JP2006279509A - アンプ出力制御装置、オーディオ装置及びアンプ出力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、スピーカのボイスコイルによる逆起電力の影響を除去した高音質な音を出力できるようにする。
【解決手段】
本発明は、Ｄ級アンプ２と当該Ｄ級アンプ２に接続されるスピーカ５との間に設けられた電流検出抵抗４によってスピーカ５による影響を受けて出力オーディオ信号Ｓ７に生じた歪成分データＳ３だけを高精度に算出し、その歪成分データＳ３を予め元のディジタルデータＳ１に加算しておくことにより、実際にスピーカ５のボイスコイル２９による逆起電力の影響を受けて歪を生じた場合でも、その歪成分が相殺された歪のない出力オーディオ信号Ｓ７をスピーカ５へ供給することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンプ出力制御装置、オーディオ装置及びアンプ出力制御方法に関し、例えばＤ級アンプのアンプ出力を制御してスピーカから高音質な音を出力させる場合に適用して好適なものである。

従来、Ｄ級アンプにおいては、スピーカへの出力インピーダンスを０Ωに近づけることによりオーディオデータの信号電圧を忠実にスピーカへ伝達するように設計されている。しかしながらＤ級アンプにおいては、アンプ自体の出力インピーダンスや、アンプ及びスピーカ間のケーブルインピーダンス等により、当該スピーカへの出力インピーダンスとして実際には数Ω発生してしまう。

このような場合、Ｄ級アンプではオーディオデータの信号電圧をスピーカへ忠実に伝達した場合であっても、当該スピーカにおける入力インピーダンスの周波数特性と、当該スピーカのボイスコイルによる逆起電力とによって、当該ボイスコイルに流れる実際の電流波形が理想的な電流波形に比べて歪んでしまう。

従ってＤ級アンプでは、ボイスコイルに流す電流波形の歪に応じてスピーカの振動板における振動動作についても歪の影響が発生することになり、音質が悪化してしまうという問題があった。

そこで、このような音質の悪化を防止する手法として、スピーカのボイスコイルに流れる電流波形の歪成分を低減する負帰還方式を採用した低歪スピーカ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭62-120195号公報（第１〜２頁、第４図）

ところでかかる構成のＤ級アンプにおいては、上述の特許文献１で示した低歪スピーカ装置における負帰還方式を採用した場合、スピーカに流れる駆動電流を検出するための電流検出器を当該スピーカとグランドとの間に設けることになるので、当該Ｄ級アンプ内の電源回路等からノイズの回り込みが生じ、電流検出器にいわゆる回生電流が流れることがあった。

この場合、Ｄ級アンプでは回生電流の影響によりスピーカに流れる電流だけを正確に検出し得ないため、当該スピーカのボイスコイルにより発生する逆起電力によって生じた歪成分を正確に検出することができない。従ってＤ級アンプでは、当該歪成分を完全に除去することができないのでスピーカから出力する音の音質を低下させてしまうという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、アンプ出力対象の影響による歪を完全に除去した信号を当該アンプ出力対象に供給し得るアンプ出力制御装置、オーディオ装置及びアンプ出力制御方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、ディジタル信号源から供給されるディジタルデータをパルス幅変調することによりパルス幅変調データを生成するパルス幅変調手段と、パルス幅変調データを所定レベルに増幅して出力するアンプと、アンプによる増幅結果をアナログ信号に変換するアナログ変換手段と、アンプとアナログ信号の出力先となる所定のアンプ出力対象との間に設けられ、当該アンプ出力対象による影響を受けて歪を生じた電流波形でなるアナログ信号を検出する検出手段と、歪を生じたアナログ信号をディジタルの検出データに変換する変換手段と、ディジタル信号源から供給されるディジタルデータと検出データとの差分を歪データとして算出し、当該歪データをディジタルデータに加算することにより得られた加算結果を上記パルス幅変調手段に供給する演算手段とを設けるようにする。

これにより、アンプと当該アンプの出力先となるアンプ出力対象との間に設けられた検出手段によってアンプ出力対象による影響を受けて生じた歪データだけを正確に算出し、その歪データを予め元のディジタルデータに加算してディジタル演算補正を行うことができるので、実際にアンプ出力対象による影響を受けて歪を生じた場合でも、結果的に歪成分が相殺された歪のないアナログ信号をアンプ出力対象に供給することができる。

また本発明においては、ディジタル信号源から供給される複数チャンネルのディジタルオーディオデータをそれぞれ増幅し、各チャンネルで共用化されたグランド線を介して当該各チャンネルのスピーカへそれぞれ送出するオーディオ装置であって、各チャンネル毎にディジタルデータをパルス幅変調することによりパルス幅変調オーディオデータを生成するパルス幅変調手段と、各チャンネル毎にパルス幅変調オーディオデータを所定レベルに増幅して出力するアンプと、各チャンネル毎にアンプによる増幅結果をアナログ信号に変換するアナログ変換手段と、各チャンネル毎にアンプとスピーカとの間に設けられ、アナログ信号が当該アンプから当該スピーカへ送出される際に当該スピーカの影響及びグランド線を介した他のチャンネルからの影響による歪成分が重畳された電流波形でなるアナログ信号をそれぞれ検出する検出手段と、各チャンネル毎に歪を生じたアナログ信号をディジタルの検出データに変換する変換手段と、各チャンネル毎にディジタル信号源から供給されるディジタルオーディオデータと検出データとの差分を歪データとして算出し、当該歪データをディジタルオーディオデータに加算することにより得られた加算結果をパルス幅変調手段に供給する演算手段とを設けるようにする。

