JP5018680B2

JP5018680B2 - Ａｄ変換装置

Info

Publication number: JP5018680B2
Application number: JP2008199236A
Authority: JP
Inventors: 真巳中村
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2028-08-01
Also published as: JP2010041164A

Description

本発明は、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換装置に関する。
に関する。

図５はＡＤコンバータを備えた従来例に係るオーディオ装置の一部を示すブロック図である。同図に示すようにこの装置は、左右チャンネルの入力音声信号をそれぞれデジタル信号に変換するＡＤコンバータ５１及び５２、ＡＤコンバータ５１及び５２により変換された左右のデジタル音声信号をアナログ信号に変換するＤＡコンバータ５３及び５４、ＤＡコンバータ５３及び５４からのアナログ音声信号に基づき、音声を出力するスピーカ５５及び５６を備える。

ＡＤコンバータ５１及び５２と、ＤＡコンバータ５３及び５４との間では、たとえば、デジタルシグナルプロセッサ（以下、「ＤＳＰ」という。）が介在し、ＤＳＰによってイコライジング処理や音響効果を付与する処理が行われる。このように、音声信号に対してデジタル信号処理を施す場合、デジタル信号に変換してから信号処理を施し、その後、アナログ信号に戻してスピーカ等に供給される。

なお、アナログ信号をデジタル信号に変換する装置としては、たとえばΔΣ変調器を用いたものが知られている（たとえば、特許文献１及び２参照）。

特開平９−２８９４５１号公報特開平８−１７２３６０号公報

しかしながら、上述図５のオーディオ装置によれば、ＡＤコンバータ５１及び５２におけるアナログ−デジタル変換（以下、「ＡＤ変換」という。）時の誤差が、スピーカ５５及び５６からの出力に影響するので、入力音声信号に対応する正確な音声を得ることができない。また、ＡＤ変換時の誤差が左右チャンネルにおいて異なる。

つまり、ＡＤコンバータ５１及び５２を構成するＩＣ内部のパターンレイアウトや、ＡＤコンバータ５１及び５２に対する外部ブロックの干渉の影響があるので、ＡＤコンバータ５１及び５２に同じアナログ信号を入力しても、出力されるデジタルデータは同じ値とはならない。したがって、左右のチャンネルで音質が異なったり、スピーカ５５及び５６により形成される音像に影響が生じたりする。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、より正確にＡＤ変換を行うことができるＡＤ変換装置を提供することにある。

この目的を達成するため、第１の発明に係るＡＤ変換装置は、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換装置であって、１つのアナログ信号を入力してデジタル信号に変換する複数のＡＤコンバータと、各ＡＤコンバータからの出力値を重み付き平均にて平均化する演算手段と、を具備し、各ＡＤコンバータの出力値に対する重み付けが、同一の前記アナログ信号が入力される他のＡＤコンバータにより生じるノイズ以外のノイズの影響を受け易いＡＤコンバータの出力値に対する重みが、該ＡＤコンバータよりも該影響を受け難いＡＤコンバータの出力値に対する重みより小さくなるように行われることを特徴とする。

第２の発明に係るＡＤコンバータは、第１発明において、前記複数のＡＤコンバータが並列に並べられた場合に、前記影響を受け難いＡＤコンバータが、両側において、前記同一のアナログ信号が入力されるＡＤコンバータに隣接しているＡＤコンバータであり、前記影響を受け易いＡＤコンバータが、両側のうちいずれか一方又は双方において、前記同一のアナログ信号が入力されるＡＤコンバータに隣接していないＡＤコンバータであることを特徴とする。

第３の発明に係るＡＤ変換装置は、第１又は第２発明において、前記影響を受け易いＡＤコンバータが、一方の側において前記同一のアナログ信号が入力されるＡＤコンバータに隣接し、他方の側において別のアナログ信号が入力されるＡＤコンバータに隣接しているＡＤコンバータであることを特徴とする。

本発明によれば、より正確にＡＤ変換を行うことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るオーディ装置の要部を示すブロック図である。同図に示すように、この装置は、左チャンネル用の回路として、並列に接続された２つのＡＤコンバータ１１ａ及び１１ｂ、ＡＤコンバータ１１ａ及び１１ｂの出力を０．５倍する乗算器１２ａ及び１２ｂ、乗算器１２ａ及び１２ｂの出力を加算する加算器１３、加算器１３から出力され、所定の処理が施されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡコンバータ１４、及びＤＡコンバータ１４の出力に基づいて音声を出力するスピーカ１５を備える。

右チャンネル用の回路も同様に、並列に接続された２つのＡＤコンバータ１６ａ及び１６ｂ、ＡＤコンバータ１６ａ及び１６ｂの出力を０．５倍する乗算器１７ａ及び１７ｂ、乗算器１７ａ及び１７ｂの出力を加算する加算器１８、加算器１８から出力され、所定の処理が施されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡコンバータ１９、及びＤＡコンバータ１９の出力に基づいて音声を出力するスピーカ２０を備える。

