JP4862820B2 - Acoustic signal amplifier - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent clipping corresponding to the impedance change of a load. <P>SOLUTION: A power supply voltage supplied to the output stage of a power amplification part is detected by a power supply voltage detection part, an output current output from the output stage of the power amplification part is detected by a current detection part, a voltage value corresponding to an output current detected by a conversion table part 50 is output, and a clip detection level based on the voltage value and the power supply voltage is determined by a subtraction part 51 and a second attack release part 52. In the meantime, the level of audio signals input to a full wave rectification part 54, a first attack release part 55 and a level adjusting part 56 is detected. When the level of the audio signals is higher than a clip detection reference level as the result of division in a division part 57, control signals are generated from a control signal generation part 58 and a level control part performs the level attenuation control of the audio signals so as to prevent the clip. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は、音響信号を増幅する音響信号増幅装置に関し、詳しくは、その出力信号のクリップを防止する技術に関する。   The present invention relates to an acoustic signal amplifying apparatus that amplifies an acoustic signal, and more particularly to a technique for preventing clipping of an output signal.

オーディオ用パワーアンプは、外部の音響信号供給源(ソース)から入力された音響信号を、電源が供給する電力を用いて増幅し、スピーカを駆動する装置である。アンプに対して電源電圧を超える出力に相当する音響信号が入力された場合、アンプからスピーカへ出力される音響信号の信号レベルは電源電圧に制限されるため、該出力される音響信号の波形の上下ピークがつぶれた形になり、クリップ(歪み)が生じる。出力される音響信号にクリップが生じると、スピーカから出力される音響信号の音質が劣化するという問題があった。   The power amplifier for audio is a device that amplifies an acoustic signal input from an external acoustic signal supply source (source) using power supplied from a power source and drives a speaker. When an acoustic signal corresponding to an output exceeding the power supply voltage is input to the amplifier, the signal level of the acoustic signal output from the amplifier to the speaker is limited to the power supply voltage. The upper and lower peaks are crushed, and clipping (distortion) occurs. When a clip occurs in the output sound signal, there is a problem that the sound quality of the sound signal output from the speaker deteriorates.

上記クリップを防止するための技術として、電力増幅器にクリップ防止回路を備えることが従来から知られている(例えば、下記特許文献1を参照)。特許文献1の記載によれば、電力増幅器において、音響信号の信号レベルと所定のクリップ検出電圧を比較するクリップ検出用コンパレータを具備し、該クリップ検出用コンパレータでの比較の結果、該音響信号の信号レベルが該クリップ検出電圧より大きくなった場合に、入力される音響信号の減衰量を大きくする(レベルを下げる)制御が行なわれ、出力信号のクリップが防止されていた。なお、クリップ検出電圧は、増幅器の電源電圧から増幅器の出力段における電圧降下量(トランジスタの電圧降下量)に対応する電圧を差し引いた値であって、これは増幅器のダイナミックレンジの上限に相当するものである。
特開平08−195634号公報
As a technique for preventing the clipping, it has been conventionally known that a power amplifier includes a clip prevention circuit (see, for example, Patent Document 1 below). According to the description of Patent Document 1, the power amplifier includes a clip detection comparator that compares the signal level of the acoustic signal with a predetermined clip detection voltage, and as a result of the comparison by the clip detection comparator, When the signal level becomes higher than the clip detection voltage, control is performed to increase (decrease the level of) attenuation of the input acoustic signal, thereby preventing output signal clipping. The clip detection voltage is a value obtained by subtracting the voltage corresponding to the voltage drop amount (transistor voltage drop amount) at the output stage of the amplifier from the power supply voltage of the amplifier, and this corresponds to the upper limit of the dynamic range of the amplifier. Is.
Japanese Patent Laid-Open No. 08-195634

ところで、増幅器に接続される負荷のインピーダンスを変更しつつ、出力段から出力される信号のクリップの様子を観測すると、電源電圧とクリップ検出電圧の差(つまり電圧降下量)は、一定ではなく、負荷のインピーダンスに応じて変化することがわかる。しかし、上記のような従来のクリップ防止技術では、クリップ検出電圧が固定的に設定される構成であったため、負荷のインピーダンスの変動にクリップ検出電圧を対応させることができないという不都合があった。このため、低いインピーダンスの負荷が接続される可能性があれば、安全をみてクリップ検出電圧が低めに設定されるようクリップ防止回路を設計せざるを得なかった。その場合、結果的に増幅器のダイナミックレンジが狭くなってしまう。   By the way, when the state of clipping of the signal output from the output stage is observed while changing the impedance of the load connected to the amplifier, the difference between the power supply voltage and the clip detection voltage (that is, the voltage drop amount) is not constant, It turns out that it changes according to the impedance of load. However, the conventional clip prevention technology as described above has a configuration in which the clip detection voltage is fixedly set. Therefore, there is a disadvantage in that the clip detection voltage cannot be made to correspond to a change in load impedance. For this reason, if there is a possibility that a load having a low impedance is connected, the clip prevention circuit has to be designed so that the clip detection voltage is set low for safety. In that case, as a result, the dynamic range of the amplifier becomes narrow.

この発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、クリップ検出の基準となるレベルを、負荷のインピーダンスに対応させることができるクリップ防止機構を備えた音響信号増幅装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an acoustic signal amplifying apparatus including a clip prevention mechanism capable of making a reference level for clip detection correspond to the impedance of a load. To do.

この発明に係る音響信号増幅装置は、音響信号を入力する入力部と、前記入力部から入力された音響信号のレベルを、制御信号に応じて制御するレベル制御部と、前記レベル制御部でレベル制御された音響信号の電力を増幅して出力段から出力する電力増幅部と、前記電力増幅部の出力段に供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、前記電力増幅部の出力段から出力される出力電流を検出する電流検出部と、前記電圧検出部により検出された電源電圧と前記電流検出部により検出された出力電流とに基づきクリップ検出基準レベルを決定する決定部と、前記入力部の入力から前記電力増幅部の出力までの何れかのステージにおける前記音響信号を入力し、該入力された何れかのステージにおける音響信号に基づき前記電力増幅部の出力段における音響信号の信号レベルを推定するレベル推定部と、前記レベル推定部により推定された信号レベルと前記決定部により決定されたクリップ検出基準レベルとの比較に基づいて前記出力段で発生する可能性のある音響信号に対するクリップを検出し、該検出結果に基づきクリップ検出信号を出力するクリップ検出部と、前記クリップ検出部から出力されたクリップ検出信号に基づき前記出力段のクリップを防止するための前記制御信号を発生する制御信号発生部とを備え、前記レベル制御部は前記制御信号発生部により発生した制御信号に応じて入力された音響信号のレベルを制御することを特徴とする。   The acoustic signal amplifying device according to the present invention includes an input unit that inputs an acoustic signal, a level control unit that controls the level of the acoustic signal input from the input unit in accordance with a control signal, and a level that is controlled by the level control unit. From the power amplifier that amplifies the power of the controlled acoustic signal and outputs it from the output stage, the voltage detector that detects the power supply voltage supplied to the output stage of the power amplifier, and the output stage of the power amplifier A current detection unit that detects an output current that is output; a determination unit that determines a clip detection reference level based on a power supply voltage detected by the voltage detection unit and an output current detected by the current detection unit; and the input The acoustic signal in any stage from the input of the unit to the output of the power amplification unit is input, and the output stage of the power amplification unit based on the acoustic signal in any of the input stages A level estimator for estimating the signal level of the acoustic signal in the output signal, and a possibility of occurrence at the output stage based on a comparison between the signal level estimated by the level estimator and the clip detection reference level determined by the determiner A clip detection unit that detects a clip with respect to a certain acoustic signal and outputs a clip detection signal based on the detection result, and the clip for preventing the output stage clip based on the clip detection signal output from the clip detection unit And a control signal generator for generating a control signal, wherein the level controller controls the level of the input acoustic signal in accordance with the control signal generated by the control signal generator.

電圧検出部により電力増幅部の出力段に供給される電源電圧が検出され、また、電流検出部により電力増幅部の出力段から出力される出力電流が検出され、決定部により該検出された電源電圧と出力電流に基づいてクリップ検出基準レベルを決定することで、電源電圧又は出力電流の少なくともいずれか一方の変動に応じて動的にクリップ検出基準レベルの値が変化する。そして、レベル推定部により推定された音響信号の信号レベルが前記決定部により決定されたクリップ検出基準レベルよりも大きいときに、クリップ検出信号がクリップ検出部から出力され、該出力されたクリップ検出信号に基づき、電力増幅部出力段のクリップを防止するための制御信号が制御信号発生部から発生する。これにより、レベル制御部は、該発生された制御信号に基づき音響信号のレベルを減衰する制御を行うことができる。   The power supply voltage supplied to the output stage of the power amplification unit is detected by the voltage detection unit, the output current output from the output stage of the power amplification unit is detected by the current detection unit, and the detected power source is detected by the determination unit By determining the clip detection reference level based on the voltage and the output current, the value of the clip detection reference level dynamically changes according to the fluctuation of at least one of the power supply voltage and the output current. When the signal level of the acoustic signal estimated by the level estimation unit is higher than the clip detection reference level determined by the determination unit, a clip detection signal is output from the clip detection unit, and the output clip detection signal Then, a control signal for preventing clipping of the output stage of the power amplifier is generated from the control signal generator. Thereby, the level control part can perform control which attenuates the level of an acoustic signal based on the generated control signal.

この発明に係る音響信号増幅装置によれば、電力増幅部の出力段の電源電圧と該電力増幅部の出力段の出力電流とに基づいてクリップ検出基準レベルを決定するよう構成されているので、電源電圧の変化に応じたクリップ検出基準レベルの変化だけでなく、電力増幅部に接続される負荷のインピーダンスの変化に応じたクリップ基準レベルの変化もシミュレートでき、該負荷のインピーダンスの変化に動的に対応した精密なクリップ予測、及び、それに応じたクリップ防止のための音響信号のレベル制御を行うことができるようになるとういう優れた効果を奏する。   The acoustic signal amplifying device according to the present invention is configured to determine the clip detection reference level based on the power supply voltage of the output stage of the power amplifier and the output current of the output stage of the power amplifier. In addition to the change in the clip detection reference level according to the change in the power supply voltage, the change in the clip reference level according to the change in the impedance of the load connected to the power amplifier can be simulated. Therefore, there is an excellent effect that it is possible to perform accurate clip prediction corresponding to the target and to control the level of the sound signal for clip prevention corresponding thereto.

