JP6819776B2 - 音響処理装置および音響処理装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、音響信号を処理する技術に関する。

音響信号を２値信号に変調するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）回路と、変調後の２値信号によりスイッチ動作するスイッチ回路と、スイッチ回路からの出力信号における高域成分を低減する低域通過フィルタとを具備するＤ級増幅器が従来から提案されている。ハーフブリッジ型（シングルエンド型）のＤ級増幅器においては、低域通過フィルタを構成するインダクタからの回生電流により、電源電圧の平滑用のキャパシタが過充電される場合がある。その結果、電源電圧が変動する現象（以下「電源パンピング現象」という）が発生し得る。

特許文献１には、入力音響信号の低域成分を低減する高域通過フィルタの遮断周波数を制御することで、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するＤ級電力増幅装置が開示されている。特許文献１の技術では、電源電圧の変動を監視することで、電源パンピング現象が発生したか否かが判定される。電源パンピング現象が発生したと判定された場合、高域通過フィルタの遮断周波数を段階的に上昇させることで、当該電源パンピング現象による電源電圧の変動が低減される。

特許第５２３３３０９号公報

しかし、特許文献１の技術では、電源電圧の変動を監視することで電源パンピング現象の有無が判定される。したがって、電源パンピング現象が実際に発生するまで、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための制御が開始されないという問題がある。以上の事情を考慮して、本発明は、電源パンピング現象による電源電圧の変動を未然に低減（理想的には防止）することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る音響処理装置は、音響信号において第１周波数を下回る成分が低減された信号を出力する第１状態と、前記音響信号において前記第１周波数よりも高い第２周波数を下回る成分が低減された信号を出力する第２状態との一方から他方に遷移する低域低減部と、前記低域低減部による出力後の信号を増幅するＤ級増幅部と、前記音響信号における低域成分の強度が閾値を上回るか否かを判定する状態判定部と、前記状態判定部による判定結果が否定である場合に前記低域低減部を前記第１状態に制御し、前記判定結果が肯定である場合に前記低域低減部を前記第２状態に制御する動作制御部とを具備する。
本発明の好適な態様は、音響処理装置の制御方法であって、前記音響処理装置は、音響信号において第１周波数を下回る成分が低減された信号を出力する第１状態と、前記音響信号において前記第１周波数よりも高い第２周波数を下回る成分が低減された信号を出力する第２状態との一方から他方に遷移する低域低減部と、前記低域低減部による出力後の信号を増幅するＤ級増幅部とを具備し、制御装置が、前記音響信号における低域成分の強度が閾値を上回るか否かを判定し、前記判定結果が否定である場合に前記低域低減部を前記第１状態に制御し、前記判定結果が肯定である場合に前記低域低減部を前記第２状態に制御する。

本発明の第１実施形態に係る音響システムの構成図である。 電力増幅装置の構成図である。 電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための要素の構成図である。 第１高域通過フィルタおよび第２高域通過フィルタの周波数応答である。 状態判定部および出力制御部の動作の説明図である。 制御装置が実行する動作のフローチャートである。 第２実施形態における音響処理装置の構成図である。 第３実施形態における音響処理装置の構成図である。 電源電圧および電圧指標値の説明図である。 第４実施形態における音響処理装置の構成図である。 変形例における音響処理装置の構成図である。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態における音響システム１００の構成図である。図１に例示される通り、第１実施形態の音響システム１００は、楽音または音声等の各種の音を再生するコンピュータシステムであり、信号供給装置１１と音響処理装置１２と放音装置１３とを具備する。音響システム１００の任意の２以上の要素は一体に構成され得る。例えば、信号供給装置１１を音響処理装置１２に搭載することも可能である。

信号供給装置１１は、音声または楽音等の各種の音を表すデジタルの音響信号Ｘを音響処理装置１２に供給する信号源である。例えば、可搬型または内蔵型の記録媒体から音響信号Ｘを読出す再生装置が信号供給装置１１の好例である。また、周囲の音を収音して音響信号Ｘを生成する収音装置、または、他装置から通信網を介して音響信号Ｘを受信する通信装置も、信号供給装置１１として利用され得る。

音響処理装置１２は、信号供給装置１１から供給される音響信号Ｘを処理することで音響信号Ｚを生成する。放音装置１３は、例えばスピーカまたはヘッドホンであり、音響処理装置１２が生成した音響信号Ｚが表す音を再生する。

図１に例示される通り、音響処理装置１２は、制御ユニット２０と信号処理回路３０とＤ/Ａ変換器４０と電力増幅装置５０とを具備する。信号供給装置１１から出力された音響信号Ｘは信号処理回路３０に供給される。なお、信号供給装置１１からアナログの音響信号Ｘが出力される場合には、音響信号ＸがＡ/Ｄ変換器（図示略）によりアナログからデジタルに変換されたうえで信号処理回路３０に供給される。

制御ユニット２０は、音響処理装置１２の各要素を制御するコントローラであり、制御装置２１と記憶装置２２とを具備する。制御装置２１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理回路であり、記憶装置２２に記憶されたプログラムを実行することで信号処理回路３０と電力増幅装置５０とを制御する。記憶装置２２は、制御装置２１が実行するプログラムと制御装置２１が使用する各種のデータとを記憶する。例えば半導体記録媒体または磁気記録媒体等の公知の記録媒体、または複数種の記録媒体の組合せが記憶装置２２として使用され得る。

