JP5058623B2 - スピーカ装置、スピーカ駆動装置、およびそれらの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、スピーカ装置とスピーカ駆動装置とからなる音響再生装置およびその制御方法に関し、詳しくは、スピーカ装置とスピーカ駆動装置とがスピーカ特性と電力を互いに送受信して音声信号を制御する音響再生装置およびその制御方法に関するものである。

従来、スピーカ装置の電気音響特性を補正する技術として、スピーカ装置の振動速度の検出信号を帰還して補正するモーショナルフィードバック（ＭＦＢ）が知られている。

ＭＦＢを用いたスピーカ駆動装置では、帰還信号となる検出信号の位相回りによって発振を引き起こしやすい。下記特許文献１には、スピーカシステム内部に補正演算を行うＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）とデジタルインターフェイスとを備えたスピーカシステムが開示されている。スピーカ装置の電気音響特性を補正するデータを予め入力信号に付加することによりＭＦＢでの発信が解消される。

また従来、増幅回路の出力電流を許容以下に規制するスピーカ保護回路が知られている。スピーカ保護回路は、スピーカ装置を大音量で駆動した際のボイスコイルの発熱による断線等の事故を防止するための回路である。

従来のスピーカ保護回路においては、
抵抗器の降下電圧によってスピーカに印加される電流を検出しているため、電力が減少するという問題があった。また、効率の低下と共に歪み等が発生する恐れもある。

下記特許文献２では、音声増幅回路の出力段の出力抵抗に流れる信号電流を検出し、この検出された信号電流によって音量制御回路の音量を制御して出力電流を一定とするスピーカ駆動回路が開示されている。
特開平３−２０３４９８号公報 特開平８−１７２６９３号公報

しかしながら、特許文献１のスピーカ装置においては、スピーカ装置毎に電源供給する必要がある。そのため、例えば５．１チャネル構成のホームシアターシステムのようにスピーカ装置を複数構成にすると消費電力やコストが増加する。

また図１１に示すように、信号源の出力信号はスピーカ装置を経由させてから増幅器へ入力する必要があるため信号の配線数が増加する。さらに、スピーカ装置内部の補正手段と入出力手段に電源供給する必要があるため電源の配線数が増加することにより配線が煩雑になる。

また、特許文献２に開示されたスピーカ保護回路においては、スピーカ駆動装置の出力に任意のスピーカ装置を接続した場合、スピーカ装置に最大入力電力を超えた電力を供給してしまう恐れがある。なぜなら、接続されたスピーカ装置の最大入力電力を認識する手段や出力電流の制限値を調節する手段が、スピーカ駆動回路にないためである。

上記課題を解決するため、本発明のスピーカ駆動装置は、
スピーカ装置に接続可能なスピーカ駆動装置であって、
入力音声信号に応じてパルス幅変調されたスイッチング信号を出力するデジタルアンプと、
前記デジタルアンプから出力されるスイッチング信号を低域濾波し、前記スピーカ装置に入力される出力音声信号を生成する低域濾波部と、
前記デジタルアンプに入力される入力音声信号の電気音響特性を補正する補正部と、
前記スピーカ装置から、前記スピーカ装置の電気音響特性データに係るデータ信号を受信する受信部と、
前記電気音響特性データにもとづいて、前記デジタルアンプに入力される入力音声信号の電気音響特性を補正するように前記補正部を制御する制御部と、
前記デジタルアンプ、前記低域濾波部及び前記受信部の何れかと、前記スピーカ装置とを選択的に接続する選択部とを有し、
前記制御部は、
前記デジタルアンプと前記スピーカとを接続して、前記デジタルアンプから出力されるスイッチング信号を電源信号として前記スピーカ装置に供給するように、前記選択部を制御し、
前記受信部と前記スピーカ装置とを接続して、前記スピーカ装置から前記電気音響特性データに係るデータ信号を受信するように、前記選択部を制御し、
前記低域濾波部と前記スピーカ装置とを接続して、前記低域濾波部により生成される出力音声信号を前記スピーカ装置に供給するように、前記選択部を制御することを特徴とする。

