JP2019062352A - 音量制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一つの操作子でハード的なゲイン変動と、ソフト的なゲイン変動とを同時に行うに際して、出力全体に亘ってノイズレベルの軽減を図ることができる音量制御装置を得る。【解決手段】アナログ信号を増幅するアナログ回路（電子ボリューム１）と、Ａ／Ｄ変換器２と、変換されたディジタル信号を増幅するディジタル信号処理回路（ＤＳＰ３）を備えた音量制御装置において、電子ボリューム１及びＤＳＰ３を同時に制御する処理部（ＣＰＵ１０）と、処理部（ＣＰＵ１０）に操作量に応じた操作情報を出力する一つの操作子１１を備え、操作子１１の操作量が５０％に満たない場合は、電子ボリューム１及びＤＳＰ３の両方でゲインを増減するように動作し、操作子１１の操作量が５０％以上の場合は、電子ボリューム１単独でゲインを増減するように動作する。【選択図】図１

Description

本発明は、オーディオ信号（アナログ信号）をディジタル処理する装置における音量調節に係り、特にラインインから入力されたオーディオ信号を増幅／減衰して音量制御を行う音量制御装置及び音量制御方法に関する。

電子楽器の音量制御装置では、ラインインから入力されたオーディオ信号を処理する際、電子ボリュームとなるアナログ回路に設けた操作子で増幅／減衰し、別の設定によるソフトウェア（ＤＳＰ）上で音量制御が行われている。音量制御装置は、図４に示すように、オーディオ信号を入力し音量調節を行う電子ボリューム（アナログ回路）１と、アナログ入力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２と、ディジタル信号処理を行うＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）３と、ディジタル信号をアナログ出力信号に変換するＤ／Ａ変換器４と、アナログ出力信号を増幅する増幅器５と、発音用のスピーカ６とを備えて構成されている。電子ボリューム１には操作子７が、ＤＳＰ３にはＣＰＵ８を介在させた操作子９がそれぞれ設けられ、スピーカ６から発する音量の制御が行われている。

上記音量制御装置において、アナログ出力信号に最適なダイナミックレンジを得るためには、電子ボリューム（アナログ回路）１の出力となるアナログ入力信号がＡ／Ｄ変換器２の入力値において、フルスケールにならないように操作子７で調整し、更に操作子９でＣＰＵ８による制御によるＤＳＰ３の信号処理で音量を下げる必要があった。

このような構成の音量制御装置において、電子ボリューム１の操作子７のみで増幅／減衰を行った場合、電子ボリューム１のゲインが大きい時のＡ／Ｄ変換器２自体のノイズを下げることができない。また、ＤＳＰ３の操作子９のみで減衰させた場合は、フルスケールを超えたアナログ入力信号がＡ／Ｄ変換器２に入力された時に、ＤＰＳ３に入力される時点で波形が歪んでしまい調整ができない。
すなわち、上述した音量制御装置によれば、音量を変更するための操作子が２個存在し、各操作子による調整内容を理解しているユーザでないと、各操作子７，９の操作で最適なダイナミックレンジの設定を得ることが困難であった。

また、特許文献１には、電子ボリューム１及びＤＰＳに対して一つの操作子を設け、この操作子のみでマイクロホンからのアナログ入力信号を増幅して外部へ出力するミキサー装置が提案されている。
このミキサー装置は、第１の調整幅単位でゲイン増幅して出力する増幅器（電子ボリューム）と、この増幅器出力をアナログ・デジタル変換したディジタル信号を、前記第１の調整幅単位を細分化した調整幅単位である第２の調整幅単位で、ディジタル的にゲイン増幅して外部へ出力する信号処理手段（ＤＳＰ）とを有する構成とし、ゲイン調整をハード（電子ボリューム）とソフト（ＤＳＰ）で行うことで、ノイズの影響を受けることなくゲインの分解能を向上させるとしている。

