JPH079452Y2 - 低域クリップ防止回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、可聴周波増幅器の低域信号成分によるクリ
ップを防止するための低域クリップ防止回路に関する。

［従来の技術］ 一般的な音楽信号は楽器音や音声等さまざまな周波数成
分を含んでいる。また、音楽信号はそのエネルギーバラ
ンスから、低域は中高域に比べ大振幅の信号を含む場合
が多く、ドラム等の大音量の楽器も多い。

また、トランジスタ増幅器のような増幅器は、一般に、
所定のレベル（無歪最大入力レベル）を越えるレベルの
信号が入力すると、出力信号がクリップしてしまう。

ところが、このような増幅器においては、入力信号の低
域成分のレベルが増幅器をクリップさせる程大きいと、
この低域成分に関しては、たとえ歪が軽微で、音響とし
て大した問題とはならない程度であるとしても、入力信
号に中高域成分も含まれている場合、これらの中高域成
分がこの低域成分のクリップにより欠損し、音響として
多大の影響を被るという問題があった。

すなわち、増幅器に、第７図（ａ）に示すような低、中
および高域の３成分を含み、特に低域成分のレベルが該
増幅器の無歪最大入力レベルより大きな第７図（ｂ）に
示すような波形の信号が入力されたとすると、該増幅器
の出力波形は第７図（ｃ）に示すような波形となる。こ
の場合、第７図（ｄ）に示すように、低域成分はクリッ
プしているものの、一応再生されるのに対し、中域およ
び高域成分は、第７図（ｄ）に示すようなＸ印の部分が
欠損している。そして、このような欠損は、音響として
見た場合、大きな欠陥となる。

特に、音楽信号においては、中高域成分が聴感上音楽情
報の中心をなすものであるため、その中高域成分の連続
性に欠損が生じることは音楽的には破綻に値する程に決
定的なダメージとなる。

増幅器におけるクリップを防止する回路としては、従来
より、いわゆるAGC（自動音利得制御）回路が知られて
いる。第８図は、このようなAGC回路を用いた例を示
す。同図において、スピーカ駆動用のパワーアンプ１の
入力回路に直列に電子アッテネータ８を接続し、コント
ロール回路９により入力信号V_iのレベルに応じてアッテ
ネータ８における減衰量を制御し、パワーアンプ１への
入力信号レベルをパワーアンプ１のクリップレベル以下
としている。

しかしながら、このようなAGC回路を用いた場合は、 全帯域でアッテネートするため、音量感が損なわれ
る。

コントロール回路に時定数が入るため、音響効果が不
自然になる場合がある。

ステレオの場合、片チャンネルにのみ大振幅の入力が
あったときも、音源の位置感を不安定にしないためには
もう一方のチャンネルにも同様の減衰効果を与える必要
がある。

などの欠点があった。

［考案が解決しようとする課題］ この考案は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、大
振幅低域信号成分による増幅器のクリップを防止し、も
って音楽信号の破綻に至るような決定的なダメージとな
る中高域成分の欠損を防止することが可能な低域クリッ
プ防止回路を提供することを課題としている。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため、この考案では、対象となる増
幅器より前段において、可聴周波信号を低域成分と中高
域成分とに分割し、低域成分のみを非線形かつ滑らかに
圧縮し、この圧縮した低域成分と前記中高域成分とを再
度合成することにより、前記増幅器へ入力される信号の
低域成分によるピーク値を該増幅器のクリップレベルよ
り小さく抑えている。

［作用］ この考案の低域クリップ防止回路は、低域クリップを防
止しようとする増幅器（対象増幅器）の前段または前々
段など、該増幅器より前段に設けられる。そして、この
低域クリップ防止回路は、可聴周波入力信号のレベルが
対象増幅器のクリップレベル（無歪最大入力レベル）以
下となるように前記入力信号を加工して対象増幅器へ供
給する。

［効果］ したがって、この考案によれば、対象増幅器における低
域成分によるクリップを防止することができ、低域成分
の振幅過大に起因する中高域成分の欠損を防止すること
ができる。

また、この低域クリップ防止回路においては、低域成分
のみを加工するため、中高音域の信号レベルは全く影響
されない。したがって、音楽情報の中心である中高域の
音量感は損なわれない。

