JP2009253926A - 音声出力アンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】音声出力アンプ装置について最適な音声出力設定レベルでリミッターが動作し、どのようなスピーカーを接続してもアンプやスピーカーの故障を気にすることなく音量を上げることが可能であり、そのスピーカーの最大定格電力まで使用でき、音歪みや音割れ等を発することの無い音声出力アンプ装置を得る事を目的とする。
【解決手段】本発明に係る音声出力アンプ装置は、スピーカー５へ音声信号を供給する音声出力アンプ装置であって、入力信号を増幅しスピーカーへ出力する音声出力アンプ３、音声出力アンプ３へ入力する入力信号を制御する音声ＤＳＰ２を備え、音声ＤＳＰ２は、外部操作により設定されるスピーカー５の最大定格電力および定格インピーダンスに基づきスピーカー５に出力する最大出力振幅電圧を決定するコントローラー部２４、最大出力振幅電圧に応じて音声出力アンプ３へ入力信号を制限して供給する音声リミッター２３を備えて構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オーディオ機器、テレビ等、外部接続されるスピーカーに音声信号を供給する音声出力アンプ装置に関するものである。

接続されるスピーカーの最大定格電力に対して、アンプの音声出力電力が大きすぎる場合、音歪みや音割れが発生し、この状態が長時間連続するとスピーカーの破壊に至る。特に、小型のスピーカーを接続した場合は低音不足が発生しやすく、イコライジングによって低音の振幅を大きくすることにより補おうとすると、音歪み、音割れが発生するという問題がある。

従来の音声出力アンプは、スピーカーの最大定格電力を超えないようにするためのリミッター機能は無く、ユーザーがアンプ出力に対して適当な最大定格電力のスピーカーを選択して購入したり、スピーカーの定格電力を超えないような音量調節を行う必要があった。

これに対し、スピーカーの保護を目的としたリミッターを備えているものが、例えば特許文献１に示されている。

また、アンプの定格インピーダンスよりも低いインピーダンスのスピーカーを接続した場合に、通常と同じ音声出力振幅電圧で出力すると、アンプの出力電力が大きくなりアンプ側の温度上昇につながり、最悪の場合アンプの破壊に至ったりする。また温度保護回路が内蔵されている場合は、保護回路の働きにより音が途切れたり、視聴の中断を余儀なくされる場合がある。

この改善策として、音声出力リミッター機能を備えるアンプが、例えば特許文献２に示されている。

特開昭６２−１８８５９７号公報 実開平６−５５６９９号公報

しかしながら、特許文献１に示されている方法について、接続するスピーカーに応じてリミッターレベルを可変する手段は備えておらず、あらかじめ設定されたリミッターレベルで動作するだけであった。

また、特許文献２におけるリミッターの目的は、低インピーダンススピーカーを接続された場合のアンプの定格出力電力オーバー、及び音声出力アンプのＩＣ温度上昇を抑える回路保護を目的としたものであり、この場合もスピーカーに応じてリミッターレベルを可変する手段は持っていなかった。

スピーカーの最大定格電力を超えないようにする場合に、音声出力電圧に制限をかけるリミッター回路は有効であるが、例えば接続されるスピーカーの定格よりも小さいレベルでリミッターを働かせてしまうと、スピーカーから十分な音量を得られず、スピーカーの性能を十分に生かせない。従来の音声アンプには、リミッターのレベルを接続されるスピーカーの最大定格電力や定格インピーダンスに対してリミッターレベルを最適に合わせることができるものは無かった。

一方で、スピーカーへ供給する電力が小さくてよい場合には、アンプ電圧が必要以上に高いと、アンプにおける電力のロスが大きくなる。熱が余計に発生し、消費電力がスピーカーに加わる電力のわりに大きくなってしまうという問題がある。

また、スピーカーインピーダンスの違いにより、音量設定が同じでもスピーカーに加わる電力の差による音圧差が発生する。例えば８Ωスピーカーを標準として考えると、４Ωスピーカーの場合２倍の電力が加わることになり、音圧も２倍となるのでスピーカーに加わる音声出力信号振幅を−３ｄＢ補正することにより、８Ωスピーカーの場合と同等とする必要がある。逆に１６Ωスピーカーだと電力が１／２倍となるので、＋３ｄＢ補正することで８Ωスピーカーと同等とする必要がある。

