JP2008118248A - D-class amplifier drive method, d-class amplifier drive circuit, electrostatic transducer, ultrasonic speaker, display device, and directional acoustic system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of driving a D-class amplifier capable of reducing spurious noise generated in PWM modulation and capable of reducing audible sound noise generated from an ultrasonic speaker, and to provide a drive circuit of the D-class amplifier. <P>SOLUTION: The method is used for driving a D-class amplifier. The D-class amplifier has at least a set of circuits composed of totem pole type output circuits in each of which a high-side switching element connected to a first power supply is connected to a low-side switching element connected to a second power supply or the ground and a low-pass filter connected to the output end side of the output circuit. In this case, a PWM signal in which an input signal is subjected to PWM modulation turns on or off each switching element in the output circuit for power amplification. When the input signal includes a carrier at a prescribed frequency, the basic frequency of the PWM signal is set to be an integral multiple of the carrier frequency. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、D級(デジタル)アンプの駆動方法その回路構成に関する。特に、所定の周波数の搬送波をベースバンド信号(例えば可聴帯域の音響信号)によって変調した変調波でD級アンプを駆動する際に有効であり、その変調波を超音波トランスデューサから出力することによって鋭い指向性を有する音を再生する超音波スピーカを駆動するのに好適なD級アンプの駆動方法、D級アンプの駆動回路に関する。さらには、D級アンプにより駆動される静電型トランスデューサ、超音波スピーカ、該超音波スピーカを備える表示装置、および及び指向性音響システムに関する。   The present invention relates to a driving method and circuit configuration of a class D (digital) amplifier. In particular, it is effective when driving a class D amplifier with a modulated wave obtained by modulating a carrier wave of a predetermined frequency with a baseband signal (for example, an acoustic signal in an audible band), and the modulated wave is sharpened by outputting it from an ultrasonic transducer. The present invention relates to a driving method of a class D amplifier suitable for driving an ultrasonic speaker that reproduces sound having directivity, and a driving circuit of the class D amplifier. Furthermore, the present invention relates to an electrostatic transducer driven by a class D amplifier, an ultrasonic speaker, a display device including the ultrasonic speaker, and a directional acoustic system.

超音波スピーカは、超音波帯域の搬送波を可聴帯域の音響信号によって変調した変調波を出力することで、鋭い指向性を有する音を再生することができるというものである。鋭い指向性を出すのに、超音波帯域の搬送波を大振幅で出力する必要があるため、一般的に超音波スピーカは大きな投入電力を必要とする。また、超音波スピーカに用いられるトランスデューサ(トランスミッタ)には、一般的に圧電型もしくは静電型のトランスデューサが用いられている。これらのトランスデューサは一般的なラウドスピーカとは異なり、容量性の負荷であるため、駆動周波数が高くなるに従ってインピーダンスが小さくなり、さらに大きな投入電力が必要となる。よって、超音波スピーカをアナログパワーアンプで駆動する場合には、出力の大きいアンプが必要となるため、装置が大型化してしまうという問題がある。   The ultrasonic speaker can reproduce a sound having sharp directivity by outputting a modulated wave obtained by modulating a carrier wave in an ultrasonic band with an acoustic signal in an audible band. In order to produce sharp directivity, it is necessary to output a carrier wave in the ultrasonic band with a large amplitude, and thus an ultrasonic speaker generally requires a large input power. Further, a piezoelectric or electrostatic transducer is generally used as a transducer (transmitter) used in an ultrasonic speaker. Since these transducers are capacitive loads, unlike ordinary loudspeakers, the impedance decreases as the drive frequency increases, and a larger input power is required. Therefore, when the ultrasonic speaker is driven by an analog power amplifier, an amplifier having a large output is required, and there is a problem that the apparatus becomes large.

一方で、オーディオ用パワーアンプにも、出力段トランジスタをスイッチング動作させるD級アンプが普及してきている(例えば、特許文献1を参照)。
D級アンプは、出力段素子にオン抵抗の小さいパワーMOSFETを使用し、これをスイッチング動作させることによって、出力段素子での損失を小さくできることが特長である。このようにD級アンプはアナログアンプと比較して出力段素子での損失が小さいため、アナログパワーアンプでは必須である放熱器を省略するかあるいは小型化することができる。よって、小型で高出力のアンプを実現することができる。このため、D級アンプは小型化、低損失の要求される車載用のアンプや携帯端末用のアンプ、また出力チャンネル数の多いAVアンプなどに採用される例が多くなってきている。このように、D級アンプはアナログパワーアンプよりも効率が高いため、超音波スピーカをD級アンプで駆動すれば、パワーアンプのサイズを小型化することができる。
On the other hand, class D amplifiers that perform switching operation of output stage transistors are also widely used in audio power amplifiers (see, for example, Patent Document 1).
The class D amplifier is characterized in that a power MOSFET having a low on-resistance is used as an output stage element, and the loss in the output stage element can be reduced by switching the power MOSFET. As described above, since the loss in the output stage element is small compared with the analog amplifier, the class D amplifier can omit or reduce the size of the radiator that is essential in the analog power amplifier. Therefore, a small and high output amplifier can be realized. For this reason, class D amplifiers are increasingly used in in-vehicle amplifiers, portable terminal amplifiers, AV amplifiers with a large number of output channels, and the like that require miniaturization and low loss. Thus, since the class D amplifier is more efficient than the analog power amplifier, the size of the power amplifier can be reduced by driving the ultrasonic speaker with the class D amplifier.

D級アンプは、入力信号(ベースバンド信号)をPWM変調(Pulse Width Modulation)した高周波数のデジタル信号によってD級出力段をスイッチング駆動する。一方で、超音波スピーカは、超音波帯域の搬送波を可聴帯域の音響信号によって変調した変調波を出力することで、鋭い指向性を有する音を再生する。鋭い指向性を出すために大きなエネルギーを有する(大振幅の)超音波帯域の搬送波を出力する必要がある。以降では、D級アンプで超音波スピーカを駆動する場合に発生する特有の問題点について説明する。   The class D amplifier switches and drives the class D output stage by a high frequency digital signal obtained by PWM modulation (pulse width modulation) of the input signal (baseband signal). On the other hand, an ultrasonic speaker reproduces sound having sharp directivity by outputting a modulated wave obtained by modulating a carrier wave in an ultrasonic band with an acoustic signal in an audible band. In order to obtain a sharp directivity, it is necessary to output a carrier wave in an ultrasonic band (large amplitude) having a large energy. Hereinafter, specific problems that occur when an ultrasonic speaker is driven by a class D amplifier will be described.

ここで、SSB−WC(Single Side Band with Carrier)方式によって振幅変調を行った信号をD級アンプから出力させるため、更にPWM変調を行った場合に発生するノイズについて説明する。ここでは60kHzの搬送波(正弦波)を用い、PWM変調周波数は625kHzとする。この時のPWM変調波形とLPF(ローパスフィルタ)を通過後の出力波形の例を図6(a)に、LPF通過後の出力波形の周波数スペクトルの例を図6(b)にそれぞれ示す。
図6において、60kHzの位置に搬送波のスペクトルピークがあるほかに、多くのスプリアスノイズが発生していることが分かる。これは、被変調信号の位相とPWM信号の位相とが、被変調信号の周期毎に異なって(ずれて)しまうことに起因している。つまり、被変調信号(搬送波)の位相とPWM信号の位相とが常に一致していないと、LPF後の波形の振幅に揺らぎ(所謂ジッタ)が生じるため、これが搬送波側波帯の歪み成分(スプリアスノイズ)となって現れてくる。
Here, noise generated when PWM modulation is further performed in order to output a signal subjected to amplitude modulation by the SSB-WC (Single Side Band with Carrier) method from the class D amplifier will be described. Here, a 60 kHz carrier wave (sine wave) is used, and the PWM modulation frequency is 625 kHz. An example of the PWM modulation waveform and the output waveform after passing through the LPF (low pass filter) at this time is shown in FIG. 6A, and an example of the frequency spectrum of the output waveform after passing through the LPF is shown in FIG. 6B.
In FIG. 6, it can be seen that there is a lot of spurious noise in addition to the carrier peak at 60 kHz. This is due to the fact that the phase of the modulated signal and the phase of the PWM signal differ (shift) for each period of the modulated signal. In other words, if the phase of the modulated signal (carrier wave) and the phase of the PWM signal do not always match, fluctuation (so-called jitter) occurs in the amplitude of the waveform after LPF, so this is a distortion component (spurious component) of the carrier sideband. Appears as noise).

パラメトリックアレイ効果を利用する超音波スピーカでは、出力音波が空中を伝搬する際の空気の非線形性によって搬送波とその側波帯との差音成分を発生させることで、指向性を伴った可聴音を自己復調させている。   In an ultrasonic speaker using the parametric array effect, an audible sound with directivity is generated by generating a differential sound component between a carrier wave and its sidebands by the nonlinearity of air when the output sound wave propagates through the air. Self-demodulating.

超音波スピーカで一般的に用いられている変調方式では、搬送波を重畳して出力するため、入力信号が0つまり無変調の状態でも搬送波が出力される。図6の例を見ると、入力信号(被変調信号)が0つまり搬送波だけ(無変調)の状態であるにも関わらず、搬送波の側波帯に多くのスプリアスノイズ成分が発生してしまっていることが分かる。このような状態で超音波スピーカを駆動すると、入力信号が0であるにも関わらず、搬送波とスプリアスノイズとの差音成分が可聴音ノイズとして出力されてしまう。これはスピーカのS/N比を悪化させるだけでなく、発生する可聴音ノイズは、特定の周波数にスペクトルピークの集中した耳障りな音となる傾向があるため、聴取者に不快感を与える恐れがあるという問題がある。よって、入力信号が無い場合に搬送波のレベルを0に落とすような制御を別途行わない限り、信号が入力されていないにも関わらず可聴音ノイズが超音波スピーカから出力されてしまうということになる。   In a modulation method generally used in an ultrasonic speaker, a carrier wave is superimposed and output, so that the carrier wave is output even when the input signal is 0, that is, in the unmodulated state. In the example of FIG. 6, although the input signal (modulated signal) is 0, that is, only the carrier wave (no modulation), many spurious noise components are generated in the sideband of the carrier wave. I understand that. When the ultrasonic speaker is driven in such a state, the difference sound component between the carrier wave and the spurious noise is output as audible sound noise even though the input signal is zero. This not only deteriorates the S / N ratio of the speaker, but the generated audible noise tends to be annoying sound with spectrum peaks concentrated at a specific frequency, which may cause discomfort to the listener. There is a problem that there is. Therefore, audible noise will be output from the ultrasonic speaker even if no signal is input unless control is performed to reduce the carrier wave level to 0 when there is no input signal. .

以上に述べたように、D級アンプで超音波スピーカを駆動する場合には、超音波スピーカの振幅変調の他に、D級アンプのPWM変調が加わるため、2段階の異なる変調方式を経る過程で、多量のスプリアスノイズが発生する可能性が高くなる。超音波スピーカでは、強い搬送波成分を常時出力するため、スプリアスノイズが存在すると、搬送波とスプリアスノイズとの差音成分が可聴ノイズとなり易い。これはD級アンプで超音波スピーカを駆動する際に特有の問題であると言える。
特開2002−158550号公報
As described above, when an ultrasonic speaker is driven by a class D amplifier, in addition to the amplitude modulation of the ultrasonic speaker, the PWM modulation of the class D amplifier is added, and therefore the process through two different modulation methods. This increases the possibility of generating a large amount of spurious noise. Since an ultrasonic speaker always outputs a strong carrier wave component, if there is spurious noise, the difference sound component between the carrier wave and the spurious noise tends to be audible noise. This can be said to be a problem peculiar when driving an ultrasonic speaker with a class D amplifier.
JP 2002-158550 A

上述したように、D級アンプで超音波スピーカを駆動する場合には、超音波スピーカの振幅変調の他に、D級アンプのPWM変調が加わるため、2段階の異なる変調方式を経る過程で、多量のスプリアスノイズが発生する可能性が高くなる。超音波スピーカでは、強い搬送波成分を常時出力するため、スプリアスノイズが存在すると、搬送波とスプリアスノイズとの差音成分が可聴ノイズとなり易という問題があった。   As described above, when driving an ultrasonic speaker with a class D amplifier, in addition to amplitude modulation of the ultrasonic speaker, PWM modulation of the class D amplifier is added. There is a high possibility that a large amount of spurious noise will occur. Since the ultrasonic speaker always outputs a strong carrier wave component, there is a problem that if there is spurious noise, the difference sound component between the carrier wave and the spurious noise easily becomes audible noise.

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、PWM変調の際に発生するスプリアスノイズを低減させ、超音波スピーカなどから発生される可聴音ノイズを小さくすることが可能な、D級アンプの駆動方法、D級アンプの駆動回路、該D級アンプの駆動回路を備える静電型トランスデューサ、該静電型超音波トランスデューサを使用した超音波スピーカ、該超音波スピーカを使用した表示装置、および指向性音響システムを提供することにある。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to reduce spurious noise generated during PWM modulation and to reduce audible sound noise generated from an ultrasonic speaker or the like. Possible class D amplifier drive method, class D amplifier drive circuit, electrostatic transducer including the class D amplifier drive circuit, ultrasonic speaker using the electrostatic ultrasonic transducer, and ultrasonic speaker It is in providing the used display apparatus and a directional sound system.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明のD級アンプの駆動方法は、第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの駆動方法であって、前記入力信号に所定の周波数の搬送波を含む場合に、前記PWM信号の基本周波数を、前記搬送波周波数の整数倍に設定することを特徴とする。
このような方法により、D級アンプのPWM周波数を、入力信号の搬送波周波数の整数倍に設定し、PWM信号の位相と搬送波の位相とを同期させる。
これにより、PWM変調の際に発生するスプリアスノイズを低減することができる。このため、例えば、本発明のD級アンプの駆動回路を超音波スピーカに使用した場合に、超音波スピーカから発生される可聴音ノイズを小さくすることができる。特に、出力0(搬送波成分のみ)の時に生成される(感じられる)可聴音ノイズ成分を抑えることができる。
The present invention has been made to solve the above problems, and the driving method of the class D amplifier of the present invention is connected to a high-side switching element connected to a first power supply and a second power supply or ground. And one or more sets of circuits consisting of a totem pole type output circuit connected to a low-side switching element and a low-pass filter connected to the output end of the output circuit, and the input signal is PWM modulated A method of driving a class D amplifier that performs power amplification by controlling on / off of each switching element of the output circuit by the PWM signal, and the PWM signal is included when the input signal includes a carrier wave of a predetermined frequency. Is set to an integral multiple of the carrier frequency.
By such a method, the PWM frequency of the class D amplifier is set to an integer multiple of the carrier frequency of the input signal, and the phase of the PWM signal and the phase of the carrier are synchronized.
Thereby, spurious noise generated during PWM modulation can be reduced. For this reason, for example, when the drive circuit of the class D amplifier of the present invention is used for an ultrasonic speaker, audible noise generated from the ultrasonic speaker can be reduced. In particular, it is possible to suppress the audible sound noise component generated (feeled) when the output is 0 (only the carrier wave component).

また、本発明のD級アンプの駆動方法は、第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの駆動方法であって、前記入力信号により所定の周波数の搬送波を振幅変調することによって振幅変調信号を生成する手順と、前記振幅変調信号を前記搬送波の整数倍の周波数でPWM変調することによってPWM信号を生成する手順と、前記PWM信号によって前記スイッチング素子をスイッチングする手順と、を含むことを特徴とする。
このような手順により、D級アンプでは、入力信号により所定の周波数の搬送波を振幅変調し、該振幅変調信号を搬送波周波数の整数倍の周波数でPWM変調する。このPWM信号によりスイッチング素子をスイッチングする。
これにより、PWM信号の位相と搬送波の位相とを同期させた状態でスイッチングを行うことができるので、PWM変調の際に発生するスプリアスノイズを低減することができる。このため、例えば、本発明のD級アンプの駆動回路を超音波スピーカに使用した場合に、超音波スピーカから発生される可聴音ノイズを小さくすることができる。特に、出力0(搬送波成分のみ)の時に生成される(感じられる)可聴音ノイズ成分を抑えることができる。
Further, the driving method of the class D amplifier according to the present invention is a totem pole type output in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected. Including at least one set of a circuit and a low pass filter connected to the output end of the output circuit, and turning on each switching element of the output circuit by a PWM signal obtained by PWM-modulating the input signal, A method of driving a class D amplifier that performs power amplification by controlling off, wherein the amplitude modulation signal is generated by amplitude modulating a carrier wave of a predetermined frequency by the input signal, and the amplitude modulation signal is converted to the carrier wave A procedure for generating a PWM signal by PWM modulation at a frequency that is an integer multiple of the Characterized in that it comprises a step of switching a quenching element.
With such a procedure, the class D amplifier amplitude-modulates a carrier wave having a predetermined frequency by the input signal, and PWM modulates the amplitude-modulated signal at a frequency that is an integral multiple of the carrier wave frequency. The switching element is switched by this PWM signal.
As a result, switching can be performed in a state in which the phase of the PWM signal and the phase of the carrier wave are synchronized, so that spurious noise generated during PWM modulation can be reduced. For this reason, for example, when the drive circuit of the class D amplifier of the present invention is used for an ultrasonic speaker, audible noise generated from the ultrasonic speaker can be reduced. In particular, it is possible to suppress the audible sound noise component generated (feeled) when the output is 0 (only the carrier wave component).

