JP4152374B2 - スピーカ駆動用増幅装置および音声出力装置 - Google Patents

スピーカ駆動用増幅装置および音声出力装置 Download PDF

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Description

本発明は、例えば携帯電話などのポータブル機器等に搭載されたスピーカを、入力信号を増幅した出力信号で駆動するスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装置に関するものである。
従来、スピーカを搭載している機器、例えば、デジタルビデオカメラ(DVC)やデジタルスチルカメラ(DSC)、携帯電話、ノートパソコン等のポータブル機器の音声増幅回路を有するスピーカ駆動用増幅装置をIC化しようとする場合、その搭載スピーカとして、省スペース化を目的に圧電スピーカを使用する場合が多い。
このような圧電スピーカを駆動する従来のスピーカ駆動用増幅装置(例えば、特許文献1を参照)について以下に説明する。
図5は従来のスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装置の構成を示すブロック図である。図5に示すスピーカ駆動用増幅装置2おいては、入力端子5からの入力信号を増幅して、出力端子6、7に接続されたスピーカ1として圧電スピーカを十分な音圧レベルが得られるように高いダイナミックレンジにより駆動することが可能な増幅回路8と、この増幅回路8の出力段に必要な高電圧電源を外部の低電圧電源から昇圧生成するためのスイッチング電源回路9とを、同一チップ上に内蔵している。これにより、装置の小型化及び実装の容易化を計っている。
特開昭63−217806号公報
しかしながら上記のような従来のスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装置では、増幅回路8からの出力電力はスピーカ1の負荷インピーダンスに反比例するため、圧電スピーカに対しては設計上問題なく適切に駆動することができるが、回路構成がそのままでは、例えば、価格が安価なため一般的に多く用いられているダイナミックスピーカを使用する場合、圧電スピーカより負荷インピーダンスの低いダイナミックスピーカを駆動したときには、圧電スピーカを駆動する場合に比べて増幅回路8からの出力電力が大きくなり、スピーカから音圧レベルが出過ぎてしまうという問題点を有していた。
つまり、スピーカ1において、負荷インピーダンスの異なるダイナミックスピーカと圧電スピーカに対する各駆動の両方に対応できず、それぞれのスピーカ駆動において、同じ入力信号に対して同じ電力の信号を出力することができないということである。
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、負荷インピーダンスの異なるダイナミックスピーカと圧電スピーカに対する各駆動のそれぞれに対応することができるとともに、それぞれのスピーカ駆動において、同じ入力信号に対して同じ電力の信号を出力することができるスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装置を提供する。
上記の課題を解決するために、本発明の請求項に記載のスピーカ駆動用増幅装置は、負荷インピーダンスが異なる複数種類のスピーカを駆動可能なスピーカ駆動用増幅装置であって、接続されるスピーカの負荷インピーダンスに対応させて電圧の異なる電源が印加される電源端子およびドライバ用電源端子と、前記電源端子の電源電圧と前記ドライバ用電源端子の電源電圧とに基づいて、前記スピーカの負荷インピーダンスに対応させて前記電源端子と前記ドライバ用電源端子がショートされたかどうかを検出する電源電圧検出回路と、前記電源端子および前記ドライバ用電源端子の電源を電力源として入力信号を増幅し前記スピーカを駆動する増幅回路と、前記電源電圧検出回路による検出結果に応じて、駆動可能な前記複数種類のスピーカのそれぞれにおいて同じ入力信号に対して同じ出力電力となるように、前記増幅回路の増幅利得を切り換える利得切換回路とを有し、前記増幅回路は、前記利得切換回路により切り換えられた利得で前記入力信号を増幅する構成としたことを特徴とする。