更にマルチチャンネルのサラウンドスピーカーを接続する場合、後方に配置されるサラウンドスピーカーの口径サイズ及び最大定格電力が、フロントスピーカーよりも小さい場合が多いが、音圧バランスを考えて音量設定すると、スピーカーサイズが小さく、同じ電力でも音圧が小さいのでリヤスピーカー音量を上げ気味で使うことになり、最大定格電力も小さいスピーカーの場合が多いので、リヤスピーカーに過大な電力が加わってしまうという問題がある。

本発明は上述のような問題を解決するためになされたものであり、音声出力アンプ装置について最適な音声出力設定レベルでリミッターが動作するようにし、どのようなスピーカーを接続してもアンプやスピーカーの故障を気にすることなく安心して音量を上げることが可能であり、そのスピーカーの最大定格電力一杯まで使用でき、音歪みや音割れ等の不快な音を発することの無い音声出力アンプ装置を得る事を目的とする。

本発明に係る音声出力アンプ装置は、スピーカーへ音声信号を供給する音声出力アンプ装置であって、入力信号を増幅しスピーカーへ出力する音声出力アンプ、音声出力アンプへ入力する入力信号を制御するアンプ制御部を備え、アンプ制御部は、外部操作により設定されるスピーカーの最大定格電力および定格インピーダンスに基づきスピーカーに出力する最大出力振幅電圧を決定する制御部、最大出力振幅電圧に応じて音声出力アンプへ入力信号を制限して供給する音声出力回路を備えて構成される。

接続されるスピーカーの最大定格電力、定格インピーダンスをユーザーが設定することにより、制御部のマイコンで最大出力振幅電圧の演算が行われ、最適な音声出力設定レベルになるよう音声出力回路のリミッターが動作するようにしたので、どのようなスピーカーを接続していても、そのスピーカーの最大定格電力一杯まで使用でき、音歪み音割れを防止でき、不快な音を聞くことも無く、安心して音量を上げることが可能となる。またアンプやスピーカーの破壊からの保護効果があり、長期使用が可能となる。

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

＜実施の形態１＞
（構成）
図１は、本実施の形態に係る音声回路の構成を示すブロック図である。音声ＤＳＰ（アンプ制御部）２は音声用のDigital Signal Processorであり、音声信号処理を行うマイクロプロセッサーである。

音声ＤＳＰ２は、外部より受信した信号から音声ＤＳＰ２へ入力する信号を選択し出力する入力セレクタ１、ユーザーが外部操作を行うためのユーザーインターフェース６、および音声ＤＳＰ２からの入力信号を増幅しスピーカー５へ出力する音声出力アンプ３と接続される。音声ＤＳＰ２は音声出力アンプ３へ入力する信号を制御する。音声ＤＳＰ２及び音声出力アンプ３により、本実施の形態における音声出力アンプ装置が構成される。また音声出力アンプ３は、音声出力アンプ３に固定の電源電圧を供給する固定電圧電源４と接続される。

次に、音声ＤＳＰ２の内部構成について説明する。音声ＤＳＰ２は、外部の入力セレクタ１と接続され入力セレクタ１から入力された信号の各種処理を行う音声処理部２１、音声処理部２１と接続され音声処理部２１からの信号の音量をコントロールする音量コントロール部２２、音量コントロール部２２および外部の音声出力アンプ３と接続され音量コントロール部２２からの信号を制限して音声出力アンプ３に供給する、音声リミッター部２３を備える。

また音声ＤＳＰ２は、音声処理部２１、音量コントロール部２２、音声リミッター部２３、および外部のユーザーインターフェース６と接続され、ユーザーインターフェース６による設定に基づき接続された各部をコントロールするコントローラー部２４を備える。コントローラー部２４は、外部操作により設定されるスピーカー５の最大定格電力および定格インピーダンスに基づき、スピーカー５に出力する最大出力振幅電圧を決定する機能を備える。また、音声リミッター部２３は最大出力振幅電圧に応じて音声出力アンプ３へ入力信号を制限して供給する機能を備える。

