(57)【要約】【課題】複数チャンネルのオーディオデータの各パワーを調整しても、歪みが少ない高音質な出力が可能であり、且つ低コスト及び小型化を可能とする。【解決手段】本体部１０から送られてくる音量データに基づきゲインをコントロールしたＰＷＭ信号を出力するｎ（ｎ≦２）個のゲイン調整部２２ｎと、電源電圧を供給する１組のＤＡＣ２５及びレギュレータ２６と、レギュレータ２６からの直流電源を、ＰＷＭ信号に基づいてオンオフ制御し、電源にオーディオ信号成分を重畳させるｎ個のスイッチング増幅部２３ｎと、オーディオ信号成分だけを抽出するｎ個のＬＰＦ２４ｎとを有し、マイクロコンピュータ２１は、音量が最高レベルのチャンネルを検索し、その音量に対応した電圧値をレギュレータ２６から全チャンネルのスイッチング増幅部２３ｎに供給させ、他のチャンネルの音量制御をゲイン調整部２２ｎのゲイン調整により行わせる。【選択図】  図１
2005020086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ（ｎ≧２）チャンネルのオーディオ信号の音量調整が可能なディジタルパワーアンプ装置において、
各チャンネルの音量レベルに応じそのハイレベル期間とローレベル期間との比率を調整したパルス波形を、電源のスイッチング制御を行うスイッチング制御信号として出力するｎ個のゲイン調整手段と、
音量レベルに応じた電圧値の電源電圧を出力するｍ（ｍ＜ｎ）個の電源出力手段と、
上記ゲイン調整手段からのスイッチング制御信号により上記電源出力手段から出力される電源電圧をスイッチング制御するｎ個のスイッチング手段と、
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ｎ個の抽出手段と、
上記抽出手段が出力する出力オーディオ信号の音量レベルを各チャンネル毎に指示する音量指示手段と、
上記音量指示手段により指示された音量レベルに基づき、上記各チャンネルに応じた上記ハイレベル期間とローレベル期間との比率及び上記電源電圧値の制御により各チャンネル毎に上記音量調整を実行させる制御手段とを備え、
上記音量レベルは、上記スイッチング制御信号の上記ハイレベル期間とローレベル期間との比率により音量調整が実行されるゲイン可変範囲と、上記電源電圧値の制御により音量調整が実行される電圧可変範囲とを有し、
上記制御手段は、少なくとも２つのチャンネルの音量レベルは、同一の電源電圧値として音量調整を実行させる
ことを特徴とするディジタルパワーアンプ装置。
【請求項２】
上記少なくとも２つのチャンネル間で同一とされる電源電圧は、該２つのチャンネルのうち高い音量レベルに応じた電源電圧である
ことを特徴とする請求項１記載のディジタルパワーアンプ装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記少なくとも２つのチャンネルのうち高い音量レベルである一方のチャンネルは、その音量レベルに応じたスイッチング制御信号と電源電圧値とにより音量調整を実行させ、他方のチャンネルは、その音量レベルに応じたスイッチング制御信号により音量調整を実行させる
ことを特徴とする請求項２記載のディジタルパワーアンプ装置。
【請求項４】
上記制御手段は、全チャンネルから上記音量指示手段で指示された音量レベルが最も高いチャンネルを選択チャンネルとし、該選択チャンネルは、その音量レベルに応じたスイッチング制御信号と電源電圧値とにより音量調整を実行させ、該選択チャンネル以外のチャンネルは、当該チャンネルの音量レベルに応じたスイッチング制御信号により音量調整を実行させる
ことを特徴とする請求項２記載のディジタルパワーアンプ装置。
【請求項５】
上記音量レベルは、第１のレベルからこの第１のレベルよりも高い第２のレベルまでの上記第１の音量レベル範囲と、上記第２のレベルからこの第２のレベルよりも高い第３のレベルまでの上記第２の音量レベル範囲と、上記第３のレベルからこの第３のレベルよりも高い第４のレベルまでの第３の音量レベル範囲とを有し、
上記制御手段は、上記選択チャンネルが上記第１の音量レベル範囲及び第３の音量レベル範囲にあるときは、上記スイッチング制御信号により音量調整させ、上記選択チャンネルが上記第２の音量レベル範囲にあるときは、上記電源電圧値により音量調整させる
ことを特徴とする請求項４記載のディジタルパワーアンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーディオ信号をスピーカ駆動用に増幅させるディジタルパワーアンプ装置に関し、特にマルチチャンネルオーディオ信号に対応したディジタルパワーアンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、オーディオ信号をスピーカ駆動用に増幅させるパワーアンプ装置が各種製品化されている。このオーディオ信号を増幅させるパワーアンプ装置の１つの方式として、入力したデジタルオーディオ信号を変調した信号で、直接電源をスイッチングして、オーディオ信号を増幅させるディジタルパワーアンプ装置と称されるものが開発されている。このディジタルパワーアンプ装置の場合には、例えば入力したデジタルオーディオ信号に基づいて、パルス幅変調（ＰＷＭ）されたＰＷＭ波（以下、このＰＷＭ波をＰＷＭ信号を称する。）を生成させ、このＰＷＭ信号により安定化された電源を高速でスイッチングさせ、そのスイッチングされた電源をフィルタに供給して、オーディオ信号成分を抽出させる処理を行って、スピーカ駆動信号を得るようにしたものである。
