(57)【要約】交流信号とＤＣバイアス電圧の両方を静電変換器（９）に与えるＤ級音声増幅器。この増幅器は、供給される入力音声信号に応じて変調されたパルス・シーケンスを生成する入力モジュール（１）と、パルス・シーケンスを増幅する出力モジュール（３）とを含み、出力モジュール（３）は、高速スイッチング出力トランジスタ（４，５）を含む。電源（６）がスイッチング出力トランジスタ（４，５）に供給電圧を供給する。ローパス・フィルタ（８）が増幅されたパルス・シーケンスを受け、変換器のための出力信号を生成する。出力モジュール（３）からの増幅されたパルス・シーケンスは、電圧増倍器モジュール（１０）に供給され、電圧増倍器モジュール（１０）は静電変換器に対して一定のバイアス電圧を供給する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電変換器と併用されるＤ級音声増幅器であって、供給される入力音声信号に応じて変調されたパルス・シーケンスを生成する入力モジュールと、前記パルス・シーケンスを増幅する出力モジュールであって、高速スイッチング出力トランジスタを含む前記出力モジュールと、前記スイッチング出力トランジスタに供給電圧を与える電源と、増幅された前記パルス・シーケンスを受けて変換器用の出力信号を生成するローパス・フィルタとを備え、前記出力モジュールからの増幅された前記パルス・シーケンスが電圧増倍器モジュールに供給され、該電圧増倍器モジュールが前記静電変換器に対して一定のバイアス電圧を供給する、Ｄ級音声増幅器。
【請求項２】
ボリューム・コントロールが前記スイッチング出力トランジスタへの前記供給電圧を変更することにより行われる、請求項１に記載の増幅器。
【請求項３】
前記電圧増倍器モジュールが電圧増倍器の出力から定電圧を生成するユニットを含む、請求項１または２のいずれか一項に記載の増幅器。
【請求項４】
前記電圧増倍器からの出力が、抵抗を駆動する定電流装置に供給されて、前記抵抗の両端の電圧が常に一定となり、前記バイアス電圧として使用できるようにする、請求項３に記載の増幅器。
【請求項５】
前記電圧増倍器がコッククロフト・ウォルトン増倍器である、請求項３または４に記載の増幅器。
【請求項６】
出力部の前記スイッチング出力トランジスタがソースフォロワ構成として配置され、入力パルスが前記トランジスタのゲート端子に供給される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の増幅器。
【請求項７】
前記バイアス電圧を周期的に反転する手段が設けられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の増幅器。
【請求項８】
前記出力モジュールに渡される信号の位相を前記バイアス電圧の反転と同時に反転する手段が設けられる、請求項７に記載の増幅器。
【請求項９】
前記出力モジュールに供給される変調された前記信号の位相を変更するために、前記入力モジュールと前記出力モジュールとの間に位相反転器が設けられる、請求項８に記載の増幅器。
【請求項１０】
前記バイアス電圧の反転が一対の切り換えスイッチにより行われ、前記スイッチはそれぞれ、前記スイッチが前記バイアス電圧に接続される第１モードと、前記スイッチが接地に接続される第２モードとの間で切り換え可能であり、一方のスイッチが前記第１モードにあるとき、他方のスイッチが前記第２モードにある、請求項７〜９のいずれか一項に記載の増幅器。
【請求項１１】
一方のスイッチが抵抗器の一方の側に接続され、かつ、他方のスイッチが前記抵抗器の他方の側に接続され、前記バイアス電圧が前記抵抗器の両端に生成される電圧である、請求項１０に記載の増幅器。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の増幅器と静電変換器との組合せ。
【請求項１３】
前記静電変換器が静電ラウドスピーカである、請求項１２に記載の組合せ。
【請求項１４】
前記静電変換器が導電性の第１の層、前記第１の層の上方に配置される可撓性を有する絶縁性の第２の層、および前記第２の層の上方に配置される可撓性を有する導電性の第３の層を有し、前記信号および前記バイアス電圧が前記第１の層と前記第３の層とに印加される、請求項１２または１３に記載の組合せ。
【請求項１５】
前記第３の層が、前記第１の層から離れた前記第２の層の側の上に導電コーティングの形態で設けられている、請求項１４に記載の組合せ。
【請求項１６】
前記第１の層は、開口のアレイを備える、請求項１４または１５に記載の組合せ。
【請求項１７】
