JP4461631B2 - スイッチングアンプ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ信号をスピーカ駆動用に増幅させるオーディオパワーアンプ装置に関し、特にＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）方式などに変調された信号でスイッチング手段を直接駆動して電源増幅を行うスイッチングアンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、オーディオ信号をスピーカ駆動用に増幅させるパワーアンプ装置が各種製品化されている。このオーディオ信号を増幅させるパワーアンプ装置の１つの方式として、入力したデジタルオーディオ信号を変調した信号で、直接電源をスイッチングして、オーディオ信号を増幅させるデジタルパワーアンプ装置と称されるものが開発されている。このデジタルパワーアンプ装置の場合には、例えば入力したデジタルオーディオ信号に基づいて、パルス幅変調（ＰＷＭ）されたＰＷＭ波（以下このＰＷＭ波をＰＷＭ信号を称する）を生成させ、このＰＷＭ信号により安定化された電源を高速でスイッチングさせ、そのスイッチングされた電源をフィルタに供給して、オーディオ信号成分を抽出させる処理を行って、スピーカ駆動信号を得るようにしたものである。
【０００３】
図１１は、アナログオーディオ信号と、それに対応して変換されたＰＷＭ信号とを対比して示した図である。例えば図１１のＡに示すような正弦波のアナログオーディオ信号があるとき、このアナログオーディオ信号の波形レベルの大小に応じて、パルス幅変調された図１１のＢに示すＰＷＭ信号を生成させる処理が行われる。このようにして生成されたＰＷＭ信号により、電源をスイッチングするスイッチング手段（パワースイッチ）のオン・オフを制御するものである。
【０００４】
そして、スイッチング手段でスイッチングされた電源を、ローパスフィルタに供給して、高域成分をカットしてオーディオ信号帯域の成分を抽出することで、スピーカ駆動用の増幅信号が得られるものである。
【０００５】
ここで、このようなデジタルパワーアンプ装置でスピーカ装置から出力されるオーディオの音量調整を、デジタルデータの段階で行う方法としては、次の２種類が知られている。１つ目の方法としては、ＰＷＭ信号により示されるレベルを、ゲインコントロール回路で音量の調整値に対応して可変させる方法である。２つ目の方法としては、スイッチング手段に供給する電源の電圧値を、音量の調整値に対応して可変させる方法である。この２つの方法のいずれかを適用することで、出力オーディオ信号のレベル調整が行え、接続されたスピーカ装置から出力されるオーディオの音量調整が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、いずれの音量調整方法であっても、歪みが比較的大きく発生する領域が存在し、出力オーディオ信号に歪みが発生する問題があり、出力オーディオ信号の音質を劣化させていた。例えば、ゲインコントロール回路で、パルス波形のハイレベル期間とローレベル期間との比率を調整して、音量の調整を行う場合には、音量を小さくしたときパルス幅が狭くなるが、このようにパルス幅が狭くなると、スイッチング手段でのスイッチング能力が劣化し、出力に歪みが生じてしまう。また、スイッチング手段でのスイッチング速度には限界があるため、非常にパルス幅を狭くすることは困難である。さらに、スイッチング手段でスイッチングする電源電圧を音量の設定値に対応させて変化させる場合には、特に最大定格電圧に近い領域で、出力に歪みが発生しやすい問題がある。
【０００７】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子を使用したアンプ装置でのデジタル的な音量調整が、音質劣化なく行えるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入力したオーディオ信号のパルス波形のハイレベル期間とローレベル期間の比率からゲインを調整するゲインコントロール手段と、ゲインコントロール手段が出力するパルス波形から、スイッチング制御用の制御信号を生成させる処理手段と、処理手段が出力する制御信号により電源のスイッチング制御を行うスイッチング手段と、スイッチング手段の出力からオーディオ信号成分を抽出して出力オーディオ信号を得る抽出手段と、抽出手段が出力するオーディオ信号の音量を指示する音量指示手段と、音量指示手段で指示されたレベルが、第１のレベルからこの第１のレベルよりも高い第２のレベルまでの間は、ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させ、第２のレベルからこの第２のレベルよりも高い第３のレベルまでの間は、スイッチング手段に供給する電源の電圧値の制御で音量調整を実行させ、第３のレベルからこの第３のレベルよりも高い第４のレベルまでの間は、ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させる制御を行う制御手段とを備えたものである。
この場合に制御手段は、さらに第４のレベルからこの第４のレベルよりも高い第５のレベルまでの間で、スイッチング手段に供給する電源の電圧値の制御で音量調整を実行させるようにした。
或いは第２のレベルから第３のレベルまでの範囲は、スイッチング手段でのスイッチングで歪みの発生が少ない電圧範囲に対応した範囲に選定した。
或いは制御手段は、ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させる制御を行うとき、音量の増加に伴って、スイッチング手段に供給する電源の電圧値を若干低下させる制御を行う。
或いは制御手段は、入力したオーディオ信号の平均レベル又は出力オーディオ信号が供給される負荷特性によって、第２及び第３のレベルの値を可変設定するようにした。
【０００９】
本発明によると、第２，第３のレベルの値を適正に選択することで、スイッチング手段に供給する電源の電圧値の制御により音量調整が行われる範囲を、歪みが少ない範囲だけで実行させることができ、ゲインコントロール手段でのゲイン調整と電源電圧調整とを良好に組み合わせた低歪みの音量調整が可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施の形態について説明する。
【００１１】
図１は、本例のデジタルパワーアンプ装置１０の全体構成を示す図である。本例のデジタルパワーアンプ装置１０は、外部のオーディオ信号源（図示せず）から端子１１に得られるデジタルオーディオ信号を、ゲインコントロール部１２に供給する。この場合、入力端子１１に得られるデジタルオーディオ信号としては、例えばコンパクトディスク（ＣＤ）から再生したマルチビット（例えば１６ビット）方式のデジタルオーディオデータ（即ち例えば１サンプルを１６ビットで表したデータ）である。
【００１２】
