(57)【要約】【課題】従来例に比較して簡単な構成を有し品質劣化の少ないゲイン制御が可能である。【解決手段】ディジタルゲイン制御装置は、オーバーサンプリング回路１０２から入力されるディジタル信号から、ディジタルフィルタ１１１，１１２，１１３からの出力信号を減算器１０８により減算し減算結果のディジタル信号を再量子化器１０９により再量子化して出力し、再量子化されたディジタル信号から減算結果のディジタル信号を減算器１１０により減算してディジタルフィルタ１１，１１２，１１３を介して減算器１０８に出力するデルタシグマ変調器１０３を備える。ここで、音量制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、再量子化器１０９の量子化ステップ幅を大きくしかつディジタルフィルタ１１１，１１２，１１３の次数を大きくするようにそのうちの１つを選択するようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換え制御する。【選択図】図１
2006054545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されるディジタル信号から、ディジタルフィルタからの出力信号を第１の減算器により減算し、上記減算結果のディジタル信号を再量子化器により再量子化して出力し、上記再量子化されたディジタル信号から上記減算結果のディジタル信号を第２の減算器により減算して上記ディジタルフィルタを介して上記第１の減算器に出力するデルタシグマ変調器を備えたディジタルゲイン制御装置において、
入力されるゲイン制御信号に基づいて、上記ゲイン制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、上記再量子化器の量子化ステップ幅を大きくしかつ上記ディジタルフィルタの次数を大きくするように制御する制御手段を備えたことを特徴とするディジタルゲイン制御装置。
【請求項２】
入力されるディジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングして出力するオーバーサンプリング手段と、
上記オーバーサンプリング手段からの出力信号のゲインを制御して出力する請求項１記載のディジタルゲイン制御装置と、
上記ディジタルゲイン制御装置からの出力信号を電力増幅して出力する電力増幅手段と、
上記電力増幅手段からの出力信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するろ波手段とを備えたことを特徴とするオーディオ電力増幅装置。
【請求項３】
入力されるディジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングして出力するオーバーサンプリング手段と、
上記オーバーサンプリング手段からの出力信号のゲインを制御して出力する請求項１記載のディジタルゲイン制御装置と、
上記ディジタルゲイン制御装置からの出力信号に従って所定のパルス信号をパルス幅変調して出力するパルス幅変調手段と、
上記パルス幅変調手段からの出力信号を電力増幅して出力する電力増幅手段と、
上記電力増幅手段からの出力信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するろ波手段とを備えたことを特徴とするオーディオ電力増幅装置。
【請求項４】
入力されるディジタル信号から、ディジタルフィルタからの出力信号を第１の減算器により減算し、上記減算結果のディジタル信号を再量子化器により再量子化して出力し、上記再量子化されたディジタル信号から上記減算結果のディジタル信号を第２の減算器により減算して上記ディジタルフィルタを介して上記第１の減算器に出力するデルタシグマ変調器を備えたディジタルゲイン制御装置のためのディジタルゲイン制御方法において、
入力されるゲイン制御信号に基づいて、上記ゲイン制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、上記再量子化器の量子化ステップ幅を大きくしかつ上記ディジタルフィルタの次数を大きくするように制御するステップを含むことを特徴とするディジタルゲイン制御方法。
【請求項５】
入力されるディジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングして出力するステップと、
請求項４記載のディジタルゲイン制御方法を用いて、上記オーバーサンプリングされた信号のゲインを制御して出力するステップと、
上記ゲインが制御された信号を電力増幅して出力するステップと、
上記電力増幅された信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するステップとを含むことを特徴とするオーディオ電力増幅方法。
【請求項６】
