JP2006060545A

JP2006060545A - 音響システム

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Publication number: JP2006060545A
Application number: JP2004240627A
Authority: JP
Inventors: Shinya Ashizawa; 信也芦澤
Original assignee: Foster Electric Co Ltd
Current assignee: Foster Electric Co Ltd
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2024-08-20
Also published as: JP4335767B2

Abstract

【課題】低出力動作時でも効率が良くかつ高出力動作も可能な音響システムを実現する。
【解決手段】音響システムは、切り替え可能な複数の内部インピーダンスを有するスピーカ（３）と、スピーカの内部インピーダンスを切り替える切替回路（４，４１）と、出力信号でスピーカを駆動するＤ級増幅器（２）とを具備する。切替回路は自動または手動で切替を行う。また、利得調節回路（１，５１）でインピーダンス切り替えに応じてＤ級増幅器の利得を調節する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｄ級増幅器でスピーカを駆動する音響システムに関する。

音響システムでは、効率の良い電力増幅を行うためにＤ級増幅器が用いられる。Ｄ級増幅器では、出力トランジスタがパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に基づいてスイッチング動作を行うので、効率の良い電力増幅を行うことができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１５９０８８号公報（第４頁、図１）

Ｄ級増幅器の効率は出力に応じて変化する。すなわち、負荷を一定としたとき、効率は出力電力の減少に伴って低下する。効率の低下は最大出力の１／１０付近までは緩やかであるが、それ以降は急激に低下する。このため、低出力動作時の効率はかなり悪い。

バッテリを電源とする携帯型の音響システム（例えば、ノートＰＣやＭＤ等）では、効率の善し悪しは動作時間の長短となって現れるので、Ｄ級増幅器は低出力動作時でも効率が良いことが望まれる。

Ｄ級増幅器の効率は、また、負荷に応じて変化する。すなわち、出力を一定としたとき、効率は負荷インピーダンスの増加とともに増加する。したがって、効率を良くする観点ではスピーカの内部インピーダンスを高くすればよいが、内部インピーダンスの増加とともに出力電力の最大値が減少するので、大音量が得にくくなる。

そこで、本発明の課題は、低出力動作時でも電力効率が良くかつ高出力動作も可能な音響システムを実現することである。

上記の課題を解決するための請求項１に係る発明は、切り替え可能な複数の内部インピーダンスを有するスピーカと、前記スピーカの内部インピーダンスを切り替える切替回路と、出力信号で前記スピーカを駆動するＤ級増幅器と、を具備することを特徴とする音響システムである。

上記の課題を解決するための請求項２に係る発明は、前記切替回路が自動切替を行う、ことを特徴とする請求項１に記載の音響システムである。
上記の課題を解決するための請求項３に係る発明は、前記切替回路が手動切替を可能にする、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響システムである。

上記の課題を解決するための請求項４に係る発明は、前記切り替えに応じて前記Ｄ級増幅器の利得を調節する利得調節回路、を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の音響システムである。

上記の課題を解決するための請求項５に係る発明は、前記利得調節回路が自動調節を行う、ことを特徴とする請求項４に記載の音響システムである。
上記の課題を解決するための請求項６に係る発明は、前記利得調節回路が手動調節を可能にする、ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の音響システムである。

請求項１に係る発明によれば、音響システムが、切り替え可能な複数の内部インピーダンスを有するスピーカと、前記スピーカの内部インピーダンスを切り替える切替回路と、出力信号で前記スピーカを駆動するＤ級増幅器とを具備するので、切替回路でスピーカの内部インピーダンスを大きな値に切り替えることにより低出力動作時の電力効率を高めることができ、また、切替回路でスピーカの内部インピーダンスを小さな値に切り替えることにより大出力動作を可能にする。

請求項２に係る発明によれば、前記切替回路が自動切替を行うので、スピーカの内部インピーダンスを自動的に切り替えることができる。
請求項３に係る発明によれば、前記切替回路が手動切替を可能にするので、スピーカの内部インピーダンスを使用者が任意に切り替えることができる。

請求項４に係る発明によれば、音響システムが、前記切り替えに応じて前記Ｄ級増幅器の利得を調節する利得調節回路を具備するので、切替に伴う音量変化を防止することができる。

