JP2012134721A - 音声再生システム - Google Patents
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Abstract
【課題】PCMデータのAD変換に代えてPWMによるパルス信号を用いて音声再生を行う場合に、PWMカウント周波数をPCMデータのサンプリング周波数の2のべき乗倍に制限することなく歪の小さなPWMパルス信号を生成して音声再生を行う。
【解決手段】前記PCMデータのサンプリング周波数の2の累乗倍以外の倍数の発振周波数をPWMカウント周波数とするPWM回路(15)により、PCMデータを、指定されたPWM分解能とPWMカウント周波数とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルス信号(PLS)に変換し、変換したパルス信号をスピーカの駆動に用いる。前記PCMデータのサンプリング周波数と前記PWMパルス信号の周波数の整数分の一倍の周波数との差が最も小さいときの前記整数分の一倍の周波数の前記サンプリング周波数に対する誤差率は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率の1/10以下とされる。
【選択図】図1
【解決手段】前記PCMデータのサンプリング周波数の2の累乗倍以外の倍数の発振周波数をPWMカウント周波数とするPWM回路(15)により、PCMデータを、指定されたPWM分解能とPWMカウント周波数とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルス信号(PLS)に変換し、変換したパルス信号をスピーカの駆動に用いる。前記PCMデータのサンプリング周波数と前記PWMパルス信号の周波数の整数分の一倍の周波数との差が最も小さいときの前記整数分の一倍の周波数の前記サンプリング周波数に対する誤差率は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率の1/10以下とされる。
【選択図】図1
Description
本発明は、DAC(Digital to Analog Converter)の代わりにPWM(Pulse Width Modulation)を用いてPCM(Pulse Code Modulation)データをアナログ波形に変換してスピーカを駆動するための信号を生成する音声再生システムに関し、例えば火災報知機の音声警報や家電製品の音声案内に適用して有効な技術に関する。
音声警告や音声案内に用いる音声再生にはマイクロコンピュータ、ローパスフィルタ及びアナログ入力D級アンプを用いてスピーカを駆動する音声再生システムが用いられている。例えば、マイクロコンピュータは必要な音声を発生させるためのADPCM(Adaptive Differential Pulse Code Modulation)データをROM(Read Only Memory)に持ち、ROMから読み出したADPCMデータを伸張し、伸張したPCMデータをDACでアナログ信号に変換して外部に出力する。ローパスフィルタはマイクロコンピュータから出力されたアナログ音声データの折り返し雑音を抑制し、アナログ入力D級アンプはローパスフィルタのアナログ出力をディジタルデータに変換し、変換されたディジタルデータに応ずる周期のパルス波形を生成し、これを用いてスピーカを駆動する。D級アンプを用いることによって低消費電力化される。この音声再生システムにおいては、マイクロコンピュータのCPU(Central Processing Unit)の動作クロック信号、DAC(Digital to Analog Converter)のサンプリング周波数、D級アンプのPWM周波数には同期化は必要とされない。DACのアナログ出力はLPF(Low Pass Filter)を通してから一度ディジタル化された後に再度PWMにてアナログパルス信号化されるからである。一例として、サンプリング周波数16KHzの8ビットのPCMデータを用いるとき、マイクロコンピュータのクロック発生回路が20MHzのクロック信号を生成するとすれば、当該クロック信号を1/1250分周した16KHzのクロック信号をDACのサンプリング周波数とすればよい。D級アンプの動作は16KHzとは非同期の例えば300KHzのようなクロック信号に同期動作して差し支えない。この種の音声再生システムについて特許文献1に記載あがる。同文献は特にDACの出力を受けるD級のパワーアンプ装置の制御に関するものである。
一方、特許文献2にはDACを用いずに複数ビットのディジタル音声データを直接PWMに供給し、PWMで生成されるパルス信号を用いて音声再生を行うスピーカ駆動回路について記載がある。同文献においてはPWMの出力をCMOSインバータを介してスピーカを低インピーダンス駆動ですることによって低消費電力化し、且つ、ディジタル音声データを一度アナログ信号に変換するDA変換動作を不要とするものである。
本発明者はPCMデータを用いる音声再生システムにおいてマイクロコンピュータにオンチップされたDACを用いずにPWMを用いて音声再生を行うことについて検討した。PWM回路はPWMクロック信号(PWMカウントクロック信号)のサイクル変化を計数するコンペアマッチカウンタの計数値0からカウントクリア値までの間をデューティ100%とし、コンペアレジスタの値に応じたデューティでパルス波形を生成することができる。PWM回路を用いた音声再生において、パルス波形の分解能はカウントクリア値に応じて決まり、データのサンプリング周波数即ちPWM回路で生成されるパルス信号の周波数(PWMパルス周波数)は、おおよそPWMクロック信号周波数をカウントクリア値で分周した周波数に相当する。8ビットのPCMデータを用いる場合、PWM回路によるパルス波形の分解能をそれに対応させるには、PWM回路によるコンペアマッチの分解能を256に設定すればよい。例えばマイクロコンピュータの原発振クロック信号周波数が20MHzとすると、PWMクロック信号周波数が20MHz、PWMパルス周波数は20MHz/256=78.125kHzとなり、PCMデータのサンプリング周波数16kHzとは非同期となる。従って、78.125kHzのPWMクロック信号を用いてPWMパルスを生成すると、78.125kHz/4=4.88…となるので、PWM回路は一つのPCMデータに対して同じPWMパルス波形を4回生成したり、5回生成したりすることになり、ノイズや再生音の歪が大きくなる。マイクロコンピュータの原発振クロック信号周波数として、そのPCMデータのサンプリング周波数の2のべき乗倍を選択すればそのような歪を生ずる虞はない。例えば16kHzの1024倍の周波数16.384をマイクロコンピュータの原発振クロック信号周波数とすれば、64kHzのPWMクロック信号を用いて256分解能で同一PCMデータに対して16kHz毎に4回同じパルス波形を生成することができる。しかしながら、特殊な原発振周波数を用いるために高価な振動子を用いなければならなくなり、また、CPUのデータ処理にそれよりも高速なクロック信号周波数を利用できなくなり、データ処理能力が低下する虞がある。また、音声サンプリング周波数として、20MHzのようなマイクロコンピュータの原発振クロック信号周波数の2のべき乗分の1の周波数19.53125kHzにすることも考えられるが、音声サンプリング周波数が特殊になり普遍性がなく、16kHzに比べてデータ量も増加してしまう。
PWMを用いる場合にはクロック信号を計数してコンペアマッチを行うことによってパルス波形を生成しなければならないから、PWM回路で生成されるパルス信号周波数はPWMに音声データをサンプルするサンプリング周波数に同期することが必要になる。要するに、音声データ周波数とPWMパルス周波数との同期をとることが必要である。この点に関し、上述の如く、PCMデータのビット数に従った最大分解能に合わせてPWMの分解能即ちカウントクリア値で決めただけでは歪が発生し、また、原発振周波数もしくはPWMカウント周波数をPCMデータのサンプリング周波数の2のべき乗倍に制限するとその周波数が制限されてコストが上昇し、また、CPUのデータ処理性能が低下するという問題を生ずる。特許文献2にはADコンバータに代えてPWM回路でスピーカを駆動することは記載されているが、本発明者が検討した上述の観点については全く着眼されていない。