これにより、アンプと当該アンプの出力先となるスピーカとの間に設けられた検出手段によって、スピーカの影響及びグランド線を介した他のチャンネルからの影響によりアナログ信号に重畳された歪成分を歪データとして正確に算出し、その歪データを予め元のディジタルオーディオデータに加算してディジタル演算補正を行うことができるので、共用化されたグランド線を介して実際にスピーカの影響及び他チャンネルの影響を双方受けて歪が生じた場合でも、結果的に歪成分が相殺された歪のないアナログ信号をアンプ出力対象に供給することができる。

さらに本発明においては、ディジタル信号源から供給されるディジタルデータをパルス幅変調することによりパルス幅変調データを生成するパルス幅変調ステップと、パルス幅変調データをアンプにより所定レベルに増幅して出力する増幅ステップと、アンプによる増幅結果をアナログ信号に変換するアナログ変換ステップと、アンプとアナログ信号の出力先となる所定のアンプ出力対象との間に設けられた検出手段により、アンプ出力対象による影響を受けて歪を生じた電流波形でなるアナログ信号を検出する検出ステップと、ディジタル信号源から供給されるディジタルデータと検出データとの差分を歪データとして算出し、当該歪データをディジタルデータに加算することにより得られた加算結果をパルス幅変調ステップ及びアナログ変換ステップを介してアンプ出力対象へ供給することにより歪を補正する歪補正ステップとを設けるようにする。

これにより、アンプと当該アンプの出力先となるアンプ出力対象との間に設けられた検出手段によってアンプ出力対象による影響を受けて生じた歪データだけを正確に算出し、その歪データを予め元のディジタルデータに加算してディジタル演算補正を行うことができるので、実際にアンプ出力対象による影響を受けて歪を生じた場合でも、結果的に歪成分が相殺された歪のないアナログ信号をアンプ出力対象に供給することができる。

本発明によれば、アンプと当該アンプの出力先となるアンプ出力対象との間に設けられた検出手段によってアンプ出力対象による影響を受けて生じた歪データだけを正確に算出し、その歪データを予め元のディジタルデータに加算してディジタル演算補正を行うことができるので、実際にアンプ出力対象による影響を受けて歪を生じた場合でも、結果的に歪成分が相殺された歪のないアナログ信号をアンプ出力対象に供給し得るアンプ出力制御装置及びアンプ出力制御方法を実現することができる。

また本発明によれば、アンプと当該アンプの出力先となるスピーカとの間に設けられた検出手段によって、スピーカの影響及びグランド線を介した他のチャンネルからの影響によりアナログ信号に重畳された歪成分を歪データとして正確に算出し、その歪データを予め元のディジタルオーディオデータに加算してディジタル演算補正を行うことができるので、共用化されたグランド線を介して実際にスピーカの影響及び他チャンネルの影響を双方受けて歪が生じた場合でも、結果的に歪成分が相殺された歪のないアナログ信号をアンプ出力対象に供給し得るオーディオ装置を実現することができる。

以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）第１の実施の形態
（１−１）電流負帰還Ｄ級アンプ装置の構成
図１において１は全体として、本発明のアンプ出力制御装置に相当する電流帰還Ｄ級アンプ装置の構成を示し、Ｄ級アンプ２、積分回路３、電流検出抵抗４、スピーカ５及びＤＳＰ(Digital Signal Processor)６によって構成されている。

実際上、電流負帰還Ｄ級アンプ装置１は、電流負帰還動作を行わない通常モードにおいて、ＤＳＰ６のディジタル信号源１０から供給されるオーディオデータＳ１を演算部９による演算処理を行うことなくＰＷＭ(Pulse Width Modulation)パルスジェネレータ１４へ送出する。

ＰＷＭパルスジェネレータ１４は、オーディオデータＳ１における信号波形のデューティー比を調整することによりＰＷＭ変調し、その結果得られるＰＷＭ変調データＳ５をＤ級アンプ２へ送出する。

Ｄ級アンプ２は、ＰＷＭ変調データＳ５を所定レベルに増幅し、コイル７及びコンデンサ８からなる積分回路３によりアナログのオーディオ信号Ｓ６に変換した後、これを電流検出抵抗４を介して出力オーディオ信号Ｓ７としてスピーカ５へ供給する。

ここでスピーカ５は、図２の断面図に示すように、コーン型の振動板２１を有しており、略すり鉢状のフレーム２２の前側外周部において可撓性を有する樹脂素材でなるエッジ３１を介して振動板２１が取り付けられ、当該フレーム２２に対して当該振動板２１を前後方向へ自在に移動（振動）し得るようになされている。

フレーム２２は、その後ろ側にそれぞれ略円盤状のトッププレート２３、マグネット２４及びバックプレート２５が取り付けられており、当該バックプレート２５の中央部から前方向に突出してポールヨーク２６が設けられている。ポールヨーク２６はマグネット２４を貫通しており、トッププレート２３との間に磁気ギャップ２７を形成することにより磁気回路を構成するようになされている。

ボイスコイルボビン２８は、略円筒形の金属材料でなり、ダンパー３０によって軸支されると共に振動板２１の後方中央部に取り付けられており、またボイスコイル２９が磁気ギャップ２７内に位置するように回巻されている。ボイスコイル２９は、リード線（図示せず）を介してフレーム２２に取り付けられた接続端子（図示せず）に接続されており、電流負帰還Ｄ級アンプ装置１から交流波形の出力オーディオ信号Ｓ７が供給されるようになされている。

すなわちスピーカ５は、電流負帰還Ｄ級アンプ装置１から供給された出力オーディオ信号Ｓ７に応じた電流をボイスコイル２９に流すことにより、当該出力オーディオ信号Ｓ７の電流に応じた電磁力を発生させる。

このときスピーカ５は、当該電磁力により振動板２１、ボイスコイルボビン２８及びボイスコイル２９を一体としてフレーム２２等の他の部品に対して前後方向に振動させ、周囲の空気を振動させることにより出力オーディオ信号Ｓ７に応じた音を発生し得るようになされている。

