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JP3804582B2 - ゲインコントロール回路及び電子ボリューム回路 - Google Patents
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ゲインコントロール回路及び電子ボリューム回路 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオシステム等に使用されるゲインコントロール回路及びこのゲインコントロール回路を有する電子ボリューム回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のゲインコントロール回路のゼロクロスモード時における動作の概要を、図6を参照して説明する。従来のゲインコントロール回路は、動作モードとしてゼロクロスモードと非ゼロクロスモードとを有している。図6において、(A)は入力オーディオ信号であり、(B)は制御信号CSN、(C)はボリュームデータ、(D)は音量調整部(図示せず)に実際に設定されるボリューム値(設定ボリューム値)である。ここで、入力オーディオ信号(図6(A))は、クラシック音楽等でよくあるフォルテシモからピアニシモへの変化のように、信号レベルが大から小へと変化する場合を例にとって表示してある。
【0003】
ボリュームデータは制御信号CSNがローレベルである期間に記憶部(例えば、レジスタ)に入力され、記憶・保持される。
従来のゲインコントロール回路では、非ゼロクロスモードでは、制御信号CSNの立ち上がり時点で、設定ボリューム値が切り換わるが、ゼロクロスモードでは、制御信号CSNの立ち上がり時点を基準として入力オーディオ信号のゼロクロスを検知した時点、もしくはゼロクロスが検知されない場合には、制御信号CSNの立ち上がり時点から予め設定された一定時間が経過した時点(タイマによるタイムアウト、設定値Tout)で設定ボリューム値が切り換わるように構成されている。
【0004】
図6に示すように、ユーザがボリュームつまみを操作することによりその操作量に応じたボリュームデータが、その操作タイミングを示す制御信号CSNがローレベルとなる期間に順次、0dB,−3dB,−6dB,−9dB,−12dB,−15dBと記憶部に入力され、記憶される(図6(B))。
一方、入力オーディオ信号が、時刻t1、t2でゼロクロスする(図6(A))ので、音量調整部に設定されるボリューム値は時刻t1で0dB、時刻t2で−3dBに切り換わる(図6(D))。
【0005】
しかし、入力オーディオ信号は、時刻t2以降でゼロクロスが検知されない状態が継続している。入力信号レベルには、どうしても微小DCオフセット電圧(Δ)が加わってしまうため、入力オーディオ信号レベルが小さくなると、ゼロクロスしなくなるのである。この状態下で、ボリュームデータが−6dB,−9dB,−12dB,−15dBと入力される(t3,t4,t5,tn)が、タイマの値がToutなる前に新しいデータが入力されるのでタイムアウトにならないため音量調整部に設定されたボリューム値は、−3dBのままで変化しない。−15dBが入力された時刻tn後タイマの値がToutになるまで新しいデータは入力されないので、時刻t(n+1)でタイムアウトになり、−15dBのボリュームデータが音量調整部にボリューム値として設定される。したがって、時刻t(n+1)では、設定ボリューム値は−3dBから−15dBに急激に変化することになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のゲインコントロール回路では、ゼロクロスモードにおいて、制御信号CSNの立ち上がり時点でタイマを起動し、この時点から予め設定された一定時間が経過したタイムアウトする時点までの時間間隔より短い時間間隔でボリュームデータが上記記憶部に入力された場合には、その間におけるボリュームデータは無視され、入力オーディオ信号のゼロクロスが検知される時点、または上記タイマがタイムアウトする時点までに上記記憶部に最後に入力されたボリュームデータが、新たに設定されるボリュームデータとして入力オーディオ信号のゼロクロスまたは上記タイマのタイムアウトにより音量調整部に設定されるように動作するために、設定ボリューム値が大きく変化し、この設定ボリューム値の急激な変化がノイズとなって、現れやすいという問題が有った。
