JP2013016908A

JP2013016908A - 正弦波発生装置、デジタル信号プロセッサ、および音声出力装置

Info

Publication number: JP2013016908A
Application number: JP2011146397A
Authority: JP
Inventors: Yasutomo Yokoyama; 靖友横山
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-01-24
Also published as: US8954179B2; US20130177161A1

Abstract

【課題】任意の周波数の正弦波を発生させて所望のメロディ音等を発生させることができる正弦波発生装置および該正弦波発生装置を用いたデジタル信号プロセッサを提供する。
【解決手段】正弦波発生装置９０は、入力される２つの信号を加算する加算器２６，２８，３０，３２と、入力される信号を１サンプル時間ずつ遅延させる遅延部１８，２０，３４，３８と、遅延部から入力される信号に所定の係数を乗算して加算器に出力する乗算器１６，２２，２４，３６，４０とを備え、外部から任意に設定入力される係数に基づいて所望の周波数の正弦波を発生させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、任意の周波数の正弦波（サインカーブ）を発生させるための正弦波発生装置、および該正弦波発生装置を用いたデジタル信号プロセッサおよび音声出力装置に関する。

従来、例えば、テレビやオーディオ機器など音声出力機器において、電源のオン／オフやモード切り替えのときなどにメロディ音やビープ音を出力させる際には、予め所望の音源データを音声出力機器内のＲＯＭなどに格納しておき、電源のオン／オフボタンやモード切り替えボタンなどを押される度に、ＲＯＭから音源データを読み出して所定の信号処理を施し、スピーカなどから出力させることなどが行われている。

このような技術に関連して、オーディオ信号のボリウムを自動制御する機能（ＡＬＣ：Automatic Level Control）に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１８７３６６号公報

上述した所望の音源データを音声出力機器内のＲＯＭなどに格納しておくような方法では、多彩な音のデータを用いるためにはＲＯＭの容量を圧迫することにもなる。また、一旦ＲＯＭに音源データを書き込んで音声出力機器を完成させてしまうと、後から別の音のデータを追加したり変更したりすることが極めて困難になってしまう。

本発明の目的は、任意の周波数の正弦波を発生させて所望のメロディ音等を発生させることができる正弦波発生装置、および該正弦波発生装置を用いたデジタル信号プロセッサおよび音声出力装置を提供することにある。

一態様によれば、入力される２つの信号を加算する加算部と、入力される前記信号を１サンプル時間ずつ遅延させる遅延部と、前記遅延部から入力される前記信号に所定の係数を乗算して前記加算部に出力する乗算部とを備え、外部から任意に設定入力される前記係数に基づいて所望の周波数の正弦波を発生させる正弦波発生装置が提供される。

別の態様によれば、上記の正弦波発生装置と、インパルス信号を発生させるインパルス発生部とを備え、前記インパルス発生部から前記インパルス信号が印加されると、前記正弦波発生装置は、インパルス応答として正弦波信号を出力するデジタル信号プロセッサが提供される。

また、さらに別の態様によれば、上記の正弦波発生装置を備える音声出力装置、または上記のデジタル信号プロセッサを備える音声出力装置が提供される。

本発明によれば、任意の周波数の正弦波を発生させて所望のメロディ音等を発生させることができる正弦波発生装置、および該正弦波発生装置を用いたデジタル信号プロセッサおよび音声出力装置を提供することができる。

比較例に係る正弦波発生装置を例示する模式的ブロック構成図。（ａ）図１に示した正弦波発生装置において４８ｋＨｚのサンプリングレートで１２ｋＨｚの正弦波を発生させる際のカウンタ値とデコード値との対応関係の一例を示す図、（ｂ）図２（ａ）に示した正弦波発生装置において４８ｋＨｚのサンプリングレートで１２ｋＨｚの正弦波を発生させた例を示す図。実施の形態に係る正弦波発生装置により発生させた正弦波の例であり、（ａ）４８ｋＨｚのサンプリングレートで１ｋＨz、０ｄＢの正弦波形の例を示す図、（ｂ）４８ｋＨｚのサンプリングレートで「ド」の音階の音声（２２０．０Ｈｚ）を出力するための正弦波形の例を示す図、（ｃ）４８ｋＨｚのサンプリングレートで「レ」の音階の音声（２４６．９４２Ｈｚ）を出力するための正弦波形の例を示す図、（ｂ）４８ｋＨｚのサンプリングレートで「ミ」の音階の音声（２７７．１８３Ｈｚ）を出力するための正弦波形の例を示す図。実施の形態に係る正弦波発生装置の構成を例示する模式的ブロック構成図。図４に示した正弦波発生装置を搭載したデジタル信号プロセッサの構成を例示する模式的ブロック構成図。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の寸法等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は、以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（比較例）
図１は、比較例に係る正弦波発生装置を例示する模式的ブロック構成図である。

