JP5101957B2 - 電子ボリウム装置およびそれを用いたオーディオ機器 - Google Patents

Description

本発明は、オーディオ信号の音量などを制御する電子ボリウム装置に関する。

ＣＤプレイヤや、オーディオアンプ、カーステレオ、あるいは、携帯型ラジオや携帯型のオーディオプレイヤなどの、オーディオ信号を再生する機能を備えた電子機器は、音量を調節するためのボリウムや、周波数特性を調節するイコライザなどを備えるのが一般的である。かかるボリウムやイコライザの制御は、オーディオ信号の振幅を変化させることにより行われる。

オーディオ信号は、増幅器によって増幅され、最終的に、音声出力部であるスピーカやヘッドホンから、音声として出力される。音量の調節は、増幅器の利得を制御したり、減衰器の減衰率を制御することにより実現される。たとえば、特許文献１、２には、増幅器の利得や、減衰器の減衰率を、可変抵抗の抵抗値を切り換えることにより行う電子ボリウム回路が開示される。

電子ボリウム回路の後段には、スピーカやヘッドホンなどの電気音響変換素子を駆動するために十分な駆動力を有する最終段アンプ（パワーアンプという）が設けられる。パワーアンプのバイアスレベルにオフセット（ＤＣオフセット）が生ずると、スピーカに直流電流が流れ続け、信頼性を損なうおそれがある。そこで、パワーアンプの出力と所定のしきい値を比較してＤＣオフセットの有無を検出する。

再生時の誤検出を抑制するために、パワーアンプの入力レベルを検知し、これを所定のしきい値にフィードバックする手法が提案されている（特許文献３）。
特開２００５−１１７４８９号公報 特開２００５−２１７７１０号公報 特開２００４−３２０２７３号公報

しかしながら、特許文献３の技術では、パワーアンプの入力信号のレベルをＡ／Ｄ変換し、ルックアップテーブルを参照してしきい値を設定するため、回路規模が増大するという問題がある。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路の異常を簡易に検出可能な電子ボリウム装置の提供にある。

本発明のある態様は、電子ボリウム装置に関する。電子ボリウム装置は、入力された第１オーディオ信号を設定されたボリウム値に応じて増幅する増幅器と、増幅器から出力される第２オーディオ信号を、外部に接続されるパワーアンプに出力するための出力端子と、増幅器からの第２オーディオ信号を基準信号と比較する比較器と、比較器の比較結果に応じた検出信号を外部に出力するための検出端子と、を備える。

この態様によると、電子ボリウム装置の内部において、パワーアンプの入力レベルの判定を行い、後段のパワーアンプにおけるオフセット検出の結果に加えて、検出信号の論理レベルを参照することにより、再生動作中であってもフィードバック制御を行うことなく簡易に回路の異常を検出できる。

ある態様の電子ボリウム装置は、比較器の前段に設けられ、増幅器からの第２オーディオ信号の位相と、基準信号の位相をシフトする位相調節部をさらに備えてもよい。
電子ボリウム装置と後段のパワーアンプの間にカップリングキャパシタが設けられる場合がある。この態様によれば、カップリングキャパシタによる位相ズレを補償することができ、パワーアンプ側のレベル検出と、電子ボリウム装置のレベル検出のタイミングを揃えることができる。

ある態様の電子ボリウム装置において、増幅器、出力端子、検出端子は、チャンネルごとに設けられてもよい。電子ボリウム装置は、各チャンネルの増幅器から第２オーディオ信号を受け、ミキシングして出力するミキサをさらに備えてもよい。比較器は、ミキサの出力信号を基準信号とし、チャンネルごとの増幅器からの第２オーディオ信号をそれぞれミキサの出力信号と比較し、チャンネルごとの検出信号を出力してもよい。
基準信号を、各チャンネルの信号をミキシングして生成することにより、基準レベルをオーディオ波形にもとづいた交流信号とすることができ、より確実なレベル判定を行うことができる。

