JP5347575B2

JP5347575B2 - 音響装置

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Publication number: JP5347575B2
Application number: JP2009049480A
Authority: JP
Inventors: 司山下; 泰直阿部
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-03-03
Also published as: JP2010206937A

Description

この発明は、過電流保護回路を内蔵する電源部からパワーアンプに電源が供給される音響装置に関する。

図３は、従来の音響装置の構成例を示す回路ブロック図である。図３において、音響装置１００は電子楽器、デジタルミキサ、エフェクタ等のいずれかとされており、音響装置１００にはＡＣアダプタ１０２から直流電源が端子Ｊ１０１を介して供給されている。ＡＣアダプタ１０２には、スイッチング電源が内蔵されておりプラグ１０２ａから供給された商用交流を所定の電圧値の直流に変換している。ＡＣアダプタ１０２から端子Ｊ１０１を介して供給される第１直流電源は、ノイズフィルタ１１０により雑音成分が除去され、ノイズフィルタ１１０から出力された第１直流電源Ｖｃｃ１は電源スイッチＳＷを介してパワーアンプ１１１および電源部１１２に供給されている。電源部１１２は、第１直流電源Ｖｃｃ１を電圧の低いデジタル部用の第２直流電源Ｖｃｃ２とアナログ部用の第３直流電源Ｖｃｃ３に変換して出力しており、第２直流電源Ｖｃｃ２は制御部１１５および音響信号処理部１１３のデジタル部に供給され、第３直流電源Ｖｃｃ３は音響信号処理部１１３のアナログ部およびヘッドホンアンプ１１４に供給される。

音響装置１００が電子楽器である場合においては、音響信号処理部１１３は、楽音を発生する音源処理を行い、発生した楽音信号をパワーアンプ１１１およびヘッドホンアンプ１１４に供給する。制御部１１５は、音色スイッチの操作に応じて、音色データを選択し、鍵盤の押鍵に応じて、音源の発音チャンネルを割り当て、該チャンネルに押鍵の音高と鍵速度に応じた楽音パラメータをセットし、該チャンネルに発音の開始を指示する。そして、音響信号処理部１１３は、制御部１１５からの発音開始指示に応じて、該チャンネルにセットされた楽音パラメータに基づく楽音の生成を開始する。さらに、音響信号処理部１１３は、生成した複数チャンネルの楽音を混合し、混合された楽音信号（音響信号）をアナログ信号に変換してパワーアンプ１１１およびヘッドホンアンプ１１４に出力する。パワーアンプ１１１により電力増幅された楽音信号は端子Ｊ１０３から出力されて、端子Ｊ１０３に接続されているスピーカ１０３から放音される。また、ヘッドホンアンプ１１４により増幅された楽音信号は端子Ｊ１０４から出力され、端子Ｊ１０４に接続されるヘッドホンから聴取することができる。なお、音響装置１００がデジタルミキサやエフェクタの場合には、端子Ｊ１０２に音響信号が外部から入力される。

ＡＣアダプタ１０２には、出力の短絡や過負荷などの異常状態となった際に、ＡＣアダプタ１０２が発熱して壊れたり、負荷に過電流が流れて壊れることを防止する目的で過電流保護回路が内蔵されている。一般に、過電流保護回路の方式としては、シャットダウン方式（動作停止型）と垂下方式（自動復帰垂下型）とがある。そして、垂下方式の過電流保護回路には、電源の出力電流に対する出力電圧特性とされる垂下特性によって、過電流検出時に出力電流が変化しないで、出力電圧が０まで低下する垂直垂下特性（定電流垂下特性）を示すタイプと、出力電流の増加に従って出力電圧がゆるやかに低下する「へ」の字垂下特性を示すタイプと、出力電流の減少に伴って出力電圧が低下する「フ」の字垂下特性を示すものとがある。この「へ」の字垂下特性の過電流保護回路においては、出力電流の増加に従って出力電圧がゆるやかに低下することから、過電流が流れた際にＡＣアダプタ１０２の回路や負荷が発熱して破損に至る恐れがある。これを防止するために、一般的には過電流保護回路における過電流検出時の垂下特性を「フ」の字垂下特性にすることが行われていた。ここで、「フ」の字垂下特性の出力電流−出力電圧特性の一例を図４に示す。図４において、出力電流が最大電流Imaxを超えると、出力電流−出力電圧特性は「フ」の字状に垂下していくようになるため、過電流が流れた際にＡＣアダプタ１０２の回路や負荷が発熱して破損に至ることを防止することができる。

