JP5849677B2 - 音声出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、音声の出力に用いられる音声出力装置に関するものであり、特にマルチチャンネル出力を備える音声出力装置に関する。

近年、デジタルオーディオの多機能化に伴い、５.１チャンネル等のマルチチャンネル出力を備えた音声出力装置が普及している。

このような音声出力装置において、例えば、出力がＭＡＸ１００Ｗ／ｃｈと記載されている５.１チャンネル出力モデルがあるとする。この場合、通常であれば全チャンネルの最大総合出力は１００Ｗ×６＝６００Ｗであると考えられるが、実際は５.１チャンネルを同時に最大出力でドライブさせることが可能な電源能力を有していない場合がある。特にローコストのオーディオアンプでは、その傾向が強い。

これは、実際の音源ソースにおいて、全チャンネルが同時にフルドライブされるようなソースが少ないことと、電源コストを抑えることとを考慮して、装置の仕様を策定しているためである。しかし電源の能力を極端に削った装置の場合、フルドライブに近い音源ソースが５.１チャンネル再生されてボリュームが大きくなると、電源の許容出力を超えてしまい、電源が破壊されることも考えられる。

例えば、電源の許容入力が、１００Ｗ／ｃｈを満たすぎりぎりである、１００Ｗであるとする。この場合、ボリュームをＭＡＸにしてフルドライブで５.１チャンネルソースを再生すると、必要な６００Ｗを入力電源が大きく下回る。こうなった場合、電源を構成する各種デバイスが破壊される。

このため、電源の許容出力を小さくし、電源に定電力制御電圧垂下特性（への字特性）を採用した装置や、出力音量の監視を行う装置が開示・提案されている（例えば特許文献１〜特許文献３を参照）。

特開２０１１−２３９３７号公報 特開２０１０−４５４８１号公報 特開２００７−５３７２１号公報

しかしながら上記の特許文献で用いられている技術では、アナログデバイス（例えばコンバータや電流検出回路）を用いて、電力や出力音量の検出／制御を行っている。このため、装置構成が複雑になりやすい。

特に、定電力制御電圧垂下特性を用いた制御を行う場合、電流増加を検出してフィードバックする回路構成が必要であるため、コストアップにつながりやすい。また、への字に入って以降も電流自体は大きく増加していくため、電源２次側のデバイスの許容電流を大きく設計する必要がある。

また、定電力垂下特性を用いた場合、への字以降の部分において、複雑に負荷が変動するオーディオ信号をドライブすると電源電圧のリニアリティーが失われ、音質の悪化を招くことになる。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、出力音量が極度に上昇したとしても、装置破壊を回避しつつ音声出力が可能であり、且つアナログデバイスによる音量調整を必要としない、音声出力装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一の態様による音声出力装置は、複数チャンネルのデジタル音声信号を入力してデジタル信号処理を行う音声出力装置であって、前記デジタル音声信号のチャンネル毎のピーク値または実効値を検出する検出部と、前記ピーク値または前記実効値に応じた音声を出力するのに必要な電力を算出する電力算出部と、前記電力算出部により算出されたチャンネル毎の必要電力の総和に応じて前記デジタル音声信号の音量を調整する音量調整部とを備えることを特徴としている。

これによると、ピーク値または実効値の音声出力に必要な電力の総和に応じて音量を調整するため、電源許容出力が小さい装置構成においても、音声出力を継続できる。

また、上記音声出力装置は、デジタル音声信号のダイナミックレンジを圧縮する圧縮部と、複数チャンネルの中で最も大きなピーク値または実効値を判別する判別部とを備え、前記音量調整部は、前記判別部が判別したピーク値または実効値と予め定められた閾値とを比較し、前記ピーク値または前記実効値が前記閾値を超える場合に、前記圧縮部に対し前記圧縮を指示してもよい。