ミキサは、ミキシングの対象となるチャンネルを選択可能であってもよい。

電子ボリウム装置は、ひとつの半導体基板上に一体集積化されることが好ましい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。

本発明の別の態様は、オーディオ機器である。このオーディオ機器は、オーディオ信号を再生する音源と、音源からの第１オーディオ信号を設定されたボリウム値に応じて増幅する上述の電子ボリウム装置と、電子ボリウム装置により増幅された第２オーディオ信号を増幅するパワーアンプと、パワーアンプから出力される第３オーディオ信号を第２基準信号と比較し、比較結果に応じたエラー信号を出力するオフセット検出部と、電子ボリウム装置の出力端子とパワーアンプの間を接続するカップリングキャパシタと、パワーアンプにより駆動される音声出力部と、電子ボリウム装置から出力される検出信号の論理値と、オフセット検出部から出力されるエラー信号の論理値にもとづき、本機器の異常を検出するプロセッサと、を備える。
この態様によれば、プロセッサは、エラー信号と検出信号の論理レベルにもとづいて回路異常の有無を判定するため、検出のための回路を簡易化できる。

本発明の別の態様は、異常検出方法に関する。この方法は、入力された第１オーディオ信号を設定されたボリウム値に応じて増幅し、第２オーディオ信号を生成するステップと、増幅された第２オーディオ信号のレベルを第１基準信号と比較し、比較結果に応じた検出信号を出力するステップと、パワーアンプにより電気音響変換素子を駆動するために第２オーディオ信号を増幅し、第３オーディオ信号を生成するステップと、第３オーディオ信号を第２基準信号と比較し、比較結果に応じたエラー信号を出力するステップと、検出信号とエラー信号の論理レベルにもとづいて回路の異常の有無を検出し、異常を検出すると所定の保護動作を実行するステップと、を備える。
この態様によれば、フィードバックを用いることなく、簡易に再生動作中の回路異常の発生を検出できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係る電子ボリウム装置によれば、簡易に回路異常を検出できる。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、実施の形態に係る電子ボリウム装置１００が使用されるオーディオ機器１０００の構成を示すブロック図である。オーディオ機器１０００は、オーディオ用アンプ、カーステレオや携帯型のオーディオプレイヤ、あるいは携帯電話端末など、音声を出力する手段を備える機器である。本実施の形態に係る電子ボリウム装置１００は、かかるオーディオ機器１０００に搭載され、スピーカやイヤホンなどの音声出力部から出力される音声の音量を調節するものである。

オーディオ機器１０００は、電子ボリウム装置１００、音源１０、パワーアンプ１２、音声出力部１４、オフセット検出部１６、ホストプロセッサ１８を備える。音源１０は、ディスクメディアやメモリ、ハードディスクに記憶され、あるいは外部から有線・無線で入力された音声データを、アナログの第１オーディオ信号Ｓ１に変換して再生するブロックである。

電子ボリウム装置１００の入力端子１０２には、音源１０から出力される第１オーディオ信号Ｓ１が入力される。電子ボリウム装置１００は、設定されたボリウム値ＶＯＬに応じて第１オーディオ信号Ｓ１を増幅する。電子ボリウム装置１００は、後述のように、第１オーディオ信号Ｓ１を増幅もしくは減衰させる増幅器を含んでおり、ユーザから指示されたボリウム値に応じて、内部の増幅器の利得を変化させる。電子ボリウム装置１００は、イコライザ機能やミュート機能などを具備するＤＳＰ（Digital Signal Processor）の一部として構成されてもよい。

パワーアンプ１２は、電子ボリウム装置１００により増幅された第２オーディオ信号Ｓ２をさらに増幅する。電子ボリウム装置１００の出力端子１０４とパワーアンプ１２の間には、直流阻止用のカップリングキャパシタＣ１が設けられる。音声出力部１４はスピーカやイヤホン、ヘッドホンなどの電気音響変換素子であり、パワーアンプ１２により増幅された第３オーディオ信号Ｓ３によって駆動される。

