JP2019153882A - オーディオ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の周波数帯域の信号レベルを可変設定する際に最適なヘッドルームマージンを確保することができるオーディオ装置を提供すること。【解決手段】オーディオ装置１は、利用者の指示に応じて、特定の周波数範囲について、入力されたオーディオ信号を増幅するトーン処理部３３、ラウドネス処理部３４、イコライザ処理部３５と、周波数帯域を複数に分割した分割帯域のそれぞれについて、利用者の指示に応じてトーン処理部３３によって増幅を行う際のゲインを記憶するゲイン記憶部７０と、利用者による複数の指示があったときに、各指示に対する複数の分割帯域ごとのゲインを、全ての指示に対応して各分割帯域ごとに加算して各分割帯域ごとの累積ゲインを算出する累積ゲイン算出部１６と、各分割帯域ごとの累積ゲインの中から最大の累積ゲインを選択してアッテネータ処理部３２の減衰量を設定する減衰量設定部１８とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の周波数成分毎にレベルを調整することができるオーディオ装置に関する。

従来から、トーン制御部、イコライザおよびブースタを通したときにある周波数帯域の信号レベルがフルスケール値を超えてオーバーフローしないように、入力されるデジタルオーディオ信号を前段のアッテネータで減衰させることにより、ヘッドルームマージンを確保するようにしたオーディオレベル制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このオーディオレベル制御装置では、過去に入力されたデジタルオーディオ信号の最大レベルの情報を記憶しておいて、次にこのデジタルオーディオ信号が入力されたときにアッテネータによる減衰量を設定している。

特開２０１０−４２３７号公報

ところで、上述した特許文献１に開示されたオーディオレベル制御装置では、入力されるデジタルオーディオ信号に応じてアッテネータの減衰量を設定することで、出力音に歪みが生じることのない適切なヘッドルームマージンを確保するものであるが、利用者がトーン制御部やイコライザの設定を自由に変更した場合に最適な減衰量を維持できないおそれがあるという問題があった。

例えば、トーン制御部によって「Ｂａｓｓ」、「Ｍｉｄ」、「Ｔｒｅｂｌｅ」の３種類の音質設定を行う場合に、「Ｂａｓｓ」と「Ｍｉｄ」の設定値を最大にして低音領域と中音領域の信号レベルをブースとする場合を考えるものとする。このような場合に、例えば「Ｂａｓｓ」と「Ｍｉｄ」のそれぞれの最大値が＋１２ｄＢだとすると、この＋１２ｄＢ分アッテネータで減衰させることで、デジタルオーディオ値がフルスケール値を超えないようにしている。しかし、実際には、「Ｂａｓｓ」の設定に伴って中音領域の信号レベルも若干上昇し、「Ｍｉｄ」の設定に伴って低音領域の信号レベルも若干上昇するため、それぞれの設定値の最大値のみを考慮しただけでは、アッテネータによる減衰が不十分であってフルスケール値を超えたオーバーフローが発生するおそれがある。このような事態を防止するためには、多目の減衰量を設定して過剰なヘッドルームマージンを確保すればよいが、その場合には減衰後のデジタルオーディオ信号のビット数が減少して音質の劣化が生じるため、不必要にアッテネータの減衰量を多めに設定することは望ましくない。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、任意の周波数帯域の信号レベルを可変設定する際に最適なヘッドルームマージンを確保することができるオーディオ装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明のオーディオ装置は、利用者の指示に応じて、特定の周波数範囲について、入力されたオーディオ信号を増幅する増幅手段と、周波数帯域を複数に分割した分割帯域のそれぞれについて、利用者の指示に応じて増幅手段による増幅を行う際の増幅度を記憶する増幅度記憶手段と、利用者による複数の指示があったときに、各指示に対する複数の分割帯域ごとの増幅度を、全ての指示に対応して各分割帯域ごとに加算して各分割帯域ごとの合計増幅度を算出する合計増幅度集計手段と、増幅手段よりも前段に設けられて、入力されたオーディオ信号を減衰させる減衰手段であって、合計増幅度集計手段によって算出された各分割帯域ごとの合計増幅度の中から最大の合計増幅度が選択され、この選択された合計増幅度に対応する減衰量が設定される減衰手段とを備えている。

これにより、利用者の全ての指示に対応する増幅度を各分割帯域毎に集計して合計増幅度を得ることができるため、その中から最大のものに対応するように減衰手段の必要最小限の減衰量を設定でき、最適なヘッドルームマージンを確保することが可能となる。