乗算器１２ａ、１２ｂ、１７ａ、及び１７ｂ、並びに加算器１３及び１８の部分はＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）１０により構成される。ＤＳＰ１０は、加算器１３及び１８の出力に対し、イコライジングや音響効果の付与等の所定の信号処理を施し、それぞれＤＡコンバータ１４及び１９に供給する。

図２（ａ）及び（ｂ）は音声信号として同一のサイン波を入力した場合のＡＤコンバータ１１ａ及び１１ｂの出力を示すグラフである。同図（ａ）はＡＤコンバータ１１ａの出力であり、同図（ｂ）はＡＤコンバータ１１ｂの出力である。ＡＤコンバータ１１ａ及び１１ｂのそれぞれにおいて変換雑音（ノイズ）が発生し、変換結果はノイズ分だけ異なったものとなることが分かる。

図２（ｃ）はこのＡＤコンバータ１１ａ及び１１ｂによる変換結果を、さらに乗算器１２ａ及び１２ｂ並びに加算器１３によってデジタル的に平均化した結果を示すグラフである。平均化した信号においては、ノイズが軽減され、本来のサイン波に近づいていることがわかる。つまり、図２によれば、ノイズ成分は各ＡＤコンバータ間での相関性が低いので、複数のＡＤ変換結果の平均を求めることにより、ノイズ成分を減少させ、相関性の高い楽音信号のみを残すことができることが理解できる。

この構成において、左チャンネルの音声信号がＡＤコンバータ１１ａ及び１１ｂに入力されると、ＡＤコンバータ１１ａ及び１１ｂは入力された音声信号をデジタル信号に変換し、ＤＳＰ１０に供給する。ＤＳＰ１０はＡＤコンバータ１１ａ及び１１ｂから供給されるデジタル音声信号を、それぞれ乗算器１２ａ及び１２ｂにより０．５倍し、これらを加算器１３により加算する。すなわち、加算器１３の出力は、ＡＤコンバータ１１ａ及び１１の出力値を平均したものとなる。これにより、上述図２で示したように、本来の入力音声信号に近いデジタル信号が得られる。加算器１３の出力はその後、ＤＳＰ１０により所定の信号処理が施され、ＤＡコンバータ１４によりアナログ信号に変換され、スピーカ１５に供給される。

右チャンネルの音声信号についても同様にして、ＡＤコンバータ１６ａ及び１６ｂによってデジタル化され、乗算器１７ａ及び１７ｂ並びに加算器１８により平均化される。そして、ＤＳＰ１０による所定の処理を経た後、ＤＡコンバータ１９によりアナログ信号に変換され、スピーカ２０から音声として出力される。

本実施形態によれば、１つのチャンネルにおける入力音声信号を２つのＡＤコンバータによりデジタル化し、平均化することによってデジタル信号に変換するようにしたため、各ＡＤコンバータにおいてＡＤ変換時に混入するノイズ成分を減少させ、元の入力音声信号に忠実なデジタル信号を得ることができる。したがって、スピーカ１５及び２０から出力される音声から、各ＡＤコンバータにおけるＡＤ変換時に混入するノイズの影響を排除することができる。

すなわち、ＡＤ変換ＩＣ（ＡＤコンバータ）をチャンネル数だけ用意してチャンネル毎のＡＤ変換を行う場合、ＩＣによって基準電圧や電源電圧が若干異なる場合がある。この場合、各ＩＣに対して同一のアナログ信号を入力したとしても変換誤差が発生する。この点、本実施形態によれば、１つのチャンネルにおいて複数のＡＤコンバータを用いてＡＤ変換を行い、変換結果を平均化することにより、目的とするデジタル信号を得るようにしたため、変換誤差の影響を減少させることができる。

また、ΔΣ変調器を用いたＡＤ変換ブロック（ＡＤコンバータ）の場合、ΔΣ変換時に変換誤差が生じる。さらに、ＡＤ変換ブロックにおけるフィルタ処理は、前のサンプルのデータを参照して行われるので、ＡＤ変換ブロックからの出力は同一にはならない。この点、本実施形態では、同一のアナログ信号を複数のＡＤ変換ブロックで変換し、ＡＤ変換ブロックの外部において各ＡＤ変換ブロックによる変換結果を平均化することにより、目的とするデジタル信号を得るようにしたため、ＡＤ変換ブロック毎の変換誤差やノイズを軽減することができる。