オフセット検出部１６は、パワーアンプ１２から出力される第３オーディオ信号Ｓ３を第２基準信号と比較し、比較結果に応じたエラー信号ＳＥを出力する。オフセット検出部１６はたとえば第３オーディオ信号Ｓ３を所定の直流レベルを有する第２基準信号と比較する。この場合、第３オーディオ信号Ｓ３を第２基準信号と比較するコンパレータによって構成できる。
またオフセット検出部１６は、第３オーディオ信号Ｓ３の直流成分を抽出するフィルタと、フィルタの出力を第２基準信号と比較するコンパレータによって構成してもよい。ただしオフセット検出部１６の構成はこれらに限定されず、公知のさまざまな回路形式を利用可能である。

実施の形態に係る電子ボリウム装置１００は、出力端子１０４から出力する第２オーディオ信号Ｓ２のレベルを判定する出力レベル判定部２０を有する。詳しくは後述するが、出力レベル判定機能によって第２オーディオ信号Ｓ２を基準信号と比較し、比較結果に応じた検出信号ＳＤを、ホストプロセッサ１８による異常検出に利用するために検出端子１０６から出力する。

ホストプロセッサ１８はオーディオ機器１０００全体を制御する。ホストプロセッサ１８は、電子ボリウム装置１００から出力される検出信号ＳＤの論理値と、オフセット検出部１６から出力されるエラー信号ＳＥの論理値にもとづき、オーディオ機器１０００の異常を検出する。ホストプロセッサ１８は異常を検出すると、所定の保護動作を実行する。所定の保護動作は、パワーアンプ１２のシャットダウンなどである。

図１のオーディオ機器１０００によれば、電子ボリウム装置１００に出力レベルの判定機能を設け、その判定結果に応じた検出信号ＳＤをホストプロセッサ１８に出力することにより、フィードバックを用いることなく簡易にオーディオ機器１０００の異常を検出できる。なお、図１では、１チャンネル分の構成要素を示しているが、多チャンネルであってもよい。

図２は、図１の電子ボリウム装置１００の構成を示すブロック図である。たとえば電子ボリウム装置１００がカーオーディオ用である場合、フロントライト、フロントレフト、リアレフト、リアライトの４チャンネルのボリウム制御機能を有する。電子ボリウム装置１００は、信号処理部２１、増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４、出力レベル判定部２０を備える。

信号処理部２１は、入力端子１０２を介して入力される第１オーディオ信号Ｓ１に対して所定の信号処理を行う。増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４はチャンネルごとに設けられており、入力端子１０２に入力された各チャンネルの第１オーディオ信号Ｓ１を、設定されたボリウム値に応じて増幅する。増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４から出力される第２オーディオ信号Ｓ２＿１〜Ｓ２＿４は、チャンネルごとに設けられた出力端子１０４＿１〜１０４＿４を介して外部に接続されるパワーアンプ１２に出力される。

出力レベル判定部２０は、比較部２２、位相調節部２４、ミキサ２６を備える。比較部２２は、増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４からの第２オーディオ信号Ｓ２＿１〜Ｓ２＿４をそれぞれ、基準信号ＲＥＦと比較する。検出端子１０６＿１〜１０６＿４からは、比較部２２による比較結果に応じた検出信号ＳＤ１〜ＳＤ４がチャンネルごとに外部に出力される。つまり、ｉ番目（ｉは１〜４）のチャンネルの検出端子１０６＿ｉからは、第２オーディオ信号Ｓ２＿ｉと基準信号ＲＥＦの比較結果が出力される。

位相調節部２４は、比較部２２の前段に設けられ、増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４からの第２オーディオ信号Ｓ２＿１〜Ｓ２＿４と、基準信号ＲＥＦを受ける。位相調節部２４は第２オーディオ信号Ｓ２＿１〜Ｓ２＿４および基準信号ＲＥＦの位相をシフトする。位相のシフト量は、各チャンネルごとに設けられたカップリングキャパシタＣ１による位相ずれを補償するように設定される。なお電子ボリウム装置１００とパワーアンプ１２の間にカップリングキャパシタＣ１が設けられない場合、位相調節部２４を設けなくてもよい。

