JP2010167912A

JP2010167912A - 車載用オーディオ装置

Info

Publication number: JP2010167912A
Application number: JP2009012529A
Authority: JP
Inventors: Shohei Yamamoto; 昌平山本
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2010-08-05

Abstract

【課題】装置内部の温度が不安定な状態であっても、ユーザに聴感上の違和感を与えることなくオーディオ信号を聴取可能にした「車載用オーディオ装置」を提供すること。
【解決手段】車載用オーディオ装置は、入力されたオーディオ信号に対し、所定の周波数の信号レベルを調整して出力するオーディオ出力処理部と、レベル調整されたオーディオ信号を増幅してスピーカーに出力するオーディオ出力増幅部と、オーディオ出力増幅部の近傍の温度を検出する温度検出部と、温度検出部により検出される温度におけるオーディオ信号の周波数特性と温度が一定の定常状態におけるオーディオ信号の周波数特性との差分を検出し、差分を補償して定常状態における周波数特性になるようなフィルタの設定値を算出し、オーディオ出力処理部に補償用のフィルタを構成させる制御部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、デバイスの温度上昇に起因して生じる音声信号に対する影響を解消するよう適応された車載用オーディオ装置に関する。

オーディオ装置は、基本的に、ＣＤ，ＭＤ等のプレーヤーと、プレーヤーから出力される信号を増幅するパワーアンプと、パワーアンプから出力される電気信号を音に変換して音声出力するスピーカーとを有している。このようなオーディオ装置において、高忠実度再生を実現するために、パワーアンプの周波数特性を可聴周波数帯域（概ね２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの帯域）ではフラットになるように調整している。

また、イコライザを使用して可聴周波数帯域全体として所定の空間内（例えば、車室内）の音響特性を補正して、ユーザの好みに応じた音響特性にすることも行われている。例えば、低域を強調するために低域の音量（振幅）のみを高くするように、各周波数帯域毎に音量を調整することもある。

一方、オーディオ装置が置かれている環境によって出力される音声の周波数特性が変化し、上記の設定をした場合であってもユーザが所望する音質が得られない場合が発生する。例えば、上記のパワーアンプを大出力で動作させ続けるとパワーアンプを構成している回路素子、例えばＦＥＴやコンデンサ等における電力損失が大きくなり熱が発生することがある。この熱によりオーディオ装置内部のデバイス、例えば信号処理用のＩＣに影響を与え、装置の動作が不安定になったり、出力される音質が変化することがある。

このような環境の変化に対して音質を補償する技術として、例えば特許文献１には、スピーカーの設置環境における湿度や温度変化に対応する補正用データを用いて音響特性変化を連続的に補償する装置が記載されている。

特開２００３−１２５４８０号公報

上述したように、オーディオ装置が置かれている環境に応じてスピーカーから出力される音声の音質を補償することが行われている。

一方、オーディオ装置は電源投入後、装置内部の温度が安定するまでにはしばらく時間がかかる。例えば、装置内部の温度が飽和するまでに２時間程度の時間を要し、電源ＩＣの温度が飽和温度に達するまでには１時間程度の時間を要している。このような温度が安定するまでの過渡状態においては、オーディオ装置内部で使用されているコンデンサの容量値や抵抗器の抵抗値等、デバイスの値も一定ではなく、温度に依存して変化する。

このような不安定な状態で出力される音声の音質は、温度が安定したときに出力される音声の音質よりも悪く、また音質そのものが不安定になってしまい、ユーザに対して聴感上の違和感を与えかねないという課題があった。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑みなされたものであり、オーディオ装置内部の温度が不安定な状態であっても、ユーザに聴感上の違和感を与えることなくオーディオ信号を聴取可能にした車載用オーディオ装置を提供することを目的とする。

上述した従来技術の課題を解決するため、本発明の一形態によれば、入力されたオーディオ信号に対し、所定の周波数の信号レベルを調整して出力するオーディオ出力処理部と、レベル調整されたオーディオ信号を増幅してスピーカーに出力するオーディオ出力増幅部と、当該オーディオ出力増幅部の近傍の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部により検出される温度における前記オーディオ信号の周波数特性と温度が一定の定常状態における前記オーディオ信号の周波数特性との差分を検出し、当該差分を補償して前記定常状態における周波数特性になるようなフィルタの設定値を算出し、前記オーディオ出力処理部に当該補償用のフィルタを構成させる制御部と、を備えたことを特徴とする車載用オーディオ装置が提供される。

