(57)【要約】【課題】電池駆動のオーディオ装置において、電池残量の低下や負荷電流の増大に伴う電池電圧の低下に応じて、デジタル信号処理により音圧レベルのクリップレベルを調整することが可能なオーディオ装置を提供すること。【解決手段】電池１０により駆動されるオーディオ装置１において、ＣＰＵ３０は、電池１０から出力される電池電圧ＶＢの低下に応じて、ＤＳＰ４０に対して、音圧レベルをクリップするクリップレベルを減じる設定を行う。ＤＳＰ４０は、入力オーディオ信号ＡＩＮに対してＣＰＵ３０から指令されたクリップレベルの調整をデジタル信号処理により行う。音圧レベルがクリップされた最大音圧レベルにおいて負荷電流を抑制することができ、最大音圧レベルでの電池電圧の低下が防止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池により駆動されるオーディオ装置であって、
入力されるオーディオ信号に対してデジタル信号処理を施すＤＳＰと、
前記電池から出力される電池電圧の低下に応じて、前記ＤＳＰに対して、音圧レベルをクリップするクリップレベルを減じる設定を行う制御部とを備えることを特徴とするオーディオ装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記電池電圧を第１基準電圧と比較する第１比較手段を備え、
前記第１比較手段により前記電池電圧が前記第１基準電圧を下回ることが検出されるごとに、前記クリップレベルを既設定のレベルから所定レベルを減じたレベルに設定することを特徴とする請求項１に記載のオーディオ装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記電池電圧を前記第１基準電圧より高電圧の第２基準電圧と比較する第２比較手段を備え、
前記第２比較手段により前記電池電圧が前記第２基準電圧を上回ることを検出することに応じて、前記クリップレベルを直前に減じた前記所定レベルを加え戻したレベルに戻すことを特徴とする請求項２に記載のオーディオ装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記電池電圧を前記第１基準電圧より低電圧の第３基準電圧と比較する第３比較手段を備え、
前記第３比較手段により前記電池電圧が前記第３基準電圧を下回ることを検出することに応じて、動作停止を指令することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のオーディオ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に開示の技術は、オーディオ装置に関し、電池による給電で駆動するオーディオ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電池駆動のオーディオアンプでは、電池残量（電池に蓄積されている電気エネルギー量）の変動に伴い出力される電池電圧が変動することを考慮する必要がある。オーディオアンプの使用に応じて電池の電気エネルギーが消費され、電池残量が減少して電池電圧が低下していくからである。また、電池は有限の出力抵抗を有しており、電池から取り出される電流に応じて電池電圧の電圧降下が生ずることが知られている。オーディオアンプにおいては、音圧レベルの大きな出力領域で音響出力を行う場合、スピーカに流れる負荷電流が増大する。この場合、負荷電流が電池から供給されることにより出力抵抗での電圧降下が大きくなり、電池電圧が低下することが知られている。
【０００３】