入力されるディジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングして出力するステップと、
請求項４記載のディジタルゲイン制御方法を用いて、上記オーバーサンプリングされた信号のゲインを制御して出力するステップと、
上記ゲインが制御された信号に従って所定のパルス信号をパルス幅変調して出力するステップと、
上記パルス幅変調された信号を電力増幅して出力するステップと、
上記電力増幅された信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するステップとを含むことを特徴とするオーディオ電力増幅方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばディジタルオーディオ信号などのディジタル信号のゲインを制御するためのディジタルゲイン制御装置と、それを用いてオーディオ信号を電力増幅するためのオーディオ信号電力増幅装置、並びにそれらの方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
音響機器における電力増幅器は、直流電源から与えられる直流電圧を入力信号に基づき変調し、入力信号に相似な波形を負荷であるスピーカに供給するものである。このような電力増幅器において、入力信号を二値信号に変換してその信号を電力増幅（スイッチング）することで、電力損失を極力小さくし電力変換効率を向上させたものが開発されており、Ｄ級電力増幅器（Ｄ級アンプ、又はディジタル・アンプ）と呼ばれている。その中で、入力オーディオ信号（被電力増幅入力信号）をＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）のようなディジタルオーディオ信号が記録されたメディアから読み出したディジタルオーディオ信号をアナログ信号に変換せずに直接入力してディジタル信号のままで処理するものをフルディジタル・アンプと呼ばれている（例えば、非特許文献１及び２参照）。
【０００３】
以下に、第１の従来例に係るフルディジタル・アンプについて図６を参照して説明する。
【０００４】
図６において、ディジタルボリューム５０２は、入力端子５０１から入力された信号に対して、音量制御信号の減衰指示に応じて減衰係数を乗算して、信号振幅を減衰させた後、ノイズシェーパ５０５内のオーバーサンプリング回路５０３に出力する。ノイズシェーパ５０５はオーバーサンプリング回路５０３とデルタシグマ変調器５０４とを備えて構成される。オーバーサンプリング回路５０３は、ディジタルボリューム５０２からの出力信号を所定のオーバーサンプリングレートでオーバーサンプリングした後、デルタシグマ変調器５０４に出力する。次いで、デルタシグマ変調器５０４は、オーバーサンプリングされた信号をデルタシグマ変調により再量子化してパルス幅変調器（ＰＷＭ）５０６に出力する。パルス幅変調器５０６は、入力される信号をパルス幅変調することにより、入力される信号に従ってパルス幅が変化する２値信号に変換して電力増幅部パワースイッチ回路５０７に出力する。さらに、出力電圧可変直流電源５１０は、音量制御信号に従って、その減衰量に応じてその出力電圧を変化させて電力増幅部パワースイッチ回路５０７に出力する。電力増幅部パワースイッチ回路５０７は、パルス幅変調器５０６から出力される信号を、出力電圧可変直流電源５１０からの出力電圧を用いて電力増幅して、可聴オーディオ信号を低域通過ろ波する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）５０８を介して出力端子５０９に出力する。
【０００５】
以上のように構成されたフルディジタル・アンプにおける音量減衰のメカニズムは、音量制御信号の指示により、まずは、出力電圧可変直流電源５１０の出力電圧が変化する。すなわち、音量を上げれば、電源電圧値も大きくなり、音量を下げれば、電源電圧値も小さくなる。そのため、電力増幅部パワースイッチ回路５０７からの出力信号の振幅が音量制御に応じて変化することになる。すなわち、音量を上げると振幅が大きくなり、音量を絞ると振幅は小さくなる。その結果、低域通過フィルタ５０８からの出力信号の振幅は、音量制御ができることになる。
【０００６】
しかしながら、電源電圧を音量制御に応じて変化させる場合、音量を最大限に絞ると電源電圧がゼロになり、電源の供給されていない電力増幅部パワースイッチ回路５０７に、パルス幅変調器５０６からの信号が供給されることとなり、電力増幅部パワースイッチ回路５０７を構成する素子を破壊する可能性が存在する。そこで、電源電圧を変化させることでの音量制御（特に、減衰制御）には下限を設け、それ以上の音量減衰は、ディジタルアッテネータ５０２にて入力信号を減衰させることで、音量ゼロまでの音量制御を実施できる構成としている。
【０００７】
