(57)【要約】      （修正有）【課題】可聴帯域内の周波数特性を平坦に維持するために駆動対象であるスピーカーのインピーダンスを特定の値に限定する必要がなく、且つ、音質的に優れたスイッチング電力増幅装置を提供する。【解決手段】スイッチング電力増幅装置２０は、可聴帯域信号で変調された高周波信号を出力するスイッチング増幅回路と、負荷に出力電力を供給する少なくとも一対の出力端子とを有し、前記スイッチング増幅回路と出力端子の間には、可聴帯域信号を伝達するとともに、高周波信号の伝達を実質的に遮断する程度に減衰させる低周波トランス３０を介装する。この構成によるときは、負荷インピーダンスに関わらず周波数の上昇とともに振幅が一様に減少する良好な高周波減衰特性により、出力信号へのスイッチング周波数成分の混入を制限することが可能となる。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
可聴帯域信号で変調された高周波信号を出力するスイッチング電力増幅回路と、負荷に出力電力を供給する少なくとも一対の出力端子とを有し、前記スイッチング電力増幅回路と出力端子の間には、可聴帯域信号を伝達するとともに、高周波信号の伝達を実質的に遮断する程度に減衰させる低周波トランスを介装することを特徴とする電力増幅装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本考案は、可聴帯域の電気信号を電力増幅し、拡声用スピーカー（以下、単にスピーカーとも称する）等の電気音響変換器を駆動するための電力増幅装置に関し、特にスイッチング増幅方式の電力増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】スイッチング増幅方式は、高効率であることにより大型の電源や放熱器を用いることなく比較的大きな電力を出力可能なため、小型軽量な電力増幅装置を実現する手段として、近年では、音響信号の高忠実再生用途においてもスピーカーを駆動するために多用されている（特許文献１）。【０００３】音響信号等を増幅する可聴帯域用のスイッチング電力増幅装置は、可聴帯域の入力アナログ信号に応じて断続の間隔を変化させたパルス変調信号を生成し、そのパルス変調信号に応じて直流電源から供給される電力を高速でスイッチングすることにより、電力増幅を行う。【０００４】可聴帯域信号は、一般に２０Ｈｚから２０ｋＨｚの帯域を用いるので、スイッチング周波数は、復調を容易にする目的で可聴帯域信号の上限よりも十分に高い１００ｋＨｚ以上の高周波数に設定されるのが一般的である。変調方式としては主にパルス幅変調方式が採用されている。【０００５】電力増幅されたパルス変調信号は、低域通過フィルタにより処理され、元のアナログ信号成分が復調されるとともに、ＡＭラジオ等の周囲の電気機器への電磁干渉（ＥＭＩ）の原因となるスイッチング周波数成分については除去される。図３に示す従来技術によるスイッチング電力増幅装置２０では、スイッチング増幅段の後段に配設されたフィルタコイル２７とフィルタコンデンサ２８から成る一次の低域通過フィルタ２６により、スイッチング周波数成分の除去と、可聴帯域のアナログ信号への復調を行っている。【０００６】復調された可聴帯域のアナログ信号は、スピーカー５０に入力され、音波に変換されて大気中に拡声される。可聴帯域の信号に対して低域通過フィルタ２６はほぼ透過的であるので、スピーカー５０のインピーダンスが可聴帯域におけるスイッチング電力増幅装置２０の実質的な負荷インピーダンスとなっている。一般的なスピーカーの定格インピーダンスは、４Ω以上１６Ω以下であり、代表的な値としては、４Ω、８Ω、１６Ωがある。なお、拡声用でないヘッドフォン、イヤホン等の微小電力用途の電気音響変換器の場合には、例えば３２Ω、６４Ω等の高いインピーダンスを持つものも知られている。【０００７】ところで、低域通過フィルタ２６のカットオフ特性は、出力に接続されるインピーダンスの大小に応じて変動する。