JP2013197795A - ボリューム制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】
システム全体の信号対雑音比の性能を確保する制御が可能な、異音を発生させることなく制御を行えるようにすることのできるボリューム制御システムを提供する。
【解決手段】
デジタル信号を処理する信号処理部202と、信号処理部202により処理された後DAC部203によりアナログ変換されたアナログ信号のレベルを制御する電子ボリューム204とを備えているボリューム調整システムにおいて、信号処理部202において生成された低域信号を復調する復調回路218を備えている。
【選択図】図1

Description

本発明はデジタルシグナルプロセッサ(以降DSPとする)と電子ボリュームなどのデジタル制御のボリュームを使用したボリューム制御システムに関するものである。
ボリューム制御システムにおいて、DSP処理に起因するダイナミックレンジが限定され、S/N比が劣化する問題の解消を目的として、DSP内部に、ADCよりディジタル化されたオーディオ信号を入力とする減衰器を介して信号処理するDSP演算部を直列に設け、DSP処理部とし、前記DSP処理部の出力をディジタルアナログ変換するDAC及び前記減衰器で減衰される信号レベルを補正増幅するゲインアンプを直列に配し、前記減衰器,DSP演算部及びゲインアンプを制御するマイクロコンピュータから構成されているオーディオ信号処理装置がある(例えば、特許文献1)。
また、ユーザが音声の音量の変更を指示した場合、電子ボリュームによる音量レベルの変更に際し、電子ボリュームのスイッチングノイズが発生し、これによるポップ音がスピーカから放音される問題の解消を目的として、音声信号が流れる音声信号ラインに接続され、前記音声信号に処理を施す電子機器と、前記電子機器の処理によって発生し、前記音声信号に付加されるノイズの信号が有する波形と逆位相の波形を有する逆位相信号を生成し、生成した前記逆位相信号を前記ノイズの信号と混合するノイズ除去手段と、を備える音響装置がある(例えば、特許文献2)。
特許第2684671号公報 特開2010−124345号公報
しかしながら、上記従来のボリューム制御システム及び音響装置ではボリューム切替時の異音を小さくする為に、DAC部でアナログ信号に変換された時に信号を本来、さらに大きくできるところを小さくしてしまっている。この為、ボリューム制御システムのS/Nが悪くなるという問題があった。
本発明はこのような従来の問題を解決するものであり、ボリューム切替時の異音を抑えて、S/N性能を悪化させないボリューム制御システムを提供することを目的とするものである。
本発明は上記目的を達成するために、デジタル信号を処理する信号処理部と、当該信号処理部により処理された後アナログ変換されたアナログ信号のレベルを制御する電子ボリュームとを備えているボリューム調整システムにおいて、前記信号処理部において生成された低域信号を復調する復調回路を備えているものである。
本発明によれば、ボリューム制御システム全体の減衰量を変える時に異音が目立つ音声の低域成分に対して異音を発生させないよう減衰量が変えられるので、ボリューム切替時の異音を押さえ、S/N性能を悪化させない効果を有する。
本発明の実施例におけるボリューム調整システムのブロック図 図2に示す信号処理部の内部のブロック図 本発明の実施例におけるタイミングチャート 本発明に関連するボリューム制御システムの構成を示すブロック図 図4に示す信号処理部の内部のブロック図
本発明の実施例を説明するために、まず、本発明に関連するボリューム制御システムの構成について、以下に説明する。
