JP4250578B2 - 音声オーディオ装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル信号処理による音声処理及び音楽処理を行う音声オーディオ装置に関し、特に携帯電話装置において複数系統のサンプリング周波数でサンプリングされた信号をデジタル演算処理して受話音声信号及び音楽等のオーディオ信号の相互間処理を行う音声オーディオ装置に関する。

近年、ＬＳＩの集積度向上と共に携帯電話装置における機能集積が進んでおり、電話機能と音楽再生機能を一台で利用することができる携帯電話装置、並びに電話機能、音楽再生機能、動画録画機能及び音楽録音機能を一台で利用することができる携帯電話装置が普及している。このような携帯電話装置では、搭載されたＬＳＩ内部、又はディスクリート部品にて、必要に応じてマイク等の音声入力手段からの音声信号と再生された音楽信号との混合、受信復調された相手側音声信号と再生された音楽信号との混合が行われていた。このような混合処理された信号は、携帯電話装置内の送信処理ブロック又はスピーカ及びヘッドフォン等の出力手段へそれぞれ伝送される。

図６は、従来の携帯電話装置内の音に関する処理を行う音声オーディオ装置の例を示したブロック図である（例えば、特許文献１参照。）。
図６の音声オーディオ装置では、受信復調されたデジタル音声信号ＳＤＶａは音声Ｄ／Ａ変換器１０１でアナログ信号に変換され、アナログ処理回路１０４内で音量調整処理等が行われた後、第１スピーカＳＰａ等の音声出力手段から出力される。また、再生されたデジタルオーディオ信号ＳＤＭはオーディオＤ／Ａ変換器１０３でアナログオーディオ信号に変換された後、アナログ処理回路１０６で前記アナログ音声信号との加減算処理や音量調整処理が行われて、第２スピーカＳＰｂやヘッドフォンＨＰ等のオーディオ出力手段から出力される。

一方、マイクＭＩＣ等の音声入力手段からのアナログ音声信号は、アナログ処理回路１０５内で音量調整処理やアナログオーディオ信号との加減算処理等が行われた後、音声Ａ／Ｄ変換器１０２でデジタル音声信号ＳＤＶｂに変換され送信変調処理ブロックに伝送される。なお、図６に示した音声信号、オーディオ信号の混合信号経路は一例であり、実際の混合信号経路は携帯電話装置により種々存在する。しかし、従来技術ではアナログ信号処理、具体的にはオペアンプを用いて加減算処理や音量調整処理を行っていたため、プロセス変動によるアナログ信号特性の劣化、携帯電話装置内の高周波ノイズの注入による聴感ノイズの発生等の問題があった。

そこで、スピーカ等の出力手段の直前にＤ／Ａ変換器を配置すると共に、マイク等の音声入力手段の直後にＡ／Ｄ変換器を配置し、アナログ信号に変換される前段のデジタル信号及びデジタル信号に変換された後段のデジタル信号に対して、デジタル信号処理を行って加減算や音量調整等の処理及び制御を行えるようにし、入力されたデジタル音声信号及びデジタルオーディオ信号をアナログ信号に変換せず直接デジタル領域でミキシング等のデジタル演算を行い、アナログ信号への変換による信号特性の劣化を防止する技術があった。

図７は、このような音声オーディオ装置の例を示したブロック図である。
図７において、受信されたデジタル音声信号をサンプリング周波数ｆｓでサンプリングして受信復調し生成されたデジタル音声信号ＳＤＶａは、第１のオーバサンプリング処理回路Ｓｃでサンプリング周波数ｆｓの逓倍、例えば４倍の周波数４・ｆｓでオーバサンプリング処理が行われ、第１のデジタル処理回路Ｄａ及び第２のサンプリング周波数変換処理回路Ｓｂへ伝送される。該オーバサンプリング処理が行われたデジタル音声信号ＳＤＶａは、第１のデジタル処理回路Ｄａで音量調整処理や所望の信号帯域制限処理等が行われた後、音声Ｄ／Ａ変換器Ｃａでアナログ音声信号に変換され、外部音声出力手段である第１スピーカＳＰａから出力される。第２のサンプリング周波数変換処理回路Ｓｂでは、デジタル音声信号のサンプリング周波数がデジタルオーディオ信号のサンプリング周波数に変換される。

