KR101802333B1 - 오디오 신호 출력 방법 및 그에 따른 오디오 신호 처리 장치 - Google Patents

오디오 신호 출력 방법 및 그에 따른 오디오 신호 처리 장치 Download PDF

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Abstract

입력 오디오 신호를 펄스 변조 및 스위칭 증폭하여, 상기 입력 오디오 신호에 대응되는 증폭 신호를 생성하는 변조 및 증폭부, 및 상기 증폭 신호를 감쇠 및 진공관의 고조파 성분을 추가하여 생성한 진공관 신호를 상기 변조 및 증폭부로 입력하는 진공관 증폭부를 포함하며, 디지털 앰프 장치의 음질을 개선할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치가 기재되어 있다.

Description

오디오 신호 출력 방법 및 그에 따른 오디오 신호 처리 장치 {Method for outputting an audio signal and apparatus for outputting an audio signal thereof}
본원 발명은 오디오 신호 출력 방법 및 그에 따른 오디오 신호 출력 장치에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 본원 발명은 오디오 신호의 음질을 개선할 수 있는 오디오 신호 출력 방법 및 그에 따른 오디오 신호 출력 장치에 관한 것이다.
또한, 스위칭 증폭 동작 시 발생할 수 있는 잡음 및 오류를 감소시킬 수 있는 오디오 신호 출력 방법 및 그에 따른 오디오 신호 출력 장치에 관한 것이다.
오디오 신호를 입력받아 청각적으로 인식할 수 있는 신호를 출력할 수 있는 오디오용의 파워 앰프로서는 A급, B급, AB급 및 D급이 사용된다. 이중에서 D급 앰프는 A급 앰프, B급 앰프, AB급 앰프 등에서 발생하는 증폭 효율 저하를 줄일 수 있어 널리 이용되고 있다.
D급 앰프는 아날로그 형태로 입력되는 오디오 신호로 디지털 형태로 변조하고, 디지털 변조된 오디오 신호를 노이즈 제거 등의 신호 처리 및 증폭시키는 디지털 앰프이다. 디지털 변조된 오디오 신호는 높은 전압 레벨을 갖는 신호로 증폭된다. 여기서, 상기 증폭은 스위칭 증폭기(switching amplifier)를 통해서 이뤄진다. 스위칭 증폭기는 높은 전압 레벨 및 낮은 전압 레벨의 전원을 공급받는다. 그리고, 스위칭 증폭기는 입력된 디지털 신호에 따라서 스위칭 동작을 수행하여, 높은 전압 레벨 및 낮은 전압 레벨을 갖는 오디오 신호를 출력한다.
디지털 앰프는 증폭 효율이 높으나, 출력되는 오디오 신호의 음색이 부드럽지 못하고 딱딱한 단점이 있다. 또한, 디지털 앰프에 의해여 발생하는 하모닉 성분들에 의하여, 음의 단순 왜곡이 발생할 수 있다.
또한, 전술한 스위칭 증폭기에서 스위칭 동작을 수행할 때, 스위칭 잡음(switching noise)이 발생하게 된다. 또한, 이러한 스위칭 잡음은 스위칭 증폭기의 신호 대 잡음비(SNR: signal to noise ratio)를 감소시킨다. 또한, 스위칭 증폭기로 공급되는 전원에는 리플(ripple)과 같은 접원 잡음이 존재한다. 이러한 전원 잡음 역시 신호 대 잡음비를 감소시킨다. 또한, 스위칭 증폭 시 발생하는 스위칭 손실(switching loss) 및 스위칭 구동 신호의 폴링(falling) 및 라이징(rising) 타임의 지연은 출력 오디오 신호의 비선형 특성을 야기한다.
따라서, 전술한 디지털 앰프의 단점이라 할 수 있는 단조로운 음색, 신호 대 잡음비의 감소 및 비선형성 문제를 개선할 수 있는 방법 및 장치를 제공할 필요가 있다.
본원 발명은 음질을 개선할 수 있는 오디오 신호 출력 방법 및 그에 따른 오디오 신호 출력 장치의 제공을 목적으로 한다.
구체적으로, 본원 발명은 진공관 음색을 구현하면서 고속으로 스위칭 증폭 동작을 수행할 수 있는 오디오 신호 출력 방법 및 그에 따른 오디오 신호 출력 장치의 제공을 목적으로 한다.
또한, 본원 발명은 진공관 음색을 구현하면서 스위칭 증폭 시 발생할 수 있는 잡음 및 비선형성을 감소시키고, 그에 따라서 음질을 개선할 수 있는 오디오 신호 출력 방법 및 그에 따른 오디오 신호 출력 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치는 입력 오디오 신호를 펄스 변조 및 스위칭 증폭하여, 상기 입력 오디오 신호에 대응되는 증폭 신호를 생성하는 변조 및 증폭부, 및 상기 증폭 신호를 감쇠 및 진공관의 고조파 성분을 추가하여 생성한 진공관 신호를 상기 변조 및 증폭부로 입력하는 진공관 증폭부를 포함한다.