【0007】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、連続的にボリュームデータが入力された場合でも、ノイズの発生を防止することができるゲインコントロール回路及び電子ボリューム回路を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、入力オーディオ信号のゼロクロスを検知し、該ゼロクロス時にゼロクロス検知信号を出力するゼロクロス検知手段と、入力された音量を設定するための音量設定データを記憶する記憶手段と、前記ゼロクロス検知信号が入力されると前記記憶手段に記憶された音量設定データを読み出して前記入力オーディオ信号の音量を調整するためのボリュームデータとして出力する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記ゼロクロス検知手段の検知出力を取り込み、前記入力オーディオ信号のゼロクロスが検知されるまでの待機期間内に新たな音量設定データが前記記憶手段に入力された時に、その入力タイミングで前記新たな音量設定データが入力される直前に前記記憶手段に入力され、記憶されている音量設定データを読み出し、該音量設定データを前記ボリュームデータとして出力することを特徴とする。
【0009】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のゲインコントロール回路において、さらに、前記記憶手段に前記音量設定データが入力された時点で起動され、所定時間経過時点でタイムアウトするタイマとを有し、前記制御手段は、前記タイマ出力を取り込み、前記タイマがタイムアウトせず、かつ前記入力オーディオ信号がゼロクロスしない状態が継続している状態下において前記入力オーディオ信号のゼロクロスが検知されるまでの待機期間内に新たな音量設定データが前記記憶手段に入力された場合には、前記新たな音量設定データが入力される直前に前記記憶手段に入力され、記憶されている音量設定データを読み出し、該音量設定データを前記ボリュームデータとして出力することを特徴とする。
【0010】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2のいずれかに記載のゲインコントロール回路を有することを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明に係るゲインコントロール回路の動作の概要を図7を参照して説明する。図7において、図6と同様に、(A)は入力オーディオ信号、(B)は制御信号CSN、(C)はボリュームデータ、(D)は音量調整部(図示せず)に実際に設定されるボリューム値(設定ボリューム値)である。ここでも入力オーディオ信号は、フォルテシモからピアニシモのように信号レベルが大から小へと変化する場合を例に表示してある。
【0012】
図7に示すように、ユーザがボリュームつまみを操作することによりその操作量に応じたボリュームデータが、その入力タイミングを示す制御信号CSNがローレベルとなる期間に順次、0dB,−3dB,−6dB,−9dB,−12dB,−15dB,−18dB,−21dBと記憶部に入力され、記憶される(図7(B),(C))。
一方、入力オーディオ信号が、時刻t10、t11でゼロクロスする(図7(A))ので、音量調整部に設定されるボリューム値は時刻t10で0dB、時刻t11で−3dBに切り換わる(図7(D))。
【0013】
また、入力オーディオ信号は、時刻t11以降でゼロクロスが検知されない状態が継続する。この状態下で、ボリュームデータが−6dB,−9dB,−12dB,−15dB,−18dB,−21dBと入力されるが、タイマの値がToutになる前に新しいデータが入力されるのでタイムアウトによるボリューム値の設定の切り換えは起きない。
しかし、本発明に係るゲインコントロール回路では、音量調整部に設定されたボリューム値は、ゼロクロスが検知されるのを待機している状態で更にボリュームデータが入力された場合には、その直前に入力されたボリュームデータで設定ボリューム値を切り替えるように動作する(t12,t13,t14,t15,t16)。
【0014】
したがって、制御信号CSNが出力される毎に起動されるタイマがタイムアウトする以前の時刻t16までの間に、設定ボリューム値を−3dB→−6dB→−9dB→−12dB→−15dB→−18dBと段階的に変化させることができ、聴感的なノイズを抑制することができる。なお、上記タイマがタイムアウトした時に設定ボリューム値が切り換わるのは従来例と同様である(t18)。
【0015】
次に、本発明が適用されるオーディオシステムの構成を図1に示す。同図において、オーディオシステムは、電子ボリューム回路1と、入力バッファ回路2と、パワーアンプ3と、スピーカ4と、ボリューム操作部としてのロータリーエンコーダ5と、各部を制御する制御部6と、制御部6の制御下に各種データを表示する表示部7とを有している。
【0016】
上記構成において、オーディオ信号が入力バッファ2を介して電子ボリューム回路1に入力され、電子ボリューム回路1で音量レベルが調整されたオーディオ信号はパワーアンプ3により電力増幅され、スピーカ4より出力される。
ユーザが図示してないボリュームつまみを操作することによりその操作量に応じてロータリーエンコーダ5より音量レベルを設定するための信号が制御部6に出力される。制御部6は、ロータリーエンコーダ5により入力された信号に基づいて音量レベルを設定するためのボリュームデータ及び、クロックを含む各種の制御信号を電子ボリューム回路1に出力する。
【0017】
