JP2907847B2

JP2907847B2 - 音量制御回路

Info

Publication number: JP2907847B2
Application number: JP32358588A
Authority: JP
Inventors: 謙二郎遠藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1999-06-21
Anticipated expiration: 2014-06-21
Also published as: JPH02170708A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、オーディオ再生システム等の音量調整に
用いられる音量制御回路の改良に関する。

（従来の技術）周知のように、オーディオ再生システム等の音量調整
に用いられる音量制御回路としては、従来より、第15図
（ａ）〜（ｄ）に示すものが実用化されている。まず、
第15図（ａ）に示すものは、入力オーディオ信号を可変
抵抗器11でレベル調整して、出力するようにしたもので
あり、同図（ｂ）に示すものは、入力オーディオ信号を
可変利得増幅器12を介して出力するようにし、この可変
利得増幅器12の利得を、定電圧源13の出力電圧を可変抵
抗器14で分圧して得られた制御電圧で制御するようにし
たものである。

また、第15図（ｃ）に示すものは、入力オーディオ信
号を可変利得増幅器15を介して出力するようにしてお
き、アップキー16及びダウンキー17を選択的に操作して
カウンタ18にアップまたはダウンカウント動作を行なわ
せ、このカウンタ18の出力をD/A（デジタル／アナロ
グ）変換器19に供給して得られた制御電圧で、可変利得
増幅器15の利得を制御するようにしたものである。

さらに、第15図（ｄ）に示すものは、入力オーディオ
信号がデジタル化されている場合を示しており、図示し
ないカウンタの出力を、LOGテーブル20をルックアップ
して対数変換（dB変換）し、この変換データとデジタル
入力オーディオ信号とをデジタル乗算器21で乗算するよ
うにしたものである。

上述した従来の各音量制御回路は、いずれも入力に対
する出力の関係が直線的であり、例えば可変抵抗器11,1
4やアップ及びダウンキー16,17を操作する制御により利
得が変化するのみで、入力オーディオ信号のダイナミッ
クレンジDi［dB］に対する、出力オーディオ信号のダイ
ナミックレンジDo［dB］の割合である、ダイナミックレ
ンジ比Dr［dB］（＝Do/Di）は、「１」となっている。

ただし、上記可変利得増幅器12,15やデジタル乗算器2
1のダイナミックレンジが狭い場合は、出力オーディオ
信号のダイナミックレンジDo［dB］は、その可変利得増
幅器12,15やデジタル乗算器21のダイナミックレンジに
よって制限されることになる。なお、ダイナミックレン
ジ比Dr［dB］は、「１」以下及び以上のとき圧縮率及び
伸張率とも称される。

しかしながら、上記のような従来の音量制御装置で
は、次のような問題が生じる。すなわち、通常、例えば
オーケストラ等の発生する大音量（ff）と小音量（pp）
との音量差は、50dB以上あるといわれており、さらにホ
ールの残響等によるいわゆる余韻も含めると70〜80dBに
もなることが知られている。

一方、オーディオ信号を比較的大きな音量で再生する
ときのピーク音圧レベルは、約100dB SPL位で、このと
きの小音量は約50dB SPL位となっており、このレベルは
一般の住宅騒音レベルと10dB程度の差しかないものであ
る。ところで、通常の場合は、オーディオ信号を上記よ
り20dB程度低いレベルで再生する場合が多く、深夜等で
はさらに20dB位低いレベルで再生しているのが実際であ
る。この場合、上述した従来の音量制御回路で音量を減
衰させると、余韻はもとより、小音量（pp）の音も騒音
レベル以下になってしまい聞こえなくなる。

（発明が解決しようとする課題）以上のように、従来の音量制御回路では、音量が減衰
するように制御すると、余韻や小音量（pp）部分が騒音
レベル以下になってしまい、聞こえなくなるという問題
を有している。

