JP2003229768A - パルス符号変調信号再生装置 - Google Patents
パルス符号変調信号再生装置Info
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Abstract
ス符号変調信号を忠実に再現しつつ、S/N比を改善す
るとともに、消費電力を低減し得るスイッチング出力型
のパルス符号変調信号再生装置を提供する。 【解決手段】 入力されたPCM信号をPDM変調する
PDM変調器4と、PDM変調器4からの出力信号に基
づいてスイッチングにより電力増幅を行うスイッチング
出力段5とを備え、スイッチング出力段5からの出力を
アナログ信号として再生する。入力されたPCM信号の
所定期間単位又は所定信号単位からの最大値を求める最
大値検出器2と、最大値検出器2にて求めた最大値に応
じて、PCM信号をα倍に変更してPDM変調器4に入
力する乗算器3と、乗算器3での変更量に応じて、スイ
ッチング出力段5への供給電圧を変更する可変電圧電源
部6とを備えている。
Description
号(PCM信号)をパルス密度変調(PDM変調)した
後、スイッチングにより電力増幅してアナログ信号とし
て再生するパルス符号変調信号再生装置に関するもので
ある。
置は、通常のアナログ回路を用いることなくPCM(Pu
lse Code Modulation )信号をD/A変換しつつスピー
カ等の装置を駆動することができるという優れたもので
ある。
装置では、図5に示すように、PCM信号がPDM変調
器51に入力される。このPCM信号は、図6(a)に
示すように、最大値62をもつアナログ信号である。
M信号を、HIGH/LOWの2値に高速に変化する信
号で表現するPDM(Pulse Density Modulator)信号に
変換して、スイッチング出力段52に出力する。また、
スイッチング出力段52は、入力されたPDM信号に基
づいて電力スイッチングを行う。このとき、定電圧電源
53は、図6(b)(c)に示すように、定電圧63・
63で示される一定不変の電圧をスイッチング出力段5
2に供給する。なお、図6(b)は、スイッチング出力
段52から出力される上記定電圧63とスイッチング出
力段52からの出力信号成分との関係を示す一方、図6
(c)は、スイッチング出力段52から出力される上記
定電圧63とスイッチング出力段52からの出力ノイズ
成分との関係を示す。
グ出力段52を1つの系55として見たときに、PCM
信号の入力信号最大値62は定電圧63に対してフル振
幅ではないものとしておく。また、系55のゲインGを
0.5としたときの出力信号成分は、図6(b)に示す
ように、出力信号最大値64を有するものとして表され
る。さらに、供給電源電圧の大きさに伴って発生するノ
イズ成分は、図6(c)に示すように、ノイズ最大値6
6を有するものとして表される。
タ(以下、「LPF」と記す)54は、スイッチング出
力段52から出力されたスイッチング信号の高周波成分
を取り除く。さらに、LPF54を通ったオーディオ信
号は、図示しないスピーカ等の装置にて音となり出力さ
れる。
来のダイナミックレンジ制御回路におけるスイッチング
出力型のパワーアンプは、一般にアナログアンプと比較
してダイナミックレンジが小さく効率が悪いという問題
点を有している。
51を改良することによって効率を上げるには、使用素
子として高価な部品を使う必要がある。したがって、安
価に、アナログ並みのダイナミックレンジを得るのは非
常に困難である。
例えば、図7及び図8(a)(b)(c)に示すよう
に、バッファ71に格納された所定期間又は所定信号単
位から、入力信号の入力信号最大値80を最大値検出器
72にて検出し、この最大値検出器72の出力に応じて
PCM信号を、乗算器73にて係数αを掛けることによ
り、所定量増加した乗算後信号81をPDM変調器51
に入力することが可能である。そして、これによって、
スイッチング出力段52の出力として、図8(b)
(c)に示すように、前記定電圧63と同じ電圧82に
て前記出力信号最大値64よりも振幅の大きな出力信号
最大値83の出力信号を得ることにより、信号対ノイズ
比(以降、「S/N比」という。)を改善できるように
見える。
入力されたPCM信号のレベルを本来再現されるべき信
号のレベル以上に単に上げているだけであり、元信号を
