JP2009088831A - 音声出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クリップ回路を利用することによって、安価でありながら、過大な音声の出力を低減することができる音声出力装置を提供する。
【解決手段】アナログ音声が入力され、当該アナログ音声のボリューム調整を行うボリューム調整部１と、ユーザによって操作部５から入力されるボリューム調整入力に基づいてボリューム調整部１の制御を行うボリューム制御部３と、ボリューム調整部１の出力信号が入力されるアンプ部２とを備えた音声出力装置１０において、アンプ部２の出力段にツェナーダイオードからなるクリップ回路２ａが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、音声出力装置に関し、より詳細には、過大な出力が低減する音声出力装置に関する。

テレビ、ディスク再生装置などの映像音響機器には音声出力装置が内蔵されており、ユーザは、ボリュームや音質の調整を行いつつ、テレビ番組、映像ソフト、オーディオソフト等を鑑賞する。具体的には、例えばリモコン等でボリューム調整を行いつつ、スピーカから出力される音声を鑑賞する。また、テレビ等の外部に、音声出力装置を設置して、音声を鑑賞する場合もある。

音声出力装置に接続されるスピーカには、最大入力（許容入力）、定格入力が定められている。最大入力とは、スピーカに対して瞬間的に大きな入力があった場合でも、スピーカが破損しない入力である。定格入力とは、連続的に大きな入力が発生した場合でもスピーカが破損しない入力である。

最大入力は、定格入力よりも大きく、通常、最大入力は定格入力の３倍程度である。また、最大入力以下の入力であっても、スピーカに定格入力を超える入力が連続すると、歪みが発生しスピーカが破損することもある。したがって、スピーカに対する入力は、最大入力以下であることを要し、さらに定格入力以下であることが好ましい。

過大な入力は、ボリュームを上げすぎる場合、グラフィックイコライザで音を大きくしすぎる場合以外にも様々な原因によって発生する。
例えば、スピーカとアンプとの適合性の問題によって発生する。すなわち、出力レベル（ｄＢ）が大きいスピーカでは、アンプの出力が小さくても大きな音声が出力されるが、スピーカの出力レベルが小さい場合にはアンプの出力を大きくする必要がある。したがって、適合性のないアンプとスピーカとを接続した場合には、過大な入力が発生する。このような適合性の問題は、アンプにウーファーやヘッドホンを接続した場合にも同様に発生する。

さらに、ダイナミックレンジの問題もある。すなわち、音楽で、打楽器を強打することにより大きな音が発生したり、映画の爆発シーンなどで大きな音が発生したり場合もある。特に、音声の高音質化が進む中で、音源のダイナミックレンジが大きくなっている。
また、データＣＤをオーディオプレーヤーに装填した場合にも、データＣＤをオーディオＣＤと認識し過大な音が出力されることがある。

音声出力装置に接続されるスピーカも、定格入力や最大入力が大きいスピーカが利用されるようになって来ているとは限らず、携帯に便利な小型、すなわち定格入力や最大入力が小さいスピーカが利用されることも多い。また、回路的な内部要因で大きなノイズが発生する場合もある。さらに、コネクタ、ピン接続時等に大きなノイズが発生する場合もある。

音声出力装置からの出力が過大になる要因が発生した場合であっても、音声出力装置からスピーカに対し過大な出力をせずに、音声出力装置の出力をスピーカの定格入力や最大入力の範囲内にする必要がある。

このような状況下、特許文献１では、ＢＴＬ（Balanced Transformer Less）方式の増幅器を用いた音声出力制御回路に、例えば、ツェナーダイオードを設けることにより、音声信号が大きくなった場合に、高レベルセレクタの出力をクリップさせ、最大音声出力を制御することが提案されている。この音声出力制御回路では、高レベルセレクタの出力であるオペアンプの非反転入力端子（＋端子）側にツェナーダイオードが設けられている。そして、ツェナーダイオードのツェナー電圧を変えることによって、最大音声出力を設定している。

特許文献２では、増幅回路における検出電流制御用の回路素子にＰＮＰトランジスタを用い、当該検出電流制御用ＰＮＰトランジスタのベース電圧の設定に、ツェナーダイオードと温度特性を制御できるウィルソン形カレントミラー回路を利用することが提案されている。この増幅回路では、ツェナーダイオードとウィルソン形カレントミラー回路とに流れる電流を定電流回路で制御することによって、前段増幅器のコレクタ電流を制御し、温度や電圧の変化に対する増幅用トランジスタの出力電流の変化を小さくしている。

