JP4312103B2

JP4312103B2 - 音響装置

Info

Publication number: JP4312103B2
Application number: JP2004160829A
Authority: JP
Inventors: 勝志山田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2024-05-31
Also published as: EP1758244B1; CN100590966C; EP1758244A1; US7774201B2; JP2005341472A; US20080015851A1; EP1758244A4; WO2005117254A1; CN1961479A

Description

本発明は、例えばオーディオ機器に用いられ、マイクロフォン等からの入力音声信号の信号強度に応じて適切な増幅度を自動設定する自動利得可変器を備えた音響装置に関する。

従来、上述した音響装置の自動利得可変器が開発されている（例えば、特許文献１参照）。図９は、上記特許文献１で開示された従来の音響装置の自動利得可変器の構成を示すブロック図である。

図９に示す従来の自動利得可変器９０は、信号増幅部９１と、信号強度検出部９２と、信号強度保持部９３と、信号利得設定部９４とから構成される。信号増幅部９１は、信号利得設定部９４で設定された利得で入力信号Ｓｉを増幅して出力信号Ｓｏとして出力する。信号強度検出部９２は、入力信号Ｓｉの信号強度を所定期間のあいだ検出する。信号強度保持部９３は、信号強度検出部９２で検出された最大信号強度検出結果をホールドする。信号利得設定部９４は、信号強度保持部９３でホールドされた最大信号強度に対応した一定の利得を信号増幅部９１に設定する。

このような構成において、大入力音声信号に対しては低い利得で信号強度の増幅調節が行われ、小入力音声信号に対しては高い利得で信号強度の増幅調節が行われる。

特開平１１−７５２８６号公報

しかしながら、従来の音響装置は、１つの所定期間内の入力信号強度を検出した結果から利得を設定するので、入力音声の平均的な信号強度と瞬時的な信号強度の両方に適した利得を設定できず、入力音声信号への利得調整の追従性が不自然となる問題がある。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、入力音声の平均的な信号強度と瞬時的な信号強度の両方に適した利得を自動的に設定できる音響装置を提供することを目的とする。

上記目的は下記構成及び方法により達成される。
本発明の音響装置は、入力音声信号の信号強度に応じて適切な増幅度を自動設定する音響装置であって、入力音声信号の所定期間内の平均的な信号強度に応じて利得を設定する第１の利得設定手段と、前記第１の利得設定手段で設定された利得で入力音声信号の信号強度を調節する第１の信号増幅手段と、前記第１の信号増幅手段の出力音声信号の瞬時的信号強度に応じて利得を設定する第２の利得設定手段と、前記第１の利得設定手段で設定された利得と前記第２の利得設定手段で設定された利得とを合成する利得算出手段と、前記利得算出手段で算出された利得で入力音声信号の信号強度を調節する第２の信号増幅手段とを備えている。

本発明の音響装置は、自動利得可変動作のオン及びオフを設定するスイッチ手段と、前記スイッチ手段がオフ設定された場合に前記利得算出手段に前記第２の信号増幅手段の入出力で信号強度に変化を与えない利得を設定する制御手段とを備えている。

本発明の音響装置は、前記利得算出手段で算出された利得を可視化する表示手段を備えている。

本発明の自動利得可変方法は、入力音声信号の信号強度に応じて適切な増幅度を自動設定する自動利得可変方法であって、入力音声信号の所定期間内の平均的な信号強度に応じて利得を設定する第１の利得設定工程と、前記第１の利得設定工程で設定された利得を用いて入力音声信号の信号強度を調節する第１の信号増幅工程と、前記第１の信号増幅工程で得られた出力音声信号の瞬時的信号強度に応じて利得を設定する第２の利得設定工程と、前記第１の利得設定工程で設定された利得と前記第２の利得設定工程で設定された利得とを合成する利得算出工程と、前記利得算出工程で算出された利得を用いて入力音声信号の信号強度を調節する第２の信号増幅工程とを備えている。

本発明の音響装置は、第１の利得設定手段による平均的な信号強度に応じた利得と、第２の利得設定手段による瞬時的な信号強度に応じた利得との２つの利得を合成して第２の信号増幅手段の利得を設定するので、入力音声信号に対する利得調整の追従性が向上し、違和感のない利得可変制御が可能となる。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る自動利得可変器が組み込まれた音響装置であるデジタルオーディオ機器の構成を示すブロック図である。

