JP2004312141A - 信号レベル調整装置、音声出力装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】スピーカに対して過大レベルの音声信号が入力されたときに、スピーカにおいて発生する種種の不具合を解消すること。
【解決手段】コンパレータ回路１２に分岐して入力される入力音声信号の最低再生周波数以下の信号レベルが、スピーカ９の許容入力レベルを越えたときは、ハイパスフィルタ５とローパスフィルタ７との間に帯域減衰フィルタ１０を挿入して、入力音声信号から最低再生周波数ｆｏ以下の信号を減衰させることで、スピーカ９に対して最低再生周波数ｆｏ以下の過大入力を制限するようにした。
【選択図】 図１
【解決手段】コンパレータ回路１２に分岐して入力される入力音声信号の最低再生周波数以下の信号レベルが、スピーカ９の許容入力レベルを越えたときは、ハイパスフィルタ５とローパスフィルタ７との間に帯域減衰フィルタ１０を挿入して、入力音声信号から最低再生周波数ｆｏ以下の信号を減衰させることで、スピーカ９に対して最低再生周波数ｆｏ以下の過大入力を制限するようにした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力音声信号から必要な音声信号を抽出する信号レベル調整装置と、そのような信号レベル調整装置を備えた音声出力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
入力される音声信号を音声として出力する音声出力装置が知られている。
図１４は、このような音声出力装置のブロック図の一例である。
この図１４に示す音声出力装置１００は、音声信号入力部１０１に入力された音声信号をバッファ回路１０２を介してアッテネータ１０３に入力する。そしてアッテネータ１０３で所定レベルに調整してハイパスフィルタ１０４に出力するようにされる。
ハイパスフィルタ１０４は、アッテネータ１０３からの音声信号に含まれる超低域の信号成分を除去してローパスフィルタ１０５に出力するようにされる。
そして、ローパスフィルタ１０５は、ハイパスフィルタ１０４からの音声信号に含まれる所定以上の高域信号成分を除去してアンプ１０６に出力するようにされる。
アンプ１０６では、ハイパスフィルタ１０４からの音声信号を増幅してスピーカ１０７に出力し、スピーカ１０７からアンプ１０６により、増幅した音声信号レベルに応じた音声を出力するようにされる。
【０００３】
また、音声出力装置などに設けられている音声増幅器としては、小出力時には低音域の補償動作を行い、大出力時にはその補償動作を減じて、周波数特性を平坦なものとすることにより、電力増幅器により発生する飽和歪みを軽減して高品位の音声を得るようにしたものがある（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１４４４１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図１４に示したような従来の音声出力装置においては、スピーカに対して許容入力レベル以上の過大な信号が入力されたときに、例えばスピーカエッジやダンパーなどで突っ張り音が発生することがあった。
また、スピーカのスピーカエッジやダンパーなどの部品が劣化して故障が発生するおそれもあった。
【０００６】
また、スピーカに対して許容入力レベル以上の過大な信号が入力されたときは、例えばスピーカの振動系のピストン運動が乱れることによりローリング現象が発生し、このローリング現象によってボビン又はコイルが磁気回路と接触して出力音声の品位が低下することもあった。
さらにローリング現象によるコイルと磁気回路との接触により、コイルがショートして過電流が流れるおそれもあった。
【０００７】
また、上記特許文献１に記載されている音声増幅器は、電力増幅器において発生する飽和歪みを軽減することを目的として、大出力時にはその補償動作を減じて周波数特性を平坦な特性にするようにしているため、スピーカに対して、許容入力レベル以上の過大な信号が入力されるのを防ぐことができず、上記したようなスピーカへの所定レベル以上の過大入力により発生する不具合を解消することはできないものであった。
【０００８】
そこで、本発明は上記したような問題点を鑑みてなされたものであり、スピーカに許容レベル以上の過大入力によって、スピーカにおいて発生する不具合を解消することができる信号レベル調整装置と、音声出力装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の信号レベル調整装置は、音声出力手段に供給するために入力された音声信号から所要帯域の信号成分を減衰させる減衰手段と、音声出力手段に対して供給する音声信号の所要帯域の信号レベルと、音声出力手段の許容レベルとに応じて、減衰手段を動作させるか否かを決定する動作決定手段とを備えるようにした。
【００１０】
また本発明の音声出力装置は、音声出力手段と、音声出力手段に供給するために入力された音声信号から所要帯域の信号成分を減衰させる減衰手段と、音声出力手段に対して供給する音声信号の所要帯域の信号レベルと、音声出力手段の許容レベルとに応じて、減衰手段を動作させるか否かを決定する動作決定手段とを備えるようにした。
【００１１】
このような本発明では、動作決定手段において、音声出力手段に対して供給する音声信号の所要帯域の信号レベルと、音声出力手段の許容レベルとに応じて、減衰手段を動作させるか否かを決定することで、音声出力手段に対して、所要帯域の信号が一定以上入力されるのを制限するようにしている。
【００１２】
また本発明の信号レベル調整装置は、入力音声信号から所要帯域の信号を減衰する帯域信号減衰手段と、所要帯域の信号だけを抽出する帯域信号抽出手段と、帯域信号抽出手段で抽出された信号のレベルが所定レベルより小さくなるように調整するレベル調整手段と、帯域信号減衰手段から出力される信号と、レベル調整手段から出力される信号とを加算して出力する加算手段とを備えるようにした。
【００１３】
また本発明の音声出力装置は、入力音声信号から所要帯域の信号を減衰する帯域信号減衰手段と、所要帯域の信号だけを抽出する帯域信号抽出手段と、帯域信号抽出手段から出力される信号のレベルが、所定レベルとなるように調整するレベル調整手段と、帯域信号減衰手段から出力される信号と、レベル調整手段から出力される信号とを加算する加算手段と、加算手段から出力される音声信号に応じた音声を出力する音声出力手段とを備えるようにした。
【００１４】
このような本発明では、帯域信号減衰手段で入力音声信号から所要帯域の信号を減衰すると共に、帯域信号抽出手段で、所要帯域の信号だけを抽出するようにしている。そして、レベル調整手段により、帯域信号抽出手段で抽出された信号のレベルが所定レベルとなるように調整し、帯域信号減衰手段からの信号と加算して音声信号として出力することで、音声信号の所要帯域の信号レベルを所定レベルに保つようにしている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として音声出力装置について説明していく。
なお、本実施の形態の音声出力装置は、アンプなどを内蔵した低音用スピーカ装置であるアクティブサブウーファを例に挙げて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態としての音声出力装置の構成を示したブロック図である。
この図１に示す音声出力装置１においては、音声信号源から音声信号入力部２に入力された音声信号がバッファ回路３を介してアッテネータ４に出力される。
アッテネータ４では、入力音声信号の信号レベルをユーザーが要求する所定の音量となるように調整して出力するようにされる。アッテネータ４から出力される入力音声信号は、信号レベル調整部１３のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５に入力される。
【００１７】
信号レベル調整部１３は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５、切替スイッチ６、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７、帯域減衰フィルタ１０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１、コンパレータ回路１２によって構成される。
【００１８】
ハイパスフィルタ５では、音声信号源からアッテネータ４を介して入力される音声信号に含まれ、当該音声出力装置を低音用スピーカ装置として機能させる場合においても不要とされる超低域の信号成分を除去するようにされる。ハイパスフィルタ５から出力される音声信号は、切替スイッチ６の端子ａ１を介してローパスフィルタ７に入力される。
切替スイッチ６は、後述するコンパレータ回路１２からの切替信号により切替制御される。
【００１９】
ローパスフィルタ７では、切替スイッチ６を介して入力される音声信号に含まれる高域成分の信号を除去するようにされる。そして、このローパスフィルタ７の出力が電力増幅器であるアンプリファイア（以下、「アンプ」と表記する）８に出力されることになる。
