JP2023022352A - ゲイン制御装置、ゲイン制御方法及びオーディオ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スピーカーのインピーダンスの変化に追従して、閾値電圧を調整することができるゲイン制御装置、ゲイン制御方法及びオーディオ装置を提供する。【解決手段】オーディオ装置において、ゲイン制御装置５は、音楽信号選択部１１と、音楽信号選択部１１が出力した音楽信号をフィルタ回路４に与えて、フィルタ回路４から、スピーカー３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのインピーダンスを取得するインピーダンス取得部１２と、インピーダンス取得部１２が取得したインピーダンスが大きい程、小さな閾値電圧を設定する閾値電圧設定部１３と、再生対象の音楽信号の電圧が閾値電圧以下であれば、再生対象の音楽信号を増幅する増幅器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄのゲインを第１のゲインに設定し、再生対象の音楽信号の電圧が閾値電圧よりも大きければ、増幅器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄのゲインを第１のゲインよりも小さい第２のゲインに設定するゲイン制御部１４と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、ゲイン制御装置、ゲイン制御方法及びオーディオ装置に関するものである。

オーディオ装置に実装されているスピーカーに過大電流が流れることで、スピーカーに故障が発生することがある。過大電流によるスピーカーの故障の発生を防止する装置として、音楽信号の電圧と閾値電圧とを比較し、音楽信号の電圧が閾値電圧よりも大きければ、増幅器のゲインを下げるゲイン制御装置（以下「従来のゲイン制御装置」という）がある。増幅器は、音楽信号を増幅して、増幅後の音楽信号をスピーカーに出力するものである。

ところで、過大電流によるスピーカーの故障の発生を防止する技術として、特許文献１に開示された音声増幅装置がある。当該音声増幅装置は、演算部及び調整部を備えている。当該演算部は、ユーザの音声信号をフーリエ変換することで、音声信号の周波数領域の信号を求め、周波数領域の信号から、スピーカーのインピーダンスを算出する。スピーカーのインピーダンスは、音声信号の周波数に応じて変化する。スピーカーのインピーダンスが大きい程、スピーカーに流れる電流が小さくなり、スピーカーのインピーダンスが小さい程、スピーカーに流れる電流が大きくなる。当該演算部は、スピーカーのインピーダンスに基づいて、スピーカーに流れる電流を予測する。当該調整部は、演算部による電流の予測値と電流制限値とに基づいて、スピーカーに与える音声信号のレベルを調整する。

特開２００９－２５３９５５号公報

従来のゲイン制御装置は、スピーカーのインピーダンスが変化しても、閾値電圧を調査することができないという課題があった。閾値電圧の設定値よっては、音楽信号の電圧が閾値電圧よりも大きくても、スピーカーのインピーダンスが大きなインピーダンスであるために、スピーカーに故障が発生するような過大電流が流れないことがある。このような場合には、音楽信号の再生音量が小さくなる状況が生じ、音楽を存分に楽しめなくなることがある。一方、音楽信号の電圧が閾値電圧以下であっても、スピーカーのインピーダンスが小さなインピーダンスであるために、スピーカーに故障が発生するような過大電流が流れてしまう状況を生じることがある。
仮に、特許文献１に開示されている技術を従来のゲイン制御装置に適用することが可能であるとすれば、従来のゲイン制御装置は、音楽信号をフーリエ変換することができる。音楽信号をフーリエ変換する処理の演算量は、一般的に膨大であり、フーリエ変換の処理に多くの時間を要するため、従来のゲイン制御装置が、スピーカーのインピーダンスの変化に追従して、音楽信号のレベルを調整できないことがある。従来のゲイン制御装置が、スピーカーのインピーダンスの変化に追従して、音楽信号のレベルが調整されなければ、音楽信号の再生音量が小さくなる状況及びスピーカーに故障が発生するような過大電流が流れてしまう状況のそれぞれを回避できないことがある。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、スピーカーのインピーダンスの変化に追従して、閾値電圧を調整することができるゲイン制御装置及びゲイン制御方法を得ることを目的とする。

本開示に係るゲイン制御装置は、音楽信号に対応する、スピーカーのインピーダンスを出力するフィルタ回路に対して、スピーカーによる再生対象の音楽信号を与えて、フィルタ回路から、スピーカーのインピーダンスを取得するインピーダンス取得部と、インピーダンス取得部により取得されたインピーダンスが大きい程、小さな閾値電圧を設定する閾値電圧設定部と、再生対象の音楽信号の電圧と閾値電圧設定部により設定された閾値電圧とを比較し、再生対象の音楽信号の電圧が閾値電圧以下であれば、再生対象の音楽信号を増幅する増幅器のゲインを第１のゲインに設定し、再生対象の音楽信号の電圧が閾値電圧よりも大きければ、増幅器のゲインを第１のゲインよりも小さい第２のゲインに設定するゲイン制御部とを備えるものである。