本発明の目的は、PCMデータのAD変換に代えてPWMによるパルス信号を用いて音声再生を行う場合に、PWMカウント周波数をPCMデータのサンプリング周波数の2のべき乗倍に制限することなく歪の小さなPWMパルス信号を生成して音声再生を行う音声再生システムを提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、前記PCMデータのサンプリング周波数の2の累乗倍以外の倍数の発振周波数をPWMカウント周波数とするPWM回路により、PCMデータを、指定されたPWM分解能とPWMカウント周波数とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルス信号に変換し、変換したパルス信号をスピーカの駆動に用いる。前記PCMデータのサンプリング周波数と前記PWMパルス信号の周波数の整数分の一倍の周波数との差が最も小さいときの前記サンプリング周波数に対する前記整数分の一倍の周波数の誤差率は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率の1/10以下とされる。
PWMパルス信号の周波数に関する誤差率は半音階の周波数の変化率の1/10よりも小さいから、その誤差は実質的に無視できる。要するに、PWMによるパルス信号の周波数をPCMデータのサンプリング周波数の整数倍の周波数に極力近づけることができるPWM分解能を設定することが出来る。このように設定されるPWM分解能がPCMデータのビット数で決まる分解能よりも大きくなればPWMによるパルス信号の変調度がフルスケールに対して小さくなるが、前記PWMパルス信号の周波数に関する誤差率の制約により、その度合も小さいことが保証される。
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、PCMデータのAD変換に代えてPWMによるパルス信号を用いて音声再生を行う場合に、PWMカウント周波数をPCMデータのサンプリング周波数の2のべき乗倍に制限することなく歪の小さなPWMパルス信号を生成して音声再生を行うことができる。
1.実施の形態の概要
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
〔1〕<スピーカのPWM駆動におけるPWMパルス周期の制御>
本発明の代表的な実施の形態に係る音声再生システム(図6)は、演算制御装置(30,13)と、前記演算制御装置による制御を受けるPWM回路(15)と、クロックパルスジェネレータ(12)とを有する。前記PWM回路は、PCMデータを、指定されたPWM分解能とPWMカウント周波数とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルス信号に変換して出力する。前記クロックパルスジェネレータは、前記PCMデータのサンプリング周波数の2の累乗倍以外の倍数の発振周波数(20MHz)を持つ原発振クロック信号(CLK0)を生成して前記演算制御回路の動作基準クロック信号(CLK0)及び前記PWMカウント周波数を規定するPWMクロック信号(CLK0)を出力する。前記PCMデータのサンプリング周波数(16KHz)と前記PWMパルス信号の周波数(64.1KHz)の整数分の一倍(1/4)の周波数(16.025KHz)との差が最も小さいときの前記サンプリング周波数(16KHz)に対する前記整数分の一倍の周波数(16.025KHz)の誤差率(0,16%)は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率(5.9%)の1/10以下とされる。
本発明の代表的な実施の形態に係る音声再生システム(図6)は、演算制御装置(30,13)と、前記演算制御装置による制御を受けるPWM回路(15)と、クロックパルスジェネレータ(12)とを有する。前記PWM回路は、PCMデータを、指定されたPWM分解能とPWMカウント周波数とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルス信号に変換して出力する。前記クロックパルスジェネレータは、前記PCMデータのサンプリング周波数の2の累乗倍以外の倍数の発振周波数(20MHz)を持つ原発振クロック信号(CLK0)を生成して前記演算制御回路の動作基準クロック信号(CLK0)及び前記PWMカウント周波数を規定するPWMクロック信号(CLK0)を出力する。前記PCMデータのサンプリング周波数(16KHz)と前記PWMパルス信号の周波数(64.1KHz)の整数分の一倍(1/4)の周波数(16.025KHz)との差が最も小さいときの前記サンプリング周波数(16KHz)に対する前記整数分の一倍の周波数(16.025KHz)の誤差率(0,16%)は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率(5.9%)の1/10以下とされる。
この音声再生システムは、PWMパルス信号の周波数がPCMデータのサンプリング周波数に同期しないクロック信号を用いてPWM動作させることを前提とするものである。換言すれば、PWMパルス信号の周波数がPCMデータのサンプリング周波数に同期するクロック信号を用意しなくてもよいということである。このとき、PWMパルス信号の周波数に関する誤差率は半音階の周波数の変化率の1/10よりも小さいものとするから、PWMパルス信号の周波数とPCMデータのサンプリング周波数との非同期に起因する誤差は実質的に無視できる。要するに、PWMによるパルス信号の周波数をPCMデータのサンプリング周波数の整数倍の周波数に極力近づけることができるPWM分解能を設定することになる。このように設定されるPWM分解能がPCMデータのビット数で決まる分解能よりも大きくなればPWMによるパルス信号の変調度がフルスケールに対して小さくなるが、前記PWMパルス信号の周波数に要求される誤差率の制約により、その度合も小さいことが保証される。したがって、PCMデータのAD変換に代えてPWMによるパルス信号を用いて音声再生を行う場合に、PWMカウント周波数をPCMデータのサンプリング周波数の2のべき乗倍に制限することなく歪の小さなPWMパルス信号を生成して音声再生を行うことができる。
〔2〕<スピーカのPWM駆動におけるPWMパルス周期の制御、倍率演算及び補間演算>
本発明の別の実施の形態に係る音声再生システム(図1、図3)は、演算制御回路(20,13)と、前記演算制御回路による制御を受けるPWM回路(15)と、クロックパルスジェネレータ(12)とを有する。前記演算制御回路は、PCMデータのビット数を1ビット増やしてその値を定数倍(312/256)し、定数倍したデータに対する整数倍(4倍、2倍)のデータ補間を行う。前記PWM回路は、前記データ補間されたPCMデータを、指定されたPWM分解能(312)とPWMカウント周波数(20MHz)とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルス信号(PLS)に変換して出力する。前記クロックパルスジェネレータは、前記PCMデータのサンプリング周波数の2の累乗倍以外の倍数の発振周波数(20MHz)を持つ原発振クロック信号(CLK0)を生成して前記演算制御回路の動作基準クロック信号(CLK0)及び前記PWMカウント周波数を規定するPWMクロック信号(CLK0)を出力する。前記演算制御回路による定数倍の当該定数は、倍率演算前のPCMデータのビット数で表現される分解能(256)に対する前記指定されたPWM分解能(312)の割合である。データ補間前の前記PCMデータのサンプリング周波数(16KHz)と前記PWMパルス信号の周波数(64.1KHz)の整数分の一倍(1/4)の周波数との差が最も小さいときの前記サンプリング周波数に対する前記整数分の一倍の周波数(16.025KHz)の誤差率(0.16%)は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率(5.9%)の1/10以下とされる。
本発明の別の実施の形態に係る音声再生システム(図1、図3)は、演算制御回路(20,13)と、前記演算制御回路による制御を受けるPWM回路(15)と、クロックパルスジェネレータ(12)とを有する。前記演算制御回路は、PCMデータのビット数を1ビット増やしてその値を定数倍(312/256)し、定数倍したデータに対する整数倍(4倍、2倍)のデータ補間を行う。前記PWM回路は、前記データ補間されたPCMデータを、指定されたPWM分解能(312)とPWMカウント周波数(20MHz)とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルス信号(PLS)に変換して出力する。前記クロックパルスジェネレータは、前記PCMデータのサンプリング周波数の2の累乗倍以外の倍数の発振周波数(20MHz)を持つ原発振クロック信号(CLK0)を生成して前記演算制御回路の動作基準クロック信号(CLK0)及び前記PWMカウント周波数を規定するPWMクロック信号(CLK0)を出力する。前記演算制御回路による定数倍の当該定数は、倍率演算前のPCMデータのビット数で表現される分解能(256)に対する前記指定されたPWM分解能(312)の割合である。データ補間前の前記PCMデータのサンプリング周波数(16KHz)と前記PWMパルス信号の周波数(64.1KHz)の整数分の一倍(1/4)の周波数との差が最も小さいときの前記サンプリング周波数に対する前記整数分の一倍の周波数(16.025KHz)の誤差率(0.16%)は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率(5.9%)の1/10以下とされる。
