CN100590966C

CN100590966C - 音响装置及自动可变增益方法

Info

Publication number: CN100590966C
Application number: CN200580017302A
Authority: CN
Inventors: 山田胜志
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2025-05-23
Also published as: JP2005341472A; US20080015851A1; WO2005117254A1; CN1961479A; EP1758244A1; US7774201B2; JP4312103B2; EP1758244A4; EP1758244B1

Abstract

本发明的课题是提供一种音响装置，其可以自动设定适合于音频输入的平均信号强度与瞬时信号强度两者的增益，而且，使用者可以容易地识别通过切换自动可变增益操作的接通及断开而达到的效果，进而，使用者可以容易地识别增益值的变化。所述音响装置包括：增益设定部(20)，其根据规定时期内平均的声音强度来设定增益；及增益设定部(22)，其根据瞬时信号强度来设定增益，所述音响装置利用增益A乘以增益B而得到的增益C来调节音频输入信号(Si)的信号强度。

Description

音响装置及自动可变增益方法

技术领域

本发明涉及例如用于音频设备的，具备能根据来自话筒等的音频输入信号的信号强度自动设定适当的放大率的可变增益放大器的音响装置。

背景技术

现有技术已开发出所述音响装置的自动可变增益放大器(例如，参照专利文献1)。图9是表示所述专利文献1中所公开的现有技术的音响装置的自动可变增益放大器结构的方框图。

图9所示的现有技术的自动可变增益放大器90包含信号放大部91、信号强度检测部92、信号强度保持部93、以及信号增益设定部94。信号放大部91根据信号增益设定部94所设定的增益来放大输入信号Si并作为输出信号So输出。信号强度检测部92在规定时期内检测输入信号Si的信号强度。信号强度保持部93保持由信号强度检测部92检测的最大信号强度检测结果。信号增益设定部94将与由信号强度保持部93所保持的最大信号强度相对应的一定的增益设定在信号放大部91中。

在这样的结构中，对于大的音频输入信号，以低增益对信号强度进行放大调节，对于小的音频输入信号，以高增益对信号强度进行放大调节。

【专利文献1】日本专利特开平11-75286号公报

但是，因为现有技术的音响装置是根据检测1个规定时期内的输入信号强度的结果来设定增益，所以存在由于无法设定适合于音频输入的平均信号强度与瞬时信号强度两者的增益，而导致针对音频输入信号的增益调整的跟踪性不自然的问题。

发明内容

本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供可以自动设定适合于音频输入信号的平均信号强度与瞬时信号强度两者的增益的音响装置。

所述目的由下述结构及方法而达成。

本发明的音响装置根据音频输入信号的信号强度而自动设定适当的放大率，所述音响装置包括：第1增益设定单元，其根据音频输入信号的规定时期内的平均信号强度来设定增益；第1信号放大单元，其基于由所述第1增益设定单元设定的增益来调节音频输入信号的信号强度；第2增益设定单元，其根据所述第1信号放大单元的音频输出声音信号的瞬时信号强度来设定增益；增益计算单元，其将由所述第1增益设定单元设定的增益乘以由所述第2增益设定单元设定的增益；以及第2信号放大单元，其基于由所述增益计算单元算出的增益来调节音频输入信号的信号强度。

本发明的音响装置包括：开关单元，其设定自动可变增益操作的接通及断开；以及控制单元，当所述开关单元被设定为断开时，所述控制单元对所述增益计算单元设定不会使所述第2信号放大单元的输入输出的信号强度发生变化的增益。

本发明的音响装置包括显示单元，其显示由所述增益计算单元算出的增益。

本发明的自动增益放大方法是根据音频输入信号的信号强度自动设定适当的放大率的自动可变增益方法，所述自动可变增益方法包括：第1增益设定步骤，其根据音频输入信号在规定时期内的平均信号强度来设定增益；第1信号放大步骤，其使用在所述第1增益设定步骤中设定的增益来调节音频输入信号的信号强度；第2增益设定步骤，其根据在所述第1信号放大步骤中所获得的音频输出信号的瞬时信号强度来设定增益；增益计算步骤，其将在所述第1增益设定步骤中设定的增益乘以在所述第2增益设定步骤中设定的增益；以及第2信号放大步骤，其使用在所述增益计算步骤中算出的增益来调节音频输入信号的信号强度。

