JP4438135B2 - 音声信号処理装置及び音声信号処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声信号処理装置及び音声信号処理方法、特に、振幅レベルを制御するための音声信号処理装置及び音声信号処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スピーカから出力される音声の品質を向上させるため、入力されたアナログ音声信号をデジタル信号に変換して、パルス符号変調（ＰＣＭ：Ｐｕｌｓｅ−Ｃｏｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式により音声信号の記録再生が行われている。これにより、雑音や歪みの影響を受けにくく、ダイナミックレンジを大きくする事ができるため、従来のアナログ方式では達成することができない高い忠実度で再生を行うことができる。
【０００３】
一方、テレビ受像機、磁気記憶再生装置、光ディスク装置等から読み出される音声信号をスピーカから音声として出力するためには、微弱な音声信号を増幅する必要がある。すなわち、音声信号の音量や音質を調整するための中間増幅器（プリアンプ）と、増幅された音声信号をスピーカから出力するために音声信号を増幅するためのメインアンプ（スピーカアンプ）が必要となる。
【０００４】
一般的に、音声信号がスピーカ等の音声出力装置から出力される際、音声出力装置のダイナミックレンジを越えるような大出力の音声信号をそのまま出力してしまうと、音質が著しく低下していまう。
そこで、従来、入力された音声信号を出力する際には、入力される音声信号のレベルに応じて音声信号を所定のゲインで減衰させて、減衰させた音声信号をデジタル変換しての周波数特性の改善等を行い、さらに音声信号をアナログ変換して増幅させた後、スピーカにより出力させるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、音声信号を音声信号処理装置に出力する電子機器の種類や、光ディスク等に記憶されているコンテンツ（ソフト）の違いにより、入力される音声信号の最大音声振幅はたとえば０．５（Ｖｒｍｓ）〜２．０（Ｖｒｍｓ）のようにばらつきが生じている。そこで、従来の音声信号処理装置において、入力されるすべての音声信号の最大音声振幅をたとえば２．０（Ｖｒｍｓ）と設定し、それに基づいて一律に減衰器のゲインが設定されている。
【０００６】
しかし、アナログ音声信号の最大音声振幅がたとえば２．０（Ｖｒｍｓ）よりも小さいアナログ音声信号が入力された場合、アナログ音声信号が減衰器によって必要以上に減衰されてしまう場合がある。そして、振幅レベルが０付近になってしまうと、デジタル信号に変換した際の量子化雑音の比（Ｓ／Ｎ比）が大きくなってしまい、音質が劣化してしまうという問題がある。また、必要以上に減衰させてしまうと、ユーザが音量をコントロールしても所望の音量が得られないという問題が生じてしまうという問題がある。
【０００７】
そこで本発明は上記課題を解消し、音質の向上を図ることができる音声処理装置及び音声処理方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１の発明によれば、アナログ音声信号をデジタル音声信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、記憶媒体である音声波形記憶部と、Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル音声信号を所定の周期ごとに音声波形記憶部に記憶させるとともに、周期ごとにデジタル音声信号の最大振幅レベルを検出するメモリコントロール部と、音声波形記憶部に記憶された周期ごとのデジタル音声信号をアナログの音声信号に変換するＤ／Ａ変換部と、Ｄ／Ａ変換部からの出力を第１ゲインで減衰させる減衰部と、減衰部からの出力を第２ゲインで増幅する音声コントロール部と、音声コントロール部で増幅された音声信号を第３ゲインで増幅する増幅部と、音声コントロール部で音声信号が増幅された際に、メモリコントロール部で検出された最大振幅レベルに係る音声信号が歪まないように、周期ごとの最大振幅レベルを利用して第１ゲインを周期ごとに制御するとともに、減衰することにより不足した音声信号の振幅レベルを所定の大きさにするように、周期ごとに増幅部の第３ゲインを制御する機能を備えた制御部とを有し、第１ゲインの初期値は、減衰量が最小を選ぶように設定されている音声信号処理装置、により達成される。
【０００９】
