JP2012186525A - 音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステレオのオーディオ信号のレベルを、簡易な回路構成で同時にかつ瞬時に制御する。
【解決手段】音響装置前段のＤＳＰ内部でＬチャンネル信号とＲチャンネル信号のゼロクロスタイミングを同一にするステレオ信号混合処理を行い、音響装置後段の電子ボリュームでＬチャンネル信号またはＲチャンネル信号のどちらか一方のチャンネルのゼロクロスタイミングを検知するのと同時にＬチャンネル信号とＲチャンネル信号の両チャンネルのレベル制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、オーディオ信号のレベル（音量）を制御する音響装置に関するものである。

従来のレベルを制御する信号処理装置として、レベル変更時の異音を抑えるために、オーディオ信号のゼロクロスタイミングにおいて、信号のレベルを瞬時に制御する音響装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。

特開２００２−１１１４１９号公報

しかしながら、オーディオ信号は一般的にＬチャンネル信号とＲチャンネル信号で構成されており、通常はＬチャンネル信号とＲチャンネル信号のゼロクロスタイミングは同一ではないため、Ｌチャンネル信号とＲチャンネル信号でゼロクロスタイミング検出およびレベル制御をそれぞれ個別に行う必要があり、回路構成が複雑になるという問題があった。

本発明は、その従来の問題を解決するためになされたもので、簡易な回路構成でＬチャンネル信号とＲチャンネル信号のレベルを同時にかつ瞬時に制御できる音響装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、ステレオのデジタルオーディオ信号を処理するＤＳＰと、前記ＤＳＰにて処理されたデジタルオーディオ信号をアナログオーディオ信号にアナログ変換するＤＡＣと、前記ＤＡＣにてアナログ変換されたアナログオーディオ信号のレベルを制御する電子ボリュームとを有する音響装置において、前記ＤＳＰはステレオのオーディオ信号に対してステレオ信号混合処理を実行するステレオ信号混合処理部を備え、前記電子ボリュームは前記混合処理部が処理した後に前記ＤＡＣを介して入力された信号のゼロクロスタイミングを検出するゼロクロス検出部するゼロクロス検出部を備え、前記ゼロクロス検出部がゼロクロスタイミングを検出した結果に応じて前記電子ボリュームがアナログオーディオ信号のレベルを制御するという構成を有する。

本発明によれば、簡易な回路構成で、オーディオ信号のレベルを、異音を抑えつつ同時にかつ瞬時に変更することができるようになる。

本発明の実施の形態における音響装置のブロック図 本発明の実施の形態におけるＤＳＰ内部のステレオ信号混合処理のブロック図 本発明の実施の形態における電子ボリュームの内部ブロック図 本発明の実施の形態における信号処理装置の動作説明のためのフロー図 本発明の実施の形態におけるステレオ信号混合処理を実施したものとしないものとを比較説明するための図であって、（ａ）はステレオ信号混合処理を実施しない音声信号波形を示す図（ｂ）はステレオ信号混合処理を実施した音声信号波形を示す図

（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態における音響装置のレベル制御（音量制御）について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態における音響装置のブロック図である。

図１において、音響装置１００は、操作部１０、再生部１２、音響処理部１８、増幅部１６、スピーカ１７Ｌ、スピーカ１７Ｒを備える。
ただし、操作部１０、再生部１２およびスピーカ１７Ｌ，１７Ｒは、一体型として構成される必要は無く、適宜接続可能な構成としてもよい。

操作部１０はユーザー操作を検出し、ボリューム操作などの操作種別や出力レベルの大きさを示すボリュームステップ値などの操作パラメータをマイコン１１に出力する音響装置の操作部である。

再生部１２はＣＤやＵＳＢメモリなどのデジタルメディアに格納されたデジタルオーディオデータを読み取り、そのデジタルオーディオデータからＬチャンネル音声のデジタル信号とＲチャンネル音声のデジタル信号から成るデジタルオーディオ信号を取り出して音響処理部１８へ出力するデータ再生部である。

