(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの音声チャンネルを含む音声増幅器であって、該音声増幅器は、増幅された出力信号（ｙ［ｎ］）を提供するように、各音声チャンネルに対して、入力音声信号(ｘ［ｎ］）を増幅するように構成されており、該音声増幅器は、
該少なくとも１つの音声チャンネルのそれぞれに対する可変ゲイン増幅器（３１）であって、該可変ゲイン増幅器（３１）は、該入力音声信号(ｘ［ｎ］）を受信し、該出力信号（ｙ［ｎ］）を提供し、該出力信号（ｙ［ｎ］）は、リミッタゲイン（ＧＬＩＭ［ｎ］）により増幅された該入力信号に対応する、可変ゲイン増幅器（３１）と、
数理的モデルに基づいて、入力電流（ｉＩＮ［ｎ］）消費、または代替として該音声増幅器の総出力電流を推定し、これにより、１つまたは複数の該入力音声信号(ｘ［ｎ］）による推定された電流信号（ｉＩＮ’［ｎ］）を提供するように構成されている制御ユニット（３３）であって、該制御ユニットは、前もって周知でないシステムの伝達特性をエミュレートし、これにより、推定された伝達関数を提供するように構成されている適応フィルタを含み、該制御ユニットは、該推定された伝達関数を使用して１つまたは複数の該入力信号または出力信号から電流推定を提供するように構成されている、制御ユニット（３３）と、
リミッタゲイン算定ユニット（３２）であって、該リミッタゲイン算定ユニット（３２）は、該実際の入力電流ｉＩＮ［ｎ］、または、それぞれ、該音声増幅器の総出力電流が閾値電流値（ｉＭＡＸ）を実質的に超えないような該リミッタゲイン（ＧＬＩＭ［ｎ］）を該推定された電流信号（ｉＩＮ’［ｎ］）に依存して算定するように構成されている、リミッタ算定ユニット（３２）と
を含む、音声増幅器。
【請求項２】
前記入力電流消費または前記増幅器の総出力電流を表す電流感知信号を提供するように構成されている感知ユニット
をさらに含み、
前記制御ユニットは、前記増幅器の１つまたは複数の入力信号または出力信号を表す信号から結果としての電流感知信号への伝達特性を推定し、前記推定された電流信号（ｉＩＮ’［ｎ］）を算定するために該推定された伝達特性を使用するように構成されている、請求項１に記載の音声増幅器。
【請求項３】
前もって周知でないシステムの前記伝達特性は、１つまたは複数の増幅器出力チャンネルの前記１つまたは複数の出力信号を表す信号と、結果としての入力電流消費との間の関係を表す、請求項１または２に記載の音声増幅器。
【請求項４】
ディレイユニットであって、該ディレイユニットの上流または下流で前記可変ゲイン増幅器に結合されているディレイユニット
をさらに含む、請求項３に記載の音声増幅器。
【請求項５】
少なくとも２つの音声チャンネルを含み、
１つの可変ゲイン増幅器は、各音声チャンネルに関連付けられており、前記リミッタゲインによりそれぞれの入力信号を増幅するように構成されており、
前記制御ユニットは、和信号を提供するように該音声チャンネルの前記入力信号または前記出力信号を組み合わせるように構成されている信号組み合わせユニットを含み、
該制御ユニットは、該和信号から前記入力電流消費または前記総出力電流への前記伝達特性を表す伝達関数を推定するように構成されている適応フィルタをさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の音声増幅器。
【請求項６】
前記制御ユニットは、上流で前記適応フィルタに結合されたディレイをさらに含む、請求項５に記載の音声増幅器。
【請求項７】
前記制御ユニットは、前記和信号を形成するように、組み合される前に前記入力音声信号または前記出力音声信号に正値変換、特に二乗操作または絶対値操作を受けさせるように構成されている機能ユニットをさらに含む、請求項５または６に記載の音声増幅器。
【請求項８】
前記リミッタゲインは、異なる周波数帯または異なるスペクトル線にわたって異なるゲイン値を提供するように、周波数依存である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の音声増幅器。
【請求項９】
少なくとも１つの音声チャンネルを含む音声増幅器の電流消費を制限するための方法であって、入力音声信号および出力音声信号は各音声チャンネルに関連付けられており、該方法は、
各音声チャンネルに対して、増幅された入力信号を出力信号として提供するように、可変リミッタゲインによりそれぞれの入力信号を増幅することと、
数理的モデルに基づいて、入力電流（ｉＩＮ［ｎ］）消費、または、代替として、該音声増幅器の総出力電流を推定し、これにより、１つまたは複数の該入力信号からもたらされる推定された電流信号（ｉＩＮ’［ｎ］）を提供することであって、該電流信号の該推定は、前もって周知でないシステムの伝達特性を表す伝達関数をエミュレートするために、適応フィルタを使用することと、該推定された電流信号を算定するために、該推定された伝達関数を使用することとを含む、ことと、
該実際の入力電流（ｉＩＮ［ｎ］）または、それぞれ、該音声増幅器の総出力電流が閾値電流値（ｉＭＡＸ）を実質的に超えないようにリミッタゲインを該推定された電流信号（ｉＩＮ’［ｎ］）に依存して算定することと
