(57)【要約】【課題】本発明は、増幅器の温度上昇を抑えつつ大音量の音声信号に対応可能な音声信号増幅装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明の音声信号増幅装置は、音声信号の振幅のピーク値を検出するピーク振幅レベル検出部６と、音声信号の平均電力を検出する平均電力レベル検出部７と、音声信号を増幅する音声出力アンプ３と、音声出力アンプ３に電源電圧を印加する電圧可変電源回路５と、ピーク振幅レベル検出部６から取得したピーク値と平均電力レベル検出部７から取得した平均電力とに基づき電源電圧を制御するマイコン８とを備える。【選択図】図１
2013219709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号の振幅のピーク値を検出するピーク振幅レベル検出部と、
前記音声信号の平均電力を検出する平均電力レベル検出部と、
前記音声信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路に電源電圧を印加する電源回路と、
前記ピーク振幅レベル検出部から取得した前記ピーク値と前記平均電力レベル検出部から取得した前記平均電力とに基づき前記電源電圧を制御する電源電圧制御部とを備える、
音声信号増幅装置。
【請求項２】
前記電源電圧制御部は、前記平均電力レベル検出部から取得した前記平均電力レベルに基づく第１の電圧と、前記ピーク振幅レベル検出部から取得した前記ピーク値に基づく第２の電圧のうち、低い方を前記電源電圧とする、
請求項１に記載の音声信号増幅装置。
【請求項３】
前記電源電圧制御部は、前記平均電力が定格音声出力電力未満である場合に、前記増幅回路の最大定格電圧または前記増幅回路の出力を受けるスピーカーの最大定格を超えない範囲で、前記第１の電圧を高く設定する、
請求項２に記載の音声信号増幅装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の音声信号増幅装置を備える、
テレビジョン受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音声信号増幅装置及びこれを備えたテレビジョン受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今の音声信号増幅装置は、回路構成がアナログＩＣからデジタルＩＣになって電力効率が大幅に改善された。しかし、製品の小型化や部品の実装密度の高集積化により、大音量出力時の電力ロスによる発熱は依然として無視できない問題となっている。
【０００３】
これに対し、特許文献１は、ＰＷＭ変調方式で動作するデジタルアンプＩＣ（音声信号増幅装置）において、スイッチング回数を減らすことにより電力効率を改善することを提案している。
【０００４】
また、特許文献２には、過剰温度を検出すると音声増幅器に対する入力信号の振幅を小さくすることにより、温度上昇を少なくする技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３の音声信号増幅装置は、過剰温度を検出するとゲインを連続的に低下させることによって、違和感無く温度上昇を抑制している。
【０００６】
これらの音声信号増幅装置は、製品として規定された定格音声出力電力を得るために、常に一定の電源電圧の下で駆動するものであった。しかし、小音量出力時にも大音量出力時と同じ高い電圧で電源供給を行うと、電力効率が悪くなり無駄な消費電力が発生する。
【０００７】
これに対して特許文献４では、入力音声信号の振幅を検出し、その検出レベルや音量操作に応じ、デジタルアンプのスイッチング素子のデッドタイムおよび電源電圧を調整して、貫通電流による発熱を改善する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４８１８９００号公報
【特許文献２】特開平１−５４８０２号公報
【特許文献３】特開２００８−２３６６２１号公報
【特許文献４】国際公開第２０１１−００１５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
