CN1926910A - 音质调整装置 - Google Patents

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Abstract

使能够防止音频装置中的砰音的音频信号切换机构小型化，且可变更用于控制切换的时间常数部的时间常数而进一步顺利地进行切换。在音频输入源和音频输出机构之间设置具有用于将音频信号切换为输出电平不同的音频信号的多个开关(SW1a′～SW2b′)的音频信号选择机构(12)。在将音频信号切换为输出电平不同的音频信号之际，使切换前后的音频信号共存，在其间进行音频信号的切换。将用于控制切换的时间常数部(8)由内置在IC内的SCF构成，其时间常数τ对由VCO(6)生成的基准信号，用以可变的频率分频的时钟信号(Fclk)调整自如地进行控制。

Description

首质调整装置
技术领域
本发明涉及音频(audio)装置，尤其涉及用于如电子音量(volume)那样将音频信号的输出电平进行电子切换的音频装置。
背景技术
近年来，一般使用具有将称作电子音量的所输入的音频信号的输出电平进行电子切换而输出的电路、或将称作多音调补偿器(graphic equalizer)或音响效果(sound effect)的音频信号(sound signal)的各频带的增益进行电子变更而输出的电路等的音频装置。
在这样的音频装置中，将使用在电子音量电路或增益控制电路等中的开关电路电子地切换之时，通过所选择的音频信号的电平急剧变化，而有时带来从扬声器中产生砰音等异常音或声音急剧中断那样的不适感。
图6示出了其一例，示出了在时间t1切换开关电路之时输出的输出电压成为不连续的样子。换言之，图6(a)示出了DC电压电平理应相同的信号的电压电平由于电路的偏置电压(ΔV)等而不同的情况，图6(b)示出了信号的相位不同的情况。为了防止这些问题，例如，在专利文献1中，如图7的波形图所示，示出了检测被输入到电子音量电路中的输入信号与基准电压相同的时刻(以下称作“零交叉点”)，在零交叉点通过切换音频信号而在信号电平相同之时切换信号的情况。图7的上侧的波形示出了输入信号和基准电压之间的关系，下侧的波形示出了根据零交叉点检测而输出的输出信号。若采用该输出信号来切换开关电路，则即使输出不同的电压电平的音频信号之时，在输入信号的电平为相同的基准电压之时进行切换，因此输出的电压电平不会急剧发生变化。
另外，专利文献2中，如图8所示，作为即使切换传达音频信号的路径时，也能容易防止从音频输出机构输出具有不适感的声音的音频装置，由以下部件构成，所述部件包括：将磁带或光盘等存储介质中记录的音频信号再生放大或将来自麦克风等的音频信号放大的音频输入源11；扬声器等音频输出机构14；设置在其两者之间且用于基于来自系统控制机构15的控制信号切换音频输入源11和音频输出机构14之间的音频信号的传输路径的音频信号选择机构12；和输出放大器13。
该音频装置中的音频信号选择机构12，如图9所示，具有：与多个音频信号对应而设置的多个开关电路(SW1(a、b、c、d)、SW2(a、b、c、d)；和基于控制信号将与应选择的音频信号对应的开关电路变为导通状态的信号切换电路3，使来自切换之前所选择的开关电路的音频信号逐渐降低，使切换后所选择的来自开关电路的音频信号逐渐增大。
作为音频选择机构的具体例的电子音量电路12，在图9中所示的音频装置中，由以下部件构成，所述部件包括：用于输入来自音频输入源部11的音频信号的输入端子IN；用于向输出放大器13输出音频信号的输出端子OUT；串联连接在输入端子IN和基准电位之间且产生音频信号的分电压的多个电阻R1～R4；输入端子IN及电阻分压后的各电压电平的信号经由各开关电路SW1(a、b、c、d)与其输入共通连接的放大器1；与连接于开关电路SW1(a、b、c、d)的电压电平相同的电压电平的信号经由各开关电路SW2(a、b、c、d)与其输入共通连接的放大器2；一边将放大器1和放大器2的放大比率逐渐变更，一边向输出端子OUT输出音频信号的信号切换电路3；根据来自系统控制部15的设定数据分别控制各开关电路的选择及各放大器的放大比例的控制部4。
