JP5852139B2 - オーディオ信号出力方法、及びそれによるオーディオ信号出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、オーディオ信号出力方法、及びそれによるオーディオ信号出力装置に係り、
さらに詳細には、オーディオ信号の音質を改善することができるオーディオ信号出力方法、及びそれによるオーディオ信号出力装置、並びにスイッチング増幅動作時に発生しうるノイズ及びエラーを低減させることができるオーディオ信号出力方法、及びそれによるオーディオ信号出力装置に関する。

オーディオ信号を入力され、聴覚的に認識することができる信号を出力することができるオーディオ用のパワーアンプとしては、Ａ級、Ｂ級、ＡＢ級及びＤ級が使用される。このうち、Ｄ級アンプは、Ａ級アンプ、Ｂ級アンプ、ＡＢ級アンプなどで発生する増幅効率低下を低減させることができて広く利用されている。

Ｄ級アンプは、アナログ状で入力されるオーディオ信号にデジタル状に変調し、デジタル変調されたオーディオ信号に対して、ノイズ除去などの信号処理及び増幅させるデジタルアンプである。デジタル変調されたオーディオ信号は、高い電圧レベルを有する信号に増幅される。ここで、前記増幅は、スイッチング増幅器（switching amplifier）を介して行われる。スイッチング増幅器は、高い電圧レベル及び低い電圧レベルの電源を供給される。そして、スイッチング増幅器は、入力されたデジタル信号によってスイッチング動作を行い、高い電圧レベル及び低い電圧レベルを有するオーディオ信号を出力する。

デジタルアンプは、増幅効率が高いが、出力されるオーディオ信号の音色がソフトではなく、ハードであるという短所がある。また、デジタルアンプによって発生する高調波成分によって、音の単純歪曲が発生しうる。

また、前述のスイッチング増幅器で、スイッチング動作を行うとき、スイッチングノイズ（switching noise）が発生する。また、このようなスイッチングノイズは、スイッチング増幅器の信号対ノイズ比（ＳＮＲ：signal to noise ratio）を低下させる。また、スイッチング増幅器に供給される電源には、リップル（ripple）のような電源ノイズが存在する。このような電源ノイズも、信号対ノイズ比を低下させる。また、スイッチング増幅時に発生するスイッチング損失（switching loss）、スイッチング駆動信号の立ち下り（falling）タイム及び立ち上がり（rising）タイムの遅延は、出力オーディオ信号の非線形特性を引き起こす。

従って、前述のデジタルアンプの短所ともいえる単調な音色、信号対ノイズ比の低下及び非線形性（non-linearity）の問題を改善することができる方法及びその装置を提供する必要がある。

本発明は、音質を改善することができるオーディオ信号出力方法、及びそれによるオーディオ信号出力装置の提供を目的とする。
具体的には、本発明は、真空管音色を具現することができるデジタルアンプを利用したオーディオ信号出力方法、及びそれによるオーディオ信号出力装置の提供を目的とする。
また、本発明は、スイッチング増幅時に発生しうるノイズ及び非線形性を減少させ、信号対ノイズ比を上昇させ、それにより、音質を改善することができるオーディオ信号出力方法、及びそれによるオーディオ信号出力装置の提供を目的とする。

本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力装置は、第１周波数を有する第１キャリア信号または第１サンプリング・クロックを利用して、１チャネルでの入力オーディオ信号をパルス変調し、第１変調信号を生成するパルス信号生成部、真空管を含み、前記第１変調信号を前記真空管に通過させ、真空管信号を生成する真空管フィルタ部、前記真空管信号をパルス変調し、第２変調信号を生成する周波数変調部、及び前記第２変調信号に対応する増幅信号を出力するパワー・スイッチング増幅部を含む。

また、前記周波数変調部は、前記第１周波数以上になる第２周波数を有する第２キャリア信号または第２サンプリング・クロックを利用して、前記真空管信号をパルス変調し、第２変調信号を生成し、前記第２変調信号を、前記パワー・スイッチング増幅部に出力することができる。

また、前記真空管は、所定帯域の信号をフィルタリングする真空管帯域制限フィルタでもある。

また、前記真空管フィルタ部は、前記第１変調信号から、前記第１周波数を有する信号成分をフィルタリングし、前記真空管で発生する高調波成分（harmonic component）を追加し、前記真空管信号を生成することができる。

また、前記真空管フィルタ部は、所定利得値を有し、前記第１周波数を有する信号成分をフィルタリングするローパス・フィルタ、及び前記ローパス・フィルタの出力信号に二次高調波成分を追加し、前記真空管信号を生成する真空管帯域制限フィルタを含んでもよい。

また、本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力装置は、前記増幅信号と前記第１変調信号とを比較し、前記比較結果により、前記増幅信号の遅延値及び利得値のうち少なくとも一つが調節されて出力されるように制御する負フィードバック利得調節部をさらに含んでもよい。

また、前記負フィードバック利得調節部は、前記増幅信号をフィードバックして出力するフィードバック・ループ、及び前記第１変調信号から前記フィードバック・ループの出力信号を減算する合算部を含んでもよい。

また、本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力装置は、前記１チャネルでの前記真空管信号と、異なるチャネルでの真空管信号とをミキシングし、前記周波数変調部に出力するミキシング部をさらに含んでもよい。

また、前記ミキシング部は、前記１チャネルでの真空管信号と、前記他のチャネルでの真空管信号とを所定の比率でミキシングし、前記真空管信号のオーディオデプス値、音の感度及びクロストークのうち少なくとも一つを調節することができる。

また、前記パルス信号生成部は、前記第１キャリア信号と、前記入力オーディオ信号とを比較し、前記比較結果により、前記入力オーディオ信号に対応するパルス幅変調信号を、前記第１変調信号として生成するパルス幅変調部を含んでもよい。

また、前記周波数変調部は、前記第２周波数を有する第２サンプリング・クロックを利用して、前記真空管信号をシグマデルタ変調し、前記第２変調信号を出力するシグマデルタ変調部を含んでもよい。
本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力方法は、第１周波数を有する第１キャリア信号または第１サンプリング・クロックを利用して、１チャネルでの入力オーディオ信号をパルス変調し、第１変調信号を生成する段階、前記第１変調信号を真空管に通過させ、真空管信号を生成する段階、前記真空管信号をパルス変調し、第２変調信号を生成する段階、及び前記第２変調信号に対応する増幅信号を出力する段階を含んでもよい。