また、互いに隣接する周波数に対応する２つの分割帯域の周波数は、一部が重複していることが望ましい。これにより、特定の周波数が含まれる分割帯域に隣接する分割帯域の増幅度を高めに設定して記憶することが可能となり、オーディオ信号を増幅した際にその信号レベルがオーバーフローすることを確実に防止することができる。

また、上述した増幅手段は、互いに異なる分割帯域を中心にして、入力されたオーディオ信号を増幅する複数のトーン制御手段を含むことが望ましい。これにより、複数のトーン制御を同時に行った場合の増幅度の重なりを考慮して減衰手段の最適な減衰量を設定することができる。

また、上述した増幅手段は、複数のトーン制御手段と、全ての分割帯域についてオーディオ信号を増幅あるいは減衰させるイコライザ制御手段とを含むことが望ましい。これにより、トーン制御とイコライザ制御を同時に行った場合の増幅度の重なりを考慮して減衰手段の最適な減衰量を設定することができる。

また、上述した増幅度記憶手段によって増幅度が記憶される複数の分割領域には、低域領域、中域領域、高域領域の少なくとも３つが含まれることが望ましい。これにより、周波数帯域の全体をカバーする各分割帯域ごとの増幅度の重なりを考慮して減衰手段の最適な減衰量を設定することができる。

一実施形態のオーディオ装置の構成を示す図である。 Ｂａｓｓのトーン制御の一例を示す図である。 Ｂａｓｓのトーン制御における上限値テーブルの一例を示す図である。 Ｍｉｄのトーン制御における上限値テーブルの一例を示す図である。 Ｔｒｅｂｌｅのトーン制御における上限値テーブルの一例を示す図である。 イコライザ制御における上限値テーブルの一例を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態のオーディオ装置について、図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態のオーディオ装置１の構成を示す図である。このオーディオ装置１は、例えば車両に搭載されている。図１に示すように、本実施形態のオーディオ装置１は、制御部１０、ＳＤ（Secure Digital）インタフェース部（ＳＤ Ｉ／Ｆ）２０、オーディオ処理部３０、増幅器４０、表示処理部５０、操作部６０、ゲイン記憶部７０を備えている。

制御部１０は、オーディオ装置１の全体を制御する。制御部１０の詳細については後述する。ＳＤインタフェース部２０は、外部の記録メディアとしてのＳＤメモリカード２２との間で信号の入出力を行うためのものであり、ＳＤカードスロットとＳＤホストコントローラが含まれる。ＳＤメモリカード２２には、複数の楽曲のそれぞれについて、再生データと各種の属性情報とを含む楽曲情報が記録されている。例えば、属性情報には、楽曲のアーティスト、タイトル、作曲者、収録アルバム、アルバムのアーティスト、発売年月日などや、再生データのフォーマット（例えば、ＷＡＶやＭＰ３など）やサンプリング周波数、量子化ビット数が含まれる。なお、本実施形態では、一例としてＳＤメモリカード２２に楽曲情報が記憶されているものとしたが、ハードディスク装置やＣＤ等の他の記録メディアに記録されている楽曲情報を用いたり、インターネット経由で楽曲配信サーバから配信される楽曲情報を用いるようにしてもよい。

オーディオ処理部３０は、制御部１０によってＳＤメモリカード２２から読み出される再生データ（オーディオデータ）を用いて楽曲の再生を行うためのものであり、データフォーマット毎の復号化処理等を行ってオーディオ信号を出力する。このオーディオ信号は、増幅器４０によって増幅され、スピーカ４２から出力される。なお、実際には、２チャンネルあるいはそれ以上のチャンネル数のオーディオ信号が再生されて出力されるが、図１に示す構成では、簡略化して１つの増幅器４０と１つのスピーカ４２が図示されている。

表示処理部５０は、再生対象となる楽曲やプレイリストを選択する操作画面や、再生中の楽曲に関する情報（付属情報）を表示するためのものであり、制御部１０によって作成されるこれらの画像をＬＣＤ等で構成される表示装置５２に表示する。また、本実施形態では、出力されるオーディオ音の音質を任意に設定するためのトーン制御、ラウドネス制御、イコライザ制御が行われるが、これらの設定画面も表示装置５２に表示される。

操作部６０は、利用者による各種操作を受け付けるためのものであり、各種のスイッチや操作つまみ等が備わっている。なお、表示装置５２の画面に重ねて配置されるタッチパネルを用いて操作部６０を構成したり、リモートコントロールユニット等を用いて操作部６０を構成するようにしてもよい。

