JP4661631B2 - 振幅可変装置および振幅可変方法 - Google Patents

Description

本発明は、振幅可変装置および振幅可変方法に関する。

例えばデジタル信号またはデジタルデータからオーディオ信号を再生する音響再生装置は、一般的に、出力されるオーディオ信号の振幅を調整する機能を有する。そのような機構の一つとして、デジタルボリュームがある。

図４は、デジタルボリュームの一例を示すブロック図である。図４に示すデジタルボリュームでは、係数器１０１が、デジタルデータ（デジタル信号）に対して係数を乗算し、ＤＡ変換器１０２が、乗算後のデジタルデータをＤＡ（Digital-to-Analog ）変換し、変換後のアナログ信号を出力する。これにより、デジタル信号領域でオーディオ信号の振幅（つまりデジタル値）が小さくされ、その結果として、出力されるアナログ信号の振幅も小さくなる（例えば特許文献１参照）。

通常、このようなデジタルボリュームでは、音量が最大である場合、デジタル入力信号はそのままＤＡ変換され、変換後のアナログ信号がそのまま出力される。一方、音量が最大ではない場合（音量を絞る場合）、０以上かつ１以下の値の係数が乗算されたデジタル信号がＤＡ変換され、変換後のアナログ信号がそのまま出力される。つまり、音量が最大である場合、デジタルボリュームでの減衰量がゼロとされ、音量が最大ではない場合、乗算時の係数の値に応じた減衰量だけ、アナログ信号の振幅が最大値に比べ減衰する。

特開２０００−１３８５８５号公報（図２等）

しかしながら、デジタル信号の分解能とＤＡ変換器の分解能とを同程度とした場合には、ＤＡ変換器に入力される、減衰後のデジタル信号の分解能が低下してしまうため、デジタル信号を減衰させない場合に比べ歪み率が悪化する。特に、音量の調整範囲が広い装置では、通常再生時には、最大値から減衰させた音量で再生を行うことが多く、通常使用状態での音質の劣化が問題となる。

この問題を解決するために、例えば図５に示す装置が考えられる。図５に示す装置は、２つのＤＡ変換器２０１，２０２を有する。そして、一方のＤＡ変換器２０１には入力信号がそのまま入力され、他方のＤＡ変換器２０２には、係数器２０３で入力信号に係数を乗じて得られた信号が入力される。ＤＡ変換器２０１，２０２より出力された２つのアナログ信号は、互いに逆相で加算器２０４に入力される。そして、図６に示すように、加算器２０４により２つの信号の和が演算され、アナログ出力信号として出力される。加算器２０４では、互いに逆相の信号の和が計算されるため、係数器２０３の係数の値に応じてアナログ出力信号が減衰する。係数器２０３の係数の値は、アナログ出力信号の出力設定値に応じて例えば図７に示すように決定すればよい。このように２つのＤＡ変換器２０１，２０２を使用することで、各ＤＡ変換器へ入力される信号のレベルをあまり減衰させずに済むため、デジタル信号領域において振幅可変させる場合に、アナログ出力信号の劣化を抑制することが可能となる。

上述の装置の場合、２つのＤＡ変換器２０１，２０２の入出力特性のバラツキが比較的小さいときには、出力設定値と実際の出力信号レベルとの誤差は小さいが、入出力特性のバラツキが比較的大きいときには、出力設定値と実際の出力信号レベルとの誤差が大きくなる。図８は、２つのＤＡ変換器２０１，２０２の入出力特性のバラツキがない場合、バラツキが＋０．１ｄＢである場合およびバラツキが−０．１ｄＢである場合の出力設定値と実際の出力信号レベルとの対応関係を示す図である。図８に示すように、ＤＡ変換器２０１，２０２の入出力特性のバラツキが比較的大きい場合には、そのバラツキに起因して、出力設定値と実際の出力信号レベルとの間のリニアリティが悪化し、両者間の誤差が増大する。特に、出力設定値が小さい領域ほどリニアリティが悪化する。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、デジタル信号領域において振幅可変させる場合にアナログ出力信号の劣化を抑制するとともに、出力設定値と実際の出力信号レベルとの誤差を小さくすることができる振幅可変装置および振幅可変方法を得ることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明では以下のようにした。