請求項１の構成によれば、メモリコントロール部が入力された音声信号における最大振幅レベルを一定周期ごとに検出してレジスタに記憶させる。制御部は、記憶されている最大振幅レベルを読み取り、最大振幅レベルの音声信号が音声コントロール部に入力され第２ゲインで増幅された際歪みが生じないように、減衰部の第１ゲインを設定する。同時に制御部は、減衰された音声信号が一定の振幅レベルを有するように、増幅部の第３ゲインを設定する。その後、周期ごとに音声信号がメモリコントロール部からＤ／Ａ変換部に送られてアナログ信号に変換され、減衰部により第１ゲインで減衰される。その後、音声コントロール部で音声信号が第２ゲインで増幅された後、増幅部により第３ゲインで増幅される。これにより、音声信号がＡ／Ｄ変換される際に生じるＳ／Ｎ比の劣化を防止することができる。また、減衰部の第２ゲインを可変にすることで、音声信号における振幅レベルの最大値を可変にすることができるため、Ｓ／Ｎ比の改善を行うことができる。また、第1ゲインの減衰量が最小を選ぶように設定されているので、S／N比の劣化をより防止することができる。
【００１０】
上記目的は、請求項２の発明によれば、アナログ音声信号をデジタル音声信号に変換するステップと、デジタル音声信号を所定の周期ごとに記録媒体に記憶させるとともに、周期ごとのデジタル音声信号の最大振幅レベルを検出するステップと、記録媒体に記憶された周期ごとのデジタル音声信号をアナログの音声信号に変換するステップと、周期ごとの最大振幅レベルを利用して、第１ゲインを周期ごとに設定するとともに、周期ごとに第３ゲインを設定するステップと、アナログの音声信号を第１ゲインで減衰させるステップと、第１ゲインで減衰されたアナログの音声信号を第２ゲインで増幅するステップと、第２ゲインで増幅されたアナログの音声信号を第３ゲインで増幅するステップとを有し、第１ゲインの初期値は、減衰量が最小を選ぶように設定されている音声信号処理方法、により達成される。
【００１１】
請求項２の構成によれば、入力された音声信号における最大振幅レベルを一定周期ごとに検出して、最大振幅レベルの音声信号が第２ゲインで増幅された際歪みが生じないように第１ゲインを設定する。同時に減衰された音声信号が一定の振幅レベルを有するように第３ゲインを設定する。その後、アナログ信号に変換された周期毎の音声信号が第１ゲインで減衰される。その後、音声信号が第２ゲインで増幅された後、増幅部により第３ゲインで増幅される。これにより、音声信号がＡ／Ｄ変換される際に減衰されることによるＳ／Ｎ比の劣化を防止することができる。また、第１ゲインの初期値は、減衰量が最小を選ぶように設定されているので、S／N比の劣化をより防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１３】
図１は本発明の音声信号処理装置の好ましい実施の形態を示す構成図であり、図１を参照して音声信号処理装置１０について説明する。
図１の音声信号処理装置１０は、Ａ／Ｄ変換部１３、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）２０、Ｄ／Ａ変換部３１、減衰部３２、音声コントロール部３３、増幅部であるプリアンプ３４、メインアンプ３５、スピーカ３６、制御部４０等を有している。
入力レベル調整部１１は、アナログ信号からなる音声信号ＳＳを所定の振幅レベルに調整する機能を有している。バッファ１２は、振幅レベルが調整された音声信号ＳＳを所定量記憶するためのものである。Ａ／Ｄ変換部１３は、音声信号ＳＳをデジタル信号からなる音声信号ＳＳに変換する機能を有している。
【００１４】
ＤＳＰ２０は、メモリコントロール部２１、レジスタ２２等を備えていて、メモリコントロール部２１は、送られてきた音声信号ＳＳを音声波形記憶部４１に記憶させて、一定時間経過後Ｄ／Ａ変換部３１に送る機能を有している。また、メモリコントロール部２１は、音声信号ＳＳにおける所定の周期Ｔの範囲での最大振幅レベルＡＬを検出して、レジスタ２２に表示（記憶）させる機能を有している。
Ｄ／Ａコンバータ３１は、ＤＳＰ２０から送られるデジタル信号からなる音声信号ＳＳをアナログ信号からなる音声信号ＳＳに変換する機能を有している。
減衰部３２は、Ｄ／Ａコンバータ３１から送られる音声信号ＳＳを第１ゲインＧ１で減衰させるものであって、第１ゲインＧ１の大きさは制御部４０によって制御されている。
【００１５】
音声コントロール部３３は、減衰部３２から送られる音声信号ＳＳを第２ゲインＧ２で増幅して、音量や音質を調整する機能を有している。
プリアンプ３４は、音声コントロール部３３から送られる音声信号ＳＳを所定の第３ゲインＧ３で増幅する機能を有しており、第３ゲインＧ３は制御部４０によって制御されている。
