JP2009021840A - オーディオ増幅装置およびこれを備えたオーディオシステム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の機器が並列接続される車載用オーディオ増幅装置において消費電流の増加が原因となって、バッテリの内部抵抗や電源ラインの配線抵抗による電圧降下が著しくなり、バッテリの電圧が装置動作保証電圧から外れることを防止する。
【解決手段】オーディオ増幅装置本体１４の消費電力が互いに異なる２つの状態における前記増幅装置本体１４の電源端子に印加される電源の電圧および前記増幅装置本体１４の消費電流に基づいて、前記増幅装置本体１４の動作保証電圧を確保することが可能な前記消費電力の最大値を算出し、この算出結果に基づいて、前記消費電力が前記最大値を超えないようにすることが可能なオーディオ信号の信号レベルの制限値を算出し、前記増幅装置本体１４に入力されたオーディオ信号の信号レベルを、前記制限値を超えないように制限する。
【選択図】図１

Description

本発明は、オーディオ増幅装置およびこれを備えたオーディオシステムに係り、特に、電源に他の機器とともに並列接続された状態として使用するのに好適なオーディオ増幅装置およびこれを備えたオーディオシステムに関する。

従来から、音楽等のオーディオ信号を再生するオーディオシステムにおいて、一般に低音域と呼ばれる周波数帯域は、聴感上の認識感度が低いことが知られていた。

特に、車載用のオーディオシステムは、その取り付け位置やロードノイズなどによって、マスキング効果と呼ばれる現象が発生し、前述した低音域についての聴感上の認識感度の低下がさらに顕著なものとなっていた。

そこで、従来から、オーディオシステムでは、低音域をＤＳＰ(Digital Signal Processor)によって増強したり、別途低音域用にパワーアンプ（Power Amplifire）を追加する等の対処が行われていた。

特開平９−１３０１６０号公報 特開２００４−２１４７９３号公報

ところで、オーディオシステムは、電源に対して他の機器とともに並列接続された状態として他の機器と共通の電源を用いる場合があった。

図４は、この種のオーディオシステムの一例として、車載用オーディオシステム１を示したものであり、この車載用オーディオシステム１は、電源としてのバッテリ２およびオルターネータ３を有している。

これらバッテリ２とオルターネータ３とは、電源ライン４およびグラウンドライン５を介して互いに接続されており、オルターネータ３は、車両のエンジンの駆動にともなって発電を行うとともに、発電された電力をバッテリ２に供給してバッテリ２を充電するようになっている。

また、バッテリ２およびオルターネータ３には、電源ライン４およびグラウンドライン５を介して、オーディオ信号（音楽等）を再生するＣＤプレーヤ６と、このＣＤプレーヤ６によって再生されたオーディオ信号を電力増幅した上でスピーカ８に供給して音声出力するパワーアンプ７とが並列接続されている。

この他にも、バッテリ２およびオルターネータ３には、電源ライン４およびグラウンドライン５を介して電装系９およびエアコン１０等の種々の機器が並列接続されている。

このように、電源２，３に対して複数の機器が並列接続された状態において、ＣＤプレーヤ６によってオーディオ信号を再生すると、パワーアンプ７のゲイン倍した電力がスピーカ８に供給されることになり、消費電流が増えることになる。

そして、このような消費電流の増加が原因となって、バッテリ２の内部抵抗や電源ライン４の配線抵抗による電圧降下が著しくなり、パワーアンプ７に印加されるバッテリ２の電圧がパワーアンプ７の動作保証電圧から外れてしまうことがある。

この結果、パワーアンプ７が正常に動作しないことや、パワーアンプ７の保護回路が働いてしまうことがあり、ひいては、スピーカ８から出力される音が途切れてしまう等の聴取品位の劣化を招く場合があった。

さらに、パワーアンプ７の消費電流の増加にともなうバッテリ２の内部抵抗による電圧降下は、バッテリ２に並列接続された他の機器に対する電力の供給にも悪影響を与えるため、パワーアンプ７のみならず、他の機器をも適切に動作させることができないといった不具合を招く虞もあった。

そこで、本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、オーディオ信号を増幅させる際における電源に掛かる負担を軽減させることができ、ひいては、オーディオ信号を適切に増幅させることができるとともに、電源に並列接続されている各種の機器を適切に動作させることができるオーディオ増幅装置およびオーディオシステムを提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明に係るオーディオ増幅装置は、電源に対してオーディオ再生装置を含む複数の機器とともに並列接続され、かつ、前記オーディオ再生装置から入力されたオーディオ信号を増幅させてスピーカに出力するように形成されたオーディオ増幅装置であって、前記電源によってオーディオ増幅装置本体の電源端子に印加される電圧および前記オーディオ増幅装置本体の消費電流を監視する監視手段と、前記オーディオ増幅装置本体の消費電力が互いに異なるような前記オーディオ増幅装置本体の２つの電力消費状態における前記監視手段の監視結果に基づいて、前記オーディオ増幅装置本体の動作保証電圧を確保することが可能な前記オーディオ増幅装置本体の消費電力の最大値を算出し、この算出された前記消費電力の最大値に基づいて、前記オーディオ信号を増幅させる際における前記オーディオ増幅装置本体の消費電力が前記最大値を超えないようにすることが可能な前記オーディオ信号の信号レベルの制限値を算出する信号レベル制限値算出手段と、この信号レベル制限値算出手段の算出結果にしたがって、前記オーディオ増幅装置本体に入力された前記オーディオ信号の信号レベルを、前記制限値を超えないように制限する信号レベル制限手段とを備えたことを特徴としている。

