JP5269494B2

JP5269494B2 - オーディオレベル制御装置

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Publication number: JP5269494B2
Application number: JP2008160357A
Authority: JP
Inventors: 幸一成田
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-06-19
Also published as: JP2010004237A

Description

本発明は、オーディオ機器等において、入力したデジタルオーディオ信号のレベルを制御して出力するオーディオレベル制御装置に関する。

オーディオ機器においては、デジタルオーディオ信号が所定のレベルとなるように制御するオーディオレベル制御装置が用いられる。例えば、特許文献１に記載された技術では、ＤＳＰにおいて、前段に入力減衰部、後段にトーンコントロール部を設け、当該トーンコントロール部において設定されたゲインが０［ｄＢ］である場合、前段の入力減衰部におけるゲインを０［ｄＢ］に設定することによって、ヘッドルームマージンを設けることなく、異音が発生することを阻止し、入出力レベルを等しく保つようにしている。

一方、特許文献２に記載された技術では、前段のデジタルレベル補正部と後段のグラフィックイコライザとを用いて、所定の周波数帯域のレベルを可変する信号特性可変回路を構成する。そして、グラフィックイコライザの設定変更時には、その設定状態でのインパルス応答特性を得て、当該インパルス応答の周波数特性の最大値を算出し、デジタルレベル補正部において、その最大値分だけデジタルオーディオ信号のレベルを減衰させる。これにより、グラフィックイコライザのレベル変化特性に合わせて、最小限のレベル減少のみで信号のクリップを防止するレベル補正ができ、ダイナミックレンジが最大限に確保されるとともに、Ｓ／Ｎの悪化が抑制される。
特開平９−１６２６６３号公報特開２００２−３４５０７５号公報

しかしながら、上述した特許文献１及び特許文献２に記載された技術では、個々のデジタルオーディオ信号の最大レベルに関わらず、減衰度が固定であり、入力されるデジタルオーディオ信号のレベルが低い場合にも、レベルが高い場合と同様の減衰度で減衰されてしまう。このため、減衰によりデジタルオーディオ信号の下位ビットが必要以上に切り捨てられ、その後に増幅が行われることになり、レベルに誤差が生じ、量子化ノイズが発生する。

本発明の目的は、上述した問題を解決するものであり、雑音発生を抑制したオーディオレベル制御装置を提供するものである。

本発明に係る、入力したデジタルオーディオ信号のレベルを制御して出力するオーディオレベル制御装置は、前記入力したデジタルオーディオ信号についての最大レベル情報があるか否かを判定する判定手段と、該判定手段により前記デジタルオーディオ信号についての最大レベル情報があると判定されたときに、前記最大レベルに応じて、該入力したデジタルオーディオ信号の減衰度を設定し、前記判定手段により前記デジタルオーディオ信号についての最大レベル情報が無いと判定されたときに、当該デジタルオーディオ信号の想定される最大レベルである想定最大レベルに応じて、前記入力したデジタルオーディオ信号の減衰度を設定する減衰度設定手段と、前記減衰度設定手段により設定された前記減衰度で前記入力したデジタルオーディオ信号を減衰させる減衰手段と、前記減衰手段の後段に接続され、該減衰手段からのデジタルオーディオ信号を増幅又は減衰させる制御手段とを有する。

この構成によれば、減衰度設定手段が、入力したデジタルオーディオ信号の最大レベルに応じて、当該入力したデジタルオーディオ信号の減衰度を設定することにより、出力音に歪みが生じることのない適切なヘッドルームマージンを確保しつつ、減衰時におけるデジタルオーディオ信号の下位ビットの切り捨て数を可能な限り減らして、量子化ノイズの発生を抑制することができる。