以下、この発明の一実施例について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、この発明に係る音響信号増幅装置を適用したパワーアンプのハードウェア構成例を示すブロック図である。パワーアンプ1には、音響信号の供給源(ソース)2とスピーカ3が外部接続されている。パワーアンプ1は、ソース2から入力された音響信号を増幅して、該増幅した音響信号によりスピーカ3を駆動する装置である。この実施例では、パワーアンプ1として、例えばホールや劇場などで利用される大規模なPA(Public Address)システムに組み込まれるパワーアンプが想定されている。ソース2は、例えばオーディオミキサなど、パワーアンプ1に供給すべき音響信号を出力する装置である。   FIG. 1 is a block diagram showing a hardware configuration example of a power amplifier to which an acoustic signal amplifier according to the present invention is applied. An acoustic signal supply source (source) 2 and a speaker 3 are externally connected to the power amplifier 1. The power amplifier 1 is a device that amplifies an acoustic signal input from the source 2 and drives the speaker 3 by the amplified acoustic signal. In this embodiment, the power amplifier 1 is assumed to be a power amplifier incorporated in a large-scale PA (Public Address) system used in, for example, a hall or a theater. The source 2 is a device that outputs an acoustic signal to be supplied to the power amplifier 1 such as an audio mixer.

パワーアンプ1は、CPU10、フラッシュメモリ11及びRAM12からなるマイクロコンピュータと、AD変換器とディジタル入力器を含む波形入力部13と、DSPで構成される信号処理部14と、DA変換器及びAD変換器を含むDA・AD変換部(D/A・A/D部)15と、アナログ回路で構成された電力増幅部16と、表示器17と、操作子18と、その他I/O19とから構成されており、各部がバス10bを介して接続される。パワーアンプ1においてCPU10は、フラッシュメモリ11又はRAM12に記憶された制御プログラムを実行し、当該パワーアンプ1の各部の動作を制御する。   The power amplifier 1 includes a microcomputer including a CPU 10, a flash memory 11 and a RAM 12, a waveform input unit 13 including an AD converter and a digital input unit, a signal processing unit 14 including a DSP, a DA converter, and an AD conversion. A DA / AD conversion unit (D / A / A / D unit) 15 including a display unit, a power amplification unit 16 composed of an analog circuit, a display unit 17, an operator 18, and other I / O 19 Each part is connected via the bus 10b. In the power amplifier 1, the CPU 10 executes a control program stored in the flash memory 11 or the RAM 12 and controls the operation of each unit of the power amplifier 1.

ソース2から入力された音響信号は、波形入力部13を介して信号処理部14へ供給される。ソース2から入力された音響信号がアナログ波形であれば、該アナログ波形はAD変換器を介してディジタル波形データに変換され、該変換されたディジタル波形データが信号処理部14へ供給される。また、ソース2から入力された音響信号がディジタル波形データであれば、該ソース2から入力されたディジタル波形データがディジタル入力器を介して信号処理部14へ供給される。この波形入力部13が本発明にかかる音響信号を入力する入力部に相当する。   The acoustic signal input from the source 2 is supplied to the signal processing unit 14 via the waveform input unit 13. If the acoustic signal input from the source 2 is an analog waveform, the analog waveform is converted into digital waveform data via an AD converter, and the converted digital waveform data is supplied to the signal processing unit 14. If the acoustic signal input from the source 2 is digital waveform data, the digital waveform data input from the source 2 is supplied to the signal processing unit 14 via the digital input device. This waveform input unit 13 corresponds to an input unit for inputting an acoustic signal according to the present invention.

信号処理部14は、CPU10から与えられる命令に基づき、波形入力部13から供給されたディジタル波形データに対する信号処理を行う。信号処理部14において行なわれる信号処理は、大別して、クロスオーバー処理、ディレイ処理、イコライザ処理などの波形データの特性調整と、パワーアンプ1自身(電力増幅部16)乃至スピーカ3の保護機能との2つの処理であって、詳しくは図3を参照して説明する。信号処理部14で信号処理された波形データは、DA・AD変換部15に入力される。   The signal processing unit 14 performs signal processing on the digital waveform data supplied from the waveform input unit 13 based on a command given from the CPU 10. The signal processing performed in the signal processing unit 14 is broadly divided into characteristics adjustment of waveform data such as crossover processing, delay processing, equalizer processing, and the protection function of the power amplifier 1 itself (power amplification unit 16) to the speaker 3. The two processes will be described in detail with reference to FIG. The waveform data signal-processed by the signal processing unit 14 is input to the DA / AD conversion unit 15.

信号処理部14から出力された波形データ(ディジタル音響信号)は、DA・AD変換部15においてアナログ波形に変換され、該アナログ波形に変換された音響信号が電力増幅部16へ出力される。電力増幅部16では、アナログ波形の電圧および電流の増幅が行なわれ、該増幅されたアナログ波形がスピーカ端子から外部接続されたスピーカ3へ出力される。   The waveform data (digital acoustic signal) output from the signal processing unit 14 is converted into an analog waveform by the DA / AD conversion unit 15, and the acoustic signal converted into the analog waveform is output to the power amplification unit 16. The power amplifier 16 amplifies the voltage and current of the analog waveform, and outputs the amplified analog waveform from the speaker terminal to the externally connected speaker 3.

なお、その他I/O19は、例えばイーサネット(登録商標)など、従来から知られる適宜の通信インターフェースで構成されてよい。パワーアンプ1は、その他I/O19を介して外部装置と接続可能であり、例えば外部該接続されたパーソナルコンピュータにおいて当該パワーアンプ1をリモート制御するためのソフトウェアプログラムを実行することで、該パーソナルコンピュータからパワーアンプ1をリモート制御することができてよい。   In addition, the other I / O 19 may be configured by a conventionally known appropriate communication interface such as Ethernet (registered trademark). The power amplifier 1 can be connected to an external device via the other I / O 19. For example, by executing a software program for remotely controlling the power amplifier 1 in the external connected personal computer, the personal computer The power amplifier 1 may be remotely controlled.

図2は、図1に示す電力増幅部16の構成例を示すブロック図である。電力増幅部16は、前段増幅部20と、相補対称な2つの出力トランジスタQ1,Q2が負荷(スピーカ3)に対して並列に接続されたプッシュプル回路で構成された出力段とを含むアナログ回路で構成されており、正側の回路は電源21a(電源電圧+B)により駆動され、負側の回路は電源22a(電源電圧−B)により駆動される。   FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the power amplifying unit 16 illustrated in FIG. The power amplifying unit 16 includes an analog circuit including a front-stage amplifying unit 20 and an output stage composed of a push-pull circuit in which two complementary symmetric output transistors Q1 and Q2 are connected in parallel to a load (speaker 3). The positive circuit is driven by the power supply 21a (power supply voltage + B), and the negative circuit is driven by the power supply 22a (power supply voltage -B).

電力増幅部16の出力段において、第1の出力トランジスタQ1は、npn形トランジスタであって、コレクタに正側の電源21aが接続され、エミッタに第1のエミッタ抵抗Re1が接続される。また、第2の出力トランジスタQ2は、pnp形トランジスタであって、コレクタに負側の電源21bに接続され、エミッタに第2のエミッタ抵抗Re2が接続される。そして、第1の出力トランジスタQ1のエミッタに接続された第1のエミッタ抵抗Re1と、第2の出力トランジスタQ2のエミッタに接続された第2のエミッタ抵抗Re2の接続点23はスピーカ端子24に接続される。スピーカ端子24のマイナス側は接地されている。なお、符合29で示す点線部分はヒートシンクである。   In the output stage of the power amplifying unit 16, the first output transistor Q1 is an npn transistor, and the positive power source 21a is connected to the collector, and the first emitter resistor Re1 is connected to the emitter. The second output transistor Q2 is a pnp transistor, and is connected to the negative power source 21b at the collector and connected to the second emitter resistor Re2 at the emitter. A connection point 23 between the first emitter resistor Re1 connected to the emitter of the first output transistor Q1 and the second emitter resistor Re2 connected to the emitter of the second output transistor Q2 is connected to the speaker terminal 24. Is done. The negative side of the speaker terminal 24 is grounded. In addition, the dotted line part shown with the code | symbol 29 is a heat sink.

また、この実施例において電力増幅部16では、電源部に追従型電源回路22a,22bを採用している。追従型電源回路22a,22bは、入力された音響信号のレベルを動的に判別し、出力トランジスタに対して必要となる最小限の電力を提供する制御を行うものである。正側の電源21aに接続された正側の追従型電源回路22aは正側の出力トランジスタQ1へ電力を供給し、また、負側の電源21bに接続された負側の追従型電源回路22bは負側の出力トランジスタQ2へ電力を供給する。追従型電源回路22a,22bにより、電源21a,21bから出力トランジスタに対して供給される電力を、電力増幅部16に入力された音響信号のレベルに追従して適切に制御して、効率的で高精度の電力増幅を実現することができる。なお、この追従型電源回路22a,22bでは、入力された音響信号が大きく、出力トランジスタにクリップが生じているときに、正側及び負側の出力トランジスタに供給される電圧は、電源21a,21bから供給される電圧+B,電圧−Bとほぼ等しくなる。そのため、本実施態様では、クリップ検出基準レベルとして、追従型電源回路22a,22bを備えていないパワーアンプの場合と同様の算出方法で、電源21a,21bの電圧に基づいて算出したクリップ検出基準レベルを用いている。なお、追従型電源回路の詳細は、本出願人が開発したアンプドライブ技術「EEEngine」の説明(http://proaudio.yamaha.co.jp/topics/leading_technology/archives/learn_more_about_eeengine.html)等の記載を参照されたい。   In this embodiment, the power amplifier 16 employs follow-up type power supply circuits 22a and 22b for the power supply. The follow-up type power supply circuits 22a and 22b dynamically determine the level of the input acoustic signal and perform control to provide the minimum power necessary for the output transistor. A positive-side tracking power supply circuit 22a connected to the positive-side power supply 21a supplies power to the positive-side output transistor Q1, and a negative-side tracking power supply circuit 22b connected to the negative-side power supply 21b is Power is supplied to the negative output transistor Q2. The tracking power supply circuits 22a and 22b can efficiently control the power supplied from the power supplies 21a and 21b to the output transistor by following the level of the acoustic signal input to the power amplifier 16 and efficiently. Highly accurate power amplification can be realized. In the follow-up power supply circuits 22a and 22b, when the input acoustic signal is large and the output transistor is clipped, the voltages supplied to the positive and negative output transistors are the power supplies 21a and 21b. Is substantially equal to the voltage + B and the voltage −B supplied from. Therefore, in this embodiment, as the clip detection reference level, the clip detection reference level calculated based on the voltages of the power supplies 21a and 21b by the same calculation method as that of the power amplifier that does not include the follow-up power supply circuits 22a and 22b. Is used. Details of the follow-up power supply circuit are described in the explanation of the amplifier drive technology “EEEngine” developed by the applicant (http://proaudio.yamaha.co.jp/topics/leading_technology/archives/learn_more_about_eeengine.html) Please refer to.

