JP2005223717A - Audio amplifier - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To constitute an audio amplifier which automatically keeps a sound volume level fixed approximately even when the impedance characteristics of a load connected to a speaker output changes due to the exchange of a speaker or the like. <P>SOLUTION: An input voltage detection part 10 detects the voltage of an input signal Vin, and an output power detection part 30 detects output power from an amplifier part 20 to a speaker 100. A gain control part 40 controls the gain of the amplifier part 20 in accordance with the extent of operation of an external operation part 50 so that the ratio of the output power to the voltage of the input signal Vin is approximately fixed as far as the extent of operation of the external operation part 50 is fixed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、スピーカ負荷に応じてスピーカアウト出力が最適となるようにアンプのゲインを調整できるようにしたオーディオアンプに関するものである。   The present invention relates to an audio amplifier in which the gain of an amplifier can be adjusted so as to optimize the speaker out output in accordance with the speaker load.

従来、オーディオアンプとそのスピーカアウトに接続するスピーカとは一般に任意に付け替え組合せ可能となっている。このようなスピーカを駆動するオーディオアンプにおいては、出力段の増幅器での歪みや内部インピーダンス等を改善して高忠実再生を実現するために、その出力増幅器に抵抗を介して負帰還をかけるようにしている。また、スピーカに印加される信号を上記出力増幅器に負帰還することによってダンピングファクタの低下を防止するようにしたものが特許文献１に開示されている。
特開平２−１００４０５号公報 Conventionally, an audio amplifier and a speaker connected to the speaker-out can generally be arbitrarily changed and combined. In such an audio amplifier that drives a speaker, negative feedback is applied to the output amplifier via a resistor in order to improve distortion and internal impedance in the output stage amplifier and realize high fidelity reproduction. ing. Further, Patent Document 1 discloses that a signal applied to a speaker is negatively fed back to the output amplifier to prevent a reduction in a damping factor.
JP-A-2-100405

ところが従来のオーディオアンプでは、スピーカ負荷（インピーダンス）に関わらず音量レベルを調節するボリューム等の操作子の位置に応じて、入力信号に対して常に一定のゲインで増幅し、信号を出力するようにしている。このような構成では、スピーカのインピーダンスによっては最適な出力が得られるとは限らない。すなわち、音量レベルを調節するボリューム等の操作子の位置が同じであっても、接続されるスピーカのインピーダンスが異なると、同じ入力信号レベルのもとでスピーカから得られる音量レベルが異なる場合がある。また、定格インピーダンスが同じスピーカを用いても、インピーダンスの周波数特性が異なるスピーカに交換した場合にはアンプからスピーカに入力される電力が変化して、音量レベルが変化する場合がある。   However, conventional audio amplifiers always amplify the input signal with a constant gain and output the signal according to the position of the volume control that adjusts the volume level regardless of the speaker load (impedance). ing. In such a configuration, an optimum output is not always obtained depending on the impedance of the speaker. That is, even if the position of an operator such as a volume for adjusting the volume level is the same, the volume level obtained from the speaker may be different under the same input signal level if the impedance of the connected speaker is different. . Further, even if speakers having the same rated impedance are used, if the speaker is replaced with a speaker having a different frequency characteristic of impedance, the power input from the amplifier to the speaker may change and the volume level may change.

この発明の目的は、スピーカの交換等によって、スピーカアウトに接続される負荷のインピーダンス特性が変化する場合でも、音量レベルを調節するボリューム等の操作子の位置に応じた音量レベルを自動的に略一定に保てるようにしたオーディオアンプを提供することにある。   The object of the present invention is to automatically reduce the volume level according to the position of an operation element such as a volume for adjusting the volume level even when the impedance characteristic of the load connected to the speaker out changes due to speaker replacement or the like. An object is to provide an audio amplifier that can be kept constant.