また、本発明の請求項に記載の音声出力装置は、固有の負荷インピーダンスを有するスピーカと、接続された前記スピーカの負荷インピーダンスに対応させて電圧の異なる電源が印加される電源端子およびドライバ用電源端子と、前記電源端子の電源電圧と前記ドライバ用電源端子の電源電圧とに基づいて、前記スピーカの負荷インピーダンスに対応させて前記電源端子と前記ドライバ用電源端子がショートされたかどうかを検出する電源電圧検出回路と、前記電源端子および前記ドライバ用電源端子の電源を電力源として入力信号を増幅し前記スピーカを駆動する増幅回路と、前記電源電圧検出回路による検出結果に応じて、他の負荷インピーダンスを有するスピーカの駆動時と同じ入力信号に対して同じ出力電力となるように、前記増幅回路の増幅利得を切り換える利得切換回路とを有し、前記増幅回路は、前記利得切換回路により切り換えられた利得で前記入力信号を増幅する構成としたことを特徴とする。
以上により、電源電圧検出回路による電源端子とドライバ用電源端子のショート状態についての検出結果に応じて、負荷インピーダンスの異なるスピーカに対する各駆動において同じ入力信号に対して同じ出力電力となるように、利得切換回路により増幅回路の利得を切り換えて、その利得により入力信号を増幅し当該スピーカを駆動することができる。
以上のように本発明によれば、電源電圧検出回路による電源端子とドライバ用電源端子のショート状態についての検出結果に応じて、負荷インピーダンスの異なるスピーカに対する各駆動において同じ入力信号に対して同じ出力電力となるように、利得切換回路により増幅回路の利得を切り換えて、その利得により入力信号を増幅し当該スピーカを駆動することができる。
以上により、負荷インピーダンスの異なるスピーカに対する各駆動のそれぞれに対応することができるとともに、それぞれのスピーカ駆動において、同じ入力信号に対して同じ電力の信号を出力することができる。
以下、本発明の実施の形態を示すスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1のスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装置を説明する。
図1は本実施の形態1のスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装置の一構成例を示すブロック図である。図1に示すスピーカ駆動用増幅装置2において、増幅回路8は、入力端子5から入力された信号を増幅し、出力端子6、7でスピーカ1を駆動する回路であって、電源端子3の電圧を検出し、その電圧によって、出力端子6、7に接続されているスピーカがダイナミックスピーカか圧電スピーカかを決定する電源電圧検出回路10を、電源端子3とGND端子4間に接続し、電源電圧検出回路10の出力により増幅回路8の電圧利得を切り換える利得切換回路11を、電源電圧検出回路10と増幅回路8との間に設ける。
図3は本実施の形態1のスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装置の一具体構成例を示す回路図である。図3に示すスピーカ駆動用増幅装置2において、電源電圧検出回路10は、定電流源110を流すことで発生するダイオード108、109の定電圧バイアスと、電源端子3の電圧を抵抗111と抵抗112の抵抗分割電圧とを比較し、その比較結果を出力する比較器104から構成されている。また、利得切換回路11は、増幅回路8における電圧利得が0dBの非反転増幅回路102と電圧利得のある非反転増幅回路103とを、スイッチ107で切り換える。ダイナミックスピーカ使用時は非反転増幅回路102が動作し、圧電スピーカ使用時には非反転増幅回路103が動作することにより、増幅回路8の電圧利得を切り換えるように構成されている。
通常、スピーカとして、ダイナミックスピーカ使用時には電源電圧は3Vを使用し、ダイナミックスピーカより負荷インピーダンスが高い圧電スピーカを使用する時には、ダイナミックレンジを稼ぐため電源電圧は約7Vを使用する。従って、電圧検出を電源電圧5V以上で設定する場合には、抵抗111の抵抗値と抵抗112の抵抗値を7対18にすることで実現できる。
電源電圧を約7Vで使用する圧電スピーカ使用時は、比較器104の出力をON(HIGHTに)し、非反転増幅器103が動作し、スピーカ駆動用増幅装置2全体の電圧利得を、非反転増幅器103の電圧利得分だけ増加させる。
また、ダイナミックレンジに当たらない入力に対しては、vo1*vo1/RL1=vo2*vo2/RL2、Gv1=20log(vo1/vi)、Gv2=20log(vo2/vi)を満たす条件設定をすることで、同一入力で同じ出力電力を出力することができる。ここで、vo1はダイナミックスピーカ使用時の出力電圧、vo2は圧電スピーカ使用時の出力電圧、RL1はダイナミックスピーカのインピーダンス、RL2は圧電スピーカのインピーダンス、Gv1はダイナミックスピーカ使用時の電圧利得、Gv2は圧電スピーカ使用時の電圧利得、viは入力電圧である。
