JP2012209612A

JP2012209612A - オーディオアンプ装置

Info

Publication number: JP2012209612A
Application number: JP2011071348A
Authority: JP
Inventors: Takashi Arai; 孝新井
Original assignee: D&M Holdings Inc
Current assignee: D&M Holdings Inc
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【目的】オーディオアンプ装置において、ディジタルアンプのクリップによる歪を防止する。
【構成】オーディオアンプ装置において、入力オーディオ信号を遅延させる遅延部と、遅延されたオーディオ信号をパルス変調変換する変換部と、変換されたオーディオ信号をスイッチング増幅するスイッチング増幅出力部と、スイッチング増幅されたオーディオ信号をアナログオーディオ信号に復調するローパスフィルターと、スイッチング増幅出力部に電源電圧を供給する電源部と、電源部が前記スイッチング増幅出力部に供給する電源電圧を切り替える電源電圧切替部と、入力オーディオ信号レベルを検出する検出部と、信号レベルに応じて変換部の変換係数及び電源電圧切替部の切替動作を制御する制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、オーディオ信号を高効率に増幅するオーディオアンプ装置に関する。

音楽、音声など、各種のオーディオ信号を増幅するオーディオアンプ装置において、音楽信号等のように入力（出力）信号の変動が激しい場合、電圧の切り替え、特に、ＬレベルからＨレベルへの信号電圧レベルの変化に追いつかずクリップして歪が発生することがあった。

このような歪の対応策として、リニアアンプの場合は、ソフトクリップ回路を付加すること等によって歪が目立たないよう工夫することによって実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
また、入力信号レベルに応じて増幅器の電源電圧を調節するパワーアンプ装置があった（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−０４３８５６公報特開平０５−２２６９４３公報

オーディオ信号を高効率に増幅するディジタルアンプ(PWM(Pulse Width Modulation)アンプを含む)において、特許文献１のような、リニアアンプに用いられていたソフトクリップ回路等の工夫をそのまま適用すると、歪が顕著に現れるという問題があった。
また、特許文献２のような、入力信号レベルに応じて増幅器の電源電圧を調節する技術は、アナログ増幅器の電源電圧を調節するものであり、ディジタル増幅回路を直接制御するものではなかった。

本発明では、オーディオ信号を高効率に増幅するディジタルアンプにおいて、入力（出力）信号の変動が激しい音楽信号等の電圧の切り替え、例えば、ＬレベルからＨレベルへの信号電圧レベルの変化に追いつかずクリップすること等による歪の発生を防止することを目的とする。

本願発明に係るオーディオアンプ装置は、ディジタルオーディオ信号を入力する入力部と、前記入力部によって入力されたオーディオ信号を遅延させる遅延部と、前記遅延部によって遅延されたオーディオ信号をパルス変調変換する変換部と、前記変換部によって変換されたオーディオ信号をスイッチング増幅するスイッチング増幅出力部と、前記スイッチング増幅出力部によってスイッチング増幅されたオーディオ信号をアナログオーディオ信号に復調するローパスフィルターと、前記スイッチング増幅出力部に電源電圧を出力する電源部と、前記電源部から前記スイッチング増幅出力部に供給する電源電圧を切り替える電源電圧切替部と、前記入力部によって入力されたオーディオ信号レベルを検出する信号レベル検出部と、前記信号レベル検出部が検出した信号レベルに応じて前記変換部の変換係数及び前記電源電圧切替部の切替動作を制御する制御部とを備えるものである。
また、前記電源部は平均入力信号レベルに応じた低電圧と最大入力レベル時に出力がクリップしない高電圧の２系統の電源電圧を出力し、前記電源電圧切替部は前記低電圧と前記高電圧の出力を切り替えて前記スイッチング増幅出力部に電力を供給するものである。

