(57)【要約】  本開示のオーディオ信号増幅装置は、入力されるデジタルオーディオ信号をデジタルオーディオ信号の量子化数よりも小さい量子化数で再サンプリングするデルタシグマ変調部と、デルタシグマ変調部の出力信号の振幅方向の階調をパルスの幅の諧調とするパルス幅変調信号に変換するパルス幅変調部と、パルス幅変調部の出力信号を電力増幅する電力増幅部と、電力増幅部の出力信号のうち所定の遮断周波数より高い成分を逓減させて出力するローパスフィルタと、デジタルオーディオ信号を補正する補正信号を生成する補正処理部と、を備える。補正処理部は、ローパスフィルタとの接続をオンオフするスイッチを含み、スイッチがオンの時にローパスフィルタにスピーカを接続して補正信号を生成する。
2015125195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されるデジタルオーディオ信号を前記デジタルオーディオ信号の量子化数よりも小さい量子化数で再サンプリングするデルタシグマ変調部と、
前記デルタシグマ変調部の出力信号の振幅方向の階調をパルスの幅の諧調とするパルス幅変調信号に変換するパルス幅変調部と、
前記パルス幅変調部の出力信号を電力増幅する電力増幅部と、
前記電力増幅部の出力信号のうち所定の遮断周波数より高い成分を逓減させて出力するローパスフィルタと、
前記デジタルオーディオ信号を補正する補正信号を生成する補正処理部と、を備え、
前記補正処理部は、前記ローパスフィルタとの接続をオンオフするスイッチを含み、前記スイッチがオンの時に前記ローパスフィルタにスピーカを接続して前記補正信号を生成する、
オーディオ信号増幅装置。
【請求項２】
前記補正処理部は、
前記ローパスフィルタの出力信号を測定する応答信号測定部と、
前記応答信号測定部の測定結果に基づいて前記補正信号を生成する補正部と、
前記補正信号を前記デジタルオーディオ信号に合成する合成部と、を含む、
請求項１に記載のオーディオ信号増幅装置。
【請求項３】
前記スイッチがオンの場合、前記デルタシグマ変調部にインパルス特性を有する計測用信号が入力され、
前記補正部は、前記応答信号測定部の測定結果から周波数振幅特性に対する補正信号または周波数位相特性に対する補正信号を生成する、
請求項１に記載のオーディオ信号増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、オーディオ信号増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力増幅器の効率を高めるための一方式として、例えば、特許文献１は、信号増幅装置としてＤ級電力増幅器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０１２９０４号
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、オーディオ信号の高音質化を実現するオーディオ信号増幅装置を提供する。
【０００５】
本開示のオーディオ信号増幅装置は、入力されるデジタルオーディオ信号をデジタルオーディオ信号の量子化数よりも小さい量子化数で再サンプリングするデルタシグマ変調部と、デルタシグマ変調部の出力信号の振幅方向の階調をパルスの幅の諧調とするパルス幅変調信号に変換するパルス幅変調部と、パルス幅変調部の出力信号を電力増幅する電力増幅部と、電力増幅部の出力信号のうち所定の遮断周波数より高い成分を逓減させて出力するローパスフィルタと、デジタルオーディオ信号を補正する補正信号を生成する補正処理部と、を備える。補正処理部は、ローパスフィルタとの接続をオンオフするスイッチを含み、スイッチがオンの時にローパスフィルタにスピーカを接続して補正信号を生成する。
【０００６】
本開示におけるオーディオ信号増幅装置は、高音質化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施の形態１におけるオーディオ信号増幅装置のブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１におけるデルタシグマ変調部を示すブロック図である。
【図３】図３は、実施の形態１におけるノイズシェーパの入力信号のノイズフロアの特性及び出力信号のノイズフロアの特性を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１における補正後の周波数振幅特性および周波数位相特性を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、従来のローパスフィルタの特性を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施の形態１におけるローパスフィルタの特性を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１におけるデルタシグマ変調部の出力信号のノイズフロアの特性と周波数振幅特性、周波数位相特性を示す図である。
【図７】図７は、従来のＤ級電力増幅器のブロック図である。
【図８】図８は、ローパスフィルタの周波数特性の課題を説明する図である。
【図９Ａ】図９Ａは、負荷として純抵抗が接続されたときのローパスフィルタの周波数特性図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、負荷としてスピーカが接続されたときのローパスフィルタの周波数特性図である。
【図１０】図１０は、スピーカの出力信号の周波数に対するインピーダンスを示す図である。
【図１１】図１１は、従来のオーディオ信号増幅装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【０００９】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１０】
（実施の形態１）
［１−１．課題］
まず、オーディオ信号増幅装置の高音質化における課題を説明する。図７は、従来のデジタルオーディオ信号を入力とするＤ級電力増幅器のブロック図である。Ｄ級電力増幅器１０１は、入力端子１０２からデジタル信号が入力される。Ｄ級電力増幅器１０１は、デルタシグマ変調部１０３、パルス幅変調部１０４、電力増幅部１０５、ローパスフィルタ１０６とスピーカ１０７で構成される。
【００１１】
デルタシグマ変調部１０３は、入力端子１０２から入力されたデジタル信号の量子化数で決まるダイナミックレンジを、所定帯域内、例えば可聴帯域である２０ｋＨｚまでで、確保し、量子化数を減少させる。
【００１２】
パルス幅変調部１０４は、デルタシグマ変調部１０３の出力信号の振幅方向の階調をパルス幅に変換する。
【００１３】
電力増幅部１０５は、パルス幅変調部１０４の出力である２値信号を電力増幅する。
【００１４】