本発明に係る振幅可変装置の１つは、デジタル入力信号に第１の係数を乗算する第１の乗算手段と、第１の係数を乗算した後のデジタル入力信号をアナログ信号へ変換する第１のＤＡ変換器と、デジタル入力信号に第２の係数を乗算する第２の乗算手段と、第２の係数を乗算した後のデジタル入力信号をアナログ信号へ変換する第２のＤＡ変換器と、第１のＤＡ変換器によるアナログ信号および第２のＤＡ変換器によるアナログ信号の両方の和または一方と他方との差をアナログ出力信号として出力する出力手段と、アナログ出力信号の出力設定値に関する所定数の領域のそれぞれについて設定された比率に基づいて、その出力設定値に対応する第１および第２の係数の値を決定する制御手段とを備える。

また、本発明に係る振幅可変装置の１つは、デジタル入力信号に第１の係数を乗算する第１の乗算手段と、第１の係数を乗算した後のデジタル入力信号をアナログ信号へ変換する第１のＤＡ変換器と、デジタル入力信号に第２の係数を乗算する第２の乗算手段と、第２の係数を乗算した後のデジタル入力信号をアナログ信号へ変換する第２のＤＡ変換器と、第１のＤＡ変換器によるアナログ信号に対して第２のＤＡ変換器によるアナログ信号を逆相で合成して、合成後の信号をアナログ出力信号として出力する出力手段と、アナログ出力信号の出力設定値に関する所定数の領域のそれぞれについて設定された比率に基づいて、その出力設定値に対応する第１および第２の係数の値を決定する制御手段とを備える。

また、本発明に係る振幅可変装置は、上記の振幅可変装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、２つの係数の比率は、出力設定値が小さい領域ほど１に近づくように予め決定される。

また、本発明に係る振幅可変装置は、上記の振幅可変装置のいずれかに加え、次のようにしてもよい。つまり、その場合、出力設定値の領域間の境界は、出力設定値とアナログ出力信号の出力信号レベルとの誤差許容値に応じて予め決定される。

本発明に係る振幅可変方法の１つは、アナログ出力信号の出力設定値に関する所定数の領域のそれぞれについて設定された比率に基づいて、その出力設定値に対応する第１および第２の係数の値を決定し、デジタル入力信号に第１の係数を乗算し、第１の係数を乗算した後のデジタル入力信号を第１のアナログ信号へ変換し、デジタル入力信号に第２の係数を乗算し、第２の係数を乗算した後のデジタル入力信号を第２のアナログ信号へ変換し、第１および第２のアナログ信号の両方の和または一方と他方との差をアナログ出力信号として出力する。

また、本発明に係る振幅可変方法の１つは、アナログ出力信号の出力設定値に関する所定数の領域のそれぞれについて設定された比率に基づいて、その出力設定値に対応する第１および第２の係数の値を決定し、デジタル入力信号に第１の係数を乗算し、第１の係数を乗算した後のデジタル入力信号を第１のアナログ信号へ変換し、デジタル入力信号に第２の係数を乗算し、第２の係数を乗算した後のデジタル入力信号を第２のアナログ信号へ変換し、第１のアナログ信号に対して第２のアナログ信号を逆相で合成して、合成後の信号をアナログ出力信号として出力する。

本発明によれば、デジタル信号領域において振幅可変させる場合にアナログ出力信号の劣化を抑制するとともに、出力設定値と実際の出力信号レベルとの誤差を小さくすることができる。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る振幅可変装置の構成を示すブロック図である。図１において、ＤＡ変換器（ＤＡＣ）１は、係数器３により係数を乗算した後のデジタル入力信号をアナログ信号へ変換する第１のＤＡ変換器である。また、ＤＡ変換器（ＤＡＣ）２は、係数器４により係数を乗算した後のデジタル入力信号をアナログ信号へ変換する第２のＤＡ変換器である。なお、ＤＡ変換器１，２の分解能は、デジタル入力信号の分解能と同一としてもよいし、デジタル入力信号の分解能より高くしてもよい。

また、係数器３，４は、第１の係数としての正極側係数Ａｐおよび第２の係数としての負極側係数Ａｎをデジタル信号にそれぞれ乗算する回路である。係数器３，４は、それぞれ、例えば乗算器、および係数のデータを記憶するメモリなどの記憶部を有する。制御回路１１は、係数器３，４のそれぞれにおける係数の値を設定する回路である。また、減算器５は、ＤＡ変換器１によるアナログ信号からＤＡ変換器２によるアナログ信号を減算し、その演算結果をアナログ出力信号として出力する出力手段として機能する回路である。したがって、ＤＡ変換器１の出力レベルは、アナログ出力信号のレベルより大きくなる。