또한, 상기 진공관 증폭부는 상기 증폭 신호에 소정 감산 이득값을 적용하고 2차 고조파 성분을 추가하여 상기 진공관 신호를 생성하는 진공관 감쇠부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 진공관 감쇠부는 상기 소정 감산 이득 값을 가지며, 상기 증폭 신호를 감산 증폭하여 출력하는 진공관 증폭기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 변조 및 증폭부는 상기 입력 오디오 신호를 입력받고, 상기 입력 오디오 신호에 대응되며 펄스 변조된 변조 신호를 생성하는 펄스 신호 생성부, 상기 변조 신호에 대응되며, 스위칭 증폭 동작을 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 드라이버, 및 상기 구동 신호에 따라서 스위칭 증폭 동작을 수행하여 증폭 신호를 출력하는 파워 스위칭 증폭부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 펄스 신호 생성부는 상기 입력 오디오 신호에서 상기 진공관 신호를 감산하여 수정 오디오 신호를 생성하고, 상기 수정 오디오 신호를 펄스 변조하여 상기 변조 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 펄스 신호 변조부는 상기 입력 오디오 신호를 시그마 델타 변조하여 상기 변조 신호를 출력하는 시그마 델타 변조부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 시그마 델타 변조부는 상기 입력 오디오 신호에서 상기 진공관 신호를 감산하는 합산기, 상기 합산기의 출력 신호를 입력받고, 상기 합산기의 출력 신호를 적분하여 출력하는 루프 필터, 및 상기 루프 필터에서 출력되는 신호를 양자화하여 상기 변조 신호를 출력하는 양자화 부를 생성하는 양자화 부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 시그마 델타 변조부는 고차 1 비트 단일 루프 시그마 델타 변조기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 파워 스위칭 증폭부는 상기 구동 신호에 응답하여 턴 온 또는 턴 오프되며, 상기 스위칭 증폭 동작을 수행하는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하는 증폭기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 소자는 갈륨 나이트라이드 트랜지스터, 갈륨 아사나이드 트랜지스터 및 실리콘 카바이드 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 펄스 신호 생성부는 제1 주파수를 갖는 제1 캐리어 신호 또는 제1 샘플링 클럭을 이용하여, 일 채널에서의 상기 입력 오디오 신호를 펄스 변조하여 상기 변조 신호를 생성할 수 있다. 그리고, 상기 드라이버는 제2 주파수를 갖는 제2 캐리어 신호 또는 제2 샘플링 클럭을 이용하여, 상기 변조 신호를 펄스 변조하여 상기 구동 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 제2 주파수의 값은 상기 제1 주파수의 값 이상 또는 초과하는 값을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치는 입력 오디오 신호에 진공관의 고조파 성분을 추가하여 진공관 신호를 생성하는 진공관 증폭부, 상기 진공관 신호에 대응되며 펄스 변조된 변조 신호를 생성하는 펄스 신호 생성부, 상기 변조 신호에 대응되며, 스위칭 증폭 동작을 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 드라이버, 및 상기 구동 신호에 따라서 스위칭 증폭 동작을 수행하여 증폭 신호를 출력하는 파워 스위칭 증폭부를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치는 피드백 루프를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 피드백 루프는 상기 증폭 신호에 소정 감산 이득 값을 적용하여 감쇠시키는 감쇠부, 및 상기 입력 오디오 신호에서 상기 감쇠부 출력 신호를 감산하여 생성한 수정 오디오 신호를 상기 진공관 증폭부로 입력하는 합산기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호 출력 방법은 입력 오디오 신호를 펄스 변조 및 스위칭 증폭하여, 상기 입력 오디오 신호에 대응되는 증폭 신호를 생성하는 단계, 및 상기 증폭 신호를 감쇠 및 진공관의 고조파 성분을 추가하여 생성한 진공관 신호를 상기 입력 오디오 신호에 반영하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 방법은 입력 오디오 신호에 진공관의 고조파 성분을 추가하여 진공관 신호를 생성하는 단계, 상기 진공관 신호에 대응되며 펄스 변조된 변조 신호를 생성하는 단계, 상기 변조 신호에 대응되며, 스위칭 증폭 동작을 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 단계, 및 상기 구동 신호에 따라서 스위칭 증폭 동작을 수행하여 증폭 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에서 입출력되는 신호들을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 진공관 증폭부에서 출력되는 신호의 신호 성분을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치에서 출력되는 신호를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 처리 방법을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 처리 방법을 나타내는 도면이다.
아날로그 방식의 증폭기로는 A급, B급 및 AB급이 있다. 이러한 아날로그 증폭기는 앰프의 출력부에 트랜지스터나 진공관을 사용하며, 출력 오디오 신호의 선형성이 보장된다. 아날로그 방식의 증폭기는 선형성이 우수하고 좋은 음색을 갖지만, 전력 이용 효율이 디지털 앰프에 비해 매우 낮다. 또한, 낮은 전력 이용 효율로 인하여 증폭기 자체의 발열 문제가 발생하며, 그에 따라서 증폭기의 수명(aging) 특성이 나쁘다. 또한, 아날로그 방식의 증폭기는 낮은 전력 이용 효율로 인하여, 높은 출력을 내기 위해서는 내부 소자들이 대형화 되어 증폭기의 크기가 커지게 되는 문제가 있다.
그러나 아날로그 방식의 증폭기는 출력 오디오 신호의 선형성이 좋고, 진공관을 통하여 풍부한 음색을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
이하에서는, 진공관을 이용하여 디지털 증폭기를 구현함으로써, 디지털 방식의 증폭기가 갖는 단점을 제거하여 오디오 신호의 선형성을 증가시키고 풍부한 음색을 구현할 수 있는 오디오 신호 출력 방법 및 그에 따른 오디오 신호 출력 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치(100)는 변조 및 증폭부(110) 및 진공관 증폭부(120)를 포함한다.
변조 및 증폭부(110)는 입력 오디오 신호(S_IN)를 펄스 변조 및 스위칭 증폭하여, 입력 오디오 신호(S_IN)에 대응되는 증폭 신호(S_OUT)를 생성한다.
진공관 증폭부(120)는 증폭 신호(S_OUT)를 감쇠(attenuation) 및 진공관의 고조파 성분(second harmonics)을 추가하여 생성한 진공관 신호(S1)를 변조 및 증폭부(110)로 입력한다.
여기서, 진공관의 고조파 성분은, 소정 신호를 진공관 소자, 구체적으로, 진공관 증폭부(120),에 통과시킬 때 발생하는 신호 성분으로, 진공관 소자에 입력된 소정 신호가 갖는 주파수의 짝수 배가 되는 주파수를 갖는 2차 고조파(second harmonics) 성분들을 뜻한다. 2차 고조파 성분들은 입력된 소정 신호를 보강하여 전체적인 소리를 두텁고 풍성하게 만든다. 따라서, 진공관 신호(S1)에는 증폭 신호(S_OUT)의 원 주파수 신호 성분 및 그에 대응되는 2차 고조파 성분이 포함되어 있다. 전술한 2차 고조파 성분들은 이하에서 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치를 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 오디오 신호 출력 장치(200)에 있어서, 변조 및 증폭부(210) 및 진공관 증폭부(220)는 각각 도 1에서 설명한 변조 및 증폭부(110) 및 진공관 증폭부(120)와 동일 대응되므로, 도 1에서와 중복되는 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 오디오 신호 출력 장치(200)는 변조 및 증폭부(210) 및 진공관 증폭부(220)를 포함한다. 도 2에 도시된 오디오 신호 출력 장치(200)에 있어서, 변조 및 증폭부(210) 및 진공관 증폭부(220)는 각각 도 1에서 설명한 변조 및 증폭부(110) 및 진공관 증폭부(120)와 동일 대응되므로, 도 1에서와 중복되는 설명은 생략한다.
