JP2006109133A

JP2006109133A - 増幅制御装置

Info

Publication number: JP2006109133A
Application number: JP2004293666A
Authority: JP
Inventors: Koji Kudo; 康二工藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】小振幅時のオーディオ信号から大振幅時のオーディオ信号までの音質劣化を防ぐ増幅制御装置を提供すること。
【解決手段】オーディオ信号に含まれる各々の振幅データに対する振幅値を抽出する振幅値抽出部１と、振幅値抽出部１によって抽出された振幅値が特定の閾値を超えないか否かを判定するレベル比較部２と、特定の閾値を超えないとレベル比較部２が判定したとき、振幅値に特定の閾値以上の値を加算する信号処理部２１と、Ｄ級増幅器７に供給する電源供給量を調整する電源制御部２４とを備え、特定の閾値以上の振幅データおよび信号処理部２１によって加算され得られた加算振幅データをＤ級増幅器７に出力しながら電源制御部２４は、特定の閾値以上の振幅データおよび加算振幅データに応じて、Ｄ級増幅器７に供給する電源供給量を調整するように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、オーディオ信号などを増幅器に増幅させる増幅制御装置に関する。

近年、デジタルのオーディオ信号の出力を増幅する増幅器では、高効率（高出力）化・小型化・低消費電力化を実現させる技術の他に、デジタル処理技術による高音質化技術が注目されており、高音質化技術を用いた「Ｄ級増幅器（デジタルアンプ）」が製品化されている。このＤ級増幅器には、入力したデジタルオーディオ信号で電源を直接スイッチングして信号を増幅する方式が採用されていることが知られている。

例えば、Ｄ級増幅器は、入力されたデジタルオーディオ信号に応じてパルス幅を変調するパルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号という。）を生成し、生成されたＰＷＭ信号で電源を直接スイッチングしてオーディオ信号を増幅し、増幅したオーディオ信号の出力をフィルタリングし、フィルタリングしたオーディオ信号の出力をスピーカーに伝送するようにしたものである。

従来のＤ級増幅器としては、入力されたデジタルオーディオ信号から振幅の絶対値を検出し、急峻な振幅変動に対応して、増幅器の電源電圧を制御することでオーディオの歪みを抑えるものが知られている。（例えば特許文献１参照）
また、他の従来のＤ級増幅器では、入力されたデジタルオーディオ信号から振幅の絶対値を検出し、オーディオ信号の振幅を利得調整し、かつ最大振幅時にはリミッターを掛けてオーディオの歪みを抑えるものも知られている。（例えば特許文献２参照）
特開平９−１４８８５１号公報（第７頁、第１図）特開２００２−１５８５５０号公報（第６頁、第１図）

しかしながら、従来のＤ級増幅器では、最大振幅時にオーディオの歪みを抑えているが、小振幅時で音質が劣化する問題があった。つまり、小振幅時のＰＷＭのパルス幅は小さいため、電源リップルやオーバーシュート／アンダーシュートに応じて、ＰＷＭの波形が歪んだりパルス面積を大きく変えてしまい、原音再生時に歪みを生じてしまう場合があり、原音を忠実に再生していないという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、小振幅時のオーディオ信号から大振幅時のオーディオ信号までの音質劣化を防ぐことのできる増幅制御装置を提供することを目的とする。

本発明の増幅制御装置は、オーディオ信号に含まれる各々の振幅データに対する振幅値を抽出する抽出部と、前記抽出部によって抽出された振幅値が特定の閾値を超えないか否かを判定する判定部と、前記特定の閾値を超えないと前記判定部が判定したとき、前記振幅値に前記特定の閾値以上の値を加算する加算部と、前記オーディオ信号を増幅する増幅器に供給する電源供給量を調整する電源調整部とを備え、前記特定の閾値以上の振幅データおよび前記加算部によって加算され得られた加算振幅データを前記増幅器に出力しながら前記電源調整部は、前記特定の閾値以上の振幅データおよび前記加算振幅データに応じて、前記電源供給量を調整する構成を有している。

この構成により、特定の閾値以上の振幅データおよび加算振幅データを増幅器に出力しながら、特定の閾値以上の振幅データおよび加算振幅データに応じて、増幅器に供給する電源供給量を調整するため、小振幅時のオーディオ信号から大振幅時のオーディオ信号までの音質劣化を防ぐことができる。

また、本発明の増幅制御装置は、前記オーディオ信号のボリュームを調整するためのボリューム値に応じて、前記特定の閾値以上の振幅データおよび前記加算振幅データを調整する振幅調整部を備えた構成を有している。