ローパスフィルタ１０６は、電力増幅部１０５の出力から、パルス幅変調部１０４で発生したキャリア信号や、デルタシグマ変調部１０３で発生した再量子化ノイズを除去して、オーディオ信号を取り出す。ローパスフィルタ１０６は、電力損失を少なくするため、コイルとコンデンサで構成される。
【００１５】
以上の構成によりＤ級電力増幅器１０１は、入力端子１０２に入力されたオーディオ信号を、２値信号に変換して、電源電圧付近まで信号振幅を増幅することで、増幅素子における電力損失が限りなく小さくなり、高い電力効率を得る。
【００１６】
図８は、ローパスフィルタ１０６の周波数特性の課題を説明する図である。図８において、ローパスフィルタ１０６は、コイル１０６ａとコンデンサ１０６ｂで構成される。ローパスフィルタ１０６の出力に負荷８０１を接続する。図９Ａは、負荷８０１として純抵抗が接続されたときのローパスフィルタ１０６の周波数特性図であり、図９Ｂは、負荷８０１としてスピーカ１０７が接続されたときのローパスフィルタ１０６の周波数特性図である。図９Ａ、図９Ｂにおいて、横軸はローパスフィルタ１０６の出力信号の周波数、縦軸は周波数振幅特性と周波数位相特性の出力レベルを示している。ローパスフィルタ１０６は、図９Ａに示すような周波数振幅特性および周波数位相特性が得られるように設計する。図１０は、スピーカ１０７の出力信号の周波数に対するインピーダンスを示す図である。スピーカ１０７は、図１０に示すようにインピーダンス、すなわち、抵抗値が周波数に応じて変化する。そのため、負荷８０１としてスピーカ１０７が接続されている場合は、ローパスフィルタ１０６の出力の周波数特性は、図９Ｂに示すような特性となる。そのため、図９Ａで示すような周波数特性でローパスフィルタ１０６を設計しても、スピーカ１０７を接続すると、図９Ｂに示すように、図９Ａの周波数特性とは大きく異なる周波数特性となってしまう。
【００１７】
このように、ローパスフィルタ１０６に、スピーカ１０７を接続すると所望の特性を得られなくなり、スピーカ１０７の音質劣化が発生する。
【００１８】
図１１は、従来のオーディオ信号増幅装置のブロック図である。オーディオ信号増幅装置１１００は、入力端子１０２と、Ｄ級電力増幅器１０１と、ＮＦＢ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  ＦｅｅｄＢａｃｋ）１１０１と、加算器１１０２で構成される。ローパスフィルタ１０６の出力信号を、ＮＦＢ１１０１を介して加算器１１０２に負帰還させる。このように負帰還させることで、入力端子１０２からの入力信号と負帰還させた信号との差、即ち、発生している誤差を加算器１１０２にて求め、増幅して、再びＤ級電力増幅器１０１に入力する。
【００１９】
このように常にＮＦＢ１１０１で負帰還する構成とすることで、オーディオ信号増幅装置１１００において、ローパスフィルタ１０６で発生する歪を抑える。
【００２０】
加算器１１０２において、入力端子１０２からの入力信号とＮＦＢ１１０１の出力信号の位相量が１８０度以上になる周波数で、振幅が１、すなわち、０ｄＢ以上になると、ＮＦＢ１１０１の負帰還が正帰還となってしまい、ローパスフィルタ１０６の出力が異常発振を起こす可能性がある。これを改善するために、安定した負帰還の構成にするための条件として、振幅が０ｄＢの周波数における位相差が０度、すなわち、位相量で１８０度よりどれだけ上にあるかを示す位相余裕を６０度以上、位相差が０度の周波数における振幅が０ｄＢよりどれだけ下にあるかを示す振幅余裕を６ｄＢ以上とすることが知られている。
【００２１】
しかし、図１０で説明したように、接続するスピーカ１０７は周波数の変化に対して、振幅と位相が変化し、さらに接続するスピーカ１０７の種類ごとに変化の組合せが異なる。そのため、安定した負帰還の構成にするための条件を満たすことは容易でない。
【００２２】
更に、Ｄ級電力増幅器１０１において、発生している誤差をデジタル信号で負帰還するには、Ａ／Ｄ変換器が必要になり、Ａ／Ｄ変換器の動作に基づく時間遅延が発生し、正しく負帰還できない。また、負帰還が正しく実施できたとしても、ローパスフィルタ１０６で発生する位相による歪は補正できない。
【００２３】
従って、Ｄ級電力増幅を利用したオーディオ信号増幅装置には下記の現象により、スピーカの本来の特性を再現することができない、即ち、音質劣化が発生するという課題を有している。
【００２４】
［１−２．オーディオ信号増幅装置］
図１は、実施の形態１におけるオーディオ信号増幅装置１００のブロック図である。オーディオ信号増幅装置１００は、入力端子１０２と、Ｄ級電力増幅器１０１と、補正処理部１０８で構成される。補正処理部１０８は、スイッチ１０９と、応答信号測定部１１０と、補正部１１１と、合成部１１２で構成される。
【００２５】
オーディオ信号増幅装置１００は、デジタルオーディオ信号が入力端子１０２から入力される。
【００２６】
補正処理部１０８は、スイッチ１０９をオン（ＯＮ）にした場合にのみ、後述する補正信号を生成する処理を行う。スイッチ１０９をＯＮにするのは、例えば、ユーザがオーディオ信号増幅装置１００を初めて使用する時である。そして、補正処理部１０８の処理が完了すると、スイッチ１０９はオフ（ＯＦＦ）に切り替わる。
【００２７】
オーディオ信号増幅装置１００には、ユーザがスイッチ１０９をＯＮに操作するための図示しない釦が設けられている。この釦はランプを備え、スイッチ１０９がＯＮに押下されている間はランプが点灯し、スイッチ１０９がＯＦＦに切り替わるとランプが消灯することで、ユーザがスイッチの状態を視認できるように構成される。
【００２８】
応答信号測定部１１０は、Ｄ級電力増幅器１０１の、周波数振幅特性及び周波数位相特性を測定する。
【００２９】
補正部１１１は、応答信号測定部１１０での測定結果をもとにＤ級電力増幅器１０１の周波数振幅特性及び周波数位相特性を補正するための補正信号を生成する。
【００３０】
合成部１１２は、生成された補正信号を記憶し、記憶した補正信号に基づき、入力端子１０２の入力信号であるデジタルオーディオ信号の周波数振幅特性及び周波数位相特性を補正する。
【００３１】
次に、オーディオ信号増幅装置１００の各構成について詳細に説明する。
【００３２】
［１−２．Ｄ級電力増幅器］
まず、Ｄ級電力増幅器１０１について説明する。Ｄ級電力増幅器１０１は、入力されるデジタルオーディオ信号、例えばコンパクトディスクの場合であれば１６ビットのデジタルオーディオ信号を１ビットの２値信号に変換して、電力増幅を行い、ローパスフィルタ１０６で不要な帯域を除去して電力増幅されたオーディオ信号を取り出す。
【００３３】
入力端子１０２から入力されたデジタルオーディオ信号は、デルタシグマ変調部１０３にて再量子化される。図２は、デルタシグマ変調部１０３のブロック図である。デルタシグマ変調部１０３は、オーバーサンプリングフィルタ２０１とノイズシェーパ２０２で構成される。図２において、入力信号は１６ビットで、出力信号は３ビットである。
【００３４】
