JP2001202696A - デジタルアンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号の劣化がなく広いダイナミックレンジを
確保した状態で音量調整を行うことができるデジタルア
ンプを提供すること。 【解決手段】 ＰＣＭ−ＰＷＭ変換部２０は、入力され
るデジタルデータの各ビットの値に応じたデューティ比
を有するＰＷＭ信号を生成する。スイッチングアンプ部
２４は、このＰＷＭ信号の電圧レベルに対応したスイッ
チング動作を行うことにより、スピーカ９０に入力する
駆動信号を生成する。利用者によって音量の変更指示が
なされると、動作電圧制御部３０の制御によってＤＣ／
ＤＣ変換器３４によって発生する動作電圧Ｖccの値が変
更され、これによりスピーカ９０に入力される駆動信号
の振幅値が変更される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力されるデジタ
ルデータの値に基づいて、スピーカ等の負荷を駆動する
デジタルアンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近では、デジタル技術の進展に伴っ
て、オーディオ信号をデジタル信号として記録し、再生
するデジタルオーディオシステムが広く普及している。
例えば、ＣＤ（コンパクトディスク）やＭＤ（ミニディ
スク）等がオーディオ信号に対応するデジタル信号の記
録媒体として用いられており、これらの記録媒体に記録
されたデジタル信号を読み出すことによりオーディオ音
の再生が行われる。このように、オーディオ音をデジタ
ル信号化して記録および再生を行うデジタルオーディオ
システムでは、再生時の雑音が少なく、ダイナミックレ
ンジを広くすることが可能であり、さらに、繰り返し再
生を行っても記録された信号が劣化することもないこと
から、従来のアナログオーディオシステムに比較して飛
躍的に音質を向上させることができる。また、最近で
は、従来のアナログアンプの代わりに、入力されたデジ
タル信号に基づいてスピーカ等の負荷を駆動するデジタ
ルアンプが用いられるようになっている。

【０００３】図４は、従来のデジタルアンプの構成を示
す図である。図４に示すデジタルアンプ１００は、音量
調整部１１０、ＰＣＭ−ＰＷＭ変換部１２０、スイッチ
ングアンプ部１３０を含んで構成されている。音量調整
部１１０は、使用者による音量変更指示に応じて、入力
されるｎビットのデジタルデータの値を可変する。ＰＣ
Ｍ−ＰＷＭ変換部１２０は、音量調整部１１０から出力
されるデジタルデータが入力され、その値に応じたデュ
ーティ比を有するＰＷＭ信号を生成する。スイッチング
アンプ部１３０は、ＰＷＭ信号の電圧レベルに対応し
て、動作電圧Ｖccを選択的にスピーカ１４０に印加する
スイッチング動作を行うことにより、ＰＣＭ−ＰＷＭ変
換器１２０に入力されるデジタルデータの値に対応した
振幅値を有する駆動信号を出力してスピーカ１４０を駆
動する。例えば、ＰＷＭ信号のデューティ比が大きい場
合、すなわち、ＰＣＭ−ＰＷＭ変換器１２０に入力され
るｎビットデータの値が大きい場合にはスピーカ１４０
に印加される電圧値が高くなり、反対に、ＰＣＭ−ＰＷ
Ｍ変換器１２０に入力されるｎビットデータの値が小さ
い場合にはスピーカ１４０に印加される電圧値が低くな
って、順次入力されるｎビットデータの値に対応した音
量が実現されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のデジタルアンプ１００における音量調整は、ＰＣＭ
−ＰＷＭ変換器１２０から後段の回路においてはゲイン
が固定化されているため、ＰＣＭ−ＰＷＭ変換器１２０
の前段に設けられた音量調整部１１０においてｎビット
のデジタルデータに対してその値を変更することにより
行う必要があった。