この構成により、ボリューム値に応じて特定の閾値以上の振幅データおよび加算振幅データを調整するため、電源供給量がデジタルオーディオ信号の振幅にボリュームデータを加えたものになり、大振幅による歪みを最小限に抑えることができる。

また、本発明の増幅制御装置は、前記特定の閾値以上の振幅データと前記加算振幅データとを同期させるように、前記抽出部が振幅値を抽出したときの振幅データを遅延させる遅延部を備えた構成を有している。

この構成により、特定の閾値以上の振幅データと加算振幅データとを同期させるように、振幅データを遅延させるため、それぞれのデータを補正しながら同期をとって増幅器に出力することができる。

また、本発明の増幅制御装置は、前記特定の閾値以上の振幅データおよび前記加算振幅データをＰＷＭ信号に変調するＰＷＭ信号変調部を備え、前記ＰＷＭ信号変調部によって変調されたＰＷＭ信号と前記電源供給量を調整するための電源制御信号との出力を同期させる構成を有している。

この構成により、ＰＷＭ信号と電源制御信号との出力を同期させるため、振幅データの出力と加算振幅データの出力との間で電源供給量の切り替えずれが最小限に抑えられる。

また、本発明の増幅制御装置は、前記同期を行うための同期信号を発生させる同期信号発生部を備えた構成を有している。

この構成により、同期を行うための同期信号を発生させるため、同期信号を増幅制御装置の構成要素に供給することができる。

また、本発明の増幅制御装置は、前記同期信号発生部は、前記オーディオ信号のサンプリング周波数に基づいて同期信号を発生させる構成を有している。

この構成により、オーディオ信号のサンプリング周波数に基づいて同期信号を発生させるため、正確な同期信号を供給することができる。

本発明は、小振幅時のオーディオ信号から大振幅時のオーディオ信号までの音質劣化を防ぐ増幅制御装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態に係る増幅制御装置について、図面を用いて説明する。

本発明の実施の形態に係る増幅制御装置の装置構成図を図１に示す。図１に示したように、増幅制御装置１５は、デジタルオーディオ信号が入力される信号入力部１６と、オーディオ信号から振幅値を抽出する振幅値抽出部１（抽出部）と、１つまたは複数の閾値が入力される閾値入力部１７と、振幅値が特定の閾値を超えないか否かを判定するレベル比較部２（判定部）と、オーディオ信号に含まれる振幅データ等を処理する信号処理部２１（加算部）と、Ｄ級増幅器７に供給する電源供給量を調整する電源制御部２４（電源調整部）と、オーディオ信号のボリュームを調整するためのボリュームデータが入力されるボリュームデータ入力部１８と、ボリュームデータからボリューム値を抽出するボリューム値抽出部２２と、ボリューム値および振幅値に基づいて全体のボリューム値を決定する音量制御部２３と、ボリューム値に応じて振幅データを調整する振幅処理部２５（振幅調整部）と、振幅処理されたデータをＰＷＭ変調させるパルス処理部２６（ＰＷＭ信号変調部）と、ＰＷＭ変調されたＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ信号出力部２０と、電源供給量を制御する電源制御信号を出力する電源制御信号出力部１９と、振幅値抽出部１が振幅値を抽出したときの振幅データを遅延させる信号遅延部５（遅延部）と、デジタルオーディオ信号からクロック（同期信号）を抽出するクロック抽出部２７と（抽出部）、クロックを発生させるクロック発生部６（同期信号発生部）とによって構成される。

なお、出力可変電源装置２８は、電源制御信号出力部１９が出力した電源制御信号に応じて電源供給量を可変にする装置であり、Ｄ級増幅器７は、出力可変電源装置２８が供給する電源供給量に応じて、ＰＷＭ信号出力部２０が出力したＰＷＭ信号を増幅するようになっている。また、Ｄ級増幅器７によって増幅されたＰＷＭ信号は、ＬＰＦ（Low Path Filter）１４を介してスピーカ８に出力される。

以上のように構成された増幅制御装置１５について、以下にその動作について説明する。

まず、クロック抽出部２７は、デジタルオーディオ信号からサンプリング周波数に基づいたクロックを抽出する。クロック発生部６は、クロック抽出部２７によって抽出されたクロックに同期したクロック信号を発生させる。なお、クロック信号の発生時間間隔は、サンプリング周波数の等倍でもよいし、逓倍でもよい。また、増幅制御装置１５の各構成は、クロック発生部６によって発生されたクロック信号に同期して動作する。

また、振幅値抽出部１は、クロック信号の発生時刻毎に、信号入力部１６によって入力されたオーディオ信号に含まれる振幅データに対する振幅値を抽出する。レベル比較部２は、振幅値抽出部１によって抽出された各々の振幅値が閾値入力部１７によって入力された閾値を超えないか否かを判定する。

