JP2008141644A - 音声信号増幅装置および音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源電圧が十分に高い間は、電源電圧の大きさにかかわらず最大出力レベルを一定に保ち、電源電圧が下がると出力ダイナミックレンジに対してクリップしないよう、出力レベルを最適なレベルに自動的に設定する。
【解決手段】利得制御信号に応じた増幅率で音声信号を増幅する利得可変増幅回路101と、電源電圧が所定値より高い状態では電源電圧にかかわらずレベルが一定であり、電源電圧が所定値より低い状態では電源電圧に応じてレベルが変化する検波信号フィードバック量制御信号を出力する検波レベル制御回路200と、利得可変増幅回路101の出力を検波して検波信号を出力し、検波信号を利得可変増幅回路101の利得制御端子122にフィードバック入力し、かつ検波レベル制御回路200から出力される検波信号フィードバック量制御信号のレベルに応じて検波信号のレベルを変化させる検波回路102とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピーカを駆動するための半導体集積回路からなる音声信号増幅装置において、スピーカ出力のクリップを防ぎ音質の悪化を防ぐためのＡＧＣ回路を備えた音声信号増幅装置に関するものである。また、本発明は、それを用いた音響装置に関するものである。

近年、ノートＰＣ（ノート型パーソナルコンピュータ）、ＤＶＣ（デジタル・ビデオ・カメラ）、ＤＳＣ（デジタル・スチル・カメラ）、ＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシスタンツ）等のポータブルオーディオ機器（典型的には電池で駆動される装置）の分野では、消費電力の削減等を目的として装置の電源電圧を低くしている。

また、装置の小型化および低価格化を目的として、より小型で薄型のスピーカを採用している。スピーカの小型化や薄型化によって、スピーカ自身の能力が小さくなり、聴感上その音量が小さくなってきている。

これらのことに起因して、聴感上の音量が物足りないのでもっと音量を大きくして欲しいというユーザからの要望が聞かれる。しかし、装置の低電源電圧化によりスピーカ駆動用増幅回路などの回路の出力ダイナミックレンジが小さいため、それらの回路の出力信号のレベルを上げると、出力信号の波形が電源電圧で制限されてクリップされ、歪んでしまい、音質が悪化する。そのため、音声信号の出力レベルを上げられないという問題があった。

そこで、スピーカ駆動用増幅回路を含む音声信号増幅装置にＡＧＣ（Auto Gain Control）を内蔵し、かつ動作させる電源の電圧を上げたり、またこれらの回路の電源線を電源電圧レギュレータ（典型的にはＤＣ−ＤＣコンバータ）を通して接続するのでなく、電池に直結して、音声信号増幅装置の電源電圧をできるだけ上げたりする対策がとられている。これにより、音声信号増幅装置の回路の出力ダイナミックレンジを大きくすることができ、また出力信号のクリップを防ぐことができる。

以下、従来例の音声信号増幅装置およびそれを用いた音響装置について図５〜図７を用いて説明する。はじめに、図５を用いて従来例の音声信号増幅装置および音響装置の構成を説明する。

図５は、従来例のＡＧＣ機能を有する音響装置（音声信号増幅装置を含む）の構成を示すブロック図である。図５において、符号５００は音声信号増幅装置を示し、符号１０５はスピーカを示す。音声信号増幅装置５００は、入力端子１１１、利得可変増幅回路１０１、検波回路１０２、スピーカ駆動用増幅回路１０３、検波レベル調整用制御回路１０４、出力端子１１２を有する。符号１１３は音声信号増幅装置５００の電源電圧を入力する電源電圧入力端子である。

本明細書および特許請求の範囲の記載において、利得可変増幅回路１０１の増幅率は、１以上であっても良く、１未満であっても（減衰回路）良い。

従来例の音響装置（音声信号増幅装置５００を含む。）は、以下のように構成される。入力端子１１１は外部から音声信号を入力する。利得可変増幅回路１０１は、音声信号を入力する入力端子１２１と、利得制御信号を入力する利得制御信号入力端子１２２とを有し、利得制御信号に応じた増幅率で音声信号を増幅する。電源電圧入力端子（検波レベル制御信号入力端子）１１３は電源電圧（検波レベル制御信号）を入力する。検波レベル調整用制御回路１０４は、電源電圧（検波レベル制御信号）に応じたレベルの電圧を検波信号フィードバック量制御信号として出力する。

検波レベル調整用制御回路１０４から出力される検波信号フィードバック量制御信号は、電源電圧に応じて変動する電圧あるいは電流のことである。例えば、電源電圧をＶＣＣ、電源電圧に応じて変動する電圧をＶＤＥＴ、αを任意の定数とすると、電圧ＶＤＥＴは、
ＶＤＥＴ=α×ＶＣＣ
で表される。定数αは検波レベル調整用制御回路１０４で任意に変更可能である。