本開示によれば、スピーカーのインピーダンスの変化に追従して、閾値電圧を調整することができる。

実施の形態１に係るゲイン制御装置５を含むオーディオ装置を示す構成図である。 実施の形態１に係るゲイン制御装置５のハードウェアを示すハードウェア構成図である。 ゲイン制御装置５が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。 スピーカー３’のインピーダンスの周波数特性を示す説明図である。 フィルタ回路４の構成例を示す説明図である。 ゲイン制御装置５の処理手順であるゲイン制御方法を示すフローチャートである。 パワーアンプ２ａ及びスピーカー３ａのそれぞれに入出力される信号を示す説明図である。 実施の形態２に係るゲイン制御装置５を含むオーディオ装置を示す構成図である。 実施の形態２に係るゲイン制御装置５のハードウェアを示すハードウェア構成図である。

以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るゲイン制御装置５を含むオーディオ装置を示す構成図である。
図２は、実施の形態１に係るゲイン制御装置５のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図１に示すオーディオ装置は、第１の増幅部１、第２の増幅部２、音楽再生部３、フィルタ回路４及びゲイン制御装置５を備えている。
図１に示すオーディオ装置では、４チャンネルの音楽信号がオーディオ装置に与えられている。しかし、これは一例に過ぎず、オーディオ装置に与えられる音楽信号は、４チャンネルに限るものではなく、例えば、１チャンネルでもよいし、２チャンネルでもよいし、８チャンネルでもよい。
図１に示すオーディオ装置は、例えば、車両に設置される。当該オーディオ装置は、車両に設置されるものに限るものではなく、部屋等に設置されるものであってもよい。

第１の増幅部１は、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを備えている。
第２の増幅部２は、パワーアンプ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを備えている。
音楽再生部３は、スピーカー３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを備えている。

増幅器１ａは、ＦＬ（車両前方側の左側）に設置されたスピーカー３ａによる再生対象の音楽信号であるＦＬｃｈの音楽信号を増幅し、増幅後の音楽信号をパワーアンプ２ａに出力する。
増幅器１ｂは、ＦＲ（車両前方側の右側）に設置されたスピーカー３ｂによる再生対象の音楽信号であるＦＲｃｈの音楽信号を増幅し、増幅後の音楽信号をパワーアンプ２ｂに出力する。
増幅器１ｃは、ＲＬ（車両後方側の左側）に設置されたスピーカー３ｃによる再生対象の音楽信号であるＲＬｃｈの音楽信号を増幅し、増幅後の音楽信号をパワーアンプ２ｃに出力する。
増幅器１ｄは、ＲＲ（車両後方側の右側）に設置されたスピーカー３ｄによる再生対象の音楽信号であるＲＲｃｈの音楽信号を増幅し、増幅後の音楽信号をパワーアンプ２ｄに出力する。
増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおけるそれぞれのゲインは、ゲイン制御装置５によって設定される。
増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄによる音楽信号の増幅は、音楽信号の減衰を含む概念である。
図１に示すオーディオ装置では、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが、音楽信号を減衰させる減衰器として用いられる。しかし、これは一例に過ぎず、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが、音楽信号を増幅させる、いわゆる増幅器として用いられるものであってもよい。

パワーアンプ２ａは、増幅器１ａによる増幅後の音楽信号を更に増幅し、増幅後の音楽信号をスピーカー３ａに出力する。
パワーアンプ２ｂは、増幅器１ｂによる増幅後の音楽信号を更に増幅し、増幅後の音楽信号をスピーカー３ｂに出力する。
パワーアンプ２ｃは、増幅器１ｃによる増幅後の音楽信号を更に増幅し、増幅後の音楽信号をスピーカー３ｃに出力する。
パワーアンプ２ｄは、増幅器１ｄによる増幅後の音楽信号を更に増幅し、増幅後の音楽信号をスピーカー３ｄに出力する。

スピーカー３ａは、パワーアンプ２ａによる増幅後の音楽信号を再生する。
スピーカー３ｂは、パワーアンプ２ｂによる増幅後の音楽信号を再生する。
スピーカー３ｃは、パワーアンプ２ｃによる増幅後の音楽信号を再生する。
スピーカー３ｄは、パワーアンプ２ｄによる増幅後の音楽信号を再生する。
図１に示すオーディオ装置では、スピーカー３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのそれぞれによる音楽信号の再生は、音楽信号に対応する音を外部に出力することを意味する。
図１に示すオーディオ装置では、説明の簡単化のため、スピーカー３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにおけるそれぞれのインピーダンスの周波数特性が同じであるものとする。ただし、これは一例に過ぎず、スピーカー３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにおけるそれぞれのインピーダンスの周波数特性が、互いに異なっていてもよい。