例えば、低域通過フィルタ２６の後段にインピーダンスが８Ωのスピーカーを接続することを想定し、カットオフ周波数以上で一様かつ急峻な図２（ａ）のような減衰特性となるようにフィルタコイル２７とフィルタコンデンサ２８の各定数を設定した場合に、所定のインピーダンスよりも高い１６Ωのスピーカーが接続されると、低域通過フィルタの周波数特性が図２（ｂ）のようなピーク形状を呈することとなり、再生音は、高音成分が過度に強調された好ましくない音質となる。一方、所定のインピーダンスよりも低い４Ωのスピーカーが接続された場合には、カットオフ特性が図２（ｃ）のように鈍化して比較的低い周波数から減衰し始めるので、再生音は、高音成分が抑圧され、やはり好ましくない音質となる。【０００８】このような高音成分が過度に強調されたり抑圧されたりする問題を回避するため、従来技術によるスイッチング電力増幅装置では、接続されるス���ーカーの定格インピーダンスとして４Ω、８Ω、１６Ωの何れか一つの値を推奨することが一般的となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１７−７３５８３号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１０】本考案の第一の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、駆動対象であるスピーカーのインピーダンスを特定の値に限定することなく、可聴帯域内の周波数特性を平坦に維持することが可能な、音質的に優れたスイッチング電力増幅装置を提供することにある。【００１１】また、本考案の第二の目的は、スピーカーを駆動対象とし、聴感上の明瞭度の低下が少ない、音質的に優れたスイッチング電力増幅装置を提供することにある。ここにいう聴感上の明瞭度の低下とは、音声情報がベールを被ったように曖昧になる現象をいう。このような明瞭度の低下が起こる機構は明らかではないが、音声情報の細部が失われることに起因するものと推定される。【００１２】考案者は幾多の試行を重ねた結果、スイッチング電力増幅装置のスイッチング増幅段において、スイッチング素子が開閉する電流が大きいほど明瞭度の低下が顕著であることを見出したことから、明瞭度の低下を抑止するためにスイッチング素子の開閉する電流を減少させつつ、スピーカーを駆動するために必要な出力電力を確保するという課題を認識するに至ったものである。
【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、本考案の請求項１に関わる電力増幅装置は、可聴帯域信号で変調された高周波信号を出力するスイッチング増幅回路と、負荷に出力電力を供給する少なくとも一対の出力端子とを有し、前記スイッチング増幅回路と出力端子の間には、可聴帯域信号を伝達するとともに、高周波信号の伝達を実質的に遮断する程度に減衰させる低周波トランスを介装することを特徴とする。
【考案の効果】
【００１４】本考案の構成は、スイッチング電力増幅装置の主回路とスピーカー等の負荷との間に低周波トランスを介装することをその要旨とする。【００１５】この構成によるときは、低周波トランスの高周波減衰特性により出力信号へのスイッチング周波数成分の混入を制限することが可能となる。そして、低周波トランスの高周波減衰特性は、一次巻線の漏洩インダクタンスやコア材質の鉄損等、トランスの構造や材質によって決定されるので、周波数の上昇とともに振幅が一様に減少する良好な減衰特性を、負荷インピーダンスに影響されることなく保持することができる。【００１６】したがって本考案の構成は、スイッチング電力増幅装置の出力周波数特性が負荷インピーダンスの選択により変化することを防ぎながら、増幅出力に含まれるスイッチング周波数成分を抑圧することが可能なので、高音質を維持しながら多様な定格インピーダンス値のスピーカーを駆動することができる本考案の第一の効果を奏する。【００１７】本考案の構成によるときはさらに、低周波トランスのインピーダンス変換作用を利用することにより、スイッチング電力増幅装置主回路の負荷インピーダンスを、駆動対象のスピーカーのインピーダンスよりも高く設定しながら、トランスを介して必要な電力を伝達し、拡声用スピーカーを駆動することが可能となる。