JP2008131383A - 音質調整回路及び信号特性調整回路 - Google Patents

Abstract

【課題】トーンコントロール回路において、周波数帯域を設定するキャパシタの容量が大きく、集積回路に内蔵することが難しい。
【解決手段】ＬＰＦ３０により原音声信号Ｓ_ＩＮから低音域成分Ｓ_ＬＯを抽出する。低音域調整回路３８はＳ_ＬＯに対しゲイン調整を行って低音域調整信号Ｓ_ＬＴを生成する。またＳ_ＬＯを反転回路３２で反転し、加算回路３４でＳ_ＩＮと加算することにより高音域成分Ｓ_ＨＯを抽出する。高音域調整回路３６はＳ_ＨＯに対しゲイン調整を行って高音域調整信号Ｓ_ＨＴを生成する。合成回路２４はＳ_ＩＮとＳ_ＨＴ，Ｓ_ＬＴとを合成し、高音域、低音域に対してそれぞれブースト又はカット処理が施されたＳ_ＯＵＴを生成する。ＬＰＦ３０はＲＣアクティブフィルタで構成され、そのカットオフ周波数を定める抵抗はスイッチトキャパシタ回路を用いた等価抵抗で構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数設定した周波数帯域毎に原信号の強度を調整する信号特性調整回路に関し、特にトーンコントロール回路やグラフィックイコライザのような音質調整回路に関する。

オーディオ装置において、所定の周波数帯域のレベルを増加させるブースト処理、及び所定の周波数帯域のレベルを減少させるカット処理を行うトーンコントロール回路やグラフィックイコライザが採用されている。

図８は、従来のトーンコントロール回路の基本構成を示す回路図である。この回路は、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴとの間に、トレブルバンドブロック２とバスバンドブロック４とが直列に接続され、入力端子ＩＮに入力される音声信号は、順次、トレブルバンドブロック２及びバスバンドブロック４を通過して出力端子ＯＵＴから出力される。この回路は、集積回路として半導体基板上に一体的に構成された主要部と、その集積回路の外部端子６〜１０に接続される外付け部品とから構成される。

トレブルバンドブロック２は、音声信号の高域成分に対してブースト処理やカット処理を行う。トレブルバンドブロック２の外付け端子６にはキャパシタＣ_１が接続される。ブースト処理を行う場合にはスイッチＳＷ_１，ＳＷ_３がオンに設定される。これにより、トレブルバンドブロック２は、微分作用を有する非反転増幅回路を構成し、入力された音声信号の高域成分を増幅する。カット処理を行う場合にはスイッチＳＷ_２，ＳＷ_４がオンに設定される。これにより、トレブルバンドブロック２は、低域通過フィルタ（Low Pass Filter：ＬＰＦ）を構成し、入力された音声信号の高域成分を減衰させる。

一方、バスバンドブロック４は、音声信号の低域成分に対してブースト処理やカット処理を行う。バスバンドブロック４の外付け端子８，１０にはキャパシタＣ_２，Ｃ_３及び抵抗Ｒ_１が接続される。ブースト処理を行う場合にはスイッチＳＷ_１，ＳＷ_３がオンに設定される。これにより、バスバンドブロック４は、積分作用を有する非反転増幅回路を構成し、入力された音声信号の低域成分を増幅する。カット処理を行う場合にはスイッチＳＷ_２，ＳＷ_４がオンに設定される。これにより、バスバンドブロック４は、高域通過フィルタ（High Pass Filter：ＨＰＦ）を構成し、入力された音声信号の低域成分を減衰させる。

トレブルバンドブロック２、バスバンドブロック４はそれぞれ、多段に直列接続された抵抗を集積回路内に備える。この抵抗の直列接続体１２，１４は、その複数箇所に設けられたスイッチのいずれをオンするかに応じて種々の比率で二分割され、これによりブーストやカットのゲインを調節することができる。

また、トレブルバンドブロック２、バスバンドブロック４によりブーストやカットされる周波数帯域は、抵抗の直列接続体１２，１４の分割の仕方に応じて定まる抵抗値、及び外付け部品の容量や抵抗値に応じて定まる。ここで、トレブルバンドブロック２が処理対象とする周波数領域を、音声信号での高域、例えば１０ｋＨｚ程度以上の領域に設定するためには、直列接続体１２の抵抗値やキャパシタＣ_１を比較的大きな値とする必要がある。同様に、バスバンドブロック４が処理対象とする周波数領域を、音声信号での低域、例えば１００Ｈｚ程度以下の領域に設定する場合は、直列接続体１４の抵抗値やキャパシタＣ_２，Ｃ_３を比較的大きな値とする必要がある。
特開平５−０９０９２６号公報

集積回路においてはパッケージサイズ等の制約から、ピンなどの外部端子の数が制限され、外付け部品を減らすことが必要となることがある。また、外付け部品の削減は組み立て工数の抑制や、コストの低減なども期待できる。このような観点から、キャパシタＣ_１〜Ｃ_３を集積回路に内蔵することが考えられる。