一方、サンプリング周波数Ｆｓでサンプリングされて再生されたデジタルオーディオ信号ＳＤＭａは、第２のオーバサンプリング処理回路Ｓｄでサンプリング周波数Ｆｓの逓倍、例えば４倍の周波数４・Ｆｓでオーバサンプリング処理が行われ、第３のデジタル処理回路Ｄｃ及び第１のサンプリング周波数変換処理回路Ｓａへ伝送される。該オーバサンプリング処理が行われたデジタルオーディオ信号ＳＤＭａは、第３のデジタル処理回路Ｄｃにおいて、前記第２のサンプリング周波数変換処理回路Ｓｂでサンプリング周波数変換されたデジタル音声信号との加減算処理、加減算比率設定処理、音量設定処理、及びあらかじめ所定のプログラミング設定の行われた信号帯域制限処理での聴感音色調整がそれぞれ行われた後、オーディオＤ／Ａ変換器Ｃｃでアナログオーディオ信号ＳＡＭａに変換され、第２スピーカＳＰｂやヘッドフォンＨＰ等から出力される。第１のサンプリング周波数変換処理回路Ｓａでは、デジタルオーディオ信号のサンプリング周波数がデジタル音声信号のサンプリング周波数に変換される。

一方、マイクＭＩＣ等の音声入力手段からのアナログ音声信号ＳＡＶｂは、音声Ａ／Ｄ変換器Ｃｂでデジタル音声信号ＳＤＶｂに変換される。変換されたデジタル音声信号ＳＤＶｂは、第２のデジタル処理回路Ｄｂでデジタルオーディオ信号との加算若しくは減算処理、該加算若しくは減算比率設定処理、並びに音量設定処理等が行われた後、ダウンサンプリング処理回路Ｓｅでサンプリング周波数４・ｆｓの１／４倍の周波数ｆｓでサンプリングが行われて、送信変調処理が行われる回路ブロック（図示せず）に伝送される。
特開２０００−２９９７１８号公報

しかし、前記のように異なる周波数でサンプリングした信号に変換する際、その変換後の周波数によっては信号の音質劣化が発生する場合があった。具体的には、広帯域から狭帯域への異なる周波数でサンプリングした信号に変換する際、サンプリング周波数変換処理でのデジタルフィルタ処理によって狭帯域のナイキスト周波数に元信号の帯域が制限されるため、その後のデジタル演算によって得られる信号の音質は、アナログ信号で処理した場合と比較して音質の劣化を招くという問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、異なる周波数でサンプリングした信号に変換する際、できるだけ高い周波数でサンプリングした信号に変換することにより、デジタル演算によって得られる信号の音質の劣化を防止することができ、スピーカ等の外部負荷を駆動する増幅器としてＤ級アンプを使用してすべてデジタル信号処理を行うことでアナログ信号を排除するようにし、更なる音質劣化を防止することができると共に、サンプリング周波数変換処理の共通化によってＤ級アンプを使用することによって生じる回路規模の増大を防止することができる音声オーディオ装置を得ることを目的とする。

この発明に係る音声オーディオ装置は、入力された音声信号及びオーディオ信号に対して所定の信号処理を行って、音声出力手段及び該オーディオ信号に応じた音を出力するオーディオ出力手段に対応して出力する音声オーディオ装置において、
所定の第１のサンプリング周波数ｆｓでサンプリングされたデジタル音声信号を、該第１のサンプリング周波数ｆｓのｎ（ｎ＞１）倍の周波数ｎ・ｆｓでサンプリングした信号に変換して出力する第１のサンプリング周波数変換処理回路部と、
所定の第２のサンプリング周波数Ｆｓでサンプリングされたデジタルオーディオ信号を、該第２のサンプリング周波数ＦｓのＮ（Ｎ＞１）倍の周波数Ｎ・Ｆｓでサンプリングした信号に変換して出力する第２のサンプリング周波数変換処理回路部と、
前記第１のサンプリング周波数変換処理回路部から出力された信号を、前記サンプリング周波数Ｎ・Ｆｓでサンプリングした信号に変換して出力し、前記第２のサンプリング周波数変換処理回路部から出力された信号を、前記サンプリング周波数ｎ・ｆｓでサンプリングした信号に変換して出力する第３のサンプリング周波数変換処理回路部と、
前記第１のサンプリング周波数変換処理回路部によってサンプリング周波数ｎ・ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタル音声信号と、前記第３のサンプリング周波数変換処理回路部によってサンプリング周波数ｎ・ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタルオーディオ信号に対して、所定のミキシング処理を行う第１のデジタル処理回路部と、
前記第２のサンプリング周波数変換処理回路部によってサンプリング周波数Ｎ・Ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタルオーディオ信号と、前記第３のサンプリング周波数変換処理回路部によってサンプリング周波数Ｎ・Ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタル音声信号に対して、所定のミキシング処理を行う第２のデジタル処理回路部と、
を備えるものである。

