JP6323089B2 - レベル調整方法およびレベル調整装置 - Google Patents

Description

この発明は、違う曲などになっても適切な音量に自動的に調整することができるレベル調整方法およびレベル調整装置に関する。

ＢＧＭ等の演奏音をスピーカで再生して聴取する場合は、曲毎に音量が変化していることがあり、ちゃんと聞こえるが、うるさすぎない音量への調整が望まれる。そのため、入力信号のレベルに応じて、その信号のレベル変化を抑えるようにゲイン調整を行い、ゲイン調整された出力信号を出力するレベル調整装置が知られている。このようなレベル調整装置においては、入力信号のレベルを検出するレベル検出部を備えている。このレベル検出部は、入力信号の変化していくレベルに追随してレベル検出するのであるが、その追随速度はレベル検出部に設定された時定数に応じて決まるようになる。そして、時定数を大きく設定して追随速度を遅くすると、演奏音のレベルが速い速度で変化する区間ではレベル検出が追いつかないことから、その区間において出力される演奏音のレベルが大きくなりすぎるようになる。また、時定数を小さく設定して追随速度を速くすると、演奏音のレベルの変動に素早く追随してレベル調整されることから、リスナがゲインの変動に気が付いてしまうようになる。
そこで、追随速度の遅い長期ゲインと追随速度の速い短期ゲインとを算出し、算出された長期ゲインと短期ゲインとに基づいて信号レベルを調整するようにしたレベル調整装置も開発されている（特許文献１参照）。

特許第５２３６００６号公報

聴者の立場に立つと、曲の途中でゲインの変動に気が付くことは、音楽鑑賞の妨げとなり好ましくない。つまり、基本的には、ゲインの変化速度を遅くすることが望ましい。しかし、長期ゲインと短期ゲインの両方を算出する従来の方式は、信号処理の構成が複雑であり、かつ、ゲイン調整後の信号のレベルがどのように変化するのか予測がしにくい。
そこで、本発明は、リスナにゲイン変動を余り感じさせず、レベル変化の速い信号にも対処でき、かつ、制御の容易な単純な構成のレベル調整方法およびレベル調整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、本発明のレベル調整装置は、入力信号のレベルを調整して出力するレベル調整装置であって、前記入力信号のレベルを、相対的に速い追随速度で検出し、第１レベル信号を出力する第１レベル検出部と、前記入力信号のレベルを、前記第１レベル検出部より遅い追随速度で検出し、第２レベル信号を出力する第２レベル検出部と、前記第１レベル信号の前記第２レベル信号に対するレベル比が、１以上の所定レベル比を超える場合、または、該所定レベル比以上の場合は、前記第１レベル信号に基づいてゲイン値を決定し、前記レベル比が該所定レベル比以下の場合、または、該所定レベル比未満の場合は、前記第２レベル信号に基づいてゲイン値を決定し、該決定したゲイン値に応じた制御信号を出力する制御部と、該制御部から出力される前記制御信号に基づいて、前記入力信号のレベルを調整する調整部とを備え、前記第１レベル検出部および前記第２レベル検出部におけるアタックレートがリリースレートより速く設定されていることを最も主要な特徴としている。

本発明のレベル調整装置は、リスナにゲイン変動を余り感じさせず、かつ、レベル変化の速い信号にも対処することができるレベル調整装置であって、単純な構成であり、かつ、制御の容易なレベル調整装置を提供できる。

本発明の実施例のレベル調整装置を備えるオーディオ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施例にかかるレベル調整装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施例にかかるレベル調整装置のゲインの変化特性および入出力特性を示す図である。 本発明の第１実施例にかかるレベル調整装置の制御部で実行される処理のフローチャートである。 本発明の第２実施例にかかるレベル調整装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施例にかかるレベル調整装置の制御部で実行される処理のフローチャートである。 本発明の第２実施例にかかるレベル調整装置に入力される入力信号およびレベル検出部Ａ１，Ａ２で検出されたレベル検出信号が選択される態様を示す図である。

本発明の実施例のレベル調整装置１を備えるオーディオ装置５０の構成を示すブロック図を図１に示す。なお、本発明の実施例のレベル調整装置１は、本発明の実施例のレベル調整方法を具現化したデジタルの音響信号処理装置であるが、同方法をアナログの音響信号装置として具現化してもよい。
図１に示すオーディオ装置５０において、サウンドソース５１は、スピーカ５３で再生すべき音響信号の供給源となる装置であり、有線放送、音楽サーバ端末、長時間レコーダやミキサ等とされる。このサウンドソース５１からデジタルの音響信号が、本発明にかかるレベル調整装置１に入力され、レベル調整装置１において、その音響信号のレベルが、その音響信号の入力レベルに応じて自動調整される。レベル調整装置１でレベルが自動調整されたデジタルの音響信号はパワーアンプ５２でアナログ信号に変換され、電力増幅されてスピーカ５３から放音される。レベル調整装置１は、それ自体を１つの独立した装置としてもよいが、サウンドソース５１の筐体に内蔵したり、パワーアンプ５２の筐体に内蔵したり、スピーカ５３の筐体に内蔵したりしても良い。