また、制御回路１１は、アナログ出力信号の出力設定値に関する所定数（この実施の形態では４）の領域のそれぞれについて設定された比率に基づいて、その出力設定値に対応する正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎの値を決定する回路である。

次に、上記装置の動作について説明する。

まず、デジタルオーディオ再生装置などからの同一のデジタル入力信号が、ＤＡ変換器１および係数器３に供給される。

係数器３は、制御回路１１により設定された値の正極側係数Ａｐをデジタル入力信号に乗算し、乗算後のデジタル入力信号をＤＡ変換器１に供給する。ＤＡ変換器１は、その乗算後のデジタル入力信号をアナログ信号に変換し、減算器５に供給する。

また、係数器４は、制御回路１１により設定された値の負極側係数Ａｎをデジタル入力信号に乗算し、乗算後のデジタル入力信号をＤＡ変換器２に供給する。ＤＡ変換器２は、その乗算後のデジタル入力信号をアナログ信号に変換し、減算器５に供給する。

そして、減算器５は、ＤＡ変換器１からのアナログ信号とＤＡ変換器２からのアナログ信号の差を演算しアナログ出力信号として出力する。

また、制御回路１１は、係数器３，４に、係数値のデジタルデータを記憶させる。制御回路１１は、アナログ出力信号を減衰させる場合、例えば図示せぬボリューム操作部に対する操作の操作量に対応するアナログ出力信号の出力設定値（つまり減衰率）を特定し、その出力設定値に応じた係数値を係数器３，４にそれぞれ設定する。

その際、アナログ出力信号の出力設定値は、所定の数（この実施の形態では４）の領域に分類され、該当する領域に応じて異なる対応関係に基づいて、その出力設定値に対応する正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎの値が特定される。

図２は、本発明の実施の形態におけるアナログ出力信号の出力設定値と係数器３，４の正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎの値との対応関係の一例を示す図である。図２に示すように、この実施の形態では、出力設定値のレンジが、領域Ｉから領域IVまでの連続する４領域に分割されている。領域Ｉは、０ｄＢ以下でかつ−１３ｄＢより高い領域とされ、領域IIは、−１３ｄＢ以下でかつ−１９ｄＢより高い領域とされ、領域IIIは、−１９ｄＢ以下でかつ−３０ｄＢより高い領域とされ、領域IVは、−３０ｄＢ以下でかつ−８０ｄＢより高い領域とされる。

そして、正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎの値は、領域ごとに異なる比率であってかつ領域内では一定な比率となるように設定される。

この実施の形態では、ＤＡ変換器１，２の入出力特性バラツキが０．３ｄＢであっても、出力設定値に対する出力信号レベルの誤差（絶対値）が２ｄＢ以下となるように、各領域の境界値および領域内での正極側係数Ａｐと負極側係数Ａｎとの比率が決定される。図２に示すように、この実施の形態では、両者の比率は、領域Iでは１：−１、領域IIでは２：１、領域IIIでは４：３、領域IVでは５：４とされる。この比率は、すべて整数比とされ、出力設定値が小さくなるにつれて１：１に近づくように決定されている。また、領域I以外の領域では、比率Ｍ：ＮについてＭ＝Ｎ−１が成り立つようにＭおよびＮが決定されている。

したがって、正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎの値は、式（１）および式（２）に従って、出力設定値に応じて決定された値とされる。

出力設定値[dB]＝２０・ｌｏｇ_１０｛（Ａｐ−Ａｎ）／２｝ ・・・（１）

Ａｐ／Ａｎ＝Ｍ／Ｎ ・・・（２）
ただし、ＭおよびＮは、各領域の比率Ｍ：Ｎを決定する２値である。

つまり、図２の場合では、出力設定値が領域Ｉのいずれかの値であるときには、正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎの値は、式（３），（４）および出力設定値で決定される値となる。

出力設定値[dB]＝２０・ｌｏｇ_１０（Ａｐ） ・・・（３）

Ａｎ＝−Ａｐ ・・・（４）

同様に、図２の場合では、出力設定値が領域IIのいずれかの値であるときには、正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎの値は、式（５），（６）および出力設定値で決定される値となる。

出力設定値[dB]＝２０・ｌｏｇ_１０（Ａｐ／４） ・・・（５）

Ａｎ＝Ａｐ／２ ・・・（６）

同様に、図２の場合では、出力設定値が領域IIIのいずれかの値であるときには、正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎの値は、式（７），（８）および出力設定値で決定される値となる。