また、前記第１のデジタル処理回路部からの出力信号に対して所定のＤ／Ａ変換を行って前記音声出力手段に出力する、ΔΣ変調器を使用した第１のＤ／Ａ変換回路部と、
前記第２のデジタル処理回路部からの出力信号に対して所定のＤ／Ａ変換を行って前記オーディオ出力手段に出力する、ΔΣ変調器を使用した第２のＤ／Ａ変換回路部と、
を備えるようにした。

また、前記第１のデジタル処理回路部からの出力信号を増幅して前記音声出力手段に出力する、ΔΣ変調器を使用したＤ級アンプで構成された第１のＤ級増幅回路部と、
前記第２のデジタル処理回路部からの出力信号を増幅して前記オーディオ出力手段に出力する、ΔΣ変調器を使用したＤ級アンプで構成された第２のＤ級増幅回路部と、
を備えるようにした。

本発明の音声オーディオ装置によれば、第１のサンプリング周波数変換処理回路部によって周波数ｎ・ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタル音声信号と、第３のサンプリング周波数変換処理回路部によって周波数ｎ・ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタルオーディオ信号に対して、所定のデジタル信号処理で演算を行い、第２のサンプリング周波数変換処理回路部によって周波数Ｎ・Ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタルオーディオ信号と、前記第３のサンプリング周波数変換処理回路部によって周波数Ｎ・Ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタル音声信号に対して、所定のデジタル信号処理で演算を行うようにした。このことから、異なる周波数でサンプリングした信号に変換する際、できるだけ高い周波数でサンプリングした信号に変換することによって音質の劣化を防止することができる。

また、スピーカ等の外部負荷を駆動する増幅器としてＤ級アンプで構成されたＤ級増幅回路部を備えたことから、すべてデジタル信号処理を行うことでアナログ信号を排除するようにして、更なる音質の劣化を防止することができると共に、サンプリング周波数変換処理の共通化により、Ｄ級アンプを使用することによって生じる回路規模の増大を低減することができる。

次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態における音声オーディオ装置の例を示したブロック図である。なお、図１では、携帯電話装置における音声オーディオ装置に使用した場合を例にして示しており、音声の送受信を行う部分、並びに音声及び音楽を再生する部分は省略している。
図１において、音声オーディオ装置１は、第１から第３の各サンプリング周波数変換処理回路Ｓ０〜Ｓ２からなるサンプリング周波数変換回路２、第４のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ３、第１から第３の各Ｄ／Ａ変換回路Ｃ０〜Ｃ２、第１及び第２の各デジタル処理回路Ｄ０，Ｄ１、音声出力手段をなす音声スピーカＳＰ１、並びにオーディオ出力手段をなすＬＣＨオーディオスピーカＳＰＬ及びＲＣＨオーディオスピーカＳＰＲを備えている。

なお、第１のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ０は第１のサンプリング周波数変換処理回路部を、第２のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ１は第２のサンプリング周波数変換処理回路部を、第３のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ２は第３のサンプリング周波数変換処理回路部をそれぞれなし、第１のデジタル処理回路Ｄ０は第１のデジタル処理回路部を、第２のデジタル処理回路Ｄ１は第２のデジタル処理回路部をそれぞれなす。また、第１から第４の各サンプリング周波数変換処理回路Ｓ０〜Ｓ３、第１及び第２の各デジタル処理回路Ｄ０，Ｄ１並びに第１から第３の各Ｄ／Ａ変換回路Ｃ０〜Ｃ２は１つのＩＣに集積するようにしてもよい。

