JP2016171507A - Acoustic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はスピーカー切り替え機能または増幅器切り替え機能を有する音響機器に関する。 The present invention relates to an audio device having a speaker switching function or an amplifier switching function.
複数のスピーカーを切り替えて、音声を再生するための、スピーカー切り替え装置や複数の増幅器を切り替えて、音声を再生するための、増幅器切り替え装置が実用に供されている。またスピーカー切り替え装置と、増幅器切り替え装置を組み合わせた増幅器・スピーカー切り替え装置も実用に供されている。 2. Description of the Related Art A speaker switching device and a plurality of amplifiers for switching a plurality of speakers to reproduce a sound and a amplifier switching device for reproducing a sound by switching a plurality of amplifiers are practically used. Also, an amplifier / speaker switching device that combines a speaker switching device and an amplifier switching device has been put into practical use.
スピーカー切り替え装置または増幅器切り替え装置を組み込んだ音響装置で音声を再生中に、スピーカーまたは増幅器を切り替えると以下の問題があった。 When a speaker or an amplifier is switched during sound reproduction by an audio device incorporating the speaker switching device or the amplifier switching device, there are the following problems.
スピーカーのボイスコイルはインダクタンス成分を持っているので、音声を再生中にスピーカーを増幅器から切り離すとスピーカーのボイスコイルから逆起電力が発生する。スピーカーのインダクタンスをL、スピーカーを増幅器から切り離す直前にスピーカーのボイスコイルに流れている電流をi、スピーカーと増幅器を切り離すのに要する時間をtとするとスピーカーの端子間に発生する電圧Vは V = L x (di/dt)となる。この電圧がスピーカー内部の部品および切り替え装置に印加されてスピーカーの破壊の原因なることがある。
真空管増幅器などのように出力トランスを有する増幅器では増幅器とスピーカーを切り離すと前記スピーカーと同じ原理で出力トランスの両端に逆起電力が発生し、その電圧が増幅器の部品に印加されて増幅器の破壊の原因になることがある。
Since the voice coil of the speaker has an inductance component, a back electromotive force is generated from the voice coil of the speaker when the speaker is disconnected from the amplifier during sound reproduction. If the inductance of the speaker is L, the current flowing through the speaker's voice coil just before disconnecting the speaker from the amplifier is i, and the time required to disconnect the speaker from the amplifier is t, then the voltage V generated between the terminals of the speaker is V = L x (di / dt). This voltage may be applied to the components inside the speaker and the switching device, causing the speaker to be destroyed.
In an amplifier having an output transformer such as a vacuum tube amplifier, when the amplifier and the speaker are separated, a back electromotive force is generated at both ends of the output transformer on the same principle as the speaker, and the voltage is applied to the components of the amplifier to destroy the amplifier. It can be a cause.
音声を再生中にスピーカーと増幅器を接続するとスピーカーから突然大音量が発せられ不快と感じることがある。
また音声を再生中に増幅器とスピーカーを接続すると増幅器が、スピーカーおよび接続ケーブルが持つ静電容量を充電し増幅器、スピーカー切り替え装置または増幅器切替え装置に過電流が流れて増幅器、スピーカー切り替え装置または増幅器切替え装置の破壊の原因になることがある。
増幅器から流れ出す電流の最大値をImax、増幅器の出力電圧をV、増幅器の出力インピーダンス、切り替えスイッチの抵抗および接続ケーブルの抵抗の和をRとすると瞬間的に増幅器からImax = V/Rの電流が流れ時間とともに減少する。
When a speaker and an amplifier are connected during audio playback, a loud sound may be suddenly emitted from the speaker, which may make it uncomfortable.
When an amplifier and a speaker are connected during audio playback, the amplifier charges the capacitance of the speaker and the connection cable, and an overcurrent flows through the amplifier, speaker switching device or amplifier switching device, and the amplifier, speaker switching device or amplifier switching. It may cause damage to the equipment.
When the maximum value of current flowing out from the amplifier is Imax, the output voltage of the amplifier is V, the sum of the output impedance of the amplifier, the resistance of the changeover switch and the resistance of the connecting cable is R, the current of Imax = V / R is instantaneously output from the amplifier Decreases with flow time.
増幅器が故障して増幅器の出力に直流電圧が発生した場合には直流電圧がスピーカー切り替え装置または増幅器切り替え装置を経由してスピーカーに印加されてスピーカーが破壊するという問題がある。増幅器とスピーカーの間に増幅器切替え装置またはスピーカー切替え装置が挿入されている場合は切り替え装置を利用して増幅器の出力に直流電圧が発生した場合にスピーカーを保護できることが望ましい。 When the amplifier fails and a DC voltage is generated at the output of the amplifier, there is a problem that the DC voltage is applied to the speaker via the speaker switching device or the amplifier switching device and the speaker is destroyed. When an amplifier switching device or a speaker switching device is inserted between the amplifier and the speaker, it is desirable that the switching device can be used to protect the speaker when a DC voltage is generated at the output of the amplifier.
スピーカーと増幅器を切り離した直後にスピーカーまたは増幅器の出力トランスから発生する逆起電力を小さくするには切り離す直前にスピーカーまたは出力トランスに流れている電流 i を小さくするか切り離しに要する時間 tを長くすれば良い。スピーカーまたは出力トランスに流れる電流 i は増幅器の出力電圧に比例するので切り離す直前の増幅器の出力電圧を小さくすれば良い。 To reduce the back electromotive force generated from the speaker or amplifier output transformer immediately after disconnecting the speaker and amplifier, decrease the current i flowing in the speaker or output transformer immediately before disconnecting or increase the time t required for disconnection. It ’s fine. Since the current i flowing through the speaker or the output transformer is proportional to the output voltage of the amplifier, the output voltage of the amplifier just before disconnection may be reduced.
