JP2012085040A

JP2012085040A - 車載オーディオ装置

Info

Publication number: JP2012085040A
Application number: JP2010228483A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kajitani; 賢司梶谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2012-04-26

Abstract

【課題】短い判定時間で異常を判定可能な車載オーディオ装置を提供する。
【解決手段】音声レベル比較部３２は、ＤＳＰ１０の音声レベル検出部１１からオーディオ信号の音声レベルを読み出して、音声レベルが十分に低いか又は無音状態であることを検出する。異常判定部３３は、音声レベルが十分に低いか又は無音状態の場合に、パワーアンプ２０の異常検知部２４が異常を検知すると、直流オフセット異常が発生していると判定してパワーアンプ２０の動作を停止させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、パワーアンプの差動出力に発生する直流オフセット異常を検知する車載オーディオ装置に関するものである。

車載オーディオ装置は、バッテリの低い電源電圧で大きな出力を要求されるため、パワーアンプのスピーカ出力にＢＴＬ（ＢａｌａｎｃｅｄＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＬｅｓｓ）出力を採用し、中点バイアス（電圧）に重畳する互いに逆相のオーディオ信号を２つの増幅器でそれぞれ増幅してスピーカを駆動し、単独の増幅器使用時の倍の振幅の出力を得ている。部品の経年劣化及び異物混入等により中点バイアスがオフセットした状態、いわゆる直流オフセット異常が発生すると、差動出力間の電位差が０Ｖから数Ｖに変化しスピーカに対して直流電流が流れ続け、スピーカの故障に繋がる。

従来、スピーカの故障を回避する為に、パワーアンプには直流オフセット異常を検知する機能が実装されているものがある。その原理は単純で、２つの増幅器の差動出力間の電位差と予め定められた閾値とを比較して、その閾値を超えると異常検知信号を出力する。しかし、オーディオ信号は音量に応じて振幅が変動するため、この原理では音声出力中の直流オフセット異常を誤検知し易く、異常判定が非常に難しい。

そこで、従来は（１）誤検知を回避する為にパワーアンプの直流オフセット異常検知機能の検知期間を長く取り、閾値を複数設けたり振幅に応じて重み付けするなど複雑に調整する（例えば、特許文献１参照）、（２）異常判定の難しい音声出力中を避け、ミュートを掛けている期間のみ検知を実行する等していた。

特許第４１６０４３７号公報

しかしながら、上記（１）の方法では閾値を異常検知し易い方向に調整すると誤検知の恐れがあり、一方、誤検知し難い方向に調整すると異常検知し難くなる等、閾値の調整が非常に難しかった。また、振幅の平均を得るために数十秒〜数分の検知時間を要し、異常判定に時間がかかっていた。また、上記（２）の方法では異常検知を実行する機会が、音源をカーラジオからＣＤプレイヤに切り換える際のミュート動作中などに限られてしまい、実行頻度が低いという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、誤検知の可能性が低い期間の異常検知信号に基づいて直流オフセット異常発生を判定するようにして、短い判定時間で異常を判定可能な車載オーディオ装置を提供することを目的とする。

この発明に係る車載オーディオ装置は、オーディオ信号について一対の正相及び逆相の信号をそれぞれ増幅してスピーカへ出力する２つの増幅部、及び、２つの増幅部が出力する正相及び逆相の信号の電位差が予め設定された閾値を超えると異常検知信号を出力する異常検知部を有するパワーアンプと、パワーアンプに入力されるオーディオ信号の音声レベルを検出する音声レベル検出部と、音声レベル検出部が検出する音声レベルを、予め設定された音声レベル閾値と比較する音声レベル比較部と、音声レベル比較部の比較結果より音声レベルが音声レベル閾値以下の場合に、異常検知部から異常検知信号が出力されるとパワーアンプの動作を停止させる異常判定部とを備えるものである。