本発明によるオーディオ信号出力装置及びオーディオ信号出力方法は、真空管の高調波成分をオーディオ信号に混合して出力することができる。具体的には、本発明によるオーディオ信号出力装置及びオーディオ信号出力方法は、真空管を通過させたオーディオ信号を増幅させることにより、豊かな音色を有するオーディオ信号を出力することができる。それにより、出力されるオーディオ信号の音質を改善することができる。

また、本発明によるオーディオ信号出力装置及びオーディオ信号出力方法は、高周波数に合わせてパルス信号に変調された信号を利用して、スイッチング増幅動作を行う。それにより、スイッチングノイズを最小化することができ、信号対ノイズ比を改善させることができる。

本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力装置を示す図面である。 本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力装置の真空管フィルタ部を示す図面である。 図１Ａのオーディオ信号出力装置の変調信号生成部から出力される第１変調信号の周波数特性を示すグラフである。 図１Ａのオーディオ信号出力装置の真空管フィルタ部から出力される真空管信号の周波数特性を示すグラフである。 図１Ａのオーディオ信号出力装置の周波数変調部から出力される第２変調信号の周波数特性を示すグラフである。 本発明の他の実施形態によるオーディオ信号出力装置を示す図面である。 本発明の他の実施形態によるオーディオ信号出力装置を示す図面である。 本発明の他の実施形態によるオーディオ信号出力装置を示す図面である。 本発明の他の実施形態によるオーディオ信号出力装置を示す図面である。 図６のオーディオ信号出力装置をさらに詳細に示す図面である。 一般デジタルアンプを利用して増幅動作を行うオーディオ信号出力装置から出力されるオーディオ信号を示す図面である。 本発明の一実施形態で出力されるオーディオ信号について説明するための図面である。 本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力方法を示すフローチャートである。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。

アナログ方式の増幅器では、Ａ級、Ｂ級及びＡＢ級がある。このようなアナログ増幅器は、アンプの出力部に、トランジスタや真空管を使用し、出力オーディオ信号の線形性が保証される。アナログ方式の増幅器は、線形性にすぐれ、良好な音色を有するが、電力利用効率が、デジタルアンプに比べてはるかに低い。また、低い電力利用効率により、増幅器自体の発熱問題が発生し、それにより、増幅器の寿命（aging）特性が良好ではない。また、アナログ方式の増幅器は、低い電力利用効率により、高い出力を出すためには、内部素子が大型化し、増幅器サイズが大きくなるという問題がある。

しかし、アナログ方式の増幅器は、出力オーディオ信号の線形性が好ましく、真空管を介して、豊かな音色を具現することができるという長所がある。

以下では、真空管を利用して、デジタル増幅器を具現することにより、アナログ方式の増幅器が有する短所を取り除きつつ、オーディオ信号の線形性を増大させ、豊かな音色を具現することができるオーディオ信号出力方法、及びそれによるオーディオ信号出力装置について詳細に説明する。

図１Ａ，Ｂは、本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力装置を示す図面である。図１Ａは、本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力装置１００を示す図面である。図１Ｂは、真空管フィルタ部１２０を詳細に示す図面である。

図１Ａを参照すれば、本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力装置１００は、変調信号生成部１１０、真空管フィルタ部１２０、周波数変調部１３０及びパワー・スイッチング増幅部１４０を含む。

変調信号生成部１１０は、所定周波数を有する第１キャリア信号または第１サンプリング・クロックを利用して、１チャネルでの入力オーディオ信号Ｓ１をパルス変調（pulse modulation）し、第１変調信号Ｓ２を生成する。以下では、第１キャリア信号または第１サンプリング・クロックの周波数を第１周波数とする。

具体的には、変調信号生成部１１０は、１チャネルに対応する入力オーディオ信号Ｓ１を入力され、これをパルス信号に変調するパルス幅変調部（ＰＷＭ unit：pulse width modulation unit）（図示せず）またはパルス密度変調部（ＰＤＭ unit：pulse density modulation unit）（図示せず）を含んでもよい。

例えば、変調信号生成部１１０が、パルス幅変調部（図示せず）を含む場合、変調信号生成部１１０は、入力オーディオ信号Ｓ１をパルス幅変調（pulse width modulation）し、パルス幅変調信号を生成する。

具体的には、パルス幅変調部（図示せず）は、所定周波数を有するキャリア信号（carrier signal）である第１キャリア信号と、アナログ信号である入力オーディオ信号Ｓ１とを比較する。そして、前記比較結果により、入力オーディオ信号Ｓ１に対応するパルス幅変調信号を、第１変調信号Ｓ２として生成する。例えば、パルス幅変調部（図示せず）は、キャリア信号と、入力オーディオ信号Ｓ１との信号レベルを比較し、入力オーディオ信号Ｓ１の信号レベルが、キャリア信号の信号レベルより高い区間では、論理ハイレベルの第１変調信号Ｓ２を生成し、入力オーディオ信号Ｓ１の信号レベルが、キャリア信号の信号レベルより低い区間では、論理ローレベルの第１変調信号Ｓ２を生成することができる。

他の例として、変調信号生成部１１０が、パルス密度変調部（ＰＤＭ：pulse density modulation unit）（図示せず）を含む場合、変調信号生成部１１０は、所定周波数を有するサンプリング・クロックである第１サンプリング・クロックを利用して、入力オーディオ信号Ｓ１をパルス密度変調（pulse density modulation）し、パルス密度変調信号を第１変調信号Ｓ２として生成する。例えば、パルス密度変調部（図示せず）は、所定周波数を有するサンプリング・クロックに合わせてパルス密度変調動作を行う。

