JP2009017610A - オーディオ信号増幅装置及び歪補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はスピーカから出力させる音の音質を改善できるようにする。
【解決手段】本発明は、パワーアンプ７２Ｒ及び７２Ｌと右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌとの間に電流検出抵抗７３Ｒ及び７３Ｌがそれぞれ設けられ、当該電流検出抵抗７３Ｒ及び７３Ｌと差動アンプ７４Ｒ及び７４Ｌとにより左右各チャンネルの歪成分を算出して元のオーディオ信号Ｓ１１Ｒ及びＳ１１Ｌにそれぞれ逆位相で加算することにより、当該オーディオ信号Ｓ１１Ｒ及びＳ１１Ｌにそれぞれ逆位相で加算した歪成分と、右側音響ユニット７７Ｒのボイスコイル７８Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌのボイスコイル７８Ｌにおいて生じる逆起電力及び他のチャンネルからの漏れ電流による出力オーディオ信号Ｓ１４Ｒ及びＳ１４Ｌの歪成分とを相殺し、出力オーディオ信号Ｓ１４Ｒ及びＳ１４Ｌを元のオーディオ信号Ｓ１１Ｒ及びＳ１１Ｌと同等の信号波形に補正する。
【選択図】 図１０

Description

本発明はオーディオ信号増幅装置及び歪補正方法に関し、例えば外部から供給されたオーディオ信号を増幅して外部のスピーカへ送出するオーディオ装置に適用して好適なものである。

従来、オーディオ装置においては、外部のＣＤ(Compact Disc)プレーヤ等から供給されたオーディオ信号を増幅して外部のスピーカへ送出することにより、当該オーディオ信号に応じた音を当該スピーカから出力させるようになされたものが広く普及している。

ここで、一般にスピーカはオーディオ装置から供給された増幅後のオーディオ信号、すなわち電気信号をボイスコイルに流すことにより磁力を発生させて振動板を振動させているが、コイルの一般的な性質により、当該ボイスコイルに電気信号が流れる際に逆起電力を生じてしまう。

このためオーディオ装置は、スピーカからの逆起電力により当該スピーカに供給する増幅後のオーディオ信号に歪みを生じさせ、当該スピーカから出力する音の音質を低下させてしまうという問題があった。

この問題を解決するため、オーディオ装置には、スピーカのボイスコイルに流れる電流波形の歪成分を低減する負帰還方式を採用した低歪スピーカ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６２−１２０１９５号公報（第１−２頁、第４図）

しかしながら、かかる構成のオーディオ装置においては、電流検出用の抵抗がグランドとスピーカとの間に接続されていたため、当該オーディオ装置内の電源回路等からノイズの回り込みが生じ、当該電流検出用の抵抗にいわゆる回生電流が流れることがあった。

この場合オーディオ装置は、回生電流の影響によりスピーカに流れる電流だけを正しく検出し得ないため、逆起電力による歪成分を正しく取り出すことができず、当該逆起電力による歪みを完全に除去することができずにスピーカから出力する音の音質を低下させてしまうという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、スピーカから出力させる音の音質を改善し得るオーディオ信号増幅装置及び歪補正方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、複数チャンネルのオーディオ信号をそれぞれ増幅して複数のスピーカへそれぞれ供給するオーディオ信号増幅装置であって、オーディオ信号を増幅して増幅オーディオ信号を生成するアンプと、アンプとスピーカとの間に設けられ、増幅オーディオ信号が当該アンプから当該スピーカへ送出される際に当該スピーカの影響により歪成分が重畳された増幅オーディオ信号の電流波形を検出する電流検出手段と、電流波形とアンプにより増幅される前のオーディオ信号における信号波形との差分を基に歪成分を算出する歪成分算出手段と、歪成分をオーディオ信号に加算した加算結果をアンプに供給する歪成分加算手段とをそれぞれ複数ずつ設け、各スピーカのグランド線を共用化するようにした。

これにより、スピーカの影響により増幅オーディオ信号に重畳された歪成分及び他のチャンネルからの漏れ電流成分による歪成分をノイズの回り込みによる影響を受けること無く正確に算出し、これらの歪成分とオーディオ信号に加算した歪成分とを相殺させることができるため、当該オーディオ信号に忠実な音をスピーカから出力させることができる。

本発明によれば、スピーカの影響により増幅オーディオ信号に重畳された歪成分及び他のチャンネルからの漏れ電流成分による歪成分をノイズの回り込みによる影響を受けること無く正確に算出し、これらの歪成分とオーディオ信号に加算した歪成分とを相殺させることができるため、当該オーディオ信号に忠実な音をスピーカから出力させることができるので、かくしてスピーカから出力させる音の音質を改善し得るオーディオ信号増幅装置及び歪補正方法を実現できる。