アンプ８は、信号レベル調整部１３において周波数特性がコントロールされた入力音声信号を所定レベルまで増幅して、音声出力手段であるスピーカ９に出力するようにされる。スピーカ９は、例えば密閉形スピーカによって構成され、アンプ８からの音声信号レベルに応じた音声を出力するようにされる。
【００２０】
また、このような本実施の形態の音声出力装置１においては、切替スイッチ６を利用して、ハイパスフィルタ５とローパスフィルタ７との間に帯域減衰フィルタ１０を挿入できるように構成している。なお、帯域減衰フィルタ１０の周波数特性については後述する。
【００２１】
また、本実施の形態の音声出力装置１では、音声信号源からアッテネータ４を介して信号レベル調整部１３のローパスフィルタに入力される入力音声信号をローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１にも分岐して入力するようにしている。
ローパスフィルタ１１は、所定の周波数特性を有する低域通過フィルタであり、このローパスフィルタ１１を通過した所要の周波数帯域の信号が検出信号としてコンパレータ回路１２に供給される。
【００２２】
コンパレータ回路１２では、ローパスフィルタ１１から入力される検出信号がコンパレータ１２ａの一方の非反転入力端子（＋）に入力され、その検出信号の他方の反転入力端子（−）に入力されている基準電圧Ｖｒｅｆと比較される。そして、その比較出力であるコンパレータ出力Ｓ１を、時定数回数１２ｂを介して切替スイッチ６に出力し、切替スイッチ６の切替信号Ｓ２として利用するようにしている。この場合の時定数回路１２ｂは、ダイオードＤ、及び抵抗Ｒ、コンデンサＣによって構成される。
【００２３】
図２及び図３は、本実施の形態の音声出力装置１においてスピーカ９として用いられる低音用スピーカに一定レベルの入力信号を印加した場合の振動系の振動周波数と振幅との関係を示した図であり、図２には密閉形スピーカ、図３にはバス・レフレックスタイプ（バスレフ形）スピーカの関係がそれぞれ示されている。
なお、これら図２及び図３においては、横軸には周波数、縦軸には振幅が示されている。この場合の周波数ｆはスピーカの最低再生周波数ｆｏを基準にした相対値によって示されている。また振幅値はスピーカの最低再生周波数ｆｏのときの振幅値を基準にした相対値によって示されている。
スピーカの最低再生周波数ｆｏとは、例えばスピーカの振動板の振幅が最大振幅となる周波数、或いはスピーカの振動板が最大振幅となる周波数を基準にして決定される周波数であり、スピーカごとに異なるものとされる。
【００２４】
図２に示すような密閉形スピーカでは、スピーカの振動系の振動周波数ｆが最低再生周波数ｆｏに近づくにしたがって、徐々に振動板の振幅が大きくなっている。そしてスピーカの振動系の振動周波数ｆが最低再生周波数ｆｏ以下では、振動板の振幅が最大振幅状態のまま推移している。
【００２５】
また、上記図２に示した密閉形スピーカに比べて最低再生周波数ｆｏを低域側に持っていくことができるバスレフ形スピーカにおいては、一部のディップ部分を除いて、上記図２に示した密閉形スピーカとほぼ同じ特性になっており、例えば最低再生周波数ｆｏ以下の振幅特性は、上記図２に示した密閉形スピーカとほぼ同じとされる。
【００２６】
このように、本実施の形態の音声出力装置１のスピーカ９においては、振動板などの振動系の周波数が最低再生周波数ｆｏ以下の周波数帯域で振動板が最大振幅になっている。そして、スピーカ振動板の振幅が最大振幅となる最低再生周波数ｆｏ以下の周波数帯域では、スピーカから異音が発生したり、或いはスピーカが故障することがなく使用できるレベルである許容レベルが他の周波数帯域に比べて低くなっている。
【００２７】
このため、スピーカに対して許容入力レベル以上の過大な信号が入力されたときは、例えばスピーカエッジやダンパーなどで発生する突っ張り音や、ローリング現象によって発生するボビン又はコイルと磁気回路との接触によって出力音声の品位が低下するなどの不具合が発生しやすいものであった。
【００２８】
そこで、本実施の形態の音声出力装置１では、スピーカ９の最低再生周波数ｆｏ以下の周波数帯域の信号を抽出するために、ローパスフィルタ１１に図４に示すような周波数特性を持たせるようにした。つまり、上記図２に示したスピーカの振動板の振幅特性とほぼ同じ周波数特性、この場合は−１２ｄＢ／ＯＣＴの減衰特性を持たせるようにしている。
【００２９】
これにより、ローパスフィルタ１１において、スピーカ９から異音などを発生させるおそれのある最低再生周波数ｆｏ以下に相当する周波数帯域（以下、「異音発生周波数帯域」という）の信号成分を抽出するようにしている。そして、このような異音発生周波数帯域の信号レベル（電圧レベル）をコンパレータ回路１２のコンパレータ１２ａで基準電圧Ｖｒｅｆと比較するようにしている。
【００３０】
この場合、コンパレータ回路１２のコンパレータ１２ａは、ローパスフィルタ１１から入力される検出信号の電圧レベルが、スピーカ９の許容入力レベル以上のときに、「Ｈｉｇｈ」レベルのコンパレータ出力Ｓ１を出力する。そして、このようなコンパレータ出力Ｓ１が時定数回路１２ｂを介して切替信号Ｓ２として切替スイッチ６に出力することで、スピーカ９の許容入力レベルを越える過大な異音発生周波数帯域の信号成分が入力されたときは、切替スイッチ６を切り替えて、ハイパスフィルタ５とローパスフィルタ７との間に帯域減衰フィルタ１０を挿入するようにしている。
【００３１】
このため、本実施の形態では、コンパレータ１２ａの基準電圧Ｖｒｅｆを、上記異音発生周波数帯域信号におけるスピーカ９の許容入力レベルより大きい電圧レベルに設定して、スピーカ９の許容入力レベルより大きい異音発生周波数帯域の信号が入力されたときに、コンパレータ１２ａのコンパレータ出力Ｓ１を「Ｈｉｇｈ」レベルとなるようにしている。
【００３２】
上記帯域減衰フィルタ１０の周波数特性は図５のように示される。
この図５に示すように帯域減衰フィルタ１０は、スピーカ９の最低再生周波数ｆｏ以下の周波数の入力信号については、−１０ｄＢ程度減衰させて出力するような周波数特性を有するものとされる。
【００３３】
このような本実施の形態に音声出力装置１においては、スピーカ９の許容入力レベル以上の異音発生周波数帯域の信号を含んだ音声信号が入力されたときは、その帯域の信号成分を帯域減衰フィルタ１０により減衰するようにしている。
これにより、スピーカ９に対して、許容入力レベル以上の異音発生周波数帯域の信号が入力される制限することができる。即ち、スピーカ９のスピーカ振動系の振幅が最大となり、スピーカから異音などの不具合を発生させる要因となる異音発生周波数帯域の信号で、しかもスピーカ９の許容入力レベルを越える信号のスピーカ９への入力を抑制することができるようになる。
【００３４】
この結果、スピーカ９に対して許容入力レベル以上の入力があったときにスピーカ９のスピーカエッジやダンパーなどで発生する突っ張り音などを防止することができ、音声出力を高品位に保つことができるようになる。
また、スピーカエッジやダンパーなどの構成部品の劣化も防止することができるので、部品劣化に伴って発生する故障なども防止することができる。
さらに、スピーカ９の振動系のピストン運動が乱れることによるローリング現象の発生も防止できるのでボビン又はコイルが磁気回路と接触することがなく、この点からも音声出力を高品位に保つことができる。
さらにまた、コイルと磁気回路とが接触することもないので、コイルがショートし過電流が流れるという不具合が発生するおそれなどもない。
【００３５】
さらにまた、本実施の形態の音声出力装置１においては、コンパレータ回路１２のコンパレータ１２ａの出力ラインに時定数回路１２ｂを設けたことで、スピーカの許容入力レベル以上の異音発生周波数帯域信号を含んだ音声信号が入力されたとしても切替スイッチ６を端子ａ１→端子ａ２へ直ちに切り替えるのではなく、或る時間以上経過したときに切替動作を行うようにしている。
【００３６】
また逆に切替スイッチ６が端子ａ２に接続されている状態のもとで、過大な異音発生周波数帯域信号が無くなったときも、切替スイッチ６の端子ａ２から端子ａ１へ直ちに切り替えるのではなく、或る時間以上経過したときに動作させるようにしている。
【００３７】
図６は、上記信号レベル調整部１３においてコンパレータ回路１２による切替スイッチ６の動作タイミングを示した図である。
先ず、時点ｔ１において、ローパスフィルタ１１を介してコンパレータ回路１２に入力される異音発生周波数帯域信号が過大レベルとなり、コンパレータ１２ａのコンパレータ出力Ｓ１が「Ｈｉｇｈ」レベルになったとする。
すると、この場合はコンパレータ回路１２から切替スイッチ６に出力される切替信号Ｓ２のレベルは、直ちに「Ｈｉｇｈ」レベルにはならず、「Ｌｏｗ」レベルのままとされる。そして、時点ｔ１から所定時間Ｔ１経過した時点ｔ２で、コンパレータ回路１２から切替スイッチ６に供給される切替信号Ｓ２を「Ｈｉｇｈ」レベルに切り替えるようにしている。つまり、コンパレータ１２ａのコンパレータ出力Ｓ１が「Ｈｉｇｈ」レベルになってから帯域減衰フィルタ１０の動作させるまでに所定時間Ｔ１だけ遅らせるようにしている。
【００３８】
次に、時点ｔ３において、コンパレータ出力Ｓ１が「Ｌｏｗ」レベルになったとする。すると、この場合は切替信号Ｓ２は「Ｈｉｇｈ」レベルのままとされ、時点ｔ３から帯域減衰フィルタ１０を減衰作用を終わらせるまでの動作終了時間として所定時間Ｔ２経過した時点ｔ４で「Ｌｏｗ」レベルに切り替えるようにしている。
【００３９】