【０００３】
このようなディジタルパワーアンプ装置でスピーカ装置から出力されるオーディオの音量調整をデジタルデータの段階で行う方法としては、次の２種類が知られている。１つ目の方法としては、ＰＷＭ信号により示されるレベルを、ゲインコントロール回路で音量の調整値に対応して可変させる方法である。２つ目の方法としては、スイッチング手段に供給する電源電圧値を、音量の調整値に対応して可変させる方法である。
【０００４】
この２つの方法のいずれかを適用することで、出力オーディオ信号のレベル調整が行え、接続されたスピーカ装置から出力されるオーディオの音量調整が可能であるが、いずれの音量調整方法であっても、歪みが比較的大きく発生する領域が存在し、出力オーディオ信号に歪みが発生する問題があり、出力オーディオ信号の音質を劣化させる。これに対し、スイッチング素子を使用したアンプ装置でのディジタル的な音量調整が音質劣化なく行えるようにしたディジタルパワーアンプ装置が下記特許文献１に記載されている。
【０００５】
図１０は、特許文献１に記載のディジタルパワーアンプ装置１１０の全体構成を示す図である。ディジタルパワーアンプ装置１１０は、外部のオーディオ信号源（図示せず）から端子１１１に得られるデジタルオーディオ信号を、ゲインコントロール部１１２に供給する。
【０００６】
このゲインコントロール部１１２は、供給されるデータにゲインを設定する演算を行って、ゲイン制御を行う回路であり、中央制御ユニット（ＣＰＵ）１２０からの指示でゲイン制御が行われる。ゲインコントロール部１１２で単位期間あたりのハイレベル期間とローレベル期間との比率を変化させることで、結果的に出力音声信号のゲインが制御されることになる。
【０００７】
次に、ゲインコントロール部１１２でゲイン制御された信号は、デルタシグマ変換器１１３で１ビット方式のデジタルオーディオデータに変換され、さらにＰＷＭ変換部１１４に供給され、スイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号を生成させる。ＰＷＭ変換部１１４の具体的な構成としては、例えばデジタルデータをデルタシグマ変調されたデータに基づいてＰＷＭ信号を生成させる変調回路とで構成される。
【０００８】
ＰＷＭ変換部１１４で生成されたＰＷＭ信号は、例えば電界効果トランジスタ等のスイッチング素子を備えるスイッチング増幅部１１５に供給し、電源回路１１８から供給される安定化された直流電源を、ＰＷＭ信号に基づいてオンオフ制御し、電源にオーディオ信号成分を重畳させる。スイッチング増幅部１１５でスイッチングされた信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１６に供給して、スイッチングにより発生した高周波成分を除去してオーディオ信号成分だけを抽出し、その抽出されたオーディオ信号成分を、スピーカ駆動信号としてスピーカ接続端子１１７に接続されたスピーカ装置１０１に供給し、このスピーカ装置１０１から所定の音量でオーディオ（音声）を出力させる。
【０００９】
ここで、電源回路１１８としては、出力直流電源の電圧値が可変できる可変電源を使用してあり、ＣＰＵ１２０により電圧値が制御されるようにしてある。このＣＰＵ１２０による電源電圧値の制御は、ＣＰＵ１２０での音量調整状態に対応して行われる。なお、このディジタルパワーアンプ装置１１０は、各種操作キーや音量調整用のボリュームつまみ等で構成される操作部１１９を備えて、この操作部１１９の操作状況をＣＰＵ１２０が判断して、ＣＰＵ１２０が音量調整などの各種制御を行うようにしてある。
【００１０】
図１１は、縦軸に電源電圧をとり、横軸にゲイン設定値をとって、パワーアンプの音量調整を実行した場合の調整例を示した図である。ディジタルアンプ装置１１０は、電源回路１１８での電源電圧は３Ｖから３０Ｖの範囲で調整可能としてあり、ゲインコントロール回路１１３でのゲイン制御については、ゲイン０．１から０．９の範囲で調整可能としてある。
【００１１】
図１１の実線で示す特性ＶＬ１とした場合、即ち、出力電力０Ｗのとき（即ち最小の音量としたとき）、電源電圧を３Ｖとし、ゲイン設定値を０．１し、この状態から出力電力０．２５Ｗまでの間では、ゲイン設定値を音量に比例して大きくして音量調整し、出力電力０．２５Ｗから出力電力２５Ｗまでの範囲では、ゲイン設定値を０．５に固定し、電源電圧を３Ｖから３０Ｖまで音量に比例して大きくさせて音量調整させ、更に、出力電力２５Ｗ以上に音量を上げるときには、電源電圧を３０Ｖに固定し、ゲイン設定値を０．５から０．９まで音量に比例して大きくさせて音量調整させるようにすることにより、低歪みで良好な音量調整が行える。