本発明の第１実施例にかかるレベル調整装置１の構成を示すブロック図を図２に示す。以下に追随速度として使用する「アタックレート」、「リリースレート」は、それぞれ、入力信号の各周期のピークレベルに追随する速さを示す「時定数」である。
図２に示す第１実施例のレベル調整装置１において、サウンドソース５１からの音響信号は入力端子ＩＮから入力されて、第１レベル検出部１０および第２レベル検出部１１と調整部１３とに入力される。第１レベル検出部１０は、入力された音響信号のレベルを第２レベル検出部１１と比較して相対的に速い追随速度（アタックレートがリリースレートより速く、例えば、アタックレートが数ミリ秒〜数十ミリ秒、リリースレートが数百ミリ秒〜数秒）で検出し、その検出されたレベルを示す第１レベル信号ＬＶ１を出力する。また、第２レベル検出部１１は、入力された音響信号のレベルを第１レベル検出部１０より遅い追随速度（アタックレートがリリースレートより速く、例えば、アタックレートが数１００ミリ秒〜数秒、リリースレートが数秒〜数十秒）で検出し、その検出されたレベルを示す第２レベル信号ＬＶ２を出力する。第１レベル信号ＬＶ１と第２レベル信号ＬＶ２とは制御部１２に供給され、制御部１２は、第１レベル信号ＬＶ１の第２レベル信号ＬＶ２に対する比（レベル比）に基づいて、いずれか一方のレベル信号を選択し、ゲインカーブに基づいて、その選択されたレベル信号に対応するゲイン値ＧＶを決定して、調整部１３に供給する。第１レベル信号ＬＶ１の第２レベル信号ＬＶ２に対する比が、１以上の所定値を超える場合、または、該所定値以上の場合は、速い追随速度の第１レベル信号ＬＶ１が選択され、該所定値以下の場合、または、該所定値未満の場合は、追随速度の遅い第２レベル信号ＬＶ２が選択される。そして、調整部１３が、サウンドソース５１からの音響信号を、供給されたゲイン値ＧＶに対応するゲインで増幅することによりレベル調整装置１から出力される音響信号のレベルが均一化される。ここでの「均一化」は、音響信号に含まれる長いフレーズ同士や、曲同士で、リスナが感じる音量を比較したときに、それらが同じ位の音量に感じるように、音響信号のレベルを調整するものである。入力レベルが急激に増加する緊急の場合を除いて、制御部１２がゲイン値ＧＶをゆっくりと変化させるよう構成されており、サウンドソース５１からの音響信号における演奏された個別の音符音の立上りから立下りまでの音量変化（所謂エンベロープ）の形状や、連続する音符音の強弱関係は基本的に維持される。調整部１３は、増幅器あるいは減衰器により構成することができる。

図３（ａ）に示すゲインの変化特性は、入出力がデシベルスケールの「ゲインカーブ」である。制御部１２は、このゲインカーブに基づいて、入力レベルＬｉｎ（＝レベル信号ＬＶ１またはＬＶ２）に応じたゲインＧ（＝ゲイン値ＧＶ）を決定する。これにより、レベル調整装置１の入出力特性は、デシベルスケールで、図３（ｂ）に示すようになる。
図３（ａ）に示したように、入力レベルＬｉｎが−∞（ｄＢ）からＬｉｎ１（ｄＢ）の範囲では、ゲインＧは−∞（ｄＢ）である。これにより、音響信号はミュートされ、レベル調整装置１からは無音信号が出力される。入力レベルＬｉｎがＬｉｎ１（ｄＢ）以上の範囲では、入力レベルＬｉｎの増減を打ち消すように、入力レベルＬｉｎが増加すればゲインＧが減少し、Ｌｉｎが減少すればゲインＧが増加する。これにより、レベル調整装置１からは、レベルが均一化された音響信号が出力される。ただし、ゲインＧには、ハードウェア都合等による下限Ｇｍｉｎがある。入力レベルＬｉｎが所定値Ｌｉｎ２より大の範囲では、前記打ち消しのために下限値Ｇｍｉｎより小さな値が必要となるが、ゲインＧをその値まで下げることはできないので、代わりに、下限値Ｇｍｉｎに保持される。この範囲では、入力レベルＬｉｎに応じてレベルが増減する音響信号が出力される。
なお、Ｌｉｎ２が入力レベルＬｉｎの上限値より大になるように、入力側で入力レベルＬｉｎの上限を制限したり、小さな下限値Ｇｍｉｎを取れるハードウェアを採用してもよい。

