JP5729088B2 - オーディオ機器 - Google Patents

Description

この発明は、入力端子に複数種類のソース機器が接続されるオーディオ機器に関する。

ギターアンプにはプロが用いる高性能な機器から初級者が用いる廉価なものまで種々のものがある。そのうち廉価なものは、廉価且つ小型にするために入力端子（ジャック）の数は１または少ない数のみ設けられている（たとえば非特許文献１）。一方、ギターアンプは、単にギターが直接接続されるのみではなく種々の機器が接続される可能性がある。接続される機器としては、たとえばエレキギター、エレキベース、マイク、エフェクタなどである。

"ギターアンプＧＡ１５"、[online]、ヤマハ株式会社、［平成２３年３月２１日検索］、インターネット〈http://data.yamaha.jp/sdb/local/products/images/18232/99/18232_99_1.pdf〉

高性能な機器の場合には、それぞれの機器ごとに入力端子を備え、各入力端子は対応する機器に適合した入力インピーダンスに設定されている。しかし、上記のように廉価なアンプには１または少数の入力端子しか設けられていないため、複数種類の機器が同じ入力端子に接続されることになる。しかし、上記複数種類の機器はインピーダンスがそれぞれ異なり、同じ入力端子にそのまま接続したのでは、インピーダンスの不整合により音質が劣化してしまうという問題点がある。また、機器により入力される信号レベルが異なるため、ゲインを調整しないと音量が小さ過ぎたり大き過ぎたりすることがあった。

廉価なギターアンプには、入力端子のインピーダンスを切り替えたりゲインを調整するスイッチを備えたものもあるが、廉価なアンプを使用するユーザは初級者が多く、インピーダンスの切り替えやゲインの調整の要領を知らない者も多い。
この発明は、入力端子に接続された機器に合わせて入力インピーダンスやゲインを検出および設定可能なオーディオ機器を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、ホット端子およびコールド端子を有し、オーディオ信号を出力するソース機器が接続される入力端子と、前記オーディオ信号を増幅するアンプと、第１端が前記アンプに接続され第２端が接地されているインピーダンス素子と、テスト信号発生部と、リターン信号解析部と、前記リターン信号解析部と並列に設けられているキャパシタと、通常動作時に、前記インピーダンス素子および前記アンプを前記入力端子に並列に接続し、前記ソース機器のインピーダンス検出時に、前記コールド端子に前記テスト信号発生部を接続するとともに、前記ホット端子に前記キャパシタおよび前記リターン信号解析部を接続する切替スイッチと、を備え、前記ソース機器のインピーダンス検出時に、前記テスト信号発生部はテスト信号を発生し、前記リターン信号解析部は、前記ホット端子に戻ってきたテスト信号であるリターン信号に基づいて前記ソース機器のインピーダンスを検出することを特徴とする。

請求項２の発明は、前記キャパシタは可変素子であり、前記リターン信号解析部は、前記ソース機器のインピーダンス検出時に、前記コールド端子、前記ソース機器、前記ホット端子および前記キャパシタを含む回路のカットオフ周波数が所定周波数になるように前記キャパシタの静電容量を制御したのち、前記リターン信号に基づいて前記ソース機器のインピーダンスを検出することを特徴とする。

請求項３の発明は、前記インピーダンス素子は可変素子であり、前記リターン信号解析部は、検出した前記ソース機器のインピーダンスに基づいて、前記インピーダンス素子のインピーダンス値を制御することを特徴とする。

請求項４の発明は、前記テスト信号発生部は、前記テスト信号としてホワイトノイズを発生し、前記リターン信号解析部は、前記リターン信号の周波数特性に基づいて前記ソース機器のインピーダンスを検出することを特徴とする。

請求項５の発明は、前記アンプとして可変ゲインアンプを備え、前記リターン信号解析部は、検出された前記ソース機器のインピーダンスに基づいて前記可変ゲインアンプのゲインを制御することを特徴とする。

