(57)【要約】【課題】デジタルアンプにおいて、増幅段に供給される電源電圧レベルを制御するトランジスタ素子の発熱が定格以上に上昇しないようにする。【解決手段】第１のゲイン調整手段としてのトランジスタＱ１における発熱温度を測定し、このトランジスタＱ１における発熱温度が所定値を超えたとされた場合に、上記電源電圧レベルを最大とするための制御信号をこのトランジスタＱ１に対して供給する。トランジスタＱ１の発熱温度は、電源電圧レベルを低くするように制御した場合の熱損失によって上昇することになるから、上記のようにこの発熱温度が所定値以上となったときに対応して電源電圧レベルが最大となるように制御すれば、トランジスタＱ１における発熱量を所定の定格温度以上に上昇させないようにすることができる。【選択図】        図１
2004343487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されるオーディオ信号に対するパルス幅変調処理を行うことにより、上記オーディオ信号に応じたデューティを有するパルス幅変調信号を生成する変調手段と、
上記変調手段により出力されたパルス幅変調信号に基づいて、供給される電源電圧をスイッチングすることにより、上記電源電圧に上記パルス幅変調信号を重畳するスイッチング手段と、
上記スイッチング手段に供給すべき上記電源電圧レベルを可変することにより、上記オーディオ信号に与えるべきゲインを調整することが可能に構成された第１のゲイン調整手段と、
上記スイッチング手段の出力からオーディオ信号成分を抽出して、出力オーディオ信号を得る抽出手段と、
上記第１のゲイン調整手段における発熱温度を測定する温度測定手段と、
上記温度測定手段の測定結果に基づき、上記第１のゲイン調整手段における発熱温度が所定値を超えたとされた場合に、上記電源電圧レベルを最大とするための制御信号を上記第１のゲイン調整手段に対して供給するように構成された制御手段と、
を備えることを特徴とするアンプ装置。
【請求項２】
さらに、上記変調手段において生成されるパルス幅変調信号のハイレベル期間とローレベル期間との比率を可変することにより、上記オーディオ信号に与えるべきゲインを調整することが可能に構成された第２のゲイン調整手段を備えると共に、
上記制御手段は、
上記第１のゲイン調整手段における発熱温度が所定値を超えたとされた場合に、上記オーディオ信号が音声出力された際の音量を設定音量とするためのゲインが与えられるように、上記第２のゲイン調整手段を制御するようにも構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンプ装置。
【請求項３】
上記制御手段は、
上記第１のゲイン調整手段に対する上記電源電圧レベルを最大とするための制御信号の供給が開始された後、所定条件に応じて、この制御信号の供給を停止するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のアンプ装置。
【請求項４】
入力されるオーディオ信号に対するパルス幅変調処理を行うことにより、上記オーディオ信号に応じたデューティを有するパルス幅変調信号を生成する変調手段と、
上記変調手段により出力されたパルス幅変調信号に基づいて、供給される電源電圧をスイッチングすることにより、上記電源電圧に上記パルス幅変調信号を重畳するスイッチング手段と、
上記スイッチング手段に供給すべき上記電源電圧レベルを可変することにより、上記オーディオ信号に与えるべきゲインを調整することが可能に構成された第１のゲイン調整手段と、
上記変調手段において生成されるパルス幅変調信号のハイレベル期間とローレベル期間との比率を可変することにより、上記オーディオ信号に与えるべきゲインを調整することが可能に構成された第２のゲイン調整手段と、
上記スイッチング手段の出力からオーディオ信号成分を抽出して、出力オーディオ信号を得る抽出手段と、を備えるアンプ装置における音声信号出力処理方法として、
上記第１のゲイン調整手段における発熱温度を測定した結果より、上記第１のゲイン調整手段における発熱温度が所定値を超えたとされた場合に、上記電源電圧レベルを最大とするための制御信号を上記第１のゲイン調整手段に対して供給すると共に、上記オーディオ信号が音声出力された際の音量を設定音量とするためのゲインが与えられるように、上記第２のゲイン調整手段を制御するようにした、
ことを特徴とする音声信号出力処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ信号を増幅して音声出力装置を駆動するアンプ装置として、特にＣＤプレイヤ等のオーディオ信号源から入力されるオーディオ信号を変調した信号により、電源電圧を直接スイッチングしてオーディオ信号を増幅するように構成されたデジタルアンプ装置に関する。また、このようなアンプ装置において出力オーディオ信号を得るための音声信号出力処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、オーディオ信号を増幅して、例えばスピーカ装置等の音声出力装置を駆動するアンプ装置が一般に普及している。そして、このようなアンプ装置として、近年では、例えばＣＤプレイヤ等の外部ソースから出力されたデジタルオーディオ信号を直接入力して、これを変調した信号に基づいて電源電圧を直接スイッチングすることによってオーディオ信号を増幅するようにされた、いわゆるデジタルアンプと呼ばれるアンプ装置が各種提案している。
