JP2008306491A - Audio reproducing system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音声信号を入力して利得調整し電力増幅してスピーカを駆動する音声再生装置に関するものである。 The present invention relates to an audio reproduction apparatus that inputs an audio signal, adjusts gain, amplifies power, and drives a speaker.
この種の音声再生装置は、電源容量が不足する場合、利得調整の如何によってはスピーカ再生される音声が歪む場合がある。例えば、図7に示すように、音声入力端子51に入力する音声信号Vinをボリウム52で音量調整した音声信号Viとし、これを増幅器53で増幅して、スピーカ54で再生させるとき、図8に示すように、供給される電源電圧Vddが消耗して低下すると、スピーカ54に入力する信号VLがクリップされ、再生される音声が歪む。
In this type of audio reproduction device, when the power supply capacity is insufficient, the audio reproduced by the speaker may be distorted depending on the gain adjustment. For example, as shown in FIG. 7, when the audio signal V in input to the
そこで、従来では、図9に示すように、ボリウム52と増幅器53との間にレベル調整回路55を挿入し、電源電圧Vddが低下するほどレベル調整回路55で音声信号Viのレベルを低下させて増幅器53に入力させ、スピーカ54に入力される信号VLがクリップされることを防止している(例えば、特許文献1参照)。また、電源電圧の電位変動を検出し、これをA/D変換してCPUに取り込み、このCPUによって音声信号の利得を調整し、再生信号が歪むことを防止するものもある(例えば、特許文献2参照)。さらに、複数チャネルの全部の出力側の音声信号を測定してこれをA/D変換し、その出力電力を算出し、その算出値が電源容量を超えたとき入力信号振幅をリミッタで制限して、再生信号が歪むことを防止するものもある(例えば、特許文献3参照)。
Therefore, conventionally, as shown in FIG. 9, insert the
以上は、音声信号の特徴であるピーク電力に対して平均電力が統計的に約11%程度であることに着目して、そこからマージンを考慮して12.5%程度で電源容量を設計して行う場合に適用されるものである。なお、ピーク電力時は音声信号が歪むため、図7に破線で示すように、電源Vddのラインに大容量コンデンサ56を接続して、ピーク時に必要となる電力を、ピーク時以外の時に充電しておく手法もある。
ところが、いずれの手法も、電源電圧あるいは音声信号の変動をモニタする必要があり、特許文献1ではアナログ回路でモニタしているが、特許文献2,3ではA/D変換器が必要となっていた。
However, in any of the methods, it is necessary to monitor the fluctuation of the power supply voltage or the audio signal. In
また、前記した各手法は、電源が供給不足のとき利得が変動する。この変動は音声信号によって引き起こされるものであるので、可聴域での変動となり、利得調整時に可聴域のノイズが音声信号に混入し、音質を劣化させる問題がある。 In each method described above, the gain varies when the power supply is insufficient. Since this fluctuation is caused by the audio signal, it becomes a fluctuation in the audible range, and there is a problem that noise in the audible range is mixed in the audio signal during gain adjustment and the sound quality is deteriorated.
本発明の目的は、電源電圧や出力側の音声信号のモニタが不要で、また調整ノイズが音声信号に混入しないようにした音声再生装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an audio reproduction device that does not require monitoring of a power supply voltage or an output-side audio signal and prevents adjustment noise from being mixed into the audio signal.