図１において、本実施の形態に係る自動利得可変器が組み込まれたデジタルオーディオ機器１は、マイクロフォン２からの音声入力微弱信号をＡＤコンバータ４の入力レベルまで増幅するヘッドアンプ３と、ヘッドアンプ３からの音声入力信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ４と、ＡＤコンバータ４によってデジタル信号化された音声入力信号の処理を掌るＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）５と、ＤＳＰ５からの出力音声信号をアナログ信号化するＤＡコンバータ６と、ＤＳＰ５を制御するＣＰＵ７と、ＣＰＵ７を介してＤＳＰ５を制御するための指令を与える操作部８と、ＣＰＵ７を介してＤＳＰ５の状況を使用者に表示する表示部（表示手段に対応する）９とを備えている。上記ＤＳＰ５が、本実施の形態に係る自動利得可変器を実現する。

マイクロフォン２に入力された音声に対応するマイクロフォン２からの音声微弱信号は、デジタルオーディオ機器１にて設定された利得にて音声増幅され、さらにパワーアンプ１０にて電力増幅されてスピーカ１１から音声出力される。

図２は、本実施の形態のデジタルオーディオ機器１の自動利得可変器における信号処理を掌るＤＳＰ５の機能を示すブロック図である。図２において、ＤＳＰ５は、音声入力信号Ｓｉの所定期間内の平均的な音声強度から利得を設定する利得設定部２０と、利得設定部２０によって設定された利得Ａで入力音声信号Ｓｉの信号強度を調節する信号増幅部２１と、信号増幅部２１の出力音声信号の瞬時的信号強度に応じて利得を設定する利得設定部２２と、利得設定部２２によって設定された利得Ｂと利得設定部２０によって設定された利得Ａを乗算する利得算出部２３と、利得算出部２３によって設定された利得Ｃで入力音声信号Ｓｉの信号強度を調節する信号増幅部２４と、ＤＳＰ５をＣＰＵ７に接続するためのＣＰＵインタフェース２５とを備えている。信号増幅部２４は信号強度を調節した入力音声信号Ｓｉを出力音声信号Ｓｏとして出力する。

なお、上記利得設定部２０は第１の利得設定手段に対応し、信号増幅部２１は第１の信号増幅手段に対応し、利得設定部２２は第２の利得設定手段に対応し、利得算出部２３は利得算出手段に対応し、信号増幅部２４は第２の信号増幅手段に対応する。

図１に戻り、操作部８には、図３に示すように、自動利得可変動作をオンするオンスイッチ（スイッチ手段に対応）３１と、自動利得可変動作をオフするオフスイッチ（スイッチ手段に対応）３２とが設けられている。なお、自動利得可変動作のオン及びオフを、１つのスイッチで切替えるようにしても構わない。

表示部９には、図４に示すように、直線状に並べられた複数のＬＥＤ（発光ダイオード）からなるメータ４１が設けられており、このメータ４１にて、利得値が相対的に表示される。本実施の形態では、入出力で信号強度に変化を与えない利得である「１」を０ｄＢとして、−２、−４、−６、−８、−１０、−１５、−２０ｄＢの８つの分解能で表示するようにしている。なお、この分解能は一例であり、これに限定されるものではない。

次に、ＤＳＰ５で実現される本実施の形態の自動利得可変器の動作について説明する。なお、本実施の形態のデジタルオーディオ機器１は、４８ｋＨｚのサンプリング周波数で動作するものとする。

自動利得可変が行われない場合、信号増幅部２４の利得は入出力で信号強度に変化を与えない利得である「１」に固定されている。この利得「１」を上述したように０ｄＢと表す。また、音声入力信号Ｓｉが小さくとも、必要十分な強度でスピーカ１１から出力される程度にパワーアンプ１０の増幅度が設定されている。この場合、音声入力信号Ｓｉが大きいと、過度の強度でスピーカ１１から出力されることになり、音が割れる等の不快感を聴者である使用者に与えることになる。

自動利得可変を行う場合、利得設定部２０は、１秒毎つまり４８０００サンプリング周期毎に入力音声信号Ｓｉの信号強度の平均値を検出し、その平均値が−４０ｄＢＦＳ（デジタルフルスケール値０ｄＢに対しての相対値をｄＢＦＳで表す）以上の場合は、−０．５ｄＢずつ利得を変化させて利得Ａを設定し、図５に示す入出力特性となる利得値に至るように利得下降変化を１秒毎に継続する。また、信号強度の平均値が−４０ｄＢＦＳ以下の場合は、＋１ｄＢずつ利得を変化させて利得Ａを設定し、図５に示す入出力特性となる利得値に至るように利得上昇変化を１秒毎に継続する。そして、サンプリング周期毎に信号増幅部２１は利得Ａで音声入力信号Ｓｉの信号強度を調節し、利得設定部２２の入力とする。