【０００３】
このようなデジタルアンプにおいては、例えば入力されたデジタルオーディオ信号に対してΔΣ（デルタシグマ）変換を行って、１ビット方式によるデジタルオーディオ信号を得るようにされている。そして、このように得られた１ビットオーディオ信号に基づいて、ＰＷＭ変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）方式により変調されたＰＷＭ信号を生成するようにされる。
【０００４】
図６は、このようなデジタルアンプにおいて生成されるＰＷＭ信号と、この元となったアナログオーディオ信号とを対比して示した図である。
例えば、この図に示すような正弦波状のアナログオーディオ信号に対応したデジタルオーディオ信号が入力された場合、デジタルアンプにおいては、図のようなパルス波形によるＰＷＭ信号を生成するようにされている。すなわち、例えばオーディオ信号レベルがゼロレベル付近にあるときは、図のように「０」、「１」の割合がほぼ等しくなり、正極性側に増加するときは「１」の割合が、また負極性側に減少する場合は「０」の割合が多くなるような信号が生成されるものである。
そしてこれにより、デジタルアンプにおいて生成されるＰＷＭ信号としては、図示するようにＨレベルのパルス幅が長い程、オーディオ信号が高いレベルにあることが表され、また、Ｌレベルのパルス幅が長い程、オーディオ信号レベルが低いことが表されるようになっている。
【０００５】
デジタルアンプにおいて、このようなＰＷＭ信号は、電源電圧をスイッチングするスイッチング素子のオン／オフの制御のための信号として用いられる。つまり、デジタルアンプにおいては、このように生成したＰＷＭ信号により直接電源電圧をスイッチングして、電源電圧にＰＷＭ信号を重畳するようにされているものであり、これによって音声信号成分を増幅するようにされているものである。そして、このように増幅されたＰＷＭ信号をフィルタに供給することによってオーディオ信号成分を抽出して、スピーカ駆動信号を得るようにされている。
【０００６】
ところで、このようなデジタルアンプにおいて、オーディオ信号の音量調節をデジタル信号の段階で行う手法としては、上記のようなＰＷＭ信号のパルス幅（デューティ）を可変させるものが知られている。
つまり、先の説明からも理解されるように、ＰＷＭ信号のパルス幅はオーディオ信号レベルに対応したものとなるから、これを可変することによってオーディオ信号の音量調節を行うことができるものである。
【０００７】
しかしながら、このようにパルス幅を可変して音量を調節する手法では、例えば音量を絞るように制御を行った場合に、オーディオ信号のビット欠落が生じる。
すなわち、このようにパルス幅を可変して音量を調節する場合、音量を下げるためにはパルス幅を短くするように制御が行われるものとなるが、これによっては、先の図６からもわかるように、パルス幅を短くした分ビットに欠落が生じてしまうものである。そして、このようにビット欠落が生じることにより、出力音声の音質が劣化する可能性があった。
【０００８】
また、一方で従来では、このようなＰＷＭ信号のパルスの高さを可変して音量を調節する手法もあった。すなわち、例えば増幅段としてのスイッチング素子に供給すべき電源電圧レベルを変化させることにより、ＰＷＭ信号のパルス高さを可変するようにして音量の調節を行うものである。
このようにパルスの高さを可変する手法では、音量を絞った際にも上記のようなビットの欠落が発生しないので、この点で音質を劣化させずに音量調節を行うことができる。
【特許文献】
特開２００２−３１５０８６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、このようにパルスの高さを可変するようにして音量調節を行う手法において、音量を絞るように制御を行う場合には、増幅段に印加する電圧レベルを絞るようにされる。しかしながらこれによっては、増幅段に供給すべき電源電圧レベルを制御する部位で熱損失が大きくなり、電圧レベルを絞る程熱が発生するものとなる。そして、場合によってはその発熱による温度上昇が定格以上となってしまう可能性があった。
また、この際、このように増幅段に供給すべき電圧レベルを制御する部位の発熱を抑制するために、そこに比較的大型のヒートシンクを設けるようにされており、これによって装置の小型化の妨げとなっていた。
【００１０】
なお、上記した特許文献に示される発明は、このようなパルス高さの可変と共に、パルス幅の可変制御を併用して音量調節を行うようにしたものであるが、この特許文献に示される発明では、上記のようなパルス高さの可変制御による温度上昇の問題を考慮した制御は行われておらず、このような発熱を効果的に抑えることができるものではない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では以上のような問題点に鑑み、アンプ装置として以下のように構成することとした。