このような構成によれば、オーディオ増幅装置本体に入力されたオーディオ信号の信号レベルが制限値を超えないようにすることができるので、オーディオ信号を増幅させる際における動作保証電圧を確保してオーディオ信号を適切に増幅させることができるとともに、電源側の電圧降下を緩和して電源に並列接続された複数の機器を適切に動作させることができる。

また、前記信号レベル制限値算出手段は、前記２つの電力消費状態における前記監視手段の監視結果に基づいて、前記電源の無負荷時電圧および前記電源と前記オーディオ増幅装置本体との間のインピーダンスにおける抵抗成分を算出し、これらの算出された前記無負荷時電圧および前記抵抗成分ならびに前記動作保証電圧の最小値に基づいて、前記オーディオ増幅装置本体の消費電力の最大値を算出し、この算出された前記消費電力の最大値、前記オーディオ増幅装置本体の電圧増幅率、前記スピーカのインピーダンスおよび前記オーディオ増幅装置本体の効率に基づいて、前記オーディオ信号の信号レベルの制限値を算出するように形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、電源の無負荷時電圧、抵抗成分、オーディオ増幅装置本体の電圧増幅率、スピーカのインピーダンスおよびオーディオ増幅装置本体の効率を加味してオーディオ信号の信号レベルの制限値を適切に算出することができるので、オーディオ信号の適切な増幅と、電源に並列接続された複数の機器の適切な動作とをさらに確実に実現することができる。

さらに、本発明のオーディオ増幅装置は、前記スピーカのインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、前記オーディオ増幅装置本体の効率を算出する効率算出手段とを備え、前記信号レベル制限値算出手段が、前記インピーダンス算出手段によって算出される前記スピーカのインピーダンスおよび前記効率算出手段によって算出される前記オーディオ増幅装置本体の効率の少なくとも一方の変動にともなって、前記制限値の算出結果を変動させることが可能に形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、スピーカのインピーダンスまたはオーディオ増幅装置本体の効率が変動した場合であっても、この変動に応じた適切な信号レベルの制限値を算出することができるので、オーディオ信号の適切な増幅と、電源に並列接続された複数の機器の適切な動作とをより確実に実現することができる。

さらにまた、本発明のオーディオ増幅装置は、車両に搭載されることが好ましい。

このような構成によれば、車載用の用途においても、オーディオ信号を適切に増幅させることができるとともに、電源（バッテリおよびオルターネータ）に接続された電装系やエアコン等の複数の機器を適切に動作させることができる。

また、本発明に係るオーディオシステムは、電源と、この電源に対してオーディオ再生装置を含む複数の機器とともに並列接続され、かつ、前記オーディオ再生装置から入力されたオーディオ信号を増幅させてスピーカに出力するように形成されたオーディオ増幅装置とを備えたオーディオシステムであって、前記オーディオ増幅装置が、前記電源によってオーディオ増幅装置本体の電源端子に印加される電圧および前記オーディオ増幅装置本体の消費電流を監視する監視手段と、前記オーディオ増幅装置本体の消費電力が互いに異なるような前記オーディオ増幅装置本体の２つの電力消費状態における前記監視手段の監視結果に基づいて、前記オーディオ増幅装置本体の動作保証電圧を確保することが可能な前記オーディオ増幅装置本体の消費電力の最大値を算出し、この算出された前記消費電力の最大値に基づいて、前記オーディオ信号を増幅させる際における前記オーディオ増幅装置本体の消費電力が前記最大値を超えないようにすることが可能な前記オーディオ信号の信号レベルの制限値を算出する信号レベル制限値算出手段と、この信号レベル制限値算出手段の算出結果にしたがって、前記オーディオ増幅装置本体に入力された前記オーディオ信号の信号レベルを、前記制限値を超えないように制限する信号レベル制限手段とを備えたことを特徴としている。

このような構成によれば、オーディオ増幅装置に入力されたオーディオ信号の信号レベルが制限値を超えないようにすることができるので、オーディオ信号を増幅させる際における動作保証電圧を確保してオーディオ信号を適切に増幅させることができるとともに、電源側の電圧降下を緩和して電源に並列接続された複数の機器を適切に動作させることができる。