변조 및 증폭부(210)는 펄스 신호 생성부(211), 드라이버(212) 및 파워 스위칭 증폭부(213)를 포함한다.
펄스 신호 생성부(211)는 입력 오디오 신호(S_IN)를 입력받고, 입력 오디오 신호(S_IN)에 대응되며 펄스 변조(pulse modulation)된 변조 신호(S2)를 생성한다.
구체적으로, 펄스 신호 생성부(211)는 입력 오디오 신호(S_IN)에서 진공관 신호(S1)를 감산하여 수정 오디오 신호(미도시)를 생성하고, 수정 오디오 신호(미도시)를 펄스 변조하여 변조 신호(S2)를 생성한다.
예를 들어, 펄스 신호 생성부(211)는 펄스 폭 변조부(PWM unit: pulse width modulation unit)(미도시) 또는 펄스 밀도 변조부(PDM unit: pulse density modulation unit)(미도시)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 펄스 신호 생성부(211)가 펄스 폭 변조부(미도시)를 포함하는 경우, 펄스 신호 생성부(211)는 입력 오디오 신호(S_IN)를 펄스 폭 변조(pulse width modulation)하여, 변조 신호(S2)로써 펄스 폭 변조 신호를 생성한다.
구체적으로, 펄스 폭 변조부(미도시)는 소정 주파수를 가지는 캐리어 신호(carrier signal)인 제1 캐리어 신호와 아날로그 신호인 입력 오디오 신호(S_IN)를 비교한다. 그리고, 상기 비교 결과에 따라서 입력 오디오 신호(S_IN)에 대응되는 펄스 폭 변조 신호를 변조 신호(S2)로써 생성한다. 예를 들어, 펄스 폭 변조부(미도시)는 캐리어 신호와 입력 오디오 신호(S_IN)의 신호 레벨을 비교하여, 입력 오디오 신호(S_IN)의 신호 레벨이 캐리어 신호의 신호 레벨보다 높은 구간에서는 논리 하이 레벨의 변조 신호(S2)를 생성하고, 입력 오디오 신호(S_IN)의 신호 레벨이 캐리어 신호의 신호 레벨보다 낮은 구간에서는 논리 로우 레벨의 변조 신호(S2)를 생성할 수 있다.
또 다른 예로, 펄스 신호 생성부(211)가 펄스 밀도 변조부(PDM: pulse density modulation unit)(미도시)를 포함하는 경우, 펄스 신호 생성부(211)는 소정 주파수를 갖는 샘플링 클럭(sampling clock)인 제1 샘플링 클럭을 이용하여, 입력 오디오 신호(S_IN)를 펄스 밀도 변조(pulse density modulation)하여 펄스 밀도 변조 신호를 변조 신호(S2)로써 생성한다. 예를 들어, 펄스 밀도 변조부(미도시)는 시그마 델타 변조부(SDM: sigma delta modulator)로 구성될 수 있다.
이하에서는, 펄스 신호 생성부(211)에서 이용되는 제1 캐리어 신호 및 제1 샘플링 클럭의 주파수를 제1 주파수라 한다.
드라이버(212)는 변조 신호(S2)에 대응되며, 스위칭 증폭 동작(switching amplifying operation)을 제어하기 위한 구동 신호(S3)를 생성한다.
파워 스위칭 증폭부(213)는 구동 신호(S3)에 따라서 스위칭 증폭 동작을 수행하여 증폭 신호(S_OUT)를 생성한다.
진공관 증폭부(220)는 증폭 신호(S_OUT)에 소정 감산 이득값(negative gain value)을 적용하고 2차 고조파 성분을 추가하여 상기 진공관 신호를 생성하는 진공관 감쇠부(vacuum tube attenuator)(221)로 구성될 수 있다.
구체적으로, 파워 스위칭 증폭부(213)의 출력 신호인 증폭 신호(S_OUT)는 고전압의 신호이기 때문에, 증폭 신호(S_OUT)를 그대로 펄스 신호 생성부(211)에 입력할 경우 고 입력 전압에 기인한 발진이 발생할 수 있다. 따라서, 진공관 감쇠부(221)는 이러한 발진을 방지하기 위해, 입력 오디오 신호(S_IN) 레벨에 맞춰 증폭 신호(S_OUT)의 전압 레벨을 낮춘다.
파워 스위칭 증폭부(213)를 통과하여 출력되는 진공관 신호(S1)는 진공관 성분을 포함하고 신호의 진폭이 감쇠된 신호가 된다.
구체적으로, 진공관 감쇠부(221)는 소정 감산 이득 값을 가지며, 증폭 신호(S_OUT)를 감산 증폭하여 출력하는 진공관 증폭기로 구성될 수 있다. 여기서, 소정 감산 이득 값은 오디오 신호 출력 장치(200)의 정격 출력, 제품 사양 등에 따라서 최적화되어 설정될 수 있다. 상기 설정은 오디오 신호 출력 장치(200)가 자체적으로 조절하거나, 사용자에 의해서 이뤄질 수 도 있다. 예를 들어, 상기 소정 감산 이득 값은, 증폭 신호(S_OUT)의 신호 레벨이 입력 오디오 신호(S_IN)의 신호 레벨에 맞춰 감소될 수 있는 이득 값으로 설정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치를 나타내 는 도면이다. 도 3에 도시된 오디오 신호 출력 장치(300)는 도 2의 오디오 신호 출력 장치(200)를 상세히 나타낸 것이다. 구체적으로, 펄스 신호 생성부(310), 드라이버(320), 파워 스위칭 증폭부(330), 및 진공관 증폭부(340)는 각각 펄스 신호 생성부(211), 드라이버(212) 및 파워 스위칭 증폭부(213), 및 진공관 증폭부(220)에 동일 대응되므로, 도 2에서와 중복되는 설명은 생략한다. 또한 오디오 신호 출력 장치(300)는 도 2에서 도시한 오디오 신호 출력 장치(200)에 비하여 로우 패스 필터(350) 및 스피커 부(360)를 더 포함할 수 있다.
오디오 신호 출력 장치(300)에서는 펄스 신호 생성부(310)가 시그마 델타 변조부를 포함하는 경우를 예로 들어 도시 및 설명하며, 이하에서는 펄스 신호 생성부(310)를 시그마 델타 변조부(310)라 한다.