信号処理部14から出力された波形データ(ディジタル音響信号)は、DA・AD変換部15のDA変換器30を介してアナログ波形(アナログ音響信号)に変換され、前段増幅部20に入力され、前段増幅部20では、前記入力されたアナログ波形の電圧が、出力段で必要な電圧を得るべく増幅される。前段増幅部20から出力される信号の正側の半波は、正電源21aと第1のトランジスタQ1の回路に入る。第1のトランジスタQ1では、追従型電源ユニット22aを介して供給される正側の電源電圧+Bにより、前段増幅部20から出力された正側の半波信号の電流を増幅して、スピーカ端子24へ出力する。また、前段増幅部20から出力される信号の負側の半波は、負電源21bと第2のトランジスタQ2の回路に入る。第2のトランジスタQ2では、追従型電源ユニット22bを介して供給される負の電源電圧−Bにより、該前段増幅部20から出力された負側の半波信号の電流を増幅してスピーカ端子24へ出力する。すなわち、2つの出力トランジスタQ1,Q2が、入力波形の半サイクルごとを分担して入力波形の増幅を行い、最終段のスピーカ3を駆動する。   The waveform data (digital acoustic signal) output from the signal processing unit 14 is converted into an analog waveform (analog acoustic signal) via the DA converter 30 of the DA / AD conversion unit 15 and input to the preamplifier 20. In the pre-stage amplifier 20, the voltage of the input analog waveform is amplified so as to obtain a necessary voltage in the output stage. The positive half wave of the signal output from the preamplifier 20 enters the circuit of the positive power supply 21a and the first transistor Q1. In the first transistor Q1, the current of the positive half-wave signal output from the preamplifier 20 is amplified by the positive power supply voltage + B supplied via the follow-up power supply unit 22a, and the speaker terminal 24 Output to. The negative half wave of the signal output from the pre-amplifier 20 enters the circuit of the negative power source 21b and the second transistor Q2. The second transistor Q2 amplifies the current of the negative half-wave signal output from the pre-amplifier 20 by the negative power supply voltage −B supplied via the follow-up power supply unit 22b, and the speaker terminal 24. Output to. That is, the two output transistors Q1 and Q2 share the input waveform every half cycle to amplify the input waveform and drive the speaker 3 at the final stage.

電力増幅部16には、電源電圧検出部25、電流検出部26、出力電圧検出部27及び温度検出部28が具備されており、各部で検出したアナログ信号は、DA・AD変換部15を介してディジタルデータに変換されて信号処理部14に提供され、該信号処理部14のディジタル演算によって実現されるパワーアンプ1自身(電力増幅部16)乃至スピーカ3の保護機能に利用される。前記図1において、電力増幅部16から出力され、DA・AD変換部15を介して信号処理部14へ入力される音響信号とは逆向きの情報の流れを示す矢印は、保護機能のためのデータ通信を表している。   The power amplification unit 16 includes a power supply voltage detection unit 25, a current detection unit 26, an output voltage detection unit 27, and a temperature detection unit 28, and the analog signal detected by each unit passes through the DA / AD conversion unit 15. The data is converted into digital data and provided to the signal processing unit 14, and is used for the protection function of the power amplifier 1 itself (the power amplification unit 16) or the speaker 3 realized by the digital calculation of the signal processing unit 14. In FIG. 1, the arrow indicating the flow of information output from the power amplifying unit 16 and opposite to the acoustic signal input to the signal processing unit 14 via the DA / AD conversion unit 15 is for the protection function. Represents data communication.

図2において、電源電圧検出部25は電力増幅部16の電源電圧を検出する。検出された電源電圧に応じたアナログ信号は、AD変換器31を介してディジタル信号に変換され、信号処理部14へ供給される。図2の例では、電源電圧検出部25は負側の電源21bの電源電圧−Bのみを検出する構成例が示されており、検出された電源電圧の絶対値が信号処理部14へ供給されるものとする。なお、電源電圧検出部25は負側の電源電圧のみを検出する構成に限らず、正側の電源21aで電源電圧+Bを検出するように構成してもよいし、正側と負側の両側で電源電圧を検出し、該検出された正負両側の電源電圧のうちの絶対値の低い方を検出値として採用する構成であってもよい。この電源電圧検出部25が本発明にかかる電力増幅部の出力段に供給される電源電圧を検出する電圧検出部に相当する。   In FIG. 2, the power supply voltage detection unit 25 detects the power supply voltage of the power amplification unit 16. An analog signal corresponding to the detected power supply voltage is converted into a digital signal via the AD converter 31 and supplied to the signal processing unit 14. In the example of FIG. 2, a configuration example is shown in which the power supply voltage detection unit 25 detects only the power supply voltage −B of the negative power supply 21 b, and the absolute value of the detected power supply voltage is supplied to the signal processing unit 14. Shall be. The power supply voltage detector 25 is not limited to detecting only the power supply voltage on the negative side, but may be configured to detect the power supply voltage + B with the power supply 21a on the positive side, or on both the positive side and the negative side. Alternatively, the power supply voltage may be detected by using the power supply voltage detected on both the positive and negative sides, and the lower absolute value of the detected power supply voltages may be adopted as the detection value. The power supply voltage detection unit 25 corresponds to a voltage detection unit that detects a power supply voltage supplied to the output stage of the power amplification unit according to the present invention.

電流検出部26は電力増幅部16の出力段から出力電流を検出する。検出された出力電流に応じたアナログ信号は、AD変換器32を介してディジタル信号に変換され、該ディジタル信号に変換された出力電流のデータが信号処理部14へ供給される図2の例では、電流検出部22は、エミッタ抵抗Re1の両端の電圧として検出される正側の出力電流と、エミッタ抵抗Re2の両端の電圧として検出される負側の出力電流とをそれそれ検出する構成例が示されている。従って、ここで検出される出力電流は、正から負の値の範囲で変化する。なお、出力電流の検出方法は、これに限らず、スピーカ3への出力ラインにホール素子等の検出手段を設けて、スピーカ3へ出力される交流信号から出力電流を検出するよう構成してもよい。この電流検出部26が本発明にかかる電力増幅部の出力段から出力される出力電流を検出する電流検出部に相当する。   The current detection unit 26 detects an output current from the output stage of the power amplification unit 16. In the example of FIG. 2, the analog signal corresponding to the detected output current is converted into a digital signal via the AD converter 32, and the output current data converted into the digital signal is supplied to the signal processing unit 14. The current detector 22 has a configuration example for detecting the positive output current detected as the voltage across the emitter resistor Re1 and the negative output current detected as the voltage across the emitter resistor Re2, respectively. It is shown. Therefore, the output current detected here varies in the range from positive to negative values. The method for detecting the output current is not limited to this, and a configuration may be adopted in which detection means such as a Hall element is provided in the output line to the speaker 3 so that the output current is detected from the AC signal output to the speaker 3. Good. The current detection unit 26 corresponds to a current detection unit that detects an output current output from the output stage of the power amplification unit according to the present invention.

また、出力電圧検出部27は電力増幅部16の出力段からスピーカ端子24に出力されるスピーカ駆動信号の電圧を検出する。該検出された出力電圧に応じたアナログ信号は、AD変換器33を介してディジタル信号に変換され、信号処理部14へ供給される。温度検出部28は、第1の出力トランジスタQ1及び第2の出力トランジスタQ2のヒートシンク29の温度を検出する。該検出した温度に応じたアナログ信号は、AD変換器34を介してディジタル信号に変換され、信号処理部14へ供給される。   The output voltage detector 27 detects the voltage of the speaker drive signal output from the output stage of the power amplifier 16 to the speaker terminal 24. The analog signal corresponding to the detected output voltage is converted into a digital signal via the AD converter 33 and supplied to the signal processing unit 14. The temperature detector 28 detects the temperature of the heat sink 29 of the first output transistor Q1 and the second output transistor Q2. The analog signal corresponding to the detected temperature is converted into a digital signal via the AD converter 34 and supplied to the signal processing unit 14.

なお、DA・AD変換部15において、信号処理部14から電力増幅部16へ供給するオーディオ信号をDA変換するDA変換器30、電源電圧検出部25で検出した電源電圧の絶対値を示す電圧(電源電圧信号)をAD変換するAD変換器31、電流検出部26で検出した出力電流を示す電圧(出力電流信号)をAD変換するAD変換器32、出力電圧検出部27で検出した出力電圧をAD変換するAD変換器33、および、温度検出部28で検出した温度を示す電圧(温度信号)をAD変換するAD変換器34は、それぞれ、信号処理部14における信号処理のサンプリング周波数(例えば96kHzなど)と同じサンプリング周波数で動作する。なお、AD変換器34については、温度変化は穏やかなので、より低いサンプリング周波数(例えば1kHz〜10kHz程度)で動作するものに置き換えてもよい。また、AD変換器31〜33は、それぞれ、入力する電圧のピーク(電源電圧は電圧差の最小値、出力電流と出力電圧はそれぞれ最大値)に追従するアナログのエンベロープフォロワを用意すれば、より低いサンプリング周波数とすることができる。   In the DA / AD converter 15, a voltage (A) indicating the absolute value of the power supply voltage detected by the DA converter 30 and the power supply voltage detector 25 that DA converts the audio signal supplied from the signal processor 14 to the power amplifier 16. The AD converter 31 for AD conversion of the power supply voltage signal), the AD converter 32 for AD conversion of the voltage indicating the output current detected by the current detection unit 26 (output current signal), and the output voltage detected by the output voltage detection unit 27 The AD converter 33 that performs AD conversion and the AD converter 34 that performs AD conversion of the voltage (temperature signal) indicating the temperature detected by the temperature detection unit 28 are each a sampling frequency (for example, 96 kHz) of signal processing in the signal processing unit 14. Etc.) at the same sampling frequency. The AD converter 34 may be replaced with one that operates at a lower sampling frequency (for example, about 1 kHz to 10 kHz) because the temperature change is gentle. In addition, if the AD converters 31 to 33 each have an analog envelope follower that follows the peak of the input voltage (the power supply voltage is the minimum value of the voltage difference and the output current and the output voltage are each the maximum value), A low sampling frequency can be obtained.

また、図2において、スピーカ端子24のブロックについてのみ接地を図示し、これ以外の各ブロックについては、図の簡略化のため、その図示を省略しているが、実際には、各ブロックもそれぞれ接地されている。また、電力増幅部16には、スピーカ3への出力ライン24から前段増幅部20の入力へ出力電圧を負帰還するためのフィードバックループが設けられているが、その図示も、図の簡略化のため省略した。   Further, in FIG. 2, the grounding is shown only for the block of the speaker terminal 24, and the other blocks are not shown for simplification of the drawing, but actually each block is also shown. Grounded. Further, the power amplifier 16 is provided with a feedback loop for negatively feeding back the output voltage from the output line 24 to the speaker 3 to the input of the pre-amplifier 20, but the illustration is also simplified. I omitted it.

図3は、信号処理部14の実行する信号処理アルゴリズムを説明するためのブロック図である。信号処理部14の動作は、以下に述べる各モジュールの機能を実現するためのマイクロプログラムにより実行される。すなわち、CPU10は、以下に述べる各モジュールの機能を実現するためのマイクロプログラムを信号処理部14に設定する。   FIG. 3 is a block diagram for explaining a signal processing algorithm executed by the signal processing unit 14. The operation of the signal processing unit 14 is executed by a microprogram for realizing the function of each module described below. That is, the CPU 10 sets a microprogram for realizing the function of each module described below in the signal processing unit 14.

