JP2006180198A

JP2006180198A - デジタルアンプ搭載装置

Info

Publication number: JP2006180198A
Application number: JP2004371127A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Ise; 友彦伊勢; Kazuo Kashiwabara; 和男柏原
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】ＬＣローパスフィルタの影響によるＬＣローパスフィルタの後段におけるデジタルアンプの出力の周波数特性および位相特性のずれを確実に補正することができる「デジタルアンプ搭載装置」を提供すること。
【解決手段】デジタル波形によって電力増幅を行うデジタルアンプ２と、このデジタルアンプ２の後段に配設され、前記デジタルアンプ２の出力をアナログ波形に変換して出力するＬＣローパスフィルタ５と、前記デジタルアンプ２の前段に配設され、前記ＬＣローパスフィルタ５の後段における前記デジタルアンプ２の出力の周波数特性および位相特性が、目標とする周波数特性および位相特性となるように適応処理を行う適応フィルタ１０を備えたこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルアンプ搭載装置に係り、特に、デジタルアンプの電力出力段における周波数特性および位相特性を補正するのに好適なデジタルアンプ搭載装置に関する。

近年、オーディオ機器等の分野においては、デジタルアンプと称されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）波形で電力増幅を行うアンプが急速に普及してきている。

このデジタルアンプは、小型・軽量・高効率と数多くの利点を有しているが、中でも、電力を消費する部分がアナログアンプと比べて非常に少ないことによって、高い電力増幅効率を実現することができることを最大の特徴としている。

一方で、デジタルアンプは、ＰＷＭ波形で電力増幅まで行うため、デジタルアンプの後段側となる電力出力段にアナログのＬＣローパスフィルタを配設することによって、デジタルアンプから出力されたデジタル波形の信号をアナログ波形の信号に変換する必要がある。

特開２００４−１４６８６８号公報

しかしながら、アナログのＬＣローパスフィルタは、急峻な周波数遮断特性を有しないため、デジタルアンプから出力される信号の高調波成分を除去してアナログ波形への変換を適切に行うためには、ＬＣローパスフィルタの遮断周波数を小さくとることを余儀なくされていた。

そのため、ＬＣローパスフィルタは、周波数（横軸）に対するゲイン（縦軸）の特性を示す周波数特性において、周波数が低い段階から周波数特性（ゲイン）をフラットにとることができなかった。

この結果、従来は、ＬＣローパスフィルタの後段におけるデジタルアンプの出力の周波数特性にずれが生じてしまうといった問題が生じていた。

さらに、ＬＣローパスフィルタは、周波数（横軸）に対する位相（縦軸）の特性を示す位相特性において、遮断周波数における位相が、位相特性直線となる周波数における位相から大きくずれるといった基本特性を有している。

そのため、ＬＣローパスフィルタは、十分に高い周波数まで直線位相特性を維持することができなかった。

この結果、従来は、ＬＣローパスフィルタの後段におけるデジタルアンプの出力の位相特性にずれが生じてしまうといった問題が生じていた。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、ＬＣローパスフィルタの影響によるＬＣローパスフィルタの後段におけるデジタルアンプの出力の周波数特性および位相特性のずれを確実に補正することができるデジタルアンプ搭載装置を提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明に係るデジタルアンプ搭載装置の特徴は、デジタル波形によって電力増幅を行うデジタルアンプと、このデジタルアンプの後段に配設され、前記デジタルアンプの出力をアナログ波形に変換して出力するＬＣローパスフィルタとを備えたデジタルアンプ搭載装置において、前記デジタルアンプの前段に配設され、前記ＬＣローパスフィルタの後段における前記デジタルアンプの出力の周波数特性および位相特性が、目標とする周波数特性および位相特性となるように適応処理を行う適応フィルタを備えた点にある。

そして、このような構成によれば、適応フィルタによる適応処理によって、ＬＣローパスフィルタの後段におけるデジタルアンプの出力の周波数特性および位相特性を、目標とする周波数特性および位相特性にすることが可能となる。

また、本発明に係るデジタルアンプ搭載装置の特徴は、適応フィルタが、ＬＣローパスフィルタの周波数特性と加算されることによって目標とする周波数特性となるような周波数特性と、前記ＬＣローパスフィルタの位相特性と加算されることによって目標とする位相特性となるような位相特性とを有する点にある。