このゲインコントロール部１２は、供給されるデータにゲインを設定する演算を行って、ゲイン制御を行う回路であり、中央制御ユニット（ＣＰＵ）２０からの指示でゲイン制御が行われる。本例の場合には、ＣＰＵ２０で音量調整を行うときに、ゲイン制御が行われる。具体的な音量とゲインとの設定例については後述する。
【００１３】
ゲインコントロール部１２でゲイン制御が行われた信号をＰＷＭ変換した場合を、図２を参照して説明すると、例えば１単位のパルスが期間ｔ0 で示されるとき、図２のＡ〜Ｅに示すように前半がハイレベルで後半がローレベルになるパルスで、音声波形が示されているとする。この図２のＡ〜Ｅに示すパルス波形は、幅Ｗ1 の範囲内でのパルス波形の立ち下がり位置の変化を使用して音声波形を示したものである。期間ｔ0 内でハイレベル期間とローレベル期間とが等しい図２のＣに示す状態が、レベル０の状態であり、最もハイレベル期間が長くなっている図２のＡに示す状態が、一方（例えば＋側）に最大レベルとなった状態であり、最もローレベル期間が長くなっている図２のＥに示す状態が、他方（例えば−側）に最大レベルとなった状態である。
【００１４】
この図２のＡ〜Ｅに示す波形変化で示される音声波形をゲイン調整して、ゲインを小さくしたとき、例えば図２のＦ〜Ｊに示す波形となる。この図２のＦ〜Ｊに示すパルス波形は、幅Ｗ2 （但しＷ2 ＜Ｗ1 ）の範囲内でのパルス波形の変化を使用して音声波形が示されるようにしたもので、図２のＦのパルスが図２のＡのパルスのゲインを小さくした場合で、図２のＧのパルスが図２のＢのパルスのゲインを小さくした場合で、図２のＨのパルスが図２のＣのパルスのゲインを小さくした場合で、図２のＩのパルスが図２のＤのパルスのゲインを小さくした場合で、図２のＪのパルスが図２のＥのパルスのゲインを小さくした場合である。期間ｔ0 内でハイレベル期間とローレベル期間とが等しい図２のＨに示す状態が、レベル０の状態である。
【００１５】
このようにゲインコントロール部１２で単位期間あたりのハイレベル期間とローレベル期間の比率を変化させることで、結果的に出力音声信号のゲインが制御されることになる。なお、図２に示す１単位の期間ｔ0 の両端部の所定幅ｔ1 は、後述するスイッチング増幅部１５でのスイッチング速度が追随しないために、パルス波形が変化することを設定するのが困難な位置である。また、この幅ｔ1 に続いた所定幅ｔ2 の範囲では、スイッチング増幅部１５で増幅された出力にある程度の歪みが発生する。従って、幅Ｗ1 として使用できる最大幅は、本例の場合、１単位の期間ｔ0 の９０％としてある。後述する調整状態の説明では、この最大のゲインを設定した状態をゲイン０．９と称する。また、最もゲインを小さくした状態は、本例ではゲイン０．１（ゲイン０．９の１／９の状態）としてある。
【００１６】
図１の説明に戻ると、このようにしてゲインコントロール部１２でゲイン制御された信号は、デルタシグマ変換器１３で１ビット方式のデジタルオーディオデータに変換され、さらにＰＷＭ変換部１４に供給され、スイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号を生成させる。ＰＷＭ変換部１４の具体的な構成としては、例えばデジタルデータをデルタシグマ変調されたデータに基づいてＰＷＭ信号を生成させる変調回路とで構成される。
【００１７】
ＰＷＭ変換部１４で生成されたＰＷＭ信号は、スイッチング増幅部１５に供給し、電源回路１８から供給される安定化された直流電源を、ＰＷＭ信号に基づいてオンオフ制御し、電源にオーディオ信号成分を重畳させる。スイッチング増幅部１５が備えるスイッチング素子としては例えば電界効果トランジスタを使用する。スイッチング増幅部１５でスイッチングされた信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１６に供給して、スイッチングにより発生した高周波成分を除去してオーディオ信号成分だけを抽出し、その抽出されたオーディオ信号成分を、スピーカ駆動信号としてスピーカ接続端子１７に接続されたスピーカ装置１に供給し、このスピーカ装置１から所定の音量でオーディオ（音声）を出力させる。
【００１８】
ここで、本例の電源回路１８としては、出力直流電源の電圧値が可変できる可変電源を使用してあり、ＣＰＵ２０により電圧値が制御されるようにしてある。このＣＰＵ２０による電源電圧値の制御は、ＣＰＵ２０での音量調整状態に対応して行われる。具体的には、例えばスイッチング増幅部１５でスイッチングされたパルス波形が、例えば図３のＡに示す波形であるとすると、このパルス波形の波高値Ｖ1 が電源電圧に相当する。ここで、ＣＰＵ２０の制御で、図３のＢに示すように、より高い波高値Ｖ2 のパルス波形とするような電源電圧として、出力オーディオ信号の音量を上げたり、図３のＣに示すように、さらに高い波高値Ｖ3 のパルス波形とするような電源電圧として、出力オーディオ信号の音量をさらに上げるようにすることが可能としてある。本例の場合には、電源電圧として例えば３Ｖから３０Ｖまでの範囲に可変できるような可変電源回路を使用してある。この電源電圧と音量調整状態との関係の詳細については後述する。
【００１９】
なお、このデジタルパワーアンプ装置１０は、各種操作キーや音量調整用のボリュームつまみ等で構成される操作部１９を備えて、この操作部１９の操作状況をＣＰＵ２０が判断して、ＣＰＵ２０が音量調整などの各種制御を行うようにしてある。
【００２０】
次に、本例のデジタルパワーアンプ装置１０での音量調整時の制御例を、図４のフローチャートを参照して説明する。この音量調整は、操作部１９内の音量調整用のボリュームつまみの操作があったとき、ＣＰＵ２０の制御で実行する。なお、この例では、ボリュームつまみの操作により設定されるボリューム値に対応して、出力電力が０Ｗから１００Ｗまでの範囲で調整して音量調整ができるようにしてある。
【００２１】
図４のフローチャートは、ＣＰＵ２０での音量調整の制御例を示した図で、この例では、音量調整用のボリュームつまみの操作があったか否か判断し（ステップ１０１）、ボリュームつまみの操作があるまで現在の音量設定値を維持する。そして、ボリュームつまみの操作があったとき、そのときのボリューム値の変更する範囲が０．２５Ｗから２５Ｗの範囲内であるか否か判断する（ステップ１０２）。この判断で、０．２５Ｗから２５Ｗの範囲内での変更であると判断したとき、電源回路１８の出力電圧を変化させる電源電圧制御処理を行う（ステップ１０３）。また、ステップ１０２での判断で、０．２５Ｗから２５Ｗの範囲外での変更であるとき（即ち０．２５Ｗよりも低い範囲でのボリューム調整又は２５Ｗよりも高い範囲でのボリューム調整であるとき）には、ゲインコントロール回路１３でのゲイン制御処理を行う（ステップ１０４）。
【００２２】
但し、ステップ１０３での電源電圧制御処理の実行で、０．２５Ｗから２５Ｗの範囲を越えたときには、ステップ１０４のゲイン制御処理に移る。同様に、ステップ１０４でのゲイン制御処理の実行で、０．２５Ｗから２５Ｗの範囲になったときには、ステップ１０３の電源電圧制御処理に移る。