を含む、方法。
【請求項１０】
前記前もって周知でないシステムの前記伝達特性を表す伝達関数をエミュレートするための前記適応フィルタの前記使用は、
前記実際の入力電流消費または前記音声増幅器の総出力電流を表す電流感知信号を測定することと、
該前もって周知でないシステムの該伝達特性を表す該伝達関数をエミュレートするように、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ係数を反復的に適応することであって、該前もって周知でないシステムの該伝達特性は、１つまたは複数の増幅器入力信号または出力信号を表す信号から結果としての電流感知信号への関係を表す、ことと
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記推定された電流信号を算定するために前記推定された伝達関数を使用するステップは、ＦＩＲフィルタの最小位相部とほぼ同じ伝達特性を有する無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタを得るように、前記反復的に適応されたＦＩＲフィルタ係数を対応するＩＩＲフィルタ係数に変換することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記リミッタゲインは周波数依存である、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記リミッタゲインは周波数依存であり、リミッタゲインを算定するステップは、
前記ＦＩＲフィルタまたは前記ＩＩＲフィルタの逆伝達関数を算定することと、
該リミッタゲインの周波数特性が該ＦＩＲフィルタまたは該ＩＩＲフィルタの該逆伝達関数の周波数特性に少なくともほぼマッチするように該周波数依存リミッタゲインを算定することと
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれか一項に記載の方法であって、前記音声増幅器は、少なくとも２つの音声チャンネルを含み、該方法は、
和信号を提供するように前記音声チャンネルの入力信号または出力信号を組み合わせることと、
該和信号から前記入力電流消費または前記総出力電流への前記伝達特性を表す伝達関数を推定することと
を含む、方法。
【請求項１５】
前記組み合わせるステップは、前記少なくとも２つの音声チャンネルの入力信号または出力信号の重み付けされた総和を含み、重み付けファクターは、異なる音声チャンネルで異なるインピーダンスを有するスピーカーを考慮するように選択され、該重み付けファクターは、オプション的に周波数依存であり、対応するスピーカーの個別のインピーダンス関数を周波数依存として考慮する、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、音声増幅器に関し、特に音声増幅器の電流消費を制御するためのリミッタに関する。
【背景技術】
【０００２】
(背景)
移動式(特に自動車での）用途において、音声増幅器の電力消費は、たいてい、移動式エンティティ全体の電力供給に影響を及ぼす問題である。
【０００３】
例えば、自動車では、搭載電力供給は、通常１２Ｖのノミナル供給電圧を提供し、ノミナル電力消費が１０００Ｗもしくはそれより多くあり得る音声増幅器のような電気負荷の実質的に高い入力電流消費をもたらす。問題を緩和し、入力電流消費を低減し得る、より高い搭載供給電圧（例えば４２Ｖ）は多年にわたって論考されてきた。しかし、自動車用途において、標準としていまだ確立されていない。この結果、音声増幅器のような電気負荷の供給線は、オーム抵抗を低く保ち、過熱もしくは供給線の溶解でさえも防止するためには、実質的に大きな切断面（または直径）を有さなければならない。太い供給線は、車両の重量の増加および燃料消費の増加をもたらし、双方とも所望されない結果である。
【０００４】
供給線における過電流を回避するために、厳密な最大電流消費が各電気負荷に対して特定され、最大容認可能電流は、車両におけるアクティブな負荷の総数、バッテリーの充電状態などに依存し得る。他の影響を及ぼすファクターが関係し得る。音響機器に関しては、機器メーカーは、増幅器の最大出力電流に関する要件に従順しなければならない。音声増幅器の入力電流消費は、それぞれの音声チャンネル出力電流の直接の結果であるため、電流制限が、入力電流に対してまたは出力電流に対して特定され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
音声増幅器の実際の電流消費は、ユーザ設定（ベース、音量など）および再生される音声信号（ボイス信号、支配的なベースなど）に主として依存する。従って、音声増幅器の入力電流消費および／またはその出力電流をモニターし、制御することが可能である音声増幅器に対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
