JP2017183788A - 音響処理装置、音響制御装置および音響制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機器の不具合を抑制できる音響処理装置、音響制御装置および音響制御方法を提供する。
【解決手段】音響処理装置１００は音響信号を増幅してスピーカ２を駆動する増幅器１３と、増幅器１３に電源を供給するスイッチ１４と、前記増幅器１３に流れる電流を検出する電流検出部１５と、ボリューム設定および前記音響信号のレベルに応じた電流予測値と、前記検出された電流と、に基づいて、前記増幅器１３に電源を供給するか否かを制御する制御部１６を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、スピーカを駆動する増幅器を備えた音響処理装置、音響制御装置および音響制御方法に関する。

音響再生システムは、音響信号を増幅する増幅器と、増幅器からの出力信号に基づいて音響を再生するスピーカとを含んで構成される。仮に増幅器に過電流が流れると増幅器やスピーカが正常に動作せず、音が出なくなってしまうことがある。

そこで、特許文献１，２には、アンプの出力電圧に基づいて保護動作を行う技術が提案されている。しかしかしながら、出力電圧に基づく保護動作の場合、瞬間的に過電流が流れた場合などには、保護動作が遅れてしまい、システムの誤動作や故障につながり、やはり音が出なくなってしまうおそれがある。

特開２００９−２１９０１５号公報 特開２００６−１８００４９号公報 特開２０１２−０８５０４０号公報

本開示はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本開示の課題は、スピーカから音が出なくなることを含む機器の不具合を抑制できる音響処理装置、音響制御装置および音響制御方法を提供することである。

本開示の一態様によれば、音響信号を増幅してスピーカを駆動する増幅器と、前記増幅器に流れる電流を検出する電流検出部と、ボリューム設定および前記音響信号のレベルに応じた電流予測値と、前記検出された電流と、に基づいて、前記増幅器に電源を供給するか否かを制御する制御部と、を備える音響処理装置が提供される。
増幅器に流れる電流の予測値に基づいて増幅器に電源を供給するか否かを制御するため、時間遅れの影響を受けにくく、スピーカから音が出なくなることを抑制できる。

具体的には、前記制御部は、前記ボリューム設定および前記音響信号のレベルに基づいて閾値を算出し、当該閾値と前記検出された電流との比較結果に応じて前記増幅器に電源を供給するか否かを制御してもよい。
ボリューム設定および音響信号のレベルに応じた適切な閾値を設定できる。

当該音響処理装置は、複数の前記増幅器と、そのそれぞれに対応して設けられる複数の前記電流検出部と、を備え、前記制御部は、前記複数の電流検出部のそれぞれによって検出された電流に基づいて、前記複数の増幅器のそれぞれに電源を供給するか否かを、前記複数の増幅器のそれぞれについて個別に制御してもよい。
これにより、仮に１つの増幅器に電源が供給されなかったとしても、別の増幅器に電源が供給されることで、音が完全に出なくなることを抑制できる。

前記制御部は、前記スピーカの負荷も考慮して前記増幅器に電源を供給するか否かを制御するのが望ましい。その場合、前記制御部は、既知の基準信号を前記増幅器が増幅する際に前記増幅器に流れる電流に基づいて、前記スピーカの負荷を取得してもよい。
これにより、スピーカが既知のものではなく外付けのものであっても、精度よくスピーカの負荷を取得できる。

前記制御部は、前記ボリューム設定と、前記音響信号のレベルと、前記検出された電流と、に基づいて、前記増幅器をミュートしてもよい。
より具体的には、前記制御部は、前記ボリューム設定および前記音響信号のレベルに基づいて閾値を算出し、前記検出された電流が前記閾値を上回る場合に、前記増幅器をミュートし、その後、前記検出された電流が前記閾値以下になると、前記増幅器のミュートを解除し、前記検出された電流が前記閾値以下にならない場合、前記増幅器への電源供給を遮断してもよい。
これにより、増幅器に対する電源供給を遮断する前に、一旦ミュートすることで不具合の有無を確認することができ、誤動作を抑制できる。

本開示の別の態様によれば、ボリューム設定および音響信号のレベルに応じた電流予測値と、前記音響信号を増幅してスピーカを駆動する増幅器に流れる電流と、に基づいて、前記増幅器に電源を供給するか否かを制御する制御部を備える音響制御装置が提供される。

また、本開示のさらに別の態様によれば、音響信号を増幅してスピーカを駆動する増幅器に流れる電流を検出し、ボリューム設定および前記音響信号のレベルに応じた電流予測値と、前記検出された電流と、に基づいて、前記増幅器に電源を供給するか否かを制御する、音響制御方法が提供される。