図4は、本発明に関連するボリューム制御システムの構成を示すブロック図である。図4において100は信号元(例えはCDプレーヤやメモリーオーディオプレーヤ)であり、101はアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータ(以降ADCとする)部であり、102は音響信号処理やレベル制御を行う信号処理部(例えばDSPなど)であり、103はデジタル信号をアナログ信号に変換するアナログデジタルコンバータ(以降DACとする)部であり、104はDAC部103で変換されたアナログ信号のレベルを制御する電子ボリューム(又は電子ボリューム相当のもの)であり、105は増幅器であり、106はスピーカであり、107は信号処理部102のレベル制御を行う制御信号109や電子ボリューム104のボリューム制御を行う制御信号110を制御する制御部(例えばマイコンなど)であり、108はボリューム切替操作部(例えばボリュームつまみなど)である。
図5は図4の信号処理部102の内部ブロック図である。図5において、111はスムージング機能のついている乗算器であり、112は音響信号処理部(例えばラウドネス処理などを行う)であり、113は図4のADC部101より入力される音声信号入力部であり、114は図4の制御部107より入力される制御信号109の入力部であり、115は音響信号処理部112で処理された音声信号を出力する音声信号出力部である。
次に図4に示したボリューム制御システムの動作について説明する。図4において、プレーヤ100からの音声信号は、ADC部101でデジタル信号に変換される。このデジタル信号が信号処理部102に入力される。信号処理部102では、図5に示すように、音声信号入力部113より入力されたデジタル信号が、乗算器111において、入力部114を介して入力された制御部107からの制御信号109により、そのレベルを下げられる。レベルが下げられたデジタル信号は、音響信号処理部112にてラウドネス処理などが行われた後、音声信号出力部115から出力される。このようにして、プレーヤ100からの音声信号は、デジタル信号として信号処理部102から出力される。
図4に示したボリューム制御システムのDAC部103にて、図5に示した信号処理部102の音声信号出力115から出力されたデジタル信号がアナログ信号に変換される。そのアナログ信号は、電子ボリューム104にて、制御部107の制御によりボリュームを下げられた後、増幅器105によって増幅されてスピーカ106より音声として出力される。
また、信号処理部102の音響信号処理部112によってデジタル信号を増幅するような処理が行われる場合、オーバーフローを避ける為に乗算器111にてあらかじめ増幅する分を減衰させる。この時、ラウドネス機能のような、ボリュームによって増幅量が変わる処理の場合、最大増幅量に合わせて、乗算器111で減衰させる。このように乗算器111で減衰させると、DAC部103でアナログ信号に変換された時に音声信号が小さくなり、信号対雑音比(以降S/Nとする)が悪くなってしまう。その為、各ボリューム値でのラウドネスの増幅量にあわせて、乗算器111の減衰量をボリュームに連動させて切り替える制御を行う。このような制御を行った場合のボリューム制御システム(以下、適宜、システムという。)全体のボリュームは以下の式(1)で表される。
すなわち、乗算器111の減衰量をAとし、電子ボリューム104の減衰量をBとすると、ボリューム制御システム全体の減衰量Cは
A+B=C …(1)
となる。
例えば、ラウドネス機能の増幅量をLとし、システム全体の減衰量Cが0dB〜−5dBまでの範囲では増幅量Lが0dBであり、減衰量Cが−6dB〜−13dBまでの範囲では増幅量Lが3dBであり、減衰量Cが−14dB〜−27dBまでの範囲では増幅量Lが6dBであり、減衰量Cが−28dB〜−∞dBまでの範囲では増幅量Lが12dBであった場合、レベル制御部111の減衰量Aは増幅量Lの分だけ減衰させる必要がある。
この為、上記の例示では、減衰量Aは、システム全体の減衰量Cが0dB〜−5dBまでの範囲では減衰量Aが0dBであり、減衰量Cが−6dB〜−13dBまでの範囲では減衰量Aが−3dBであり、減衰量Cが−14dB〜−27dBまでの範囲では減衰量Aが−6dBであり、減衰量Cが−28dB〜−∞dBまでの範囲では減衰量Aが−12dBとなる。
乗算器111の減衰量Aと、電子ボリューム104の減衰量Bと、ボリューム制御システム全体の減衰量Cとの間には、上記式(1)の関係があるから、式(1)より、減衰量Bが求まる。
乗算器111の減衰量Aと、ラウドネス機能の増幅量Lと、電子ボリューム104の減衰量Bと、ボリューム制御システム全体の減衰量Cとの関係は、表1に示すものになる。