増幅された出力信号を提供するように、入力音声信号を増幅するための音声増幅器が開示される。音声増幅器は、入力音声信号を受信し、出力信号を提供する可変ゲイン増幅器を含み、出力信号は、リミッタゲインにより増幅された入力信号に対応する。音声増幅器は、さらに、リミッタゲイン算定ユニットを含み、そのため入力信号は、リミッタゲインにより増幅される。制御ユニットは、入力信号を表す信号を受信し、数理的モデルに基づいて、入力電流もしくは音声増幅器の総出力電流を推定するように構成され、従って、出力信号に対応する（かつ、出力信号がもたらす）推定された電流信号を提供し、リミッタゲイン算定ユニットは、実際の入力電流または音声増幅器の総出力電流が閾値電流値を超えないようなリミッタゲインを、推定に依存して算定するように構成される。
【０００７】
本発明は例えば以下を提供する。
（項目１）  少なくとも１つの音声チャンネルを含む音声増幅器であって、上記音声増幅器は、増幅された出力信号（ｙ［ｎ］）を提供するように、各音声チャンネルに対して、入力音声信号(ｘ［ｎ］）を増幅するように構成され、上記音声増幅器は、
上記少なくとも１つの音声チャンネルのそれぞれに対する可変ゲイン増幅器（３１）であって、上記可変ゲイン増幅器（３１）は、上記入力音声信号(ｘ［ｎ］）を受信し、上記出力信号（ｙ［ｎ］）を提供し、上記出力信号（ｙ［ｎ］）は、リミッタゲインＧＬＩＭ［ｎ］により増幅された上記入力信号に対応する、可変ゲイン増幅器（３１）と、
数理的モデルに基づいて、入力電流（ｉＩＮ［ｎ］）消費、または代替として上記音声増幅器の総出力電流を推定するように構成され、そのため１つのまたは複数の上記入力音声信号(ｘ［ｎ］）による推定された電流信号（ｉＩＮ’［ｎ］）を提供する制御ユニット（３３）と、
リミッタゲイン算定ユニット（３２）であって、上記リミッタゲイン算定ユニット（３２）は、上記実際の入力電流ｉＩＮ［ｎ］、または、それぞれ、上記音声増幅器の総出力電流が閾値電流値（ｉＭＡＸ）を実質的に超えないような上記リミッタゲイン（ＧＬＩＭ［ｎ］）を上記推定された電流信号（ｉＩＮ’［ｎ］）に依存して算定するように構成される、リミッタ算定ユニット（３２）と
を含む、音声増幅器。
（項目２）  上記入力電流消費または上記増幅器の総出力電流を表す電流感知信号を提供するように構成された感知ユニットと、
上記増幅器の１つまたは複数の入力信号もしくは出力信号から上記結果する電流感知信号への伝達特性を推定し、上記推定される電流信号（ｉＩＮ’［ｎ］）を算定するために上記推定された伝達特性を使用するように構成された上記制御ユニットと
をさらに含む、上記項目に記載の音声増幅器。
（項目３）  上記制御ユニットは、上記１つまたは複数の増幅器出力チャンネルの上記１つまたは複数の出力信号を表す信号と、上記結果する入力電流消費との間の関係を表す前もって周知でないシステムの上記伝達特性をエミュレートし、そのため推定される伝達関数を提供するように構成される適応フィルタを含み、
上記制御ユニットは、推定された伝達関数を使用して上記１つのまたは複数の入力信号または出力信号から電流推定を提供するように構成される、上記項目のいずれか一項に記載の音声増幅器。
（項目４）  ディレイユニットであって、上記ディレイユニットの上流または下流で上記可変ゲイン増幅器に結合される、ディレイユニット
をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の音声増幅器。
（項目５）  少なくとも２つの音声チャンネルを含む音声増幅器であって、１つの可変ゲイン増幅器は、各音声チャンネルに連結し、上記リミッタゲインにより上記それぞれの入力信号を増幅するように構成され、
上記制御ユニットは、和信号を提供するように上記音声チャンネルの上記入力信号または上記出力信号を組み合わせるように構成された信号組み合わせユニットを含み、
上記制御ユニットは、上記和信号から上記入力電流消費または上記総出力電流への上記伝達特性を表す伝達関数を推定するように構成された適応フィルタをさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の音声増幅器。
（項目６）  上記制御ユニットは、上流で上記適応フィルタに結合されたディレイをさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の音声増幅器。
（項目７）  上記制御ユニットは、上記和信号を形成するように、組み合される前に上記入力音声信号または上記出力音声信号を正値変換、特に二乗操作または絶対値操作を受けるように構成された機能ユニットをさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の音声増幅器。
（項目８）  上記リミッタゲインは、異なる周波数帯または異なるスペクトル線にわたって異なるゲイン値を提供するように、周波数依存である、上記項目のいずれか一項に記載の音声増幅器。
（項目９）  少なくとも１つの音声チャンネルを含む音声増幅器の電流消費を制限するための方法であって、入力音声信号および出力音声信号は各音声チャンネルに関連し、上記方法は、
各音声チャンネルに対して、上記増幅された入力信号を出力信号として提供するように、可変リミッタゲインにより上記それぞれの入力信号を増幅することと、