検波レベル調整回路１０４の構成として、最も簡単なものは、以下に示すような構成である。すなわち、電源電圧ＶＣＣを抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧する構成である。

よって、
ＶＤＥＴ ＝α×ＶＣＣ
＝（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））×ＶＣＣ
となる。

ただし、上記の構成では、電源電圧の変動が直接伝わり、電圧ＶＤＥＴのリプルによって、出力レベルが振動するため、安定化容量をつけるなどの対策が必要となる。

検波回路１０２は、利得可変増幅回路１０１の出力信号を入力する入力端子１２３と、検波信号フィードバック量制御信号を入力する検波信号フィードバック量制御信号入力端子１２４とを有し、利得可変増幅回路１０１の出力信号を検波して得た検波信号であって、検波信号フィードバック量制御信号（電圧ＶＤＥＴ）に応じてレベルが変化する検波信号を、利得制御信号として利得制御信号入力端子１２２に入力する。

検波回路１０２は、利得可変増幅回路１０１の出力信号を全波整流した信号と電圧ＶＤＥＴとを比較し、
ＶＤＥＴ＜利得可変増幅回路１０１の出力信号を全波整流した信号
の関係となったときに、利得可変増幅回路１０１に検波信号を出力する。

スピーカ駆動用増幅回路１０３は、利得可変増幅回路１０１の出力信号を入力し、スピーカ駆動信号を出力する。出力端子１１２は、スピーカ駆動信号を出力する。外部スピーカ１０５は、スピーカ駆動信号を入力して音声を出力する。

以上のように構成された音響装置について、以下その動作について説明する。所定のレベル範囲の入力音声信号について、利得可変増幅回路１０１の出力信号のレベルは、検波回路１０２が出力する検波信号（利得制御信号）により制御されて、ほぼ一定に保たれる（以下、「ＡＧＣ機能が働く」と言う）。

図６は、電源の電圧（電源電圧入力端子１１３の電圧）がそれぞれＶＣ１、ＶＣ２（＝ＶＣ１＋α、αは正数）、ＶＣ３（＝ＶＣ１−β、βは正数）の場合の音声信号増幅装置５００の入出力特性２０１、２０２、２０３を示す図である。音声信号増幅装置５００において、ＡＧＣ機能が働いている入力音声レベルの範囲における、スピーカ駆動用増幅回路１０３が出力するスピーカ駆動信号のレベルは、出力ダイナミックレンジに対してクリップしないレベルに設定されている。図６において、横軸は入力端子１１１に入力される音声信号の入力レベルＶＩＮを表し、縦軸は出力端子１１２から出力される音声信号の出力レベルＶＯＵＴを表す。横軸および縦軸は対数で表示されている。

入出力特性２０１において、電源の電圧がＶＣ１の場合の音声信号増幅装置５００のＡＧＣ機能が働き始める入力レベル（入力端子１１１におけるレベル）はＶＩ１、その時の音声信号増幅装置５００の出力レベル（出力端子１１２におけるレベル）はＶＯ１である。出力レベルＶＯ１は出力ダイナミックレンジに対してわずかに低く、音声信号増幅装置５００の出力信号の波形は歪まない。

ＡＧＣ機能が働かない時（入力音声信号のレベルが非常に小さい時）の音声信号増幅装置５００の入力から出力までの利得（ゲイン）をＧ（=ＶＯＵＴ／ＶＩＮ）とする。

入出力特性２０１において、入力レベルＶＩＮが０〜ＶＩ１の時は、ＶＯＵＴ=ＶＩＮ×Ｇとなり（logＶＯＵＴ=logＶＩＮ＋logＧ）、入力レベルＶＩＮがＶＩ１以上の時は、ＶＯＵＴ=ＶＯ１となる。このように、入出力特性２０１において、電源電圧がＶＣ１のときは、入力レベルＶＩＮがＶＩ１以上になると、検波回路１０２が動作し、検波回路１０２の出力信号で利得可変増幅回路１０１はその出力信号が一定になるように制御される。
電源電圧がＶＣ３のときは、入力レベルＶＩＮがＶＩ３以上になると検波回路１０２が動作し、電源電圧がＶＣ２のときは入力レベルＶＩＮがＶＩ２以上になると検波回路１０２が動作する。

検波レベル調整用制御回路１０４は、電源電圧（検波レベル制御信号）に応じて生成した検波信号フィードバック量制御信号を出力する。電源電圧がＶＣ２となった場合は、音声信号増幅装置５００のＡＧＣ機能が働き始める入力レベルはＶＩ２となり、その時の音声信号増幅装置５００の出力レベルはＶＯ２となり、その時の入出力特性２０２となる。電源電圧がＶＣ３となった場合は、音声信号増幅装置５００のＡＧＣ機能が働き始める入力レベルはＶＩ３となり、その時の音声信号増幅装置５００の出力レベルはＶＯ３となり、その時の入出力特性２０３となる。

