JP4855207B2 - ボリューム制御装置、方法、それを用いたオーディオ信号増幅回路ならびに電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、オーディオ信号処理技術に関し、特に電子ボリュームの制御技術に関する。

ＣＤプレイヤやＭＤプレイヤ、シリコンオーディオ機器に代表されるオーディオ機器は、オーディオ信号の音量すなわち振幅を調節するためのボリューム制御装置を備えている。ボリューム制御装置は、オーディオ機器内に搭載されるホストプロセッサからの指示にもとづいてボリューム値を設定・変更する。
特開平８−３１７４９２号公報

デジタルオーディオ機器は、通常ＲチャンネルとＬチャンネルの２チャンネルを有し、チャンネルごとにボリュームが変更可能に構成されるのが一般的である。さらに５．１チャンネルなどのマルチチャンネル再生に対応するものもある。ホストプロセッサからボリューム制御装置に対するボリューム値の変更を、Ｉ２Ｃバスなどのシリアルバスを利用して実行する場合、あるチャンネルのボリュームを変更した後に、次のチャンネルのボリュームを変更することになる。その結果、左右で音量変化にタイムラグが発生するという問題がある。こうしたタイムラグは、時としてユーザに不快な聴感を与える場合がある。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は複数チャンネルのボリュームを変更する際のタイムラグを減少したボリューム制御装置の提供にある。

本発明のある態様によれば、複数のチャンネルのボリュームを制御するボリューム制御装置が提供される。このボリューム制御回路は、チャンネルごとのボリューム値を示すデータを保持する複数のレジスタと、外部のホストプロセッサから、チャンネルごとのボリューム値を示すデータをシリアル形式で受信し、そのチャンネルのボリューム値を示すデータを、対応するレジスタに書き込むインタフェース部と、少なくともひとつのレジスタの値が更新されると、そのレジスタに対応するチャンネルのボリュームを変更するボリューム設定部と、を備える。インタフェース部は、切り替え可能な第１、第２モードで動作し、第１モードにおいて、指示されたチャンネルに対応するレジスタにボリューム値を示すデータを書き込み、第２モードにおいて、すべてのレジスタにボリューム値を示すデータを書き込む。

この態様によると、第２モードにおいて、ひとつのシリアルデータ、すなわちひとつの信号フレームによって、複数チャンネルのボリュームに対応するレジスタ値が更新されるため、複数チャンネルのボリュームが同じタイミングで変更されることになり、タイムラグを解消することができる。

シリアル形式のデータは、第１、第２モードを指示するデータと、変更の対象となるチャンネルを示すデータと、そのチャンネルのボリューム値を示すデータと、を含んでもよい。
この場合、シリアル形式のデータごと、すなわち信号フレームごとに、モードを設定することができ、柔軟なボリューム設定が可能となる。

ボリューム設定部は、チャンネルごとのデジタルオーディオ信号と、レジスタに格納されたデータが示すボリューム値とを乗算する乗算器を含んでもよい。

本発明の別の態様は、オーディオ信号増幅回路である。このオーディオ信号増幅回路は、複数チャンネルのオーディオ信号を受け、各オーディオ信号のボリュームを制御する上述のボリューム制御装置と、ボリューム制御装置の出力信号をΔΣ変調する変調器と、変調器の出力信号を増幅するＤ級アンプと、を備える。ある態様のオーディオ信号増幅回路は、ひとつの半導体基板上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。１つのＬＳＩとして集積化することにより、回路面積を削減することができる。

本発明のさらに別の態様は、電子機器に関する。この電子機器は、上述のオーディオ信号増幅回路と、オーディオ信号増幅回路の出力信号によって駆動される音声出力部と、オーディオ信号増幅器によって増幅すべきオーディオ信号を生成する音源と、オーディオ信号増幅器とシリアルバスを介して接続され、オーディオ信号増幅器に対してチャンネルごとのボリューム値を示すデータを送信するホストプロセッサと、を備える。

本発明のさらに別の態様によれば、複数のチャンネルのボリュームを制御するボリューム制御方法が提供される。このボリューム制御方法は、外部のホストプロセッサからチャンネルごとのボリューム値を示すデータをシリアル形式にて受信するステップと、チャンネルごとのボリューム値を示すデータを、そのチャンネルに対応するレジスタに書き込むステップと、少なくともひとつのレジスタの値が更新されると、そのレジスタに対応するチャンネルのボリュームを変更するステップと、を備える。書き込むステップは、第１モードにおいて、指示されたチャンネルに対応するレジスタにボリューム値を示すデータを書き込み、第２モードにおいて、すべてのレジスタにボリューム値を示すデータを書き込む。