また、時点ｔ５において、コンパレータ出力Ｓ１が「Ｈｉｇｈ」レベル、時点ｔ５から動作開始時間Ｔ１経過した時点ｔ６において、切替信号Ｓ２が「Ｈｉｇｈ」レベルになる。そして時点ｔ７において、コンパレータ出力Ｓ１が「Ｌｏｗ」レベルになった場合は、切替信号Ｓ２は「Ｈｉｇｈ」レベルのままとされ、時点ｔ７から動作終了時間Ｔ２経過した時点で「Ｌｏｗ」レベルになるが、動作終了時間Ｔ２経過前の時点ｔ８において、コンパレータ出力Ｓ１が「Ｈｉｇｈ」レベルになったときは、切替信号Ｓ２のレベルを「Ｈｉｇｈ」レベルのまま維持されることになる。そして、再び、コンパレータ出力Ｓ１が「Ｌｏｗ」レベルになった時点ｔ９から動作終了時間Ｔ２経過した時点で切替信号Ｓ２が「Ｌｏｗ」レベルになるようにしている。
【００４０】
例えば、本実施の形態の音声出力装置１をサブウーファとすると、その使用周波数帯域は通常２００Ｈｚ以下とされ、その場合において振幅が大きくなる周波数は５０Ｈｚ前後とされる。
そこで、本実施の形態の音声出力装置１では、例えば５０Ｈｚの周波数を基準にして、最初の１波の過大入力信号は通過させ、それに続く入力信号に対して帯域減衰フィルタ１０が作用するように動作開始時間Ｔ１を２０ｍｓ程度に設定することで、聴感上において違和感なく、スピーカ９を異音発生周波数帯域の過大入力から保護することができるようになる。
また、動作終了時間Ｔ２は１ｓ（秒）程度に設定しておくと殆ど違和感なく帯域減衰フィルタ１０を取り外すことができる。
【００４１】
図７は、上記図１に示した音声出力装置１の信号レベル調整部１３に設けられているフィルタ回路部の構成を示した図である。
この図７に示す信号レベル調整部１３は、それぞれ破線で囲って示したハイパスフィルタ回路１４とローパスフィルタ回路１５とからなる。
この場合は、ハイパスフィルタ回路１４によって、上記図１に示したハイパスフィルタ５と切替スイッチ６、帯域減衰フィルタ１０に相当する回路が形成され、上記ローパスフィルタ回路１５によって、ローパスフィルタ７に相当する回路が形成されている。
【００４２】
ハイパスフィルタ回路１４は、いわゆるバターワース・フィルタ回路によって構成され、入力信号がハイパスフィルタ回路１４を構成しているオペアンプＵ２の非反転入力端子（＋）にコンデンサＣ３，Ｃ４を介して入力されている。
【００４３】
オペアンプＵ２の非反転入力端子（＋）とグラウンド（ＧＮＤ）との間には抵抗Ｒ５が接続されている。また、オペアンプＵ２の反転入力端子（−）には、抵抗Ｒ３を介してコンデンサＣ３とコンデンサＣ４との接続点、及びオペアンプＵ２の出力端子と接続されている。
さらに、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３−Ｃ４の接続点とグラウンド（ＧＮＤ）との間には、抵抗Ｒ１４−開閉スイッチＳＷ１が設けられている。
そして、このようなハイパスフィルタ回路１４のオペアンプＵ２の出力が、ローパスフィルタ回路１５に入力されることになる。
【００４４】
ローパスフィルタ回路１５もバターワース・フィルタ回路によって構成され、ハイパスフィルタ回路１４側の入力端子（ＩＮＰＵＴ）に入力される信号が、ローパスフィルタ回路１５を構成しているオペアンプＵ３の非反転入力端子（＋）に抵抗Ｒ８，Ｒ９を介して入力されている。この場合、オペアンプＵ３の非反転入力端子（＋）とグラウンド（ＧＮＤ）との間にはコンデンサＣ６が接続されている。
【００４５】
また、オペアンプＵ３の反転入力端子（−）には、コンデンサＣ５を介して抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９との接続点、及びオペアンプＵ３の出力端子と接続されている。そして、このようなローパスフィルタ回路１５のオペアンプＵ３の出力が、出力端子（ＯＵＴＰＵＴ）からアンプ８に供給されることになる。
【００４６】
上記図７に示したフィルタ回路の周波数特性は図８に示すようになる。
なお、図８に示す周波数特性は、上記図７に示したフィルタ回路の抵抗Ｒ３＝２．２ｋΩ、抵抗Ｒ５＝３３ｋΩ、抵抗Ｒ１４＝２７ｋΩ、抵抗Ｒ８，Ｒ９＝３．９ｋΩ、コンデンサＣ３，Ｃ４，Ｃ５＝０．３９μＦ、コンデンサＣ６＝０．０３９μＦを選定したときのものとされる。
【００４７】
上記図７に示したフィルタ回路は、開閉スイッチＳＷ１のオン／オフにより、図８に示すように、ハイパスフィルタ回路１４の低域側の周波数特性を可変させることで、上記図１に示した信号レベル調整部１３と同等の機能を実現するようにしている。
また、上記図７に示したフィルタ回路では、迫力ある音声を得るために、図８に示されているように、６０Ｈｚ付近と３００Ｈｚ付近の周波数の信号が強調されるような周波数特性となっている。
【００４８】
図９は、本発明の第２の実施の形態とされる音声出力装置の構成を示したブロック図である。なお、図１に示した音声出力装置と同一部位には同一番号を付して詳細な説明については省略する。
この図９に示す音声出力装置２０においては、アンプ８からスピーカ９に入力される音声信号を信号レベル調整部１３のローパスフィルタ１１に分岐して入力するように構成している点が、上記図１に示した音声出力装置１とは異なものとされる。つまり、上記図１に示した音声出力装置１では、ローパスフィルタ１１に対して音声信号源からアッテネータ４を介して入力される音声信号を入力するようにしたが、この図９に示す音声出力装置２０においては、アンプ８から出力される音声信号を入力するようにしている。
【００４９】
そして、このように構成した場合は、スピーカ９に実際に入力される音声信号を利用しているので、スピーカ９に、許容入力レベル以上の異音発生周波数帯域信号が入力されるのを忠実に制限できるようになり、上記図１に示した音声出力装置１と同様の効果がより忠実に得られるものとなる。
【００５０】
次に、図１０は、本発明の第３の実施の形態としての音声出力装置の構成を示したブロック図である。なお、この図においても、図１と同一部位には同一番号を付して詳細な説明は省略する。
この図１０に示す音声出力装置３０においては、ハイパスフィルタ５とローパスフィルタ７との間に帯域除去フィルタ３１と加算器３２が挿入されている。
ハイパスフィルタ５から出力される音声信号は、バンドパスフィルタ３３を介してオートゲインコントロール（ＡＧＣ）回路３４に入力される。
そしてオートゲインコントロール回路３４においてゲイン調整を行った後、加算器３２に出力するようにしている。
【００５１】
この場合の帯域除去フィルタ３１は、スピーカ９から異音などを発生させるおそれがある異音発生周波数帯域信号だけを除去、あるいは少なくとも減衰することができるような周波数特性を有するものとされる。
【００５２】
一方、バンドパスフィルタ３３は、上記帯域除去フィルタ３１で除去或いは減衰される周波数帯域の信号成分だけを抽出するような周波数特性を有するものとされる。つまり、バンドパスフィルタ３３は、異音発生周波数帯域信号だけを抽出してオートゲインコントロール回路３４に出力するようにされる。
オートゲインコントロール回路３４は、バンドパスフィルタ３３からの抽出信号の信号レベルを所定レベルに調整して加算器３２に出力するようにされる。
【００５３】
加算器３２では、帯域除去フィルタ３１からの入力音声信号とオートゲインコントロール回路３４においてゲイン調整された音声信号とを加算して、後段のローパスフィルタ７を介してアンプ８に入力するようにしている。
【００５４】
このように構成した場合は、オートゲインコントロール回路３４によって、スピーカ９に対して入力される過大な異音発生周波数帯域信号のレベルを所定レベルより小さく保つことができるようになる。従って、この場合も、上述した本実施の形態の音声出力装置１と同様の効果が得られるものとなる。
【００５５】
また、これまで説明した第１〜第３の実施の形態の音声出力装置では、その信号レベル調整部の動作を、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）により実現することも可能である。
【００５６】
そこで、次に本実施の形態の音声出力装置をＤＳＰを用いて構成する場合について説明する。
図１１は、第４の実施の形態の音声出力装置の構成を示したブロック図である。なお、この図においても、図１と同一部位には同一番号を付して詳細な説明は省略する。
この図１１に示す音声出力装置４０は、アナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）４１において、音声信号源から音声信号入力部２を介して入力されるアナログ音声信号（音声信号）がデジタル音声信号（音声データ）に変換してデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）４２に出力するようにされる。
【００５７】
ＤＳＰ４２では、これまで説明した第１〜第３の実施の形態の音声出力装置１２０，３０の信号レベル調整部１３，３５と同じ動作が得られるように、ＡＤＣ４１からの音声データに対して、所要の信号処理を施してデジタル・アナログコンバータ（ＤＡＣ）４３に出力するようにされる。
【００５８】
上記図１及び図９に示した音声出力装置１，２０の場合、例えばＤＳＰ４２は、入力音声データに異音発生周波数帯域の音声データが含まれているときは、その帯域の音声データを所定レベルだけ減衰させるような信号処理を行った後、ＤＡＣ４３に出力するようにされる。