信号処理回路３０は、例えば音響処理用のＤＳＰ（Digital Signal Processor）で構成され、信号供給装置１１から供給される音響信号Ｘに対して信号処理を実行することで音響信号Ｙ0を生成する。例えば、音響信号Ｘを複数の帯域に分割するクロスオーバー処理、音響信号Ｘを遅延させる遅延処理、音響信号Ｘの周波数特性を調整するイコライザ処理、音響信号Ｘの電圧範囲を制限するリミッタ処理、または、ハウリングを抑制するためのハウリング抑制処理が、信号処理回路３０による信号処理として例示される。なお、信号処理回路３０の一部または全部の機能を制御装置２１により実現することも可能である。

図１のＤ/Ａ変換器４０は、信号処理回路３０が生成したデジタルの音響信号Ｙ0をアナログの音響信号Ｙ1に変換する。電力増幅装置５０は、音響信号Ｙ1の増幅により音響信号Ｚを生成する。電力増幅装置５０による増幅後の音響信号Ｚが放音装置１３に供給される。

図２は、電力増幅装置５０の構成図である。図２に例示される通り、第１実施形態の電力増幅装置５０は、Ｄ級増幅部５１と電源供給部５２とを具備する。Ｄ級増幅部５１は、Ｄ/Ａ変換器４０から供給される音響信号Ｙ1を増幅することで音響信号Ｚを生成する。電源供給部５２は、Ｄ級増幅部５１に電源を供給する。具体的には、正側の電源電圧Ｖpと負側の電源電圧Ｖmとが電源供給部５２からＤ級増幅部５１に供給される。

図２に例示される通り、電源供給部５２は、正側電源５２１と負側電源５２２と平滑キャパシタ５２３と平滑キャパシタ５２４とを含んで構成される。正側電源５２１は正側の電源電圧Ｖpを生成し、負側電源５２２は負側の電源電圧Ｖmを生成する。平滑キャパシタ５２３は、電源電圧Ｖpを平滑する容量であり、平滑キャパシタ５２４は、電源電圧Ｖmを平滑する容量である。例えば電解キャパシタが平滑キャパシタ５２３および平滑キャパシタ５２４として好適に利用される。

図２に例示される通り、第１実施形態のＤ級増幅部５１は、ハーフブリッジ型（シングルエンド型）のデジタルアンプであり、変調回路５１１とスイッチ回路５１２と低域通過フィルタ５１３とを含んで構成される。変調回路５１１は、音響信号Ｙ1に対するパルス幅変調によりＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号Ｙ2を生成する。ＰＷＭ信号Ｙ2は、音響信号Ｙ1のレベルに応じたデューティ比で変動する２値信号である。具体的には、音響信号Ｙ1と三角波との比較によりＰＷＭ信号Ｙ2を生成する三角波比較型（他励発振型）のＰＷＭ回路、または、負帰還による自励発振でＰＷＭ信号Ｙ2を生成する自励発振型のＰＷＭ回路が、変調回路５１１として好適に利用される。

スイッチ回路５１２は、変調回路５１１が生成したＰＷＭ信号Ｙ2をスイッチング動作により増幅することで増幅信号Ｙ3を生成する。第１実施形態のスイッチ回路５１２は、駆動回路５５０と第１スイッチ５５１と第２スイッチ５５２とを含む。第１スイッチ５５１および第２スイッチ５５２の各々は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等のスイッチング素子である。第１スイッチ５５１は正側電源５２１と出力点Ｎとの間に介在し、第２スイッチ５５２は負側電源５２２と出力点Ｎとの間に介在する。駆動回路５５０は、変調回路５１１が生成したＰＷＭ信号Ｙ2に応じて第１スイッチ５５１および第２スイッチ５５２の何れかをオン状態に制御する。具体的には、駆動回路５５０は、ＰＷＭ信号Ｙ2がハイレベルであれば第１スイッチ５５１をオン状態に制御し、ＰＷＭ信号Ｙ2がローレベルであれば第２スイッチ５５２をオン状態に制御する。第１スイッチ５５１がオン状態に制御されると正側の電源電圧Ｖpが出力点Ｎに印加され、第２スイッチ５５２がオン状態に制御されると負側の電源電圧Ｖmが出力点Ｎに印加される。すなわち、出力点Ｎに生成される増幅信号Ｙ3は、ＰＷＭ信号Ｙ2と同様のデューティ比で電源電圧Ｖpおよび電源電圧Ｖmの一方から他方に変動する矩形波である。

低域通過フィルタ５１３は、Ｄ級増幅部５１が生成した増幅信号Ｙ3の高域成分（例えば変調回路５１１の発振周波数を含む帯域成分）を低減することで音響信号Ｚを出力する。すなわち、増幅信号Ｙ3のうち可聴帯域を含む低域成分が音響信号Ｚとして抽出される。図２に例示される通り、低域通過フィルタ５１３は、キャパシタＣfとインダクタＬfとを含んで構成される。

以上に例示した構成のＤ級増幅部５１においては、電源パンピング現象が発生し得る。電源パンピング現象は、低域通過フィルタ５１３のインダクタＬfからの回生電流により平滑キャパシタ５２３および平滑キャパシタ５２４が過充電されることで、電源電圧Ｖpおよび電源電圧Ｖmが変動する現象である。Ｄ級増幅部５１から負荷（放音装置１３）に正弦波が供給される場合を仮定すると、電源パンピング現象に起因した電源電圧Ｖmの変動量ΔＶは、以下の数式(1)で表現される。なお、数式(1)では電源電圧Ｖmの変動量を例示するが、電源電圧Ｖpにも同様の変動が発生し得る。