増幅部１６は音響処理部１８から出力されるアナログオーディオ信号が入力され、所定の増幅率でアナログオーディオ信号を増幅し、スピーカー１７Ｌおよび１７Ｒに出力する増幅部である。

スピーカ１７Ｌおよび１７Ｒへは増幅部１６から入力されたアナログオーディオ信号をステレオ音声として放射するものであり、一般的にスピーカ１７Ｌは聴取者の左耳側に、スピーカ１７Ｒは聴取者の右耳側に設けられる。

音響処理部１８は、再生部１２から出力されたデジタルオーディオ信号に対して、後述する信号処理を施して増幅部１６へ出力するものであり、マイコン１１、ＤＳＰ１３、ＤＡＣ１４、電子ボリューム１５を備える。

本実施の形態の音響処理部１８は、以下に示す機能を有した一般的な素子を用いて構成したものとして以後の説明をおこなうが、複数の素子が備える各機能を適宜一体化して集積回路として利用されることも許容される。

マイコン１１は操作部１０から操作種別と操作パラメータを受信し、その操作種別に対応するレベル制御コマンドと、その操作パラメータに対応するレベル制御データをＤＳＰ１３に出力する演算部である。

ここで、マイコン１１は内蔵データＲＯＭまたは内蔵データＲＡＭから成る内部記憶領域に、操作パラメータとレベル制御データの対応を定義するレベル制御データテーブルをあらかじめ保持しており、操作部１０から受信した操作パラメータに対応するレベル制御データを、レベル制御データテーブルを参照して取得するものである。

ＤＳＰ１３は再生部１２から出力されるデジタルオーディオ信号およびマイコン１１から出力されるレベル制御コマンドなどの制御コマンドとレベル制御データなどの制御データを受信する。

ＤＳＰ１３は、再生部１２から受信したデジタルオーディオ信号に対してイコライジングや音場制御などのオーディオ信号処理とステレオ信号混合処理を施したのち、オーディオ信号処理とステレオ信号混合処理が施されたデジタルオーディオ信号をＤＡＣ１４に出力する信号処理部である。

ここで、ＤＳＰ１３は内蔵プログラムＲＯＭまたは内蔵プログラムＲＡＭに格納されたプログラムを実行することで、受信したデジタルオーディオ信号に対してオーディオ信号処理を実行するオーディオ信号処理部や２つの音声信号（たとえばＬチャンネルおよびＲチャンネルからなるステレオ信号）の混合処理（１つの音声信号にする）であるステレオ信号混合処理を施すステレオ信号混合処理部２０を備える。

ステレオ信号混合処理部２０について、図２を用いてその詳細を以下に説明する。図２は、ステレオ信号混合処理部２０のブロック図である。

ステレオ信号混合処理部２０は図２に示す通り、Ｌチャンネル信号とＲチャンネル信号を入力信号として受信し、Ｌチャンネル信号に対して第一の乗算器２１で信号レベルを減衰した信号とＲチャンネル信号に対して第二の乗算器２２で信号レベルを減衰した信号を第一の加算器２５で加算した信号をＬチャンネル信号として出力し、Ｌチャンネル信号に対して第三の乗算器２３で信号レベルを減衰した信号とＲチャンネル信号に対して第四の乗算器２４で信号レベルを減衰した信号を第二の加算器２６で加算した信号をＲチャンネル信号として出力するものである。

ステレオ信号混合処理部２０の各乗算器には任意の乗算係数を設定することができ、例えば乗算器にｎ（０．０≦ｎ≦１．０）という乗算係数を設定すると、乗算器は入力された信号のレベルをｎ倍にして出力し、各加算器は入力される２つの信号のレベルを加算して１つの信号にして出力する。