（１）この発明のオーディオアンプは、入力信号の電圧を検出する入力電圧検出手段と、スピーカアウトからの出力信号の電力を検出する出力電力検出手段と、該出力電力検出手段および前記入力電圧検出手段による検出結果に基づき、前記入力信号の電圧に対する前記出力電力の比がほぼ一定となるように前記入力信号に対するゲインを変化させるゲイン制御手段とを備えたことを特徴としている。   (1) An audio amplifier according to the present invention includes an input voltage detection unit that detects a voltage of an input signal, an output power detection unit that detects power of an output signal from a speaker-out, the output power detection unit, and the input voltage detection And gain control means for changing a gain for the input signal so that a ratio of the output power to the voltage of the input signal is substantially constant based on a detection result by the means.

（２）この発明のオーディオアンプは、スピーカアウトからの出力信号の電圧と電流とから該スピーカアウトに接続されているスピーカのインピーダンスを検知するスピーカインピーダンス検知手段と、該スピーカインピーダンス検知手段による検出結果に基づき、入力信号の電圧に対するスピーカへの出力電力の比がほぼ一定となるように前記入力信号に対するゲインを変化させるゲイン制御手段とを備えたことを特徴としている。   (2) The audio amplifier according to the present invention includes speaker impedance detection means for detecting the impedance of a speaker connected to the speaker out from the voltage and current of an output signal from the speaker out, and a detection result by the speaker impedance detection means. And a gain control means for changing the gain for the input signal so that the ratio of the output power to the speaker with respect to the voltage of the input signal is substantially constant.

（３）この発明のオーディオアンプは、（１）または（２）において、アナログ信号または所定ビットのディジタル信号に応じてΔΣ変換信号を生成するスイッチング制御信号生成手段と、前記ΔΣ変換信号に応じて出力部をスイッチングするとともに、出力信号を前記ΔΣ変換器へ負帰還するスイッチング回路と、該スイッチング回路の出力信号を入力するローパスフィルターとを備え、前記ΔΣ変換器への帰還量によって前記ゲインを制御するようにしたことを特徴としている。   (3) In the audio amplifier according to the present invention, in (1) or (2), a switching control signal generating means for generating a ΔΣ conversion signal in accordance with an analog signal or a digital signal of a predetermined bit, and in accordance with the ΔΣ conversion signal A switching circuit that switches an output unit and negatively feeds back an output signal to the ΔΣ converter, and a low-pass filter that inputs an output signal of the switching circuit, and controls the gain according to a feedback amount to the ΔΣ converter. It is characterized by doing so.

（４）この発明のオーディオアンプは、（１）または（２）において、アナログ信号または所定ビットのディジタル信号に応じてスイッチング制御信号を生成するスイッチング制御信号生成手段と、該スイッチング制御信号に応じて出力部をスイッチングするスイッチング素子を備えたスイッチング回路と、前記スイッチング素子への供給する電源電圧を変化させる回路とを備え、前記電源電圧によって前記ゲインを制御するようにしたことを特徴としている。   (4) In the audio amplifier according to the present invention, in (1) or (2), a switching control signal generating means for generating a switching control signal in accordance with an analog signal or a digital signal of a predetermined bit, and in accordance with the switching control signal A switching circuit including a switching element that switches an output unit and a circuit that changes a power supply voltage supplied to the switching element are provided, and the gain is controlled by the power supply voltage.

（１）この発明によれば、入出力信号に対するゲインが自動調整されて、入力信号の電圧に対するスピーカアウトからの出力電力の比が略一定となるので、入力信号レベルが同じであれば、インピーダンス特性が異なったスピーカが接続されても略同じ音量レベルを得ることができる。   (1) According to the present invention, the gain for the input / output signal is automatically adjusted so that the ratio of the output power from the speaker-out to the voltage of the input signal is substantially constant. Even if speakers having different characteristics are connected, substantially the same volume level can be obtained.

（２）この発明によれば、スピーカアウトに接続されるスピーカのインピーダンスに応じて自動的にゲインが調整されて、スピーカアウトからの出力電力の比が略一定となるので、入力信号レベルが同じであれば、インピーダンス特性が異なったスピーカが接続されても略同じ音量レベルを得ることができる。   (2) According to the present invention, the gain is automatically adjusted according to the impedance of the speaker connected to the speaker-out, and the ratio of the output power from the speaker-out becomes substantially constant, so that the input signal level is the same. If so, even if speakers having different impedance characteristics are connected, substantially the same volume level can be obtained.

