JP2016010048A - オーディオ信号調整回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ボリュームの音量設定値に連動して適切なラウドネス補正を行うオーディオ信号調整回路を提供する。【解決手段】ラウドネス素子５０の出力信号は、ラインアンプ２１にネガティブフィードバックされる。ラウドネス素子は、等ラウドネス曲線の逆特性に対応する周波数特性を有する。ラインアンプ２１の出力は、ラウドネス素子の出力がネガティブフィードバックされることにより、低域および高域のレベルが増大する。ラインアンプの出力は、フィードバック量が大きくなるほど低域および高域のレベルが増大する。制御部５は、音量ボリューム（制御部の操作子、図示せず）の音量設定値に連動してラウドネス補正用電子ボリューム２２のゲインを設定する。制御部は、例えば音量ボリュームの音量設定値が小さくなった場合、ラウドネス補正用電子ボリュームのゲインを上げ、ラウドネス素子のフィードバック量を大きくし、ラウドネス補正量を大きくする。【選択図】図２

Description

この発明は、オーディオ信号のレベルを調整するオーディオ信号調整回路に関する。

人の聴覚は、周波数によって感度が異なる。例えば、音量が小さい場合には低域成分および高域成分が聞こえにくくなる。このような特性は、ＩＳＯ２２６：２００３において等ラウドネス曲線として規定されている。

そこで、従来の回路では、音量が小さい場合に、低域成分および高域成分を持ち上げるラウドネス補正を行うことが提案されている。例えば、特許文献１のラウドネスコントロール回路は、タップ付きの可変抵抗器を用いることで、ボリュームの音量設定値に連動して周波数特性が変化するようになっている。

実公昭６３−２５７７２号公報

特許文献１のラウドネスコントロール回路では、センタータップ以下の領域では、ボリュームの音量設定値に連動して周波数特性が変化しない。したがって、利用頻度が比較的高い中音量から低音量の領域では適切なラウドネス補正ができなかった。

また、ラウドネス補正量を手動で調整可能なものもあったが、音量設定に連動しないため、音量を変えるごとに最適になるよう再設定する必要があった。

そこで、この発明は、ボリュームの音量設定値に連動して適切なラウドネス補正を行うオーディオ信号調整回路を提供することを目的とする。

本発明のオーディオ信号調整回路は、音量設定値を受け付ける音量設定受付部と、オーディオ信号が入力されるアンプと、前記アンプのゲインを調整する第１ゲイン調整回路と、前記ラインアンプの出力に接続され、所定の周波数特性を有するラウドネス処理部と、を備えている。

そして、オーディオ信号調整回路は、前記ラウドネス処理部の出力が、前記ラインアンプに入力され、前記ラウドネス処理部から前記アンプへの入力量を変更する第２ゲイン調整回路と、前記音量設定受付部で受け付けた前記音量設定値に応じて、前記第１ゲイン調整回路および前記第２ゲイン調整回路をそれぞれ制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

このように、オーディオ信号調整回路は、ラインアンプの出力を等ラウドネス曲線に対応した周波数特性を有するラウドネス処理部を介してフィードバックさせる。そして、フィードバック量は、音量設定値に応じたゲインに設定されるため、ボリュームの音量設定値に連動して適切なラウドネス補正を行うことができる。なお、第１ゲイン調整回路および第２ゲイン調整回路は、単にゲイン調整を行う機能を有していればよい（単純なアッテネータでよい）。従来のラウドネス補正量を可変できる回路においては、可変素子としては、機械的な構造の可変抵抗器が用いられ、昨今のＩＣによる汎用電子ボリュームの回路には不向きな回路であった。しかし、本発明は、グランド端子が一体化された汎用の電子ボリュームを用いることができる。したがって、オーディオ信号調整回路は、汎用電子ボリューム（第２ゲイン調整回路）にマイコン（制御部）を接続するだけで実現することができ、多大なコストをかけることなく音量設定値に連動したラウドネス補正を行うことができる。