数理的モデルに基づいて、入力電流（ｉＩＮ［ｎ］）消費、または代替として上記音声増幅器の総出力電流を推定し、そのため１つまたは複数の上記入力信号からもたらされる推定された電流信号（ｉＩＮ’［ｎ］）を提供することと、
上記実際の入力電流（ｉＩＮ［ｎ］）または、それぞれ、上記音声増幅器の総出力電流が閾値電流値（ｉＭＡＸ）を実質的に超えないようにリミッタゲインを上記推定された電流信号（ｉＩＮ’［ｎ］）に依存して算定することと
を含む、方法。
（項目１０）  上記電流信号の推定は、
上記実際の入力電流消費または上記音声増幅器の総出力電流を表す電流感知信号を測定することと、
上記１つまたは複数の増幅器入力信号または出力信号を表す信号から、結果する上記電流感知信号への上記伝達特性を表す伝達関数をエミュレートするように、有限パルス応答（ＦＩＲ）フィルタ係数を反復的に適応することと、
上記推定される電流信号を算定するために上記推定された伝達関数を使用することと
を含む、上記項目に記載の方法。
（項目１１）  上記推定された電流信号を算定するために上記推定された伝達関数を使用するステップは、ＦＩＲフィルタの最小位相部とほぼ同じ伝達特性を有するＩＩＲフィルタを得るように、上記反復的に適応されたＦＩＲフィルタ係数を対応する無限インパルス応答（ＩＩＲ）に変換することを含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１２）  上記リミッタゲインは周波数依存である、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１３）  上記リミッタゲインは周波数依存であり、リミッタゲインを算定するステップは、
上記ＦＩＲフィルタまたは上記ＩＩＲフィルタの逆伝達関数を算定することと、
リミッタゲインの周波数特性が、上記ＦＩＲフィルタまたは上記ＩＩＲフィルタの上記逆伝達関数の上記周波数特性に少なくともほぼマッチするように上記周波数依存リミッタゲインを算定することと
を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１４）  上記項目のいずれか一項に記載の方法であって、上記音声増幅器は、少なくとも２つの音声チャンネルを含み、上記方法は、
和信号を提供するように上記音声チャンネルの入力信号または出力信号を組み合わせることと、
上記和信号から上記入力電流消費または上記総出力電流への上記伝達特性を表す伝達関数を推定することと
を含む、方法。
（項目１５）  組み合わせることのステップは、上記少なくとも２つの音声チャンネルの入力信号または出力信号の重み付けされた総和を含み、重み付けファクターは、異なる音声チャンネルで異なるインピーダンスを有するスピーカーを考慮するように選択され、上記重み付けファクターは、オプション的に周波数依存であり、このため上記対応するスピーカーの個別のインピーダンス関数を考慮する、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
【０００８】
（摘要）
増幅された出力信号を提供するために入力音声信号を増幅するための音声増幅器が開示される。音声増幅器は、入力音声信号を受信し、出力音声を提供する可変ゲイン増幅器を含み、出力信号は、リミッタゲインにより増幅された入力信号に対応する。音声増幅器は、さらに、リミッタゲイン算定ユニットを含み、そのため入力信号はリミッタゲインにより増幅される。音声増幅器は、さらに、りっみったゲイン算定ユニットを含み、そのため入力信号はリミッタゲインにより増幅される。制御ユニットは、入力信号を表す信号を受信し、数理的モデルに基づいて、入力電流または音声増幅器の総出力電流を推定するように構成され、従って、出力信号に対応する（および出力信号がもたらす）推定される電流信号を提供し、リミッタゲイン算定ユニットは、実際の入力電流または音声増幅器の総出力電流が閾値電流値を超えないようなリミッタゲインを、推定に依存して算定するように構成される。
【０００９】
本発明は、以下の図面および記述への参照をもってより理解され得る。図面のコンポーネントは、必ずしも尺度どおりに記述されておらず、本発明の原理を描写することに重きがおかれる。さらに、図面では、同様な参照番号は、対応する部分を指定する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の１つの例に従った音声システムのブロック図であり、簡潔性のために１つの出力チャンネルのみが示される。
【図２】図２は、本発明の別の例に従った音声システムのブロック図を描写する。
【図３】図３は、図２の例をさらに詳細に描写する。
【図４】図４は、図３の例をさらに詳細に描写する。
【図５】図５は、図３および４の例に使用される適応フィルタの１つの例を描写する。
【図６】図６は、図５に描写される例の代替を描写する。
【図７】図７は、図５に示されるように、複数の出力信号を１つの和信号に組み合わせることを示し、さらにスピーカーのインピーダンスを考慮する。