そして、このような構成によれば、適応フィルタの周波数特性とＬＣローパスフィルタの周波数特性とを加算することによって目標とする周波数特性を得ることが可能となるとともに、適応フィルタの位相特性とＬＣローパスフィルタの位相特性とを加算することによって目標とする位相特性を得ることが可能となる。

さらに、本発明に係るデジタルアンプ搭載装置の特徴は、目標とする周波数特性および位相特性を有する目標応答手段と、この目標応答手段の出力信号とＬＣローパスフィルタの後段におけるデジタルアンプの出力信号との誤差を監視し、この誤差のパワーが最小となるように適応フィルタの係数を逐次更新する適応アルゴリズムとを備えた点にある。

そして、このような構成によれば、適応アルゴリズムによって、適応フィルタの係数を、目標応答手段の出力信号とＬＣローパスフィルタの後段におけるデジタルアンプの出力信号との誤差のパワーを最小にするために好適な値に設定することが可能となる。

さらにまた、本発明に係るデジタルアンプ搭載装置の特徴は、適応アルゴリズムが、ＬＭＳアルゴリズムとされ、適応フィルタが、ＦＩＲフィルタとされている点にある。

そして、このような構成によれば、ＬＭＳアルゴリズムを用いたＦＩＲフィルタによって、適応処理をさらに安価に行うことが可能となる。

また、本発明に係るデジタルアンプ搭載装置の特徴は、デジタルアンプが、音声情報についての電力増幅を行う点にある。

そして、このような構成によれば、音声情報についてのＬＣローパスフィルタの後段におけるデジタルアンプの出力の周波数特性および位相特性を、目標とする周波数特性および位相特性にすることが可能となる。

本発明に係るデジタルアンプ搭載装置によれば、適応フィルタによる適応処理によって、ＬＣローパスフィルタの後段におけるデジタルアンプの出力の周波数特性および位相特性を、目標とする周波数特性および位相特性にすることができる結果、ＬＣローパスフィルタの影響によるＬＣローパスフィルタの後段におけるデジタルアンプの出力の周波数特性および位相特性のずれを確実に補正することができる。

また、本発明に係るデジタルアンプ搭載装置によれば、適応フィルタの周波数特性とＬＣローパスフィルタの周波数特性とを加算することによって目標とする周波数特性を得ることができるとともに、適応フィルタの位相特性とＬＣローパスフィルタの位相特性とを加算することによって目標とする位相特性を得ることができる結果、簡易な構成によって、ＬＣローパスフィルタの後段におけるデジタルアンプの出力の周波数特性および位相特性のずれをさらに確実に補正することができる。

さらに、本発明に係るデジタルアンプ搭載装置によれば、適応アルゴリズムによって、適応フィルタの係数を、目標応答手段の出力信号とＬＣローパスフィルタの後段におけるデジタルアンプの出力信号との誤差のパワーを最小にするために好適な値に設定することができる結果、適応フィルタによる適応処理をさらに高精度に行うことができ、ＬＣローパスフィルタの後段におけるデジタルアンプの出力の周波数特性および位相特性のずれをさらに高精度に補正することができる。

さらにまた、本発明に係るデジタルアンプ搭載装置によれば、ＬＭＳアルゴリズムを用いたＦＩＲフィルタによって、適応処理をさらに安価に行うことができる結果、コストをさらに削減することができる。

また、本発明に係るデジタルアンプ搭載装置によれば、音声情報についてのＬＣローパスフィルタの後段におけるデジタルアンプの出力の周波数特性および位相特性を、目標とする周波数特性および位相特性にすることができる結果、ＬＣローパスフィルタの影響による音質の劣化を回避することができ、聴取品位に優れた音声を再生することができる。

以下、本発明に係るデジタルアンプ搭載装置の実施形態について、図１乃至図３を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態におけるデジタルアンプ搭載装置１は、デジタルアンプ２を有しており、このデジタルアンプ２には、入力端子３から音声情報を伝搬させるための音声信号が入力されるようになっている。

そして、デジタルアンプ２は、入力された音声信号を、デジタル波形としてのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）波形によって電力増幅させて出力するようになっている。