なお、ラウドネス処理部は、例えばＲＣ回路を用いたバンドパスフィルタにより実現することが可能である。例えばラウドネス処理部が等ラウドネス曲線の逆特性に対応する周波数特性を有する場合、ラウドネス処理部の出力は、アンプにネガティブフィードバックさせる。

また、オーディオ信号調整回路は、ラウドネス補正量の設定を受け付ける第１ラウドネス補正量受付部を備え、前記制御部は、前記第１ラウドネス補正量受付部で受け付けた前記ラウドネス補正量の設定に応じて、第２ゲイン調整回路における前記ラウドネス処理部から前記アンプへの入力量を変更する態様としてもよい。

必要なラウドネス補正量は、音量設定値の違いだけではなく、オーディオ装置の定格出力、ゲイン、スピーカの能率、または聴取位置の違いによっても異なる。したがって、オーディオ信号調整回路は、第１ラウドネス補正量受付部により、同じ音量設定値でもラウドネス補正量を手動で変更できるようにすることが好ましい。

また、オーディオ信号調整回路は、前記音量設定値の変化に対するラウドネス補正量の強さ設定を受け付ける第２ラウドネス補正量受付部を備え、前記制御部は、前記第２ラウドネス補正量受付部で受け付けた前記ラウドネス補正量の強さ設定に応じて、前記第１ゲイン調整回路のゲイン変更量に対する前記第２ゲイン調整回路のゲイン変更量を制御することが好ましい。

この構成では、第２ラウドネス補正量受付部により、音量設定値の変化に連動するラウドネス補正量の変化を緩やかにしたり、急峻にしたりすることができる。

また、制御部は、前記ラウドネス処理部および前記第２ゲイン調整回路による音量変化を補償するゲインを第１ゲイン調整回路に設定することが好ましい。

ラウドネス補正を行う場合、低域成分および高域成分を持ち上げることで聴感上の音量変化が抑えられる。しかし、低域成分および高域成分を持ち上げることで、聴感上の音量が上昇する場合がある。そこで、制御部は、ラウドネス補正により聴感上の音量が上昇する分を補償するゲインを設定する。例えば、音量設定値を−１０ｄＢ低く変化させたとき、ラウドネス補正により聴感上の音量が２ｄＢ上昇する場合、聴感上の音量は−８ｄＢ程度しか変化しない。この場合、制御部は、音量設定受付部から−１０ｄＢの音量設定値を受け付けたとき、第１ゲイン調整回路のゲインを−１２ｄＢに設定することで、ラウドネス補正を行いながらユーザが所望する適切な音量に変化させることができる。

本発明によれば、ボリュームの音量設定値に連動して適切なラウドネス補正を行うことができる。

オーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。 音量調整回路を示す回路図である。 周波数特性の一例を示す図である。 第１ラウドネスボリュームの変化とラウドネス補正量との関係を示す図である。 音量ボリュームとラウドネス補正量との関係を示す図である。 第２ラウドネスボリュームの変化とラウドネス補正量との関係を示す図である。 応用例に係る音量ボリュームとラウドネス補正量との関係を示す図である。

図１は、第１実施形態に係るオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。オーディオ信号処理装置は、入力部１、信号処理部２、および出力部３を備えている。

入力部１は、外部からオーディオ信号を入力する。入力部１に入力されたオーディオ信号は、信号処理部２に入力される。なお、この例では、代表して１チャンネルのオーディオ信号だけを示すが、実際には各チャンネルについてそれぞれ信号処理部２を備え、チャンネル毎に信号処理を行うことが好ましい。

信号処理部２は、本発明のオーディオ信号調整回路に相当する。信号処理部２は、制御部５、音量ボリューム１０、第１ラウドネスボリューム１１、および第２ラウドネスボリューム１２、ゲイン調整部１５、およびラウドネス補正部１６を備えている。

ゲイン調整部１５は、入力部１から入力されたオーディオ信号のレベルを調整する。レベル調整されたオーディオ信号は、出力部３に出力される。出力部３から出力されたオーディオ信号は、不図示のパワーアンプ等で増幅され、スピーカに出力される。

