(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカを駆動する駆動手段と、
前記スピーカに印加される駆動電圧を検出する電圧検出手段と、
前記スピーカに供給される駆動電流を検出する電流検出手段と、
前記電圧検出手段によって検出された駆動電圧の大きさに応じて設定された所定の最大電流値を越えないように、前記電流検出手段によって検出される電流値に基づいて、前記スピーカに供給される駆動電流を制限する駆動電流制限手段と、
を備えることを特徴とするスピーカ制御システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記駆動電流制限手段は、接続が許容される前記スピーカの最小インピーダンスを考慮して各駆動電圧毎に設定された前記最大電流値を、前記電流検出手段によって検出された駆動電流が越えたときに、前記駆動手段から前記スピーカに供給される電流値を制限することを特徴とするスピーカ制御システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記駆動手段による前記駆動電流の供給動作を制御する駆動制御手段をさらに備えており、
前記駆動電流制限手段によって前記スピーカに対して供給される駆動電流の供給動作が制限されたときに、前記駆動制御手段によって、前記駆動手段による前記駆動電流の供給動作を停止させることを特徴とするスピーカ制御システム。
【請求項４】
請求項２において、
前記駆動電流制限手段によって前記スピーカに対して供給される駆動電流の供給動作が制限されたときに、異常発生の通知を行う通知手段をさらに備えることを特徴とするスピーカ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピーカに供給される駆動電流を制御するスピーカ制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気的な音声信号を音に変換するための装置がスピーカであり、動電形、静電形、圧電形等のさまざまな方式が採用されている。例えば、動電形（ダイナミック）スピーカは、振動体となる円錐状のコーンと、このコーンの頂部近傍に配置された永久磁石と、永久磁石の近傍でコーンに固定された状態で設けられたボイスコイルとを含んで構成されている。増幅された音声信号をボイスコイルに入力することにより、ボイスコイルの周囲に磁束が発生するため、永久磁石の近傍に配置されたボイスコイルに力が作用し、この力によってコーンが振動して、電気的な音声信号から音への変換が行われる。
【０００３】
また、上述したスピーカを駆動する場合、ボイスコイルによってコーンを振動させる必要があるため、ある程度の駆動電力が必要になる。このため、微少な音声信号をアンプ装置によって増幅し、増幅後の音声信号がスピーカに入力される。最近のアンプ装置では、パワートランジスタ等を用いて構成されたパワーＩＣが出力段に用いられており、このパワーＩＣは、接続された負荷が変動しても出力電圧を維持するように動作する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のアンプ装置に用いられているパワーＩＣは、負荷変動があった場合にも出力電圧が一定になるように動作するため、スピーカのボイスコイルが部分的に短絡してこの両端電圧が低下した場合に、この両端電圧を上げようとして過大な電流が流れるという問題があった。例えば、負荷インピーダンスが４Ωのスピーカのボイスコイルが部分的に短絡して、負荷インピーダンスが０．５Ωに低下した場合を考えると、低下したボイスコイルの両端電圧を元の値に戻すためには約８倍の電流を流す必要があるため、急激に駆動電流が上昇することになる。
【０００５】