また、ＤＳＰ１３は電子ボリューム１５に対してゼロクロスタイミング検出開始信号およびレベル制御データを出力し、電子ボリューム１５のレベル制御を行う。

ＤＡＣ１４はＤＳＰ１３から出力されるデジタルオーディオ信号を受信し、そのデジタルオーディオ信号をＤ／Ａ変換した、Ｌチャンネル音声のアナログ信号とＲチャンネル音声のアナログ信号から成るアナログオーディオ信号を電子ボリューム１５に出力する変換部である。

電子ボリューム１５はＤＡＣ１４から出力されるアナログオーディオ信号およびＤＳＰ１３から出力されるゼロクロスタイミング検出開始信号とレベル制御データを受信し、ＤＡＣ１４から入力されたアナログオーディオ信号を、ＤＳＰ１３から受信したレベル制御データに従いレベルを減衰して増幅部１６に出力する電子ボリュームである。

ここで、電子ボリューム１５はＤＳＰ１３から受信したレベル制御データを内部保持する不図示のレベル制御データレジスタを有する。

ここで、電子ボリューム１５について、図３を用いてその詳細を以下に説明する。図３は、電子ボリューム１５の内部構成の一部を示すブロック図である。

電子ボリューム１５は図３に示すとおり、アナログオーディオ信号のＬチャンネル信号またはＲチャンネル信号のどちらか一方の信号が入力され、入力された信号のゼロクロスタイミングを検出するゼロクロス検出部としてのゼロクロスタイミング検出回路３１（図
３ではＬチャンネル）を備える。

また、電子ボリューム１５は、ゼロクロス検出回路３１が出力するゼロクロスタイミング検出信号とレベル制御データを受信し、受信したレベル制御データに従ってＬチャンネル信号のレベルをアッテネートする第一のアッテネート回路３２およびＲチャンネル信号のレベルをアッテネートする第二のアッテネート回路３３を有する。

さらに、電子ボリューム１５はアッテネート完了後にＤＳＰ１３に対してステレオ信号混合解除信号を出力するものである。

以上のように構成された音響装置において、以下に本発明の処理動作を説明する。図４は本発明の実施の形態におけるレベル制御のフローチャートである。

まず、図４に示すように、操作部１０はユーザー操作を検知すると、操作種別と操作パラメータをマイコン１１に出力する（ステップＳ１０１）。

マイコン１１は操作部１０から受信した操作種別がボリューム変更か否かの判定を行う（ステップＳ１０２）。

操作種別がボリューム変更であった場合、マイコン１１は内部記憶領域に格納してある不図示のレベル制御データテーブルより、操作部１０から受信した操作パラメータであるボリュームステップ値に対応するレベル制御データを読み出し、レベル制御コマンドと、その読み出したレベル制御データをＤＳＰ１３に入力する（ステップＳ１０３）。

ＤＳＰ１３はマイコン１１からレベル制御コマンドとレベル制御データを受信すると、再生部１２から入力されるデジタルオーディオ信号に対してステレオ信号混合処理を開始する（ステップＳ１０４）。

ＤＳＰ１３はステレオ信号混合処理を完了すると、一定時間待機した後、ゼロクロスタイミング検出開始信号とマイコン１１から受信したレベル制御データを電子ボリューム１５に出力する（ステップＳ１０５）。

すると電子ボリューム１５では、第一のアッテネート回路３２および第二のアッテネート回路３３はゼロクロスタイミング検出信号とレベル制御データを受信すると、Ｌチャンネル信号およびＲチャンネル信号のレベルをレベル制御データに従いアッテネートする（ステップＳ１０６）。

電子ボリューム１５はゼロクロスタイミングにおけるアナログオーディオ信号のアッテネートを完了すると、ＤＳＰ１３に対してステレオ信号混合解除信号を出力する（ステップＳ１０７）。

ＤＳＰ１３は、電子ボリューム１５からステレオ信号混合解除信号が入力されると、ステレオ信号混合処理を解除して（ステップＳ１０８）、処理を終了する。

以下、上記各ステップにおける詳細説明をおこなう。まず、ステップＳ１０４における処理について説明する。

ＤＳＰ１３がマイコン１１から出力されるレベル制御コマンドとレベル制御データを受信する前は、ステレオ信号混合処理の第一の乗算器２１と第四の乗算器２４にはそれぞれ１．０、第二の乗算器２２と第三の乗算器２３にはそれぞれ０．０が設定された状態でス
テレオ信号混合処理が動いている。