また、ディジタル信号をディジタル信号のまま減衰させた後に、電力増幅する構成が考えられる。それには、プリアンプやミキシング装置のマスタボリュームにディジタル減衰器を利用すると、常に安定した音量調整特性が得られ、また、抵抗対減衰器を用いた場合のように経時的な音質変化や劣化が生じないという利点が存在することが知られている。このようなディジタル減衰器としては、例えば、特許文献１において開示されたディジタルアッテネータが提案されている。
【０００８】
図７は、第２の従来例に係るディジタルアッテネータの構成を示すブロック図である。図７において、必要に応じて適宜の倍率でオーバーサンプリングされたｎビット長の入力端子６０１を介して入力された入力ディジタルオーディオデータがディジタル減衰器６０２に入力される。ディジタル減衰器６０２は、入力されるディジタルオーディオデータに対して、コントローラ（図示せず。）から出力され、ユーザの音量の減少操作又は増大操作に従って大小変化する減衰量データを乗算し、その乗算結果を（ｎ＋ｍ）ビット長のディジタルデータとして出力する。ここで、この減衰量データは１〜０の範囲の値をとり、音量最大時、減衰量データは０ｄＢ＝１となり、音量最小時、減衰量は０となる。このような音量調整後のディジタルオーディオデータをｋビットのＤ／Ａ変換器６０３によりＤ／Ａ変換して低域通過フィルタ（ＬＰＦ）６０４を介して出力端子６０５に出力する。ここで、具体的には、ディジタル減衰器６０２からのディジタル信号の上位ｋビットをディジタルオーディオデータとしてＤ／Ａ変換器６０３に出力し、Ｄ／Ａ変換器６０３は入力されるディジタルオーディオデータをＤ／Ａ変換し、そのアナログ信号出力を低域通過フィルタ６０４に通過させることにより、スムージングや折り返し雑音除去などの信号処理を実行して、出力端子６０５に出力する。
【０００９】
このディジタルアッテネータをＤ級電力増幅器に適応する場合は、Ｄ／Ａ変換器６０３の代わりに、多値のディジタル信号を二値信号に変換する二値信号生成手段６０６とその二値信号を電力増幅する電力増幅器６０７からなる回路６１０を用いる。なお、図５のディジタルボリューム５０２は、ディジタル減衰器６０２と同様の作用を実行する。
【００１０】
【特許文献１】特開平８−３３０８６９号公報。
【非特許文献１】「１００Ｗ＋１００Ｗオーディオ用ディジタル・アンプの製作＜前編＞フルディジタル・アンプ誕生」，トランジスタ技術２００２年９月号，株式会社ＣＱ出版社，ｐｐ．２６５−２７１。
【非特許文献２】「１００Ｗ＋１００Ｗオーディオ用ディジタル・アンプの製作＜後編＞フルディジタル・アンプの製作」，トランジスタ技術２００２年１０月号，株式会社ＣＱ出版社，ｐｐ．２４２−２５４。
【非特許文献３】山崎芳男，「高速１ｂｉｔ信号処理」，ＪＡＳ  Ｊｏｕｎａｌ，１９９７年４月号臨時増刊，日本オーディオ学会，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．４。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述の第１の従来例に係るフルディジタル・アンプの音量制御は、電源電圧を変化させるため、安定した電源を供給しかつその出力電圧を可変とする電源部の構成が複雑となり、家庭電灯電源（日本の場合５０Ｈｚ又は６０ＨｚのＡＣ１００Ｖ）を変圧器で降圧して整流回路にて直流に変換するような電源部に対して非常に高価になるという問題点があった。
【００１２】
また、上述の第２の従来例に係るディジタルアッテネータにおいては、ディジタル減衰器６０２に入力される音声データの値が同じであってもディジタル減衰器６０２での減衰量が大きい場合、ディジタル減衰器６０２の出力信号は下位ビット側にシフトする。そのため、音量を絞ったときでも高分解能でＤ／Ａ変換するためには、Ｄ／Ａ変換器６０３の語長を（ｎ＋ｍ）ビットとすればよいが、Ｄ／Ａ変換器６０３の内部構成の複雑化、データ語長に見合った性能を持つことが非常に困難で、性能達成できても非常に高価になり現実的でない。そのため、一般的には、Ｄ／Ａ変換器の語長は音量減衰処理を行う前の語長が使用される。例えば、図７では、ｎ＝２０，ｍ＝１０としている。
【００１３】
実際の音声受聴時では、音量は絞られており、ディジタル減衰器６０２での減衰量が大きくなるほどディジタル減衰器６０２の出力信号のダイナミックレンジは狭くなり、品質が劣化してしまうという問題点があった。
【００１４】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来例に比較して簡単な構成を有し、かつ品質劣化の少ないゲイン制御が可能であるディジタルゲイン制御装置と、それを用いたオーディオ信号電力増幅装置、並びにそれらの方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１の発明に係るディジタルゲイン制御装置は、入力されるディジタル信号から、ディジタルフィルタからの出力信号を第１の減算器により減算し、上記減算結果のディジタル信号を再量子化器により再量子化して出力し、上記再量子化されたディジタル信号から上記減算結果のディジタル信号を第２の減算器により減算して上記ディジタルフィルタを介して上記第１の減算器に出力するデルタシグマ変調器を備えたディジタルゲイン制御装置において、
