JP5961870B2 - ローパスフィルタ付アダプタ又はローパスフィルタ付スピーカアンプ - Google Patents

Description

本発明は、ローパスフィルタを有するアダプタ又はスピーカアンプに関する。

従来、入力された音声信号を増幅する音響機器用のアンプの一類型として、デジタルアンプ（以下「Ｄ級アンプ」という）が知られている。
Ｄ級アンプは、入力されたアナログ音声信号、又は当該アナログ音声信号をサンプリングしたパルス信号に対してパルス幅変調をかけたパルス信号波を形成し、当該パルス信号波を増幅する処理をした後、パルス信号波に基づくパルス信号をアナログ音声信号に復調する処理をしている。当該復調処理のため、Ｄ級アンプは、コイル及びコンデンサからなるローパスフィルタ部を有している。パルス信号をアナログ音声信号へ復調するローパスフィルタ部はまた、アナログ音声信号に係るアナログ音声信号波の所定の周波数より低い成分を通過させ、当該所定周波数より高い成分を減衰する機能を有している。これによって、ローパスフィルタ部は、パルス信号をアナログ音声信号に復調すると共に、アナログ音声信号に含まれている高周波ノイズを除去することができる。
しかし、ローパスフィルタ部を有するＤ級アンプは、当該ローパスフィルタ部を構成するコイルやコンデンサの組み合わせや性能に依存するため、装置が大型化すると共に高価になりがちであった。

そこで、上記のＤ級アンプからローパスフィルタ部を外したローパスフィルタレスＤ級アンプが知られている。
当該ローパスフィルタレスＤ級アンプは、当該ローパスフィルタレスＤ級アンプに接続するスピーカの自己インダクタンスをローパスフィルタとして利用している。これにより、Ｄ級アンプからコイルを省くことができるので、ローパスフィルタレスＤ級アンプは小型化することができる。
図３は、携帯型音声再生装置１が有するローパスフィルタレスＤ級アンプ２を示したものである。当該携帯型音声再生装置１は、主としてヘッドホン若しくはイヤホン（以下「ヘッドホン等」という）が接続され、ローパスフィルタレスＤ級アンプ２はヘッドホンアンプとして用いられている。
ここで携帯型音声再生装置１とは、スマートフォン又はこれに類する携帯電話のようなモバイル機器、ポータブル音楽再生機器、或いはポータブルナビゲーション装置等であって、磁気テープ又はＣＤ、或いはフラッシュメモリ等の記録媒体に記録した音声ファイルを再生可能な装置をいう。

引用なし

上記の携帯型音声再生装置のうち、たとえば、スマートフォン又はポータブルナビゲーション装置は、ナビゲーション機能を利用するために車載オーディオシステムに組み込まれて利用される場合がある。また、たとえば、携帯型音声再生装置は、音楽等を再生するとき、ヘッドホン等以外のスピーカを接続して利用される場合がある。
上記のいずれの場合も、携帯型音声再生装置は、車載オーディオシステムが有するアンプ或いはスピーカアンプといったアンプ等へＵＳＢコネクタ或いは専用コネクタを用いて接続される。このとき、ローパスフィルタレスＤ級アンプを有する携帯型音声再生装置は、記録されているそのままのデジタル信号か、又はパルス幅変調されていないアナログ音声信号を上記のアンプ等に送信する。これらの信号を受信したアンプ等は、当該信号がＵＳＢコネクタ或いは専用コネクタを介して入力されたとき、デジタル信号の場合はアナログ音声信号へデコードしてから、またアナログ音声信号はそのまま増幅する回路又は装置等が別途形成されていることが多い。
しかし、ＵＳＢコネクタ或いは専用コネクタを備えた専用ケーブルは、汎用性に乏しく高価になりがちである。また、当該専用ケーブルは、無くしたり或いは破損したりした場合に再度入手することが困難になるおそれがある。さらに、携帯型音声再生装置は、上記のアンプ等にＵＳＢコネクタ或いは対応する専用コネクタが装備されていない場合、当該アンプ等へ接続することができない。
そこで手軽に利用することを目的として、携帯型音声再生装置１は、図４に示すように、汎用イヤホンが接続可能な音声出力端子に対応する市販のピンジャックケーブル３を利用して、たとえばスピーカ４に接続する場合がある。スピーカ４はその前段にスピーカアンプ５を有し、スピーカアンプ５に設けた入力端子６と、携帯型音声再生装置１の出力端子２ａとがピンジャックケーブル３を介して接続されている。