【０００５】例えば、最も簡単には、音量調整部１１０
において、ｎビットのデジタルデータに対して上位ビッ
トから下位ビット側にビットシフトを行う方法がある。
ビットシフトを行うことにより、ＰＣＭ−ＰＷＭ変換器
１２０に入力されるデジタルデータの値を小さくするこ
とができるため、スピーカ１４０に印加される駆動信号
の振幅も小さくなり、音量を下げる処理が行われる。と
ころが、このようにビットシフトによってデジタルデー
タの値を小さくすると、下位ビットの情報が失われるこ
とになるため、ダイナミックレンジが狭くなるという問
題があった。例えば、ｎビットのデジタルデータを下位
ビット側にｍビットシフトすることにより、約６ｍ［ｄ
Ｂ］ゲインを下げることができるが、下位のｍビットの
情報が失われることにより、ダイナミックレンジも約６
ｍ［ｄＢ］狭くなってしまう。

【０００６】また、音量調整部１１０において、ｎビッ
トのデジタルデータの値を調整する他の方法としては、
ｎビットのデジタルデータを一旦アナログ信号に変換し
た後に、ゲインが調整可能なアッテネータを通し、その
後再びデジタルデータに変換する場合が考えられる。し
かし、このように一旦アナログ信号に変換するとノイズ
が混入するため、信号の劣化が生じるという問題があっ
た。

【０００７】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、その目的は、信号の劣化がなく広いダイ
ナミックレンジを確保した状態で音量調整を行うことが
できるデジタルアンプを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明のデジタルアンプは、駆動手段によっ
て、入力されるデジタルデータの値に応じたスイッチン
グ動作を行うことにより、所定の動作電圧に比例した駆
動電圧を所定の負荷に印加する場合に、動作電圧設定手
段によって、音量設定信号に応じてこの動作電圧の値を
可変に制御する。動作電圧を可変することにより、負荷
に印加する駆動電圧を調整しているため、音量を下げる
場合にデジタルデータの下位ビットの情報が失われるこ
とがなく、広いダイナミックレンジを確保した状態で音
量調整を行うことができる。また、音量調整を行うため
にデジタルデータを一旦アナログ信号に変換する必要が
ないため、信号の劣化を防止することができる。

【０００９】また、上述した駆動手段は、制御信号生成
手段によってデジタルデータの各ビットの値に対応する
デューティ比を有する制御信号を生成するとともに、ス
イッチング手段によって、この制御信号のデューティ比
に応じて上述したスイッチング動作を行うことが望まし
い。制御信号生成手段によってデジタルデータをパルス
幅変調することによって得られた制御信号に基づいて、
スイッチング手段によるスイッチング動作を行うことに
より、デジタルデータの値に対応し、かつ動作電圧に比
例した駆動電圧を容易に生成することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した一実施形
態のデジタルアンプについて図面を参照しながら説明す
る。

【００１１】図１は、一実施形態のデジタルアンプ１０
の構成を示す図である。図１に示すデジタルアンプ１０
は、ＰＣＭ−ＰＷＭ変換器２０、スイッチングアンプ部
２４、動作電圧制御部３０、ＰＷＭドライバ３２、ＤＣ
／ＤＣ変換器３４、操作部４０、異常検出部４２、デジ
タル・インタフェース・レシーバ（ＤＩＲ）５０、等化
処理部５２、コントローラ６０を含んで構成されてい
る。

【００１２】ＰＣＭ−ＰＷＭ変換器２０は、入力される
ｎビットのデジタルデータに対してパルス幅変調を行う
ことにより、デジタルデータの各ビットの値に応じたデ
ューティ比を有するＰＷＭ信号を生成する。スイッチン
グアンプ部２４は、ＰＣＭ−ＰＷＭ変換器２０によって
生成されたＰＷＭ信号の電圧レベルに対応して、動作電
圧Ｖccを選択的にスピーカ９０に印加するスイッチング
動作を行うことにより、スピーカ９０に入力する駆動信
号を出力する。