ゲイン記憶部７０は、周波数帯域を複数に分割した分割帯域のそれぞれについて、利用者の指示に応じて、トーン制御、ラウドネス制御、イコライザ制御のそれぞれによる増幅を行う際の増幅度（ゲイン）の上限値（最大値）を示す上限値テーブルを記憶する。複数の分割帯域としては、例えば、低域（Ｌｏ）、中域（Ｍｉｄ）、広域（Ｈｉ）が想定されている。例えば、後述する図３〜図６を用いて示した低域、中域、高域毎の各ゲインがゲイン記憶部７０に記憶されている。

次に、制御部１０とオーディオ処理部３０の詳細について説明する。図１に示すように、制御部１０は、再生楽曲選択部１２、再生処理部１４、累積ゲイン算出部１６、減衰量設定部１８を含んで構成されている。

再生楽曲選択部１２は、操作部６０を用いた利用者の指示に応じて、再生対象となる楽曲を選択する。例えば、利用者は、複数の楽曲が含まれるアルバム名を選択したり、複数の楽曲が対応するアーティスト名を選択したり、予め再生順が指定されたプレイリストを特定するプレイリスト名を選択するなどして、複数の楽曲を再生対象として指定したり、楽曲一覧の中から一あるいは複数の楽曲を直接指定したりすることができる。

再生処理部１４は、再生楽曲選択部１２によって選択された楽曲の再生について再生開始／再生停止や音量／音質などを利用者が指示するための操作画面を作成したり、これらの指示内容をオーディオ処理部３０や増幅器４０に対して設定する。累積ゲイン算出部１６と減衰量設定部１８の動作については後述する。

また、図１に示すように、オーディオ処理部３０は、デコード処理部３１、アッテネータ処理部３２、トーン処理部３３、ラウドネス処理部３４、イコライザ処理部３５、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換処理部３６を含んで構成されている。このオーディオ処理部３０は、例えばＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）を用いて構成されている。

デコード処理部３１は、再生楽曲選択部１２によって再生対象として選択され、再生処理部１４によって再生開始が指示された楽曲の再生データに対して、そのフォーマットに対応する所定のデコード処理を行う。例えば、ＭＰ３等の圧縮フォーマットの場合にはこの圧縮されたデータを非圧縮フォーマットであるＰＣＭ（パルス符号変調）データに変換する処理が行われる。

アッテネータ処理部３２は、デコード処理部３１によるデコード処理が終了したオーディオデータに対して信号レベルを減衰させる処理を行う。この減衰量（ゲイン）の設定方法については後述する。アッテネータ処理部３２から出力される減衰後のオーディオデータは、トーン処理部３３、ラウドネス処理部３４、イコライザ処理部３５によって低域、中域、高域のそれぞれについて信号レベルが増幅される。

トーン処理部３３は、トーン制御によるゲイン設定を行う。ラウドネス処理部３４は、ラウドネス制御によるゲイン設定を行う。イコライザ処理部３５は、イコライザ制御によるゲイン設定を行う。

上述したように、本実施形態では、利用者の指示に応じてこの再生処理部１４によって設定される音質には、トーン制御、ラウドネス制御、イコライザ制御による低域（Ｌｏ）、中域（Ｍｉｄ）、高域（Ｈｉ）のゲイン設定が含まれる。

具体的には、トーン制御には、主に低域のゲインを上げる「Ｂａｓｓ」と、主に中域のゲインを上げる「Ｍｉｄ」と、主に高域のゲインを上げる「Ｔｒｅｂｌｅ」の３種類が含まれる。また、ラウドネス制御は、低域のみゲイン（例えば３ｄＢ）上げ、中域と高域についてはゲインを維持する。イコライザ制御は、ジャンル別に低域、中域、高域のそれぞれのゲインを別々に設定する。

図２は、Ｂａｓｓのトーン制御の一例を示す図である。図２において、横軸は周波数で、縦軸はＢａｓｓのトーン制御を行う際に設定されるゲインを示している。また、Ｂはこのトーン制御におけるゲイン特性を示している。このゲイン特性Ｂは、主に低域（Ｌｏ）でゲインがピークとなり、このピークから離れるにつれてゲインの値が小さくなるが、中域（Ｍｉｄ）においても０より大きい値を有している。なお、Ｂａｓｓ以外のトーン制御やイコライザ制御、ラウドネス制御についても同様であり、１つあるいは複数のピークを有して連続的に値が変化するゲイン特性が設定されている。