レベル調整装置１の制御部１２で実行される周期処理のフローチャートを図４に示す。図４に示す周期処理は、動作期間中、繰り返し行われている処理である。制御部１２は、所定ないし可変の時間ごとにこの周期処理を実行する。まず、ステップＳ１０にて、制御部１２は第１レベル検出部１０からの第１レベル信号ＬＶ１と、第２レベル検出部１１からの第２レベル信号ＬＶ２とを取得する。制御部１２で取得された第１レベル信号ＬＶ１と第２レベル信号ＬＶ２とはリニアスケールの値とされており、ステップＳ１１にて、制御部１２は、第１レベル信号ＬＶ１を第２レベル信号ＬＶ２で除算した値（レベル比）が閾値Ｔを超えるか否かを判定する。ここで、閾値Ｔは値が１以上の定数であってそのレベル比が閾値Ｔを超える場合は、制御部１２はステップＳ１１にてＹＥＳと判定しステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、ＬＶｘレジスタに第１レベル信号ＬＶ１を格納する。そして、ステップＳ１４において、制御部１２は、図３（ａ）と同特性のリニアスケールのゲインカーブに基づいて、ＬＶｘレジスタに格納した第１レベル信号ＬＶ１に対応するゲイン値ＧＶを決定して、周期処理を終了する。また、そのレベル比が閾値Ｔ以下の場合は、制御部１２は、ステップＳ１１にてＮＯと判定してステップＳ１３に分岐する。ステップＳ１３では、ＬＶｘレジスタに第２レベル信号ＬＶ２を格納する。そして、ステップＳ１４において、制御部１２は、図３（ａ）と同特性のリニアスケールのゲインカーブに基づいて、ＬＶｘレジスタに格納した第２レベル信号ＬＶ２に対応するゲイン値ＧＶを決定して、周期処理を終了する。ここでは、この周期処理で決定したゲイン値ＧＶを平滑化して時間的に滑らかに変化するゲイン値ＧＶに替えてから調整部１３に供給する構成とするのがよい。その平滑化処理は調整部１３にて行ってもよいが、制御部１２が周期処理におけるステップＳ１４にてローパスフィルタ処理や補間等の平滑化処理を行うことが好ましい。平滑化処理によって、制御部１２から調整部１３に供給されるゲイン値ＧＶは、ステップＳ１１での判定が変化しても、時間的に滑らかに変化する。そして、調整部１３が、入力する音響信号を、ゲイン値ＧＶに対応するゲインで増幅して出力することにより、レベル調整装置１からは、レベルが均一化された音響信号が出力される。
なお、ステップＳ１４で用いるゲインカーブは、レベル信号で参照されるゲイン値ＧＶを記憶したゲインテーブルとして実現してもよいし、レベル信号に適用することによりゲイン値ＧＶを算出する算術演算として実現してもよい。また、ステップＳ１１における判定条件の不等号は、「を超える」を示す「＞」ではなく、「以上」を示す「≧」であってもよい。

上記した周期処理が制御部１２で実行されることから、本発明の第１実施例にかかるレベル調整装置１においては、第１レベル信号ＬＶ１の第２レベル信号ＬＶ２に対する比が閾値Ｔを超える場合は、入力する音響信号のレベル変化が速い場合であり、その音響信号のレベル変化に相対的に速い追随速度で追随する第１レベル信号ＬＶ１に基づいて音響信号のレベルが制御される。このことから、レベル変化の速い信号に対処してレベル制御を行うことができる。また、第１レベル信号ＬＶ１の第２レベル信号ＬＶ２に対する比が閾値Ｔ以下の場合は、入力する音響信号のレベル変化が遅い場合であり、第１レベル検出部１０より遅い追随速度でその音響信号のレベル変化に追随する第２レベル信号ＬＶ２に基づいて音響信号のレベルが制御される。このことから、リスナにゲイン変動を余り感じさせることなくレベル制御を行うことができる。これらのレベル制御は、２つのレベル検出部１０，１１で検出した２つのレベルに基づき、制御部１２で１つのゲインカーブを用いてゲインを決定するといった、制御が容易な単純な構成で実現されている。第１レベル信号の選択条件は、１以上とされている閾値Ｔの値によって適宜調整できる。閾値Ｔを１に近い値にすると、ＬＶ１が選択される時間が増えて音響信号の速い立ち上がりを確実に抑えられるようになるが、反面、ユーザが時間的なゲイン変動を感じやすくなる。閾値Ｔが１から離れるに従って、ＬＶ２が選択される時間が増えて、ユーザが時間的なゲイン変動を感じにくくなるが、音響信号の速い立ち上がりを抑え切れない場合が出てくる。なお、以上の説明では閾値Ｔは１以上の値としたが、１より小さい値であっても閾値Ｔとして採用することは可能である。ただし、１より小さい値を閾値Ｔを採用すると、ゲインの変化に鋭角的な不連続を生じ、ユーザにゲイン変動を感じさせるので、それは避けたほうがよい。
周期処理のステップＳ１１では、判定処理をリニアスケールで行っているが、デシベルスケールで行うようにしてもよい。その場合、制御部１２が、ステップＳ１１の実行に先立って、第１レベル信号ＬＶ１および第２レベル信号ＬＶ２をデシベルスケールに変換し、ステップＳ１１において、判定式（ＬＶ１−ＬＶ２）＞Ｔ’（ただし、Ｔ’は閾値Ｔをデシベルスケールに変換した正の閾値。また、判定式中の「＞」は「≧」であってもよい。）の判定を行うようにするとよい。これにより、上述した周期処理と同様に、リニアスケールにおける第１レベル信号ＬＶ１の第２レベル信号ＬＶ２に対する比（レベル比）が閾値Ｔを超えるか否かを判定できる。また、この場合、ステップＳ１４におけるレベル値に対するゲインカーブの適用は、後述する第２実施例と同様に、デシベルスケールで行ってもよい。

