JP5125462B2

JP5125462B2 - 電子機器および音声再生装置

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Publication number: JP5125462B2
Application number: JP2007315922A
Authority: JP
Inventors: 治雄梶田
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2027-12-06
Also published as: JP2009141670A

Description

この発明は、少ない電力供給量でありながらも瞬間的に大きな電力消費を行うことができる電子機器および音声再生装置に関する。

従来、持ち運び自在とする電子機器においては、ＵＳＢバスパワー等の供給電流等が制限される電源の入力で駆動しなければならないものがある。例えば、ＵＳＢ機器においては、ＵＳＢバスパワーは１００ｍＡ（最大でも５００ｍＡ程度）の電流しか供給できない。このため、大電流を消費するＵＳＢ機器はＵＳＢバスパワーのみで駆動できなくなることがある。そこで、例えば特許文献１では、ＤＣコネクタとＵＳＢコネクタとの変換ケーブルを用いて２本のＵＳＢケーブルから電源供給を受けるものが開示されている。

また、瞬時的に大電流を消費する機器として、特許文献２に示すようなディジタルアンプ等があり、この特許文献２のアンプでは、供給電力が不足すると保護回路を作動させることで、装置の停止を防止している。
特開２００５−１４１７３２号公報特開２００６−１７４２６８号公報

しかしながら、特許文献１の電源供給法は、ＵＳＢの規格内の使用ではなく、安定した動作を保証できるものではなかった。また、パワーアンプ等のように、瞬間的に数Ａ程度の電流が必要となる機器においては、依然として供給量が不足していた。このように供給量が不足すると、パワーアンプの電圧が低下して装置全体が突然停止してしまうという問題があった。

また、特許文献２の構成を用いた場合、ＵＳＢのように元々供給される電流レベルが低いような機器では、継続的に駆動電力不足となり、保護回路が作動し続けるような異常な状態となってしまう。

したがって、この発明の目的は、供給電源の容量が低くても、駆動停止等の異常状態を頻発させることなく動作し続ける電子機器を提供することにある。

この発明の電子機器は、電源供給部からの電力供給を受けて駆動するメイン駆動部と、該メイン駆動部の電源電圧レベルを検出する電源電圧レベル検出部と、前記電源電圧レベルに応じて、当該メイン駆動部のゲインを変動させる第１のゲイン補正部および第２のゲイン補正部と、を備え、前記第１のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが予め設定した第１の閾値以下になったことを検出すると、前記メイン駆動部のゲインを第１の補正量だけ低下させる第１のゲイン補正処理を行い、前記第１の閾値以下になった前記電源電圧レベルが復帰して、予め設定した第２の閾値以上となったことを検出すると前記第１のゲイン補正処理を解除し、前記第２のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが予め設定した第３の閾値以下になったことを検出すると、所定の減衰量を第２の補正量として設定し、前記電源電圧レベルが前記第３の閾値以下になった後に、前記電源電圧レベルが復帰して前記第２の閾値以上となったことを検出すると、前記メイン駆動部のゲインを前記第２の補正量だけ低下させる第２のゲイン補正処理を行うことを特徴とする。

この構成では、メイン駆動部への入力信号のレベルが低下することで、当該入力信号に対するメイン駆動部の処理負荷が軽減され、メイン駆動部で消費される電力が低減される。これにより、メイン駆動部の電源電圧レベルの低下が抑制される。

また、この発明の電子機器の第２のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが前記第３の閾値以下になった後に、前記電源電圧レベルが復帰して前記第２の閾値以上になったことを検出し、さらにその後、前記電源電圧レベルが前記第２の閾値以上を保持する時間が予め設定した回復基準値以上となる前に再び前記第３の閾値以下になったことを検出すると、前記第２の補正量にさらに前記所定の減衰量を積算し、その後、前記電源電圧レベルが復帰して前記第２の閾値以上となったことを検出すると、前記メイン駆動部のゲインを前記積算された前記第２の補正量だけ低下させることを特徴とする。
また、前記第２のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが前記第３の閾値以下になった後に、前記電源電圧レベルが復帰して前記第２の閾値以上になったことを検出し、さらにその後、前記電源電圧レベルが前記第２の閾値以上を保持する時間が前記回復基準値以上となったことを検出すると、前記メイン駆動部のゲインを、前記第２のゲイン補正処理を行う前の値を上限として、前記所定の減衰量だけ上昇させることを特徴とする。

この構成では、上述のメイン駆動部での消費電力が低減された状態で、電源電圧レベルが復帰し、この復帰状態が所定時間に亘り継続されれば、第２のゲイン補正部は、補正前の状態を上限として、所定の減衰量だけ上昇させ、ゲイン補正を回復させる。ただし、前記電源電圧レベルが前記第２の閾値以上を保持する時間が予め設定した回復基準値以上となる前に再び前記第３の閾値以下になったことを検出すると、前記第２の補正量にさらに減衰量を積算し、その後、前記電源電圧レベルが復帰して前記第２の閾値以上となったことを検出すると、前記メイン駆動部のゲインを前記積算された前記第２の補正量だけ低下させる。

また、この発明の電子機器の第１のゲイン補正部は、前記第１の閾値として、異なる電圧値を示す複数の閾値であって、かつ最大値が前記第３の閾値よりも大きい値を設定し、前記複数の閾値の各値が小さいほど大きな減衰量を前記第１の補正量としてゲイン補正を行うことを特徴とする。