【００１３】図２は、スイッチングアンプ部２４の詳細
構成の一例を示す図である。図２に示すように、スイッ
チングアンプ部２４は、ドライバ２２および２つのＦＥ
Ｔ２６、２８を含んで構成されている。２つのＦＥＴ２
６、２８のそれぞれのゲートは共通に接続されており、
これらのゲートにドライバ２２によって生成される駆動
電圧が印加される。また、２つのＦＥＴ２６、２８は、
正極の動作電圧＋Ｖccが印加される端子（以後、この端
子を「正極側端子」と称する）と負極の動作電圧−Ｖcc
が印加される端子（以後、この端子を「負極側端子」と
称する）との間に、それぞれのソース・ドレイン間が直
列接続されている。

【００１４】ドライバ２２は、ＰＣＭ−ＰＷＭ変換器２
０から出力されるＰＷＭ信号の２つの電圧レベルのそれ
ぞれに対応する正負の駆動電圧を生成する。正極側端子
に接続された一方のＦＥＴ２６のゲートにドライバ２２
から正の駆動電圧が印加されると、このＦＥＴ２６によ
って構成されるスイッチがオン状態になって、正極側端
子に印加された正極の動作電圧＋Ｖccが出力端子に現れ
る。このとき、他方のＦＥＴ２８はオフ状態になってい
る、反対に、負極側端子に接続された他方のＦＥＴ２８
のゲートにドライバ２２から負の駆動電圧が印加される
と、このＦＥＴ２８によって構成されるスイッチがオン
状態になって、負極側端子に印加された負極の動作電圧
−Ｖccが出力端子に現れる。このとき、一方のＦＥＴ２
６はオフ状態になっている。

【００１５】動作電圧制御部３０は、コントローラ６０
から出力される音量設定信号に基づいて、スイッチング
アンプ部２４に印加する動作電圧Ｖccの値を可変に制御
する。具体的には、動作電圧制御部３０は、コントロー
ラ６０から入力される音量設定信号と、スイッチングア
ンプ部２４に印加されている現在の動作電圧Ｖccの値と
に基づいて、ＰＷＭドライバ３２に入力する駆動信号を
生成する。ＰＷＭドライバ３２は、動作電圧制御部３０
から入力される駆動信号をパルス幅変調して、変更後の
音量に対応したＰＷＭ信号を生成する。ＤＣ／ＤＣ変換
器３４は、車両に搭載されたバッテリ（図示せず）から
固定の電源電圧（＋Ｂ）が印加されており、この電源電
圧をＰＷＭドライバ３２から入力される駆動信号のデュ
ーティ比に対応した電圧値を有する直流電圧に変換す
る。この直流電圧が上述したスイッチングアンプ部２４
に動作電圧Ｖccとして印加される。なお、スイッチング
アンプ部２４が図２に示した構成を有する場合には、正
極の動作電圧＋Ｖccと負極の動作電圧−Ｖccの両方がＤ
Ｃ／ＤＣ変換器３４で生成され、スイッチングアンプ部
２４の正極側端子と負極側端子のそれぞれに印加され
る。

【００１６】操作部４０は、利用者が各種の設定を行う
ためのものであり、音量調整、低音調整、高音調整、左
右の音量バランス調整、前後の音量バランス調整を行う
ために用いられる複数のボリュームと電源スイッチ等を
備えている。異常検出部４２は、ＤＣ／ＤＣ変換器３４
の異常を検出するためのものであり、異常を検出したと
きに所定の異常検出信号をコントローラ６０に向けて出
力する。

【００１７】デジタル・インタフェース・レシーバ５０
は、ＣＤプレーヤやラジオ受信機等の各種のオーディオ
ソース（図示せず）から入力された信号を、デジタルア
ンプ１０内部の処理に適した所定のデジタルデータに変
換する。例えば、光ファイバケーブルを介して入力され
た光信号が一旦電気的なシリアルデータに変換された
後、所定ビット数のパラレルデータに変換される。

【００１８】等化処理部５２は、デジタル・インタフェ
ース・レシーバ５０から入力されるデジタルデータに対
して所定の等化処理を行う。例えば、操作部４０に備わ
った低音調整用、高音調整用、左右の音量バランス調整
用、前後の音量バランス調整用の各ボリュームのつまみ
部分が操作されると、その操作量がコントローラ６０に
よって検出され、対応する設定信号が等化処理部５２に
入力される。

