JP2009111961A - オーディオ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタレスデジタルアンプは、電力消費、オーディオ特性で、優れているが、フィルタタレスデジタルアンプとスピーカを接続するケーブルからの電磁波漏洩が大きく、設置場所が制限される等の問題がある。
【解決手段】信号線１本を被覆したシールドケーブルを２本用い、フィルタレスデジタルアンプの二つの出力端子とスピーカの二つの入力端子とにおける対応する入出力端子同士をそれぞれ１本のシールドケーブルで接続して問題を解決した。さらに、複数の接点を有する金属製コネクタを用いて、該２本のシールドケーブルの各１本をそれぞれ前記金属製コネクタのそれぞれの接点で終端し、スピーカの金属フレームに取付けた受け側金属製コネクタを介してスピーカのボイスコイルに直接接続することにより、電磁波漏洩をさらに低減した。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィルタレスデジタルアンプと音響用スピーカを接続したオーディオ装置に関するものである。

デジタルアンプは、オーディオ信号により変調された高周波数パルス信号により、スイッチングされるパワートランジスタの出力からオーディオ信号を復調してスピーカを駆動するもので、オーディオ信号によりパルス幅を変調するＰＷＭデジタルアンプは代表的な例である。

ＰＷＭデジタルアンプのスイッチング出力回路は、ハーフブリッジ型あるいはフルブリッジ型とするが、図６はスイチングトランジスタ４個で構成されるフルブリッジ型スイッチング出力回路１０を示すものである。スイッチング出力回路の動作は、ディファレンシャルモードもしくはコモンモードとすることが出来、それぞれ出力端子２に現れる出力パルス波形は異る。

ディファレンシャルモードでは、出力端子１１の二つの端子ＰとＮから点線で示す二つの反極性のパルスが出力され、これらは負荷で加算され、２倍のレベルとなる。このため、実際に負荷となるスピーカ２０のボイスコイルに大きな電圧が印加され、大きな電力消費を伴うことになる。これを避けるため、出力端子１１の後にローパスフィルタを挿入して、高周波パルスを減衰させて、オーディオ信号をスピーカに供給する。また、ローパスフィルタの挿入は後述するスピーカケーブルからの電磁波漏洩を低減する効果もある。しかし、ローパスフィルタを挿入することによる不都合も生じる。ローパスフィルタは、それを構成するインダクタの形状が大きく、デジタルアンプの占有面積を大きくし、高周波パルスが印加されることによる電力損も発生する。

一方、出力回路がコモンモード動作のときは、出力端子１１の二つの端子ＰとＮから実線で示す同極性のパルスが現れ、負荷となるスピーカ２０で打ち消され、ほとんどゼロレベルになる。したがって、ローパスフィルタを挿入しなくても、負荷に大きなパルス出力が印加されることはなく、消費電力も少ない。この種のデジタルアンプは、ローパスフィルタを使わなくてもよいことから、フィルタレスデジタルアンプと呼ばれている。
なお、デジタルアンプのディファレンシャルモードとコモンモード動作については、非特許許文献１に述べられている通りである。

図７は、コモンモード出力時の出力端子１１の二つの端子ＰとＮからの出力パルス波形をさらに詳しく説明するもので、図７の上の３つのパルス波形は、無信号時、すなわちパルスがオーディオ信号により変調されていない時の出力端子１１のそれぞれの端子からのパルス波形と、２つのパルスが負荷で加算された信号を示している。この時は負荷に幅の狭いパルスしか現れないため、負荷には僅かの電流しか流れていない。

図７の下の３つのパルス波形は、オーディオ信号によりパルス幅が変調された時の出力と負荷で加算されたパルス波形を示している。すなわち、出力端子１１に現れる二つのパルスの幅は、変調するオーディオ信号のレベルにより反対方向に変化し、負荷では二つのパルスが加算されたパルスが生じる。以上の動作によりコモンモード動作とした時は、ディファレンシャルモード動作に比べ、大幅に負荷電流を減らすことができる。
コモンモード出力とすれば、上述の如く、ローパスフィルタを使用することもなく、かつディファレンシャルモード動作に比べ負荷やローパスフィルタを構成するインダクタでの電力損失を軽減できる効果がある。また、ローパスフィルタを挿入したことによる、オーディオ信号に対する遅延などの特性劣化も生じさせない効果もある。なお、フィルタレスデジタルアンプの動作については、非特許文献２に詳しく記述されている。
Ｔｏｎｙ Ｄｏｙ：Ｉｍｐｒｏｖｅ ＥＭＣ Ｉｎ Ｃｌａｓｓ Ｄ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ ０２．１６．０６ ｐ６３〜６８ Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＴＰＡ３１００Ｄ２ Ｓｔｅｒｅｏ Ｃｌａｓｓ Ｄ Ａｕｄｉｏ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ＤＡＴＡ ＳＨＥＥＴ