特開２００１−２９８３３５号公報

しかしながら、上述したミキサー装置によれば、ハード（電子ボリューム）でゲインを大きく変動するとともに、ソフト（ＤＳＰ）で小さなステップでゲインを変動する組み合わせ（特許文献１の図３参照）によりゲイン調整が行われるので、電子ボリュームでゲインを変動するに際して、電子ボリューム１のゲインが大きい場合にＡ／Ｄ変換器２自体のノイズを下げることができないという上述した図４の音量制御装置で述べた欠点は依然として解消されていない。

本発明は、上記実情に鑑みて提案されたものであり、オーディオ信号（アナログ信号）の音量調整において、一つの操作子でハード的なゲイン変動（電子ボリューム）と、ソフト的なゲイン変動（ＤＳＰ）とを同時に行うに際して、出力全体に亘ってノイズレベルの軽減を図ることができる音量制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１の音量制御装置は、アナログ信号を増幅するアナログ回路（電子ボリューム１）と、増幅されたアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（２）と、変換されたディジタル信号を増幅するディジタル信号処理回路（ＤＳＰ３）を備えた音量制御装置において、
前記アナログ回路（電子ボリューム１）及びディジタル信号処理回路（ＤＳＰ３）を同時に制御する処理部（ＣＰＵ１０）と、
前記処理部（１０）に操作量に応じた操作情報を出力する一つの操作子（１１）と、を備え、
前記操作子（１１）の操作量に閾値を設定し、
前記操作子（１１）の操作量が前記閾値に満たない場合は、前記アナログ回路（電子ボリューム１）及びディジタル信号処理回路（ＤＳＰ３）の両方でゲインを増減するように動作し、
前記操作子（１１）の操作量が前記閾値以上の場合は、前記アナログ回路（電子ボリューム１）単独でゲインを増減するように動作することを特徴としている。

請求項２は、請求項１の音量制御装置において、
前記閾値は、前記操作子（１１）の操作量の５０％であることを特徴としている。

請求項３は、請求項２の音量制御装置において、
前記操作子（１１）の操作量が５０％である時、前記アナログ回路（電子ボリューム１）及びディジタル信号処理回路（ＤＳＰ３）のゲインは共に０ｄＢであることを特徴としている。

請求項４の音量制御方法は、アナログ信号をアナログ回路（電子ボリューム１）で増幅し、増幅されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換し、変換されたディジタル信号をディジタル信号処理回路（ＤＳＰ）で増幅する音量制御方法において、
一つの操作子による操作量で前記アナログ回路及びディジタル信号処理回路を同時に制御するに際して、
前記操作子による操作量が全体操作量の５０％未満の時には、前記アナログ回路及びディジタル信号処理回路の両方でゲインを増減するように制御し、
前記操作子による操作量が全体操作量の５０％以上の時には、前記アナログ回路単独でゲインを増減するように制御することを特徴としている。

本発明の音量制御装置及び音量制御方法によれば、一つの操作子（１１）でアナログ回路（電子ボリューム１）及びディジタル信号処理回路（ＤＳＰ３）の制御ができるので、操作子（１１）で音量のみを合わせるだけでアナログ回路（電子ボリューム１）及びディジタル信号処理回路（ＤＳＰ３）の入力について、最適な設定を得ることができる。

音量の制御に際しては、Ａ／Ｄ変換器（２）のフルスケールに満たない入力信号はアナログ回路（電子ボリューム１）でアナログ増幅でき、Ａ／Ｄ変換器（２）のフルスケールを超える入力信号はアナログ回路（電子ボリューム１）でアナログ減衰できるので、実際に使用する程度の音量のアナログ信号がＡ／Ｄ変換器２に入力される際に、Ａ／Ｄ変換器２の出力信号のノイズレベルを下げることができ、最適なダイナミックレンジを得ることができる。

また、操作子（１１）の操作量が５０％である時に入力＝出力となる場合に、アナログ回路（電子ボリューム１）及びディジタル信号処理回路（ＤＳＰ３）のゲインを共に０ｄＢに設定することで、アナログ回路（電子ボリューム１）に依存するノイズを意図せず増幅することが無くなる。