メインアンプ３５は、プリアンプ３４からの音声信号ＳＳを電力増幅して、その出力をスピーカ３６に出力する機能を有している。
【００１６】
制御部４０は、レジスタ２２に表示されている各周期Ｔごとの最大振幅レベルＡＬを読み取って、最大振幅レベルＡＬの音声信号ＳＳが音声コントロール部３３で増幅される際、歪みが生じない大きさになるように減衰部３２の第１ゲインＧ１を制御する機能を有している。同時に、制御部４０は、音声信号ＳＳを減衰部３２で減衰させることによって不足した振幅レベルを補うため、プリアンプ３４の第３ゲインＧ３を制御する機能を有している。なお、第１ゲインＧ１の初期値は、減衰量が最小を選ぶように設定されている。
【００１７】
すなわち、制御部４０は、入力される音声信号ＳＳの最大振幅レベルＡＬが電子機器やコンテンツの違いにより異なる場合であっても、減衰部３２の第１ゲインＧ１がデジタル音声信号ＤＳの最大振幅レベルＡＬに基づいて可変に制御されることとなる。従って、従来のように、一定のゲインで減衰させた後、デジタル処理を行うような場合に生じるＳ／Ｎ比の劣化を防止することができる。
また、減衰された音声信号ＳＳをプリアンプ３４により第３ゲインＧ３で増幅して、音声信号ＳＳにおいて不足しているゲインを補うことで、所定の音量の音声信号ＳＳがスピーカ３６から出力されることとなる。
【００１８】
図２は、本発明の音声信号処理方法の好ましい実施の形態を示すフローチャート図であり、図１と図２を参照して音声信号処理方法について説明する。
まず、ＳＴ１において、テレビ受像機における受信装置や磁気テープ再生装置等から音声信号ＳＳが送られる。そして、音声信号ＳＳは入力レベル調整部１１により所定の振幅レベルに調整されバッファ１２に記憶される。
その後、ＳＴ２において、バッファ１２に記憶されている音声信号ＳＳが、Ａ／Ｄ変換部１３によってデジタル信号からなる音声信号ＳＳに変換され、メモリコントロール部２１に入力される。
【００１９】
そして音声信号ＳＳは、メモリコントロール部２１を介して音声波形記憶部４１に記憶される。このとき、音声波形記憶部４１には、たとえば一定時間である３Ｔ時間分の音声信号ＳＳ１、ＳＳ２、ＳＳ３が各周期Ｔごとに記憶されている。なお、音声信号ＳＳが音声波形記憶部４１に記憶されている間はスピーカ３６は消音されている。
その後、ＳＴ３において、音声信号ＳＳ１がメモリコントロール部２１に読み出されて、音声信号ＳＳ１における最大振幅レベルＡＬ１が検出される。そして、最大振幅レベルＡＬ１の値がレジスタ２２に表示される。
【００２０】
その後、ＳＴ４において、記憶された最大振幅レベルＡＬ１が制御部４０に読みとられる。そして、音声信号ＳＳ１における最大振幅レベルＡＬ１が音声コントロール部３３の第２ゲインＧ２で増幅された際歪みを起こさないように、減衰部３２の第１ゲインＧ１が制御部４０により制御される。同時に、減衰部３２で第１ゲインＧ１で減衰されたために不足するゲイン分を稼ぐように、プリアンプ３４の第３ゲインＧ３が制御部４０により所定の大きさに制御される。
なお、制御部４０が減衰部３２及びプリアンプ３４のゲイン制御をしている間、メモリコントロール部２１は、音声波形記憶部４１から次の周期Ｔの音声信号ＳＳ２を取り込み、最大振幅レベルＡＬ２を検出している。
【００２１】
その後、ＳＴ５において、音声波形記憶部４１から周期Ｔ分の音声信号ＳＳ１がメモリコントロール部２１からＤ／Ａ変換部３１に送られる。すると、音声信号ＳＳ１はアナログ信号からなる音声信号ＳＳ１に変換される。
そして、ＳＴ６において、減衰部３２により音声信号ＳＳ１が第１ゲインＧ１で減衰された後、ＳＴ７において、音声コントロール部３３により第２ゲインＧ２で増幅されてプリアンプ３４に送られる。
【００２２】
最後に、ＳＴ８において、プリアンプ３４により音声信号ＳＳが所定の第３ゲインＧ３で増幅され、メインアンプ３５により電力増幅されてスピーカ３６により出力される。このとき、音声信号ＳＳ２についてのゲイン制御が最大振幅レベルＡＬ２に基づいて行われており、音声信号ＳＳ１が音声コントロール部２１から出力し終わると、次の音声信号ＳＳ２が所定のゲインＧ１〜Ｇ３で出力される。このように、各周期Ｔごとに第１ゲインＧ１及び第３ゲインＧ３が制御部４０により制御されながら、音声信号ＳＳが出力される。
【００２３】
上記実施の形態によれば、入力される音声信号ＳＳの最大振幅レベルに応じて、音声コントロール部３３で歪みが生じないように減衰部３１の第１ゲインＧ１を変えることにより、ＤＳＰ２０に入力される音声信号ＳＳの限界振幅レベルを可変にすることができ、Ｓ／Ｎ比の劣化を防止することができる。