この発明によれば、オーディオ信号の音声レベルを音声レベル閾値と比較することにより、音声レベルが十分に低いか又は無音状態であって誤検知の可能性が低い期間を検出できる。その為、音声出力中であっても誤検知の可能性が低い期間の異常検知信号に基づいて直流オフセット異常発生を判定することができるようになり、短い判定時間で異常を判定可能な車載オーディオ装置を提供することができる。

この発明の実施の形態１に係る車載オーディオ装置の構成を示すブロック図である。パワーアンプの正常な差動出力を示すグラフである。異常が発生した場合のパワーアンプの差動出力を示すグラフである。実施の形態１に係る車載オーディオ装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２に係る車載オーディオ装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態３に係る車載オーディオ装置の構成を示すブロック図である。

実施の形態１．
図１に示すように、実施の形態１に係る車載オーディオ装置は、１チャンネルのオーディオ信号に信号処理を施すＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）１０と、オーディオ信号を所定ゲインで振幅してスピーカ４０を駆動するパワーアンプ２０と、パワーアンプ２０を制御するマイクロコンピュータ（以下、マイコン）３０とを備える。

ＤＳＰ１０は、カーラジオ及びＣＤプレイヤ等から入力される１チャンネルのオーディオ信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換し、ボリューム調整、周波数特性調整等の信号処理を施した後に再びアナログ信号に変換してパワーアンプ２０へ出力する。音声レベル検出部１１は、ＤＳＰ１０の信号処理中にオーディオ信号の音声レベル（音量）を検出して、マイコン３０へ出力する。

パワーアンプ２０はＢＴＬ増幅器であり、オーディオ信号を所定のゲインで増幅する正相増幅部２１と、そのオーディオ信号の位相を反転させる位相反転部２２と、位相反転したオーディオ信号を所定のゲインで増幅する逆相増幅部２３と、正相増幅部２１と逆相増幅部２３の差動出力間の電位差を検出して予め定められた閾値を超えると異常検知信号を出力する異常検知部２４とを備える。

図２は、パワーアンプ２０の正常な差動出力を示すグラフであり、横軸は時間、縦軸は電圧である。正相増幅部２１及び逆相増幅部２３が出力するプラス電位及びマイナス電位のオーディオ信号は中点バイアス（電圧）に重畳されており、正常な場合には両オーディオ信号の中点バイアスは電位差０Ｖである。また、オーディオ信号は音声レベルが低いと振幅が小さく、音声レベルが高いと振幅が大きくなる。無音状態であれば振幅せず中点バイアスになる。

異常検知部２４は、正相増幅部２１及び逆相増幅部２３の出力するオーディオ信号を取得して電位差を求め、閾値を超えていれば異常検知信号を出力する。図２の例では、音声レベルが高い期間Ｔ１において電位差が閾値を超えているので、中点バイアスは正常値にもかかわらず異常検知信号が出力される。

一方、図３は異常が発生した場合のパワーアンプ２０の差動出力を示すグラフである。直流オフセット異常が生じると中点バイアスがプラス電位側とマイナス電位側にずれ、中点バイアス同士の電位差が０Ｖから数Ｖに変化し、電位差に応じた直流電流がスピーカ４０に流れてしまう。このとき、期間Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６においては差動出力間の電位差が閾値を超えるので異常検知信号が出力されるが、期間Ｔ３，Ｔ５においては電位差が閾値未満なので異常を検知できず、異常検知信号が出力されない。このように、パワーアンプ２０が有する従来の直流オフセット異常検知機能（本実施の形態１の異常検知部２４に相当する）は閾値が固定されているので、音声出力中の直流オフセット異常検知は誤検知し易く異常判定が非常に難しかった。