比較例に係る正弦波発生装置は、カウンタ１０と、デコーダ１２と、セレクタ（ＳＥＬ）１４とを備える。カウンタ１０は、発振器等（図示せず）のクロック信号を入力して計数する。カウンタ１０の出力は、デコーダ１２に入力される。なお、カウンタ値は、サンプリング周波数ごとに変化するカウンタ値である。

デコーダ１２は、図２（ａ）に例示するように、計数されたカウンタ値に対応するデコード値を生成して、図２（ｂ）に例示するような正弦波形を発生させる。なお、図２（ａ）は、図１に示した正弦波発生装置において４８ｋＨｚのサンプリングレートで１２ｋＨｚの正弦波を発生させる際のカウンタ値とデコード値との対応関係の一例を示しており、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した正弦波発生装置において４８ｋＨｚのサンプリングレートで１２ｋＨｚの正弦波を発生させた例を示している。

デコーダ１２によって発生された正弦波形データは、セレクタ１４に入力され、セレクタ１４は、入力された正弦波形データと、入力オーディオ信号とを適宜切り替えて、音声データとして出力する。

比較例に係る正弦波発生装置によると、発生させたい周波数の種類分のデコーダ１２を用意しておかなければならないので、回路規模の増大や設計時間の増大を招く。また、正弦波発生装置が完成した後に、任意の周波数の音声データを追加したり、変更したりといったことが困難である。

（正弦波発生装置）
図４は、実施の形態に係る正弦波発生装置９０の構成を例示する模式的ブロック構成図である。

図４に示すように、実施の形態に係る正弦波発生装置９０は、例えば、２次のＩＩＲ（無限インパルス応答）型デジタルフィルタ（Bi-quad Filter）が用いられ、例えば、パラメトリックイコライザ回路により構成される。

実施の形態に係る正弦波発生装置９０は、入力される２つの信号（インパルス信号）を加算する加算器２６，２８，３０，３２と、入力される信号を１サンプル時間（Ｚ^-1）ずつ遅延させる遅延部１８，２０，３４，３８と、入力される信号に所定の係数を乗算して加算器（２６，２８，３０，３２）に出力する乗算器１６，２２，２４，３６，４０とを含んでいる。ここで、外部から任意に設定入力される係数に基づいて所望の周波数の正弦波を発生させることができる。

正弦波発生装置９０の直接入力経路において、乗算器１６は、入力信号に係数ｂ０を乗算して加算器２６に出力する。加算器２６の出力は、加算器３０に入力される。

正弦波発生装置９０のフィードフォワード経路において、乗算器２２は、１サンプル時間遅延させた入力信号に係数ｂ１を乗算して加算器２８に出力し、乗算器２４は、２サンプル時間遅延させた入力信号に係数ｂ２を乗算して加算器２８に出力する。加算器２８の出力は、加算器２６に入力される。

正弦波発生装置９０のフィードバック経路において、乗算器３６は、１サンプル時間遅延させた入力信号に係数ａ１を乗算して加算器３２に出力し、乗算器４０は、２サンプル時間遅延させた入力信号に係数ａ２を乗算して加算器３２に出力する。加算器３２の出力は、加算器３０に入力される。

このフィルタの５つの係数ｂ０，ｂ１，ｂ２，ａ１，ａ２は、外部から直接設定可能に構成される。この機能を用いることによりピーキング、ローシェルフ、ハイシェルフ以外のフィルタ形式や、周波数設定、Ｑ値設定、ゲイン設定を自在に行うことができる。例えば、各係数ｂ０，ｂ１，ｂ２，ａ１，ａ２を任意に設定可能にすることで、所望の周波数の正弦波形を発生させることができる。