本発明のオーディオアンプ装置によれば、ディジタルアンプのクリップによる歪を防止することができる。また、ディジタルアンプにおいて、通常使用状態での電源電圧を低くできるので、不要輻射の抑制に効果がある。

本発明のオーディオアンプ装置の一実施例の構成を示すブロック図である。

図１は、本発明のオーディオアンプ装置の一実施例を示すブロック図である。
外部からディジタルオーディオインタフェースで伝送されてきたディジタルオーディオ信号は、入力端子１を介し入力部２に入力される。入力部２は、DIR(Digital Interface Receiver)等の入力回路を備え、入力されたディジタルオーディオ信号をディジタルオーディオインタフェース方式に応じて復調する。

遅延部３は、入力部２によって入力されたオーディオ信号を遅延させる。遅延部３の遅延時間は、後述する電源電圧切替部９の切替に要する時間分として設定する。
変換部４は、遅延部３によって遅延されたオーディオ信号を、パルス幅変調(PWM(Pulse Width Modulation))信号、パルス密度変調(Pulse Density Modulation))信号等に変換するパルス変調変換を行う。

スイッチング増幅出力部５は、変換部４によって変換されたオーディオ信号をスイッチング増幅し出力する。
ローパスフィルター(LPF(Low Pass Filter))６は、スイッチング増幅出力部５によってスイッチング増幅されたオーディオ信号をアナログオーディオ信号に復調し、外部に接続されたスピーカ１１に出力する。スピーカ１１は、アナログオーディオ信号を音に変換して出力する。

電源部１０は、低電圧(Lo)、高電圧(Hi)の２系統の電源電圧発生回路を備え、Lo電圧、Hi電圧それぞれの電源電圧を出力し、電源電圧切替部９を介して、スイッチング増幅出力部５に電力を供給する。Hi電圧は最大入力レベル時（信号電圧は例えば1Ｖ）に出力がクリップしない電圧、Lo電圧は平均入力信号レベル（信号電圧は例えば0.1Ｖ）に応じた電圧に設定する。

電源電圧切替部９は、電源部１０がスイッチング増幅出力部５に供給する電源電圧を、低電圧(Lo)にするか高電圧(Hi)にするかを切り替える。電源電圧切替部９には、メカニカルリレー、半導体スイッチ等の切替回路が用いられる。電圧切替に要する時間は、メカニカルリレーでは100msec程度、半導体スイッチでは10nsec〜数msec程度である。したがって、遅延部３の遅延時間は、メカニカルリレーを使用する場合には100msec程度に設定し、半導体スイッチを使用する場合には10nsec〜数msec程度に設定し、オーディオ信号に対する電源電圧の切替タイミングを合わせる。

信号レベル検出部７は、入力部２で入力されたオーディオ信号レベルを検出し、検出レベルを示すデータを制御部８に出力する。制御部８は、信号レベル検出部７からの検出レベルに応じて変換部４及び電源電圧切替部９に制御信号を出力する。ここで、制御部８は、信号レベル検出部７による検出レベルが、予め制御部８内に設定された平均入力信号レベルの範囲であるか、予め制御部８内に設定された最大入力レベルの範囲であるかを判別して、それぞれの判別結果に応じた制御信号を出力する。

この制御信号によって電源電圧切替部９が制御され、電源部１０からスイッチング増幅出力部５に供給する電圧は、信号レベル検出部７が検出した入力信号検出レベルが平均入力信号レベルであれば、Lo電圧に切り替えられ、信号レベル検出部７が検出した入力信号検出レベルが最大入力レベルであれば、Hi電圧に切り替えられる。
また、変換部４は、制御部８からの制御信号によって、電源部１０からスイッチング増幅出力部５に供給される電圧の切り替えに合わせて、変換係数を変更し、PWM信号であればパルス幅、PDM信号であればパルス密度を切り替え制御する。

