JP2016116168A

JP2016116168A - オーディオ装置

Info

Publication number: JP2016116168A
Application number: JP2014255388A
Authority: JP
Inventors: 勁淺尾; Tsuyoshi Asao
Original assignee: Onkyo Corp
Current assignee: Onkyo Corp
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-06-23

Abstract

【課題】二次電池の容量を十分に使い切る装置を提供する。【解決手段】バッテリー２１を電源として使用するポータブルスピーカー１は、バッテリーの内部抵抗とバッテリーから流れる電流との積が現在のバッテリーの電圧とバッテリーの終端電圧との差を超えないように、ポータブルスピーカー１から出力される音声信号のレベルを制御するマイクロコンピュータを含むコントロール部３を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池を電源として使用するオーディオ装置に関する。

リチウムイオン二次電池は、小型で高密度なエネルギーを有する。このため、リチウムイオン二次電池は、小型で長時間、大音量の再生を要求されるポータブルオーディオ装置の電源として使用されている。現在、ほとんどのポータブルオーディオ装置において、電源として、リチウムイオン二次電池が使用されている。

リチウムイオン二次電池は、使用条件が厳しく、特に、過放電・過充電は、大きな劣化を招くため、禁止されている。このため、リチウムイオン二次電池を電源として使用する装置では、リチウムイオン二次電池の放電が進み、リチウムイオン二次電池の電圧が終端電圧に達すると、プロテクトがかかり、電源がオフされるようになっている。

図５は、リチウムイオン二次電池の電圧（放電カーブ）を示すグラフである。縦軸は、電圧、横軸は、時間を示している。破線は、負荷（音声信号の振幅）が一定であり、消費電流が一定である場合を示している。実線は、負荷（音声信号の振幅）が変動し、消費電流が変動する場合を示している。通常、音声信号を再生すると、消費電流は変動する。このため、消費電流が大きくなると、電圧降下が大きくなる。上述のように、リチウムイオン二次電池を電源として使用する装置では、リチウムイオン二次電池の電圧が終端電圧に達すると、電源がオフされるようになっている。大きな電圧降下が発生し、リチウムイオン二次電池の残容量があるにもかかわらず、リチウムイオン二次電池の終端電圧に達すると（図５の円で囲んだ部分）、残容量がないとみなされ、電源がオフされてしまう。従って、従来の装置では、リチウムイオン二次電池の容量を十分に使いきれていないという問題がある。

特許第５２９８４９２号公報

特許文献１に記載の電子機器は、蓄電回路の電圧に応じて、音声信号を増幅するパワーアンプのゲインを調整する。これにより、パワーアンプによる消費電力が小さくなるため、蓄電回路の電圧が大きく降下し、電子機器の駆動が停止することが防止される。しかしながら、特許文献１に記載の電子機器では、音声信号の再生により、蓄電回路の電圧がいくら降下するかは判断することができない。すなわち、特許文献１に記載の技術を、リチウムイオン二次電池を電源として使用する装置に用いても、特許文献１に記載の技術は、消費電力の抑制のために、電圧を利用しているため、リチウムイオン二次電池の電圧がいくら降下するかを判断することはできない。従って、上述したリチウムイオン二次電池の容量を十分に使いきれていないという問題を解決することはできない。

本発明の目的は、二次電池の容量を十分に使い切ることができる装置を提供することである。

第１の発明のオーディオ装置は、二次電池を電源として使用するオーディオ装置において、前記二次電池の内部抵抗と前記二次電池から流れる電流との積が現在の前記二次電池の電圧と前記二次電池の終端電圧との差を超えないように、自装置から出力される音声信号のレベルを制御する制御部を備えることを特徴とする。

二次電池から流れる電流（消費電流）は、自装置から出力される音声信号のレベルで変動する。本発明では、制御部は、二次電池の内部抵抗と二次電池から流れる電流との積が現在の二次電池の電圧と二次電池の終端電圧との差を超えないように、自装置から出力される音声信号のレベルを制御する。従って、二次電池の内部抵抗と二次電池から流れる電流との積、すなわち、二次電池の電圧降下により、二次電池の電圧が、終端電圧に達することがない。このように、本発明によれば、二次電池の内部抵抗を利用しているため、二次電池の電圧がいくら降下するかを判断することができ、二次電池の電圧降下により、二次電池の電圧が、終端電圧に達することがない。従って、二次電池の容量を十分に使いきることができる。なお、例えば、制御部は、信号処理部により、音声信号のダイナミックレンジを調整（圧縮）させることにより、自装置から出力される音声信号のレベルを制御（抑制）する。