発明が解決しようとしている課題

フィルタレスデジタルアンプは、電力効率が良く、出力にローパスフィルタを使わないことから良好なオーディオ特性を得られるが、出力端子とスピーカを結ぶスピーカケーブルから大きな電磁波漏洩が放出される課題がある。

コモンモード出力のフィルタレスデジタルアンプの出力端子とスピーカを接続する２本の信号線には同相のパルス電流が流れ、磁界を発生する。ディファレンシャルモード出力の場合は各々の２つの信号線から発生する磁界は、互いに打消し合い、外部への電磁波漏洩は少ないが、コモンモード出力の場合、磁界は打消し合うことはなく、外部に大量に電磁波を放散される。その結果、スピーカケーブルが、恰もダイポールアンテナのようになり、高周波パルスとその高調波成分による電磁波を放出し、ケーブル周辺にある装置に妨害を与える。

コモンモード出力のフィルタレスデジタルアンプとスピーカを接続するスピーカケーブルからの電磁波漏洩を軽減する方法として、従来、以下のような方法が採られている。
１．コモンモード出力デジタルアンプの出力端子にローパスフィルタを挿入し、ケーブルからの高周波パルスが乗らないようにする方法。（非特許文献２にも記載されている）
２．フィルタレスデジタルアンプとスピーカをシールドした同一の筐体に収容した所謂パワードスピーカとして、電磁波漏洩を抑える方法。（非特許文献２にも記載されている）
３．デジタルアンプとスピーカを接続するケーブルを出来るだけ短くし、ケーブルのアンテナ効果を減らす方法。（非特許文献２にも記載されている）
４．フィルタレスデジタルアンプを比較的低出力の場合に限って使用し、電磁波漏洩を 少なくする方法。
先ず、１の方法では、ディファレンシャルモードの時と同様に満足したオーディオ特性を得ることが出来ず、電力利用効率も良くない。２〜３の方法は、フィルタレスデジタルアンプの使用を制限することになる。例えば、デジタルアンプとスピーカを離れた位置に設置しなければならない大画面薄型テレビなどにはフィルタレスデジタルアンプを使用できない。４の方法は、低出力アンプしか必要としない携帯用装置での使用に限られる。
以上述べたように、フィルタレスデジタルアンプは、高性能オーディオ特性、高電力効率など有効な特性を持つ反面、電磁波不要輻射が大きく、応用が限定されるという課題がある。

本発明は上記の如き従来技術の問題を解決するためになされたものであり、フルタレスデジタルアンプとスピーカを接続するスピーカケーブルからの電磁波漏洩を低減し、フィルタレスデジタルアンプ本来の特性を発揮させ、設置場所の制限をなくそうとするものである。

課題を解決するための手段

これらの問題を解決する手段として、特許請求の範囲に記載するようにした。すなわち、請求項１〜３のように、１芯もしくは多芯の信号線１本を被覆したシールドケーブルを２本用い、フィルタレスデジタルアンプの二つの出力端子とスピーカの二つの入力端子とにおける対応する入出力端子同士をそれぞれ１本のシールドケーブルで接続した。さらに、複数の接点を有する金属製コネクタを用いて、該２本のシールドケーブルの各１本をそれぞれ前記金属製コネクタのそれぞれの接点で終端し、スピーカの金属製フレームに取付けた受け側金属製コネクタを介してスピーカフレームの内側にあるボイスコイルに直接接続した。

発明の効果

各々が金属製コネクタにより終端された信号線１本を被覆したシールドケーブル２本と、スピーカの金属製フレームに取付けた受け側金属製コネクタを接続することにより、フィルタレスデジタルアンプとスピーカを接続することにより、スピーカケーブルから放射される電磁波漏洩を大幅に低減し、フィルタレスデジタルアンプの本来の特性を発揮出来る効果がある。
また、電磁波漏洩により制約されたスピーカとアンプの設置場所の制約を受けない効果もある。
以上本発明によれば、電磁波漏洩を考慮せず、フィルタレスデジタルアンプの特徴である良好なオーディオ特性と低電力消費という本来の特性を発揮させることが可能となる。

