JP2006211056A - 複数チャネルｄ級アンプ - Google Patents

Abstract

【課題】仮想信号ＧＮＤを使用する場合に、各スピーカへのクロストーク特性を改善した複数チャネルＤ級アンプを得ること。
【解決手段】２チャネルである場合、信号側のＤ級アンプ１，２の各出力は、ＬＰＦ４，５を介してスピーカ８，９の各駆動側入力端に供給される。一方、仮想信号ＧＮＤ側のＤ級アンプ３の出力側に、２つのＬＰＦ５，６を並列に設け、ＬＰＦ５の出力をスピーカ８の接地側入力端に供給し、ＬＰＦ６の出力をスピーカ９の接地側入力端に供給する。これによって、仮想信号ＧＮＤ側のＬＰＦが２つのチャネルで共有する共通インピーダンスの影響がなく、各スピーカへのクロストーク特性が改善される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、仮想信号ＧＮＤを使用する複数チャネルＤ級アンプに関するものである。

Ｄ級アンプは、入力するアナログ信号にパルス幅変調（ＰＷＭ）やパルス密度変調（ＰＤＭ）などを施したディジタル信号（ＰＷＭ信号、ＰＤＭ信号）に変換しそれを増幅する装置である。そして、出力段にインダクタンスＬとキャパシタンスＣと構成されるＬＣフィルタからなる低域通過フィルタ（ＬＰＦ）設け、増幅した信号をＬＰＦにて平滑化してアナログ信号とし、スピーカやヘッドフォンなどに与えることが行われる。つまり、Ｄ級アンプはＬＰＦと組み合わせて用いられる。

図７は、従来の複数チャネルＤ級アンプの構成例を示す概念ブロック図である。図７では、２チャネルＤ級アンプが示されている。図７において、Ｄ級アンプ３１は、一方のチャネルへの入力信号１について上記したディジタル変調処理を施して増幅する。Ｄ級アンプ３２は、他方のチャネルへの入力信号２について上記したディジタル変調処理を施して増幅する。一方、Ｄ級アンプ３３は、構成はＤ級アンプ３１，３２と同じであるが、無信号時にＤ級アンプ３１，３２が出力するレベルと同じレベルの信号出力を行う。

Ｄ級アンプ３１にて増幅されたディジタル信号はＬＰＦ３４にてアナログ信号となり、スピーカ３７の駆動側入力端に印加される。また、Ｄ級アンプ３２にて増幅されたディジタル信号はＬＰＦ３６にてアナログ信号となり、スピーカ３８の駆動側入力端に印加される。そして、Ｄ級アンプ３３が出力する一定レベルのディジタル信号はＬＰＦ３５にて一定レベルの直流電圧信号となり、スピーカ３７，３８の各接地側入力端に印加される。この一定レベルの直流電圧信号は、スピーカ３７，３８の各駆動側入力端に印加されるアナログ信号のゼロクロス点の電位（信号中心の電位）を与える。これを、この明細書では、“仮想信号ＧＮＤ”と称している。

特許第３４１５０９０号公報

しかしながら、上記した従来の２チャネルＤ級アンプでは、仮想信号ＧＮＤ側のＬＰＦのＬ成分が複数のチャネルの共有となる共通インピーダンスとなるので、このＬＰＦのアナログ出力点では仮想信号ＧＮＤに対してある周波数の信号成分が発生し、それが各スピーカにクロストークするという問題がある。

また、上記した従来の２チャネルＤ級アンプでは、仮想信号ＧＮＤ側に各スピーカの電流が流れ込むので、仮想信号ＧＮＤ側での損失が増大し、効率が悪化するという問題がある。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、仮想信号ＧＮＤを使用する場合に、各スピーカへのクロストーク特性を改善した複数チャネルＤ級アンプを得ることを目的とする。

また、この発明は、仮想信号ＧＮＤを使用する場合に、仮想信号ＧＮＤ側への電流集中を緩和して効率を改善した複数チャネルＤ級アンプを得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、この発明は、チャネル数分設けられ、それぞれ対応する音響信号をＰＷＭ信号やＰＤＭ信号などのディジタル変調信号に変換して増幅する複数の信号側Ｄ級アンプと、前記複数の信号側Ｄ級アンプと１対１の関係で設けられ、対応するＤ級アンプが出力するディジタル変調信号を平滑化してアナログ信号を復元し、対応する発音機器の一端に供給する複数の信号側低域通過フィルタと、無信号時における前記複数の信号側Ｄ級アンプの出力レベルと同じレベルの信号出力を行う仮想信号ＧＮＤ側Ｄ級アンプと、前記仮想信号ＧＮＤ側Ｄ級アンプの出力段に前記チャネル数分並列に設けられ、それぞれ前記仮想信号ＧＮＤ側Ｄ級アンプの出力信号を平滑化して生成した一定レベルの直流電圧信号を複数の前記発音機器の他端に供給する複数の仮想信号ＧＮＤ側低域通過フィルタとを備えることを特徴とする。