なお、入力信号と出力信号の組み合わせはこれに限らない。例えば、入力信号はＭビット（Ｍは１以上の整数）で出力信号はＮビット（ＮはＭ＞Ｎを満たす１より大きい整数）であればよい。一般的に、具体的なＭの値としては、１６、２０、２４である。
【００３５】
オーバーサンプリングフィルタ２０１は、入力信号であるデジタルオーディオ信号のサンプリング周波数を、２のべき乗倍に変換すると共に信号から折り返し成分を除去する。
【００３６】
ノイズシェーパ２０２は、オーバーサンプリングしたデジタルオーディオ信号を入力信号よりも小さい量子化数で再量子化する。ノイズシェーパ２０２は、再量子化した時に発生する再量子化ノイズ、すなわちノイズフロアを、オーディオ帯域、例えば、２０ｋＨｚ以下、で小さくする。図３は、ノイズシェーパ２０２の入力信号のノイズフロアの特性及び出力信号のノイズフロアの特性を示す図である。図３の左側がノイズシェーパ２０２の入力信号のノイズフロアの特性であり、右側がノイズシェーパ２０２の出力信号のノイズフロアの特性である。横軸が信号の周波数、縦軸がノイズフロアの出力レベルである。図３において、入力信号のノイズフロアが一定であったものが、出力信号のノイズフロアでは、２０ｋＨｚ以下で比較的小さく、２０ｋＨｚを超えると比較的大きくなっている。
【００３７】
パルス幅変調部１０４は、デルタシグマ変調部１０３の出力信号の振幅方向の階調をパルスの幅の階調とするパルス幅変調信号に変換する。
【００３８】
デルタシグマ変調部１０３とパルス幅変調部１０４の処理により、１６ビットの入力信号を２値のパルス幅変調信号に変換する。
【００３９】
電力増幅部１０５は、パルス幅変調信号の振幅に対して電力増幅する。電力増幅部１０５は、入力される２値信号をほぼ電源電圧まで増幅し、無効電圧を小さくすることで、電力ロスを小さくする。
【００４０】
ローパスフィルタ１０６は、電力増幅された２値信号から不要な帯域を削減し、オーディオ帯域の信号を取り出す。
【００４１】
ローパスフィルタ１０６は、電力ロスを抑制するため、図８で説明したようにコイル１０６ａとコンデンサ１０６ｂで構成される。そして、ローパスフィルタ１０６の出力に負荷８０１として純抵抗が接続されることを前提として、ローパスフィルタ１０６の特性、例えば、バターワース特性、が決定される。この特性は一般的には、通過帯域内では平坦な特性、遮断帯域ではパルス幅変調部１０４の搬送波やデルタシグマ変調部１０３で発生した再量子化ノイズが減衰するように設計される。
【００４２】
［１−３．補正処理部］
次に、補正処理部１０８について説明する。補正処理部１０８は、スイッチ１０９をＯＮにした場合にのみ補正信号の生成する処理を行う。
【００４３】
補正処理部１０８は、スピーカ１０７を接続した状態におけるローパスフィルタ１０６の出力信号を測定する。スピーカ１０７を接続した状態で、入力端子１０２に計測用信号を入力する。計測用信号として、インパルス特性を有するＴＳＰ（Ｔｉｍｅ  Ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  Ｐｕｌｓｅ）信号を用いる。
【００４４】
なお、計測用信号はＴＳＰ信号に限らずインパルス信号や他の信号を計測用信号としてもよい。計測範囲は、所定のオーディオ帯域、例えば、２０ｋＨｚ以下である。
【００４５】
［１−３−１．応答信号測定部］
応答信号測定部１１０は、入力した計測用信号に対するローパスフィルタ１０６の出力信号を測定する。応答信号測定部１１０は、Ｄ級電力増幅器１０１のインパルス応答を測定する。応答信号測定部１１０は、測定した出力信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を施し、Ｄ級電力増幅器１０１の周波数振幅特性と周波数位相特性を求める。ＴＳＰ信号は、位相が周波数の二乗に比例した正弦波を、計測対象とする周波数範囲における低周波低域から高周波帯域に周波数を高速に走査（スイープ）した信号である。ＴＳＰ信号は、単一のパルス信号と比べてエネルギーが大きいため、出力信号を複数回同期加算すると、大きなＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）を得やすい。応答信号測定部１１０は、測定した出力信号から逆関数の解析によりインパルス応答を算出する。
【００４６】
［１−３−２．補正部（周波数振幅特性の補正信号の生成）］
補正部１１１は、応答信号測定部１１０で求めた周波数振幅特性と、オーディオ信号増幅装置１００が目標とする周波数振幅特性との比を算出する。補正部１１１は、この比から周波数振幅特性に関する補正信号を算出する。
【００４７】
補正部１１１による補正信号の算出は、補正効果と補正処理量のバランスで決定されることが好ましい。つまり、簡単な補正処理で、より高い補正効果が期待される。
【００４８】
そこで、補正部１１１は、オーディオ信号を視聴する人間の主観的な特徴を考慮して補正内容を決定する。例えば、人間が耳に感じる周波数特性は等比的であるという特性を利用する。この場合、補正部１１１は、オクターブ分析を用いると、主観的効果を高めると共に処理量を削減することができる。補正部１１１は、応答信号測定部１１０で求めた周波数振幅特性を、１／Ｎオクターブバンド（Ｎは正の整数）で分割し、分割したバンド毎に平均値を算出する。そして、算出した平均値を用いて、補正処理で実際に処理する、周波数点での値を算出して、補正信号算出用の周波数振幅測定値とする。同様に、目標とする周波数振幅特性値も算出する。そして、両者の比を取って補正信号を算出する。
【００４９】
このように、補正部１１１は、周波数振幅特性の補正信号を算出する際に、人間の聴覚特性や独自の主観評価で得られた結果等を考慮して特定のオクターブバンドに重み付けする。
【００５０】
［１−３−３．補正部（周波数位相特性の補正信号の生成）］
応答信号測定部１１０は、測定したインパルス応答をＦＦＴすることで周波数位相特性を求める。しかし、ＦＦＴで用いられる三角関数は周期性を有するので、周波数位相特性は、不連続な値をとることがある。応答信号測定部１１０は、これを考慮して周波数位相特性を算出する。応答信号測定部１１０は、周波数位相特性を角周波数で除算した位相遅延特性、または周波数位相特性を角周波数で微分した群遅延特性を算出する。そして、算出した位相遅延特性または群遅延特性と、オーディオ信号増幅装置１００が目標とする位相遅延特性または群遅延特性の差分を算出し、位相遅延特性または群遅延位相特性を算出した手順の逆処理を行い、目標値との差分を小さくするための周波数位相特性を算出する。そして、補正処理で実際に処理する、周波数点での周波数位相特性を抽出して、周波数位相特性の補正信号を算出する。
【００５１】
［１−３−４．合成部］
合成部１１２は、補正部１１１が生成した補正信号を記憶する。合成部１１２は、入力されるデジタルオーディオ信号に補正信号を合成する。合成には、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）による畳込み演算を行う。即ち、算出した補正信号を逆ＦＦＴして、インパルス応答を算出し、入力信号に畳込む処理を行う。