第２の発明のオーディオ装置は、第１の発明のオーディオ装置において、前記音声信号のダイナミックレンジを調整する信号処理部をさらに備え、前記制御部は、前記二次電池の内部抵抗と前記二次電池から流れる電流との積が現在の前記二次電池の電圧と前記二次電池の終端電圧との差を超えない前記音声信号の前記ダイナミックレンジを決定し、決定した前記ダイナミックレンジに、前記信号処理部により前記音声信号を調整させることを特徴とする。

本発明では、信号処理部により、音声信号のダイナミックレンジを調整（圧縮）させることによって、自装置から出力される音声信号のレベルを制御（抑制）し、二次電池の内部抵抗と二次電池から流れる電流との積が現在の二次電池の電圧と二次電池の終端電圧との差を超えないようにすることができる。

第３の発明のオーディオ装置は、第２の発明のオーディオ装置において、前記ダイナミックレンジは、前記二次電池から流れても前記二次電圧の終端電圧を超えない最大許容電流と、前記二次電池の終端電圧と、スピーカー負荷と、の積の平方根を、増幅回路のゲインで割った値であることを特徴とする。

本発明では、二次電池から流れても二次電圧の終端電圧を超えない最大許容電流と、二次電圧の終端電圧と、スピーカー負荷と、の積の平方根を、増幅回路のゲインで割ることにより、ダイナミックレンジを決定することができる。

第４の発明のオーディオ装置は、第１の発明のオーディ装置において、音声信号を増幅する信号処理部をさらに備え、前記制御部は、前記二次電池の内部抵抗と前記二次電池から流れる電流との積が現在の前記二次電池の電圧と前記二次電池の終端電圧との差を超えない前記信号処理部によるゲインを決定し、決定した前記ゲインで、前記信号処理部により前記音声信号を増幅させることを特徴とする。

本発明では、信号処理部のゲインを変更することにより、自装置から出力される音声信号のレベルを制御することができる。

第５の発明のオーディオ装置は、第１の発明のオーディオ装置において、前記音声信号を増幅する増幅回路をさらに備え、前記制御部は、前記二次電池の内部抵抗と前記二次電池から流れる電流との積が現在の前記二次電池の電圧と前記二次電池の終端電圧との差を超えない前記増幅回路によるゲインを決定し、決定した前記ゲインで、前記増幅回路により前記音声信号を増幅させることを特徴とする。

本発明では、増幅回路のゲインを変更することにより、自装置から出力される音声信号のレベルを制御することができる。

第６の発明のオーディオ装置は、第１の発明のオーディオ装置において、前記音声信号のピークレベルを調整する信号処理部をさらに備え、前記制御部は、前記二次電池の内部抵抗と前記二次電池から流れる電流との積が現在の前記二次電池の電圧と前記二次電池の終端電圧との差を超えない前記音声信号の前記ピークレベルを決定し、決定した前記ピークレベルに、前記信号処理部により前記音声信号を調整させることを特徴とする。

本発明では、信号処理部により、音声信号のピークレベルを調整（圧縮）させる（コンプレッサー）ことによって、自装置から出力される音声信号のレベルを制御（抑制）し、二次電池の内部抵抗と二次電池から流れる電流との積が現在の二次電池の電圧と二次電池の終端電圧との差を超えないようにすることができる。また、音声信号のピークレベルが調整（圧縮）され、一時的にオーディオ装置から出力される音声信号のレベルが制御（抑制）されることになるため、ユーザーに違和感を与えることがない。

第７の発明のオーディオ装置は、第１〜第６の発明のいずれかのオーディオ装置において、前記二次電圧の内部抵抗は、前記電池から流れる電流が小さいときの第１電圧から、前記電池から流れる電流が大きいときの第２電圧を引いた値を、前記電池から流れる電流が大きい第２電流から、前記電池から流れる電流が小さい第１電流を引いた値で除した値であることを特徴とする

