JP2008252211A

JP2008252211A - デジタルイコライザ

Info

Publication number: JP2008252211A
Application number: JP2007087553A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Nishizawa; 辰哉西澤
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【課題】高音域がプリエンファシスされた入力信号のクリッピングを防止しつつ等化処理を実行する。
【解決手段】デジタルイコライザ１は、アナログ入力信号のプリエンファシスされた高音域成分を減衰させるプリアンプ２と、プリアンプ２の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３Ｄと、Ａ／Ｄ変換器３Ｄからのデジタル信号に等化処理を施す信号処理部４と、信号処理部４の出力信号をアナログオーディオ信号に変換するＤ／Ａ変換器３Ａとを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、アナログオーディオ信号の周波数特性を補正するデジタルイコライザに関する。

ＬＰレコードなどのアナログディスクの録音はＲＩＡＡ規格（全米レコード工業会規格）に従って行われている。ＲＩＡＡ規格によれば、アナログディスクに刻まれる音溝の幅の拡がりを防ぐために録音信号の低音域は抑制される。また、アナログディスクから再生されるオーディオ信号に含まれるノイズ成分を抑制するために、録音信号の高音域は予め強調（プリエンファシス）されている。図１は、録音時にオーディオ信号に与えられる周波数特性を概略的に示すグラフである。図１に示される通り、この周波数特性は、３１８０μ秒（５０Ｈｚ）〜３１８μ秒（５００Ｈｚ）の時定数で示される低域減衰特性を有するとともに、７５μ秒（２．１２ｋＨｚ）の時定数で示される高域強調特性を有している。

一方、アナログディスクからオーディオ信号を再生するときには、再生信号に対して図１に示した周波数特性とは逆の特性を与えて当該再生信号を等化しなければならない。図２は、再生時にオーディオ信号に与えられる周波数特性を概略的に示すグラフである。

ＲＩＡＡ規格の他、ＦＭ放送の復調処理においてもオーディオ信号の高域成分のノイズレベルが高くなるので、ＦＭ送信機においてオーディオ信号の高域成分を強調する処理（プリエンファシス）が行われ、ＦＭ受信機において受信信号の高域成分を減衰する処理（ディエンファシス）が行われている。

近年、デジタルイコライザによる等化処理が行われているが、このデジタルイコライザの基本構成は、高音域がプリエンファシスされたアナログオーディオ信号を増幅するプリアンプと、当該プリアンプの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、当該Ａ／Ｄ変換器の出力にデジタル信号処理を施すＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）と、当該ＤＳＰの出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、からなる。この種のデジタルイコライザに関する従来技術は、たとえば特許文献１（特開平４−２４８７１０号公報）に開示されている。
特開平４−２４８７１０号公報

一般に、オーディオ信号処理用のＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジ（再現可能な音の振幅）は１００ｄＢ〜１２０ｄＢであり制限されている。また、楽音信号のレベルは大きく変動するため、良好な音質のオーディオ信号を得るためには、デジタルイコライザの入力信号レベルを適切な範囲内に設定することが重要である。すなわち、当該入力信号レベルをＤ／Ａ変換器のダイナミックレンジの上限近くに設定すれば、Ｄ／Ａ変換器は、強ピークを持つ入力信号をクリッピングし、Ｄ／Ａ変換器の出力波形が著しく歪むことになる。一方、当該入力信号レベルを低いレベルに設定すれば、Ｓ／Ｎ比の低下を招くという問題がある。入力信号の基準レベルがＤ／Ａ変換器のダイナミックレンジの上限よりも２０ｄＢ程度低いレベルであり、８０ｄＢ〜１００ｄＢのＳ／Ｎ比を確保することが良好な楽音再生に必要である。

しかしながら、上述のＲＩＡＡ規格やＦＭ放送規格に従って１ｋＨｚ程度の中音域に対して高音域がプリエンファシスされた入力信号については、当該入力信号のクリッピングを防止するために、デジタルイコライザの入力信号レベルを低い値に設定せざるを得ないが、これによりＳ／Ｎ比が低下するという問題がある。

