JP2006157409A

JP2006157409A - オーディオ増幅装置

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Publication number: JP2006157409A
Application number: JP2004344311A
Authority: JP
Inventors: Hideki Daishin; 英樹台信
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】増幅装置の劣化や破損を防止することができるオーディオ増幅装置を提供することを目的とする。
【解決手段】インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカを択一的に接続可能なオーディオ増幅装置であって、インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカ１０を択一的に接続可能なオーディオ増幅装置１であって、オーディオ入力信号を増幅して出力する増幅回路１１と、スピーカ１０のインピーダンスを検出するインピーダンス検出部（１２、１３、１４）と、所定の電圧範囲内の任意の電圧を出力可能なＤＣ／ＤＣコンバータから構成され、その出力電圧を増幅回路１１に電源電圧ＶＤＤとして供給する電源部１５と、インピーダンス検出部の検出結果に基づいて電源部１５を制御することにより電源電圧ＶＤＤを制御する電力量制御部１６と、を備え、電力量制御部１６は、増幅回路１１の最大出力電力が前記インピーダンスの値に依らず一定となるように、電源部１５を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力信号に応じてスピーカを駆動するオーディオ増幅装置に関する。

オーディオ増幅装置（オーディオアンプ；以下、単に「増幅装置」ということがある）は、オーディオ信号である入力信号を増幅し、接続されたスピーカに出力する。スピーカには、そのインピーダンス（入力インピーダンス）が標準インピーダンス（８Ω）のものの他、標準インピーダンスより低い（小さい）インピーダンスのものや、反対に標準インピーダンスより高い（大きい）インピーダンスのものがある。そして、それらの様々なインピーダンスを有するスピーカは、一般にオーディオ増幅装置に付け替え可能となっている。

しかし、従来のオーディオ増幅装置においては、スピーカのインピーダンスが変わるとそれに伴い増幅装置内部の消費電力が変化してしまうため、使用可能なスピーカのインピーダンスが限定されている。中には、スピーカのインピーダンスに応じてトランス２次側のタップを外部より手動で切り替えできるものもあるが、その切り替えは、２段階程度であって、その効果は少ない。また、その方法では、多段階に切り替えを行うには限界があるし、何より使用者がタップを選択切り替えする必要があるため、使い勝手が悪い。

また、下記特許文献１には、スピーカの入力インピーダンスを演算し、その演算結果に基づいて増幅回路に電源を供給する電源トランスのタップを切り替えることにより、低インピーダンススピーカ使用時の最大出力の低下を防止したことを特徴とするオーディオ増幅装置が開示されている。

また、下記特許文献２には、スピーカを駆動するアンプと、前記スピーカの駆動電圧に対応する信号を、前記アンプの入力側に正帰還して等価的に負性インピーダンス成分を発生する負性インピーダンス発生手段と、前記スピーカの駆動電圧のレベルに応じて前記負性インピーダンス発生手段の帰還利得を抑制して前記アンプの負荷電圧振幅周波数特性を変化させる調整手段とを具備することを特徴とする音響装置が開示されている。

また、下記特許文献３に記載の電力増幅器は、低インピーダンスのスピーカを駆動するために、電力増幅器の出力電流値を増幅器の入力に逆相でフィードバックして、定電流駆動を行っている。

また、下記特許文献４には、左右のパワーアンプの出力側と電源との間にそれぞれ抵抗を設け、前記左右のパワーアンプの出力側からヘッドホンの左右のスピーカを介してアースに至る配線リードの各々の信号ラインにコントロールスイッチを設け、このコントロールスイッチの開閉によるパワーアンプ出力側のインピーダンス変化を検出し、この検出した制御信号で被コントロール部を制御するように構成された音響装置が開示されている。

特開２００３−５２０９５号公報特開２０００−１９７１８１号公報特開平１−１３５２０７号公報特開昭５９−２０８９９９号公報

増幅回路に電源電圧を供給する電源の電流供給能力が十分に高い場合、増幅装置の最大出力電力は、増幅回路の電源電圧をＶＤＤとして、おおよそ“ＶＤＤ×ＶＤＤ／（スピーカのインピーダンス）”で表される。つまり、スピーカのインピーダンスに反比例する。従って、従来のオーディオ増幅装置においては、スピーカのインピーダンスがオーディオ増幅装置に設定された値より低い場合、増幅装置内部の電流値が増加して増幅装置の出力が定格出力を超えてしまい、正常な動作が出来なかったり、増幅装置の劣化や破損を招いたりしてしまうという問題があった。

また、スピーカのインピーダンスがオーディオ増幅装置に設定された値より高い場合、増幅装置内部の電流値が減少し、増幅装置の定格出力を得ることができないという問題があった。

また、上記特許文献１に記載された技術は、低インピーダンススピーカ使用時における最大出力の低下の防止を目的としたものであるが、増幅回路の電源電圧の切り替えをトランスのタップの切り替えによって実現しているため、電源電圧の調整は大雑把にしか行えない。従って、タップの切り替えによって対応できない（理想的には対応できない）インピーダンスのスピーカが接続された場合、上記と同様、増幅装置の出力が定格出力を超えてしまったり、増幅装置の定格出力を得られないといった問題が発生する。尚、タップを多く設ける事（例えば、数十個）は、現実的ではない。

