JP2017059877A

JP2017059877A - スピーカ保護装置及びスピーカ保護方法

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Publication number: JP2017059877A
Application number: JP2015180732A
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Inventors: 可雄北林; Yoshio Kitabayashi
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Filing date: 2015-09-14
Publication date: 2017-03-23
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Abstract

【課題】スピーカの破壊を防止することができるスピーカ保護装置を提供する。【解決手段】電圧検出回路１０１は、スピーカのボイスコイルの一端の電圧を検出する。電流検出回路１０４は、ボイスコイルに流れる電流を検出する。バンドパスフィルタ１０２は、スピーカの定格インピーダンスにおける周波数を含む所定の周波数帯域の電圧値を抽出する。バンドパスフィルタ１０６は、定格インピーダンスにおける周波数を含む所定の周波数帯域の電流値を抽出する。判定部１０８３は、バンドパスフィルタ１０２，１０６が抽出した電圧値及び電流値を用いて定格インピーダンスを算出し、定格インピーダンスの変化率に基づいてボイスコイルの温度を推定して、ボイスコイルの温度が予め設定した上限温度を超えているか否かを判定する。保護制御部１０８５は、ボイスコイルの温度が上限温度を超えていると判定されたとき、スピーカの保護回路を動作させるよう制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、スピーカが温度の上昇により破壊することを防止するスピーカ保護装置及びスピーカ保護方法に関する。

スピーカに継続的に過電流が流れると、ボイスコイルの温度が上昇して破損し、スピーカが破壊してしまう。一般的なスピーカにおいては、オーディオ増幅器からスピーカに過電流が継続的に供給される状態で使用されることは少ない。しかしながら、低音再生のためのウーハにおいては、定格を超える過電流が継続的に供給される状態で使用されることがある。

特開２０１１−５５０３２号公報

スピーカに対して過電流が継続的に供給される状態で使用されたときに、スピーカの破壊を防止することができるスピーカ保護装置及びスピーカ保護方法が求められる。

本発明はこのような要望に対応するため、スピーカに対して過電流が継続的に供給される状態で使用されたときに、スピーカの破壊を防止することができるスピーカ保護装置及びスピーカ保護方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、スピーカのボイスコイルの一端の電圧を検出する電圧検出回路と、前記ボイスコイルに流れる電流を検出する電流検出回路と、前記電圧検出回路が検出した全周波数帯域の検出電圧値のうち、前記スピーカの定格インピーダンスにおける周波数を含む所定の周波数帯域の電圧値を抽出する第１のバンドパスフィルタと、前記電流検出回路が検出した全周波数帯域の検出電流値のうち、前記定格インピーダンスにおける周波数を含む所定の周波数帯域の電流値を抽出する第２のバンドパスフィルタと、前記第１及び第２のバンドパスフィルタが抽出した前記電圧値及び前記電流値を用いて前記スピーカの定格インピーダンスを算出し、定格インピーダンスの変化率に基づいて前記ボイスコイルの温度を推定して、前記ボイスコイルの温度が予め設定した上限温度を超えているか否かを判定する判定部と、前記判定部によって前記ボイスコイルの温度が前記上限温度を超えていると判定されたとき、前記スピーカの保護回路を動作させるよう制御する保護制御部とを備えることを特徴とするスピーカ保護装置を提供する。

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、電圧検出回路によってスピーカのボイスコイルの一端の電圧を検出し、電流検出回路によって前記ボイスコイルに流れる電流を検出し、前記電圧検出回路が検出した全周波数帯域の検出電圧値のうち、前記スピーカの定格インピーダンスにおける周波数を含む所定の周波数帯域の電圧値を第１のバンドパスフィルタによって抽出し、前記電流検出回路が検出した全周波数帯域の検出電流値のうち、前記定格インピーダンスにおける周波数を含む所定の周波数帯域の電流値を第２のバンドパスフィルタによって抽出し、演算器によって、前記第１及び第２のバンドパスフィルタが抽出した前記電圧値及び前記電流値を用いて前記スピーカの定格インピーダンスを算出し、前記演算器によって、定格インピーダンスの変化率に基づいて前記ボイスコイルの温度を推定し、前記演算器によって、前記ボイスコイルの温度が予め設定した上限温度を超えているか否かを判定し、前記ボイスコイルの温度が前記上限温度を超えていると判定されたとき、前記演算器によって、前記スピーカの保護回路を動作させるよう制御することを特徴とするスピーカ保護方法を提供する。

