(57)【要約】【課題】  音信号を、例えばＰＷＭ方式により変調して得られた変調信号を増幅するＤ級増幅装置であって、再生に影響のある位相回転を低減することができるＤ級増幅装置を提供する。【解決手段】  音信号を変調して変調信号を生成する変調回路３８，４４と、変調信号を増幅して増幅信号を生成する増幅回路４０，４６と、増幅信号の低域成分を通過させる低域濾過回路４２，４８と、を備える増幅ユニット３０，３２を含み、増幅ユニット３０，３２からの出力をスピーカ３５Ｈ、３５Ｌに出力する。当該Ｄ級増幅装置においては、各増幅ユニット３０，３２に含まれている変調回路３８，４４が、複数のスピーカ３５Ｈ、３５Ｌ夫々の周波数特性に対応したキャリア周波数により音信号を変調する。【選択図】  図３
2006121425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音信号を変調して変調信号を生成する変調回路と、前記変調信号を増幅して増幅信号を生成する増幅回路と、前記増幅信号の低域成分を通過させる低域濾過回路と、を夫々に備える増幅ユニットを複数含み、各前記増幅ユニットからの出力を当該各増幅ユニットに夫々対応するスピーカに出力するＤ級増幅装置において、
各前記増幅ユニットに含まれている前記変調回路が、複数の前記スピーカ夫々の周波数特性に対応したキャリア周波数により前記音信号を変調することを特徴とするＤ級増幅装置。
【請求項２】
請求項１記載のＤ級増幅装置において、
高域用の前記スピーカ及び低域用の前記スピーカのそれぞれに対応して、高域用の前記増幅ユニット及び低域用の前記増幅ユニットをそれぞれ設けており、
前記高域用の増幅ユニット内の前記変調回路のキャリア周波数は、前記低域用の増幅ユニット内の前記変調回路のキャリア周波数よりも高く設定されていることを特徴とするＤ級増幅装置。
【請求項３】
請求項２記載のＤ級増幅装置において、
前記低域濾過回路には、カットオフ周波数が設定されており、
前記増幅ユニットにおいて、前記変調回路のキャリア周波数は、前記低域濾過回路のカットオフ周波数の１０倍以上に設定されていることを特徴とするＤ級増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、Ｄ級増幅装置の技術分野に属し、より詳細には、音信号を、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式により変調して得られた変調信号を増幅するＤ級増幅装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、オーディオ製品用の増幅装置（以下、適宜アンプと称する）としては、当該増幅装置を構成するトランジスタにおけるバイアス電圧の設定方法により、Ａ級アンプ、Ｂ級アンプ又はＣ級アンプ等の種類がある。そして、これら以外に、特にその効率の高さに着目したＤ級アンプ（この他に、一般には、「スイッチングアンプ」とか「ＰＷＭアンプ」と称される場合もある）と称されるアンプの開発が盛んに行われている。このとき、当該効率としては、例えば、アナログアンプが約４０％であるのに対して、Ｄ級アンプは９０％程度の効率を有することが知られている。
【０００３】
ここで、当該Ｄ級アンプは、音信号、例えばデジタル音信号に対してＰＷＭ方式により変調処理を施し、当該変調処理により得られる変調信号を矩形波のまま増幅し、その後ＬＰＦ（Low Pass Filter）を介してスピーカに出力するアンプである。
【０００４】
図１には、従来のＤ級アンプのブロック回路が示されている。
【０００５】
