JP7065584B2

JP7065584B2 - 増幅回路

Info

Publication number: JP7065584B2
Application number: JP2017201018A
Authority: JP
Inventors: 芳嗣杉本
Original assignee: 日清紡マイクロデバイス株式会社
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2037-10-17
Also published as: JP2019075714A

Description

本発明は、音量設定を行う電子ボリュームを備える、可聴域のオーディオ信号や音声信号等の入力信号を増幅する増幅回路に関する。

オーディオ信号や音声信号等の入力信号を増幅する増幅回路の電子ボリュームでは、音量設定を変更する際に、その電子ボリュームを構成するＭＯＳスイッチの切り替えにより、チャージインジェクションによるスパイクノイズであるボツ音が発生する。このボツ音は、通常の音楽信号入力時の音量設定変更では目立たないが、無音状態や微小音声レベルにおける音量設定変更では大きく目立ってしまう。

チャージインジェクションにより発生するスパイクノイズは、これを逆位相で打ち消す手法が採用される場合がある（特許文献１、非特許文献１）が不十分であり、電子ボリュームの後段の増幅回路が例えば４０ｄＢ程度の高いゲインを有する場合は、無音状態や微小音声レベルで音量設定変更を行うとボツ音が顕著になる。また、ボツ音の発生を防止するためにミュート回路を使用する手法も考えられるが、通常の音量設定変更では微小な音を出しながらその調整を行う必要があり、ミュート回路を使用した場合はこれができなくなる。

特開２０１７－９８７３１号公報（００１２、００１３） "A CMOS Nested-Chopper Instrumentation Amplifier with 100-nV Offset"IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,VOL.35 NO.12,DECEMBER 2000.

本発明の目的は、無音状態や微小音声レベルの場合における音量設定変更時に電子ボリュームで発生したボツ音を低減する増幅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にかかる発明の増幅回路は、音量設定を行う電子ボリュームを備える増幅回路において、前記電子ボリュームの出力側に接続された周波数特性補正回路と、前記電子ボリュームに入力する入力信号のレベルが所定値以下のとき検出信号を出力する信号レベル検出回路と、前記電子ボリュームの音量を設定すると共に該音量の設定を変更するとき切替信号を出力する音量設定回路とを有し、前記周波数特性補正回路はローパスフィルタで構成され、前記信号レベル検出回路から前記検出信号が出力し且つ前記音量設定回路から前記切替信号が出力したとき、前記周波数特性補正回路の周波数特性が人間の耳に感度が高い周波数の入力信号を低減する周波数特性となる前記ローパスフィルタのカットオフ周波数が４ｋＨｚ未満に切り替えられるとともに、前記周波数特性補正回路は、前記切替信号に基づいて、所定容量のキャパシタを当該周波数特性補正回路に追加接続するスイッチを有し、前記切替信号は、前記スイッチのオン動作時に所定の時定数を有するようにされていることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の増幅回路において、前記信号レベル検出回路は、前記入力信号の信号レベルが－６０ｄＢ未満のときに前記検出信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、無音状態や微小音声レベルの場合における音量設定変更時には、電子ボリュームの後段に接続される周波数特性補正回路の周波数特性が、人間の耳に感度が高い周波数の入力信号を低減する周波数特性に切り替えられるので、音量設定変更によるボツ音を効果的に低減することができる。

本発明の１つの実施例の増幅回路の回路図である。図１の周波数特性補正回路の周波数特性例を示す特性図である。フレッチャーマンソン特性の特性図である。（ａ）は図１の電子ボリュームから出力するスパイクノイズの波形図、（ｂ）は周波数特性補正回路から出力するスパイクノイズの波形図である。

図１に本発明の１つの実施例の増幅回路（１チャンネル分）を示す。１はオーディオ信号や音声信号等の入力信号の入力端子、２はスピーカ用の出力端子、３はヘッドホン用の出力端子である。出力端子２、３の間には減衰用の抵抗Ｒ４（例えば、３３０Ω）が接続されている。１０は複数のＭＯＳトランジスタを含むアッテネータ等から構成される電子ボリュームであり、入力端子１から入力キャパシタＣ１を経由して入力した入力信号のレベル、つまり音量を設定する。２０はローパスフィルタを構成する周波数特性補正回路であり、電子ボリューム２０で音量設定された入力信号の周波数特性を補正するキャパシタＣ２，Ｃ３、抵抗Ｒ１、及びＭＯＳトランジスタで構成されるスイッチＳＷ１を備えている。３０は例えば４０ｄＢのゲインを実現する増幅回路であり、抵抗Ｒ２，Ｒ３を有するバッファ増幅器３１、電力増幅器３２、及びカップリングキャパシタＣ５で構成されている。

４０は入力端子１に入力する音声信号のレベルを検出する信号レベル検出回路であり、その入力信号のレベルが所定レベル（例えば、－６０ｄＢ）未満に低下したときに、検出信号Ｓ１を“Ｈ”にする。５０はロータリエンコーダ等を使用した音量操作器、６０はＣＰＵを備えた音量設定回路である。この音量設定回路６０は、音量操作器５０からの操作信号Ｓ２が入力することによって、電子ボリューム１０に送出している音量設定データＤ１を変更すると共に、その音量設定データＤ１を変更する際に所定時間だけ切替信号Ｓ３を“Ｈ”にする。７０はＡＮＤ回路であり、検出信号Ｓ１が“Ｈ”のときに切替信号Ｓ３が“Ｈ”になると、出力信号Ｓ４を“Ｈ”にして周波数特性補正回路２０のスイッチＳＷ１をオンにし、その周波数特性補正回路２０の周波数特性を一時的に変更させる。

