JP2009044705A - 静電型スピーカの駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静電型スピーカの駆動装置に関し、特にＤ級アンプを用いてヒートシンクを必要としない静電型スピーカの駆動装置を提供する。
【解決手段】入力信号を変調してディジタル信号を出力するＤ級アンプと、前記ディジタル信号を変調して、前記静電型スピーカを駆動する出力信号を生成する変調回路と、を備えた静電型スピーカの駆動装置である。前記駆動装置はオーディオアンプとしてＤ級アンプを用いることで、効率を大幅に高めている。
【選択図】図４

Description

本発明は静電型スピーカの駆動装置に関し、特にＤ級アンプを用いて静電型スピーカの駆動装置を駆動する駆動装置に関する。

静電型スピーカは電子式のスピーカであって、非常に軽重量で優れた周波数レスポンスなどの特長を備えており、技術の進歩に伴って、電子製品はますます軽量・薄型となっていることから、静電型スピーカも徐々に重視されつつある。図１は従来の静電型スピーカ１０であって、二つの電極１２および１４と、電極１２と１４との間に介在されている非常に薄くてフラットな合成樹脂フィルム１６とを備え、電極１２および１４は電極板を格子状または板状とすることができる。二つの強さが等しい正負の電圧を電極１２および１４に印加すると、フィルム１６が吸引または弾発されることで、振動が生じて音が発生する。充分な強度の電界を発生させるために、電極１２および１４に印加する電圧は高圧でなければならないが、典型的なオーディオアンプでは２ＫＶ以上の電圧を供給して電極１２および１４を駆動することはできないため、変圧器を用いて高圧電源を供給しなければならない。そして変圧器の周波数レスポンスはかなり重要になってくる。なぜならば、歪みを防止するためにも、音声周波数の範囲全般の２０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ内において安定した変換率を提供しなければならない。変圧器が音声周波数範囲２０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ内で動作可能とするためには、変圧器の誘導コイルのサイズが大きくならざるを得ず、よって広い空間を占めてしまう。
従来技術において、静電型スピーカを駆動するためのオーディオアンプには、Ａ級アンプと、ＡＢアンプの二種類が含まれており、二者はいずれもアナログ設計となっている。これら従来のオーディオアンプはディスクリート部品でアナログ設計が実現されており、これらディスクリート部品にはトランジスタおよび真空管が含まれるものであって、そしてこれらディスクリート部品を備えたアンプは電流源として使用される。従来の静電型スピーカの駆動方法に関しては、米国特許第４,３２４,９５０号を参照することができる。しかしながら、高い音響効率の出力の応用においては、両者の効率はいずれも劣っており、Ａ級アンプの効率は２５％未満、ＡＢ級アンプの効率では６０％未満となり、そしてこれら電力の多くが出力部品上で損失してしまうので、出力部品が発熱しやすくなり、よって出力部品の過熱を防止するためにヒートシンクが必要となる。

本発明の目的は、高い効率の静電型スピーカの駆動装置を提供するところにある。
本発明の目的は、Ｄ級アンプを用いて静電型スピーカを駆動する駆動装置を提供するところにある。
本発明の目的は、静電型スピーカの駆動装置内における変圧器の誘導コイルを縮小するものを提供するところにある。
本発明の目的は、ヒートシンクを必要としない静電型スピーカの駆動装置を提供するところにある。
本発明によれば、静電型スピーカの駆動装置は、入力信号を変調して第１の信号を出力するＤ級アンプと、前記第１の信号を変調して、前記静電型スピーカを駆動する第２の信号を生成する変調回路と、を備えている。前記変調回路は、前記第１の信号中の搬送波をろ波除去して第３の信号を生成するフィルタと、前記第３の信号を変換して前記第２の信号を生成する変圧器とを備えている。このうち前記変圧器は前記フィルタの前に配置することができる。前記変圧器が前記フィルタの前に配置されたとき、第１の信号中の搬送波により、前記変圧器は高周波で動作するので、変圧器の誘導コイルを減らして、ひいては駆動装置の小型化を図ることができる。
本発明は高い効率のＤ級アンプを用いて静電型スピーカを駆動するため、出力部品は発熱しにくくなるので、ヒートシンクを必要としなくなる。

