JP2005348118A - 音質調整回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 ディジタル信号処理によりバスやトレブルをブーストしても、ディジタル音声信号の最大レベルがディジタル・フルスケールを超えて音が割れてしまうことを防止した音質調整回路を提供する。
【解決手段】 この音質調整回路は、入力されるディジタル信号によって表される音声信号のレベルを調整する第１のレベル調整手段と、該音声信号に含まれている少なくとも１つの周波数帯域成分を抽出するフィルタ手段と、少なくとも１つの周波数帯域成分のレベルを調整する第２のレベル調整手段と、第１のレベル調整手段の出力信号と第２のレベル調整手段の出力信号とを加算する加算手段とを含むディジタル信号処理部１０と、加算手段から出力されるディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２０と、Ｄ／Ａ変換器から出力されるアナログ信号のレベルを調整するアナログレベル調整部３０とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディジタル音声信号をアナログ音声信号に変換する際に、低域を強調する等の音質調整を行うことのできる音質調整回路に関する。

一般に、音声信号を出力するオーディオアンプ等の音声回路には、音源やスピーカの音質を調整するためのトーンコントロール機能や、小音量時における人間の聴感特性を補正するためのラウドネス機能が設けられている。このような音質調整機能をアナログ回路で実現するためには、増幅回路等の主要な部分を内蔵した半導体集積回路に、フィルタ特性における時定数を決定するためのコンデンサや抵抗等の回路素子を外付けする必要があり、回路規模が大きくなってしまうという問題があった。

そこで、近年においては、ディジタルアンプ等において、上記のような音質調整機能が、ディジタル信号処理により実現されている。特に、携帯電話機においては、メモリカード等の外部記憶媒体を差し込むことにより音楽を再生できる機種が開発されているが、その場合にも、上記のような音質調整機能が用いられる。

しかしながら、例えば、音源がディジタル・フルスケールに近いレベルで録音されている場合に、ディジタル信号処理により低域（バス）をブーストすると、最大レベルがディジタル・フルスケールを超えてしまい、音が割れてしまうという問題があった。

関連する技術として、下記の特許文献１には、比較的能力の低いＤＳＰでも、音質調整及び聴感特性補正を行うことのできる音質調整装置が開示されている。この音質調整装置は、制御部からの音響特性制御信号に基づいて音響信号にディジタル演算処理を施し、その音響特性を調整するディジタル演算処理部を備えており、制御部に、イコライザ設定部からの音質設定値と、音量調整操作部からの音量設定値とから、音響特性制御信号を算出してＤＳＰに出力する音響特性演算部を装備している。

また、下記の特許文献２には、ノイズを発生することなく、音量の大きさにかかわらず予め設定された音質の聴感を保つことができる音質補正装置が開示されている。この音質補正装置は、予め設定された音質特性のディジタルオーディオ信号を音量レベル設定信号に応じて音質補正する装置であって、前記音量レベル設定信号及び前記設定された音質特性に応じて乗算係数を送出する制御手段と、前記乗算係数に基づいて前記ディジタルオーディオ信号に遅延処理及び演算処理を施すことにより、前記ディジタルオーディオ信号の音量レベルの調整を行うＤＳＰ回路とを有している。

さらに、下記の特許文献３には、ディジタルシグナルプロセッサを用いて構成される音質制御回路において、簡単な構成で、聴感上、違和感のない特性が得られるようにすることが開示されている。この音質補正装置は、１次のディジタルフィルタと２次のディジタルフィルタとを備え、これらの１次及び２次のディジタルフィルタが、直列に接続されて配置される。即ち、ディジタルシグナルプロセッサ内部のフィルタを組み合わせて、従来の音質制御回路で実現していたバス・トレブル機能が実現される。

しかしながら、これらの特許文献には、ディジタル信号処理により低域（バス）や高域（トレブル）をブーストした場合に、最大レベルがディジタル・フルスケールを超えてしまうという問題を解決することに関しては、何ら開示されていない。
特開２００３−１６８９４０号公報（第１頁、図１） 実開平６−１９３９４号公報（第１頁、図１） 特開２００２−１８５２７８号公報（第１頁、図１）

そこで、上記の点に鑑み、本発明の目的は、ディジタル信号処理により低域や高域をブーストしても、ディジタル音声信号の最大レベルがディジタル・フルスケールを超えて音が割れてしまうことを防止した音質調整回路を提供することである。

