JPH09298431A - 利得可変装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディジタル信号処理により再生信号の利得を
可変にする利得可変装置に関し、いかなる時でもボリュ
ーム操作時の異音発生を防止し、かつボリューム操作時
の応答性を確保することを目的とする。 【解決手段】 ゼロクロス検出による更新タイミング制
御が有効となる利得変更対象の被信号に利得係数を乗算
して出力する乗算手段４１と、被信号に対する利得を指
示する利得指示手段１０と、被信号の振幅を監視して被
信号波形が交流信号的に振幅ゼロ軸と交差するタイミン
グを検出するゼロクロス検出処理手段４２と、ゼロクロ
ス検出処理手段により検出された被信号のゼロクロス時
に同期して乗算手段での乗算処理係数を利得指示手段に
より指示された係数に更新する係数更新処理手段４３と
を備えてなる

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種オーディオ装
置のボリューム機能として、ディジタル信号処理により
再生信号の利得を可変する利得可変装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、オーディオ機器のボリューム機
能として一般的な利得可変装置に用いられているアナロ
グ電子ボリュームのゼロクロス検出部の一例を示してい
る。図５において、５０は利得可変の対象となるディジ
タルオーディオ信号波形が交流信号的に振幅ゼロ軸と交
差する時点を検出するゼロクロス検出器であり、このゼ
ロクロス検出器５０には、直流電源Ｖccとアースとの間
に直列接続されたゼロクロス検出タイマ設定用の抵抗Ｒ
およびコンデンサＣの接続中点が接続され、さらに入力
端子ＩＮからオーディオ信号が入力される。

【０００３】この構成において、利得可変時に異音発生
を防止するためのゼロクロス検出タイマ設定用の抵抗Ｒ
とコンデンサＣとは、 タイマ時間Ｔ＝０．６９×Ｒ×Ｃ［ｓｅｃ］ の関係にある。例えば、抵抗Ｒが２００ｋΩ、コンデン
サＣが０．２２μＦの場合、タイマ時間Ｔは３０ｍｓと
なる。

【０００４】これをボリュームの応答性に関係づける
と、いかに早くボリュームを操作しても、３０ｍｓに１
回しか利得が更新されないことになる。また、ゼロクロ
ス検出による更新タイミング制御が有効となる利得変更
の対象となる信号（以下、被信号、という）の周波数の
下限は、 タイマ時間Ｔ＝１／ゼロクロス下限周波数／２ の関係から１６７Ｈｚとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の利得可変装置で
は、アナログ電子ボリュームのゼロクロス検出タイマ値
によって、最小の利得更新可能時間間隔と、ゼロクロス
検出による更新タイミング制御が有効となる被信号の下
限周波数とが決定される。

【０００６】これはボリュームの応答性を重視して、ゼ
ロクロス検出タイマ時間を小さくし利得更新可能時間間
隔を小さくすれば、ゼロクロス下限周波数が大きくな
り、非ゼロクロス時の利得更新による異音発生（被信号
の段階的な振幅変化による異音の発生）頻度が大きくな
る。

【０００７】図６に、ボリュームを５ｍｓ毎に１ステッ
プ変化させ、タイマ時間を２．５ｍｓ（下限周波数２０
０Ｈｚ）とし、被信号が２０Ｈｚ正弦波の場合の利得更
新時の異音発生の関係を示す。図中の×印が異音発生ポ
イントである。

【０００８】一方、音質を重視し、低域の被信号におい
ても異音が発生しないようにゼロクロス検出タイマ時間
を大きくすると、利得更新可能間隔が大きくなり、応答
性が鈍くなったりする。とくに高域の被信号に対して早
いボリューム操作を行った場合、利得変化が粗くなり、
聴感上違和感が生じる。