この発明によれば、入力端子に接続されたソース機器のインピーダンスを検出し、入力インピーダンスやゲインを設定することが可能になる。

この発明の実施形態であるオーディオアンプの概略構成図 インピーダンス切替回路の構成図 ソース機器のインピーダンス検出の手法を説明する図 インピーダンス設定動作を示すフローチャート ゲイン設定動作を示すフローチャート

図面を参照してこの発明の実施形態であるオーディオアンプについて説明する。このオーディオアンプは、スピーカを内蔵した例えばギターアンプのようなアンプであり、以下のような特徴を有する。コンパクト且つ廉価にするため、入力端子（ジャック）は１つのみ設けられている。この１つの入力端子に複数種類のソース機器が接続される。接続されるソース機器には、例えばエレキギター、エレキベース、ダイナミックマイク、エフェクタなどがある。これらソース機器のインピーダンス、信号レベルは様々異なるため、入力端子の直後でこれを検出し、この検出結果に基づいてオーディオアンプの入力インピーダンス、フロントアンプのゲインを自動調整する。

図１はオーディオアンプ１の概略構成図である。オーディオアンプ１は、入力端子１１、インピーダンス切替回路１２、可変ゲインフロントアンプ１３、アンプ本体回路１４、スピーカ１５、信号発生部１６および制御部１０を備えている。

アンプ本体回路１４は、オーディオ信号をイコライズおよび増幅してスピーカ１５に出力する回路である。

入力端子１１は、上述した各種のソース機器２が接続される端子であり、ホット端子１１Ａ、コールド端子１１Ｂからなる２極端子である。入力端子１１は、たとえばＴＳ型のフォーンジャックを用いればよいが、オーディオ周波数の電気信号の入力ができればよく規格・形状に制約はない。なお、コールド端子１１Ｂは、アース（フレームアース）に直接接続されてはいない。ソース機器２は、ケーブル３を介して入力端子１１に接続される。ケーブル３は、いわゆる１芯のシールドケーブルであり、芯線３Ａがホット端子１１Ａに接続され、シールド線（編線）３Ｂがコールド端子１１Ｂに接続される。なお、本発明に入力端子１１は２極に限定されない。

インピーダンス切替回路１２は、入力端子１１のインピーダンス（オーディオアンプ１の入力インピーダンス）を切り替える回路である。図２はインピーダンス切替回路１２の構成を示す図である。インピーダンス切替回路１２は、切替スイッチ１２０、可変抵抗器１２１、可変キャパシタ１２２を有している。切替スイッチ１２０は、通常動作時は入力端子１１を可変抵抗器１２１側に接続し、入力インピーダンス検出時は入力端子１１を可変キャパシタ１２２側に接続する。可変抵抗器１２１はたとえば複数の抵抗器をアナログスイッチによって接続切替することよって複数の抵抗値を得られるようにしたものが用いられる。可変キャパシタ１２２は複数のバリキャップをアナログスイッチを介して並列に接続し、各バリキャップの容量および接続／切断を切り替えることによって複数の静電容量を得られるようにしたものが用いられる。切替スイッチ１２０の切り替え、可変抵抗器１２１の抵抗値、可変キャパシタ１２２の容量は制御部１０によって制御される。

図２は、通常動作時のインピーダンス切替回路１２の接続形態を示している。オーディオアンプとしての通常動作を行う場合には、切替スイッチ１２０を可変抵抗器１２１側に切り替え、入力端子１１（ホット端子１１Ａ、コールド端子１１Ｂ）に並列にソース機器２のインピーダンスに対応する抵抗値の抵抗１２１を接続してインピーダンス整合を行い、入力端子１１から入力されたオーディオ信号を後段の可変ゲインフロントアンプ１３に入力する。

図２において、切替スイッチ１２０を切り替えると、入力端子１１に接続されたソース機器２のインピーダンスを検出する場合のインピーダンス切替回路１２の接続形態となる。ソース機器２のインピーダンスを検出する場合には、切替スイッチ１２を可変キャパシタ１２２側に切り替える。入力端子１１のホット端子１１Ａに可変キャパシタ１２２およびＡ／Ｄコンバータ１７が接続され、コールド端子１１Ｂに信号発生部１６が接続される。信号発生部１６は、ソース機器２のインピーダンス検出用のテスト信号としてホワイトノイズを発生する回路である。これにより、信号発生部１６が発生したホワイトノイズは、コールド端子１１Ｂ、シールド線３Ｂ、ソース機器２、芯線３Ａ、ホット端子１１Ａを通って可変キャパシタ１２２に戻り、この信号がＡ／Ｄコンバータ１７によってデジタル信号に変換された制御部１０入力される。