利得設定部２２は、サンプリング周期毎に信号強度の瞬時値を検出し、その瞬時値が−２０ｄＢＦＳ以上の場合は、利得を変化させて利得Ｂを設定し、図６に示す入出力特性となる利得値に至るまで利得下降変化をサンプリング周期毎に継続する。なお、図６に示す入出力特性は、オーディオ機器では一般にリミッタ特性と呼ばれ、その利得変化手法は様々な方法が公知であり、利得Ｂは一定の時定数で変化する。利得算出部２３は、サンプリング周期毎に利得Ａと利得Ｂを乗算し利得Ｃを算出し、その結果を信号増幅部２４に与える。信号増幅部２４は、利得Ｃで音声入力信号Ｓｉの信号強度を調節し、出力音声信号Ｓｏを出力する。

したがって、音声入力信号Ｓｉが小さくとも、必要十分な強度でスピーカ１１から出力され、音声入力信号Ｓｉが大きいときには、自動的に増幅利得が低下するので、スピーカ１１から適度の強度で出力されることになる。

また、平均的な信号強度によって利得を変化させるので、信号強度に敏感に追従した利得変化による音の揺れを防止できる。また、瞬時的な大きな入力信号は、平均的な信号強度には大きく反映されないが、瞬時的な信号強度には大きく反映されるので、過大な信号強度に敏感に追従でき、スピーカ１１からの過大出力を防ぎ、音が割れる等の不快感を聴者である使用者に与えない。なお、図５及び図６に示す利得変化量及び入出力特性は一例であり、これに限定されるものではない。

次に、使用者の操作によって自動利得可変動作をオン及びオフする場合の利得可変の動作を説明する。

自動利得可変動作がオンの状態で、使用者が操作部８のオフスイッチ３２を押下すると、ＣＰＵ７はＤＳＰ５内のＣＰＵインタフェース２５を介して、利得算出部２３の利得Ａと利得Ｂに、入出力で信号強度に変化を与えない利得である「１（＝０ｄＢ）」を設定する。そして、サンプリング周期毎に式（１）によって利得Ｃを算出する。Ｃn-1の初期値はオン時の最後の時点の利得Ｃxであり、以降Ｃn-1は１サンプリング周期前の算出値Ｃnと定義する。

Ｃn＝｛Ａ＋α（Ｃn-1−Ａ）｝×Ｂ式（１）
つまり、αを１以下の時定数とすることで、利得Ｃはオン時の最後の時点の利得Ｃxから「１」に滑らかに変化し、「１」に収束する。図７に利得Ｃの変化の一例を模式的に示す。Ｃxは、０〜−３０ｄＢの範囲で変化する。

一方、自動利得可変動作がオフの状態で、使用者が操作部８のオンスイッチ３１を押下すると、ＣＰＵ７はＤＳＰ５内のＣＰＵインタフェース２５を介して、利得算出部２３に利得設定部２０からの利得Ａと利得設定部２２からの利得Ｂを設定する。そして、サンプリング周期毎に式（１）によって利得Ｃを算出する。Ｃn-1の初期値はオフ時の利得Ｃ＝１（＝０ｄＢ）であり、利得Ｃは「１（＝０ｄＢ）」から利得Ａと利得Ｂの乗算結果に滑らかに変化する。図７に利得Ｃの変化の一例を模式的に示す。

つまり、操作部８のオフスイッチ３２とオンスイッチ３１の操作によって、使用者はオン時の自動利得可変効果を明確に認識することができる。また、オン時とオフ時の利得が滑らかに変化するので、切替え時の異音発生を抑えることができる。

次に、使用者に自動利得可変動作を可視化し表示する動作を説明する。

利得算出部２３によって算出された利得Ｃは、ＤＳＰ５内のＣＰＵインタフェース２５を介してＣＰＵ７に送られる。ＣＰＵ７はこの利得Ｃの値に応じて、表示部９のメータ４１を段階的に点灯させる。例えば、オフ時を含め利得は０ｄＢの場合は図８の（ａ）に示すように０ｄＢ部を点灯させる。利得が−１０ｄＢの場合は図８の（ｂ）に示すように０、−２、−４、−６、−８、−１０ｄＢ部を点灯させる。

つまり、オン及びオフ操作も含め、自動利得可変動作による利得変化を使用者がメータ４１の表示で確認することができ、自動利得可変動作による効果を明確に使用者が認識することができる。