以下、図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）第１の実施の形態
（１−１）オーディオ装置の構成
図１において、第１の実施の形態によるオーディオ装置１は、例えばＣＤ（Compact Disc）プレーヤ等でなるオーディオ信号源３から供給されるオーディオ信号Ｓ１を増幅してスピーカ２へ供給する、いわゆるオーディオアンプとして動作することにより、当該オーディオ信号Ｓ１に応じた音を当該スピーカ２から出力させるようになされている。

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

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

ボイスコイルボビン２８は、略円筒形の金属材料でなり、ダンパー３０によって軸支されると共に振動板２１の後方中央部に取り付けられており、またボイスコイル２９が磁気ギャップ２７内に位置するように回巻されている。ボイスコイル２９は、リード線（図示せず）を介してフレーム２２に取り付けられた接続端子（図示せず）に接続されており、オーディオ装置１から交流波形の出力オーディオ信号Ｓ４が供給されるようになされている。

すなわちスピーカ２は、オーディオ装置１からの出力オーディオ信号Ｓ４に応じた電流がボイスコイル２９に流れることにより、当該出力オーディオ信号Ｓ４の電流に応じた電磁力を生成させる。このときスピーカ２は、当該電磁力により振動板２１、ボイスコイルボビン２８及びボイスコイル２９を一体としてフレーム２２等の他の部品に対して前後方向に振動させ、周囲の空気を振動させることにより出力オーディオ信号Ｓ４に応じた音を発生し得るようになされている。

ところでスピーカ２は、図３に示すように、ボイスコイル２９の性質によって周波数に応じてインピーダンスが変化しており、低音共振周波数でインピーダンスが極大値となり、当該低音共振周波数から周波数が上昇するとインピーダンスが減少して極小値、すなわち公称インピーダンスをとり、さらに周波数が上昇するに連れてインピーダンスが徐々に増加する。

またスピーカ２は、出力オーディオ信号Ｓ４がボイスコイル２９に流れる際、一般的なコイルの性質により、当該ボイスコイル２９において逆起電力を生じてしまうため、当該逆起電力によって出力オーディオ信号Ｓ４の電流波形を歪ませ、出力すべき音の音質を低下させてしまう。

そこでオーディオ装置１（図１）は、パワーアンプ１２によりオーディオ信号Ｓ１を増幅すると共に、歪補正回路１０によりスピーカ２のボイスコイル２９の影響による歪みを補正するようになされている。

歪補正回路１０は、まず歪成分加算器１１によりオーディオ信号Ｓ１から歪成分信号Ｓ６（詳しくは後述する）を差し引くことにより加算オーディオ信号Ｓ２を生成し、これをパワーアンプ１２へ供給する。

パワーアンプ１２は加算オーディオ信号Ｓ２を所定の増幅率で増幅することにより増幅オーディオ信号Ｓ３を生成し、当該増幅オーディオ信号Ｓ３を歪補正回路１０の電流検出抵抗１３へ供給する。

電流検出抵抗１３は、リアクタンス分を殆ど有さない純抵抗でなり、パワーアンプ１２から供給された増幅オーディオ信号Ｓ３を僅かに減衰させて出力オーディオ信号Ｓ４としてスピーカ２へ送出する。このとき電流検出抵抗１３は、増幅オーディオ信号Ｓ３と出力オーディオ信号Ｓ４との間に電位差を生じさせることにより、当該増幅オーディオ信号Ｓ３及び当該出力オーディオ信号Ｓ４における電流値の大きさを当該電位差に基づいて検出し得るようになされている。なお電流検出抵抗１３は純抵抗であるため、両端における電位差は当該電流検出抵抗１３に流れる電流の大きさにのみ比例する。

ちなみに電流検出抵抗１３は、例えば０．１［Ω］程度の比較的小さな抵抗値が選定されており、当該電流検出抵抗１３による増幅オーディオ信号Ｓ３の電力損失を最小限に抑えるようになされている。

ここで、歪成分信号Ｓ６は初期状態において「０」であるため、加算オーディオ信号Ｓ２はオーディオ信号Ｓ１とほぼ同波形となるものの、増幅オーディオ信号Ｓ３及び出力オーディオ信号Ｓ４は、上述したスピーカ２のボイスコイル２９において生じる逆起電力の影響により歪んだ波形となる。実際上、例えば図４（Ａ）に示すようにオーディオ信号Ｓ１が矩形波である場合、増幅オーディオ信号Ｓ３及び出力オーディオ信号Ｓ４は、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すようにオーディオ信号Ｓ１（図４（Ａ））に対して歪んだ波形となる。

差動アンプ１４は、増幅オーディオ信号Ｓ３及び出力オーディオ信号Ｓ４が供給されており、増幅オーディオ信号Ｓ３と出力オーディオ信号Ｓ４との差分を算出して所定の増幅率で増幅することにより、電流検出抵抗１３に流れる電流波形（すなわち増幅オーディオ信号Ｓ３及び出力オーディオ信号Ｓ４における電流波形）を表す電流検出信号Ｓ５（図４（Ｄ））を生成し、これを歪成分算出器１５へ送出する。