なお、インピーダンス切替回路１２において、インピーダンス検出側のホット端子１１Ａ、コールド端子１１Ｂの接続は逆であってもよい。すなわち、入力端子１１のコールド端子１１Ｂ側に可変キャパシタ１２２およびＡ／Ｄコンバータ１７を接続し、ホット端子１１Ａ側に信号発生部１６を接続してもよい。

制御部１０は、マイクロコンピュータで構成され、インピーダンス切替回路１２を制御してソース機器２のインピーダンスを検出する。また、検出されたインピーダンスに応じてインピーダンス切替回路１２、可変ゲインフロントアンプ１３を制御する。

図３を参照して、上記オーディオアンプ１におけるソース機器２のインピーダンスの検出方法について説明する。図３（Ａ）はローパスフィルタの基本的な構成図である。信号線路のホット側に直列に抵抗器Ｒが挿入され、信号線路のホット側とコールド側の間にキャパシタＣが並列に接続される。これらのＲ，Ｃでフィルタの特性すなわちカットオフ周波数Ｆｃが決定される。図３（Ｂ）は同図（Ａ）に示したローパスフィルタの基本的な周波数特性を示す図である。低周波側に利得が平坦な通過帯域があり、この通過帯域から遮断帯域に向けて徐々に利得が低下する過渡領域がある。この過渡領域で通過帯域から利得が−３ｄＢが低下する周波数をカットオフ周波数Ｆｃと呼ぶ。

オーディオアンプ１では、図３（Ｃ）に示すように、ソース機器２のインピーダンスを上記ローパスフィルタのＲに見立て、自装置の可変キャパシタ１２２を上記ローパスフィルタのＣに見立ててカットオフ周波数Ｆｃを測定し、このＦｃに基づいてソース機器２のインピーダンスＺを検出する。

すなわち、図３（Ｃ）において、入力端子１１のコールド端子１１Ｂから信号を入力し、ソース機器２（インピーダンスＺｏｕｔ）を通過してホット端子１１Ａに戻ってきた信号を可変キャパシタ１２２の後段でデジタル信号に変換して制御部１０に取り込み、ＦＦＴすることによってＣに基づいてソース機器２のインピーダンスＺｏｕｔを検出する。Ｚｏｕｔ（すなわちＲ）は、ローパスフィルタの特性式Ｆｃ＝１／２πＲＣに基づき、
Ｚｏｕｔ＝１／（２πＣ・Ｆｃ）
で算出される。

ここで、ソース機器２およびケーブル３にはキャパシタンス成分、インダクタンス成分が含まれると推定される。これを無視してソース機器２のインピーダンスをＲとして扱うことができるように、可変キャパシタ１２２の値Ｃを十分に大きな値にして可変キャパシタ１２２の静電容量を上記のローパスフィルタの系において支配的にするとともに、カットオフ周波数Ｆｃを低い値にシフトした状態でカットオフ周波数Ｆｃを測定する。

図４は、制御部１０によるインピーダンス設定処理を示すフローチャートである。まず切替スイッチ１２０を可変キャパシタ１２１側に切り替える（Ｓ１）。そして可変キャパシタ１２１の静電容量を最小に設定する（Ｓ２）。こののち、コールド端子１１Ｂから信号（ホワイトノイズ）を注入する（Ｓ３）。信号注入の結果、ソース機器２から信号のリターンがあったか、すなわち、Ａ／Ｄコンバータ１７から制御部１０に信号が入力されたか否かを判断する（Ｓ４）。信号が検出されなかった場合には（Ｓ４でＮＯ）、プリアンプやエフェクタなどアクティブなドライブ回路を持つ機器が接続されており、そのインピーダンス（出力インピーダンス）は１ｋΩ以下の低い値であると判定して（Ｓ１５）、Ｓ１２に進む。