本発明のスピーカ保護装置及びスピーカ保護方法によれば、スピーカに対して過電流が継続的に供給される状態で使用されたときに、スピーカの破壊を防止することができる。

一実施形態のスピーカ保護装置を示すブロック図である。一実施形態のスピーカ保護装置を備えるオーディオシステムの構成例を示すブロック図である。オーディオシステムが備えるリミッタがクリッピング回路である場合の振幅制限動作を説明するための波形図である。オーディオシステムが備えるリミッタがアッテネータである場合の振幅制限動作を説明するための波形図である。一実施形態のスピーカ保護装置が検出するスピーカのボイスコイルの一端の電圧とボイスコイルに流れる電流を説明するための図である。オーディオ信号の周波数に応じたスピーカの音圧の変化とボイスコイルの抵抗の変化それぞれの特性を示す特性図である。一実施形態のスピーカ保護装置が備える演算器によるスピーカの保護処理の全体的な概要を示すフローチャートである。演算器が用いる初期パラメータを示す図である。オーディオ増幅器の電源投入後に演算器が用いるパラメータを示す図である。図７におけるスピーカ監視・保護処理のステップの具体的な処理を示すフローチャートである。スピーカのボイスコイルの温度の変化に対応するスピーカの保護処理と発光ダイオードの点灯の期間を説明するための図である。

以下、一実施形態のスピーカ保護装置及びスピーカ保護方法について、添付図面を参照して説明する。

図１に示す一実施形態のスピーカ保護装置１０は、例えば、図２に示すオーディオシステムを構成するオーディオ増幅器１００内に設けられている。まず、図２を用いて、オーディオシステムの構成例を説明する。図２に示すオーディオシステムは一例として車載用オーディオシステムであるが、車載用に限定されることはない。

図２において、オーディオ増幅器１００には、光ディスクを再生する光ディスクプレーヤ、半導体メモリに記憶されている音声データを再生するメモリプレーヤ、ラジオ受信機等の任意のオーディオ再生機２００が接続されている。オーディオ増幅器１００には、車載のバッテリ３００からの電力が供給される。

オーディオ増幅器１００には、ウーハであるスピーカ４００が接続されている。但し、スピーカ４００はウーハに限定されることはない。オーディオ増幅器１００は、オーディオ再生機２００より出力されたオーディオ信号に基づく音声をスピーカ４００より発生させるようスピーカ４００を駆動する。

具体的には、オーディオ増幅器１００は、次のように動作する。オーディオ再生機２００より出力されたオーディオ信号は、ゲイン回路１に入力される。ゲイン回路１は、ユーザによって指示された音量に対応するゲインでオーディオ信号を増幅して、増幅したオーディオ信号をリミッタ２に供給する。

リミッタ２は、一例としてクリッピング回路であり、他の一例として、アッテネータである。リミッタ２は、クリッピング回路とアッテネータとの双方を備えていて、いずれかを選択できるように構成されていてもよい。

リミッタ２がクリッピング回路である場合には、リミッタ２は、図３に示すように、オーディオ信号の波形をクリッピングして、振幅を振幅範囲Alimit1の範囲内に制限する。リミッタ２がアッテネータである場合には、リミッタ２は、図４に示すように、振幅を振幅範囲Alimit2の範囲内に制限するようオーディオ信号を減衰させる。

リミッタ２は、スピーカ保護装置１０による制御に基づいて、過大なオーディオ信号がスピーカ４００に供給されないようにして、スピーカ４００を保護する保護回路の一例である。

リミッタ２は、スピーカ保護装置１０より供給されるリミッタ制御信号Slimitに基づいて、オーディオ信号の振幅を制限することがある。リミッタ２より出力されたオーディオ信号は、パワーアンプ部３に供給される。パワーアンプ部３は、オーディオ信号を増幅して、スピーカ４００に供給する。パワーアンプ部３は増幅回路によって構成される。

パワーアンプ部３とスピーカ４００との間には、スピーカ４００の破損を防止するためのスピーカ保護装置１０が設けられている。スピーカ保護装置１０の具体的構成及び動作は後述する。スピーカ保護装置１０には、温度センサ１１と発光ダイオード（ＬＥＤ）１２が接続されている。

パワーアンプ部３は、ミュート回路３１を有する。ミュート回路３１は、スピーカ保護装置１０による制御に基づいて、過大なオーディオ信号がスピーカ４００に供給されないようにして、スピーカ４００を保護する保護回路の他の一例である。ミュート回路３１は、スピーカ保護装置１０より供給されるミュート制御信号Smuteに基づいて、オーディオ信号をミュートすることがある。

