JP4825115B2

JP4825115B2 - ラウドネス回路

Info

Publication number: JP4825115B2
Application number: JP2006309216A
Authority: JP
Inventors: 宏和藤井
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2026-11-15
Also published as: JP2008124990A

Description

本発明は、オーディオ回路において、音量制御と音質制御を同時に行うラウドネス回路に関するものである。

音量を減衰させたとき、高音域を中低音域に比べて特に減衰させる従来のラウドネス回路の構成の一例を図５に示す。図５において、１は音声信号の入力端子、７は複数の抵抗素子（例えば同値）７０１〜７１５と抵抗素子７２１のネットワークからなる減衰回路、８は択一的にＯＮされる複数のＯＮ／ＯＦＦ型のスイッチ８０１〜８１６からなる減衰スイッチ回路、９は音量のみの制御とラウドネス制御とを切り換える切替端子ａ，ｂを有する切替型のスイッチ９０１を備えた切替回路、５は電圧ホロワからなるバッファ回路、６は出力端子である。スイッチ９０１の切替端子ａはキャパシタＣ１を介して接地に接続され、切替端子ｂは直接接地に接続されている。

このラウドネス回路では、減衰スイッチ回路８内のいずれか１つのスイッチをＯＮさせることにより、減衰量を決定することができる。このとき、切替回路９のスイッチ９０１を切替端子ｂ側に切り替えておいた（図５の状態）ときは、純粋な減衰回路として機能し、減衰スイッチ回路８において、入力端子１側に近いスイッチほどそれをＯＮすると減衰量が低減し、接地側に近いスイッチほどそれをＯＮすると減衰量が増大する。

一方、同スイッチ９０１を切替端子ａ側に切り替えておいたときは、ラウドネス特性が変化する。特に、スイッチ８０１〜８０９の内のスイッチ８０１側に近いスイッチほどそれをＯＮさせるとカットオフ周波数が低くなるとともに高音域の低減が弱まるが、スイッチ８０９側に近いスイッチほどそれをＯＮさせるとカットオフ周波数が高くなるとともにその減衰量が増大する。さらに、減衰スイッチ回路８内のスイッチ８１０〜８１６のいずれかをＯＮさせたときは、ラウドネス特性がシフトし、特にスイッチ８１６側に近いスイッチほどそれをＯＮさせると減衰量が大きくなる。

なお、減衰スイッチ回路８内のスイッチ８０１をＯＮさせたときは減衰および高域低下無しの状態（スルー）となり、スイッチ８１６をＯＮさせたときは消音（ミュート）状態になる。

ところで、このラウドネス回路の入力端子１に入力する音声信号を、例えば小振幅レベルのチューナ出力音声信号から高振幅レベルのＣＤ再生音声信号に切り替える場合、出力端子６に得られる音声信号の音量を以前のそれに合わせるよう、減衰スイッチ回路８のスイッチ８０１〜８１６の内のＯＮさせるスイッチを切り替えることが行われる。

このとき、スイッチ９０１が切替端子ａ側に切り替わっている場合（ラウドネス制御時）は、スイッチ８１０〜８１６の範囲内で切り替えるときは、ラウドネス特性に大きな変化はない。

しかし、スイッチ８０１〜８０９の範囲内で切り替えるときは、カットオフ周波数が大きく変化するので、切り替えた後のラウドネス特性が、切り替える以前のラウドネス特性と異なってきて、聴感上違和感を与える恐れがある。特に、スイッチ８０１をＯＮして減衰無しの状態から、スイッチ８０２〜８１６のいずれかをＯＮさせるよう切り替えたときは、以前はラウドネス効果が全くなかった状態からラウドネス効果が生じる状態に変化する。

そこで、これを防ぐために、入力端子１の部分に、高振幅レベルを低振幅レベルに変換する分圧回路（図示せず）等を挿入しておいて、高振幅レベルの音声信号に切り替える場合は、その分圧回路を経由してその音声信号を入力させるようにして、ラウドネス回路への入力音声信号の振幅レベルを揃え、聴感上の違和感が生じないようにする手法が考えられる。