また、このような電流値の変動は、アンプ装置の出力段に用いられているパワーＩＣの動作の結果として生じるものであるため、アンプ装置の動作を制御する制御装置等では、パワーＩＣからスピーカのボイスコイルに過大な電流が流れたときの異常を検出することができなかった。この異常を早期に検出することができれば、パワーＩＣの動作を停止させる等の制御を行って、過大な電流供給を長時間にわたって行ったことによる故障等の防止が可能になる。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、スピーカに過大な駆動電流が流れることを防止することができるスピーカ制御システムを提供することにある。また、本発明の他の目的は、スピーカ等の異常を検出することができるスピーカ制御システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明のスピーカ制御システムは、スピーカに印加される駆動電圧を電圧検出手段で検出するとともに、このスピーカに供給される駆動電流を電流検出手段で検出し、検出された駆動電圧の大きさに応じて設定された所定の最大電流値を越えないように、駆動電流制限手段によって駆動電流の大きさが制限されている。駆動電圧の大きさに応じて最大電流値が設定され、これを越える駆動電流の供給動作が制限されるため、スピーカの負荷変動によって駆動電圧が急に小さくなった場合であっても、この駆動電圧を一定にするために過大な駆動電流が流れることを防止することができる。
【０００８】
特に、上述した最大電流値は、接続が許容されるスピーカの最小インピーダンスを考慮して各駆動電圧毎に設定することが望ましい。接続が許容される各負荷インピーダンスのスピーカに対して動作を保証することができるとともに、スピーカのボイスコイルの短絡等によって生じる急激な駆動電圧の低下が生じた場合の過大な駆動電流の供給を確実に防止することができる。
【０００９】
また、スピーカを駆動する駆動手段の電流供給動作を制御する駆動制御手段を設け、上述した駆動電流制限手段によって駆動電流の供給動作が制限されたときに、駆動手段による駆動電流の供給動作を停止させることが望ましい。スピーカに異常があって駆動電流が所定の最大電流値を越える場合には、駆動手段による過大な電流供給動作を停止させることにより、駆動手段が故障に至ることを防止することができる。
【００１０】
また、上述した駆動電流制限手段によって駆動電流の供給動作が制限されたときに、通知手段によって異常発生の通知を行うことが望ましい。最大電流値を越えるような過大な電流値が流れてその供給動作が制限されたときに、その事実を異常発生通知として出力することにより、この通知に基づく対策や表示を行うことが容易となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスピーカ制御システムを適用した一実施形態のアンプ装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、一実施形態のアンプ装置の構成を示す図である。同図に示す本実施形態のアンプ装置１００は、スピーカ駆動部１１０、駆動電流制限回路１２０、制御部１３０を含んで構成されている。なお、実際にはアンプ装置１００に入力された音声信号に対して音量や音質等の制御がなされるが、これらの制御機構に関する構成については省略するものとする。
【００１３】
スピーカ駆動部１１０は、入力された音声信号に基づいて、アンプ装置１００に接続されたスピーカ２００を駆動する駆動電流を出力する。例えば、パワートランジスタを含んでパッケージングされたパワーＩＣによって構成されており、入力される音声信号の振幅値に応じて駆動電流が制御されるようになっている。
【００１４】
駆動電流制限回路１２０は、スピーカ駆動部１１０からスピーカ２００に供給される電流値が所定の最大電流値を越えたときに、この電流供給動作を制限するためのものであり、電位差検出部２、電流検出部３、電流制御部４、抵抗５〜７を含んで構成されている。
【００１５】
電位差検出部２は、スピーカ２００の端子間電圧を検出するためのものであり、この端子間に接続された抵抗５の両端の電位差を検出する。この検出結果は、スピーカ２００に対する駆動電圧として判定部１１に向けて出力される。なお、抵抗５は、スピーカ２００の両端電圧を検出するために用いられるため、スピーカ２００の駆動動作に影響を与えない程度に、スピーカ２００の負荷インピーダンスよりも充分大きなインピーダンス（抵抗値）のものが用いられる。
【００１６】
