JP2005064972A - Signal processor and signal processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サンプリング(標本化)により得られたデジタル信号について、ΔΣ変調処理及びPWM変調処理を実行するような信号処理系を複数備えた信号処理装置であり、例えばマルチチャンネルの音響再生装置に適用して好適なものとされる。 The present invention is a signal processing device provided with a plurality of signal processing systems that execute ΔΣ modulation processing and PWM modulation processing on a digital signal obtained by sampling (sampling), for example, in a multi-channel sound reproduction device. It is suitable for application.
近年、臨場感あふれる音響効果を得ることを目的として、例えば5.1チャンネルサラウンドシステムと呼ばれる複数の音声出力部を備えた、いわゆるマルチチャンネル方式の音声出力装置が普及している。 In recent years, so-called multi-channel audio output devices including a plurality of audio output units called 5.1 channel surround systems have become widespread for the purpose of obtaining acoustic effects full of realism.
また、これまでの音声出力装置では、電力増幅器(パワーアンプ)としてA級増幅(Class A amplification)或いはB級増幅(Class B amplification)と呼ばれる方式による信号増幅器が用いられていたが、上記したようなマルチチャンネル方式の音声出力装置では、チャンネル数に対応した数の電力増幅器が必要となる。そこで、近年、上記したA級増幅器、或いはB級増幅器よりも電力損失が少ないD級増幅(Class D amplification)の信号増幅器を用いるようにしたものが広く知られている。 In the conventional audio output devices, signal amplifiers using a method called Class A amplification or Class B amplification have been used as power amplifiers. In such multi-channel audio output devices, the number of power amplifiers corresponding to the number of channels is required. Therefore, in recent years, a class D amplification (Class D amplification) signal amplifier that uses less power loss than the above class A amplifier or class B amplifier is widely known.
図6のブロック図は、上記したD級増幅を用いたいわゆるD級パワーアンプを備える音声出力装置として、マルチチャンネルのオーディオ信号に対応した構成例を示している。
なお、図6ではフロント左チャンネル、フロント右チャンネル、サラウンド左チャンネル、サラウンド右チャンネルという4チャンネルの音声出力部より構成される例を挙げて説明する。
The block diagram of FIG. 6 shows a configuration example corresponding to a multi-channel audio signal as an audio output device including a so-called class D power amplifier using the class D amplification described above.
In FIG. 6, a description will be given by taking as an example an example of a 4-channel audio output unit including a front left channel, a front right channel, a surround left channel, and a surround right channel.
この図6において、フロント左チャンネル(Front Lch)、フロント右チャンネル(Front Rch)、サラウンド左チャンネル(Front Rch)、サラウンド右チャンネル(Front Rch)の各音声出力部に対しては、所定のサンプリング周波数及び量子化ビットによりデジタル信号化されたオーディオ信号(デジタルオーディオ信号)が入力される。
これらの各音声出力部に入力される4つのデジタルオーディオ信号は、後述するようにして各音声出力部のスピーカ部7a〜7dから同時に出力されることで、1つの音場を形成する。従って、これらの4つのデジタルオーディオ信号は、実際には、各音声信号波形としては異なるものの、再生時間軸が同期した状態で入力されるものとなる。
In FIG. 6, a predetermined sampling frequency is used for each of the audio output units of the front left channel (Front Lch), front right channel (Front Rch), surround left channel (Front Rch), and surround right channel (Front Rch). The audio signal (digital audio signal) converted into a digital signal by the quantization bit is input.
The four digital audio signals input to each of these sound output units are simultaneously output from the
これらの各音声出力部の構成について、フロント左チャンネル(Front Lch)の音声出力部を例に挙げて説明する。
フロント左チャンネル(Front Lch)の音声出力部は、図示するようにして、デルタシグマ変調・パルス幅変調部(以下、「ΔΣ変調・PWM部」と表記する)3a、スイッチング増幅部4a、ローパスフィルタ(LPF)5a、LPF6a、及びスピーカ部7aにより構成される。
The configuration of each of these audio output units will be described by taking the front left channel (Front Lch) audio output unit as an example.
The front left channel (Front Lch) audio output unit includes a delta-sigma modulation / pulse width modulation unit (hereinafter referred to as “ΔΣ modulation / PWM unit”) 3a, a
フロント左チャンネル(Front Lch)の音声出力部に入力されるデジタルオーディオ信号は、先ず、ΔΣ変調・PWM部3aに入力される。
ΔΣ変調・PWM部3aでは、入力されるデジタルオーディオ信号についてΔΣ変調を施す。そして、このΔΣ変調処理によって得られたΔΣ変調信号について、PWM変調(pulse width modulation)を施すようにされる。これにより、周知のようにして、ΔΣ変調信号をパルス幅方向の変化により表したPWM信号として出力するようにされる。
The digital audio signal input to the audio output unit of the front left channel (Front Lch) is first input to the ΔΣ modulation /
The ΔΣ modulation /
上記ΔΣ変調・PWM部3aには同期信号が入力されている。この同期信号は、処理対象として入力されるデジタルオーディオ信号に同期するようにして生成されたものであり、ΔΣ変調・PWM部3aは、この同期信号に応じたタイミングでデジタルオーディオ信号を取り込んで上記したΔΣ変調処理及びPWM変調処理を実行する。
従って、この場合においては、ΔΣ変調・PWM部3aは、入力されるデジタルオーディオ信号に同期したタイミングで動作することになる。
A sync signal is input to the ΔΣ modulation /
Therefore, in this case, the ΔΣ modulation /
スイッチング増幅部4aは、例えばFETなどのスイッチング素子により構成され、ΔΣ変調・PWM部3aから出力されるPWM信号を入力して、そのPWM信号の波形に応じたスイッチング動作を行って、信号を増幅する。これにより、スイッチング増幅部4aからは、増幅されたスイッチング出力信号SA_FL,SB_FLが出力される。これらのスイッチング出力信号SA_FL,SB_FLは、それぞれローパスフィルタ(LPF)5a、LPF6aを介してスピーカ部7aに供給される。これにより、スピーカ部7aに、再生音声に対応した波形の駆動電流i_FLが流れ、この駆動電流i_FLにより駆動されることでスピーカ部7aから再生音声が出力されることになる。
The
また、フロント右チャンネル(Front Rch)の音声出力部も同様にして、ΔΣ変調・PWM部3b、スイッチング増幅部4b、LPF5b、LPF6b、及びスピーカ部7bにより構成される。
また、サラウンド左チャンネル(Surround Lch)の音声出力部も、ΔΣ変調・PWM部3c、スイッチング増幅部4c、LPF5c、LPF6c、及びスピーカ部7cを備える。
また、サラウンド右チャンネル(Surround Rch)の音声出力部も、ΔΣ変調・PWM部3d、スイッチング増幅部4d、LPF5d、LPF6d、及びスピーカ部7dを備える。
そして、これらの音声出力部としても、上記したフロント左チャンネルの音声出力部と同じ信号処理を行って、入力されたデジタルオーディオ信号を増幅して、最終的にスピーカ部7b〜7dから音声として出力する。
Similarly, the audio output unit of the front right channel (Front Rch) includes a ΔΣ modulation /
The surround left channel (Surround Lch) audio output unit also includes a ΔΣ modulation /
The sound output unit of the surround right channel (Surround Rch) also includes a ΔΣ modulation /