上記形態に係る車載用オーディオ装置において、前記温度検出部は、前記オーディオ出力処理部と前記オーディオ出力増幅部の間に配置されるコンデンサの近傍に配置されるようにしてもよく、更に、前記定常状態の周波数特性と段階的に規定された所定の温度における周波数特性との差分を補償するための条件と当該所定の温度とを対応付けた対応テーブルを格納した記憶部を備え、前記制御部は、所定の時間毎に前記温度検出部から温度を取得して、当該温度が前記段階的に規定したいずれかの温度以上になったとき、当該段階の温度に応じた前記条件を基に前記設定値を算出するようにしてもよい。

本発明に係る車載用オーディオ装置においては、オーディオ出力増幅部の近傍の温度を検出し、その検出温度における周波数特性と温度が定常状態になったときの周波数特性との差分を検出し、その差分を補償するように温度が安定していない過渡状態における周波数特性を調整するようにしている。これにより、車載用オーディオ装置の電源を投入した直後から、装置内部の温度が安定した状態における周波数特性にすることができ、ユーザに聴感上の違和感を与えずに良好な音質の音を出力することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係るオーディオ装置の構成を概略的に示すブロック図である。温度に対する静電容量の変化率の一例を示すグラフである。補償用フィルタの適用前後の振幅特性を示す図（その１）である。補償用フィルタの適用前後の振幅特性を示す図（その２）である。補償用フィルタの適用前後の振幅特性を示す図（その３）である。補償用フィルタの適用前後の振幅特性を示す図（その４）である。各温度における振幅特性の補償用のフィルタの設定条件を示す対応テーブルである。図１における制御部が行うオーディオ信号処理の一例を示すフロー図である。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

（車載用オーディオ装置の構成）
図１は本発明の実施形態に係る車載用オーディオ装置１０の概略構成をブロック図の形態で示したものである。

本実施形態に係る車載用オーディオ装置１０は、基本構成として、オーディオ出力処理部１２と、オーディオ出力増幅部１３と、スピーカー１４と、記憶部１５と、制御部１６と、温度検出部１７と、を備えている。説明の簡単化のため特に図示はしていないが、スピーカー１４は実際には複数個設けられている。

オーディオ出力増幅部１３は、基本的にはオーディオ出力処理部１２を介して入力されたオーディオソース１１の信号を増幅してスピーカー１４に供給する機能を有している。

温度検出部１７は、サーミスタ等の温度センサで構成される。温度検出部１７は、オーディオ出力処理部１２とオーディオ出力増幅部１３との間に配置され、熱の発生によって出力音声の周波数特性に大きな影響を与える部品（例えば、コンデンサ）の近傍に配置される。なお、温度を検出する装置としては、上記のサーミスタの他に、温度検出ＩＣや、トランジスタのベース・エミッタ間電圧の温度依存性を利用した温度検出回路を使用してもよい。

温度検出部１７で検出された信号は、制御部１６に供給される。なお、温度検出部１７で検出された信号が制御部１６にとって十分なレベルでない場合には、温度検出部１７の出力側にアンプを設けるようにし、制御部１６が所定の処理を行える程度にまで信号を増幅するようにしてもよい。

オーディオ出力処理部１２は、例えばＤＳＰ(Digital Signal Processor)によって構成され、制御部１６からの指示に応じたフィルタを構成し、入力されたオーディオ信号に対して所定の周波数の信号レベルを調整して出力する。

また、本実施形態ではオーディオ出力処理部１２として低域周波数の調整を対象としているが、後段のオーディオ出力増幅部１３に供給されるべきオーディオ信号に対し、ユーザが各種の調整（周波数帯毎のレベル調整、特定周波数帯域の除去など）を行えるようにしてもよい。

制御部１６は、例えばマイクロコンピュータで構成され、温度検出部１７で検出された信号を読み取って温度を算出し、その温度に応じた周波数特性と定常状態における周波数特性との差分を検出し、その差分を補償するように、所定のデジタルフィルタを構成するための係数を算出してオーディオ出力処理部１２に出力し、オーディオ出力処理部１２に周波数特性の調整をさせる制御を行う。