デジタル−アナログ変換処理部３６は、アッテネータ処理部３２、トーン処理部３３、ラウドネス処理部３４、イコライザ処理部３５によってゲインが調整された後のオーディオデータをアナログのオーディオ信号に変換する。変換後のオーディオ信号は増幅器４０によって増幅されてスピーカ４２から出力される。

次に、累積ゲイン算出部１６と減衰量設定部１８の動作について説明する。累積ゲイン算出部１６は、利用者の指示に応じて、トーン制御、ラウドネス制御、イコライザ制御におけるゲイン設定が行われたときに、低域、中域、高域のそれぞれについてゲインの上限値（最大値）を合計する。これらの上限値は、ゲイン記憶部７０に記憶されている上限値テーブルを参照することにより知ることができる。

図３は、Ｂａｓｓのトーン制御における上限値テーブルの一例を示す図である。図３に示すように、Ｂａｓｓのトーン制御は、各ステップごとに低域（Ｌｏ）のゲインを２ｄＢ上げることができる。但し、実際には、図２に示したように、低域（Ｌｏ）のゲインを上げると、隣接する中域（Ｍｉｄ）もこれに伴ってゲインが上昇する。

なお、図３に示す上限値テーブルは、低域や中域において設定されるゲインの上限値を示したものであるが、図２に示すように、この場合の低域（Ｌｏ）、中域（Ｍｉｄ）、高域（Ｈｉ）は互いに隣接する一部が重複するように設定されている。この点は、Ｂａｓｓ以外のトーン制御やイコライザ制御、ラウドネス制御についても同様である。これにより、特定の周波数（ゲインがピークとなる周波数）が含まれる分割帯域に隣接する分割帯域（図２、図３に示す例では、ゲインのピークが存在する低域に隣接する中域）のゲインを重複した分だけ高めに設定することが可能となる。

図４は、Ｍｉｄのトーン制御における上限値テーブルの一例を示す図である。図４に示すように、Ｍｉｄのトーン制御は、各ステップごとに中域（Ｍｉｄ）のゲインを２ｄＢ上げることができる。但し、実際には、中域のゲインを上げると、隣接する低域と高域のゲインもこれに伴って上昇する。

図５は、Ｔｒｅｂｌｅのトーン制御における上限値テーブルの一例を示す図である。図５に示すように、Ｔｒｅｂｌｅのトーン制御は、各ステップごとに高域（Ｈｉ）のゲインを２ｄＢ上げることができる。但し、実際には、高域のゲインを上げると、中域もこれに伴ってゲインが上昇する。

図６は、イコライザ制御における上限値テーブルの一例を示す図である。図６において、ＦＬＡＴ、ＰＯＰＳ、ＲＯＣＫ等がジャンル名であり、それぞれのジャンルごとに低域、中域、高域のゲインが設定される。利用者が操作部６０を操作していずれかのジャンルを選択すると、選択したジャンルに対応する低域、中域、高域のゲインが設定される。

例えば、図３においてＡを付したステップが選択されると、低域のゲインが＋８ｄＢ、中域のゲインが＋１．５ｄＢ、高域のゲインが０ｄＢになる。同時に、図４においてＢを付したステップが選択されると、低域のゲインが＋０．２ｄＢ、中域のゲインが＋４ｄＢ、高域のゲインが＋０．３ｄＢになる。同様に、図５においてＣを付したステップが選択されると、低域のゲインが０ｄＢ、中域のゲインが＋２．２ｄＢ、高域のゲインが＋６ｄＢになる。また、図６においてＣＯＵＮＴＲＹが選択されると、低域のゲインが＋２．６ｄＢ、中域のゲインが＋１．４ｄＢ、高域のゲインが＋３ｄＢになる。また、今回はラウドネス制御は行われないものとする。以上に示した設定を行った結果、低域の累積ゲインは＋１０．８ｄＢ、中域の累積ゲインは＋９．１ｄＢ、高域の累積ゲインは＋９．３ｄＢとなる。

減衰量設定部１８は、累積ゲイン算出部１６によって算出された低域、中域、高域の各累積ゲインの中から最も大きいものを選択し、この選択した累積ゲインと同じ減衰量（ゲイン）をアッテネータ処理部３２に設定する。例えば、上記の例では、低域の累積ゲインが＋１０．８ｄＢと最も大きいため、減衰量設定部１８は、−１０．８ｄＢをアッテネータ処理部３２の減衰量として設定する。

