｄ〕・ｘＬ      ｙＲ＝〔ａ・（ｂ−｜ｘ｜）c ＋ｄ〕・ｘＲ        ａ、ｂ、ｃ、ｄ：係数で表される。但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、操作部４によるユーザの入出力特性可変操作に従いコントローラ５により可変設定される。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号のレベルを調整して出力する信号レベル調整装置において、
入力信号の瞬時値をｘとし、ｘを変数とする１つの曲線関数ｆに従いｘに対するｆ値を演算手段により演算して出力するようにしたこと、
を特徴とする信号レベル調整装置。
【請求項２】
前記１つの曲線関数ｆは、ｘ以外の少なくとも１つの設定値の可変なパラメータを含み、パラメータを可変設定する設定手段を設けたこと、
を特徴とする請求項１記載の信号レベル調整装置。
【請求項３】
前記１つの曲線関数ｆは、
〔ａ・（ｂ−｜ｘ｜）c ＋ｄ〕・ｘ  但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄは係数
の形式を有すること、
を特徴とする請求項１記載の信号レベル調整装置。
【請求項４】
ａ、ｂ、ｃ、ｄの内、少なくとも１つは設定値の可変なパラメータとし、パラメータを可変設定する設定手段を設けたこと、
を特徴とする請求項３記載の信号レベル調整装置。
【請求項５】
設定手段はユーザの入出力特性可変操作に従い、パラメータの可変設定をするようにしたこと、
を特徴とする請求項２又は４記載の信号レベル調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は信号レベル調整装置に係り、とくにコンプレッサ、リミッタ、エキスパンダなどの入力信号の瞬時値に応じてレベルを調整して出力する信号レベル調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オーディオシステムでは、ソースの音楽的性質や使用環境により、ダイナミックレンジの圧縮や拡張、音色の加工などのため、コンプレッサ、リミッタ、エキスパンダなどの各種の信号レベル調整装置が用いられる。例えば車載用オーディオシステムでは、運転中、小レベルの信号部分がエンジンの騒音にマスキングされて聞き取り難くなるが、ユーザが音量を大きく設定すると大レベルの信号部分で音が大きくなり過ぎてしまう。このため、小レベルの信号部分のゲインを比較的大きくして小音時に聞きとり易くする一方、大レベルの信号部分のゲインを比較的小さくして大音時に音が大きくなり過ぎないようにして全体としてダイナミックレンジを圧縮するコンプレッサが用いられる。また、ホームシアタでは集合住宅などの静寂な環境下で近所迷惑にならにいよう最大振幅を一定以下に制限するリミッタが用いられる。
【０００３】
従来、上記した各種信号レベル調整装置は、入力レベル−出力レベル特性図において入力レベルを１又は複数のスレッショルドレベルで区分し、各区分において、直線関数によりゲイン特性を定めることで実現していた。コンプレッサについて入力レベルが或るスレッショルドレベルより小さい範囲ではゲインを上げ、大きい範囲ではゲインを下げるようにした構成が小泉宣夫著「基礎音響・オーディオ学」コロナ社２００４年４月２８日発行の第７９乃至８０頁（非特許文献１）に記載されている。
【０００４】
図１は中レベルの信号部分のゲインを持ち上げるようにした従来の信号レベル調整装置の入力レベル（瞬時値レベル）−出力レベル（瞬時値レベル）特性の一例を示す線図である。入力信号の瞬時値ｘの可変範囲は−１≦ｘ≦１に正規化してある。出力信号の瞬時値をｙとすると、
（ａ）｜ｘ｜≦０．１６のとき、ｙ＝１．８５×ｘ
（ｂ）０．１６≦｜ｘ｜≦０．４のとき、ｙ＝１．１×ｘ＋０．１２×｜ｘ｜／ｘ