以上の課題を解決するため、本発明に係る音質調整回路は、入力されるディジタル信号によって表される音声信号のレベルを、第１の制御信号に従って、ディジタル信号処理により調整する第１のレベル調整手段と、該音声信号に含まれている少なくとも１つの周波数帯域成分を、ディジタル信号処理により抽出するフィルタ手段と、フィルタ手段によって抽出された少なくとも１つの周波数帯域成分のレベルを、第２の制御信号に従って、ディジタル信号処理により調整する第２のレベル調整手段と、第１のレベル調整手段から出力されるディジタル信号によって表される音声信号と、第２のレベル調整手段から出力されるディジタル信号によって表される少なくとも１つの周波数帯域成分とを、ディジタル信号処理により加算する加算手段と、加算手段から出力されるディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、Ｄ／Ａ変換手段から出力されるアナログ信号のレベルを、第３の制御信号に従って、アナログ信号処理により調整する第３のレベル調整手段とを具備する。

本発明によれば、入力されるディジタル信号によって表される音声信号において低域や高域をブーストする際に、音声信号のレベルをディジタル信号処理によって調整しておき、Ｄ／Ａ変換後に、アナログ信号処理によって元に戻すことにより、ディジタル音声信号の最大レベルがディジタル・フルスケールを超えて音が割れてしまうことを防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る音質調整回路の構成を示すブロック図である。この音質調整回路は、メモリカードや光ディスク等から読み出されたデータを処理するＤＳＰ（ディジタル信号プロセッサ）等から音声信号を表すディジタル信号が供給されるディジタル信号処理部１０と、ディジタル信号処理部１０から出力されるディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２０と、Ｄ／Ａ変換器２０から出力されるアナログ信号のレベルを調整して出力するアナログレベル調整部３０と、ディジタル信号処理部１０及びアナログレベル調整部３０を制御する制御部４０とを有している。

ここで、ディジタル信号処理部１０と、Ｄ／Ａ変換器２０と、アナログレベル調整部３０とは、１つの半導体集積回路（ＩＣ）１に内蔵することが可能である。また、制御部４０は、中央演算装置（ＣＰＵ）とソフトウェア（制御プログラム）とによって実現することができるが、ディジタル回路やアナログ回路によって実現しても良い。

ディジタル信号処理部１０は、制御部４０から供給される制御信号Ｓ１〜Ｓ４に従って、ディジタル信号によって表される音声信号に対して音質調整を施す機能を有している。このような音質調整機能としては、音声信号に含まれている低域成分を上昇させるバスブースト機能、音声信号に含まれている高域成分を上昇させるトレブルブースト機能、又は、音源やスピーカの音質を調整するためのトーンコントロール機能等が該当する。以下においては、例として、バスブースト機能について説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る音質調整回路の動作を説明するための周波数特性図である。なお、図２においては、ディジタル・フルスケールのレベルを０ｄＢとしている。音源がディジタル・フルスケールに近いレベルで録音されている場合に、図２の（ａ）に示すように低域をブーストして所望の特性を得ようとすると、従来のディジタル信号処理においては、最大レベルがディジタル・フルスケールを超えてしまい、音が割れてしまうという問題があった。

そこで、本実施形態においては、低域のレベルをＮｄＢ上昇させる替わりに、図２の（ｂ）に示すように、中高域のレベルをＮｄＢ低下させておき、Ｄ／Ａ変換した後で、図２の（ｃ）に示すように、全体のレベルをＮｄＢ上昇させるようにしている。これを波形で説明すると、図３に示すようになる。

図３は、本発明の一実施形態に係る音質調整回路の動作を説明するための波形図である。なお、図３においては、ディジタル・フルスケールの振幅をＦＳ及び−ＦＳで表している。図３の（ａ）において、破線で示すように低域がディジタル・フルスケールに近いレベルで録音されている場合に、実線で示すように低域をブーストすると、従来のディジタル信号処理においては、最大レベルがディジタル・フルスケールの振幅ＦＳ及び−ＦＳを超えてしまう。なお、音源に低域成分と共に高域成分も含まれている場合には、これらの合成波形がディジタル・フルスケールの振幅ＦＳ及び−ＦＳを超えた場合に、音が割れてしまう。

そこで、本実施形態においては、低域のレベルを上昇させる替わりに、図３の（ｂ）に示すように、中高域のレベルを低下させておき、Ｄ／Ａ変換した後で、図３の（ｃ）に示すように、全体のレベルを上昇させるようにしている。これにより、ディジタルステージにおいて、音声信号のレベルがディジタル・フルスケールを超えることがなく、使用者にとっては、中高域の音量はそのままで低域のみが上昇したように聞こえる。

