(57)【要約】  本発明は、オーディオ電力増幅器（２０４）と、前記オーディオ電力増幅器に対して電気的に接続された変換器（２０８）と、前記変換器に接続されたエンクロージャ（２０６）と、前記エンクロージャに接続された２次共鳴エレメント（２０９）とを具備するオーディオシステム装置を提供する。前記変換器の電流を表す電気的フィードバック信号は、正の出力インピーダンスを合成するように、前記オーディオ電力増幅器に対して負にフィードバックされる（２１０，２１２，２１４，２０２）。
2010520670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ電力増幅器（２０４）と、
前記オーディオ電力増幅器に対して電気的に接続された変換器（２０８）と、
前記変換器に接続されたエンクロージャ（２０６）と、
前記エンクロージャに接続された２次共鳴エレメント（２０６，２０９）と
を具備し、
前記変換器の電流を表す電気的フィードバック信号は、正の出力インピーダンスを合成するように、前記オーディオ電力増幅器に対して負にフィードバックされる（２１０，２１２，２１４，２０２）ことを特徴とするオーディオシステム装置。
【請求項２】
前記オーディオ電力増幅器は、スイッチング増幅器であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記合成された正の出力インピーダンスは、無損失であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記合成された正の出力インピーダンスは、前記変換器の動作範囲の全体にわたって、正であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記電気的フィードバック信号は、抵抗器、ホール効果センサ、閉ループ磁気センサ、電流感知変成器、および感知電界効果トランジスタからなるグループから選択された電流センサによって生成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記電気的フィードバック信号は、前記エンクロージャおよび２次共鳴エレメントを具備する２次共鳴システムのＱを減少させるように、オーディオ電力増幅器によって使用されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記２次共鳴エレメントは、ポートを具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記２次共鳴エレメントは、ドローンであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記エンクロージャは、前記変換器の第１側面に接続されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記変換器の第２側面に接続された第２エンクロージャをさらに具備することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２エンクロージャに接続された第２の２次共鳴エレメントをさらに具備することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記オーディオ電力増幅器の合成された正の出力インピーダンスは、ドローン変位を減少させることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記合成された正の出力インピーダンスは、０．１オームから１００オームまでの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記エンクロージャは、導波路を具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
導波路を有する第２エンクロージャをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
音を再現する方法であって、
電気的オーディオ信号を増幅するステップと、
前記増幅された電気信号を、変換器、エンクロージャ、および２次共鳴システムを有するラウドスピーカシステムに印加するステップと、
前記増幅に対して正の出力インピーダンスを合成するように、前記変換器を流れる電流を表す電気的フィードバック信号を使用するステップと
を具備することを特徴とする方法。
【請求項１７】
ドローン変位を減少させるように、前記合成された正の出力インピーダンスを使用するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記合成された正の出力インピーダンスは、無損失であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
負荷を流れる電流を感知する電気的装置であって、
基準と相対的な第１入力電圧を有する第１入力端子（３１２ａ）と、
前記基準と相対的な第２入力電圧を有する第２入力端子（３１２ｂ）と、
前記基準と相対的な第１負荷電圧を有する前記負荷の第１負荷端子（３１３ｂ）と、
前記基準と相対的な第２負荷電圧を有する前記負荷の第２負荷端子（３１３ａ）と、
前記第１入力端子と第１負荷端子との間に接続された第１電流感知エレメント（３１０）と、
前記第２入力端子と第２負荷端子との間に接続された第２電流感知エレメント（３１１）とを具備し、
第１感知電圧（３２６ａ）は、前記第１入力電圧と第２負荷電圧との間の関係によって決定されるとともに、第２感知電圧（３２６ｂ）は、前記第２入力電圧と第１負荷電圧との間の関係によって決定されることを特徴とする装置。
【請求項２０】