前記判定手段により前記入力したデジタルオーディオ信号についての最大レベル情報があると判定されて、前記デジタルオーディオ信号の最大レベル情報が取得された場合には、その最大レベル情報に基づいて減衰度を設定することにより、出力音に歪みが生じることのない適切なヘッドルームマージンを確保しつつ、減衰時におけるデジタルオーディオ信号の下位ビットの切り捨て数を可能な限り減らして、量子化ノイズの発生を抑制することができる。

また、本発明に係るオーディオレベル制御装置は、前記制御手段が、前記入力したデジタルオーディオ信号の高周波数帯域及び低周波数帯域の少なくともいずれかのレベルを増幅させるトーン制御部と、前記トーン制御部からのデジタルオーディオ信号の所定の周波数帯域のレベルを増幅させるイコライザと、前記イコライザからのデジタルオーディオ信号の全周波数帯域のレベルを増幅又は減衰させるブースタとを有する。

本発明によれば、出力音に歪みが生じることのない適切なヘッドルームマージンを確保しつつ、減衰時におけるデジタルオーディオ信号の下位ビットの切り捨て数を可能な限り減らして、量子化ノイズの発生を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るオーディオレベル制御装置を内蔵するオーディオ機器の構成を示す図である。図１に示すオーディオ機器１００は、マイクロコンピュータ１０１、操作部１０３、ディスク読み取り部１０４、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）１０６、デジタルオーディオ信号処理部（ＤＳＰ）１１０、アンプ１３０及びスピーカ１３２により構成される。

マイクロコンピュータ１０１は、オーディオ機器１００の全体を制御する。具体的には、マイクロコンピュータ１０１は、利用者による操作部１０３の操作に応じ、ディスク読み取り部１０４に対し、ＣＤやＤＶＤ等のディスク１０５に記録されたデジタルオーディオ信号の読み取りを指示するとともに、当該デジタルオーディオ信号の出力先（ＨＤＤ１０６及びオーディオＤＳＰ１１０のいずれか）を指示する。ディスク読み取り部１０４は、この指示に応じて、搭載しているディスク１０５に記録されたデジタルオーディオ信号を読み出し、ＨＤＤ１０６又はオーディオＤＳＰ１１０へ出力する。

マイクロコンピュータ１０１は、ディスク読み取り部１０４から出力され、ＨＤＤ１０６へ入力されるデジタルオーディオ信号の最大レベルを検出する。また、マイクロコンピュータ１０１は、ディスク読み取り部１０４から出力され、オーディオＤＳＰ１１０へ入力されるデジタルオーディオ信号の最大レベルを検出し、デジタルオーディオ信号の識別情報とともに、内蔵するメモリ１０２に記憶させる。

ＨＤＤ１０６は、ディスク読み取り部１０４からのデジタルオーディオ信号を入力する。更に、ＨＤＤ１０６は、入力したデジタルオーディオ信号を内蔵するハードディスク１０７に記憶する。この際、マイクロコンピュータ１０１は、デジタルオーディオ信号がディスク読み取り部１０４からＨＤＤ１０６へ送られる際に検出した最大レベルの情報を、ハードディスク１０７に記憶されたデジタルオーディオ信号に付加する。

これにより、ハードディスク１０７に記憶されたデジタルオーディオ信号については、そのデジタルオーディオ信号に最大レベル情報が付加されていることになる。また、ディスク１０５に記憶されたデジタルオーディオ信号のうち、過去に読み出されてオーディオＤＳＰ１１０へ出力されたことのあるデジタルオーディオ信号については、最大レベル情報がマイクロコンピュータ１０１の内蔵メモリ１０２に記憶されていることになる。

また、マイクロコンピュータ１０１は、利用者による操作部１０３の操作に応じて、ＨＤＤ１０６に対し、デジタルオーディオ信号の出力を指示する。ＨＤＤ１０６は、この指示に応じて、ハードディスク１０７からデジタルオーディオ信号と、当該デジタルオーディオ信号に付加された最大レベル情報を読み出し、デジタルオーディオ信号についてはオーディオＤＳＰ１１０へ出力し、最大レベル情報についてはマイクロコンピュータ１０１へ出力する。オーディオＤＳＰ１１０は、ＨＤＤ１０６からのデジタルオーディオ信号を入力し、マイクロコンピュータ１０１は、ＨＤＤ１０６からの最大レベル情報を入力する。