これによると、ピーク値または実効値に応じて出力音声の圧縮を行うため、音量が極度に大きくなった場合においても音声出力を継続できる。

さらに、上記音声出力装置は、前記音声出力装置が備える電源の許容出力電力を示す第１閾値と、前記電源の完全短絡時に前記電源を保護可能な電力を示す第２閾値とを記録した閾値記録部を備え、前記音量調整部は、前記総和が前記第１閾値を超え、且つ前記第２閾値を超えない場合に、前記圧縮部に対して前記圧縮を指示してもよい。

これによると、複数の閾値を設定することにより、電源の保護を適切に図ることができる。

さらに、上記音声出力装置は、デジタル音声信号をミュートするミュート部を備え、前記音量調整部は、前記総和が前記第２閾値を超える場合に、デジタル音声信号をミュートするよう前記ミュート部に指示し、前記圧縮部に対して前記圧縮を指示し、前記圧縮が完了した後に前記ミュートを解除するよう前記ミュート部に指示してもよい。

これによると、本発明の音声出力装置は、閾値に基づいてミュートを行うため、音量が極度に大きくなった場合において装置が破壊されるのを回避できる。

さらに、上記音声出力装置において、前記音量調整部は、前記圧縮部に対して前記圧縮を指示する場合に、前記検出部により検出されている各チャンネルのピーク値または実効値の最大値を判別し、前記最大値と前記デジタル音声信号の規格で予め定められている最大値との減衰度合いを算出し、前記減衰度合から予め定められた度合いを減衰した値に基づいて前記圧縮を行うよう前記圧縮部に指示してもよい。

これによると、デジタル音声信号の規格で定められている最大値に基づいて減衰度合いを決定するため、より好適な音量調整を行うことができる。

さらに、前記音量調整部は、前記圧縮部に対して前記圧縮を指示した後においても前記総和が前記第１閾値を超える場合に、さらに減衰度合いを増して前記圧縮を行うよう前記圧縮部に指示し、前記総和が前記第１閾値を下回る時間が予め定められた期間を超えた時点で、前記圧縮を停止するよう前記圧縮部に指示してもよい。

これによると、閾値を下回る時間が所定期間を超えた時点で圧縮を停止するため、音量を低減した状態から通常状態への復帰を好適に行うことができる。

また、上記音声出力装置は、符号化された音声データの復号を行いデジタル音声信号の生成を行うオーディオデコーダと、音声の増幅を行うアンプとを備えていてもよい。

また上記目的を達成するために、本発明の一の態様による音量調整方法は、音声出力装置が出力する音量の調整を行う音量調整方法であって、前記音声出力装置が備える制御部により実施される、デジタル音声信号のダイナミックレンジを圧縮するステップと、デジタル音声信号に含まれる複数チャンネルの中で最も大きなピーク値または実効値を判別するステップと、判別された前記ピーク値または前記実効値と予め定められた閾値とを比較するステップと、前記ピーク値または前記実効値が前記閾値を超える場合に前記圧縮を行うステップとを含むことを特徴とする。

これによると、ピーク値または実効値に応じて出力音声の圧縮を行うため、音量が極度に大きくなった場合においても音声出力を継続できる。

本発明によれば、電源許容出力が小さい電源で出力音量を上げたとしても、音声出力を続けることができる。また、定電力制御電圧垂下特性を用いる場合のようにフィードバック回路等のアナログデバイスを新設する必要もなく、電源構成の簡略化及びコストダウンの点で有利である。また、マルチチャンネルフルドライブにおいて、電流そのものが抑制されるため、電源の許容電流を下げることができる。

本発明の音声出力装置の内部構成を示すブロック図である。 本発明の音声出力装置の音量調整処理を示すフロー図である。 本発明の音声出力装置の音量調整処理を示すフロー図である。 ピーク値を用いた理論値算出方法を示す模式図である。 実効値を用いた理論値算出方法を示す模式図である。

以下に本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、ここで示す実施形態は一例であり、本発明はここに示す実施形態に限定されるものではない。
〈１．内部構成について〉

図１は、本発明の一実施形態に係る音声出力装置の内部構成の一部を示すブロック図である。この音声出力装置は少なくとも、ＤＳＰ１（＝制御部）、メインデコーダ２（＝オーディオデコーダ）、及びアンプ３を含むように構成されている。なお、アンプ３に接続される装置として、不図示のスピーカが存在する。

ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１は、所定のデジタル音声信号、例えばＩ２Ｓ信号を入力し、デジタル音声処理を施し、アンプ３に対して出力する。またＤＳＰ１は、アンプ３よりアンプ保護信号を入力し、音声信号の出力を調整する機能を備える。またＤＳＰ１は、ＤＳＰ１が備える演算処理装置上で所定のプログラムを実行することにより実現される機能部として、後述する検出部１０等の機能部を備えている。

メインデコーダ２は、ＭＰＥＧ等の符号化方式で符号化された音声データをデコードすることにより、Ｉ２Ｓ信号等のデジタル音声信号を生成する。生成されたデジタル音声信号は、ＤＳＰ１へ与えられる。

アンプ３は、不図示のスピーカに出力可能なレベルまで音声を増幅する。またアンプ３は、自身の状態を監視し、過出力／過熱が検知された場合に、アンプ保護信号をＤＳＰ１へ出力する機能を備える。
〈２．ＤＳＰの機能構成について〉

次に、本発明の一実施形態に係るＤＳＰ１が、マルチチャンネル出力の音量調整を実施するために備える機能部の関係を、図１のブロック図を用いながら説明する。

図１に示すようにＤＳＰ１は、検出部１０、ＤＲＣコントロールユニット１１（＝圧縮部）、ボリュームコントロールユニット１２（＝音量調整部）、ミュートコントロールユニット１３（＝ミュート部）、第２検出部１４（＝判別部）、Ｍ１記録部１５、電力理論値変換部１６（＝電力算出部）、Ｗ１記録部１７、リミット記録部１８（＝閾値記録部）、リミット比較部１９（＝音量調整部）、理論値記録部２０、出力最大値比較部２１（＝音量調整部）、及びアンプ保護信号処理部２２を備える。

検出部１０は、各チャンネルのデジタル音声信号のピーク値又は実効値を検出する。本実施形態の検出部１０は、１チャンネルのデジタル音声信号のピーク値又は実効値を検出する検出部を、複数含むように構成されている。

ＤＲＣコントロールユニット１１は、デジタル音声信号の過出力を圧縮する。ボリュームコントロールユニット１２は、デジタル音声信号の出力音量を調整する。ミュートコントロールユニット１３は、デジタル音声信号の出力を停止させる。

第２検出部１４は、検出部１０により検出された各チャンネルのピーク値又は実効値のうち、最も値の大きいチャンネルのピーク値又は実効値を検出する。そして検出した値であるＭ１を、Ｍ１記録部１５に記録する。

電力理論値変換部１６は、検出部１０により検出された各チャンネルのピーク値又は実効値に基づき、各チャンネルの音声を出力するのに必要な出力電力を算出する。そして算出した各チャンネルに必要な出力電力を合計した値であるＷ１を算出し、Ｗ１記録部１７に記録する。

リミット記録部１８は、電源の許容出力電力を示す値であるリミットＡ（＝第１閾値）と、電源が完全短絡されたとき電源が保護される電力を示す値、つまり電源完全短絡保護レベルであるリミットＢ（＝第２閾値）との２値を、閾値として記録した記録媒体である。なおこの２値は、音声出力装置の設計及び実測により既知のものとする。ただしリミットＡは、電圧が安定した状態（意図した一定電圧がリニアリティーを保って出力できる状態）を電源が維持できる出力レベルとする。

リミット比較部１９は、リミットＡまたはリミットＢを、Ｗ１と比較する。そして比較結果に基づき、ミュートコントロールユニット１３のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

理論値記録部２０は、出力リミット理論値を記録した記録媒体である。出力リミット理論値は例えば、電源許容出力が１００Ｗであるなら、
（１００Ｗ×Ｍ）／チャンネル数（Ｍはアンプ効果を考慮した定数）
で求められる出力になるピーク値または実効値となる減衰率を示す値である。