この構成では、通常状態に対して、どれだけ電源電圧レベルが低下しているかに応じて変動させたそれぞれに異なるゲインの低下処理が行われる。これにより、電源電圧レベルの低下量が少なければゲインの低下量を抑え、電源電圧レベルの低下量が大きければゲインの低下量を大きく取ることができ、状態に応じたより詳細なゲイン補正が可能となる。

また、この発明の電子機器の第１のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが前記複数の閾値のうち、最大値よりも低下し、２番目に大きい閾値以下となる前に前記第２の閾値以上に復帰したことを検出すると、前記メイン駆動部のゲインを前記第１の補正量よりも小さい値だけ上昇させることを特徴とする。

この構成では、ゲイン低下量が少ない状態からゲイン低下補正が解除された通常状態に戻る場合に、徐々にゲイン低下量が変化することで、このゲイン調整による変化をユーザに意識させない。

また、この発明の音声再生装置は、電源供給を受けて定電流を発生する定電流回路と、該定電流回路からの電流供給により駆動するパワーアンプと、該パワーアンプに音声信号を供給する音声信号生成部と、前記パワーアンプの電源電圧レベルを検出する電源電圧レベル検出部と、前記定電流回路からの定電流により充電可能で且つ前記パワーアンプに対して電圧供給可能に接続された蓄電回路を備え、前記電源電圧レベルに応じて、当該パワーアンプのゲインを変動させる第１のゲイン補正部および第２のゲイン補正部と、を備え、前記第１のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが予め設定した第１の閾値以下になったことを検出すると、前記パワーアンプのゲインを第１の補正量だけ低下させる第１のゲイン補正処理を行い、前記第１の閾値以下になった前記電源電圧レベルが前記定電流回路および前記蓄電回路からの電源供給により復帰して、予め設定した第２の閾値以上となったことを検出すると前記第１のゲイン補正処理を解除し、前記第２のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが予め設定した第３の閾値以下になったことを検出すると、所定の減衰量を第２の補正量として設定し、前記電源電圧レベルが前記第３の閾値以下になった後に、前記電源電圧レベルが前記定電流回路および前記蓄電回路からの電源供給により復帰して前記第２の閾値以上となったことを検出すると、前記パワーアンプのゲインを前記第２の補正量だけ低下させる第２のゲイン補正処理を行うことを特徴とする。
また、第２のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが前記第３の閾値以下になった後に、前記電源電圧レベルが前記定電流回路および前記蓄電回路からの電源供給により復帰して前記第２の閾値以上になったことを検出し、さらにその後、前記電源電圧レベルが前記第２の閾値以上を保持する時間が予め設定した回復基準値以上となる前に再び前記第３の閾値以下になったことを検出すると、前記第２の補正量にさらに前記所定の減衰量を積算し、その後、前記電源電圧レベルが前記定電流回路および前記蓄電回路からの電源供給により復帰して前記第２の閾値以上となったことを検出すると、前記メイン駆動部のゲインを前記積算された前記第２の補正量だけ低下させることを特徴とする。
また、第２のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが前記第３の閾値以下になった後に、前記電源電圧レベルが前記定電流回路および前記蓄電回路からの電源供給により復帰して前記第２の閾値以上になったことを検出し、さらにその後、前記電源電圧レベルが前記第２の閾値以上を保持する時間が前記回復基準値以上となったことを検出すると、前記メイン駆動部のゲインを、前記第２のゲイン補正処理を行う前の値を上限として、前記所定の減衰量だけ上昇させることを特徴とする。

この構成では、上述の電子機器の具体的装置例として音声再生装置が示される。

この場合、パワーアンプの電源電圧が低下すると、パワーアンプに入力される音声信号生成部からの音声信号のゲインを低下させる。パワーアンプは、このゲインが低下された、すなわち信号レベルが抑圧された音声信号を増幅するため、ゲイン低下前よりも低い消費電流で増幅が行われる。

この発明によれば、パワーアンプ等のメイン駆動部の電源電圧レベルの低下が抑制され、メイン駆動部が停止する等の不具合の発生を大幅に抑制して、継続的に動作させ続けることができる。特に、パワーアンプの場合であれば、出力ダウンのみでなく、実際には音声信号が入力されているにも係わらずミュートを行わなければならない等の不具合の発生を大幅に抑制することができる。

本発明の実施形態に係る電子機器について図を参照して説明する。本実施形態では、電子機器として携帯用の音声再生装置を例に説明する。
図１は、本実施形態の音声再生装置の主要構成を示すブロック図である。なお、本図は本実施形態の特徴となる部分のみを抽出した図である。

音声再生装置１は、定電流回路１９、ＣＰＵ２１、音声信号処理部２２、パワーアンプ２４、コンデンサ２５、検出回路２６、を備える。

定電流回路１９は、図示しない電源供給部（図５に示す詳細な例では、ＵＳＢ電源入力回路１１やＡＣアダプタ１２）から供給される電流を一定電流値に制流して、パワーアンプ２４およびコンデンサ２５へ与える。

ＣＰＵ２１は、音声再生装置１の全体制御を行うとともに、検出回路２６により検出されるパワーアンプ２４の電源電圧レベルに応じて、音声信号処理部２２に対するゲイン制御を行う。