前記基準は、回路コモン、回路グランド、およびアース接続からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１電流感知エレメントは、抵抗エレメントであることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２２】
前記第１電流感知エレメントは、本質的に零抵抗であることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２３】
分圧器を形成する２つの抵抗エレメントのセットをさらに具備し、
前記第１感知電圧は、前記分圧器によって感知されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２４】
前記２つの抵抗エレメントは、およそ等しい抵抗を有することを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記第１入力電圧および第２入力電圧は、ほぼ一定のコモンモード電圧を有することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２６】
前記第１入力電圧および第２入力電圧の平均は、動作範囲にわたってほぼ一定であることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２７】
電圧差動増幅器をさらに具備し、
前記電圧差動増幅器は、前記第１感知電圧と第２感知電圧との差を感知することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２８】
前記電圧差動増幅器は、前記第１入力電圧の電圧範囲よりも小さい範囲のコモンモードを有することを特徴とする請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
ブリッジ増幅器の出力セットを有するブリッジ増幅器をさらに具備し、
前記第１入力電圧および第２入力電圧は、前記ブリッジ増幅器の出力セットから得られることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項３０】
フィルタをさらに具備し、
前記ブリッジ増幅器の出力セットは、前記フィルタによって変更されるとともに、前記第１入力端子および第２入力端子に接続されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項３１】
前記負荷は、変換器を具備することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項３２】
オーディオ増幅器をさらに具備することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項３３】
前記オーディオ増幅器は、スイッチング増幅器を具備することを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
前記負荷は、低音反射エンクロージャに接続された変換器を具備することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項３５】
前記負荷は、導波路エンクロージャに接続された変換器を具備することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項３６】
前記第１電流感知エレメントを前記負荷に接続する電気的フィルタモジュールをさらに具備することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、概して、増幅器およびラウドスピーカを有するオーディオ再現システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
共鳴システムのＱは、システムが発振する周波数を、エネルギーを消失する速度と比較する。共鳴システムのスペクトルグラフに関して、共鳴ピークの幅は、Ｑで分割された共鳴の中心周波数（共鳴周波数とも呼ばれる）によって、与えられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
概して、一態様において、オーディオシステム装置は、オーディオ電力増幅器と、前記オーディオ電力増幅器に対して電気的に接続された変換器と、前記変換器に接続されたエンクロージャと、前記エンクロージャに接続された２次共鳴エレメントとを備えている。前記変換器の電流を表す電気的フィードバック信号は、正の出力インピーダンスを合成するように、前記オーディオ電力増幅器に対して負にフィードバックされる。
【０００４】
その実施は、以下の特徴の１つまたは複数を含んでもよい。前記オーディオ電力増幅器は、スイッチング増幅器であってもよい。前記合成された正の出力インピーダンスは、無損失であってもよい。前記合成された正の出力インピーダンスは、前記変換器の動作範囲の全体にわたって、正であってもよい。前記電気的フィードバック信号は、抵抗器、ホール効果センサ、閉ループ磁気センサ、電流感知変成器、または感知電界効果トランジスタのような電流センサによって生成してもよい。前記電気的フィードバック信号は、前記エンクロージャおよび２次共鳴エレメントを有する２次共鳴システムのＱを減少させるように、オーディオ電力増幅器によって使用してもよい。前記２次共鳴エレメントは、ポートを備えてもよい。前記２次共鳴エレメントは、ドローンを備えてもよい。前記エンクロージャは、前記変換器の第１また第２側面に接続してもよい。同様に、前記変換器の第２側面に接続された第２エンクロージャと、前記第２エンクロージャに接続された第２の２次共鳴エレメントとが存在してもよい。前記オーディオ電力増幅器の合成された正の出力インピーダンスは、ドローン変位を減少させるように使用してもよい。前記合成された正の出力インピーダンスは、０．１オームから１００オームまでの範囲内であってもよい。