【０００９】図７に、ボリュームを５ｍｓ毎に１ステッ
プ変化させ、タイマ時間を２５ｍｓ（下限周波数２００
Ｈｚ）とし、被信号が２ｋＨｚ正弦波の場合、応答性が
悪く感じられる利得更新の関係を示す。

【００１０】従って、応答性と音質（異音発生防止）と
は相反する条件であり、アナログ電子ボリュームのゼロ
クロス検出タイマの設定には聴感上の評価経験を要する
という不都合がある。

【００１１】本発明は、このような課題を解決するため
になされたもので、いかなる時でもボリューム操作時の
異音発生を防止し、かつボリューム操作時の応答性を確
保できるディジタル信号処理による利得可変装置を提供
することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明はディジタル信号
処理により再生信号の利得を可変にする利得可変装置で
あって、ゼロクロス検出による更新タイミング制御が有
効となる利得変更対象の被信号に利得係数を乗算して出
力する乗算手段と、被信号に対する利得を指示する利得
指示手段と、被信号の振幅を監視して被信号波形が交流
信号的に振幅ゼロ軸と交差するタイミングを検出するゼ
ロクロス検出処理手段と、ゼロクロス検出処理手段によ
り検出された被信号のゼロクロス時に同期して乗算手段
での乗算処理係数を利得指示手段により指示された係数
に更新する係数更新処理手段とから構成した。

【００１３】本発明によれば、いかなる時でもボリュー
ム操作時の異音発生を防止し、かつボリューム操作時の
応答性を確保できる利得可変装置が得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、ディジタル信号処理により再生信号の利得を可変に
する利得可変装置であって、ゼロクロス検出による更新
タイミング制御が有効となる利得変更対象の被信号に利
得係数を乗算して出力する乗算手段と、被信号に対する
利得を指示する利得指示手段と、被信号の振幅を監視し
て被信号波形が交流信号的に振幅ゼロ軸と交差するタイ
ミングを検出するゼロクロス検出処理手段と、ゼロクロ
ス検出処理手段により検出された被信号のゼロクロス時
に同期して乗算手段での乗算処理係数を利得指示手段に
より指示された係数に更新する係数更新処理手段とから
構成したものであり、ゼロクロス検出処理手段は被信号
の振幅を監視しながら、被信号波形が交流信号的に振幅
ゼロ軸と交差するタイミングを検出し、係数更新処理手
段はゼロクロス検出処理手段により検出された被信号の
ゼロクロス時に同期して乗算手段での乗算処理係数を利
得指示手段により指示された係数に更新し、これによ
り、利得更新を行う際に、異音発生を防止し、かつボリ
ューム操作時の応答性を確保する。

【００１５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、ゼロクロス検出処理手段のゼロクロス
検出中に利得指示手段からの新たな利得可変が生じたと
きに、利得に対応した係数が係数更新処理に使用される
構成にしたものであり、常に最新の利得に対応した係数
が、係数更新処理に使用でき、ゼロクロス検出処理のタ
イムアウト時間に依存しない応答性を実現できる。

【００１６】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１に記載の発明において、ゼロクロス検出処理手段が一
定時間以上ゼロクロスを検出できない場合に、利得指示
手段の利得に対応した係数で強制的に係数更新処理させ
る構成にしたものであり、被信号が直流信号であった
り、直流信号成分のオフセットにより交流的な振幅ゼロ
が、本来のゼロ軸と差異が生じ、ある一定時間以上ゼロ
クロスが検出できない場合でも、確実に係数更新処理が
実施され、異音の発生を防止し得る。

【００１７】以下、本発明の実施の形態について、図１
〜図４を用いて説明する。

【００１８】図１は、本発明の実施の形態による利得可
変装置をオーディオ機器に適用した場合の構成を示すブ
ロック図である。図１において、１はアナログオーディ
オ信号を出力する音源であり、ローパスフィルタ（ＬＰ
Ｆ）２を通過した音源１からのアナログオーディオ信号
は、Ａ／Ｄ変換器３によってディジタル信号に変換さ
れ、ディジタル・シグナル・プロセッサ（以下、ＤＳ
Ｐ、という）４に出力される。