本発明に係る音量制御装置の構成を説明するためのブロック図である。 音量制御装置の操作子の説明図である。 （ａ）は音量制御装置の電子ボリュームでのゲイン変動を行うためのテーブル図、（ｂ）は音量制御装置のＤＳＰでのゲイン変動を行うためのテーブル図である。 従来の音量制御装置の構成を説明するためのブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る音量制御装置の構成を示すブロック図である。

音量制御装置は、オーディオ信号を入力し音量調節を行う電子ボリューム（アナログ回路）１と、アナログ入力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２と、ディジタル信号処理を行うＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）３と、ディジタル信号をアナログ出力信号に変換するＤ／Ａ変換器４と、アナログ出力信号を増幅する増幅器５と、発音用のスピーカ６とを備えて構成されている。

電子ボリューム１及びＤＳＰ３には、処理部（ＣＰＵ）１０が接続され、処理部１０には、一つの操作子１１が設けられている。操作子１１は、スライダ、ノブ、ボタン等で構成され、例えば図２に示すような回転操作子で構成されている。回転操作子は、真下を０度の位置とした場合に、４５度〜３１５度の２７０度の範囲Ｐの間で往復回転可能とし、この部分が全体の操作量（ボリューム値）に対応している。すなわち、真下を０度の位置とした場合に、４５度の位置がボリューム値０となり、１８０度の位置（真上）がボリューム値５０％となり、３１５度の位置がボリューム値の最大値（１００％）となっている。
操作子１１の回転量（操作量）に応じた操作情報が処理部（ＣＰＵ）１０に出力され、処理部１０では、操作量（ボリューム値）に応じた電子ボリューム１及びＤＳＰ３の制御が行われる。

操作子１１の回転量（操作量）に応じた電子ボリューム１及びＤＳＰ３の制御について、図３（ａ）（ｂ）のテーブル図を参照しながら説明する。

図３（ａ）は、操作子１１の回転量（操作量）に応じたＤＳＰ３のゲインを示すもので、操作子の回転角度が５０％（閾値である図２における操作子の１８０度の位置）までは音量が増加して５０％時点で０ｄBとし、回転角が５０〜１００％（図２における操作子の１８０度〜３１５度の位置）の時には０ｄBを維持するようになっている（ＤＳＰ３のゲインは変わらない）。
すなわち、操作子１１の回転角度が５０％までは、音量を絞ると、Ａ／Ｄ変換器２のノイズが減少する方向に作用する。そのため、操作子１１の回転角が５０％より小さい場合、Ａ／Ｄ変換器２自体で生じるノイズについて、後段のＤＳＰ３で減衰させることができる。

図３（ｂ）は、操作子１１の回転量（操作量）に応じた電子ボリューム１のゲインを示すもので、操作子１１の回転量（回転角）に応じて連続的に音量が増加するように設定されている。操作子１１の回転角度が５０％の時点で入力に対する出力が０ｄBとなり、回転角度が１００％の時点で入力に対する出力が＋１０ｄBとなっている。

上述した音量制御装置を使用した音量制御方法は、一つの操作子１１による操作量で電子ボリューム１及びＤＳＰ３を同時に制御するに際して、操作子１１による操作量が全体操作量の５０％未満の時には、電子ボリューム１及びＤＳＰ３の両方でゲインを増減するように制御し、操作子１１による操作量が全体操作量の５０％以上の時には、電子ボリューム１単独でゲインを増減するように制御される。
すなわち、操作子１１の回転量（回転角）に対する電子ボリューム１及びＤＳＰ３の制御を図３のように設定することで、音量の制御に際しては、Ａ／Ｄ変換器２のフルスケールに満たない入力信号は電子ボリューム１でアナログ増幅し、Ａ／Ｄ変換器２のフルスケールを超える入力信号は電子ボリューム１でアナログ減衰する。
したがって、実際に使用する程度の音量のアナログ信号がＡ／Ｄ変換器２に入力される際に、Ａ／Ｄ変換器２の出力信号のノイズレベルを下げることができ、最適なダイナミックレンジを得ることができる。