本発明では、電池から流れる電流が小さいときの第１電圧から、電池から流れる電流が大きいときの第２電圧を引いた値を、電池から流れる電流が大きい第２電流から、電池から流れる電流が小さい第１電流を引いた値で除することにより、内部抵抗を算出することができる。

第８の発明のオーディオ装置は、第１〜第７の発明のいずれかのオーディオ装置において、前記二次電池は、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする。

本発明によれば、二次電池の容量を十分に使いきることができる。

本発明の実施形態に係るポータブルスピーカーの構成を示すブロック図である。コントール部、オーディオ部の構成を示すブロック図である。マイクロコンピュータがダイナミックレンジを決定する処理動作を示すフローチャートである。バッテリーの電圧（放電カーブ）とバッテリーから流れる電流とを示すグラフである。バッテリーの電圧（放電カーブ）を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、リチウムイオン二次電池を電源として使用するオーディオ装置が、ポータブルスピーカーである場合について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るポータブルスピーカーの構成を示すブロック図である。図１に示すように、ポータブルスピーカー１は、バッテリー部２、コントロール部３、オーディオ部４、スピーカー５を備える。

（バッテリー部２）
バッテリー部２は、リチウムイオン二次電池（以下、「バッテリー」という。）２１、充放電保護回路２２、電圧センサ２３、電流センサ２４を有する。充放電保護回路２２は、バッテリー２１の充放電を制御する。電圧センサ２３は、バッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴを測定する。電流センサ２４は、バッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴを測定する。

（コントロール部３）
図２は、コントロール部、オーディオ部の構成を示すブロック図である。図２に示すように、コントロール部３は、Ａ／Ｄコンバータ３１、マイクロコンピュータ３２を有する。Ａ／Ｄコンバータ３１は、電圧センサ２３が測定したバッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴ（アナログ値）をＡ／Ｄ変換する。また、Ａ／Ｄコンバータ３１は、電流センサ２４が測定したバッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴ（アナログ値）をＡ／Ｄ変換する。マイクロコンピュータ３２（制御部）は、ポータブルスピーカー１の各部を制御する。また、マイクロコンピュータ３２は、バッテリー２１の内部抵抗Ｒ_ＢＡＴとバッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴとの積が現在のバッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴとバッテリー２１の終端電圧Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}との差を超えないように、ポータブルスピーカー１から出力される音声信号のレベルを制御する。マイクロコンピュータ３２が実行する処理については後述する。

（オーディオ部４）
図２に示すように、オーディオ部４は、ＤＳＰ４１、Ｄ／Ａコンバータ４２、パワーアンプ４３を有する。ＤＳＰ４１（信号処理部）は、デジタルオーディオプレーヤーから入力される音声信号に対して音声信号処理を行う。ＤＳＰ４１とデジタルオーディオプレーヤーとは、Ｉ２Ｓに従った通信を行う。また、ＤＳＰ４１とマイクロコンピュータ３２とは、Ｉ２Ｃに従った通信を行う。Ｄ／Ａコンバータ４２は、ＤＳＰ４１が音声信号処理を行った音声信号（デジタルデータ）をＤ／Ａ変換する。パワーアンプ４３（増幅回路）は、Ｄ／Ａコンバータ４２がＤ／Ａ変換した音声信号を増幅する。

（スピーカー５）
スピーカー５は、パワーアンプ４３が増幅した音声信号に従って音声を出力する。

（ダイナミックレンジ決定処理）
マイクロコンピュータ３２がダイナミックレンジを決定する処理動作について、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。マイクロコンピュータ３２は、ポータブルスピーカー１のスタンバイをオフ、すなわち、音声信号の再生を開始した後（Ｓ１）、マイクロコンピュータ３２は、軽負荷時（入力される音声信号の振幅が小さいとき）の消費電流を検出したか否かを示すｆｌａｇ０を０とする（ｆｌａｇ０＝０）（Ｓ２）。また、マイクロコンピュータ３２は、重負荷時（入力される音声信号の振幅が大きいとき）の消費電流を検出したか否かを示すｆｌａｇ１を０とする（ｆｌａｇ１＝０）（Ｓ２）。ｆｌａｇ０＝０は、軽負荷時の消費電流を検出していないことを示す。ｆｌａｇ０＝１は、軽負荷時の消費電流を検出していることを示す。また、ｆｌａｇ１＝０は、重負荷時の消費電流を検出していないことを示す。ｆｌａｇ１＝１は、重負荷時の消費電流を検出していることを示す。Ｓ２の処理と並行して、マイクロコンピュータ３２は、１０秒毎に、バッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴを電圧センサ２３に、バッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴを電流センサ２４に、測定させる（Ｓ３）。このとき、Ａ／Ｄコンバータ３１は、電圧センサ２３が測定したバッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴと電流センサ２４が測定したバッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴとをＡ／Ｄ変換し、マイクロコンピュータ３２に出力する。