図3において、クロスオーバー40、ディレイ41、イコライザ(EQ)42、リミッタ43は、特性調整部を構成するモジュール群であって、図3においては特性調整部を点線で囲む。ユーザは、特性調整部を構成する各モジュールのパラメータの値を任意に設定し、信号処理部14に入力された音響信号の特性を任意に調整することができる。なお、図3においては、特性調整部の各モジュール40〜43の名称に下線を付与することで、そのパラメータの値をユーザが任意に設定できることを表現し、後述の保護機能に関するモジュール群(パラメータの値をユーザが設定しないもの)との区別を付けた。ただし、名称に下線のないモジュールのうちレベル制御部44については、ユーザがパワーアンプ1の音量調整ツマミを操作することにより、その通常音量レベル(減衰率)が制御される。   In FIG. 3, a crossover 40, a delay 41, an equalizer (EQ) 42, and a limiter 43 are a group of modules that constitute a characteristic adjusting unit. In FIG. 3, the characteristic adjusting unit is surrounded by a dotted line. The user can arbitrarily set the parameter value of each module constituting the characteristic adjustment unit and arbitrarily adjust the characteristic of the acoustic signal input to the signal processing unit 14. In FIG. 3, the name of each module 40 to 43 of the characteristic adjustment unit is underlined to express that the user can arbitrarily set the value of the parameter, and a module group (parameters related to the protection function described later) (The value is not set by the user). However, among the modules whose names are not underlined, the normal volume level (attenuation rate) of the level control unit 44 is controlled by the user operating the volume adjustment knob of the power amplifier 1.

この実施例においてパワーアンプ1は、例えばホールや劇場などで利用される大規模なPA(Public Address)システムに組み込まれるものを想定している。その種のPAシステムにおいては、複数のスピーカユニット(パワーアンプ1とスピーカ3)が用意され、複数のスピーカユニットのそれぞれが受け持つ周波数帯域が、例えば高音域用、中音域用及び低音域用という具合に異なっている。よって、パワーアンプ1では自機が接続されるスピーカユニットの受け持つ周波数帯域に応じた音響信号の特性調整を行う。クロスオーバー40は当該パワーアンプ1が受け持つ周波数帯域の成分を音響信号から取り出す処理を行う。ディレイ41は、当該パワーアンプ1から出力される音響信号と、PAシステムを構成する他のスピーカユニットから出力される音響信号との位相を合わせる等のための遅延処理を行う。また、EQ42は、PAシステムが設置された会場の周波数特性をフラット化する等のため、音響信号の周波数特性を調整する。リミッタ43は、設定されたスレッショルドの値により音量を制限して、音響信号のレベルを整える。   In this embodiment, the power amplifier 1 is assumed to be incorporated in a large-scale PA (Public Address) system used in, for example, a hall or a theater. In this type of PA system, a plurality of speaker units (power amplifier 1 and speaker 3) are prepared, and the frequency bands that each of the plurality of speaker units is responsible for are, for example, for a high range, a mid range, and a low range. Is different. Therefore, the power amplifier 1 adjusts the characteristics of the acoustic signal in accordance with the frequency band that is handled by the speaker unit to which the power amplifier 1 is connected. The crossover 40 performs processing for extracting a frequency band component that the power amplifier 1 is responsible for from an acoustic signal. The delay 41 performs a delay process for adjusting the phase of the acoustic signal output from the power amplifier 1 and the acoustic signal output from another speaker unit constituting the PA system. The EQ 42 adjusts the frequency characteristic of the acoustic signal in order to flatten the frequency characteristic of the venue where the PA system is installed. The limiter 43 regulates the level of the acoustic signal by limiting the volume according to the set threshold value.

前記特性調整部の各モジュール40〜43により特性調整された波形データは、レベル制御部44とクリップ検出部45に入力される。レベル制御部44は、入力された波形データのレベルを制御するモジュールであって、通常は、音量調整ツマミで設定された通常音量レベル(通常の減衰率)で制御を行うが、後述するクリップ検出部45、過電力検出部46、DC検出部47又は温度判定部48のいずれかが異常を検出して制御信号を出力したときには、その出力された制御信号に応じて、通常音量レベルよりも低い音量レベル(高い減衰率)で制御する。このレベル制御部44は、本発明にかかる「入力部から入力された音響信号のレベルを制御信号に応じて制御するレベル制御部」に相当する。すなわち、レベル制御部44、クリップ検出部45、過電力検出部46、DC検出部47及び温度判定部48が、パワーアンプ1(電力増幅部16)自身乃至スピーカ3の保護機能を実現するためのモジュールである。   Waveform data whose characteristics have been adjusted by the modules 40 to 43 of the characteristic adjustment unit are input to the level control unit 44 and the clip detection unit 45. The level control unit 44 is a module that controls the level of the input waveform data, and normally controls at the normal volume level (normal attenuation rate) set by the volume adjustment knob. When any of the unit 45, the overpower detection unit 46, the DC detection unit 47, or the temperature determination unit 48 detects an abnormality and outputs a control signal, it is lower than the normal volume level according to the output control signal Control by volume level (high attenuation rate). The level control unit 44 corresponds to a “level control unit that controls the level of an acoustic signal input from the input unit according to the control signal” according to the present invention. That is, the level control unit 44, the clip detection unit 45, the overpower detection unit 46, the DC detection unit 47, and the temperature determination unit 48 are used for realizing the protection function of the power amplifier 1 (power amplification unit 16) itself or the speaker 3. It is a module.

クリップ検出部45は、電源電圧検出部25で検出された電源電圧と、電流検出部26で検出された出力電流に基づいてクリップ検出基準レベルを決定し、該決定したクリップ検出基準レベルと当該信号処理部14に入力された波形データの信号レベルを比較することで、電力増幅部16の出力段における「クリップ」の可能性を検出して、クリップの可能性が検出された場合にレベル制御部44に対する制御信号を発生するものである。なお、「クリップ」は、電源電圧を超える出力に相当する入力信号が入力された場合に、該出力信号の波形の上下ピークがつぶれた形になり、クリップ(歪み)が生じて、出力信号の音質が劣化することである。   The clip detection unit 45 determines a clip detection reference level based on the power supply voltage detected by the power supply voltage detection unit 25 and the output current detected by the current detection unit 26, and the determined clip detection reference level and the signal By comparing the signal level of the waveform data input to the processing unit 14 to detect the possibility of “clipping” at the output stage of the power amplification unit 16, the level control unit when the possibility of clipping is detected The control signal for 44 is generated. “Clip” means that when an input signal corresponding to an output exceeding the power supply voltage is input, the upper and lower peaks of the waveform of the output signal are crushed, clipping (distortion) occurs, and the output signal The sound quality is degraded.

図4は、クリップ検出部45が実行するクリップ検出処理のアルゴリズムの一例を示すブロック図である。クリップ検出部45において、変換テーブル部50、減算部51及び第2のアタックリリース部(AR2)52により、電源電圧検出部25で検出された電源電圧と電流検出部26で検出された出力電流に基づくクリップ検出基準レベルが決定される。つまり、変換テーブル部50、減算部51及び第2のアタックリリース部52が、本発明にかかる「電源電圧と出力電流とに基づきクリップ検出基準レベルを決定する決定部」に相当する。   FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of an algorithm for clip detection processing executed by the clip detection unit 45. In the clip detection unit 45, the conversion table unit 50, the subtraction unit 51 and the second attack release unit (AR 2) 52 convert the power supply voltage detected by the power supply voltage detection unit 25 and the output current detected by the current detection unit 26. A base clip detection reference level is determined. That is, the conversion table unit 50, the subtracting unit 51, and the second attack release unit 52 correspond to the “determining unit that determines the clip detection reference level based on the power supply voltage and the output current” according to the present invention.

電流検出部26で検出された出力電流(AD変換されたディジタル信号)は、クリップ検出部45に入力され、全波整流部53を介して全波整流され、変換テーブル部50に入力される。この実施例では、電流検出部26(図2参照)は、後述するDC検出のために、出力電流を正の値と負の値とで検出しているので、変換テーブル部50への入力の前段に全波整流部53を挿入して、出力電流を絶対値に変換している。なお、電流検出部26を、出力電流が絶対値で検出されるように構成した場合は、全波整流部53は不要である。   The output current (A / D converted digital signal) detected by the current detection unit 26 is input to the clip detection unit 45, is full-wave rectified via the full-wave rectification unit 53, and is input to the conversion table unit 50. In this embodiment, the current detection unit 26 (see FIG. 2) detects the output current with a positive value and a negative value for DC detection described later. A full-wave rectification unit 53 is inserted in the previous stage to convert the output current into an absolute value. Note that when the current detection unit 26 is configured to detect the output current as an absolute value, the full-wave rectification unit 53 is not necessary.

変換テーブル部50は、出力電流を電圧値VCEに変換するデータテーブルで構成されている。この変換テーブルは、出力電流に応じた電圧値VCEの変化を計測した実測結果に基づいて、予め作成されたものである。図5は変換テーブル作成のための測定システムの構成例であって、テスト信号発生部60から供給されるテスト信号(波形)を、前段増幅部と2個の相補対称な出力トランジスタQ1,Q2からなるプッシュプル回路で構成された出力段とを含む電力増幅部61で増幅し、そのときの電源電圧と電力増幅部61の出力段に接続されたダミー負荷62に現れる出力電圧Vとを、例えばオシロスコープ等の測定装置63で測定するものである。なお、電力増幅部61の出力段を構成する出力トランジスタQ1,Q2は、図2に示す電力増幅部16の出力段を構成する出力トランジスタQ1,Q2と特性が同じものとする。   The conversion table unit 50 includes a data table that converts the output current into a voltage value VCE. This conversion table is created in advance based on an actual measurement result obtained by measuring a change in the voltage value VCE according to the output current. FIG. 5 shows an example of the configuration of a measurement system for creating a conversion table. A test signal (waveform) supplied from a test signal generator 60 is obtained from a preamplifier and two complementary symmetrical output transistors Q1 and Q2. The power amplifier 61 including the output stage composed of the push-pull circuit is amplified, and the power supply voltage at that time and the output voltage V appearing in the dummy load 62 connected to the output stage of the power amplifier 61 are, for example, Measurement is performed by a measuring device 63 such as an oscilloscope. Note that the output transistors Q1 and Q2 constituting the output stage of the power amplifying unit 61 have the same characteristics as the output transistors Q1 and Q2 constituting the output stage of the power amplifying unit 16 shown in FIG.

