JP2014138221A - デジタル電子機器およびデジタル信号の信号レベル調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号レベルを調整して定電力化を図るための回路を簡略化して、装置の小型化を図ることが可能なデジタル電子機器を提供する。
【解決手段】このオーディオシステム（デジタル電子機器）１００は、オーディオ信号（デジタル信号）のデジタル値Ｘ_ｎを検出するピークディテクタ２１と、ピークディテクタ２１により検出されたデジタル値Ｘ_ｎに基づいて、オーディオ信号の信号レベルＶ_ｎを算出するとともに、算出された信号レベルＶ_ｎを出力可能レベル以下に調整するための圧縮率（調整率）Ｃ_Ｌを算出する中央演算装置２２と、中央演算装置２２により算出された圧縮率Ｃ_Ｌに基づいて、信号レベルＶ_ｎが出力可能レベル以下になるようにオーディオ信号を調整する信号レベル処理部２４とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、デジタル信号の出力レベルを調整するデジタル電子機器およびデジタル信号の信号レベル調整方法に関する。

従来、定電力化などを図るためにデジタル信号の信号レベルを調整するデジタル電子機器が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、入力端子に入力された高周波信号（入力信号）の電力量（信号レベル）を検出する入力レベル検出部と、入力信号を増幅する増幅器と、増幅器により増幅されて出力端子から出力される高周波信号（出力信号）の電力量を検出する出力レベル検出部と、出力信号の電力量が規定値以上になった場合に入力信号の電力量を減衰させるように調整する電圧可変減衰器（調整部）とを備えた高周波増幅器（デジタル電子機器）が開示されている。このデジタル電子機器では、電圧可変減衰器により入力信号の電力量を調整して定電力化などを図るために、入力レベル検出部の検出結果と出力レベル検出部の検出結果とを比較する比較器や、比較器による比較結果をフィードバックするフィードバック回路などを含む複雑な回路が設けられている。

特開２００９−１７１５２４号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された高周波増幅器（デジタル電子機器）では、入力レベル検出部の検出結果と出力レベル検出部の検出結果とを比較する比較器や、比較器による比較結果をフィードバックするフィードバック回路などを含む複雑な回路によって入力信号の電力量（信号レベル）を調整する処理（定電力化などを図る処理）が行われているため、入力信号の電力量（信号レベル）を調整して定電力化などを図るための回路が複雑化して装置が大型化するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、信号レベルを調整して定電力化を図るための回路を簡略化して、装置の小型化を図ることが可能なデジタル電子機器およびデジタル信号の信号レベル調整方法を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面によるデジタル電子機器は、デジタル信号を出力する出力部と、出力部に入力されるデジタル信号のデジタル値を検出する検出部と、検出部により検出されたデジタル値に基づいて、デジタル信号の信号レベルを算出するとともに、算出された信号レベルを出力部が出力可能な出力可能レベル以下に調整するための調整率を算出する演算部と、演算部により算出された調整率に基づいて、信号レベルが出力可能レベル以下になるようにデジタル信号を調整する調整部とを備える。

この発明の第１の局面によるデジタル電子機器では、上記のように構成することによって、演算部により理論的に（ソフトウェア的に）算出された調整率に基づいて、信号レベルが出力可能レベル以下になるようにデジタル信号が調整されるので、デジタル信号の信号レベルを調整して定電力化を図るために、入力信号の信号レベルと出力信号の信号レベルとを比較する比較器や、比較器による比較結果をフィードバックするフィードバック回路などを含む複雑な回路を設ける必要がない。これにより、信号レベルを調整して定電力化を図るための回路（調整部を含む回路）を簡略化して、装置（デジタル電子機器）の小型化を図ることができる。また、本発明では、ソフトウェアプログラムによる調整率の算出によりデジタル信号の調整を行うことによって、ソフトウェアプログラムのアップデートなどにより、容易にソフトウェアプログラムの更新処理を行うことができ、柔軟性に優れた定電力化装置を提供することができる。

上記第１の局面によるデジタル電子機器において、好ましくは、調整率は、信号レベルを出力可能レベル以下に圧縮するための圧縮率を含み、調整部は、演算部により算出された圧縮率に基づいて、信号レベルが出力可能レベル以下になるようにデジタル信号を圧縮するように構成されている。このように構成すれば、演算部により算出された圧縮率に基づいてデジタル信号を圧縮することによって、容易に、デジタル信号の信号レベルを出力可能レベル以下に調整することができる。これにより、容易に、ソフトウェア的に定電力化を図ることができる。

この場合、好ましくは、出力可能レベルに対応する値を含む、デジタル電子機器に固有の値が記憶された記憶部をさらに備え、演算部は、検出部により検出されたデジタル値と、記憶部に記憶された固有の値とに基づいて、信号レベルを算出するとともに、算出された信号レベルを出力可能レベル以下に圧縮するための圧縮率を算出するように構成されている。このように構成すれば、検出部により検出されたデジタル値と、記憶部に記憶された固有の値とに基づいて、容易に、信号レベルおよび圧縮率を算出することができる。また、記憶部の記憶内容を種々に変更することによって、仕様の異なる種々のデジタル電子機器に柔軟に対応させることができる。