この音声再生システムも項1と同様に、PWMによるパルス信号周波数がPCMデータのサンプリング周波数に同期しないクロック信号を用いてPWM動作させることを前提とするもの、換言すれば、PWMによるパルス信号周波数がPCMデータのサンプリング周波数に同期するクロック信号を用意しなくてもよいものである。このとき、PWMパルス信号の周波数に関する誤差率は半音階の周波数の変化率の1/10よりも小さいものとするから、PCMデータのサンプリング周波数とPWMパルス信号の周波数との非同期に起因する誤差は実質的に無視できる。要するに、PWMによるパルス信号の周波数をPCMデータのサンプリング周波数の整数倍の周波数に極力近づけることができるPWM分解能を設定することになる。このように設定されるPWM分解能がPCMデータのビット数で決まる分解能よりも大きくなればPWMによるパルス信号の変調度がフルスケールに対して小さくなるが、PWM回路に供給されるPCMデータはPWM分解能に応じて所定倍に倍率演算されているので、PWMによるパルス信号の変調度はフルスケールに対して小さくならない。更にPWM回路に供給されるPCMデータは原データに対して整数倍のデータ補間が行われてオーバーサンプリングとされるので、PCMデータの標本化折り返し雑音の影響が緩和される。したがって、PCMデータのAD変換に代えてPWMによるパルス信号を用いて音声再生を行う場合に、PWMカウント周波数をPCMデータのサンプリング周波数の2のべき乗倍に制限することなく歪の小さなPWMパルス信号を生成して音声再生を行うことができる。
〔3〕<サンプリング周波数2倍のオーバーサンプリング>
項2の音声再生システムにおいて、前記データ補間は、原データ間にデータを1個づつ挿入してサンプリング周波数を2倍にする処理である。
項2の音声再生システムにおいて、前記データ補間は、原データ間にデータを1個づつ挿入してサンプリング周波数を2倍にする処理である。
サンプリング周波数が2倍になった分だけPCMデータのサンプリング折り返し雑音の中心周波数が高くなってその影響が緩和される。
〔4〕<サンプリング周波数4倍のオーバーサンプリング>
項2の音声再生システムにおいて、前記データ補間は、原データ間にデータを3個づつ挿入してサンプリング周波数を4倍にする処理である。
項2の音声再生システムにおいて、前記データ補間は、原データ間にデータを3個づつ挿入してサンプリング周波数を4倍にする処理である。
サンプリング周波数が4倍になった分だけPCMデータのサンプリング折り返し雑音の中心周波数が更に高くなってその影響をより緩和することができる。
〔5〕<PWM回路の出力をドライバに直結>
項4の音声再生システムにおいて、前記PWM回路の出力を受けてスピーカを駆動するドライバ回路(2)を有する。
項4の音声再生システムにおいて、前記PWM回路の出力を受けてスピーカを駆動するドライバ回路(2)を有する。
ローパスフィルタを介在させることなくPWM回路の出力を直接ドライバ回路に供給してスピーカを駆動することができる。
〔6〕<ドライバ回路のトライステート制御>
項5の音声再生システム(図3)において、前記演算制御回路は音声再生動作を行うとき前記ドライバ回路を高出力インピーダンス状態に制御し、音声再生動作を行わないとき前記ドライバ回路をプッシュ・プル出力動作可能に制御する。
項5の音声再生システム(図3)において、前記演算制御回路は音声再生動作を行うとき前記ドライバ回路を高出力インピーダンス状態に制御し、音声再生動作を行わないとき前記ドライバ回路をプッシュ・プル出力動作可能に制御する。
低消費電力に資することができる。
〔7〕<演算制御回路の動作基準クロック信号とPWMクロック信号の同一周波数>
項2の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路の動作基準クロック信号(CLK0)と前記PWMクロック信号(CLK0)は等しい周波数(20MHz)を有する。
項2の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路の動作基準クロック信号(CLK0)と前記PWMクロック信号(CLK0)は等しい周波数(20MHz)を有する。
所要の演算処理スピードを維持するために演算制御回路で必要な周波数のクロック信号をPWMクロック信号に用いても、歪のないPWMパルス信号によるスピーカ駆動を行うことができる。
〔8〕<演算制御回路のプログラムによるPWM分解能の指定>
項2の音声再生システムにおいて、前記指定されたPWM分解能の値は前記演算制御回路が実行するプログラムによって指定される。
項2の音声再生システムにおいて、前記指定されたPWM分解能の値は前記演算制御回路が実行するプログラムによって指定される。
採用するクロック信号周波数に応じた分解能の設定を容易に行うことができる。
〔9〕<CPU>
項2の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路はCPU(20)及び前記CPUが実行するプログラムを格納するメモリ(13)である。
項2の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路はCPU(20)及び前記CPUが実行するプログラムを格納するメモリ(13)である。
補間演算及び倍率演算をプログラム処理によって用意に実現することができる。
〔10〕<マイクロコンピュータ>
項2の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路、PWM回路及びクロックパルスジェネレータは1チップの半導体集積回路化されたマイクロコンピュータ(1,1A)に搭載される。
項2の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路、PWM回路及びクロックパルスジェネレータは1チップの半導体集積回路化されたマイクロコンピュータ(1,1A)に搭載される。
音声再生システムをマイクロコンピュータの応用システムとして実現することができる。
〔11〕<スピーカのPWM駆動におけるPWMパルス周期の制御及び補間演算>
本発明の更に別の実施の形態に係る音声再生システム(図4)は、演算制御回路と、前記演算制御回路による制御を受けるPWM回路と、クロックパルスジェネレータとを有する。前記演算制御回路は、PCMデータに対する整数倍のデータ補間を行う。前記PWM回路は、前記データ補間されたPCMデータを、指定されたPWM分解能とPWMカウント周波数とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルス信号に変換して出力する。記クロックパルスジェネレータは、前記PCMデータのサンプリング周波数の2の累乗倍以外の倍数の発振周波数を持つ原発振クロック信号を生成して前記演算制御回路の動作基準クロック信号及び前記PWMカウント周波数を規定するPWMクロック信号を出力する。データ補間前の前記PCMデータのサンプリング周波数と前記PWMパルス信号の周波数の整数分の一倍の周波数との差が最も小さいときの前記サンプリング周波数に対する前記整数分の一倍の周波数の誤差率は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率の1/10以下とされる。
本発明の更に別の実施の形態に係る音声再生システム(図4)は、演算制御回路と、前記演算制御回路による制御を受けるPWM回路と、クロックパルスジェネレータとを有する。前記演算制御回路は、PCMデータに対する整数倍のデータ補間を行う。前記PWM回路は、前記データ補間されたPCMデータを、指定されたPWM分解能とPWMカウント周波数とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルス信号に変換して出力する。記クロックパルスジェネレータは、前記PCMデータのサンプリング周波数の2の累乗倍以外の倍数の発振周波数を持つ原発振クロック信号を生成して前記演算制御回路の動作基準クロック信号及び前記PWMカウント周波数を規定するPWMクロック信号を出力する。データ補間前の前記PCMデータのサンプリング周波数と前記PWMパルス信号の周波数の整数分の一倍の周波数との差が最も小さいときの前記サンプリング周波数に対する前記整数分の一倍の周波数の誤差率は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率の1/10以下とされる。