そこで、この発明は上記事情を考慮してなされてもの
で、音量を減衰させるように制御しても、余韻や小音量
部分が騒音レベル以下にならずに聴取することが可能と
なる極めて良好な音量制御回路を提供することを目的と
する。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明に係る音量制御回路は、音量調整操作に対応
した制御情報が設定される設定手段と、オーディオ信号
を増幅する可変利得増幅器と、この可変利得増幅器に対
して入力または出力されるオーディオ信号の振幅レベル
を検出する検出手段と、この検出手段の出力信号と設定
手段で設定された制御情報とに基づいて、可変利得増幅
器に与える利得制御信号を生成する生成手段とを備え、
設定手段によって音量を減衰及び増大するように操作し
た状態で、可変利得増幅器に入力されるオーディオ信号
のダイナミックレンジに対する、可変利得増幅器から出
力されるオーディオ信号のダイナミックレンジの割合
が、それぞれ小さく及び大きくなるように可変利得増幅
器の利得制御を行なうように構成したものである。

（作用）上記のような構成によれば、音量を減衰させるように
制御した状態で、入出力オーディオ信号のダイナミック
レンジ比が小さくなるように、可変利得増幅器の利得を
制御するようにしたので、余韻や小音量部分が騒音レベ
ル以下にならずに聴取することが可能となるものであ
る。

（実施例）以下、この発明の一実施例について図面を参照して詳
細に説明する。第１図において、入力端子22に供給され
た入力オーディオ信号は、可変利得増幅器23で振幅レベ
ルが制御されて、出力端子24から取り出される。また、
可変利得増幅器23からの出力オーディオ信号は、振幅検
出器25に供給されてその振幅レベルが検出されている。

一方、定電圧源26の出力電圧を可変抵抗器27で分圧す
ることにより、音量制御電圧ＶVOLが生成される。そし
て、この音量制御電圧ＶVOLと振幅検出器25の出力電圧V
Dとが制御回路28に供給されて、可変利得増幅器23に与
えられる制御電圧VCが生成される。この制御回路28は、
振幅検出器25の出力電圧VDの下限値を制限するリミッタ
回路29と、このリミッタ回路29の出力電圧VLと上記音量
制御電圧VVOLとを加算する加算器30とより構成されてい
る。

ここで、可変利得増幅器23の利得Ｇは、VTを定数とす
ると、Ｇ＝exp（VC/VT） …（１）となる。また、振幅検出器25の振幅検出関数は、可変利
得増幅器23からの出力オーディオ信号の振幅レベルをV₀
とし、V_kを定数とすると、 VD＝VTln（V₀／V_k） …（２）と表わされる。さらに、リミッタ回路29の出力電圧VL
は、となる。

そして、音量制御電圧VVOLを公称減衰量Ａ（直線）に
対して、ＶVOL＝VTlnA …（４）とする。また、可変利得増幅器23に供給される制御電圧
VCは、 VC＝VL＋ＶVOL …（５）と表わされる。

すると、上記（１）式〜（５）式より、が得られる。そして、可変利得増幅器23の入力オーディ
オ信号の振幅レベルをViとすると、 Vo＝Ｇ×Vi …（７）となり、上記（６）式より整理すると、となり、両辺を［dB］で表わし整理すると、Vo≧Vkの範
囲では、［Vo］dB＝［Ａ］dB＋［Vi］dB となり、Vo＜Vkの範囲では、［Vo］dB＝（1/2）［Ａ］dB＋［Vk］dB＋［Vi］dB）となる。

第２図は、上式をグラフ上に表現したものである。こ
の例では、［Vo］dB＝［Vk］dB＝50dB の音圧レベルになるように調整されている。また、周囲
の騒音レベルを40dB SPLとし、入力オーディオ信号のダ
イナミックレンジを90dBとし、大音量（ff）のピークレ
ベルを＋20dBとし、小音量（pp）のレベルを−30dBと
し、余韻を−50dBとし、さらに20dBのダイナミックレン
ジがあるものとする。