また、上記特許文献２に記載された技術は、音響装置の本来の周波数特性をできる限り維持しつつ、電圧レベルが高いときでもクリップの発生を抑制することを目的とした技術であって、上記問題（増幅装置の破損等）を解決するものではない。

また、上記特許文献３に記載された電力増幅器は、スピーカのインピーダンスに依らずスピーカを定電流駆動するものであるため、当然に上記問題（増幅装置の破損等）は解決できない。

また、上記特許文献４に記載された技術は、リモコン操作時のモニター音の途切れを防止することを目的とした技術であって、上記問題（増幅装置の破損等）を解決するものではない。

本発明は、上記の点に鑑み、増幅装置の劣化や破損を防止することができるオーディオ増幅装置を提供することを目的とする。また、安定して定格出力を得ることのできるオーディオ増幅装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る第１のオーディオ増幅装置は、インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカを択一的に接続可能なオーディオ増幅装置であって、入力信号に応じた信号を接続されたスピーカに出力する増幅回路と、前記増幅回路の出力電流及び出力電圧を検出することにより、前記スピーカのインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、所定の電圧範囲内の任意の電圧を出力可能なＤＣ／ＤＣコンバータから構成され、その出力電圧を前記増幅回路に電源電圧として供給する電源部と、前記インピーダンス検出手段の検出結果に基づいて前記電源部を制御することにより前記電源電圧を制御する電力量制御手段と、を備え、前記電力量制御手段は、前記インピーダンス検出手段により検出された前記インピーダンスが低ければ低いほど前記電源電圧が小さくなるように、前記電源部を制御することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために本発明に係る第２のオーディオ増幅装置は、インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカを択一的に接続可能なオーディオ増幅装置であって、入力信号に応じた信号を接続されたスピーカに出力する増幅回路と、前記増幅回路の出力電流及び出力電圧を検出することにより、前記スピーカのインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、前記インピーダンス検出手段の検出結果に基づいて前記増幅回路の電源電圧を制御する電力量制御手段と、を備え、前記電力量制御手段は、前記インピーダンス検出手段により検出された前記インピーダンスが低ければ低いほど前記電源電圧が小さくなるように、前記電源電圧を制御することを特徴とする。

第１又は第２のオーディオ増幅装置のように構成すれば、インピーダンスが比較的低いスピーカが接続された場合、電源電圧（の大きさ）が比較的小さくなるので、オーディオ増幅装置の出力が定格出力を超えてしまうといったことを防止できる。この結果、増幅装置の劣化や破損を防止することができる。また、インピーダンスが比較的高いスピーカが接続された場合、電源電圧が比較的高くなるので、安定して定格出力を得ることができるオーディオ増幅装置を構成可能となる。

また、上記のような電源部を設けるようにすれば、スピーカのインピーダンスに応じて無段階に（或いは、例えば、数段階〜数１０００段階に）電源電圧を変化させることができる。これにより、増幅装置の劣化や破損をより確実に防止しつつ、より安定して定格出力を得ることができる。

また、上記目的を達成するために本発明に係る第３のオーディオ増幅装置は、インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカを択一的に接続可能なオーディオ増幅装置であって、入力信号に応じた信号を接続されたスピーカに出力する増幅回路と、前記増幅回路の出力電力を検出する出力電力検出手段と、所定の電圧範囲内の任意の電圧を出力可能なＤＣ／ＤＣコンバータから構成され、その出力電圧を前記増幅回路に電源電圧として供給する電源部と、前記入力信号の内容と前記出力電力検出手段の検出結果に基づいて前記電源部を制御することにより前記電源電圧を制御する電力量制御手段と、を備え、前記電力量制御手段は、所定の入力信号に対する前記増幅回路の出力電力が大きければ大きいほど前記電源電圧が小さくなるように、前記電源部を制御することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために本発明に係る第４のオーディオ増幅装置は、インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカを択一的に接続可能なオーディオ増幅装置であって、入力信号に応じた信号を接続されたスピーカに出力する増幅回路と、前記増幅回路の出力電力を検出する出力電力検出手段と、前記入力信号の内容と前記出力電力検出手段の検出結果に基づいて前記増幅回路の電源電圧を制御する電力量制御手段と、を備え、前記電力量制御手段は、所定の入力信号に対する前記増幅回路の出力電力が大きければ大きいほど前記電源電圧が小さくなるように、前記電源電圧を制御することを特徴とする。

接続されるスピーカのインピーダンスが低ければ低いほど、所定の入力信号に対する増幅回路の出力電力は大きくなる。従って、第３又は第４のオーディオ増幅装置のように構成すれば、インピーダンスが比較的低いスピーカが接続された場合、電源電圧（の大きさ）が比較的小さくなるので、オーディオ増幅装置の出力が定格出力を超えてしまうといったことを防止できる。この結果、増幅装置の劣化や破損を防止することができる。また、インピーダンスが比較的高いスピーカが接続された場合、電源電圧が比較的高くなるので、安定して定格出力を得ることができるオーディオ増幅装置を構成可能となる。

また、上記のような電源部を設けるようにすれば、上記所定の入力信号に対する増幅回路の出力電力に応じて無段階に（或いは、例えば、数段階〜数１０００段階に）電源電圧を変化させることができる。これにより、増幅装置の劣化や破損をより確実に防止しつつ、より安定して定格出力を得ることができる。