しかし、キャパシタＣ_１〜Ｃ_３は上述のように比較的大きな値を必要とする。そのため、これらを集積回路に内蔵しようとすると、半導体基板上に大きな面積を要しチップサイズが大きくなるという問題がある。ここで、直列接続体１２，１４の抵抗値を増加させることにより、ブースト、カットの周波数特性を変えずに、Ｃ_１〜Ｃ_３それぞれの容量の低減を図ることが可能であるが、そうすると直列接続体１２，１４に要する面積が大きくなるという問題がある。ちなみに、スイッチトキャパシタからなる等価抵抗は、比較的小さな面積に大きな抵抗値を実現することができる。しかし、上述の抵抗の直列接続体１２，１４においては、直列接続された多数の抵抗を個別にスイッチトキャパシタで構成しなければならず、回路が複雑化し規模が大きくなってしまうという問題がある。これらの問題点から、Ｃ_１〜Ｃ_３を集積回路に内蔵することは容易ではなかった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、原信号、音声信号における周波数帯域毎にゲインを調節する信号特性調整回路及び音質調整回路において、周波数帯域を設定するキャパシタを小型化し、ひいては回路の小型化や、集積回路として構成する場合の外付け部品、ピン数の抑制を実現することを目的とする。

本発明に係る音質調整回路は、原音声信号に対し、第１乃至第ｎ（ｎは２以上の整数である）の周波数帯域毎にゲインを調整するものであって、前記第１乃至第ｎの各周波数帯域それぞれに対応して設けられ、前記原音声信号の対応周波数帯域の成分を抽出し出力する第１乃至第ｎの抽出回路と、前記第１乃至第ｎの抽出回路それぞれに対応して設けられ、対応抽出回路の出力信号に対しゲイン調節を行い第１乃至第ｎの音域調整信号を生成する第１乃至第ｎのゲイン調節回路と、前記原音声信号に対して、前記第１乃至第ｎの音域調整信号を合成可能な合成回路と、を有する。

他の本発明に係る音質調整回路は、高域通過特性及び低域通過特性のいずれか所定の一方を備えた片帯域通過フィルタである第１フィルタと、前記片帯域通過フィルタであって、第（ｋ−１）（ここでｋは２≦ｋ≦ｎ−１を満たす任意の整数である）フィルタより広い通過帯域を有する第ｋフィルタと、を有し、前記第１の抽出回路が、前記第１フィルタにより、前記原音声信号から前記第１の周波数帯域の成分を抽出し、前記第ｋの抽出回路が、前記原音声信号に対する前記第ｋフィルタの出力信号と前記第（ｋ−１）フィルタの出力信号との差分を生成して、前記原音声信号における前記第ｋの周波数帯域の成分として出力し、前記第ｎの抽出回路が、前記原音声信号と前記第（ｎ−１）フィルタの出力信号との差分を生成し、前記原音声信号における前記第ｎの周波数帯域の成分として出力するものである。

別の本発明に係る音質調整回路においては、前記第１乃至第（ｎ−１）フィルタが、スイッチトキャパシタフィルタを用いて構成される。

さらに別の本発明に係る音質調整回路においては、前記第１乃至第（ｎ−１）フィルタは、フィルタ特性を調節する抵抗Ｒ及びキャパシタＣを備え、カットオフ周波数に対して当該抵抗Ｒ及びキャパシタＣが相乗的に寄与するＲＣアクティブフィルタであり、前記抵抗Ｒが、スイッチトキャパシタによる等価抵抗で構成される。本発明の好適な態様は、前記第１乃至第（ｎ−１）フィルタを、半導体基板上に集積回路として形成する音質調整回路である。

また本発明の他の好適な態様は、前記ｎが２の場合であって、前記原音声信号の高音域及び低音域の強度を調整するトーンコントロール処理を行う音質調整回路である。

本発明に係る信号特性調整回路は、原信号に対し、第１乃至第ｎ（ｎは２以上の整数である）の周波数帯域毎にゲインを調整するものであって、前記第１乃至第ｎの各周波数帯域それぞれに対応して設けられ、前記原信号の対応周波数帯域の成分を抽出し出力する第１乃至第ｎの抽出回路と、前記第１乃至第ｎの抽出回路それぞれに対応して設けられ、対応抽出回路の出力信号に対しゲイン調節を行い第１乃至第ｎの調整信号を生成する第１乃至第ｎのゲイン調節回路と、前記原音声信号に対して、前記第１乃至第ｎの調整信号を合成可能な合成回路と、を有する。