ここで、通常、デジタル受話音声信号ＳＤＶに対するサンプリング周波数ｆｓは、８ｋＨｚ、１６ｋＨｚが使用される。一方、デジタルオーディオ信号ＳＤＭに対するサンプリング周波数Ｆｓは、一般的に３２ｋＨｚ、４４.１ｋＨｚ、４８ｋＨｚがよく使用される。なお、サンプリング周波数ｆｓは第２サンプリング周波数を、サンプリング周波数Ｆｓは第１サンプリング周波数をそれぞれなす。アナログ信号は連続信号でありサンプリング（標本化）の概念が存在しないため、そのまま加算又は減算処理を行うことができるが、デジタル信号はサンプリングされた離散時間信号のため異なるサンプリング周波数の信号同士の加算又は減算を行うことはできない。

このため、第１のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ１は、デジタルオーディオ信号ＳＤＭをデジタル受話音声信号ＳＤＶのサンプリング周波数ｆｓでサンプリングされた信号に変換するものである。また、第２のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ２は、デジタル受話音声信号ＳＤＶをデジタルオーディオ信号ＳＤＭのサンプリング周波数Ｆｓでサンプリングされた信号に変換するものである。
このように、サンプリング周波数を同一化することで、デジタル受話音声信号ＳＤＶへのデジタルオーディオ信号ＳＤＭの加算又は減算、デジタルオーディオ信号ＳＤＭへのデジタル受話音声信号ＳＤＶの加算又は減算がそれぞれ可能になる。

前記の例では、サンプリング周波数ｆｓ及びＦｓの各周波数の組み合わせから、１２通りのサンプリング周波数変換処理が必要になる。これらの内、音声デジタル信号ＳＤＶ及び音楽デジタル信号ＳＤＭは、それぞれの使用条件により定められたサンプリング周波数にしたがって、例えば、８ｋＨｚ→４４.１ｋＨｚ、４４.１ｋＨｚ→８ｋＨｚといったような２通りのサンプリング周波数変換処理がその都度選択される。なお、サンプリング周波数変換処理の回路技術は公知であり、例えば「Interpolation and Decimation of Digital Signal-A tutorial Review」 Lawrence R.Rabiner, Proceeding of The IEEE, vol.69, No.3 March 1981で紹介されている。

図１において、サンプリング周波数ｆｓでサンプリングされて受信復調されたデジタル受話音声信号ＳＤＶは、第１のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ０により、サンプリング周波数ｆｓの逓倍、例えばｎ（ｎは、ｎ＞１の整数）倍の周波数ｎ・ｆｓでオーバサンプリング処理が行われた後、第１のデジタル処理回路Ｄ０及び第３のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ２へそれぞれ伝送される。また、サンプリング周波数Ｆｓでサンプリングされて再生されたデジタルオーディオ信号ＳＤＭは、第２のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ１でサンプリング周波数Ｆｓの逓倍、例えばＮ（Ｎは、Ｎ＞１の整数）倍の周波数Ｎ・Ｆｓでサンプリング処理が行われた後、第２のデジタル処理回路Ｄ１及び第３のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ２へそれぞれ伝送される。

第３のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ２は、第１のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ０で周波数ｎ・ｆｓでオーバサンプリング処理が行われたデジタル受話音声信号を、デジタルオーディオ信号ＳＤＭのサンプリング周波数Ｎ・Ｆｓでサンプリングされた信号に変換し、該変換した信号を第２のデジタル処理回路Ｄ１に出力する。更に、第３のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ２は、第２のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ１で周波数Ｎ・ｆｓでオーバサンプリング処理が行われたデジタルオーディオ信号を、デジタル受話音声信号ＳＤＶのサンプリング周波数ｎ・Ｆｓでサンプリングされた信号に変換し、該変換した信号を第１のデジタル処理回路Ｄ０に出力する。

第１のデジタル処理回路Ｄ０は、第１のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ０から入力された信号と第３のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ２から入力された信号に対して所定のミキシング処理を行い、該ミキシング処理を行って得られた信号を第４のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ３に出力する。第４のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ３は、第１のデジタル処理回路Ｄ０から入力された、サンプリング周波数ｎ・ｆｓでサンプリングされた信号に対して、ΔΣ変調器を用いた第１のＤ／Ａ変換回路Ｃ０の変調処理に必要な周波数までサンプリング周波数の変換処理を行い、第１のＤ／Ａ変換回路Ｃ０に出力する。第１のＤ／Ａ変換回路Ｃ０は、第４のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ３から入力された信号をアナログ信号に変換し、音声スピーカＳＰ１を駆動する。