구체적으로, 시그마 델타 변조부(310)는 입력 오디오 신호(S_IN)를 시그마 델타 변조(sigma delta modulation)하여 변조 신호(S2)를 출력한다. 구체적으로 시그마 델타 변조부(310)는 입력 오디오 신호(S_IN)에 포함되는 잡음 성분을 유효 주파수 대역 이외의 대역으로 이동시키는 동작인 노이즈 쉐이핑(noise shaping) 동작을 수행하여, 잡음 성분이 필터링된 신호인 변조 신호(S2)를 출력한다. 여기서, 잡음 성분은 스위칭 증폭 동작시 발생하는 스위칭 잡음 및 공급 전원에 포함되는 잡음 등을 포함할 수 있다.
또한, 시그마 델타 변조부(310)는 고차 1 비트 단일 루프 시그마 델타 변조기(high order 1-bit single-loop DSM)를 포함할 수 있다. 고차 1 비트 단일 루프 시그마 델타 변조기는 입력 오디오 신호(S_IN)에 포함되는 잡음 성분을 유효 주파수 대역 이외의 대역으로 더 멀리 이동시킴으로써, 높은 노이즈 필터링 성능을 갖는다.
시그마 델타 변조부(310)는 합산기(adder)(311), 루프 필터(312) 및 양자화 부(314)를 포함한다. 또한, 시그마 델타 변조부(310)는 클럭 발생기(313)를 더 포함할 수 있다.
합산기(311)는 입력 오디오 신호(S_IN)에서 진공관 신호(S1)를 감산한다.
구체적으로, 합산기(311)는 진공관 신호(S1) 및 입력 오디오 신호(S_IN)를 입력받는다. 그리고, 입력 오디오 신호(S_IN)에서 진공관 신호(S1)를 감산하여 수정 오디오 신호(S_IN1)를 출력한다. 합산기(311)를 이용하여 입력 오디오 신호(S_IN)에 진공관 신호(S1)의 값을 반영하여 수정 오디오 신호(S_IN1)를 생성함으로써, 시그마 델타 변조부(310)는 오디오 신호 출력 장치(300)의 목표 이득(gain) 또는 정격 최대 출력에 맞춰 정확한 이득 제어(gain control)를 수행할 수 있다.
구체적으로, 시그마 델타 변조부(310)가 합산기(311)를 포함함으로써, 증폭 신호(S_OUT)의 이득(gain) 및 위상(phase)을 고려하여 시그마 델타 변조부(310)의 루프 필터(312)로 입력되는 수정 오디오 신호(S_IN1)의 이득 및 위상 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 그에 따라서, 시그마 델타 변조부(310)는 오디오 신호 출력 장치(300)의 목표 이득(gain) 또는 정격 최대 출력에 맞춰 정확한 이득 제어(gain control)를 수행할 수 있다.
루프 필터(312)는 합산기(311)의 출력 신호인 수정 오디오 신호(S_IN1)를 입력받고, 입력된 신호를 적분하여 출력한다.
구체적으로, 루프 필터(312)는 적어도 하나의 적분기(integrator)(미도시)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 적분기(미도시)를 이용하여 수정 오디오 신호(S_IN1)를 적분(integration)한다. 또한, 루프 필터(312)는 소정 잡음 전달 함수(NTF)에 따라서 수정 오디오 신호(S_IN1)에 포함되는 잡음을 외곽의 주파수 대역으로 세이핑(shaping)한다.
양자화 부(314)는 루프 필터(231)에서 출력되는 신호를 입력받고, 입력된 신호를 양자화하여 펄스 신호 형태를 갖는 변조 신호(S2)를 생성한다.
클럭 발생기(313)는 루프 필터(312)의 샘플링 주기를 설정하기 위한 클럭 신호(S_CLK)를 생성하여, 제1 주파수를 갖는 클럭 신호(S_CLK)를 루프 필터(312)로 공급한다. 그에 따라서, 루프 필터(312)는 제1 주파수를 갖는 클럭 신호(S_CLK)를 샘플링 클럭으로 하여 적분 동작을 수행한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치(300)는 펄스 신호 생성부(310)로써 시그마 델타 변조부(310)를 구비하여 노이즈 쉐이핑 동작을 수행함으로써, 오디오 신호 출력 장치(300)에서 자체적으로 발생하는 양자화 잡음(quantization noise), 전원 잡음, 및 파워 스위칭 잡음 등을 포함하는 잡음 성분을 필터링할 수 있으며, 입력 오디오 신호(S_IN)에 포함되어 있는 잡음 성분을 필터링할 수 있다.
또한, 드라이버(320)는 변조 신호(S2)를 입력받고, 입력 신호된 변조 신호(S2)에 따라서 스위칭 증폭 동작을 제어하기 위한 적어도 하나의 구동 신호(S3)를 생성할 수 있다. 여기서, 스위칭 증폭 동작은 파워 스위칭 증폭부(330) 내에 구비되는 적어도 하나의 스위칭 소자(332)를 이용하여 수행된다. 구동 신호(S3)는 스위칭 소자(332)의 턴 온 또는 턴 오프를 제어하기 위한 스위칭 제어 신호가 된다.
구체적으로, 드리이버(320)는 스위칭 소자(332)를 턴 온 또는 턴 오프시키는 펄스 형태의 신호를 출력하는, 펄스 변조부(pulse modulation unit)(미도시)로 구성될 수 있다.
드리이버(320)가 펄스 변조부(미도시)로 구성될 경우, 도 2의 펄스 신호 생성부(211)에서 설명한 바와 동일하게, 드리이버(320)의 펄스 변조부(미도시)는 펄스 폭 변조부(PWM unit: pulse width modulation unit)(미도시) 또는 펄스 밀도 변조부(PDM unit: pulse density modulation unit)(미도시)를 포함할 수 있다. 그에 따라서, 드라이버(320)는 제2 주파수를 갖는 제2 샘플링 클럭 및 제2 캐리어 신호를 이용하여 펄스 변조 동작을 수행한다.
파워 스위칭 증폭부(330)는 구동 신호(S3)에 응답하여 턴 온 또는 턴 오프되며, 스위칭 증폭 동작을 수행하는 적어도 하나의 스위칭 소자(332)를 포함하는 증폭기(331)를 포함할 수 있다. 도 3에서는 증폭기(331)에 하나의 스위칭 소자(332)가 포함되는 경우를 예로 들어 도시하였다.