【００５９】
また、上記図１０に示した音声出力装置３０の場合、ＤＳＰ４２は、例えば入力音声データから異音発生周波数帯域の音声データのレベル調整処理を行った後、異音発生周波数帯域の音声データを分離した入力音声データに加算してＤＡＣ４３に出力するようにされる。
【００６０】
そして、ＤＡＣ４３において、ＤＳＰ４２から出力される音声データを音声信号に変換してアンプ８に供給し、アンプ８において所定の音声信号レベルまで増幅して、スピーカ９に供給するようにしている。
【００６１】
なお、アンプ８からスピーカ９に入力される音声信号から過大な異音発生周波数帯域信号の有無を検出する場合には、スピーカ９に入力される音声信号を分岐し、破線で示すようなＡＤＣ４４で再度デジタル変換して、ＤＳＰ４２にフィードバックすることも可能である。この場合は、ＡＤＣ４４を介してＤＳＰ４２にフィードバックされる音声データに、異音発生周波数帯域の音声データが含まれているときは、入力音声データのレベルを減衰させる、または所定レベルに調整すればよい。
【００６２】
また図１２は、上記図１１に示した音声出力装置の他の構成を示したブロック図である。なお、上記図１及び図１１の構成と同一部位には同一番号を付して説明は省略する。
この図１２に示す音声出力装置５０は、ＤＡＣ４３を利用することなく、ＤＳＰ４２から出力される音声データを直接デジタルアンプ４５で増幅し、デジタルアンプ４５からスピーカ９に所定の音声信号を供給するようにしている。
この場合も、デジタルアンプ４５からスピーカ９に入力される音声信号から過大な異音発生周波数帯域信号の有無を検出する場合には、上記同様、デジタルアンプ４５からスピーカ９に入力される音声信号を分岐し、破線で示したＡＤＣ４４でデジタル変換して、ＤＳＰ４２にフィードバックすれば実現することができる。
【００６３】
また図１３は、上記図１１、図１２に示した音声出力装置のＤＳＰ４２において、上記図１及び図９に示した音声出力装置のコンパレータ回路１２が実行する処理を実現するためのフローチャートである。
この場合、ＤＳＰ４２は、先ず、ステップＳ１０１において、入力される検出データに許容入力レベル以上の過大入力が含まれているか否かを判別するようにされる。そして、ステップＳ１０１において、検出データに過大入力が含まれていると判別したときは、ステップＳ１０２に進み、ステップＳ１０２において内蔵されているタイマーをオンにする。
【００６４】
そして、続くステップＳ１０３において、ステップＳ１０２において、タイマーをオンしてから、時間Ｔ１を経過したときに、ステップＳ１０４に進み、ステップＳ１０４において、入力音声データから異音発生周波数帯域の音声データを除去（減衰）させる帯域除去フィルタとしての機能をオンさせるようにする。
【００６５】
次に、ＤＳＰ４２は、ステップＳ１０５において、検出データにまだ過大入力が含まれているか否かを判別を行い、過大入力が無くなったときにステップＳ１０６に進み、ステップＳ１０６においてタイマーをオンにする。
そして、次のステップＳ１０７において、ステップＳ１０６においてタイマーをオンしてから時間Ｔ２を経過したときに、ステップＳ１０８に進み、ステップＳ１０８において帯域除去フィルタとしての機能をオフするようにしている。
【００６６】
一方、ステップＳ１０７において、時間Ｔ２経過していないと判別したときは、ステップＳ１０９に進み、ステップＳ１０９において、再度、過大入力の有無を判別する。そして、過大入力が無なければステップＳ１０７に戻り、時間Ｔ２を経過したかどうかの判別を行う。
【００６７】
これに対して、ステップＳ１０９において、過大入力有りと判別したときは、ステップＳ１１０において、上記ステップＳ１０６でオンにしたタイマーのタイマー値をリセットした後、ステップＳ１０５に戻り、ステップＳ１０５からの処理を行うようにする。このような処理を行うようにすれば、上記図１及び図９に示した音声出力装置の信号レベル調整部１３とほぼ同等の機能をＤＳＰ４２により実現することができるようになる。
【００６８】
なお、本実施の形態の音声出力装置においては、スピーカにおいて異音などの不具合を発生させる異音発生周波数帯域を、スピーカの振動板の振幅が最大になる最低再生周波数以下の周波数帯域として説明したが、これはあくまでも一例であり、異音発生周波数帯域は任意に設定可能である。
例えばスピーカに許容入力レベル以上の過大入力が有ったときに、スピーカから「ビビリ音」を発生させるような周波数帯域が存在する場合には、そのような周波数帯域を異音発生周波数帯域として設定することも可能である。
その場合は、例えば図１及び図９に示した音声出力装置であれば、帯域減衰フィルタ１０とローパスフィルタ１１、図１０に示した音声出力装置であれば、帯域減衰フィルタ１０とバンドパスフィルタ３３の周波数特性を変更するだけで、容易に実現できるものである。
【００６９】
【発明の効果】
以上の説明からわかるように、本発明では、動作決定手段において、音声出力手段に対して供給する音声信号の所要帯域の信号レベルと、音声出力手段の許容レベルとに応じて、減衰手段を動作させるか否かを決定することで、音声出力手段に対して、所要帯域の信号が一定以上入力されるのを制限するようにしている。
【００７０】
また本発明では、帯域信号減衰手段で入力音声信号から所要帯域の信号を減衰すると共に、帯域信号抽出手段で帯域信号減衰手段で減衰した所要帯域の信号だけを抽出し、レベル調整手段により、抽出した信号が所定レベルより小さくなるように調整して、帯域信号減衰手段からの信号と加算して音声信号として出力することで、音声信号の所要帯域の信号レベルを所定レベルより小さく保つようにしている。
【００７１】
これにより、音声出力手段に対して、その許容レベルを超えるような過大レベルの信号が入力されることにより発生する種種の不具合を防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態としての音声出力装置の構成を示したブロック図である。
【図２】密閉形のスピーカにおける最低再生周波数と振幅レベルの関係を示した図である。
【図３】バスレフ形のスピーカにおける最低再生周波数と振幅レベルの関係を示した図である。
【図４】第１の実施の形態としての音声出力装置に設けられているローパスフィルタの周波数特性を示した図である。
【図５】第１の実施の形態としての音声出力装置に設けられている帯域除去フィルタの周波数特性を示した図である。
【図６】第１の実施の形態としての音声出力装置に設けられている切替スイッチの動作タイミングを示した図である。
【図７】第１の実施の形態としての音声出力装置に設けられる信号レベル調整部のフィルタ回路の構成を示した図である。
【図８】図７に示した信号レベル調整部から出力される音声信号の周波数特性を示した図である。
【図９】第２の実施の形態としての音声出力装置の構成を示したブロック図である。
【図１０】第３の実施の形態としての音声出力装置の構成を示したブロック図である。
【図１１】第４の実施の形態としての音声出力装置の構成を示したブロック図である。
【図１２】図１１に示した音声出力装置の他の構成を示したブロック図である。
【図１３】第４の実施の形態としての音声出力装置のＤＳＰが実行する処理の一例を示したフローチャートである。
【図１４】従来の音声出力装置の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１ 音声出力装置、２ 音声信号入力部、３ バッファ回路、４ アッテネータ、５ ハイパスフィルタ、６ 切替スイッチ、７ １１ ローパスフィルタ、８ アンプ、９ スピーカ、１０ 帯域減衰フィルタ、１２ａ コンパレータ、１２ｂ 時定数回路、１２ コンパレータ回路、１３ ３５ 信号レベル調整部、１４ ハイパスフィルタ回路、１５ ローパスフィルタ回路、３１ 帯域除去フィルタ、３２ 加算器、３３ バンドパスフィルタ、３４ オートゲインコントロール回路、４１ ４４ ＡＤＣ、４２ ＤＳＰ、４３ ＤＡＣ、４５ デジタルアンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力音声信号から必要な音声信号を抽出する信号レベル調整装置と、そのような信号レベル調整装置を備えた音声出力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
入力される音声信号を音声として出力する音声出力装置が知られている。
図１４は、このような音声出力装置のブロック図の一例である。
この図１４に示す音声出力装置１００は、音声信号入力部１０１に入力された音声信号をバッファ回路１０２を介してアッテネータ１０３に入力する。そしてアッテネータ１０３で所定レベルに調整してハイパスフィルタ１０４に出力するようにされる。
ハイパスフィルタ１０４は、アッテネータ１０３からの音声信号に含まれる超低域の信号成分を除去してローパスフィルタ１０５に出力するようにされる。
そして、ローパスフィルタ１０５は、ハイパスフィルタ１０４からの音声信号に含まれる所定以上の高域信号成分を除去してアンプ１０６に出力するようにされる。
アンプ１０６では、ハイパスフィルタ１０４からの音声信号を増幅してスピーカ１０７に出力し、スピーカ１０７からアンプ１０６により、増幅した音声信号レベルに応じた音声を出力するようにされる。
【０００３】