図３は、電池駆動のオーディオアンプ１０００の一般的な回路構成を示す回路ブロック図である。例えば３．０Ｖ〜４．２Ｖの範囲の使用電池電圧範囲が設定されている電池１０の電池電圧は、昇圧回路２０により昇圧されてアンプ５０に電源電圧を給電する（例えば、８Ｖ）。この場合、昇圧回路２０で昇圧された電圧は電圧制御回路１００により制御され電池電圧に応じて電圧値が制限される。例えば、電池電圧の低下に応じて、５Ｖ〜８Ｖの範囲に制限される。
【０００４】
一方、入力端子ＩＮから入力されるオーディオ信号は、ＣＰＵ３０により制御されるＤＳＰ４０を経てアンプ５０において増幅されスピーカ６０を駆動する。
【０００５】
オーディオアンプ１０００は、電圧制御回路１００によりアンプ５０の電源電圧を降圧して制限することにより、回路動作として音圧レベルがクリップされてアンプ５０から出力される。最大音圧レベルがクリップされたレベルに制限されることにより、スピーカ６０に流れる負荷電流が制限される。負荷電流が制限されることにより電池電圧が使用電池電圧範囲を下回ることを防止することができる。
【０００６】
尚、関連する先行技術文献として特許文献１などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３１１３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記背景技術に記載のオーディオアンプ１０００では、アンプ５０の電源電圧を電池電圧に応じて制限するために電圧制御回路１００を追加しなければならず、回路構成の複雑化と消費電流の増大を招来してしまい好ましくない。また、電圧制御回路１００によりアンプ５０の電源電圧を制限してアンプ５０から出力される音圧レベルをクリップする方法では、電源電圧の電圧値を可変にする必要がある。しかしながら、アンプ５０の電源電圧を可変にする方法で負荷電流の制御をきめ細かく行うことは難しく、電池残量に余裕を持たせた制御とせざるを得ない場合もある。電池残量を使い切らないうちに電源電圧の制限が下限に到達してしまい、オーディオアンプ１０００の動作を停止せざるを得ないなど、電池駆動のオーディオアンプ１０００において、電池残量を有効に使い切ることができない場合もあり問題である。
【０００９】
また、アンプ５０によっては、動作可能な電源電圧範囲が高いものもある。この場合には、電圧制御回路１００により制限することができる電圧の範囲が高い電圧範囲に制限されてしまう。クリップ可能なレベルが制限されてしまうため、電池電圧に応じた負荷電流の制御を十分に行うことができないといった問題がある。
【００１０】
本願は上記の課題に鑑み提案されたものであって、電池駆動のオーディオ装置において、電池残量の低下や負荷電流の増大に伴う電池電圧の低下に応じて、デジタル信号処理により音圧レベルのクリップレベルを調整することが可能なオーディオ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願に係るオーディオ装置は、電池により駆動されるオーディオ装置に係るものである。ＤＳＰおよび制御部を備える。ＤＳＰは、入力されるオーディオ信号に対してデジタル信号処理を施す。制御部は、電池から出力される電池電圧の低下に応じて、ＤＳＰに対して、音圧レベルをクリップするクリップレベルを減じる設定を行う。
【００１２】
電池残量の変動や電池から供給すべき負荷電流の変動による電池電圧の変動に応じて、制御部が音圧レベルをクリップするクリップレベルを設定する。ＤＳＰは、制御部が設定したクリップレベルをデジタル信号処理に基づいて調整する。
【００１３】