ある態様の制御方法は、第１、第２モードを指示するデータと、変更の対象となるチャンネルを示すデータと、そのチャンネルのボリューム値を示すデータと、を含むシリアル形式のデータを生成するステップをさらに備えてもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係るボリューム制御装置によれば、チャンネル間のボリューム変更のタイムラグを減少させることができる。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の実施の形態に係るオーディオ信号増幅回路１００を搭載した電子機器２００の構成を示す回路図である。オーディオ信号増幅回路１００は、携帯型ＣＤプレイヤ、音楽再生機能付きの携帯電話端末など、スピーカやイヤホンが接続される電子機器に搭載され、そのスピーカやイヤホン（以下の説明ではスピーカとする）などの音声出力部を駆動し、音声信号を出力する。電子機器２００は、いわゆるステレオ再生を行うものであり、ＬチャンネルとＲチャンネルの２つの音声を出力する。

まず、電子機器２００全体の構成について説明する。電子機器２００は、オーディオ信号増幅回路１００、音源１１０、フィルタ１２０Ｌ、１２０Ｒ、スピーカ１３０Ｌ、１３０Ｒを備える。以下、添え字のＬは、Ｌチャンネルを、ＲはＲチャンネルを表すものとし、さらにＬチャンネルとＲチャンネルは同等の構成であるため、特に必要のない限り添え字を省略して説明するものとする。

音源１１０は、光ディスク、ハードディスク、フラッシュメモリなどの記憶媒体に所定のフォーマットで記録されたデジタルのオーディオ信号を読み出し、これをデコードして、デジタル値の信号として出力する。このデジタルのオーディオ信号Ｓ１は、オーディオ信号増幅回路１００の入力端子１０２に入力される。図示しないが、オーディオ信号Ｓ１は、ＬチャンネルとＲチャンネルの信号成分を含んでいる。

オーディオ信号増幅回路１００は、入力端子１０２に入力されたオーディオ信号Ｓ１を受信し、ＬチャンネルとＲチャンネルで個別にΔΣ変調してビットストリームに変換し、さらに増幅した後に、出力端子１０４Ｌ、１０４Ｒからそれぞれ出力する。出力端子１０４から出力されたビットストリームのオーディオ信号Ｓ２は、インダクタおよびキャパシタ（図示せず）を含むフィルタ１２０に入力される。フィルタ１２０は、ビットストリームＳ１の高周波成分を除去する。さらにフィルタ１２０は、デカップリングキャパシタ（不図示）を含んでおり、ＬＣフィルタの出力信号のＤＣ成分を除去し、スピーカ１３０へと出力する。本実施の形態において、オーディオ信号増幅回路１００は、一つの半導体基板上に、ひとつの機能ＩＣとして一体集積化されることが望ましい。

本実施の形態に係るオーディオ信号増幅回路１００は、ホストプロセッサ１４０から出力されるボリューム制御データＤｃｎｔに応じて、ＬチャンネルおよびＲチャンネルのボリュームを独立して変更することができる。このために、オーディオ信号増幅回路１００は、電子ボリューム制御装置１０を備えている。以下、この電子ボリューム制御装置１０の構成について、オーディオ信号増幅回路１００内のその他のブロックとともに説明する。

オーディオ信号増幅回路１００は、電子ボリューム制御装置１０、ΔΣ変調器２０Ｌ、２０Ｒ、Ｄ級アンプ２２Ｌ、２２Ｒ、インタフェース部３０を備える。

オーディオ信号増幅回路１００と音源１１０とは、所定のバス１５２を介して接続されている。音源１１０は、このバス１５２を介してオーディオ信号増幅回路１００に対しオーディオ信号Ｓ１を送出する。インタフェース部３０は、音源１１０から所定のフォーマットにて送出されるオーディオ信号Ｓ１を受信するためのインタフェースである。インタフェース部３０は、受信したオーディオ信号Ｓ１を、ＬチャンネルとＲチャンネルに分離し、後段の電子ボリューム制御装置１０へと出力する。