尚、上記「入力信号の内容」とは、入力信号がアナログ信号の場合はそのアナログ信号の電圧値、デジタル信号の場合はそのデジタル信号の表す情報の内容である”

また、上記目的を達成するために本発明に係る第５のオーディオ増幅装置は、インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカを択一的に接続可能なオーディオ増幅装置であって、入力信号に応じた信号を接続されたスピーカに出力する増幅回路と、前記増幅回路の出力電力を検出する出力電力検出手段と、所定の電圧範囲内の任意の電圧を出力可能なＤＣ／ＤＣコンバータから構成され、その出力電圧を前記増幅回路に電源電圧として供給する電源部と、所定の期間、前記増幅回路に所定の入力信号を与え、その期間における前記出力電力検出手段の検出結果に基づいて前記電源部を制御することにより前記電源電圧を制御する電力量制御手段と、を備え、前記電力量制御手段は、前記所定の期間における前記増幅回路の出力電力が大きければ大きいほど前記電源電圧が小さくなるように、前記電源部を制御することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために本発明に係る第６のオーディオ増幅装置は、インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカを択一的に接続可能なオーディオ増幅装置であって、入力信号に応じた信号を接続されたスピーカに出力する増幅回路と、前記増幅回路の出力電力を検出する出力電力検出手段と、所定の期間、前記増幅回路に所定の入力信号を与え、その期間における前記出力電力検出手段の検出結果に基づいて前記増幅回路の電源電圧を制御する電力量制御手段と、を備え、前記電力量制御手段は、前記所定の期間における前記増幅回路の出力電力が大きければ大きいほど前記電源電圧が小さくなるように、前記電源電圧を制御することを特徴とする。

接続されるスピーカのインピーダンスが低ければ低いほど、上記所定の入力信号が与えられた上記所定の期間の増幅回路の出力電力は大きくなる。従って、第５又は第６のオーディオ増幅装置のように構成すれば、インピーダンスが比較的低いスピーカが接続された場合、電源電圧（の大きさ）が比較的小さくなるので、オーディオ増幅装置の出力が定格出力を超えてしまうといったことを防止できる。この結果、増幅装置の劣化や破損を防止することができる。また、インピーダンスが比較的高いスピーカが接続された場合、電源電圧が比較的高くなるので、安定して定格出力を得ることができるオーディオ増幅装置を構成可能となる。

また、上記のような電源部を設けるようにすれば、上記所定の期間における増幅回路の出力電力に応じて無段階に（或いは、例えば、数段階〜数１０００段階に）電源電圧を変化させることができる。これにより、増幅装置の劣化や破損をより確実に防止しつつ、より安定して定格出力を得ることができる。

また、上記第１〜第６のオーディオ増幅装置において、例えば、前記電力量制御手段は、前記増幅回路の最大出力電力が前記インピーダンスの値に依らず一定となるように、前記電源電圧を制御するとよい。

これにより、オーディオ増幅装置の劣化や破損をより確実に防止しつつ、より安定して定格出力を得ることができる。尚、ここにおける「一定」とは、「完全に一定」という意味ではなく、若干のばらつきを含む概念である。

また、例えば、前記増幅回路は、前記入力信号を１ビット信号であるΔΣ変換信号に変換するスイッチング制御信号生成器と、前記ΔΣ変換信号に応じて一定電圧をスイッチングして出力するスイッチング回路と、前記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と、から成り、前記一定電圧は、前記増幅回路の電源電圧に相当する。

上述した通り、本発明に係るオーディオ増幅装置によれば、増幅装置の劣化や破損を防止することができる。また、安定して定格出力を得ることができる。

＜＜第１実施形態＞＞
以下、本発明に係るオーディオ増幅装置の第１実施形態につき、図面を参照して詳細に説明する。図１は、第１実施形態に係るオーディオ増幅装置１のブロック構成図である。

オーディオ増幅装置１は、インピーダンス（入力インピーダンス）の異なる複数の種類のスピーカを択一的に接続可能（着脱可能）となっている。以下、スピーカ１０がオーディオ増幅装置１に接続されているものとして説明する。

オーディオ増幅装置１は、オーディオ信号（以下、「入力信号」という）を入力し、その入力信号に応じた信号を接続されたスピーカ１０に出力する増幅回路１１と、増幅回路１１の出力電圧を検出する出力電圧検出部１２と、増幅回路１１の出力電流を検出する出力電流検出部１３と、出力電圧検出部１２の検出結果及び出力電流検出部１３の検出結果に基づいて、オームの法則よりスピーカ１０のインピーダンスを演算するインピーダンス演算部１４と、増幅回路１１の電源電圧を供給する電源部１５と、インピーダンス演算部１４からスピーカ１０のインピーダンスに関する情報の供給を受け、そのインピーダンスに基づいて電源部１５を制御する電力量制御部１６と、から概略構成される。

増幅回路１１に与えられる入力信号は、例えば、図示されないチューナやコンパクトディスク等の記録媒体に記憶されている情報を再生する再生部（不図示）から供給される。

増幅回路１１は、例えば、上記入力信号の電圧を増幅して出力するアンプから構成される。出力電圧検出部１２は、例えば、増幅回路１１の出力電圧を分圧抵抗（不図示）で分圧し、その分圧値に応じた信号をインピーダンス演算部１４に供給する。出力電流検出部１３は、例えば、増幅回路１１とスピーカ１０とを接続する線路に直列に配置された抵抗体からなり、その抵抗体における電圧降下に応じた信号をインピーダンス演算部１４に供給する。