表1に示すように、システム全体の減衰量Cが例えば−5dBから−6dBに切り替わる時には、乗算器111の減衰量Aは0dBから−3dBになり、電子ボリューム104の減衰量Bは−5dBから−3dBとなる。このとき、減衰量Aおよび減衰量Bはそれぞれ大きく変化することになる。ここで、ボリューム切替操作は通常100msec程度の短い時間で行わなくてはならない。この為、乗算器111の減衰量Aの変位と電子ボリューム104の減衰量Bの変位のズレが異音となってしまう。
上述した−5dBから−6dBに切り替わる時の他にも、システム全体の減衰量Cが−13dBから−14dBに変わる時と、−27dBから−28dBに変わる時でも同様の異音が発生する。
そこで、異音が発生する前記切り替わり部分で減衰量Aと減衰量Bの変位が小さくなるように、以下の法則に従い減衰量Aを決めるという構成を採用することができる。
増幅量Lの変位量ΔLとした場合、増幅量Lの変位が起こった減衰量Cより2(ΔL−n)(dB)分小さい減衰量Cの時と、2(ΔL−n)−1(dB)分小さい減衰量Cの時に、そのボリューム時に必要な減衰量に対し、減衰量AをさらにΔL−(ΔL−n)(dB)分減衰させる。n(1以上の整数)がΔLと同じになるまで、上述した方法と同様に計算を行い減衰量Aを求める。
例えば、表1に示したように、システム全体のボリュームが−27dBから−28dBになる時の増幅量Lの変位量ΔLは6dBであるので、n=1の時、2(ΔL−n)=2(6−1)=10と、2(ΔL−n)−1=2(6−1)−1=9となる。そこで、減衰量C=−28+10=−18(dB)の減衰量Aと、減衰量C=−28+9=−19(dB)の減衰量Aに対して、各ΔL−(ΔL−n)=6−(6−1)=1(dB)減衰させる。減衰量Cが−18(dB)と−19(dB)の時の減衰量Aは−6dBなので、それぞれ−1dBして新たな減衰量Aを−7dBと決める。
同様にn=2の時は、減衰量Cが−20(dB)と−21(dB)のときの新たな減衰量Aを−8dBと決める。
上述した法則に従った計算を、さらにn=ΔLになるまで繰り返し、新たな減衰量Aを決定する。
この様に決めた減衰量Aから式(1)の関係式より、減衰量Bが求まる。
上述した法則に従った計算により、新たな減衰量Aと新たな減衰量Bとを決定することができる。上述した計算により得られた減衰量Aと減衰量Bとは、表2に示すものになる。表2に示されているように、上述した計算により減衰量Aと減衰量Bの変位を小さくすることができ、異音の大きさが小さくなる。
このように上記のボリューム制御システムを用いることで、ボリューム切替時の異音を抑えつつ、DAC部103でアナログ信号に変換された時に信号を大きくすることができるから、S/N性能を損なわないシステムが実現できる。
しかしながら、上記のボリューム制御システムではボリューム切替時の異音を小さくする為に、DAC部103でアナログ信号に変換された時に信号を本来、さらに大きくできるところを小さくしてしまっている。例えば、上述したボリューム制御システムについて示した動作において、システム全体の減衰量が−27dBの時は乗算器111の減衰量Aは本来−6dBで良い所を異音の発生を抑える為に−11dBにしている(表1および表2参照)。この為、乗算器111の減衰量AのS/Nが5dBも悪くなるという問題がある。
発明者は、上記の問題点に着目し、ボリューム切替時の異音を抑えるとともにS/N性能を悪化させない本発明のボリューム制御システムに想到するに至った。
図1と図2は本発明の実施例の構成を示すブロック図である。
