JP2008109560A - 音声信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ミュートオン時、ミュートオフ時にＤＣ成分によるポップ音が発生しない音声信号処理装置を提供する。
【解決手段】モード切り換え時、あるいは、電源のオフ時に、ソフト・ミュートオン処理が実行中でない場合、ＣＰＵは、再生帯域の最低周波数の半波長の時間である一定のミュート時間と現在のボリューム値に基づいてミュートの傾き係数及びミュート係数の減少差分値を演算した後、前回のミュート係数（初期値１）から減少差分値を減算してミュート係数を減少させる（ステップ101〜103）。次に、ミュート係数が０より大きい場合、ミュート係数とゲイン出力値を乗算して出力した後、サンプリング周期に対応した時間が経過すると、再び前回のミュート係数から減少差分値を減算する（ステップ104〜106）。そして、ミュート係数が０より小さくなると、ミュートオン処理を終了する。
【選択図】図４

Description

本発明は、音声信号処理装置に関し、特に、音声信号のレベルを連続的に減衰または増加させるためのソフト・ミュート機能を備えた音声信号処理装置に関する。

近年、車載用の音響装置として、ラジオ受信機に加え、ＣＤ再生装置やＭＤ再生装置等が付加されており、このような音響装置の車載用別置きパワーアンプとしてＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサー）が使用されている。
そして、このようなパワーアンプでの音量制御は、音量可変用のキーである、アップ・ダウン用の２種類のキーを指で押す毎に音量増減用パルスを発生させ、ＤＳＰの電子ボリュームの音量を増減、或いは連続操作することにより、音量を増減させて音響信号の出力レベルを適宜調整するようにしている。

また、回転ボリュームを用いた音量制御の場合は、所定回転角度毎に音量増減用パルスを発生させ、回転方向とこの音量増減用パルスをＤＳＰに入力することにより、電子ボリュームの音量出力レベルを所定ステップずつ増減するようにしている。

このような音響装置において、ラジオ受信機の受信中にモードを切り換えてＣＤ再生やＭＤ再生に切り換えると、切り換え時にスピーカから大きな雑音が発生する。また、エンジンキーオン時や、ラジオ受信機の電源オン／オフ時にも、雑音が発生するため、車載用別置きパワーアンプ等の音声信号処理装置にはミュート機能が備えられている。

ミュート処理としては、コーデック内蔵のデジタルアッテネータ（ＡＴＴ）を使う場合や、ミュートトランジスタ制御によるハード・ミュート処理を行う場合もあるが、瞬時に音を消すと、ＤＣ成分による異音が発生し、特に、音量の大きさに比例した音となり、不快感を与えてしまう。また、瞬間にミュートを解除した時も同様な動作が発生するので、ミュートオン時には段階的に音量を低下させ、ミュートオフ時には段階的に音量を上昇するようにしたソフト・ミュート処理を行っている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１２０７５２号公報

そして、ＤＳＰを用いた音声信号処理装置では、出力レベルを連続的に減衰または増加させるソフト・ミュート処理を行う場合、音声信号にミュート係数（０〜１）を乗算して音声信号のレベルを調整している。すなわち、ミュートオン処理を行う場合は、ミュート係数を徐々に小さくすることにより音声信号のレベルを減衰させ、ミュートオフ処理を行う場合は、ミュート係数を徐々に大きくすることにより、音声信号のレベルを増加させるようにしている。

上記のように、従来の音声信号処理装置では、モード切り換え時や電源のオン／オフ時に、ソフト・ミュート処理を行っているが、車載用別置きパワーアンプの再生音声帯域は、一般的に２０Ｈｚから２０ｋＨｚであり、低域周波数の１波長の半分以下の時間で急峻な傾きのソフト・ミュートを掛けると、図１に示すように、ボリュームが急に絞られる形となり、音の波形にＤＣ成分が現れ、ポップ音が発生するという問題があった。