入力されるゲイン制御信号に基づいて、上記ゲイン制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、上記再量子化器の量子化ステップ幅を大きくしかつ上記ディジタルフィルタの次数を大きくするように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
第２の発明に係るオーディオ信号電力増幅装置は、入力されるディジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングして出力するオーバーサンプリング手段と、
上記オーバーサンプリング手段からの出力信号のゲインを制御して出力する上記ディジタルゲイン制御装置と、
上記ディジタルゲイン制御装置からの出力信号を電力増幅して出力する電力増幅手段と、
上記電力増幅手段からの出力信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するろ波手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
第３の発明に係るオーディオ信号電力増幅装置は、入力されるディジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングして出力するオーバーサンプリング手段と、
上記オーバーサンプリング手段からの出力信号のゲインを制御して出力する上記ディジタルゲイン制御装置と、
上記ディジタルゲイン制御装置からの出力信号に従って所定のパルス信号をパルス幅変調して出力するパルス幅変調手段と、
上記パルス幅変調手段からの出力信号を電力増幅して出力する電力増幅手段と、
上記電力増幅手段からの出力信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するろ波手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
第４の発明に係るディジタルゲイン制御方法は、入力されるディジタル信号から、ディジタルフィルタからの出力信号を第１の減算器により減算し、上記減算結果のディジタル信号を再量子化器により再量子化して出力し、上記再量子化されたディジタル信号から上記減算結果のディジタル信号を第２の減算器により減算して上記ディジタルフィルタを介して上記第１の減算器に出力するデルタシグマ変調器を備えたディジタルゲイン制御装置のためのディジタルゲイン制御方法において、
入力されるゲイン制御信号に基づいて、上記ゲイン制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、上記再量子化器の量子化ステップ幅を大きくしかつ上記ディジタルフィルタの次数を大きくするように制御するステップを含むことを特徴とする。
【００１９】
第５の発明に係るオーディオ信号電力増幅方法は、入力されるディジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングして出力するステップと、
上記ディジタルゲイン制御方法を用いて、上記オーバーサンプリングされた信号のゲインを制御して出力するステップと、
上記ゲインが制御された信号を電力増幅して出力するステップと、
上記電力増幅された信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するステップとを含むことを特徴とする。
【００２０】
第６の発明に係るオーディオ信号電力増幅方法は、入力されるディジタルオーディオ信号をオーバーサンプリングして出力するステップと、
上記ディジタルゲイン制御方法を用いて、上記オーバーサンプリングされた信号のゲインを制御して出力するステップと、
上記ゲインが制御された信号に従って所定のパルス信号をパルス幅変調して出力するステップと、
上記パルス幅変調された信号を電力増幅して出力するステップと、
上記電力増幅された信号から所定の帯域のオーディオ信号をろ波するステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
従って、本発明に係るディジタルゲイン制御装置及び方法によれば、入力されるゲイン制御信号に基づいて、上記ゲイン制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、再量子化器の量子化ステップ幅を大きくしかつディジタルフィルタの次数を大きくするように制御するので、デルタシグマ変調器の次数を高くして量子化雑音電力を減少させて、再量子化器のノイズの増大を抑圧することができるとともに、ダイナミックレンジの狭小化を防止し、装置全体のＳＮ比を増大できる。