音量減衰量［Ａ］dB＝0dBのとき、入力オーディオ信
号の＋20dBから−50dBまでは、そのまま直線的な関係で
出力される。ところが、［Ａ］dB＝−20dBとすると、大
音量（ff）の＋20dBから小音量（pp）の−30dBまでは直
線的に再生され、小音量（pp）の−30dBから余韻の−50
dBまでは、ダイナミックレンジ比0.5で再生されるよう
になる。

また、［Ａ］dB＝−40dBまでしぼっても、入力オーデ
ィオ信号の＋20dBから−10dBまでは直線的に再生され、
−10dBから−30dBまではダイナミックセンジ比0.5で再
生されるため、圧縮されながらも再生音圧レベルが騒音
レベルに埋もれてしまうことはないものである。

したがって、上記実施例のような構成によれば、可変
抵抗器27によって音量を減衰させるように制御した場
合、余韻や小音量（pp）の低レベル信号は圧縮されるた
め、騒音レベルに埋もれてしまうことなく確実に再生す
ることができる。また、減衰量が［Ａ］dBが小さく信号
レベルが騒音レベルに埋もれることのない領域では、圧
縮せず直線的な再生が行なわれるため、音楽的に不自然
さが生じることもない。

第３図は、上記制御回路28の具体的な構成を示してお
り、リミッタ回路29は、演算増幅器OP1,抵抗R1,R2及び
ダイオードD1,D2より構成されている。そして、R1＝R2
と設定することにより、第２図に示した特性を得ること
ができる。また、R2＞R1とすると、Vo＜Vkのときのダイ
ナミックレンジ比をより小さくすることができる。

次に、第４図は、この発明の第２の実施例を示してい
る。すなわち、これは、第１図と同一部分には同一記号
を付して説明すると、出力端子24に得られるオーディオ
信号を、可変抵抗器27に連動する可変抵抗器31によって
レベル制御して、出力端子32から取り出すようにしたも
ので、主たる音量制御は可変抵抗器31で行なわれる。

この場合、制御回路28としては、第５図に示すよう
に、演算増幅器OP2,抵抗R3〜R5及びダイオードD3,D4よ
り構成されるものが使用される。このときの入力端子22
から出力端子24までの入出力特性は、第６図に示すよう
になり、また、入力端子22から可変抵抗器31を含めた出
力端子32までの入出力特性は、第２図と同様になる。

第７図は、第４図を一部変形して示すもので、可変抵
抗器31に代えて可変利得増幅器33を用い、この可変利得
増幅器33の利得を、可変抵抗器27で得られた音量制御電
圧ＶVOLを演算増幅器OP3及び抵抗R6,R7よりなる反転増
幅器34で反転した電圧で制御するようにしたもので、第
４図に示したものと同様な入出力特性を得ることができ
る。

次に、第８図は、この発明の第３の実施例を示してい
る。すなわち、これは、入力端子22に供給されたオーデ
ィオ信号の振幅レベルを振幅検出器25で検出し、その検
出出力VDと音量制御電圧ＶVOLとを制御回路28に供給し
て、可変利得増幅器23に与える制御電圧VCを生成するよ
うにした、いわゆるフィード・フォワード制御を行なう
ようにしたもので、本質的には上述した各実施例と同等
の動作を行なうことができるものである。

ここで、出力オーディオ信号のダイナミックレンジを
伸張して、より効果的な再生音を得るようにすることが
ある。この場合、前述した問題と同様に、低レベル信号
が騒音レベルに埋もれて聞こえなくなる現象が生じる。
このため、音量を減衰させたときには、低レベル信号の
伸張効果がないことが好ましいことになる。

そこで、第８図の構成を用いる場合には、制御回路28
としては、第９図に示すように、演算増幅器OP4及び抵
抗R8,R9よりなる反転増幅器35と、演算増幅器OP5,抵抗R
10,R11及びダイオードD5,D6よりなるリミッタ回路36と
を組み合わせたものを用いればよい。この場合の、入出
力特性は、第10図に示すようになる。

