JP2006033204A

JP2006033204A - オーディオ信号処理装置

Info

Publication number: JP2006033204A
Application number: JP2004206633A
Authority: JP
Inventors: Masaru Eo; 勝江尾; Yasuyuki Suzuki; 康之鈴木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2004-07-14
Publication date: 2006-02-02
Also published as: US7505824B2; US20060015199A1; CN1722611A; CN100525075C

Abstract

【課題】小出力から大出力領域まで増幅器を高効率に動作させるオーディオ信号処理装置を実現する。
【解決手段】オーディオ信号処理装置１は、入力端子２、Ｉ／Ｆ３、ＤＳＰ４、レベル検出５、ボリューム部６、演算器７、変換部８、増幅部９、電力供給部１０、及びＬＰＦ１１から構成されている。演算器７は、ボリューム部６から出力された信号レベルとレベル検出５から検出された信号を演算し、オーディオ出力信号レベルに応じた電力条件を求め、その信号を電力供給部１０に送信する。増幅部９には、変換部８で信号変換された信号が入力され、電力供給部１０から事前に演算器７で算出された最適な電力が供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、オーディオ装置に係わり、特に、オーディオ出力信号レベルに応じた電力を増幅器に供給し、増幅器を小出力から大出力領域まで高効率に動作させるオーディオ信号処理装置に関する。

ＭＤ、ＣＤ、ＤＶＤ等のオーディオ装置では、オーディオ信号処理装置に使用され、スピーカを駆動する増幅器として動作するパワーアンプと、オーディオ最大出力値に対応する電力を供給する電力供給部が設けられている。そして、電力供給部は、一定電圧を保ち、且つオーディオ最大出力時（ボリューム音量最大時）に最大電力をパワーアンプに供給できるように設計されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示されたオーディオ信号処理装置に使用されるオーディオ用パワーアンプ（ＰＡ）では、最大電圧＋Ｖｄｄ（以下、＋Bと呼称する）、−Ｖｄｄ（以下、−Bと呼称する）が電力供給部から供給され、入力端子から入力されるオーディオ信号をボリューム部により音量調整した後に、オーディオ用パワーアンプ（ＰＡ）で増幅し、オーディオ出力信号を出力端子から出力している。

上述したオーディオ信号処理装置においては、オーディオ用パワーアンプは、最大電圧＋B、−Bで、オーディオ最大出力時に高効率動作、例えば、アナログアンプとしてＡ級、Ｂ級或いはＡＢ級動作する。ところが、オーディオ出力が小から中量レベル（ボリューム音量が小から中量レベル）の時でも、オーディオ用パワーアンプは、最大電圧＋B、−Bが供給され、且つＡ級、Ｂ級或いはＡＢ級動作をするのでオーディオ最大出力時よりも電力負荷効率（η_ａｄd）が大幅に低下する。このため、通常動作時での平均電力負荷効率（η_ａｄd）は数％程度に低下し、無駄な電力が発生するという問題点がある。
特開２００１−７７６３４号公報（頁９、図９）

本発明は、増幅器を小出力から大出力領域まで高効率に動作させて、無駄な電力の発生をなくすオーディオ信号処理装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の一態様のオーディオ信号処理装置は、オーディオ信号が入力される入力端子と、前記入力端子から入力されるオーディオ信号を信号処理するＤＳＰと、前記オーディオ信号が信号処理され、信号処理された信号が入力され、音声を出力する出力手段に増幅した信号を送信する増幅器と、前記オーディオ信号の出力レベルに応じた電力を前記増幅器に供給する電力供給部と、前記オーディオ信号のレベル検出を行なう検出手段と、前記オーディオ信号のボリュームを算出する算出手段と、前記検出手段で検出された信号レベルと前記算出手段で算出された算出値をもとに、前記オーディオ信号の出力レベルに応じた電力条件を演算する演算手段と、前記電力条件を信号にして前記電力供給部に送信する送信手段とを備えることを特徴とする。