すなわち、先ず、入力されるオーディオ信号に対するパルス幅変調処理を行うことにより、上記オーディオ信号に応じたデューティを有するパルス幅変調信号を生成する変調手段と、上記変調手段により出力されたパルス幅変調信号に基づいて、供給される電源電圧をスイッチングすることにより、上記電源電圧に上記パルス幅変調信号を重畳するスイッチング手段とを備える。
そして、上記スイッチング手段に供給すべき上記電源電圧レベルを可変することにより、上記オーディオ信号に与えるべきゲインを調整することが可能に構成された第１のゲイン調整手段と、上記スイッチング手段の出力からオーディオ信号成分を抽出して、出力オーディオ信号信号を得る抽出手段とを備える。
その上で、上記第１のゲイン調整手段における発熱温度を測定する温度測定手段と、上記温度測定手段の測定結果に基づき、上記第１のゲイン調整手段における発熱温度が所定値を超えたとされた場合に、上記電源電圧レベルを最大とするための制御信号を上記第１のゲイン調整手段に対して供給するように構成された制御手段とを備えるようにした。
【００１２】
また、本発明では、アンプ装置において出力オーディオ信号を得るための音声信号出力処理方法として、以下のようにすることとした。
つまり、入力されるオーディオ信号に対するパルス幅変調処理を行うことにより、上記オーディオ信号に応じたデューティを有するパルス幅変調信号を生成する変調手段と、上記変調手段により出力されたパルス幅変調信号に基づいて、供給される電源電圧をスイッチングすることにより、上記電源電圧に上記パルス幅変調信号を重畳するスイッチング手段と、上記スイッチング手段に供給すべき上記電源電圧レベルを可変することにより、上記オーディオ信号に与えるべきゲインを調整することが可能に構成された第１のゲイン調整手段と、上記変調手段において生成されるパルス幅変調信号のハイレベル期間とローレベル期間との比率を可変することにより、上記オーディオ信号に与えるべきゲインを調整することが可能に構成された第２のゲイン調整手段と、上記スイッチング手段の出力からオーディオ信号成分を抽出して、出力オーディオ信号を得る抽出手段と、を備えるアンプ装置において、
上記第１のゲイン調整手段における発熱温度を測定した結果より、上記第１のゲイン調整手段における発熱温度が所定値を超えたとされた場合に、上記電源電圧レベルを最大とするための制御信号を上記第１のゲイン調整手段に対して供給すると共に、上記オーディオ信号が音声出力された際の音量を設定音量とするためのゲインが与えられるように、上記第２のゲイン調整手段を制御するようにした。
【００１３】
上記構成によるアンプ装置において、上記第１のゲイン調整手段の発熱温度は、電源電圧レベルを低くするように制御しているときに上昇することになる。従ってこのとき、上記のようにこの発熱温度が所定値以上となったときに対応して、第１のゲイン調整手段が出力する電源電圧レベルが最大となるように制御すれば、この第１のゲイン調整手段における発熱量を最低限のレベルとすることができる。そしてこのとき、上記所定値として、定格温度に対応した値を設定しておけば、上記第１のゲイン調整手段の温度が定格以上となってしまうことを効果的に防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本実施の形態のアンプ装置としてのデジタルアンプ１の内部構成例を示すブロック図である。
この図に示すデジタルアンプ１においては、例えば外部のオーディオ信号源から供給される、デジタルオーディオ信号を直接入力してこれを増幅するように構成されている。
なお、この場合のデジタルアンプ１に対しては、例えばＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）から再生されたマルチビット方式によるＰＣＭデータが入力されるものとして、以下の説明を続ける。
【００１５】
先ず、デジタルアンプ１に対して入力されたデジタルオーディオ信号は、図示するようにゲインコントロール回路３に対して供給される。
このゲインコントロール回路３は、図示するマイコン（マイクロコンピュータ）２の制御に基づいて、上記デジタルオーディオ信号に対するゲインを設定するための演算を行うように構成されている。
このゲインコントロール回路３によるゲイン調整が行われることによっては、上記デジタルオーディオ信号が音声出力された際の音量が結果的に調節されるものとなる。なお、このようなゲインコントロール回路３による音量調節については後述する。
【００１６】
デルタシグマ（ΔΣ）変換回路４は、上記ゲインコントロール回路３から供給されるデジタルオーディオ信号に対して、オーバーサンプリング処理や、１ビット量子化出力のネガティブフィードバックによるノイズシェービング処理等によるデルタシグマ変換処理を行うものとされる。そして、これによって、この場合はサンプリング周波数が例えばＣＤ方式によるサンプリング周波数（４４．１ｋＨｚ）の整数倍である数ＭＨｚ帯とされた、１ビット方式によるデジタルオーディオ信号を得る。そして、このようにして得られたデジタルオーディオ信号をＰＷＭ変調（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）回路５に対して供給する。