電子ボリューム制御装置１０は、デジタル演算処理によってオーディオ信号Ｓ１Ｌ、Ｓ１Ｒの振幅に、ボリューム値に対応する係数を乗じる。ΔΣ変調器２０は、電子ボリューム制御装置１０から出力されるデジタルオーディオ信号に対して、補間処理およびΔΣ変調を実行する。Ｄ級アンプ２２は、ΔΣ変調器２０から出力されるビットストリームを増幅するレベルシフト回路であり、十分なトランジスタサイズを有するインバータで構成される。Ｄ級アンプ２２により増幅されたビットストリームのオーディオ信号Ｓ２は、上述のように、フィルタ１２０に入力され、スピーカ１３０から音声として出力される。

本実施の形態に係る電子ボリューム制御装置１０は、ホストプロセッサ１４０とシリアルバス１５０を介して接続されており、ホストプロセッサ１４０から出力されるシリアル形式のボリューム制御データＤｃｎｔに応じて、ＬチャンネルおよびＲチャンネルのボリュームを個別に制御する。

本実施の形態においてシリアルバスはＩ２Ｃバスである。電子ボリューム制御装置１０は、インタフェース部１２、ボリュームレジスタ１４Ｌ、１４Ｒ、ボリューム設定部１６を備える。
ボリュームレジスタ１４Ｌ、１４Ｒは、チャンネルごとのボリューム値を示すデータ（以下、ボリュームデータともいう）を保持するメモリである。インタフェース部１２は、外部のホストプロセッサ１４０からチャンネルごとのボリュームデータを含むボリューム制御データＤｃｎｔをシリアル形式にて受信し、そのチャンネルのボリュームデータを対応するボリュームレジスタ１４Ｌ、１４Ｒに書き込む。

インタフェース部１２は、切り替え可能な第１、第２モードで動作する。第１モードにおいて、インタフェース部１２は、ボリューム制御データＤｃｎｔによって指示されたチャンネルに対応するボリュームレジスタ１４Ｌ、１４Ｒのいずれかにボリュームデータを書き込む。一方、インタフェース部１２は、第２モードにおいて、すべてのボリュームレジスタ１４Ｌ、１４Ｒにボリュームデータを書き込む。

ボリューム設定部１６は、ボリュームレジスタ１４Ｌ、１６Ｒのうち、少なくとも一方のデータが更新されると、そのボリュームレジスタ１４Ｌ、１４Ｒに対応するチャンネルのボリュームを変更する。本実施の形態において、ボリューム設定部１６は、乗算器１８Ｌ、１８Ｒを含む。乗算器１８Ｌ、１８Ｒはそれぞれ、チャンネルごとのデジタルオーディオ信号Ｓ１Ｌ、Ｓ１Ｒと、ボリュームレジスタ１４Ｌ、１４Ｒに格納されたボリュームデータが示すボリューム値とを乗算する。

図２は、シリアル形式のボリューム制御データＤｃｎｔの信号フォーマットを示す図である。ボリューム制御データＤｃｎｔは、対象となるレジスタのアドレスを示すアドレスデータ４０と、合計８ビットのモードデータ４２およびボリュームデータ４４を含む。８ビットのデータは、先頭の１ビットが、第１、第２モードを指示するモードデータ４２となっており、残りの７ビットが変更後のボリューム値を示すボリュームデータ４４となっている。本実施の形態において、レジスタのアドレスデータ４０は、ボリューム変更の対象となるチャンネルを示している。たとえば、アドレスデータ４０がｘｘｈのとき、Ｌチャンネルのボリュームが変更され、アドレスデータ４０がｙｙｈのとき、Ｒチャンネルのボリュームが変更される。

モードを指示するモードデータ４２は、第１モードのときＶｏｌｕｍｅＬＲ＝０、第２モードのときＶｏｌｕｍｅＬＲ＝１となる。ボリューム値を示す７ビットのボリュームデータ４４にもとづいて、１２８階調もしくはそれ以下でボリュームが制御される。実際には、乗算器１８は、７ビットのボリュームデータＶｏｌｕｍｅＬｃｈ（またはＶｏｌｕｍｅＲｃｈ）をオーディオ信号Ｓ１Ｌ（またはＳ１Ｒ）と乗算するのではなく、テーブル（不図示）を参照し、ボリュームデータＶｏｌｕｍｅＬｃｈ（Ｒｃｈ）に対応する係数を取得し、取得した係数とオーディオ信号Ｓ１Ｌ（Ｒ）を乗算する。

以上のように構成された電子ボリューム制御装置１０の動作について、第１モードと第２モードを分けてそれぞれ説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、第１モード、第２モードにおけるボリューム変更のタイムチャートである。なお、図３（ａ）、（ｂ）に示されるタイムチャートは、説明を簡潔にするため、縦軸および横軸が適宜拡大、縮小されている。

