JP5032367B2 - オーディオ信号処理回路 - Google Patents

Description

本発明は、オーディオ信号を処理するオーディオ信号処理回路に関する。

ＣＤプレイヤや、オーディオアンプ、カーステレオ、あるいは、携帯型ラジオや携帯型のオーディオプレイヤなどの、オーディオ信号を再生する機能を備えた電子機器は、音量を調節するためのボリウムや、周波数特性を調節するイコライザ、トーンコントロール機能などを備えるのが一般的である。かかるボリウムやイコライザの制御は、オーディオ信号の振幅を変化させることにより行われる。

たとえばトーンコントロールは、処理対象のオーディオ信号の帯域補正を行い、補正後の信号をもとのオーディオ信号と合成することによってなされる。
特開２００５−１１７４８９号公報 特開２００５−２１７７１０号公報 特開２００４−２２２０７７号公報 特開平１１−３４０７５９号公報 特開２００３−２８３２６２号公報

トーンコントロールを行う場合、帯域補正を行うステージにおいて、カットオフ周波数やＱ値を離散的に切り換えると、オーディオ信号に不連続が発生しその振幅が急激に変化するため、可聴帯域のノイズ（ショックノイズと呼ばれる）がスピーカやヘッドホンなどの電気音響変換素子から出力されるという問題が発生する。

また、２つのオーディオ信号をミキシングする際にも、一方のオーディオ信号をオン、オフさせると、ミキシング後のオーディオ信号が急激に変化し、ショックノイズが発生してしまう。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノイズを抑制したオーディオ信号処理回路の提供にある。

本発明のある態様のオーディオ信号処理回路は、第１オーディオ信号を増幅する第１増幅器と、第１増幅器の出力信号と第２オーディオ信号を合成する合成回路と、を備える。第１増幅器は、設定された利得を有する第１状態と、固定バイアス電圧を出力する第２状態とが、シームレスに切り替え可能に構成される。

この態様によると、第１オーディオ信号に不連続点や急激な変化が発生するタイミングに先立ち、第１増幅器を第２状態に遷移させることにより、合成回路の出力信号のノイズを抑制することができる。本明細書において「増幅」とは、利得が１より大きい場合の他、利得が１の場合、さらには１より小さい減衰も含む概念である。

ある態様のオーディオ信号処理回路は、第１増幅器の前段に設けられ、第３オーディオ信号に所定の信号処理を施して第１オーディオ信号として出力する信号処理部をさらに備えてもよい。信号処理部の状態を切り換える際、第１増幅器を第１状態から第２状態に変化させ、第２状態において信号処理部の状態を切り換え、続いて第１増幅器を第２状態から第１状態へと切り換えてもよい。

信号処理部はフィルタであってもよい。この場合、フィルタのカットオフ周波数、帯域、Ｑ値などを離散的に切り換えることに伴うノイズを抑制できる。

信号処理部には、第３オーディオ信号として第２オーディオ信号と同じ信号が入力されてもよい。

第１増幅器は可変利得増幅器であってもよい。第１増幅器の利得を現在値から目標値へと切り換える際、第１状態から第２状態に変化させ、第２状態において第１増幅器の利得を現在値から目標値へと切り換え、続いて第２状態から第１状態へと切り換えてもよい。

オーディオ信号処理回路は、第２オーディオ信号に第１オーディオ信号をミキシングするミキサー回路であってもよい。この場合、第１オーディオ信号のオン、オフにともなうノイズを抑制できる。

第１増幅器は、第１オーディオ信号を設定された利得で増幅する増幅器と、所定のバイアス電圧を出力するバイアス電圧生成回路と、第１入力端子に増幅器の出力を受け、第２入力端子にバイアス電圧を受け、自身の出力を一方の入力端子から他方の入力端子へと緩やかに遷移させるソフトスイッチング回路と、を含んでもよい。この場合、第１入力端子を選択した状態を第１状態、第２入力端子を選択した状態を第２状態としてシームレスに切り換えることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係るオーディオ信号処理回路によれば、ノイズを抑制できる。