本発明は、各周波数帯域の成分を抽出する抽出回路と、抽出された成分に対してゲイン調節を行うゲイン調節回路とを分離した構成としたことにより、抽出回路は、従来の外付け部品で設けていたものに相当するキャパシタを有する一方、スイッチで分割比を変えられる抵抗の直列接続体を必要としない。これにより、抽出回路に用いられる抵抗は、構造が単純化され、抵抗素子と等価な回路を用いて小型化及び高抵抗化が容易となり、それに応じてキャパシタの容量低減、小型化が可能となり、回路の小型化が図られる。さらにその結果、集積回路として構成される音質調整回路において、当該キャパシタを内蔵することが可能となり、外付け部品、ピン数の抑制が実現可能となる。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の第１の実施形態であるトーンコントロール回路の概略のブロック図である。本回路は、基本的に集積回路（ＩＣ）として半導体基板上に一体に形成される。本回路は、フィルタブロック２０、調整信号生成ブロック２２及び合成回路２４を含んで構成され、入力端子ＩＮに原音声信号Ｓ_ＩＮを入力され、高音域、低音域のゲインをそれぞれ調節してブースト処理やカット処理を行った出力音声信号Ｓ_ＯＵＴを出力端子ＯＵＴから出力する。本回路における、高音域及び低音域それぞれに対するブースト／カットの切り換え、及びブーストやカットのゲイン設定は、外部回路からの指示信号に基づいて行われる。

フィルタブロック２０は、Ｓ_ＩＮから高音域成分Ｓ_ＨＯを抽出し出力する高音域抽出回路と、低音域成分Ｓ_ＬＯを抽出し出力する低音域抽出回路とを備える。具体的には、フィルタブロック２０はＬＰＦ３０を有し、これが低音域抽出回路を構成する。

フィルタブロック２０は、さらに、反転回路３２及び加算回路３４を有し、これらとＬＰＦ３０とが高音域抽出回路を構成する。ＬＰＦ３０が抽出するＳ_ＬＯは反転回路３２に入力される。反転回路３２は、入力されたＳ_ＬＯに対し逆位相の信号Ｓ_ＬＲを生成する。例えば、反転回路３２は増幅率１倍の反転増幅器を用いて構成される。反転回路３２の出力Ｓ_ＬＲは、加算回路３４にて原音声信号Ｓ_ＩＮと加算される。ここで、
Ｓ_ＬＲ＝−Ｓ_ＬＯ
であるので、加算回路３４では、原音声信号Ｓ_ＩＮに含まれる低音域成分Ｓ_ＬＯが、反転回路３２の出力Ｓ_ＬＲで相殺される。加算回路３４は、Ｓ_ＩＮからＳ_ＬＯを除去した残りの成分を、高音域成分Ｓ_ＨＯとして出力する。

調整信号生成ブロック２２は、高音域調整回路３６及び低音域調整回路３８を有する。高音域調整回路３６、低音域調整回路３８はそれぞれフィルタブロック２０から出力される高音域成分Ｓ_ＨＯ、低音域成分Ｓ_ＬＯに対してゲイン調整を行い、高音域調整信号Ｓ_ＨＴ、低音域調整信号Ｓ_ＬＴを生成する。

図２は、高音域調整回路３６、低音域調整回路３８の概略のブロック図である。高音域調整回路３６、低音域調整回路３８は互いに共通の構成を有する。ここでは、高音域調整回路３６を例に図２を用いて説明する。

高音域調整回路３６は、振幅制御ブロック４０及び位相制御ブロック４２からなる。振幅制御ブロック４０は、高音域調整回路３６へ入力された高音域成分Ｓ_ＨＯに対する高音域調整信号Ｓ_ＨＴの振幅比Ａ（≡｜Ｓ_ＨＴ/Ｓ_ＨＯ｜）を制御する。位相制御ブロック４２は、Ｓ_ＨＯに対するＳ_ＨＴの位相差を０°とするか１８０°とするかを制御し、Ｓ_ＨＯに対しＳ_ＨＴを同極性とするか反転させるかを決定する。これら振幅制御ブロック４０及び位相制御ブロック４２により、高音域調整回路３６は、Ｓ_ＨＯに対し、振幅比と極性とを合わせたゲインを調節してＳ_ＨＴを生成する。

振幅制御ブロック４０は減衰器５０及びアンプ５２を含んで構成される。アンプ５２は、Ｓ_ＩＮに対するＳ_ＯＵＴのゲインＧ_ＯＵＴの調節幅に応じてゲインＧ_Ｃを設定され、減衰器５０からの入力信号を当該ゲインＧ_Ｃで増幅して信号Ｓ_ＨＢを生成し、位相制御ブロック４２へ出力する。ゲインＧ_ＯＵＴの所望の調節幅に対応するゲインＧ_Ｃは、後述するように、ブースト動作時とカット動作時とで異なる値となり得る。そこで、アンプ５２は、外部回路からブースト／カットを指定するモード信号Ｄ_Ｍを入力され、当該信号Ｄ_Ｍに応じてＧ_Ｃの設定値を切り替えることができるように構成される。

減衰器５０は、外部回路からゲイン調整量を指示するゲイン制御信号Ｄ_Ｇを入力され、当該信号Ｄ_Ｇに応じてＳ_ＨＯを減衰させてアンプ５２へ出力する。減衰器５０を例えば、−∞［ｄＢ］まで減衰可能に構成した場合、振幅制御ブロック４０は、振幅比ＡをＧ_Ｃ〜−∞［ｄＢ］の範囲で調整することができる。

位相制御ブロック４２は反転回路５４及びスイッチ回路５６を含んで構成される。反転回路５４は、振幅制御ブロック４０から入力されたＳ_ＨＢに対し逆位相の信号Ｓ_ＨＣを生成する。例えば、反転回路５４は増幅率１倍の反転増幅器を用いて構成される。ちなみに、
Ｓ_ＨＣ＝−Ｓ_ＨＢ
である。