電子ボリューム回路1は、制御部6より入力されたボリュームデータ及び各種制御信号に基づいて、信号Voutを、入力されたボリュームデータに応じた音量にオーディオ信号Vinを調整してパワーアンプ3に出力する。
【0018】
次に、図1における電子ボリューム回路1の具体的構成を図2に示す。図2では、説明の便宜上、1チャンネル分のみの構成を示しているが、通常は必要とするチャンネル数分に応じて構成される。図2において、本実施形態に係る電子ボリューム回路は、入力端子100より入力されるオーディオ信号を減衰させるための減衰器110と、アンプ114のゲインを設定するゲイン設定部112と、入力オーディオ信号を増幅するアンプ114と、ゼロクロス検知回路116と、発振器118と、S/P(シリアル/パラレル)変換レジスタ124より入力された音量設定データに基づいて実際に音量を調整するためのボリュームデータを出力する制御部120と、デコーダ122、126と、S/P変換レジスタ124とを有している。
【0019】
減衰器110とゲイン設定部112で音量調整部を構成している。
ゼロクロス検知回路116は、入力端子100より入力されるオーディオ信号のゼロクロスを検知し、ゼロクロス検知信号ZEROを出力する機能を有する。
発振器118は、一定時間内に入力オーディオ信号のゼロクロスが検知できないときにタイムアウトする図示してないタイマの時間計測用のクロックZCLKを生成する。
デコーダ122は、端子230、232から入力される2ビットの設定信号によりゼロクロスモードを含む4つの動作モードを指定できるようになっている。本実施形態では、ゼロクロスモードが指定されているものとする。
【0020】
S/P変換レジスタ124は、クロックSCLKに同期してシリアルデータである音量設定データSDATAIを取り込み、8ビットのパラレルデータに変換するレジスタである。
上記構成において、制御部120は、各種制御信号に基づいてゼロクロス検知回路116、発振器118を動作可能状態にするイネーブル信号ENBLをゼロクロス検知回路116及び発振器118に出力すると共に、音量設定データSDATAIに応じたボリュームデータをデコーダ126に出力する。
【0021】
デコーダ126は、入力されたボリュームデータに基づいて、減衰器110及びゲイン設定部112に対し、入力オーディオ信号の減衰量、アンプ114のゲインを指定された値になるように設定する。この結果、入力端子100から入力されたオーディオ信号Vinは、制御部120から出力されるボリュームデータに基づいた音量に調整され、出力信号Voutは、アンプ114を介して出力端102より出力される。
【0022】
次に、図2に示した電子ボリューム回路におけるゲインコントロール回路の構成を図3に示す。同図において、ゲインコントロール回路は、S/P変換レジスタ124と、S/P変換レジスタ124から出力されるボリュームデータを保持する第1のレジスタ130と、第1のレジスタ130に保持されたボリュームデータを保持する第2のレジスタ132と、マスクレジスタ(MASK)134と、NANDゲート136と、パルス生成回路138と、カウンタ140と、初期マスク回路142と、セレクタ144と、RSフリップフロップ146とを有している。第1のレジスタ130、第2のレジスタ132及びマスクレジスタ134はそれぞれ、8ビット分のフリップフロップで構成されている。
【0023】
制御信号CSNは、入力端子204より第1のレジスタのクロック端子、パルス生成回路の入力端子及びカウンタ140のリセット端子に入力されるようになっている。
パルス生成回路138は、制御信号CSNに基づいてパルス信号CCK1、CCK2を生成する。
カウンタ140は、パルス信号CCK1によりリセットされ、入力端子206より入力されるクロックZCLKを計数し、その計数値がタイムアウトとなる時間に相当する計数値に達した時点でタイムアウト信号TCKを出力するタイマとして機能する。
【0024】
初期マスク回路142は、入力端子208から入力されるゼロクロス検知回路116(図2)の検知出力ZEROのうち動作初期の出力をマスクする回路である。
セレクタ144は、入力端子210から入力される動作モード指定信号MODEによりゼロクロスモードに設定されているために、論理和素子として機能する。
【0025】
セレクタ144から出力される信号は、第2のレジスタ132に記憶・保持されているボリュームデータの書き換えを行うためのクロック信号VOLCKとして第2のレジスタ132のクロック端子に供給され、かつRSフリップフロップ146のリセット端子にリセット信号として供給される。
RSフリップフロップ146は、パルス生成回路138から出力されるパルス信号CCK1によりセット状態となり、セレクタ144から出力される信号によりリセットされ、出力端子212より図2に示すゼロクロス検知回路116及び発振器118にイネーブル信号ENBLを出力する。
【0026】
