JP3439078B2 - ディジタルバスブースト回路 - Google Patents

ディジタルバスブースト回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル信号の
低域を強調するディジタルバスブースト回路に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】この種のディジタルバスブースト回路と
して、日本プレシジョン・サーキッツ製のディジタルフ
ィルタSM5853AF等の仕様書 (´95 NPC DATA BO
OK I AUDIO p418) に記載されたものが知られている。
このディジタルバスブースト回路は、入力信号の振幅と
周波数に応じて、出力信号の振幅を変化させる。
【0003】まず、入力信号の周波数が低い場合の動作
について説明する。入力信号の振幅が−30.1dB以
下のときは、入力信号の振幅を+20dBから+14d
Bのゲインで増幅して出力する。入力信号の振幅が−3
0.1dBから−3.4dBのときは、−16.1dB
から−3.4dBの信号を入力信号の振幅に応じて出力
する。入力信号振幅が−3.4dBから0dBのとき
は、入力信号レベルのまま出力する。
【0004】入力信号の周波数が高くなるにしたがっ
て、入力信号に対する出力信号のゲインは少なくなる。
つまり、低域の入力信号ほどゲインが大きく、高域の入
力信号ほどゲインが少ない。このようにして、ディジタ
ルバスブースト特性を実現している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のデ
ィジタルバスブースト回路では、限られた演算語長内で
入出力信号に演算を施すので、バスブースト帯域内のゲ
インが0dBを越えないように設定してバスブースト帯
域内の信号がクリップするのを防いでいる。そのため、
入力信号の振幅に応じたゲイン調整を行うことが必要に
なり、0dBに近い振幅の信号が入力された場合には、
一定のバスブースト特性が得られない。逆に、入力信号
振幅によらず常に一定のバスブースト特性を得るために
は、高域での信号振幅を下げざるを得ず、ダイナミック
レンジがバスブースト特性分だけ狭くなる。
【0006】そこで、本発明は、市販されているコンパ
クト・ディスク等の入力信号をほとんどクリップさせる
ことなく、入力信号振幅によらない一定のバスブースト
特性を確保することができるディジタルバスブースト回
路を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のディジタルバス
ブースト回路は、ディジタル入力信号の振幅を低域で増
幅し、高域で減衰させるローパスフィルタと、前記ロー
パスフィルタのディジタル出力信号をアナログ信号に変
換するD/A変換装置と、前記D/A変換装置のアナロ
グ出力信号を入力して所定のゲインで増幅するアンプ
と、前記ローパスフィルタ及びアンプのオン・オフを切
替える制御回路とを備えたディジタルバスブースト回路
であって、前記制御回路の切替えにより前記ローパスフ
ィルタ及びアンプがオンのときは、前記ローパスフィル
タのゲインを低域では0dBを越える値に設定し、高域
では前記ディジタルバスブースト回路としての所望のバ
スブースト特性である低域と高域のゲイン差から低域で
の0dBを越えるゲイン分だけ差し引いた値だけ0dB
を下回る値に設定し、前記アンプの高域及び低域でのゲ
インを前記ローパスフィルタの高域での減衰分を補償す
る値に設定し、前記制御回路の切替えにより前記ローパ
スフィルタ及びアンプがオフのときは、前記ローパスフ
ィルタ及びアンプの低域及び高域でのゲインを0dBに
設定したことを特徴とする。
【0008】上記の構成により、ディジタルバスブース
ト回路がオンのときに、市販されているコンパクト・デ
ィスク等の入力信号をほとんどクリップさせることな
く、入力信号振幅によらず常に一定のバスブースト特性
を確保することができる。
【0009】上記の本発明の構成において、ローパスフ
ィルタの入力信号のビット数と出力信号のビット数とが
等しいことが好ましく、これにより、演算語長の増加を
抑えることができる。
【0010】好ましい具体構成として、ローパスフィル
タの低域のゲインを約+3dBに設定することができ
る。この場合、市販されているコンパクト・ディスク等
の入力信号をほとんどクリップさせることなく、入力信
号振幅によらず常に一定のバスブースト特性を確保し、
ダイナミックレンジの低下を回避することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を用いて説明する。図1は本発明によるディジ
タルバスブースト回路の実施形態を示すブロック図であ
る。図1において、制御回路104は、例えばスイッチ
等を含み、ローパスフィルタ101とアンプ103のオ
ン・オフを制御することにより、ディジタルバスブース
ト回路のオン・オフを制御する。