なお、デジタルアンプ２に入力される音声信号は、アナログ波形の音声信号であってもよいし、また、ＰＣＭ等によって符号化されたデジタル波形の音声信号であってもよい。

デジタルアンプ２の後段すなわち出力側となる電力出力段には、ＬＣローパスフィルタ５が接続されており、このＬＣローパスフィルタ５には、デジタルアンプ２から出力された電力増幅後のデジタル波形の音声信号が入力されるようになっている。

そして、ＬＣローパスフィルタ５は、入力された音声信号をアナログ波形の音声信号に変換して出力するようになっている。

ＬＣローパスフィルタ５の出力側には、スピーカ６が接続されており、このスピーカ６には、ＬＣローパスフィルタ５から出力された音声信号が入力されるようになっている。

そして、スピーカ６は、入力された音声信号を音声に変換して出力するようになっている。

ここで、従来のデジタルアンプ搭載装置の場合には、ＬＣローパスフィルタの後段におけるデジタルアンプの出力の周波数特性および位相特性にずれが生じることによって、スピーカから出力される音声の音質が劣化してしまうことがあった。

これに対し、本実施形態においては、電力出力段におけるＬＣローパスフィルタ５の後段におけるデジタルアンプ２の出力の周波数特性および位相特性のずれを確実に補正するための手段が講ぜられている。

すなわち、図１に示すように、入力端子３には、目標とする周波数特性および位相特性を有する目標応答手段としての目標応答部７が接続されており、この目標応答部７には、入力端子３側から音声信号が入力されるようになっている。

そして、目標応答部７は、入力された音声信号を、目標とする周波数特性および位相特性を有する音声信号に変換して出力するようになっている。

目標応答部７は、前記目標とする周波数特性および位相特性を有するローパスフィルタであってもよい。

ＬＣローパスフィルタ５と目標応答部７との出力側には、比較部８が接続されており、この比較部８には、ＬＣローパスフィルタ５の後段におけるデジタルアンプ２の出力信号に相当するＬＣローパスフィルタ５から出力された音声信号と、目標応答部７から出力された音声信号とが入力されるようになっている。

そして、比較部８は、入力された両音声信号を比較して、両音声信号の誤差である誤差信号を出力するようになっている。

デジタルアンプ２の前段すなわち入力側には、適応フィルタとしてのＦＩＲフィルタ（Finite Impulse Response Filter）１０が接続されている。

ＦＩＲフィルタ１０の入力側には、適応アルゴリズムとしてのＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムを備えたＬＭＳアルゴリズム部１１が接続されている。

ＬＭＳアルゴリズム部１１の入力側には、比較部８が接続されており、この比較部８から出力された誤差信号が、ＬＭＳアルゴリズム部１１に入力されるようになっている。

また、ＬＭＳアルゴリズム部１１の入力側には、デジタルアンプ２とＬＣローパスフィルタ５との合成伝達特性を模擬した模擬フィルタ１２が接続されており、この模擬フィルタ１２の入力側には、入力端子３が接続されている。

模擬フィルタ１２は、入力端子３から入力された音声信号を前記合成伝達特性を有する音声信号に変換してＬＭＳアルゴリズム部１１に出力するようになっている。

そして、ＬＭＳアルゴリズム部１１は、入力された誤差信号を常時監視し、この誤差信号と模擬フィルタ１２から入力された音声信号とに基づいて、誤差信号のパワーが最小となるようにＦＩＲフィルタ１０の係数を逐次更新するようになっている。

これによって、ＦＩＲフィルタ１０が、図２に示すように、ＬＣローパスフィルタ５の周波数特性と加算されることによって目標とする周波数特性となるような周波数特性に設定されるとともに、図３に示すように、ＬＣローパスフィルタ５の位相特性と加算されることによって目標とする位相特性となるような位相特性に設定されるようになっている。

そして、ＦＩＲフィルタ１０が、図２の周波数特性および図３の位相特性に設定された状態で、音声信号を入力端子３からＦＩＲフィルタ１０に入力すると、この音声信号は、ＦＩＲフィルタ１０、デジタルアンプ２およびＬＣローパスフィルタ５を経ることによって適応処理がなされ、ＬＣローパスフィルタ５の後段において、目標とする周波数特性および位相特性を有するようになっている。

すなわち、本実施形態によれば、ＬＣローパスフィルタ５の後段におけるデジタルアンプ２の出力（音声信号）の周波数特性および位相特性を、ＦＩＲフィルタ１０による適応処理によって目標とする周波数特性および位相特性にすることができるようになっている。

