JP2007116517A - オーディオ再生システム - Google Patents

Abstract

【課題】 パルス幅変調を行ったオーディオ信号に起因するＥＭＩを低減することが可能なオーディオ再生システムを提供する。
【解決手段】 オーディオ再生システムは、スピーカユニット１とアンプモジュール２とから構成される。スピーカユニット１の＋スピーカ端子１１とアンプモジュール２の＋スピーカコネクタ２３、スピーカユニット１の−スピーカ端子１２とアンプモジュール２の−スピーカコネクタ２４とを接続することで、スピーカユニット１とアンプモジュール２は組み合わされ、そのスピーカコネクタ内をオーディオ信号が通る。スピーカへのオーディオ信号入力に配線ケーブルを必要としないため、パルス幅変調を行ったオーディオ信号の高調波成分が配線ケーブルと共振することにより輻射されるＥＭＩが発生することがない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パルス幅変調を行うＤ級オーディオアンプを備えたオーディオ再生システムに関する。

従来、パルス幅変調を行うＤ級オーディオアンプを備えたオーディオ再生システムは、オーディオアンプとスピーカユニットとが銅線等の配線ケーブルで接続され、パルス幅変調されたオーディオ信号はこの配線ケーブルを介してスピーカユニットへと出力される。

図５は従来のオーディオ再生システムの構成を示した構成図である。図５において、スピーカユニット４は、パルス幅変調されたオーディオ信号を入力し、スピーカから発音するものである。Ｄ級オーディオアンプ５は、モノラルＤ級アンプ回路５１とＬＣローパスフィルタ５２を備え、入力したオーディオ信号をパルス幅変調してスピーカユニット４へ出力するものである。

モノラルＤ級アンプ回路５１は、アンプ用ＤＣ電源ケーブルからＤＣ電源の供給を受け、オーディオ信号を入力してパルス幅変調を行う回路である。ＬＣローパスフィルタ５２は、モノラルＤ級アンプ回路５１でパルス幅変調されたオーディオ信号（以下、ＰＷＭ出力信号と呼ぶ）の高周波成分を減衰させるフィルタである。

図６に、ＬＣローパスフィルタ５２の回路図を示す。図６において、ＬＣローパスフィルタ５２はコイルＬ１、Ｌ２、およびコンデンサＣ１、Ｃ２とから構成される１次のローパスフィルタである。配線ケーブル６は、スピーカユニット４とＤ級オーディオアンプ５とを接続し、ＰＷＭ出力信号が通るケーブルである。

ＰＷＭ出力信号は、図７の上側に示したように、方形波である。この方形波の基本波は数百ｋＨｚから数ＭＨｚであるが、その他に基本波の３倍、５倍、７倍、・・・といった奇数倍の高調波成分が含まれる。この高調波成分が、配線ケーブル６からＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）として輻射する。

従来のＤ級オーディオアンプ５は、このＰＷＭ信号の高調波成分に起因するＥＭＩを低減する目的でＬＣローパスフィルタ５２を設け、ＰＷＭ信号の高調波成分を減衰させている。

また、モノラルＤ級アンプ回路５１では、パルス幅変調を行う際にＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のトランジスタ素子を用いて、電源電圧を変調周波数でスイッチングする。このとき、電源の内部インピーダンスに応じて、変調波の立ち上がりと立ち下がりの変化点で電源電圧変動が発生する（図７参照）。

この電源電圧変動波形にも、数十ＭＨｚから数百ＭＨｚの高調波成分が含まれ、アンプ用ＤＣ電源ケーブルからＥＭＩとして輻射される。なお、本出願に関する従来技術の参考文献として、特許文献1および特許文献２が知られている。
特開２００２−３１９８３０号公報 特開２００４−２８２７１４号公報

しかし、上記従来のオーディオ再生システムでは、図５のスピーカユニット４とＤ級オーディオアンプ５とを接続する配線ケーブル６から、パルス幅変調されたオーディオ信号（ＰＷＭ出力信号）の高調波成分がＥＭＩとして輻射される。