出力設定値[dB]＝２０・ｌｏｇ_１０（Ａｐ／８） ・・・（７）

Ａｎ＝Ａｐ×３／４ ・・・（８）

同様に、図２の場合では、出力設定値が領域IVのいずれかの値であるときには、正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎの値は、式（９），（１０）および出力設定値で決定される値となる。

出力設定値[dB]＝２０・ｌｏｇ_１０（Ａｐ／１０） ・・・（９）

Ａｎ＝Ａｐ×４／５ ・・・（１０）

なお、例えば、上述の、図２に示す出力設定値と正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎの値との対応関係のテーブルが図示せぬメモリなどに予め格納され、制御回路１１は、そのテーブルを参照して出力設定値から正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎの値を特定するようにすればよい。その場合、テーブルに記憶されていない出力設定値についての正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎの値は、テーブルに記憶されている出力設定値についての正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎから内挿または外挿により計算されるようにすればよい。

なお、ここでは、ＤＡ変換器１，２のバラツキを０．３ｄＢと仮定した場合に出力設定値に対する出力信号レベルの誤差が、２ｄＢという所定の許容誤差以下となるように、領域の境界および２つの係数Ａｐ，Ａｎの比率が設定されているが、バラツキおよび／または所定の許容誤差は別の条件でもよく、その条件に応じて設定されればよい。

このように、制御回路１１は、領域Ｉから領域IVのそれぞれについて設定された対応関係に基づいて決定された、その出力設定値に対応する値を正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎの値とする。これにより、出力設定値の全域にわたって、出力設定値と出力信号レベルとの間のリニアリティが良好になる。図３は、本発明の実施の形態に係る振幅可変装置での出力設定値と出力信号レベルとの間の対応関係を示す図である。図３に示すように、各領域においてリニアリティの良好となるように個別的に比率が設定されるため、全体としてリニアリティが良好となっている。

以上のように、上記実施の形態によれば、第１の乗算手段としての係数器３が、デジタル入力信号に正極側係数Ａｐ（第１の係数）を乗算し、第１のＤＡ変換器としてのＤＡ変換器１が、正極側係数Ａｐを乗算した後のデジタル入力信号をアナログ信号へ変換する。一方、第２の乗算手段としての係数器４が、デジタル入力信号に負極側係数Ａｎ（第２の係数）を乗算し、第２のＤＡ変換器としてのＤＡ変換器２が、負極側係数Ａｎを乗算した後のデジタル入力信号をアナログ信号へ変換する。そして、出力手段としての減算器５が、ＤＡ変換器１によるアナログ信号とＤＡ変換器２によるアナログ信号との差をアナログ出力信号として出力する。他方、制御手段としての制御回路１１は、アナログ出力信号の出力設定値に関する所定数の領域のそれぞれについて設定された比率に基づいて、その出力設定値に対応する正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎの値を決定する。

これにより、領域ごとに係数値を設定することができるため、出力設定値と実際の出力信号レベルとの間のリニアリティが確保しやすくなり、デジタル信号領域において振幅可変させる場合にアナログ出力信号の劣化を抑制するとともに、ＤＡ変換器１，２の特性に多少のバラツキがあっても、出力設定値と実際の出力信号レベルとの誤差を小さくすることができる。また、各領域内では２つの係数の比率を一定としているため、出力設定値と実際の出力信号レベルとの誤差が領域内で均一となる。

また、上記実施の形態によれば、出力設定値の領域間の境界は、出力設定値とアナログ出力信号の出力信号レベルとの誤差許容値に応じて予め決定されたものとされる。これにより、出力設定値と実際の出力信号レベルとの間のリニアリティを所定の許容誤差範囲内で確保することができる。

なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

例えば、上記実施の形態では、出力設定値の領域を４分割しているが、５以上または３以下の複数領域に分割するようにしてもよい。その場合には、各領域において出力設定値からの出力信号レベルの誤差が所定の誤差許容値以下となるように、領域の境界および各領域での正極側係数Ａｐと負極側係数Ａｎとの比率を決定すればよい。

また、上記実施の形態では、減算器５により、ＤＡ変換器１の出力信号とＤＡ変換器２の出力信号との差が演算されるが、減算器５の代わりに加算器を使用するとともに、ＤＡ変換器２の出力信号が逆相となるようにし、ＤＡ変換器１の出力信号とＤＡ変換器２の出力信号との和が演算されるようにしてもよい。

なお、制御回路１１は、係数器３，４の係数値を連続的または段階的に時間経過とともに変化させることで、アナログ出力信号をフェードインまたはフェードアウトさせるようにしてもよい。