出力電圧検出部１２、出力電流検出部１３及びインピーダンス演算部１４は、増幅回路１１の出力電流及び出力電圧を検出することにより、スピーカ１０のインピーダンスを検出する（演算する）インピーダンス検出手段として機能する。

図２に、電源部１５の回路図の一例を示す。電源部１５は、例えば、商用交流電圧をトランス及び整流回路を用いて直流に変換した入力電圧Ｖｉｎ（例えば、２５Ｖ）を、他の直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータから構成されている。該ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、電源電圧ＶＤＤとして増幅回路１１に供給される。

入力電圧Ｖｉｎは、Ｐチャンネル（Ｐ形半導体）のＭＯＳトランジスタ（絶縁ゲート型の電界効果トランジスタ）５１のソース電極に供給され、そのドレイン電極はダイオード５２のカソード及びインダクタ５３の一端に共通接続されている。インダクタ５３の他端は、増幅回路１１に供給される電源電圧ＶＤＤを平滑化するためのコンデンサ５４を介して接地されている。また、ダイオード５２のアノードは接地されている。

また、インダクタ５３とコンデンサ５４との接続点は、分圧抵抗５５と分圧抵抗５６との直列回路を介して接地されており、分圧抵抗５５と分圧抵抗５６の接続点は、エラーアンプ５７の反転入力端子（−）に接続されている。エラーアンプ５７の非反転入力端子（＋）には、電力量制御部１６からアナログの基準電圧Ｖｒｅｆが供給される。この基準電圧Ｖｒｅｆは、所定の電圧範囲内でスピーカ１０のインピーダンスに応じて無段階に（或いは、例えば、数段階〜数１０００段階に）変化する。

ゲートドライバ５８は、エラーアンプ５７の出力信号を参照して、分圧抵抗５５と分圧抵抗５６の接続点の電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆに追従するように（一致するように）ＭＯＳトランジスタ５１のゲート電極にゲート電圧を供給する。このようにして、電源部１５は、所定の電圧範囲内（例えば、２Ｖ〜２０Ｖ）の任意の電圧を電源電圧ＶＤＤとして出力可能となっている。尚、接地の電位を基準とし、正の電圧のみを電源電圧ＶＤＤとして出力する構成を例示したが、増幅回路１１の構成及びスピーカ１０の駆動方式に合わせて、正及び負の電源電圧をスピーカ１０に供給できるように回路構成を変形してもよい。

上記の電源部１５から出力される電源電圧ＶＤＤの値が、スピーカ１０のインピーダンスに応じてどのような値となるかの具体例を説明する。オーディオ増幅装置１は、スピーカ１０のインピーダンスが８Ωである場合に、電源電圧ＶＤＤを１０Ｖとすることで、オーディオ増幅装置１に設定された定格出力を安全に得ることができるようになっているとする。

まず、増幅回路１１に何らかの入力信号が与えられている任意のタイミングにおいて、出力電圧検出部１２が増幅回路１１の出力電圧を検出すると共に、出力電流検出部１３が増幅回路１１の出力電流を検出し、これらの検出結果からインピーダンス演算部１４は、スピーカ１０のインピーダンスを演算する。

演算されたスピーカ１０のインピーダンスが８Ωであった場合、電力量制御部１６は、電源電圧ＶＤＤが１０Ｖとなるような基準電圧Ｖｒｅｆを電源部１５に供給する。演算されたスピーカ１０のインピーダンスが４Ωであった場合、電力量制御部１６は電源電圧ＶＤＤが１０÷２^0.5Ｖとなるような基準電圧Ｖｒｅｆを電源部１５に供給する。演算されたスピーカ１０のインピーダンスが１６Ωであった場合、電力量制御部１６は電源電圧ＶＤＤが１０×２^0.5Ｖとなるような基準電圧Ｖｒｅｆを電源部１５に供給する。

増幅回路１１の最大出力電圧は、電源電圧ＶＤＤより幾分小さくなるのであるが、説明の簡略化上、増幅回路１１の最大出力電圧と電源電圧ＶＤＤが等しいものとして考えると、電源部１５の電流供給能力が十分に高い場合、増幅回路１１の最大出力電力は“ＶＤＤ×ＶＤＤ／（スピーカ１０のインピーダンス）”で表される。従って、電力量制御部１６は、増幅回路１１の最大出力電力がスピーカ１０のインピーダンスの値に依らず一定となるように、電源電圧ＶＤＤを制御する、といえる。

これにより、比較的インピーダンスの低いスピーカが接続されても、出力が定格出力を超えることはなく（勿論、誤差等に起因して微少な量は超えることはある）、オーディオ増幅装置の劣化や破損を防止することができる。また、比較的インピーダンスの高いスピーカが接続されても、確実に定格出力を得ることができる。