数式(1)の記号Ｖsは、正弦波の電圧の最大値［Ｖ］であり、記号Ｖddは、電源電圧Ｖpまたは電源電圧Ｖmの絶対値である。記号ｆは、正弦波の周波数［Ｈz］である。また、記号Ｃは、平滑キャパシタ５２４の容量値［Ｆ］であり、記号ＲLは、負荷抵抗［Ω］である。数式(1)から理解される通り、Ｄ級増幅部５１から出力される音響信号Ｚの周波数が低いほど、電源電圧Ｖpまたは電源電圧Ｖmの変動量ΔＶ（すなわち電源パンピング現象の影響）が増加するという傾向がある。したがって、Ｄ級増幅部５１による増幅前の音響信号Ｘにおける低域成分を低減することで、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減することが可能である。

図３は、音響処理装置１２のうち電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための要素の構成図である。図３に例示される通り、第１実施形態の信号処理回路３０は、音響信号Ｘの低域成分を低減する低域低減部３１を含む。低域低減部３１が処理する音響信号Ｘは、信号処理回路３０内において各種の信号処理を経た信号である。

図３に例示される通り、第１実施形態の低域低減部３１は、信号処理部３２と出力制御部３３とを具備する。信号処理部３２は、第１高域通過フィルタ（ＨＰＦ：High-Pass Filter）３２１と第２高域通過フィルタ３２２とを含んで構成される。第１高域通過フィルタ３２１は、図４に破線で例示される通り、音響信号Ｘにおいて第１周波数Ｆ1を下回る成分を低減することで第１信号Ｘ1を出力する。他方、第２高域通過フィルタ３２２は、図４に実線で例示される通り、音響信号Ｘにおいて第２周波数Ｆ2を下回る成分を低減することで第２信号Ｘ2を出力する。

図５に例示される通り、第２周波数Ｆ2は第１周波数Ｆ1よりも高い周波数である（Ｆ2＞Ｆ1）。例えば、第１周波数Ｆ1は、３Ｈｚ以上かつ２０Ｈｚ以下の範囲内の所定値に設定され、第２周波数Ｆ2は、２０Ｈｚ以上かつ１００Ｈｚ以下の範囲内の所定値に設定される。第１高域通過フィルタ３２１および第２高域通過フィルタ３２２の各々は、例えば４次のフィルタで構成される。したがって、第１高域通過フィルタ３２１および第２高域通過フィルタ３２２の各々の周波数応答における減衰域の勾配は２４ｄＢ／Ｏｃｔである。以上の説明から理解される通り、第１実施形態の信号処理部３２は、音響信号Ｘにおいて第１周波数Ｆ1を下回る成分が低減された第１信号Ｘ1と、音響信号Ｘにおいて第１周波数Ｆ1よりも高い第２周波数Ｆ2を下回る成分が低減された第２信号Ｘ2とを生成する。

図３の出力制御部３３は、第１高域通過フィルタ３２１が生成する第１信号Ｘ1と第２高域通過フィルタ３２２が生成する第２信号Ｘ2との加重和を音響信号Ｙ0として出力する。具体的には、出力制御部３３は、乗算部３３１と乗算部３３２と加算部３３３とを具備する。乗算部３３１は、第１信号Ｘ1に対して加重値(１−α)を乗算する。乗算部３３２は、第２信号Ｘ2に対して加重値αを乗算する。加算部３３３は、乗算部３３１の出力信号と乗算部３３２の出力信号とを加算することで音響信号Ｙ0を生成する。すなわち、音響信号Ｙ0は、以下の数式(2)で表現される。

第２信号Ｘ2の加重値αは０以上かつ１以下の範囲内で変動し得る数値である。第１信号Ｘ1の加重値(１−α)も同様に０以上かつ１以下の範囲内で変動し得る。加重値αおよび加重値(１−α)の一方が増加するほど他方は減少する。加重値αが０に設定されると、出力制御部３３は、第１信号Ｘ1を音響信号Ｙ0として出力する状態（以下「第１状態」という）となる。他方、加重値αが１に設定されると、出力制御部３３は、第２信号Ｘ2を音響信号Ｙ0として出力する状態（以下「第２状態」という）となる。加重値αが制御されることで、出力制御部３３は、第１状態および第２状態の一方から他方に遷移する。第２状態では、第２周波数Ｆ2を下回る成分が低減された第２信号Ｘ2が出力制御部３３から出力される。したがって、第１状態と比較して、Ｄ級増幅部５１から放音装置１３に供給される音響信号Ｚの低域成分が低減され、結果的に電源パンピング現象による電源電圧の変動が低減される。

前掲の数式(1)を参照して前述した通り、Ｄ級増幅部５１から出力される音響信号Ｚの周波数が低いほど電源パンピング現象は発生し易い。したがって、信号供給装置１１から供給される音響信号Ｘの低域成分の強度（例えば音量またはパワー）が高いほど、電源パンピング現象が発生し易いという傾向がある。以上の傾向を考慮して、第１実施形態では、音響信号Ｘにおける低域成分の強度が閾値を上回る場合に、電源パンピング現象が発生する可能性があると判定される。