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。

本明細書において、「部材Ａと部材Ｂが接続」された状態とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Ａと部材Ｂの間に部材Ｃが設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るオーディオ信号処理回路１００ａの構成を示すブロック図である。
オーディオ信号処理回路１００ａは、入力オーディオ信号Ｓｉｎに所定の信号処理を施し、出力オーディオ信号Ｓｏｕｔを出力する。具体的には、入力オーディオ信号Ｓｉｎを２系統に分岐し、一方に信号処理を施し、他方と合成して出力する。こうした信号処理の例として、トーンコントロールが例示される。

オーディオ信号処理回路１００ａは、合成回路１０、第１増幅器２０、制御部２２、信号処理部３０を備える。
第１増幅器２０は、その入力である第１オーディオ信号Ｓ１を増幅する。合成回路１０は２入力を有し、一方には、第１増幅器２０の出力信号Ｓ１’が入力され、他方には第２オーディオ信号Ｓ２が入力される。第２オーディオ信号Ｓ２は、オーディオ信号処理回路１００ａの入力オーディオ信号Ｓｉｎである。合成回路１０は、第１オーディオ信号Ｓ１’と第２オーディオ信号Ｓ２を合成する。合成とは、加算、減算、平均、分圧処理等をいう。

本実施の形態において、合成回路１０は演算増幅器１２を用いた加算回路である。合成回路１０は、入力端子Ｐ１、Ｐ２を備え、それぞれに入力された信号Ｓ２、Ｓ１’を合成し、出力端子Ｐ３から出力する。合成回路１０は、演算増幅器１２、第１抵抗Ｒ１〜第４抵抗Ｒ４を備える。演算増幅器１２の反転入力端子と出力端子の間には第３抵抗Ｒ３が設けられ、反転入力端子と固定電圧端子（接地端子）の間には第４抵抗Ｒ４が設けられる。演算増幅器１２の非反転入力端子と入力端子Ｐ１の間には第１抵抗Ｒ１が設けられ、非反転入力端子と入力端子Ｐ２の間には第２抵抗Ｒ２が設けられる。

合成回路１０の出力端子Ｐ３からは、
Ｓｏｕｔ＝（Ｒ２・Ｓ１’＋Ｓ２・Ｒ１）／（Ｒ１＋Ｒ２）×（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ４
で与えられる合成信号が出力される。

なお合成回路１０は抵抗を用いた単なる分圧回路やその他の加算回路で構成されてもよい。

第１増幅器２０は、設定された利得を有する第１状態φ１と、固定バイアス電圧Ｖｂｉａｓを出力する第２状態φ２とが、シームレスに切り替え可能に構成される。第１増幅器２０の状態φ１、φ２は、制御部２２によって制御される。

以上がオーディオ信号処理回路１００ａの基本となる構成である。続いてオーディオ信号処理回路１００ａの基本的な動作を説明する。
いま、第１増幅器２０が第１状態φ１に設定され、第１オーディオ信号Ｓ１が安定した状態を想定する。第１オーディオ信号Ｓ１に不連続点や急激な変化が発生するタイミングに先立ち、制御部２２は、第１増幅器２０を第１状態φ１から第２状態φ２へと緩やかにシームレスに変化させる。そして、第１オーディオ信号Ｓ１が安定した後に、第１増幅器２０を第２状態φ２から第１状態φ１へと再度遷移させる。

このオーディオ信号処理回路１００ａの基本構成によれば、第１オーディオ信号Ｓ１の急激な変化が、出力信号Ｓｏｕｔに影響を及ぼさないため、ノイズを抑制することができる。また、出力オーディオ信号Ｓｏｕｔとして、第２オーディオ信号Ｓ２は出力され続けるため、聴感上の違和感、不自然さを低減できる。

さらにオーディオ信号処理回路１００ａの構成を説明する。第１増幅器２０の前段には、第３オーディオ信号Ｓ３に所定の信号処理を施して第１オーディオ信号Ｓ１として出力する信号処理部３０が設けられる。

