JP4751321B2 - 音量制御回路、半導体集積回路および音源機器 - Google Patents

Description

本発明は音量制御技術に関し、特に入力信号である処理対象信号の音量を低減させて出力する音量制御回路、半導体集積回路および音源機器に関する。

携帯型の電話機を中心とする無線モバイル機器では、通話その他の音質が製品の訴求力に影響する。こうした機器では、音源、コーデック、ＤＴＭＦ（Dual Tone Multi Frequency）の３系統の回路からスピーカ、イヤホン、ヘッドホンなどに音声が出力される。音質はこれらの系統についてそれぞれ評価されるべきであるが、これらに共通する性質として、音量の急激な変化が主観品質を損なうことは日常的に経験するところである。特許文献１は、増幅器のゲインがアナログスイッチのオンオフで急激に変化することを音質低下の原因とし、この現象を回避するゲイン調整手段を設けた自動音量調整装置を開示する。
特開平８−１３９５３９号公報

特許文献１では、受信した音声信号のレベルが標準値以下になるとゲインを徐々に増加させる構成としたので、聴感上違和感なく音量の調整ができる。しかし、そうした定常的な音量の調整だけでなく、音を完全に落としてしまうときにも、同様の課題は発生する。すなわち、スイッチオフと同時に音が途切れると、聴感上大きな不快感が残ることがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、音をオフする際に聴感上自然な効果を得る音量制御技術を提供することにある。

本発明の音量制御回路は、出力停止命令が出された後、処理対象信号の音量を低減して出力信号を生成するボリューム回路と、ボリューム回路において前記処理対象信号の音量を低減させる際、一回の低減処理における低減量を設定する設定回路と、ボリューム回路において処理対象信号の音量を低減させる間、低減処理の回数を逓増せしめる制御回路とを含む。この構成によれば、低減処理の回数が徐々に増えるため、音量の低減量が少しずつ増え、聴感上自然なミュート効果が得られる。

前記の制御回路はタイマを備えてもよく、その場合、タイマによって計測された所定の時間間隔で低減処理の回数を逓増させてもよい。さらに、タイマによって所定の終了時間になったとき、音量をゼロにする強制オフ回路を設けてもよい。

前記のボリューム回路は、所定の取込サンプリング周波数で処理対象信号を取り込むとともに、その取込サンプリング周波数の周期よりも短時間で制御回路にて増加された回数だけ低減処理を実行し、出力信号を生成してもよい。この構成によれば、サンプリングタイミングごとに処理対象信号が取り込まれ、その処理対象信号に低減処理がなされるため、音飛びもなく、かつ音量を滑らかに下げることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明の音量制御回路によると、聴感上音量を自然に低減することができる。

実施の形態に係る音源機器の構成を示す図である。 実施の形態に係る音量制御回路の構成を示す図である。 音量制御回路の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１４…第１マルチプレクサ、 １６…乗算器、 １８…第２マルチプレクサ、 ２０…第１フリップフロップ、 ２２…第３マルチプレクサ、 ２４…第２フリップフロップ、 ２６…マスク回路、 ２８…減衰係数設定レジスタ、 ３０…入力取込信号生成回路、 ３２…乗算回数テンポラリカウンタ、 ３４…タイマ設定レジスタ、 ３６…タイマ、 ３８…乗算回数マスタカウンタ、 ４０…ボリューム回路、 ５０…設定回路、 ６０…制御回路、 １００…音量制御回路、 ２００…出力停止命令発生回路、 １０００…音源機器。

図１は実施の形態に係る音量制御回路１００を含む音源機器１０００の全体構成を示す。この音源機器１０００は、音声信号の音量を制御する音量制御回路１００と、音声の出力停止命令を発生する出力停止命令発生回路２００とを含む。音量制御回路１００は、音声信号を出力する信号発生回路１２と、出力停止命令が出された後、処理対象信号の音量を低減して出力信号を生成するボリューム回路４０と、ボリューム回路４０において処理対象信号の音量を低減させる際、一回の低減処理における低減量を設定する設定回路５０と、ボリューム回路４０において処理対象信号の音量を低減させる間、前記低減処理の回数を逓増せしめる制御回路６０とを含む。