そこで、異常検知部２４の異常検知機能に加えて、マイコン３０による異常判定機能に基づいて直流オフセット異常発生を判定する。
マイコン３０は、不図示のプログラムメモリに格納されたプログラムを実行してタイマ部３１、音声レベル比較部３２及び異常判定部３３の処理内容を実行するＣＰＵを有する。このプログラムには、直流オフセット異常発生の判定時間（例えば数百ミリ秒）を繰り返し計時するタイマ部３１と、判定時間に音声レベル検出部１１から入力する音声レベルが十分に低い又は無音状態が継続しているか判定する音声レベル比較部３２と、判定時間中、音声レベルが十分に低い又は無音状態が継続し、且つ、異常検知部２４の異常検知信号の出力が継続した場合に直流オフセット異常が発生していると判定する異常判定部３３の処理内容が記述されている。

音声レベル比較部３２には、音声レベルが十分に低いと判定するための音声レベル閾値が予め設定されており、この音声レベル閾値と音声レベル検出部１１が出力するオーディオ信号の音声レベルとを比較して閾値以下であれば十分に低い又は無音状態と判定する。
また、異常判定部３３は、直流オフセット異常の発生を判定するとパワーアンプ２０の電源をオフする制御信号を出力してスピーカ４０の破損を防ぐ。また、異常判定部３３は、直流オフセット異常発生と判定すると不図示の表示機にエラー情報を表示させて、ユーザに異常状態を告知する。

ここで、音声レベル比較部３２の音声レベル閾値の設定を説明する。
ＤＳＰ１０とパワーアンプ２０の間には直流カット用のカップリングコンデンサＣ１が配設されており、直流オフセット異常が発生する主な要因としてこのカップリングコンデンサＣ１の絶縁不良がある。例えば、この不良によりパワーアンプ２０の入力が１００ｍＶオフセットしたとする。パワーアンプ２０のゲインが２０ｄＢの場合は、１００ｍＶのずれが正相増幅部２１及び逆相増幅部２３でそれぞれ２０ｄＢ増幅されて±１Ｖになるため、スピーカ４０のプラス／マイナス端子間の直流オフセット電圧は２Ｖである。また、パワーアンプ２０のゲインが３０ｄＢの場合は直流オフセット電圧が６．４Ｖになる。このように、パワーアンプ２０のゲインによって、直流オフセット異常のレベルが異なってくる。その為、異常検知部２４に予め設定される異常検知の閾値は、パワーアンプ２０のゲインに応じて±３Ｖ、±２Ｖなど異なる値が設定される。

また、中点バイアスに重畳しているオーディオ信号の音声レベルが高いと振幅が激しく、一方、音声レベルが低いと振幅が小さい。無音状態なら振幅がない。そして、振幅が激しい程、異常検知信号が出力される確率が高く、誤検知の可能性も高まる。その為、例えば、パワーアンプ２０においてオーディオ信号の振幅がどの程度の大きさになるか、音声レベルとパワーアンプ２０のゲインとに基づいて予め計算で求める等して音声レベルに応じた誤検知の確率を推定し、誤検知を許容できる程度の音声レベルを決定する。この音声レベルを音声レベル閾値として音声レベル比較部３２に設定する。

このように、音声レベルを十分に低いと判定するための音声レベル閾値は、パワーアンプ２０のゲイン、異常検知部２４の閾値に基づいて、パワーアンプ２０毎にその特性に応じて決定すればよい。

図４は、車載オーディオ装置の動作を示すフローチャートである。
先ず、マイコン３０のタイマ部３１が予め規定された数百ミリ秒の判定時間をカウントし始める（ステップＳＴ１）。先立って説明した従来技術では、パワーアンプ２０の直流オフセット異常検知の誤検知を回避するために数十秒〜数分の検知時間をとってオーディオ信号の振幅の平均を得て閾値を調整していたが、本実施の形態１では誤検知の可能性が低い期間を音声レベル閾値によって検出するので、判定時間は数百ミリ秒で十分である。