音声信号処理部２２は、音声ソースに基づいてデジタルもしくはアナログの音声信号を生成する。音声信号処理部２２は、図示しないボリューム操作子等の操作内容に応じたゲインで出力音声信号のゲインを調整する。さらに、音声信号処理部２２は、ＣＰＵ２１からゲイン制御を受けていれば、当該ゲイン制御に基づいて出力音声信号のゲインを調整して、パワーアンプ２４へ与える。

パワーアンプ２４は、前段であるプリ段２４１と後段であるパワー段２４２とを備え、定電流回路１９からの電流供給および状況に応じてコンデンサ２５からの電流供給により駆動する。プリ段２４１は、固定の駆動電圧で予め設定された固定のゲインにより、音声信号を増幅してパワー段２４２に与える。例えば、５．０Ｖの駆動電圧により１２ｄＢの増幅率で増幅してパワー段２４２に与える。パワー段２４２は、入力された音声信号を基にスピーカＳＰを駆動する。

コンデンサ２５は、大きな静電容量（例えば数十ｍＦ以上）を有する電気二重層コンデンサである。コンデンサ２５は、定電流回路１９からの供給電流により充電され、パワーアンプ２４の消費電力が定電流回路１９からの供給電流で賄いきれない場合で且つコンデンサ２５が供給可能な電流量以上を充電している場合には、パワーアンプ２４のパワー段２４２へ電流を供給する。

検出回路２６は、抵抗器Ｒ２６１，Ｒ２６２の直列回路からなり、この直列回路の抵抗器Ｒ２６１側が定電流回路１９からパワーアンプ２４およびコンデンサ２５への伝送回路に接続し、抵抗器Ｒ２６２側が接地している。抵抗器Ｒ２６１，Ｒ２６２の接続点はＣＰＵ２１に接続する。この構成により、ＣＰＵ２１は、この接続点の電圧レベルを取得することで、パワーアンプ２４の電源電圧レベルを検出する。

このような構成において、パワーアンプ２４のパワー段２４２では、音声信号の出力の際に、入力された音声信号の信号レベルに応じて消費される電流量が変化する。すなわち、低いレベルの音声信号であれば消費電流量が低く、高いレベルの音声信号であれば消費電流量が高くなる。そして、高いレベルの音声信号が継続する等により消費電流量が高くなり、定電流回路１９からの電流のみで賄いきれずコンデンサ２５からの電流が利用される。そしてこの電流利用が継続すると、コンデンサ２５の供給電流を加えてもパワーアンプ２４の消費電流量を賄いきれず、パワーアンプ２４のパワー段２４２の電源電圧レベルが低下する。このような現象が生じた場合、本実施形態の音声再生装置１は、次に示すゲイン制御を行って、電源電圧レベルの低下による装置停止を防止する。

図２は、パワーアンプ２４に対する音声信号処理部２２の変動型入力ゲイン制御の基準概念を示す図であり、（Ａ）はゲイン低下補正の概念を示し、（Ｂ）はゲイン復帰の概念を示す。図３は、パワーアンプ２４に対する音声信号処理部２２の半固定型入力ゲイン制御のフローを示すフローチャートであり、（Ａ）はゲイン低下補正のフローを示し、（Ｂ）はゲイン復帰のフローを示す。

ＣＰＵ２１は、パワーアンプ２４のパワー段２４２の電源電圧レベルを監視、検出して、音声信号処理部２２に二種類の異なるゲイン制御を行う。なお、ＣＰＵ２１は、検出回路２６の構造上、パワーアンプ２４のパワー段２４２の電源電圧レベルの半値を基準にゲイン制御を行う。また、以下の説明では、パワーアンプ２４のパワー段２４２は通常動作として５．０Ｖの電源電圧で駆動する場合を示す。

（１）変動型入力ゲイン制御
ＣＰＵ２１は、音声信号処理部２２からパワーアンプ２４への入力音声信号に対する変動型入力ゲイン低下補正を行う場合、三段のゲイン補正閾値を設定する。具体的には、図２に示すように、３．６Ｖ、３．０Ｖ、２．７Ｖをゲイン補正閾値とした変動型入力ゲイン低下補正処理を行う。ＣＰＵ２１は、初段として、電源電圧レベルが３．６Ｖ以下となり３．０Ｖに達するまでの領域で−１ｄＢの変動型入力ゲイン低下補正を行う。次に、ＣＰＵ２１は、第二段として、電源電圧レベルが３．０Ｖ以下となり２．７Ｖに達するまでの領域で、追加の−５ｄＢの変動型入力ゲイン低下補正を行う。すなわち、通常状態に対して−６ｄＢの変動型入力ゲイン低下補正を行う。さらに、ＣＰＵ２１は、第三段として、電源電圧レベルが２．７Ｖ以下となると、増幅を行わずミュート処理を行う。