忠実に表現したものとは言えない。
電圧を上げただけでは、図8(c)に示すノイズ最大値
85も同時に増加し、ノイズレベルを上げることにな
り、S/N比の改善は無い。
定電圧63を供給して大電力かつ高速にスイッチングす
る上記のスイッチング出力型のパワーアンプは、消費電
力が非常に大きいということも挙げられる。
たものであって、その目的は、ダイナミックレンジを最
大限に使用し、パルス符号変調信号を忠実に再現しつ
つ、S/N比を改善するとともに、消費電力を低減し得
るスイッチング出力型のパルス符号変調信号再生装置を
提供することにある。
信号再生装置は、上記課題を解決するために、入力され
たパルス符号変調信号をパルス密度変調するパルス密度
変調手段と、上記パルス密度変調手段からの出力信号に
基づいてスイッチングにより電力増幅を行うスイッチン
グ出力手段とを備え、上記スイッチング出力手段からの
出力をアナログ信号として再生するパルス符号変調信号
再生装置において、入力されたパルス符号変調信号の所
定期間単位又は所定信号単位からの最大値を求める最大
値検出手段と、上記最大値検出手段にて求めた最大値に
応じて、上記パルス符号変調信号を所定量変更してパル
ス密度変調手段に入力するダイナミックレンジ可変手段
と、上記ダイナミックレンジ可変手段での変更量に応じ
て、上記スイッチング出力手段への供給電圧を変更する
可変電圧電源手段とを備えていること特徴としている。
可変手段は、最大値検出手段にて求めた最大値に応じ
て、パルス符号変調信号を所定量変更してパルス密度変
調手段に入力する。また、このダイナミックレンジ可変
手段での変更量に応じて、可変電圧電源手段は、スイッ
チング出力手段への供給電圧を変更する。
可変手段は、最大値検出手段にて求めた最大値に応じ
て、該ダイナミックレンジ可変手段のレンジの最大とな
るようにパルス符号変調信号を所定量変更することがで
きる。そして、このダイナミックレンジ可変手段にて拡
大した信号最大値における該拡大倍率に反比例する供給
電圧を可変電圧電源手段からスイッチング出力手段に与
える。これにより、スイッチング出力手段から従来と同
じ最大値の信号を出力することができる。
イッチング出力手段に供給する供給電圧は従来よりも小
さいので、この供給電圧に伴うノイズも小さくなる。こ
のことは、入力されたパルス符号変調信号に対するノイ
ズの比つまりS/N比が小さくなることを示す。
らのダイナミックレンジを最大限使用することができ、
S/N比を改善することが可能となる。また、ダイナミ
ックレンジ可変手段での変更量に応じてスイッチング出
力手段への供給電圧を変化させることにより、パルス符
号変調信号を忠実に再生することができる。さらに、ス
イッチング出力手段への供給電圧は全体的に低く済むた
め、消費電力を低く抑えることが可能となる。
に使用し、パルス符号変調信号を忠実に再現しつつ、S
/N比を改善するとともに、消費電力を低減し得るスイ
ッチング出力型のパルス符号変調信号再生装置を提供す
ることができる。
置は、上記のパルス符号変調信号再生装置において、再
生時には、前記可変電圧電源手段に対して、上記ダイナ
ミックレンジ可変手段での変更量に応じて、上記スイッ
チング出力手段への供給電圧を変更させる一方、再生停
止時には、前記可変電圧電源手段に対して、前記スイッ
チング出力手段への供給電圧を0にさせる再生/停止制
御手段を備えていることを特徴としている。
は、再生時には、前記可変電圧電源手段に対して、上記
ダイナミックレンジ可変手段での変更量に応じて、上記
スイッチング出力手段への供給電圧を変更させる。この
結果、再生時には、前記発明と同じ作用・機能を得るこ
とができる。
には、可変電圧電源手段に対して、スイッチング出力手
段への供給電圧を0にさせる。したがって、スイッチン
グ出力手段の出力は0となり、最終的なアナログ信号も
0となる。
ることができ、また、装置の電源立ち上げ時等に発生す
るノイズのミュート手段としても効果を発揮する。
置は、上記のパルス符号変調信号再生装置において、入
力されたパルス符号変調信号のレベルにより該パルス符
号変調信号が無音であることを検出するとともに、該パ
ルス符号変調信号が無音であることを検出したときに
は、前記スイッチング出力手段への供給電圧を0にさせ
る無音検出調整手段を備えていることを特徴としてい
る。
力されたパルス符号変調信号のレベルにより該パルス符