【０００５】
概して、一態様において、オーディオシステム装置は、オーディオ電力増幅器と、前記オーディオ電力増幅器に対して電気的に接続された変換器と、前記変換器に接続された導波路を有するエンクロージャとを具備している。前記変換器の電流を表す電気的フィードバック信号は、正の出力インピーダンスを合成するように、前記オーディオ電力増幅器に対して負にフィードバックされる。
【０００６】
その実施は、以下の特徴の１つまたは複数を含んでもよい。前記オーディオ電力増幅器は、スイッチング増幅器であってもよい。前記合成された正の出力インピーダンスは、無損失であってもよい。前記エンクロージャは、前記変換器の第１または第２側面に接続してもよい。前記エンクロージャは、前記変換器の第２側面に接続し、第２エンクロージャは前記変換器の第１側面に接続するとともに、２次共鳴エレメントは前記第２エンクロージャに接続してもよい。前記第２エンクロージャは導波路を有してもよい。
【０００７】
概して、一態様において、音を再現する方法は、電気的オーディオ信号を増幅するステップと、前記増幅された電気信号を、変換器、エンクロージャ、および２次共鳴システムを有するラウドスピーカシステムに印加するステップと、前記増幅に対して正の出力インピーダンスを合成するように、前記変換器を流れる電流を表す電気的フィードバック信号を使用するステップとを具備している。
【０００８】
その実施は、以下の特徴の１つまたは複数を含んでもよい。前記合成された正の出力インピーダンスは、ドローン変位を減少させるように使用してもよい。前記合成された正の出力インピーダンスは、無損失であってもよい。
【０００９】
概して、一態様において、負荷を流れる電流を感知する電気的装置は、基準と相対的な第１入力電圧を有する第１入力端子と、前記基準と相対的な第２入力電圧を有する第２入力端子と、前記基準と相対的な第１負荷電圧を有する前記負荷の第１負荷端子と、前記基準と相対的な第２負荷電圧を有する前記負荷の第２負荷端子と、前記第１入力端子と第１負荷端子との間に接続された第１電流感知エレメントと、前記第２入力端子と第２負荷端子との間に接続された第２電流感知エレメントとを備えている。第１感知電圧は、前記第１入力電圧と第２負荷電圧との間の関係によって決定されるとともに、第２感知電圧は、前記第２入力電圧と第１負荷電圧との間の関係によって決定される。
【００１０】
その実施は、以下の特徴の１つまたは複数を含んでもよい。前記基準は、回路コモン、回路グランド、またはアース接続であってもよい。前記第１電流感知エレメントは、抵抗エレメントであってもよい。前記第１電流感知エレメントは、本質的に零抵抗であってもよい。分圧器を形成する２つの抵抗エレメントが存在するとともに、前記第１感知電圧は、前記分圧器によって感知してもよい。前記２つの抵抗エレメントは、およそ等しい抵抗を有してもよい。前記第１入力電圧および第２入力電圧は、ほぼ一定のコモンモード電圧を有してもよい。前記第１入力電圧および第２入力電圧の平均は、動作範囲にわたってほぼ一定であってもよい。前記第１感知電圧と第２感知電圧との差を感知する電圧差動増幅器が、存在してもよい。前記電圧差動増幅器は、前記第１入力電圧の電圧範囲よりも小さい範囲のコモンモードを有してもよい。ブリッジ増幅器の出力セットを有するブリッジ増幅器が存在し、前記第１入力電圧および第２入力電圧は、前記ブリッジ増幅器の出力セットから得てもよい。前記ブリッジ増幅器の出力は、前記フィルタによって変更されるとともに、前記第１入力端子および第２入力端子に接続してもよい。前記負荷は、変換器を有してもよい。オーディオ増幅器が存在してもよい。前記オーディオ増幅器は、スイッチング増幅器を有してもよい。前記負荷は、低音反射エンクロージャに接続された変換器を有してもよい。前記負荷は、導波路エンクロージャに接続された変換器を有してもよい。前記第１電流感知エレメントを前記負荷に接続する電気的フィルタモジュールが存在してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】スピーカモジュールの図である。
【図２】フィードバックを有するオーディオシステムのブロック図である。
【図３】フィードバックを有するオーディオシステムの概略的な回路図である。
【図４】入力信号のオーディオ周波数に対するオーディオシステムのオーディオ出力のグラフである。
【図５】入力信号のオーディオ周波数に対するオーディオシステムのドローンの動きのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
いくつかの実施形態において、ラウドスピーカは、入力電力を振動板の機械的動作に変換する、可動コイルまたは可動磁気変換器のような変換器と、振動板の少なくとも１つの側面からの放射を拘束するエンクロージャと、少なくとも第１の２次共鳴エレメントとを有している。低音反射ラウドスピーカは、密閉箱型ラウドスピーカと比べて低周波数におけるシステム効率を向上させるため、変換器の振動板の後面からの音を（振動板の前面からの音に加えて）利用する。バス反射エンクロージャは、ドローンまたはポートのような２次共鳴エレメントを組み込んでいる。変換器は可動部分をいくつか有するが、電気的部分は有さないという変換器の簡略化された形態を、ドローンは考慮している。ドローンは、受動的な放射体としても知られている。低音反射オーディオシステムのＱは、増幅器の出力インピーダンスを調節することによって変化させることができる。正の出力インピーダンスを合成することによって、低音反射システムのＱを減少させることができる。上述の２次共鳴エレメントは、２次共鳴システムを形成するため、エンクロージャ内の空気容積と相互作用する。２次共鳴システムは、変換器と分離した共鳴挙動を有する。この２次共鳴システムのＱは、ラウドスピーカシステムを駆動する増幅器の出力インピーダンスを変化させることによって、変更することができる。増幅器の出力インピーダンスを増加させることによって、２次システムの共鳴のＱを減少させることができる。