スピーカーと増幅器を接続した時にスピーカーから突然大音量が発せられないためには増幅器の出力電圧が低い時にスピーカーと増幅器を接続すればよい。また増幅器からケーブルなどの静電容量を充電する電流を減らすためには増幅器の出力電圧が低い時に接続するか接続時のRを大きくすれば良い。 In order to prevent a loud sound from being suddenly emitted from the speaker when the speaker and the amplifier are connected, the speaker and the amplifier may be connected when the output voltage of the amplifier is low. In order to reduce the current charged from the amplifier to the electrostatic capacity of the cable or the like, it may be connected when the output voltage of the amplifier is low or R at the time of connection may be increased.
非特許文献1および非特許文献3では増幅器の出力電圧をゼロにしてからスピーカーを切り替え、切り替えが完了した後増幅器の出力レベルを元に戻すことにより前記課題を解決している。この方法では逆起電力および過電流をゼロにできるがスピーカー切替え装置と連動して動作する専用のコントローラーまたは増幅器が必要なのでコストが上昇するという問題があった。 In Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 3, the speaker is switched after the output voltage of the amplifier is set to zero, and the problem is solved by returning the output level of the amplifier to the original state after the switching is completed. Although this method can reduce the back electromotive force and overcurrent to zero, there is a problem in that the cost increases because a dedicated controller or amplifier that operates in conjunction with the speaker switching device is required.
また非特許文献2で示すメカニカルスイッチを使用したスピーカー切替え装置および増幅器切替え装置では音声を再生中にスイッチを切り替える際に発生する逆起電力および過大電流を抑制することは困難であった。 Further, in the speaker switching device and the amplifier switching device using the mechanical switch shown in Non-Patent Document 2, it is difficult to suppress the back electromotive force and the excessive current that are generated when the switch is switched during sound reproduction.
非特許文献1、非特許文献2および非特許文献3で示すスピーカー切替え装置および増幅器切替え装置では増幅器の出力に直流電圧が発生した場合にスピーカーを保護することはできなかった。 In the speaker switching device and the amplifier switching device shown in Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3, the speaker cannot be protected when a DC voltage is generated at the output of the amplifier.
メカニカルスイッチを使用したスピーカー切り替え装置または増幅器切り替え装置では装置の使用者がメカニカルスイッチを操作するので増幅器の出力電圧が低い瞬間にスピーカーと増幅器を切り離し、接続することは困難であった。またメカニカルスイッチの開閉の遷移時間がほぼゼロなのでスピーカーまたは増幅器の出力トランスで大きな逆起電力が発生する可能性があった。またメカニカルスイッチが閉じた直後のスイッチの抵抗値が低いので増幅器から過大な電流が流れる可能性があった。増幅器の出力に直流が発生した場合に直ちにスピーカーと増幅器を切り離すことも困難であった。 In a speaker switching device or an amplifier switching device using a mechanical switch, since the user of the device operates the mechanical switch, it is difficult to disconnect and connect the speaker and the amplifier at the moment when the output voltage of the amplifier is low. Moreover, since the transition time of opening and closing of the mechanical switch is almost zero, a large back electromotive force may be generated in the output transformer of the speaker or the amplifier. In addition, since the resistance value of the switch immediately after the mechanical switch is closed is low, an excessive current may flow from the amplifier. When direct current is generated at the output of the amplifier, it is difficult to immediately disconnect the speaker from the amplifier.
リレーまたは半導体スイッチを使用したスピーカー切り替え装置では増幅器の出力電圧を監視し、出力電圧が閾値以下の場合にスイッチを切り離せば逆起電力の発生を抑制することができる。また増幅器の出力電圧を監視し、閾値以下の場合にスイッチを閉じればスピーカーから突然大音量が発せられることがなく増幅器から過電流が流れないようにできる。また増幅器の出力に直流電圧が発生した場合に全てのリレーまたは半導体スイッチを遮断すればスピーカーを破壊から保護することができる。 In a speaker switching device using a relay or a semiconductor switch, the output voltage of the amplifier is monitored, and if the switch is disconnected when the output voltage is equal to or lower than the threshold value, generation of back electromotive force can be suppressed. If the output voltage of the amplifier is monitored and the switch is closed when it is below the threshold, no loud sound is suddenly emitted from the speaker so that no overcurrent flows from the amplifier. In addition, when a DC voltage is generated at the output of the amplifier, if all the relays or semiconductor switches are cut off, the speaker can be protected from destruction.