号変調信号が無音であることを検出するとともに、該パ
ルス符号変調信号が無音であることを検出したときに
は、スイッチング出力手段への供給電圧を0にさせる。
したがって、スイッチング出力手段の出力は0となり、
最終的なアナログ信号も0となる。
時の消費電力削減を図ることができる。
一形態について図1及び図2に基づいて説明すれば、以
下の通りである。
れるスイッチング出力型のパルス符号変調信号(以下、
「PCM(Pulse Code Modulation )信号」と記す)再
生装置は、通常のアナログ回路を用いることなくPCM
信号をD/A変換しつつ、スピーカ等の再生装置を駆動
することができるという優れたものである。
M信号再生装置10は、図1に示すように、バッファ1
と、最大値検出手段としての最大値検出器2と、ダイナ
ミックレンジ可変手段としての乗算器3と、パルス密度
変調手段としてのパルス密度変調器(以下、「PDM(P
ulse Density Modulator) 変調器」と記す)4と、スイ
ッチング出力手段としてのスイッチング出力段5と、可
変電圧電源手段としての可変電圧電源部6と、低域フィ
ルタ(以下、「LPF(Low-Pass filter )」と記す)
7を有している。
期間単位又は所定信号単位を一時的に蓄積し、最大値検
出器2の出力が得られるまでの間、この入力PCM信号
を保持するものである。上記所定期間単位とは、例え
ば、数クロック単位である。また、所定信号単位とは、
例えば、入力PCM信号の数周期分である。
積された入力PCM信号の所定期間単位又は所定信号単
位から、図2(a)に示すように、入力PCM信号の入
力信号最大値12を求める。なお、上記入力PCM信号
はデジタル信号であるが、説明を分かり易くするため、
アナログ信号として記載している。
応じて入力PCM信号に所定係数αを掛け合せる。した
がって、その出力は、図2(a)に示すように、乗算後
最大値13を有する拡大された入力PCM信号として表
される。なお、乗算器3にて掛け合わされる係数αは、
乗算後最大値13が、PDM変調器4の入力レンジを目
一杯使用するように設定される。
を有する上記乗算器3の出力信号を、HIGH/LOW
の2値に高速に変化させることによって、元の信号を表
現するPDM信号に変換する。
ランジスタからなっており、ベース側には、PDM変調
器4の出力が印加される一方、コレクタ側には、可変電
圧電源部6から供給される供給電源電圧14が印加され
るようになっている。これによって、スイッチング出力
段5は、上述したようなハーフブリッジ回路等の電力変
換回路によりスイッチング関数に基づいてD級増幅す
る。なお、本実施の形態では、上記の供給電源電圧14
は、後述するように、可変電圧電源部6に設けられた図
示しない定電圧電源から供給される定電源電圧を所定倍
したものとなっている。したがって、可変電圧電源部6
では、この定電源電圧が可変されるものとなっている。
出器2の出力に応じて図示しない定電圧電源から供給さ
れる定電源電圧に所定の係数(1/α)を掛けた図2
(a)(b)に示す供給電源電圧14・14をスイッチ
ング出力段5に供給する。
3は、PDM変調器4の入力レンジに対して目一杯の振
幅の信号であるとともに、PDM変調器4の出力は可変
電圧電源部6によりスイッチングされるものである。し
たがって、PDM変調器4+スイッチング出力段5の構
成を1つの系8として見たときのゲインをG=0.5とし
たとき、系8における出力信号最大値15は、図2
(a)に示すようになる。これは、従来技術として挙げ
た前記図6に示すスイッチング出力段52の出力信号で
ある図6(b)に示す出力信号最大値64と同じ振幅で
ある。
源電圧16の大きさに伴って発生するノイズ成分17
は、供給電源電圧16が従来技術において図6(c)に
示す供給電源電圧63と比較して小さい。このため、こ
のノイズ成分のノイズ最大値17は、従来技術において
図6(c)に示す同ノイズ成分のノイズ最大値66と比
較して小さくなっている。
(c)から求まるS/N比=(出力信号最大値64/ノ
イズ最大値66)と本実施の形態のS/N比=(出力信
号最大値15/ノイズ最大値17)とを比較した時、本
実施の形態では、S/N比が改善されていることが見て
取れる。また、このとき、信号成分は従来技術と本実施
の形態とで全く同じである。
5から出力されたスイッチング信号の高周波成分を取り