フィルタ回路４は、ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ、又は、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを含む回路である。
スピーカー３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにおけるそれぞれのインピーダンスの周波数特性が同じであるとすれば、フィルタ回路４は、スピーカー３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのうちのいずれかのスピーカー３’のインピーダンスの周波数特性を模擬している回路である。スピーカー３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを区別しない場合、スピーカー３’のように表記する。
フィルタ回路４は、音楽信号に対応する、スピーカー３’のインピーダンスをゲイン制御装置５に出力する。
図１に示すオーディオ装置では、フィルタ回路４がゲイン制御装置５の外部に設けられている。しかし、これは一例に過ぎず、フィルタ回路４がゲイン制御装置５の内部に設けられていてもよい。

ゲイン制御装置５は、音楽信号選択部１１、インピーダンス取得部１２、閾値電圧設定部１３及びゲイン制御部１４を備えている。
音楽信号選択部１１は、例えば、図２に示す音楽信号選択回路２１によって実現される。
音楽信号選択部１１は、スピーカー３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのそれぞれによる再生対象の音楽信号として、ＦＬｃｈの音楽信号、ＦＲｃｈの音楽信号、ＲＬｃｈの音楽信号及びＲＲｃｈの音楽信号のそれぞれを取得する。
音楽信号選択部１１は、ＦＬｃｈの音楽信号、ＦＲｃｈの音楽信号、ＲＬｃｈの音楽信号及びＲＲｃｈの音楽信号の中で、最大音量の音楽信号を選択する。
音楽信号選択部１１は、選択した音楽信号をインピーダンス取得部１２及びゲイン制御部１４のそれぞれに出力する。
ゲイン制御装置５では、音楽信号選択部１１が、最大音量の音楽信号を選択している。
しかし、これは一例に過ぎず、音楽信号選択部１１が、４ｃｈの音楽信号におけるそれぞれの瞬時値を合算し、瞬時値の合算値をインピーダンス取得部１２及びゲイン制御部１４のそれぞれに出力するようにしてもよい。

インピーダンス取得部１２は、例えば、図２に示すインピーダンス取得回路２２によって実現される。
インピーダンス取得部１２は、音楽信号選択部１１から出力された音楽信号をフィルタ回路４に与えて、フィルタ回路４から、スピーカー３’のインピーダンスを取得する。
インピーダンス取得部１２は、スピーカー３’のインピーダンスを閾値電圧設定部１３に出力する。

閾値電圧設定部１３は、例えば、図２に示す閾値電圧設定回路２３によって実現される。
閾値電圧設定部１３は、インピーダンス取得部１２により取得されたインピーダンスが大きい程、小さな閾値電圧を設定する。
閾値電圧設定部１３は、設定した閾値電圧をゲイン制御部１４に出力する。

ゲイン制御部１４は、例えば、図２に示すゲイン制御回路２４によって実現される。
ゲイン制御部１４は、音楽信号選択部１１から出力された音楽信号の電圧と閾値電圧設定部１３により設定された閾値電圧とを比較する。
ゲイン制御部１４は、音楽信号選択部１１から出力された音楽信号の電圧が閾値電圧以下であれば、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおけるそれぞれのゲインを第１のゲインに設定する。
ゲイン制御部１４は、音楽信号選択部１１から出力された音楽信号の電圧が閾値電圧よりも大きければ、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおけるそれぞれのゲインを第１のゲインよりも小さい第２のゲインに設定する。

図１では、ゲイン制御装置５の構成要素である音楽信号選択部１１、インピーダンス取得部１２、閾値電圧設定部１３及びゲイン制御部１４のそれぞれが、図２に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、ゲイン制御装置５が、音楽信号選択回路２１、インピーダンス取得回路２２、閾値電圧設定回路２３及びゲイン制御回路２４によって実現されるものを想定している。
音楽信号選択回路２１、インピーダンス取得回路２２、閾値電圧設定回路２３及びゲイン制御回路２４のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

ゲイン制御装置５の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、ゲイン制御装置５が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰが該当する。
図３は、ゲイン制御装置５が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
ゲイン制御装置５が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、音楽信号選択部１１、インピーダンス取得部１２、閾値電圧設定部１３及びゲイン制御部１４におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ３１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行する。

また、図２では、ゲイン制御装置５の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図３では、ゲイン制御装置５がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、ゲイン制御装置５における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。

次に、図１に示すオーディオ装置の動作について説明する。
スピーカー３’のインピーダンスは、図４に示すように、再生対象の音楽信号の周波数が変化することで、変動する。
図４は、スピーカー３’のインピーダンスの周波数特性を示す説明図である。図４において、横軸は周波数［Ｈｚ］を示し、縦軸はスピーカー３’のインピーダンス［Ω］を示している。
スピーカー３’のインピーダンスは、図４に示すように、ｆ_０と呼ばれる低音側の周波数で極大値になり、高域側の周波数で大きくなる。
スピーカー３’に印加される電圧が一定であるとすれば、オームの法則により、スピーカー３’のインピーダンスが大きい程、スピーカー３’に電流が流れにくくなる。したがって、音楽信号の周波数がｆ_０付近であるときと、音楽信号の周波数が高域側の周波数であるときとは、スピーカー３’に電流が流れにくくなる。

