特開 2023-155963 音出力装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023155963

(43)【公開日】2023-10-24

(54)【発明の名称】音出力装置

(51)【国際特許分類】

   H04R 29/00 20060101AFI20231017BHJP

   H04R 3/00 20060101ALI20231017BHJP

【ＦＩ】

H04R29/00 310

H04R3/00 310

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022065494

(22)【出願日】2022-04-12

(71)【出願人】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098497

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 恭三

(74)【代理人】

【識別番号】100099748

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 克志

(74)【代理人】

【識別番号】100103171

【弁理士】

【氏名又は名称】雨貝 正彦

(74)【代理人】

【識別番号】100105784

【弁理士】

【氏名又は名称】橘 和之

(72)【発明者】

【氏名】松山 実

【テーマコード（参考）】

5D220

【Ｆターム（参考）】

5D220AA50

5D220DD05

(57)【要約】

【課題】 スピーカの接続の有無を常時正確に判定する機能を備えた音出力装置を提供する。
【解決手段】 本発明の音出力装置１００は、コントローラ１１０と、パワーアンプ６０とローパスフィルタ７０と、スピーカ８０とを含む。コントローラ１１０はさらに、音声入力信号Ｓ２および音声出力信号Ｓ３の高周波成分を除去する第１および第２のローパスフィルタ１２０、１２２と、高周波成分が除去された音声入力信号ＳｉｇＩｎＬのピーク電流ＳｉｇＩｎＰを検出する第１のピーク検出部１３０と、高周波成分が除去された音声出力信号のピーク電流ＳｉｇＯｕｔＰを検出する第２のピーク検出部１３２と、ピーク電流ＳｉｇＩｎＰが一定以上の大きさであるとき、ピーク電流ＳｉｇＩｎＰとピーク電流ＳｉｇＯｕｔＰとを比較し、スピーカ８０の接続または非接続を判定する比較部１４０とを含む。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

スピーカの接続または非接続を検出する機能を備えた音出力装置であって、
音声入力信号を受け取り、当該音声入力信号を増幅した音声出力信号を生成するＤ級のアンプと、
前記音声出力信号に応答して音を出力するスピーカと、
前記スピーカの接続または非接続を検出する検出手段とを有し、
前記検出手段は、前記音声入力信号の高周波成分を除去する第１のフィルタと、
前記音声出力信号の高周波成分を除去する第２のフィルタと、
前記第１のフィルタで高周波成分が除去された音声入力信号と前記第２のフィルタで高周波成分が除去された音声出力信号とを比較し、当該比較結果に基づきスピーカの接続または非接続を判定する比較部と、
を有する音出力装置。

【請求項2】

音出力装置はさらに、前記第１のフィルタで高周波成分が除去された音声入力信号の一定期間における第１のピーク電流を検出する第１の検出部と、
前記第２のフィルタで高周波成分が除去された音声出力信号の一定期間における第２のピーク電流を検出する第２の検出部とを含み、
前記比較部は、前記第１のピーク電流と前記第２のピーク電流とを比較し、当該比較結果に基づきスピーカの接続または非接続を判定する、請求項１に記載の音出力装置。

【請求項3】

前記検出手段はさらに、前記第１のピーク電流のレベルをチェックするレベルチェック部を含み、
前記比較部は、前記レベルチェック部でチェックされたレベルに基づきスピーカの接続または非接続の判定を行う、請求項２に記載の音出力装置。

【請求項4】

前記比較部は、前記第１のピーク電流のレベルが一定未満である場合には、スピーカの接続または非接続を判定せず、第１のピーク電流のレベルが一定以上である場合には、スピーカの接続または非接続を判定する、請求項３に記載の音出力装置。

【請求項5】

前記比較部は、前記第１のピーク電流と前記第２のピーク電流との比または差が第１の閾値よりも大きいとき、スピーカが接続されていると判定する、請求項２に記載の音出力装置。