ラウドネス補正部１６は、ゲイン調整部１５でレベル調整されたオーディオ信号を入力する。ラウドネス補正部１６は、入力されたオーディオ信号に所定の周波数特性を与える。周波数特性が付与されたオーディオ信号は、ゲイン調整部１５にフィードバックされる。

図２は、ゲイン調整部１５およびラウドネス補正部１６からなる音量調整回路の構成を示す図である。ゲイン調整部１５は、メイン電子ボリューム２０、ラインアンプ２１、およびフィードバック用抵抗３１を有する。

メイン電子ボリューム２０は、本発明の第１ゲイン調整回路に相当し、ラインアンプ２１のゲインを調整する。メイン電子ボリューム２０は、入力ライン（図中のＩＮ）、ラインアンプ２１の非反転入力端子（図中の＋）、およびグランドライン（図中のＧＮＤ）に接続される。したがって、メイン電子ボリューム２０は、グランド端子が一体化された汎用の電子ボリュームを用いることができる。メイン電子ボリューム２０は、マイコンである制御部５を接続することにより容易に制御することができる。メイン電子ボリューム２０は、制御部５により、音量ボリューム１０（本発明の音量設定受付部に相当する。）の音量設定値に応じたゲインに設定される。

ラインアンプ２１は、本発明のアンプに相当し、オーディオ信号ラインに接続される増幅回路である。ラインアンプ２１の出力端子は、フィードバック用抵抗３１を介して反転入力端子（図中の−）にネガティブフィードバックされ、オーディオ信号が増幅される。また、ラインアンプ２１の出力端子は、出力ライン（図中のＯＵＴ）およびラウドネス補正部１６に接続される。

ラウドネス補正部１６は、ラウドネス素子５０、ラウドネス補正用電子ボリューム２２、バッファアンプ２３、およびフィードバック用抵抗３２を備えている。

ラウドネス素子５０は、本発明のラウドネス処理部に相当し、ＲＣ回路によるバンドパスフィルタとなっている。ここでは、ラウドネス素子５０は、１ｋＨｚをピークとして低域および高域が減衰するような時定数が設定されている。すなわち、ラウドネス素子５０は、等ラウドネス曲線の逆特性に対応する周波数特性を有する。ただし、ラウドネス素子５０の周波数特性は、等ラウドネス曲線の逆特性に完全に一致させる必要はない。低域および高域が減衰し、中域とのレベル差が生じる特性であれば、「等ラウドネス曲線に対応する周波数特性」に該当する。

ラウドネス補正用電子ボリューム２２は、本発明の第２ゲイン調整回路に相当し、回路バッファアンプ２３のゲインを調整する。ラウドネス補正用電子ボリューム２２は、ラウドネス素子５０、バッファアンプ２３の非反転入力端子、およびグランドラインに接続される。したがって、ラウドネス補正用電子ボリューム２２は、グランド端子が一体化された汎用の電子ボリュームを用いることができる。ラウドネス補正用電子ボリューム２２は、マイコンである制御部５を接続することにより容易に制御することができる。

バッファアンプ２３は、インピーダンス調整用回路であり、ゲイン調整部１５側の信号がラウドネス補正部１６の出力側に影響を及ぼさないようにするためのアンプである。バッファアンプ２３の出力端子は、自身の反転入力端子、およびフィードバック用抵抗３２を介してラインアンプ２１の反転入力端子に接続される。

これにより、ラウドネス素子５０の出力信号は、ラインアンプ２１にネガティブフィードバックされることになる。上述のように、ラウドネス素子５０は、等ラウドネス曲線の逆特性に対応する周波数特性を有する。ラインアンプ２１の出力は、ラウドネス素子５０の出力がネガティブフィードバックされることにより、低域および高域のレベルが増大する。すなわち、ラインアンプ２１の出力は、ラウドネス素子５０からラインアンプ２１への入力量（フィードバック量）が大きくなるほど低域および高域のレベルが増大して、等ラウドネス曲線の特性に対応する周波数特性を有し、ラウドネス補正が行われることになる。