（動作）
ユーザーはユーザーインターフェース６を介してスピーカー５の定格インピーダンス、最大定格電力を設定する。音声ＤＳＰ２の内部のコントローラー部２４はその設定値から音声リミッター２３の最大出力振幅電圧を演算し、音声リミッター部２３にレベルを設定する。

入力セレクタ１により選択された音声信号は、音声ＤＳＰ２で音声コントロールされる。すなわち、音声処理部２１で各種処理が行われた後、音量コントロール部２２で音量がコントロールされる。

さらに、音声リミッター部２３はコントローラー部２４より設定された検出レベルすなわち最大出力振幅電圧に応じて、音声信号のピークレベルと比較処理を行い、そのレベルより大きくなった時に、ピークレベルをそれ以下に制限して供給するよう、全体の音量を下げるような処理を行う。

音声ＤＳＰ２のようなデジタル回路でデジタル的に処理を行う場合だけでなく、アナログ回路で処理を行う場合も同様である。また、リミッター動作により音量が大きくなったり小さくなったりするので、違和感の無いような時間積分処理も必要になる。

音声リミッター部２３から出力された信号は、音声出力アンプ３で電力増幅され、スピーカー５に出力される。

なお、ユーザーインターフェース６にマイコンが設置され、ユーザーインターフェース６においてスピーカーの最大定格電力、定格インピーダンスが入力されると共に、音声リミッターの設定値すなわち最大出力振幅電圧の演算も行われ、コントローラー部２４に設定する構成としてもよい。このときは、ユーザーインターフェース６およびコントローラー部２４により制御部が構成される。

（効果）
接続されるスピーカーの最大定格電力、定格インピーダンスをユーザーが設定することにより、コントローラー部２４で最大出力振幅電圧の演算が行われ、最適な音声出力設定レベルになるよう音声リミッター２３が動作するようにしたので、どのようなスピーカーを接続していても、そのスピーカーの最大定格電力一杯まで使用でき、音歪み音割れを防止でき、不快な音を聞くことも無く、安心して音量を上げることが可能となる。またアンプやスピーカーの破壊からの保護効果があり、長期使用が可能となる。

＜実施の形態２＞
（構成）
図２は、本実施の形態に係る音声回路の構成を示すブロック図である。

本実施の形態においては、音声出力アンプ３に電源電圧を供給する電圧電源として、実施の形態１における固定電圧電源４の代わりに、任意の電源電圧を供給する可変電圧電源７が設置される。

また、ユーザーインターフェース６は可変電源電圧７と接続される。さらに、ユーザーインターフェース６はマイコンを備え、外部操作により設定されるスピーカー５の最大定格電力および定格インピーダンスに基づき可変電圧電源７が供給する電源電圧を決定する機能を備える。ユーザーインターフェース６およびコントローラー部２４により制御部が構成される。また、音声ＤＳＰ２、音声出力アンプ３、可変電圧電源７及びユーザーインターフェース６により、本実施の形態における音声出力アンプ装置が構成される。

その他の構成は実施の形態１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

（動作）
本実施の形態における動作を、図２を基に説明する。

ユーザーインターフェース６内のマイコンは、接続されるスピーカー５の定格インピーダンスおよび最大定格電力から演算される最大出力振幅電圧に応じて最適な電源電圧を演算し、可変電圧電源７の電圧の制御を行い、音声出力アンプ３の電源電圧を最適電圧にコントロールする。可変電圧電源７は最適な電源電圧を音声出力アンプ３に供給する。

その他の動作は実施の形態１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

（効果）
音声出力アンプ３がアナログ方式アンプ、デジタル方式アンプに関わらず、必要以上の高い電圧でアンプを駆動すると、アンプＩＣの消費電力効率が悪くなり、音声出力アンプ３や可変電圧電源４の温度も高くなってしまう。本実施の形態においては、必要な音声出力電力を得られる最低限の電源電圧に設定することによって、効率改善と信頼性向上及び省エネの効果がある。

＜実施の形態３＞
（構成）
図３は、本実施の形態に係る音声回路の構成を示す回路ブロック図である。

本実施の形態においては、音声出力アンプ３は複数の入力信号を増幅し複数のスピーカーへ出力する機能を備え、マルチチャンネルのサラウンドに対応するフロントスピーカー５１、リヤスピーカー５２、センタースピーカー５３が接続される。フロントスピーカー５１、リヤスピーカー５２、センタースピーカー５３はそれぞれ異なった最大定格電力、定格インピーダンスを有する。