図1において、200は信号元(例えはCDプレーヤやメモリーオーディオプレーヤ)であり、201はアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータ(以降ADCとする)部であり、202は音響信号処理やレベル制御を行う信号処理部(例えばDSPなど)であり、203はデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタルアナログコンバータ(以降DACとする)部であり、204はDAC部203で変換されたアナログ信号のレベルを制御する電子ボリューム(又は電子ボリューム相当のもの)であり、217は変調された信号(搬送波)を選択する為のバンドパスフィルタ(例えばセンター周波数は22.5kHzなど)であり、218はバンドパスフィルタ217で選択した信号に変調されている信号を復調する復調回路であり、216は復調された信号と電子ボリューム204の出力信号を合成するミックス回路であり、205は増幅器であり、206はスピーカであり、207は信号処理部202のレベル制御を行う制御信号209と制御信号232や電子ボリューム204のボリューム制御を行う制御信号210や変調信号を含む音声とそうでない音声を切替えるための制御信号230を制御する制御部(例えばマイコンなど)であり、208はボリューム切替操作部(例えばボリュームつまみなど)である。
図2は図1の信号処理部202の内部ブロック図である。図2において、211はスムージング機能のついている乗算器であり、212は音響信号処理部(例えばラウドネス処理などを行う)であり、220は搬送波を付加する為に音声信号の高域成分を減衰させるローパスフィルタ(例えばカットオフ周波数は10kHzにする)であり、221は音声信号の高域成分を取り出す為のハイパスフィルタ(例えばカットオフ周波数は500Hzにする)であり、224は音声信号の低域成分を取り出す為のローパスフィルタ(例えばカットオフ周波数は500Hzにする)であり、223は低域成分だけに対して行うスムージング機能がついているレベル変換器(乗算器)であり、228は振幅変調を行う為の搬送波を生成する発信機(例えば発振周波数は22.5kHzとする)であり、225は低域信号を発信機228で生成した搬送波に変調させる振幅変調器であり、222はハイパスフィルタ221で取り出した高域成分と振幅変調器225で変調した低域成分を合成する加算器であり、219はローパスフィルタ220〜加算器222までの処理を行った信号と行っていない信号を切替える切替器であり、213は図1のADC部201より入力される音声信号入力部であり、214は図1の制御部207より入力される制御信号209の入力部であり、231は図1の制御部207より入力される制御信号232の入力部であり、229は図1の制御部207より入力される制御信号230の入力部であり、215は音響信号処理部212で処理された音声信号の出力部である。
次に上記の実施例の動作について、図3の本発明の実施例におけるタイミングチャートを参酌しつつ説明する。
まず、図1のボリューム切替操作部208より入力が無い状態の動作(図3のステップ1)について説明する。この状態において、信号元200のプレーヤからの音声信号は、ADC部201でデジタル信号に変換される。このデジタル信号が、信号処理部202に入力される。信号処理部202では、図2に示すように、音声信号入力部213より入力されたデジタル信号が、乗算器211において、入力部214を介して入力された制御部207からの制御信号209により、そのレベルを下げられる。レベルが下げられたデジタル信号は、音響信号処理部212にてラウドネス処理などが行われる。
このラウドネス処理の時、切替器219は、図1の制御部207から制御信号230が送られ、音響信号処理部212からの出力を選択する方(図2のA)に切り替わっている。この為、音響信号処理部212からの信号が、出力部215からデジタル信号として出力される。そして、図1のDAC部203にて、図2の出力部215から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。そのアナログ信号は、図1の電子ボリューム204にてボリュームを下げられ、ミックス回路216を通り、増幅器205によって増幅された後、スピーカ206より音声として出力される。
また、この時、図2の乗算器223は、制御部207から出力された制御信号232により、図1の電子ボリューム204と同じ減衰量に制御されている。また、図2のローパスフィルタ220とハイパスフィルタ221とローパスフィルタ224と発信機228と振幅変調器225と加算器222は、動作している状態でも停止している状態でも良い。