【００１９】例えば、低音調整用のボリュームのつまみ
部分が操作された場合には、その操作量に対応した低音
調整用の設定信号が等化処理部５２に入力される。等化
処理部５２は、コントローラ６０から入力されるこの設
定信号に基づいて、入力されるデジタルデータで表現さ
れるオーディオ信号の低周波成分のレベルを増減する。
このようにして等化処理部５２によって所定の等化処理
が行われた後のデジタルデータがＰＣＭ−ＰＷＭ変換器
２０に入力される。

【００２０】コントローラ６０は、デジタルアンプ１０
の全体を制御するためのものである。例えば、上述した
ように、操作部４０の音量調整用のボリュームのつまみ
部分が操作されると、コントローラ６０は、その操作量
に応じた音量設定信号を生成して動作電圧制御部３０に
入力する。また、異常検出部４２から異常検出信号が出
力されると、コントローラ６０は、音量を０にする音量
設定信号を生成して、ＰＷＭドライバ３２によってＤＣ
／ＤＣ変換器３４を駆動する動作を停止させる。例え
ば、コントローラ６０を汎用プロセッサによって実現す
ることができる。また、動作電圧制御部３０と等化処理
部５２のそれぞれをデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
によって実現することができる。

【００２１】上述したＰＣＭ−ＰＷＭ変換器２０、スイ
ッチングアンプ部２４が駆動手段に、動作電圧制御部３
０、ＰＷＭドライバ３２、ＤＣ／ＤＣ変換器３４が動作
電圧設定手段に、ＰＣＭ−ＰＷＭ変換器２０が制御信号
生成手段に、スイッチングアンプ部２４がスイッチング
手段にそれぞれ対応する。

【００２２】本実施形態のデジタルアンプ１０はこのよ
うな構成を有しており、次にその動作を説明する。図３
は、本実施形態のデジタルアンプ１０の動作手順を示す
図であり、主に音量設定動作に着目した動作が示されて
いる。

【００２３】コントローラ６０は、ＤＣ／ＤＣ変換器３
４に異常が発生したか否かを監視しており（ステップ１
００）、異常検出部４２によって異常状態が検出されて
異常検出信号が出力されると肯定判断を行って、この異
常状態に対応した所定の処理を行う（ステップ１０
１）。例えば、上述したようにコントローラ６０によっ
て、音量を０にするために必要な音量設定信号が生成さ
れ、ＤＣ／ＤＣ変換器３４による動作電圧の生成動作が
停止される。

【００２４】また、異常状態が検出されない通常動作時
においては、上述したステップ１００の判定において否
定判断が行われ、次にコントローラ６０は、利用者によ
って音量の変更指示がなされたか否かを判定する（ステ
ップ１０２）。利用者によって変更指示がなされない場
合には否定判断が行われ、上述したステップ１００の判
定以降の動作が繰り返される。

【００２５】また、利用者によって操作部４０の音量調
整用ボリュームのつまみ部分が操作されて音量の変更が
指示されると、ステップ１０２の判定において肯定判断
が行われ、次にコントローラ６０は、変更後の音量に対
応した音量設定信号を生成する（ステップ１０３）。例
えば、回転式の音量調整用ボリュームが使用されている
場合には、つまみ部分の回転角が検出されて、この回転
角に対応した音量設定信号が生成される。生成された音
量設定信号は、動作電圧制御部３０に入力される。

【００２６】次に、動作電圧制御部３０は、コントロー
ラ６０から入力された音量設定信号と、ＤＣ／ＤＣ変換
器３４によって発生している現在の動作電圧Ｖccの値と
に基づいて、ＰＷＭドライバ３２に入力する駆動信号を
生成する（ステップ１０４）。ＰＷＭドライバ３２は、
動作電圧制御部３０から入力される駆動信号をパルス幅
変調した信号に生成し、この信号を用いてＤＣ／ＤＣ変
換器３４によって発生する動作電圧Ｖccの電圧値を制御
する。これにより、変更後の音量に対応するように、動
作電圧Ｖccの変更が行われる（ステップ１０５）。この
ようにしてＤＣ／ＤＣ変換器３４からスイッチングアン
プ部２４に印加される動作電圧Ｖccの値が変更される
と、スピーカ９０に出力される駆動信号の振幅値がこの
動作電圧Ｖccの値に応じて変更されるため、以後変更後
の音量値でスピーカ９０が駆動される。