また、特許文献１に記載のように、入力音声信号の切り替えに応じて減衰量を調整することによりラウドネス特性が変化した場合に、増幅段でそれを補正して、聴感上の違和感が生じないようにするものがある。
特開平０９−１６２６６５号公報

しかしながら、分圧回路等で予め音量を揃える手法は、分圧回路等によってラウドネス特性にバラツキが発生したり、歪特性が悪化するなどの問題が発生し易い。また、特許文献１による手法は、補正のための増幅器やマイコンが特別に必要になり、マイコンを制御するプログラムも必要になって、システムが複雑となる。

本発明の目的は、振幅レベルの異なる入力音声信号に切り替えてラウドネス制御を行う場合に、上記した問題を引き起こすことなく、簡単な構成で、聴感上の違和感が生じないようにしたラウドネス回路を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明のラウドネス回路は、直列接続された互いに同値の複数の第１の抵抗と、隣り合う該第１の抵抗の共通接続点に一端が接続された互いに同値の複数の第２の抵抗とからなる抵抗ネットワークで構成され、前記複数の第１の抵抗のうちの一方の端部の第１の抵抗の共通接続されない端部が入力側に接続され、他方の端部の第１の抵抗の共通接続されない端部が基準電位端子に接続された減衰回路と、前記第１の抵抗の前記各共通接続点に一端がそれぞれ接続され、他端が出力側に共通接続された複数のＯＮ／ＯＦＦ型スイッチからなる減衰スイッチ回路と、共通端子と第１の切替端子と第２の切替端子とを備える複数の切替型スイッチからなり、前記複数の切替型スイッチの前記共通端子が前記各第２の抵抗の他端にそれぞれ接続され、前記第１の切替端子がキャパシタを介して前記基準電位端子に共通接続され、前記第２の切替端子が直接前記基準電位端子に共通接続された切替回路と、を備え、前記複数の切替型スイッチの内の、前記入力側の近傍の前記第２の抵抗に接続された一群の切替型スイッチの前記共通端子が前記第１の切替端子に接続されるときは、残りの切替型スイッチの前記共通端子が前記第２の切替端子に接続され、前記一群の切替型スイッチの前記共通端子が前記第２の切替端子に接続されるときは、前記残りの切替型スイッチの前記共通端子が前記第１の切替端子に接続されるようにした、ことを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のラウドネス回路において、前記一群の切替型スイッチの数が、前記複数の切替型スイッチの数の半数であることを特徴とする。

本発明によれば、カットオフ周波数を決める部分と純粋に減衰量を決める部分の一方を減衰回路の前段に、他方を後段に、あるいはその逆に切り替えることが可能となるので、入力音声信号の切り替えに応じて減衰量を切り替えるとき、ラウドネス特性に大きな変化が生じることを防止でき、聴感上の違和感が生じることを防止できる。

図１は本発明のラウドネス回路の１つの実施例を示す回路図である。図１において、図５で説明したものと同じものには同じ符号を付けた。２は抵抗ネットワークの減衰器２ａ，２ｂ（例えば同一減衰量）からなる減衰回路、３は択一的にＯＮされるスイッチ３ａ〜３ｄからなる減衰スイッチ回路、４は音量制御とラウドネス制御とを切り換える切替端子ａとｂを備えた切替型のスイッチ４ａ，４ｂからなる切替回路である。スイッチ４ａ，４ｂの共通端子は減衰器２ａ，２ｂにそれぞれ接続され、切替端子ａはキャパシタＣ１を介して接地に接続され、切替端子ｂは直接接地に接続されている。