【００１９】ＤＳＰ４は、被信号の利得を可変する乗算
器４１、被信号の振幅を監視して被信号波形が交流信号
的に振幅ゼロ軸と交差するタイミングを検出するゼロク
ロス検出処理部４２、利得を決定する乗算処理の係数を
更新する係数更新処理部４３および係数更新処理部４３
内に設けた更新係数格納メモリ４４を備える。

【００２０】ＤＳＰ４の出力端には、ＤＳＰ４から利得
変換されて出力されるディジタル信号をアナログ信号に
変換するＤ／Ａ変換器５が接続され、このＤ／Ａ変換器
５によってアナログ信号に変換されたオーディオ信号は
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６および増幅器７を通して
スピーカ８に出力される。

【００２１】９はＤＳＰ４を制御するマイクロコンピュ
ータ等の制御部であり、この制御部９には、使用者が操
作するボリューム調整キーに相当する利得指示器１０が
接続されている。

【００２２】次に、このように構成された実施の形態の
動作について、図２〜図４を参照して説明する。

【００２３】使用者のボリューム操作に従い利得指示器
１０からの利得指示情報が制御部９の入力されると、制
御部９により算出された係数が係数更新処理部４３内の
更新係数格納メモリ４４に転送されて格納される。

【００２４】同時にゼロクロス検出処理部４２は被信号
のゼロクロス検出を開始し、そのゼロクロス時またはタ
イムアウト時（ゼロクロス検出の開始から強制的な係数
更新処理までの経過時間をタイムアウト時間と称し、該
当タイミングをタイムアウト時という）に同期して係数
更新処理部４３を制御することにより、乗算器４１に該
当する係数を係数更新処理部４３から乗算器４１に転送
する。このとき、ゼロクロス検出中に新たなボリューム
操作が行われた場合でも、更新係数格納メモリ４４には
常に制御部９からの最新の係数が上書きされる。

【００２５】次に、ゼロクロス検出処理部４２の動作に
ついて説明する。本実施の形態では、被信号の振幅状態
がディジタル信号上、次の式を満たす場合をゼロクロ
ス時と判断する。

【００２６】 １サンプリング前の信号の振幅値×現サンプリングの信号の振幅値≦０… つまり、図２に示すように、信号波形が振幅ゼロ軸と交
差するタイミングを検出することができる。

【００２７】また、ゼロクロス検出のタイムアウト時間
を、再生周波数帯域の下限周波数から次の式で定め
る。

【００２８】 タイムアウト時間Ｔ［ｓ］＝１／下限周波数Ｆ［Ｈｚ］／２ … つまり、下限周波数の正弦波を仮定した場合のゼロクロ
ス間隔と定める。本実施の形態の場合は、下限周波数Ｆ
を２０Ｈｚとし、タイムアウト時間Ｔを２５ｍｓとす
る。

【００２９】次に、ＤＳＰ４による１サンプリング周期
内の信号処理について、図３に示すフローチャートを参
照して説明する。まず、使用者のボリューム操作によっ
て利得更新が行われると、制御部９は利得変更開始フラ
グが設定されたか否かを判定する（ステップＳ１）。こ
こで、利得変更開始フラグが設定されていた場合は、制
御部９から転送された利得係数を更新係数格納メモリ４
４に転送し格納する（ステップＳ２）。

【００３０】次いで、現在のサンプリング周期が、更新
開始後初めてのサンプリング周期か否かを判定する（ス
テップＳ３）。始めてのサンプリング周期である場合
は、時間測定用のカウンタを初期設定し（ステップＳ
４）、被信号に対して式からゼロクロスかどうかを検
出する（ステップＳ５）。また、ステップＳ３で始めて
のサンプリング周期でないと判定された場合もゼロクロ
スかどうかを検出する（ステップＳ５）。