上記目的を達成するために、請求項1にかかる発明の音声再生装置は、音声入力端子に入力する音声信号の利得を調整する利得調整部と、電源供給端子に並列接続された電源コンデンサと、前記利得調整部で利得調整された音声信号を入力して前記電源供給端子および前記電源コンデンサから供給される電圧を電源電圧として音声増幅する音声増幅部と、該音声増幅部で増幅された信号が入力するスピーカとを備える音声再生装置であって、前記利得調整部は、前記入力する音声信号の値と前記利得調整部の利得と前記音声増幅部の利得から求まる前記スピーカの入力電圧に基づいて、要求される前記電源電圧の値を予測し、該予測した電源電圧の値が前記スピーカの入力電圧の値より低いとき、前記入力する音声信号の利得を低減させ、前記予測した電源電圧の値が前記スピーカの入力電圧の値より高いとき、前記入力する音声信号の利得を増大させる、ことを特徴とする。
請求項2にかかる発明の音声再生装置は、音声入力端子に入力する音声信号の利得を調整する利得調整部と、電源供給端子に並列接続された電源コンデンサと、前記利得調整部で利得調整された音声信号を入力して前記電源供給端子および前記電源コンデンサから供給される電圧を電源電圧として音声増幅する複数の音声増幅部と、該複数の音声増幅部で増幅された信号が個々に入力する複数のスピーカとを備える音声再生装置であって、前記利得調整部は、前記入力する音声信号の値と前記利得調整部の利得と前記各音声増幅部の利得から求まる前記各スピーカの各入力電圧に基づいて、要求される前記電源電圧の値を予測し、前記複数のスピーカの内、前記予測した電源電圧の値よりも高い入力電圧のスピーカがあるとき、前記入力する音声信号の利得を低減させ、前記複数のスピーカの全ての入力電圧の値が前記予測した電源電圧の値がより低いとき、前記入力する音声信号の利得を増大させる、ことを特徴とする
請求項3にかかる発明は、請求項1又は2に記載の音声再生装置において、前記利得調整部における利得調整の変化を、可聴域の周波数の範囲外になるように実施することを特徴とする。
請求項4にかかる発明は、請求項3に記載の音声再生装置において、前記利得調整部における1回当りの利得調整の調整量を、前記利得を低減するときは大きくし、増大するときは小さくすることを特徴とする。
請求項5にかかる発明は、請求項1乃至4のいずれか1つに記載の音声再生装置において、前記利得調整部における利得調整済みの音声信号を記憶する記憶装置を備え、該記憶装置から読み出した音声信号が前記音声増幅部に入力されるようにしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an audio reproduction device according to a first aspect of the present invention includes a gain adjusting unit that adjusts the gain of an audio signal input to the audio input terminal, a power supply capacitor connected in parallel to the power supply terminal, A sound amplification unit that inputs a sound signal gain-adjusted by the gain adjustment unit and amplifies the sound using a voltage supplied from the power supply terminal and the power supply capacitor as a power supply voltage, and a signal amplified by the sound amplification unit An audio reproduction device including an input speaker, wherein the gain adjustment unit is based on an input voltage of the speaker obtained from a value of the input audio signal, a gain of the gain adjustment unit, and a gain of the audio amplification unit. Predicting the required value of the power supply voltage, and when the predicted power supply voltage value is lower than the input voltage value of the speaker, reducing the gain of the input audio signal; When the value of the predicted power supply voltage is higher than the value of the input voltage of the speaker to increase the gain of the audio signal to said input, characterized in that.
According to a second aspect of the present invention, there is provided an audio reproduction device in which a gain adjustment unit for adjusting a gain of an audio signal input to an audio input terminal, a power supply capacitor connected in parallel to a power supply terminal, and gain adjustment by the gain adjustment unit. A plurality of audio amplifying units that input audio signals and amplify audio using voltages supplied from the power supply terminal and the power supply capacitor as power supply voltages, and signals amplified by the audio amplifying units are individually input. An audio reproduction device including a plurality of speakers, wherein the gain adjustment unit is configured to input each input voltage of each speaker obtained from a value of the input audio signal, a gain of the gain adjustment unit, and a gain of each of the audio amplification units. The power supply voltage value required is predicted based on the input power, and when there is a speaker having an input voltage higher than the predicted power supply voltage value among the plurality of speakers, the input is performed. The gain of a voice signal is reduced, and when all the input voltage values of the plurality of speakers are lower than the predicted power supply voltage, the gain of the input voice signal is increased. The invention according to No. 3 is characterized in that, in the audio reproduction device according to
According to a fourth aspect of the present invention, in the audio reproduction device according to the third aspect, the amount of gain adjustment per time in the gain adjusting unit is increased when the gain is reduced, and is decreased when the gain is increased. It is characterized by doing.