図２は実施の形態に係る音量制御回路１００の構成を示す。ボリューム回路４０は、主に乗算器１６とその前後に置かれた第１マルチプレクサ１４、第２マルチプレクサ１８、第１フリップフロップ２０、および入力取込信号生成回路３０を含む。設定回路５０は主に減衰係数設定レジスタ２８を含む。制御回路６０は主に乗算回数マスタカウンタ３８と乗算回数テンポラリカウンタ３２を含む。ただし、いずれの回路もさらにそれらの周辺回路を含むものと考えてもよく、例えば制御回路６０はタイマ設定レジスタ３４とタイマ３６を含んでもよい。

信号発生回路１２は、音声信号を出力する任意の回路で、例えば音源回路、コーデック、ＤＴＭＦ回路などである。信号発生回路１２の出力信号が処理対象信号ｉｎである。第１マルチプレクサ１４は選択信号入力端子ｓに入力する取込タイミング信号Ｌに従い、第１入力端子０または第２入力端子１のいずかに入力する信号を選択して出力する。第１入力端子０には後述の第１フリップフロップ２０の出力信号が与えられ、第２入力端子１には処理対象信号ｉｎが与えられている。

乗算器１６は第１マルチプレクサ１４の出力信号ａである処理対象信号ｉｎと減衰係数設定レジスタ２８の出力信号ｂとの乗算を行い、乗算結果の信号ｃを出力する（以下これら３つの値をそれぞれａ、ｂ、ｃと略記することもある）。第２マルチプレクサ１８は選択信号入力端子ｓに入力するカウントオーバー信号ｃｏに従い、第１入力端子０または第２入力端子１のいずかに入力する信号を選択して出力する。第１入力端子０には第１フリップフロップ２０の出力信号が与えられ、第２入力端子１にはｃが与えられている。第２マルチプレクサ１８の出力信号は第１フリップフロップ２０の入力端子Ｄに与えられ、第１フリップフロップ２０のクロック入力端子にはこの系でいちばん速いクロックであるオーバーサンプリングクロックＯＳＣＫが与えられている。

第３マルチプレクサ２２は選択信号入力端子ｓに入力する停止命令ＳＴＯＰに従い、第１入力端子０または第２入力端子１のいずかに入力する信号を選択して出力する。停止命令ＳＴＯＰは、入力する音を停止するための命令ＳＴＯＰである。第１入力端子０には処理対象信号ｉｎが与えられ、第２入力端子１には第１フリップフロップ２０の出力信号が与えられている。第３マルチプレクサ２２の出力信号は第２フリップフロップ２４の入力端子Ｄへ入力される。第３マルチプレクサ２２は選択信号入力端子ｓに入力される停止命令ＳＴＯＰがアクティブになると、第２入力端子１の入力信号を出力する。したがって、停止命令ＳＴＯＰが第３マルチプレクサ２２に入力されない間は、信号発生回路１２の出力信号、すなわち処理対象信号ｉｎがそのまま第２フリップフロップ２４へ出力される。停止命令ＳＴＯＰはレベル信号である。第２フリップフロップ２４のクロック入力端子には音声処理系のサンプリングクロックＳＣＫが与えられ、第２フリップフロップ２４の出力信号はアンドゲートであるマスク回路２６の一方の入力端子へ与えられる。なお、停止命令ＳＴＯＰは、ユーザが音量制御回路１００の登載される機器の電源をオフしたり、音量をオフするなどの動作に起因して発生するものとするが、その発生原因や発生回路はここでは問わない。

減衰係数設定レジスタ２８は音量を低減するとき、１回の低減処理で低減すべき量（以下「減衰係数」という）ｂを保持する。減衰係数設定レジスタ２８はソフトウエアから設定可能である。たとえば減衰係数ｂとして０．８が設定されると、この数値は乗算器１６において第１マルチプレクサ１４から出力される処理対象信号ｉｎに掛けられ、１回の低減処理で音量が０．８倍になる。減衰係数設定レジスタ２８の減衰係数ｂの値はソフトウエアから再設定されるまで変化しない。