増幅器に流れる電流の予測値に基づいて増幅器に電源を供給するか否かを制御するため、スピーカから音が出なくなることを抑制できる。

一実施形態に係る音響処理装置１００の概略構成を示すブロック図。 制御部１６の構成を示すブロック図。 可変閾値を説明する図。 制御部１６の処理動作を示すフローチャート。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

（第１の実施形態）
［１−１．構成］
図１は、一実施形態に係る音響処理装置１００の概略構成を示すブロック図である。この音響処理装置１００は例えば車両に搭載され、バッテリ電源１からの電源供給を受けて、１または複数の車載スピーカ２から音響を再生させる。スピーカ２の数に特に制限はないが、本実施形態では一例として、右前、左前、右後および左後の４つのスピーカ２を想定する。

音響処理装置１００は、音響処理部１１と、ＤＡＣ１２（Digital to Analog Converter）と、増幅器１３と、スイッチ１４と、電流検出部１５と、制御部１６（音響制御装置）とを備えている。スピーカ２が複数ある場合、ＤＡＣ１２、増幅器１３、スイッチ１４、電流検出部１５および制御部１６は、スピーカ２のそれぞれと対応して設けられる。音響処理装置１００の全体が１つの筐体内に収められて、例えばコンソールに設けられたボックスに装着されてもよい。あるいは、音響処理装置１００のうち、音響処理部１１、ＤＡＣ１２および制御部１６が１つの筐体内に納められてボックスに装着され、増幅器１３、スイッチ１４および電流検出部１５が別の筐体に収められてもよい。なお、図１および上記は代表的な構成例であり、実際の用途に応じてさまざまな形態を取ることができるのはいうまでもない。

音響処理部１１は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）であり、光ディスクなどの音源３から読み出されたデジタル信号を処理（例えば音量や音質の調整）して処理後のデジタル音響信号を生成するとともに、音響データを生成する。音響信号には、音声信号や音楽信号も当然に含まれる。また、音響データは、少なくとも当該デジタル音響信号のレベルに関する情報を含んでいればよく、デジタル音響信号そのものであってもよい。複数のスピーカ２から音響を再生させる場合、そのそれぞれに対応するデジタル音響信号および音響データが生成される。

ＤＡＣ１２は音響処理部１１に接続され、生成されたデジタル音響信号をアナログ音響信号に変換して対応する増幅器１３に供給する。なお、増幅器１３がデジタル音響信号を増幅してアナログ信号を出力できる場合、ＤＡＣ１２は不要である。

増幅器１３は、例えばパワーアンプであり、バッテリ電源１によって動作する。増幅器１３はＤＡＣ１２に接続され、アナログ音響信号を増幅して得られた電圧をスピーカ２に供給し、スピーカ２を駆動する。この電圧によりスピーカ２から音響が再生される。ただし、電源が増幅器１３に供給されない場合、増幅器１３はスピーカ２に電圧を供給できない。また、増幅器１３はミュート機能を有してもよく、制御部１６からのミュート制御信号に応じてミュート機能が有効になるとスピーカ２に電圧を供給しない。

スイッチ１４は、例えばパワートランジスタを用いた回路であり、バッテリ電源１と増幅器１３との間に設けられる。スイッチ１４は制御部１６に接続されており、制御部１６からの電源制御信号に応じて、バッテリ電源１から増幅器１３に電源を供給するか否かを切り替える。すなわち、スイッチ１４がオンするとバッテリ電源１から増幅器１３に電源が供給され、オフすると増幅器１３への電源供給は遮断される。

電流検出部１５は、例えば電源ラインに直列に挿入された抵抗であり、バッテリ電源１と増幅器１３との間に設けられ、バッテリ電源１から増幅器１３に流れる電流の値、言い換えると、増幅器１３の消費電流の値を検出する。検出された電流値は制御部１６に通知される。

制御部１６は例えばマイクロコンピュータであり、スイッチ１４を介して増幅器１３への電源供給を制御する。より詳しくは、制御部１６は電流検出部１５と接続されており、スピーカ２や増幅器１３の故障を防止すべく、増幅器１３の異常が検出されると増幅器１３への電源供給を遮断する。異常の検出は、増幅器１３に流れる電流値を監視し、後述する可変閾値を超えるか否かによって行われる。

増幅器１３からスピーカ２に供給される交流電圧を監視したとしても、増幅器１３自身の異常（この場合、電圧が低レベルとなる）や、大きな直流電圧が発生する異常を検出できず、増幅器１３に電源が供給され続けてスピーカ２が故障するおそれがある。