つづいて、システム全体のボリュームを下げる時の動作(図3のステップ2〜5)について説明する。この時は、図1のボリューム切替操作部208より、ボリュームを下げるという入力が図1の制御部207に入力される。そして、制御部207は、制御信号232により図2の乗算器223を図1の電子ボリューム204と同じ減衰量になるよう制御する(図3のステップ2)。この時、図2のローパスフィルタ220とハイパスフィルタ221とローパスフィルタ224と発信機228と振幅変調器225と加算器222が動作停止状態であった場合、制御信号232か又はそれに類する制御信号でこれらを動作状態にする。
次に、図2の切替器219へ、加算器222からの出力を選択するよう(図2のB)、制御部207より制御信号230を送る(図3のステップ3)。この時、音響信号処理部212からの出力信号は、ローパスフィルタ220で高域成分(例えば10kHz以上)が減衰された信号にされ、ハイパスフィルタ221で低域成分(例えば500Hz以下)が減衰された信号と、乗算器223で減衰され、ローパスフィルタ224で高域成分(例えば500Hz以上)が減衰された信号とに分けられる。これらハイパスフィルタ221およびローパスフィルタ224が音声信号分離手段の役割を果たす。
ハイパスフィルタ221からの出力信号は、ローパスフィルタ224からの出力信号により発信機228(例えば22.5kHz)からの信号を振幅変調器225において変調した信号と、加算器222で加算されてから、切替器219へ入力されている。
切替器219からの出力は、出力部215から出力される。この出力は、図1に示すようにDAC部203でアナログ信号に変換され、電子ボリューム204とバンドパスフィルタ217へ入力される。
バンドパスフィルタ217は、振幅変調器225(図2参照)で生成した信号を選択し抜き出している。バンドパスフィルタ217の出力信号は、復調回路218にて復調され、ローパスフィルタ224(図2参照)の出力をアナログ信号に変換した信号と同等の信号になる。
電子ボリューム204からの出力と、復調回路218からの出力とはミックス回路216で合成されて、増幅器205で増幅された後に、スピーカ206から出力される。
ここでの動作におけるポイントは、低域成分(例えば500Hz以下)が電子ボリューム204で減衰されずに乗算器223で減衰されている点である。ミックス回路216で合成された音声信号は、ボリュームを下げるという入力が図1の制御部207に入る前と聴感上ほぼ同じ信号となる。
次に、制御信号232で乗算器223の減衰量を下げ、同時に制御信号210で電子ボリューム204の減衰量も下げる(図3のステップ4)。この時、低域信号(例えば500Hz以下)は乗算器223で減衰される。
ここでの動作におけるポイントは、聴感上異音にならない高域成分(例えば500Hz以上)が電子ボリューム204で減衰されることである。聴感上異音が目立つ低域成分(例えば500Hz以下)は、スムージング機能のついた乗算器223で減衰されるので、異音にならない。
さらに、上述したように、ミックス回路216からの出力は、高域成分(例えば500Hz以上)が電子ボリューム204で減衰された信号、低域成分(例えば500Hz以下)が乗算器223で減衰された信号が合成される。これにより、低域から高域までおよそ均一な信号になるので、聴感上違和感は発生しない。
次に乗算器223のスムージング処理が十分に完了し、且つ、電子ボリューム204の減衰量の変位が十分に安定した後に、図2の切替器219へ、音響信号処理部212からの出力を選択するよう制御部207から制御信号(230)を送る(図3のステップ5)。この時、制御信号232か又はそれに類する制御信号で図2のローパスフィルタ220とハイパスフィルタ221とローパスフィルタ224と発信機228と振幅変調器225と加算器222を動作停止状態にしても良い。
以上の一連の動作が完了すると、切替操作部208より、ボリュームを下げるという入力後、システム全体のボリュームを下げる時の動作が完了し、切替操作部208より入力が無い状態となる。また、システム全体のボリュームを上げる時の動作は、上記動作の中で、減衰を行っている乗算器211と乗算器223と電子ボリューム204の動作を増加させた場合となる。