記憶部１５は、例えばフラッシュメモリ等の半導体メモリで構成され、温度が安定した定常状態におけるオーディオ信号の周波数特性や、安定した温度以外の予め定められた複数の温度の過渡状態におけるオーディオ信号の周波数特性が格納される。また、各過渡状態の温度毎に、過渡状態における周波数特性を定常状態における周波数特性にするための補償用のフィルタ及びそのフィルタを構成する設定条件を対応付けた対応テーブルを保存する。なお、半導体メモリの代わりに、ハードディスク（ＨＤＤ）を使用しても良い。

このように構成された車載用オーディオ装置１０において、制御部１６は、予め設定されたプログラムに基づいて動作し、温度検出部１７により検出された温度に基づいてオーディオ出力処理部１２の動作を制御するための処理を行う。

具体的には、オーディオ出力処理部１２に対して、温度検出部１７で検出した検出温度に応じて、記憶部１５に格納された補償用のフィルタ等の各種データを抽出し、オーディオ出力処理部１２で行う周波数特性の調整のためのＤＳＰに対する設定値を算出する。その値をオーディオ出力処理部１２に送出し、周波数特性の調整を行う。

以下に、車載用オーディオ装置１０において、オーディオ回路のアナログ回路段にコンデンサと抵抗器からなるハイパスフィルタが構成されているものとして、オーディオ信号の周波数特性の調整について説明する。

一般に、コンデンサの容量値は温度によって変化する。ここでは、ハイパスフィルタを構成するコンデンサの特性として、図２に示した容量変化をするものと仮定する。

温度が２０度のときの容量値をＣ₀をとしたとき、周囲温度ｔ[℃]におけるコンデンサの容量値Ｃ（ｔ）[μＦ]は、Ｃ（ｔ）＝Ｃ₀（１＋０．０１（（１／１２）ｔ−５／３））により算出される。なお、図２に示すように、温度に対する容量値の変化率は非直線性を有しているが、実用上の温度帯域を補償することを考えて、変化率を直線近似している。

また、抵抗器は一般的なカーボン抵抗を使用するものと仮定する。温度が２０度のときの抵抗値をＲ₀とし、温度係数を３００ｐｐｍ／℃としたとき、周囲温度ｔ[℃]における抵抗値Ｒ（ｔ）[Ω]は、Ｒ（ｔ）＝Ｒ₀×（１＋０．０００３（ｔ−２０））により算出される。

上記の容量値及び抵抗値の式を用いて、周囲温度ｔ[℃]におけるハイパスフィルタのカットオフ周波数ｆｃ（ｔ）[Ｈｚ]は、ｆｃ（ｔ）＝１／（２×π×Ｃ（ｔ）×Ｒ（ｔ））により算出される。

例えば、電源投入時の温度を２０[℃]と仮定し、そのときの抵抗値が８２[ｋΩ]、コンデンサの容量が０．４７[μＦ]であるとすると、電源投入時のカットオフ周波数は、ｆｃ（２０）＝４．１３[Ｈｚ]となる。これに対して、定常状態時の温度が６０[℃]とすると、Ｃ（６０）＝０．４８６[μＦ] 、Ｒ（６０）＝８２．９８４[ｋΩ] 、となり、このときのカットオフ周波数は、ｆｃ（６０）＝３．９５[Ｈｚ]となる。

このように、電源投入時の２０[℃]の状態の低域カットオフ周波数に比べて、温度が６０[℃]で安定した状態のときの低域カットオフ周波数のほうが低くなり低域が延びている。この違いが音質にも影響を与えている。

また、温度変化によってコンデンサの容量値や抵抗器の抵抗値が変化するのに伴い、それぞれの温度における低域カットオフ周波数が変化する。これにより、音質が変化することになり、聴取者に聴感上の違和感を与えてしまうことになる。

本実施形態では、温度が安定する定常状態における周波数特性を測定して記録しておく。また、安定した温度以外の各温度における周波数特性を測定し、定常状態における周波数特性との差分を算出する。その差分（振幅特性の差分）を補償するようなフィルタを構成して、音声出力するようにしている。