上記デジタル信号を圧縮する調整部を備えたデジタル電子機器において、好ましくは、調整部は、演算部により算出された圧縮率に基づいて、デジタル信号のうちの信号レベルが出力可能レベルを超える超過部分を、超過部分の信号レベルが出力可能レベルに等しくなるように圧縮するように構成されている。このように構成すれば、超過部分の信号レベルが出力可能レベルに等しくなるので、容易に、ソフトウェア的に、超過部分を含むデジタル信号の全体の信号レベルを出力可能レベル以下に調整することができる。

上記デジタル信号を圧縮する調整部を備えたデジタル電子機器において、好ましくは、調整部は、演算部により算出された圧縮率に基づいて、デジタル信号の全体を、デジタル信号の全体の信号レベルが出力可能レベル以下になるように圧縮するように構成されている。このように構成すれば、デジタル信号のうちの一部のみを圧縮する場合と異なり、デジタル信号の全体を圧縮することによって、複雑な処理を行うことなく、容易に、ソフトウェア的に、デジタル信号の全体の信号レベルを出力可能レベル以下に調整することができる。

上記デジタル信号を圧縮する調整部を備えたデジタル電子機器において、好ましくは、調整部は、演算部により算出された圧縮率に基づいて、デジタル信号のうちの信号レベルが出力可能レベルを超える超過部分を、超過部分の信号レベルが出力可能レベル以下になるように圧縮するように構成されている。このように構成すれば、超過部分以外の部分は圧縮されないので、本来圧縮する必要がない部分（超過部分以外の部分）が圧縮されて信号レベルが過度に小さくなるのを抑制することができる。

この発明の第２の局面によるデジタル信号の信号レベル調整方法は、デジタル信号のデジタル値を検出するステップと、検出されたデジタル値に基づいて、デジタル信号の信号レベルを算出するとともに、算出された信号レベルを所定の出力可能レベル以下に調整するための調整率を算出するステップと、算出された調整率に基づいて、信号レベルが出力可能レベル以下になるようにデジタル信号を調整するステップとを備える。

この発明の第２の局面によるデジタル信号の信号レベル調整方法では、上記のように構成することによって、理論的に（ソフトウェア的に）算出された調整率に基づいて、信号レベルが出力可能レベル以下になるようにデジタル信号が調整されるので、デジタル信号の信号レベルを調整して定電力化を図るために、入力信号の信号レベルの検出結果と出力信号の信号レベルの検出結果とをフィードバックして比較する比較器などを含む複雑な回路を設ける必要がない。これにより、信号レベルを調整して定電力化を図るための回路を簡略化して、装置の小型化を図ることが可能なデジタル信号の信号レベル調整方法を提供することができる。また、本発明では、ソフトウェアプログラムによる調整率の算出によりデジタル信号の調整を行うことによって、ソフトウェアプログラムのアップデートなどにより、容易にソフトウェアプログラムの更新処理を行うことができ、柔軟性に優れたデジタル信号の信号レベル調整方法を提供することができる。

上記第２の局面によるデジタル信号の信号レベル調整方法において、好ましくは、調整率を算出するステップは、検出されたデジタル値に基づいて、デジタル信号の信号レベルを算出するとともに、算出された信号レベルを所定の出力可能レベル以下に調整するための圧縮率を算出するステップを含み、デジタル信号を調整するステップは、算出された圧縮率に基づいて、信号レベルが出力可能レベル以下になるようにデジタル信号を圧縮するステップを含む。このように構成すれば、算出された圧縮率に基づいてデジタル信号を圧縮することによって、容易に、デジタル信号の信号レベルを出力可能レベル以下に調整することができる。これにより、容易に、ソフトウェア的に定電力化を図ることができる。

本発明によれば、上記のように、信号レベルを調整して定電力化を図るための回路を簡略化して、装置の小型化を図ることができる。

本発明の第１実施形態によるオーディオシステムの全体構成を示したブロック図である。 本発明の第１実施形態によるオーディオシステムから出力されるオーディオ信号の圧縮前および圧縮後の信号波形を示したイメージ図である。 本発明の第１実施形態によるオーディオシステムにおけるオーディオ信号の信号レベルの圧縮率の算出方法（計算理論）を説明するためのイメージ図である。 本発明の第１実施形態によるオーディオシステムにおいて用いられる計算理論によって算出される理論値（計算値）の一覧を示した表である。 図４に対応する実測値の一覧を示した表である。 本発明の第２実施形態によるオーディオシステムから出力されるオーディオ信号の圧縮前および圧縮後の信号波形を示したイメージ図である。 本発明の第３実施形態によるオーディオシステムから出力されるオーディオ信号の圧縮前および圧縮後の信号波形を示したイメージ図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態によるオーディオシステム１００の構成について説明する。このオーディオシステム１００は、ＢＤ（Ｂｌｕ−Ｒａｙ Ｄｉｓｃ）２００などのディスク型記録媒体に記録された音声データ（デジタルデータ）を出力再生可能に構成されたデジタル電子機器である。

図１に示すように、オーディオシステム１００は、デコーダ１と、デコーダ１に接続されたＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２と、ＤＳＰ２に接続されたＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）プロセッサ３と、ＰＷＭプロセッサ３に接続されたＤ−ＡＭＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）４と、Ｄ−ＡＭＰ４に接続された複数のスピーカ５と、Ｄ−ＡＭＰ４に接続されたＤ−ＡＭＰ電源部６とを備える。なお、スピーカ５は、本発明の「出力部」の一例である。