更に、上記目的を達成するために、本発明の他態様のオーディオ信号処理装置は、オーディオ信号が入力される入力端子と、前記入力端子から入力されるオーディオ信号を信号処理するＤＳＰと、前記オーディオ信号のレベル検出を行なう検出手段と、前記オーディオ信号の単一或いは複数のボリュームからその総ボリューム値を算出する算出手段と、前記オーディオ信号が信号処理され、信号処理された信号が入力され、前記信号処理された信号をデジタル増幅回路に適した信号に変換する変換部と、前記デジタル増幅回路に適した信号を入力し、音声を出力する出力手段に増幅した信号を送信する増幅器と、前記オーディオ信号の出力レベルに応じた電力を前記増幅器に供給する電力供給部と、前記検出手段で検出された信号レベルと前記算出手段で算出された算出値をもとに、前記オーディオ信号の出力レベルに応じた電力条件を演算する演算手段と、前記電力条件を信号にして前記電力供給部に送信する送信手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、増幅器を小出力から大出力領域まで高効率に動作させて、無駄な電力の発生をなくすオーディオ信号処理装置を提供することができる。

以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の実施例１に係わるオーディオ信号処理装置について、図面を参照して説明する。図１はフルデジタル型のオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、オーディオ信号処理装置１は、入力端子２、デジタルＩ／Ｆ（インターフェース）３、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロッセサ）４、レベル検出５、ボリューム部６、演算器７、変換部８、増幅部９、電力供給部１０、及びＬＰＦ（Low Pass Filter）１１から構成されている。

入力端子２には、Ｓ／ＰＤＩＦ、ＩEEＥ１３９４、ＵＳＢ規格等のオーディオデジタル信号が入力され、この信号がデジタルＩ／Ｆ３に入力される。そして、デジタルＩ／Ｆ３は規定されたフォーマットのデータをＤＳＰ４に出力する。

ＤＳＰ４は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ及びレジスタ等を内蔵し、デジタルＩ／Ｆ３から入力された信号をデジタル信号処理する。レベル検出５は、ＤＳＰ４に入力されたオーディオ入力信号レベル、或いは信号処理後の信号レベルを検出する。また、ＤＳＰ４から出力されたデジタル信号は、ボリューム部６で音量調節され、その信号は変換部８へ送信される。一方、ボリューム部６の調整値は演算器７に送信される。

演算器７は、ボリューム部６から出力された信号とレベル検出５から出力された信号を演算し、オーディオ出力信号レベルに応じた最適な電力を求める。そして、この電力条件を出力信号として電力供給部１０に送信する。なお、電力条件としては、電圧一定で、電流値を可変して最適な電力としている。ここで、ＤＳＰ４又は演算器７に内蔵されたメモリに、予め増幅部９の出力段であるパワーアンプやパワートランジスタ等の特性情報を記憶させておき、演算器７は演算した結果に応じてこの特性情報を呼び出してもよい。

変換部８は、ボリューム部６で演算されたオーディオ信号を電力増幅に適した信号に信号変換してその信号を増幅部９に送信する。ここで、変換部８にはＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変換を行なうＰＷＭ変換器を用いている。

電力供給部１０は、演算器７から出力された信号を入力してオーディオ出力信号レベルに応じた電力を増幅部９に供給する。増幅部９は、変換部８から出力された信号を入力し、この信号を増幅するプリドライバと、プリドライバから出力された信号を電力増幅動作するＭＯＳＦＥＴからなるドライバとから構成されている。増幅部９のドライバは、プリドライバから出力された信号を増幅し、デジタルパワーアンプとしてＤ級動作する。増幅された信号は、ＬＰＦ１１を介してスピーカ１２に入力され、スピーカ１２は所望のオーディオ出力を出力する。

次に、オーディオ信号処理装置の出力波形を図２を用いて説明する。図２はオーディオ信号処理装置の増幅部９の出力Ａにおける出力波形を示す図である。ここでは、電力供給部１０から増幅部９には正負電源（±電源）が供給され、変換部８としてのＰＷＭ変換器の出力波形を示し、図２（ａ）はボリューム値が大きい場合、図２（ｂ）はボリューム値が小さい場合を示している。

図２に示すように、ボリューム値が大きく、且つ入力オーディオ信号が大きい場合には、変換部８から出力された信号が比較的長い時間、連続的に増幅部９に入力され、増幅部９は大きな電力を必要とする。増幅部９は、事前に演算器７で算出された所望の最大電力が電力供給部１０から供給され、増幅器として高効率動作する。

一方、ボリューム値が小或いは中レベルで、且つ入力オーディオ信号が小さい場合には、変換部８から出力された信号が比較的短い時間、増幅部９に入力され、増幅部９は小電力のみで動作する。増幅部９は、事前に演算器７で算出された所望の小さな電力が電力供給部１０から供給され、増幅器として高効率動作する。