また、第２のデジタル処理回路Ｄ１は、第２のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ１から入力された信号と第３のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ２から入力された信号に対して所定のミキシング処理を行い、該ミキシング処理を行って得られた信号を第２及び第３の各Ｄ／Ａ変換回路Ｃ１，Ｃ２にそれぞれ出力する。第２のＤ／Ａ変換回路Ｃ１は、第２のデジタル処理回路Ｄ１から入力された信号をアナログ信号に変換し、ＬＣＨオーディオスピーカＳＰＬを駆動する。第３のＤ／Ａ変換回路Ｃ２は、第２のデジタル処理回路Ｄ１から入力された信号をアナログ信号に変換し、ＲＣＨオーディオスピーカＳＰＲを駆動する。

ここで、ΔΣ変調器を用いた第１から第３の各Ｄ／Ａ変換回路Ｃ０〜Ｃ２は、いわゆる１ビットＤＡＣと呼ばれるものであり、入力されたデジタルデータ信号を帯域外の高い周波数にオーバサンプリング処理を行った後、１〜４ビット程度に量子化し帯域内の量子化ノイズをフィルタリングすることで帯域外に移動させ、緩やかなフィルタ特性をもつアナログフィルタで必要帯域のみ抽出して高分解能を得るものである。

このような構成において、サンプリング周波数Ｆｓでサンプリングされたデジタルオーディオ信号ＳＤＭは、第２のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ１で周波数Ｎ・Ｆｓでサンプリングされた信号に変換される。第２のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ１は、デジタルフィルタを用いた方式を利用し、零補間後フィルタリングすることでイメージ成分（スプリアス成分）を除去し、元信号と同じ周波数スペクトルを得るものである。
一方、デジタルオーディオ信号ＳＤＭよりも狭帯域のデジタル受話音声信号ＳＤＶは、サンプリング周波数ｆｓでサンプリングされており、第１のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ０でｎ・ｆｓの周波数でサンプリングされた信号に変換される。

サンプリング周波数Ｎ・Ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタルオーディオ信号は、第３のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ２で、サンプリング周波数ｎ・ｆｓでサンプリングされた信号に変換される。例えば、Ｆｓ＝４４.１ｋＨｚ、ｆｓ＝８ｋＨｚ、ｎ＝Ｎ＝５の場合、５×４４.１ｋＨｚのサンプリング周波数でサンプリングされた信号は、第３のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ２によって（８０／４４１）倍の５×８ｋＨｚのサンプリング周波数でサンプリングされた信号に変換される。サンプリング周波数を（８０／４４１）倍する処理は、第２のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ１と同様の処理で８０倍にオーバサンプリングされた後、１／４４１倍にデシメーションされる。デシメーション処理もオーバサンプリング処理と同様、デジタルフィルタを用いた方式を利用し、デシメーション処理後のナイキスト周波数以上の成分をフィルタであらかじめ除去した後、サンプリングデータを４４４サンプル周期ごとに４４３回間引くことで実現することができる。

第１のデジタル処理回路Ｄ０は、第３のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ２によってサンプリング周波数５・ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタルオーディオ信号と、第１のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ０によってサンプリング周波数５・ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタル受話音声信号とのデジタル演算処理、ここではミキシング処理を行う。第１のデジタル処理回路Ｄ０で該ミキシング処理が行われた信号は、ΔΣ変調器を用いた第１のＤ／Ａ変換回路Ｃ０の変調処理に必要な周波数まで第４のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ３でサンプリング周波数変換処理が行われた後、第１のＤ／Ａ変換回路Ｃ０でアナログ信号に変換され、音声スピーカＳＰ１を駆動する。ΔΣ変調器を用いたＤ／Ａ変換回路は、いわゆる１ビットＤＡＣと呼ばれるものでデジタルデータを帯域外の高い周波数にオーバサンプリングした後、１〜４ビット程度に量子化し、帯域内の量子化ノイズをフィルタリングすることで帯域外に移動させ、緩やかなフィルタ特性をもつアナログフィルタで必要帯域のみ切り出して高分解能を得るものである。