【００３１】ここで、ゼロクロス時である場合は、更新
係数格納メモリ４４に格納されている利得係数を乗算器
４１に転送する（ステップＳ６）。そして、利得変更開
始フラグを解除し（ステップＳ７）、次いで、乗算器４
１で利得更新の乗算処理が行われ（ステップＳ８）、利
得更新処理が完了する。

【００３２】ステップＳ５でゼロクロス時でないと判定
された場合は、ゼロクロス検出の開始から強制的な係数
更新処理までの経過時間（タイムアウト時間）を測定し
（ステップＳ９）、次のタイムアウトであるか否かを判
定する（ステップＳ１０）。ここで、タイムアウトの場
合はステップＳ６に移行し、タイムアウトでない場合は
ステップＳ８に移行する。

【００３３】このように利得更新の有無にかかわらず、
被信号は乗算器４１により、サンプリング周期毎に利得
調整される。

【００３４】このように本実施の形態においては、利得
更新の際に被信号のゼロクロス時に同期して利得を定め
るＤＳＰで乗算処理の係数更新処理を行うので、ゼロク
ロス時はディジタル信号処理上の１サンプリング周期
（４４．１ｋＨｚの場合、約２２．７μｓ）の時間精度
で波形のゼロクロスを監視でき、矩形波のような特殊の
場合を除き、普通の音声音楽再生時においては、一般的
に小さいため、つまり、ゼロクロス検出処理による同期
処理がない場合に比較して、常に被信号の振幅が十分に
小さい時に利得が変更されるため、被信号の階段的な振
幅変化による異音の発生を防止できる。

【００３５】また、被信号の再生周波数帯域の下限値に
よって、ゼロクロス検出処理内の時間管理処理の条件と
なるゼロクロス検出の開始から強制的な係数更新処理ま
での時間（タイムアウト時間）を設定する。このタイム
アウト時間は、ゼロクロス検出が有効となる被信号の下
限周波数を決定すると同時に、被信号が直流信号であっ
たり、直流信号成分のオフセットにより交流的な振幅ゼ
ロが、本来のゼロ軸（ディジタル信号処理上のゼロ）と
差異が生じ、ある一定時間以上ゼロクロスが検出できな
い場合でも、強制的に係数更新処理を行うことができ
る。つまり、いかなる場合も確実に利得更新処理が実施
され、誤動作を防ぐ。

【００３６】例えば、被信号を正弦波とし、再生周波数
帯域の影値が２０Ｈｚの場合、２５ｍｓに１回ゼロクロ
スが発生する。従って、タイムアウト時間が２５ｍｓで
あれば、２０Ｈｚ以上の被信号に対して常にゼロクロス
に同期した利得更新が実現できる。これにより、異音発
生を防止できる。

【００３７】また、本実施の形態においては、ゼロクロ
ス検出処理が被信号のゼロクロスを待っている間も、常
に最新の利得（ボリューム操作と連動した値）に対応し
た係数が係数更新処理に使用できるから、ゼロクロス検
出処理のタイムアウト時間に依存しない応答性を実現で
きる。つまり、ボリューム操作にのみ依存した応答性を
実現することができる。

【００３８】例えば、使用者による一連のボリューム操
作例として、０ｄＢから−２０ｄＢまで、５ｍｓ毎に１
ステップで１ｄＢの減衰で、計１００ｍｓの場合を図４
に示す。

【００３９】図４において、再生周波数帯域の下限値を
２０Ｈｚとし、タイムアウト時間を２５ｍｓに設定する
と、２０Ｈｚの被信号に対しては、ボリュームが５ステ
ップで５ｄＢ減衰する毎にゼロクロスが検出され、係数
更新が実施される。つまり、２５ｍｓ毎にゼロクロスに
同期して、ボリュームが−５，−１０，−１５，−２０
ｄＢと変化し、異音発生もなく、応答時間に遅れが生じ
ることがない。この場合、ボリューム操作に比較して変
化が粗くなるが、低域信号であるため、聴感上の違和感
は生じない。