図３は、周波数特性の一例を示す図である。同図のグラフの横軸は周波数に対応し、縦軸はゲインに対応する。例えば、ラウドネス素子５０からのフィードバック量が０である場合、ラインアンプ２１の出力するオーディオ信号の周波数特性は、完全にフラットである（図中の１５ｄＢで示されたラインに相当する）。これに対し、ラウドネス素子５０からのフィードバック量が大きくなるほど、ラインアンプ２１の周波数特性は、中域成分と低域成分および高域成分とのレベル差が生じるようになっている。例えば、最もフィードバック量が大きい場合には、ラインアンプ２１の出力は、１ｋＨｚを基準（−５ｄＢ）として、低域成分（１０Ｈｚ）と２０ｄＢ程度のレベル差が生じ、高域成分（１０ｋＨｚ）と１０ｄＢ程度のレベル差が生じるようになっている。

したがって、ラウドネス素子５０のフィードバック量が大きくなるほど中域成分に対して低域成分および高域成分を持ち上げるラウドネス補正が強く行われることになる。

そして、ラウドネス素子５０のフィードバック量は、ラウドネス補正用電子ボリューム２２のゲインを調整することにより設定する。ラウドネス補正用電子ボリューム２２は、制御部５に接続され、当該制御部５により音量ボリューム１０の音量設定値に応じたゲインに設定される。

図４（Ａ）は、音量ボリュームとラウドネス補正量との関係を示す図である。図４（Ａ）に示すグラフの横軸は音量ボリューム１０の音量設定値に対応し、縦軸は第１ラウドネスボリューム１１の設定値に対応する。図４（Ａ）中の黒点に示すように、例えば音量ボリューム１０の音量設定値が１５ｄＢから５ｄＢまで小さくなった場合、制御部５は、ラウドネス補正用電子ボリューム２２のゲインを上げ、ラウドネス素子５０のフィードバック量を大きくし、ラウドネス補正を行う。さらに、例えば音量ボリューム１０の音量設定値が−５ｄＢまで小さくなった場合、制御部５は、ラウドネス補正用電子ボリューム２２のゲインをさらに上げ、ラウドネス素子５０のフィードバック量を大きくし、ラウドネス補正量を大きくする。

ただし、ラウドネス素子５０のフィードバック量を大きくし、ラウドネス補正量を大きくすると、低域成分および高域成分を持ち上げられた分だけ聴感上の音量が大きくなり、ユーザが意図する音量変化が得られない場合がある。そこで、制御部５は、ラウドネス補正により聴感上の音量が上昇する分を補償するゲインをメイン電子ボリューム２０設定する。例えば、音量ボリューム１０の音量設定値を１５ｄＢから５ｄＢまで−１０ｄＢだけ変化させたとき、ラウドネス補正を行うことにより聴感上の音量が２ｄＢ上昇すると仮定する。この場合、制御部５は、メイン電子ボリューム２０のゲインを−１２ｄＢ変化させて、３ｄＢに設定する。すると、聴感上の音量変化は−１０ｄＢとなり、ユーザの意図する音量変化を実現しながら適切なラウドネス補正を行うことができる。ただし、メイン電子ボリューム２０のゲインを３ｄＢに設定する（−１２ｄＢ変化させる）場合であっても、ＬＥＤ等の表示部（不図示）に表示される音量設定値は、５ｄＢのまま（−１０ｄＢ変化させる）として、ユーザが意図する音量設定値に変化させたように認識させる。

このようにして、制御部５は、音量ボリューム１０の音量設定値に応じてラウドネス補正用電子ボリューム２２のゲインを設定し、音量ボリューム１０の音量設定値に連動して適切なラウドネス補正を行う。これにより、ユーザは、音量ボリューム１０を操作するだけで、聴感上の特性に応じた適切なラウドネス補正が行われることになる。