【００１７】
ＰＷＭ変調回路５は、上記デルタシグマ変換回路４から供給されるデジタルオーディオ信号に対してＰＷＭ変調処理を施すことにより、デジタルオーディオ信号の各ビットの値に応じたパルス幅を有するＰＷＭ信号を生成する。
ここで、図６に、このようにＰＷＭ変調回路５において生成されるＰＷＭ信号と、この元となったアナログオーディオ信号とを対比して示すと、例えば、この図に示すような正弦波状のアナログオーディオ信号に対応したデジタルオーディオ信号が当該デジタルアンプ１に入力された場合、上記ＰＷＭ変調回路５では、図のようなパルス波形によるＰＷＭ信号を生成するものとされている。
つまり、例えばオーディオ信号レベルがゼロレベル付近にあるときに対応しては、図のようにＨレベルのパルス幅とＬレベルのパルス幅との比率（デューティ）がほぼ等しくなり、正極性側に増加するときはＨレベルのパルス幅が、また負極性側に減少する場合はＬレベルのパルス幅の比率が多くなるような信号が生成されるものである。
そして、このようにＰＷＭ変調回路５において生成されるＰＷＭ信号としては、図からもわかるように、元となったアナログオーディオ信号の音声波形の形状にほぼ対応したパターンが得られるようにされているものである。
なお、この図６は、ＰＷＭ信号波形とその元となったアナログオーディオ信号波形との対比を概念的に示すものであり、実際の対比を示したものではない。
【００１８】
増幅回路６は、内部にスイッチング素子を備え、上記ＰＷＭ変調回路５から供給されるＰＷＭ信号に基づいて、図示されない電源回路部により生成され、図示するトランジスタＱ１を介して供給される直流電源電圧をスイッチングする。
これによって、上記電源電圧にＰＷＭ信号を重畳するようにして、オーディオ信号成分を増幅するようにされている。
なお、この増幅回路６に備えられるスイッチング素子としては、例えば電界効果トランジスタが採用されればよい。
【００１９】
増幅回路６においてスイッチングされた信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７に供給され、ここにおいてスイッチングにより発生した高周波成分が除去され、オーディオ信号成分のみが抽出される。そして、このように抽出されたオーディオ信号成分は、図示するスピーカ１１に対して駆動信号として供給され、これによりこのスピーカ１１からは、当該デジタルアンプ１に入力されたデジタルオーディオ信号に応じた音声が出力されるものとなる。
【００２０】
コンパレータ８は、マイコン２から出力された制御信号のレベルと、内部に設定された基準電圧レベルとを比較し、その結果に基づいたレベルによるコントロール電圧を、図示するトランジスタＱ１のゲートに対して印加するように構成される。
トランジスタＱ１は、例えばＭＯＳ−ＦＥＴとされ、ドレインに電源回路からの直流電源電圧が供給され、ソースは上記した増幅回路６に対して接続される。そして、ゲートに対しては、上記のようにコンパレータ８からのコントロール電圧が印加され、これにより、このコントロール電圧のレベルに応じて、増幅回路６に供給される電源電圧レベルを可変するようにされている。
このようにして、上記した増幅回路６に供給される電源電圧レベルが可変されることによっては、この増幅回路６における増幅率が変化して、この結果スピーカ１１から出力される音声の音量も変化するものとなる。
【００２１】
マイコン２は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等を備えたマイクロコンピュータであり、当該デジタルアンプ１の全体制御を行う。
例えば、この場合のマイコン２は、当該デジタルアンプ１に対する操作入力を行うための、図示されない操作子に対する操作に応じて設定される音量の情報に基づき、増幅回路６における増幅率を可変させて設定音量に応じた音声出力が得られるように制御を行う。そして、このためにマイコン２は、上記設定音量の情報に基づいたレベルによる制御信号を、コンパレータ８に対して供給する。
【００２２】
このように、設定音量の情報に基づいたレベルの制御信号がコンパレータ８により供給されることによっては、このコンパレータ８により出力され、トランジスタＱ１のゲートに供給されるコントロール電圧としても、上記設定音量に応じたレベルが印加されるものとなる。そして、これによっては、増幅回路６に供給される電源電圧レベルも、設定音量に応じたレベルとなるように制御され、増幅回路６には上記設定音量に応じた増幅率が設定されるものとなる。
つまり、これによって上記設定音量に応じた音量による音声がスピーカ１１から出力されるようになるものである。
【００２３】