また、音声出力装置などに設けられている音声増幅器としては、小出力時には低音域の補償動作を行い、大出力時にはその補償動作を減じて、周波数特性を平坦なものとすることにより、電力増幅器により発生する飽和歪みを軽減して高品位の音声を得るようにしたものがある（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１４４４１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図１４に示したような従来の音声出力装置においては、スピーカに対して許容入力レベル以上の過大な信号が入力されたときに、例えばスピーカエッジやダンパーなどで突っ張り音が発生することがあった。
また、スピーカのスピーカエッジやダンパーなどの部品が劣化して故障が発生するおそれもあった。
【０００６】
また、スピーカに対して許容入力レベル以上の過大な信号が入力されたときは、例えばスピーカの振動系のピストン運動が乱れることによりローリング現象が発生し、このローリング現象によってボビン又はコイルが磁気回路と接触して出力音声の品位が低下することもあった。
さらにローリング現象によるコイルと磁気回路との接触により、コイルがショートして過電流が流れるおそれもあった。
【０００７】
また、上記特許文献１に記載されている音声増幅器は、電力増幅器において発生する飽和歪みを軽減することを目的として、大出力時にはその補償動作を減じて周波数特性を平坦な特性にするようにしているため、スピーカに対して、許容入力レベル以上の過大な信号が入力されるのを防ぐことができず、上記したようなスピーカへの所定レベル以上の過大入力により発生する不具合を解消することはできないものであった。
【０００８】
そこで、本発明は上記したような問題点を鑑みてなされたものであり、スピーカに許容レベル以上の過大入力によって、スピーカにおいて発生する不具合を解消することができる信号レベル調整装置と、音声出力装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の信号レベル調整装置は、音声出力手段に供給するために入力された音声信号から所要帯域の信号成分を減衰させる減衰手段と、音声出力手段に対して供給する音声信号の所要帯域の信号レベルと、音声出力手段の許容レベルとに応じて、減衰手段を動作させるか否かを決定する動作決定手段とを備えるようにした。
【００１０】
また本発明の音声出力装置は、音声出力手段と、音声出力手段に供給するために入力された音声信号から所要帯域の信号成分を減衰させる減衰手段と、音声出力手段に対して供給する音声信号の所要帯域の信号レベルと、音声出力手段の許容レベルとに応じて、減衰手段を動作させるか否かを決定する動作決定手段とを備えるようにした。
【００１１】
このような本発明では、動作決定手段において、音声出力手段に対して供給する音声信号の所要帯域の信号レベルと、音声出力手段の許容レベルとに応じて、減衰手段を動作させるか否かを決定することで、音声出力手段に対して、所要帯域の信号が一定以上入力されるのを制限するようにしている。
【００１２】
また本発明の信号レベル調整装置は、入力音声信号から所要帯域の信号を減衰する帯域信号減衰手段と、所要帯域の信号だけを抽出する帯域信号抽出手段と、帯域信号抽出手段で抽出された信号のレベルが所定レベルより小さくなるように調整するレベル調整手段と、帯域信号減衰手段から出力される信号と、レベル調整手段から出力される信号とを加算して出力する加算手段とを備えるようにした。
【００１３】
また本発明の音声出力装置は、入力音声信号から所要帯域の信号を減衰する帯域信号減衰手段と、所要帯域の信号だけを抽出する帯域信号抽出手段と、帯域信号抽出手段から出力される信号のレベルが、所定レベルとなるように調整するレベル調整手段と、帯域信号減衰手段から出力される信号と、レベル調整手段から出力される信号とを加算する加算手段と、加算手段から出力される音声信号に応じた音声を出力する音声出力手段とを備えるようにした。
【００１４】
このような本発明では、帯域信号減衰手段で入力音声信号から所要帯域の信号を減衰すると共に、帯域信号抽出手段で、所要帯域の信号だけを抽出するようにしている。そして、レベル調整手段により、帯域信号抽出手段で抽出された信号のレベルが所定レベルとなるように調整し、帯域信号減衰手段からの信号と加算して音声信号として出力することで、音声信号の所要帯域の信号レベルを所定レベルに保つようにしている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として音声出力装置について説明していく。
なお、本実施の形態の音声出力装置は、アンプなどを内蔵した低音用スピーカ装置であるアクティブサブウーファを例に挙げて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態としての音声出力装置の構成を示したブロック図である。
この図１に示す音声出力装置１においては、音声信号源から音声信号入力部２に入力された音声信号がバッファ回路３を介してアッテネータ４に出力される。
アッテネータ４では、入力音声信号の信号レベルをユーザーが要求する所定の音量となるように調整して出力するようにされる。アッテネータ４から出力される入力音声信号は、信号レベル調整部１３のハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５に入力される。
【００１７】
信号レベル調整部１３は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５、切替スイッチ６、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７、帯域減衰フィルタ１０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１、コンパレータ回路１２によって構成される。
【００１８】
ハイパスフィルタ５では、音声信号源からアッテネータ４を介して入力される音声信号に含まれ、当該音声出力装置を低音用スピーカ装置として機能させる場合においても不要とされる超低域の信号成分を除去するようにされる。ハイパスフィルタ５から出力される音声信号は、切替スイッチ６の端子ａ１を介してローパスフィルタ７に入力される。
切替スイッチ６は、後述するコンパレータ回路１２からの切替信号により切替制御される。
【００１９】
ローパスフィルタ７では、切替スイッチ６を介して入力される音声信号に含まれる高域成分の信号を除去するようにされる。そして、このローパスフィルタ７の出力が電力増幅器であるアンプリファイア（以下、「アンプ」と表記する）８に出力されることになる。
アンプ８は、信号レベル調整部１３において周波数特性がコントロールされた入力音声信号を所定レベルまで増幅して、音声出力手段であるスピーカ９に出力するようにされる。スピーカ９は、例えば密閉形スピーカによって構成され、アンプ８からの音声信号レベルに応じた音声を出力するようにされる。
【００２０】
また、このような本実施の形態の音声出力装置１においては、切替スイッチ６を利用して、ハイパスフィルタ５とローパスフィルタ７との間に帯域減衰フィルタ１０を挿入できるように構成している。なお、帯域減衰フィルタ１０の周波数特性については後述する。
【００２１】
また、本実施の形態の音声出力装置１では、音声信号源からアッテネータ４を介して信号レベル調整部１３のローパスフィルタに入力される入力音声信号をローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１にも分岐して入力するようにしている。
ローパスフィルタ１１は、所定の周波数特性を有する低域通過フィルタであり、このローパスフィルタ１１を通過した所要の周波数帯域の信号が検出信号としてコンパレータ回路１２に供給される。
【００２２】
コンパレータ回路１２では、ローパスフィルタ１１から入力される検出信号がコンパレータ１２ａの一方の非反転入力端子（＋）に入力され、その検出信号の他方の反転入力端子（−）に入力されている基準電圧Ｖｒｅｆと比較される。そして、その比較出力であるコンパレータ出力Ｓ１を、時定数回数１２ｂを介して切替スイッチ６に出力し、切替スイッチ６の切替信号Ｓ２として利用するようにしている。この場合の時定数回路１２ｂは、ダイオードＤ、及び抵抗Ｒ、コンデンサＣによって構成される。
【００２３】
図２及び図３は、本実施の形態の音声出力装置１においてスピーカ９として用いられる低音用スピーカに一定レベルの入力信号を印加した場合の振動系の振動周波数と振幅との関係を示した図であり、図２には密閉形スピーカ、図３にはバス・レフレックスタイプ（バスレフ形）スピーカの関係がそれぞれ示されている。
なお、これら図２及び図３においては、横軸には周波数、縦軸には振幅が示されている。この場合の周波数ｆはスピーカの最低再生周波数ｆｏを基準にした相対値によって示されている。また振幅値はスピーカの最低再生周波数ｆｏのときの振幅値を基準にした相対値によって示されている。
スピーカの最低再生周波数ｆｏとは、例えばスピーカの振動板の振幅が最大振幅となる周波数、或いはスピーカの振動板が最大振幅となる周波数を基準にして決定される周波数であり、スピーカごとに異なるものとされる。
【００２４】