また、本発明のD級アンプの駆動方法は、前記振幅変調方式が片側波帯振幅変調(SSB)方式であることを特徴とする。
これにより、超音波スピーカなどを駆動する場合に、復調音の歪みが小さい片側波帯振幅変調(SSB)方式を使用することができる。すなわち、両側波帯振幅変調(DSB)方式の場合は超音波スピーカを駆動する変調波の変調度が大きくなるほど、復調される信号の歪み率も大きくなるが、SSB方式の場合は超音波スピーカを駆動する変調波の変調度によらず、復調される信号の歪み率はほぼ一定で、かつDSB方式の場合よりも低い値となる。
Further, the class D amplifier driving method of the present invention is characterized in that the amplitude modulation method is a single sideband amplitude modulation (SSB) method.
Thereby, when driving an ultrasonic speaker or the like, it is possible to use a single sideband amplitude modulation (SSB) system in which the distortion of the demodulated sound is small. That is, in the case of the double sideband amplitude modulation (DSB) method, the greater the modulation degree of the modulated wave that drives the ultrasonic speaker, the greater the distortion rate of the demodulated signal. Regardless of the modulation degree of the modulation wave to be driven, the distortion rate of the demodulated signal is substantially constant and lower than that in the DSB system.

また、本発明のD級アンプの駆動回路は、第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの駆動回路であって、前記入力信号に所定の周波数の搬送波を含む場合に、前記PWM信号の基本周波数を、前記搬送波周波数の整数倍に設定する手段を備えることを特徴とする。
このような構成により、D級アンプのPWM周波数を、入力信号の搬送波周波数の整数倍に設定し、PWM信号の位相と搬送波の位相とを同期させる。
これにより、PWM変調の際に発生するスプリアスノイズを低減することができる。このため、例えば、本発明のD級アンプの駆動回路を超音波スピーカに使用した場合に、超音波スピーカから発生される可聴音ノイズを小さくすることができる。特に、出力0(搬送波成分のみ)の時に生成される(感じられる)可聴音ノイズ成分を抑えることができる。
The driving circuit for the class D amplifier according to the present invention is a totem pole type output in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected. Including at least one set of a circuit and a low pass filter connected to the output end of the output circuit, and turning on each switching element of the output circuit by a PWM signal obtained by PWM-modulating the input signal, A drive circuit for a class D amplifier that amplifies power by controlling off, and sets the fundamental frequency of the PWM signal to an integral multiple of the carrier frequency when the input signal includes a carrier wave of a predetermined frequency Means are provided.
With such a configuration, the PWM frequency of the class D amplifier is set to an integer multiple of the carrier frequency of the input signal, and the phase of the PWM signal and the phase of the carrier are synchronized.
Thereby, spurious noise generated during PWM modulation can be reduced. For this reason, for example, when the drive circuit of the class D amplifier of the present invention is used for an ultrasonic speaker, audible noise generated from the ultrasonic speaker can be reduced. In particular, it is possible to suppress the audible sound noise component generated (feeled) when the output is 0 (only the carrier wave component).

また、本発明のD級アンプの駆動回路は、第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの駆動回路であって、所定周波数f_caの搬送波を生成すると共に、前記搬送波周波数f_caの整数倍の周波数のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する搬送波生成回路と、前記搬送波を前記入力信号によって振幅変調し、振幅変調信号AMを生成する振幅変調回路と、前記PWMクロック信号UP/DOWNを基に、前記振幅変調信号AMをPWM変調するPWM変調回路と、を備えることを特徴とする。
このような構成により、搬送波生成回路は、クロック発振器で生成されるクロック信号CLKを基に周波数f_caの搬送波を生成し、また、搬送波周波数f_caのN倍(Nは整数)の周波数のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する。振幅変調回路は、入力信号により搬送波を振幅変調し、振幅変調信号AMを生成する。PWM変調回路は、振幅変調された振幅変調信号AMを、PWMクロック信号UP/DOWNを基に生成される三角波と比較しPWM変調する。
これにより、D級アンプのPWM周波数(UP/DOWN信号の周波数)が搬送波周波数の整数倍となり、PWM信号の位相と搬送波の位相とを同期させることができる。その結果、PWM変調の際に発生するスプリアスノイズを低減することができる。このため、例えば、超音波スピーカから発生される可聴音ノイズを小さくすることができる。特に、出力0(搬送波成分のみ)の時に生成される(感じられる)可聴音ノイズ成分を抑えることができる。
The driving circuit for the class D amplifier according to the present invention is a totem pole type output in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected. Including at least one set of a circuit and a low pass filter connected to the output end of the output circuit, and turning on each switching element of the output circuit by a PWM signal obtained by PWM-modulating the input signal, A drive circuit for a class D amplifier that performs power amplification by controlling off, and generates a carrier wave having a predetermined frequency f_ca and also generates a PWM clock signal UP / DOWN having an integer multiple of the carrier frequency f_ca Circuit and amplitude modulation for modulating the carrier wave with the input signal to generate an amplitude modulated signal AM And road, based on the PWM clock signal UP / DOWN, characterized in that it comprises a PWM circuit for PWM modulating the amplitude-modulated signal AM.
With this configuration, the carrier wave generation circuit generates a carrier wave having a frequency f_ca based on the clock signal CLK generated by the clock oscillator, and a PWM clock signal having a frequency N times (N is an integer) the carrier frequency f_ca. Generate UP / DOWN. The amplitude modulation circuit amplitude-modulates the carrier wave with the input signal to generate an amplitude modulation signal AM. The PWM modulation circuit compares the amplitude-modulated amplitude signal AM with a triangular wave generated based on the PWM clock signal UP / DOWN and performs PWM modulation.
As a result, the PWM frequency of the class D amplifier (the frequency of the UP / DOWN signal) becomes an integral multiple of the carrier frequency, and the phase of the PWM signal and the phase of the carrier can be synchronized. As a result, spurious noise generated during PWM modulation can be reduced. For this reason, for example, the audible sound noise generated from the ultrasonic speaker can be reduced. In particular, it is possible to suppress the audible sound noise component generated (feeled) when the output is 0 (only the carrier wave component).

また、本発明のD級アンプの駆動回路は、第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの駆動回路であって、所定周波数f_CLKのクロック信号CLKを生成するクロック発振器と、前記クロック信号CLKを1/M(Mは整数)に分周し、周波数f_PWM(=f_CLK/M)のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する分周器と、前記PWMクロック信号UP/DOWNの周波数f_PWMの1/N(Nは整数)の周波数f_ca(=f_PWM/N)の搬送波を生成する搬送波生成器と、前記搬送波を前記入力信号によって振幅変調し、振幅変調信号AMを生成する振幅変調器と、前記クロック信号UP/DOWNの信号レベルに応じて、クロック信号CLKをアップカウント、もしくはダウンカウントするアップ・ダウンカウンタと、前記振幅変調信号AMのレベル値と、前記アップ・ダウンカウンタのカウント値とを比較し、その大小関係を二値のレベルに変換して出力するコンパレータと、を備えることを特徴とする。
このような構成により、分周器は、クロック信号CLK(周波数f_CLK)の周波数f_CLKを1/M(Mは整数)に分周し、周波数f_PWM(=f_CLK/M)のUP/DOWN信号を生成する。搬送波生成器は、周波数f_ca(=f_PWM/N)の搬送波形を生成する。振幅変調器は、搬送波を入力信号によりAM変調する。アップ・ダウンカウンタは、UP/DOWN信号のレベルに応じて、クロック信号CLKをアップカウント、もしくはダウンカウントし、カウント値を三角波形REF(周波数f_PWM)として出力する。コンパレータは、振幅変調器から出力される振幅変調信号AMのレベル値と、三角波形REF(アップ・ダウンカウンのカウント値)とを比較し、PWM信号を生成する。
これにより、搬送波を入力信号でAM変調した振幅変調信号AMを、搬送波のN倍の周波数をもつ三角波によりPWM変調することができるため、D級アンプのPWM周波数(UP/DOWN信号の周波数)が搬送波周波数の整数倍となり、PWM信号の位相と搬送波の位相とを同期させることができる。その結果、PWM変調の際に発生するスプリアスノイズを低減することができる。このため、例えば、超音波スピーカから発生される可聴音ノイズを小さくすることができる。特に、出力0(搬送波成分のみ)の時に生成される(感じられる)可聴音ノイズ成分を抑えることができる。
The driving circuit for the class D amplifier according to the present invention is a totem pole type output in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected. Including at least one set of a circuit and a low pass filter connected to the output end of the output circuit, and turning on each switching element of the output circuit by a PWM signal obtained by PWM-modulating the input signal, A drive circuit of a class D amplifier that performs power amplification by controlling off, a clock oscillator that generates a clock signal CLK having a predetermined frequency f_CLK, and the clock signal CLK is divided into 1 / M (M is an integer) A frequency generator for generating a PWM clock signal UP / DOWN of frequency f_PWM (= f_CLK / M), and the PWM clock A carrier wave generator for generating a carrier wave having a frequency f_ca (= f_PWM / N) of 1 / N (N is an integer) of the frequency f_PWM of the clock signal UP / DOWN, and amplitude-modulating the carrier wave by the input signal, An amplitude modulator that generates AM; an up / down counter that counts up or down the clock signal CLK according to the signal level of the clock signal UP / DOWN; a level value of the amplitude modulation signal AM; A comparator that compares the count value of the up / down counter, converts the magnitude relationship into a binary level, and outputs the binary level.
With this configuration, the frequency divider divides the frequency f_CLK of the clock signal CLK (frequency f_CLK) by 1 / M (M is an integer), and generates an UP / DOWN signal of frequency f_PWM (= f_CLK / M). To do. The carrier wave generator generates a carrier waveform having a frequency f_ca (= f_PWM / N). The amplitude modulator AM modulates a carrier wave with an input signal. The up / down counter counts up or down the clock signal CLK according to the level of the UP / DOWN signal, and outputs the count value as a triangular waveform REF (frequency f_PWM). The comparator compares the level value of the amplitude modulation signal AM output from the amplitude modulator with the triangular waveform REF (up / down count value) to generate a PWM signal.
As a result, the amplitude modulation signal AM obtained by AM-modulating the carrier wave with the input signal can be PWM-modulated with a triangular wave having a frequency N times that of the carrier wave, so that the PWM frequency of the class D amplifier (the frequency of the UP / DOWN signal) is increased. It becomes an integral multiple of the carrier frequency, and the phase of the PWM signal and the phase of the carrier can be synchronized. As a result, spurious noise generated during PWM modulation can be reduced. For this reason, for example, the audible sound noise generated from the ultrasonic speaker can be reduced. In particular, it is possible to suppress the audible sound noise component generated (feeled) when the output is 0 (only the carrier wave component).

また、本発明のD級アンプの駆動回路は、前記搬送波の周波数f_caと前記PWMクロック信号UP/DOWNの周波数f_PWMとの比の値Nを設定値として保持する第1のレジスタ(1)と、前記分周器の分周比の値Mを設定値として保持する第2のレジスタ(2)と、をさらに備え、前記搬送波生成器には、第1のレジスタ(1)および第2のレジスタ(2)の値を参照し、一周期分の搬送波の波形をM×N個の値に標本化する波形演算器と、前記波形演算器によって標本化された波形データを格納するデータメモリと、前記データメモリに格納されたデータを、前記クロック信号CLKに同期して順次読み出しながら出力すると共に、M×N個(搬送波一周期分)のデータを繰り返し出力することによって、搬送波を連続生成するメモリコントローラと、を備えることを特徴とする。
このような構成により、搬送波周波数f_caに対するUP/DOWN信号の周波数f_PWMの比を表すNの値が第1のレジスタ(1)に格納され、基準クロック周波数f_CLKに対するUP/DOWN信号の周波数f_PWMの分周比Mに相当する値が第2のレジスタ(2)に格納される。
搬送波生成器は、レジスタ(1)およびレジスタ(2)の値を参照し、波形演算器により、M×N個で一周期となるように搬送波形の振幅値を予め計算し、M×N個のデータをデータメモリに格納する。また、メモリコントローラにより、データメモリに格納されたデータをクロック信号CLKに同期して順次読み出し出力するとともに、M×N個(搬送波一周期分)のデータを連続して繰り返し出力する。
これにより、D級アンプのPWM周波数(UP/DOWN信号の周波数)が搬送波周波数の整数倍となり、PWM信号の位相と搬送波の位相とを同期させることができる。その結果、PWM変調の際に発生するスプリアスノイズを低減することができる。このため、例えば、超音波スピーカから発生される可聴音ノイズを小さくすることができる。特に、出力0(搬送波成分のみ)の時に生成される(感じられる)可聴音ノイズ成分を抑えることができる。また、搬送波形の振幅値のデータを予め計算しデータメモリに格納しておくことができ、搬送波形の出力の際に必要となる演算処理を省略することができる。
The class D amplifier driving circuit of the present invention includes a first register (1) for holding a value N of a ratio between the frequency f_ca of the carrier wave and the frequency f_PWM of the PWM clock signal UP / DOWN as a set value; And a second register (2) for holding a frequency division ratio value M of the frequency divider as a set value. The carrier wave generator includes a first register (1) and a second register ( 2) with reference to the value of 2), a waveform calculator that samples a carrier waveform for one period into M × N values, a data memory that stores waveform data sampled by the waveform calculator, The data stored in the data memory is output while being sequentially read out in synchronization with the clock signal CLK, and M × N (one period of carrier wave) data is repeatedly output to thereby generate a carrier wave continuously. And a memory controller.
With such a configuration, the value of N representing the ratio of the frequency f_PWM of the UP / DOWN signal to the carrier frequency f_ca is stored in the first register (1), and the frequency f_PWM of the UP / DOWN signal relative to the reference clock frequency f_CLK is stored. A value corresponding to the circumference ratio M is stored in the second register (2).
The carrier wave generator refers to the values of the register (1) and the register (2), and the waveform calculator pre-calculates the amplitude value of the carrier waveform so as to have one cycle of M × N, and M × N Is stored in the data memory. In addition, the memory controller sequentially reads and outputs data stored in the data memory in synchronization with the clock signal CLK, and continuously outputs M × N (one carrier wave period) data repeatedly.
As a result, the PWM frequency of the class D amplifier (the frequency of the UP / DOWN signal) becomes an integral multiple of the carrier frequency, and the phase of the PWM signal and the phase of the carrier can be synchronized. As a result, spurious noise generated during PWM modulation can be reduced. For this reason, for example, the audible sound noise generated from the ultrasonic speaker can be reduced. In particular, it is possible to suppress the audible sound noise component generated (feeled) when the output is 0 (only the carrier wave component). Further, the amplitude value data of the carrier waveform can be calculated in advance and stored in the data memory, so that the arithmetic processing required when the carrier waveform is output can be omitted.

また、本発明のD級アンプの駆動回路は、前記振幅変調方式が片側波帯振幅変調(SSB)方式であるように構成されたことを特徴とする。
これにより、超音波スピーカなどを駆動する場合に、復調音の歪みが小さい片側波帯振幅変調(SSB)方式を使用することができる。すなわち、両側波帯振幅変調(DSB)方式の場合は超音波スピーカを駆動する変調波の変調度が大きくなるほど、復調される信号の歪み率も大きくなるが、SSB方式の場合は超音波スピーカを駆動する変調波の変調度によらず、復調される信号の歪み率はほぼ一定で、かつDSB方式の場合よりも低い値となる。
The drive circuit of the class D amplifier according to the present invention is characterized in that the amplitude modulation system is a single sideband amplitude modulation (SSB) system.
Thereby, when driving an ultrasonic speaker or the like, it is possible to use a single sideband amplitude modulation (SSB) system in which the distortion of the demodulated sound is small. That is, in the case of the double sideband amplitude modulation (DSB) method, the greater the modulation degree of the modulated wave that drives the ultrasonic speaker, the greater the distortion rate of the demodulated signal. Regardless of the modulation degree of the modulation wave to be driven, the distortion rate of the demodulated signal is substantially constant and lower than that in the DSB system.