【００１３】
他の実施形態において、追加の共鳴エレメントを使用してもよい。たとえば、エンクロージャおよびポートまたはドローンは、変換器の振動板の前面または第１側面に接続し、第１ポートまたはドローンと分離した、第２エンクロージャおよびポートまたはドローンは、変換器の振動板の後面または第２側面に接続してもよい。いくつかの実施形態において、導波路エンクロージャは、変換器の振動板の前面、後面、または前面と後面との両方に接続してもよい。導波路エンクロージャは、定常波が導波路内で支援される周波数において、複数の共鳴を有する。他の実施形態は、エンクロージャと、ポートまたはドローンと、導波路エンクロージャとの組み合わせを使用してもよい。これらの実施形態において、変換器を駆動する増幅器の出力インピーダンスを増加させることによって、２次システムの共鳴および導波路の共鳴のＱを減少させることができる。
【００１４】
受動ラウドスピーカシステムにおいて、設計者は、一般に、２次共鳴の所望のダンピングを実現するため、および所望の周波数応答を実現するために、変換器のパラメータを選択する。効率を選択することによって、設計者は、２次共鳴のＱを制御することができる。Ｑを低くするために、設計者は、変換器の効率を減少させる必要がある。先に記載したように、２次共鳴を有するラウドスピーカを駆動する増幅器の出力インピーダンスの増加は、２次共鳴のＱを減少させるために用いることができる。駆動増幅器の出力インピーダンスの増加は、変換器を標準的に使用するよりもはるかに効果的に使用することを可能にする。２次共鳴を有するラウドスピーカの実施形態において、高い効率での変換器の使用は、
一般に、高いＱの共鳴と、最適でない出力周波数応答とを生じる。２次共鳴のＱは、Ｑを所望のレベルに減少させるように、増幅器の出力インピーダンスを増加させる負電流フィードバックを使用して制御される。これにより、システムにおいて変換器を高い効率で使用することを可能にする一方で、許容できない周波数応答を生じる。
【００１５】
アナログ（すなわち、線形）増幅器に対して正の出力インピーダンスを合成するために負電流フィードバックが使用される場合、その効果は、フィードバックを有さないアナログ増幅器の出力と直列に物理的抵抗器を電気的に配置することと同様である。出力と直列の抵抗器とともに、抵抗器と負荷（たとえば、ラウドスピーカ）との間には、分圧器の効果が存在する。有効な増幅器電力の一部は、抵抗器で消費されるとともに、一部は負荷で消費される。しかし、負電流フィードバックが、アナログ増幅器に印加される場合、物理的抵抗器で消費される電力以外の電力は、最終的に、増幅器の出力段階で消費されることになる。アナログ増幅器および負電流フィードバックとともに、変換器が高い効率で使用される場合、効率が増加した変換器を使用する利点は、増幅器の出力段階で消費される追加電力によるオフセットである。フィードバックは、さらに、システム周波数応答全体の有用な制御を提供するとともに、システムにおけるパラメータの変動を補償する（後に説明する）一方で、全体の効率は、ほとんど向上しない。
【００１６】
先に記載した実施形態のうちの１つによる、ラウドスピーカを駆動するために使用されるスイッチング型増幅器に対して正の出力インピーダンスを合成するために負電流フィードバックが使用される場合、さらなる利点が得られる。変換器の効率は、実用的な高さとなるように選択される。負電流フィードバックは、正の出力インピーダンスを合成するため、および２次システム共鳴に対するダンピングを提供するために使用される。しかし、アナログ増幅器とは異なり、スイッチング増幅器の出力デバイスで消費される電力は、負電流フィードバックが印加された場合、はっきりとは変化しない。電流フィードバックが使用されてもされなくても、はっきりとは変化しない、出力デバイスにおけるスイッチングおよび伝導損失を通して以外に、スイッチング増幅器の合成された正の出力インピーダンスは、事実上電力を消費しない。本明細書においては、たとえ出力デバイスで消費される有限な電力が一部存在するとしても、上述の特性を有する合成された出力インピーダンスは、無損失であるとみなす。変換器パラメータの選択が、所望の周波数応答を実現するため２次共鳴エレメントのＱを減少させる必要から切り離されるため、システム効率は非常に増加する。Ｑは、実電力を消費しない、合成された正の出力インピーダンスの使用によって、所望の値に減少し、システム効率を維持すると同時に所望の周波数応答を得る。
【００１７】
図１を参照すると、スピーカモジュール１００の図が示されている。スピーカモジュール１００は、増幅された電気的オーディオ信号から音を生成する。スピーカモジュール１００は、エンクロージャ１０２、ドローン１０４，１１０、変換器１０６、および増幅器１０８を有している。図１では、１つのドローン１０４のみが見えている。ドローン１１０は、見えているドローンが備え付けられている壁面の向かい側の壁面に位置している。増幅器１０８は、エンクロージャ１０２の外側に取り付けられている。
【００１８】
