(57)【要約】【課題】  大振幅信号の振幅が強度に抑圧されても、歪み感の少ない再生音が得られる音声信号をつくり出すことによって音響機器のみかけ能力を高める。また同様の手法によってマイクロホンで検出された音信号を、人の耳が自然の音に感じるような音量感の再生音が得られる信号に変換する。そしてこれを用いて高音質の補聴器等、音声信号を扱う機器の性能向上を図る。【解決手段】  小振幅信号はほぼそのままに、低周波数大振幅の音声信号に対して振幅抑圧をおこなう。しかし、周波数が高い信号ほど振幅抑圧をあまり行わない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既定レベルを越える振幅信号が入力されると、既定レベル以下の振幅部分はほぼそのままで、既定レベルを越える振幅部分において、低い周波数信号の方が高い周波数信号よりも強く振幅抑圧が行われる、音声信号振幅抑圧回路。
【請求項２】
バイアスが変化される、或いは別の信号が減算又は加算されることによって信号の振幅抑圧が行われる、音声信号振幅抑圧回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２、或いは請求項１と請求項２双方の音声信号振幅抑圧回路が使用された、パワーアンプ、補聴器、助聴器、電話機、通信機、拡声機、録音機、望遠マイク、音声認識装置等、音声信号を扱う全ての機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は音質低下が大変少ない再生音を得ることができる、音声信号の振幅抑圧回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、音声信号の増幅器等では能力を大きく越える振幅信号が入力されると、その出力信号による再生音質は著しく低下した。そのため大振幅信号が入力されても再生音質の低下が少ないリミッターが当発明者によって考案された（特願２０００−１７２７０５）。しかし、このリミッターも、あまりに大きな振幅信号が入力されると音質低下は避けられなかった。そのため再生音質の低下を感じさせないで大きな振幅抑圧ができる回路の出現が望まれていた。
また、マイクロホンで収音された自然界の音がスピーカーで再生される場合、遠くの音と近くの音のレベル差が大変大きく、人が自然界で感じるレベル差とは大きな違いがあった。そのため従来は、多くの音源が様々な距離に存在する場合、マイクロホンで捉えられた信号では、遠くの音を人の耳のように識別することが出来なかった。そしてその理由は、人は聞きたい音を選別して聞いているからだとされていた。そのため、人の耳が自然の音を識別するのと同様に識別が可能な再生音を得ることは長い間夢であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  強い振幅抑圧が行われても音質の低下が少ない再生音を得ることと、人が自然の音に感じるような音圧レベルの音を再生音で得るのがこの発明の課題である。つまり再生音に歪みを感じさせないで音声信号の振幅が抑圧されるなら信号のダイナミックレンジを小さく出来るので、音響機器の実用能力が向上する。また、大振幅信号と小振幅信号の振幅差を少なくできるなら人が自然の音に感じるようなレベル差の再生音を得ることができる。
（遠くの音と近くの音の最大の違いは、その周波数によるレベルの違いである。つまり低音は高音に比べて距離による減衰が大きい。そのため、近くの音は低音の振幅が大きく、遠くの音の低音振幅は小さい。そして、人は大レベル低音を小さく補正して聞いていると考えられる。従って、低音信号であっても小振幅信号はそのままで、大振幅信号の振幅を抑圧すれば、理想的な再生音を得ることができる。）
【課題を解決するための手段】
【０００４】  小レベル信号はそのままに、低い周波数ほど強く振幅抑圧を行うことが出来るなら、低音大振幅信号を強く抑圧してもその再生音に歪みはあまり感じられない。またマイクロホンで検出された信号がそのように振幅抑圧されるなら、人が自然の中で感じるような遠くの音と近くの音のレベル差の少ない音を再生出来る（これは当発明者の考案であり、実験により確認された）。