以上のようにして、電源電圧検出回路10により電源端子3に印加されている電源電圧がダイナミックスピーカ用か圧電スピーカ用かを検出し、その検出結果に応じて、それぞれのスピーカ駆動において同じ入力信号に対して同じ出力電力となるように、利得切換回路11により増幅回路8の利得を切り換え、その利得を有する増幅回路8により入力端子5からの入力信号を増幅して出力端子6、7に接続されたスピーカ1を駆動することができる。
その結果、負荷インピーダンスの異なるダイナミックスピーカと圧電スピーカに対する各駆動のそれぞれに対応することができるとともに、それぞれのスピーカ駆動において、同じ入力信号に対して同じ電力の信号を出力することができる。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2のスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装置を説明する。
図2は本実施の形態2のスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装置の一構成例を示すブロック図である。図2に示すスピーカ駆動用増幅装置2において、増幅回路8は、入力端子5から入力された信号を増幅し、出力端子6、7でスピーカ1を駆動する回路で、電源端子3は増幅回路8の出力トランジスタ用の電源端子で、ドライバ用電源端子12は、増幅回路8内の出力トランジスタ以外の電源端子で、電源端子3より電圧の高い電圧、例えば約7Vを供給する端子であり、ダイナミックスピーカ使用時の消費電力を抑えるためとRAIL TO RAILで動作させるためにドライバ用電源端子12を備えている。また、圧電スピーカ使用時には、電源端子3の3Vでは負荷インピーダンスが高いため、電源端子3の電圧を約7Vで使用する。
これらドライバ用電源端子12の電圧と電圧端子3の電圧によって、出力端子6、7に接続されているスピーカ1がダイナミックスピーカか圧電スピーカかを決定する電源電圧検出回路10を、ドライバ用電源端子12と電源端子3とGND端子4に接続し、電源電圧検出回路10の出力で増幅回路8の電圧利得を切り換える利得切換回路11を電源電圧検出回路10と出力増幅回路8の間に設ける。
図4は本実施の形態2のスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装置の一具体構成例を示す回路図である。図4に示すスピーカ駆動用増幅装置2において、電源電圧検出回路10は、定電流源110を流すことで発生するダイオード108、109の定電圧バイアスと、電源端子3の電圧がドライバ用電源端子12の電圧より−0.7V以下に下がった場合に、抵抗119とトランジスタ118で発生する電流をトランジスタ118とトランジスタ117でミラーし、更にトランジスタ116とトランジスタ115のカレントミラー回路で抵抗111に電流を流し込み発生する電圧とを、比較器104で比較し、ダイナミックスピーカの使用と判断して比較器104の出力をOFF(LOWレベルに)する。例えば、電源端子3に3Vが印加され、ドライバ用電源端子12に7Vが印加された場合は、ダイナミックスピーカでの接続と判断する。
一方、電源端子3とドライバ用電源端子12をショートさせて同じ7V印加で使用する場合には、抵抗119、トランジスタ118、117、116、115で電流が発生しないため、比較器104は、その出力をON(HIGHTレベル)になり、圧電スピーカでの接続と判断する。
利得切換回路11は、比較器104の出力信号を受けて、電圧利得が0dBの非反転増幅回路102と電圧利得のある非反転増幅回路103をスイッチ107で切り換える。つまり、ダイナミックスピーカ使用時は非反転増幅回路102が動作し、圧電スピーカ使用時には非反転増幅回路103が動作することにより、増幅回路8の電圧利得を切り換えるようにしている。
また、ダイナミックレンジに当たらない入力に対しては、vo1*vo1/RL1=vo2*vo2/RL2、Gv1=20log(vo1/vi)、Gv2=20log(vo2/vi)を満たす条件設定をすることで、同一入力で同じ出力電力を出力することができる。ここで、vo1はダイナミックスピーカ使用時の出力電圧、vo2は圧電スピーカ使用時の出力電圧、RL1はダイナミックスピーカのインピーダンス、RL2は圧電スピーカのインピーダンス、Gv1はダイナミックスピーカ使用時の電圧利得、Gv2は圧電スピーカ使用時の電圧利得、viは入力電圧である。
以上のようにして、電源電圧検出回路10により、電源端子3とドライバ用電源端子12に印加されている各電源電圧に基づいて、電源端子3とドライバ用電源端子12がショートされているかどうかを検出し、出力端子6、7に接続されたスピーカがダイナミックスピーカか圧電スピーカかを判断し、その結果に応じて、それぞれのスピーカ駆動において同じ入力信号に対して同じ出力電力となるように、利得切換回路11により増幅回路8の利得を切り換え、その利得を有する増幅回路8により入力端子5からの入力信号を増幅して出力端子6、7に接続されたスピーカ1を駆動することができる。