制御部２２は、信号処理部３０の状態を切り換える際、切り換えに先立って第１増幅器２０を第１状態φ１から第２状態φ２に変化させる。そして第２状態φ２において信号処理部３０の状態を切り換える。続いて信号処理部３０を第２状態φ２から第１状態φ１へと切り換える。

オーディオ信号処理回路１００ａがトーンコントロール処理を行う場合、信号処理部３０は、周波数特性が離散的に切り替え可能なフィルタとして構成される。フィルタは、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、バンド遮断フィルタ（ＢＥＦ）が例示される。周波数帯域とは、センター周波数（もしくはカットオフ周波数）ｆｏおよびＱ値などをいう。もっとも信号処理部３０の処理はこれに限定されるものではなく、さまざまな信号処理に適用できる。

トーンコントロール機能を有するオーディオ信号処理回路１００ａにおいて、信号処理部３０には第３オーディオ信号Ｓ３として、第２オーディオ信号Ｓ２と同じ信号、つまり入力信号Ｓｉｎが入力される。信号処理部３０は、入力信号Ｓｉｎの特定周波数を増幅し、あるいは不要帯域を除去して、第１オーディオ信号Ｓ１として出力する。

図２は、第１増幅器２０の構成例を示すブロック図である。第１増幅器２０は、増幅器２４、バイアス電圧生成回路２６、ソフトスイッチング回路２８を含む。

増幅器２４は、第１オーディオ信号Ｓ１を設定された利得で増幅する。バイアス電圧生成回路２６は、所定のバイアス電圧Ｖｂｉａｓを出力する。増幅器２４、バイアス電圧生成回路２６はともに演算増幅器を利用した反転アンプもしくは非反転アンプとして構成してもよい。トーンコントロールを行う場合、増幅器２４を可変利得増幅器として構成することで、トーンゲインを調節できる。

ソフトスイッチング回路２８は、第１入力端子ＩＮ１に増幅器２４の出力信号を受け、第２入力端子ＩＮ２にバイアス電圧Ｖｂｉａｓを受ける。ソフトスイッチング回路２８は、制御部２２からの制御信号に応じて、自身の出力ＯＵＴを一方の入力端子から他方の入力端子へと緩やかに遷移させる。ソフトスイッチング回路２８には公知のさまざまな切り換え回路を利用できる。

以上がオーディオ信号処理回路１００ａの全体の構成である。続いてオーディオ信号処理回路１００ａの動作を説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、図１のオーディオ信号処理回路１００ａおよび比較例に係るオーディオ信号処理回路の動作状態を示すタイムチャートである。

本発明の効果をより明確化するため、先に図３（ｂ）を参照して、比較例に係る処理について説明する。比較例に係る処理では、時刻ｔ０以前に、信号処理部３０の周波数特性がある状態に設定されている。時刻ｔ０に、周波数特性の変更が指示されると、オーディオ信号処理回路の出力が緩やかにミュート状態に切り換えられる。オーディオ信号処理回路の出力がミュート状態となった後に、時刻ｔ１において、信号処理部３０の周波数特性、またはトーンゲインが別の状態に切り換えられる。その後、時刻ｔ２にミュート状態が解除され、オーディオ信号Ｓｏｕｔが再度出力される。したがって、トーンコントロールの状態を切り換えるたびにオーディオ信号がミュートされ、ユーザが違和感を覚えることになる。

比較例では、ミュートするための回路が別に必要となり、またオーディオ信号処理回路を制御するマイクロプロセッサ（ホストプロセッサ）は、オーディオ信号処理回路に対して制御信号を出力するとともに、ミュート回路に対しても制御信号を出力する必要があるため、マイクロプロセッサの負荷が増大するという問題もある。

続いて、実施の形態に係るオーディオ信号処理回路１００ａの動作を図３（ａ）を参照して説明する。時刻ｔ０以前に、信号処理部３０の周波数特性およびトーンゲインがある状態に設定されており、第１増幅器２０は第１状態φ１に設定されている。時刻ｔ０に、周波数特性もしくはトーンゲインの変更が指示されると、第１増幅器２０が第１状態φ２から第２状態φ２へと緩やかに切り換えられる。その後、時刻ｔ１に第２状態φ２となると、信号処理部３０の周波数特性もしくはトーンゲインが瞬時に別の状態に切り換えられる。その後、第１増幅器２０が再び、第２状態φ２から第１状態φ１へと遷移していく。