【００２３】
図５は、このようにして音量調整を実行した場合の調整例を示した図である。図５に実線で示す特性ＶＬ1 が本例の調整例を示したものである。この例では、電源回路１８での電源電圧は３Ｖから３０Ｖの範囲で調整可能としてあり、図５では縦軸で電源電源値を示してある。ゲインコントロール回路１３でのゲイン制御については、ゲイン０．１から０．９の範囲で調整可能としてあり、図５では横軸でゲインの値を示してある。ゲイン０．９よりも高い範囲は、図２に示した範囲ｔ1 の範囲に相当するので、それ以上ゲインを上げることは困難である。
【００２４】
図５に実線で示す特性ＶＬ1 の場合には、出力電力０Ｗのとき（即ち最小の音量としたとき）、電源電圧を３Ｖとし、ゲイン設定値を０．１とする。この状態から出力電力０．２５Ｗまでの間では、ゲイン設定値を音量に比例して大きくして音量調整させる。この例では出力電力０．２５Ｗのとき、ゲイン設定値が０．５となるようにしてある。そして、出力電力０．２５Ｗから出力電力２５Ｗまでの範囲では、ゲイン設定値を０．５に固定し、電源電圧を３Ｖから３０Ｖまで音量に比例して大きくさせて、音量調整させる。この例では、出力電力２５Ｗのとき、ゲイン設定値が０．５で電源電圧が３０Ｖとなるようにしてある。
【００２５】
さらに、出力電力２５Ｗ以上に音量を上げるときには、電源電圧を３０Ｖに固定し、ゲイン設定値を０．５から０．９まで音量に比例して大きくさせて、音量調整させる。この例では、電源電圧３０Ｖでゲイン設定値０．９のとき、最大出力である出力電力１００Ｗとなるようにしてある。
【００２６】
このように制御される音量調整特性ＶＬ1 は、低歪みで良好な音量調整が行える。本例の音量調整特性ＶＬ1 での各出力電力での歪み率は、例えば図６に実線で示すような状態になり、この歪み率は従来の音量調整よりも低い値となる。即ち、ゲインコントロール回路でのゲイン調整だけで音量調整した場合の特性ＶＬａ（図５に仮想線で示す特性）及び電源回路での電源電圧調整だけで音量調整した場合の特性ＶＬｂ（図５に仮想線で示す特性）の場合の出力電力と歪み率との関係を、図６に破線で示すと、いずれも場合でもこれらの従来の処理による特性の歪み率は最も良い出力電力でも０．１％程度であるのに対して、本例の特性ＶＬ1 の場合には、最も良い出力電力のとき０．０１％以下になっている。
【００２７】
特に本例の場合には、電源電圧の調整で最も歪みの少ない範囲（図５に示す１０Ｖから２０Ｖまでの範囲Ｖ0 ）を、最も良く使用される範囲である音量調整範囲のほぼ中間位置（具体的には出力電力２Ｗから１０Ｗまでの範囲）に設定してあるので、この最も良く使用される範囲の出力オーディオを低歪みとすることができる。また、出力電力２５Ｗから１００Ｗまでの範囲では、ゲイン制御により音量調整が実行され、この範囲での音量調整の場合には、既に図２のゲイン調整原理の説明で述べたように、出力信号にある程度の歪みが発生する範囲ｔ2 が存在するが（図５の範囲ｔ2 はほぼ同じ範囲を示している）、この範囲は比較的大音量の状態であり、この範囲でのある程度の歪みは目立たなく、問題にはならない。
【００２８】
なお、図５に示した例では、ゲイン制御で音量調整が行われる範囲と、電源電圧制御で音量調整が行われる範囲とを、固定した範囲に設定したが、アンプ装置１０に接続されるスピーカ装置１の負荷抵抗値や、入力オーディオ信号の平均レベルなどにより、それぞれの範囲は可変設定するようにしても良い。例えば、図５に破線で示した音量調整特性ＶＬ1 ′のように、そのときの負荷抵抗値などによって、ゲイン制御で音量調整が行われる範囲を、大音量時の範囲にシフトさせるようにしても良い。或いは逆方向にシフトさせるようにしても良い。
【００２９】
また、図５の例では、小音量時と大音量時にゲイン制御で音量調整を行い、中音量時に電源電圧制御で音量調整を行うようにして、３段階で音量調整状態を変化させるようにしたが、より複雑にゲイン制御と電源電圧制御を組み合わせるようにしても良い。例えば図７に示す音量調整特性ＶＬ2 としても良い。
【００３０】
この図７に示す特性ＶＬ2 は、出力電力０Ｗ（電源電圧３Ｖ，ゲイン設定値０．１）から出力電力０．１５Ｗ（電源電圧３Ｖ，ゲイン設定値０．３）までの間では、ゲイン設定値を音量に比例して大きくして音量調整させる。そして、出力電力０．１５Ｗから出力電力８Ｗ（電源電圧２０Ｖ，ゲイン設定値０．３）までの間では、電源電圧を音量に比例して大きくして音量調整させる。そして、出力電力８Ｗから出力電力２５Ｗ（電源電圧２０Ｖ，ゲイン設定値０．９）までの間では、ゲイン設定値を音量に比例して大きくして音量調整させる。さらに、出力電力２５Ｗから出力電力１００Ｗ（電源電圧３０Ｖ，ゲイン設定値０．９：ここでの最大音量）までの間では、電源電圧を音量に比例して大きくして音量調整させる。
【００３１】
この図７に示す特性ＶＬ2 のようにゲイン制御と電源電圧制御とを組み合わせて音量調整を行うことで、より細かく定歪みの範囲を適切な音量の範囲に設定することができ、より良好な音量調整が行えるようになる。
【００３２】
また、図８に示す音量調整特性ＶＬ3 としても良い。この図８に示す特性ＶＬ3 は、出力電力０Ｗから１００Ｗまでの間で、ゲイン制御と電源電圧制御とを細かいステップで交互に行うようにしたものである。例えば、１ステップ音量が上がる毎に、ゲイン制御による調整と、電源電圧による調整とを交互に行うようにしても良い。この図８に示すような制御を行うことでも、低歪みでの良好な音量調整が行える。
【００３３】
また、ゲイン制御により音量調整を行う際に、同時に電源電圧を変化させて、１ステップあたりの音量変化量を調整したり、低歪み化を図るようにしても良い。この場合、例えば音量を上げるためにゲインを大きくするとき、同時に電源電圧を下げるようにしても良い。例えば図９に示す音量調整特性ＶＬ4 （この特性ＶＬ4 の出力電力２５Ｗ以下の特性は特性ＶＬ1 と同じ）のように、出力電力２５Ｗから出力電力１００Ｗまでの範囲で、音量調整値に対応してゲインを０．５から０．９まで大きくさせるとき、同時に電源電圧を３０Ｖから少しずつ低下させる（例えば数Ｖ程度低下させる）。他の範囲でも、このようなゲイン制御と電源電圧の同時制御を行うようにしても良い。
【００３４】
なお、ここまで説明した実施の形態では、図４に示したフローチャートに基づいたＣＰＵ２０での演算処理で、ボリューム値からゲイン制御と電源電圧制御との２つの制御の設定値を得るようにしたが、ＣＰＵ２０に接続されたメモリなどに、予めボリューム値と２つの制御状態の設定値との対応を記憶したテーブルを用意し、そのテーブルを参照して、ゲイン制御と電源電圧制御を行うようにしても良い。図１０は、テーブルの一例を示したものであり、例えばこの例ではボリューム値として、０から１２までの１３段階に設定できるようにしてあり、その１３段階の各値ごとに、ゲインの値と、電源電圧値の値が記憶させてあり、ＣＰＵ２０はボリュームつまみが操作されたとき、このテーブルの値を参照して、ゲインの値と、電源電圧値の値を判断して、それぞれの値を設定するようにすれば良い。
