JP2004214843A - デジタルアンプ及びそのゲイン調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ソフトクリップを行うことができるとともに、再生信号のＳ／Ｎ比を劣化させることなく、ゲインを可変にできるデジタルアンプを提供する。
【解決手段】入力されたデジタル信号を増幅するデジタルアンプ１００は、デジタル信号に対して音量制御を行う音量調整部５と、音量調整部５により音量制御されたデジタル信号に対して、圧縮特性を付加してゲイン調整を行うゲイン調整部１０１とを有する。また、ゲイン調整部は、入力信号をｘとする時、次式、ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝の演算を行って、出力信号ｙに圧縮特性を付加する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力されたデジタル信号を増幅するデジタルアンプ及びそのゲイン調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタルアンプが注目を浴びている。これは、音楽ソースがデジタルソースになってきたことに伴い、車等でさまざまな機器をローカルエリアネットワークで結ぶという車載ＬＡＮが採用されている。特に、高級車を中心に大きく広まってきている。
【０００３】
また、ＤＳＰ技術の拡大により、オーディオ用高効率ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調アンプ（クラスＤアンプ）へのＤＳＰ応用が進んでおり、これにより、高音質化が実現されている。この技術は、従来の三角波を基準とした比較器出力を基本としたアナログＰＷＭ技術に対し、デジタルアンプとして広く普及しているものである。
【０００４】
次に、このような従来のデジタルアンプについて、図４を用いて説明する。図４は、従来のデジタルアンプを説明するための図である。図４に示すように、デジタルアンプ１は、アナログ入力部２と、ＡＤコンバータ３と、デジタル入力部４と、ＤＳＰオーディオコントロール５と、デジタルボリュームコントロール６と、ＰＣＭ−ＰＷＭ変換部７と、クラスＤアンプ８とを有する。また、９はスピーカを示している。
【０００５】
デジタルパワーアンプ１は、パルス幅を変調することにより入力信号を増幅して出力電圧とするものである。アナログ入力部２は、音声入力信号をアナログ信号で受け付ける。ＡＤコンバータ３は、音声入力信号をアナログ／デジタル変換して、所定ビット（例えば１６ビット）のデジタル信号を出力するものである。デジタル入力部４は、音声入力信号をデジタル信号で受け付ける。
【０００６】
ＤＳＰオーディオコントロール５は、入力されたデジタル信号に対して、各種のオーディオ制御を実行する。デジタルボリュームコントロール６は、ＤＳＰオーディオコントロール５からのデジタル信号に対して、音量制御を行う。ＰＣＭ−ＰＷＭ変換部７は、ｎビットのデジタルデータが入力されると、その値に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成する。クラスＤアンプ８は、高速なスイッチング動作によって信号を増幅する。
【０００７】
次に、このような従来技術と同様の技術が記載された特許文献１について説明する。図５は、特許文献１記載のデジタルアンプを説明するための図である。図５に示すように、従来のデジタルアンプ３０は、電源電圧Ｅ，−Ｅを検出するＡＤ変換器３２と、出力電圧Ｖｏを検出するＡＤ変換器３４と、ＡＤ変換器３４で検出された出力電圧Ｖｏ、ＡＤ変換器３２で検出された電源電圧Ｅ，−Ｅ及び入力電圧Ｖｉに基づきパルス幅を算出するＤＳＰ３６とを備えている。
【０００８】
このＤＳＰ３６は、出力電圧Ｖｏに基づき負荷抵抗値Ｒを算出し、負荷抵抗値Ｒ、電源電圧Ｅ，−Ｅ及び入力電圧Ｖｉに基づきパルス幅を算出する。これにより、パルス幅が電源電圧変動に応じて補正されるので、電源電圧変動による出力電圧Ｖｏの変動を抑制するというものである。また、ＡＤ変換器４０は、アナログ音声信号からなる入力電圧Ｖｉを入力端子３８を介して入力し、デジタル信号に変換してＤＳＰ３６へ出力する。
【０００９】