次に、本発明の第２実施例にかかるレベル調整装置１の構成を示すブロック図を図５に示す。以下に追随速度として使用する「アタックレート」、「リリースレート」、「アタックリリースレート」は、それぞれ、整流された信号に追随する速さを示す「時定数」である。
図５に示す第２実施例のレベル調整装置１においては、サウンドソース５１からステレオの音響信号が入力される。このステレオの音響信号の左信号（Ｌ）は入力端子ＬＩＮに入力され、右信号（Ｒ）は入力端子ＲＩＮに入力されて、それぞれディレイ部２４，２５を介して調整部１３に入力される。また、入力端子ＬＩＮに入力された左信号と入力端子ＲＩＮに入力された右信号とは加算部２０により加算されて、ＢＰＦ２１およびＡＢＳ２３に入力される。ＢＰＦ２１は、入力された音響信号から人間の聴感上の音量への寄与が大きい主帯域（例えば、２００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ）を抽出するバンドパスフィルタである。このフィルタは、バンドパスフィルタに限ることはなく、逆ラウドネスに準じる周波数特性であればどのようなタイプのフィルタでもよい。ＡＢＳ２２，２３は、それぞれ入力されたデジタル音響信号の各サンプル値の絶対値を出力する整流部である。ＡＢＳ２２で整流された音響信号は、第１レベル検出部Ａ１および第２レベル検出部Ａ２に入力される。第１および第２レベル検出部Ａ１，Ａ２は、それぞれ、アタックレートとリリースレートで特定される追随速度で入力された音響信号のレベルを検出し、その検出されたレベルを示す各レベル信号ＬＡ１，ＬＡ２を出力する。出力される各レベル信号ＬＡ１，ＬＡ２の値は、入力した音響信号サンプル値がレベル信号ＬＡ１，ＬＡ２より大きい場合は、アタックレートの示す追随速度で上昇し、小さい場合は、リリースレートに対応する追随速度で下降する。第１レベル検出部Ａ１のアタックレートは、例えば数ミリ秒〜数十ミリ秒とされ、リリースレートは、例えば数百ミリ秒〜数秒とされる。また、第２レベル検出部Ａ２のアタックレートは、例えば数百ミリ秒〜数秒とされ、リリースレートは、例えば数秒〜数十秒とされる。これにより、この第１レベル検出部Ａ１は、相対的に速い追随速度で、音響信号の音符毎のエンベロープ（短時間毎のピークレベルに相当）を遅れることなく検出する。また、第２レベル検出部Ａ２は、第１レベル検出部Ａ１より数倍ないし数十倍遅い追随速度で、音響信号の全体的なレベル変動（実効値に相当）を検出する。

ＡＢＳ２３で整流された音響信号は、第３レベル検出部Ｂ１および第４レベル検出部Ｂ２に入力される。第３レベル検出部Ｂ１は、演奏が終了して、音響信号に含まれる演奏音が減衰して残留ノイズだけになるタイミング、すなわち、音響信号のミュートを開始してもよいタイミングを、制御部１２において検出するために設けられている。そのため、第３レベル検出部Ｂ１は、アタックとリリースとで追随速度の区別のない単なるＬＰＦとして構成されており、そのレート（つまりアタックとリリースのレート）は、例えば数秒〜数十秒に設定される。これにより、第３レベル検出部Ｂ１は、１乃至複数小節に相当する期間でのゆっくりとしたレベル変動を検出し、その検出されたレベルを示す第３レベル信号ＬＢ１を出力する。また、第４レベル検出部Ｂ２は、演奏が始まり、音響信号に含まれる演奏音が立ち上がるタイミング、すなわち音響信号のミュートを解除すべきタイミングを、制御部１２において遅延なく開始するために設けられたレベル検出器であって、入力する音響信号の絶対値を、追随遅延なしで、そのまま第４レベル信号ＬＢ２として出力する。

４つのレベル検出部Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２から出力される４つのレベル信号ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＢ１，ＬＢ２は、それぞれ、制御部１２に入力される。制御部１２は、ミュートをオンするかオフするかを判定する「ＭＵＴＥ判定処理」と、調整部１３に供給されるゲイン値ＧＶを決定するためのレベル信号ＬＶｘを決定する「ＬＶｘ決定処理」とを行う判定／決定部３０を備えている。ＭＵＴＥ判定処理でミュートをオンすると判定された場合は、判定／決定部３０は、ＬＶｘ決定処理で、ゼロレベル（−∞ｄＢ）をレベル信号ＬＶｘとして決定し出力する。また、ＭＵＴＥ判定処理でミュートをオフすると判定された場合は、ＬＶｘ決定処理で、第１レベル信号ＬＡ１と第２レベル信号ＬＡ２の大きさに基づき、いずれか一方のレベル信号をレベル信号ＬＶｘとして決定し出力する。

リニア−ログ変換部３１は、判定／決定部３０からのレベル信号ＬＶｘを、デシベルスケールのレベル信号ＬＶｘに変換する。制御部１２は、このデシベルスケールのレベル信号ＬＶｘにゲインカーブ３２を適用し、そのレベル信号ＬＶｘに対応するデシベルスケールのゲイン値ＧＶを求める。ここで、ゲインカーブ３２は、図３（ａ）と同じものを用いてもよいし、Ｌｉｎ１の値がよりゼロレベル（つまり−∞ｄＢ）に近いカーブを用いてもよい。ログ−リニア変換部３３は、そのデシベルスケールのゲイン値ＧＶを、リニアスケールのゲイン値ＧＶに変換する。平滑化部３４は、レベル信号ＬＶｘが第１レベル信号ＬＡ１と第２レベル信号ＬＡ２との間で切り替えられた際に、ゲイン値ＧＶがステップ状に変化することなく滑らかに変化するよう、リニアスケールのゲイン値ＧＶに対して、ローパスフィルタ処理や補間等からなる平滑化処理を施して調整部１３に出力する。そして、調整部１３は、平滑化されたゲイン値ＧＶに対応するゲインで、サウンドソース５１からのステレオの音響信号を増幅して出力する。

