JP2002151975A

JP2002151975A - ディジタルオーディオアンプ

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Publication number: JP2002151975A
Application number: JP2000348129A
Authority: JP
Inventors: Maki Katayama; 真樹片山
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2002-05-24
Anticipated expiration: 2020-11-15
Also published as: JP4251769B2

Abstract

(57)【要約】【課題】オーディオ信号に対して最適のディジタルゲイ
ンを設定することができるディジタルオーディオアンプ
を提供する。【解決手段】係数乗算部３２が、入力された（ディジタ
ルの）オーディオ信号に対してゲインパラメータを乗算
する。この係数は係数演算部３６から供給される。ＤＳ
Ｐ乗加算処理部３３がオーディオ信号に対して音場形
成、イコライズなどの処理を行い、加算部３４が元のオ
ーディオ信号と処理されたオーディオ信号とを加算す
る。クリップ検出部３５はこの加算部３４で加算された
信号がクリップ（ゲインがオーバーフロー）しているか
否かを検出し、係数演算部３６はクリップ検出部３５の
検出結果に応じてゲインパラメータを増減して係数乗算
部３２にフィードバックする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、オーディオ信号
をディジタル処理することによって音場形成などの効果
を付与するディジタルオーディオアンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】アナログのオーディオ信号に効果を付与
して増幅するオーディオアンプであっても、各種の効果
付与やフィルタ処理などはディジタルで処理したほうが
精度のよい処理が可能であるため、オーディオ信号をＡ
Ｄ変換してディジタルオーディオ信号とし、このディジ
タルオーディオ信号に対してマイコンやＤＳＰで効果付
与やフィルタ処理を行うディジタルオーディオアンプが
実用化されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】アナログ回路の場合、
処理している信号のレベルが大きすぎる場合には、リモ
ートに飽和するため、歪みがそれほど大きくならない
が、ディジタル処理の場合、信号レベルが量子化ビット
数の最大値を超えてオーバーフローすると、その量子化
ビット数の最大値で信号波形が切り取られて（クリップ
されて）しまい、波形の歪みが大きくなり、耳障りな音
質になってしまうという問題点があった。一方、マージ
ンをとって信号のゲインを小さくしておくと、今度は信
号とノイズのレベル比が大きくならずＳ／Ｎ比が悪くな
るという問題点があり、ＤＳＰなどのディジタル処理部
において最適なゲインを設定することが要求されてい
た。

【０００４】しかし、最適なディジタルゲインを固定的
に設定することは困難である。たとえば、入力されたデ
ィジタルオーディオ信号（入力ソース信号）にＤＳＰで
生成された音場処理音声を付加する場合には、両方の信
号が加算されるため、予め信号レベルを１／２（−６ｄ
Ｂ）にしておけばよいとも考えられるが、ＤＳＰにおけ
る音場処理により信号レベルが大きくなる場合もあり、
また、信号が時間的に遅延するため、単純な１／２のゲ
イン設定では、クリップを防止できるとは限らず、事前
にディジタルゲインを設定しておくことは困難である。
特に、ＤＳＰでリバーブなどの長い残響を含む効果を付
与する場合には、長い畳み込み演算を行うため、畳み込
み演算される全てのサンプルデータを見なければ正確な
ディジタルゲインを決定することは不可能であり、事前
にまたは入力される信号を見て適切なゲイン設定をする
ことは不可能であった。

【０００５】この発明は、入力されたオーディオ信号の
レベルに対応して最適のディジタルゲインを設定するこ
とができるディジタルオーディオアンプを提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、入力
されたディジタルオーディオ信号に対してゲインパラメ
ータを乗算する乗算手段と、乗算手段から出力されたデ
ィジタルオーディオ信号に対して所定の処理を行う処理
手段と、処理手段で処理されたディジタルオーディオ信
号のレベルが量子化の最大値を超えるクリップが発生し
たか否かを検出する検出手段と、検出手段がクリップを
検出したことに応じて乗算手段に供給するゲインパラメ
ータの値を小さくする制御手段と、を備えたことを特徴
とする。請求項２の発明は、上記発明において、前記制
御手段は、所定時間継続してクリップが発生しないと
き、乗算手段に供給するゲインパラメータの値を大きく
することを特徴とする。