また、操作子１１の回転角度が５０％の時点では、電子ボリューム１及びＤＳＰ３のゲインがともに０ｄBとなるので、電子ボリューム１及びＤＳＰ３における入力と出力が等しくなる。
また、操作子１１の回転角度を５０％位置より下げた場合は、電子ボリューム１及びＤＳＰ３の出力は共に減衰する。
操作子１１の回転角度が５０％位置を超えた場合は、電子ボリューム１の出力のみ増加する。

上述の操作子１１により電子ボリューム１及びＤＳＰ３の制御を行った場合、操作子１１の回転角が５０％の時に、電子ボリューム１への入力とＤＳＰ３からの出力とが等しくなり、オーディオ信号が大きく最適な入力信号である場合は、最適なダイナミックレンジを採ることができ、Ａ／Ｄ変換器２でのノイズを減らすことができる。
音量が欲しい時には、操作子１１の回転角が５０％以上の領域を使用し、ＤＳＰ３ではゲインを持たず、電子ボリューム１でのみゲインを持たせるので、オーディオ信号が小さい信号の場合に、電子ボリューム１でゲインを持たせることで、Ａ／Ｄ変換器２への入力を適した値に設定することができる。
音量を下げたい時には、操作子１１の回転角が５０％より小さい領域を使用し、電子ボリューム１で減衰させつつＤＳＰ３でもディジタル的に減衰させることで、Ａ／Ｄ変換器２への入力を適した値に設定することができる。

上述した音量制御装置によれば、電子ボリューム（アナログ回路）１のゲインと、ＤＳＰ（ディジタル信号処理回路）３のゲインを一つの同一操作子１１を使用して操作量が５０％時に０dBとなる別テーブルで調整するようにしたので、電子ボリューム（アナログ回路）１の出力が入力されるＡ／Ｄ変換器２でのノイズを減らすことができ、ＤＳＰ３の出力全体に亘ってノイズレベルの軽減を図ることができる。

１…電子ボリューム（アナログ回路）、 ２…Ａ／Ｄ変換器、 ３…ＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）、 ４…Ｄ／Ａ変換器、 ５…増幅器、 ６…スピーカ、 ７…操作子、 ８…ＣＰＵ、 ９…操作子、 １０…処理部（ＣＰＵ）、 １１…操作子。

Claims (4)

1. アナログ信号を増幅するアナログ回路と、増幅されたアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、変換されたディジタル信号を増幅するディジタル信号処理回路を備えた音量制御装置において、
   前記アナログ回路及びディジタル信号処理回路を同時に制御する処理部と、
   前記処理部に操作量に応じた操作情報を出力する一つの操作子と、を備え、
   前記操作子の操作量に閾値を設定し、
   前記操作子の操作量が前記閾値に満たない場合は、前記アナログ回路及びディジタル信号処理回路の両方でゲインを増減するように動作し、
   前記操作子の操作量が前記閾値以上の場合は、前記アナログ回路単独でゲインを増減するように動作する
   ことを特徴とする音量制御装置。
2. 前記閾値は、前記操作子の操作量の５０％である請求項１に記載の音量制御装置。
3. 前記操作子の操作量が５０％である時、前記アナログ回路及びディジタル信号処理回路のゲインは共に０ｄＢである請求項２に記載の音量制御装置。
4. アナログ信号をアナログ回路で増幅し、増幅されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換し、変換されたディジタル信号をディジタル信号処理回路で増幅する音量制御方法において、
   一つの操作子による操作量で前記アナログ回路及びディジタル信号処理回路を同時に制御するに際して、
   前記操作子による操作量が全体操作量の５０％未満の時には、前記アナログ回路及びディジタル信号処理回路の両方でゲインを増減するように制御し、
   前記操作子による操作量が全体操作量の５０％以上の時には、前記アナログ回路単独でゲインを増減するように制御する
   ことを特徴とする音量制御方法。

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