第11図は、第８図に示す構成の音量制御回路に用いら
れる制御回路28の一例を示すもので、減衰量［Ａ］dBの
小さいとき大レベルで伸張特性が得られ、減衰量［Ａ］
dBが大きいとき小レベルで圧縮特性が得られるようにし
たものであり、第12図にその入出力特性を示している。

第13図は、この発明の第４の実施例を説明するための
入出力特性を示している。すなわち、これは、音量制御
を圧縮率の制御のみで行なう簡易な例を示している。こ
の場合、実質的に有効なダイナミックレンジの下限近傍
かそれ以下に交点Ｘを設けることが望ましい。さらに、
交点Ｘ以下のレンジにおいて、音量変化の制御とその効
果が逆転することを防ぐ必要が生じる。第13図に示す例
では、交点Ｘ以下では減衰量［Ａ］dB＝０の特性に規定
している。

第14図は、第13図に示す特性を実現するための、第１
図に示した音量制御回路に適用される制御回路28の具体
例を示している。この場合、制御回路28を構成する演算
増幅器OP6に供給する電圧Vxによって、交点Ｘの位置が
決定される。

なお、この発明は上記各実施例に限定されるものでは
なく、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することができる。

［発明の効果］以上詳述したようにこの発明によれば、音量を減衰さ
せるように制御しても、余韻や小音量部分が騒音レベル
以下にならずに聴取することが可能となる極めて良好な
音量制御回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれこの発明に係る音量制御回
路の一実施例を示すブロック回路構成図及びその動作を
説明するための特性図、第３図は同実施例の制御回路の
詳細を示すブロック回路構成図、第４図はこの発明の第
２の実施例を示すブロック回路構成図、第５図は同第２
の実施例の制御回路の構成を示すブロック回路構成図、
第６図は同第２の実施例の動作を説明するための特性
図、第７図は同第２の実施例の変形例を示すブロック回
路構成図、第８図はこの発明の第３の実施例を示すブロ
ック構成図、第９図は同第３の実施例の制御回路の構成
を示すブロック回路構成図、第10図は同第３の実施例の
動作を説明するための特性図、第11図及び第12図はそれ
ぞれ同第３の実施例の制御回路の変形例を示すブロック
回路構成図及びその動作を説明するための特性図、第13
図はこの発明の第４の実施例を説明するための特性図、
第14図は同第４の実施例に係る特性を実現するための制
御回路の構成を示すブロック回路構成図、第15図は従来
の音量制御回路を示すブロック回路構成図である。 11……可変抵抗器、12……可変利得増幅器、13……定電
圧源、14……可変抵抗器、15……可変利得増幅器、16…
…アップキー、17……ダウンキー、18……カウンタ、19
……D/A変換器、20……LOGテーブル、21……デジタル乗
算器、22……入力端子、23……可変利得増幅器、24……
出力端子、25……振幅検出器、26……定電圧源、27……
可変抵抗器、28……制御回路、29……リミッタ回路、30
……加算器、31……可変抵抗器、32……出力端子、33…
…可変利得増幅器、34,35……反転増幅器、36……リミ
ッタ回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】音量調整操作に対応した制御情報が設定さ
れる設定手段と、オーディオ信号を増幅する可変利得増
幅器と、この可変利得増幅器に対して入力または出力さ
れるオーディオ信号の振幅レベルを検出する検出手段
と、この検出手段の出力信号と前記設定手段で設定され
た制御情報に基づいて前記可変利得増幅器に与える利得
制御信号を生成する生成手段とを具備し、前記設定手段
によって音量を減衰及び増大するように操作した状態
で、前記可変利得増幅器に入力されるオーディオ信号の
ダイナミックレンジに対する、前記可変利得増幅器から
出力されるオーディオ信号のダイナミックレンジの割合
が、それぞれ小さく及び大きくなるように前記可変利得
増幅器の利得制御を行なうように構成してなることを特
徴とする音量制御回路。