除く。このLPF7を通ったオーディオ信号は、図示し
ないスピーカ等の装置で音となり出力される。
生装置10では、乗算器3は、最大値検出器2にて求め
た入力信号最大値12に応じて、該乗算器3のダイナミ
ックレンジの最大となるように入力PCM信号を所定量
変更することができる。そして、この変更されたPCM
信号をPDM変調器4に入力する。また、この乗算器3
での変更量に応じて、可変電圧電源部6は、スイッチン
グ出力段5への供給電圧を変更する。
拡大した乗算後最大値13における該拡大倍率αに反比
例する1/αの供給電源電圧14を可変電圧電源部6か
らスイッチング出力段5に与える。これにより、スイッ
チング出力段5から従来と同じ出力信号最大値15の信
号を出力することができる。
イッチング出力段5に供給する供給電源電圧14は従来
よりも小さいので、この供給電源電圧14に伴うノイズ
最大値17も小さくなる。このことは、入力されたPC
M信号に対するノイズの比つまりS/N比が小さくなる
ことを示す。
らのダイナミックレンジを最大限使用することができ、
S/N比を改善することが可能となる。また、乗算器3
での変更量に応じてスイッチング出力段5への供給電源
電圧14を変化させることにより、PCM信号を忠実に
再生することができる。さらに、スイッチング出力段5
への供給電源電圧14は全体的に低く済むため、消費電
力を低く抑えることが可能となる。
に使用し、PCM信号を忠実に再現しつつ、S/N比を
改善するとともに、消費電力を低減し得るスイッチング
出力型のPCM信号再生装置10を提供することができ
る。
について図3に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。なお、説明の便宜上、前記の実施の形態1の図面に
示した部材と同一の機能を有する部材については、同一
の符号を付し、その説明を省略する。
は、図3に示すように、再生/停止制御手段としての再
生/停止制御部21を備えており、この再生/停止制御
部21は、最大値検出器2に対して、現在、システムが
PCM信号を再生中であるか否かの情報である、再生/
停止制御信号を送る。この再生/停止制御信号が再生中
を表す場合、バッファ1〜LPF7は、前記実施の形態
1において説明した働きと全く同様の働きをする。
停止制御信号が停止中を表す場合には、最大値検出器2
は可変電圧電源部6に対して、係数1/α=0、すなわ
ち電源供給停止信号を出す。この時、乗算器3に対して
出す係数αは意味をなさず、したがって、係数αは任意
の値でよい。
源部6は、スイッチング出力段5への電源供給を断つ。
これにより、電源投入直後やPCM信号の再生停止中に
おけるスイッチング出力段5の出力は、完全に0とな
る。したがって、LPF7を通り、さらに図示しないス
ピーカ等の装置で出力された音は、完全な無音となる。
生装置20では、再生/停止制御部21は、再生時に
は、可変電圧電源部6に対して、乗算器3での変更量に
応じて、スイッチング出力段5への前記供給電源電圧1
4を変更させる。この結果、再生時には、前記実施の形
態1と同じ作用・機能を得ることができる。
時には、可変電圧電源部6に対して、スイッチング出力
段5への供給電源電圧14を0にさせる。したがって、
スイッチング出力段5の出力は0となり、最終的なアナ
ログ信号も0となる。
ることができ、また、PCM信号再生装置20の電源立
ち上げ時等に発生するノイズのミュート手段としても効
果を発揮する。
について図4に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。なお、説明の便宜上、前記の実施の形態1及び実施
の形態2の図面に示した部材と同一の機能を有する部材
については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
は、図4に示すように、無音検出手段としての無音検出
器31を備えており、この無音検出器31は、入力PC
M信号のレベルが所定の値以下であるときに、無音であ
るとして、最大値検出器2に対して無音検出信号を送
る。
バッファ1〜LPF7は、前記実施の形態1において説
明した働きと全く同様の働きをする。一方、無音検出器
31が無音を検出した場合、最大値検出器2は可変電圧
電源部6に対して、係数1/α=0、すなわち電源供給
