(57)【要約】本発明は、オーディオ信号の低音域周波数を増幅する装置に関する。低音域成分は制御可能な増幅器に供給される。比較回路は前記増幅器の出力部からの信号と入力部からの信号とを比較する。フィードフォワード信号がフィードバック信号よりも高いレベルを持つ場合、低音域の出力は減少させられ、逆の場合は増大させられる。振動ピーク値は、フラット型ラウドスピーカについての時間及び周波数に関して減少させられる。
2005506781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号の低音域周波数を増幅する装置であって、第１の信号部分及び第２の信号部分に前記オーディオ信号を分割する第１の手段と、制御可能な増幅器回路を持つピーク値圧縮器を有する増幅器と、前記第２の信号部分を圧縮するための制御回路と、前記第１の信号部分と前記圧縮された前記第２の信号部分とを結合する第２の手段とを有する装置において、
前記ピーク値圧縮器は、前記ピーク値圧縮器の入力部に接続されたフィードフォワードループ部と、前記ピーク値圧縮器の出力部に接続されたフィードバックループ部とを持つ比較回路を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記比較回路は、０．３乃至０．７の率で、有利には０．４乃至０．６及びとりわけ０．５の率で前記入力部からの入力値を印加することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の手段は、前記オーディオ信号を分割するバンドパスフィルタを有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の手段は、前記オーディオ信号を分割する加算器回路を有することを特徴とする、請求項１又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記増幅器は自動ゲイン制御器を持つことを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項６】
左及び右チャネルを持つステレオシステムの左及び右ディジタルオーディオ信号の低音域周波数を増幅する方法であって、
前記オーディオ信号をバンドパス制限するステップと、
次いでフィードフォワード及びフィードバックピーク値圧縮器において前記バンドパス制限されたオーディオ信号を圧縮するステップと、
前記オーディオ信号をハイパスフィルタリングするステップと、
前記圧縮されたオーディオ信号を前記ハイパスフィルタリングされたオーディオ信号に加算するステップと、
を有する方法。
【請求項７】
前記左及び右オーディオ信号は前記バンドパス制限の前に加算され、前記加算された信号は、前記圧縮の後それぞれのハイパスフィルタリングされたオーディオ信号に加算されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオ信号の低音域周波数を増幅する装置であって、第１の信号部分及び第２の信号部分に前記オーディオ信号を分割する第１の手段と、制御可能な増幅器回路を持つピーク値圧縮器を有する増幅器と、前記第２の信号部分を圧縮するための制御回路と、前記第１の信号部分と前記圧縮された前記第２の信号部分とを結合する第２の手段とを有する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かような装置は米国特許６，３５９，６５５より知られている。当該装置は、フィードバック制御可能で、ゲインが低音域成分に依存して変化する増幅器を有する。低いレベルにおいては低音域成分のゲインはより高く、高いレベルにおいてはより低い。このタイプの低音域ゲインは、円錐形のラウドスピーカ膜（membrane）を持つ電気力学的なラウドスピーカを介して優れた音響効果を達成するために適している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
フラット型のラウドスピーカを介した音声の再生のためには、この種の低音域ゲインは適していない。フラット型のラウドスピーカは、以下パネルとも呼ぶ、また分散された方式のスピーカとしても知られる、フラットな放射面を持つ。美感的な理由のため、フラット型のラウドスピーカはますます広く用いられている。低音域の再生は、フラット型のラウドスピーカを用いては、ますます実現され得なくなっている。機構的な構造により、フラット型のラウドスピーカの振動は、円錐型の膜を持つ電気力学的なラウドスピーカに比べると制限される。電気的な手段による低音域周波数のゲインは急速に歪み、とりわけ機構的なクリッピング及び音響的な乱れへと導き得、しばしば増幅器による電気的なクリッピングの前に発生する。
