TWI505724B - 增益控制系統、聲音播放系統及其增益控制之方法 - Google Patents

Description

增益控制系統、聲音播放系統及其增益控制之方法

本發明係關於一種增益控制系統、聲音播放系統及其增益控制之方法，特別是一種可改善增益變化曲線之增益控制系統、聲音播放系統及其增益控制之方法。

隨著科技的進步，各式的聲音播放系統已經被廣泛地應用，例如利用音響系統或是電腦系統提供訊號再經由喇叭來發出聲音。於先前技術中聲音訊號的音量調整可以採用被動式電位計所製作的類比式增益控制器來達成。類比式增益控制器係以一滑片與薄膜電阻器直接接觸，增益量是由滑片的物理位置所得出。電位計通常係以使用者直接旋轉(或滑動)得出增益值，所以使用者聽不見落差噪音。

但於先前技術中電腦系統通常都是利用一種數位式增益控制電路來控制音量大小，就如圖1A所示，圖1A係先前技術之增益控制系統之架構示意圖。

增益控制系統90具有訊號輸入端91、 訊號輸出端92、運算放大器93及不同的切換開關S1、S2、S3。使用者藉由直接切換不同的切換開關S1、S2、S3來得到不同增益的聲音訊號。例如可由S1，直接切換至S2。但在增益落差非常大的時候，就會如同圖1B所示，圖1B係先前技術之增益變化較大之實施例之增益曲線圖。當切換時，增益曲線C輸出的波形會有不連續的過程，也就是會產生落差點P，造成使用者可聽聞的切換噪音。先前技術之增益控制系統90容易造成落差波形

因此，需要一種增益控制系統、聲音播放系統及其增益控制之方法，以解決先前技術的缺失。

本發明之主要目的係在提供一種增益控制系統，其具有可改善增益變化曲線之效果。

本發明之另一主要目的係在提供一種具有上述增益控制系統之聲音播放系統。

本發明之又一主要目的係在提供一種用於上述增益控制系統之增益控制之方法。

為達成上述之目的，本發明之增益控制系用以根據自命令輸入端輸入之調整命令訊號來調整類比訊號之增益。增益控制系統包括主增益控制單元、副增益控制單元及邏輯控制單元。主增益控制單元具有第一每階變化量。副增益控制單元係電性連接主增益控制單元，副增益控制單元具有第二每階變化量；其中副增益控制單元之第二每階變化量係小於主 增益控制單元之第一每階變化量；其中類比訊號係輸入至主增益控制單元及副增益控制單元。邏輯控制單元係電性連接主增益控制單元及副增益控制單元，以根據調整命令訊號控制主增益控制單元及副增益控制單元來調整類比訊號，將類比訊號轉換為轉換訊號；其中當輸入調整命令訊號後，邏輯控制單元係進一步判斷調整命令訊號所需之調整變化量是否大於副增益控制單元之最大增益範圍；若是，邏輯控制單元係控制主增益控制單元及副增益控制單元以重複執行調整類比訊號之流程。

本發明之聲音播放系統包括訊號輸入端、命令輸入端、增益控制系統及訊號輸出端。訊號輸入端用以輸入聲音訊號。命令輸入端用以供使用者輸入調整命令訊號。增益控制系統係電性連接訊號輸入端及命令輸入端，用以根據自命令輸入端輸入之調整命令訊號來調整聲音訊號之增益。增益控制系統包括主增益控制單元、副增益控制單元及邏輯控制單元。主增益控制單元具有第一每階變化量。副增益控制單元係電性連接主增益控制單元，副增益控制單元具有第二每階變化量；其中副增益控制單元之第二每階變化量係小於主增益控制單元之第一每階變化量；其中聲音訊號係輸入至主增益控制單元及副增益控制單元。邏輯控制單元係電性連接主增益控制單元及副增益控制單元，以根據調整命令訊號控制主增益控制單元及副增益控制單元來調整聲音訊號，將聲音訊號轉換為轉換訊號；其中當輸入調整命令訊號後，邏輯控制單元係進一步判斷調整命令訊號所需之調 整變化量是否大於副增益控制單元之最大增益範圍；若是，邏輯控制單元係控制主增益控制單元及副增益控制單元以重複執行調整聲音訊號之流程。訊號輸出端係電性連接增益控制系統，用以輸出轉換訊號。

