JP2009171068A - スピーカ接続状態検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な方法でスピーカの接続状態を高精度に検出することが可能な「スピーカ接続状態検出方法」を提供する。
【解決手段】Ｄ級アンプ１００の出力段における電圧利得の周波数特性を取得して、その特徴に応じてスピーカ３２の接続状態（オープン状態であるか、ウーハーのみの接続状態であるか、その他の状態（少なくともツイータが接続された状態）であるか）を検出する。これにより、電流の計測値に基づいて接続状態を検出する場合と比較して、簡易かつ高精度にスピーカの接続状態を検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピーカ接続状態検出方法に関し、特にコイル及びコンデンサを含むローパスフィルタを有するＤ級増幅装置に対する、スピーカの接続状態を検出するスピーカ接続状態検出方法に関する。

オーディオシステムなどの出力に対するスピーカの接続状態（例えば、２ウェイスピーカユニットにおいて、ツイータ（高音用スピーカ）とウーハー（低音用スピーカ）のいずれも接続されていないオープン状態、ツイータとウーハーのいずれかが接続されている状態、ツイータとウーハーの両方が接続されている状態など）を検出することは、システムの設置や点検の際に重要な作業である。

従来、一又は二以上のスピーカの接続状態を検出するためには、高周波（例えば、１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）の信号と、低周波（例えば、３０Ｈｚ）の信号をアンプから出力し、スピーカを流れる電流値を検出することにより、スピーカの有無を判別していた（例えば、特許文献１参照）。この場合の電流検出は、例えば、Ｄ級アンプに含まれるＦＥＴ（Field effect transistor）や、ＦＥＴを内蔵するデバイス、あるいはＤ級アンプに電圧を供給する電源部分において、実行していた。

この方法においては、接続状態の検出を容易にするため、それぞれのスピーカのインピーダンスが低くなる周波数の信号を送ることにより、多くの電流を流す必要がある。

特開２００５−２２９５９６号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術を採用した場合、電流検出を高精度に行うのが比較的難しいことが予想される。すなわち、上記技術では、電流を直接計測することはできないため、電流を計測するための抵抗を設け、その抵抗における電圧値を計測することにより、電流を算出する必要がある。したがって、電流検出を高精度に行うには、電流自体を大きくするか、抵抗値を大きくして実際に測定する電圧値を大きくする必要がある。

しかるに、電流自体を大きくした場合には、スピーカの接続状態を検出する際に用いる信号がユーザに聞こえてしまう可能性があり、また、抵抗値を大きくした場合には、抵抗における損失が増えてしまい、動作効率の悪化を招くおそれがある。

そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡易且つ高精度にスピーカの接続状態を検出することが可能なスピーカ状態検出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のスピーカ接続状態検出方法は、コイル及びコンデンサを含むローパスフィルタを有するＤ級増幅装置に対する、一又は二以上のスピーカの接続状態を検出するものであり、前記Ｄ級増幅装置の出力段における電圧利得の周波数特性を取得するステップと、前記電圧利得の周波数特性に基づいて前記スピーカの接続状態を検出するステップと、を含むことを特徴とする。

これによれば、Ｄ級増幅装置の出力段における電圧利得の周波数特性を取得して、その特徴に応じてスピーカの接続状態を検出するので、簡易な方法で高精度にスピーカの接続状態を検出することが可能となる。

この場合において、前記検出するステップでは、前記周波数特性のピーク付近の値を用いて、前記スピーカの接続状態を検出するようにすることができる。かかる場合には、周波数特性の特徴点に基づいて高精度に接続状態を検出することができる。

この場合において、前記電圧利得の周波数特性と前記スピーカの接続状態との関係を予め計測し、テーブルとして保持するステップを更に含み、前記検出するステップでは、前記取得するステップで取得された電圧利得の周波数特性と前記テーブルとを用いて、前記スピーカの接続状態を検出することができる。かかる場合には、取得した電圧利得の周波数特性とテーブルとを照合することによりスピーカの接続状態を簡易に検出することが可能となる。

本発明では、前記検出するステップでは、特定周波数における電圧利得を取得するようにすることができる。かかる場合には、特定周波数における電圧利得と、スピーカの接続状態と特定周波数における電圧値との関係と、に基づいて、スピーカの接続状態を検出することで簡易にスピーカの接続状態を検出することが可能となる。

また、本発明では、前記Ｄ級増幅装置は、周波数帯域に応じてインピーダンスを補正するインピーダンス補正回路を更に有しており、前記検出するステップでは、前記インピーダンス補正回路により、ピークが低減された電圧利得の周波数特性に基づいて、前記スピーカの接続状態を検出するようにすることができる。かかる場合には、インピーダンス補正回路により電圧利得の周波数特性のピークを低減しているので、ピーク及びその近傍の電圧値を簡易に検出することが可能となる。