スイッチ回路５６は、振幅制御ブロック４０からのＳ_ＨＢと、反転回路５４からのＳ_ＨＣとを入力され、いずれか一方を選択的に出力する。選択はモード信号Ｄ_Ｍに基づいて行われ、ブースト時にはＳ_ＨＢがＳ_ＨＴとして出力され、カット時にはＳ_ＨＣがＳ_ＨＴとして出力される。

以上、高音域調整回路３６を説明したが、低音域調整回路３８についても同様の処理が行われ、Ｓ_ＬＯから低音域調整信号Ｓ_ＬＴが生成される。すなわち、ブースト時には、Ｓ_ＬＯから、極性は同じに保ちつつ振幅を変化させた信号Ｓ_ＬＢを生成してＳ_ＬＴとして出力し、一方、カット時には、Ｓ_ＬＢの極性を反転させた信号Ｓ_ＬＣを生成してＳ_ＬＴとして出力する。

図１に示すように、高音域調整回路３６及び低音域調整回路３８が出力する高音域調整信号Ｓ_ＨＴ及び低音域調整信号Ｓ_ＬＴは、合成回路２４に入力される。合成回路２４は、原音声信号Ｓ_ＩＮも入力され、これらＳ_ＩＮ，Ｓ_ＨＴ，Ｓ_ＬＴを加算合成し、Ｓ_ＯＵＴとして出力する。

図３は、本回路におけるトーンコントロールの原理を説明するための模式図である。図３（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ周波数スペクトルを表しており、横軸が周波数ｆ、縦軸がＳ_ＩＮを基準とした信号ゲインＧである。図３（ａ）において、スペクトル６０，６２，６４はそれぞれ原音声信号Ｓ_ＩＮ，低音域成分Ｓ_ＬＯ，高音域成分Ｓ_ＨＯを示している。

図３（ｂ）は、高音域がブーストされたスペクトル７０を示している。高音域ブースト時には、上述のように、高音域調整回路３６はＳ_ＨＴとしてＳ_ＨＢを出力する。このＳ_ＨＢが合成回路２４にてＳ_ＩＮに重畳され、スペクトル７０を有するＳ_ＯＵＴが生成される。

図３（ｃ）は、高音域がカットされたスペクトル７２を示している。高音域カット時には、高音域調整回路３６はＳ_ＨＴとしてＳ_ＨＣを出力する。このＳ_ＨＣはＳ_ＩＮの高音域成分Ｓ_ＨＯとは逆極性を有する。そのため、合成回路２４にてＳ_ＨＣとＳ_ＩＮとを合成すると、Ｓ_ＩＮの高音域成分Ｓ_ＨＯがＳ_ＨＣの強度に応じて相殺され、スペクトル７２を有するＳ_ＯＵＴが生成される。

図３（ｄ）は、低音域がブーストされたスペクトル７４を示している。低音域ブースト時には、低音域調整回路３８がＳ_ＬＴとしてＳ_ＬＢを出力する。このＳ_ＬＢが合成回路２４にてＳ_ＩＮに重畳され、スペクトル７４を有するＳ_ＯＵＴが生成される。

図３（ｅ）は、低音域がカットされたスペクトル７６を示している。低音域カット時には、低音域調整回路３８がＳ_ＬＴとしてＳ_ＬＣを出力する。このＳ_ＬＣはＳ_ＩＮの低音域成分Ｓ_ＬＯとは逆極性を有するため、合成回路２４でのＳ_ＬＣとＳ_ＩＮとの合成により、Ｓ_ＩＮの低音域成分Ｓ_ＬＯがＳ_ＬＣの強度に応じて相殺され、スペクトル７６を有するＳ_ＯＵＴが生成される。

ここで、例えば、ゲインＧ_ＯＵＴを±１２ｄＢの範囲内で調整可能に構成する場合を具体的に説明する。ここで、Ｇ_ＯＵＴの調整範囲の上限値又は下限値をＧ_ｍａｘ［ｄＢ］、そのときのＳ_ＩＮとＳ_ＯＵＴとの振幅比Ｓ_ＯＵＴ/Ｓ_ＩＮをＡ_ｍと表すと、次式が成り立つ。

Ｇ_ｍａｘ＝２０log_１０Ａ_ｍ ………（１）

最大ブースト時には、図３（ｂ）（ｄ）からも理解できるように、アンプ５２の出力信号Ｓ_ＨＢ又はＳ_ＬＢはＳ_ＩＮの（Ａ_ｍ−１）倍となる。一方、最大カット時には、図３（ｃ）（ｅ）からも理解できるように、アンプ５２の出力信号Ｓ_ＨＢ又はＳ_ＬＢはＳ_ＩＮの（１−Ａ_ｍ）倍となる。これら最大ブースト時及び最大カット時には、減衰器５０の減衰率は０ｄＢに設定されるので、Ｓ_ＨＢ及びＳ_ＬＢのＳ_ＩＮに対する振幅比｜Ａ_ｍ−１｜はアンプ５２のゲインＧ_Ｃに対応する。すなわち、
Ｇ_Ｃ＝２０log_１０｜Ａ_ｍ−１｜ ………（２）
である。（１）（２）式から、最大ブースト時に対応するＧ_ＯＵＴ＝＋１２ｄＢに対するＧ_Ｃの設定値は約９．５ｄＢとなり、最大カット時に対応するＧ_ＯＵＴ＝−１２ｄＢに対するＧ_Ｃの設定値は約−２．５ｄＢとなる。これらブースト時とカット時とで相違するＧ_Ｃの設定値の切り換えは、上述したようにモード信号Ｄ_Ｍに連動して行われる。

