JP6674608B2

JP6674608B2 - ボリウム制御装置

Info

Publication number: JP6674608B2
Application number: JP2015144602A
Authority: JP
Inventors: 征幸佐藤
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2020-04-01
Anticipated expiration: 2035-07-22
Also published as: JP2017028478A

Description

本発明は、オーディオ機器の電子ボリウムを制御するボリウム制御装置にかかり、特に電子ボリウムの切り替えノイズ（ジッパーノイズ）の低減および切替時間の低減などを図ったボリウム制御装置に関する。

オーディオ機器は、オーディオ信号のボリウム値（音量）を調整するための電子ボリウムを備えている。この電子ボリウムは、装備されたマイクロコンピュータなどによるボリウム制御装置からの指令に基づいてボリウム値が調整されるが、その調整のための切替時にジッパーノイズが発生する。

すなわち、図５（ａ）のように、入力するオーディオ信号Ｖｉｎのボリウム値を任意の時点で制御データＤＯＵＴによって切り替えると、出力するオーディオ信号Ｖｏｕｔに大きな変曲点Ｂが形成され、ジッパーノイズが発生する。

そこで、ジッパーノイズの改善手法として、（１）入力するオーディオ信号Ｖｉｎのゼロクロス検出時点で一挙にボリウム値を切り替える手法、（２）任意のタイミングで１ステップずつ複数回に分けてボリウム値を切り替える手法、（３）ゼロクロス時点毎に１ステップずつ複数回に分けてボリウム値を切り替える手法（特許文献１）などが提案されている。

特開２００８−１０３８７７号公報

（１）のゼロクロス検出時点で一挙にボリウム値を切り替える手法は、図５（ｂ）に示すように、ボリウム値の切り替え時の電位変動が少なく変曲点の生成が抑制されるが、ゼロクロス検出回路の精度ばらつきや、装置全体の応答速度のばらつきにより、ゼロクロス時点からずれた電位でボリウム値が切り替わることがあり、このような場合は変曲点が生成され、ジッパーノイズが発生する。

（２）の任意の時点で段階的にボリウム値を切り替える手法は、１ステップずつ切り替わるために電位変動が少なく変曲点の生成が抑制されるが、入力するオーディオ信号Ｖｉｎのピーク値付近でボリウム値の切り替えるとき、図５（ｃ）に示すように、電位変動が大きくなる。この結果、変曲点の生成が抑制されず、ジッパーノイズが発生する。

（３）のゼロクロス時点毎に１ステップずつボリウム値を切り替える手法は、（１）の手法で説明した問題点に加えて、ボリウム値が目標値に達するまでのステップ数が多い場合に、そのボリウム値の切り替えの完了に要する時間がかかり、その遅延が聴感上で目立つほどになる場合がある。一般的な音声帯域でのオーディオ信号ではゼロクロス時点の検出頻度が高くなるが、プロフェッショナル用機器の場合では、単一周波数の信号を取り扱う場合にゼロクロス時点の検出頻度が低くなるために上記問題が深刻となる。

本発明の目的は、上記問題点を解消し、ボリウム値の切り替え時のジッパーノイズの発生抑制とその切り替え時間の短縮化を実現したボリウム制御装置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にかかる発明は、入力するオーディオ信号のボリウム値を電子ボリウムによって制御するボリウム制御装置において、前記オーディオ信号のゼロクロス時点のタイミングを含み前記オーディオ信号の所定レベルで決まる有効期間をもつゼロクロス検出信号を出力するゼロクロス検出回路と、クロック信号を生成するクロック信号生成回路と、前記ゼロクロス検出信号の前記有効期間中に存在する前記クロック信号の２以上のパルスにより、前記電子ボリウムのボリウム値を現在値から目標値に向かって２回以上にわたって、段階的に遷移させるボリウム設定回路と、を備えることを特徴とする。

請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のボリウム制御装置において、前記ボリウム設定回路は、前記目標値が格納される第１レジスタと、前記現在値が格納される第２レジスタと、前記第１レジスタの前記目標値と前記第２レジスタの前記現在値を比較する分析回路と、前記ゼロクロス検出信号の前記有効期間中に存在する前記クロック信号の前記各パルス毎に前記分析回路の分析結果に応じて前記第２レジスタの前記現在値を段階的に更新する制御回路と、を備えることを特徴とする。

請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載のボリウム制御装置において、前記ゼロクロス検出回路は、前記オーディオ信号の前記ゼロクロス時点から正電圧方向に所定レベルだけ離れた第１の時点と前記ゼロクロス時点から負電圧方向に所定レベルだけ離れた第２の時点との間の期間を前記有効期間とする前記ゼロクロス検出信号を生成することを特徴とする。