低周波トランスのインピーダンス変換作用は、駆動対象のスピーカーのインピーダンスを、一次巻線と二次巻線の巻数比の２乗に比例する、より高いインピーダンスに変換して、スイッチング電力増幅装置主回路の負荷とすることができる。その結果、本考案の構成は、スイッチング素子が開閉する電流を小さく設定することを可能とし、増幅信号の聴感上の明瞭度を改善する本考案の第二の効果を奏する。【００１８】なお、トランジスタ等の増幅素子を用いて線形増幅回路を構成する場合には、非線形性を有する増幅素子であっても、定格電流に対して十分に小さな電流振幅で動作させれば近似的に線形な増幅特性が得られ、したがって比較的歪み率の小さい線形増幅回路を構成可能であることは、当業者によく知られている。【００１９】しかしながら、増幅素子の線形性を利用することなくオンオフ動作のみで電力増幅を行うスイッチング電力増幅装置において、スイッチング電流を小さく設定することが、音声信号の増幅における聴感上の明瞭度の向上という高品位な音響信号を再生する上で極めて有用な質的改善効果を奏するということは、本考案の開示により初めて公知となるものである。【００２０】さらに、当業者には、高効率であることにより小型軽量であることがスイッチング電力増幅装置の特長として広く理解されているところ、低周波トランスを積載すれば大型化と重量増加によりその特長が損なわれることが容易に想定されるので、スイッチング電力増幅装置に低周波トランスを組み合わせることには阻害要因があり、当業者は、容易に想到することができない。【００２１】これに対し本考案では、この阻害要因を克服して、低周波トランスを積載することをあえて選択することによって、高音質を維持しながら多様な定格インピーダンス値のスピーカーを駆動することが可能となり、且つ、音声信号の増幅における聴感上の明瞭度の向上という、顕著な音質改善効果が発現したのである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本考案によるスイッチング電力増幅装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】負荷インピーダンスの違いによる低域通過フィルターのカットオフ特性の変化を示す図である。
【図３】従来技術によるスイッチング電力増幅装置の基本構成を示すブロック図である。
【図４】一次巻線３２の一部分を中間タップ３７で区分して二次巻線３３として用いる形態を示す図である。
【図５】複数の主回路２２の出力を低周波トランス３０を用いて合成する形態を示す図である。
【図６】二次巻線３３に複数の中間タップ３７を設けた形態を示す図である。
【図７】本考案による第一の実施例を示す図である。
【図８】本考案による第二の実施例を示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００２３】以下、本考案の好ましい実施形態を図を用いて説明する。図１は、本考案によるスイッチング電力増幅装置の実施の一形態を示すブロック図である。電源部１０と主回路２２と低周波トランス３０は、筐体４０に取り付けられて一体のスイッチング電力増幅装置２０をなしている。各構成要素は筐体壁の内面に取り付けても外面に取り付けてもよいが、周辺機器との電磁的干渉を防止するためには、各構成要素を筐体４０の内部に収納し、筐体壁を金属等の電磁遮蔽性に優れた材質で構成することが望ましい。さらに、低周波トランス３０については、鉄合金等の電磁遮蔽性の優れた材質からなる容器３６に個別に収納されていてもよい。筐体４０の外面には、外部よりアナログ信号を受け入れるための入力端子２１と、スピーカー５０等への配線を接続するための負荷接続端子２５が配設されている。
【００２４】主回路２２は、図３に示されたものと同様の一般的なスイッチング電力増幅回路であり、入力端子２１からの入力信号をパルス幅変調信号に変換して増幅し、出力端子２３から出力する。