（３）この発明によれば、アナログ信号または所定ビットのディジタル信号に応じて変換されたΔΣ変換信号で出力部をスイッチングするとともに、出力信号のΔΣ変換器へ帰還量によってゲインを制御するようにしたことによって、ディジタルアンプに適用した場合にゲイン制御を容易に行うことができる。   (3) According to the present invention, the output unit is switched by a ΔΣ conversion signal converted according to an analog signal or a digital signal of a predetermined bit, and the gain is controlled by a feedback amount to the ΔΣ converter of the output signal. As a result, gain control can be easily performed when applied to a digital amplifier.

（４）この発明によれば、アナログ信号または所定ビットのディジタル信号に応じて出力部をスイッチングするスイッチング素子への供給電源電圧を変化させることによりゲインを制御するようにしたことによって、帰還型で無い変調方式のディジタルアンプや、外部から帰還信号を入力できないディジタルアンプにも適用可能となる。   (4) According to the present invention, the gain is controlled by changing the power supply voltage to the switching element that switches the output unit in accordance with an analog signal or a digital signal of a predetermined bit. The present invention can also be applied to a digital amplifier having no modulation method or a digital amplifier that cannot input a feedback signal from the outside.

第１の実施形態に係るオーディオアンプについて図１を基に説明する。
図１においてアンプ部２０の入力側には入力電圧検出部１０、アンプ部２０の出力側には出力電力検出部３０を備えている。外部操作部５０は操作子の回転操作やボタン操作等によって音量調整を行う操作部であり、ゲイン制御部４０はこの外部操作部５０の操作量（つまみの位置等）に応じてアンプ部２０の入力信号に対するゲインを変化させる。また、このゲイン制御部４０は外部操作部５０の操作量と入力信号のレベルが一定であるとき、スピーカアウトＯＵＴに接続されるスピーカ１００のインピーダンスが異なっても、入力信号電圧に対する出力電力の比が一定となるようにゲインを制御する。したがって、アンプ部２０のスピーカアウトＯＵＴに接続されるスピーカ１００がインピーダンス特性の異なるものに交換されても同等の音量レベルとなるように駆動される。 The audio amplifier according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, an input voltage detection unit 10 is provided on the input side of the amplifier unit 20, and an output power detection unit 30 is provided on the output side of the amplifier unit 20. The external operation unit 50 is an operation unit that adjusts the volume by rotating the operation element, operating a button, or the like. The gain control unit 40 adjusts the volume of the amplifier unit 20 according to the operation amount (knob position, etc.) of the external operation unit 50. Change the gain for the input signal. Further, the gain control unit 40 has a ratio of the output power to the input signal voltage when the operation amount of the external operation unit 50 and the level of the input signal are constant, even if the impedance of the speaker 100 connected to the speaker out OUT is different. The gain is controlled so that becomes constant. Therefore, even if the speaker 100 connected to the speaker out OUT of the amplifier unit 20 is replaced with one having a different impedance characteristic, it is driven so as to have the same volume level.

次に、第２の実施形態に係るオーディオアンプについて図２を参照して説明する。
このオーディオアンプは図１の場合と異なり、入力信号の電圧を参照せずにスピーカインピーダンスに応じたゲイン制御を行う。 Next, an audio amplifier according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
Unlike the case of FIG. 1, the audio amplifier performs gain control according to the speaker impedance without referring to the voltage of the input signal.

図２においてアンプ部２０は入力信号Ｖｉｎを入力して、ゲイン制御部４０からの制御に応じたゲインで入力信号Ｖｉｎを増幅する。出力電圧検出部６０はアンプ部２０の出力電圧を検出する。出力電流検出部６１はスピーカ１００へ流れる電流を検出する。スピーカインピーダンス検知部７０は出力電圧検出部６０の検出結果と出力電流検出部６１の検出結果とに基づいてスピーカ１００のインピーダンスを検知する。   In FIG. 2, the amplifier unit 20 receives the input signal Vin and amplifies the input signal Vin with a gain according to the control from the gain control unit 40. The output voltage detection unit 60 detects the output voltage of the amplifier unit 20. The output current detection unit 61 detects the current flowing to the speaker 100. The speaker impedance detector 70 detects the impedance of the speaker 100 based on the detection result of the output voltage detector 60 and the detection result of the output current detector 61.