図２に示すような密閉形スピーカでは、スピーカの振動系の振動周波数ｆが最低再生周波数ｆｏに近づくにしたがって、徐々に振動板の振幅が大きくなっている。そしてスピーカの振動系の振動周波数ｆが最低再生周波数ｆｏ以下では、振動板の振幅が最大振幅状態のまま推移している。
【００２５】
また、上記図２に示した密閉形スピーカに比べて最低再生周波数ｆｏを低域側に持っていくことができるバスレフ形スピーカにおいては、一部のディップ部分を除いて、上記図２に示した密閉形スピーカとほぼ同じ特性になっており、例えば最低再生周波数ｆｏ以下の振幅特性は、上記図２に示した密閉形スピーカとほぼ同じとされる。
【００２６】
このように、本実施の形態の音声出力装置１のスピーカ９においては、振動板などの振動系の周波数が最低再生周波数ｆｏ以下の周波数帯域で振動板が最大振幅になっている。そして、スピーカ振動板の振幅が最大振幅となる最低再生周波数ｆｏ以下の周波数帯域では、スピーカから異音が発生したり、或いはスピーカが故障することがなく使用できるレベルである許容レベルが他の周波数帯域に比べて低くなっている。
【００２７】
このため、スピーカに対して許容入力レベル以上の過大な信号が入力されたときは、例えばスピーカエッジやダンパーなどで発生する突っ張り音や、ローリング現象によって発生するボビン又はコイルと磁気回路との接触によって出力音声の品位が低下するなどの不具合が発生しやすいものであった。
【００２８】
そこで、本実施の形態の音声出力装置１では、スピーカ９の最低再生周波数ｆｏ以下の周波数帯域の信号を抽出するために、ローパスフィルタ１１に図４に示すような周波数特性を持たせるようにした。つまり、上記図２に示したスピーカの振動板の振幅特性とほぼ同じ周波数特性、この場合は−１２ｄＢ／ＯＣＴの減衰特性を持たせるようにしている。
【００２９】
これにより、ローパスフィルタ１１において、スピーカ９から異音などを発生させるおそれのある最低再生周波数ｆｏ以下に相当する周波数帯域（以下、「異音発生周波数帯域」という）の信号成分を抽出するようにしている。そして、このような異音発生周波数帯域の信号レベル（電圧レベル）をコンパレータ回路１２のコンパレータ１２ａで基準電圧Ｖｒｅｆと比較するようにしている。
【００３０】
この場合、コンパレータ回路１２のコンパレータ１２ａは、ローパスフィルタ１１から入力される検出信号の電圧レベルが、スピーカ９の許容入力レベル以上のときに、「Ｈｉｇｈ」レベルのコンパレータ出力Ｓ１を出力する。そして、このようなコンパレータ出力Ｓ１が時定数回路１２ｂを介して切替信号Ｓ２として切替スイッチ６に出力することで、スピーカ９の許容入力レベルを越える過大な異音発生周波数帯域の信号成分が入力されたときは、切替スイッチ６を切り替えて、ハイパスフィルタ５とローパスフィルタ７との間に帯域減衰フィルタ１０を挿入するようにしている。
【００３１】
このため、本実施の形態では、コンパレータ１２ａの基準電圧Ｖｒｅｆを、上記異音発生周波数帯域信号におけるスピーカ９の許容入力レベルより大きい電圧レベルに設定して、スピーカ９の許容入力レベルより大きい異音発生周波数帯域の信号が入力されたときに、コンパレータ１２ａのコンパレータ出力Ｓ１を「Ｈｉｇｈ」レベルとなるようにしている。
【００３２】
上記帯域減衰フィルタ１０の周波数特性は図５のように示される。
この図５に示すように帯域減衰フィルタ１０は、スピーカ９の最低再生周波数ｆｏ以下の周波数の入力信号については、−１０ｄＢ程度減衰させて出力するような周波数特性を有するものとされる。
【００３３】
このような本実施の形態に音声出力装置１においては、スピーカ９の許容入力レベル以上の異音発生周波数帯域の信号を含んだ音声信号が入力されたときは、その帯域の信号成分を帯域減衰フィルタ１０により減衰するようにしている。
これにより、スピーカ９に対して、許容入力レベル以上の異音発生周波数帯域の信号が入力される制限することができる。即ち、スピーカ９のスピーカ振動系の振幅が最大となり、スピーカから異音などの不具合を発生させる要因となる異音発生周波数帯域の信号で、しかもスピーカ９の許容入力レベルを越える信号のスピーカ９への入力を抑制することができるようになる。
【００３４】
この結果、スピーカ９に対して許容入力レベル以上の入力があったときにスピーカ９のスピーカエッジやダンパーなどで発生する突っ張り音などを防止することができ、音声出力を高品位に保つことができるようになる。
また、スピーカエッジやダンパーなどの構成部品の劣化も防止することができるので、部品劣化に伴って発生する故障なども防止することができる。
さらに、スピーカ９の振動系のピストン運動が乱れることによるローリング現象の発生も防止できるのでボビン又はコイルが磁気回路と接触することがなく、この点からも音声出力を高品位に保つことができる。
さらにまた、コイルと磁気回路とが接触することもないので、コイルがショートし過電流が流れるという不具合が発生するおそれなどもない。
【００３５】
さらにまた、本実施の形態の音声出力装置１においては、コンパレータ回路１２のコンパレータ１２ａの出力ラインに時定数回路１２ｂを設けたことで、スピーカの許容入力レベル以上の異音発生周波数帯域信号を含んだ音声信号が入力されたとしても切替スイッチ６を端子ａ１→端子ａ２へ直ちに切り替えるのではなく、或る時間以上経過したときに切替動作を行うようにしている。
【００３６】
また逆に切替スイッチ６が端子ａ２に接続されている状態のもとで、過大な異音発生周波数帯域信号が無くなったときも、切替スイッチ６の端子ａ２から端子ａ１へ直ちに切り替えるのではなく、或る時間以上経過したときに動作させるようにしている。
【００３７】
図６は、上記信号レベル調整部１３においてコンパレータ回路１２による切替スイッチ６の動作タイミングを示した図である。
先ず、時点ｔ１において、ローパスフィルタ１１を介してコンパレータ回路１２に入力される異音発生周波数帯域信号が過大レベルとなり、コンパレータ１２ａのコンパレータ出力Ｓ１が「Ｈｉｇｈ」レベルになったとする。
すると、この場合はコンパレータ回路１２から切替スイッチ６に出力される切替信号Ｓ２のレベルは、直ちに「Ｈｉｇｈ」レベルにはならず、「Ｌｏｗ」レベルのままとされる。そして、時点ｔ１から所定時間Ｔ１経過した時点ｔ２で、コンパレータ回路１２から切替スイッチ６に供給される切替信号Ｓ２を「Ｈｉｇｈ」レベルに切り替えるようにしている。つまり、コンパレータ１２ａのコンパレータ出力Ｓ１が「Ｈｉｇｈ」レベルになってから帯域減衰フィルタ１０の動作させるまでに所定時間Ｔ１だけ遅らせるようにしている。
【００３８】
次に、時点ｔ３において、コンパレータ出力Ｓ１が「Ｌｏｗ」レベルになったとする。すると、この場合は切替信号Ｓ２は「Ｈｉｇｈ」レベルのままとされ、時点ｔ３から帯域減衰フィルタ１０を減衰作用を終わらせるまでの動作終了時間として所定時間Ｔ２経過した時点ｔ４で「Ｌｏｗ」レベルに切り替えるようにしている。
【００３９】
また、時点ｔ５において、コンパレータ出力Ｓ１が「Ｈｉｇｈ」レベル、時点ｔ５から動作開始時間Ｔ１経過した時点ｔ６において、切替信号Ｓ２が「Ｈｉｇｈ」レベルになる。そして時点ｔ７において、コンパレータ出力Ｓ１が「Ｌｏｗ」レベルになった場合は、切替信号Ｓ２は「Ｈｉｇｈ」レベルのままとされ、時点ｔ７から動作終了時間Ｔ２経過した時点で「Ｌｏｗ」レベルになるが、動作終了時間Ｔ２経過前の時点ｔ８において、コンパレータ出力Ｓ１が「Ｈｉｇｈ」レベルになったときは、切替信号Ｓ２のレベルを「Ｈｉｇｈ」レベルのまま維持されることになる。そして、再び、コンパレータ出力Ｓ１が「Ｌｏｗ」レベルになった時点ｔ９から動作終了時間Ｔ２経過した時点で切替信号Ｓ２が「Ｌｏｗ」レベルになるようにしている。
【００４０】
例えば、本実施の形態の音声出力装置１をサブウーファとすると、その使用周波数帯域は通常２００Ｈｚ以下とされ、その場合において振幅が大きくなる周波数は５０Ｈｚ前後とされる。
そこで、本実施の形態の音声出力装置１では、例えば５０Ｈｚの周波数を基準にして、最初の１波の過大入力信号は通過させ、それに続く入力信号に対して帯域減衰フィルタ１０が作用するように動作開始時間Ｔ１を２０ｍｓ程度に設定することで、聴感上において違和感なく、スピーカ９を異音発生周波数帯域の過大入力から保護することができるようになる。
また、動作終了時間Ｔ２は１ｓ（秒）程度に設定しておくと殆ど違和感なく帯域減衰フィルタ１０を取り外すことができる。
【００４１】
図７は、上記図１に示した音声出力装置１の信号レベル調整部１３に設けられているフィルタ回路部の構成を示した図である。
この図７に示す信号レベル調整部１３は、それぞれ破線で囲って示したハイパスフィルタ回路１４とローパスフィルタ回路１５とからなる。
この場合は、ハイパスフィルタ回路１４によって、上記図１に示したハイパスフィルタ５と切替スイッチ６、帯域減衰フィルタ１０に相当する回路が形成され、上記ローパスフィルタ回路１５によって、ローパスフィルタ７に相当する回路が形成されている。
【００４２】
ハイパスフィルタ回路１４は、いわゆるバターワース・フィルタ回路によって構成され、入力信号がハイパスフィルタ回路１４を構成しているオペアンプＵ２の非反転入力端子（＋）にコンデンサＣ３，Ｃ４を介して入力されている。
【００４３】
オペアンプＵ２の非反転入力端子（＋）とグラウンド（ＧＮＤ）との間には抵抗Ｒ５が接続されている。また、オペアンプＵ２の反転入力端子（−）には、抵抗Ｒ３を介してコンデンサＣ３とコンデンサＣ４との接続点、及びオペアンプＵ２の出力端子と接続されている。