また、従来、通常は隣接する２つのＡＤ変換ブロックに対し、左右チャンネルの信号がペアで入力される。このとき、左チャンネルの信号が右チャンネルに回り込む等の干渉が生じ易い。これに対し、本実施形態によれば、同一のアナログ信号を複数のＡＤ変換ブロックで変換するようにしているので、隣接するＡＤ変換ブロックの双方に対し、左チャンネルの信号のみ、又は右チャンネルの信号のみを入力することができる。したがって、チャンネル間での回り込みを少なくし、チャンネルセパレーションを向上させることができる。

図３は本発明の他の実施形態に係るオーディオ装置の要部を示すブロック図である。同図に示すように、この装置は、左チャンネル用の回路として、並列に接続された３つのＡＤコンバータ３１ａ〜３１ｃ、ＡＤコンバータ３１ａ〜３１ｃの出力をそれぞれ１／３倍する乗算器３２ａ〜３２ｃ、乗算器３２ａ〜３２ｃの出力を加算する加算器３３、加算器３３から出力され、所定の処理が施されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡコンバータ３４、ＤＡコンバータ３４の出力に基づいて音声を出力するスピーカ３５を備える。

右チャンネル用の回路も、同様に、並列に接続された３つのＡＤコンバータ３６ａ〜３６ｃ、ＡＤコンバータ３６ａ〜３６ｃの出力を１／３倍する乗算器３７ａ〜３７ｃ、乗算器３７ａ〜３７ｃの出力を加算する加算器３８、加算器３８から出力され、所定の処理が施されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡコンバータ３９、ＤＡコンバータ３９の出力に基づいて音声を出力するスピーカ４０を備える。

乗算器３２ａ〜３２ｃ及び３７ａ〜３７ｃ、並びに加算器３３及び３８の部分はＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）３０により構成される。ＤＳＰ３０は、加算器３３及び３８の出力に対し、イコライジングや音響効果の付与等の所定の信号処理を施し、それぞれＤＡコンバータ３４及び３９に供給する。

すなわち、図１のオーディオ装置に対し、チャンネル毎のＡＤコンバータ及び乗算器の数を２つから３つに変更した構成とし、３つのＡＤコンバータの出力を平均化して、デジタル信号を得るようにしている。他の点については図１のオーディオ装置の場合と同様である。本実施形態によっても図１の装置の場合と同様の効果を得ることができるが、図１の装置の場合よりも、ノイズ成分をより減少させることができる。すなわち、ＡＤ変換時に混入するノイズは各ＡＤコンバータ間での相関性を有してはいないので、１つのチャンネルに使用するＡＤコンバータの数を多くするほど、ノイズ低減効果を向上させることができる。

図４は本発明の別の実施形態に係るオーディオ装置の要部を示すブロック図である。同図に示すように、この装置は、左チャンネル用の回路として、並列に接続された３つのＡＤ変換ブロック４１ａ〜４１ｃ、ＡＤ変換ブロック４１ａ〜４１ｃの出力をそれぞれ０．２５倍、０．５倍、及び０．２５倍する乗算器４２ａ〜４２ｃ、乗算器４２ａ〜４２ｃの出力を加算する加算器４３、加算器４３から出力され、所定の処理が施されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡコンバータ４４、ＤＡコンバータ４４の出力に基づいて音声を出力するスピーカ４５を備える。

右チャンネル用の回路としても、同様に、並列に接続された３つのＡＤ変換ブロック４６ａ〜４６ｃ、ＡＤ変換ブロック４６ａ〜４６ｃの出力をそれぞれ０．２５倍、０．５倍、及び０．２５倍する乗算器４７ａ〜４７ｃ、乗算器４７ａ〜４７ｃの出力を加算する加算器４８、加算器４８から出力され、所定の処理が施されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡコンバータ４９、ＤＡコンバータ４９の出力に基づいて音声を出力するスピーカ５０を備える。

乗算器４２ａ〜４２ｃ及び４７ａ〜４７ｃ、並びに加算器４３及び４８の部分はＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）６０により構成される。ＤＳＰ６０は、加算器４３及び４８の出力に対し、イコライジングや音響効果の付与等の所定の信号処理を施し、それぞれＤＡコンバータ４４及び４９に出力する。

すなわち、図３のオーディオ装置に対し、各ＡＤコンバータを物理的に隣り合うＡＤ変換ブロックとし、各乗算器の乗算係数（重み付け）を等分ではなく異なる値とした構成となっている。図４に示されるように、ＡＤ変換ブロック４１ａと４１ｂ、４１ｂと４１ｃ、４１ｃと４６ａ、４６ａと４６ｂ、４６ｂと４６ｃがそれぞれ相互に隣り合っている。ＡＤ変換ブロック４１ａは外部ノイズ及びＡＤ変換ブロック４１ｂとの干渉が生じ易い。ＡＤ変換ブロック４１ｃはＡＤ変換ブロック４１ｂ及び４６ａとの干渉が生じ易い。ＡＤ変換ブロック４１ｂはＡＤ変換ブロック４１ａ及び４１ｃとの干渉が生じ易いが、入力信号がともに左チャンネルの同一信号であるため、右チャンネルの信号と干渉しない。つまりチャンネルセパレーションが良好である。ＡＤ変換ブロック４１ｃはＡＤ変換ブロック４１ｂ及び４６ａとの干渉が生じ易い。

