JP4416367B2

JP4416367B2 - スピーカ保護システム

Info

Publication number: JP4416367B2
Application number: JP2001508195A
Authority: JP
Inventors: エムアールツロナルダス; アーエムニエヴェンダイクヨリス
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: EP1145593B1; JP2003503989A; CN1348673A; US6865274B1; CN1185908C; WO2001003466A2; WO2001003466A3; EP1145593A2; KR100886575B1; DE60043425D1; KR20010074930A

Description

【０００１】
本発明はオーディオ信号の１つ以上の周波数帯域を規定するスピーカ保護システムに関するものである。
【産業上の利用分野】
本発明はスピーカ保護システムを設けたオーディオ機器に用いる。
【０００２】
【従来の技術】
かかるスピーカ保護システムはDE-AS 24 15 816から既知であり、コンパクトな小型のいわゆるマイクロ、ミニまたはミディオーディオ機器に適用できる。既知のスピーカ保護システムは個別の帯域幅可制御フィルタ手段を具え、その特に低および高周波数帯域の帯域幅をスピーカ保護システムのスピーカに対して結合された制御手段によって制御し得るようにしている。スピーカの短時間または長時間の聴取による過負荷に対して熱的に保護するためには、スピーカに対するオーディオ信号の出力レベルを減少させることによってフィルタ手段を機能させるようにしている。例えば、低音周波数範囲内のスピーカ出力レベルを減少させることのみによって或る保護を行っているが、同時にこれはスピーカの出力を不必要に犠牲にし、従って得られるスピーカ出力の有効な使用を妨げる既知のスピーカ保護システムの欠点でもある。さらにこのスピーカ出力を犠牲にすることはこれらオーディオ機器のヤング層のターゲットに対しては大きな商業的な欠点となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、スピーカに対して得られる全出力範囲を不必要に影響することなく、スピーカを保護する特定の目的のみに影響を与えるようにしたスピーカ保護システムを提供せんとするにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、オーディオ信号の１つ以上の周波数帯域を規定するフィルタ手段を具えるスピーカ保護システムが、前記フィルタ手段に結合された可制御増幅器／減衰器手段と、前記周波数帯域の少なくとも１つで選択可能なオーディオ出力制御に用いられる関連するスピーカ保護情報を表す該少なくとも１つのオーディオ出力を決めるように、前記可制御増幅器／減衰器手段を制御するために結合された処理手段とを更に具えることを特徴とする。
【０００５】
【作用】
各周波数帯域においてスピーカの各オーディオ出力を決めることによって、スピーカに接続された種々の危険源、例えば短期および長期の負荷並びに再生されたスピーカ音のあらゆる種類の既知の歪みである、スピーカコーン部またはコイルの過剰な変位けにまたは変化のような危険源に関する正確な情報を得ることができる。これがため、多目的スピーカ保護システムを得ることができ、これはスピーカに得られる全出力範囲に不必要な影響を与えることなく、特定の保護機能に占有とすることができる。従って、各周波数帯域のオーディオ出力はスピーカ保護情報の信頼し得る情報源を提供し、これがため、オーディオ出力が犠牲になることはなく、従ってスピーカに危険を与えることなく最大のオーディオ出力性能を引出すことができる。
【０００６】
本発明スピーカ保護システムの一例では、前記処理手段は次式v_jtop ²*R{Y_j}に比例して周波数帯域jのオーディオ出力S_jを決め、ここにv_jtopは周波数帯域jにおける周波数成分の振幅のピーク値とし、R{Y_j}は周波数帯域jにおけるスピーカの電気アドミッタンスの実数部とすることを特徴とする。
【０００７】
好適には、v_jtopは増幅器／減衰器手段の各出力から取出すことができ、R{Y_j}は推測または予測することができ、あるいは他の例でスピーカと直列に配列された測定素子によって実際に正確に測定することができる。
【０００８】
本発明スピーカ保護システムの他の例では、スピーカ保護システムにおいて、j=1,2,3…n,とし、nが周波数帯域の数である場合には、オーディオ信号の周波数スペクトルが分割されることを特徴とする。
【０００９】
オーディオ信号の最低周波数成分を含む周波数帯域であるj=1からスタートする場合には、この周波数帯域はスピーカのボイスコイルの抵抗値を良好に推測する関連情報を含む。この抵抗値はボイスコイルの実際の温度に依存して徐々に増大する。従って、信号S1に含まれる情報を用いて増幅器／減衰器手段を緩慢な期間の熱保護として機能させることができる。同様に例えば、いわゆるヘルムホルツ周波数（例えば、位相反転型スピーカに対しては25Hz乃至85Hz）を中心とした周波数成分を含むオーディオ出力S₂によってスピーカのコーン部の実際の変位に関する正確な情報を提供する。従って、オーディオ出力S₂に含まれる情報を用いて増幅器／減衰器手段を作動させて迅速なコーン変位部の保護として機能させるようにする。
【００１０】
本発明のさらに他の例では、前記処理手段は可能な値の特定のサブ範囲に亘ってオーディオ出力S_jを加算することができ、ここにjを1,2,…nからの値の範囲にあることを特徴とする。
【００１１】
好適には、1からnまでの可能な全ての値に亘りオーディオ出力S_jを加算してスピーカの瞬時的電気消費量に関する情報を表わす信号Sの値を示すようにする。従って、信号Sに含まれる情報をゆ用いて増幅器／減衰器手段を迅速な熱保護として機能させることができる。
【００１２】
実際上、或る関知し得る迅速な充分に加算された値または値S_jの組合せを用いてこれらの個別の値が或る正規化された個別の値S_normに近似すると増幅器／減衰器手段は処理手段により制御されて適宜に作動しスピーカを保護する。
【００１３】
本発明のさらに他の例では、0.001-2sec毎、特に0.1-2sec毎にオーディオ出力S_jまたはその任意の加算値を決めることによって更新されたデータを取出し、正確且つ信頼し得る保護を常時討つようにする。好適には、本発明を低音スピーカに対し低い周波数範囲で適用し得るとともに中間音および高音スピーカに対しても適用する。
【００１４】
原理的には、種々の値および値制御方法は、スピーカ保護システムの他の例で好適なように、前記幅器／減衰器手段を、その減衰係数が
【数２】