（第１モード）
インタフェース部１２は、ボリューム制御データＤｃｎｔを受信し、モードデータのビットＶｏｌＬＲを参照する。その結果、ＶｏｌＬＲが０のとき、第１モードに設定される。第１モードの場合、インタフェース部１２は、アドレスデータ４０を参照し、指定されたボリュームレジスタ１４Ｌ、１４Ｒのいずれか一方に、ボリュームデータ４４を格納する。ボリュームレジスタ１４Ｌのデータが更新されると、ボリューム設定部１６は、Ｌチャンネルのボリューム値を変更する。

図３（ａ）に示すように時刻ｔ０にインタフェース部１２がＬチャンネルのボリュームを変更するボリューム制御データＤｃｎｔを受信すると、ボリュームレジスタ１４Ｌに、変更後のボリューム値を格納する。ボリューム設定部１６の乗算器１８Ｌは、それまでのボリューム値から、ボリュームレジスタ１４Ｌに格納されているデータに対応するボリューム値に向かって、段階的にボリュームを変更していく。時刻ｔ１にＬチャンネルのボリュームの遷移が完了する。

時刻ｔ１に、インタフェース部１２がＲチャンネルのボリュームを変更するボリューム制御データＤｃｎｔを受信すると、ボリュームレジスタ１４Ｒに、変更後のボリューム値を格納する。ボリューム設定部１６の乗算器１８Ｌは、それまでのボリューム値から、ボリュームレジスタ１４Ｌに格納されているデータに対応するボリューム値に向かって、段階的にボリュームを変更していく。時刻ｔ２に、Ｒチャンネルのボリュームの遷移が完了する。

このように、第１モードでは、ＬチャンネルとＲチャンネルのボリューム値を、ボリューム制御データＤｃｎｔにもとづいて独立に制御することができる。

（第２モード）
インタフェース部１２は、ボリューム制御データＤｃｎｔを受信し、モードデータのビットＶｏｌＬＲを参照する。その結果、ＶｏｌＬＲが１のとき、第２モードに設定される。第２モードの場合、インタフェース部１２は、ボリュームレジスタ１４Ｌ、１４Ｒの両方に、ボリュームデータ４４を格納する。ボリュームレジスタ１４Ｌ、１４Ｒのデータが更新されると、ボリューム設定部１６は、ＬチャンネルおよびＲチャンネルのボリューム値を変更する。

図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ０に第２モードを指示するボリューム制御データＤｃｎｔを受信すると、ボリュームレジスタ１４Ｌ、１４Ｒに、同一のボリューム値が格納される。ボリューム設定部１６の乗算器１８Ｌ、１８Ｒは、それまでのボリューム値から、ボリュームレジスタ１４Ｌ、１４Ｒに格納されているデータに対応するボリューム値に向かって、段階的にボリュームを変更していく。時刻ｔ１にＲチャンネルのボリュームの遷移が完了し、時刻ｔ２にＬチャンネルのボリュームの遷移が完了する。

このように、第２モードでは、ＬチャンネルとＲチャンネルのボリュームの遷移を同じタイミングで開始することにより、２つのチャンネルのボリュームの遷移のタイムラグを減少することができる。さらに、各チャンネルのボリュームの遷移が完了するまでの期間を、短縮することができる。
また、第１モードと第２モードを切り替えられるため、第１モードに設定することにより、従来のように、ボリューム制御データＤｃｎｔにもとづいてＬチャンネルあるいはＲチャンネルのボリューム値を独立に、異なるタイミングで変更させることも可能となる。

この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、第１モードと第２モードを切り替えるための信号が、ボリュームを制御するためのボリューム制御データＤｃｎｔに含まれる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
たとえば、現在のモードを保持するためのモード用のレジスタを別途設け、モードを指示する制御データを、ボリューム制御データＤｃｎｔとは別に生成し、モード用のレジスタに対して、モードを指示するデータを書き込んでもよい。この場合、ボリューム設定部１６は、ボリューム制御データＤｃｎｔが入力されると、モード用のレジスタを参照して現在のモードを判別し、そのモードに応じて、ボリュームレジスタ１４へのデータの書き込みを実行すればよい。この変形例においても、第１モード、第２モードを切り替えることができるため、実施の形態にかかる電子ボリューム制御装置１０と同様の効果を得ることができる。さらに、この場合、モードの切り替えるタイミングでモードを指示するデータを送受信すればよいため、ボリューム制御データＤｃｎｔのビット数を削減することができる。

