JP2007251600A - 音響素子駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】音響素子駆動回路で発生するクリックノイズを抑制する。
【解決手段】電源が投入されたことを検出したコントローラ回路１４は、ボリュームコントロール回路１５を用いて入力信号Ｓｉｎをミュート状態に設定し、所定期間が経過した後に、ミュート状態を徐々に解除する。これにより、電源投入直後にＤＣカット用キャパシタ１３が高い電圧で充電されることが防止され、クリックノイズが抑制される。また、電源がオフされたことを検出したコントローラ回路１４は、ボリュームコントロール回路１５を用いて入力信号Ｓｉｎに徐々にミュートをかけて電源が立ち下がる前にミュート状態にする。これにより、電源オフ直後にＤＣカット用キャパシタ１３が高い電圧から放電されることが防止され、クリックノイズが抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピーカ等の音響素子を駆動するための音響素子駆動回路に関する。

近年の音響素子駆動回路には、特許文献１のように、高効率化のためにＤ級増幅回路（以下、Ｄ級アンプという）を組込んだものがある。
特開平６−２３２６３８号公報

Ｄ級アンプは、アナログの入力信号を二値信号に変換する変調回路と、ゲートドライバー回路、電力増幅回路及びローパスフィルタ等で構成される。特許文献１に示された音響素子駆動回路は、三角波と入力信号のレベルとを比較してその比較結果を二値信号で示すコンパレータを変調回路とし、入力信号のレベルの変動に対応して二値信号のパルス幅を変化させている。ゲートドライバ回路が二値信号の論理レベルに応じて電力増幅回路のゲートを駆動し、電力増幅回路は、二値信号を電源電圧とグランド電圧との間で振動する信号に変換し、ローパスフィルタが、その信号を平滑化する。

音響素子がＤ級アンプの出力端子とグランドとの間に接続され、その音響素子を１つのＤ級アンプで駆動する場合には、Ｄ級アンプの出力信号から直流成分を除去するＤＣカット用キャパシタが用いられる。

図３は、従来のＤＣカット用キャパシタを備える音響素子駆動回路を示す図である。
ＤＣカット用キャパシタを備える音響素子駆動回路では、入力信号がＤ級アンプ１の入力端子に入力される。Ｄ級アンプ１の出力端子と音響素子２の一端との間にＤＣカット用キャパシタ３が接続され、音響素子２の他端がグランドＧＮＤに接続されている。

入力信号は、音声等の音圧を示すアナログ信号であり、０ボルトを中心として振動する。Ｄ級アンプ１は、内蔵するコンパレータで入力信号を一旦二値信号に変換し、さらに内蔵するローパスフィルタで二値信号を平滑化する。Ｄ級アンプ１の出力信号は、入力信号に対応して振動し、その中心電圧は、電源電圧Ｖｄｄの半分（＝Ｖｄｄ／２）となる。即ち、Ｄ級アンプ１の出力信号は、入力信号に対応する成分が、電圧Ｖｄｄ／２でバイアスされた信号になる。
ＤＣカット用キャパシタ３は、Ｄ級アンプ１の出力信号の直流成分を遮断し、音響素子２に入力信号の振幅に対応する電流を流す。

しかしながら、従来のＤＣカット用キャパシタ３を備える音響素子駆動回路では、電源を投入するとき或いは電源を切るときに、急激にＤＣカット用キャパシタが充放電され、クリックノイズが発生することがあった。

本発明は、クリックノイズの発生を防止する音響素子駆動回路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、本発明の第１の観点に係る音響素子駆動回路は、
入力信号の変調及び増幅を行い音響素子を駆動するための駆動信号を出力するＤ級増幅回路と、
前記駆動信号に含まれる直流成分を除去するＤＣカット用キャパシタと、
電源が投入されたことを検出し、電源が投入されたことを検出したときから第１の所定期間が経過するまで前記Ｄ級増幅回路へ入力される入力信号をミュート状態とし、該第１の所定期間が経過したときから該入力信号のミュート状態を徐々に緩和するミュート解除手段と、
を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係る音響素子駆動回路は、
入力信号の変調及び増幅を行い音響素子を駆動するための駆動信号を出力するＤ級増幅回路と、
前記駆動信号に含まれる直流成分を除去するＤＣカット用キャパシタと、
電源が切られたことを検出し、電源が切られたことを検出したときから前記Ｄ級増幅回路へ入力される入力信号を徐々に減衰させ、該電源が立ち下がるまでの間に第２の所定期間を残して該入力信号をミュート状態にするミュート手段と、
を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の第３の観点に係る音響素子駆動回路は、
入力信号の変調及び増幅を行い音響素子を駆動するための駆動信号を出力するＤ級増幅回路と、
前記駆動信号に含まれる直流成分を除去するＤＣカット用キャパシタと、
電源が投入されたことを検出し、電源が投入されたことを検出したときから第１の所定期間が経過するまで前記Ｄ級増幅回路へ入力される入力信号をミュート状態とし、該第１の所定期間が経過したときから該入力信号のミュート状態を徐々に緩和するミュート解除手段と、
電源が切られたことを検出し、電源が切られたことを検出したときから前記Ｄ級増幅回路へ入力される入力信号を徐々に減衰させ、該電源が立ち下がるまでの間に第２の所定期間を残して該入力信号をミュート状態にするミュート手段と、
を備えることを特徴とする。