この発明によれば、仮想信号ＧＮＤ側低域通過フィルタは、発音機器毎に設けられるので、複数のチャネルが共有する共通インピーダンスとなることはない。したがって、各発音機器へのクロストーク特性が改善される。

この発明によれば、共通インピーダンスの影響をなくすことができるので、各発音機器へのクロストーク特性を改善することができるという効果を奏する。

以下に図面を参照して、この発明にかかる複数チャネルＤ級アンプの好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による複数チャネルＤ級アンプの構成を示す概念ブロック図である。図１では、２チャネルＤ級アンプが示されている。図１において、Ｄ級アンプ１は、一方のチャネルへの入力信号１についてＰＷＭやＰＤＭなどのディジタル変調処理を施して増幅する。Ｄ級アンプ２は、他方のチャネルへの入力信号２についてＰＷＭやＰＤＭなどのディジタル変調処理を施して増幅する。一方、Ｄ級アンプ３は、構成はＤ級アンプ１，２と同じであるが、無信号時にＤ級アンプ１，２が出力するレベルと同じレベルの信号出力を行う。これが仮想信号ＧＮＤを与える。

Ｄ級アンプ１にて増幅されたディジタル信号はＬＰＦ４にてアナログ信号となり、スピーカ８の駆動側入力端に印加される。また、Ｄ級アンプ２にて増幅されたディジタル信号はＬＰＦ７にてアナログ信号となり、スピーカ９の駆動側入力端に印加される。そして、この実施の形態では、Ｄ級アンプ３が出力する一定レベルのディジタル信号はＬＰＦ５，６にてそれぞれ一定レベルの直流電圧信号となり、ＬＰＦ５の出力は、スピーカ８の接地側入力端に印加され、ＬＰＦ６の出力は、スピーカ９の接地側入力端に印加される。

この構成によれば、仮想信号ＧＮＤ側のＬＰＦ５，６は、各チャネルの共有にならないので、共通インピーダンスの影響がなくなり、各スピーカへのクロストーク特性が改善される。

ここで、図２は、ポップノイズの発生を抑えるために行うＬＰＦの時定数調整を説明する図である。電源立ち上げ時やミュート時、立ち下げ時などで発生するポップノイズは、信号出力側のチャネルと仮想信号ＧＮＤ側のチャネルとが同じ挙動をするようにすれば抑制することができる。そこで、Ｄ級アンプ１，２，３は、応答性が殆ど同じになるように構成している。また、信号出力側のＬＰＦ４，７も、アナログ信号を復元しているので、応答性に影響しないように、時定数を揃えて構成している（図２（１））。

また、仮想信号ＧＮＤ側のチャネルでは、ＬＰＦ５，６を並列に接続するので、Ｄ級アンプから見たインピーダンスが等しくなるように、ＬＰＦ５，６の時定数を合わせるようにしている（図２（２））。図２（２）において、インダクタンスＬはｎチャネル分並列であるのでｎＬとなり、時定数を合わせるためにキャパシタンスＣは１／ｎとなる。

このように、実施の形態１によれば、仮想信号ＧＮＤ側チャネルでは、ＬＰＦをチャネル数分並列に設け、複数のチャネルで共有しないようにしたので、クロストーク特性を改善することができる。

また、電源立ち上げ時やミュート時、立ち下げ時などでは、信号出力側のチャネルと仮想信号ＧＮＤ側のチャネルとが同じ挙動をするので、ポップノイズの発生を抑えることができる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による複数チャネルＤ級アンプの構成を示す概念ブロック図である。なお、図３では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。

図３に示すように、この実施の形態２による複数チャネルＤ級アンプでは、図１（実施の形態１）に示した構成において、Ｄ級アンプ３の出力側には、１つのＬＰＦ１０が設けられ、ＬＰＦ１０のアナログ出力点がスピーカ８，９の接地側入力端に接続されるが、そのアナログ出力点がフィードバック回路（Ｎ．Ｆ．Ｂ）１１を介してＤ級アンプ３の入力側に接続されている。