ＤＳＰ３６は、所定の計算式に基づきパルス幅を決定して、パルス幅を示す所定ビットの並列デジタル信号をＰＷＭ発生論理回路４２へ出力する。ＰＷＭ発生論理回路４２は、そのパルス幅のパルスを発生し、その正負極性に対応したゲートドライバ４４１、４４２を介して、パワーＭＯＳＦＥＴ４６１を駆動する。その結果、出力端子４８における出力電圧Ｖｏがパルス幅に応じて上昇又は下降することにより、出力端子４８に接続されたスピーカ（図示せず）を鳴らし、出力信号の歪みを飛躍的に改善するというものである。
【００１０】
この特許文献１記載のデジタルアンプでは、ＤＳＰ技術を基本としているため、信号処理系内では最大信号値がいわゆるＤＳＰの最大値を超えることは無く、常に歪が極めて少ない状態が作られ、最大のＳ／Ｎ（信号対雑音）比が実現できるように管理されている。この為、原理的には、ほとんど無歪の出力が、ほぼアンプ部電源電圧に等しい振幅で得ることができるようになっている。
【００１１】
また、本出願人により、入力オーディを信号に圧縮特性を付加するとともに、デジタル信号処理に用いられている式における指数ｎを可変することにより圧縮特性を変更し、デジタル方式でありながら、アナログ方式による圧縮特性と同等の特性をオーディオ信号に付加するデジタル可変プロセッサが提案されている（特許文献２）。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−１５１９７４号公報
【特許文献２】
特開平５−３４４０７８号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のデジタルアンプでは、アンプ部の電源電圧と出力パワーが完全に一致するため、電源電圧が倍になれば、デジタルアンプのゲインも倍になってしまうことから、デジタルアンプのゲインは、出力部の電源電圧によって決定されてしまう。このようなデジタルアンプにおいても、ＤＳＰによる信号処理部において、入力信号にあらかじめ１よりも小さい係数を掛け、見かけ上のゲインを小さくしておき、デジタルアンプのゲイン設定に応じて係数を変更することでユーザに対し可変ゲイン機能を提供する事も可能である。しかし、この場合、最大ゲイン設定時以外では、再生信号のＳ／Ｎ比が劣化してしまい、製品の最大性能を常に提供する事はできないという問題がある。
【００１３】
また、アナログ回路の場合は、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ることはないが、デジタル処理の場合には、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くなってしまうという問題点があった。
【００１４】
そこで、本発明は上記従来技術の問題点を解決し、ソフトクリップを行うことができるデジタルアンプ及びそのゲイン調整方法を提供することを目的とする。さらに、再生信号のＳ／Ｎ比を劣化させることなく、ゲインを可変にできるデジタルアンプ及びそのゲイン調整方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明によれば、入力されたデジタル信号を増幅するデジタルアンプにおいて、前記デジタル信号に対して音量制御を行う音量調整部と、前記音量調整部により音量制御されたデジタル信号に対して、圧縮特性を付加してゲイン調整を行うゲイン調整部と、を有するデジタルアンプにより達成される。
【００１６】
本発明のデジタルアンプによれば、ゲイン調整部によって、音量調整部から入力されたデジタル信号に対して圧縮特性を付加してゲイン調整を行うようにしたため、出力信号を徐々にクリップするというソフトクリップを行うことができる。これにより、デジタルアンプでありながら、アナログアンプにみられるような過大入力状態と同じ動作を得ることができ、大出力時のソフトクリップコントロールを実現することができる。
【００１７】
また、上記構成のデジタルアンプにおいて、前記ゲイン調整部は、入力信号をｘとする時、次式、
ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝
の演算を行って、出力信号ｙに圧縮特性を付加し、
但し、［ｘ］は入力信号ｘの絶対値、ｎは圧縮特性を規定する指数、ａはｘ≧０なるときに〈１〉、ｘ＜０なるときに〈−１〉なる値をとる係数とすることも可能である。
【００１８】