この場合において、携帯型音声再生装置１のローパスフィルタレスＤ級アンプから出力されたパルス信号は、そのままスピーカアンプ５に入力される。そのため、スピーカアンプ５ではアナログ音声信号ではなくパルス信号を増幅することになる。ここで、通常のスピーカアンプ５は、正弦波形状からなるアナログ信号波を増幅するように最適化されているものであって、矩形波形状からなるパルス信号波を増幅することは想定していない。そのため、パルス信号を増幅したとき、当該パルス信号に係るパルス信号波の高周波帯域もそのまま増幅され、パルス信号波の可聴帯域に対してノイズとして混入するおそれがある。さらに、携帯型音声再生装置１のローパスフィルタレスＤ級アンプからスピーカ４に向かってパルス信号が伝送する伝送路上には、様々な外乱によってノイズが混入する場合がある。
そして、大きく増幅された高周波帯域と外乱によるノイズ成分のうち高周波ノイズとが重なり合って、携帯型音声再生装置１から出力される音声に高周波帯域のノイズが混入して出力される場合がある。これにより、ノイズの混じった音声は、ユーザーに不快感を与え、また、スピーカ４の故障の原因となるおそれがある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、ローパスフィルタレスＤ級アンプから出力されたパルス信号を汎用性の高いアナログ音声信号へ復調し、当該アナログ音声信号への高周波ノイズの混入を防止することができるローパスフィルタ付アダプタ及びローパスフィルタ付スピーカアンプを提供することである。

請求項１に記載のローパスフィルタ付アダプタは、ローパスフィルタレスＤ級アンプとスピーカアンプとを接続するアダプタであって、
当該アダプタは、コイルとコンデンサとからなるローパスフィルタ部を有し、
前記ローパスフィルタレスＤ級アンプから出力されたパルス信号について、前記ローパスフィルタ部が、前記パルス信号をアナログ音声信号に復調すると共に、前記ローパスフィルタ部が前記アナログ音声信号に係るアナログ音声信号波の可聴周波帯域よりも高い高周波帯域を減衰するようにしたことを特徴とする。

請求項２に記載のローパスフィルタ付スピーカアンプは、ローパスフィルタレスＤ級アンプと接続されるスピーカアンプであって、
当該スピーカアンプは、コイルとコンデンサとからなるローパスフィルタ部と、及びアナログ音声信号を増幅するアンプ部とを有し、
前記ローパスフィルタレスＤ級アンプから出力されたパルス信号について、前記ローパスフィルタ部が、前記パルス信号をアナログ音声信号に復調すると共に、前記ローパスフィルタ部が、前記アナログ音声信号に係るアナログ音声信号波の可聴周波帯域よりも高い高周波帯域を減衰して、
前記アンプ部が、高周波帯域が減衰された前記アナログ音声信号を増幅するようにしたことを特徴とする。

請求項３に記載のローパスフィルタ付アダプタ若しくはローパスフィルタ付スピーカアンプは、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、前記ローパスフィルタ部が減衰する高周波帯域は、２０ｋＨｚ以上であることを特徴とする。

請求項１に記載のローパスフィルタ付アダプタによれば、当該アダプタに設けたローパスフィルタ部が、ローパスフィルタレスＤ級アンプから出力されたパルス信号をアナログ音声信号に復調するようにした。そして、当該ローパスフィルタ部はまた、アナログ音声信号に係るアナログ音声信号波の可聴周波帯域よりも高い高周波帯域を減衰するようにした。
これにより、ローパスフィルタレスＤ級アンプからスピーカアンプに向かって伝送するパルス信号は、ローパスフィルタ付アダプタからスピーカアンプに至る部分についてはアナログ音声信号に復調され、当該アナログ音声信号に係るアナログ音声信号波の可聴周波帯域よりも高い高周波帯域部分が減衰される。
その結果、復調したアナログ音声信号への高周波ノイズの混入を防止することができるので、スピーカアンプ或いはパワーアンプ等の増幅回路で増幅されるアナログ音声信号に基づく音声は、高周波ノイズの無い音声とすることができる。