【請求項6】

前記比較部は、前記第１のピーク電流と前記第２のピーク電流との比または差が第２の閾値よりも小さいとき、スピーカが接続されていないと判定する、請求項２に記載の音出力装置。

【請求項7】

音出力装置はさらに、前記アンプと前記スピーカとの間にローパスフィルタを含み、前記ローパスフィルタは、前記アンプから出力されるＰＷＭ信号を可聴帯域のアナログ音声信号に変換する、請求項１に記載の音出力装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スピーカから音を出力させる音出力装置に関し、特にスピーカの接続／非接続の検出に関する。

【背景技術】

【0002】

音出力装置のスピーカ接続の有無を検出する技術として、例えば、特許文献１では、出力変圧器の二次巻線にスピーカラインを接続し、二次巻線に誘起されている電圧に対応する電圧を負帰還させる電圧増幅器で増幅された第1電圧信号と、出力変圧器の二次巻線側に誘起された電圧に対応する第２電圧信号とを比較することで、スピーカラインの接続／非接続を検出している。また、特許文献２の音出力装置は、入力信号に処理を施す処理部と、処理部からの出力信号に基づき音を出力するスピーカと、入力信号のレベルと出力信号のレベルとの差から処理部の故障を判定する判定部とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３３５５０６５号公報

【特許文献2】特開２０１９－４８５２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のオーディオアンプでは、起動時にのみスピーカの接続確認を行っていたが、電気自動車などに搭載される近接警告音装置等の安全にかかわる製品には、常時のスピーカの接続確認が要求される。その要求に応えるため、出力電流測定機能付きのアンプを使用し、アンプの入力電流レベルと出力電流レベルとを比較し、出力電流レベルが十分大きい場合、スピーカが接続されていると判定し、出力電流レベルが十分小さい場合、スピーカが接続されていないと判定している。

【0005】

図１は、従来の音出力装置（オーディオアンプ）の構成を示すブロック図である。音出力装置１０は、コントローラ２０と、パワーアンプ６０と、ローパスフィルタ７０と、スピーカ８０とを含み、コントローラ２０は、スピーカ８０の接続または非接続を検出する機能を備えている。コントローラ２０は、信号処理部３０および比較部４０を含み、信号処理部３０は、原音を示すアナログ音声入力信号Ｓ１を受け取り、音声入力信号Ｓ１のノイズ除去や増幅等の処理を行い、処理した音声入力信号Ｓ２を比較部４０およびパワーアンプ６０に提供する。

【0006】

パワーアンプ６０は、Ｄ級アンプであり、入力したアナログ音声入力信号Ｓ２の入力信号レベルに応じてパルスのデューティ比を変化させるＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ生成器と、ＰＷＭ信号を＋Ｖ／－Ｖの電圧レベルに増幅したＰＷＭ出力信号Ｓ３に変換するスイッチング回路とを含む。

【0007】

ローパスフィルタ７０は、パワーアンプ６０から出力されるＰＷＭ出力信号Ｓ３から高周波成分を除去して可聴帯域のアナログ音声信号Ｓ４を生成し、スピーカ８０は、アナログ音声信号Ｓ４に応答して音を出力する。

【0008】

パラーアンプ６０はさらに、ＰＷＭ出力信号Ｓ３の出力電流値を測定する機能を含み、コントローラ２０の比較部４０に出力電流値（出力電流レベル）Ｉｏｕｔを提供する。比較部４０は、パワーアンプ６０に入力される音声入力信号Ｓ２の入力電流レベルＩｉｎとパワーアンプ６０の出力電流レベルＩｏｕｔとを比較し、出力電流レベルＩｏｕｔが入力電流レベルＩｉｎに比べて十分に大きければスピーカ８０が接続されていると判定し、出力電流レベルＩｏｕｔが入力電流レベルＩｉｎに比べて十分に小さければスピーカ８０が未接続と判定する。コントローラ２０はさらに、スピーカ８０が未接続であると判定された場合に、警報などをディスプレイに出力する。