に比例するように前記処理手段によって制御し、ここにα=S/S_normでβ_jが特定の周波数帯域jに経験的に依存する係数を表わすようにして可能となる。
【００１５】
本発明のさらに他の例では、前記スピーカ保護システムは、直列接続のスピーカおよび抵抗のような測定素子を具え、その共通接続点を前記処理手段に結合してスピーカの実インピーダンスデータを取出すようにしたことを特徴とする。
【００１６】
好適には、スピーカの実際のインピーダンスデータを測定することによって、保護システムの信頼性および精度を向上する。
【００１７】
好適には、前記処理手段は制御を止める時間よりも短い時間で制御を開始するように配列したことを特徴とする。
その利点は、制御を開始し且つ完了する手段が人間の耳に可聴困難で妨害しないことである。
【００１８】
【実施例】
図面につき本発明を説明する。
図１は可能なスピーカ保護システム１を示す。このスピーカ保護システム１は可能な分割増幅器A0に接続されたオーディオ信号入力端子２を具え、この増幅器A0はスピーカ保護システム１の並列配置のフィルタ手段に接続され、このフィルタ手段は帯域通過フィルタBPF1-BPF(n-1)および可能にはBPF(n)として配列され、これによりBPF(n)は高域通過フィルタとすることができる。各フィルタ手段BPFの各々は個別の増幅器Al1-Al(n)および減衰器A21-A2(n)として示される可制御増幅器／減衰器手段に接続する。増幅器／減衰器手段の各々には制御入力Vc1-Vc(n)を設け、増幅器／減衰器手段の増幅率または減衰率はその各制御信号に依存して制御することができる。出力信号v1-v(n)は加算器３に供給してこの加算器３を増幅器A3およびスピーカにLS接続し、このスピーカにLSを接地する。スピーカ保護システム１はピーク値検出器P1-Pnを経て出力信号v1-vnが供給される処理手段４を具える。ピーク値検出器P1-Pnには出力信号v1-vnのピーク値を表わす信号V1-Vnを最終的に入力する。処理手段４によって制御信号Vc1-Vc(n-1)を増幅器／減衰器手段の対応する制御入力端子に供給する。さらに、スピーカ保護システム１の他の例では、他の制御情報を抵抗Rmのような測定素子から、他の帯域通過フィルタBPMm、増幅器Am、および他のピーク値検出器Pmを経て取出し、この制御情報を処理手段４にも供給する。原理的には、スピーカ保護システム１の全ての構成素子をアナログ、ディジタルまたはその混成（ハイブリッド）で実現することができ、これにより好適なA/DおよびD/A変換器によって変換を行い、ここに可能なマルチプレクサを適用して必要な変換器の数を減少させるようにする。処理手段４はマイクロプロセッサやコンピュータのような適宜のプログラム化プロセッサによって実現できる。
【００１９】
スピーカ保護システム１の機能は次の通りである。入力端子２のオーディオ信号をフィルタ手段BPF1-BPFnによって分離された周波数帯域で分割する。周波数帯域jの各々のオーディオ出力S_jを次式で示される例において出力信号により繰返し計算する。
S_j =v_jtop ²*R{Y_j}*(A₃)²