さらに、本発明のオーディオシステムは、前記信号レベル制限値算出手段が、前記２つの電力消費状態における前記監視手段の監視結果に基づいて、前記電源の無負荷時電圧および前記電源と前記オーディオ増幅装置本体との間のインピーダンスにおける抵抗成分を算出し、これらの算出された前記無負荷時電圧および前記抵抗成分ならびに前記動作保証電圧の最小値に基づいて、前記オーディオ増幅装置本体の消費電力の最大値を算出し、この算出された前記消費電力の最大値、前記オーディオ増幅装置本体の電圧増幅率、前記スピーカのインピーダンスおよび前記オーディオ増幅装置本体の効率に基づいて、前記オーディオ信号の信号レベルの制限値を算出するように形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、電源の無負荷時電圧、抵抗成分、オーディオ増幅装置本体の電圧増幅率、スピーカのインピーダンスおよびオーディオ増幅装置本体の効率を加味してオーディオ信号の信号レベルの制限値を適切に算出することができるので、オーディオ信号の適切な増幅と、電源に並列接続された複数の機器の適切な動作とをさらに確実に実現することができる。

さらにまた、本発明のオーディオシステムは、前記オーディオ増幅装置が、前記スピーカのインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、前記オーディオ増幅装置本体の効率を算出する効率算出手段とを備え、前記信号レベル制限値算出手段が、前記インピーダンス算出手段によって算出される前記スピーカのインピーダンスおよび前記効率算出手段によって算出される前記オーディオ増幅装置本体の効率の少なくとも一方の変動にともなって、前記制限値の算出結果を変動させることが可能に形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、スピーカのインピーダンスまたはオーディオ増幅装置本体の効率が変動した場合であっても、この変動に応じた適切な信号レベルの制限値を算出することができるので、オーディオ信号の適切な増幅と、電源に並列接続された複数の機器の適切な動作とをより確実に実現することができる。

また、本発明のオーディオシステムは、車両に搭載されることが好ましい。

このような構成によれば、車載用の用途においても、オーディオ信号を適切に増幅させることができるとともに、電源（バッテリおよびオルターネータ）に接続された電装系やエアコン等の複数の機器を適切に動作させることができる。

本発明によれば、オーディオ信号を増幅させる際における電源に掛かる負担を軽減させることができ、ひいては、オーディオ信号を適切に増幅させることができるとともに、電源に並列接続されている各種の機器を適切に動作させることができる。

（第１実施形態）
以下、本発明に係るオーディオ増幅装置およびこれを備えたオーディオシステムの第１実施形態について、図１を参照して説明する。

なお、従来と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

本実施形態におけるオーディオシステムは、図４に示したものと同様に、車両に搭載される車載用のオーディオシステムとされており、電源の１つとしてのバッテリ２と、もう１つの電源としてのオルターネータ３と、電源２，３に対して、電源ライン４およびグラウンドライン５を介して並列接続されたオーディオ再生装置としてのＣＤプレーヤ６、電装系９およびエアコン１０といった複数の機器とを有している。

さらに、本実施形態における車載用オーディオシステムは、これら複数の機器６，９，１０とともにバッテリ２に対して並列接続され、かつ、ＣＤプレーヤ６から入力されたオーディオ信号を増幅させてスピーカ８に出力するように形成されたオーディオ増幅装置としてのパワーアンプを備えている。

図１は、本実施形態における車載用オーディオシステム１２に特有の構成として、パワーアンプ１４の詳細な構成を示したものであり、この図１に示すように、本実施形態におけるパワーアンプ１４は、監視手段としての電源端子電圧・入力電流検出回路１５を有しており、この電源端子電圧・入力電流検出回路１５の入力側には、図示しないパワーアンプ１４の電源端子を介してバッテリ２が接続されている。パワーアンプ１４には、図示はしないが、グラウンド端子も配設されている。

なお、図１には、電源としてバッテリ２のみが図示されているが、これは、オルタネータ３も含めたトータルの電源２，３としてバッテリ２が代表的に図示されているにすぎない（図３において同様）。したがって、以下の説明において、バッテリ２というときは、オルタネータ３も含めたひとまとまりの電源２，３と同義であるとする。

電源端子電圧・入力電流検出回路１５は、パワーアンプ１４の前述した電源端子に印加されるバッテリ２の電圧（以下、電源端子電圧と称する）を検出することによって、電源端子電圧を監視（モニタ）するようになっている。また、電源端子電圧・入力電流検出回路１５は、パワーアンプ１４の消費電流、すなわち、バッテリ２から電源ライン４を介してパワーアンプ１４に入力される入力電流を検出することによって、パワーアンプ１４の消費電流を監視（モニタ）するようになっている。

また、パワーアンプ１４は、信号レベル制限値算出手段としての信号レベル制限値算出部１６を有しており、この信号レベル制限値算出部１６の入力側には、前述した電源端子電圧・入力電流検出回路１５が接続されている。