上記のような動作を行うために、図１に示す制御部４０は、低域成分の相対的なレベル（周波数特性）を上昇させると共に、これによる周波数特性の変化量に対応して、音声信号全体のレベルを低下させるためにディジタル信号処理部１０を制御し、これと連動して、Ｄ／Ａ変換後のアナログ音声信号のレベルを上昇させるためにアナログレベル調節部３０を制御する。

次に、図１に示す音質調整回路において用いられるディジタル信号処理部１０の構成について説明する。ここでは、ディジタル信号処理部がバスブースト機能とトレブルブースト機能との両方を有する場合について説明する。

図４は、ディジタル信号処理部の第１の構成例を示すブロック図である。図４に示すディジタル信号処理部１０は、入力されるディジタル信号によって表される音声信号のレベルを調整するレベル調整部１１と、レベル調整部１１から出力されるディジタル信号によって表される音声信号に含まれている低域成分を抽出するフィルタ部（ローパスフィルタ：ＬＰＦ）１２と、該音声信号に含まれている高域成分を抽出するフィルタ部（ハイパスフィルタ：ＨＰＦ）１３と、ＬＰＦ１２によって抽出された低域成分のレベルを調整するレベル調整部１４と、ＨＰＦ１３によって抽出された高域成分のレベルを調整するレベル調整部１５と、レベル調整部１１から出力されるディジタル信号によって表される全帯域の音声信号と、レベル調整部１４から出力されるディジタル信号によって表される低域成分と、レベル調整部１５から出力されるディジタル信号によって表される高域成分とを加算する加算部１６とを含んでいる。

ＬＰＦ１２は、図２に示すカットオフ周波数ｆ１を有しており、カットオフ周波数ｆ１は、例えば、１００〜２００Ｈｚに設定される。なお、図２に示す周波数ｆ２は、低域の上昇量によって決定される。また、ＨＰＦ１３のカットオフ周波数は、例えば、８ｋ〜１０ｋＨｚに設定される。

本実施形態において、バスブースト機能とトレブルブースト機能との内の一方を実現する場合には、ＬＰＦ１２及びレベル調整部１４と、ＨＰＦ１３及びレベル調整部１５との内の一方を備えるようにすれば良い。また、トーンコントロール機能を実現する場合には、複数の帯域の音声信号をそれぞれ通過させる複数のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）と、それらに対応する複数のレベル調整部を備えるようにすれば良い。

レベル調整部１１は、制御信号Ｓ１に従って音声信号全体のレベルを調整するために用いられ、レベル調整部１４は、制御信号Ｓ２に従って低域成分のレベルを調整するために用いられ、レベル調整部１５は、制御信号Ｓ３に従って高域成分のレベルを調整するために用いられる。また、ＬＰＦ１２又はＨＰＦ１３から出力される成分に掛け合わされる係数の符号を変えて、レベル調整部１１から出力される全帯域の音声信号に対して逆相の成分を加算することにより、これらの成分のレベルを低下させるようにしても良い。このような動作によって、ローカットフィルタ機能、ハイカットフィルタ機能、トーンコントロール機能（ロールオフ特性）が実現される。

図１に示す制御部４０は、低域成分又は高域成分の相対的なレベルを調節するために制御信号Ｓ２又はＳ３を生成すると共に、加算部１６における加算による音声信号の周波数特性の変化量に対応して、ディジタルステージにおける音声信号のレベルを調節するために制御信号Ｓ１を生成し、アナログステージにおける音声信号のレベルを調節するために制御信号Ｓｉを生成する。

例えば、制御部４０は、図２に示すように、低域成分の相対的なレベルがＮｄＢ上昇する場合には、ディジタルステージにおける音声信号のレベルをＮｄＢ低減させ、アナログステージにおける音声信号のレベルをＮｄＢ上昇させるように、制御信号Ｓ１及びＳｉを生成する。一方、制御部４０は、低域成分又は高域成分の相対的なレベルが上昇しない場合には、音声信号のレベルを変化させなくて良い。

図５は、ディジタル信号処理部の第２の構成例を示すブロック図である。この例においては、図４に示す第１の構成例に対して、レベル調整手段１１から出力されるディジタル信号によって表される音声信号のレベルを調整し、その結果得られたディジタル信号を加算部１６に出力するレベル調整手段１７が追加されている。