このような変動型入力ゲイン低下補正処理に対して、ＣＰＵ２１は、電源電圧レベルが上昇してきた場合に、当該上昇過程の直前の変動型入力ゲイン低下補正の内容に応じたゲイン回復処理を行う。
具体的には、上記−１ｄＢの変動型入力ゲイン低下補正のみしか行っていない場合から復帰処理を行う場合、ＣＰＵ２１は、電源電圧レベルが３．７Ｖに達するまで、−１ｄＢの変動型入力ゲイン低下補正を継続し、電源電圧レベルが３．７Ｖ以上になったことを検出すると、変動型入力ゲイン低下補正量を−０．５ｄＢに設定する。ＣＰＵ２１は、この−０．５ｄＢの変動型入力ゲインの低下補正と同時に計時を開始し、電源電圧レベルを監視する。ＣＰＵ２１は、電源電圧レベルが３．６Ｖ以下にならない時間を計時し続け、当該計時された時間が予め設定した微少ゲイン復帰用閾値時間（例えば、１秒）に達したことを検出すると、変動型入力ゲイン低下補正を解除する。このように、変動型入力ゲイン低下補正量が小さい場合に、段階的に変動型入力ゲイン低下補正を解除することで、ゲイン復帰時に生じる音声信号レベルの微少な変化による聴者への違和感を緩和することができる。

次に、追加の−５ｄＢを含む−６ｄＢの変動型入力ゲイン低下補正が行われた場合から復帰処理を行う場合、ＣＰＵ２１は、電源電圧レベルが３．７Ｖに達するまで、−６ｄＢの変動型入力ゲイン低下補正を継続し、電源電圧レベルが３．７Ｖ以上になったことを検出すると、変動型入力ゲイン低下補正を解除する。すなわち、ＣＰＵ２１は音声信号処理部２２での変動型入力ゲイン補正を±０ｄＢに戻す。このように３．７Ｖに達するまで−６ｄＢの変動型入力ゲイン低下補正を維持し、３．７Ｖに達した時点で±０ｄＢに復帰することで、元のゲイン補正量が−１ｄＢの時と同様な段階的な復帰を行うよりも電源電圧レベルの復帰を促進することができるとともに、−１ｄＢのゲイン低下補正領域と−６ｄＢのゲイン低下補正領域との間でゲイン低下補正が行き来することを防止することができる。

さらに、ミュートが行われた場合、ＣＰＵ２１は、電源電圧レベルが３．７Ｖに達するまで、ミュート処理を継続し、電源電圧レベルが３．７Ｖ以上になったことを検出すると、ミュート処理を解除して通常の変動型入力ゲイン低下補正無し状態に戻す。このように３．７Ｖに達するまでミュート処理を維持することで、電源電圧レベルの復帰を促進することができるとともに、−６ｄＢのゲイン低下補正領域とミュート処理との間で処理が行き来する、すなわち、断続的にミュート処理が行われることを防止できる。

（２）半固定型入力ゲイン補正制御
上述の変動型入力ゲイン制御とともに、ＣＰＵ２１は、図３に示すような音声信号処理部２２への半固定型ゲイン制御処理、すなわち、パワーアンプ２４への入力音声信号に対する半固定型入力ゲイン制御処理を行う。

（２−１）半固定型入力ゲイン低下補正のフロー（図３（Ａ）参照）
ＣＰＵ２１は、上述のようにパワーアンプ２４の電源電圧レベルを検出する（Ｓ１０１）。この検出は、予め設定されたサンプリングタイミング毎に行われる。ＣＰＵ２１は、検出した電源電圧レベルがゲイン減衰閾値として予め設定された３．０Ｖ以下であるかどうかを確認し、新たに３．０Ｖ以下になったことを検出すると（Ｓ１０２：Ｙ）、累積した半固定型入力ゲイン補正量Ｇｔを読み出す（Ｓ１０３）。一方、新たに３．０Ｖ以下になったのではないことを検出すると、新たな半固定型入力ゲイン低下補正を行わない（Ｓ１０２：Ｎ→Ｓ１０１）。累積した半固定型入力ゲイン補正量Ｇｔは、すでに行われている半固定型入力ゲイン低下補正による累積の入力ゲイン低下補正値であり、例えば、本実施形態のように、一回の入力ゲイン低下補正で−１ｄＢゲイン低下補正を行う場合には、すでに５回半固定型入力ゲイン低下補正が行われていれば、Ｇｔ＝−５ｄＢが設定されている。

ＣＰＵ２１は、累積した半固定型入力ゲイン補正量Ｇｔが−７ｄＢに達していなければ（Ｓ１０４：Ｙ）、新たに半固定型入力ゲイン低下補正値として−１ｄＢを設定し、累積した半固定型入力ゲイン補正値Ｇｔに加算して、この加算された新たな累積入力ゲイン補正値Ｇｔを音声信号処理部２２へ与える（Ｓ１０５）。一方、ＣＰＵ２１は、累積した半固定型入力ゲイン補正量Ｇｔが−７ｄＢに達していれば（Ｓ１０４：Ｎ）、音声信号処理部２２へ、音声信号出力停止制御を行うとともに、図示しない表示部へ、「設定ボリュームが大きく、音声出力を正常に行えません」等の警告表示を行わせる（Ｓ１０６）。

このような半固定型入力ゲイン低下補正処理を行うことで、パワーアンプ２４に入力される音声信号の信号レベルが抑圧されるので、パワーアンプ２４での消費電流量を抑制することができる。

（２−２）半固定型入力ゲイン復帰のフロー（図３（Ｂ）参照）
上述の半固定型入力ゲイン低下補正のフローを行うとともに、ＣＰＵ２１は、図３（Ｂ）に示すフローに基づいて、半固定型入力ゲイン復帰処理を行う。