本發明之增益控制之方法包括以下步驟：接收類比訊號；接收調整命令訊號，其中調整命令訊號用以調整類比訊號之變化量；根據調整命令訊號控制主增益控制單元及副增益控制單元來調整類比訊號；比較調整命令訊號所需之調整變化量是否大於副增益控制單元之最大增益範圍；若是，重複控制主增益控制單元及副增益控制單元以調整類比訊號；以及若否，輸出轉換訊號。

先前技術：

90‧‧‧增益控制系統

91‧‧‧訊號輸入端

92‧‧‧訊號輸出端

93‧‧‧運算放大器

P‧‧‧落差點

C‧‧‧增益曲線

S1、S2、S3‧‧‧切換開關

本發明：

1‧‧‧聲音播放系統

2‧‧‧訊號輸入端

3‧‧‧命令輸入端

4‧‧‧訊號輸出端

10‧‧‧增益控制系統

20‧‧‧主增益控制單元

30‧‧‧副增益控制單元

31‧‧‧提升電路

32‧‧‧衰減電路

40‧‧‧邏輯控制單元

41‧‧‧解碼模組

42‧‧‧增益判斷模組

43‧‧‧控制開關模組

44‧‧‧主時脈產生器

45‧‧‧副時脈產生器

C1、C2‧‧‧增益曲線

O1、O2、O3‧‧‧運算放大器

P‧‧‧落差點

R1、R2‧‧‧可變電組

Ra、Rb、Rc、Rd‧‧‧定電阻

S1、S2、S3、Sa、Sb‧‧‧切換開關

圖1A係先前技術之增益控制系統之架構示意圖。

圖1B係先前技術之增益變化較大之實施例之增益曲線圖。

圖2A係本發明之增益控制系統之架構示意圖。

圖2B係本發明之主增益控制單元及副增益控制單元之其中一實施例之電路示意圖。

圖3係本發明之增益控制之方法之步驟流程圖。

圖4A係本發明之增益變化較大之實施例之增益曲線圖。

圖4B係本發明之較佳實施例之增益曲線圖。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請先參考圖2A係本發明之增益控制系統之架構示意圖。

本發明之增益控制系統10係用以調整一類比訊號之增益。於本發明之一實施例中，增益控制系統10係用於聲音播放系統1內，因此以下說明係以類比訊號為聲音訊號為實施例來進行說明，但本發明之增益控制系統10並不限於僅能調整聲音訊號。聲音播放系統1可為一般之音響系統、桌上型電腦、筆記型電腦或是平板電腦等可以產生聲音訊號之系統，但本發明明並不限於上述列舉之系統。聲音播放系統1可具有訊號輸入端2、命令輸入端3、訊號輸出端4與增益控制系統10。訊號輸入端2係電性連接至增益控制系統10，以輸入聲音訊號到增益控制系統10，經過增益控制系統10的處理後，再傳送到訊號輸出端4輸出。訊號輸出端4可為喇叭等裝置。命令輸入端3可為聲音播放系統1內之使用者操作介面，以供使用者輸入調整命令訊號來控制聲音訊號之增益，亦即增強或是減弱聲音訊號之音量大小。

增益控制系統10內包括主增益控制單元20、副增益控制單元30及邏輯控制單元40。主增益控制單元20具有第一每階變化量，副增益控制單 元30具有第二每階變化量，且其中副增益控制單元30之第二每階變化量係小於主增益控制單元20之第一每階變化量。且副增益控制單元30還可分為提升電路31與衰減電路32，以分別做為增加音量或減少音量之增益電路。

在此請同時參考圖2B係本發明之主增益控制單元及副增益控制單元之其中一實施方式之電路示意圖。

主增益控制單元20包括運算放大器O1及切換開關S1、S2、S3。提升電路31包括切換開關Sa、運算放大器O2及可變電組R1。衰減電路32包括切換開關Sb、運算放大器O3及可變電組R2。此外，主增益控制單元20、提升電路31及衰減電路32還可包括必要的被動元件，例如定電阻Ra、Rb、Rc、Rd等。