上述したように、第１レベル検出部Ａ１のアタックレートは、速い立ち上がりにも追従できる、短めの時定数とされており、また、第４レベル検出部Ｂ２の遅延はゼロとされている。しかしながら、実際に音響信号の立ち上がりに応じて、ミュートを解除しゲイン値ＧＶを変化させるまでには、その制御経路に入る各ブロック（２１、２２、２３、Ａ１、Ｂ２、１２）に起因する遅れが生じる。ディレイ部２４、２５は、その遅れを補償するものであって、入力する音響信号を、一定時間（数十ミリ〜数百ミリ秒）遅延して調整部１３に供給する。これにより、音響信号の立ち上がり時に、ミュートの解除が遅れたり、ゲイン値ＧＶの減衰が遅れたりすることを防止できる。
本発明の第２実施例にかかるレベル調整装置１は、第１実施例と同じく、図３（ａ）に示すゲインカーブを用いてレベル制御を行い、その入出力特性は、音響信号に含まれる演奏音が残っている場合、図３（ｂ）に示す特性となる。このレベル調整装置１では、演奏が終了して、第３レベル検出部Ｂ１から出力される第３レベル信号ＬＢ１が示すレベルが残留ノイズと見なせるレベルより小さくなると、制御部１２によりミュートがオンと判定されゲインＧＶがゼロレベルとされて、音響信号がミュートされる。その後、演奏が再開され、制御部１２において、第４レベル検出部Ｂ２の第４レベル信号ＬＢ２から演奏音の開始が検出されミュートがオフと判定されると、ミュートが解除され、音響信号のレベルを均一化するレベル調整が再開される。このように、第１実施例と同様のレベルの均一化に加え、第３レベル検出部Ｂ１および第４レベル検出部Ｂ２と制御部１２とにより、残留ノイズの出力を防止するノイズゲートも実現されている。

第２実施例にかかるレベル調整装置１の制御部１２で実行される周期処理のフローチャートを図６（ａ）に示す。図６（ａ）に示す周期処理は、動作期間中、繰り返し行われている処理である。制御部１２は、所定ないし可変時間ごとに周期処理を実行する。まず、ステップＳ２０にて第１レベル検出部Ａ１〜第４レベル検出部Ｂ２から、リニアスケールの第１レベル信号ＬＡ１〜第４レベル信号ＬＢ２を取得する。ステップＳ２０に続き、制御部１２はミュート判定処理を行う。このミュート判定処理では、まず、ステップＳ２１にて、現在ミュートがオフとなっているか否かをＭＵＴＥレジスタの値から判定する。ここで、ミュートがオフ（ＭＵＴＥ＝０）である場合は、制御部１２はＹＥＳと判定してステップＳ２２に進み、第３レベル信号ＬＢ１がミュートをスタートさせる閾値ＴＭＳより小さいか否かを判定する。ここで、第３レベル検出部Ｂ１が楽曲の演奏における１乃至複数小節に相当する期間でのレベル変化の遅いレベル変動に追従する速度で入力信号の全帯域のレベルを検出していることから、もし、第３レベル信号ＬＢ１が閾値ＴＭＳより小さければ、それは、レベル調整装置１に入力された音響信号が残留ノイズ（演奏音が終了した状態）のみとなっており、ミュートしてよい状態になったことを示している。そこで、制御部１２は、ステップＳ２２でＹＥＳと判定した場合は、ステップＳ２３に進みＭＵＴＥレジスタに、ミュートをオンするという判定結果を示す「１」を格納する。また、ミュートがオンであった（ＭＵＴＥ＝１）場合は、制御部１２は、ステップＳ２１でＮＯと判定してステップＳ２４に分岐し、第４レベル信号ＬＢ２がミュートを終了させる閾値ＴＭＥより大きいか否かを判定する。ここで、第４レベル検出部Ｂ２が遅延なしで入力信号のレベルを検出していることから、もし、第４レベル信号ＬＢ２が閾値ＴＭＥを超えていれば、レベル調整装置１に入力された音響信号中で演奏音が開始され、ミュートを解除すべき状態になったことを示している。そこで、制御部１２は、ステップＳ２４でＹＥＳと判定した場合は、ステップＳ２５に進み第３レベル検出部Ｂ１の第３レベル信号ＬＢ１に閾値ＴＭＳより大きいレベルの定数である初期値ＬＢ１ｏを設定する。これにより、一旦ミュートをオフすると判定した場合、少なくとも、第３レベル検出部Ｂ１において第３レベル信号ＬＢ１が初期値ＬＢ１ｏから閾値ＴＭＳまで減衰する時間は、ミュートオフの判定が継続するようになる。次いで、ステップＳ２６にて、ＭＵＴＥレジスタにミュートをオフするという判定結果を示す「０」を格納する。