【図８】図８は、周波数依存リミッタゲインを使用する図４の例を描写する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
現在最も好ましい実施形態の生成および使用が以下で詳細に論考される。しかし、本発明は、多くの種類の特定の脈略において具現化され得る数多くの適用可能な発明概念を供給することが認識される。論考される特定の実施形態は本発明を生成し使用する特定の手段の単なる例示にすぎず、本発明の範囲を制限しない。
【００１２】
注意すべきは、以下の論考では、（音声）信号は、離散時間信号であることである。信号ａ［ｎ］は、離散サンプリング時間を表す時間指標ｎを有する一般的な離散時間信号を示す。さらに注意すべきは、さらなる論考に関連がある記述されたシステムのこれらのコンポーネントのみが図面に含まれることである。アナログデジタルコンバータ、デジタルアナログコンバータ、電力増幅器、および信号伝送および音声信号再生に必要であり得る他のコンポーネントは、簡潔性のために示されない。
【００１３】
図１は、本発明の１つの例に従った音声ステムのブロック図を描写し、簡潔性のために１つの出力チャンネルのみが示される。しかし、図１の例により描写される原理は、複数の音声チャンネルに容易に普遍化され得る。（特定の音声チャンネルに関連する）入力信号ｘ［ｎ］は、信号源１０により生成され、信号処理ユニット２０により前処理され得る。すなわち、実際の入力信号ｘ［ｎ］は、さらなる処理のために信号処理ユニット２０の出力で提供される。信号処理ユニット２０は、典型的に、音声信号の等化、サラウンドサウンド処理、または同様なもののような様々な信号処理タスクを実行する。しかし、前処理の詳細は、さらなる論考に対し必要でない。
【００１４】
入力信号ｘ［ｎ］は、「リミッタゲイン」ＧＬＩＭ［ｎ］と呼ばれる可変ゲインにより増幅され、可変ゲインは、各サンプリング区間で更新される。結果する出力信号ｙ［ｎ］は、そのためｙ［ｎ］＝ｘ［ｎ］×ＧＬＩＭ［ｎ］と表現され得る。出力信号ｙ［ｎ］は、スピーカー４０に（デジタルアナログコンバータおよびパワー増幅器ステージを介して）転送され、対応するアコースティック音声信号に変換される。
【００１５】
リミッタゲインＧＬＩＭ［ｎ］は、入力電流消費を表す予測された電流信号ｉＩＮ’（すなわち、増幅器の予測された総入力電流消費、または、代替に、増幅器出力ステージにより提供される、予測された総出力電流）と、所望の最大電流を規定する電流閾値ｉＭＡＸ（すなわち、入力電流消費、または、代替に、最大出力電流）とからリミッタゲイン算定ユニット３２により算定される。リミッタゲインＧＬＩＭ［ｎ］は、実際の入力電流ｉＩＮ（または出力電流）が電流閾値ｉＭＡＸを超えないように算定される。しかし、短期間の過渡過電流は、実際の用途次第で容認可能であり得る。可変ゲイン増幅器３１およびリミッタゲイン算定ユニット３２は、共にリミッタ３０としてみなされ得る。注意すべきは、以下の記述では、入力電流ｉＩＮは、予測され、最大入力電流消費を規定するそれぞれの電流閾値と比較されることである。すでに上述されたように、対応する電流閾値は、増幅器の総出力電流に対して規定され得、これは総出力電流を予測することを必要とする。以下の記述では、入力電流消費ｉＩＮ’が予測されるが、このような入力電流推定ｉＩＮ’は、総出力電流および入力電流消費が実用的な音声増幅器実装においておおよそ比例するために、容易に対応する出力電流推定に変換され得ることが理解される。
【００１６】
将来の入力電流ｉＩＮ’の値（実際に存在する入力信号ｘ［ｎ］にもたらされる）を予測する場合、ノミナルリミッタゲイン値（例えば、ＧＬＩＭ＝１）が仮定される。過電流ｉＩＮ’＞ｉＭＡＸを予測することは、実際の入力電流ｉＩＮが実際に予測される値ｉＩＮ’に達する前に、リミッタゲインＧＬＩＭ［ｎ］を（例えば、１より低い値へ）低減することを可能にする。あるいは、将来の出力電流値が予測される場合、実際の予測は、入力電流情報を使用して実行され得、出力電流に対する推定に変換され得る入力電流の推定をもたらす。
【００１７】
さらなる論考に対し、所与の入力信号ｘ［ｎ］がもたらす入力電流ｉＩＮ’［ｎ＋１］（あるいは、出力電流）の算定（すなわち、推定、または予測と呼ばれる）は、１つの重要な局面である。このような予測は、図１に描写される入力電流消費センサ５０のような１つ以上の電流センサにより提供される実際の入力または出力電流情報を使用する。図１の例では、この算定は、制御ユニット３３により実行される。制御ユニット３３は、音声増幅器の実際の供給電圧ＵＩＮ、再生される音声入力信号ｘ［ｎ］、アクティブなスピーカーの数、増幅器出力ステージの温度などのような影響を及ぼす変数と、結果する入力電流ｉＩＮ（または出力電流）との間の関係を表す数理モデルを含む。また、様々な他の影響を及ぼす変数が考慮され得る。進行中の推定（予測）を可能にするために、電流センサ５０が実際の入力電流ｉＩＮ［ｎ］を表す信号を制御ユニット３３に供給するように構成されて提供され得る。
【００１８】