真空管フィルタ部１２０は、第１変調信号Ｓ２を真空管に通過させ、真空管信号Ｓ３を生成する。また、真空管フィルタ部１２０を通過すれば、パルス信号である第１変調信号Ｓ２は、アナログ信号である真空管信号Ｓ３に形態転換される。真空管フィルタ部１２０に含まれる真空管は、以下で、図１Ｂを参照して説明する。

具体的には、真空管フィルタ部１２０は、第１変調信号Ｓ２から、第１周波数を有する信号成分をフィルタリングし、真空管で発生する高調波成分（harmonic component）を追加し、真空管信号Ｓ３を生成する。真空管で発生する高調波成分は、入力オーディオ信号Ｓ１が有する周波数の偶数倍になる周波数を有する二次高調波成分（second harmonic component）であり、二次高調波成分は、基本音である入力オーディオ信号Ｓ１を補強し、全体的な音に厚みを持たせて豊かにする。真空管フィルタ部１２０を通過して生成された真空管信号Ｓ３は、以下で、図８Ａ，Ｂを参照して詳細に説明する。

図１Ｂは、真空管フィルタ部１２０を詳細に示す図面である。具体的には、図１Ｂを参照すれば、真空管フィルタ部１２０は、真空管１５０を含んでもよい。また、真空管１５０は、真空空間に入力された信号を増幅したり変更して出力することができる。具体的には、真空管が、所定利得値（gain value）を有する真空管フィルタで構成される場合、入力された信号を増幅して出力することができる。そして、真空管が真空管帯域制限フィルタである場合、入力された信号から、所定帯域の周波数信号のみをフィルタリングして出力することができる。

図１Ｂを参照すれば、真空管フィルタ部１２０は、フィードバック・ループ１７０をさらに含んでもよい。真空管フィルタ部１２０は、フィードバック・ループ１７０を利用して、真空管１５０を通過しながら発生する信号の遅延を補正することができる。例えば、入力オーディオ信号Ｓ１に対応する第１変調信号Ｓ２が、真空管１５０を通過するのに、所定遅延時間が発生する。従って、真空管フィルタ部１２０は、真空管１５０を通過する前の第１変調信号Ｓ２の立ち上がりエッジまたは立ち下りエッジと、真空管１５０を通過して生成された真空管信号Ｓ３の立ち上がりエッジまたは立ち下りエッジとを同期化させることができる。

また、真空管１５０は、所定帯域の信号をフィルタリングして出力する真空管帯域制限フィルタを含んでもよい。その場合、真空管は、第１変調信号Ｓ２からの出力の目的になるオーディオ信号が有する周波数区間を除外した信号成分をフィルタリングすることができる。それにより、第１変調信号Ｓ２が真空管１５０を通過すれば、出力の目的になるオーディオ信号成分を除外した信号成分が除去される。

また、図１Ｂを参照すれば、真空管フィルタ部１２０は、ローパス・フィルタ（ＬＰＦ：low pass filter）１６０をさらに含んでもよい。具体的には、ローパス・フィルタ１６０は、所定利得値を有し、第１変調信号Ｓ２に含まれた第１周波数成分の信号をフィルタリングすることができる。例えば、音楽または音声のように、出力の目的になるオーディオ信号は、一般的に低い周波数帯域を有する。従って、出力の目的になるオーディオ信号Ｓ１の周波数帯域の上限を超える信号成分をフィルタリングする。

ここで、所定利得値は、オーディオ信号出力装置１００のユーザまたは製作者らが所定値として設定することができる。それにより、ローパス・フィルタ１６０は、第１変調信号Ｓ２が所定利得値を有し、フィルタリングされて出力されるようにする。

また、フィードバック・ループ１７０の出力端は、第１ノードＮ１または第２ノードＮ２と連結される。

周波数変調部１３０は、真空管信号Ｓ３をパルス変調し、第２変調信号Ｓ４を生成する。具体的には、周波数変調部１３０は、パルス密度変調またはパルス幅変調のような、入力信号をパルス信号に変調する変調動作を行う。具体的には、周波数変調部１３０は、アナログ信号である真空管信号Ｓ３を、パワー・スイッチング増幅部１４０を駆動（driving）させることができるパルス信号である第２変調信号Ｓ４に変換する。

具体的には、周波数変調部１３０は、第１周波数以上になる第２周波数を有する第２キャリア信号または第２サンプリング・クロックを利用して、真空管信号Ｓ３をパルス変調して第２変調信号Ｓ４を生成する。

また、パルス密度変調としては、シグマデルタ変調（ＳＤＭ：sigma delta modulation）が利用されもする。それにより、周波数変調部１３０は、シグマデルタ変調部（ＳＤＭ unit：sigma delta modulation unit）（図示せず）を含んでもよい。

周波数変調部１３０が、シグマデルタ変調部（図示せず）を含む場合、第１周波数より高い第２周波数を有する第２サンプリング・クロックを利用して、真空管信号Ｓ３をシグマデルタ変調し、第２変調信号Ｓ４を生成する。サンプリング・クロックは、シグマデルタ変調部（図示せず）の内部に具備されるオシレータ（osillator）（図示せず）が自体的に生成することができ、サンプリング・クロックによるサンプリング・レート（sampling rate）は、第２変調信号Ｓ４で、１つのパルス周期を決定する。

パワー・スイッチング増幅部（power switching amplifier）１４０は、周波数変調部１３０から出力される第２変調信号Ｓ４に応答して、ターンオンまたはターンオフされる少なくとも１つのスイッチング素子（図示せず）を含む。そして、スイッチング素子（図示せず）を利用して、入力オーディオ信号Ｓ１に対応する増幅されたオーディオ信号を生成する。以下では、パワー・スイッチング増幅部１４０で生成される信号を増幅信号Ｓ５とする。また、パワー・スイッチング増幅部１４０の増幅動作を、スイッチング増幅動作とする。

前述のスイッチング増幅動作を行うとき、スイッチング増幅を行うための駆動信号の立ち上がり時間（rising time）遅延及び立ち下り時間（falling time）遅延、またはスイッチングロス（switching loss）によって、スイッチング・ノイズ（switching noise）が発生しうる。また、高電圧レベル及び低電圧レベルの電源供給にあたり、電源ノイズが発生しうる。このようなスイッチング・ノイズまたは電源ノイズは、オーディオ信号出力装置１００の信号対ノイズ比（ＳＮＲ：signal to noise ratio）を低下させる。また、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）の低下は、Ｄ級アンプを介して出力されるオーディオ信号の音質低下をもたらす。

