JP6506623B2 - デジタルシグナルプロセッサ及び音響機器 - Google Patents

Description

本発明は、音の信号処理をするデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）及びこれを搭載した音響機器に関する。特に、本発明は、良好なＳ／Ｎ比を維持しつつ、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号の歪みを防止することができるデジタルシグナルプロセッサ及び音響機器に関する。

＜デジタル信号の歪み＞
例えば、デジタルオーディオレコーダ、デジタルミキサー又はエフェクツユニットなど、音の信号を処理する音響機器が知られている。このような音響機器には、マイクや入力端子を介して、音のアナログ信号が入力される。音響機器に入力されたアナログ信号は、アナログアンプで増幅された後に、デジタル信号に変換される。アナログアンプの増幅率は、音響機器に設けられた操作部を、ユーザが手動操作することで設定される。

図７に示すように、音響機器のＡ／Ｄ変換器には、あらかじめＡ／Ｄ変換可能な最大電圧（例えば、「５．０Ｖ」）が定められている。音響機器に入力されるアナログ信号の信号レベル（すなわち、音量）に対して、アナログアンプの増幅率が大きすぎると、増幅されたアナログ信号の信号レベルが、Ａ／Ｄ変換可能な最大電圧を超えてしまう場合がある（図７左の信号波形を参照）。このような場合、増幅されたアナログ信号のうち、Ａ／Ｄ変換可能な最大電圧を超える部分は、Ａ／Ｄ変換されずに切り捨てられる。この結果、連続的なアナログ信号が、不連続に歪んだデジタル信号に変換されてしまう（図７右の信号波形を参照）。デジタル信号の歪みは、修復不可能なノイズとなる。録音や演奏において、突発的の過大入力が発生することはしばしばある。アナログアンプの増幅率の設定を誤ると、過大入力が発生したときにノイズが生じてしまう。

＜リミッタ回路＞
従来の音響機器には、過大入力に対する措置として、リミッタ回路を備えたものがあった。図８に示すように、リミッタ回路は、過大入力が発生したときに、アナログアンプの増幅率を瞬時に低下させるリミッタ処理を実行する。従来のリミッタ回路として、例えば、ＶＣＡ（Voltage Controlled Amplifier）又はフォトレジスタを用いたものがあった。

ＶＣＡは、アナログ信号の入出力と、制御電圧の入力とを有する増幅器である。ＶＣＡを用いたリミッタ回路は、アナログ信号の信号レベルに応じた制御電圧をＶＣＡに出力させる。ＶＣＡは、入力された制御電圧に基づいて、アナログ信号の増幅率を変化させる。

フォトレジスタは、硫化カドミウムセルであり、受けた光の量に応じて抵抗値を変化させる。フォトレジスタを用いたリミッタ回路は、発光部としてのＬＥＤを備える。このＬＥＤは、過大入力が発生したときに点灯される。フォトレジスタは、ＬＥＤから光を受けることで抵抗値を減少させる。このフォトレジスタの抵抗値の減少によって、アナログアンプの増幅率が変化される。

＜バックアップ機能＞
従来のデジタルオーディオレコーダには、一のアナログ信号を、二通りの増幅率で増幅させて個別に記憶するバックアップ機能を備えたものがある。従来のバックアップ機能は、一のアナログ信号が入力される二つの信号経路を設けることにより実現される。二つの信号経路には、それぞれアナログアンプが接続される。一の信号経路に接続されたアナログアンプは、ユーザが設定した値の一の増幅率でアナログ信号を増幅させる。他の信号経路に接続されたアナログアンプは、ユーザが設定したよりも低い値の他の増幅率でアナログ信号を増幅させる。一の増幅率は、ユーザが増幅率調整ノブを操作することで設定される。一方、他の増幅率は、ユーザが表示パネルに設定画面を呼出し、この設定画面に値を入力することで設定される。

特開２０１４−７８２９８号公報 特開２０１２−５８７０４号公報 特開平０６−４４６３８号公報

しかし、ＶＣＡは、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、オペアンプ及び抵抗などの多数の電気部品からなる大規模回路である。このため、ＶＣＡを通過したアナログ信号にノイズが付加されてしまい、良好なＳ／Ｎ（Signal/Noise）比が得られない。また、部品点数の多いＶＣＡは、回路の製造に多大な手間とコストが掛かる。

一方、フォトレジスタは、硫化カドミウムセルである。このため、フォトレジスタを含む音響機器は、２００６年７月に施行されたＲｏＨＳ指令により、現在、ＥＵ諸国で販売することができない。現時点で、フォトレジスタの代替品は存在せず、ＥＵ諸国で販売する音響機器には、ＶＣＡを用いたリミッタ回路を適用するほかない。

また、従来のデジタルオーディオレコーダは、バックアップのための他のアナログアンプの増幅率を、あらかじめ表示パネルの設定画面に設定しなければならない。このため、ユーザは、録音の状況に応じて、他のアナログアンプの増幅率の設定を変更することができない。さらに、従来のデジタルオーディオレコーダに備えられたデジタルシグナルプロセッサは、Ａ／Ｄ変換された二つのデジタル信号に対して、同一のデジタル処理を行う構成となっている。つまり、従来のデジタルオーディオレコーダのバックアップ機能は、二つのアナログアンプの増幅率に差を持たせたに過ぎず、音の信号に関する種々の調整ができない。

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものである。本発明の第１の目的は、入力されたアナログ信号の信号レベルを、Ａ／Ｄ変換可能な最大電圧以下に抑えることが可能であり、良好なＳ／Ｎ比を維持しつつ、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号の歪みを防止することができるデジタルシグナルプロセッサ及び音響機器を提供することである。