These audio output units also perform the same signal processing as the above-described front left channel audio output unit, amplify the input digital audio signal, and finally output as audio from the
ここで、上記したフロント右チャンネル、サラウンド左チャンネル、サラウンド右チャンネルの各音声出力部におけるΔΣ変調・PWM部3b,3c,3dも、フロント左チャンネルのΔΣ変調・PWM部3aと同様にして、同期信号に応じたタイミングで、デジタルオーディオ信号を取り込むようにされると共に、上記したΔΣ変調処理及びPWM変調処理を実行する。
Here, the ΔΣ modulation /
そして、図6においては、1つの同期信号が分岐して各ΔΣ変調・PWM部3a,3b,3c,3dに入力されていることからも理解されるように、ΔΣ変調・PWM部3a,3b,3c,3dは、同期信号に基づいた同一のタイミングで、それぞれ入力されるデジタルオーディオ信号についての処理を実行するようにされる。
In FIG. 6, as can be understood from the fact that one synchronization signal is branched and inputted to each ΔΣ modulation /
なお、以降において、各音声出力部を構成するΔΣ変調・PWM部3a〜3d、スイッチング増幅部4a〜4d、LPF5a〜5d、LPF6a〜6d、及びスピーカ部7a〜7dの各々について、説明の都合上、特に区別する必要がない場合には、それぞれ、単にΔΣ変調・PWM部3、スイッチング増幅部4、LPF5、LPF6、及びスピーカ部7ともいうことにする。
In the following description, each of the ΔΣ modulation /
図7は、上記図8に示した音声出力装置の各音声出力部に備えられるスイッチング増幅部4a〜4d以降の機能回路部の動作を示している。
前述もしたように、スイッチング増幅部4a〜4dに対しては、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dから出力されたPWM信号が入力され、このPWM信号を、そのパルス波形に応じてスイッチングして増幅出力する。
FIG. 7 shows the operation of the functional circuit units after the
As described above, the PWM signals output from the ΔΣ modulation /
このようにして、スイッチング増幅部4a〜4dにより増幅されて出力されるPWM信号であるスイッチング出力信号として、スイッチング増幅部4aからは、図8(a)に示すスイッチング出力信号SA_FL,SB_FLを出力するようにされている。
これらスイッチング出力信号SA_FL,SB_FLは、図示するようにしてスピーカ部7aの+ラインと−ラインに挿入されるLPF5a,6aを介してスピーカ部7aを駆動するようにされている。これにより、SA_FL,SB_FLとの間にレベル差が生じたときに、SA_FL,SB_FLの極性の関係に応じた極性のパルスが現れる駆動電流i_FLがスピーカ部7aに流れることになる。実質的には、この駆動電流i_FLの波形が増幅されたPWM信号に対応する。また、実際には、スピーカ部7aに対しては、図に示す矩形波状の駆動電流i_FLが、LPF5a,6aを介することで積分化された音声信号波形として流れるようにされる。
In this way, the switching output signals SA_FL and SB_FL shown in FIG. 8A are output from the
These switching output signals SA_FL and SB_FL are configured to drive the
同様にして、残るスイッチング増幅部4b,4c,4dから出力されるスイッチング出力信号[SA_FR,SB_FR][SA_SL,SB_SL][SA_SR,SB_SR]としても、図7(b)(c)(d)に示すようにして出力され、これに応じて、駆動電流i_FR,i_SL,i_SRが、それぞれ、スピーカ部7b,7c,7dに流れるようにされる。
Similarly, the switching output signals [SA_FR, SB_FR] [SA_SL, SB_SL] [SA_SR, SB_SR] output from the
この場合において、前述もしたように、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dでは同じ同期信号によりデジタルオーディオ信号に対する信号処理を施して、スイッチング増幅部4a〜4dに対して出力することとしている。つまり、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dは、同一タイミングで信号処理を実行する。
従って、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dから出力される各PWM信号のキャリアの周期タイミングも一致するようにして出力されることになる。また、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dが、上記のように同一タイミングで信号処理を実行していることから、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dに入力されるデジタルオーディオ信号の再生時間軸が同期しているのであれば、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dを経由してスピーカ部7a〜7dから出力される音声としても再生時間軸が同期したものとなる。この点について説明を分かりやすいものとするために、仮に、同一のデジタルオーディオ信号をΔΣ変調・PWM部3a〜3dに入力したと仮定すると、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dを経由してスピーカ部7a〜7dから出力される音声の信号波形(再生信号波形)としては、同位相であるということになる。
つまり、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dに供給する同期信号は、マルチチャンネル再生を行うのにあたり、各ΔΣ変調・PWM部3a〜3dにおける信号処理タイミングを同期させ、この結果、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dから出力される音声として再生時間軸的にずれが生じないようにすることを本来は目的としているものである。
In this case, as described above, the ΔΣ modulation /
Accordingly, the carrier cycle timings of the respective PWM signals output from the ΔΣ modulation /
That is, the synchronization signal supplied to the ΔΣ modulation /
ここで、図7における区間Tは、PWM信号のキャリアの1周期に対応している。上記のようにして、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dからは、PWM信号のキャリアの周期タイミングが一致して出力されるようになっている。
これにより、スイッチング増幅部4a〜4dにより各PWM信号をスイッチングして得られるスイッチング出力信号[SA_FL,SB_FL][SA_FR,SB_FR][SA_SL,SB_SL][SA_SR,SB_SR]の波形として、図示するようにして、PWM信号のキャリア周期に対応する区間Tごとのタイミングが一致することになる。つまり、図7において時点t1,t2,t3,t4として示すタイミングで、同時に、スイッチング出力信号を立ち上げるようにしてスイッチングを行うことになる。
Here, the section T in FIG. 7 corresponds to one cycle of the carrier of the PWM signal. As described above, the ΔΣ modulation /
Accordingly, the waveforms of the switching output signals [SA_FL, SB_FL] [SA_FR, SB_FR] [SA_SL, SB_SL] [SA_SR, SB_SR] obtained by switching the PWM signals by the
しかしながら、上記のような動作では、PWM信号のキャリア周期ごとに対応して、スイッチング増幅部4a〜4dから同時にスイッチング電流が流れることになる。スイッチング増幅部4a〜4dでは、スイッチングにより電力増幅を行っているので、PWM信号のキャリア周期ごとに対応して流れる矩形波状のスイッチング電流量は相当に大きなものとなる。このために、PWM信号のキャリア周期で、不要輻射やチャンネル間の干渉によるノイズが発生してしまう。
However, in the operation as described above, a switching current flows simultaneously from the switching
また、スイッチング増幅部4a〜4dでは、例えば2つのスイッチング素子をブリッジ接続してスイッチング回路を形成することが知られているが、このようなスイッチング回路の構成とした場合においては、PWM信号のキャリア周期の開始タイミングでスイッチングを行うときにスイッチング素子が同時にオンとなって電源ラインから貫通電流が流れてしまう場合がある。そして、上記のようにして、音声出力部間でPWM信号のキャリア周期が一致していることによっては、キャリア周期ごとに貫通電流が流れるタイミングもスイッチング増幅部4a〜4dの間で同じということになる。これにより、電源から流れる貫通電流はさらに過大となる場合が生じることになる。例えば貫通電流によっては、スイッチング増幅部4a〜4dを構成するスイッチングトランジスタなどの素子に負担がかかり、また、電源電圧も変動するなどの不都合が生じるので、できるだけ抑制されることが要求される。
In the
そこで、図8に示すような構成の音声出力装置が提案されている。
なお、図8に示す音声出力装置では、説明を分かり易くするため、フロント左チャンネル、フロント右チャンネルという2チャンネルの音声出力部を備えた音声出力装置を例に挙げて説明する。また、図6に示した音声出力装置と同一部位には同一符号を付して説明は省略する。
Therefore, an audio output device configured as shown in FIG. 8 has been proposed.
In the audio output device shown in FIG. 8, for the sake of easy understanding, an audio output device including an audio output unit having two channels, that is, a front left channel and a front right channel will be described as an example. Also, the same parts as those of the audio output device shown in FIG.