ちなみに差動アンプ１４は、電流検出信号Ｓ５の信号レベルがオーディオ信号Ｓ１の信号レベルとほぼ同等となる程度に増幅するようになされている。

歪成分算出器１５は、電流検出信号Ｓ５と歪成分が含まれていない元のオーディオ信号Ｓ１との差分を算出することにより、増幅オーディオ信号Ｓ３及び出力オーディオ信号Ｓ４に含まれていた歪成分だけを抽出し、これを歪成分信号Ｓ６（図４（Ｅ））として歪成分加算器１１へ送出する。

ここで歪成分信号Ｓ６は、スピーカ２からの逆起電力により生じた歪成分のみを抽出したものに相当する。すなわち歪補正回路１０は、増幅オーディオ信号Ｓ３と出力オーディオ信号Ｓ４との間の電位差に基づき、出力オーディオ信号Ｓ４に含まれる歪成分を検出するようになされている。

歪成分加算器１１は、上述したように歪成分が含まれていない元のオーディオ信号Ｓ１から歪成分信号Ｓ６を差し引く、すなわち当該オーディオ信号Ｓ１に歪成分信号Ｓ６の位相を反転させて加算することにより、図４（Ｆ）に示すように、歪成分が逆位相で加算された加算オーディオ信号Ｓ２を生成してパワーアンプ１２へ送出する。

これに応じてパワーアンプ１２は、歪成分が逆位相で加算された加算オーディオ信号Ｓ２をそのまま増幅して増幅オーディオ信号Ｓ３を生成し、電流検出抵抗１３を介して出力オーディオ信号Ｓ４をスピーカ２へ送出する。

このとき、増幅オーディオ信号Ｓ３及び出力オーディオ信号Ｓ４は、上述したようにスピーカ２のボイスコイル２９において生じる逆起電力により波形が歪まされるものの、予め加算されていた逆位相の歪成分信号Ｓ６により、当該逆起電力による歪成分が相殺される。このため当該増幅オーディオ信号Ｓ３及び当該出力オーディオ信号Ｓ４は、歪成分を殆ど含まず元のオーディオ信号Ｓ１とほぼ同等の波形に補正されることになる。

このようにオーディオ装置１は、電流検出抵抗１３、差動アンプ１４、歪成分算出器１５及び歪成分加算器１１の系を介して負の電流帰還をかけることにより、ボイスコイル２９からの逆起電力の影響に拘らず、元のオーディオ信号Ｓ１とほぼ同等の波形に補正された出力オーディオ信号Ｓ４をスピーカ２のボイスコイル２９に出力することができるので、当該スピーカ２から当該オーディオ信号Ｓ１に基づく高音質な音を忠実に出力させることができる。

（１−２）動作及び効果
以上の構成において、オーディオ装置１の歪補正回路１０は、パワーアンプ１２とスピーカ２との間に電流検出抵抗１３が設けられ、当該スピーカ２へ送出する出力オーディオ信号Ｓ４の電流波形を当該電流検出抵抗１３及び差動アンプ１４により電流検出信号Ｓ５として検出し、当該電流検出信号Ｓ５とオーディオ信号Ｓ１との差分を算出することにより歪成分信号Ｓ６を抽出して、当該歪成分信号Ｓ６を逆位相で元のオーディオ信号Ｓ１に加算する。

これにより歪補正回路１０は、オーディオ信号Ｓ１に対して負の電流帰還をかけることになるため、スピーカ２のボイスコイル２９において生じる逆起電力による出力オーディオ信号Ｓ４の歪成分を相殺することができ、歪成分が含まれない状態の出力オーディオ信号Ｓ４を当該スピーカ２に供給することができる。

これに応じてスピーカ２は、歪成分が含まれない元のオーディオ信号Ｓ１とほぼ同一の信号波形でなる出力オーディオ信号Ｓ４の電流がボイスコイル２９に供給されるため、当該元のオーディオ信号Ｓ１に忠実な音を出力することができる。

なお歪補正回路１０は、オーディオ信号Ｓ１に対して負の電流帰還をかけているため、出力オーディオ信号Ｓ４にどのような歪みが生じた場合であっても、或いは歪みが生じていない場合であっても、当該出力オーディオ信号Ｓ４を元のオーディオ信号Ｓ１の信号波形に忠実に合わせて補正することができる。

また歪補正回路１０は、オーディオ信号Ｓ１に対して常に負の電流帰還をかけているため、出力オーディオ信号Ｓ４にいつどのような歪みが生じた場合であっても、オーディオ信号Ｓ１に対して即座に歪成分を考慮した補正を行うことができるので、常時スピーカ２から高音質な音を出力させることができる。