電流検出部３は、スピーカ２００に供給される駆動電流を検出するためのものであり、この駆動電流の供給される信号路上に挿入された２つの抵抗６、７の両端電圧を測定し、この測定値に基づいて駆動電流値を検出する。この検出結果は、判定部１１に向けて出力される。具体的には、一方の抵抗６は、スピーカ駆動部１１０の正極側出力端子に接続された信号線路上に挿入されており、この信号線路を駆動電流が流れたときに抵抗６の両端に生じる端子間電圧が電流検出部３によって測定される。また、他方の抵抗７は、スピーカ駆動部１１０の負極側出力端子に接続された信号線路上に挿入されており、この信号線路を駆動電流が流れたときに抵抗７の両端に生じる端子間電圧が電流検出部３によって測定される。なお、上述した２つの抵抗６、７のそれぞれに流れるスピーカ２００の駆動電流の値は正常時には同じであるため、いずれか一方を省略するようにしてもよい。また、これらの抵抗６、７は、スピーカ２００に流れる駆動電流を検出するために用いられるため、スピーカ２００の駆動動作に影響を与えない程度に、スピーカ２００の負荷インピーダンスよりも充分小さなインピーダンス（抵抗値）のものが用いられる。
【００１７】
電流制御部４は、スピーカ２００に過剰の駆動電流が供給されたときに、この供給動作を制限するものであり、この制限動作を行うために、判定部１１、スイッチ１２、１３を含んで構成されている。一方のスイッチ１２は、スピーカ駆動部１１０の正極側出力端子とスピーカ２００の一方の入力端子とを接続する信号線路に挿入されており、この信号線路上を流れる駆動電流の供給動作を制限するために用いられる。また、他方のスイッチ１３は、スピーカ駆動部１１０の負極側出力端子とスピーカ２００の他方の入力端子とを接続する信号線路に挿入されており、この信号線路上を流れる駆動電流の供給動作を制限するために用いられる。
【００１８】
判定部１１は、電位差検出部２および電流検出部３の各検出結果が入力されており、これらの検出結果に基づいてスイッチ１２、１３の開閉状態を制御する。具体的には、判定部１１は、電位差検出部２によって検出されたスピーカ２００の端子間電圧（駆動電圧）の値に応じた最大電流量があらかじめ設定されており、電流検出部３によって検出された駆動電流の値がこの最大電流値を越えない場合には、スイッチ１２、１３を全閉の状態で制御する。すなわち、この場合には駆動電流を制限する動作は行われない。一方、判定部１１は、電流検出部３によって検出された駆動電流の値が上述した最大電流値を越えた場合には、スイッチ１２、１３を所定のデューティ比で開閉することにより駆動電流を制限し、電流検出部３によって検出された駆動電流の値がこの最大電流値を越えないように制御する。このようにして駆動電流の制限動作が行われると、判定部１１から制御部１３０に対して、駆動電流が制限された旨を知らせるための所定の通知信号が送られる。
【００１９】
また、図１に示した制御部１３０は、アンプ装置１００の全体を制御する。この制御部１３０は、電流制御部４内の判定部１１から出力された通知信号を受け取ると、スピーカ駆動部１１０に対して動作停止指示を送って、スピーカ２００に対する駆動電流の供給動作を停止させる。
【００２０】
上述した電位差検出部２、抵抗５が電圧検出手段に、電流検出部３、抵抗６、抵抗７が電流検出手段に、判定部１１、スイッチ１２および１３を含む電流制御部４が駆動電流制限手段に、制御部１３０が駆動制御手段にそれぞれ対応する。
【００２１】
本実施形態のアンプ装置１００はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。図２は、アンプ装置１００の動作手順を示す流れ図であり、主に駆動電流制限回路１２０による動作手順が示されている。
【００２２】
駆動電流制限回路１２０が動作を開始すると、まず、電位差検出部２は、抵抗５の両端の電位差Ｖ１を検出する（ステップ１００）。検出された電位差の値は、スピーカ２００に印加される駆動電圧Ｖ１として、電流制御部４内の判定部１１に向けて出力される。
【００２３】