図２に示す構成では、オーディオ増幅器１００はリミッタ２とミュート回路３１との双方を備えるが、いずれか一方であってもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４には、バッテリ３００から直流電圧が供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、制御回路５から供給されるゲート信号によって、内蔵する図示していないＦＥＴのオン・オフが制御される。ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、正負の電圧をパワーアンプ部３に供給する。

ユーザがオーディオ増幅器１００の電源を投入または切断する指示をすると、オーディオ再生機２００は、オーディオ増幅器１００の電源を投入または切断する電源制御信号Spowerを電源制御部８に供給する。ユーザがオーディオ増幅器１００の電源を切断し、オーディオ増幅器１００にバッテリ３００からの電力のみが供給されている状態は、オーディオ増幅器１００のスタンバイ状態である。

電源制御部８にオーディオ増幅器１００の電源を投入する電源制御信号Spowerが入力されると、電源制御部８は制御回路５にオーディオ増幅器１００の動作開始を示す制御信号Sonoffを供給する。制御回路５は、制御信号Sonoffの入力に応答して、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を動作させる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４からパワーアンプ部３へと正負の電圧を供給している状態が、オーディオ増幅器１００の電源が投入されてオーディオ増幅器１００が動作している状態である。

電源制御部８にオーディオ増幅器１００の電源を切断する電源制御信号Spowerが入力されると、電源制御部８は制御回路５にオーディオ増幅器１００の動作終了を示す制御信号Sonoffを供給する。制御回路５は、制御信号Sonoffの入力に応答して、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の動作を停止させる。制御信号Sonoffは、スピーカ保護装置１０にも供給される。

オーディオ増幅器１００が動作を開始すると、大電流検出回路６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の一次電流を監視し、大電流が流れているか否かを検出する。大電流検出回路６による検出値は積分回路７で積分されて、異常保護回路９に供給される。積分回路７はコンデンサで構成することができる。積分回路７は、異常保護回路９が検出値の瞬時値で動作しないように設けられている。

異常保護回路９は、積分回路７からの検出値と、パワーアンプ部３に流れる電流とを監視する。異常保護回路９は、検出値の異常やパワーアンプ部３に過電流が流れていることを検出すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の動作を停止させるよう、制御回路５に制御信号を供給する。

これによって、異常保護回路９はオーディオ増幅器１００の動作を停止させ、オーディオ増幅器１００の破壊を防止することができる。スピーカ４００が何らかの理由で短絡すると、オーディオ増幅器１００には過電流が流れる。異常保護回路９は、このような場合のオーディオ増幅器１００の破壊を防止する。

図１及び図５を用いて、スピーカ保護装置１０の具体的構成及び動作を説明する。図５に示すように、パワーアンプ部３とスピーカ４００のボイスコイル４０１の一端とを結ぶプラスの信号線には、検出抵抗Ｒｄｅｔが設けられている。検出抵抗Ｒｄｅｔの抵抗値は、例えば１００ｍΩである。

図１において、電圧検出回路１０１は、ボイスコイル４０１の一端であり、検出抵抗Ｒｄｅｔの出力端である端子Ｐ０の電圧Ｖを検出する。電圧Ｖの検出値を検出電圧値Ｄｅｔｖとする。電流検出回路１０４は、検出抵抗Ｒｄｅｔを流れる電流Ｉを検出する。電流Ｉは、ボイスコイル４０１を流れる電流である。電流Ｉの検出値を検出電流値Ｄｅｔｉとする。

電圧検出回路１０１より出力された検出電圧値Ｄｅｔｖは、バンドパスフィルタ１０２に入力される。バンドパスフィルタ１０２は、全周波数帯域の検出電圧値Ｄｅｔｖのうち、後述する所定の周波数帯域の電圧値を抽出する。積分回路１０３は、バンドパスフィルタ１０２より出力された電圧値を積分する。積分回路１０３は、コンデンサで構成することができる。

電流検出回路１０４より出力された検出電流値Ｄｅｔｉは、増幅回路１０５に入力される。増幅回路１０５は、検出電流値Ｄｅｔｉの大きさを検出電圧値Ｄｅｔｖの大きさに近付けるために、検出電流値Ｄｅｔｉを増幅する。増幅された検出電流値Ｄｅｔｉは、バンドパスフィルタ１０６に入力される。

バンドパスフィルタ１０６は、全周波数帯域の検出電流値Ｄｅｔｉのうち、所定の周波数帯域の電流値を抽出する。バンドパスフィルタ１０２が抽出する電圧値の周波数帯域と、バンドパスフィルタ１０６が抽出する電流値の周波数帯域は同じである。積分回路１０７は、バンドパスフィルタ１０６より出力された信号成分を積分する。積分回路１０７は、コンデンサで構成することができる。