図１において、符号１０は、Ｄ級アンプの増幅ユニットを示し、符号１２は、スピーカユニットを示す。増幅ユニット１０において、入力端子１４からのデジタル信号（例えば、ＰＣＭ信号）である音信号１００は、変調回路１６に供給され、該変調回路１６は、音信号１００を変調して変調信号（例えば、ＰＷＭ信号）１０２を増幅回路１８に供給する。増幅回路１８は、変調信号１０２を増幅して増幅信号１０４を低域濾過回路（ＬＰＦ）２０に供給し、該低域濾過回路２０は、増幅信号１０４のうち低域成分を通過させ、出力信号１０６をスピーカユニット１２に供給する。スピーカユニット１２において、出力信号１０６は、高域濾過回路（ＨＰＦ）２２を介して、高域用スピーカ（トゥイータ）２４に供給されるとともに、低域濾過回路（ＬＰＦ）２６を介して、低域用スピーカ（ウーハ）２８に供給される。
【０００６】
なお、増幅ユニット１０において、変調回路１６のキャリア周波数は、３８４ＫＨｚあるいは７６８ＫＨｚに設定され、低域濾過回路２０のカットオフ周波数ｆｃは、３０ＫＨｚ乃至８０ＫＨｚに設定されており、キャリア周波数は、カットオフ周波数ｆｃの１０倍以上に設定されるのが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記図１に示されたＤ級アンプにおいて、変調回路１６のキャリア周波数を７６８ＫＨｚに設定し、低域濾過回路２０のカットオフ周波数ｆｃを３０ＫＨｚに設定した場合を例として取り上げる。なお、この場合には、キャリア周波数がカットオフ周波数ｆｃの１０倍以上に設定されるという上記の条件を満たしている。
【０００８】
上記のようにキャリア周波数及びカットオフ周波数ｆｃをそれぞれ７６８ＫＨｚ及び３０ＫＨｚに設定したＤ級アンプの特性が、図２（Ａ）、（Ｂ）のグラフに示されている。なお、図２（Ａ）のグラフは、周波数と出力レベルとの関係を示し、図２(Ｂ)のグラフは、周波数と利得及び位相回転角との関係を示す。
【０００９】
図２(Ａ)のグラフにおいて、基本波周波数を１ＫＨｚとすると、低域濾過回路２０の特性は、周波数に対して符号Ｌで示すように変化する。ここで、キャリア周波数７６８ＫＨｚの±２ＫＨｚの領域においては、不要な出力Ｍが発生し、キャリア周波数７６８ＫＨｚの２倍である１５３６ＫＨｚの±２ＫＨｚの領域においては、不要な出力Ｎが発生する。これらの不要な出力Ｍ及びＮは、低域濾過回路２０にて完全には除去されることはない。すなわち、低域濾過回路２０のカットオフ周波数ｆｃは３０ＫＨｚに設定されているが、低域濾過回路２０の出力は、周波数が３０ＫＨｚになると急峻に０になる訳ではなく、周波数が３０ＫＨｚから増加するに従い徐々に０に近づくので、３０ＫＨｚよりも高い周波数を有する不要な出力Ｍ及びＮを完全には除去することはできないのである。そして、図２（Ａ）のグラフから、低域濾過回路２０による不要な出力Ｍ及びＮの除去量を増加させるためには、カットオフ周波数を３０ＫＨｚより低く設定するのが望ましいことが理解される。
【００１０】
一方、図２（Ｂ）のグラフにおいて、カットオフ周波数ｆｃを３０ＫＨｚに設定しているので、周波数が３０ＫＨｚから高くなるに従い、実線Ｐで示すように、利得が低下している。ところで、周波数がカットオフ周波数ｆｃの１/１０である３ＫＨｚ近傍から高くなるに従い、破線Ｑで示すように、位相回転が始まり、周波数がカットオフ周波数ｆｃ（＝３０ＫＨｚ）になると、位相回転角は、９０°に達する。従って、カットオフ周波数ｆｃを３０ＫＨｚより低く設定すると、位相回転が始まる周波数が３ＫＨｚ近傍より低くなるという問題がある。
【００１１】
以上の説明から分かるように、低域濾過回路２０による不要な出力Ｍ及びＮの除去量を増加させる観点からは、カットオフ周波数を３０ＫＨｚより低く設定するのが望ましいが、一方、カットオフ周波数ｆｃを３０ＫＨｚより低く設定すると、位相回転が始まる周波数が３ＫＨｚ近傍より低くなるという問題がある。
【００１２】