この音声再生システムは項2に比べてPCMデータの倍率演算を行わない点が相違され、その相違点以外の構成に関しては項2と同様の作用効果を奏する。
〔12〕<サンプリング周波数2倍のオーバーサンプリング>
項11の音声再生システムにおいて、前記データ補間は、原データ間にデータを1個づつ挿入してサンプリング周波数を2倍にする処理である。
項11の音声再生システムにおいて、前記データ補間は、原データ間にデータを1個づつ挿入してサンプリング周波数を2倍にする処理である。
サンプリング周波数が2倍になった分だけPCMデータのサンプリング折り返し雑音の中心周波数が高くなってその影響が緩和される。
〔13〕<サンプリング周波数4倍のオーバーサンプリング>
項11の音声再生システムにおいて、前記データ補間は、原データ間にデータを3個づつ挿入してサンプリング周波数を4倍にする処理である。
項11の音声再生システムにおいて、前記データ補間は、原データ間にデータを3個づつ挿入してサンプリング周波数を4倍にする処理である。
サンプリング周波数が4倍になった分だけPCMデータのサンプリング折り返し雑音の中心周波数が更に高くなってその影響をより緩和することができる。
〔14〕<PWM回路の出力をドライバに直結>
項13の音声再生システムにおいて、前記PWM回路の出力を受けてスピーカを駆動するドライバ回路を有する。
項13の音声再生システムにおいて、前記PWM回路の出力を受けてスピーカを駆動するドライバ回路を有する。
ローパスフィルタを介在させることなくPWM回路の出力を直接ドライバ回路に供給してスピーカを駆動することができる。
〔15〕<ドライバ回路のトライステート制御>
項14の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路は音声再生動作を行うとき前記ドライバ回路を高出力インピーダンス状態に制御し、音声再生動作を行わないとき前記ドライバ回路をプッシュ・プル出力動作可能に制御する。
項14の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路は音声再生動作を行うとき前記ドライバ回路を高出力インピーダンス状態に制御し、音声再生動作を行わないとき前記ドライバ回路をプッシュ・プル出力動作可能に制御する。
低消費電力に資することができる。
〔16〕<演算制御回路の動作基準クロック信号とPWMクロック信号の同一周波数>
項11の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路の動作基準クロック信号と前記PWMクロック信号は等しい周波数を有する。
項11の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路の動作基準クロック信号と前記PWMクロック信号は等しい周波数を有する。
所要の演算処理スピードを維持するために演算制御回路で必要な周波数のクロック信号をPWMクロック信号に用いても、歪のないPWMパルス信号によるスピーカ駆動を行うことができる。
〔17〕<演算制御回路のプログラムによるPWM分解能の指定>
項11の音声再生システムにおいて、 前記指定されたPWM分解能の値は前記演算制御回路が実行するプログラムによって指定される。
項11の音声再生システムにおいて、 前記指定されたPWM分解能の値は前記演算制御回路が実行するプログラムによって指定される。
採用するクロック信号周波数に応じた分解能の設定を容易に行うことができる。
〔18〕<CPU>
項11の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路はCPU及び前記CPUが実行するプログラムを格納するメモリである。
項11の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路はCPU及び前記CPUが実行するプログラムを格納するメモリである。
補間演算及び倍率演算をプログラム処理によって用意に実現することができる。
〔19〕<マイクロコンピュータ>
項11の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路、PWM回路及びクロックパルスジェネレータは1チップの半導体集積回路化されたマイクロコンピュータ(1B)に搭載される。
項11の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路、PWM回路及びクロックパルスジェネレータは1チップの半導体集積回路化されたマイクロコンピュータ(1B)に搭載される。
音声再生システムをマイクロコンピュータの応用システムとして実現することができる。
〔20〕<スピーカのPWM駆動におけるPWMパルス周期の制御及び倍率演算>
本発明の更に別の実施の形態に係る音声再生システム(図5)は、演算制御回路と、前記演算制御回路による制御を受けるPWM回路と、クロックパルスジェネレータとを有する。前記演算制御回路は、PCMデータのビット数を1ビット増やしてその値を定数倍する倍率演算を行う。前記PWM回路は、前記倍率演算されたPCMデータを、指定されたPWM分解能とPWMカウント周波数とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルス信号に変換して出力する。前記クロックパルスジェネレータは、前記PCMデータのサンプリング周波数の2の累乗倍以外の倍数の発振周波数を持つ原発振クロック信号を生成して前記演算制御回路の動作基準クロック信号及び前記PWMカウント周波数を規定するPWMクロック信号を出力する。前記演算制御回路による定数倍の当該定数は、倍率演算前のPCMデータのビット数で決まる分解能に対する前記指定されたPWM分解能の割合である。前記PCMデータのサンプリング周波数と前記PWMパルス信号の周波数の整数分の一倍の周波数との差が最も小さいときの前記サンプリング周波数に対する前記整数分の一倍の周波数の誤差率は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率の1/10以下とされる。
本発明の更に別の実施の形態に係る音声再生システム(図5)は、演算制御回路と、前記演算制御回路による制御を受けるPWM回路と、クロックパルスジェネレータとを有する。前記演算制御回路は、PCMデータのビット数を1ビット増やしてその値を定数倍する倍率演算を行う。前記PWM回路は、前記倍率演算されたPCMデータを、指定されたPWM分解能とPWMカウント周波数とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルス信号に変換して出力する。前記クロックパルスジェネレータは、前記PCMデータのサンプリング周波数の2の累乗倍以外の倍数の発振周波数を持つ原発振クロック信号を生成して前記演算制御回路の動作基準クロック信号及び前記PWMカウント周波数を規定するPWMクロック信号を出力する。前記演算制御回路による定数倍の当該定数は、倍率演算前のPCMデータのビット数で決まる分解能に対する前記指定されたPWM分解能の割合である。前記PCMデータのサンプリング周波数と前記PWMパルス信号の周波数の整数分の一倍の周波数との差が最も小さいときの前記サンプリング周波数に対する前記整数分の一倍の周波数の誤差率は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率の1/10以下とされる。
この音声再生システムは項2に比べてデータ補間演算を行わない点が相違され、その相違点以外の構成に関しては項2と同様の作用効果を奏する。
〔21〕<PWM回路の出力をLPFおよびアナログ入力D級アンプに接続>
項20の音声再生システムにおいて、前記PWM回路の出力に入力が接続されたローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力を受けてスピーカを駆動するアナログ入力D級アンプを有する。
項20の音声再生システムにおいて、前記PWM回路の出力に入力が接続されたローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力を受けてスピーカを駆動するアナログ入力D級アンプを有する。
オーバーサンプリングによる折り返し雑音の低減効果を期待できない分だけ、ローパスフィルタとアナログ入力D級アンプを用いて、再生音の歪抑制を補うことが出来る。
〔22〕<演算制御回路の動作基準クロック信号とPWMクロック信号の同一周波数>