信頼性や製品寿命を考慮すると、音声信号増幅装置は発熱を抑えて低い温度で使用することが望ましいのは言うまでも無い。しかし、音声アンプのデバイスの小型化や製品の小型化による部品配置上の制約によって、音声アンプに放熱板を取り付けることが困難になっている。
【００１０】
テレビ受像機におけるスピーカー音声出力の定格は、正弦波の連続音で歪率が１０％になるときの実効値電力により規定される。連続音による基板や部品の温度上昇は大きく、音声信号増幅装置の電力効率を一般的に９０％程度とすると、放熱板を使用しない基板放熱のみでは、定格電力として１０Ｗ＋１０Ｗ程度が限界である。
【００１１】
しかし、音楽のような間欠的な音を出力する場合には、温度上昇は連続音より低くなるため、電源電圧を更に高くして瞬間的に大きな音を出力しても、基板や部品の温度には余裕がある。発熱を抑えるためには電源電圧を下げて電力効率を良くし消費電力を抑えるようにすることが理想的であるが、音楽のような間欠的な音で大きなミュージックパワーで臨場感が必要なときには、電源電圧を上げて必要な音声出力電力が得られるようにする必要がある。
【００１２】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、増幅器の温度上昇を抑えつつ大音量の音声信号に対応する音声信号増幅装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の音声信号増幅装置は、音声信号の振幅のピーク値を検出するピーク振幅レベル検出部と、音声信号の平均電力を検出する平均電力レベル検出部と、音声信号を増幅する増幅回路と、増幅回路に電源電圧を印加する電源回路と、ピーク振幅レベル検出部から取得したピーク値と平均電力レベル検出部から取得した平均電力とに基づき電源電圧を制御する電源電圧制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の音声信号増幅装置は、音声信号の振幅のピーク値を検出するピーク振幅レベル検出部と、音声信号の平均電力を検出する平均電力レベル検出部と、音声信号を増幅する増幅回路と、増幅回路に電源電圧を印加する電源回路と、ピーク振幅レベル検出部から取得したピーク値と平均電力レベル検出部から取得した平均電力とに基づき電源電圧を制御する電源電圧制御部とを備える。音声信号の平均電力が定格電力未満の場合には、ピーク振幅レベルに応じて定格電圧を超える電源電圧を許容することにより、増幅器の温度上昇を抑えつつ大音量の音声信号に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１に係る音声出力装置の構成を示すブロック図である。
【図２】音量コントロール部の音量コントロール量と音声出力アンプの出力を対比して示す図である。
【図３】音声出力アンプの電源電圧と電力効率を示す図である。
【図４】マイコンの動作を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態２に係るテレビジョン受信機の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜Ａ．実施の形態１＞
＜Ａ−１．構成＞
図１は、実施の形態１に係る音声信号増幅装置１０の構成を示すブロック図である。音声信号増幅装置１０は、音声信号を増幅してラウドスピーカー４に出力する装置である。音声信号増幅装置１０は、音声信号が入力される音声入力部１の他、音量コントロール部２と、遅延回路９と、音声出力アンプ３と、マイコン８を備えている。音量コントロール部２は、音声入力部１に入力された音声信号の音量を調整する。ここでは、ユーザーが設定した音量設定量をマイコン８から取得し、当該音量設定量に基づき音量を調整する。遅延回路９は、音量コントロール部２で音量調整された音声信号を所定の時間だけ遅延させる。遅延回路９で遅延された音声信号は音声出力アンプ３で増幅され、ラウドスピーカー４から音声として出力される。
【００１７】
さらに、音声信号増幅装置１０は、音声出力アンプに電源を供給する電圧可変電源回路５と、ピーク振幅レベル検出部６と、平均電力レベル検出部７を備える。ピーク振幅レベル検出部６は、音量コントロール部２で音量調整された音声信号のピーク振幅レベルを検出する。平均電力レベル検出部７は、音量コントロール部２で音量調整された音声信号の所定時間の平均電力を検出する。マイコン８は、ピーク振幅レベル検出部６と平均電力レベル検出部７から夫々の検出結果を取得し、これらに基づき電圧可変電源回路５の出力電圧を制御する。