請求項２に記載のローパスフィルタ付スピーカアンプによれば、アンプ部の前段に設けたローパスフィルタ部が、ローパスフィルタレスＤ級アンプから出力されたパルス信号をアナログ音声信号に復調するようにした。そして、当該ローパスフィルタ部はまた、アナログ音声信号に係るアナログ音声信号波の可聴周波帯域よりも高い高周波帯域を減衰するようにした。
これにより、ローパスフィルタレスＤ級アンプからローパスフィルタ付スピーカアンプに入力されたパルス信号は、まず、ローパスフィルタ部で当該スピーカアンプ内でアナログ音声信号に復調され、当該アナログ音声信号に係るアナログ音声信号波の可聴周波帯域よりも高い高周波帯域部分が減衰される。そしてアンプ部は高周波帯域が減衰されたアナログ音声信号波の可聴周波帯域を増幅することができる。
その結果、復調したアナログ音声信号への高周波ノイズの混入を防止することができるので、アンプ部で増幅されるアナログ音声信号に基づく音声は、高周波ノイズの無い音声とすることができる。

請求項３に記載のローパスフィルタ付アダプタ若しくはローパスフィルタ付スピーカアンプによれば、ローパスフィルタが減衰する高周波帯域を２０ｋＨｚ以上の高周波とした。一般的な人の可聴周波帯域の上限は１５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚとされていることから、これにより、当該高周波以上の帯域を減衰して、アナログ音声信号に重畳される可聴域外の高周波ノイズを除去することができる。
そのため、増幅されるアナログ音声信号に基づく音声は、高周波ノイズの無い音声とすることができる。

第１実施例に係るローパスフィルタ付アダプタの構成の概略を示す説明図である。 第２実施例に係るローパスフィルタ付スピーカアンプの構成の概略を示す説明図である。 従来のローパスフィルタレスＤ級アンプの使用例を示す説明図である。 従来のローパスフィルタレスＤ級アンプの使用例を示す説明図である。

本発明に係るローパスフィルタ付アダプタの実施例を添付した図面にしたがって説明する。図１は、本実施例に係るローパスフィルタ付アダプタの構成の概略を示す説明図である。

本実施例に係るローパスフィルタ付アダプタ１０は、図１に示すように、アダプタ装置本体１１に内蔵されたローパスフィルタ部１２と、当該アダプタ装置本体１１に設けられた入力端子１３及び出力端子１４とからなる。
入力端子１３は、ローパスフィルタレスＤ級アンプ２に設けた出力端子２ａと、ピンジャックケーブル３で接続されている。また、出力端子１４は、スピーカ４の前段に設けたスピーカアンプ５の入力端子６と、ピンジャックケーブル７で接続されている。