安定した温度以外の温度は、所定の段階的な温度とし、各段階の温度におけるオーディオ信号の周波数特性を測定する。例えば、周囲温度が−４０[℃]から１０[℃]ごとに１００[℃]までとする。

図３（ａ）は、定常状態（温度ｔ１＝６０[℃]）のときのハイパスフィルタの振幅特性３１と、過渡状態（温度ｔ２＝−４０[℃]）のときの振幅特性３２を示している。同様に、図４（ａ）は定常状態のときの振幅特性４１と過渡状態（ｔ２＝０[℃]）のときの振幅特性４２、図５（ａ）は定常状態のときの振幅特性５１と過渡状態（ｔ２＝４０[℃]）のときの振幅特性５２、図６（ａ）は定常状態のときの振幅特性６１と過渡状態（ｔ２＝８０[℃]）のときの振幅特性６２をそれぞれ示している。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の定常状態のときの振幅特性３１と過渡状態のときの振幅特性３２との差分３３を示している。図３（ｂ）に示すように、周波数が低域になるほど振幅特性の差分が大きくなっている。この差分特性の振幅がゼロになるような振幅特性を持つフィルタを構成し、オーディオ信号をそのフィルタに通すことにより、定常状態のときの振幅特性とすることができる。図３（ｃ）に示すような振幅特性３４になるように補償フィルタを構成する。この補償フィルタを使用することにより、図３（ｄ）に示すように振幅特性の差分をゼロにすることができる。

図４から図５も同様に、定常状態の振幅特性と各温度における振幅特性との差分を算出し、その差分を補償するようなフィルタを構成することにより、各温度において定常状態の振幅特性とすることができ、いずれの温度であっても安定したオーディオ信号を聴取することが可能になる。

図３（ｄ）、図４（ｄ）等に示すように振幅特性を補償するためのフィルタとして、例えばシェルビングＨＰＦを使用し、カットオフ周波数（ポイント周波数）を４[Ｈｚ]とする。また、各温度における振幅特性を補償するために必要となるゲインｇ（ｔ）[ｄＢ]は、各温度における振幅特性と定常状態における振幅特性の差分特性のカットオフ周波数における振幅を０[ｄＢ]にする値の２倍であり、ｇ（ｔ）＝０．１９４（ｔ２／２０−３）により算出される。

図７は各温度における振幅特性の補償用のフィルタの設定条件を記録した対応テーブルである。この対応テーブルにおいて、例えば、過渡状態の温度が２０℃と検出されたときには、カットオフ周波数が４[Ｈｚ]、ゲインが−０．３８８[ｄＢ]になるようにシェルビングＨＰＦを構成するような設定値を制御部１６において算出して、オーディオ出力処理部１２にその値を送信し、周波数特性の補償を行うようにする。

また、オーディオ装置内部の温度測定を所定の間隔で継続的に行い、計測された温度に応じて周波数特性を補償するようにフィルタを構成して、常に定常状態における音質に近似するようにする。なお、計測される装置内部の温度が定常状態における温度になったか、または、温度の変化が所定の値よりも小さくなったときは定常状態になったとみなして、周波数特性の補償処理を停止するようにしてもよい。

（オーディオ出力処理）
以下、本実施形態の車載用オーディオ装置１０におけるオーディオ出力処理について、その処理フローの一例を表した図８を参照しながら説明する。

初期状態として、オーディオソース１１からのオーディオ信号が、オーディオ出力処理部１２を介してオーディオ出力増幅部１３に供給され、オーディオ出力増幅部１３からスピーカー１４を通して音声が出力されているものとする。

先ずステップＳ１１では、温度検出部１７で検出された温度を指示するデータを取り込む。

次のステップＳ１２では、取り込んだ温度データに基づいて、記憶部１５に格納した対応テーブルからその検出温度に応じた補償用フィルタの設定条件を抽出する。設定条件としては、使用するフィルタ、及びフィルタのカットオフ周波数とゲインの値が規定される。

次のステップＳ１３では、制御部１６において補償用フィルタの設定値を算出する。ステップＳ１２で抽出した設定条件を基にして、検出した温度における周波数特性が定常状態における周波数特性と同等になるように、検出した温度における周波数特性と定常状態における周波数特性の差分を補償するフィルタを構成する設定値を算出する。