入力取込信号生成回路３０は処理対象信号ｉｎを取り込む取込タイミング信号Ｌを生成する。この取込タイミング信号Ｌは後述のごとくサンプリングクロックＳＣＫの位相を少し遅らせたクロックエッジに同期する。この取込タイミング信号Ｌは、第１マルチプレクサ１４および乗算回数テンポラリカウンタ３２へ与えられる。第１マルチプレクサ１４は、取込タイミング信号Ｌがアサートされるとき、第２入力端子１の入力信号を選択し、処理対象信号ｉｎが乗算器１６へ投入される。それ以外のタイミングでは、第１マルチプレクサ１４は第１入力端子０の入力信号を選択し、すでに取り込まれた処理対象信号ｉｎが繰り返し乗算器１６へ投入される。このような動作により複数回の乗算による複数回の低減処理が実現する。

乗算回数テンポラリカウンタ３２は、取込タイミング信号Ｌがアサートされたとき、乗算回数マスタカウンタ３８の出力信号をロードする。乗算回数テンポラリカウンタ３２はダウンカウンタで、オーバーサンプリングクロックＯＳＣＫの上昇エッジが入るたび、内部の値をデクリメントし、値がゼロになった後から、つぎのカウント動作を開始するまでの間、カウントオーバー信号ｃｏをアクティブでアサートする。このカウントオーバー信号ｃｏは第２マルチプレクサ１８の選択信号入力端子ｓに入力される。第２マルチプレクサ１８はカウントオーバー信号ｃｏがアクティブの間、第１入力端子０に入力される信号を選択し、その結果、第１フリップフロップ２０と第２マルチプレクサ１８で信号がループし、音量の低減処理がスキップされ、音量が一定になる。

乗算回数マスタカウンタ３８は、取り込まれた処理対象信号ｉｎに対して、何回低減処理を繰り返すかを設定する。乗算回数マスタカウンタ３８はアップカウンタであり、タイマ３６で所定時間が経過するたびに内部の値がインクリメントされる。その所定時間はソフトウエアからタイマ設定レジスタ３４へ設定され、タイマ設定レジスタ３４の出力信号によってタイマ３６が制御される。

乗算回数マスタカウンタ３８には停止命令ＳＴＯＰも入力される。この停止命令ＳＴＯＰがインアクティブの間、すなわち通常動作の間、乗算回数マスタカウンタ３８は固定状態にある。このとき、本実施の形態では乗算回数マスタカウンタ３８の内部の値が「１」で固定されているものとする。停止命令ＳＴＯＰがアクティブになると乗算回数マスタカウンタ３８はタイマ３６で所定時間経過ごとにカウントアップ動作をし、そのときどきの乗算回数マスタカウンタ３８の値が取込タイミング信号Ｌで乗算回数テンポラリカウンタ３２へロードされる。ここで、取込タイミング信号Ｌの周期に比べ、タイマ３６の出力信号の周期は十分に長いものとする。そのため、乗算回数テンポラリカウンタ３２へロードされる値は、取込タイミング信号Ｌがアサートされるタイミングを基準にすると、「１」「１」・・「１」「２」「２」・・・「２」・・・というように、所定期間は「１」、つづいて所定期間は「２」というように、逓増していく。

一方、乗算回数テンポラリカウンタ３２自体はオーバーサンプリングクロックＯＳＣＫでカウントダウンするため、乗算回数テンポラリカウンタ３２のカウントオーバー信号ｃｏは、オーバーサンプリングクロックＯＳＣＫを基準にすると、
１→０→０→０→・・・→０
となり、取込タイミング信号Ｌによってふたたび「１」がロードされると、再度、
１→０→０→０→・・・→０
の変化を繰り返す。そのうち、タイマ３６が所定時間を計時すると乗算回数マスタカウンタ３８の値がインクリメントされ、「２」が乗算回数テンポラリカウンタ３２へロードされる。その結果、乗算回数テンポラリカウンタ３２のカウントオーバー信号ｃｏは、
２→１→０→０→・・・→０
を繰り返す。「２」「１」「０」と減る間、後述のごとく処理対象信号ｉｎは３回乗算器１６を通過し、音量はもとのｂ^３倍となる。