積分回路１０３，１０７は、演算器１０８が電圧値または電流値の瞬時値で後述するスピーカ４００の保護処理を実行しないように設けられている。

ここで、図６を用いて、バンドパスフィルタ１０２，１０６が電圧値または電流値を抽出する周波数帯域を説明する。図６において、一点鎖線は、オーディオ信号の周波数に応じたスピーカ４００の音圧の変化を示す周波数−音圧特性である。スピーカ４００はウーハであるので、低周波の領域で音圧が大きく、２ｋＨｚ以上の高周波の領域では音圧が小さい。

図６において、実線は、オーディオ信号の周波数に応じたボイスコイル４０１の抵抗の変化を示す周波数−抵抗特性である。最低共振周波数ｆ０以上の周波数で最も周波数が低い極小値の抵抗を定格インピーダンスと称している。図６の例では、定格インピーダンスは４Ωである。図６に太い破線で示しているように、ボイスコイル４０１の温度が上昇すると、定格インピーダンスは上昇する。

バンドパスフィルタ１０２，１０６は、全周波数帯域の検出電圧値Ｄｅｔｖ及び検出電流値Ｄｅｔｉのうち、スピーカ４００の定格インピーダンスにおける周波数を含む周波数帯域frimの電圧値及び電流値を抽出する。周波数帯域frimは、定格インピーダンスにおける周波数を中心とした所定の周波数範囲の帯域とするのがよい。

積分回路１０３，１０７より出力されたそれぞれの積分値は、演算器１０８に供給される。演算器１０８はＣＰＵ（マイクロプロセッサ）で構成することができる。演算器１０８は、機能的な内部構成として、サンプリング部１０８１，１０８２と、判定部１０８３と、パラメータ記憶部１０８４と、保護制御部１０８５とを有する。

図１及び図２では図示を省略しているが、オーディオ増幅器１００にバッテリ３００からの電力が供給されている状態では、演算器１０８には例えば電圧５Ｖの電力が供給されている。演算器１０８には、温度センサ１１が検出したオーディオ増幅器１００内の温度Ｔａｍｐが供給される。

演算器１０８に電源制御部８より動作開始を示す制御信号Sonoffが入力されると、演算器１０８は次のように動作する。演算器１０８は、スピーカ４００を保護しなければならない状況であるか否かを判定する判定処理と、保護しなければならない状況であるときにスピーカ４００を保護する保護処理とを実行する。

サンプリング部１０８１，１０８２は、それぞれ、積分回路１０３，１０７より出力された電圧値または電流値を所定の時間間隔でサンプリングして、サンプリング値を判定部１０８３に供給する。なお、電圧値及び電流値はそれぞれ図示していないＡ／Ｄ変換器によってデジタル信号とされている。

判定部１０８３は、サンプリング部１０８１，１０８２からのサンプリング値と、パラメータ記憶部１０８４が記憶している各種のパラメータとを用いて、スピーカ４００のボイスコイル４０１の温度が過度に上昇して、スピーカ４００を保護しなければならない状況であるか否かを判定する。

判定部１０８３がスピーカ４００を保護しなければならない状況であると判定すると、保護制御部１０８５は、ミュート回路３１にミュート制御信号Smuteを供給するか、リミッタ２にリミッタ制御信号Slimitを供給する。

また、保護制御部１０８５は、ユーザにスピーカ４００を保護しなければならない状況であることを知らせるために、発光ダイオード１２を点灯させるためのＬＥＤ制御信号Sledを発光ダイオード１２に供給する。

図７を用いて、演算器１０８によるスピーカ４００の保護処理の全体的な概要を説明する。演算器１０８に電圧５Ｖの電力が供給されると、演算器１０８は、ステップＳ１にて、演算器１０８を初期化する。このとき、演算器１０８は、パラメータ記憶部１０８４に、図８に示す初期パラメータを記憶させる。

図８において、Ｔ０はオーディオ増幅器１００内の予め設定した初期温度であり、例えば４０℃である。オーディオ増幅器１００内の温度Ｔａｍｐは、温度センサ１１が検出した実測値である。ηは定格インピーダンスの変化率であり、変化率ηの初期値は変化しないことを示す“１”である。

Ｒ０はスピーカ４００の暫定定格インピーダンスであり、例えば８Ωである。オーディオ増幅器には接続して用いるスピーカの推奨インピーダンスがあるが、オーディオ増幅器１００に推奨インピーダンスのスピーカが接続されているとは限らない。