図２は本発明の第１の実施例である。駆動装置２０において、ハーフブリッジ型Ｄ級アンプ２２が入力信号Ｖｉ を変調してディジタル信号Ｖｍを生成し、ＬＣ変調フィルタ２４および昇圧変圧器２６を含む変調回路が信号Ｖｍを変調して、静電型スピーカ２８を駆動する出力信号Ｖｏを生成する。ハーフブリッジ型Ｄ級アンプ２２において、パルス幅変調器２２２が入力信号Ｖｉを変調して、電源+Ｖｄｄと−Ｖｓｓとの間に直列接続されているトランジスタＱ１およびＱ２をそれぞれ切り換えることでディジタル信号Ｖｍを生成するパルス幅変調信号ＰＷＭおよびＰＷＮ’を生成する。Ｄ級アンプはスイッチング型のアンプであり、この種のアンプにおける全てのパワー素子Ｑ１およびＱ２はオンおよびオフの二種類の状態で作動するので、出力部品上における電力損失を大幅に低減できるため、Ｄ級アンプの最大効率は９０％を超える。よって、駆動装置２０は従来の静電型スピーカの駆動装置に比べても優れた効率を備える。このうち前記出力部品とは、電圧Ｖｄｄから出力信号Ｖｏまでの経路上の部品または出力信号Ｖｏから電圧Ｖｓｓまでの経路上の部品を意味する。変調回路において、ＬＣ変調フィルタ２４は信号Ｖｍ中の高周波搬送波をろ波除去して音響信号Ｖｆを生成するためのローパスフィルタであり、昇圧変圧器２６は信号Ｖｆを出力信号Ｖｏに変換する。この実施例においては、音響信号Ｖｆの周波数範囲は２０Ｈｚ〜２０ＫＨｚであるので、変圧器２６は音声周波数範囲２０Ｈｚ〜２０ＫＨｚで動作し、音声周波数範囲の全般において、歪みを防止するために、変圧器２６は安定した変換率を提供している。
図３は本発明の第２の実施例である。駆動装置３０において、フルブリッジ型Ｄ級アンプ３２が入力信号Ｖｉを変調してディジタル信号ＶｍおよびＶｍ’を生成し、ＬＣ変調フィルタ３４および昇圧変圧器３６を含む変調回路がディジタル信号ＶｍおよびＶｍ’を変調して、静電型スピーカ３８を駆動する出力信号Ｖｏを生成する。フルブリッジ型Ｄ級アンプは、入力信号Ｖｉを変調して、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４を切り換えることで信号ＶｍおよびＶｍ’を生成するパルス幅変調信号ＰＷＭおよびＰＷＮ’を生成するパルス幅変調器３２２を備えている。変調回路において、ＬＣ変調フィルタ３４は信号ＶｍおよびＶｍ’中の搬送波をろ波除去して、周波数が２０Ｈｚ〜２０ＫＨｚの間である音響信号Ｖｆを生成するためのローパスフィルタであり、変圧器３６は信号Ｖｆを出力信号Ｖｏに変換する。この実施例においては、音響信号Ｖｆの周波数範囲は２０Ｈｚ〜２０ＫＨｚであるので、変圧器３６は音声周波数範囲２０Ｈｚ〜２０ＫＨｚで動作し、音声周波数範囲の全般において、歪みを防止するために、変圧器３６は安定した変換率を提供している。
図４は本発明の第４の実施例である。駆動装置４０において、ハーフブリッジ型Ｄ級アンプ４２が入力信号Ｖｉを変調してディジタル信号Ｖｍを生成し、昇圧変圧器４４およびＬＣ変調フィルタ４６を含む変調回路が信号Ｖｍを変調して、静電型スピーカ４８を駆動する出力信号Ｖｏを生成する。ハーフブリッジ型Ｄ級アンプ４２において、パルス幅変調器４２２が入力信号Ｖｉに基づいて、トランジスタＱ１、Ｑ２を切り換えることで信号Ｖｍを生成するパルス幅変調信号ＰＷＭおよびＰＷＮ’を生成する。変調回路において、変圧器４４は信号Ｖｍを信号Ｖｔに変換しており、ＬＣ変調フィルタ４６は変圧器４４の二つの出力にそれぞれ接続されている二つのインダクタＬｆ１およびＬｆ２と、インダクタＬｆ１とＬｆ２との間に接続されているキャパシタＣｆとを有している。ＬＣ変調フィルタ４６は信号Ｖｔ中の搬送波をろ波除去して出力信号Ｖｏを生成するためのものであり、この実施例においては、変圧器４４はフィルタ４６の前に配置され、Ｄ級アンプ４２からの信号Ｖｍを受信しており、信号Ｖｍは高周波搬送波を含んでいるため、信号Ｖｍの周波数は２５０ＫＨｚ以上となっている。したがって、変圧器４４は２５０ＫＨｚ以上の周波数範囲内で動作し、そして変圧器４４は高周波範囲で動作するため、その誘導コイルのサイズを縮小できる。なぜならば高周波レスポンスに必要なインダクタンスが低周波レスポンスよりも小さいからである。信号Ｖｍの周波数範囲全般において、歪みを防止するために、変圧器４４は安定した変換率を提供している。図５には図４におけるＬＣ変調フィルタ４６の他の実施例を示している。これには変圧器４４の二つの出力にそれぞれ接続されている二つのインダクタＬｆ１およびＬｆ２と、インダクタＬｆ１とアースＧＮＤとの間に接続されているキャパシタＣｆ１およびインダクタＬｆ２とアースＧＮＤとの間に接続されているＣｆ２との二つを有しており、キャパシタＣｆ１およびＣｆ２の容量は図４におけるキャパシタＣｆの２倍である。
図６は本発明の第４の実施例である。駆動装置５０において、フルブリッジ型Ｄ級アンプ５２は入力信号Ｖｉを変調してディジタル信号ＶｍおよびＶｍ’を生成し、昇圧変圧器５４およびフィルタ５６を含む変調回路が信号ＶｍおよびＶｍ’に基づいて、静電型スピーカ５８を駆動する出力信号Ｖｏを生成する。Ｄ級アンプ５２は、入力信号Ｖｉに基づいて、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３およびＱ４を切り換えることで信号ＶｍおよびＶｍ’を生成するパルス幅変調信号ＰＷＭおよびＰＷＮ’を生成するパルス幅変調器５２２を備えている。変調回路において、変圧器５４の両端には信号ＶｍおよびＶｍ’がそれぞれ接続されており、これを信号Ｖｔに変換している。信号ＶｍおよびＶｍ’は高周波搬送波を含んでいるため、変圧器５４は２５０ＫＨｚ以上の周波数範囲内で動作する。したがって、変圧器５４は小型の誘導コイルを使用することができる。信号ＶｍおよびＶｍ’の周波数範囲全般において、歪みを防止するために、変圧器５４は安定した変換率を提供している。ＬＣ変調フィルタ５６は、変圧器５４の二つの出力にそれぞれ接続されている二つのインダクタＬｆ１およびＬｆ２と、インダクタＬｆ１とＬｆ２との間に接続されているキャパシタＣｆとを有しており、フィルタ５６は信号Ｖｔ中の搬送波をろ波除去して、出力信号Ｖｏを生成する。図７には図６におけるフィルタ５６の他の実施例を示している。これには、変圧器５４の二つの出力にそれぞれ接続されている二つのインダクタＬｆ１およびＬｆ２と、インダクタＬｆ１とアースＧＮＤとの間に接続されているキャパシタＣｆ１およびインダクタＬｆ２とアースＧＮＤとの間に接続されているＣｆ２との二つを有しており、キャパシタＣｆ１およびＣｆ２の容量は図６におけるキャパシタＣｆの２倍である。

