JP7164930B2 - 音出力装置及び音出力システム - Google Patents

Description

本発明は、音出力装置及び音出力システムに関し、特に故障診断機能を有する音出力装置及び音出力システムに適用して有効な技術に関する。

下記特許文献１には、オーディオ機器の故障診断装置が開示されている。オーディオ機器には増幅器を通してスピーカが接続され、故障診断装置はスピーカに接続されている。
オーディオ機器に故障が生じて、音声出力がなくなったとき、故障診断装置はスピーカが故障しているか否かの故障診断を実行する。スピーカに故障が生じている場合、LED等の表示器が点滅し、ユーザに対して「故障」である旨の告知がなされる。

ところで、上記故障診断装置では、音声出力があるか否か、スピーカが故障しているか否か、についての故障診断を行うことができる。しかしながら、オーティオ機器において取得した音情報（音源データ）から、クオリティが高い意図した音が出力されているか否かについて、オーディオ機器や増幅器の故障診断を実行することができない。

特開平１－１７６９５２号公報

本発明は、上記の事実を考慮し、音情報からクオリティが高い意図した音が出力されているか否かについて、故障診断を実行することができる音出力装置及び音出力システムを提供する。

上記課題を解決するため、本発明の一実施態様に係る音出力装置は、デジタル音情報を取得するインターフェイスユニットと、インターフェイスユニットから出力されるデジタル音情報をアナログ音情報に変換するデジタルアナログコンバータと、デジタルアナログコンバータから出力されるアナログ音情報を増幅する増幅回路と、増幅回路から出力されるアナログ音情報を診断用デジタル音情報に変換し、診断用デジタル音情報とデジタル音情報とを比較して差分値を算出し、差分値が予め設定された閾値を超えるときに、故障状態にある故障信号が出力される故障診断ユニットと、を備えている。

また、本発明の他の実施態様に係る音出力システムは、上記音出力装置と、デジタル音情報をインターフェイスユニットへ出力し、故障診断ユニットから出力される故障信号を入力するマイクロコントロールユニットと、を備えている。

本発明によれば、音情報からクオリティが高い意図した音が出力されているか否かについて、故障診断を実行することができる音出力装置及び音出力システムを提供することができる。

本発明の第１実施の形態に係る音出力装置及び音出力システムのブロック構成図である。 図１に示される音出力装置に備えた故障診断ユニットの詳細なブロック構成図である。 （Ａ）第１実施の形態に係る故障診断ユニットにおいて音情報が意図した音として出力される正常な状態（非故障状態）を示す出力波形図、（Ｂ）は音情報が意図した音として出力されていない非正常な状態（故障状態）を示す出力波形図である。 本発明の第２実施の形態に係る音出力装置及び音出力システムの図１に対応するブロック構成図である。

［第１実施の形態］
以下、図１～図３を用いて、本発明の第１実施の形態に係る音出力装置及び音出力システムについて説明する。

（音出力システム１の構成）
図１に示されるように、本実施の形態に係る音出力システム１は、音出力装置２と、マイクロコントロールユニット（MCU）３と、クロック信号発振器（CLK）４と、スピーカ５と、を含んで構築されている。すなわち、音出力装置２は、音出力システム１を構築する１つの装置として、音出力システム１に組み込まれている。

マイクロコントロールユニット３は、音出力装置２へ、図示省略の音出力装置２に搭載されたマイクロコンピュータ（CPU）を選択し、制御するCSB信号、SCLK信号、SDATA信号、RESET信号等を出力する。さらに、マイクロコントロールユニット３は、音出力装置２へ、デジタル音情報を出力し、スピーカ５から音を出力するためのSAI LRCK信号、SAI BCK信号、SAI DIN信号等を出力する。つまり、マイクロコントロールユニット３は音出力装置２の動作を制御する。
クロック信号発振器４は、音出力装置２へ、音出力装置２の動作の制御に必要なMCLK信号を出力する。

スピーカ５は、音出力装置２に外部素子として接続され、音出力装置２から増幅されて出力されるアナログ音情報を音（音声）として出力する。ここでは、２個（又は複数個）のスピーカ５が音出力装置２に接続され、音出力システム１はステレオ構成とされている。なお、音出力システム１はモノラル構成であってもよい。