スピーカー３’に電流が流れにくい状況下では、過電流によるスピーカー３’の故障発生リスクを高めることなく、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおけるそれぞれのゲインを高められる可能性がある。スピーカー３’に電流が流れにくい状況下でも、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおけるそれぞれのゲインが低いままであるとすれば、音楽信号の再生音量が小さくなり、その結果、音楽を存分に楽しめなくなることがある。
一方、スピーカー３’に電流が流れ易い状況下では、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおけるそれぞれのゲインを高めることで、過電流によるスピーカー３’の故障発生リスクが高まる。スピーカー３’に電流が流れ易い状況下のとき、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおけるそれぞれのゲインが高ければ、過大電流がスピーカー３’に流れて、スピーカー３’に故障が発生してしまうことがある。
図１に示すゲイン制御装置５は、スピーカー３’に電流が流れにくい状況下であれは、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおけるそれぞれのゲインを高め、スピーカー３’に電流が流れ易い状況下であれは、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおけるそれぞれのゲインを低める制御を行う。

フィルタ回路４は、例えば、図５に示すように、２つのＩＩＲフィルタ４ａ，４ｂを備えており、図４に示すようなインピーダンスの周波数特性を模擬している。ＩＩＲフィルタ４ａ，４ｂのそれぞれは、バイクワッド構成のフィルタである。
図５は、フィルタ回路４の構成例を示す説明図である。
ＩＩＲフィルタ４ａは、スピーカー３’の直流抵抗Ｒｅと、スピーカー３’のボイスコイルのコイル成分を示すインダクタＬｅとを含んでいる。
ＩＩＲフィルタ４ｂは、インダクタＬと抵抗ＲとキャパシタＣとを含んでいる。インダクタＬと抵抗ＲとキャパシタＣとの合成特性は、スピーカー３’のダンパーとエッジと振動板の質量とによるｆ_０の共振に係るものである。
フィルタ回路４は、音楽信号が与えられれば、スピーカー３’のインピーダンスを出力する。
図５に示すフィルタ回路４は、２つのＩＩＲフィルタ４ａ，４ｂを備えている。しかし、これは一例に過ぎず、例えば、フィルタ回路４が、２つのＩＩＲフィルタ４ａ，４ｂを備える代わりに、１２８ＴＡＰ程度のＦＩＲフィルタを備えるものであってもよい。フィルタ回路４が、１２８ＴＡＰ程度のＦＩＲフィルタを備える場合も、２つのＩＩＲフィルタ４ａ，４ｂを備えるフィルタ回路４と同等のフィルタ回路を実現することができる。１２８ＴＡＰ程度のＦＩＲフィルタの構成自体は、公知であるため詳細な説明を省略する。

音楽信号をフーリエ変換する処理の演算量は、一般的に膨大であるため、ゲイン制御装置が、スピーカー３’のインピーダンスの変化に追従して、音声信号のレベルを調整できないことがある。従来のゲイン制御装置が、演算性能の高いＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）又はフーリエ変換専用のＤＳＰ等を備えれば、スピーカー３’のインピーダンスの変化に追従して、音楽信号のレベルを調整できる可能性はあるものの、装置のコストが高くなり、現実的でない。
音楽信号をフーリエ変換する処理を行うハードウェアによって、フーリエ変換の処理に要する時間は変化するが、フーリエ変換の処理に要する時間が、例えば数マイクロ秒であるとすれば、２つのＩＩＲフィルタ４ａ，４ｂを備えるフィルタ回路４の処理時間は、数ナノ秒程度である。また、１２８ＴＡＰ程度のＦＩＲフィルタを備えるフィルタ回路４の処理時間は、百数十ナノ秒程度である。
したがって、フィルタ回路４の処理時間は、フーリエ変換の処理に要する時間よりも、格段に短いため、スピーカー３’のインピーダンスの変化に追従して、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおけるそれぞれのゲインを調整することができる。なお、フィルタ回路４は、演算性能の高いＤＳＰ又はフーリエ変換専用のＤＳＰ等を用いるよりも、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおけるそれぞれのゲインを調整する機能を低コストで実現することができる。

図６は、ゲイン制御装置５の処理手順であるゲイン制御方法を示すフローチャートである。
ゲイン制御装置５の音楽信号選択部１１は、スピーカー３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのそれぞれによる再生対象の音楽信号として、ＦＬｃｈの音楽信号、ＦＲｃｈの音楽信号、ＲＬｃｈの音楽信号及びＲＲｃｈの音楽信号をそれぞれ取得する。
音楽信号選択部１１は、ＦＬｃｈの音楽信号の信号レベルと、ＦＲｃｈの音楽信号の信号レベルと、ＲＬｃｈの音楽信号の信号レベルと、ＲＲｃｈの音楽信号の信号レベルとを互いに比較する。
音楽信号選択部１１は、ＦＬｃｈの音楽信号、ＦＲｃｈの音楽信号、ＲＬｃｈの音楽信号及びＲＲｃｈの音楽信号の中で、信号レベルが最大の音楽信号を、最大音量の音楽信号として選択する（図６のステップＳＴ１）。
音楽信号選択部１１は、選択した音楽信号をインピーダンス取得部１２及びゲイン制御部１４のそれぞれに出力する。