続いて、音声レベル比較部３２がＤＳＰ１０の音声レベル検出部１１から音声レベルの情報を取得して（ステップＳＴ２）、音声レベル閾値と比較する（ステップＳＴ３）。取得した音声レベルが音声レベル閾値以下なら（ステップＳＴ３“ＹＥＳ”）、続いて異常判定部３３が異常検知部２４から異常検知信号を受信して、直流オフセット異常が検知されているか否かを判定する（ステップＳＴ４）。異常検知部２４にて直流オフセット異常が検知されていれば（ステップＳＴ４“ＹＥＳ”）、異常判定部３３は続いてタイマ部３１のカウントが判定時間を経過したか確認する（ステップＳＴ５）。そして、判定時間が経過するまでステップＳＴ２〜ＳＴ５を繰り返し行う。
判定時間を経過すると（ステップＳＴ５“ＹＥＳ”）、異常判定部３３は直流オフセット異常が発生していると判定して、パワーアンプ２０へ制御信号を出力して電源をオフし（ステップＳＴ６）、表示機にエラー情報を表示させる（ステップＳＴ７）。

一方、音声レベル検出部１１が出力する音声レベルが音声レベル閾値より大きいと（ステップＳＴ３“ＮＯ”）、異常検知部２４が誤検知する可能性が高いので、異常判定は行わずにステップＳＴ１に戻り、タイマ部３１がカウントリセットして判定時間を再カウントし始める。
また、異常検知部２４にて直流オフセット異常が検知されていなければ（ステップＳＴ４“ＮＯ”）、音声レベルは十分に低いか無音状態のため異常検知部２４の検知結果は正しい可能性が高いので、異常検知部２４の異常検知無しの検知結果に従ってステップＳＴ１に戻り、タイマ部３１がカウントリセットして判定時間を再カウントし始める。

以上より、実施の形態１に係る車載オーディオ装置は、ＤＳＰ１０においてオーディオ信号を信号処理した際に音声レベルを検出する音声レベル検出部１１と、オーディオ信号の位相を反転する位相反転部２２、一対の正相及び逆相の信号をそれぞれ増幅してスピーカ４０へ出力する正相増幅部２１及び逆相増幅部２３、並びに増幅した正相及び逆相の信号の電位差が予め設定された閾値を超えると異常検知信号を出力する異常検知部２４を有するパワーアンプ２０と、音声レベル検出部１１が検出する音声レベルを予め設定された音声レベル閾値と比較する音声レベル比較部３２と、タイマ部３１が計時する所定の判定時間について、音声レベル比較部３２の比較結果より音声レベル閾値以下の音声レベルが継続し、且つ、異常検知部２４から異常検知信号の出力が継続した場合にパワーアンプ２０の動作を停止させる異常判定部３３とを備えるように構成した。この為、音声出力中であっても、オーディオ信号の音声レベルが十分に低いか無音状態の期間に出力された異常検知信号を用いるため、誤検知の可能性を非常に低くできる。その為、短い判定時間で直流オフセット異常の発生を判定することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では１チャンネルのスピーカ４０が装着され、このチャンネルの直流オフセット異常の発生を判定する構成としたが、車載オーディオ装置は通常４チャンネル又はそれ以上の個数のスピーカが装着されている。図５に、実施の形態２に係る車載オーディオ装置を示す。なお、図５において図１と同一又は相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。このような車載オーディオ装置において、複数チャンネルで同時に直流オフセット異常が発生することは、確率として非常に低い。この為、全てのチャンネルを停止させるのではなく、直流オフセット異常が発生しているチャンネルのみ停止させる。

ＤＳＰ１０はｎ（ｎは２以上の整数）チャンネルそれぞれの音声レベルを検出する音声レベル検出部１１−１〜１１−ｎを備える。また、パワーアンプ２０もｎチャンネルそれぞれのオーディオ信号を処理する正相増幅部２１−１〜２１−ｎ、位相反転部２２−１〜２２−ｎ、逆相増幅部２３−１〜２３−ｎ、異常検知部２４−１〜２４−ｎを備える。即ち、パワーアンプ２０はパワーアンプとしての機能をｎチャンネル分有する。更に、ｎチャンネルそれぞれのスピーカ４０−１〜４０−ｎを備える。
図５の例ではｎ＝４チャンネルとし、ＤＳＰ１０は各音声レベルを検出する音声レベル検出部１１−１〜１１−４を備える。また、パワーアンプ２０は正相増幅部２１−１〜２１−４と、位相反転部２２−１〜２２−４と、逆相増幅部２３−１〜２３−４と、異常検知部２４−１〜２４−４とを備える。更に、４チャンネルそれぞれのスピーカ４０−１〜４０−４を備える。