ところでスピーカ５は、図３に示すように、ボイスコイル２９の性質により周波数に応じてインピーダンスが変化しており、低音共振周波数でインピーダンスが極大値となり、当該低音共振周波数から周波数が上昇するとインピーダンスが減少して極小値、すなわち公称インピーダンスをとり、さらに周波数が上昇するに連れてインピーダンスが徐々に増加する。

またスピーカ５は、出力オーディオ信号Ｓ７に応じた電流がボイスコイル２９に流れる際、一般的なコイルの性質により、当該ボイスコイル２９において逆起電力を生じてしまうため、当該逆起電力によって出力オーディオ信号Ｓ７の電流波形を歪ませて、出力すべき音の音質を低下させてしまう。

そこで電流負帰還Ｄ級アンプ装置１（図１）は、Ｄ級アンプ２を介して増幅し、積分回路３及び電流検出抵抗４を介して得られた出力オーディオ信号Ｓ７がスピーカ５のボイスコイル２９の影響を受けて歪成分を生じた場合に、当該歪成分をＤＳＰ６によって補正し得るようになされている。

すなわち電流負帰還Ｄ級アンプ装置１は、ＤＳＰ６により電流負帰還動作を行う歪補正モードにおいて、積分回路３から出力されたアナログのオーディオ信号Ｓ６を電流検出抵抗４を介して出力オーディオ信号Ｓ７としてスピーカ５へ供給する。

ここで電流検出抵抗４は、リアクタンス分を殆ど有さない純抵抗でなり、Ｄ級アンプ２及び積分回路３を介して供給されたオーディオ信号Ｓ６を僅かに減衰させ出力オーディオ信号Ｓ７としてスピーカ５へ送出する。

このとき電流検出抵抗４は、オーディオ信号Ｓ６と出力オーディオ信号Ｓ７との間に電位差を生じさせることにより、当該オーディオ信号Ｓ６及び出力オーディオ信号Ｓ７における電流値の大きさの違いを当該電位差に基づいて検出するようになされている。なお電流検出抵抗４は純抵抗であるため、両端における電位差は当該電流検出抵抗４に流れる電流の大きさにのみ比例する。

ちなみに電流検出抵抗４は、例えば０．１［Ω］程度の比較的小さな抵抗値が選定されており、当該電流検出抵抗４によるオーディオ信号Ｓ６の電力損失を最小限に抑えるようになされている。

ここで、歪成分は初期状態において「０」であるため、ＰＷＭパルスジェネレータ１４から出力された時点のＰＷＭ変調データＳ５に歪は発生していないが、オーディオ信号Ｓ６及び出力オーディオ信号Ｓ７は、上述したスピーカ５のボイスコイル２９において生じる逆起電力の影響によって電流波形に歪みが生じている。

実際上、例えば図４（Ａ）に示すように元のオーディオデータＳ１には歪成分が発生していないため、アナログ信号としてみれば歪のない正弦波として表されるのに対し、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すように、オーディオ信号Ｓ６及び出力オーディオ信号Ｓ７は、逆起電力の影響により元のオーディオデータＳ１（図４（Ａ））に対して歪んだ電流波形となっている。なお図４における「７３Ｈ(t)」、「５５Ｈ(t)」、「３５Ｈ(t)」等の表示は、時点tにおける１６進数表示された振幅レベルを示している。

この電流検出抵抗４の両端におけるオーディオ信号Ｓ６及び出力オーディオ信号Ｓ７は、電流検出回路１７（図１）のアナログ／ディジタル変換器１５に送出される。

アナログ／ディジタル変換器１５は、オーディオ信号Ｓ６及び出力オーディオ信号Ｓ７をディジタルデータに変換することにより得られた信号電圧データＳ８及び出力信号電圧データＳ９を第１の比較演算回路１６へ送出する。

この信号電圧データＳ８及び出力信号電圧データＳ９は、図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示したようにオーディオ信号Ｓ６及び出力オーディオ信号Ｓ７の歪がそのまま反映されたディジタルデータである。

第１の比較演算回路１６は、図４（Ｄ）に示すように信号電圧データＳ８と出力信号電圧データＳ９との差分データＳ１０を算出し、図４（Ｅ）に示すように当該差分データＳ１０をディジタル信号源１０から供給されるオーディオデータＳ１の信号レベルとほぼ同等となるようにｋ倍程度に増幅することにより、電流検出データＳ１１を得、これを演算部９における第２の比較演算回路１１へ送出する。

ここで電流検出データＳ１１は、スピーカ５におけるボイスコイル２９の逆起電力の影響を受けて歪成分を含んでいる。

第２の比較演算回路１１は、歪成分の含まれていない元のオーディオデータＳ１と、電流検出データＳ１１とを比較し、両者の差分を算出することにより、オーディオ信号Ｓ６及び出力オーディオ信号Ｓ７にのみ含まれていた当該歪成分データＳ２（図４（Ｆ））のみを抽出し、これを増幅演算回路１２へ送出する。

ここで歪成分データＳ２は、スピーカ５におけるボイスコイル２９の逆起電力により生じた歪成分だけを表したディジタルデータである。

増幅演算回路１２は、歪成分データＳ２を僅かに増幅し、その結果得られる歪成分データＳ３を加算演算回路１３へ送出する。加算演算回路１３は、ディジタル信号源１０から供給された歪成分の含まれていない元のオーディオデータＳ１から歪成分データＳ３を差し引く、すなわち当該オーディオデータＳ１に対して歪成分データＳ３の位相を反転させて加算することにより、図４（Ｇ）に示すような歪成分が逆位相で加算された歪補正データＳ４を生成し、これをＰＷＭパルスジェネレータ１４へ供給するようになされている。