デコーダ１は、ＢＤ２００に記憶された音声データに対応するオーディオ信号（デジタル信号）をデコードするために設けられている。また、ＤＳＰ２は、デコーダ１から入力されるオーディオ信号に対して種々の処理（たとえば、後述する信号レベルの圧縮処理）を施すために設けられている。また、ＰＷＭプロセッサ３は、ＤＳＰ２から入力されるオーディオ信号をＰＷＭ信号に変換するために設けられている。また、Ｄ−ＡＭＰ４は、ＰＷＭプロセッサ３から入力されるＰＷＭ信号を増幅するために設けられている。また、複数のスピーカ５は、それぞれ、Ｄ−ＡＭＰ４により増幅されたＰＷＭ信号に基づいて外部に音声を出力するように構成されている。なお、Ｄ−ＡＭＰ電源部６は、Ｄ−ＡＭＰ４に電源を供給するために設けられている。

ここで、第１実施形態では、ＤＳＰ２は、デコーダ１の出力に接続されたピークディテクタ２１と、ピークディテクタ２１の出力に接続された中央演算装置２２と、中央演算装置２２に接続された内部メモリ２３と、中央演算装置２２の出力に接続されるとともにデコーダ１の出力に接続された信号レベル処理部２４とを含む。なお、ピークディテクタ２１、中央演算装置２２、内部メモリ２３および信号レベル処理部２４は、それぞれ、本発明の「検出部」、「演算部」、「記憶部」および「調整部」の一例である。

ピークディテクタ２１は、デコーダ１から出力されるオーディオ信号（デジタル信号）のデジタル値Ｘ_ｎ（ｎは、複数のスピーカ５の各々に対して便宜上割り当てた番号である）を検出するように構成されている。また、中央演算装置２２は、ピークディテクタ２１により検出されたデジタル値Ｘ_ｎに基づいて、複数のスピーカ５の各々から出力される音声に対応するオーディオ信号の信号レベルＶ_ｎを算出するとともに、算出された信号レベルＶ_ｎを所定の出力可能レベル（Ｄ−ＡＭＰ電源部６が実際に出力可能な電力量の最大値Ｗ_Ｌに対応する値：図２の点線参照）以下に調整するための調整率を算出するように構成されている。具体的には、中央演算装置２２は、信号レベルＶ_ｎを所定の出力可能レベル以下に圧縮するための圧縮率Ｃ_Ｌを算出するように構成されている。

内部メモリ２３には、中央演算装置２２により実行されるソフトウェアプログラムや、中央演算装置２２により圧縮率Ｃ_Ｌが算出される際に用いられる種々の値（オーディオシステム１００に固有の値）などが記憶されている。たとえば、内部メモリ２３には、ＰＷＭプロセッサ３の変調率ｍや、Ｄ−ＡＭＰ４に入力される電源電圧Ｖ_Ｄや、各スピーカ５のインピーダンスＲ_ｎや、Ｄ−ＡＭＰ４の効率Ｅ_Ｄや、Ｄ−ＡＭＰ電源部６が実際に出力可能な電力量の最大値Ｗ_Ｌなどが記憶されている。これにより、中央演算装置２２は、ピークディテクタ２１により検出されたデジタル値Ｘ_ｎと、内部メモリ２３に記憶された上記変調率ｍ、電源電圧Ｖ_Ｄ、インピーダンスＲ_ｎ、効率Ｅ_Ｄおよび電力量の最大値Ｗ_Ｌとに基づいて、圧縮率Ｃ_Ｌを理論的に算出するように構成されている。なお、圧縮率Ｃ_Ｌの算出方法の詳細については、後述する。

信号レベル処理部２４は、乗算器を含むように構成されている。この信号レベル処理部２４は、中央演算装置２２により算出された調整率（圧縮率Ｃ_Ｌ）に基づいて、オーディオ信号の信号レベルＶ_ｎを所定の出力可能レベル（Ｄ−ＡＭＰ電源部６が実際に出力可能な電力量の最大値Ｗ_Ｌに対応する値：図２の点線参照）以下に調整するように構成されている。具体的には、信号レベル処理部２４は、信号レベル処理部２４に入力されるオーディオ信号のデジタル値Ｘ_ｎに圧縮率Ｃ_Ｌの平方根√Ｃ_Ｌを乗算することにより、オーディオ信号の信号レベルＶ_ｎを所定の出力可能レベル以下に圧縮するように構成されている。詳細には、図２に示すように、信号レベル処理部２４は、中央演算装置２２により算出された圧縮率Ｃ_Ｌに基づいて、オーディオ信号のうちの信号レベルが出力可能レベル（点線の直線参照）を超える超過部分（斜線部参照）を、超過部分の信号レベルが出力可能レベルに等しくなるように圧縮するように構成されている。なお、図２では、オーディオ信号の圧縮前の信号波形が一点鎖線で表現されているとともに、圧縮後の信号波形が実線で表現されている。

次に、図３を参照して、本発明の第１実施形態によるオーディオシステム１００におけるオーディオ信号の圧縮率の算出方法（計算理論）について説明する。

まず、中央演算装置２２は、ある時点においてデコーダ１から出力されたオーディオ信号（デジタル信号）のデジタル値Ｘ_ｎ（ｎは、複数のスピーカ５の各々に対して便宜上割り当てた番号である）がピークディテクタ２１により検出された場合に、その時点におけるオーディオ信号の信号レベルＶ_ｎを、以下の式（１）に基づいて算出する。