증폭기(331)는 높은 전원 전압(+VDD) 및 낮은 전원 전압(-VDD)을 공급받으며, 구동 신호(S3)에 응답하여 높은 전원 전압(+VDD) 레벨 및 낮은 전원 전압(-VDD) 레벨을 갖는 전압 신호인 증폭 신호(S_OUT)를 출력한다.
구체적으로, 증폭기(331)에 포함되는 스위칭 소자(332)는 갈륨 나이트라이드(GaN) 트랜지스터, 갈륨 아사나이드(GaAs) 트랜지스터 및 실리콘 카바이드(SiC) 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함한다.
갈륨 나이트라이트 트랜지스터 및 갈륨 아사나이드 트랜지스터는 전달 지연(propagation delay)이 짧고 고전압에서 고속 동작 가능하다. 여기서, 전달 지연은 트랜지스터의 게이트로 해당 트랜지스터를 턴 온 시키는 제어 신호가 입력된 후, 트랜지스터의 출력단인 소스 단 또는 드레인 단으로 포화된 전압 신호가 출력되기까지 걸리는 시간을 뜻한다.
증폭 신호(S_OUT)의 논리 하이 레벨인 전원 전압(+VDD)이 높은 신호 레벨을 가질수록, 0 전압에서 높은 전원 전압(+VDD)으로 상승(rising)하는데 걸리는 전달 지연 시간이 길어진다. 따라서, 고 출력이 가능한 오디오 신호 출력 장치(300)를 구현하기 위해서는, 파워 스위칭 동작을 고속으로 수행하여, 짧은 시간 내에 증폭 신호(S_OUT)가 0 전압에서 높은 전원 전압(+VDD)으로 천이(transition)할 수 있도록 할 필요가 있다.
파워 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 소자(332)로 갈륨 나이트라이트 트랜지스터 또는 갈륨 아사나이드 트랜지스터를 이용할 경우, 고속으로 파워 스위칭 동작을 수행할 수 있다.
또한 고속으로 파워 스위칭 동작을 수행함에 따라서, 스위칭 잡음을 최소화할 수 있어서, 오디오 신호 출력 장치(300)의 신호 대 잡음비(SNR)를 증가시킬 수 있다.
또한, 스위칭 소자로 이용되는 갈륨 나이트라이드 트랜지스터는 갈륨 나이트라이드 헤테로 접합 전계 효과 트랜지스터(GaN HFET: GaN hetero junction field effect transistor)일 수 있다.
전술한 바와 같이 파워 스위칭 증폭부(330)를 고속으로 구동하기 위해서는, 높은 주파수를 갖는 구동 신호(S3)가 필요하다. 따라서, 제2 주파수는 제1 주파수에 비하여 이상 또는 초과가 되는 값이 될 수 있다.
로우 패스 필터(350)는 파워 스위칭 증폭부(330)에서 출력되는 증폭 신호(S_OUT)를 아날로그 오디오 신호로 복조하여 출력한다. 즉, 파워 스위칭 증폭부(330)에서 출력되는 신호는 디지털 신호이므로 이를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 것이다.
스피커 부(360)는 로우 패스 필터(350)의 출력 신호를 사용자가 청각적으로 인식할 수 있는 물리적인 진동 신호로 변환하여 출력한다.
도 4는 도 3에서 입출력되는 신호들을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 4의 (a)는 입력 오디오 신호(S_IN)의 신호 파형을 나타낸다. 도 4의 (b)는 진공관 증폭부(340)에서 출력되는 진공관 신호(S1)의 신호 파형을 나타낸다. 그리고, 도 4의 (c)는 합산기(311)에서 출력되는 수정 오디오 신호(S_IN1)를 나타낸다. 도 4에 도시된 그래프에 있어서, x 축은 시간을 나타내고, y 축은 신호의 크기인 전압 레벨을 나타낸다.
도 4의 (a)를 참조하면, 입력 오디오 신호(S_IN)(410)는 t1 내지 t2 시간 동안 논리 하이 레벨의 신호로 입력된다.
도 4의 (b)를 참조하면, 입력 오디오 신호(S_IN)(410)가 펄스 신호 생성부(310), 드라이버(320), 및 파워 스위칭 증폭부(330)를 통과할 때, 소정 시간이 소요된다. 따라서, 진공관 신호(S1)(420)는 입력 오디오 신호(S_IN)(410)와 비교하여 (t3- t1) 시간만큼의 지연 시간을 갖는다.
도 4의 (c)를 참조하면, 입력 오디오 신호(S_IN)(410)에서 진공관 신호(S1)(420)를 감산하여 수정 오디오 신호(S_IN1)(430)를 출력한다.
루프 필터(312)는 수정 오디오 신호(S_IN1)(430)를 적분하여 출력함으로써, 파워 스위칭 증폭부(330)에서 실제 출력되는 증폭 신호(S_OUT)의 위상 및 진폭을 증폭 신호(S_OUT)의 목표 위상 및 목표 진폭과 동일해지도록 조절할 수 있다.
도 5는 도 1의 진공관 증폭부에서 출력되는 신호의 신호 성분을 나타내는 도면이다. 도 5에 있어서, X 축은 주파수를 나타내며 Y 축은 신호의 진폭을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 진공관 증폭부(340)가 출력하는 오디오 신호는 다수개의 신호 성분들(550, 551, 552, 553)을 포함한다. 신호 성분(550)은 증폭 신호(S_OUT)의 메인 주파수인 기본 주파수(1k)를 갖는 오디오 신호 성분을 나타낸다. 그리고, 그래프 851 및 853은 진공관 증폭기(340)를 통과하면서 발생한 진공관 성분인 2차 고조파(second harmonics)에 대응하는 오디오 신호 성분을 나타낸다. 그리고, 그래프 552는 3차 고조파 성분(third harmonics)을 나타낸다. 여기서, 3차 고조파 성분은 기본 주파수(1k)의 홀수배가 되는 주파수를 갖는 신호 성분이다.
2차 고조파 성분은 전술한 바와 같이, 기본음인 목표 오디오 신호를 보강하여 전체적인 소리를 두텁고 풍성하게 만든다. 또한, 자연스러운 음감을 가지며, 음색의 미묘한 변화를 표현할 수 있고, 넓은 공간의 뒤편까지 뻗어 나갈 수 있는 풍부한 소리를 만든다.
이에 비하여, 3차 고조파 성분은 딱딱한 음색을 가지며 단순한 잡음으로 인식된다. 따라서, 3차 고조파 성분은 기본음의 단순한 왜곡을 야기한다.