ＣＰＵ２１は、上述の電源電圧レベルの検出を行い、電源電圧レベルが３．０Ｖ未満から復帰して３．７Ｖ以上に変化したことを検出すると（Ｓ２０１：Ｙ）、累積した半固定型入力ゲイン補正量Ｇｔを読み出す（Ｓ２０２）。ＣＰＵ２１は、ゲイン減衰閾値である３．０Ｖ以上である保持する時間Ｔｄｃを計時する（Ｓ２０３）。

ＣＰＵ２１は、計時時間Ｔｄｃが復帰用基準時間Ｔｔｈに達したことを検出すると、音声信号処理部２２に対して出力音声信号のゲイン、すなわちパワーアンプ２４への半固定型入力ゲインを＋１ｄＢ復帰させる制御を行う（Ｓ２０４：Ｙ→Ｓ２０５）。そして、ＣＰＵ２１は、累積した半固定型入力ゲイン補正量Ｇｔを＋１ｄＢ加算する更新処理を行う（Ｓ２０６）。一方、ＣＰＵ２１は、計時時間Ｔｄｃが復帰用基準時間Ｔｔｈに達しなければ、半固定型入力ゲインの復帰処理を行わない（Ｓ２０４：Ｎ）。なお、計時時間Ｔｄｃが復帰用基準時間ＴｔｈのＮ倍に達すれば、半固定型入力ゲインは、±０ｄＢを上限としてＮｄＢずつ復帰される。

このような半固定型入力ゲインの復帰処理を行うことで、必要以上にゲイン低下状態を維持することなく、パワーアンプ２４の増幅処理をできるだけ通常状態に戻るように制御することができる。

以上のようなゲイン制御を行った場合の状態遷移の一例を、次に図４を用いて説明する。

図４は、ゲイン制御の状態遷移の一例を説明する図であり、時系列でパワーアンプ２４の電源電圧レベルが変化した状態に伴うゲイン制御の内容を示す。
まず、通常状態として状態Ａでは、通常の電源電圧レベルとして、５．０Ｖが安定して供給されている。この状態Ａでは、音声信号処理部２２に双方のゲイン低下補正は行われていない。

次に、大音量の音声信号を増幅する等により、定電流回路１９およびコンデンサ２５からの電流でパワーアンプ２４の出力が賄いきれなくなると、パワーアンプ２４のパワー段２４２の電源電圧レベルは、徐々に低下していく。そして、パワーアンプ２４のパワー段２４２の電源電圧レベルが３．６Ｖまで低下すると（状態Ｂ）、音声信号処理部２２によるパワーアンプ２４への変動型入力ゲイン低下補正値が−１ｄＢに設定される。これにより、出力される音声信号レベルは、通常状態（状態Ａ）よりも１ｄＢ低下する。

次に、さらにパワーアンプ２４の電源電圧レベルが低下し、３．０Ｖまで低下すると（状態Ｃ）、変動型入力ゲイン低下補正値がさらに−５ｄＢに設定される。この際、半固定型による音声信号処理部２２の出力音声信号のゲイン、すなわちパワーアンプ２４への半固定型入力ゲイン低下補正値が−１ｄＢに設定される。この半固定型入力ゲイン低下補正値−１ｄＢは、パワー段２４２の電源電圧レベルが３．７Ｖまで復帰した時点（状態Ｅ）で適用される。このため、出力される音声信号は、６ｄＢ低下したものとなる。

次に、さらにパワーアンプ２４の電源電圧レベルが低下し、２．７Ｖまで低下すると（状態Ｄ）、パワーアンプ２４に対してミュート処理が行われる。

次に、上述の減衰処理およびミュート処理により電源電圧レベルが復帰して３．７Ｖに達すると（状態Ｅ）、パワーアンプ２４のミュート処理が解除されるとともに、音声信号処理部２２からパワーアンプへの入力に対する変動型入力ゲイン低下補正も±０ｄＢに設定される。そして、この時点で、上述の状態Ｃの時点で設定された−１ｄＢの半固定型入力ゲイン低下補正が適用される。これにより、全体のゲイン制御は半固定型入力ゲイン低下補正の−１ｄＢのみとなる。この際、ＣＰＵ２１は、半固定型入力ゲイン復帰の判定基準となる時間Ｔｄｃの計時を開始する。

次に、パワーアンプ２４での増幅が再開し、一時的に電源電圧レベルが４．５Ｖに復帰するが、増幅処理の再開によりパワー段２４２の電源電圧レベルが低下し始め、再度３．６Ｖまで低下すると（状態Ｆ）、音声信号処理装置２２のパワーアンプ２４への変動型入力ゲイン低下補正値が−１ｄＢに設定される。これにより、全体のゲイン低下補正は、半固定型入力ゲイン低下補正の−１ｄＢと変動型入力ゲイン低下補正の−１ｄＢとになる。