マイコン３０は、図４に示すフローチャートを各チャンネルについて並行に実施して、パワーアンプ２０のうち直流オフセット異常発生を判定したチャンネルの機能のみ動作を停止させる。即ち、タイマ部３１は４つのタイマによってチャンネル毎の判定時間を計時し、音声レベル比較部３２がチャンネル毎の音声レベルを音声レベル閾値と比較し、異常判定部３３もチャンネル毎の異常検知信号を取得して異常発生を判定する。そして、異常判定部３３は、パワーアンプ２０のうちの異常発生と判定したチャンネルの機能を停止させる。例えば３番目のチャンネルが異常であれば、このチャンネルを処理する正相増幅部２１−３、位相反転部２２−３、逆相増幅部２３−３、及び異常検知部２４−３の各動作を停止させる。

以上より、実施の形態２に係る車載オーディオ装置は、ＤＳＰ１０において複数チャンネルのオーディオ信号を信号処理した際に音声レベルを検出する音声レベル検出部１１−１〜１１−４と、オーディオ信号の位相を反転する位相反転部２２−１〜２４−４、一対の正相及び逆相の信号をそれぞれ増幅してスピーカ４０−１〜４０−４へ出力する正相増幅部２１−１〜２１−４及び逆相増幅部２３−１〜２３−４、並びに増幅した正相及び逆相の信号の電位差が予め設定された閾値を超えると異常検知信号を出力する異常検知部２４−１〜２４−４をチャンネル数に応じた数有するパワーアンプ２０と、チャンネル毎に、音声レベル検出部１１−１〜１１−４が検出する当該チャンネルの音声レベルを、予め設定された音声レベル閾値と比較する音声レベル比較部３２と、複数チャンネル毎に、タイマ部３１が計時する所定の判定時間について音声レベル比較部３２の比較結果より音声レベル閾値以下の音声レベルが継続し、且つ、異常検知部２４−１〜２４−４から異常検知信号の出力が継続した場合にパワーアンプ２０の当該チャンネルの機能の動作を停止させる異常判定部３３とを備えるように構成した。この為、音声出力中であっても、オーディオ信号の音声レベルが十分に低いか無音状態の期間に出力された異常検知信号を用いるため、誤検知の可能性を非常に低くできる。その為、短い判定時間で直流オフセット異常の発生を判定することができる。更に、複数チャンネルのうちの直流オフセット異常が発生したチャンネルのみパワーアンプ２０の動作を停止させることができる。

なお、図５では４チャンネルを例に説明したが、これ以外のチャンネル数であっても上記実施の形態２を適用可能なことは言うまでも無い。

実施の形態３．
カーナビゲーション装置と連携した車載オーディオ装置の場合、カーナビゲーション装置のガイド音声等のオーディオ信号をパワーアンプの入力に割り込ませる設計のものが存在する。図６は、実施の形態３に係る車載オーディオ装置を示す。なお、図６において図１と同一又は相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。図中、カーナビゲーション装置（不図示）が出力するガイド音声等のオーディオ信号（割り込み信号）が、パワーアンプ２０に割り込み入力される。また、カーナビゲーション装置は、割り込み信号を出力する際に併せて割り込み通知信号をマイコン３０へ出力して、割り込み発生を知らせる。