ミキサ２６は、基準信号ＲＥＦを生成するために設けられる。ミキサ２６は各チャンネルの第２オーディオ信号Ｓ２＿１〜Ｓ４を受け、これらをミキシングする。ミキシングされた信号は、基準信号ＲＥＦとして比較部２２へと出力される。ミキサ２６はミキシングの対象となるチャンネルを選択可能であることが好ましい。この場合、ミキシングの対象となるチャンネルは、図１のホストプロセッサ１８からの指示にもとづいて設定される。

比較部２２は、基準信号ＲＥＦとしてミキサ２６により生成された信号に替えて、第２オーディオ信号Ｓ２とは無関係に生成される直流信号を用いてもよい。あるいは、基準信号ＲＥＦとしてミキサ２６の出力信号と直流信号のいずれを利用するかを、ホストプロセッサ１８からの指示に応じて切りかえ可能に構成されてもよい。

ミキサ２６により生成された基準信号ＲＥＦを用いる場合、比較部２２は、第２オーディオ信号Ｓ２のレベルが、基準信号ＲＥＦを中心とした所定の範囲に含まれているかを判定する。

なお、第２オーディオ信号Ｓ２のフルスケールに対する基準信号ＲＥＦの比率は、第３オーディオ信号Ｓ３のフルスケールに対する第２基準信号の比率よりも低くしておく。すなわち、出力レベル判定部２０におけるレベル判定は、オフセット検出部１６におけるオフセット検出よりも厳しく実行される。

以上のように構成された電子ボリウム装置１００およびオーディオ機器１０００の動作について説明する。
電子ボリウム装置１００により生成される検出信号ＳＤは、第２オーディオ信号Ｓ２の振幅レベルが基準レベルに対して大きいか否かを示している。いま検出信号ＳＤは、第２オーディオ信号Ｓ２の振幅が基準信号ＲＥＦよりも大きい場合にハイレベルとなり、小さい場合にローレベルとなるものとする。

また、オフセット検出部１６により生成されるエラー信号ＳＥは、第３オーディオ信号Ｓ３のオフセットレベルが所定の基準レベルより大きいか否かを示している。いまエラー信号ＳＥは、第３オーディオ信号Ｓ３の直流レベル（バイアスレベル）が第２基準信号より大きい場合、つまりオフセットが大きい場合にハイレベルとなり、小さい場合にローレベルとなるものとする。

この場合、電子ボリウム装置１００は以下の論理値にしたがって、回路の異常を判定する。
（１）検出信号ＳＤがローレベルを持続、エラー信号ＳＥがハイレベル
この場合、電子ボリウム装置１００は、パワーアンプ１２にＤＣオフセットが発生していると判定し、所定の保護動作を実行する。この状態は、パワーアンプの入力信号のレベルが小さいにもかかわらず、バイアスレベルが大きいことを示すからである。

（２）検出信号ＳＤがローレベルを持続、エラー信号ＳＥがローレベル
この場合、電子ボリウム装置１００は、異常は発生していないものと判定する。

（３）検出信号ＳＤがローレベルを維持せず、ハイレベルに遷移、エラー信号ＳＥがハイレベル
この場合、電子ボリウム装置１００は、異常は発生していないものと判定する。この状態は、パワーアンプのバイアスオフセットが、パワーアンプの入力信号の振幅が大きいことに起因して発生したものと推定できるため、異常とは扱わない。

（４）検出信号ＳＤがローレベルを維持せず、ハイレベルに遷移、エラー信号ＳＥがローレベル
この場合、電子ボリウム装置１００は、回路に異常が発生しているものと判定する。この状態は、パワーアンプの入力信号のレベルが高いにもかかわらず、パワーアンプ１２の出力が小さいことを示しており、パワーアンプ１２と電子ボリウム装置１００の間の断線、パワーアンプ１２の故障などが疑われるからである。