次に、さらにパワーアンプ２４のパワー段２４２の電源電圧レベルが低下し、３．０Ｖまで低下すると（状態Ｇ）、音声信号処理装置２２によるパワーアンプ２４への変動型入力ゲイン低下補正値がさらに−５ｄＢに設定される。また、音声信号処理部２２の出力音声信号のゲイン、すなわちパワーアンプ２４への入力ゲイン低下補正値がさらに−１ｄＢに設定される。この追加設定された−１ｄＢは、今回の電源電圧レベルの低下が３．７Ｖまで復帰した状態（状態Ｈ）で適用される。この際、上述の時間Ｔｄｃの計時がストップして時間Ｔｄｃがリセットされる。これにより、通常状態に対して、半固定型入力ゲイン低下補正により１ｄＢ減衰され、変動型入力ゲイン低下補正により６ｄＢ減衰される。

次に、パワー段２４２の電源電圧レベルが２．７Ｖに達することなく回復して、３．７Ｖに達すると（状態Ｈ）、−６ｄＢの変動型入力ゲイン低下補正が解除されて±０ｄＢに設定される。この際、上述のように、半固定型入力ゲイン低下補正値が−１ｄＢ増加して−２ｄＢとなる。これにより、ゲイン制御は半固定型入力ゲイン低下補正の−２ｄＢのみとなる。この際、ＣＰＵ２１は、半固定型入力ゲイン復帰の判定基準となる時間Ｔｄｃの計時を開始する。

次に、パワーアンプ２４での増幅が再開し、一時的にパワー段２４２の電源電圧レベルが４．０Ｖに復帰するが、増幅処理の再開によりパワー段２４２の電源電圧レベルが低下し始め、再度３．６Ｖまで低下すると（状態Ｉ）、変動型入力ゲイン低下補正値が−１ｄＢに設定される。これにより、ゲイン低下補正は、半固定型入力ゲイン低下補正の−２ｄＢと変動型入力ゲイン低下補正の−１ｄＢとになる。

次に、パワー段２４２の電源電圧レベルが３．０Ｖに達することなく回復して、３．７Ｖに達すると（状態Ｊ）、パワーアンプ２４の−１ｄＢの変動型入力ゲイン低下補正が解除されて±０ｄＢに設定される。この際、上述のように変動型入力ゲインの復帰は、＋０．５ｄＢずつ２段階で行われる。これにより、ゲイン制御は半固定型入力ゲイン低下補正の−２ｄＢのみとなる。なお、この際には、時間Ｔｄｃは上述の計測状態中であるので、新規に計測開始とはならない。

次に、パワー段２４２の電源電圧レベルが徐々に復帰して５．０Ｖに達し、さらに継続的に５．０Ｖを維持し続け、計時時間Ｔｄｃが復帰用基準時間Ｔｔｈに達したことを検出すると、半固定型入力ゲイン補正が＋１ｄＢ復帰して、−１ｄＢに設定される。この時点で時間Ｔｄｃの計時を再スタートする。そして、例えば、計時時間Ｔｄｃがさらに継続し、再度復帰用基準時間Ｔｔｈに達したことを検出すれば、さらに半固定型入力ゲイン補正が＋１ｄＢ復帰して、±０ｄＢに設定される。

以上のような処理を行うことで、ユーザがボリューム調整等を行うことなく、装置側でゲインコントロールを自動で行うことで、電源容量不足による装置停止やミュートの発生を大幅に抑制することができる。

次に、上述の携帯用の音声再生装置の構成を備えるスピーカ装置の実施例を示す。このスピーカ装置は、ＵＳＢ接続によるバスパワー、ＡＣアダプタ接続によるセルフパワー、またはバスパワーとセルフパワーの両方により駆動するものである。

図５は、本実施形態に係るスピーカ装置の電源回路構成を示すブロック図である。同図に示すように、スピーカ装置１は、ＵＳＢ電源入力回路１１、ＡＣアダプタ電源入力回路１２、レギュレータ（ＬＤＯ）１３、スイッチ（ＨＳＳＷ）１４、スイッチ（ＳＷ）１５、スイッチ（ＳＷ）１６、ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ−ＤＣ）１７、レギュレータ（ＬＤＯ）１８、電流制限回路１９Ａ、電流制限回路１９Ｂ、ＣＰＵ２１、デジタル回路２２Ａ、アナログ回路２２Ｂ、パワーアンプ２４、およびコンデンサ２５を備えている。

ＣＰＵ２１は、スピーカ装置１を統括的に制御する制御部であるとともに、上述のゲイン制御処理を実行する。デジタル回路２２Ａおよびアナログ回路２２Ｂは、上述の音声信号処理部２２に相当し、種々の音声処理を行う回路である。デジタル回路２２Ａおよびアナログ回路２２Ｂで処理された音声信号は、パワーアンプ２４で増幅されて外部に放音される。

ＵＳＢ電源入力回路１１は、ＰＣ等の情報処理装置（ホスト）から電源供給を受けるインタフェースであり、１００ｍＡまたは５００ｍＡの電源供給を受ける。スピーカ装置１は、ＵＳＢ電源入力回路１１から入力される電流をＣＰＵ２１、デジタル回路２２Ａ、およびアナログ回路２２Ｂに供給することで、バスパワー駆動を行う。ＵＳＢ機器ではホストと接続を行うとまず１００ｍＡの電源供給を受け、その後のネゴシエーションが成立すれば５００ｍＡの電源供給を受けることができ、ネゴシエーションできない場合はそのまま１００ｍＡの電源供給を受けるものである。