しかしスピーカー切替え装置および増幅器切替え装置では、再生音の品質を劣化させずに増幅器の出力電圧を監視することは困難であった。図10はスピーカー切り替え装置と増幅器とスピーカーを含む音響装置の構成図である。簡略化のためスピーカー切り替えスイッチは1系統のみ記載している。増幅回路13の出力52と出力53の間の電圧をスピーカー切替え装置22のスイッチ制御手段251で監視するには増幅装置13とスピーカー切り替え装置22の基準電位が接続されている必要がある。図10では出力53により増幅器13とスピーカー切替え装置22の基準電位であるグランドが接続されている。増幅器13の出力は出力52を経由してスピーカー16aに供給され出力53を経由して増幅器に還流する。増幅器13とスピーカー切替え装置22は商用電源51で動作している。電源回路132と電源回路252は商用電源51から増幅器13およびスピーカー切替え装置22が動作するための電源を生成している。電源回路132および電源回路252はグランドと商用電源51の間に静電容量が存在している。そのためスピーカー16aを駆動する電流の一部が経路62を通る。経路62には増幅器13およびスピーカー切り替え装置22を動作させるための電流が流れている。そのため経路62のインピーダンスと前記電流により経路62に電圧が発生する。この電圧がスピーカー16aを駆動する電圧に雑音として重畳しスピーカー16aから再生する音声の品質を劣化させる。このような音声の品質劣化を起こさないためには増幅器13とスピーカー切り替え装置22のグランドが分離されていなければならない。しかし増幅器13とスピーカー切り替え装置22のグランドが分離されていると増幅器の出力電圧をスイッチ制御手段251で監視することができなかった。
However, in the speaker switching device and the amplifier switching device, it is difficult to monitor the output voltage of the amplifier without deteriorating the quality of the reproduced sound. FIG. 10 is a configuration diagram of an audio device including a speaker switching device, an amplifier, and a speaker. For simplification, only one speaker switch is shown. In order to monitor the voltage between the
リレーを使用したスピーカー切替え装置および増幅器切替え装置ではスイッチの開閉の遷移時間が短いのでスピーカーおよび増幅器の出力トランスで発生する逆起電力を十分に低くすることができなかった。またスピーカーと増幅器を接続する瞬間に増幅器、スピーカー切り替え装置または増幅器切替え装置に流れる電流を十分に減らすことが困難であった。 In the speaker switching device and the amplifier switching device using the relay, the back electromotive force generated in the output transformer of the speaker and the amplifier cannot be made sufficiently low because the switch switching time is short. In addition, it is difficult to sufficiently reduce the current flowing through the amplifier, the speaker switching device, or the amplifier switching device at the moment of connecting the speaker and the amplifier.
スピーカー切り替え装置または増幅器切り替え装置を組み込んだ音響装置で音声を再生中に、スピーカーと増幅器を切り離すと、スピーカーまたは増幅器の出力トランスに逆起電力が発生するという問題があった。 When a speaker and an amplifier are separated while a sound is being reproduced by an acoustic device incorporating the speaker switching device or the amplifier switching device, there is a problem that a back electromotive force is generated in the output transformer of the speaker or the amplifier.
スピーカー切り替え装置または増幅器切り替え装置を組み込んだ音響装置で音声を再生中に、スピーカーと増幅器を接続するとスピーカーから突然大音量が発せられて不快を感じるという問題があった。またスピーカー切り替え装置または増幅器切り替え装置を組み込んだ音響装置で音声を再生中に、スピーカーと増幅器を接続すると増幅器から過大な電流が流れるという問題があった。 There is a problem that when a speaker and an amplifier are connected while a sound is reproduced by an audio device incorporating the speaker switching device or the amplifier switching device, a loud sound is suddenly emitted from the speaker and the user feels uncomfortable. In addition, there is a problem that an excessive current flows from the amplifier when the speaker and the amplifier are connected during reproduction of sound by an acoustic device incorporating the speaker switching device or the amplifier switching device.
増幅器の故障により増幅器の出力に直流電圧が発生した場合には直流電圧がスピーカー切り替え装置または増幅器切り替え装置を経由してスピーカーに印加されてスピーカーが破壊するという問題があった。 When a DC voltage is generated at the output of the amplifier due to the failure of the amplifier, there is a problem that the DC voltage is applied to the speaker via the speaker switching device or the amplifier switching device and the speaker is destroyed.
本発明は、このような従来のスピーカー切替え装置および増幅器切り替え装置が有していた問題を解決しようとするものであり、音声再生中にスピーカーまたは増幅器を切り替えても逆起電力が発生しないようにし、過大な電流が流れないようにし、かつ突然スピーカーから大音量が発せられないようにすることを目的とする。 The present invention is intended to solve the problems of the conventional speaker switching device and amplifier switching device, and prevents back electromotive force from being generated even if the speaker or amplifier is switched during sound reproduction. The purpose is to prevent an excessive current from flowing and to prevent sudden loud sound from being emitted from the speaker.
また本発明は増幅器の出力に直流電圧が発生した場合にスピーカー切り替え装置または増幅器切り替え装置を遮断してスピーカーが破壊しないようにすることを目的とする。 Another object of the present invention is to prevent the speaker from being destroyed by shutting off the speaker switching device or the amplifier switching device when a DC voltage is generated at the output of the amplifier.
本発明に係る音響装置は、切り替えスイッチと、前記切り替えスイッチを開閉するスイッチ制御手段と、前記切り替えスイッチの入力の電圧を監視する電圧監視手段を有する。 The acoustic device according to the present invention includes a changeover switch, switch control means for opening and closing the changeover switch, and voltage monitoring means for monitoring the voltage of the input of the changeover switch.
本発明に係る音響装置の前記切り替えスイッチはリレーまたは半導体スイッチであってもよい。 The changeover switch of the acoustic device according to the present invention may be a relay or a semiconductor switch.
本発明に係る音響装置の前記切り替えスイッチは半導体スイッチであり、前記半導体スイッチの開閉の遷移時間が所定の時間である。 The changeover switch of the acoustic device according to the present invention is a semiconductor switch, and the transition time of opening and closing of the semiconductor switch is a predetermined time.
本発明に係る音響装置の前記電圧監視手段の出力信号が前記スイッチ制御手段に接続されている。 The output signal of the voltage monitoring means of the acoustic device according to the present invention is connected to the switch control means.
本発明に係る音響装置の前記電圧監視手段が前記切り替えスイッチの入力の電圧が閾値より小さいことを示す時に、前記スイッチ制御手段が前記切り替えスイッチの開閉を行う。 The switch control means opens and closes the changeover switch when the voltage monitoring means of the acoustic apparatus according to the present invention indicates that the input voltage of the changeover switch is smaller than a threshold value.