また、マイクロコンピュータ１０１は、オーディオレベル制御装置としてのオーディオＤＳＰ１１０におけるゲインを設定する。

図２は、オーディオＤＳＰ１１０の構成を示す図である。図２に示すオーディオＤＳＰ１１０は、オーディオ再生時に入力したデジタルオーディオ信号のレベルを制御するものである。このオーディオＤＳＰ１１０は、入力端から出力端に向かって順に、アッテネータ１１１、トーン制御部１１２、イコライザ１１３及びブースタ１１４を接続して構成される。マイクロコンピュータ１０１は、アッテネータ１１１に入力されるデジタルオーディオ信号の最大レベルに応じて、当該アッテネータ１１１におけるゲインを設定する。また、マイクロコンピュータ１０１は、利用者による操作部１０３の操作に応じて、トーン制御部１１２及びイコライザ１１３のゲインを設定する。更に、マイクロコンピュータ１０１は、イコライザ１１３アッテネータ１１１に入力されるデジタルオーディオ信号の最大レベルと、ブースタ１１４から出力されるデジタルオーディオ信号の最大レベルとが同一となるように、当該ブースタ１１４におけるゲインを設定する。

アッテネータ１１１は、減衰手段に対応する。このアッテネータ１１１は、入力したデジタルオーディオ信号のレベルを、マイクロコンピュータ１０１によって設定されたゲイン（減衰度）で減衰させる。

トーン制御部１１２、イコライザ１１３及びブースタ１１４は、制御手段に対応する。トーン制御部１１２は、アッテネータ１１１からのデジタルオーディオ信号のうち、予め定められた高周波帯域と低周波帯域との少なくともいずれかについて、マイクロコンピュータ１０１によって設定されたゲイン（増幅度）で増幅させる。イコライザ１１３は、トーン制御部１１２からのデジタルオーディオ信号のうち、予め定められた周波数帯域について、マイクロコンピュータ１０１によって設定されたゲイン（増幅度）で増幅させる。ブースタ１１４は、イコライザ１１３からのデジタルオーディオ信号の全周波数帯域について、マイクロコンピュータ１０１によって設定されたゲインで増幅又は減衰させ、出力するデジタルオーディオ信号の最大レベルと、アッテネータ１１１に入力されるデジタルオーディオ信号の最大レベルとが同一になるように調整を行う。

更に、オーディオＤＳＰ１１０は、このようにしてレベルが制御されたデジタルオーディオ信号をアナログオーディオ信号に変換して、アンプ１３０へ出力する。マイクロコンピュータ１０１は、利用者による操作部１０３の操作に応じて、アンプ１３０のゲインを制御する。アンプ１３０は、オーディオＤＳＰ１１０からのアナログオーディオ信号を、制御されたゲインで増幅して、スピーカ１３２に出力する。これにより、スピーカ１３２は、レベルが制御された音を出力する。

次に、フローチャートを参照しつつ、アッテネータ１１１のゲイン設定時の動作を説明する。図３は、アッテネータ１１１のゲイン設定時の動作を示すフローチャートである。なお、以下においては、デジタルオーディオ信号は楽曲単位のものとする。

オーディオＤＳＰ１１０は、オーディオ再生に際して、ディスク読み取り部１０４から出力されるデジタルオーディオ信号、又は、ＨＤＤ１０６から出力されるデジタルオーディオ信号を入力する（Ｓ１０１）。