ＡＣアダプタ電源入力回路１２は、ＡＣアダプタから電源供給を受けるインタフェースであり、例えば７００ｍＡ程度の電源供給を受ける。スピーカ装置１は、ＡＣアダプタ電源入力回路１２から入力される電流をＣＰＵ２１、デジタル回路２２Ａ、およびアナログ回路２２Ｂに供給することで、セルフパワー駆動を行う。

ＬＤＯ１３は、電源入力に連動してオン、オフされるものであり、ＵＳＢ電源入力回路１１から電源供給を受けた場合にオンされ、出力電圧を３．３Ｖに安定化させる。ＡＣアダプタ電源入力回路１２から電源供給を受けた場合はオフされる。

ＨＳＳＷ１４は、ＣＰＵ２１により制御されるスイッチ回路であり、バスパワー駆動を行う場合にオン、それ以外の場合にオフされるものである。

ＳＷ１５は、ＣＰＵ２１により制御されるスイッチ回路であり、バスパワー駆動を行う場合にオンされるものである。

ＳＷ１６は、ＡＣアダプタ電源入力回路１２から電源供給を受けた場合にオンされるものである。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１７は、変圧を行うものであり、デジタル回路２２ＡおよびＣＰＵ２１への供給電圧を５Ｖから３．３Ｖに変圧する。

ＬＤＯ１８は、常時オンされており、アナログ回路２２Ｂへの供給電圧を３．３Ｖに安定化させる。

電流制限回路１９Ａおよび電流制限回路１９Ｂは、上述の定電流回路１９に相当し、パワーアンプ２４およびコンデンサ２５への供給電流量を制限する回路である。電流制限回路１９Ａは、出力電流を８０ｍＡまたは１００ｍＡに制限し、電流制限回路１９Ｂは、出力電流を１２０ｍＡに制限する。

コンデンサ２５は、大きな静電容量（例えば数十ｍＦ以上）を有する電気二重層コンデンサである。コンデンサ２５は静電容量が非常に大きいため、ＵＳＢ電源入力回路１１やＡＣアダプタ電源入力回路１２からの供給電流を全て充電のために消費するとＣＰＵ２１等の動作ができない。そのため、スピーカ装置の各種回路を保護すべく、電流制限回路１９Ａおよび電流制限回路１９Ｂを設け、電流を制限するものである。

本実施形態では、コンデンサ２５に電荷を蓄えるため、スピーカ装置が瞬間的に数Ｗ程度の電力消費を伴う放音を行う場合に、このコンデンサ２５からパワーアンプ２４に電源供給することができるものである。本実施形態のスピーカ装置１は、大容量のコンデンサ２５に電荷を蓄えながら、安定した電源供給を行うために、ＵＳＢ電源入力回路１１およびＡＣアダプタ電源入力回路１２からの電源供給の形態に応じてＬＤＯ１３、ＨＳＳＷ１４、ＳＷ１５、ＳＷ１６のオン、オフ切り替えを行う。また、音声を継続的に放音してパワーアンプ２４が継続的に電力消費を行うと、コンデンサ２５の電圧が降下し、電圧が駆動限界値以下（例えば２．７Ｖ以下）になる場合がある。

このような状況に対応するため、本スピーカ装置では、上述のゲイン制御処理を行うことで、ユーザにボリューム調整等を行わせることなく、ゲインコントロールを自動で行う。これにより、電源容量不足による装置停止やミュートの発生を大幅に抑制することができる。

なお、このようなゲイン制御は、ＵＳＢバスパワーによる駆動だけでなく、ＡＣアダプタを用いた駆動の場合にも適用できる。すなわち、パワーアンプ２４の消費電流容量が、供給電流容量とコンデンサ２５で供給できる電流容量との加算値に対して高くなる状況が発生するようなスピーカ装置であれば、上述のゲイン制御を適用して、上述の効果を奏することができる。

また、上述の説明では、スピーカ装置および音声再生装置を例に示したが、パワーアンプ２４に相当するような信号処理のメイン駆動部の消費電流容量が、当該メイン駆動部への供給電流容量よりも高くなる電子機器であれば、上述のゲイン制御を適用して、上述の効果を奏することができる。

本発明の実施形態の音声再生装置の主要構成を示すブロック図である。変動型入力ゲイン制御の基準概念を示す図である。音声信号処理部２２に対する半固定型入力ゲイン制御のフローを示すフローチャートである。ゲイン制御による電源電圧レベルの状態遷移の一例を説明する図である。本発明の実施形態に係るスピーカ装置の電源回路構成を示すブロック図である。

符号の説明

１−スピーカ装置、１１−ＵＳＢ電源入力回路、１２−ＡＣアダプタ電源入力回路、１３−レギュレータ（ＬＤＯ）、１４−スイッチ（ＨＳＳＷ）、１５−スイッチ（ＳＷ）、１６−スイッチ（ＳＷ）、１７−ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＣ−ＤＣ）、１８−レギュレータ（ＬＤＯ）、１９，１９Ａ，１９Ｂ−電流制限回路
２１−ＣＰＵ、２２Ａ−デジタル回路、２２Ｂ−アナログ回路、２４−パワーアンプ、２４１−プリ段、２４２−パワー段、２５−コンデンサ、２６−検出回路