また、この場合のマイコン２は、設定された音量の情報に基づいた制御信号を、ゲインコントロール回路３に対して供給して、このゲインコントロール回路３が設定すべきゲインを可変させることによっても、音量の調節を行うことが可能とされている。
【００２４】
ここで、このようにゲインコントロール回路３がマイコン２の制御に基づいて行うゲイン調整と、出力音声の音量との関係について、次の図２、図３を参照して説明する。
図２、図３は、ＰＷＭ変調回路５によって生成されるＰＷＭ信号の波形の例を示しており、図２ではゲインコントロール回路３によるゲイン調整が行われない場合のＰＷＭ信号の波形を示し、図３では、ゲインコントロール回路３によるゲイン調整が行われたときのＰＷＭ信号の波形を示す図である。
これらの図において、図示する期間ＴｔはこのＰＷＭ信号の１単位示し、この期間Ｔｔは、例えば図のように前半期間がＨレベル、続く後半期間がＬレベルとなるパルス波形から成るものとされている。
【００２５】
先ず、図２において、図２（ａ）〜図２（ｅ）では、図示する期間Ｔｔ内における、Ｈレベルの立ち下がりタイミングの変化により音声波形が示されており、Ｈレベルのパルス幅Ｗ１とＬレベルのパルス幅Ｗ２が同等となる図２（ｃ）に示す状態が、オーディオ信号レベルがゼロレベルとなるときに対応している。
そして、この図２（ｃ）に示す状態から、Ｈレベルのパルス幅Ｗ１の比率が大きくされた図２（ｂ）に示す状態が、オーディオ信号レベルが正極性側にあるときに対応している。さらに図２（ａ）に示すように、Ｈレベルのパルス幅Ｗ１の比率が最大となった状態が、オーディオ信号のレベルが正極性側に最大となったときに対応している。
また、逆に、図２（ｃ）に示す状態から、Ｌレベルのパルス幅Ｗ２の比率が大きくなった図２（ｄ）の状態が、オーディオ信号レベルが負極性側となるときに対応し、Ｌレベルのパルス幅Ｗ２の比率が最大となった図２（ｅ）に示す状態が、オーディオ信号のレベルが負極性側に最大となったときに対応している。
【００２６】
ゲインコントロール回路３においては、このようなＰＷＭ信号のＨレベル、Ｌレベルのパルス幅の比率（デューティ）を変化させるようにゲイン調整を行うことで、音量の調節を行うようにされる。
この際、例えば図２（ｂ）、及び図２（ａ）に示すようにして、オーディオ信号レベルが正極性側にある場合に音量レベルを絞るように制御するとしたときは、この図２（ｂ）→図３（ｂ）、及び図２（ａ）→図３（ａ）への遷移として示すように、期間Ｔｔ内におけるＨレベルのパルス幅Ｗ１の比率がより小さくなる（パルス幅Ｗ１がより短くなる）ように、ゲインを設定するようにされる。
つまりこの場合、先の図６にも示したように、ＰＷＭ信号においては、このようなＨレベルのパルス幅Ｗ１の長さによりオーディオ信号の正極性側のレベルが表されるものとされている。このことから、オーディオ信号が正極性となる領域では、上記のようにＰＷＭ信号のＨレベルのパルス幅Ｗ１を短くするように制御することで、音量レベルを絞るようにされているものである。
また、このことから、逆に音量レベルを大きくする場合には、このようなＨレベルのパルス幅Ｗ１の比率を大きく（長さを長く）するように制御を行えばよいものである。
【００２７】
一方、図２（ｄ）、図２（ｅ）に示したように、オーディオ信号レベルが負極性側にある場合に音量レベルを絞るように制御するとしたときは、図２（ｄ）→図３（ｄ）、及び図２（ｅ）→図３（ｅ）への遷移として示すように、期間Ｔｔ内におけるＬレベルのパルス幅Ｗ２の比率がより小さくなる（パルス幅Ｗ２がより短くなる）ように、ゲインを設定するようにされる。
すなわち、オーディオ信号の負極性側のレベルはＬレベルのパルス幅Ｗ２により表されるものであるから、オーディオ信号が負極性となる領域ではこのようにＬレベルのパルス幅Ｗ２を短く（比率を小さく）するように制御することで、音量レベルが絞られるようになるものである。またこのとき、逆にＬレベルのパルス幅Ｗ２を長くするようにすれば、音量レベルを大きくすることができるものである。
【００２８】
ゲインコントロール回路３においては、上記のようにＰＷＭ変調回路５によって生成されるＰＷＭ信号のパルス幅が可変される状態が得られるように、入力デジタルオーディオ信号に対するゲインを設定するようにされている。
そして、この結果、ゲインコントロール回路３においてマイコン２の制御に基づくゲイン調整が行われることで、出力音声の音量調節を行うことが可能とされている。
【００２９】
ところで、このようにＰＷＭ信号のパルス幅の比率を可変するようにして音量調節を行う場合、特に、音量を絞るようにして制御を行うと、オーディオ信号のビットの欠落が生じることとなる。
つまり、このように音量を絞る場合は、上記で説明したようにオーディオ信号の正極性側のレベルについてはＨレベルのパルス幅を短くするように制御が行われる。また、オーディオ信号の負極性側のレベルについては、Ｌレベルのパルス幅Ｗ２を短くするように制御が行われるものであるから、音量を絞った場合は、Ｈレベル・Ｌレベルの双方のパルス幅が短くなって、その分ビットが欠落するようにされるものである。
そして、このようにビット欠落が生じることにより、出力音声の音質が劣化してしまうものであった。
【００３０】