According to a fifth aspect of the present invention, in the audio reproduction device according to any one of the first to fourth aspects, the audio reproduction device includes a storage device that stores an audio signal that has been gain-adjusted in the gain adjustment unit, and is read from the storage device. A voice signal is input to the voice amplifier.
本発明によれば、入力する音声信号の値と利得調整部の利得と音声増幅部の利得から求まるスピーカの入力電圧に基づいて、要求される電源電圧の値を予測し、その予測結果に応じて入力音声信号の利得を調整するので、電源電圧や出力側の音声信号のモニタが不要であり、A/D変換器等は不要となる。また、その利得調整部における利得の変化を、可聴帯域の周波数の範囲外となるように行うことによって、調整ノイズが音声信号に混入することを防止することができる。 According to the present invention, the required power supply voltage value is predicted based on the input audio signal value, the gain of the gain adjustment unit, and the input voltage of the speaker obtained from the gain of the audio amplification unit, and according to the prediction result. Since the gain of the input audio signal is adjusted, it is not necessary to monitor the power supply voltage or the output audio signal, and an A / D converter or the like is unnecessary. Further, by performing the gain change in the gain adjustment unit so that it is outside the frequency range of the audible band, it is possible to prevent adjustment noise from being mixed into the audio signal.
<第1の実施例>
図1は本発明の第1の実施例の音声再生装置10Aの構成を示すブロック図である。11はデジタルの音声信号が入力する音声入力端子、12は高電位(Vdd)の電源供給端子、13は低電位(GND)の電源供給端子、14は大容量の電源コンデンサ、15は入力音声信号の利得を調整する利得調整部、16は利得調整済みの音声信号の電力増幅を行う音声増幅部、17はスピーカである。
<First embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an
電源供給端子12,13の間に印加された電圧Vddによって、電源コンデンサ14と音声増幅部15とスピーカ17が駆動される。そして、大出力となって、電源供給端子12,13からの電源供給能力が不足すると、電源コンデンサ14に蓄積した電荷によって、供給不足分が補われる。
The
利得調整部15は、予め記憶しておいた本装置の最大入力電流IIN(定数)、電源コンデンサ14の容量C(定数)、音声増幅部16の効率η1(定数)、スピーカ17のインピーダンスRL(定数)、スピーカ17に印加する電圧VL(変数)に基づき、内蔵するDSP(デジタル・シグナル・プロセッサ)によって、音声信号のサンプリング周期Δt(サンプリング周波数は、例えば44.1kHz)毎に、電源コンデンサ14の両端の電圧VCを次の(1)式によって演算予測し、(2)式を満足させるように、利得調整部15の利得を調整する。
(1)式のカッコ内は、音声増幅部16とスピーカ17に要求される消費電流を最大入力電流IINから減算する式(電荷減少量)である。VC’は、電源コンデンサ14の両端の初期値電圧であり、前回演算時の演算結果の電圧VCである。電圧VLは利得調整部15に入力する音声信号の電圧値Viと全体の利得Gに応じて決まる値であり、VL=G・Viである。利得調整部15の現在の利得をG1、音声増幅部16の利得をG2(一定)とすると、G=G1×G2で求められる。
The
(1) in parentheses is an expression of subtracting the current consumption required for the
処理時には、あるサンプル時の入力音声信号の電圧値Viと利得Gとに基づき電圧VLを求め、得られた電圧VLを(1)式に代入して演算し、新たな電圧VCを求める。そして、VC<VLの関係が成立したときは、電圧VCが不足しているときであり、出力波形がクリップされるのを防ぐために、利得調整部15の利得G1を低減させる。
At the time of processing, the voltage V L is obtained based on the voltage value V i and the gain G of the input audio signal at a certain sample, and the obtained voltage V L is calculated by substituting it into the equation (1) to obtain a new voltage V C. Ask for. When the relationship of V C <V L is established is when the voltage V C is insufficient, to prevent the output waveform is clipped, reduces the gain G 1 of the