また、信号遅延部５は、振幅値抽出部１が振幅値を抽出したときの振幅データを遅延させ、遅延された振幅データを信号処理部２１に出力する。図２は、図１に示したＡ点において、振幅データに対応する振幅値と閾値１との関係を一例として示している。図２において、時間軸に対して等間隔に引かれている点線は、クロック信号の発生時刻を示している。なお、図２以降に示す振幅は、正の値として例示している。

レベル比較部２は、振幅値抽出部１によって抽出された振幅値と閾値１とを比較し、振幅値が閾値１以上か、振幅値が閾値１を超えないかを判定する。信号処理部２１は、クロック信号の発生時間間隔に応じてデジタルオーディオ信号を小振幅領域と大振幅領域とに分割する。すなわち、レベル比較部２によって振幅値が閾値１以上と判定されたとき、信号処理部２１は、閾値１以上と判定された振幅値と対応するデジタルオーディオ信号を大振幅領域とし、レベル比較部２によって振幅値が閾値１を超えないと判定されたとき、信号処理部２１は、閾値１を超えないと判定された振幅値と対応するデジタルオーディオ信号を小振幅領域としてデジタルオーディオ信号を分割する。さらに信号処理部２１は、小振幅領域に属する振幅値に閾値１以上の値を加算する。

図３は、図１に示したＢ点において、デジタルオーディオ信号の振幅値の一例を示している。この例の場合、信号処理部２１は、小振幅領域に属するデータに閾値１を加算している。なお、信号遅延部５は、閾値１以上であった振幅データと、閾値１が小振幅領域に属するデータに加算され得られた加算振幅データとを同期させるように振幅データを遅延しているため、図３に示すデジタルオーディオ信号の振幅値となる。

振幅処理部２５は、音量制御部２３によって入力されたボリューム値に応じて、信号処理部２１によって加算された加算振幅データおよび閾値１以上であった振幅データを調整する。例えば、振幅処理部２５は、Ｂ点でのデジタルオーディオ信号の振幅差を変更せずに、Ｂ点での振幅値に対してボリューム値が大きければ振幅値にボリューム値を加算し、ボリューム値が小さければ振幅値からボリューム値を減算して振幅値を決定している。

図４は、図１に示したＣ点において、デジタルオーディオ信号の振幅値の一例を示している。この例の場合、振幅処理部２５は、Ｂ点でのデジタルオーディオ信号の振幅差を変更せずに、Ｂ点での振幅値に対してボリューム値が大きいため、Ｂ点での振幅値にボリューム値を加算している。なお、ボリューム値が小さく減算されても、Ｂ点でのデジタルオーディオ信号の振幅差は変更しないので、小振幅データが消失することなくデータの伝送が可能となる。

パルス処理部２６は、振幅処理部２５によって振幅処理されたデータをＰＷＭ変調させ、ＰＷＭ信号出力部２０は、ＰＷＭ変調されたＰＷＭ信号をＤ級増幅器７に出力する。また、電源制御部２４は、信号処理部２１が処理した大振幅領域に属するデータおよび小振幅領域に属するデータに応じて、Ｄ級増幅器７に供給する電源供給量を調整し、電源制御信号出力部１９は、調整した結果を表す電源制御信号を電源制御信号出力部１９に出力する。

図５は、図１に示したＣ点における増幅波形例と、電源制御信号出力部１９における電源制御信号の波形例と、ＰＷＭ信号出力部２０が出力するＰＷＭ信号の波形例である。図５において、時間軸に対して等間隔に引かれている点線は、クロック信号の発生時刻を示している。

図５（ａ）に示すようにＣ点における増幅波形は、パルス処理部２６によって図５（ｃ）に示すＰＷＭ信号の波形に変調される。小振幅領域に属する増幅データにおいては、図５（ｃ）に示すようにＰＷＭのパルス幅が大きくなるため、大振幅領域に対応するＰＷＭ信号から小振幅領域に対応するＰＷＭ信号に切り替わる時点で、図５（ｂ）に示すように電源制御信号出力部１９によって出力される電源制御信号の供給量が調整される。

すなわち、増幅制御装置１５は、パルス処理部２６によって変調されたＰＷＭ信号と電源制御信号との出力を同期させている。従って、大振幅領域に対応するＰＷＭ信号から小振幅領域に対応するＰＷＭ信号に切り替わる時点、または、小振幅領域に対応するＰＷＭ信号から大振幅領域に対応するＰＷＭ信号に切り替わる時点に同期して、電源制御信号出力部１９が出力する電源制御信号の供給量も切り替わる。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る増幅制御装置は、変調されたＰＷＭ信号と電源制御信号との出力を同期させ、出力可変電源装置２８が電源制御信号に応じてＤ級増幅器７に供給する電源供給量を調整することにより、Ｄ級増幅器７がオーディオ信号を出力したときには、信号入力部１６が入力したときのデジタルオーディオ信号の音質が再現され、小振幅時のオーディオ信号から大振幅時のオーディオ信号までの音質劣化を防ぐことができる。