【０００４】
それ故本発明の目的は、フラット型のラウドスピーカのための増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本目的は、請求項１に定義された特有の特徴によって達成される。本発明によれば、ピーク値圧縮器は、該ピーク値圧縮器の入力部に接続されたフィードフォワードループ部と、出力部に接続されたフィードバックループ部とを持つ比較回路を有する。前記フィードフォワードループ部は、致命的なピーク値を持つ信号が増幅器に供給され次いでラウドスピーカに送られることを防止する、フィードフォワード制御器の一部である。このようにして、フィードフォワードの低音域圧縮オーディオシステム及び方法が実現され、出力される低音域のパワーを増大させ、同時にラウドスピーカの機構的なクリッピングのような著しい乱れを防止する。低音域信号の平均値は、時間及び周波数の両方において範囲に関して最大化される。発想は、著しい音声を最大化する低音域信号をフラット型のラウドスピーカに加えることである。このとき前記フラット型のラウドスピーカについての時間及び周波数に関する振動ピーク値が同時に防止される。
【０００６】
有利にも前記比較回路は、０．３乃至０．７の率で、有利には０．４乃至０．６及びとりわけ０．５の率で、前記フィードフォワードループ部からの入力値を印加する。前記フィードフォワード制御器において検出されたピーク値が、５０％の圧縮率に対応する０．５の率で増幅されるとき、ボリューム制御はスイッチオフされたピーク値圧縮と比べて３ｄＢ高くスイッチされることができる。前記ボリューム制御は、前記ピーク値圧縮器におけるゲイン制御の崩壊（decay）時間にも依存する。ここで前記崩壊時間は、以下減衰（dying-down）時間とも呼ぶ。
【０００７】
有利にも、前記第１の手段は前記オーディオ信号を分割するバンドパスフィルタを有する。前記ピーク値圧縮器は、バンド制限された信号を用いて正しく動作することができる。それ故、前記ラウドスピーカが再生できない、とりわけ低い周波数に周波数を引き伸ばすことは必要ではない。
【０００８】
有利にも、前記第１の手段は、前記オーディオ信号を分割するための加算器回路を有する。前記ラウドスピーカの共鳴周波数よりも低い周波数、即ち聴取者によって音源が位置特定されない周波数が増幅される場合、２以上のチャネルからの低音域周波数は２以上の加算器回路において結合され、信号圧縮器によって処理され、１以上のラウドスピーカを介して再生される。
【０００９】
前記低音域の信号が処理される間、直接の経路に存在する信号は、前記ラウドスピーカの共鳴周波数より高い自由に選択可能なハイパスフィルタによってフィルタリングされることができる。この理由のため、個別に処理された、低音域信号の最小化された共振ピーク値が、前記ラウドスピーカに供給される。
【００１０】
有利にも、前記増幅器は自動ゲイン制御を持つ。前記ゲイン制御は、前記オーディオ装置の出力レベルをチェックし、前記チェックされたレベルが所定の目標レベルを超えている場合前記低音域の経路におけるパワーを減少させる。このことは、非常に高い出力レベルにおける機構的なクリッピングを防止する。前記出力レベルは、前記第１及び第２の圧縮された信号部分の加算の後、及び手動で制御可能なボリューム制御の後に帰着するレベルである。
【００１１】
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施例を参照しながら明らかとなり説明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、低音域周波数を増幅する装置１を示し、該装置は２つの入力部２及び３、加算器４、ハイパスフィルタ５、バンドパスフィルタ６、第２のハイパスフィルタ７、増幅器８、２つの更なる加算器９及び１０、２つの出力部１１及び１２、並びに２つの更なる入力部１３及び１４を有する。増幅器８は、ピーク値圧縮器１５及び自動ゲイン制御器１６を有する。ピーク値圧縮器１５は制御可能な増幅器回路１７、制御回路１８、及び比較器１９を有する。フィードフォワードループ部２０は、制御可能な増幅器１７の入力部２１を比較器１９に接続し、フィードバックループ部２２は、制御可能な増幅器１７の出力部２３を比較器１９に接続する。自動ゲイン制御器１６は、更なる制御可能な増幅器２４、更なる制御回路２５及び第２の比較器２６を有する。ラウドスピーカ（図示されていない）に信号を供給する２つの手動で操作可能なボリューム制御２７及び２８は、出力部１１及び１２に接続される。ボリューム制御２７及び２８の出力部は、電気的に伝導する接続により入力部１３及び１４に接続され、第２の比較器２６を制御する。