さて、切替回路４のスイッチ４ａを切替端子ａ側に、スイッチ４ｂを切替端子ｂ側に切り替えた状態（状態１：図１の状態）では、スイッチ３ａをＯＮさせると、スルーとなり減衰は生じない。スイッチ３ｂをＯＮさせると、減衰器２ａとキャパシタＣ１によってカットオフ周波数が決定され、特定のラウドネス特性が得られる。スイッチ３ｃをＯＮさせると、減衰器２ａとキャパシタＣ１によって決定されたカットオフ周波数によるラウドネス特性を、減衰器２ｂによる減衰分だけ減衰側にシフトされたラウドネス特性が得られる。スイッチ３ｄをＯＮさせると、消音となる。

よって、減衰スイッチ回路３において、各スイッチを３ａ→３ｂ→３ｃ→３ｄの順でＯＮさせていくと、減衰量が徐々に増大するが、このときラウドネス特性は減衰方向にシフトすることになる。

一方、切替回路４のスイッチ４ａを切替端子ｂ側に、スイッチ４ｂを切替端子ａ側に切り替えた状態（状態２）では、スイッチ３aをＯＮさせると、スルーとなり減衰しない。スイッチ３ｂをＯＮさせると、減衰器２ａによって決まる減衰が行わる。スイッチ３ｃをＯＮさせると、減衰器２ａによって決まる減衰特性に対し、減衰器２ｂおよびキャパシタＣ１によって決まるカットオフ周波数によるラウドネス特性が付加される。このラウドネス特性は前記減衰器２ａとキャパシタＣ１によるラウドネス特性とほぼ同じである。スイッチ３ｄをＯＮさせると、消音となる。

よって、減衰スイッチ回路３において、各スイッチを３ａ→３ｂ→３ｃ→３ｄの順でＯＮさせていくと、最初は純粋に減衰量が増大し、後にラウドネス特性が得られるが、そのラウドネス特性は、切替回路４が「状態１」にあるときにスイッチ３ｂをＯＮしたときのラウドネス特性をシフトした特性となる。

以上から、「状態１」において、減衰スイッチ回路３のスイッチ３ｂをＯＮしているときに、入力端子１に入力する音声信号を、振幅レベルの小さな音声信号から大きな音声信号に切り替えたとき、出力端子６に出力する音声信号の振幅レベルを以前のそれと同じようにするために、減衰スイッチ回路３のスイッチ３ｃをＯＮさせたときは、減衰量が増大するがラウドネス特性はシフトするのみであるので、聴感上の問題はほとんど無い。

しかし、「状態１」において、減衰スイッチ回路３のスイッチ３ａをＯＮしているときに、入力端子１に入力する音声信号を、振幅レベルの小さな音声信号から大きな音声信号に切り替えたとき、出力端子６に出力する音声信号の振幅レベルを以前のそれと同じようにするために、減衰スイッチ回路３のスイッチ３ｂをＯＮさせたときは、減衰量が増大するが、ラウドネス特性が表れてきて、聴感上の問題を生じる。

そこで、この場合は、「状態２」に切り替える。これにより、減衰量が増大するが、ラウドネス特性が表れることない。つまり、聴取者は、上記のように入力音声信号を振幅レベルの低い信号から高い信号に切り替えたとき、出力端子６に現れる音量の初期値（初期レベル）を同じにして、それより減衰量を増大させるとき、以前と同じラウドネス特性を得ることができる。

また、この「状態２」において、入力音声信号を振幅レベルの高い信号から低い信号に切り替えたときは、切替回路４を「状態１」に切り替えれば、音量の初期値（初期レベル）を同じにして、それより減衰量を増大させるとき、以前と同じラウドネス特性を得ることができる。

つまり、入力端子１に入力する音声信号の振幅レベルが小さいときは「状態１」を選択し、大きいときは「状態２」を選択することにより、入力音声信号の振幅レベルに拘わらず出力音声信号の振幅レベルを揃える場合に、減衰スイッチ回路３のスイッチ３ａ〜３ｄをＯＮする際のラウドネス特性が変化しないようにできる。