本発明のデジタルアンプによれば、前記ゲイン調整部は、入力信号をｘとする時、次式、ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝の演算を行って、出力信号ｙに圧縮特性を付加するので、出力信号ｙを徐々にクリップするようにゲインを調整することができ、デジタルアンプでありながら、アナログアンプにみられるような過大入力状態と同じ動作を得ることができる。これにより、大出力時のソフトクリップコントロールを実現することができる。
【００１９】
また、上記構成のデジタルアンプにおいて、前記指数ｎを可変することにより圧縮特性を変更するも可能である。本発明のデジタルアンプによれば、前記指数ｎを可変することにより圧縮特性を変更するようにしたので、デジタルアンプの電源電圧によるゲインを可変することができる。これにより、再生信号のＳ／Ｎ比を劣化させることなく、デジタルアンプのゲインを調整することができる。
【００２０】
また、上記構成のデジタルアンプにおいて、ゲイン調整機能の操作に応じて前記指数ｎを可変することも可能である。本発明のデジタルアンプによれば、ゲイン調整機能の操作に応じて前記指数ｎを可変するようにしたので、例えば、ユーザがゲイン調整機能を操作することにより、その操作に応じて、指数ｎを任意に変更することができ、これにより、ユーザは任意に、前記ゲイン調整部によるゲインを調整することができる。
【００２１】
また、上記構成のデジタルアンプにおいて、更に、入力信号をｘとする時、次式、
ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝
により与えられる入出力関係に対応する入出力変換表を記憶する記憶部を備え、前記ゲイン調整部は、前記記憶部に記憶された前記入出力変換表を参照して、ゲイン調整を行うことも可能である。
【００２２】
本発明のデジタルアンプによれば、入力信号をｘとする時、次式、
ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝により与えられる入出力関係に対応する入出力変換表を記憶する記憶部を備えるようにして、前記ゲイン調整は、前記記憶部に記憶された前記入出力変換表を参照して、ゲイン調整を行うようにしたので、計算式では求めることができないゲインの中間値、例えば、１［ｄＢ］、５［ｄＢ］などの変換値を持つことも可能である。これにより、最適な値に基づいて、再生信号のＳ／Ｎ比を劣化させることなく、デジタルアンプのゲイン調整を行うことができる。
【００２３】
また、前記ゲイン調整部は、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）により上記機能を実現することも可能である。
【００２４】
また、上記課題は本発明によれば、入力されたデジタル信号を増幅するデジタルアンプのゲイン調整方法において、前記デジタル信号に対して音量制御を行う音量調整段階と、前記音量調整段階により音量制御が行われたデジタル信号に対して圧縮特性を付加してゲイン調整を行うゲイン調整段階と、を有するデジタルアンプのゲイン調整方法によって達成される。
【００２５】
本発明のデジタルアンプのゲイン調整方法によれば、音量調整段階により、デジタル信号に対して音量制御を行い、ゲイン調整段階により、音量調整段階により音量制御が行われたデジタル信号に対して、圧縮特性を付加してゲイン調整を行うようにしたので、例えば、ゲイン調整段階によって、出力信号を徐々にクリップするようにゲイン調整を行うことにより、大出力時のソフトクリップコントロールを実現することができる。
【００２６】
また、前記ゲイン調整段階は、請求項７記載のデジタルアンプのゲイン調整方法において、入力信号をｘとする時、次式、
ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝
の演算を行って、出力信号ｙに圧縮特性を付加し、但し、［ｘ］は入力信号ｘの絶対値、ｎは圧縮特性を規定する指数、ａはｘ≧０なるときに〈１〉、ｘ＜０なるときに〈−１〉なる値をとる係数とすることも可能である。
【００２７】
本発明のデジタルアンプのゲイン調整方法によれば、前記ゲイン調整段階は、入力信号をｘとする時、次式、ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝の演算を行って、出力信号ｙに圧縮特性を付加するので、出力信号ｙを徐々にクリップするようにゲインを調整することができる。これにより、大出力時のソフトクリップコントロールを実現することができる。