なお、本発明の第２、第３の観点に係る音響素子駆動回路では、電源が切られたことを検出し、前記第２の所定期間が経過した後は前記Ｄ級増幅回路の出力をハイインピーダンス状態とする停止手段を備えてもよい。
さらに、本発明の第１〜第３の観点に係る音響素子駆動回路におけるミュート解除手段、ミュート手段は、制御回路で構成してもよい。

本発明の音響素子駆動回路によればクリックノイズの防止が可能となる。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る音響素子駆動回路１０を示す回路図である。

この音響素子駆動回路１０は、音響素子であるスピーカ２０を駆動する回路であり、Ｄ級増幅回路（以下、Ｄ級アンプという）１１と、Ｄ級アンプ１１に組込まれたローパスフィルタ１２と、ＤＣカット用キャパシタ１３と、コントローラ回路１４と、ボリュームコントロール回路１５とを備えている。

Ｄ級アンプ１１は、コンパレータ１１ａを備えている。コンパレータ１１ａの一方の入力端子（−）は、音響素子駆動回路１０の入力端子ＩＮにボリュームコントロール回路１５を介して接続されている。コンパレータ１１ａの他方の入力端子（＋）は、周期的な三角波を発生する発振回路１１ｂに接続されている。

コンパレータ１１ａの出力端子は、切り替えスイッチ１１ｃの一端に接続されている。切り替えスイッチ１１ｃの他端は、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ（以下、ＰＭＯＳという）１１ｄのゲート及びＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ（以下、ＮＭＯＳという）１１ｅのゲートに接続されている。切り替えスイッチ１１ｃは、ＰＭＯＳ１１ｄ及びＮＭＯＳ１１ｅのゲートを、コンパレータ１１ａの出力端子又はパルス発生回路に切り替えて接続する。切り替えスイッチ１１ｃの制御は、コントローラ回路１４が行う。
ＰＭＯＳ１１ｄのドレインとＮＭＯＳ１１ｅのドレインとは接続されている。ＰＭＯＳ１１ｄのソースは、スイッチ１１ｆを介して電源電圧Ｖｄｄに接続されている。ＮＭＯＳ１１ｅのソースは、スイッチ１１ｇを介してグランドＧＮＤに接続されている。パルス発生回路は、例えばＶｄｄ／２の電圧のパルスを発生する。
ＰＭＯＳ１１ｄ及びＮＭＯＳ１１ｅは、電力増幅器を構成し、相補的にオン・オフし、ＰＭＯＳ１１ｄ及びＮＭＯＳ１１ｅの接続点から電源電圧Ｖｄｄ又はグランドＧＮＤの電圧を出力する。
スイッチ１１ｆ及び１１ｇは、コントローラ回路１４の制御に基づきオン、オフする。

ＰＭＯＳ１１ｄ及びＮＭＯＳ１１ｅの接続点に、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２が接続されている。ローパスフィルタ１２の出力端子が、ＤＣカット用キャパシタ１３の一方の電極に接続されている。