上述したように、本実施例のオーディオ信号処理装置では、増幅部９が大きな信号を出力している場合は、比較的長い時間、連続信号を発生するため、大きな電力を必要とする。一方、増幅部９が小さな信号を出力している場合は、比較的短い時間、信号を発生するため、小電力しか必要としない。そして、小、中量レベルから最大出力レベルまでのオーディオ出力信号レベルに応じて、電力供給部１０から増幅部９に事前に演算器７で算出された最適な電力が供給されている。このため、小出力から大出力領域まで増幅部９を高効率動作させることができる。従って、従来よりも大幅に消費電力を低減することができる。

なお、本実施例では、小・中出力領域でオーディオ出力信号レベルに応じて電圧一定で、電流値を変化させているが、電圧及び電流値を可変して増幅部９を高効率動作させてもよい。また、変換部８と増幅部９を一体化させて信号処理及び増幅動作を行なう一体型のＰＷＭアンプを用いてもよい。更に、ボリューム部６は、単独のボリューム値のみを演算器７に入力しているが、例えば、複数のボリューム値を演算して演算器７に入力し、演算器７で複数のボリューム値の演算結果である総ボリューム値とレベル検出５から出力された信号を演算してもよい。

次に、本発明の実施例２に係わるオーディオ信号処理装置について、図面を参照して説明する。図３はオーディオ信号処理装置の増幅部の出力波形を示す図である。本実施例では、オーディオ信号処理装置を実施例１と同じ構成にし、単一電源（＋Ｂ）で動作する１ｂｉｔ変換器及び増幅部を用いている。

以下、本実施例において、実施例１と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる構成部分のみ説明する。

図３に示すように、ボリューム値が大きく、且つ入力オーディオ信号が大きい場合には、変換部８としての１ｂｉｔ変換器から出力された信号が比較的長い時間、連続的に増幅部９に入力され、増幅部９は大きな電力を必要とする。増幅部９は、事前に演算器７で算出された所望の最大電力が電力供給部１０から供給され、増幅器として高効率動作する。

一方、ボリューム値が小或いは中レベルで、且つ入力オーディオ信号が小さい場合には、変換部８としての１ｂｉｔ変換器から出力された信号が比較的短い時間、増幅部９に入力され、増幅部９は小電力のみで動作する。増幅部９は、事前に演算器７で算出された所望の小さな電力が電力供給部１０から供給され、増幅器として高効率動作する。ここで、１ｂｉｔ変換器はΔΣ変調を応用した１ビット符号化方式の１ｂｉｔ変換を行なっている。

上述したように、本実施例のオーディオ信号処理装置では、単一電源（＋Ｂ）で動作する１ｂｉｔ変換器及び増幅部を用いている。このため、実施例１と同様な効果を有する。

なお、本実施例では、１ｂｉｔ変換器を用いているが変換部８及び増幅部９を一体化させて信号処理及び増幅動作を行う１ｂｉｔアンプを用いてもよい。また、１ｂｉｔ変換の代わりに、ＰＣＭ方式等を用いてマルチビットに量子化してもよい。

次に、本発明の実施例３に係わるオーディオ信号処理装置について、図面を参照して説明する。図４はフルデジタル型のオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。

図４に示すように、オーディオ信号処理装置１ａは、入力端子２、デジタルＩ／Ｆ（インターフェース）３、オーディオＤＳＰ４ａ、ボリューム部６、変換部８、増幅部９、電力供給部１０、及びＬＰＦ１１から構成されている。

オーディオＤＳＰ４ａは、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ及びレジスタ等を内蔵するＤＳＰ４、レベル検出５、及び演算器７から構成されている。ボリューム部６は、ＤＳＰ４から出力された信号を信号レベルに応じてボリューム音量にし、この信号を演算器７及び変換部８に送信する。また、増幅部９の出力信号の利得を制御するためにゲイン制御信号（ゲインコントロール）を増幅部９に送信する。

上述したように、本実施例のオーディオ信号処理装置では、実施例１と同様な効果の他に、ボリューム部６に増幅部９の出力信号の利得を制御する機能を追加したので、増幅部９の出力信号の利得を制御することができる。このため、総ボリューム値は、ボリューム部６のボリューム値と増幅部９の利得値より演算されることになる。