ここで、パワー・スイッチング増幅部１４０の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を上昇させるためには、パワー・スイッチング増幅部１４０を高速で駆動させなければならない。パワー・スイッチング増幅部１４０が高速で動作するほど、スイッチング・ノイズが減少し、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が上昇する。また、パワー・スイッチング増幅部１４０を高速駆動するためには、第２変調信号Ｓ４の周波数が高くなければならず、スイッチング増幅動作に最適化された値に、第２変調信号Ｓ４の周波数を設定しなければならない。

従って、本発明では、第２変調信号Ｓ４を生成するためのサンプリング・クロックまたはキャリア信号の周波数である第２周波数が、前述の第１周波数以上になるように設定する。それにより、パワー・スイッチング増幅部１４０を高速で駆動させることができ、オーディオ信号出力装置１００の全体信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を上昇させることができる。

また、第２周波数は、パワー・スイッチング増幅部１４０を動作させる動作周波数になる。

前述のように、本発明では、パルス変調された第１変調信号を、真空管フィルタ部１２０に通過させることにより、豊かな音色を有するオーディオ信号が出力される。そして、真空管フィルタ部１２０を通過して出力された真空管信号を、高速でスイッチング増幅させることにより、増幅信号Ｓ５のスイッチング・ノイズを低減させ、信号対ノイズ比を改善させることができる。

図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、図１のオーディオ信号出力装置において入出力されるオーディオ信号の周波数特性について説明するための図面である。

図２Ａは、変調信号生成部１１０から出力される第１変調信号Ｓ２の周波数特性を示す。ｘ軸は、周波数を示し、ｙ軸は、第１変調信号Ｓ２の信号サイズを示す。図２Ａを参照すれば、第１変調信号Ｓ２には、入力オーディオ信号Ｓ１に対応する出力の目的になるオーディオ信号成分２１０と、第１変調信号Ｓ２を生成するために利用された第１キャリア信号または第１サンプリング・クロックに対応する信号成分２１１とが含まれる。出力の目的になるオーディオ信号成分２１０は、所定周波数ｆ１以下の周波数帯域を有する。また、信号成分２１１は、第１周波数ｆｃ１を有する信号成分になる。一般的に、第１キャリア信号または第１サンプリング・クロックの周波数は、出力の目的になるオーディオ信号成分２１０の上限周波数より大きい値を有する。

図２Ｂは、真空管フィルタ部１２０から出力される真空管信号Ｓ３の周波数特性を示す。ｘ軸は、周波数を示し、ｙ軸は、真空管信号Ｓ３の信号サイズを示す。真空管フィルタ部１２０は、所定帯域の信号をフィルタリングし、アナログ信号に変換された真空管信号Ｓ３を出力する。従って、第１変調信号Ｓ２が、真空管フィルタ部１２０を通過すれば、第１キャリア信号または第１サンプリング・クロックに対応する信号成分２１１は除去され、出力の目的になるオーディオ信号成分２２０のみを含む真空管信号Ｓ３が出力される。

図２Ｃは、周波数変調部１３０から出力される第２変調信号Ｓ４の周波数特性を示す。ｘ軸は、周波数を示し、ｙ軸は、第２変調信号Ｓ４の信号サイズを示す。図２Ｃを参照すれば、第２変調信号Ｓ４には、出力の目的になるオーディオ信号成分２３０と、第２変調信号Ｓ４を生成するために利用された第２キャリア信号または第２サンプリング・クロックに対応する信号成分２３１とが含まれる。出力の目的になるオーディオ信号成分２３０は、所定周波数ｆ１以下の周波数帯域を有する。また、信号成分２３１は、第２周波数ｆｃ２を有する信号成分になる。本発明で、第２周波数ｆｃ２は、第１周波数ｆｃ１より大きい値を有する。

図３は、本発明の他の実施形態によるオーディオ信号出力装置を示す図面である。図３に図示されたオーディオ信号出力装置３００、変調信号生成部３１０、真空管フィルタ部３２０、周波数変調部３３０及びパワー・スイッチング増幅部３４０は、それぞれ図１Ａで図示した、オーディオ信号出力装置１００、変調信号生成部１１０、真空管フィルタ部１２０、周波数変調部１３０及びパワー・スイッチング増幅部１４０と同一に対応する。従って、図１と重複する説明は省略する。

図３を参照すれば、オーディオ信号出力装置３００は、図１Ａで図示したオーディオ信号出力装置１００に比べ、負フィードバック利得調節部（negative feedback gain controller）３５０をさらに含む。また、オーディオ信号出力装置３００は、図１で図示したオーディオ信号出力装置１００に比べ、復調フィルタ部３６０及びスピーカ部３７０をさらに含んでもよい。

負フィードバック利得調節部３５０は、増幅信号Ｓ５と第１変調信号Ｓ２とを比較し、前記比較結果による増幅信号Ｓ５と第１変調信号Ｓ２との差により、増幅信号Ｓ５の遅延値及び利得値のうち少なくとも一つが調節されて出力されるように制御する。

具体的には、負フィードバック利得調節部３５０は、第１変調信号Ｓ２から、パワー・スイッチング増幅部３４０から出力される増幅信号Ｓ５を減算し、減算された第１変調信号Ｓ２を、真空管フィルタ部３２０に入力させる。それにより、パワー・スイッチング増幅部３４０に出力される増幅信号Ｓ５の利得値が、オーディオ信号出力装置３００の目標利得値に近接することができる。

例えば、負フィードバック利得調節部３５０は、フィードバック・ループ３５１と合算部３５２とを含んでもよい。

フィードバック・ループ３５１は、増幅信号Ｓ５をフィードバックし、変調信号生成部３１０の出力端に伝送する。

合算部３５２は、第１変調信号Ｓ２から、フィードバック・ループ３５１の出力信号である増幅信号Ｓ５を減算して出力する。合算部３５２から出力される信号を、補正第１変調信号Ｓ２Ｃといい、補正第１変調信号Ｓ２Ｃは、真空管フィルタ部３２０に入力される。すなわち、補正第１変調信号Ｓ２Ｃは、増幅信号Ｓ５の利得値及び位相（phase）を考慮し、第１変調信号Ｓ２の利得値及び遅延値のうち少なくとも一つを調節した信号になる。