項20の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路の動作基準クロック信号と前記PWMクロック信号は等しい周波数を有する。
項20の音声再生システムにおいて、前記演算制御回路の動作基準クロック信号と前記PWMクロック信号は等しい周波数を有する。
所要の演算処理スピードを維持するために演算制御回路で必要な周波数のクロック信号をPWMクロック信号に用いても、歪のないPWMパルス信号によるスピーカ駆動を行うことができる。
〔23〕<演算制御回路のプログラムによるPWM分解能の指定>
項20の音声再生システムにおいて、前記指定されたPWM分解能の値は前記演算制御回路が実行するプログラムによって指定される。
項20の音声再生システムにおいて、前記指定されたPWM分解能の値は前記演算制御回路が実行するプログラムによって指定される。
採用するクロック信号周波数に応じた分解能の設定を容易に行うことができる。
2.実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
実施の形態について更に詳述する。
〔実施の形態1〕
図1には本発明の実施の形態1に係る音声再生システムが例示される。同図に示される音声再生システムはマイクロコンピュータ1で生成されたPWMパルス信号をドライバ回路(DRV)2に与えてスピーカ3を駆動するシステムであって、例えば火災報知機の警告音声、給湯器や家電品などの音声案内に適用されるシステムである。
図1には本発明の実施の形態1に係る音声再生システムが例示される。同図に示される音声再生システムはマイクロコンピュータ1で生成されたPWMパルス信号をドライバ回路(DRV)2に与えてスピーカ3を駆動するシステムであって、例えば火災報知機の警告音声、給湯器や家電品などの音声案内に適用されるシステムである。
図1ではPWMによる音声再生に必要な機能に集約してマイクロコンピュータ1の構成を示している。図1においてマイクロコンピュータ1は、特に制限されないが、警告音声や案内音声に応ずる4ビットのADPCM(Adaptive Differential Pulse Code Modulation)データをROM13に備え、ROM13から読み出されたADPCMデータは伸張処理回路16によって8ビットのPCMデータに伸張されて、例えばRAM14に格納される。8ビットのPCMデータは倍率演算及び補間演算回路17に供給され、倍率演算及び補間演算回路17は、PCMデータのビット数を1ビット増やしてその値を定数倍し、定数倍したデータに対する4倍のデータ補間を行う。4倍のデータ補間は例えば2個の原データを平均して平均値補間データを生成し、更に2個の原データの夫々と補間データを平均して平均値保管データを生成することによって、原データ間にデータを3個づつ挿入してサンプリング周波数を4倍にする処理である。即ち、サンプリング周波数4倍のオーバーサンプリングとされる。したがってサンプリング周波数16KHzの原データはオーバーサンプリング周波数64KHzの補間データになる。サンプリング周波数が4倍になった分だけPCMデータのサンプリング折り返し雑音の中心周波数が高くなってその影響をより緩和することができるようになる。演算処理されたデータが供給されるPWM回路(PWMTMR)15は、PWM分解能とPWMカウント周波数とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルスに変換して出力する。指定された分解能でPWM周期毎に、供給されたPCMデータに対応するPWMパルス信号PLSを出力する。
前記クロックパルスジェネレータ12は、例えば外部のクロック端子P1,P2に接続された水晶振動子4の固有振動数に従ってクロック信号CLK0を生成する発信回路(OSC)10と分周回路(DIV)11とを有する。クロック信号CLK0は20MHzであり前記PCMデータのサンプリング周波数である16kHzの2の累乗倍以外の倍数の発振周波数を持つ原発振クロック信号とされる。特に制限されないが、PWM回路15は前記クロック信号CLK0をPWMカウントクロック信号として用いる。マイクロコンピュータ1はクロック信号CLK0に同期してデータ処理を行う。分周器11はクロック信号CLK0を分周してクロック信号を生成し、その一つとしてPCMデータのサンプリング周波数16KHzの近傍の、1248分周した16.025KHzのクロック信号CLK1が図示されている。クロック信号CLK1の周波数16.025KHzの意義についてはPWM回路と一緒に説明する。
ここで、PWM回路15は、特に図示はしないが、PWMカウントクロック信号のサイクル変化を計数するコンペアマッチカウンタの計数値0からカウントクリア値までの間をデューティ100%とし、コンペアレジスタの値に応じたデューティでパルス波形を生成する回路である。従って、カウントクリア値はPWMパルス信号PLSの分解能に対応され、コンペアレジスタには倍率演算及び補間演算回路17から出力されるPCMデータがPWMサイクル毎にプリセットされる。このように、PWM回路15を用いた音声再生において、PWMパルス信号PLSの分解能はカウントクリア値に応じて決まり、データのサンプリング周波数即ちPWM回路で生成されるPWMパルス信号PLSの周波数(PWMパルス周波数)は、おおよそPWMカウントクロック信号(CLK0)の周波数をカウントクリア値(即ちPWM分解能)で分周した周波数に相当する。伸張された8ビットのPCMデータを用いる場合、PWM回路15によるPPWMパルス信号の分解能をそれに対応させるには、PWM回路15によるコンペアマッチの分解能を256に設定すればよい。しかしながら、マイクロコンピュータ1は全体としてのデータ処理の必要性から原発振クロック信号CLK0の周波数を20MHzとし、これに応じてPWMカウントクロック信号の周波数も20MHzとされるので、PWM回路15の分解能を256とすると、PWMパルス信号の周波数は20MHz/256=78.125kHzとなり、PCMデータのサンプリング周波数16kHzとは非同期となる。完全同期化するには振動子の固有振動数を例えば16.384MHzのように特殊な専用周波数としなければならず高価な振動子を用いなければならず、しかも、マイクロコンピュータ1の全体的なデータ処理速度も低下せざるを得なくなる。そこで、PWMパルス信号の周波数が原データのサンプリング周波数の4倍のオーバーサンプリング周波数に近い周波数になるようにPWM回路の分解能を、例えば256分解能よりも高い312分解能に設定する。
PWM回路15の分解能を312とすると、PWMパルス信号PLSの周波数は20MHz/312=64.1026KHzとなる。原データのサンプリング周波数(16KHz)との差が最も小さくなるPWMパルス信号PLSの周波数はその周波数の1/4倍である、64.1026/4=16.025KHzとなり、サンプリング周波数16KHzに対する前記1/4倍の周波数16.025KHzの誤差率は、0.16%[=(16.025−16)/16]である。音の周波数は1オクターブ(12半音階)上がると2倍になるから、半音階上方への周波数変化率は2の12乗根の値である1.05946…になり、これは約5.9%の周波数変化に相当する。その1/10以下の周波数変化であれば実質的に無視できるほどである。例えば、オーケストラでも音感上440Hzを442Hzとして演奏することがよく行われ、これは0.45%の周波数誤差であることからも、上述した、「その1/10以下の周波数変化は実質的に無視できるほどである。」ことについては妥当と考えられる。したがって、上記誤差率をPCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率の1/10以下とするように、PWMパルス信号PLSの周期、即ち、PWMクロック信号の周波数に対するPWMの分解能を決定すればよい。
8ビットの原PCMデータの分解能が256であるとき、そのままの分解能のPCMデータを312分解能でPWM変換すると、PWMパルス信号の変調度がフルスケールに対して小さくなり、出力ゲインが低下する。この点について、前記倍率演算及び補間演算回路17は、原PCMデータの分解能に対するPWMの分解能の倍率で8ビットの原PCMデータの大きさに対する倍率演算を行う。具体的には312/256倍の害率演算を行う。倍率演算されたPCMデータのビット数は9ビットになる。これにより、PWM回路15によるPWMパルス信号PLSの変調度はフルスケールに対して小さくならない。