実際には、スピーカ１００のインピーダンスは周波数特性をもち、さらに厳密にはスピーカ１００に与える電力によっても変動するので、スピーカインピーダンス検知部７０は所定時定数（例えば０．５秒程度）で平滑化した出力電圧および出力電流を検出し、それを基にスピーカ１００のインピーダンスを検知する。   Actually, since the impedance of the speaker 100 has frequency characteristics, and more precisely, it varies depending on the power applied to the speaker 100, the speaker impedance detection unit 70 is smoothed with a predetermined time constant (for example, about 0.5 seconds). The output voltage and the output current are detected, and the impedance of the speaker 100 is detected based on the output voltage and the output current.

ゲイン制御部４０は外部操作部５０によるボリュームのつまみの位置に応じてゲインを変化させる。また、それとともに、スピーカインピーダンス検知部７０で検知されたスピーカ１００のインピーダンスに応じてアンプ部２０のゲインを制御する。すなわち、入力信号Ｖｉｎが一定のもとでスピーカアウトＯＵＴからスピーカ１００への出力電力が一定となるようにアンプ部２０のゲインを制御する。   The gain control unit 40 changes the gain according to the position of the volume knob by the external operation unit 50. At the same time, the gain of the amplifier unit 20 is controlled in accordance with the impedance of the speaker 100 detected by the speaker impedance detection unit 70. That is, the gain of the amplifier unit 20 is controlled so that the output power from the speaker out OUT to the speaker 100 is constant under the constant input signal Vin.

次に、第３の実施形態に係るオーディオアンプの特にアンプ部の構成について図３・図４を参照して説明する。
図３はアンプ部２０の構成を示すブロック図である。ここでスイッチング制御信号生成器２１は、入力されるアナログ信号または所定ビット数のディジタル信号に応じてΔΣ変換信号を生成し、それをスイッチング回路２２へ与える。スイッチング回路２２はスイッチング制御信号生成器２１からの信号に応じて定電圧電源をスイッチングして出力する。ローパスフィルタ２３は、スイッチング回路２２により電力スイッチングされて出力側へ出力される電流信号をスイッチング周波数より低いカットオフ周波数で低域通過させるフィルタであり、スイッチング周波数成分を除去したアナログオーディオ信号を出力する。フィードバック制御部２４はスイッチング回路２２によりスイッチングされた信号をスイッチング制御信号生成器２１へ帰還させるが、ゲイン制御信号に応じてその帰還量を制御することによってアンプ部２０のゲインを定める。 Next, the structure of the amplifier unit of the audio amplifier according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the amplifier unit 20. Here, the switching control signal generator 21 generates a ΔΣ conversion signal in accordance with an input analog signal or a digital signal having a predetermined number of bits, and supplies it to the switching circuit 22. The switching circuit 22 switches and outputs a constant voltage power supply according to a signal from the switching control signal generator 21. The low-pass filter 23 is a filter that passes a current signal that is power-switched by the switching circuit 22 and that is output to the output side at a cutoff frequency lower than the switching frequency, and outputs an analog audio signal from which the switching frequency component has been removed. . The feedback control unit 24 feeds back the signal switched by the switching circuit 22 to the switching control signal generator 21, and determines the gain of the amplifier unit 20 by controlling the feedback amount according to the gain control signal.