乗算回数マスタカウンタ３８はさらに、内部の値が所定値、たとえば「６」になったとき、十分に音量が絞られたものとし、以降、音量をゼロにするためのマスク信号をローで出力する。この信号はマスク回路２６へ入力される。マスク回路２６は音量をゼロにする強制オフ回路である。

以上の構成による動作の概略を説明する。処理に先立ち、減衰係数設定レジスタ２８とタイマ設定レジスタ３４には必要な数値が設定されているとする。停止命令ＳＴＯＰがインアクティブである通常動作中は、第３マルチプレクサ２２において信号発生回路１２からの処理対象信号ｉｎが選択され、これが第２フリップフロップ２４において音声処理系の基本クロックであるサンプリングクロックＳＣＫでサンプリングされ、マスク回路２６を経て出力信号ｏｕｔとして出力される。この間も処理対象信号ｉｎは取込タイミング信号Ｌがアサートされるたびに第１マルチプレクサ１４から乗算器１６へ入力され、乗算処理は継続して進行している。

一方、停止命令ＳＴＯＰがアクティブになると、まず第３マルチプレクサ２２が切り替わり、第１フリップフロップ２０の出力信号が第２フリップフロップ２４へ伝えられる。取り込まれた処理対象信号ｉｎには乗算器１６で減数係数ｂが掛けられ、乗算結果ｃ（＝ａｂ）が第２マルチプレクサ１８から第１フリップフロップ２０へ出力される。乗算回数テンポラリカウンタ３２の初期値は乗算回数マスタカウンタ３８の初期値「１」と同じであるため、乗算器１６の出力信号は１回だけ第２マルチプレクサ１８から第１フリップフロップ２０へ出力される。その後第２マルチプレクサ１８と第１フリップフロップ２０の系がループし、出力信号はｃ（＝ａｂ）のまま固定される。したがって、このあと何回オーバーサンプリングＯＳＣＫのエッジが到来しても、出力信号として音量がｂ倍の音が出力される。

この出力のあと、取込タイミング信号Ｌによってつぎの処理対象信号ｉｎが第１マルチプレクサ１４を介して乗算器１６へ取り込まれる。取込タイミング信号ＬはサンプリングクロックＳＣＫと同じ周波数のため、処理対象信号ｉｎは音飛びなく取り込まれる。これと同時に乗算回数テンポラリカウンタ３２には乗算回数マスタカウンタ３８から再度「１」がロードされるため、再び出力信号としてｃ（＝ａｂ）が得られる。

同様の動作が続き、タイマ３６が所定時間を計時すると、乗算回数マスタカウンタ３８から乗算回数テンポラリカウンタ３２へ「２」がロードされる。これにより、第２マルチプレクサ１８は第２入力端子１のパスを２回選択するため、処理対象信号ｉｎは第１マルチプレクサ１４、乗算器１６、第２マルチプレクサ１８、第１フリップフロップ２０を順次通過した後、再び第１マルチプレクサ１４、乗算器１６、第２マルチプレクサ１８、第１フリップフロップ２０と通過する。以降、第２マルチプレクサ１８は第１入力端子０を選択し、第２マルチプレクサ１８と第１フリップフロップ２０でループが形成されるため、出力信号は乗算結果ｃ＝ａｂ^２で固定される。この動作はつぎにタイマ３６が所定時間を計時するまでつづく。したがって、処理対象信号ｉｎは各サンプリングクロックＳＣＫのタイミングで音量がｂ^２倍の出力信号となり出力される。

以上の動作から、サンプリングクロックＳＣＫのタイミングで出力信号を並べると、以下の系列となる。
ａｂ→ａｂ→・・→ａｂ→ａｂ^２→ａｂ^２→・・→ａｂ^２→ａｂ^３→ａｂ^３→・・→ａｂ^３→・・