【０００７】この発明では、処理手段で処理された信号
のレベルがクリップしたか否かを検出し、その検出結果
をゲインパラメータの値に反映させて入力段の乗算手段
にフィードバックする。このように、処理後の信号のレ
ベルがクリップしているかを判定することにより、処理
手段がどのような信号処理をした場合でもその処理内容
に関係なくクリップの有無を判定することができ、これ
に応じて動的に入力段で乗算されるゲインパラメータを
増減することにより、信号のクリップに迅速に対応する
ことができる。また、クリップの発生の有無を短い間隔
（たとえば２ｍｓ毎）でチェックすれば、利用者の聴覚
に殆どクリップを感じさせることなく迅速にクリップを
解消することができる。

【０００８】なお、所定時間継続してクリップが発生し
ないときに、ゲインパラメータの値を大きくするように
すれば、その場その場で最適のレベルでディジタルオー
ディオ信号を処理することができ、クリップの発生によ
って小さくしたゲインパラメータを大きくしないように
すれば、そのオーディオソース全体に有効な固定的なゲ
インパラメータを割り出すことができ、このゲインパラ
メータを用いて再度このオーディオソースを再生すれ
ば、全体を通して一定のゲインでクリップ（歪み）の生
じない再生が可能になる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図面を参照してこの発明の実施形
態であるディジタルオーディオアンプについて説明す
る。図１はこの発明の実施形態であるディジタルオーデ
ィオアンプのハードウェアのブロック図である。図２は
同ディジタルオーディオアンプのＤＳＰ１７周辺の機能
ブロック図である。

【００１０】図１において、このディジタルオーディオ
アンプの制御系は、ＣＰＵ１０と各機能部がバスで接続
されるコンピュータと同様の構成になっている。装置全
体の動作を制御するＣＰＵ１０には、バスを介してＲＯ
Ｍ１１、ＲＡＭ１２、フラッシュＲＯＭ１３、表示デバ
イス１４、パネルユーザインタフェース１５、リモコン
受信部１６、ＤＳＰ１７、チューナ１８、音声入力制御
部１９、音声出力制御部２０、ＵＤＢインタフェース２
１が接続されている。

【００１１】ＲＯＭ１１はこの装置の基本的なプログラ
ムを記憶している。ＲＡＭ１２には、この装置の動作を
規定する各種の設定内容が記憶されている。ＲＡＭ１２
は、バッテリバックアップ可能なＳＲＡＭで構成されて
おり、設定内容は電源スイッチがオフされたのちも保持
される。フラッシュＲＯＭ１３にはこの装置の動作プロ
グラムが記憶される。フラッシュＲＯＭ１３は書き換え
が可能であるため、動作プログラムをバージョンアップ
することができる。このバージョンアップは、ＵＳＢイ
ンタフェース２１を介して接続される他のパーソナルコ
ンピュータ３によって行われる。表示デバイス１４は装
置の前面パネルに設けられているＬＥＤマトリクスディ
スプレイを含んでいる。また、パネルユーザインタフェ
ース１５は、装置前面パネルの各種ボタンスイッチを含
んでいる。また、リモコン受信部１６は、装置に付属の
赤外線リモコン２から送られてくる赤外線のコード信号
を復調してＣＰＵ１０に入力する。

【００１２】ＤＳＰ１７は、入力されたオーディオ信号
（ディジタルオーディオ信号）に対して、フィルタ処理
を行い各種の音場を形成するための処理部である。形成
される音場としては、中ホール程度の音場を形成するＨ
ＡＬＬ、ライブハウスのような音場を形成するＪＡＺ
Ｚ、教会のような残響を有する音場を形成するＣＨＵＲ
ＣＨ、ゲーム用の音場を形成するＧＡＭＥ、映画に適し
た臨場感ある音場を形成するＭＯＶＩＥ、ライブ感のあ
る音場を形成するＬＩＶＥ、三次元的なバーチャルな音
場を形成するＶＤＤがある。