本発明の音響再生装置によれば、
消費電力やコストの増加を抑えることができるとともに、配線数の増加を抑制することができる。

スピーカ装置の電気音響特性に応じた適正な特性補正をした忠実な再生や、最大入力電力を超えないよう出力制限した安全な再生をすることができる。

これらの効果は、スピーカ装置を複数構成にした場合やスピーカ装置を異なるものへ変更した場合に顕著になる。

以下、図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施形態における音響再生装置のブロック図である。

スピーカ駆動装置１とスピーカ装置２は、ケーブル７により接続される。スピーカ駆動装置１は、以下の構成を有する。音声入力部１４には、信号源から音声信号が入力される。

入力された音声信号は、補正部１３で所定の補正処理がなされる。

増幅部１５は、補正部の出力をスピーカ装置２のスピーカ部１６が駆動できるレベルに増幅する。

出力制限部２７は、増幅部の出力電力を所定の制限値以下に制限する。

電源供給部６は、可聴帯域外の高周波の電源信号を出力する。

受信部１２は、スピーカ装置２の送信部９が送信するデータ信号を受信する。

選択部４は、出力端子５（入出力部）に接続され、出力制限部、電力供給部、受信部と出力端子とを選択的に接続する。制御部３は、選択部４を制御するとともに、補正部１３の補正特性や出力制限部２７の制限値を設定する。

スピーカ装置２は以下の構成を有する。

スピーカ部１６は、入力端子１１から入力された音声信号を可聴音に変換する。

電気音響特性記憶部１０は、スピーカ装置２自身の情報である電気音響特性データと最大入力電力データとを保存している。

記憶部１０に保存された電気音響特性データと最大入力電力データの少なくとも何れかは、可聴帯域外の高周波成分からなるデータ信号に変換されて、送信部９よりスピーカ駆動部１に送信される。即ち、データ信号は、電気音響特性データと最大入力電力データに対応した信号である。

電源変換部８は、スピーカ駆動装置１の電源供給部６が出力する電源信号を送信部９の電源に変換する。電源変換部８は、フィルタ部としてのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、検波部及び蓄電部からなる。ＢＰＦを通して周波数帯が制限された電源信号は、検波部で直流信号に変換され、蓄積部に蓄積される。送信部９は、蓄積された直流信号を電源として、データ信号送信可能となる。

低域濾波部（ＬＰＦ）１７は、可聴帯域外の高周波を遮断する。

以下、図１２に示す本実施形態における音響再生装置の処理フロー図を用いて、動作について詳細に説明する。

（第１のステップ）
スピーカ駆動装置１に電源投入開始（Ｓ１０１）されると、
制御部３は選択部４をＢに接続するよう制御する。その結果、電源供給部６からケーブル７を介してスピーカ装置２の電源変換部８へ可聴帯域外の高周波の電源信号が供給される（電源信号供給処理（Ｓ１０２））。

スピーカ装置の電源変換部８は、入力された電源信号を濾波及び検波した後、電源信号の供給を示す直流信号として送信部９に供給する（検波出力処理（Ｓ１０４））。同時に、検波した直流信号を蓄電する（蓄電処理（Ｓ１０５））。このときスピーカ装置２に入力された高周波の電源信号は低域濾波部１７により阻止されスピーカ部１６へは入力されない。スピーカ部１６の振動系による機械的もしくはインダクダンスによる電気的な高域阻止作用などにより、スピーカ部１６へ高周波の電源信号を入力しても弊害が無い場合には低域濾波部１７は不要である。

スピーカ駆動装置１は電源信号の供給を例えば１秒間保持する（電源供給保持処理（Ｓ１０３））。その結果、電源変換部８は、蓄電を完了させ、蓄電された電力は、送信部９へ電源として供給される。

（第２のステップ）
次に、制御部３は、選択部４をＣに接続するよう制御し、電源信号の供給を終了するとともに受信部１２がデータ信号の受信を開始する（電源供給終了処理（Ｓ２０４））。