この結果、ＬＣローパスフィルタ５の後段におけるデジタルアンプ２の出力の周波数特性および位相特性のずれを確実に補正することができる。

次に、本実施形態の作用について説明する。

なお、本実施形態の作用を説明するにあっての便宜上、ＦＩＲフィルタ１０は、初期状態においては目標とする周波数特性および位相特性を得ることができるフィルタの係数が設定されていない適応処理前の状態になっているものとする。

そして、初期状態から、入力端子３に音声信号を入力すると、この音声信号は、ＦＩＲフィルタ１０、目標応答部７および模擬フィルタ１２にそれぞれ入力される。

ＦＩＲフィルタ１０に入力された音声信号は、ＦＩＲフィルタ１０の適応処理前における周波数特性および位相特性を有する音声信号に変換されて出力される。

次いで、ＦＩＲフィルタ１０から出力された音声信号は、デジタルアンプ２に入力され、このデジタルアンプ２によって電力増幅されて出力される。

次いで、デジタルアンプ２から出力された電力増幅後の音声信号は、ＬＣローパスフィルタ５に入力される。

次いで、ＬＣローパスフィルタ５に入力された音声信号は、ＦＩＲフィルタ１０の適応処理前における周波数特性とＬＣローパスフィルタ５の周波数特性とが加算された周波数特性と、ＦＩＲフィルタ１０の適応処理前における位相特性とＬＣローパスフィルタ５の位相特性とが加算された位相特性とを有する音声信号に変換されて出力される。

そして、ＬＣローパスフィルタ５から出力された音声信号は、スピーカ６および比較部８に入力される。

スピーカ６は、ＬＣローパスフィルタ５側から入力された音声信号を音声に変換して出力する。

このとき、スピーカ６から出力される音声は、未だに適応処理がなされていないので、ＬＣローパスフィルタ５の影響によって音質が劣化している虞がある。

次に、ＦＩＲフィルタ１０による適応処理の工程に移行する。

すなわち、目標応答部７に入力された音声信号は、目標とする周波数特性および位相特性を有する音声信号に変換されて出力される。

そして、目標応答部から出力された音声信号は、比較部８に入力される。

模擬フィルタ１２に入力された音声信号は、模擬フィルタ１２によってデジタルアンプ２とＬＣローパスフィルタ５との合成伝達特性を有する音声信号に変換されて出力される。

そして、模擬フィルタ１２から出力された音声信号は、ＬＭＳアルゴリズム部１１に入力される。

次いで、比較部８は、目標応答部７側から入力された音声信号と、ＬＣローパスフィルタ５側から入力された音声信号とを比較して、両音声信号の誤差を示す誤差信号を出力する。

そして、比較部８から出力された誤差信号は、ＬＭＳアルゴリズム部１１に入力される。

次いで、ＬＭＳアルゴリズム部１１は、ＬＭＳアルゴリズムを用いて誤差信号を常時監視し、この誤差信号と、模擬フィルタ１２側から入力された音声信号とに基づいて、誤差信号のパワーが最小となるようにＦＩＲフィルタ１０の係数を逐次更新する。

これにより、ＦＩＲフィルタ１０の周波数特性が、図２に示すような周波数特性に設定されるとともに、位相特性が、図３に示すような位相特性に設定される。

次いで、図２、図３のようにＦＩＲフィルタ１０の周波数特性および位相特性が設定された状態で、入力端子３からＦＩＲフィルタ１０に音声信号を入力すると、この音声信号は、ＦＩＲフィルタ１０によって図２の周波数特性および図３の位相特性を有する音声信号に変換され、続いて、デジタルアンプ２による電力増幅を経た後にＬＣローパスフィルタ５に入力される。

そして、ＬＣローパスフィルタ５においては、図２に示すように、ＦＩＲフィルタ１０の周波数特性にＬＣローパスフィルタ５の周波数特性が加算されることによって、目標とする周波数特性が得られ、さらに、図３に示すように、ＦＩＲフィルタ１０の位相特性にＬＣローパスフィルタ５の周波数特性が加算されることによって目標とする位相特性が得られる。

