CN109756198B - 音频电路、使用它的车载用音频装置、音频组件装置、电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种音频电路、使用它的车载用音频装置、音频组件装置、电子设备。抑制噪声、并缩短音量增益的转变时间。D/A转换器(210)将数字音频信号转换为模拟音频信号。模拟音量电路(220)接收D/A转换器(210)的输出。控制器(250)控制模拟音量电路(220)。控制器(250)控制模拟音量电路(220)的1级的转变时间，使得增益越低就越短。
Description
技术领域
本发明涉及音频电路。
背景技术
CD播放器、音频放大器、车载音响或便携式收音机、便携式音频播放器等具有音频信号播放功能的电子设备包括能够对音频信号进行各种信号处理的声音处理器。图1是表示一般性的音频系统构成的框图。
音频系统100包括音源102、模拟放大器104、A/D转换器106、DSP108、D/A转换器210、音量电路220、功率放大器110、电声转换元件112。
音源102是CD播放器、存储式音频播放器(silicon audio player)、智能手机等，输出模拟音频信号。模拟放大器104将来自音源102的模拟音频信号放大，使其符合后级的A/D转换器106的输入范围。DSP108接收来自A/D转换器106的数字音频信号，进行预定的数字信号处理。作为DSP108进行的信号处理，例如可例示均衡处理、低音增强、高音增强、立体声—单声道转换、数字音量控制等。
D/A转换器210将经过DSP108处理的数字音频信号转换为模拟音频信号。音量电路220将D/A转换器210的输出信号按与音量值对应的增益进行放大。功率放大器110将音量电路220的输出放大，驱动作为电声转换元件112的扬声器或头戴式耳机。
本音频系统100中，通过在D/A转换器210的后级插入音量电路220，能够改善音量衰减时的噪声特性。
图2的(a)、(b)是包括D/A转换器210及音量电路220的功能IC(IntegratedCircuit：集成电路)的电路图。D/A转换器210有非零的偏移误差，该偏移误差被音量电路220和后级的放大器放大，输入到电声转换元件112后，会在切换音量时产生DC冲击音。
在图2的(a)的构成中，通过在D/A转换器210与音量电路220之间插入隔直电容器，能够去除DC噪声成分，但无法去除接近DC电平的低频成分。
在图2的(b)的构成中，在音量电路220中设置软开关电路222。软开关电路222使音量(增益)按某时间常数渐变。
图3的(a)、(b)是说明图2的(b)的音量电路220中的增益切换的波形图。为求简明，将D/A转换器210的输出(音量电路220的输入SIN)设为振幅固定、单一频率。请参照图3的(a)。最初设定有增益g1，音量电路220的输出信号SOUT的包络线(振幅)与增益g1相对应。
在时刻t1，发生了将增益由g1变更为小一级的值g2的指示。音量电路220按预定的转变时间(时间常数)τ0将增益从g1渐变为g2。
在时刻t2，发生了将增益由g2变更为更小一级的值g3的指示。音量电路220按相同的转变时间τ0将增益从g2渐变为g3。
图3的(b)是说明使增益多级变化时的动作的波形图。最初设定有某增益g1。在时刻t3发生了将增益由g1变更为小其多个等级的值gn的指示。音量电路220将增益由g1向gn逐级变化。每1级增益变化所需要的转变时间τ0相同。从时刻t3起，到经过τ0×(n-1)后的时刻t4时转变完成。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1:日本特开2007-325057号公报
专利文献2:日本特开2008-035113号公报
专利文献3:日本特开2009-027412号公报
专利文献4:日本特开2009-200730号公报
发明内容
[发明要解决的课题]
如图3的(b)所示，以往的音量电路220中的音量切换是使增益1级(例如1dB)按不依赖于增益的固定的时间常数τ0变化的。因此，例如在从最大增益(0dB)切换至最小增益(-80dB)的情况下，需要τ0×80的漫长切换时间。
考虑将以往的音量电路220用于输入源的转换。在由第1源切换为第2源的情况下，发生(ⅰ)将增益降低到最小值，(ⅱ)由第1源切换为第2源，(ⅲ)将增益恢复为原值的程序。输入源切换中，到下一源被播放时的静音时间变长，用户可能会有不协调感。