また、減衰させたことによる不足した分をプリアンプ３４の第３ゲインＧ３を調整する出力される音声信号ＳＳのトータルゲインを合わせることで、スピーカ３６から出力される音量に不足が生じることがなくなり、所望の音量で音質のよい音声が出力されることとなる。
【００２４】
本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されない。
たとえば、図１のＡ／Ｄ変換部１３、Ｄ／Ａ変換部３１、音声コントロール部３１、音声波形記憶部４１は、ＤＳＰ２０と別に構成されているが、ＤＳＰ２０内にＡ／Ｄ変換部１３、Ｄ／Ａ変換部３１、音声コントロール部３１、音声波形記憶部４１を形成させるようにしてもよい。
さらに、レジスタ２２には、ＲＦのチャンネルごとにその最大振幅レベルを記憶させるようにして、各チャンネル毎に第１ゲインＧ１及び第３ゲインＧ３を設定するようにしても良い。
また、第１ゲインＧ１及び第３ゲインＧ３が初期値に戻るのは、入力ソース選択が変わった場合もしくは、チャンネルが切り替わった場合等である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｓ／Ｎ比を改善して所望の音量で音質のよい音声を出力することができる音声信号処理装置及び音声信号処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の音声信号処理装置の好ましい実施の形態を示す構成図。
【図２】本発明の音声信号処理方法の好ましい実施の形態を示すフローチャート図。
【符号の説明】
１０・・・音声信号処理装置、１１・・・入力レベル調整部、１２・・・バッファ、１３・・・Ａ／Ｄ変換部、２０・・・ＤＳＰ、２１・・・メモリコントロール部、２２・・・レジスタ、３１・・・Ｄ／Ａ変換部、３２・・・減衰部、３３・・・音声コントロール部、３４・・・プリアンプ、３５・・・メインアンプ、３６・・・スピーカ、ＳＳ・・・音声信号、ＡＳ１・・・第１アナログ音声信号、ＡＳ２・・・第２アナログ音声信号、ＤＳ・・・デジタル音声信号、Ｇ１・・・第１ゲイン、Ｇ３・・・第３ゲイン

Claims (2)

1. アナログ音声信号をデジタル音声信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
   記憶媒体である音声波形記憶部と、
   前記Ａ／Ｄ変換部で変換された前記デジタル音声信号を所定の周期ごとに音声波形記憶部に記憶させるとともに、前記周期ごとに前記デジタル音声信号の最大振幅レベルを検出するメモリコントロール部と、
   前記音声波形記憶部に記憶された前記周期ごとの前記デジタル音声信号をアナログの音声信号に変換するＤ／Ａ変換部と、
   前記Ｄ／Ａ変換部からの出力を第１ゲインで減衰させる減衰部と、
   前記減衰部からの出力を第２ゲインで増幅する音声コントロール部と、
   前記音声コントロール部で増幅された前記音声信号を第３ゲインで増幅する増幅部と、
   前記音声コントロール部で前記音声信号が増幅された際に、前記メモリコントロール部で検出された前記最大振幅レベルに係る音声信号が歪まないように、前記周期ごとの前記最大振幅レベルを利用して前記第１ゲインを前記周期ごとに制御するとともに、
   減衰することにより不足した前記音声信号の振幅レベルを所定の大きさにするように、前記周期ごとに前記増幅部の前記第３ゲインを制御する機能を備えた制御部とを有し、
   前記第１ゲインの初期値は、減衰量が最小を選ぶように設定されている
   音声信号処理装置。
2. アナログ音声信号をデジタル音声信号に変換するステップと、
   前記デジタル音声信号を所定の周期ごとに記録媒体に記憶させるとともに、前記周期ごとの前記デジタル音声信号の最大振幅レベルを検出するステップと、
   前記記録媒体に記憶された前記周期ごとの前記デジタル音声信号をアナログの音声信号に変換するステップと、
   前記周期ごとの前記最大振幅レベルを利用して、第１ゲインを前記周期ごとに設定するとともに、前記周期ごとに第３ゲインを設定するステップと、
   前記アナログの音声信号を前記第１ゲインで減衰させるステップと、
   前記第１ゲインで減衰された前記アナログの音声信号を前記第２ゲインで増幅するステップと、
   第２ゲインで増幅された前記アナログの音声信号を前記第３ゲインで増幅するステップとを有し、
   前記第１ゲインの初期値は、減衰量が最小を選ぶように設定されている
   音声信号処理方法。

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