また、ＬＣローパスフィルタ５２を設けてＰＷＭ出力信号の高調波成分を減衰させたとしても、数十ＭＨｚから数百ＭＨｚの高調波成分は完全に除去しきれず、配線ケーブル６からＥＭＩとして輻射される。さらにまた、ＥＭＩとして輻射される電波の周波数は配線ケーブル６のケーブル長に依存するため、低減すべきＥＭＩの周波数をオーディオ再生システムの回路設計時に一義的に決めることが困難である。

さらにまた、上述の通り回路設計時にＥＭＩ対策が困難であるため、オーディオ再生システムの開発工程において、回路設計後の後工程で配線ケーブルを機器に組み込んだ状態でＥＭＩの評価を行う必要があった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、パルス幅変調を行ったオーディオ信号に起因するＥＭＩを低減することが可能なオーディオ再生システムを提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、入力されるオーディオ信号に対してパルス幅変調を行うＤ級アンプ回路と、前記Ｄ級アンプ回路に電源電圧を供給する電源回路と、前記パルス幅変調後のオーディオ信号を出力するスピーカコネクタとを具備するアンプモジュールと、前記スピーカコネクタから出力された前記パルス幅変調後のオーディオ信号を入力するスピーカ端子と、前記スピーカ端子からのオーディオ信号を発音するスピーカとを具備するスピーカユニットと、から構成されるオーディオ再生システムであって、前記スピーカコネクタは、前記スピーカ端子と直接接続されることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記アンプモジュールの電源回路は、電源レギュレータ回路を備えており、前記電源レギュレータ回路への入力電圧が前記Ｄ級アンプ回路の電源電圧より高い電圧であることを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記スピーカコネクタは、抜け防止用のロック爪を備えており、前記スピーカ端子は前記ロック爪が差し込まれるロック穴を備えていることを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記スピーカユニットは、前記スピーカの開口部に金属網を備え、前記金属網が接地されていることを特徴としている。

本発明によれば、パルス幅変調を行うアンプモジュールとスピーカユニットとを配線ケーブルを用いずにコネクタで直接組み合わせることが可能であり、配線ケーブルが不要となる。そのため、配線ケーブルから、パルス幅変調を行ったオーディオ信号に起因して輻射されるＥＭＩをなくすことができる。また、アンプモジュール内の電源レギュレータ回により、電源ケーブルから発生するＥＭＩを抑制することが可能である。

さらにまた、配線ケーブルのケーブル長に依存したＥＭＩがなくなることで、ＥＭＩの周波数帯域が機器の大きさに依存しなくなり、開発の初期の段階で対処すべきＥＭＩの周波数帯域が特定でき、ＥＭＩ対策が容易になる。これにより、後工程におけるＥＭＩ対策コストの追加発生を低減させることが可能である。

さらにまた、配線ケーブルが不要となったことで、当該配線ケーブルによるＥＭＩの輻射対策として設けていたアンプモジュール内のＬＣローパスフィルタが不要となり、部品コストを削減できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態にかかるオーディオ再生システムの構成を示した構成図である。図２は、図１のアンプモジュール２を、スピーカユニット１との接触面側から見た図である。図１において、本発明のオーディオ再生システムは、スピーカユニット１とアンプモジュール２とがコネクタを介して直接組み合わせられるようになっており、図５の配線ケーブル６に相当するものは存在しない。

スピーカユニット１は、その外周面に取り付けられた＋スピーカ端子１１および−スピーカ端子１２からパルス幅変調されたオーディオ信号（以下、ＰＷＭ出力信号と呼ぶ）を入力し、発音するものである。＋スピーカ端子１１は、アンプモジュール２の＋スピーカコネクタ２３と接続され、−スピーカ端子１２は、アンプモジュール２の−スピーカコネクタ２４と接続されるものである。

ロック穴１３は、＋スピーカ端子１１に形成され、図２の抜け防止ロック爪２５が差し込まれる穴である。ロック穴１４は、−スピーカ端子１２に形成され、図２の抜け防止ロック爪２６が差し込まれる穴である。金属網１５は、円形に形成された金属の網であり、スピーカ開口面に被せられ、接地線３を通してグランド電位に接地される。

アンプモジュール２は、入力したオーディオ信号に対してパルス幅変調を行い、スピーカユニット１へ出力するＤ級オーディオアンプである。アンプモジュール２内のモノラルＤ級アンプ回路２１は、入力したオーディオ信号に対してパルス幅変調を行う回路である。