請求項４にかかる発明は、請求項１又は２に記載のボリウム制御装置において、前記ゼロクロス検出回路は、前記オーディオ信号の前記ゼロクロス時点から所定時間が経過した時点までの期間に有効となるゼロクロス検出信号を生成することを特徴とする。

請求項５にかかる発明は、請求項１、２、３又は４に記載のボリウム制御装置において、前記分析回路は、前記第１レジスタの前記目標値と前記第２レジスタの現在値が一致しているときに「一致」の指令を出し、前記クロック信号生成回路は、前記分析回路が前記「一致」の指令を出すことによって前記クロック信号の出力を停止することを特徴とする。

本発明によれば、ゼロクロス検出信号の有効期間中のクロック信号の１又は２以上の各パルス毎にボリウム値を更新するので、電子ボリウムにおけるボリウム値の切り替え時のジッパーノイズを効果的に抑制することができ、またゼロクロス検出信号の有効期間中にボリウム値を複数回更新できるので、切り替え時間を短縮化できる。

また、ゼロクロス検出回路を、入力するオーディオ信号のゼロクロス時点から正電圧方向に所定レベルだけ離れた第１の時点とゼロクロス時点から負電圧方向に所定レベルだけ離れた第２の時点との期間を有効期間とするゼロクロス検出信号を生成するように構成することで、入力するオーディオ信号が低周波数の信号でゼロクロス検出の頻度が低下した場合でも、ボリウム値の切り替え時間が長くなることを抑制でき、聴感上違和感がない切り替えが可能となる。

また、入力するオーディオ信号の周波数が低いときは上記のようにゼロクロス時点の発生頻度が低くなるがゼロクロス検出信号の有効期間が長くなり、オーディオ信号の周波数が高いときはゼロクロス時点の発生頻度が高くなるがゼロクロス検出信号の有効期間が短くなるため、入力するオーディオ信号の周波数に依存せずに、ボリウム値の切り替えに要する時間をほぼ一定にすることができる。

本発明のボリウム制御装置の構成を示す回路図である。本発明のボリウム制御装置の動作波形図である。図２のＡ部分の拡大波形図である。別の例のゼロクロス検出回路の回路図だる。従来のボリウム切り替え時の波形である。

図１に本発明の１つの実施例のボリウム制御装置の回路を示す。１０は電子ボリウム、２０はこの電子ボリウム１０のボリウム値（現在値）を設定するボリウム設定回路、３０はゼロクロス検出回路、４０はクロック信号生成回路である。

ボリウム設定回路２０は、外部から入力されるボリウム値（目標値）であるデータＤＩＮを格納する第１レジスタ２１と、電子ボリウム１０に設定するボリウム値（現在値）であるデータＤＯＵＴを格納する第２レジスタ２２と、第１レジスタ２１のデータＤＩＮと第２レジスタ２２のデータＤＯＵＴを比較する分析回路２３と、第２レジスタ２２のデータＤＯＵＴを段階的に更新する制御回路２４を備えている。

分析回路２３は、第１レジスタ２１のデータＤＩＮと第２レジスタ２２のデータＤＯＵＴの大きさを比較して、制御回路２４に対して、ＤＩＮ＜ＤＯＵＴのときは「減衰」の指令を出し、ＤＩＮ＞ＤＯＵＴのときは「増幅」の指令を出し、ＤＩＮ＝ＤＯＵＴのときは「維持」の指令を出す。

また、分析回路２３は、クロック信号生成回路４０に対して、ＤＩＮ≠ＤＯＵＴのときは「不一致」の指令を出力し、ＤＩＮ＝ＤＯＵＴのときは「一致」の指令を出力する。

制御回路２４は、ゼロクロス検出回路３０から出力するゼロクロス時点を示すゼロクロス検出信号Ｖｓｚとクロック信号生成回路４０から出力するクロック信号Ｖｃｌｋとの論理積で得られるクロック信号を取り込む。そして、ゼロクロス検出信号Ｖｓｚの有効期間Ｔ１（図２、図３参照）内に、分析回路２３から入力する指令が「増幅」のときは、第２レジスタ２２に対してそのデータＤＯＵＴをクロック信号Ｖｃｌｋの各パルス毎に段階的に増大させる制御信号を出し、これにより電子ボリウム１０のボリウム値を段階的に大きくする。また、「減衰」のときは第２レジスタ２２に対してそのデータＤＯＵＴをクロック信号Ｖｃｌｋの各パルス毎に段階的に減少させる制御信号を出し、これにより電子ボリウム１０のボリウム値を段階的に小さくする。さらに、「維持」のときはデータＤＯＵＴの更新内容を零とする制御信号を出す。