ＰＷＭパルスジェネレータ１４は、歪補正データＳ４をＰＷＭ変調し、その結果得られるＰＷＭ変調データＳ５をＤ級アンプ２を介して所定レベルに増幅した後、積分回路３によりアナログのオーディオ信号Ｓ６に変換し、これを電流検出抵抗４を介して出力オーディオ信号Ｓ７としてスピーカ５へ供給するようになされている。

ここで歪補正データＳ４は、出力オーディオ信号Ｓ７に比べて逆方向に歪が生じているため、当該歪補正データＳ４を基にＰＷＭ変調され、アナログ変換されてスピーカ５へ出力される出力オーディオ信号Ｓ７についても同様の歪が生じることになるが、スピーカ５におけるボイスコイル２９の逆起電力によりその歪が相殺され、最終的にスピーカ６へ供給される出力オーディオ信号Ｓ７はその信号波形に歪成分が含まれない状態に補正されることになる。

このように電流負帰還Ｄ級アンプ装置１は、電流検出抵抗４、ＤＳＰ６の電流検出回路１７及び演算部９を介してＰＷＭパルスジェネレータ１４に対して負の電流帰還をかけることにより、スピーカ５のボイスコイル２９の逆起電力の影響に拘わらず、元のオーディオデータＳ１とほぼ同等の歪のない出力オーディオ信号Ｓ７をスピーカ５へ供給することができるので、当該スピーカ５からオーディオデータＳ１に基づく高音質な音を忠実に再現させることができる。

（１−２）動作及び効果
以上の構成において、電流帰還Ｄ級アンプ装置１のＤＳＰ６は、Ｄ級アンプ２とスピーカ５との間に電流検出抵抗４を設け、当該スピーカ５へ送出する出力オーディオ信号Ｓ７の電流波形を電流検出抵抗４及び電流検出回路１７により電流検出データＳ１１として検出し、当該電流検出データＳ１１と元のオーディオデータＳ１との差分を算出することにより歪成分データＳ３を抽出し、これを元のオーディオデータＳ１に加算する。

これにより電流負帰還Ｄ級アンプ装置１のＤＳＰ６は、オーディオデータＳ１に対して負の電流帰還をかけることになるため、スピーカ５のボイスコイル２９において生じる逆起電力による出力オーディオ信号Ｓ７の歪成分を無くした状態で当該出力オーディオ信号Ｓ７をスピーカ５へ供給することができる。

スピーカ５は、歪成分が含まれていない元のオーディオデータＳ１とほぼ同等の歪のない出力オーディオ信号Ｓ７の電流がボイスコイル２９に供給されるため、当該元のオーディオデータＳ１に忠実な音を出力することができる。

なお電流負帰還Ｄ級アンプ装置１のＤＳＰ６は、元のオーディオデータＳ１に対して負の電流帰還をかけているため、出力オーディオ信号Ｓ７に何時どのような歪が発生した場合であっても、オーディオデータＳ１に対して即座に歪成分を考慮した補正を行うことができるので、常時スピーカ５から高音質な音を出力することができる。

ところで図５（Ａ）に示すように、本発明の電流負帰還Ｄ級アンプ装置１とは異なり、電流検出抵抗４をグランド側に接続した電流負帰還Ｄ級アンプ装置４０では、電源回路等の他の回路からの影響によりグランドを介して回生電流ＩＴが生じた場合、ＤＳＰ６の電流検出回路１７を介して電流帰還をかけてはいるものの、当該回生電流ＩＴの影響によりグランド線上のインピーダンスＺＧによって点Ｐ１における電位が変動し、電流検出データＳ１１の電位を表す電圧ｅｏに当該回生電流ＩＴの影響が及んでしまう。

このとき電流負帰還Ｄ級アンプ装置４０では、当該電圧ｅｏが電流検出抵抗４の両端における電位差と異なることになり、スピーカ５のボイスコイル２９において生じる逆起電力のよる歪成分を高精度に算出できず、その結果スピーカ５を流れる信号電流ＩＳに生じた歪成分を正確に補正できなくなってしまう。

これに対して本発明の電流負帰還Ｄ級アンプ装置１は、図５（Ｂ）に示すように、Ｄ級アンプ２とスピーカ５との間（すなわち信号ライン側）に電流検出抵抗４を接続しているため、電流検出データＳ１１の電位を表す電圧ｅｏが回生電流ＩＴによって影響を及ぼされることがない。

従って電流負帰還Ｄ級アンプ装置１では、当該電流検出データＳ１１により電流検出抵抗４の両端における電位差を正しく検出することができるので、回生電流ＩＴの影響を受けずに出力オーディオ信号Ｓ７に発生した歪成分を高精度に算出し、当該出力オーディオ信号Ｓ７に生じた歪みを正確に補正することができる。

さらに、図６（Ａ）に示すように電流負帰還Ｄ級アンプ装置４０では、電流検出抵抗４の両端において電磁波等による外乱の影響を受けた場合、当該電流検出抵抗４の両端における信号波形Ｇ１及びＧ２のように、当該外乱によって出力オーディオ信号に同レベルの外乱ノイズ成分Ｎ１及びＮ２がそれぞれ重畳される。

しかしながら電流負帰還Ｄ級アンプ装置４０では、グランド側のインピーダンスが低いために出力オーディオ信号のノイズ成分Ｎ２がノイズ成分Ｎ１よりも小さくなり、電流検出回路１７により差分を算出したときの電圧ｅｏにノイズ成分Ｎ１及びＮ２の差となる信号波形Ｇ３のノイズ成分Ｎ３が重畳されてしまい、電流検出抵抗４の両端における電位差を高精度に検出することができない。