電源レギュレータ回路２２は、外部から入力されるＤＣ電源から安定化ＤＣ電源を生成し、モノラルＤ級アンプ回路２１の電源電圧として供給する回路である。また、電源レギュレータ回路２２は、金属網１５と同じグランド電位に接地されている。

＋スピーカコネクタ２３は、アンプモジュール２のスピーカユニット１との接触面側に設けられ、スピーカユニット１の＋スピーカ端子１１と接続されるものである。−スピーカコネクタ２４は、アンプモジュール２のスピーカユニット１との接触面側に設けられ、スピーカユニット１の−スピーカ端子１２と接続されるものである。

抜け防止ロック爪２５は、＋スピーカコネクタ２３に取り付けられ、スピーカユニット１とアンプモジュール２とのコネクタ接続が抜けることを防止するためのロック爪である。抜け防止ロック爪２６は、−スピーカコネクタ２４に取り付けられ、スピーカユニット１とアンプモジュール２とのコネクタ接続が抜けることを防止するためのロック爪である。

図３は、スピーカユニット１とアンプモジュール２を組み合わせたときの図である。スピーカユニット１とアンプモジュール２とを組み合わせる際は、抜け防止ロック爪２５がロック穴１３に入るように＋スピーカ端子１１と＋スピーカコネクタ２３とを接続し、また、抜け防止ロック爪２６がロック穴１４に入るように−スピーカ端子１２と−スピーカコネクタ２４とを接続する。

続いて、本実施形態の動作を説明する。アンプモジュール２の電源レギュレータ回路２２には外部からＤＣ電源が入力され、電源レギュレータ回路２２の出力である安定化電源がモノラルＤ級アンプ回路２１の電源電圧として供給される。ここで、外部から入力されるＤＣ電源の電圧は、モノラルＤ級アンプ回路２１の電源電圧より高い電圧である。

モノラルＤ級アンプ回路２１は外部よりオーディオ信号を入力し、電源レギュレータ回路２２より供給された電源電圧をスイッチングすることでオーディオ信号のパルス幅変調を行う。

図４は、電源レギュレータ回路２２への入力であるＤＣ電源電圧と、電源レギュレータ回路２２の出力電圧とを示した図である。図４において、従来技術で図７を参照して述べたとおり、モノラルＤ級アンプ回路２１の電源電圧（すなわち、電源レギュレータ回路２２の出力電圧）はパルス幅変調に伴って電源電圧変動が発生し、電源ノイズとなる。

しかし、本実施形態では、上述したとおり外部から入力されるＤＣ電源の電圧はモノラルＤ級アンプ回路２１の電源電圧より高い電圧に設定しているため、電源レギュレータ回路２２の出力段における電源電圧変動はその入力段のＤＣ電源電圧に影響しない。

このため、本実施形態では、従来のオーディオ再生システムで問題となっていた、ＤＣ電源ケーブルにより輻射されるＥＭＩを抑制することができる。

モノラルＤ級アンプ回路２１でパルス幅変調されたオーディオ信号（ＰＷＭ出力信号）は、＋コネクタ２３および−コネクタ２４を介してスピーカユニット１へと出力される。従来のオーディオ再生システムでは、ＰＷＭ出力信号は配線ケーブル内を通ってスピーカユニットへと出力されており、その配線ケーブルのケーブル長に応じて異なる周波数のＥＭＩが輻射されていた。

ここで、配線ケーブルのケーブル長Ｌ（単位：ｍ）とＰＷＭ出力信号の高調波成分の波長λ（単位：ｍ）との間に（１）式の関係が成り立つ場合、その高調波成分が配線ケーブルに共振することでＥＭＩとなって輻射される。
Ｌ＝λ／２ （１）式