도 5에서 도시한 신호 성분들을 포함하는 진공관 신호(S1)는 펄스 신호 생성부(310)로 입력되어 펄스 변조된다. 따라서, 최종적으로 출력되는 증폭 신호(S_OUT) 및 로우 패스 필터(350) 및 스피커 부(360)의 출력 신호에는 진공관 성분들이 포함되어 있다. 그에 따라서, 본 발명의 일 또는 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치는 풍부한 음색을 갖는 오디오 신호를 출력할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치에서 출력되는 신호를 나타내는 도면이다. 도 6의 (a)는 진공관 성분인 2차 고조파 성분이 포함되지 않은 증폭 신호(S_OUT)를 나타낸다. 도 6의 (b)는 진공관 성분인 2차 고조파 성분이 포함된 증폭 신호(S_OUT)를 나타낸다. 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 t1, t2, t3 및 t4는 각각 도 4의 (a), (b), 및 (c)에 도시된 t1, t2, t3 및 t4에 각각 동일 대응되므로, 도 4에서와 중복되는 설명은 생략한다.
도 6의 (a) 및 (b)를 참조하면, 을 참조하면, 진공관 성분인 2차 고조파 성분이 포함되지 않는 증폭 신호(S_OUT)(610)에 비하여, 진공관 성분인 2차 고조파 성분이 포함되어 있는 증폭 신호(S_OUT)(620)의 경우에는, 진공관 성분에 의하여 증폭 신호(S_OUT)(620)의 논리 하이 레벨이 V1에서 V2로 증가할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 방법을 나타내는 도면이다. 도 7에서 설명하는 신호 처리 방법(700)은 도 1 내지 도 6을 참조하여 전술한 본 발명의 일 또는 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치(100, 200, 300)에서 수행될 수 있다. 이하에서는, 도 3 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 방법(700)을 설명한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 방법(700)은 입력 오디오 신호(S_IN)를 펄스 변조 및 스위칭 증폭하여, 입력 오디오 신호(S_IN)에 대응되는 증폭 신호(S_OUT)를 생성한다(710 단계). 710 단계의 동작은 도 1의 변조 및 증폭부(110)에서 수행된다. 또한, 변조 및 증폭부(110)에 대응되는 도 3의 펄스 신호 생성부(310), 드라이버(320) 및 파워 스위칭 증폭부(330)에서 수행될 수 있다.
710 단계에서 생성된 증폭 신호(S_OUT)를 감쇠 및 진공관의 고조파 성분을 추가하여 생성한 진공관 신호를 입력 오디오 신호(S_IN)에 반영한다(720 단계). 구체적으로, 720 단계는 증폭 신호(S_OUT)에 소정 감산 이득값을 적용하고 2차 고조파 성분을 추가하여 진공관 신호(S1)를 생성하는 단계(단계 미도시), 및 입력 오디오 신호(S_IN)에서 진공관 신호(S1)를 감산하는 단계(단계 미도시)를 포함할 수 있다. 여기서, 진공관 신호(S1)를 생성하는 단계는 진공관 증폭부(340)에서 수행될 수 있다. 그리고, 상기 감산 단계는 합산기(311)에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리 방법(700)은 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한 본 발명의 일 또는 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치(100, 200, 300)의 동작 구성과 동일한 기술적 사상을 포함한다. 따라서, 도 1 내지 도 6에서와 중복되는 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 처리 방법을 나타내는 도면이다. 도 8의 810 단계 및 830 단계는 각각 도 7의 710 단계 및 720 단계와 동일 대응되므로, 도 7에서와 중복되는 설명은 생략한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 처리 방법(800)은 도 3 및 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8을 참조하면, 입력 오디오 신호(S_IN)에 대응되며 펄스 변조된 변조 신호(S2)를 생성한다(815 단계). 구체적으로, 815 단계는 입력 오디오 신호(S_IN)에서 진공관 신호(S1)를 감산한 수정 오디오 신호(S_IN1)를 시그마 델타 변조하여 변조 신호(S2)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 815 단계는 펄스 신호 생성부(310)에서 수행된다.
815 단계에서 생성된 변조 신호(S2)에 대응되며, 스위칭 증폭 동작을 제어하기 위한 구동 신호(S3)를 생성한다(820 단계). 820 단계는 드라이버(320)에서 수행된다.
구동 신호(S3)에 따라서 스위칭 증폭 동작을 수행하여 증폭 신호(S_OUT)를 출력한다(825 단계). 825 단계는 구동 신호(S3)에 따라서 턴 온 또는 턴 오프되는 적어도 하나의 스위칭 소자를 이용하여 스위칭 증폭 동작을 수행하는 단계(단계 미도시), 및 스위칭 증폭 동작에 의하여 증폭 신호(S_OUT)를 생성 및 출력하는 단계를 포함한다. 여기서, 스위칭 소자는 갈륨 나이트라이드 트랜지스터, 갈륨 아사나이드 트랜지스터 및 실리콘 카바이드 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 825 단계는 파워 스위칭 증폭부(330)에서 수행 된다.
발명의 다른 실시예에 따른 신호 처리 방법(800)은 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치(200, 300)의 동작 구성과 동일한 기술적 사상을 포함한다. 따라서, 도 1 내지 도 6에서와 중복되는 설명은 생략한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치(900)는 진공관 증폭부(910), 펄스 신호 생성부(930), 드라이버(940) 및 파워 스위칭 증폭부(950)를 포함한다. 여기서, 펄스 신호 생성부(930), 드라이버(940) 및 파워 스위칭 증폭부(950)를 포함하는 블록 구성(920)은 도 1의 변조 및 증폭부(110)와 동일 대응된다.