邏輯控制單元40係與命令輸入端3、主增益控制單元20與副增益控制單元30電性連接，用以接收自命令輸入端3傳來之調整命令訊號，以藉此控制主增益控制單元20與副增益控制單元30來調整聲音訊號之增益。邏輯控制單元40可由一硬體、一硬體搭配軟體或一硬體搭配韌體等方式架構而成，本發明並不以此為限。當訊號輸入端2輸入聲音訊號後，邏輯控制單元40係藉由切換開關S1、S2、S3之切換，使得聲音訊號可經由運算放大器O1之處理以得到不同的增益變化量。同時邏輯控制單元40也根據要放大或縮小聲音訊號之音量，來決定切換開關Sa或切換開關Sb之切換。若要放大聲音訊號之 音量，邏輯控制單元40係控制切換開關Sa之導通，並藉由調整可變電組R1及運算放大器O2之作用，即可於輸出已放大音量的轉換訊號至訊號輸出端4。另外，若要縮小聲音訊號之音量，邏輯控制單元40係控制切換開關Sb及可變電組R2，以經由運算放大器O3得到已縮小音量的轉換訊號。

假設主增益控制單元20每階的增益變化是1dB，副增益控制單元30每階的變化量是0.05dB，總量為1dB，當主增益控制單元20與副增益控制單元30混和動作後，可以將增益變化動作時間加長20倍，但是每一階變化量降低為0.05dB。經由加長增益變化之處理時間即可以實現減低切換噪音之目的。並須注意的是，圖2B所示之電路僅為示意，本發明並不以圖2B為限，且本發明所屬技術領域中具通常知識者應可清楚得知其作用原理及其他可以達成此方式之電路，故在此不再贅述。

而於本發明之較佳實施例中，邏輯控制單元40可包括解碼模組41、增益判斷模組42、控制開關模組43、主時脈產生器44及副時脈產生器45。解碼模組41係電性連接命令輸入端3。當輸入調整命令訊號後，解碼模組41用以解碼調整命令訊號，以根據調整命令訊號產生變化量控制訊號、單次轉換時間參數及單次轉換段數參數。變化量控制訊號用以決定聲音訊號之增益程度；單次轉換時間參數及單次轉換段數參數則用來決定副增益控制單元30處理之段數及作用時間，當段數越多，作用時間越長，所得到的變化曲線也會越趨緩。

增益判斷模組42係與解碼模組41電性連接，當解碼模組41解碼得到變化量控制訊號後，係傳輸至增益判斷模組42，藉此增益判斷模組42得知要增加或減少聲音訊號之音量以及要主增益控制單元20執行增益之幅度，並得到切換控制訊號。控制開關模組43係與增益判斷模組42、主增益控制單元20及副增益控制單元30電性連接，藉以根據切換控制訊號控制主增益控制單元20及副增益控制單元30之作用，例如控制主時脈產生器44內的切換開關S1、S2、S3及控制副增益控制單元30內的切換開關Sa、Sb與可變電組R1、R2。當要增加聲音訊號之音量時，控制開關模組43係根據切換控制訊號控制切換開關Sa導通，並調整提升電路31之可變電組R1。當要減少聲音訊號之音量時，控制開關模組43係根據切換控制訊號控制切換開關Sb，並調整衰減電路32之可變電組R2作用。

主時脈產生器44用以提供主時脈訊號給邏輯控制單元40內部各模組。由於時脈訊號之作用原理已經是本發明所屬技術領域中具通常知識者所廣泛利用之技術，故在此不再贅述其原理。副時脈產生器45係根據解碼模組41得到的單次轉換時間參數及單次轉換段數參數來產生副時脈訊號至控制開關模組43。如此一來，控制開關模組43係根據副時脈訊號來作用，以控制副增益控制單元30之操作。