【００１２】
このように、ゲインの設定値と電源電圧値とを可変に制御して音量調整することにより、低歪みとすることができる効果について説明する。図１２は、電力と歪み率との関係を示すグラフ図である。図１２に示すように、ゲインコントロール回路でのゲイン調整だけで音量調整した場合の特性ＶＬａ及び電源回路での電源電圧調整だけで音量調整した場合の特性ＶＬｂのいずれも場合においても、歪み率の最低値が０．１％程度であるのに対して、ゲインと電源電圧とを組み合わせた特性ＶＬ１の場合には、歪み率の最低が０．０１％以下になっている。
【００１３】
即ち、電源電圧の調整で最も歪みの少ない範囲（図１１に示す１０Ｖから２０Ｖまでの範囲Ｖ０）を、最も良く使用される範囲である音量調整範囲のほぼ中間位置に設定することで、この最も良く使用される範囲の出力オーディオを低歪みとすることができる。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−３１５０８６号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記特許文献１に記載のオーディオパワーアンプ装置は、ゲイン調整と電源電圧調整とを組み合わせて音量調節することにより、低歪みのオーディオを出力することができるものの、マルチチャンネルのオーディオ出力に対応することができない。
【００１６】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、複数チャンネルのオーディオデータの各パワーを調整しても、歪みが少ない高音質な出力が可能であり、且つ低コスト及び小型化を可能とするマルチチャンネル対応型のオーディオパワーアンプ装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係るディジタルパワーアンプ装置は、ｎ（ｎ≧２）チャンネルのオーディオ信号の音量調整が可能なディジタルパワーアンプ装置において、各チャンネルの音量レベルに応じそのハイレベル期間とローレベル期間との比率を調整したパルス波形を、電源のスイッチング制御を行うスイッチング制御信号として出力するｎ個のゲイン調整手段と、音量レベルに応じた電圧値の電源電圧を出力するｍ（ｍ＜ｎ）個の電源出力手段と、上記ゲイン調整手段からのスイッチング制御信号により上記電源出力手段から出力される電源電圧をスイッチング制御するｎ個のスイッチング手段と、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ｎ個の抽出手段と、上記抽出手段が出力する出力オーディオ信号の音量レベルを各チャンネル毎に指示する音量指示手段と、上記音量指示手段により指示された音量レベルに基づき、上記各チャンネルに応じた上記ハイレベル期間とローレベル期間との比率及び上記電源電圧値の制御により各チャンネル毎に上記音量調整を実行させる制御手段とを備え、上記音量レベルは、上記スイッチング制御信号の上記ハイレベル期間とローレベル期間との比率により音量調整が実行されるゲイン可変範囲と、上記電源電圧値の制御により音量調整が実行される電圧可変範囲とを有し、上記制御手段は、少なくとも２つのチャンネルの音量レベルは、同一の電源電圧値として音量調整を実行させることを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、ゲイン可変と電圧可変により音量調整することで高音質の出力オーディオ信号が得られるディジタルアンプ装置をマルチチャンネルオーディオデータに対応させる際、制御手段は、少なくとも２つのチャンネルに関しては同一の電源電圧値として音量調整を実行させることにより、電源出力手段は各チャンネル毎の音量レベルに応じた電源電圧値を供給するために全チャンネル分（ｎ個）設ける必要がなく、チャネル数未満とすることができる。
【００１９】
また、上記制御手段は、上記少なくとも２つのチャンネルのうち高い音量レベルである一方のチャンネルは、その音量レベルに応じたスイッチング制御信号と電源電圧値とにより音量調整を実行させ、他方のチャンネルは、その音量レベルに応じたスイッチング制御信号により音量調整を実行させることができ、一方のチャンネルの電圧値と同一とされた他方のチャンネルはスイッチング制御信号の上記ハイレベル期間とローレベル期間との比率により音量調整することができる。
【００２０】
更に、上記制御手段は、全チャンネルから上記音量指示手段で指示された音量レベルが最も高いチャンネルを選択チャンネルとし、該選択チャンネルは、その音量レベルに応じたスイッチング制御信号と電源電圧値とにより音量調整を実行させ、該選択チャンネル以外のチャンネルは、当該チャンネルの音量レベルに応じたスイッチング制御信号により音量調整を実行させることができ、ｎチャンネルの音量制御を行う場合であっても、電源出力手段を１つとすることができる。