【００２２】
また、ディジタルゲイン制御装置及び方法を用いてオーディオ信号電力増幅装置を構成することにより、従来例に比較して簡単な構成を有して、改善されたＳＮ比を実現できるオーディオ信号電力増幅装置を提供できる。
【００２３】
さらに、パルス幅変調器又はパルス幅変調ステップを備えることにより、デルタシグマ変調器のダイナミックレンジを高くすることができ、また、再量子化器で発生される量子化雑音を、パルス幅変調を用いない２値信号の従来例に比較して白色性を高く、入力信号との相関を小さくすることでき安定に動作でき、これにより、従来例に比較して高性能なオーディオ信号電力増幅装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００２５】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るオーディオ信号電力増幅装置の構成を示すブロック図である。第１の実施形態に係るオーディオ信号電力増幅装置は、オーバーサンプリング回路１０２から入力されるディジタル信号から、ディジタルフィルタ１１１，１１２，１１３からの出力信号を減算器１０８により減算し、上記減算結果のディジタル信号を再量子化器１０９により再量子化して出力し、上記再量子化されたディジタル信号から上記減算結果のディジタル信号を減算器１１０により減算して上記ディジタルフィルタ１１，１１２，１１３を介して減算器１０８に出力するデルタシグマ変調器１０３を備えてディジタルゲイン制御装置を構成し、減算器１０８と減算器１１０との間に、ディジタルフィルタ１１１，１１２，１１３を選択的に切り換える２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２を設け、入力されるゲイン制御信号である音量制御信号に基づいて、上記音量制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、再量子化器１０９の量子化ステップ幅を大きくしかつ上記ディジタルフィルタ１１１，１１２，１１３の次数を大きくするようにディジタルフィルタ１１１，１１２，１１３のうちの１つを選択するようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換え制御することを特徴としている。
【００２６】
図１において、オーバーサンプリング回路１０２は、入力端子１０１を介して入力されるディジタルオーディオ信号を所定のオーバーサンプリングレートでオーバーサンプリングした後、デルタシグマ変調器１０３の減算器１０８に出力する。
【００２７】
デルタシグマ変調器１０３は、２つの減算器１０８，１１０と、再量子化器１０９と、３個のディジタルフィルタ１１１，１１２，１１３と、２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２とを備えて構成される（例えば、非特許文献３参照。）。ここで、ディジタルフィルタ１１１は例えば伝達関数ｚ−１を有する１次のディジタルフィルタであり、ディジタルフィルタ１１２は例えば伝達関数２ｚ−１−ｚ−２を有する２次のディジタルフィルタであり、ディジタルフィルタ１１３は例えば伝達関数３ｚ−１−３ｚ−２−ｚ−３を有する３次のディジタルフィルタである。デルタシグマ変調器１０３において、減算器１０８は、オーバーサンプリング回路１０２から入力されるディジタル信号から、ディジタルフィルタ１１１，１１２，１１３からスイッチＳＷ２を介して出力される出力信号を減算器１０８により減算し、上記減算結果のディジタル信号を再量子化器１０９により再量子化してパルス幅変調器１０４に出力するとともに、上記再量子化されたディジタル信号から上記減算結果のディジタル信号を減算器１１０により減算して、スイッチＳＷ１、ディジタルフィルタ１１，１１２，１１３の１つ、及びスイッチＳＷ２を介して減算器１０８に出力する。なお、減算器１１０は、減算時に再量子化後の信号を再量子化前の量子化ステップに変換した後、減算を実行する。ここで、音量制御信号に応じて、例えば以下のごとく、再量子化器１０９及びスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する。
【００２８】
（１）音量が比較的大きく、音量制御信号が０．６７以上で１以下であるとき（その減衰係数は音量制御信号の逆数である。）：スイッチＳＷ１，ＳＷ２をそれぞれ接点ａに切り換えて１次のディジタルフィルタ１１１を選択し、かつ再量子化器１０９の量子化ステップ幅を１とする。
