JPWO2015125195A1 - オーディオ信号増幅装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[1−1.課題]
まず、オーディオ信号増幅装置の高音質化における課題を説明する。図7は、従来のデジタルオーディオ信号を入力とするD級電力増幅器のブロック図である。D級電力増幅器101は、入力端子102からデジタル信号が入力される。D級電力増幅器101は、デルタシグマ変調部103、パルス幅変調部104、電力増幅部105、ローパスフィルタ106とスピーカ107で構成される。
図1は、実施の形態1におけるオーディオ信号増幅装置100のブロック図である。オーディオ信号増幅装置100は、入力端子102と、D級電力増幅器101と、補正処理部108で構成される。補正処理部108は、スイッチ109と、応答信号測定部110と、補正部111と、合成部112で構成される。
まず、D級電力増幅器101について説明する。D級電力増幅器101は、入力されるデジタルオーディオ信号、例えばコンパクトディスクの場合であれば16ビットのデジタルオーディオ信号を1ビットの2値信号に変換して、電力増幅を行い、ローパスフィルタ106で不要な帯域を除去して電力増幅されたオーディオ信号を取り出す。
次に、補正処理部108について説明する。補正処理部108は、スイッチ109をONにした場合にのみ補正信号の生成する処理を行う。
応答信号測定部110は、入力した計測用信号に対するローパスフィルタ106の出力信号を測定する。応答信号測定部110は、D級電力増幅器101のインパルス応答を測定する。応答信号測定部110は、測定した出力信号に高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)処理を施し、D級電力増幅器101の周波数振幅特性と周波数位相特性を求める。TSP信号は、位相が周波数の二乗に比例した正弦波を、計測対象とする周波数範囲における低周波低域から高周波帯域に周波数を高速に走査(スイープ)した信号である。TSP信号は、単一のパルス信号と比べてエネルギーが大きいため、出力信号を複数回同期加算すると、大きなS/N(Signal−Noise ratio)を得やすい。応答信号測定部110は、測定した出力信号から逆関数の解析によりインパルス応答を算出する。
補正部111は、応答信号測定部110で求めた周波数振幅特性と、オーディオ信号増幅装置100が目標とする周波数振幅特性との比を算出する。補正部111は、この比から周波数振幅特性に関する補正信号を算出する。
応答信号測定部110は、測定したインパルス応答をFFTすることで周波数位相特性を求める。しかし、FFTで用いられる三角関数は周期性を有するので、周波数位相特性は、不連続な値をとることがある。応答信号測定部110は、これを考慮して周波数位相特性を算出する。応答信号測定部110は、周波数位相特性を角周波数で除算した位相遅延特性、または周波数位相特性を角周波数で微分した群遅延特性を算出する。そして、算出した位相遅延特性または群遅延特性と、オーディオ信号増幅装置100が目標とする位相遅延特性または群遅延特性の差分を算出し、位相遅延特性または群遅延位相特性を算出した手順の逆処理を行い、目標値との差分を小さくするための周波数位相特性を算出する。そして、補正処理で実際に処理する、周波数点での周波数位相特性を抽出して、周波数位相特性の補正信号を算出する。
合成部112は、補正部111が生成した補正信号を記憶する。合成部112は、入力されるデジタルオーディオ信号に補正信号を合成する。合成には、FIR(Finite Impulse Response)による畳込み演算を行う。即ち、算出した補正信号を逆FFTして、インパルス応答を算出し、入力信号に畳込む処理を行う。
図4は、補正後の周波数振幅特性および周波数位相特性を示す図である。図9Bの周波数振幅特性および周波数位相特性を補正すると図4に示すように、オーディオ信号増幅装置100が目標とする周波数振幅特性、周波数位相特性に近づく。
次に、ローパスフィルタ106の遮断周波数について説明する。
101 D級電力増幅器
102 入力端子
103 デルタシグマ変調部
104 パルス幅変調部
105 電力増幅部
106 ローパスフィルタ
106a コイル
106b コンデンサ
107 スピーカ
108 補正処理部
109 スイッチ
110 応答信号測定部
111 補正部
112 合成部
1101 NFB
1102 加算器
[1−1.課題]
まず、オーディオ信号増幅装置の高音質化における課題を説明する。図7は、従来のデジタルオーディオ信号を入力とするD級電力増幅器のブロック図である。D級電力増幅器101は、入力端子102からデジタル信号が入力される。D級電力増幅器101は、デルタシグマ変調部103、パルス幅変調部104、電力増幅部105、ローパスフィルタ106とスピーカ107で構成される。
図1は、実施の形態1におけるオーディオ信号増幅装置100のブロック図である。オーディオ信号増幅装置100は、入力端子102と、D級電力増幅器101と、補正処理部108で構成される。補正処理部108は、スイッチ109と、応答信号測定部110と、補正部111と、合成部112で構成される。
まず、D級電力増幅器101について説明する。D級電力増幅器101は、入力されるデジタルオーディオ信号、例えばコンパクトディスクの場合であれば16ビットのデジタルオーディオ信号を1ビットの2値信号に変換して、電力増幅を行い、ローパスフィルタ106で不要な帯域を除去して電力増幅されたオーディオ信号を取り出す。
