JP6746588B2

JP6746588B2 - 増幅器のパワー制限のためにボリューム利得を適合させるための方法、および増幅器

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Publication number: JP6746588B2
Application number: JP2017537929A
Authority: JP
Inventors: エドゥアルド・マンデ; ピエール−エマニュエル・カルメル
Original assignee: デヴィアレ
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2036-01-19
Also published as: CA2974163A1; JP2018502523A; US10374567B2; CN107408929A; EP3248284A1; CN107408929B; FR3031853A1; BR112017015384B1; KR102474658B1; EP3248284B1; WO2016116444A1; US20170373657A1; BR112017015384A2; CA2974163C; KR20170139500A; FR3031853B1

Description

本発明は、最大の所望のボリューム利得だけ増やされるスケールでユーザによって選択される所望のボリューム利得に従って筐体の少なくとも1つのスピーカを制御するオーディオ増幅器において適用されるボリューム利得を適合させるための方法に関する。

動電型スピーカは、その端子にわたって印加される電圧を音響圧力に変換するために使用される電気機械デバイスである。スピーカのコイルの抵抗およびその中を循環する電流に起因して、熱的加熱が現れる。スピーカは、それがその環境内に生成する熱エネルギーを放散するためのある能力を有する。しかしながら、スピーカによって受け取られる電気エネルギーが、それが放散することができるものを超える熱エネルギーを作成するとき、スピーカのコイルの温度は、許容値を超えて増加することもあり、それは、コイルの破壊に、従ってスピーカの破壊につながる。

コイル内を循環する電流を制限することによって、スピーカによって作成される熱的パワーを制限する方法およびデバイスを実施することが知られている。

これらの方法は一般に、スピーカに印加される電圧に作用するためにその出力がしきい値と比較されるモデル内にそれを送るためにスピーカに印加される電圧を使用する。より複雑なモデルは、コイルを横断する電流を測定する。スピーカの過熱を回避するために、ユーザによって望まれるボリューム利得は、スピーカ内の熱的パワーを制限するように自動的に低減される。所望のボリューム利得は、筐体によって作成されるサウンドレベルを調整するためにユーザによって適用される設定点である。ユーザは、この変化を知覚する。ユーザによって知覚される変化を軽減するために、所望のボリューム利得の変化速度を制限する時定数が、パワー制限デバイスに加えられる。変化速度を制限するデバイスは、調整するのが困難であり、大抵の場合ハンチング現象につながる。

本発明は、ユーザによるスピーカに供給されるエネルギーの変化の知覚およびポンピング現象を回避しながら、スピーカによって放散される熱的パワーを制限することを可能にすることを目的とする。

そのために、本発明は、前述の種類の方法であって、それが、下記のステップ、
- 少なくとも1つのスピーカに印加される実効強度を決定するステップと、
- 最大ボリューム利得を
- 所望のボリューム利得と、
- スピーカに印加される実効強度と、
- スピーカの熱的特性と、
- 最大の所望のボリューム利得とから計算するステップと、
- 単調関数による最大の所望のボリューム利得のイメージが、最大ボリューム利得に等しいように、所望のボリューム利得に従って可変の適用されるボリューム利得を提供する単調増加関数を計算するステップと、
- 増幅器に対して、適用されるボリューム利得として、所望のボリューム利得について最大ボリューム利得および可変の適用されるボリューム利得の最小値を適用するステップとを含むことを特徴とする、方法に関する。

特定の実施形態によると、本方法は、下記の特徴、
- 単調関数は、アフィン関数である、
- 単調関数は、

によって与えられ、ここで、
αは、0から1の間に含まれる値であり、
(G_Volume)_{max variable}は、可変の適用されるボリューム利得であり、
(G_Volume)_maxは、最大ボリューム利得であり、
(G_{Volume desire})は、所望のボリューム利得であり、
(G_{Volume desire})_maxは、最大の所望のボリューム利得である、
- 個々の最大ボリューム利得を計算するためのステップは、各スピーカについて、
- 所望のボリューム利得と、
- スピーカに印加される実効強度と、
- スピーカの熱的特性とから実行され、最大ボリューム利得は、個々の最大ボリューム利得から決定される、
- 最大ボリューム利得は、個々の最大ボリューム利得および最大の所望のボリューム利得の最小値であるという特徴の1つまたは複数を含む。

本発明はまた、
- 少なくとも1つのスピーカに印加される実効強度を決定するための手段と、
- 最大ボリューム利得を、
- 所望のボリューム利得と、
- スピーカに印加される実効強度と、
- スピーカの熱的特性と、
- 最大の所望のボリューム利得とから計算するための手段と、
- 単調関数による最大の所望のボリューム利得のイメージが、最大ボリューム利得に等しいように、所望のボリューム利得に従って可変の適用されるボリューム利得を提供する単調増加関数を計算するための手段と、
- 増幅器に対して、適用されるボリューム利得として、所望のボリューム利得について最大ボリューム利得および可変の適用されるボリューム利得の最小値を適用するための手段とを含む増幅器にも関する。