上記式（１）において、Ｘ_ＦＳは、量子化されたオーディオ信号（デジタル信号）のデジタル的なフルスケールの値（図３の０ｄＢＦＳに対応する値）である。たとえば、オーディオ信号が８ｂｉｔで量子化されている場合には、そのオーディオ信号のデジタル的なフルスケールの値は、２^８＝２５６である。また、上記式（１）において、Ｖ_ＰＥＡＫは、デコーダ１から出力されるオーディオ信号の信号レベルのピーク値（図３参照）である。

ここで、中央演算装置２２は、上記式（１）におけるオーディオ信号の信号レベルのピーク値Ｖ_ＰＥＡＫを、以下の式（２）に基づいて算出する。

上記式（２）において、ｍは、ＰＷＭプロセッサ３の変調率である。また、Ｖ_Ｄは、Ｄ−ＡＭＰ電源部６からＤ−ＡＭＰ４に供給される電源の電圧値である。これらの値（ｍおよびＶ_Ｄ）は、共に、中央演算装置２２に接続された内部メモリ２３に予め記憶されている。

なお、上記式（１）を、オーディオ信号のデジタル値Ｘ_ｎではなく、オーディオ信号の信号レベルのピーク値に対する比率（ある時点におけるデジタル値のフルスケール値に対する比率）ｒ_ｎを用いて表現した場合、上記式（１）は、以下の式（３）のように表現される。また、比率ｒ_ｎは、デジタル値Ｘ_ｎを用いて、以下の式（４）のように表現される。

中央演算装置２２は、上記の式（１）または（３）に基づいて、ある時点においてデコーダ１から出力されたオーディオ信号の信号レベルＶ_ｎを算出した場合、そのＶ_ｎを用いて、ある時点における各スピーカ５の最大消費電力Ｗ_{ｎ（ＭＡＸ）}を、以下の式（５）に基づいて算出する。そして、中央演算装置２２は、以下の式（５）に基づいて算出した最大消費電力Ｗ_{ｎ（ＭＡＸ）}を複数のスピーカ５全てについて足し合わせて、各スピーカ５の消費電力の総和Ｗ_Ｔを、以下の式（６）に基づいて算出する。

上記式（５）において、Ｒ_ｎは、各スピーカ５のインピーダンスである。また、上記式（６）において、Ｅ_Ｄは、Ｄ−ＡＭＰ４の効率である。これらの値（Ｒ_ｎおよびＥ_Ｄ）は、共に、中央演算装置２２に接続された内部メモリ２３に予め記憶されている。

ここで、上記式（６）に基づいて算出された消費電力Ｗ_Ｔが、Ｄ−ＡＭＰ電源部６が実際に出力可能な電力量の最大値Ｗ_Ｌ以上である場合には、オーディオ信号をそのまま出力しようとすると、Ｄ−ＡＭＰ電源部６が落ちて、スピーカ５から音声を正常に出力することができない。このため、Ｗ_ＴをＷ_Ｌ以下に抑制するために、オーディオ信号の信号レベルを信号レベル処理部２４によって圧縮する必要がある。そこで、中央演算装置２２は、オーディオ信号の信号レベルの圧縮率Ｃ_Ｌを、以下の式（７）に基づいて算出する。

なお、上記式（６）および（７）によれば、Ｄ−ＡＭＰ電源部６が実際に出力可能な電力量の最大値Ｗ_Ｌは、以下の式（８）のように表される。

上記式（８）によれば、消費電力Ｗ_ＴがＤ−ＡＭＰ電源部６が実際に出力可能な電力量の最大値Ｗ_Ｌ以上になる場合において、Ｗ_ＴをＷ_Ｌ以下に抑制するためには、信号レベル処理部２４に、オーディオ信号のデジタル値Ｘ_ｎに圧縮率Ｃ_Ｌの平方根√Ｃ_Ｌを乗算する処理を行わせて、オーディオ信号の信号レベルを圧縮すればよいことが分かる。

次に、図４および図５を参照して、本発明の第１実施形態によるオーディオシステム１００においてオーディオ信号の信号レベルの圧縮率Ｃ_Ｌが算出される際に用いられる計算理論（上記式（１）〜（８）参照）を検証するために行った実験について説明する。

この実験においては、まず、第１実施形態によるオーディオシステム１００のＰＷＭプロセッサ３の変調率ｍを０．９とし、Ｄ−ＡＭＰ電源部６の電源電圧Ｖ_Ｄを３３．１９Ｖとし、各スピーカ５のインピーダンス（負荷）Ｒ_ｎを４として、上記式（１）〜（８）に基づいて、信号レベルのピーク値Ｖ_ＰＥＡＫと、各スピーカ５の最大消費電力Ｗ_{ｎ（ＭＡＸ）}と、Ｄ−ＡＭＰ電源部６の出力電力Ｗ_Ｔとの理論値（計算値）を算出した。この計算においては、オーディオ信号の信号レベルのピーク値に対する比率ｒ_ｎが−３ｄＢの時のＤ−ＡＭＰ４の効率Ｅ_Ｄを０．８３とし、ｒ_ｎが−６ｄＢの時のＥ_Ｄを０．７５、ｒ_ｎが−９ｄＢの時のＥ_Ｄを０．６６とし、ｒ_ｎが−１２ｄＢの時のＥ_Ｄを０．５２とし、ｒ_ｎが−１５ｄＢの時のＥ_Ｄを０．３５とし、ｒ_ｎが−１８ｄＢの時のＥ_Ｄを０．１６として計算した。これらの計算結果（理論値）を一覧表にまとめたものが図４である。