【００２１】
更にまた、上記音量レベルは、第１のレベルからこの第１のレベルよりも高い第２のレベルまでの上記第１の音量レベル範囲と、上記第２のレベルからこの第２のレベルよりも高い第３のレベルまでの上記第２の音量レベル範囲と、上記第３のレベルからこの第３のレベルよりも高い第４のレベルまでの第３の音量レベル範囲とを有し、上記制御手段は、上記選択チャンネルが上記第１の音量レベル範囲及び第３の音量レベル範囲にあるときは、上記スイッチング制御信号により音量調整させ、上記選択チャンネルが上記第２の音量レベル範囲にあるときは、上記電源電圧値により音量調整させることができ、ゲイン調整手段によるゲイン可変と電源出力手段による電圧可変とを適宜組み合わせることで、ビット割れすることなく、高音質のオーディオデータを出力可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、多チャンネル・スピーカ出力を要するディジタルＡＶ（オーディオ・ビデオ）アンプ装置に適用したものである。
【００２３】
図１及び図２は、本発明の実施の形態におけるディジタルパワーアンプ装置１を示す図であって、夫々外観図及びブロック図である。図１及び図２に示すように、ディジタルパワーアンプ装置１は、マスタボリュームを調整するボリュームつまみ（ボリュームエンコーダ）１１、メニュ（チャンネル）を切替えるメニュつまみ（メニュエンコーダ）１２及び切替えたチャンネルの音量パラメータを切替えるパラメータ切替つまみ（パラメータエンコーダ）１３等の複数のユーザ操作となるロータリ・エンコーダを有しており、これらを使用してユーザが音量を調節することができる。また、ユーザの指示状態は、アンプ装置１のフロントパネル上に配置されるＦＬ（Ｆｒｏｎｔ  Ｌｕｍｉｎｏｕｓ）表示管１４に表示される。更に、ユーザからのリモートコントロールを受け付けるリモートコントロール信号の受光部１６及びメインメニュを表示するメインメニュキー１５等の各種操作部が設けられている。
【００２４】
この本体部１０は、図２に示すように、操作部用マイクロコンピュータ１７を有し、各エンコーダ１１〜１３の値、受光部１６により受光されたリモートコントロール信号の受光結果等がマイクロコンピュータ１７に入力され、これが制御部２０に出力される。図３は、本体部１０から制御部２０へ出力されるデータを示す図である。本体部１０に設けられる操作部用マイクロコンピュータ１７と制御部２０に設けられる制御部用マイクロコンピュータ２１とがシリアル通信することで本体部１０と制御部２０とがデータのやり取りを行うことができる。ここで、本体部１０から制御部２０へ出力されるユーザ操作に応じたボリュームデータは、図３に示すパケット３０として出力される。パケット３０は、インデックス番号とこれに対応するデータ内容とを有し、メインボリュームを示すデータ、各チャンネル毎のレベルを示すデータ、チャンネルのミューティングを指示するデータ、及び個別チャンネルの切替えを指示するデータ等の各データ内容がインデックス番号を示す情報と共にパケット３０として制御部２０に入力される。なお、メインボリュームは、２バイト（上位及び下位）のデータで示される。
【００２５】
制御部２０は、本体部１０から送られてくるパケット３０のボリュームデータに基づき各チャンネル毎に、各部位を制御する制御部用マイクロコンピュータ２１と、制御部用マイクロコンピュータ２１の制御信号に基づきゲインをコントロールしたＰＷＭ信号を各チャンネル毎に出力するｎ（ｎ≧２）個のゲイン調整部２２１〜２２８（以下、ゲイン調整部２２ｎという。）と、制御部用マイクロコンピュータ２１からの制御信号が供給されるｍ（ｍ＜ｎ）個のＤＡＣ（ディジタル・アナログ・コンバータ）２５と、このＤＡＣからの制御信号により音量レベルに応じた電源電圧を与えるｍ（ｍ＜ｎ）個のレギュレータ２６と、レギュレータ２６からの安定化された直流電源を、ＰＷＭ信号に基づいてオンオフ制御し、各チャンネル毎に電源にオーディオ信号成分を重畳させるｎ個のスイッチング増幅部２３１〜２３８（以下、スイッチング増幅部２３ｎという。）と、スイッチングにより発生した高周波成分を除去して各チャンネル毎にオーディオ信号成分だけを抽出するｎ個のＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）２４１〜２４８（以下、ＬＰＦ２４ｎという。）と、抽出された各チャンネル毎のオーディオ信号成分が供給され、各チャンネルに対応して設けられたｎ個のスピーカ装置２７１〜２７８（以下、スピーカ装置２７ｎという。）とを有している。なお、上述のパケット３０におけるチャンネルのミューティングを指示するデータ及び個別チャンネルの切替えを指示するデータは、制御用マイクロコンピュータ２１からスピーカ装置２７ｎに供給され、各チャンネル毎にミューティング及び切り替えが指示されるものとする。