本願は、上記の各問題点に鑑みて為されたもので、その目的の一例は、再生に影響のある位相回転を低減することができるＤ級増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、音信号を変調して変調信号を生成する変調回路と、前記変調信号を増幅して増幅信号を生成する増幅回路と、前記増幅信号の低域成分を通過させる低域濾過回路と、を夫々に備える増幅ユニットを複数含み、各前記増幅ユニットからの出力を当該各増幅ユニットに夫々対応するスピーカに出力するＤ級増幅装置において、各前記増幅ユニットに含まれている前記変調回路が、複数の前記スピーカ夫々の周波数特性に対応したキャリア周波数により前記音信号を変調することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本願を実施するための最良の形態について、図３及び図４を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、例えばデジタル信号である音信号を例えばＰＷＭ方式により変調した後に増幅するＤ級アンプに対して本願を適用した場合の実施の形態である。
【００１５】
図３には、本願の実施形態によるＤ級アンプのブロック回路が示されている。
【００１６】
図３において、符号３０は、高域用増幅ユニットを示し、符号３２は、低域用増幅ユニットを示し、符号３４は、スピーカユニットを示す。ここで、高域用増幅ユニット３０は、スピーカユニット３４内の高域用スピーカ（トゥイータ）３５Ｈ用であり、低域用増幅ユニット３２は、スピーカユニット３４内の低域用スピーカ（ウーハ）３５Ｌ用である。
【００１７】
前記高域用増幅ユニット３０において、入力端子３６からの例えばデジタル信号（ＰＣＭ信号等）である音信号１０８は、変調回路３８に供給され、該変調回路３８は、音信号１０８を変調して変調信号（例えば、ＰＷＭ信号）１１０を増幅回路４０に供給する。なお、高域用増幅ユニット３０内の変調回路３８としては、ＰＣＭ信号をＰＷＭ信号に変調する変調回路だけでなく、ＰＣＭ信号を１bitのΔΣ信号に変調する回路を使用することもできる。前記増幅回路４０は、変調信号１１０を増幅して増幅信号１１２を低域濾過回路（ＬＰＦ）４２に供給し、該低域濾過回路４２は、増幅信号１１２のうち低域成分を通過させ、出力信号１１４をスピーカユニット３４に供給する。
【００１８】
同様にして、低域用増幅ユニット３２において、入力端子３６からのデジタル信号（例えば、ＰＣＭ信号）である音信号１０８は、変調回路４４に供給され、該変調回路４４は、音信号１０８を変調して変調信号（例えば、ＰＷＭ信号）１１６を増幅回路４６に供給する。増幅回路４６は、変調信号１１６を増幅して増幅信号１１８を低域濾過回路（ＬＰＦ）４８に供給し、該低域濾過回路４８は、増幅信号１１８のうち低域成分を通過させ、出力信号１２０をスピーカユニット３４に供給する。
【００１９】
前記スピーカユニット３４において、高域用増幅ユニット３０からの出力信号１１４は、高域濾過回路（ＨＰＦ）５０を介して、高域用スピーカ（トゥイータ）３５Ｈに供給され、同様にして、低域用増幅ユニット３２からの出力信号１２０は、低域濾過回路（ＬＰＦ）５２を介して、低域用スピーカ（ウーハ）３５Ｌに供給される。
【００２０】
前記高域用増幅ユニット３０内の変調回路３８のキャリア周波数は、高く設定され、例えば５.６ＭＨｚに設定され、前記低域用増幅ユニット３２内の変調回路４４のキャリア周波数は、低く設定され、例えば７６８ＫＨｚに設定されている。また、高域用増幅ユニット３０内の低域濾過回路４２のカットオフ周波数ｆｃは、例えば４００ＫＨｚに設定され、前記低域用増幅ユニット３２内の低域濾過回路４２のカットオフ周波数ｆｃは、５０ＫＨｚに設定されている。
【００２１】
このように、高域用増幅ユニット３０内においては、変調回路３８のキャリア周波数を５.６ＭＨｚに設定し、低域濾過回路４２のカットオフ周波数ｆｃを４００ＫＨｚに設定しており、低域用増幅ユニット３２内においては、変調回路４４のキャリア周波数を７６８ＫＨｚに設定し、低域濾過回路４８のカットオフ周波数ｆｃを５０ＫＨｚに設定している。これにより、変調回路３８、４４のキャリア周波数を低域濾過回路４２，４８のカットオフ周波数ｆｃの１０倍以上に設定するという条件が満たされている。
【００２２】