図３に例示される通り、第１実施形態の音響処理装置１２は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ：Low-Pass filter）７２を具備する。低域通過フィルタ７２は、音響信号Ｘにおいて所定の周波数を下回る低域成分を抽出することで低域信号Ｓを出力する。すなわち、低域信号Ｓは、音響信号Ｘに含まれる低域成分を表す。具体的には、低域通過フィルタ７２は、例えば第１周波数Ｆ1または第２周波数Ｆ2を下回る低域成分（例えば３Ｈｚ以上かつ１００Ｈｚ以下の範囲内の適切な周波数を下回る成分）を表す低域信号Ｓを生成する。低域通過フィルタ７２は、例えば信号処理回路３０に内蔵される。

図３に例示される通り、第１実施形態の制御装置２１は、記憶装置２２に記憶されたプログラムを実行することで、状態判定部６１および動作制御部６２として機能する。なお、制御装置２１の機能の一部または全部を信号処理回路３０で実現することも可能である。また、制御装置２１がプログラムを実行することで低域通過フィルタ７２を実現することも可能である。

図５は、制御装置２１（状態判定部６１および動作制御部６２）の動作の説明図である。状態判定部６１は、電源供給部５２に電源パンピング現象が発生する可能性があるか否かを判定する。具体的には、状態判定部６１は、低域通過フィルタ７２が生成する低域信号Ｓの強度（以下「低域強度」という）Ｌを所定の閾値と比較した結果に応じて、電源パンピング現象が発生する可能性があるか否かを判定する。低域強度Ｌは、例えば低域信号Ｓから公知のエンベロープフィルタにより生成される包絡線上の数値である。前述の通り、低域強度Ｌが大きいほど電源パンピング現象が発生し易いという傾向がある。以上の傾向を考慮して、第２実施形態の状態判定部６１は、低域強度Ｌが所定の閾値Ｔbよりも高くなった場合（すなわち、低域強度Ｌが閾値Ｔbを跨いで上昇した場合）に、電源パンピング現象が発生する可能性があると判定する。

動作制御部６２は、出力制御部３３が音響信号Ｙ0の生成に適用する加重値αを状態判定部６１による判定結果に応じて制御する。図５に例示される通り、低域強度Ｌが閾値Ｔbを跨いで上昇した場合（時点ｔ1）、動作制御部６２は、所定長の遷移期間Ｖ1の始点から終点にかけて加重値αを経時的に増加させる。具体的には、遷移期間Ｖ1において、第１信号Ｘ1の加重値(１−α)は１から０に直線的に減少し、第２信号Ｘ2の加重値αは０から１に直線的に増加する。すなわち、第１信号Ｘ1のフェードアウトと第２信号Ｘ2のフェードインとが並行するクロスフェードが実現される。以上の例示の通り、出力制御部３３は、第１信号Ｘ1を出力する第１状態（α＝０）から第２信号Ｘ2を出力する第２状態（α＝１）まで遷移期間Ｖ1内で徐々に遷移する。

他方、低域強度Ｌが閾値Ｔbを跨いで低下した場合（時点ｔ2）、動作制御部６２は、所定長の遷移期間Ｖ2の始点から終点にかけて加重値αを経時的に減少させる。具体的には、遷移期間Ｖ2において、第１信号Ｘ1の加重値(１−α)は０から１に直線的に増加し、第２信号Ｘ2の加重値αは１から０に直線的に減少する。すなわち、第１信号Ｘ1のフェードインと第２信号Ｘ2のフェードアウトとが並行するクロスフェードが実現される。したがって、出力制御部３３は、第２信号Ｘ2を出力する第２状態（α＝１）から第１信号Ｘ1を出力する第１状態（α＝０）まで遷移期間Ｖ2内で徐々に遷移する。なお、遷移期間Ｖ1および遷移期間Ｖ2の各々の時間長は任意である。例えば遷移期間Ｖ2は、遷移期間Ｖ1よりも長い時間長に設定される。具体的には、遷移期間Ｖ1は例えば１０ミリ秒以下の時間長に設定され、遷移期間Ｖ2は例えば１００ミリ秒以下の時間長に設定される。

図６は、制御装置２１（状態判定部６１および動作制御部６２）が実行する動作のフローチャートである。例えば所定の周期で発生する割込を契機として図６の処理が開始される。図６の処理を開始すると、状態判定部６１は、低域通過フィルタ７２が出力する低域信号Ｓを取込み（Ｓb1）、低域強度Ｌを算定する（Ｓb2）。

状態判定部６１は、低域強度Ｌが閾値Ｔbを上回るか否かを判定する（Ｓb3）。低域強度Ｌが閾値Ｔbを上回る場合（Ｓb3：YES）、すなわち、電源パンピング現象が発生する可能性がある場合、動作制御部６２は、加重値αを１に設定するための処理を実行する（Ｓb4）。すなわち、出力制御部３３を第２状態に制御するための処理が実行される。具体的には、出力制御部３３が既に第２状態（α＝１）にある場合、動作制御部６２は、加重値αを１に維持する。出力制御部３３が第１状態（α＝０）にある場合、動作制御部６２は、図５に例示した通り、所定長の遷移期間Ｖ1の始点から終点にかけて加重値αを０から１まで経時的に変化させる。すなわち、出力制御部３３は第１状態から第２状態に遷移する。