（２）音量が比較的中間であって、音量制御信号が０．３３以上で０．６７未満以下であるとき（その減衰係数は音量制御信号の逆数である。）：スイッチＳＷ１，ＳＷ２をそれぞれ接点ｂに切り換えて２次のディジタルフィルタ１１２を選択し、かつ再量子化器１０９の量子化ステップ幅を２とする。
（３）音量が比較的大きく、音量制御信号が０以上で０．３３未満であるとき（その減衰係数は音量制御信号の逆数である。）：スイッチＳＷ１，ＳＷ２をそれぞれ接点ｃに切り換えて３次のディジタルフィルタ１１３を選択し、かつ再量子化器１０９の量子化ステップ幅を３とする。
【００２９】
すなわち、デルタシグマ変調器１０３においては、入力されるゲイン制御信号である音量制御信号に基づいて、上記音量制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、再量子化器１０９の量子化ステップ幅を大きくしかつ上記ディジタルフィルタ１１１，１１２，１１３の次数を大きくするようにディジタルフィルタ１１１，１１２，１１３のうちの１つを選択するようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換え制御している。
【００３０】
従って、デルタシグマ変調器１０３は、オーバーサンプリングされた信号をデルタシグマ変調により再量子化してパルス幅変調器（ＰＷＭ）１０４に出力する。パルス幅変調器１０４は、入力される信号をパルス幅変調することにより、入力される信号に従ってパルス幅が変化する２値信号に変換して電力増幅部パワースイッチ回路１０５に出力する。電力増幅部パワースイッチ回路１０５は、パルス幅変調器１０４から出力される信号を電力増幅して、可聴オーディオ信号を低域通過ろ波する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１０６を介して出力端子１０７に出力する。
【００３１】
図２は、図１の電力増幅部パワースイッチ回路１０５の構成を示すブロック図である。図２において、電力増幅部パワースイッチ回路１０５は、ドライバ回路１２１と、ＣＭＯＳ構成の２つのパワーＭＯＳ電界効果トランジスタ（以下、ＭＯＳＦＥＴという。）１２２，１２３とを備えて構成される。ドライバ回路１２１は、図２に示すように、入力端子Ｔ１を介して入力されるディジタル信号に従って、ＭＯＳＦＥＴ１２２を同相で駆動する一方、ＭＯＳＦＥＴ１２３を逆相で駆動することにより入力ディジタル信号を電力増幅する。
【００３２】
ここで、２個のＭＯＳＦＥＴ１２２，１２３は、オン／オフの動作しかできないため、上述のように、２個のＭＯＳＦＥＴ１２２，１２３とそれを駆動するドライバ回路１２１とにより構成される。電力増幅部パワースイッチ回路１０５への入力信号は、１ビットの二値信号が好ましい。その理由は、複数のパワースイッチを組み合わせれば、電力増幅部パワースイッチ回路１０５への入力信号を多値にすることは可能だが部品点数が増えるため高価となり、現実的でないためである。
【００３３】
図３は、図１のオーディオ信号電力増幅装置の動作を示す図であって、図３（ａ）は入力信号を示す波形図であり、図３（ｂ１）乃至図３（ｄ１）は音量制御しないとき（再量子化器１０９の量子化ステップ幅が１であるとき）の各信号の波形図であり、図３（ｂ１）はデルタシグマ変調器１０３の出力信号の波形図であり、図３（ｃ１）は電力増幅部パワースイッチ回路１０５の出力信号の波形図であり、図３（ｄ１）は低域通過フィルタ１０６の出力信号の波形図であり、図３（ｂ２）乃至図３（ｄ２）は音量制御信号が１／２であるとき（再量子化器１０９の量子化ステップ幅が２であるとき）の各信号の波形図であり、（ｂ２）はデルタシグマ変調器１０３の出力信号の波形図であり、図３（ｃ２）は電力増幅部パワースイッチ回路１０５の出力信号の波形図であり、図３（ｄ２）は低域通過フィルタ１０６の出力信号の波形図である。
【００３４】
本実施形態では、再量子化器１０９の出力ビット数（階調）はそのままで、その量子化レベルを、音量制御信号の音量減衰係数の逆数に比例するように設定している。この動作を図３を参照して以下に説明する。ここで、説明を簡単にするために、図３（ａ）に示すように、入力端子１０１に入力される信号をその振幅がフルスケール（＋１）である直流信号とする。この信号は、オーバーサンプリングされても振幅値はフルスケールのままである。
【００３５】
まず、音量減衰しない場合について説明する。入力信号はデルタシグマ変調器１０３で再量子化される。再量子化器１０９を量子化数を３値（量子化レベルは０，０．５，１）とする。ここで、信号の振幅値がフルスケールであるため、再量子化後のデータも図３（ｂ１）に示すようにフルスケールの直流信号となる。そして、ＰＷＭ波形も同じである。当該信号を電力増幅部パワースイッチ回路１０５により増幅すると、出力信号は、電源電圧値＋Ｖｄｄを振幅とする直流信号となる（図３（ｃ１））。そして、当該信号を低域通過フィルタ１０６を用いて帯域制限されても直流分には影響がないため、＋Ｖｄｄの振幅値を有する信号が出力端子１０７に現れる（図３（ｄ１））。