【００５２】
なお、合成の方法として、これに限らない。別の合成の方法として、入力されるデジタルオーディオ信号をＦＦＴして、補正信号と乗算を行い、その結果を逆ＦＦＴしてもよい。
【００５３】
合成部１１２において、補正信号を記憶すると、オーディオ信号増幅装置１００は、補正処理部１０８のスイッチ１０９をＯＦＦに切り替える。
【００５４】
［１−４．補正の効果］
図４は、補正後の周波数振幅特性および周波数位相特性を示す図である。図９Ｂの周波数振幅特性および周波数位相特性を補正すると図４に示すように、オーディオ信号増幅装置１００が目標とする周波数振幅特性、周波数位相特性に近づく。
【００５５】
以上のように、本開示のオーディオ信号増幅装置１００は、入力されるデジタルオーディオ信号をデジタルオーディオ信号の量子化数よりも小さい量子化数で再サンプリングするデルタシグマ変調部１０３と、デルタシグマ変調部１０３の出力信号の振幅方向の階調をパルスの幅の諧調とするパルス幅変調信号に変換するパルス幅変調部１０４と、パルス幅変調部１０４の出力信号を電力増幅する電力増幅部１０５と、電力増幅部１０５の出力信号のうち所定の遮断周波数より高い成分を逓減させて出力するローパスフィルタ１０６と、デジタルオーディオ信号を補正する補正信号を生成する補正処理部１０８と、を備える。補正処理部１０８は、ローパスフィルタ１０６との接続をオンオフするスイッチ１０９を含み、スイッチ１０９がオンの時にローパスフィルタ１０６にスピーカを接続して補正信号を生成する。
【００５６】
これにより、接続されるスピーカに合わせて、オーディオ信号の補正ができる。
【００５７】
さらに、本開示のオーディオ信号増幅装置１００の補正処理部１０８は、ローパスフィルタ１０６の出力信号を測定する応答信号測定部１１０と、応答信号測定部１１０の測定結果に基づいて補正信号を生成する補正部１１１と、補正信号をデジタルオーディオ信号に合成する合成部１１２と、を含む。
【００５８】
さらに、本開示のオーディオ信号増幅装置１００は、スイッチ１０９がオンの場合、デルタシグマ変調部１０３にインパルス特性を有する計測用信号が入力され、補正部１１１は、応答信号測定部１１０の測定結果から周波数振幅特性に対する補正信号または周波数位相特性に対する補正信号を生成する。
【００５９】
これにより、入力されるデジタルオーディオ信号を、予め補正することで、オーディオ信号増幅装置１００のＤ級電力増幅器１０１は、効率的に電力増幅して負荷に電力を供給するとともに、目標とする周波数振幅特性だけでなく周波数位相特性についてもより近いオーディオ信号を出力することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態において、応答信号測定部１１０は、ローパスフィルタ１０６から出力される信号の周波数振幅特性と周波数位相特性の両方を測定したが、これに限らない。波数振幅特性と周波数位相特性の一方を測定するものであってもよい。
【００６１】
なお、本実施の形態において、オーディオ信号増幅装置１００を１つのモジュールとして構成してもよいし、Ｄ級電力増幅器１０１と補正処理部１０８を別のモジュールとして構成してもよい。
【００６２】
さらに、本実施の形態において、電力増幅器としてＤ級電力増幅器１０１を用いたが、これに限らない。例えば、Ａ級電力増幅器、ＡＢ級電力増幅器、Ｂ級電力増幅器等でもよい。
【００６３】
［１−５．ローパスフィルタの遮断周波数］
次に、ローパスフィルタ１０６の遮断周波数について説明する。
【００６４】
デルタシグマ変調部１０３は、量子化数削減に伴う再量子化ノイズの影響を、図３で説明したようにオーディオ帯域よりも高い周波数領域で大きくする処理を行う。
【００６５】
しかし、ローパスフィルタ１０６にスピーカ１０７を接続すると、目標のフィルタとしての特性が得られなくなり、ノイズを十分減衰させることができず、音質劣化を引き起こす可能性がある。
【００６６】
図５Ａは、従来のローパスフィルタ１０６の特性を示す図であり、図５Ｂは、本実施の形態のローパスフィルタ１０６の特性を示す図である。図５Ａ、図５Ｂにおいて、横軸はローパスフィルタ１０６の入力信号の周波数、縦軸はローパスフィルタ１０６の出力レベルである。図５Ａと図５Ｂを比較すると、図５Ｂは図５Ａに対して、ローパスフィルタ１０６の遮断周波数が低くなっている。ここでローパスフィルタ１０６の遮断周波数とは、所定の周波数以上の入力信号に対して、出力信号の利得が所定以上低下する場合の周波数である。ローパスフィルタ１０６は、遮断周波数以上の周波数の入力信号が入力されると、遮断周波数が高い信号ほど抑制して出力する。つまりローパスフィルタ１０６は、遮断周波数以上の入力信号に対して逓減して出力する。
【００６７】
図６は、デルタシグマ変調部１０３の出力信号のノイズフロアの特性と周波数振幅特性、周波数位相特性を示す図である。図６の左側は従来のローパスフィルタ１０６の特性を用いた場合の特性であり、図６の左側は本実施の形態のローパスフィルタ１０６の特性を用いた場合の特性である。横軸はローパスフィルタ１０６の出力信号の周波数、縦軸は出力レベルを示す。図６において、従来のローパスフィルタ１０６の特性を用いた場合と本実施の形態のローパスフィルタ１０６の特性を用いた場合を比較すると、ローパスフィルタ１０６の出力信号の周波数振幅特性、周波数位相特性とノイズフロアの周波数特性は、ローパスフィルタ１０６の出力信号の周波数が高くなるに連れてレスポンスが低下している。これにより、再量子化ノイズの低減ができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本開示のオーディオ信号増幅装置は、高音質を要求される音響再生装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１００，１１００  オーディオ信号増幅装置
１０１  Ｄ級電力増幅器
１０２  入力端子
１０３  デルタシグマ変調部
１０４  パルス幅変調部
１０５  電力増幅部
１０６  ローパスフィルタ
１０６ａ  コイル
１０６ｂ  コンデンサ
１０７  スピーカ
１０８  補正処理部
１０９  スイッチ
１１０  応答信号測定部
１１１  補正部
１１２  合成部
１１０１  ＮＦＢ
１１０２  加算器
【図１】
2015125195.tif 000003
【図２】
2015125195.tif 000004
【図３】
2015125195.tif 000005
【図４】
2015125195.tif 000006
【図５Ａ】
2015125195.tif 000007
【図５Ｂ】
2015125195.tif 000008
【図６】
2015125195.tif 000009
【図７】
2015125195.tif 000010
【図８】
2015125195.tif 000011
【図９Ａ】
2015125195.tif 000012