【００３５】
また、上述した実施の形態では、入力部に得られるマルチビット方式のデジタルオーディオデータを、１ビット方式のデジタルオーディオデータに変換し、その変換された１ビット方式のデジタルオーディオデータを入力レジスタにセットするようにした構成のデジタルパワーアンプ装置に適用したが、外部のオーディオ信号源からアンプ装置の入力部に１ビット方式のデジタルオーディオデータが供給される場合には、そのデータをそのまま入力レジスタに供給するようにしても良い。
【００３６】
また、上述した実施の形態では、１ビット方式のデジタルオーディオデータに基づいてパルス幅変調されたＰＷＭ信号を生成させて、パワースイッチのスイッチングを制御するようにしたが、ＰＤＭ（Pulse Duration Modulation ）方式などのその他のパルス変調された信号でスイッチングを制御して、増幅された信号を得る各種方式のスイッチングアンプ装置に本発明が適用できるものである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によると、第２，第３のレベルの値を適正に選択することで、スイッチング手段に供給する電源の電圧値の制御により音量調整が行われる範囲を、歪みが少ない範囲だけで実行させることができ、ゲインコントロール手段でのゲイン調整と電源電圧調整とを良好に組み合わせた低歪みの音量調整が可能になる。
【００３８】
この場合、さらに第４のレベルからこの第４のレベルよりも高い第５のレベルまでの間で、スイッチング手段に供給する電源の電圧値の制御で音量調整を実行させるようにしたことで、さらに細かく２つの調整を組み合わせて良好な音量調整を実行できるようになる。
【００３９】
また、第２のレベルから第３のレベルまでの範囲は、スイッチング手段でのスイッチングで歪みの発生が少ない電圧範囲に対応した範囲に選定したことで、効果的に低歪みの音量調整ができるようになる。
【００４０】
また、ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させる制御を行うとき、音量の増加に伴って、スイッチング手段に供給する電源の電圧値を若干低下させる制御を行うことで、効果的な歪み低減処理が行えると共に、例えば１ステップずつ音量を変化させる際の、１ステップ毎の音量差を適切に選定することも可能になり、良好な音量調整が可能になる。
【００４１】
さらに、入力したオーディオ信号の平均レベル又は出力オーディオ信号が供給される負荷特性によって、第２及び第３のレベルの値を可変設定するようにしたことで、そのときの入力レベルや負荷特性に適した低歪みの最適な音量調整を実行できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による全体構成の例を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態による音量調整例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態によるゲイン調整例を示す波形図である。
【図４】本発明の一実施の形態による電源電圧調整例を示す波形図である。
【図５】本発明の一実施の形態による音量調整例（例１）を示す特性図である。
【図６】出力電力と歪み率の関係の例を示す特性図である。
【図７】本発明の一実施の形態による音量調整例（例２）を示す特性図である。
【図８】本発明の一実施の形態による音量調整例（例３）を示す特性図である。
【図９】本発明の一実施の形態による音量調整例（例４）を示す特性図である。
【図１０】本発明の一実施の形態によるテーブルの例を示す説明図である。
【図１１】ＰＷＭ信号の生成例を示す波形図である。
【符号の説明】
１…スピーカ装置、１０…デジタルパワーアンプ装置、１１…入力端子、１２…ゲインコントロール部、１３…デルタシグマ変換器、１４…ＰＷＭ変換部、１５…スイッチング増幅部、１６…ローパスフィルタ、１７…出力端子、１８…電源回路、１９…操作部、２０…中央制御ユニット（ＣＰＵ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ信号をスピーカ駆動用に増幅させるオーディオパワーアンプ装置に関し、特にＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）方式などに変調された信号でスイッチング手段を直接駆動して電源増幅を行うスイッチングアンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、オーディオ信号をスピーカ駆動用に増幅させるパワーアンプ装置が各種製品化されている。このオーディオ信号を増幅させるパワーアンプ装置の１つの方式として、入力したデジタルオーディオ信号を変調した信号で、直接電源をスイッチングして、オーディオ信号を増幅させるデジタルパワーアンプ装置と称されるものが開発されている。このデジタルパワーアンプ装置の場合には、例えば入力したデジタルオーディオ信号に基づいて、パルス幅変調（ＰＷＭ）されたＰＷＭ波（以下このＰＷＭ波をＰＷＭ信号を称する）を生成させ、このＰＷＭ信号により安定化された電源を高速でスイッチングさせ、そのスイッチングされた電源をフィルタに供給して、オーディオ信号成分を抽出させる処理を行って、スピーカ駆動信号を得るようにしたものである。
【０００３】
図１１は、アナログオーディオ信号と、それに対応して変換されたＰＷＭ信号とを対比して示した図である。例えば図１１のＡに示すような正弦波のアナログオーディオ信号があるとき、このアナログオーディオ信号の波形レベルの大小に応じて、パルス幅変調された図１１のＢに示すＰＷＭ信号を生成させる処理が行われる。このようにして生成されたＰＷＭ信号により、電源をスイッチングするスイッチング手段（パワースイッチ）のオン・オフを制御するものである。
【０００４】
そして、スイッチング手段でスイッチングされた電源を、ローパスフィルタに供給して、高域成分をカットしてオーディオ信号帯域の成分を抽出することで、スピーカ駆動用の増幅信号が得られるものである。
【０００５】
ここで、このようなデジタルパワーアンプ装置でスピーカ装置から出力されるオーディオの音量調整を、デジタルデータの段階で行う方法としては、次の２種類が知られている。１つ目の方法としては、ＰＷＭ信号により示されるレベルを、ゲインコントロール回路で音量の調整値に対応して可変させる方法である。２つ目の方法としては、スイッチング手段に供給する電源の電圧値を、音量の調整値に対応して可変させる方法である。この２つの方法のいずれかを適用することで、出力オーディオ信号のレベル調整が行え、接続されたスピーカ装置から出力されるオーディオの音量調整が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、いずれの音量調整方法であっても、歪みが比較的大きく発生する領域が存在し、出力オーディオ信号に歪みが発生する問題があり、出力オーディオ信号の音質を劣化させていた。例えば、ゲインコントロール回路で、パルス波形のハイレベル期間とローレベル期間との比率を調整して、音量の調整を行う場合には、音量を小さくしたときパルス幅が狭くなるが、このようにパルス幅が狭くなると、スイッチング手段でのスイッチング能力が劣化し、出力に歪みが生じてしまう。また、スイッチング手段でのスイッチング速度には限界があるため、非常にパルス幅を狭くすることは困難である。さらに、スイッチング手段でスイッチングする電源電圧を音量の設定値に対応させて変化させる場合には、特に最大定格電圧に近い領域で、出力に歪みが発生しやすい問題がある。