Claims

電源供給部からの電力供給を受けて駆動するメイン駆動部と、
該メイン駆動部の電源電圧レベルを検出する電源電圧レベル検出部と、
前記電源電圧レベルに応じて、当該メイン駆動部のゲインを変動させる第１のゲイン補正部および第２のゲイン補正部と、
を備え、
前記第１のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが予め設定した第１の閾値以下になったことを検出すると、前記メイン駆動部のゲインを第１の補正量だけ低下させる第１のゲイン補正処理を行い、前記第１の閾値以下になった前記電源電圧レベルが復帰して、予め設定した第２の閾値以上となったことを検出すると前記第１のゲイン補正処理を解除し、
前記第２のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが予め設定した第３の閾値以下になったことを検出すると、所定の減衰量を第２の補正量として設定し、
前記電源電圧レベルが前記第３の閾値以下になった後に、前記電源電圧レベルが復帰して前記第２の閾値以上となったことを検出すると、前記メイン駆動部のゲインを前記第２の補正量だけ低下させる第２のゲイン補正処理を行うことを特徴とする電子機器。
前記第２のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが前記第３の閾値以下になった後に、前記電源電圧レベルが復帰して前記第２の閾値以上になったことを検出し、さらにその後、前記電源電圧レベルが前記第２の閾値以上を保持する時間が予め設定した回復基準値以上となる前に再び前記第３の閾値以下になったことを検出すると、前記第２の補正量にさらに前記所定の減衰量を積算し、
その後、前記電源電圧レベルが復帰して前記第２の閾値以上となったことを検出すると、前記メイン駆動部のゲインを前記積算された前記第２の補正量だけ低下させることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記第２のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが前記第３の閾値以下になった後に、前記電源電圧レベルが復帰して前記第２の閾値以上になったことを検出し、さらにその後、前記電源電圧レベルが前記第２の閾値以上を保持する時間が前記回復基準値以上となったことを検出すると、前記メイン駆動部のゲインを、前記第２のゲイン補正処理を行う前の値を上限として、前記所定の減衰量だけ上昇させることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
前記第１のゲイン補正部は、前記第１の閾値として、異なる電圧値を示す複数の閾値であって、かつ最大値が前記第３の閾値よりも大きい値を設定し、
前記複数の閾値の各値が小さいほど大きな減衰量を前記第１の補正量としてゲイン補正を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子機器。
前記第１のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが前記複数の閾値のうち、最大値よりも低下し、２番目に大きい閾値以下となる前に前記第２の閾値以上に復帰したことを検出すると、前記メイン駆動部のゲインを前記第１の補正量よりも小さい値だけ上昇させることを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
電源供給を受けて定電流を発生する定電流回路と、
該定電流回路からの電流供給により駆動するパワーアンプと、
該パワーアンプに音声信号を供給する音声信号生成部と、
前記パワーアンプの電源電圧レベルを検出する電源電圧レベル検出部と、
前記定電流回路からの定電流により充電可能で且つ前記パワーアンプに対して電圧供給可能に接続された蓄電回路を備え、
前記電源電圧レベルに応じて、当該パワーアンプのゲインを変動させる第１のゲイン補正部および第２のゲイン補正部と、
を備え、
前記第１のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが予め設定した第１の閾値以下になったことを検出すると、前記パワーアンプのゲインを第１の補正量だけ低下させる第１のゲイン補正処理を行い、前記第１の閾値以下になった前記電源電圧レベルが前記定電流回路および前記蓄電回路からの電源供給により復帰して、予め設定した第２の閾値以上となったことを検出すると前記第１のゲイン補正処理を解除し、
前記第２のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが予め設定した第３の閾値以下になったことを検出すると、所定の減衰量を第２の補正量として設定し、
前記電源電圧レベルが前記第３の閾値以下になった後に、前記電源電圧レベルが前記定電流回路および前記蓄電回路からの電源供給により復帰して前記第２の閾値以上となったことを検出すると、前記パワーアンプのゲインを前記第２の補正量だけ低下させる第２のゲイン補正処理を行うことを特徴とする音声再生装置。
前記第２のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが前記第３の閾値以下になった後に、前記電源電圧レベルが前記定電流回路および前記蓄電回路からの電源供給により復帰して前記第２の閾値以上になったことを検出し、さらにその後、前記電源電圧レベルが前記第２の閾値以上を保持する時間が予め設定した回復基準値以上となる前に再び前記第３の閾値以下になったことを検出すると、前記第２の補正量にさらに前記所定の減衰量を積算し、
その後、前記電源電圧レベルが前記定電流回路および前記蓄電回路からの電源供給により復帰して前記第２の閾値以上となったことを検出すると、前記メイン駆動部のゲインを前記積算された前記第２の補正量だけ低下させることを特徴とする請求項６に記載の音声再生装置。
前記第２のゲイン補正部は、前記電源電圧レベルが前記第３の閾値以下になった後に、前記電源電圧レベルが前記定電流回路および前記蓄電回路からの電源供給により復帰して前記第２の閾値以上になったことを検出し、さらにその後、前記電源電圧レベルが前記第２の閾値以上を保持する時間が前記回復基準値以上となったことを検出すると、前記メイン駆動部のゲインを、前記第２のゲイン補正処理を行う前の値を上限として、前記所定の減衰量だけ上昇させることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の音声再生装置。