また、コントローラー部２４は、外部操作により設定される複数のスピーカーの最大定格電力および定格インピーダンスに基づき複数のスピーカーに出力する複数の最大出力振幅電圧を決定する機能を備え、音声リミッター２３は、複数の最大出力振幅電圧に応じて音声出力アンプへ複数の入力信号を制限して供給する機能を備える。音声ＤＳＰ２及び音声出力アンプ３により、本実施の形態における音声出力アンプ装置が構成される。

その他の構成は実施の形態１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

（動作）
本実施の形態における動作を、図３を基に説明する。

コントローラー部２４は、外部操作により設定される複数のスピーカーの最大定格電力および定格インピーダンスに基づき複数のスピーカーに出力する複数の最大出力振幅電圧を決定し、音声リミッター２３に設定する。

音声リミッター２３は、複数の最大出力振幅電圧に応じて音声出力アンプ３へ複数の入力信号を制限して供給し、音声出力アンプ３は複数の入力信号を増幅し複数のスピーカーへ出力する。一部のスピーカーにおいてピークレベルを超えたときは、ピークレベルをそれ以下に制限して供給するよう、各チャンネルのスピーカーの音圧バランスを確保しつつ、全体のチャンネルの音量を下げるような処理を行う。

その他の動作は実施の形態１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。

（効果）
マルチチャンネルのサラウンドスピーカーを接続する場合など、各チャンネルの音圧バランスで各チャンネルの音量を調節することになるが、例えばスピーカー口径の小さいものは、音圧が小さいので音量を大きく設定しがちになるが、最大定格電力についても小さいスピーカーである場合が多いので、スピーカーの最大定格電力をオーバーして使用してしまうことがある。

各チャンネルのスピーカーの最大定格電力、定格インピーダンスをユーザーが設定することにより、通常時の各チャンネルのスピーカーの音圧バランスを確保しながら、すなわちスピーカーのインピーダンス等から生じる音圧差が少なくなるように音量オフセット補正を確保しながら、大きな音になった時も、スピーカーの歪み防止、音割れ防止、破壊防止が可能になる。

本発明の実施の形態１を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態２を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態３を示す回路ブロック図である。

符号の説明

１ 入力セレクタ、２ 音声ＤＳＰ、３ 音声出力アンプ、４ 固定電圧電源、５ スピーカー、６ ユーザーインターフェース、７ 可変電圧電源、２１ 音声処理部、２２ 音量コントロール部、２３ 音声リミッター、２４ コントローラー部、５１ フロントスピーカー、５２ リヤスピーカー、５３ センタースピーカー。

Claims (3)

1. スピーカーへ音声信号を供給する音声出力アンプ装置であって、
   入力信号を増幅し前記スピーカーへ出力する音声出力アンプと、
   前記音声出力アンプへ入力する前記入力信号を制御するアンプ制御部と、を備え、
   前記アンプ制御部は、
   外部操作により設定される前記スピーカーの最大定格電力および定格インピーダンスに基づき前記スピーカーに出力する最大出力振幅電圧を決定する制御部と、
   前記最大出力振幅電圧に応じて前記音声出力アンプへ前記入力信号を制限して供給する音声出力回路と、を備える、
   音声出力アンプ装置。
2. 前記音声出力アンプへ任意の電源電圧を供給する可変電圧電源をさらに備え、
   前記制御部は、
   外部操作により設定される前記スピーカーの最大定格電力および定格インピーダンスに基づき前記可変電圧電源が供給する電源電圧を決定する手段をさらに備える、
   請求項１に記載の音声出力アンプ装置。
3. 前記音声出力アンプは複数の前記入力信号を増幅し複数のスピーカーへ出力する機能を備え、
   前記制御部は、外部操作により設定される複数のスピーカーの最大定格電力および定格インピーダンスに基づき前記複数のスピーカーに出力する複数の最大出力振幅電圧を決定する機能を備え、
   前記音声出力回路は、前記複数の最大出力振幅電圧に応じて前記音声出力アンプへ前記複数の入力信号を制限して供給する機能を備える、
   請求項１に記載の音声出力アンプ装置。

Images