ローパスフィルタ部１２は、コイル１２ａ、コンデンサ１２ｂ、抵抗器１２ｃを有するＬＣ共振回路からなり、入力されたパルス信号をアナログ音声信号に復調して出力すると共に、当該アナログ音声信号に係るアナログ音声信号波の所定の周波帯域以上の高周波帯域を減衰するように形成されている。所定の周波帯域と減衰する高周波帯域との閾値となる所定の周波数は、以下、遮断周波数という。
なお、本実施例において、ＬＣ共振回路の安定を図るために、当該ＬＣ共振回路と並列になるように抵抗器１２ｄが配されているが、これに限定されるものではなく、他のデバイスを用いても良い。
ここで、一般的な人が聴きとることができる可聴周波帯域は、２０Ｈｚ〜１５ｋＨｚ乃至２０ｋＨｚとされている。この可聴周波帯域の上限よりも高い１５ｋＨｚ乃至２０ｋＨｚ以上の超音波を減衰するようにローパスフィルタ部１２のコイル１２ａ及びコンデンサ１２ｂは選択可能である。
本実施例において、コイル１２ａは２０〜１００μＨ、特に４７μＨ程度のものが好ましい。また、コンデンサ１２ｂは０．１〜１μＦ、特に０．２２μＦ程度のものが好ましい。さらに、ＬＣ共振回路に対し直列に配されている抵抗器１２ｃは１〜１００ｋΩ、並列に配されている抵抗器１２ｄは１ｋΩ以上のものである。
したがって、ローパスフィルタ部１２の遮断周波数は１０〜４０ｋＨｚ、特に好ましくは２０ｋＨｚとなる。
これにより、アナログ音声信号波の遮断周波数以上の高周波帯域は、ローパスフィルタ部１２によって減衰される。すなわち、ローパスフィルタレスＤ級アンプ２からスピーカ４に向かって伝送するパルス信号は、ローパスフィルタ部１２でアナログ音声信号に復調される。そして、復調されたアナログ音声信号は、当該アナログ音声信号に係るアナログ音声信号波の高周波帯域がローパスフィルタ部１２で減衰されて出力される。
したがって、ローパスフィルタ付アダプタ１０からスピーカ４に至る部分について、アナログ音声信号波は高周波帯域が抑えられて伝送する。そして、アナログ音声信号がスピーカアンプ５に至ったとき、高周波帯域が減衰されたアナログ音声信号波の可聴帯域が増幅されるので、スピーカ４は高周波ノイズの無いアナログ音声信号に基づく音声を出力することができる。
なお、ローパスフィルタレスＤ級アンプ２の出力特性、又はスピーカアンプ５の周波数特性に応じて、遮断周波数を任意の周波数へ自在に調整することができるようにしても良い。

上記のように構成されたローパスフィルタ付アダプタ１０は以下のように使用される。
ローパスフィルタ付アダプタ１０は、携帯型音声再生装置１のローパスフィルタレスＤ級アンプ２と、スピーカ４との間に配され、それぞれピンジャックケーブル３，７で接続されている。
なお、携帯型音声再生装置１は、たとえばポータブルナビゲーション装置、スマートフォン、或いはタブレット型端末装置である。また、スピーカ４及びスピーカアンプ５は、たとえば車載オーディオシステムを構成するものである。
ローパスフィルタレスＤ級アンプ２から出力されたパルス信号は、ローパスフィルタ付アダプタ１０へ入力される。
当該パルス信号がローパスフィルタ部１２を通過すると、当該パルス信号はアナログ音声信号に復調される。復調されたアナログ音声信号に係るアナログ音声信号波は、ローパスフィルタ部１２で遮断周波数よりも高い高周波帯域が減衰され、遮断周波数以下の、いわゆる可聴周波帯域はそのまま出力される。これにより、高周波帯域が減衰されたアナログ音声信号は、ローパスフィルタ付アダプタ１０の出力端子１４からピンジャックケーブル７へ出力される。
そして、高周波帯域が減衰されたアナログ音声信号はピンジャックケーブル７をスピーカ４に向かって伝送し、当該アナログ音声信号はスピーカアンプ５で増幅されて出力される。

本実施例に係るローパスフィルタ付アダプタ１０によれば、ローパスフィルタレスＤ級アンプ２を有する機器、たとえばモバイル機器、ポータブル音楽再生装置、或いはポータブルナビゲーション装置又はこれらに類する携帯型音声再生装置１と、一般的なパワーアンプ、スピーカアンプ、或いは車載アンプとを接続する場合、ローパスフィルタレスＤ級アンプから出力されるパルス信号をアナログ音声信号に復調することができる。そして、復調したアナログ音声信号に係るアナログ音声信号波の高周波帯域を減衰することができる。
これにより、ローパスフィルタ付アダプタ１０とスピーカアンプ５とをつなぐピンジャックケーブル７では、高周波帯域を減衰したアナログ音声信号を伝送させることができる。そして、スピーカアンプ５は、高周波帯域が可聴周波帯域と比べて極めて小さく減衰されたアナログ信号を増幅する。当該アナログ信号は、従来のアナログ音声信号と同様に取り扱うことができるので、ノイズ除去対策、換言すればパルス信号の入力に対して対策をしていないアンプを普段通りに使用することができ、アンプ選択の幅を広げることができる。そのため、ユーザーは好みのアンプを使用することができる。