このように、本実施の形態の自動利得可変器によれば、音声入力信号Ｓｉに対して平均的な信号強度に応じた利得と瞬時的な信号強度に応じた２つの利得を乗算して音声入力信号Ｓｉに対する利得を設定するので、音声入力信号Ｓｉへの利得調整の追従性が向上し違和感のない利得可変制御が可能となる。

また、自動利得可変動作のオン及びオフを設定できるオフスイッチ３２とオンスイッチ３１を備え、オフ時は利得算出部２３に信号増幅部２４の入出力で信号強度に変化を与えない利得である「１」を設定するので、オン時の自動利得可変効果を明確に使用者が認識することができる。また、利得算出部２３において、オン時とオフ時の利得を滑らかに変化させるので、切替え時の異音発生を抑えることができる。

また、利得算出部２３で算出した利得を可視化するメータ４１を備えているので、使用者は自動利得可変動作による効果を明確に認識することができる。

なお、本実施の形態では、利得設定部２０は、音声入力信号Ｓｉの所定期間内の平均的な音声強度を検出するが、所定期間内の最大値を検出しても良い。また、最大値と平均値の関係式を用いて算出しても良い。また、異なる所定期間で最大値と平均値を検出しても良い。

また、本実施の形態では、ディジタルオーディオ機器内に設けられた自動利得可変器について述べたが、アナログオーディオ機器においても勿論実施可能である。

本発明は、マイクロフォン等からの音声入力信号の信号強度に応じて適切な増幅度を自動的に設定するオーディオ機器への適用が可能である。

本発明の一実施の形態に係る自動利得可変器を組込んだデジタルオーディオ機器の構成を示すブロック図本発明の一実施の形態に係る自動利得可変器を実現するＤＳＰの機能を示すブロック図図１の自動利得可変器を組込んだデジタルオーディオ機器のスイッチ部を示す図図１の自動利得可変器を組込んだデジタルオーディオ機器の表示部を示す図図１の自動利得可変器の利得Ａによる入出力特性を示す図図１の自動利得可変器の利得Ｂによる入出力特性を示す図図１の自動利得可変器の自動利得可変動作オン及びオフ時の利得Ｃの変化を示す図図１の自動利得可変器を組込んだデジタルオーディオ機器の表示部の表示例を示す図従来の自動利得可変器の構成を示すブロック図

符号の説明

１デジタルオーディオ機器
２マイクロフォン
３ヘッドアンプ
４ＡＤコンバータ
５ＤＳＰ
６ＤＡコンバータ
７ＣＰＵ
８操作部
９表示部
１０パワーアンプ
１１スピーカ
２０、２２利得設定部
２１、２４信号増幅部
２３利得算出部
２５ＣＰＵインタフェース
３１オンスイッチ
３２オフスイッチ
４１メータ

Claims

入力音声信号の所定期間内の平均的な信号強度に応じて利得を設定する第１の利得設定手段と、
前記第１の利得設定手段で設定された利得で入力音声信号の信号強度を調節する第１の信号増幅手段と、
前記第１の信号増幅手段の出力音声信号の瞬時的信号強度に応じて利得を設定する第２の利得設定手段と、
前記第１の利得設定手段で設定された利得と前記第２の利得設定手段で設定された利得とを合成する利得算出手段と、
前記利得算出手段で算出された利得で入力音声信号の信号強度を調節する第２の信号増幅手段と、
を備えた音響装置。
自動利得可変動作のオン及びオフを設定するスイッチ手段と、
前記スイッチ手段がオフ設定された場合に前記利得算出手段に前記第２の信号増幅手段の入出力で信号強度に変化を与えない利得を設定する制御手段と、
を備えた請求項１に記載の音響装置。
前記利得算出手段で算出された利得を可視化する表示手段を備えた請求項１又は請求項２に記載の音響装置。
入力音声信号の所定期間内の平均的な信号強度に応じて利得を設定する第１の利得設定工程と、
前記第１の利得設定工程で設定された利得を用いて入力音声信号の信号強度を調節する第１の信号増幅工程と、
前記第１の信号増幅工程で得られた出力音声信号の瞬時的信号強度に応じて利得を設定する第２の利得設定工程と、
前記第１の利得設定工程で設定された利得と前記第２の利得設定工程で設定された利得とを合成する利得算出工程と、
前記利得算出工程で算出された利得を用いて入力音声信号の信号強度を調節する第２の信号増幅工程と、
を備えた自動利得可変方法。