パワー・スイッチング増幅部３４０から出力される増幅信号Ｓ５は、パルス信号の形態を有する。また、パワー・スイッチング増幅部３４０の動作周波数である第２周波数が大きいほど、また増幅信号Ｓ５の振幅が大きいほど、パワー・スイッチング増幅部３４０から出力される増幅信号Ｓ５に、電磁波干渉（ＥＭＩ：electronic magnetic interference）が高レベル（high level）で発生しうる。

復調フィルタ部３６０は、パルス信号の形態を有する増幅信号Ｓ５をアナログ信号に復調する。また、復調フィルタ部３６０は、前述の増幅信号Ｓ５に発生した電磁波干渉（ＥＭＩ）成分をフィルタリングすることができる。

また、復調フィルタ部３６０は、ローパス・フィルタ（図示せず）を含んでもよく、ローパス・フィルタ（図示せず）は、増幅信号Ｓ５をアナログ信号に復調して出力する。スピーカ部３７０は、復調フィルタ部３６０の出力信号を、ユーザが聴覚的に認識することができる物理的な振動信号に変換して出力する。

図４は、本発明の他の実施形態によるオーディオ信号出力装置を示す図面である。図４を参照すれば、図示されたオーディオ信号出力装置４００は、少なくとも１つのチャネル別オーディオ信号出力装置４０１，４８０を含んでもよい。図４では、オーディオ信号出力装置４００が、２個のチャネル別オーディオ信号出力装置４０１，４８０を含む場合を例として挙げて図示している。例えば、第１チャネルオーディオ信号出力装置４０１は、Ｒチャネル（right channel）に対応するＲチャネル・オーディオ信号を出力し、第２チャネル・オーディオ信号出力装置４８０は、Ｌチャネル（left channel）に対応するＬチャネル・オーディオ信号を出力する。

チャネル別オーディオ信号出力装置４０１，４８０は、図１Ａまたは図３で図示したオーディオ信号出力装置１００，３００と同一に対応する。すなわち、変調信号生成部４１０、真空管フィルタ部４２０、周波数変調部４３０、パワー・スイッチング増幅部４４０、負フィードバック利得調節部４５０及び復調フィルタ部４６０は、それぞれ図３で図示した変調信号生成部３１０、真空管フィルタ部３２０、周波数変調部３３０、パワー・スイッチング増幅部３４０、負フィードバック利得調節部３５０及び復調フィルタ部３６０と同一に対応する。従って、図１Ａ及び図３と重複する説明は省略する。

さらに詳細には、負フィードバック利得調節部４５０は、フィードバック・ループ４５１及び合算部４５２を含む。図４のフィードバック・ループ４５１及び合算部４５２は、それぞれ図３のフィードバック・ループ３５１及び合算部３５２と対応する。

図４において、真空管フィルタ部４２０は、オーディオ信号出力装置４００内に含まれる多数のチャネル別オーディオ信号出力装置４０１，４８０で共有されて利用されてもよい。また、真空管フィルタ４２０部は、チャネル別オーディオ信号出力装置４０１，４８０それぞれで、個別的に具備されてもよい。図４では、真空管フィルタ部４２０が多数のチャネル別オーディオ信号出力装置４０１，４８０で共有される場合を、例として上げて図示している。

図５は、本発明の他の実施形態によるオーディオ信号出力装置を示す図面である。図５において、オーディオ信号出力装置５００、及び少なくとも１つのチャネル別オーディオ信号出力装置５０１，５８０は、それぞれ図４で図示したオーディオ信号出力装置４００、及び少なくとも１つのチャネル別オーディオ信号出力装置４０１，４８０に同一に対応するので、図４と重複する説明は省略する。また、変調信号生成部５１０、真空管フィルタ部５２０、周波数変調部５３０、パワー・スイッチング増幅部５４０、負フィードバック利得調節部５５０及び復調フィルタ部５６０は、それぞれ図３で図示した変調信号生成部３１０、真空管フィルタ部３２０、周波数変調部３３０、パワー・スイッチング増幅部３４０、負フィードバック利得調節部３５０及び復調フィルタ部３６０と対応する。従って、図１Ａ及び図３と重複する説明は省略する。

オーディオ信号出力装置５００において、負フィードバック利得調節部５５０の構成において、図３の負フィードバック利得調節部３５０と、配置構成及び詳細連結関係において違いがある。

負フィードバック利得調節部５５０は、真空管フィルタ部５２０から出力される真空管信号Ｓ２３と、パワー・スイッチング増幅部５４０からフィードバックされた信号とを比較し、前記比較結果により、増幅信号Ｓ２５の遅延値及び利得値のうち少なくとも一つが調節されて出力されるように制御する。

具体的には、負フィードバック利得調節部５５０は、フィードバック・ループ５５１及び合算部５５３を含む。図５のフィードバック・ループ５５１及び合算部５５３は、図３で説明したフィードバック・ループ３５１及び合算部３５２と対応する。

具体的には、フィードバック・ループ５５１は、パワー・スイッチング増幅部５４０から出力される増幅信号Ｓ２５をフィードバックし、真空管フィルタ部５２０の出力端に伝送する。

合算部５５３は、真空管信号Ｓ２３から、フィードバック・ループ５５１の出力信号を減算し、補正真空管信号Ｓ２３Ｃを生成する。フィードバック・ループ５５１の出力信号は、パワー・スイッチング増幅部５４０から出力される信号の位相及び利得の情報をいずれも含んでいるので、真空管信号Ｓ２３から、フィードバック・ループ５５１の出力信号を減算することができる。真空管信号Ｓ２３から、フィードバック・ループ５５１の出力信号を減算して周波数変調部５３０に入力すれば、増幅信号Ｓ２５の利得値を、目標利得値に合わせ、さらに正確に調節することができる。そして、合算部５５３は、生成された補正真空管信号Ｓ２３Ｃを、周波数変調部５３０に伝送する。