上記に鑑みて本発明の目的は、高音域がプリエンファシスされた入力信号のクリッピングを防止しつつ等化処理を実行し得るデジタルイコライザを提供することである。

上記目的を達成すべく、請求項１記載の発明は、高音域成分がプリエンファシスされたアナログ入力信号の周波数特性を補正するイコライザであって、前記アナログ入力信号の当該プリエンファシスされた高音域成分を減衰させるプリアンプと、前記プリアンプの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタル信号に等化処理を施す信号処理部と、前記信号処理部の出力信号をアナログオーディオ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、を備えることを特徴とする。

以下、本発明の種々の実施例について説明する。

図３は、本発明の一実施例に係るデジタルイコライザ１の概略構成を示す図である。このデジタルイコライザ１は、プリアンプ２、Ａ／Ｄ変換器３Ｄ、デジタル信号処理部４およびＤ／Ａ変換器３Ａを有している。プリアンプ２は入力端子１０を有し、この入力端子１０には外部の信号供給源からアナログ入力信号が供給される。このアナログ入力信号は、図１に示したようなＲＩＡＡ規格に従った周波数特性を有するものとする。すなわち、アナログ入力信号の周波数特性は、約７５μ秒（２．１２ｋＨｚ）の時定数で示される高域強調特性と、約３１８０μ秒（５０Ｈｚ）〜３１８μ秒（５００Ｈｚ）の時定数で示される低域減衰特性とを有している。なお、本実施例では、アナログ入力信号には、ＲＩＡＡ規格に従った周波数特性が与えられているが、これに限定されず、ＦＭ放送規格に従った周波数特性が与えられてもよい。

プリアンプ２は、入力端子１０に供給されたアナログ入力信号を増幅し、且つ７５μ秒の時定数に対応する高域強調成分を減衰させることで高音域特性を平坦な特性に補正する機能を有している。具体的には、プリアンプ２は、入力端子１０と接続された非反転入力端子（＋）を持つ演算増幅器１２を有している。演算増幅器１２の非反転入力端子（＋）には、抵抗値Ｒ₁を持つ抵抗素子１１の一端が接続されており、抵抗素子１１の他端には基準電位（接地電位）が与えられている。また、演算増幅器１２の出力端子と演算増幅器１２の反転入力端子（−）との間には、抵抗値Ｒ₂を持つ抵抗素子１３が接続され、この抵抗素子１３と並列に静電容量Ｃ₁を持つキャパシタ１４が接続されている。さらに、演算増幅器１２の反転入力端子（−）には、抵抗値Ｒ₃を持つ抵抗素子１５の一端が接続されており、この抵抗素子１５の他端には基準電位（接地電位）が与えられている。

このような構成を有するプリアンプ２の伝達関数Ｔ（ｓ）は次式（１）によって与えられる。

ここで、ｓ＝ｊω（ｊは虚数単位、ωは角周波数）は、ラプラス変換の変数である。式（１）によれば、プリアンプ２は、直流電圧利得Ｔ（ｓ＝０）＝（Ｒ₂＋Ｒ₃）／Ｒ₂を有する。さらにプリアンプ２は、ｆ_C1＝１／（２πＣ₁Ｒ₃）の周波数のロールオフ特性を有し、次式（２）で示されるターンオーバー周波数ｆ_C2のローパス特性を有する。

ここで、時定数Ｃ₁Ｒ₃＝７５μ秒であるとしたとき、抵抗値Ｒ₃は、抵抗値Ｒ₂と比べて非常に大きい（すなわち、Ｒ₃＞＞Ｒ₂）。それゆえ、ターンオーバー周波数ｆ_C2は十分高く、実質上無視できるものとなる。この結果、プリアンプ２の出力信号は、７５μ秒の時定数で示される高域強調成分が補正された周波数特性を有することとなる。すなわち、プリアンプ２の出力信号は、図４に示されるように高音域が平坦な周波数特性を有する。

したがって、プリアンプ２は、Ａ／Ｄ変換器３Ｄのダイナミックレンジに対して適切なレベルの増幅信号をＡ／Ｄ変換器３Ｄに供給することができる。このため、Ａ／Ｄ変換器３Ｄがプリアンプ２からの増幅信号をクリッピングすることが防止される。また、信号処理部４は、３１８０μ秒〜３１８μ秒の時定数に対応する低域成分のみを強調する等化処理を実行し、７５μ秒の時定数で示される高域強調成分を補正する必要がない。このとき、信号処理部４は、クリッピングによる歪んだ波形を含まないデジタル信号に等化処理を施すので、Ｄ／Ａ変換器３Ａは、２．１２ｋＨｚ以上のノイズ成分が抑圧された高音質のアナログオーディオ信号を供給することができ、高Ｓ／Ｎ比が可能となる。