【００１８】
音声入力部１、音量コントロール部２、遅延回路９、ピーク振幅レベル検出部６、平均電力レベル検出部７は、音声ＤＳＰにより実現される。
【００１９】
＜Ａ−２．動作＞
音声入力部１には、例えばテレビチューナーや録画再生装置等からの音声信号が入力される。音声信号の最大振幅は、アナログ信号２Ｖｒｍｓでデジタル信号０ｄＢＦＳ（フルスケール）とする。音声入力部１でフィルタリングなど所定の信号処理を行った音声信号は、音量コントロール部２に送出される。
【００２０】
音量コントロール部２では、入力された音声信号の音量をマイコン８から取得した音量設定値に従い調整する。音量設定値は、図示しない操作手段によりユーザーが入力した音量調整情報により設定された値である。音量コントロール部２は、音量を最大に設定したときに内部の増幅度が０ｄＢで、音量を下げるに従い減衰量が大きくなるようにして音量調整を行う。
【００２１】
音量コントロール部２で音量を調整された音声信号は、遅延回路９で所定の時間だけ遅延させられる。その後、音声信号は音声出力アンプ３により一定の増幅率で増幅され、ラウドスピーカー４から音声として外部に出力される。ここで音声出力アンプ３は、ゲインが２４ｄＢ（振幅１６倍）と増幅率が固定である。最近の一般的なデジタルアンプは電力効率が最大９０％程度であり、こうしたデジタルアンプを音声出力アンプ３として用いるが、電源電圧を最適にして電力効率を最も良くした場合であっても、１対のラウドスピーカー４から１０Ｗ＋１０Ｗのステレオ出力を行うと、２Ｗ程度が音声出力アンプ３で電力ロスとなって発熱する。
【００２２】
図２は、音量コントロール部２における音量コントロール量と音声出力アンプ３の出力を対比して示す図である。この図には、音声入力部１に２Ｖｒｍｓ＝０ｄＢＦＳの音声信号を入力したときの、音量コントロール部２の減衰量Ｇｃ（ｄＢ）と、音声出力アンプ３における出力信号の利得（ｄＢＦＳ）、出力電圧の実効値（Ｖｒｍｓ）、ピーク値（Ｖｐｐ）、ラウドスピーカー４の出力電力（Ｗ）を示している。また、所望の出力電力を得るために必要な、音声出力アンプ３の電源電圧の一例を併せて示している。なお、ラウドスピーカー４の入力インピーダンスは８Ωとする。音量コントロール部２の減衰量Ｇｃを−１１ｄＢとしたときにラウドスピーカー４の出力電力が約１０Ｗ＋１０Ｗとなり、同様に−８ｄＢとしたときに約２０Ｗ＋２０Ｗが得られ、−２１ｄＢとしたときに１Ｗ＋１Ｗが得られることが分かる。なお、音声出力波形は電源電圧でクリップされて歪むため、図２中、斜体で示している数値は実際の出力ではない。
【００２３】
図３は、横軸がラウドスピーカー４の出力電力（Ｗ）、縦軸が電力効率（％）を示しており、音声出力アンプの電源電圧ＶＤＤ＝１３Ｖのときと、ＶＤＤ＝２０Ｖのときの特性を示している。１０Ｗの出力をラウドスピーカー４から得る場合、電源電圧ＶＤＤを２０Ｖよりも１３Ｖとする方が電力効率を良くすることができる。ラウドスピーカー４の音声出力が同じであれば、電源電圧ＶＤＤを低くする方が電力効率を良くすることができる。
【００２４】
ピーク振幅レベル検出部６は、音量コントロール部２で音量調整された音声信号のピーク振幅レベルを常に検出している。ピーク振幅レベル検出値はマイコン８に送信され、マイコン８は内部に保持する図示しない対比表に基づいて、ピーク振幅レベル検出値に対応する第２の電圧Ｖ２を取得する。ここでＶ２は、ピーク振幅レベルが小さいほど小さく、ピーク振幅レベルが大きいほど大きくなるように設定される。
【００２５】
音声ＤＳＰは数ｍｓの期間のピーク値を保持し、その値を数ｍｓ間隔でマイコン８に出力し、マイコン８でピーク値を第２の電圧Ｖ２に変換する。あるいは、音声ＤＳＰで第２の電圧Ｖ２に変換するまでの処理を行い、Ｖ２をマイコン８に出力しても良い。また、音声ＤＳＰとマイコン８でやり取りするデータは、ピーク値や第２の電圧Ｖ２以外の相対的なデータであっても良い。
【００２６】