また、ボリューム位置の低いところ（ＭＡＸの半分付近）でソフト・ミュートを掛けた場合、ミュート係数の傾きを固定にしていると、図２に示すように、ボリュームの収束時間が実質的に早くなってしまい、結果的に上記と同様に、ＤＣ成分が発生するという問題も生じる。
さらに、ソフト・ミュートを解除する場合、すなわち、ミュートオフ時にも上記と反対の事象が起こり、ポップ音が発生してしまう。

これまでの車載用音響システムでは、サブーウーファ専用チャンネルを持つものが比較的少なく、上記のようなソフト・ミュート制御でもあまり問題になることはなかったが、近年車載音響システムの５．１ｃｈ化の浸透によりサブーウーファ専用チャンネルを備えた音響システムでは、上記の低域成分によるポップ音が耳障りになるという問題が生じている。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、ミュートオン時、ミュートオフ時にＤＣ成分によるポップ音が発生しない音声信号処理装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係る音声信号処理装置は、ボリューム位置によらず、ミュート時間を再生帯域の一番低い周波数の半波長の時間以上としたことを特徴とする。

本発明に係る音声信号処理装置によれば、ミュート時間を所定の時間、すなわち、再生帯域の最低周波数の半波長程度の時間でソフト・ミュートを掛けるため、ミュートオン時、ミュートオフ時にポップ音の発生がなくなるとともに、ボリューム位置に応じて細かいミュート係数を設定できるので、精度の高いミュート制御を実現することができる。

以下、本発明の音声信号処理装置の実施例について、図面を用いて説明する。
図３は本発明の音声信号処理装置の構成を示すブロック図であり、この音声信号処理装置は、デジタル・シグナル・プロセッサー（ＤＳＰ）１、増幅器２、スピーカ３、マイコン４より成り、マイコン４には音量調節手段としての回転ボリューム５からボリュームの回転方向と音量増減用パルスが入力されるとともに、モード切替信号やラジオ受信機等の電源オン／オフ信号が入力される。

図３に示すように、ＤＳＰ１はボリューム部１１及びミュート処理部１２より成り、音源６からの入力音声信号をサンプリング周波数ｆｓ、例えば、４８ｋＨｚでサンプリングし、サンプリングした値に対してボリューム調整等のデジタル処理を施すものである。なお、ボリューム部１１、ミュート処理部１２はＤＳＰデバイスによって構成され、マイコン４により制御される。

ボリューム部１１は、ＤＳＰ１に入力された音声信号にマイコン４から指定されたゲイン量（減衰量）の減衰を施してミュート処理部１２に送り、ミュート処理部１２はマイコン４からのミュート係数をボリューム部１１からの音声信号に乗算することにより、ミュートオン処理、または、ミュートオフ処理を実行した後、音声信号を増幅器２を介してスピーカ３に出力する。

マイコン４はＣＰＵ１３とメモリ１４等により構成され、ＣＰＵ１３は、回転ボリューム５の操作時に、ボリューム部１１を制御して音量を制御するとともに、モード切り換え時や電源のオン／オフ時のミュートオン時、ミュートオフ時には、ミュート処理部１２に入力するミュート係数（０〜１）を変化させることにより、音声信号のレベルを徐々に減衰、または、徐々に大きくするソフト・ミュート処理を実行する。
また、メモリ１４は回転ボリューム５の回転位置とボリューム部１１で施すゲイン量の対応を示すデータや、マイコン４が音量制御やミュート処理を実行するためのプログラムを記憶している。

次に、上記の音声信号処理装置の作用について、説明する。
通常時には、ＣＰＵ１３は、回転ボリューム５の操作位置を検出し、メモリ１４から回転ボリューム５の回転位置とボリューム部１１で施すゲイン量の対応を示すデータを読み出し、そのゲイン量（減衰量）でボリューム部１１を制御することにより、入力された音声信号に減衰を施すとともに、ミュート処理部１２には、ミュート係数１を入力することにより、ボリューム部１１の出力する音声信号をそのまま増幅器２を介してスピーカ３に出力する。