本発明の第２の目的は、一のアナログ信号に対して、二以上のアナログアンプの増幅率の制御と、二以上のＡ／Ｄ変換器に変換された各デジタル信号の処理とを行うことができ、更に、これらの制御及び処理に関する調整を、二以上の信号経路ごとに個別に行うことが可能なバックアップ機能を備えた音響機器を提供することである。

（１）上記目的を達成するために、本発明のデジタルシグナルプロセッサは、音のアナログ信号を増幅するアナログアンプの増幅率の制御、及び前記アナログ信号がＡ／Ｄ変換されたデジタル信号の処理を行うデジタルシグナルプロセッサであって、前記アナログアンプの増幅率を、操作部で指定された第１増幅率よりも低い第２増幅率に設定する増幅率設定手段と、Ａ／Ｄ変換された前記デジタル信号を、前記第１増幅率よりも低い第３増幅率で増幅するデジタルアンプ手段と、前記第３増幅率で増幅された前記デジタル信号の信号レベルを、あらかじめ定められた閾値と比較し、この比較結果に基づいて、前記デジタル信号を、前記第３増幅率の範囲内で減衰させるデジタルリミッタ手段と、を備えた構成としてある。

（２）好ましくは、上記（１）のデジタルシグナルプロセッサにおいて、前記第３増幅率が、前記第１増幅率から前記第２増幅率を差し引いた値である構成にするとよい。

（３）好ましくは、上記（１）又は（２）のデジタルシグナルプロセッサにおいて、前記第３増幅率が、前記第２増幅率よりも低い構成にするとよい。

（４）上記目的を達成するために、本発明の音響機器は、音のアナログ信号を入力する信号入力部と、前記アナログ信号を増幅するアナログアンプと、前記アナログアンプの第１増幅率を指定するための操作部と、前記アナログアンプにより増幅された前記アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記アナログアンプの増幅率の制御、及び前記Ａ／Ｄ変換器に変換された前記デジタル信号の処理を行う上記（１）〜（３）のいずれかのデジタルシグナルプロセッサと、を備えた構成としてある。

（５）好ましくは、上記（４）の音響機器において、前記デジタルシグナルプロセッサによって処理された前記デジタル信号のデジタルデータを記憶するための記憶手段、又は前記記憶手段との接続部を備えた構成にするとよい。

（６）好ましくは、上記（４）又は（５）の音響機器において、一の前記信号入力部に対して、複数の前記アナログアンプ、前記操作部、前記Ａ／Ｄ変換器が接続され、複数の前記操作部で指定された二以上の前記第１増幅率に基づいて、前記デジタルシグナルプロセッサが、二以上の前記アナログアンプの増幅率の制御と、二以上の前記Ａ／Ｄ変換器に変換された各デジタル信号の処理とを行う構成にするとよい。

（７）好ましくは、上記（６）の音響機器において、前記信号入力部、前記アナログアンプ、前記操作部、前記Ａ／Ｄ変換器をそれぞれ含む複数の信号経路を備え、一の信号経路の前記信号入力部に、他の信号経路の前記アナログアンプ、前記操作部、前記Ａ／Ｄ変換器を選択的に接続し、一及び他の信号経路の前記操作部で指定された二つの前記第１増幅率に基づいて、前記デジタルシグナルプロセッサが、一及び他の信号経路の各アナログアンプの増幅率の制御と、一及び他の信号経路の各Ａ／Ｄ変換器に変換された二つの前記デジタル信号の処理とを行う構成にするとよい。

本発明のデジタルシグナルプロセッサ及び音響機器によれば、入力されたアナログ信号の信号レベルを、Ａ／Ｄ変換可能な最大電圧以下に抑えることが可能であり、良好なＳ／Ｎ比を維持しつつ、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号の歪みを防止することができる。

また、本発明の音響機器によれば、一のアナログ信号に対して、二以上のアナログアンプの増幅率の制御と、二以上のＡ／Ｄ変換器に変換された各デジタル信号の処理とを行うことができ、更に、これらの制御及び処理に関する調整を、二以上の信号経路ごとに個別に行うことが可能なバックアップ機能を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルシグナルプロセッサを備えた音響機器の外観構成を示すものである。図１Ａは正面図、図１Ｂは平面図、図１Ｃは左側面図、図１Ｄは右側面図である。 図２は、本実施形態の音響機器の回路を示すブロック図である。 図３は、本実施形態のデジタルシグナルプロセッサにより実行される増幅率設定ルーチンを示すフローチャートである。 図４は、本実施形態のデジタルシグナルプロセッサにより実行されるデジタルリミッタ処理ルーチンを示すフローチャートである。 図５は、本実施形態のデジタルシグナルプロセッサの入力−減衰率特性を示すグラフである。 図６は、本実施形態のデジタルシグナルプロセッサの信号処理を示す概略図である。 図７は、過大な信号レベルのアナログ信号がＡ／Ｄ変換された場合に生じるデジタル信号の歪みを示す概略図である。 従来の音響機器に搭載されたリミッタ回路の信号処理を示す概略図である。

以下、本発明の一実施形態に係るデジタルシグナルプロセッサを備えた音響機器について、図面を参照しつつ説明する。

＜外観構成＞
本実施形態の音響機器１の外観構成は、図１に示される。本実施形態の音響機器１は、デジタルオーディオレコーダである。しかし、デジタルオーディオレコーダは、本発明の音響機器の一例である。本発明の音響機器は、デジタルオーディオレコーダに限定されるものではなく、例えば、デジタルオーディオレコーダ、デジタルミキサー又はエフェクツユニットなど、音の信号を処理する音響機器に広く適用することができる。