インピーダンス取得部１２は、音楽信号選択部１１から音楽信号を取得する。
インピーダンス取得部１２は、取得した音楽信号をフィルタ回路４に与えて、フィルタ回路４から、スピーカー３’のインピーダンスｚを取得する（図６のステップＳＴ２）。
インピーダンス取得部１２は、スピーカー３’のインピーダンスｚを閾値電圧設定部１３に出力する。

閾値電圧設定部１３は、インピーダンス取得部１２からスピーカー３’のインピーダンスｚを取得する。
閾値電圧設定部１３は、インピーダンスｚが大きい程、小さな閾値電圧Ｖｔを設定する（図６のステップＳＴ３）。
閾値電圧設定部１３は、設定した閾値電圧Ｖｔをゲイン制御部１４に出力する。

以下、閾値電圧設定部１３による閾値電圧Ｖｔの設定処理を具体的に説明する。
ここでは、スピーカー３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのうち、スピーカー３ａに着目して説明する。
図７は、パワーアンプ２ａ及びスピーカー３ａのそれぞれに入出力される信号を示す説明図である。図７では、パワーアンプ２ａがＤ級アンプである例を示している。
図７において、Ｖｄｄは、図示せぬ電源によってパワーアンプ２ａに印加される電源電圧であり、Ｐｄｄは、電源によってパワーアンプ２ａに与えられる電力である。
Ｖｉは、増幅器１ａによる増幅後の音楽信号の電圧であり、Ｇは、パワーアンプ２ａのゲインである。Ｌ０は、インダクタンス成分、Ｃ０は、キャパシタス成分である。
パワーアンプ２ａに対して、増幅器１ａによる増幅後の音楽信号が与えられると、パワーアンプ２ａの出力電圧Ｖｏは、以下の式（１）のようになる。
Ｖｏ＝Ｖｉ×Ｇ［Ｖｒｍｓ］ （１）
このとき、パワーアンプ２ａを流れる電源電流Ｉｄｄは、以下の式（２）のように表される。

パワーアンプ２ａの出力電力Ｐｏは、以下の式（３）のように表される。
Ｐｏ＝Ｖｏ×Ｉｏ （３）
式（３）において、Ｉｏは、パワーアンプ２ａの出力電流である。

パワーアンプ２ａの出力電圧Ｖｏの瞬時値がＶｐ、パワーアンプ２ａの出力電流Ｉｏの瞬時値がＩｐであるとすれば、パワーアンプ２ａの出力電力Ｐｏの瞬時値Ｐｏｐは、以下の式（４）のように表される。
Ｐｏｐ＝Ｖｐ×Ｉｐ （４）
また、パワーアンプ２ａの消費電力の瞬時値がＰｄｄｐ、電源電流Ｉｄｄの瞬時値がＩｄｄｐ、パワーアンプ２ａの効率がηであるとすれば、パワーアンプ２ａの出力電力Ｐｏの瞬時値Ｐｏｐは、以下の式（５）のように表される。
Ｐｏｐ＝η×Ｐｄｄｐ＝η×Ｖｄｄ×Ｉｄｄｐ （５）
式（５）より、電源電流Ｉｄｄの瞬時値Ｉｄｄｐは、以下の式（６）のように表される。

また、スピーカー３ａに与えられる音楽信号の瞬時電圧がＶｏｐであるとすれば、式（５）に示す電源電流Ｉｄｄの瞬時値Ｉｄｄｐは、以下の式（７）のように表される。

音楽信号がスピーカー３ａに与えられていない無信号時のアイドリング電流がＩｉｄｌｅであるとすれば、音楽信号がスピーカー３ａに与えられることで、スピーカー３ａに流れる電流は、Ｉｄｄｐ＋Ｉｉｄｌｅとなる。
無信号時のアイドリング電流Ｉｉｄｌｅを考慮すれば、電源電流Ｉｄｄの瞬時値Ｉｄｄｐは、以下の式（８）のように表される。

電流制限値Ｉｔｈが、式（８）に示すＩｄｄｐであるとすれば、スピーカー３ａに与えられる音楽信号の瞬時電圧Ｖｏｐの最大値Ｖｏｐ_ｍａｘは、以下の式（９）のように表される。最大値Ｖｏｐ_ｍａｘは、スピーカー３ａに流れる電流が電流制限値Ｉｔｈを超えない範囲で最大となる電圧である。