ディジタルアンプでは、高効率とするため最大出力に合わせた電源電圧で動作している。ボリウムコントロールのために電源電圧を可変する製品であっても最大入力信号（ディジタル入力の場合フルビット）でクリップしない電源電圧を使用する。ディジタルアンプであっても、電源電圧は低い方が消費電力は少なくなり更に高効率になる。

音楽信号の平均レベルは最大レベルと比較して−２０ｄＢともいわれている。
そこで通常の使用状態では、この平均レベルに合わせた電源電圧をスイッチング増幅出力部５に供給して動作し、信号レベルが高くなった場合のみ高電源電圧に切り替えてスイッチング増幅出力部５に供給することにより、通常使用時の高効率化を図り、かつ大出力にも歪の発生しないようにオーディオアンプ装置を構成するものである。

本実施例では、信号レベル検出部７が検出した入力信号検出レベルが平均入力信号レベルであればLo電圧に切り替え、入力信号検出レベルが最大入力レベルであればHi電圧に切り替えることとしたが、本発明は、このほか、平均入力信号レベルの検出範囲の上限と最大入力信号レベルの検出範囲の下限を同じレベルとして設定して、入力信号検出レベルが平均入力信号レベルより高くなった場合に最大入力信号レベルとなってHi電圧に切り替え、入力信号検出レベルが最大入力信号レベルより低くなった場合にLo電圧に切り替える構成として実施することもできる。

電源電圧は、高低２種類に限らず数種類、あるいは連続可変として実施することもできる。
電源電圧の切り替えはリニア電源におけるトランスのタップの切り替えの他、スイッチングレギュレータの電圧制御でも構成することができる。
遅延回路としてディジタル信号の伝送ジッター対策やポータブル機の音とび対策としてのＲＡＭバッファーを共用することもできる。

本発明のオーディオアンプ装置は、ディジタルアンプにおいてスイッチング増幅出力部に供給する通常使用状態での電源電圧を低くできるので、不要輻射の抑制に効果がある。

ディジタル信号入力のフルディジタルアンプを使用する機器・装置において、信号変換にＤＳＰ等の多機能信号処理素子や記憶素子を使用して構成できるため、遅延回路を構成する上で新たな部品を追加する必要がないので、小さい回路規模で構成でき、コストアップを最小限とすることができる。
また、ディジタルアンプを使用する機器・装置において、通常使用状態での電源電圧を低くできるので不要輻射の抑制という点でも有効である。

１入力端子
２入力部(DIR)
３遅延部
４変換部
５スイッチング増幅出力部
６ローパスフィルター(LPF)
７信号レベル検出部
８制御部
９電源電圧切替部
１０電源部
１１スピーカ

Claims

ディジタルオーディオ信号を入力する入力部と、
前記入力部によって入力されたオーディオ信号を遅延させる遅延部と、
前記遅延部によって遅延されたオーディオ信号をパルス変調変換する変換部と、
前記変換部によって変換されたオーディオ信号をスイッチング増幅するスイッチング増幅出力部と、
前記スイッチング増幅出力部によってスイッチング増幅されたオーディオ信号をアナログオーディオ信号に復調するローパスフィルターと、
前記スイッチング増幅出力部に電源電圧を出力する電源部と、
前記電源部から前記スイッチング増幅出力部に供給する電源電圧を切り替える電源電圧切替部と、
前記入力部によって入力されたオーディオ信号レベルを検出する信号レベル検出部と、
前記信号レベル検出部が検出した信号レベルに応じて前記変換部の変換係数及び前記電源電圧切替部の切替動作を制御する制御部とを備える
ことを特徴とするオーディオアンプ装置。
請求項１に記載のオーディオアンプ装置であって、前記電源部は平均入力信号レベルに応じた低電圧と最大入力レベル時に出力がクリップしない高電圧の２系統の電源電圧出力を有し、前記電源電圧切替部は前記低電圧と前記高電圧の出力を切り替えて前記スイッチング増幅出力部に電力を供給することを特徴とするオーディオアンプ装置。