コントローラ回路１４は、電源のオン・オフを切り替えるための図示しないスマートスイッチに接続され、スマートスイッチの状態を検出し、その検出結果に基づいて切り替えスイッチ１１ｃの切り替え及びスイッチ１１ｆ，１１ｇのオン・オフを制御する。また、コントローラ回路１４は、ボリュームコントロール回路１５を制御し、ボリュームコントロール回路１５を介して入力される入力信号の振幅を操作する。
コントローラ回路１４は、スマートスイッチの状態から電源がオンされたことを検出した場合、スイッチ１１ｆ及び１１ｇをオンにし、ボリュームコントロール回路１５を機能させて所定時間が経過するまで入力信号をミュート状態にし、切り替えスイッチ１１ｃの一端をパルス発生回路に接続する。所定期間が経過したときから、コントローラ回路１４は、切り替えスイッチ１１ｃの一端をコンパレータ１１ａの出力端子に接続すると共に、ボリュームコントロール回路１５にミュート状態を徐々に解除させる。
一方、電源が切られたことを検出したとき、コントローラ回路１４は、ボリュームコントロール回路１５に徐々にミュートをかけさせ、電源が立ち下がるまでの所定時間が経過した時にコンパレータ１１ａに入力される入力信号をミュート状態にさせる。そして、電源の立ち下がるまでに所定の時間を残して切り替えスイッチ１１ｃの一端をパルス発生回路に接続する。さらに、コントローラ回路１４は、電源が立ち下がったときには、スイッチ１１ｆ，１１ｇをオフさせる。
ＤＣカット用キャパシタ１３の他方の電極が、スピーカ２０の一端に接続されて、スピーカ２０の他端がグランドＧＮＤに接続されている。

図２は、音響素子駆動回路の動作を説明するための波形図である。
電源が投入がされていないときには、スイッチ１１ｆ，１１ｇがオフしている。また、切り替えスイッチ１１ｃの一端がパルス発生回路に接続されている。利用者がスマートスイッチを操作して電源をオンにすると、コントローラ回路１４がそれを検出する。コントローラ回路１４は、電源がオンされたことを検出したときに、スイッチ１１ｆ，１１ｇをオンし、ボリュームコントロール回路１５により、入力信号をミュート状態にする。電源が投入された直後には、切り替えスイッチ１１ｃの一端がパルス発生回路に接続されているので、パルス発生回路が５０％デューティのパルスを発生していれば、ＰＭＯＳ１１ｄ及びＮＭＯＳ１１ｅのドレインから出力される信号Ｓ１１ｅのデューティ比も５０％になる。そして、ローパスフィルタ１２は、１／２Ｖｄｄの電圧を出力する。
電源がオンされて所定時間τ１が経過した段階で、コントローラ回路１４は、切り替えスイッチ１１ｃの一端をコンパレータ１１ａの出力端子に接続し、ボリュームコントローラ回路１５のミュートを徐々に解放する。これにより、コンパレータ１１ａに入力される入力信号のミュート状態が徐々に解放される。

入力端子ＩＮから入力される入力信号Ｓｉｎは、音声等の音圧を示すアナログ信号であり、０ボルトを中心にして振動する。ボリュームコントロール回路１５は、入力信号Ｓｉｎの振幅を変化させる。ボリュームコントロール回路１５が入力信号Ｓｉｎのミュート状態を徐々に解除することにより、コンパレータ１１ａの一方の入力端子（−）に与えられている信号の振幅は増加する。
一方、コンパレータ１１ａの他方の入力端子（＋）に、発振回路１１ｂから、０ボルトを中心にして周期的に振動する三角波が入力される。

コンパレータ１１ａは、三角波と入力端子（−）の電圧とを比較し、三角波の電圧が入力端子（−）の電圧よりも高いときに高レベル（“Ｈ”）を出力し、三角波の電圧が入力端子（−）の電圧以下のときに低レベル（“Ｌ”）を出力する。コンパレータ１１ａの一方の入力端子（−）の電圧が０ボルトに維持されている場合、コンパレータ１１ａの出力信号Ｓ１１ａは、デューティ比が５０％になる。ボリュームコントロール回路１５を介した入力信号Ｓｉｎがコンパレータ１１ａの一方の入力端子（−）に入力されている場合には、コンパレータ１１ａの出力信号Ｓ１１ａのデューティ比が、入力信号Ｓｉｎの値に応じて変化する。即ち、出力信号Ｓ１１ａのパルス幅が変化する。

コンパレータ１１ａの出力信号Ｓ１１ａに基づいてＰＭＯＳ１１ｄのゲート及びＮＭＯＳ１１ｅのゲートが駆動される。ＰＭＯＳ１１ｄとＮＭＯＳ１１ｅの接続点からは、コンパレータ１１ａの出力信号Ｓ１１ａに対応して電源電圧Ｖｄｄ及びグランドＧＮＤの電圧の二値をとる信号Ｓ１１ｅが出力される。即ち、入力信号Ｓｉｎが二値状態信号に変調される。

