JP2013131910A

JP2013131910A - 音声出力装置

Info

Publication number: JP2013131910A
Application number: JP2011279986A
Authority: JP
Inventors: Osamu Koshimizu; 修輿水
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-07-04

Abstract

【課題】ヘッドホンまたは外部スピーカーのどちらが接続されたかを自動的に判別して音声出力を調整する音声出力装置を提供する。
【解決手段】音声出力回路１２０は、スピーカー１１０または音声切替ＳＷ１４０に音声信号を出力する。正弦波発生回路１３０は、正弦波信号を音声切替ＳＷ１４０に出力する。音声切替ＳＷ１４０は、音声出力回路１２０側に切り替えられているときには音声信号を共用プラグ１６０に出力し、正弦波発生回路１３０側に切り替えられているときには正弦波信号を共用プラグ１６０に出力する。Ａ／Ｄコンバータ１７０は、正弦波信号の電圧を入力してマイコン１８０に出力する。マイコン１８０の音声設定処理部１８０ａは、正弦波信号の電圧から入力インピーダンスを算出し、入力インピーダンスに基づいて音声出力装置１００に接続されるヘッドホン２００または外部スピーカー３００に適した音量と音質に調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、異なる差込プラグが挿入可能な受入プラグ（以下、共用プラグという）を備える音声出力装置に係り、特に共用プラグに挿入された差込プラグの入力インピーダンスを判別して音声や音質を調整する音声出力装置に関する。

ヘッドホンと外部スピーカーでは設定されている入力インピーダンスが異なるため、外部スピーカー用の音量や音質などの設定がなされたままの状態で共用プラグにヘッドホンを接続するための差込プラグ（以下、ヘッドホンプラグという）を挿入すると、大きな音量の音声が直接耳に入ってしまうことがあった。また、昨今の大画面化に伴い、より大きな臨場感を得るために、音声を大音量に設定してテレビやビデオなどを視聴しているユーザが増加している。このような大音量に設定されているときに、共用プラグにヘッドホンプラグを挿入すると、想定していない大音量がヘッドホンから出力される。このような場合に、音声出力装置に接続されたヘッドホンの機器（以下、接続機器という）が破壊される恐れがあった。

イヤホンジャックなどのホーンジャックをスピーカー出力端子に兼用する技術として特開２００３−１７９４４１号公報（特許文献１）を挙げることができる。特許文献１には、比較的小さな抵抗値を有する機器に対する第１の音声信号を生成するための第１音声信号生成回路、比較的大きな抵抗値を有する機器のための第２音声信号を生成する第２音声信号生成回路、外部音声出力端子に接続された機器の抵抗値を検出する検出回路、検出回路によって検出された抵抗値に応じて、第１の音声信号および第２の音声信号のうちの一方を選択して外部音声出力端子に出力する切換回路を備える音声出力回路において、外部音声出力端子にスピーカに比べて比較的大きな抵抗値を有する機器が接続された場合に、第２音声信号生成回路により第２音声信号を生成することで外部音声出力端子に接続された機器の音声入力回路が過大信号によって破壊されないようにする技術が記載されている。

特開２００３−１７９４４１号公報

上記のように、特許文献１に開示の技術における音声出力回路では、比較的小さな抵抗値を有する機器に対する第１の音声信号を生成するための第１音声信号生成回路、比較的大きな抵抗値を有する機器のための第２音声信号を生成する第２音声信号生成回路を設ける必要があるので、内部スピーカーがモノラルの場合は回路規模が大きくなる。また、検出回路によって抵抗値（インピーダンス）が閾値より上であるか、閾値より下であるかという判断しか出来ない。このため、ヘッドホンなどのように外部に接続されている機器のインピーダンスがばらついている場合に、このばらつきに応じた最適な信号の増幅を行うことができない。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、上記課題を解決できる技術を提供することを目的とする。

本発明の音声出力装置は、異なる差込プラグが挿入可能な共用プラグを備える音声出力装置において、前記共用プラグに前記差込プラグが挿入されたときの前記共用プラグにおける信号波形を判定する信号波形判定手段を備え、前記信号波形判定手段により前記共用プラグに接続された音声出力手段の種類を判定することを特徴としている。
また、本発明の音声出力装置の前記信号波形判定手段は、前記差込プラグの入力インピーダンスにより前記音声出力手段の音声出力の調整を行うことを特徴としている。
また、本発明の音声出力装置の前記信号波形判定手段は、前記差込プラグの波高である最大電圧により前記音声出力手段の音声出力の調整を行うことを特徴としている。
また、本発明の音声出力装置の前記信号波形判定手段は、前記差込プラグの実効値により前記音声出力手段の音声出力の調整を行うことを特徴としている。
また、本発明の音声出力装置は、正弦波信号の電圧を入力する電圧入力手段を備え、前記電圧入力手段は、予め決められた時間における最大電圧を取り出し、前記最大電圧から入力インピーダンスを算出し、前記入力インピーダンスにより前記音声出力手段の音声出力の調整を行うことを特徴としている。
また、本発明の音声出力装置は、正弦波信号を発生させる正弦波信号発生手段を備えることを特徴としている。
また、本発明の音声出力装置の前記差込プラグは、ヘッドホンプラグまたはオーディオアウトプラグであることを特徴としている。