同様に、第２のデジタル処理回路Ｄ１は、第３のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ２によってサンプリング周波数５・Ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタル受話音声信号と、第２のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ１によってサンプリング周波数５・Ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタルオーディオ信号とのデジタル演算処理、ここではミキシング処理を行う。第２のデジタル処理回路Ｄ１で該ミキシング処理が行われた信号は、ΔΣ変調器を用いた第２及び第３の各Ｄ／Ａ変換回路Ｃ１，Ｃ２でアナログ信号に変換され、対応するＬＣＨオーディオスピーカＳＰＬ及びＲＣＨオーディオスピーカＳＰＲをそれぞれ駆動する。
このように、異なるサンプリング周波数でサンプリングされた信号に対してデジタル演算処理を行う場合、ｎ倍又はＮ倍の異なる周波数でサンプリングした信号に変換した後、デジタル演算処理を行うようにすることで、元信号の周波数帯域が確保され音質の劣化を防止することが可能になる。

ここで、デジタル受話音声信号ＳＤＶのサンプリング周波数ｆｓへのサンプリング周波数変換ではなく、サンプリング周波数ｎ・ｆｓにサンプリング周波数変換することによって、音質劣化を防止するしくみについてもう少し詳細に説明する。
通常、デジタル受話音声信号ＳＤＶのサンプリング周波数ｆｓは、８ｋＨｚが使用される。これに対して、デジタルオーディオ信号ＳＤＭのサンプリング周波数Ｆｓには、３２ｋＨｚ、４４.１ｋＨｚ、４８ｋＨｚが使用される。以下、４４.１ｋＨｚの場合を例にして説明する。
図２は、デジタル受話音声信号をＤ／Ａ変換したアナログ受話音声信号と、デジタルオーディオ信号をＤ／Ａ変換したアナログオーディオ信号がアナログ演算によりミキシング処理された信号のスペクトルを示す。
図２から分かるように、スペクトルは音声、オーディオそれぞれのスペクトルが重畳されたものとなっており、すなわち、受話音声信号はＤＣ〜４ｋＨｚ、オーディオ信号はＤＣ〜２０ｋＨｚの帯域を有している。

一方、図３は、デジタルオーディオ信号ＳＤＭのサンプリング周波数Ｆｓをデジタル受話音声信号ＳＤＶのサンプリング周波数ｆｓ（ｎ＝Ｎ＝１の場合）へ変換した後、デジタル演算によってミキシング処理された信号のスペクトルを示した図である。図３（ａ）は、サンプリング周波数変換回路２が図３（ｂ）のような構成である場合のスペクトルを示している。なお、図３（ａ）では、１点鎖線は図３（ｂ）のサンプリング周波数変換処理回路内における帯域制限フィルタで制限されたオーディオ帯域を示しており、音声帯域とほぼ同じであることを示している。
図３（ｂ）の構成の場合、デジタルオーディオ信号ＳＤＭのサンプリング周波数Ｆｓを、それより狭帯域のデジタル受話音声信号ＳＤＶのサンプリング周波数ｆｓへ変換する際、該変換後の折り返し成分が生じないよう、サンプリング周波数変換処理内の帯域制限フィルタでサンプリング周波数ｆｓのナイキスト周波数まで帯域制限が行われる。

したがって、図３（ａ）から分かるように、ミキシング処理後に得られる信号スペクトルのオーディオ信号成分は、図２のアナログ信号の場合と比較して帯域が狭くなっているのが分かる。すなわち、オーディオ信号は受話音声信号と同じＤＣ〜４ＫＨｚの帯域しか有していない。
図２及び図３から明らかなように、デジタルオーディオ信号ＳＤＭのサンプリング周波数Ｆｓを、それより狭帯域のデジタル受話音声信号ＳＤＶのサンプリング周波数ｆｓへ変換すると、オーディオ信号の４ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの成分が損なわれる。このことが、アナログ信号でミキシング処理を行った場合と比較して音質の劣化となり聴感上影響を及ぼす。

ｎ＝Ｎ＝５としたとき、すなわち、デジタルオーディオ信号ＳＤＭのサンプリング周波数Ｆｓをデジタル受話音声信号ＳＤＶのサンプリング周波数ｆｓの５倍に周波数変換した後、デジタル演算によってミキシング処理を行った信号のスペクトルを図４に示す。
図４において、オーディオ信号成分は、ＤＣ〜２０ｋＨｚの帯域を有しており、信号成分の損失が発生していない。すなわち、アナログ信号の場合と同一スペクトルとなりデジタル処理による信号劣化を防止することができる。