本実施形態の音響機器１は、８チャンネルの音を録音することが可能な構成となっている。図１Ｃに示されるように、音響機器１の左側面には、四つの信号入力部１１Ａ〜１１Ｄが設けられている。一方、図１Ｄに示されるように、音響機器１の右側面にも、四つの信号入力部１１Ｅ〜１１Ｈが設けられている。八つの信号入力部１１Ａ〜１１Ｈには、例えば、図示しないマイク、又はギター、ベース、キーボードなどの楽器が接続される。信号入力部１１Ａ〜１１Ｈから入力された音のアナログ信号は、図２に示される八つの信号経路にそれぞれ出力される。

図１Ｃに示されるように、音響機器１の左側面には、二つのカードスロット（接続部）１７Ａ、１７Ｂが設けられている。カードスロット１７Ａ、１７Ｂは、図２に示されるＳＤメモリーカード３５（記憶手段）を挿入することが可能となっている。なお、音響機器１の記憶手段は、ＳＤメモリーカード３５に限定されるものではない。音響機器１には、デジタルデータの記憶が可能な内蔵式又は外付けの種々のデータメディアを適用することができる。

図１Ａ、１Ｂに示されるように、音響機器１の正面には、設定、録音、再生を行うための操作部及び表示部が設けられている。八つの増幅率調整ノブ（操作部）１２Ａ〜１２Ｈは、信号入力部１１Ａ〜１１Ｈから入力された音のアナログ信号のそれぞれの増幅率を、ユーザが個別に指定するためのものである。本実施形態では、増幅率調整ノブ１２Ａ〜１２Ｈによって指定された増幅率を「第１増幅率」という。第１増幅率の数値範囲は、特に限定されない。本実施形態の音響機器１は、増幅率調整ノブ１２Ａ〜１２Ｈを操作することにより、例えば、＋１０ｄＢ〜＋７５ｄＢの範囲内の第１増幅率を指定することが可能である。

表示パネル１３は、設定、録音、再生等に関する情報を表示する。表示パネル１３としては、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイを用いることができる。メニューボタン１４は、設定メニューを表示パネル１３に表示させる。選択・決定ノブ１５は、表示パネル１３に表示された設定事項の選択及び決定を行うためのものである。選択・決定ノブ１５は、例えば、回転操作及び押込操作が可能な構成となっている。表示パネル１３に表示された設定事項は、ユーザが選択・決定ノブ１５を回転操作することで選択される。また、設定事項の選択は、ユーザが選択・決定ノブ１５を押込操作することで決定される。

録音ボタン１６ａは、録音に関する制御処理を音響機器１に実行させるためのものである。ここでいう録音とは、音のアナログ信号からＡ／Ｄ変換されたデジタル信号のデジタルデータが、ＳＤメモリーカード３５に記憶されることを意味する。

再生・一時停止ボタン１６ｂは、ＳＤメモリーカード３５に記憶されたデジタルデータの再生、再生又は録音の一時停止に関する制御処理を音響機器１に実行させるためのものである。ここでいう再生とは、ＳＤメモリーカード３５に記憶されたデジタルデータが読み出されることを意味する。

再生・一時停止ボタン１６ｂが操作されると、音響機器１は、ＳＤメモリーカード３５に記憶されたデジタルデータを読み出し、音のデジタル信号を出力させる。また、デジタルデータが読み出されている最中に、再生・一時停止ボタン１６ｂが操作されると、音響機器１は、デジタルデータの読み出しを一時停止させる。さらに、デジタルデータが記憶されている最中に、再生・一時停止ボタン１６ｂが操作されると、音響機器１は、デジタルデータの記憶を一時停止させる。

停止ボタン１６ｃは、録音又は再生に関する制御処理を音響機器１に停止させるためのものである。早送りボタン１６ｄは、音響機器１にデジタルデータの読み出しを早送りさせるためのものである。早戻しボタン１６ｅは、音響機器１にデジタルデータの読み出しを早戻しさせるためのものである。

＜回路構成＞
次に、本実施形態の音響機器１の特徴的な回路構成について、図２を参照しつつ説明する。図２中の「１」〜「８」の番号で示されるように、音響機器１は、信号入力部１１Ａ〜１１Ｈのそれぞれに対応する八つの信号経路を有する。信号経路「１」〜「８」には、アナログアンプ２１Ａ〜２１Ｈと、Ａ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈとが一つずつ接続される。八つのＡ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈは、いずれもデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）２に接続される。Ａ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈに変換されたデジタル信号は、それぞれデジタルシグナルプロセッサ２によってデジタル処理される。

アナログアンプ２１Ａ〜２１Ｈは、信号入力部１１Ａ〜１１Ｈに入力された音のアナログ信号を、アナログ回路によって増幅する。アナログアンプ２１Ａ〜２１Ｈによって増幅されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈに出力される。

Ａ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈは、アナログアンプ２１Ａ〜２１Ｈによって増幅されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２ＨにＡ／Ｄ変換されたデジタル信号は、デジタルシグナルプロセッサ２に出力される。

デジタルシグナルプロセッサ２は、増幅率設定手段３１Ａ〜３１Ｈと、デジタルアンプ３２Ａ〜３２Ｈと、デジタルリミッタ手段３３Ａ〜３３Ｈとを備える。これらの増幅率設定手段３１Ａ〜３１Ｈ、デジタルアンプ３２Ａ〜３２Ｈ、デジタルリミッタ手段３３Ａ〜３３Ｈは、いずれもコンピュータプログラムに基づいて実行される、デジタルシグナルプロセッサ２のデジタル信号処理機能である。