次に、ＬＰＦ３０についてさらに説明する。図４は、ＬＰＦ３０の概略の構成を示す回路図である。本装置で用いるＬＰＦ３０の基本的な構成は、ＲＣアクティブフィルタであり、オペアンプ８０、抵抗８２，８４及びキャパシタ８６を含んで構成され、これらは半導体基板上に一体に形成される。トーンコントロール回路への入力信号Ｓ_ＩＮは入力端子ＦＩＮに入力され、オペアンプ８０の出力端子が出力端子ＦＯＵＴとなる。入力端子ＦＩＮとオペアンプ８０の反転入力端子との間には抵抗８２が直列接続される。また、オペアンプ８０の出力端子と反転入力端子との間には、抵抗８４とキャパシタ８６とが並列に接続される。例えば、抵抗８２，８４の抵抗値をＲ_Ｃ、キャパシタ８６の容量値をＣ_Ｃとすると、このＬＰＦ３０のカットオフ周波数ｆ_Ｃは次式で与えられる。

ｆ_Ｃ＝１／（２πＲ_ＣＣ_Ｃ） ………（３）

抵抗８２，８４は、高抵抗を実現可能な抵抗回路で構成される。例えば、そのような抵抗回路として、ＭＯＳＦＥＴを用いたものなどが存在し、そのような回路を用いることで、ＩＣ上にてポリシリコンや拡散層を用いて形成される一般的な抵抗素子に比べて、抵抗８２，８４の基板占有面積を抑制しつつ、それらの高抵抗化を図ることができる。

本トーンコントロール回路では、抵抗８２，８４をそれぞれ構成する抵抗回路として、スイッチトキャパシタ回路を採用し、ＬＰＦ３０をスイッチトキャパシタフィルタとして構成する。図５は、抵抗８２，８４をスイッチトキャパシタ回路で構成したＬＰＦ３０の概略の回路図である。

スイッチトキャパシタ回路は、コンデンサＣ_ＳＣとスイッチ素子ＳＷ_１〜ＳＷ_４とを含んで構成される。スイッチトキャパシタ回路の入力端子と出力端子との間にコンデンサＣ_ＳＣが直列に挿入され、入力端子及び出力端子とＣ_ＳＣとの間には、スイッチ素子ＳＷ_１，ＳＷ_２が設けられる。コンデンサＣ_ＳＣの両端はそれぞれスイッチ素子ＳＷ_３，ＳＷ_４により基準電圧源となるアースに接続可能とされる。各スイッチ素子は半導体基板上にてトランジスタを用いて構成される。このスイッチトキャパシタ回路は、スイッチ素子ＳＷ_１及びＳＷ_２の組とスイッチ素子ＳＷ_３及びＳＷ_４の組とを交互に周期的に開閉することによって、コンデンサＣ_ＳＣを充放電する。これによって電荷移動が起こり、スイッチトキャパシタ回路の両端子間にパルス状の電流が流れ、スイッチング周波数ｆ_ＳＣが十分に高ければ、平均電流は抵抗を通過する電流と等価になる。つまり、スイッチトキャパシタ回路は等価的に抵抗素子として機能する。その抵抗値Ｒ_ＳＣは、次式で表される。

Ｒ_ＳＣ＝１／（Ｃ_ＳＣｆ_ＳＣ） ………（４）

（４）式が示すように、ｆ_ＳＣの低下に反比例してＲ_ＳＣを増加させることができる。すなわち、スイッチトキャパシタ回路を用いれば、ｆ_ＳＣに応じてＲ_Ｃを増加させて、Ｃ_Ｃを低下させ、キャパシタ８６を半導体基板上に容易に形成可能なサイズとすることができる。

例えば、ｆ_ＳＣ＝２５０ｋＨｚ、Ｃ_ＳＣ＝１ｐＦとするスイッチトキャパシタ回路のＲ_ＳＣは４ＭΩとなる。ＬＰＦ３０のカットオフ周波数ｆ_Ｃを１ｋＨｚに設定する場合に、このスイッチトキャパシタ回路を用いてＲ_Ｃを構成すればＣ_Ｃは４０ｐＦとなる。すなわち、ＬＰＦ３０に必要となる容量はＣ_Ｃとスイッチトキャパシタ回路を構成するＣ_ＳＣとを合わせても４０ｐＦ程度となり、ＬＰＦ３０をこれら容量を含めて一体にＩＣ上に形成することが可能である。