（ｃ）０．４≦｜ｘ｜≦０．８のとき、ｙ＝０．７×ｘ＋０．２８×｜ｘ｜／ｘ
（ｄ）０．８≦｜ｘ｜≦１．０のとき、ｙ＝０．８×ｘ＋０．２０×｜ｘ｜／ｘ
という具合にして、｜ｘ｜の可変範囲を４つに分けた各区分について、傾きの異なる直線関数でゲインを定めている。信号レベル調整装置を構成するＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）が入力信号の瞬時値ｘに対し上記各条件に従い演算処理を施して瞬時値がｙの出力信号を出力する。
【０００５】
しかしながら、従来の信号レベル調整装置では、入力信号の瞬時値を条件別に場合分けする必要があり、演算処理が複雑になる欠点があった。また、場合分け条件の境目の前後でゲインが大きく変わるため、例えば入力信号が三角波、正弦波のときの出力信号は図２、図３に示す如く波形となり、場合分け条件の境目で大きな波形歪が生じ、聴感上の違和感が生じる欠点があった。場合分け条件を多くすることで、境目の前後のゲイン変化を小さくすることができるが、処理が複雑化してしまう。
【０００６】
【非特許文献１】小泉宣夫著「基礎音響・オーディオ学」コロナ社２００４年４月２８日発行の第７９乃至８０頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記した従来技術の問題に鑑み、場合分けをすることなく簡単な演算処理で波形歪の小さい信号レベル調整が可能な信号レベル調整装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の信号レベル調整装置では、入力信号のレベルを調整して出力する信号レベル調整装置において、入力信号の瞬時値をｘとし、ｘを変数とする１つの曲線関数ｆに従いｘに対するｆ値を演算手段により演算して出力するようにしたこと、を特徴としている。
本発明の１つの態様では、前記１つの曲線関数ｆは、ｘ以外の少なくとも１つの設定値の可変なパラメータを含み、パラメータを可変設定する設定手段を設けたこと、を特徴としている。
本発明の他の１つの態様では、前記１つの曲線関数ｆは、〔ａ・（ｂ−｜ｘ｜）c ＋ｄ〕・ｘ  但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄは係数
の形式を有すること、を特徴としている。
本発明の更に他の１つの態様では、ａ、ｂ、ｃ、ｄの内、少なくとも１つは設定値の可変なパラメータとし、パラメータを可変設定する設定手段を設けたこと、を特徴としている。
本発明の他の１つの態様では、設定手段はユーザの入出力特性可変操作に従い、パラメータの可変設定をするようにしたこと、を特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、１つの曲線関数に従い信号レベルの調整を行うので、入力信号の瞬時値を場合分けする必要がなく、演算処理が簡単となる。また、ゲインが急変する入力レベルがなくなり波形歪が小さくなり、聴感上の違和感が小さくなる。また、曲線関数にｘ以外に少なくとも１つの設定値の可変なパラメータを含め、該パラメータを可変設定できるようにしたので、入出力特性の変更を簡単に行うことができ、汎用性が増す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の最良の形態を実施例に基づき説明する。
【実施例１】
【００１１】
図４を参照して本発明の第１実施例を説明する。図４は本発明に係る信号レベル調整装置の構成を示す構成図である。