本发明鉴于上述课题而完成，其一个方案的示例性的目的之一在于提供一种能够抑制噪声、并缩短切换时间的音频电路。
[用于解决技术课题的技术方案]
本发明的一个方案涉及音频电路。音频电路包括：将数字音频信号转换为模拟音频信号的D/A转换器、接收D/A转换器的输出的模拟音量电路、控制模拟音量电路的增益的控制器。控制器可以控制模拟音量电路的1级的转变时间，使得增益越低，该转变时间就越短。
需要说明的是，将以上的构成要素进行任意的组合或者将本发明的构成要素或表现形式在方法、装置、系统等之间相互替换的方案，作为本发明的方案也是有效的。
[发明效果]
通过本发明的音频电路，能够抑制噪声、并缩短切换时间。
附图说明
图1是表示一般性的音频系统的构成的框图。
图2的(a)、(b)是表示包括D/A转换器及音量电路的功能IC(Integrated Circuit)的电路图。
图3的(a)、(b)是说明图2的(b)的音量电路中的增益切换的波形图。
图4是包括实施方式的音频电路的音频系统的框图。
图5的(a)、(b)是表示增益与转变时间的关系的图。
图6是表示控制器的构成例的框图。
图7是表示多个不同的控制特性的图。
图8的(a)、(b)是说明D/A转换器的偏移误差的影响的图。
图9的(a)是表示实施方式的音频系统中的增益控制的图，图9的(b)是表示以往的增益控制的图。
图10是变形例的音频电路的框图。
图11是表示使用了音频电路的车载用音频装置的构成的框图。
图12的(a)～(c)是电子设备或音频组件装置的外观图。
具体实施方式
(实施方式的概要)
本说明书公开的一实施方式涉及音频电路。音频电路包括：将数字音频信号转换为模拟音频信号的D/A转换器、接收D/A转换器的输出的模拟音量电路、控制模拟音量电路的增益的控制器。控制器进行控制，使得增益越低，模拟音量电路的1级的转变时间就越短。
模拟音量电路的增益越低，输入到电声转换元件的信号中起因于D/A转换器的偏移误差的成分的振幅就越小。也就是说，当模拟音量电路的增益低时，即使缩短转变时间，DC噪声也难以听到。所以，通过这一实施方式，可以抑制噪声，并缩短音量的切换时间。
控制器也可以具有表示增益或增益范围、及与之对应的转变时间的关系的表。
控制器也可以具有多个表，能够从中选择使用的表。DC噪声不仅受模拟音量电路的增益的影响，也受到后级的放大器(功率放大器)的增益的影响。如功率放大器的增益较高，则有必要增加转变时间。通过准备多个表，能后级连接的放大器的增益不同的多个平台中共用音频电路。
控制器也可以安装在处理数字音频信号的DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)中。通过将控制器安装在逻辑电路中，能够抑制音频电路的电路面积。
音频电路也可以被一体集成在一个半导体基板上。所谓“一体集成”，包括电路的全部构成要素都形成在半导体基板上的情况，以及电路的主要构成元素被一体集成的情况，可以为调节电路常数而将一部分电阻或电容器等设置在半导体基板的外部。
(实施方式)
以下，基于优选的实施方式参照附图说明本发明。对各附图所示的相同或等同的构成要素、构件、处理标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。并且，实施方式并非限定发明，仅是示例，并非实施方式中所记述的全部特征或其组合，都是发明的本质性内容。
在本说明书中，所谓“构件A与构件B连接的状态”，除包含构件A与构件B物理性地直接连接的情况外，还包括构件A与构件B经由不对电连接状态有影响或者不阻碍功能的其它构件间接地连接的情况。
同样，所谓“构件C被设置于构件A与构件B之间的状态”，除包含构件A与构件C、或者构件B与构件C直接连接的情况之外，还包含经由不对电连接状态有影响或者不阻碍功能的其它构件间接地连接的情况。
图4是包括实施方式的音频电路200的音频系统100的框图。图4表示的是单端电路，但各功能块也可以由差动电路构成。音频电路200是集成在一个半导体基板上的功能IC。
音频系统100除音频电路200以外，还包括功率放大器110、电声转换元件112、主处理器114、用户接口116。用户接口116是音量旋钮、按钮、触摸面板、遥控器等，取得用户指定的音量值。主处理器114将用户接口116取得的音量值VOL发送给音频电路200。功率放大器110基于音频电路200的输出信号S3驱动电声转换元件112。功率放大器110可以是D级放大器(数字放大器)，也可以是模拟放大器。