本発明によれば、共用プラグにヘッドホンプラグまたは外部スピーカーを接続するための差込プラグ（以下、オーディオアウトプラグという）のどちらが接続されたかを自動的に判別して音量や音質などを設定することで、ヘッドホンを使用したときに大音量となることがないので、耳を保護し、また接続機器が音量により破壊されることを防止することができる音声出力装置を提供する。

本発明の実施形態に係る音声出力装置、ヘッドホン、及び外部スピーカーの構成を示す図である。本発明の実施形態に係る正弦波発生回路部が発生する正弦波信号、及び共用プラグから出力される正弦波信号について説明する図である。本発明の実施形態に係る音声設定処理のフローチャートを示す図である。本発明の実施形態に係る正弦波電圧測定処理のフローチャートを示す図である。

以下、本発明を実施するための実施の形態（以下、「実施形態」という）を、図面を参照して説明する。

実施形態における音声出力装置１００の構成について図１を用いて説明する。図１に示すように、音声出力装置１００は、スピーカー１１０、音声出力回路１２０、正弦波発生回路１３０、音声切替ＳＷ（音声切替スイッチ）１４０、抵抗器１５０、共用プラグ１６０、Ａ／Ｄコンバータ（アナログデジタル変換回路）１７０、マイコン１８０、及び差込プラグ検出回路１９０から構成されている。

スピーカー１１０は、音声出力装置１００に内蔵されて、音声出力回路１２０から出力される音声信号に基づき音声を出力する。音声出力回路１２０は、音声出力の制御を行う回路であって、スピーカー１１０または音声切替ＳＷ１４０に音声信号を出力する。また、音声出力回路１２０は、音量や音質を調整する音量・音質調整部１２０ａを備えている。正弦波発生回路１３０は、正弦波信号を発生させ音声切替ＳＷ１４０に出力する。音声切替ＳＷ１４０は、共用プラグ１６０との接続先を、音声出力回路１２０または正弦波発生回路１３０に切り替えるスイッチである。音声切替ＳＷ１４０が音声出力回路１２０側に切り替えられているときには、音声切替ＳＷ１４０は音声信号を抵抗器１５０を経由して共用プラグ１６０に出力する。音声切替ＳＷ１４０が正弦波発生回路１３０側に切り替えられているときには、音声切替ＳＷ１４０は正弦波信号を、抵抗器１５０を経由して共用プラグ１６０に出力する。抵抗器１５０は、出力保護抵抗である。共用プラグ１６０は、ヘッドホン２００のヘッドホンプラグ２１０または外部スピーカー３００のオーディオアウトプラグ３１０を挿入する受入プラグである。ヘッドホン２００と外部スピーカー３００の構成については、後述する。Ａ／Ｄコンバータ１７０は、アナログ信号をデジタル信号に変換する回路である。Ａ／Ｄコンバータ１７０は、正弦波発生回路１３０から出力される正弦波のアナログ信号を入力し、デジタル信号に変換するとマイコン１８０に出力する。マイコン１８０は、音声出力装置１００全体を制御する。また、マイコン１８０には、Ａ／Ｄコンバータ１７０から正弦波のデジタル信号を入力して音声出力装置１００に接続されるヘッドホン２００または外部スピーカー３００に応じて音量と音質を設定する音声設定処理部１８０ａを備えている。音声設定処理部１８０ａが実行する音声設定処理については後述する。差込プラグ検出回路１９０は、共用プラグ１６０にヘッドホンプラグ２１０またはオーディオアウトプラグ３１０が挿入されたことを検出する。