は従来の静電型スピーカである。 は本発明の第１の実施例である。 は本発明の第２の実施例である。 は本発明の第３の実施例である。 には図４におけるＬＣ変調フィルタの他の実施例を示している。 は本発明の第４の実施例である。 には図６におけるフィルタの他の実施例を示している。

符号の説明

１０ 静電型スピーカ
１２ 電極
１４ 電極
１６ 合成樹脂フィルム
２０ 駆動装置
２２ Ｄ級アンプ
２２２ パルス幅変調器
２４ フィルタ
２６ 変圧器
２８ 静電型スピーカ
３０ 駆動装置
３２ Ｄ級アンプ
３２２ パルス幅変調器
３４ フィルタ
３６ 変圧器
３８ 静電型スピーカ
４０ 駆動装置
４２ Ｄ級アンプ
４２２ パルス幅変調器
４４ 変圧器
４６ フィルタ
４８ 静電型スピーカ
５０ 駆動装置
５２ Ｄ級アンプ
５２２ パルス幅変調器
５４ 変圧器
５６ フィルタ
５８ 静電型スピーカ

Claims (15)

1. 入力信号を変調して第１の信号を出力するＤ級アンプと、
   前記第１の信号を変調して、前記静電型スピーカを駆動する第２の信号を生成する変調回路と、を備えた、ことを特徴とする静電型スピーカの駆動装置。
2. 前記Ｄ級アンプがハーフブリッジ構造を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記Ｄ級アンプが、
   第１の電圧と第２の電圧との間に直列に接続されているスイッチ組と、
   前記入力信号を変調し、前記スイッチを切り換えることで前記第１の信号を生成するパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調器と、を備えた、ことを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記Ｄ級アンプがフルブリッジ構造を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
5. 前記Ｄ級アンプが、
   第１の電圧と第２の電圧との間に直列に接続されている第１のスイッチ組と、
   第３の電圧と第４の電圧との間に直列に接続されている第２のスイッチ組と、
   前記入力信号を変調し、前記第１および第２のスイッチ組を切り換えることで前記第１の信号を生成するパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調器と、を備えた、ことを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記変調回路が
   前記第１の信号をろ波して第３の信号を生成するフィルタと、
   前記第３の信号を前記第２の信号に変換する変圧器と、を備えた、ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
7. 前記フィルタがローパスフィルタを有する、ことを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。
8. 前記フィルタがＬＣ変調フィルタを有する、ことを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。
9. 前記変圧器が２０Ｈｚから２０ＫＨｚの間の周波数範囲で動作する、ことを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。
10. 前記変圧器が昇圧変圧器を有する、ことを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。
11. 前記変調回路が、
    前記第１の信号を第３の信号に変換する変圧器と、
    前記第３の信号をろ波して前記第２の信号を生成するフィルタと、を備えた、ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
12. 前記変圧器が２５０ＫＨｚ以上の周波数範囲で動作する、ことを特徴とする請求項１１に記載の駆動装置。
13. 前記変圧器が昇圧変圧器を有する、ことを特徴とする請求項１１に記載の駆動装置。
14. 前記フィルタがローパスフィルタを有する、ことを特徴とする請求項１１に記載の駆動装置。
15. 前記フィルタがＬＣ変調フィルタを有する、ことを特徴とする請求項１１に記載の駆動装置。