特許文献３では、前段増幅器によりバイアスが与えられる最終増幅段を含む後段増幅部を有する音声増幅器における最終増幅段の電源に、スイッチングレギュレータの出力電圧を供給することにより、電源投入時の過大電流、スピーカ負荷への過大電流を防止する音声増幅用電源装置が提案されている。

特開２００２−３５３７４３号公報 特開平３−６１０９号公報 特開昭５５−６８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の音声出力制御回路では、音声出力振幅を検出し、当該音声出力振幅に基づいて増幅器に供給される電源電圧を制御している。
つまり、増幅器の電源ラインに供給される電圧をクリップさせて、増幅器の電源電圧を制御することにより、最大音声出力を制御している。このため、増幅器に入力される電源電圧の変化には対応できるが、直接的に音声信号をクリップしていないので、電源電圧と出力音声との対応関係によっては、出力音声に対する追従性が課題となる。

また、ＢＴＬ方式の増幅器は、低い電源電圧で高出力を得る必要がある場合、例えば、カーオーディオの音声出力装置等に使用される場合を想定しており、アンプやトランジスタ等の回路部品が多くなっている。このため、ＢＴＬ方式の増幅器をテレビなどの十分な電源電力がある場合に使用すると、アンプやトランジスタ等の余分な回路部品が必要となるので、コストアップとなる。

特許文献２に記載の増幅回路では、電源電圧、温度、負荷の変化に対する増幅用トランジスタの出力の変化を抑えて出力を一定にすることを目的としており、出力をクリップさせているのではない。したがって、過大な入力が発生したときのみに出力電圧を所定の電圧に抑える構成とはなっていない。
また、この増幅回路では、ウィルソン形カレントミラー回路にトランジスタや抵抗等の多くの回路素子が必要であるから、回路構成が複雑化し、コストアップとなる。

特許文献３に記載の音声増幅用電源装置にあっても、電源投入時における過大な電流出力、スピーカ負荷への過大電流を防止する装置であるから、電源投入時のバイアス回路が正常動作するまでの過大な出力を低減させるための対策として利用できるのみである。換言すれば、電源投入時以外の過大な出力、例えば大音響が入力された場合に発生する過大な出力を低減することはできない。また、スイッチングレギュレータ等が必要となりコストアップとなる。

本発明はこのような実情に鑑み、クリップ回路を利用することによって、安価でありながら、過大な音声の出力を低減することができる音声出力装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく本発明は次の技術的手段を講じた。
本発明にかかる音声出力装置では、アナログ音声が入力され、当該アナログ音声のボリューム調整を行うボリューム調整部と、ユーザによって操作部から入力されるボリューム調整入力に基づいてボリューム調整部の制御を行うボリューム制御部と、ボリューム調整部の出力信号が入力されるアンプ部とを備えた音声出力装置において、アンプ部の出力段にクリップ回路が設けられていることを特徴とする。

このようにすると、クリップ回路によってアナログ音声信号がクリップされるので、過大な出力がアンプから出力されることが低減する。
また、クリップ回路が音声出力装置の出力段に設けられているので、出力されるアナログ音声を直接クリップすることができ、過大なアナログ音声出力を防止するのに効果的である。

ボリューム調整部の出力側にアンプ部が設けられ、さらに当該アンプ部の出力段にクリップ回路が設けられているので、ユーザが誤ってボリューム調整をして、過大な信号がアンプ部に入力されても、音声出力装置から過大なアナログ音声信号が出力されることが低減する。

また、音声出力装置にクリップ回路を設けるだけで、音声出力装置から過大なアナログ音声が出力されることが抑制できるので、電源ライン等にクリップ回路を設けるより簡易な回路構成となりコストが低い。

本発明にかかる音声出力装置では、クリップ回路が、ツェナーダイオードで構成されることが好ましい。
このようにすると、クリップ回路がツェナーダイオードを１素子設けるだけで構成できるので、追加する部品が少なくて済み、過大な音声出力を低減するために必要なコストが低い。