【０００７】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子を使用したアンプ装置でのデジタル的な音量調整が、音質劣化なく行えるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入力したオーディオ信号のパルス波形のハイレベル期間とローレベル期間の比率からゲインを調整するゲインコントロール手段と、ゲインコントロール手段が出力するパルス波形から、スイッチング制御用の制御信号を生成させる処理手段と、処理手段が出力する制御信号により電源のスイッチング制御を行うスイッチング手段と、スイッチング手段の出力からオーディオ信号成分を抽出して出力オーディオ信号を得る抽出手段と、抽出手段が出力するオーディオ信号の音量を指示する音量指示手段と、音量指示手段で指示されたレベルが、第１のレベルからこの第１のレベルよりも高い第２のレベルまでの間は、ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させ、第２のレベルからこの第２のレベルよりも高い第３のレベルまでの間は、スイッチング手段に供給する電源の電圧値の制御で音量調整を実行させ、第３のレベルからこの第３のレベルよりも高い第４のレベルまでの間は、ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させる制御を行う制御手段とを備えたものである。
この場合に制御手段は、さらに第４のレベルからこの第４のレベルよりも高い第５のレベルまでの間で、スイッチング手段に供給する電源の電圧値の制御で音量調整を実行させるようにした。
或いは第２のレベルから第３のレベルまでの範囲は、スイッチング手段でのスイッチングで歪みの発生が少ない電圧範囲に対応した範囲に選定した。
或いは制御手段は、ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させる制御を行うとき、音量の増加に伴って、スイッチング手段に供給する電源の電圧値を若干低下させる制御を行う。
或いは制御手段は、入力したオーディオ信号の平均レベル又は出力オーディオ信号が供給される負荷特性によって、第２及び第３のレベルの値を可変設定するようにした。
【０００９】
本発明によると、第２，第３のレベルの値を適正に選択することで、スイッチング手段に供給する電源の電圧値の制御により音量調整が行われる範囲を、歪みが少ない範囲だけで実行させることができ、ゲインコントロール手段でのゲイン調整と電源電圧調整とを良好に組み合わせた低歪みの音量調整が可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施の形態について説明する。
【００１１】
図１は、本例のデジタルパワーアンプ装置１０の全体構成を示す図である。本例のデジタルパワーアンプ装置１０は、外部のオーディオ信号源（図示せず）から端子１１に得られるデジタルオーディオ信号を、ゲインコントロール部１２に供給する。この場合、入力端子１１に得られるデジタルオーディオ信号としては、例えばコンパクトディスク（ＣＤ）から再生したマルチビット（例えば１６ビット）方式のデジタルオーディオデータ（即ち例えば１サンプルを１６ビットで表したデータ）である。
【００１２】
このゲインコントロール部１２は、供給されるデータにゲインを設定する演算を行って、ゲイン制御を行う回路であり、中央制御ユニット（ＣＰＵ）２０からの指示でゲイン制御が行われる。本例の場合には、ＣＰＵ２０で音量調整を行うときに、ゲイン制御が行われる。具体的な音量とゲインとの設定例については後述する。
【００１３】
ゲインコントロール部１２でゲイン制御が行われた信号をＰＷＭ変換した場合を、図２を参照して説明すると、例えば１単位のパルスが期間ｔ0 で示されるとき、図２のＡ〜Ｅに示すように前半がハイレベルで後半がローレベルになるパルスで、音声波形が示されているとする。この図２のＡ〜Ｅに示すパルス波形は、幅Ｗ1 の範囲内でのパルス波形の立ち下がり位置の変化を使用して音声波形を示したものである。期間ｔ0 内でハイレベル期間とローレベル期間とが等しい図２のＣに示す状態が、レベル０の状態であり、最もハイレベル期間が長くなっている図２のＡに示す状態が、一方（例えば＋側）に最大レベルとなった状態であり、最もローレベル期間が長くなっている図２のＥに示す状態が、他方（例えば−側）に最大レベルとなった状態である。
【００１４】
この図２のＡ〜Ｅに示す波形変化で示される音声波形をゲイン調整して、ゲインを小さくしたとき、例えば図２のＦ〜Ｊに示す波形となる。この図２のＦ〜Ｊに示すパルス波形は、幅Ｗ2 （但しＷ2 ＜Ｗ1 ）の範囲内でのパルス波形の変化を使用して音声波形が示されるようにしたもので、図２のＦのパルスが図２のＡのパルスのゲインを小さくした場合で、図２のＧのパルスが図２のＢのパルスのゲインを小さくした場合で、図２のＨのパルスが図２のＣのパルスのゲインを小さくした場合で、図２のＩのパルスが図２のＤのパルスのゲインを小さくした場合で、図２のＪのパルスが図２のＥのパルスのゲインを小さくした場合である。期間ｔ0 内でハイレベル期間とローレベル期間とが等しい図２のＨに示す状態が、レベル０の状態である。
【００１５】
このようにゲインコントロール部１２で単位期間あたりのハイレベル期間とローレベル期間の比率を変化させることで、結果的に出力音声信号のゲインが制御されることになる。なお、図２に示す１単位の期間ｔ0 の両端部の所定幅ｔ1 は、後述するスイッチング増幅部１５でのスイッチング速度が追随しないために、パルス波形が変化することを設定するのが困難な位置である。また、この幅ｔ1 に続いた所定幅ｔ2 の範囲では、スイッチング増幅部１５で増幅された出力にある程度の歪みが発生する。従って、幅Ｗ1 として使用できる最大幅は、本例の場合、１単位の期間ｔ0 の９０％としてある。後述する調整状態の説明では、この最大のゲインを設定した状態をゲイン０．９と称する。また、最もゲインを小さくした状態は、本例ではゲイン０．１（ゲイン０．９の１／９の状態）としてある。
【００１６】