この構成によれば、仮想信号ＧＮＤ側のチャネルでは、ＬＰＦ１０はフィードバック系の内部に入っているので、共通インピーダンスにならない。つまり、クロストーク特性を改善することができる。

また、Ｄ級アンプ１，２，３の応答性は、実施の形態１にて説明したように、殆ど同じになるよう構成してある。したがって、Ｄ級アンプ１，２，３は、電源立ち上げ時やミュート時、立ち下げ時などでは、同じ挙動をするので、ポップノイズの発生を抑えることができる。

この実施の形態２によれば、仮想信号ＧＮＤ側のチャネルではＬＰＦは１つであるが、フィードバック系の内部に入っているので共通インピーダンスにならない。したがって、実施の形態１と同様に、クロストーク特性を改善することができる。また、仮想信号ＧＮＤ側のチャネルでは、ＬＰＦは１つで済むので、回路規模を減少させることができる。さらに、電源立ち上げ時やミュート時、立ち下げ時などでは、各Ｄ級アンプが同じ挙動をするので、ポップノイズの発生を抑制することができる。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３による複数チャネルＤ級アンプの構成を示す概念ブロック図である。なお、図４では、図３（実施の形態２）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態３に関わる部分を中心に説明する。

図４に示すように、この実施の形態３による複数チャネルＤ級アンプでは、図３（実施の形態２）に示した構成において、ＬＰＦ４のアナログ出力点がフィードバック回路（Ｎ．Ｆ．Ｂ）１５を介してＤ級アンプ１の入力側に接続されている。また、ＬＰＦ７のアナログ出力点がフィードバック回路（Ｎ．Ｆ．Ｂ）１６を介してＤ級アンプ２の入力側に接続されている。

実施の形態２では、仮想信号ＧＮＤ側のチャネルをフィードバック構成にしたので、その応答性が信号出力側のチャネルと異なる可能性がある。そこで、実施の形態３では、図４に示すように、信号出力側のチャネルもフィードバック構成にし、双方の応答性を揃えるようしている。これによって、ポップノイズの発生を実施の形態２よりも少なくすることができる。

実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４による複数チャネルＤ級アンプの構成を示す概念ブロック図である。図５において、Ｄ級アンプ２１は、一方のチャネルへの入力信号１についてＰＷＭやＰＤＭなどのディジタル変調処理を施して増幅する。Ｄ級アンプ２２は、位相反転回路２４にて位相反転操作された他方のチャネルへの入力信号２についてＰＷＭやＰＤＭなどのディジタル変調処理を施して増幅する。一方、Ｄ級アンプ２３は、構成はＤ級アンプ２１，２２と同じであるが、無信号時にＤ級アンプ２１，２２が出力するレベルと同じレベルの信号出力を行う。これが信号中心の電位である仮想信号ＧＮＤを与える。

Ｄ級アンプ２１にて増幅されたディジタル信号はＬＰＦ２５にてアナログ信号となり、スピーカ２８の駆動側入力端（＋）に印加される。また、Ｄ級アンプ２２にて増幅されたディジタル信号はＬＰＦ２６にてアナログ信号となり、スピーカ２９の接地側入力端（−）に印加される。そして、Ｄ級アンプ３が出力する一定レベルのディジタル信号はＬＰＦ２７にて一定レベルの直流電圧信号となり、スピーカ２８の接地側入力端（−）とスピーカ２９の駆動側入力端（＋）とに印加される。

入力信号１と入力信号２は、ステレオ音響信号の左右のチャネル信号である。ステレオ音響信号では、メインの信号を中心に定位させるので、左右のチャネルには同相成分が多く含まれ、かつ同じレベルである。したがって、図５に示す構成では、Ｄ級アンプ２２への入力信号２は位相反転回路２４を介して入力するので、Ｄ級アンプ２１とＤ級アンプ２２では、同相でかつ同レベルある信号が逆相の関係で入力される。

つまり、Ｄ級アンプ２１が信号中心よりも高い電圧を発生し、ＬＰＦ２５を介してスピーカ２８に流し込むとき、Ｄ級アンプ２２では信号中心よりも低い電圧を発生し、ＬＰＦ２６を介してスピーカ２９から電流を吸い込む。スピーカ２８，２９間では、電流はスピーカ２８→ＬＰＦ２７のアナログ出力点Ｐ→スピーカ２９の向きに流れる。