而須注意的是，當調整命令訊號所需之調整變化量大於副增益控制單元30的最大增益範圍時，控制開關模組43係控制主增益控制單元20及副 增益控制單元30以重複執行調整該聲音訊號之流程，以藉此轉換為轉換訊號。而在主增益控制單元20及副增益控制單元30調整完成前，控制開關模組43不接收新的控制訊號。

接著請參考圖3係本發明之增益控制之方法之步驟流程圖。此處需注意的是，以下雖以具有增益控制系統10之聲音播放系統1為例說明本發明之增益控制之方法，但本發明之增益控制之方法並不以使用在增益控制系統10為限。

首先進行步驟301：接收類比訊號。

首先增益控制系統10從訊號輸入端2接收類比訊號，也就是要調整之聲音訊號。

其次進行步驟302：接收一調整命令訊號。

其次若使用者要調整聲音訊號之音量時，使用者可以藉由命令輸入端3下達命令，以輸入調整命令訊號至增益控制系統10。調整命令訊號用以調整聲音訊號之變化量。

接著執行步驟303：根據該調整命令訊號控制該主增益控制單元及該副增益控制單元來調整該類比訊號。

增益控制系統10從命令輸入端3接收調整命令訊號後，調整命令訊號會傳輸到邏輯控制單元40，邏輯控制單元40再根據該調整命令訊號控制主增益控制單元20及副增益控制單元30來調整該聲音訊號。

亦即於本發明之較佳實施例中，增益控 制系統10會先執行步驟303a：根據該調整命令訊號以產生一變化量控制訊號、一單次轉換時間參數及一單次轉換段數參數。

接收調整命令訊號後，邏輯控制單元40內之解碼模組41係先解碼調整命令訊號，以根據調整命令訊號產生變化量控制訊號、單次轉換時間參數及單次轉換段數參數。

接著進行步驟303b：根據該變化量控制訊號以產生一切換控制訊號。

接著邏輯控制單元40內之增益判斷模組42根據變化量控制訊號以產生切換控制訊號，切換控制訊號包括決定要增加或減少聲音訊號之音量，以及決定主增益控制單元20所要執行的增益程度。

接著進行步驟303c：根據該切換控制訊號控制該主增益控制單元及該副增益控制單元。

接著控制開關模組43根據該切換控制訊號控制主增益控制單元20及副增益控制單元30。同時此步驟303c中，副時脈產生器45也根據解碼模組41於步驟303a中得到的單次轉換時間參數及單次轉換段數參數來產生副時脈訊號，藉此來控制開關模組43。

接著進行步驟304：比較該調整命令訊號所需之一調整變化量是否大於最大增益範圍。

當增益判斷模組42產生之切換控制訊號控制主增益控制單元20與副增益控制單元30作用的同時，增益判斷模組42也同時比較調整命令訊號 所需之調整變化量是否大於副增益控制單元30之最大增益範圍。

在此請同時參考圖4A係本發明之增益變化較大之實施例之增益曲線圖。

若調整命令訊號所需之調整變化量大於最大增益範圍時，係代表主增益控制單元20及副增益控制單元30只經過一次處理流程，接著就直接輸出所要調整之增益值。其得到的增益曲線C1就如同圖4A，增益曲線C1仍然會產生落差點P。因此，在此情況下，使用者仍然會聽到噪音，而無法達到本發明去除噪聲的最主要目的。

所以若所需的調整變化量大於第二增益變化量時，會執行步驟305：重複執行調整該類比訊號之流程。

若調整命令訊號所需之調整變化量是大於該第二增益變化量，則增益判斷模組42會控制控制開關模組43不接受其他的控制訊號，也就是回到步驟303(或是步驟303c)再次控制主增益控制單元20及副增益控制單元30執行調整聲音訊號之流程。

接著若所需的調整變化量小於第二增益變化量，係進一步執行步驟306：輸出一轉換訊號。

若增益判斷模組42判斷調整命令訊號所需之調整變化量已經小於第二增益變化量時，增益判斷模組42係不再重複要求控制開關模組43控制主增益控制單元20及副增益控制單元30，即可輸出轉換訊號到訊號輸出端4。