なお、図４に示した正弦波発生装置９０は、１つのパラメトリックイコライザ回路により構成された例を示しているが、複数のパラメトリックイコライザ回路、例えば、３つのパラメトリックイコライザ回路を用いた３バンドのパラメトリックイコライザ回路の構成としてもよいし、７つのパラメトリックイコライザ回路を用いた７バンドのパラメトリックイコライザ回路の構成としてもよい。また、係数やフィードバック/フィードフォワード経路の数は実装依存である。

実施の形態に係る正弦波発生装置９０において、正弦波形を発生させるための係数ｂ０，ｂ１，ａ１，ａ２の例を以下に示す。

b0=0
b1=sin(2πFT)
a1=2cos(2πFT)
a2=1
ここで、Ｆは正弦波の周波数であり、Ｔはサンプリング周波数である。

これらの係数ｂ０，ｂ１，ａ１，ａ２を用いて、例えば、４８ｋＨｚのサンプリングレートで１ｋＨzの正弦波形を発生させる場合、係数ｂ０，ｂ１，ａ１，ａ２には以下の値が適用される。

b0=0
b1=sin(2π×1000/48000)=0.130526165220125
a1=2cos(2π×1000/48000)=1.98288972985684
a2=1
また、係数ｂ０，ｂ１，ａ１，ａ２を用いて、例えば、４８ｋＨｚのサンプリングレートで「ド」の音階の音声（２２０．０Ｈｚ）の正弦波形を発生させる場合、係数ｂ０，ｂ１，ａ１，ａ２には以下の値が適用される。

b0=0
b1=sin(2π×220/48000)=0.0287939463795079
a1=2cos(2π×220/48000)=1.9991707367325
a2=1
図３は、実施の形態に係る正弦波発生装置９０により発生させた正弦波の例であり、図３（ａ）は、４８ｋＨｚのサンプリングレートで１ｋＨz、０ｄＢの正弦波形の例を示す図であり、図３（ｂ）は、４８ｋＨｚのサンプリングレートで「ド」の音階の音声（２２０．０Ｈｚ）を出力するための正弦波形の例を示す図であり、図３（ｃ）は、４８ｋＨｚのサンプリングレートで「レ」の音階の音声（２４６．９４２Ｈｚ）を出力するための正弦波形の例を示す図であり、図３（ｂ）は、４８ｋＨｚのサンプリングレートで「ミ」の音階の音声（２７７．１８３Ｈｚ）を出力するための正弦波形の例を示す図である。

（デジタル信号プロセッサ）
図５は、図４に示した正弦波発生装置９０を搭載したデジタル信号プロセッサ１００の構成を例示する模式的ブロック構成図である。

実施の形態に係るデジタル信号プロセッサ１００は、正弦波発生装置９０と、制御部５０と、係数ＲＡＭ６０と、インパルス発生部７０と、セレクタ（ＳＥＬ）８０とを備える。

インパルス発生部１１からインパルス信号が印加されると、正弦波発生装置９０によってインパルス応答として正弦波信号が出力される。正弦波発生装置９０の５つの係数ｂ０，ｂ１，ｂ２，ａ１，ａ２は、外部から直接設定可能に（例えば、コマンド入力部２００からコマンドを入力することにより設定可能に）構成される。外部から設定された係数ｂ０，ｂ１，ｂ２，ａ１，ａ２は、係数ＲＡＭに格納される。音声ＤＳＰ１００は、係数ＲＡＭの自動更新機能を有しており、この機能を用いることで係数ＲＡＭの自動上書き更新が可能となる。この機能を用いることによりピーキング、ローシェルフ、ハイシェルフ以外のフィルタ形式や、周波数設定、Ｑ値設定、ゲイン設定を自在に行うことができる。各係数ｂ０，ｂ１，ｂ２，ａ１，ａ２を任意に設定可能にすることで、所望の周波数の正弦波形を発生させることができる。制御部は、コマンド入力部２００から入力されるコマンドを解析して、係数ｂ０，ｂ１，ｂ２，ａ１，ａ２として係数ＲＡＭに格納したり、正弦波発生装置９０に係数ＲＡＭから係数ｂ０，ｂ１，ｂ２，ａ１，ａ２を読み出すように指示したりする制御を行う。

正弦波発生装置９０によって発生された正弦波形データは、セレクタ１４に入力され、セレクタ１４は、入力された正弦波形データと、入力オーディオ信号とを適宜切り替えて、音声データとして出力する。