マイクロコンピュータ１０１は、オーディオＤＳＰ１１０が入力するデジタルオーディオ信号についての最大レベル情報が存在するか否かを判定する（Ｓ１０２）。上述したように、ハードディスク１０７に記憶されたデジタルオーディオ信号には、最大レベル情報が付加されている。従って、マイクロコンピュータ１０１は、ＨＤＤ１０６から出力されてオーディオＤＳＰ１１０に入力されるデジタルオーディオ信号には、最大レベル情報が存在すると判定し、その最大レベル情報を取得する。

また、上述したように、ディスク１０５に記憶されたデジタルオーディオ信号のうち、過去に読み出されてオーディオＤＳＰ１１０へ出力されたことのあるデジタルオーディオ信号については、最大レベル情報がマイクロコンピュータ１０１の内蔵メモリ１０２に記憶されており、初めて読み出されてオーディオＤＳＰ１１０へ出力されるデジタルオーディオ信号については、最大レベル情報が存在しない。このため、マイクロコンピュータ１０１は、ディスク読み取り部１０４から出力されてオーディオＤＳＰ１１０に入力されるデジタルオーディオ信号については、そのデジタルオーディオ信号の識別情報を取得し、当該識別情報をキーとして内蔵メモリ１０２内の最大レベル情報を検索する。そして、識別情報に対応する最大レベル情報が存在する場合には、マイクロコンピュータ１０１は、最大レベル情報が存在すると判定し、その最大レベル情報を取得する。

オーディオＤＳＰ１１０が入力するデジタルオーディオ信号についての最大レベル情報が存在する場合、マイクロコンピュータ１０１は、その最大レベル情報に基づいてアッテネータ１１１のゲインを設定する（Ｓ１０３）。

具体的には、マイクロコンピュータ１０１は、最大レベル情報によって示される、アッテネータ１１１に入力されるデジタルオーディオ信号の最大レベルが、オーディオ機器１０が処理するデジタルオーディオ信号のレベルの上限の想定値（以下、「想定最大レベル」と称する。例えば０［ｄＢ］）未満である場合には、その想定最大レベルの場合のゲインよりも減衰の度合が小さく、且つ、後段のトーン制御部１１２及びイコライザ１１３によって増幅された場合に、イコライザ１１３から出力されるデジタルオーディオ信号の最大レベルが想定最大レベル以下となるようなゲインを設定する。

図４は、オーディオＤＳＰ１１０におけるゲインダイアグラムの一例を示す図である。図４において、ゲインダイアグラム２０１は、入力最大レベルが−２０［ｄＢ］のデジタルオーディオ信号について、最大レベル情報に基づいてアッテネータ１１１のゲインを設定した場合のゲインダイアグラムである。一方、ゲインダイアグラム２１０は、デジタルオーディオ信号の入力最大レベルが想定最大レベル（０［ｄＢ］）であると仮定した場合において、アッテネータ１１１のゲインを設定した場合のゲインダイアグラムである。また、ゲインダイアグラム２１１は、ゲインダイアグラム２１０に対応するアッテネータ１１１のゲインを、入力最大レベルが−２０［ｄＢ］のデジタルオーディオ信号にそのまま適用した場合のゲインダイアグラムであり、従来のアッテネータ１１１のゲイン設定の手法に対応するゲインダイアグラムである。

ゲインダイアグラム２１１では、アッテネータ１１１の減衰度が３０［ｄＢ］であるのに対し、ゲインダイアグラム２０１では、アッテネータ１１１の減衰度が２０［ｄＢ］である。すなわち、ゲインダイアグラム２０１におけるアッテネータ１１１の減衰度は、ゲインダイアグラム２１１におけるアッテネータ１１１の減衰度よりも小さい。このため、ゲインダイアグラム２０１におけるレベルのボトム値（−４０［ｄＢ］）は、ゲインダイアグラム２１１におけるレベルのボトム値（−５０［ｄＢ］）よりも大きくなる。このことは、アッテネータ１１１による減衰時における下位ビットの切り捨て数が少なくなることを示す。また、ゲインダイアグラム２０１は、イコライザ１１３から出力されるデジタルオーディオ信号のレベルが想定最大レベル以下である。更には、アッテネータ１１１における減衰度（２０［ｄＢ］）とトーン制御部１１２及びイコライザ１１３における増幅度の合計（２０［ｄＢ］）とが一致しており、ブースタ１１４を作動させないことによって、アッテネータ１１１に入力されるデジタルオーディオ信号のレベルと、ブースタ１１４から出力されるデジタルオーディオ信号のレベルとを一致させ、入出力レベルが等しく保たれている。