また、本発明の静電型トランスデューサは、第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプによって駆動される静電型トランスデューサであって、前記D級アンプを駆動する回路には、所定周波数f_caの搬送波を生成すると共に、前記搬送波周波数f_caの整数倍の周波数のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する搬送波生成回路と、前記搬送波を前記入力信号によって振幅変調し、振幅変調信号AMを生成する振幅変調回路と、前記PWMクロック信号UP/DOWNを基に、前記振幅変調信号AMをPWM変調するPWM変調回路と、を備えること、を特徴とする。
このような構成により、静電型トランスデューサを駆動するD級アンプは、搬送波生成回路により、クロック発振器で生成されるクロック信号CLKを基に周波数f_caの搬送波を生成し、また、搬送波周波数f_caのN倍(Nは整数)の周波数のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する。振幅変調回路は、入力信号により搬送波を振幅変調し、振幅変調信号AMを生成する。PWM変調回路は、振幅変調された振幅変調信号AMを、PWMクロック信号UP/DOWNを基に生成される三角波によりPWM変調する。
これにより、D級アンプのPWM周波数(UP/DOWN信号の周波数)が搬送波周波数の整数倍となり、PWM信号の位相と搬送波の位相とを同期させることができる。その結果、PWM変調の際に発生するスプリアスノイズを低減することができる。このため、静電型トランスデューサから発生される可聴音ノイズを小さくすることができる。特に、出力0(搬送波成分のみ)の時に生成される(感じられる)可聴音ノイズ成分を抑えることができる。
The electrostatic transducer according to the present invention includes a totem pole type output circuit in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected. And at least one set of circuits composed of a low-pass filter connected to the output end side of the output circuit, and on / off control of each switching element of the output circuit by a PWM signal obtained by PWM-modulating the input signal An electrostatic transducer driven by a class D amplifier that amplifies power by generating a carrier wave of a predetermined frequency f_ca in the circuit for driving the class D amplifier, and an integer multiple of the carrier frequency f_ca A carrier wave generating circuit for generating a PWM clock signal UP / DOWN having a frequency of An amplitude modulation circuit that performs amplitude modulation with the input signal and generates an amplitude modulation signal AM, and a PWM modulation circuit that PWM modulates the amplitude modulation signal AM based on the PWM clock signal UP / DOWN. Features.
With such a configuration, the class D amplifier that drives the electrostatic transducer generates a carrier wave having the frequency f_ca based on the clock signal CLK generated by the clock oscillator by the carrier wave generation circuit, and N of the carrier frequency f_ca. A PWM clock signal UP / DOWN having a double frequency (N is an integer) is generated. The amplitude modulation circuit amplitude-modulates the carrier wave with the input signal to generate an amplitude modulation signal AM. The PWM modulation circuit PWM modulates the amplitude-modulated amplitude signal AM with a triangular wave generated based on the PWM clock signal UP / DOWN.
As a result, the PWM frequency of the class D amplifier (the frequency of the UP / DOWN signal) becomes an integral multiple of the carrier frequency, and the phase of the PWM signal and the phase of the carrier can be synchronized. As a result, spurious noise generated during PWM modulation can be reduced. For this reason, the audible noise generated from the electrostatic transducer can be reduced. In particular, it is possible to suppress the audible sound noise component generated (feeled) when the output is 0 (only the carrier wave component).

また、本発明の静電型トランスデューサは、前記静電型トランスデューサは、複数の孔が形成された第一の面側の固定電極と、前記第一の面側の固定電極と対をなす複数の孔が形成された第二の面側の固定電極と、前記一対の固定電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜とで構成されていることを特徴とする。
このような構成により、本発明のD級アンプの駆動回路で駆動する静電型トランスデューサとして、例えば、図7に示す、プッシュプル型の静電型トランスデューサを使用する。
プッシュプル型の静電型トランスデューサは、振動膜を挟持する第一(前面側)固定電極と第二(背面側)の固定電極によって、振動膜に対して正負対称に静電力を作用させることができるため、振動波形(出力波形)歪みそのものをまず小さくすることができる。さらに、プッシュプル型の静電型トランスデューサをD級アンプで駆動する場合に、D級アンプのPWM周波数(UP/DOWN信号の周波数)を搬送波周波数の整数倍とし、PWM信号の位相と搬送波の位相とを同期させることによって、PWM変調の際に発生するスプリアスノイズを低減することができる。このため、静電型トランスデューサから発生される可聴音ノイズを小さくすることができる。
In the electrostatic transducer according to the present invention, the electrostatic transducer includes a plurality of pairs of a fixed electrode on the first surface side in which a plurality of holes are formed and a fixed electrode on the first surface side. A fixed electrode on the second surface side in which a hole is formed, and a vibration film sandwiched between the pair of fixed electrodes and having a conductive layer, and a DC bias voltage is applied to the conductive layer. It is characterized by.
With such a configuration, for example, a push-pull type electrostatic transducer shown in FIG. 7 is used as the electrostatic transducer driven by the drive circuit of the class D amplifier of the present invention.
The push-pull electrostatic transducer can cause electrostatic force to act symmetrically with respect to the diaphragm by the first (front side) fixed electrode and the second (back side) fixed electrode that sandwich the diaphragm. Therefore, the vibration waveform (output waveform) distortion itself can be first reduced. Furthermore, when a push-pull electrostatic transducer is driven by a class D amplifier, the PWM frequency of the class D amplifier (the frequency of the UP / DOWN signal) is an integer multiple of the carrier frequency, and the phase of the PWM signal and the phase of the carrier And the spurious noise generated during the PWM modulation can be reduced. For this reason, the audible noise generated from the electrostatic transducer can be reduced.

また、本発明の超音波スピーカは、第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの出力端子間に静電型超音波トランスデューサを接続して構成する超音波スピーカであって、前記D級アンプを駆動する回路には、所定周波数f_caの搬送波を生成すると共に、前記搬送波周波数f_caの整数倍の周波数のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する搬送波生成回路と、前記搬送波を前記入力信号によって振幅変調し、振幅変調信号AMを生成する振幅変調回路と、前記PWMクロック信号UP/DOWNを基に、前記振幅変調信号AMをPWM変調するPWM変調回路と、を備えること、を特徴とする。
このような構成により、超音波スピーカに使用される静電型超音波トランスデューサを駆動するD級アンプの駆動回路において、搬送波生成回路は、周波数f_caの搬送波を生成し、また、搬送波周波数f_caのN倍(Nは整数)の周波数のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する。振幅変調回路は、入力信号により搬送波を振幅変調し、振幅変調された振幅変調信号AMを生成する。PWM変調回路は、振幅変調された振幅変調信号AMを、PWMクロック信号UP/DOWNを基に生成される三角波によりPWM変調する。
これにより、D級アンプのPWM周波数(UP/DOWN信号の周波数)が搬送波周波数の整数倍となり、PWM信号の位相と搬送波の位相とを同期させることができる。その結果、PWM変調の際に発生するスプリアスノイズを低減することができる。このため、超音波スピーカから発生される可聴音ノイズを小さくすることができる。特に、出力0(搬送波成分のみ)の時に生成される(感じられる)可聴音ノイズ成分を抑えることができる。
Further, the ultrasonic speaker of the present invention is a totem pole type output circuit in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected; At least one set of circuits composed of a low-pass filter connected to the output end side of the output circuit is provided, and each switching element of the output circuit is controlled to be turned on / off by a PWM signal obtained by PWM-modulating the input signal. An ultrasonic speaker configured by connecting an electrostatic ultrasonic transducer between output terminals of a class D amplifier that amplifies the power, and the carrier for driving the class D amplifier receives a carrier wave having a predetermined frequency f_ca. A carrier that generates and generates a PWM clock signal UP / DOWN having a frequency that is an integral multiple of the carrier frequency f_ca. A generation circuit; an amplitude modulation circuit that modulates the carrier wave with the input signal to generate an amplitude modulation signal AM; and a PWM modulation circuit that PWM modulates the amplitude modulation signal AM based on the PWM clock signal UP / DOWN It is characterized by providing these.
With such a configuration, in the drive circuit of the class D amplifier that drives the electrostatic ultrasonic transducer used in the ultrasonic speaker, the carrier wave generation circuit generates a carrier wave having the frequency f_ca and N of the carrier wave frequency f_ca. A PWM clock signal UP / DOWN having a double frequency (N is an integer) is generated. The amplitude modulation circuit amplitude-modulates the carrier wave with the input signal to generate an amplitude-modulated amplitude modulated signal AM. The PWM modulation circuit PWM modulates the amplitude-modulated amplitude signal AM with a triangular wave generated based on the PWM clock signal UP / DOWN.
As a result, the PWM frequency of the class D amplifier (the frequency of the UP / DOWN signal) becomes an integral multiple of the carrier frequency, and the phase of the PWM signal and the phase of the carrier can be synchronized. As a result, spurious noise generated during PWM modulation can be reduced. For this reason, the audible sound noise generated from the ultrasonic speaker can be reduced. In particular, it is possible to suppress the audible sound noise component generated (feeled) at the time of output 0 (only the carrier wave component).

また、本発明の表示装置は、音響ソースから供給される音声信号を再生し可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカと、映像を投影面に投影する投影光学系とを備える表示装置であって、前記超音波スピーカは、第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの出力端子間に静電型超音波トランスデューサを接続して構成するとともに、前記D級アンプを駆動する回路には、所定周波数f_caの搬送波を生成すると共に、前記搬送波周波数f_caの整数倍の周波数のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する搬送波生成回路と、前記搬送波を前記入力信号によって振幅変調し、振幅変調信号AMを生成する振幅変調回路と、前記PWMクロック信号UP/DOWNを基に、前記振幅変調信号AMをPWM変調するPWM変調回路と、を備えること、を特徴とする。
このような構成により、映像を投影する投影光学系を備える表示装置に使用される超音波スピーカを、D級アンプで駆動される静電型超音波トランスデューサで構成する。そして、上記静電型超音波トランスデューサを駆動するD級アンプの駆動回路において、搬送波生成回路は、周波数f_caの搬送波を生成し、また、搬送波周波数f_caのN倍(Nは整数)の周波数のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する。PWM変調回路は、入力信号により搬送波を振幅変調し、振幅変調された振幅変調信号AMを生成する。PWM変調回路は、振幅変調された振幅変調信号AMを、PWMクロック信号UP/DOWNを基に生成される三角波によりPWM変調する。
これにより、D級アンプのPWM周波数(UP/DOWN信号の周波数)が搬送波周波数の整数倍となり、PWM信号の位相と搬送波の位相とを同期させることができる。その結果、D級アンプにおけるPWM変調の際に発生するスプリアスノイズを低減することができる。このため、超音波スピーカから発生される可聴音ノイズを小さくすることができる。特に、出力0(搬送波成分のみ)の時に生成される(感じられる)可聴音ノイズ成分を抑えることができる。
The display device of the present invention is a display device including an ultrasonic speaker that reproduces an audio signal supplied from an acoustic source and reproduces an audio frequency band signal sound, and a projection optical system that projects an image on a projection surface. The ultrasonic speaker includes a totem pole type output circuit in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected, and One or more sets of circuits composed of a low-pass filter connected to the output end side of the output circuit are provided, and each switching element of the output circuit is controlled to be turned on / off by a PWM signal obtained by PWM modulating the input signal The electrostatic ultrasonic transducer is connected between the output terminals of the class D amplifier that amplifies the power by using the class D amplifier. A circuit that generates a carrier wave having a predetermined frequency f_ca, a carrier wave generation circuit that generates a PWM clock signal UP / DOWN having a frequency that is an integer multiple of the carrier wave frequency f_ca, and amplitude-modulating the carrier wave by the input signal. An amplitude modulation circuit that generates an amplitude modulation signal AM, and a PWM modulation circuit that PWM modulates the amplitude modulation signal AM based on the PWM clock signal UP / DOWN.
With such a configuration, an ultrasonic speaker used in a display device including a projection optical system that projects an image is configured by an electrostatic ultrasonic transducer driven by a class D amplifier. In the driving circuit of the class D amplifier that drives the electrostatic ultrasonic transducer, the carrier wave generation circuit generates a carrier wave having the frequency f_ca, and PWM having a frequency N times (N is an integer) the carrier frequency f_ca. Clock signal UP / DOWN is generated. The PWM modulation circuit amplitude-modulates the carrier wave with the input signal to generate an amplitude-modulated amplitude signal AM. The PWM modulation circuit PWM modulates the amplitude-modulated amplitude signal AM with a triangular wave generated based on the PWM clock signal UP / DOWN.
As a result, the PWM frequency of the class D amplifier (the frequency of the UP / DOWN signal) becomes an integral multiple of the carrier frequency, and the phase of the PWM signal and the phase of the carrier can be synchronized. As a result, it is possible to reduce spurious noise generated during PWM modulation in the class D amplifier. For this reason, the audible sound noise generated from the ultrasonic speaker can be reduced. In particular, it is possible to suppress the audible sound noise component generated (feeled) when the output is 0 (only the carrier wave component).

また、本発明の指向性音響システムは、音響ソースから供給される音声信号のうち第一の音域の信号を再生する超音波スピーカと、前記音響ソースから供給される音声信号のうち前記第一の音域よりも低い第二の音域の信号を再生する低音再生用スピーカと、を有する指向性音響システムであって、前記超音波スピーカは、第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの出力端子間に静電型超音波トランスデューサを接続して構成するとともに、前記D級アンプを駆動する回路には、所定周波数f_caの搬送波を生成すると共に、前記搬送波周波数f_caの整数倍の周波数のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する搬送波生成回路と、前記搬送波を前記入力信号によって振幅変調し、振幅変調信号AMを生成する振幅変調回路と、前記PWMクロック信号UP/DOWNを基に、前記振幅変調信号AMをPWM変調するPWM変調回路と、を備えること、を特徴とする。
このような構成により、音響ソースから供給される音声信号のうち第一の音域の信号を再生する超音波スピーカと、第一の音域よりも低い第二の音域の信号を再生する低音再生用スピーカとを有する指向性音響システムにおいて、上記超音波スピーカを本発明のD級アンプで駆動される静電型超音波トランスデューサで構成する。そして、上記静電型超音波トランスデューサを駆動するD級アンプの駆動回路において、搬送波生成回路は、周波数f_caの搬送波を生成し、また、搬送波周波数f_caのN倍(Nは整数)の周波数のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する。振幅変調回路は、入力信号により搬送波を振幅変調し、振幅変調された振幅変調信号AMを生成する。PWM変調回路は、振幅変調された振幅変調信号AMを、PWMクロック信号UP/DOWNを基に生成される三角波によりPWM変調する。
これにより、超音波スピーカでは再生することが困難な低周波数帯域の音を低音再生用スピーカで補うことによって、再生音質をより向上させることができる。また、超音波スピーカを駆動するD級アンプのPWM周波数(UP/DOWN信号の周波数)を搬送波周波数の整数倍とし、PWM信号の位相と搬送波の位相とを同期させることによって、D級アンプにおけるPWM変調の際に発生するスプリアスノイズを低減することができる。このため、超音波スピーカから発生される可聴音ノイズを小さくすることができる。特に、出力0(搬送波成分のみ)の時に生成される(感じられる)可聴音ノイズ成分を抑えることができる。
In addition, the directional acoustic system of the present invention includes an ultrasonic speaker that reproduces a signal in a first sound range among audio signals supplied from an acoustic source, and the first audio signal supplied from the acoustic source. A low-frequency sound reproduction speaker that reproduces a signal in a second sound range lower than the sound range, wherein the ultrasonic speaker includes a high-side switching element connected to a first power source and a first sound source. One or more sets of circuits composed of a totem pole type output circuit connected to a second power source or a low-side switching element connected to the ground, and a low-pass filter connected to the output terminal side of the output circuit And amplifying power by controlling on / off of each switching element of the output circuit by a PWM signal obtained by PWM-modulating an input signal. An electrostatic ultrasonic transducer is connected between the output terminals of the amplifier, and a circuit that drives the class D amplifier generates a carrier wave having a predetermined frequency f_ca and a frequency that is an integral multiple of the carrier frequency f_ca. Based on the carrier wave generating circuit for generating the PWM clock signal UP / DOWN, the amplitude modulating circuit for amplitude-modulating the carrier wave by the input signal and generating the amplitude modulation signal AM, and the PWM clock signal UP / DOWN, And a PWM modulation circuit that PWM modulates the amplitude modulation signal AM.
With such a configuration, an ultrasonic speaker that reproduces a signal in the first range among audio signals supplied from an acoustic source, and a speaker for low-frequency reproduction that reproduces a signal in the second range lower than the first range. The ultrasonic speaker is composed of an electrostatic ultrasonic transducer driven by the class D amplifier of the present invention. In the driving circuit of the class D amplifier that drives the electrostatic ultrasonic transducer, the carrier wave generation circuit generates a carrier wave having the frequency f_ca, and PWM having a frequency N times (N is an integer) the carrier frequency f_ca. Clock signal UP / DOWN is generated. The amplitude modulation circuit amplitude-modulates the carrier wave with the input signal to generate an amplitude-modulated amplitude modulated signal AM. The PWM modulation circuit PWM modulates the amplitude-modulated amplitude signal AM with a triangular wave generated based on the PWM clock signal UP / DOWN.
As a result, the reproduced sound quality can be further improved by supplementing the low frequency reproduction speaker with the low frequency band sound that is difficult to reproduce with the ultrasonic speaker. Further, the PWM frequency of the class D amplifier that drives the ultrasonic speaker (the frequency of the UP / DOWN signal) is set to an integral multiple of the carrier frequency, and the PWM signal and the phase of the carrier are synchronized, so that the PWM in the class D amplifier is synchronized. Spurious noise generated during modulation can be reduced. For this reason, the audible sound noise generated from the ultrasonic speaker can be reduced. In particular, it is possible to suppress the audible sound noise component generated (feeled) when the output is 0 (only the carrier wave component).

次に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の基本的な回路構成を示すブロック図である。以下各ブロックの機能について説明する。
Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a basic circuit configuration of the present invention. The function of each block will be described below.