マスクレジスタ134は、通常は、第2のレジスタ132に保持されたボリュームデータをそのまま保持し、出力端子214に出力するが、第2のレジスタ132により保持された8ビットのデータが全て“1”である場合には、NANDゲート136を介してマスクレジスタ134にリセット信号が出力され、マスクレジスタ134の8ビットの出力はオール“0”となり、音量を絞るように動作するようになっている。ゼロクロス検知回路116はゼロクロス検知手段に、第1のレジスタ130及び第2のレジスタ132は本発明の記憶手段に、パルス生成回路138、カウンタ140、初期マスク回路142、セレクタ144及びRSフリップフロップ146は本発明の制御手段に、それぞれ相当する。
【0027】
上記構成からなるゲインコントロール回路の動作を図4に示すタイミングチャートを参照して説明する。上記構成において、S/P変換レジスタ124は、
クロックSCLK(図4(B))に同期して入力端子200より入力されるシリアルデータである音量設定データSDATAI(図4(C))を取り込み、8ビットのパラレルデータに変換する。
S/P変換レジスタ124により変換され、保持された8ビットのパラレルデータは、第1のレジスタ130に、制御信号CSNをクロックとして(具体的には、時刻t101での制御信号CSNの立ち上りでDATA1が、時刻t103での制御信号CSNの立ち上がりでDATA2が)記憶・保持される。
【0028】
また、パルス生成回路138により生成されるパルス信号CCK1は制御信号CSNの立ち上がりに同期して、パルス信号CCK2は制御信号CSNの立下りに同期してそれぞれ出力される(図4(D)、(E))。時刻t101でパルス信号CCK1がパルス生成回路138よりRSフリップフロップ146及びカウンタ140へ出力される。タイムアウトの期間を計数するカウンタ140はリセットされる。RSフリップフロップ146よりイネーブル信号ENBL(図4(H))が図2に示すゼロクロス検知回路116、発振器118に出力される。この結果、カウンタ140にタイムアウトの期間を計数するためのクロックZCLKが入力端子206より入力されるようになりタイムアウトの計数を開始する。
またゼロクロス検知回路116が動作可能状態になり、ゼロクロス検知を開始する。
【0029】
ゼロクロスが検知されず、タイムアウト用カウンタ140がToutの値に達する前に次の音量設定データDATA2が入力されたとする(信号TCK、ZCK共にセレクタ144に出力されていない。)。
時刻t102で制御信号CSNが立ち下がり、パルス信号CCK2がパルス生成回路138よりセレクタ144に出力される。そしてパルス信号CCK2がセレクタ144の出力信号となりVOLCKを出力する。このVOLCKは第2のレジスタ132のクロック端子にはクロックとして、かつRSフリップフロップ146のリセット端子にはリセット信号として出力される。
【0030】
このVOLCK(図4(I))によってこれまで第1のレジスタ130に保持されていたDATA1が第2のレジスタ132に転送され、記憶・保持される。また、時刻t102でイネーブル信号ENBLがローレベルとなる(図4(H))ので、ゼロクロス検知回路116、発振器118の動作は停止する。第2のレジスタ132に保持されたDATA1はボリュームデータとしてマスクレジスタ134を介して出力端子214に出力される。そして時刻t103で制御信号CSNが立ち上がると、第1のレジスタ130にDATA2が記憶・保持される。時刻t103でパルス信号CCK1が出力されると、タイムアウトの時間を計測するカウンタ140はリセットされる。
【0031】
また、時刻t104でパルス信号CCK1が立ち上がると、イネーブル信号ENBLが立ち上がり(図4(H))、発振器118及びゼロクロス検知回路116が動作可能状態になり、発振器118よりクロックZCKの出力が開始される。カウンタ140は計数を開始すると共に、ゼロクロス検知回路116はゼロクロス検知を開始する。
【0032】
その後、入力オーディオ信号のゼロクロスが検知されず、新たなボリュームデータの入力もない状態が継続している状態で、時刻t105においてタイムアウトの期間を計数するカウンタ140の計数内容が設定値に達すると、カウンタ140よりタイムアウト信号TCKが出力され(図4(F))、セレクタ144よりVOLCKとして出力される。このVOLCKは、第2のレジスタ132にはクロックとして、またRSフリップフロップ146のリセット端子にはリセット信号として出力される。この結果、第2のレジスタ132にDATA2が転送され、記憶・保持されると共に、イネーブル信号ENBLがローレベルとなる。したがって、マスクレジスタ134を介して出力端子214よりボリュームデータとしてDATA2が出力される。
【0033】
従来のゲインコントロール回路では、時刻t102〜t103において、次の音量設定データDATA2が入力されても、設定ボリューム値の置き換えがなされない。
すなわち、図4における時刻t102において第2のレジスタ132にデータを書き換えるためのクロック信号VOCLKに相当する信号が出力されない。例えば、図4(I)VOCLK(old)のようになっている。第2のレジスタ(132に相当する)に記憶・保持されているのはDATA1のままである。