次に、マイクロコンピュータ３２は、測定したバッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴが終端電圧Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}以下（Ｖ_ＢＡＴ≦Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}）であるか否かを判断する（Ｓ４）。マイクロコンピュータ３２は、測定したバッテリー２１の電圧が、終端電圧Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}以下であると判断した場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）、電源をオフし、処理を終了する。

マイクロコンピュータ３２は、測定したバッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴが、終端電圧Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}以下でない（Ｖ_ＢＡＴ＞Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}）と判断した場合（Ｓ４：Ｎｏ）、バッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴが、軽負荷時の消費電流を検出するための閾値５０ｍＡ以下（Ｉ_ＢＡＴ≦５０ｍＡ）であるか否かを判断する（Ｓ５）。マイクロコンピュータ３２は、バッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴが軽負荷時の消費電流を検出するための閾値５０ｍＡ以下である（Ｉ_ＢＡＴ≦５０ｍＡ）と判断した場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、このときのＩ_ＢＡＴを軽負荷時の消費電流Ｉ_{ＳＭＡＬＬ}とする（Ｉ_{ＳＭＡＬＬ}＝Ｉ_ＢＡＴ）（Ｓ６）。また、マイクロコンピュータ３２は、このときのＶ_ＢＡＴを軽負荷時のバッテリー電圧Ｖ_{ＳＭＡＬＬ}とする（Ｖ_{ＳＭＡＬＬ}＝Ｖ_ＢＡＴ）（Ｓ６）。また、マイクロコンピュータ３２は、軽負荷時の消費電流を検出したか否かを示すフラグｆｌａｇ０を１とする（ｆｌａｇ０＝１）（Ｓ６）。

マイクロコンピュータ３２は、バッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴが軽負荷時の消費電流を検出するための閾値５０ｍＡ以下でない（Ｉ_ＢＡＴ＞５０ｍＡ）と判断した場合（Ｓ５：Ｎｏ）、バッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴが、重負荷時の消費電流を検出するための閾値５００ｍＡ以上（Ｉ_ＢＡＴ≧５００ｍＡ）であるか否かを判断する（Ｓ７）。マイクロコンピュータ３２は、バッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴが重負荷時の消費電流を検出するための閾値５００ｍＡ以上である（Ｉ_ＢＡＴ≧５００ｍＡ）と判断した場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）、このときのＩ_ＢＡＴを重負荷時の消費電流Ｉ_{ＬＡＲＧＥ}とする（Ｉ_{ＬＡＲＧＥ}＝Ｉ_ＢＡＴ）（Ｓ８）。マイクロコンピュータ３２は、このときのＶ_ＢＡＴを重負荷時のバッテリー電圧Ｖ_{ＬＡＲＧＥ}とする（Ｖ_{ＬＡＲＧＥ}＝Ｖ_ＢＡＴ）（Ｓ８）。また、マイクロコンピュータ３２は、重負荷時の消費電流を検出したか否かを示すフラグｆｌａｇ１を１とする（ｆｌａｇ１＝１）（Ｓ８）。マイクロコンピュータ３２は、重負荷時の消費電流を検出するための閾値５００ｍＡ以上でない（Ｉ_ＢＡＴ＜５００ｍＡ）と判断した場合（Ｓ７：Ｎｏ）、Ｓ３の処理を行う。