このとき、1サンプル当りの利得G1の低減ステップ数(低減量)は、VCとVLの差分に応じたステップ数としてもよいが、急激な音量変化を招くことに懸念がある場合(音声信号クリップ防止よりも急激な音量変化防止に重きを置くとき)は、予め決めたステップ数とする。後者の場合は、利得G1の変化が、可聴帯域の周波数範囲外、例えば20Hz程度かそれより少し低い周波数となる方が好ましい。その周波数は、低減ステップ数を大きくすれば高くなり、小さくすれば低くなる。そして、Δt経過後の次のサンプル時に、VC→VC’として、新たな入力音声信号の電圧値Viと利得G(G1は前回調整済みの値)に基づき、得られた電圧VLを(1)式に代入して、同様な演算を行う。 In this case, one sample per reduction step number of the gain G 1 (low loss), the case may but as the number of steps corresponding to the difference between V C and V L, there is a concern that lead to sudden volume change ( When emphasizing the prevention of volume change more rapidly than the prevention of audio signal clipping), the number of steps is set in advance. In the latter case, the change in gain G 1 is, the frequency range of the audio band, for example, it is preferable to be a 20Hz about whether frequency slightly lower. The frequency increases as the number of reduction steps increases, and decreases as the number of reduction steps decreases. Then, at the next sample after the lapse of Δt, as V C → V C ′, the voltage V V obtained based on the voltage value V i and the gain G (G 1 is the previously adjusted value) of the new input audio signal The same calculation is performed by substituting L into equation (1).
一方、(1)式の演算の結果、VC>VLの関係が成立しているときは、電源コンデンサ14の電圧VCに余裕があるときであり、利得調整部15の利得G1を増大させる。1サンプル当りの利得G1の増大ステップ数(増大量)は、VCとVLの差分に応じたステップ数としてもよいが、この場合は急激な音量変化を招くので、それを防止するためには予め決めたステップ数とする。後者の場合は、利得G1の変化が、2Hz程度の周波数となる方が好ましい。その周波数は、ステップ数を大きくすれば高くなり、小さくすれば低くなる。そして、Δt経過後の次のサンプル時にVC→VC’として、新たな入力音声信号の電圧値Viと利得G(G1は前回調整済みの値)とに基づき、得られた電圧VLを(1)式に代入して、同様な演算を行う。
On the other hand, when the relationship of V C > V L is established as a result of the calculation of the equation (1), there is a margin in the voltage V C of the
以上により、サンプリング周期Δtの経過毎に、入力音声信号の電圧値Viに応じて電圧VCが求められ、利得調整部15における利得が低減、あるいは増大され、利得調整された音声信号VSが音声増幅部16に入力するので、前記した(2)式のVC≧VLの関係を保持することができ、スピーカ17に入力する電圧VLの波形がクリップすることが防止され、出力音声に歪が発生することを防止される(図2参照)。利得G1の変化の周波数は、利得低減のときは前記したように20Hz程度より若干低く、利得増大のときは2Hz程度にすることにより、利得変化に伴う可聴周波数ノイズ発生の問題を回避することができる。
As described above, every time the sampling period Δt elapses, the voltage V C is obtained according to the voltage value V i of the input audio signal, and the gain in the
<第2の実施例>
図3は第2の実施例の音声再生装置10Bの構成を示すブロック図である。ここでは、多チャネル用のn個のスピーカ171〜17nと、それに対応したn個の音声増幅部161〜16n(利得がG21〜G2n)設け、利得調整部15で利得調整した音声信号VSを、それぞれの音声増幅部161〜16nに入力させるようにしたものである。
<Second embodiment>
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the
この実施例では、スピーカ17k(k=1〜n)の入力電圧VLkは、VLk=Vi・G1・G2kで求められるので、次の(3)式により、電圧VCを求め、(4)式が保持されるように、利得調整部15の利得G1を調整する。
(3)式のカッコ内は、各スピーカ17k毎に要求される電流の総計を最大入力電流IINから減算する式(電荷減少量)である。ηkは各音声増幅部16kの効率である。
In this embodiment, since the input voltage V Lk of the speaker 17 k (k = 1 to n) is obtained by V Lk = V i · G 1 · G 2k , the voltage V C is calculated by the following equation (3). determined, (4) expression to be retained, to adjust the gain G 1 of the
In parentheses (3) is an equation (charge reduction) for subtracting the total current required for each
利得調整部15では、複数の電圧VLkの内、電圧VCの値よりも高い電圧が1つでもあるときは利得G1を低減させ、複数の電圧VLkの全ての値が前記予測した電圧VCの値より低いときは利得G1を増大させる。利得G1の変化は、前記した第1の実施例と同様に行う。