次に、音声出力装置１００に接続可能なヘッドホン２００の構成について図１を用いて説明する。ヘッドホン２００は、ヘッドホンプラグ２１０、ヘッドホンスピーカー２２０、及びヘッドホンケーブル２３０から構成されている。ヘッドホンプラグ２１０は、音声出力装置１００の共用プラグ１６０に挿入される差込プラグである。ヘッドホンスピーカー２２０は、左右の耳に当てるための２つのスピーカーを備えている。ヘッドホンスピーカー２２０は、ヘッドホンプラグ２１０が共用プラグ１６０に挿入されると、音声出力装置１００が出力する音声信号をヘッドホンスピーカー２２０の左右のスピーカーに出力する。ヘッドホンケーブル２３０は、ヘッドホンプラグ２１０とヘッドホンスピーカー２２０を接続する音声信号ケーブルである。

次に、音声出力装置１００に接続可能な外部スピーカー３００の構成について図１を用いて説明する。外部スピーカー３００は、オーディオアウトプラグ３１０、スピーカー３２０、及び外部スピーカーケーブル３３０から構成されている。オーディオアウトプラグ３１０は、音声出力装置１００の共用プラグ１６０に挿入される差込プラグである。スピーカー３２０は、オーディオアウトプラグ３１０が共用プラグ１６０に挿入されると、音声出力装置１００が出力する音声信号をスピーカー３２０に出力する。外部スピーカーケーブル３３０は、オーディオアウトプラグ３１０とスピーカー３２０を接続する音声信号ケーブルである。

次に、図２に示す正弦波発生回路１３０が発生する正弦波信号と、音声出力装置１００にヘッドホン２００を接続した場合における正弦波信号、及び音声出力装置１００に外部スピーカー３００を接続した場合における正弦波信号について説明する。図２（１）は、正弦波発生回路１３０が発生する正弦波信号１０である。図２（２）は、共用プラグ１６０にヘッドホンプラグ２１０を挿入して音声出力装置１００とヘッドホン２００を接続した場合における、Ａ／Ｄコンバータ１７０に入力される正弦波信号２０である。ヘッドホン２００の入力インピーダンスは、８Ω〜６００Ω程度の範囲となるので、図２（２）示すように正弦波発生回路１３０が発生する正弦波信号１０より振幅が少し小さい正弦波信号２０となる。図２（３）は、共用プラグ１６０にオーディオアウトプラグ３１０を挿入して音声出力装置１００と外部スピーカー３００を接続した場合におけるＡ／Ｄコンバータ１７０に入力される正弦波信号３０である。外部スピーカー３００の入力インピーダンスは、５０ｋΩ程度となるので、図２（３）示すように正弦波発生回路１３０が発生する正弦波信号１０より振幅がかなり小さく、また正弦波信号２０より振幅の小さな正弦波信号３０となる。このように、音声出力装置１００にヘッドホン２００を接続した場合と、音声出力装置１００に外部スピーカー３００を接続された場合では、Ａ／Ｄコンバータ１７０に入力される正弦波信号、換言すると共用プラグから出力される正弦波信号の振幅が異なる。従って、この正弦波信号の振幅を測定することで、ヘッドホン２００または外部スピーカー３００の入力インピーダンスが算出できるので、音声出力装置１００にヘッドホン２００が接続されたかまたは外部スピーカー３００が接続されたかを判別することができる。

次に、マイコン１８０の音声設定処理部１８０ａが実行する音声設定処理について説明する。差込プラグ検出回路１９０が、共用プラグ１６０にヘッドホンプラグ２１０またはオーディオアウトプラグ３１０のどちらかが接続されたことを検出すると、マイコン１８０に検出信号を出力する。マイコン１８０は、検出信号を入力すると音声設定処理部１８０ａを起動する。この音声設定処理部１８０ａが起動されることで、音声設定処理が開始される。音声設定処理部１８０ａが実行する音声設定処理のフローチャートを図３に示す。以下、図３に示す音声設定処理のフローチャートのステップ順に説明する。

（ステップＳ１０）
まず、音声設定処理部１８０ａは、音声切替ＳＷ１４０を正弦波発生回路１３０側に切り替える。このように音声切替ＳＷ１４０を正弦波発生回路１３０側に切り替えることで、正弦波発生回路１３０が発生する正弦波信号が共用プラグ１６０からヘッドホンプラグ２１０またはオーディオアウトプラグ３１０に出力される。

（ステップＳ２０）
次いで、音声設定処理部１８０ａは、Ａ／Ｄコンバータ１７０から正弦波信号２０または正弦波信号３０を入力し、正弦波信号の電圧を測定する正弦波電圧測定処理を実行する。正弦波電圧測定処理を実行することで、予め決められている正弦波電圧測定処理の実行時間（以下、１周期分の時間という）におけるヘッドホン２００または外部外部スピーカー３００の最大電圧（正弦波信号の波高値に相当する電圧）が求められる。