静電変換器と併用されるＤ級音声増幅器であって、供給される入力音声信号に応じて変調されたパルス・シーケンスを生成する入力モジュールと、前記パルス・シーケンスを増幅する出力モジュールであって、高速スイッチング出力トランジスタを含む前記出力モジュールと、前記スイッチング出力トランジスタに供給電圧を与える電源と、増幅された前記パルス・シーケンスを受けて変換器用の出力信号を生成するローパス・フィルタとを備え、前記静電変換器に対して一定のバイアス電圧を供給するバイアス電圧モジュールが設けられ、前記バイアス電圧モジュールが制御信号を受けて周期的に前記バイアス電圧を反転するように構成され、位相反転器が前記入力モジュールと前記出力モジュールとの間に配置され、該位相反転器が前記制御信号に応答して前記出力モジュールに供給される信号の位相を前記バイアス電圧の反転と同時に反転し、前記制御信号を前記バイアス電圧モジュールおよび前記位相反転器に与える制御モジュールが設けられている、Ｄ級音声増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、静電変換器用増幅器、より具体的には、交流信号とＤＣバイアス電圧の両方をラウドスピーカなどの静電変換器に供給するＤ級増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｄ級増幅器では、入力信号は、増幅を要する入力信号の最高周波数よりかなり高い周波数を有するパルス・シーケンスに変換される。これらのパルスは、たとえばパルス幅変調（ＰＷＭ）またはパルス密度変動（ＰＤＭ）を使用して変調される。出力部は、完全にオフになるかまたは完全にオンになるＭＯＳＦＥＴなどの高速スイッチング素子または類似の装置を含む。増幅されたパルスは、次に、パルス周波数およびその高調波などの成分を除去するローパス・フィルタに供給され、ラウドスピーカなどの変換器を駆動するために利用できる入力信号の増幅版を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
静電ラウドスピーカの場合には、電圧は、比較的高くする必要がある。たとえば、出力部のレール電圧は１００または２００ボルトであろう。静電ラウドスピーカには、出力信号電圧より高いＤＣバイアス電圧を供給する必要もある。一般的に、このＤＣバイアス電圧は、レール電圧も供給する主電源により供給される。本発明の１つの目的は、バイアス電圧を生成する、簡単で、しかも効果的な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの態様から見ると、本発明は、静電変換器用のＤ級音声増幅器を提供する。この増幅器は、供給される入力音声信号に応じて変調されたパルス・シーケンスを生成する入力モジュール、パルス・シーケンスを増幅する出力モジュールであって、高速スイッチング出力トランジスタを含む出力モジュール、スイッチング出力トランジスタに供給電圧を与える電源、および増幅されたパルス・シーケンスを受けて変換器用の出力信号を生成するローパス・フィルタを含んでいる。この装置では、出力モジュールからの増幅されたパルス・シーケンスは、電圧増倍器モジュールに供給され、電圧増倍器モジュールが静電変換器に対して一定のバイアス電圧を供給する。
【０００５】
したがって、変換器用の音声出力信号を生成するために使用されるパルスは、変換器に対してバイアス電圧を供給する電圧増倍器を駆動するためにも使用される。
入力信号を減衰させる増幅器用の在来のボリューム・コントロールを有する構成では、供給電圧は一定のままであり、変調されたパルス・レベルおよびバイアス電圧も一定を保つ。しかし、１つの好ましい実施形態では、ボリューム・コントロールは、スイッチング・トランジスタの供給電圧を変更することにより行われる。供給電圧を低減することにより、変調されたパルス・レベルが低減され、したがってボリュームも低減される。このボリュームの低減が電圧増倍器の駆動に影響を及ぼすので、電圧増倍器は、システムが低ボリュームで動作しているときに、バイアス電圧を適当なレベルに昇圧するように構成される。これは、最大ボリュームにおいて電圧増倍器の出力が必要な値よりかなり高くなることを意味する。したがって、この種類の構成では、電圧増倍器モジュールは、電圧増倍器の出力から定電圧を生成する装置を組み込んでいる。一般的に、この装置は定電流を抵抗経由で供給する定電流装置であり、この抵抗の両端に生成される電圧は常に一定でありバイアス電圧として使用することができる。
【０００６】