本発明に係る音響装置の前記電圧監視手段が前記切り替えスイッチの入力電圧が閾値より大きいことを示す状態が所定の時間以上継続した時に、前記スイッチ制御手段が前記切り替えスイッチを開く。 The switch control means opens the changeover switch when the voltage monitoring means of the acoustic device according to the present invention continues for a predetermined time or longer indicating that the input voltage of the changeover switch is greater than a threshold value.
本発明に係る音響装置の前記切り替えスイッチはスピーカーまたは増幅器を切り替えるためのスイッチであってもよい。 The changeover switch of the acoustic device according to the present invention may be a switch for switching a speaker or an amplifier.
本発明のスピーカー切り替え装置および増幅器切り替え装置は、音声の再生中にスピーカーまたは増幅器を切り替えてもスピーカーまたは増幅器の出力トランスから逆起電力が発生せず、増幅器から過電流が流れず、突然スピーカーから大音量が発せられないという利点がある。
本発明のスピーカー切り替え装置および増幅器切り替え装置は、増幅器の出力に直流電圧が発生した場合にスピーカーの破壊を防止できる利点がある。
According to the speaker switching device and the amplifier switching device of the present invention, no back electromotive force is generated from the output transformer of the speaker or the amplifier even if the speaker or the amplifier is switched during the reproduction of the sound, and no overcurrent flows from the amplifier. There is an advantage that a loud sound is not emitted.
The speaker switching device and the amplifier switching device of the present invention have an advantage that the destruction of the speaker can be prevented when a DC voltage is generated at the output of the amplifier.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また以下で説明される構成などの全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, all of the configurations described below are not necessarily essential configuration requirements of the invention.
本発明の実施の形態の説明に先立って、従来のスピーカー切り替え装置、増幅器切り替え装置および増幅器・スピーカー切り替え装置の構成を説明し、スピーカー切り替え装置の実施の形態のみ説明すれば、増幅器切り替え装置の動作および増幅器・スピーカー切り替え装置の動作が容易に推測できることを示す。 Prior to the description of the embodiments of the present invention, the configuration of a conventional speaker switching device, amplifier switching device, and amplifier / speaker switching device will be described, and only the embodiment of the speaker switching device will be described. It also shows that the operation of the amplifier / speaker switching device can be easily estimated.
図4は、スピーカー切り替え装置を含む音響装置の一例を示すブロック図である。ソース機器11はCDプレイヤー、チューナーなど音声を出力する機器である。前置増幅器12はソース機器11から供給される音声信号を増幅し信号レベルを調整するための増幅器である。電力増幅器13は前置増幅器12から供給される音声信号をスピーカーを駆動できる電力に増幅するための増幅器である。スピーカー切り替え装置22は、スピーカー16a、スピーカー16b、スピーカー16cの中から単一のスピーカーを選択して、電力増幅器13の出力と接続するための装置である。スピーカー16a、スピーカー16b、スピーカー16cは電力増幅器から供給された電気信号を空気の疎密波に変換する装置である。図4では前置増幅器12と電力増幅器13が独立しているが一体化していてもよい。
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of an audio device including a speaker switching device. The
図5は、増幅器切り替え装置を含む音響装置の一例を示すブロック図である。ソース機器11はCDプレイヤー、チューナーなど音声を出力する機器である。前置増幅器12はソース機器11から供給される音声信号を増幅し信号レベルを調整するための増幅器である。電力増幅器13a、電力増幅器13b、電力増幅器13cは前置増幅器12から供給される音声信号をスピーカーを駆動できる電力に増幅するための増幅器である。増幅器切り替え装置31は電力増幅器13a、電力増幅器13b、電力増幅器13cの中から単一の電力増幅器を選択してスピーカー16と接続するための装置である。スピーカー16は電力増幅器から供給される電気信号を空気の疎密波に変換する装置である。図5では前置増幅器12と電力増幅器13a、電力増幅器13b、電力増幅器13cが独立しているが前置増幅器12と電力増幅器のうちのどれか一つが一体化していてもよい。
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of an audio device including an amplifier switching device. The
図6は、増幅器・スピーカー切り替え装置を含む音響装置の一例を示すブロック図である。ソース機器11はCDプレイヤー、チューナーなど音声を出力する機器である。前置増幅器12はソース機器11から供給される音声信号を増幅し信号レベルを調整するための増幅器である。電力増幅器13a、電力増幅器13b、電力増幅器13cは前置増幅器12から供給される音声信号をスピーカーを駆動できる電力に増幅するための増幅器である。増幅器・スピーカー切り替え装置41は電力増幅器13a、電力増幅器13b、電力増幅器13cの中からから単一の電力増幅器を選択し、スピーカー16a、スピーカー16b、スピーカー16cの中から単一のスピーカーを選択し、選択された電力増幅器の出力と、選択されたスピーカーを接続するためのスイッチである。スピーカー16a、スピーカー16b、スピーカー16cは電力増幅器から供給される電気信号を空気の疎密波に変換する装置である。図6では前置増幅器12と電力増幅器13a、電力増幅器13b、電力増幅器13cが独立しているが前置増幅器12と電力増幅器のうちのどれかが一体化していてもよい。
FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of an audio device including an amplifier / speaker switching device. The
図7は図4に示すスピーカー切り替え装置22の内部構成を示す。入力端子221に入力された音声信号がスイッチ222、スイッチ223、スイッチ224で選択されて出力端子225、出力端子226、出力端子227のいずれか一つに出力される。スイッチ222、スイッチ223、スイッチ224は、メカニカルスイッチまたはリレーまたは半導体スイッチで構成される。