（ステップＳ３０）
次いで、音声設定処理部１８０ａは、ステップＳ２０で実行された正弦波電圧測定処理により求められた最大電圧値から入力インピーダンスを算出する。

（ステップＳ４０）
次いで、音声設定処理部１８０ａは、ステップＳ３０により算出された入力インピーダンスがヘッドホンの入力インピーダンスの範囲であるかを判定する。ヘッドホンの入力インピーダンスの範囲であるとき（ステップＳ４０のＹｅｓ）は、ヘッドホン用の音量と音質の設定を行うステップＳ５０に進む。また、ヘッドホンの入力インピーダンスの範囲でないとき（ステップＳ４０のＮｏ）は、外部スピーカー用の音量と音質の設定を行うステップＳ６０に進む。例えば、ヘッドホン２００の入力インピーダンスは、８Ω〜６００Ω程度の範囲となり、外部スピーカー３００の入力インピーダンスは、５０ｋΩ程度となるので、入力インピーダンスによりどちらが接続されたかを判別することができる。

（ステップＳ５０）
ステップＳ４０でＹｅｓであるとき、音声設定処理部１８０ａは、ヘッドホン２００用の音量と音質に調整する音量・音質調整指令信号を音声出力回路１２０に出力する。音声出力回路１２０は、音量・音質調整指令信号を入力すると、音量・音質調整部１２０ａによりヘッドホン２００用の音量や音質に調整した音声信号を音声切替ＳＷ１４０に出力する。

（ステップＳ６０）
ステップＳ４０でＮｏであるとき、音声設定処理部１８０ａは、外部スピーカー３００用の音量と音質に調整する音量・音質調整指令信号を音声出力回路１２０に出力する。音声出力回路１２０は、音量・音質調整指令信号を入力すると、音量・音質調整部１２０ａにより外部スピーカー３００用の音量や音質に調整した音声信号を音声切替ＳＷ１４０に出力する。

（ステップＳ７０）
次いで、音声設定処理部１８０ａは、音声切替ＳＷ１４０を音声出力回路１２０側に切り替える。このように音声切替ＳＷ１４０を音声出力回路１２０側に切り替えることで、共用プラグ１６０に接続されたヘッドホン２００または外部外部スピーカー３００から最適な音量と音質の音声が出力される。そして、音声設定処理部１８０ａは、音声設定処理を終了する。

音声設定処理部１８０ａがステップＳ２０で実行する正弦波電圧測定処理のフローチャートを図４に示す。以下、図４に示す正弦波電圧測定処理のフローチャートのステップ順に説明する。

（ステップＳ２１）
まず、音声設定処理部１８０ａは、１周期分の時間が経過したかを判定する。１周期分の時間が経過したとき（ステップＳ２１のＹｅｓ）は、音声設定処理を終了する。また、１周期分の時間が経過しないとき（ステップＳ２１のＮｏ）は、Ａ／Ｄコンバータ１７０から正弦波信号の電圧（正弦波信号の瞬時値に相当する電圧）を入力するステップＳ２２に進む。

（ステップＳ２２）
ステップＳ２１でＮｏであるとき、音声設定処理部１８０ａは、Ａ／Ｄコンバータ１７０から正弦波信号の電圧を入力する。

（ステップＳ２３）
次いで、音声設定処理部１８０ａは、Ａ／Ｄコンバータ１７０からの最初の電圧の入力であるかを判定する。最初の電圧の入力であるとき（ステップＳ２３のＹｅｓ）は、最初に入力した電圧を最大電圧値に設定するステップＳ２４に進む。また、最初に入力した電圧でないとき（ステップＳ２３のＮｏ）は、Ａ／Ｄコンバータ１７０から入力した電圧が最大電圧値より大きいかを判定するステップＳ２５に進む。

（ステップＳ２４）
ステップＳ２３でＹｅｓであるとき、音声設定処理部１８０ａは、最初に入力した電圧を最大電圧値とする設定を行う。

（ステップＳ２５）
ステップＳ２３でＮｏであるとき、音声設定処理部１８０ａは、Ａ／Ｄコンバータ１７０から入力した電圧が最大電圧値より大きいかを判定する。入力した電圧が最大電圧値より大きいとき（ステップＳ２５のＹｅｓ）は、入力した電圧を最大電圧値とする設定を行うステップＳ２６に進む。入力した電圧が最大電圧値より大きくないとき（ステップＳ２５のＮｏ）は、ステップＳ２１に戻る。