瞬時電圧Ｖｏｐの最大値Ｖｏｐ_ｍａｘは、スピーカー３ａに流れる電流が電流制限値Ｉｔｈを超えない範囲で最大となる電圧である。
瞬時電圧Ｖｏｐの最大値Ｖｏｐ_ｍａｘは、式（９）から明らかなように、周波数依存のインピーダンスｚの関数になっていることが分かる。インピーダンスｚは、音楽信号の周波数によって変化し、インピーダンスｚは、上述したように、高域側の周波数で大きくなるため、瞬時電圧Ｖｏｐの最大値Ｖｏｐ_ｍａｘも、高域側の周波数で高くなる。つまり、スピーカー３ａが、音楽信号の周波数によらず一定の音量を出していても、高域側の周波数では、スピーカー３ａに与えられる音楽信号の瞬時電圧Ｖｏｐは、最大値Ｖｏｐ_ｍａｘに対して余裕を生じる。このことは、スピーカー３ａに流れる電流が電流制限値Ｉｔｈ未満であることを表している。
よって、音楽信号の周波数に依存せずに音楽信号の瞬時電圧Ｖｏｐを一定にしようとすれば、音楽信号の瞬時電圧Ｖｏｐがｚ^２で除算されていればよい。
音楽信号の瞬時電圧Ｖｏｐは、スピーカー３ａに与えられる瞬時電圧であるため、閾値電圧Ｖｔｈは、以下の式（１０）に示すように、Ｖｏｐ／ｚ^２をパワーアンプ２ａのゲインＧで除算した値となる。

ゲイン制御部１４は、音楽信号選択部１１から音楽信号を取得し、閾値電圧設定部１３から閾値電圧Ｖｔｈを取得する。ここでは、説明の便宜上、音楽信号選択部１１から取得した音楽信号が、ＦＬｃｈの音楽信号であるとする。ただし、これは一例に過ぎず、音楽信号選択部１１から取得した音楽信号が、ＦＲｃｈの音楽信号であってもよいし、ＲＬｃｈの音楽信号でもよいし、ＲＲｃｈの音楽信号であってもよい。
ゲイン制御部１４は、取得したＦＬｃｈの音楽信号の瞬時電圧Ｖｏｐと閾値電圧Ｖｔｈとを比較する。

ゲイン制御部１４は、音楽信号の瞬時電圧Ｖｏｐが閾値電圧Ｖｔｈ以下であれば（図６のステップＳＴ４：ＹＥＳの場合）、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおけるそれぞれのゲインＧａｉｎを第１のゲインＧａｉｎ１に設定する（図６のステップＳＴ５）。第１のゲインＧａｉｎ１としては、例えば、“１”が用いられる。Ｇａｉｎ１＝１は、一例であり、Ｇａｉｎ１＜１であってもよいし、Ｇａｉｎ１＞１であってもよい。
ゲイン制御部１４は、音楽信号の瞬時電圧Ｖｏｐが閾値電圧Ｖｔｈよりも大きければ（図６のステップＳＴ４：ＮＯの場合）、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおけるそれぞれのゲインＧａｉｎを第１のゲインＧａｉｎ１よりも小さい第２のゲインＧａｉｎ２に設定する（図６のステップＳＴ６）。
第２のゲインＧａｉｎ２としては、例えば、以下の式（１１）及び式（１２）に示すように、音楽信号の瞬時電圧Ｖｏｐと閾値電圧Ｖｔｈとの差分に比例するゲインΔＧだけ、第１のゲインＧａｉｎ１よりも小さいゲインが用いられる。
Ｇａｉｎ２＝Ｇａｉｎ１－ΔＧ （１１）
ΔＧ＝（Ｖｏｐ－Ｖｔｈ）×ｋ （１２）
式（１３）において、ｋは、正の比例定数である。

増幅器１ａは、ゲイン制御部１４により設定されたゲインＧａｉｎで、ＦＬｃｈの音楽信号を増幅し、増幅後の音楽信号をパワーアンプ２ａに出力する。
増幅器１ｂは、ゲイン制御部１４により設定されたゲインＧａｉｎで、ＦＲｃｈの音楽信号を増幅し、増幅後の音楽信号をパワーアンプ２ｂに出力する。
増幅器１ｃは、ゲイン制御部１４により設定されたゲインＧａｉｎで、ＲＬｃｈの音楽信号を増幅し、増幅後の音楽信号をパワーアンプ２ｃに出力する。
増幅器１ｄは、ゲイン制御部１４により設定されたゲインＧａｉｎで、ＲＲｃｈの音楽信号を増幅し、増幅後の音楽信号をパワーアンプ２ｄに出力する。

パワーアンプ２ａは、ゲインＧで増幅器１ａによる増幅後の音楽信号を更に増幅し、増幅後の音楽信号をスピーカー３ａに出力する。
パワーアンプ２ｂは、ゲインＧで増幅器１ｂによる増幅後の音楽信号を更に増幅し、増幅後の音楽信号をスピーカー３ｂに出力する。
パワーアンプ２ｃは、ゲインＧで増幅器１ｃによる増幅後の音楽信号を更に増幅し、増幅後の音楽信号をスピーカー３ｃに出力する。
パワーアンプ２ｄは、ゲインＧで増幅器１ｄによる増幅後の音楽信号を更に増幅し、増幅後の音楽信号をスピーカー３ｄに出力する。