他方、低域強度Ｌが閾値Ｔbを下回る場合（Ｓb3：NO）、すなわち、電源パンピング現象が発生しないと推定される場合、動作制御部６２は、加重値αを０に設定するための処理を実行する（Ｓb5）。すなわち、出力制御部３３を第１状態に制御するための処理が実行される。具体的には、出力制御部３３が既に第１状態（α＝０）にある場合、動作制御部６２は、加重値αを０に維持する。他方、出力制御部３３が第２状態（α＝１）にある場合、動作制御部６２は、図５に例示した通り、所定長の遷移期間Ｖ2の始点から終点にかけて加重値αを１から０まで経時的に減少させる。すなわち、出力制御部３３は第２状態から第１状態に遷移する。

以上に説明した通り、出力制御部３３は、状態判定部６１による判定結果が否定である場合（電源パンピング現象が発生する可能性がない場合）に第１状態に制御され、状態判定部６１による判定結果が肯定である場合（電源パンピング現象が発生する可能性がある場合）に第２状態に制御される。第２状態では、第１周波数Ｆ1よりも高い第２周波数Ｆ2を下回る成分が低減された第２信号Ｘ2が出力制御部３３から出力されるため、第１状態と比較して電源パンピング現象による電源電圧の変動が低減される。

第１実施形態では、音響信号Ｘにおける低域成分の強度（低域強度Ｌ）が閾値Ｔbを上回る場合に、電源パンピング現象が発生する可能性があると判定される。したがって、電源パンピング現象が実際には発生していない段階でも、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための処理（出力制御部３３を第２状態に制御する処理）を実行することが可能である。すなわち、第１実施形態によれば、電源パンピング現象による電源電圧の変動を未然に防止できるという利点がある。

また、第１実施形態では、出力制御部３３が第１状態および第２状態の一方から他方に遷移するから、音響信号Ｘを処理する高域通過フィルタの遮断周波数を電源パンピング現象の有無に応じて変更する必要はない。具体的には、第１実施形態では、１個の加重値αを変化させる非常に簡便な制御により、電源パンピング現象による電源電圧の変動が低減される。したがって、高域通過フィルタの遮断周波数を変化させる特許文献１の技術と比較して、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための制御に必要な負荷が軽減されるという利点がある。

ところで、第１高域通過フィルタ３２１と第２高域通過フィルタ３２２との周波数応答（特に位相特性）の相違に起因して、第１信号Ｘ1と第２信号Ｘ2とでは位相が相違する可能性がある。したがって、第１信号Ｘ1と第２信号Ｘ2とを出力制御部３３が選択的に切替える構成では、出力制御部３３から出力される音響信号Ｙ0のレベルが切替の時点で不連続に変動し、異音（例えば“プツ”という雑音）の原因となる可能性がある。第１実施形態では、第１信号Ｘ1の加重値（１−α）の経時的な増加に並行して第２信号Ｘ2の加重値αが経時的に減少し、第１信号Ｘ1の加重値（１−α）の経時的な減少に並行して第２信号Ｘ2の加重値αが経時的に増加する。すなわち、第１信号Ｘ1と第２信号Ｘ2とがクロスフェードされる。したがって、第１信号Ｘ1と第２信号Ｘ2との位相の相違に起因した異音を低減できるという利点もある。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下に例示する各構成において作用または機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

図７は、第２実施形態における音響処理装置１２のうち電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための要素の構成図である。第２実施形態における信号処理部３２の第２高域通過フィルタ３２２は、第１実施形態と同様に、音響信号Ｘにおいて第２周波数Ｆ2を下回る成分を低減することで第２信号Ｘ2を出力する。図７に例示される通り、第２高域通過フィルタ３２２は、２次のフィルタ３５１と２次のフィルタ３５２とで構成される４次のフィルタである。後段のフィルタ３５２が出力した第２信号Ｘ2が出力制御部３３に供給される。

図７に例示される通り、第１実施形態の音響処理装置１２は減算部７１を具備する。減算部７１は、第２高域通過フィルタ３２２のフィルタ３５１が出力した高域信号Ｘhを、第２高域通過フィルタ３２２による処理前の音響信号Ｘから減算することで、低域信号Ｓを生成する。フィルタ３５１が出力する高域信号Ｘhは、音響信号Ｘのうち第２周波数Ｆ2を上回る高域成分に相当する。したがって、音響信号Ｘから高域信号Ｘhを減算することで生成された低域信号Ｓは、音響信号Ｘのうち第２周波数Ｆ2を下回る低域成分に相当する。なお、第２高域通過フィルタ３２２（フィルタ３５２）が出力した第２信号Ｘ2を高域信号Ｘhとして減算部７１に供給することも可能である。

電源パンピング現象が発生する可能性があるか否かを低域信号Ｓの強度（低域強度Ｌ）に応じて状態判定部６１が判定する動作、および、状態判定部６１による判定結果に応じて動作制御部６２が加重値αを制御する動作は、第１実施形態と同様である。したがって、第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。また、第２実施形態では、音響信号Ｘから第２信号Ｘ2を生成する第２高域通過フィルタ３２２（フィルタ３５１）が、電源パンピング現象の判定に利用される低域信号Ｓの生成に流用される。したがって、第２高域通過フィルタ３２２とは別個の低域通過フィルタ７２により低域信号Ｓを生成する第１実施形態の構成と比較して、音響処理装置１２の構成が簡素化されるという利点がある。