これにより、電池残量の減少に伴う電池電圧の低下や負荷電流の増大に伴う電池電圧の低下を検出することに応じて、音圧レベルをクリップするクリップレベルを減じて最大音圧レベルを低下させ、この時の負荷電流を低減することができる。一般的な技術において、クラシック音楽等の音圧レベルに幅のあるオーディオ信号を再生する場合、音圧レベルが小さな出力領域では、負荷電流が大きくならず十分な電池電圧で駆動することができる。一方、音圧レベルが大きな出力領域では、負荷電流が増大して電池電圧が低下してしまうことがある。この場合、電池電圧が所定電圧を下回ってしまえば、電池に残留している電気エネルギーを使い切れないまま、オーディオ装置はシャットダウンされ動作が停止してしまうこととなる。本発明では、電池電圧の低下を検出することに応じて音圧レベルをクリップするクリップレベルを減じる。これにより、音圧レベルがクリップされた最大音圧レベルにおいて負荷電流を抑制することができる。最大音圧レベルでの電池電圧の低下が防止される。電池に残留されている電気エネルギーを使い切れない状態でのオーディオ装置の不測のシャットダウンを防止することができる。オーディオ装置の連続稼働時間を延長することができる。
【００１４】
また、音圧レベルのクリップレベルの調整はＤＳＰのデジタル信号処理により行うことができる。ここで、ＤＳＰは、ボリューム調整、イコライズ調整、ミキシング調整など、オーディオ装置が有する通常の調整動作に必須の構成である。必須の構成であるＤＳＰを利用してクリップレベルの調整を行うことにより、クリップレベルの調整に専用の回路構成を追加する必要がない。専用回路の追加による回路構成の複雑化や消費電流の増大などを伴わずに音圧レベルのクリップレベルの調整を行うことができる。
【００１５】
更に、クリップレベルの調整はＤＳＰによるデジタル信号処理による調整であり、追加の回路構成に起因する制御上の制約などにより調整範囲などが制約されることはない。ＤＳＰのデジタル信号処理によりきめ細かい調整が可能である。
【００１６】
更に、本願に係るオーディオ装置において、制御部は、電池電圧を第１基準電圧と比較する第１比較手段を備え、第１比較手段により電池電圧が第１基準電圧を下回ることが検出されるごとに、クリップレベルを既設定のレベルから所定レベルを減じたレベルに設定する。第１比較手段により電池電圧の低下を検出することができる。第１基準電圧を、電池電圧の電圧値として使用電池電圧範囲の範囲内にはあるものの、負荷電流によっては電圧降下により使用電池電圧範囲の下限値を下回ってしまう可能性がある電圧値に設定する。電池残量の減少に伴い電池電圧が低下していく場合でも、電池電圧が第１基準電圧を下回ることが検出されるごとにクリップレベルを減じていくので、電池残量の減少に応じて最大音圧レベルを順次減じていくことができ、順次負荷電流を制限して、最大音圧レベルでの電池電圧の低下を抑制することができる。
【００１７】
更に、制御部は、電池電圧を前記第１基準電圧より高電圧の第２基準電圧と比較する第２比較手段を備え、第２比較手段により電池電圧が第２基準電圧を上回ることを検出することに応じて、クリップレベルを直前に減じた所定レベルを加え戻したレベルに戻す。クリップレベルを減じることにより負荷電流が減少するので、電池電圧の電圧値は回復する。電池電圧が第１基準電圧を越えて更に高電圧の第２基準電圧を上回るまで回復する場合には、クリップレベルを直前のクリップレベルに戻すことができる。電池電圧の回復に伴って、クリップレベルのより高いレベルに戻すことができ、クリップされない音圧レベルの範囲を広げて、より自然な音質での再生を行うことができる。
【００１８】
更に、制御部は、電池電圧を第１基準電圧より低電圧の第３基準電圧と比較する第３比較手段を備え、第３比較手段により電池電圧が第３基準電圧を下回ることを検出することに応じて、動作停止を指令する。これにより、クリップレベルを減じていっても電池電圧が第１基準電圧より更に低電圧の第３基準電圧を下回ってしまう場合には、オーディオ装置の駆動に必要な電池電圧を確保できないとしてオーディオ装置の動作を停止する。ここで、第３基準電圧とは、例えば、使用電池電圧範囲の下限電圧値である。