テスト信号発生部60は、出力するテスト信号のレベルを電力増幅部61の出力電圧Vがクリップするレベルまで徐々に上げる。そして、計測装置63は、該クリップ発生時の正側の電源電圧+Bと、負側の電源電圧−Bと、ダミー負荷62の出力電圧の最大値Vmaxを計測する。クリップが発生していなとき(つまり電源電圧よりも出力電圧Vのレベルが小さいとき)の、電源電圧+B,−Bと、ダミー負荷62の出力電圧Vの波形の様子は、図6(a)に示すようである。これがクリップ発生時には、図6(b)に示すように、出力電圧の波形のピークが電源電圧により制限されて、出力電圧Vの波形がクリップする。この時のクリップが発生しているタイミングの電圧、つまり、出力電圧の最大値Vmaxは、現在のダミー負荷62の抵抗値でクリップを発生することなく出力できる電圧値の限界(最大出力電圧)に相当する。このクリップタイミングの出力電圧Vmaxと、正側の電源電圧+Bと該Vmaxの差である電圧値VCEを、現在のダミー負荷62の抵抗値と共に記録する。後述する通り電圧値VCEは電力増幅部16の出力段における最小電圧降下量であるから、電源電圧とVmaxの差を求めることで、電源電圧及びVmaxに応じた電圧値VCEを得ることができる。なお、ここでは正側のクリップタイミングのVmaxとVCEを記録していたが、負側のクリップタイミングのVminとVCEを記録するようにしてもよい。出力トランジスタの種類にもよるが、検出されるVCEは正側と負側でほぼ同じであることが多く、その場合、正側又は負側のどちらか一方を記録したVCEの値を逆側に使用することもできる。   The test signal generator 60 gradually increases the level of the test signal to be output to a level at which the output voltage V of the power amplifier 61 clips. The measuring device 63 measures the positive power supply voltage + B, the negative power supply voltage −B, and the maximum output voltage Vmax of the dummy load 62 when the clip occurs. FIG. 6A shows the waveforms of the power supply voltages + B and −B and the output voltage V of the dummy load 62 when no clipping occurs (that is, when the level of the output voltage V is lower than the power supply voltage). It seems to be shown. When this occurs, as shown in FIG. 6B, the peak of the waveform of the output voltage is limited by the power supply voltage, and the waveform of the output voltage V is clipped. The voltage at which clipping occurs at this time, that is, the maximum value Vmax of the output voltage is the limit of the voltage value (maximum output voltage) that can be output without generating clipping with the current resistance value of the dummy load 62. Equivalent to. The output voltage Vmax at the clip timing and the voltage value VCE that is the difference between the positive power supply voltage + B and the Vmax are recorded together with the current resistance value of the dummy load 62. Since the voltage value VCE is the minimum voltage drop amount at the output stage of the power amplifier 16 as will be described later, the voltage value VCE corresponding to the power supply voltage and Vmax can be obtained by obtaining the difference between the power supply voltage and Vmax. In this example, Vmax and VCE at the positive clip timing are recorded, but Vmin and VCE at the negative clip timing may be recorded. Depending on the type of output transistor, the detected VCE is often the same on the positive side and the negative side. In this case, the VCE value recorded on either the positive side or the negative side is set to the opposite side. It can also be used.

上記クリップ時の出力電圧Vmaxと電圧値VCEの記録を、ダミー負荷62の抵抗値を順次変更しながら繰り返すことで、複数の抵抗値についてVmaxと電圧値VCEを記録することができる。測定を行う抵抗値の大きさは、例えば、1Ω、2Ω、4Ω、8Ω、16Ω・・・など、順次増加する適宜の値を採用してよい。なお、実際の計測結果によれば、Vmaxと電圧値VCEの各値は、負荷の抵抗値毎に、正側及び負側ともほぼ一定となる。   By repeating the recording of the output voltage Vmax and the voltage value VCE at the time of clipping while sequentially changing the resistance value of the dummy load 62, the Vmax and the voltage value VCE can be recorded for a plurality of resistance values. As the magnitude of the resistance value to be measured, an appropriate value that increases sequentially, such as 1Ω, 2Ω, 4Ω, 8Ω, 16Ω, etc., may be adopted. According to actual measurement results, the values of Vmax and voltage value VCE are substantially constant on both the positive side and the negative side for each resistance value of the load.

そして、ダミー負荷62の複数の抵抗値毎の出力電圧Vmaxに基づいて、次式(1)より、ダミー負荷62を流れる出力電流Iを該複数の抵抗値毎に求める。
出力電流I=Vmax/抵抗値Ω・・・(1)
上記式(1)により求めた抵抗値毎の出力電流Iと、抵抗値毎に測定した電圧値VCEにより、出力電流Iに応じた電圧値VCEの変化をプロットし、データ間を適宜線形補間することで、図7に示すような出力電流Iに応じた電圧値VCEを出力する「変換テーブル」を作成することができる。
Then, based on the output voltage Vmax for each of the plurality of resistance values of the dummy load 62, the output current I flowing through the dummy load 62 is obtained for each of the plurality of resistance values by the following equation (1).
Output current I = Vmax / resistance value Ω (1)
The change of the voltage value VCE according to the output current I is plotted by the output current I for each resistance value obtained by the above equation (1) and the voltage value VCE measured for each resistance value, and linear interpolation is appropriately performed between the data. Thus, a “conversion table” for outputting the voltage value VCE corresponding to the output current I as shown in FIG. 7 can be created.

変換テーブル部50の出力である電圧値VCEは、クリップ発生タイミングの出力電流に対応する電力増幅部61の出力トランジスタQ1又はQ2のコレクタ‐エミッタ間電圧降下を示しており、この明細書では、これを「最小電圧降下量」と呼ぶ。従って、電流検出部26で検出された出力電流を変換テーブル部50に入力することで、該検出された出力電流に応じた電力増幅部16の出力トランジスタQ1又はQ2における最小電圧降下量(コレクタ‐エミッタ間電圧降下)の推定値VCEを得ることができる。   The voltage value VCE, which is the output of the conversion table unit 50, indicates the collector-emitter voltage drop of the output transistor Q1 or Q2 of the power amplification unit 61 corresponding to the output current at the clip generation timing. Is called the “minimum voltage drop”. Therefore, by inputting the output current detected by the current detection unit 26 to the conversion table unit 50, the minimum voltage drop amount (collector−) at the output transistor Q1 or Q2 of the power amplification unit 16 according to the detected output current. An estimated value VCE of the emitter-to-emitter voltage drop can be obtained.

図4に戻ると、クリップ検出部45には、また、電源電圧検出部25で検出された電源電圧(AD変換されたディジタル信号)が入力されており、該電源電圧は減算部51の一方の入力端子(+)に入力される。減算部51のもう一方の入力端子(−)には、前記変換テーブル部50から出力されたVCEが入力される。そして、減算部51は、該入力された電源電圧からVCEを減算し、その結果を第2のアタックリリース部52へ出力する。述べた通りVCEは、電力増幅部16の出力トランジスタQ1又はQ2における最小電圧降下量の推定値である。したがって、減算部51において、電源電圧検出部25で検出された電源電圧と、電流検出部26で検出された出力電流に応じたVCEの差を計算することで、電力増幅部16の出力段で音響信号に対するクリップが発生しない範囲での最大出力電圧に相当する値を算出することができる。   Returning to FIG. 4, the clip detection unit 45 is also supplied with the power supply voltage (A / D converted digital signal) detected by the power supply voltage detection unit 25. Input to the input terminal (+). The VCE output from the conversion table unit 50 is input to the other input terminal (−) of the subtraction unit 51. Then, the subtraction unit 51 subtracts VCE from the input power supply voltage and outputs the result to the second attack release unit 52. As described above, VCE is an estimated value of the minimum voltage drop amount in the output transistor Q1 or Q2 of the power amplifier 16. Therefore, the subtraction unit 51 calculates the difference between the power supply voltage detected by the power supply voltage detection unit 25 and the VCE corresponding to the output current detected by the current detection unit 26, so that the output stage of the power amplification unit 16 It is possible to calculate a value corresponding to the maximum output voltage in a range where clipping with respect to the acoustic signal does not occur.

第2のアタックリリース部52は、前記減算部51から出力された信号の音量エンベロープを検出するエンベロープフォロワである。これにより、該減算部51から出力された信号、つまり電力増幅部16の出力段で発生させることができる最大出力電圧の信号レベルを検出することができる。ここで検出した信号レベルが除算器57に入力され、クリップ検出の判断基準となるクリップ検出基準レベルとして利用される。   The second attack release unit 52 is an envelope follower that detects the volume envelope of the signal output from the subtraction unit 51. Thereby, it is possible to detect the signal output from the subtracting unit 51, that is, the signal level of the maximum output voltage that can be generated at the output stage of the power amplifying unit 16. The signal level detected here is input to the divider 57 and used as a clip detection reference level as a reference for clip detection.

第2のアタックリリース部52の構成例を図8に示す。第2のアタックリリース部52は、遅延器70を介して処理結果の出力信号を1サンプルタイム遅延するネガティブフィードバックループを備えた1次のIIR型フィルタであって、一方の端子(+)に今回の入力信号が入力され、もう一方の端子(−)に、出力側の信号(前回の入力信号)が逆相入力される減算器71と、減算器71の出力の値の正負に応じて出力先を切り替えるセレクタ72と、セレクタ72の正側の出力信号に対して係数K1を乗算する乗算器73と、該セレクタ72の負側の出力信号に対して係数K2を乗算する乗算器74と、乗算器73乃至74の出力信号と遅延器70の出力(1サンプル前の入力信号に対するフィルタ出力信号)を加算する加算器75とから構成され、加算器65の出力がエンベロープ検出信号として出力される。   A configuration example of the second attack release section 52 is shown in FIG. The second attack release unit 52 is a first-order IIR type filter having a negative feedback loop that delays the output signal of the processing result via the delay unit 70 by one sample time, and is connected to one terminal (+) this time. Is input, and the other terminal (−) receives the output side signal (previous input signal) in reverse phase, and outputs according to the sign of the output value of the subtractor 71. A selector 72 for switching the destination, a multiplier 73 that multiplies the positive output signal of the selector 72 by a coefficient K1, a multiplier 74 that multiplies the negative output signal of the selector 72 by a coefficient K2, An adder 75 for adding the output signals of the multipliers 73 to 74 and the output of the delay unit 70 (the filter output signal for the input signal one sample before), and the output of the adder 65 is the envelope detection signal. It is output as.

減算器71は、現サンプルの入力信号から前サンプルの入力信号に対するフィルタ出力信号を減算する。セレクタ72は、減算器71の減算結果が正の値の場合は入力された信号を正側の乗算器73へ出力し、また、減算器71の減算結果が負の値の場合は入力された信号を負側の乗算器74へ出力する。一般に、信号の立ち上がり(アタック)部分においては、現サンプルの入力信号の方が値が大きいので、減算器71の減算結果は正の値になる。また、信号の立ち下がり(リリース)部分においては、現サンプルの入力信号の方が値が小さいので、減算器71の減算結果は負の値になる。正側の乗算器73の係数K1と、負側の乗算器74の係数K2は、0以上1以下の値の範囲で、それぞれ独立に設定することができるので、係数K1,K2の値に応じて入力信号の立ち上がり(アタック)部分と立ち下がり(リリース)部分に対する追従性をそれぞれ設定できる。   The subtracter 71 subtracts the filter output signal for the input signal of the previous sample from the input signal of the current sample. The selector 72 outputs the input signal to the positive multiplier 73 when the subtraction result of the subtractor 71 is a positive value, and is input when the subtraction result of the subtractor 71 is a negative value. The signal is output to the negative multiplier 74. In general, the value of the input signal of the current sample is larger at the rising (attack) portion of the signal, so that the subtraction result of the subtracter 71 becomes a positive value. Further, since the value of the input signal of the current sample is smaller at the falling (release) portion of the signal, the subtraction result of the subtracter 71 becomes a negative value. The coefficient K1 of the positive-side multiplier 73 and the coefficient K2 of the negative-side multiplier 74 can be set independently in the range of 0 or more and 1 or less, so according to the values of the coefficients K1 and K2. The following can be set for the rising (attack) and falling (release) portions of the input signal.