FIG. 7 shows an internal configuration of the
図8は図5に示す増幅器切り替え装置31の内部構成を示す。入力端子311、入力端子312、入力端子313に入力された音声信号が、スイッチ314、スイッチ315、スイッチ316で選択されて出力端子317に出力される。スイッチ314、スイッチ315、スイッチ316はメカニカルスイッチまたはリレーまたは半導体スイッチで構成される。
FIG. 8 shows an internal configuration of the
図9は図6に示す増幅器・スピーカー切り替え装置41の内部構成を示す。入力端子411、入力端子412、入力端子413に入力された音声信号が、スイッチ414、スイッチ415、スイッチ416で選択されて、さらにスイッチ417、スイッチ418、スイッチ419で選択されて出力端子41a、出力端子41b、出力端子41cに出力される。スイッチ414、スイッチ415、スイッチ416,スイッチ417、スイッチ418、スイッチ419はメカニカルスイッチまたはリレーまたは半導体スイッチで構成される。
FIG. 9 shows an internal configuration of the amplifier /
図7、図8に示すようにスピーカー切り替え装置と増幅器切り替え装置は入力端子と出力端子が左右反転しているだけで構成は同じである。また図9に示すように増幅器・スピーカー切り替え装置は増幅器切り替え装置とスピーカー切り替え装置を直列に接続した構成である。このように増幅器切り替え装置、増幅器・スピーカー切り替え装置はスピーカー切り替え装置と同じ構成でありスピーカー切り替え装置の実施の形態を説明すれば他の切り替え装置の実施の形態は容易に推測できるのでスピーカー切り替え装置を含む音響装置についてのみ以下に説明する。 As shown in FIGS. 7 and 8, the speaker switching device and the amplifier switching device have the same configuration except that the input terminal and the output terminal are horizontally reversed. Further, as shown in FIG. 9, the amplifier / speaker switching device has a configuration in which an amplifier switching device and a speaker switching device are connected in series. As described above, the amplifier switching device and the amplifier / speaker switching device have the same configuration as the speaker switching device, and if the embodiment of the speaker switching device is described, the embodiment of the other switching device can be easily guessed. Only the acoustic device including the above will be described below.
図1によりスピーカー切り替え装置の実施の形態を説明する。入力端子221に入力された音声信号がスイッチ222、スイッチ223、スイッチ224で選択されて出力端子225、出力端子226、出力端子227のいずれか一つに出力される。スイッチ222、スイッチ223、スイッチ224は、半導体スイッチで構成される。MCU228はスピーカー切り替え装置の制御を行うコントローラーである。入力装置229はスピーカー切り替え装置の操作を行う手段でありユーザーの操作を受け取りMCU228に伝える。入力装置229の例としてはスイッチ、キーボード、可変抵抗器、リモコンの受信機などがある。MCU228は出力ポート230を通してスイッチ222、スイッチ223、スイッチ224の制御を行う。フォトカプラー231は入力端子221の音声信号の電圧が閾値以上か以下か検出してMCU228に伝える。フォトカプラー231のLEDの順方向電圧VFは約1.2Vなので入力端子221の電圧が±1.2V以下の場合にはフォトカプラー出力232はHレベルになり、入力端子221の電圧が±1.2V以上の場合にはフォトカプラー出力232はLレベルになる。抵抗233はフォトカプラーのLEDに十分な電流を流し、LEDの最大定格を超えず、スピーカーのインピーダンスより十分大きな抵抗
値に設定する。表示装置234はスピーカー切り替えスイッチの動作状態を示すためのものでLED、LCD、EL表示器などが用いられる。本実施例では増幅器の出力電圧の監視にフォトカプラーを使用することにより増幅器のグランドとスピーカー切替え装置のグランドを接続しなくても増幅器の出力電圧の監視ができる。本実施例では入力端子221の電圧を監視しているがスピーカー切り替え装置を流れる電流をトランス、ホール素子などを使って監視しても良い。
An embodiment of a speaker switching device will be described with reference to FIG. The audio signal input to the
図2は図1のスイッチ222の構成を示す。図2のスイッチ223、スイッチ224もスイッチ222と同じ構成である。切り替えスイッチにはMOS−FET2221、MOS−FET2222、MOS−FET2223、MOS−FET2224を使用する。MOS−FETは、ドレインとソース間に寄生ダイオードが存在するので、スイッチとして使用するために図2のようにMOS−FETを直列接続する。制御手段2225はMOS−FET2221、MOS−FET2222のゲートとソース間にMOS-FETがオンするために必要な電圧を供給するための電圧源である。また制御手段2226はMOS−FET2223、MOS−FET2224のゲートとソース間にMOS-FETがオンするために必要な電圧を供給するための電圧源である。制御手段2225、制御手段2226はMOS−FETのソース電圧が変化しても常にMOS−FETのゲートとソース間に一定の電圧を供給する。一例としてフローティング電源やフォトカプラーなどが制御手段として使用できる。MCU228が出力ポート230を通して制御手段2225、制御手段2226にMOS-FETをオンするための信号を送ると制御手段2225、制御手段2226はMOS−FET2221、MOS−FET2222、MOS−FET2223、MOS−FET2224のゲートとソース間に電圧を供給してこれらのMOS−FETをオン状態にする。またMCU228が出力ポート230を通して制御手段2225、制御手段2226にMOS−FETをオフするための信号を送ると制御手段2225、制御手段2226はMOS−FET2221、MOS−FET2222、MOS−FET2223、MOS−FET2224のゲートとソース間の電圧をゼロにしてこれらのMOS−FETをオフ状態にする。このようにMCU228の制御によりスイッチ222が開閉する。
FIG. 2 shows the configuration of the
制御手段2225、制御手段2226の出力インイーダンスをRとし、MOS−FETの入力容量をCiとするとMOS−FETのゲートとソース間の電圧はRとCiで決まる時定数で上昇および下降する。つまり制御手段2225、制御手段2226の出力インピーダンスを適切な値に設定すればMOS−FETのゲートとソース間電圧の上昇および下降時間を所定の値にすることができる。図3に示すMOS−FETのゲートソース間電圧とオン抵抗の関係によるとゲートとソース間の電圧が時間をかけて上昇または下降するとオン抵抗も時間をかけて変化することがわかる。MOS−FETの入力容量に応じて制御手段2225および制御手段2226の出力インピーダンスを適切な値に設定するとスイッチ222は閉じた状態から一定の時間をかけて抵抗が増加した後開く。またスイッチ222は開いた状態から一定の時間をかけて抵抗が減少した後閉じる。このようにスイッチ222は開閉の遷移時間を任意に設定できるのでスイッチが開く時にスピーカーまたは増幅器の出力トランスで発生する逆起電力V = L x (di/dt)のtを大きくして逆起電力Vを小さくすることができる。またスイッチを閉じた直後のMOS−FETのオン抵抗が大きいのでスイッチを閉じる時に増幅器からスイッチを経由してスピーカーおよび接続ケーブルの静電容量に流れ込む最大電流Imax = V/RのRを大きくできる。よってImaxは少なくなる。