図５に示すディジタル信号処理部１０においては、レベル調整手段１７によって、全帯域の音声信号に低域成分又は高域成分を加算する際の割合を調整することができる。この例においては、図１に示す制御部４０が、低域成分又は高域成分の相対的なレベルを調節するために制御信号Ｓ２〜Ｓ４を生成すると共に、加算器１６における加算による低域成分又は高域成分の相対的なレベル上昇量に対応して、ディジタルステージにおける音声信号のレベルを低下させ、アナログステージにおける音声信号のレベルを上昇させるように、制御信号Ｓ１及びＳｉを生成する。

図６は、ディジタル信号処理部の第３の構成例を示すブロック図である。この例においては、図５に示す第２の構成例に対して、レベル調整部１１が省略されており、入力されるディジタル信号が、レベル調整部１７と、ＬＰＦ１２と、ＨＰＦ１３とに、直接入力される。

図６に示すディジタル信号処理部１０においては、レベル調整部１４、１５、１７を用いて、全帯域の音声信号に低域成分又は高域成分を加算する際の割合を調整すると共に、加算器１６における加算による低域成分又は高域成分の相対的なレベル上昇量に対応して、ディジタルステージにおける音声信号のレベルを全体的に低下させることができる。

即ち、図１に示す制御部４０が、全帯域の音声信号に対する低域成分又は高域成分の相対的なレベルを調節すると共に、加算部１６における加算による低域成分又は高域成分の相対的なレベル上昇量に対応して、ディジタルステージにおける音声信号のレベルを低下させ、アナログステージにおける音声信号のレベルを上昇させるように、制御信号Ｓ２〜４及びＳｉを生成する。

次に、図１に示す音質調整回路において用いられるアナログレベル調整部３０の構成について説明する。
図７は、アナログレベル調整部の構成例を示す回路図である。アナログレベル調整部３０は、オペアンプ等の増幅回路３１と、帰還抵抗Ｒ_Ｆと、複数の信号入力用抵抗Ｒ_Ｓ１、Ｒ_Ｓ２・・・と、アナログスイッチ等のスイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２・・・とを含んでいる。増幅回路３１は、図１に示すＤ／Ａ変換器２０から出力されるアナログ信号を増幅する。スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２・・・は、複数のビットを有する制御信号Ｓｉに従って、帰還抵抗Ｒ_Ｆと信号入力用抵抗Ｒ_Ｓ１、Ｒ_Ｓ２・・・との接続状態を切り換えることにより、増幅回路３１のゲインを調整する。

図１に示す制御部４０から供給される制御信号Ｓｉの各ビットに従って、スイッチ回路ＳＷ１、ＳＷ２・・・の内の少なくとも１つがオンする。例えば、スイッチ回路ＳＷ１がオンすると、アナログレベル調整部３０の入力端子は、信号入力用抵抗Ｒ_Ｓ１を介して、増幅回路３１の反転入力端子に接続される。増幅回路３１の非反転入力端子は、接地電位に接続されており、増幅回路３１の出力端子は、帰還抵抗Ｒ_Ｆを介して、増幅回路３１の反転入力端子に接続されている。このようにして帰還ループが形成されることにより、増幅回路３１のゲインＶ_ＯＵＴ／Ｖ_ＩＮは、次式で求められる。
Ｖ_ＯＵＴ／Ｖ_ＩＮ ＝ −Ｒ_Ｆ／Ｒ_Ｓ

この式において、抵抗Ｒ_Ｓとして、信号入力用抵抗Ｒ_Ｓ１、Ｒ_Ｓ２・・・の内の少なくとも１つが選択されることにより、アナログレベル調整部３０において音声信号のレベルが決定される。本実施形態によれば、低域又は高域をブーストする際に、ディジタルステージにおいて低下したゲインをアナログレベル調整部３０において補完することにより、ブーストされない帯域のレベルを一定に保ちながら、低域成分又は高域成分のレベルを上昇させることができる。

本発明は、ディジタル音声信号をアナログ音声信号に変換する際に音質調整を行う音質調整回路を内蔵したディジタルアンプや携帯電話機等において、利用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る音質調整回路の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る音質調整回路の動作を説明するための周波数特性図である。 本発明の一実施形態に係る音質調整回路の動作を説明するための波形図である。 図１に示す音質調整回路におけるディジタル信号処理部の第１の構成例を示すブロック図である。 図１に示す音質調整回路におけるディジタル信号処理部の第２の構成例を示すブロック図である。 図１に示す音質調整回路におけるディジタル信号処理部の第３の構成例を示すブロック図である。 図１に示す音質調整回路におけるアナログレベル調整部の構成例を示す回路図である。