このように、実施の形態に係るオーディオ信号処理回路１００ａでは、信号処理部３０の状態、または第１増幅器２０内の増幅器２４の利得（トーンゲイン）を瞬時に切り換えても、出力オーディオ信号Ｓｏｕｔがミュートされず、入力オーディオ信号Ｓｉｎが出力され続ける。したがって、ユーザがトーンコントロールの切り換え制御を知覚しにくくなり、オーディオ装置としての価値を向上させることができる。

図４は、第１の実施の形態の変形例に係るオーディオ信号処理回路１００ｂの構成を示すブロック図である。
オーディオ信号処理回路１００ｂは、図２のオーディオ信号処理回路１００ａに加えて、反転アンプ４０、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２を備える。信号処理部３０は周波数特性が切り替え可能なフィルタである。反転アンプ４０は、出力オーディオ信号Ｓｏｕｔの位相を反転する。入力オーディオ信号Ｓｉｎの入力端子１０２と信号処理部３０の入力端子の間には、第１スイッチＳＷ１が設けられる。反転アンプ４０の出力端子と信号処理部３０の入力端子の間には、第２スイッチＳＷ２が設けられる。

制御部２２は、信号処理部３０の周波数特性の切り換え、第１増幅器２０の第１状態φ１、第２状態φ２の切り換えに加えて、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２のオン、オフを切り換える。

第１スイッチＳＷ１がオンの状態では、図１のオーディオ信号処理回路１００ａと等価となり、信号処理部３０によって設定された周波数帯域がブーストされる。反対に第２スイッチＳＷ２がオンの状態では、信号処理部３０によって設定された周波数帯域がカットされる。

制御部２２は、第１増幅器２０の入力信号が不連続となるタイミング、あるいは第１増幅器２０内の増幅器２４の利得が切り換えられるタイミングに先立ち、第１増幅器２０を第２状態φ２に設定し、入力信号が安定した後に、第１増幅器２０を第１状態φ１に戻す。第１増幅器２０の入力信号が不連続となる場合は、信号処理部３０の周波数特性の切り換え、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２のオン、オフの切り換えである。

図４の変形例によれば、図１のオーディオ信号処理回路１００ａの効果に加え、特定周波数帯域のブースト、カットを切り換えるタイミングにおいて、ショックノイズが発生するのを好適に防止できる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、トーンコントロールを行う信号処理回路について説明した。第２の実施の形態に係るオーディオ信号処理回路１００ｃは、第１入力オーディオ信号Ｓｉｎ１と第２入力オーディオ信号Ｓｉｎ２をミキシングするミキサー回路に関する。

図５は、第２の実施の形態に係るオーディオ信号処理回路１００ｃの構成を示すブロック図である。オーディオ信号処理回路１００ｃは、合成回路１０、第１増幅器２０、制御部２２を備える。

第１増幅器２０は、第１入力オーディオ信号Ｓｉｎ１を所定の利得で増幅し、合成回路１０へと出力する。第１増幅器２０は第１の実施の形態と同様に、第１状態φ１と第２状態φ２が切り換え可能に構成される。制御部２２は、第１増幅器２０の第１状態φ１、第２状態φ２を切り換える。

ミキシングの比率を変化させるために、第１増幅器２０は可変利得増幅器として利得が離散的に切り換え可能に構成される。制御部２２は、第１増幅器２０の利得も切り換える。この場合、第１増幅器２０内部の増幅器２４を可変利得増幅器として構成すればよい。

合成回路１０は、第２入力オーディオ信号Ｓｉｎ２を、増幅された第１入力オーディオ信号Ｓｉｎ１’と合成する。

以上のごとく構成されたオーディオ信号処理回路１００ｃの動作を説明する。
第１増幅器２０の利得を現在値から目標値へと切り換える際、はじめに第１増幅器２０を第１状態φ１から第２状態φ２に変化させる。続いて第２状態φ２において第１増幅器２０の利得を現在値から目標値へと切り換える。そして合成回路１０を第２状態φ２から第１状態φ１へと切り換える。