【００４０】また、２ｋＨｚの被信号に対しては、ボリ
ュームの変化により頻繁に、０．２５ｍｓ毎にゼロクロ
スが検出されるため、係数変更はボリューム操作に全く
等しく、ゼロクロスに同期して、−１，−２，…，−１
９，−２０ｄＢと変化する。このため、異音発生もな
く、応答時間に遅れが生じることもなく、ボリューム操
作に同期した利得変化が得られる。

【００４１】このように、ボリューム操作間隔ｔ［ｓ］
と被信号周波数ｆ［Ｈｚ］との関係において、「ｆ＜
（ｔ／２）」ならば、一連のボリューム操作の一部を読
み飛ばし変化を粗くするが、高域に比較し低域の被信号
においては違和感がなく、応答性を確保しながら確実に
ゼロクロスに同期して利得を更新できる。

【００４２】また、「ｆ≧（ｔ／２）」ならば、一連の
ボリューム操作の一部を読み飛ばすことなく応答性を確
保しながら確実にゼロクロスに同期して利得を更新する
ことができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、利得更新の際に、被信
号のゼロクロス時に同期して、利得を定めるＤＳＰで乗
算処理の係数更新処理を行うから、被信号波形に依存し
た利得更新により、異音発生を防止でき、かつ応答性を
確保できる、ディジタル信号処理による利得可変装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における利得可変装置ブロ
ック図

【図２】本発明の実施の形態におけるディジタルオーデ
ィオ信号に対するゼロクロス時の波形図

【図３】本発明の実施の形態におけるＤＳＰによる１サ
ンプリング周期内の信号処理手順を示すフローチャート
図

【図４】本発明の実施の形態における利得更新の関係を
示す図

【図５】従来の利得可変装置に用いられるアナログ電子
ボリュームのゼロクロス検出部の構成図

【図６】従来の異音発生する利得更新の関係を示す図

【図７】従来の応答性が悪く感じられる利得更新の関係
を示す図

【符号の説明】

１ 音源 ２ ＬＰＦ ３ Ａ／Ｄ変換器 ４ ＤＳＰ ４１ 乗算器 ４２ ゼロクロス検出処理部 ４３ 係数更新処理部 ４４ 更新係数格納メモリ ５ Ｄ／Ａ変換器 ６ ＬＰＦ ７ 増幅器 ８ スピーカ ９ 制御部 １０ 利得指示部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディジタル信号処理により再生信号の利
   得を可変にする利得可変装置であって、 ゼロクロス検出による更新タイミング制御が有効となる
   利得変更対象の被信号に利得係数を乗算して出力する乗
   算手段と、 前記被信号に対する利得を指示する利得指示手段と、 前記被信号の振幅を監視して被信号波形が交流信号的に
   振幅ゼロ軸と交差するタイミングを検出するゼロクロス
   検出処理手段と、 前記ゼロクロス検出処理手段により検出された前記被信
   号のゼロクロス時に同期して前記乗算手段での乗算処理
   係数を前記利得指示手段により指示された係数に更新す
   る係数更新処理手段と、を備えることを特徴とする利得
   可変装置。
2. 【請求項２】 ゼロクロス検出処理手段のゼロクロス検
   出中に利得指示手段からの新たな利得可変が生じたとき
   に、この利得に対応した係数が係数更新処理に使用され
   るように構成したことを特徴とする請求項１記載の利得
   可変装置。
3. 【請求項３】 ゼロクロス検出処理手段が一定時間以上
   ゼロクロスを検出できない場合に、利得指示手段の利得
   に対応した係数で強制的に係数更新処理させるように構
   成したことを特徴とする請求項１記載の利得可変装置。