次に、本発明に係るローパスフィルタ付スピーカアンプの実施例を添付した図面にしたがって説明する。図２は、本実施例に係るローパスフィルタ付スピーカアンプの構成の概略を示す説明図である。

本実施例に係るローパスフィルタ付スピーカアンプ２０は、図２に示すように、ローパスフィルタ部２２及びアンプ部２３を有するスピーカアンプ本体２１と、当該スピーカアンプ本体２１に設けられた入力端子２４、及びスピーカアンプ本体２１の近傍に配されたスピーカ部２５とからなる。

ローパスフィルタ部２２は、第１実施例と同様の構成であるので説明を省略する。
アンプ部２３は、ローパスフィルタ部２２から出力されるアナログ音声信号が入力される信号入力部２３ａと、入力されたアナログ音声信号が増幅される増幅部２３ｂと、増幅されたアナログ音声信号が出力される信号出力部２３ｃとからなる。
スピーカ部２５は、信号出力部２３ｃから出力されたアナログ音声信号を出力するように形成されている。
ローパスフィルタ部２２及びアンプ部２３は、好ましくは同一の基板上に配された各回路によって形成されている。
この場合、ローパスフィルタ部２２のコイル１２ａ、コンデンサ１２ｂが他の回路に与えるインダクタンス等の影響を防ぐため、本実施例においては、コイル１２ａは５〜２０ｍＨ、特に１０ｍＨ程度のものが好ましい。また、コンデンサ１２ｂは１０００〜３０００ｐＦ、特に１５００ｐＦ程度のものが好ましい。さらに、ＬＣ共振回路に対し直列に配されている抵抗器１２ｃは１〜１０ｋΩ、並列に配されている抵抗器１２ｄは１ｋΩ以上のものである。
これにより、ローパスフィルタ部１２の遮断周波数は１０〜４０ｋＨｚ、特に好ましくは２０ｋＨｚとなる。

上記のように構成されたローパスフィルタ付スピーカアンプ２０は以下のように使用される。
携帯型音声再生装置１のローパスフィルタレスＤ級アンプ２と、ローパスフィルタ付スピーカアンプ２０をピンジャックケーブル３で接続する。
ローパスフィルタレスＤ級アンプ２から出力されたパルス信号は、ローパスフィルタ付スピーカアンプ２０へ入力される。
当該パルス信号がローパスフィルタ部２２を通過すると、当該パルス信号はアナログ音声信号へ復調され、当該アナログ音声信号に係るアナログ音声信号波は、遮断周波数よりも高い高周波帯域が減衰され、遮断周波数以下の、いわゆる可聴周波帯域はそのまま出力される。そして、高周波帯域が減衰されたアナログ音声信号波に基づくアナログ音声信号は、ローパスフィルタ部２２からアンプ部２３へ出力され、アンプ部２３で増幅される。増幅されたアナログ音声信号は、スピーカ部２５から出力される。

本実施例に係るローパスフィルタ付スピーカアンプ２０によれば、ローパスフィルタレスＤ級アンプを有する機器、たとえば携帯型音声再生装置１と直接接続することができる。
このとき、本実施例におけるピンジャックケーブル３に相当するパルス信号は、ローパスフィルタ付スピーカアンプ２０内でアナログ音声信号に復調されると共に、当該アナログ音声信号に係るアナログ音声信号波の高周波帯域が減衰される。すなわち、ローパスフィルタ付スピーカ２０内のローパスフィルタ部２２で、回路上を伝送するパルス信号をアナログ音声信号に復調し、当該アナログ音声信号に係るアナログ音声信号波の高周波帯域部分を減衰して、遮断周波数以下の可聴周波帯域を取り出したアナログ音声信号を出力することができる。そして、当該アナログ音声信号は、アンプ部２３で増幅される。
したがって、アンプ部２３で増幅されるアナログ音声信号の高周波帯域は、可聴周波帯域と比べて極めて小さく、たとえ増幅されても可聴周波帯域からなるアナログ音声信号に基づく音声に対してはノイズの影響を及ぼさないようにすることができる。
これにより、ユーザーは、高周波ノイズ除去対策をしているか否かについて気にすることなく携帯型音声再生装置１をローパスフィルタ付スピーカアンプ２０に接続して使用することができる。