図７は、一般的な電池の電圧特性および音声信号増幅装置５００が働いた時の出力レベルの特性を示す図である。図７において、横軸は、音声信号増幅装置５００を含む機器に接続された電池の使用時間（単位は時間Ｈ）を示し、縦軸は電池の電圧つまり電源電圧（単位は電圧Ｖ）を示す。符号３０１（ＶＣ１）は、一般的な電池の時間―電圧特性を示す。符号３０２（ＶＯ１）は、電池の電圧特性が符号３０１の場合における、音声信号増幅装置５００の出力レベルＶＯＵＴの特性を示す。出力レベルは、スピーカ駆動用増幅回路１０３の出力ダイナミックレンジに対して、クリップしないレベルに設定される。

このように、従来例の音声信号増幅装置５００は、ＡＧＣ機能により、スピーカ駆動用増幅回路１０３が出力するスピーカ駆動信号が電源電圧によりクリップされることを防止している。また、電源電圧の変動に伴ってＡＧＣ機能が働いた時の出力レベルが変動するため、常に最適な出力レベルを保持することができ、これにより、音割れによる音質の劣化を防止しつつ、電源電圧により制限される限度内で大きなレベルの音声信号を出力している。
特開２００５−０７２９８３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、以下のような問題があった。従来例の音声信号増幅装置は、電源の電圧によって出力レベルが変化する。図７より、従来の構成では、ＡＧＣ機能が働いた場合の音声信号増幅装置の出力レベルをＶＯ１とすると、電池の電圧の変動に対して、常に最大の出力レベルに設定される。

一般的に電池は、フル充電時（あるいは電源コンセントに接続している状態）が、一番電圧が高く、その後、すぐに一定電圧となる（図７の期間ＴＡに相当する）。次にその一定電圧から徐々に電圧が低下していく、という特性を持っている（図７の期間ＴＢに相当する）。

よって、フル充電時や、あるいは電源コンセントに接続している状態では、スピーカの最大定格出力を超える可能性や、あるいは機器のスピーカの出力レベルの公称の問題などで、出力最大レベルには制限をかけたいとの要望がある。

本発明は、上記従来例の問題点を解決するもので、電源電圧が十分に高い間は、電源電圧の大きさにかかわらず最大出力レベルを一定に保つことができ、また電源電圧が下がると出力ダイナミックレンジに対してクリップしないよう、制御信号に応じて出力レベルを最適なレベルに自動的に設定することができる音声信号増幅装置および音響装置を提供することを目的としている。

また、本発明は、ＡＧＣ機能が働いているときの出力レベルを固定にするか、電源電圧に依存させるかを任意に決めることができ、複数の機器に柔軟に対応することが可能となる音声信号増幅装置および音響装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の第１の音声信号増幅装置は、音声信号と利得制御信号とを入力し、前記利得制御信号に応じた増幅率で前記音声信号を増幅する利得可変増幅回路と、電源電圧のレベルが所定値より高い状態では前記電源電圧のレベルにかかわらずレベルが一定であり、前記電源電圧のレベルが前記所定値より低い状態では前記電源電圧のレベルに応じてレベルが変化する検波信号フィードバック量制御信号を出力する検波レベル制御回路と、前記利得可変増幅回路の出力を検波して検波信号を出力し、前記検波信号を前記利得可変増幅回路の利得制御端子にフィードバック入力し、かつ前記検波レベル制御回路から出力される前記検波信号フィードバック量制御信号のレベルに応じて前記検波信号のレベルを変化させる検波回路とを備えている。

この構成によれば、電源電圧が十分に高い間は、電源電圧の大きさにかかわらず最大出力レベルを一定に保つことができ、また電源電圧が下がると出力ダイナミックレンジに対してクリップしないよう、電源電圧に応じて出力レベルを最適なレベルに自動的に設定することができる。検波レベル制御信号は電圧あるいは電流といったアナログ信号であってもよく、“１”と“０”のビットの組み合わせで表されるデジタル信号であってもよい。つまり、利得可変増幅器の形式により、電圧あるいは電流で利得を可変する形式であれば、検波レベル制御信号は電圧あるいは電流といったアナログ信号となる。また、“１”及び“０”のビット数に応じて組み合わせで利得を可変する形式であれば、１及び０のビットを検波レベル制御信号とするデジタル信号となる。