図4の第2のアタックリリース部52においては、出力トランジスタにかかる最低電圧にエンベロープを追従させるために、負側の係数K2に1に近い値を設定して立ち下りの時定数を短くし、正側の係数K1に0に近い値を設定して立ち上がりの時定数を長くする(すなわち、1>K2>K1>0)。これにより、減算部51から出力された信号が降下する部分に対して追従性が高いエンベロープ抽出を行うことができる。かくして、第2のアタックリリース部52からは、電源電圧検出部25で検出された電源電圧と電流検出部26で検出された出力電流に基づく「クリップ検出基準レベル」が出力される。   In the second attack release unit 52 of FIG. 4, in order to make the envelope follow the minimum voltage applied to the output transistor, the negative coefficient K2 is set to a value close to 1 to shorten the falling time constant, The positive side coefficient K1 is set to a value close to 0 to increase the rise time constant (ie, 1> K2> K1> 0). Thereby, it is possible to perform envelope extraction with high followability with respect to the portion where the signal output from the subtraction unit 51 falls. Thus, the second attack release unit 52 outputs a “clip detection reference level” based on the power supply voltage detected by the power supply voltage detection unit 25 and the output current detected by the current detection unit 26.

一方、信号処理部14の特性調整部から出力され、クリップ検出部45に入力された波形データ(ディジタル音響信号)は、全波整流部54を介して全波整流されて、第1のアタックリリース部(AR1)55に入力される。第1のアタックリリース部55は、該入力された音響信号の音量エンベロープを検出するエンベロープフォロワである。これにより、該入力された音響信号の信号レベルを検出する。第1のアタックリリース部55は、図8のIIR型フィルタと同様に構成されるものであるが、第1のアタックリリース部55では、入力された音響信号の絶対値の立ち上がりにエンベロープを追従させるために、正側の係数K1に1に近い値を設定して立ち上がりの時定数を短くし、負側の係数K2に0に近い値を設定して立ち下がりの時定数を長くする(すなわち、1>K1>K2>0)。   On the other hand, the waveform data (digital acoustic signal) output from the characteristic adjustment unit of the signal processing unit 14 and input to the clip detection unit 45 is full-wave rectified via the full-wave rectification unit 54 to be subjected to the first attack release. Part (AR1) 55. The first attack release unit 55 is an envelope follower that detects a volume envelope of the input acoustic signal. Thereby, the signal level of the inputted acoustic signal is detected. The first attack release unit 55 is configured in the same manner as the IIR filter of FIG. 8, but the first attack release unit 55 causes the envelope to follow the rise of the absolute value of the input acoustic signal. Therefore, the positive side coefficient K1 is set to a value close to 1 to shorten the rising time constant, and the negative side coefficient K2 is set to a value close to 0 to increase the falling time constant (ie, 1> K1> K2> 0).

レベル調整部56では、第1のアタックリリース部55で検出された音響信号の信号レベルを補正することで、電力増幅部16の出力段における音響信号の信号レベルの推定値に変換する。具体的には、クリップ検出部45に入力される波形データ(音響信号)の取り出し位置における基準レベルと電力増幅部16のスピーカ出力24における基準レベルの差(音響信号の経路のトータルゲイン)を係数(乗数)として用いて該音響信号の信号レベルを補正(乗算)する。   The level adjustment unit 56 corrects the signal level of the acoustic signal detected by the first attack release unit 55, thereby converting it into an estimated value of the signal level of the acoustic signal at the output stage of the power amplification unit 16. Specifically, the difference between the reference level at the extraction position of the waveform data (acoustic signal) input to the clip detection unit 45 and the reference level at the speaker output 24 of the power amplification unit 16 (total gain of the path of the acoustic signal) is a coefficient. It is used as (multiplier) to correct (multiply) the signal level of the acoustic signal.

この実施例では、クリップ検出部45に入力される音響信号の取り出し位置は信号処理部14の特性調整部の出力(レベル制御部44の入力)である(図3参照)。音響信号が、その取り出し位置からスピーカ出力端子24に到達するまでには、レベル制御部44、D/A変換器30、および電力増幅部16を通過するので、そのレベル差は、レベル制御部44の減衰量、D/A変換器30のゲイン、および電力増幅部16のゲインをトータルしたトータルゲインとなる。ここで、トータルゲインは、これら3つのゲインがリニア値として与えられた場合は、当該3つのゲインの積(リニア値)として計算され、デシベル値として与えられた場合は、当該3つのゲインの和(デシベル値)として計算される。そして、レベル調整部56では、第1のアタックリリース部55で検出された音響信号の信号レベルに、トータルゲインに相当する乗数(リニア値)を乗算すればよい。なお、クリップ検出部45に入力される音響信号の取り出し位置は、レベル制御部44の入力に限らない。例えば、該取り出し位置が、レベル制御部44の出力側であれば、乗数は、D/A変換器30と電力増幅部16のトータルゲインに相当する値となる。   In this embodiment, the extraction position of the acoustic signal input to the clip detection unit 45 is the output of the characteristic adjustment unit of the signal processing unit 14 (input of the level control unit 44) (see FIG. 3). The acoustic signal passes through the level control unit 44, the D / A converter 30, and the power amplification unit 16 until the acoustic signal reaches the speaker output terminal 24 from the take-out position. Is the total gain obtained by totaling the attenuation amount of D, the gain of the D / A converter 30 and the gain of the power amplifier 16. Here, the total gain is calculated as a product (linear value) of the three gains when these three gains are given as linear values, and the sum of the three gains when given as a decibel value. Calculated as (decibel value). The level adjusting unit 56 may multiply the signal level of the acoustic signal detected by the first attack release unit 55 by a multiplier (linear value) corresponding to the total gain. The extraction position of the acoustic signal input to the clip detection unit 45 is not limited to the input of the level control unit 44. For example, if the extraction position is the output side of the level control unit 44, the multiplier is a value corresponding to the total gain of the D / A converter 30 and the power amplification unit 16.

上記の全波整流部54、第1のアタックリリース部55及びレベル調整部56が、前記入力部の入力から前記電力増幅部の出力までの何れかのステージにおける前記音響信号を入力し、該入力された何れかのステージにおける音響信号に基づき前記電力増幅部の出力段における音響信号の信号レベルを推定するレベル推定部に相当する構成である。   The full-wave rectification unit 54, the first attack release unit 55, and the level adjustment unit 56 input the acoustic signal at any stage from the input of the input unit to the output of the power amplification unit, and the input This is a configuration corresponding to a level estimation unit that estimates the signal level of the acoustic signal at the output stage of the power amplification unit based on the acoustic signal at any one of the stages.

除算部57では、一方の入力端子(分母側「D」)に前記第2のアタックリリース部52から出力されるクリップ検出基準レベルが入力され、もう一方の入力端子(分子側「N」)に前記レベル調整部56から出力される音響信号の信号レベルが入力され、音響信号の信号レベルをクリップ検出基準レベルで除算する。これにより、クリップ検出基準レベルに対する音響信号の信号レベルの比率を求める。除算部57の商(クリップ検出基準レベルに対する音響信号の信号レベルの比率)はクリップ検出信号として制御信号発生部57に入力される。音響信号の信号レベルがクリップ検出基準レベルより大きい場合には、クリップ検出信号は「1」より大きい値であり、音響信号の信号レベルがクリップ検出基準レベル以下であれば、クリップ検出信号は「1」以下の値である。この除算部57が本発明にかかる「音響信号の信号レベルとクリップ検出基準レベルとの比較に基づいて出力段で発生する可能性のある音響信号に対するクリップを検出し、該検出結果に基づきクリップ検出信号を出力するクリップ検出部」に相当する。   In the division unit 57, the clip detection reference level output from the second attack release unit 52 is input to one input terminal (denominator side “D”), and the other input terminal (numerator side “N”). The signal level of the sound signal output from the level adjusting unit 56 is input, and the signal level of the sound signal is divided by the clip detection reference level. Thereby, the ratio of the signal level of the acoustic signal to the clip detection reference level is obtained. The quotient (ratio of the signal level of the acoustic signal to the clip detection reference level) of the division unit 57 is input to the control signal generation unit 57 as a clip detection signal. When the signal level of the acoustic signal is greater than the clip detection reference level, the clip detection signal is greater than “1”. When the signal level of the acoustic signal is equal to or less than the clip detection reference level, the clip detection signal is “1”. It is the following value. The division unit 57 detects a clip for an acoustic signal that may occur at the output stage based on a comparison between the signal level of the acoustic signal and the clip detection reference level, and detects a clip based on the detection result. This corresponds to a “clip detection unit that outputs a signal”.

制御信号発生部58は、除算部57から出力されたクリップ検出信号に基づいてクリップの発生を判断し、該判断に応じて前記レベル制御部44に対する制御信号を発生する。クリップ検出信号の値が「1」より大きい場合(つまり音響信号の信号レベルがクリップ検出基準レベルよりも大きい場合)には、音響信号に対してクリップが発生する可能性があるものと判断し、レベル制御部44に対して、レベルを減衰させるよう制御する制御信号を発生する。また、クリップ検出信号の値が「1」以下の場合(つまり音響信号の信号レベルがクリップ検出基準レベル以下の場合)には、音響信号に対してクリップが発生する可能性がないものと判断し、制御信号を発生しない。レベル制御部44は、入力信号のレベルを、通常は、音量調整つまみで設定された通常音量レベルで制御するが、制御信号発生部58が制御信号を発生した場合には、その制御信号が入力されている間、該レベルを所定の減少速度で急速に減少させ、制御信号発生部58が制御信号を発生しなくなると、該レベルを該減少速度よりも遅い所定の増加速度で前記通常音量レベルまで徐々に増加させる。なお、該レベルを減少させる減少速度を、除算部57の出力する商に応じて、商の値が大きいほど速い速度となるよう制御してもよい。   The control signal generator 58 determines the occurrence of a clip based on the clip detection signal output from the divider 57, and generates a control signal for the level controller 44 according to the determination. When the value of the clip detection signal is larger than “1” (that is, when the signal level of the sound signal is larger than the clip detection reference level), it is determined that there is a possibility that the clip is generated for the sound signal. A control signal for controlling the level controller 44 to attenuate the level is generated. Further, when the value of the clip detection signal is “1” or less (that is, when the signal level of the sound signal is less than or equal to the clip detection reference level), it is determined that there is no possibility that the clip is generated with respect to the sound signal. Does not generate a control signal. The level control unit 44 normally controls the level of the input signal at the normal volume level set by the volume adjustment knob. When the control signal generation unit 58 generates a control signal, the control signal is input. When the control signal generator 58 does not generate a control signal, the normal volume level is decreased at a predetermined increase rate slower than the decrease rate. Increase gradually until. It should be noted that the reduction rate for decreasing the level may be controlled so as to increase as the quotient value increases, according to the quotient output from the division unit 57.