音频电路200包括D/A转换器210、模拟音量电路(也简称为音量电路)220、DSP230、接口电路240。
接口电路240为I2C(Inter IC)接口或SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口)等，从主处理器114接收上述的音量值VOL及其它各种设定值。
DSP230被从未图示的音源输入数字音频信号。DSP230对数字音频信号进行各种信号处理。信号处理不被限定，例如均衡处理、音调控制、低音增强、高音增强、响度均衡处理、立体声—单声道转换、数字音量控制等。
D/A转换器210将DSP230处理后的数字音频信号S1转换为模拟音频信号S2。D/A转换器210存在偏移误差。典型性的偏移误差被包含在数mV至数十mV的范围内。
音量电路220包含可变增益放大器，将来自D/A转换器210的音频信号S1按照与用户设定的音量值VOL相应的增益g放大。需要说明的是，此处的放大，也包含增益比1小的衰减。而且，音量电路220具有使增益渐变的功能。具有此种功能的音量电路220采用公知技术即可，其构成不被特别限定。
控制器250控制模拟音量电路220。具体来说，在音量值VOL发生变更时，将音量电路220的增益变更为与音量值相应的值。控制器250作为DSP230的一部分而被以数字电路方式安装。
控制器250使模拟音量电路220的1级的转变时间随增益的降低而缩短。典型的是，1级为1dB，但不限于此，也可以是5dB每级、2dB每级、3dB每级。
图5的(a)、(b)是表示增益与转变时间的关系的图。横轴的增益，表示临转变前的增益。在图5的(a)中，转变时间按2值切换。增益(音量值VOL)在0～-4dB的范围时，转变时间取相对较长的第1值τ1，增益在比-5dB低的范围时，转变时间取相对较短的第2值τ2。图5的(b)中，转变时间与增益的范围相对应地按7个值切换。转变时间的切换的阶段数不做特别限定，在2阶段以上即可。
图6是表示控制器250的构成例的框图。控制器250包括状态机252、计数器254、表256。状态机252接收用户指定的变更后的音量值VOL。状态机252使增益从与变更前的音量值VOL对应的增益g_START起，向着与变更后的音量值对应的增益g_END逐级(如1dB)地变化。1级的转变时间τ与增益g的关系被储存在表256中，状态机252从表256中读取与当前的增益gⅰ对应的转变时间τⅰ。状态机252利用计数器254测定转变时间τⅰ，并使音量电路220的增益从当前的增益gⅰ向着下一级的增益gi+1经过转变时间τⅰ地渐变。当转变完成后，当前的增益变为g i+1。状态机重复此动作，直至使增益变为最终值g_END。
优选的是，控制器250包含多个表256_1～256_M(M≥2)。多个表256_1～256_M中保持有增益和转变时间的不同关系(控制特性)。至于参照哪一个表，可以使得能够利用寄存器等从外部设定。
图7是表示多个不同的控制特性的图。图7中表示M＝3的控制特性(ⅰ)～(ⅲ)。图7的示例中，与转变时间的变化点对应的增益相同，但不限于此，也可以针对不同的增益，存在转变时间的变化点。或者，转变时间切换的阶段数也可以不同。
以上是音频系统100的构成，接下来说明其动作。
图8的(a)、(b)是说明D/A转换器210的偏移误差的影响的图。图8的(a)表示电声转换元件112的输入端的起因于D/A转换器的偏移误差的电压VOUT。图8的(b)表示使音量电路220的增益变化1级时的、电声转换元件112的输入端的电压VOUT的变动幅度△VOUT。需要说明的是，在此，将D/A转换器210的偏移误差假定为15mV，功率放大器110的增益假定为0dB。当音量电路220的增益为最大值(0dB)时，电声转换元件112的输入端的偏移误差的影响VOUT最大，为15mV。
如图8的(a)所示，随着增益降低，偏移电压的影响VOUT变小，所以变更1级增益时的电压VOUT的变动幅度△VOUT也随之变小。这意味着，增益低时，即使使增益短时间地变化，也难以听到DC噪声。
图9的(a)是表示实施方式的音频系统100的增益控制的图，图9的(b)是表示以往的增益控制的图。横轴表示时间，纵轴表示增益。在此表示的是使增益从0dB降低至-20dB的动作。