同様にＡＤ変換ブロック４６ａは、ＡＤ変換ブロック４１ｃ及び４６ｂとの干渉が生じ易く、ＡＤ変換ブロック４６ｃは外部ノイズ及びＡＤ変換ブロック４６ｂとの干渉が生じ易い。ＡＤ変換ブロック４６ｂはＡＤ変換ブロック４１ｂの場合と同様に、チャンネルセパレーションが良好である。そこで上述のように、ＡＤ変換ブロック４１ｂ及び４６ｂの出力については、上述のように、他のＡＤ変換ブロック４１ａ、４１ｃ、４６ａ、及び４６ｃよりも重み付けを大きくしている。

この構成において、左右チャンネルの入力音声信号は、それぞれＡＤ変換ブロック４１ａ〜４１ｃ、及び４６ａ〜４６ｃによりＡＤ変換され、さらに乗算器４２ａ〜４２ｃ、及び４７ａ〜４７ｃにより上述の重み付けがなされた後、加算器４３及び４８によりチャンネル毎に加算され、入力音声信号に対応するデジタル信号とされる。この左右のデジタル信号はさらに、ＤＳＰ１０による所定の処理を経た後、ＤＡコンバータ４４及び４９によりアナログ信号に変換され、スピーカ４５及び５０から音声として出力される。

本実施形態によれば、各ＡＤ変換ブロックの内部における物理的誤差に起因する変換誤差だけでなく、各ＡＤ変換ブロック間の位置関係に応じて異なる外部からの影響に基づく誤差をも改善し、チャンネルセパレーションを向上させることができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、適宜変形して実施することができる。たとえば、上述においては、各ＡＤコンバータの出力値を平均化する演算手段として、算術平均（相加平均）又は加重平均（重み付き平均）を行う手段を用いた場合について説明したが、これに限らず、相乗平均や調和平均を行う演算手段を用いるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係るオーディ装置の要部を示すブロック図である。図１の装置における同一入力信号についての各ＡＤコンバータによる変換結果及びこれらを平均した結果を示すグラフである。本発明の他の実施形態に係るオーディオ装置の要部を示すブロック図である。本発明の別の実施形態に係るオーディオ装置の要部を示すブロック図である。ＡＤコンバータを備えた従来例に係るオーディオ装置の一部を示すブロック図である。

符号の説明

１１ａ，１１ｂ，１６ａ，１６ｂ，３１ａ〜３１ｃ，３６ａ〜３６ｃ，５１，５２：ＡＤコンバータ、１２ａ，１２ｂ，１７ａ，１７ｂ，３２ａ〜３２ｃ，３７ａ〜３７ｃ，４２ａ〜４２ｃ，４７ａ〜４７ｃ：乗算器、１３，１８，３３，３８，４３，４８：加算器、１４，１９，３４，３９，４４，４９，５３，５４：ＤＡコンバータ、１５，２０，３５，４０，４５，５０，５５，５６：スピーカ。

Claims

入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換装置であって、
１つのアナログ信号を入力してデジタル信号に変換する複数のＡＤコンバータと、
各ＡＤコンバータからの出力値を重み付き平均にて平均化する演算手段と、を具備し、
各ＡＤコンバータの出力値に対する重み付けは、同一の前記アナログ信号が入力される他のＡＤコンバータにより生じるノイズ以外のノイズの影響を受け易いＡＤコンバータの出力値に対する重みが、該ＡＤコンバータよりも該影響を受け難いＡＤコンバータの出力値に対する重みより小さくなるように行われることを特徴とするＡＤ変換装置。
前記複数のＡＤコンバータが並列に並べられた場合に、
前記影響を受け難いＡＤコンバータは、両側において、前記同一のアナログ信号が入力されるＡＤコンバータに隣接しているＡＤコンバータであり、
前記影響を受け易いＡＤコンバータは、両側のうちいずれか一方又は双方において、前記同一のアナログ信号が入力されるＡＤコンバータに隣接していないＡＤコンバータであることを特徴とする請求項１に記載のＡＤ変換装置。
前記影響を受け易いＡＤコンバータは、一方の側において前記同一のアナログ信号が入力されるＡＤコンバータに隣接し、他方の側において別のアナログ信号が入力されるＡＤコンバータに隣接しているＡＤコンバータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＡＤ変換装置。