（音出力装置２の構成）
図１に示される音出力装置２は１つの半導体集積回路（１チップ）として構成されている。この音出力装置２は、シリアルオーディオインターフェイス（SAI）２０と、ミキサ（MIXER）２１、２６と、ボリュームユニット（VOL）２２と、フィルタ（FILTER）２３と、デジタルアナログコンバータ（DAC）２４と、増幅回路（AMP）２７とを備えている。ミキサ２６、増幅回路２７は、ここではステレオ構成とされているので、それぞれ２個づつ配設されている。そして、音出力装置２は故障診断ユニット６を備えている。

シリアルオーディオインターフェイス２０は、音出力装置２のインターフェイスユニットとして使用されている。このシリアルオーディオインターフェイス２０は、マイクロコントロールユニット３から出力されたデジタル音情報（SAI DIN信号）を取得する。
シリアルオーディオインターフェイス２０はミキサ２１に接続されている。また、ミキサ２１は、音楽情報や音声情報が格納される記憶媒体に接続される図示省略のデコーダに接続されている。ミキサ２１では、図示省略のデコーダでデコードされたデジタル音情報とシリアルオーディオインターフェイス２０から入力されたデジタル音情報のミキシング処理が実行される。
ミキサ２１はボリュームユニット２２に接続されている。ボリュームユニット２２では、ミキサ２１から出力されるデジタル音情報に対してボリューム処理が実行される。
ボリュームユニット２２はフィルタ２３に接続されている。フィルタ２３は、ボリュームユニット２２から出力されるデジタル音情報に音響処理を加えるブロックである。

フィルタ２３はデジタルアナログコンバータ２４に接続されている。デジタルアナログコンバータ２４では、フィルタ２３から出力されたデジタル音情報がアナログ音情報に変換される。
デジタルアナログコンバータ２４は、ミキサ２６、増幅回路２７のそれぞれに接続されている。ミキサ２６ではアナログ音情報にミキシング処理が実行される。
ミキサ２６から出力されるアナログ音情報は増幅回路２７に入力され、増幅回路２７では、アナログ音情報が増幅される。増幅回路２７にはスピーカ５が接続される構成とされ、増幅回路２７において増幅されたアナログ音情報はスピーカ５へ出力され、スピーカ５ではアナログ音情報に基づいて音が出力される。

（故障診断ユニット６の具体的な構成）
図１に示されるように、故障診断ユニット６では、ミキサ２１から出力されるデジタル音情報及び増幅回路２７から出力されるアナログ音情報が入力される。入力された音情報に基づいて、故障診断ユニット６では、「故障状態」にあるか否かが判定され、「故障状態にあるときに故障（ES）信号が出力される。このES信号はマイクロコントロールユニット３へ出力される。

詳しく説明すると、図２に示されるように、故障診断ユニット６は、FIFO６０と、アナログデジタルコンバータ６１と、診断用フィルタ（NOISE FILTER）６２と、減算ユニット６３と、判定ユニット６４とを含んで構成されている。
アナログデジタルコンバータ６１は、増幅回路２７とスピーカ５との間において、増幅回路２７から増幅されて出力されるアナログ音情報を取得し、このアナログ音情報を診断用デジタル音情報に変換する。
FIFO６０は、メモリユニットとして使用され、ミキサ２１から出力されるデジタル音情報を入力し、入力順にデジタル音情報を適宜出力する。FIFO６０では、ミキサ２１から出力されるデジタル音情報の位相をアナログデジタルコンバータ６１から出力される診断用デジタル音情報の位相に合わせる構成とされている。表現を代えれば、FIFO６０は、デジタル音情報と診断用デジタル音情報との位相差を無くす構成とされている。

アナログデジタルコンバータ６１は診断用フィルタ６２に接続されている。診断用フィルタ６２では、アナログデジタルコンバータ６１から出力される診断用デジタル音情報のノイズが除去される。なお、診断用フィルタ６２は、増幅回路２７とアナログデジタルコンバータ６１との間に配設され、増幅回路２７から出力されるアナログ音情報のノイズを除去する構成としてもよい。