【００２８】
また、上記デジタルアンプのゲイン調整方法において、前記指数ｎを可変することにより圧縮特性を変更することも可能である。本発明のデジタルアンプのゲイン調整方法によれば、前記指数ｎを可変することにより圧縮特性を変更するようにしたので、デジタルアンプの電源電圧によるゲインを可変することができる。これにより、再生信号のＳ／Ｎ比を劣化させることなく、デジタルアンプのゲインを調整することができる。
【００２９】
また、上記デジタルアンプのゲイン調整方法において、ゲイン調整機能の操作に応じて前記指数ｎを可変することを特徴とする。本発明のデジタルアンプのゲイン調整方法によれば、ゲイン調整機能の操作に応じて前記指数ｎを可変することができるようにしたので、例えば、ユーザがゲイン調整機能を操作することにより、その操作に応じて、指数ｎを任意に変更することができる、これにより、ユーザは、再生信号のＳ／Ｎ比を劣化させることなく、前記ゲイン調整段階によるゲインを任意に調整することができる。
【００３０】
また、前記ゲイン調整段階は、前記デジタルアンプのゲイン調整方法において、入力信号をｘとする時、次式、
ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝
により与えられる入出力関係に対応する入出力変換表を記憶する記憶部を参照し、ゲイン調整を行うことも可能である。
【００３１】
本発明のデジタルアンプのゲイン調整方法によれば、入力信号をｘとする時、次式、ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝により与えられる入出力関係に対応する入出力変換表を記憶する記憶部を参照して、入力されたデジタル信号に対するゲイン調整を行うようにしたので、ゲインの中間値、例えば、１［ｄＢ］、５［ｄＢ］などの変換値をゲイン調整に用いることができる。これにより、最適な値に基づいて、デジタルアンプのゲイン調整を行うことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係るデジタルアンプは、アナログと同じような歪み方をデジタルのクラスＤアンプで実現するものである。図１は、本実施の形態に係るデジタルパワーアンプ１００を説明するための図である。デジタルパワーアンプ１００は、パルス幅を変調することにより入力電圧を増幅して出力電圧とするものである。
【００３３】
図１に示すように、デジタルパワーアンプ１００は、アナログ入力部２と、ＡＤコンバータ３と、デジタル入力部４と、ＤＳＰオーディオコントロールと５、デジタルボリュームコントロール６と、ソフトクリップゲイン調整部１０１と、ＰＷＭ変換部７と、クラスＤアンプ８と、記憶部１０３とを有する。また、図１において、９はスピーカ、１０２はＤＳＰ、１０４は操作手段を示している。
【００３４】
アナログ入力部２は、音声入力信号をアナログ信号で受け付ける。ＡＤコンバータ３は、音声入力信号をアナログ／デジタル変換して、所定ビット（例えば１６ビット）のデジタル信号を出力するものである。つまり、アナログ入力部２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３によってディジタルオーディオ信号に変換されたのちＤＳＰオーディオコントローラ５に入力される。
【００３５】
デジタル入力部４は、音声入力信号をデジタル信号で受け付ける。つまり、デジタル入力部４から入力されたディジタルオーディオ信号は直接ＤＳＰコントローラ５に入力される。ＤＳＰオーディオコントローラ５は、入力されたデジタル信号に対して、各種のオーディオ制御を実行するものである。また、ユーザは操作手段１０４を操作することにより、ＤＳＰオーディオコントローラへ制御信号を供給することができる。ここで、各種のオーディオ制御としては、バランス制御、フェーダ制御、音質制御、グラフィック・イコライザ制御及び音場制御等である。デジタルボリュームコントロール６は、音量調整部であって、ＤＳＰオーディオコントロール５からのデジタル信号に対して、音量制御を行うものである。
【００３６】