特開２００５−１６０２４１号公報

従来の音響装置１００に、過電流保護回路を備えるＡＣアダプタ１０２から電源が供給される場合に、パワーアンプ１１１において過大出力が生じると、出力電流が最大電流Imaxを超えることから過電流保護回路が働くようになる。この場合、過電流保護回路は一般的に「フ」の字垂下特性のタイプとされて、第１直流電源Ｖｃｃ１の供給が停止されることから、パワーアンプ１１１および電源部１１２への電力供給が急激に低下する。これにより、音響装置１００の各部が動作を継続できなくなり、音響装置１００から出力される音響信号が途切れてしまうようになる。そして、過電流保護回路による電力供給の低下は、過電流による温度上昇から電源出力段を保護するために行われていることから、ＡＣアダプタ１０２からの第１直流電源Ｖｃｃ１の電力供給が復帰するには上昇した温度が許容される温度に低下するまでに必要な１０〜数十秒の長時間がかかるようになる。また、第１直流電源Ｖｃｃ１の電力供給が復帰して電源部１１２から供給される第２直流電源Ｖｃｃ２および第３直流電源Ｖｃｃ３が復帰してから、制御部１１５および音響信号処理部１１３が正常に動作するには、さらに時間がかかるようになる。このため、ＡＣアダプタ１０２における過電流保護回路が働くと、長時間にわたり音響装置１００から出力される音響信号が途切れてしまうという問題点があった。

そこで、本発明は、「フ」の字垂下特性の過電流保護回路を備える電源を使用する音響装置であっても、過大出力時に音切れを極力生じないような音響装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の音響装置は、供給された交流電源を第１直流電源に変換して出力すると共に、該第１直流電源の出力電流が第１最大電流を超えるとき、該第１直流電源の電流−電圧特性をフの字垂下特性で低下させる過電流保護回路を内蔵する第１電源部と、第１直流電源が入力され、該第１直流電源より低い電圧の第２直流電源に変換して出力する第２電源部と、第２直流電源により動作し、所定の信号処理を行い、処理された音響信号を出力する信号処理部と、第１直流電源により動作し、信号処理部から供給される音響信号を電力増幅して出力するパワーアンプと、第１電源部とパワーアンプとの間に挿入され、該第１電源部から該パワーアンプに供給される電流が第１最大電流より所定のマージン電流分だけ低い第２最大電流を超えるとき、該第１電源部から該パワーアンプへの第１直流電源の供給を停止させる電流制限部を備えることを最も主要な特徴としている。

本発明によれば、第１電源部からパワーアンプに供給される電流が第１最大電流より所定のマージン電流分だけ低い第２最大電流を超えるとき、第１電源部からパワーアンプへの第１直流電源の供給を停止させるようにしたことから、パワーアンプの過大出力時においても第１電源部の過電流保護回路が働くことはなく、信号処理部は動作を継続していると共に、過大出力を脱した際に速やかに電流制限部が復帰してパワーアンプに第１直流電源を供給するようになる。このため、パワーアンプの過大出力時においても音切れを極力防止することができるようになる。

本発明の実施例にかかる音響装置の構成を示す回路ブロック図である。本発明にかかる音響装置に電源を供給するＡＣアダプタの出力電流−出力電圧特性を示す図である。従来の電源部を備える音響装置の構成例を示す回路ブロック図である。従来の音響装置に電源を供給するＡＣアダプタの出力電流−出力電圧特性を示す図である。

本発明の実施例にかかる音響装置１の構成を示す回路ブロック図を図１に示す。
図１に示す音響装置１は電子楽器、デジタルミキサ、エフェクタ等のいずれかとされており、音響装置１にはＡＣアダプタ２から直流電源が端子Ｊ１を介して供給されている。ＡＣアダプタ２は第１電源部とされ、スイッチング電源が内蔵されておりプラグ２ａから供給された商用交流を所定の直流電圧値、例えば約１６Ｖの第１直流電源に変換して出力している。端子Ｊ１を介して供給されたＡＣアダプタ２からの第１直流電源は、ノイズフィルタ１０により雑音成分が除去され、ノイズフィルタ１０から出力された第１直流電源Ｖｃｃ１は電源スイッチＳＷを介して第２電源部とされるデジタル部用ＳＷ電源１４および定電圧電源１５に供給されている。また、電源スイッチＳＷを介して供給される第１直流電源Ｖｃｃ１は、抵抗Ｒ、パワーＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１２および過電流検出回路１１からなる電流制限部を介してパワーアンプ１３に供給されている。デジタル部用ＳＷ電源１４は、スイッチング電源が内蔵されており第１直流電源Ｖｃｃ１を電圧の低い例えば約５Ｖの第２直流電源Ｖｃｃ２に変換して出力している。さらに、定電圧電源１５は第１直流電源Ｖｃｃ１を電圧の低い例えば約１２Ｖの第３直流電源Ｖｃｃ３に変換して出力している。なお、ＡＣアダプタ２には過電流保護回路が内蔵されており、ＡＣアダプタ２の出力電流−出力電圧特性は、図２に示す「フ」の字垂下特性となっている。すなわち、出力電流が第１最大電流Imaxを超えると、出力電流−出力電圧特性は「フ」の字状に垂下していくようになるため、過電流が流れた際にＡＣアダプタ２の回路や負荷が発熱して破損に至ることが防止されている。