また、この低域成分の振幅制限は非線形に行なわれる。
このため、低域信号はピークのみが抑えられるので、低
域成分のエネルギー感も損なわれにくい。また、非線形
圧縮のため、時定数を含める必要がなく、音楽信号とし
ての不自然感も少ない。

また、上記のように、低域信号の圧縮によるエネルギー
感のロスが少ないため、ステレオ等の場合にも各チャン
ネルごとに単独で信号処理を行なうことができる。これ
と、前記の中高域レベルを操作しないことと合せて信号
処理に基づく中高域成分の欠損も発生しない。

さらに、低域成分を滑らかに圧縮することによりこの圧
縮による高次の歪成分の発生を抑えているため、低域成
分の圧縮に伴なう歪感を少なくすることができる。

［実施例］ 以下、この考案の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は、この考案の一実施例に係る低域クリップ防止
回路の基本構成を示す。同図の低域クリップ防止回路２
は、スピーカ10を駆動するパワーアンプ１の低域クリッ
プを防止するためのもので、帯域分割回路を構成するロ
ーパスフィルタ（LPF）３およびハイパスフイルタ（HP
F）４、位相シフト回路５、低域信号成分の振幅を制限
するためのソフトクリップ回路６ならびに帯域合成のた
めの加算器７を具備している。位相シフト回路５は、帯
域合成が好適に行なわれるように低域成分と中高域成分
との位相関係を補正するためのもので、必要に応じて配
設される。この位相シフト回路５を配設する場合、この
回路５は、図示の位置の他、LPF3の前段もしくはソフト
クリップ回路６の後段、あるいは中高域成分側のHPF4の
前段もしくは後段に接続することができる。

第２図は、第１図の低域クリップ防止回路の動作説明の
ための動作概念図を示す。次に、第２図の動作概念図を
参照しながら、第１図の回路の動作を説明する。

第１図の低域クリップ防止回路２において、可聴周波入
力信号V_iは、先ず、HPF4とLPF3とを通過することによっ
て中高域成分（第２図）と低域成分（第２図）とに
帯域を分割される。そして、低域成分は、HPF4の位相特
性と整合するように位相シフト回路５を通り、次に、ソ
フトクリップ回路６を通ることによって大振幅信号時の
ピークがソフトクリップされる（第２図）。このソフ
トクリップ回路６は低域成分のピークをパワーアンプ１
の電源±Vccに依存するクリップ（ハードクリップ）レ
ベルより低いレベルに制限するもので、振幅制限したこ
とによる高次の歪が耳につかないようにソフトクリップ
としている。この振幅制限された低域成分は、別途にHP
F4を通っただけで何も加工されなかった中高域成分と加
算器７において合成され、１つの信号（第２図）とな
ってパワーアンプ１に入力される。

第３図は、第１図に示す基本構成の具体的回路例を示
す。同図において、LPF3およびHPF4としてはこれらの出
力を後段でミキシングして合成したとき、ゲインおよび
位相が整合するように、遮断周波数f₀が同じでＱ値も同
じＱ＝0.5の二次フィルタを形成している。LPF3を通っ
た信号（低域成分）は、反転アンプ61に入力される。こ
の反転アンプ61の負帰還系には逆並列接続されたダイオ
ード62,63が接続されており、全体として対数増幅器を
形成している。これにより、大きな信号が入ってきたと
きのピークのゲインが押さえられ、ソフトクリップした
波形が得られる。この場合、クリップさせる素子（クリ
ップレベル）と、後続のパワーアンプ１のゲインおよび
最大出力とに応じて、パワーアンプ１の出力がクリップ
しないように反転アンプ61のゲインと、ミキシング（加
算）用の抵抗71,72の値を設定すればよい。例えば、パ
ワーアンプ１の最大出力が小さい場合にはこの低域クリ
ップ回路で早くクリップするように反転アンプ61のゲイ
ンを大きく設定するとともに、小信号時のｆ特（周波数
特性）がフラット（平坦）になるように抵抗71の抵抗値
を抵抗72の抵抗値より大きく設定する。

第３図の回路において、LPF3の特性は、 但し、ｓ＝ｊω ωは角周波数であるから また、HPF4の特性は、 となり、LPF3の出力T_LP（ｓ）とHPF4の出力T_HP（ｓ）と
は位相が180°ずれていることが分る。