【００２５】キャリア信号は、主回路２２の内部で生成され、可聴帯域の入力アナログ信号で変調される。キャリア信号の周波数は、一般に１００ｋＨｚ以上であり、その波形は、のこぎり波または方形波である。主回路２２から出力されるパルス幅変調出力信号は、繰り返し周波数が例えば２００ｋＨｚであり、可聴帯域周波数の変調成分とパルス波の高調波成分を含むことにより、例えば２０Ｈｚから２ＭＨｚまでの広い帯域に分布するエネルギースペクトルを持っている。
【００２６】出力端子２３からの変調出力信号は、低周波トランス３０に入力される。低周波トランス３０は、磁性体よりなるコア３４と、コア３４の周囲に巻回された巻線群よりなり、一次巻線３２の両端に接続された少なくとも１対の入力端子３１と、二次巻線３３の両端に接続された少なくとも１対の出力端子３５とを備える。低周波トランス３０内で一次巻線３２から二次巻線３３に伝達された信号は、出力端子３５を経て負荷接続端子２５より出力され、外部配線を経由してスピーカー５０に伝達される。
【００２７】一次巻線３２と二次巻線３３は、図１に示すように二つの独立の巻線であってもよいし、あるいは、図４に示す一般にオートトランスと呼ばれる形態のように、一次巻線３２の一部分を中間タップ３７で区分して二次巻線３３として用いてもよい。なお、図４では、一次巻線３２と二次巻線３３が単一巻線の一端を共有し、共通端子３８として用いる例を示している。
【００２８】低周波トランス３０は可聴周波数変成器、すなわち可聴帯域を著しく超える周波数を取り扱うのに適しないトランスである。コア３４の材質としては、１００ｋＨｚ以上で大きな鉄損を示す電磁軟鉄やＭｎ−Ｚｎ系フェライト等が望ましく、あるいはこれらを組み合わせた複合コアとしても良い。また、表面を絶縁処理した薄板を積層してコア３４とする場合には、薄板の厚さを１ｍｍ以上に設定することにより高周波数での渦電流損失を増大させることができる。
【００２９】一次巻線３２の漏洩インダクタンスは、０．５ｍＨ以上、１０ｍＨ以下の範囲に設定されていることが望ましい。漏洩インダクタンスを０．５ｍＨ以下に設定することは、高周波減衰効果が顕著でないため望ましくなく、漏洩インダクタンスを１０ｍＨ以上に設定することは、高周波減衰効果が可聴帯域にまで及び高音域が減衰してしまうため望ましくない。
【００３０】例えば、一次巻線３２の漏洩インダクタンスを２ｍＨに設定した場合には、典型的なスイッチング周波数である２００ｋＨｚの信号に対するインピーダンスは約２．５ｋΩとなる。可聴帯域における一次巻線３２のインピーダンスを例えば６００Ωとすれば、スイッチング周波数成分の一次巻線３２への流入は、可聴帯域成分に比べて約−１４ｄＢと、大きく制限されることとなり、二次巻線３３への磁気的誘導も制限されるので、低周波トランス３０は低域通過フィルターとして有効に動作する。
【００３１】このような漏洩インダンクタンスによる高周波減衰効果に、鉄損による高周波減衰効果を加えることで、低周波トランス３０に約−１２ｄＢ／ｏｃｔで減衰する高域カットオフ特性を与えることができる。例えば、一次巻線３２の漏洩インダンクタンスを２ｍＨに設定し、コア３４の材質として電磁軟鉄を選択した低周波トランス３０においては、１ｋＨｚに対して出力信号電圧が−３ｄＢとなるカットオフ周波数が２０ｋＨｚであり、１００ｋＨｚにおける減衰率が約３１ｄＢであり、２００ｋＨｚにおいては減衰率が約４３ｄＢと、スイッチング周波数成分の伝達を実質的に遮断する程度に減衰させる良好な高域カットオフ特性を得ることができる。
【００３２】低周波トランス３０の高域カットオフ特性は、トランスの材質および構造により決定される特性であり、カットオフ周波数以上で一様に減衰するその概形は、実質的に負荷インピーダンスの影響を受けない。例えば、高域カットオフ周波数が２０ｋＨｚの低周波トランスを主回路２２の後段に用いれば、スイッチング電力増幅装置の出力帯域も同様に制限され、負荷のインピーダンスに関わらず２０ｋＨｚ以上で一様に減衰する良好な高域カットオフ特性を得ることができる。
【００３３】また、二次巻線３３両端に短絡コンデンサ３９を接続することによって、更なる高周波減衰が可能である。二次巻線３３の漏洩インダクタンスと短絡コンデンサ３９の共振周波数よりも高い周波数では、二次巻線３３が短絡コンデンサ３９により実質的に短絡されるので、高周波信号の伝達を大きく抑圧することができる。