フィルタレスデジタルアンプとスピーカを接続するスピーカケーブルからの電磁波漏洩を抑えるため、金属製コネクタで終端した信号線１本を被覆したシールドケーブルを２本使って、スピーカに取付けた受け側金属製コネクタと前記金属製コネクタを接続した。

図１は本発明による一実施例を示すもので、図に従って動作を説明する。
フィルタレスデジタルアンプの出力端子は、信号線１本を被覆したシールドケーブル１を２本使って、スピーカ２に接続されている。通常、アンプとスピーカを接続するとき、外来雑音妨害を防ぐ必要があるとき、スピーカケーブルの２本の信号線は、一つのシールド被覆内にまとめて収容されているが、本発明では、信号線１本を被覆したシールドケーブルを２本使って、フィルタレスデジタルアンプと接続するのが特徴である。

２本の独立したシールドケーブル１の断面は、それぞれ拡大して図示するように、信号線となる芯線、絶縁体、シールド被覆から構成されている。ここでは、信号線となる芯線は１芯で示しているが、通常は複数の導線からなる多芯で構成されている。２本のシールドケーブルのそれぞれの信号線は、フィルタレスデジタルアンプの２つの出力端子にそれぞれ接続され、それぞれのシールド被覆はアンプのアース端子に接続される。一方、２本のシールドケーブルとスピーカが接続される側には金属製コネクタのプラグ３があり、プラグの４つの接点には２本のシールドケーブルの各々の信号線と各々のシールド被覆が接続されている。ここで金属製コネクタとしたのは、スピーカ入力端子との接続点からの電磁波漏洩を抑えるためである。

スピーカ１は金属製スピーカフレーム４をもつ一般的なスピーカで、その金属製フレーム４の上に置かれたコネクタ取付板５には金属製コネクタのレセプタクル６が取り付けてある。 レセプタクル６の２つの接点は、フレーム４の内側にあるスピーカのボイスコイルからの引き出し線７に接続され、残りの２つの接点は、金属フレームの同一場所に接続されている。すなわち、フィルタレスデジタルアンプの二つの出力端子とスピーカの二つの入力端子とにおける対応する入出力端子同士をそれぞれ１本のシールドケーブルで接続した。そして、シールドケーブルとスピーカ入力端子との接続は金属製コネクタを介して行った。ことにより、ケーブルとスピーカからの電磁波漏洩を防止する遮蔽効果を発揮することが出来る。

さらに、スピーカ音響放出開口面からの電磁波漏洩を抑えるため、スピーカ１の表面の音響放出開口面には網目状の金属製スピーカネット８が置かれ、その外周辺はスピーカの金属フレームに接触している。これにより、スピーカ音響放出開口面からの電磁波漏洩を抑えることが出来る。スピーカネットは、本発明の目的である電磁波漏洩軽減のためではなく、スピーカ振動板の保護の目的で従来から使われるもので、これによりスピーカの音響特性に影響を与えるものではない。なお、スピーカの音響放出開口面からの電磁波漏洩は少ないため、スピーカネットは状況に応じて使用すればよい。

また、スピーカの金属製フレームの形状によっては、金属フレームがない所に、スピーカネットと同様の網目状のネットを置けば、さらに電磁波漏洩を軽減できる。

以上のスピーカ接続方法により、電磁波漏洩の効果を検証してみた。
図２〜５は、従来の接続方法と本発明による効果を実証するために測定したデータで、スピーカケーブルからの電磁波漏洩をスペクトラムアナライザにより測定したものである。測定データの横軸は８０ＭＨｚまでの測定周波数を、縦軸は電磁波漏洩レベルをｄＢ表示している。

図２は、信号線２本をまとめて１本のシールドケーブルとしたスピーカケーブルからの電磁波漏洩を測定したものである。なお、ここで使ったスピーカケーブルは、外部からの電磁波などの妨害を除去するために従来より使用されているものである。

図３は、本発明による信号線１本を被覆したシールドケーブルを２本使った実施例としたときの電磁波漏洩を測定したものである。測定結果から明らかなごとく、本発明によるケーブル接続方法によるケーブルからの電磁波漏洩が図２のデータに比べ大幅に低減していることが判る。

また、デジタルアンプの出力にローパスフィルタを用い高周波パルスを除去したときの通常のシールドなしのスピーカケーブルからの電磁波漏洩を測定したのが図４で、これと本発明のケーブル接続方法による電磁波漏洩はほぼ同等と確認できる。