首先参照图9的(b)说明以往的增益控制。在以往的控制中，与增益的值无关，1级的转变时间τ0被固定。该固定的转变时间τ0被设定为当增益是0dB时，从电声转换元件112听不到DC噪声。当使增益变化的级数增加时，总的转变时间与级数成正比地增加。在本示例中，20×τ0为总的转变时间△T。
接下来参照图9的(a)说明实施方式的增益控制。在图9的(a)的示例中，0～-4dB范围内的1级的转变时间为τ1，-4～-10dB范围内的转变时间为τ2，-10～-20dB范围内的转变时间为τ3，并且τ1＞τ2＞τ3的关系成立。τ1、τ2、τ3被设定使得在对应的增益范围内从电声转换元件112听不到DC噪声。因τ0≥τ1＞τ2＞τ3的关系成立，所以能够使总转变时间△T比以往缩短。
以上为音频系统100的动作。通过该音频系统100，能够抑制噪声，并大幅缩短总转变时间。
在图9的(a)、(b)中，表示了使增益从0dB开始变化的例子，但是实际上很少用到0dB。因为在实际使用中被在更小的增益范围内使用，所以总转变时间的缩短效果会更明显。
并且，准备了多个控制特性，可以选择。由此，能够在后级连接的放大器的增益不同的多个平台中共用音频电路200。
以上，以实施方式为基础说明了本发明。本领域技术人员应理解，该实施方式仅为示例，其各构成要素或各处理流程的组合可能有各种变形例。并且，这样的变形例也在本发明的范围内。以下，说明这样的变形例。
(第1变形例)
在实施方式中说明了能够以1dB每级控制增益的音量电路220。但不限于此，增益的分级也可以是不等间隔。这种情况下，增益越低，将每dB的转变时间设定得越短即可。
(第2变形例)
图10是变形例的音频电路200A的框图。音频电路200A除图4的音频电路200以外，还包括D/A转换器212、音量电路224、隔离放大器226、合成电路228。
DSP230A输出蜂鸣音等预先确定的数字音频信号S4。D/A转换器212将数字音频信号S4转换为模拟音频信号S5。
音频电路200A的外部输入(AUX)管脚被输入模拟音频信号S6。模拟音频信号S6被去除接地噪声用的隔离放大器226缓冲(放大)。音量电路224与音量电路220的构成相同，放大隔离放大器226的输出信号S7。控制器250A根据音量的设定值控制音量电路224的增益。控制器250A通过与对音量电路220的说明中相同的方法控制音量电路224的增益。合成电路228对多个模拟音频信号S3、S5、S8进行相加运算。
在该音频电路200A中，隔离放大器226也与D/A转换器同样存在DC偏移误差。通过本变形例，可以抑制起因于隔离放大器226的DC偏移误差的噪声，并缩短转变时间。需要说明的是，音量电路224的控制特性(增益与转变时间的关系)只要考虑隔离放大器226的DC偏移误差进行规定即可，所以，音量电路224的控制特性可以与音量电路220的控制特性不同。
(用途)
最后，说明音频电路200的用途。图11是表示使用了音频电路200的车载用音频装置500的构成的框图。车载用音频装置500由5.1声道(前右FR、后右RR、前左FL、后左RL、中央C、重低音SW)构成。
音频电路200接收来自CD播放器等音源502的数子输入。来自CD播放器的数字输入被直接输入到DSP508。另外，来自调谐器的立体声模拟音频信号被输入到TUNER信道，来自其它便携式音频播放器等的立体声模拟音频信号被输入到AUX信道。
输入选择器503选择输入信道，放大器504将所选择的信道的单端形式的模拟音频信号转换为差动信号。在所选择的信道被输入差动形式的音频信号的情况下，差动转换处理被跳过。
A/D转换器506R将R声道的差动形式的输入音频信号转换为数字音频信号，模拟/数字转换器506L将L声道的差动形式的输入音频信号转换为数字音频信号。
DSP508包括数字音量电路、5波段均衡器、响度均衡器、分频滤波器(crossoverfilter)、低音增强电路，对数字音频信号D1R、D1L进行预定的信号处理。
D/A转换器610R将R声道的数字音频信号D2R转换为差动形式的模拟音频信号。数字/模拟转换器610L将L声道的数字音频信号D2L转换为差动形式的模拟音频信号。D/A转换器610M将其余声道的数字音频信号D2M转换为差动形式的模拟音频信号。D/A转换器610相当于图4的D/A转换器210。音量调节器620对应图4的音量电路220。