図５は、本発明の第１の実施の形態における音声オーディオ装置の他の例を示したブロック図である。なお、図５では、図１と同じもの又は同様のものは図１と同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図１との相違点のみ説明する。また、図５では、ｎ＝Ｎ＝４の場合を例にして示しており、音声スピーカＳＰ１、ＬＣＨオーディオスピーカＳＰＬ及びＲＣＨオーディオスピーカＳＰＲに加えて、ステレオヘッドフォンＨＰを駆動する回路を有する場合を例にして示している。

図５における図１との相違点は、図１の第４のサンプリング周波数変換処理回路Ｓ３をなくすと共に、図１の第１から第３の各Ｄ／Ａ変換回路Ｄ０〜Ｄ２の代わりにデジタル信号を入力とする第１から第５の各Ｄ級アンプＡＭＰ０〜ＡＭＰ４を使用したことにある。なお、第１のＤ級アンプＡＭＰ０は第１のＤ級増幅回路部を、第２から第５の各Ｄ級アンプＡＭＰ１〜ＡＭＰ４は第２のＤ級増幅回路部をそれぞれなす。また、第１から第３の各サンプリング周波数変換処理回路Ｓ０〜Ｓ２、第１及び第２の各デジタル処理回路Ｄ０，Ｄ１並びに第１から第５の各Ｄ級アンプＡＭＰ０〜ＡＭＰ４は１つのＩＣに集積するようにしてもよい。

ΔΣ変調器を用いたＤ級アンプは一般的に、サンプリング周波数変換回路、ΔΣ変調器、並びにＰＷＭパターン生成及びドライバ回路から構成される。高い分解能を実現するためにΔΣ変調を行う周波数を元信号のナイキスト周波数の整数比倍に設定する。このためのサンプリング周波数変換処理が前記サンプリング周波数変換回路２で行われる。
第１から第５の各Ｄ級アンプＡＭＰ０〜ＡＭＰ４において、前記ΔΣ変調器は、高分解能の入力信号を１ビット（又は、数ビット）に量子化して出力すると共に、発生する量子化ノイズに対して、ハイパスフィルタを作用させることで高分解能の信号を再現させるものである。ΔΣ変調器の出力信号を変調周波数より高い周波数でＰＷＭパターン化してドライバをオン又はオフさせる信号を生成し、該信号でドライバをスイッチングさせて最終出力信号を得る。

このように、Ｄ／Ａ変換回路の代わりにΔΣ変調器を用いたＤ級アンプを使用することで、入力から出力までの各処理をすべてデジタル処理で行うことができ、アナログ信号の介在による音質の劣化を防止することができる。ここで、複数のＤ級アンプを使用する際、前述のように複数のサンプリング周波数変換処理が必要となるが、図５では、デジタル演算処理を行うためのサンプリング周波数変換処理の一部をＤ級アンプに必要なサンプリング周波数変換処理と共有し、各ΔΣ変調器に分岐させることで、複数系統の外部負荷を駆動することによる回路規模の増大を低減することができる。

このように、本第１の実施の形態における音声オーディオ装置は、異なるサンプリング周波数でサンプリングされた信号に対してデジタル演算処理を行う場合、サンプリング周波数変換回路２によって、ｎ倍又はＮ倍のサンプリング周波数でサンプリングされた信号に変換された後、デジタル演算処理を行うようにしたことから、元信号の周波数帯域を確保することができ、音質の劣化を防止することができる。

本発明の第１の実施の形態における音声オーディオ装置の例を示したブロック図である。 アナログ受話音声信号とアナログオーディオ信号をアナログ演算によってミキシング処理した信号のスペクトルの従来例を示した図である。 サンプリング周波数Ｆｓをサンプリング周波数ｆｓに変換した後、デジタル演算によってミキシング処理された信号のスペクトルを示した図である。 サンプリング周波数Ｆｓをサンプリング周波数ｆｓの５倍に周波数変換した後、デジタル演算によってミキシング処理された信号のスペクトルを示した図である。 本発明の第１の実施の形態における音声オーディオ装置の他の例を示したブロック図である。 従来の携帯電話装置内の音に関する処理を行う音声オーディオ装置の例を示したブロック図である。 音声オーディオ装置の従来例を示したブロック図である。