図1において、クロック発振器10は、動作基準クロック信号CLKを生成する。搬送波生成回路11は、所定の周波数の搬送波(正弦波)と、搬送波の整数倍の周波数のクロック信号UP/DOWN(PWMクロック)とをそれぞれ生成する。振幅変調回路12は、搬送波生成回路11で生成された搬送波(超音波帯域)を、入力信号(可聴帯域の信号)で振幅変調し、振幅変調信号AMとして出力する。PWM変調回路13は、搬送波生成回路11で生成されたクロック信号UP/DOWNを基に、振幅変調回路12から出力される振幅変調信号AMをPWM変調し、PWM信号を生成する。ゲート駆動回路14は、PWM信号に応じてスイッチング素子M1、M2をオン、オフ制御するためのゲート信号を生成し、このゲート信号によりD級出力段15内のスイッチング素子M1、M2を交互にオン、オフ駆動する。   In FIG. 1, a clock oscillator 10 generates an operation reference clock signal CLK. The carrier wave generation circuit 11 generates a carrier wave (sine wave) having a predetermined frequency and a clock signal UP / DOWN (PWM clock) having a frequency that is an integral multiple of the carrier wave. The amplitude modulation circuit 12 modulates the amplitude of the carrier wave (ultrasound band) generated by the carrier wave generation circuit 11 with an input signal (a signal in the audible band), and outputs it as an amplitude modulation signal AM. The PWM modulation circuit 13 PWM modulates the amplitude modulation signal AM output from the amplitude modulation circuit 12 based on the clock signal UP / DOWN generated by the carrier wave generation circuit 11 to generate a PWM signal. The gate drive circuit 14 generates a gate signal for turning on and off the switching elements M1 and M2 according to the PWM signal, and alternately turns on the switching elements M1 and M2 in the class D output stage 15 by the gate signal. Drive off.

D級出力段15は、正電源側に接続されたハイサイドのスイッチング素子M1と、負電源側に接続されたローサイドのスイッチング素子M2とで構成され、M1とM2とでトーテムポール型の出力回路が構成されている。スイッチング素子M1、M2はそれぞれオン抵抗の小さいパワーMOSFETで構成され、ゲート駆動回路14によって各パワーMOSFETをスイッチング動作させる。D級出力段15の出力はスイッチング波形(電源E1、E2によるスイッチング電圧波形)になるため、スイッチング・キャリア成分を低域通過フィルタ16で除去した後に、負荷17に供給する。低域通過フィルタ16には、電力損失の小さいLCフィルタ(L1、C1)が用いられている。なお、図1に示す回路構成は、2つのスイッチング素子M1、M2で構成されるハーフブリッジ型のものであるが、もちろん、4つのスイッチング素子で構成されるフルブリッジ型のものでもよい。   The class D output stage 15 includes a high-side switching element M1 connected to the positive power supply side and a low-side switching element M2 connected to the negative power supply side, and a totem pole type output circuit including M1 and M2 Is configured. The switching elements M1 and M2 are each composed of a power MOSFET having a small on-resistance, and the gate driving circuit 14 causes each power MOSFET to perform a switching operation. Since the output of the class D output stage 15 has a switching waveform (switching voltage waveform by the power supplies E1 and E2), the switching carrier component is removed by the low-pass filter 16 and then supplied to the load 17. For the low-pass filter 16, LC filters (L1, C1) with small power loss are used. The circuit configuration shown in FIG. 1 is a half-bridge type composed of two switching elements M1 and M2, but may of course be a full-bridge type composed of four switching elements.

図2は、本発明のD級アンプの駆動回路の要部を具体化した回路構成例を示すブロック図であり、図4は図2の動作タイミングチャートの一例を示したものである。各構成ブロックについて以下に説明する。   FIG. 2 is a block diagram showing a circuit configuration example embodying a main part of the drive circuit of the class D amplifier of the present invention, and FIG. 4 shows an example of the operation timing chart of FIG. Each component block will be described below.

図2において、クロック発振器10は、搬送波生成器21、分周器22、UP/DOWNカウンタ23の動作基準クロック信号CLKを生成する。(クロック信号CLKは図4中には図示せず。)   In FIG. 2, the clock oscillator 10 generates an operation reference clock signal CLK for the carrier wave generator 21, the frequency divider 22, and the UP / DOWN counter 23. (The clock signal CLK is not shown in FIG. 4)

搬送波生成回路11は、搬送波生成器21と分周器22とから構成される。搬送波生成器21は、搬送波周波数設定値に基づいて、所定の周波数f_caの搬送波を生成し、出力する。分周器22は、PWM周波数設定値に基づいて、クロック信号CLKを分周し、周波数f_PWMのクロック信号UP/DOWNを出力する。
ここで、基準クロック信号CLKの周波数をf_CLK (Hz)とするとき、M、Nを自然数として、
f_PWM = f_CLK/M、
f_ca = f_PWM/N、
の関係が成り立つように、上記UP/DOWN信号の周波数f_PWM(Hz)の値(搬送波周波数設定値)と、搬送波の周波数f_ca(Hz)の値(搬送波周波数設定値)とが設定される。なお、Mは分周器22おける分周比、Nは搬送波とUP/DOWN信号(PWMクロック)との周波数比である。
The carrier wave generation circuit 11 includes a carrier wave generator 21 and a frequency divider 22. The carrier wave generator 21 generates and outputs a carrier wave having a predetermined frequency f_ca based on the carrier frequency setting value. The frequency divider 22 divides the clock signal CLK based on the PWM frequency setting value and outputs the clock signal UP / DOWN having the frequency f_PWM.
Here, when the frequency of the reference clock signal CLK is f_CLK (Hz), M and N are natural numbers.
f_PWM = f_CLK / M,
f_ca = f_PWM / N,
Thus, the value of the frequency f_PWM (Hz) of the UP / DOWN signal (carrier frequency setting value) and the value of the carrier frequency f_ca (Hz) (carrier frequency setting value) are set. Note that M is a frequency division ratio in the frequency divider 22, and N is a frequency ratio between the carrier wave and the UP / DOWN signal (PWM clock).

UP/DOWNカウンタ23は、分周器22から出力されるUP/DOWN信号(PWMクロック)のレベルに応じて、クロック発振器10から出力されるクロック信号CLKをアップカウント、もしくはダウンカウントし、カウント値を信号REFとして出力する。ここではUP/DOWN信号がHighレベルであればアップカウント、Lowレベルであればダウンカウントするように構成されている。なお、図2および図4に示す例ではREFの値が0を中心にして−1から1までの間を変化(カウント)するように、カウント値をスケーリングしている。UP/DOWNカウンタからの出力信号REFの波形は、UP/DOWN信号に同期した周波数の三角波となる。   The UP / DOWN counter 23 counts up or down the clock signal CLK output from the clock oscillator 10 in accordance with the level of the UP / DOWN signal (PWM clock) output from the frequency divider 22. Is output as a signal REF. Here, it is configured to count up when the UP / DOWN signal is High level, and to count down when it is Low level. In the example shown in FIGS. 2 and 4, the count value is scaled so that the value of REF changes (counts) from −1 to 1 with 0 as the center. The waveform of the output signal REF from the UP / DOWN counter is a triangular wave having a frequency synchronized with the UP / DOWN signal.

振幅変調回路24は、搬送波生成器21で生成された搬送波を、入力信号で振幅変調し、振幅変調信号AMとして出力する。   The amplitude modulation circuit 24 amplitude-modulates the carrier wave generated by the carrier wave generator 21 with the input signal, and outputs it as an amplitude modulation signal AM.

コンパレータ25は、振幅変調回路から出力される信号AMの振幅値と、UP/DOWNカウンタから出力される三角波形REFの振幅値とを比較し、比較結果をPWM信号として出力する。ここでは、振幅変調信号AMの振幅値が三角波形REFよりも大きければHighレベルを、小さければLowレベルを出力する。これにより、PWM変調信号が生成される。
ここでは、UP/DOWNカウンタ23とコンパレータ25がPWM変調回路13を構成している。
The comparator 25 compares the amplitude value of the signal AM output from the amplitude modulation circuit with the amplitude value of the triangular waveform REF output from the UP / DOWN counter, and outputs the comparison result as a PWM signal. Here, if the amplitude value of the amplitude modulation signal AM is larger than the triangular waveform REF, the High level is outputted, and if it is smaller, the Low level is outputted. As a result, a PWM modulation signal is generated.
Here, the UP / DOWN counter 23 and the comparator 25 constitute the PWM modulation circuit 13.

図3は本発明の要部を抜き出し、更に具体的に示した回路構成例を示すブロック図であり、図4は図3の動作タイミングチャートの一例を示したものである。
図3の回路構成例では、第1のレジスタ(1)31と第2のレジスタ(2)32を備えており、レジスタ(1)31には搬送波周波数f_caに対するPWM周波数(UP/DOWN信号の周波数)f_PWMの比を表すNの値が格納され、レジスタ(2)32には基準クロック周波数f_CLKに対するPWM周波数f_PWMの分周比を表すMの値が格納される。
FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration example in which the essential parts of the present invention are extracted and more specifically shown, and FIG. 4 shows an example of the operation timing chart of FIG.
The circuit configuration example of FIG. 3 includes a first register (1) 31 and a second register (2) 32. The register (1) 31 has a PWM frequency (frequency of the UP / DOWN signal) with respect to the carrier frequency f_ca. ) The value of N representing the ratio of f_PWM is stored, and the value of M representing the frequency division ratio of the PWM frequency f_PWM with respect to the reference clock frequency f_CLK is stored in the register (2) 32.

クロック発振器10は、メモリコントローラ35、分周器22、UP/DOWNカウンタ23の動作基準クロック信号CLKを生成する。(クロック信号CLKは図4中には図示せず。)   The clock oscillator 10 generates an operation reference clock signal CLK for the memory controller 35, the frequency divider 22, and the UP / DOWN counter 23. (The clock signal CLK is not shown in FIG. 4)

波形演算器33は、レジスタ(1)31およびレジスタ(2)32の値を参照し、一周期分の搬送波の波形をM×N個の値に標本化する。つまり、M×N個で一周期分の搬送波形が構成されるように、搬送波形の振幅値を予め計算する。波形演算器33で計算したM×N個の波形データ(一周期分)は、データメモリ34に格納される。メモリコントローラ35は、データメモリ34に格納された搬送波形のデータを、クロック発振器10から出力される上記クロック信号CLKに同期して順次読み出しながら出力すると共に、M×N個(搬送波一周期分)のデータを繰り返し出力することによって、搬送波を連続生成する。   The waveform calculator 33 refers to the values of the register (1) 31 and the register (2) 32, and samples the waveform of the carrier wave for one cycle into M × N values. That is, the amplitude value of the carrier waveform is calculated in advance so that M × N carrier waveforms for one cycle are formed. M × N pieces of waveform data (for one cycle) calculated by the waveform calculator 33 are stored in the data memory 34. The memory controller 35 outputs the carrier waveform data stored in the data memory 34 while sequentially reading out the data of the carrier waveform in synchronization with the clock signal CLK output from the clock oscillator 10, and M × N (one carrier cycle). The carrier wave is continuously generated by repeatedly outputting the data.

分周器22は、クロック信号CLKの周波数f_CLKを1/Mに分周し、UP/DOWN信号として出力する。このUP/DOWN信号の周波数が、PWM変調の基準周波数f_PWMとなる。分周器22は、例えば図示しないカウンタとリセット用レジスタ、フリップフロップで構成されている。カウンタはクロック信号CLKをカウントし、カウント値がオーバーフローすると、リセット用レジスタの値をカウンタにリセットすると同時に、フリップフロップの出力を反転させるように構成されている。カウンタが参照するリセット用レジスタ(図示せず)には、レジスタ(2)32に格納された分周比Mの値を基にしてカウンタをリセットする際の初期値を計算し、設定する。例えば、カウンタのビット数が8bitでクロック信号を1/10に分周したい場合、すなわち、レジスタ(2)32に格納されている分周比Mの値が10である場合には、リセット用レジスタの値を251(=255―10/2+1)に設定するようにする。これにより、カウンタはクロック信号CLKを5回カウントする毎にフリップフロップの出力、つまりUP/DOWN信号のレベルを反転させるので、分周器22から出力されるUP/DOWN信号は、クロック信号CLKを1/10に分周したクロック信号となる。   The frequency divider 22 divides the frequency f_CLK of the clock signal CLK by 1 / M and outputs it as an UP / DOWN signal. The frequency of this UP / DOWN signal is the PWM modulation reference frequency f_PWM. The frequency divider 22 includes, for example, a counter, a reset register, and a flip-flop (not shown). The counter is configured to count the clock signal CLK, and when the count value overflows, resets the value of the reset register to the counter and simultaneously inverts the output of the flip-flop. In a reset register (not shown) referred to by the counter, an initial value for resetting the counter is calculated and set based on the value of the frequency division ratio M stored in the register (2) 32. For example, when the number of bits of the counter is 8 bits and the clock signal is to be divided by 1/10, that is, when the value of the division ratio M stored in the register (2) 32 is 10, the reset register Is set to 251 (= 255−10 / 2 + 1). As a result, the counter inverts the output of the flip-flop, that is, the level of the UP / DOWN signal every time the clock signal CLK is counted five times, so that the UP / DOWN signal output from the frequency divider 22 The clock signal is divided by 1/10.

UP/DOWNカウンタ23は、分周器22から出力されるUP/DOWN信号(PWMクロック)のレベルに応じて、クロック発振器10から出力されるクロック信号CLKをアップカウント、もしくはダウンカウントし、カウント値を信号REFとして出力する。ここではUP/DOWN信号がHighレベルであればアップカウント、Lowレベルであればダウンカウントするように構成されている。なお、図3および図4に示す例ではREFの値が0を中心にして−1から1までの間を変化(カウント)するように、カウント値をスケーリングしている。UP/DOWNカウンタからの出力信号REFの波形は、UP/DOWN信号に同期した周波数の三角波となる。   The UP / DOWN counter 23 counts up or down the clock signal CLK output from the clock oscillator 10 in accordance with the level of the UP / DOWN signal (PWM clock) output from the frequency divider 22. Is output as a signal REF. Here, it is configured to count up when the UP / DOWN signal is High level, and to count down when it is Low level. In the example shown in FIGS. 3 and 4, the count value is scaled so that the value of REF changes (counts) between −1 and 1 around 0. The waveform of the output signal REF from the UP / DOWN counter is a triangular wave having a frequency synchronized with the UP / DOWN signal.

振幅変調回路24は、メモリコントローラ35から出力される搬送波(デジタルデータ)を、デジタル化された入力信号で振幅変調し、振幅変調信号AMとして出力する。   The amplitude modulation circuit 24 modulates the amplitude of the carrier wave (digital data) output from the memory controller 35 with the digitized input signal, and outputs it as an amplitude modulation signal AM.

コンパレータ25は、振幅変調回路から出力される信号AMの振幅値と、UP/DOWNカウンタから出力される三角波形REFの振幅値とを比較し、比較結果をPWM信号として出力する。ここでは、振幅変調信号AMの振幅値が三角波形REFよりも大きければHighレベルを、小さければLowレベルを出力する。これにより、PWM変調信号が生成される。
ここでは、波形演算器33とデータメモリ34、およびメモリコントローラ35が、図2の搬送波生成器21を構成している。
The comparator 25 compares the amplitude value of the signal AM output from the amplitude modulation circuit with the amplitude value of the triangular waveform REF output from the UP / DOWN counter, and outputs the comparison result as a PWM signal. Here, if the amplitude value of the amplitude modulation signal AM is larger than the triangular waveform REF, the High level is outputted, and if it is smaller, the Low level is outputted. As a result, a PWM modulation signal is generated.
Here, the waveform calculator 33, the data memory 34, and the memory controller 35 constitute the carrier wave generator 21 of FIG.

以上のような構成において、UP/DOWN信号(PWMクロック)の周波数f_PWMは搬送波の周波数f_caの整数倍(N倍)になる。よって、搬送波の位相にUP/DOWN信号(PWMクロック)の位相を同期させた状態で駆動することができる。   In the above configuration, the frequency f_PWM of the UP / DOWN signal (PWM clock) is an integral multiple (N times) of the carrier frequency f_ca. Therefore, it is possible to drive in a state where the phase of the UP / DOWN signal (PWM clock) is synchronized with the phase of the carrier wave.

例えば、クロック周波数f_CLKが100MHzである場合、PWMクロック周波数f_PWMを500kHz(M=200)、搬送波周波数f_caを50kHz(N=10)で駆動したい場合には、搬送波生成器21のデータ領域のサイズは2000(=M・N)となり、搬送波(正弦波)の一周期を2000分割して求めた振幅データが前記データ領域(データメモリ35)に格納される。分周器22では、クロック信号の周波数f_CLKを1/200に分周したUP/DOWN信号が生成されることになる。   For example, when the clock frequency f_CLK is 100 MHz, when it is desired to drive the PWM clock frequency f_PWM at 500 kHz (M = 200) and the carrier frequency f_ca at 50 kHz (N = 10), the size of the data area of the carrier wave generator 21 is The amplitude data obtained by dividing one cycle of the carrier wave (sine wave) into 2000 is stored in the data area (data memory 35). In the frequency divider 22, an UP / DOWN signal is generated by dividing the frequency f_CLK of the clock signal by 1/200.

図4は、本発明のD級アンプの駆動回路におけるタイミングチャートの一例を示す図であり、入力信号レベルが0(ゼロ)であり、搬送波周波数が50kHz、UP/DOWN信号(PWMクロック)の周波数が500kHzの場合の例を示している。   FIG. 4 is a diagram showing an example of a timing chart in the drive circuit of the class D amplifier of the present invention, where the input signal level is 0 (zero), the carrier frequency is 50 kHz, and the frequency of the UP / DOWN signal (PWM clock). Shows an example in which is 500 kHz.