平均電力レベル検出部７は、音量コントロール部２で音量調整された音声信号の振幅を２乗して、一定時間の平均電力を演算する。平均電力の演算結果はマイコン８に送信される。マイコン８は内部に保持する図示しない対比表に基づいて、平均電力レベル検出部７から入力された平均電力の演算結果に対応する第１の電圧Ｖ１を取得する。なお、平均電力量の演算値から第１の電圧Ｖ１に変換する処理は、音声ＤＳＰとマイコン８のいずれが行っても良い。
【００２７】
マイコン８は、音声信号の平均電力に基づき定められた第１の電圧Ｖ１と、ピーク値に基づき定められた第２の電圧Ｖ２から、制御信号を生成して電圧可変電源回路５に出力し、電圧可変電源回路５の出力電圧を制御する。
【００２８】
以上のマイコン８の動作を、図４にフローチャートで示す。まず、平均電力レベル検出部７から、入力音声信号の時間平均電力Ｐａｖｅを読み込み（ステップＳ１）、Ｐａｖｅに応じた第１の電圧Ｖ１を設定する（ステップＳ２）。次に、Ｐａｖｅを定格出力電力Ｐｔｙｐ＝１０（Ｗ）と比較する（ステップＳ３）。Ｐａｖｅ＞Ｐｔｙｐであるときは、Ｐａｖｅに対応して求められる第１の電圧Ｖ１をＶｔｙｐと比較する（ステップＳ４）。ここでＶｔｙｐは、定格音声出力が得られる電源電圧である。Ｖ１＞Ｖｔｙｐであるときは、Ｖ１を時間をかけて電圧可変量ΔＶだけ下げ（Ｖ１＝Ｖ１−ΔＶ、ステップＳ５）、ステップＳ８へ進む。Ｖ１≦Ｖｔｙｐの場合は、Ｖ１を変更せずステップＳ８へ進む。
【００２９】
ステップＳ３で時間平均電力Ｐａｖｅが定格出力電力Ｐｔｙｐ以下である場合は、Ｐａｖｅに対応して求められる第１の電圧Ｖ１をＶｍａｘと比較する（ステップＳ６）。ここでＶｍａｘは、音声出力アンプ３の最大定格電圧またはラウドスピーカー４の最大定格を超えない電源電圧である。Ｖ１＜Ｖｍａｘであれば、Ｖ１を時間をかけて電圧可変量ΔＶだけ増加させ（Ｖ１＝Ｖ１＋ΔＶ、ステップＳ７）、ステップＳ８へ進む。Ｖ１≧Ｖｍａｘの場合は、Ｖ１を変更せずステップＳ８へ進む。こうして第１の電圧Ｖ１はステップＳ５，７により、定格出力電力１０（Ｗ）が得られる定格電圧１３Ｖから、音声出力アンプ３の最大電圧またはラウドスピーカー４の最大定格を超えない電源電圧２０Ｖの間の電圧になる。
【００３０】
次に、マイコン８はピーク振幅レベル検出部６から入力音声信号のピーク振幅レベルＶｐｅａｋを読み込む（ステップＳ８）。そして、Ｖｐｅａｋに応じて第２の電圧Ｖ２を設定する（ステップＳ９）。ここでＶ２は、音声出力アンプ３の定格電源の下限５Ｖから上限２０Ｖの間の電圧となる。その後、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２を比較する（ステップＳ１０）。Ｖ１＞Ｖ２であれば、電源電圧ＶｏｕｔをＶ１と決定とし（ステップＳ１１）、Ｖ１≦Ｖ２であれば、電源電圧ＶｏｕｔをＶ２と決定する（ステップＳ１２）。
【００３１】
マイコン８は、電圧可変電源回路５に制御信号を出力して、電圧可変電源回路５の出力電圧が、ステップＳ１１，１２で決定した電源電圧Ｖ１，Ｖ２となるようにするが、その間の時間差を考慮して、遅延回路９は音量コントロール部２からの音声信号を数ｍｓ遅延させて、音声出力アンプ３に出力する（ステップＳ１３）。
【００３２】
＜Ａ−３．効果＞
本実施の形態に係る音声信号増幅装置１０は、音声信号の振幅のピーク値を検出するピーク振幅レベル検出部６と、音声信号の平均電力を検出する平均電力レベル検出部７と、音声信号を増幅する音声出力アンプ３（増幅回路）と、増幅回路に電源電圧を印加する電源回路５と、ピーク振幅レベル検出部から取得したピーク値と平均電力レベル検出部から取得した平均電力とに基づき電源電圧を制御するマイコン８（電源電圧制御部）とを備える。音声信号のピーク値が小さいときには電源電圧を高く、ピーク値が大きいときには電源電圧を低く変化させることにより、電力効率を高めることができる。また、平均電力が定格電力以下である場合には、定格電圧以上の電源電圧を許容することにより、増幅回路の温度上昇を抑えながら、大音量の音声信号にも対応することができる。
【００３３】