上記第１の音声信号増幅装置においては、検波レベル制御回路は、前記電源電圧を検波レベル制御信号として入力し、前記検波レベル制御信号のレベルに応じてレベルが変化する電圧を出力する検波レベル調整用制御回路と、
一定レベルの電圧を出力する定電圧発生回路と、
前記電源電圧を所定の閾値電圧と比較し、前記電源電圧と所定の閾値電圧との比較結果に応じた電源電圧検出信号を出力する電源電圧検出回路と、
前記検波レベル調整用制御回路から出力される電圧と前記定電圧発生回路から出力される電圧とを、前記電源電圧検出信号に応じて選択して前記検波信号フィードバック量制御信号として前記検波回路へ供給する切換回路とからなることが好ましい。

上記構成の音声信号増幅装置においては、利得可変増幅回路の出力信号を入力し、スピーカ駆動信号を出力するスピーカ駆動用増幅回路と、スピーカ駆動信号を出力する出力端子とをさらに備えていてもよい。

この構成によれば、スピーカの音量を機器に応じて最適なレベルに設定することが可能な音声信号増幅装置を実現できる。

上記構成の音声信号増幅装置においては、電源電圧を直接供給するバッテリをさらに備えていることが好ましい。

この構成によれば、電源はレギュレータでもバッテリでも制限されることなく、スピーカの音量を機器に応じて最適なレベルに設定することが可能な音声信号増幅装置を実現できる。すなわち、バッテリを内蔵していない機器であれば、電源はレギュレータとなるが、バッテリを内蔵している機器であれば、バッテリかあるいはレギュレータのどちらから電源を供給しても常に最適なレベルに設定することが可能である。

本発明の音響装置は、上記の第１の音声信号増幅装置と、スピーカ駆動用信号を入力して音声を出力するスピーカとを備えている。

この構成によれば、スピーカの音量を機器に応じて最適なレベルに設定することが可能な音響装置を実現できる。

本発明の第２の音声信号増幅装置は、音声信号と利得制御信号とを入力し、前記利得制御信号に応じた増幅率で前記音声信号を増幅する利得可変増幅回路と、検波レベル制御信号を入力し、前記検波レベル制御信号に応じて変化する電圧を出力する検波レベル調整用制御回路と、一定レベルの電圧を出力する定電圧発生回路と、前記検波レベル調整用制御回路から出力される電圧と前記定電圧発生回路から出力される電圧とのいずれかを選択して前記検波信号フィードバック量制御信号として前記検波回路へ供給する切換回路と、前記利得可変増幅回路の出力を検波して検波信号を出力し、前記検波信号を前記利得可変増幅回路の利得制御端子にフィードバック入力し、かつ前記切換回路の出力信号のレベルに応じて前記検波信号のレベルを変化させる検波回路とを備えている。

この構成によれば、例えば、ＡＧＣ機能が働いているときの出力レベルを固定にするか、電源電圧に依存させるかを任意に決めることができ、複数の機器に柔軟に対応することが可能となる。

上記第２の音声信号増幅装置においては、検波レベル調整用制御回路は、例えば電源電圧を検波レベル制御信号として入力する。また、上記第２の音声信号増幅装置においては、前記切換回路に切換制御信号を外部から与える端子を設けることが好ましい。

このように構成することで、外部信号によってＡＧＣ機能が働いているときの出力レベルを固定にするか、電源電圧に依存させるかを任意に決めることができ、複数の機器に柔軟に対応することが可能となる。

上記構成の音声信号増幅装置においては、利得可変増幅回路の出力信号を入力し、スピーカ駆動信号を出力するスピーカ駆動用増幅回路と、スピーカ駆動信号を出力する出力端子とをさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、スピーカの音量を機器に応じて最適なレベルに設定することが可能な音声信号増幅装置を実現できる。

上記構成の音声信号増幅装置においては、電源電圧を直接供給するバッテリをさらに備えていることが好ましい。

この構成によれば、電源はレギュレータでもバッテリでも制限されることなく、スピーカの音量を機器に応じて最適なレベルに設定することが可能な音声信号増幅装置を実現できる。すなわち、バッテリを内蔵していない機器であれば、電源はレギュレータとなるが、バッテリを内蔵している機器であれば、バッテリかあるいはレギュレータのどちらから電源を供給しても常に最適なレベルに設定することが可能である。

本発明の音響装置は、上記の第２の音声信号増幅装置と、スピーカ駆動用信号を入力して音声を出力するスピーカとを備えている。

この構成によれば、スピーカの音量を機器に応じて最適なレベルに設定することが可能な音響装置を実現できる。

本発明の第１の発明によれば、電源電圧が十分に高い間は、電源電圧の大きさにかかわらず最大出力レベルを一定に保つことができ、つまり一定値を超えないように制限することができ、また電源電圧が下がると出力ダイナミックレンジに対してクリップしないよう、制御信号に応じて出力レベルを最適なレベルに自動的に設定することができる。

また、本発明の第２の発明によれば、ＡＧＣ機能が働いているときの出力レベルを固定にするか、電源電圧に依存させるかを任意に決めることができ、複数の機器に柔軟に対応することが可能となる。