ソフトクリップゲイン調整部１０１は、ゲイン調整部であって、デジタルボリュームコントローラにより音量制御されたデジタル信号に対してゲイン調整を行うとともに、大出力時のソフトクリップコントロールを行う。
【００３７】
また、このソフトクリップゲイン調整部１０１は、入力信号をｘとする時、式
ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝・・・（１）
の演算を行って、出力信号ｙに圧縮特性を付加する。但し、［ｘ］は入力信号ｘの絶対値、ｎは圧縮特性を規定する指数、ａはｘ≧０なるときに〈１〉、ｘ＜０なるときに〈−１〉なる値をとる係数である。これにより、大出力時のソフトクリップコントロールを実現することができる。
【００３８】
また、指数ｎを可変することにより圧縮特性を変更するようにすることもできる。デジタルアンプの電源電圧によるゲインを可変することができる。これにより、再生信号のＳ／Ｎ比を劣化させることなく、デジタルアンプのゲインを調整できる。ユーザのゲイン調整機能の操作に応じて指数ｎを可変するようにしてもよい。なお、ＤＳＰオーディオコントローラ５、デジタルボリュームコントローラ６、ソフトクリップゲイン調整部１０１をＤＳＰにより行うこともできる。
【００３９】
ＰＣＭ−ＰＷＭ変換部７は、ｎビットのデジタルデータが入力されると、その値に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成する。クラスＤアンプ８は、高速なスイッチング動作によって信号を増幅する。
【００４０】
記憶部１０３は、入力信号をｘとする時、式
ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝
により与えられる入出力関係に対応する入出力変換表を記憶する。ソフトクリップゲイン調整部１０１は、記憶部１０３に記憶された入出力変換表を参照して、ゲイン調整を行うようにすることもできる。なお、この記憶部１０３は、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）等を用いることができる。
【００４１】
次に、上述したソフトクリップゲイン調整部１０１について詳細に説明する。図２は、ソフトクリップゲイン調整部のブロック図を示す図である。図２に示すように、ソフトクリップゲイン調整部１０１は、正負判定部１１、係数化処理部１２、絶対値処理部１３、第１の減算処理部１４、べき乗処理部１５、第２の減算処理部１６、そして乗算処理部１７を有している。
【００４２】
また、ソフトクリップゲイン調整部１０１は、入力信号ｘに対して、
ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝
なる演算を行って、出力信号ｙに圧縮特性を付加する。尚、上式においては便宜上、絶対値記号を［］として示している。従って［ｘ］は信号ｘの絶対値を示している。またｎは、圧縮特性を規定する指数であり、設定すべき圧縮特性に応じて可変設定される。またａは、入力信号ｘの極性に応じて設定される係数であり、ｘ≧０なるときに〈１〉、ｘ＜０なるときに〈−１〉なる値として設定される。
【００４３】
具体的には、正負判定部１１は、入力信号ｘの正負を判定する。正負判定部１１は、例えば〈ｘ≧０〉であるか否かを判定し、この判定結果を係数化処理部１２に出力する。係数化処理部１２は、正負判定部１１からの判定結果に従って、係数ａの値を設定する。即ち、係数化処理部１２は、前述したように入力信号ｘが〈ｘ≧０〉であるとき、その係数ａの値を〈１〉として設定する。一方、係数化処理部１２は、入力信号ｘが〈ｘ＜０〉であるときには係数ａの値を〈−１〉として設定する。この係数ａの値は、出力信号ｙに対する極性情報として乗算処理部１７に与えられる。
【００４４】
絶対値処理部１３は、入力信号ｘの振幅（レベル）の絶対値を［ｘ］として求め、求めた絶対値［ｘ］を第１の減産処理部１４に出力する。第１の減算処理部１４は、絶対値処理部１３からの絶対値［ｘ］を定数〈１〉から減算することで、入力信号ｘの最大振幅値を〈１〉として正規化したときの補数を求める。この補数〈１−［ｘ］〉に従って、入力信号ｘのレベルに応じた減衰量を対数的に付与し、その信号レベルに応じた圧縮特性を設定するべく、べき乗処理部１５では設定された指数ｎに応じて上記補数〈１−［ｘ］〉をべき乗処理している。
【００４５】