上記のように、「増幅回路１１の最大出力電力がスピーカ１０のインピーダンスの値に依らず一定となるように」電源電圧ＶＤＤを制御することが、オーディオ増幅装置の劣化や破損の確実なる防止等の観点から望ましいが、例えば、演算されたスピーカ１０のインピーダンスが４Ωであった場合、電源電圧ＶＤＤが（１０−α）Ｖとなるような基準電圧Ｖｒｅｆを電源部１５に供給するようにしても構わない（但し、αは正の数であって、例えば２．５〜３）。

つまり、電力量制御部１６は、スピーカ１０のインピーダンスが小さければ小さいほど電源電圧ＶＤＤが小さくなるように電源部１５を制御すればよいのである。このようにしても、オーディオ増幅装置の劣化や破損を防止することができる。

逆に考えて、演算されたスピーカ１０のインピーダンスが１６Ωであった場合、電源電圧ＶＤＤが（１０＋β）Ｖとなるような基準電圧Ｖｒｅｆを電源部１５に供給するようにしても構わない（但し、βは正の数であって、例えば３〜５）。これにより、オーディオ増幅装置の最大出力電力が定格出力より大きく減少するといったことは回避される。

また、上記のようなスピーカ１０のインピーダンスに応じた電源電圧ＶＤＤの設定（変更）は、オーディオ増幅装置１の電源投入後、一度だけ行うようにしてもよいし、所定の期間ごとに次々と増幅回路１１の出力電圧及び出力電流を取得し、逐次算出されたインピーダンスの値に応じて次々と電源電圧ＶＤＤを変更するようにしてもよい。尚、増幅回路１１の総電力量の大半は増幅回路１１の出力電力であり、増幅回路１１の総電力量は、増幅回路１１の出力電力と略定数との和に等しいとも言える。

＜＜第２実施形態＞＞
次に、本発明に係るオーディオ増幅装置の第２実施形態につき、図面を参照して詳細に説明する。図３は、第２実施形態に係るオーディオ増幅装置２のブロック構成図である。図２において、図１と同一の部分には同一の符号を付して、再度の説明を省略する。但し、図２における電源部１５は、電力量制御部２６から基準電圧Ｖｒｅｆの供給を受けるものとする。

入力電圧検出部２１は、入力信号の電圧値を検出し、その検出した電圧値に関する電力量制御部２６に伝送する。図２は、入力信号としてアナログ信号を想定した場合の構成である。勿論、入力信号がデジタル信号の場合も本発明は適用可能であり、デジタル信号の場合、そのデジタル信号は、例えば電力量制御部２６に直接与えられる。

出力電力検出部２２は、増幅回路１１の出力電圧及び出力電流を検出することにより、増幅回路１１の出力電力を検出し、その検出結果を電力量制御部２６に与える。電力量制御部２６は、入力信号の内容（入力信号がアナログ信号である場合は入力信号の電圧値、入力信号がデジタル信号である場合は、そのデジタル信号が表す情報内容）及び出力電力検出部２２の検出結果に基づいて電源部１５に供給する基準電圧Ｖｒｅｆを調整し、これによって電源電圧ＶＤＤを制御する。

上記の電源部１５から出力される電源電圧ＶＤＤの値が、電力量制御部２６によりどのような値に制御されるのかについて説明する。オーディオ増幅装置２は、スピーカ１０のインピーダンスが８Ωである場合に、電源電圧ＶＤＤを１０Ｖとすることで、オーディオ増幅装置２に設定された定格出力を安全に得ることができるようになっているとする。

増幅回路１１に何らかの入力信号が与えられている任意のタイミングにおいて、入力電圧検出部２１が入力信号電圧を検出すると共に、出力電力検出部２２が増幅回路１１の出力電力を検出する。これらの検出結果は電力量制御部２６に与えられる。

ここで、増幅回路１１において、等式「（出力電力）＝（出力電圧）×（出力電圧）／（スピーカ１０のインピーダンス）」が成立し、且つ等式「（出力電圧）＝（増幅回路１１の増幅度）×（入力信号電圧）」が成立する。従って、入力電圧検出部２１及び出力電力検出部２２によって入力信号電圧及び出力電力に関する情報は電力量制御部２６に与えられるのであるから、増幅回路１１の増幅度の値を予め電力量制御部２６に与えておけば、電力量制御部２６は、スピーカ１０のインピーダンスを認識することが可能である。

例えば、スピーカ１０のインピーダンスが８Ωであることに対応した入力信号電圧及び出力電力が得られた場合、電力量制御部２６は、電源電圧ＶＤＤが１０Ｖとなるような基準電圧Ｖｒｅｆを電源部１５に供給する。スピーカ１０のインピーダンスが４Ωであることに対応した入力信号電圧及び出力電力が得られた場合、電力量制御部２６は電源電圧ＶＤＤが１０÷２^0.5Ｖとなるような基準電圧Ｖｒｅｆを電源部１５に供給する。スピーカ１０のインピーダンスが１６Ωであることに対応した入力信号電圧及び出力電力が得られた場合、電力量制御部２６は電源電圧ＶＤＤが１０×２^0.5Ｖとなるような基準電圧Ｖｒｅｆを電源部１５に供給する。