ここで、歪補正回路１０を用いることなくパワーアンプ１２のみを用いた従来のオーディオ装置（図示せず）における電圧及び電流の周波数特性を図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す。従来のオーディオ装置は、可聴帯域（約２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）において、電圧に関しては利得及び位相がほぼ平坦であり良好な特性を示しているものの（図５（Ａ））、電流に関しては利得及び位相が周波数によって大きく変動している（図５（Ｂ））。この場合、スピーカ２はボイスコイル２９に流れる電流に比例した電磁力を発生させるため、当該電流の周波数特性に応じて出力する音の周波数特性を悪化させてしまい、音質を低下させてしまう。

これに対して本発明におけるオーディオ装置１の歪補正回路１０は、スピーカ２に実際に流れる電流波形を電流検出抵抗１３及び差動アンプ１４により電流検出信号Ｓ５として検出し、当該電流検出信号Ｓ５に基づいた負の電流帰還によって出力オーディオ信号Ｓ４の信号波形を入力オーディオ信号Ｓ１に合わせて補正する。

この結果、本発明のオーディオ装置１は、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、電圧に関して利得及び位相の特性が乱れるものの（図６（Ａ））、電流に関して可聴帯域における利得及び位相の特性がほぼ平坦となり、良好な周波数特性となる（図６（Ｂ））。このためオーディオ装置１は、スピーカ２から良好な音質の音を出力させることができる。

さらに図７に示すように、本発明のオーディオ装置１において歪補正回路１０により歪成分を補正した場合と、従来のオーディオ装置において当該歪成分を補正しなかった場合とにおける電圧（Ｖ）及び電流（Ｉ）の歪率特性を比較すると、オーディオ装置１では歪補正回路１０によって電圧（Ｖ）の全高調波歪率（THD:Total Harmonic Distortion、以下単に歪率と呼ぶ）が増加（すなわち悪化）するものの電流（Ｉ）の歪率が減少し改善されている。すなわちオーディオ装置１は、スピーカ２から出力させる音の周波数特性を改善して音質を格段に向上させることができる。

また、電源回路等の他の回路からの電流の影響によりグランドを介して回生電流ＩＴが生じた場合を想定すると、例えば図８（Ａ）に示すように電流検出抵抗１３がグランド側に接続されたオーディオ装置４０の場合、歪成分加算器（図示せず）を介して電流帰還をかけてはいるものの、他の回路（図示せず）からの回生電流ＩＴの影響により、グランド線上のインピーダンスＺＧによって点Ｐ１における電位が変動して電圧ｅｏに当該回生電流ＩＴの影響が及んでしまう。

このときオーディオ装置４０では、当該電圧ｅｏが電流検出抵抗１３の両端における電位差と異なることになり、スピーカ２のボイスコイル２９において生じる逆起電力による歪成分を正確に算出できず、当該スピーカ２を流れる信号電流ＩＳの歪みを正しく補正できなくなってしまう。

これに対して本発明のオーディオ装置１は、図８（Ｂ）に示すように、パワーアンプ１２とスピーカ２との間（すなわち信号ライン側）に電流検出抵抗１３が接続されているため、電流検出信号Ｓ５の電位を表す電圧ｅｏが回生電流ＩＴによって影響を及ぼされることがない。

従ってオーディオ装置１は、当該電流検出信号Ｓ５により電流検出抵抗１３の両端における電位差を正しく検出することができるため、回生電流ＩＴの影響を受けずに歪成分を高精度に算出して出力オーディオ信号Ｓ４に生じた歪を正確に補正することができる。

さらに、電磁波等により電流検出抵抗１３の両端において外乱の影響を受けた場合を想定すると、例えば図９（Ａ）に示すように、オーディオ装置４０の場合、当該電流検出抵抗１３の両端における信号波形Ｇ１及びＧ２のように、当該外乱によってオーディオ信号に同レベルの外乱ノイズ成分Ｎ１及びＮ２がそれぞれ重畳される。

この場合オーディオ装置４０では、グランド側のインピーダンスが低いためにオーディオ信号のノイズ成分Ｎ２がノイズ成分Ｎ１よりも小さくなり、信号波形Ｇ３のように、差動アンプ１４により差分を算出したときの電圧ｅｏにノイズ成分Ｎ１及びＮ２の差となるノイズ成分Ｎ３が重畳されてしまい、電流検出抵抗１３の両端における電位差を正しく検出できない。

これに対して本発明のオーディオ装置１では、図９（Ｂ）に示すように、電流検出抵抗１３の両端において外乱の影響を受けた場合、当該電流検出抵抗１３の両端におけるインピーダンスがほぼ等しいため、信号波形Ｇ１１及びＧ１２のように、当該電流検出抵抗１３の両端を流れる増幅オーディオ信号Ｓ３及び出力オーディオ信号Ｓ４にそれぞれ重畳されるノイズ成分Ｎ１１及びＮ１２の大きさがほぼ等しくなる。

これによりオーディオ装置１は、信号波形Ｇ１３に示すように、差動アンプ１４により差分を算出した際に電圧ｅｏとしてはノイズ成分がほとんど重畳されることがない。この結果オーディオ装置１は、電流検出抵抗１３の両端における電位差を正しく検出することができ、歪成分を高精度に算出して出力オーディオ信号Ｓ４に生じる歪を正確に補正することができる。