具体的には、べき乗処理部１５は、指数ｎが〈２〉である場合には、〈１−［ｘ］〉×〈１−［ｘ］〉＝〈１−［ｘ］〉^２なるべき乗処理を実行する。また、べき乗処理部１５は、指数ｎが〈３〉である場合には、〈１−［ｘ］〉×〈１−［ｘ］〉×〈１−［ｘ］〉＝〈１−［ｘ］〉^３なるべき乗処理を実行する。また、べき乗処理部１５は、指数ｎが〈４〉である場合には、〈１−［ｘ］〉×〈１−［ｘ］〉×〈１−［ｘ］〉×〈１−［ｘ］〉＝〈１−［ｘ］〉^４としてべき乗処理を実行する。
【００４６】
つまり、べき乗処理部１５のべき乗処理により、入力信号ｘに対して与えるべき減衰量が、その信号レベルに応じて求められている。そして信号レベルが高いほど減衰量が小さく、信号レベルが低いほど減衰量が大きくなるような逆圧縮特性が設定されている。
【００４７】
第２の減算処理部１６は、上述した如く求められる減衰量を、その正規化された値〈１〉から減算することで、実際に入力信号ｘに対して付与するべき減衰量を設定するものである。この減算処理によって、入力信号ｘのレベルが高いほど減衰量が大きく、その信号レベルが低いほど減衰量が小さくなるような図３に示すような圧縮特性が設定され、入力信号ｘのレベルに応じて可変された信号が１−〈１−［ｘ］〉^ｎとして求められている。この第２の減算処理部１６から出力される信号は乗算処理部１７に導かれ、前述した係数ａが乗ぜられて入力信号ｘの極性に応じた極性の出力信号ｙに変換されて出力される。
【００４８】
上述した信号処理を実行するソフトクリップゲイン調整部１０１によれば、簡単な処理にて、つまり除算処理を要することなく入力信号ｘを、指数ｎで規定される圧縮特性のを付加することができる。
【００４９】
すなわち、本実施の形態に係るデジタルアンプによれば、ソフトクリップゲイン調整部１０１は、入力信号をｘとする時、次式、ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝の演算を行って、出力信号ｙに圧縮特性を付加するので、出力信号ｙを徐々にクリップするようにゲインを調整することができる、これにより、デジタルアンプでありながら、アナログアンプにみられるような過大入力状態と同じ動作を得ることができる。大出力時のソフトクリップコントロールを実現することができる。
【００５０】
また、ユーザが操作手段１０４、例えば、ゲイン調整機能操作手段の操作に応じて、上述した式の指数ｎを可変するようにしてもよい。これにより、ユーザがゲイン調整機能を操作することにより、指数ｎを任意に変更することができ、ユーザは前記ゲイン調整部によるゲインを任意に調整することができる。
【００５１】
次に、図１から図３を用いて、本実施の形態の対数表示による入出力特性について説明する。図３は、本実施の形態の対数表示による入出力特性を示す図である。図３に示すように、横軸は入力値ｘ（入力信号）であり、縦軸は出力値ｙ（出力信号）を示している。また、図３において、Ａは指数ｎ＝１の場合の入出力特性、Ｂは指数ｎ＝２の場合の入出力特性、Ｃは指数ｎ＝３の場合の入出力特性を示している。
【００５２】
ソフトクリップゲイン調整部１０１をデジタルアンプ１０１のボリューム調整の後に設置し、ユーザは操作手段１０４を操作することにより、ＤＳＰオーディオコントローラ５を介して、ソフトクリップゲイン調整部１０１によるアルゴリズムの指数ｎを、ｎ＝０、１、２、・・・と可変する。
【００５３】
例えば、入力信号ｘ＝０．９を例にとって説明すると、指数ｎ＝１の場合には、第１の減算処理部１４により、〈１−［ｘ］〉＝１−０．９＝０．１となる。また、べき乗処理部１５により、〈１−［ｘ］〉^１＝０．１となる。このため、第２の減算処理部１６により、｛１−１（１−［ｘ］）^１｝＝０．９となる。そして、乗算処理部１７により、ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^１｝＝０．９となる。
【００５４】
また、指数ｎ＝２の場合には、第１の減算処理部１４により、〈１−［ｘ］〉＝１−０．９＝０．１となる。また、べき乗処理部１５により、〈１−［ｘ］〉^２＝０．０１となる。このため、第２の減算処理部１６により、｛１−１（１−［ｘ］）^２｝＝０．９９となる。そして、乗算処理部１７により、ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^２｝＝０．９９となる。