ここにV_jtopは周波数帯域jの周波数成分の振幅のピーク値であり、R{Y_j}は周波数帯域jにおけるスピーカの電気アドミッタンスの実数部であり、A₃は増幅器A3の利得である。後者は関連するスピーカLSの電気アドミッタンスに関する予め測定されたテーブルから得ることができ、また、後述する測定素子Rmによって実際に測定することができる。周波数帯域の数nは例えば２乃至８とすることができる。最低の周波数帯域はこれに存在するオーディオ出力S₁の形状の情報を含み、この情報はスピーカのボイスコイルの抵抗値に対して良好に推定する。この抵抗値はボイスコイルの実際の温度とともに増大する。或る瞬時S₁のオーディオ信号が正規化されたスピーカの値S_norm以上になると、増幅器／減衰器手段が処理手段４によって作動され、制御信号Vc1によってスピーカへの臨界的なオーディオ出力を低減する出力S₁を減少するように作動し、その長期間の（緩慢な）熱保護が達成されるようになる。オーディオ出力S₁はスピーカLSの保護に対して必要なかぎり制御自在に減少し、従って全出力範囲を安全に用いることができる。
【００２０】
同様に、例えば、ヘルムホルツ周波数以上（例えば、位相反転型スピーカに対しては25Hz乃至85Hz）を中心とした周波数成分を含むオーディオ出力S₂によってスピーカのコーン部の実際の変位に関する正確な情報を提供する。ヘルムホルツ帯域およびヘルムホルツ周波数f_Hの例を図２にf₁およびf₂間に示す。図示の一方のピーク曲線は正規のスピーカシステムに対するものを示す。従って、ヘルムホルツ周波数を中心としたオーディオスピーカ出力の形状のオーディオ出力S₂に含まれる情報を用いて増幅器／減衰器手段を作動させて迅速なコーン変位部の保護として機能させるようにする。信号S₂のオーディオ出力が所定レベル以上になると、ボイスコイルが磁界外で作動し不所望に大きな変位が生じるようになる。コーン部の保護は処理手段４により信号S₂のオーディオ出力を制御することにより達成し、所定レベルが特定のスピーカに対して過剰とならない程度に低くする。周波数帯域S_jの任意好適な組合せを用いて、および／または加算して過剰なコーン部の変位に関する所望な情報を提供することができる。
【００２１】
達成し得る以下の保護はスピーカのオーディオ出力信号の高レベルピークを保護する大きな範囲の、即ち、迅速な熱保護である。これは、処理手段４において数個の周波数帯域におけるオーディオ出力S_jの和Sを次式によって決めることにより行われる。
S=Σv_jtop ²*R{Y_j}*(A₃)²
【００２２】
上記和Sが他の正規化所定値以上になると、制御作動を処理手段によって行い最終的に信号Sが減少し、加算されると、スピーカの可能な総オーディオ出力が減少し、これによってスピーカLSを瞬時高レベルオーディオピークに対して保護する。処理手段によってオーディオ出力S_jまたはそのその任意の加算Sを0.001-2sec毎、特に、0.1-1sec毎に決め得るようにする。これは、一般にオーディオ信号の予期された変化および処理手段４を適宜にプログラムするに必要なハードウエアおよびソフトウエアの速度に依存する。上述した保護方法の任意のものを組合せ且つ低音、中音および高音スピーカに対して明かな手法によって実行し得ること勿論である。
【００２３】
減衰率Vc1-Vcnの制御はオーディオ信号を著しく減衰しないように徐々に行うとともにスピーカLSの全出力範囲を使用し得るようにする。制御の可能な方法は、前記幅器／減衰器手段を、その減衰係数が
【数３】