この場合、ステレオ信号混合処理の出力は、Ｌチャンネル出力はＬチャンネル信号のレベルを１．０倍した信号とＲチャンネル信号のレベルを０．０倍した信号が加算された信号、すなわちＬチャンネル信号をそのまま出力し、Ｒチャンネル出力はＲチャンネル信号のレベルを１．０倍した信号とＬチャンネル信号のレベルを０．０倍した信号が加算された信号、すなわちＲチャンネル信号をそのまま出力する。

ＤＳＰ１３がマイコン１１からレベル制御コマンドとレベル制御データを受信すると、ＤＳＰ１３は周期Ｔ毎に、第一の乗算器２１と第四の乗算器２４とに既に設定されている乗算係数からΔｇを減算した乗算係数を第一の乗算器２１と第四の乗算器２４との新しい乗算係数として設定し、第二の乗算器２２と第三の乗算器２３とに既に設定されている乗算係数にΔｇを加算した乗算係数を第二の乗算器２２と第三の乗算器２３との新しい乗算係数として設定する。

例えば、Δｇが０．０５であった場合、ステレオ信号混合処理開始時点（時刻０）からの各乗算器に設定される乗算係数は、時刻Ｔ経過毎に、次のように変化する。

すなわち、時刻０において第一の乗算器２１の乗算係数は１．０、第二の乗算器２２の乗算係数は０．０、第三の乗算器２３の乗算係数は０．０、第四の乗算器２４の乗算係数は１．０である。

その後の時刻Ｔにおいて、第一の乗算器２１の乗算係数は０．９５（＝１．０−０．０５）、第二の乗算器２２の乗算係数は０．０５（＝０．０＋０．０５）、第三の乗算器２３の乗算係数は０．０５（＝０．０＋０．０５）、第四の乗算器２４の乗算係数は０．９５（＝１．０−０．０５）にそれぞれの乗算係数がなる。

さらに、その後の時刻２Ｔにおいて、第一の乗算器２１の乗算係数は０．９０（＝０．９５−０．０５）、第二の乗算器２２の乗算係数は０．１０（＝０．０５＋０．０５）、第三の乗算器２３の乗算係数は０．１０（＝０．０５＋０．０５）、第四の乗算器２４の乗算係数は０．９０（＝０．９５−０．０５）となる。

また、上記のように各乗算器に設定される乗算係数が周期Ｔ毎に変化していくことで、ステレオ信号混合処理の出力信号は、Ｌチャンネルの出力信号をＬｏ、Ｒチャンネルの出力信号をＲｏ、Ｌチャンネルの入力信号をＬｉ、Ｒチャンネルの入力信号をＲｉとする場合、次のように変化する。

すなわち、時刻０の時、ＬｏはＬｉと同一、ＲｏはＲｉと同一であり、その後の時刻Ｔの時、ＬｏはＬｉ×０．９５＋Ｒｉ×０．０５、ＲｏはＲｉ×０．９５＋Ｌｉ×０．０５、その後の時刻２Ｔの時、ＬｏはＬｉ×０．９０＋Ｒｉ×０．１０、ＲｏはＲｉ×０．９０＋Ｌｉ×０．１０、となる。このステレオ信号混合処理は、各乗算器の乗算係数が全て０．５になるまで、すなわちＬｏとＲｏが同一となるまで継続され、各乗算器の乗算係数が全て０．５になった後は、各乗算器の乗算係数は０．５のまま変化しない。