【図９Ｂ】
2015125195.tif 000013
【図１０】
2015125195.tif 000014
【図１１】
2015125195.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月17日(2016.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、オーディオ信号増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力増幅器の効率を高めるための一方式として、例えば、特許文献１は、信号増幅装置としてＤ級電力増幅器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０１２９０４号
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、オーディオ信号の高音質化を実現するオーディオ信号増幅装置を提供する。
【０００５】
本開示のオーディオ信号増幅装置は、入力されるデジタルオーディオ信号をデジタルオーディオ信号の量子化数よりも小さい量子化数で再サンプリングするデルタシグマ変調部と、デルタシグマ変調部の出力信号の振幅方向の階調をパルスの幅の諧調とするパルス幅変調信号に変換するパルス幅変調部と、パルス幅変調部の出力信号を電力増幅する電力増幅部と、電力増幅部の出力信号のうち所定の遮断周波数より高い成分を逓減させて出力するローパスフィルタと、デジタルオーディオ信号を補正する補正信号を生成する補正処理部と、を備える。補正処理部は、ローパスフィルタとの接続をオンオフするスイッチを含み、スイッチがオンの時にローパスフィルタにスピーカを接続して補正信号を生成する。
【０００６】
本開示におけるオーディオ信号増幅装置は、高音質化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施の形態１におけるオーディオ信号増幅装置のブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１におけるデルタシグマ変調部を示すブロック図である。
【図３】図３は、実施の形態１におけるノイズシェーパの入力信号のノイズフロアの特性及び出力信号のノイズフロアの特性を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１における補正後の周波数振幅特性および周波数位相特性を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、従来のローパスフィルタの特性を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施の形態１におけるローパスフィルタの特性を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１におけるデルタシグマ変調部の出力信号のノイズフロアの特性と周波数振幅特性、周波数位相特性を示す図である。
【図７】図７は、従来のＤ級電力増幅器のブロック図である。
【図８】図８は、ローパスフィルタの周波数特性の課題を説明する図である。
【図９Ａ】図９Ａは、負荷として純抵抗が接続されたときのローパスフィルタの周波数特性図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、負荷としてスピーカが接続されたときのローパスフィルタの周波数特性図である。
【図１０】図１０は、スピーカの出力信号の周波数に対するインピーダンスを示す図である。
【図１１】図１１は、従来のオーディオ信号増幅装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【０００９】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１０】
（実施の形態１）
［１−１．課題］
まず、オーディオ信号増幅装置の高音質化における課題を説明する。図７は、従来のデジタルオーディオ信号を入力とするＤ級電力増幅器のブロック図である。Ｄ級電力増幅器１０１は、入力端子１０２からデジタル信号が入力される。Ｄ級電力増幅器１０１は、デルタシグマ変調部１０３、パルス幅変調部１０４、電力増幅部１０５、ローパスフィルタ１０６とスピーカ１０７で構成される。
【００１１】
デルタシグマ変調部１０３は、入力端子１０２から入力されたデジタル信号の量子化数で決まるダイナミックレンジを、所定帯域内、例えば可聴帯域である２０ｋＨｚまでで、確保し、量子化数を減少させる。
【００１２】
パルス幅変調部１０４は、デルタシグマ変調部１０３の出力信号の振幅方向の階調をパルス幅に変換する。
【００１３】
電力増幅部１０５は、パルス幅変調部１０４の出力である２値信号を電力増幅する。
【００１４】
ローパスフィルタ１０６は、電力増幅部１０５の出力から、パルス幅変調部１０４で発生したキャリア信号や、デルタシグマ変調部１０３で発生した再量子化ノイズを除去して、オーディオ信号を取り出す。ローパスフィルタ１０６は、電力損失を少なくするため、コイルとコンデンサで構成される。
【００１５】
以上の構成によりＤ級電力増幅器１０１は、入力端子１０２に入力されたオーディオ信号を、２値信号に変換して、電源電圧付近まで信号振幅を増幅することで、増幅素子における電力損失が限りなく小さくなり、高い電力効率を得る。
【００１６】
図８は、ローパスフィルタ１０６の周波数特性の課題を説明する図である。図８において、ローパスフィルタ１０６は、コイル１０６ａとコンデンサ１０６ｂで構成される。ローパスフィルタ１０６の出力に負荷８０１を接続する。図９Ａは、負荷８０１として純抵抗が接続されたときのローパスフィルタ１０６の周波数特性図であり、図９Ｂは、負荷８０１としてスピーカ１０７が接続されたときのローパスフィルタ１０６の周波数特性図である。図９Ａ、図９Ｂにおいて、横軸はローパスフィルタ１０６の出力信号の周波数、縦軸は周波数振幅特性と周波数位相特性の出力レベルを示している。ローパスフィルタ１０６は、図９Ａに示すような周波数振幅特性および周波数位相特性が得られるように設計する。図１０は、スピーカ１０７の出力信号の周波数に対するインピーダンスを示す図である。スピーカ１０７は、図１０に示すようにインピーダンス、すなわち、抵抗値が周波数に応じて変化する。そのため、負荷８０１としてスピーカ１０７が接続されている場合は、ローパスフィルタ１０６の出力の周波数特性は、図９Ｂに示すような特性となる。そのため、図９Ａで示すような周波数特性でローパスフィルタ１０６を設計しても、スピーカ１０７を接続すると、図９Ｂに示すように、図９Ａの周波数特性とは大きく異なる周波数特性となってしまう。
【００１７】
このように、ローパスフィルタ１０６に、スピーカ１０７を接続すると所望の特性を得られなくなり、スピーカ１０７の音質劣化が発生する。
【００１８】