【0012】ローパスフィルタ101は、入力信号及び
出力信号のビット数Nを共に16ビットとし、制御回路
104によりオンにされているときは、低域では、0d
Bを越える+3dBのゲインを設定し、高域では、ディ
ジタルバスブースト回路としての所望のバスブースト特
性である9dBの低域と高域のゲイン差から、低域での
0dBを越える3dBのゲイン分だけ差し引いた6dB
だけ0dBを下回る−6dBのゲインに設定する。これ
により常に9dBの一定のゲイン差を有する所望のバス
ブースト特性が確保できる。一方、制御回路104によ
りオフにされているときローパスフィルタ101は、ロ
ーパスフィルタの周波数特性を全帯域で平坦にし、か
つ、ゲインを0dBにしている。
【0013】D/A変換装置102は、ローパスフィル
タ101が出力したディジタル信号をアナログ信号に変
換する。アンプ103は、例えば演算増幅器を用いた非
反転増幅回路等で構成され、D/A変換装置102の出
力信号を入力して増幅する。制御回路104によりオン
にされているときは、ローパスフィルタ101が高域で
減衰させた−6dB分のゲインを補償するように、+6
dBのゲインで増幅する。一方、制御回路104により
オフにされているときアンプ103は、ゲインを0dB
にしてアナログ信号を出力する。
【0014】図1におけるローパスフィルタ101の構
成例を図2に示す。図2において、乗算器211は入力
信号をa1倍して出力する。加算器201は乗算器21
1の出力と乗算器212の出力を加算して出力する。遅
延器221は加算器201の出力を、サンプリング周波
数(以下、fsという)の1クロック分遅延する。乗算
器212は遅延器221の出力をb1倍して出力する。
乗算器213は入力された加算器201の出力をa2
して出力する。加算器202は乗算器213の出力と乗
算器214の出力を加算して出力する。遅延器222は
加算器202の出力をfsの1クロック分遅延する。乗
算器214は遅延器222の出力をb2倍して出力す
る。乗算器215は入力信号をa3倍して出力する。加
算器203は乗算器215の出力と加算器202の出力
とを加算して出力し、ローパスフィルタ101の出力と
する。
【0015】以上のように構成されたディジタルバスブ
ースト回路の動作をつぎに説明する。まず、ローパスフ
ィルタ101の伝達関数H1(z)は次式(数1)で表
される。
【0016】
【数1】
【0017】制御回路104によりディジタルバスブー
スト回路がオンにされているときは、伝達関数H1
(z)の各係数を10ビットで量子化し、a1=12、
2=11、a3=256、b1=b2=500にする。こ
のときのローパスフィルタ101の伝達関数H2(z)
は次式(数2)のようになる。
【0018】
【数2】
【0019】サンプリング周波数fsを44.1kHz
とし、0dBのディジタル信号を入力したとき、ローパ
スフィルタ101の出力信号振幅、すなわちローパスフ
ィルタ101のゲインの周波数特性は図3に示すように
低域で+3dB、高域で−6dBとなる。ローパスフィ
ルタ101のディジタル出力信号は、D/A変換装置1
02によりアナログ信号に変換されアンプ103により
増幅される。アンプ103のゲインを低域及び高域で共
に+6dBとすれば、アンプ103の出力信号振幅、す
なわちディジタルバスブースト回路全体の周波数特性は
図4に示すように、低域で+9dB、高域で0dBとな
り、常に一定のバスブースト特性が得られる。
【0020】制御回路104によりディジタルバスブー
スト回路がオフにされているときは、式(数1)の伝達
関数H1(z)の各係数を10ビットで量子化し、a1
=a2=0、a3=512、b1=b2=0にする。このと
きのローパスフィルタ101の伝達関数H3(z)を
(数3)に示す。
【0021】
【数3】
【0022】このとき、ローパスフィルタ101のゲイ
ンの周波数特性は、全帯域で0dBとなる。ローパスフ
ィルタ101のディジタル出力信号は、D/A変換装置
102によりアナログ信号に変換され、アンプ103に
より増幅される。アンプ103のアナログ出力の周波数
特性も全帯域で0dBとする。結局、ディジタルバスブ
ースト回路がオフのときは、全周波数帯域で0dBのゲ
インとなり、ディジタル入力信号をそのままの周波数特
性でアナログ出力することになる。
【0023】このディジタルバスブースト回路は、オン
のときに常に一定のバスブースト特性(例えば約9dB
のゲイン差)を得るために、図3に示したように、ロー
パスフィルタ101の低域のゲインが約+3dB、高域
のゲインが約−6dBになるようにそれぞれの係数を設
定し、アンプ103で+6dBのゲインの増幅を行って
いる。仮に、低域での振幅が0dBの信号がローパスフ
ィルタ101に入力されると、ローパスフィルタ101
の出力信号がクリップしてしまうことになるが、実際に
は0dBに近い振幅の信号は、オーディオ用等のテスト