ローパスフィルタ１２は、信号Ｓ１１ｅを平滑化した出力信号Ｓ１２を発生する。入力信号Ｓｉｎが無音でコンパレータ１１ａの出力信号Ｓ１１ａのデューティ比が５０％のときには、出力信号Ｓ１２はＶｄｄ／２の電圧となる。そして、ローパスフィルタ１２の出力信号Ｓ１２は、電圧Ｖｄｄ／２を中心として入力信号Ｓｉｎの変化に対応して電圧が変化する。

ローパスフィルタ１２の出力信号Ｓ１２は、ＤＣカット用キャパシタ１３に与えられる。ＤＣカット用キャパシタ１３は、出力信号Ｓ１２の直流成分を遮断して入力信号Ｓｉｎを復調し、スピーカ２０を駆動する。

利用者がスマートスイッチを操作して電源をオフにすると、コントローラ回路１４は、スマートスイッチが操作されたことを検出し、ボリュームコントロール回路１５を制御して入力信号Ｓｉｎを徐々にミューティングさせ、電源が立ち下がるまでに所定期間τ２を残して、コンパレータ１１ａに入力される入力信号Ｓｉｎをミュート状態にする。これにより、コンパレータ１１ａの出力信号Ｓ１１ａのデューティ比が５０％となり、ローパスフィルタ１２の出力信号Ｓ１２の電圧は、Ｖｄｄ／２になる。そして、電源電圧Ｖｄｄが低下して０ボルトになることにより、ローパスフィルタ１２の出力信号Ｓ１２の電圧も低下して０ボルトになる。ローパスフィルタ１２の出力信号Ｓ１２の電圧が０ボルトになると、スピーカ２０は消音する。

コントローラ回路１４は、所定時間τ２が経過した後に、スイッチ１１ｆ，１１ｇをオフし、ＰＭＯＳ１１ｄ及びＮＭＯＳ１１ｅのドレイン側をハイインピーダンス状態にする。また、切り替えスイッチ１１ｃを切り替え、ＰＭＯＳ１１ｄ及びＮＭＯＳ１１ｅのゲートとパルス発生回路とを接続する。

以上のように、本実施形態では、コントローラ回路１４、ボリュームコントロール回路１５、スイッチ１１ｆ，１１ｇを備えている。コントローラ回路１４は、電源がオンにされたときにボリュームコントロール回路１５を制御し、コンパレータ１１ａに入力される入力信号Ｓｉｎをミュート状態に設定し、所定時間τ１が経過したときからミュート状態を徐々に解除する。そのため、入力信号Ｓｉｎが入力された状態でＤＣカット用キャパシタ１３が充電されることがなくなり、ＤＣカット用キャパシタ１３の電圧が急激に高くなることが防止され、クリックノイズを抑制できる。

また、コントローラ回路１４は、電源がオフされるときに、入力信号Ｓｉｎに対してミュートを徐々にかけてミュート状態に設定する。これにより、ローパスフィルタ１２の出力信号Ｓ１２の電圧がＶｄｄ／２になる。この状態で電源電圧が低下するので、ＤＣカット用キャパシタ１３の充電電圧が高い状態から急激に低下することが防止され、クリックノイズを抑制できる。

さらに、コントローラ回路１４は、電源がオフされる場合に、所定時間τ２が経過したのちに、スイッチ１１ｆ，１１ｇをオフし、ＰＭＯＳ１１ｅ及びＮＭＯＳ１１のドレイン側をハイインピーダンスとする。これにより、電源電圧が変動してもローパスフィルタ１２の出力信号Ｓ１２の電圧が高くなることが防止でき、クリックノイズの抑制効果をさらに確実にしている。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。
上記実施形態では、電源をオンするときに発生するクリックノイズと、電源をオフするときに発生するクリックノイズの両方を抑制しているが、いずれか一方だけを抑制してもよい。
また、上記実施形態は、入力信号Ｓｉｎがアナログの音響信号である場合を示したが、入力信号ＳｉｎがＰＣＭ符号化されたデジタル信号であってもよい。図４は、図１の変形例を示す図である。入力信号Ｓｉｎがデジタル信号の場合、図４のように、コンパレータ１１ａと発振回路１１ｂを、ΔΣ変調器３０に置換することにより、上記実施形態と同様に、クリックノイズの発生を抑制する音響素子駆動回路が実現できる。

本発明の実施形態に係る音響素子駆動回路を示す構成図である。 図１の音響素子駆動回路の動作を示す波形図である。 従来の音響素子駆動回路を示す図である。 図１の変形例を示す構成図である。