【0009】

しかしながら、このような従来のスピーカ接続の有無の判定方法には、次のような課題がある。図１に示すようなＤ級パワーアンプ６０では、その出力にローパスフィルタ７０が接続されるため、パワーアンプ６０で扱うＰＷＭ信号の周波数が高くなった場合、出力電流値Ｉｏｕｔが大きくなり、スピーカ８０が接続されているから出力電流値Ｉｏｕｔが大きくのか否かの区別が難しくなり、すなわち、スピーカ８０が接続されていない場合でも、出力電流レベルＩｏｕｔが接続判定の閾値を超えてしまい、スピーカ８０が接続されていると誤判定をしてしまう。

【0010】

また、パワーアンプ６０に入力される音声入力信号Ｓ２の入力電流レベルＩｉｎとパワーアンプ６０から出力される出力電流レベルＩｏｕｔとの間には、パワーアンプ６０におけるデジタル／アナログ変換に伴う遅延が存在するため、両者を単純に比較することはできない。もし、そのまま比較すると、スピーカ接続の誤判定を生じさせるおそれがある。

【0011】

さらにＤ級パワーアンプ６０では、音声入力信号Ｓ２の入力レベルが極めて小さい場合でもスイッチング回路に電流が流れ（仮に入力レベルがゼロでもＰＷＭ信号のデューティ比は５０％であるため電流が流れ）、スピーカ８０が接続されていないにもかかわらずスピーカ８０が接続されていると誤判定するおそれがある。

【0012】

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、動作中にスピーカ接続の有無をより正確に判定する機能を備えた音出力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】

【0013】

本発明に係る音出力装置は、ピーカの接続または非接続を検出する機能を備えたものであって、音声入力信号を受け取り、当該音声入力信号を増幅した音声出力信号を生成するＤ級のアンプと、前記音声出力信号に応答して音を出力するスピーカと、前記スピーカの接続または非接続を検出する検出手段とを有し、前記検出手段は、前記音声入力信号の高周波成分を除去する第１のフィルタと、前記音声出力信号の高周波成分を除去する第２のフィルタと、前記第１のフィルタで高周波成分が除去された音声入力信号と前記第２のフィルタで高周波成分が除去された音声出力信号とを比較し、当該比較結果に基づきスピーカの接続または非接続を判定する比較部とを有する。

【0014】

ある態様では、音出力装置はさらに、前記第１のフィルタで高周波成分が除去された音声入力信号の一定期間における第１のピーク電流を検出する第１の検出部と、前記第２のフィルタで高周波成分が除去された音声出力信号の一定期間における第２のピーク電流を検出する第２の検出部とを含み、前記比較部は、前記第１のピーク電流と前記第２のピーク電流とを比較し、当該比較結果に基づきスピーカの接続または非接続を判定する。ある態様では、前記検出手段はさらに、前記第１のピーク電流のレベルをチェックするレベルチェック部を含み、前記比較部は、前記レベルチェック部でチェックされたレベルに基づきスピーカの接続または非接続の判定を行う。ある態様では、前記比較部は、前記第１のピーク電流のレベルが一定未満である場合には、スピーカの接続または非接続を判定せず、第１のピーク電流のレベルが一定以上である場合には、スピーカの接続または非接続を判定する。ある態様では、前記比較部は、前記第１のピーク電流と前記第２のピーク電流との比または差が第１の閾値よりも大きいとき、スピーカが接続されていると判定する。ある態様では、前記比較部は、前記第１のピーク電流と前記第２のピーク電流との比または差が第２の閾値よりも小さいとき、スピーカが接続されていないと判定する。ある態様では、音出力装置はさらに、前記アンプと前記スピーカとの間にローパスフィルタを含み、前記ローパスフィルタは、前記アンプから出力されるＰＷＭ信号を可聴帯域のアナログ音声信号に変換する。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、音声入力信号および音声出力信号の高周波成分を除去し、高周波成分を除去した音声入力信号および音声出力信号を比較するようにしたので、アンプの音声出力信号の周波数が高くなることによるスピーカ接続の誤判定を防止することができる。また、音声入力信号のピーク電流と音声出力信号のピーク電流とを比較することで、音声入力信号と音声出力信号との間の遅延による不整合をキャンセルしてスピーカ接続の誤判定を防止することができる。さらに、音声入力信号の入力レベルが極めて小さい場合には、音声入力信号と音声出力信号との比較を停止することでスピーカ接続の誤判定を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】従来の音出力装置の構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の実施例に係る音出力装置の構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の実施例によるスピーカ接続／非接続の判定例を示すテーブルである。