これに対し、本実施形態では、増幅器１３に流れる電流値を監視するため、このような異常にも対処できる。

また閾値が固定値であると、適切に閾値を設定するのが困難である。例えば、閾値を低く設定すると、音響信号のレベルが大きい場合などに、異常は発生していないにもかかわらず異常を誤検出してしまい、増幅器１３への電源供給遮断が過度に発生してしまう可能性がある。かといって、閾値を高く設定すると、スピーカ２が低インピーダンスでレアショートしたような異常を検出できず、増幅器１３への電源供給が継続されてスピーカ２が故障しまう可能性がある。

これに対し、本実施形態では、閾値が可変であるため、音響信号のレベルなどに影響されることなく、適切に異常を検出して電源供給を制御できる。

具体的には、制御部１６は、音響処理部１１、スイッチ１４、電流検出部１５および増幅器１３と接続されている。そして、制御部１６は、音響処理部１１および電流検出部１５から、音響データおよび検出された電流値をそれぞれ受け取る。また、制御部１６には、ボリューム操作部４を通じてユーザによるボリューム設定が入力される。なおボリューム設定は、ボリューム操作部４の他、不図示のリモートコントローラやタッチパネルといった任意の入力インターフェースを介して入力され得る。

さらに、制御部１６はスピーカ２の負荷を予め把握している。なお、スピーカ２の負荷は、既定の値でもよいし、例えば音響処理部１１が既知の基準信号（パイロットトーン）を生成してスピーカ２から音響を再生させた場合に、電流検出部１５で検出される電流値に基づいて制御部１６が算出してもよい。これにより、スピーカ２が外付けである場合にも、精度よくスピーカ２の負荷を把握できる。

そして、制御部１６は、音響データ、ボリューム設定およびスピーカ２の負荷に基づいて、可変閾値を設定する。そして、制御部１６は、可変閾値と検出された電流値との比較を行って、スイッチ１４に入力される電源制御信号および増幅器１３に入力されるミュート制御信号を生成する。

さらに具体的には、図２に示すように、制御部１６は、閾値設定部２１と、ＡＤＣ２２（Analog to Digital Converter）と、比較部２３と、制御信号出力部２４と、メモリ２５とを有する。なお、図１ではこれらを１つずつ描いているが、スピーカ２が複数ある場合、そのそれぞれに対応して設けられてもよい。また、制御部１６における各構成要素の少なくとも一部は、プロセッサが所定のプログラムを実行することによって実現されてもよい。

閾値設定部２１は、まず、ボリューム設定および音響処理部１１からの音響データに基づいて、増幅器１３から出力される電圧（以下、出力電圧という）を予測する。すなわち、閾値設定部２１は、ボリューム設定から把握されるボリュームと、音響データから把握される音響信号のレベルおよび予め把握している増幅器１３自身の増幅度との積に比例する出力電圧を算出する。次いで、閾値設定部２１は出力電圧をスピーカ２の負荷で除して、増幅器１３に流れる電流を予測する。このように、増幅器１３の出力を用いることなく、その前段にある音響信号のレベルに基づいて増幅器１３に流れる電流を予測する。そして、閾値設定部２１は予測した電流値に所定値を加算するなどにより、予測した電流値より大きい閾値を設定する。この閾値は比較部２３に供給される。

この閾値が、ボリュームおよび音響信号のレベルに依存した可変の値であることを詳しく説明する。
図３は、可変閾値を説明する図である。同図の横軸は時間である。図３（ａ）の縦軸は音響データから把握される音響信号のレベルである。図３（ｂ）の縦軸はボリューム設定から把握されるボリュームである。図３（ｃ）の縦軸は、増幅器１３に流れる電流の予測値（実線）および設定される可変閾値（破線）である。

図３（ａ）に示すように、音響信号のレベルは時々刻々と変化する。そして、図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ１においてユーザがボリュームを高くしたとする。増幅器１３に流れる電流は音響信号のレベルとボリュームとの積に比例するため、図３（ｃ）の実線で示すようになる。その結果、設定される閾値は固定値ではなく、同図の破線に示すように、音響信号のレベルおよびボリュームに応じて変化する。

なお、制御部１６は音響信号のレベルを任意の単位でサンプリングしてよい。好適な例として、制御部１６は１０ｍｓごとに音響信号のレベルを取得し、１０ｍｓごとに閾値を設定してもよい。

このように、本実施形態では、音響信号のレベルに応じて動的に閾値を設定するため、各スピーカ２用の増幅器１３ごとに、無段階かつ柔軟に閾値を設定できる。

図２に戻り、ＡＤＣ２２は電流検出部１５からのアナログ電流値をデジタル電流値に変換する。
比較部２３は、ＡＤＣ２２からのデジタル電流値と、閾値設定部２１からの閾値とを比較し、その比較結果を制御信号出力部２４に通知する。