制御部１２は、ミュート判定処理を、ステップＳ２３を終了した時、ステップＳ２２で第３レベル信号ＬＢ１が閾値ＴＭＳより小さくないと判定した時、ステップＳ２６を終了した時、あるいは、ステップＳ２４で第４レベル信号ＬＢ２が閾値ＴＭＥより大きくないと判定した時に終了し、続けて、ＬＶｘ決定処理を開始する。
ＬＶｘ決定処理では、まず、ステップＳ３０にて、直前のミュート判定処理が終了した段階でミュートオフが判定されている（ＭＵＴＥ＝０）か否かを判定する。ここで、ミュートオフが判定されている場合は、制御部１２は、ＹＥＳと判定してステップＳ３１に進み、第１レベル信号ＬＡ１の第２レベル信号ＬＡ２に対する比（レベル比）が閾値ＴＡを超えるか否かを判定する。ここで、閾値ＴＡは１以上の定数であって、そのレベル比が閾値ＴＡを超える場合は、制御部１２は、ステップＳ３１にてＹＥＳと判定してステップＳ３２に進み、ＬＶｘレジスタに第１レベル信号ＬＡ１を格納する。そして、制御部１２は、ステップＳ３５にて、図３（ａ）のゲインカーブに基づき、ＬＶｘレジスタに格納した第１レベル信号ＬＡ１に対するゲイン値ＧＶを決定する。このステップをより詳細に説明すると、まず、リニアスケールの第１レベル信号ＬＡ１をデシベルスケールに変換する（ＬＩＮ→ＬＯＧ３１）。次に、デシベルスケールの第１レベル信号ＬＡ１に、図３（ａ）に示されるデシベルスケールのゲインカーブを適用し、デシベルスケールのゲイン値ＧＶを得る（ゲインカーブ３２）。次に、そのデシベルスケールのゲイン値ＧＶをリニアスケールに変換する（ＬＯＧ→ＬＩＮ３３）。さらに、リニアスケールのゲイン値ＧＶに平滑化処理を施し（平滑化部３４）、平滑化されたリニアスケールのゲイン値ＧＶを調整部１３に供給する。以上でステップＳ３５の処理が終了して、制御部１２は、この周期処理を終了する。そして、調整部１３が、入力する音響信号を、ゲイン値ＧＶに対応するゲインで増幅して出力することにより、レベル調整装置１からは、速い追随速度でのレベル制御によりレベルが均一化された音響信号が出力される。この場合は、第１レベル信号ＬＡ１の第２レベル信号ＬＡ２に対する比が、閾値ＴＡを超えることから、一時的に、入力された音響信号のレベルが比較的速い速度で上昇しており、レベル調整装置１では、その音響信号のレベルを相対的に速い追随速度で検出した第１レベル信号ＬＡ１に基づいてその音響信号がレベル制御される。このように、演奏音の立ち上がりが速い時には、一時的に、レベル変化の速い信号に追随する出力レベルの均一化が行われる。

また、第１レベル信号ＬＡ１の第２レベル信号ＬＡ２に対する比が、閾値ＴＡ以下の場合は、制御部１２はステップＳ３１にてＮＯと判定してステップＳ３４に分岐し、ＬＶｘレジスタに第２レベル信号ＬＡ２を格納する。そして、上述した第１レベル信号ＬＡ１の場合と同様に、制御部１２は、ステップＳ３５にて、図３（ａ）のゲインカーブに基づき、ＬＶｘレジスタに格納した第２レベル信号ＬＡ２に対応するゲイン値ＧＶを決定し、そのゲイン値ＧＶを調整部１３に供給して周期処理を終了する。そして、調整部１３が、入力する音響信号を、ゲイン値ＧＶに対応するゲインで増幅して出力することにより、レベル調整装置１からは、遅い追随速度でのレベル制御によりレベルが均一化された音響信号が出力される。この場合は、入力された音響信号のレベル変化が遅い場合であり、入力された音響信号のレベルを第１レベル検出部Ａ１より相対的に遅い追随速度で検出した第２レベル信号ＬＡ２に基づいて音響信号がレベル制御される。
このように、演奏音が入力している間、基本的には、リスナにゲイン変動を余り感じさせることのない出力レベルの均一化が行われる。
さらに、ミュートオンが判定されている（ＭＵＴＥ＝１）場合は、制御部１２は、ステップＳ３０でＮＯと判定してステップＳ３３に分岐し、ＬＶｘレジスタにゼロレベル「０」（−∞ｄＢ）を格納する。そして、上述した第１レベル信号ＬＡ１の場合と同様の処理により、制御部１２は、ステップＳ３５にて、図３（ａ）のゲインカーブに基づき、ＬＶｘレジスタに格納したゼロレベルに対応するゼロレベル（−∞ｄＢ）のゲイン値ＧＶを決定し、そのゲイン値ＧＶを調整部１３に供給して周期処理を終了する。この場合、調整部１３は、サウンドソース５１からの音響信号を、そのゲイン値ＧＶが示すゼロレベルのゲインで増幅するので、結果的に、その音響信号はミュートされる。

