JP2005136647A

JP2005136647A - 低音ブースト回路

Info

Publication number: JP2005136647A
Application number: JP2003369735A
Authority: JP
Inventors: Yoshitsugu Sugimoto; 芳嗣杉本
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2005-05-26
Also published as: CN1612469A; US20050094828A1

Abstract

【課題】小信号入力時でも過ブースト状態にならず、中音域の周波数が抜けた状態にもなり難くボーカル等が聞こえ易くなるようにした低音ブースト回路を提供する。
【解決手段】入力信号の低音域成分のレベルに応じて、カットオフ周波数可変型低音域通過フィルタ４のカットオフ周波数と電圧制御型増幅回路６での増幅利得とを同時に変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、音声信号の入力レベルに応じてその低音域成分の利得とカットオフ周波数を変化させる低音ブースト回路に関するものである。

従来、音声信号処理技術の分野では、人間の聴覚が小音量時に低音域の音が聞き取り難くなるという特性を補正するために、図５に示すような低音ブースト回路１０Ａが提案されていた（例えば、特許文献１参照）。この回路は、入力端子１から入力された音声信号から低音域通過フィルタ２で低音域信号を抽出して検波回路３で検波し、その検波出力に応じて低音域信号のレベルを電圧制御型増幅回路６で増幅するものである。音声信号全般については、加算回路７において、前記低音ブースト回路１０Ａで作成した低音域信号と高音ブースト用の高音域通過フィルタ５で高音域のレベルを高めた信号を加算して、出力端子８に出力していた。

これにより、入力された信号の低音域の信号レベルが低いほどその低音域の増幅率が大きくなるよう制御し、聴感上の低音域補正を効果的に行なっている。

人間が音として知覚できる周波数及び強さの範囲には個人差があるが、周波数についてはだいたい２０Ｈｚ〜２０ＫＨｚくらいとされている。音の強さについての範囲は、周波数によって異なるが、一般的にラウドネス曲線によって示されており、知覚できる上限を最大可聴値と呼び、これ以上の強い音では耳に痛感を与える。最大可聴値は周波数にほとんど影響されず、音圧レベルで約１２０ｄＢである。音として感知される最小レベルを最小可聴値と呼び、これは人によりかなりの差を生じる。しかし、多くの人が周波数の２ＫＨｚ〜４ＫＨｚ付近で最小可聴値が低くすなわち耳の感度が良く、それよりも低周波域に移るに従って最小可聴値が大きくなり、耳の感度が悪くなる。

つまり、耳は周波数によって最小可聴値が異なるため、物理的に同じ強さの音を与えても、周波数が違うと感覚的には同じ大きさには聞こえない。音が強い時には音の大きさは周波数によって違いはほとんどないが、音が弱くなると低周波域の音の大きさはかなり小さく感じるようになる。従って複合音についても、その音量を大きくしたときと小さくしたときとでは、低音の響きが異なり音色も変わってくるという現象がある。

そこで、図５に示したような低音ブースト回路によって、入力された信号のレベルに応じて、低音域の増幅率を制御し、小音量時の聴感上の低音域補正が効果的に行なわれている。さらに、このようなブースト回路をサラウンド回路（例えば、特許文献２参照）と組み合わせることにより、小口径のスピーカーを使用した場合でも、スピーカーの口径以上の拡がり感と、低音域の量感を得ることが出来る。
特開平５−１４５９９２号公報特開２００２−３５４５９５号公報

しかし、実験の結果、１００Ｈｚ付近の周波数を中心にして、入力された信号のレベルまたは低音域成分のレベルに応じて低音域の増幅率を制御する、例えば１００Ｈｚ近傍の人間が一番低音と感じる周波数を６ｄＢ以上増幅すると、低音は出ているが響きがない過ブーストの状態になり、特に音色の変化を伴うことが判った。また、低音の音量だけが増幅され、中域の周波数が抜けた状態になりボーカル等が聞こえ難くなる欠点があることも判った。このように、従来では、小信号入力時に過ブースト状態になり、響きのない低音だけが上がったボコボコした低音になって音色の変化を生じたり、中音域の周波数が抜けた状態になってボーカル等が聞こえ難くなる問題があった。

本発明の目的は、小信号入力時でも過ブースト状態にならず、中音域の周波数が抜けた状態にもなり難くボーカル等が聞こえ易くなるようにしたブースト回路を提供することである。