この構成の場合、カーナビゲーション装置のオーディオ信号がＤＳＰ１０を経由しないので、音声レベル検出部１１が音声レベルを検出できず、よって、マイコン３０の音声レベル比較部３２は音声レベルを正常に読み出すことができない。その為、割り込み入力中は、マイコン３０による直流オフセット異常発生の判定動作を停止させる必要がある。そこで、本実施の形態３では、カーナビゲーション装置などの割り込み信号が入力されると、入力期間中にマイコン３０の動作を停止させる割り込み制御部３４を備える。割り込み制御部３４は少なくとも異常判定部３３の動作を停止させれば足り、更に加えてタイマ部３１及び音声レベル比較部３２の動作も停止させてもよい。

この停止処理が無い場合、異常判定部３３は音声レベルの高低によらず、異常検知部２４の検知結果のみに基づいて異常発生を判定することになってしまい、直流オフセット検知の誤検知を招く恐れがある。

以上より、実施の形態３によれば、車載オーディオ装置のマイコン３０が、パワーアンプ２０に外部からオーディオ信号が割り込み入力されている期間、異常判定部３３（又はタイマ部３１及び音声レベル比較部３２を含めてもよい）の動作を停止させる割り込み制御部３４を備えるように構成した。この為、カーナビゲーション装置のガイド音声等が、ＤＳＰ１０を経由せずパワーアンプ２０へ割り込み入力される構成であっても、直流オフセット異常検知の誤検知を招く恐れが無い。

なお、本願発明はその発明の精神の範囲内において、各実施の形態の自由な組合せ、あるいは変形が可能である。例えば、上述の説明では上記実施の形態１で示した構成に対して上記実施の形態３を適用する場合を示したが、これに限定されるものではなく、上記実施の形態２で示した構成に対して適用してもよい。

１０ＤＳＰ、１１，１１−１〜１１−４音声レベル検出部、２０パワーアンプ、２１，２１−１〜２１−４正相増幅部、２２，２２−１〜２２−４位相反転部、２３，２３−１〜２３−４逆相増幅部、２４，２４−１〜２４−４異常検知部、３０マイコン、３１タイマ部、３２音声レベル比較部、３３異常判定部、３４割り込み制御部、４０，４０−１〜４０−４スピーカ、Ｃ１カップリングコンデンサ、Ｔ１〜Ｔ６期間。

Claims

オーディオ信号について一対の正相及び逆相の信号をそれぞれ増幅してスピーカへ出力する２つの増幅部、及び、前記２つの増幅部が出力する正相及び逆相の信号の電位差が予め設定された閾値を超えると異常検知信号を出力する異常検知部を有するパワーアンプと、
前記パワーアンプに入力されるオーディオ信号の音声レベルを検出する音声レベル検出部と、
前記音声レベル検出部が検出する音声レベルを、予め設定された音声レベル閾値と比較する音声レベル比較部と、
前記音声レベル比較部の比較結果より音声レベルが前記音声レベル閾値以下の場合に、前記異常検知部から異常検知信号が出力されると前記パワーアンプの動作を停止させる異常判定部とを備える車載オーディオ装置。
１チャンネルのオーディオ信号について一対の正相及び逆相の信号をそれぞれ増幅してスピーカへ出力する２つの増幅部、及び、前記２つの増幅部が出力する正相及び逆相の信号の電位差が予め設定された閾値を超えると異常検知信号を出力する異常検知部を有する、オーディオ信号のチャンネル数に応じた複数のパワーアンプと、
前記複数のパワーアンプに入力されるオーディオ信号の音声レベルを検出する複数の音声レベル検出部と、
前記チャンネル毎に、前記音声レベル検出部が検出する当該チャンネルの音声レベルを、予め設定された音声レベル閾値と比較する音声レベル比較部と、
前記チャンネル毎に、前記音声レベル比較部の比較結果より当該チャンネルの音声レベルが前記音声レベル閾値以下の場合に前記異常検知部から異常検知信号が出力されると前記複数のパワーアンプのうちの当該チャンネルのパワーアンプの動作を停止させる異常判定部とを備える車載オーディオ装置。
前記パワーアンプに外部からオーディオ信号が割り込み入力されている期間、前記異常判定部の動作を停止させる割り込み制御部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車載オーディオ装置。