【発明の効果】
【００１９】
本願に係るオーディオ装置によれば、電池駆動のオーディオ装置において、電池残量の減少や負荷電流の増大に伴う電池電圧の低下に応じて、デジタル信号処理により出力される音圧レベルのクリップレベルを調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態のオーディオ装置１の回路ブロック図である。
【図２】クリップレベルの調整を行う際のフローチャートである。
【図３】従来技術のオーディオ装置の回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本願に係る実施形態のオーディオ装置１の回路ブロック図である。オーディオ装置１は電池１０を駆動源として動作する電池駆動の装置である。
【００２２】
電池１０から出力される電池電圧ＶＢは、電池残量に応じて低下する。電池電圧ＶＢとして使用可能な電圧範囲である使用電池電圧範囲が設定されている。例えば、３．０Ｖ〜４．２Ｖの電圧範囲である。電池電圧ＶＢは、昇圧回路２０により昇圧電圧ＶＵＰに昇圧される。昇圧電圧ＶＵＰはアンプ５０の電源電圧として給電される。電池電圧ＶＢを昇圧回路２０により昇圧するのは、経時や使用による電池残量の変動により電池電圧ＶＢが変動するためである。昇圧回路２０により電池電圧ＶＢの電圧値の変動に関わらず、所定電圧値（例えば、８Ｖ）の昇圧電圧ＶＵＰが出力されるので、アンプ５０の電源電圧として好都合である。尚、後述するＣＰＵ３０、ＤＳＰ４０の電源電圧としては、昇圧電圧ＶＵＰがそのまま給電することもでき、あるいは不図示の降圧電源回路により更に低電圧（例えば、３．３Ｖ、５．０Ｖなど）に降圧されたうえで給電される場合も考えられる。
【００２３】
電池電圧ＶＢは、ＣＰＵ３０のＡＤ変換ポート等のアナログ入力ポートに入力される。電池電圧ＶＢはＣＰＵ３０の内部でデジタル値に変換されたうえで、図２において後述する処理が実行される。この処理に設定されたクリップレベルが制御信号ＣＴＬによりＤＳＰ４０に発せられる。尚、制御信号ＣＴＬは、このほかにもＤＳＰ４０における各種の制御に必要な信号を含むデジタル信号である。
【００２４】
ＤＳＰ４０は、入力端子ＩＮから入力される入力オーディオ信号ＡＩＮに対してデジタル信号処理を施す。通常の信号処理として、入力オーディオ信号ＡＩＮに対してＣＰＵ３０からの制御信号ＣＴＬなどに応じて、ボリューム調整や、イコライズ調整・ミキシング調整などの音質調整が行われ、出力オーディオ信号ＤＡが出力される。
【００２５】
出力オーディオ信号ＤＡは、アンプ５０により増幅されて増幅オーディオ信号ＤＡＡとしてスピーカ６０に向けて出力される。
【００２６】
ここで、ＤＳＰ４０は、ＣＰＵ３０から出力される制御信号ＣＴＬにより、クリップレベルが指令される。指令されるクリップレベルは、図２のフローチャートにより後述される制御により電池電圧ＶＢの低下に応じてレベルが減じられて設定される。これにより、スピーカ６０から出力されるクリップされた最大音圧レベルは、クリップされていない状態での電圧値である８Ｖから順次低下した電圧値となる。例えば、スピーカ６０から出力される最大音圧レベルの振幅は、５Ｖ〜８Ｖの電圧値で制御されることとなる。
【００２７】
ＣＰＵ３０におけるクリップレベルの調整フローを図２に示す。オーディオ装置１に電源が投入され起動されると、ＣＰＵ３０はＡＤ変換ポートに入力される電池電圧ＶＢの電圧値を第１基準電圧Ｖ１と比較する。第１基準電圧Ｖ１は、例えば、電池電圧ＶＢが使用電池電圧範囲（３．０Ｖ〜４．２Ｖ）の下限に近い電圧値である。例えば、Ｖ１＝３．２Ｖである。
【００２８】