この信号レベル制限値算出部１６は、パワーアンプ１４の消費電力が互いに異なるようなパワーアンプ１４の２つの電力消費状態における電源端子電圧・入力電流検出回路１５の検出結果（監視結果）に基づいて、パワーアンプ１４の動作保証電圧を確保することが可能なパワーアンプ１４の消費電力の最大値（以下、動作保証最大消費電力と称する）を算出するようになっている。なお、この動作保証最大消費電力は、換言すれば、パワーアンプ１４の電源端子電圧がパワーアンプ１４の動作保証電圧の最小値（下限値）以上の値を確保することを前提としたパワーアンプ１４の消費電力の最大値を意味する。また、このパワーアンプ１４の動作保証電圧は既知とされている。さらに、前述したパワーアンプ１４の２つの電力消費状態は、インターフェースを介してユーザが信号レベル制限値算出部１６に対して前記２つの電力消費状態に相当する互いに異なる２つの電力値を入力することによって信号レベル制限値算出部１６に予め設定することができるものであってもよい。この場合には、オーディオ信号の再生の際におけるパワーアンプ１４の実際の消費電力が、前記設定された２つの電力消費状態に相当する前記２つの電力値の双方をとるような変化を示した場合に、信号レベル制限値算出部１６による動作保証最大消費電力の算出および後述する信号レベル制限値の算出が行われることになる。なお、パワーアンプ１４が、このような予め設定された２つの電力消費状態に実際になったことについては、電源端子電圧・入力電流検出回路１５の検出結果に基づいて判定することができる。

あるいは、前記パワーアンプ１４の２つの電力消費状態は、オーディオ信号の変化によってパワーアンプ１４の消費電流が時々刻々と変化する状況において、パワーアンプ１４の実際の消費電流が所定の電流値以上の変化を示した場合における当該変化前のパワーアンプ１４の消費電力の状態と当該変化後のパワーアンプ１４の消費電力の状態との任意の２つの状態であってもよい。

信号レベル制限値算出部１６の動作についてより具体的に説明すると、信号レベル制限値算出部１６は、動作保証最大消費電力の算出のために、パワーアンプ１４の実際の前記２つの電力消費状態における電源端子電圧・入力電流検出回路１５の検出結果に基づいて、バッテリ２の無負荷時電圧、すなわち、内部抵抗を無視したバッテリ２の理想的な電圧を算出するようになっている。また、信号レベル制限値算出部１６は、動作保証最大消費電力の算出のために、前記パワーアンプ１４の実際の前記２つの電力消費状態における電源端子電圧・入力電流検出回路１５の検出結果に基づいて、バッテリ２とパワーアンプ１４との間のインピーダンスにおける抵抗成分を算出するようになっている。この抵抗成分は、具体的には、バッテリ２の内部抵抗および電源ライン４の配線抵抗等からなる。そして、信号レベル制限値算出部１６は、これらバッテリ２の無負荷時電圧および抵抗成分の算出結果に基づいて、動作保証最大消費電力を算出するようになっている。

このようにして算出されたパワーアンプ１４の動作保証最大消費電力に基づいて、信号レベル制限値算出部１６は、オーディオ信号を増幅させる際におけるパワーアンプ１４の消費電力が前記動作保証最大消費電力を超えないようにすることが可能なオーディオ信号の信号レベルの制限値（以下、信号レベル制限値と略称する）を算出するようになっている。

より具体的には、信号レベル制限値算出部１６は、動作保証最大消費電力だけでなく、パワーアンプ１４の電圧増幅率（ゲイン）、スピーカ８のインピーダンス、および、パワーアンプ１４の効率にも基づいて、信号レベル制限値を算出するようになっている。ここで、パワーアンプ１４の効率は、パワーアンプ１４の消費電力に対するパワーアンプ１４の出力（出力電力）の比率を示している。また、本実施形態において、パワーアンプ１４の電圧増幅率、スピーカ８のインピーダンス、および、パワーアンプ１４の効率のそれぞれの値は、いずれも、一定とみなされた既知の値とされている。

さらに、パワーアンプ１４は、信号レベル制限手段としての信号レベル制御回路１７を有しており、この信号レベル制御回路１７の入力側には、前述した信号レベル制限値算出部１６およびＣＤプレイヤ６がそれぞれ接続されている。

この信号レベル制御回路１７には、ＣＤプレイヤ６によって再生されたオーディオ信号および信号レベル制限値算出部１６による信号レベル制限値の算出結果がそれぞれ入力されるようになっている。

そして、信号レベル制御回路１７は、信号レベル制限値算出部１６側から入力された信号レベル制限値の算出結果にしたがって、ＣＤプレイヤ６側から入力されたオーディオ信号の信号レベルを、信号レベル制限値を超えないように制限するとともに、この信号レベルが信号レベル制限値を上限とする範囲に制限されたオーディオ信号を後段に出力するようになっている。

さらにまた、パワーアンプ１４は、電力増幅部１９を有しており、この電力増幅部１９の入力（前段）側には、前述した信号レベル制御回路１７が、出力側には、前述したスピーカ８が、それぞれ接続されている。

この電力増幅部１９には、信号レベル制御回路１７から出力されたオーディオ信号が入力されるようになっている。

そして、電力増幅部１９は、信号レベル制御回路１７側から入力されたオーディオ信号に対して、パワーアンプ１４の電圧増幅率に応じた電力増幅を行い、増幅後のオーディオ信号を、スピーカ８に出力するようになっている。

次に、本実施形態における信号レベル制限値のより具体的な算出方法について図２を新たに参照して説明する。

図２は、図１に示したオーディオシステム１２についてのバッテリ２からパワーアンプ１４に供給される電流および電圧の模様を模式的に示したものである。なお、図２には、図１に示したバッテリ２の代りに、バッテリ２から内部抵抗を除外した構成である理想バッテリ２’が示されており、この理想バッテリ２’は、内部抵抗を有しないため、負荷状態または無負荷状態のいずれの場合であっても、電圧値が無負荷時電圧Ｅ〔Ｖ〕の値をとる。