診断用フィルタ６２は減算ユニット６３に接続され、FIFO６０は同様に減算ユニット６３に接続されている。減算ユニット６３では、デジタル音情報と診断用デジタル音情報とを比較して差分値が算出される。
減算ユニット６３は判定ユニット６４に接続されている。判定ユニット６４には「故障状態」であるか否かの判定を行う「閾値」が入力される。この閾値は例えばマイクロコントロールユニット３から取得され、ユーザにおいて、適宜、閾値の調整が可能とされている。判定ユニット６４では、所定サンプリング時間内において、差分値が閾値を超える回数がカウントされる。判定ユニット６４は、所定回数がカウントされると「故障状態」と判定する。
ここで、「閾値」は、例えばデジタル音情報の振幅に対して±２０％～±３０％の振幅範囲に設定されている。この設定された振幅範囲を超えると、「閾値を超える」ことになる。
また、差分値が閾値を超える回数とは、アナログ音情報にはノイズ成分が含まれており、瞬間的なパルスに反応すると誤検知になるので、差分値が連続して閾値を超えた回数という意味で使用されている。閾値を超えた回数はカウントされ、「故障状態」にあるか否かが判断される。
ここでは、例えば連続して１０回以上にわたって閾値を超えた場合は「故障状態」であると判断される。デジタル音情報と診断用デジタル音情報との比較はサンプリング周波数以上の間隔をあけて行われる。

判定ユニット６４は、図１及び図２に示されるように、マイクロコントロールユニット３に接続されている。判定ユニット６４において「故障状態」であると判定されたとき、判定ユニット６４から「故障状態」であるES信号がマイクロコントロールユニット３へ出力される。マイクロコントロールユニット３では、ES信号が入力されると、「故障状態」である旨をユーザに報知する。
例えば、自動車に搭載される音出力システム１においては、操作パネルに「故障状態」がLED等により表示される。また、音出力システム１は、「故障状態」である旨の音声を出力してもよい。

（本実施の形態の作用及び効果）
本実施の形態に係る音出力装置２は、図１に示されるように、シリアルオーディオインターフェイス２０と、デジタルアナログコンバータ２４と、増幅回路２７と、故障診断ユニット６とを備える。シリアルオーディオインターフェイス２０は、デジタル音情報を取得する。デジタルアナログコンバータ２４は、シリアルオーディオインターフェイス２０から出力されるデジタル音情報をアナログ音情報に変換する。増幅回路２７は、デジタルアナログコンバータ２４から出力されるアナログ音情報を増幅する。

ここで、音出力装置２は故障診断ユニット６を備える。故障診断ユニット６は、増幅回路２７から出力されるアナログ音情報を診断用デジタル音情報に変換し、診断用デジタル音情報とデジタル音情報とを比較して差分値を算出し、差分値が予め設定された閾値を超えるときに、「故障状態」にあるES信号を出力する。

図３（Ａ）には、故障診断ユニット６において、ミキサ２１から出力されるデジタル音情報と、増幅回路２７から出力されたアナログ音情報を変換した診断用デジタル音情報とを比較した出力波形が示されている。縦軸は振幅、横軸は時間である。
図３（Ａ）に示される出力波形では、デジタル音情報に対して設定された閾値を超えない範囲内において、デジタル音情報と診断用デジタル音情報とが一致している。診断用デジタル音情報に閾値を超えるパルス的な波形は存在するものの、デジタル音情報に対してクオリティが高い意図した状態のアナログ音情報が出力されているので、正常な状態（非故障状態）であると、故障診断ユニット６は判定する。このため、故障診断ユニット６はES信号を出力しない。

一方、図３（Ｂ）に示される出力波形では、デジタル音情報に対して診断用デジタル音情報は設定された閾値を超えている。この出力波形は、ボリュームユニット２２が故障した場合を表現した一例である。ボリュームユニット２２に入力されるPCM（Plus Code Modulation）は２の補数で表現されている。ボリュームユニット２２内部の回路故障により最上位ビット（bit）が０固定とされた場合、ボリュームユニット２２からの出力は期待する値ではなくなる。このボリュームユニット２２から出力されたデータが診断用デジタル音情報として使用される。デジタル音情報と診断用デジタル音情報との比較をサンプリング周波数毎に実施したとすると、明らかに１０回以上にわたって差分値が閾値を超えているため、非正常な状態（故障状態）であると、故障診断ユニット６は判定する。この結果、故障診断ユニット６はES信号を出力する。

従って、故障診断ユニット６では、増幅回路２７から出力されるアナログ音情報が診断用デジタル音情報に変換されて、この診断用デジタル音情報がアナログ音情報に変換する前の元のデジタル音情報と比較される。このため、音出力装置２では、クオリティの高い意図した音が出力されるか否かを簡単に診断することができる。

また、本実施の形態に係る音出力装置２は、図２に示されるように、メモリユニットとしてのFIFO６０を備える。FIFO６０は、デジタル音情報を入力し、デジタル音情報の位相を診断用デジタル音情報の位相に合わせて出力する。
このため、デジタル音情報と診断用デジタル音情報との位相差を無くして、意図した音が出力されるか否かの診断精度を向上させることができる。