なお、各乗算器の乗算係数を周期Ｔ間隔でΔｇずつ変化させるのは、出力信号の急な変化による異音を抑えるためである。

次にステップＳ１０５における処理について図５を用いてその詳細説明をおこなう。図５は本実施の形態におけるステレオ信号混合処理を実施したものとしないものとを比較説明するための図であって、図５（ａ）はステレオ信号混合処理を実施しないもの、図５（
ｂ）はステレオ信号混合処理を実施したものをそれぞれ示す。

デジタルオーディオ信号に対してステレオ信号混合処理を行わなかった場合、Ｌチャンネル信号とＲチャンネル信号のゼロクロスタイミングが同一でないままである。

デジタルオーディオ信号に対してステレオ信号混合処理を行った場合、ステレオ信号混合処理の各乗算器の乗算係数が０．５に近づくにつれて、Ｌチャンネル信号とＲチャンネル信号のゼロクロスタイミングが近づき、各乗算器の乗算係数が０．５になると、Ｌチャンネル信号とＲチャンネル信号は完全に同一の信号になり、Ｌチャンネル信号とＲチャンネル信号のゼロクロスタイミングは同一になる。

図５（ａ）におけるＬ１からＬ１４はステレオ信号混合処理を行わなかった場合のＬチャンネル信号のゼロクロスタイミングを示し、図５（ａ）中のＲ１からＲ１９はステレオ信号混合処理を行わなかった場合のＲチャンネル信号のゼロクロスタイミングを示す。

ここで、図５（ｂ）におけるＬ１からＬ１９はステレオ信号混合処理を行った場合のＬチャンネル信号のゼロクロスタイミングを示し、図５（ｂ）中のＲ１からＲ２０はステレオ信号混合処理を行った場合のＲチャンネル信号のゼロクロスタイミングを示す。

また、ゼロクロスタイミング検出開始信号とレベル制御データを電子ボリューム１５に入力する前に一定時間待機することで、ステレオ信号混合処理が完了してＬチャンネル信号とＲチャンネル信号が同一になったデジタルオーディオ信号がＤＡＣ１４でアナログオーディオ信号に変換されて電子ボリューム１５に入力されるより前に、ゼロクロスタイミング検出開始信号とレベル制御データが電子ボリューム１５に入力されることを防ぐことができる。

電子ボリューム１５はＤＳＰ１３からのゼロクロスタイミング検出開始信号とレベル制御データを受信すると、受信したレベル制御データを不図示のレベル制御データレジスタに格納するとともに、Ｌチャンネル信号またはＲチャンネル信号のどちらか一方の信号が入力されたゼロクロス検出回路３１による入力信号のゼロクロスタイミング検出処理を開始する。

ここで、電子ボリューム１５に入力されるアナログオーディオ信号は、ＤＳＰ１３によるステレオ信号混合処理によりＬチャンネル信号とＲチャンネル信号のゼロクロスタイミングが同一となっているので、Ｌチャンネル信号またはＲチャンネル信号のどちらか一方のゼロクロスタイミングを検出することは、Ｌチャンネル信号とＲチャンネル信号の両方のゼロクロスタイミングを検出することと同義となる。

ゼロクロス検出回路３１は、入力信号のレベルがアナロググランドのレベルになったことでゼロクロスタイミングを検出し、その検出したゼロクロスタイミングで第一のアッテネート回路３２および第二のアッテネート回路３３に対してゼロクロスタイミング検出信号とレベル制御データレジスタに格納しているレベル制御データを出力する。

さらに、ステップＳ１０８の処理について以下に詳細説明を示す。ＤＳＰ１３は電子ボリューム１５から出力されるステレオ信号混合解除信号を受信すると、Ｓ１０４から継続して実施しているステレオ信号混合処理の解除を行う。

具体的には周期Ｔ毎に、第一の乗算器２１と第四の乗算器２４に既に設定されている乗算係数からΔｇを加算した乗算係数を第一の乗算器２１と第四の乗算器２４の新しい乗算係数として設定し、第二の乗算器２２と第三の乗算器２３に既に設定されている乗算係数
にΔｇを減算した乗算係数を第二の乗算器２２と第三の乗算器２３の新しい乗算係数として設定する。