増幅率設定手段３１Ａ〜３１Ｈは、八つの増幅率調整ノブ１２Ａ〜１２Ｈ及び八つのアナログアンプ２１Ａ〜２１Ｈにそれぞれ対応する。増幅率設定手段３１Ａ〜３１Ｈは、増幅率調整ノブ１２Ａ〜１２Ｈによって指定された第１増幅率の値を監視する。そして、増幅率設定手段３１Ａ〜３１Ｈは、第１増幅率の値に基づいて、アナログアンプ２１Ａ〜２１Ｈの増幅率を設定する。本実施形態では、増幅率設定手段３１Ａ〜３１Ｈによって設定されるアナログアンプ２１Ａ〜２１Ｈの増幅率を「第２増幅率」という。増幅率設定手段３１Ａ〜３１Ｈの処理については、後に詳述する。

デジタルアンプ３２Ａ〜３２Ｈは、八つのＡ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈにそれぞれ対応する。デジタルアンプ３２Ａ〜３２Ｈは、Ａ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈから出力されたデジタル信号を、デジタル信号処理によって増幅する。Ａ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈには、所定の増幅率があらかじめ設定される。実施形態では、デジタルアンプ３２Ａ〜３２Ｈに設定される所定の増幅率を「第３増幅率」という。デジタルアンプ３２Ａ〜３２Ｈによって増幅されたデジタル信号は、デジタルリミッタ手段３３Ａ〜３３Ｈに出力される。デジタルアンプ３２Ａ〜３２Ｈの処理については、後に詳述する。

デジタルリミッタ手段３３Ａ〜３３Ｈは、デジタルアンプ３２Ａ〜３２Ｈによって増幅されたデジタル信号をリミッタ処理する。すなわち、デジタルリミッタ手段３３Ａ〜３３Ｈは、第３増幅率で増幅されたデジタル信号の信号レベルが過大な場合に、このデジタル信を、デジタル信号処理によって減衰させる。デジタルリミッタ手段３３Ａ〜３３Ｈから出力されたデジタル信号は、例えば、ＳＤメモリーカード３５などの記憶手段に記憶される。デジタルリミッタ手段３３Ａ〜３３Ｈの処理については、後に詳述する。

＜増幅処理＞
次に、本実施形態の音響機器１における信号の増幅処理について、図１〜図３を参照しつつ説明する。なお、増幅処理の説明を簡単にするために、以下、八つの信号入力部１１Ａ〜１１Ｈのうち、一の信号入力部１１Ａに対応する信号経路「１」による増幅処理について説明する。他の信号入力部１１Ｂ〜１１Ｈに対応する信号経路「２」〜「８」においても、以下の説明と同様の増幅処理が行われる。

図１及び図２において、信号入力部１１Ａには、例えば、マイク、又はギター、ベース、キーボードなどの楽器が接続される。音響機器１のユーザは、増幅率調整ノブ１２Ａを操作して、例えば、＋１０ｄＢ〜＋７５ｄＢの範囲内の第１増幅率を指定する。本実施形態では、ユーザが、第１増幅率の値として「＋５５ｄＢ」を指定したと仮定する。

増幅率設定手段３１Ａは、図３に示される増幅率設定ルーチンを実行する。音響機器１の電源が投入され、システムが起動されると、増幅率設定手段３１Ａは、第１増幅率の値が変更されたか否かを判断する（ステップＳ１）。つまり、増幅率設定手段３１Ａは、増幅率調整ノブ１２Ａによって指定された第１増幅率の値を監視し、現在の第１増幅率の値が、過去に指定された第１増幅率の値から変更されたか否かを判断するのである。

ステップＳ１において、増幅率設定手段３１Ａは、第１増幅率の値が変更されたと判別した場合（ステップＳ１の「ＹＥＳ」）、ステップＳ２の処理を実行する。すなわち、増幅率設定手段３１Ａは、変更された第１増幅率の値よりも低い値を、アナログアンプ２１Ａの第２増幅率として設定する。本実施形態では、増幅率設定手段３１Ａが、例えば、第１増幅率から「＋１０ｄＢ」を減算した値を、アナログアンプ２１Ａの第２増幅率として設定するものとする。したがって、増幅率設定手段３１Ａは、ユーザが指定した第１増幅率の値「＋５５ｄＢ」から「＋１０ｄＢ」を減算した「＋４５ｄＢ」を、アナログアンプ２１Ａの第２増幅率として設定する。この結果、アナログアンプ２１Ａは、信号入力部１１Ａから入力される音のアナログ信号を、ユーザが指定した第１増幅率「＋５５ｄＢ」で増幅するのではなく、これよりも低い第２増幅率「＋４５ｄＢ」で増幅する。その後、増幅率設定手段３１Ａは、ステップＳ１の判断を繰り返し、増幅率調整ノブ１２Ａによって指定された第１増幅率の値の変更を監視する。

一方、ステップＳ１において、増幅率設定手段３１Ａは、第１増幅率の値が変更されていないと判別した場合（ステップＳ１の「ＮＯ」）、このステップＳ１の判断を繰り返し、増幅率調整ノブ１２Ａによって指定された第１増幅率の値の変更を監視する。