【００３６】
次いで、半分（１／２）に音量減衰した場合について説明する。まず、音量減衰係数が１／２であるため、再量子化器１０９の量子化レベルを音量減衰係数の逆数に設定する（図３（ｂ２））。すなわち、再量子化器１０９の出力信号の符号は０，１，２となる。ここで、信号が再量子化器１０９により量子化されると、＋１の直流信号は図３（ｂ２）に示すような波形の信号に変換される。この信号をパルス幅変調器１０４に入力すると、デューティ比５０％の二値信号に変換される（図３（ｃ２））。この場合、ＰＷＭ信号は、再量子化器１０９の量子化数が３値であるため、少なくともデルタシグマ変調器１０３のサンプリング周期の二分の一の周期の信号となる。そして、パルス幅変調器１０４からの出力信号を電力増幅部パワースイッチ回路１０５により増幅すると、振幅＋Ｖｄｄでデューティ比５０％の信号が出力される（図３（ｄ２））。さらに、当該信号を低域通過フィルタ１０６に通過させるとその平均値（＋Ｖｄｄ／２）を有する信号が出力端子１０７から出力される（図３（ｄ２））。これにより、入力信号が半分に減衰されていることがわかる。
【００３７】
従って、図３から明らかなように、音量制御信号の信号レベルを小さくするにつれて、再量子化器１０９の量子化ステップ幅を大きくすることにより、入力されたオーディオ信号を減衰させることができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、入力されるゲイン制御信号である音量制御信号に基づいて、上記音量制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、再量子化器１０９の量子化ステップ幅を大きくしかつ上記ディジタルフィルタ１１１，１１２，１１３の次数を大きくするようにディジタルフィルタ１１１，１１２，１１３のうちの１つを選択するようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２を切り換え制御する。これにより、上記音量制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、デルタシグマ変調器１０３の次数を高くして量子化雑音電力を減少させて、再量子化器のノイズの増大を抑圧することができるとともに、ダイナミックレンジの狭小化を防止し、装置全体のＳＮ比を増大できる。
【００３９】
また、本実施形態のごとくオーディオ信号電力増幅装置を構成することにより、従来例に比較して簡単な構成を有して、改善されたＳＮ比を実現できるオーディオ信号電力増幅装置を提供できる。
【００４０】
＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態に係るオーディオ信号電力増幅装置の構成を示すブロック図である。第２の実施形態に係るオーディオ信号電力増幅装置は、第１の実施形態に係るオーディオ信号電力増幅装置に比較して、再量子化器１０９の量子化数を２値とすることで、パルス幅変調器１０４を削除したことであり、このように構成してもよい。
【００４１】
図５は、図４のオーディオ信号電力増幅装置の動作を示す図であって、（ａ）は入力信号を示す波形図であり、図５（ｂ１）乃至図５（ｄ１）は音量制御しないとき（再量子化器１０９の量子化ステップ幅が１であるとき）の各信号の波形図であり、図５（ｂ１）はデルタシグマ変調器１０３の出力信号の波形図であり、図５（ｃ１）は電力増幅部パワースイッチ回路１０５の出力信号の波形図であり、図５（ｄ１）は低域通過フィルタ１０６の出力信号の波形図であり、図５（ｂ２）乃至図５（ｄ２）は音量制御信号が１／２であるとき（再量子化器１０９の量子化ステップ幅が２であるとき）の各信号の波形図であり、図５（ｂ２）はデルタシグマ変調器１０３の出力信号の波形図であり、図５（ｃ２）は電力増幅部パワースイッチ回路１０５の出力信号の波形図であり、図５（ｄ２）は低域通過フィルタ１０６の出力信号の波形図である。
【００４２】
図５から明らかなように、音量制御信号の信号レベルを小さくするにつれて、再量子化器１０９の量子化ステップ幅を大きくすることにより、入力されたオーディオ信号を減衰させることができる。
【００４３】