請求項１にかかる発明の低音ブースト回路は、入力信号の低音域成分を抽出する低音域通過フィルタと、該低音域通過フィルタの出力信号を入力して検波する検波回路と、前記入力信号を入力して低音域成分を出力し且つ前記検波回路の出力信号のレベルに応じてカットオフ周波数が制御されるカットオフ周波数可変型低音域通過フィルタと、該カットオフ周波数可変型低音域通過フィルタの出力信号を入力し且つ前記検波回路の出力信号のレベルに応じて利得が制御された低音ブースト出力信号を出力する電圧制御型増幅回路と、を具備することを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の低音ブースト回路において、前記カットオフ周波数可変型低音域通過フィルタは、前記低音域通過フィルタの出力信号レベルが低いほどカットオフ周波数が低くなるよう前記検波回路の出力信号で制御され、前記電圧制御型増幅回路は、前記低音域通過フィルタの出力信号レベルが低いほど利得が高くなるよう前記検波回路の出力信号で制御されることを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載の低音ブースト回路において、前記検波回路を、前記低音域通過フィルタの出力信号の平均値を出力する平均値化回路、又は前記低音域通過フィルタの出力信号の最大値を出力する最大値化回路に置換したことを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の低音ブースト回路において、前記低音域通過フィルタのカットオフ周波数を、５０Ｈｚ〜６００Ｈｚの内で設定したことを特徴とする。
請求項５にかかる発明は、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の低音ブースト回路において、前記カットオフ周波数可変型低音域通過フィルタのカットオフ周波数の変化範囲を、１０Ｈｚ〜６００Ｈｚに設定したことを特徴とする。
請求項６にかかる発明は、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の低音ブースト回路において、前記カットオフ周波数可変型低音域通過フィルタと前記電圧制御型増幅回路を、その接続順序を逆にし、又は一体化したことを特徴とする。
請求項７にかかる発明は、請求項１乃至６のいずれか１つに記載の低音ブースト回路において、前記入力信号として左右２チャンネルの音声信号を加算した信号を入力し、前記低音ブースト出力信号を前記左右２チャンネルのそれぞれの音声信号に加算するようにしたことを特徴とする。

本発明の低音ブースト回路によれば、小信号入力時にも過ブースト状態にならず、尚且つボコボコした低音も解消され、更に中音域の周波数が抜けた状態になりにくくなりボーカル等が聞こえ易くなる利点がある。

本発明者は各種実験を繰り返した結果、入力信号の低音域成分のレベルに応じて、電圧制御型増幅回路での増幅利得と同時に低音域通過フィルタのカットオフ周波数を変化させることにより、上記の問題点を解決することができた。以下、詳しく説明する。

図１は本発明の実施例１のブースト回路を示す図である。１は音声信号の入力端子、２はカットオフ周波数が５０Ｈｚ〜６００Ｈｚの内で設定された低音域通過フィルタ、３は検波回路、４はカットオフ周波数が例えば１０Ｈｚ〜６００Ｈｚの内で切り替え可能なカットオフ周波数可変型低音域通過フィルタ、５はカットオフ周波数が１０ＫＨｚ〜２０Ｈｚの内で設定された高音域通過フィルタ、６は制御電圧により利得が制御される電圧制御型増幅回路、７は加算回路、８は音声信号の出力端子である。低音ブースト回路１０は、低音域通過フィルタ２、検波回路３、カットオフ周波数可変型低音域通過フィルタ４、および電圧制御型増幅回路６から構成される。

入力端子１から入力された音声信号は、低音域通過フィルタ２で低音域信号が抽出されて検波回路３で検波され、その検波出力のレベルに応じてカットオフ周波数可変型低音域通過フィルタ４と電圧制御型増幅回路６が制御される。カットオフ周波数可変型低音域通過フィルタ４のカットオフ周波数は、検波出力レベルが低いときは低くなり、高いときは高くなる。また、電圧制御型増幅回路６の利得は、検波出力レベルが低いときは高くなり、高いときは低くなる。このようにして、カットオフ周波数可変型低音域通過フィルタ４と電圧制御型増幅回路６を経由する音声信号は、低音域成分についてそのカットオフ周波数と利得が同時に制御されて加算回路７に入力する。一方、入力端子１から入力する音声信号の高音域信号は高音域通過フィルタ５で抽出され、加算回路７において加算される。さらに、入力端子１は直接加算回路７に接続されている。よって、加算回路７からは、周波数特性を調整されない通常信号と、高音域信号と、低音域レベルに応じてカットオフ周波数と利得が制御された低音域信号とが加算されて出力端子８に出力する。

図２は出力端子８に出力する音声信号の利得の周波数特性の一例を示す図である。このように、低音域信号については、入力信号レベルが変化して利得が変わっても１００Ｈｚ付近の周波数の利得変化を最小限に抑えるように動作する。この結果、小信号入力時にも過ブースト状態にならず、尚且つボコボコした低音も解消され、更に中音域の周波数が抜けた状態になり難くなりボーカル等が聞こえ易くなる。

図３は図１のブースト回路の具体的な回路図である。なお、ここでは入力バッファ１１と出力バッファ１２を追加した。また、ここでは、低音域通過フィルタ２は抵抗Ｒ３、キャパシタＣ２で構成し、高音域通過フィルタ５は抵抗Ｒ１，Ｒ２、キャパシタＣ１、オペアンプＯＰ１で構成し、カットオフ周波数可変型低音域通過フィルタ４と電圧制御型増幅回路６の部分はオペアンプＯＰ２、検波回路３の検波出力レベルに応じて内部抵抗が変化する可変抵抗として働くゲインセル１３、抵抗Ｒ４，Ｒ５、およびキャパシタＣ４で構成している。つまり、ここではカットオフ周波数可変型低音域通過フィルタ４と電圧制御型増幅回路６をオペアンプＯＰ２を使用して一体的に構成している。また、高音域通過フィルタ５は高音域のみがブーストされ、他の音域の信号はそのまま通過する回路とした。