図１の説明に戻ると、このようにしてゲインコントロール部１２でゲイン制御された信号は、デルタシグマ変換器１３で１ビット方式のデジタルオーディオデータに変換され、さらにＰＷＭ変換部１４に供給され、スイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号を生成させる。ＰＷＭ変換部１４の具体的な構成としては、例えばデジタルデータをデルタシグマ変調されたデータに基づいてＰＷＭ信号を生成させる変調回路とで構成される。
【００１７】
ＰＷＭ変換部１４で生成されたＰＷＭ信号は、スイッチング増幅部１５に供給し、電源回路１８から供給される安定化された直流電源を、ＰＷＭ信号に基づいてオンオフ制御し、電源にオーディオ信号成分を重畳させる。スイッチング増幅部１５が備えるスイッチング素子としては例えば電界効果トランジスタを使用する。スイッチング増幅部１５でスイッチングされた信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１６に供給して、スイッチングにより発生した高周波成分を除去してオーディオ信号成分だけを抽出し、その抽出されたオーディオ信号成分を、スピーカ駆動信号としてスピーカ接続端子１７に接続されたスピーカ装置１に供給し、このスピーカ装置１から所定の音量でオーディオ（音声）を出力させる。
【００１８】
ここで、本例の電源回路１８としては、出力直流電源の電圧値が可変できる可変電源を使用してあり、ＣＰＵ２０により電圧値が制御されるようにしてある。このＣＰＵ２０による電源電圧値の制御は、ＣＰＵ２０での音量調整状態に対応して行われる。具体的には、例えばスイッチング増幅部１５でスイッチングされたパルス波形が、例えば図３のＡに示す波形であるとすると、このパルス波形の波高値Ｖ1 が電源電圧に相当する。ここで、ＣＰＵ２０の制御で、図３のＢに示すように、より高い波高値Ｖ2 のパルス波形とするような電源電圧として、出力オーディオ信号の音量を上げたり、図３のＣに示すように、さらに高い波高値Ｖ3 のパルス波形とするような電源電圧として、出力オーディオ信号の音量をさらに上げるようにすることが可能としてある。本例の場合には、電源電圧として例えば３Ｖから３０Ｖまでの範囲に可変できるような可変電源回路を使用してある。この電源電圧と音量調整状態との関係の詳細については後述する。
【００１９】
なお、このデジタルパワーアンプ装置１０は、各種操作キーや音量調整用のボリュームつまみ等で構成される操作部１９を備えて、この操作部１９の操作状況をＣＰＵ２０が判断して、ＣＰＵ２０が音量調整などの各種制御を行うようにしてある。
【００２０】
次に、本例のデジタルパワーアンプ装置１０での音量調整時の制御例を、図４のフローチャートを参照して説明する。この音量調整は、操作部１９内の音量調整用のボリュームつまみの操作があったとき、ＣＰＵ２０の制御で実行する。なお、この例では、ボリュームつまみの操作により設定されるボリューム値に対応して、出力電力が０Ｗから１００Ｗまでの範囲で調整して音量調整ができるようにしてある。
【００２１】
図４のフローチャートは、ＣＰＵ２０での音量調整の制御例を示した図で、この例では、音量調整用のボリュームつまみの操作があったか否か判断し（ステップ１０１）、ボリュームつまみの操作があるまで現在の音量設定値を維持する。そして、ボリュームつまみの操作があったとき、そのときのボリューム値の変更する範囲が０．２５Ｗから２５Ｗの範囲内であるか否か判断する（ステップ１０２）。この判断で、０．２５Ｗから２５Ｗの範囲内での変更であると判断したとき、電源回路１８の出力電圧を変化させる電源電圧制御処理を行う（ステップ１０３）。また、ステップ１０２での判断で、０．２５Ｗから２５Ｗの範囲外での変更であるとき（即ち０．２５Ｗよりも低い範囲でのボリューム調整又は２５Ｗよりも高い範囲でのボリューム調整であるとき）には、ゲインコントロール回路１３でのゲイン制御処理を行う（ステップ１０４）。
【００２２】
但し、ステップ１０３での電源電圧制御処理の実行で、０．２５Ｗから２５Ｗの範囲を越えたときには、ステップ１０４のゲイン制御処理に移る。同様に、ステップ１０４でのゲイン制御処理の実行で、０．２５Ｗから２５Ｗの範囲になったときには、ステップ１０３の電源電圧制御処理に移る。
【００２３】
図５は、このようにして音量調整を実行した場合の調整例を示した図である。図５に実線で示す特性ＶＬ1 が本例の調整例を示したものである。この例では、電源回路１８での電源電圧は３Ｖから３０Ｖの範囲で調整可能としてあり、図５では縦軸で電源電源値を示してある。ゲインコントロール回路１３でのゲイン制御については、ゲイン０．１から０．９の範囲で調整可能としてあり、図５では横軸でゲインの値を示してある。ゲイン０．９よりも高い範囲は、図２に示した範囲ｔ1 の範囲に相当するので、それ以上ゲインを上げることは困難である。
【００２４】
図５に実線で示す特性ＶＬ1 の場合には、出力電力０Ｗのとき（即ち最小の音量としたとき）、電源電圧を３Ｖとし、ゲイン設定値を０．１とする。この状態から出力電力０．２５Ｗまでの間では、ゲイン設定値を音量に比例して大きくして音量調整させる。この例では出力電力０．２５Ｗのとき、ゲイン設定値が０．５となるようにしてある。そして、出力電力０．２５Ｗから出力電力２５Ｗまでの範囲では、ゲイン設定値を０．５に固定し、電源電圧を３Ｖから３０Ｖまで音量に比例して大きくさせて、音量調整させる。この例では、出力電力２５Ｗのとき、ゲイン設定値が０．５で電源電圧が３０Ｖとなるようにしてある。
【００２５】
さらに、出力電力２５Ｗ以上に音量を上げるときには、電源電圧を３０Ｖに固定し、ゲイン設定値を０．５から０．９まで音量に比例して大きくさせて、音量調整させる。この例では、電源電圧３０Ｖでゲイン設定値０．９のとき、最大出力である出力電力１００Ｗとなるようにしてある。
【００２６】
このように制御される音量調整特性ＶＬ1 は、低歪みで良好な音量調整が行える。本例の音量調整特性ＶＬ1 での各出力電力での歪み率は、例えば図６に実線で示すような状態になり、この歪み率は従来の音量調整よりも低い値となる。即ち、ゲインコントロール回路でのゲイン調整だけで音量調整した場合の特性ＶＬａ（図５に仮想線で示す特性）及び電源回路での電源電圧調整だけで音量調整した場合の特性ＶＬｂ（図５に仮想線で示す特性）の場合の出力電力と歪み率との関係を、図６に破線で示すと、いずれも場合でもこれらの従来の処理による特性の歪み率は最も良い出力電力でも０．１％程度であるのに対して、本例の特性ＶＬ1 の場合には、最も良い出力電力のとき０．０１％以下になっている。
【００２７】
特に本例の場合には、電源電圧の調整で最も歪みの少ない範囲（図５に示す１０Ｖから２０Ｖまでの範囲Ｖ0 ）を、最も良く使用される範囲である音量調整範囲のほぼ中間位置（具体的には出力電力２Ｗから１０Ｗまでの範囲）に設定してあるので、この最も良く使用される範囲の出力オーディオを低歪みとすることができる。また、出力電力２５Ｗから１００Ｗまでの範囲では、ゲイン制御により音量調整が実行され、この範囲での音量調整の場合には、既に図２のゲイン調整原理の説明で述べたように、出力信号にある程度の歪みが発生する範囲ｔ2 が存在するが（図５の範囲ｔ2 はほぼ同じ範囲を示している）、この範囲は比較的大音量の状態であり、この範囲でのある程度の歪みは目立たなく、問題にはならない。