上記した周期処理を制御部１２が実行することから、本発明の第２実施例にかかるレベル調整装置１においては、入力する音響信号に対し、基本的には、ゆっくりとした追随速度でのレベル制御を施すことにより、リスナにゲイン変動を余り感じさせることなく音響信号のレベルを制御でき、また、レベルの立ち上がりが速い信号が入力した際には、その信号に対し、一時的に、速い追随速度でのレベル制御を施すことにより、その速いレベル変化に追従して音響信号のレベルを制御できる。さらに、曲間等で演奏音がある程度継続的に途切れた際には音響信号をミュートすることにより、スピーカ５３からの残留ノイズがリスナの耳につくのを防止できる。以上の機能を備えているにも関わらず、このレベル調整装置１は、１つの検出レベルに１つのゲインカーブを適用して１つのゲイン値を決定する簡単な構成であり、レベル制御にかかる特性の調整が容易である。また、デシベルスケールのゲインカーブを採用することにより、そのカーブを折れ線形状に近づけて簡単な算術演算でも実現できるようにした。また、レベル信号やゲイン値のデータ長が同じであっても、リニアスケールのゲインカーブと比較して、制御可能なレベル範囲（ダイナミックレンジ）が広くなる。
なお、以上に説明した第２実施例の周期処理では、ステップＳ２２、Ｓ２４、Ｓ３１の判定処理をリニアスケールで行っていたが、それぞれ、デシベルスケールで行うようにしてもよい。あるステップの判定処理をデシベルスケールで行いたければ、その判定にかかるレベル信号を、ステップＳ２０から当該ステップまでの任意の時点で、リニアスケールからデシベルスケールに変換すればよい。そして、ステップＳ２２またはＳ２４の判定処理をデシベルスケールで行う場合、その判定条件には、閾値ＴＭＳまたはＴＭＥをデシベルスケールに変換した閾値ＴＭＳ’またはＴＭＥ’を用いればよい。また、ステップＳ３１の判定処理をデシベルスケールで行う場合、閾値ＴＡをデシベルスケールに変換した閾値ＴＡ’を用いて、判定式（ＬＡ１−ＬＡ２）＞ＴＡ’の判定を行えばよい。この判定は、デシベルスケールにおける、第１レベル信号ＬＡ１の第２レベル信号ＬＡ２に対するレベル差が、閾値ＴＡ’を超えるか否かの判定であるが、第１実施例で説明した、リニアスケールにおける、第１レベル信号ＬＡ１の第２レベル信号ＬＡ２に対するレベル比が閾値ＴＡを超えるか否かの判定と、実質的に等価である。また、ステップＳ３３に関しては、ＬＶｘレジスタにデシベルスケールのゼロレベル（つまり−∞ｄＢ）を設定するよう変更すれば、ステップＳ３５におけるリニアスケールからデシベルスケールへの変換（ＬＩＮ→ＬＯＧ３１）を省略できる。
また、第２実施例の周期処理では、ミュートオンが判定されている場合（ステップＳ３０のＮＯ判定）にもゲインカーブを適用しているが、このゲインカーブの適用は省略可能である。すなわち、ステップＳ３０でＮＯ判定の場合に、ステップＳ３３でゼロレベル（−∞ｄＢ）を直接ゲイン値ＧＶとして格納し、ステップＳ３５では、そのゲイン値ＧＶの平滑化処理のみを行って調整部１３に供給するようにしてもよい。
また、ステップＳ２２、Ｓ２４、Ｓ３１における判定条件の不等号は、それぞれ、「＜」、「＞」、「＞」ではなく、等号付きの「≦」、「≧」、「≧」であってもよい。

第２実施例にかかるレベル調整装置１では、上記説明したように第１レベル信号ＬＡ１に基づいてサウンドソース５１からの音響信号が均一化される時間区間と第２レベル信号ＬＡ２に基づいてサウンドソース５１からの音響信号が均一化される時間区間とがある。横軸を時間として、２つのレベル検出部Ａ１，Ａ２に供給される音響信号を図７（ａ）に示し、第１レベル検出部Ａ１で検出された第１レベル信号ＬＡ１と、第２レベル検出部Ａ２で検出された第２レベル信号ＬＡ２と、第２レベル信号ＬＡ２に代えて第１レベル信号ＬＡ１が選択される区間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３とを図７（ｂ）に示す。
図７（ａ）に示す入力信号４０は、サウンドソース５１からの音響信号がＢＰＦ２１を通過した波形である。この入力信号４０から検出された第１レベル信号ＬＡ１と、第２レベル信号ＬＡ２とが図７（ｂ）に示されている。第１レベル検出部Ａ１は相対的に速い追随速度でレベルのピークを検出していることから、第１レベル信号ＬＡ１は図示するように入力信号４０のエンベロープにほぼ追従するレベル信号となる。また、第２レベル検出部Ａ２はゆっくりしたレベル変動に追従する速度でレベルを検出していることから、第２レベル信号ＬＡ２はそのエンベロープに遅れてゆっくり変化するレベル信号となる。時間軸上の特定区間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３では、第１レベル信号ＬＡ１が第２レベル信号ＬＡ２より、リニアスケールで所定レベル比（デシベルスケールで所定差）をつけて、大きくなっている。これらの区間では、ステップＳ３１にてＹＥＳと判定されて、レベル信号ＬＶｘとして一時的に第１レベル信号ＬＡ１が選択され、調整部１３における音響信号のレベル制御を、入力信号の立ち上がりに遅れることなく行うことができる。そして、区間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３以外の通常区間では、ステップＳ３１にてＮＯと判定されて、レベル信号ＬＶｘとして第２レベル信号ＬＡ２が選択され、調整部１３における通常のレベル制御を、リスナにゲイン変動を感じさせることなく行うことができる。この第２レベル検出信号ＬＡ２の値は、その他のレベル信号の影響を受けることはなく、リスナが感じるゲインの継続性が保たれる。

次に、第２実施例にかかるレベル調整装置１は、図６（ａ）の周期処理のうちのＬＶｘ決定処理を、図６（ｂ）のように変更することにより、単なるノイズゲートとして動作させることもできる。この場合、ステップＳ２０にて取得するデータは、第３レベル信号ＬＢ１と第４レベル信号ＬＢ２だけでよい。ステップＳ４０で、ミュートオフが判定されていた（ＭＵＴＥ＝０）場合、ステップＳ４１にてＬＶｘレジスタに基準レベルを示す「１」が格納され、それに応じて、ステップＳ３５ではゲイン値ＧＶが基準レベル（０ｄＢ）に決定される。ミュートオンが判定されていた（ＭＵＴＥ＝１）場合、ステップＳ４２にてＬＶｘレジスタにゼロレベルを示す「０」が格納され、それに応じて、ステップＳ３５ではゲイン値ＧＶがゼロレベル（−∞ｄＢ）に決定される。