さらに、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３−Ｃ４の接続点とグラウンド（ＧＮＤ）との間には、抵抗Ｒ１４−開閉スイッチＳＷ１が設けられている。
そして、このようなハイパスフィルタ回路１４のオペアンプＵ２の出力が、ローパスフィルタ回路１５に入力されることになる。
【００４４】
ローパスフィルタ回路１５もバターワース・フィルタ回路によって構成され、ハイパスフィルタ回路１４側の入力端子（ＩＮＰＵＴ）に入力される信号が、ローパスフィルタ回路１５を構成しているオペアンプＵ３の非反転入力端子（＋）に抵抗Ｒ８，Ｒ９を介して入力されている。この場合、オペアンプＵ３の非反転入力端子（＋）とグラウンド（ＧＮＤ）との間にはコンデンサＣ６が接続されている。
【００４５】
また、オペアンプＵ３の反転入力端子（−）には、コンデンサＣ５を介して抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９との接続点、及びオペアンプＵ３の出力端子と接続されている。そして、このようなローパスフィルタ回路１５のオペアンプＵ３の出力が、出力端子（ＯＵＴＰＵＴ）からアンプ８に供給されることになる。
【００４６】
上記図７に示したフィルタ回路の周波数特性は図８に示すようになる。
なお、図８に示す周波数特性は、上記図７に示したフィルタ回路の抵抗Ｒ３＝２．２ｋΩ、抵抗Ｒ５＝３３ｋΩ、抵抗Ｒ１４＝２７ｋΩ、抵抗Ｒ８，Ｒ９＝３．９ｋΩ、コンデンサＣ３，Ｃ４，Ｃ５＝０．３９μＦ、コンデンサＣ６＝０．０３９μＦを選定したときのものとされる。
【００４７】
上記図７に示したフィルタ回路は、開閉スイッチＳＷ１のオン／オフにより、図８に示すように、ハイパスフィルタ回路１４の低域側の周波数特性を可変させることで、上記図１に示した信号レベル調整部１３と同等の機能を実現するようにしている。
また、上記図７に示したフィルタ回路では、迫力ある音声を得るために、図８に示されているように、６０Ｈｚ付近と３００Ｈｚ付近の周波数の信号が強調されるような周波数特性となっている。
【００４８】
図９は、本発明の第２の実施の形態とされる音声出力装置の構成を示したブロック図である。なお、図１に示した音声出力装置と同一部位には同一番号を付して詳細な説明については省略する。
この図９に示す音声出力装置２０においては、アンプ８からスピーカ９に入力される音声信号を信号レベル調整部１３のローパスフィルタ１１に分岐して入力するように構成している点が、上記図１に示した音声出力装置１とは異なものとされる。つまり、上記図１に示した音声出力装置１では、ローパスフィルタ１１に対して音声信号源からアッテネータ４を介して入力される音声信号を入力するようにしたが、この図９に示す音声出力装置２０においては、アンプ８から出力される音声信号を入力するようにしている。
【００４９】
そして、このように構成した場合は、スピーカ９に実際に入力される音声信号を利用しているので、スピーカ９に、許容入力レベル以上の異音発生周波数帯域信号が入力されるのを忠実に制限できるようになり、上記図１に示した音声出力装置１と同様の効果がより忠実に得られるものとなる。
【００５０】
次に、図１０は、本発明の第３の実施の形態としての音声出力装置の構成を示したブロック図である。なお、この図においても、図１と同一部位には同一番号を付して詳細な説明は省略する。
この図１０に示す音声出力装置３０においては、ハイパスフィルタ５とローパスフィルタ７との間に帯域除去フィルタ３１と加算器３２が挿入されている。
ハイパスフィルタ５から出力される音声信号は、バンドパスフィルタ３３を介してオートゲインコントロール（ＡＧＣ）回路３４に入力される。
そしてオートゲインコントロール回路３４においてゲイン調整を行った後、加算器３２に出力するようにしている。
【００５１】
この場合の帯域除去フィルタ３１は、スピーカ９から異音などを発生させるおそれがある異音発生周波数帯域信号だけを除去、あるいは少なくとも減衰することができるような周波数特性を有するものとされる。
【００５２】
一方、バンドパスフィルタ３３は、上記帯域除去フィルタ３１で除去或いは減衰される周波数帯域の信号成分だけを抽出するような周波数特性を有するものとされる。つまり、バンドパスフィルタ３３は、異音発生周波数帯域信号だけを抽出してオートゲインコントロール回路３４に出力するようにされる。
オートゲインコントロール回路３４は、バンドパスフィルタ３３からの抽出信号の信号レベルを所定レベルに調整して加算器３２に出力するようにされる。
【００５３】
加算器３２では、帯域除去フィルタ３１からの入力音声信号とオートゲインコントロール回路３４においてゲイン調整された音声信号とを加算して、後段のローパスフィルタ７を介してアンプ８に入力するようにしている。
【００５４】
このように構成した場合は、オートゲインコントロール回路３４によって、スピーカ９に対して入力される過大な異音発生周波数帯域信号のレベルを所定レベルより小さく保つことができるようになる。従って、この場合も、上述した本実施の形態の音声出力装置１と同様の効果が得られるものとなる。
【００５５】
また、これまで説明した第１〜第３の実施の形態の音声出力装置では、その信号レベル調整部の動作を、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）により実現することも可能である。
【００５６】
そこで、次に本実施の形態の音声出力装置をＤＳＰを用いて構成する場合について説明する。
図１１は、第４の実施の形態の音声出力装置の構成を示したブロック図である。なお、この図においても、図１と同一部位には同一番号を付して詳細な説明は省略する。
この図１１に示す音声出力装置４０は、アナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）４１において、音声信号源から音声信号入力部２を介して入力されるアナログ音声信号（音声信号）がデジタル音声信号（音声データ）に変換してデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）４２に出力するようにされる。
【００５７】
ＤＳＰ４２では、これまで説明した第１〜第３の実施の形態の音声出力装置１２０，３０の信号レベル調整部１３，３５と同じ動作が得られるように、ＡＤＣ４１からの音声データに対して、所要の信号処理を施してデジタル・アナログコンバータ（ＤＡＣ）４３に出力するようにされる。
【００５８】
上記図１及び図９に示した音声出力装置１，２０の場合、例えばＤＳＰ４２は、入力音声データに異音発生周波数帯域の音声データが含まれているときは、その帯域の音声データを所定レベルだけ減衰させるような信号処理を行った後、ＤＡＣ４３に出力するようにされる。
【００５９】
また、上記図１０に示した音声出力装置３０の場合、ＤＳＰ４２は、例えば入力音声データから異音発生周波数帯域の音声データのレベル調整処理を行った後、異音発生周波数帯域の音声データを分離した入力音声データに加算してＤＡＣ４３に出力するようにされる。
【００６０】
そして、ＤＡＣ４３において、ＤＳＰ４２から出力される音声データを音声信号に変換してアンプ８に供給し、アンプ８において所定の音声信号レベルまで増幅して、スピーカ９に供給するようにしている。
【００６１】
なお、アンプ８からスピーカ９に入力される音声信号から過大な異音発生周波数帯域信号の有無を検出する場合には、スピーカ９に入力される音声信号を分岐し、破線で示すようなＡＤＣ４４で再度デジタル変換して、ＤＳＰ４２にフィードバックすることも可能である。この場合は、ＡＤＣ４４を介してＤＳＰ４２にフィードバックされる音声データに、異音発生周波数帯域の音声データが含まれているときは、入力音声データのレベルを減衰させる、または所定レベルに調整すればよい。
【００６２】
また図１２は、上記図１１に示した音声出力装置の他の構成を示したブロック図である。なお、上記図１及び図１１の構成と同一部位には同一番号を付して説明は省略する。
この図１２に示す音声出力装置５０は、ＤＡＣ４３を利用することなく、ＤＳＰ４２から出力される音声データを直接デジタルアンプ４５で増幅し、デジタルアンプ４５からスピーカ９に所定の音声信号を供給するようにしている。
この場合も、デジタルアンプ４５からスピーカ９に入力される音声信号から過大な異音発生周波数帯域信号の有無を検出する場合には、上記同様、デジタルアンプ４５からスピーカ９に入力される音声信号を分岐し、破線で示したＡＤＣ４４でデジタル変換して、ＤＳＰ４２にフィードバックすれば実現することができる。
【００６３】
また図１３は、上記図１１、図１２に示した音声出力装置のＤＳＰ４２において、上記図１及び図９に示した音声出力装置のコンパレータ回路１２が実行する処理を実現するためのフローチャートである。
この場合、ＤＳＰ４２は、先ず、ステップＳ１０１において、入力される検出データに許容入力レベル以上の過大入力が含まれているか否かを判別するようにされる。そして、ステップＳ１０１において、検出データに過大入力が含まれていると判別したときは、ステップＳ１０２に進み、ステップＳ１０２において内蔵されているタイマーをオンにする。
【００６４】