図１１は、従来のオーディオ信号増幅装置のブロック図である。オーディオ信号増幅装置１１００は、入力端子１０２と、Ｄ級電力増幅器１０１と、ＮＦＢ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  ＦｅｅｄＢａｃｋ）１１０１と、加算器１１０２で構成される。ローパスフィルタ１０６の出力信号を、ＮＦＢ１１０１を介して加算器１１０２に負帰還させる。このように負帰還させることで、入力端子１０２からの入力信号と負帰還させた信号との差を加算器１１０２にて求め、増幅して、再びＤ級電力増幅器１０１に入力する。
【００１９】
このように常にＮＦＢ１１０１で負帰還する構成とすることで、オーディオ信号増幅装置１１００において、ローパスフィルタ１０６で発生する歪を抑える。
【００２０】
加算器１１０２において、入力端子１０２からの入力信号とＮＦＢ１１０１の出力信号の位相量が１８０度以上になる周波数で、利得が１、すなわち、０ｄＢ以上になると、ＮＦＢ１１０１の負帰還が正帰還となってしまい、ローパスフィルタ１０６の出力が異常発振を起こす可能性がある。これを改善するために、安定した負帰還の構成にするための条件として、利得が０ｄＢの周波数における位相差が０度、すなわち、位相量で１８０度よりどれだけ上にあるかを示す位相余裕を６０度以上、位相差が０度の周波数における利得が０ｄＢよりどれだけ下にあるかを示す利得余裕を６ｄＢ以上とすることが知られている。
【００２１】
しかし、図１０で説明したように、接続するスピーカ１０７は周波数の変化に対して、振幅と位相が変化し、さらに接続するスピーカ１０７の種類ごとに変化の組合せが異なる。そのため、安定した負帰還の構成にするための条件を満たすことは容易でない。
【００２２】
更に、Ｄ級電力増幅器１０１において、発生している誤差をデジタル信号で負帰還するには、Ａ／Ｄ変換器が必要になり、Ａ／Ｄ変換器の動作に基づく時間遅延が発生し、正しく負帰還できない。また、負帰還が正しく実施できたとしても、ローパスフィルタ１０６で発生する位相による歪は補正できない。
【００２３】
従って、Ｄ級電力増幅を利用したオーディオ信号増幅装置には上記の現象により、スピーカの本来の特性を再現することができない、即ち、音質劣化が発生するという課題を有している。
【００２４】
［１−２．オーディオ信号増幅装置］
図１は、実施の形態１におけるオーディオ信号増幅装置１００のブロック図である。オーディオ信号増幅装置１００は、入力端子１０２と、Ｄ級電力増幅器１０１と、補正処理部１０８で構成される。補正処理部１０８は、スイッチ１０９と、応答信号測定部１１０と、補正部１１１と、合成部１１２で構成される。
【００２５】
オーディオ信号増幅装置１００は、デジタルオーディオ信号が入力端子１０２から入力される。
【００２６】
補正処理部１０８は、スイッチ１０９をオン（ＯＮ）にした場合にのみ、後述する補正信号を生成する処理を行う。スイッチ１０９をＯＮにするのは、例えば、ユーザがオーディオ信号増幅装置１００を初めて使用する時である。そして、補正処理部１０８の処理が完了すると、スイッチ１０９はオフ（ＯＦＦ）に切り替わる。
【００２７】
オーディオ信号増幅装置１００には、ユーザがスイッチ１０９をＯＮに操作するための図示しない釦が設けられている。この釦はランプを備え、スイッチ１０９がＯＮに押下されている間はランプが点灯し、スイッチ１０９がＯＦＦに切り替わるとランプが消灯することで、ユーザがスイッチの状態を視認できるように構成される。
【００２８】
応答信号測定部１１０は、Ｄ級電力増幅器１０１の、周波数振幅特性及び周波数位相特性を測定する。
【００２９】
補正部１１１は、応答信号測定部１１０での測定結果をもとにＤ級電力増幅器１０１の周波数振幅特性及び周波数位相特性を補正するための補正信号を生成する。
【００３０】
合成部１１２は、生成された補正信号を記憶し、記憶した補正信号に基づき、入力端子１０２の入力信号であるデジタルオーディオ信号の周波数振幅特性及び周波数位相特性を補正する。
【００３１】
次に、オーディオ信号増幅装置１００の各構成について詳細に説明する。
【００３２】
［１−２．Ｄ級電力増幅器］
まず、Ｄ級電力増幅器１０１について説明する。Ｄ級電力増幅器１０１は、入力されるデジタルオーディオ信号、例えばコンパクトディスクの場合であれば１６ビットのデジタルオーディオ信号を１ビットの２値信号に変換して、電力増幅を行い、ローパスフィルタ１０６で不要な帯域を除去して電力増幅されたオーディオ信号を取り出す。
【００３３】
入力端子１０２から入力されたデジタルオーディオ信号は、デルタシグマ変調部１０３にて再量子化される。図２は、デルタシグマ変調部１０３のブロック図である。デルタシグマ変調部１０３は、オーバーサンプリングフィルタ２０１とノイズシェーパ２０２で構成される。図２において、入力信号は１６ビットで、出力信号は３ビットである。
【００３４】
なお、入力信号と出力信号の組み合わせはこれに限らない。例えば、入力信号はＭビット（Ｍは１以上の整数）で出力信号はＮビット（ＮはＭ＞Ｎを満たす１より大きい整数）であればよい。一般的に、具体的なＭの値としては、１６、２０、２４である。
【００３５】
オーバーサンプリングフィルタ２０１は、入力信号であるデジタルオーディオ信号のサンプリング周波数を、２のべき乗倍に変換すると共に信号から折り返し成分を除去する。
【００３６】
ノイズシェーパ２０２は、オーバーサンプリングしたデジタルオーディオ信号を入力信号よりも小さい量子化数で再量子化する。ノイズシェーパ２０２は、再量子化した時に発生する再量子化ノイズ、すなわちノイズフロアを、オーディオ帯域、例えば、２０ｋＨｚ以下、で小さくする。図３は、ノイズシェーパ２０２の入力信号のノイズフロアの特性及び出力信号のノイズフロアの特性を示す図である。図３の左側がノイズシェーパ２０２の入力信号のノイズフロアの特性であり、右側がノイズシェーパ２０２の出力信号のノイズフロアの特性である。横軸が信号の周波数、縦軸がノイズフロアの出力レベルである。図３において、入力信号のノイズフロアが一定であったものが、出力信号のノイズフロアでは、２０ｋＨｚ以下で比較的小さく、２０ｋＨｚを超えると比較的大きくなっている。
【００３７】
パルス幅変調部１０４は、デルタシグマ変調部１０３の出力信号の振幅方向の階調をパルスの幅の階調とするパルス幅変調信号に変換する。
【００３８】
デルタシグマ変調部１０３とパルス幅変調部１０４の処理により、１６ビットの入力信号を２値のパルス幅変調信号に変換する。
【００３９】
電力増幅部１０５は、パルス幅変調信号の振幅に対して電力増幅する。電力増幅部１０５は、入力される２値信号をほぼ電源電圧まで増幅し、無効電圧を小さくすることで、電力ロスを小さくする。
【００４０】
ローパスフィルタ１０６は、電力増幅された２値信号から不要な帯域を削減し、オーディオ帯域の信号を取り出す。
【００４１】