진공관 증폭부(910)는 입력 오디오 신호(S_IN)에 진공관의 고조파 성분을 추가하여 진공관 신호(S1)를 생성한다. 진공관 증폭부(910)는 펄스 신호 생성부(930)의 전단에 배치된다는 점 및 입력된 신호에 감산 이득을 적용하지 않는다는 점을 제외하고는, 도 1 내지 도 3에서 전술한 진공관 증폭부(120, 220 또는 340)와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
펄스 신호 생성부(930)는 진공관 신호(S1)에 대응되며 펄스 변조된 변조 신호(S2)를 생성한다. 펄스 신호 생성부(930)는 도 1 내지 도 3에서 전술한 펄스 신호 생성부(211 또는 310)와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
드라이버(940)는 펄스 신호 생성부(930)에서 전송된 변조 신호(S2)에 대응되며, 스위칭 증폭 동작을 제어하기 위한 구동 신호(S3)를 생성한다. 드라이버(940)는 전술한 드라이버(212 또는 320)와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
파워 스위칭 증폭부(950)는 구동 신호(S3)에 따라서 스위칭 증폭 동작을 수행하여 증폭 신호(S_OUT)를 출력한다. 파워 스위칭 증폭부(950)는 전술한 파워 스위칭 증폭부(213 또는 330)와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치를 나타내는 도면이다. 도 10에 도시된 오디오 신호 출력 장치(1000)는 도 9의 오디오 신호 출력 장치(900)를 상세히 나타낸 것이다. 구체적으로, 오디오 신호 출력 장치(1000)가 포함하는 진공관 증폭부(1010), 펄스 신호 생성부(1030), 드라이버(1040), 파워 스위칭 증폭부(1050)는 각각 진공관 증폭부(910), 펄스 신호 생성부(930), 드라이버(940), 파워 스위칭 증폭부(950)와 동일 대응되므로, 도 9에서와 중복되는 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 진공관 증폭부(1010)는 입력 오디오 신호(S_IN)에 진공관의 고조파 성분을 추가하여 진공관 신호(S1)를 생성한다.
펄스 신호 생성부(1030), 드라이버(1040), 및 파워 스위칭 증폭부(1050)는 각각 도 3을 참조하여 설명한 펄스 신호 생성부(310), 드라이버(320), 파워 스위칭 증폭부(330)와 동일 대응되므로, 상세 설명은 생략한다.
오디오 신호 출력 장치(1000)는 피드백 루프(1080)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 피드백 루프(1080)는 감쇠부(1081) 및 합산기(1082)를 포함한다.
감쇠부(1081)는 증폭 신호(S_OUT)에 소정 감산 이득 값을 적용하여 증폭 신호(S_OUT)를 감쇠시킨다. 구체적으로, 감쇠부(1081)는 증폭 신호(S_OUT)의 신호 레벨이 입력 오디오 신호(S_IN)와 동일 또는 유사한 레벨이 되도록 감쇠시킬 수 있다.
합산기(1082)는 입력 오디오 신호(S_IN)에서 감쇠부(1081)의 출력 신호(S4)를 감산하여 생성한 수정 오디오 신호(S_IN1)를 진공관 증폭부(1010)로 입력한다.
오디오 신호 출력 장치(1000)는 피드백 루프(1080)를 더 포함하는 경우, 진공관 증폭부(1010)는 수정 오디오 신호(S_IN1)에 진공관의 고조파 성분을 추가하여 진공관 신호(S1)를 생성한다.
또한, 오디오 신호 출력 장치(1000)는 로우 패스 필터(1060) 및 스피커 부(1070)를 더 포함할 수 있다. 로우 패스 필터(1060) 및 스피커 부(1070)는 각각 로우 패스 필터(350) 및 스피커 부(360)와 동일 대응되므로, 상세 설명은 생략한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 처리 방법을 나타내는 도면이다. 도 11에서 설명하는 신호 처리 방법(1100)은 도 10을 참조하여 전술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치(1000)에서 수행될 수 있다. 이하에서는, 도 10 및 11을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 처리 방법(1100)을 설명한다.
도 11을 참조하면, 입력 오디오 신호(S_IN)에 진공관의 고조파 성분을 추가하여 진공관 신호(S1)를 생성한다(1110 단계). 또한, 오디오 신호 출력 장치(1000)가 피드백 루프(1080)를 더 포함하는 경우, 수정 오디오 신호(S_IN1)에 진공관의 고조파 성분을 추가하여 진공관 신호(S1)를 생성할 수 있다. 1110 단계는 진공관 증폭부(1010)에서 수행된다.
진공관 신호(S1)에 대응되며 펄스 변조된 변조 신호(S2)를 생성한다(1120 단계). 1120 단계는 펄스 신호 생성부(1030)에서 수행된다.
변조 신호(S2)에 대응되며, 스위칭 증폭 동작을 제어하기 위한 구동 신호(S3)를 생성한다(1130 단계). 1130 단계는 드라이버(1040)에서 수행될 수 있다.
구동 신호(S3)에 따라서 스위칭 증폭 동작을 수행하여 증폭 신호(S_OUT)를 출력한다(1140 단계). 1140 단계는 파워 스위칭 증폭부(1050)에서 수행된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 처리 방법(1100)은 도 10을 참조하여 상세히 설명한 본 발명의 일 또는 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치(1000)의 동작 구성과 동일한 기술적 사상을 포함한다. 따라서, 도 10에서와 중복되는 설명은 생략한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 또는 다른 실시예에 따른 오디오 신호 출력 장치 및 오디오 신호 출력 방법은 진공관의 하모닉 고조파 성분을 오디오 신호에 혼합하여 펄스 변조 동작을 수행한다. 그에 따라서 진공관의 풍부한 음색을 갖는 오디오 신호를 출력할 수 있다. 그에 따라서, 출력되는 오디오 신호의 음질을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 오디오 신호 출력 장치 및 오디오 신호 출력 방법은 고속으로 동작할 수 있는 스위칭 소자를 포함하는 파워 스위칭 증폭부를 이용하여 고주파수에 맞춰 위칭 증폭 동작을 수행한다. 그에 따라서, 스위칭 잡음을 최소화할 수 있으며, 신호 대 잡음비를 증가시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
100, 200: 오디오 신호 출력 장치
110: 변조 및 증폭부
120: 진공관 증폭부
211: 펄스 신호 생성부
212: 드라이버
213: 파워 스위칭 증폭부
220: 진공관 증폭부
312: 루프 필터
313: 클럭 발생기
314: 양자화 부
320: 드라이버
330: 파워 스위칭 증폭부
350: 로우 패스 필터
360: 스피커 부

Claims (22)

  1. 입력 오디오 신호를 펄스 변조 및 스위칭 증폭하여, 상기 입력 오디오 신호에 대응되는 증폭 신호를 생성하는 변조 및 증폭부; 및
    상기 증폭 신호의 진폭을 감쇠하고 진공관의 고조파 성분을 추가하여 생성한 진공관 신호를 상기 변조 및 증폭부로 입력하는 진공관 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진공관 증폭부는
    상기 증폭 신호에 소정 감산 이득값을 적용하고 2차 고조파 성분을 추가하여 상기 진공관 신호를 생성하는 진공관 감쇠부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 진공관 감쇠부는
    상기 소정 감산 이득 값을 가지며, 상기 증폭 신호를 감산 증폭하여 출력하는 진공관 증폭기를 포함하는 것으로 오디오 신호 출력 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 변조 및 증폭부는
    상기 입력 오디오 신호를 입력받고, 상기 입력 오디오 신호에 대응되며 펄스 변조된 변조 신호를 생성하는 펄스 신호 생성부;
    상기 변조 신호에 대응되며, 스위칭 증폭 동작을 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 드라이버; 및
    상기 구동 신호에 따라서 스위칭 증폭 동작을 수행하여 증폭 신호를 출력하는 파워 스위칭 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 펄스 신호 생성부는
    상기 입력 오디오 신호에서 상기 진공관 신호를 감산하여 수정 오디오 신호를 생성하고, 상기 수정 오디오 신호를 펄스 변조하여 상기 변조 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 펄스 신호 생성부는
    상기 입력 오디오 신호를 시그마 델타 변조하여 상기 변조 신호를 출력하는 시그마 델타 변조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 시그마 델타 변조부는
    상기 입력 오디오 신호에서 상기 진공관 신호를 감산하는 합산기;
    상기 합산기의 출력 신호를 입력받고, 상기 합산기의 출력 신호를 적분하여 출력하는 루프 필터; 및
    상기 루프 필터에서 출력되는 신호를 양자화하여 상기 변조 신호를 출력하는 양자화 부를 생성하는 양자화 부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 시그마 델타 변조부는
    고차 1 비트 단일 루프 시그마 델타 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 장치.