したがって、PWM回路15に供給されるPCMデータは原データに対して倍率演算されると共に整数倍のデータ補間が行われてオーバーサンプリングとされるので、PWMパルス信号PLSには出力ゲインのロスがなく、PCMデータの標本化折り返し雑音の影響が緩和される。よって、PWM回路15のからPWMパルス信号PWMを出力する出力端子P3にはスピーカ3を駆動するドライバ回路2を直結すればよい。ドライバ回路2にはプッシュ・プル回路を採用すれば充分である。PWM回路15の出力をローパスフィルタを介してドライバに供することも、また、ドライバ回路にアナログ入力D級アンプを採用することも必要ない。
図2にはマイクロコンピュータのハードウェア構成が例示される。マイクロコンピュータは例えばCMOS集積回路製技術によって単結晶シリコンのような1個の半導体基板に形成される。マクロコンピュータ1は、例えば、プログラムを実行するCPU(中央処理装置)20、CPU20の動作プログラム他前記ADPCMデータなどを保有するROM13、CPU20のワーク領域などに用いられるRAM14、PWM海路(PWMTMR)15、クロックパルスジェネレータ(CPG)12、ダイレクトメモリアクセスコントローラ(DMAC)、割り込みコントローラ(INTC)22、システムリセットや動作モードの制御を行うシステムコントローラ(SYSCNT)23、ディジタルアナログコンバータ(DAC)26、アナログディジタルコンバータ(ADC)25、フラッシュメモリ(FLSH)28、入出力ポート(PORT)28、バスコントローラ(BSC)29、及びそれらが共有する内部バス30を備える。
前記伸張処理回路16及び倍率演算及び補間演算回路17は、CPU20とその動作プログラムによって実現される、演算制御回路の一例である。PWM回路15におけるPWM動作のための分解能は、CPU20が実行するプログラムによって指定される。例えば、PWM回路15における前記コンペアマッチカウンタのカウントクリア値がPWMの分解能に相当されるから、そのカウントクリア値が設定される制御レジスタが分解能の設定対象になる。コンペアマッチカウンタの計数値と比較されるコンペアレジスタには倍率演算及び補間演算されたPCMデータがセットされることになり、コンペアレジスタに対するデータのプロセット周期がクロック信号CLK1の周波数16.025KHzによって規定されることになる。図1に示されたクロック信号CLK1の周波数16.025KHzはその意義を表している。
実施の形態1に係る音声再生システムによれば、PCMデータのAD変換に代えてPWMによるパルス信号を用いて音声再生を行う場合に、PWMカウント周波数をPCMデータのサンプリング周波数の2のべき乗倍に制限することなく歪の小さなPWMパルス信号を生成して音声再生を行うことができる。
図1の例ではCPU20の動作基準クロック信号は前記PWMクロック信号CLK0と等しい周波数を有する。所要の演算処理スピードを維持するためにCPU20で必要な周波数のクロック信号をPWMクロック信号CLK0に用いても、上述より明らかなように、歪のないPWMパルス信号PLSによるスピーカ駆動を行うことができる。
図3には別の音声再生システムが例示される。図1との相違点は、音声再生動作を行うときマイクロコンピュータ1Aがイネーブル信号DENで前記ドライバ回路2を高出力インピーダンス状態に制御し、音声再生動作を行うときイネーブル信号DENで前記ドライバ回路2をプッシュ・プル出力動作可能に制御する点である、この制御は例えばCPU20が行えばよい。低消費電力に資することができる。その他の点は図1と同じであるからその詳細な説明は省略する。
特に図示はしないが、前記データ補間は、原データ間にデータを1個づつ挿入してサンプリング周波数を2倍にする処理であってもよい。サンプリング周波数を4倍にする図1に比べてPCMデータのサンプリング折り返し雑音の中心周波数が低くなるが、データ補間によるオーバーサンプリングを行わない場合に比べて返し雑音のよる影響を緩和することができる。
〔実施の形態2〕
図4には本発明の実施の形態2に係る音声再生システムが例示される。図1との相違点は、倍率演算及び補間演算回路17の代わりに倍率演算を行わずに補間演算だけ行う補間演算回路17Bを採用したことである。即ち、マイクロコンピュータ1Bは、伸張された8ビットのPCMデータに対して整数倍のデータ補間を行う補間演算回路17Bを採用し、補間演算結果をPWM回路15に供給してPWMパルス信号PLSを生成するようにした。その他の構成は図1と同じであり、その詳細な説明は省略する。
図4には本発明の実施の形態2に係る音声再生システムが例示される。図1との相違点は、倍率演算及び補間演算回路17の代わりに倍率演算を行わずに補間演算だけ行う補間演算回路17Bを採用したことである。即ち、マイクロコンピュータ1Bは、伸張された8ビットのPCMデータに対して整数倍のデータ補間を行う補間演算回路17Bを採用し、補間演算結果をPWM回路15に供給してPWMパルス信号PLSを生成するようにした。その他の構成は図1と同じであり、その詳細な説明は省略する。
図4の音声再生システムにおいて、クロック信号CLK0は20MHz、PWM回路15に設定される分解能は312、補間演算回路17Bは平均値補間によって4倍のオーバーサンプリングを行って、データ毎にサンプリング周波数が16.025KHzの4倍の64.1KHzでPWMパルス信号PLSを生成する。実施の形態1と同様に、データ補間前の前記PCMデータのサンプリング周波数と前記PWMパルス信号の周波数の整数分の一倍の周波数と差が最も小さいときの前記サンプリング周波数に対する前記整数分の一倍の周波数の誤差率は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率の1/10以下とされる。
この音声再生システムは図1に比べてPCMデータの倍率演算を行わない点が相違され、その相違点以外の構成に関しては同様の作用効果を奏する。
データ補間はサンプリング周波数2倍のオーバーサンプリングでもよいし、ドライバ回路2に対してはトライステート制御をおこなってもよい。PWM分解能の指定も上記同様にCPU20プログラム制御によって行えばよい。マイクロコンピュータ1Bには図2と同様のハードウェア構成を採用し、倍率演算を行わず、平均値補間演算を行う点はCPU20の動作プログラムの相違として実現すればよい。
〔実施の形態3〕
図5には本発明の実施の形態3に係る音声再生システムが例示される。図1との相違点は、倍率演算及び補間演算回路17の代わりに補間演算を行わずに倍率演算だけ行う倍率演算回路17Cを採用したことである。即ち、マイクロコンピュータ1Cは、伸張された8ビットのPCMデータに対して倍率演算を行う倍率演算回路17Cを採用し、倍率演算結果をPWM回路15に供給してPWMパルス信号PLSを生成するようにした。その他の構成は図1と同じであり、その詳細な説明は省略する。
図5には本発明の実施の形態3に係る音声再生システムが例示される。図1との相違点は、倍率演算及び補間演算回路17の代わりに補間演算を行わずに倍率演算だけ行う倍率演算回路17Cを採用したことである。即ち、マイクロコンピュータ1Cは、伸張された8ビットのPCMデータに対して倍率演算を行う倍率演算回路17Cを採用し、倍率演算結果をPWM回路15に供給してPWMパルス信号PLSを生成するようにした。その他の構成は図1と同じであり、その詳細な説明は省略する。
図5の音声再生システムにおいて、クロック信号CLK0は20MHz、PWM回路15に設定される分解能は312、倍率演算回路17Cは312/256倍の倍率演算を行って、倍率演算されたデータ毎に周波数16.025KHzのサイクル毎に同じPWMパルス信号PLSを4回づつ生成して出力する。実施の形態1と同様に、PCMデータのサンプリング周波数と前記PWMパルス信号の周波数の整数分の一倍の周波数と差が最も小さいときの前記サンプリング周波数に対する前記整数分の一倍の周波数の誤差率は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率の1/10以下とされる。マイクロコンピュータ1Cによるデータ処理は、図1に比べてPCMデータの補間演算を行わない点が相違され、その相違点以外の構成に関しては同様の作用効果を奏するが、補間演算を行わないことにより、オーバーサンプリングによる折り返し雑音の影響を緩和するという効果を期待することが出来ないので、前記PWM回路15の出力をローパスフィルタ(LPF)5で受け、LPF5の出力信号をアナログ入力D級アンプ6に入力し、マイクロコンピュータ1C側とは完全非同期で入力信号を再度ディジタル化してからスピーカ3をPWMパルス駆動する。即ち、オーバーサンプリングによる折り返し雑音の低減効果を期待できない分だけ、ローパスフィルタ5とアナログ入力D級アンプ6を用いて、再生音の歪抑制を補うことが出来る。