【００１３】これらの音場の選択はＵＳＢインタフェー
ス２１を介して接続されるパーソナルコンピュータ３に
よって行うことができる。図４および図５はパーソナル
コンピュータ３が実行するディジタルオーディオアンプ
制御プログラムのコントロール画面を示す図である。図
４（Ａ）では、上記ＤＳＰ乗加算処理部３３が形成する
音場を選択するボタン群４０、選択された音場のパラメ
ータを設定するパラメータ設定画面４１、およびアンプ
２２のゲインを設定するアナログボリューム４３などが
表示されている。また、同図（Ｂ）では、音場選択ボタ
ン群４０、オーディオ信号の周波数特性をコライジング
するイコライザ画面４１′が表示されている。ボタン群
４０のうちいずれか１つをクリックすることによってそ
の音場が選択され、選択データがパーソナルコンピュー
タ３からディジタルオーディオアンプ１に送信される。
また、設定画面４１、４１′で音場形成（残響）のパラ
メータや各周波数バンドのツマミを操作することによっ
て、その変更データがパーソナルコンピュータ３からデ
ィジタルオーディオアンプ１に送信され、残響特性や周
波数特性がそのように変更される。ディジタルオーディ
オアンプ１において、これらのデータは、ＣＰＵ１０か
らＤＳＰ１７に入力される。

【００１４】また図４（Ａ），（Ｂ）の画面の右上に設
けられているＳＥＴＵＰ４２ボタンをオンすると図５に
示す詳細設定画面が表示される。このなかにデジタルボ
リューム制御用のスライダ４４が表示され、これを操作
してＤＳＰ１７におけるディジタルオーディオ信号のゲ
インを設定することができる。ただし、以下この実施形
態で説明するディジタルゲイン自動制御機能では、ユー
ザによる設定は無視され、ＣＰＵ１０が入力信号のレベ
ルに応じて自動的にゲインを設定する。設定されたゲイ
ンは、ディジタルオーディオアンプ１（ＣＰＵ１０）か
らパーソナルコンピュータ３に入力され、パーソナルコ
ンピュータ３は、入力されたゲインに応じてこのスライ
ダ４４の位置を制御する。

【００１５】図１において、チューナ１８は、ＦＭ／Ａ
Ｍの放送を受信して、受信した信号を音声入力制御部１
９に入力する。受信周波数は、バッテリバックアップさ
れるＲＡＭ１２に４０局程度の放送局の周波数が記憶さ
れる。この周波数は、スキャンして受信可能な局を自動
選局して記憶することもでき、パーソナルコンピュータ
３から入力することもできる。

【００１６】音声入力制御部１９は、入力端子としてア
ナログ３系統（ＰＣＩＮ，ＡＵＸ１ＩＮ，ＡＵ
Ｘ２ＩＮ）およびディジタル３系統（ＵＳＢ，ＣＯ
ＡＸＩＮ，ＯＰＴＩＮ）を備えており、入力セレク
タによっていずれか１つの入力端子の信号が選択されて
後段へ出力される。入力セレクタは、ＣＰＵ１０から入
力される入力選択信号によって切り換えられる。ＣＰＵ
１０は、パネルユーザインタフェース１５（パネルスイ
ッチ）、リモコン２、パソコン３などからの選択入力に
応じて入力選択信号を音声入力制御部１９に入力する。
入力セレクタによってアナログ入力端子が選択された場
合には、その端子から入力されるオーディオ信号は、Ａ
Ｄコンバータによってディジタルオーディオ信号に変換
されたのち後段に出力される。また、入力セレクタによ
ってディジタル入力端子が選択された場合には、その端
子から入力されるディジタルオーディオ信号はそのまま
後段に出力される。

【００１７】音声出力制御部２０は、ＤＡコンバータを
備え、ディジタル処理されたオーディオ信号を複数の系
統から出力する。出力端子としては、サブウーファ端子
付きのアナログ出力端子、ディジタルのＵＳＢ、ＯＰＴ
ＯＵＴなどが設けられており、各端子から出力オーデ
ィオ信号を取り出すことができる。また、音声出力制御
部２０には、アナログのオーディオアンプ２２が接続さ
れており、このオーディオアンプ２２の出力端子である
スピーカ端子も装置背面に設けられている。オーディオ
アンプ２２のゲインすなわちアナログボリュームは正面
パネルに設けられているアナログボリュームエンコーダ
（不図示）および図４（Ａ）のコントロール画面の左端
のボリュームスライダ４３で設定することができる。オ
ーディオアンプ２２のスピーカ端子にはスピーカ５が接
続される。なお、音声入力制御部１９および音声出力制
御部２０には、たとえばＤＶＤプレーヤやＭＤデッキな
どの他のオーディオ機器４が接続される。