【００５５】
また、指数ｎ＝３の場合には、第１の減算処理部１４により、〈１−［ｘ］〉＝１−０．９＝０．１となる。また、べき乗処理部１５により、〈１−［ｘ］〉^３＝０．００１となる。このため、第２の減算処理部１６により、｛１−１（１−［ｘ］）^３｝＝０．９９９となる。そして、乗算処理部１７により、ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^３｝＝０．９９９となる。
【００５６】
このように、リニアな信号が２乗となるため、入出力特性は、図３に示すＡ、Ｂ、Ｃのように、ゲインＧはｎ＝２の場合には＋６ｄＢ、ｎ＝３の場合には＋９ｄＢとなり、徐々に１に収束するというようになだらかなカーブを描くようになる。これにより、ソフトクリップ状態になる。
【００５７】
デジタルアンプ１０１の電源電圧によるゲインをＧ［ｄＢ］とすると、それぞれＧ、Ｇ＋６、Ｇ＋９、Ｇ＋１２、・・・、［ｄＢ］と可変する事が可能となる。加えて、それぞれの設定に対し、出力信号は徐々にクリップしていく事となる。これにより、アナログアンプに見られるような過大入力状態と同じ動作を得る事ができる。
【００５８】
デジタルアンプ１０１のボリューム調整の後にソフトクリップゲイン調整部１０１を設置し、ソフトクリップゲイン調整部１による処理に上記式（１）を用いることにより、デジタルアンプであっても、アナログと同じようにスムーズに飽和するという動作になる。これにより、デジタル系のコンプレッサと同じような動きをさせることができる。
【００５９】
本実施の形態に係るデジタルアンプによれば、デジタルであっても、入力信号として、ソースで足りる大きな信号が入ってきた場合に、設定されるボリュームが低いときには、何も行わずに、リニアな信号を出力する。一方、設定されるボリュームがあがって、出力信号が飽和に近い状態になると、上述したようなソフトクリップの動きをする。これにより、デジタルアンプでありながら、アナログ的な動きを加えることができる。
【００６０】
さらに、デジタルアンプ１００のゲインＧは、電源電圧できまるが、本実施の形態に係るデジタルアンプによれば、指数ｎを変更することで、任意にゲインをかえることができる。デジタルで統一されたオーディオシステムの中で、ボリュームコントロールの後段に、ソフトクリップゲイン調整部を設けることにより、上述したソフトクリップが可能となる。従来、この処理をＤＳＰで行っており、信号の整合化するために、ボリュームコントロールの前段で、最大の性能をたもったまま、ＤＡコンバータを通してボリュームコントロールするようにしていたが、本実施の形態では、デジタルアンプのアプリケーションで、ボリュームコントロールをとった後のデジタル信号に、このソフトクリップ処理を加えることによって、上述のソフトクリップを実現することができる。
【００６１】
また、上述の指数ｎの変更は、ゲイン調整機能として設定することができる。すなわち、ゲインを調整することにより、指数ｎの値が変わるようにすることができる。この指数ｎは、ユーザが選べるように指数ｎの値を可変にしている。どのようなレンジであっても、歪みのない音で聞きたいというユーザ用には、指数ｎの値を１に設定するようにし、一方、ボリュームが大きくなった際に歪んでもいいから、パワー感がほしいというユーザには、指数ｎの値を２、又は３に設定するようにする。なお、本実施の形態では、式（１）における指数ｎをユーザの操作手段１０４の操作に応じて、可変にできるようにしたが、これに限定されることなく、この指数ｎを固定にすることもできる。
【００６２】
以上、本発明の一実施の形態を説明した。本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、ゲイン調整部によって、デジタル信号に対して圧縮特性を付加してゲインを調整するようにしたため、出力信号を徐々にクリップするというソフトクリップを行うことができる。また、ゲイン調整部による指数ｎを可変することにより圧縮特性を変更するようにしたので、デジタルアンプの電源電圧によるゲインを可変できるようにしたため、再生信号のＳ／Ｎ比を劣化させることなく、デジタルアンプのゲイン調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るデジタルパワーアンプ１００を説明するための図である。