この電圧増倍器は、在来型の装置および一般的にコッククロフト・ウォルトン（Cockcroft Walton）増倍器などのダイオードとコンデンサの回路網とすることができる。
好ましくは出力部のスイッチング出力トランジスタはソースフォロア構成として配置し、入力パルスをトランジスタのゲート端子に印加する。これにより、フィードバックパスの必要性が回避される。フィードバックパスは、ボリューム・コントロールを電源からの出力を変更することにより行う装置において供給電圧の変化を補償するために利得を調整する必要が生じるという問題を引き起こす。
【０００７】
この変換器は、イヤホンまたはヘッドホンに組み込むことができる。１つの実施形態では、この変換器は、静電ラウドスピーカの形態である。
この静電ラウドスピーカは、ポリマーフィルムを有する形式のものでよい。たとえば、絶縁ポリマーからなる第１の層の上部表面に導電層を設ける。この第１の層の上方に絶縁ポリマーフィルムの可撓性層を配置し、その上方に導電層を置く。この導電層と絶縁層は別々の層とするか、または導電層は絶縁層の外部表面に形成された金属化被膜とすることができる。
【０００８】
かかる構成においては、導電電極層相互間のポリマーフィルムの分極が発生する可能性があることが見出されている。これは、音響強度の減少および音響歪みの増大などの好ましくない効果を引き起こすことがある。
【０００９】
したがって、本発明の１つの好ましい実施形態では、バイアス電圧を周期的に反転し、それにより、分極を反転する。好ましくは、たとえば低音ドライバまたは別チャネルの変換器を併用する場合に位相整合性を維持するために、信号の位相も同時に反転する。これは、入力モジュールと出力モジュール間に配置され、変調された信号の位相を変化させる位相反転器の手段により行うことができる。
【００１０】
バイアス電圧の反転は、一対の切り換えスイッチにより行うことができる。各スイッチは、２つのモード間で切り換え可能である。第１のモードでは、スイッチはバイアス電圧に接続され、第２のモードではスイッチは接地に接続される。１つのスイッチが第１モードにあるとき、もう一方のスイッチは第２モードにある。これらのスイッチは、どのような種類のものでもよいが、「接続前切断（Break Before Make）」モードで動作することが好ましい。これらのスイッチは、継電器の形態でよい。制御信号により、これらのスイッチを動作させ、また、位相反転器も制御する。この制御信号を周期的に使用してバイアス電圧を反転する。好ましい実施形態では、この制御は、変換器の再生中に作動可能である。
【００１１】
バイアス電圧反転というこの特徴は、それ自体独創的であり、したがって本発明の別の態様から見れば、以下を備える、静電変換器と併用されるＤ級音声増幅器が提供される：供給される入力音声信号に応じて変調されたパルス・シーケンスを生成する入力モジュール、パルス・シーケンスを増幅する出力モジュールであって、高速スイッチング出力トランジスタを含む出力モジュール、スイッチング出力トランジスタに供給電圧を与える電源、および増幅されたパルス・シーケンスを受け取って変換器用の出力信号を生成するローパス・フィルタ。この場合、バイアス電圧モジュールを設けて静電変換器に対して一定のバイアス電圧を供給する。また、この場合、このバイアス電圧モジュールは、制御信号を受けて周期的にバイアス電圧を反転するように構成し、また、位相反転器を入力モジュールと出力モジュールとの間に配置する。この位相反転器は、出力モジュールに供給される信号の位相を制御信号に応じてバイアス電圧の反転と同時に反転する。また、この制御信号をバイアス制御モジュールおよび位相反転器に与える制御モジュールを設ける。
【００１２】
バイアス・モジュールは、静電変換器に対して一定のバイアス電圧を供給する電圧増倍器モジュールを含むことができる。この電圧増倍器モジュールは、本発明の第１の態様に従って、出力モジュールから増幅されたパルス・シーケンスを受け取る。
【００１３】
本発明のいくつかの実施形態について、以下の添付図面を参照しつつ例を用いて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成の略図である。