そのうえオーディオ装置１は、仮に当該オーディオ装置１とスピーカ２とを接続するケーブルが外乱等の影響を受け、出力オーディオ信号Ｓ４にノイズが重畳された場合にも、歪補正回路１０によって元のオーディオ信号Ｓ１とは異なる歪成分のみを抽出して当該出力オーディオ信号Ｓ４に生じる歪成分を補正することができるので、当該外乱の影響に拘らず当該オーディオ信号Ｓ１を忠実に再現した音をスピーカ２から出力させることができる。

以上の構成によれば、オーディオ装置１の歪補正回路１０は、パワーアンプ１２とスピーカ２との間に電流検出抵抗１３を設け、当該電流検出抵抗１３及び差動アンプ１４により歪成分を算出して元のオーディオ信号Ｓ１に逆位相で加算することにより、スピーカ２のボイスコイル２９において生じる逆起電力により生じた出力オーディオ信号Ｓ４の歪みを相殺し、当該出力オーディオ信号Ｓ４を歪みが無い状態の入力オーディオ信号Ｓ１と同等の信号波形に補正することができ、かくして当該スピーカ２の音質を格段に向上させることができる。

（２）第２の実施の形態
（２−１）オーディオ装置の構成
図１との対応箇所に同一符号を付して示す図１０において、第２の実施の形態によるオーディオ装置６０は、例えばポータブルＣＤ（Compact Disc）プレーヤでなる。このオーディオ装置６０は、ＣＤ再生部を構成するオーディオ信号源６３Ｒ及び６３Ｌから供給される左右２チャンネルのオーディオ信号Ｓ１１Ｒ及びＳ１１Ｌをそれぞれパワーアンプ７２Ｒ及び７２Ｌにより増幅し、３極コネクタ６２を介してヘッドホン６１へ送出することにより、当該ヘッドホン６１の右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌから左右それぞれの音を出力させるようになされている。

オーディオ装置６０は、オーディオ装置１（図１）と比較して、歪補正回路１０に対応した左右２チャンネル分の歪補正回路７０Ｒ及び７０Ｌを有する点と、スピーカ２に対応したヘッドホン６１の右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌがグランド線７６Ｃを共用化した３芯ケーブル７６によって接続されている点が異なる以外、共通の構成を有している。

ここで３芯ケーブル７６は、歪補正回路７０Ｒと右側音響ユニット７７Ｒとを右信号線７６Ｒによって接続し、歪補正回路７０Ｌと左側音響ユニット７７Ｌとを左信号線７６Ｌによって接続すると共に、当該右信号線７６Ｒ及び当該左信号線７６Ｌによりグランド線７６Ｃが共用化されている。

オーディオ装置６０の歪補正回路７０Ｒ（右（Ｒ）チャンネル）は、上述したオーディオ装置１（図１）の歪補正回路１０Ｒと同様に、歪成分加算器７１によりオーディオ信号Ｓ１１Ｒから歪成分信号Ｓ１６Ｒを差し引くことにより加算オーディオ信号Ｓ１２Ｒを生成し、これをパワーアンプ７２Ｒへ供給する。

パワーアンプ７２Ｒは、パワーアンプ１２（図１）と同様に加算オーディオ信号Ｓ１２Ｒを増幅して増幅オーディオ信号Ｓ１３Ｒとし、これを電流検出抵抗７３Ｒへ供給する。

電流検出抵抗７３Ｒは純抵抗でなり、パワーアンプ７２Ｒから供給された増幅オーディオ信号Ｓ３を僅かに減衰させて出力オーディオ信号Ｓ１４Ｒとし、これを３極コネクタ６２及びヘッドホン６１の３芯ケーブル７６を介して右側音響ユニット７７Ｒへ供給する。

このとき歪補正回路７０Ｒは、右側音響ユニット７７Ｒへ送出する出力オーディオ信号Ｓ１４Ｒの電流波形を電流検出抵抗７３Ｒ及び差動アンプ７４Ｒにより電流検出信号Ｓ１５Ｒとして検出し、当該電流検出信号Ｓ１５Ｒとオーディオ信号Ｓ１１Ｒとの差分を算出することにより歪成分信号Ｓ１６Ｒを抽出し、歪成分加算器７１Ｒにより当該歪成分信号Ｓ１６Ｒを逆位相で元のオーディオ信号Ｓ１１Ｒに加算する。

これによりオーディオ装置６０は、右側音響ユニット７７Ｒのボイスコイル７８Ｒにおいて生じる逆起電力による出力オーディオ信号Ｓ１４Ｒの歪みを歪補正回路７０Ｒによって予め補正することができるため、元のオーディオ信号Ｓ１１Ｒとほぼ同等の信号波形に補正された出力オーディオ信号Ｓ１４Ｒを右側音響ユニット７７Ｒのボイスコイル７８Ｒに流すことができ、かくして当該右側音響ユニット７７Ｒから当該オーディオ信号Ｓ１１Ｒに忠実な音を出力させることができる。