发明的效果

因为本发明的音响装置是合成两个增益来设定第2信号放大单元的增益，所述两个增益是由第1增益设定单元根据平均信号强度而设定的增益与由第2增益设定单元根据瞬时信号强度而设定的增益，所以对于音频输入信号的增益调整的跟踪性提高，且可以进行无不适感的可变增益控制。

附图说明

图1是表示装入了本发明的一实施方式的自动可变增益器的数字音频设备的结构的方框图。

图2是表示实现本发明的一实施方式的自动可变增益器的DSP(digitalsignal processor，数字信号处理机)功能的方框图。

图3是表示装入了图1的自动可变增益器的数字音频设备的开关部的图。

图4是表示装入了图1的自动可变增益器的数字音频设备的显示部的图。

图5是表示根据图1的自动可变增益器的增益A的输入输出特性的图。

图6是表示根据图1的自动可变增益器的增益B的输入输出特性的图。

图7是表示图1的自动可变增益器的自动可变增益操作接通及断开时的增益C的变化的图。

图8是表示装入了图1的自动可变增益器的数字音频设备的显示部的显示例的图。

图9是表示现有技术的自动可变增益器的结构的方框图。

标号的说明

1 数字音频设备

2 话筒

3 前置放大器

4 AD转换器

5 DSP

6 DA转换器

7 CPU

8 操作部

9 显示部

10 功率放大器

11 扬声器

20，22 增益设定部

21，24 信号放大部

23 增益计算部

25 CPU接口

31 接通开关

32 断开开关

41 仪表

具体实施方式

以下，参照附图详细说明用以实施本发明的优选的实施形态。

图1是表示装配有本发明的一实施例的自动可变增益器的音响装置的数字音频设备的结构方框图。

图1中，装配有本实施例的自动可变增益器的数字音频设备1包括：前置放大器3，其将来自话筒2的音频输入微弱信号放大到AD转换器4的输入电平；AD转换器4，其将来自前置放大器3的音频输入信号转换为数字信号；DSP(数字信号处理器，digital signal processor)5，其执行由AD转换器4数字信号化的音频输入信号的处理；DA转换器6，其将来自DSP5的音频输出信号转换为模拟音频信号；CPU(central processing unit，中央处理器)7，其控制DSP5；操作部8，其经由CPU7发出控制DSP5的指令；以及显示部(与显示单元相对应)9，其经由CPU7将DSP5的状况显示给使用者。所述DSP5实现本实施例的自动可变增益器。

与输入到话筒2的声音相对应的来自话筒2的音频微弱信号被由数字音频设备1所设定的增益来放大音频，并进一步在功率放大器10被放大功率后作为声音被从扬声器11输出。

图2是表示执行根据本实施例的数字音频设备1的自动可变增益器中执行信号处理的DSP5功能的方框图。图2中，DSP5包括：增益设定部20，其根据音频输入信号Si在规定时期内的平均信号强度来设定增益；信号放大部21，其基于由增益设定部20设定的增益A来调节音频输入信号Si的信号强度；增益设定部22，其根据信号放大部21的音频输出信号的瞬时信号强度来设定增益；增益计算部23，其将由增益设定部22设定的增益B乘以由增益设定部20设定的增益A；信号放大部24，其基于增益计算部23设定的增益C来调节音频输入信号Si的信号强度；以及CPU接口25，其用以将DSP5连接到CPU7。信号放大部24将调节了信号强度的音频输入信号Si作为音频输出信号So而输出。

此外，所述增益设定部20对应于第1增益设定单元，信号放大部21对应于第1信号放大单元，增益设定部22对应于第2增益设定单元，增益计算部23对应于增益计算单元，信号放大部24对应于第2信号放大单元。

返回到图1，操作部8中，如图3所示，设置了接通自动可变增益操作的接通开关(与开关单元相对应)31、以及断开自动可变增益操作的断开开关(与开关单元相对应)32。此外，也可以利用1个开关交替地接通及断开自动可变增益操作。