以下、本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の音声信号増幅装置および音響装置について図１、図２、図３を用いて説明する。

はじめに、図１を用いて本発明の実施の形態１の音声信号増幅装置および音響装置の構成を説明する。

図１は、ＡＧＣ機能を有する本発明の実施の形態１の音響装置（音声信号増幅装置を含む。）の構成を示すブロック図である。図１において、符号１００は音声信号増幅装置を示し、符号１０５は外部スピーカを示す。音声信号増幅装置１００は、入力端子１１１、利得可変増幅回路１０１、検波回路１０２、検波レベル調整用制御回路１０４、スピーカ駆動用増幅回路１０３、定電圧発生回路１３１、電圧検出特性にヒステリシスを有する電源電圧検出回路１３２、切換スイッチ４０１、出力端子１１２を有する。符号１１３は音声信号増幅装置１００の電源電圧を入力する電源電圧入力端子である。実施の形態１の音響装置は、電源線を電池（一次電池でもよく、二次電池でもよい。）の出力端子と直接接続している。

図１が図５と異なる点は、定電圧発生回路１３１と電源電圧検出回路１３２と切換スイッチ４０１とを設けたことである。それ以外の点において、実施の形態１の音声信号増幅装置１００は、従来例と同一である。図１において、従来例（図５）と同一のブロックには同一の符号を付している。

上記構成において、検波レベル調整用制御回路１０４と定電圧発生回路１３１と切換スイッチ４０１と電源電圧検出回路１３２とで、検波レベル制御回路２００が構成される。この検波レベル制御回路２００は、電源電圧のレベルが所定値より高い状態では電源電圧のレベルにかかわらずレベルが一定であり、電源電圧のレベルが所定値より低い状態では検波レベル制御信号のレベル、つまり電源電圧のレベルに応じてレベルが変化する検波信号フィードバック量制御信号を出力する。

本発明の実施の形態１の音響装置（音声信号増幅装置１００を含む。）は、以下のように構成される。入力端子１１１は外部から音声信号を入力する。利得可変増幅回路１０１は、音声信号を入力する入力端子１２１と、利得制御信号を入力する利得制御信号入力端子１２２とを有し、利得制御信号に応じた増幅率で音声信号を増幅する。電源電圧入力端子（検波レベル制御信号入力端子）１１３は、電源電圧（検波レベル制御信号）を入力する。

検波レベル調整用制御回路１０４は、電源電圧（検波レベル制御信号）に応じたレベルの電圧を検波信号フィードバック量制御信号として出力する。定電圧発生回路１３１は、電源電圧から一定のレベルの電圧を検波信号フィードバック量制御信号として発生し、その定電圧を出力する。

検波レベル調整用制御回路１０４から出力される検波信号フィードバック量制御信号は、電源電圧に応じて変動する電圧あるいは電流のことである。例えば、電源電圧をＶＣＣ、電源電圧に応じて変動する電圧をＶＤＥＴ、αを任意の定数とすると、電圧ＶＤＥＴは、
ＶＤＥＴ=α×ＶＣＣ
で表される。定数αは検波レベル調整用制御回路１０４で任意に変更可能である。

検波レベル調整回路１０４の構成として、最も簡単なものは、以下に示すような構成である。すなわち、電源電圧ＶＣＣを抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧する構成である。

よって、
ＶＤＥＴ ＝α×ＶＣＣ
＝（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））×ＶＣＣ
となる。

ただし、上記の構成では、電源電圧の変動が直接伝わり、電圧ＶＤＥＴのリプルによって、出力レベルが振動するため、安定化容量をつけるなどの対策が必要となる。

切換スイッチ４０１がＢ側のときは、電圧ＶＤＥＴは電源電圧によらず一定である。

電源電圧検出回路１３２は、電源電圧あるいは電源電圧に依存する電圧と、電源電圧に依存しない第１の基準電圧または第２の基準電圧とを比較し、電源電圧検出信号を出力する。具体的には、電源電圧あるいは電源電圧に依存する電圧が第１の基準電圧を下回ったときに電源電圧検出信号を一方のレベルから他方のレベルへ変化させ、それによって切換スイッチ４０１を端子Ｂ側から端子Ａ側に切り換え、電源電圧あるいは電源電圧に依存する電圧が第１の基準電圧より高い第２の基準電圧を上回ったときに電源電圧検出信号を他方のレベルから一方のレベルに変化させ、それによって切換スイッチ４０１を端子Ａ側から端子Ｂ側に切り換える。

切換スイッチ４０１は、電源電圧検出回路１３２の出力信号によって、上記したように、端子Ａ側と端子Ｂ側とを切り換えることにより、検波レベル調整用制御回路１０４から出力される検波信号フィードバック量制御信号か定電圧発生回路１３１から出力される定電圧（検波信号フィードバック量制御信号）かを選択する。