そこで、演算器１０８は、パラメータ記憶部１０８４に、暫定的に所定のインピーダンス値を暫定定格インピーダンスＲ０として記憶させる。暫定定格インピーダンスＲ０は推奨インピーダンス値であってもよい。

Ｉ０は比較電流開始値であり、例えば１Ａである。ｔ１はボイスコイル４０１の復帰温度であり、例えば１８０℃である。ｔｍａｘはボイスコイル４０１の上限温度であり、例えば２２０℃である。上限温度ｔｍａｘは、上限温度ｔｍａｘ以上の高温が継続すると、ボイスコイル４０１が破損するおそれがある温度である。

αはボイスコイル４０１の定質量抵抗温度係数である。定質量抵抗温度係数とは、銅線の温度による膨張収縮を考慮せず、定質量の所定の銅線の抵抗が温度変化に対してどのように変化するかを示す温度係数である。

図７に戻り、演算器１０８は、ステップＳ２にて、オーディオ増幅器１００の電源投入・遮断の状態を監視する。演算器１０８は、制御信号Sonoffが動作開始を示すか動作終了を示すかによって、オーディオ増幅器１００の電源投入・遮断の状態を判定することができる。

演算器１０８は、ステップＳ３にて、電源投入の状態であるか否かを判定して、電源投入の状態でなければ（NO）、ステップＳ２及びＳ３の処理を繰り返し、電源投入の状態であれば（YES）、処理をステップＳ４に移行させる。

演算器１０８は、ステップＳ４にて、スピーカ４００の監視と、監視の結果、保護しなければならない状況であるときにスピーカ４００の保護処理とを実行させる。このとき、演算器１０８は、パラメータ記憶部１０８４に、図９に示すパラメータを記憶させる。演算器１０８は、図８または図９に示すパラメータを用いて、スピーカ４００を監視し、必要に応じて保護処理を実行させる。

図９において、Ｖはサンプリング部１０８１がサンプリングした検出電圧であり、Ｉはサンプリング部１０８２がサンプリングした検出電流である。検出電圧Ｖは検出電圧値Ｄｅｔｖが示す端子Ｐ０の電圧Ｖとは厳密には同じではないが、便宜上、同じ符号Ｖを用いることとする。検出電流Ｉは検出電流値Ｄｅｔｉが示す検出抵抗Ｒｄｅｔを流れる電流Ｉとは厳密には同じではないが、便宜上、同じ符号Ｉを用いることとする。

Ｒは後述のように推定した推定定格インピーダンスである。暫定定格インピーダンスＲ０は、ステップＳ４にて推定定格インピーダンスＲへと書き換えられる場合がある。定格インピーダンスの変化率ηは、ステップＳ４にて書き換えられる場合がある。

ｔ０はボイスコイル４０１の予め設定した初期温度であり、例えば３０℃である。ｔは後述のように推定したボイスコイル４０１の温度である。

t_prtはスピーカ４００を保護する際の１回の保護時間であり、例えば５秒である。即ち、本実施形態においては、演算器１０８は、１回の保護時間を５秒として、必要に応じて５秒の保護時間を繰り返して、スピーカ４００の保護処理を実行させる。

図１０を用いて、ステップＳ４の具体的な処理を説明する。図１０において、演算器１０８は、ステップS401にて、パラメータ記憶部１０８４に保護時間t_prtを書き込んで設定する。演算器１０８は、ステップS402にて、温度Ｔａｍｐを取得する。

演算器１０８は、ステップS403にて、温度Ｔａｍｐが初期温度Ｔ０（ここでは４０℃）未満であるか否かを判定する。オーディオ増幅器１００内の温度Ｔａｍｐが４０℃未満であれば、オーディオ増幅器１００またはスピーカ４００は動作を開始した直後で温度がさほど上昇していない状態であると推定できる。

演算器１０８は、温度Ｔａｍｐが初期温度Ｔ０未満であれば（YES）、処理をステップS404に移行させ、温度Ｔａｍｐが初期温度Ｔ０未満でなければ（NO）、処理をステップS408に移行させる。

演算器１０８は、ステップS404にて、サンプリング部１０８１からの所定回数の検出電圧Ｖの平均値と、サンプリング部１０８２からの所定回数の検出電流Ｉの平均値とを算出する。

演算器１０８は、ステップS405にて、検出電流Ｉが比較電流開始値Ｉ０を超えているか否かを判定する。演算器１０８は、検出電流Ｉが比較電流開始値Ｉ０を超えていれば（YES）、処理をステップS406に移行させ、検出電流Ｉが比較電流開始値Ｉ０を超えていなければ（NO）、処理をステップS404に戻す。