显示部9中，如图4所示，设置了包含直线状排列的复数个LED(发光二极管，Light Emitting Diode)的仪表41，利用所述仪表41，相对地显示增益值。本实施例中，将未使输入输出的信号强度发生变化的增益“1”设定为0dB，以-2，-4，-6，-8，-10，-15，-20dB的8个分辨率来显示。此外，所述分辨率只是一例，并非限定于此。

其次，说明由DSP5而实现的本实施例的自动可变增益器的动作。此外，假设本实施例的数字音频设备1以48kHz的取样频率进行动作。

未进行自动可变增益操作时，信号放大部24的增益固定为不使输入输出的信号强度发生变化的增益“1”。将所述增益“1”表示为如上所述的0dB。而且，将功率放大器10的放大率设定为，即使音频输入信号Si小，从扬声器11输出的声音也能达到所要求的足够的强度。此时，音频输入信号Si大时，从扬声器11输出的声音过强，从而给作为听者的使用者带来例如爆音等不适感。

进行自动可变增益操作时，增益设定部20在每1秒、即每48000取样周期检测音频输入信号Si的信号强度的平均值，所述平均值大于或等于-40dBFS(以dBFS表示相对于数字满刻度值0dB的相对值)时，使增益以每-0.5dB变化来设定增益A，并在每1秒继续使增益下降变化，以达到图5所示的输入输出特性的增益值。而且，信号强度的平均值小于或等于-40dBFS时，使增益以每十1dB变化来设定增益A，并在每1秒继续使增益上升变化，以达到图5所示的输入输出特性的增益值。并且，在每个取样周期，信号放大部21使用增益A调节音频输入信号Si的信号强度，并将其作为增益设定部22的输入信号。

增益设定部22在每个取样周期检测信号强度的瞬时值，所述瞬时值大于或等于-20dBFS时，使增益变化来设定增益B，在每个取样周期继续增益下降变化直至达到图6所示的输入输出特性的增益值。此外，图6所示的输入输出特性在音频设备中一般被称为限制器特性，所述增益设定部22的增益变化方法已知有各种方法，且增益B以规定的时间常数变化。增益计算部23在每个取样周期，将增益A乘以增益B从而算出增益C，将所述计算结果赋予信号放大部24。信号放大部24以增益C调节音频输入信号Si的信号强度，从而输出输出音频信号So。

因此，音频输入信号Si较小时，以需要充分的强度从扬声器11输出声音，而音频输入信号Si较大时，自动降低放大增益，所以可以从扬声器11以适度的强度输出声音。

而且，因为根据平均信号强度使增益变化，所以可以避免因高灵敏度地跟踪信号强度的增益变化而引起的声音波动。而且，虽然瞬时的大输入信号未对平均信号强度产生很大的影响，但是对瞬时信号强度产生很大的影响，所以可以高灵敏度地跟踪过大的信号强度，从而防止从扬声器11输出过大的声音，从而不会给作为听者的使用者带来例如爆音等不适感。此外，图5及图6所示的增益变化量及输入输出特性是一例，并非限定于此。

其次，说明通过使用者的操作而接通及断开自动可变增益操作时的可变增益的操作。

在自动可变增益操处为接通的状态下，使用者按下操作部8的断开开关32时，CPU7经由DSP5内的CPU接口25，设定“1(＝0dB)”到增益计算部23的增益A与增益B，所述“1(＝0dB)”是没有使输入输出的信号强度发生变化的增益。并且，在每个取样周期，根据式(1)算出增益C。Cn-1的初始值是接通期间最后时刻的增益Cx，以下Cn-1定义为1取样周期前的算出值Cn。

Cn＝{A+α(Cn-1-A)}×B 式(1)

即，利用将α设为小于或等于1的时间常数，增益C从接通期间最后时刻的增益Cx平稳地变化到“1”并收敛于“1”。图7以示意性表示增益C的变化的一例。Cx在0～-30dB的范围内变化。

另一方面，在自动可变增益操作断开的状态下，使用者按下操作部8的接通开关31时，CPU7经由DSP5内的CPU接口25，将来自增益设定部20的增益A与来自增益设定部22的增益B设定给增益计算部23。并且，在每个取样周期，根据式(1)算出增益C。Cn-1的初始值是断开期间的增益C＝1(＝0dB)，增益C从“1”(＝0dB)平稳地变化为增益A乘以增益B的结果。图7示意性表示增益C的变化的一例。