停止信号を出す。この時、乗算器3に対して出す係数α
は意味をなさず、したがって、係数αは任意の値でよ
い。
源部6は、スイッチング出力段5への電源供給を断つ。
これにより、無音時におけるスイッチング出力段5の出
力は、完全に0となる。したがって、LPF7を通り、
さらに図示しないスピーカ等の装置で出力された音は、
完全な無音となる。
生装置30では、無音検出器31は、入力されたPCM
信号のレベルにより該入力PCM信号が無音であること
を検出するとともに、該入力PCM信号が無音であるこ
とを検出したときには、スイッチング出力段5への前記
供給電源電圧14を0にさせる。したがって、スイッチ
ング出力段5の出力は0となり、最終的なアナログ信号
も0となる。
時の消費電力削減を図ることができる。
は、以上のように、入力されたパルス符号変調信号の所
定期間単位又は所定信号単位からの最大値を求める最大
値検出手段と、上記最大値検出手段にて求めた最大値に
応じて、上記パルス符号変調信号を所定量変更してパル
ス密度変調手段に入力するダイナミックレンジ可変手段
と、上記ダイナミックレンジ可変手段での変更量に応じ
て、上記スイッチング出力手段への供給電圧を変更する
可変電圧電源手段とを備えているものである。
変手段にて拡大した信号最大値に反比例する供給電圧を
可変電圧電源手段からスイッチング出力手段に与える。
これにより、スイッチング出力手段から従来と同じ最大
値の信号を出力することができる。
イッチング出力手段に供給する供給電圧は従来よりも小
さいので、この供給電圧に伴うノイズも小さくなる。こ
のことは、入力されたパルス符号変調信号に対するノイ
ズの比つまりS/N比が小さくなることを示す。
らのダイナミックレンジを最大限使用することができ、
S/N比を改善することが可能となる。また、ダイナミ
ックレンジ可変手段での変更量に応じてスイッチング出
力手段への供給電圧を変化させることにより、パルス符
号変調信号を忠実に再生することができる。さらに、ス
イッチング出力手段への供給電圧は全体的に低く済むた
め、消費電力を低く抑えることが可能となる。
に使用し、パルス符号変調信号を忠実に再現しつつ、S
/N比を改善するとともに、消費電力を低減し得るスイ
ッチング出力型のパルス符号変調信号再生装置を提供す
ることができるという効果を奏する。
置は、上記のパルス符号変調信号再生装置において、再
生時には、前記可変電圧電源手段に対して、上記ダイナ
ミックレンジ可変手段での変更量に応じて、上記スイッ
チング出力手段への供給電圧を変更させる一方、再生停
止時には、前記可変電圧電源手段に対して、前記スイッ
チング出力手段への供給電圧を0にさせる再生/停止制
御手段を備えているものである。
には、前記可変電圧電源手段に対して、上記ダイナミッ
クレンジ可変手段での変更量に応じて、上記スイッチン
グ出力手段への供給電圧を変更させる。この結果、再生
時には、前記発明と同じ作用・機能を得ることができ
る。
には、可変電圧電源手段に対して、スイッチング出力手
段への供給電圧を0にさせる。したがって、スイッチン
グ出力手段の出力は0となり、最終的なアナログ信号も
0となる。
ることができ、また、装置の電源立ち上げ時等に発生す
るノイズのミュート手段としても効果を発揮するという
効果を奏する。
置は、上記のパルス符号変調信号再生装置において、入
力されたパルス符号変調信号のレベルにより該パルス符
号変調信号が無音であることを検出するとともに、該パ
ルス符号変調信号が無音であることを検出したときに
は、前記スイッチング出力手段への供給電圧を0にさせ
る無音検出調整手段を備えているものである。
ルス符号変調信号のレベルにより該パルス符号変調信号
が無音であることを検出するとともに、該パルス符号変
調信号が無音であることを検出したときには、スイッチ
ング出力手段への供給電圧を0にさせる。したがって、
スイッチング出力手段の出力は0となり、最終的なアナ
ログ信号も0となる。
時の消費電力削減を図ることができるという効果を奏す
る。
形態を示すブロック図である。
信号最大値と乗算器の乗算後最大値との関係を示す対比
図、(b)は可変電圧電源部からの供給電源電圧とスイッ
チング出力段の出力信号最大値との関係を示す対比図、
(c)は可変電圧電源部からの供給電源電圧とノイズ最大
値との関係を示す対比図である。
の形態を示すブロック図である。
の実施の形態を示すブロック図である。