如此重複執行步驟303到步驟305之流 程，最後就如同圖4B所示，圖4B係本發明之較佳實施例之增益變化之曲線圖。

重複控制主增益控制單元20及副增益控制單元30執行調整聲音訊號之流程，可以得到如同圖4B之增益曲線C2。與先前技術之圖1B或是圖4A相比，增益曲線C2之波形係緩慢改變，而不會產生落差。使得使用者不會因為增益控制系統10調整聲音訊號之增益而聽到噪音。

此處需注意的是，本發明之增益控制之方法並不以上述之步驟次序為限，只要能達成本發明之目的，上述之步驟次序亦可加以改變。

藉由本發明之增益控制系統10及增益控制之方法，即可有效趨緩聲音訊號的增益變化，讓使用者不會感受到噪音，且增益控制系統10也不需要複雜的偵測電路或是回授電路設計。

綜上所陳，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，懇請貴審查委員明察，早日賜准專利，俾嘉惠社會，實感德便。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1‧‧‧聲音播放系統

2‧‧‧訊號輸入端

3‧‧‧命令輸入端

4‧‧‧訊號輸出端

10‧‧‧增益控制系統

20‧‧‧主增益控制單元

30‧‧‧副增益控制單元

31‧‧‧提升電路

32‧‧‧衰減電路

40‧‧‧邏輯控制單元

41‧‧‧解碼模組

42‧‧‧增益判斷模組

43‧‧‧控制開關模組

44‧‧‧主時脈產生器

45‧‧‧副時脈產生器

Claims (16)