また、負フィードバック利得調節部５５０は、デジタル・ツー・アナログ・コンバータ５５２をさらに含んでもよい。

デジタル・ツー・アナログ・コンバータ５５２は、増幅信号Ｓ２５をアナログ信号に変換する。増幅信号Ｓ２５は、パルス信号形態を有するデジタル信号である。そして、真空管フィルタ部５２０から出力される真空管信号Ｓ２３は、アナログ信号の形態を有する。増幅信号Ｓ２５が、真空管信号Ｓ２３と同一の形態を有するように変形すれば、増幅信号Ｓ２５と真空管信号Ｓ２３とをさらに容易に比較することができる。従って、デジタル・ツー・アナログ・コンバータ５５２は、フィードバックされた増幅信号が、真空管信号Ｓ２３と同一のアナログ信号形態を有するように、増幅信号Ｓ２５を変換する。

負フィードバック利得調節部５５０が、デジタル・ツー・アナログ・コンバータ５５２を含む場合、合算部５５３は、真空管信号Ｓ２３から、デジタル・ツー・アナログ・コンバータ５５２の出力信号を減算し、補正真空管信号Ｓ２３Ｃを生成する。生成された補正真空管信号Ｓ２３Ｃは、周波数変調部５３０に入力される。

周波数変調部５３０は、補正真空管信号Ｓ２３Ｃを入力され、それに対応する第２変調信号Ｓ２４を生成する。

図６は、本発明の他の実施形態によるオーディオ信号出力装置を示す図面である。図６において、変調信号生成部６１０、真空管フィルタ部６２０、周波数変調部６３０及びパワー・スイッチング増幅部６４０は、それぞれ図１Ａで図示した変調信号生成部１１０、真空管フィルタ部１２０、周波数変調部１３０及びパワー・スイッチング増幅部１４０と同一に対応する。従って、図１Ａと重複する説明は省略する。

図６を参照すれば、オーディオ信号出力装置６００は、図１のオーディオ信号出力装置１００に比べ、ミキシング部６２５をさらに含んでもよい。オーディオ信号出力装置６００は、１チャネルに対応するオーディオ信号を出力する。

ミキシング部６２５は、真空管フィルタ部６２０の出力端に連結される。ミキシング部６２５は、真空管フィルタ部６２０から出力される真空管信号Ｓ６３と、異なるチャネルに対応するオーディオ信号出力装置（図示せず）から出力される真空管信号Ｓ６３＿Ｃ２とをミキシングし、ミキシング信号Ｓ６３Ｍを生成する。ミキシング信号Ｓ６３Ｍは、周波数変調部６３０に入力される。

具体的には、ミキシング部６２５は、１チャネルでの真空管信号Ｓ６３と、異なるチャネルでの真空管信号Ｓ６３＿Ｃ２とを、所定の比率で混合（mixing）し、１チャネルでの真空管信号Ｓ６３のオーディオデプス（depth）値、音（tone）の感度及びクロストーク（crosstalk）のうち少なくとも一つを調節する。前記混合の比率は、オーディオ信号出力装置６００の自体設定またはユーザの設定などによって異なりもする。

周波数変調部６３０は、ミキシング信号Ｓ６３Ｍを入力され、これに対応する第２変調信号Ｓ６４を生成する。パワー・スイッチング増幅部６４０は、第２変調信号Ｓ６４を増幅し、増幅信号Ｓ６５を出力する。

図７は、図６のオーディオ信号出力装置をさらに詳細に示す図面である。図７を参照すれば、オーディオ信号出力装置７００は、図４及び図５のオーディオ信号出力装置４００，５００と類似して、少なくとも１つのチャネル別に、オーディオ信号出力装置７０１，７８０を含む。図７において、変調信号生成部７１０、真空管フィルタ部７２０、ミキシング部７２５、周波数変調部７３０及びパワー・スイッチング増幅部７４０は、それぞれ図６の変調信号生成部６１０、真空管フィルタ部６２０、ミキシング部６２５、周波数変調部６３０及びパワー・スイッチング増幅部６４０と同一に対応するので、図６と重複する説明は省略する。

例えば、第１チャネル・オーディオ信号出力装置７０１は、Ｒチャネル（right channel）に対応するＲチャネル・オーディオ信号を出力し、第２チャネル・オーディオ信号出力装置７８０は、Ｌチャネル（left channel）に対応するＬチャネル・オーディオ信号を出力することができる。

ミキシング部７２５は、第１チャネルでの真空管信号Ｓ７３と、第２チャネルでの真空管信号Ｓ７３＿Ｃ２とを、所定の比率で混合するための可変抵抗部７３１を含んでもよい。可変抵抗部７３１の可変抵抗値により、第１チャネルでの真空管信号Ｓ７３と、第２チャネルでの真空管信号Ｓ７３＿Ｃ２とのミキシング比率が異なることもある。可変抵抗部７３１でミキシングされた真空管信号は、周波数変調部７３０に伝送される。また、ミキシング部７２５は、第１チャネル・オーディオ信号出力装置７０１と、第２チャネル・オーディオ信号出力装置７８０とで共有されて利用されもする。

図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の一実施形態で出力されるオーディオ信号について説明するための図面である。

図８Ａは、一般デジタルアンプを利用して増幅動作を行うオーディオ信号出力装置から出力されるオーディオ信号を示す図面である。ｘ軸は、周波数値を示し、ｙ軸は、オーディオ信号の出力レベルを電圧値として示す。

図８Ａを参照すれば、オーディオ信号出力装置が出力するオーディオ信号は、多数の周波数成分８１０，８１１，８１２，８１３を含む。グラフ８１０は、基本周波数１ｋを有する目標オーディオ信号成分を示し、グラフ８１１及び８１３は、デジタルアンプによって派生される二次高調波成分を示す。そして、グラフ８１２は、デジタルアンプによって派生される三次高調波成分（third harmonic component）を示す。ここで、三次高調波成分は、基本周波数１ｋの奇数倍になる周波数を有する信号成分である。