このときスピーカ装置２の送信部９は、電源変換部８の検波出力が停止することにより電源信号の供給終了を検出する（電源供給終了検出処理（Ｓ２０５））。

スピーカ装置２は、電源信号の供給終了を検出すると、送信部９が電源変換部８の蓄電出力を電源として使用し、記憶部１０に保存されたデータを読み出す。読み出されるデータには、スピーカ装置２の最大入力電力データが含まれる。さらに、読み出したデータを、可聴帯域外の高周波成分からなるデータ信号として入力端子１１へ出力し、スピーカ駆動装置１にデータ信号を送信する（送信処理（Ｓ２０６））。

（第３のステップ）
スピーカ駆動装置はスピーカ装置２が送信処理（Ｓ２０６）により送信したデータ信号を、端子Ｃが選択されている選択部４を介して受信部１２により受信する。受信部１２は、受信したデータ信号をスピーカ装置２の電気音響特性データと最大入力電力データとして制御部３に出力する。制御部３は、取得したデータの有無や正当性を判断する（受信部受信完了（Ｓ３０７））。

受信完了を検出すると、制御部３は取得した電気音響特性データに対応する逆特性で音声信号を補正するよう補正部１３の補正特性と設定する。また、制御部３は、最大入力電力データに対応しそれを超えないよう出力制限部２７の制限値を設定する（受信完了後補正処理（Ｓ３０９））。

受信完了が検出されなかった場合は、制御部３は、例えば補正部１３の補正特性を平坦特性とするように制御する（受信不可時補正処理（Ｓ３０８））。さらに、出力制限部２７の制限値を増幅部１５の最大出力電力とする（受信不可時出力制限処理（Ｓ３１２））。

制御部３は、受信完了後補正処理（Ｓ３０９）もしくは受信不可時補正処理（Ｓ３０８）により補正部１３を制御したのち、選択部４が端子Ａを選択するよう制御する。スピーカ駆動装置の音声入力部１４へ入力された音声信号は、補正部１３によりスピーカ装置２の電気音響特性に適した特性に補正され、増幅部１５により増幅される。さらに、出力制限部２７により最大入力電力を超えないよう出力制限されたのち、スピーカ装置２のスピーカ部１６から放音される（音声出力処理（Ｓ３１１））。

以下の実施例において、上述した第１の実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

以下、本発明に係る第２の実施形態について説明する。

図２は、第２実施形態における音響再生装置のブロックブロック図である。本実施形態は、スピーカ駆動装置１における出力制限部２７は増幅部１５への電源供給を制限することにより増幅部１５の出力電力を制限することを特徴とする。

出力制限部２７は、制御部３より指示されたスピーカ装置２の最大入力電力を超えないような増幅部１５の出力電力の制限値に応じ、増幅部１５に供給する電源電圧もしくは電源の過電流保護の制限値を決定する。これによりスピーカ装置２へ供給される電力が最大入力電力を超えないよう制限される。

以下、本発明に係る第３の実施形態について説明する。

図３は、第３実施形態における音響再生装置のブロックブロック図である。

本実施形態は、図１における出力制限部２７により増幅部１５の出力電力を制限する代わりに、補正部１３による音量補正により増幅部１５の出力電力を制限することを特徴とする。

制御部３は、補正部１３を、スピーカ装置２の電気音響特性データに対応する逆特性で音声信号を補正するよう制御する。同時に、スピーカ装置２の最大入力電力データに対応して音量補正をすることにより増幅部１５へ入力する音声信号の振幅を制限する。これにより増幅部１５の出力信号がスピーカ装置２の最大入力電力を超えないよう制限される。

以下、本発明に係る第４の実施形態について説明する。

図４は、第４の実施形態における音響再生装置のブロックブロック図である。

本実施形態では、電源供給部６と選択部４の間にインピーダンス部２９を配置し、電源信号出力にインピーダンスをもたせる。さらに、電源信号出力は、受信部１２のデータ信号入力と接続されている。スピーカ装置２に配置されたスイッチング部２８の動作により送信部９はデータ信号に応じて電源信号をスイッチングさせる。