また、ツェナーダイオードによってクリップ回路を構成すると、当該ツェナーダイオードのツェナー電圧を選択するだけで、クリップする電圧を設定できるので音声出力装置の出力側に接続されているスピーカの最大入力（許容入力）や定格入力に応じて容易にクリップする電圧を変更することができる。

本発明にかかる音声出力装置では、アンプ部が、ゲイン抵抗と帰還抵抗とオペアンプとからなる反転増幅器であることが好ましい。
このようにすると、反転増幅器の増幅率はゲイン抵抗と帰還抵抗の比によって定まるので、例えば、帰還抵抗を一定としてゲイン抵抗を変化させることによって、アンプ部の増幅率を容易に設定し、音声出力装置から音声出力部に対して過大なアナログ音声信号が出力されないようにできる。

また、反転増幅器は出力インピーダンスが小さいので、安定した増幅動作が可能である。さらに、反転増幅器は負帰還（NFB: Negative Feedback）がかけられており、温度特性や周波数特性がよい。

本発明にかかる音声出力装置では、反転増幅器におけるオペアンプの非反転入力端子が接地されていることが好ましい。
このようにすると、オペアンプにおける非反転入力端子（＋端子）が接地されているので、反転増幅器における出力にオフセットがかからない。このため、反転増幅器の音声出力を、当該反転増幅器の入力に対応させることができ、アナログ音声信号の歪みを低減することができる。

本発明によれば、クリップ回路を利用することによって、安価でありながら、過大な音声の出力を低減することができる音声出力装置を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる音声出力装置を示す図である。
図１に示すように、音声出力装置１０は、アナログ音声が入力されるボリューム調整部１と、ボリューム調整部１の出力信号が入力されるアンプ部２と、ボリューム調整部１の制御を行ってボリューム（音量）を調整するための信号を出力するボリューム制御部３とからなる。音声出力装置１０はアナログ音声の信号を出力する。音声出力部４では少なくとも可聴域の周波数の音声が出力される。つまり、音声出力部４は、空気中等に伝わる振動、すなわち音声を出力するスピーカである。

音声出力装置１０のボリューム調整部１は、ボリュームＩＣからなっており、例えば、ボリュームレベル１からボリュームレベル６０までのボリューム調整を行う。この場合、ボリュームレベル１は消音であり、ボリュームレベル６０は定格入力以下の最大音量である。

ボリュームの調整は、ボリューム制御部３からの信号に基づいて行われる。ボリューム制御部３は、マイクロコンピュータからなっている。そして、ボリューム制御部３は、操作部５からの信号に基づいてボリューム調整部１に各ボリュームレベルに対応する信号を出力する。

また、操作部５はリモコンからなっており、ユーザはリモコンに設けられている円盤状の摘みを回転させることによってボリュームレベル、すなわち音量を調整することができる。
つまり、ユーザが操作部５の摘みを回転させると、リモコンは各ボリュームレベルに対応するような赤外線信号をボリューム制御部３に出力する。そして、ユーザが操作部５の摘みを回転させることによって入力するボリューム調整のための信号が、ボリューム制御部３を介し、ボリューム調整部１に入力される。そして、ボリューム調整部１がボリュームレベル１からボリュームレベル６０までの音量に対応するようにアナログ音声信号の電圧を変化させる。

例えば、ユーザがリモコンの摘みを利用してボリュームレベル１からボリュームレベル６０にして音量を大きくする。この場合、ボリューム制御部３は、ボリュームレベル６０に対応する信号をボリューム調整部１に出力し、ボリューム調整部１では、ボリュームレベル６０に対応した増幅を行って音量を大きくする。

ボリューム調整部１の出力信号が入力されるアンプ部２は、反転増幅器からなっており、電圧を変化させたり、インピーダンスの変換を行ったりする。アンプ部２の出力、すなわちアナログ音声出力信号が、スピーカからなる音声出力部４に出力される。

そして、アンプ部２の出力段にクリップ回路２ａが設けられている。このため
アンプ部２からの出力がクリップ回路２ａによってクリップされ、アンプ部２の出力が所定の電圧の範囲内となる。

クリップ回路２ａによって決まる所定の電圧は、スピーカからなる音声出力部４の最大入力以下、すなわち瞬間的に印加しても音声出力部４が破損しない電圧レベル以下に設定されている。この場合、さらにクリップ回路２ａによって決まる所定の電圧は、定格入力以下、すなわち連続して印加しても音声出力部４が破損しない電圧レベル以下とすることが好ましい。