増幅回路１１の最大出力電圧は、電源電圧ＶＤＤより幾分小さくなるのであるが、説明の簡略化上、増幅回路１１の最大出力電圧と電源電圧ＶＤＤが等しいものとして考えると、電源部１５の電流供給能力が十分に高い場合、増幅回路１１の最大出力電力は“ＶＤＤ×ＶＤＤ／（スピーカ１０のインピーダンス）”で表される。従って、電力量制御部２６は、第１実施形態と同様、増幅回路１１の最大出力電力がスピーカ１０のインピーダンスの値に依らず一定となるように、電源電圧ＶＤＤを制御する、といえる。これにより、第１実施形態と同様の効果が実現される。

また、同一の入力信号電圧に対する増幅回路１１の出力電力は、スピーカ１０のインピーダンスが８Ωにおけるものより、スピーカ１０のインピーダンスが４Ωにおけるものの方が大きい。従って、上記のように電源電圧ＶＤＤを調整することは（８Ω時１０Ｖ、４Ω時１０÷２^0.5Ｖ）、所定の入力信号に対する増幅回路１１の出力電力が大きければ大きいほど電源電圧ＶＤＤが小さくなるように、電源部１５を制御する、ことに対応する。

スピーカ１０のインピーダンスが４Ωであることに対応した入力信号電圧及び出力電力が得られた場合、第１実施形態と同様に、電源電圧ＶＤＤが（１０−α）Ｖとなるような基準電圧Ｖｒｅｆを電源部１５に供給するようにしても構わない（αは正の数であって、例えば２．５〜３）。スピーカ１０のインピーダンスが１６Ωであることに対応した入力信号電圧及び出力電力が得られた場合、電源電圧ＶＤＤが（１０＋β）Ｖとなるような基準電圧Ｖｒｅｆを電源部１５に供給するようにしても構わない（但し、βは正の数であって、例えば３〜５）。

尚、動作の理解を簡単にするために、スピーカ１０のインピーダンスの数値を例に挙げつつ電力量制御部２６の動作の説明を行ったが、電力量制御部２６は、必ずしもスピーカ１０のインピーダンスを内部で演算する必要はない。

また、上記のような入力信号電圧及び出力電力に応じた電源電圧ＶＤＤの設定（変更）は、オーディオ増幅装置の電源投入後、一度だけ行うようにしてもよいし、所定の期間ごとに次々と入力信号電圧及び出力電力の値を取得し、取得したそれらの値に応じて次々と電源電圧ＶＤＤを変更するようにしてもよい。

＜＜第３実施形態＞＞
次に、本発明に係るオーディオ増幅装置の第３実施形態につき、図面を参照して詳細に説明する。図４は、第３実施形態に係るオーディオ増幅装置３のブロック構成図である。図４において、図１及び図３と同一の部分には同一の符号を付して、再度の説明を省略する。但し、図４における電源部１５は、電力量制御部３６から基準電圧Ｖｒｅｆの供給を受けるものとする。

基準信号出力部３１は、オーディオ増幅装置３の電源起動後の所定の期間Ｔ１において、オーディオ信号ではない一定信号（一定の信号）Ｓｆをセレクタ３２に供給する。セレクタ３２には、本来のオーディオ信号が伝送されるべき配線も接続されている。そして、該期間Ｔ１中は、基準信号出力部３１からの一定信号Ｓｆが、セレクタ３２を介して増幅回路１１に供給される。尚、セレクタ３２の選択動作は、例えば、電力量制御部３６が行う。

増幅回路１１は、この期間Ｔ１中に与えられた一定信号Ｓｆを、オーディオ信号と同等に扱う。つまり、一定信号Ｓｆに応じた信号（増幅した信号）をスピーカ１０に出力する。出力電力検出部２２は、この期間Ｔ１中の増幅回路１１の出力電力を検出し、その検出結果を電力量制御部３６に与える。電力量制御部３６は、電力量検出部２２から与えられた検出結果に基づいて、電源部１５に供給する基準電圧Ｖｒｅｆを調整し、これによって電源電圧ＶＤＤを制御する。電力量制御部３６は、一定信号Ｓｆが、どのような信号であるかを認知している。例えば、一定信号Ｓｆの電圧値が製造時などにおいて予め与えられている。

この基準電圧Ｖｒｅｆを調整することによる電源電圧ＶＤＤの制御が完了すると、セレクタ３２は、本来のオーディオ信号の供給を受けてそのオーディオ信号を増幅回路１１に与える。尚、期間Ｔ１の終了後、基準信号出力部３１は一定信号Ｓｆの出力を停止し、電源部１５は期間Ｔ１中に設定された電源電圧ＶＤＤの値を維持する。また、例えば、期間Ｔ１は、オーディオ増幅装置３の電源起動後（例えば、図２の入力電圧Ｖｉｎが与えられた後）に遅滞なく設けられた所定の期間である。

上記の電源部１５から出力される電源電圧ＶＤＤの値が、電力量制御部３６によりどのような値に制御されるのかについて説明する。オーディオ増幅装置３は、スピーカ１０のインピーダンスが８Ωである場合に、電源電圧ＶＤＤを１０Ｖとすることで、オーディオ増幅装置３に設定された定格出力を安全に得ることができるようになっているとする。

増幅回路１１において、等式「（出力電力）＝（出力電圧）×（出力電圧）／（スピーカ１０のインピーダンス）」が成立し、且つ等式「（出力電圧）＝（増幅回路１１の増幅度）×（一定信号Ｓｆの電圧）」が成立する。期間Ｔ１中の出力電力に関する情報は電力量制御部３６に与えられるのであるから、一定信号Ｓｆの電圧値と増幅回路１１の増幅度の値を予め電力量制御部３６に与えておけば、電力量制御部３６は、スピーカ１０のインピーダンスを認識することが可能である。