Ｓ６、又は、Ｓ８の処理後、マイクロコンピュータ３２は、軽負荷時の消費電流を検出したか否かを示すフラグｆｌａｇ０、重負荷時の消費電流を検出したか否かを示すフラグｆｌａｇ１がともに１（ｆｌａｇ０＝１、かつ、ｆｌａｇ１＝１）であるか否かを判断する（Ｓ９）。マイクロコンピュータ３２は、軽負荷時の消費電流を検出したか否かを示すフラグｆｌａｇ０、重負荷時の消費電流を検出したか否かを示すフラグｆｌａｇ１がともに１（ｆｌａｇ０＝１、かつ、ｆｌａｇ１＝１）であると判断した場合（Ｓ９：Ｙｅｓ）、内部抵抗Ｒ_ＢＡＴを更新する（Ｓ１０）。内部抵抗Ｒ_ＢＡＴの更新（算出）については後述する。

次に、マイクロコンピュータ３２は、最大許容電流Ｉ_ＭＡＸを計算する（Ｓ１１）。最大許容電流Ｉ_ＭＡＸは、ポータブルスピーカー１から出力される音声信号のレベルで変動する消費電流の最大許容値であり、バッテリー２１から流れてもバッテリー２１の終端電圧Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}を超えない値である。最大許容電流Ｉ_ＭＡＸは、バッテリー２１の無負荷時の電圧Ｖ_ＢＡＴ０と終端電圧Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}の差分をバッテリー２１の内部抵抗Ｒ_ＢＡＴで割った値から、ポータブルスピーカー１の常時消費電流（ポータブルスピーカー１から出力される音声信号のレベルで変動しない）Ｉ_{ＳＹＳＴＥＭ}を引いた値である。すなわち、
Ｉ_ＭＡＸ＝（Ｖ_ＢＡＴ０−Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}）÷Ｒ_ＢＡＴ−Ｉ_{ＳＹＳＴＥＭ}
ここでは、常時消費電流Ｉ_{ＳＹＳＴＥＭ}があるため、無負荷時の電圧Ｖ_ＢＡＴ０を測定することはできない。かわりに、軽負荷時電圧Ｖ_{ＳＭＡＬＬ}と軽負荷時電流Ｉ_{ＳＭＡＬＬ}を用いて無負荷時の電圧Ｖ_ＢＡＴ０の計算を行う。
すなわち、
Ｖ_ＢＡＴ０＝Ｖ_{ＳＭＡＬＬ}＋Ｉ_{ＳＭＡＬＬ}×Ｒ_ＢＡＴ
となる。よって、
Ｉ_ＭＡＸ＝（Ｖ_{ＳＭＡＬＬ}−Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}）÷Ｒ_ＢＡＴ＋Ｉ_{ＳＭＡＬＬ}−Ｉ_{ＳＹＳＴＥＭ}
となる。マイクロコンピュータ３２は、この計算を行って、最大許容電流Ｉ_ＭＡＸを計算する。

次に、マイクロコンピュータ３２は、ＤＳＰ４１の出力音声信号のダイナミックレンジを決定する（Ｓ１２）。ここでいうダイナミックレンジとは、音声信号の振幅の範囲のことで、Ｖ_ＤＲは、フルスケール信号の振幅を表す。本実施形態では、マイクロコンピュータ３２は、ダイナミックレンジＶ_ＤＲを終端電圧Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}と最大許容電流Ｉ_ＭＡＸとスピーカー負荷Ｒ_{ＳＰＥＡＫＥＲ}の積の平方根をパワーアンプ４３のゲインＡｍｐＧａｉｎで割った値で決定する。
すなわち、
Ｖ_ＤＲ＝（Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}×Ｉ_ＭＡＸ×Ｒ_{ＳＰＥＡＫＥＲ}）^１／２÷ＡｍｐＧａｉｎ
である。
マイクロコンピュータ３２は、この計算を行って、ダイナミックレンジＶ_ＤＲを決定する。

次に、マイクロコンピュータ３２は、軽負荷時の消費電流を検出したか否かを示すフラグｆｌａｇ０を０（ｆｌａｇ０＝０）、重負荷時の消費電流を検出したか否かを示すフラグｆｌａｇ１を０にして（ｆｌａｇ１＝０）（Ｓ１３）、Ｓ３の処理を行う。また、マイクロコンピュータ３２は、軽負荷時の消費電流を検出したか否かを示すフラグｆｌａｇ０、重負荷時の消費電流を検出したか否かを示すフラグｆｌａｇ１がともに１（ｆｌａｇ０＝１、かつ、ｆｌａｇ１＝１）でないと判断した場合（Ｓ９：Ｎｏ）、Ｓ３の処理を行う。