図２は図１に示したラウドネス回路を具体化した回路である。減衰回路２は互いに同値の抵抗２０１〜２１６と、互いに同値の抵抗２２１〜２３５による抵抗ネットワークからなり、減衰スイッチ回路３は択一的にＯＮするＯＮ／ＯＦＦ型のスイッチ３０１〜３１７からなり、切替回路４は切替型のスイッチ４０１〜４１５からなる。切替回路４のスイッチ４０１〜４１５の共通端子は、それぞれ抵抗２２１〜２３５を介して、減衰スイッチ回路３のスイッチ３０２〜３１６の接続ノードと同じノードに接続されている。

さて、切替回路４のスイッチ４０１〜４０７を切替端子ａに切り替えて、抵抗２２１〜２２７の片端がキャパシタＣ１を介して接地されるようにし、スイッチ４０８〜４１５を切替端子ｂ側に切り替えて、抵抗２２８〜２３５の片端が直接接地されるようにする（状態３：図２の状態）。

この「状態３」の回路を図１の回路に対応させると、スイッチ３０２〜３０８が図１のスイッチ３ｂに対応し、抵抗２０１〜２０７、２２１〜２２７が減衰器２ａに対応し、スイッチ４０１〜４０７がスイッチ４ａに対応する。また、スイッチ３０９〜３１６がスイッチ３ｃに対応し、抵抗２０８〜２１６，２２８〜２３５が減衰器２ｂに対応し、スイッチ４０８〜４１５がスイッチ４ｂに対応する。なお、スイッチ３０１はスイッチ３ａに、スイッチ３１７はスイッチ３ｄに対応する。

ただし、図２の回路では、スイッチ３ｂに対応するスイッチ３０２〜３０８を択一的にＯＮさせることができるので、いずれのスイッチをＯＮにさせるかによってラウドネス特性を多段に亘って調整することができ、また、スイッチ３ｃに対応するスイッチ３０９〜３１６も択一的にＯＮさせることができるので、ラウドネス特性を減衰量に応じてシフトさせるステップ数を多数実現することができる。

以上のように、切替回路４を「状態３」に切り替えたときは、減衰スイッチ回路３のスイッチ３０１〜３１６を１個ずつＯＮさせたとき、そのラウドネス特性は、例えば、図３に示すように変化する。ここでは、少ない減衰量でもラウドネス特性が表れている。最上の曲線がスイッチ３０１をＯＮさせたときのスルー時の特性、最下の曲線がスイッチ３１６をＯＮさせたときの消音直前の特性である。

一方、図２の切替回路４のスイッチ４０１〜４０７を切替端子ｂに切り替えて、抵抗２２１〜２２７の片端が直接接地されるようにし、スイッチ４０８〜４１５を切替端子ａ側に切り替えて、抵抗２２８〜２３５の片端がキャパシタＣ１を介して接地されるようにする（状態４）。

このように、切替回路４を「状態４」に切り替えたときは、減衰スイッチ回路３のスイッチ３０１〜３１６を１個ずつＯＮさせたとき、そのラウドネス特性は、例えば、図４に示すように変化する。ここでは、少ない減衰量ではラウドネス特性は表れていない。最上の曲線がスイッチ３０１をＯＮさせたときのスルー時の特性、最下の曲線がスイッチ３１６をＯＮさせたときの消音直前の特性である。

ここで、切替回路４を「状態３」に切り替えて、減衰スイッチ回路３のスイッチ３０１をＯＮさせたときのラウドネス特性は、図３のＬ１となり、スイッチ３１１をＯＮさせると、図３のＬ１１に変化する。一方、切替回路４を「状態４」に切り替えて、減衰スイッチ回路３のスイッチ３０６をＯＮさせたときのラウドネス特性は、図４のＬ６となり、スイッチ３１６をＯＮさせると、図４のＬ１６になる。したがって、「状態３」におけるＬ１を初期値としてＬ１１まで変化するラウドネス特性の１０ステップの変化と、「状態４」におけるＬ６を初期値としてＬ１６まで変化するラウドネス特性の１０ステップの変化とは、同質となる。