上記構成からなるクリップ検出部45によれば、変換テーブル部50において電力増幅部16の出力段で検出された出力電流に応じた電圧値VCEを求めて、減算部51において、電力増幅部16の電源電圧から電圧値VCEだけ低い値を算出することで、該検出された出力電流が上昇した場合、又は、該検出された電源電圧が降下した場合の少なくともいずれか一方の場合には、減算器51から出力される信号のレベルが降下する。そして、第2のアタックリリース部52においては、減算器51から出力される信号のレベルの下降に迅速に追従するクリップ検出基準レベルを出力する。つまり、除算部57の分母側端子に入力されるクリップ検出基準レベルが小さくなる。このように、電力増幅部16の出力段における電源電圧と出力電流とに応じてクリップ検出基準レベルを変化させているので、除算部57では、その電源電圧と出力電流に応じたクリップ検出レベルに基づいてスピーカ駆動信号のクリップ発生(ないしその可能性)をより正確に検出し、制御信号発生部58では該検出に基づいて制御信号を発生することができる。従って、レベル制御部44では、電源電圧又は出力電流の少なくともいずれか一方の変化、つまり、負荷(スピーカ3)のインピーダンスの変化に応じて動的にクリップ防止のためのレベル制御を行うことができる。   According to the clip detection unit 45 configured as described above, the conversion table unit 50 obtains the voltage value VCE corresponding to the output current detected at the output stage of the power amplification unit 16, and the subtraction unit 51 determines the power amplification unit 16. By calculating a value lower by the voltage value VCE from the power supply voltage, the subtracter is used when the detected output current increases or at least one of the detected power supply voltages decreases. The level of the signal output from 51 drops. Then, the second attack release unit 52 outputs a clip detection reference level that quickly follows the decrease in the level of the signal output from the subtractor 51. That is, the clip detection reference level input to the denominator side terminal of the division unit 57 is reduced. Thus, since the clip detection reference level is changed according to the power supply voltage and the output current at the output stage of the power amplification unit 16, the division unit 57 sets the clip detection level according to the power supply voltage and the output current. Based on this, clip generation (or the possibility) of the speaker drive signal can be detected more accurately, and the control signal generator 58 can generate a control signal based on the detection. Accordingly, the level control unit 44 can dynamically perform level control for preventing clipping in accordance with a change in at least one of the power supply voltage and the output current, that is, a change in the impedance of the load (speaker 3). .

また、図3に示す信号処理部14において、過電力検出部46は、電力増幅部16の電流検出部26で検出された出力電流と出力電圧検出部27で検出された出力電圧とに基づき、負荷(スピーカ3)に流れる電力を見積もり、過電力検出時にはレベル制御部44に対する制御信号を発生して、音響信号のレベルを必要量減衰させる。また、DC検出部47は、電力増幅部16の電流検出部26で検出された出力電流と出力電圧検出部27で検出された出力電圧とに基づき直流成分の検出を行い、スピーカ3への出力に直流成分が検出された場合にはレベル制御部44に対する制御信号を発生して、音響信号のレベルを必要量減衰させる。なお、このDC検出部47における直流成分の検出のため、電流検出部26は、スピーカ3へ出力する出力電流の正側の値と負側の値とを検出している。また、温度判定部48は、電力増幅部16の温度検出部28で検出された温度の情報に基づきヒートシンク29の温度を判定し、温度が上がりすぎたときにレベル制御部44に対する制御信号を発生して、音響信号のレベルを必要量減衰させることで、温度上昇に対する保護を行う。また、CPU10は、定期的に、信号処理部14から温度検出部28が検出した温度を示すデータを読み取り、その温度に基づいてパワーアンプ1のヒートシンク29の近傍に取り付けられたファン(図示せず)の回転数を制御する。   In the signal processing unit 14 shown in FIG. 3, the overpower detection unit 46 is based on the output current detected by the current detection unit 26 of the power amplification unit 16 and the output voltage detected by the output voltage detection unit 27. The power flowing through the load (speaker 3) is estimated, and when an overpower is detected, a control signal for the level control unit 44 is generated to attenuate the level of the acoustic signal by a necessary amount. The DC detection unit 47 detects a DC component based on the output current detected by the current detection unit 26 of the power amplification unit 16 and the output voltage detected by the output voltage detection unit 27, and outputs the DC component to the speaker 3. When a direct current component is detected, a control signal for the level control unit 44 is generated to attenuate the level of the acoustic signal by a necessary amount. In order to detect a direct current component in the DC detector 47, the current detector 26 detects a positive value and a negative value of the output current output to the speaker 3. Further, the temperature determination unit 48 determines the temperature of the heat sink 29 based on the temperature information detected by the temperature detection unit 28 of the power amplification unit 16 and generates a control signal for the level control unit 44 when the temperature is too high. Then, the protection against the temperature rise is performed by attenuating the level of the acoustic signal by a necessary amount. Further, the CPU 10 periodically reads data indicating the temperature detected by the temperature detection unit 28 from the signal processing unit 14, and a fan (not shown) attached in the vicinity of the heat sink 29 of the power amplifier 1 based on the temperature. ) To control the rotation speed.

以上説明した通り、信号処理部14のクリップ検出部45は、電力増幅部の出力段の出力電流に応じた電圧値VCEの変化を求め、該電圧値VCEと電力増幅部の出力段の電源電圧に基づいてクリップ検出基準レベルを決定するよう構成されているので、電源電圧が変化した場合だけでなく、出力電流が変化した場合、つまり、電力増幅部16に接続される負荷(スピーカ3)のインピーダンスが変化したときにも、クリップ検出基準レベルが動的に変化し、該インピーダンス変化に応じて変化するクリップ検出基準レベルに基づいてスピーカ駆動信号のクリップの発生(ないしその可能性)をより正確に検出することができる。よって、レベル制御部44は、該インピーダンス変化に動的に対応したクリップ防止のための音響信号のレベル制御を行うことができるとういう優れた効果を奏する。そのため従来技術のように、低インピーダンス負荷が接続された場合に備えてクリップ検出電圧(クリップ検出基準レベル)を低めに設定する、ということは必要ない。この実施例に係るパワーアンプ1においては、信号処理部14におけるディジタル演算によりパワーアンプ1(電力増幅部16)自身乃至スピーカ3の保護機能が実現しているので、クリップ検出部45によるクリップ検出の処理はDSPによるディジタル演算によって実現される。なお、クリップ検出部45の行っているクリップ検出の処理は、CPU10が、A/D変換器32の出力する出力電流のデータとA/D変換器31が出力する電源電圧のデータを受け取って、ディジタル演算を行うよう構成してもよいし、アナログ回路で構成されたクリップ検出回路を設けて、そのクリップ検出回路が、電源電圧検出部25が出力する電源電圧信号と電流検出部26が検出する出力電流信号とを受け取ってアナログ演算を行うよう構成してもよい。   As described above, the clip detection unit 45 of the signal processing unit 14 obtains a change in the voltage value VCE according to the output current of the output stage of the power amplification unit, and the power value of the voltage value VCE and the output stage of the power amplification unit. Therefore, not only when the power supply voltage changes but also when the output current changes, that is, the load (speaker 3) connected to the power amplifying unit 16 is determined. Even when the impedance changes, the clip detection reference level changes dynamically, and the generation (or possibility) of the clip of the speaker drive signal is more accurate based on the clip detection reference level that changes in accordance with the impedance change. Can be detected. Therefore, the level control unit 44 has an excellent effect that the level control of the acoustic signal for clip prevention that dynamically corresponds to the impedance change can be performed. Therefore, unlike the prior art, it is not necessary to set the clip detection voltage (clip detection reference level) to be low in preparation for the case where a low impedance load is connected. In the power amplifier 1 according to this embodiment, the protection function of the power amplifier 1 (power amplification unit 16) itself or the speaker 3 is realized by digital calculation in the signal processing unit 14, and therefore clip detection by the clip detection unit 45 is performed. The processing is realized by digital calculation by the DSP. The clip detection process performed by the clip detection unit 45 is performed when the CPU 10 receives the output current data output from the A / D converter 32 and the power supply voltage data output from the A / D converter 31. A digital detection may be performed, or a clip detection circuit configured by an analog circuit is provided, and the clip detection circuit detects the power supply voltage signal output from the power supply voltage detection unit 25 and the current detection unit 26. The output current signal may be received and an analog operation may be performed.

なお、上記図4においては、変換テーブル部50がデータテーブルで構成される例を示したが、変換テーブル部50は、上記に限らず、例えば出力電流に応じた電圧値VCEを算出する演算式で構成されてもよい。この発明のポイントは出力電流に応じた電圧値VCEの変化を求め、該電圧値VCEに基づいてクリップ検出基準レベルを決定する点にあるので、このことを達成できさえすれば、変換テーブル部50の実現方法は問わない。   In FIG. 4, an example in which the conversion table unit 50 is configured by a data table is shown. However, the conversion table unit 50 is not limited to the above, and for example, an arithmetic expression for calculating the voltage value VCE corresponding to the output current. It may be constituted by. The point of the present invention is that the change of the voltage value VCE corresponding to the output current is obtained and the clip detection reference level is determined based on the voltage value VCE. Therefore, if this can be achieved, the conversion table unit 50 The realization method is not questioned.

また、上記図4においてクリップ検出部45に対して入力される音響信号を、特性調整部の出力段から取り込む構成例を示したが、これに限らず、波形入力部13の入力段から電力増幅部16の出力段までの何れのステージから音響信号を取り込む構成であってもよい。レベル調整部56におけるレベル調整の内容は、当該音響信号を取り込むステージでの信号レベルを、電力増幅部16の出力段での信号レベルに変換するよう設定されればよい。   In addition, in FIG. 4, the configuration example in which the acoustic signal input to the clip detection unit 45 is captured from the output stage of the characteristic adjustment unit is shown, but not limited thereto, the power amplification is performed from the input stage of the waveform input unit 13. The configuration may be such that the acoustic signal is captured from any stage up to the output stage of the unit 16. The level adjustment content in the level adjustment unit 56 may be set so as to convert the signal level at the stage that takes in the acoustic signal into the signal level at the output stage of the power amplification unit 16.