符号の説明

１０ ディジタル信号処理部
１１、１４、１５、１７ レベル調整部
１２ フィルタ部（ＬＰＦ）
１３ フィルタ部（ＨＰＦ）
１６ 加算部
２０ Ｄ／Ａ変換器
３０ アナログレベル調整部
３１ 増幅回路
４０ 制御部
Ｒ_Ｆ 帰還抵抗
Ｒ_Ｓ１、Ｒ_Ｓ２・・・ 信号入力用抵抗
ＳＷ１、ＳＷ２・・・ スイッチ回路

Claims (9)

1. 入力されるディジタル信号によって表される音声信号のレベルを、第１の制御信号に従って、ディジタル信号処理により調整する第１のレベル調整手段と、
   該音声信号に含まれている少なくとも１つの周波数帯域成分を、ディジタル信号処理により抽出するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段によって抽出された少なくとも１つの周波数帯域成分のレベルを、第２の制御信号に従って、ディジタル信号処理により調整する第２のレベル調整手段と、
   前記第１のレベル調整手段から出力されるディジタル信号によって表される音声信号と、前記第２のレベル調整手段から出力されるディジタル信号によって表される少なくとも１つの周波数帯域成分とを、ディジタル信号処理により加算する加算手段と、
   前記加算手段から出力されるディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段と、
   前記Ｄ／Ａ変換手段から出力されるアナログ信号のレベルを、第３の制御信号に従って、アナログ信号処理により調整する第３のレベル調整手段と、
   を具備する音質調整回路。
2. 前記少なくとも１つの周波数帯域成分の相対的なレベルを調節するために少なくとも第２の制御信号を生成すると共に、前記加算手段における加算による音声信号の周波数特性の変化量に対応して第１及び第３の制御信号を生成する制御手段をさらに具備する請求項１記載の音質調整回路。
3. 前記フィルタ手段が、前記第１のレベル調整手段から出力されるディジタル信号によって表される音声信号に含まれている少なくとも１つの周波数帯域成分を抽出する、請求項１又は２記載の音質調整回路。
4. 前記制御手段が、前記加算手段における加算による前記少なくとも１つの周波数帯域成分の相対的なレベル上昇量に対応して、前記第１のレベル調整手段に音声信号のレベルを低下させ、前記第３のレベル調整手段にアナログ信号のレベルを上昇させるように、第１及び第３の制御信号を生成する、請求項３記載の音質調整回路。
5. 前記第１のレベル調整手段が、入力されるディジタル信号によって表される音声信号のレベルを、第１の制御信号に従って、ディジタル信号処理により調整する第４のレベル調整手段と、前記第４のレベル調整手段から出力されるディジタル信号によって表される音声信号のレベルを、第４の制御信号に従って、ディジタル信号処理により調整する第５のレベル調整手段とを含み、
   前記フィルタ手段が、前記第４のレベル調整手段から出力されるディジタル信号によって表される音声信号に含まれている少なくとも１つの周波数帯域成分を抽出する、請求項１又は２記載の音質調整回路。
6. 前記制御手段が、前記少なくとも１つの周波数帯域成分の相対的なレベルを調節するために第２及び第４の制御信号を生成すると共に、前記加算手段における加算による前記少なくとも１つの周波数帯域成分の相対的なレベル上昇量に対応して、前記第４のレベル調整手段に音声信号のレベルを低下させ、前記第３のレベル調整手段にアナログ信号のレベルを上昇させるように、第１及び第３の制御信号を生成する、請求項５記載の音質調整回路。
7. 前記フィルタ手段が、前記第１のレベル調整手段に入力されるディジタル信号によって表される音声信号に含まれている少なくとも１つの周波数帯域成分を抽出する、請求項１又は２記載の音質調整回路。
8. 前記制御手段が、前記加算手段における加算による前記少なくとも１つの周波数帯域成分の相対的なレベル上昇量に対応して、前記第１のレベル調整手段に音声信号のレベルを低下させ、前記第２のレベル調整手段に前記少なくとも１つの周波数帯域成分のレベルを低下させ、前記第３のレベル調整手段にアナログ信号のレベルを上昇させるように、第１〜第３の制御信号を生成する、請求項７記載の音質調整回路。
9. 前記第３のレベル調整手段が、
   複数の抵抗が接続され、前記Ｄ／Ａ変換手段から出力されるアナログ信号を増幅する増幅回路と、
   第３の制御信号に従って前記複数の抵抗の接続状態を切り換えることにより、前記増幅回路のゲインを調整するスイッチ回路と、
   を含む、請求項１〜８のいずれか１項記載の音質調整回路。

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