一方、モード切り換え時、あるいは、電源のオフ時には、ＣＰＵ１３は、図４のフローチャートに示すソフト・ミュートオン処理のプログラムを実行し、このプログラムを開始すると、ＣＰＵ１３は、まず、ソフト・ミュート処理が実行中か否かを判定し（ステップ１０１）、ソフト・ミュート処理が実行中と判定した場合には、プログラムを終了する。
ステップ１０１でソフト・ミュートオン処理が実行中でないと判定した場合、ＣＰＵ１３は、ミュートの傾き係数及びミュート係数の減少差分値を演算する（ステップ１０２）。

すなわち、ＣＰＵ１３はボリューム収束時間、すなわち、ミュート時間として、図５に示すように、再生帯域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）の一番低い周波数２０Ｈｚの半波長の時間（25msec）以上の一定時間、例えば、40msecを設定しており、ボリューム最大値Ｖmaxでのミュートの傾き係数γoを
γo＝１／（ミュート時間／サンプリング周期）
＝１／（40msec／20.83μsec）
により演算して求める。なお、サンプリング周波数は上記と同様に４８ｋＨｚとしている。
そして、ミュートオン時には、ＣＰＵ１３はその時のボリューム値Ｖaに基づいてミュートの傾き係数γを
γ＝γ。＊Ｖa／Ｖmax
により演算し、求めた傾き係数γに基づいてサンプリング周期毎のミュート係数の減少差分値εを演算する。

ミュート係数の減少差分値εを演算すると、ＣＰＵ１３は、次に、前回のミュート係数（初期値１）から上記減少差分値εを減算してミュート係数を減少させた（ステップ１０３）後、ミュート係数が０より小さいか否かを判定する（ステップ１０４）。
ミュート係数が０より大きいと判定した場合、ＣＰＵ１３はこのミュート係数とゲイン出力値、すなわち、回転ボリューム５のボリューム値に応じて減衰演算した音声信号とを乗算した信号を増幅器２に出力した（ステップ１０５）後、サンプリング周期に対応した時間が経過したか否かを判定する（ステップ１０６）。

そして、サンプリング周期に対応した時間が経過すると、ＣＰＵ１３は、ステップ１０３に戻って再び前回のミュート係数から減少差分値εを減算する。
一方、ステップ１０４でミュート係数が０より小さいと判定した場合、ＣＰＵ１３はミュートオン処理を終了する。

このように、サンプリング周期ごとに前回のミュート係数からミュートの傾き係数に基づく差分値を減算してミュート係数を減少させ、このミュート係数とゲイン出力値とを乗算して出力し、これをミュート係数が０になるまで継続することによって、図６（ａ）に示すように、一定時間（２５msec以上）で音声出力信号を０にすることができる。

また、モード切り換え時から一定時間が経過した場合、あるいは、電源のオン時には、ＣＰＵ１３は、図７のフローチャートに示すソフト・ミュートオフ処理のプログラムを実行し、このプログラムを開始すると、ＣＰＵ１３は、まず、ソフト・ミュートオン処理が実行中か否かを判定し（ステップ２０１）、ソフト・ミュート処理が実行中であると判定した場合、再びステップ２０１に戻ってソフト・ミュート処理が実行中か否かを判定する。

ステップ２０１でソフト・ミュートオン処理が実行中でないと判定した場合、ＣＰＵ１３は、上記と同様にして、ミュートの傾き係数及びミュート係数の増加差分値ε´を演算した（ステップ２０２）後、前回のミュート係数（初期値０）に上記増加差分値ε´を加算してミュート係数を増加させる（ステップ２０３）。
次に、ＣＰＵ１３は、ミュート係数が１より大きいか否かを判定し（ステップ２０４）、ミュート係数が１より小さいと判定した場合、このミュート係数とゲイン出力値とを乗算した信号を増幅器２に出力する（ステップ２０５）。