この図8に示す音声出力装置では、同期信号を遅延させるディレイ回路8aが設けられている。これにより、ΔΣ変調・PWM部3bに入力させる同期信号を、ΔΣ変調・PWM部3aに入力させる同期信号に対して、ディレイ回路8aに設定された遅延時間分遅らせるようにしている。
これにより、ΔΣ変調・PWM部3a,3bの間での信号処理タイミングは、上記ディレイ回路8aの遅延時間分シフトされることになる。
In the audio output device shown in FIG. 8, a
As a result, the signal processing timing between the ΔΣ modulation /
図9は、上記図8に示した音声出力装置におけるΔΣ変調・PWM部3a,3bの動作タイミングを模式的に示している。図9(a)にはΔΣ変調・PWM部3a(フロント左チャンネル側)にて処理されるデジタルオーディオ信号が示され、図9(b)には、ΔΣ変調・PWM部3b(フロント右チャンネル側)にて処理されるデジタルオーディオ信号が示されている。また、ここでは説明を分かりやすいものとするため、ΔΣ変調・PWM部3a,3bに入力されるデジタルオーディオ信号は同一であることとしている。
FIG. 9 schematically shows the operation timing of the ΔΣ modulation /
ここで先ず、ΔΣ変調・PWM部3aでは、遅延回路8aにより遅延されない同期信号の入力に基づいて、処理対象であるデジタルオーディオ信号について、図9(a)に示すタイミングで処理を実行しているとする。つまり、図9(a)に示す等間隔のサンプル位置P1,P2・・・のサンプルデータについての処理を時点t1から開始していくようにされる。
これに対して、ΔΣ変調・PWM部3bでは、入力される同期信号が遅延回路8aにより遅延時間Td分遅延されているから、同じデジタルオーディオ信号について、サンプル位置P1のサンプルデータの信号処理は、時点t1から遅延時間Td分後の時点t2から開始されることになる。
また、このようにして、ΔΣ変調・PWM部3a、3bとで、同じサンプル位置(P1,P2・・・)のサンプルデータの処理が遅延される場合、同期信号としては、ΔΣ変調・PWM部3a、3bに入力される元のデジタルオーディオ信号に同期したものであることから、ΔΣ変調・PWM部3a、3bにて処理されるデジタルオーディオ信号の位相としても、図7(a)(b)を比較して分かるように、遅延時間Tdに相当してずれることになる。
First, in the ΔΣ modulation /
On the other hand, in the ΔΣ modulation /
In addition, when the processing of the sample data at the same sample position (P1, P2,...) Is delayed between the ΔΣ modulation /
そして、このようにしてΔΣ変調・PWM部3a、3bにおける処理タイミングが遅延時間Td分シフトされれば、ΔΣ変調・PWM部3a、3bから出力されるPWM信号のキャリア周期のタイミングも、遅延時間Td分シフトされることになる。従って、これらのPWM信号をスイッチングして増幅するスイッチング増幅部4a,4bとの間での、PWM信号のキャリア周期に対応してスイッチング出力信号を立ち上げるタイミングも、遅延時間Td分シフトされることになり、同時とは成らない。
If the processing timing in the ΔΣ modulation /
そして、ここでの図示は省略しているが、残るサラウンド左チャンネルに対応する音声出力部のΔΣ変調・PWM部3cに対しては、ΔΣ変調・PWM部3bの同期信号から、例えばさらに遅延時間Tdにより遅延させた同期信号を入力し、サラウンド右チャンネルに対応する音声出力部のΔΣ変調・PWM部3dに対しては、ΔΣ変調・PWM部3cの同期信号から、さらに遅延時間Tdにより遅延させた同期信号を入力させる。
このようにすることで、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dの各々は、それぞれ遅延時間Td分ずつシフトされた、相互に異なるタイミングで信号処理を実行することになる。この結果、全ての音声出力部のスイッチング増幅部4a〜4dの間でのスイッチング出力信号を立ち上げるタイミングが同時と成らずにシフトすることになる。
Although not shown here, for the ΔΣ modulation /
By doing so, each of the ΔΣ modulation /
スイッチング増幅部4a〜4dの間でのスイッチング出力信号を立ち上げるタイミングがシフトされるということは、ノイズ発生タイミングが分散するということであり、これにより、不要輻射のレベルが抑制される。また、スイッチング増幅部4a〜4dの間(チャンネル間)での干渉も緩和されて、これによるノイズも抑制される。
また、貫通電流の流れるタイミングもチャンネル間で分散することになるので、一回に流れる貫通電流のレベルも抑制されることになる。
The fact that the timing for raising the switching output signal between the switching
In addition, since the timing at which the through current flows is also distributed among the channels, the level of the through current that flows at one time is also suppressed.
なお、下記特許文献1にも上記図8と同様の技術が開示されている。 Note that the same technique as in FIG. 8 is also disclosed in Patent Document 1 below.
しかしながら、上記図8に示したような音声出力装置では、ディレイ回路8aにより、ΔΣ変調・PWM部3bの同期信号を、ΔΣ変調・PWM部3aの同期信号より遅らせるようにしている。このため、図9からも分かるように、ΔΣ変調・PWM部3bに取り込まれるデジタルオーディオ信号の波形(実線)の位相は、ΔΣ変調・PWM部3aに取り込まれるデジタルオーディオ信号の波形(実線)より遅延時間Tdだけ遅れたものとなる。
これは、例えばチャンネル間で同一のデジタルオーディオ信号を処理して音声として出力させた場合において、出力される音声信号の位相にズレが生じることを意味する。この結果、実際にマルチチャンネルによりオーディオを再生させたときには、音場などに乱れが生じるという不具合を招く。
However, in the audio output device as shown in FIG. 8, the
This means that, for example, when the same digital audio signal is processed between channels and output as sound, a phase shift occurs in the output audio signal. As a result, when audio is actually reproduced by multi-channel, there is a problem that the sound field is disturbed.
そこで本発明は上記した課題を考慮して、信号処理装置として次のように構成することとした。
本発明の信号処理装置は、それぞれ異なるデジタル信号を入力する複数の信号処理部を備える。
そして、各信号処理部は、少なくとも、相互に非同期である第1クロックと第2クロックにより動作するものとされ、所定の第1のサンプリング周波数によりサンプリングされたデジタル信号を第1クロックに基づくタイミングで入力して第2のサンプリング周波数に変換する処理を、第2クロックに基づくタイミングで実行するサンプリング周波数変換手段と、このサンプリング周波数変換手段から出力されるデジタル信号について変調処理を実行するものであり、所定の周波数による同期信号に基づくタイミングでΔΣ変調処理を実行し、さらに、このΔΣ変調処理により得られたΔΣ変調信号についてパルス幅変調処理を実行して、所定のキャリア周波数に従ったパルス幅変調信号として出力する変調処理手段とを備え、さらに、各信号処理部の変調処理手段は、他の変調処理手段が利用する同期信号とは異なるタイミングで入力される同期信号に基づいて、上記サンプリング周波数変換手段から出力されるデジタル信号についての変調処理を実行するように構成することとした。
In view of the above problems, the present invention is configured as a signal processing apparatus as follows.
The signal processing apparatus of the present invention includes a plurality of signal processing units that input different digital signals.
Each signal processing unit is operated by at least a first clock and a second clock that are asynchronous with each other, and a digital signal sampled at a predetermined first sampling frequency is at a timing based on the first clock. Sampling frequency conversion means for executing the input and conversion processing to the second sampling frequency at a timing based on the second clock, and performing modulation processing on the digital signal output from the sampling frequency conversion means, Performs ΔΣ modulation processing at a timing based on a synchronization signal with a predetermined frequency, and further executes pulse width modulation processing on the ΔΣ modulation signal obtained by this ΔΣ modulation processing to perform pulse width modulation according to a predetermined carrier frequency. Modulation processing means for outputting as signals, and each signal processing The modulation processing unit of the unit executes modulation processing on the digital signal output from the sampling frequency conversion unit based on a synchronization signal input at a timing different from that of the synchronization signal used by the other modulation processing unit. It was decided to be configured.
また、それぞれ異なるデジタル信号を入力する複数の信号処理系の各々において、少なくとも、相互に非同期である第1クロックと第2クロックにより動作するものとされ、所定の第1のサンプリング周波数によりサンプリングされたデジタル信号を第1クロックに基づくタイミングで入力して第2のサンプリング周波数に変換する処理を、第2クロックに基づくタイミングで実行するサンプリング周波数変換手順と、サンプリング周波数変換手順により出力されるデジタル信号について変調処理を実行するものであり、所定の周波数による同期信号に基づくタイミングでΔΣ変調処理を実行し、さらに、このΔΣ変調処理により得られたΔΣ変調信号についてパルス幅変調処理を実行して、所定のキャリア周波数に従ったパルス幅変調信号として出力する変調処理手順とを実行すると共に、各信号処理系における変調処理手順は、他の信号処理系における変調処理が利用する同期信号とは異なるタイミングの同期信号に基づいて、サンプリング周波数変換手順により出力されるデジタル信号についての変調処理を実行するように、信号処理方法を構成する。 Each of a plurality of signal processing systems that input different digital signals is operated at least by a first clock and a second clock that are asynchronous with each other, and is sampled at a predetermined first sampling frequency. A sampling frequency conversion procedure for performing a process of inputting a digital signal at a timing based on the first clock and converting it to the second sampling frequency at a timing based on the second clock, and a digital signal output by the sampling frequency conversion procedure Modulation processing is executed, ΔΣ modulation processing is executed at a timing based on a synchronization signal having a predetermined frequency, and pulse width modulation processing is executed on the ΔΣ modulation signal obtained by this ΔΣ modulation processing, Pulse width modulation signal according to the carrier frequency of The modulation processing procedure in each signal processing system is performed by a sampling frequency conversion procedure based on a synchronization signal having a timing different from that of the synchronization signal used by the modulation processing in another signal processing system. The signal processing method is configured to perform modulation processing on the output digital signal.