このようにして、マイクロコンピュータ３２は、バッテリー２１の内部抵抗Ｒ_ＢＡＴとバッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴとの積が現在のバッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴとバッテリー２１の終端電圧Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}との差を超えない音声信号のダイナミックレンジＶ_ＤＲを決定する。マイクロコンピュータ３２は、決定したダイナミックレンジＶ_ＤＲに、ＤＳＰ４１により音声信号を調整（圧縮）させる。

（内部抵抗算出（更新）処理）
マイクロコンピュータ３２は、バッテリー２１から流れる電流が小さいとき（軽負荷時）の第１電圧Ｖ_{ＳＭＡＬＬ}、バッテリー２１から流れる電流が小さい第１電流Ｉ_{ＳＭＡＬＬ}、バッテリー２１から流れる電流が大きいとき（重負荷時）の第２電圧Ｖ_{ＬＡＲＧＥ}、バッテリー２１から流れる電流が大きい第２電流Ｉ_{ＬＡＲＧＥ}を用いて、内部抵抗Ｒ_ＢＡＴを算出する。マイクロコンピュータ３２は、第１電圧Ｖ_{ＳＭＡＬＬ}から第２電圧Ｖ_{ＬＡＲＧＥ}を引いた値を、第２電流Ｉ_{ＬＡＲＧＥ}から第１電流Ｉ_{ＳＭＡＬＬ}を引いた値で除することにより、内部抵抗Ｒ_ＢＡＴを算出する。すなわち、
Ｒ_ＢＡＴ＝（Ｖ_{ＳＭＡＬＬ}−Ｖ_{ＬＡＲＧＥ}）／（Ｉ_{ＬＡＲＧＥ}−Ｉ_{ＳＭＡＬＬ}）
である。マイクロコンピュータ３２は、この式の計算を行って、内部抵抗Ｒ_ＢＡＴを算出する。

以上説明したように、バッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴ（消費電流）は、ポータブルスピーカー１から出力される音声信号のレベルで変動する。本実施形態では、マイクロコンピュータ３２は、バッテリー２１の内部抵抗Ｒ_ＢＡＴとバッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴとの積が現在のバッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴとバッテリー２１の終端電圧Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}との差を超えないように、ポータブルスピーカー１から出力される音声信号のレベルを制御する。従って、バッテリー２１の内部抵抗Ｒ_ＢＡＴとバッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴとの積、すなわち、バッテリー２１の電圧降下により、バッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴが、終端電圧に達することがない。図４は、バッテリーの電圧（放電カーブ）とバッテリーから流れる電流とを示すグラフである。図４において、破線は、従来の装置におけるバッテリーの電圧、及び、バッテリーから流れる電流を示している。破線で示すように、従来の装置では、バッテリーの電圧が終端電圧に達している。実線は、ポータブルスピーカー１におけるバッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴを示している。実線で示すように、ポータブルスピーカー１では、バッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴが終端電圧Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}に達していない。これは、従来の装置に比べて、ポータブルスピーカー１から出力される音声信号のレベルが小さくなり、バッテリーから流れる電流Ｉ_ＢＡＴが抑制されているためである（図４における電流を示すグラフ参照。）。このように、本実施形態によれば、バッテリー２１の内部抵抗Ｒ_ＢＡＴを利用しているため、バッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴがいくら降下するかを判断することができ、バッテリー２１の電圧降下により、バッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴが、終端電圧Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}に達することがない。従って、バッテリー２１の容量を十分に使いきることができる。

従来の装置では、最大出力３Ｗのアンプで、バッテリーの容量が１０％以上残っている段階で、電源がオフされる。３０００ｍＡｈのバッテリーであるとすると、３００ｍＡｈ以上が残っている。出力３Ｗの１／８が音楽再生による負荷であるとすると、電流量は、約１２４ｍＡである。本実施形態では、バッテリー２１の容量を十分に使いきることができるため、上述の条件では、３００ｍＡｈ÷１２４ｍＡ≒２．４時間、従来の装置に比べて、再生時間が延びることになる。

また、本実施形態では、バッテリー２１の内部抵抗Ｒ_ＢＡＴを利用しているため、バッテリー２１の劣化や温度上昇等によって内部抵抗Ｒ_ＢＡＴが上昇しても、再生時間を維持することができる。