図２から４は、入力信号ｘ［ｎ］と、（増幅された）出力信号ｙ［ｎ］と、（例えば、電流消費センサ５０から発生する）現在の入力電流信号ｉＩＮ［ｎ］を表す測定された入力電流センサ信号との現在値から次に来る入力電流ｉＩＮ’［ｎ＋１］を推定する１つの可能な手段の原理および詳細を描写する。上述されたように、対応する出力電流は、代替として推定され得る。図２は、上述された信号ｘ［ｎ］、ｙ［ｎ］、およびｉＩＮ［ｎ］を受信する制御ユニット３３を描写する。さらに、図２は、（電力増幅器ステージを介してスピーカー４０により出力された）出力信号ｙ［ｎ］から入力電流ｉＩＮ［ｎ］への伝達特性を表す伝達関数Ｈ［ｚ］を描写し、主に出力信号ｙ［ｎ］に依存し、入力電流ｉＩＮ［ｎ］を表す信号は、電流センサ５０により感知され得る。上述された伝達特性は、音声増幅器の作動中に制御ユニット３３により推定され得、対応する推定された伝達関数Ｈ’［ｚ］は、入力信号ｘ［ｎ］から、次に来る入力電流ｉＩＮ’［ｎ＋１］に対する推定を算定するために使用され得る。これは、Ｈ’［ｚ］が低域通過特性を有し、さらにディレイ時間ｔＨ（例えば、信号ｙ［ｎ］のピークと入力電流ｉＩＮ［ｎ］の対応するピークとの間のディレイ）として表されるディレイを常に含むため、可能である。この時点で、制御ユニット３３のデジタル実装が有利であると思われるため、本論考では離散時間系としてみなされることを留意すべきである。しかし、少なくとも部分的にアナログの実装も適用可能であり得る。
【００１９】
図３は、本発明の１つの例として、システムＨ［ｚ］の伝達特性を推定するために役立つ実装を描写する。適応フィルタ３３１は、制御ユニットに（例えば、適応ＦＩＲフィルタとして）実装され得、出力信号ｙ［ｎ］を入力として、測定された入力電流ｉＩＮ［ｎ］を参照として受信する。入力電流ｉＩＮ［ｎ］は、（出力信号ｙ［ｎ］がプラス値を有するかマイナス値を有するかに関わらず）常にプラスであるため、出力信号ｙ［ｎ］は、適応フィルタ３３１に供給される前に、正値変換を受け得る。例えば、二乗された出力信号ｙ［ｎ］２または絶対信号値｜ｙ［ｎ］｜が適応フィルタ３３１に供給され得る。伝達関数Ｈ［ｚ］は、通常、低周波音声が音響的に感知可能になるためには高い音圧レベルを必要とするために、簡単な低域通過特性を表す。出力信号ｙ［ｎ］から入力電流ｉＩＮ［ｎ］（あるいは出力電流）への伝達特性が通常漸進的にしか変化しないために、適応フィルタＨ’［ｚ］（フィルタ３３１）は、通常係数を急速に変更しない。実際の電流の推定ｉＩＮ’［ｎ＋１］は、適応フィルタ３３１により提供されるフィルタの係数の（継続的なｈｋ［ｎ］の再較正を避けるためにファクターＧＬＩＭ［ｎ］でオプション的にスケール変更される）コピーであるフィルタ３３２を使用して（オプション的に二乗される）入力信号ｘ［ｎ］をフィルタリングすることにより算定される。図３の例では、フィルタ３３２は、適応フィルタ３３１と同じフィルタ係数ｈｋ［ｎ］を実装し、そのためフィルタ３３２の出力での電流推定は、現在のリミッタゲインＧＬＩＭ［ｎ］に等しいスケール変更ファクターによりスケール変更される。しかし、現在のリミッタゲインは、リミッタゲイン算定ユニットに周知であるため、このようなスケール変更は、更新されるリミッタゲインＧＬＩＭ［ｎ＋１］の算定において考慮され得る。
【００２０】
図４に描写されるように、（とりわけ、可変ゲイン増幅器３１およびリミッタゲイン算定ユニット３２から成る）リミッタ３０は、さらに、数理的モデル構築のためにディレイユニット３４に組み込まれ得るディレイｔＬＩＭを含み得る（または必要とする）。ディレイｔＬＩＭは、典型的に、実用的な実装におけるフィードフォアードリミッタに対し、１ミリ秒より長い。このディレイは、信号ｙ［ｎ］が、結果する電流信号ｉＩＮ［ｎ］の後にフィルタ３３１に到達するため、適応フィルタ３３１の適応挙動に不利な影響を及ぼし得る。これを避けるために、ディレイライン３３４（ディレイΔｔ3ｔＬＩＭ−ｔＨ）は、適応フィルタにより受信された電流感知信号ｉＩＮ［ｎ］を遅延するように、電流センサ５０と、適応フィルタ３３１との間に含まれなければならない。それぞれのディレイは、少なくとも、リミッタディレイｔＬＩＭとシステムＨ［ｚ］デッドタイムｔＨとの差より大きい。
【００２１】
出力信号ｙ［ｎ］は、適応フィルタに供給されるように利用されるべきであることは注意に値する（二乗された後に、図４参照）。また、論理的には、入力信号ｘ［ｎ］が代わりに同じ目的のために利用され得る。しかし、後者の場合、結果する適応フィルタは、リミッタゲインＧＬＩＭ［ｎ］の変更に応答して恒久的に再スケール変更されるのに対し、収束すると、適応フィルタ３３１の係数は、信号ｙ［ｎ］を入力として取る場合ほぼ一定にとどまる。現在のリミッタゲイン値ＧＬＩＭ［ｎ］が代わりにゲイン算定ユニット３２で考慮され得る。
【００２２】