次いで、図２に示されるように、第２増幅率で増幅されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器２２ＡによってＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号は、デジタルシグナルプロセッサ２に出力される。デジタルシグナルプロセッサ２のデジタルアンプ３２Ａは、Ａ／Ｄ変換器２２Ａから出力されたデジタル信号を、デジタル信号処理によって、あらかじめ設定された第３増幅率で増幅する。本実施形態では、第３増幅率の値を、例えば、「＋１０ｄＢ」とする。これにより、第２増幅率「＋４５ｄＢ」と第３増幅率「＋１０ｄＢ」との合計が、ユーザによって指定された第１増幅率「＋５５ｄＢ」と一致する。すなわち、本実施形態の音響機器１は、ユーザによって指定された第１増幅率「＋５５ｄＢ」を、アナログ信号処理の第２増幅率「＋４５ｄＢ」と、デジタル信号処理の第３増幅率「＋１０ｄＢ」とに振り分けているのである。そして、デジタル信号処理の第３増幅率「＋１０ｄＢ」は、次に説明するデジタルリミッタ手段３３Ａ〜３３Ｈのリミッタ処理に利用される。

＜リミッタ処理＞
次に、本実施形態の音響機器１における信号のリミッタ処理について、図２及び図４を参照しつつ説明する。なお、リミッタ処理の説明を簡単にするために、以下、八つのデジタルリミッタ手段３３Ａ〜３３Ｈのうち、一のデジタルリミッタ手段３３Ａによるリミッタ処理について説明する。他のデジタルリミッタ手段３３Ｂ〜３３Ｈも、以下の説明と同様のリミッタ処理を行う。

図２に示されるように、第３増幅率で増幅されたデジタル信号は、デジタルリミッタ手段３３Ａに入力される。デジタルリミッタ手段３３Ａは、図４に示されるデジタルリミッタ処理ルーチンを実行する。

ステップＳ１１において、デジタルリミッタ手段３３Ａは、第３増幅率で増幅されたデジタル信号の信号レベルが、あらかじめ定められた閾値以上か否かを判断する。すなわち、第３増幅率で増幅されたデジタル信号の信号レベルが、デジタルシグナルプロセッサ２で処理可能な信号レベルを超える場合は、デジタル信号の不連続な歪みを生じる（図７右の信号波形を参照）。そこで、デジタルリミッタ手段３３Ａは、第３増幅率で増幅されたデジタル信号の信号レベルが、あらかじめ定められた閾値以上であると判別した場合（ステップＳ１１の「ＹＥＳ」）、ステップＳ１２の処理を実行する。ステップＳ１２において、デジタルリミッタ手段３３Ａは、閾値を超える信号レベルのデジタル信号を、所定の減衰率で減衰させる。

ここで、ステップＳ１１の判断に用いられる閾値は、デジタルシグナルプロセッサ２で処理可能な信号レベルの上限値とすることができる。ステップＳ１１の閾値は、例えば、「−０．５ｄＢＦｓ」に設定される。この「−０．５ｄＢＦｓ」は、デジタルシグナルプロセッサ２で処理可能な信号レベルの上限値であり、Ａ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈが変換可能な最大電圧「５．０Ｖ」（図６を参照）に対応している。

図５は、「−０．５ｄＢＦｓ」を超える信号レベルのデジタル信号が、デジタルリミッタ手段３３Ａに入力された場合の「入力−減衰率特性」を示す。図５に示されるように、デジタルリミッタ手段３３Ａは、「−０．５ｄＢＦｓ」を超えた部分の信号レベルに応じて、デジタル信号を「０」〜「１」の範囲の減衰率で減衰させる。この結果、「−０．５ｄＢＦｓ」を超える信号レベルのデジタル信号は、最大で「＋１０ｄＢ」減衰される（ステップＳ１２）。

すなわち、デジタルリミッタ手段３３Ａは、第３増幅率「＋１０ｄＢ」で増幅されたデジタル信号の信号レベルが、閾値「−０．５ｄＢＦｓ」以上であると判別した場合（ステップＳ１１の「ＹＥＳ」）、このデジタル信号を最大で「＋１０ｄＢ」減衰させる（ステップＳ１２）。つまり、ステップＳ１２の減衰は、第３増幅率「＋１０ｄＢ」の範囲内で行われるのである。このステップＳ１２の減衰によって、デジタル信号の信号レベルが「−０．５ｄＢＦｓ」以下となる場合、デジタル信号の不連続な歪みは生じず、かつデジタル信号は、最も適切な増幅率で増幅されたことになる。このようなステップＳ１２の処理が終了すると、デジタルリミッタ手段３３Ａは、ステップＳ１１の判断を繰り返し、デジタル信号の信号レベルを監視する。

一方、ステップＳ１１において、デジタルリミッタ手段３３Ａは、第３増幅率で増幅されたデジタル信号の信号レベルが、あらかじめ定められた閾値以上でないと判別した場合（ステップＳ１１の「ＮＯ」）、このステップＳ１１の判断を繰り返し、デジタル信号の信号レベルを監視する。第３増幅率「＋１０ｄＢ」で増幅されたデジタル信号の信号レベルが、閾値「−０．５ｄＢＦｓ」未満である場合、デジタル信号の不連続な歪みは生じない。

図２に示されるように、デジタルリミッタ手段３３Ａ〜３３Ｈから出力されたデジタル信号は、例えば、ＳＤメモリーカード３５などの記憶手段に記憶される。本実施形態の音響機器１によれば、上述した増幅処理とリミッタ処理とが相俟って、デジタル信号の不連続な歪みが除去され又は軽減される。この結果、ＳＤメモリーカード３５には、ノイズが除去され又は軽減された良好な音のデジタル信号データが記憶される。

＜バックアップ機能＞
次に、本実施形態の音響機器１のバックアップ機能について、図２を参照しつつ説明する。

図２に示されるように、八つの信号経路「１」〜「８」のうち、信号入力部１１Ｅ〜１１Ｈに対応する四つの信号経路「５」〜「８」には、それぞれリレー２３Ｅ〜２３Ｈが設けられている。また、信号入力部１１Ａ〜１１Ｄに対応する四つの信号経路「１」〜「４」は、リレー２３Ｅ〜２３Ｈを介して、信号経路「５」〜「８」に選択的に接続可能となっている。