音響装置１が電子楽器である場合においては、信号処理部１７は、楽音を発生する音源処理を行う。この場合、楽音制御部とされるマイコン２０は、楽音発生プログラム等の動作ソフトウェアを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵのワークエリアや各種データの記憶エリアが設定されるＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＣＰＵが実行する楽音発生プログラム等の動作ソフトウェアが少なくとも格納されているＲＯＭ（Read Only Memory）を備えている。操作子２２は、鍵盤（演奏操作子）、スライダ、ノブ、スイッチ等とされ、マイコン２０は操作子２２の内の音色スイッチの操作に応じて、音色データを選択して信号処理部１７にセットする。また、操作子２２の内の鍵盤の押鍵に応じて、信号処理部１７における音源の発音ｃｈを割り当て、該ｃｈに押鍵の音高と鍵速度に応じた楽音パラメータをセットし、該ｃｈに発音の開始を指示する。信号処理部１７は、マイコン２０からの発音開始指示に応じて、発音ｃｈにセットされた楽音パラメータに基づく楽音の生成を開始し、生成された複数ｃｈの楽音を混合して、混合された楽音信号（音響信号）をＤＡＣ（デジタル−アナログ変換器）１８に出力する。液晶等の表示器２３は、操作子２２により各種楽音パラメータ等を設定する際に各種設定の画面等を表示している。各種設定の画面では、ＧＵＩ（Graphical User Interface）を利用してユーザが各種設定を行える画面とされる。

また、音響装置１がデジタルミキサである場合においては、信号処理部１７は、複数の入力ｃｈの処理と、複数のバスの処理と、複数の出力ｃｈの処理を行う。この場合、信号処理部１７にはＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）１６によりデジタルデータに変換された複数の入力ｃｈの音響信号が入力され、設定されたパラメータに基づいて、複数の入力ｃｈの処理により、入力された複数の音響信号の特性をそれぞれ制御し、複数のバスの処理により、それぞれ複数の入力ｃｈからの信号を混合し、複数の出力ｃｈの処理により、それぞれ対応するバスからの信号の特性を制御してＤＡＣ１８に出力する。なお、端子Ｊ２に複数の入力系列の音響信号が入力され、複数の入力系列の音響信号はＡＤＣ１６に入力されてデジタルデータに変換される。操作子２２は、複数の各ｃｈストリップのスライダ、ノブ、スイッチと、該複数のｃｈストリップに入力ｃｈないし出力ｃｈを割り当てるレイヤ操作子と、表示器２３の表示を切り替えたり、表示器２３に表示された画面に関する入力を行う画面操作子などとされる。ミキシング制御部とされるマイコン２０は、ミキシングプログラム等の動作ソフトウェアを実行するＣＰＵと、ＣＰＵのワークエリアや各種データの記憶エリアが設定されるＲＡＭと、ＣＰＵが実行するミキシングプログラム等の動作ソフトウェアが少なくとも格納されているＲＯＭを備えており、マイコン２０は、操作子２２の操作に応じて、複数の各入力ｃｈのパラメータ、複数の各出力ｃｈのパラメータ等を設定している。表示器２３は液晶等とされ、操作子２２により各種パラメータ等をＧＵＩを利用して設定する設定画面等を表示している。