1. 一種增益控制系統，用以根據自一命令輸入端輸入之一調整命令訊號來調整一類比訊號之增益，該增益控制系統包括：一主增益控制單元，具有一第一每階變化量；一副增益控制單元，係電性連接該主增益控制單元，該副增益控制單元具有一第二每階變化量；其中該副增益控制單元之該第二每階變化量係小於該主增益控制單元之該第一每階變化量；其中該類比訊號係輸入至該主增益控制單元及該副增益控制單元；以及一邏輯控制單元，係電性連接該主增益控制單元及該副增益控制單元，以根據該調整命令訊號控制該主增益控制單元及該副增益控制單元來調整該類比訊號，將該類比訊號轉換為一轉換訊號；其中當輸入該調整命令訊號後，該邏輯控制單元係進一步判斷該調整命令訊號所需之一調整變化量是否大於該副增益控制單元之一最大增益範圍；若是，該邏輯控制單元係控制該主增益控制單元及該副增益控制單元以重複執行調整該類比訊號之流程。
2. 如申請專利範圍第1項所述之增益控制系統，其中該邏輯控制單元更包括一解碼模組，係電性連接該命令輸入端，該解碼模組用以解碼該調整命令訊號以產生一變化量控制訊號、一單次轉換時間參數及一單次轉換段數參數。
3. 如申請專利範圍第2項所述之增益控制系統，其中該邏輯控制單元包括：一增益判斷模組，係電性連接該解碼模組，該增益判斷模組用以根據該變化量控制訊號以產生一切換控制訊號；以及一控制開關模組，係電性連接該增益判斷模組，該控制開關模組用以根據該切換控制訊號控制該主增益控制單元及該副增益控制單元之切換，以藉此轉換為該轉換訊號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之增益控制系統，其中：該副增益控制單元更包括一提升電路及一衰減電路；該增益判斷模組係根據該變化量控制訊號判斷要增加或衰減該類比訊號，以產生該切換控制訊號來控制該提升電路或該衰減電路之切換。
5. 如申請專利範圍第2項所述之增益控制系統，其中該邏輯控制單元包括：一副時脈產生器，用以根據該單次動作時間及該單次動作段數產生一副時脈訊號，該控制開關模組係藉由該副時脈訊號控制該副增益控制單元。
6. 如申請專利範圍第1到5項之任一項所述之增益控制系統，其中該類比訊號係為一聲音訊號。
7. 一種增益控制之方法，係用於一增益控制系統以調整一類比訊號之增益，該增益控制系統包括一主增益控制單元及一副增益控制單元；該方法包括以下步驟： 接收該類比訊號；接收一調整命令訊號，其中該調整命令訊號用以調整該類比訊號之變化量；根據該調整命令訊號控制該主增益控制單元及該副增益控制單元來調整該類比訊號；比較該調整命令訊號所需之一調整變化量是否大於該副增益控制單元之一最大增益範圍；若是，重複控制該主增益控制單元及該副增益控制單元以調整該類比訊號；以及若否，輸出一轉換訊號。
8. 如申請專利範圍第7項所述之增益控制之方法，更包括以下步驟：根據該調整命令訊號以產生一變化量控制訊號、一單次轉換時間參數及一單次轉換段數參數。
9. 如申請專利範圍第8項所述之增益控制之方法，更包括以下步驟：根據該變化量控制訊號以產生一切換控制訊號；以及根據該切換控制訊號控制該主增益控制單元及該副增益控制單元之切換，以藉此將該類比訊號轉換為該轉換訊號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之增益控制之方法，其中該副增益控制單元更包括一提升電路及一衰減電路，該方法更包括以下步驟：根據該變化量控制訊號判斷要增加或衰減該類比訊號；以及 產生該切換控制訊號來選擇執行該提升電路或該衰減電路。
11. 如申請專利範圍第8項所述之增益控制之方法，更包括以下步驟：根據該單次動作時間及該單次動作段數產生一副時脈訊號，藉此控制該副增益控制單元。
12. 一種聲音播放系統，包括：一訊號輸入端，用以輸入一聲音訊號；一命令輸入端，用以供一使用者輸入一調整命令訊號；一增益控制系統，係電性連接該訊號輸入端及該命令輸入端，用以根據自該命令輸入端輸入之該調整命令訊號來調整該聲音訊號之增益；該增益控制系統包括：一主增益控制單元，具有一第一每階變化量；一副增益控制單元，係電性連接該主增益控制單元，該副增益控制單元具有一第二每階變化量；其中該副增益控制單元之該第二每階變化量係小於該主增益控制單元之該第一每階變化量；其中該聲音訊號係輸入至該主增益控制單元及該副增益控制單元；以及一邏輯控制單元，係電性連接該主增益控制單元及該副增益控制單元，以根據該調整命令訊號控制該主增益控制單元及該副增益控制單元來調整該聲音訊號，將該聲音訊號轉換為一轉換訊號；其中當輸入該調整命令訊號後，該邏輯控制單元係進一步判斷該調整命令訊號 所需之一調整變化量是否大於該副增益控制單元之一最大增益範圍；若是，該邏輯控制單元係控制該主增益控制單元及該副增益控制單元以重複執行調整該聲音訊號之流程；以及一訊號輸出端，係電性連接該增益控制系統，用以輸出該轉換訊號。
13. 如申請專利範圍第12所述之聲音播放系統，其中該邏輯控制單元更包括一解碼模組，係電性連接該命令輸入端，該解碼模組用以解碼該調整命令訊號以產生一變化量控制訊號、一單次轉換時間參數及一單次轉換段數參數。
14. 如申請專利範圍第13項所述之聲音播放系統，其中該邏輯控制單元包括：一增益判斷模組，係電性連接該解碼模組，該增益判斷模組用以根據該變化量控制訊號以產生一切換控制訊號；以及一控制開關模組，係電性連接該增益判斷模組，該控制開關模組用以根據該切換控制訊號控制該主增益控制單元及該副增益控制單元之切換，以藉此轉換為該轉換訊號。
15. 如申請專利範圍第14項所述之聲音播放系統，其中：該副增益控制單元更包括一提升電路及一衰減電路；該增益判斷模組係根據該變化量控制訊號判斷要增加或衰減該聲音訊號，以產生該切換控制訊號來控制該提升電路或該衰減電路之切換。
16. 如申請專利範圍第13項所述之聲音播放系統，其中該邏輯控制單元包括：一副時脈產生器，用以根據該單次動作時間及該單次動作段數產生一副時脈訊號，該控制開關模組係藉由該副時脈訊號控制該副增益控制單元。