次に、第１実施形態によるオーディオシステム１００に対応する実機を用意して、その実機を用いて、上記図４に対応する値（Ｄ−ＡＭＰ電源部の電源電圧Ｖ_Ｄ、信号レベルのピーク値Ｖ_{ＰＥＡＫ、}各スピーカの最大消費電力Ｗ_{ｎ（ＭＡＸ）}およびＤ−ＡＭＰ電源部の出力電力Ｗ_Ｔ）を、オーディオ信号の信号レベルのピーク値に対する比率ｒ_ｎが−３ｄＢの時、−６ｄＢの時、−９ｄＢの時、−１２ｄＢの時、−１５ｄＢの時および−１８ｄＢの時のそれぞれについて実際に測定した。これらの測定結果（実測値）を一覧表にまとめたものが図５である。

図４と図５とを比較すると、信号レベルを圧縮する必要のある高出力時（信号レベルの比率ｒ_ｎが−１５ｄＢ以上の場合：図４および図５の最下段から２段目以上の行参照）においては、理論値と実測値との間の誤差が比較的小さいため、上記式（１）〜（８）の計算理論が概ね正しいことが分かった。たとえば、ｒ_ｎが−３ｄＢの場合におけるＤ−ＡＭＰ４の出力電圧（各スピーカ５の消費電力の総和）Ｗ_Ｔの理論値と実測値とを比較すると、理論値は１３４．６９８（図４参照）であり、実測値は１２２（図５参照）であった。したがって、ｒ_ｎが−３ｄＢの場合においては、Ｄ−ＡＭＰ４の出力電圧Ｗ_Ｔを約９０％の精度で予測できた。

一方、低出力時（信号レベルの比率ｒ_ｎが−１８ｄＢの場合：図４および図５の最下段の行参照）においては、理論値と実測値との間の誤差が比較的大きいことが分かった。たとえば、ｒ_ｎが−１８ｄＢの場合におけるＤ−ＡＭＰ４の出力電圧（各スピーカ５の消費電力の総和）Ｗ_Ｔの理論値と実測値とを比較すると、理論値は２２．０９６（図４参照）であり、実測値は１２．７６（図５参照）であった。したがって、ｒ_ｎが−１８ｄＢの場合においては、Ｄ−ＡＭＰ４の出力電圧Ｗ_Ｔを約５７％の精度でしか予測できなかった。これは、低出力時においてはＤ−ＡＭＰ４の効率Ｅ_Ｄが極端に低下すること（図４に示すように、信号レベルの比率ｒ_ｎが−１８ｄＢの場合における効率Ｅ_Ｄは０．１６である）が原因であると考えられる。しかしながら、第１実施形態では、低出力時においては信号レベルを圧縮する必要がないため、低出力時における誤差がシステム全体に与える影響は少ないと考えられる。

第１実施形態では、上記のように、ピークディテクタ２１により検出されたデジタル値Ｘ_ｎに基づいて、オーディオ信号（デジタル信号）の信号レベルＶ_ｎを算出するとともに、算出された信号レベルＶ_ｎを出力可能レベル（Ｄ−ＡＭＰ電源部６が実際に出力可能な電力量の最大値Ｗ_Ｌに対応する値：図２の点線参照）以下に圧縮（調整）するための圧縮率（調整率）Ｃ_Ｌを算出する中央演算装置２２と、中央演算装置２２により算出された圧縮率Ｃ_Ｌに基づいて、信号レベルＶ_ｎが出力可能レベル以下になるようにオーディオ信号を圧縮する信号レベル処理部２４とを設ける。これにより、中央演算装置２２により理論的に（ソフトウェア的に）算出された圧縮率Ｃ_Ｌに基づいて、信号レベルＶ_ｎが出力可能レベル以下になるようにオーディオ信号が調整されるので、オーディオ信号の信号レベルＶ_ｎを調整して定電力化を図るために、入力信号の信号レベルと出力信号の信号レベルとを比較する比較器や、比較器による比較結果をフィードバックするフィードバック回路などを含む複雑な回路を設ける必要がない。これにより、信号レベルＶ_ｎを調整して定電力化を図るための回路（信号レベル処理部２４を含むＤＳＰ２）を簡略化して、装置（オーディオシステム１００）の小型化を図ることができる。また、第１実施形態では、ソフトウェアプログラムによる調整率Ｃ_Ｌの算出によりデジタル信号の調整を行うことによって、ソフトウェアプログラムのアップデートなどにより、容易にソフトウェアプログラムの更新処理を行うことができ、柔軟性に優れた定電力化装置を提供することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、ピークディテクタ２１により検出されたデジタル値Ｘ_ｎと、内部メモリ２３に記憶されたオーディオシステム１００に固有の値（ＰＷＭプロセッサ３の変調率ｍや、Ｄ−ＡＭＰ４に入力される電源電圧Ｖ_Ｄや、各スピーカ５のインピーダンスＲ_ｎや、Ｄ−ＡＭＰ４の効率Ｅ_Ｄや、Ｄ−ＡＭＰ電源部６が実際に出力可能な電力量の最大値Ｗ_Ｌなど）とに基づいて、信号レベルＶ_ｎを算出するとともに、算出された信号レベルＶ_ｎを出力可能レベル以下に圧縮するための圧縮率Ｃ_Ｌを算出するように中央演算装置２２を構成する。これにより、ピークディテクタ２１により検出されたデジタル値Ｘ_ｎと、内部メモリ２３に記憶された固有の値とに基づいて、容易に、信号レベルＶ_ｎおよび圧縮率Ｃ_Ｌを算出することができる。また、内部メモリ２３の記憶内容を種々に変更することによって、仕様の異なる種々のオーディオシステム１００に柔軟に対応させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、中央演算装置２２により算出された圧縮率Ｃ_Ｌに基づいて、オーディオ信号のうちの信号レベルＶ_ｎが出力可能レベルを超える超過部分（図２の斜線部参照）を、超過部分の信号レベルＶ_ｎが出力可能レベルに等しくなるように圧縮するように信号レベル処理部２４を構成する。これにより、超過部分の信号レベルＶ_ｎが出力可能レベルに等しくなるので、容易に、ソフトウェア的に、超過部分を含むオーディオ信号の全体の信号レベルＶ_ｎを出力可能レベル以下に調整することができる。