図４において、１Ａ、１ＢはＬＲ２チャンネルの入力アナログオーディオ信号ＡＬ、ＡＲをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、２はＡ／Ｄ変換された入力ディジタルオーディオ信号ＤＬ、ＤＲに対し所定の演算処理を施して信号レベルの調整を行うＤＳＰ、３Ａ、３ＢはＤＳＰ２からの出力ディジタルオーディオ信号ＤＬ’、ＤＲ’をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器、４はユーザが入出力特性の可変操作をする操作部、５はユーザの操作に従い、ＤＳＰ２に対し演算処理に用いるパラメータの設定を行うコントローラである。ＤＳＰ２は１つの曲線関数ｆに従い、入力ディジタルオーディオ信号ＤＬ、ＤＲの瞬時値ｘＬ、ｘＲに対し演算を行いｆ値としての出力ディジタルオーディオ信号の瞬時値ｙＬ、ｙＲを求めて出力する。ここで、曲線関数ｆは、ＤＳＰ２の扱う瞬時値ｘＬ、ｘＲの可変域が各々−１≦ｘＬ≦１、−１≦ｘＲ≦１に正規化されているものとして、ｘＬ−ｙＬの座標軸平面上の−１≦ｘＬ≦１の範囲で原点対称かつ単調増加な方程式と、ｘＲ−ｙＲの座標軸平面上の−１≦ｘＲＬ≦１の範囲で原点対称かつ単調増加な方程式とされており、具体的には、
ｙＬ＝〔ａ・（ｂ−｜ｘ｜）c ＋ｄ〕・ｘＬ            ・・・ (１）
ｙＲ＝〔ａ・（ｂ−｜ｘ｜）c ＋ｄ〕・ｘＲ            ・・・ (２）
ａ、ｂ、ｃ、ｄ：係数
で表される。但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄはコントローラ５により可変設定されるパラメータであり、ａはエフェクトレベルを定める。
【００１２】
ＤＳＰ２は、ｘＬに対し絶対値演算をする絶対値演算部１０、ｂから絶対値演算部１０の出力を減算する減算部１１、減算部１１の出力をｃ乗する指数演算部１２、指数演算部１２の出力をａ倍する乗算部１３、乗算部１３の出力にｄを加算する加算部１４をａ倍する乗算部１３、乗算部１３の出力にｄを加算する加算部１４、ｘＬに対し加算部１４の出力を乗じる乗算部１５、ｘＲに対し絶対値演算をする絶対値演算部２０、ｂから絶対値演算部２０の出力を減算する減算部２１、減算部２１の出力をｃ乗する指数演算部２２、指数演算部２２の出力をａ倍する乗算部２３、乗算部２３の出力にｄを加算する加算部２４、ｘＲに対し加算部２４の出力を乗じる乗算部２５を有し、乗算部１５から瞬時値ｙＬの出力ディジタルオーディオ信号ＤＬ’を出力し、乗算部２５から瞬時値ｙＲの出力ディジタルオーディオ信号ＤＲ’を出力する。
【００１３】
操作部４ではユーザがａ、ｂ、ｃ、ｄの値の可変操作をすることで、信号レベル調整装置の入出力特性を可変できるようになっている。コントローラ５は操作部４で可変されたａ、ｂ、ｃ、ｄの値をＤＳＰ２に設定して、信号レベル調整用の演算処理を実行させる。
【００１４】
図５は信号レベル調整装置の動作を示すフローチャート、図６は入出力特性を示す線図、図７乃至図９は入力波形と出力波形を対比して示す線図であり、以下、これらの図を参照して上記した実施例の動作を説明する。
ユーザが入力信号の中レベルを持ち上げる入出力特性に切り換えたい場合、操作部４で曲線関数ｆを定めるパラメータの値を例えば、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝２、ｄ＝１に可変する（図５のステップＳ１０）。すると、コントローラ５はこれらの値をＤＳＰ２に設定し、演算処理を開始させる（ステップＳ１１、Ｓ１２）。入力アナログオーディオ信号ＡＬ、ＡＲは、Ａ／Ｄ変換器１Ａ、１Ｂにより入力ディジタルオーディオ信号ＤＬ、ＤＲに変換されてＤＳＰ２に入力される。ＤＳＰ２は、ＤＬ、ＤＲの瞬時値ｘＬ、ｘＲに対し、
ｙＬ＝〔１×（１−｜ｘＬ｜）２＋１〕×ｘＬ    ・・（３）
ｙＲ＝〔１×（１−｜ｘＲ｜）２＋１〕×ｘＲ    ・・（４）
の演算を行い、瞬時値ｙＬ、ｙＲを持つ出力ディジタルオーディオ信号ＤＬ’、ＤＲ’を出力する。ＤＬ’、ＤＲ’はＤ／Ａ変換器３Ａ、３Ｂにより出力アナログオーディオ信号ＡＬ’、ＡＲ’に変換されて出力される。
【００１５】