この場合において、前記インピーダンス補正回路は、コンデンサと抵抗を含むこととすることができる。

また、本発明では、前記Ｄ級増幅装置は、前記ローパスフィルタのコンデンサに対して並列に接続された別のコンデンサと、当該別のコンデンサに対する電流の供給の有無を切り替えるスイッチ手段と、を更に有し、前記取得するステップでは、前記スイッチ手段を用いて、前記別のコンデンサに対する電流の供給を行うようにすることができる。かかる場合には、取得するステップでは、スイッチ手段を用いて、ローパスフィルタのコンデンサと並列に接続された別のコンデンサに対する電流の供給を行うようにするため、電圧利得がピークとなる周波数（共振周波数）を下げることができる。これにより、ピークとなる周波数（共振周波数）を、接続されるスピーカの出力可能な周波数範囲に設定することが可能となる。

本発明によれば、簡易且つ高精度なスピーカの接続状態の検出が可能なスピーカ接続状態検出方法を提供することができる。

以下、本発明のスピーカ接続状態検出方法の実施に好適なＤ級アンプの一実施形態について、図１〜図６に基づいて説明する。

図１は、一実施形態に係るＤ級アンプ１００の構成の一部を概略的に示している。この図１に示すように、Ｄ級アンプ１００は、コイル１２とコンデンサ１４とを有するローパスフィルタ１０と、コンデンサ１６と抵抗１８とを含むインピーダンス補正手段２０と、コンデンサ２２とスイッチ機構２４とを有するピーク周波数低減手段３０と、を有している。このＤ級アンプ１００の出力端子２６には、スピーカ３２が接続される。なお、Ｄ級アンプ１００は、実際にはコイル１２に対してＰＷＭ信号を生成して出力するＰＷＭ信号生成・出力手段などを有しているが、これについては図示を省略している。また、スピーカ３２としては、比較的高周波の信号（音）を出力するツイータや、比較的低周波の信号（音）を出力するウーハーなどのスピーカを１つのみ、又は並列に複数接続することができる。

ローパスフィルタ１０は、ＰＷＭ信号のうち、特定の閾値よりも高い周波数信号を減衰させて遮断し、低域周波数のみを信号として通過させる機能を有している。本実施形態において、例えば、２０ｋＨｚ程度までの信号を用いることを想定しているのであれば、２０ｋＨｚで安定した周波数特性となるように、３０ｋＨｚ程度の周波数を上記特定の閾値に設定する。この特定の閾値近傍では、例えば、図２や図３に示すように、共振点のピークが発生するようになっている。なお、図２や図３では、スピーカの接続状態に応じて、ピークにおける電圧利得の値が異なる。

インピーダンス補正手段２０は、Zobelフィルタとして一般的に知られたフィルタであり、低周波数帯域では高インピーダンスを維持するとともに、周波数が所定周波数より高いときにはインピーダンスを徐々に低下させ、最終的にインピーダンスを抵抗値と同値に収束させる機能を有する。このインピーダンス補正手段２０により、例えば、図２や図３に示すような電圧利得の周波数特性において、ピーク部分に相当する電圧利得を極力低減させるようにしている。

ピーク周波数低減手段３０は、コンデンサ２２とトランジスタやＦＥＴなどの半導体スイッチを含むスイッチ機構２４とを有している。このピーク周波数低減手段３０では、スイッチ機構２４により、オン・オフの制御を行うことが可能であり、オンの状態では、コンデンサ２２の作用によって、電圧利得のピーク部分の周波数を低く設定することができる。

これについてより具体的に説明すると、図２のグラフは、図１の回路のスイッチ機構２４をオンにした状態で取得した電圧利得の周波数特性であり、図３のグラフは、Ｄ級アンプ１００からピーク周波数低減手段３０を取り外した場合（又はスイッチ機構２４をオフにした場合）の電圧利得の周波数特性を示すものであるが、この図２のグラフと図３のグラフとを比較すると分かるように、ピーク周波数低減手段３０を取り外した場合（スイッチ機構２４をオフにした場合）には、電圧利得のピークの周波数がおよそ３０ｋＨｚであるのに対し（図３参照）、ピーク周波数低減手段３０を設けることにより（スイッチ機構２４をオンにすることにより）、電圧利得のピークの周波数をおよそ２０ｋＨｚにすることができるようになっている（図２参照）。

また、スイッチ機構２４によると、通常時（Ｄ級アンプ１００及びスピーカ３２使用時）には、オフ状態とすることで、スピーカから出力される信号の約２０ｋＨｚ部分の周波数特性に対してコンデンサ２２が与える影響を、排除することができる。