（第２実施形態）
次に、図１および図６を参照して、本発明の第２実施形態によるオーディオシステム１００ａの構成について説明する。この第２実施形態では、デジタル信号のうちの信号レベルが出力可能レベルを超える超過部分（図２の斜線部参照）を、超過部分の信号レベルが出力可能レベルに等しくなるように圧縮する上記第１実施形態と異なり、デジタル信号の全体の信号レベルが出力可能レベル以下になるようにデジタル信号の全体を圧縮する例について説明する。

図１に示すように、第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、オーディオシステム１００ａのＤＳＰ２ａは、デコーダ１の出力に接続されたピークディテクタ２１と、ピークディテクタ２１の出力に接続された中央演算装置２２ａと、中央演算装置２２ａに接続された内部メモリ２３ａと、中央演算装置２２ａの出力に接続されるとともにデコーダ１の出力に接続された信号レベル処理部２４ａとを含む。なお、中央演算装置２２ａ、内部メモリ２３ａおよび信号レベル処理部２４ａは、それぞれ、本発明の「演算部」、「記憶部」および「調整部」の一例である。

ピークディテクタ２１は、上記第１実施形態と同様に、デコーダ１から出力されるオーディオ信号（デジタル信号）のデジタル値Ｘ_ｎを検出するように構成されている。また、中央演算装置２２ａも、上記第１実施形態と同様に、ピークディテクタ２１により検出されたデジタル値Ｘ_ｎと、内部メモリ２３ａに記憶されたオーディオシステム１００ａに固有の値とに基づいて、オーディオ信号の信号レベルＶ_ｎを所定の出力可能レベル（図６の点線参照）以下に圧縮するための圧縮率Ｃ_Ｌを算出するように構成されている。なお、内部メモリ２３ａには、ＰＷＭプロセッサ３の変調率ｍや、Ｄ−ＡＭＰ４に入力される電源電圧Ｖ_Ｄや、各スピーカ５のインピーダンスＲ_ｎや、Ｄ−ＡＭＰ４の効率Ｅ_Ｄや、Ｄ−ＡＭＰ電源部６が実際に出力可能な電力量の最大値量Ｗ_Ｌなどのオーディオシステム１００ａに固有の値のほか、中央演算装置２２ａにより実行されるソフトウェアプログラムなどが記憶されている。

ここで、第２実施形態では、信号レベル処理部２４ａは、Ｄ−ＡＭＰ４から出力されるオーディオ信号の音量（ゲイン）を調整するための音量調節ユニット（ボリュームコントロールユニット）を含むように構成されている。この信号レベル処理部２４ａは、中央演算装置２２ａにより算出された調整率（圧縮率Ｃ_Ｌ）に基づいて、現在の音量の設定値Ａ_ｏｌｄを、以下の式（９）に基づいて算出した新しい設定値Ａ_ｎｅｗに変更するように構成されている。

これにより、第２実施形態では、図６に示すように、信号レベル処理部２４ａは、中央演算装置２２ａにより算出された圧縮率Ｃ_Ｌに基づいて、オーディオ信号の全体の信号レベルが出力可能レベル以下になるように、オーディオ信号の全体を圧縮するように構成されている。なお、図６では、圧縮前の信号波形が一点鎖線で表現されているとともに、圧縮後の信号波形が実線で表現されている。