次に、本発明の実施例４に係わるオーディオ信号処理装置について、図面を参照して説明する。図５はアナログアンプを用いたオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。

図５に示すように、オーディオ信号処理装置１ｂは、入力端子２、デジタルＩ／Ｆ３、ＤＳＰ４、レベル検出５、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）１３、演算器７、ボリューム部６、アナログパワーアンプ（ＰＡ）２５、及び電力供給部１０から構成されている。

ＤＡＣ１３は、ＤＳＰ４から出力されたオーディオ信号をアナログ信号に変換する。ボリューム部６は、ＤＡＣ１３から出力された信号を入力し、任意のボリューム音量にし、この信号を複数段のバイポーラトランジスタを有するパワーアンプ（ＰＡ）２５に送信する。

電力供給部１０は、事前に演算器７で算出された最適な電力をパワーアンプ（ＰＡ）２５に供給することができる。このため、パワーアンプ（ＰＡ）２５は、増幅器として高効率動作する。

上述したように、本実施例のオーディオ信号処理装置では、ボリューム部６からの信号を入力し、オーディオ出力信号レベルに応じて、電力供給部１０から事前に演算器７で算出された最適な電力が供給されるパワーアンプ２５が設けられている。このため、実施例１と同様な効果を有する。

なお、本実施例では、パワーアンプ（ＰＡ）２５に複数段のバイポーラトランジスタを用いているが、１段のバイポーラトランジスタを用いてもよい。

次に、本発明の実施例５に係わるオーディオ信号処理装置について、図面を参照して説明する。図６はデジタル・アナログ・デジタル変換型のオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図である。

図６に示すように、オーディオ信号処理装置１ｃは、入力端子２、デジタルＩ／Ｆ３、オーディオＤＳＰ４ｂ、ＤＡＣ１３、ボリューム部６、変換部８、増幅部９、電力供給部１０、ＬＰＦ１１、及びコントローラ２６から構成されている。ここで、オーディオ入力信号はデジタルＩ／Ｆ３で規定されているが、アナログ信号をＡＤＣ（Analog to Digital Converter）を介してデジタルＩ／Ｆ３に入力してもよい。

オーディオＤＳＰ４ｂは、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ及びレジスタ等を内蔵するＤＳＰ４と、レベル検出５から構成されている。ＤＡＣ１３は、ＤＳＰ４ａから出力されたオーディオ信号をアナログ信号に変換する。ボリューム部６は、ＤＡＣ１３から出力された信号を入力し、任意のボリューム音量にし、この信号を変換部８に送信する。コントローラ２６には、演算器７が内蔵されている。

上述したように、本実施例のオーディオ信号処理装置では、ＤＳＰ４から出力されたオーディオ信号をアナログ信号に変換するＤＡＣ１３、ＤＡＣ１３から出力された信号を入力し、任意のボリューム音量にし、この信号を変換部８に送信するボリューム部６が設けられている。このため、実施例１と同様な効果を有する。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々、変更してもよい。

例えば、本実施例では、オーディオ装置に適用したが、オーディオ出力機能を備えたビデオ機器等における音量調整処理にも適用できる。また、増幅部に駆動用モジュールを用いてもよい。そして、実施例５では、コントローラに演算器が内蔵されているが、レベル検出及び演算器を内蔵させてもよい。

本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
（付記１）オーディオ信号が入力される入力端子と、前記入力端子から入力されるオーディオ信号を信号処理するＤＳＰと、前記オーディオ信号のレベル検出を行なう検出手段と、前記ＤＳＰから出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡＣと、前記ＤＡＣから出力される信号のボリュームを算出する算出手段と、前記オーディオ信号が信号処理され、信号処理された信号が入力され、音声を出力する出力手段に増幅した信号を送信するパワーアンプと、前記オーディオ信号の出力レベルに応じた電力を前記パワーアンプに供給する電力供給部と、前記検出手段で検出された信号レベルと前記算出手段で算出された算出値をもとに、前記オーディオ信号の出力レベルに応じた電力条件を演算する演算手段と、前記電力条件を信号にして前記電力供給部に送信する送信手段とを有するオーディオ信号処理装置。