図4において、図(A)は、搬送波と入力信号の波形を示し、図(B)は、分周器22から出力されるUP/DOWN信号を示し、図(C)は、UP/DOWNカウンタ23から出力される信号REFと、振幅変調回路12もしくは振幅変調回路24から出力される振幅変調信号AMを示し、図(D)は、コンパレータ25から出力されるPWM変調信号PWMを示している。図4において、特に注目すべき点は、図(c)に示すように、搬送波(変調度0の時の振幅変調波)AMと三角波REFとが同期、すなわち、搬送波AMと三角波REFとの位相関係が、被変調信号AMの周期毎に異なることなく固定されている点である。これは、UP/DOWN信号(PWMクロック)の周波数f_PWMを搬送波の周波数f_caの整数倍(N倍)にしたためである。   4A shows the waveforms of the carrier wave and the input signal, FIG. 4B shows the UP / DOWN signal output from the frequency divider 22, and FIG. 4C shows the UP / DOWN counter. 23 shows the signal REF output from the output signal 23 and the amplitude modulation signal AM output from the amplitude modulation circuit 12 or the amplitude modulation circuit 24, and FIG. 4D shows the PWM modulation signal PWM output from the comparator 25. In FIG. 4, the point to be particularly noted is that the carrier wave (amplitude modulated wave when the modulation degree is 0) AM and the triangular wave REF are synchronized, that is, the phase of the carrier wave AM and the triangular wave REF, as shown in FIG. The relationship is fixed without being different for each period of the modulated signal AM. This is because the frequency f_PWM of the UP / DOWN signal (PWM clock) is set to an integral multiple (N times) of the carrier frequency f_ca.

また、図5は、本発明のD級アンプの駆動回路における信号波形と周波数スペクトルの例を示す図であり、搬送波信号が62.5kHzであり、PWMクロック周波数が625kHzの場合の例を示している。図5において、図(A)は、PWM変調波形(スイッチング波形)とLPF通過後の出力波形の例を示しており、図(B)は、LPF通過後の出力波形の周波数スペクトルの例を示している。   FIG. 5 is a diagram showing an example of a signal waveform and a frequency spectrum in the drive circuit of the class D amplifier of the present invention, showing an example in which the carrier wave signal is 62.5 kHz and the PWM clock frequency is 625 kHz. Yes. 5A shows an example of a PWM modulation waveform (switching waveform) and an output waveform after passing through the LPF, and FIG. 5B shows an example of a frequency spectrum of the output waveform after passing through the LPF. ing.

従来例では、図6に示すように、PWM周波数が被変調信号周波数の整数倍でないときは、LPF後の出力波形に搬送波側波帯の歪み成分(スプリアスノイズ)が多く出ているが、本発明においては、図5に示すようにPWM周波数を被変調信号周波数(搬送波周波数)の整数倍にしているため、図6の例に見られるような搬送波側波帯の歪み成分(スプリアスノイズ)が出ていないことが分かる。図6に示す従来例では、PWM周波数が被変調信号周波数の整数倍でないため、被変調信号の位相とPWM信号の位相とが、被変調信号の周期毎に異なって(ずれて)しまう。これが搬送波側波帯の歪み成分(スプリアスノイズ)となって現れてくる。   In the conventional example, as shown in FIG. 6, when the PWM frequency is not an integer multiple of the modulated signal frequency, a distortion component (spurious noise) in the carrier sideband appears in the output waveform after LPF. In the present invention, as shown in FIG. 5, the PWM frequency is an integer multiple of the modulated signal frequency (carrier frequency), so that the distortion component (spurious noise) of the carrier sideband as seen in the example of FIG. You can see that it is not out. In the conventional example shown in FIG. 6, since the PWM frequency is not an integral multiple of the modulated signal frequency, the phase of the modulated signal and the phase of the PWM signal differ (shift) for each period of the modulated signal. This appears as a distortion component (spurious noise) in the carrier sideband.

D級アンプの負荷として超音波スピーカを駆動する場合を考えると、PWM周波数が搬送波周波数の整数倍でないとき(図6の場合)は、入力信号が0のとき(搬送波のみの状態)でも搬送波側波帯域にスプリアスノイズ成分が立つので、パラメトリックアレイ効果によって、搬送波成分とスプリアスノイズ成分との差音成分が自己復調されてしまい、そのうち可聴帯域の差音成分が無信号時ノイズとして聞こえる恐れがある。これに対してPWM周波数を搬送波の整数倍にすると(図5の場合)、搬送波側波帯域にはスプリアスノイズ成分が出なくなるので、前者のような無信号時ノイズを抑えることができる。   Considering the case where an ultrasonic speaker is driven as a load of a class D amplifier, when the PWM frequency is not an integral multiple of the carrier frequency (in the case of FIG. 6), even when the input signal is 0 (only the carrier wave state) Since spurious noise components stand in the wave band, the difference sound component between the carrier wave component and the spurious noise component is self-demodulated by the parametric array effect, and the difference sound component in the audible band may be heard as noise when there is no signal. . On the other hand, if the PWM frequency is set to an integral multiple of the carrier wave (in the case of FIG. 5), no spurious noise component is generated in the carrier sideband, so that no-signal noise such as the former can be suppressed.

以上より、PWM周波数を搬送波(被変調信号)周波数の整数倍にすることによって、D級アンプの再生出力のS/N比を高くすることができる。   As described above, the S / N ratio of the reproduction output of the class D amplifier can be increased by setting the PWM frequency to an integer multiple of the carrier wave (modulated signal) frequency.

上述したように、D級アンプのPWM周波数を、超音波スピーカの搬送波周波数の整数倍とすることにより、整数倍でない場合(図6)よりPWM変調の際に発生するスプリアスノイズを低減することができるため(図5)、超音波スピーカから発生される可聴音ノイズを小さくすることができる。特に、出力0(搬送波成分のみ)の時に生成される(感じられる)可聴音ノイズ成分を抑えることができる。   As described above, by setting the PWM frequency of the class D amplifier to an integer multiple of the carrier frequency of the ultrasonic speaker, it is possible to reduce spurious noise generated during PWM modulation than when it is not an integral multiple (FIG. 6). Therefore, the audible sound noise generated from the ultrasonic speaker can be reduced. In particular, it is possible to suppress the audible sound noise component generated (feeled) when the output is 0 (only the carrier wave component).

なお、負荷は超音波スピーカに限定されることはなく、特定の周波数の搬送波を用いた変調信号を出力する場合であれば、適用することができる。   Note that the load is not limited to the ultrasonic speaker, and can be applied if a modulated signal using a carrier wave of a specific frequency is output.

[第2の実施の形態]
第1の実施の形態では、本発明のD級アンプの駆動回路の構成と動作について説明したが、第2の実施の形態として、本発明のD級アンプの駆動回路により静電型トランスデューサを駆動する超音波スピーカの例について説明する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the configuration and operation of the drive circuit for the class D amplifier according to the present invention have been described. As a second embodiment, the electrostatic transducer is driven by the drive circuit for the class D amplifier according to the present invention. An example of an ultrasonic speaker will be described.

図7は、本発明のD級アンプで駆動するプッシュプル(Push−Pull)型の静電型トランスデューサの一例を示す図であり、特に超音波スピーカのトランスデューサとして使用するのに好適な構造になっている。なお、超音波スピーカに使用される静電型トランスデューサは、静電型超音波トランスデューサとも呼ばれる。   FIG. 7 is a diagram showing an example of a push-pull type electrostatic transducer driven by the class D amplifier of the present invention, and has a structure particularly suitable for use as a transducer of an ultrasonic speaker. ing. An electrostatic transducer used for an ultrasonic speaker is also called an electrostatic ultrasonic transducer.

図7(A)はトランスデューサの断面を示しており、導電層を有する振動膜112と、該振動膜112のそれぞれの面に対向して設けられた前面(第一の面)側固定電極101A及び背面(第二の面)側固定電極101Bからなる一対の固定電極とを有している(前面側固定電極101Aと背面側固定電極101Bの両方を指す場合は固定電極101と呼ぶ)。振動膜112は図7(A)に示すように電極を形成する導電層(振動膜電極)121を絶縁膜120で挟むように形成してもよいし、振動膜112の全体を導電性材料で形成するようにしてもよい。   FIG. 7A shows a cross section of the transducer. The vibrating membrane 112 having a conductive layer, the front surface (first surface) side fixed electrode 101A provided to face each surface of the vibrating membrane 112, and It has a pair of fixed electrodes composed of a back surface (second surface) side fixed electrode 101B (when both the front surface side fixed electrode 101A and the back surface side fixed electrode 101B are referred to as the fixed electrode 101). As shown in FIG. 7A, the vibration film 112 may be formed such that a conductive layer (vibration film electrode) 121 forming an electrode is sandwiched between insulating films 120, or the entire vibration film 112 is made of a conductive material. You may make it form.

また、振動膜112を挟持する前面側固定電極101Aには複数の貫通孔114Aが設けられており、かつ背面側固定電極101Bには前面側固定電極101Aに設けた各貫通孔114Aに対向する位置に同一形状の貫通孔114Bが設けられている(貫通孔114Aと貫通孔114Bの両方を指す場合は貫通孔114と呼ぶ)。前面側固定電極101Aと背面側固定電極101Bは、それぞれ支持部材111によって振動膜112から所定のギャップを隔てて支持されており、図7(A)に示すように振動膜112と固定電極とが一部空隙を介して対向するように支持部材111は形成されている。   The front-side fixed electrode 101A sandwiching the vibrating membrane 112 is provided with a plurality of through-holes 114A, and the back-side fixed electrode 101B is opposed to each through-hole 114A provided in the front-side fixed electrode 101A. Are provided with through holes 114B having the same shape (referring to both the through holes 114A and the through holes 114B as the through holes 114). The front-side fixed electrode 101A and the back-side fixed electrode 101B are supported by a support member 111 with a predetermined gap from the vibration film 112, respectively. As shown in FIG. The support member 111 is formed so as to face partly through a gap.

図7(B)はトランスデューサの片側平面外観を示したものであり(固定電極101の一部を切り欠き振動膜112を露出させた状態)、上記複数の貫通孔114がハニカム状に配列されている。   FIG. 7B shows a one-sided plan view of the transducer (a state in which a part of the fixed electrode 101 is cut away to expose the vibration film 112), and the plurality of through holes 114 are arranged in a honeycomb shape. Yes.

また、直流電源116は、振動膜電極121に直流バイアス電圧を印加するための電源であり、交流信号118A、118Bは、振動膜112を駆動するために、前面側固定電極101Aと背面側固定電極101Bに印加される信号である。   Further, the DC power source 116 is a power source for applying a DC bias voltage to the vibrating membrane electrode 121, and the AC signals 118 </ b> A and 118 </ b> B are used to drive the vibrating membrane 112 and the front side fixed electrode 101 </ b> A and the back side fixed electrode It is a signal applied to 101B.

また、図8は、本発明のD級アンプの駆動回路を使用した超音波スピーカの構成例を示す図である。図8に示す超音波スピーカは、可聴波周波数帯の信号波を生成する可聴周波数波信号源(オーディオ信号源)131と、本発明のD級アンプ1(図1、図2を参照)を有している。また、D級アンプ1の出力は出力トランスTを介して静電型トランスデューサ100に印加される。なお、出力トランスTの2次側巻線は中間タップを備えており、この中間タップを基準にして、直流バイアス電圧Eが振動膜電極121に印加される。   FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of an ultrasonic speaker using the drive circuit for the class D amplifier of the present invention. The ultrasonic speaker shown in FIG. 8 has an audio frequency wave signal source (audio signal source) 131 that generates a signal wave in the audio frequency band, and a class D amplifier 1 of the present invention (see FIGS. 1 and 2). is doing. The output of the class D amplifier 1 is applied to the electrostatic transducer 100 via the output transformer T. Note that the secondary winding of the output transformer T includes an intermediate tap, and a DC bias voltage E is applied to the diaphragm electrode 121 with reference to the intermediate tap.

上記構成において、可聴周波数波信号源131より出力される可聴周波数信号(オーディオ信号)をD級アンプ1に入力する。D級アンプ1では、入力信号により所定の周波数の搬送波(キャリア波)を振幅変調し、該振幅変調信号を搬送波周波数の整数倍の周波数でPWM変調し、D級出力段およびLCフィルタを介して増幅して出力する。そして、増幅した振幅変調信号を、出力トランスTの1次側巻線の両端に印加する。これにより、出力トランスTの2次側巻線に接続された静電型トランスデューサ100を駆動する。なお、D級アンプ1のPWM周波数は、搬送波周波数のN倍になるように設定されている。   In the above configuration, an audible frequency signal (audio signal) output from the audible frequency wave signal source 131 is input to the class D amplifier 1. In the class D amplifier 1, the carrier wave (carrier wave) having a predetermined frequency is amplitude-modulated by the input signal, the amplitude-modulated signal is PWM-modulated by an integer multiple of the carrier frequency, and the class D output stage and the LC filter are used. Amplify and output. Then, the amplified amplitude modulation signal is applied to both ends of the primary winding of the output transformer T. As a result, the electrostatic transducer 100 connected to the secondary winding of the output transformer T is driven. Note that the PWM frequency of the class D amplifier 1 is set to be N times the carrier frequency.

この結果、上記変調信号が静電型トランスデューサ100により有限振幅レベルの音波に変換され、この音波は媒質中(空気中)に放射されて媒質(空気)の非線形効果によって元の可聴周波数帯の信号音が自己再生される。つまり音波は空気を媒体として伝送する粗密波であるので、変調された超音波が伝播する過程で、空気の密な部分と疎な部分とが顕著に表れ、密な部分は音速が速く、疎な部分は音速が遅くなるので変調波自身に歪が生じ、その結果キャリア波(超音波)と可聴波(元オーディオ信号)に波形分離され、我々人間は20kHz以下の可聴音(元オーディオ信号)のみを聴くことができるという原理であり、一般にはバラメトリックアレイ効果と呼ばれている。   As a result, the modulated signal is converted into a sound wave of a finite amplitude level by the electrostatic transducer 100, and this sound wave is radiated into the medium (in the air) and is a signal in the original audible frequency band due to the nonlinear effect of the medium (air). The sound is self-playing. In other words, since sound waves are coarse and dense waves that are transmitted using air as a medium, the dense and sparse portions of air appear prominently in the process of propagation of the modulated ultrasonic waves, and the dense portions have high sound speed and sparseness. Since the speed of sound is slow in this part, the modulation wave itself is distorted. As a result, the waveform is separated into a carrier wave (ultrasonic wave) and an audible wave (original audio signal), and we humans have an audible sound (original audio signal) of 20 kHz or less. This is the principle of listening only to this, and is generally called the parametric array effect.

なお、図8に示す例では、本発明のD級アンプの駆動回路により、プッシュプル(Push−Pull)型の静電型トランスデューサを駆動する例について説明したが、駆動対象となる負荷はプッシュプル型の静電型トランスデューサに限定されず、他の種類の容量性の負荷をも好適に駆動することができる。例えば、振動膜の片面にだけ固定電極を配置し、振動膜を一方の側だけを吸引する構造のプル(Pull)型とよばれる静電型トランスデューサを駆動することもできる。   In the example shown in FIG. 8, the push-pull type electrostatic transducer is driven by the class D amplifier drive circuit of the present invention. However, the load to be driven is push-pull. The present invention is not limited to the electrostatic transducer of the type, and other types of capacitive loads can be suitably driven. For example, it is also possible to drive an electrostatic transducer called a pull type having a structure in which a fixed electrode is disposed only on one side of a vibrating membrane and the vibrating membrane is sucked only on one side.

図9は、プル(Pull)型の静電型トランスデューサの駆動回路の構成例を示す図である。図9(A)に示すプル(Pull)型の静電型トランスデューサ200は、振動体(振動膜)として3〜10μm程度の厚さのPET(ポリエチレンテレフタレート樹脂)等の誘電体211(絶縁体の振動膜)を用いている。誘電体211に対しては、アルミ等の金属箔として形成される上側電極212がその上面部に蒸着等の処理によって一体形成されるとともに、真鍮で形成された下側電極213が誘電体211の下面部に接触するように設けられている。この下側電極213は、リード222が接続されるとともに、ベークライト等からなるベース板215に固定されている。   FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of a drive circuit of a pull type electrostatic transducer. A pull-type electrostatic transducer 200 shown in FIG. 9A has a dielectric 211 (insulator) such as PET (polyethylene terephthalate resin) having a thickness of about 3 to 10 μm as a vibrating body (vibrating film). Vibrating membrane). For the dielectric 211, an upper electrode 212 formed as a metal foil such as aluminum is integrally formed on the upper surface by a process such as vapor deposition, and a lower electrode 213 formed of brass is formed on the dielectric 211. It is provided in contact with the lower surface. The lower electrode 213 is connected to a lead 222 and is fixed to a base plate 215 made of bakelite or the like.

また、上側電極212は、リード221が接続されており、このリード221は直流バイアス電源230に接続されている。この直流バイアス電源230により上側電極212には50〜150V程度の上電極吸着用の直流バイアス電圧が常時印加され、上側電極212が下側電極213側に吸着されるようになっている。231は信号源である。   The upper electrode 212 is connected to a lead 221, and the lead 221 is connected to a DC bias power supply 230. A DC bias voltage for attracting the upper electrode of about 50 to 150 V is always applied to the upper electrode 212 by the DC bias power source 230, and the upper electrode 212 is attracted to the lower electrode 213 side. Reference numeral 231 denotes a signal source.