さらに、本実施の形態に係る音出力装置２では、図２に示されるように、故障診断ユニット６は、アナログデジタルコンバータ６１と、減算ユニット６３と、判定ユニット６４とを含んで構成される。アナログデジタルコンバータ６１は、増幅回路２７から出力されるアナログ音情報を診断用デジタル音情報に変換する。減算ユニット６３は、アナログデジタルコンバータ６１から出力される診断用デジタル音情報とミキサ２１から出力されるデジタル音情報とを比較して差分値を算出する。判定ユニット６４は、「故障状態」を判定する「閾値」を取得し、閾値に基づいて「故障状態」にあるか否かを判定する。つまり、判定ユニット６４は、差分値が閾値を超えるときに、「故障状態」にあるES信号を出力する。
このため、アナログデジタルコンバータ６１、減算ユニット６３及び判定ユニット６４を含んで、故障診断ユニット６を簡易に構築することができ、故障診断を実行するこができる。

また、本実施の形態に係る音出力装置２では、図２に示されるように、故障診断ユニット６は診断用フィルタ６２を備える。診断用フィルタ６２は診断用デジタル音情報のノイズを除去する。
このため、診断用デジタル音情報のノイズが除去されるので、意図した音が出力されるか否かの診断精度を向上させることができる。

さらに、本実施の形態に係る音出力装置２では、シリアルオーディオインターフェイス２０とデジタルアナログコンバータ２４との間に、ボリュームユニット２２と、フィルタ２３とを備える。ボリュームユニット２２はデジタル音情報のボリューム処理を実行する。フィルタ２３はデジタル音情報のノイズを除去する。これらのボリュームユニット２２及びフィルタ２３を含んで音出力装置２を構築することができる。

また、本実施の形態に係る音出力装置２では、図１及び図２に示されるように、故障診断ユニット６において比較されるデジタル音情報は、ボリュームユニット２２へ入力されるデジタル音情報である。
このため、故障診断ユニット６では、シリアルオーディオインターフェイス２０から出力された直後のデジタル音情報を基準として、意図した音が出力されるか否かが診断されるので、診断精度を向上させることができる。
ここで、故障診断ユニット６において、「故障状態」である診断がなされた場合、ボリュームユニット２２以降の回路に故障の原因があると判定することができる。

さらに、本実施の形態に係る音出力システム１は、図１に示されるように、上記音出力装置２と、マイクロコントロールユニット３とを主体に構築される。マイクロコントロールユニット３は、デジタル音情報を音出力装置２のシリアルオーディオインターフェイス２０へ出力し、音出力装置２の故障診断ユニット６から出力されるES信号を入力する。
このため、音出力装置２は、マイクロコントロールユニット３とは独立に開発し制作することができるので、音出力装置２の最適化並びに小型化を実現することができる。

また、本実施の形態に係る音出力システム１は、図１に示されるように、スピーカ５を備える。スピーカ５は、音出力装置２の増幅回路２７に接続され、アナログ音情報に基づいて音を出力する。このため、音出力装置２の増幅回路２７に単にスピーカ５を接続することにより、音出力システム１を簡易に構築することができる。

［第２実施の形態］
次に、図４を用いて、本発明の第２実施の形態に係る音出力装置２及び音出力システム１について説明する。なお、本実施の形態において、前述の第１実施の形態に係る音出力装置２及び音出力システム１の構成要素と同一の構成要素、又は実質的に同一の構成要素には同一符号を付し、その説明は重複するので省略する。

図４に示されるように、本実施の形態に係る音出力装置２はセレクタ（SELECTOR）７を備えている。セレクタ７には、ミキサ２１からボリュームユニット２２へ入力されるデジタル音情報、ボリュームユニット２２からフィルタ２３へ入力されるデジタル音情報、フィルタ２３からデジタルアナログコンバータ２４へ入力されるデジタル音情報のそれぞれが入力される。セレクタ７は、マイクロコントロールユニット３から出力される選択信号に基づいて、いずれかのデジタル音情報を選択し、この選択されたデジタル音情報を故障診断ユニット６へ出力する。
故障診断ユニット６では、セレクタ７により選択されたデジタル音情報に基づいて、意図した音が出力されているか否かの診断が実行される。

セレクタ７を備えた以外、音出力装置２の構成は前述の第１実施の形態に係る音出力装置２の構成と同様である。また、音出力システム１の構成は第１実施の形態に係る音出力システム１の構成と同様である。