次のステップＳ１４では、制御部１６からの制御信号により、オーディオ出力処理部１２に対し、補償用のフィルタを構成するように制御する。すなわち、オーディオ出力処理部１２を構成するＦＩＲ(Finite Impulse Response)フィルタ又はＩＩＲ(Infinite Impulse Response)フィルタのフィルタ係数を制御部１６で算出された値に設定して、適切なフィルタを構成する。そして、各温度における周波数特性を定常状態における周波数特性に調整する。

次のステップＳ１５では、温度検出部１７で検出された温度の変化率が所定の値よりも小さいか否かを判定する。温度の変化率が小さく、ほとんど変化していない場合は、温度が一定になったものとみなし、その時点で使用されている補償用のフィルタを継続して使用し、定常状態における周波数特性を維持する。

一方、温度の変化が大きい場合、例えば、温度計測毎に３[℃]以上変化している場合にはステップＳ１１に戻り、本処理を継続する。

なお、ステップＳ１５の温度変化の判定を行わず、常に温度検出部１７から信号を受信して、ステップＳ１１からステップＳ１４までの処理を行うようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る車載用オーディオ装置１０においては、オーディオ出力増幅器１３の近傍の温度を検出し、定常状態におけるオーディオ信号の周波数特性と検出温度におけるオーディオ信号の周波数特性との差分を検出し、その差分を補償するためのフィルタを構成して、出力されるオーディオ信号の周波数特性が定常状態における周波数特性になるようにしている。これにより、車載用オーディオ装置の電源を投入直後から安定した音質の音声を出力することが可能になり、ユーザは違和感なく音楽等を聴取することが可能になる。

なお、本実施形態では、定常状態の温度を６０[℃]、過渡状態の温度を−４０[℃]から１０[℃]毎に１００[℃]までの温度を対象として説明したが、これに限定されないことは勿論である。例えば、過渡状態の温度を１０[℃]毎ではなく、より細かい間隔にするようにしてもよい。

また、補償用フィルタとして、シェルビングＨＰＦを例にとって説明したが、これに限定されず、過渡状態の温度における周波数特性と定常状態の温度における周波数特性との差分を補償可能なフィルタであればよい。

１０…車載用オーディオ装置、
１１…オーディオソース、
１２…オーディオ出力処理部、
１３…オーディオ出力増幅部、
１４…スピーカー、
１５…記憶部、
１６…制御部、
１７…温度検出部、
３１，４１，５１，６１…定常状態のときの振幅特性、
３２，４２，５２，６２…過渡状態のときの振幅特性、
３３，４３，５３，６３…補償フィルタの振幅特性。

Claims

入力されたオーディオ信号に対し、所定の周波数の信号レベルを調整して出力するオーディオ出力処理部と、
レベル調整されたオーディオ信号を増幅してスピーカーに出力するオーディオ出力増幅部と、
当該オーディオ出力増幅部の近傍の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部により検出される温度における前記オーディオ信号の周波数特性と温度が一定の定常状態における前記オーディオ信号の周波数特性との差分を検出し、当該差分を補償して前記定常状態における周波数特性になるようなフィルタの設定値を算出し、前記オーディオ出力処理部に当該補償用のフィルタを構成させる制御部と、
を備えたことを特徴とする車載用オーディオ装置。
前記温度検出部は、前記オーディオ出力処理部と前記オーディオ出力増幅部の間に配置されるコンデンサの近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載の車載用オーディオ装置。
更に、前記定常状態の周波数特性と段階的に規定された所定の温度における周波数特性との差分を補償するための条件と当該所定の温度とを対応付けた対応テーブルを格納した記憶部を備え、
前記制御部は、所定の時間毎に前記温度検出部から温度を取得して、当該温度が前記段階的に規定したいずれかの温度以上になったとき、当該段階の温度に応じた前記条件を基に前記設定値を算出することを特徴とする請求項２に記載の車載用オーディオ装置。
前記条件は、前記補償用のフィルタの周波数特性を規定する低域遮断周波数とゲインであることを特徴とする請求項３に記載の車載用オーディオ装置。