現実世界の音声システムは、典型的に１つより多く、少なくとも２つの出力信号ｙ［ｎ］を有する。以下では、各チャンネルの出力信号は、指標ＣＨ１、ＣＨ２など、すなわちｙＣＨ１［ｎ］、ｙＣＨ２［ｎ］、〜、ｙＣＨＮ［ｎ］で指標付けされる。出力信号ｙＣＨ１［ｎ］、ｙＣＨ２［ｎ］、〜、ｙＣＨＮ［ｎ］は、それぞれ音声増幅器の総電流消費ｉＩＮ［ｎ］に寄与する。図５は、多チャンネルの場合においての予測される入力電流信号ｉＩＮ’［ｎ＋１］の推測を描写する。各チャンネルの寄与を取り入れるために、各出力信号は二乗され（図４および５のユニット３３３を参照）、二乗された信号は、全出力チャンネルの出力信号の重ね合せを表す和信号ｙＳＵＭ［ｎ］を形成するように加算される。信号を二乗するのではなく、上述されたように信号の絶対値が取られ得る。和信号ｙＳＵＭ［ｎ］は、図３および図４の例の信号ｙ［ｎ］と実質上同じ手段で処理される。和信号ｙＳＵＭ［ｎ］およびｘＳＵＭ［ｎ］は、重み付けされた和を表し得る。特に、チャンネルに接続されたスピーカーが同じインピーダンスを有さない場合、個別の信号ｙＣＨ１［ｎ］、ｙＣＨ２［ｎ］、〜、ｙＣＨＮ［ｎ］（またはｘＣＨ１［ｎ］、ｘＣＨ２［ｎ］、〜、ｘＣＨＮ［ｎ］）は、それぞれの和信号を算定する前に対応するスピーカーのインピーダンスに従って重み付けされなければならない。重み付けの詳細は、図７への参照と共に以下でさらに説明される。
【００２３】
信号ｙＳＵＭ［ｎ］は、ＦＩＲフィルタユニットおよび適応ユニットにより構成される適応フィルタ３３１に供給され、適応ユニットは、フィルタ伝達関数Ｈ’［ｚ］を表す更新されたフィルタ係数ｈ’ｋ［ｎ］を反復的に算定する。この目的のため、適応ユニットは、信号ｙＳＵＭ［ｎ］、および適応フィルタの出力（すなわち推定）と、実際の電流信号ｉＩＮ［ｎ］との差を表すエラー信号ｅ［ｎ］を受信する。反復算定は、例えば最小二乗平均アルゴリズム（ＬＭＳアルゴリズム）のような周知の適応アルゴリズムに従ってなされる。適応フィルタ係数ｈｋ［ｎ］のコピーは、全チャンネルの（例えば二乗された）入力信号ｘ［ｎ］の重ね合せを表す和信号ｘＳＵＭ［ｎ］をフィルタリングするためにフィルタユニット３３２で使用される。図５に示されるディレイユニット３３４は、オプション的であり、適応フィルタにより「エミュレートされる」伝達特性Ｈ［ｚ］のデッドタイムを取り入れるために提供され得る。デッドタイムは、ディレイユニット３３５に組み込まれ得、これは適応フィルタ３３１のより効率的な使用を可能にする。
【００２４】
図６は、図５の例の代替を描写する。図６のリミッタ制御ユニット３３では、和信号ｘＳＵＭ［ｎ］ではなく、ディレイのない和信号ｙＳＵＭ［ｎ］が、電流推定ｉＩＮ［ｎ＋１］を算定するためにフィルタ３３２に与えられる。この例に関して、上述されたディレイユニット３３５（ｎｄｅｌａｙサンプルのディレイ）が必要とされることと、ディレイされた信号ｙＳＵＭ（ｎ−ｎｄｅｌａｙ）は、適応フィルタ３３１に提供されるのに対し、ディレイのない信号ｙＳＵＭ［ｎ］は、電流推定ｉＩＮ’［ｎ＋１］を算定するためにフィルタユニット３３２に提供されることとに留意することが重要である。注意すべきは、図５の例により提供される電流推定ｉＩＮ’［ｎ＋１］は、図６の例により提供される電流推定ｉＩＮ’［ｎ＋１］に比べ、ＧＬＩＭ［ｎ］のファクターによりスケール変更されていることである。しかし、このスケール変更は、リミッタゲイン算定において考慮され得、そのため問題ではない。
【００２５】
図７は、図５および６の例で描写されるように、出力信号ｙＣＨ１［ｎ］、〜、ｙＣＨＮ［ｎ］を１つの和信号ｙＳＵＭ［ｎ］に組み合わせることの向上された例を描写する。図７に従って、出力信号ｙＣＨ１［ｎ］、〜、ｙＣＨＮ［ｎ］は、それぞれ１つずつ二乗され（または、他の手段により正値信号に変換され）、次に対応する重み付けファクターｃ１、ｃ２、〜、ｃＮにより重み付けされる（すなわち掛け算される）。あるいは、重み付けは、二乗操作の前に、ｓｑｒｔ（ｃ１）（またはｓｑｒｔ（ｃ２）など）のファクターでなされ得る。重み付けファクターｃ１、ｃ２、〜、ｃＮは、異なる音声チャンネルに接続された異なるインピーダンスを有するスピーカーに対して補正するように算定される。例えば、４オームスピーカーを供給する音声チャンネルは、同じ出力信号ｙ１［ｎ］、ｙ２［ｎ］を供給される場合、８オームスピーカーを供給するチャンネルより２倍の出力電流を供給しなければならない。その結果、第一のチャンネルに対する重み付けファクターｃ１は、この例において、第二のチャンネルに対する重み付けファクターの２倍に等しい。スピーカーのインピーダンスは、操作中に有意に変化しないため、重み付けファクターｃ１、ｃ２、〜、ｃＮは、定数として考慮され得る。さらに高度な実装では、重み付けファクターは、周波数依存であり得る（すなわち、異なる重み付けファクターｃ１ｋ、ｃ２ｋ、〜、ｃＮｋが、出力信号ｙＣＨ１［ｎ］、〜、ｙＣＨＮ［ｎ］の異なるスペクトル範囲（スペクトル線ｋ）に対して使用される）。これにより、周波数依存の重み付けファクターは、それぞれのスピーカーの周波数依存のインピーダンスを表し得る。図５の例では、入力信号ｘ１［ｎ］、ｘ２［ｎ］、〜、ｘＮ［ｎ］は、対応する和信号ｘＳＵＭ［ｎ］を形成するように、出力信号と同じ手段（図７参照）で処理され得る。
【００２６】