上記構成では、複数の信号処理部(信号処理系)において、それぞれ少なくとも、サンプリング周波数変換処理と、このサンプリング周波数変換処理により変換された信号についてのΔΣ変調処理及びPWM変調処理を実行するようにされている。
そのうえで、サンプリング周波数変換処理は、第1クロックに基づくタイミングで入力したデジタル信号を、第1クロックとは非同期の第2クロックに従ったタイミングで、サンプリング周波数を変換して出力するようにされる。また。各信号処理部のΔΣ変調処理及びPWM変調処理としての変調処理は、それぞれの信号処理部に対応して異なるタイミングで入力される同期信号に基づいたタイミングで実行するようにされる。
In the above configuration, at least each of the plurality of signal processing units (signal processing systems) executes sampling frequency conversion processing, and ΔΣ modulation processing and PWM modulation processing for the signal converted by the sampling frequency conversion processing. ing.
In addition, in the sampling frequency conversion process, the digital signal input at the timing based on the first clock is converted and output at the timing according to the second clock asynchronous with the first clock. Also. The modulation processing as the ΔΣ modulation processing and the PWM modulation processing of each signal processing unit is executed at a timing based on a synchronization signal input at a different timing corresponding to each signal processing unit.
このような構成では、デジタル信号について、ΔΣ変調処理及びPWM変調処理を実行する前処理として、非同期の入力側クロックと出力側クロックにより動作するサンプリング周波数変換処理を行うようにしているということがいえる。
これにより、ΔΣ変調処理及びPWM変調処理側としては、サンプリング周波数変換処理前の、元のデジタル信号のサンプリング周波数(入力側クロック)に依存するのではなく、サンプリング周波数変換処理の第2クロックに依存したタイミングで処理を実行することになる。しかしながら、ΔΣ変調処理及びPWM変調処理の処理タイミングを決める同期信号は、各信号処理部間で異なるタイミングとなっている。
これは、例えば各信号処理部に対して同一の信号を入力すれば、サンプリング周波数変換処理後の信号としては同位相で出力され、ΔΣ変調処理及びPWM変調処理後のPWM信号としても同位相で再現されるタイミングで出力されるが、PWM信号のキャリア周期については、同期信号の入力タイミングに応じて、信号処理部間でシフトされることを意味する。
In such a configuration, it can be said that sampling frequency conversion processing that operates with an asynchronous input-side clock and output-side clock is performed on digital signals as pre-processing for executing ΔΣ modulation processing and PWM modulation processing. .
As a result, the ΔΣ modulation processing and PWM modulation processing side does not depend on the sampling frequency (input side clock) of the original digital signal before the sampling frequency conversion processing, but depends on the second clock of the sampling frequency conversion processing. The process is executed at the timing. However, the synchronization signal that determines the processing timing of the ΔΣ modulation processing and the PWM modulation processing has different timing between the signal processing units.
For example, if the same signal is input to each signal processing unit, the signal after the sampling frequency conversion process is output in the same phase, and the PWM signal after the ΔΣ modulation process and the PWM modulation process is also in the same phase. Although it is output at the timing to be reproduced, it means that the carrier period of the PWM signal is shifted between the signal processing units according to the input timing of the synchronization signal.
このことから本発明としては、複数の信号処理部間において、PWM信号のキャリア周期がシフトされることで、例えば、これらのPWM信号をスイッチングして増幅するときに生じる、キャリア周期に応じたスイッチングノイズの発生タイミングが分散される。これにより、不要輻射や信号処理部間での干渉ノイズが低減される。また、各信号処理部のスイッチング増幅段において貫通電流が流れるタイミングも分散されることで、過大な貫通電流が流れないようにされ、スイッチング増幅段を形成する部品素子の保護、及び電源電圧の安定化が図られる。なおかつ、信号処理部間では、PWM信号のキャリア周期がシフトされるとしても、出力されるべき信号の位相にずれはないようにされる。
つまり、本発明では、複数の信号処理部においてΔΣ変調処理及びPWM変調処理を行うようにされる場合において、PWM信号のキャリア周期をシフトさせてノイズ低減などの効果を得ることと、出力信号の位相ずれが無いようにすることとを両立させている。例えば本発明の信号処理装置を、マルチチャンネルの音響再生システムに適用すれば、ノイズ低減効果と、貫通電流抑制効果が得られると共に、各チャンネル間で位相ずれが無く、適正な音場を再現可能な高品質なものを得ることができる。
Therefore, according to the present invention, the carrier period of the PWM signal is shifted between a plurality of signal processing units. For example, switching according to the carrier period that occurs when these PWM signals are switched and amplified. Noise generation timing is distributed. Thereby, unnecessary radiation and interference noise between signal processing units are reduced. In addition, the timing at which the through current flows in the switching amplification stage of each signal processing unit is also distributed, so that an excessive through current does not flow, the component elements forming the switching amplification stage are protected, and the power supply voltage is stabilized. Is achieved. In addition, even if the carrier period of the PWM signal is shifted between the signal processing units, the phase of the signal to be output is not shifted.
That is, in the present invention, when ΔΣ modulation processing and PWM modulation processing are performed in a plurality of signal processing units, an effect such as noise reduction is obtained by shifting the carrier period of the PWM signal, and the output signal It is compatible with ensuring that there is no phase shift. For example, if the signal processing device of the present invention is applied to a multi-channel sound reproduction system, it is possible to obtain a noise reduction effect and a through current suppression effect, and there is no phase shift between each channel, and an appropriate sound field can be reproduced. High quality products can be obtained.
以下、本発明の信号処理装置の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の実施の形態としての信号処理装置をマルチチャンネル方式の音声出力装置に適用した場合の構成例を示したブロック図である。
この図1に示す音声出力装置1は、上記のようにしてマルチチャンネル方式であることに対応して、フロント左チャンネル(Front Lch)、フロント右チャンネル(Front Rch)、サラウンド左チャンネル(Surround Lch)、サラウンド右チャンネル(Surround Rch)という4チャンネルの音声出力部(音声信号処理部、音声信号処理系)を備えているものとされる。
このような構成の音声出力装置1は、例えば5.1chサラウンド方式に対応する音響再生システムから、いわゆるサブウーファ及びセンターチャンネルに対応する音声を出力させる音声信号処理系を省略したものとしてみることができる。
Hereinafter, embodiments of the signal processing apparatus of the present invention will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example when the signal processing apparatus according to the embodiment of the present invention is applied to a multi-channel audio output apparatus.
The audio output device 1 shown in FIG. 1 corresponds to the multi-channel method as described above, and corresponds to the front left channel (Front Lch), the front right channel (Front Rch), and the surround left channel (Surround Lch). , A surround right channel (Surround Rch) 4 channel audio output unit (audio signal processing unit, audio signal processing system) is provided.
The audio output apparatus 1 having such a configuration can be regarded as an audio reproduction system that supports, for example, a 5.1 channel surround system, omitting an audio signal processing system that outputs audio corresponding to so-called subwoofers and center channels. .
この図1において、各音声出力部に対しては、所定のサンプリング周波数及び量子化ビットによりデジタル信号化されたオーディオ信号(デジタルオーディオ信号)が入力される。
これらの各音声出力部に入力される4つのデジタルオーディオ信号は、後述するようにして各音声出力部のスピーカ部7a〜7dから同時に出力されることで、1つの音場を形成する。従って、これらの4つのデジタルオーディオ信号は、実際には、各音声信号波形としては異なるものの、再生時間軸が同期した状態で入力されるものとなる。
In FIG. 1, an audio signal (digital audio signal) converted into a digital signal with a predetermined sampling frequency and quantization bits is input to each audio output unit.
The four digital audio signals input to each of these sound output units are simultaneously output from the
このようにして構成される音声出力装置1における、各音声出力部の構成について、フロント左チャンネル(Front Lch)の音声出力部を例に挙げて説明する。
フロント左チャンネル(Front Lch)の音声出力部は、図示するようにして、サンプリングレートコンバータ2a、ΔΣ変調・PWM部3a、スイッチング増幅部4a、ローパスフィルタ(LPF)5a、LPF6a、及びスピーカ部7aを備えて構成される。
The configuration of each audio output unit in the audio output device 1 configured as described above will be described by taking the audio output unit of the front left channel (Front Lch) as an example.