このようにアンプ部２の出力段にクリップ回路２ａが設けられていると、ノイズ等の原因により過大なアナログ音声信号が発生しても、音声出力部４には、過大なアナログ音声信号が入力せず、音声出力部４が破損することが低減する。
さらに、アンプ部２の出力段にクリップ回路２ａを設けているから、アナログ音声出力信号を直接的にクリップさせることができる。このため、誤って音声出力部４に過大な音声信号が入力される虞が低い。

図２は、本発明の実施形態にかかるアンプ部を示す図である。
図２に示すように、アンプ部２はゲイン抵抗Ｒｇと帰還抵抗Ｒｆとオペアンプ（演算増幅器）ＯＰからなる反転増幅器によって構成される。すなわち、アンプ部２の入力端子Ｖｉｎにゲイン抵抗Ｒｇの一端が接続されており、ゲイン抵抗Ｒｇの他端はオペアンプＯＰの反転入力端子（−端子）と、帰還抵抗Ｒｆの一端に接続されている。また、帰還抵抗Ｒｆの他端は、オペアンプＯＰの出力端子、すなわち、アンプ部２の出力端子Ｖｏｕｔに接続されている。

反転増幅器の増幅率は、ゲイン抵抗Ｒｇと帰還抵抗Ｒｆとの比によって決まる。したがってアンプ部２を、反転増幅器で構成すると、ゲイン抵抗Ｒｇと帰還抵抗Ｒｆとを選択することにより、アンプ部２の増幅率を容易に設定することができるので、様々な最大入力や定格入力を有する音声出力部４に容易に対応できる。この場合、帰還抵抗Ｒｆを固定値とすると、ゲイン抵抗Ｒｇを適宜選択することにより、アンプ部２の増幅率を容易に変更することができ、様々な最大入力や定格入力を有する音声出力部４に対応できる。

また、オペアンプＯＰの非反転入力端子（＋端子）は接地されている。このため、オペアンプＯＰの出力にオフセットがかかることが抑制され、電圧が変化しても増幅率が変化することが低減する。つまり、オペアンプＯＰの非反転入力端子（＋端子）を接地すると、反転増幅器の増幅率が安定する。

そして、アンプ部２の出力段すなわち反転増幅器の出力段にツェナーダイオードＺＤからなるクリップ回路２ａが設けられている。
ツェナーダイオードＺＤのアノードは接地されており、カソードはオペアンプＯＰの出力端子、すなわちアンプ部２の出力端子Ｖｏｕｔに接続されている。さらに、ツェナーダイオードＺＤのカソードは、上述の帰還抵抗Ｒｆの他端に接続されている。

クリップ回路２ａに必要な回路素子がツェナーダイオードＺＤだけであるから、音声出力装置１０から過大な音声の出力を低減するのに必要な回路素子が１素子となり、簡易な回路構成である。
したがって、音声出力装置１０からの過大な音声の出力を低減することが安価に実現できる。

図３Ａは本発明の実施形態にかかるアンプ部のアナログ音声入力信号の一例を示す波形図である。
音声入力装置１０のアナログ音声入力端子から入力されたアナログ音声信号は、ボリューム調整部１で所望のボリュームに対応する電圧に調整された後、図３Ａに示すような波形となりアンプ部２に入力される。

以下の説明では、ゲイン抵抗Ｒｇと帰還抵抗Ｒｆとを同一にするものとし、反転増幅器の電圧増幅率を１倍（０ｄＢ）とした例を挙げる。
ゲイン抵抗Ｒｇと帰還抵抗Ｒｆとの抵抗値を同一にすると、反転増幅器における入力と出力の電圧値が同一かつ逆相となり、さらにインピーダンス変換が行われる。

したがって、図３Ａに示すようなバイアス電圧がかかった状態の正弦波が反転増幅器に入力されると、逆相となって出力される。
なお、反転増幅器の出力インピーダンスは小さいので、この場合には、反転増幅器を介することにより電圧の大きさは変化しないが、大きな電流出力、すなわち大きな電力を出力することが可能となる。