このようなビット欠落により音質劣化を避けるために、音量調節は、可能な限り増幅回路６における増幅率を可変するパルス高さ制御により行うことが好ましい。すなわち、先に説明したように、トランジスタＱ１を用いて電源電圧レベルを可変して増幅回路６の増幅率を可変することにより、ＰＷＭ信号のパルス高さを変化させるように制御を行うものである。
しかしながら、このようにパルス高さ制御による音量調節では、音量を絞る際にトランジスタＱ１が発熱するものとなる。つまり、この場合は音量を絞るためにトランジスタＱ１において電源電圧レベルを絞るようにされていることから、その分、熱損失が大きくなってしまうものである。
【００３１】
このために、このトランジスタＱ１に対しては、その発熱を発散できる位置にヒートシンク９を設けるようにされているが、このときトランジスタＱ１に生じる熱は、音量を絞り続けた際に上昇し続けるものであり、このようなヒートシンク９によっては温度の上昇を充分に抑制することが困難となる。そして、このことから、トランジスタＱ１の温度が場合によっては定格以上に上昇してしまう可能性があった。
【００３２】
そこで、本実施の形態としては、このようにしてパルス高さ制御による音量調節を行った結果、トランジスタＱ１の発熱温度が所定値以上に上昇した場合は、増幅回路６に供給すべき電源電圧レベルを最大レベルとし、トランジスタＱ１に生じる熱が最小限となるように制御を行うようにする。そして、これにより、トランジスタＱ１の発熱レベルを最小限に維持し、トランジスタＱ１の発熱温度を下げるようにするものである。
【００３３】
このために、本実施の形態のデジタルアンプ１においては、先ず、トランジスタＱ１の発熱温度を検出するためのサーミスタ１０を備えるようにしている。このサーミスタ１０は、例えばヒートシンク９の吸熱面に備えられる等、トランジスタＱ１の発熱温度を検出できる位置に備えるようにする。
そして、このサーミスタ１０による検出出力を、マイコン２に入力するようにし、マイコン２においては、このサーミスタ１０の検出出力と内部に設定された所定値とを比較することによって、トランジスタＱ１の発熱温度が、例えば定格温度に対応して設定された上記所定値を超えたか否かを判別するようにする。
その上で、この判別結果よりトランジスタＱ１の発熱温度が上記所定値を超えたとされた場合に、コンパレータ８に対して、電源電圧レベルを最大とするための制御信号を供給するようにし、これによって上昇していたトランジスタＱ１の発熱温度を低下させるように制御を行うものである。
【００３４】
ここで、図４に、このような増幅回路６に供給される電源電圧レベルを最大とする際のＰＷＭ信号の様子を模式的に示す。
例えば、図４（ａ）に示すような波形によるＰＷＭ信号が増幅回路６に対して入力されていたとして、図中時点ｔ１において、マイコン２によりトランジスタＱ１の温度が所定値を上回ったことが判別されたとする。
すると、この時点ｔ１に対応したタイミングで、上記のように増幅回路６に供給される電源電圧レベルが最大となるように制御が行われる。そして、これによっては、図４（ｂ）に示すようにして、この時点ｔ１以降のＰＷＭ信号のパルスの振幅レベル（パルス高さＢ）が最大となるようにされる。
【００３５】
このとき、出力音声の音量は、ＰＷＭ信号のパルス波形の面積（パルス幅Ａ×パルス高さＢ）に比例するものとされていることから、このように電源電圧レベルを最大とする制御が行われることによっては、当然、音量が上昇するようにされてしまうこととなる。つまり、図４（ａ）、（ｂ）の斜線で示すように、パルス高さＢが最大に引き上げられた分、パルス面積が拡大し、音量レベルが上昇してしまうものである。
従ってこのとき、出力音声の音量が設定されたレベルよりも大きくなってしまうという不都合が生じる。
【００３６】
そこで、本実施の形態では、このように電源電圧レベルを最大としたときにも、出力音声として設定音量が維持されるように、ゲインコントロール回路３によるパルス幅制御を行って、設定音量を維持するようにする。
この際、先の図４（ａ）に斜線で示したパルス面積が設定音量に対応した面積であったとすれば、図４（ｃ）に示すように、最大とされたパルス高さＢに対して、この図４（ａ）に示す面積と同等のパルス面積が得られるようなパルス幅Ａとするように、ゲインコントロール回路３においてゲインを調整させるものである。
そして、これによって、電源電圧レベルを最大に制御した場合にも、制御前と同等のパルス面積が得られるようになって、出力音声の音量を設定音量から変化させずに、トランジスタＱ１の発熱温度を低下させることができるようになる。
【００３７】
上記のような本実施の形態としての動作を実現するための処理動作を、次の図４のフローチャートを用いて説明する。なお、この図に示す処理動作はマイコン２によって実行されるものである。
先ず、ステップＳ１０１においては、サーミスタ１０の検出出力値をチェックする。すなわち、サーミスタ１０から供給される検出出力値を、例えば所定周期ごとに認識するものである。