また、電流検出部３は、抵抗６の両端電圧Ｖ２を測定し、この両端電圧Ｖ２を抵抗６の抵抗値Ｒ１で割ることにより、スピーカ駆動部１１０とスピーカ２００とを接続する一方の信号線路を介して流れる駆動電流Ｉ１を検出するとともに、抵抗７の両端電圧Ｖ３を測定し、この両端電圧Ｖ３を抵抗７の抵抗値Ｒ２で割ることにより、スピーカ駆動部１１０とスピーカ２００とを接続する他方の信号線路を介して流れる駆動電流Ｉ２を検出する（ステップ１０１）。検出された駆動電流Ｉ１、Ｉ２は、電流制御部４内の判定部１１に向けて出力される。なお、上述した駆動電圧Ｖ１の検出動作と、駆動電流Ｉ１、Ｉ２の検出動作は、同じタイミングで行われる。
【００２４】
次に、電流制御部４内の判定部１１は、電位差検出部２を用いて検出されたスピーカ２００の駆動電圧Ｖ１に対応する所定の最大電流値Ｉｍａｘと、電流検出部３によって検出されたスピーカ２００の駆動電流Ｉ１、Ｉ２とを比較し、これらの各電流値Ｉ１、Ｉ２が最大電流値Ｉｍａｘ以上であるか否かを判定する（ステップ１０２）。実際には、スピーカ２００のボイスコイル（図示せず）の両端のそれぞれに流れ込む駆動電流Ｉ１、Ｉ２は同じであるため、本実施形態では、これらの平均値Ｉ３（＝（Ｉ１＋Ｉ２）／２）と最大電流値Ｉｍａｘとを比較するものとする。
【００２５】
図３は、検出された駆動電圧Ｖ１と最大電流値Ｉｍａｘとの関係を示す図である。所定のインピーダンスＺを有するボイスコイルに印加される駆動電圧Ｖ１と、このときに流れる電流値Ｉとの間には、Ｉ＝Ｖ１／Ｚの関係がある。したがって、スピーカ２００のボイスコイルに短絡等の異常がない場合に、検出された駆動電圧Ｖ１に対応して流れる電流値が定まるため、測定誤差等を考慮してこの電流値よりも１［Ａ］程度高い値がその駆動電圧Ｖ１に対応する最大電流Ｉｍａｘとして設定される。また、スピーカ２００の負荷インピーダンスが異なると、駆動電圧Ｖ１が同じであっても流れる電流値が異なってくるため、本実施形態では一般に使用されるスピーカ２００の最小の負荷インピーダンスを２［Ω］として各駆動電圧Ｖ１に対応する駆動電流値を求め、誤動作や音質劣化等を考慮してこの駆動電流値よりも１［Ａ］程度加算した値が上述した最大電流値Ｉｍａｘとして設定されている。
【００２６】
したがって、上述したステップ１０２においては、検出された駆動電圧Ｖ１に対応する駆動電流Ｉ３が、図３においてハッチングが付された領域に含まれるか否かが判定されることになる。駆動電流Ｉ３がその時点での駆動電圧Ｖ１に対応する最大電流値Ｉｍａｘ以上である場合、すなわち検出された電流値Ｉ３が図３においてハッチングが付された領域に含まれている場合には、上述したステップ１０２において肯定判断がなされ、次に判定部１１は、スイッチ１２、１３の開閉制御を行うことにより、スピーカ２００に供給される駆動電流Ｉ１、Ｉ２を制限する（ステップ１０３）。例えば、判定部１１は、スイッチ１２、１３を所定周期で繰り返し開閉するとともに、このときの開状態と閉状態のデューティー比を調整することにより、スピーカ２００に供給される駆動電流Ｉ１、Ｉ２がその時点の駆動電圧Ｖ１に対応した最大電流値Ｉｍａｘとほぼ等しくなるように制御する。なお、電流制限が行われた場合の電流値は、必ずしもその時点の駆動電圧Ｖ１に対応する最大電流値Ｉｍａｘに一致させる必要はなく、この最大電流値Ｉｍａｘ以下であればよい。
【００２７】
このようにして駆動電流Ｉ１、Ｉ２が制限されると、次に、判定部１１は、駆動電流を制限した旨の通知を制御部１３０に向けて出力する（ステップ１０４）。その後、ステップ１００に戻って駆動電圧Ｖ１の検出動作以降が繰り返される。
【００２８】
また、駆動電流Ｉ３がその時点での駆動電圧Ｖ１に対応する最大電流値Ｉｍａｘ未満である場合、すなわち検出された電流値Ｉ３が図３においてハッチングが付された領域に含まれていない場合には、上述したステップ１０２において否定判断がなされ、その後、ステップ１００に戻って駆動電圧Ｖ１の検出動作以降が繰り返される。
【００２９】
このように、本実施形態の駆動電流制限回路１２０は、正常であって最も小さい負荷インピーダンスを有するスピーカ２００が接続された場合に流れる電流値（最大電流値Ｉｍａｘ）を越えるような駆動電流がスピーカ２００に供給されている場合に、この駆動電流の供給動作を制限している。したがって、スピーカ２００のボイスコイルが短絡した場合であっても過大な駆動電流が流れることを防止することができる。