【００２６】
また、本実施の形態においては、特にチャンネル数ｎ＝８の８チャンネルのオーディオ信号の音量調整を行うディジタルパワーアンプ装置について説明するが、チャンネル数は８に限らず、２以上であればよいことはいうまでもない。
【００２７】
制御部用マイクロコンピュータ２１は、本体部１０の操作用マイクロコンピュータ１７から供給される音量データに基づき各チャンネルのボリュームを制御する制御信号を各チャンネルに応じて設けられているゲイン調整部２２ｎに出力する。
【００２８】
ゲイン調整部２２ｎは、外部のオーディオ信号源（図示せず）から端子２８を介してデジタルオーディオ信号が供給される。この場合、入力されるデジタルオーディオ信号としては、例えばコンパクトディスク（ＣＤ）から再生したマルチビット（例えば１６ビット）方式のデジタルオーディオデータ（即ち例えば１サンプルを１６ビットで表したデータ）等である。
【００２９】
このゲイン調整部２２ｎは、図４に示すように、マイクロコンピュータ２１からの制御信号に応じてゲイン制御を行うゲインコントロール部３１と、ゲイン制御された信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変換器３２と、デルタシグマ変調されたデータをＰＷＭ信号に変換するＰＷＭ変換器３３とを有する。
【００３０】
ゲインコントロール部３１は、供給されるオーディオデータに対し、ゲインを設定する演算を行ってゲイン制御を行う回路であり、制御用マイクロコンピュータ２１からの指示でゲイン制御が行われる。ここで、ゲイン制御が行われるのは、制御用マイクロコンピュータ２１により音量調整を行うときであって、各チャンネルの音量レベルに応じてなされるものである。
【００３１】
そして、ゲインコントロール部３１でゲイン制御された信号は、デルタシグマ変換器３２で１ビット方式のデジタルオーディオデータに変換され、さらにＰＷＭ変換部３３に供給され、スイッチング素子を駆動するためのＰＷＭ信号を生成させる。ＰＷＭ変換部３３の具体的な構成としては、例えばデジタルデータをデルタシグマ変調されたデータに基づいてＰＷＭ信号を生成させる変調回路とで構成される。
【００３２】
このゲイン調整部２２ｎにおいて、音量を調整する際には、本体部１０からゲインデータを転送する必要がある。しかし、フルビットのデータが入力されている場合に、音量の上げ下げをゲイン調整部２２ｎにおいて行うとビット欠けによる音質低下が発生する。
【００３３】
そこで、ある音量レベルの範囲を設け、そのレベル範囲内においては、ゲイン調整部２２ｎへのゲインデータ転送を行わずにゲイン固定のまま、後段のスイッチング増幅部２３ｎに供給する電圧を制御することでビット欠けによる音質低下を防ぐことができる。また、上述したように、ボリュームレベルに応じ、適宜、ゲイン調整部２２ｎによりゲイン制御を行うか、ＤＡＣ２５及びレギュレータ２６により電源電圧制御を行うか、又は双方同時に制御することで、低歪みの領域を使用してボリュームの調整を行うことができる。
【００３４】
図５は、音量に対応して設けられたゲイン可変領域Ａ、電圧可変領域Ｂ、ゲイン可変領域Ｃを示すグラフ図であって、縦軸にゲイン調整部２２ｎにおいて調整されるゲインの大きさ、横軸は音量の大きさを示す。例えば、図５に示すように、電源電圧により音量調整する第２の音量レベル範囲としての電源可変領域Ｂを設ける。図５に示す場合においては、この電源可変領域Ｂを挟んで−∞乃至−４３ｄＢの第１の音量レベル範囲としての第１のゲイン可変領域Ａと、−２３ｄＢ乃至０ｄＢの第３の音量レベル範囲としての第２のゲイン可変領域Ｂにある場合において、ゲイン調整部２２ｎのゲイン制御により音量調節を行う。
【００３５】
次に、ゲイン調整部２２ｎにおけるゲインコントロールについて更に詳細に説明する。図６は、ゲイン制御が行われた信号をＰＷＭ変換したグラフを示す図である。ゲインコントロール部３１でゲイン制御が行われた信号をＰＷＭ変換した場合、例えば１単位のパルスが期間ｔ０で示されるとき、図６のＡ〜Ｅに示すように前半がハイレベルで後半がローレベルになるパルスでオーディオデータの波形が示されているとする。この図６のＡ〜Ｅに示すパルス波形は、幅Ｗ１の範囲内でのパルス波形の立ち下がり位置の変化を使用し、オーディオデータを示したものである。図６のＣに示すように、期間ｔ０内でハイレベル期間とローレベル期間とが等しい状態がレベル０の状態を示す。また、図６のＡに示すように、最もハイレベル期間が長くなっている状態が、例えば＋側等、一方に最大レベルとなった状態であり、図６のＥに示すように、最もローレベル期間が長くなっている状態が、例えば−側等、他方に最大レベルとなった状態である。
【００３６】