また、自然界の音は通常、高い周波数では振幅が小さいので高い周波数の信号は抑圧しなくても低い周波数信号の振幅を抑圧すれば、そのダイナミックレンジを十分小さく出来る。【０００５】  小レベル信号はそのままに、低い周波数ほど強く振幅抑圧を行う方法はいろいろ考えられるが、「図１」と「図２」はその回路例である。
「図１」を説明すれば、
１）Ｃ１の一端は音声信号の入力回路であり、他端はＯＰ１のプラス入力端子に接続されている。
２）Ｒ１の一端はＯＰ１のプラス入力端子へ、他端はＧＮＤに接続されている。従ってＲ１は、ＯＰ１のプラス入力端子の無信号時電位をＧＮＤと同等にしている。
３）ＯＰ１の出力端子とマイナス入力端子は接続されていて、ＯＰ１はバッファーアンプを構成している。
４）Ｃ２の一端はＯＰ１の出力端子に接続されて、他端はＤ１のカソード及びＤ２のアノードに接続されている。またＤ１のアノードとＤ２のカソードはＧＮＤに接続されている。従ってＯＰ１出力信号振幅がＤ１及びＤ２の順方向電位を越ようとするとＣ２とＤ１及びＤ２の結合点ではバイアスがシフトされ振幅制限された信号（特願２０００−１７２７０５のリミッター出力と同様の電圧信号）が現れる。
５）Ｒ２の一端はＯＰ１の出力端子に、他端はＯＰ２のマイナス入力端子に接続されている。またＲ５の一端はＯＰ２のマイナス端子に、他端は出力端子に接続されている。そしてＲ２とＲ５の値は同じである。
６）Ｒ３の一端はＣ２とＤ１、Ｄ２の結合点に、他端はＯＰ２のプラス入力端子に接続されている。またＲ４の一端はＯＰ２のプラス入力端子に、他端はＧＮＤに接続されている。そしてＲ３とＲ４の値は同じである。
７）５）項と６）項の接続によってＯＰ２の出力端子にはＯＰ１の出力端子の信号とＣ２、Ｄ１、Ｄ２の接続点の信号の差が現れる。つまりＯＰ２の出力信号はＯＰ１の出力信号からＣ２とＤ１、Ｄ２の接続点の信号を得るためのバイアスシフト信号と同等である。
７）Ｒ６の一端はＯＰ２の出力端子に接続、他端はＣ３の一端に接続されている。また、Ｃ３の他端はＧＮＤに接続されている。そしてＲ６とＣ３の接続点はＯＰ３のプラス入力端子に接続されている。つまり、Ｒ６とＣ３はハイカットフィルターを構成していてそのハイカットフィルター出力信号がＯＰ３のプラス入力端子に加えられている。
８）ＯＰ３の出力端子はＯＰ３のマイナス入力端子と接続されている。つまりＯＰ３はバッファーアンプである。
９）Ｒ８の一端はＯＰ３の出力端子に接続、他端はＯＰ４のマイナス入力端子に接続されている。またＲ７の一端はＯＰ１の出力端子に接続、他端はＯＰ４のマイナス入力端子に接続されている。そしてＲ７とＲ８の値は等しい。
１０）Ｒ９の一端はＯＰ４の出力端子に接続、他端はＯＰ４のマイナス入力端子に接続されている。また、ＯＰ４のプラス入力端子はＧＮＤに接続されている。従って、ＯＰ４の出力端子にはＯＰ３の出力信号とＯＰ１の出力信号が加算、そして反転された信号が現れる。つまりＯＰ４の出力回路には、Ｃ２とＤ１及びＤ２の接続点の信号を作るためのバイアスシフト信号がハイカットされ滑らかになった信号によって、ＯＰ１の出力信号のバイアスシフトが行われた結果の信号が反転されて現れる。
１１）ＯＰ４の出力信号は比較的低い周波数では特願２０００−１７２７０５のリミッターと同様の振幅制限が行われているが、高い周波数ではあまり振幅制限が行われていない。しかし、通常音声信号の振幅は周波数が高いほど小さいので、低い周波数の振幅制限が行われるだけで、信号のダイナミックレンジを小さくすることが出来る。また、高い周波数の振幅制限があまり行われないことによって、低い周波数の振幅制限が行われても高調波の発生が少なく、その再生音に歪みはあまり感じられない。
１２）Ｄ１，Ｄ２，Ｃ２によるリミッターは特願２０００−１７２７０５と同等であるが、ここには一般的なリミッターが使用されても本発明の目的を有る程度満足させることが出来る（Ｃ２を抵抗に置き換えれば一般的なリミッターである）。しかしそれは、特願２０００−１７２７０５のリミッターが使われた場合に比べ再生音質が劣る。【０００６】  「図２」はバイアスシフト信号を分離することなく歪み感の少ない再生音の振幅抑圧信号を得ることが出来る回路である。この回路は「図１」の回路ほど回路定数の正確さを必要としない利点がある。