音声信号を出力すると、ＣＰＵ１３は、サンプリング周期に対応した時間が経過したか否かを判定し（ステップ２０６）、サンプリング周期に対応した時間が経過すると、ステップ２０３に戻って再び前回のミュート係数に増加差分値ε´を加算する。
一方、ステップ２０４でミュート係数が１より大きいと判定した場合、ＣＰＵ１３はミュートオフ処理を終了する。

このように、サンプリング周期ごとに前回のミュート係数にミュートの傾き係数に基づく差分値を加算してミュート係数を増加させ、このミュート係数とゲイン出力値とを乗算して出力し、これをミュート係数が１になるまで継続することによって、図６（ｂ）に示すように、一定時間（２５msec以上）で音声出力信号を元の状態に戻すことができる。

以上のように、ミュート時間を所定の一定時間、すなわち、再生帯域の最低周波数の半波長程度の時間とすることにより、ミュートオン時、ミュートオフ時にポップ音が発生しないようにすることができるとともに、図６に示すように、ボリューム値の大きさに応じてミュート係数の傾きを可変にするので、ボリューム位置によらずミュート時間を一定にすることができ、細かいミュート係数を設定できるので、精度の高いミュート制御が実現可能となる。
なお、ミュート時間は再生帯域の最低周波数の半波長以上であれば、一定でなくともよい。

上記の実施例では、ボリューム値の大きさによってミュートの傾き係数を演算したが、ボリューム範囲毎に設定されたミュートの傾き係数を予めテーブルとして記憶しておき、ミュートオン／オフ時に、ボリューム値に応じた傾き係数を読み出してミュートの傾き係数を設定することもでき、以下、ボリューム範囲毎に設定されたミュートの傾き係数をテーブルとして記憶しておく場合の実施例について説明する。
なお、装置構成は図３のブロック図と同様であるので、説明は省略する。

この実施例では、メモリ１４に図８に示すような、ボリューム範囲毎に設定されたミュートの傾き係数がテーブルとして記憶されている。
すなわち、メモリ１４に記憶されたテーブルには、「６３〜５８」、「５７〜５３」・・・・等のボリューム値の範囲毎に、ミュートの傾き係数、及び当該傾き係数に基づくミュートオン時の減少差分値とミュートオフ時の増加差分値が記憶されている。

そして、ミュートオン時には、ＣＰＵ１３は、図９のフローチャートに示すソフト・ミュートオン処理のプログラムを実行し、このプログラムを開始すると、ＣＰＵ１３は、まず、ソフト・ミュート処理が実行中か否かを判定し（ステップ３０１）、ソフト・ミュート処理が実行中と判定した場合には、プログラムを終了する。

ステップ３０１でソフト・ミュートオン処理が実行中でないと判定した場合、ＣＰＵ１３は、その時のボリューム値Ｖaに対応したミュート係数の減少差分値をメモリ１４から読み出した（ステップ３０２）後、前回のミュート係数から上記減少差分値を減算してミュート係数を減少させるが、以降のステップ３０３〜ステップ３０６の作用は、図４のフローチャートのステップ１０３〜ステップ１０６の作用と同じであるので、説明は省略する。

また、ソフト・ミュートオフ時には、ＣＰＵ１３は、図１０のフローチャートに示すソフト・ミュートオフ処理のプログラムを実行し、このプログラムを開始すると、ＣＰＵ１３は、まず、ソフト・ミュートオン処理が実行中か否かを判定し（ステップ４０１）、ソフト・ミュート処理が実行中であると判定した場合、再びステップ４０１に戻ってソフト・ミュート処理が実行中か否かを判定する。

ステップ４０１でソフト・ミュートオン処理が実行中でないと判定した場合、ＣＰＵ１３は、その時のボリューム値Ｖaに対応したミュート係数の増加差分値をメモリ１４から読み出した（ステップ４０２）後、前回のミュート係数に増加差分値を加算してミュート係数を増加させるが、以降のステップ４０３〜ステップ４０６の作用は、図７のフローチャートのステップ２０３〜ステップ２０６の作用と同じであるので、説明は省略する。