【図２】バイアス電圧反転を含む本発明の第２の実施形態の構成の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１の実施形態では、音声入力信号を市販のＤ級増幅器マイクロチップ１に供給する。マイクロチップ１では、たとえば、パルス幅変調（ＰＷＭ）、パルス密度変調（時としてパルス周波数変調と呼ばれる）、スライディング・モード制御（より一般的には「自励発振変調」と呼ばれる）、またはデルタシグマ変調などの離散時間型変調を使用することができる。１つの好ましい実施形態では、ＰＷＭを使用する。ＰＷＭは、高周波三角波を音声入力と比較する高速比較器を使用することにより達成することができる。比較器は、デューティサイクルの長さが音声信号の瞬間値に正比例する一連のパルスを生成する。比較器からの出力は、ＦＥＴドライバ・モジュール２に供給される。このモジュールは、この場合、出力部３に含まれている。出力部は、一対のＭＯＳＦＥＴ４，５（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を含んでいるが、しかし、実際にはこれらのトランジスタは金属酸化膜を使用しない場合があり、その場合、より適切には、ＩＧＦＥＴ（絶縁ゲートＦＥＴ）またはＭＩＳＦＥＴ（金属絶縁体半導体ＦＥＴ）と名付けられている。これらのトランジスタはソースフォロワ構成に配置され、ＦＥＴドライバ・モジュールからの出力がゲートに供給される。
【００１６】
電力は、電源６から出力部３のトランジスタ４，５に供給され、電源６は、たとえば２００Ｖの電圧を供給することができる。電源からの出力は、電圧を最大値から低減できるポテンショメータ７または同種のものに供給される。ポテンショメータ７は、出力ボリュームを低減する効果を有する。ポテンショメータは、電源の一体部分として組み込むこともできる。
【００１７】
トランジスタ４，５からの出力は、静電ラウドスピーカ９に供給される音声信号を生成するローパス・フィルタ８に供給される。
トランジスタ４，５からの出力は、ローパス・フィルタ８の前において、電圧増倍器１０にも供給される。この電圧増倍器１０は、この実施形態では、コッククロフト・ウォルトン増倍器である。この電圧増倍器１０は、電源からの最大電圧をたとえば４００ボルトに増倍する。整流され昇圧された電圧が定電流源１１に供給される。定電流源１１の出力が抵抗器１２に供給される。その結果生じる抵抗器１２の両端の定電圧がラウドスピーカ９のバイアス電圧として使用される。
【００１８】
この増幅器は、国際公開第２００７／０７７４３８号において開示されたような静電ラウドスピーカとともに使用することができる。本発明は、導電性の第１の層、第１の層の上方に配置される可撓性を有する絶縁性の第２の層、および第２の層の上方に配置される可撓性を有する導電性の第３の層を有し、信号およびバイアス電圧が第１の層と第３の層とに加えられる静電ラウドスピーカとの併用に特に適する。第３の層は、第１の層から離れた第２の層の側の上に導電コーティングの形態で設けることができる。第１の層に開口のアレイを設けることができる。
【００１９】
バイアス電圧を周期的に反転し、かつ、同時に出力部への信号の位相を反転する、実施形態の変形例が示されている図２を参照する。位相反転器１３は、Ｄ級増幅器マイクロチップ１とＦＥＴドライバ２との間に設けられ、ＦＥＴドライバ２に供給される信号の位相を反転する。定電流源１１は、一対のスイッチ１４および１５に接続されている。これらスイッチ１４および１５は、接続前切断モードで動作する継電器の形態である。スイッチ１４は、抵抗器１２の片側が定電流源１１または接地のいずれかに接続されるように動作することができる。抵抗器１２の一方の側が定電流源に接続されたとき、スイッチ１５は抵抗器１２の他方の側を接地に接続する。この接続が図２に示されている。バイアスの極性が反転されるべき時期には、バイアス反転モジュール１６が制御信号を位相反転器１３、スイッチ１４およびスイッチ１５に送る。同時に、スイッチ１４が抵抗器１２の一方の側を接地に接続し、スイッチ１５が抵抗器１２の他方の側を定電流源１１に接続し、かつ、位相反転器１３がＦＥＴドライバに送られる信号の位相を反転する。極性が再び反転されるべき時期には、バイアス反転モジュール１６は、別の制御信号を位相反転器１３、スイッチ１４およびスイッチ１５に送る。同時にスイッチ１４は抵抗器１２の一方の側を定電流源１１に接続し、スイッチ１５は抵抗器１２の他方の側を接地に接続し、そして位相反転器１３はＦＥＴドライバに送られる信号の位相を反転する。バイアス反転モジュールが周期的に制御信号を生成するので、バイアス電圧の極性は周期的に変更される。これは、増幅器が動作し、変換器９が音響を再生している間に行われ得る。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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