なお、図４（Ａ）においては、音量設定値の変化に応じてステップ状にラウドネス補正量を変化させる例を示しているが、音量設定値の変化に応じて連続的にラウドネス補正量を変化させるようにしてもよい。ステップ状にラウドネス補正量を変化させる場合、音量設定値と、ラウドネス補正量（ラウドネス補正用電子ボリューム２２のゲイン）との関係は、例えば制御部５のメモリ（不図示）にテーブルとして記憶しておく。制御部５は、音量ボリューム１０の音量設定値で当該テーブルを読み出すことで、ラウドネス補正用電子ボリューム２２のゲインを設定することができる。また、連続的にラウドネス補正量を変化させる場合、音量設定値と、ラウドネス補正量（ラウドネス補正用電子ボリューム２２のゲイン）との関係を示す関数を規定しておくことにより、都度演算することで適切なラウドネス補正量（ラウドネス補正用電子ボリューム２２のゲイン）を設定することができる。例えば、メイン電子ボリューム２０のゲインＧａとラウドネス補正用電子ボリューム２２のゲインＧｂの関係がＧａ＝２０−Ｇｂになると仮定すると、メイン電子ボリューム２０のゲインＧａを１５ｄＢから５ｄＢに変化させると、ラウドネス補正用電子ボリューム２２のゲインＧｂを１５ｄＢから５ｄＢに変化させる。

次に、図４（Ｂ）は、第１ラウドネスボリューム１１の変化とラウドネス補正量との関係を示す図である。図４（Ｂ）の例では、第１ラウドネスボリューム１１（本発明の第１ラウドネス補正量受付部に相当する。）に連動してラウドネス補正量を変化させることにより、同じ音量設定値でもラウドネス補正量を手動で変更できるようにする態様である。制御部５は、図４（Ｂ）中の黒点に示すように、音量ボリューム１０の音量設定値が変化しない場合でも、第１ラウドネスボリューム１１の設定値が大きくなると、ラウドネス補正用電子ボリューム２２のゲインを上げ、ラウドネス素子５０のフィードバック量を大きくし、ラウドネス補正量を大きくする。必要なラウドネス補正量は、音量設定値の違いだけではなく、オーディオ装置の定格出力、ゲイン、スピーカの能率、または聴取位置の違いによっても異なる。したがって、図４（Ｂ）の例では、第１ラウドネスボリューム１１の設定値に連動してラウドネス補正量を変化させることにより、オーディオ装置の定格出力、ゲイン、スピーカの能率、または聴取位置の違いを補償できるようにしている。また、図４（Ｂ）の例でも、制御部５は、ラウドネス補正を大きくしたことにより聴感上の音量が上昇する分を補償するゲインをメイン電子ボリューム２０設定する。例えば、ラウドネス補正を大きくしたことにより聴感上の音量が２ｄＢ上昇すると仮定した場合、制御部５は、メイン電子ボリューム２０のゲインを−２ｄＢ変化させて１３ｄＢに設定する。

なお、図４（Ｂ）に示した例では、音量設定値が非常に大きい場合または非常に小さい場合（例えばＭａｘまたはＭｉｎの場合）、第１ラウドネスボリューム１１の設定値を変化させてもラウドネス補正量が変化しないが、図５に示すように、どの音量設定値においても、第１ラウドネスボリューム１１の設定値の変化に連動してラウドネス補正量を変化させる態様としてもよい。

次に、図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、第２ラウドネスボリューム１２を変化させたときの音量ボリュームとラウドネス補正量との関係を示す図である。制御部５は、第２ラウドネスボリューム１２（本発明の第２ラウドネス補正量受付部に相当する。）が変化したとき、音量ボリューム１０に連動して変化するラウドネス補正量の変化を緩やかにしたり、急峻にしたりする。例えば、図６（Ａ）に示すように、音量ボリューム１０の音量設定値を１５ｄＢから５ｄＢまで変化させたとき、ラウドネス補正量が２段階変化する場合において、第２ラウドネスボリューム１２の設定値を大きくする（または小さくする）と、音量ボリューム１０に連動して変化するラウドネス補正量の変化を緩やかにして、ラウドネス補正量が１段階だけ変化するように設定する。