ゼロクロス検出回路３０は、入力するオーディオ信号Ｖｉｎのゼロクロス時点を中心に正負の閾値電圧（＋Ｖｚ／−Ｖｚ）をもつウインドコンパレータ３１で構成されている。このため、ゼロクロス検出信号Ｖｓｚの有効期間Ｔ１を示すパルス幅は、オーディオ信号のゼロクロス時点の前後の期間を示す時間幅となる（図２参照）。よって、この有効期間Ｔ１は入力するオーディオ信号Ｖｉｎの周波数が高いと狭くなり、低いと広くなる。

なお、このゼロクロス検出回路３０は、図４に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆを０Ｖに設定することで入力するオーディオ信号Ｖｉｎのゼロクロス時点を検出するコンパレータ３２と、そのコンパレータ３２の出力信号が正方向又は負方向に変化するごとに所定のパルス幅のパルスを発生するパルス発生回路３３で構成したゼロクロス検出回路３０Ａに置き換えることもできる。このとき得られるゼロクロス検出信号Ｖｓｚは、ゼロクロス時点から開始する所定時間のパルス幅の信号となる。

クロック信号生成回路４０は、分析回路２３から「不一致」の指令が出ているときはクロック信号Ｖｃｌｋを出力し、「一致」の指令が出ているときはクロック信号Ｖｃｌｋの出力を停止する。

さて、第１レジスタ２１に格納されたデータＤＩＮが、第２レジスタ２２に格納されているデータＤＯＵＴよりも大きいとき（ＤＩＮ＞ＤＯＵＴ）は、分析回路２３から「増幅」の指令が制御回路２４に出力し、クロック信号生成回路４０には「不一致」の指令が出力する。

制御回路２４では、図３に示すように、ゼロクロス検出信号Ｖｓｚが“Ｈ”レベルの有効期間Ｔ１の間だけ、クロック信号Ｖｃｌｋが取り込まれる。そして、制御回路２４は、そのクロック信号Ｖｃｌｋの各パルス毎に第２レジスタ２２を、そこに格納されているデータＤＯＵＴが大きくなる方向に段階的に更新し、これによって電子ボリウム１０のボリウム値が大きな値に更新される。

この段階的な更新処理によって、第２レジスタ２２のデータＤＯＵＴが第１レジスタ２１のデータＤＩＮと一致（ＤＯＵＴ＝ＤＩＮ）すれば、分析回路２３から「維持」の指令が制御回路２４に出力して、制御回路２４が第２レジスタ２２の更新を終了する。また、分析回路２３からクロック信号生成回路４０に「一致」指令が出力され、クロック信号生成回路４０のクロック信号Ｖｃｌｋの出力が停止する。

上記した更新処理は、データＤＩＮとデータＤＯＵＴの差分が少ないときは、１個のゼロクロス検出号Ｖｓｚのうちに終了する場合もあり得るが、差分が大きいときは、複数個のゼロクロス信号Ｖｓｚに亘って繰り返される。

一方、第１レジスタ２１に格納されたデータＤＩＮが、第２レジスタ２２に格納されているデータＤＯＵＴよりも小さいとき（ＤＩＮ＜ＤＯＵＴ）は、分析回路２３から「減衰」の指令が制御回路２４に出力し、クロック信号生成回路４０に「不一致」の指令が出力する。

制御回路２４は、ゼロクロス検出信号Ｖｓｚの有効期間Ｔ１の間、クロック信号Ｖｃｌｋの各パルス毎に第２レジスタ２２を、そこに格納されているデータＤＯＵＴが小さくなる方向に段階的に更新し、これによって電子ボリウム１０のボリウム値が小さな値に更新される。

なお、上記の更新処理の途中でレジスタ２１のデータＤＩＮが新たなデータに置き換わった場合も、第２レジスタ２２のデータＤＯＵＴについて同様な更新処理が行われる。

以上のように本実施例では、ゼロクロス検出信号Ｖｓｚが“Ｈ”レベルになっている有効期間Ｔ１内で、クロック信号Ｖｃｌｋの各パルス毎に段階的にオーディオ信号Ｖｉｎのボリウム値を増大あるいは減少させるので、ジッパーノイズが低減する。また、ゼロクロス検出信号の有効期間中にボリウム値を複数回更新できるので、切り替え時間を短縮化できる。

また、入力するオーディオ信号Ｖｉｎが低周波信号のときはゼロクロス検出の頻度が低下するが、ゼロクロス検出信号Ｖｓｚの有効期間Ｔ１が長くなり、１回のゼロクロス検出当たりのレジスタ２２のデータＤＯＵＴの更新回数が増大するので、ボリウム値の切り替えに要する時間が長くなることを抑制でき、聴感上違和感がない切り替えが可能となる。