この後、乗算回数マスタカウンタ３８の値が例えば「６」になると乗算回数マスタカウンタ３８からマスク信号がマスク回路２６へ出力され、出力信号ｏｕｔが完全にカットオフされる。なお、以上の動作概要からわかるとおり、ある取込タイミング信号Ｌの入力からつぎの取込タイミング信号Ｌの入力までに乗算回数テンポラリカウンタ３２でカウントダウン結果がゼロになる必要があるため、オーバーサンプリングクロックＯＳＣＫはサンプリングクロックＳＣＫより十分に速い信号とすべきである。なお、これらのクロックおよびタイマ３６の基本クロックは、厳密な設計をする場合には所定の同期関係と位相関係を持たせ、回路の切り換えや信号のラッチのタイミングにおいてクロックレーシングやハザードがでないよう配慮するものとする。

図３は以上の動作を示すタイミングチャートである。ここではオーバーサンプリングクロックＯＳＣＫの１周期をｔとしている。取込タイミング信号ＬはサンプリングクロックＳＣＫを少し遅らせたものである。同図ではすでに停止命令ＳＴＯＰがアクティブになり、タイマ３６が１回所定時間を計時して乗算回数マスタカウンタ３８の値が「２」になっている状態から開始している。

同図時刻Ｔ０において、取込タイミング信号Ｌが上昇すると、そのときの乗算回数マスタカウンタ３８の値である「２」が乗算回数テンポラリカウンタ３２へロードされる。乗算回数テンポラリカウンタ３２の値はオーバーサンプリングクロックＯＳＣＫでデクリメントされ「２」→「１」→「０」となり、処理対象信号ｉｎはｃ＝ａｂ^２と減衰される。乗算回数テンポラリカウンタ３２の値が「０」以外の各数値である期間はそれぞれｔに等しい。乗算回数テンポラリカウンタ３２の出力信号が「０」になって十分ホールドタイムを確保した後、つぎのサンプリングタイミングＴ１においてｃ＝ａｂ^２の信号がサンプリングされ、第２フリップフロップ２４から出力される。

一方、タイマ３６は時刻Ｔ２で所定時間を計時し終え、出力信号が変化している。この上昇エッジにより、乗算回数マスタカウンタ３８の内部の値は「３」へインクリメントされる。この値はつぎの取込タイミング信号Ｌの入力時刻Ｔ３で乗算回数テンポラリカウンタ３２へ取り込まれ、乗算回数テンポラリカウンタ３２の値が「３」→「２」→「１」→「０」と変化し、処理対象信号ｉｎはｃ＝ａｂ^３と減衰される。ここでも乗算回数テンポラリカウンタ３２の出力信号が「０」になって十分ホールドタイムを確保した後、つぎのサンプリングタイミングＴ１においてｃ＝ａｂ^３の信号がサンプリングされ、第２フリップフロップ２４から出力される。以下同様に出力信号が次第に絞られ、最終的に一定期間を経た後、マスク回路２６で完全にカットオフされる。以上、本実施の形態によれば、音の出力を停止する命令が出された後、音量を徐々に下げることができ、聴感上自然である。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、変形例を挙げる。

実施の形態では音量を対数的に下げたが、下げ方はそれに限る必要はない。例えば、減衰係数設定レジスタ２８に設定する減衰係数の値を変化させることもできる。たとえば、減衰係数設定レジスタ２８に「０．７」と「１．１」のように１未満の数字Ｘと１以上の数字Ｙ（ただし、Ｘ＋Ｙ＜２）を交互に設定する。これにより、音にうねりを持たせながら徐々に音量を絞っていくことができ、特殊効果を実現することができる。この例以外にも、設定すべき減衰係数を制御することにより、いろいろな効果を実現することができる。

実施の形態では、音量制御回路１００をモバイル機器に搭載することを考えたが、それに限る必要はない。音声を出力する機構を有する機器であれば、どのような機器であってもよい。

以上のように、本発明は、携帯型の電話を中心とする無線モバイル機器や、それ以外の音声出力機器などに利用可能である。

Claims (16)