請求項５に係る発明によれば、前記利得調節回路が自動調節を行うので、切り替えに伴う音量変化を自動的に防止することができる。
請求項６に係る発明によれば、前記利得調節回路が手動調節を可能にするので、切り替えに伴う音量変化を使用者が任意に防止することができる。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１に音響システムのブロック図を示す。本システムは発明を実施するための最良の形態の一例である。本システムの構成によって、音響システムに関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

同図に示すように、本システムは、可変のアッテネータ１を通じて入力信号が与えられるＤ級増幅器２と、その出力信号によって駆動されるスピーカ３を有する。Ｄ級増幅器２はＤ級動作によって入力信号を増幅する。

スピーカ３は値が異なる複数の内部インピーダンス持つ。内部インピーダンスは例えば４Ωと８Ωの２種類である。２種類の内部インピーダンスは、例えば、ボイスコイルを２重に巻き、一方のコイルのみを使用する状態または両コイルを直列接続して使用する状態に切り替えること等によって実現される。なお、内部インピーダンスは４Ωと８Ωに限らず、８Ωと１６Ωとしてもよい。また、種類も２種類に限らず、例えば４Ω、８Ωおよび１６Ωの３種類あるいはそれ以上としてもよい。

複数の内部インピーダンスは切替器４によっていずれか１つが選ばれる。切替器４は切替制御回路４１によって制御される。切替器４および切替制御回路４１からなるものは、本発明における切替回路の一例である。

切替制御回路４１は、モードスイッチ４２によって動作モードが指定される。モードスイッチ４２は使用者によって操作される。モードスイッチ４２のオン／オフによってそれぞれ手動／自動モードが指定される。

自動モードでは、切替制御回路４１はＤ級増幅器２の出力信号に基づいて切替器４を制御する。手動モードでは、切替制御回路４１の機能を停止させて、使用者による切替器４の手動操作を可能にする。

アッテネータ１はゲイン制御回路５１によって制御される。アッテネータ１およびゲイン制御回路５１からなるものは、本発明における利得調節回路の一例である。ゲイン制御回路５１はモードスイッチ５２によって動作モードが指定される。モードスイッチ５２は使用者によって操作される。モードスイッチ５２のオン／オフによってそれぞれ手動／自動モードが指定される。

自動モードでは、ゲイン制御回路５１はＤ級増幅器２の出力信号に基づいてアッテネータ１を制御する。手動モードでは、ゲイン制御回路５１の機能を停止させて、使用者によるアッテネータ１の手動操作を可能にする。

図２、図３および図４に、Ｄ級増幅器２の出力−効率特性のグラフを示す。図２はスピーカ３の内部インピーダンスが４Ωの場合、図３はスピーカ３の内部インピーダンスが８Ωの場合、図４はスピーカ３の内部インピーダンスが１６Ωの場合である。

図２に示すように、スピーカ３の内部インピーダンスが４Ωのときは、Ｄ級増幅器２の効率は、出力電力の０．５Ｗから５Ｗの範囲でほぼ８０％−９０％となり、０．５Ｗ以下では急激に効率が低下する。

図３に示すように、スピーカ３の内部インピーダンスが８Ωのときは、Ｄ級増幅器２の効率は、出力電力の０．２Ｗから２．５Ｗの範囲でほぼ８０％−９３％となり、０．２Ｗ以下では急激に効率が低下する。

図４に示すように、スピーカ３の内部インピーダンスが１６Ωのときは、Ｄ級増幅器２の効率は、出力電力の０．１Ｗから１．２Ｗの範囲でほぼ８０％−９５％となり、０．１Ｗ以下では急激に効率が低下する。

これらの特性を出力の尺度を共通にして示せば、図５のようになる。同図に示すように、効率の点では内部インピーダンス１６Ωのときが最も良く、８Ωのときがそれに次ぎ、４Ωのときが最も悪い。一方、出力電力の最大値は、１６Ωのときが１．２Ｗ程度、８Ωのときが２．５Ｗ程度、４Ωのときが５Ｗ程度となり、内部インピーダンスが低いほど最大出力が大きく高出力動作が可能である。

このような特性をふまえて、切替制御回路４１は、自動モードでは、Ｄ級増幅器２の低出力動作時には切替器４に内部インピーダンスの高い方を選ばせ、高出力動作時には内部インピーダンスの低い方を選ばせる。