そして、ステップＳ１０２においては、このようにして認識されたサーミスタ１０の検出出力値が、内部に設定された所定値を超えたか否かを判別するようにされる。このステップＳ１０２において、上記サーミスタ１０の出力値が上記所定値を超えておらず、トランジスタＱ１の発熱温度が上記所定値を超えてはいないとされた場合は、再びステップＳ１０１においてサーミスタ１０の出力値をチェックするようにされる。
また、上記サーミスタ１０の出力値が上記所定値を超え、トランジスタＱ１の発熱温度が上記所定値を超えたとされた場合は、ステップＳ１０３に処理を進める。
【００３８】
ステップＳ１０３においては、増幅回路６に供給されるべき電源電圧レベルを最大値に設定する。
すなわち、このステップＳ１０３の処理としては、コンパレータ８に対して、トランジスタＱ１の出力を最大とするための制御信号を出力する。そして、これに応じ、トランジスタＱ１のゲートに対しては、電源電圧レベルを最大値とするレベルによるコントロール電圧が印加されるようになるものである。
これにより、トランジスタＱ１においては、供給される電源電圧レベルを絞る必要がなくなり、これに伴ってトランジスタＱ１の発熱量が最小限に抑えられるようになる。そして、この結果、トランジスタＱ１の発熱温度は低下するものとなり、これによってこのトランジスタＱ１の発熱温度が定格以上に上昇することが効果的に抑制できるようになる。
【００３９】
続くステップＳ１０４においては、現在の設定音量による音声出力が得られるように、ゲインコントロール回路３が設定するゲインを可変する。
つまり、このステップＳ１０４の処理としては、先の図４（ｃ）において説明したように、最大とされたパルス高さに対応して、設定音量を得るためのＰＷＭ信号のパルス幅が得られるように、ゲインコントロール回路３に適切なゲインを設定するための制御信号を出力するものである。
例えば、このときマイコン２は、設定音量の情報と、これに対応したゲインを設定させるためにゲインコントロール回路３に供給すべき制御信号の値の情報との関係を示したリファレンス情報に基づくなどして、設定音量に対応した値による制御信号をゲインコントロール回路３に対して供給するようにされている。
そしてこれにより、上記のようにゲインコントロール回路３において、設定音量が得られるような、適切なＰＷＭ信号のパルス幅を得るためのゲインが設定されるようにするものである。
このようなステップＳ１０４の処理が実行されることにより、上記ステップＳ１０３の処理が実行されてＰＷＭ信号のパルス幅が最大とされた場合にも、設定音量に対応した出力音声を得ることができる。
【００４０】
なお、このステップＳ１０４にて設定音量が調節された以降は、マイコン２の制御に基づくゲインコントロール回路３のゲイン調整（パルス幅の可変）による音量調節を行うものとされるが、このようにパルス幅の可変による音量調節が行われる状態は、先に説明したビット欠落の問題から極力避けることが好ましいものである。
そこで本例としては、このようにパルス幅制御による音量調節が行われた後、所定条件に応じて、トランジスタＱ１を用いたパルス高さ制御による音量調節を再び行うように構成されてもよい。例えば、この際の所定条件として、サーミスタ１０による出力値が充分に下がったとされた場合や、当該デジタルアンプ１の電源がオフとされ再び電源がオンとなった場合に対応して、再びパルス高さ制御による音量調節に切り換えるようにすればよい。
【００４１】
このようにして、本実施の形態のデジタルアンプ１においては、トランジスタＱ１の発熱温度が、上記所定値としての、定格温度に対応して設定された値を超えた場合に、増幅回路６に供給される電源電圧レベルを最大とするようにしたから、トランジスタＱ１における発熱温度を定格以上に上昇させないようにすることができる。
そして、このようにトランジスタＱ１の温度を定格以上に上昇させないようにすることができることにより、音量調節を極力このトランジスタＱ１の用いたパルス高さ制御によって行うことができるようになり、これによってパルス幅制御の音量調節によってビット欠落が生じてしまうことを可能な限り抑制して音量調節を行うことができる。
つまり、このような本例のデジタルアンプ１によっては、ビット欠落をできるだけ抑制しつつ、トランジスタＱ１の発熱温度が定格を超えないように制御することができるものである。
【００４２】
また、このようにトランジスタＱ１の発熱温度を定格以上に上昇させないようにすることができることで、このトランジスタＱ１を冷却するためのヒートシンク９を小型化できるようになり、これによって装置の小型化が図られる。
【００４３】
なお、図１に示した本例のデジタルアンプ１の構成はこれに限定されるものではなく、他にも多様な構成が考えられる。
例えば、本例では、入力されるデジタルオーディオ信号として、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）から再生されたマルチビット方式によるＰＣＭデータに対応する場合を例に挙げたが、その他、例えばＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）やブルーレイディスク（Ｂｒｕ−ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）、磁気テープ、固体メモリを用いたメモリカード等から再生されたオーディオ信号に対応するものとされてもよい。