さらに、音響装置１がエフェクタである場合においては、信号処理部１７は、音響信号に効果を付与する効果付与処理を行う。この場合、信号処理部１７は、ＡＤＣ１６から出力される音響信号が入力され、入力された音響信号に対して選択された効果付与処理を施し、処理された音響信号をＤＡＣ１８に出力する。なお、端子Ｊ２に効果が付与される音響信号が入力され、この音響信号はＡＤＣ１６に入力されてデジタルデータの音響信号に変換される。操作子２２は、ホイールやペダル、スイッチ等とされ、効果のパラメータの設定や効果を選択する操作子や、表示器２３に表示された画面に関する入力を行う画面操作子などとされる。表示器２３は液晶等とされ、操作子２２により効果の選択や効果のパラメータ等をＧＵＩを利用して設定する設定画面等を表示している。マイコン２０は、ＣＰＵと、ＣＰＵのワークエリアや各種データの記憶エリアが設定されるＲＡＭと、ＣＰＵが実行する動作ソフトウェアが少なくとも格納されているＲＯＭを備えており、マイコン２０は操作子２２の操作に応じて、複数の効果付与処理から実行する効果付与処理を選択したり、選択した効果付与処理のパラメータをセットしたりする。

音響装置１が電子楽器、デジタルミキサ、エフェクタのいずれとされていても、ＤＡＣ１８に出力された音響信号はアナログの音響信号に変換され、パワーアンプ１３およびヘッドホンアンプ１９に供給される。そして、パワーアンプ１３により電力増幅された音響信号は端子Ｊ３に接続されているスピーカ３から放音され、ヘッドホンアンプ１９により増幅された音響信号は端子Ｊ４から出力される。端子Ｊ４にはヘッドホンを接続することができる。また、デジタルＩ／Ｏ２１はマイコン２０にデジタルデータを入力したり、マイコン２０からデジタルデータを出力するＩ／Ｏとされており、Ｉ／Ｏポートとされる端子Ｊ５に接続された外部のデジタル機器とデジタルデータの授受を行うことができる。
なお、デジタル部用ＳＷ電源１４から出力される約５Ｖの第２直流電源Ｖｃｃ２は、ＡＤＣ１６、信号処理部１７、ＤＡＣ１８、マイコン２０、デジタルＩ／Ｏ、操作子２２、表示器２３のデジタル部に供給されている。また、定電圧電源１５から出力される第１直流電源Ｖｃｃ１を電圧の低い例えば約１２Ｖの第３直流電源Ｖｃｃ３はＡＤＣ１６、ＤＡＣ１８、ヘッドホンアンプ１９のアナログ部に供給されている。

ここで、音響装置１に設けられている抵抗Ｒ、パワーＦＥＴ１２および過電流検出回路１１からなる電流制限部について説明すると、過電流検出回路１１は、抵抗Ｒに電流が流れたことによりその両端間に生じる電圧降下Ｖ_Rを所定の基準電圧Ｖ_Sと比較して、電圧降下Ｖ_Rが基準電圧Ｖ_Sを超えるまではパワーＦＥＴ１２をオンさせ、電圧降下Ｖ_Rが基準電圧Ｖ_Sを超えたことを検出した際にパワーＦＥＴ１２を所定時間だけオフさせる。抵抗Ｒの電圧降下Ｖ_Rは、抵抗Ｒの抵抗値Ｒ_R（例えば、約０．１Ω）と抵抗Ｒに流れる電流Ｉ_Rとを乗算（Ｖ_R＝Ｉ_R×Ｒ_R）することにより決定され、電圧降下Ｖ_Rが基準電圧Ｖ_Sと等しくなる際の電流を第２最大電流Ｉｘとする。第２最大電流Ｉｘを図２に示すが第２最大電流Ｉｘは、ＡＣアダプタ２に内蔵されている過電流保護回路が働く際の第１最大電流Imaxよりマージン電流ｍだけ小さい電流値とされている。マージン電流ｍは、パワーアンプ１３自体の特性やパワーアンプ１３の負荷のばらつきに基づいて決められる。また、マージン電流ｍは、第１直流電源Ｖｃｃ１からデジタル部用ＳＷ電源１４および定電圧電源１５に供給される電流の和より大きく設定されている。