その結果、負荷インピーダンスの異なるダイナミックスピーカと圧電スピーカに対する各駆動のそれぞれに対応することができるとともに、それぞれのスピーカ駆動において、同じ入力信号に対して同じ電力の信号を出力することができる。
本発明のスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装置は、負荷インピーダンスの異なるダイナミックスピーカと圧電スピーカに対する各駆動のそれぞれに対応することができるとともに、それぞれのスピーカ駆動において、同じ入力信号に対して同じ電力の信号を出力することができるもので、DVCやDSC、携帯電話、ノートパソコン等のポータブル機器に搭載されたスピーカを駆動する音声出力回路として有用である。
本発明の実施の形態1のスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装 の一構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態2のスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装 の一構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態1のスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装 の一具体構成例を示す回路図 本発明の実施の形態2のスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装 の一具体構成例を示す回路図 従来のスピーカ駆動用増幅装置および音声出力装置の一構成例を示すブロック図
符号の説明
1 スピーカ
2 スピーカ駆動用増幅装置
3 電源端子
4 GND端子
5 入力端子
6 正層出力端子
7 逆層出力端子
8 増幅回路
9 スイッチング電源回路
10 電源電圧検出回路
11 利得切換回路
12 ドライバ用電源端子
101 BTL増幅回路
102 非反転増幅回路
103 非反転増幅回路
104 比較器
105 抵抗
106 抵抗
107 スイッチ
108 ダイオード
109 ダイオード
110 定電流源
111 抵抗
112 抵抗
115 トランジスタ
116 トランジスタ
117 トランジスタ
118 トランジスタ
119 抵抗

Claims (2)

  1. 負荷インピーダンスが異なる複数種類のスピーカを駆動可能なスピーカ駆動用増幅装置であって、接続されるスピーカの負荷インピーダンスに対応させて電圧の異なる電源が印加される電源端子およびドライバ用電源端子と、前記電源端子の電源電圧と前記ドライバ用電源端子の電源電圧とに基づいて、前記スピーカの負荷インピーダンスに対応させて前記電源端子と前記ドライバ用電源端子がショートされたかどうかを検出する電源電圧検出回路と、前記電源端子および前記ドライバ用電源端子の電源を電力源として入力信号を増幅し前記スピーカを駆動する増幅回路と、前記電源電圧検出回路による検出結果に応じて、駆動可能な前記複数種類のスピーカのそれぞれにおいて同じ入力信号に対して同じ出力電力となるように、前記増幅回路の増幅利得を切り換える利得切換回路とを有し、前記増幅回路は、前記利得切換回路により切り換えられた利得で前記入力信号を増幅することを特徴とするスピーカ駆動用増幅装置。
  2. 固有の負荷インピーダンスを有するスピーカと、接続された前記スピーカの負荷インピーダンスに対応させて電圧の異なる電源が印加される電源端子およびドライバ用電源端子と、前記電源端子の電源電圧と前記ドライバ用電源端子の電源電圧とに基づいて、前記スピーカの負荷インピーダンスに対応させて前記電源端子と前記ドライバ用電源端子がショートされたかどうかを検出する電源電圧検出回路と、前記電源端子および前記ドライバ用電源端子の電源を電力源として入力信号を増幅し前記スピーカを駆動する増幅回路と、前記電源電圧検出回路による検出結果に応じて、他の負荷インピーダンスを有するスピーカの駆動時と同じ入力信号に対して同じ出力電力となるように、前記増幅回路の増幅利得を切り換える利得切換回路とを有し、前記増幅回路は、前記利得切換回路により切り換えられた利得で前記入力信号を増幅することを特徴とする音声出力装置。
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