例えば、スピーカ１０のインピーダンスが８Ωであることに対応した出力電力が得られた場合、電力量制御部３６は、電源電圧ＶＤＤが１０Ｖとなるような基準電圧Ｖｒｅｆを電源部１５に供給する。スピーカ１０のインピーダンスが４Ωであることに対応した出力電力が得られた場合、電力量制御部３６は電源電圧ＶＤＤが１０÷２^0.5Ｖとなるような基準電圧Ｖｒｅｆを電源部１５に供給する。スピーカ１０のインピーダンスが１６Ωであることに対応した出力電力が得られた場合、電力量制御部３６は電源電圧ＶＤＤが１０×２^0.5Ｖとなるような基準電圧Ｖｒｅｆを電源部１５に供給する。

増幅回路１１の最大出力電圧は、電源電圧ＶＤＤより幾分小さくなるのであるが、説明の簡略化上、増幅回路１１の最大出力電圧と電源電圧ＶＤＤが等しいものとして考えると、電源部１５の電流供給能力が十分に高い場合、増幅回路１１の最大出力電力は“ＶＤＤ×ＶＤＤ／（スピーカ１０のインピーダンス）”で表される。従って、電力量制御部３６は、第１実施形態と同様、増幅回路１１の最大出力電力がスピーカ１０のインピーダンスの値に依らず一定となるように、電源電圧ＶＤＤを制御する、といえる。これにより、第１実施形態と同様の効果が実現される。

また、一定信号Ｓｆに対する増幅回路１１の出力電力は、スピーカ１０のインピーダンスが８Ωにおけるものより、スピーカ１０のインピーダンスが４Ωにおけるものの方が大きい。従って、上記のように電源電圧ＶＤＤを調整することは（８Ω時１０Ｖ、４Ω時１０÷２^0.5Ｖ）、期間Ｔ１中における増幅回路１１の出力電力が大きければ大きいほど電源電圧ＶＤＤが小さくなるように、電源部１５を制御する、ことに対応する。

期間Ｔ１中にスピーカ１０のインピーダンスが４Ωであることに対応した出力電力が得られた場合、第１実施形態と同様に、電源電圧ＶＤＤが（１０−α）Ｖとなるような基準電圧Ｖｒｅｆを電源部１５に供給するようにしても構わない（αは正の数であって、例えば２．５〜３）。期間Ｔ１中にスピーカ１０のインピーダンスが１６Ωであることに対応した出力電力が得られた場合、電源電圧ＶＤＤが（１０＋β）Ｖとなるような基準電圧Ｖｒｅｆを電源部１５に供給するようにしても構わない（但し、βは正の数であって、例えば３〜５）。

尚、動作の理解を簡単にするために、スピーカ１０のインピーダンスの数値を例に挙げつつ電力量制御部３６の動作の説明を行ったが、電力量制御部３６は、必ずしもスピーカ１０のインピーダンスを内部で演算する必要はない。

＜＜増幅回路の一例＞＞
第１、第２及び第３実施形態における増幅回路１１は、入力信号がアナログ信号である場合は、該アナログ信号の電圧を増幅して出力する。また、入力信号がデジタル信号である場合は、例えば該デジタル信号を一旦アナログ信号に変換してから電圧増幅して出力する。

また、増幅回路１１を図５に示すような構成としてもよい。図５は、第１、第２及び第３実施形態における増幅回路１１の一構成例を示す図である。図５において、増幅回路１１は、スイッチング制御信号生成器１１ａと、スイッチング回路１１ｂと、ローパスフィルタ１１ｃと、から構成される。

スイッチング制御信号生成器１１ａは、アナログ信号又は所定ビット数のデジタル信号である入力信号を１ビット信号であるΔΣ（デルタシグマ）変換信号に変換する。スイッチング回路１１ｂには、一定電圧が供給されており、スイッチング回路１１ｂは、その一定電圧をΔΣ変換信号に応じてスイッチングして後段のローパスフィルタ１１ｃに出力する。上記一定電圧として、電源部１５から供給される電源電圧ＶＤＤを用いる。

ローパスフィルタ１１ｃは、スイッチング回路２２により電力スイッチングされた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。つまり、ローパスフィルタ１１ｃは、スイッチング回路２２の出力信号からスイッチング回路２２のスイッチング周波数成分を除去し、その除去後の信号を増幅回路１１の出力信号としてスピーカ１０に供給する。尚、電源電圧ＶＤＤは、増幅回路１１の各部の動作を行わせるための電源としても用いられる。

本発明に係るオーディオ増幅装置によれば、増幅装置の劣化や破損を防止することができる。また、安定して定格出力を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係るオーディオ増幅装置のブロック図である。図１の電源部の回路構成を示す図である。本発明の第２実施形態に係るオーディオ増幅装置のブロック図である。本発明の第３実施形態に係るオーディオ増幅装置のブロック図である。図１、図３及び図４の増幅回路の構成の一例を示す図である。