以上のようにスイッチの開閉の遷移時間を適切に設定すればスイッチが開く時に発生する逆起電力を減少させることができる。またスイッチが閉じる時に増幅器から流れる電流の値を減らすことができる。
If the output impedance of the control means 2225 and control means 2226 is R and the input capacitance of the MOS-FET is Ci, the voltage between the gate and source of the MOS-FET rises and falls with a time constant determined by R and Ci. That is, if the output impedances of the control means 2225 and control means 2226 are set to appropriate values, the rise and fall times of the voltage between the gate and source of the MOS-FET can be set to predetermined values. According to the relationship between the gate-source voltage and the on-resistance of the MOS-FET shown in FIG. 3, it can be seen that when the voltage between the gate and the source rises or falls over time, the on-resistance also changes over time. When the output impedances of the control means 2225 and control means 2226 are set to appropriate values according to the input capacitance of the MOS-FET, the
As described above, the back electromotive force generated when the switch is opened can be reduced by appropriately setting the switch opening / closing transition time. Also, the value of the current flowing from the amplifier when the switch is closed can be reduced.
図11によりスピーカー選択動作の説明を行う。 The speaker selection operation will be described with reference to FIG.
ユーザーが図1の入力装置229を操作してスピーカー番号Nを選択する。(ステップS10)
The user operates the
図1のMCU228は図1のフォトカプラー出力232のレベルがHレベルすなわち図1の力端子221の電圧が±1.2V以下になるまで待つ。(ステップS20)
The
図1のフォトカプラー出力232のレベルがHなら図1のMCU228は図1の出力ポート230を通して全てのスイッチを開く。(ステップS30)
If the level of the
図1のMCU228は図1のフォトカプラー出力232のレベルがHレベルになるまで待つ。(ステップS40)
The
図1のフォトカプラー出力232のレベルがHなら図1のMCU228は出力ポート230を通して選択するスピーカー番号Nに対応するスイッチを閉じる。(ステップS50)
例えばスピーカー1を選択する場合には図1のスイッチ222を閉じる。
If the level of the
For example, when the speaker 1 is selected, the
以上の動作により入力端子221の電圧が±1.2V以下の時に切り替えスイッチの開閉を行うことができるのでスピーカーと増幅器を切り離した直後にスピーカーおよび増幅器の出力トランスに発生する逆起電力V = L x (di/dt)のiを減少し逆起電力Vを減少することができる。また切り替えスイッチを閉じる時に増幅器から流れる電流 Imax = V/RのVを小さくできるのでImaxを少なくすることができる。さらにスピーカーから突然大音量が発せられないようにできる。
With the above operation, the changeover switch can be opened and closed when the voltage at the
以上のようにスピーカーと増幅器を切り離す時に逆起電力V = L x (di/dt)のiを少なくし、tを大きくして逆起電力Vを小さくできる。またスピーカーと増幅器を接続する時にはImax = V/RのVを小さくしRを大きくして増幅器から流れ出すImaxを少なくすることができる。以下にスピーカーから発生する逆起電力Vと増幅器から流れる電流Imaxの理論値の一例を示す。増幅器の出力抵抗=16mΩ、スピーカー切り替え装置のオン抵抗=10mΩ、スピーカーケーブルの抵抗=100mΩ、スピーカーケーブルおよびスピーカーの静電容量=3000pF、スピーカーのインピーダンス=8Ω、スピーカーのインダクタンス=0.5mH、メカニカルスイッチの遷移時間=100ナノ秒、半導体スイッチの遷移時間=1ミリ秒とする。
増幅器の出力が100Wの正弦波の場合、スピーカー切り替え装置のスイッチを切り替える際にスピーカーから発生する逆起電力の最大値を計算する。端子221の電圧の実効値= (100 x 8)1/2 = 約28Vrmsである。この尖頭値は約80Vp−pになる。したがってスピーカーに流れる電流の最大値は80 ÷ 8 = 10Aである。メカニカルスイッチを開いた直後の逆起電力V = L x (di/dt) = 0.5x10−3 x (10/100x10−9)=50、000Vの電圧が発生する。実際には部品および配線の抵抗および容量により逆起電力は50、000Vより小さくなるがそれでも大きな電圧が発生する。次に本実施例によりスイッチを開いた時の入力端子221の電圧を1.2V以下にした場合の逆起電力を計算する。スイッチを開く直前にスピーカーに流れる電流は1.2 ÷ 8=0.15Aである。よって逆起電力V = L x (di/dt)=0.5x10−3 x (0.15/100x10−9)=750Vに減る。半導体スイッチを使用した場合には逆起電力V = L x (di/dt)=0.5x10−3 x (0.15/1x10−3)=75mVに減らすことができる。出力トランスから発生する逆起電力の計算はここに示さないが同様の原理で逆起電力を減少することができる。
As described above, when the speaker and the amplifier are separated from each other, the back electromotive force V = L x (di / dt) i can be reduced and t can be increased to reduce the back electromotive force V. When the speaker and the amplifier are connected, Imax = V / R V can be reduced and R can be increased to reduce Imax flowing out of the amplifier. An example of theoretical values of the back electromotive force V generated from the speaker and the current Imax flowing from the amplifier is shown below. Amplifier output resistance = 16 mΩ, speaker switching device on-resistance = 10 mΩ, speaker cable resistance = 100 mΩ, speaker cable and speaker capacitance = 3000 pF, speaker impedance = 8Ω, speaker inductance = 0.5 mH, mechanical switch Transition time = 100 nanoseconds and semiconductor switch transition time = 1 ms.