ここで、図２に示すように、目標とする周波数特性は、ＬＣローパスフィルタ５の周波数特性に比べて高い周波数まで周波数特性（ゲイン）をフラットにとることができる。

また、図３に示すように、目標とする位相特性は、ＬＣローパスフィルタ５の位相特性に比べて高い周波数まで直線位相特性を維持することができる。

これにより、ＬＣローパスフィルタ５の後段におけるデジタルアンプ２の出力の周波数特性および位相特性が、ＦＩＲフィルタ１０による適応処理によって、適応処理前における周波数特性および位相特性から、適応処理後における目標とする周波数特性および位相特性へと補正される。

そして、このように、目標とする周波数特性および位相特性となった音声信号をスピーカ６によって音声に変換すると、音質の劣化が少ない聴取品位に優れた音声を再生することができる。

したがって、本実施形態によれば、ＬＭＳアルゴリズム部１１によって誤差信号を監視しながらＦＩＲフィルタ１０の係数を逐次更新して適応処理を行うことによって、ＬＣローパスフィルタ５の後段におけるデジタルアンプ２の出力の周波数特性および位相特性の補正を確実かつ高精度に行うことができ、さらに、コストを削減することができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

例えば、前記実施形態においては、適応フィルタとしてコスト的に優れたＦＩＲフィルタ１０を用いているが、必要に応じて他の適応フィルタを用いてもよい。

また、ＬＣローパスフィルタ５の後段におけるデジタルアンプ２の出力の周波数特性がフラットな特性を維持することができる周波数については、コンセプトに応じて種々の値を設定することができる。例えば、２０ｋＨｚまではフラットな周波数特性を維持することができるように適応フィルタ１０の適応処理を行うようにしてもよい。

さらに、ＬＣローパスフィルタ５の後段におけるデジタルアンプ２の出力の位相特性が直線位相特性を維持することができる周波数についても、種々の値を設定することができる。例えば、２０ｋＨｚまでは直線位相特性を維持することができるように適応フィルタ１０の適応処理を行うようにしてもよい。

本発明に係るデジタルアンプ搭載装置の実施形態を示すブロック図本発明に係るデジタルアンプ搭載装置の実施形態において、ＬＣローパスフィルタの周波数特性およびＦＩＲフィルタの周波数特性ならびに両周波数特性が加算されることによって得られる目標とする周波数特性を示す図本発明に係るデジタルアンプ搭載装置の実施形態において、ＬＣローパスフィルタの位相特性およびＦＩＲフィルタの位相特性ならびに両位相特性が加算されることによって得られる目標とする位相特性を示す図

符号の説明

１デジタルアンプ搭載装置
２デジタルアンプ
５ＬＣローパスフィルタ
７目標応答部
１０ＦＩＲフィルタ
１１ＬＭＳアルゴリズム部

Claims

デジタル波形によって電力増幅を行うデジタルアンプと、
このデジタルアンプの後段に配設され、前記デジタルアンプの出力をアナログ波形に変換して出力するＬＣローパスフィルタとを備えたデジタルアンプ搭載装置において、
前記デジタルアンプの前段に配設され、前記ＬＣローパスフィルタの後段における前記デジタルアンプの出力の周波数特性および位相特性が、目標とする周波数特性および位相特性となるように適応処理を行う適応フィルタを備えたこと
を特徴とするデジタルアンプ搭載装置。
前記適応フィルタが、
前記ＬＣローパスフィルタの周波数特性と加算されることによって前記目標とする周波数特性となるような周波数特性と、
前記ＬＣローパスフィルタの位相特性と加算されることによって前記目標とする位相特性となるような位相特性と
を有することを特徴とする請求項１に記載のデジタルアンプ搭載装置。
前記目標とする周波数特性および位相特性を有する目標応答手段と、
この目標応答手段の出力信号と前記ＬＣローパスフィルタの後段における前記デジタルアンプの出力信号との誤差を監視し、この誤差のパワーが最小となるように前記適応フィルタの係数を逐次更新する適応アルゴリズムと
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデジタルアンプ搭載装置。
前記適応アルゴリズムが、ＬＭＳアルゴリズムとされ、前記適応フィルタが、ＦＩＲフィルタとされていることを特徴とする請求項３に記載のデジタルアンプ搭載装置。
前記デジタルアンプが、音声情報についての電力増幅を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のデジタルアンプ搭載装置。