二次高調波成分は、前述のように、基本音である目標オーディオ信号を補強し、全体的な音に厚みを付けて豊かにする。また、自然な音感を有し、音色の微妙な変化を表現することができ、広い空間の奥にまで伸びて行くことができる豊かな音を作る。

それに比べ、三次高調波成分は、ハードな音色を有し、単純なノイズとして認識される。従って、三次高調波成分は、基本音の単純な歪曲を引き起こす。

図８Ａに図示されたように、一般デジタルアンプを利用して増幅動作を行うオーディオ信号出力装置は、二次高調波成分８１１が小さい値を有するものの、三次高調波成分８１２が大きい値を有する。

従って、出力されるオーディオ信号は、目標オーディオ信号に比べ、低い音質を有する。

図８Ｂは、本発明のオーディオ信号出力装置から出力されるオーディオ信号を示す図面である。ｘ軸は、周波数値を示し、ｙ軸は、オーディオ信号の出力レベルを電圧値として示す。図８Ｂを参照すれば、オーディオ信号出力装置が出力するオーディオ信号は、多数の周波数成分８５０，８５１，８５２，８５３を含む。グラフ８５０は、基本周波数１ｋを有する目標オーディオ信号成分を示し、グラフ８５１及び８５３は、デジタルアンプによって派生される二次高調波成分を示す。そして、グラフ８５２は、デジタルアンプによって派生される三次高調波成分を示す。

本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力装置は、入力オーディオ信号を真空管に通過させた後、デジタル増幅動作を行うことにより、基本周波数１ｋを有する目標オーディオ信号成分と、二次高調波成分８５１，８５３とを含むオーディオ信号を出力する。従って、本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力装置は、豊かな音色を有するオーディオ信号を出力することができる。

図９は、本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力方法を示すフローチャートである。本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力方法は、図１Ａ，Ｂないし図８Ａ，Ｂを参照して説明した本発明によるオーディオ信号出力装置と、その動作構成が同一である。従って、図１Ａ，Ｂないし図８Ａ，Ｂと重複する説明は省略する。また、本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力方法は、図１Ａのオーディオ信号出力装置を参照して説明する。

図９を参照すれば、本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力方法９００は、第１周波数を有する第１キャリア信号または第１サンプリング・クロックを利用して、１チャネルでの入力オーディオ信号Ｓ１をパルス変調し、第１変調信号Ｓ２を生成する（９１０段階）。９１０段階は、変調信号生成部１１０で遂行される。

９１０段階で生成された第１変調信号Ｓ２を真空管に通過させ、真空管信号Ｓ３を生成する（９２０段階）。９２０段階は、真空管フィルタ部１２０で遂行される。具体的には、第１変調信号Ｓ２から、第１周波数を有する信号成分をフィルタリングし、真空管で発生する高調波成分を追加し、真空管信号Ｓ３を生成することができる。

そして、真空管信号Ｓ３をパルス変調し、第２変調信号Ｓ４を生成する（９３０段階）。具体的には、第１周波数以上になる第２周波数を有する第２キャリア信号または第２サンプリング・クロックを利用して、真空管信号Ｓ３をパルス変調し、第２変調信号Ｓ４を生成することができる。９３０段階は、周波数変調部１３０で遂行される。

９３０段階で生成される第２変調信号Ｓ４に対応する増幅信号Ｓ５を生成する（９４０段階）。９４０段階は、パワー・スイッチング増幅部１４０で遂行される。

また、９４０段階に続き、増幅信号Ｓ５と、第１変調信号Ｓ２または真空管信号Ｓ３とを比較し、前記比較結果により、第１変調信号Ｓ２または真空管信号Ｓ３のうち少なくとも一つを補正する（段階は図示せず）。前記段階は、オーディオ信号出力装置３００，４００，５００の負フィードバック利得調節部３５０，４５０，５５０で遂行される。それにより、９２０段階は、補正された第１変調信号を入力され、それに対応する真空管信号を生成することができ、９３０段階は、補正された真空管信号を入力され、それに対応する第２変調信号を生成することができる。

また、本発明の一実施形態によるオーディオ信号出力方法９００は、１チャネルでの真空管信号Ｓ３と、異なるチャネルでの真空管信号とをミキシングする段階をさらに含んでもよい（段階は図示せず）。それにより、９３０段階は、ミキシングされた真空管信号をパルス変調し、第２変調信号Ｓ４を生成することができる。

前述のように、本発明によるオーディオ信号出力装置及びオーディオ信号出力方法は、真空管のハーモニック高調波成分をオーディオ信号に混合して出力することができる。具体的には、本発明によるオーディオ信号出力装置及びオーディオ信号出力方法は、真空管を通過させたオーディオ信号を増幅させることにより、豊かな音色を有するオーディオ信号を出力することができる。それにより、出力されるオーディオ信号の音質を改善することができる。

また、本発明によるオーディオ信号出力装置及びオーディオ信号出力方法は、高周波数に合わせてパルス信号に変調された信号を利用して、スイッチング増幅動作を行う。それにより、スイッチング・ノイズを最小化することができ、信号対ノイズ比を改善させることができる。

また、本発明は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に、コンピュータで読み取り可能なコードまたはプログラムとして具現することも可能である。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、コンピュータ・システムによって読み取り可能なデータが保存される全ての種類の記録装置を含む。コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例としては、ＲＯＭ（read-only memory）、ＲＡＭ（random-access memory）、ＣＤ（compact disc）−ＲＯＭ、磁気テープ、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、フラッシュメモリ、光データ保存装置などがある。また、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、ネットワークに連結されたコンピュータ・システムに分散され、分散方式で、コンピュータで読み取り可能なコードとして保存されて実行される。

以上の説明は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明が属する技術分野で当業者であるならば、本発明の本質的特性から外れない範囲で変形された形態に具現することができるであろう。従って、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した内容と同等な範囲内にある多様な実施形態が含まれるものであると解釈されなければならないのである。

Claims (20)