図２に示すように、理想バッテリ２’とパワーアンプ１４との間には、バッテリ２の内部抵抗および電源ライン４の配線抵抗等からなる抵抗成分Ｒ〔Ω〕が存在する。

したがって、図２に示すように、理想バッテリ２’からパワーアンプ１４に電流としてパワーアンプ１４の消費電流Ｉ_ｉｎ〔Ａ〕が入力される負荷状態においては、抵抗成分Ｒによる電圧降下によって、パワーアンプ１４の電源端子には、無負荷時電圧Ｅよりも電圧値が小さい電源端子電圧Ｖ_ｉｎ〔Ｖ〕が印加（入力）されることになる。

また、図２においては、パワーアンプ１４の消費電力〔Ｗ〕が記号Ｐ_ｉｎによって表され、スピーカ８のインピーダンス〔Ω〕が記号Ｒ_ｓｐによって示され、スピーカ８の出力電力〔Ｗ〕が記号Ｐ_ｏｕｔによって表されている。

本実施形態においては、予め、インターフェース（タッチパネルやキーボード等）を介して信号レベル制限値算出部１６に対して、互いに異なる消費電力Ｐ_ｉｎの値を入力することによって２つの電力消費状態を設定しておく。

以下、これらの２つの電力消費状態のうちの一方の状態を第１電力消費状態と称するとともに、他方の状態を第２電力消費状態と称することにする。

そして、本実施形態においては、まず、オーディオ信号の再生により、パワーアンプ１４の実際の消費電力の状態が、前記予め設定された第１電力消費状態となった際に、信号レベル制限値算出部１６により、電源端子電圧・入力電流検出回路１５によって検出された第１電力消費状態における消費電流Ｉ_ｉｎおよび電源端子電圧Ｖ_ｉｎを保持（すなわち記憶）する。この第１電力消費状態における消費電流Ｉ_ｉｎをＩ_{ｉｎ（１）}〔Ａ〕とし、また、第１電力消費状態における電源端子電圧Ｖ_ｉｎをＶ_{ｉｎ（１）}〔Ｖ〕とすると、この第１電力消費状態においては、次の関係式が成立する。

Ｅ＝Ｖ_{ｉｎ（１）}＋Ｉ_{ｉｎ（１）}×Ｒ （１）
但し、（１）式において、Ｖ_{ｉｎ（１）}およびＩ_{ｉｎ（１）}の値は、電源端子電圧・入力電流検出回路１５による検出によって既知であるが、ＥおよびＲの値は未知である。

次いで、パワーアンプ１４の実際の消費電力の状態が、前記予め設定された第２電力消費状態となった際に、信号レベル制限値算出部１６により、電源端子電圧・入力電流検出回路１５によって検出された第２電力消費状態における消費電流Ｉ_ｉｎおよび電源端子電圧Ｖ_ｉｎを保持（すなわち記憶）する。この第２電力消費状態における消費電流Ｉ_ｉｎをＩ_{ｉｎ（２）}〔Ａ〕とし、また、第２電力消費状態における電源端子電圧Ｖ_ｉｎをＶ_{ｉｎ（２）}〔Ｖ〕とすると、この第２電力消費状態においては、次の関係式が成立する。

Ｅ＝Ｖ_{ｉｎ（２）}＋Ｉ_{ｉｎ（２）}×Ｒ （２）
但し、（２）式において、Ｖ_{ｉｎ（２）}およびＩ_{ｉｎ（２）}の値は、電源端子電圧・入力電流検出回路１５による検出によって既知であるが、ＥおよびＲの値は未知である。

ここで、これら（１）式および（２）式から、抵抗成分Ｒについて、次の関係式が成立する。

Ｒ＝（Ｖ_{ｉｎ（１）}−Ｖ_{ｉｎ（２）}）／（Ｉ_{ｉｎ（１）}−Ｉ_{ｉｎ（２）}） （３）
そして、本実施形態においては、信号レベル制限値算出部１６が保持した第１電力消費状態および第２電力消費状態の双方における電源端子電圧・入力電流検出回路１５の検出結果に基づいて、信号レベル制限値算出部１６により、（１）〜（３）式を用いることによって、未知の抵抗成分Ｒおよび無負荷時電圧Ｅを算出し、バッテリ２の性能を把握する。

次いで、信号レベル制限値算出部１６により、次の（４）〜（８）式を用いることによって、パワーアンプ１４の動作保証最大消費電力Ｐ_ｍａｘ〔Ｗ〕を算出する。

すなわち、まず、パワーアンプ１４の消費電力Ｐ_ｉｎについては、図２に示した各記号を用いて次の関係式が成立する。

Ｐ_ｉｎ＝Ｖ_ｉｎ×Ｉ_ｉｎ＝（Ｅ−Ｉ_ｉｎ×Ｒ）×Ｉ_ｉｎ （４）
そして、動作保証最大消費電力Ｐ_ｍａｘは、（４）式の値Ｐ_ｉｎの極大値と考えることができる。