PWM分解能の指定も上記同様にCPU20プログラム制御によって行えばよい。マイクロコンピュータ1Cには図2と同様のハードウェア構成を採用し、平均値補間演算を行わず、倍率演算を行う点はCPU20の動作プログラムの相違として実現すればよい。
〔実施の形態4〕
図6には本発明の実施の形態4に係る音声再生システムが例示される。図1との相違点は、倍率演算及び補間演算の相補共に行わずにPWMパルス信号を生成するマイクロコンピュータ1Dを採用したことである。その他の構成は図1と同じであり、その詳細な説明は省略する。
図6には本発明の実施の形態4に係る音声再生システムが例示される。図1との相違点は、倍率演算及び補間演算の相補共に行わずにPWMパルス信号を生成するマイクロコンピュータ1Dを採用したことである。その他の構成は図1と同じであり、その詳細な説明は省略する。
図6の音声再生システムにおいて、クロック信号CLK0は20MHz、PWM回路15に設定される分解能は312、伸張された個々のPCMデータに対して周波数16.025KHzのサイクル毎に同じPWMパルス信号PLSを4回づつ生成して出力する。実施の形態1と同様に、PCMデータのサンプリング周波数と前記PWMパルス信号の周波数の整数分の一倍の周波数と差が最も小さいときの前記サンプリング周波数に対する前記整数分の一倍の周波数の誤差率は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率の1/10以下とされる。マイクロコンピュータ1Dによるデータ処理は、図1に比べてPCMデータの倍率演算及び補間演算を行わない点が相違され、その相違点以外の構成に関しては同様の作用効果を奏するが、補間演算を行わないことにより、オーバーサンプリングによる折り返し雑音の影響を緩和するという効果を期待することが出来ないので、実施の形態3と同様に、前記PWM回路15の出力をローパスフィルタ(LPF)5で受け、LPF5の出力信号をアナログ入力D級アンプ6に入力し、マイクロコンピュータ1C側とは完全非同期で入力信号を再度ディジタル化してからスピーカ3をPWMパルス駆動する。即ち、オーバーサンプリングによる折り返し雑音の低減効果を期待できない分だけ、ローパスフィルタ5とアナログ入力D級アンプ6を用いて、再生音の歪抑制を補うことが出来る。更に、指定されたPWM分解能(=312)がPCMデータのビット数で決まる分解能(=256)よりも大きいのでPWMパルス信号の変調度がフルスケールに対して小さくなるが、前記PWMパルス信号の周波数に要求される誤差率の制約により、その度合も小さいことが保証される。したがって、PCMデータのAD変換に代えてPWMによるパルス信号を用いて音声再生を行う場合に、PWMカウント周波数をPCMデータのサンプリング周波数の2のべき乗倍に制限することなく、ある程度の許容範囲で歪の小さなPWMパルス信号を生成して音声再生を行うことができる。
PWM分解能の指定も上記同様にCPU20プログラム制御によって行えばよい。マイクロコンピュータ1Dには図2と同様のハードウェア構成を採用し、平均値補間演算及び倍率演算を行わない点はCPU20の動作プログラムの相違として実現すればよい。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、CPUの同期基準クロック信号とPWMクロック信号とは、原発振が共通であれば異なる周波数であってよいことは言うまでもない。クロックパルスジェネレータは振動子を用いる構成に限定されず、振動子を用いないリングオシレータで構成してもよいし、また、外部からシステムクロック信号を入力して利用する回路であってもよい。スピーカを駆動するドライバは一対のインバータを相補動作して双極駆動する駆動形態に限定されず、単極駆動を行う駆動形式のものであってもよい。PWMクロック信号とCPUの動作基準クロック信号は異なる周波数のクロック信号であってよいことは言うまでもなく、ADPCMデータとCPUの動作プログラムはフラッシュメモリのような電気的に書き換え可能な不揮発性メモリに保持させてもよい。演算制御回路はCPUとその動作プログラムを保持するメモリに限定されず、ディジタル信号処理プロセッサやその他のアクセラレータ及びその動作プログラムを含んでもよい。補間演算は平均値補間に限定されず他の補間演算を採用してもよい。
1、1A,1B,1C,1D マイクロコンピュータ
2 ドライバ回路(DRV)
3 スピーカ
4 水晶振動子
5 ローパスフィルタ(LPF)
6 アナログ入力D級アンプ
13 ROM
14 RAM
16 伸張処理回路
17 倍率演算及び補間演算回路
17B 補間演算回路
17C 倍率演算回路
15 PWM回路(PWMTMR)
P1,P2 クロック端子
P3 出力端子
CLK0、CLK1 クロック信号
10 発信回路(OSC)
11 分周回路(DIV)
12 クロックパルスジェネレータ
2 ドライバ回路(DRV)
3 スピーカ
4 水晶振動子
5 ローパスフィルタ(LPF)
6 アナログ入力D級アンプ
13 ROM
14 RAM
16 伸張処理回路
17 倍率演算及び補間演算回路
17B 補間演算回路
17C 倍率演算回路
15 PWM回路(PWMTMR)
P1,P2 クロック端子
P3 出力端子
CLK0、CLK1 クロック信号
10 発信回路(OSC)
11 分周回路(DIV)
12 クロックパルスジェネレータ
Claims (23)
- 演算制御装置と、前記演算制御装置による制御を受けるPWM回路と、クロックパルスジェネレータとを有し、
前記PWM回路は、PCMデータを、指定されたPWM分解能とPWMカウント周波数とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルス信号に変換して出力し、
前記クロックパルスジェネレータは、前記PCMデータのサンプリング周波数の2の累乗倍以外の倍数の発振周波数を持つ原発振クロック信号を生成して前記演算制御回路の動作基準クロック信号及び前記PWMカウント周波数を規定するPWMクロック信号を出力し、
前記PCMデータのサンプリング周波数と前記PWMパルス信号の周波数の整数分の一倍の周波数との差が最も小さいときの前記サンプリング周波数に対する前記整数分の一倍の周波数の誤差率は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率の1/10以下とされる、音声再生システム。 - 演算制御回路と、前記演算制御回路による制御を受けるPWM回路と、クロックパルスジェネレータとを有し、
前記演算制御回路は、PCMデータのビット数を1ビット増やしてその値を定数倍し、定数倍したデータに対する整数倍のデータ補間を行い、
前記PWM回路は、前記データ補間されたPCMデータを、指定されたPWM分解能とPWMカウント周波数とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルス信号に変換して出力し、
前記クロックパルスジェネレータは、前記PCMデータのサンプリング周波数の2の累乗倍以外の倍数の発振周波数を持つ原発振クロック信号を生成して前記演算制御回路の動作基準クロック信号及び前記PWMカウント周波数を規定するPWMクロック信号を出力し、
前記演算制御回路による定数倍の当該定数は、倍率演算前のPCMデータのビット数で表現される分解能に対する前記指定されたPWM分解能の割合であり、
データ補間前の前記PCMデータのサンプリング周波数と前記PWMパルス信号の周波数の整数分の一倍の周波数との差が最も小さいときの前記サンプリング周波数に対する前記整数分の一倍の周波数の誤差率は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率の1/10以下とされる、音声再生システム。 - 前記データ補間は、原データ間にデータを1個づつ挿入してサンプリング周波数を2倍にする処理である、請求項2記載の音声再生システム。
- 前記データ補間は、原データ間にデータを3個づつ挿入してサンプリング周波数を4倍にする処理である、請求項2記載の音声再生システム。
- 前記PWM回路の出力を受けてスピーカを駆動するドライバ回路を有する、請求項4記載の音声再生システム。
- 前記演算制御回路は音声再生動作を行わないとき前記ドライバ回路を高出力インピーダンス状態に制御し、音声再生動作を行うとき前記ドライバ回路をプッシュ・プル出力動作可能に制御する、請求項5記載の音声再生システム。
- 前記演算制御回路の動作基準クロック信号と前記PWMクロック信号は等しい周波数を有する、請求項2記載の音声再生システム。
- 前記指定されたPWM分解能の値は前記演算制御回路が実行するプログラムによって指定される、請求項2記載の音声再生システム。
- 前記演算制御回路はCPU及び前記CPUが実行するプログラムを格納するメモリである、請求項2記載の音声再生システム。