また、本例では、デジタルオーディオ信号を１ビット方式に変換する例を挙げたが、１ビット方式によるデジタルオーディオ信号が直接入力される場合にも好適に適用できる。
また、本例では、ＣＤプレイヤ等の外部のオーディオ信号源からデジタルオーディオ信号を入力してこれを増幅する構成としたが、このようなオーディオ信号源が一体となって構成されるようにしてもよい。
さらに、本例では、１ビット方式によるデジタルオーディオ信号に基づいてパルス幅変調されたＰＷＭ信号に基づいて、増幅回路６としてのパワースイッチをスイッチングするようにしたが、例えばＰＤＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｄｕｒａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式等の他のパルス変調方式による変調信号によってスイッチングを制御する構成においても、本発明を好適に適用できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明では、アンプ装置として先ず、入力されるオーディオ信号に対するパルス幅変調処理を行うことにより、上記オーディオ信号に応じたデューティを有するパルス幅変調信号を生成する変調手段と、上記変調手段により出力されたパルス幅変調信号に基づいて、供給される電源電圧をスイッチングすることにより、上記電源電圧に上記パルス幅変調信号を重畳するスイッチング手段とを備えるようにしている。そして、上記スイッチング手段に供給すべき上記電源電圧レベルを可変することにより、上記オーディオ信号に与えるべきゲインを調整することが可能に構成された第１のゲイン調整手段と、上記スイッチング手段の出力からオーディオ信号成分を抽出して、出力オーディオ信号信号を得る抽出手段とを備えるようにしている。
その上で、本発明では、上記第１のゲイン調整手段における発熱温度を測定すると共に、その測定結果より上記第１のゲイン調整手段における発熱温度が所定値を超えたとされた場合に、上記電源電圧レベルを最大とするための制御信号を上記第１のゲイン調整手段に対して供給するようにしたものである。
【００４５】
上記構成によるアンプ装置において、上記第１のゲイン調整手段の発熱温度は、電源電圧レベルを低くするように制御しているときに上昇することになるから、上記のようにこの発熱温度が所定値以上となったときに対応して、第１のゲイン調整手段が出力する電源電圧レベルが最大となるように制御すれば、この第１のゲイン調整手段における発熱量を所定の定格温度以上に上昇させないようにすることができる。
【００４６】
このようにして、上記第１のゲイン調整手段における発熱温度を定格以上に上昇させないようにすることができることで、この第１のゲイン調整手段を冷却するためのヒートシンクを小型化できるようになり、これによって装置の小型化が図られる。
【００４７】
またこの際、さらに、上記変調手段において生成されるパルス幅変調信号のハイレベル期間とローレベル期間との比率を可変することにより、上記オーディオ信号に与えるべきゲインを調整することが可能に構成された第２のゲイン調整手段を備えて、上記第１のゲイン調整手段における発熱温度が所定値を超えたとされた場合に、上記オーディオ信号が音声出力された際の音量を設定音量とするためのゲインが与えられるように、上記第２のゲイン調整手段を制御するようにすれば、出力音声を設定音量で維持したままでトランジスタＱ１における発熱温度を定格以上に上昇させないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施の形態としてのアンプ装置の内部構成例について示すブロック図である。
【図２】ＰＷＭ信号のパルス幅可変による音量調節について説明するための図である。
【図３】ＰＷＭ信号のパルス幅可変による音量調節について説明するための図である。
【図４】増幅回路６に供給される電源電圧レベルを最大とする際のＰＷＭ信号の様子を模式的に示した図である。
【図５】実施の形態のアンプ装置において得られる動作について説明するためのフローチャートである。
【図６】デジタルアンプにおいて生成されるＰＷＭ信号と、この元となったアナログオーディオ信号とを対比して示す概念図である。
【符号の説明】
１  デジタルアンプ、２  マイコン、３  ゲインコントロール回路、４  デルタシグマ（ΔΣ）変換回路、５  ＰＷＭ変調回路、６  増幅回路、７  ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、８  コンパレータ、９  ヒートシンク、１０  サーミスタ、１１  スピーカ
【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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