【図4】本発明の他の実施例に係る音出力装置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】

【0017】

本発明に係る音出力装置は、起動時のみならず、常時（音を出力している期間中）、スピーカの接続の有無を検出する機能を備える。本発明に係る音出力装置は、特に限定されないが、例えば、電気自動車等において近接する歩行者等に対して警告音をスピーカから発生させる近接警告音装置あるいはオーディオ装置等に利用される。

【実施例0018】

図２は、本発明の実施例に係る音出力装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成については同一参照番号を付す。本実施例の音出力装置１００は、コントローラ１１０、パワーアンプ６０、ローパスフィルタ７０およびスピーカ８０を含んで構成される。

【0019】

コントローラ１１０は、音出力装置１００におけるスピーカの接続または非接続を検出する機能を備える。コントローラ１１０は、図１に示す信号処理部３０に加えて、信号処理部３０から出力されるアナログ音声入力信号Ｓ２の高周波成分を除去する第１のローパスフィルタ１２０と、第１のローパスフィルタ１２０からの音声入力信号ＳｉｇＩｎＬを受け取り、音声入力信号ＳｉｇＩｎＬの一定期間における入力電流レベルのピーク値（最大値）を検出する第１のピーク検出部１３０と、パワーアンプ６０から出力される出力電流レベルＩｏｕｔの高周波成分を除去する第２のローパスフィルタ１３０と、第２のロースフィルタ１２２からの音声出力信号ＳｉｇＯｕｔＬを受け取り、音声出力信号ＳｉｇＯｕｔＬの一定期間における出力電流のピーク値（最大値）を検出する第２のピーク検出部１３２と、第１のピーク検出部１３０で検出された検出信号ＳｉｇＩｎＰと第２のピーク検出部１３２で検出された検出信号ＳｉｇＯｕｔＰとを受け取り、両者の比または差からスピーカ８０の接続または未接続を判定する比較部１４０と、第１のピーク検出部１３０の検出信号ＳｉｇＩｎＰに基づき制御信号ＣＮＴを比較部１５０に提供するレベルチェック部１５０とを含んで構成される。

【0020】

信号処理部３０は、原音を表すアナログ音声入力信号Ｓ１を受け取り、フィルタリング処理や増幅処理等を行い、処理したアナログ音声入力信号Ｓ２を第１のローパスフィルタ１２０およびパワーアンプ６０に提供する。

【0021】

パワーアンプ６０は、Ｄ級アンプから構成され、アナログ音声入力信号Ｓ２の入力信号レベルに応じてパルスのデューティ比を変化させるＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ生成器と、ＰＷＭ出力信号を＋Ｖ／－Ｖの電圧レベルに増幅したＰＷＭ出力信号Ｓ３に変換するスイッチング回路とを含む。スイッチング回路は、例えば、＋Ｖの電圧源と－Ｖの電圧源との間に直列に接続されたプッシュプル動作を行うトランジスタを含み、ＰＷＭ信号に応答して一方のトランジスタをオンさせ、他方のトランジスタをオフさせることで＋ＶのレベルのＰＷＭ出力信号Ｓ３を生じさせ、一方のトランジスタをオフさせ、他方のトランジスタをオンさせることで－ＶのレベルのＰＷＭ出力信号Ｓ３を生じさせる。