本発明は、単に例として提供され、図面を参照して行われる下記の説明を読むことでより良く理解されることになる。

サウンド回復設備の概略図である。増幅ボリュームを連続的に調整するための方法の流れ図である。図2の方法を実施することによる所望の増幅ボリュームに従って適用される増幅ボリュームを例示する曲線である。

図1に例示されるサウンド回復設備10は、増幅器16を通じてスピーカ14に接続されるデジタルディスク読み取り機などの、オーディオ信号を作成するためのモジュール12を含む。

増幅器16は、電圧増幅段18を含み、スピーカ14は、その出力に接続される。ソース12と増幅段18の入力との間に、増幅器は、(G_Volume)_appliqueと表される、適用されるボリューム利得に従ってサウンドレベルを調整するための段20を含み、その出力は、増幅ユニット18に提供されるスピーカの励起信号を提供することができる制御段22に接続される。

制御段22は特に、スピーカの膜が、各瞬間において、制御ユニット22によって受け取られる信号を再生することができる速度、加速度、時間に対する加速度のドリフトを有して決定される位置にあるために、スピーカに印加されなければならない電圧Uおよび強度Iを計算することができる。特に、制御段22は、各瞬間において、スピーカの膜に望まれる動的パラメータに従って増幅段18による増幅後にスピーカ14内を循環することになる強度Iを決定することができる。

増幅器16はさらに、オーディオボリューム管理ユニット24を含む。このユニット24は、適用されるボリューム利得(G_Volume)_appliqueを規定し、それをその出力が接続されるサウンドボリューム調整段20に送ることができる。

ユニット24は、ユーザによって望まれるサウンドレベルの表現に対応するG_{Volume desire}と記載される所望のボリューム利得のための入力手段26に接続される。これらの手段26は例えば、ユーザによって手動でアクセス可能なサウンドボリュームを調整するためのポテンショメータによって形成される。所望のボリューム利得G_{Volume desire}は、最小値から(G_{Volume desire})_maxによって表される最大値までのスケールにわたって手動で調整可能である。

サウンドボリューム管理ユニット24は、瞬時電流Iを受け取るために制御段22に接続される。

ユニット24は、可変の適用されるボリューム利得(G_Volume)_{max variable}を計算するための手段28ならびに入力手段26および計算手段28が接続される比較手段30を含む。比較手段30は、サウンドレベル調整段20に対して、所望のボリューム利得G_{Volume desire}の値と可変の適用されるボリューム利得(G_Volume)_{max variable}の値との間の比較の後、適用されるボリューム利得(G_Volume)_appliqueを提供することができる。

ここで述べられる要素は、設備の筐体のスピーカの各々について部分的に実施され、それらは、異なる機械的および/もしくは電気的特性を有し、かつ/またはそれらは、異なるソース信号を再生しなければならない。

それ故に、制御ユニット22は、各スピーカiについて瞬時電流I_iを計算することができ、サウンドボリューム管理ユニット24は、瞬時電流I_iの各々を受け取る。

増幅器、特にサウンドボリューム管理ユニット24の動作は、図2に例示される。

ステップ202において、ユニット24は、スピーカ14の動的性質を得るためにスピーカ14内を循環しなければならない電流I_iを受け取る。各電流I_iは、制御段22によって提供され、それは、再生されるべき音楽信号および制御段22の入力に存在する適用されるボリューム利得(G_Volume)_appliqueから、所望の動的性質を得るために循環されるべき電流I_iおよびスピーカiの端子にわたって印加されるべき電圧U_iを決定する。

別法として、瞬時電流I_iは、スピーカ14の端子にわたって測定される。

瞬時値I_iから、(I_rms)_iと表される、各スピーカに印加される瞬時電流の実効rms(二乗平均平方根)値が、スピーカの熱時定数に応じて選択される時間にわたって、例えばローパスフィルタを実施する、計算手段28によってステップ204において決定される。

ステップ206において、各スピーカiについて、ユニタリボリューム利得における電流の正規化実効値(I_{rms norm})_iが、式、

を使用して、計算手段28によって決定され、ここで、
G_{Volume desire}は、入力手段26からユーザによって導入される所望のボリューム利得の値であり、
(I_rms)_iは、スピーカに印加されなければならない瞬時電流の実効値である。