そこで、（４）式を次式のようにＩ_ｉｎによって微分する。

ｄＰ_ｉｎ／ｄＩ_ｉｎ＝Ｅ−２Ｉ_ｉｎ×Ｒ （５）
次いで、（５）式の右辺を０と置くと、次式が算出される。

Ｉ_ｉｎ＝Ｅ／２Ｒ （６）
この（６）式の値を（４）式に代入すると、次式のように動作保証最大消費電力Ｐ_ｍａｘが算出される。

Ｐ_ｍａｘ＝｛Ｅ−（Ｅ／２Ｒ）×Ｒ｝×（Ｅ／２Ｒ）＝Ｅ／４Ｒ^２ （７）
但し、（６）式のＩ_ｉｎの値（Ｅ／２Ｒ）を（１）、（２）式と同様の関係式（Ｅ＝Ｖ_ｉｎ＋Ｉ_ｉｎ×Ｒ）に代入することによって求められたＶ_ｉｎの値（Ｅ／２）が、パワーアンプ１４に固有のパワーアンプ１４の動作保証電圧〔Ｖ〕の最小値Ｖ_ｍｉｎを下回る場合には、（７）式の値は、動作保証最大消費電力Ｐ_ｍａｘとしては不適切となる。

そこで、このように、（７）式の値がパワーアンプ１４の動作保証電圧〔Ｖ〕の最小値Ｖ_ｍｉｎを下回る場合には、信号レベル制限値算出部１６により、動作保証電圧の最小値Ｖ_ｍｉｎと、消費電流Ｉ_ｉｎの最大値Ｉ_ｍａｘ＝（Ｅ−Ｖ_ｍｉｎ）／Ｒとを用いて、次式のように動作保証最大消費電力Ｐ_ｍａｘを算出する。

Ｐ_ｍａｘ＝Ｖ_ｍｉｎ×Ｉ_ｍａｘ （８）
そして、（７）式または（８）式のように動作保証最大消費電力Ｐ_ｍａｘを算出した上で、信号レベル制限値算出部１６により、動作保証最大消費電力Ｐ_ｍａｘを含む次式を用いて信号レベル制限値〔Ｖ〕を算出する。

ｖｉｎ_ｍａｘ＝（η×Ｐ_ｍａｘ×Ｒ_ＳＰ）／Ａ （９）
但し、（９）式におけるｖｉｎ_ｍａｘは、信号レベル制限値を示す。また、（９）式におけるηは、パワーアンプ１４の効率を、Ｒ_ｓｐは、スピーカ８のインピーダンスを、Ａは、パワーアンプ１４の電圧増幅率をそれぞれ示し、これらη、Ｒ_ｓｐおよびＡのそれぞれの値は、いずれも一定とみなされた既知の値とされている。

そして、このようにして算出された信号レベル制限値ｖｉｎ_ｍａｘの算出結果を、信号レベル制限値算出部１６から信号レベル制御回路１７に対して出力すると、信号レベル制御回路１７により、信号レベル制限値ｖｉｎ_ｍａｘを用いてパワーアンプ１４に入力されたオーディオ信号の信号レベルｖｉｎ〔Ｖ〕の制限が行われる。

したがって、本実施形態によれば、信号レベル制御回路１７により、パワーアンプ１４に入力されたオーディオ信号の信号レベルが信号レベル制限値算出部１６によって算出された信号レベル制限値を超えないように制限することができるので、オーディオ信号を増幅させる際におけるパワーアンプ１４の消費電力が動作保証最大消費電力を超えないようにすることができ、バッテリ２に掛かる負担を軽減させることができる。

これにより、パワーアンプ１４の誤動作、ひいては、バッテリ２を共用する他の機器９，１０の誤動作を防止することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照して説明する。なお、第１実施形態と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

図３に示すように、本実施形態における車載用オーディオシステム２１に用いられるパワーアンプ２２は、第１実施形態におけるパワーアンプ１４の各構成部に加えて、電力増幅部１９の出力側に接続された出力電圧・電流測定回路２３を有しており、この出力電圧・電流測定回路２３には、電力増幅部１９から出力された電力増幅後のオーディオ信号が入力されるようになっている。

そして、出力電圧・電流測定回路２３は、電力増幅部１９側から入力されたオーディオ信号に基づいて、パワーアンプ２２からの出力電圧および出力電流を測定するようになっている。

さらに、本実施形態におけるパワーアンプ２２は、出力電圧・電流測定回路２３および電源端子電圧・入力電流検出回路１５の出力側であって、信号レベル制限値算出部１６の入力側に接続されたインピーダンス・効率算出回路２４を有している。

このインピーダンス・効率算出回路２４には、出力電圧・電流測定回路２３の測定結果および電源端子電圧・入力電流検出回路１５の検出結果がそれぞれ入力されるようになっている。

そして、インピーダンス・効率算出回路２４は、出力電圧・電流測定回路２３側から入力された測定結果に基づいて、次式のようにスピーカ８のインピーダンス〔Ω〕を算出するようになっている。