また、以下の説明において、「レベル変化が速い」とは、第１レベル検出部が出力する入力信号のレベル変化に鋭敏に追従した第１レベル信号と、第２レベル検出部が出力する入力信号のレベル変化に鈍く追従した第２レベル信号との比が、第１レベル信号＞第２レベル信号である状態を指し、この状態は、例えば静寂状態から楽曲の演奏が始まったときや、破裂音や爆発音などが発生したとき等、入力信号のレベルが急激に増加するといった状況である。
以上説明した本発明の実施例にかかるレベル調整装置では、サウンドソースからの音響信号に応じて、楽曲の途中のレベル変化があまり速くない通常区間では、遅い追随速度とされゲイン変動が目立ちにくい第２レベル検出部のレベル信号を用いて、ゲインの制御を行い、強い演奏音の頭等のレベルが急激に立ち上がる一部区間（上記特定区間）では、速いレベル変動に対応できる第１レベル検出部のレベル信号を用いて、ゲインの制御を行っている。そして、これら両ゲイン制御を、共通のゲインカーブ特性に基づいて行っているため、レベル調整装置の構成がシンプルであり、かつ、レベル変化特性の制御が容易となる。
また、本発明の実施例にかかるレベル調整装置では、追随する速さの異なる２つのレベル検出部の１つの出力を選択していたが、速さの異なる３つ以上のレベル検出部を設けて、そのうちの１つの出力を選択し、その選択された出力に基づいてゲインを決定するようにしてもよい。
さらに、本発明の実施例にかかるレベル調整装置は、信号処理をプログラム可能なデジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で構成してもよいし、アナログ演算回路で構成してもよい。

１ レベル調整装置、１０ 第１レベル検出部、１１ 第２レベル検出部、１２ 制御部、１３ 調整部、２０ 加算回路、２１ ＢＰＦ、２２ ＡＢＳ回路、２３ ＡＢＳ回路、２４，２５ ディレイ部、３０ 判定／決定部、３１ リニア−ログ変換部、３２ ゲインカーブ、３３ ログ−リニア変換部、３４ 平滑部、４０ 入力信号、５０ オーディオ装置、５１ サウンドソース、５２ パワーアンプ、５３ スピーカ、Ａ１ 第１レベル検出部、Ａ２ 第２レベル検出部、Ｂ１ 第３レベル検出部、Ｂ２ 第４レベル検出部

Claims (5)

1. 入力信号のレベルを調整して出力するレベル調整装置であって、
   前記入力信号のレベルを、相対的に速い追随速度で検出し、第１レベル信号を出力する第１レベル検出部と、
   前記入力信号のレベルを、前記第１レベル検出部より遅い追随速度で検出し、第２レベル信号を出力する第２レベル検出部と、
   前記第１レベル信号の前記第２レベル信号に対するレベル比が、１以上の所定レベル比を超える場合、または、以上の場合は、前記第１レベル信号に基づいてゲイン値を決定し、前記レベル比が前記所定レベル比以下の場合、または、未満の場合は、前記第２レベル信号に基づいてゲイン値を決定し、該決定したゲイン値に応じた制御信号を出力する制御部と、
   該制御部から出力される前記制御信号に基づいて、前記入力信号のレベルを調整する調整部と、
   を備え、前記第１レベル検出部および前記第２レベル検出部におけるアタックレートがリリースレートより速く設定されていることを特徴とするレベル調整装置。
2. 前記制御部は、値が時間的になめらかに変化するよう、前記制御信号を平滑化して前記調整部に出力することを特徴とする請求項１記載のレベル調整装置。
3. さらに、前記入力信号から聴感上の音量に影響が大きい帯域の成分を抽出するフィルタ手段を備えており、
   前記第１レベル検出部及び前記第２レベル検出部は、それぞれ、前記フィルタ手段でフィルタ処理された信号のレベルを検出することを特徴とする請求項１または２に記載のレベル調整装置。
4. さらに、前記制御部は、前記入力信号が所定レベル未満となったことを検出して、前記調整部にミュートを指示することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のレベル調整装置。
5. 入力信号のレベルを調整して出力するレベル調整方法であって、
   前記入力信号のレベルを、相対的に速い追随速度で検出し、第１レベル信号を出力する第１レベル信号生成過程と、
   前記入力信号のレベルを、前記第１レベル検出手段より遅い追随速度で検出し、第２レベル信号を出力する第２レベル信号生成過程と、
   前記第１レベル信号の前記第２レベル信号に対するレベル比が、１以上の所定レベル比を超える場合、または、以上の場合は、前記第１レベル信号に基づいてゲイン値を決定し、前記レベル比が前記所定レベル比以下の場合、または、未満の場合は、前記第２レベル信号に基づいてゲイン値を決定し、該決定したゲイン値に応じた制御信号を出力するゲイン値生成過程と、
   前記制御信号に基づいて、前記入力信号のレベルを調整するレベル調整過程と、
   を備え、前記第１レベル検出部および前記第２レベル検出部におけるアタックレートがリリースレートより速く設定されていることを特徴とするレベル調整方法。

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