ローパスフィルタ１０６は、電力ロスを抑制するため、図８で説明したようにコイル１０６ａとコンデンサ１０６ｂで構成される。そして、ローパスフィルタ１０６の出力に負荷８０１として純抵抗が接続されることを前提として、ローパスフィルタ１０６の特性、例えば、バターワース特性、が決定される。この特性は一般的には、通過帯域内では平坦な特性、遮断帯域ではパルス幅変調部１０４の搬送波やデルタシグマ変調部１０３で発生した再量子化ノイズが減衰するように設計される。
【００４２】
［１−３．補正処理部］
次に、補正処理部１０８について説明する。補正処理部１０８は、スイッチ１０９をＯＮにした場合にのみ補正信号の生成する処理を行う。
【００４３】
補正処理部１０８は、スピーカ１０７を接続した状態におけるローパスフィルタ１０６の出力信号を測定する。スピーカ１０７を接続した状態で、入力端子１０２に計測用信号を入力する。計測用信号として、広帯域な周波数特性を有するＴＳＰ（Ｔｉｍｅ  Ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ  Ｐｕｌｓｅ）信号を用いる。
【００４４】
なお、計測用信号はＴＳＰ信号に限らずインパルス信号や他の信号を計測用信号としてもよい。計測範囲は、所定のオーディオ帯域、例えば、２０ｋＨｚ以下である。
【００４５】
［１−３−１．応答信号測定部］
応答信号測定部１１０は、入力した計測用信号に対するローパスフィルタ１０６の出力信号を測定する。応答信号測定部１１０は、Ｄ級電力増幅器１０１のインパルス応答を測定する。応答信号測定部１１０は、測定した出力信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を施し、Ｄ級電力増幅器１０１の周波数振幅特性と周波数位相特性を求める。ＴＳＰ信号は、位相が周波数の二乗に比例した正弦波を、計測対象とする周波数範囲における低周波低域から高周波帯域に周波数を高速に走査（スイープ）した信号である。ＴＳＰ信号は、単一のパルス信号と比べてエネルギーが大きいため、出力信号を複数回同期加算すると、大きなＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）を得やすい。応答信号測定部１１０は、測定した出力信号から逆関数の解析によりインパルス応答を算出する。
【００４６】
［１−３−２．補正部（周波数振幅特性の補正信号の生成）］
補正部１１１は、応答信号測定部１１０で求めた周波数振幅特性と、オーディオ信号増幅装置１００が目標とする周波数振幅特性との比を算出する。補正部１１１は、この比から周波数振幅特性に関する補正信号を算出する。
【００４７】
補正部１１１による補正信号の算出は、補正効果と補正処理量のバランスで決定されることが好ましい。つまり、簡単な補正処理で、より高い補正効果が期待される。
【００４８】
そこで、補正部１１１は、オーディオ信号を視聴する人間の主観的な特徴を考慮して補正内容を決定する。例えば、人間が耳に感じる周波数特性は等比的であるという特性を利用する。この場合、補正部１１１は、オクターブ分析を用いると、主観的効果を高めると共に処理量を削減することができる。補正部１１１は、応答信号測定部１１０で求めた周波数振幅特性を、１／Ｎオクターブバンド（Ｎは正の整数）で分割し、分割したバンド毎に平均値を算出する。そして、算出した平均値を用いて、補正処理で実際に処理する、周波数点での値を算出して、補正信号算出用の周波数振幅測定値とする。同様に、目標とする周波数振幅特性値も算出する。そして、両者の比を取って補正信号を算出する。
【００４９】
このように、補正部１１１は、周波数振幅特性の補正信号を算出する際に、人間の聴覚特性や独自の主観評価で得られた結果等を考慮して特定のオクターブバンドに重み付けする。
【００５０】
［１−３−３．補正部（周波数位相特性の補正信号の生成）］
応答信号測定部１１０は、測定したインパルス応答をＦＦＴすることで周波数位相特性を求める。しかし、ＦＦＴで用いられる三角関数は周期性を有するので、周波数位相特性は、不連続な値をとることがある。応答信号測定部１１０は、これを考慮して周波数位相特性を算出する。応答信号測定部１１０は、周波数位相特性を角周波数で除算した位相遅延特性、または周波数位相特性を角周波数で微分した群遅延特性を算出する。そして、算出した位相遅延特性または群遅延特性と、オーディオ信号増幅装置１００が目標とする位相遅延特性または群遅延特性の差分を算出し、位相遅延特性または群遅延特性を算出した手順の逆処理を行い、目標値との差分を小さくするための周波数位相特性を算出する。そして、補正処理で実際に処理する、周波数点での周波数位相特性を抽出して、周波数位相特性の補正信号を算出する。
【００５１】
［１−３−４．合成部］
合成部１１２は、補正部１１１が生成した補正信号を記憶する。合成部１１２は、入力されるデジタルオーディオ信号に補正信号を合成する。合成には、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）による畳込み演算を行う。即ち、算出した補正信号を逆ＦＦＴして、インパルス応答を算出し、入力信号に畳込む処理を行う。
【００５２】
なお、合成の方法として、これに限らない。別の合成の方法として、入力されるデジタルオーディオ信号をＦＦＴして、補正信号と乗算を行い、その結果を逆ＦＦＴしてもよい。
【００５３】
合成部１１２において、補正信号を記憶すると、オーディオ信号増幅装置１００は、補正処理部１０８のスイッチ１０９をＯＦＦに切り替える。
【００５４】
［１−４．補正の効果］
図４は、補正後の周波数振幅特性および周波数位相特性を示す図である。図９Ｂの周波数振幅特性および周波数位相特性を補正すると図４に示すように、オーディオ信号増幅装置１００が目標とする周波数振幅特性、周波数位相特性に近づく。
【００５５】
以上のように、本開示のオーディオ信号増幅装置１００は、入力されるデジタルオーディオ信号をデジタルオーディオ信号の量子化数よりも小さい量子化数で再サンプリングするデルタシグマ変調部１０３と、デルタシグマ変調部１０３の出力信号の振幅方向の階調をパルスの幅の諧調とするパルス幅変調信号に変換するパルス幅変調部１０４と、パルス幅変調部１０４の出力信号を電力増幅する電力増幅部１０５と、電力増幅部１０５の出力信号のうち所定の遮断周波数より高い成分を逓減させて出力するローパスフィルタ１０６と、デジタルオーディオ信号を補正する補正信号を生成する補正処理部１０８と、を備える。補正処理部１０８は、ローパスフィルタ１０６との接続をオンオフするスイッチ１０９を含み、スイッチ１０９がオンの時にスピーカが接続されたローパスフィルタ１０６に接続して補正信号を生成する。
【００５６】
これにより、接続されるスピーカに合わせて、オーディオ信号の補正ができる。
【００５７】
さらに、本開示のオーディオ信号増幅装置１００の補正処理部１０８は、ローパスフィルタ１０６の出力信号を測定する応答信号測定部１１０と、応答信号測定部１１０の測定結果に基づいて補正信号を生成する補正部１１１と、補正信号をデジタルオーディオ信号に合成する合成部１１２と、を含む。