制御信号出力部２４は比較結果に基づいて電源制御信号およびミュート制御信号を生成し、それぞれスイッチ１４および増幅器１３に出力する。より具体的には、制御信号出力部２４は、デジタル電流値が閾値を超えない場合、異常なしと判断し、増幅器１３に電源を供給するための電源制御信号および増幅器１３をミュートしないためのミュート制御信号を生成する。一方、制御信号出力部２４は、デジタル電流値が閾値を超えた場合、異常ありと判断し、増幅器１３への電源供給を遮断するための電源制御信号および増幅器１３をミュートするためのミュート制御信号を生成する。

要するに、制御部１６はデジタル電流値が閾値を超えると増幅器１３に電源を供給せず、したがってスピーカ２に電圧が出力されない。
メモリ２５には、異常が検出された場合に、その旨が記録される。

［１−２．動作］
図４は、制御部１６の処理動作を示すフローチャートである。なお、制御部１６の閾値設定部２１には、予めボリュームおよびスピーカ２の負荷、増幅器１３の増幅度（固定値）が設定されている。また、初期状態として、増幅器１３には電源が供給されており、ミュートもされていないものとする。

制御部１６の閾値設定部２１は音響処理部１１から音響データを取得する（ステップＳ１）。そして、閾値設定部２１は、ボリュームと音響信号のレベルと増幅器１３の増幅度から、各増幅器１３の出力電圧を予測する（ステップＳ２）。次いで、閾値設定部２１は、出力電圧とスピーカ２の負荷から、各増幅器１３に流れる電流を予測する（ステップＳ３）。さらに、閾値設定部２１は予測した電流値から閾値を設定する（ステップＳ４）。

また、制御部１６の各ＡＤＣ２２は、各電流検出部１５が検出した電流値をデジタル電流値に変換し、各増幅器１３に実際に流れる電流値（以下、実電流値という）を取得する（ステップＳ５）。そして、比較部２３は、各増幅器１３に流れる実電流値と、ステップＳ４で設定された閾値とを比較する（ステップＳ６）。

全ての増幅器１３において、実電流値が閾値以下となる場合（ステップＳ６のＮＯ）、異常は発生していないとして、制御部１６は増幅器１３への電源供給を継続する。より具体的には、制御信号出力部２４は増幅器１３へ電源を供給するための電源制御信号を出力する。そして、ステップＳ１に戻る。

いずれかの増幅器１３において、実電流値が閾値より大きい場合（ステップＳ６のＹＥＳ）、異常が発生したとして、制御信号出力部２４は該当増幅器１３をミュートするためのミュート制御信号を生成する。これにより、該当増幅器１３はミュートされ（ステップＳ７）、スピーカ２に電圧を出力しなくなる。したがって、スピーカ２の損傷を防止できる。

該当増幅器１３をミュートした状態で、その増幅器１３に流れる実電流値をＡＤＣ２２が取得する（ステップＳ８）。比較部２３は増幅器１３に不具合なく正常にミュートが掛けられたときの増幅器１３の消費電流値を予め把握しており、その値に所定値を加算した閾値を設定するそして、再度、比較部２３は、該当増幅器１３に流れる実電流値と、上記閾値とを比較する（ステップＳ９）。

実電流値が閾値以下である場合（ステップＳ９のＮＯ）、異常なしとして制御信号出力部２４はミュートを解除するためのミュート制御信号を生成する。これにより、該当増幅器１３のミュートが解除される（ステップＳ１０）。そして、ステップＳ１に戻る。

一方、実電流値が相変わらず閾値を超えている場合（ステップＳ９のＹＥＳ）、制御信号出力部２４は該当増幅器１３への電源供給を遮断するための電源制御信号を生成する。これにより、該当増幅器１３用のスイッチ１４がオフし、電源が供給されなくなる（ステップＳ１１）。そして、比較部２３あるいは制御信号出力部２４は、異常が発生したという履歴をメモリ２５に記録する（ステップＳ１２）。
以上の処理動作が、音響信号の再生が継続中、繰り返される（ステップＳ１３）。