【００３４】例えば、二次巻線３３の漏洩インダクタンスが０．０５ｍＨの場合、短絡コンデンサ３９の容量を３９ｎＦに設定すれば、２００ｋＨｚ以上の高周波数の成分に対し約１２ｄＢの減衰効果があり、例えば短絡コンデンサ３９を接続しない場合に１．４Ｖｒｍｓであった２００ｋＨｚ以上の高周波数の成分を、０．３５Ｖｒｍｓに抑圧することが可能である。
【００３５】このとき、二次巻線３３の漏洩インダクタンスと短絡コンデンサ３９による共振周波数は、可聴帯域よりも高く、且つ、スイッチング周波数よりも低く設定することが望ましい。例えば、二次巻線３３の漏洩インダクタンスが０．０５ｍＨで、短絡コンデンサ３９の容量が３９ｎＦである上記の場合には、共振周波数は、約１１０ｋＨｚとなり典型的なスイッチング周波数である２００ｋＨｚよりも十分に低くなるので、スイッチング周波数成分が共振的に増幅されて周囲の機器へのＥＭＩの原因となることを防止することができる。
【００３６】次に、図１に示した実施形態において、増幅信号の聴感上の明瞭度が改善されるという本考案の第二の効果に関わる構成と作用について詳細に説明する。
【００３７】負荷インピーダンスを高めることによる聴感上の明瞭度向上効果は、駆動するスピーカーのインピーダンスの１０倍以上の負荷インピーダンスを設定した場合に顕著となる。１０倍未満では効果があるものの顕著でなく、５倍以下ではほとんど効果がない。したがっ
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いることがより望ましい。
【００３８】複数のスイッチング素子を並列に動作させることによっても、スイッチング素子１個あたりの負荷インピーダンスを低減することは可能である。しかし、顕著な明瞭度改善効果を得るためには、１０個以上のスイッチング素子を配設する必要があるので回路実装面積が増大し、配線も複雑化する。また、スイッチング素子のゲート容量の総和も増大するので、これを高周波数で駆動するためには、大型あるいは並列動作する複数のドライバ回路が必要となり、さらなる回路の大型化と配線の複雑化を招くこととなる。配線が複雑化し、総配線長が増大すると、スイッチング信号がアナログ信号回路に漏洩してノイズや音質低下の原因となる可能性も増大する。この点、本考案によれば、低周波トランス３０を介在させるという単純な回路構成によって、同等、若しくは、より優位な音質改善効果を得ることができる。
【００３９】低周波トランス３０の１次巻線３２と２次巻線３３の巻数比は、例えば６：１に設定することができる。このとき、低周波トランス３０の入力インピーダンスに対する出力インピーダンスの比は、３６：１となる。主回路２２の負荷インピーダンスは、２次巻線３３に接続されるスピーカーのインピーダンスの３６倍になるので、例えば、二次巻線３３に接続されるスピーカーのインピーダンスが４Ωの時、主回路２２の負荷インピーダンスは１４４Ωである。同様に、二次巻線３３に接続されるスピーカーのインピーダンスが８Ωの時、主回路２２の負荷インピーダンスは２８８Ωであり、二次巻線３３に接続されるスピーカーのインピーダンスが１６Ωの時、主回路２２の負荷インピーダンスは５７６Ωである。
【００４０】前記４Ω、８Ω、１６Ωの何れのスピーカーとの組み合わせにおいても、主回路２２出力部のスイッチング素子が開閉する電流は、同じ出力電圧において低周波トランス３０を介在しない場合の３６分の１に軽減されるので、出力される音声信号の聴感上の明瞭度は、低周波トランス３０を介在しない場合に比べて著しく改善される。
【００４１】なお、同じ電源電圧、すなわち同じ主回路出力電圧で、負荷インピーダンスが例えば１０倍以上に増加すれば、主回路２２の最大出力は１０分の１以下となるが、出力部のスイッチング素子の耐圧が許容する範囲内で電源電圧を高めることで、最大出力の低下を軽減することができる。
【００４２】あるいは、所望の最大出力を確保するために、低周波トランス３０を複数用い、１つのスイッチング増幅段と、そのスイッチング増幅段に接続された１つの低周波トランス３０からなる組を複数並列で動作させ、複数の低周波トランス３０の各二次巻線を相互に接続して各低周波トランス３０の出力を合成してもよい。