制御部３は、スピーカ駆動装置１に電源が投入された後の所定時間、選択部４を端子Ｂの選択となるように制御する。出力端子５には、電源供給部６の出力にインピーダンスが付加された電源信号が出力され、ケーブル７を介してスピーカ装置２に電源信号が供給される。

スピーカ装置２に供給された電源信号は電源変換部８により蓄電され送信部９へ電源として供給される。送信部９は、送信可能な程度の電源が供給されると、スイッチング部２８を記憶部１０のデータに対応したＯＮ／ＯＦＦ動作させることにより、記憶部１０のデータ信号をデジタル信号としてスピーカ駆動装置１へ送信する。即ち、データ信号は、電源信号を電気音響特性データ及び／または最大入力電力データにもとづいて変換したパルス信号である。スピーカ駆動装置１の受信部がスイッチングされた電源信号で形成されたデータ信号を受信することにより、第１実施形態と同様に第３のステップが可能となる。本実施形態では、これまでの実施形態で用いられた、選択部４が端子Ｃを選択するよう制御する電源供給終了処理（Ｓ２０４）を省略し簡素化することができる。

以下、本発明に係る第５の実施形態について説明する。

図５は、第５の実施形態における音響再生装置のブロック図である。

増幅部１５は、デジタルアンプであり、そのスイッチング出力信号は、選択部４の端子Ｂに出力される。スイッチング出力信号を低域濾波手段１７により濾波して得た音声信号は、選択部４の端子Ａに出力される。デジタルアンプにより構成された増幅部１５は、可聴帯域外の高周波を音声信号によりパルス変調したスイッチング信号を出力する。

制御部３は、スピーカ駆動装置１に電源が投入された後の所定時間、選択部４を端子Ｂの選択となるよう制御する。出力端子５には、増幅部１５が出力するスイッチング出力信号が可聴帯域外の高周波の電源信号として出力され、ケーブル７を介してスピーカ装置２に電源信号として供給される。

以下、第１実施形態と同様な動作が可能となり、図１におけるスピーカ駆動装置１の電源供給部６をなくし簡素化することができる。

以下、本発明に係る第６実施形態について説明する。

図６は、第６実施形態における音響再生装置のブロック図である。

スピーカ装置２における送信部は、スピーカ駆動装置１を操作する赤外線リモコン送信装置と同様の構成を有するリモコン送信部９であり、スピーカ駆動装置１における受信部は赤外線リモコン受信部１２とする。

制御部３はスピーカ駆動装置１に電源が投入された後の所定時間、選択部４を端子Ｂぼ選択となるように制御する。出力端子５には、電源供給部６が出力する可聴帯域外の高周波の電源信号が出力されし、ケーブル７を介してスピーカ装置２に供給される。

スピーカ装置２に入力された高周波の電源信号は電源変換部８へ入力され、検波された出力が電源として送信部９に供給される。送信部９は電源が供給されると、記憶部１０に保存されたスピーカ装置２の電気音響特性データおよび最大入力電力データを読み出して、データ信号として受信部１２に赤外線送信する。このときデータ信号の送信はケーブル７を介さないため、電源変換部８の蓄電動作と通信の時分割制御が不要となる。

受信部１２が受信したデータ信号は、スピーカ装置２の電気音響特性データおよび最大入力電力データとして制御部３に入力される。

制御部３は、電気音響特性データに対応する逆特性で入力音声信号を補正し、最大入力電力データに応じて増幅部１５の出力電力を制限するよう補正部１３を制御する。その後、制御部３は、選択部４を端子Ａの選択状態となるように制御する。

以下、第１実施形態と同様に動作する。本実施形態では、図１におけるスピーカ駆動装置の選択部６およびスピーカ装置２の電源変換部８における蓄電部を省略でき、低コスト化することができる。

以下、本発明に係る第７の実施形態について説明する。

図７は、第７の実施形態における音響再生装置のブロック図である。マルチチャネル再生をするためにスピーカ装置２およびケーブル７を複数構成とするとともに、スピーカ駆動装置１における選択部４と増幅部１２と出力端子５を複数構成としたことを特徴とする。