The front left channel (Front Lch) audio output unit includes a
フロント左チャンネル(Front Lch)の音声出力部に入力されるデジタルオーディオ信号は、先ず、サンプリングレートコンバータ2aに対して入力される。
このサンプリングレートコンバータ2aに入力されるデジタルオーディオ信号は、例えばここでは図示しない信号源から出力される。あくまでも一例であるが、この場合において、信号源からサンプリングレートコンバータ2aに入力されるデジタルオーディオ信号は、44.1KHzのサンプリング周波数をfsAとして、8fsA(=352.8KHz)のサンプリング周波数によりサンプリング(標本化)されたデジタルオーディオ信号であるとする。
The digital audio signal input to the front left channel (Front Lch) audio output unit is first input to the
The digital audio signal input to the
サンプリングレートコンバータ2aでは、入力されたサンプリング周波数8fsAのデジタルオーディオ信号について、さらに64倍のオーバーサンプリングを行って、512(=8×64)fsAのサンプリング周波数によりサンプルしたデジタルオーディオ信号を得る。そして、このサンプリング周波数512fsAのデジタルオーディオ信号についてサンプリング周波数を変換する処理を実行する。この場合には、48KHzのサンプリング周波数をfsBとして、先ず、8fsB(=48×8=384KHz)のサンプリング周波数に変換し、さらに2倍して、16fsB(=768KHz)のサンプリング周波数によるデジタルオーディオ信号とする。
In the
なお、このようなサンプリング周波数変換としては、変換前と変換後のサンプリング周波数の比に基づいて出力サンプリング点を決定し、この決定されたサンプリング点に基づいて直線補間を実行するようにされる。 As such sampling frequency conversion, an output sampling point is determined based on a ratio of sampling frequency before conversion and after conversion, and linear interpolation is performed based on the determined sampling point.
ここで、サンプリングレートコンバータ2aは入力側のクロックである第1クロックCLK1と、出力側のクロックである第2クロックCLK2とに基づいて処理を実行するのであるが、これら第1クロックCLK1と第2クロックCLK2は、互いに非同期の関係にある。
第1クロックCLK1は、各音声出力部に入力すべきデジタルオーディオ信号をPLL回路などに入力して生成される。つまり、音声出力部(サンプリングレートコンバータ2a〜2d)に入力されるデジタルオーディオ信号に同期したクロックである。第1クロックCLK1は、例えば256fsAの周波数を有する。
サンプリングレートコンバータ2aでは、この第1クロックCLK1に従ったタイミングで、デジタルオーディオ信号を入力して例えば内部メモリに書き込んで保持するようにされる。
Here, the
The first clock CLK1 is generated by inputting a digital audio signal to be input to each audio output unit to a PLL circuit or the like. That is, the clock is synchronized with the digital audio signal input to the audio output unit (
In the
これに対して、第2クロックCLK2は、変換後のサンプリング周波数であるfsBに同期されるべき信号であり、例えば水晶発振子の発振周波数信号を基に生成することができる。ここでの第2クロックCLK2の周波数は、例えば1024fsBとされる。
サンプリングレートコンバータ2aでは、この第2クロックCLK2に従ったタイミングで、上記のようにしてメモリに保持されたデジタルオーディオ信号を読み出して直線補間によるサンプリング周波数変換処理を実行する。
On the other hand, the second clock CLK2 is a signal to be synchronized with the converted sampling frequency fsB, and can be generated based on, for example, an oscillation frequency signal of a crystal oscillator. The frequency of the second clock CLK2 here is, for example, 1024 fsB.
The
このようにして、本実施の形態のサンプリングレートコンバータ2aは、入力側と出力側とで互いに非同期とされる第1クロックCLK1、第2クロックCLK2により動作するようにされている。つまり、いわゆる非同期型のサンプリングレートコンバータとして構成される。このような非同期型の構成のサンプリングレートコンバータの技術は、例えば既に本出願人が出願を行っている。
In this way, the
そして、このようにしてサンプリングレートコンバータ2aが入力側と出力側とで非同期で動作することで、サンプリングレートコンバータ2aの後段に設けられるΔΣ変調・PWM部3aの信号処理タイミングとしては、従来のようにして、サンプリングレートコンバータ2aに入力される側の元のデジタルオーディオ信号に同期させる必要はなく、サンプリングレートコンバータ2aから出力されるサンプリング周波数変換後のデジタルオーディオ信号に同期させればよいということになる。
The
このΔΣ変調・PWM部3aは、例えばΔΣ変調器とPWM(Pule Width Moduration)変調器とを備えて構成される。
ΔΣ変調器は、周知のようにして積分器、量子化器等を備えるとともに、量子化器の出力を積分器の入力に対して負帰還をかけるようにして構成される。このような構成により、入力されたデジタルオーディオ信号の量子化ビットの語長を所定ビット数に短くするようにされる。また、このときに生じる量子化ノイズ成分をオーディオ帯域よりも高い帯域に移動させる、いわゆるノイズシェイピングといわれる処理を実行する。
The ΔΣ modulation /
The ΔΣ modulator includes an integrator, a quantizer, and the like as is well known, and is configured to negatively feed the output of the quantizer to the input of the integrator. With this configuration, the word length of the quantized bits of the input digital audio signal is shortened to a predetermined number of bits. Also, a so-called noise shaping process is performed in which the quantized noise component generated at this time is moved to a band higher than the audio band.
この場合、サンプリングレートコンバータ2aから入力されるデジタルオーディオ信号は、量子化ビット数が28ビットとされている。上記ΔΣ変調・PWM部3a内のΔΣ変調器では、この28ビットの量子化ビット数を6ビットに変換する。
In this case, the digital audio signal input from the
また、ΔΣ変調・PWM部3aにおけるPWM変調器は、上記のようにして量子化ビット数としては6ビットに語長変換されたΔΣ変調信号を、この6ビット単位で入力して、その6ビットに対応する値に対応してパルス幅を可変したPWM信号を出力する。このようにして、ΔΣ変調信号がPWM変調によってPWM信号に変換されたことになる。また、このようにして得られたPWM信号は、周知のようにして、デジタルオーディオ信号の波形振幅に応じたパルス幅変化を示すことにもなる。
Further, the PWM modulator in the ΔΣ modulation /
本実施の形態の場合、ΔΣ変調・PWM部3aから出力されるPWM信号としては、図示するようにして、PWM信号S10,S11,S20,S21の4つを出力することとしている。なお、これらPWM信号S10,S11,S20,S21の関係については、後述する。
In the present embodiment, four PWM signals S10, S11, S20, and S21 are output as PWM signals output from the ΔΣ modulation /
ΔΣ変調・PWM部3aには、動作クロックとして、サンプリングレートコンバータ2aの出力側のクロックと同じ、第2クロックCLK2が入力されており、上記したΔΣ変調処理及びPWM変調処理は、このクロックCLK2に従ったタイミングで実行される。
ΔΣ変調・PWM部3aに入力されるデジタルオーディオ信号のサンプリング周波数は16fsBであり、クロックCLK2は1024fsBであるから、ΔΣ変調・PWM部3aでは、このクロックCLK2に従った処理タイミングとすることで、入力されるデジタルオーディオ信号の変調処理を適正タイミングで処理できることが理解される。また、この変調処理としては、1024fsB/16fsB=64として表されるように、64段階の分解能により処理できることも理解される。
The second clock CLK2, which is the same as the clock on the output side of the
Since the sampling frequency of the digital audio signal input to the ΔΣ modulation /
また、この場合のΔΣ変調・PWM部3aとしても、他の音声出力部との変調処理タイミングを同期させるための同期信号が入力されており、この同期信号に従ったタイミングで、前段のサンプリングレートコンバータ2aから転送されてくるデジタルオーディオ信号を入力して変調処理を実行するようにされる。
In this case, the ΔΣ modulation /
但し、前述もしたように、本実施の形態としては、ΔΣ変調・PWM部3aの前段にサンプリングレートコンバータ2aが設けられたことで、ΔΣ変調・PWM部3aが、他の音声出力部のΔΣ変調・PWM部3b,3c,3dと信号処理タイミングを同期させるのにあたっては、信号源側から供給される元のデジタルオーディオ信号に同期させる必要性はなく、サンプリングレートコンバータ2aから出力されるデジタルオーディオ信号に同期させればよいことになる。
このために、上記もしているように、ΔΣ変調・PWM部3aは、サンプリングレートコンバータ2aの出力側クロックである第2クロックCLK2を入力している。また、同期信号としては、元のデジタルオーディオ信号に同期したものではなく、サンプリングレートコンバータ2aの出力側に同期したものとすることが適当になるもので、この場合の同期信号の周波数としては、例えば48KHz=1fsBであることとしている。また、この場合の同期信号は、例えばCLK2を利用して生成することができる。
However, as described above, in the present embodiment, the