この実施例によると、図4に示したシステムのレベル制御部111に相当する乗算器211の減衰量Aと、図4に示したシステムの電子ボリューム104に相当する電子ボリューム204の減衰量Bの変位量を小さくしなくても、ボリューム切替時の異音を小さくすることができる。この為、DAC部203では、図4に示したシステムより大きなアナログ信号で変換することができ、より全ボリュームでよりS/N性能を確保したボリューム制御システムとなる。
本発明は、上記実施例より明らかなように、ボリュームを制御する時に異音を発生させず、各ボリューム値でのラウドネスの増幅量にあわせて、乗算器211の減衰量をボリュームに連動させて切り替える制御を行え、乗算器211の減衰量をA、電子ボリューム104の減衰量をBとした場合、本発明に関連するボリューム制御システムについて説明した上記表1で示した数値に基づいた制御を行うことができるので、システム全体のS/N性能を全ボリュームで最適にすることができる効果がある。
本発明は、ボリューム切替時の異音を抑えて、S/N性能を悪化させないボリューム制御システムとして用いることができる。
100 信号元
101 アナログデジタルコンバータ
102 信号処理部
103 デジタルアナログコンバータ
104 電子ボリューム
105 増幅器
106 スピーカ
107 制御部
108 ボリューム切替操作部
109 制御信号
110 制御信号
111 乗算器
112 音響信号処理部
113 音声信号入力部
114 入力部
115 音声信号出力部
200 信号元
201 アナログデジタルコンバータ
202 信号処理部
203 デジタルアナログコンバータ
204 電子ボリューム
205 増幅器
206 スピーカ
207 制御部
208 ボリューム切替操作部
209 制御信号
210 制御信号
211 乗算器
212 音響信号処理部
213 音声信号入力部
214 入力部
215 出力部
216 ミックス回路
217 バンドパスフィルタ
218 復調回路
219 切替器
220 ローパスフィルタ
221 ハイパスフィルタ(音声信号分離手段)
222 加算器
223 乗算器
224 ローパスフィルタ(音声信号分離手段)
225 振幅変調器
228 発信機
229 入力部
230 制御信号
231 入力部
232 制御信号

Claims (5)

  1. デジタル信号を処理する信号処理部と、当該信号処理部により処理された後アナログ変換されたアナログ信号のレベルを制御する電子ボリュームとを備えているボリューム調整システムにおいて、
    前記信号処理部において生成された低域信号を復調する復調回路を備えていることを特徴とするボリューム調整システム。
  2. 前記電子ボリュームの出力と前記復調回路の出力を合成するミックス回路を備えていることを特徴とする請求項1に記載のボリューム調整システム。
  3. 前記信号処理部は、
    音響処理部と、
    前記音響処理部から出力されたデジタル信号を高域信号と低域信号とに分離する音声信号分離手段と、
    前記低域成分のみのレベルを調整し変調して出力するレベル変換器と、
    前記レベル変換器により出力された低域信号を変調する振幅変調器と、
    前記高域信号と振幅変調器により復調された低域信号とを合成する加算器と、
    前記音響処理部の出力と、前記加算器からの出力とを切り替える切替器とを備えており、
    前記復調回路は、前記振幅変調器により変調された低域信号を復調するものであることを特徴とする請求項2に記載のボリューム調整システム。
  4. ボリューム調整システムがボリュームを変化させる制御を行うとき、
    前記レベル変換器が低域成分を減衰し、
    前記電子ボリュームが高域成分を減衰することを特徴とする請求項3に記載のボリューム調整システム。
  5. 前記レベル変換器の減衰量と、前記電子ボリュームの減衰量とが同じであることを特徴とする請求項4に記載のボリューム調整システム。
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