スピーカー３ａは、パワーアンプ２ａによる増幅後の音楽信号を再生する。
スピーカー３ｂは、パワーアンプ２ｂによる増幅後の音楽信号を再生する。
スピーカー３ｃは、パワーアンプ２ｃによる増幅後の音楽信号を再生する。
スピーカー３ｄは、パワーアンプ２ｄによる増幅後の音楽信号を再生する。

以上の実施の形態１では、音楽信号に対応する、スピーカー３’のインピーダンスを出力するフィルタ回路４に対して、スピーカー３’による再生対象の音楽信号を与えて、フィルタ回路４から、スピーカー３’のインピーダンスを取得するインピーダンス取得部１２と、インピーダンス取得部１２により取得されたインピーダンスが大きい程、小さな閾値電圧を設定する閾値電圧設定部１３と、再生対象の音楽信号の電圧と閾値電圧設定部１３により設定された閾値電圧とを比較し、再生対象の音楽信号の電圧が閾値電圧以下であれば、再生対象の音楽信号を増幅する増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおけるそれぞれのゲインを第１のゲインに設定し、再生対象の音楽信号の電圧が閾値電圧よりも大きければ、増幅器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄにおけるそれぞれのゲインを第１のゲインよりも小さい第２のゲインに設定するゲイン制御部１４とを備えるように、ゲイン制御装置５を構成した。したがって、ゲイン制御装置５は、スピーカー３’のインピーダンスの変化に追従して、閾値電圧を調整することができる。

実施の形態２．
実施の形態２では、スピーカー３’によって再生対象の音楽信号が再生されるとき、オーディオ装置に含まれている、スピーカー３’以外の機器が動作する状況下では、スピーカー３’以外の機器が動作しない状況下であるときよりも、小さな閾値電圧Ｖｔｈを設定する閾値電圧設定部１５を備えるゲイン制御装置５について説明する。

図８は、実施の形態２に係るゲイン制御装置５を含むオーディオ装置を示す構成図である。図８において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
図９は、実施の形態２に係るゲイン制御装置５のハードウェアを示すハードウェア構成図である。図９において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
図８に示すゲイン制御装置５は、音楽信号選択部１１、インピーダンス取得部１２、閾値電圧設定部１５及びゲイン制御部１４を備えている。

閾値電圧設定部１５は、例えば、図９に示す閾値電圧設定回路２５によって実現される。
閾値電圧設定部１５は、インピーダンス取得部１２により取得されたインピーダンスｚが大きい程、小さな閾値電圧Ｖｔｈを設定する。
ただし、閾値電圧設定部１５は、スピーカー３’によって再生対象の音楽信号が再生されるとき、オーディオ装置に含まれている、スピーカー３’以外の機器が動作する状況下では、スピーカー３’以外の機器が動作しない状況下であるときよりも、小さな閾値電圧Ｖｔｈを設定する。
スピーカー３’以外の機器としては、例えば、ＣＤプレーヤのパネルを開閉する開閉装置のほか、オーディオ装置と例えばＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）で接続されている外部機器が該当する。
閾値電圧設定部１５は、設定した閾値電圧Ｖｔｈをゲイン制御部１４に出力する。

図８では、ゲイン制御装置５の構成要素である音楽信号選択部１１、インピーダンス取得部１２、閾値電圧設定部１５及びゲイン制御部１４のそれぞれが、図９に示すような専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。即ち、ゲイン制御装置５が、音楽信号選択回路２１、インピーダンス取得回路２２、閾値電圧設定回路２５及びゲイン制御回路２４によって実現されるものを想定している。
音楽信号選択回路２１、インピーダンス取得回路２２、閾値電圧設定回路２５及びゲイン制御回路２４のそれぞれは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又は、これらを組み合わせたものが該当する。

ゲイン制御装置５の構成要素は、専用のハードウェアによって実現されるものに限るものではなく、ゲイン制御装置５が、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
ゲイン制御装置５が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、音楽信号選択部１１、インピーダンス取得部１２、閾値電圧設定部１５及びゲイン制御部１４におけるそれぞれの処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムが図３に示すメモリ３１に格納される。そして、図３に示すプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行する。

また、図９では、ゲイン制御装置５の構成要素のそれぞれが専用のハードウェアによって実現される例を示し、図３では、ゲイン制御装置５がソフトウェア又はファームウェア等によって実現される例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、ゲイン制御装置５における一部の構成要素が専用のハードウェアによって実現され、残りの構成要素がソフトウェア又はファームウェア等によって実現されるものであってもよい。

次に、図８に示すオーディオ装置の動作について説明する。閾値電圧設定部１５以外は、図１に示すオーディオ装置と同様であるため、ここでは、閾値電圧設定部１５の動作のみを説明する。