図４は図３に示したスイッチング制御信号生成器２１の具体的な構成例を示している。ここでＡ１〜Ａ５はそれぞれ加算器、Ｉ１〜Ｉ７はそれぞれ積分器、Ｍ１〜Ｍ９はそれぞれ乗算器、Ｄ１〜Ｄ４はそれぞれ遅延回路、Ｑは−１または＋１を出力する１ビット量子化器である。このように７段の積分器Ｉ１〜Ｉ７を備えて７次ΔΣ変調１ビット信号生成回路を構成している。   FIG. 4 shows a specific configuration example of the switching control signal generator 21 shown in FIG. A1 to A5 are adders, I1 to I7 are integrators, M1 to M9 are multipliers, D1 to D4 are delay circuits, and Q is a 1-bit quantizer that outputs -1 or +1. . In this way, the seventh-order ΔΣ modulation 1-bit signal generation circuit is configured by including seven stages of integrators I1 to I7.

この例ではフィードバック制御部２４が図３に示したスイッチング回路２２の出力からの１ビット信号を入力し、ゲイン制御信号に応じて１ビット信号処理のまま帰還信号を生成する。このようにして所定ゲインのアンプ部を構成することができる。   In this example, the feedback control unit 24 inputs a 1-bit signal from the output of the switching circuit 22 shown in FIG. 3, and generates a feedback signal with 1-bit signal processing in accordance with the gain control signal. In this way, an amplifier unit having a predetermined gain can be configured.

なお、このスイッチング制御信号生成器２１のＩＮＰＵＴから入力される信号がアナログ信号の場合には、加算器Ａ１をアナログ信号の加算器とし、フィードバック制御部２４をゲイン制御信号に応じたレベルのアナログ信号を帰還するように構成すればよい。   When the signal input from the INPUT of the switching control signal generator 21 is an analog signal, the adder A1 is an analog signal adder, and the feedback control unit 24 is an analog signal at a level corresponding to the gain control signal. May be configured to return.

次に、第４の実施形態に係るオーディオアンプについて図５を参照して説明する。
図５はアンプ部の構成を示すブロック図である。図３に示した例ではフィードバック制御部２４によるスイッチング制御信号生成器２１に対する帰還量を制御することによってアンプ部のゲインを制御するようにしたが、この図５に示す例では、スイッチング回路２２に対する電源電圧を制御することによってゲインを制御する。すなわちスイッチング制御信号生成器２１は、入力されるアナログ信号または所定ビット数のディジタル信号に応じてΔΣ変換信号を生成し、スイッチング回路２２のスイッチング素子はそのΔΣ変換信号に応じて定電圧電源をスイッチングする。電源電圧制御回路２５はゲイン制御信号の電圧に応じて定電圧電源の電源電圧を制御し、その電源電圧をスイッチング回路２２へ与える。 Next, an audio amplifier according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the amplifier unit. In the example shown in FIG. 3, the gain of the amplifier unit is controlled by controlling the feedback amount to the switching control signal generator 21 by the feedback control unit 24. However, in the example shown in FIG. The gain is controlled by controlling the power supply voltage. That is, the switching control signal generator 21 generates a ΔΣ conversion signal according to an input analog signal or a digital signal having a predetermined number of bits, and the switching element of the switching circuit 22 switches a constant voltage power source according to the ΔΣ conversion signal. To do. The power supply voltage control circuit 25 controls the power supply voltage of the constant voltage power supply according to the voltage of the gain control signal, and supplies the power supply voltage to the switching circuit 22.

このように電源電圧制御回路２５からスイッチング回路２２へ与える電源電圧によってこのアンプ部２０から出力される電圧レベルが変化するので、そのことによって所定ゲインを得ることができる。   In this way, the voltage level output from the amplifier unit 20 varies depending on the power supply voltage applied from the power supply voltage control circuit 25 to the switching circuit 22, and thus a predetermined gain can be obtained.

なお、以上に示した各実施形態ではΔΣ変調によるディジタルオーディオアンプについて示したが、アナログ信号をアナログ信号のまま扱うアナログオーディオアンプについても同様に適用できる。また図１や図２に示した出力電力検出部、出力電流検出部、出力電圧検出部等は、いずれも一旦Ａ／Ｄ変換した後にディジタル信号処理によって行ってもよいし、アナログ信号のまま処理を行ってもよい。   In each of the embodiments described above, a digital audio amplifier using ΔΣ modulation has been described. However, the present invention can be similarly applied to an analog audio amplifier that handles an analog signal as it is. The output power detection unit, output current detection unit, output voltage detection unit, etc. shown in FIGS. 1 and 2 may be performed by digital signal processing after A / D conversion, or may be processed as analog signals. May be performed.