次に、補正処理部108について説明する。補正処理部108は、スイッチ109をONにした場合にのみ補正信号の生成する処理を行う。
応答信号測定部110は、入力した計測用信号に対するローパスフィルタ106の出力信号を測定する。応答信号測定部110は、D級電力増幅器101のインパルス応答を測定する。応答信号測定部110は、測定した出力信号に高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)処理を施し、D級電力増幅器101の周波数振幅特性と周波数位相特性を求める。TSP信号は、位相が周波数の二乗に比例した正弦波を、計測対象とする周波数範囲における低周波低域から高周波帯域に周波数を高速に走査(スイープ)した信号である。TSP信号は、単一のパルス信号と比べてエネルギーが大きいため、出力信号を複数回同期加算すると、大きなS/N(Signal−Noise ratio)を得やすい。応答信号測定部110は、測定した出力信号から逆関数の解析によりインパルス応答を算出する。
補正部111は、応答信号測定部110で求めた周波数振幅特性と、オーディオ信号増幅装置100が目標とする周波数振幅特性との比を算出する。補正部111は、この比から周波数振幅特性に関する補正信号を算出する。
応答信号測定部110は、測定したインパルス応答をFFTすることで周波数位相特性を求める。しかし、FFTで用いられる三角関数は周期性を有するので、周波数位相特性は、不連続な値をとることがある。応答信号測定部110は、これを考慮して周波数位相特性を算出する。応答信号測定部110は、周波数位相特性を角周波数で除算した位相遅延特性、または周波数位相特性を角周波数で微分した群遅延特性を算出する。そして、算出した位相遅延特性または群遅延特性と、オーディオ信号増幅装置100が目標とする位相遅延特性または群遅延特性の差分を算出し、位相遅延特性または群遅延特性を算出した手順の逆処理を行い、目標値との差分を小さくするための周波数位相特性を算出する。そして、補正処理で実際に処理する、周波数点での周波数位相特性を抽出して、周波数位相特性の補正信号を算出する。
合成部112は、補正部111が生成した補正信号を記憶する。合成部112は、入力されるデジタルオーディオ信号に補正信号を合成する。合成には、FIR(Finite Impulse Response)による畳込み演算を行う。即ち、算出した補正信号を逆FFTして、インパルス応答を算出し、入力信号に畳込む処理を行う。
図4は、補正後の周波数振幅特性および周波数位相特性を示す図である。図9Bの周波数振幅特性および周波数位相特性を補正すると図4に示すように、オーディオ信号増幅装置100が目標とする周波数振幅特性、周波数位相特性に近づく。
次に、ローパスフィルタ106の遮断周波数について説明する。
101 D級電力増幅器
102 入力端子
103 デルタシグマ変調部
104 パルス幅変調部
105 電力増幅部
106 ローパスフィルタ
106a コイル
106b コンデンサ
107 スピーカ
108 補正処理部
109 スイッチ
110 応答信号測定部
111 補正部
112 合成部
1101 NFB
1102 加算器
Claims (3)
- 入力されるデジタルオーディオ信号を前記デジタルオーディオ信号の量子化数よりも小さい量子化数で再サンプリングするデルタシグマ変調部と、
前記デルタシグマ変調部の出力信号の振幅方向の階調をパルスの幅の諧調とするパルス幅変調信号に変換するパルス幅変調部と、
前記パルス幅変調部の出力信号を電力増幅する電力増幅部と、
前記電力増幅部の出力信号のうち所定の遮断周波数より高い成分を逓減させて出力するローパスフィルタと、
前記デジタルオーディオ信号を補正する補正信号を生成する補正処理部と、を備え、
前記補正処理部は、前記ローパスフィルタとの接続をオンオフするスイッチを含み、前記スイッチがオンの時に前記ローパスフィルタにスピーカを接続して前記補正信号を生成する、
オーディオ信号増幅装置。 - 前記補正処理部は、
前記ローパスフィルタの出力信号を測定する応答信号測定部と、
前記応答信号測定部の測定結果に基づいて前記補正信号を生成する補正部と、
前記補正信号を前記デジタルオーディオ信号に合成する合成部と、を含む、
請求項1に記載のオーディオ信号増幅装置。 - 前記スイッチがオンの場合、前記デルタシグマ変調部にインパルス特性を有する計測用信号が入力され、
前記補正部は、前記応答信号測定部の測定結果から周波数振幅特性に対する補正信号または周波数位相特性に対する補正信号を生成する、
請求項1に記載のオーディオ信号増幅装置。
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- 2014-11-26 WO PCT/JP2014/005914 patent/WO2015125195A1/ja active Application Filing
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- 2014-11-26 JP JP2016503794A patent/JP6361030B2/ja active Active
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2016
- 2016-07-10 US US15/206,274 patent/US9848264B2/en active Active
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