次に、パワーアンプ１３の出力が過大出力になった際の動作を説明すると、パワーアンプ１３の出力が過大出力になると、パワーアンプ１３には第２最大電流Ｉｘを超える電流が供給され、過電流検出回路１１は電圧降下Ｖ_Rが基準電圧Ｖ_Sを超えたことを検出して、パワーＦＥＴ１２を所定時間オフさせる。これにより、パワーアンプ１３には第１直流電源Ｖｃｃ１の供給が停止されるが、図１に示すようにパワーアンプ１３の電源端子とアース間には大容量のコンデンサＣが接続されているため、コンデンサＣから電源が供給されるようになりパワーアンプ１３から出力される音響信号はすぐには停止されず、その出力は所定時間維持される。そして、過電流検出回路１１がパワーＦＥＴ１２をオフさせている所定時間は数十ミリ秒ないし数百ミリ秒の短時間とされていると共に、パワーアンプ１３の出力が過大出力になるのは入力される音響信号のピークの瞬時値が過大になる場合とされることから、パワーアンプ１３が過大出力となるのは極めて短い時間となる。これにより、音響信号のピークの瞬時値が過大状態を越えると、速やかにパワーＦＥＴ１２をオンするよう過電流検出回路１１が動作して、パワーアンプ１３に第１直流電源Ｖｃｃ１が供給されるようになる。このため、パワーアンプ１３から出力される音響信号は、パワーアンプ１３の出力が過大出力になった場合でも極力途切れることなく出力されるようになる。
なお、第２最大電流Ｉｘの大きさは、第１直流電源Ｖｃｃ１からデジタル部用ＳＷ電源１４および定電圧電源１５に供給される電流の和の最大値より少なくとも大きなマージン電流ｍが設定された値とされているので、パワーアンプ１３に流れる電流が第２最大電流Ｉｘを越える時においても第１直流電源Ｖｃｃ１から供給される電流の総和は第１最大電流Imaxを超えることはないようになる。従って、パワーアンプ１３の出力が過大出力になる時においてもＡＣアダプタ２が供給する電流は第１最大電流Imaxを超えないことから、ＡＣアダプタ２の過電流保護回路が動作することはない。

以上説明した本発明にかかる音響装置１において、デジタル部用ＳＷ電源１４からパワーアンプ１３を除く音響装置１の各部に直流電源が供給されたり、定電圧電源１５と、定電圧電源１５に後続させたデジタル部用ＳＷ電源１４からパワーアンプを除く音響装置１の各部に直流電源が供給される場合は、デジタル部用ＳＷ電源１４または定電圧電源１５のいずれか１つにＡＣアダプタ２から直流電源が供給される。また、パワーアンプ１３およびヘッドホンアンプ１９をデジタルアンプとすることができ、この場合は、ＤＡＣ１８を不要とすることができる。さらに、端子Ｊ２にデジタル信号が供給される場合は、ＡＤＣ１６を不要とすることができる。
さらにまた、以上説明した本発明にかかる音響装置は、電子楽器、デジタルミキサ、エフェクタのいずれかとしたが、これに限ることはなくレコーダ、ラジオ等としたり、複数の音響装置の機能を一体にした音響装置であってもよい。
さらにまた、以上説明した実施例では、過大出力時にパワーアンプ全体への電力供給をオフしていたが、過大出力時にパワーアンプの出力段へ供給する電力のみオフするようにしてもよい。さらに、スピーカを音響装置内に内蔵させるようにしてもよい。

１音響装置、２ＡＣアダプタ、２ａプラグ、３スピーカ、１０ノイズフィルタ、１１過電流検出回路、１２パワーＦＥＴ、１３パワーアンプ、１４デジタル部用ＳＷ電源、１５定電圧電源、１６ＡＤＣ、１７信号処理部、１８ＤＡＣ、１９ヘッドホンアンプ、２０マイコン、２１デジタルＩ／Ｏ、２２操作子、２３表示器、１００音響装置、１０２アダプタ、１０２ａプラグ、１０３スピーカ、１１０ノイズフィルタ、１１１パワーアンプ、１１２電源部、１１３音響信号処理部、１１４ヘッドホンアンプ、１１５制御部

Claims

供給された交流電源を第１直流電源に変換して出力すると共に、該第１直流電源の出力電流が第１最大電流を超えるとき、該第１直流電源の電流−電圧特性をフの字垂下特性で低下させる過電流保護回路を内蔵する第１電源部と、
前記第１直流電源が入力され、該第１直流電源より低い電圧の第２直流電源に変換して出力する第２電源部と、
前記第２直流電源により動作し、所定の信号処理を行い、処理された音響信号を出力する信号処理部と、
前記第１直流電源により動作し、前記信号処理部から供給される音響信号を電力増幅して出力するパワーアンプと、
前記第１電源部と前記パワーアンプとの間に挿入され、該第１電源部から該パワーアンプに供給される電流が前記第１最大電流より所定のマージン電流分だけ低い第２最大電流を超えるとき、該第１電源部から該パワーアンプへの前記第１直流電源の供給を停止させる電流制限部と、
を備えることを特徴とする音響装置。
前記マージン電流は、パワーアンプ自体の特性やパワーアンプの負荷のばらつきに基づいた値とされていることを特徴とする請求項１記載の音響装置。
前記マージン電流は、前記第２電源部に流入する電流の最大値である第３最大電流より大きな電流であることを特徴とする請求項１記載の音響装置。