本発明の実施例１に係わるオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図。本発明の実施例１に係わるオーディオ信号処理装置の増幅部における出力波形図。本発明の実施例２に係わるオーディオ信号処理装置の増幅部における出力波形図。本発明の実施例３に係わるオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図。本発明の実施例４に係わるオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図。本発明の実施例５に係わるオーディオ信号処理装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃオーディオ信号処理装置
２入力端子
３Ｉ／Ｆ
４ＤＳＰ
４ａ、４ｂオーディオＤＳＰ
５レベル検出
６ボリューム部
７演算器
８変換部
９増幅部
１０電力供給部
１１ＬＰＦ
１２スピーカ
１３ＤＡＣ
２５パワーアンプ（ＰＡ）
２６コントローラ
Ａ増幅部の出力

Claims

オーディオ信号が入力される入力端子と、
前記入力端子から入力されるオーディオ信号を信号処理するＤＳＰと、
前記オーディオ信号が信号処理され、信号処理された信号が入力され、音声を出力する出力手段に増幅した信号を送信する増幅器と、
前記オーディオ信号の出力レベルに応じた電力を前記増幅器に供給する電力供給部と、
前記オーディオ信号のレベル検出を行なう検出手段と、
前記オーディオ信号のボリュームを算出する算出手段と、
前記検出手段で検出された信号レベルと前記算出手段で算出された算出値をもとに、前記オーディオ信号の出力レベルに応じた電力条件を演算する演算手段と、
前記電力条件を信号にして前記電力供給部に送信する送信手段と
を備えることを特徴とするオーディオ信号処理装置。
オーディオ信号が入力される入力端子と、
前記入力端子から入力されるオーディオ信号を信号処理するＤＳＰと、
前記オーディオ信号のレベル検出を行なう検出手段と、
前記オーディオ信号の単一或いは複数のボリュームからその総ボリューム値を算出する算出手段と、
前記オーディオ信号が信号処理され、信号処理された信号が入力され、前記信号処理された信号をデジタル増幅回路に適した信号に変換する変換部と、
前記デジタル増幅回路に適した信号を入力し、音声を出力する出力手段に増幅した信号を送信する増幅器と、
前記オーディオ信号の出力レベルに応じた電力を前記増幅器に供給する電力供給部と、
前記検出手段で検出された信号レベルと前記算出手段で算出された算出値をもとに、前記オーディオ信号の出力レベルに応じた電力条件を演算する演算手段と、
前記電力条件を信号にして前記電力供給部に送信する送信手段と
を備えることを特徴とするオーディオ信号処理装置。
オーディオ信号が入力される入力端子と、
前記入力端子から入力されるオーディオ信号を信号処理するＤＳＰと、
前記オーディオ信号のレベル検出を行なう検出手段と、
前記オーディオ信号の単一或いは複数のボリューム値からその総ボリューム値を算出する算出手段と、
前記オーディオ信号が信号処理され、信号処理された信号が入力され、前記信号処理された信号をデジタル増幅回路に適した信号に変換する変換部と、
前記デジタル倍増幅回路に適した信号を入力し、音声を出力する出力手段に増幅した信号を送信する利得を可変できる増幅器と、
前記オーディオ信号の出力レベルに応じた電力を前記増幅器に供給する電力供給部と、
前記検出手段で検出された信号レベルと前記算出手段で算出された算出値をもとに、前記オーディオ信号の出力レベルに応じた電力条件を演算する演算手段と、
前記電力条件を信号にして前記電力供給部に送信する送信手段と
を備えることを特徴とするオーディオ信号処理装置。
オーディオ信号が入力される入力端子と、
前記入力端子から入力されるオーディオ信号を信号処理するＤＳＰと、
前記オーディオ信号のレベル検出を行なう検出手段と、
前記ＤＳＰから出力される信号をアナログ信号に変換するＤＡＣと、
前記オーディオ信号の単一或いは複数のボリューム値からその総ボリューム値を算出する算出手段と、
前記オーディオ信号が信号処理され、信号処理された信号が入力され、音声を出力する出力手段に増幅した信号を送信する増幅器と、
前記オーディオ信号の出力レベルに応じた電力を前記増幅回路に供給する電力供給部と、
前記検出手段で検出された信号レベルと前記算出手段で算出された算出値をもとに、前記オーディオ信号の出力レベルに応じた電力条件を演算する演算手段と、
前記電力条件を信号にして前記電力供給部に送信する送信手段と
を備えることを特徴とするオーディオ信号処理装置。
前記検出手段、前記算出手段、及び前記演算手段、或いはその一部が、前記ＤＳＰに内蔵されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のオーディオ信号処理装置。