【００４３】図５に示した実施形態では、２組の主回路２２と低周波トランス３０を並列動作させるとともに、各低周波トランス３０の二次巻線３３については、相互に直列に接続している。この実施形態では、スピーカー５０のインピーダンスが２つの低周波トランス３０によって２分された上で変換されるので、各主回路２２の負荷インピーダンスは、単一動作の場合の２分の１となっている。その結果倍増した各主回路の出力が合成されるので、同じ電源電圧にて単一の主回路２２と単一の低周波トランス３０を動作させる場合の、４倍の出力を得ることができる。
【００４４】なお、部品点数の増加を抑えるために、複数の一次巻線３２に対し共通の二次巻線３３を有する単一の低周波トランス３０を用いてもよい。
【００４５】ところで、駆動するスピーカー５０の定格インピーダンスが異なる場合には、主回路２２のスイッチング素子が開閉する電流も異なるので、最大出力や再生音の明瞭度も異なる。この差異を軽減して音量や音質を維持するためには、定格インピーダンスが異なる各スピーカー５０に適合する中間タップ３７を二次巻線３３に設ければよい。
【００４６】図６に示した実施の一形態では、低周波トランス３０の二次巻線３３に、中間タップ３７ａと中間タップ３７ｂがそれぞれ設けられていて、２次巻線３３と一端を共有し中間タップ３７ｂを他端とする部分巻線と、同じく２次巻線３３と一端を共有し中間タップ
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いる。その結果、各巻線のインピーダンス比は１：２：４となっているので、中間タップ３７ｂには定格インピーダンスが４Ωのスピーカーが適合し、中間タップ３７ａには定格インピーダンスが８Ωのスピーカーが適合し、２次巻線３３には定格インピーダンスが１６Ωのスピーカーが適合する。
【００４７】例えば１次巻線３２と二次巻線３３の巻数比が６：２のとき、駆動対象のスピーカー５０をその定格インピーダンスに適合する端子に接続すれば、スピーカーの定格インピーダンス値が４Ω、８Ω、１６Ωの何れであっても、主回路２２の負荷インピーダンスは定格値として１４４Ωに保たれる。従って、駆動するスピーカー５０の定格インピーダンスに影響されることなく、スイッチング電力増幅装置の増幅出力の音量や音質を維持することが可能となっている。
【実施例１】
【００４８】図７に示した本考案による第一の実施例では、アルミ合金製の筐体４０の内部に電源部１０および主回路２２が収納されている。低周波トランス３０は、筐体４０の外壁に取り付けられた鉄合金製の電磁遮蔽容器３６に収容されている。筐体４０の壁面には、外部よりアナログ信号を受け入れるための入力端子２１と、スピーカー５０等への配線を接続するための負荷接続端子２５が配設されている。各構成要素は、相互に電気的に接続されて一体のスイッチング電力増幅装置２０を構成している。【００４９】主回路２２は、５００ｋＨｚのキャリア信号と可聴帯域の入力信号から、パルス幅変調信号を生成する。主回路２２のスイッチング増幅段には、＋５０Ｖと−５０Ｖの直流電源が供給され、増幅出力信号の振幅のピーク値は、電源電圧にほぼ等しい５０Ｖである。【００５０】低周波トランス３０の１次巻線３２と２次巻線３３の巻数比は、６：１である。このとき低周波トランス３０の入出力のインピーダンス比は、３６：１であり、二次巻線３３に接続されるスピーカーのインピーダンスが８Ωの時、主回路２２の負荷インピーダンスは２８８Ωである。コア３４は、表面を絶縁処理した厚さ１ｍｍの電磁軟鉄薄板が２５枚積層されたＥＩコアである。一次巻線３２の漏洩インダクタンスは、４ｍＨである。【００５１】二次巻線３３の両端間には、短絡コンデンサ３９が配設されている。二次巻線３３の漏洩インダクタンスが０．０２ｍＨであったので、短絡コンデンサ３９の容量を４７０ｎＦに設定し、共振周波数は、キャリア信号に対して十分に低い約５２ｋＨｚに設定している。【００５２】５００ｋＨｚのスイッチング周波数より十分に低い２００ｋＨｚを下限とし、スイッチング周波数の２０次の高調波成分に相当する１０ＭＨｚを上限とする周波数範囲で、負荷接続端子２５における出力電圧を計測したところ、測定周波数の全域において０．