从系统控制部15向控制部4输入串行数据信号SD、串行时钟信号SCK及数据锁存信号DL，且输出控制各开关电路的控制信号SWC1、SWC2及信号切换电路3的控制信号SWC3。另外，在放大器1及放大器2的反相输入中分别连接有各放大器的输出。
在此，根据图10的时序图对将音量电平从输入端子IN的电压电平切换为在电阻R1和电阻R2之间的连接点上产生的电压电平时的动作进行说明。将从系统控制部15发送的由8位构成的音量等的设定数据通过串行数据信号SD和串行时钟信号SCK在规定的时刻读入到控制部4之后，以数据锁存信号DL的时序进行锁存，从而作为音频信号切换机构的电子音量电路12的设定完成。控制部4根据该设定数据，首选使下一个所选择的开关电路(SW2b)导通(ON)，经过规定时间(tch)之后使目前选择的开关电路(SW1a)非导通(OFF)，且在该期间用信号切换电路3将目前选择中的放大器1的输出逐渐切换为下一个选择的放大器2的输出。换言之，在规定时间(tch)期间，使放大器1及放大器2一起工作，且根据控制信号SWC3，一边使输入到信号切换电路3中的各音频信号中来自放大器1的音频信号被输出的比例逐渐降低，一边使来自放大器2的音频信号被输出的比例逐渐增大，从输出端子OUT输出其合成信号。
同样地，在从由开关电路SW2b所选择的信号电平切换为下一个信号电平时，首先使下一个所选择的开关电路SW1(a～d)导通，在规定时间(tch)之后使SW2b非导通(OFF)。并且在该期间，将信号切换电路3从目前选择中的放大器2的输出逐渐切换为下一个选择的放大器1的输出。通过反复进行这样的动作，而切换为任意的信号电平。
即，一边根据控制信号SWC3分别控制流过各恒流源(未图示)的电流值，分别控制各放大器的放大率，一边进行输出相加，从而将来自输入端子a及输入端子b的输入信号以任意的比例选择而从输出端子OUT输出。此外，该切换动作经过数10ms～数100ms的时间、优选100ms～200ms的时间而逐渐进行，因此即使输入到各输入端子中的切换前后的输入信号的电压电平不同，所输出的电压电平也不会急剧发生变化。从而，不会从扬声器输出在听觉上引起注意的声音。
但是，在专利文献1所记载的音频装置中的零交叉点上切换信号的方法，如图11中示出了零交叉点附近的信号波形的一部分那样，在时间t2检测零交叉点之后到开关电路动作而输入信号实际上被切换之前，存在由td所示的延迟，此时通过被输入的输入信号(IN1、IN2)的信号波形在输出的电压电平(VIN1、VIN2)上产生偏差。换言之，即使是哪一个输入信号，也不能完全以相同的电压切换信号，在听觉上很难消除不适感。进一步，这样的方法还存在相位不同的输入信号中不能使用的问题。
另外，即使切换理应相同的电压电平的信号之时，也很难完全消除电路中产生的偏置电压且使应切换的电压始终一致。
在专利文献2中记载的音频装置中，虽然没有产生专利文献1中记载的装置所具有的上述的问题，但是存在以下问题：不仅大幅度增大该音频信号电平变更机构的电路规模(开关的数量等)，而且在切换时间设定用的时间常数部中需要大电容的电容器，因此不能将电容器CX内置于IC内，而如图9所示那样需要外置。还有时间常数只要在不改变使用外置电容器的时间常数部的电容或电阻值的情况下就恒定，存在一旦形成时间常数部之后不能变更的问题。
专利文献1：特开平3-48507号公报
专利文献2：特开平11-340759号公报
发明内容
本发明为了解决上述的以往的问题而提出的，其目的在于能使电路小型化，并且变更时间常数，能进一步顺利地变更音频信号电平。