【００１３】
前記装置は以下の機能を持つ。左及び右チャネルを持つステレオシステムの２つのディジタルオーディオ信号ＡＬ及びＡＲは、装置１の入力部２及び３に供給される。信号ＡＬ及びＡＲの両方は、加算器４に供給され、合計され、合計された信号はバンドパスフィルタ６においてバンド制限される。装置１は、バンドパスフィルタ６、低音域信号の振幅のピーク値を圧縮するフィードフォワードピーク値圧縮器１５、及び出力レベルが高すぎる場合に値を減少させる自動ゲイン制御器１６を有する単一の低音域経路２９を持つ。バンドパスフィルタ６は無限インパルス応答（ＩＩＲ）を持つＩＩＲフィルタである。ピーク値圧縮器１５は前記信号のピーク値を安定化させ、一方で同時にパルスのテイル（tail）は保護又は維持される。前記左及び右チャネルの信号を加算する加算器４は、低音域経路２９の入力部に接続される。低音域経路２９の出力信号は、左及び右経路３０及び３１のハイパスフィルタリングされた信号に直接加算される。
【００１４】
図２は、制御可能な増幅器回路１７、制御回路１８及び比較器１９を持つピーク値圧縮器１５を示す。フィードフォワードループ部２０に接続された比較器１９の入力部３２は、レベル検出回路３３を有する。回路３３は、０．１ｍｓという非常に短い応答時間及び３秒という非常に長い崩壊時間でフィードフォワード制御により最大の信号ピーク値を検出する。レベル検出回路３３は、以下フィルタとも呼ばれ、ｎ値のディジタル入力信号ｘを受信し、検出回路３３はｎ値の信号ｙを供給する。ここでｙは定数Ｔａ及びＴｒを用いて以下のように計算されることができる：
y(n) = |x(n)| + Kp * (y(n-1)-|x(n)|) + Km * |(y(n-1) - |x(n)|)|
ここで、
Kp = (Kr + Ka) / 2
Km = (Kr - Ka) / 2
Kr = exp(-1/(Tr * サンプリング周波数))
Ka = exp(-1/(Ta * サンプリング周波数))
である。
【００１５】
前記入力信号の絶対値はかくして、１次のアクセス及びリリースフィルタ３３に供給される。短い増大時間Ｔａ及びより長い減衰時間Ｔｒで、入力信号ｘ（ｎ）のピーク値は、フィルタ３３の出力部において信号ｙ（ｎ）と共に存在する。前記サンプリング周波数は、２つの連続するサンプルの出現の間の時間間隔によって定義される。
【００１６】
レベル検出回路３３は増幅器３４によって後続される。増幅器３４は、０．３乃至０．７の率で、有利には０．４乃至０．６及びとりわけ０．５の率で、入力信号ｙ（ｎ）を増幅する。更なるレベル検出回路３６は、フィードバックループ部２２に面する更なる入力部３５に接続される。該レベル検出回路３６の機能は、レベル検出回路３３に関して説明されたものと同様である。レベル検出回路３３は増幅器３４を介して信号を供給し、レベル検出回路３６は比較回路３７に直接に信号を供給する。比較回路３７は、ゲイン減少回路３８及びゲイン増大回路３９を有する制御回路１８に出力信号を供給する。回路３８及び３９は以下のように動作する。
【００１７】
比較回路３７において、フィルタ３３の５０％減少されたフィルタ応答は、フィルタ３６のフィルタ応答と比較される。前記５０％減少された値が、フィルタ３６のフィードバックループからのフィルタ応答よりも大きい場合、前記増幅器のゲインは、ゲイン減少回路３８において定数ＤＥＣ＿ＧＡＩＮだけ減少させられる。前記値が大きい場合、前記増幅器１７のゲインはゲイン増大回路３９において定数ＩＮＣ＿ＧＡＩＮだけ増大させられる。ゲイン率の制限値は１．０及び０．０１である。
【００１８】
ゲイン＝ゲイン * INC_GAIN
ゲイン＝ゲイン * DEC_GAIN
ここで、
INC_GAIN = 10 exp (24 / (増大時間 * サンプリング周波数 * 20))