図２を参照すると、オーディオシステム２００のブロック図が示されている。図２のシステムは、アナログシステムの実施形態である。オーディオシステム２００は、オーディオ信号を増幅するとともに、それをスピーカモジュール１００のようなラウドスピーカに供給する。オーディオシステム２００は、加算モジュール２０２、電力増幅器２０４、電流センサ２１０、増幅器２１２、フィルタ２１４、ドローン２０９、変換器２０８、およびエンクロージャ２０６を有している。オーディオシステム２００は、同様に、増幅器２０４の実効出力インピーダンスを変更する回路を組み込んでいる。エンクロージャ２０６、ドローン２０９、および変換器２０８は、一緒に、スピーカモジュール１００の一実装を形成している。
【００１９】
オーディオシステム２００は、オーディオ入力信号２０１を受け取るとともに、それを加算器２０２の１つの入力に接続する。加算器２０２の出力は、増幅器２０４の入力に接続される。増幅器２０４の出力は、変換器２０８に接続される。変換器２０８は、聴取者の耳に到達する音の振動を生成する変換器２０８は、同様に、エンクロージャ２０６内で空気圧の振動を生じさせる。これら内部圧力の振動は、オーディオシステム２００から所望の出力を供給することをドローン２０９が助けるように、ドローン２０９の動きを生じさせる。変換器２０８における電流を表す電気的フィードバック信号は、電流センサ２１０によって感知される。電流センサ２１０の出力は、増幅器２１２によって増幅され、フィルタ２１４によってフィルタリングされるとともに、加算モジュール２０２の第２入力に対して負に（differentially）接続される。加算器２０２に対して電流信号を負に接続することによって、負電流フィードバックが、増幅２０４に印加される。
【００２０】
電力増幅器２０４は、入力信号２０１にゲインを印加する。いくつかの実施形態において、電力増幅器２０４は、アナログ増幅器であってもよい。いくつかの実施形態において、電力増幅器２０４は、スイッチング増幅器であってもよい。いくつかの実施形態において、増幅器２０４は、クラスＡ、ＡＢ、Ｂ、Ｃ、ＡＤ、ＢＤ、Ｄ、Ｇ、またはＴのような既知の増幅器クラスのものであってもよい。増幅器は、ユニポーラまたはバイポーラ電力供給電圧を有してもよい。
【００２１】
図２のシステムは、増幅器２０４の出力インピーダンスが制御されることを可能にする。増幅器２０４の出力インピーダンスは、印加された電流フィードバックの関数である。所望の方法で、増幅器の出力インピーダンスを変化させることによって、ドローンの動きの有効なダンピングを得ることができる。以下で詳述するように、増幅器２１２およびフィルタ２１４は、ドローン２０９に対して所望のダンピングを提供するように構成してもよい。
【００２２】
図３を参照すると、他の実施形態の概略的な回路図が示されている。本実施形態において、図２の増幅器２０４は、スイッチング型増幅器３２４である。増幅器３２４の簡略化した概略的表現が用いられていることに留意されたい。スイッチング増幅器は、よく知られているとともに、多数の異なるスイッチング増幅器の種類のいずれを使用してもよい。分かりやすくするため、スイッチング増幅器回路の関連する細部のみが示されている。
【００２３】
図３の回路は、スイッチング電力増幅器３２４、出力フィルタ３０８、感知抵抗器３１０，３１１、加算モジュール３２８、ＲＣ回路網３３０、およびフィルタ２１４を有している。増幅器３２４は、変調器集積回路（ＩＣ）３０２、加算モジュール３０４、出力スイッチングＰチャネルトランジスタ３０６、および出力スイッチングＮチャネルトランジスタ３０７を備えている。変調器ＩＣ３０２は、変調オシレータ３１８、およびＦＥＴ制御回路３３２を有している。加算モジュール３２８は、感知抵抗器３１０，３１１にわたって現れる信号（変換器２０８を流れる電流を表す）を受け取るとともに、それらを抵抗器３１２，３１３、およびＣ１で構成される入力ＲＣ回路網３３０に印加する。ＲＣ回路網３３０の出力は、入力オーディオ信号２０１と一緒に、差動加算増幅器３２６に印加される。ＲＣ回路網３３０および差動加算増幅器３２６の動作は、以下でより詳細に説明する。加算モジュール３０４は、合成されたオーディオおよびフィードバック信号出力をフィルタ２１４から受け取り、それを変調オシレータ３１８からの信号と合成する。合成された出力は、出力スイッチングトランジスタを駆動する信号を構成するために使用される。スイッチングトランジスタの出力は、変換器２０８に印加される前に、フィルタ３０８によってフィルタリングされる。
【００２４】
図３に示された実装において、電力増幅器３２４は、単一またはユニポーラ電圧供給３１６から動作する、フルブリッジ型のクラスＢＤスイッチング増幅器である。ＢＤ変調（搬送波抑圧変調（carrier suppressed modulation）およびフィルタフリー変調としても知られている）は、出力フィルタリング要件を最小化するために好ましい。フィルタ２１４，３０８は、所望の周波数応答を提供するように構成してもよい。後述するように、所望の周波数応答の例は、図４に示されている。無線周波数帯域における電磁放出を減少させるために、フィルタ３０８は、オーディオ帯域の外側の周波数を遮断するように意図された応答を有している。フィルタ２１４は、電流フィードバックの安定を助けるとともに、変換器の周波数範囲に対応するオーディオ信号の帯域幅を減少させることによって、出力雑音を減少させる。電力増幅器３２４の各出力は、入力信号がなく（０ボルト）供給電圧の約半分の平均値で、約５０％のデューティサイクルにあり、入力信号レベルの変化とは反対方向に等しく動く。この平均値は、差動増幅器に対する基準電圧となる。ある増幅器出力のデューティサイクルが増加する一方で、別の増幅器出力のデューティサイクルは、同じ量だけ減少する。あるフィルタ出力の平均電圧が増加する一方で、別のフィルタ出力の平均電圧は、同じ量だけ減少する。入力オーディオ信号が０ボルトである場合、増幅器３２４の各出力ラインは、約５０％のデューティサイクルで、電力供給レールとグランドとの間をスイッチする。大きな出力信号レベルに対して、各感知抵抗器３１０，３１１にわたるコモンモード電圧は、ある感知抵抗器が供給電圧３１６に向かって動くとともに、別の抵抗器がより低い電圧レールに向かって動くとともに、およそ供給電圧３１６の振幅によって変化する。感知抵抗器３１０，３１１の値は、電力損失を最小化するため、およびオーディオ信号のダイナミックレンジを維持するために、非常に低くなければならない。低い感知抵抗器の値は、小さい感知電圧を生じる。一般に、特別なコモンモード範囲を有する高性能計装グレード差動増幅器は、これらの感知抵抗器にわたる信号のような、差動信号を大きなコモンモード変動と小さい差動モードレベルとで増幅するために使用される。