この図６のＡ〜Ｅに示す波形変化で示されるオーディオデータを示す波形のゲインを調整して、ゲインを小さくしたとき、例えば図６のＦ〜Ｊに示す波形となる。この図６のＦ〜Ｊに示すパルス波形は、幅Ｗ２（但しＷ２＜Ｗ１）の範囲内でのパルス波形の変化を使用し、オーディオデータが示されるようにしたもので、Ｆ乃至Ｊのパルスが夫々Ａ乃至Ｅのパルスのゲインを小さくした場合を示す。Ｃと同様、期間ｔ０内でハイレベル期間とローレベル期間とが等しいＨに示す状態がレベル０の状態である。
【００３７】
このようにゲインコントロール部３１で単位期間あたりのハイレベル期間とローレベル期間との比率を変化させることで、結果的に出力オーディオ信号のゲインが制御されることになる。なお、図６に示す１単位の期間ｔ０の両端部に設けられている所定幅ｔ１は、後述するスイッチング増幅部２３ｎにおけるスイッチング速度が追随しないために、パルス波形が変化することを設定することが困難な位置である。また、この幅ｔ１に続く所定幅ｔ２の範囲では、スイッチング増幅部１５で増幅された出力にある程度の歪みが発生する。従って、幅Ｗ１として使用できる最大幅は、１単位の期間ｔ０よりやや短くなり、例えば期間ｔ０の９０％と設定される。
【００３８】
図２に戻って、ＰＷＭ変換部３３で、各チャンネルに対応して生成されたＰＷＭ信号は、各チャンネルに対応して設けられたスイッチング増幅部２３ｎに供給され、レギュレータ２６から供給される安定化された直流電源を、ＰＷＭ信号に基づいてオンオフ制御し、電源に各チャンネルに対応するオーディオ信号成分を重畳させる。スイッチング増幅部２３ｎが備え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を使用する。このスイッチング増幅部２３ｎとしては、複数のＩＣをパッケージ（モジュール）化したＨｙｂｒｉｄ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ（ＨＩＣ）等を使用することができ、例えば、プレドライバ（Ｐｒｅ  Ｄｒｉｖｅｒ）ＩＣとＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）ドライバＩＣとがパッケージされたもの等を使用することができる。
【００３９】
各スイッチング増幅部２３ｎでスイッチングされた信号は、各ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２４ｎに供給され、スイッチングにより発生した高周波成分を除去することでオーディオ信号成分だけが抽出される。抽出された各チャンネル毎のオーディオ信号成分は、スピーカ駆動信号として夫々各チャンネルに対応して設けられたスピーカ装置２７ｎに供給され、このスピーカ装置２７ｎから所定の音量でオーディオ（音声）が出力される。
【００４０】
本実施の形態における８チャンネルのスピーカ装置２７ｎは、レフトスピーカ２７１、ライトスピーカ２７２、センタースピーカ２７３、ウーファースピーカ２７４、サラウンドレフトスピーカ２７５、サラウンドライトスピーカ２７６、サラウンドバックレフトスピーカ２７７、及びサラウンドバックライトスピーカ２７８からなる。
【００４１】
レフトスピーカ２７１及びライトスピーカ２７２は、夫々左及び右に配置され、夫々レフトチャンネル及びライトチャンネルのオーディオデータによる再生音を再生するものであり、ステレオ音響効果を発揮する。
【００４２】
レフトスピーカ２７１、及びライトスピーカ２７２、及びセンタースピーカ２７３は、夫々左、右及び中央に配置され、夫々レフトチャンネル、ライトチャンネル及びセンタチャンネルのオーディオデータによる再生音を再生するものであり、映画等であれば俳優のせりふ等の最も重要な再生音を出力する。
【００４３】
また、ウーファースピーカ２７４は、ウーファーチャンネルのオーディオデータによる再生音を再生するものであり、例えば爆発音等の振動として感じられるような音を効果的に出力するものである。
【００４４】
サラウンドレフトスピーカ２７５、サラウンドライトスピーカ２７６、サラウンドバックレフトスピーカ２７７、及びサラウンドバックライトスピーカ２７８は、夫々サラウンドレフトチャンネル、サラウンドライトチャンネル、サラウンドバックレフトチャンネル、及びサラウンドバックライトチャネルのオーディオデータによる再生音を出力するものであり、残響音、拍手、歓声に包まれたような印象を与える効果があり、これにより、立体的な音像を作りだすことができる。
【００４５】
ＤＡＣ２５及びレギュレータ２６は、出力直流電源の電圧値が可変に設定可能な可変電源であり、制御部用マイクロコンピュータ２１により電圧値が制御されるようになされている。この制御部用マイクロコンピュータ２１による電源電圧値の制御は、後述する電圧設定用チャンネルの音量レベルに応じて行われ、例えば図５に示すように、−４３ｄＢ乃至−２３ｄＢの電圧可変領域Ｂの間は、０．５乃至５．０Ｖで電圧が可変に設定される。
【００４６】