波長λとＥＭＩの輻射周波数Ｆ（単位：Ｈｚ）との関係は、電波の速度Ｃ（単位：ｍ／秒）を用いて、（２）式のように表される。
Ｆ＝Ｃ／λ （２）式

（１）式の関係式を（２）式に代入することにより、ＥＭＩの輻射周波数Ｆとケーブル長Ｌとの関係式として（３）式が求まる。
Ｆ＝Ｃ／２Ｌ （３）式

ここで、速度Ｃは３×１０＾１１という定数であり、ＥＭＩの輻射周波数Ｆはケーブル長Ｌに依存して決まる。従来のオーディ再生システムでは、例えば、ケーブル長Ｌ＝１０ｃｍのときはＥＭＩの輻射周波数Ｆ＝１７０ＭＨｚ、Ｌ＝５０ｃｍのときはＦ＝１２０ＭＨｚ、Ｌ＝１００ｃｍのときはＦ＝６０ＭＨｚ、Ｌ＝２００ｃｍのときはＦ＝３０ＭＨｚのように、ケーブル長Ｌが長くなるにつれてＥＭＩの輻射周波数は低くなる。

しかし、本実施形態では配線ケーブルを使用せず、コネクタで直接スピーカユニット１とアンプモジュール２とを接続しているため、Ｌ＝０ｃｍでありＥＭＩの輻射周波数ＦはＥＭＩの規制対象周波範囲（〜数百ＭＨｚ）外の高い周波数となる。したがって、従来のオーディオ再生システムで問題となっていた、周波数が数十〜数百ＭＨｚのＥＭＩが本実施形態では輻射されることはない。

本実施形態の動作説明に戻って、スピーカユニット１へ入力されたＰＷＭ出力信号はボイスコイル（図示せず）に入力される。スピーカユニット１の構造上、ボイスコイルと＋スピーカ端子１１および−スピーカ端子１２との間には有限長の端子配線が存在し、この端子配線からのＥＭＩ輻射が存在することになる。

そこで、本実施形態ではスピーカ開口面に金属網１５を設け、この金属網１５を接地線３でグランド電位に設置することで、スピーカユニット本体からのＥＭＩ輻射をシールドしている。

以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は本実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明は、パルス幅変調を行うＤ級オーディオアンプを備えたオーディオ再生システムに用いて好適である。

本発明の実施形態にかかるオーディオ再生システムの構成を示した構成図である。 図１のアンプモジュール２を、スピーカユニット１との接触面側から見た図である。 図１のスピーカユニット１とアンプモジュール２とを組み合わせた時の図である。 図１の電源レギュレータ２２への入力電圧（ＤＣ電源電圧）と電源レギュレータ２２の出力電圧との関係を示した図である。 従来のオーディオ再生システムの構成を示した構成図である。 図５のＬＣローパスフィルタ５２の回路を示した回路図である。 図５において、パルス幅変調されたオーディオ信号の出力（ＰＷＭ出力信号）と、モノラルＤ級アンプ回路５１のＤＣ電源電圧との関係を示した図である。

符号の説明

１…スピーカユニット、２…アンプモジュール、３…接地線、１１…＋スピーカ端子、１２…−スピーカ端子、１５…金属網、２１…モノラルＤ級アンプ回路、２２…電源レギュレータ回路、２３…＋スピーカコネクタ、２４…−スピーカコネクタ、２５、２６…抜け防止ロック爪

Claims (4)

1. 入力されるオーディオ信号に対してパルス幅変調を行うＤ級アンプ回路と、前記Ｄ級アンプ回路に電源電圧を供給する電源回路と、前記パルス幅変調後のオーディオ信号を出力するスピーカコネクタとを具備するアンプモジュールと、
   前記スピーカコネクタから出力された前記パルス幅変調後のオーディオ信号を入力するスピーカ端子と、前記スピーカ端子からのオーディオ信号を発音するスピーカとを具備するスピーカユニットと、
   から構成されるオーディオ再生システムであって、
   前記スピーカコネクタは、前記スピーカ端子と直接接続されることを特徴とするオーディオ再生システム。
2. 前記アンプモジュールの電源回路は、電源レギュレータ回路を備えており、前記電源レギュレータ回路への入力電圧が前記Ｄ級アンプ回路の電源電圧より高い電圧であることを特徴とする請求項１に記載のオーディオ再生システム。
3. 前記スピーカコネクタは、抜け防止用のロック爪を備えており、前記スピーカ端子は前記ロック爪が差し込まれるロック穴を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のオーディオ再生システム。
4. 前記スピーカユニットは、前記スピーカの開口部に金属網を備え、前記金属網が接地されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のオーディオ再生システム。

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