＜第３実施形態＞
図８は、第３実施形態における音響処理装置１２のうち電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための要素の構成図である。図８に例示される通り、第３実施形態の音響処理装置１２は、第１実施形態と同様の要素に電圧検出部５３を追加した構成である。電圧検出部５３は、電力増幅装置５０の電源供給部５２がＤ級増幅部５１に供給する電源電圧Ｖpおよび電源電圧Ｖmを検出する。具体的には、電圧検出部５３は、例えば、電源電圧Ｖpおよび電源電圧Ｖmの各々を表すデジタルデータを生成するＡ/Ｄ変換器（図示略）を含んで構成される。

第３実施形態の状態判定部６１は、電源パンピング現象が発生する可能性があるか否かを音響信号Ｘの低域強度Ｌに応じて判定する（以下「第１判定」という）ほか、電源パンピング現象が実際に発生しているか否かを、電圧検出部５３が検出した電源電圧Ｖpおよび電源電圧Ｖmに応じて判定（以下「第２判定」という）する。具体的には、第２判定においては、電源電圧Ｖpと電源電圧Ｖmとに応じた電圧指標値Ｑを閾値と比較することで電源パンピング現象の有無が判定される。

図９には、電源電圧Ｖpと電源電圧Ｖmと電圧指標値Ｑとの時間変化が図示されている。図９に例示される通り電圧指標値Ｑは、電源電圧Ｖpと電源電圧Ｖmの絶対値|Ｖm|とのうちの大きい方（最大値ｍａｘ｛Ｖp，|Ｖm|｝）を時間軸上で平滑した数値である。例えば、最大値ｍａｘ｛Ｖp，|Ｖm|｝の時系列から公知のエンベロープフィルタにより生成される包絡線上の数値が電圧指標値Ｑとして算定される。

以上の説明から理解される通り、電源パンピング現象により電源電圧Ｖpまたは電源電圧Ｖmが所定値から変動するほど電圧指標値Ｑは大きい数値となる。すなわち、電圧指標値Ｑが大きいほど電源パンピング現象の可能性が高いと評価できる。第３実施形態の状態判定部６１は、第２判定において、電圧指標値Ｑが閾値Ｔaよりも高くなった場合に電源パンピング現象が発生したと判定し、電圧指標値Ｑが閾値Ｔaよりも低くなった場合に電源パンピング現象が解消したと判定する。閾値Ｔaは、電源パンピング現象が発生しない状態で観測される電圧指標値Ｑを上回る所定値に設定される。

第３実施形態の動作制御部６２は、低域強度Ｌを利用した第１判定の結果と電圧指標値Ｑを利用した第２判定の結果とに応じて出力制御部３３を制御する。具体的には、動作制御部６２は、第１判定および第２判定の少なくとも一方の判定結果が肯定である場合に、出力制御部３３を第２状態に制御し、第１判定および第２判定の双方の判定結果が否定である場合に出力制御部３３を第１状態に制御する。

第３実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。また、第３実施形態では、電源パンピング現象が発生する可能性があるか否かを低域強度Ｌに応じて判定する第１判定のほか、電源パンピング現象が実際に発生しているか否かを電圧指標値Ｑに応じて判定する第２判定が実行される。したがって、第１判定のみを実行する第１実施形態と比較して、電源パンピング現象による電源電圧の変動を効果的に低減できるという利点がある。なお、第２高域通過フィルタ３２２（フィルタ３５１）と減算部７１とを利用して低域信号Ｓを生成する第２実施形態の構成は、第３実施形態にも同様に適用され得る。

＜第４実施形態＞
図１０は、第４実施形態における音響処理装置１２のうち電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための要素の構成図である。図１０に例示される通り、第４実施形態の音響処理装置１２は、第１実施形態における低域低減部３１（信号処理部３２および出力制御部３３）を、図１０の低域低減部３１aに置換した構成である。低域低減部３１aは、音響信号Ｘにおいて遮断周波数Ｆcを下回る成分を低減する高域通過フィルタである。

低域低減部３１aの遮断周波数Ｆcは可変である。遮断周波数Ｆcが第１周波数Ｆ1に設定されると、低域低減部３１aは、音響信号Ｘにおいて第１周波数Ｆ1を下回る成分が低減された音響信号Ｙ0を出力する第１状態となる。他方、遮断周波数Ｆcが第２周波数Ｆ2に設定されると、低域低減部３１aは、音響信号Ｘにおいて第２周波数Ｆ2を下回る成分が低減された音響信号Ｙ0を出力する第２状態となる。低域低減部３１aは、動作制御部６２による制御のもとで第１状態および第２状態の一方から他方に遷移する。第２状態では、第１周波数Ｆ1よりも高い第２周波数Ｆ2を下回る成分が低減された音響信号Ｙ0が低域低減部３１aから出力されるため、第１状態と比較して電源パンピング現象による電源電圧の変動が低減される。

状態判定部６１は、第１実施形態と同様に、音響信号Ｘの低域強度Ｌが閾値Ｔbを上回るか否か（すなわち電源パンピング現象が発生する可能性があるか否か）を判定する。第４実施形態の動作制御部６２は、状態判定部６１による判定結果に応じて低域低減部３１aの遮断周波数Ｆcを制御する。