具体的には、例えばスイッチング増幅部２３ｎでスイッチングされたパルス波形が、例えば図７（ａ）に示す波形であるとすると、このパルス波形の波高値Ｖ１が電源電圧に相当する。ここで、マイクロコンピュータ２１の制御で、図７（ｂ）に示すように、より高い波高値Ｖ２のパルス波形とするような電源電圧として、出力オーディオ信号の音量を上げたり、図７（ｃ）に示すように、さらに高い波高値Ｖ３のパルス波形とするような電源電圧として、出力オーディオ信号の音量を更に上げるようにすることが可能である。
【００４７】
ここで、通常、５．１ｃｈ以上のＡＶアンプ等、本実施の形態の如く、スピーカ出力を複数要するアンプ設計の場合、適切な音場効果を得るために、マスタボリューム値に対して、各チャンネルに適切なレベル補正を与える必要がある。この実現は、ゲイン可変用のゲイン調整部と、電圧可変用のスイッチング増幅部と、スイッチング増幅部の電圧供給源となるレギュレータと、このレギュレータを制御するＤＡＣとからなる組合せを各々のスピーカ・チャンネルの数だけ用意させれば実現することができる。
【００４８】
しかしながら、各組み合わせをスピーカ出力数が増える度に用意すると、アンプ装置１のコストが増大してしまうと共に回路が大型化してしまう。そこで、本実施の形態においては、マルチチャネルに対応したアンプ装置１における多チャンネル・ディジタルアンプ制御において、回路構成の簡易化及びコスト削減のために、上記スイッチング増幅器２３ｎへ電源供給を行うレギュレータ及びＤＡＣの組合せをスピーカ・チャンネル数分の組ではなく、チャンネル数未満としても高音質の設計を実現させるものである。これにより、マルチチャンネル対応型のディジタルパワーアンプ装置において、装置の高コスト化及び大型化を防止することができる。特に、本実施の形態においては、電源電圧を制御するレギュレータ及びＤＡＣが１組（ｍ＝１）の場合について説明するが、ＤＡＣ２５及びレギュレータ２６からなる電源出力手段はこれに限らず、チャンネル数ｎ未満とすることにより、回路構成の簡易化及びコスト削減の効果を奏するものである。
【００４９】
上述したように、ゲイン調整部２２ｎによりゲイン制御してボリューム調整するか、ＤＡＣ２５及びレギュレータ２６により電圧制御してボリューム調整するかは、各チャンネルに設定されている電圧可変領域によって異なる場合がある。本実施の形態においては、音量に応じて３つのレベル領域を設けるものとし、図７に示すゲイン可変領域Ａ、Ｂは、ゲイン調整部２２１〜２２８により音量調整を行う領域として設定されており、本実施の形態においては、−∞乃至−４３ｄＢがゲイン可変領域Ａであり、−２３ｄＢ乃至０ｄＢがゲイン可変領域Ｃとなっている。一方、電圧可変領域Ｂは、ＤＡＣ２５及びレギュレータ２６により音量調整を行う領域として設定されており、本実施の形態においては、―４３ｄＢ乃至―２３ｄＢとなっている。なお、ゲイン可変領域、電圧可変領域の設定の仕方はこれに限らず、例えば音量レベルを４段階とし、ゲイン可変領域Ａ、電圧可変領域Ｂ、ゲイン可変領域Ｃの後に、電圧可変領域Ｄを更に設けたり、ゲイン可変領域及び電圧可変領域を上記領域Ａ〜Ｃより狭い範囲として複数設けたりしてもよい。
【００５０】
マルチチャネルの場合、各チャンネルによって音量の大きさが異なるため、各チャンネルの音量は夫々異なるレベル領域にある場合がある。ここで、本実施の形態のように、電源を供給するＤＡＣ２５及びレギュレータ２６（以下、電源回路という。）の組合せを１つにしても、全チャンネルが同一のレベル領域、即ち、例えば全チャンネルが同じゲイン可変領域Ａ又はＣにあれば、各々のチャンネルに対応するゲイン調整部２２１〜２２８で個別にゲイン可変制御することができる。即ち、本実施の形態においては、全チャンネルの音量がゲイン可変領域Ａにある場合、電圧は０．５Ｖと一定であり、また全チャンネルの音量がゲイン可変領域Ｃにある場合、電圧は５．０Ｖと一定とするため、１つの電源回路で、各チャンネル毎に設けられたスイッチング増幅部へ電源電圧を供給することができる。
【００５１】
一方、電源回路を１つにする際、問題となるのはゲイン可変領域Ａ又はＣにあるレベルのチャンネルも存在すれば、電圧可変領域Ｂにあるレベルのチャンネルも存在する状態や、電圧設定用チャンネルが電圧可変領域Ｂに存在する状態等である。このような状態に対しても、電源回路を１つとしてボリューム調整する方法について説明する。
【００５２】
図８は、ディジタルパワーアンプ装置における音量制御方法を示すフローチャートである。制御用マイクロコンピュータ２１において、図８に示すように、所定のタイミングで各チャンネルについての音量変化があるか否かが判定される（ステップＳ１）。音量変化があれば、全チャンネルについて、最大音量、即ち、最大電圧となるチャンネルを検索する（ステップＳ２）。この最大電圧となるチャンネルはその電圧値が、ＤＡＣ２５及びＲＥＧ２６により、全てのチャンネルに対する電圧値として設定される電圧設定用チャンネルとして選択された選択チャンネルとなるものである。
【００５３】