一方、Ｓ４で信号が検出された場合には（Ｓ４でＹＥＳ）、特定周波数Ｆｓ（たとえば１ｋＨｚ）における信号レベルを検出する（Ｓ５）。そして、この特定周波数Ｆｓにおける信号レベルが−３ｄＢ低下するまで可変キャパシタ１２１の静電容量を増加させる（Ｓ６〜Ｓ８）。これにより、ソース機器２のインピーダンスＺ、可変キャパシタ１２２で構成されるローパスフィルタのカットオフ周波数Ｆｃが特定周波数Ｆｓとなる。

そして、可変キャパシタ１２２の静電容量Ｃをさらにｎ（＝１０）倍に大きくする（Ｓ９）。これにより、ローパスフィルタのカットオフ周波数Ｆｃは約１／ｎに低下する。ただし、正確には１／ｎにはならずソース機器２に含まれるキャパシタンス成分、インダクタンス成分の影響が低減される。この状態で入力された信号をＦＦＴしてカットオフ周波数Ｆｃを検出し（Ｓ１０）、検出したカットオフ周波数に基づいてＲすなわちソース機器２のインピーダンスＺｏｕｔを算出する（Ｓ１１）。

以上の処理ののち、信号の注入を停止し（Ｓ１２）、算出（判定）されたインピーダンスＺに整合するよう可変抵抗器１２１の抵抗値を制御し（Ｓ１３）、切替スイッチ１２０を可変抵抗器１２１側に切り替えて（Ｓ１４）動作を終了する。

以上のインピーダンス設定処理により、ソース機器２のインピーダンスに合わせてオーディオアンプ１の入力インピーダンスを自動設定することが可能になる。さらに、図５に示すように、信号レベル推定処理を追加で行うことにより、フロントアンプ１３のゲインの自動設定も可能になる。

なお、Ｓ９〜Ｓ１１のカットオフ周波数Ｆｃの検出処理は、Ｓ９で設定する可変キャパシタ１２２の静電容量値を種々変更しながら複数回行い、それぞれのＦｃおよびＣでＲを算出し、その平均値または収束値を求めてソース機器２のインピーダンスＺｏｕｔとしてもよい。

なお、以上の実施形態としてはテスト信号としてホワイトノイズを用いているが、テスト信号はホワイトノイズに限定されない。たとえばテスト信号としてスイープ信号を用い、リターン信号のレベル変化曲線を周波数スペクトルとして用いてもよい。また、複数の周波数の信号を順次または同時に発生させてもよい。

図５（Ａ）は、制御部１０のゲイン設定処理を示すフローチャートである。図５（Ｂ）は制御部１０が記憶している設定ゲインテーブルを示す図である。図５（Ａ）において、まず、図４のインピーダンス設定処理を実行する（Ｓ２１）。そして、この処理でソース機器２から信号のリターンが検出されたかを判定する（Ｓ２２：図４のＳ４と同様）。信号のリターンがなかった場合には（Ｓ２２でＮＯ）、図５（Ｂ）に示すテーブルのＤに分類されるプリアンプやエフェクタなどの機器が接続されていると判定して（判定Ｄ）、フロントアンプ１３のゲインを小さく設定する（Ｓ３１）。信号のリターンがあった場合には（Ｓ２２でＹＥＳ）、算出されたインピーダンスＺｏｕｔが所定値（たとえば１ｋΩ）より大きいかを判定する（Ｓ２３）。インピーダンスＺｏｕｔが所定値以下であれば（Ｓ２３でＮＯ）、図５（Ｂ）に示すテーブルのＣに分類されるダイナミックマイクなどの機器が接続されていると判定して（判定Ｃ）、フロントアンプ１３のゲインを小さく設定する（Ｓ３２）。