演算器１０８は、ステップS406にて、検出電圧Ｖの平均値と検出電流Ｉの平均値とに基づいて算出される推定定格インピーダンスＲが暫定定格インピーダンスＲ０未満であるか否かを判定する。

演算器１０８は、推定定格インピーダンスＲが暫定定格インピーダンスＲ０未満であれば（YES）、処理をステップS407に移行させ、推定定格インピーダンスＲが暫定定格インピーダンスＲ０未満でなければ（NO）、処理をステップS408に移行させる。

演算器１０８は、ステップS407にて、暫定定格インピーダンスＲ０を推定定格インピーダンスＲに書き換える。

オーディオ増幅器１００内の温度Ｔａｍｐが４０℃未満であれば、ボイスコイル４０１の温度はさほど上昇していない。ボイスコイル４０１の温度がさほど上昇していなければ、スピーカ４００の定格インピーダンスを比較的正確に算出することができる。

そこで、演算器１０８は、オーディオ増幅器１００内の温度Ｔａｍｐが４０℃未満であるのとき、検出電流Ｉ及び推定定格インピーダンスＲの状況に応じて、暫定定格インピーダンスＲ０を推定定格インピーダンスＲに書き換える。

具体的には、演算器１０８は、検出電流Ｉが比較電流開始値Ｉ０を超え、かつ、推定定格インピーダンスＲが暫定定格インピーダンスＲ０未満であるという条件を満たせば、暫定定格インピーダンスＲ０を推定定格インピーダンスＲに書き換える。

この条件を満たすとき、ボイスコイル４０１にはより大きい電流が流れる可能性があるということである。よって、演算器１０８は、暫定定格インピーダンスＲ０を、正確に算出された推定定格インピーダンスＲに書き換える。

図１０におけるステップS402〜S407の暫定定格インピーダンスＲ０の書き換え処理は必須ではないが、設けることが好ましい。ステップS402〜S407を設けることにより、スピーカ４００を保護しなければならない状況であるか否かをより正確に検出することが可能となる。

オーディオ増幅器１００内の温度Ｔａｍｐが４０℃を超えていれば、スピーカ４００の定格インピーダンスを正確に算出することはできないため、暫定定格インピーダンスＲ０が継続して用いられる。

図１０において、演算器１０８は、ステップS408にて、検出電圧Ｖの平均値と検出電流Ｉの平均値とを算出する。演算器１０８は、ステップS409にて、ボイスコイル４０１の温度を推定する。

図６で説明したように、定格インピーダンスはボイスコイル４０１の温度によって変化する。ボイスコイル４０１がある温度ｔであるときの定格インピーダンスをＲｔとする。暫定定格インピーダンスＲ０（または推定定格インピーダンスＲ）は、温度が上昇する前の定格インピーダンスである。

ここでは、暫定定格インピーダンスＲ０が推定定格インピーダンスＲに書き換えられていないとすると、定格インピーダンスの変化率ηは、Ｒｔ／Ｒ０である。Ｒｔ／Ｒ０は定質量抵抗温度係数αを用いて、次の式（１）で表すことができる。

Ｒｔ／Ｒ０＝１＋α（ｔ−ｔ０） …（１）

式（１）において、Ｒｔ／Ｒ０は、ボイスコイル４０１の温度ｔが変化したときの温度ｔに応じたスピーカ４００の定格インピーダンスの変化率である。（ｔ−ｔ０）は、ボイスコイル４０１の温度ｔが変化したときの温度ｔの差分である。

演算器１０８は、変化率Ｒｔ／Ｒ０と温度ｔの差分（ｔ−ｔ０）と定質量抵抗温度係数αとを用いた関係式である式（１）に基づいて、ボイスコイル４０１の温度ｔを推定することができる。

演算器１０８は、ステップS410にて、ボイスコイル４０１の温度ｔが上限温度ｔｍａｘ（ここでは２２０℃）を超えているか否かを判定する。演算器１０８は、ボイスコイル４０１の温度ｔが上限温度ｔｍａｘを超えていれば（YES）、処理をステップS411に移行させ、超えていなければ（NO）、処理をステップS413に移行させる。

ステップS401〜S409は、演算器１０８における判定部１０８３で実行される処理である。

演算器１０８は、ステップS411にて、ユーザにボイスコイル４０１の温度ｔが上限温度ｔｍａｘを超えていることを知らせるために、発光ダイオード１２にＬＥＤ制御信号Sledを供給して、発光ダイオード１２を点灯させる。