これに対して本発明の電流負帰還Ｄ級アンプ装置１では、図６（Ｂ）に示すように、電流検出抵抗４の両端において電磁波等による外乱の影響を受けた場合、当該電流検出抵抗４の両端におけるインピーダンスがほぼ等しいため、当該電流検出抵抗４の両端における信号波形Ｇ１１及びＧ１２のように、当該電流検出抵抗４の両端を流れるオーディオ信号Ｓ６及び出力オーディオ信号Ｓ７にそれぞれ重畳されるノイズ成分Ｎ１１及びＮ１２の大きさがほぼ等しくなり、電流検出回路１７により差分を算出したときの信号波形Ｇ１３に示す電圧ｅｏのようにノイズ成分が重畳されることはない。

この結果、電流負帰還Ｄ級アンプ装置１は、電流検出抵抗４の両端における電位差を正しく検出し、歪成分を高精度に算出することができるので、出力オーディオ信号Ｓ７に生じる歪みを正確に補正することができる。

そのうえ電流負帰還Ｄ級アンプ装置１では、仮に当該電流負帰還Ｄ級アンプ装置１とスピーカ５とを接続するケーブルが外乱等の影響を受け、出力オーディオ信号Ｓ７にノイズ成分が重畳された場合にも、ＤＳＰ６の電流検出回路１７及び演算部９によって外乱等の影響による歪成分データＳ３を算出し、当該出力オーディオ信号Ｓ７に生じた歪成分を補正することができるので、当該外乱の影響に拘らずオーディオデータＳ１を忠実に再現した音をスピーカ５から出力させることができる。

以上の構成によれば、電流負帰還Ｄ級アンプ装置１のＤＳＰ６は、Ｄ級アンプ２とスピーカ５との間に電流検出抵抗４を設け、当該電流検出抵抗４、ＤＳＰ６の電流検出回路１７及び演算部９により歪成分データＳ３を正確に算出して元のオーディオデータＳ１に逆位相で加算することにより、スピーカ５のボイスコイル２９における逆起電力により生じた出力オーディオ信号Ｓ７の歪成分を相殺させ、元のオーディオデータＳ１と同様の歪のない出力オーディオ信号Ｓ７をスピーカ５に供給することができ、かくして当該スピーカ５から出力される音の音質を格段に向上させることができる。

（２）第２の実施の形態
（２−１）オーディオ装置の構成
図１との対応箇所に同一符号を付して示す図７において、６０は全体として第２の実施の形態におけるオーディオ装置を示し、電流負帰還Ｄ級アンプ装置１（図１）を２台用いた構成となっている。

このオーディオ装置６０は、例えばポータブルＣＤ(Compact Disc)プレーヤやＤＶＤ(Digital Versatile Disc)プレーヤでなり、ＣＤ再生部やＤＶＤ再生部を構成するディジタル信号源１０Ｒ及び１０Ｌから供給される左右２チャンネルのオーディオデータＳ１Ｒ及びＳ１ＬをそれぞれＤ級アンプ２Ｒ及び２Ｌにより増幅し、３極コネクタ６２を介してヘッドホン６１へ送出することにより、当該ヘッドホン６１の右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌから左右それぞれの音を出力させるようになされている。

オーディオ装置６０は、単体の電流負帰還Ｄ級アンプ装置１（図１）と比較して、左右２チャンネル分のＤＳＰ６Ｒ及びＤＳＰ６Ｌを有する点と、スピーカ５に対応したヘッドホン６１の右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌがグランド線７６Ｃを共用化した３芯ケーブル７６によって接続されている点が異なる以外、共通の構成を有している。

ここで３芯ケーブル７６は、ＤＳＰ６Ｒと右側音響ユニット７７Ｒとをケーブル７６Ｒによって接続し、ＤＳＰ６Ｌと左側音響ユニット７７Ｌとをケーブル７６Ｌによって接続すると共に、右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌがグランド線７６Ｃを共用化している。

オーディオ装置６０のＤＳＰ６Ｒ（右（Ｒ）チャンネル）は、上述した電流負帰還Ｄ級アンプ装置１（図１）のＤＳＰ６と同様に、ディジタル信号源１０Ｒから供給されるオーディオデータＳ１ＲをＰＷＭパルスジェネレータ１４ＲによってＰＷＭ変調し、その結果得られるＰＷＭ変調データＳ５ＲをＤ級アンプ２Ｒへ送出する。

Ｄ級アンプ２Ｒは、ＰＷＭ変調データＳ５Ｒを所定レベルに増幅し、積分回路３Ｒによりアナログのオーディオ信号Ｓ６Ｒに変換した後、これを純抵抗からなる電流検出抵抗４Ｒを介して出力オーディオ信号Ｓ７Ｒとして右側音響ユニット７７Ｒへ供給する。

ところでＤＳＰ６Ｒでは、右側音響ユニット７７Ｒへ送出する出力オーディオ信号Ｓ７Ｒの電流波形を電流検出抵抗４Ｒ及び電流検出回路１７Ｒを介して電流検出データＳ１１Ｒとして演算部９Ｒへ送出する。演算部９Ｒは、当該電流検出データＳ１１Ｒと元のオーディオデータＳ１Ｒとの差分を算出することにより求めた歪成分データＳ３Ｒを当該オーディオデータＳ１Ｒに加算する。

これによりオーディオ装置６０は、右側音響ユニット７７Ｒのボイスコイル７８Ｒにおいて生じる逆起電力による出力オーディオ信号Ｓ７Ｒの歪みをＤＳＰ６Ｒによって予め補正することができるため、元のオーディオデータＳ１Ｒとほぼ同等の歪のない出力オーディオ信号Ｓ７Ｒの電流を右側音響ユニット７７Ｒのボイスコイル７８Ｒに流すことができ、かくして当該音響ユニット７７Ｒから元のオーディオデータＳ１Ｒに忠実な音を出力させることができる。