Ｒ_ｓｐ＝Ｖ_ｏｕｔ ^２／Ｐ_ｏｕｔ＝Ｐ_ｏｕｔ／Ｉ_ｏｕｔ ^２＝Ｖ_ｏｕｔ／Ｉ_ｏｕｔ （１０）
但し、（１０）式におけるＲ_ｓｐは、スピーカ８のインピーダンスを、Ｖ_ｏｕｔは、出力電圧・電流測定回路２３の測定結果としての出力電圧〔Ｖ〕を、Ｉ_ｏｕｔは、出力電圧・電流測定回路２３の測定結果としての出力電流〔Ｖ〕を、Ｐ_ｏｕｔは、パワーアンプ２２の出力（出力電力）を、それぞれ示す。なお、Ｐ_ｏｕｔの値は、Ｖ_ｏｕｔにＩ_ｏｕｔを乗じた値Ｖ_ｏｕｔ×Ｉ_ｏｕｔである。

また、インピーダンス・効率算出回路２４は、電源端子電圧・入力電流検出回路１５側から入力された検出結果に基づいてパワーアンプ２２の消費電力Ｐ_ｉｎ
を（４）式のように算出した上で、この消費電力と、（１０）式に示したパワーアンプ２２の出力Ｐ_ｏｕｔとに基づいて、次式のようにパワーアンプ２２の効率を算出する。

η＝Ｐ_ｏｕｔ／Ｐ_ｉｎ （１１）
さらに、インピーダンス・効率算出回路２４は、このようなスピーカ８のインピーダンスＲ_ｓｐおよびパワーアンプ２２の効率ηの算出結果を信号レベル制限値算出部１６に出力するようになっている。

そして、本実施形態において、信号レベル制限値算出部１６は、インピーダンス・効率算出回路２４から出力された算出結果を（９）式に代入することによって、信号レベル制限値を算出するようになっている。

さらに、本実施形態においても、信号レベル制限値算出部１６による信号レベル制限値の算出は、第１実施形態と同様に、２つの電力消費状態における電源端子電圧・入力電流検出回路１５の検出結果によって算出されるバッテリ２の性能（Ｅ、Ｒ）にも基づいて行われることになる。ただし、本実施形態においては、２つの電力消費状態として、オーディオ信号の変化によってパワーアンプ２２の消費電流が時々刻々と変化する状況において、パワーアンプ２２の実際の消費電流が所定の電流値以上の変化を示した場合における当該変化前のパワーアンプ２２の消費電力の状態と当該変化後のパワーアンプ２２の消費電力の状態との２つの状態を用いる。すなわち、本実施形態においては、オーディオ信号の再生の進行にともなって前記２つの電力消費状態が連続的または断続的に発生可能とされているので、信号レベル制限値算出部１６による信号レベル制限値の算出結果が幾度も更新可能とされている。

したがって、本実施形態によれば、パワーアンプ２２の長期使用等によってスピーカ８のインピーダンスまたはパワーアンプ２２の効率が変動し、また、バッテリ２の長期使用等によってバッテリ２のインピーダンスが増加した場合であっても、信号レベル制限値算出部１６による信号レベル制限値の算出結果の更新によって、常に正確な信号レベル制限値をオーディオ信号に応じてリアルタイムに算出することができる。

これにより、パワーアンプ２２の誤動作およびバッテリ２を共用する他の機器９，１０の誤動作をさらに確実に防止することができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

例えば、本発明は、車載用以外の用途（例えば、家庭用）に適用した場合であっても、本実施形態と同様の優れた効果を奏することができる。

また、前述のように、信号レベル制限値の算出結果を更新する場合には、これを直ちにオーディオ信号の信号レベルの制限に用いても良いが、複数の信号レベル制限値の更新結果を蓄積させておき、この蓄積された複数の更新結果の平均値を信号レベル制限値算出部１６によって算出するようにし、算出された当該平均値を信号レベル制限値として用いるようにすれば、オーディオ信号の信号レベルをより高精度に制限することができる。

また、このような複数の信号レベル制限値の更新結果を、バッテリ２の寿命の算出等に用いてもよい。

本発明に係るオーディオ増幅装置およびオーディオシステムの第１実施形態を示すブロック図 本発明に係るオーディオ増幅装置およびオーディオシステムの第１実施形態において、信号レベル制限値の算出方法の説明に用いるための説明図 本発明に係るオーディオ増幅装置およびオーディオシステムの第２実施形態を示すブロック図 従来から採用されていた車載用のオーディオシステムを示すブロック図

符号の説明

２ バッテリ
６ ＣＤプレーヤ
８ スピーカ
９ 電装系
１０ エアコン
１２ 車載用オーディオシステム
１４ パワーアンプ
１５ バッテリ電圧・入力電流検出回路
１６ 信号レベル制限値算出部
１７ 信号レベル制御回路

Claims (8)