【００１８】また、上記のように、ＵＳＢ端子２１には
パーソナルコンピュータ３が接続される。パーソナルコ
ンピュータ３は、ＵＳＢ端子２１を介してディジタルオ
ーディオ信号の入出力をするとともに、パーソナルコン
ピュータ３上で動作する設定ソフトウェアにより、この
ディジタルオーディオアンプを制御する。

【００１９】図２は、前記ＤＳＰ１７付近の機能ブロッ
ク図である。この機能ブロック図を参照してこのディジ
タルオーディオアンプのディジタルゲイン自動制御機能
について説明する。アナログ入力端子から入力されたア
ナログオーディオ信号はＡＤコンバータ３１によってデ
ィジタルオーディオ信号に変換されたのちＤＳＰ１７に
入力される。ＡＤコンバータ３１は上述したように音声
入力制御部１９に含まれている。また、ディジタル入力
端子から入力されたディジタルオーディオ信号は直接Ｄ
ＳＰ１７に入力される。

【００２０】ＤＳＰ１７において、入力信号（ディジタ
ルオーディオ信号）は、係数乗算部３２に入力され、係
数（ゲインパラメータ）が乗算される。この係数はディ
ジタルオーディオ信号のＤＳＰ１７におけるゲインを決
定するものであり、−２４ｄＢ〜＋１８ｄＢの範囲のゲ
インに対応するパラメータである。この係数は、係数演
算部３６から入力される。この係数演算部３６は、ＣＰ
Ｕ１０が実行するプログラムによって実現される。

【００２１】係数乗算部３２で係数が乗算されたディジ
タルオーディオ信号は、加算部３４およびＤＳＰ乗加算
処理部３３に入力される。ＤＳＰ乗加算処理部３３は、
いわゆるＤＳＰ処理である各種フィルタ処理を実行し、
ディジタルオーディオ信号に上記各種の音場を形成する
とともに周波数特性をイコライジングする処理部であ
る。ＤＳＰ乗加算処理部３３は、この処理をしたディジ
タルオーディオ信号を加算部３４に出力する。加算部３
４は、係数乗算部３２から直接入力されたディジタルオ
ーディオ信号とＤＳＰ乗加算処理部３３で処理をされた
ディジタルオーディオ信号とを加算する。

【００２２】この加算されたディジタルオーディオ信号
が出力信号として前記音声出力制御部２０に出力される
とともに、クリップ検出部３５に入力される。クリップ
検出部３５は、ディジタルオーディオ信号のレベルがサ
ンプリングビット数（ディジタル処理におけるダイナミ
ックレンジ）を超えてクリップ（オーバーフロー）が発
生したかを判断する。クリップ検出部３５は、このクリ
ップの有無を２ｍｓ毎に係数演算部３６に通知する。係
数演算部３６は、このクリップの有無に基づき、ディジ
タルオーディオ信号の出力がクリップしない範囲で最大
のレベルになるように係数（ゲインパラメータ）を増減
する。このようにして求めた係数を係数乗算部３２に入
力する。

【００２３】なお、ディジタルゲイン自動制御機能を用
いず、設定された係数（ゲインパラメータ）で固定的に
ディジタルオーディオ信号を処理する場合には、クリッ
プ検出部３５および係数演算部３６の機能を停止させれ
ばよい。

【００２４】図３は、ＣＰＵ１０のディジタルゲイン自
動制御機能における係数演算処理動作を示すフローチャ
ートである。動作のスタート時にまず係数をデフォルト
値に初期化する。デフォルト値はたとえば最大の＋１８
ｄＢに対応するパラメータとする。

【００２５】そして、クリップ検出部３５のクリップ検
出結果を取り込み（ｓ２）、ＤＳＰ１７で処理されたデ
ィジタルオーディオ信号がクリップすなわちオーバーフ
ローしているかを判断する（ｓ３）。クリップしている
場合には係数（ゲインパラメータ）を１ｄＢ分下げて係
数乗算部３２に通知し（ｓ４）、継続してクリップが発
生しなかった時間をカウントする非クリップ時間カウン
タのカウントをリセットする（ｓ５）。そして、パーソ
ナルコンピュータ３が図５の画面を表示しているときに
は、ゲインパラメータをパーソナルコンピュータ３に送
信してスライダ４４の表示を１段階左に変更する（ｓ
６）。以上の処理ののち２ミリ秒待機したのち（ｓ
７）、ｓ２にもどる。