ディスクを除いてほとんど存在しない。実在するほとん
どの信号源(音楽信号源:コンパクト・ディスク、ミニ
・ディスク、DAT等)では、含まれる信号の振幅が約
−3dB以下に存在している。したがって、ローパスフ
ィルタ101の低域のゲインを約+3dBとしても入力
信号はほとんどクリップしない。
【0024】このようにして、市販されているコンパク
ト・ディスク等の入力信号をほとんどクリップさせるこ
となく、また、入力信号振幅によらず常に一定のバスブ
ースト特性を確保することができる。そして、演算語長
を増加させることなくダイナミックレンジの低下を防ぐ
ことができる。
【0025】なお、ローパスフィルタ101の具体的な
構成は、図2に例示したものに限らず、図3に示した周
波数特性が得られれば、有限インパルス応答フィルタ構
成、無限インパルス応答フィルタ構成、又は、これらの
組合せで構成されたフィルタを用いてもよい。また、入
出力ビット数N及び乗算器211〜215の係数a1
2,a3,b1,b2についても、実施形態で述べた具体
的な値に限る必要はない。なお、バスブースト帯域より
低い直流付近におけるゲインの周波数特性については、
特に規定する必要はなく、任意の特性でよい。
【0026】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
ローパスフィルタのゲインを低域では0dBを越える値
に設定し、高域では所望のバスブースト特性から低域で
の0dBを越えるゲイン分だけ差し引いた値に設定し、
後段のアンプで所定のゲインを加えることにより、市販
されているコンパクト・ディスク等の入力信号をほとん
どクリップさせることなく、常に一定のバスブースト特
性を得ることができる。その結果、演算語長を増加させ
ることなく、ダイナミックレンジを改善することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態によるディジタルバスブース
ト回路を示すブロック図
【図2】図1のディジタルバスブースト回路におけるロ
ーパスフィルタの構成例を示すブロック図
【図3】図2のローパスフィルタの周波数特性を示す図
【図4】図1のディジタルバスブースト回路の周波数特
性を示す図
【符号の説明】
101 ローパスフィルタ 102 D/A変換装置 103 アンプ 104 制御回路 201〜203 加算器 211〜215 乗算器 221,222 遅延器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H03H 17/02 633 H03H 17/02 633Z (56)参考文献 特開 平8−237185(JP,A) 特開 平4−373207(JP,A) 特開 平6−310963(JP,A) 特開 平2−181507(JP,A) 実開 昭63−81522(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03G 5/02 H03G 5/16 H03H 17/00 611 H03H 17/02 635

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディジタル入力信号の振幅を低域で増幅
    し、高域で減衰させるローパスフィルタと、前記ローパ
    スフィルタのディジタル出力信号をアナログ信号に変換
    するD/A変換装置と、前記D/A変換装置のアナログ
    出力信号を入力して所定のゲインで増幅するアンプと、
    前記ローパスフィルタ及びアンプのオン・オフを切り替
    える制御回路とを備えたディジタルバスブースト回路で
    あって、 前記制御回路の切替えにより前記ローパスフィルタ及び
    アンプがオンのときは、前記ローパスフィルタのゲイン
    を低域では0dBを越える値に設定し、高域では前記デ
    ィジタルバスブースト回路としての所望のバスブースト
    特性である低域と高域のゲイン差から低域での0dBを
    越えるゲイン分だけ差し引いた値だけ0dBを下回る値
    に設定し、前記アンプの高域及び低域でのゲインを前記
    ローパスフィルタの高域での減衰分を補償する値に設定
    し、 前記制御回路の切替えにより前記ローパスフィルタ及び
    アンプがオフのときは、前記ローパスフィルタ及びアン
    プの低域及び高域でのゲインを0dBに設定したことを
    特徴とするディジタルバスブースト回路。
  2. 【請求項2】 前記ローパスフィルタの入力信号のビッ
    ト数と出力信号のビット数とが等しいことを特徴とする
    請求項1記載のディジタルバスブースト回路。
  3. 【請求項3】 前記ローパスフィルタの低域でのゲイン
    が約+3dBであることを特徴とする請求項2記載のデ
    ィジタルバスブースト回路。
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