ここで、第２実施形態では、図６に示すように、圧縮前のオーディオ信号の信号波形（一点鎖線参照）と、圧縮後のオーディオ信号の信号波形（実線参照）とは、横軸方向の全体に渡って互いに対応する形状の曲線（正弦波状の曲線）になっている。すなわち、第２実施形態では、信号レベル処理部２４ａは、オーディオ信号の全体の信号レベルが出力可能レベル以下になり、かつ、圧縮前と圧縮後とでオーディオ信号の全体の信号波形のプロポーションが保たれるように、オーディオ信号の全体の音量（ゲイン）を圧縮するように構成されている。なお、第２実施形態では、上記のようなゲインの圧縮処理を常時行ってもよい。また、ゲインの圧縮処理を一定時間行った場合において、その一定時間内に中央演算装置２２ａにより算出された各スピーカ５の消費電力の総和Ｗ_Ｔが、Ｄ−ＡＭＰ電源部６が実際に出力可能な電力量の最大値Ｗ_Ｌ以上になることが無ければ、ゲインの圧縮処理を停止してもよい。そして、各スピーカ５の消費電力の総和Ｗ_Ｔが、Ｄ−ＡＭＰ電源部６が実際に出力可能な電力量の最大値Ｗ_Ｌ以上になった場合に、再度ゲインの圧縮処理を開始するようにしてもよい。

第２実施形態では、上記のように、中央演算装置２２ａにより算出された圧縮率Ｃ_Ｌに基づいて、オーディオ信号（デジタル信号）の全体を、オーディオ信号の全体の信号レベルＶ_ｎが出力可能レベル（図６の点線参照）以下になるように圧縮するように信号レベル処理部２４ａを構成する。これにより、オーディオ信号のうちの一部のみを圧縮する場合と異なり、オーディオ信号の全体を圧縮することによって、複雑な処理を行うことなく、容易に、ソフトウェア的に、オーディオ信号の全体の信号レベルＶ_ｎを出力可能レベル以下に調整することができる。

（第３実施形態）
次に、図１および図７を参照して、本発明の第３実施形態によるオーディオシステム１００ｂの構成について説明する。この第３実施形態では、オーディオ信号の全体の信号レベルが出力可能レベル以下になるようにオーディオ信号の全体を圧縮する上記第２実施形態と異なり、オーディオ信号のうちの信号レベルが出力可能レベルを超える超過部分（図７の斜線部参照）のみを、超過部分の信号レベルが出力可能レベル以下になるように、信号波形のプロポーションを保った状態で圧縮する例について説明する。

図１に示すように、第３実施形態においても、上記第２実施形態と同様に、オーディオシステム１００ｂのＤＳＰ２ｂは、デコーダ１の出力に接続されたピークディテクタ２１と、ピークディテクタ２１の出力に接続された中央演算装置２２ｂと、中央演算装置２２ｂに接続された内部メモリ２３ｂと、中央演算装置２２ｂの出力に接続されるとともにデコーダ１の出力に接続された信号レベル処理部２４ｂとを含む。なお、中央演算装置２２ｂ、内部メモリ２３ｂおよび信号レベル処理部２４ｂは、それぞれ、本発明の「演算部」、「記憶部」および「調整部」の一例である。

ピークディテクタ２１は、上記第２実施形態と同様に、デコーダ１から出力されるオーディオ信号（デジタル信号）のデジタル値Ｘ_ｎを検出するように構成されている。また、中央演算装置２２ｂも、上記第２実施形態と同様に、ピークディテクタ２１により検出されたデジタル値Ｘ_ｎと、内部メモリ２３ｂに記憶されたオーディオシステム１００ｂに固有の値とに基づいて、オーディオ信号の信号レベルＶ_ｎを所定の出力可能レベル（図７の点線参照）以下に圧縮するための圧縮率Ｃ_Ｌを算出するように構成されている。なお、内部メモリ２３ｂには、ＰＷＭプロセッサ３の変調率ｍや、Ｄ−ＡＭＰ４に入力される電源電圧Ｖ_Ｄや、各スピーカ５のインピーダンスＲ_ｎや、Ｄ−ＡＭＰ４の効率Ｅ_Ｄや、Ｄ−ＡＭＰ電源部６が実際に出力可能な電力量の最大値Ｗ_Ｌなどのオーディオシステム１００ｂに固有の値のほか、中央演算装置２２ｂにより実行されるソフトウェアプログラムなどが記憶されている。

ここで、第３実施形態では、オーディオシステム１００ｂは、ＤＲＣ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）機能（比較的小さい音量の音声については音量がより大きくなるように調整して、比較的大きい音量の音声については音量がより小さくなるように調整する機能）を有する。そして、信号レベル処理部２４ｂは、ＤＲＣ機能を実現するための音量調節ユニット（ボリュームコントロールユニット）により構成されている。具体的には、信号レベル処理部２４ｂは、中央演算装置２２ｂにより算出された圧縮率Ｃ_Ｌに基づいて、ＤＲＣ機能の現在の設定値Ｂ_ｏｌｄを、以下の式（１０）に基づいて算出された新しい設定値Ｂ_ｎｅｗに変更するように構成されている。

これにより、第３実施形態では、図７に示すように、信号レベル処理部２４ｂは、中央演算装置２２ｂにより算出された圧縮率Ｃ_Ｌに基づいて、オーディオ信号のうちの信号レベルが出力可能レベルを超える超過部分（図７の斜線部参照）を、超過部分の信号レベルが出力可能レベル以下になるように圧縮するように構成されている。なお、図７では、圧縮前の信号波形が一点鎖線で表現されているとともに、圧縮後の信号波形が実線で表現されている。ここで、第３実施形態では、図７に示すように、圧縮前のオーディオ信号の信号波形（一点鎖線参照）と、圧縮後のオーディオ信号の信号波形（実線参照）とは、超過部分（斜線部参照）において、互いに対応する形状の曲線（正弦波状の曲線）になっている。すなわち、第３実施形態では、圧縮前と圧縮後とでオーディオ信号の超過部分の信号波形のプロポーションが保たれている。