図４は実施例１のブースト回路とサラウンド生成回路と設けた２チャンネルの音声回路の回路図である。ここでは、両チャンネルに高音域通過フィルタ２Ｌ，２Ｒを接続している。また、低音ブースト回路１０は両チャンネルの加算信号を加算器３１で得てこれを入力し処理して両チャンネルに加算器７Ｌ，７Ｒで加算している。サラウンド生成回路２０では、減算器２１により両チャンネルの音声信号の差分を取り出し、その低音域成分を低音域通過フィルタ２２で抽出して増幅器２３で増幅し、両チャンネルに加算器７Ｌ，７Ｒにおいて、前記減算器２１における減算と同相関係で加算している。

このように、実施例１のブースト回路は、これを２チャンネルの音声回路に適用するとき、低音ブースト回路１０を両チャンネルに共通化できる。

なお、図１ではカットオフ周波数可変型低音域通過フィルタ４の次段に電圧制御型増幅回路６を接続し、図３ではカットオフ周波数可変型低音域通過フィルタ４と電圧制御型増幅回路６を一体化したが、電圧制御型増幅回路６の次段にカットオフ周波数可変型低音域通過フィルタ４を接続する構成でもよい。また、検波回路３は低音域通過フィルタ２の出力信号の平均値を出力する平均値化回路あるいは最大値を出力する最大値化回路に代えてもよい。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変更可能である。例えば、電圧制御型増幅回路を電流制御型増幅回路に変更したり、デジタル信号を処理する回路構成とすることもできる。

実施例１のブースト回路のブロック図である。実施例１のブースト回路の利得の周波数特性図である。実施例１のブースト回路の具体的な回路図である。実施例２の２チャンネルの音声回路のブロック図である。従来のブースト回路のブロック図である。

符号の説明

１、１Ｌ，１Ｒ：入力端子
２，２Ｌ，２Ｒ：低音域通過フィルタ
３：検波回路
４：カットオフ周波数可変型低音域通過フィルタ
５：高音域通過フィルタ
６：電圧制御型増幅回路
７，７Ｌ，７Ｒ：加算回路
８，８Ｌ，８Ｒ：出力端子
１０，１０Ａ：低音ブースト回路
１１：入力バッファ
１２：出力バッファ
１３：ゲインセル
２０：サラウンド生成回路
２１：減算回路
２２：低音域通過フィルタ
２３：増幅器
３１：加算回路

Claims

入力信号の低音域成分を抽出する低音域通過フィルタと、該低音域通過フィルタの出力信号を入力して検波する検波回路と、前記入力信号を入力して低音域成分を出力し且つ前記検波回路の出力信号のレベルに応じてカットオフ周波数が制御されるカットオフ周波数可変型低音域通過フィルタと、該カットオフ周波数可変型低音域通過フィルタの出力信号を入力し且つ前記検波回路の出力信号のレベルに応じて利得が制御された低音ブースト出力信号を出力する電圧制御型増幅回路と、を具備することを特徴とする低音ブースト回路。
請求項１に記載の低音ブースト回路において、
前記カットオフ周波数可変型低音域通過フィルタは、前記低音域通過フィルタの出力信号レベルが低いほどカットオフ周波数が低くなるよう前記検波回路の出力信号で制御され、前記電圧制御型増幅回路は、前記低音域通過フィルタの出力信号レベルが低いほど利得が高くなるよう前記検波回路の出力信号で制御されることを特徴とする低音ブースト回路。
請求項１又は２に記載の低音ブースト回路において、
前記検波回路を、前記低音域通過フィルタの出力信号の平均値を出力する平均値化回路、又は前記低音域通過フィルタの出力信号の最大値を出力する最大値化回路に置換したことを特徴とする低音ブースト回路。
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の低音ブースト回路において、
前記低音域通過フィルタのカットオフ周波数を、５０Ｈｚ〜６００Ｈｚの内で設定したことを特徴とする低音ブースト回路。
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の低音ブースト回路において、
前記カットオフ周波数可変型低音域通過フィルタのカットオフ周波数の変化範囲を、１０Ｈｚ〜６００Ｈｚに設定したことを特徴とする低音ブースト回路。
請求項１乃至５のいずれか１つに記載の低音ブースト回路において、
前記カットオフ周波数可変型低音域通過フィルタと前記電圧制御型増幅回路を、その接続順序を逆にし、又は一体化したことを特徴とする低音ブースト回路。
請求項１乃至６のいずれか１つに記載の低音ブースト回路において、
前記入力信号として左右２チャンネルの音声信号を加算した信号を入力し、前記低音ブースト出力信号を前記左右２チャンネルのそれぞれの音声信号に加算するようにしたことを特徴とする低音ブースト回路。