また、必ずゼロクロス検出信号Ｖｓｚの有効期間Ｔ１内で、しかもクロック信号Ｖｃｌｋの各パルス毎に段階的に電子ボリウムのボリウム値が更新されるので、出力するオーディオ信号Ｖｏｕｔのボリウム値が急激に変動することを抑制できる。これは図５（ｂ）で示すゼロクロス検出手法で問題視される検出電圧誤差などによる出力信号Ｖｏｕｔの変動を吸収できることであり、ジッパーノイズが効果的に抑制できる。

さらに、入力するオーディオ信号Ｖｉｎの周波数に応じてゼロクロス検出信号Ｖｓｚの有効期間Ｔ１が変化するので、オーディオ信号Ｖｉｎの周波数が低い場合は、ゼロクロス検出機会が少ない代わりに１回あたりのゼロクロス検出信号の有効期間Ｔ１が長くなる。一方、オーディオ信号Ｖｉｎの周波数が高い場合はゼロクロス検出機会が多い代わりに１回あたりのゼロクロス検出信号の有効期間Ｔ１が短くなる。

その結果、電子ボリウム１０のボリウム値の更新に要する時間Ｔ２は、入力するオーディオ信号Ｖｉｎの周波数に依存しなくなり、下記に示す式（１）となる。式（１）おいて、Ｐは切り替えに要するステップ量（切り替えに必要なクロック信号Ｖｃｌｋのパルス数）、Ｖは入力するオーディオ信号Ｖｉｎの振幅、ｆはクロック信号Ｖｃｌｋの周波数である。このように、式（１）には入力するオーディオ信号Ｖｉｎの周波数の項はなく、電子ボリウム１０のボリウム値の更新に要する時間Ｔ２は、入力するオーディオ信号Ｖｉｎの周波数によって影響を受けない。
Ｔ２＝（Ｐ×π×Ｖ）／（４×Ｖｚ×ｆ）（１）

１０：電子ボリウム
２０：ボリウム設定回路、２１：第１レジスタ、２２：第２レジスタ、２３：分析回路、２４：制御回路
３０，３０Ａ：ゼロクロス検出回路、３１：ウインドウコンパレータ、３２：コンパレータ、３３：パルス発生回路
４０：クロック信号生成回路

Claims

入力するオーディオ信号のボリウム値を電子ボリウムによって制御するボリウム制御装置において、
前記オーディオ信号のゼロクロス時点のタイミングを含み前記オーディオ信号の所定レベルで決まる有効期間をもつゼロクロス検出信号を出力するゼロクロス検出回路と、
クロック信号を生成するクロック信号生成回路と、
前記ゼロクロス検出信号の前記有効期間中に存在する前記クロック信号の２以上のパルスにより、前記電子ボリウムのボリウム値を現在値から目標値に向かって２回以上にわたって、段階的に遷移させるボリウム設定回路と、
を備えることを特徴とするボリウム制御装置。
請求項１に記載のボリウム制御装置において、
前記ボリウム設定回路は、前記目標値が格納される第１レジスタと、前記現在値が格納される第２レジスタと、前記第１レジスタの前記目標値と前記第２レジスタの前記現在値を比較する分析回路と、前記ゼロクロス検出信号の前記有効期間中に存在する前記クロック信号の前記各パルス毎に前記分析回路の分析結果に応じて前記第２レジスタの前記現在値を段階的に更新する制御回路と、を備えることを特徴とするボリウム制御装置。
請求項１又は２に記載のボリウム制御装置において、
前記ゼロクロス検出回路は、前記オーディオ信号の前記ゼロクロス時点から正電圧方向に所定レベルだけ離れた第１の時点と前記ゼロクロス時点から負電圧方向に所定レベルだけ離れた第２の時点との間の期間を前記有効期間とする前記ゼロクロス検出信号を生成することを特徴とするボリウム制御装置。
請求項１又は２に記載のボリウム制御装置において、
前記ゼロクロス検出回路は、前記オーディオ信号の前記ゼロクロス時点から所定時間が経過した時点までの期間に有効となるゼロクロス検出信号を生成することを特徴とするボリウム制御装置。
請求項１、２、３又は４に記載のボリウム制御装置において、
前記分析回路は、前記第１レジスタの前記目標値と前記第２レジスタの現在値が一致しているときに「一致」の指令を出し、
前記クロック信号生成回路は、前記分析回路が前記「一致」の指令を出すことによって前記クロック信号の出力を停止することを特徴とするボリウム制御装置。