に比例するように前記処理手段によって制御し、ここにα=S/S_normで、S_normは信号Sのさらに正規化された値を表わし、β_jは係数を示し、その値は特定の周波数帯域jに経験的に依存する。例えば、β_jは0,1/4,2/4,3/4,1を選択することができる。ここにSは１つ以上の周波数帯域に亘って加算することができる。例えば、増幅器／減衰器手段の減衰（増幅率の逆数）を次式；
【数４】

に比例して一層徐々に調整することもでき、ここに迅速な熱保護に対してτを１以上且つxを経験的に決める定数とする。一般に、人間の視認性の理由に対して、処理手段４は制御を中断する時間よりも短い時間で制御を開始するのが好適である。
【００２４】
上述した他の例では、スピーカ保護システム１は測定素子Rmを具えている。例えば、共通接続点Pの測定素子Rmの瞬時インピーダンスおよびその間の電圧に関するデータを、処理手段４によってそのメモリテーブルのデータに対応させることなく用いて上述した保護方法の各可能な組合せに対して一層正確に且つ信頼性のある値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明スピーカ保護システムの可能な例を示す概略接続図である。
【図２】２種類のスピーカのインピーダンス対周波数の関係を示すグラフである。

Claims

オーディオ信号の２つ以上の周波数帯域を規定するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段に結合され、該フィルタ手段を通されたオーディオ信号を増幅／減衰する２つ以上の可制御増幅器／減衰器手段と、
前記２つ以上の周波数帯域でのオーディオ出力を決定するように、前記２つ以上の可制御増幅器／減衰器手段の少なくとも２つから出力される信号のピーク値に依存して該２つ以上の可制御増幅器／減衰器手段を制御するよう結合された処理手段と
を具え、
前記２つ以上の周波数帯域の夫々のオーディオ出力は、夫々の周波数帯域で選択可能なオーディオ出力制御に用いられる関連するスピーカ保護情報を表す、スピーカ保護システム。
前記処理手段は次式v_jtop ²*R{Y_j}に比例して周波数帯域jのオーディオ出力S_jを決め、ここにv_jtopは周波数帯域jにおける周波数成分の振幅のピーク値とし、R{Y_j}は周波数帯域jにおけるスピーカの電気アドミッタンスの実数部とすることを特徴とする請求項１に記載のスピーカ保護システム。
スピーカ保護システムにおいて、j=2,3…n,とし、nが周波数帯域の数である場合には、オーディオ信号の周波数スペクトルが分割されることを特徴とする請求項２に記載のスピーカ保護システム。
前記処理手段はjの可能な値の特定のサブ範囲に亘ってオーディオ出力S_jを加算することができ、ここにjを2,…nからの値の範囲にあることを特徴とする請求項２または３に記載のスピーカ保護システム。
値S_jの任意の加算値または合成値が或る正規化された値S_normに近似する場合には、前記増幅器／減衰器手段を前記処理手段によって制御することを特徴とする請求項４に記載のスピーカ保護システム。
前記処理手段によって0.001-2sec毎、特に0.1-2sec毎にオーディオ出力S_jまたはその任意の加算値を決めるようにしたことを特徴とする請求項４または５に記載のスピーカ保護システム。
前記幅器／減衰器手段は、その減衰係数が

に比例するように前記処理手段によって制御され、ここにα=S/S_normでβ_jが特定の周波数帯域jに経験的に依存することを特徴とする請求項１〜６の何れかの項に記載のスピーカ保護システム。
前記スピーカ保護システムは、直列接続のスピーカおよび抵抗のような測定素子を具え、その共通接続点を前記処理手段に結合して前記スピーカの実インピーダンスデータを取出すようにしたことを特徴とする請求項１〜７の何れかの項に記載のスピーカ保護システム。
前記処理手段は制御を止める時間よりも短い時間で制御を開始するよう配置されることを特徴とする請求項１〜８の何れかの項に記載のスピーカ保護システム。
請求項１〜９の何れかの項に記載のスピーカ保護システムを設けたオーディオ機器。