さらに、増幅制御装置１５は、ボリュームデータに応じてオーディオ信号の振幅を調整することにより、出力可変電源装置２８の出力電圧もしくは出力電流でＤ級増幅させることができる。

なお、小振幅領域の期間の電源電圧値および電流値は、大振幅領域の期間の電源電圧値および電流値より小さくしてＤ級増幅器７に供給する必要があるため、大振幅領域の期間と小振幅領域の期間とでは、電源供給値が異なる。１つの閾値で電源供給期間を大振幅領域と小振幅領域とに分割する例では、大振幅領域の電源供給が１４Ｖの場合では、小振幅領域の電源供給が７Ｖ程度とすることが好ましい。

また、増幅制御装置１５の各構成は、クロック発生部６によって発生されたクロック信号に同期して動作することから、振幅データと加算振幅データとを補正しながら同期をとってＤ級増幅器７に出力することができ、ＰＷＭ信号と電源制御出力信号との同期動作が可能となり、各振幅領域の境界となるタイミングで電源供給量の切り替えずれが最小限に抑えられる。

なお、電源制御信号は、デジタルオーディオ信号の振幅にボリュームデータを加えた信号であるため、大振幅による歪みを最小限に抑えることが可能となる。

以上のように、本発明に係る増幅制御装置は、小振幅時のオーディオ信号から大振幅時のオーディオ信号までの音質劣化を防ぐことにより、オーディオ信号などを増幅器に増幅させる増幅制御装置および増幅装置等として有用である。

本発明の実施の形態に係る増幅制御装置の装置構成図振幅データに対応する振幅値と閾値との関係を示す図デジタルオーディオ信号の振幅値の一例を示す図デジタルオーディオ信号の振幅値の一例を示す図増幅波形例、電源制御信号の波形例、およびＰＷＭ信号の波形例を示す図

符号の説明

１振幅値抽出部（抽出部）
２レベル比較部（判定部）
５信号遅延部（遅延部）
６クロック発生部（同期信号発生部）
７Ｄ級増幅器
８スピーカ
１４ＬＰＦ
１５増幅制御装置
１６信号入力部
１７閾値入力部
１８ボリュームデータ入力部
１９電源制御信号出力部
２０ＰＷＭ信号出力部
２１信号処理部（加算部）
２２ボリューム値抽出部
２３音量制御部
２４電源制御部（電源調整部）
２５振幅処理部（振幅調整部）
２６パルス処理部（ＰＷＭ信号変調部）
２７クロック抽出部（抽出部）
２８出力可変電源装置

Claims

オーディオ信号に含まれる各々の振幅データに対する振幅値を抽出する抽出部と、
前記抽出部によって抽出された振幅値が特定の閾値を超えないか否かを判定する判定部と、
前記特定の閾値を超えないと前記判定部が判定したとき、前記振幅値に前記特定の閾値以上の値を加算する加算部と、
前記オーディオ信号を増幅する増幅器に供給する電源供給量を調整する電源調整部とを備え、
前記特定の閾値以上の振幅データおよび前記加算部によって加算され得られた加算振幅データを前記増幅器に出力しながら前記電源調整部は、前記特定の閾値以上の振幅データおよび前記加算振幅データに応じて、前記電源供給量を調整することを特徴とする増幅制御装置。
前記オーディオ信号のボリュームを調整するためのボリューム値に応じて、前記特定の閾値以上の振幅データおよび前記加算振幅データを調整する振幅調整部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の増幅制御装置。
前記特定の閾値以上の振幅データと前記加算振幅データとを同期させるように、前記抽出部が振幅値を抽出したときの振幅データを遅延させる遅延部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の増幅制御装置。
前記特定の閾値以上の振幅データおよび前記加算振幅データをＰＷＭ信号に変調するＰＷＭ信号変調部を備え、
前記ＰＷＭ信号変調部によって変調されたＰＷＭ信号と前記電源供給量を調整するための電源制御信号との出力を同期させることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の増幅制御装置。
前記同期を行うための同期信号を発生させる同期信号発生部を備えたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の増幅制御装置。
前記同期信号発生部は、前記オーディオ信号のサンプリング周波数に基づいて同期信号を発生させることを特徴とする請求項５に記載の増幅制御装置。