制御部３は、スピーカ駆動装置１に電源が投入された後の所定時間、選択部４（第１の選択部）および選択部１８（第２の選択部）を、それぞれ端子Ｂ選択状態となるように制御する。出力端子５（第１の出力端子）および出力端子２０（第２の出力端子）には、電源供給部６が出力する可聴帯域外の高周波の電源信号がそれぞれ出力される。ケーブル７（第１のケーブル）およびケーブル２１（第２のケーブル）を介してスピーカ装置２（第１のスピーカ装置）およびスピーカ装置１７（第２のスピーカ装置）にそれぞれ電源信号が供給される。

スピーカ装置２、１７に入力された電源信号により電源変換部８、２２への蓄電が完了する時期に、制御部３は、選択部４、１８をそれぞれ端子Ｃの選択状態となるよう制御する。スピーカ装置２、１７がそれぞれ送信する電気音響特性データおよび最大入力電力データに対応したデータ信号は、受信部１２を介して電気音響特性制御部３に入力される。

制御部３は、スピーカ装置２、１７の電気音響特性データに対応する逆特性で音声信号を補正し、最大入力電力データに応じて増幅部１５の出力電力を制限するよう補正部１３を制御する。選択部４１８は、それぞれ端子Ａが選択されるように制御される。

以上により、スピーカ駆動装置１の音声入力部１４、２３へそれぞれ入力された音声信号は、補正部１３によりスピーカ装置２、１７のそれぞれの電気音響特性に適した特性に補正される。さらにそれぞれのスピーカ装置２、１７の最大入力電力を超えないよう音量補正による出力制限されたのち、増幅部１５、１９により増幅され、スピーカ部１６、２４から放音される。

以下、本発明に係る第８の実施形態について説明する。

図８は、第８の実施形態における音響再生装置のブロック図である。出力端子５には、負荷となるスピーカ装置２が接続されたことを検出する接続検出部２５が接続されている。

制御部３は、スピーカ駆動装置１に電源が投入された後の所定時間、もしくは接続検出部２５により出力端子５にケーブル７を介して負荷となるスピーカ装置２が接続されたことが検出された後の所定時間、選択部４を端子Ｂの選択状態となるよう制御する。出力端子５には、電源供給部６が出力する可聴帯域外の高周波の電源信号が出力され、ケーブル７を介してスピーカ装置２に供給される。

以下、第１実施形態と同様な動作をする。

本実施形態によれば、スピーカ駆動装置１の電源を投入したままの状態でスピーカ装置２を交換した場合であっても、あらたに接続されたスピーカ装置の電気音響特性及び最大入力電力に適合した特性に入力音声信号を補正することができる。

以下、本発明に係る第９の実施形態について説明する。

図９は、第９の実施形態における音響再生装置のブロック図である。電源供給部６が出力する電源信号が可聴帯域外の低周波もしくは直流であることを特徴とする。

制御部３は、スピーカ駆動装置１に電源が投入された後の所定時間、選択部４を端子Ｂを選択するように制御する。出力端子５には、電源供給部６が出力する可聴帯域外の低周波もしくは直流の電源信号が出力され、ケーブル７を介してスピーカ装置２に供給される。

スピーカ装置２に入力された低周波の電源信号は、高域濾波部２６により遮断されスピーカ部１６へは入力されずに、電源変換部８へ入力される。電源変換部９で検波された出力が電源信号の供給を示す信号として送信部９に供給される。同時に、直流電圧に変換されて蓄電された出力が電源として送信部９に供給される。

以下、第１実施形態と同様な動作が行われる。

本発明に係る一実施形態における音響再生装置のブロック図である。 第２実施形態における音響再生装置のブロック図である。 第３実施形態における音響再生装置のブロック図である。 第４実施形態における音響再生装置のブロック図である。 第５実施形態における音響再生装置のブロック図である。 第６実施形態における音響再生装置のブロック図である。 第７実施形態における音響再生装置のブロック図である。 第８実施形態における音響再生装置のブロック図である。 第９実施形態における音響再生装置のブロック図である。 一般的な音響再生装置のブロック図である。 従来の音響再生装置のブロック図である。 本発明に係る一実施形態における音響再生装置の処理フロー図である。