誘電体211および上側電極212ならびにベース板215は、メタルリング216、217、および218、ならびにメッシュ219ともに、ケース201によってかしめられている。   The dielectric 211, the upper electrode 212, and the base plate 215 are caulked by the case 201 together with the metal rings 216, 217, and 218 and the mesh 219.

下側電極213の誘電体211側の面には不均一な形状を有する数十〜数百μm程度の微小な溝(凹凸部)が複数形成されている。この微小な溝は、下側電極213と誘電体211との間の空隙となるので、上側電極212および下側電極213間の静電容量の分布が微小に変化する。このランダムな微小な溝は、下側電極213の表面を手作業でヤスリにより荒らすことで形成されている。プル(Pull)型の静電型トランスデューサでは、このようにして空隙の大きさや深さの異なる無数のコンデンサを形成することによって、周波数特性が広帯域となっている。   On the surface of the lower electrode 213 on the dielectric 211 side, a plurality of minute grooves (uneven portions) of about several tens to several hundreds μm having a non-uniform shape are formed. Since this minute groove becomes a gap between the lower electrode 213 and the dielectric 211, the distribution of capacitance between the upper electrode 212 and the lower electrode 213 changes minutely. The random minute grooves are formed by manually roughing the surface of the lower electrode 213 with a file. In the pull type electrostatic transducer, the frequency characteristics have a wide band by forming innumerable capacitors having different gap sizes and depths.

図9(A)に示すプル型の静電型トランスデューサを本発明のD級アンプの駆動回路により駆動することができる。図9(B)は、プル型の静電型トランスデューサを本発明のD級アンプ1(図1、図2を参照)で駆動する回路構成を示す図であり、プル(Pull)型の静電型トランスデューサ200の等価静電容量をCpullとして示している。   The pull type electrostatic transducer shown in FIG. 9A can be driven by the drive circuit of the class D amplifier of the present invention. FIG. 9B is a diagram showing a circuit configuration for driving a pull-type electrostatic transducer with a class D amplifier 1 of the present invention (see FIGS. 1 and 2), and is a pull-type electrostatic transducer. The equivalent capacitance of the type transducer 200 is shown as Cpull.

図9(B)において、出力トランスTを介してD級アンプ1からの出力を昇圧した後、プル型の静電型トランスデューサ(Cpull)200に印加するように構成されている。出力トランスTの2次側巻線の一方の端子は、プル型の静電型トランスデューサ(Cpull)200の上側電極212に直流バイアス電源230を介して接続され、他方の端子は下側電極213にそれぞれ接続されている。   In FIG. 9B, the output from the class D amplifier 1 is boosted via the output transformer T and then applied to the pull type electrostatic transducer (Cpull) 200. One terminal of the secondary winding of the output transformer T is connected to the upper electrode 212 of the pull-type electrostatic transducer (Cpull) 200 via the DC bias power supply 230, and the other terminal is connected to the lower electrode 213. Each is connected.

上記の構成により、静電型トランスデューサ200の上側電極212と下側電極213とには、直流バイアス電圧に重畳した交流信号が印加される。このように、上側電極212に直流バイアス電圧と交流信号を印加することにより、上側電極212の下側電極213に対する吸引力が変化することにより、振動膜(誘電体)211が振動し、振動膜211から音波が放射される。   With the above configuration, an AC signal superimposed on a DC bias voltage is applied to the upper electrode 212 and the lower electrode 213 of the electrostatic transducer 200. In this way, by applying a DC bias voltage and an AC signal to the upper electrode 212, the attractive force with respect to the lower electrode 213 of the upper electrode 212 changes, so that the vibration film (dielectric material) 211 vibrates, and the vibration film A sound wave is emitted from 211.

また、図10は、圧電型超音波トランスデューサの駆動回路の構成例を示す図である。振動素子として圧電セラミックを用いて電気信号から超音波への変換を行う圧電型の超音波トランスデューサの構成例を示している。図10(A)は、バイモルフ型の圧電型トランスデューサ(超音波トランスデューサ)を示している、   FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of a drive circuit of the piezoelectric ultrasonic transducer. A configuration example of a piezoelectric ultrasonic transducer that performs conversion from an electric signal to ultrasonic waves using a piezoelectric ceramic as a vibration element is shown. FIG. 10A shows a bimorph piezoelectric transducer (ultrasonic transducer).

図10(A)に示すバイモルフ型の圧電型トランスデューサ301は、2枚の圧電素子(圧電セラミック)311および312と、コーン313と、ケース314と、リード315および316と、スクリーン317とから構成されている。圧電素子311および312は、互いに貼り合わされていて、その貼り合わせ面と反対側の面にそれぞれリード315とリード316が接続されている。   A bimorph type piezoelectric transducer 301 shown in FIG. 10A includes two piezoelectric elements (piezoelectric ceramics) 311 and 312, a cone 313, a case 314, leads 315 and 316, and a screen 317. ing. The piezoelectric elements 311 and 312 are bonded to each other, and a lead 315 and a lead 316 are connected to a surface opposite to the bonded surface, respectively.

図10(A)に示す圧電型のトランスデューサにおいても、本発明のD級アンプの駆動回路を好適に使用することができる。図10(B)は、圧電型の超音波トランスデューサの回路構成を示す図であり、バイモルフ型の圧電型トランスデューサ301の等価静電容量をCbmとして示している。   Also in the piezoelectric transducer shown in FIG. 10A, the drive circuit of the class D amplifier of the present invention can be preferably used. FIG. 10B is a diagram showing a circuit configuration of a piezoelectric ultrasonic transducer, and shows an equivalent capacitance of the bimorph piezoelectric transducer 301 as Cbm.

図10(B)において、出力トランスTを介してD級アンプ1からの出力を昇圧した後、圧電型トランスデューサ(Cbm)301に印加するように構成されている。出力トランスTの2次側巻線の一方の端子は、圧電型トランスデューサ(Cbm)301の一方の圧電素子311に接続され、他方の端子は他方の圧電素子312にそれぞれ接続されている。   In FIG. 10B, the output from the class D amplifier 1 is boosted via the output transformer T and then applied to the piezoelectric transducer (Cbm) 301. One terminal of the secondary winding of the output transformer T is connected to one piezoelectric element 311 of the piezoelectric transducer (Cbm) 301, and the other terminal is connected to the other piezoelectric element 312.

上記の構成により、圧電型トランスデューサ301の圧電素子311と圧電素子312には、交流信号が印加される。これにより、圧電素子311、312が振動することにより、音波が放射される。   With the above configuration, an AC signal is applied to the piezoelectric elements 311 and 312 of the piezoelectric transducer 301. As a result, the piezoelectric elements 311 and 312 vibrate to emit sound waves.

上述したように、超音波スピーカをD級アンプで駆動する場合に、PWM周波数を、超音波スピーカの搬送波周波数の整数倍とすることにより、PWM変調の際に発生するスプリアスノイズを低減することができる。このため、超音波スピーカから発生される可聴音ノイズを小さくすることができる。特に、出力0(搬送波成分のみ)の時に生成される(感じられる)可聴音ノイズ成分を抑えることができる。   As described above, when the ultrasonic speaker is driven by a class D amplifier, the spurious noise generated during PWM modulation can be reduced by setting the PWM frequency to an integer multiple of the carrier frequency of the ultrasonic speaker. it can. For this reason, the audible sound noise generated from the ultrasonic speaker can be reduced. In particular, it is possible to suppress the audible sound noise component generated (feeled) when the output is 0 (only the carrier wave component).

[第3実施の形態]
第2の実施の形態では、本発明のD級アンプの駆動回路を使用した超音波スピーカの例について説明したが、本発明の第3の実施の形態として、本発明の超音波スピーカを用いた表示装置の例について説明する。
[Third embodiment]
In the second embodiment, the example of the ultrasonic speaker using the drive circuit of the class D amplifier of the present invention has been described. However, the ultrasonic speaker of the present invention is used as the third embodiment of the present invention. An example of the display device will be described.

図11は、表示装置の一例として、プロジェクタを例に取ったものであり、その使用状態を示したものである。同図に示すように、プロジェクタ(表示装置)401は視聴者403の後方に設置され、視聴者403の前方に設置されたスクリーン402に映像を投影するとともに、プロジェクタ401に搭載されている超音波スピーカによりスクリーン402の投影面に仮想音源を形成し、音声を再生するようになっている。   FIG. 11 shows a projector as an example of a display device, and shows a use state thereof. As shown in the figure, a projector (display device) 401 is installed behind the viewer 403, projects an image on a screen 402 installed in front of the viewer 403, and is equipped with an ultrasonic wave mounted on the projector 401. A virtual sound source is formed on the projection surface of the screen 402 by a speaker to reproduce sound.

プロジェクタ401の外観構成を図12に示す。プロジェクタ401は、映像をスクリーン等の投影面に投影する投影光学系を含むプロジェクタ本体420と、超音波周波数帯の音波を発振できる静電型超音波トランスデューサ(以下、単に「超音波トランスデューサ」とも呼ぶ)424A、424Bを含んで構成され、音響ソースから供給される音声信号から可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカとが一体的に構成されている。本実施形態では、ステレオ音声信号を再生するために、投影光学系を構成するプロジェクタレンズ431を挟んで、左右に超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ424A、424Bが搭載されている。
さらに、プロジェクタ本体420の底面には低音再生用スピーカ423が設けられている。また、425は、プロジェクタ本体420の高さ調整を行うための高さ調節ねじ、426は、空冷フアン用の排気口である。
An external configuration of the projector 401 is shown in FIG. The projector 401 includes a projector main body 420 including a projection optical system that projects an image on a projection surface such as a screen, and an electrostatic ultrasonic transducer (hereinafter simply referred to as “ultrasonic transducer”) that can oscillate sound waves in an ultrasonic frequency band. ) 424A and 424B, and an ultrasonic speaker that reproduces an audible frequency band signal sound from an audio signal supplied from an acoustic source. In the present embodiment, in order to reproduce a stereo audio signal, ultrasonic transducers 424A and 424B constituting ultrasonic speakers are mounted on the left and right with a projector lens 431 constituting the projection optical system interposed therebetween.
Further, a low-pitched sound reproduction speaker 423 is provided on the bottom surface of the projector main body 420. Reference numeral 425 denotes a height adjusting screw for adjusting the height of the projector main body 420, and reference numeral 426 denotes an air cooling fan exhaust port.

また、プロジェクタ401では、超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサとして、本発明のD級アンプで駆動される静電型超音波トランスデューサを使用している。   In the projector 401, an electrostatic ultrasonic transducer driven by a class D amplifier of the present invention is used as an ultrasonic transducer constituting the ultrasonic speaker.

次に、プロジェクタ401の電気的構成を図13に示す。プロジェクタ401は、操作入力部410と、再生範囲設定部412、再生範囲制御処理部413、音声/映像信号再生部414、D級アンプ422A、422B及び超音波トランスデューサ424A、424Bからなる超音波スピーカと、ハイパスフィルタ417A、417Bと、ローパスフィルタ419と、ミキサ421と、パワーアンプ422Cと、低音再生用スピーカ423と、プロジェクタ本体420とを有している。   Next, the electrical configuration of the projector 401 is shown in FIG. The projector 401 includes an ultrasonic speaker including an operation input unit 410, a reproduction range setting unit 412, a reproduction range control processing unit 413, an audio / video signal reproduction unit 414, class D amplifiers 422A and 422B, and ultrasonic transducers 424A and 424B. , High pass filters 417A, 417B, low pass filter 419, mixer 421, power amplifier 422C, low sound reproduction speaker 423, and projector main body 420.

なお、D級アンプ422A、422Bは、本発明のD級アンプの駆動回路(図1及び図2を参照)を用いたものであり、図1及び図2に示すように搬送波生成回路11と振幅変調回路12等を備えており、また、図2に示すように、搬送波生成回路11で生成するキャリア波(搬送波)の周波数は外部設定できるように構成されている。   The class D amplifiers 422A and 422B use the class D amplifier drive circuit of the present invention (see FIGS. 1 and 2). As shown in FIGS. A modulation circuit 12 and the like are provided, and as shown in FIG. 2, the frequency of the carrier wave (carrier wave) generated by the carrier wave generation circuit 11 can be set externally.

プロジェクタ本体420は、映像を生成する映像生成部432と、生成された映像を投影面に投影する投影光学系433とを有している。このように、プロジェクタ401は、超音波スピーカ及び低音再生用スピーカ423と、プロジェクタ本体420とが一体化されて構成されている。   The projector main body 420 includes a video generation unit 432 that generates a video and a projection optical system 433 that projects the generated video onto a projection surface. As described above, the projector 401 is configured by integrating the ultrasonic speaker and the bass reproduction speaker 423 and the projector main body 420.

操作入力部410は、テンキー、数字キー、電源のオン、オフをおこなうための電源キーを含む各種機能キーを有している。再生範囲設定部412は、ユーザが操作入力部410をキー操作することにより再生信号(信号音)の再生範囲を指定するデータを入力できるようになっており、該データが入力されると、再生信号の再生範囲を規定するキャリア波の周波数が設定され、保持されるようになっている。再生信号の再生範囲の設定は、超音波トランスデューサ424A,424Bの音波放射面から放射軸方向に再生信号が到達する距離を指定することにより行われる。   The operation input unit 410 includes various function keys including a numeric keypad, numeric keys, and a power key for turning on / off the power. The playback range setting unit 412 can input data for specifying the playback range of a playback signal (signal sound) by a user operating the operation input unit 410 with a key. The frequency of the carrier wave that defines the reproduction range of the signal is set and held. The reproduction range of the reproduction signal is set by designating the distance that the reproduction signal reaches in the radial axis direction from the sound wave emitting surfaces of the ultrasonic transducers 424A and 424B.

また、再生範囲設定部412は、音声/映像信号再生部414より映像内容に応じて出力される制御信号によりキャリア波の周波数が設定できるようになっている。
また、再生範囲制御処理部413は、再生範囲設定部412の設定内容を参照し、設定された再生範囲となるようキャリア波の周波数を変更するようにD級アンプ422A、422Bを制御する機能を有する。
例えば、再生範囲設定部412の内部情報として、キャリア波周波数が50kHzに対応する上記距離が設定されている場合、D級アンプ422A、422Bに対して50kHzのキャリア波を生成するように制御する。
Further, the reproduction range setting unit 412 can set the frequency of the carrier wave by the control signal output according to the video content from the audio / video signal reproduction unit 414.
Also, the reproduction range control processing unit 413 refers to the setting contents of the reproduction range setting unit 412 and has a function of controlling the class D amplifiers 422A and 422B so as to change the frequency of the carrier wave so as to be within the set reproduction range. Have.
For example, when the above-mentioned distance corresponding to a carrier wave frequency of 50 kHz is set as internal information of the reproduction range setting unit 412, control is performed so that a 50 kHz carrier wave is generated for the class D amplifiers 422A and 422B.

再生範囲制御処理部413は、再生範囲を規定する超音波トランスデューサ424A,424Bの音波放射面から放射軸方向に再生信号が到達する距離とキャリア波の周波数との関係を示すテーブルが予め記憶されている記憶部を有している。このテーブルのデータは、キャリア波の周波数と上記再生信号の到達距離との関係を実際に計測することにより得られる。
再生範囲制御処理部413は、再生範囲設定部412の設定内容に基づいて、上記テーブルを参照して設定された距離情報に対応するキャリア波の周波数を求め、該周波数となるようにD級アンプ422A、422Bを制御する。
The reproduction range control processing unit 413 stores in advance a table indicating the relationship between the distance that the reproduction signal reaches in the radial axis direction from the sound wave emitting surfaces of the ultrasonic transducers 424A and 424B that define the reproduction range and the frequency of the carrier wave. It has a storage part. The data in this table is obtained by actually measuring the relationship between the frequency of the carrier wave and the reach distance of the reproduction signal.
The reproduction range control processing unit 413 obtains the frequency of the carrier wave corresponding to the distance information set with reference to the table based on the setting content of the reproduction range setting unit 412 and class D amplifier so as to obtain the frequency. 422A and 422B are controlled.

音声/映像信号再生部414は、例えば、映像媒体としてDVDを用いるDVDプレーヤーであり、再生した音声信号のうちRチャンネルの音声信号は、ハイパスフィルタ417Aを介しD級アンプ422Aに、Lチャンネルの音声信号はハイパスフィルタ417Bを介してD級アンプ422Bに、映像信号はプロジェクタ本体420の映像生成部432にそれぞれ、出力されるようになっている。
また、音声/映像信号再生部414より出力されるRチャンネルの音声信号とLチャンネルの音声信号は、ミキサ421により合成され、ローパスフィルタ419を介してパワーアンプ422Cに入力されるようになっている。音声/映像信号再生部414は、音響ソースに相当する。
The audio / video signal reproduction unit 414 is, for example, a DVD player that uses a DVD as a video medium. Of the reproduced audio signals, the R channel audio signal is sent to the D-class amplifier 422A via the high-pass filter 417A. The signal is output to the class D amplifier 422B via the high-pass filter 417B, and the video signal is output to the video generation unit 432 of the projector main body 420.
The R channel audio signal and the L channel audio signal output from the audio / video signal reproduction unit 414 are combined by the mixer 421 and input to the power amplifier 422C via the low-pass filter 419. . The audio / video signal reproduction unit 414 corresponds to an acoustic source.