また、最大レベル情報によって示される、アッテネータ１１１に入力されるデジタルオーディオ信号の最大レベルが、想定最大レベルと同一である場合には、マイクロコンピュータ１０１は、後述する、想定最大レベルに対応したゲインをアッテネータ１１１に設定する。

一方、オーディオＤＳＰ１１０が入力するデジタルオーディオ信号が、ディスク１０５から初めて読み出されてオーディオＤＳＰ１１０へ出力されるデジタルオーディオ信号であって、最大レベル情報が存在しない場合（Ｓ１０２で否定判断の場合）、マイクロコンピュータ１０１は、デジタルオーディオ信号の最大レベルが想定最大レベルであると仮定した場合における、当該想定最大レベルに対応したゲインをアッテネータ１１１に設定する（Ｓ１０４）。この場合には、ゲインダイアグラムは、図４のゲインダイアグラム２１１となり、アッテネータ１１１の減衰度は、Ｓ１０３の場合よりも大きくなる。

次に、マイクロコンピュータ１０１は、ディスク読み取り部１０４から出力され、オーディオＤＳＰ１１０へ入力されたデジタルオーディオ信号の最大レベルを検出し、デジタルオーディオ信号の識別情報とともに、内蔵メモリ１０２に記憶させる（Ｓ１０５）。これにより、同一のデジタルオーディオ信号が、再度、ディスク読み取り部１０４から出力されてオーディオＤＳＰ１１０へ入力される場合には、マイクロコンピュータ１０１は、Ｓ１０２において、そのデジタルオーディオ信号の識別情報を取得し、当該識別情報をキーとして内蔵メモリ１０２内の最大レベル情報を検索することにより、識別情報に対応する最大レベル情報を取得することができる。

このように、本実施形態のオーディオ機器１００では、マイクロコンピュータ１０１は、オーディオＤＳＰ１１０が入力したデジタルオーディオ信号の最大レベル情報を取得した場合であって、その最大レベルの情報によって示される、アッテネータ１１１に入力されるデジタルオーディオ信号の最大レベルが、想定最大レベル未満である場合には、その想定最大レベルの場合のゲインよりも減衰の度合が小さく、且つ、後段のトーン制御部１１２及びイコライザ１１３によって増幅された場合に、イコライザ１１３から出力されるデジタルオーディオ信号の最大レベルが想定最大レベル以下となるように、アッテネータ１１１のゲインを設定する。

これにより、オーディオＤＳＰ１１０内において、デジタルオーディオ信号の最大レベルを想定最大レベル以下とすることで、出力音に歪みが生じることのない適切なヘッドルームマージンを確保することができる。更には、デジタルオーディオ信号の最大レベルに応じて減衰度を設定することにより、出力音に歪みが生じることのない適切なヘッドルームマージンを確保しつつ、減衰時におけるデジタルオーディオ信号の下位ビットの切り捨て数を可能な限り減らして、量子化ノイズの発生を抑制することができる。