1. 第１周波数を有する第１キャリア信号または第１サンプリング・クロックを利用して、１チャネルでの入力オーディオ信号をパルス変調し、第１変調信号を生成するパルス信号生成部と、
   真空管を含み、前記第１変調信号を前記真空管に通過させ、真空管信号を生成する真空管フィルタ部と、
   前記真空管信号をパルス変調し、第２変調信号を生成する周波数変調部と、
   前記第２変調信号に対応する増幅信号を出力するパワー・スイッチング増幅部と、を含むことを特徴とするオーディオ信号出力装置。
2. 前記周波数変調部は、
   前記第１周波数以上になる第２周波数を有する第２キャリア信号または第２サンプリング・クロックを利用して、前記真空管信号をパルス変調し、第２変調信号を生成し、前記第２変調信号を、前記パワー・スイッチング増幅部に出力することを特徴とする請求項１に記載のオーディオ信号出力装置。
3. 前記真空管は、
   所定帯域の信号をフィルタリングする真空管帯域制限フィルタであることを特徴とする請求項１に記載のオーディオ信号出力装置。
4. 前記真空管フィルタ部は、
   前記第１変調信号から、前記第１周波数を有する信号成分をフィルタリングし、前記真空管で発生する高調波成分を追加し、前記真空管信号を生成することを請求項３に記載の特徴とするオーディオ信号出力装置。
5. 前記真空管フィルタ部は、
   所定利得値を有し、前記第１周波数を有する信号成分をフィルタリングするローパス・フィルタと、
   前記ローパス・フィルタの出力信号に二次高調波成分を追加し、前記真空管信号を生成する真空管帯域制限フィルタと、を含むことを特徴とする請求項に記載１のオーディオ信号出力装置。
6. 前記増幅信号と前記第１変調信号とを比較し、前記比較結果により、前記増幅信号の遅延値及び利得値のうち少なくとも一つが調節されて出力されるように制御する負フィードバック利得調節部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のオーディオ信号出力装置。
7. 前記負フィードバック利得調節部は、
   前記増幅信号をフィードバックして出力するフィードバック・ループと、
   前記第１変調信号から、前記フィードバック・ループの出力信号を減算する合算部と、を含むことを特徴とする請求項６に記載のオーディオ信号出力装置。
8. 前記真空管信号と前記増幅信号とを比較し、前記比較結果により、前記増幅信号の遅延値及び利得値のうち少なくとも一つが調節されて出力されるように制御する負フィードバック利得調節部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のオーディオ信号出力装置。
9. 前記負フィードバック利得調節部は、
   前記増幅信号をフィードバックして出力するフィードバック・ループと、
   前記真空管信号から、前記フィードバック・ループの出力信号を減算する合算部と、を含むことを特徴とする請求項８に記載のオーディオ信号出力装置。
10. 前記負フィードバック利得調節部は、
    前記フィードバック・ループと前記合算部との間に配置され、前記フィードバック・ループの出力信号をアナログ信号に変換し、前記合算部に出力するデジタル・ツー・アナログ・コンバータをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のオーディオ信号出力装置。
11. 前記１チャネルでの前記真空管信号と、異なるチャネルでの真空管信号とをミキシングし、前記周波数変調部に出力するミキシング部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のオーディオ信号出力装置。
12. 前記ミキシング部は、
    １チャネルでの前記真空管信号と、異なるチャネルでの前記真空管信号とを所定の比率でミキシングし、前記真空管信号のオーディオデプス値、音の感度及びクロストークのうち少なくとも一つを調節し、前記調節された信号を、前記周波数変調部に出力することを特徴とする請求項１に記載のオーディオ信号出力装置。
13. 前記パルス信号生成部は、
    前記第１キャリア信号と、前記入力オーディオ信号とを比較し、前記比較結果により、前記入力オーディオ信号に対応するパルス幅変調信号を、前記第１変調信号として生成するパルス幅変調部を含むことを特徴とする請求項１に記載のオーディオ信号出力装置。
14. 前記周波数変調部は、
    前記第２周波数を有する第２サンプリング・クロックを利用して、前記真空管信号をシグマデルタ変調し、前記第２変調信号を出力するシグマデルタ変調部を含むことを特徴とする請求項２に記載のオーディオ信号出力装置。
15. 第１周波数を有する第１キャリア信号または第１サンプリング・クロックを利用して、１チャネルでの入力オーディオ信号をパルス変調し、第１変調信号を生成する段階と、
    前記第１変調信号を真空管に通過させ、真空管信号を生成する段階と、
    前記真空管信号をパルス変調し、第２変調信号を生成する段階と、
    前記第２変調信号に対応する増幅信号を出力する段階と、を含むことを特徴とするオーディオ信号出力方法。
16. 前記第２変調信号を生成する段階は、
    前記第１周波数以上になる第２周波数を有する第２キャリア信号または第２サンプリング・クロックを利用して、前記真空管信号をパルス変調し、第２変調信号を生成する段階を含むことを特徴とする請求項１５に記載のオーディオ信号出力方法。
17. 前記真空管信号を生成する段階は、
    前記第１変調信号から、前記第１周波数を有する信号成分をフィルタリングし、前記真空管で発生する高調波成分を追加し、前記真空管信号を生成する段階を含むことを特徴とする請求項１５に記載のオーディオ信号出力方法。
18. 前記増幅信号と、前記第１変調信号または前記真空管信号とを比較し、前記比較結果により、前記第１変調信号または前記真空管信号のうち少なくとも一つを補正する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載のオーディオ信号出力方法。
19. 前記１チャネルでの前記真空管信号と、異なるチャネルでの真空管信号とをミキシングする段階をさらに含み、
    前記第２変調信号を生成する段階は、
    前記ミキシングされた真空管信号をパルス変調し、前記第２変調信号を生成する段階を含むことを特徴とする請求項１５に記載のオーディオ信号出力方法。
20. 前記真空管信号をミキシングする段階は、
    前記１チャネルでの真空管信号と、前記他のチャネルでの真空管信号と、を所定の比率でミキシングし、前記真空管信号のオーディオデプス値、音の感度及びクロストークのうち少なくとも一つを調節する段階を含むことを特徴とする請求項１９に記載のオーディオ信号出力方法。

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