方案1的发明为音频装置，具有音频信号选择机构，其设置在麦克风等的音频输入源和扬声器等的音频输出机构之间，且用于基于来自控制机构的控制信号切换所述音频输入源和所述音频输出机构之间的音频信号的传输路径，其特征在于，所述音频信号选择机构具有：多个开关电路，其与多个音频信号输出电平对应而设置；和开关电路切换机构，其基于所述控制信号将与应选择的音频信号输出电平对应的开关电路变为导通状态；所述开关电路切换机构，在切换所述音频信号之时，将切换前所选择的开关电路和切换后所选择的开关电路同时变为导通状态，并且使来自切换前所选择的开关电路的音频信号在由IC电路中内置的时间常数部的时间常数规定的时间内逐渐降低，使来自切换后所选择的开关电路的音频信号逐渐增大。
方案2的发明，根据方案1所述的音频装置，其特征在于，所述时间常数部为开关电容滤波器。
方案3的发明，根据方案1或2中任一个所述的音频装置，其特征在于，具备：供给控制所述开关电容滤波器电路的时间常数的时钟信号的机构；和控制该时钟信号的频率的机构。
方案4的发明，根据方案3所述的音频装置，其特征在于，控制所述时钟信号的频率的机构是控制由VCO生成的基准信号的分频比的控制装置。
发明效果
通过取得本发明的音频装置的结构，所选择的音频信号从第一信号电平不会急剧地切换为第二信号电平，因此有能够容易地防止从音频输出机构输出具有不适感的声音的效果。
另外，尤其，通过本发明，无需使用电容器等的外置部件，能任意地改变时间常数，因此实现省空间、高性能化。因此可以实现与用户需求合致的商品展开。
但是通过在IC内内置大的内部电阻R，而可使时间常数部的电容器变小，因此能够安装于IC内部，使电路小型化且能降低成本。
附图说明
图1是概略地表示本发明的音频信号选择机构(电子音量电路)的一
实施方式的框图。
图2是具体地表示图1所示的音频选择机构的一部分的框图。
图3是用于说明在图1或图2的音频选择机构中使用的时间常数部的图。
图3a是基于SCF的时间常数电路，图3b是其等价电路，图3c是表示SCF的开关的开闭控制的信号的图。
图4是表示音频信号切换状态的图。
图5是音频信号切换的时序图。
图6是表示基于以往装置的音频信号的切换状态的图。
图7是表示基于其他以往装置的音频信号切换状态的图。
图8是表示以往的音频装置的构成图。
图9是概略地表示以往的音频信号选择机构(电子音量电路)的框图。
图10是用于说明以往的音频信号选择机构的动作的动作时序图。
图11是表示其他以往装置中的音频信号切换状态的图。
图中：
1、2-放大器；3-信号切换电路；4、4a-控制部；5-分频器；6-VCO；7-微型计算机；8-时间常数部；9-控制电路；10-音频(audio)装置；11-音频输入源；12-电子音量电路(音频信号选择机构)；13-输出放大器；14-扬声器(音频输出机构)；15-系统控制部(控制机构)；SW1a’、SW1b’、SW2a’、SW2b’-开关电路。
具体实施方式
参照附图对本发明的音频装置的一实施方式进行说明。
音频装置10，与图8所示的以往的装置相同，由设置在麦克风等的音频输入源11和扬声器等的音频输出机构14之间，且用于基于来自系统控制部15的控制信号切换音频(sound)输入源和音频输出机构之间的音频信号的传输路径的音频信号选择机构即电子音量装置12、及输出放大器13构成。