符号の説明

１ スピーカ駆動装置
２ スピーカ装置
３ 制御部
４ 選択部
５ 出力端子
６ 電源供給部
７ ケーブル
８ 電源変換部
９ 送信部
１０ 記憶部
１１ 入力端子
１２ 受信部
１３ 補正部
１４ 音声入力部
１５ 増幅部
１６ スピーカ部
１７ 低域濾波部
１８ 第２の選択部
１９ 第２の増幅部
２０ 第２の出力端子
２１ 第２のスピーカケーブル
２２ 第２の電源変換部
２３ 第２の音声入力部
２４ 第２のスピーカ部
２５ 接続検出部
２６ 高域濾波部
２７ 出力制限部
２８ スイッチング部
２９ インピーダンス部
Ｓ１０１ 電源投入開始
Ｓ１０２ 電源信号供給処理
Ｓ１０３ 電源供給保持処理
Ｓ１０４ 検波出力処理
Ｓ１０５ 蓄電処理
Ｓ２０４ 電源供給終了処理
Ｓ２０５ 電源供給終了検出処理
Ｓ２０６ 送信処理
Ｓ３０７ 受信完了判断
Ｓ３０８ 受信不可時補正処理
Ｓ３０９ 受信完了後補正処理
Ｓ３１０ 受信完了後出力制限処理
Ｓ３１１ 音声出力処理
Ｓ３１２ 受信不可時出力制限処理

Claims (4)

1. スピーカ装置に接続可能なスピーカ駆動装置であって、
   入力音声信号に応じてパルス幅変調されたスイッチング信号を出力するデジタルアンプと、
   前記デジタルアンプから出力されるスイッチング信号を低域濾波し、前記スピーカ装置に入力される出力音声信号を生成する低域濾波部と、
   前記デジタルアンプに入力される入力音声信号の電気音響特性を補正する補正部と、
   前記スピーカ装置から、前記スピーカ装置の電気音響特性データに係るデータ信号を受信する受信部と、
   前記電気音響特性データにもとづいて、前記デジタルアンプに入力される入力音声信号の電気音響特性を補正するように前記補正部を制御する制御部と、
   前記デジタルアンプ、前記低域濾波部及び前記受信部の何れかと、前記スピーカ装置とを選択的に接続する選択部とを有し、
   前記制御部は、
   前記デジタルアンプと前記スピーカとを接続して、前記デジタルアンプから出力されるスイッチング信号を電源信号として前記スピーカ装置に供給するように、前記選択部を制御し、
   前記受信部と前記スピーカ装置とを接続して、前記スピーカ装置から前記電気音響特性データに係るデータ信号を受信するように、前記選択部を制御し、
   前記低域濾波部と前記スピーカ装置とを接続して、前記低域濾波部により生成される出力音声信号を前記スピーカ装置に供給するように、前記選択部を制御することを特徴とするスピーカ駆動装置。
2. 前記スピーカ装置が接続されたことを検出する接続検出部を有し、
   前記制御部は、前記接続検出部の出力にもとづいて、前記選択部を制御することを特徴とする請求項１に記載のスピーカ駆動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のスピーカ駆動装置に接続可能なスピーカ装置であって、
   前記スピーカ駆動装置から受信した電源信号を直流信号に変換する電源変換部と、
   前記スピーカ装置の電気音響特性データを記憶する記憶部と、
   前記直流信号を電源として、前記電気音響特性データを前記記憶部より読み出して、前記スピーカ駆動装置にデータ信号として送信する送信部とを有することを特徴とするスピーカ装置。
4. 前記電源変換部は、前記電源信号の周波数帯を制限するフィルタ部、前記フィルタ部を通した電源信号を直流信号に変換する検波部及び該検波部を通した電源信号を蓄積する蓄電部とからなることを特徴とする請求項３に記載のスピーカ装置。

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