なおオーディオ装置６０の歪補正回路７０Ｌ（左（Ｌ）チャンネル）については、歪補正回路７０Ｒ（右チャンネル）と同様、元のオーディオ信号Ｓ１１Ｌとほぼ同等の信号波形に補正された出力オーディオ信号Ｓ１４Ｌを左側音響ユニット７７Ｌのボイスコイル７８Ｌに流すことができるので、当該左側音響ユニット７７Ｌから当該オーディオ信号Ｓ１１Ｌに忠実な音を出力させることができる。

（２−２）動作及び効果
以上の構成においてオーディオ装置６０の歪補正回路７０Ｒ及び７０Ｌ（図１０）は、第１の実施の形態におけるオーディオ装置１の歪補正回路１０（図１）と同様、パワーアンプ７２Ｒ及び７２Ｌと右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌとの間にそれぞれ電流検出抵抗７３Ｒ及び７３Ｌが設けられ、当該右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌへ供給する出力オーディオ信号Ｓ１４Ｒ及びＳ１４Ｌの電流波形を当該電流検出抵抗７３Ｒ、７３Ｌ及び差動アンプ７４Ｒ、７４Ｌにより電流検出信号Ｓ１５Ｒ及びＳ１５Ｌとして検出し、当該電流検出信号Ｓ１５Ｒ及びＳ１５Ｌとオーディオ信号Ｓ１１Ｒ及びＳ１１Ｌとの差分を算出することにより歪成分信号Ｓ１６Ｒ及びＳ１６Ｌを抽出し、当該歪成分信号Ｓ１６Ｒ及びＳ１６Ｌを逆位相で元のオーディオ信号Ｓ１１Ｒ及びＳ１１Ｌにそれぞれ加算することにより、いわゆる負の電流帰還をかける。

これにより歪補正回路７０Ｒ及び７０Ｌは、オーディオ信号Ｓ１１Ｒ及びＳ１１Ｌに対してそれぞれ負帰還をかけることになるため、右側音響ユニット７７Ｒのボイスコイル７８Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌのボイスコイル７８Ｌにおいてそれぞれ生じる逆起電力による出力オーディオ信号Ｓ１４Ｒ及びＳ１４Ｌの歪みを相殺することができ、歪成分が殆ど含まれない出力オーディオ信号Ｓ１４Ｒ及びＳ１４Ｌを右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌに供給することができる。

これに応じて右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌは、歪成分が含まれない元のオーディオ信号Ｓ１１Ｒ及びＳ１１Ｌとほぼ同等の信号波形でなる出力オーディオ信号Ｓ１４Ｒ及びＳ１４Ｌがボイスコイル７８Ｒ及び７８Ｌに供給されるため、当該元のオーディオ信号Ｓ１１Ｒ及びＳ１１Ｌに忠実な高音質な音を出力することができる。

また歪補正回路７０Ｒ及び７０Ｌは、歪補正回路１０と同様に、オーディオ信号Ｓ１１Ｒ及びＳ１１Ｌに対してそれぞれ負の電流帰還をかけているため、出力オーディオ信号Ｓ１４Ｒ及びＳ１４Ｌにどのような歪みが生じた場合であっても、或いは歪みが生じていない場合であっても、それぞれ元のオーディオ信号Ｓ１１Ｒ及びＳ１１Ｌの信号波形と同等の状態で当該出力オーディオ信号Ｓ１４Ｒ及びＳ１４Ｌを右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌに供給することができる。

さらに、グランド線７６Ｃが共用化されていることによる他チャンネルへの漏れ電流の影響について検討する。図１１（Ａ）に示すようにパワーアンプ７２Ｒ及び７２Ｌのみを有し、歪成分の補正が行われないオーディオ装置８０では、例えば右チャンネルにのみオーディオ信号源６３Ｒからオーディオ信号Ｓ１１Ｒが供給された際、グランド線７６ＣがインピーダンスＺＣを有し、当該グランド線７６Ｃの分岐点Ｐ２における電位が「０」にならないため、信号電流ＩＳの漏れ電流ＩＬが左チャンネルの左側音響ユニット７７Ｌに流れて当該左側音響ユニット７７Ｌから僅かに右チャンネルの音が出力されてしまい、いわゆるチャンネルセパレーションが悪化してしまう。

これに対して図１１（Ｂ）に示すように、本発明のオーディオ装置６０の場合、右チャンネルにのみオーディオ信号源６３Ｒからオーディオ信号Ｓ１１Ｒが供給された際、オーディオ装置８０の場合と同様に、グランド線７６ＣにおけるインピーダンスＺＣの影響により分岐点Ｐ２の電位が「０」にならず、信号電流ＩＳの漏れ電流ＩＬが左チャンネルの左側音響ユニット７７Ｌに流れてしまう。