逆に、Ｄ級アンプ２１が信号中心よりも低い電圧を発生し、ＬＰＦ２５を介してスピーカ２８から電流を吸い込むとき、Ｄ級アンプ２２では信号中心よりも高い電圧を発生し、ＬＰＦ２６を介してスピーカ２９に流し込む。スピーカ２８，２９間では、電流はスピーカ２９→ＬＰＦ２７のアナログ出力点Ｐ→スピーカ２８の向きに流れる。

その結果、仮想信号ＧＮＤ側のチャネルにおけるＬＰＦ２７のアナログ出力点Ｐでは、双方の電流の中で元々同相であった成分が相殺されるので、仮想信号ＧＮＤ側のチャネルに流れ込む電流は大幅に減ることが理解できる。これによって、Ｄ級アンプ２３で電流をやりとりすることによって発生する損失を減らすことができる。

このとき、スピーカ２８，２９間では、端子接続を逆にしてあるので、位相関係を元の位相に戻す操作が行われることになり、音響学的な位相関係は正常であるので、聴感上違和感が生ずことはない。

このように、この実施の形態４によれば、ステレオ音響信号の特性を利用して左右のチャネルに存する同相成分を打ち消すようにしたので、仮想信号ＧＮＤ側のチャネルへの電流集中を緩和することができ、効率を改善することができる。

実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５による複数チャネルＤ級アンプの構成を示す概念ブロック図である。なお、図６では、図５（実施の形態４）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態５に関わる部分を中心に説明する。

図６に示すように、この実施の形態５による複数チャネルＤ級アンプでは、図５（実施の形態４）に示した構成において、ＬＰＦ２５，２６，２７がそれぞれ削除され、Ｄ級アンプ２１の出力が直接スピーカ２８の駆動側入力端（＋）に印加され、Ｄ級アンプ２２の出力が直接スピーカ２９の接地側入力端（−）に印加され、Ｄ級アンプ２３の出力が直接スピーカ２８の接地側入力端（−）とスピーカ２９の駆動側入力端（＋）とに印加されている。

実施の形態５に示したように、ステレオ音響信号の左右のチャネル信号側の２つＤ級アンプの一方の入力段に位相反転回路を設け、左右のスピーカの接続関係を逆にするようにしたので、図６に示すように、各Ｄ級アンプの出力後にＬＰＦを用いないシステムにも適用できるようになる。

なお、図６では、信号側のチャネルと仮想信号ＧＮＤ側のチャネルの全てにおいてＬＰＦを省いた構成を示したが、特定のチャネルのみＬＰＦを用い、特定のチャネルのみＬＰＦを用いないといった変則的な構成に対しても適用することができる。

以上のように、この発明にかかる複数チャネルＤ級アンプは、仮想信号ＧＮＤを使用して構成する場合に、各発音機器へのクロストーク特性を改善し、また効率の向上を図るのに有用である。

この発明の実施の形態１による複数チャネルＤ級アンプの構成を示す概念ブロック図である。 ポップノイズの発生を抑えるために行うＬＰＦの時定数調整を説明する図である。 この発明の実施の形態２による複数チャネルＤ級アンプの構成を示す概念ブロック図である。 この発明の実施の形態３による複数チャネルＤ級アンプの構成を示す概念ブロック図である。 この発明の実施の形態４による複数チャネルＤ級アンプの構成を示す概念ブロック図である。 この発明の実施の形態５による複数チャネルＤ級アンプの構成を示す概念ブロック図である。 従来の複数チャネルＤ級アンプの構成例を示す概念ブロック図である。

符号の説明

１，２，３，２１，２２，２３ Ｄ級アンプ
４，５，６，７，１０，２５，２６，２７ ＬＰＦ
８，９，２８，２９ スピーカ（発音機器）
１１，１５，１６ フィードバック回路（Ｎ．Ｆ．Ｂ）
２４ 位相反転回路

Claims (6)