なおオーディオ装置６０のＤＳＰ６Ｌ（左（Ｌ）チャンネル）についても、ＤＳＰ６Ｒ（右チャンネル）と同様、元のオーディオデータＳ１Ｌとほぼ同等の歪のない出力オーディオ信号Ｓ７Ｌの電流を左側音響ユニット７７Ｌのボイスコイル７８Ｌに流すことができるので、当該左側音響ユニット７７Ｌから元のオーディオデータＳ１Ｌに忠実な音を出力させることができる。

（２−２）動作及び効果
以上の構成においてオーディオ装置６０のＤＳＰ６Ｒ及び６Ｌ（図７）は、第１の実施の形態における電流負帰還Ｄ級アンプ装置１のＤＳＰ６（図１）と同様、Ｄ級アンプ２Ｒ及び２Ｌと右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌとの間に電流検出抵抗４Ｒ及び４Ｌをそれぞれ設け、当該右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌへ供給する出力オーディオ信号Ｓ７Ｒ及びＳ７Ｌの電流波形を当該電流検出抵抗４Ｒ、４Ｌ及び電流検出回路１７Ｒ、１７Ｌにより電流検出データＳ１１Ｒ及びＳ１１Ｌとして検出し、当該電流検出データＳ１１Ｒ及びＳ１１Ｌと元のオーディオデータＳ１Ｒ及びＳ１Ｌとの差分を算出することにより歪成分データＳ３Ｒ３Ｓ３Ｌを抽出し、当該歪成分データＳ３Ｒ及びＳ３Ｌを逆位相で元のオーディオデータＳ１Ｒ及びＳ１Ｌにそれぞれ加算することにより、いわゆる負の電流帰還をかける。

これによりＤＳＰ６Ｒ及び６Ｌは、元のオーディオデータＳ１Ｒ及びＳ１Ｌに対してそれぞれ負帰還をかけることになるため、右側音響ユニット７７Ｒのボイスコイル７８Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌのボイスコイル７８Ｌにおいて生じる逆起電力による出力オーディオ信号Ｓ７Ｒ及びＳ７Ｌの歪みを相殺し、歪成分が含まれない出力オーディオ信号Ｓ７Ｒ及びＳ７Ｌを右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌに供給することができる。

右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌは、歪成分が含まれない元のオーディオデータＳ１Ｒ及びＳ１Ｌとほぼ同等の歪のない出力オーディオ信号Ｓ７Ｒ及びＳ７Ｌがボイスコイル７８Ｒ及び７８Ｌに供給されるため、当該元のオーディオデータＳ１Ｒ及びＳ１Ｌに対して極めて忠実に再現した音を出力することができる。

またＤＳＰ６Ｒ及び６Ｌは、元のオーディオデータＳ１Ｒ及びＳ１Ｌに対してそれぞれ負の電流帰還をかけているため、出力オーディオ信号Ｓ７Ｒ及びＳ７Ｌにどのような歪みが生じた場合であっても、或いは歪みが生じていない場合であっても、それぞれ元のオーディオデータＳ１Ｒ及びＳ１Ｌと同等の歪のない状態で当該出力オーディオ信号Ｓ７Ｒ及びＳ７Ｌを右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌに供給することができる。

さらに、オーディオ装置６０においては、ヘッドホン６１のグランド線７６Ｃが右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌの双方で共用化されていることによる他チャンネルへの漏れ電流の影響について検討する。

図８（Ａ）に示すように、本発明におけるオーディオ装置６０とは異なり、Ｄ級アンプ２Ｒ及び２Ｌのみを有し、歪成分の補正が行われないオーディオ装置８０では、例えば右チャンネルにのみＤＳＰ６ＲからオーディオデータＳ１Ｒが供給された場合、グランド線７６ＣがインピーダンスＺＣを有し、当該グランド線７６Ｃの分岐点Ｐ２における電位が「０」にならないため、信号電流ＩＳの漏れ電流ＩＬが左チャンネルの左側音響ユニット７７Ｌに流れて当該左側響ユニット７７Ｌから僅かに右チャンネルの音が出力され、いわゆるチャンネルセパレーションが悪化してしまう。

これに対して図８（Ｂ）に示すように、本発明のオーディオ装置６０の場合、右チャンネルにのみＤＳＰ６ＲからオーディオデータＳ１Ｒが供給された場合、オーディオ装置８０（図８（Ａ））の場合と同様に、グランド線７６ＣにおけるインピーダンスＺＣの影響により分岐点Ｐ２の電位が「０」にならず、信号電流ＩＳの漏れ電流ＩＬが左チャンネルの左側音響ユニット７７Ｌに流れてしまう。

しかしながらオーディオ装置６０では、左チャンネルのＤＳＰ６Ｌによって、右チャンネルからの信号電流ＩＳの漏れ電流ＩＬによる歪成分データＳ３Ｌを検出し、当該歪成分データＳ３Ｌを逆位相として加算した出力オーディオ信号Ｓ７Ｌを左側音響ユニット７７Ｌへ供給することにより、漏れ電流ＩＬによる歪成分が結果的に相殺されることになるので、左側音響ユニット７７Ｌへ最終的に供給される出力オーディオ信号Ｓ７Ｌの信号波形に歪が生じることを防止することができる。

これによりオーディオ装置６０は、左チャンネルのＤＳＰ６Ｌにより、漏れ電流ＩＬによる歪成分が相殺された歪のない出力オーディオ信号Ｓ７Ｌを左側音響ユニット７７Ｌへ出力することができるので、左側音響ユニット７７Ｌから左チャンネルの音を出力する際に、右チャンネルからの漏れ電流ＩＬによる音が重畳されて出力されることを防止し、チャンネルセパレーションを向上させることができる。