上記の実施例に係るローパスフィルタ付アダプタ１０、或いはローパスフィルタ付スピーカアンプ２０によれば、ローパスフィルタレスＤ級アンプ２から出力されたパルス信号の伝送路上に、何らかの外乱等によって高周波ノイズがパルス信号に重畳された場合であっても、スピーカアンプ５或いはアンプ部２３へ入力される前に、パルス信号をアナログ音声信号に復調し、当該アナログ音声信号に係るアナログ音声信号波の可聴周波帯域外の高周波帯域をローパスフィルタ部１２，２２で減衰するようにした。
これにより、可聴周波帯域に対して相対的に高周波帯域はその入力を小さくすることができるので、結果として混入した高周波ノイズを除去することと同等の効果を得ることができる。そのため、高周波ノイズが除去されたアナログ音声信号に基づく音声を再生することができる。
また、ローパスフィルタレスＤ級アンプ２から出力されたパルス信号をローパスフィルタ部１２，２２でアナログ音声信号に復調して出力するようにした。これにより、ローパスフィルタ部１２，２２からスピーカに至る各デバイスでは、アナログ音声信号によって増幅等の処理を行うことができる。
これにより、従来のアンプ等を使用することができるので、新たに専用機器を購入する必要がなくなるので、コストを抑えることができる。

なお、本実施例に係るローパスフィルタ部１２，２２は、コイル１２ａとコンデンサ１２ｂを有するＬＣ回路によるものであるが、これに限定されるものではなく、コンデンサと抵抗器からなるローパスフィルタとしても良く、また、これ等にオペアンプを用いてアクティブローパスフィルタとしても良い。

１０…ローパスフィルタ付アダプタ、１１…アダプタ装置本体、１２…ローパスフィルタ部１２ａ…コイル、１２ｂ…コンデンサ、１２ｃ，１２ｄ…抵抗器、１３…入力端子、１４…出力端子、
２０…ローパスフィルタ付スピーカアンプ、２１…スピーカアンプ本体、２２…ローパスフィルタ、２３…アンプ部、２３ａ…信号入力部、２３ｂ…増幅部、２３ｃ…信号出力部、２４…入力端子、２５…スピーカ部、
１…携帯型音声再生装置、２…ローパスフィルタレスＤ級アンプ、２ａ…アンプ出力端子、３，７…ピンジャックケーブル、４…スピーカ、５…スピーカアンプ、６…スピーカアンプ入力端子。

Claims (3)

1. ローパスフィルタレスＤ級アンプとスピーカアンプとを接続するアダプタであって、
   当該アダプタは、コイルとコンデンサとからなるローパスフィルタ部を有し、
   前記ローパスフィルタレスＤ級アンプから出力されたパルス信号について、前記ローパスフィルタ部が、前記パルス信号をアナログ音声信号に復調すると共に、前記ローパスフィルタ部が前記アナログ音声信号に係るアナログ音声信号波の可聴周波帯域よりも高い高周波帯域を減衰するようにしたことを特徴とするローパスフィルタ付アダプタ。
2. ローパスフィルタレスＤ級アンプと接続されるスピーカアンプであって、
   当該スピーカアンプは、コイルとコンデンサとからなるローパスフィルタ部と、及びアナログ音声信号を増幅するアンプ部とを有し、
   前記ローパスフィルタレスＤ級アンプから出力されたパルス信号について、前記ローパスフィルタ部が、前記パルス信号をアナログ音声信号に復調すると共に、前記ローパスフィルタ部が、前記アナログ音声信号に係るアナログ音声信号波の可聴周波帯域よりも高い高周波帯域を減衰して、
   前記アンプ部が、高周波帯域が減衰された前記アナログ音声信号を増幅するようにしたことを特徴とするローパスフィルタ付スピーカアンプ。
3. 前記ローパスフィルタ部が減衰する高周波帯域は、２０ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項１に記載のローパスフィルタ付アダプタ若しくは請求項２に記載のローパスフィルタ付スピーカアンプ。

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