【００２６】一方、ｓ３でクリップしていないと判断さ
れた場合には、非クリップ時間カウンタをカウントアッ
プする（ｓ８）。そしてこの非クリップ時間カウンタの
カウント値が５秒以上になった場合には（ｓ９）、ゲイ
ンを下げすぎているとて係数を１ｄＢ分上げて係数乗算
部３２に通知し（ｓ１０）、こののちｓ５に進む。

【００２７】このように、ディジタル処理部であるＤＳ
Ｐ１７内でオーディオ信号がクリップしない範囲で最大
の値に係数を制御することにより、音質に歪みがなく且
つＳＮ比がよい音声信号処理をすることができる。

【００２８】なお、この実施形態では加算部３４が加算
した信号についてクリップの有無を判断するようにして
いるが、ＤＳＰ乗加算処理部３３が処理した信号につい
てもクリップの有無を判断するようにしてもよい。

【００２９】また、この実施形態では、レベルの小さい
信号が継続した場合には、ｓ３→ｓ８、ｓ９、ｓ１０の
処理で係数を大きくするように制御するが、これはリア
ルタイムでＤＶＤなどを鑑賞する場合に適している。一
方、アナログメディアのオーディオソースを他のメディ
アに録音する場合など、係数を固定する必要がある場合
には、一度そのオーディオソースを通して再生して係数
を決定し、次は係数を固定してそのソースを再生・録音
する。この場合には、このソース全体をとおしてクリッ
プしない（最大の）係数を決定するため、ｓ８、ｓ９、
ｓ１０の処理は行わないようにする。

【００３０】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、処理さ
れたオーディオ信号がクリップするか否かで処理前に乗
算されるゲインパラメータを増減することにより、常に
ＳＮ比がよく歪みが少ない音質でオーディオを再生する
ことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態であるディジタルオーディ
オアンプのハードウェアのブロック図

【図２】同ディジタルオーディオアンプのＤＳＰ周辺の
機能ブロック図

【図３】同ディジタルオーディオアンプのＣＰＵの動作
を示すフローチャート

【図４】同ディジタルオーディオアンプに接続されるパ
ソコンの制御画面の例を示す図

【図５】同ディジタルオーディオアンプに接続されるパ
ソコンの制御画面の例を示す図

【符号の説明】

１…ディジタルオーディオアンプ、２…リモコン、３…
パーソナルコンピュータ、４…他のオーディオ機器、５
…スピーカ、１０…ＣＰＵ、１１…ＲＯＭ、１２…ＲＡ
Ｍ、１３…フラッシュＲＯＭ、１４…表示デバイス、１
５…パネルユーザインタフェース、１６…リモコン受信
部、１７…ＤＳＰ、１８…チューナ、１９…音声入力制
御部、２０…音声出力制御部、２１…ＵＳＢインタフェ
ース、２２…アナログアンプ、３１…ＡＤコンバータ、
３２…係数乗算部、３３…ＤＳＰ乗加算処理部、３４…
加算部、３５…クリップ検出部、３６…係数演算部、３
７…ＤＡコンバータ、４０…音場選択ボタン、４１…イ
コライザ画面、４２…（ソフト的な）アナログボリュー
ム、４３…ＳＥＴＵＰボタン、４４…（ディジタルボリ
ュームの）スライダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０３Ｇ 5/02 Ｇ１０Ｌ 3/02 ＧＨ０４Ｒ 3/04 ３０１ＢＦターム(参考） 5D015 EE02 5D020 CE01 5D108 AB09 5J030 AA01 AB01 AC00 AC19 5J090 AA02 AA41 CA21 CA41 DN02 FA17 GN01 GN06 HN03 KA00 KA26 KA33 KA34 KA62 KA67 MA11 NN11 TA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力されたディジタルオーディオ信号に
対してゲインパラメータを乗算する乗算手段と、乗算手段から出力されたディジタルオーディオ信号に対
して所定の処理を行う処理手段と、処理手段で処理されたディジタルオーディオ信号のレベ
ルが量子化の最大値を超えるクリップが発生したか否か
を検出する検出手段と、検出手段がクリップを検出したことに応じて、乗算手段
に供給するゲインパラメータの値を小さくする制御手段
と、を備えたディジタルオーディオアンプ。
【請求項２】前記制御手段は、所定時間継続してクリ
ップが発生しないとき、乗算手段に供給するゲインパラ
メータの値を大きくする請求項１に記載のディジタルオ
ーディオアンプ。