ステップ208において、最大ボリューム利得((G_Volume)_max)_iが、式、

を使用して、計算手段28によって決定され、ただし

であり、ここで、(P_i)_maxは、スピーカiについての最大許容熱的パワーであり、(R_e)_iは、スピーカiの抵抗である。

最大実効電流(I_{rms max})_iはそれ故に、スピーカの抵抗(R_e)_iおよびスピーカにより許容可能な最大熱的パワー(P_i)_maxから決定される。

各瞬間において、最大ボリューム利得(G_{Volume max})_iは従って、ステップ204中に決定されるようなスピーカ14に印加される実効強度(I_rms)_iに依存する。

スピーカ1からnのすべてについての最大ボリューム利得(G_Volume)_maxは、関係、

を使用して、計算手段28によって計算される。

この最大ボリューム利得値(G_Volume)_maxは、各スピーカの個々の最大ボリューム利得(G_{Volume max})_iおよび所望の最大ボリューム利得(G_{Volume desire})_maxの最小値であり、それは、計算実施理由のために0.1%だけ低減される。

ステップ210において、サウンドボリューム管理ユニット24に統合される計算手段28は、次の式、

に従って可変の適用されるボリューム利得(G_Volume)_{max variable}を決定し、ここで、
αは、パワー制限が作用し始める最大許容パワー割合に対応する0から1の間に含まれる値である。この値は、増幅器の設計に際し設定される。
(G_Volume)_{max variable}は、可変の適用されるボリューム利得であり、
(G_Volume)_maxは、最大ボリューム利得であり、
(G_{Volume desire})は、所望のボリューム利得であり、
(G_{Volume desire})_maxは、最大の所望のボリューム利得である。

より一般的には、可変の適用されるボリューム利得(G_Volume)_{max variable}は、単調関数による最大の所望のボリューム利得(G_{Volume desire})_maxのイメージが、最大増幅利得(G_Volume)_maxに等しいように、所望のボリューム利得G_{Volume desire}に従って可変の適用されるボリューム利得(G_Volume)_{max variable}を提供する単調増加関数、例えばアフィン関数である。

ステップ212において、比較手段30は、所望のボリューム利得(G_Volume)_desireおよび可変の適用されるボリューム利得(G_Volume)_{max variable}の最小値であるとして、サウンドレベル調整段20によって適用されるボリューム利得(G_Volume)_appliqueを決定する、すなわち、

である。

図3は、所望のボリューム利得(G_Volume)_desireに従って適用されるボリューム利得(G_Volume)_appliqueを示す。

実線での曲線は、10に等しい最大ボリューム利得(G_Volume)_max、0.8に等しい係数αおよび30に等しい最大の所望のボリューム利得(G_{Volume desire})_maxについてのこれらの2つの性質の間の関係を示す。

この場合、適用されるボリューム利得(G_Volume)_appliqueは、参照番号302によって表される単調関数と参照番号304によって識別される恒等式(identity)に対応する線分との間の交点に至るまで所望のボリューム利得G_{Volume desire}に等しいことが、理解されよう。

単調増加関数に対応する線分302は、x軸の30が最大の所望のボリューム利得である点およびy軸の10が最大ボリューム利得に対応する点を通過する。

その傾きは、

によって与えられ、選択された値1-αに比例する。

混合線(mixed line)は、14に等しい最大ボリューム利得(G_Volume)_maxおよび0.8に等しい係数αについて所望のボリューム利得(G_Volume)_desireの関数として適用されるボリューム利得(G_Volume)_appliqueを提供する関数を示す。

各瞬間において、所望のボリューム利得G_{Volume desire}の関数として適用されるボリューム利得(G_Volume)_appliqueを提供する曲線の形状は、音楽および電流I_iの変化に従って変化することが、理解されよう。

実効電流(I_rms)_iは、ローパス型フィルタリングによって得られるという事実を考慮すると、その変化は、音楽信号の変化を考慮すると遅い。それ故に、適用されるボリューム利得(G_Volume)_appliqueの可能性のある減少は、遅く、浮遊雑音を作成しない。

デバイスは、予測型であり、従って不安定性または望まれないハンチング効果を生成することもあり得るループを含まない。

各スピーカを制御するために適用されるボリューム利得は、各スピーカについて先験的に同一である。別法として、それは、スピーカの各々について異なる。

単調関数の存在を考慮すると、熱的パワーを制限するための本方法は、ユーザによる所望のボリューム利得G_{Volume desire}の変更が、たとえそれが同じ割合でなくても、各スピーカによるパワーを制限しながら、同じ変化方向を有する、適用されるボリューム利得(G_Volume)_appliqueの変化を引き起こすようなものである。