1. 出力停止命令が出された後、処理対象信号の音量を低減して出力信号を生成するボリューム回路と、
   ボリューム回路において前記処理対象信号の音量を低減させる際、一回の低減処理における低減量を設定する設定回路と、
   ボリューム回路において前記処理対象信号の音量を低減させる間、前記低減処理の回数を逓増せしめる制御回路と、
   を含み、
   前記ボリューム回路は、所定の取込サンプリング周波数で前記処理対象信号を取り込むとともに、その取込サンプリング周波数の周期よりも短時間で前記制御回路にて増加された回数だけ前記低減処理を実行し、前記出力信号を生成することを特徴とする音量制御回路。
2. 前記制御回路はタイマを備え、タイマによって計測された所定の時間間隔で前記低減処理の回数を逓増させることを特徴とする請求項１に記載の音量制御回路。
3. 前記制御回路は、設定された前記低減処理の回数を逓増させる時間間隔に基づき前記タイマを制御する、タイマ設定レジスタを備えることを特徴とする請求項２に記載の音量制御回路。
4. 前記ボリューム回路は、前記低減処理を施された処理対象信号を、出力用サンプリング周波数で取り込み、前記出力信号として出力する出力回路を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の音量制御回路。
5. 前記ボリューム回路は、前記設定回路において設定された低減量に応じた係数を入力信号に乗算する乗算器を備え、前記処理対象信号を前記乗算器に、前記制御回路にて増加された回数だけ繰り返し入力することにより前記低減処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の音量制御回路。
6. 前記ボリューム回路は、前記タイマによって計測された低減処理開始からの経過時間が所定の時間を超えたときには、前記処理対象信号の音量をゼロとして出力するマスク回路を備えることを特徴とする請求項２に記載の音量制御回路。
7. 請求項１に記載の前記音量制御回路を一体化して集積した半導体集積回路。
8. 処理対象信号である音声信号を出力する音声信号発生回路と、
   前記音声信号の出力停止命令を示す信号を発生させる出力停止命令発生回路と、
   請求項１に記載の前記音量制御回路と、
   を備え、前記出力停止命令を示す信号により前記音声信号発生回路が出力する前記処理対象信号である音声信号の音量を前記音量制御回路により低減して出力することを特徴とする音源機器。
9. 出力停止命令が出された後、処理対象信号の音量を低減して出力信号を生成するボリューム回路と、
   ボリューム回路において前記処理対象信号の音量を低減させる際、一回の低減処理における低減量を設定する設定回路と、
   ボリューム回路において前記処理対象信号の音量を低減させる間、前記低減処理の回数を逓増せしめる制御回路と、
   を含み、
   前記ボリューム回路は、前記低減処理を施された処理対象信号を、出力用サンプリング周波数で取り込み、前記出力信号として出力する出力回路を備えることを特徴とする音量制御回路。
10. 前記制御回路はタイマを備え、タイマによって計測された所定の時間間隔で前記低減処理の回数を逓増させることを特徴とする請求項９に記載の音量制御回路。
11. 前記制御回路は、設定された前記低減処理の回数を逓増させる時間間隔に基づき前記タイマを制御する、タイマ設定レジスタを備えることを特徴とする請求項１０に記載の音量制御回路。
12. 前記ボリューム回路は、所定の取込サンプリング周波数で前記処理対象信号を取り込むとともに、その取込サンプリング周波数の周期よりも短時間で前記制御回路にて増加された回数だけ前記低減処理を実行し、前記出力信号を生成することを特徴とする請求項９または１０に記載の音量制御回路。
13. 前記ボリューム回路は、前記設定回路において設定された低減量に応じた係数を入力信号に乗算する乗算器を備え、前記処理対象信号を前記乗算器に、前記制御回路にて増加された回数だけ繰り返し入力することにより前記低減処理を実行することを特徴とする請求項１２に記載の音量制御回路。
14. 前記ボリューム回路は、前記タイマによって計測された低減処理開始からの経過時間が所定の時間を超えたときには、前記処理対象信号の音量をゼロとして出力するマスク回路を備えることを特徴とする請求項１０に記載の音量制御回路。
15. 請求項９に記載の前記音量制御回路を一体化して集積した半導体集積回路。
16. 処理対象信号である音声信号を出力する音声信号発生回路と、
    前記音声信号の出力停止命令を示す信号を発生させる出力停止命令発生回路と、
    請求項９に記載の前記音量制御回路と、
    を備え、前記出力停止命令を示す信号により前記音声信号発生回路が出力する前記処理対象信号である音声信号の音量を前記音量制御回路により低減して出力することを特徴とする音源機器。

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