図５のオーディオ信号処理回路１００ｃによれば、ミキシングの比率を切り換える際のショック音（ノイズ）の発生を抑制することができる。さらに第２入力オーディオ信号Ｓｉｎ２が出力され続け、つまり音声がとぎれないため、聴感上の不自然さを低減しつつ、ミキシングの切り換えをシームレスに行うことができる。

図５のオーディオ信号処理回路１００ｃの変形例として、第２入力オーディオ信号Ｓ２側にも、第１増幅器２０と同様の第２増幅器を設けてもよい。この場合、第１入力オーディオ信号Ｓｉｎ１と第２入力オーディオ信号Ｓｉｎ２の両方の振幅を変化させてミキシング比率を変化させることができる。

実施の形態にもとづき、特定の語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

第１の実施の形態に係るオーディオ信号処理回路の構成を示すブロック図である。 第１増幅器の構成例を示すブロック図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、図１のオーディオ信号処理回路および比較例に係るオーディオ信号処理回路の動作状態を示すタイムチャートである。 第１の実施の形態の変形例に係るオーディオ信号処理回路の構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態に係るオーディオ信号処理回路の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００…オーディオ信号処理回路、１０…合成回路、１２…演算増幅器、Ｒ１…第１抵抗、Ｒ２…第２抵抗、Ｒ３…第３抵抗、Ｒ４…第４抵抗、２０…第１増幅器、２２…制御部、２４…増幅器、２６…バイアス電圧生成回路、２８…ソフトスイッチング回路、３０…信号処理部、４０…反転アンプ、ＳＷ１…第１スイッチ、ＳＷ２…第２スイッチ、Ｓ１…第１オーディオ信号、Ｓ２…第２オーディオ信号、Ｓ３…第３オーディオ信号、Ｓｉｎ…入力オーディオ信号、Ｓｏｕｔ…出力オーディオ信号。

Claims (5)

1. その周波数特性が切り換え可能に構成され、第３オーディオ信号をフィルタリングし、第１オーディオ信号として出力するフィルタと、
   前記第１オーディオ信号を増幅する第１増幅器であって、設定された利得を有する第１状態と、固定バイアス電圧を出力する第２状態とが、シームレスに切り換え可能に構成された第１増幅器と、
   前記第１増幅器の出力信号と第２オーディオ信号を合成する合成回路と、
   前記フィルタの周波数特性を制御するとともに、前記第１増幅器の第１、第２状態を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記フィルタの周波数特性を切り換える際、切り換えに先立ち、前記第１増幅器を前記第１状態から前記第２状態に変化させ、前記第２状態において前記フィルタの状態を切り換え、切り換え後に前記第１増幅器を第２状態から前記第１状態へと変化させることを特徴とするオーディオ信号処理回路。
2. 前記フィルタには、前記第３オーディオ信号として前記第２オーディオ信号と同じ信号が入力されることを特徴とする請求項１に記載のオーディオ信号処理回路。
3. 前記フィルタには、前記第３オーディオ信号として前記合成回路の出力を反転した信号が入力されることを特徴とする請求項１に記載のオーディオ信号処理回路。
4. 前記第１増幅器は可変利得増幅器であって、
   前記第１増幅器の利得を現在値から目標値へと切り換える際、前記第１状態から前記第２状態に変化させ、前記第２状態において前記第１増幅器の利得を現在値から目標値へと切り換え、続いて前記第２状態から前記第１状態へと切り換えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のオーディオ信号処理回路。
5. 前記第１増幅器は、
   前記第１オーディオ信号を設定された利得で増幅する増幅器と、
   前記固定バイアス電圧を出力するバイアス電圧生成回路と、
   第１入力端子に前記増幅器の出力を受け、第２入力端子に前記固定バイアス電圧を受け、自身の出力を一方の入力端子から他方の入力端子へと緩やかに遷移させるソフトスイッチング回路と、
   を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のオーディオ信号処理回路。

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