このように構成される本実施の形態に係る音出力装置２及び音出力システム１によれば、前述の第１実施の形態に係る音出力装置２及び音出力システム１により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。

また、本実施の形態に係る音出力装置２では、図４に示されるように、セレクタ７が配設される。セレクタ７は、ボリュームユニット２２、フィルタ２３、デジタルアナログコンバータ２４へ入力されるいずれかのデジタル音情報を故障診断ユニット６へ出力する。このため、セレクタ７により選択されたデジタル音情報が故障診断ユニット６へ出力されると、故障回路を特定することができる。
例えば、ボリュームユニット２２へ入力されるデジタル音情報が故障診断ユニット６へ出力されたときに、「故障状態」ではないと判定される。引き続き、ボリュームユニット２２から出力されるデジタル音情報が故障診断ユニット６へ入力されたときに、「故障状態」であると判定される。この場合には、ボリュームユニット２２に故障の原因があると特定することができる。

［他の実施の形態］
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能である。例えば、音出力装置には、他の回路、具体的には位相同期回路（PLL：phase locked loop）、CPUインターフェイス、デコーダ等が含まれていてもよい。

１…音出力システム、２…音出力装置、２０…シリアルオーディオインターフェイス（インターフェイスユニット）、２１、２６…ミキサ、２２…ボリュームユニット、２３…フィルタ、２４…デジタルアナログコンバータ、２７…増幅回路、３…マイクロコントロールユニット、４…クロック信号発振器、５…スピーカ、６…故障診断ユニット、６０…FIFO（メモリユニット）、６１…アナログデジタルコンバータ、６２…診断用フィルタ、６３…減算ユニット、６４…判定ユニット、７…セレクタ。

Claims (8)

1. デジタル音情報を取得するインターフェイスユニットと、
   当該インターフェイスユニットから出力されるデジタル音情報をアナログ音情報に変換するデジタルアナログコンバータと、
   当該デジタルアナログコンバータから出力されるアナログ音情報を増幅する増幅回路と、
   前記増幅回路から出力される前記アナログ音情報を診断用デジタル音情報に変換し、当該診断用デジタル音情報と前記デジタル音情報とを比較して差分値を算出し、当該差分値が予め設定された閾値を超えるときに、故障状態にある故障信号が出力される故障診断ユニットと、
   前記インターフェイスユニットと前記デジタルアナログコンバータとの間に、
   前記デジタル音情報のボリューム処理を実行するボリュームユニット、及び
   前記デジタル音情報のノイズを除去するフィルタと、
   を備えた音出力装置。
2. 前記故障診断ユニットは、
   前記デジタル音情報を入力し、当該デジタル音情報の位相を前記診断用デジタル音情報の位相に合わせて出力するメモリユニット
   を更に備えている請求項１に記載の音出力装置。
3. 前記故障診断ユニットは、
   前記アナログ音情報を前記診断用デジタル音情報に変換するアナログデジタルコンバータと、
   前記差分値を算出する減算ユニットと、
   前記閾値を取得し、当該閾値に基づいて、故障状態にあるか否かを判定する判定ユニットと、
   を含んで構成されている請求項１又は請求項２に記載の音出力装置。
4. 前記故障診断ユニットは、
   前記アナログ音情報又は前記診断用デジタル音情報のノイズを除去する診断用フィルタ
   を更に備えている請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の音出力装置。
5. 前記故障診断ユニットにおいて比較される前記デジタル音情報は、
   前記ボリュームユニットへ入力される前記デジタル音情報、前記フィルタへ入力される前記デジタル音情報、又は前記デジタルアナログコンバータへ入力される前記デジタル音情報である
   請求項１に記載の音出力装置。
6. 前記ボリュームユニットへ入力される前記デジタル音情報、前記フィルタへ入力される前記デジタル音情報、又は前記デジタルアナログコンバータへ入力される前記デジタル音情報のいずれかを選択するセレクタユニット
   を更に備えている請求項５に記載の音出力装置。
7. 請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の前記音出力装置と、
   前記デジタル音情報を前記インターフェイスユニットへ出力し、前記故障診断ユニットから出力される前記故障信号を入力するマイクロコントロールユニットと、
   を備えている音出力システム。
8. 前記増幅回路の出力に接続され、アナログ音情報に基づいて音を出力するスピーカ
   を更に備えている請求項７に記載の音出力システム。

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