【0034】
すなわち、図5に示すように、第1のレジスタ130には従来例、本発明ともに、時刻t101、t103でそれぞれ、DATA1,DATA2が書き込まれるが、第2のレジスタ132には、従来例では時刻t105でDATA2が書き込まれるのに対して、本発明では、時刻t103でDATA1が書き込まれ、次いで、時刻t105でDATA2が書き込まれることとなる。
【0035】
本実施形態に係るゲインコントロール回路によれば、記憶手段としてのレジスタ群に連続的にボリュームデータが入力された場合でも、実際に音量調整部に出力される設定ボリューム値は段階的に切り換わるように出力されるので、設定ボリューム値が急激に変化することに起因する聴感的なノイズの発生を防止することができる。
また、上記ゲインコントロール回路を有する電子ボリューム回路によれば、連続的にボリュームデータが入力された場合でも、実際に音量調整部に出力される設定ボリューム値は段階的に切り換わるように出力されるので、設定ボリューム値が急激に変化することに起因する聴感的なノイズの発生を防止することができる。
【0036】
【発明の効果】
本発明に係るゲインコントロール回路によれば、連続的にボリュームデータが入力された場合でも、実際に音量調整部に出力される設定ボリューム値は段階的に切り換わるように出力されるので、設定ボリューム値が急激に変化することに起因する聴感的なノイズの発生を防止することができる。
本発明に係る電子ボリューム回路によれば、上記ゲインコントロール回路を有するので、連続的にボリュームデータが入力された場合でも、実際に音量調整部に出力される設定ボリューム値は段階的に切り換わるように出力されるので、設定ボリューム値が急激に変化することに起因する聴感的なノイズの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明が適用されるオーディオシステムの概略構成を示すブロック図。
【図2】 図1に示したオーディオシステムにおける電子ボリューム回路の具体的構成を示すブロック図。
【図3】 図2に示した電子ボリューム回路における本発明の実施形態に係るゲインコントロール回路の構成を示すブロック図。
【図4】 図3に示した本発明の実施形態に係るゲインコントロール回路の動作状態を示すタイミングチャート。
【図5】 本発明に実施形態に係るゲインコントロール回路の動作を従来例との比較において示した説明図。
【図6】 従来のゲインコントロール回路の動作の概要を示す説明図。
【図7】 本発明に係るゲインコントロール回路の動作の概要を示す説明図。
【符号の説明】
1…電子ボリューム回路、110…減衰器、112…ゲイン設定部、114…アンプ、116…ゼロクロス検知回路、118…発振器、120…制御部、122、126…デコーダ、124…S/P変換レジスタ、130…第1のレジスタ、132…第2のレジスタ、134…マスクレジスタ、138…パルス生成回路、140…カウンタ、142…初期マスク回路、144…セレクタ、146…RSフリップフロップ

Claims (3)

  1. 入力オーディオ信号のゼロクロスを検知し、該ゼロクロス時にゼロクロス検知信号を出力するゼロクロス検知手段と、
    入力された音量を設定するための音量設定データを記憶する記憶手段と、
    前記ゼロクロス検知信号が入力されると前記記憶手段に記憶された音量設定データを読み出して前記入力オーディオ信号の音量を調整するためのボリュームデータとして出力する制御手段とを有し、
    前記制御手段は、前記ゼロクロス検知手段の検知出力を取り込み、前記入力オーディオ信号のゼロクロスが検知されるまでの待機期間内に新たな音量設定データが前記記憶手段に入力された時に、前記新たな音量設定データが入力される直前に前記記憶手段に入力され、記憶されている音量設定データを読み出し、該音量設定データを前記ボリュームデータとして出力することを特徴とするゲインコントロール回路。
  2. さらに、前記記憶手段に前記音量設定データが入力された時点で起動され、所定時間経過時点でタイムアウトするタイマとを有し、
    前記制御手段は、前記タイマ出力を取り込み、前記タイマがタイムアウトせず、かつ前記入力オーディオ信号がゼロクロスしない状態が継続している状態下において前記入力オーディオ信号のゼロクロスが検知されるまでの待機期間内に新たな音量設定データが前記記憶手段に入力された場合には、前記新たな音量設定データが入力される直前に前記記憶手段に入力され、記憶されている音量設定データを読み出し、該音量設定データを前記ボリュームデータとして出力することを特徴とする請求項1に記載のゲインコントロール回路。
  3. 請求項1または2のいずれかに記載のゲインコントロール回路を有することを特徴とする電子ボリューム回路。
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