【0022】

ローパスフィルタ７０は、スピーカ８０のインピーダンスやパワーアンプ６０の特性に応じたカットオフ周波数で設計され、パワーアンプ６０からのＰＷＭ出力信号Ｓ３から高周波成分を除去して可聴帯域のアナログ音声信号Ｓ４を生成し、スピーカ８０は、アナログ音声信号Ｓ４に応答して音を出力する。

【0023】

パワーアンプ６０はさらに、ＰＷＭ出力信号Ｓ３に基づき出力電流値を測定し、測定した出力電流値Ｉｏｕｔを表すアナログ信号を第２のローパスフィルタ１２２に提供する。

【0024】

第１のローパスフィルタ１２０は、アナログ音声入力信号Ｓ２を受け取り、アナログ音声入力信号Ｓ２から予め決められたカットオフ周波数ｆ１以上の高周波成分を除去し、除去した信号ＳｉｇＩｎＬを第１のピーク検出部１３０へ提供する。

【0025】

第２のローパスフィルタ１２２は、第１のローパスフィルタ１２０と同一構成であり、出力電流値Ｉｏｕｔを表すアナログ信号から予め決められたカットオフ周波数ｆ２（ｆ１＝ｆ２）以上の高周波信号を除去し、除去した信号ＳｉｇＯｕｔＬを第２のピーク検出部１３２へ提供する。

【0026】

第１および第２のローパスフィルタ１２０、１２２によって音声入力信号Ｓ２の入力電流レベルおよびＰＷＭ出力信号Ｓ３の出力電流レベルＳ３から高周波成分を事前に除去することで、比較部１４０が音声入力信号Ｓ２および音声出力信号Ｓ５の高周波成分の入力電流レベルおよび出力電流レベルを比較しないようにする。パワーアンプ６０が扱うＰＷＭ信号の周波数が高くなると、ローパスフィルタ７０によって消費される電流が大きくなり、スピーカが未接続であっても出力電流レベルが大きくなり、スピーカ接続または未接続に誤判定を生じさせるおそれがあるので、このような事態を回避する。

【0027】

第１のピーク検出部１３０は、第１のローパスフィルタ１２０からの信号ＳｉｎＩｎＬを受け取り、予め決められた期間Ｔ１（例えば、５ｍｓの期間）において信号ＳｉｎＩｎＬの最も高いピーク値（最大値）を検出し、そのピーク値を示す検出信号ＳｉｎＩｎＰを比較部１４０およびレベルチェック部１５０に提供する。第２のピーク検出部１３２は、第１のピーク検出部１３０と同一に構成され、第２のローパスフィルタ１２２からの信号ＳｉｇＯｕｔＬを受け取り、予め決められた期間Ｔ２（Ｔ１＝Ｔ２）において信号ＳｉｇＯｕｔＬの最も高いピーク（最大値）を検出し、そのピーク値を示す検出信号ＳｉｇＯｕｔＰを比較部１４０に提供する。第１および第２のピーク検出部１３０、１３２によって一定期間におけるピーク値を検出することで、比較部１４０による入力電流レベルと出力電流レベルとの比較において、パワーアンプ６０における出力電流値Ｉｏｕｔの測定に伴う遅延を補償する。つまり、音声入力信号Ｓ２とＰＷＭ出力信号Ｓ３との間の遅延による影響を無視できるようにする。