1. チャネル数分設けられ、それぞれ対応する音響信号をＰＷＭ信号やＰＤＭ信号などのディジタル変調信号に変換して増幅する複数の信号側Ｄ級アンプと、
   前記複数の信号側Ｄ級アンプと１対１の関係で設けられ、対応するＤ級アンプが出力するディジタル変調信号を平滑化してアナログ信号を復元し、対応する発音機器の一端に供給する複数の信号側低域通過フィルタと、
   無信号時における前記複数の信号側Ｄ級アンプの出力レベルと同じレベルの信号出力を行う仮想信号ＧＮＤ側Ｄ級アンプと、
   前記仮想信号ＧＮＤ側Ｄ級アンプの出力段に前記チャネル数分並列に設けられ、それぞれ前記仮想信号ＧＮＤ側Ｄ級アンプの出力信号を平滑化して生成した一定レベルの直流電圧信号を複数の前記発音機器の他端に供給する複数の仮想信号ＧＮＤ側低域通過フィルタと、
   を備えることを特徴とする複数チャネルＤ級アンプ。
2. 前記複数の信号側Ｄ級アンプおよび前記仮想信号ＧＮＤ側Ｄ級アンプの応答性は、それぞれ殆ど同じになるように構成され、前記複数の信号側低域通過フィルタの時定数は、それぞれ同じになるように構成され、前記複数の仮想信号ＧＮＤ側低域通過フィルタの時定数は、それぞれ同じになるように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の複数チャネルＤ級アンプ。
3. チャネル数分設けられ、それぞれ対応する音響信号をＰＷＭ信号やＰＤＭ信号などのディジタル変調信号に変換して増幅する複数の信号側Ｄ級アンプと、
   前記複数の信号側Ｄ級アンプと１対１の関係で設けられ、対応するＤ級アンプが出力するディジタル変調信号を平滑化してアナログ信号を復元し、対応する発音機器の一端に供給する複数の信号側低域通過フィルタと、
   無信号時における前記複数の信号側Ｄ級アンプの出力レベルと同じレベルの信号出力を行う仮想信号ＧＮＤ側Ｄ級アンプと、
   前記仮想信号ＧＮＤ側Ｄ級アンプの出力信号を平滑化して生成した一定レベルの直流電圧信号を複数の前記発音機器の他端に供給する仮想信号ＧＮＤ側低域通過フィルタと、
   前記仮想信号ＧＮＤ用低域通過フィルタのアナログ信号出力点と前記仮想信号ＧＮＤ側Ｄ級アンプの入力端との間に設けられるフィードバック回路と、
   を備えることを特徴とする複数チャネルＤ級アンプ。
4. 前記複数の信号側低域通過フィルタの各アナログ信号出力点と対応する前記信号側Ｄ級アンプの入力端との間には、それぞれ、フィードバック回路が設けられている、ことを特徴とする請求項３に記載の複数チャネルＤ級アンプ。
5. ステレオ音響信号の一方のチャネル信号をＰＷＭ信号やＰＤＭ信号などのディジタル変調信号に変換して増幅する第１の信号側Ｄ級アンプと、
   前記第１の信号側Ｄ級アンプが出力するディジタル変調信号を平滑化してアナログ信号を復元し、対応する第１の発音機器の駆動側入力端と接地側入力端のうち一方の入力端に供給する第１の信号用低域通過フィルタと、
   前記ステレオ音響信号の他方のチャネル信号に位相反転操作を施して出力する位相反転回路と、
   前記位相反転回路の出力信号をＰＷＭ信号やＰＤＭ信号などのディジタル変調信号に変換して増幅する第２の信号側Ｄ級アンプと、
   前記第２の信号側Ｄ級アンプが出力するディジタル変調信号を平滑化してアナログ信号を復元し、対応する第２の発音機器の駆動側入力端と接地側入力端のうち前記第１の発音機器での一方の入力端とは逆極性である他方の入力端に供給する第２の信号用低域通過フィルタと、
   無信号時における前記第１および第２の信号側Ｄ級アンプの出力レベルと同じレベルの信号出力を行う仮想信号ＧＮＤ側Ｄ級アンプと、
   前記仮想信号ＧＮＤ側Ｄ級アンプの出力信号を平滑化して生成した一定レベルの直流電圧信号を、前記第１の発音機器では駆動側入力端と接地側入力端のうち他方の入力端に供給し、前記第２の発音機器では駆動側入力端と接地側入力端のうち前記第１の発音機器での他方の入力端とは逆極性である一方の入力端に供給する仮想信号ＧＮＤ用低域通過フィルタと、
   を備えることを特徴とする複数チャネルＤ級アンプ。
6. 前記第１の信号用低域通過フィルタと前記第２の信号用低域通過フィルタと前記仮想信号ＧＮＤ用低域通過フィルタとの全部または一部が省かれていることを特徴とする請求項５に記載の複数チャネルＤ級アンプ。
   
   
   

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