しかしながらオーディオ装置６０では、左チャンネルの歪補正回路７０Ｌによって出力オーディオ信号Ｓ１４Ｌの信号波形を元のオーディオ信号Ｓ１１Ｌの信号波形に合わせるように補正するため、右チャンネルの信号電流ＩＳの漏れ電流ＩＬを歪成分として検出して当該歪成分を逆位相として加算した出力オーディオ信号Ｓ１４Ｌを左側音響ユニット７７Ｌに供給することができる。

これによりオーディオ装置６０は、左チャンネルの歪補正回路７０Ｌにより生成した出力オーディオ信号Ｓ１４Ｌによって漏れ電流成分を相殺することができるので、左側音響ユニット７７Ｌから左チャンネルの音を出力する際に、右チャンネルからの漏れ電流ＩＬによる音が重畳されて出力されることを防止して、チャンネルセパレーションを向上させることができる。

またオーディオ装置６０は、右チャンネルから左チャンネルへの漏れ電流ＩＬと同様に、左チャンネルから右チャンネルへの漏れ電流についても、同様に歪成分として検出して補正することができ、さらに右チャンネル及び左チャンネルにおいて同時に互いの漏れ電流を歪成分として検出し補正することができるので、左右両チャンネルについてチャンネルセパレーションを向上させることができる。

ここで、オーディオ装置８０（歪補正無し）の場合と本発明のオーディオ装置６０（歪補正有り）の場合とにおけるチャンネルセパレーションの測定結果を図１２に示す。図１２において、右チャンネル（Ｒ）から左チャンネル（Ｌ）及び左チャンネル（Ｌ）から右チャンネル（Ｒ）の両方について、歪補正無しの場合と比較して歪補正有りの場合にチャンネルセパレーションが約３０［ｄＢ］程度改善されており、右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌ（図１０）からそれぞれ高音質な音を出力し得ることが示されている。

ちなみに図１２において、歪補正有りの場合に右チャンネル（Ｒ）から左チャンネル（Ｌ）への漏れ電流による出力レベルと左チャンネル（Ｌ）から右チャンネル（Ｒ）への漏れ電流による出力レベルとで僅かに差異が生じているが、これは測定誤差によるものと推測される。

次に、オーディオ装置８０（歪補正無し）と本発明のオーディオ装置６０（歪補正有り）とにおける歪率特性の測定結果を図１３に示す。この図１３において、歪補正無しの場合と比較して、歪補正有りの場合に左右両チャンネルとも歪率が低下しており、右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌ（図１０）から出力する音の音質が歪補正によって向上されていることが示されている。

また、図１４（Ａ）に示すオーディオ装置９０のように、共用化されたグランド側に電流検出抵抗９３を接続した場合、当該電流検出抵抗９３に左右両チャンネルの信号電流が流れるため、左チャンネル及び右チャンネルにそれぞれ流れる電流波形を独立して検出することができず、すなわち歪成分を高精度に抽出することができないために当該歪成分を正確に補正することもできない。

これに対して図１４（Ｂ）に示すように、本発明のオーディオ装置６０は、パワーアンプ７２Ｒ及び７２Ｌと右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌとの間（すなわち信号ライン側）に電流検出抵抗７３Ｒ及び７３Ｌをそれぞれ接続しているため、当該電流検出抵抗７３Ｒ及び７３Ｌによって左チャンネル及び右チャンネルにそれぞれ流れる電流波形を独立して検出することができ、左チャンネル及び右チャンネルそれぞれの歪成分を高精度に抽出して当該歪成分を正確に補正することができる。

以上の構成によれば、オーディオ装置６０の歪補正回路７０Ｒ及び７０Ｌ（図１０）は、パワーアンプ７２Ｒ及び７２Ｌと右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌとの間に電流検出抵抗７３Ｒ及び７３Ｌがそれぞれ設けられ、当該電流検出抵抗７３Ｒ及び７３Ｌと差動アンプ７４Ｒ及び７４Ｌとにより左右各チャンネルの歪成分を算出して元のオーディオ信号Ｓ１１Ｒ及びＳ１１Ｌにそれぞれ逆位相で加算することにより、当該オーディオ信号Ｓ１１Ｒ及びＳ１１Ｌにそれぞれ逆位相で加算した歪成分と、右側音響ユニット７７Ｒのボイスコイル７８Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌのボイスコイル７８Ｌにおいて生じる逆起電力及び他のチャンネルからの漏れ電流による出力オーディオ信号Ｓ１４Ｒ及びＳ１４Ｌの歪成分とを相殺し、当該出力オーディオ信号Ｓ１４Ｒ及びＳ１４Ｌを元のオーディオ信号Ｓ１１Ｒ及びＳ１１Ｌと同等の信号波形に補正することができ、かくして当該右側音響ユニット７７Ｒ及び左側音響ユニット７７Ｌから出力させる音のチャンネルセパレーションを向上させて高音質化を図ることができる。