即，利用操作部8的断开开关32与接通开关31的操作，使用者可以明确了解接通时的自动可变增益效果。而且，因为接通时与断开时的增益平稳地变化，所以可以抑制切换时的噪音产生。

其次，对使用者说明使自动可变增益操作可视化并显示的操作。

由增益计算部23算出的增益C经由DSP5内的CPU接口25发送到CPU7。CPU7根据所述增益C的值使显示部9的仪表41逐步点亮。例如，包括断开时的增益为0dB时如图8(a)所示，使0dB部分点亮。增益为-10dB时，如图8(b)所示，使0、-2、-4、-6、-8、-10dB部分点亮。

即，也包括接通及断开操作，使用者可以利用仪表41的显示来识别由自动可变增益操作而引起的增益变化，并且可以明确了解由自动可变增益操作而获得的效果。

如此，根据本实施例的自动可变增益器，因为对音频输入信号Si设定增益，其中所述增益是将相对音频输入信号Si的平均信号强度的增益乘以相应于瞬时信号强度而得来的增益，所以可以提高对音频输入信号Si的增益调整的跟踪性且可以进行无不适感的可变增益控制。

而且，本发明具备可以设定自动可变增益操作的接通及断开的断开开关32与接通开关31，因为在断开时对增益计算部23设定增益“1”，所述“1”是没有使信号放大部24的输入输出的信号强度发生变化的增益，所以使用者可以明确地识别接通时的自动可变增益效果。而且，因为在增益计算部23中使接通时与断开时的增益平稳地变化，所以可以抑制切换时的噪音产生。

而且，因为具备使增益计算部23算出的增益可视化的仪表41，所以使用者可以明确了解由自动可变增益操作而达到的效果。

此外，本实施例中，增益设定部20是检测音频输入信号Si在规定时期内的平均音频信号强度，但是也可检测规定时期内的最大值。另外，也可使用最大值与平均值的关系式来算出。而且，也可在不同规定时期检测最大值与平均值。

另外，本实施例中，描述了设置在数字音频设备内的自动可变增益器，在模拟音频设备中当然也是可以实施的。

而且，参照特定的实施例详细地说明了本发明，但所属领域的技术人员明白在不脱离本发明的精神与范围的情况下可变更或修正本发明。

本申请案以2004年5月31日申请的日本专利申请案(日本专利特愿2004-160829)为基础，其内容在此作为参照而被引用。

产业上的可利用性

本发明可以适用于能根据来自话筒等的音频输入信号的信号强度自动设定适当的放大率的音频设备。

Claims

1.音响装置，包括：

第1增益设定单元，其根据音频输入信号在规定期间内的平均信号强度来设定增益；

第1信号放大单元，其基于由所述第1增益设定单元设定的增益来调节音频输入信号的信号强度；

第2增益设定单元，其根据所述第1信号放大单元的音频输出信号的瞬时信号强度来设定增益；

增益计算单元，其将由所述第1增益设定单元设定的增益乘以由所述第2增益设定单元设定的增益；以及

第2信号放大单元，其基于由所述增益计算单元算出的增益来调节音频输入信号的信号强度。

2.根据权利要求1所述的音响装置，包括：

开关单元，其设定自动可变增益操作的接通及断开；以及

控制单元，当所述开关单元被设定为断开时，所述控制单元对所述增益计算单元设定不会使所述第2信号放大单元的输入输出的信号强度发生变化的增益。

3.根据权利要求1或2所述的音响装置，包括：

显示单元，其显示由所述增益计算单元算出的增益。

4.自动可变增益方法，包括：

第1增益设定步骤，其根据音频输入信号在规定期间内的平均信号强度来设定增益；

第1信号放大步骤，其使用在所述第1增益设定步骤中设定的增益来调节音频输入信号的信号强度；

第2增益设定步骤，其根据在所述第1信号放大步骤中获得的音频输出信号的瞬时信号强度来设定增益；

增益计算步骤，其将在所述第1增益设定步骤中设定的增益乘以在所述第2增益设定步骤中设定的增益；以及

第2信号放大步骤，其使用在所述增益计算步骤中算出的增益来调节音频输入信号的信号强度。