そして、続くステップＳ１０３において、ステップＳ１０２において、タイマーをオンしてから、時間Ｔ１を経過したときに、ステップＳ１０４に進み、ステップＳ１０４において、入力音声データから異音発生周波数帯域の音声データを除去（減衰）させる帯域除去フィルタとしての機能をオンさせるようにする。
【００６５】
次に、ＤＳＰ４２は、ステップＳ１０５において、検出データにまだ過大入力が含まれているか否かを判別を行い、過大入力が無くなったときにステップＳ１０６に進み、ステップＳ１０６においてタイマーをオンにする。
そして、次のステップＳ１０７において、ステップＳ１０６においてタイマーをオンしてから時間Ｔ２を経過したときに、ステップＳ１０８に進み、ステップＳ１０８において帯域除去フィルタとしての機能をオフするようにしている。
【００６６】
一方、ステップＳ１０７において、時間Ｔ２経過していないと判別したときは、ステップＳ１０９に進み、ステップＳ１０９において、再度、過大入力の有無を判別する。そして、過大入力が無なければステップＳ１０７に戻り、時間Ｔ２を経過したかどうかの判別を行う。
【００６７】
これに対して、ステップＳ１０９において、過大入力有りと判別したときは、ステップＳ１１０において、上記ステップＳ１０６でオンにしたタイマーのタイマー値をリセットした後、ステップＳ１０５に戻り、ステップＳ１０５からの処理を行うようにする。このような処理を行うようにすれば、上記図１及び図９に示した音声出力装置の信号レベル調整部１３とほぼ同等の機能をＤＳＰ４２により実現することができるようになる。
【００６８】
なお、本実施の形態の音声出力装置においては、スピーカにおいて異音などの不具合を発生させる異音発生周波数帯域を、スピーカの振動板の振幅が最大になる最低再生周波数以下の周波数帯域として説明したが、これはあくまでも一例であり、異音発生周波数帯域は任意に設定可能である。
例えばスピーカに許容入力レベル以上の過大入力が有ったときに、スピーカから「ビビリ音」を発生させるような周波数帯域が存在する場合には、そのような周波数帯域を異音発生周波数帯域として設定することも可能である。
その場合は、例えば図１及び図９に示した音声出力装置であれば、帯域減衰フィルタ１０とローパスフィルタ１１、図１０に示した音声出力装置であれば、帯域減衰フィルタ１０とバンドパスフィルタ３３の周波数特性を変更するだけで、容易に実現できるものである。
【００６９】
【発明の効果】
以上の説明からわかるように、本発明では、動作決定手段において、音声出力手段に対して供給する音声信号の所要帯域の信号レベルと、音声出力手段の許容レベルとに応じて、減衰手段を動作させるか否かを決定することで、音声出力手段に対して、所要帯域の信号が一定以上入力されるのを制限するようにしている。
【００７０】
また本発明では、帯域信号減衰手段で入力音声信号から所要帯域の信号を減衰すると共に、帯域信号抽出手段で帯域信号減衰手段で減衰した所要帯域の信号だけを抽出し、レベル調整手段により、抽出した信号が所定レベルより小さくなるように調整して、帯域信号減衰手段からの信号と加算して音声信号として出力することで、音声信号の所要帯域の信号レベルを所定レベルより小さく保つようにしている。
【００７１】
これにより、音声出力手段に対して、その許容レベルを超えるような過大レベルの信号が入力されることにより発生する種種の不具合を防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態としての音声出力装置の構成を示したブロック図である。
【図２】密閉形のスピーカにおける最低再生周波数と振幅レベルの関係を示した図である。
【図３】バスレフ形のスピーカにおける最低再生周波数と振幅レベルの関係を示した図である。
【図４】第１の実施の形態としての音声出力装置に設けられているローパスフィルタの周波数特性を示した図である。
【図５】第１の実施の形態としての音声出力装置に設けられている帯域除去フィルタの周波数特性を示した図である。
【図６】第１の実施の形態としての音声出力装置に設けられている切替スイッチの動作タイミングを示した図である。
【図７】第１の実施の形態としての音声出力装置に設けられる信号レベル調整部のフィルタ回路の構成を示した図である。
【図８】図７に示した信号レベル調整部から出力される音声信号の周波数特性を示した図である。
【図９】第２の実施の形態としての音声出力装置の構成を示したブロック図である。
【図１０】第３の実施の形態としての音声出力装置の構成を示したブロック図である。
【図１１】第４の実施の形態としての音声出力装置の構成を示したブロック図である。
【図１２】図１１に示した音声出力装置の他の構成を示したブロック図である。
【図１３】第４の実施の形態としての音声出力装置のＤＳＰが実行する処理の一例を示したフローチャートである。
【図１４】従来の音声出力装置の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１ 音声出力装置、２ 音声信号入力部、３ バッファ回路、４ アッテネータ、５ ハイパスフィルタ、６ 切替スイッチ、７ １１ ローパスフィルタ、８ アンプ、９ スピーカ、１０ 帯域減衰フィルタ、１２ａ コンパレータ、１２ｂ 時定数回路、１２ コンパレータ回路、１３ ３５ 信号レベル調整部、１４ ハイパスフィルタ回路、１５ ローパスフィルタ回路、３１ 帯域除去フィルタ、３２ 加算器、３３ バンドパスフィルタ、３４ オートゲインコントロール回路、４１ ４４ ＡＤＣ、４２ ＤＳＰ、４３ ＤＡＣ、４５ デジタルアンプ
Claims (12)
- 音声出力手段に供給するために入力された音声信号から所要帯域の信号成分を減衰させる減衰手段と、
前記音声出力手段に対して供給する音声信号の所要帯域の信号レベルと前記音声出力手段の許容レベルとに応じて、前記減衰手段を動作させるか否かを決定する動作決定手段と、
を備えていることを特徴とする信号レベル調整装置。 - 前記動作決定手段が動作決定に用いる所要帯域の信号レベルは、音声信号源から前記信号レベル調整装置に入力された音声信号から得ることを特徴とする請求項１に記載の信号レベル調整装置。
- 前記動作決定手段が動作決定に用いる所要帯域の信号レベルは、前記信号レベル調整装置から出力された音声信号から得ることを特徴とする請求項１に記載の信号レベル調整装置。
- 前記動作決定手段は、
前記入力音声信号に含まれる所要帯域の信号が、所定レベル以上であるときは、前記所要帯域の信号が所定レベル以上になった時点から所定開始時間経過したときに、前記減衰手段を動作させるように制御することを特徴とする請求項１に記載の信号レベル調整装置。 - 前記動作決定手段は、
前記減衰手段が動作している状態において、前記入力音声信号に含まれる所要帯域の信号が所定レベル以下であるときは、その所要帯域の信号のレベルが所定終了時間以上継続して所定レベル以下になったときに、前記減衰手段を動作させないように制御することを特徴とする請求項１に記載の信号レベル調整装置。 - 音声出力手段と、
前記音声出力手段に供給するために入力された音声信号から所要帯域の信号成分を減衰させる減衰手段と、
前記音声出力手段に対して供給する音声信号の所要帯域の信号レベルと前記音声出力手段の許容レベルとに応じて、前記減衰手段を動作させるか否かを決定する動作決定手段と、
を備えていることを特徴とする音声出力装置。 - 前記動作決定手段が動作決定に用いる所要帯域の信号レベルは、音声信号源から入力された音声信号から得ることを特徴とする請求項６に記載の音声出力装置。
- 前記動作決定手段が動作決定に用いる所要帯域の信号レベルは、前記音声出力手段に入力される音声信号から得ることを特徴とする請求項６に記載の音声出力装置。
- 前記動作決定手段は、
前記入力音声信号に含まれる所要帯域の信号が、所定レベル以上であるときは、前記所要帯域の信号が所定レベル以上になった時点から所定開始時間経過したときに、前記減衰手段を動作させるように制御することを特徴とする請求項６に記載の音声出力装置。 - 前記動作決定手段は、
前記減衰手段が動作している状態において、前記入力音声信号に含まれる所要帯域の信号が所定レベル以下であるときは、その所要帯域の信号のレベルが所定終了時間以上継続して所定レベル以下になったときに、前記減衰手段を動作させないように制御することを特徴とする請求項６に記載の音声出力装置。 - 入力音声信号から所要帯域の信号を減衰する帯域信号減衰手段と、
前記所要帯域の信号だけを抽出する帯域信号抽出手段と、
前記帯域信号抽出手段で抽出された信号のレベルが所定レベルとなるように調整するレベル調整手段と、
前記帯域信号減衰手段から出力される信号と、前記レベル調整手段から出力される信号とを加算して出力する加算手段と、
を備えていることを特徴とする信号レベル調整装置。 - 入力音声信号から所要帯域の信号を減衰する帯域信号減衰手段と、
前記所要帯域の信号だけを抽出する帯域信号抽出手段と、
前記帯域信号抽出手段から出力される信号のレベルが、所定レベルより小さくなるように調整するレベル調整手段と、
前記帯域信号減衰手段から出力される信号と、前記レベル調整手段から出力される信号とを加算する加算手段と、
前記加算手段から出力される音声信号に応じた音声を出力する音声出力手段と、
を備えていることを特徴とする音声出力装置。
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