「図２」の回路動作を説明すれば、
１）ＯＰ５の出力端子とマイナス入力端子は互いに接続されていてＯＰ５はバッファーアンプを構成している。
２）ＯＰ５のプラス入力端子には音声信号が入力される。そして、この音声信号はＯＰ５の出力端子からローインピーダンスで出力される。
３）Ｃ５の一端はＯＰ５の出力端子に、他端はＯＰ６のプラス入力端子に接続されていて、ＯＰ５の出力信号をＯＰ６に伝達する。
４）Ｒ１４の一端はＯＰ６のプラス入力端子に、他端はＧＮＤに接続されていて、無信号時のＯＰ６の入力バイアス電圧を決めている。
５）ＯＰ６の出力端子とマイナス入力端子は互いに接続されていてＯＰ６はバッファーアンプを構成している。
５）Ｒ１０の一端は＋Ｖｃｃに、他端はＱ１のベースに接続されている。またＲ１１の一端はＱ１のベースに、他端はＧＮＤに接続されている。従ってＲ１０とＲ１１は無信号時のＱ１ベース電圧を決めている。そしてＱ１のベースとＧＮＤ間の電圧はＱ１のＶｂ−ｅより小さい。
６）Ｒ１３の一端は−Ｖｃｃに、他端はＱ２のベースに接続されている。またＲ１２の一端はＱ２のベースに、他端はＧＮＤに接続されている。従ってＲ１３とＲ１２は無信号時のＱ２ベース電圧を決めている。また、Ｑ２のベースとＧＮＤ間の電圧はＱ２のＶｂ−ｅより小さい。
７）Ｃ４の一端はＯＰ５の出力端子に、他端はＱ１のベースに接続されている。また、Ｃ４、Ｒ１０、Ｒ１１はハイパスフィルターを構成していてＯＰ５の出力信号の比較的高い周波数信号の割合を多くＱ１のベースへ伝える。
８）Ｃ６の一端はＯＰ５の出力端子に、他端はＱ２のベースに接続されている。また、Ｃ６、Ｒ１３、Ｒ１２はハイパスフィルターを構成していてＯＰ５の出力信号の比較的高い周波数信号の割合を多くＱ２のベースへ伝える。
９）ＩＮ  ＰＵＴに信号が入力されると、それはＯＰ５の出力端子に現れる。そしてＯＰ５の出力信号はＣ５を経てＯＰ６のプラス端子に入力される。この時、信号がＣ４、Ｒ１０、Ｒ１１又はＣ６、Ｒ１３、Ｒ１２によるハイパスフィルターをあまり通過できない低周波数で、かつ、Ｃ５を通過した信号がＱ１又はＱ２にエミッタ電流を流すことがある大きさの振幅の場合、Ｑ１又はＱ２のエミッター電流によってＯＰ６のプラス入力端子のバイアスはシフトされる。その結果ＯＰ６のプラス入力端子信号は振幅制限される。
１０）ＩＮ  ＰＵＴに入力される信号が、Ｃ４、Ｒ１０、Ｒ１１又はＣ６、Ｒ１３、Ｒ１２によるハイパスフィルター出力に十分現れる高い周波数ならば、Ｑ１又はＱ２のエミッタの、信号による電位変動と共に、ベース電位も変動するので、ＯＰ６のプラス入力端子の信号は振幅抑圧をあまり受けない。
１１）ＯＰ６のプラス入力端子信号はＯＰ６でインピーダンス変換されて出力端子から出力される。
１２）この回路も「図１」と同様、振幅抑圧に特願２０００−１７２７０５と同様の回路が使用されているがＣ５を抵抗に置き換えて一般的なリミッター構成にすることは可能である。
【発明の効果】
【０００７】  音響機器に、そのダイナミックレンジを越える信号が入力されても歪み感の少ない再生音を得ることが可能なので、音響機器の見かけ能力を高めることが出来る。
また、自然界で人が感じる音に近いレベル感の音を再生出来るので、補聴器や録音機等の音質を飛躍的に高めることができる。
更に、マイクロホンと音源の距離による音量や音質の違いを少なく出来るので、遠くの音を捉え易くなった。
【実施例】