  9. 제4항에 있어서, 상기 파워 스위칭 증폭부는
    상기 구동 신호에 응답하여 턴 온 또는 턴 오프되며, 상기 스위칭 증폭 동작을 수행하는 적어도 하나의 스위칭 소자를 포함하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스위칭 소자는
    갈륨 나이트라이드 트랜지스터, 갈륨 아사나이드 트랜지스터 및 실리콘 카바이드 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 펄스 신호 생성부는
    제1 주파수를 갖는 제1 캐리어 신호 또는 제1 샘플링 클럭을 이용하여, 일 채널에서의 상기 입력 오디오 신호를 펄스 변조하여 상기 변조 신호를 생성하며,
    상기 드라이버는
    제2 주파수를 갖는 제2 캐리어 신호 또는 제2 샘플링 클럭을 이용하여, 상기 변조 신호를 펄스 변조하여 상기 구동 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 주파수의 값은 상기 제1 주파수의 값 이상 또는 초과하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 장치.
  13. 입력 오디오 신호에 진공관의 고조파 성분을 추가하여 진공관 신호를 생성하는 진공관 증폭부;
    상기 진공관 신호에 대응되며 펄스 변조된 변조 신호를 생성하는 펄스 신호 생성부;
    상기 변조 신호에 대응되며, 스위칭 증폭 동작을 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 드라이버;
    상기 구동 신호에 따라서 스위칭 증폭 동작을 수행하여 증폭 신호를 출력하는 파워 스위칭 증폭부; 및
    상기 증폭 신호의 진폭을 감쇠하고, 상기 입력 오디오 신호에 상기 감쇠된 증폭 신호를 반영하여 상기 진공관 증폭부로 입력하는 피드백 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 피드백 루프는
    상기 증폭 신호에 소정 감산 이득 값을 적용하여 상기 증폭 신호의 진폭을 감쇠시키는 감쇠부; 및
    상기 입력 오디오 신호에서 상기 감쇠부의 출력 신호를 감산하여 생성한 수정 오디오 신호를 상기 진공관 증폭부로 입력하는 합산기를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 진공관 증폭부는
    상기 수정 오디오 신호에 상기 진공관의 고조파 성분을 추가하여 상기 진공관 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 펄스 신호 생성부는
    상기 합산기의 출력 신호를 입력받고, 상기 합산기의 출력 신호를 적분하여 출력하는 루프 필터; 및
    상기 루프 필터에서 출력되는 신호를 양자화하여 상기 변조 신호를 출력하는 양자화 부를 생성하는 양자화 부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 처리 장치.
  17. 입력 오디오 신호를 펄스 변조 및 스위칭 증폭하여, 상기 입력 오디오 신호에 대응되는 증폭 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 증폭 신호의 진폭을 감쇠하고 진공관의 고조파 성분을 추가하여 생성한 진공관 신호를 상기 입력 오디오 신호에 반영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 진공관 신호를 상기 입력 오디오 신호에 반영하는 단계는
    상기 증폭 신호에 소정 감산 이득값을 적용하고 2차 고조파 성분을 추가하여 상기 진공관 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 입력 오디오 신호에서 상기 진공관 신호를 감산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 방법.
  19. 제17항에 있어서, 증폭 신호를 생성하는 단계는
    상기 입력 오디오 신호에 대응되며 펄스 변조된 변조 신호를 생성하는 단계;
    상기 변조 신호에 대응되며, 스위칭 증폭 동작을 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 구동 신호에 따라서 상기 스위칭 증폭 동작을 수행하여 증폭 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 변조 신호를 생성하는 단계는
    상기 입력 오디오 신호에서 상기 진공관 신호를 감산한 수정 오디오 신호를 시그마 델타 변조하여 상기 변조 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 증폭 신호를 출력하는 단계는
    상기 구동 신호에 따라서 턴 온 또는 턴 오프되는 적어도 하나의 스위칭 소자를 이용하여 스위칭 증폭 동작을 수행하는 단계; 및
    상기 스위칭 증폭 동작에 의하여 상기 증폭 신호를 생성 및 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 스위칭 소자는
    갈륨 나이트라이드 트랜지스터, 갈륨 아사나이드 트랜지스터 및 실리콘 카바이드 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 방법.
  22. 입력 오디오 신호에 진공관의 고조파 성분을 추가하여 진공관 신호를 생성하는 단계;
    상기 진공관 신호에 대응되며 펄스 변조된 변조 신호를 생성하는 단계;
    상기 변조 신호에 대응되며, 스위칭 증폭 동작을 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 단계;
    상기 구동 신호에 따라서 스위칭 증폭 동작을 수행하여 증폭 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 증폭 신호의 진폭을 감쇠하고, 상기 입력 오디오 신호에 상기 감쇠된 증폭 신호를 반영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오디오 신호 출력 방법.
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