曲線関数ｆが（３）、（４）のときの入出力特性を図６の実線Ａに示す。瞬時値ｘＬ、ｘＲの可変域全体にわたり連続的かつ滑らかにゲインが変化していることが判る。入力ディジタルオーディオ信号ＤＬ（ＤＲ）が三角波と正弦波の場合の出力波形ＤＬ’（ＤＲ’）を図７、図８に示す。従来の信号レベル調整装置の出力波形（図２、図３参照）と比較して波形歪が小さくなっている。
【００１６】
ユーザが入力信号の大レベルのゲインを少し下げたい場合、例えば、ａ＝１、ｂ＝１、ｃ＝４、ｄ＝１に可変する。すると、コントローラ５はこれらの値をＤＳＰ２に設定し、演算処理を開始させる（ステップＳ１３、Ｓ１１、Ｓ１２）。ＤＳＰ２は、ＤＬ、ＤＲの瞬時値ｘＬ、ｘＲに対し、
ｙＬ＝〔１×（１−｜ｘＬ｜）４＋１〕×ｘＬ    ・・（５）
ｙＲ＝〔１×（１−｜ｘＲ｜）４＋１〕×ｘＲ    ・・（６）
の演算を行い、瞬時値ｙＬ、ｙＲを持つ出力ディジタルオーディオ信号ＤＬ’、ＤＲ’を出力する。曲線関数ｆが（５）、（６）のときの入出力特性を図６の実線Ｂに示す。入力信号の大レベルの部分のゲインが殆んど１となっている事が判る。
【００１７】
これと異なり、ユーザが入力信号が大レベルのときの出力レベルを圧縮したい場合、例えば、ａ＝０．３、ｂ＝１．８、ｃ＝２、ｄ＝０．３に可変する。すると、コントローラ５はこれらの値をＤＳＰ２に設定し、演算処理を開始させる（ステップＳ１３、Ｓ１１、Ｓ１２）。ＤＳＰ２は、ＤＬ、ＤＲの瞬時値ｘＬ、ｘＲに対し、
ｙＬ＝〔０．３×（１．８−｜ｘＬ｜）２＋０．３〕×ｘＬ    ・・（７）
ｙＲ＝〔０．３×（１．８−｜ｘＲ｜）２＋０．３〕×ｘＲ    ・・（８）
の演算を行い、瞬時値ｙＬ、ｙＲを持つ出力ディジタルオーディオ信号ＤＬ’、ＤＲ’を出力する。曲線関数ｆが（７）、（８）のときの入出力特性を図６の実線Ｃに示す。入力ディジタルオーディオ信号ＤＬ（ＤＲ）が正弦波の場合の出力波形ＤＬ’を図９に示す。出力信号の最大振幅が制限されている事が判る。
【００１８】
この実施例によれば、１つの曲線関数ｆに従い信号レベルの調整を行うので、入力信号の瞬時値を場合分けする必要がなく、演算処理が簡単となる。また、ゲインが急変する入力レベルがなくなり波形歪が小さくなり、聴感上の違和感が小さくなる。また、曲線関数ｆのｘ以外の係数を設定値の可変なパラメータとし、ユーザの入出力特性可変操作に従い、当該パラメータを可変設定できるようにしたので、入出力特性の変更を簡単に行うことができ、汎用性が増す。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、オーディオ信号を始めとして、映像信号、測定信号などを対象として信号レベルの調整を行なう装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の信号レベル調整装置の入出力特性の一例を示す線図である。
【図２】従来の信号レベル調整装置に三角波を入力したときの出力波形を示す線図である。
【図３】従来の信号レベル調整装置に正弦波を入力したときの出力波形を示す線図である。
【図４】本発明に係る信号レベル調整装置の構成を示すブロック図である（実施例１）。
【図５】図４のコントローラの制御処理を示すフローチャートである。
【図６】図４の信号レベル調整装置の入出力特性を示す線図である。
【図７】図４の信号レベル調整装置の入力波形と出力波形を対比して示す線図である。
【図８】図４の信号レベル調整装置の入力波形と出力波形を対比して示す線図である。
【図９】図４の信号レベル調整装置の入力波形と出力波形を対比して示す線図である。
【符号の説明】
【００２１】
２  ＤＳＰ
４  操作部
５  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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