また、演算器１０８は、ステップS411にて、スピーカ４００を保護するための処理を実行させる。具体的には、演算器１０８は、ミュート回路３１にミュート制御信号Smuteを供給してオーディオ信号をミュートするか、リミッタ２にリミッタ制御信号Slimitを供給してオーディオ信号の振幅を制限する。

演算器１０８は、ステップS412にて、保護時間t_prt（ここでは５秒）が終了したか否かを判定する。演算器１０８は、保護時間が終了したら（YES）、処理をステップS408に戻し、保護時間t_prtが終了していなかったら（NO）、処理をステップS411に戻す。

演算器１０８は、ステップS413にて、保護処理を実行したか否かを判定する。演算器１０８は、保護処理を実行したら（YES）、処理をステップS414に移行させ、保護処理を実行しなかったら（NO）、処理をステップS408に戻す。ステップS413の意味については後述する。

演算器１０８は、ステップS414にて、ボイスコイル４０１の温度ｔが復帰温度ｔ１（ここでは１８０℃）未満であるか否かを判定する。演算器１０８は、ボイスコイル４０１の温度ｔが復帰温度ｔ１未満であれば（YES）、処理をステップS415に移行させ、復帰温度ｔ１未満でなければ（NO）、処理をステップS408に戻す。

演算器１０８は、ステップS415にて、発光ダイオード１２に供給するＬＥＤ制御信号Sledを停止して発光ダイオード１２を消灯させ、スピーカ４００の保護処理を解除して、処理をステップＳ５へと戻す。

図１１を用いて、図１０に示す処理についてさらに説明する。図１１の（ａ）は、ボイスコイル４０１の温度ｔの変化の一例を示している。時刻ｔｍ０は、ボイスコイル４０１の温度ｔが復帰温度ｔ１の１８０℃を超えているものの上限温度ｔｍａｘの２２０℃未満であるタイミングである。

演算器１０８は、図１０のステップS410でボイスコイル４０１の温度ｔが上限温度ｔｍａｘを超えていないと判定する。よって、演算器１０８は、ステップS413にて、保護処理を実行したか否かを判定する。時刻ｔｍ０ではまだ保護処理を実行していないので、演算器１０８は処理をステップS408に戻す。

ボイスコイル４０１の温度ｔが上限温度ｔｍａｘを超える直前まで、演算器１０８は、ステップS408〜S410及びS413の処理を繰り返す。

図１１の（ａ）に示すように、時刻ｔｍ１で、ボイスコイル４０１の温度ｔが上限温度ｔｍａｘを超える。すると、時刻ｔｍ１直後の時刻ｔｍ１１で、演算器１０８は、ステップS410でボイスコイル４０１の温度ｔが上限温度ｔｍａｘを超えていると判定する。

すると、図１１の（ｂ）に示すように、演算器１０８は、時刻ｔｍ１１で、保護時間t_prtの保護処理を実行させる。保護処理オンとは、保護処理を実行している状態、即ち、オーディオ信号をミュートするかオーディオ信号の振幅を制限する状態である。

ボイスコイル４０１の温度ｔが上限温度ｔｍａｘ未満となるまで、ステップS408〜S412の処理が繰り返されるので、保護時間t_prtの保護処理が繰り返される。その結果、時刻ｔｍ２で、ボイスコイル４０１の温度ｔが上限温度ｔｍａｘ未満となる。

時刻ｔｍ２直後の時刻ｔｍ２１で、演算器１０８は、ステップS410でボイスコイル４０１の温度ｔが上限温度ｔｍａｘ未満であると判定し、ステップS413にて、保護処理を実行したか否かを判定する。ここでは保護処理を実行した後であるので、演算器１０８は処理をステップS414に移行させる。

時刻ｔｍ２１以降の例えば時刻ｔｍ３では、演算器１０８は、ステップS414で温度ｔは復帰温度ｔ１未満ではないと判定する。ボイスコイル４０１の温度ｔが復帰温度ｔ１未満となる直前まで、ステップS408〜S410， S413及びS414の処理が繰り返される。

以上の説明より分かるように、ステップS413は、図１１の（ａ）における温度ｔが復帰温度ｔ１から上限温度ｔｍａｘへと上昇している途中の温度であるのか、上限温度ｔｍａｘから復帰温度ｔ１へと下降している途中の温度であるのかを判定する処理である。