内部インピーダンスの切替は例えば出力電力２．５Ｗ付近を境にして行われる。これによって、２．５Ｗ未満の動作領域では８Ωの効率特性に基づく高効率が実現され、２．５Ｗ以上の動作領域では４Ωの効率特性に基づく高出力が実現される。これによって、低出力動作時でも効率が良くかつ高出力動作も可能な音響システムを実現することができる。

なお、出力電力の最大値が２．５Ｗであるときは、内部インピーダンスを８Ωと１６Ωの組み合わせとし、例えば１．２Ｗ付近を境として、１．２Ｗ未満の低出力動作時には切替器４に１６Ωを選ばせ、１．２Ｗ以上の高出力動作時には８Ωを選ばせるようにしてもよい。これによって、１．２Ｗ未満の動作領域では１６Ωの効率特性に基づく高効率が実現され、１．２Ｗ以上の動作領域では８Ωの効率特性に基づく高出力が実現される。

あるいは、内部インピーダンスを４Ωと８Ωと１６Ωの組み合わせとし、１．２Ｗ付近および２．５Ｗ付近を境として、それぞれ内部インピーダンス切替を行うようにしてもよい。すなわち、１．２Ｗ未満の低出力動作時には切替器４に１６Ωを選ばせ、１．２Ｗ以上２．５Ｗ未満の中出力動作時には８Ωを選ばせ、２．５Ｗ以上の高出力動作時には４Ωを選ばせる。このようにした場合は、それぞれの動作領域に応じて、１６Ωの効率特性に基づく動作、８Ωの効率特性に基づく動作および４Ωの効率特性に基づく動作がそれぞれ行われる。これによって、低出力動作時でも効率が良くかつ高出力動作も可能な音響システムを実現することができる。

内部インピーダンスの切替は、使用者が手動で行ってもよい。その場合は、モードスイッチ４２を手動モードに投入して切替制御回路４１の機能を停止させ、この状態で切替器４を手動操作して内部インピーダンスの切替を行う。

本システムを低出力動作状態でしか使用しないことが予めわかっているときは、手動モードで内部インピーダンスを１６Ωまたは８Ωに固定してよい。これによって常に１６Ωまたは８Ωの高効率動作が行われ、バッテリを電源とする場合等には動作時間を長くすることができる。

それとは逆に、本システムを主に高出力動作状態で使用することが予めわかっているときは、手動モードで内部インピーダンスを４Ω（または８Ω）に固定してよい。これによって常に４Ω（または８Ω）の高出力動作が可能になる。

Ｄ級増幅器２は、負荷側から見れば可変出力の定電圧源となるから、そのままでは、内部インピーダンスの切替に伴って負荷に供給される電力が変化し、これによってスピーカ３の音量が変化する。

そのような音量変化は、ゲイン制御回路５１でアッテネータ１を制御し、Ｄ級増幅器２への入力信号のゲインを自動制御することにより防止される。なお、アッテネータ１の調節は、モードスイッチ５２を手動モードに投入してゲイン制御回路５１の機能を停止させ、この状態で手動操作により行うようにしてもよい。

本発明を実施するための最良の形態の一例の音響システムのブロック図である。Ｄ級増幅器の出力−効率特性を示すグラフである。Ｄ級増幅器の出力−効率特性を示すグラフである。Ｄ級増幅器の出力−効率特性を示すグラフである。Ｄ級増幅器の出力−効率特性を示すグラフである。

符号の説明

１アッテネータ
２Ｄ級増幅器
３スピーカ
４切替器
４１切替制御回路
４２モードスイッチ
５１ゲイン制御回路
５２モードスイッチ

Claims

切り替え可能な複数の内部インピーダンスを有するスピーカと、
前記スピーカの内部インピーダンスを切り替える切替回路と、
出力信号で前記スピーカを駆動するＤ級増幅器と、
を具備することを特徴とする音響システム。
前記切替回路が自動切替を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
前記切替回路が手動切替を可能にする、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響システム。
前記切り替えに応じて前記Ｄ級増幅器の利得を調節する利得調節回路、
を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の音響システム。
前記利得調節回路が自動調節を行う、
ことを特徴とする請求項４に記載の音響システム。
前記利得調節回路が手動調節を可能にする、
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の音響システム。