【００２７】ステップ１０５においてＤＣ／ＤＣ変換器
３４で発生する動作電圧Ｖccの値の変更が終了すると、
ステップ１００に戻って、異常発生の有無判定以降の動
作が繰り返される。

【００２８】このように、本実施形態のデジタルアンプ
では、利用者によって音量の変更が指示されると、スイ
ッチングアンプ部２４に印加される動作電圧Ｖccの値が
変更される。具体的には、音量値を下げるような指示が
なされると動作電圧Ｖccを低下させる変更がなされ、反
対に音量値を上げるような指示がなされると動作電圧Ｖ
ccを上昇させる変更がなされる。これにより、スイッチ
ングアンプ部２４からスピーカ９０に印加される駆動信
号の振幅値が変更され、音量値が変更される。したがっ
て、音量を変更する際に、ＰＣＭ−ＰＷＭ変換器２０に
入力されるデジタルデータの値をビットシフト等を行っ
て変更する必要がないため、音量値を下げた場合であっ
ても広いダイナミックレンジを確保することができる。
また、一旦デジタルデータをアナログ信号に変換する必
要もないため、音質の劣化を招くこともない。

【００２９】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変
形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、
ＰＷＭ制御によって動作電圧Ｖccを発生するタイプのＤ
Ｃ／ＤＣ変換器３４を用いた場合について説明したが、
それ以外のタイプのスイッチング電源をＤＣ／ＤＣ変換
器３４の代わりに用いて、連続的あるいは階段状に変化
する動作電圧Ｖccを発生させ、スイッチングアンプ部２
４に印加するようにしてもよい。

【００３０】また、上述した実施形態では、コントロー
ラ６０によって音量設定信号を生成し、動作電圧制御部
３０によって、この音量設定信号等に基づいてＤＣ／Ｄ
Ｃ変換器３４による動作電圧の生成動作を制御するよう
にしたが、この動作電圧制御部３０による制御動作をコ
ントローラ６０に行わせるようにしてもよい。

【００３１】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、動作
電圧を可変することにより、負荷に印加する駆動電圧を
調整しているため、音量を下げる場合にデジタルデータ
の下位ビットの情報が失われることがなく、広いダイナ
ミックレンジを確保した状態で音量調整を行うことがで
きる。また、音量調整を行うためにデジタルデータを一
端アナログ信号に変換する必要がないため、信号の劣化
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態のデジタルアンプの構成を示す図で
ある。

【図２】スイッチングアンプ部の詳細構成の一例を示す
図である。

【図３】本実施形態のデジタルアンプの動作手順を示す
図である。

【図４】従来のデジタルアンプの構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ デジタルアンプ ２０ ＰＣＭ−ＰＷＭ変換器 ２４ スイッチングアンプ部 ３０ 動作電圧制御部 ３２ ＰＷＭドライバ ３４ ＤＣ／ＤＣ変換器 ４０ 操作部 ５２ 等化処理部 ６０ コントローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力されるデジタルデータの値に応じた
   スイッチング動作を行うことにより、所定の動作電圧に
   比例した駆動電圧を所定の負荷に印加する駆動手段と、 音量設定信号に応じて前記動作電圧の値を可変に制御す
   る動作電圧設定手段と、 を備えることを特徴とするデジタルアンプ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記駆動手段は、 前記デジタルデータの各ビットの値に対応するデューテ
   ィ比を有する制御信号を生成する制御信号生成手段と、 前記制御信号のデューティ比に応じて、前記スイッチン
   グ動作を行うスイッチング手段と、 を備えることを特徴とするデジタルアンプ。