図４のオーディオ信号電力増幅装置では、パルス幅変調器１０４を削除しているが、図１のオーディオ信号電力増幅装置においては、パルス幅変調器１０４を挿入している。これは以下の理由による。再量子化器を多値にした場合は、二値の信号に変換する必要があるため、その変換手段としてパルス幅変調器１０４を用いている。パルス幅変調器１０４を有する構成の方が、再量子化器１０９の量子化ステップ幅が大きいため、ディジタルフィルタ１１１，１１２，１１３の構成が同じであれば、デルタシグマ変調器１０３のダイナミックレンジが大きくなり、より性能の高いオーディオ信号電力増幅装置を構成できる。また、再量子化器１０９で発生する量子化ノイズが二値のものに比べて、白色性が高く、すなわち、入力信号と相関が小さい。そのため、ディジタルフィルタ１１１，１１２，１１３の次数を高次にしてもデルタシグマ変調器１０３が安定にできる。その結果、より高性能なオーディオ信号電力増幅装置を容易に実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上説明したように、本発明に係るディジタルゲイン制御装置及び方法によれば、入力されるゲイン制御信号に基づいて、上記ゲイン制御信号の減衰係数が大きくなるにつれて、再量子化器の量子化ステップ幅を大きくしかつディジタルフィルタの次数を大きくするように制御するので、デルタシグマ変調器の次数を高くして量子化雑音電力を減少させて、再量子化器のノイズの増大を抑圧することができるとともに、ダイナミックレンジの狭小化を防止し、装置全体のＳＮ比を増大できる。
【００４５】
また、ディジタルゲイン制御装置及び方法を用いてオーディオ信号電力増幅装置を構成することにより、従来例に比較して簡単な構成を有して、改善されたＳＮ比を実現できるオーディオ信号電力増幅装置を提供できる。
【００４６】
さらに、パルス幅変調器又はパルス幅変調ステップを備えることにより、デルタシグマ変調器のダイナミックレンジを高くすることができ、また、再量子化器で発生される量子化雑音を、パルス幅変調を用いない２値信号の従来例に比較して白色性を高く、入力信号との相関を小さくすることでき安定に動作でき、これにより、従来例に比較して高性能なオーディオ信号電力増幅装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るオーディオ信号電力増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の電力増幅部パワースイッチ回路１０５の構成を示すブロック図である。
【図３】図１のオーディオ信号電力増幅装置の動作を示す図であって、（ａ）は入力信号を示す波形図であり、（ｂ１）乃至（ｄ１）は音量制御しないとき（再量子化器１０９の量子化ステップ幅が１であるとき）の各信号の波形図であり、（ｂ１）はデルタシグマ変調器１０３の出力信号の波形図であり、（ｃ１）は電力増幅部パワースイッチ回路１０５の出力信号の波形図であり、（ｄ１）は低域通過フィルタ１０６の出力信号の波形図であり、（ｂ２）乃至（ｄ２）は音量制御信号が１／２であるとき（再量子化器１０９の量子化ステップ幅が２であるとき）の各信号の波形図であり、（ｂ２）はデルタシグマ変調器１０３の出力信号の波形図であり、（ｃ２）は電力増幅部パワースイッチ回路１０５の出力信号の波形図であり、（ｄ２）は低域通過フィルタ１０６の出力信号の波形図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るオーディオ信号電力増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４のオーディオ信号電力増幅装置の動作を示す図であって、（ａ）は入力信号を示す波形図であり、（ｂ１）乃至（ｄ１）は音量制御しないとき（再量子化器１０９の量子化ステップ幅が１であるとき）の各信号の波形図であり、（ｂ１）はデルタシグマ変調器１０３の出力信号の波形図であり、（ｃ１）は電力増幅部パワースイッチ回路１０５の出力信号の波形図であり、（ｄ１）は低域通過フィルタ１０６の出力信号の波形図であり、（ｂ２）乃至（ｄ２）は音量制御信号が１／２であるとき（再量子化器１０９の量子化ステップ幅が２であるとき）の各信号の波形図であり、（ｂ２）はデルタシグマ変調器１０３の出力信号の波形図であり、（ｃ２）は電力増幅部パワースイッチ回路１０５の出力信号の波形図であり、（ｄ２）は低域通過フィルタ１０６の出力信号の波形図である。
【図６】第１の従来例に係るフルディジタル・アンプの構成を示すブロック図である。
【図７】第２の従来例に係るディジタルアッテネータの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０１…入力端子、
１０２…オーバーサンプリング回路、
１０３…デルタシグマ変調器、
１０４…パルス幅変調器（ＰＷＭ）、
１０５…電力増幅部パワースイッチ回路、
１０６…低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、
１０７…出力端子、
１０８…減算器、
１０９…再量子化器、
１１０…減算器、
１１１…１次ディジタルフィルタ、
１１２…２次ディジタルフィルタ、
１１３…３次ディジタルフィルタ、
ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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