【図２】ソフトクリップゲイン調整部のブロック図を示す図である。
【図３】本実施の形態の対数表示による入出力特性を示す図である。
【図４】従来のデジタルアンプを説明するための図である。
【図５】特許文献１記載のデジタルアンプを説明するための図である。
【符号の説明】
１００ デジタルアンプ
２ アナログ入力部
３ ＡＤコンバータ
４ デジタル入力部
５ オーディオコントローラ
６ デジタルボリュームコントローラ
７ ＰＣＭ−ＰＷＭ変換器
８ クラスＤアンプ
１０１ ソフトクリップゲイン調整部
１０２ ＤＳＰ
１０３ 記憶部

Claims (11)

1. 入力されたデジタル信号を増幅するデジタルアンプにおいて、
   前記デジタル信号に対して音量制御を行う音量調整部と、
   前記音量調整部により音量制御されたデジタル信号に対して、圧縮特性を付加してゲイン調整を行うゲイン調整部と、を有することを特徴とするデジタルアンプ。
2. 前記ゲイン調整部は、入力信号をｘとする時、次式、
   ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝
   の演算を行って、出力信号ｙに圧縮特性を付加し、
   但し、［ｘ］は入力信号ｘの絶対値、ｎは圧縮特性を規定する指数、ａはｘ≧０なるときに〈１〉、ｘ＜０なるときに〈−１〉なる値をとる係数であることを特徴とする請求項１記載のデジタルアンプ。
3. 前記デジタルアンプは、前記指数ｎを可変することにより圧縮特性を変更することを特徴とする請求項２記載のデジタルアンプ。
4. 前記デジタルアンプは、ゲイン調整機能の操作に応じて前記指数ｎを可変することを特徴とする請求項３記載のデジタルアンプ。
5. 前記デジタルアンプは更に、入力信号をｘとする時、次式、
   ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝、
   但し、［ｘ］は入力信号ｘの絶対値、ｎは圧縮特性を規定する指数、ａはｘ≧０なるときに〈１〉、ｘ＜０なるときに〈−１〉なる値をとる係数、
   により与えられる入出力関係に対応する入出力変換表を記憶する記憶部を備え、
   前記ゲイン調整部は、前記記憶部に記憶された前記入出力変換表を参照して、ゲイン調整を行うことを特徴とする請求項１記載のデジタルアンプ。
6. 前記ゲイン調整部は、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のデジタルアンプ。
7. 入力されたデジタル信号を増幅するデジタルアンプのゲイン調整方法において、
   前記デジタル信号に対して音量制御を行う音量調整段階と、
   前記音量調整段階により音量制御が行われたデジタル信号に対して圧縮特性を付加してゲイン調整を行うゲイン調整段階と、を有することを特徴とするデジタルアンプのゲイン調整方法。
8. 前記ゲイン調整段階は、入力信号をｘとする時、次式、
   ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝
   の演算を行って、出力信号ｙに圧縮特性を付加し、
   但し、［ｘ］は入力信号ｘの絶対値、ｎは圧縮特性を規定する指数、ａはｘ≧０なるときに〈１〉、ｘ＜０なるときに〈−１〉なる値をとる係数であることを特徴とする請求項７記載のデジタルアンプのゲイン調整方法。
9. 前記デジタルアンプのゲイン調整方法は、前記指数ｎを可変することにより圧縮特性を変更することを特徴とする請求項７記載のデジタルアンプのゲイン調整方法。
10. 前記デジタルアンプのゲイン調整方法は、ゲイン調整機能の操作に応じて前記指数ｎを可変することを特徴とする請求項９記載のデジタルアンプのゲイン調整方法。
11. 前記ゲイン調整段階は、入力信号をｘとする時、次式、
    ｙ＝ａ｛１−１（１−［ｘ］）^ｎ｝、
    但し、［ｘ］は入力信号ｘの絶対値、ｎは圧縮特性を規定する指数、ａはｘ≧０なるときに〈１〉、ｘ＜０なるときに〈−１〉なる値をとる係数、
    により与えられる入出力関係に対応する入出力変換表を記憶する記憶部を参照し、ゲイン調整を行うことを特徴とする請求項７記載のデジタルアンプのゲイン調整方法。

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