リレー２３Ｅ〜２３Ｈの切替制御は、デジタルシグナルプロセッサ２の切替制御手段３４により行われる。リレー２３Ｅが切り替えられることにより、信号入力部１１Ｅと信号経路「５」との接続が断たれ、信号経路「１」と「５」とが接続される。これにより、信号入力部１１Ａから入力される音のアナログ信号は、二つの信号経路「１」及び「５」に提供される。同様に、リレー２３Ｆが切り替えられることにより、信号入力部１１Ｆと信号経路「６」との接続が断たれ、信号経路「２」と「６」とが接続される。これにより、信号入力部１１Ｂから入力される音のアナログ信号は、二つの信号経路「２」及び「６」に提供される。同様に、リレー２３Ｇが切り替えられることにより、信号入力部１１Ｇと信号経路「７」との接続が断たれ、信号経路「３」と「７」とが接続される。これにより、信号入力部１１Ｃから入力される音のアナログ信号は、二つの信号経路「３」及び「７」に提供される。同様に、リレー２３Ｈが切り替えられることにより、信号入力部１１Ｈと信号経路「８」との接続が断たれ、信号経路「４」と「８」とが接続される。これにより、信号入力部１１Ｄから入力される音のアナログ信号は、二つの信号経路「４」及び「８」に提供される。

すなわち、本実施形態の音響機器１では、リレー２３Ｅ〜２３Ｈが切り替えられることにより、信号経路「５」〜「８」が、信号経路「１」〜「４」のバックアップ信号経路として機能する。また、上述したように、信号経路「１」〜「８」には、アナログアンプ２１Ａ〜２１Ｈと、Ａ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈとが一つずつ接続され、Ａ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈに変換されたデジタル信号は、デジタルシグナルプロセッサ２によって個別にデジタル信号処理される。したがって、本実施形態の音響機器１では、例えば、信号入力部１１Ａから入力される一のアナログ信号に対して、信号経路「１」の設定値と、これと異なる信号経路「５」の設定値とを適用することが可能である。この結果、本実施形態の音響機器１によれば、異なる二通りの調整を行った二種類のデジタル信号データを、ＳＤメモリーカード３５に記憶させることが可能となる。つまり、最も音質の良好な録音データが取得される可能性が高くなる。ここでいう調整には、上述した本実施形態の増幅処理及びリミッタ処理のほかに、低域カット処理、及び周波数特性の補正処理（イコライジング）など、音の信号に関する制御及び処理の調整が含まれる。

例えば、本実施形態の音響機器１によれば、信号入力部１１Ａから入力される一のアナログ信号に対して、設定値の異なる二通りの増幅処理及びリミッタ処理を適用することができる。例えば、ユーザは、増幅率調整ノブ１２Ａを操作して、信号経路「１」の第１増幅率の値を「＋５５ｄＢ」に指定する。これにより、信号入力部１１Ａから信号経路「１」に入力されるアナログ信号には、第２増幅率「＋４５ｄＢ」のアナログ増幅処理と、第３増幅率「＋１０ｄＢ」のデジタル増幅処理と、「＋１０ｄＢ」のリミッタ処理とが適用される。一方、ユーザは、バックアップとして、増幅率調整ノブ１２Ｅを操作して、信号経路「５」の第１増幅率の値を「＋４５ｄＢ」に指定する。これにより、信号入力部１１Ａから信号経路「５」に入力されるアナログ信号には、第２増幅率「＋３５ｄＢ」のアナログ増幅処理と、第３増幅率「＋１０ｄＢ」のデジタル増幅処理と、「＋１０ｄＢ」のリミッタ処理とが適用される。この結果、仮に、信号経路「１」の設定によって除去できないデジタル信号の歪みが生じたとしても、このデジタル信号の歪みが、バックアップの信号経路「５」の設定によって除去される可能性がある。

＜作用効果＞
上述した本実施形態の音響機器１の作用効果について、図２及び図６を参照しつつ説明する。

図６は、左、中央、右の順番に三つの信号波形を示す。図６左の信号波形は、アナログアンプ２１Ａ〜２１Ｈに増幅された音のアナログ信号である。図６中央の信号波形は、Ａ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈに変換されたデジタル信号である。図６右の信号波形は、デジタルアンプ手段３２Ａ〜３２Ｈの増幅処理と、デジタルリミッタ手段３３Ａ〜３３Ｈのリミッタ処理を経たデジタル信号である。

本実施形態の音響機器１では、増幅率設定手段３１Ａ〜３１Ｈが、アナログアンプ２１Ａ〜２１Ｈの増幅率を、増幅率調整ノブ１２Ａ〜１２Ｈで指定された第１増幅率「５５ｄＢ」よりも「＋１０ｄＢ」低い、第２増幅率「＋４５ｄＢ」に設定する。これにより、図６左の信号波形のように、第１増幅率「５５ｄＢ」で増幅されたならば、Ａ／Ｄ変換可能な最大電圧「５．０Ｖ」を超えてしまうアナログ信号の信号レベルを、最大電圧「５．０Ｖ」以下に抑えることができる。この結果、図６中央の信号波形のように、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号の不連続な歪みが防止される。

図６中央の信号波形のように、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号は、デジタルアンプ手段３２Ａ〜３２Ｈのデジタル信号処理によって、第３増幅率「＋１０ｄＢ」で増幅される。この結果、デジタル信号は、第２増幅率「＋４５ｄＢ」と第３増幅率「＋１０ｄＢ」との合計により、増幅率調整ノブ１２Ａ〜１２Ｈで指定された第１増幅率「５５ｄＢ」で増幅されたことになる。