图11的音频电路200不只用于车载用音频装置，也可以用于家庭用的家用音响系统的音频组件装置。或者，音频电路200也可以安装在电视、台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、移动电话终端、数码相机、便携式音频播放器等电子设备中。
图12的(a)～(c)是电子设备或音频组件装置的外观图。图12的(a)是作为电子设备的一个示例的显示器装置600。显示器装置600包括壳体602、扬声器612。音频电路200内置于壳体中，驱动扬声器612。
图12的(b)是音频组件700。音频组件700包括壳体702、扬声器712。音频电路200内置于壳体702中，驱动扬声器712。
图12的(c)是作为电子设备的一个示例的小型信息终端800。小型信息终端800为智能手机、平板电脑(Personal Computer)、音频播放器等。小型信息终端800包括壳体802、扬声器812、显示器804。音频电路200内置于壳体802中，驱动扬声器812。
虽然基于实施方式，使用具体的语句说明了本发明，但是实施方式仅表示本发明的原理、应用，关于实施方式，在不脱离权利要求书所规定的本发明的思想的范围内，可能有多种变形例或配置的变更。
[附图标记说明]
100 音频系统
110 功率放大器
112 电声转换元件
114 主处理器
116 用户接口
200 音频电路
210 D/A转换器
220 音量电路
230 DSP
240 接口电路
250 控制器
252 状态机
254 计数器
256 表
Claims (10)
1.一种音频电路，包括：
D/A转换器，其将数字音频信号转换为模拟音频信号，
模拟音量电路，其接收上述D/A转换器的输出，以及
控制器，其控制上述模拟音量电路的增益；
上述控制器控制上述模拟音量电路的1级的转变时间，使得增益越低就越短，在被设定成为目标的音量值，并相对于上述成为目标的音量值而转变时，针对每个级以与当前的音量值对应的转变时间进行转变且1级的增益的变化量是相同的幅度，
上述控制器包含：
状态机，
计数器，以及
表；
上述表存储有增益或增益范围和与之对应的1级的转变时间的关系，
上述状态机接收用户指定的变更后的音量值，由与变更前的音量值对应的增益向与变更后的音量值对应的增益，使增益逐级变化，
上述状态机从上述表中读取与当前的增益对应的转变时间，利用上述计数器测定转变时间，并使上述音量电路的增益从当前的增益向着下一级的增益经过转变时间地渐变，并重复进行以上的动作，直至使增益变化为与上述变更后的音量值对应的最终值。
2.如权利要求1所述的音频电路，其特征在于，
上述控制器具有多个上述表，可以从中选择使用的表。
3.如权利要求1或2所述的音频电路，其特征在于，
上述控制器被安装在处理上述数字音频信号的数字信号处理器即DSP中。
4.如权利要求1或2所述的音频电路，其特征在于，
被一体集成在一个半导体基板上。
5.如权利要求3所述的音频电路，其特征在于，
被一体集成在一个半导体基板上。
6.一种音频电路，包括：
隔离放大器，其接收模拟音频信号，
模拟音量电路，其接收上述隔离放大器的输出信号，以及
控制器，其控制上述模拟音量电路的增益；
上述控制器控制上述模拟音量电路的1级的转变时间，使得增益越低就越短，在被设定成为目标的音量值，并相对于上述成为目标的音量值而转变时，针对每个级以与当前的音量值对应的转变时间进行转变且1级的增益的变化量是相同的幅度，
上述控制器包含：
状态机，
计数器，以及
表；
上述表存储有增益或增益范围和与之对应的1级的转变时间的关系，
上述状态机接收用户指定的变更后的音量值，由与变更前的音量值对应的增益向与变更后的音量值对应的增益，使增益逐级变化，
上述状态机从上述表中读取与当前的增益对应的转变时间，利用上述计数器测定转变时间，并使上述音量电路的增益从当前的增益向着下一级的增益经过转变时间地渐变，并重复进行以上的动作，直至使增益变化为与上述变更后的音量值对应的最终值。
7.如权利要求6所述的音频电路，其特征在于，
被一体集成在一个半导体基板上。
8.一种车载用音频装置，其特征在于，
包括权利要求1至7的任何一项所述的音频电路。
9.一种音频组件装置，其特征在于，
包括权利要求1至7的任何一项所述的音频电路。
10.一种电子设备，其特征在于，
包括权利要求1至7的任何一项所述的音频电路。
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