次に、図４の流れ図（検出手順）に従って、本実施形態におけるスピーカ接続状態の検出方法について説明する。

まず、図４のステップＳ１０では、スピーカ接続状態の検出に用いられるテーブルを作成する。ここで、図５は、Ｄ級アンプ１００のローパスフィルタ部分（インピーダンス補正手段２０等を含む部分）に、ツイータもウーハーも接続されていない状態（オープン状態）（図５の最下段の回路）と、ウーハーのみが接続された状態（下から２段目の回路）と、ツイータのみが接続された状態（上から２段目の回路）と、ウーハー及びツイータの両方が接続された状態（最上段の回路）とを含めて一つの回路にした等価回路である。

従って、本ステップＳ１０では、まず、この等価回路を用いて、それぞれの回路において電圧利得の周波数特性を計測し、取得する。なお、この等価回路を用いずに、図１の回路においてスイッチ機構２４をオンにした状態で、かつスピーカの接続状態を種々変更し、各接続状態において、電圧利得の周波数特性を計測することとしても良い。

この場合に得られる計測結果が図２である。この図２のグラフにおいて周波数２０ｋＨｚにおける電圧利得の値に着目すると、オープン状態（約５５ｄＢ）、ウーハーのみの接続状態（約３６ｄＢ）、その他の状態（約２７ｄＢ）を明確に判別することができる。したがって、本ステップＳ１０では、例えば、図６に示すようなテーブル（周波数２０ｋＨｚのときの電圧利得と、そのときのスピーカ状態との関係を示すテーブル）を作成する。

次いで、図４のステップＳ１２では、システムの設置や点検の際に、所定周波数（２０ｋＨｚ）における電圧利得を取得する。なお、本実施形態では、電圧利得を取得する際には、スイッチ機構２４をオンした状態でＰＷＭ信号を出力し、そのときのＰＷＭ信号の周波数と電圧利得との関係を図１の点Ａ又は点Ｂにて計測する。

次いで、ステップＳ１４に移行し、前のステップＳ１２で取得した電圧利得を、ステップＳ１０で作成したテーブル（図６）と照合する。

そして、ステップＳ１６に移行し、ステップＳ１２で取得した電圧利得に対応するスピーカの接続状態を決定する。ここで、例えばステップＳ１２において取得した電圧利得が約３６ｄＢであったならば、図６のテーブルから、ウーハーのみ接続していると判断することができる。

以上説明したように、本実施形態によると、Ｄ級アンプ１００の出力段における電圧利得の周波数特性を取得して、その特徴に応じてスピーカ３２の接続状態（オープン状態であるか、ウーハーのみの接続状態であるか、その他の状態（少なくともツイータが接続された状態）であるか）を検出するので、簡易な方法で高精度にスピーカ３２の接続状態を検出することが可能である。また、高周波（２０ｋＨｚ）において電圧利得のピークが極端に高くなるのは、図２に示すように、オープン状態とウーハーのみが接続された状態のいずれかであって、ツイータが接続されていない状態であることから、高周波の検出信号がスピーカから出力されるような場合であっても、その音がユーザの耳に聞こえるような事態を防止することができる。

また、スピーカの接続状態の検出に際して、従来のように電流を直接検出しないことから、余分な回路の設置や、抵抗値の増大化を行う必要が無いので、高精度なスピーカ状態の検出を行うことができる。また、電流検出のための抵抗を回路内に追加する必要が無いので、Ｄ級アンプの効率化を図ることも可能である。

更に、本実施形態は、簡易な構成で実現できるため、スピーカの状態を検出する機能を有していないＤ級アンプを備えるシステムやＩＣにおいて、本発明の検出方法を簡易に適用することができる。

また、本実施形態では、電圧利得の周波数特性（特定周波数（例えば２０ｋＨｚ）における電圧利得）とスピーカの接続状態との関係を示すテーブルを保持しておき、このテーブルと実際に計測した値とに基づいて、スピーカの接続状態を検出するので、簡易にスピーカの接続状態の検出を行うことが可能である。

また、本実施形態では、Ｄ級アンプ１００が、周波数帯域に応じてインピーダンスを補正するインピーダンス補正手段２０を有しているので、電圧利得の周波数特性のピークを低減させることができる。これにより、ピーク及びその近傍の電圧値を簡易に検出することが可能である。

また、本実施形態では、Ｄ級アンプ１００が、ローパスフィルタ１０のコンデンサ１４に対して並列に接続された別のコンデンサ２２と、当該コンデンサ２２に対する電流の供給の有無を切り替えるスイッチ機構２４とを有するピーク周波数低減手段３０を備えているので、電圧利得のピークを例えば３０ｋＨｚ（図３）から２０ｋＨｚ（図２）に変更することができる。これにより、電圧利得のピークを接続されるスピーカが出力可能な周波数範囲に設定することができるので、容易に電圧利得の周波数特性を測定することが可能である。