第１の実施形態に係るオーディオアンプの構成を示すブロック図1 is a block diagram showing the configuration of an audio amplifier according to a first embodiment. 第２の実施形態に係るオーディオアンプの構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the audio amplifier which concerns on 2nd Embodiment. 第３の実施形態に係るオーディオアンプのアンプ部の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the amplifier part of the audio amplifier which concerns on 3rd Embodiment. 図３におけるスイッチング制御信号生成器の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the switching control signal generator in FIG. 第４の実施形態に係るオーディオアンプのアンプ部の構成を示すブロック図The block diagram which shows the structure of the amplifier part of the audio amplifier which concerns on 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

２０−アンプ部
２１−スイッチング制御信号生成器 20-Amplifier part 21-Switching control signal generator

Claims (4)

入力信号の電圧を検出する入力電圧検出手段と、スピーカアウトからの出力信号の電力を検出する出力電力検出手段と、該出力電力検出手段および前記入力電圧検出手段による検出結果に基づき、前記入力信号の電圧に対する前記出力電力の比がほぼ一定となるように前記入力信号に対するゲインを変化させるゲイン制御手段とを備えたオーディオアンプ。   An input voltage detection means for detecting the voltage of the input signal, an output power detection means for detecting the power of the output signal from the speaker-out, and the input signal based on the detection result by the output power detection means and the input voltage detection means An audio amplifier comprising: gain control means for changing a gain for the input signal so that a ratio of the output power to the voltage of the input signal is substantially constant. スピーカアウトからの出力信号の電圧と電流とから該スピーカアウトに接続されているスピーカのインピーダンスを検知するスピーカインピーダンス検知手段と、該スピーカインピーダンス検知手段による検出結果に基づき、入力信号の電圧に対するスピーカへの出力電力の比がほぼ一定となるように前記入力信号に対するゲインを変化させるゲイン制御手段とを備えたオーディオアンプ。   Speaker impedance detection means for detecting the impedance of the speaker connected to the speaker out from the voltage and current of the output signal from the speaker out, and to the speaker for the voltage of the input signal based on the detection result by the speaker impedance detection means An audio amplifier comprising gain control means for changing a gain for the input signal so that a ratio of output power of the input signal is substantially constant. アナログ信号または所定ビットのディジタル信号に応じてΔΣ変換信号を生成するスイッチング制御信号生成手段と、前記ΔΣ変換信号に応じて出力部をスイッチングするとともに、出力信号を前記ΔΣ変換器へ負帰還するスイッチング回路と、該スイッチング回路の出力信号を入力するローパスフィルターとを備え、前記ΔΣ変換器への帰還量によって前記ゲインを制御するようにした請求項１または２に記載のオーディオアンプ。   Switching control signal generating means for generating a ΔΣ conversion signal according to an analog signal or a digital signal of a predetermined bit, and switching for switching an output unit according to the ΔΣ conversion signal and negatively feeding back the output signal to the ΔΣ converter The audio amplifier according to claim 1, further comprising a circuit and a low-pass filter that inputs an output signal of the switching circuit, wherein the gain is controlled by a feedback amount to the ΔΣ converter. アナログ信号または所定ビットのディジタル信号に応じてスイッチング制御信号を生成するスイッチング制御信号生成手段と、該スイッチング制御信号に応じて出力部をスイッチングするスイッチング素子を備えたスイッチング回路と、前記スイッチング素子へ供給する電源電圧を変化させる回路とを備え、前記電源電圧によって前記ゲインを制御するようにした請求項１または２に記載のオーディオアンプ。   A switching control signal generating means for generating a switching control signal according to an analog signal or a digital signal of a predetermined bit, a switching circuit having a switching element for switching an output unit according to the switching control signal, and supply to the switching element The audio amplifier according to claim 1, further comprising: a circuit that changes a power supply voltage to be controlled, wherein the gain is controlled by the power supply voltage.
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