効率的な実装のために、適応フィルタは、周知の重畳保留法に連結する高速フーリエアルゴリズムを使用して周波数ドメインで実現され得る（Ｏｐｐｅｎｈｅｉｍ−Ｓｃｈａｆｅｒ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｔｉｍｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ，１９９９の８．７．３章Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｔｉｍｅ−Ｉｎｖａｒｉａｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｕｓｉｎｇ  ＤＦＴ参照）。さらに、ＦＩＲフィルタ３３２（図４参照）のさらに演算効率の良い実装を可能にするために、ＦＩＲ伝達関数Ｈ［ｚ］は、ＬＰＣ分析を使用する、さらに演算効率の良い無限インパルス応答（ＩＩＲ）に変換され得（従って近づけられ得）、ＬＰＣ分析は、Ｌｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎ帰納法を使用して効率的に実装され得る。そのため、結果するＩＩＲフィルタの位相応答は本出願に関連しないため、推定された（ＦＩＲ）伝達関数Ｈ’［ｚ］の最小位相コンポーネントのみが、対応するＩＩＲフィルタＨ’’［ｚ］の変換のために考慮されなければならない。この特徴は、図８に描写されるリミッタ制御器３３に含まれ、ＩＩＲフィルタは、同様な周波数応答を示すＦＩＲフィルタより実質的に少ない係数を必要とするために、低減された演算の複雑さという利点を伴う。
【００２７】
図８の例に含まれるリミッタ３０は、それぞれのリミッタゲイン算定ユニット３２が、周波数依存リミッタゲインＧＬＩＭ，Ｋ［ｎ］を算定するように構成されることにより図３または４の例に描写されるリミッタと異なり、下付き文字ｋはそれぞれの周波数帯（または信号が離散時間および離散周波数信号として処理されるために、離散する「スペクトル線」）を示す。この周波数依存リミッタゲインＧＬＩＭ，Ｋ［ｎ］は、他のコンポーネントのゲインより入力信号ｘ［ｎ］の一部のスペクトルコンポーネントのゲインを低減することを可能にする。ベース周波数帯（例えば、１８０Ｈｚより低い周波数）に関連するリミッタゲインの低減は、トレブル周波数帯（例えば１ｋＨｚより高い）に関連するリミッタゲインの低減よりも、より大きな電流消費におけるインパクトを有する。
【００２８】
本発明のさらなる例に従って、周波数依存リミッタゲインＧＬＩＭ，Ｋ［ｎ］は、適応フィルタ３３１により推定された周波数応答Ｈ［ｚ］の逆数の（オプション的にスケールされた）周波数特性に（少なくともほぼ）マッチする周波数特性を示す。上記されたように推定されたＦＩＲフィルタをＩＩＲフィルタに「簡潔化」するためにＬｅｖｉｎｓｏｎ−Ｄｕｒｂｉｎ帰納法を使用する場合、逆数は、ＩＩＲフィルタＨ’’［ｚ］（フィルタ３３２）の伝達関数の分子と分母を入れ替えることにより容易に得られ得る。しかし推定されたＦＩＲフィルタの上述された「簡潔化」は、周波数依存リミッタゲインＧＬＩＭ，Ｋ［ｎ］を実装するために必要ではない。リミッタゲイン算定ユニット３２は、周波数依存リミッタゲインＧＬＩＭ，Ｋ［ｎ］を算定するために異なる方策を使用し得る。さらに、異なるリミッタ閾値ｉＭＡＸ，ｋがそれぞれ周波数帯（スペクトル線）に対して提供され得、典型的に、低周波数の減衰は、高周波数の減衰よりも電流消費においてより大きなインパクトを有する。しかし、低周波数のみを減衰する場合、感知される音の大きさは、図３もしくは４の例のように広帯域で減衰が使用される場合ほど減少しない。
【００２９】
複数の音声チャンネルの場合、和信号ｙＳＵＭ［ｎ］は、音声増幅器の総電流消費ｉＩＮ［ｎ］に寄与する全ての出力信号ｙＣＨ１［ｎ］、ｙＣＨ２［ｎ］、〜、ｙＣＨＮ［ｎ］から形成される。結果する和信号は、図５および６の例のＳＩＳＯシステム（単入力単出力システム）である適応フィルタ３３１に与えられる。しかし、出力信号を加算することへの代替として多次元適応フィルタ（すなわちＭＩＳＯシステム、多入力単出力システム）が使用され得る。多次元適応フィルタは、出力電流ベクトル（信号ｙＣＨ１［ｎ］、ｙＣＨ２［ｎ］、〜、ｙＣＨＮ［ｎ］）から結果する入力電流消費ｉＩＮ［ｎ］（あるいは出力電流消費）への伝達特性を表す伝達ベクトルを推定するために使用され得る。しかし、実用的な実装においては、図５および６の例で充分であり、実装することがより簡単であると思われる。
【００３０】
本発明を実現するための様々な例が開示されたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく本発明のいくつかの利点を達成する様々な変更および改変がなされ得ることが当業者に認識される。同じ機能を実行する他のコンポーネントが適切に代入され得ることは当業者に明白である。このような発明的概念への改変は、添付の特許請求により取り扱われることが意図される。さらに本発明の範囲は自動車用途に制限されず、任意の他の環境（例えばホームシネマもしくは同様の消費者向け用途と、また映画館およびコンサートホールもしくは同様のもの）で適用され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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