图1是概略地表示构成本发明的音频装置的电子音量装置的一实施方式的框图。该实施方式中，由以下部件构成，所述部件包括：用于输入来自音频输入源部11的音频信号的输入端子IN；用于向输出放大器13输出音频信号的输出端子OUT；串联连接在输入端子IN和基准电位之间，且产生音频信号的分电压的多个电阻R1～R4；将由输入端子IN及电阻R1～R4分压的各电压电平的信号输入到上述以往的放大器1或放大器2的输入端子的开关电路SW1a’～SW2b’；为了一边逐渐改变放大器1和放大器2的放大比率，一边向输出端子OUT输出音频信号，接收来自后述的时间常数部8的控制信号并控制所述放大器1及2的信号切换电路9；根据来自微型计算机7的设定数据选择各开关电路SW1a’～SW2b’的控制部4a；根据来自控制部4a的分频比的命令，将由VCO(电压控制发送器)6产生的基准信号的频率分频为1/N的分频器5；和基于被分频后的系统时钟频率Fclk控制各放大器1、2的切换时间的时间常数部8。时间常数部8由后述的SCF(开关电容滤波器：Switched Capacitor Filter)构成且内置IC内。
控制部4a从微型计算机7输入串行时钟SCK和串行数据信号SDA，且将与各开关电路的控制信号SWCa及各开关的ON、OFF对应的信号SWCc输出给时间常数部8。
图2是具体示出了图1的框图的各要素的电路图。信号切换电路9如图所示由发射极侧分别与恒流源Ir并联连接的晶体管TA及TB构成，对一方的晶体管TA的基极施加来自时间常数部8的输出电压，另外，对另一方的晶体管TB的基极施加基准电压Vref。通过该构成，若在信号切换电路9中来自时间常数部8的输出信号SWCb的电压Va比基准电压Vref高，则根据此使来自恒流源Ir的电流，在晶体管TB侧流过比在晶体管TA侧更多的电流IB，相反，若信号电压Va比基准电压Vref低，则在晶体管TA侧流过更多的电流IA。
由此，信号切换电路9输出因与时间常数部8的上升或下降特性相对应的信号电压Va的大小而电流分配比连续发生变化的电流IA及IB。该电流IA及IB，如图所示作为控制电流分别施加给放大器1、2，其结果，各个放大器(amplifier)1及2产生与所述控制电流量相对应的输出。总之在所设定的时间常数τ内将放大率从0变更为100％或从100％变更为0％。
图3是用于具体说明以上所说明的时间常数部8的图，图3a示出了使用SCF的实际的时间常数电路，该时间常数电路构成为：夹持电容器C0而在两侧分别设置开关Sa～Sd，将一端接地的电容器C的另一端与开关Sd连接。图3b示出了其等价电路，该电路的时间常数τ由τ＝RC表示。图3c示出了使各开关Sa、Sb动作的切换信号φ1、φ2，其频率为Fclk。
在该构成中，若将开关Sa～Sd以频率Fclk交替切换则产生电阻，其电阻值R由R＝1/CFclk表示。从而，使开关切换频率Fclk的周期变长，总之通过降低频率而在IC内作出极大的电阻R。这时的时间常数τ为τ＝RC＝(1/C0Fclk)×C，因此通过使R成分即1/C0Fclk大到极点，而可作成将以往的外置电容器C的电容为μF左右的电容器内置在IC内的、例如数10pF左右的电容器。另外，当然能够将时间常数τ本身变大。
进一步，由SCF构成时间常数时，由于电容器C0和C都形成在多层构成的IC的同层内，因此即使误差的倾向一致，电容器C0和C的电容分别从目标值偏离的情况下，时间常数也基于电容器C0和C的各电容比，因此其误差被抵消，具有稳定的优点。
本实施方式中，通过变更由控制部4a指示的分频率而能够自由地进行开关切换频率Fclk的变更和时间常数τ的变更。
在以上的构成中，音量的电平的选择通过SW1a’～SW2b’和信号切换电路9而进行。另外，该信号切换电路9控制成由时间常数部8在规定的时间(τ)内缓慢地被切换。
即，在将音量电平从输入端子IN的电压电平切换为在电阻R1和电阻R2之间的连接点上产生的电压电平时，将从系统控制部15发送的由8位构成的音量等的设定数据通过串行数据信号SDA和串行时钟信号SCK在规定的时刻读入到控制部4a之后，通过以数据锁存信号DL的时序(timing)进行锁存，而音频信号切换机构即电子音量电路12的设定完成。控制部4a根据该设定数据，首先使下一个选择的开关电路(SW2a’)导通，进一步在规定的时刻，在此进一步开关电路(SW1b’)导通之时使目前所选择的开关电路(SW1a’)变为非导通。