以上のように、ボリューム範囲毎に設定されたミュートの傾き係数やミュート係数の減少差分値、増加差分値をテーブルとして記憶しておくことによって傾き係数や差分値の演算が不要となるので、マイコンのソフトウェア制御が簡単になり、マイコン制御の簡略化を図ることができる。

なお、上記の実施例では、メモリにボリューム範囲毎に設定されたミュートの傾き係数及びミュート係数の減少差分値、増加差分値をテーブルとして記憶したが、メモリにボリューム範囲毎に設定されたミュートの傾き係数のみを記憶しておき、ミュート処理時に読み出したミュートの傾き係数に基づいてミュート係数の減少差分値、増加差分値を演算するようにしてもよい。

また、以上の実施例では、音量調節手段として回転ボリュームを使用した例について説明したが、アップ・ダウン用の２種類のキーを備えたボリューム調整機構を使用することもでき、また、以上の実施例で説明した再生帯域、サンプリング周波数等の数値は一例であり、適宜変更することが可能である。
さらに、本発明の音声信号処理回路は、車載用別置きパワーアンプとして使用することが可能であるが、ラジオ受信装置やＣＤ再生装置等の音響機器に組み込まれているアンプとして使用することも可能である。
また、上記の実施例では、ボリューム部とミュート処理部を別個の構成としたが、この２つのブロックを１つのブロックとし、１つのブロックで処理することもできる。

急峻な傾きのソフト・ミュートを掛けた場合の波形図。 ミュート係数の傾きを固定にした場合のボリュームの収束時間を示す図。 本発明の音声信号処理装置の構成を示すブロック図。 ソフト・ミュートオン処理のプログラムを示すフローチャート。 設定されたミュート時間と周波数２０Ｈｚの波形との関係を示す図。 ミュートオン時、ミュートオフ時のボリューム位置によるミュートの傾きの変化を示す図。 ソフト・ミュートオフ処理のプログラムを示すフローチャート。 ボリューム範囲毎に設定されたミュートの傾き係数を示すテーブル。 他の実施例のソフト・ミュートオン処理のプログラムを示すフローチャート。 他の実施例のソフト・ミュートオフ処理のプログラムを示すフローチャート。

符号の説明

１ デジタル・シグナル・プロセッサー（ＤＳＰ）
２ 増幅器
３ スピーカ
４ マイコン
５ 回転ボリューム
６ 音源
１１ ボリューム部
１２ ミュート処理部
１３ ＣＰＵ
１４ メモリ

Claims (6)

1. 音量調節手段と、
   上記音量調節手段の調節量に基づいて音声信号の音量制御を実行するとともにソフト・ミュート制御を実行する制御手段とを備え、
   上記制御手段が、再生帯域の一番低い周波数の半波長の時間以上のミュート時間で上記ソフト・ミュート制御を実行することを特徴とする音声信号処理装置。
2. 上記ミュート時間は一定であることを特徴とする、請求項１に記載の音声信号処理装置。
3. 上記制御手段が、上記音量調節手段の調節量と上記ミュート時間に基づいてソフト・ミュートの傾き係数を決定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の音声信号処理装置。
4. 上記音量調節手段の調節量の所定範囲毎に設定されたソフト・ミュートの傾き係数をテーブルとして記憶する記憶手段を備え、
   上記制御手段が、上記音量調節手段の調節量に応じたソフト・ミュートの傾き係数を上記記憶手段から読み出してソフト・ミュートの傾き係数を設定することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の音声信号処理装置。
5. 上記制御手段が、ミュートオン処理、ミュートオフ処理を同一のミュート時間で制御することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載された音声信号処理装置。
6. 音源と、
   上記音源から出力される音量を調節する音量調節手段と、
   上記音量調節手段の調節量に基づいて音量制御を実行するとともにソフト・ミュート制御を実行する制御手段とを備え、
   上記制御手段が、再生帯域の一番低い周波数の半波長の時間以上のミュート時間で上記ソフト・ミュート制御を実行することを特徴とする音声信号処理装置。

Images