検波回路１０２は、利得可変増幅回路１０１の出力信号を入力する入力端子１２３と、切換スイッチ４０１により選択された出力信号（検波信号フィードバック量制御信号か定電圧）を入力する検波信号フィードバック量制御信号入力端子１２４とを有し、利得可変増幅回路１０１の出力信号を検波して得た検波信号であって、検波信号フィードバック量制御信号に応じてレベルが制御される検波信号を、利得制御信号として利得制御信号入力端子１２２に入力する。

検波回路１０２は、先行技術に記載したものと同様に、利得可変増幅回路１０１の出力信号を全波整流した信号と電圧ＶＤＥＴとを比較し、
ＶＤＥＴ＜利得可変増幅回路１０１の出力信号を全波整流した信号
の関係となったときに、利得可変増幅回路１０１に検波信号を出力する。

スピーカ駆動用増幅回路１０３は、利得可変増幅回路１０１の出力信号を入力し、スピーカ駆動信号を出力する。出力端子１１２は、スピーカ駆動信号を出力する。外部スピーカ１０５は、スピーカ駆動信号を入力して音声を出力する。

以上のように構成された音響装置について、以下その動作について説明する。所定のレベル範囲の入力音声信号について、利得可変増幅回路１０１の出力信号のレベルは、検波回路１０２が出力する検波信号（利得制御信号）により制御されて、ほぼ一定に保たれる。入出力特性は、従来例の図６と同様となる。図６において、電源電圧入力端子１１３（電源電圧）がＶＣ１の場合、音声信号増幅装置１００のＡＧＣ機能が働き始める入力レベル（入力端子１１１におけるレベル）はＶＩ１、その時の音声信号増幅装置１００の出力レベル（出力端子１１２におけるレベル）はＶＯ１である。出力レベルＶＯ１は任意に設定可能である。

図２は電源電圧を与える電池の一般的な電圧特性（符号３０１で示す）と、本発明の実施の形態１における音声信号増幅装置の出力レベル特性（符号３０３で示す）を示したものである。横軸は時間（単位はＨ）を示し、縦軸は電圧（単位はＶ）を示す。図２の横軸において、時刻０−ＴＳＷの期間は、電源電圧が高いため、出力レベルＶＯ１は電源電圧ＶＣ１に依存せず、常に一定の最大出力レベルを保持する。なぜなら、切換スイッチ４０１は、電源電圧検出回路１３２の出力によって、端子Ｂに接続されており、検波回路１２３の検波信号フィードバック量制御信号を入力する検波信号フィードバック量制御信号入力端子１２４には、電源電圧に依存せず一定レベルの電圧を発生させる定電圧発生回路１３１の出力（定電圧）が入力されている。

次に、電源電圧ＶＣ１が時間の経過とともに降下してきた場合、電源電圧検出回路１３２は任意の第１の基準電圧（電源電圧に依存しない一定電圧）と電源電圧ＶＣ１とを比較し、電源電圧ＶＣ１が第１の基準電圧（定められた閾値）を下回ると、切換スイッチ４０１を端子Ｂ側から端子Ａ側へと切り換える電源電圧検出信号を出力する。この時、検波回路１２３の検波信号フィードバック量制御信号を入力する入力端子１２４には検波レベル調整用制御回路１０４の出力が入力される。時刻ＴＳＷ以降は、電源電圧に対して、出力がクリップしないよう自動で出力レベルが調整される。説明は従来例と同じため省略する。

ここで、電源電圧検出回路１３２の出力信号により切換スイッチ４０１が端子Ａ側または端子Ｂ側に切り換わるが、切り換わる時刻ＴＳＷ付近では、電源電圧は必ずしも一定に降下しているわけではない。これは、音声信号増幅装置１００以外にも電池に接続されている装置や半導体集積回路などがあり、動作状況によって消費電流が刻一刻と変化するためである。電源電圧検出回路１３２が閾値により切換スイッチを制御すると、上記の理由により、切換スイッチが端子Ａ側と端子Ｂ側との間で繰り返し切り換わる期間が存在する可能性があり、それによって出力信号が、例えばレベルがフワフワと変わったり、または切換時にパルス状の可聴帯域のノイズとして現れ、音質を悪化させてしまう。

そこで、上記したように、電源電圧検出回路１３２における電圧検出特性にヒステリシス特性をもたせ、いったん切換スイッチ４０１が切り換わった後は、第１の基準電圧ではなく第１の基準電圧とは異なる第２の基準電圧と電源電圧もしくは電源電圧に依存する電圧とを比較することにより、一度閾値を超えて切換スイッチ４０１が端子Ｂ側から端子Ａ側に切り換わった後、わずかな電源電圧の変動による切換スイッチ４０１のＯＮ／ＯＦＦの繰り返しを防ぐことが可能となる。このように、切換スイッチ４０１のＯＮ／ＯＦＦの繰り返しを防ぐためには、第１の基準電圧＜第２の基準電圧とすることが必要である。