図３Ｂは、本発明の実施形態にかかるアンプ部のアナログ音声出力信号の一例を示す波形図である。
図３Ａに示すような波形のアナログ音声信号がアンプ部２、すなわち反転増幅器の入力端子Ｖｉｎに入力されると、当該反転増幅器の出力端子には、図３Ｂに示すような波形が出力される。なお、図３Ｂにおける破線部を含む正弦波（図３Ａに示す正弦波とは位相が１８０°異なる）は、アンプ部２の出力段にツェナーダイオードＺＤが設けられていない場合の図である。

上述の場合、反転増幅器の電圧増幅率は１であるので、図３Ｂに示す反転増幅器の出力端子の電圧は、図３Ａに示す入力端子の電圧に対し電圧値は変化していない（破線部を除く）。また、アンプ部２の出力端子の電圧は入力端子の電圧に対し逆相となる。
また、アンプ部２の出力段に、ツェナーダイオードＺＤが設けられているので、出力端子の電圧はツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧Ｖｚでクリップされる。すなわち、ツェナーダイオードＺＤが設けられていると、アンプ部２の出力信号は図３Ｂの実線で示す電圧波形となる。このため、過大な出力がアンプ部２の出力端子から出力されることが低減する。

ツェナー電圧Ｖｚ（Ｖ）は、スピーカ等の音声出力部４の最大入力（Ｗ）に対応する電圧以下である。そして、ツェナー電圧Ｖｚ（Ｖ）は定格入力（Ｗ）に対応する電圧以下となるようにすることがさらに好ましい。
もちろん、過大な入力がない場合には、反転増幅器の出力電圧がツェナー電圧Ｖｚ以下では、当該出力電圧をクリップしない。

このようにアンプ部２の出力段にツェナーダイオードＺＤからなるクリップ回路２ａを設けることにより、スピーカ等の音声出力部４に過大な信号が入力されることが抑制され、スピーカ等が破損に至ることが低減する。
また、破損を低減するために追加する部品は、１素子のツェナーダイオードＺＤであるから、コストも抑制される。

本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、上記実施形態では、操作部５はリモコンであるが、音声出力制御装置１０に設けられている操作パネルであってもよく、また、ボリュームを調整するためのスイッチは、摘みではなく、音量アップキーや音量ダウンキーであってもよい。
さらに、音声出力部４は、スピーカでなく、ウーファー、ヘッドホン、イヤホン等であってもよい。

さらに、上述の実施形態では、音声出力装置１０が１つであり、１チャネルの音声出力装置１０となっているが、音声出力装置１０が複数設けられた、２チャネル、５.１チャネル等の多チャネルの音声出力装置であってもよい。
その他、音声出力装置１０に、トーンコントロール機能やバランス調整機能、サラウンド機能、ノイズリダクション機能等が設けられていてもよい。

本発明の実施形態にかかる音声出力装置を示す図である。 本発明の実施形態にかかるアンプ部を示す図である。 本発明の実施形態にかかるアンプ部のアナログ音声入力信号の一例を示す波形図である。 本発明の実施形態にかかるアンプ部のアナログ音声出力信号の一例を示す波形図である。

符号の説明

１ ボリューム調整部
２ アンプ部
２ａ クリップ回路
３ ボリューム制御部
５ 操作部
１０ 音声出力装置
ＺＤ ツェナーダイオード
Ｒｇ ゲイン抵抗
Ｒｆ 帰還抵抗
ＯＰ オペアンプ
＋ 非反転入力端子

Claims (4)

1. アナログ音声が入力され、当該アナログ音声のボリューム調整を行うボリューム調整部と、ユーザによって操作部から入力されるボリューム調整入力に基づいて前記ボリューム調整部の制御を行うボリューム制御部と、前記ボリューム調整部の出力信号が入力されるアンプ部とを備えた音声出力装置において、
   前記アンプ部の出力段にクリップ回路が設けられていることを特徴とする音声出力装置。
2. 請求項１に記載の音声出力装置において、
   前記クリップ回路が、ツェナーダイオードで構成されることを特徴とする音声出力装置。
3. 請求項１または２に記載の音声出力装置において、
   前記アンプ部が、ゲイン抵抗と帰還抵抗とオペアンプとからなる反転増幅器であることを特徴とする音声出力装置。
4. 請求項３に記載の音声出力装置において、
   前記反転増幅器における前記オペアンプの非反転入力端子が接地されていることを特徴とする音声出力装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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