今、低域信号Ｖ１（周波数１ｋＨｚ；振幅１０ｍＶ）と高域信号Ｖ２（周波数１０ｋＨｚ；振幅１０ｍＶ）との混合信号を疑似楽音信号Ｖ０（＝Ｖ１＋Ｖ２）としてデジタルイコライザ１に与えるものとする。このとき、１Ｖｐｐの最大入力電圧を持つＡ／Ｄ変換器３Ｄは、プリアンプ２からの増幅信号をクリッピングすることなくデジタル信号に変換することができる。図５は、Ａ／Ｄ変換器３Ｄへの入力信号の波形を概略的に示すタイミングチャートである。図５に示されている波形のうち、高域信号Ｖ２の成分は−１２．８ｄＢ減衰している。これに対し、図６は、プリアンプ２からキャパシタ１４を除いた構成を有する通常のプリアンプの出力波形を概略的に示すタイミングチャートである。この通常のプリアンプは、プリエンファシスされた高域成分を減衰させる特性を持たないため、図６の波形では、高域信号Ｖ２が減衰していない。このため、図６の波形に対しては、低域の信号レベルを−５．４８ｄＢ減じる必要が生じた。これは、雑音電圧レベルが相対的に５．４８ｄＢ増大することを意味する。

上記の通り、デジタルイコライザ１の構成について説明した。プリアンプ２は、プリエンファシスされた高域成分を減衰させるためのキャパシタ１４を有するが、本発明に係るデジタルイコライザの構成はこれに限定されるものではない。プリアンプ２において、キャパシタ１４を除去し、演算増幅器１２の後段にローパスフィルタを配置すれば、プリエンファシスされた高域成分を減衰させることが可能である。

録音時にオーディオ信号に与えられる周波数特性を概略的に示すグラフである。再生時にオーディオ信号に与えられる周波数特性を概略的に示すグラフである。本発明の一実施例に係るデジタルイコライザの概略構成を示す図である。プリアンプの出力信号の周波数特性を概略的に示すグラフである。Ａ／Ｄ変換器への入力信号の波形を概略的に示すタイミングチャートである。Ａ／Ｄ変換器への入力信号の波形を概略的に示すタイミングチャートである。

符号の説明

１デジタルイコライザ
２プリアンプ
３ＤＡ／Ｄ変換器
３ＡＤ／Ａ変換器
４信号処理部
１０入力端子
１４キャパシタ

Claims

高音域成分がプリエンファシスされたアナログ入力信号の周波数特性を補正するデジタルイコライザであって、
前記アナログ入力信号の当該プリエンファシスされた高音域成分を減衰させるプリアンプと、
前記プリアンプの出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタル信号に等化処理を施す信号処理部と、
前記信号処理部の出力信号をアナログオーディオ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、
を備えることを特徴とするデジタルイコライザ。
請求項１記載のデジタルイコライザであって、前記信号処理部は、前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタル信号の低音域成分のみに等化処理を施すことを特徴とするデジタルイコライザ。
請求項１または２記載のデジタルイコライザであって、前記プリアンプは、略平坦な高音域特性を有する信号を出力することを特徴とするデジタルイコライザ。
請求項１から３のうちのいずれか１項に記載のデジタルイコライザであって、前記アナログ入力信号の高音域成分は、略７５μ秒の時定数で示される高域強調特性を有することを特徴とするデジタルイコライザ。
請求項１から４のうちのいずれか１項に記載のデジタルイコライザであって、前記プリアンプは、前記アナログ入力信号が供給される入力端子に接続された非反転入力端子を有する演算増幅器と、前記演算増幅器の出力端子と前記演算増幅器の反転入力端子との間に接続されたキャパシタと、前記キャパシタに並列に接続された抵抗素子と、を含むことを特徴とするデジタルイコライザ。