本発明は、例えば、デジタルオーディオ装置のボリュームに適用可能である。

本発明の実施の形態に係る振幅可変装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態におけるアナログ出力信号の出力設定値と係数器の正極側係数Ａｐおよび負極側係数Ａｎの値との対応関係の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る振幅可変装置での出力設定値と出力信号レベルとの間の対応関係を示す図である。 デジタルボリュームの一例を示すブロック図である。 振幅可変装置の参考例を示すブロック図である。 図５における２つのＤＡ変換器の出力信号とアナログ出力信号との関係を示す図である。 図５における装置での出力設定値と係数器の係数値との対応関係を示す図である。 図５における装置において２つのＤＡ変換器の入出力特性のバラツキがない場合、バラツキが＋０．１ｄＢである場合およびバラツキが−０．１ｄＢである場合の出力設定値と実際の出力信号レベルとの対応関係を示す図である。

符号の説明

１ ＤＡ変換器（第１のＤＡ変換器）
２ ＤＡ変換器（第２のＤＡ変換器）
３ 係数器（第１の乗算手段）
４ 係数器（第２の乗算手段）
５ 減算器（出力手段）
１１ 制御回路（制御手段）

Claims (6)

1. デジタル入力信号に第１の係数を乗算する第１の乗算手段と、
   上記第１の係数を乗算した後のデジタル入力信号をアナログ信号へ変換する第１のＤＡ変換器と、
   上記デジタル入力信号に第２の係数を乗算する第２の乗算手段と、
   上記第２の係数を乗算した後のデジタル入力信号をアナログ信号へ変換する第２のＤＡ変換器と、
   上記第１のＤＡ変換器によるアナログ信号および上記第２のＤＡ変換器によるアナログ信号の両方の和または一方と他方との差をアナログ出力信号として出力する出力手段と、
   上記アナログ出力信号の出力設定値に関する所定数の領域のそれぞれについて設定された比率に基づいて、その出力設定値に対応する上記第１および第２の係数の値を決定する制御手段と、
   を備えることを特徴とする振幅可変装置。
2. デジタル入力信号に第１の係数を乗算する第１の乗算手段と、
   上記第１の係数を乗算した後のデジタル入力信号をアナログ信号へ変換する第１のＤＡ変換器と、
   上記デジタル入力信号に第２の係数を乗算する第２の乗算手段と、
   上記第２の係数を乗算した後のデジタル入力信号をアナログ信号へ変換する第２のＤＡ変換器と、
   上記第１のＤＡ変換器によるアナログ信号に対して上記第２のＤＡ変換器によるアナログ信号を逆相で合成して、合成後の信号をアナログ出力信号として出力する出力手段と、
   上記アナログ出力信号の出力設定値に関する所定数の領域のそれぞれについて設定された比率に基づいて、その出力設定値に対応する上記第１および第２の係数の値を決定する制御手段と、
   を備えることを特徴とする振幅可変装置。
3. 前記比率は、前記出力設定値が小さい領域ほど１に近づくように予め決定されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の振幅可変装置。
4. 前記出力設定値の前記領域間の境界は、前記出力設定値と前記アナログ出力信号の出力信号レベルとの誤差許容値に応じて予め決定されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の振幅可変装置。
5. アナログ出力信号の出力設定値に関する所定数の領域のそれぞれについて設定された比率に基づいて、その出力設定値に対応する第１および第２の係数の値を決定し、
   デジタル入力信号に上記第１の係数を乗算し、上記第１の係数を乗算した後のデジタル入力信号を第１のアナログ信号へ変換し、
   上記デジタル入力信号に上記第２の係数を乗算し、上記第２の係数を乗算した後のデジタル入力信号を第２のアナログ信号へ変換し、
   上記第１および上記第２のアナログ信号の両方の和または一方と他方との差をアナログ出力信号として出力すること、
   を特徴とする振幅可変方法。
6. アナログ出力信号の出力設定値に関する所定数の領域のそれぞれについて設定された比率に基づいて、その出力設定値に対応する第１および第２の係数の値を決定し、
   デジタル入力信号に上記第１の係数を乗算し、上記第１の係数を乗算した後のデジタル入力信号を第１のアナログ信号へ変換し、
   上記デジタル入力信号に上記第２の係数を乗算し、上記第２の係数を乗算した後のデジタル入力信号を第２のアナログ信号へ変換し、
   上記第１のアナログ信号に対して上記第２のアナログ信号を逆相で合成して、合成後の信号をアナログ出力信号として出力すること、
   を特徴とする振幅可変方法。

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