具体的には、低域強度Ｌが閾値Ｔbよりも高くなった場合（電源パンピング現象が発生する可能性がある場合）、動作制御部６２は、遮断周波数Ｆcを第１周波数Ｆ1から第２周波数Ｆ2に上昇させる。例えば、動作制御部６２は、遮断周波数Ｆcを、第１周波数Ｆ1から第２周波数Ｆ2まで所定値ずつ段階的に上昇させる。他方、低域強度Ｌが閾値Ｔbよりも低くなった場合（電源パンピング現象が発生しないと推定される場合）、動作制御部６２は、遮断周波数Ｆcを第２周波数Ｆ2から第１周波数Ｆ1まで低下させる。例えば、動作制御部６２は、遮断周波数Ｆcを、第２周波数Ｆ2から第１周波数Ｆ1まで所定値ずつ段階的に上昇させる。以上の説明から理解される通り、第４実施形態の動作制御部６２は、第１実施形態の動作制御部６２と同様に、状態判定部６１による判定結果が否定である場合に低域低減部３１aを第１状態に制御し、状態判定部６１による判定結果が肯定である場合に低域低減部３１aを第２状態に制御する。

以上に例示した通り、第４実施形態では、音響信号Ｘにおける低域強度Ｌが閾値Ｔbを上回る場合に、電源パンピング現象が発生する可能性があると判定される。したがって、電源パンピング現象が実際には発生していない段階でも、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための処理（遮断周波数Ｆcを第２周波数Ｆ2に上昇させる処理）を実行することが可能である。すなわち、第４実施形態においても第１実施形態と同様に、電源パンピング現象による電源電圧の変動を未然に低減（理想的には防止）することが可能である。

なお、第２高域通過フィルタ３２２と減算部７１とを利用して低域信号Ｓを生成する第２実施形態の構成は、第４実施形態においても同様に採用され得る。また、低域強度Ｌを利用した第１判定の結果と電圧指標値Ｑを利用した第２判定の結果とに応じて低域低減部３１を制御する第３実施形態の構成は、第４実施形態においても同様に採用され得る。

＜変形例＞
以上に例示した実施形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様を併合することも可能である。

（１）第１実施形態から第３実施形態では、第１信号Ｘ1と第２信号Ｘ2とをクロスフェードした。しかし、第１信号Ｘ1と第２信号Ｘ2との位相の相違に起因した異音が特段の問題とならない場合には、第１信号Ｘ1と第２信号Ｘ2とを選択的に音響信号Ｙ0として出力制御部３３が出力する構成も採用され得る。すなわち、第１信号Ｘ1と第２信号Ｘ2との加重和の演算および第１信号Ｘ1と第２信号Ｘ2とのクロスフェードは省略され得る。

例えば、第１信号Ｘ1と第２信号Ｘ2との何れかを選択するスイッチが出力制御部３３として利用される。状態判定部６１による判定結果が肯定である場合には第１信号Ｘ1を出力する第１状態となり、判定結果が否定である場合には第２信号Ｘ2を出力する第２状態となるように、動作制御部６２は出力制御部３３を制御する。以上の構成においても、高域通過フィルタの遮断周波数を変化させる特許文献１の技術と比較して、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための制御に必要な負荷が軽減されるという効果は実現される。以上の説明から理解される通り、本発明の好適な態様に係る動作制御部６２は、状態判定部６１による判定結果が否定である場合に出力制御部３３を第１状態に制御し、判定結果が肯定である場合に出力制御部３３を第２状態に制御する要素として包括的に表現される。第１状態および第２状態の一方から他方に徐々に遷移する構成が基本的には好適であるが、第１状態および第２状態の一方から他方に瞬間的に遷移させることも可能である。

（２）第１実施形態から第３実施形態では、信号処理部３２が第１高域通過フィルタ３２１と第２高域通過フィルタ３２２とを具備する構成を例示したが、第１高域通過フィルタ３２１は省略され得る。例えば、低域低減部３１による処理前の信号処理のなかで第１周波数Ｆ1を下回る成分が低減される構成では、図１１の例示の通り、第１高域通過フィルタ３２１が低域低減部３１から省略される。すなわち、第１周波数Ｆ1を下回る成分が低減された音響信号Ｘが音響信号Ｘ1として出力制御部３３に供給される。

（３）第２実施形態では、第２高域通過フィルタ３２２の一部（フィルタ３５１）を、第２信号Ｘ2の生成と低域信号Ｓの生成とに兼用したが、低域信号Ｓの生成に信号処理部３２を兼用する構成は以上の例示に限定されない。例えば、第１高域通過フィルタ３２１が生成した第１信号Ｘ1、または、複数次の第１高域通過フィルタ３２１を構成する一部のフィルタ（例えば最終段以外のフィルタ）が生成した信号を、高域信号Ｘhとして減算部７１に供給することも可能である。以上の構成では、第１周波数Ｆ1を下回る低域成分を表す低域信号Ｓが減算部７１により生成される。

（４）第１実施形態から第３実施形態では、第１信号Ｘ1の加重値（１−α）と第２信号Ｘ2の加重値αとを直線的に変化させたが、加重値αおよび加重値(１−α)の変化の態様は以上の例示に限定されない。具体的には、加重値αおよび加重値(１−α)の各々を曲線的に変化させることも可能である。また、前述の各形態では、加重値αを０から１まで変化させる構成を例示したが、加重値αの最小値（第２値の例示）および最大値（第１値の例示)は以上の例示に限定されない。例えば加重値αの最小値を０に近い正数（例えば０．１）とした構成、または、加重値αの最大値を１に近い数値（例えば０．９）とした構成も採用され得る。