The
<第3の実施例>
図4は第3の実施例の音声再生装置10Cの構成を示すブロック図である。ここでは、電源端子12,13の入力側にDC/DCコンバータ18を設けた。電源供給端子19,20の間に供給される電圧が、電源供給端子12,13に供給される規格の電圧Vddと合わない場合、DC/DCコンバータ18により電圧変換を行う。例えば、電源供給端子19,20間に内蔵電池21を接続する場合において電圧が合わない場合は、DC/DCコンバータ18により昇圧を行う。電源供給端子19,20間の入力電圧をVDD、入力電流をIDD、DC/DCコンバータ18の変換効率をη2とすると、その入出力特性は、次の(5)式で表される。
<Third embodiment>
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of an audio playback device 10C according to the third embodiment. Here, a DC /
<第4の実施例>
図5は第4の実施例の音声再生装置10Dの構成を示すブロック図である。図4に示した音声再生装置10Cのように、内蔵電池21を使用する場合は、外部接続用のケーブルは不要にすることが好ましい。そこで、本実施例の音声再生装置10Dでは、ワイヤレス信号受信装置22を備えて、そのワイヤレス信号受信装置22により音声信号を受信して、音声入力端子11から利得調整部15に入力させるよう構成する。この結果、全体構成をワイヤレス化したスピーカ17の装置に納めることができる。
<Fourth embodiment>
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of an
<第5の実施例>
図6は第4の実施例の音声再生装置10Eの構成を示すブロック図である。ここでは、利得調整部15で利得調整が行われた音声信号VSを、CD、MD、DVD、フラッシュメモリ、ハードディスク等の記憶装置23に記憶させておき、そこから読み出して、音声増幅部16に音声信号を出力させる。このように記憶装置23を備えると、同じ曲目を繰り返して再生させる場合には、同じ演算を繰り返すことが省略でき、演算のための消費電力を削減でき、内蔵電池を使用する場合に有利である。
<Fifth embodiment>
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the audio reproducing
<その他の実施例>
なお、利得調整部15における利得調整は、DSPを使用する場合に限らず、パーソナルコンピュータを使用することもでき、また音声入力端子11に入力する音声信号は、デジタル信号に限られず、アナログ信号であってもよい。この場合は、デジタル信号に変換してから、利得調整を行う。利得調整部15から出力する利得調整済みの音声信号も、デジタル信号、アナログ信号のいずれであってもよい。
<Other examples>
Note that the gain adjustment in the
10A,10B,10C,10D,10E:音声再生装置
11:音声入力端子、12:高電位電源供給端子、13:低電位電源供給端子、14:電源コンデンサ、15:利得調整部、16,161〜16n:音声増幅部、17,171〜17n:スピーカ、18:DC/DCコンバータ、19:高電位電源供給端子、20:低電位電源供給端子、21:電池、22:ワイヤレス信号受信装置、23:記憶装置
10A, 10B, 10C, 10D, 10E: Audio playback device 11: Audio input terminal, 12: High potential power supply terminal, 13: Low potential power supply terminal, 14: Power supply capacitor, 15: Gain adjustment unit, 16, 16 1 ˜16 n : audio amplifier, 17, 17 1 ˜17 n : speaker, 18: DC / DC converter, 19: high potential power supply terminal, 20: low potential power supply terminal, 21: battery, 22: wireless signal reception Device, 23: storage device
Claims (5)
前記利得調整部は、前記入力する音声信号の値と前記利得調整部の利得と前記音声増幅部の利得から求まる前記スピーカの入力電圧に基づいて、要求される前記電源電圧の値を予測し、該予測した電源電圧の値が前記スピーカの入力電圧の値より低いとき、前記入力する音声信号の利得を低減させ、前記予測した電源電圧の値が前記スピーカの入力電圧の値より高いとき、前記入力する音声信号の利得を増大させる、
ことを特徴とする音声再生装置。 A gain adjusting unit that adjusts a gain of an audio signal input to the audio input terminal; a power supply capacitor connected in parallel to the power supply terminal; and the power supply terminal that inputs the audio signal gain-adjusted by the gain adjusting unit; An audio reproducing device comprising: an audio amplifying unit for amplifying audio using the voltage supplied from the power supply capacitor as a power supply voltage; and a speaker for inputting a signal amplified by the audio amplifying unit,