以上説明したように、ＬＰＦ３０は、Ｒ_Ｃを高抵抗値に設定することで、キャパシタ８６をＩＣに内蔵化し、外付けピンや部品点数の削減を図ることができる。高抵抗値Ｒ_Ｃを有する抵抗８２，８４は例えば、スイッチトキャパシタ回路を用いることでＩＣ上での占有面積を抑制して構成することができる。ここで、抵抗回路は複数の素子から構成され、或る程度以上のサイズを必要とする。そのため、図８に示す回路のように、それぞれ比較的小さな抵抗値を有する多数の抵抗素子を含むフィルタ回路においては、それら抵抗素子をそれぞれ抵抗回路で置き換えても、半導体基板上での面積を抑制するというメリットは得られにくい。しかし、ＬＰＦ３０は上述したように、大きな抵抗値を有する抵抗素子を少数だけ含む構成であるため、抵抗回路で置き換えることによる面積抑制の効果が大きくなり得る。また、この観点から、ＬＰＦ３０の構成は図４に示した構成に限られず、少数の抵抗素子を高抵抗化することでキャパシタの小型化が可能である他の回路構成を採用することもできる。

なお、本実施形態のトーンコントロール回路は、ＬＰＦ３０を用いて抽出した低音域と原音声信号との差分により高音域を生成する構成としたが、逆にＨＰＦを用いて抽出した高音域と原音声信号との差分により低音域を生成する構成とすることもできる。

［実施形態２］
図６は、本発明の第２の実施形態であるグラフィックイコライザの概略のブロック図である。上記第１の実施形態のトーンコントロール回路が高音域と低音域との２つの帯域のゲインを調整するものであった。これに対し、本実施形態のグラフィックイコライザは、高音域、中音域及び低音域の３つの帯域のゲインを調整する点で、第１の実施形態のトーンコントロール回路と相違するが、基本的に共通する点も有している。

本回路はＩＣとして半導体基板上に一体に形成される。本回路は、入力端子ＩＮに原音声信号Ｓ_ＩＮを入力され、高音域、中音域及び低音域の各帯域それぞれに対してブースト処理とカット処理とを行うことができ、各帯域のゲインをそれぞれ調節した出力音声信号Ｓ_ＯＵＴを出力端子ＯＵＴから出力する。本回路における、各帯域に対するブースト／カットの切り換え、及びブーストやカットのゲイン設定は、外部回路からの指示信号に基づいて行われる。

本回路は、フィルタブロック１００、調整信号生成ブロック１０２及び合成回路１０４を含んで構成される。フィルタブロック１００は、ＬＰＦ１１０，１１２、反転回路１１４，１１６、及び加算回路１１８，１２０を含んで構成される。また、調整信号生成ブロック１０２は、低音域調整回路１２２、中音域調整回路１２４、及び高音域調整回路１２６を含んで構成される。

ＬＰＦ１１０，１１２はそれぞれ第１の実施形態と同様の構成とすることができ、特にスイッチトキャパシタを用いて、キャパシタの内蔵化を図った構成とすることができる。ここで、ＬＰＦ１１０のカットオフ周波数ｆ_Ｃ１はＬＰＦ１１２のカットオフ周波数ｆ_Ｃ２より低く設定される。

また、反転回路１１４，１１６は第１の実施形態のトーンコントロール回路における反転回路３２と同様の回路であり、加算回路１１８，１２０は同じく加算回路３４と同様の回路である。低音域調整回路１２２、中音域調整回路１２４、及び高音域調整回路１２６は、例えば、図２に示した構成とすることができる。

フィルタブロック１００は、各帯域毎に抽出回路を備え、Ｓ_ＩＮから高音域成分Ｓ_ＨＯ、中音域成分Ｓ_ＭＯ、低音域成分Ｓ_ＬＯを抽出する。具体的には、ＬＰＦ１１０が低音域抽出回路を構成する。また、ＬＰＦ１１０，１１２、反転回路１１４及び加算回路１１８が中音域抽出回路を構成する。さらに、ＬＰＦ１１２、反転回路１１６及び加算回路１２０が高音域抽出回路を構成する。

図７は、本回路の各帯域成分の抽出処理の原理を説明するための模式図である。図７（ａ）（ｂ）はそれぞれ周波数スペクトルを表しており、横軸が周波数ｆ、縦軸がＳ_ＩＮを基準とした信号ゲインＧである。図７（ａ）において、スペクトル１３０，１３２，１３４はそれぞれ原音声信号Ｓ_ＩＮ、ＬＰＦ１１０の出力信号Ｓ_ＬＰＦ１、ＬＰＦ１１２の出力信号Ｓ_ＬＰＦ２を示している。また、図７（ｂ）に示すスペクトル１３６，１３８，１４０はそれぞれ原音声信号Ｓ_ＩＮに含まれる低音域成分Ｓ_ＬＯ、中音域成分Ｓ_ＭＯ、高音域成分Ｓ_ＨＯを表している。