ハイパスフィルタ417A,417Bは、それぞれ、Rチャンネル、Lチャンネルの音声信号における中高音域(第一の音域)の周波数成分のみを通過させる特性を有しており、またローパスフィルタは、Rチャンネル、Lチャンネルの音声信号における低音域(第二の音域)の周波数成分のみを通過させる特性を有している。   The high-pass filters 417A and 417B have a characteristic of passing only the frequency components in the middle and high sound range (first sound range) in the R-channel and L-channel audio signals, respectively. Only the low frequency range (second range) frequency component of the audio signal of the channel is passed.

したがって、上記Rチャンネル、Lチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号は、それぞれ超音波トランスデューサ424A、424Bにより再生され、上記Rチャンネル、Lチャンネルの音声信号のうち低音域の音声信号は低音再生用スピーカ423により再生されることとなる。   Accordingly, among the R channel and L channel audio signals, the mid and high range audio signals are reproduced by the ultrasonic transducers 424A and 424B, respectively, and among the R channel and L channel audio signals, the low range audio signals are low frequencies. Playback is performed by the playback speaker 423.

なお、音声/映像信号再生部414はDVDプレーヤーに限らず、外部から入力されるビデオ信号を再生する再生装置であってもよい。また、音声/映像信号再生部414は、再生される映像のシーンに応じた音響効果を出すために再生音の再生範囲を動的に変更するように、再生範囲設定部412に再生範囲を指示する制御信号を出力する機能を有している。   The audio / video signal playback unit 414 is not limited to a DVD player, and may be a playback device that plays back an externally input video signal. Also, the audio / video signal playback unit 414 instructs the playback range setting unit 412 to dynamically change the playback range of the playback sound in order to produce an acoustic effect according to the scene of the video to be played back. Has a function of outputting a control signal.

映像生成部432は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル(PDP)等のディスプレイと、該ディスプレイを音声/映像信号再生部414から出力される映像信号に基づいて駆動する駆動回路等を有しており、音声/映像信号再生部414から出力される映像信号から得られる映像を生成する。
投影光学系433は、ディスプレイに表示された映像をプロジェクタ本体420の前方に設置されたスクリーン等の投影面に投影する機能を有している。
The video generation unit 432 includes a display such as a liquid crystal display and a plasma display panel (PDP), and a drive circuit that drives the display based on a video signal output from the audio / video signal reproduction unit 414. A video obtained from the video signal output from the audio / video signal reproduction unit 414 is generated.
The projection optical system 433 has a function of projecting an image displayed on the display onto a projection surface such as a screen installed in front of the projector main body 420.

次に、上記構成からなるプロジェクタ401の動作について説明する。まず、ユーザのキー操作により操作入力部410から再生信号の再生範囲を指示するデータ(距離情報)が再生範囲設定部412に設定され、音声/映像信号再生部414に再生指示がなされる。   Next, the operation of the projector 401 having the above configuration will be described. First, data (distance information) for instructing the reproduction range of the reproduction signal is set in the reproduction range setting unit 412 from the operation input unit 410 by the user's key operation, and the audio / video signal reproduction unit 414 is instructed to reproduce.

この結果、再生範囲設定部412には、再生範囲を規定する距離情報が設定され、再生範囲制御処理部413は、再生範囲設定部412に設定された距離情報を取り込み、内蔵する記憶部に記憶されているテーブルを参照し、上記設定された距離情報に対応するキャリア波の周波数を求め、該周波数のキャリア波を生成するようにD級アンプ422A、422B内の搬送波生成回路11(図1及び図2参照)を制御する。   As a result, distance information that defines the reproduction range is set in the reproduction range setting unit 412, and the reproduction range control processing unit 413 takes in the distance information set in the reproduction range setting unit 412 and stores it in the built-in storage unit. The carrier wave generation circuit 11 in the class D amplifiers 422A and 422B (refer to FIG. 1 and FIG. 1) so as to obtain the carrier wave frequency corresponding to the set distance information, 2).

この結果、D級アンプ422A、422B内の搬送波生成回路11(図1及び図2参照)は、再生範囲設定部412に設定された距離情報に対応する周波数の搬送波キャリア波を生成し、振幅変調回路24(図1及び図2参照)に出力する。   As a result, the carrier wave generation circuit 11 (see FIGS. 1 and 2) in the class D amplifiers 422A and 422B generates a carrier wave wave having a frequency corresponding to the distance information set in the reproduction range setting unit 412 and performs amplitude modulation. It outputs to the circuit 24 (refer FIG.1 and FIG.2).

一方、音声/映像信号再生部414は、再生した音声信号のうちRチャンネルの音声信号を、ハイパスフィルタ417Aを介してD級アンプ422Aに、Lチャンネルの音声信号をハイパスフィルタ417Bを介してD級アンプ422Bに、Rチャンネルの音声信号及びLチャンネルの音声信号をミキサ421に出力し、映像信号をプロジェクタ本体420の映像生成部432にそれぞれ、出力する。   On the other hand, the audio / video signal reproduction unit 414 outputs the R channel audio signal to the class D amplifier 422A via the high pass filter 417A and the L channel audio signal to the class D via the high pass filter 417B. The amplifier 422B outputs an R channel audio signal and an L channel audio signal to the mixer 421, and outputs a video signal to the video generation unit 432 of the projector main body 420, respectively.

したがって、ハイパスフィルタ417Aにより上記Rチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号がD級アンプ422Aに入力され、ハイパスフィルタ417Bにより上記Lチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号がD級アンプ422Bに入力される。
また、上記Rチャンネルの音声信号及びLチャンネルの音声信号はミキサ421により合成され、ローパスフィルタ419により上記Rチャンネルの音声信号及びLチャンネルの音声信号のうち低音域の音声信号がパワーアンプ422Cに入力される。
Therefore, the high-pass filter 417A inputs the mid-high range audio signal of the R channel audio signal to the class D amplifier 422A, and the high-pass filter 417B converts the mid-high range audio signal of the L channel audio signal to the class D. Input to the amplifier 422B.
The R channel audio signal and the L channel audio signal are synthesized by the mixer 421, and the low frequency audio signal of the R channel audio signal and the L channel audio signal is input to the power amplifier 422C by the low-pass filter 419. Is done.

映像生成部432では、入力された映像信号に基づいてディスプレイを駆動して映像を生成し、表示する。このディスプレイに表示された映像は、投影光学系433により、投影面、例えば、図11に示すスクリーン402に投影される。   The video generation unit 432 generates and displays a video by driving the display based on the input video signal. The image displayed on the display is projected onto a projection surface, for example, the screen 402 shown in FIG. 11 by the projection optical system 433.

D級アンプ422A、422Bにより増幅されたキャリア波の変調信号は、それぞれ、超音波トランスデューサ424A、424Bの前面側固定電極(上電極)101Aと背面側固定電極(下電極)101B(図7参照)との間に印加され、該変調信号は、有限振幅レベルの音波(音響信号)に変換され、媒質(空気中)に放射され、超音波トランスデューサ424Aからは、上記Rチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号が再生され、超音波トランスデューサ424Bからは、上記Lチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号が再生される。
また、パワーアンプ422Cで増幅された上記Rチャンネル及びLチャンネルにおける低音域の音声信号は低音再生用スピーカ423により再生される。
The modulated signals of the carrier waves amplified by the class D amplifiers 422A and 422B are the front side fixed electrode (upper electrode) 101A and the back side fixed electrode (lower electrode) 101B of the ultrasonic transducers 424A and 424B, respectively (see FIG. 7). The modulation signal is converted into a sound wave (acoustic signal) having a finite amplitude level and radiated to a medium (in the air), and the ultrasonic transducer 424A receives a medium and high tone in the R channel audio signal. A sound signal in the high frequency range is reproduced from the ultrasonic transducer 424B.
In addition, the low frequency sound signal in the R channel and the L channel amplified by the power amplifier 422C is reproduced by the low sound reproduction speaker 423.

前述したように、超音波トランスデューサにより媒質中(空気中)に放射された超音波の伝播においては、その伝播に伴い音圧の高い部分では音速が高くなり、音圧の低い部分では音速は遅くなる。この結果、波形の歪みが発生する。   As described above, in the propagation of ultrasonic waves radiated into the medium (in the air) by the ultrasonic transducer, the sound speed increases at a portion where the sound pressure is high and the sound speed is slow at a portion where the sound pressure is low. Become. As a result, waveform distortion occurs.

放射する超音波帯域の信号(キャリア波)を可聴周波数帯の信号で変調(AM変調)しておいた場合には、上記波形歪みの結果により、変調時に用いた可聴周波数帯の信号波が超音波周波数帯のキャリア波と分離して自己復調する形で形成される。その際、再生信号の広がりは超音波の特性からビーム状となり、通常のスピーカとは全く異なる特定方向のみに音が再生される。   When a signal (carrier wave) in the radiated ultrasonic band is modulated (AM modulation) with a signal in the audible frequency band, the signal wave in the audible frequency band used for modulation is super It is formed so as to be self-demodulated separately from the carrier wave in the sonic frequency band. At this time, the spread of the reproduction signal becomes a beam shape due to the characteristics of ultrasonic waves, and the sound is reproduced only in a specific direction completely different from that of a normal speaker.

超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ424A、424Bから出力されるビーム状の再生信号は、投影光学系433により映像が投影される投影面(スクリーン)に向けて放射され、投影面で反射され拡散する。この場合に、再生範囲設定部412に設定されるキャリア波の周波数に応じて、超音波トランスデューサ424A、424Bの音波放射面からその放射軸方向(法線方向)においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、キャリア波のビーム幅(ビームの拡がり角)が異なるために、再生範囲は、変化する。   Beam-like reproduction signals output from the ultrasonic transducers 424A and 424B constituting the ultrasonic speaker are radiated toward the projection plane (screen) on which the image is projected by the projection optical system 433, reflected by the projection plane, and diffused. To do. In this case, the reproduction signal is separated from the carrier wave in the radial axis direction (normal direction) from the sound wave emission surface of the ultrasonic transducers 424A and 424B according to the frequency of the carrier wave set in the reproduction range setting unit 412. The reproduction range changes because the distance to the distance and the beam width of the carrier wave (beam divergence angle) are different.

プロジェクタ401における超音波トランスデューサ424A,424Bを含んで構成される超音波スピーカによる再生信号の再生時の状態を図14に示す。プロジェクタ401において、キャリア波が音声信号により変調された変調信号により超音波トランスデューサが駆動される際に、再生範囲設定部412により設定されたキャリア周波数が低い場合は、超音波トランスデューサ424の音波放射面からその放射軸方向(音波放射面の法線方向)においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、すなわち、再生地点までの距離が長くなる。   FIG. 14 shows a state when a reproduction signal is reproduced by an ultrasonic speaker including the ultrasonic transducers 424A and 424B in the projector 401. In the projector 401, when the ultrasonic transducer is driven by the modulation signal obtained by modulating the carrier wave with the audio signal, if the carrier frequency set by the reproduction range setting unit 412 is low, the sound wave emission surface of the ultrasonic transducer 424 The distance until the reproduction signal is separated from the carrier wave in the radial axis direction (normal direction of the sound wave emission surface), that is, the distance to the reproduction point becomes long.

したがって、再生された可聴周波数帯の再生信号のビームは、比較的拡がらずに投影面(スクリーン)402に到達することとなり、この状態で投影面402において反射するので、再生範囲は、図14において点線の矢印で示す可聴範囲Aとなり、投影面402から比較的に遠くかつ狭い範囲でのみ再生信号(再生音)が聞こえる状態となる。   Accordingly, the reproduced beam of the reproduced signal in the audible frequency band reaches the projection surface (screen) 402 without being relatively expanded, and is reflected on the projection surface 402 in this state. Therefore, the reproduction range is as shown in FIG. Becomes a audible range A indicated by a dotted arrow, and a reproduction signal (reproduction sound) can be heard only in a relatively far and narrow range from the projection plane 402.

これに対して、再生範囲設定部412により設定されたキャリア周波数が上述した場合より高い場合は、超音波トランスデューサ424の音波放射面から放射される音波は、キャリア周波数が低い場合より絞られているが、超音波トランスデューサ424の音波放射面からその放射軸方向(音波放射面の法線方向)においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、すなわち、再生地点までの距離が短くなる。   On the other hand, when the carrier frequency set by the reproduction range setting unit 412 is higher than the case described above, the sound wave radiated from the sound wave emission surface of the ultrasonic transducer 424 is narrowed compared to the case where the carrier frequency is low. However, the distance from the sound wave emission surface of the ultrasonic transducer 424 to the separation of the reproduction signal from the carrier wave in the radial axis direction (normal direction of the sound wave emission surface), that is, the distance to the reproduction point is shortened.

したがって、再生された可聴周波数帯の再生信号のビームは、投影面402に到達する前に拡がって投影面402に到達することとなり、この状態で投影面402において反射するので、再生範囲は、図14において実線の矢印で示す可聴範囲Bとなり、投影面402から比較的に近くかつ広い範囲でのみ再生信号(再生音)が聞こえる状態となる。   Therefore, the reproduced reproduction signal beam in the audible frequency band spreads before reaching the projection surface 402 and reaches the projection surface 402, and is reflected at the projection surface 402 in this state. 14, the audible range B is indicated by a solid arrow, and a playback signal (playback sound) can be heard only in a relatively close and wide range from the projection surface 402.

以上説明したように、本発明の表示装置(プロジェクタ等)では、本発明のD級アンプの駆動回路を有する静電型超音波トランスデューサを備えており、静電型超音波トランスデューサをD級アンプの駆動回路する際に、PWM周波数を、超音波スピーカの搬送波周波数の整数倍とすることにより、PWM変調の際に発生するスプリアスノイズを低減することができるため、静電型超音波トランスデューサから発生される可聴音ノイズを小さくすることができる。特に、出力0(搬送波成分のみ)の時に生成される(感じられる)可聴音ノイズ成分を抑えることができる。   As described above, the display device (projector or the like) of the present invention includes the electrostatic ultrasonic transducer having the drive circuit for the class D amplifier of the present invention. Spurious noise that occurs during PWM modulation can be reduced by setting the PWM frequency to an integral multiple of the carrier frequency of the ultrasonic speaker when driving the circuit, so it is generated from the electrostatic ultrasonic transducer. Audible noise can be reduced. In particular, it is possible to suppress the audible sound noise component generated (feeled) when the output is 0 (only the carrier wave component).

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の、D級アンプの駆動回路、超音波スピーカ、および表示装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the drive circuit, the ultrasonic speaker, and the display device of the class D amplifier according to the present invention are not limited to the above-described illustrated examples, but the gist of the present invention. Of course, various changes can be made without departing from the scope of the invention.

本発明の基本的な回路構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a basic circuit configuration of the present invention. 本発明のD級アンプの駆動回路の要部の回路構成例を示す図。The figure which shows the circuit structural example of the principal part of the drive circuit of the class D amplifier of this invention. 図2に示す要部を更に具体的に示した回路構成例を示す図。The figure which shows the circuit structural example which showed the principal part shown in FIG. 2 more concretely. 図3に示す回路の動作タイミングチャート。4 is an operation timing chart of the circuit shown in FIG. 本発明のD級アンプおける信号波形と周波数スペクトルの例を示す図。The figure which shows the example of the signal waveform and frequency spectrum in the class D amplifier of this invention. 従来のD級アンプおける信号波形と周波数スペクトルの例を示す図。The figure which shows the example of the signal waveform and frequency spectrum in the conventional class D amplifier. D級アンプで駆動する静電型トランスデューサの一例を示す図。The figure which shows an example of the electrostatic transducer driven with a class D amplifier. 超音波スピーカの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of an ultrasonic speaker. プル型の静電型トランスデューサの駆動回路の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the drive circuit of a pull type electrostatic transducer. 圧電型超音波トランスデューサの駆動回路の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the drive circuit of a piezoelectric type ultrasonic transducer. プロジェクタの構成例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a projector. 図11に示すプロジェクタの概観構成を示す図。FIG. 12 is a diagram showing an overview configuration of the projector shown in FIG. 11. 図12に示したプロジェクタの電気的構成例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an electrical configuration example of the projector shown in FIG. 12. 超音波トランスデューサによる再生信号の再生状態を示す図。The figure which shows the reproduction | regeneration state of the reproduction signal by an ultrasonic transducer.