【００５８】
さらに、本開示のオーディオ信号増幅装置１００は、スイッチ１０９がオンの場合、デルタシグマ変調部１０３にインパルス特性を有する計測用信号が入力され、補正部１１１は、応答信号測定部１１０の測定結果から周波数振幅特性に対する補正信号または周波数位相特性に対する補正信号を生成する。
【００５９】
これにより、入力されるデジタルオーディオ信号を、予め補正することで、オーディオ信号増幅装置１００のＤ級電力増幅器１０１は、効率的に電力増幅して負荷に電力を供給するとともに、目標とする周波数振幅特性だけでなく周波数位相特性についてもより近いオーディオ信号を出力することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態において、応答信号測定部１１０は、ローパスフィルタ１０６から出力される信号の周波数振幅特性と周波数位相特性の両方を測定したが、これに限らない。周波数振幅特性と周波数位相特性の一方を測定するものであってもよい。
【００６１】
なお、本実施の形態において、オーディオ信号増幅装置１００を１つのモジュールとして構成してもよいし、Ｄ級電力増幅器１０１と補正処理部１０８を別のモジュールとして構成してもよい。
【００６２】
さらに、本実施の形態において、電力増幅器としてＤ級電力増幅器１０１を用いたが、これに限らない。例えば、Ａ級電力増幅器、ＡＢ級電力増幅器、Ｂ級電力増幅器等でもよい。
【００６３】
［１−５．ローパスフィルタの遮断周波数］
次に、ローパスフィルタ１０６の遮断周波数について説明する。
【００６４】
デルタシグマ変調部１０３は、量子化数削減に伴う再量子化ノイズの影響を、図３で説明したようにオーディオ帯域よりも高い周波数領域で大きくする処理を行う。
【００６５】
しかし、ローパスフィルタ１０６にスピーカ１０７を接続すると、目標のフィルタとしての特性が得られなくなり、ノイズを十分減衰させることができず、音質劣化を引き起こす可能性がある。
【００６６】
図５Ａは、従来のローパスフィルタ１０６の特性を示す図であり、図５Ｂは、本実施の形態のローパスフィルタ１０６の特性を示す図である。図５Ａ、図５Ｂにおいて、横軸はローパスフィルタ１０６の入力信号の周波数、縦軸はローパスフィルタ１０６の出力レベルである。図５Ａと図５Ｂを比較すると、図５Ｂは図５Ａに対して、ローパスフィルタ１０６の遮断周波数が低くなっている。ここでローパスフィルタ１０６の遮断周波数とは、所定の周波数以上の入力信号に対して、出力信号の利得が所定以上低下する場合の周波数である。ローパスフィルタ１０６は、遮断周波数以上の周波数の入力信号が入力されると、周波数が高い信号ほど抑制して出力する。つまりローパスフィルタ１０６は、遮断周波数以上の入力信号に対して逓減して出力する。
【００６７】
図６は、デルタシグマ変調部１０３の出力信号のノイズフロアの特性と周波数振幅特性、周波数位相特性を示す図である。図６の左側は従来のローパスフィルタ１０６の特性を用いた場合の特性であり、図６の右側は本実施の形態のローパスフィルタ１０６の特性を用いた場合の特性である。横軸はローパスフィルタ１０６の出力信号の周波数、縦軸は出力レベルを示す。図６において、従来のローパスフィルタ１０６の特性を用いた場合と本実施の形態のローパスフィルタ１０６の特性を用いた場合を比較すると、ローパスフィルタ１０６の出力信号の周波数振幅特性、周波数位相特性とノイズフロアの周波数特性は、ローパスフィルタ１０６の出力信号の周波数が高くなるに連れてレスポンスが低下している。これにより、再量子化ノイズの低減ができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本開示のオーディオ信号増幅装置は、高音質を要求される音響再生装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１００，１１００    オーディオ信号増幅装置
１０１    Ｄ級電力増幅器
１０２    入力端子
１０３    デルタシグマ変調部
１０４    パルス幅変調部
１０５    電力増幅部
１０６    ローパスフィルタ
１０６ａ    コイル
１０６ｂ    コンデンサ
１０７    スピーカ
１０８    補正処理部
１０９    スイッチ
１１０    応答信号測定部
１１１    補正部
１１２    合成部
１１０１    ＮＦＢ
１１０２    加算器
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されるデジタルオーディオ信号を前記デジタルオーディオ信号の量子化数よりも小さい量子化数で再サンプリングするデルタシグマ変調部と、
前記デルタシグマ変調部の出力信号の振幅方向の階調をパルスの幅の諧調とするパルス幅変調信号に変換するパルス幅変調部と、
前記パルス幅変調部の出力信号を電力増幅する電力増幅部と、
前記電力増幅部の出力信号のうち所定の遮断周波数より高い成分を逓減させて出力するローパスフィルタと、
前記デジタルオーディオ信号を補正する補正信号を生成する補正処理部と、を備え、
前記補正処理部は、前記ローパスフィルタとの接続をオンオフするスイッチを含み、前記スイッチがオンの時に前記ローパスフィルタに接続して前記補正信号を生成する、
オーディオ信号増幅装置。
【請求項２】
前記補正処理部は、
前記ローパスフィルタの出力信号を測定する応答信号測定部と、
前記応答信号測定部の測定結果に基づいて前記補正信号を生成する補正部と、
前記補正信号を前記デジタルオーディオ信号に合成する合成部と、を含む、
請求項１に記載のオーディオ信号増幅装置。
【請求項３】
前記スイッチがオンの場合、前記デルタシグマ変調部にインパルス特性を有する計測用信号が入力され、
前記補正部は、前記応答信号測定部の測定結果から周波数振幅特性に対する補正信号または周波数位相特性に対する補正信号を生成する、
請求項２に記載のオーディオ信号増幅装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2015125195.tif 000016
【図２】
2015125195.tif 000017
【図３】
2015125195.tif 000018
【図４】
2015125195.tif 000019
【図５Ａ】
2015125195.tif 000020
【図５Ｂ】
2015125195.tif 000021
【図６】
2015125195.tif 000022
【図７】
2015125195.tif 000023
【図８】
2015125195.tif 000024
【図９Ａ】
2015125195.tif 000025
【図９Ｂ】
2015125195.tif 000026
【図１０】
2015125195.tif 000027
【図１１】
2015125195.tif 000028
【国際調査報告】
2015125195.tif 000029
2015125195.tif 000030