ある。
信号最大値を示す波形図、(b)は定電圧電源からの供給
電源電圧とスイッチング出力段の出力信号最大値との関
係を示す対比図、(c)は定電圧電源からの供給電源電圧
とノイズ最大値との関係を示す対比図である。
である。
信号最大値と乗算器の乗算後最大値との関係を示す対比
図、(b)は定電圧電源からの供給電源電圧とスイッチン
グ出力段の出力信号最大値との関係を示す対比図、(c)
は定電圧電源からの供給電源電圧とノイズ最大値との関
係を示す対比図である。
置) 12 入力信号最大値 13 乗算後最大値 14 供給電源電圧 15 出力信号最大値 17 ノイズ成分
Claims (3)
- 【請求項1】入力されたパルス符号変調信号をパルス密
度変調するパルス密度変調手段と、上記パルス密度変調
手段からの出力信号に基づいてスイッチングにより電力
増幅を行うスイッチング出力手段とを備え、上記スイッ
チング出力手段からの出力をアナログ信号として再生す
るパルス符号変調信号再生装置において、 入力されたパルス符号変調信号の所定期間単位又は所定
信号単位からの最大値を求める最大値検出手段と、 上記最大値検出手段にて求めた最大値に応じて、上記パ
ルス符号変調信号を所定量変更してパルス密度変調手段
に入力するダイナミックレンジ可変手段と、 上記ダイナミックレンジ可変手段での変更量に応じて、
上記スイッチング出力手段への供給電圧を変更する可変
電圧電源手段とを備えていること特徴とするパルス符号
変調信号再生装置。 - 【請求項2】再生時には、前記可変電圧電源手段に対し
て、上記ダイナミックレンジ可変手段での変更量に応じ
て、上記スイッチング出力手段への供給電圧を変更させ
る一方、 再生停止時には、前記可変電圧電源手段に対して、前記
スイッチング出力手段への供給電圧を0にさせる再生/
停止制御手段を備えていることを特徴とする請求項1記
載のパルス符号変調信号再生装置。 - 【請求項3】入力されたパルス符号変調信号のレベルに
より該パルス符号変調信号が無音であることを検出する
とともに、該パルス符号変調信号が無音であることを検
出したときには、前記スイッチング出力手段への供給電
圧を0にさせる無音検出調整手段を備えていることを特
徴とする請求項1記載のパルス符号変調信号再生装置。
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JP2002028453A JP3857154B2 (ja) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | パルス符号変調信号再生装置 |
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JP2002028453A JP3857154B2 (ja) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | パルス符号変調信号再生装置 |
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JP2003229768A true JP2003229768A (ja) | 2003-08-15 |
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JP (1) | JP3857154B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016029835A (ja) * | 2010-06-25 | 2016-03-03 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 増幅装置 |
WO2019111703A1 (ja) * | 2017-12-05 | 2019-06-13 | ソニー株式会社 | 信号処理装置、信号処理方法、及び、プログラム |
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2002
- 2002-02-05 JP JP2002028453A patent/JP3857154B2/ja not_active Expired - Fee Related
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