（３）他の実施の形態
なお上述した第１の実施の形態においては、電流検出抵抗１３及び差動アンプ１４を用いてスピーカ２に流れる電流波形を検出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばソレノイドコイル等を用いて当該スピーカ２に流れる電流波形を検出するようにしても良い。これは第２の実施の形態についても同様である。

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

さらに上述した第１の実施の形態においては、コーン型のスピーカ２へ出力オーディオ信号Ｓ４を供給するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばドーム型スピーカ等、ボイスコイルを有する他の方式のスピーカ、或いは供給された出力オーディオ信号Ｓ４の電流波形を歪ませてしまう種々の方式のスピーカへ当該出力オーディオ信号Ｓ４を供給するようにしても良い。

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

さらに上述の実施の形態においては、アンプとしてのパワーアンプ１２と、電流検出手段としての電流検出抵抗１３及び差動アンプ１４と、歪成分算出手段としての歪成分算出器１５と、歪成分加算手段としての歪成分加算器１１とによってオーディオ信号増幅装置としてのオーディオ装置１を構成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その他種々の回路構成でなるアンプと、電流検出手段と、歪成分算出手段と、歪成分加算手段とによってオーディオ信号増幅装置を構成するようにしても良い。

本発明は、オーディオ信号増幅回路を有する種々の電子機器でも利用できる。

第１の実施の形態によるオーディオ装置の構成を示す略線的回路図である。 スピーカの構成を示す略線的断面図である。 スピーカのインピーダンス特性を示す略線図である。 信号波形を示す略線的波形図である。 歪補正無しの場合の周波数特性を示す略線的波形図である。 歪補正有りの場合の周波数特性を示す略線的波形図である。 第１の実施の形態における歪率特性を示す略線的波形図である。 他の回路からの回生電流による影響の説明に供する略線的回路図である。 外乱による影響の説明に供する略線的回路図である。 第２の実施の形態によるオーディオ装置の構成を示す略線的回路図である。 他チャンネルからの漏れ電流の影響の説明に供する略線的回路図である。 チャンネルセパレーション特性を示す略線的波形図である。 第２の実施の形態における歪率特性を示す略線的波形図である。 電流検出抵抗の接続箇所の説明に供する略線的回路図である。

符号の説明

１、４０、６０、８０、９０……オーディオ装置、２……スピーカ、３、６３……オーディオ信号源、１０、７０Ｌ、７０Ｒ……歪補正回路、１１、７１Ｒ、７１Ｌ……歪成分加算器、１２、７２Ｒ、７２Ｌ……パワーアンプ、１３、７３Ｒ、７３Ｌ、９３……電流検出抵抗、１４、７４Ｒ、７４Ｌ……差動アンプ、１５、７５Ｒ、７５Ｌ……歪成分算出器、２９、７８Ｒ、７８Ｌ……ボイスコイル、６１……ヘッドホン、６２……３極コネクタ、７６……３芯ケーブル、７６Ｃ……グランド線、７７Ｒ……右側音響ユニット、７７Ｌ……左側音響ユニット。

Claims (3)

1. 複数チャンネルのオーディオ信号をそれぞれ増幅して複数のスピーカへそれぞれ供給するオーディオ信号増幅装置であって、
   上記オーディオ信号を増幅して増幅オーディオ信号を生成するアンプと、
   上記アンプと上記スピーカとの間に設けられ、上記増幅オーディオ信号が当該アンプから当該スピーカへ送出される際に当該スピーカの影響により歪成分が重畳された上記増幅オーディオ信号の電流波形を検出する電流検出手段と、
   上記電流波形と上記アンプにより増幅される前の上記オーディオ信号における信号波形との差分を基に上記歪成分を算出する歪成分算出手段と、
   上記歪成分を上記オーディオ信号に加算した加算結果を上記アンプに供給する歪成分加算手段と
   をそれぞれ複数ずつ有し、各スピーカのグランド線が共用化されている
   オーディオ信号増幅装置。
2. 上記電流検出手段は、
   上記アンプと上記スピーカとの間における信号線に直列接続された純抵抗の両端における電位差を基に上記電流検出信号を検出する
   請求項１に記載のオーディオ信号増幅装置。
3. 複数チャンネルのオーディオ信号をそれぞれ増幅し、グランド線が共用化された複数のスピーカへそれぞれ供給するオーディオ信号増幅装置の歪補正方法であって、
   上記アンプにより増幅された上記オーディオ信号が上記スピーカへ供給される前に、当該スピーカの影響により歪成分が重畳された増幅後の上記オーディオ信号の電流波形を検出する電流検出ステップと、
   上記電流波形と上記アンプにより増幅される前の上記オーディオ信号における信号波形との差分を基に、上記歪成分を算出する歪成分算出ステップと、
   上記歪成分を上記オーディオ信号に加算した加算結果を上記アンプに供給する歪成分加算ステップと
   を有する歪補正方法。

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