1. 電源に対してオーディオ再生装置を含む複数の機器とともに並列接続され、かつ、前記オーディオ再生装置から入力されたオーディオ信号を増幅させてスピーカに出力するように形成されたオーディオ増幅装置であって、
   前記電源によってオーディオ増幅装置本体の電源端子に印加される電圧および前記オーディオ増幅装置本体の消費電流を監視する監視手段と、
   前記オーディオ増幅装置本体の消費電力が互いに異なるような前記オーディオ増幅装置本体の２つの電力消費状態における前記監視手段の監視結果に基づいて、前記オーディオ増幅装置本体の動作保証電圧を確保することが可能な前記オーディオ増幅装置本体の消費電力の最大値を算出し、この算出された前記消費電力の最大値に基づいて、前記オーディオ信号を増幅させる際における前記オーディオ増幅装置本体の消費電力が前記最大値を超えないようにすることが可能な前記オーディオ信号の信号レベルの制限値を算出する信号レベル制限値算出手段と、
   この信号レベル制限値算出手段の算出結果にしたがって、前記オーディオ増幅装置本体に入力された前記オーディオ信号の信号レベルを、前記制限値を超えないように制限する信号レベル制限手段と
   を備えたことを特徴とするオーディオ増幅装置。
2. 前記信号レベル制限値算出手段が、
   前記２つの電力消費状態における前記監視手段の監視結果に基づいて、前記電源の無負荷時電圧および前記電源と前記オーディオ増幅装置本体との間のインピーダンスにおける抵抗成分を算出し、
   これらの算出された前記無負荷時電圧および前記抵抗成分ならびに前記動作保証電圧の最小値に基づいて、前記オーディオ増幅装置本体の消費電力の最大値を算出し、
   この算出された前記消費電力の最大値、前記オーディオ増幅装置本体の電圧増幅率、前記スピーカのインピーダンスおよび前記オーディオ増幅装置本体の効率に基づいて、前記オーディオ信号の信号レベルの制限値を算出するように形成されていること
   を特徴とする請求項１に記載のオーディオ増幅装置。
3. 前記スピーカのインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、
   前記オーディオ増幅装置本体の効率を算出する効率算出手段と
   を備え、
   前記信号レベル制限値算出手段が、前記インピーダンス算出手段によって算出される前記スピーカのインピーダンスおよび前記効率算出手段によって算出される前記オーディオ増幅装置本体の効率の少なくとも一方の変動にともなって、前記制限値の算出結果を変動させることが可能に形成されていること
   を特徴とする請求項２に記載のオーディオ増幅装置。
4. 車両に搭載されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のオーディオ増幅装置。
5. 電源と、
   この電源に対してオーディオ再生装置を含む複数の機器とともに並列接続され、かつ、前記オーディオ再生装置から入力されたオーディオ信号を増幅させてスピーカに出力するように形成されたオーディオ増幅装置と
   を備えたオーディオシステムであって、
   前記オーディオ増幅装置が、
   前記電源によってオーディオ増幅装置本体の電源端子に印加される電圧および前記オーディオ増幅装置本体の消費電流を監視する監視手段と、
   前記オーディオ増幅装置本体の消費電力が互いに異なるような前記オーディオ増幅装置本体の２つの電力消費状態における前記監視手段の監視結果に基づいて、前記オーディオ増幅装置本体の動作保証電圧を確保することが可能な前記オーディオ増幅装置本体の消費電力の最大値を算出し、この算出された前記消費電力の最大値に基づいて、前記オーディオ信号を増幅させる際における前記オーディオ増幅装置本体の消費電力が前記最大値を超えないようにすることが可能な前記オーディオ信号の信号レベルの制限値を算出する信号レベル制限値算出手段と、
   この信号レベル制限値算出手段の算出結果にしたがって、前記オーディオ増幅装置本体に入力された前記オーディオ信号の信号レベルを、前記制限値を超えないように制限する信号レベル制限手段と
   を備えたことを特徴とするオーディオシステム。
6. 前記信号レベル制限値算出手段が、
   前記２つの電力消費状態における前記監視手段の監視結果に基づいて、前記電源の無負荷時電圧および前記電源と前記オーディオ増幅装置本体との間のインピーダンスにおける抵抗成分を算出し、
   これらの算出された前記無負荷時電圧および前記抵抗成分ならびに前記動作保証電圧の最小値に基づいて、前記オーディオ増幅装置本体の消費電力の最大値を算出し、
   この算出された前記消費電力の最大値、前記オーディオ増幅装置本体の電圧増幅率、前記スピーカのインピーダンスおよび前記オーディオ増幅装置本体の効率に基づいて、前記オーディオ信号の信号レベルの制限値を算出するように形成されていること
   を特徴とする請求項５に記載のオーディオシステム。
7. 前記オーディオ増幅装置が、
   前記スピーカのインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、
   前記オーディオ増幅装置本体の効率を算出する効率算出手段と
   を備え、
   前記信号レベル制限値算出手段が、前記インピーダンス算出手段によって算出される前記スピーカのインピーダンスおよび前記効率算出手段によって算出される前記オーディオ増幅装置本体の効率の少なくとも一方の変動にともなって、前記制限値の算出結果を変動させることが可能に形成されていること
   を特徴とする請求項６に記載のオーディオシステム。
8. 車両に搭載されることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載のオーディオシステム。

Images