符号の説明Explanation of symbols

1…D級アンプ、10…クロック発振器、11…搬送波生成回路、12…振幅変調回路、13…PWM変調回路、14…ゲート駆動回路、15…D級出力段、16…低域通過フィルタ、17…負荷、21…搬送波生成器、22…分周器、23…UP/DOWNカウンタ、24…振幅変調回路、25…コンパレータ、31…レジスタ(1)、32…レジスタ(2)、33…波形演算器、34…データメモリ、35…メモリコントローラ、100…プッシュプル型の静電型トランスデューサ、101…固定電極、101A…前面側固定電極、101B…背面側固定電極、111…支持部材、112…振動膜、114A、114B…貫通孔、116…直流電源、118A、118B…交流信号、120…絶縁膜、121…振動膜電極、131…可聴周波数波信号源、200…プル型の静電型トランスデューサ、211…誘電体(振動膜)、212…上側電極、213…下側電極、230…直流バイアス電源、231…信号源、301…圧電型トランスデューサ、311、312…圧電素子、401…プロジェクタ、402…スクリーン、402…投影面(スクリーン)、410…操作入力部、412…再生範囲設定部、413…再生範囲制御処理部、414…音声/映像信号再生部、417A,417B…ハイパスフィルタ、419…ローパスフィルタ、420…プロジェクタ本体、421…ミキサ、422A,422B…D級アンプ、422C…パワーアンプ、423…低音再生用スピーカ、424A、424B…超音波トランスデューサ、431…プロジェクタレンズ、432…映像生成部、433…投影光学系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Class D amplifier, 10 ... Clock oscillator, 11 ... Carrier wave generation circuit, 12 ... Amplitude modulation circuit, 13 ... PWM modulation circuit, 14 ... Gate drive circuit, 15 ... Class D output stage, 16 ... Low-pass filter, 17 ... Load, 21 ... Carrier wave generator, 22 ... Frequency divider, 23 ... UP / DOWN counter, 24 ... Amplitude modulation circuit, 25 ... Comparator, 31 ... Register (1), 32 ... Register (2), 33 ... Waveform calculation 34 ... Data memory, 35 ... Memory controller, 100 ... Push-pull type electrostatic transducer, 101 ... Fixed electrode, 101A ... Front side fixed electrode, 101B ... Rear side fixed electrode, 111 ... Support member, 112 ... Vibration Membrane, 114A, 114B ... through hole, 116 ... DC power supply, 118A, 118B ... AC signal, 120 ... insulating film, 121 ... vibrating membrane electrode, 131 ... audible Wave number wave signal source, 200 ... pull type electrostatic transducer, 211 ... dielectric (vibration film), 212 ... upper electrode, 213 ... lower electrode, 230 ... DC bias power supply, 231 ... signal source, 301 ... piezoelectric type Transducer, 311, 312 ... Piezoelectric element, 401 ... Projector, 402 ... Screen, 402 ... Projection surface (screen), 410 ... Operation input unit, 412 ... Playback range setting unit, 413 ... Playback range control processing unit, 414 ... Audio / Video signal reproduction unit, 417A, 417B ... high pass filter, 419 ... low pass filter, 420 ... projector main body, 421 ... mixer, 422A, 422B ... class D amplifier, 422C ... power amplifier, 423 ... bass reproduction speaker, 424A, 424B ... Ultrasonic transducer, 431 ... projector lens, 432 ... video Generating unit, 433 ... projection optical system

Claims (13)

第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの駆動方法であって、
前記入力信号に所定の周波数の搬送波を含む場合に、前記PWM信号の基本周波数を、前記搬送波周波数の整数倍に設定すること
を特徴とするD級アンプの駆動方法。
A totem pole type output circuit in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected to the output end side of the output circuit. A class-D amplifier that performs power amplification by turning on and off each switching element of the output circuit with a PWM signal obtained by PWM-modulating an input signal. A driving method comprising:
When the input signal includes a carrier wave having a predetermined frequency, the fundamental frequency of the PWM signal is set to an integer multiple of the carrier wave frequency.
第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの駆動方法であって、
前記入力信号により所定の周波数の搬送波を振幅変調することによって振幅変調信号を生成する手順と、
前記振幅変調信号を前記搬送波の整数倍の周波数でPWM変調することによってPWM信号を生成する手順と、
前記PWM信号によって前記スイッチング素子をスイッチングする手順と、
を含むことを特徴とするD級アンプの駆動方法。
A totem pole type output circuit in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected to the output end side of the output circuit. A class-D amplifier that performs power amplification by turning on and off each switching element of the output circuit with a PWM signal obtained by PWM-modulating an input signal. A driving method comprising:
Generating an amplitude modulated signal by amplitude modulating a carrier wave of a predetermined frequency with the input signal;
Generating a PWM signal by PWM modulating the amplitude modulated signal at a frequency that is an integer multiple of the carrier;
A procedure for switching the switching element by the PWM signal;
A method for driving a class D amplifier, comprising:
前記振幅変調方式が片側波帯振幅変調(SSB)方式であること
を特徴とする請求項2に記載のD級アンプの駆動方法。
The method of driving a class D amplifier according to claim 2, wherein the amplitude modulation method is a single sideband amplitude modulation (SSB) method.
第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの駆動回路であって、
前記入力信号に所定の周波数の搬送波を含む場合に、前記PWM信号の基本周波数を、前記搬送波周波数の整数倍に設定する手段を
備えることを特徴とするD級アンプの駆動回路。
A totem pole type output circuit in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected to the output end side of the output circuit. A class-D amplifier that performs power amplification by turning on and off each switching element of the output circuit with a PWM signal obtained by PWM-modulating an input signal. A drive circuit,
A drive circuit for a class D amplifier, comprising means for setting the fundamental frequency of the PWM signal to an integral multiple of the carrier frequency when the input signal includes a carrier wave of a predetermined frequency.
第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの駆動回路であって、
所定周波数f_caの搬送波を生成すると共に、前記搬送波周波数f_caの整数倍の周波数のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する搬送波生成回路と、
前記搬送波を前記入力信号によって振幅変調し、振幅変調信号AMを生成する振幅変調回路と、
前記PWMクロック信号UP/DOWNを基に、前記振幅変調信号AMをPWM変調するPWM変調回路と、
を備えることを特徴とするD級アンプの駆動回路。
A totem pole type output circuit in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected to the output end side of the output circuit. A class-D amplifier that performs power amplification by turning on and off each switching element of the output circuit with a PWM signal obtained by PWM-modulating an input signal. A drive circuit,
A carrier wave generating circuit for generating a carrier wave having a predetermined frequency f_ca and generating a PWM clock signal UP / DOWN having a frequency that is an integral multiple of the carrier frequency f_ca;
An amplitude modulation circuit for amplitude-modulating the carrier wave with the input signal to generate an amplitude-modulated signal AM;
A PWM modulation circuit for PWM modulating the amplitude modulation signal AM based on the PWM clock signal UP / DOWN;
A drive circuit for a class D amplifier, comprising:
第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの駆動回路であって、
所定周波数f_CLKのクロック信号CLKを生成するクロック発振器と、
前記クロック信号CLKを1/M(Mは整数)に分周し、周波数f_PWM(=f_CLK/M)のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する分周器と、
前記PWMクロック信号UP/DOWNの周波数f_PWMの1/N(Nは整数)の周波数f_ca(=f_PWM/N)の搬送波を生成する搬送波生成器と、
前記搬送波を前記入力信号によって振幅変調し、振幅変調信号AMを生成する振幅変調器と、
前記クロック信号UP/DOWNの信号レベルに応じて、クロック信号CLKをアップカウント、もしくはダウンカウントするアップ・ダウンカウンタと、
前記振幅変調信号AMのレベル値と、前記アップ・ダウンカウンタのカウント値とを比較し、その大小関係を二値のレベルに変換して出力するコンパレータと、
を備えることを特徴とするD級アンプの駆動回路。
A totem pole type output circuit in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected to the output end side of the output circuit. A class-D amplifier that performs power amplification by turning on and off each switching element of the output circuit with a PWM signal obtained by PWM-modulating an input signal. A drive circuit,
A clock oscillator that generates a clock signal CLK having a predetermined frequency f_CLK;
A frequency divider that divides the clock signal CLK by 1 / M (M is an integer) to generate a PWM clock signal UP / DOWN of frequency f_PWM (= f_CLK / M);
A carrier wave generator for generating a carrier wave having a frequency f_ca (= f_PWM / N) of 1 / N (N is an integer) of the frequency f_PWM of the PWM clock signal UP / DOWN;
An amplitude modulator that amplitude-modulates the carrier wave with the input signal to generate an amplitude-modulated signal AM;
An up / down counter that counts up or down the clock signal CLK according to the signal level of the clock signal UP / DOWN;
A comparator that compares the level value of the amplitude modulation signal AM with the count value of the up / down counter, converts the magnitude relationship into a binary level, and outputs the binary level;
A drive circuit for a class D amplifier, comprising:
前記搬送波の周波数f_caと前記PWMクロック信号UP/DOWNの周波数f_PWMとの比の値Nを設定値として保持する第1のレジスタ(1)と、
前記分周器の分周比の値Mを設定値として保持する第2のレジスタ(2)と、
をさらに備え、
前記搬送波生成器には、
第1のレジスタ(1)および第2のレジスタ(2)の値を参照し、一周期分の搬送波の波形をM×N個の値に標本化する波形演算器と、
前記波形演算器によって標本化された波形データを格納するデータメモリと、
前記データメモリに格納されたデータを、前記クロック信号CLKに同期して順次読み出しながら出力すると共に、M×N個(搬送波一周期分)のデータを繰り返し出力することによって、搬送波を連続生成するメモリコントローラと、
を備えることを特徴とする請求項6に記載のD級アンプの駆動回路。
A first register (1) that holds a value N of a ratio between the frequency f_ca of the carrier wave and the frequency f_PWM of the PWM clock signal UP / DOWN as a set value;
A second register (2) for holding a division ratio value M of the frequency divider as a set value;
Further comprising
The carrier generator includes
A waveform calculator that references the values of the first register (1) and the second register (2) and samples the waveform of the carrier wave for one period into M × N values;
A data memory for storing waveform data sampled by the waveform calculator;
A memory for continuously generating a carrier wave by outputting data stored in the data memory while sequentially reading in synchronization with the clock signal CLK and repeatedly outputting M × N (one carrier wave period) data. A controller,
The drive circuit of the class D amplifier according to claim 6, comprising:
前記振幅変調方式が片側波帯振幅変調(SSB)方式であるように構成されたこと
を特徴とする請求項4から7のいずれかに記載のD級アンプの駆動回路。
The drive circuit of the class D amplifier according to any one of claims 4 to 7, wherein the amplitude modulation system is configured to be a single sideband amplitude modulation (SSB) system.
第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプによって駆動される静電型トランスデューサであって、
前記D級アンプを駆動する回路には、
所定周波数f_caの搬送波を生成すると共に、前記搬送波周波数f_caの整数倍の周波数のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する搬送波生成回路と、
前記搬送波を前記入力信号によって振幅変調し、振幅変調信号AMを生成する振幅変調回路と、
前記PWMクロック信号UP/DOWNを基に、前記振幅変調信号AMをPWM変調するPWM変調回路と、を備えること、
を特徴とする静電型トランスデューサ。
A totem pole type output circuit in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected to the output end side of the output circuit. A class-D amplifier that performs power amplification by turning on and off each switching element of the output circuit with a PWM signal obtained by PWM-modulating an input signal. A driven electrostatic transducer comprising:
In the circuit for driving the class D amplifier,
A carrier wave generating circuit for generating a carrier wave having a predetermined frequency f_ca and generating a PWM clock signal UP / DOWN having a frequency that is an integral multiple of the carrier frequency f_ca;
An amplitude modulation circuit for amplitude-modulating the carrier wave with the input signal to generate an amplitude-modulated signal AM;
A PWM modulation circuit that PWM modulates the amplitude modulation signal AM based on the PWM clock signal UP / DOWN.
An electrostatic transducer characterized by the above.
前記静電型トランスデューサは、
複数の孔が形成された第一の面側の固定電極と、
前記第一の面側の固定電極と対をなす複数の孔が形成された第二の面側の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟まれるとともに導電層を有し、該導電層に直流バイアス電圧が印加される振動膜とで構成されていること
を特徴とする請求項9に記載の静電型トランスデューサ。
The electrostatic transducer is
A fixed electrode on the first surface side in which a plurality of holes are formed;
A fixed electrode on the second surface side in which a plurality of holes paired with the fixed electrode on the first surface side are formed;
The electrostatic transducer according to claim 9, wherein the electrostatic transducer includes a conductive layer sandwiched between the pair of fixed electrodes, and a vibration film to which a DC bias voltage is applied to the conductive layer.
第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの出力端子間に静電型超音波トランスデューサを接続して構成する超音波スピーカであって、
前記D級アンプを駆動する回路には、
所定周波数f_caの搬送波を生成すると共に、前記搬送波周波数f_caの整数倍の周波数のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する搬送波生成回路と、
前記搬送波を前記入力信号によって振幅変調し、振幅変調信号AMを生成する振幅変調回路と、
前記PWMクロック信号UP/DOWNを基に、前記振幅変調信号AMをPWM変調するPWM変調回路と、を備えること、
を特徴とする超音波スピーカ。
A totem pole type output circuit in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected to the output end side of the output circuit. A class-D amplifier that performs power amplification by turning on and off each switching element of the output circuit with a PWM signal obtained by PWM-modulating an input signal. An ultrasonic speaker configured by connecting an electrostatic ultrasonic transducer between output terminals,
In the circuit for driving the class D amplifier,
A carrier wave generating circuit for generating a carrier wave having a predetermined frequency f_ca and generating a PWM clock signal UP / DOWN having a frequency that is an integral multiple of the carrier frequency f_ca;
An amplitude modulation circuit for amplitude-modulating the carrier wave with the input signal to generate an amplitude-modulated signal AM;
A PWM modulation circuit that PWM modulates the amplitude modulation signal AM based on the PWM clock signal UP / DOWN.
Ultrasonic speaker characterized by.
音響ソースから供給される音声信号を再生し可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカと、映像を投影面に投影する投影光学系とを備える表示装置であって、
前記超音波スピーカは、
第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの出力端子間に静電型超音波トランスデューサを接続して構成するとともに、
前記D級アンプを駆動する回路には、
所定周波数f_caの搬送波を生成すると共に、前記搬送波周波数f_caの整数倍の周波数のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する搬送波生成回路と、
前記搬送波を前記入力信号によって振幅変調し、振幅変調信号AMを生成する振幅変調回路と、
前記PWMクロック信号UP/DOWNを基に、前記振幅変調信号AMをPWM変調するPWM変調回路と、を備えること、
を特徴とする表示装置。
A display device comprising: an ultrasonic speaker that reproduces an audio signal supplied from an acoustic source and reproduces an audio frequency band signal sound; and a projection optical system that projects an image on a projection surface,
The ultrasonic speaker is
A totem pole type output circuit in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected to the output end side of the output circuit. A class-D amplifier that performs power amplification by turning on and off each switching element of the output circuit with a PWM signal obtained by PWM-modulating an input signal. Construct and connect an electrostatic ultrasonic transducer between the output terminals,
In the circuit for driving the class D amplifier,
A carrier wave generating circuit for generating a carrier wave having a predetermined frequency f_ca and generating a PWM clock signal UP / DOWN having a frequency that is an integral multiple of the carrier frequency f_ca;
An amplitude modulation circuit for amplitude-modulating the carrier wave with the input signal to generate an amplitude-modulated signal AM;
A PWM modulation circuit that PWM modulates the amplitude modulation signal AM based on the PWM clock signal UP / DOWN.
A display device.
音響ソースから供給される音声信号のうち第一の音域の信号を再生する超音波スピーカと、前記音響ソースから供給される音声信号のうち前記第一の音域よりも低い第二の音域の信号を再生する低音再生用スピーカと、を有する指向性音響システムであって、
前記超音波スピーカは、
第一の電源に接続されたハイサイドのスイッチング素子と第二の電源もしくはグラウンドに接続されたローサイドのスイッチング素子とを接続したトーテムポール型の出力回路と、前記出力回路の出力端側に接続される低域通過フィルタとで構成される回路を一組以上備えるとともに、入力信号をPWM変調したPWM信号により前記出力回路の各スイッチング素子をオン、オフ制御することによって電力増幅を行うD級アンプの出力端子間に静電型超音波トランスデューサを接続して構成するとともに、
前記D級アンプを駆動する回路には、
所定周波数f_caの搬送波を生成すると共に、前記搬送波周波数f_caの整数倍の周波数のPWMクロック信号UP/DOWNを生成する搬送波生成回路と、
前記搬送波を前記入力信号によって振幅変調し、振幅変調信号AMを生成する振幅変調回路と、
前記PWMクロック信号UP/DOWNを基に、前記振幅変調信号AMをPWM変調するPWM変調回路と、を備えること、
を特徴とする指向性音響システム。
An ultrasonic speaker that reproduces a signal in the first range among audio signals supplied from an acoustic source, and a signal in a second range that is lower than the first range among audio signals supplied from the acoustic source. A directional acoustic system having a bass reproduction speaker for reproduction,
The ultrasonic speaker is
A totem pole type output circuit in which a high-side switching element connected to a first power supply and a low-side switching element connected to a second power supply or ground are connected to the output end side of the output circuit. A class-D amplifier that performs power amplification by turning on and off each switching element of the output circuit with a PWM signal obtained by PWM-modulating an input signal. Construct and connect an electrostatic ultrasonic transducer between the output terminals,
In the circuit for driving the class D amplifier,
A carrier wave generating circuit for generating a carrier wave having a predetermined frequency f_ca and generating a PWM clock signal UP / DOWN having a frequency that is an integral multiple of the carrier frequency f_ca;
An amplitude modulation circuit for amplitude-modulating the carrier wave with the input signal to generate an amplitude-modulated signal AM;
A PWM modulation circuit that PWM modulates the amplitude modulation signal AM based on the PWM clock signal UP / DOWN.
A directional acoustic system characterized by
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