またオーディオ装置６０は、右チャンネルから左チャンネルへの漏れ電流ＩＬと同様に、左チャンネルから右チャンネルへの漏れ電流についても、同様に当該漏れ電流による歪成分データＳ３Ｒを検出して補正することができるので、左右両チャンネルのチャンネルセパレーションを向上させることができる。

すなわちオーディオ装置６０では、右チャンネルのＤＳＰ６ＲからオーディオデータＳ１Ｒが供給され、かつ左チャンネルのＤＳＰ６ＬからオーディオデータＳ１Ｌが供給された場合でも、右チャンネル及び左チャンネルからの信号電流ＩＳの漏れ電流ＩＬによる歪成分データＳ３Ｒ及びＳ３Ｌを補正した出力オーディオ信号Ｓ７Ｒ及びＳ７Ｌを右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌに供給することにより、漏れ電流の影響を回避してチャンネルセパレーションを向上させることができる。

また、図９（Ａ）に示す本発明のオーディオ装置６０とは異なるオーディオ装置９０のように、共用化されたグランド側に電流検出抵抗９３を接続した場合、当該電流検出抵抗９３に左右両チャンネルの信号電流ＩＳＲ及びＩＳＬが流れるため、左チャンネル及び右チャンネルにそれぞれ流れる電流波形を独立して検出することができず、すなわち歪成分データを高精度に算出することができないために出力オーディオ信号Ｓ７Ｒ及びＳ７Ｌの歪成分を正確に補正することもできない。

これに対して図９（Ｂ）に示すように、本発明のオーディオ装置６０では、ＤＳＰ６Ｒ及び６Ｌと右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌとの間（すなわち信号ライン側）に電流検出抵抗４Ｒ及び４Ｌをそれぞれ接続しているため、当該電流検出抵抗４Ｒ及び４Ｌによって左チャンネル及び右チャンネルにそれぞれ流れる信号電流ＩＳＲ及びＩＳＬの電流波形を独立して検出することができ、左チャンネル及び右チャンネルそれぞれの歪成分データＳ３Ｒ及びＳ３Ｌを高精度に算出し出力オーディオ信号Ｓ７Ｒ及びＳ７Ｌの歪成分を正確に補正することができる。

以上の構成によれば、オーディオ装置６０のＤＳＰ６Ｒ及び６Ｌ（図７）は、当該Ｄ級アンプ２Ｒ及び２Ｌと右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌとの間に電流検出抵抗４Ｒ及び４Ｌをそれぞれ設け、当該電流検出抵抗４Ｒ及び４Ｌ、電流検出回路１７Ｒ及び１７Ｌにより左右各チャンネルの歪成分データＳ３Ｒ及びＳ３Ｌを算出して元のオーディオデータＳ１Ｒ及びＳ１Ｌにそれぞれ逆位相で加算することにより、当該オーディオデータＳ１Ｒ及びＳ１Ｌにそれぞれ逆位相で加算した歪成分と、右側音響ユニット７７Ｒのボイスコイル７８Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌのボイスコイル７８Ｌにおいて生じる逆起電力や他のチャンネルからの漏れ電流によって生じる出力オーディオ信号Ｓ７Ｒ及びＳ７Ｌの歪成分とを相殺させ、当該出力オーディオ信号Ｓ７Ｒ及びＳ７Ｌを元のオーディオデータＳ１Ｒ及びＳ１Ｌと同等の歪のない状態に補正することができ、かくして当該右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌから出力させる音のチャンネルセパレーションを向上して高音質化を図ることができる。

（３）他の実施の形態
なお上述した第１の実施の形態においては、電流検出抵抗４を用いてスピーカ５に流れる電流波形を検出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばソレノイドコイル等を用いて当該スピーカ５に流れる電流波形を検出するようにしても良い。これは第２の実施の形態についても同様である。

また上述した第２の実施の形態においては、左右２チャンネルを有しグランド線７６Ｃを共用化したオーディオ装置６０（図７）において左右両チャンネル毎に歪成分データＳ３Ｒ及びＳ３Ｌを抽出し、当該歪成分データＳ３Ｒ及びＳ３ＬをＤＳＰ６Ｒ及び６Ｌによってそれぞれ補正するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばサラウンドシステムを実現するべく４チャンネルを有し当該４チャンネルのグランド線を共用化したオーディオ装置等、任意数でなるチャンネルのグランド線を共用化したオーディオ装置において各チャンネル毎の歪成分を抽出し当該歪成分をそれぞれ補正するようにしても良い。

さらに上述した第１の実施の形態においては、コーン型のスピーカ５へ出力オーディオ信号Ｓ７を送出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばドーム型スピーカ等、ボイスコイルを有する他の方式のスピーカへ当該出力オーディオ信号Ｓ７を送出するようにしても良い。

さらに上述した第１及び第２の実施の形態においては、オーディオアンプとして動作する電流負帰還Ｄ級アンプ装置１及びポータブルＣＤプレーヤ等でなるオーディオ装置６０について、本発明を適用するようにした場合について述べたが、これに限らず、例えばテレビジョン受信機に搭載されるオーディオ回路部や、パーソナルコンピュータや携帯電話機のオーディオ回路部等、所定のオーディオ信号源から供給されるオーディオ信号を増幅してスピーカやヘッドホン等へ供給するオーディオ信号増幅回路を有する種々の電子機器に本発明を適用しても良い。

さらに上述した第１及び第２の実施の形態においては、アナログ変換手段として積分回路３を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ディジタルアナログ変換回路を用いるようにしても良い。