【００２８】
なお、図５に示した例では、ゲイン制御で音量調整が行われる範囲と、電源電圧制御で音量調整が行われる範囲とを、固定した範囲に設定したが、アンプ装置１０に接続されるスピーカ装置１の負荷抵抗値や、入力オーディオ信号の平均レベルなどにより、それぞれの範囲は可変設定するようにしても良い。例えば、図５に破線で示した音量調整特性ＶＬ1 ′のように、そのときの負荷抵抗値などによって、ゲイン制御で音量調整が行われる範囲を、大音量時の範囲にシフトさせるようにしても良い。或いは逆方向にシフトさせるようにしても良い。
【００２９】
また、図５の例では、小音量時と大音量時にゲイン制御で音量調整を行い、中音量時に電源電圧制御で音量調整を行うようにして、３段階で音量調整状態を変化させるようにしたが、より複雑にゲイン制御と電源電圧制御を組み合わせるようにしても良い。例えば図７に示す音量調整特性ＶＬ2 としても良い。
【００３０】
この図７に示す特性ＶＬ2 は、出力電力０Ｗ（電源電圧３Ｖ，ゲイン設定値０．１）から出力電力０．１５Ｗ（電源電圧３Ｖ，ゲイン設定値０．３）までの間では、ゲイン設定値を音量に比例して大きくして音量調整させる。そして、出力電力０．１５Ｗから出力電力８Ｗ（電源電圧２０Ｖ，ゲイン設定値０．３）までの間では、電源電圧を音量に比例して大きくして音量調整させる。そして、出力電力８Ｗから出力電力２５Ｗ（電源電圧２０Ｖ，ゲイン設定値０．９）までの間では、ゲイン設定値を音量に比例して大きくして音量調整させる。さらに、出力電力２５Ｗから出力電力１００Ｗ（電源電圧３０Ｖ，ゲイン設定値０．９：ここでの最大音量）までの間では、電源電圧を音量に比例して大きくして音量調整させる。
【００３１】
この図７に示す特性ＶＬ2 のようにゲイン制御と電源電圧制御とを組み合わせて音量調整を行うことで、より細かく定歪みの範囲を適切な音量の範囲に設定することができ、より良好な音量調整が行えるようになる。
【００３２】
また、図８に示す音量調整特性ＶＬ3 としても良い。この図８に示す特性ＶＬ3 は、出力電力０Ｗから１００Ｗまでの間で、ゲイン制御と電源電圧制御とを細かいステップで交互に行うようにしたものである。例えば、１ステップ音量が上がる毎に、ゲイン制御による調整と、電源電圧による調整とを交互に行うようにしても良い。この図８に示すような制御を行うことでも、低歪みでの良好な音量調整が行える。
【００３３】
また、ゲイン制御により音量調整を行う際に、同時に電源電圧を変化させて、１ステップあたりの音量変化量を調整したり、低歪み化を図るようにしても良い。この場合、例えば音量を上げるためにゲインを大きくするとき、同時に電源電圧を下げるようにしても良い。例えば図９に示す音量調整特性ＶＬ4 （この特性ＶＬ4 の出力電力２５Ｗ以下の特性は特性ＶＬ1 と同じ）のように、出力電力２５Ｗから出力電力１００Ｗまでの範囲で、音量調整値に対応してゲインを０．５から０．９まで大きくさせるとき、同時に電源電圧を３０Ｖから少しずつ低下させる（例えば数Ｖ程度低下させる）。他の範囲でも、このようなゲイン制御と電源電圧の同時制御を行うようにしても良い。
【００３４】
なお、ここまで説明した実施の形態では、図４に示したフローチャートに基づいたＣＰＵ２０での演算処理で、ボリューム値からゲイン制御と電源電圧制御との２つの制御の設定値を得るようにしたが、ＣＰＵ２０に接続されたメモリなどに、予めボリューム値と２つの制御状態の設定値との対応を記憶したテーブルを用意し、そのテーブルを参照して、ゲイン制御と電源電圧制御を行うようにしても良い。図１０は、テーブルの一例を示したものであり、例えばこの例ではボリューム値として、０から１２までの１３段階に設定できるようにしてあり、その１３段階の各値ごとに、ゲインの値と、電源電圧値の値が記憶させてあり、ＣＰＵ２０はボリュームつまみが操作されたとき、このテーブルの値を参照して、ゲインの値と、電源電圧値の値を判断して、それぞれの値を設定するようにすれば良い。
【００３５】
また、上述した実施の形態では、入力部に得られるマルチビット方式のデジタルオーディオデータを、１ビット方式のデジタルオーディオデータに変換し、その変換された１ビット方式のデジタルオーディオデータを入力レジスタにセットするようにした構成のデジタルパワーアンプ装置に適用したが、外部のオーディオ信号源からアンプ装置の入力部に１ビット方式のデジタルオーディオデータが供給される場合には、そのデータをそのまま入力レジスタに供給するようにしても良い。
【００３６】
また、上述した実施の形態では、１ビット方式のデジタルオーディオデータに基づいてパルス幅変調されたＰＷＭ信号を生成させて、パワースイッチのスイッチングを制御するようにしたが、ＰＤＭ（Pulse Duration Modulation ）方式などのその他のパルス変調された信号でスイッチングを制御して、増幅された信号を得る各種方式のスイッチングアンプ装置に本発明が適用できるものである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によると、第２，第３のレベルの値を適正に選択することで、スイッチング手段に供給する電源の電圧値の制御により音量調整が行われる範囲を、歪みが少ない範囲だけで実行させることができ、ゲインコントロール手段でのゲイン調整と電源電圧調整とを良好に組み合わせた低歪みの音量調整が可能になる。
【００３８】
この場合、さらに第４のレベルからこの第４のレベルよりも高い第５のレベルまでの間で、スイッチング手段に供給する電源の電圧値の制御で音量調整を実行させるようにしたことで、さらに細かく２つの調整を組み合わせて良好な音量調整を実行できるようになる。
【００３９】
また、第２のレベルから第３のレベルまでの範囲は、スイッチング手段でのスイッチングで歪みの発生が少ない電圧範囲に対応した範囲に選定したことで、効果的に低歪みの音量調整ができるようになる。
【００４０】
また、ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させる制御を行うとき、音量の増加に伴って、スイッチング手段に供給する電源の電圧値を若干低下させる制御を行うことで、効果的な歪み低減処理が行えると共に、例えば１ステップずつ音量を変化させる際の、１ステップ毎の音量差を適切に選定することも可能になり、良好な音量調整が可能になる。
【００４１】
さらに、入力したオーディオ信号の平均レベル又は出力オーディオ信号が供給される負荷特性によって、第２及び第３のレベルの値を可変設定するようにしたことで、そのときの入力レベルや負荷特性に適した低歪みの最適な音量調整を実行できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による全体構成の例を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態による音量調整例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態によるゲイン調整例を示す波形図である。