算出されたインピーダンスＺｏｕｔが所定値より大きい場合には（Ｓ２３でＹＥＳ）、ソース機器２はエレキギター（のピックアップ）またはエレキベース（のピックアップ）であるとして、切替スイッチ１２０を通常動作時の状態に切り替えて、ユーザ（演奏者）に対して試し弾きを指示する（Ｓ２４）。この指示はたとえば、スピーカ１５から音声で出力すればよい。ここではＡ弦（ギターの第５弦またはベースの第３弦）の開放を弾くように指示する。入力された演奏音の周波数を測定し（Ｓ２５）、Ａ１（＝１１０Ｈｚ）であればソース機器２がエレキギターであると判定し（判定Ａ）、Ａ０（＝５５Ｈｚ）であればソース機器２がエレキベースであると判定する（判定Ｂ）。判定Ａでは、図５（Ｂ）に示すテーブルのＡに分類されるエレキギターが接続されていると判定して、フロントアンプ１３のゲインを中程度に設定する（Ｓ３４）。また、判定Ｂでは、図５（Ｂ）に示すテーブルのＢに分類されるエレキベースが接続されていると判定して、フロントアンプ１３のゲインを大きく設定する（Ｓ３３）。

なお、この例では試し弾きする弦をＡ弦の開放としたが、どの弦であっても構わない。たとえば最低音のＥ弦の開放であってもよい。また、接続されているソース機器２を入力される楽音の音高でなく音量で判断してもよい。その場合には、演奏者に通常（たとえばｍｆ）の音量で演奏させ、そのときの信号レベルで接続されているソース機器２（たとえばエレキギター，エレキベース等）を判定してもよい。

また、図４、図５の処理は、いつ実行されてもよいが、制御部１０が入力端子１１の状態を監視し、開放状態から導通状態に変化したとき、すなわち何らかのソース機器２が接続されたとき実行するようにしてもよい。

１ オーディオアンプ
２ ソース機器
１１ 入力端子
１１Ａ ホット端子
１１Ｂ コールド端子
１２０ 切替スイッチ
１２１ 可変抵抗器
１２２ 可変キャパシタ

Claims (5)

1. ホット端子およびコールド端子を有し、オーディオ信号を出力するソース機器が接続される入力端子と、
   前記オーディオ信号を増幅するアンプと、
   第１端が前記アンプに接続され、第２端が接地されているインピーダンス素子と、
   テスト信号発生部と、
   リターン信号解析部と、
   前記リターン信号解析部と並列に設けられているキャパシタと、
   通常動作時に、前記インピーダンス素子および前記アンプを前記入力端子に並列に接続し、前記ソース機器のインピーダンス検出時に、前記コールド端子に前記テスト信号発生部を接続するとともに、前記ホット端子に前記キャパシタおよび前記リターン信号解析部を接続する切替スイッチと、
   を備え、
   前記ソース機器のインピーダンス検出時に、前記テスト信号発生部はテスト信号を発生し、前記リターン信号解析部は、前記ホット端子に戻ってきたテスト信号であるリターン信号に基づいて前記ソース機器のインピーダンスを検出するオーディオ機器。
2. 前記キャパシタは可変素子であり、前記リターン信号解析部は、前記ソース機器のインピーダンス検出時に、前記コールド端子、前記ソース機器、前記ホット端子および前記キャパシタを含む回路のカットオフ周波数が所定周波数になるように前記キャパシタの静電容量を制御したのち、前記リターン信号に基づいて前記ソース機器のインピーダンスを検出する請求項１に記載のオーディオ機器。
3. 前記インピーダンス素子は可変素子であり、前記リターン信号解析部は、検出した前記ソース機器のインピーダンスに基づいて、前記インピーダンス素子のインピーダンス値を制御する請求項１または請求項２に記載のオーディオ機器。
4. 前記テスト信号発生部は、前記テスト信号としてホワイトノイズを発生し、
   前記リターン信号解析部は、前記リターン信号の周波数特性に基づいて前記ソース機器のインピーダンスを検出する
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のオーディオ機器。
5. 前記アンプは、可変ゲインアンプであり、
   前記リターン信号解析部は、検出された前記ソース機器のインピーダンスに基づいて前記可変ゲインアンプのゲインを制御する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のオーディオ機器。

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