Therefore, as described above, the ΔΣ modulation /
前述もしたように、この場合のΔΣ変調・PWM部3aでは、4つのPWM信号S10,S11,S20,S21を出力する。
スイッチング増幅部4aでは、これらのPWM信号S10,S11,S20,S21をスイッチング駆動信号として入力してスイッチング動作を行うことで、増幅出力を得るようにされる。
As described above, the ΔΣ modulation /
In the switching
このようなスイッチング増幅部4aの内部構成例を、後段のローパスフィルタ5a,6a及びスピーカ部7aと共に、図2に示す。この図には、スイッチング増幅部4aをBTL(Bridge Tied Load)方式により構成した場合が示されている。
この場合、スイッチング増幅部4aは、スイッチング素子11のソースとスイッチング素子12のドレインとを直列にブリッジ接続して形成したスイッチング回路20と、スイッチング素子13のソースとスイッチング素子14のドレインとを直列ブリッジ接続して形成したスイッチング回路21とから構成される。
スイッチング回路20において、スイッチング素子11のドレインには、正極電源が接続される。またスイッチング素子12のソースはアース(負極電源)と接続される。
スイッチング回路21においても、スイッチング素子11のドレインには正極電源が接続される、スイッチング素子12のソースはアースと接続される。
なお、これらのスイッチング素子11〜14は例えばNチャンネル型のパワーMOS−FETが用いられる。
An example of the internal configuration of such a
In this case, the switching
In the switching
Also in the switching
These switching
そして、スイッチング回路20において、スイッチング素子11のゲートにはΔΣ変調・PWM部3aから出力されるPWM信号S10が印加される。また、、スイッチング素子12のゲートにはPWM信号S11が印加される。
これらPWM信号S10,S11の印加に応じて、スイッチング素子11,12がスイッチング動作を行うことで、スイッチング回路20(スイッチング素子11のソース,スイッチング素子12のドレインの接続点)からは、スイッチング出力信号SA_FLが出力される。
In the switching
The switching
また、スイッチング回路21において、スイッチング素子13のゲートにはPWM信号S20が印加され、スイッチング素子14のゲートにはPWM信号S21が印加される。
これらPWM信号S20,S21の印加に応じて、スイッチング素子13,14がスイッチング動作を行うことで、スイッチング回路20(スイッチング素子11のソース,スイッチング素子12のドレインの接続点)からは、スイッチング出力信号SB_FLが出力される。
In the switching
The switching
そして、スイッチング出力信号SA_FL,SB_FLは、それぞれローパスフィルタ(LPF)5a,6aを介するようにして、スピーカ部7aの+ラインと−ラインに供給されることで、スピーカ部7aには、駆動電流i_FLが流れるようにされる。
The switching output signals SA_FL and SB_FL are supplied to the + line and the − line of the
図3は、上記図2に示した構成によるスイッチング増幅部4aの動作を示す波形図である。
ここで、ΔΣ変調・PWM部3aから出力される4つのPWM信号S10,S11,S20,S21の意義について説明しておく。
先ず、PWM信号S10は、ΔΣ変調信号をPWM変調して得られる本来のPWM信号に対応する。PWM信号S11は、PWM信号S10を反転させることで生成される。
PWM信号S20は、PWM信号S10に対して2の補数(2's complement)の関係となるようにして生成される。PWM信号S21は、PWM信号S20を反転させることで生成される。
FIG. 3 is a waveform diagram showing the operation of the switching
Here, the significance of the four PWM signals S10, S11, S20, and S21 output from the ΔΣ modulation /
First, the PWM signal S10 corresponds to an original PWM signal obtained by PWM modulating a ΔΣ modulation signal. The PWM signal S11 is generated by inverting the PWM signal S10.
The PWM signal S20 is generated so as to have a 2's complement relationship with respect to the PWM signal S10. The PWM signal S21 is generated by inverting the PWM signal S20.
ここで、PWM信号S10は、PWM信号のキャリア周期Tごとに、ΔΣ変調信号に応じてパルス幅が変化するようにされた信号であるということになり、PWM信号S10を基とする残りのPWM信号S11,S20,S21も、PWM信号S10に応じたパルス幅変化を有していることになる。
また、ここでのPWM信号S10(及びS11,S20,S21)のキャリア周期Tは、ΔΣ変調・PWM部3aに入力されるデジタルオーディオ信号が16fsBのサンプリング周波数であることに対応して、この16fsBの周波数に応じたものとなっている。そして、前述もしたように、1つのキャリア周期Tに対応する、デジタルオーディオ信号の1サンプルごとの量子化ビット数は6ビットであるから、キャリア周期Tごとにおいて可変されるパルス幅の分解能は64(2の6乗)であることになる。
Here, the PWM signal S10 is a signal whose pulse width is changed according to the ΔΣ modulation signal for each carrier period T of the PWM signal, and the remaining PWM based on the PWM signal S10. The signals S11, S20, and S21 also have a pulse width change corresponding to the PWM signal S10.
The carrier period T of the PWM signal S10 (and S11, S20, S21) here corresponds to the digital audio signal input to the ΔΣ modulation /
先ず、スイッチング回路20において、スイッチング素子11,12は、各ゲートに印加されたPWM信号S10,S11によりスイッチング動作を行う。これにより、例えば図3に示すようにして、スイッチング出力信号SA_FLを出力する。このスイッチング出力信号SA_FLの波形のパルス変化は、PWM信号S10と同じとされている。つまり、スイッチング出力信号SA_FLは、PWM信号S10を電力増幅した信号であるということがいえる。
First, in the switching
また、スイッチング回路21のスイッチング素子13,14は、各ゲートに印加されたPWM信号S20、S21によりスイッチング動作を行うことで、図3に示すスイッチング出力信号SB_FLを出力する。このスイッチング出力信号SB_FLの波形のパルス変化は、PWM信号S20と同じであり、従って、スイッチング出力信号SB_FLは、PWM信号S20を電力増幅した信号となる。
Further, the switching
このようにして、スイッチング回路20,21からは、増幅出力としてスイッチング出力信号SA_FL,SB_FLが出力される。そして、スイッチング出力信号SA_FLは、スピーカ部7aの+ラインに流れる電流として得られ、また、スイッチング出力信号SB_FLは、スピーカ部7aの−ラインに流れる電流として得られる。
そして、図3における、スイッチング出力信号SB_FL,SB_FLの波形と、駆動電流i_FLの波形の関係から分かるように、スイッチング出力信号SA_FL,SB_FLとの間に反転関係となるレベル差が生じたときに、そのレベル差に応じた極性による駆動電流i_FLが得られて、スピーカ部7aに流れることになる。
実際には、スピーカ部7aに流れる駆動電流i_FLは、LPF5a,6aにより、図3に示す波形が積分化されることで音声信号波形とされることになる。このような音声信号波形による駆動電流i_FLが流れることで、スピーカ部7aからは音声が出力されることになる。LPF5a,6aは、例えばLCにより形成される。
In this way, switching output signals SA_FL and SB_FL are output from the switching
Then, as can be seen from the relationship between the waveforms of the switching output signals SB_FL and SB_FL and the waveform of the drive current i_FL in FIG. 3, when a level difference in an inversion relationship occurs between the switching output signals SA_FL and SB_FL, A drive current i_FL having a polarity according to the level difference is obtained and flows to the
Actually, the drive current i_FL flowing through the
また、このような構成のスイッチング増幅部4aにおいては、駆動電流i_FLの波形は、常に、PWM信号のキャリア周期Tとしての期間における中間時点を基準(対称)として、時間的に前後方向に伸縮するようにしてそのパルス幅が可変される信号となる。
このような駆動電流i_FLにより駆動することによっては、キャリア周期Tにおける駆動電流波形の中心位置がずれることによって発生する歪み成分などを除去することができるため、より品質の高い再生音声を出力することが可能になる。
なお、上記したスイッチング増幅部の構成はあくまでも一例であり、例えばシングルエンド方式のパルス幅増幅器などを用いて構成することももちろん可能である。
In the switching
By driving with such a drive current i_FL, distortion components and the like generated by the shift of the center position of the drive current waveform in the carrier period T can be removed, so that higher quality reproduced sound is output. Is possible.
Note that the configuration of the switching amplification unit described above is merely an example, and of course, a configuration using, for example, a single-ended pulse width amplifier or the like is also possible.