（ステップＳ２６）
ステップＳ２５でＹｅｓであるとき、音声設定処理部１８０ａは、入力した電圧を最大電圧値とする設定を行い、ステップＳ２１に戻る。

なお、本実施形態においては、正弦波発生回路１３０により正弦波信号を発生させ、その正弦波信号の振幅の変化によりヘッドホン２００または外部スピーカー３００のどちらが接続されたかを自動的に判別するようにしたが、このように波形の変化から接続された機器が判別できる信号波であればこの正弦波信号に限定されない。また、正弦波信号の最大電圧から入力インピーダンスを算出するのでなく、正弦波信号の波高値（最大電圧）または正弦波信号の実効値に基づいて入力インピーダンスを算出しないで直接、音質と音量を調整することも可能である。また、音質と音量がヘッドホン２００または外部スピーカー３００に対して最適となるように調整したが、音質と音量以外の音声出力設定モード（以下、音声モードという）についてもヘッドホン２００または外部スピーカー３００に対して最適となるように調整することも可能である。また、音声設定処理において、入力インピーダンスがヘッドホンの入力インピーダンスの範囲であるかを判定したが、入力インピーダンスの値に応じて音質、音量、及び音声モードを調整することも可能である。また、正弦波電圧測定処理において、サンプリングにより電圧を入力し、次に入力した電圧と比較しながら最大電圧を取り出すようにしたが、サンプリングにより１周期分の電圧を入力し、メモリなどに記憶させ、その中から最大電圧を取り出すようにすることも可能である。また、音声出力装置１００にヘッドホン２００または外部スピーカー３００を接続する実施例について説明したが、信号波の波形により音声出力装置１００に接続される機器が判別できるのであれば、ヘッドホン２００や外部スピーカー３００に限定されない。

以上の実施形態によれば、音声出力装置１００に対してヘッドホン２００または外部スピーカー３００のどちらが接続されたかを自動的に判別し、音量や音質を調整することで、外部スピーカー３００を接続したときに設定した音量や音質のままの状態でヘッドホン２００を接続することがなくなる。従って、大音量から耳を保護し、ヘッドホン２００の接続機器が大音量により破壊されることを防止できる。また、正弦波電圧測定処理において、予め決められている１周期分の時間における正弦波信号の最大電圧を測定するので、入力インピーダンスがばらついている場合でも、音量や音質を最適に調整することができる。

以上、本発明の実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１０・・・・・・・・正弦波信号
２０・・・・・・・・正弦波信号
３０・・・・・・・・正弦波信号
１００・・・・・・・・音声出力装置
１１０・・・・・・・・スピーカー
１２０・・・・・・・・音声出力回路
１２０ａ・・・・・・・音量・音質調整部
１３０・・・・・・・・正弦波発生回路（信号波発生回路）
１４０・・・・・・・・音声切替ＳＷ（音声切替スイッチ）
１５０・・・・・・・・抵抗器
１６０・・・・・・・・共用プラグ
１７０・・・・・・・・Ａ／Ｄコンバータ（アナログデジタル変換回路）
１８０・・・・・・・・マイコン
１８０ａ・・・・・・・音声設定処理部
１９０・・・・・・・・差込プラグ検出回路
２００・・・・・・・・ヘッドホン
２１０・・・・・・・・ヘッドホンプラグ
２２０・・・・・・・・ヘッドホンスピーカー
２３０・・・・・・・・ヘッドホンケーブル
３００・・・・・・・・外部スピーカー
３１０・・・・・・・・オーディオアウトプラグ
３２０・・・・・・・・スピーカー
３３０・・・・・・・・外部スピーカーケーブル

Claims

異なる差込プラグが挿入可能な共用プラグを備える音声出力装置において、
前記共用プラグに前記差込プラグが挿入されたときの前記共用プラグにおける信号波形を判定する信号波形判定手段を備え、
前記信号波形判定手段により前記共用プラグに接続された音声出力手段の種類を判定することを特徴とする音声出力装置。
前記信号波形判定手段は、前記差込プラグの入力インピーダンスにより前記音声出力手段の音声出力の調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の音声出力装置。
前記信号波形判定手段は、前記差込プラグの波高である最大電圧により前記音声出力手段の音声出力の調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の音声出力装置。
前記信号波形判定手段は、前記差込プラグの実効値により前記音声出力手段の音声出力の調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の音声出力装置。
正弦波信号の電圧を入力する電圧入力手段を備え、
前記電圧入力手段は、予め決められた時間における最大電圧を取り出し、前記最大電圧から入力インピーダンスを算出し、前記入力インピーダンスにより前記音声出力手段の音声出力の調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の音声出力装置。
正弦波信号を発生させる正弦波信号発生手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の音声出力装置。
前記差込プラグは、ヘッドホンプラグまたはオーディオアウトプラグであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の音声出力装置。