【００２５】
図３は、同様に、増幅器３２６におけるコモンモード信号レベルの効果を減少させる、感知技術を示している。感知抵抗器３１０，３１１は、１つが各スピーカまたは負荷端子と直列に使用される。これらの感知抵抗器は、抵抗器３１２，３１３およびコンデンサＣ１からなるＲＣ回路網３３０によって、増幅器３２６に接続される。感知抵抗器３１０は、入力端子３１２ａ，３１２ｂにおいて、回路網３３０に接続されるとともに、感知抵抗器３１１は、負荷端子３１３ａ，３１３ｂにおいて、回路網３３０に接続されている。抵抗器Ｒｃ，３１２，３１３，Ｒｆは、抵抗器３２６の電流感知ゲインを設定するために使用される。抵抗器Ｒａ，Ｒｆは、増幅器３２６のオーディオパスゲインを設定するために使用される。増幅器３２６の各入力３２６ａ，３２６ｂは、抵抗器３１２，３１３によって感知抵抗器に接続されている。これらの抵抗器３１２，３１３の各々は、異なる感知抵抗器３１０，３１１、およびスピーカ端子に接続されている。フィルタ３０８の各出力は入力信号なしで供給電圧の約半分になるとともに、入力信号レベルの変化と反対の方向で等しく動くため、増幅器３２６の各入力におけるコモンモード信号レベルは、常に、供給電圧の約半分になる。この感知技術は、コモンモードレベルの変化を減少させるとともに、加算モジュール３２８内の差分構成におけるいずれかのスピーカ端子におけるオーディオ信号の電圧範囲よりも小さいコモンモード入力範囲とともに、従来の演算増幅器の使用を可能にする。差分構成における最良の動作のため、バランス抵抗器３１２，３１３は、厳密に値が一致しなければならない。
【００２６】
いくつかの実施形態において、感知抵抗器３１０，３１１の１つは、除去してもよい（値を０オームに減少させる）。１つの感知抵抗器を除去しても、コモンモード電圧の安定にはほとんど影響しない。そのような実施形態において、揺れが小さいコモンモードの利点は、２つよりもむしろ、１つの感知抵抗器のみの負荷によって、維持されるとともに、ゲインの変化は、他の回路値をリスケールすることによって補償することができる。増幅器３２６の出力からの合成されたオーディオおよび感知電流信号は、フィードバックゲインを減少させるため、およびループの安定を助けるためのローパスフィルタリングを適用するフィルタ２１４を通して、次いで電力増幅器３２４に供給され、電流信号の負フィードバックを生じさせる。この構成は、電力増幅器２０４に対して、基本的に電力消費しない、合成された出力インピーダンス２×ＲＳ×Ｋ１×Ｋ２を生成する。ただし、ＲＳは、抵抗器３１０，３１１の抵抗（オーム）であり、Ｋ１は、電力増幅器３２４のゲインであり、Ｋ２は、電力増幅器３２６のゲインである。この合成された出力インピーダンスの簡略化された数式は、フィルタ２１４，３０８のゲインが、基本的に単一であることを仮定している（一般に、スピーカモジュール１００の動作の実効周波数範囲にわたって事実である）。それは、オーディオ周波数とともに変化するが、合成された出力インピーダンスは、常に正である。
【００２７】
電流測定は、抵抗器、ホール効果センサ、閉ループ磁気センサ、電流感知変成器、感知電界効果トランジスタ（感知ＦＥＴ）によって、行ってもよい。これら代替の電流感知デバイスは、図２のエレメント２１０の代わりであってもよい。図３において、代替の電流感知デバイスは、感知抵抗器３１０，３１１、および抵抗器３１２，３１３と交換される。
【００２８】
いくつかの実施形態では、フィルタ３０８に加えて、感知抵抗器３１０，３１１、および変換器２０８の間に追加されるフィルタが存在してもよい。
【００２９】
オーディオシステム２００の合成された出力インピーダンスは、変換器２０８が電気回路に接続される２つの点にわたって測定されるインピーダンスとして定義される。合成された出力インピーダンスは、０．１オーム〜１００オームの範囲であり得る。図３に示された実装において、増幅器の合成された出力インピーダンスは、変換器のＤＣ抵抗に等しくなるように構成してもよい。出力インピーダンスは、低周波数において数千万になるとともに、周波数が増加するにつれて増加する。一般的な増幅器の低電圧源出力インピーダンスは、さらなる変位を有する要因となる、ドローンのダンピングを減少させる。
【００３０】