このように、本実施形態のオーディオ信号調整回路は、ユーザの好みによって、音量ボリューム１０に連動して変化するラウドネス補正量の変化を緩やかにしたり、急峻にしたりすることができる。

次に、図７は、応用例に係る音量ボリュームとラウドネス補正量との関係を示す図である。この例では、利用頻度が比較的高い中音量の領域では第１ラウドネスボリューム１１の設定値の変化に対するラウドネス補正量の変化を緩やかにして、利用頻度が比較的低い最大音量または最小音量に近い領域では第１ラウドネスボリューム１１の変化に対するラウドネス補正量の変化を急激にしている。これにより利用頻度が比較的高い中音量の領域では第１ラウドネスボリューム１１を大きく動かしてもラウドネス補正量の変化が小さいため、ユーザにとってはより細やかな調整が容易となり、操作性が向上する。

なお、図３の回路構成では、ラウドネス素子５０が等ラウドネス曲線の逆特性に対応する周波数特性を有し、ラインアンプ２１にネガティブフィードバックさせる例を示したが、例えば、ラウドネス素子５０の出力をラインアンプ２１の正相側に入力することも可能であるし、逆相アンプを用いて入力オーディオ信号およびラウドネス素子５０の出力をラインアンプ２１の逆相側に入力する回路としてもよい。これら回路構成としても、音量設定値に連動したラウドネス補正を行うことができる。

１…入力部
２…信号処理部
３…出力部
５…制御部
１０…音量ボリューム
１１…第１ラウドネスボリューム
１２…第２ラウドネスボリューム
１５…ゲイン調整部
１６…ラウドネス補正部
２０…メイン電子ボリューム
２１…ラインアンプ
２２…ラウドネス補正用電子ボリューム
２３…バッファアンプ
５０…ラウドネス素子

Claims (5)

1. 音量設定値を受け付ける音量設定受付部と、
   オーディオ信号が入力されるアンプと、
   前記アンプのゲインを調整する第１ゲイン調整回路と、
   前記アンプの出力に接続され、所定の周波数特性を有するラウドネス処理部と、
   を備えたオーディオ信号調整回路であって、
   前記ラウドネス処理部の出力が、前記アンプに入力され、
   前記ラウドネス処理部から前記アンプへの入力量を変更する第２ゲイン調整回路と、
   前記音量設定受付部で受け付けた前記音量設定値に応じて、前記第１ゲイン調整回路および前記第２ゲイン調整回路をそれぞれ制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とするオーディオ信号調整回路。
2. 前記ラウドネス処理部は、等ラウドネス曲線の逆特性に対応する周波数特性を有し、
   前記ラウドネス処理部の出力は、前記アンプにネガティブフィードバックされていることを特徴とする請求項１に記載のオーディオ信号調整回路。
3. ラウドネス補正量の設定を受け付ける第１ラウドネス補正量受付部を備え、
   前記制御部は、前記第１ラウドネス補正量受付部で受け付けた前記ラウドネス補正量の設定に応じて、第２ゲイン調整回路における前記ラウドネス処理部から前記アンプへの入力量を変更する請求項１または請求項２に記載のオーディオ信号調整回路。
4. 前記音量設定値の変化に対するラウドネス補正量の強さ設定を受け付ける第２ラウドネス補正量受付部を備え、
   前記制御部は、前記第２ラウドネス補正量受付部で受け付けた前記ラウドネス補正量の強さ設定に応じて、前記第１ゲイン調整回路のゲイン変更量に対する前記第２ゲイン調整回路のゲイン変更量を制御する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のオーディオ信号調整回路。
5. 前記制御部は、前記ラウドネス処理部および前記第２ゲイン調整回路による音量変化を補償するゲインを第１ゲイン調整回路に設定する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のオーディオ信号調整回路。

Images