また、上記図4に示すクリップ検出部45の構成では、クリップ検出部45に入力された音響信号から検出された信号レベルをレベル調整部56により電力増幅部16の出力段での信号レベルに変換する構成例を示したが、これに限らず、第2のアタックリリース部52から出力されるクリップ検出基準レベルを補正して、クリップ検出部45に入力される音響信号に合わせるよう構成することができる。更に別の構成例としては、音響信号の信号レベル又はクリップ検出基準レベルの補正は行わずに、除算部57での除算結果を補正するよう構成することができる。また、更に別の構成例としては、音響信号の信号レベル又はクリップ検出基準レベルの補正は行わずに、制御信号発生部58において除算部57での比較結果に対するクリップ発生の判断基準をずらすよう構成することができる。つまり、音響信号の信号レベル又はクリップ検出基準レベルの補正、または、除算部57での除算結果の補正が行なわれている場合には、制御信号発生部58において除算部57の商が「1」以上のときにクリップ発生と判断するが、該補正が行われていないときには、クリップ発生の判断基準の閾値が「1」からずらして設定される。   4, the signal level detected from the acoustic signal input to the clip detection unit 45 is converted into a signal level at the output stage of the power amplification unit 16 by the level adjustment unit 56. However, the present invention is not limited to this, and the clip detection reference level output from the second attack release unit 52 may be corrected to match the acoustic signal input to the clip detection unit 45. it can. As yet another configuration example, the division result in the division unit 57 can be corrected without correcting the signal level of the audio signal or the clip detection reference level. As still another configuration example, the control signal generation unit 58 shifts the determination criterion of clip generation with respect to the comparison result in the division unit 57 without correcting the signal level of the acoustic signal or the clip detection reference level. can do. In other words, when the signal level of the audio signal or the clip detection reference level is corrected or the division result is corrected by the division unit 57, the quotient of the division unit 57 in the control signal generation unit 58 is “1”. In the above case, it is determined that a clip has occurred, but when the correction is not performed, the threshold value of the criterion for determining the occurrence of clip is set shifted from “1”.

また、制御信号発生部58においてクリップ発生の判断基準の閾値に、適宜のマージンが設けられていても良い。例えば、除算部57の商「1」からマージン分だけ小さい値に閾値をずらすことで、レベル制御部44においてレベルを抑制気味に制御することが可能である。   In addition, an appropriate margin may be provided in the threshold value of the criterion for determining the occurrence of clip in the control signal generator 58. For example, by shifting the threshold value from the quotient “1” of the division unit 57 to a value that is smaller by the margin, the level control unit 44 can control the level in a restrained manner.

また、上記実施例は、除算部57において音響信号の信号レベルをクリップ検出基準レベルで割り算することで、音響信号の信号レベルとクリップ検出基準レベルを比較する構成例を示した。これは音響信号の信号レベルとクリップ検出基準レベルをリニアスケールで処理するからであった。別の例として、音響信号の信号レベルとクリップ検出基準レベルはデシベルスケールで処理することもでき、その場合には、音響信号の信号レベルとクリップ検出基準レベルの比較は減算によって行なわれる。つまり、除算部57は減算部に変更される。   Moreover, the said Example showed the structural example which compares the signal level of an acoustic signal, and a clip detection reference level by dividing the signal level of an acoustic signal by the clip detection reference level in the division part 57. FIG. This is because the signal level of the acoustic signal and the clip detection reference level are processed with a linear scale. As another example, the signal level of the audio signal and the clip detection reference level can be processed on a decibel scale, in which case the comparison between the signal level of the audio signal and the clip detection reference level is performed by subtraction. That is, the division unit 57 is changed to a subtraction unit.

また、上記実施例においては、パワーアンプ1(電力増幅部16)自身乃至スピーカ3の保護機能を信号処理部14におけるディジタル演算で行う構成例を示したが、この実施例に係るクリップ防止のためのレベル検出部45を含む保護機能はアナログ回路で構成及び実現してもよい。   In the above-described embodiment, the configuration example in which the protection function of the power amplifier 1 (power amplification unit 16) itself or the speaker 3 is performed by digital calculation in the signal processing unit 14 has been described. The protection function including the level detection unit 45 may be configured and realized by an analog circuit.

この発明の一実施例に係る音響信号増幅装置を適用したパワーアンプのハードウェア構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the hardware structural example of the power amplifier to which the acoustic signal amplifier which concerns on one Example of this invention is applied. 図1に示すパワーアンプにおける電力増幅部の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the power amplification part in the power amplifier shown in FIG. 図1に示すパワーアンプにおける信号処理部が実行する信号処理のアルゴリズムの構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the algorithm of the signal processing which the signal processing part in the power amplifier shown in FIG. 1 performs. 図3に示す信号処理部におけるクリップ検出部が実行する信号処理のアルゴリズムの構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the algorithm of the signal processing which the clip detection part in the signal processing part shown in FIG. 3 performs. 図4に示す変換テーブル部を構成するデータテーブルを作成のための測定システムの構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the measurement system for producing the data table which comprises the conversion table part shown in FIG. 図5の測定システムにおいて、測定される電源電圧とダミー負荷の出力電圧様子を示すグラフであって、(a)はクリップが発生していない状態、(b)はクリップ発生時の状態。In the measurement system of FIG. 5, it is a graph which shows the power supply voltage measured and the output voltage state of a dummy load, Comprising: (a) is the state in which the clip has not generate | occur | produced, (b) is the state at the time of clip generation. 図4に示す変換テーブル部を構成するデータテーブルの一例を示す図。The figure which shows an example of the data table which comprises the conversion table part shown in FIG. 図4に示すアタックリリース部の構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the structural example of the attack release part shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 パワーアンプ、2 ソース、3 スピーカ、10 CPU、11 フラッシュメモリ、12 RAM、13 波形入力部、14 信号処理部、15 D/A・A/D変換部、16 電力増幅部、17 表示器、18 操作子、19 その他I/O、20 前段増幅部、Q1,Q2 出力トランジスタ、21a,21b 電源、22a,2 2b 追従電源回路、25 電源電圧検出部、26 電流検出部、27 電圧検出部、28 温度検出部、44 レベル制御部、45 クリップ検出部、46 過電力検出部、47 DC検出部、48 温度判定部、50 変換テーブル部、51 減算部、52 第2のアタックリリース部、53 全波整流部、54 全波整流部、55 第1のアタックリリース部、56 レベル調整部、57 除算部、58 制御信号発生部、60 テスト信号発生部、61 電力増幅部、62 ダミー負荷、63 計測装置、70 遅延器、71 減算器、72 セレクタ、73 正側の乗算器、74 負側の乗算器、75 加算器 1 power amplifier, 2 sources, 3 speakers, 10 CPU, 11 flash memory, 12 RAM, 13 waveform input section, 14 signal processing section, 15 D / A / A / D conversion section, 16 power amplification section, 17 display, 18 controls, 19 other I / Os, 20 pre-amplifiers, Q1, Q2 output transistors, 21a, 21b power supplies, 22a, 2 2b follow-up power supply circuits, 25 power supply voltage detectors, 26 current detectors, 27 voltage detectors, 28 temperature detection unit, 44 level control unit, 45 clip detection unit, 46 overpower detection unit, 47 DC detection unit, 48 temperature determination unit, 50 conversion table unit, 51 subtraction unit, 52 second attack release unit, 53 all Wave rectification unit, 54 full wave rectification unit, 55 first attack release unit, 56 level adjustment unit, 57 division unit, 58 control signal generation , 60 test signal generation unit, 61 power amplifier, 62 a dummy load, 63 measuring device, 70 a delay unit, 71 a subtractor, 72 a selector, 73 positive multiplier, the 74 negative multiplier, 75 adder

Claims (3)

音響信号を入力する入力部と、
前記入力部から入力された音響信号のレベルを、制御信号に応じて制御するレベル制御部と、
前記レベル制御部でレベル制御された音響信号の電力を増幅して出力段から出力する電力増幅部と、
前記電力増幅部の出力段に供給される電源電圧を検出する電圧検出部と、
前記電力増幅部の出力段から出力される出力電流を検出する電流検出部と、
前記電圧検出部により検出された電源電圧と前記電流検出部により検出された出力電流とに基づきクリップ検出基準レベルを決定する決定部と、
前記入力部の入力から前記電力増幅部の出力までの何れかのステージにおける前記音響信号を入力し、該入力された何れかのステージにおける音響信号に基づき前記電力増幅部の出力段における音響信号の信号レベルを推定するレベル推定部と、
前記レベル推定部により推定された信号レベルと前記決定部により決定されたクリップ検出基準レベルとの比較に基づいて前記出力段で発生する可能性がある音響信号に対するクリップを検出し、該検出結果に基づきクリップ検出信号を出力するクリップ検出部と、
前記クリップ検出部から出力されたクリップ検出信号に基づき前記出力段のクリップを防止するための前記制御信号を発生する制御信号発生部と
を備え、前記レベル制御部は前記制御信号発生部により発生した制御信号に応じて入力された音響信号のレベルを制御することを特徴とする音響信号増幅装置。
An input unit for inputting an acoustic signal;
A level control unit that controls the level of the acoustic signal input from the input unit according to a control signal;
A power amplifying unit that amplifies the power of the acoustic signal level-controlled by the level control unit and outputs it from an output stage;
A voltage detection unit for detecting a power supply voltage supplied to the output stage of the power amplification unit;
A current detection unit for detecting an output current output from the output stage of the power amplification unit;
A determination unit that determines a clip detection reference level based on a power supply voltage detected by the voltage detection unit and an output current detected by the current detection unit;
The acoustic signal in any stage from the input of the input unit to the output of the power amplification unit is input, and the acoustic signal in the output stage of the power amplification unit is input based on the acoustic signal in any of the input stages. A level estimation unit for estimating a signal level;
Based on a comparison between the signal level estimated by the level estimation unit and the clip detection reference level determined by the determination unit, a clip for an acoustic signal that may occur in the output stage is detected, and the detection result is A clip detection unit that outputs a clip detection signal based on the
A control signal generation unit that generates the control signal for preventing clipping at the output stage based on the clip detection signal output from the clip detection unit, and the level control unit is generated by the control signal generation unit An acoustic signal amplifying apparatus that controls a level of an acoustic signal input in accordance with a control signal.
前記決定部は、前記電流検出部において検出した出力電流に基づき前記出力段の最小電圧降下量を決定する決定手段と、前記電圧検出部により検出された電源電圧から該決定した最小電圧降下量を減算する減算手段とを備え、該減算手段による減算結果に基づき前記クリップ検出基準レベルとして決定するものであることを特徴とする請求項1に記載の音響信号増幅装置。   The determination unit determines a minimum voltage drop amount of the output stage based on the output current detected by the current detection unit, and determines the minimum voltage drop amount determined from the power supply voltage detected by the voltage detection unit. 2. The acoustic signal amplifying apparatus according to claim 1, further comprising: a subtracting unit that subtracts, and determining the clip detection reference level based on a subtraction result obtained by the subtracting unit. 前記レベル推定部は、入力された音響信号の信号レベルを検出する検出手段と、該検出手段により検出された信号レベルを、当該音響信号を入力したステージにおける基準レベルと前記電力増幅部の出力段における標準レベルの差に応じて補正する手段とを備え、該補正手段による補正により前記入力された音響信号の信号レベルを前記出力段における音響信号の信号レベルに変換するものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の音響信号増幅装置。   The level estimation unit includes a detection unit that detects a signal level of an input acoustic signal, a signal level detected by the detection unit, a reference level in a stage to which the acoustic signal is input, and an output stage of the power amplification unit And a means for correcting in accordance with the difference in standard level in the signal, and the signal level of the input acoustic signal is converted into the signal level of the acoustic signal in the output stage by correction by the correcting means. The acoustic signal amplifying device according to claim 1 or 2.
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