When the output of the amplifier is a sine wave of 100 W, the maximum value of the back electromotive force generated from the speaker when the switch of the speaker switching device is switched is calculated. The effective value of the voltage at the terminal 221 = (100 × 8) 1/2 = about 28 Vrms. This peak value is about 80 Vp-p. Therefore, the maximum value of the current flowing through the speaker is 80 ÷ 8 = 10A. Immediately after opening the mechanical switch, a back electromotive force V = Lx (di / dt) = 0.5 × 10 −3 x (10/100 × 10 −9 ) = 50,000 V is generated. Actually, the back electromotive force is smaller than 50,000 V due to the resistance and capacitance of the components and wiring, but a large voltage is still generated. Next, according to this embodiment, the back electromotive force when the voltage of the
スイッチを閉じる瞬間に増幅器から流れる最大電流Imaxを求める。R = 16mΩ + 10mΩ + 100mΩ = 126mΩなので Imax = V/R = 80/126x10−3=634Aの電流が流れる。その後スピーカーのボイスコイルのインダクタンスによりスピーカーの電流が時間と共に増加し最終的に増幅器の出力電圧に応じた電流が流れる。前記の例では増幅器の出力電圧とスピーカーのインピーダンス8Ωによって決まる電流I = 80/8 = 10Aの電流が流れその後音声信号の変化に応じて電流Iが変化する。本実施例によりスイッチを閉じる瞬間の電圧を1.2V以下にするとスイッチを閉じた直後のImax = 1.2/126x10−3 = 9.5Aに減らすことができる。増幅器がスピーカーケーブルおよびスピーカーの静電容量を充電する場合、その時定数は126mΩ x 3000pF = 0.378nsである。
半導体スイッチが閉じる時間は1ミリ秒で、前記時定数より十分長いのでスイッチを閉じる瞬間に増幅器がスピーカーケーブルおよびスピーカーの静電容量を充電する電流は流れない。スイッチを閉じた直後にはスピーカーのボイスコイルのインダクタンスによりスピーカーの電流が時間と共に増加し最終的に1.2Vとスピーカーのインピーダンス8Ωによって決まる電流 I = 1.2/8 = 0.15Aが流れその後音声信号の変化に応じて電流Iが変化する。
The maximum current Imax flowing from the amplifier at the moment when the switch is closed is obtained. Since R = 16 mΩ + 10 mΩ + 100 mΩ = 126 mΩ, a current of Imax = V / R = 80/126 × 10 −3 = 634 A flows. Thereafter, the current of the speaker increases with time due to the inductance of the voice coil of the speaker, and finally a current corresponding to the output voltage of the amplifier flows. In the above example, a current I = 80/8 = 10 A, which is determined by the output voltage of the amplifier and the impedance 8Ω of the speaker, flows, and then the current I changes according to the change of the audio signal. If the voltage at the moment of closing the switch is made 1.2 V or less according to this embodiment, it can be reduced to Imax = 1.2 / 126 × 10 −3 = 9.5 A immediately after the switch is closed. When the amplifier charges the speaker cable and the speaker capacitance, its time constant is 126 mΩ × 3000 pF = 0.378 ns.
The time for closing the semiconductor switch is 1 millisecond, which is sufficiently longer than the time constant, so that no current flows for the amplifier to charge the speaker cable and the speaker capacitance at the moment of closing the switch. Immediately after the switch is closed, the speaker current increases with time due to the inductance of the voice coil of the speaker, and finally the current I = 1.2 / 8 = 0.15A flows, which is determined by 1.2V and the impedance of the speaker 8Ω. The current I changes according to the change of the audio signal.
本実施例では電圧監視手段にフォトカプラーを使用し、切り替えスイッチに半導体スイッチを使用している。これにより逆起電力の抑制、過電流の抑制、突然の大音量の発生の防止および高音質を同時に実現している。音質の劣化を許容するなら電圧監視手段としてコンパレータまたはA/Dコンバータなどの使用も可能である。また逆起電力、過電流の抑制が十分でないことを許容するなら切り替えスイッチとしてリレーを使用することも可能である。 In this embodiment, a photocoupler is used for the voltage monitoring means, and a semiconductor switch is used for the changeover switch. Thereby, suppression of back electromotive force, suppression of overcurrent, prevention of sudden loud sound generation and high sound quality are realized at the same time. If the deterioration of sound quality is allowed, a comparator or an A / D converter can be used as voltage monitoring means. A relay can also be used as a changeover switch if the back electromotive force and overcurrent are not sufficiently suppressed.