また、マイコン８（電源電圧制御部）は、平均電力レベル検出部７から取得した平均電力レベルに基づく第１の電圧Ｖ１と、ピーク振幅レベル検出部６から取得したピーク値に基づく第２の電圧Ｖ２のうち、低い方を電源電圧とするので、音声信号のピーク値が小さいときには電源電圧を高く、ピーク値が大きいときには電源電圧を低く変化させることにより、電力効率を高めることができる。また、平均電力が定格電力以下である場合には、定格電圧以上の電源電圧を許容することにより、増幅回路の温度上昇を抑えながら、大音量の音声信号に対応することができる。
【００３４】
また、マイコン８（電源電圧制御部）は、平均電力Ｐａｖｅが定格音声出力電力Ｐｔｙｐ未満である場合に、音声出力アンプ３（増幅回路）の最大定格電圧または増幅回路の出力を受けるラウドスピーカー４の最大定格を超えない範囲で、第１の電圧Ｖ１を高く設定するので、音声信号のピーク値が小さいときには電源電圧を高く、ピーク値が大きいときには電源電圧を低く変化させることにより、電力効率を高めることができる。また、平均電力が定格電力以下である場合には、定格電圧以上の電源電圧を許容することにより、増幅回路の温度上昇を抑えながら、大音量の音声信号に対応することができる。
【００３５】
＜Ｂ．実施の形態２＞
＜Ｂ−１．構成、動作＞
図５は、実施の形態１に係る音声信号増幅装置１０を内蔵する、実施の形態２に係るテレビジョン受信機２０の構成を示すブロック図である。テレビジョン受信機２０は、外部入力部１１、チューナー部１２、映像音声入力切替部１３、映像信号処理部１４、ディスプレイ部１５、音声ＤＳＰ／音声出力アンプ部１６、ラウドスピーカー４、及び電源部１８を備えている。
【００３６】
音声ＤＳＰ／音声出力アンプ部１６と、マイコン８と、電圧可変電源回路５により音声信号増幅装置１０が構成されている。図１における音声入力部１、音声コントロール部２、遅延回路９、ピーク振幅レベル検出部６、平均電力レベル検出部７、及び音声出力アンプ３を、図２ではまとめて音声ＤＳＰ／音声出力アンプ部１６として示している。
【００３７】
外部入力部１１は、ＨＤＭＩ入力やネットワーク入力、アナログ入力などの入力インタフェースである。チューナー部１２は、テレビ放送の受信部である。映像音声入力切替部１３は、外部入力部１１とチューナー部１２からの入力信号のいずれかを選択する。映像信号は映像信号処理部１４で所定の映像処理を施されて、ディスプレイ部１５で映像として表示される。
【００３８】
一方、映像音声入力切替部１３で選択した入力信号のうち音声信号は、音声信号増幅装置１０で増幅されて、ラウドスピーカー４から音声として出力される。音声信号増幅装置１０の動作は実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００３９】
操作部１７は、リモコンからの遠隔操作の受付部やテレビジョン受信機２０本体の操作キー等であり、操作部１７に入力された操作に基づき、マイコン８がテレビジョン受信機２０の各構成要素を制御している。
【００４０】
＜Ｂ−２．効果＞
本実施の形態のテレビジョン受信機２０は、実施の形態１に係る音声信号増幅装置１０を備える。音声信号のピーク値が小さいときには音声出力アンプ３の電源電圧を高く、ピーク値が大きいときには音声出力アンプ３の電源電圧を低く変化させることにより、電力効率を高めることができる。また、音声信号の平均電力が定格電力以下である場合には、定格電圧以上の電源電圧を音声出力アンプ３に許容することにより、音声出力アンプ３の温度上昇を抑えながら、大音量の音声信号にも対応することができる。
【００４１】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  音声入力部、２  音量コントロール部、３  音声出力アンプ、４  ラウドスピーカー、５  電圧可変電源回路、６  ピーク振幅レベル検出部、７  平均電力レベル検出部、８  マイコン、１０  音声信号増幅装置、１１  外部入力部、１２  チューナー部、１３  映像音声入力切替部、１４  映像信号処理部、１５  ディスプレイ部、１６  音声ＤＳＰ／音声出力アンプ部、１７  操作部、１８  電源部、２０  テレビジョン受信機。
【図１】
2013219709.tif 000003
【図２】
2013219709.tif 000004
【図３】
2013219709.tif 000005
【図４】
2013219709.tif 000006
【図５】
2013219709.tif 000007