开关电路的切换时，信号切换电路9进行使施加在目前选择中的放大器1或2中的控制电流IA或IB逐渐降低，相反地使施加在放大器2或1中的控制电流IB或IA逐渐增加的控制。由此将来自输出端子OUT的输出比例从放大器1或2的输出逐渐切换为下一个选择的放大器2或1的输出。由此，在由时间常数τ决定的时间经过之后，该电子音量电路12的输出只成为放大器2或1的任意一方的输出。
放大器1、2的输出的切换在从开关SW2a’向SW1b’的切换中，从开关SW1b’向SW2b’的切换中也相同。当然可以将开关设置任意的数目。
由此，通过将开关以开关SW1a’、SW2a’、SW1b’、SW2b’的顺序或其相反的顺序依次切换，而以比以往的开关少的开关无不适感且顺利地进行音量的切换。
图4是表示本发明的音量切换的一例的波形图。示出了由实线表示的输入信号在与由时间常数部8设定的时间常数相对应的切换时间内缓慢地切换为由虚线表示的输出信号的样子。
图5是表示用于说明音频装置中的音量切换的时序的一例的图。
在目前时刻(t＝0时刻)，开关SW1a’为导通(ON)状态，其后(t＝T1时刻)为了切换音量而将开关SW2a’设为导通后，随着开关SW2a’的导通，时间常数部3的输出从LOW(状态A)变化为HIGH(状态B)，随之来自信号切换电路9的控制电流IA从最大电流Im(100％)向0(0％)变化，相反地控制电流IB从0向最大电流Im变化。接着在t＝T2时刻，若开关SW1b’设为导通后，同时开关SW1a’成为非导通(OFF)，其结果来自时间常数部3的信号电压Va发生变化，来自信号切换电路9的控制电流IB从最大电流Im(100％)向0(0％)变化，相反地控制电流IA从0变化为最大电流Im。
由此，通过依次切换各开关电路Swa1’～SWb2’，能够顺利地进行音量的切换。
本发明由以上的结构构成，因此
(1)能够将开关数目减少一半，且
(2)如以往那样无需时间常数部外置电容器，
(3)能够在内部SCF构成时间常数部，因此通过使VCO的基准频率的分频率改变而能够任意地设定频率、即时间常数。
此外，本发明能应用于从音频输入源选择各频带的输入信号，以任意的放大率使各频带的信号组合而输出的多音调补偿器装置、或单纯地选择多个输入信号内的一部分的输入选择器装置等中。另外，本实施方式中，只示出了基于电子音量的音量设定为4等级的情况，但设定级数根据制品的规格而任意地设定是不言而喻的。

Claims (4)

1、一种音频装置，具有音频信号选择机构，其设置在麦克风等的音频输入源和扬声器等的音频输出机构之间，且用于基于来自控制机构的控制信号切换所述音频输入源和所述音频输出机构之间的音频信号的传输路径，其特征在于，
所述音频信号选择机构具有：多个开关电路，其与多个音频信号输出电平对应而设置；和开关电路切换机构，其基于所述控制信号将与应选择的音频信号输出电平对应的开关电路变为导通状态；
所述开关电路切换机构，在切换所述音频信号之时，将切换前所选择的开关电路和切换后所选择的开关电路同时变为导通状态，并且
使来自切换前所选择的开关电路的音频信号在由IC电路中内置的时间常数部的时间常数规定的时间内逐渐降低，使来自切换后所选择的开关电路的音频信号逐渐增大。
2、根据权利要求1所述的音频装置，其特征在于，
所述时间常数部为开关电容滤波器。
3、根据权利要求1或2中任一项所述的音频装置，其特征在于，
具备：供给控制所述开关电容滤波器电路的时间常数的时钟信号的机构；和控制该时钟信号的频率的机构。
4、根据权利要求3所述的音频装置，其特征在于，
控制所述时钟信号的频率的机构是控制由VCO生成的基准信号的分频比的控制装置。
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Open date: 20070307