３５Ｖｒｍｓ以下であり、スイッチング周波数とその高調波成分は、実質的に伝達を遮断される程度に抑圧されていた。【００５３】負荷接続端子２５に、定格インピーダンスが４Ω、８Ω、１６Ωの３種類のスピーカーを接続してカットオフ特性の比較を行ったところ、負荷として接続した全てのスピーカーとの組み合わせにおいて、図２（ａ）の特性カーブと同様の、２０ｋＨｚ以上で一様かつ急峻に減衰する良好な高域カットオフ特性を示した。なお、各スピーカーには、インピーダンス補正回路を内蔵していることにより約１０ｋＨｚのカットオフ周波数近辺においても定格インピーダンスとほぼ等しいインピーダンス値を維持しているものを用いた。【００５４】また、録音された音声信号、および音楽信号を再生して試聴したところ、いずれのスピーカーとの組み合わせにおいても高音成分の強調や抑圧は検知されず、高忠実な再生が可能であった。また、再生音の明瞭度も良好であった。
【実施例２】
【００５５】図８に示した本考案による第二の実施例では、低周波トランス３０が、一次巻線３２に２つの中間タップ３７ａおよび３７ｂを備えていて、各中間タップから共通端子３８に至る区間を二次巻線３３として用いるオートトランスの構成となっている。後述するように、中間タップ３７ａにはインピーダンスが１６Ωのスピーカーが適合し、中間タップ３７ｂにはインピーダンスが８Ωのスピーカーが適合する。コア３４には、表面を絶縁処理した厚さ１ｍｍの電磁軟鉄薄板が２５枚積層されたＥＩコアを用いている。一次巻線３２の漏洩インダクタンスは、２ｍＨである。主回路２２は、実施例１に記載のものと同一構成のもので、スイッチング周波数は、５００ｋＨｚである。【００５６】中間タップ３７ａから共通端子３８に至る区間と１次巻線３２との巻数比は、１：４．２４である。この区間を二次巻線３３として用い、インピーダンスが１６Ωのスピーカー５０を負荷として接続した場合には、主回路２２の負荷インピーダンスは、２８８Ωである。区間両端間には、短絡コンデンサ３９ａを接続した。この区間の漏洩インダクタンスは０．２８ｍＨであったので、短絡コンデンサ３９ａの容量を６８ｎＦとし、共振周波数をキャリア信号に対し十分に低い約３６ｋＨｚに設定している。なお、本実施例では、中間タップ３７ａは、負荷を接続せず開放とした。【００５７】本実施例では、中間タップ３７ｂから共通端子３８に至る区間を二次巻線３３として用い、スピーカー５０を接続した。１次巻線３２と２次巻線３３の巻数比は、６：１である。二次巻線３３にインピーダンスが８Ωのスピーカー５０を負荷として接続した場合、主回路２２の負荷インピーダンスは、２８８Ωである。二次巻線３３両端には、短絡コンデンサ３９ｂを接続した。二次巻線３３の漏洩インダクタンスは０．２ｍＨであったので、短絡コンデンサ３９ｂの容量を１００ｎＦとし、共振周波数をキャリア信号に対し十分に低い約３６ｋＨｚに設定した。【００５８】５００ｋＨｚのスイッチング周波数より十分に低い２００ｋＨｚを下限とし、スイッチング周波数の２０次の高調波成分に相当する１０ＭＨｚを上限とする周波数範囲で負荷接続端子２５における出力電圧を計測したところ、測定周波数の全域において０．３５Ｖｒｍｓ以下であり、スイッチング周波数とその高調波成分は、実質的に伝達を遮断される程度に抑圧されていた。【００５９】負荷接続端子２５に、定格インピーダンスが４Ω、８Ω、１６Ωの３種類のスピーカーを接続してカットオフ特性の比較を行ったところ、負荷として接続した全てのスピーカーとの組み合わせにおいて、図２（ａ）の特性カーブと同様の、２０ｋＨｚ以上で一様かつ急峻に減衰する良好な高域カットオフ特性を示した。なお、各スピーカーには、インピーダンス補正回路を内蔵していることにより、約１０ｋＨｚのカットオフ周波数近辺においても定格インピーダンスとほぼ等しいインピーダンス値を維持しているものを用いた。【００６０】また、録音された音声信号、および音楽信号を再生して試聴したところ、いずれのスピーカーとの組み合わせにおいても高音成分の強調や抑圧は検知されず、高忠実な再生が可能であった。主回路２２の負荷インピーダンスが従来技術よりも高く設定されていることは、本実施例と実施例１に共通であるが、低周波トランス３０にオートトランス構成を採用した本実施例において再生音の明瞭度の改善効果が、より顕著であった。