演算器１０８は、時刻ｔｍ２１以降、保護処理オンの状態を継続させる。すると、温度ｔは下降していき、時刻ｔｍ４で復帰温度ｔ１未満となる。演算器１０８は、時刻ｔｍ４（またはその直後）に、ステップS415で保護処理を解除するので、保護処理はオフとなる。

図１１の（ｃ）に示すように、発光ダイオード１２は、保護処理オンの期間でオン（点灯）とされる。

図１１の（ａ）において、演算器１０８は、時刻ｔｍ４以降、温度ｔが上限温度ｔｍａｘを超えれば同様の処理を実行させる。図１１の（ｂ），（ｃ）に示すように、温度ｔが上限温度ｔｍａｘを超えている期間とそれに続く温度ｔが復帰温度ｔ１を超えている期間とに対応して、保護処理及び発光ダイオード１２がオンとされる。

図１０に示す処理では、ボイスコイル４０１の温度ｔが上限温度ｔｍａｘ未満となるまで、ステップS408〜S412の処理が繰り返されるが、保護時間t_prtの保護処理を繰り返す回数に上限を設けてもよい。

この場合、保護時間t_prtの保護処理を上限の回数だけ繰り返しても温度ｔが上限温度ｔｍａｘ未満とならなければ、スピーカ保護装置１０はオーディオ増幅器１００の電源を切断する等の制御を実行させるのがよい。

本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

２リミッタ（保護回路）
３１ミュート回路（保護回路）
１０１電圧検出回路
１０２，１０６バンドパスフィルタ
１０４電流検出回路
４００スピーカ
４０１ボイスコイル
１０８３判定部
１０８５保護制御部

Claims

スピーカのボイスコイルの一端の電圧を検出する電圧検出回路と、
前記ボイスコイルに流れる電流を検出する電流検出回路と、
前記電圧検出回路が検出した全周波数帯域の検出電圧値のうち、前記スピーカの定格インピーダンスにおける周波数を含む所定の周波数帯域の電圧値を抽出する第１のバンドパスフィルタと、
前記電流検出回路が検出した全周波数帯域の検出電流値のうち、前記定格インピーダンスにおける周波数を含む所定の周波数帯域の電流値を抽出する第２のバンドパスフィルタと、
前記第１及び第２のバンドパスフィルタが抽出した前記電圧値及び前記電流値を用いて前記スピーカの定格インピーダンスを算出し、定格インピーダンスの変化率に基づいて前記ボイスコイルの温度を推定して、前記ボイスコイルの温度が予め設定した上限温度を超えているか否かを判定する判定部と、
前記判定部によって前記ボイスコイルの温度が前記上限温度を超えていると判定されたとき、前記スピーカの保護回路を動作させるよう制御する保護制御部と、
を備えることを特徴とするスピーカ保護装置。
前記保護回路は、前記スピーカに供給するオーディオ信号をミュートするミュート回路と、前記オーディオ信号の振幅を制限するリミッタとの少なくとも一方であり、
前記保護制御部は、前記ミュート回路によって前記オーディオ信号をミュートさせるか、前記リミッタによって前記オーディオ信号の振幅を制限させるよう制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ保護装置。
前記判定部は、前記ボイスコイルの温度が変化したときの温度に応じた前記スピーカの定格インピーダンスの変化率と、前記ボイスコイルの温度が変化したときの温度の差分と、定質量抵抗温度係数とを用いた関係式を用いて、前記ボイスコイルの温度を推定することを特徴とする請求項１または２に記載のスピーカ保護装置。
電圧検出回路によってスピーカのボイスコイルの一端の電圧を検出し、
電流検出回路によって前記ボイスコイルに流れる電流を検出し、
前記電圧検出回路が検出した全周波数帯域の検出電圧値のうち、前記スピーカの定格インピーダンスにおける周波数を含む所定の周波数帯域の電圧値を第１のバンドパスフィルタによって抽出し、
前記電流検出回路が検出した全周波数帯域の検出電流値のうち、前記定格インピーダンスにおける周波数を含む所定の周波数帯域の電流値を第２のバンドパスフィルタによって抽出し、
演算器によって、前記第１及び第２のバンドパスフィルタが抽出した前記電圧値及び前記電流値を用いて前記スピーカの定格インピーダンスを算出し、
前記演算器によって、定格インピーダンスの変化率に基づいて前記ボイスコイルの温度を推定し、
前記演算器によって、前記ボイスコイルの温度が予め設定した上限温度を超えているか否かを判定し、
前記ボイスコイルの温度が前記上限温度を超えていると判定されたとき、前記演算器によって、前記スピーカの保護回路を動作させるよう制御する
ことを特徴とするスピーカ保護方法。