第３実施形態では、上記のように、中央演算装置２２ｂにより算出された圧縮率Ｃ_Ｌに基づいて、オーディオ信号のうちの信号レベルＶ_ｎが出力可能レベルを超える超過部分（図７の斜線部参照）を、超過部分の信号レベルＶ_ｎが出力可能レベル以下になるように圧縮するように信号レベル処理部２４ｂを構成する。これにより、超過部分以外の部分は圧縮されないので、本来圧縮する必要がない部分（超過部分以外の部分）が圧縮されて信号レベルＶ_ｎが過度に小さくなるのを抑制することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、本発明のデジタル電子機器の一例として、ＢＤに記録されたオーディオ信号（デジタル信号）を出力再生するオーディオシステムを示したが、本発明はこれに限らない。本発明は、オーディオ信号に加えてビデオ信号をも出力再生可能なホームシアターシステムなどの一般的なデジタル電子機器にも適用可能である。

また、上記第１〜第３実施形態では、本発明の検知部の一例として、オーディオ信号（デジタル信号）の信号レベルのピーク値を検出するピークディテクタを示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、オーディオ信号の信号レベルの実効値を検出する検出部を用いてもよい。この場合、実効値を検出する処理の簡単化を図るために、オーディオ信号の信号レベルのピーク値を検出して、その検出値（ピーク値）を√２で割った値を実効値として扱ってもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、オーディオシステム（デジタル電子機器）に固有の値が内部メモリ（記憶部）に予め記憶された例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、デジタル電子機器に外部と通信するための通信インターフェースを設け、その通信インターフェースを介して記憶部に記憶される値をアップデート可能に構成してもよい。

５ スピーカ（出力部）
２１ ピークディテクタ（検出部）
２２、２２ａ、２２ｂ 中央演算装置（演算部）
２３、２３ａ、２３ｂ 内部メモリ（記憶部）
２４、２４ａ、２４ｂ 信号レベル処理部（調整部）
１００、１００ａ、１００ｂ オーディオシステム（デジタル電子機器）

Claims (8)

1. デジタル信号を出力する出力部と、
   前記出力部に入力される前記デジタル信号のデジタル値を検出する検出部と、
   前記検出部により検出された前記デジタル値に基づいて、前記デジタル信号の信号レベルを算出するとともに、算出された前記信号レベルを前記出力部が出力可能な出力可能レベル以下に調整するための調整率を算出する演算部と、
   前記演算部により算出された前記調整率に基づいて、前記信号レベルが前記出力可能レベル以下になるように前記デジタル信号を調整する調整部とを備える、デジタル電子機器。
2. 前記調整率は、前記信号レベルを前記出力可能レベル以下に圧縮するための圧縮率を含み、
   前記調整部は、前記演算部により算出された前記圧縮率に基づいて、前記信号レベルが前記出力可能レベル以下になるように前記デジタル信号を圧縮するように構成されている、請求項１に記載のデジタル電子機器。
3. 前記出力可能レベルに対応する値を含む、前記デジタル電子機器に固有の値が記憶された記憶部をさらに備え、
   前記演算部は、前記検出部により検出された前記デジタル値と、前記記憶部に記憶された前記固有の値とに基づいて、前記信号レベルを算出するとともに、算出された前記信号レベルを前記出力可能レベル以下に圧縮するための前記圧縮率を算出するように構成されている、請求項２に記載のデジタル電子機器。
4. 前記調整部は、前記演算部により算出された前記圧縮率に基づいて、前記デジタル信号のうちの前記信号レベルが前記出力可能レベルを超える超過部分を、前記超過部分の前記信号レベルが前記出力可能レベルに等しくなるように圧縮するように構成されている、請求項２または３に記載のデジタル電子機器。
5. 前記調整部は、前記演算部により算出された前記圧縮率に基づいて、前記デジタル信号の全体を、前記デジタル信号の全体の前記信号レベルが前記出力可能レベル以下になるように圧縮するように構成されている、請求項２または３に記載のデジタル電子機器。
6. 前記調整部は、前記演算部により算出された前記圧縮率に基づいて、前記デジタル信号のうちの前記信号レベルが前記出力可能レベルを超える超過部分を、前記超過部分の前記信号レベルが前記出力可能レベル以下になるように圧縮するように構成されている、請求項２または３に記載のデジタル電子機器。
7. デジタル信号のデジタル値を検出するステップと、
   検出された前記デジタル値に基づいて、前記デジタル信号の信号レベルを算出するとともに、算出された前記信号レベルを所定の出力可能レベル以下に調整するための調整率を算出するステップと、
   算出された前記調整率に基づいて、前記信号レベルが前記出力可能レベル以下になるように前記デジタル信号を調整するステップとを備える、デジタル信号の信号レベル調整方法。
8. 前記調整率を算出するステップは、検出された前記デジタル値に基づいて、前記デジタル信号の信号レベルを算出するとともに、算出された前記信号レベルを所定の出力可能レベル以下に調整するための圧縮率を算出するステップを含み、
   前記デジタル信号を調整するステップは、算出された前記圧縮率に基づいて、前記信号レベルが前記出力可能レベル以下になるように前記デジタル信号を圧縮するステップを含む、請求項７に記載のデジタル信号の信号レベル調整方法。

Images