出力最大値比較部２１は、Ｍ１と、ＤＳＰ１の出力最大値との比較を行う。そして比較結果に基づき、ＤＲＣコントロールユニット１１の制御を行う。

アンプ保護信号処理部２２は、アンプ３よりアンプ保護信号入力し、アンプ３の状態を監視する。
〈３．音量調整処理について〉

ここで、本発明の一実施形態に係る音声出力装置が実施する音量調整処理を、図２及び３のフロー図を用いながら説明する。図２に示す処理は、例えば音声出力装置の電源が起動された時点で開始される。また図２において接続子Ａまで処理が移行した段階で、図３に示す処理フローへ移行する。

本処理の開始後、第２検出部１４はステップＳ１１０において、メインデコーダ２からの入力信号のサンプリング周波数等の立ち上がりを検出する。立ち上がりが検出されると、第２検出部１４はステップＳ１２０において、各チャンネルのピーク値または実効値を検出する。そして各チャンネルのピーク値または実効値からＭ１を検出し、Ｍ１記録部１５に記録する。

次に電力理論値変換部１６はステップＳ１３０において、各チャンネルのピーク値または実効値より必要となる理論電力を算出する。さらに電力理論値変換部１６はステップＳ１４０において、各チャンネルの理論電力を合計したＷ１を算出し、Ｗ１記録部１７に記録する。

次にリミット比較部１９はステップＳ１５０において、リミット記録部１８に記録されているリミットＢと、Ｗ１記録部１７に記録されているＷ１とを比較する。なお、実際のリミットＢは一定のばらつきがあるので、算定される値に対してそのばらつきを考慮した定数を乗じることが望ましい。

比較の結果、リミットＢ＜Ｗ１ではない場合、後述する図３の処理フローへ移行する。リミットＢ＜Ｗ１である場合、ＤＳＰ１はステップＳ１６０において、ＤＲＣタイマ（不図示）の状態を確認する。そしてＤＲＣタイマがＯＮになっている場合、停止させる。なおＤＲＣタイマとしては例えば、ＤＳＰ１が所定のプログラムを実行することにより動作するソフトウェアタイマを用いる。”

次にリミット比較部１９はステップＳ１７０において、ミュートをＯＮとして音声出力を停止するよう、ミュートコントロールユニット１３を制御する。次にリミット比較部１９はステップＳ１８０において、出力が過大になったため強制的にボリュームを落とす旨を示す警告を、所定の画面に表示する。なお、警告に用いる画面としては、例えば音声出力装置が備えるフロントパネルでもよいし、或いは音声出力装置に外部接続されたモニタ装置等でもよい。

次にボリュームコントロールユニット１２はステップＳ１９０において、各チャンネルの総合出力がリミットＡ以下となるレベル（理論上既知の値）までボリュームを下げる。なおこのボリューム調整は、理論値記録部２０に記録されている出力リミット理論値を用いて行う。ボリューム調整が完了すると、ミュートを解除し再生を再開する。

ステップＳ１５０に戻って説明を行うと、ステップＳ１５０においてリミットＢ＜Ｗ１とならなかった場合、図３の処理フローに移行する。図３ではまず、リミット比較部１９はステップＳ２１０において、リミットＡとＷ１との比較を行う。ここではまず、リミットＡ＜Ｗ１である場合の処理について説明する。”

リミットＡ＜Ｗ１である場合、ＤＳＰ１はステップＳ２２０において、ＤＲＣタイマの状態を確認する。そしてＤＲＣタイマがＯＮになっている場合、停止させる。次にＤＳＰ１はステップＳ２３０において、ＤＲＣコントロールユニット１１のＯＮ／ＯＦＦを確認する。

ＤＲＣコントロールユニット１１がＯＮである場合、ステップＳ２３１において、ＤＲＣ抑制レベルから、さらにＺ（値は任意）を減じた抑制レベルに、ＤＲＣコントロールユニット１１を設定したのち、本処理を終了する。なお本処理が終了されると、次回サンプリング周波数の検出まで、現状待機する。