DEC_GAIN = 10 exp (-24 / (減衰時間 * サンプリング周波数 * 20))
である。
【００１９】
フィルタ３３の５０％減少されたフィルタ応答は目標レベルとなる。当該目標レベルは前記フィードバックによって検出されたピーク値と比較され、制御回路１８は、非常に迅速に前記入力信号による干渉を除去するために、２０ｍｓという非常に短い減衰時間で前記目標レベルを固定するために前記出力部において利用されるゲインを調節する。５０ｍｓの立ち上がり時間は、どの信号が減衰されたかにかかわらず、前記信号の干渉の全体の持続時間の間の時間フレームを得るために、より長い時間をとる。圧縮器１５は、前記ボリューム制御とは独立して、及び不要な干渉を追加することなく、前記信号のピーク値を確立する。音声は全く自然に維持され、アーティファクト（artefact）、即ち不要な著しい乱れがない。前記レベル検出はフォワード制御されるが、前記ピーク値圧縮は、入力信号ＡＬ及びＡＲのみに依存する。前記フォワード制御から検出されるピーク値レベルの０．５倍の値よりも低い、高いピーク値圧縮率が本装置を用いて達成される。
【００２０】
円錐形のラウドスピーカ膜、又はパネルの振動は本例においては十分であるため、振動曲線は周波数に比例すると考えられる。この比例関係は、Small及びThieleパラメータのようなラウドスピーカの特性によって決定される。可能な低音域増強は、前記曲線及び前記ラウドスピーカの圧力応答から得られることができ、前記低音域増強は、低音域周波数の圧力応答を最大化させ、一方で前記振動曲線において最大値は増大されない。
【００２１】
バンドパスフィルタ６におけるゲインを用いて、より著しい低音域周波数が達成されることができ、このとき低音域周波数のピークのみが減少される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ピーク値圧縮器を用いた低音域周波数を増幅する装置のブロック図である。
【図２】ピーク値圧縮器の回路図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  低音域周波数増幅装置
２  入力部
３  入力部
４  加算器
５  ハイパスフィルタ
６  バンドパスフィルタ
７  ハイパスフィルタ
８  増幅器
９  加算器
１０  加算器
１１  出力部
１２  出力部
１３  入力部
１４  入力部
１５  ピーク値圧縮器
１６  自動ゲイン制御器
１７  増幅器回路
１８  制御回路
１９  比較器
２０  フィードフォワードループ部
２１  入力部
２２  フィードバックループ部
２３  出力部
２４  増幅器回路
２５  制御回路
２６  比較器
２７  ボリューム制御器
２８  ボリューム制御器
２９  低音域経路
３０  経路
３１  経路
３２  入力部
３３  レベル検出回路
３４  増幅器
３５  入力部
３６  レベル検出回路
３７  比較回路
３８  ゲイン減少回路
３９  ゲイン増大回路
【国際公開パンフレット】
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2005506781.tif 000004
2005506781.tif 000005
2005506781.tif 000006
2005506781.tif 000007
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2005506781.tif 000009
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2005506781.tif 000012
2005506781.tif 000013
2005506781.tif 000014
2005506781.tif 000015
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005506781.tif 000016
2005506781.tif 000017
【国際調査報告】
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2005506781.tif 000019
2005506781.tif 000020
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