さて、入力端子１にオーディオ信号や音声信号等の信号が通常の聴取レベルで入力しているときは、信号レベル検出回路４０から出力する検出信号Ｓ１は“Ｌ”であるので、ＡＮＤ回路７０の出力信号Ｓ４は“Ｌ”のままである。このため周波数特性補正回路２０の周波数特性は、キャパシタＣ２，Ｃ４と抵抗Ｒ１で決まる特性、つまり図２の周波数特性Ａとなり、広い周波数範囲にわたってフラットとなる。このとき音量操作器５０を操作すれば、音量設定回路６０から出力する音量設定データＤ１が変更され、電子ボリューム１０の音量制御量が変更されて、出力端子２、３に出力する音量レベルが変更される。

一方、入力端子１に入力する入力信号が無音状態や微小音声レベルに低下し、信号レベル検出回路４０が－６０ｄＢ未満を検出すると、その検出信号Ｓ１が“Ｈ”になる。このとき音量操作器５０を操作すれば、音量設定回路６０から出力する音量設定データＤ１が変更され、電子ボリューム１０の音量制御量が変更されるとともに、音量設定回路６０から出力する切替信号Ｓ３が所定時間だけ“Ｈ”になる。このため、ＡＮＤ回路７０の出力信号Ｓ４がその所定時間だけ“Ｈ”になってスイッチＳＷ１をオンさせる。よって、周波数特性補正回路２０は、キャパシタＣ２，Ｃ４と抵抗Ｒ１に、さらにキャパシタＣ３が追加接続されて、それらで決まる周波数特性のカットオフ周波数が、図２の周波数特性Ｂに示すように４ｋＨｚ未満に変更される。

ところで、音圧の周波数と人間の耳の感度との関係を示したデータとして図３に示すフレッチャーマンソン特性がある。このデータによると、人間の耳は音圧レベルが低くなるほど低音域と高音域において感度が低下し、ある音圧レベル以下では４ｋＨｚ周辺の周波数でのみ感度があり、それ以外の周波数の音声は識別できなくなる。

そこで、本実施例では、上記のように入力信号が無音状態や微小レベルに低下しているときに音量設定を変更した際に、周波数特性補正回路２０にキャパシタＣ３を追加接続して、そのカットオフ周波数を４ｋＨｚ未満の周波数になるように切り替える。これにより、入力信号が無音状態や微小レベルのときに音量設定変更によって電子ボリューム１０からボツ音が発生しても、そのボツ音が周波数特性補正回路２０によって減衰され、増幅器３０のゲインが４０ｄＢ程度に高い場合であっても、出力端子２、３に現れるボツ音を大幅に低減することができる。

電子ボリューム１０を構成するＭＯＳスイッチのチャージインジェクションにより発生する図４（ａ）に示すようなスパイクノイズについてみれば、スイッチＳＷ１がＯＮすることにより、図４（ｂ）に示すように、追加されたキャパシタＣ３によりより大きく積分されてそのピーク値が大幅に低下し、ボツ音が低減される。

なお、ＡＮＤ回路７０の出力信号Ｓ４によってスイッチＳＷ１をＯＮさせるときは、そのスイッチＳＷ１のＯＮ動作に時定数を持たせて、そのスイッチＳＷ１のＯＮ開始からＯＮ完了までの間の当該スイッチＳＷ１の内部インピーダンスの変化を緩やかに行わせれば、そのスイッチＳＷ１の切り替えノイズを低減することができる。

また、以上説明した実施例の増幅回路は、アナログ入力信号を取り扱う場合の構成であるが、ディジタル入力信号を取り扱う場合でも同様に実施できる。ディジタル入力信号の場合は、無音状態や微小レベルの信号入力はディジタル入力データから読み取ればよい。

１：入力端子、２，３：出力端子、１０：電子ボリューム、２０：周波数特性補正回路、３０：増幅回路、４０：信号レベル検出回路、５０：音量操作器、６０：音量設定回路、７０：ＡＮＤ回路

Claims

音量設定を行う電子ボリュームを備える増幅回路において、
前記電子ボリュームの出力側に接続された周波数特性補正回路と、前記電子ボリュームに入力する入力信号のレベルが所定値以下のとき検出信号を出力する信号レベル検出回路と、前記電子ボリュームの音量を設定すると共に該音量の設定を変更するとき切替信号を出力する音量設定回路とを有し、
前記周波数特性補正回路はローパスフィルタで構成され、前記信号レベル検出回路から前記検出信号が出力し且つ前記音量設定回路から前記切替信号が出力したとき、前記周波数特性補正回路の周波数特性が人間の耳に感度が高い周波数の入力信号を低減する周波数特性となる前記ローパスフィルタのカットオフ周波数が４ｋＨｚ未満に切り替えられるとともに、
前記周波数特性補正回路は、前記切替信号に基づいて、所定容量のキャパシタを当該周波数特性補正回路に追加接続するスイッチを有し、
前記切替信号は、前記スイッチのオン動作時に所定の時定数を有するようにされていることを特徴とする増幅回路。
請求項１に記載の増幅回路において、
前記信号レベル検出回路は、前記入力信号の信号レベルが－６０ｄＢ未満のときに前記検出信号を出力することを特徴とする増幅回路。