【0028】

レベルチェック部１５０は、第１のピーク検出部１３０からの検出信号ＳｉｎＩｎＰに基づき比較部１４０をイネーブル／ディスエーブルするための制御信号ＣＮＴを比較部１４０に提供する。例えば、レベルチェック部１５０は、音声入力信号の入力電流レベルのピーク値が極端に小さい場合（すなわち閾値よりも小さい場合）、比較部１４０による比較が行われないようにするための制御信号ＣＮＴ（例えば、Ｌレベルの信号）を出力し、入力電流レベルのピーク値が閾値以上の場合、比較部１４０による比較を可能にするための制御信号ＣＮＴ（例えば、Ｈレベルの信号）を出力する。これにより、音声入力信号Ｓ２の入力信号レベルが小さい場合には、比較部１４０による比較を行わないようにすることで、スピーカ接続／非接続の誤判定を防止する。

【0029】

比較部１４０は、レベルチェック部１５０からの制御信号ＣＮＴに応じて、音声入力信号Ｓ２の入力レベルが一定以上であれば、検出信号ＳｉｎＩｎＰで示されるピーク値と検出信号ＳｉｇＯｕｔＰで示されるピーク値とを比較し、両者の比または差が閾値以上であれば、スピーカ８０が接続されていると判定し、両者の比または差が閾値未満であれば、スピーカ８０が未接続（オープン）と判定する。例えば、比較部１４０は、（ＳｉｇＯｕｔＰ／ＳｉｇＩｎＰ）＞１．０のときスピーカ８０が接続されていると判定し、（ＳｉｇＯｕｔＰ／ＳｉｇＩｎＰ）＜０．５のときスピーカ８０が接続されていないと判定する。

【0030】

図３は、スピーカ接続または非接続の判定例を示すテーブルである。従来技術では、スピーカ接続／オープンの入出力電流のピーク値の比が２．９３であるのに対し、本実施例では、その比が４．２３となり、スピーカ接続または非接続を行うための閾値との差（マージン）を大きくすることが可能になり、その結果、安定してスピーカの接続または非接続を確認することができるようになった（本実施例では、従来と比較して閾値との差が３ｄＢ改善された）。

【0031】

このように本実施例によれば、音声入力信号および音声出力信号の高周波成分を除去し、除去した音声入力信号および音声出力信号の一定期間におけるピーク電流を比較することで、パワーアンプが扱うＰＷＭ信号の周波数が高くなることによるスピーカ接続の誤判定を防止し、かつ音声入力信号と音声出力信号との間の遅延による不整合をキャンセルしてスピーカ接続の誤判定を防止することができる。さらに、音声入力信号の入力レベルが極めて小さい場合には、音声入力信号と音声出力信号との比較を停止することでスピーカ接続の誤判定を防止することができる。

【0032】

次に、本発明の他の実施例について説明する。上記した図２に示す音出力装置１００では、コントローラ１１０がアナログ回路を用いてスピーカ接続／未接続を検出する例を示したが、アナログ回路と等価な処理をデジタル回路により実施するようにしてもよい。

【0033】

図４は、本発明の他の実施例に係る音出力装置の構成を示すブロック図である。音出力装置１００Ａにおいて、コントローラ１１０は、音声入力信号Ｓ２をデジタル変換するＡＤコンバータ１６０と、出力電流値Ｉｏｕｔを示すアナログ信号をデジタル変換するＡＤコンバータ１７０を含み、第１および第２のローパスフィルタ１２０、１２２、第１および第２のピーク検出部１３０、１３２、レベルチェック部１５０および比較部１４０は、デジタル回路によって構成される。さらに別の態様として、コントローラ１１０は、デジタル回路およびアナログ回路を混在させる回路であってもよい。

【0034】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲において、種々の変形、変更が可能である。

【符号の説明】

【0035】

６０：パワーアンプ
７０：ローパスフィルタ
８０：スピーカ
１００、１００Ａ：音出力装置
１１０：コントローラ
１２０、１２２：ローパスフィルタ
１３０、１３２：ピーク検出回路
１４０：比較部
１５０：レベルチェック部
１６０、１７０：ＡＤコンバータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】