The gain adjustment unit predicts a value of the power supply voltage required based on the input voltage of the speaker obtained from the value of the input audio signal, the gain of the gain adjustment unit, and the gain of the audio amplification unit, When the predicted power supply voltage value is lower than the input voltage value of the speaker, the gain of the input audio signal is reduced, and when the predicted power supply voltage value is higher than the input voltage value of the speaker, the Increase the gain of the input audio signal,
An audio reproducing apparatus characterized by the above.
前記利得調整部は、前記入力する音声信号の値と前記利得調整部の利得と前記各音声増幅部の利得から求まる前記各スピーカの各入力電圧に基づいて、要求される前記電源電圧の値を予測し、前記複数のスピーカの内、前記予測した電源電圧の値よりも高い入力電圧のスピーカがあるとき、前記入力する音声信号の利得を低減させ、前記複数のスピーカの全ての入力電圧の値が前記予測した電源電圧の値がより低いとき、前記入力する音声信号の利得を増大させる、
ことを特徴とする音声再生装置 A gain adjusting unit that adjusts a gain of an audio signal input to the audio input terminal; a power supply capacitor connected in parallel to the power supply terminal; and the power supply terminal that inputs the audio signal gain-adjusted by the gain adjusting unit; An audio reproduction apparatus comprising: a plurality of audio amplifying units that amplify audio using the voltage supplied from the power supply capacitor as a power supply voltage; and a plurality of speakers that individually input signals amplified by the audio amplifying units. ,
The gain adjustment unit determines a value of the power supply voltage required based on each input voltage of each speaker obtained from the value of the input audio signal, the gain of the gain adjustment unit, and the gain of each audio amplification unit. Predicting, when there is a speaker having an input voltage higher than the predicted power supply voltage value among the plurality of speakers, the gain of the input audio signal is reduced, and the values of all the input voltages of the plurality of speakers are reduced. Increases the gain of the input audio signal when the predicted power supply voltage value is lower,
Sound reproducing apparatus
前記利得調整部における利得調整の変化を、可聴域の周波数の範囲外になるように実施することを特徴とする音声再生装置。 The sound reproducing device according to claim 1 or 2,
An audio reproducing apparatus, wherein the gain adjustment in the gain adjusting unit is performed so that the change of the gain adjustment is outside an audible frequency range.
前記利得調整部における1回当りの利得調整の調整量を、前記利得を低減するときは大きくし、増大するときは小さくすることを特徴とする音声再生装置。 The audio playback device according to claim 3,
An audio reproducing apparatus characterized in that an adjustment amount of gain adjustment per time in the gain adjusting unit is increased when the gain is reduced, and is decreased when the gain is increased.
前記利得調整部における利得調整済みの音声信号を記憶する記憶装置を備え、該記憶装置から読み出した音声信号が前記音声増幅部に入力されるようにしたことを特徴とする音声再生装置。 The sound reproducing device according to any one of claims 1 to 4,
An audio reproduction apparatus comprising: a storage device that stores an audio signal that has been gain-adjusted in the gain adjustment unit, and an audio signal read from the storage device is input to the audio amplification unit.
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