ＤＲＣコントロールユニット１１がＯＦＦである場合、出力最大値比較部２１はステップＳ２４０において、Ｗ１をリミットＡで除算することにより、Ｗ１の超過率を算出する。次に第２検出部１４はステップＳ２５０において、検出されている各チャンネルのピーク値又は実効値の最大値Ｍ１を検出してＭ１記録部１５に記録する。

次に出力最大値比較部２１はステップＳ２６０において、上記で検出されたＭ１とＩ２Ｓフォーマットで扱われる音声信号の最大値との減衰度合いを示す、減衰率−Ｘ［ｄＢ］を算出する。なおこの減衰率−Ｘは、ＤＳＰ１の出力最大値に対する検出されたピーク値または実効値に対する減衰率である。

次に出力最大値比較部２１はステップＳ２７０において、最終減衰レベルＹを算出する。Ｙの算出方法としては、上記で求められた−Ｘ［ｄＢ］に対し、超過率に応じた値Ｚを減じることにより行う。例えば超過率１.１でＺ＝２の場合は、Ｙ＝−Ｘ−２［ｄＢ］とする。なお、超過率によりマイナスする減衰定数Ｚは実機の状態で判定するが、実機の常態によっては常に一定値の設定でも良い。

次に出力最大値比較部２１はステップＳ２８０において、ＤＲＣコントロールユニット１１の抑制レベルをＹに設定した後、本処理を終了する。これにより現状を維持しつつ計測を続け、その状態でもリミットＡを超えるレベルが続く場合、上記の減衰定数Ｚずつ更に減衰させ続ける。

ステップＳ２１０に戻って説明を行うと、ステップＳ２１０においてリミットＡ＜Ｗ１ではなかった場合、ＤＳＰ１はステップＳ３１０において、ＤＲＣコントロールユニット１１のＯＮ／ＯＦＦを確認する。

ＤＲＣコントロールユニット１１がＯＦＦである場合、本処理を終了する。ＤＲＣコントロールユニット１１がＯＮである場合、ＤＳＰ１はステップＳ３２０において、ＤＲＣタイマＯＮ／ＯＦＦを判定する。

ＤＲＣタイマがＯＦＦである場合、ステップＳ３３０においてＤＲＣタイマをスタートさせた後、本処理を終了する。ＤＲＣタイマがＯＮである場合、ステップＳ３２１において、維持時間が３０秒を超えたか否かを判定する。なおこの３０秒という値はあくまで一例であり、システムごとの実態に合わせ適宜調整してもよい。

３０秒を超えていない場合、本処理を終了する。３０秒を超えている場合、ステップＳ３２２においてＤＲＣタイマをストップする。そしてステップＳ３２３においてＤＲＣコントロールユニット１１の設定解除を行った後、本処理を終了する。

以上のように本実施形態では、リミットＡを超えることが無くなったら、その状態を３０秒維持し、その後ＤＲＣコントロールユニット１１を解除し監視を続ける。

なお、各種理論値の計算式についてはＤＳＰ１の内部処理手段にも依存するため、参考例となるが、図４または図５の算出方法を用いて行うことが可能である。図４は、ピーク値検出を用いた、各種理論値の算出方法を示した例である。図５は、実効値検出を用いた、各種理論値の算出方法を示した例である。

なお、アンプ３より保護信号である過出力／過熱信号がＤＳＰ１に送られてきている場合、そちらの保護動作を優先とさせることが望ましい。ただし、実機の状態で常態的に上記保護システムによる保護レベルがアンプ３からの保護レベルを上回る場合は、上記システムを優先させても良い。

以上に説明した本実施形態によれば、音声の過出力の制御をデジタル処理のみで実施するため、アナログデバイスを用いた制御の問題、例えばフィードバック回路等の回路構成の複雑化や、音質の低下を回避することができる。また、各リミット値の変更も、ソフトウェア変更により容易に実施できる。
［その他の実施の形態］

以上、好ましい実施の形態及び実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施の形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。