したがって、これらの出力をミキシング比1:1で合成す
ると、その合成出力S_MIXは、 ここでは、Ｑ＝0.5であるから すなわち、第３図の回路においては、LPF3の出力とHPF4
の出力とをミキシング比が1:1となるように混合すれば
ゲインは周波数に依らず一定となることが分る。

第４図は、第１図の回路の第２の具体例を示す。第４図
の回路は、第３図のものに対し、LPF3ならびにHPF4のバ
ッファアンプ31および41を除去し、かつ出力用のバッフ
ァアンプ73を付加したもので、これによってオペアンプ
を１個省略したものである。また、第４図の回路は、別
の見方をすれば、第３図のものに対し、LPF3のバッファ
アンプ31に、さらに位相反転およびソフトクリップの機
能を持たせたものと考えることもできる。

第５図は、第１図の回路の第３の具体例を示す。第３お
よび第４図の回路ではリミッタ用のダイオード62,63を
反転アンプ61の負帰還系に接続しているが、これらを第
５図に示すように反転アンプ61の出力回路に直列に接続
された可変抵抗器64の摺動端子とアースとの間に接続す
ることにより、リミッタ効果の大小すなわちソフトクリ
ップレベルを可変することができる。

以上のように、この考案の低域クリップ防止回路を用い
ることにより増幅器への低域信号の許容入力を大きくす
ることができる。すなわち、増幅器への入力信号の低域
を予めブーストしても低域クリップによる中高域信号へ
の悪影響は無いかまたは少ない。したがって、この考案
は、小形スピーカを用い、低域をブーストすることによ
り低音不足の解消を図るような装置、例えばラジカセ等
のスピーカ回路に好適に適用することができる。

［実施例の変形例］ なお、この考案は、上述の実施例に限定されることな
く、適宜変形して実施することができる。例えば、LPF3
およびHPF4は、処理しようとする可聴波信号を低域成分
と中高域成分とに分割するものであれば良く、一方また
は双方をバンドパスフィルタ等の他の低域通過手段およ
び中高域通過手段に置き換えることも可能である。

第９図は、第１図の構成中、HPF4を他の中高域通過手
段、すなわちLPF3を通過した低域成分を入力信号V_iから
除去するような回路と置き換えたものである。第９図に
おいて、オペアンプ等からなる差動アンプ41は非反転入
力端子（＋端子）に可聴周波入力信号V_iを供給され、反
転入力端子（−端子）に第２図にで示すような低域成
分を供給される。これにより、差動アンプ41の出力とし
て、（可聴周波入力信号V_i）−（LPF3の出力）なる信
号、すなわち第２図にで示すような中高域成分が得ら
れる。

また、上述においては、この考案を主にパワーアンプの
低域クリップ防止用として適用する場合について説明し
たが、この考案は、いわゆるラインアンプ等のような電
圧または電流増幅器の低域クリップ防止用として適用す
ることも可能である。特に、3Vのバッテリ等、低電圧の
電源を用いるアンプではそのクリップレベルも1V程度と
低いため、この考案を有効に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の一実施例に係る低域クリッブ防止
回路の基本構成を示すブロック図、 第２図は、第１図の回路の動作概念説明図、 第３図は、第１図の回路の第１の具体例を示す回路図、 第４図は、第１図の回路の第２の具体例を示す回路図、 第５図は、第３および第４図の回路の変形例を示す回路
図、 第６図は、第３〜第５図の変形例を説明するための周波
数特性図、 第７図は、従来における増幅器の低域クリップを説明す
るための波形図、そして、 第８図は、AGC回路を用いた従来のクリップ防止回路の
一例を示す回路図、そして、 第９図は、第１図の回路の変形例を示す回路図である。 1:パワーアンプ 2:低域クリップ防止回路 3:低域通過手段（ローパスフイルタ） 4:高域通過手段（ハイパスフイルタ） 5:位相補正回路 6:ソフトクリップ回路 7:加算回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】可聴周波増幅器より前段に接続され、低域
   信号成分による該増幅器の出力信号のクリップを防止す
   る回路であって、 可聴周波入力信号を低域成分と中高域成分とに分割する
   帯域分割回路と、前記低域成分の振幅を前記増幅器の入
   力レベルが無歪最大入力レベル以下となるように非線形
   かつ滑らかに圧縮する振幅制限回路と、振幅制限された
   低域成分と前記中高域成分とを合成する帯域合成回路と を具備することを特徴とする低域クリップ防止回路。