さらに上述した第１及び第２の実施の形態においては、アンプ出力対象としてスピーカ５を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、携帯電話機のバイブレータを動かすためのモータや、ロボットを駆動するためのモータ等をアンプ出力対象として用いるようにしても良い。

さらに上述した第１及び第２の実施の形態においては、パルス幅変調手段としてのＰＷＭパルスジェネレータ１４と、アンプとしてのＤ級アンプ２と、アナログ変換手段としての積分回路３と、検出手段としての電流検出抵抗４及び電流検出回路１７と、演算手段としてのＤＳＰ６とによってアンプ出力制御装置としての電流負帰還Ｄ級アンプ装置１を構成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の回路構成でなるパルス幅変調手段、アンプ、アナログ変換手段、検出手段及び演算手段によってアンプ出力制御装置を構成するようにしても良い。

本発明は、バイブレータを有する携帯電話機、電子カーペット、炊飯器、エアーコンディショナー等の種々の電子機器についても利用することができる。

第１の実施の形態による電流負帰還Ｄ級アンプ装置の構成を示す略線的回路ブロック図である。 スピーカの構成を示す略線的断面図である。 スピーカのインピーダンス特性を示す略線図である。 信号波形を示す略線的波形図である。 他の回路からの回生電流による影響の説明に供する略線的回路図である。 外乱による影響の説明に供する略線的回路図である。 第２の実施の形態によるオーディオ装置の構成を示す略線的回路ブロック図である。 他チャンネルからの漏れ電流の影響の説明に供する略線的回路図である。 電流検出抵抗の接続箇所の説明に供する略線的回路図である。

符号の説明

１……電流負帰還Ｄ級アンプ装置、２……Ｄ級アンプ、３……積分回路、４……電流検出抵抗、５……スピーカ、６……ＤＳＰ、９……演算部、１０……ディジタル信号源、１１……第２の比較演算回路、１２……増幅演算回路、１３……加算演算回路、１４……ＰＷＭパルスジェネレータ、１５……アナログ／ディジタル変換回路、１６……第１の比較演算回路、６０、８０、９０……オーディオ装置、６１……ヘッドホン、６２……３極コネクタ、７６……３芯ケーブル。

Claims (5)

1. ディジタル信号源から供給されるディジタルデータをパルス幅変調することによりパルス幅変調データを生成するパルス幅変調手段と、
   上記パルス幅変調データを所定レベルに増幅して出力するアンプと、
   上記アンプによる増幅結果をアナログ信号に変換するアナログ変換手段と、
   上記アンプと上記アナログ信号の出力先となる所定のアンプ出力対象との間に設けられ、当該アンプ出力対象による影響を受けて歪を生じた電流波形でなるアナログ信号を検出する検出手段と、
   上記歪を生じたアナログ信号をディジタルの検出データに変換する変換手段と、
   上記ディジタル信号源から供給される上記ディジタルデータと上記検出データとの差分を歪データとして算出し、当該歪データを上記ディジタルデータに加算することにより得られた加算結果を上記パルス幅変調手段に供給する演算手段と
   を具えることを特徴とするアンプ出力制御装置。
2. 上記検出手段は、
   上記アンプと上記アンプ出力対象との間に直列接続された純抵抗の両端における電位差を基に上記電流波形を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンプ出力制御装置。
3. 上記アンプ出力対象は、スピーカであり、
   上記演算手段は、上記スピーカのボイスコイルにおいて発生する逆起電力による影響を受けて生じた上記歪データを算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンプ出力制御装置。
4. ディジタル信号源から供給される複数チャンネルのディジタルオーディオデータをそれぞれ増幅し、各チャンネルで共用化されたグランド線を介して当該各チャンネルのスピーカへそれぞれ送出するオーディオ装置であって、
   各チャンネル毎に上記ディジタルデータをパルス幅変調することによりパルス幅変調オーディオデータを生成するパルス幅変調手段と、
   各チャンネル毎に上記パルス幅変調オーディオデータを所定レベルに増幅して出力するアンプと、
   各チャンネル毎に上記アンプによる増幅結果をアナログ信号に変換するアナログ変換手段と、
   各チャンネル毎に上記アンプと上記スピーカとの間に設けられ、上記アナログ信号が当該アンプから当該スピーカへ送出される際に当該スピーカの影響及び上記グランド線を介した他のチャンネルからの影響による歪成分が重畳された電流波形でなるアナログ信号をそれぞれ検出する検出手段と、
   各チャンネル毎に上記歪を生じたアナログ信号をディジタルの検出データに変換する変換手段と、
   各チャンネル毎に上記ディジタル信号源から供給される上記ディジタルオーディオデータと上記検出データとの差分を歪データとして算出し、当該歪データを上記ディジタルオーディオデータに加算することにより得られた加算結果を上記パルス幅変調手段に供給する演算手段と
   を具えることを特徴とするオーディオ装置。
5. ディジタル信号源から供給されるディジタルデータをパルス幅変調することによりパルス幅変調データを生成するパルス幅変調ステップと、
   上記パルス幅変調データをアンプにより所定レベルに増幅して出力する増幅ステップと、
   上記アンプによる増幅結果をアナログ信号に変換するアナログ変換ステップと、
   上記アンプと上記アナログ信号の出力先となる所定のアンプ出力対象との間に設けられた検出手段により、上記アンプ出力対象による影響を受けて歪を生じた電流波形でなるアナログ信号を検出する検出ステップと、
   上記ディジタル信号源から供給される上記ディジタルデータと上記検出データとの差分を歪データとして算出し、当該歪データを上記ディジタルデータに加算することにより得られた加算結果を上記パルス幅変調ステップ及び上記アナログ変換ステップを介して上記アンプ出力対象へ供給することにより歪を補正する歪補正ステップと
   を具えることを特徴とするアンプ出力制御方法。
   

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