また、本発明の重要な要素となるスピーカの金属製フレーム内側でのスピーカケーブルとボイスコイル引き出し線との接続による電磁波漏洩低減効果も確認した。通常のスピーカとスピーカケーブルの接続は、スピーカフレームの外側に設けた接続端子を介して行われる。本発明による各々独立した２本のシールドケーブルが、金属製コネクタを用いず、スピーカの外側にある通常のスピーカ端子に接続されたとき、接続点近辺において測定した電磁波漏洩は図５である。図５によれば、まだかなり大きな電磁波漏洩がある。

これに対して、スピーカユニットのフレームに取り付けた金属コネクタを介して接続したときの接続点での電磁波漏洩は図３とほぼ同じであった。これを見ても明らかな如く、金属製コネクタを介して接続したとき大幅に電磁波漏洩が低減していることが判る。

以上の測定データが示す如く、それぞれ信号線１本の独立した２本のシールドケーブルと、スピーカの金属製フレームに取付けた金属製コネクタを用いた接続方法は、電磁波漏洩を大幅に軽減し、フィルタレスデジタルアンプの本来の特性をスピーカの設置場所を限定することなく、発揮することが出来る。

なお、ここではデジタルアンプ自体からの電磁波漏洩については、言及していないが、デジタルアンプ側においても、通常採られているシールド箱への収容、配線による寄生インダクタンスによる高調波は発生などの電磁波漏洩対策は当然採られているものとする。

本発明の実施例では、スピーカフレームに取り付けた金属コネクタを介して、信号線が１本の２本の独立シールドスピーカケーブルをボイスコイル引き出し線に接続したが、外部接続端子をもつスピーカをシールドされたスピーカ収容箱に入れ、２本の独立シールドスピーカケーブルをスピーカ収容箱に開けた小孔を通して、スピーカの外部端子に直接接続しても同様の効果が得られる。

また、本発明によるフィルタレスデジタルアンプの接続方法は、ＰＷＭデジタルアンプだけではなく、パルス密度方式のデジタルアンプ、ローパスフィルタ効果を持つ簡単な部品を出力回路に付加したデジタルアンプなど各種のデジタルアンプに適用出来る。例えば、オーディオ特性に影響を与えないフィルタ、フェライトビーズ、クランプフィルタなどをフィルタレスデジタルアンプの出力回路への挿入すれば、より確実な電磁波漏洩低減効果が得られる。

本発明によるフィルタレスデジタルアンプの接続方法の一実施例である。 信号線２本をシールドしたケーブルからの電磁波測定データ 信号線１本をシールドしたケーブルからの電磁波測定データ ローパスフィルタを使用したシールドなしケーブルからの電磁波測定データ スピーカとの接続点における電磁波測定データ フィルタレスデジタルアンプの動作説明図 フィルタレスデジタルアンプの詳細な動作説明図

符号の説明

１ 信号線１本を被覆したシールドケーブル
２ スピーカ
３ 金属製コネクタのプラグ
４ 金属製スピーカフレーム
５ コネクタ取付板
６ 金属製コネクタのレセプタクル
７ ボイスコイルからの引出し線
８ 金属製スピーカネット
１０ フルブリッジ型スイッチング出力回路
１１ 出力端子
２０ 負荷となるスピーカ

Claims (4)

1. 一芯もしく多芯の信号線１本を被覆したシールドケーブル２本用い、フィルタレスデジタルアンプの二つ出力端子とスピーカの二つの入力端子とにおける対応する入出力端子同士をそれぞれ１本のシールドケーブルで接続したことを特徴とするオーディオ装置。
2. 請求項１のスピーカの二つの入力端子が金属製スピーカフレームの内側にあることを特徴とするオーディオ装置。
3. 複数の接点を有する金属製コネクタを用い、前記一芯もしくは多芯の信号線１本を被覆したシールドケーブルを２本用いて、該２本のシールドケーブルの各１本をそれぞれ前記金属製コネクタのそれぞれの接点で終端し、前記スピーカのボイスコイル引出し線を金属製スピーカフレームに取付けられた複数の接点を有する金属製コネクタの接点に接続し、前記２つの金属製コネクタを互いに接続することを特徴とするオーディオ装置。
4. 請求１〜３記載のスピーカの振動板上部の音響放出開口部もしくは請求項２〜３記載の金属製スピーカフレームの空白部に金属製スピーカネットを被せたことを特徴とするオーディオ装置。

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