- 前記演算制御回路、PWM回路及びクロックパルスジェネレータは1チップの半導体集積回路化されたマイクロコンピュータに搭載される、請求項2記載の音声再生システム。
- 演算制御回路と、前記演算制御回路による制御を受けるPWM回路と、クロックパルスジェネレータとを有し、
前記演算制御回路は、PCMデータに対する整数倍のデータ補間を行い、
前記PWM回路は、前記データ補間されたPCMデータを、指定されたPWM分解能とPWMカウント周波数とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルス信号に変換して出力し、
前記クロックパルスジェネレータは、前記PCMデータのサンプリング周波数の2の累乗倍以外の倍数の発振周波数を持つ原発振クロック信号を生成して前記演算制御回路の動作基準クロック信号及び前記PWMカウント周波数を規定するPWMクロック信号を出力し、
データ補間前の前記PCMデータのサンプリング周波数と前記PWMパルス信号の周波数の整数分の一倍の周波数との差が最も小さいときの前記サンプリング周波数に対する前記整数分の一倍の周波数の誤差率は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率の1/10以下とされる、音声再生システム。 - 前記データ補間は、原データ間にデータを1個づつ挿入してサンプリング周波数を2倍にする処理である、請求項11記載の音声再生システム。
- 前記データ補間は、原データ間にデータを3個づつ挿入してサンプリング周波数を4倍にする処理である、請求項11記載の音声再生システム。
- 前記PWM回路の出力を受けてスピーカを駆動するドライバ回路を有する、請求項13記載の音声再生システム。
- 前記演算制御回路は音声再生動作を行わないとき前記ドライバ回路を高出力インピーダンス状態に制御し、音声再生動作を行うとき前記ドライバ回路をプッシュ・プル出力動作可能に制御する、請求項14記載の音声再生システム。
- 前記演算制御回路の動作基準クロック信号と前記PWMクロック信号は等しい周波数を有する、請求項11記載の音声再生システム。
- 前記指定されたPWM分解能の値は前記演算制御回路が実行するプログラムによって指定される、請求項11記載の音声再生システム。
- 前記演算制御回路はCPU及び前記CPUが実行するプログラムを格納するメモリである、請求項11記載の音声再生システム。
- 前記演算制御回路、PWM回路及びクロックパルスジェネレータは1チップの半導体集積回路化されたマイクロコンピュータに搭載される、請求項11記載の音声再生システム。
- 演算制御回路と、前記演算制御回路による制御を受けるPWM回路と、クロックパルスジェネレータとを有し、
前記演算制御回路は、PCMデータのビット数を1ビット増やしてその値を定数倍する倍率演算を行い、
前記PWM回路は、前記倍率演算されたPCMデータを、指定されたPWM分解能とPWMカウント周波数とで決まるPWMパルス周期に同期するPWMパルス信号に変換して出力し、
前記クロックパルスジェネレータは、前記PCMデータのサンプリング周波数の2の累乗倍以外の倍数の発振周波数を持つ原発振クロック信号を生成して前記演算制御回路の動作基準クロック信号及び前記PWMカウント周波数を規定するPWMクロック信号を出力し、
前記演算制御回路による定数倍の当該定数は、倍率演算前のPCMデータのビット数で決まる分解能に対する前記指定されたPWM分解能の割合であり、
前記PCMデータのサンプリング周波数と前記PWMパルス信号の周波数の整数分の一倍の周波数との差が最も小さいときの前記サンプリング周波数に対する前記整数分の一倍の周波数の誤差率は、PCMデータの半音階上方の音への周波数の変化率の1/10以下とされる、音声再生システム。 - 前記PWM回路の出力に入力が接続されたローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力を受けてスピーカを駆動するアナログ入力D級アンプを有する、請求項20記載の音声再生システム。
- 前記演算制御回路の動作基準クロック信号と前記PWMクロック信号は等しい周波数を有する、請求項20記載の音声再生システム。
- 前記指定されたPWM分解能の値は前記演算制御回路が実行するプログラムによって指定される、請求項20記載の音声再生システム。
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Cited By (7)
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RU2544865C2 (ru) * | 2013-08-01 | 2015-03-20 | Александр Витальевич Вострухин | Микроконтроллерный ультразвуковой генератор для систем передачи информации |
US10353384B1 (en) * | 2018-07-03 | 2019-07-16 | Stmicroelectronics, Inc. | Audio playback using radio-frequency identification tag |
CN111083606A (zh) * | 2018-10-19 | 2020-04-28 | 知微电子有限公司 | 声音产生设备 |
US10664735B2 (en) | 2018-02-27 | 2020-05-26 | Stmicroelectronics (Rousset) Sas | Pulse width modulation signal generation |
US10742145B2 (en) | 2018-02-27 | 2020-08-11 | Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas | Motor control system |
US10749572B2 (en) | 2018-02-27 | 2020-08-18 | Stmicroelectronics (Rousset) Sas | Near-field communication circuit, interface, and system |
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-
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2544865C2 (ru) * | 2013-08-01 | 2015-03-20 | Александр Витальевич Вострухин | Микроконтроллерный ультразвуковой генератор для систем передачи информации |
US10664735B2 (en) | 2018-02-27 | 2020-05-26 | Stmicroelectronics (Rousset) Sas | Pulse width modulation signal generation |
US10742145B2 (en) | 2018-02-27 | 2020-08-11 | Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas | Motor control system |
US10749572B2 (en) | 2018-02-27 | 2020-08-18 | Stmicroelectronics (Rousset) Sas | Near-field communication circuit, interface, and system |
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US11296626B2 (en) | 2018-02-27 | 2022-04-05 | Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas | Motor control system |
US10353384B1 (en) * | 2018-07-03 | 2019-07-16 | Stmicroelectronics, Inc. | Audio playback using radio-frequency identification tag |
CN111083606A (zh) * | 2018-10-19 | 2020-04-28 | 知微电子有限公司 | 声音产生设备 |
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