上述したトーン処理部３３、ラウドネス処理部３４、イコライザ処理部３５が増幅手段に、「Ｂａｓｓ」、「Ｍｉｄ」、「Ｔｒｅｂｌｅ」の３種類の設定を行うトーン処理部３３が複数のトーン制御手段に、イコライザ処理部３５がイコライザ制御手段に、ゲイン記憶部７０が増幅度記憶手段に、累積ゲイン算出部１６が合計増幅度集計手段に、減衰量設定部１８、アッテネータ処理部３２が減衰手段にそれぞれ対応する。

このように、本実施形態のオーディオ装置１では、利用者の全ての指示（トーン制御やイコライザ制御などが同時に指示される場合）に対応する増幅度（ゲイン）を各分割帯域（低域、中域、高域）毎に集計して合計増幅度（累積ゲイン）を得ることができるため、その中から最大のものに対応するようにアッテネータ処理部３２の減衰量を必要最小限の値に設定でき、最適なヘッドルームマージンを確保することが可能となる。

また、「Ｂａｓｓ」、「Ｍｉｄ」、「Ｔｒｅｂｌｅ」の３種類のトーン制御の中から複数を同時に選択して実行して、さらにイコライザ制御やラウドネス制御なども同時に実行することができ、これら複数のトーン制御等を同時に行った場合のゲインの重なりを考慮してアッテネータ処理部３２の最適な減衰量を設定することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、周波数帯域の全体を低域、中域、高域でカバーするようにしたが、さらに細かく分割するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、トーン制御、ラウドネス制御、イコライザ制御において上昇するゲイン分をアッテネータ処理部３２で減衰させたが、トーン制御、ラウドネス制御、イコライザ制御の一部、あるいはその他の制御を追加してゲインを合計するようにしてもよい。

上述したように、本発明によれば、利用者の全ての指示に対応する増幅度を各分割帯域毎に集計して合計増幅度を得ることができるため、その中から最大のものに対応するように減衰手段の必要最小限の減衰量を設定でき、最適なヘッドルームマージンを確保することが可能となる。

１ オーディオ装置
１０ 制御部
１２ 再生楽曲選択部
１４ 再生処理部
１６ 累積ゲイン算出部
１８ 減衰量設定部
２０ ＳＤインタフェース部（ＳＤ Ｉ／Ｆ）
２２ ＳＤメモリカード
３０ オーディオ処理部
３１ デコード処理部
３２ アッテネータ処理部
３３ トーン処理部
３４ ラウドネス処理部
３５ イコライザ処理部
３６ デジタル−アナログ変換処理部
４０ 増幅器
６０ 操作部
７０ ゲイン記憶部

Claims (5)

1. 利用者の指示に応じて、特定の周波数範囲について、入力されたオーディオ信号を増幅する増幅手段と、
   周波数帯域を複数に分割した分割帯域のそれぞれについて、利用者の指示に応じて前記増幅手段による増幅を行う際の増幅度を記憶する増幅度記憶手段と、
   利用者による複数の指示があったときに、各指示に対する前記複数の分割帯域ごとの増幅度を、全ての指示に対応して各分割帯域ごとに加算して各分割帯域ごとの合計増幅度を算出する合計増幅度集計手段と、
   前記増幅手段よりも前段に設けられて、入力されたオーディオ信号を減衰させる減衰手段であって、前記合計増幅度集計手段によって算出された各分割帯域ごとの合計増幅度の中から最大の合計増幅度が選択され、この選択された合計増幅度に対応する減衰量が設定される減衰手段と、
   を備えることを特徴とするオーディオ装置。
2. 互いに隣接する周波数に対応する２つの前記分割帯域の周波数は、一部が重複していることを特徴とする請求項１に記載のオーディオ装置。
3. 前記増幅手段は、互いに異なる前記分割帯域を中心にして、入力された前記オーディオ信号を増幅する複数のトーン制御手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のオーディオ装置。
4. 前記増幅手段は、前記複数のトーン制御手段と、全ての前記分割帯域について前記オーディオ信号を増幅あるいは減衰させるイコライザ制御手段とを含むことを特徴とする請求項３に記載のオーディオ装置。
5. 前記増幅度記憶手段によって増幅度が記憶される複数の前記分割領域には、低域領域、中域領域、高域領域の少なくとも３つが含まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のオーディオ装置。

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