以上のように構成されたＤ級アンプにおいて、高域用増幅ユニット３０では、低域濾過回路４２のカットオフ周波数ｆｃは４００ＫＨｚであるので、その１/１０の周波数である４０ＫＨｚ近傍から位相回転が生じる。しかしながら、この４０ＫＨｚ近傍以上は可聴帯域（〜２０ＫＨｚ）より大きいため、再生に影響のある位相回転を低減することができ、高域用スピーカ３５Ｈからの音質に支障が生じることはない。
【００２３】
また、低域用増幅ユニット３２では、低域濾過回路４８のカットオフ周波数ｆｃは５０ＫＨｚであるので、その１/１０の周波数である５ＫＨｚ近傍から位相回転が生じる。しかしながら、低域用増幅ユニット３２からの出力信号１２０は、低域用スピーカ３５Ｌに供給されるようになっているので、再生に影響のある位相回転を低減することができ、すなわち、位相回転が生じる５ＫＨｚ近傍以上の成分により、低域用スピーカ３５Ｌからの音質に支障が生じることはない。
【００２４】
以上のように、本願の実施形態によるＤ級アンプによれば、再生に影響のある位相回転を低減することができ、従って、高域用スピーカ３５Ｈ及び低域用スピーカ３５Ｌからの音質に支障が生じることはなく、音質の低下を防ぐことができる。
【００２５】
図４には、本願の実施形態によるＤ級アンプの高域用増幅ユニットの特性が示されている。
【００２６】
図４において、周波数が高くなったとしても、可聴帯域（〜２０ＫＨｚ）では、位相回転が生じておらず、すなわち、位相回転角は０°であり、周波数が可聴帯域（〜２０ＫＨｚ）より高くなるに従って、位相回転が生じる。しかしながら、可聴帯域（〜２０ＫＨｚ）より高い領域で位相回転が生じたとしても、スピーカからの音質に支障が生じることはない。なお、前述したように、低域用増幅ユニットでは、低域濾過回路のカットオフ周波数ｆｃ＝５０ＫＨｚの１/１０の周波数である５ＫＨｚ近傍から位相回転が生じるが、当該低域用増幅ユニットからの出力信号は、低域用スピーカに供給されるようになっているので、位相回転が生じる５ＫＨｚ近傍以上の成分により低域用スピーカからの音質に支障が生じることはない。以上のように、本願の実施形態によるＤ級アンプによれば、再生に影響のある位相回転を低減することができる。
【００２７】
なお、上記図３に示した本願の実施形態によるＤ級アンプでは、高域用スピーカに対応して高域用増幅ユニットを設け、低域用スピーカに対応して低域用増幅ユニットを設け、合計２個の増幅ユニットを設けているが、増幅ユニットは、２個に限らず、複数のスピーカの周波数特性に対応して、３個以上の増幅ユニットを設けることも可能である。例えば、高域用スピーカ及び低域用スピーカの他に、中域用スピーカ（スコーカ）を設けた場合には、中域用増幅ユニットを設けることが可能である。なお、この場合、三つの増幅ユニット夫々に含まれる変調回路各々におけるキャリア周波数の関係は、高域用増幅ユニット＞中域用増幅ユニット＞低域用増幅ユニットとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来のＤ級アンプのブロック回路である。
【図２】従来のＤ級アンプの特性を示すグラフであり、（Ａ）のグラフは、周波数と出力レベルとの関係を示し、(Ｂ)のグラフは、周波数と利得及び位相回転角との関係を示す。
【図３】本願の実施形態によるＤ級アンプのブロック回路である。
【図４】本願の実施形態によるＤ級アンプの高域用増幅ユニットの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
３０  高域用増幅ユニット
３２  低域用増幅ユニット
３４  スピーカユニット
３５Ｈ  高域用スピーカ
３５Ｌ  低域用スピーカ
３８、４４  変調回路
４０、４６  増幅回路
４２，４８  低域濾過回路
５０  高域濾過回路
５２  低域濾過回路
【図１】
2006121425.tif 000003
【図２】
2006121425.tif 000004
【図３】
2006121425.tif 000005
【図４】
2006121425.tif 000006