また、本実施形態のオーディオ機器１００では、マイクロコンピュータ１０１は、オーディオＤＳＰ１１０が入力したデジタルオーディオ信号の最大レベル情報が存在しない場合には、初めてのデジタルオーディオ信号の入力において、そのデジタルオーディオ信号の最大レベルを検出、記憶するとともに、同一のデジタルオーディオ信号を再度入力する場合には、記憶された最大レベルの情報に基づいて、アッテネータ１１１におけるゲインを設定しており、同一のデジタルオーディオ信号が２回以上入力される場合には、出力音に歪みが生じることのない適切なヘッドルームマージンを確保しつつ、減衰時におけるデジタルオーディオ信号の下位ビットの切り捨て数を可能な限り減らして、量子化ノイズの発生を抑制することができる。

なお、上述した実施形態では、オーディオＤＳＰ１１０は、ブースタ１１４を含んで構成されるが、ブースタ１１４を含まない構成であってもよい。また、上述した実施形態では、ハードディスク１０７に記憶されているデジタルオーディオ信号には、最大レベル情報が付加されているものとして説明したが、付加されていない場合にも、同様に本発明を適用することができる。この場合には、マイクロコンピュータ１０１は、ＨＤＤ１０６から出力され、オーディオＤＳＰ１１０へ入力されたデジタルオーディオ信号の最大レベルを検出し、デジタルオーディオ信号の識別情報とともに、内蔵メモリ１０２に記憶させる。これにより、同一のデジタルオーディオ信号が、再度、ＨＤＤ１０６から出力されてオーディオＤＳＰ１１０へ入力される場合には、マイクロコンピュータ１０１は、そのデジタルオーディオ信号の識別情報を取得し、当該識別情報をキーとして内蔵メモリ１０２内の最大レベル情報を検索することにより、識別情報に対応する最大レベル情報を取得することができる。

以上、説明したように、本発明に係るオーディオレベル制御装置は、雑音発生を抑制することができ、オーディオレベル制御装置として有用である。

本発明の実施形態に係るオーディオレベル制御装置を内蔵するオーディオ機器の構成を示す図である。オーディオＤＳＰの構成を示す図である。アッテネータのゲイン設定時の動作を示すフローチャートである。オーディオＤＳＰにおけるゲインダイアグラムの一例を示す図である。

符号の説明

１００オーディオ機器
１０１マイクロコンピュータ
１０２メモリ
１０３操作部
１０４ディスク読み取り部
１０５ディスク
１０６ＨＤＤ
１０７ハードディスク
１１０オーディオＤＳＰ
１１１アッテネータ
１１２トーン制御部
１１３イコライザ
１１４ブースタ
１３０アンプ
１３２スピーカ

Claims

入力したデジタルオーディオ信号のレベルを制御して出力するオーディオレベル制御装置であって、
前記入力したデジタルオーディオ信号についての最大レベル情報があるか否かを判定する判定手段と、
該判定手段により前記デジタルオーディオ信号についての最大レベル情報があると判定されたときに、前記最大レベルに応じて、該入力したデジタルオーディオ信号の減衰度を設定し、前記判定手段により前記デジタルオーディオ信号についての最大レベル情報が無いと判定されたときに、当該デジタルオーディオ信号の想定される最大レベルである想定最大レベルに応じて、前記入力したデジタルオーディオ信号の減衰度を設定する減衰度設定手段と、
前記減衰度設定手段により設定された前記減衰度で前記入力したデジタルオーディオ信号を減衰させる減衰手段と、
前記減衰手段の後段に接続され、該減衰手段からのデジタルオーディオ信号を増幅又は減衰させる制御手段とを有するオーディオレベル制御装置。
前記制御手段は、
前記入力したデジタルオーディオ信号の高周波数帯域及び低周波数帯域の少なくともいずれかのレベルを増幅させるトーン制御部と、
前記トーン制御部からのデジタルオーディオ信号の所定の周波数帯域のレベルを増幅させるイコライザと、
前記イコライザからのデジタルオーディオ信号の全周波数帯域のレベルを増幅又は減衰させるブースタとを有する請求項１記載のオーディオレベル制御装置。