図12により増幅器の出力に直流電圧が発生した場合の動作について説明する。
MCU228は内部に搭載しているタイマーにより一定時間ごとに割り込みが発生する。
一例として5ミリ秒ごとにタイマー割り込みが発生する場合について説明する。タイマー割り込みが発生すると図12の処理が行われる。
タイマー割り込みを許可する前にカウンタの値を0にしておく。(ステップS100)
The operation when a DC voltage is generated at the output of the amplifier will be described with reference to FIG.
The
As an example, a case where a timer interrupt occurs every 5 milliseconds will be described. When the timer interruption occurs, the process of FIG. 12 is performed.
The counter value is set to 0 before the timer interrupt is permitted. (Step S100)
5ミリ秒ごとのタイマー割り込みが発生 Timer interrupt occurs every 5 milliseconds
図1のフォトカプラー出力232の値をチェックする。値がLレベルすなわち図1の入力端子221の端子間の電圧が±1.2V以上ならステップS120に進む。そうでなければステップS150に進む。(ステップS110)
Check the value of the
カウンタをインクリメントする。(ステップS120) Increment the counter. (Step S120)
カウンタの値が100以上か確認する。カウンタの値が100未満なら割り込み処理を終了する。
カウンタの値が100以上ならステップS140に進む。(ステップS130)
Check if the counter value is 100 or more. If the counter value is less than 100, the interrupt process is terminated.
If the value of the counter is 100 or more, the process proceeds to step S140. (Step S130)
カウンタの値が100以上なら直流電圧が発生していると判断し、図1のスイッチ222、スイッチ223、スイッチ224を開く。その後割り込み処理を終了する。(ステップS140)
If the counter value is 100 or more, it is determined that a DC voltage is generated, and the
カウンタの値を0にして割り込み処理を終了する。(ステップS150) The counter value is set to 0 and the interrupt process is terminated. (Step S150)
以上のように増幅器の出力電圧を5ミリ秒ごとにサンプルリングし100回すなわち0.5秒間連続して±1.2V以上なら増幅器の出力に直流電圧が発生していると判断し、全てのスイッチを開いてスピーカーを保護する。フォトカプラー出力のサンプリング間隔と直流電圧が発生していると判断するための条件は一例であり他の方法であってもかまわない。また本実施例ではソフトウェアによる積分を用いて直流電圧の検出を行っているが、ハードウェアにより積分を行ってもかまわない。 As described above, the output voltage of the amplifier is sampled every 5 milliseconds, and if it is 100 times, that is, ± 1.2 V or more continuously for 0.5 seconds, it is determined that a DC voltage is generated at the output of the amplifier. Open the switch to protect the speakers. The sampling interval of the photocoupler output and the conditions for determining that a DC voltage is generated are merely examples, and other methods may be used. In this embodiment, the DC voltage is detected using integration by software, but integration may be performed by hardware.
11 ソース機器
12 前置増幅器
13 電力増幅器
22 スピーカー切り替え装置
16a スピーカー
16b スピーカー
16c スピーカー
221 入力端子
222 スイッチ
223 スイッチ
224 スイッチ
225 出力端子
226 出力端子
227 出力端子
228 MCU
229 入力装置
230 出力ポート
231 フォトカプラー
232 フォトカプラー出力
233 抵抗
234 表示装置
2221 MOS-FET
2222 MOS-FET
2223 MOS-FET
2224 MOS-FET
2225 制御手段
2226 制御手段
11
229
2222 MOS-FET
2223 MOS-FET
2224 MOS-FET
2225 control means 2226 control means
Claims (7)
切り替えスイッチと、
前記切り替えスイッチを開閉するスイッチ制御手段と、
前記切り替えスイッチの入力の電圧を監視する電圧監視手段を有する音響装置。 An audio device,
A changeover switch,
Switch control means for opening and closing the changeover switch;
An acoustic device comprising voltage monitoring means for monitoring the voltage of the input of the changeover switch.
前記切り替えスイッチはリレーまたは半導体スイッチである音響装置。 The acoustic device according to claim 1,
The acoustic device is a relay or a semiconductor switch.
前記切り替えスイッチは半導体スイッチであり、
前記半導体スイッチの開閉の遷移時間が所定の時間である音響装置。 The acoustic device according to claim 1,
The changeover switch is a semiconductor switch,
An acoustic device in which a transition time of opening and closing of the semiconductor switch is a predetermined time.
前記電圧監視手段の出力信号が前記スイッチ制御手段に接続されている音響装置。 The acoustic device according to claim 1,
An acoustic device in which an output signal of the voltage monitoring means is connected to the switch control means.
前記電圧監視手段が前記切り替えスイッチの入力の電圧が閾値より小さいことを示す時に、
前記スイッチ制御手段が前記切り替えスイッチの開閉を行う音響装置。 The acoustic device according to claim 1,
When the voltage monitoring means indicates that the input voltage of the changeover switch is smaller than a threshold value,
An acoustic device in which the switch control means opens and closes the changeover switch.
前記電圧監視手段が前記切り替えスイッチの入力電圧が閾値より大きいことを示す状態が所定の時間以上継続した時に、
前記スイッチ制御手段が前記切り替えスイッチを開く音響装置。 The acoustic device according to claim 1,
When the state where the voltage monitoring means indicates that the input voltage of the changeover switch is greater than a threshold value continues for a predetermined time or more,
An acoustic device in which the switch control means opens the changeover switch.
The acoustic device according to claim 1, wherein the changeover switch is a switch for switching a speaker or an amplifier.
Priority Applications (1)
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CN107979795A (en) * | 2017-12-29 | 2018-05-01 | 数源科技股份有限公司 | The multiple sound resource audio switch that intelligently detecting switches |
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2015
- 2015-03-13 JP JP2015050876A patent/JP2016171507A/en active Pending
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