電池電圧ＶＢが第１基準電圧Ｖ１（３．２Ｖ）以上である間は（Ｓ１：ＮＯ）、比較動作を継続する。電池電圧ＶＢが第１基準電圧Ｖ１（３．２Ｖ）を下回ると（Ｓ１：ＹＥＳ）、音圧レベルのクリップレベルを所定レベル（例えば、１ｄＢ）減ずる設定を行う（Ｓ３）。これにより、最大音圧レベルが所定レベル減じられたクリップレベルとなり、負荷電流が低減される。その結果、電池１０の出力抵抗に負荷電流が流れることによる電圧降下が低減される。電池電圧ＶＢの低下が抑制され電圧値が回復して第１基準電圧Ｖ１（３．２Ｖ）から上昇する。
【００２９】
次に、電池電圧ＶＢの電圧値を第２基準電圧Ｖ２と比較する（Ｓ５）。ここで、第２基準電圧Ｖ２は第１基準電圧Ｖ１（３．２Ｖ）より高電圧の電圧値を有している。電池電圧ＶＢがステップ（Ｓ３）により所定レベルのクリップレベルの低減がなくとも音響出力を行える電圧値である。第１基準電圧Ｖ１に対してヒステリシスを有して設定された基準電圧である。例えば、Ｖ１＝３．２Ｖに対して若干高めの電圧値である３．４Ｖである（Ｖ２＝３．４Ｖ）。
【００３０】
電池電圧ＶＢが第２基準電圧Ｖ２（３．４Ｖ）を上回ると（Ｓ５：ＹＥＳ）、ステップ（Ｓ３）で減じたレベル分クリップレベルを加え戻す。具体的には、クリップレベルを１ｄＢ増大させる（Ｓ７）。ステップ（Ｓ３）でクリップレベルを減ずる前の状態に戻す。
【００３１】
逆に、電池電圧ＶＢが第２基準電圧Ｖ２（３．４Ｖ）以下である場合は（Ｓ５：ＮＯ）、更に、電池電圧ＶＢの電圧値を第３基準電圧Ｖ３と比較する（Ｓ９）。ここで、第３基準電圧Ｖ３は第１基準電圧Ｖ１（３．２Ｖ）より更に低電圧の電圧値を有している。ステップ（Ｓ３）によりクリップレベルを減じても電池電圧ＶＢが使用電池電圧範囲（３．０Ｖ〜４．２Ｖ）の電圧範囲に戻らない場合を示す。例えば、Ｖ３＝３．０Ｖである。
【００３２】
電池電圧ＶＢが第３基準電圧Ｖ３（３．０Ｖ）を下回ると（Ｓ９：ＹＥＳ）、ステップ（Ｓ３）でクリップレベルを減じたとしても電池電圧ＶＢが使用電池電圧範囲（３．０Ｖ〜４．２Ｖ）の電圧範囲に復帰しないと判断され、電池残量が不足しているものとして、オーディオ装置１の動作を停止する（Ｓ１１）。逆に、電池電圧ＶＢが第３基準電圧Ｖ３（３．０Ｖ）以上あると判断されれば（Ｓ９：ＮＯ）、電池電圧ＶＢが使用電池電圧範囲（３．０Ｖ〜４．２Ｖ）の電圧範囲にあると判断され、ステップ（Ｓ１）に戻って、電池電圧ＶＢの比較検出処理を継続する。
【００３３】
ここで、ＣＰＵ３０は制御部の一例である。また、図２のフローチャートにおいて、ステップ（Ｓ１）の処理が第１比較手段の一例であり、ステップ（Ｓ５）の処理が第２比較手段の一例であり、ステップ（Ｓ９）の処理が第３比較手段の一例である。
【００３４】
入力オーディオ信号ＡＩＮとしてクラシック音楽等のダイナミックレンジの広いオーディオ信号を例にとり本実施形態での作用効果を説明する。ダイナミックレンジの広いオーディオ信号では、音響出力中、音圧レベルが小さな期間と大きな期間とが混在する。音圧レベルの小さな場合には、アンプ５０によるスピーカ６０の駆動に伴う負荷電流が小さいため、電池電圧の低下も小さいものとなる。原音に沿った音響出力が得られる。
【００３５】
音圧レベルの大きな場合には、スピーカ６０の駆動に伴う負荷電流が大きいため、原音に沿った音響出力をそのまま出力すると、電池電圧の低下も大きなものとなる。音圧レベルの大きな音響が出力される時間が全出力期間の限られた時間であったとしても、その間に電池電圧ＶＢが使用電池電圧範囲（３．０Ｖ〜４．２Ｖ）を下回れば、オーディオ装置は電源不足などによりシャットダウンしてしまうことが考えられる。全出力期間のうちの一部の時間における電池電圧ＶＢの低下で装置がシャットダウンしてしまい、電池残量を有効に使い切ることができなくなる恐れがある。電池による連続稼働時間も短時間にならざるを得ない。
【００３６】