符号の説明

１ 音声オーディオ装置
２ サンプリング周波数変換回路
Ｓ０ 第１のサンプリング周波数変換処理回路
Ｓ１ 第２のサンプリング周波数変換処理回路
Ｓ２ 第３のサンプリング周波数変換処理回路
Ｓ３ 第４のサンプリング周波数変換処理回路
Ｄ０ 第１のデジタル処理回路
Ｄ１ 第２のデジタル処理回路
Ｃ０ 第１のＤ／Ａ変換回路
Ｃ１ 第２のＤ／Ａ変換回路
Ｃ２ 第３のＤ／Ａ変換回路
ＳＰ１ 音声スピーカ
ＳＰＬ ＬＣＨオーディオスピーカ
ＳＰＲ ＲＣＨオーディオスピーカ
ＡＭＰ０ 第１のＤ級アンプ
ＡＭＰ１ 第２のＤ級アンプ
ＡＭＰ２ 第３のＤ級アンプ
ＡＭＰ３ 第４のＤ級アンプ
ＡＭＰ４ 第５のＤ級アンプ
ＨＰ ヘッドフォン

Claims (3)

1. 入力された音声信号及びオーディオ信号に対して所定の信号処理を行って、音声出力手段及び該オーディオ信号に応じた音を出力するオーディオ出力手段に対応して出力する音声オーディオ装置において、
   所定の第１のサンプリング周波数ｆｓでサンプリングされたデジタル音声信号を、該第１のサンプリング周波数ｆｓのｎ（ｎ＞１）倍の周波数ｎ・ｆｓでサンプリングした信号に変換して出力する第１のサンプリング周波数変換処理回路部と、
   所定の第２のサンプリング周波数Ｆｓでサンプリングされたデジタルオーディオ信号を、該第２のサンプリング周波数ＦｓのＮ（Ｎ＞１）倍の周波数Ｎ・Ｆｓでサンプリングした信号に変換して出力する第２のサンプリング周波数変換処理回路部と、
   前記第１のサンプリング周波数変換処理回路部から出力された信号を、前記サンプリング周波数Ｎ・Ｆｓでサンプリングした信号に変換して出力し、前記第２のサンプリング周波数変換処理回路部から出力された信号を、前記サンプリング周波数ｎ・ｆｓでサンプリングした信号に変換して出力する第３のサンプリング周波数変換処理回路部と、
   前記第１のサンプリング周波数変換処理回路部によってサンプリング周波数ｎ・ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタル音声信号と、前記第３のサンプリング周波数変換処理回路部によってサンプリング周波数ｎ・ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタルオーディオ信号に対して、所定のミキシング処理を行う第１のデジタル処理回路部と、
   前記第２のサンプリング周波数変換処理回路部によってサンプリング周波数Ｎ・Ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタルオーディオ信号と、前記第３のサンプリング周波数変換処理回路部によってサンプリング周波数Ｎ・Ｆｓでサンプリングされた信号に変換されたデジタル音声信号に対して、所定のミキシング処理を行う第２のデジタル処理回路部と、
   を備えることを特徴とする音声オーディオ装置。
2. 前記第１のデジタル処理回路部からの出力信号に対して所定のＤ／Ａ変換を行って前記音声出力手段に出力する、ΔΣ変調器を使用した第１のＤ／Ａ変換回路部と、
   前記第２のデジタル処理回路部からの出力信号に対して所定のＤ／Ａ変換を行って前記オーディオ出力手段に出力する、ΔΣ変調器を使用した第２のＤ／Ａ変換回路部と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の音声オーディオ装置。
3. 前記第１のデジタル処理回路部からの出力信号を増幅して前記音声出力手段に出力する、ΔΣ変調器を使用したＤ級アンプで構成された第１のＤ級増幅回路部と、
   前記第２のデジタル処理回路部からの出力信号を増幅して前記オーディオ出力手段に出力する、ΔΣ変調器を使用したＤ級アンプで構成された第２のＤ級増幅回路部と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の音声オーディオ装置。

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