図４を参照すると、変換器２０８から１メートルの距離における、オーディオシステム２００の一実装に関して、周波数（Ｈｚ）に対するオーディオ出力（ｄＢ  ＳＰＬ）のグラフが示されている。図４の曲線は、既知のモデリング技術を使用して、オーディオシステム２００の数理モデルから計算されている。曲線４００は、フィードバックを有さないオーディオシステム２００の周波数応答を示すとともに、曲線４０２は、負電流フィードバックを有するオーディオシステム２００の周波数応答を示している。曲線４００，４０２の形状は、使用される変換器のパラメータと、使用されるエンクロージャおよび２次共鳴エレメントの細部とに依存している。曲線４０２の形状は、同様に、電流感知回路のゲインおよび周波数応答と、オーディオシステム２００に対して選択されたフィルタ２１４とに依存している。曲線４０２は、負電流フィードバックの印加から生じる正の合成された増幅器出力インピーダンスを仮定して計算されている。変換器２０８のインピーダンスと組み合わせて、この合成された出力インピーダンスは、ドローン２０９に対して電気的ダンピングの増加を提供する。２次共鳴システム（図２のエンクロージャ２０６およびドローン２０９）の共鳴周波数において、ラウドスピーカシステム２００の入力インピーダンスは、極小である。負電流フィードバックが印加された場合、この周波数範囲内で現在の電流がより大きければ、より大きいフィードバック信号を生じ、次いで、ラウドスピーカシステムの入力インピーダンスがより高い範囲内よりも、この周波数範囲内でシステムに対する駆動をより大きく減少させる。システムに対する駆動は、エンクロージャとともに、ドローンの共鳴周波数において減少されるとともに、ドローンに対する駆動は、負電流フィードバックの印加によって減少する（ドローンエンクロージャ共鳴のＱの効果的な低下）。曲線４０２は、曲線４００よりも平らな周波数応答曲線を示しているとともに、多くの利用に対して好ましい。
【００３１】
曲線４００は、ドローン共鳴に対応する３９Ｈｚの領域に高いＱのピークを有している。このピークは、スピーカモジュールの音響的および機械的コンポーネントにおける変化をつくることによって、有意にシフトすることができる。このピークは、同様に、スピーカモジュールの寿命にわたってシフトする可能性がある。従来のイコライゼーションで所望の周波数応答を実現するために、各ユニットの増幅器は、均一化されたカスタムでなければならない。これらの応答の変化は、所望の周波数応答を実現するイコライゼーション処理を使用するため、それを非実用的なものにする。電流フィードバックを使用することによって、システムは、コンポーネントの変化に対して補償するとともに、スピーカモジュールパラメータが変化しても平らな応答を実現することができる。
【００３２】
図５を参照すると、オーディオシステム２００の一実装から数ミリメートルにおける、ドローン２０９の周波数（Ｈｚ）に対する振動変位のグラフが示されている。図５の曲線は、同様に、既知のモデリング技術を使用して、オーディオシステム２００の数理モデルから計算されている。曲線５００は、フィードバックを有さないオーディオシステム２００のドローンの変位周波数応答を示すとともに、曲線５０２は、フィードバックを有するオーディオシステム２００のドローンの変位周波数応答を示している。曲線５００，５０２の形状は、使用される変換器のパラメータと、使用されるエンクロージャおよび２次共鳴エレメントの細部とに依存している。曲線５０２の形状は、電流感知回路のゲインおよび周波数応答と、オーディオシステム２００に対して選択されたフィルタ２１４とに依存している。図４のように、曲線５０２は、曲線５００のシステムと比較して、ドローンの基本共鳴周辺の減少されたドローン変位を示している。
【００３３】
ラウドスピーカシステムの挙動は、選択された変換器のパラメータと、２次共鳴システムのパラメータとに依存している。設計者は、高い効率でかつ小サイズのシステムを開発することを望んでいるかもしれない。これを実現するために、設計者は、モータの力が強い変換器を選択してもよい。そのような変換器が、小さいエンクロージャを有するシステムで使用される場合、その結果、２次システム共鳴の周波数範囲において、ＳＰＬ出力はピークに達する。２次共鳴システムは、高いＱを有する。
【００３４】
２次共鳴システムが高いＱを有し、かつドローンが２次共鳴エレメントとして使用されるシステムに対して、ドローンは、他の周波数よりも２次共鳴周波数でより容易に過駆動される。過駆動は、ドローンの可動部分の変位が、意図された最大変位を超え、かつドローンの材料が、設計目標を超えて変形した場合に発生する。過駆動の際、ドローンは、望まれない雑音を発生する、または破損し得る。高いＱを有するシステムは、容易に過駆動される。この過駆動状態を回避するために、オーディオシステム２００は、２次共鳴システムのＱが減少するように、その合成された正のインピーダンスを増加させる。負電流フィードバックを使用することによる出力インピーダンスの増加は、２次共鳴周辺のラウドスピーカシステムの音圧出力の周波数応答を平らにするとともに、同様に、ドローンの変位を減少させ、信頼性を向上させる。増幅器がスイッチング型のものである実施形態に対して、正の出力インピーダンスが合成された場合、物理的インピーダンスで消費される実電力はないため、周波数応答は、システム効率に影響せずに向上する。電流制御され合成された出力インピーダンス技術を使用することによって、電力消費エレメントを使用せずに、ドローンのダンピング制御を可能にする。これはフィードバックシステムを使用して果たされるため、周波数応答の向上は、許容誤差の生成または経年劣化のいずれかによって変換器および２次共鳴システムのパラメータが変化した場合でも、得られる。
【００３５】
他の実施も同様に、添付の特許請求の範囲内である。
【符号の説明】
【００３６】
２０４  電力増幅器
２０６  エンクロージャ
２０８  変換器
２０９  ドローン
２１０  電流センサ
２１２  増幅器
２１４  フィルタ
３１０，３１１  感知抵抗器
３１２ａ，３１２ｂ  入力端子
３１３ａ，３１３ｂ  負荷端子
３２６  増幅器
３２６ａ，３２６ｂ  増幅器３２６の入力
【図１】
2010520670.tif 000003
【図２】
2010520670.tif 000004
【図３】
2010520670.tif 000005
【図４】
2010520670.tif 000006
【図５】