それ故に、ユーザは、たとえ増幅器が、その増幅限界値に近い値で動いていても、入力手段26からの彼の所望のボリューム変化命令を考慮しなかったことの認識によって動揺することはない。

10 サウンド回復設備
12 モジュール、ソース
14 スピーカ
16 増幅器
18 電圧増幅段
20 サウンドレベル調整段
22 制御段、制御ユニット
24 オーディオボリューム管理ユニット、サウンドボリューム管理ユニット
26 入力手段
28 計算手段
30 比較手段
302 単調増加関数に対応する線分
304 恒等式に対応する線分

Claims

最大の所望のボリューム利得((G_{Volume desire})_max)だけ増やされるスケールでユーザによって選択される所望のボリューム利得(G_{Volume desire})に従って筐体の少なくとも1つのスピーカ(14)を制御するオーディオ増幅器(16)において適用されるボリューム利得((G_Volume)_applique)を適合させるための方法であって、下記のステップ、
- 少なくとも1つのスピーカに印加される実効強度(I_rms)を決定するステップ(204)と、
- 最大ボリューム利得((G_Volume)_max)を、
- 前記所望のボリューム利得(G_{Volume desire})と、
- 前記スピーカに印加される前記実効強度(I_rms)と、
- 前記スピーカの熱的特性((P_i)_max、(R_e)_i)と、
- 前記最大の所望のボリューム利得((G_{Volume desire})_max)とから計算するステップ(206、208)と、
- 単調関数による前記最大の所望のボリューム利得((G_{Volume desire})_max)のイメージが、前記最大ボリューム利得((G_Volume)_max)に等しいように、前記所望のボリューム利得(G_{Volume desire})に従って可変の適用されるボリューム利得((G_Volume)_{max variable})を提供する単調増加関数を計算するステップ(210)と、
- 前記増幅器に対して、適用されるボリューム利得((G_Volume)_applique)として、前記所望のボリューム利得(G_{Volume desire} )および前記可変の適用されるボリューム利得((G_Volume)_{max variable})の最小値を適用するステップ(212)とを含む、方法。
前記単調関数が、アフィン関数であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
前記単調関数が、

によって提供され、ここで、
αが、0から1の間に含まれる値であり、
(G_Volume)_{max variable}が、前記可変の適用されるボリューム利得であり、
(G_Volume)_maxが、前記最大ボリューム利得であり、
(G_{Volume desire})が、前記所望のボリューム利得であり、
(G_{Volume desire})_maxが、最大の所望のボリューム利得であることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
個々の最大ボリューム利得((G_Volume)_{max i})を計算するためのステップが、各スピーカ(i)について、
- 前記所望のボリューム利得(G_{Volume desire})と、
- 前記スピーカに印加される前記実効強度(I_rms)と、
- 前記スピーカの熱的特性((P_i)_max、(R_e)_i)とから実行され、前記最大ボリューム利得(G_{Volume max})が、個々の最大ボリューム利得((G_{Volume max})_i)から決定されることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
前記最大ボリューム利得(G_{Volume max})が、前記個々の最大ボリューム利得((G_{Volume max})_i)および前記最大の所望のボリューム利得((G_{Volume desire})_max)の最小値であることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
最大の所望のボリューム利得((G_{Volume desire})_max)だけ増やされるスケールでユーザによって選択される所望のボリューム利得(G_{Volume desire})のための入力手段(26)と、
前記選択された所望のボリューム利得(G_{Volume desire})に従って筐体の少なくとも1つのスピーカ(14)の増幅器によって適用されるボリューム利得((G_Volume)_applique)を適合させるための手段とを含む、増幅器(16)であって、
前記増幅器は、
- 少なくとも1つのスピーカに印加される実効強度(I_rms)を決定するための手段と、
- 最大ボリューム利得((G_Volume)_max)を、
- 前記所望のボリューム利得(G_{Volume desire})と、
- 前記スピーカに印加される前記実効強度(I_rms)と、
- 前記スピーカの熱的特性((P_i)_max、(R_e)_i)と、
- 前記最大の所望のボリューム利得((G_{Volume desire})_max)とから計算するための手段と、
- 単調関数による前記最大の所望のボリューム利得((G_{Volume desire})_max)のイメージが、前記最大ボリューム利得((G_Volume)_max)に等しいように、前記所望のボリューム利得(G_{Volume desire})に従って可変の適用されるボリューム利得((G_Volume)_{max variable})を提供する単調増加関数を計算するための手段と、
- 前記増幅器に対して、適用されるボリューム利得((G_Volume)_applique)として、前記所望のボリューム利得(G_{Volume desire} )および前記可変の適用されるボリューム利得((G_Volume)_{max variable})の最小値を適用するための手段とを含む、増幅器(16)。