符号の説明

１、２、３オーディオ増幅装置
１０スピーカ
１１増幅回路
１２出力電圧検出部
１３出力電流検出部
１４インピーダンス演算部
１５電源部
１６、２６、３６電力量制御部
２１入力電圧検出部
２２出力電力検出部
３１基準信号出力部
３２セレクタ
１１ａスイッチング制御信号生成器
１１ｂスイッチング回路
１１ｃローパスフィルタ
ＶＤＤ電源電圧

Claims

インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカを択一的に接続可能なオーディオ増幅装置であって、
入力信号に応じた信号を接続されたスピーカに出力する増幅回路と、
前記増幅回路の出力電流及び出力電圧を検出することにより、前記スピーカのインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
所定の電圧範囲内の任意の電圧を出力可能なＤＣ／ＤＣコンバータから構成され、その出力電圧を前記増幅回路に電源電圧として供給する電源部と、
前記インピーダンス検出手段の検出結果に基づいて前記電源部を制御することにより前記電源電圧を制御する電力量制御手段と、を備え、
前記電力量制御手段は、前記インピーダンス検出手段により検出された前記インピーダンスが低ければ低いほど前記電源電圧が小さくなるように、前記電源部を制御する
ことを特徴とするオーディオ増幅装置。
インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカを択一的に接続可能なオーディオ増幅装置であって、
入力信号に応じた信号を接続されたスピーカに出力する増幅回路と、
前記増幅回路の出力電流及び出力電圧を検出することにより、前記スピーカのインピーダンスを検出するインピーダンス検出手段と、
前記インピーダンス検出手段の検出結果に基づいて前記増幅回路の電源電圧を制御する電力量制御手段と、を備え、
前記電力量制御手段は、前記インピーダンス検出手段により検出された前記インピーダンスが低ければ低いほど前記電源電圧が小さくなるように、前記電源電圧を制御する
ことを特徴とするオーディオ増幅装置。
インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカを択一的に接続可能なオーディオ増幅装置であって、
入力信号に応じた信号を接続されたスピーカに出力する増幅回路と、
前記増幅回路の出力電力を検出する出力電力検出手段と、
所定の電圧範囲内の任意の電圧を出力可能なＤＣ／ＤＣコンバータから構成され、その出力電圧を前記増幅回路に電源電圧として供給する電源部と、
前記入力信号の内容と前記出力電力検出手段の検出結果に基づいて前記電源部を制御することにより前記電源電圧を制御する電力量制御手段と、を備え、
前記電力量制御手段は、所定の入力信号に対する前記増幅回路の出力電力が大きければ大きいほど前記電源電圧が小さくなるように、前記電源部を制御する
ことを特徴とするオーディオ増幅装置。
インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカを択一的に接続可能なオーディオ増幅装置であって、
入力信号に応じた信号を接続されたスピーカに出力する増幅回路と、
前記増幅回路の出力電力を検出する出力電力検出手段と、
前記入力信号の内容と前記出力電力検出手段の検出結果に基づいて前記増幅回路の電源電圧を制御する電力量制御手段と、を備え、
前記電力量制御手段は、所定の入力信号に対する前記増幅回路の出力電力が大きければ大きいほど前記電源電圧が小さくなるように、前記電源電圧を制御する
ことを特徴とするオーディオ増幅装置。
インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカを択一的に接続可能なオーディオ増幅装置であって、
入力信号に応じた信号を接続されたスピーカに出力する増幅回路と、
前記増幅回路の出力電力を検出する出力電力検出手段と、
所定の電圧範囲内の任意の電圧を出力可能なＤＣ／ＤＣコンバータから構成され、その出力電圧を前記増幅回路に電源電圧として供給する電源部と、
所定の期間、前記増幅回路に所定の入力信号を与え、その期間における前記出力電力検出手段の検出結果に基づいて前記電源部を制御することにより前記電源電圧を制御する電力量制御手段と、を備え、
前記電力量制御手段は、前記所定の期間における前記増幅回路の出力電力が大きければ大きいほど前記電源電圧が小さくなるように、前記電源部を制御する
ことを特徴とするオーディオ増幅装置。
インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカを択一的に接続可能なオーディオ増幅装置であって、
入力信号に応じた信号を接続されたスピーカに出力する増幅回路と、
前記増幅回路の出力電力を検出する出力電力検出手段と、
所定の期間、前記増幅回路に所定の入力信号を与え、その期間における前記出力電力検出手段の検出結果に基づいて前記増幅回路の電源電圧を制御する電力量制御手段と、を備え、
前記電力量制御手段は、前記所定の期間における前記増幅回路の出力電力が大きければ大きいほど前記電源電圧が小さくなるように、前記電源電圧を制御する
ことを特徴とするオーディオ増幅装置。
前記電力量制御手段は、前記増幅回路の最大出力電力が前記インピーダンスの値に依らず一定となるように、前記電源電圧を制御する
ことを特徴とする請求項１〜請求項６の何れかに記載のオーディオ増幅装置。
前記増幅回路は、前記入力信号を１ビット信号であるΔΣ変換信号に変換するスイッチング制御信号生成器と、前記ΔΣ変換信号に応じて一定電圧をスイッチングして出力するスイッチング回路と、前記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と、から成り、前記一定電圧は、前記増幅回路の電源電圧に相当する
ことを特徴とする請求項１〜請求項７の何れかに記載のオーディオ増幅装置。