ＬＰＦ１１０の出力信号Ｓ_ＬＰＦ１は低音域成分Ｓ_ＬＯとしてフィルタブロック１００から出力され、低音域調整回路１２２に入力される。すなわち、スペクトル１３０と、スペクトル１３６とは共通である。また、Ｓ_ＬＯは反転回路１１４で反転された後、加算回路１１８に入力される。加算回路１１８は、さらにＬＰＦ１１２からＳ_ＬＰＦ２を入力され、次式に示されるように、Ｓ_ＬＰＦ２とＳ_ＬＰＦ１との差分を求め、スペクトル１３８で示す中音域成分Ｓ_ＭＯを抽出する。抽出されたＳ_ＭＯはフィルタブロック１００から中音域調整回路１２４に入力される。

Ｓ_ＭＯ＝Ｓ_ＬＰＦ２−Ｓ_ＬＰＦ１ ………（５）

ＬＰＦ１１２の出力信号Ｓ_ＬＰＦ２は、上述の加算回路１１８に入力される一方、反転回路１１６にも入力される。反転回路１１６はＳ_ＬＰＦ２を反転し、加算回路１２０に入力する。加算回路１２０は、さらに原音声信号Ｓ_ＩＮを入力され、次式に示されるように、Ｓ_ＩＮとＳ_ＬＰＦ２との差分を求め、スペクトル１４０で示す高音域成分Ｓ_ＨＯを抽出する。抽出されたＳ_ＨＯはフィルタブロック１００から高音域調整回路１２６に入力される。

Ｓ_ＨＯ＝Ｓ_ＩＮ−Ｓ_ＬＰＦ２ ………（６）

調整信号生成ブロック１０２では、低音域調整回路１２２、中音域調整回路１２４、高音域調整回路１２６がそれぞれ入力された低音域成分Ｓ_ＬＯ、中音域成分Ｓ_ＭＯ、高音域成分Ｓ_ＨＯに対してゲイン調整を行い、低音域調整信号Ｓ_ＬＴ、中音域調整信号Ｓ_ＭＴ、高音域調整信号Ｓ_ＨＴを生成する。

調整信号生成ブロック１０２から出力される低音域調整信号Ｓ_ＬＴ、中音域調整信号Ｓ_ＭＴ、高音域調整信号Ｓ_ＨＴは、合成回路１０４に入力される。合成回路１０４は、原音声信号Ｓ_ＩＮも入力され、これらＳ_ＩＮ，Ｓ_ＬＴ，Ｓ_ＭＴ，Ｓ_ＨＴを加算合成し、Ｓ_ＯＵＴとして出力する。

既に述べたように、各調整信号Ｓ_ＬＴ，Ｓ_ＭＴ，Ｓ_ＨＴは、第１の実施形態と同様に、図２に示す回路にて、モード信号Ｄ_Ｍに応じて、ブースト時には正極性の信号として生成され、カット時には負極性の信号として生成される。合成回路１０４はこれら調整信号を原音声信号Ｓ_ＩＮに合成することで、正極性の調整信号が重畳される周波数帯域ではブースト処理が施され、負極性の調整信号により相殺される周波数帯域ではカット処理が施されたＳ_ＯＵＴを生成する。

本実施形態では、最も簡単な場合として原音声信号を３つの周波数帯域に分けて調整を行うグラフィックイコライザの例に説明したが、本発明は、ｎ個の周波数帯域（ｎ≧３）に分けて調整を行うグラフィックイコライザに適用することができる。その場合には、（ｎ−１）個のＬＰＦが用いられる。第ｋＬＰＦ（１≦ｋ≦ｎ−１）のカットオフ周波数をｆ_Ｃｋと表すと、ｆ_Ｃｋは第ｋの周波数帯域と第（ｋ＋１）の周波数帯域との境に対応して設定され、
ｆ_Ｃ１＜ｆ_Ｃ２＜…＜ｆ_{Ｃ（ｎ−２）}＜ｆ_{Ｃ（ｎ−１）} ………（７）
が成り立つ。

第１の抽出回路は、第１ＬＰＦにより、原音声信号から、最も低い第１の周波数帯域の成分を抽出する。上記実施形態では、ＬＰＦ１１０が第１ＬＰＦに相当する。

第ｋの抽出回路（２≦ｋ≦ｎ−１）は、原音声信号に対する第ｋＬＰＦの出力信号と第（ｋ−１）ＬＰＦの出力信号との差分を生成して、第ｋの周波数帯域の成分として出力する。上記実施形態ではＳ_ＭＯを生成する際の（５）式で示す処理が、この差分を生成する処理に相当する。

第ｎの抽出回路は、原音声信号と第（ｎ−１）ＬＰＦの出力信号との差分を生成し、第ｎの周波数帯域の成分として出力する。上記実施形態ではＳ_ＨＯを生成する際の（６）式で示す処理が、この差分を生成する処理に相当する。

なお、本実施形態のグラフィックイコライザは、ＬＰＦ１１０，１１２を用いて各周波数帯域の成分を抽出する構成としたが、逆にＨＰＦを用いて各周波数帯域の成分を抽出する構成とすることもできる。