閾値電圧設定部１５は、インピーダンス取得部１２からスピーカー３’のインピーダンスｚを取得する。
閾値電圧設定部１５は、スピーカー３’によって再生対象の音楽信号が再生されるとき、スピーカー３’以外の機器が動作していれば、外部から動作検知信号を取得する。
閾値電圧設定部１５は、外部から動作検知信号を取得しなければ、図１に示す閾値電圧設定部１３と同様に、インピーダンスｚが大きい程、小さな閾値電圧Ｖｔを設定する。
閾値電圧設定部１５は、外部から動作検知信号を取得すれば、図１に示す閾値電圧設定部１３と同様に設定した閾値電圧Ｖｔよりも小さな閾値電圧Ｖｔｈを設定する。
閾値電圧設定部１５は、設定した閾値電圧Ｖｔｈをゲイン制御部１４に出力する。

スピーカー３’以外の機器が動作していれば、閾値電圧設定部１５が、閾値電圧Ｖｔｈを小さくすることで、スピーカー３’以外の機器が動作しているときのオーディオ装置全体の消費電流が、上限の消費電流を超えないようにすることができる。

なお、本開示は、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 第１の増幅部、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 増幅器、２ 第２の増幅部、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ パワーアンプ、３ 音楽再生部、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ スピーカー、４ フィルタ回路、５ ゲイン制御装置、１１ 音楽信号選択部、１２ インピーダンス取得部、１３，１５ 閾値電圧設定部、１４ ゲイン制御部、２１ 音楽信号選択回路、２２ インピーダンス取得回路、２３，２５ 閾値電圧設定回路、２４ ゲイン制御回路、３１ メモリ、３２ プロセッサ。

Claims (5)

1. 音楽信号に対応する、スピーカーのインピーダンスを出力するフィルタ回路に対して、前記スピーカーによる再生対象の音楽信号を与えて、前記フィルタ回路から、前記スピーカーのインピーダンスを取得するインピーダンス取得部と、
   前記インピーダンス取得部により取得されたインピーダンスが大きい程、小さな閾値電圧を設定する閾値電圧設定部と、
   再生対象の音楽信号の電圧と前記閾値電圧設定部により設定された閾値電圧とを比較し、再生対象の音楽信号の電圧が前記閾値電圧以下であれば、再生対象の音楽信号を増幅する増幅器のゲインを第１のゲインに設定し、再生対象の音楽信号の電圧が前記閾値電圧よりも大きければ、前記増幅器のゲインを前記第１のゲインよりも小さい第２のゲインに設定するゲイン制御部と
   を備えたゲイン制御装置。
2. 前記閾値電圧設定部は、前記スピーカーによって再生対象の音楽信号が再生されるとき、オーディオ装置に含まれている、スピーカー以外の機器が動作する状況下では、前記スピーカー以外の機器が動作しない状況下であるときよりも、小さな閾値電圧を設定することを特徴とする請求項１記載のゲイン制御装置。
3. インピーダンス取得部が、音楽信号に対応する、スピーカーのインピーダンスを出力するフィルタ回路に対して、前記スピーカーによる再生対象の音楽信号を与えて、前記フィルタ回路から、前記スピーカーのインピーダンスを取得し、
   閾値電圧設定部が、前記インピーダンス取得部により取得されたインピーダンスが大きい程、小さな閾値電圧を設定し、
   ゲイン制御部が、再生対象の音楽信号の電圧と前記閾値電圧設定部により設定された閾値電圧とを比較し、再生対象の音楽信号の電圧が前記閾値電圧以下であれば、再生対象の音楽信号を増幅する増幅器のゲインを第１のゲインに設定し、再生対象の音楽信号の電圧が前記閾値電圧よりも大きければ、前記増幅器のゲインを前記第１のゲインよりも小さい第２のゲインに設定する
   ゲイン制御方法。
4. 再生対象の音楽信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器による増幅後の音楽信号を再生するスピーカーと、
   音楽信号に対応する、前記スピーカーのインピーダンスを出力するフィルタ回路と、
   前記スピーカーによる再生対象の音楽信号を前記フィルタ回路に与えて、前記フィルタ回路から、前記スピーカーのインピーダンスを取得するインピーダンス取得部と、
   前記インピーダンス取得部により取得されたインピーダンスが大きい程、小さな閾値電圧を設定する閾値電圧設定部と、
   再生対象の音楽信号の電圧と前記閾値電圧設定部により設定された閾値電圧とを比較し、再生対象の音楽信号の電圧が前記閾値電圧以下であれば、前記増幅器のゲインを第１のゲインに設定し、再生対象の音楽信号の電圧が前記閾値電圧よりも大きければ、前記増幅器のゲインを前記第１のゲインよりも小さい第２のゲインに設定するゲイン制御部と
   を備えたオーディオ装置。
5. 前記フィルタ回路は、ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ、又は、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを含んでいることを特徴とする請求項４記載のオーディオ装置。

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