なお、上記実施形態では、図１に示すように、Ｄ級アンプ１００が、ローパスフィルタ１０に加えて、インピーダンス補正手段２０、ピーク周波数低減手段３０を備える場合について説明したが、これに限らず、Ｄ級アンプ１００が、これらのうち、ローパスフィルタ１０のみ有していても良いし、あるいは、ローパスフィルタ１０とインピーダンス補正手段２０、又はローパスフィルタ１０とピーク周波数低減手段３０を有していても良い。例えば、ピーク周波数低減手段３０を設けない場合は、図３のグラフに示すような電圧利得の周波数特性が得られるので、各周波数特性のピーク時の利得（オープン状態で約５６ｄＢ、ウーハーのみ接続状態で約４２ｄＢ、その他の状態で約２２ｄＢ）と、スピーカの接続状態とを関連付けたテーブルを作成し、不図示の制御装置などが保持するようにすれば良い。

なお、上記実施形態では、ピーク周波数低減手段３０が、スイッチ機構２４を有する場合について説明したが、これに限らず、例えば、スピーカ３２としてウーハーのみが採用される場合には、スイッチ機構２４を設けなくても良い。この場合には、コンデンサ２２の容量を予め加味しておき、通常使用時は信号出力にローパスフィルタをかけて信号の高周波部分をスピーカから出力させないようにすればよい。

また、上記実施形態では、図６に示すようなテーブルを作成することとしたが、これに限らず、所定周波数における電圧利得の計測結果と図２や図３のグラフとを照合して、スピーカの接続状態を検出するようにしても良い。

なお、上記実施形態では、ピーク周波数低減手段３０として、コンデンサを用いた場合について説明したが、これに代えて、ローパスフィルタ１のコイルに並列に別のコイルを接続しても良い。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。また、上記実施形態の説明において使用した数値は一例であって、これに限定されるものではない。

一実施形態に係るＤ級アンプの構成を概略的に示す図である。 図１のＤ級アンプにおける周波数と電圧利得との関係を示す図である。 図１からピーク周波数低減手段３０を取り外した（又はスイッチ機構をオフした）状態での、Ｄ級アンプにおける周波数と電圧利得との関係を示す図である。 スピーカ接続状態検出方法を実行する際の流れ図である。 一実施形態の回路の等価回路を示す図である。 電圧利得とスピーカの接続状態との関係を示すテーブルである。

符号の説明

１０ ローパスフィルタ
２０ インピーダンス補正手段（インピーダンス補正回路）
２２ コンデンサ
２４ スイッチ機構（スイッチ手段）
３０ ピーク周波数低減手段
１００ Ｄ級アンプ（Ｄ級増幅装置）

Claims (6)

1. コイル及びコンデンサを含むローパスフィルタを有するＤ級増幅装置に対する、一又は二以上のスピーカの接続状態を検出するスピーカ接続状態検出方法であって、
   前記Ｄ級増幅装置の出力段における電圧利得の周波数特性を取得するステップと、
   前記電圧利得の周波数特性に基づいて前記スピーカの接続状態を検出するステップと、を含むスピーカ接続状態検出方法。
2. 前記検出するステップでは、前記周波数特性のピーク付近の値を用いて、前記スピーカの接続状態を検出することを特徴とする請求項１に記載のスピーカ接続状態検出方法。
3. 前記電圧利得の周波数特性と前記スピーカの接続状態との関係を予め計測し、その関係をテーブルとして保持するステップを更に含み、
   前記検出するステップでは、前記取得するステップで取得された前記電圧利得の周波数特性と前記テーブルとを用いて、前記スピーカの接続状態を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のスピーカ接続状態検出方法。
4. 前記Ｄ級増幅装置は、周波数帯域に応じてインピーダンスを補正するインピーダンス補正回路を更に有しており、
   前記検出するステップでは、前記インピーダンス補正回路により、ピークが低減された前記電圧利得の周波数特性に基づいて、前記スピーカの接続状態を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスピーカ接続状態検出方法。
5. 前記インピーダンス補正回路は、コンデンサと抵抗を含むことを特徴とする請求項４に記載のスピーカ接続状態検出方法。
6. 前記Ｄ級増幅装置は、前記ローパスフィルタのコンデンサに対して並列に接続された別のコンデンサと、当該別のコンデンサに対する電流の供給の有無を切り替えるスイッチ手段と、を更に有し、
   前記取得するステップでは、前記スイッチ手段を用いて、前記別のコンデンサに対する電流の供給を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のスピーカ接続状態検出方法。

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