2012年4月10日火曜日

ノイズ低減回路、電子機器、ノイズ低減方法 - Astamuse(アスタミューゼ)


ビデオカメラ、デジタルカメラ、IC(integrated circuit)レコーダなどのマイクロホンを備えた電子機器において、音声信号に混入するノイズは、外部ノイズと内部ノイズとに大きく分けられる。外部ノイズには、マイクロホンの付近に設置される機械構成部分などの機械的動作に起因するノイズや、ノイズ発生源からの飛び込みノイズ、各種スイッチ操作で生じるノイズなどの外部発生要因のノイズが挙げられる。内部ノイズには、マイクロホンなどのいわゆるセンサ部品や、前段増幅器(プリアンプ)などを構成する抵抗や半導体素子から発生する熱雑音があり、これらはホワイトノイズと呼ばれ、広帯域の周波数成分を均等に含むランダムノイズである。

最近のビデオカメラには複数のマイクロホンが搭載され、各マイクロホンからの出力にステレオ音場処理を施すことが行われ、それぞれのマイクロホンの音声信号に混入するホワイトノイズがそのステレオ音場処理により強調されてしまうという問題があった。

図15に、例えば特許文献1によるビデオカメラのステレオ音場処理回路を示す。 特許第2946638号公報


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この回路は、2つの無指向性マイクロホン1、2のうち一方のマイクロホンから出力された音声信号が2つのマイクロホン1、2の離間距離に対応する時間遅延される遅延回路5、6と、遅延回路5、6により遅延された音声信号が減衰器7、8を介して極性が反転されて重畳される加算器10、9と、加算器10、9からの出力信号の周波数特性を整えるイコライザ12、11とを有する。

音源に対して例えばRチャンネル用のマイクロホン1の方が近い位置にある場合、Lチャンネル用のマイクロホン2に音波が到達する時間は、マイクロホン1への到達よりも遅れる。したがって、その遅れ時間分だけ、アンプ3を介したマイクロホン1の出力信号が遅延回路5で遅延され、その遅延された信号を、アンプ4を介したマイクロホン2の出力信号から減算することにより、加算器10の出力は略相殺される。逆に、音源がマイクロホン2に近い場合には、Rチャンネルの出力が相殺される。これによりステレオ感(左右のレベル差)を得ることができる。


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すなわち、上記ステレオ音場処理回路はわずかな位相差を強調する回路であり、マイクロホン1、2の音声信号に位相差がない場合には図16(a)に示すように上記回路での演算処理後の指向性パターンはL(実線)とR(破線)とがほぼ一致するモノラル特性を示すが、両者に位相差がある場合にはその位相差に応じて図16(b)に示すように指向性パターンはL(実線)とR(破線)とがそれぞれ左右方向に分離してステレオ特性を示すようになる。

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LチャンネルとRチャンネルにそれぞれ生じるホワイトノイズはランダムな位相差で生じるためにそのランダムノイズがステレオ音場処理回路でステレオ処理され、例えば加算器9及び10で入力信号が同相で加算された場合にはレベルが悪化してしまい、さらに後段のイコライザ11及び12でノイズ帯域のゲインを上げてしまう。また、図16(b)に示したようなステレオ特性をもつためにノイズが音場全体に広がり、発生するホワイトノイズが非常に微小レベルであっても強調されてしまう。


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外部ノイズに対しては、マイクロホンとノイズ発生源とを音響的に隔離するなどの構造的手法や、適応フィルタなどを利用した電気的手法により低減することが可能であるが、ホワイトノイズなどの内部ノイズについては可聴音の周波数成分を均等に含んでいるために、特定帯域のみ除去するフィルタでは容易に除去できず、音声成分も同時に除去してしまうなどの不具合があった。

また、熱雑音(ホワイトノイズ)が少なくなるように設計された専用の素子や半導体部品など、汎用部品以外の高価な部品を使用することで内部ノイズの発生を抑えることができるが、コストや回路規模などの点から特に民生用機器にとっては採用し難い。

そこで、電気的な信号処理にてノイズを低減することが好ましい。例えば特許文献2に示されるノイズ低減回路では、信号の(振幅)レベルに基づいて音声成分とノイズとを区別し、そしてレベルが所定レベル以下である場合には、音声成分がなくノイズだけであるとみなしてその信号を出力しない、あるいは信号レベルを低減させている。 特開平7−44996号公報


本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、ノイズレベルに近い小さなレベルの音声成分に対する影響を抑えつつノイズ低減が図れるノイズ低減回路、電子機器、ノイズ低減方法を提供することにある。

本発明のノイズ低減回路によれば、ノイズレベル付近のレベルを持つ音声成分が聞こえにくくなったり、聞こえなくなるということを避けつつ、ノイズ低減を図れ、必要とする音声信号をクリアに再生して聞くことができる。また、ノイズを発生しにくいように設計された高価な専用部品や回路が不要であり、回路規模の大型化を抑制したり、コスト低減が図れる。



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