【図４】本発明の一実施の形態による電源電圧調整例を示す波形図である。
【図５】本発明の一実施の形態による音量調整例（例１）を示す特性図である。
【図６】出力電力と歪み率の関係の例を示す特性図である。
【図７】本発明の一実施の形態による音量調整例（例２）を示す特性図である。
【図８】本発明の一実施の形態による音量調整例（例３）を示す特性図である。
【図９】本発明の一実施の形態による音量調整例（例４）を示す特性図である。
【図１０】本発明の一実施の形態によるテーブルの例を示す説明図である。
【図１１】ＰＷＭ信号の生成例を示す波形図である。
【符号の説明】
１…スピーカ装置、１０…デジタルパワーアンプ装置、１１…入力端子、１２…ゲインコントロール部、１３…デルタシグマ変換器、１４…ＰＷＭ変換部、１５…スイッチング増幅部、１６…ローパスフィルタ、１７…出力端子、１８…電源回路、１９…操作部、２０…中央制御ユニット（ＣＰＵ）
Claims (4)
- 入力したオーディオ信号のパルス波形のハイレベル期間とローレベル期間の比率からゲインを調整するゲインコントロール手段と、
上記ゲインコントロール手段が出力するパルス波形から、スイッチング制御用の制御信号を生成させる処理手段と、
上記処理手段が出力する制御信号により電源のスイッチング制御を行うスイッチング手段と、
上記スイッチング手段の出力からオーディオ信号成分を抽出して出力オーディオ信号を得る抽出手段と、
上記抽出手段が出力するオーディオ信号の音量を指示する音量指示手段と、
上記音量指示手段で指示されたレベルが、第１のレベルからこの第１のレベルよりも高い第２のレベルまでの間は、上記ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させ、上記第２のレベルからこの第２のレベルよりも高い第３のレベルまでの間は、上記スイッチング手段に供給する電源の電圧値の制御で音量調整を実行させ、上記第３のレベルからこの第３のレベルよりも高い第４のレベルまでの間は、上記ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させる制御を行う制御手段とを備え、
上記制御手段は、さらに上記第４のレベルからこの第４のレベルよりも高い第５のレベルまでの間で、上記スイッチング手段に供給する電源の電圧値の制御で音量調整を実行させるようにした
スイッチングアンプ装置。 - 入力したオーディオ信号のパルス波形のハイレベル期間とローレベル期間の比率からゲインを調整するゲインコントロール手段と、
上記ゲインコントロール手段が出力するパルス波形から、スイッチング制御用の制御信号を生成させる処理手段と、
上記処理手段が出力する制御信号により電源のスイッチング制御を行うスイッチング手段と、
上記スイッチング手段の出力からオーディオ信号成分を抽出して出力オーディオ信号を得る抽出手段と、
上記抽出手段が出力するオーディオ信号の音量を指示する音量指示手段と、
上記音量指示手段で指示されたレベルが、第１のレベルからこの第１のレベルよりも高い第２のレベルまでの間は、上記ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させ、上記第２のレベルからこの第２のレベルよりも高い第３のレベルまでの間は、上記スイッチング手段に供給する電源の電圧値の制御で音量調整を実行させ、上記第３のレベルからこの第３のレベルよりも高い第４のレベルまでの間は、上記ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させる制御を行う制御手段とを備え、
上記第２のレベルから第３のレベルまでの範囲は、上記スイッチング手段でのスイッチングで歪みの発生が少ない電圧範囲に対応した範囲に選定した
スイッチングアンプ装置。 - 入力したオーディオ信号のパルス波形のハイレベル期間とローレベル期間の比率からゲインを調整するゲインコントロール手段と、
上記ゲインコントロール手段が出力するパルス波形から、スイッチング制御用の制御信号を生成させる処理手段と、
上記処理手段が出力する制御信号により電源のスイッチング制御を行うスイッチング手段と、
上記スイッチング手段の出力からオーディオ信号成分を抽出して出力オーディオ信号を得る抽出手段と、
上記抽出手段が出力するオーディオ信号の音量を指示する音量指示手段と、
上記音量指示手段で指示されたレベルが、第１のレベルからこの第１のレベルよりも高い第２のレベルまでの間は、上記ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させ、上記第２のレベルからこの第２のレベルよりも高い第３のレベルまでの間は、上記スイッチング手段に供給する電源の電圧値の制御で音量調整を実行させ、上記第３のレベルからこの第３のレベルよりも高い第４のレベルまでの間は、上記ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させる制御を行う制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させる制御を行うとき、音量の増加に伴って、上記スイッチング手段に供給する電源の電圧値を若干低下させる制御を行う
スイッチングアンプ装置。 - 入力したオーディオ信号のパルス波形のハイレベル期間とローレベル期間の比率からゲインを調整するゲインコントロール手段と、
上記ゲインコントロール手段が出力するパルス波形から、スイッチング制御用の制御信号を生成させる処理手段と、
上記処理手段が出力する制御信号により電源のスイッチング制御を行うスイッチング手段と、
上記スイッチング手段の出力からオーディオ信号成分を抽出して出力オーディオ信号を得る抽出手段と、
上記抽出手段が出力するオーディオ信号の音量を指示する音量指示手段と、
上記音量指示手段で指示されたレベルが、第１のレベルからこの第１のレベルよりも高い第２のレベルまでの間は、上記ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させ、上記第２のレベルからこの第２のレベルよりも高い第３のレベルまでの間は、上記スイッチング手段に供給する電源の電圧値の制御で音量調整を実行させ、上記第３のレベルからこの第３のレベルよりも高い第４のレベルまでの間は、上記ゲインコントロール手段でのゲイン調整で音量調整を実行させる制御を行う制御手段とを備え、
上記制御手段は、入力したオーディオ信号の平均レベル又は出力オーディオ信号が供給される負荷特性によって、上記第２及び第３のレベルの値を可変設定するようにした
スイッチングアンプ装置。
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