図６右の信号波形のように、第３増幅率「＋１０ｄＢ」で増幅されたデジタル信号の信号レベルが、デジタルシグナルプロセッサ２で処理可能な信号レベルの上限値「−０．５ｄＢＦｓ」以上である場合は、デジタルリミッタ手段３３Ａ〜３３Ｈが、デジタル信号を最大で「＋１０ｄＢ」減衰させる。これにより、デジタルシグナルプロセッサ２から出力される最終的なデジタル信号の不連続な歪みが防止される。この結果、ＳＤメモリーカード３５などの記憶手段には、ノイズが除去され又は軽減された良好な音のデジタル信号データが記憶される。

上述した本実施形態の音響機器１の増幅処理及びリミッタ処理は、デジタルシグナルプロセッサ２のデジタル信号処理機能によって実現される。したがって、本実施形態の音響機器１は、従来のＶＣＡを用いたリミッタ回路のように、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、オペアンプ及び抵抗などの多数の電気部品からなる大規模回路を設ける必要がない。

さらに、本実施形態の音響機器１によれば、増幅処理及びリミッタ処理の後も、デジタル信号の良好なＳ／Ｎ比を維持することができる。

まず、本実施形態のリミッタ処理が、Ｓ／Ｎ比に与える影響について検討する。本実施形態の音響機器１は、音のアナログ信号をＡ／Ｄ変換したデジタル信号に対して、リミッタ処理を行う。このリミッタ処理の対象となるデジタル信号は、デジタルアンプ手段３２Ａ〜３２Ｈによって「＋１０ｄＢ」のデジタル増幅処理がなされている。このデジタル信号を、リミッタ処理によって最大で「＋１０ｄＢ」減衰させたとしても、元のアナログ信号がＡ／Ｄ変換されたデジタル信号が減衰されたことにはならない。また、元のアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換可能な最大電圧「５．０Ｖ」よりも「＋１０ｄＢ」低い信号レベルで、Ａ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈに入力される。これにより、元のアナログ信号の信号レベルが過大であったとしても、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号に不可逆的な歪みは生じない。したがって、本実施形態のリミッタ処理によって、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号が歪むことはなく、リミッタ処理に起因するノイズは生じない。

次に、本実施形態の増幅処理が、Ｓ／Ｎ比に与える影響について検討する。本実施形態の音響機器１では、元のアナログ信号が、Ａ／Ｄ変換可能な最大電圧５．０Ｖよりも「＋１０ｄＢ」低い信号レベルで、Ａ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈに入力される。このため、本実施形態の音響機器１は、Ａ／Ｄ変換時に、Ｓ(Signal）が相対的に小さくなり、Ｎ（Noise）が相対的に大きくなる。

しかし、音響機器１のトータルノイズ量Ｎ_Ｔは、下記（１）式により算出される。このため、元のアナログ信号に含まれるノイズ量Ｎ_Ａに対して、Ａ／Ｄ変換時のノイズ量Ｎ_Ｃが十分に小さい場合、Ａ／Ｄ変換時のノイズ量Ｎ_Ｃは問題にならない。仮に、Ａ／Ｄ変換時のノイズ量Ｎ_Ｃが問題になるほど、元のアナログ信号に含まれるノイズ量Ｎ_Ａが小さくなるのは、元のアナログ信号の信号レベルが小さい場合である。元のアナログ信号の信号レベルが小さいならば、そもそもリミッタ処理は必要ない。したがって、本実施形態の増幅処理が、Ｓ／Ｎ比に与える影響は極めて小さい。
Ｎ_Ｔ＝Ｎ_Ａ ^２＋Ｎ_Ｃ ^２・・・（１）

上述したように、Ａ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈが一般的な性能を有するならば、本実施形態の音響機器１は、従来のＶＣＡを用いたリミッタ回路よりも極めて良好に、デジタル信号のＳ／Ｎ比を維持することができる。

以下、本実施形態の音響機器１のＳ／Ｎ比についての具体例を説明する。例えば、増幅率調整ノブ１２Ａ〜１２Ｈによって第１増幅率「＋５５ｄＢ」が指定された場合の性能条件を、入力換算雑音＝−１２０ｄＢｕ、Ａ／Ｄ変換器２２Ａ〜２２Ｈのノイズ量Ｎ_Ｃ＝−１００ｄＢｕと仮定する。

元のアナログ信号に含まれるノイズ量Ｎ_Ａは、以下のように算出される。
Ｎ_Ａ＝入力換算雑音＋増幅率
＝−１２０ｄＢｕ＋５５ｄＢ
＝−６５ｄＢｕ
Ｎ_Ａ＝−６５ｄＢｕを電圧に換算すると、以下の値になる。
１０^{（−６５／２０）}×０．７７５×１０００＝０．４３５８１５ｍＶ

Ａ／Ｄ変換時のノイズ量Ｎ_Ｃ＝−１００ｄＢｕを電圧に換算すると、以下の値になる。
１０^{（−１００／２０）}×０．７７５×１０００＝０．００７７５ｍＶ

音響機器１のトータルノイズ量Ｎ_Ｔは、下記（１）式より、以下の値になる。
Ｎ_Ｔ＝Ｎ_Ａ ^２＋Ｎ_Ｃ ^２・・・（１）
Ｎ_Ｔ＝（０．４３５８１５）^２＋（０．００７７５）^２
＝−６４．９９８６ｄＢｕ