この周期Ｔ毎の各乗算係数の変更は第一の乗算器２１の乗算係数と第四の乗算器の乗算係数がそれぞれ１．０になり、かつ第二の乗算器の乗算係数と第三の乗算器の乗算係数がそれぞれ０．０になるまで継続する。

解除完了後は第一の乗算器２１と第四の乗算器２４の乗算係数が１．０、第二の乗算器２２と第三の乗算器２３の乗算係数が０．０となるため、ステレオ信号混合処理のＬチャンネル入力信号とＬチャンネル出力信号が同一になり、また、Ｒチャンネル入力信号とＲチャンネル出力信号が同一になる。

以上のように本実施の形態によれば、ＤＳＰ１３でＬチャンネル信号とＲチャンネル信号のゼロクロスタイミングを同一にするステレオ信号混合処理を行ってＬチャンネルとＲチャンネルのゼロクロスタイミングを同一にし、電子ボリューム１５内部のゼロクロス検出回路３１でＬチャンネル信号またはＲチャンネル信号のどちらか一方のゼロクロスタイミングを検出し、そのゼロクロスタイミングでＬチャンネル信号とＲチャンネル信号を同時にアッテネートすることで、Ｌチャンネル信号とＲチャンネル信号のレベル制御を同時にかつ瞬時に行うことができる。

また、本実施の形態において、操作部１０からマイコン１１に対してミュートという操作種別が入力され、マイコン１１からＤＳＰ１３へ入力されるレベル制御データが０．０（−∞ｄＢ）を示すデータである場合、本音響装置はミュート装置として動作させることも可能である。

本発明の音響装置は、オーディオ信号のレベルを制御する音響装置に関して、特にステレオのデジタルオーディオ信号を処理するものとして有用である。

１０ 操作部
１１ マイコン
１２ 再生部
１３ ＤＳＰ
１４ ＤＡＣ
１５ 電子ボリューム
１６ 増幅部
１７Ｌ スピーカ
１７Ｒ スピーカ
１８ 音響処理部
２０ ステレオ信号混合処理部
２１ 第一の乗算器
２２ 第二の乗算器
２３ 第三の乗算器
２４ 第四の乗算器
２５ 第一の加算器
２６ 第二の加算器
３１ ゼロクロス検出回路
３２ 第一のアッテネート回路
３３ 第二のアッテネート回路
１００ 音響装置

Claims (4)

1. ステレオのデジタルオーディオ信号を処理するＤＳＰと、前記ＤＳＰにて処理されたデジタルオーディオ信号をアナログオーディオ信号にアナログ変換するＤＡＣと、前記ＤＡＣにてアナログ変換されたアナログオーディオ信号のレベルを制御する電子ボリュームとを有する音響装置において、
   前記ＤＳＰはステレオのオーディオ信号に対してステレオ信号混合処理を実行するステレオ信号混合処理部を備え、前記電子ボリュームは前記混合処理部が処理した後に前記ＤＡＣを介して入力された信号のゼロクロスタイミングを検出するゼロクロス検出部するゼロクロス検出部を備え、
   前記ゼロクロス検出部がゼロクロスタイミングを検出した結果に応じて前記電子ボリュームがアナログオーディオ信号のレベルを制御することを特徴とする音響装置。
2. ユーザからの操作に応じた操作パラメータを出力する操作部に接続される演算部を備え、前記演算部が前記操作パラメータに応じた制御データを前記ＤＳＰへ出力し、前記ＤＳＰが前記演算部からの制御データに応じて前記ステレオ信号混合処理を実行することを特徴とする請求項１記載の音響装置。
3. 前記ＤＳＰおよび前記ＤＡＣが同一の半導体に集積されていることを特徴とする請求項１記載の音響装置。
4. 前記ＤＳＰと前記ＤＡＣと前記電子ボリュームとが同一の半導体に集積されていることを特徴とする請求項１記載の音響装置。