なお、ステップＳ７〜Ｓ１０は、異常が発生していないにもかかわらず異常を誤検出する可能性を考慮した処理である。誤検出であれば、一時的に実電流値が閾値を超えた（ステップＳ６のＹＥＳ）としても、すぐに実電流値は閾値以下となる（ステップＳ９のＮＯ）はずである。そこで、実電流値が閾値を超えるとすぐに増幅器１３への電源供給を遮断するのではなく、一旦増幅器１３をミュートするのが望ましい。ただし、このような誤検出を考慮しない場合、ステップＳ７〜Ｓ１０を省略し、実電流値が閾値を超えると（ステップＳ６のＹＥＳ）、すぐに増幅器１３への電源供給を遮断してもよい（ステップＳ１１）。このような場合、ミュート制御信号も不要である。

また、ステップＳ７では制御部１６が各増幅器１３のミュート機能を個別に制御し、実電流値が閾値を超えた増幅器１３のみをミュートし、他の増幅器１３をミュートしない。これにより、他の増幅器１３に接続されたスピーカ２は音響の再生を継続できる。同様に、ステップＳ１１では制御部１６が各スイッチ１４を個別に制御し、実電流値が閾値を超えた増幅器１３のみへの電源供給を遮断し、他の増幅器１３には電源を供給する。これにより、他の増幅器１３に接続されたスピーカ２は音響の再生を継続できる。

［１−３．効果等］
このように、本実施形態では、増幅器１３に入力される音響信号のレベルから、増幅器１３に流れる電流を予測する。よって、音響信号のレベルが高くなった場合には、閾値が高くなる。そのため、増幅器１３の出力電圧が正常動作の範囲で高くなって増幅器１３に流れる電流値が大きくなったとしても、閾値が高いため、電源供給の遮断やミュートによって音が出なくなる誤動作の発生を抑えることができる。また、増幅器１３の出力に基づく制御ではなく、増幅器１３に入力される音響信号のレベルに基づく予測を行うため、時間遅れによる誤動作を抑えることができる。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

１ バッテリ電源
２ スピーカ
３ 音源
４ ボリューム操作部
１１ 音響処理部
１２ ＤＡＣ
１３ 増幅器
１４ スイッチ
１５ 電流検出部
１６ 制御部
２１ 閾値設定部
２２ ＡＤＣ
２３ 比較部
２４ 制御信号出力部
２５ メモリ
１００ 音響処理装置

Claims (9)

1. 音響信号を増幅してスピーカを駆動する増幅器と、
   前記増幅器に流れる電流を検出する電流検出部と、
   ボリューム設定および前記音響信号のレベルに応じた電流予測値と、前記検出された電流と、に基づいて、前記増幅器に電源を供給するか否かを制御する制御部と、を備える音響処理装置。
2. 前記制御部は、前記電流予測値に基づいて閾値を算出し、当該閾値と前記検出された電流との比較結果に応じて前記増幅器に電源を供給するか否かを制御する、請求項１に記載の音響処理装置。
3. 当該音響処理装置は、複数の前記増幅器と、そのそれぞれに対応して設けられる複数の前記電流検出部と、を備え、
   前記制御部は、前記複数の電流検出部のそれぞれによって検出された電流に基づいて、前記複数の増幅器のそれぞれに電源を供給するか否かを、前記複数の増幅器のそれぞれについて個別に制御する、請求項１または２に記載の音響処理装置。
4. 前記制御部は、前記スピーカの負荷も考慮して前記増幅器に電源を供給するか否かを制御する、請求項１乃至３のいずれかに記載の音響処理装置。
5. 前記制御部は、既知の基準信号を前記増幅器が増幅する際に前記増幅器に流れる電流に基づいて、前記スピーカの負荷を取得する、請求項４に記載の音響処理装置。
6. 前記制御部は、前記ボリューム設定と、前記音響信号のレベルと、前記検出された電流と、に基づいて、前記増幅器をミュートする、請求項１乃至５のいずれかに記載の音響処理装置。
7. 前記制御部は、前記ボリューム設定および前記音響信号のレベルに基づいて閾値を算出し、前記検出された電流が前記閾値を上回る場合に、前記増幅器をミュートし、
   その後、前記検出された電流が前記閾値以下になると、前記増幅器のミュートを解除し、前記検出された電源が前記閾値以下にならない場合、前記増幅器への電源供給を遮断する、請求項６に記載の音響処理装置。
8. ボリューム設定および音響信号のレベルに応じた電流予測値と、前記音響信号を増幅してスピーカを駆動する増幅器に流れる電流と、に基づいて、前記増幅器に電源を供給するか否かを制御する制御部を備える音響制御装置。
9. 音響信号を増幅してスピーカを駆動する増幅器に流れる電流を検出し、
   ボリューム設定および前記音響信号のレベルに応じた電流予測値と、前記検出された電流と、に基づいて、前記増幅器に電源を供給するか否かを制御する、音響制御方法。