この点、本実施形態によれば、負荷電流による電池電圧ＶＢの低下が最も顕著な最大音圧レベルにおいて、電池電圧ＶＢの低下に応じてクリップレベルを減じて最大音圧レベルを低減する。これにより、最大音圧レベルでの負荷電流が低減されるため、負荷電流による電池電圧ＶＢの低下を抑制することができる。電池電圧の低下が最も顕著に表れる最大音圧レベルにおいて、電池電圧ＶＢを使用電池電圧範囲（３．０Ｖ〜４．２Ｖ）の電圧範囲に収めることができ、オーディオ装置１の動作を継続することができる。オーディオ装置１の連続稼働時間を延長することができる。
【００３７】
また、ＤＳＰ４０のデジタル信号処理によりクリップレベルの調整が行われる。ここで、ＤＳＰ４０は、通常の制御であるボリューム調整、イコライズ調整、ミキシング調整などを行うオーディオ装置１にとって必須の構成である。必須の構成であるＤＳＰ４０を利用してクリップレベルの調整を行うことができ、専用の回路構成を追加する必要がない。専用回路の追加による回路構成の複雑化や消費電流の増大などを伴わずに音圧レベルのクリップレベルの調整を行うことができる。
【００３８】
更に、クリップレベルの調整は、ＤＳＰ４０のデジタル信号処理により、きめ細かい調整が可能である。
【００３９】
また、ステップ（Ｓ１）により、電池電圧ＶＢを第１基準電圧Ｖ１（３．２Ｖ）と比較してクリップレベルを減じて、ステップ（Ｓ５）により、電池電圧ＶＢを第２基準電圧Ｖ２（３．４Ｖ）と比較してクリップレベルを元に戻す。これにより、負荷電流が最大になる最大音圧レベルにおいて、負荷電流を抑制して電池電圧ＶＢの低下を抑制する際に、クリップレベルの低減を必要最小限とすることができる。最大音圧レベルでの音質を維持しながら電池電圧ＶＢの低下を抑止することができる。
【００４０】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、実施形態では、ＣＰＵ３０とは別個にＤＳＰ４０を備える構成について説明したが、本願はこれに限定されるものではない。ＤＳＰ４０は備えず、ＤＳＰ４０の機能をＣＰＵ３０を備えて調整を行うことも可能である。
また、図２のフローチャートにおいて、ステップ（Ｓ９）はステップ（Ｓ１）、（Ｓ５）の後に行われるものとして記載したが、本願はこれに限定されるものではない。ステップ（Ｓ１）の判断の際、ステップ（Ｓ９）の処理も合わせて行うようにすることもできる。
また、実施形態では、クリップレベルの低減するレベルを１ｄＢとして説明したが、本願はこれに限定されるものではない。順次低減する際の低減幅は、１ｄＢ以外の幅であってもよく、また、クリップレベルの低減の段階ごとに低減幅を変更することも可能である。低減されるに従って、低減幅を大きく、あるいは小さく設定することも可能である。また、検出される電池電圧ＶＢの電圧値に応じて、クリップレベルの低減幅を調整することも可能である。すなわち、電池電圧ＶＢの低下が大きな場合には、クリップレベルの低減幅を大きく設定し、電池電圧ＶＢの低下が小さな場合には、クリップレベルの低減幅を小さく設定するなどの調整を行うことができる。
【符号の説明】
【００４１】
１    オーディオ装置
１０    電池
２０    昇圧回路
３０    ＣＰＵ
４０    ＤＳＰ
５０    アンプ
６０    スピーカ
ＩＮ    入力端子
ＡＩＮ    入力オーディオ信号
ＣＴＬ    制御信号
ＤＡ    出力オーディオ信号
ＤＡＡ    増幅オーディオ信号
Ｖ１    第１基準電圧
Ｖ２    第２基準電圧
Ｖ３    第３基準電圧
ＶＢ    電池電圧
ＶＵＰ    昇圧電圧
【図１】
2016054438.tif 000003
【図２】
2016054438.tif 000004
【図３】
2016054438.tif 000005