以上から、入力端子１に入力する音声信号を切り替えたとき、その振幅レベルが小振幅から大振幅に切り替わる場合は、切替回路４を「状態３」から「状態４」に切り替えれば以前と同様なラウドネス特性を実現することができる。また、その振幅レベルが大振幅から小振幅に切り替わる場合は、切替回路４を「状態４」から「状態３」に切り替えれば以前と同様なラウドネス特性を実現することができる。つまり、入力音声信号の振幅レベルが小さいときは「状態３」を選択し、大きいときは「状態４」を選択しておけば、この後入力音声信号の振幅レベルの変化に対応して、「状態３」から「状態４」へ、あるいは「状態４」から「状態３」へ切り替えることにより、ラウドネス特性がほぼ保持される。

なお、図２のラウドネス回路では、切替回路４のスイッチ４０１〜４１５の切替端子ａ，ｂを切り替えるグループ分けは、上記したスイッチ４０１〜４０７のグループと、スイッチ４０８〜４１５のグループに分けることに限られるものではなく、所望するラウドネス特性に応じて任意に分けることができることは勿論である。また、図２のラウドネス回路では、切替回路４のスイッチは１５個であり、減衰スイッチ回路３のスイッチの１７個より２個少なくなっているが、両者のスイッチの数は任意であり、減衰スイッチ回路３の各スイッチを減衰回路２へ接続する際の接続ノード、切替回路４の各スイッチを減衰回路２に接続する際の接続ノードも任意である。また、減衰回路２の抵抗ネットワークの構成も図２の構成に限られるものではない。また、各スイッチは半導体素子で構成されることが望ましい。

本発明のラウドネス回路の原理説明図である。本発明の一実施例のラウドネス回路の回路図である。図２のラウドネス回路の「状態３」のラウドネス特性図である。図２のラウドネス回路の「状態４」のラウドネス特性図である。従来のラウドネス回路の回路図である。

符号の説明

１：入力端子
２：減衰回路、２ａ，２ｂ：減衰器
３，８：減衰スイッチ回路
４，７：切替回路
５：バッファ回路
６：出力端子

Claims

直列接続された互いに同値の複数の第１の抵抗と、隣り合う該第１の抵抗の共通接続点に一端が接続された互いに同値の複数の第２の抵抗とからなる抵抗ネットワークで構成され、前記複数の第１の抵抗のうちの一方の端部の第１の抵抗の共通接続されない端部が入力側に接続され、他方の端部の第１の抵抗の共通接続されない端部が基準電位端子に接続された減衰回路と、
前記第１の抵抗の前記各共通接続点に一端がそれぞれ接続され、他端が出力側に共通接続された複数のＯＮ／ＯＦＦ型スイッチからなる減衰スイッチ回路と、
共通端子と第１の切替端子と第２の切替端子とを備える複数の切替型スイッチからなり、前記複数の切替型スイッチの前記共通端子が前記各第２の抵抗の他端にそれぞれ接続され、前記第１の切替端子がキャパシタを介して前記基準電位端子に共通接続され、前記第２の切替端子が直接前記基準電位端子に共通接続された切替回路と、
を備え、
前記複数の切替型スイッチの内の、前記入力側の近傍の前記第２の抵抗に接続された一群の切替型スイッチの前記共通端子が前記第１の切替端子に接続されるときは、残りの切替型スイッチの前記共通端子が前記第２の切替端子に接続され、
前記一群の切替型スイッチの前記共通端子が前記第２の切替端子に接続されるときは、前記残りの切替型スイッチの前記共通端子が前記第１の切替端子に接続されるようにした、
ことを特徴とするラウドネス回路。
請求項１に記載のラウドネス回路において、
前記一群の切替型スイッチの数が、前記複数の切替型スイッチの数の半数であることを特徴とするラウドネス回路。