なお、第１の実施の形態に係る正弦波発生装置９０を搭載したデジタル信号プロセッサ１００を、例えば、音声出力装置に組み込んで、任意の周波数の正弦波を発生させて所望のメロディ音等を発生させることができる音声出力装置を実現することもできる。

なお、正弦波発生装置９０としては、新たにパラメトリックイコライザ回路を用意してもよいが、デジタル信号プロセッサあるいは音声出力装置等に一般に組み込まれているパラメトリックイコライザ回路を用いることもできる。

以上説明したように、実施の形態に係る正弦波発生装置および該正弦波発生装置を用いたデジタル信号プロセッサによれば、比較例に係る正弦波発生装置のように、発生させたい周波数の種類分のデコーダ１２を用意しておく必要がない。したがって、回路規模の増大や設計時間の増大といった比較例における課題は解消される。また、正弦波発生装置や、デジタル信号プロセッサ、音声出力装置等が完成した後に、任意の周波数の音声データを追加したり、変更したりといったことも容易に行うことができる。

また、第１の形態に係る正弦波発生装置および該正弦波発生装置を用いたデジタル信号プロセッサによれば、外部の発振器等を使用することなく、任意の周波数の正弦波で例えばオーディオＩＣの特性評価を行うことができる。

また、実施の形態に係る正弦波発生装置あるいは該正弦波発生装置を用いたデジタル信号プロセッサを音声出力装置等に搭載すれば、外部からコマンドを入力するだけで、別の音のデータを追加したり変更したりすることができる。したがって、予めメロディ等の音声データをＲＯＭなどに格納しなくても、テレビやオーディオ機器など音声出力機器において、電源のオン／オフやモード切り替えのときなどに多彩なメロディ音等を出力させることができる。

このように、実施の形態によれば、任意の周波数の正弦波を発生させて所望のメロディ音等を発生させることができる正弦波発生装置、および該正弦波発生装置を用いたデジタル信号プロセッサおよび音声出力装置を提供することができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明について実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の正弦波発生装置および該正弦波発生装置を用いたデジタル信号プロセッサは、テレビ、ラジオ、ラジカセ、カーオーディオ、ホームシアターシステム、オーディオコンポーネントをはじめとする音声出力装置や、携帯電話、電子楽器等に幅広く適用可能である。

１０…カウンタ
１２…デコーダ
１４、８０…セレクタ（ＳＥＬ）
１６，２２，２４，３６，４０…乗算器
１８，２０，３４，３８…遅延部
２６，２８，３０，３２…加算器
５０…制御部
６０…係数ＲＡＭ
７０…インパルス発生部
９０…正弦波発生装置
１００…デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
２００…コマンド入力部

Claims

入力される２つの信号を加算する加算部と、
入力される前記信号を１サンプル時間ずつ遅延させる遅延部と、
前記遅延部から入力される前記信号に所定の係数を乗算して前記加算部に出力する乗算部と
を備え、外部から任意に設定入力される前記係数に基づいて所望の周波数の正弦波を発生させることを特徴とする正弦波発生装置。
前記正弦波発生装置は、パラメトリックイコライザ回路により構成されることを特徴とする請求項１に記載の正弦波発生装置。
前記正弦波発生装置は、無限インパルス応答型デジタルフィルタを備えるパラメトリックイコライザ回路により構成されることを特徴とする請求項１に記載の正弦波発生装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の正弦波発生装置と、
インパルス信号を発生させるインパルス発生部と
を備え、
前記インパルス発生部から前記インパルス信号が印加されると、前記正弦波発生装置は、インパルス応答として正弦波信号を出力することを特徴とするデジタル信号プロセッサ。
前記外部から任意に設定入力される係数を格納する係数ＲＡＭをさらに備え、前記正弦波発生装置は、前記係数ＲＡＭに格納されている前記係数を用いて前記正弦波信号を出力することを特徴とする請求項４に記載のデジタル信号プロセッサ。
前記係数ＲＡＭに格納される前記係数は、前記外部から任意に設定入力される際に自動更新されることを特徴とする請求項５に記載のデジタル信号プロセッサ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の正弦波発生装置を備えることを特徴とする音声出力装置。
請求項４〜６のいずれか１項に記載のデジタル信号プロセッサを備えることを特徴とする音声出力装置。