2010520670.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月24日(2009.4.24)
【手続補正１】
【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】
ブリッジ構成におけるスイッチング増幅器の負荷を流れる電流を感知する電気的装置であって、
基準と相対的な第１入力電圧を有する第１入力端子（３１２ａ）と、
前記基準と相対的な第２入力電圧を有する第２入力端子（３１３ｂ）と、
前記基準と相対的な第１負荷電圧を有する第１負荷端子（３１２ｂ）と、
前記基準と相対的な第２負荷電圧を有する第２負荷端子（３１３ａ）と、
前記第１入力端子と第１負荷端子との間に接続された第１電流感知エレメント（３１０）と、
前記第２入力端子と第２負荷端子との間に接続された第２電流感知エレメント（３１１）とを具備し、
第１感知電圧（３２６ａ）は、前記第１入力電圧と第２負荷電圧との間の関係によって決定されるとともに、第２感知電圧（３２６ｂ）は、前記第２入力電圧と第１負荷電圧との間の関係によって決定されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記基準は、回路コモン、回路グランド、およびアース接続からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１電流感知エレメントは、抵抗エレメントであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１電流感知エレメントは、本質的に零抵抗であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
分圧器を形成する２つの抵抗エレメントのセットをさらに具備し、
前記第１感知電圧は、前記分圧器によって感知されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記２つの抵抗エレメントは、およそ等しい抵抗を有することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１入力電圧および第２入力電圧は、ほぼ一定のコモンモード電圧を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１入力電圧および第２入力電圧の平均は、前記スイッチング増幅器の動作範囲にわたってほぼ一定であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
電圧差動増幅器をさらに具備し、
前記電圧差動増幅器は、前記第１感知電圧と第２感知電圧との差を感知することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記電圧差動増幅器は、前記第１入力電圧の電圧範囲よりも小さい範囲のコモンモードを有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記スイッチング増幅器をさらに具備し、
前記増幅器は、ブリッジ増幅器の出力セットを有し、
前記第１入力電圧および第２入力電圧は、前記ブリッジ増幅器の出力セットから得られることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
フィルタをさらに具備し、
前記ブリッジ増幅器の出力セットは、前記フィルタによって変更されるとともに、前記第１入力端子および第２入力端子に接続されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記負荷と接続するために、前記第１電流感知エレメントを出力端子に接続する電気的フィルタモジュールをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
図３は、同様に、増幅器３２６におけるコモンモード信号レベルの効果を減少させる、感知技術を示している。感知抵抗器３１０，３１１は、１つが各スピーカまたは負荷端子と直列に使用される。これらの感知抵抗器は、抵抗器３１２，３１３およびコンデンサＣ１からなるＲＣ回路網３３０によって、増幅器３２６に接続される。感知抵抗器３１０は、入力端子３１２ａと負荷端子３１２ｂとの間で回路網３３０に接続されるとともに、感知抵抗器３１１は、入力端子３１３ｂと負荷端子３１３ａとの間で回路網３３０に接続されている。抵抗器Ｒｃ，３１２，３１３，Ｒｆは、抵抗器３２６の電流感知ゲインを設定するために使用される。抵抗器Ｒａ，Ｒｆは、増幅器３２６のオーディオパスゲインを設定するために使用される。増幅器３２６の各入力３２６ａ，３２６ｂは、抵抗器３１２，３１３によって感知抵抗器に接続されている。これらの抵抗器３１２，３１３の各々は、異なる感知抵抗器３１０，３１１、およびスピーカ端子に接続されている。フィルタ３０８の各出力は入力信号なしで供給電圧の約半分になるとともに、入力信号レベルの変化と反対の方向で等しく動くため、増幅器３２６の各入力におけるコモンモード信号レベルは、常に、供給電圧の約半分になる。この感知技術は、コモンモードレベルの変化を減少させるとともに、加算モジュール３２８内の差分構成におけるいずれかのスピーカ端子におけるオーディオ信号の電圧範囲よりも小さいコモンモード入力範囲とともに、従来の演算増幅器の使用を可能にする。差分構成における最良の動作のため、バランス抵抗器３１２，３１３は、厳密に値が一致しなければならない。
【国際調査報告】
2010520670.tif 000008
2010520670.tif 000009
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