（５）以上に例示した形態から、例えば以下の構成が把握される。
＜態様１＞
本発明の好適な態様（態様１）に係る音響処理装置は、音響信号において第１周波数を下回る成分が低減された信号を出力する第１状態と、前記音響信号において前記第１周波数よりも高い第２周波数を下回る成分が低減された信号を出力する第２状態との一方から他方に遷移する低域低減部と、前記低域低減部による出力後の信号を増幅するＤ級増幅部と、前記音響信号における低域成分の強度が閾値を上回るか否かを判定する状態判定部と、前記状態判定部による判定結果が否定である場合に前記低域低減部を前記第１状態に制御し、前記判定結果が肯定である場合に前記低域低減部を前記第２状態に制御する動作制御部とを具備する。以上の態様では、音響信号における低域成分の強度が閾値を上回るか否か（すなわち、電源パンピング現象が発生する可能性があるか否か）が判定されるから、電源パンピング現象が実際には発生していない段階でも、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための処理（出力制御部を第２状態に制御する処理）が実行される。したがって、電源パンピング現象による電源電圧の変動を未然に低減（理想的には防止）できるという利点がある。
＜態様２＞
態様１の好適例（態様２）において、前記低域低減部は、前記音響信号において前記第２周波数を下回る成分を低減する高域通過フィルタと、音響信号において第１周波数を下回る成分が低減された信号を出力する前記第１状態と、前記高域通過フィルタからの出力信号を出力する前記第２状態との一方から他方に遷移する出力制御部とを含み、前記高域通過フィルタによる処理で生成された信号を前記音響信号から減算することで前記低域成分の信号を生成する減算部を具備する。以上の態様では、音響信号において第２周波数を下回る成分を低減して第２信号を生成する高域通過フィルタが、電源パンピング現象の判定に利用される低域成分の信号の生成に流用される。したがって、高域通過フィルタとは別個の要素により、電源パンピング現象の判定用の低域成分の信号を生成する構成と比較して、音響処理装置の構成が簡素化されるという利点がある。
＜態様３＞
本発明の好適な態様（態様３）は、音響処理装置の制御方法であって、前記音響処理装置は、音響信号において第１周波数を下回る成分が低減された信号を出力する第１状態と、前記音響信号において前記第１周波数よりも高い第２周波数を下回る成分が低減された信号を出力する第２状態との一方から他方に遷移する低域低減部と、前記低域低減部による出力後の信号を増幅するＤ級増幅部とを具備し、制御装置が、前記音響信号における低域成分の強度が閾値を上回るか否かを判定し、前記判定結果が否定である場合に前記低域低減部を前記第１状態に制御し、前記判定結果が肯定である場合に前記低域低減部を前記第２状態に制御する。以上の態様では、音響信号における低域成分の強度が閾値を上回るか否か（すなわち、電源パンピング現象が発生する可能性があるか否か）が判定されるから、電源パンピング現象が実際には発生していない段階でも、電源パンピング現象による電源電圧の変動を低減するための処理（出力制御部を第２状態に制御する処理）が実行される。したがって、電源パンピング現象による電源電圧の変動を未然に低減（理想的には防止）できるという利点がある。

１００…音響システム、１１…信号供給装置、１２…音響処理装置、１３…放音装置、２０…制御ユニット、２１…制御装置、２２…記憶装置、５１…Ｄ級増幅部、５１１…変調回路、５１２…スイッチ回路、５１３…低域通過フィルタ、５２…電源供給部、５２１，５２２…定電圧電源、５２３，５２４…平滑キャパシタ、３１，３１a…低域低減部、３２…信号処理部、３２１…第１高域通過フィルタ、３２２…第２高域通過フィルタ、３３…出力制御部、３３１，３３２…乗算部、３３３…加算部、６１…状態判定部、６２…動作制御部、７１…減算部、７２…低域通過フィルタ。

Claims (3)

1. 音響信号において第１周波数を下回る成分が低減された信号を出力する第１状態と、前記音響信号において前記第１周波数よりも高い第２周波数を下回る成分が低減された信号を出力する第２状態とに制御される低域低減部と、
   前記低域低減部による出力後の信号を増幅するＤ級増幅部と、
   前記音響信号における低域成分の強度が閾値を上回るか否かを判定する状態判定部と、
   前記状態判定部による判定結果が否定である場合に前記低域低減部を前記第１状態に制御し、前記判定結果が肯定である場合に前記低域低減部を前記第２状態に制御する動作制御部と
   を具備する音響処理装置。
2. 前記低域低減部は、
   前記音響信号において前記第２周波数を下回る成分を低減する高域通過フィルタと、
   音響信号において第１周波数を下回る成分が低減された信号を出力する前記第１状態と、前記高域通過フィルタからの出力信号を出力する前記第２状態との一方から他方に遷移する出力制御部とを含み、
   前記高域通過フィルタによる処理で生成された信号を前記音響信号から減算することで前記低域成分の信号を生成する減算部を具備する
   請求項１の音響処理装置。
3. 音響処理装置の制御方法であって、
   前記音響処理装置は、
   音響信号において第１周波数を下回る成分が低減された信号を出力する第１状態と、前記音響信号において前記第１周波数よりも高い第２周波数を下回る成分が低減された信号を出力する第２状態とに制御される低域低減部と、
   前記低域低減部による出力後の信号を増幅するＤ級増幅部とを具備し、
   制御装置が、
   前記音響信号における低域成分の強度が閾値を上回るか否かを判定し、
   前記判定結果が否定である場合に前記低域低減部を前記第１状態に制御し、前記判定結果が肯定である場合に前記低域低減部を前記第２状態に制御する
   音響処理装置の制御方法。
   

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