符号の説明

１０ 音響素子駆動回路
１１ Ｄ級アンプ
１１ａ コンパレータ
１１ｂ 発振回路
１１ｃ スイッチ
１１ｄ ＰＭＯＳ
１１ｅ ＮＭＯＳ
１１ｆ，１１ｇ スイッチ
１２ ローパスフィルタ
１３ ＤＣカット用キャパシタ
１４ コントローラ回路
１５ ボリュームコントロール回路
３０ ΔΣ変調器

Claims (7)

1. 入力信号の変調及び増幅を行い音響素子を駆動するための駆動信号を出力するＤ級増幅回路と、
   前記駆動信号に含まれる直流成分を除去するＤＣカット用キャパシタと、
   電源が投入されたことを検出し、電源が投入されたことを検出したときから第１の所定期間が経過するまで前記Ｄ級増幅回路へ入力される入力信号をミュート状態とし、該第１の所定期間が経過したときから該入力信号のミュート状態を徐々に緩和するミュート解除手段と、
   を備えることを特徴とする音響素子駆動回路。
2. 入力信号の変調及び増幅を行い音響素子を駆動するための駆動信号を出力するＤ級増幅回路と、
   前記駆動信号に含まれる直流成分を除去するＤＣカット用キャパシタと、
   電源が切られたことを検出し、電源が切られたことを検出したときから前記Ｄ級増幅回路へ入力される入力信号を徐々に減衰させ、該電源が立ち下がるまでの間に第２の所定期間を残して該入力信号をミュート状態にするミュート手段と、
   を備えることを特徴とする音響素子駆動回路。
3. 入力信号の変調及び増幅を行い音響素子を駆動するための駆動信号を出力するＤ級増幅回路と、
   前記駆動信号に含まれる直流成分を除去するＤＣカット用キャパシタと、
   電源が投入されたことを検出し、電源が投入されたことを検出したときから第１の所定期間が経過するまで前記Ｄ級増幅回路へ入力される入力信号をミュート状態とし、該第１の所定期間が経過したときから該入力信号のミュート状態を徐々に緩和するミュート解除手段と、
   電源が切られたことを検出し、電源が切られたことを検出したときから前記Ｄ級増幅回路へ入力される入力信号を徐々に減衰させ、該電源が立ち下がるまでの間に第２の所定期間を残して該入力信号をミュート状態にするミュート手段と、
   を備えることを特徴とする音響素子駆動回路。
4. 電源が切られたことを検出し、前記第２の所定期間が経過した後は前記Ｄ級増幅回路の出力をハイインピーダンス状態とする停止手段を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の音響素子駆動回路。
5. 入力信号の変調及び増幅を行い音響素子を駆動するための駆動信号を出力するＤ級増幅回路と、
   前記駆動信号に含まれる直流成分を除去するＤＣカット用キャパシタと、
   電源が投入されたことを検出し、電源が投入されたことを検出したときから第１の所定期間が経過するまで前記Ｄ級増幅回路へ入力される入力信号をミュート状態とし、該第１の所定期間が経過したときから該入力信号のミュート状態を徐々に緩和する制御回路と、
   を備えることを特徴とする音響素子駆動回路。
6. 入力信号の変調及び増幅を行い音響素子を駆動するための駆動信号を出力するＤ級増幅回路と、
   前記駆動信号に含まれる直流成分を除去するＤＣカット用キャパシタと、
   電源が切られたことを検出し、電源が切られたことを検出したときから前記Ｄ級増幅回路へ入力される入力信号を徐々に減衰させ、該電源が立ち下がるまでの間に第２の所定期間を残して該入力信号をミュート状態にする制御回路と、
   を備えることを特徴とする音響素子駆動回路。
7. 入力信号の変調及び増幅を行い音響素子を駆動するための駆動信号を出力するＤ級増幅回路と、
   前記駆動信号に含まれる直流成分を除去するＤＣカット用キャパシタと、
   電源が投入されたことを検出した場合、電源が投入されたことを検出したときから第１の所定期間が経過するまで前記Ｄ級増幅回路へ入力される入力信号をミュート状態とし、該第１の所定期間が経過したときから該入力信号のミュート状態を徐々に緩和し、電源が切られたことを検出した場合、電源が切られたことを検出したときから前記Ｄ級増幅回路へ入力される入力信号を徐々に減衰させ、該電源が立ち下がるまでの間に第２の所定期間を残して該入力信号をミュート状態にする制御回路と、
   を備えることを特徴とする音響素子駆動回路。
   

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