図３は、電源電圧と電源電圧検出回路１３２の第１の基準電圧および第２の基準電圧と切換スイッチ４０１の動作とを示すタイミング図である。電源電圧がフル充電時から時間とともに降下してきた場合、時刻０−ＴＳＷ１の期間は切換スイッチ４０１は端子Ｂ側に接続されている。

つぎに、時刻ＴＳＷ１となって、電源電圧もしくは電源電圧に依存する電圧が第１の基準電圧を下回ったときには、切換スイッチ４０１は端子Ｂ側から端子Ａ側に切り換わる。閾値である第１の基準電圧は出力レベルＶＯ１に応じて、任意に設定可能である。

切換スイッチ４０１が端子Ｂ側から端子Ａ側に切り換わったあと、閾値電圧は第２の基準電圧（＝第１の基準電圧＋γ）に変更される。この後、内部で消費する電流が少なくなるなどして電源電圧が少し上がり、閾値付近で電源電圧が上下しても、切換スイッチはそれに連動して切り換わることを防ぐことが可能となる。ただし、δは所定の電圧である。

なお、上記の説明では、電源電圧検出回路１３２がヒステリシス特性を有するとして、説明をしたが、電源電圧検出回路１３２と切換スイッチ４０１との間に、ヒステリシス回路を設けてもよい。ヒステリシス機能を持たせる上で、簡単な方法のひとつに、ヒステリシスコンパレータの使用がある。電源電圧検出回路１３２からヒステリシス回路へ入力される電源電圧検出信号をＶＨＩＳとすると、電源電圧ＶＣＣに追従して変動する信号であればよく、任意の定数ａを導入して、
ＶＨＩＳ＝ａ×ＶＣＣ
を満足する信号であればよい。

例えば、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の抵抗分圧であれば、
ａ＝Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）
となる。

また、例えばトランジスタのＶＢＥを使用し、任意の定数ｂを導入して
ＶＨＩＳ＝ＶＣＣ−ｂ×ＶＢＥ
としてもよい。そして、電源電圧検出信号ＶＨＩＳを、ヒステリシス回路であるヒステリシスコンパレータによって、閾値電圧と比較する。

以上説明したように、本発明の実施の形態１では、電源電圧が高い期間は、電源電圧の変動に依存せず、常に一定の出力レベルを保持する、つまり、一定の電圧を超えないように出力レベルを制限するＡＧＣ機能を実現でき、しかも、電源電圧が降下してきた場合には、出力ダイナミックレンジに対して最適な出力レベルを保持することができる。これにより、電池の残量が少なくなるまでは常に一定の出力レベルを保持しつつ、つまり一定の出力レベルに制限しつつ、電池の残量が少なくなったときにも、波形が歪まずかつ電源電圧を有効に利用した出力レベルの音声信号を出力することが可能となる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の音声信号増幅装置および音響装置について、図４を用いて説明する。始めに、図４を用いて本発明の実施の形態２の音声信号増幅装置および音響装置の構成を説明する。

図４は、ＡＧＣ機能を有する本発明の実施の形態２の音響装置（音声信号増幅装置を含む。）の構成を示すブロック図である。実施の形態２の音響装置は、実施の形態１（図１）の電源電圧検出回路１３２に代えて、切換スイッチ４０１に接続された外部端子１１５を有する。符号４００は音声信号増幅装置を示す。それ以外の点において、実施の形態２の音響装置は、実施の形態１と同一である。図４において、実施の形態１（図１）と同一のブロックには同一の符号を付し、同一のブロックの説明を省略する。

この音響装置は外部機器との接続に外部端子１１５を有する。外部機器は外部端子１１５に切換スイッチ４０１の切換状態を選択するための切換制御信号を外部から入力する。なお、切換制御信号はアナログ信号であってもデジタル信号であってもよい。

本発明の実施の形態２の構成により、音響装置は、ＡＧＣ機能が働いているときの出力レベルを固定にするか、電源電圧に依存させるかを任意に決めることができ、複数種類の機器に柔軟に対応することが可能となる。

またＡＧＣ機能が動作した状態での出力レベルＶＣ１は任意に設定可能である。よって、多種多様な機器の仕様に合わせることが可能となる。

また、上記各実施の形態では、スピーカが接続されるものを例としてあげたが、スピーカではなく、イヤホンでも同じ効果が得られる。

本発明の音声信号増幅装置および音響装置は、例えば電池駆動のポータブルオーディオ機器として有効である。

本発明の実施の形態１における音響装置の構成を示すブロック図である。 一般的な電池の電圧特性および本発明の実施の形態１における音声信号増幅装置の出力レベルの特性を示す特性図である。 ヒステリシス機能の説明図である。 本発明の実施の形態２における音響装置の構成を示すブロック図である。 従来例の音響装置の構成を示すブロック図である。 従来例の音響信号増幅装置の入出力特性を示す図である。 一般的な電池の電圧特性および従来例の音声信号増幅装置の出力レベルの特性を示す特性図である。