以上のとおり、本実施形態の音響機器１では、元のアナログ信号に含まれるノイズ量Ｎ_Ａ＝−６５ｄＢｕに対して、トータルノイズ量Ｎ_Ｔ＝−６４．９９８６ｄＢｕであり、０．００１４ｄＢｕの僅かなノイズしか増えていない。したがって、本実施形態の音響機器１によれば、デジタル信号のＳ／Ｎ比は良好に維持される。

さらに、本実施形態の音響機器１では、図２に示されるリレー２３Ｅ〜２３Ｈが切り替えられることにより、信号経路「５」〜「８」が、信号経路「１」〜「４」のバックアップ信号経路として機能する。これにより、信号入力部１１Ａ〜１１Ｄから入力される各アナログ信号に対して、設定値の異なる二通りの増幅処理及びリミッタ処理を適用することができる。

また、本実施形態の音響機器１は、図１Ａに示すメニューボタン１４、選択・決定ノブ１５及び表示パネル１３を使用して、八つの信号経路「１」〜「８」に入力される音の信号に関する種々の調整を行うことが可能である。そして、本実施形態の音響機器１は、八つの信号経路「１」〜「８」のうち、四つの信号経路「５」〜「８」をそのまま使用してバックアップ機能を実現している。したがって、本実施形態の音響機器１は、バックアップ専用の信号経路、操作部、プログラムを新たに設けることなく、音の信号に関する種々の調整を行うことが可能なバックアップ機能を提供することができる。

＜その他の変更＞
本発明のデジタルプロセッサ及び音響機器は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態の増幅及び減衰に関する数値及び数値範囲は、全て例示であり、本発明のデジタルプロセッサ及び音響機器を実施する際に、適宜変更することが可能である。また、図１〜図４に示された構成及び処理も例示であり、本発明のデジタルプロセッサ及び音響機器の構成及び処理は、図１〜図４に限定されるものではない。

１ 音響機器
２ デジタルシグナルプロセッサ
１１Ａ〜１１Ｈ 信号入力部
１２Ａ〜１２Ｈ 増幅率調整ノブ（操作部）
１３ 表示パネル
１４ メニューボタン
１５ 選択・決定ノブ
１６ａ 録音ボタン
１６ｂ 再生・一時停止ボタン
１６ｃ 停止ボタン
１６ｄ 早送りボタン
１６ｅ 早戻しボタン
１７Ａ、１７Ｂ カードスロット（接続部）
２１Ａ〜２１Ｈ アナログアンプ
２２Ａ〜２２Ｈ Ａ／Ｄ変換器
２３Ｅ〜２３Ｈ リレー
３１Ａ〜３１Ｈ 増幅率設定手段
３２Ａ〜３２Ｈ デジタルアンプ手段
３３Ａ〜３３Ｈ デジタルリミッタ手段
３４ 切替制御手段
３５ ＳＤメモリーカード（記憶手段）

Claims (7)

1. 音のアナログ信号を増幅するアナログアンプの増幅率の制御、及び前記アナログアンプにより増幅された前記アナログ信号がＡ／Ｄ変換されたデジタル信号の処理を行うデジタルシグナルプロセッサであって、
   前記アナログアンプの増幅率を、操作部で指定された第１増幅率よりも低い第２増幅率に設定する増幅率設定手段と、
   Ａ／Ｄ変換された前記デジタル信号を、前記第１増幅率よりも低い第３増幅率で増幅するデジタルアンプ手段と、
   前記第３増幅率で増幅された前記デジタル信号の信号レベルが、あらかじめ定められた閾値以上の場合に、前記デジタル信号を、前記第３増幅率の範囲内で減衰させるデジタルリミッタ手段と、
   を備えたことを特徴とするデジタルシグナルプロセッサ。
2. 前記第３増幅率が、前記第１増幅率から前記第２増幅率を差し引いた値である請求項１に記載のデジタルシグナルプロセッサ。
3. 前記第３増幅率が、前記第２増幅率よりも低い請求項１又は２に記載のデジタルシグナルプロセッサ。
4. 音のアナログ信号を入力する信号入力部と、
   前記アナログ信号を増幅するアナログアンプと、
   前記アナログアンプの第１増幅率を指定するための操作部と、
   前記アナログアンプにより増幅された前記アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記アナログアンプの増幅率の制御、及び前記Ａ／Ｄ変換器に変換された前記デジタル信号の処理を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載のデジタルシグナルプロセッサと、
   を備えたことを特徴とする音響機器。
5. 前記デジタルシグナルプロセッサによって処理された前記デジタル信号のデジタルデータを記憶するための記憶手段、又は前記記憶手段との接続部を備えた請求項４に記載の音響機器。
6. 一の前記信号入力部に対して、複数の前記アナログアンプ、前記操作部、前記Ａ／Ｄ変換器が接続され、複数の前記操作部で指定された二以上の前記第１増幅率に基づいて、前記デジタルシグナルプロセッサが、二以上の前記アナログアンプの増幅率の制御と、二以上の前記Ａ／Ｄ変換器に変換された各デジタル信号の処理とを行う請求項４又は５に記載の音響機器。
7. 前記信号入力部、前記アナログアンプ、前記操作部、前記Ａ／Ｄ変換器をそれぞれ含む複数の信号経路を備え、一の信号経路の前記信号入力部に、他の信号経路の前記アナログアンプ、前記操作部、前記Ａ／Ｄ変換器を選択的に接続し、一及び他の信号経路の前記操作部で指定された二つの前記第１増幅率に基づいて、前記デジタルシグナルプロセッサが、一及び他の信号経路の各アナログアンプの増幅率の制御と、一及び他の信号経路の各Ａ／Ｄ変換器に変換された二つの前記デジタル信号の処理とを行う請求項６に記載の音響機器。