実施の形態にかかる電子ボリューム制御装置１０では、２チャンネルのオーディオ信号のボリュームを制御する場合について説明したが、これをより多くのチャンネルのオーディオ信号に適用してもよい。この場合、チャンネルごとにボリュームレジスタ１４および乗算器１８を設ければよい。

また、実施の形態では、デジタル演算処理による乗算によってボリューム値を変更する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、アナログのオーディオ信号に変換した後に、可変利得増幅器あるいは可変アテネータを利用してボリュームを制御してもよい。この場合、乗算器１８に替えて、可変利得増幅器あるいは可変アテネータを設け、ボリュームレジスタ１４に格納されるボリューム値に対応したデータにもとづいて、増幅率、あるいは減衰率を変化させればよい。その他、ボリュームの変更については、さまざまな方式を利用することができる。

本発明の実施の形態に係るオーディオ信号増幅回路を搭載した電子機器の構成を示す回路図である。 シリアル形式のボリューム制御データの信号フォーマットを示す図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、第１モード、第２モードにおけるボリューム変更のタイムチャートである。

符号の説明

１０ 電子ボリューム制御装置、 １２ インタフェース部、 １４ ボリュームレジスタ、 １６ ボリューム設定部、 １８ 乗算器、 ２０ ΔΣ変調器、 ２２ Ｄ級アンプ、 ３０ インタフェース部、 １００ オーディオ信号増幅回路、 １０２ 入力端子、 １０４ 出力端子、 １１０ 音源、 １２０ フィルタ、 １３０ スピーカ、 １４０ ホストプロセッサ、 ２００ 電子機器、 Ｄｃｎｔ ボリューム制御データ。

Claims (6)

1. 複数のチャンネルのボリュームを制御するボリューム制御装置であって、
   チャンネルごとのボリューム値を示すデータを保持する複数のレジスタと、
   外部のホストプロセッサから、第１、第２モードを指示するデータと、ボリューム値を指示するデータと、前記ボリューム値の変更の対象となるチャンネルを指示するデータと、をシリアル形式で受信し、前記第１モードが指示されると、指示されたチャンネルに対応するレジスタに前記ボリューム値を指示するデータを書き込み、前記第２モードが指示されると、すべてのチャンネルに対応するレジスタに前記ボリューム値を指示するデータを書き込むインタフェース部と、
   少なくともひとつの前記レジスタの値が更新されると、そのレジスタに対応するチャンネルのボリュームを変更するボリューム設定部と、
   を備えることを特徴とするボリューム制御装置。
2. 前記ボリューム設定部は、チャンネルごとのデジタルオーディオ信号と、前記レジスタに格納されたデータが示すボリューム値とを乗算する乗算器を含むことを特徴とする請求項１に記載のボリューム制御装置。
3. 複数チャンネルのオーディオ信号を受け、各オーディオ信号のボリュームを制御する請求項１に記載のボリューム制御装置と、
   前記ボリューム制御装置の出力信号をΔΣ変調する変調器と、
   前記変調器の出力信号を増幅するＤ級アンプと、
   を備えることを特徴とするオーディオ信号増幅回路。
4. ひとつの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項３に記載のオーディオ信号増幅回路。
5. 請求項３に記載のオーディオ信号増幅回路と、
   前記オーディオ信号増幅回路の出力信号によって駆動される音声出力部と、
   前記オーディオ信号増幅回路によって増幅すべきオーディオ信号を生成する音源と、
   前記オーディオ信号増幅回路とシリアルバスを介して接続され、前記オーディオ信号増幅回路に対してチャンネルごとのボリューム値を示すデータを送信するホストプロセッサと、
   を備えることを特徴とする電子機器。
6. 複数のチャンネルのボリュームを制御するボリューム制御方法であって、
   外部のホストプロセッサにおいて、第１、第２モードを指示するデータと、ボリューム値を指示するデータと、前記ボリューム値の変更の対象となるチャンネルを指示するデータと、を含むシリアル形式のデータを生成するステップと、
   前記ホストプロセッサから、前記シリアル形式のデータを受信するステップと、
   前記第１モードが指示されると、指示されたチャンネルに対応するレジスタに前記ボリューム値を指示するデータを書き込み、前記第２モードが指示されると、すべてのチャンネルに対応するレジスタに前記ボリューム値を指示するデータを書き込むステップと、
   少なくともひとつの前記レジスタの値が更新されると、そのレジスタに対応するチャンネルのボリュームを変更するステップと、
   を備えることを特徴とするボリューム制御方法。

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