上記実施形態は、音声信号を原信号としてその特性を調整する音質調整回路について説明するものであった。しかし、本発明は、音声信号以外を原信号として入力され、その周波数帯域毎にゲイン調整を行う信号特性調整回路にも適用することができる。例えば、そのような信号特性調整回路として、映像信号を原信号とするものがある。例えば、映像信号を構成する輝度信号に対して高域成分、低域成分それぞれのブースト／カットを行う信号特性調整回路に本発明を適用することができる。

本発明の第１の実施形態であるトーンコントロール回路の概略のブロック図である。 各帯域ごとの成分に対しゲイン調整を行う調整回路の概略のブロック図である。 本発明の第１の実施形態におけるトーンコントロールの原理を説明するための模式図である。 本発明の実施形態で用いるＬＰＦの概略の構成を示す回路図である。 図４に示す抵抗をスイッチトキャパシタ回路で構成したＬＰＦの概略の回路図である。 本発明の第２の実施形態であるグラフィックイコライザの概略のブロック図である。 本発明の第２の実施形態における各帯域成分の抽出処理の原理を説明するための模式図である。 従来のトーンコントロール回路の基本構成を示す回路図である。

符号の説明

２０，１００ フィルタブロック、２２，１０２ 調整信号生成ブロック、２４，１０４ 合成回路、３０，１１０，１１２ ＬＰＦ、３２，５４，１１４，１１６ 反転回路、３４，１１８，１２０ 加算回路、３６，１２６ 高音域調節回路、３８，１２２ 低音域調節回路、４０ 振幅制御ブロック、４２ 位相制御ブロック、５０ 減衰器、５２ アンプ、５６ スイッチ回路、１２４ 中音域調整回路。

Claims (7)

1. 原音声信号に対し、第１乃至第ｎ（ｎは２以上の整数である）の周波数帯域毎にゲインを調整する音質調整回路において、
   前記第１乃至第ｎの各周波数帯域それぞれに対応して設けられ、前記原音声信号の対応周波数帯域の成分を抽出し出力する第１乃至第ｎの抽出回路と、
   前記第１乃至第ｎの抽出回路それぞれに対応して設けられ、対応抽出回路の出力信号に対しゲイン調節を行い第１乃至第ｎの音域調整信号を生成する第１乃至第ｎのゲイン調節回路と、
   前記原音声信号に対して、前記第１乃至第ｎの音域調整信号を合成可能な合成回路と、
   を有することを特徴とする音質調整回路。
2. 請求項１に記載の音質調整回路において、
   高域通過特性及び低域通過特性のいずれか所定の一方を備えた片帯域通過フィルタである第１フィルタと、
   前記片帯域通過フィルタであって、第（ｋ−１）（ここでｋは２≦ｋ≦ｎ−１を満たす任意の整数である）フィルタより広い通過帯域を有する第ｋフィルタと、
   を有し、
   前記第１の抽出回路は、前記第１フィルタにより、前記原音声信号から前記第１の周波数帯域の成分を抽出し、
   前記第ｋの抽出回路は、前記原音声信号に対する前記第ｋフィルタの出力信号と前記第（ｋ−１）フィルタの出力信号との差分を生成して、前記原音声信号における前記第ｋの周波数帯域の成分として出力し、
   前記第ｎの抽出回路は、前記原音声信号と前記第（ｎ−１）フィルタの出力信号との差分を生成し、前記原音声信号における前記第ｎの周波数帯域の成分として出力すること、
   を特徴とする音質調整回路。
3. 請求項１又は請求項２に記載の音質調整回路において、
   前記第１乃至第（ｎ−１）フィルタは、スイッチトキャパシタフィルタを用いて構成されること、
   を特徴とする音質調整回路。
4. 請求項３に記載の音質調整回路において、
   前記第１乃至第（ｎ−１）フィルタは、フィルタ特性を調節する抵抗Ｒ及びキャパシタＣを備え、カットオフ周波数に対して当該抵抗Ｒ及びキャパシタＣが相乗的に寄与するＲＣアクティブフィルタであり、
   前記抵抗Ｒは、スイッチトキャパシタによる等価抵抗で構成されること、
   を特徴とする音質調整回路。
5. 請求項４に記載の音質調整回路において、
   前記第１乃至第（ｎ−１）フィルタは、半導体基板上に集積回路として形成されること、
   を特徴とする音質調整回路。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の音質調整回路において、
   前記ｎが２の場合であって、前記原音声信号の高音域及び低音域の強度を調整するトーンコントロール処理を行うこと、を特徴とする音質調整回路。
7. 原信号に対し、第１乃至第ｎ（ｎは２以上の整数である）の周波数帯域毎にゲインを調整する信号特性調整回路において、
   前記第１乃至第ｎの各周波数帯域それぞれに対応して設けられ、前記原信号の対応周波数帯域の成分を抽出し出力する第１乃至第ｎの抽出回路と、
   前記第１乃至第ｎの抽出回路それぞれに対応して設けられ、対応抽出回路の出力信号に対しゲイン調節を行い第１乃至第ｎの調整信号を生成する第１乃至第ｎのゲイン調節回路と、
   前記原音声信号に対して、前記第１乃至第ｎの調整信号を合成可能な合成回路と、
   を有することを特徴とする信号特性調整回路。

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