【００３０】
また、このような駆動電流の供給動作が制限された場合に、その旨の通知が駆動電流制限回路１２０から出力されるため、この通知を受け取った制御部１３０は、スピーカ駆動部１１０内のパワーＩＣの動作を停止させることができ、長時間にわたって過大な電流供給を行うことにより、スピーカ駆動部１１０が故障するなどの不測の事態を回避することができる。
【００３１】
図４は、駆動電圧Ｖ１と最大電流値Ｉｍａｘとの関係を示す図であり、接続されるスピーカ２００の負荷インピーダンスを横軸にとった場合の駆動電圧Ｖ１と最大電流値Ｉｍａｘの関係が示されている。なお、スピーカ２００の負荷インピーダンスがほぼ２［Ω］以下の領域では、負荷インピーダンスが高くなればなるほど駆動電圧Ｖ１が急激に上昇し、負荷インピーダンスが２［Ω］以上の領域では、負荷インピーダンスが高くなってもそれ程駆動電圧Ｖ１が高くならないのは、実際にスピーカ駆動部１１０に内蔵されたパワーＩＣの特性が非線形になっているためである。このように、本実施形態では、駆動電流制限回路１２０によって駆動電流が制限されるため、例えばスピーカ２００のボイスコイルが部分的に短絡して駆動電圧Ｖ１が急激に低下するような場合であっても、この駆動電圧Ｖ１の低下に伴って供給可能な駆動電流の値も低下し、過大な駆動電流がスピーカ２００に供給されることを防止することができる。
【００３２】
図５は、本実施形態の駆動電流制限回路１２０を用いない従来のアンプ装置によってスピーカ２００を駆動した場合の駆動電圧と駆動電流の関係を示す図である。図４に示した関係と比較すると、従来はスピーカ２００の駆動電圧が低下すると、この値を維持しようとして過大な駆動電流が流れていたことがわかる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、電流制御部４内のスイッチ１２、１３を開閉するデューティー比を調整することによりスピーカ２００に供給される駆動電流を制限するようにしたが、バイポーラトランジスタやＦＥＴあるいはその他の素子を用いて信号線路に流れる電流値をアナログ的に制御するようにしてもよい。
【００３４】
また、上述した実施形態では、駆動電流制限回路１２０によって駆動電流の制限動作が行われた場合に、その旨の通知を制御部１３０に送ってスピーカ駆動部１１０の動作を停止させる場合を説明したが、スピーカ駆動部１１０の動作を停止させる代わりに、あるいはこの停止動作と並行して、利用者に向けてアラームを出力するようにしてもよい。例えば、このアラームの出力によって、所定の表示灯が点灯するものとすると、この表示灯の点灯状態を確認した利用者は、アンプ装置１００やスピーカ２００に異常が発生したことを知ることができるため、早期に修理に出すなどの対策をとることができる。
【００３５】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、駆動電圧の大きさに応じて最大電流値が設定され、これを越える駆動電流の供給動作が制限されるため、スピーカの負荷変動によって駆動電圧が急に小さくなった場合であっても、この駆動電圧を一定にするために過大な駆動電流が流れることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のアンプ装置の構成を示す図である。
【図２】駆動電流制御回路の各部の動作を示す流れ図である。
【図３】駆動電圧と最大電流との関係を示す図である。
【図４】電流制限が行われた駆動電圧と駆動電流との関係を示す図である。
【図５】従来の駆動電圧と駆動電流との関係を示す図である。
【符号の説明】
２  電位差検出部
３  電流検出部
４  電流制御部
５、６、７  抵抗
１１  判定部
１２、１３  スイッチ
１００  アンプ装置
１１０  スピーカ駆動部
１２０  駆動電流制限回路
１３０  制御部
２００  スピーカ
【図１】
0003694621.tif 000002
【図２】
0003694621.tif 000003
【図３】
0003694621.tif 000004
【図４】
0003694621.tif 000005
【図５】
0003694621.tif 000006