【比較例１】
【００６１】比較例として、図３に示した従来技術と同等の構成のスイッチング電力増幅装置を用意した。主回路２２は、実施例１に記載のものと同一構成のものとした。低域通過フィルタ２６のカットオフ周波数を３０ｋＨｚに設定し、コイル２７にはインダクタンスが０．０６ｍＨの空芯コイルを用い、コンデンサ２８には容量が４７０ｎＦのフィルムコンデンサを用いた。コイル２７とコンデンサ２８の各定数は、インピーダンスが８Ωのスピーカーを負荷としたときに、図２の（ａ）の特性カーブと同様の一様かつ急峻に減衰する良好な高域カットオフ特性となるように選択した。
【００６２】本比較例のスイッチング増幅装置において、定格インピーダンスが４Ωのスピーカーを負荷とした場合の周波数特性は、図２の（ｃ）と同様の高周波数域が過度に抑圧された特性カーブとなった。１ｋＨｚに対し出力信号電圧が−３ｄＢとなるカットオフ周波数は約１２ｋＨｚに低下し、２０ｋＨｚにおける出力レベルは約−６ｄＢであった。信号レベルが低下する周波数範囲は、可聴帯域内の２ｋＨｚ近辺にまで及んだ。
【００６３】本比較例のスイッチング増幅装置において、定格インピーダンスが１６Ωのスピーカーを負荷とした場合の周波数特性は、図２の（ｂ）と同様のピーク形状の特性カーブとなった。１ｋＨｚに対し出力信号電圧が−３ｄＢとなるカットオフ周波数は約４２ｋＨｚに上昇し、２０ｋＨｚにおける出力レベルは約＋３ｄＢであった。ピーク形状の裾部は、可聴帯域内の２ｋＨｚ近辺にまで及んだ。
【００６４】また、録音された音声信号や音楽信号を再生して試聴したところ、定格インピーダンスが４Ω、８Ω、１６Ωのいずれのスピーカーとの組み合わせにおいても、実施例１および実施例２に比較して明瞭度の低い再生音であった。
【００６５】実施例１および実施例２に記載したスイッチング電力増幅装置と、比較例１のスイッチング電力装置を、定格インピーダンスが４Ω、８Ω、１６Ωの３種類のスピーカーを接続してカットオフ特性および聴感特性の比較を行った結果を表１にまとめた。
【００６６】
【表１】
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【００６７】カットオフ特性について（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と記載した各評価結果は、各実施例および比較例で得られた特性カーブの概形が、図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のどの特性カーブに該当するかを表している。なお、実施例２では、前記３種類のスピーカーを中間タップ３７ｂに接続して特性を確認した。また、各スピーカーには、インピーダンス補正回路を内蔵していることにより、約１０ｋＨｚのカットオフ周波数近辺においても定格インピーダンスとほぼ等しいインピーダンス値を維持するものを用いた。
【符号の説明】
【００６８】１０  電源部
２０  スイッチング電力増幅装置
２１  入力端子
２２  主回路
２３  主回路出力端子
２５  負荷接続端子
２６  低域通過フィルタ
２７  フィルタコイル
２８  フィルタコンデンサ
３０  低周波トランス
３１  低周波トランス入力端子
３２  一次巻線
３３  二次巻線
３４  コア
３５  低周波トランス出力端子
３６  低周波トランス収納容器
３７  中間タップ
３８  共通端子
３９  短絡コンデンサ
４０  筐体
５０  スピーカー
【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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【図８】
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