【０００８】  「図３」（Ａ）は本発明が使用されたパワーアンプ回路のブロックダイヤグラム例である。パワーアンプに本発明が用いられると、聴感上のアンプ能力を向上できる。つまり能力以上の振幅信号が入力されても再生音に歪みが感じられない振幅抑圧が出来るので、結果として出力が大きいアンプのような音量を出せる。【０００９】  「図３」（Ｂ）は本発明が補聴器に使われた場合の回路ブロックダイヤグラム例である。従来の補聴器（助聴器や集音器も含む）では遠くの音と近くの音を同時に聞き分けるのは殆ど不可能とされてきたが、本発明が用いられた補聴器なら健聴者の聞こえ方の様な聞き分けが可能である。理由は遠くの低音（つまり振幅は小さい）はそのままに、近くの過大な低音を歪み感なく抑圧出来るからである。【００１０】  「図３」（Ｃ）は本発明が電話機に使用された回路ブロックダイヤグラム例である。従来、ハンズフリー電話機では送話者がマイクロホンから離れて話すとき、その送話音は受話者にとって遠く離れた声のように聞こえる欠点があった。しかし、本発明が送話回路に使用されたハンズフリー電話機では、送話者がマイクロホンから多少離れても送話音質があまり変わらない。そのため、受話者は違和感のない会話が可能である。【００１１】  「図３」（Ｄ）は本発明が拡声機に使用された場合の回路ブロックダイヤグラム例である。拡声機では、パワーアンプと同様に小さなパワーで比較的大きな音量が得られる。
従って小型軽量が要求される用途では大変有用である。【００１２】  「図３」（Ｅ）は本発明がテープレコーダーに使用された場合の回路ブロックダイヤグラム例である。従来の録音機で会議等の録音をすると、その再生音は近くの音と遠くの音のレベル差があまりに大きく了解度を高く出来なかった。しかし、本発明が使用された録音機なら遠くの音も近くの音も鮮明に録音することができる。これは補聴器の場合と同じ理由による。【００１３】  「図３」（Ｆ）は本発明が望遠マイクロホンに使用された場合の回路ブロックダイヤグラム例である。ビデオカメラ等では望遠マイクと称される鋭指向性のマイクロホンが被写体付近の音をよりよく録音するために用いられることが有るが、それは一定方向の音にのみ感度が高いというだけで、距離の違いによる音量差は通常のマイクロホンと同じであった。しかしこの鋭指向性のマイクロホンと本発明が組み合わせられるなら、一定方向の遠くの音をより鮮明に捉えることが出来る。【００１４】  「図３」（Ｇ）は本発明が音声認識装置に使用された場合の回路ブロックダイヤグラム例である。従来、音声認識装置では認識率の問題から、話者はマイクロホンに近接して話すのが普通であった。しかし、本発明が使用されるなら、話者はそれほどマイクロホンに近接しなくても、高い認識率を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】  「図３」に挙げた以外にもこの発明は音声信号用のあらゆる機器で利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の振幅抑圧回路例１
【図２】本発明の振幅抑圧回路例２
【図３】本発明が使用された音響機器回路のブロックダイヤグラム例
【符号の説明】
【００１７】Ｒ１〜Ｒ１４は抵抗                    Ｃ１〜Ｃ６はコンデンサ
Ｄ１、Ｄ２はダイオード                ＯＰ１〜ＯＰ６はオペアンプ
Ｑ１、Ｑ２はトランジスタ              ＶＲはアッテネーター
ＩＮ  ＰＵＴは入力回路                ＯＵＴ  ＰＵＴは出力回路
＋Ｖｃｃはプラス電源                  −Ｖｃｃはマイナス電源
ＧＮＤは接地回路                      ＡＦ  ＡＭＰは低周波増幅器
ＳＵＰＰＲＥＳは本発明の振幅抑圧器    ＰＷ  ＡＭＰはパワーアンプ
ＭＩＣはマイクロホン                  ＰＨＯＮＥはイヤホン
Ｓ．Ｎ．Ｃはスピーチネットワーク回路  Ｈ．Ｆ．Ｃはハンズフリー回路
ＤＩＡＬＥＲはダイヤル回路            Ｈ．Ｓはハンドセット
ＳＰはスピーカー                      Ｒ．Ｐ．Ｈは録音／再生ヘッド
ＲＥＣ  ＡＭＰは録音アンプ            ＰＢ  ＡＭＰは再生アンプ
【図１】
2006025382.tif 000003
【図２】
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【図３】
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