なお、リチウムイオン二次電池の放電カーブの勾配は、緩やかでレンジが狭いので、出力される音声信号のレベルは制御（抑制）されるが、出力される音声信号のレベルの変化は少ない。また、出力される音声信号のレベルと、聴感上の音量感と、は比例していない。以上のことから、バッテリー２１の電圧が小さくなるにつれて、出力される音声信号のレベルの抑制量が大きくなるが、影響は少ない。

また、本実施形態では、ＤＳＰ４１により、音声信号のダイナミックレンジを調整（圧縮）させることによって、ポータブルスピーカー１から出力される音声信号のレベルを制御（抑制）し、バッテリー２１の内部抵抗Ｒ_ＢＡＴとバッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴとの積が現在のバッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴとバッテリー２１の終端電圧Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}との差を超えないようにすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は、上述の実施形態には限られるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることが可能である。

上述の実施形態においては、マイクロコンピュータ３２は、ＤＳＰ４１に音声信号のダイナミックレンジを調整させることにより、ポータブルスピーカー１から出力される音声信号のレベルを制御している。これに替えて、マイクロコンピュータ３２は、パワーアンプ４３のゲインを変更し、ポータブルスピーカー１から出力される音声信号のレベルを制御するようにしてもよい。

最大許容電流Ｉ_ＭＡＸのときのパワーアンプ４３の消費電流Ｐは、最大許容電流Ｉ_ＭＡＸと終端電圧Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}の積、すなわち、
Ｐ＝Ｉ_ＭＡＸ×Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}
である。また、この消費電力がすべてパワーアンプ４３の出力電力として使われると考えると、このときの出力電圧Ｖ_ＭＡＸ（ピーク値）の２乗をスピーカー負荷Ｒ_{ＳＰＥＡＫＥＲ}で割ったものになる。
Ｐ＝Ｖ^２ _ＭＡＸ÷Ｒ_{ＳＰＥＡＫＥＲ}
すなわち、
Ｖ_ＭＡＸ＝（Ｉ_ＭＡＸ×Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}×Ｒ_{ＳＰＥＡＫＥＲ}）^１／２
また、Ｖ_ＭＡＸは、以下のように表される。ＤＳＰ４１のゲインをＤＳＰＧａｉｎとし、フルスケールの信号をＶ_{ＦＵＬＬＳＣＡＬＥ}とすると、
Ｖ_ＭＡＸ＝Ｖ_{ＦＵＬＬＳＣＡＬＥ}×ＤＳＰＧａｉｎ×ＡｍｐＧａｉｎ
よって、ＡｍｐＧａｉｎは、以下の式によって決まる。
ＡｍｐＧａｉｎ＝Ｖ_ＭＡＸ÷Ｖ_{ＦＵＬＬＳＣＡＬＥ}÷ＤＳＰＧａｉｎ
計算上、ＤＳＰＧａｉｎが０ｄＢ以上の場合は、０ｄＢである。マイクロコンピュータ３２は、算出した値が、ひとつ前の値より、小さいときに、更新する。

マイクロコンピュータ３２は、このような計算を行って、バッテリー２１の内部抵抗Ｒ_ＢＡＴとバッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴとの積が現在のバッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴとバッテリー２１の終端電圧Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}との差を超えないパワーアンプ４３によるゲインを決定する。この処理は、上述の実施形態におけるＳ１７の処理に替えて実行される。また、マイクロコンピュータ３２は、決定したゲインで、パワーアンプ４３により音声信号を増幅させる。

また、マイクロコンピュータ３２は、ＤＳＰＧａｉｎを算出し、算出したゲインでＤＳＰ４１により音声信号を増幅させるようにしてもよい。この場合、
ＤＳＰＧａｉｎ＝＝Ｖ_ＭＡＸ÷Ｖ_{ＦＵＬＬＳＣＡＬＥ}÷ＡｍｐＧａｉｎ
となる。