これまでの説明は、フロント左チャンネルの音声出力部についての構成であったが、残る各音声出力部も同様の機能回路部を備えて構成される。
つまり、図1において、フロント右チャンネルの音声出力部は、サンプリングレートコンバータ2b、ΔΣ変調・PWM部3b、スイッチング増幅部4b、LPF5b、LPF6b、及びスピーカ部7bにより構成される。
そして、スイッチング増幅部4bからは、スイッチング出力信号SA_FR,SB_FRが出力され、スピーカ部7bに駆動電流i_FRが流れるようにされる。
The description so far has been of the configuration of the audio output unit of the front left channel, but each remaining audio output unit is also provided with a similar functional circuit unit.
That is, in FIG. 1, the audio output unit of the front right channel is configured by a
Then, switching output signals SA_FR and SB_FR are output from the switching
また、サラウンド左チャンネルの音声出力部は、サンプリングレートコンバータ2c、ΔΣ変調・PWM部3c、スイッチング増幅部4c、LPF5c、LPF6c、及びスピーカ部7cにより構成される。
そしてスイッチング増幅部4cからは、スイッチング出力信号SA_SL,SB_SLが出力され、スピーカ部7cに駆動電流i_SLが流れるようにされる。
The audio output section of the surround left channel includes a
Then, switching output signals SA_SL and SB_SL are output from the switching
また同じくサラウンド右チャンネルの音声出力部は、サンプリングレートコンバータ2d、ΔΣ変調・PWM部3d、スイッチング増幅部4d、LPF5d、LPF6d、及びスピーカ部7dにより構成される。
そしてスイッチング増幅部4cからは、スイッチング出力信号SA_SL,SB_SLが出力され、スピーカ部7cに駆動電流i_SLが流れるようにされる。
Similarly, the sound output unit of the surround right channel includes a sampling rate converter 2d, a ΔΣ modulation /
Then, switching output signals SA_SL and SB_SL are output from the switching
そして、図1に示すようにして、本実施の形態では、各音声出力部のΔΣ変調・PWM部3の信号処理タイミングの同期を図るための同期信号は、次のようにして、各ΔΣ変調・PWM部3a〜3dに対して入力される。
先ず、ΔΣ変調・PWM部3aには、同期信号がそのまま入力される。ΔΣ変調・PWM部3bには、ディレイ回路8aを経由した同期信号が入力される。ΔΣ変調・PWM部3cには、ディレイ回路8a→8bを経由した同期信号が入力される。ΔΣ変調・PWM部3dには、ディレイ回路8a→8b→8cを経由した同期信号が入力される。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the synchronization signal for synchronizing the signal processing timing of the ΔΣ modulation / PWM unit 3 of each audio output unit is expressed as follows. -It inputs with respect to
First, the synchronization signal is input to the ΔΣ modulation /
ここで、各ディレイ回路8a,8b,8cには、それぞれ同じ遅延時間Tdが設定されていることとする。これにより、ΔΣ変調・PWM部3a,3b,3c,3dに対しては、順次、遅延時間Td分遅れたタイミングで同期信号が入力されることになる。
なお、ディレイ回路8a,8b,8cは、1024fsBの周波数による第2クロックCLK2を入力して、この第2クロックCLK2を利用して遅延時間Tdを設定するように構成される。あるいは、例えばCRの時定数回路を用いて構成してもよい。
Here, it is assumed that the same delay time Td is set in each of the
Note that the
このようにして、遅延時間Tdにより遅延された同期信号が入力された場合の、各音声出力部におけるΔΣ変調・PWM部3の動作について、図4を参照して説明する。なお、この図においては、説明を簡単にするために、フロント左チャンネルのΔΣ変調・PWM部3aと、フロント右チャンネルのΔΣ変調・PWM部3bについてのみ示している。
図4(a)(b)の波形は、それぞれ、サンプリングレートコンバータ2a,2bから出力されるデジタルオーディオ信号を、音声信号波形として模式的に示している。また、ここでも説明を分かりやすいものとするために、サンプリングレートコンバータ2a,2bにて処理するデジタルオーディオ信号は同一であることとしている。
先の説明からも理解されるように、サンプリングレートコンバータ2a,2bに入力されるデジタルオーディオ信号が同一(再生時間軸が一致している)であれば、サンプリングレートコンバータ2a,2bでは同じ処理タイミングでサンプリング周波数変換を行うから、出力されるデジタルオーディオ信号の位相としては一致することになる。これは、図4(a)(b)に示す信号波形の位相が同じであることによって示されている。
The operation of the ΔΣ modulation / PWM unit 3 in each audio output unit when the synchronization signal delayed by the delay time Td is input will be described with reference to FIG. In this figure, only the front left channel ΔΣ modulation /
4A and 4B schematically show digital audio signals output from the
As can be understood from the above description, if the digital audio signals input to the
そして、このようにしてサンプリングレートコンバータ2a,2bから転送されてくるデジタルオーディオ信号をΔΣ変調・PWM部3a,3bが取り込んで変調処理を実行するときには、上記のようにして、同期信号に従ったタイミングとなるのであるが、ディレイ回路8aにより、ΔΣ変調・PWM部3aの同期信号に対して、ΔΣ変調・PWM部3bの同期信号が遅延時間Td分遅れる。
このため、図4(a)に示すようにして、ΔΣ変調・PWM部3aでは、時点t1において、サンプル位置P1から、サンプリング周期に応じた一定時間間隔で得られるサンプル位置P2,P3のタイミングで変調処理を実行していくようにされる。
これに対して、ΔΣ変調・PWM部3bでは、時点t1から遅延時間Tdを経過した時点t2から、サンプル位置P1,P2,P3・・・のようにして、同じくサンプリング周期に応じた一定時間間隔のタイミングで変調処理を実行していくようにされる。
このようにして、ΔΣ変調・PWM部3a,3bとでは、サンプリング周期ごとのデータ処理が、遅延時間Td分シフトされることになる。しかし、処理対象となるデジタルオーディオ信号の音声信号波形としては、同位相が保たれた状態となっているものである。
When the digital audio signals transferred from the
For this reason, as shown in FIG. 4A, in the ΔΣ modulation /
On the other hand, in the ΔΣ modulation /
In this way, in the ΔΣ modulation /
そして、この図4による説明から理解されることであるが、ΔΣ変調・PWM部3cでは、サンプリング周期ごとのデータ処理タイミングが、ΔΣ変調・PWM部3bに対して、遅延時間Td分シフトされることになる。さらに、ΔΣ変調・PWM部3dでは、サンプリング周期ごとのデータ処理タイミングが、ΔΣ変調・PWM部3cに対して、遅延時間Td分シフトされることになる。
つまり、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dでは、サンプリング周期ごとのデータ処理タイミングが、遅延時間Tdに従って、順次シフトされるようになっているものである。しかしながら、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dにおいて処理されるこれらの4つのデジタルオーディオ信号の位相は同じとなる。
As will be understood from the description with reference to FIG. 4, in the ΔΣ modulation /
That is, in the ΔΣ modulation /
このような動作となることで、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dから出力されたPWM信号(S10,S11,S20,S21)を入力して動作するスイッチング増幅部4a,4b,4c,4dとしては、図5の波形図に示すようになる。
図5(a)(b)(c)(d)は、スイッチング増幅部4a,4b,4c,4dのスイッチングタイミングをそれぞれ示している。
With this operation, the switching
FIGS. 5A, 5B, 5C, and 5D show the switching timings of the switching
この図に示されるようにして、スイッチング増幅部4aにおけるPWM信号のキャリア周期Tごとに応じたタイミングのスイッチング動作は、時点t1から開始されているとすると、スイッチング増幅部4bにおけるPWM信号のキャリア周期Tに応じたタイミングのスイッチング動作は、時点t1から遅延時間Tdだけ遅延された時点t2から開始される。
同様にして、スイッチング増幅部4cにおけるPWM信号のキャリア周期Tに応じたタイミングのスイッチング動作は、さらに、時点t2から遅延時間Tdだけ遅延された時点t3から開始される。スイッチング増幅部4dにおけるPWM信号のキャリア周期Tに応じたタイミングのスイッチング動作は、この時点t3から遅延時間Tdだけ遅延された時点t4から開始される。
つまり、スイッチング増幅部4a,4b,4c,4dにおけるPWM信号のキャリア周期Tでのスイッチング動作は、順次、遅延時間Td分ずつ遅延されるようにして分散されていることになる。
これは、ΔΣ変調・PWM部3a〜3dが、相互にシフトされたタイミングで入力される同期信号に基づいて、入力されるデジタルオーディオ信号についての変調処理を実行してPWM信号として出力させていることに依るものである。
As shown in this figure, assuming that the switching operation at the timing according to the carrier period T of the PWM signal in the switching
Similarly, the switching operation at the timing according to the carrier period T of the PWM signal in the switching
That is, the switching operation of the PWM signal in the carrier period T in the
This is because the ΔΣ modulation /
しかしながら、先の図4により説明したように、各音声出力部のΔΣ変調・PWM部3a〜3dにて処理されるデジタルオーディオ信号の間での位相は同じ(再生時間軸が一致する)となるようにされているので、実際に、各音声出力部のスピーカ部7a〜7dから出力される音声としても再生時間軸は一致しているようにされる。
However, as described above with reference to FIG. 4, the phases of the digital audio signals processed by the ΔΣ modulation /
このようにして、本実施の形態では、各音声出力部のスイッチング増幅部におけるスイッチングタイミングを分散させることで、例えば、ノイズが抑制されることになる。また、スイッチング増幅部4a〜4bに貫通電流が流れた場合でも、その流れるタイミングがスイッチング増幅部間で同時と成らないので、一度に流れる貫通電流量を抑えることが可能となる。
そして、なおかつ、各音声出力部のスピーカ部7aから出力される音声としては再生時間軸(位相)にずれがないようにされており、これによって、マルチチャンネルとして再生される音場が乱れることがないようにされるなど、音響再生の品質が向上される。
In this way, in the present embodiment, for example, noise is suppressed by distributing the switching timings in the switching amplification units of the respective audio output units. Further, even when a through current flows through the switching