従って本発明は、以下の形態にも適用可能である。

（Ａ）上記実施形態では、ＤＳＰ１、メインデコーダ２、及びアンプ３が音声出力装置に一体化されている例を示しているが、ＤＳＰ１のみを音声出力装置が備え、メインデコーダ２またはアンプ３が、音声出力装置に外部接続される形態でもよい。

１ ＤＳＰ（制御部）
２ メインデコーダ（オーディオデコーダ）
３ アンプ
１０ 検出部
１１ ＤＲＣコントロールユニット（圧縮部）
１２ ボリュームコントロールユニット（音量調整部）
１３ ミュートコントロールユニット（ミュート部）
１４ 第２検出部（判別部）
１５ Ｍ１記録部
１６ 電力理論値変換部（電力算出部）
１７ Ｗ１記録部
１８ リミット記録部（閾値記録部）
１９ リミット比較器（音量調整部）
２０ 理論値記録部
２１ 出力最大値比較部（音量調整部）
２２ アンプ保護信号処理部

Claims (6)

1. 複数のチャンネルの第１デジタル音声信号の出力レベルを前記チャンネル毎に検出する検出部と、
   前記出力レベルに応じた電力を求める電力取得部と、
   前記複数のチャンネルの前記電力の総和が、自装置の電源の許容出力電力を示す第１閾値を越え、且つ、前記電源が完全短絡されたときに前記電源が保護される電力を示す第２閾値を超えなければ、前記第１デジタル音声信号の過出力を抑制してダイナミックレンジの圧縮を行う圧縮部と、
   を備える音声出力装置。
2. 前記圧縮部から出力される第２デジタル音声信号の出力音量を調整する音量制御部と、
   前記音量制御部から出力される第３デジタル音声信号のミュートを行うミュート部と、
   をさらに備え、
   前記総和が前記第２閾値を超える場合、
   前記ミュート部が前記第３デジタル音声信号の前記ミュートを行い、
   前記第３デジタル音声信号の前記ミュートが行われた後に、前記音量制御部は、前記複数のチャンネルの前記第２デジタル音声信号の出力レベルに応じた電力の総和が前記第１閾値以下となる音量に前記第２デジタル音声信号の前記出力音量を調整し、
   前記第２デジタル音声信号の前記出力音量の調整が完了した後に、前記ミュート部が、前記第３デジタル音声信号の前記ミュートを解除して第４デジタル音声信号を出力する請求項１に記載の音声出力装置。
3. 前記複数のチャンネルの前記第１デジタル音声信号の前記出力レベルの最大値を判別し、Ｉ２Ｓフォーマットで予め定められている出力レベルの最大値に対する前記判別した出力レベルの最大値の第１減衰率を算出する算出部をさらに備え、
   前記圧縮部は、前記第１減衰率から予め定められた第２減衰率を減じた減衰値に基づいて前記圧縮を行う請求項２に記載の音声出力装置。
4. 前記圧縮部は、
   前記圧縮の後に前記総和が前記第１閾値を超えると、さらに前記減衰値から前記第２減衰率を減じて前記圧縮を行い、
   前記総和が前記第１閾値を下回る時間が予め定められた期間を超えた時点で、前記圧縮を停止する請求項３に記載の音声出力装置。
5. 符号化された音声データの復号を行い前記第１デジタル音声信号の生成を行うオーディオデコーダと、
   前記第４デジタル音声信号の増幅を行うアンプと、
   をさらに備える請求項２〜請求項４のいずれかに記載の音声出力装置。
6. 複数のチャンネルの第１デジタル音声信号の出力レベルを前記チャンネル毎に検出するステップと、
   前記出力レベルに応じた電力を求めるステップと、
   前記複数のチャンネルの前記電力の総和が、音声出力装置の電源の許容出力電力を示す第１閾値を越え、且つ、前記電源が完全短絡されたときに前記電源が保護される電力を示す第２閾値を超えなければ、前記第１デジタル音声信号の過出力を抑制してダイナミックレンジの圧縮を行うステップと、
   を備える音量調整方法。

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