電子ボリウム装置１００によれば、検出信号ＳＤとエラー信号ＳＥの論理値の組み合わせに応じて回路の異常を判定するため、フィードバック制御が不要となり、回路を簡素化できる。また位相調節部２４を設けたことにより、カップリングキャパシタによる位相ズレを補償することができる。さらにミキサ２６を設けたことにより、基準信号ＲＥＦをオーディオ波形にもとづいた交流信号とすることができ、より確実なレベル判定を行うことができる。

実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、例示する。

実施の形態では、ボリウムを変更する場合について説明したが、電子ボリウム装置１００の用途はこれに限定されるものではなく、イコライザなど、ある周波数ごとの利得を制御する用途に用いてもよい。また、実施の形態では、ボリウムを変更する場合を例に説明したが、本発明は、再生を停止する際のミュート処理に適用することも可能である。

実施の形態にもとづき、特定の語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

実施の形態に係る電子ボリウム装置が使用されるオーディオ機器の全体の構成を示すブロック図である。 図１の電子ボリウム装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００…電子ボリウム装置、１０２…入力端子、１０４…出力端子、１０６…検出端子、１０００…オーディオ機器、１０…音源、１２…パワーアンプ、１４…音声出力部、１６…オフセット検出部、１８…ホストプロセッサ、２０…出力レベル判定部、２２…比較部、２４…位相調節部、２６…ミキサ、Ｓ１…第１オーディオ信号、Ｓ２…第２オーディオ信号、Ｓ３…第３オーディオ信号、Ｃ１…カップリングキャパシタ。

Claims (5)

1. 複数チャンネルのオーディオ信号を増幅する電子ボリウム装置であって、
   チャンネルごとに設けられ、対応するチャンネルに入力された第１オーディオ信号を、設定されたボリウム値に応じて増幅する複数の増幅器と、
   チャンネルごとに設けられ、対応する前記増幅器から出力される第２オーディオ信号を、外部に接続されるパワーアンプに出力するための複数の出力端子と、
   複数チャンネルの前記第２オーディオ信号を受け、それらをミキシングして基準信号を生成するミキサと、
   複数チャンネルの前記第２オーディオ信号それぞれを受け、各チャンネルの前記第２オーディオ信号が、前記基準信号を中心とする所定の範囲に含まれるか否かを判定し、チャンネルごとの検出信号を出力する比較器と、
   チャンネルごとに設けられ、それぞれが前記比較器における対応するチャンネルの比較結果に応じた検出信号を外部に出力するための複数の検出端子と、
   を備えることを特徴とする電子ボリウム装置。
2. 前記比較器の前段に設けられ、前記増幅器からの前記第２オーディオ信号の位相と、前記基準信号の位相をシフトする位相調節部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子ボリウム装置。
3. 前記ミキサは、ミキシングの対象となるチャンネルを選択可能であることを特徴とする請求項１に記載の電子ボリウム装置。
4. ひとつの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電子ボリウム装置。
5. オーディオ信号を再生する音源と、
   前記音源からの第１オーディオ信号を設定されたボリウム値に応じて増幅する請求項１から４のいずれかに記載の電子ボリウム装置と、
   前記電子ボリウム装置により増幅された前記第２オーディオ信号を増幅するパワーアンプと、
   前記パワーアンプから出力される第３オーディオ信号の直流成分を抽出し、当該直流成分を第２基準信号と比較し、比較結果に応じたエラー信号を出力するオフセット検出部と、
   前記電子ボリウム装置の出力端子と前記パワーアンプの間を接続するカップリングキャパシタと、
   前記パワーアンプにより駆動される音声出力部と、
   前記電子ボリウム装置から出力される検出信号の論理値と、前記オフセット検出部から出力されるエラー信号の論理値にもとづき、本機器の異常を検出するプロセッサと、
   を備えることを特徴とするオーディオ機器。

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