In addition, the sound output from the
なお、本実施の形態では、3つのディレイ回路8a〜8cを設けるようにしているが、1つのディレイ回路から異なるタイミングで同期信号を出力できるように構成すれば、1つのディレイ回路により構成することも可能である。
また、ディレイ回路8a〜8cに設定する遅延時間Tdとしては、例えば最も早い処理タイミングとなるΔΣ変調・PWM変調部3aと、最も遅い処理タイミングとなるΔΣ変調・PWM変調部3dとの時間差として、PWM信号のキャリア周期T(デジタルオーディオ信号のサンプリング周期)内に収まるようにされることが好ましいが、良好な動作が得られる限りは任意に設定されてよい。またその場合、例えば図5における時点t1〜時点2と、時点t2〜時点t3と、時点t3から時点t4との各期間の時間長(遅延時間)は、かならずしも同じである必要もない。
In the present embodiment, the three
Further, as the delay time Td set in the
また、これまで説明した本実施の形態の音声出力装置の構成は、あくまでも一例であり、本発明は少なくとも2以上の音声出力部が備えられている全ての音声出力装置に適用可能である。さらには、音声出力装置以外で、入力される複数の信号の再生時間軸の一致を保つようにして出力することが要求されるような信号処理装置に適用しても、ノイズ低減、及び貫通電流増加に起因する不都合を回避できるので有用なものとなる。 The configuration of the audio output device of the present embodiment described so far is merely an example, and the present invention is applicable to all audio output devices provided with at least two or more audio output units. Furthermore, even when applied to a signal processing apparatus other than the audio output apparatus that is required to output while maintaining the coincidence of the reproduction time axes of a plurality of input signals, noise reduction and through current This is useful because inconvenience due to the increase can be avoided.
1 音声出力装置、2a〜2d サンプリングレートコンバータ、3a〜3d ΔΣ変調・PWM部、4a〜4d スイッチング増幅部、5a 6a ローパスフィルタ、7a〜7d スピーカ部、8a〜8c ディレイ回路、11〜14 スイッチング素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Audio | voice output apparatus, 2a-2d Sampling rate converter, 3a-3d delta-sigma modulation | alteration PWM part, 4a-4d switching amplification part,
Claims (4)
上記各信号処理部は、少なくとも、
相互に非同期である第1クロックと第2クロックにより動作するものとされ、所定の第1のサンプリング周波数によりサンプリングされたデジタル信号を上記第1クロックに基づくタイミングで入力して第2のサンプリング周波数に変換する処理を、上記第2クロックに基づくタイミングで実行するサンプリング周波数変換手段と、
上記サンプリング周波数変換手段から出力されるデジタル信号について変調処理を実行するものであり、所定の周波数による同期信号に基づくタイミングでΔΣ変調処理を実行し、さらに、このΔΣ変調処理により得られたΔΣ変調信号についてパルス幅変調処理を実行して、所定のキャリア周波数に従ったパルス幅変調信号として出力する変調処理手段と、を備え、
上記各信号処理部の変調処理手段は、他の変調処理手段が利用する同期信号とは異なるタイミングで入力される同期信号に基づいて、上記サンプリング周波数変換手段から出力されるデジタル信号についての変調処理を実行するように構成される、
ことを特徴とする信号処理装置。 A plurality of signal processing units for inputting different digital signals,
Each of the signal processing units is at least
The first clock and the second clock that are asynchronous with each other are operated, and a digital signal sampled at a predetermined first sampling frequency is input at a timing based on the first clock to obtain a second sampling frequency. Sampling frequency conversion means for executing the conversion process at a timing based on the second clock;
Modulation processing is performed on the digital signal output from the sampling frequency conversion means, ΔΣ modulation processing is performed at a timing based on a synchronization signal with a predetermined frequency, and ΔΣ modulation obtained by the ΔΣ modulation processing is performed. Modulation processing means for performing pulse width modulation processing on a signal and outputting as a pulse width modulation signal according to a predetermined carrier frequency, and
The modulation processing means of each signal processing unit is configured to perform modulation processing on the digital signal output from the sampling frequency conversion means based on a synchronization signal input at a timing different from the synchronization signal used by the other modulation processing means. Configured to run the
A signal processing apparatus.
相互に非同期である第1クロックと第2クロックにより動作するものとされ、所定の第1のサンプリング周波数によりサンプリングされたデジタル信号を上記第1クロックに基づくタイミングで入力して第2のサンプリング周波数に変換する処理を、上記第2クロックに基づくタイミングで実行するサンプリング周波数変換手順と、
上記サンプリング周波数変換手順により出力されるデジタル信号について変調処理を実行するものであり、所定の周波数による同期信号に基づくタイミングでΔΣ変調処理を実行し、さらに、このΔΣ変調処理により得られたΔΣ変調信号についてパルス幅変調処理を実行して、所定のキャリア周波数に従ったパルス幅変調信号として出力する変調処理手順とを実行するようにされていると共に、
上記各信号処理系における変調処理手順は、他の信号処理系における変調処理が利用する同期信号とは異なるタイミングで入力される同期信号に基づいて、上記サンプリング周波数変換手順により出力されるデジタル信号についての変調処理を実行するようにされる、
ことを特徴とする信号処理方法。 In each of a plurality of signal processing systems for inputting different digital signals, at least,
The first clock and the second clock that are asynchronous with each other are operated, and a digital signal sampled at a predetermined first sampling frequency is input at a timing based on the first clock to obtain a second sampling frequency. A sampling frequency conversion procedure for performing the conversion process at a timing based on the second clock;
Modulation processing is performed on the digital signal output by the sampling frequency conversion procedure. ΔΣ modulation processing is executed at a timing based on a synchronization signal having a predetermined frequency, and ΔΣ modulation obtained by the ΔΣ modulation processing is executed. A pulse width modulation process is performed on the signal, and a modulation process procedure for outputting the pulse width modulation signal according to a predetermined carrier frequency is executed.
The modulation processing procedure in each signal processing system is based on the synchronization signal input at a timing different from the synchronization signal used by the modulation processing in the other signal processing system, and the digital signal output by the sampling frequency conversion procedure. To perform the modulation process of
And a signal processing method.
The signal processing apparatus according to claim 3, wherein the first sampling frequency and the second sampling frequency are different from each other.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2003293818A JP2005064972A (en) | 2003-08-15 | 2003-08-15 | Signal processor and signal processing method |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010141858A (en) * | 2008-12-15 | 2010-06-24 | Sony Corp | Sound generator |
US8618875B2 (en) | 2011-12-20 | 2013-12-31 | Blackberry Limited | Using a new synchronization scheme for a multi-channel class-D amplifier |
JP2015008433A (en) * | 2013-06-25 | 2015-01-15 | 日本放送協会 | Amplifier |
WO2023124188A1 (en) * | 2021-12-31 | 2023-07-06 | 北京荣耀终端有限公司 | Audio signal output circuit and electronic device |
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2003
- 2003-08-15 JP JP2003293818A patent/JP2005064972A/en active Pending
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