上述の実施形態においては、マイクロコンピュータ３２は、ＤＳＰ４１に音声信号のダイナミックレンジを調整させることにより、ポータブルスピーカー１から出力される音声信号のレベルを制御している。これに替えて、マイクロコンピュータ３２は、ＤＳＰ４１により、音声信号のピークレベルを調整（圧縮）させる（コンプレッサー）ことによって、ポータブルスピーカー１から出力される音声信号のレベルを制御（抑制）するようにしてもよい。この場合、マイクロコンピュータ３２は、バッテリー２１の内部抵抗Ｒ_ＢＡＴとバッテリー２１から流れる電流Ｉ_ＢＡＴとの積が現在のバッテリー２１の電圧Ｖ_ＢＡＴとバッテリー２１の終端電圧Ｖ_{ＳＨＵＴＤＯＷＮ}を超えない音声信号の前記ピークレベルを決定し、決定したピークレベルに、ＤＳＰ４１により音声信号を調整（圧縮）させる。この場合、音声信号のピークレベルが調整（圧縮）され、一時的にポータブルスピーカー１から出力される音声信号のレベルが制御（抑制）されることになるため、ユーザーに違和感を与えることがない。

上述の実施形態においては、二次電池してリチウムイオン二次電池を例示した。これに限らず、その他の二次電池であってもよい。

上述の実施形態においては、二次電池を電源として使用するオーディオ装置として、ポータブルスピーカーを例示した。これに限らず、携帯オーディオプレーヤー、スマートフォン、ヘッドホンアンプ等であってもよい。

本発明は、二次電池を電源として使用するオーディオ装置に好適に採用され得る。

１ポータブルスピーカー（オーディオ装置）
２バッテリー部
２１バッテリー（二次電池、リチウムイオン二次電池）
３コントロール部
３２マイクロコンピュータ（制御部）
４オーディオ部
４１ＤＳＰ（信号処理部）
４３パワーアンプ（増幅回路）
５スピーカー

Claims

二次電池を電源として使用するオーディオ装置において、
前記二次電池の内部抵抗と前記二次電池から流れる電流との積が現在の前記二次電池の電圧と前記二次電池の終端電圧との差を超えないように、自装置から出力される音声信号のレベルを制御する制御部を備えることを特徴とするオーディオ装置。
前記音声信号のダイナミックレンジを調整する信号処理部をさらに備え、
前記制御部は、前記二次電池の内部抵抗と前記二次電池から流れる電流との積が現在の前記二次電池の電圧と前記二次電池の終端電圧との差を超えない前記音声信号の前記ダイナミックレンジを決定し、決定した前記ダイナミックレンジに、前記信号処理部により前記音声信号を調整させることを特徴とする請求項１に記載のオーディオ装置。
前記ダイナミックレンジは、前記二次電池から流れても前記二次電圧の終端電圧を超えない最大許容電流と、前記二次電池の終端電圧と、スピーカー負荷と、の積の平方根を、増幅回路のゲインで割った値であることを特徴とする請求項２に記載のオーディオ装置。
音声信号を増幅する信号処理部をさらに備え、
前記制御部は、前記二次電池の内部抵抗と前記二次電池から流れる電流との積が現在の前記二次電池の電圧と前記二次電池の終端電圧との差を超えない前記信号処理部によるゲインを決定し、決定した前記ゲインで、前記信号処理部により前記音声信号を増幅させることを特徴とする請求項１に記載のオーディオ装置。
前記音声信号を増幅する増幅回路をさらに備え、
前記制御部は、前記二次電池の内部抵抗と前記二次電池から流れる電流との積が現在の前記二次電池の電圧と前記二次電池の終端電圧との差を超えない前記増幅回路によるゲインを決定し、決定した前記ゲインで、前記増幅回路により前記音声信号を増幅させることを特徴とする請求項１に記載のオーディオ装置。
前記音声信号のピークレベルを調整する信号処理部をさらに備え、
前記制御部は、前記二次電池の内部抵抗と前記二次電池から流れる電流との積が現在の前記二次電池の電圧と前記二次電池の終端電圧との差を超えない前記音声信号の前記ピークレベルを決定し、決定した前記ピークレベルに、前記信号処理部により前記音声信号を調整させることを特徴とする請求項１に記載のオーディオ装置。
前記二次電圧の内部抵抗は、前記電池から流れる電流が小さいときの第１電圧から、前記電池から流れる電流が大きいときの第２電圧を引いた値を、前記電池から流れる電流が大きい第２電流から、前記電池から流れる電流が小さい第１電流を引いた値で除した値であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のオーでディオ装置。
前記二次電池は、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のオーディオ装置。