符号の説明

１００、４００、５００ 音声信号増幅装置
１０１ 利得可変増幅回路
１０２ 検波回路
１０３ スピーカ駆動用増幅回路
１０４ 検波レベル調整用制御回路
１０５ 外部スピーカ
１１１ 入力端子
１１２ 出力端子
１１３ 電源電圧入力端子
１１５ 外部端子
１２１ 入力端子
１２２ 利得制御信号入力端子
１２３ 検波回路
１２４ 検波信号フィードバック量制御信号入力端子
１３１ 定電圧発生回路
１３２ 電源電圧検出回路
１３３ ヒステリシス回路
２００ 検波レベル制御回路
４０１ 切換スイッチ

Claims (11)

1. 音声信号と利得制御信号とを入力し、前記利得制御信号に応じた増幅率で前記音声信号を増幅する利得可変増幅回路と、
   電源電圧のレベルが所定値より高い状態では前記電源電圧のレベルにかかわらずレベルが一定であり、前記電源電圧のレベルが前記所定値より低い状態では前記電源電圧のレベルに応じてレベルが変化する検波信号フィードバック量制御信号を出力する検波レベル制御回路と、
   前記利得可変増幅回路の出力を検波して検波信号を出力し、前記検波信号を前記利得可変増幅回路の利得制御端子にフィードバック入力し、かつ前記検波レベル制御回路から出力される前記検波信号フィードバック量制御信号のレベルに応じて前記検波信号のレベルを変化させる検波回路とを備えた音声信号増幅装置。
2. 前記検波レベル制御回路は、
   前記電源電圧を検波レベル制御信号として入力し、前記検波レベル制御信号のレベルに応じてレベルが変化する電圧を出力する検波レベル調整用制御回路と、
   一定レベルの電圧を出力する定電圧発生回路と、
   前記電源電圧を所定の閾値電圧と比較し、前記電源電圧と所定の閾値電圧との比較結果に応じた電源電圧検出信号を出力する電源電圧検出回路と、
   前記検波レベル調整用制御回路から出力される電圧と前記定電圧発生回路から出力される電圧とを、前記電源電圧検出信号に応じて選択して前記検波信号フィードバック量制御信号として前記検波回路へ供給する切換回路とからなる請求項１記載の音声信号増幅装置。
3. 前記利得可変増幅回路の出力信号を入力し、スピーカ駆動信号を出力するスピーカ駆動用増幅回路と、前記スピーカ駆動信号を出力する出力端子とをさらに備えた請求項１または２に記載の音声信号増幅装置。
4. 電源電圧を直接供給するバッテリをさらに備えた請求項３に記載の音声信号増幅装置。
5. 請求項３または４に記載の音声信号増幅装置と、前記スピーカ駆動用信号を入力して音声を出力するスピーカとを備えた音響装置。
6. 音声信号と利得制御信号とを入力し、前記利得制御信号に応じた増幅率で前記音声信号を増幅する利得可変増幅回路と、
   検波レベル制御信号を入力し、前記検波レベル制御信号に応じて変化する電圧を出力する検波レベル調整用制御回路と、
   一定レベルの電圧を出力する定電圧発生回路と、
   前記検波レベル調整用制御回路から出力される電圧と前記定電圧発生回路から出力される電圧とのいずれかを選択して前記検波信号フィードバック量制御信号として前記検波回路へ供給する切換回路と、
   前記利得可変増幅回路の出力を検波して検波信号を出力し、前記検波信号を前記利得可変増幅回路の利得制御端子にフィードバック入力し、かつ前記切換回路の出力信号のレベルに応じて前記検波信号のレベルを変化させる検波回路とを備えた音声信号増幅装置。
7. 前記検波レベル調整用制御回路は、前記電源電圧を前記検波レベル制御信号として入力する請求項６記載の音声信号増幅装置。
8. 前記切換回路に切換制御信号を外部から与える端子を設けた請求項６または７に記載の音声信号増幅装置。
9. 前記利得可変増幅回路の出力信号を入力し、スピーカ駆動信号を出力するスピーカ駆動用増幅回路と、前記スピーカ駆動信号を出力する出力端子とをさらに備えた請求項６、７または８に記載の音声信号増幅装置。
10. 電源電圧を直接供給するバッテリをさらに備えた請求項９に記載の音声信号増幅装置。
11. 請求項９または１０に記載の音声信号増幅装置と、前記スピーカ駆動用信号を入力して音声を出力するスピーカとを備えた音響装置。

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