次に、ステップＳ２で検索された電圧設定用チャンネルの音量が、図５に示したように、ゲイン可変領域Ａ又はＣであるか、電圧可変領域Ｂであるかが判定される（ステップＳ３）。電圧可変領域Ｂである場合は、電圧設定用チャンネルの音量に応じて電圧可変制御がなされ（ステップＳ４）、その他のチャンネルにおいてもこの電圧設定用チャンネルの電圧値が設定される。即ち、ＤＡＣ２５及びレギュレータ２６が１つであるため、電圧設定用チャンネル以外のチャンネルにおいては、もともとあるべきＤＡＣの出力値より増大することになるため、結果的にスピーカ出力までも増大してしまう。従って、対応する各ゲイン調整部２２ｎにおいて、そのレベル増大分に相当する量をゲイン可変によって絞るよう、後述する音量調整処理を行う。
【００５４】
一方、電圧設定用チャンネルの音量がゲイン可変領域であれば、ゲイン調整部によりゲイン調整される（ステップＳ５）。
【００５５】
ここで、最大音量となっている電圧設定用チャンネルの音量がゲイン可変領域Ａである場合は、電圧設定用チャンネルの電圧値と全チャンネルの電圧値とは一致し、０．５Ｖに設定され、各チャンネルは、各チャンネルの音量に応じて、各チャンネル毎に設けられたゲイン調整部２２ｎによりゲイン調整がなされる。一方、電圧設定用チャンネルの音量が、ゲイン可変領域Ｃにあって、電圧設定用チャンネル以外のチャンネルのうち、ゲイン可変領域Ａ、及び電圧可変領域Ｂにあるチャンネルは、上述と同様、本来設定される電圧値より高い電圧値に設定されることになるため、対応するゲイン調整部２２ｎにより後述するゲイン調整がなされる。
【００５６】
次に、ステップＳ４又はステップＳ５において、電圧設定用チャンネル以外のチャンネルであって、本来の電圧値より高い電圧に設定されたチャンネルの音量制御方法について説明する。図９に示すように、先ず、制御用マイクロコンピュータ２１において、各チャンネルについて、電圧設定用チャンネルの電圧値、即ちＤＡＣ２５の固定電圧により、その電圧値が本来設定されるべき電圧値より高くなってしまった音量を算出する（ステップＳ１１）。
【００５７】
次に、電圧設定用チャンネルの電圧値を出力するようＤＡＣ２５を制御する（ステップＳ１２）。次いで、ステップＳ１１にて算出した音量を相殺するためのゲイン量を、対応するゲイン調整部２２ｎに設定する（ステップＳ１３）。各ゲイン調整部２２ｎでは、制御部用マイクロコンピュータ２１から送られてくるゲイン制御信号に基づき、ゲイン調整することで、上記最大電圧により増大してしまった音量を本来の音量レベルとすることができる。最後に、各チャンネルにおいて算出した音量の変化量により、音量のＲＡＭバッファを更新する（ステップＳ１４）。
【００５８】
以上の処理により、多チャンネル・ディジタルアンプ装置１において、ＤＡＣ２５及びレギュレータ２６を１組として回路構成を簡易化しても、電圧可変とゲイン可変（絞り）制御を同時に行うことで任意のレベル・バランスの状態を実現することができる。
【００５９】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。電圧可変における音質低下防止は、−４３ｄＢ乃至−２３ｄＢの図５に示す電圧可変領域Ｂが固定範囲ではなく、ハードウェアの構成等によりその範囲は適宜変更することができる。また、上述したように、電圧可変領域を複数設けてもよく、ゲイン可変領域も２以上設けてもよい。
【００６０】
また、スイッチング増幅器２３ｎに供給する電源回路であるＤＡＣ２５及びレギュレータ２６を１つとして説明したが、例えば、スピーカ装置２７１〜２７４のＦｒｏｎｔ系スピーカと、スピーカ装置２７５〜２７８のＲｅａｒ系スピーカの２系統に分け、ＤＡＣ及びレギュレータの組を２つとする等、電源回路は２以上設けてもよい。いずれの場合においても、上述したように、電圧設定用チャンネルの電圧値に他のチャンネルの電圧値を合わせ、ゲイン調整することで、ＤＡＣ及びレギュレータからなる電源回路をスピーカ装置と同一個数未満とすることができ、回路を増大することなく、低コストであるアンプ装置とすることができる。また、このように電源回路がチャンネル数未満であっても、電圧可変及びゲイン可変の制御を組み合わせて行うことにより、ビット割れをなくし、且つ歪みが少ない高音質設計が可能となる。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係るディジタルパワーアンプ装置は、ｎ（ｎ≧２）チャンネルのオーディオ信号の音量調整が可能なディジタルパワーアンプ装置において、各チャンネルの音量レベルに応じそのハイレベル期間とローレベル期間との比率を調整したパルス波形を、電源のスイッチング制御を行うスイッチング制御信号として出力するｎ個のゲイン調整手段と、音量レベルに応じた電圧値の電源電圧を出力するｍ（ｍ＜ｎ）個の電源出力手段と、上記ゲイン調整手段からのスイッチング制御信号により上記電源出力手段から出力される電源電圧をスイッチング制御するｎ個のスイッチング手段と、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ｎ個の抽出手段と、上記抽出手段が出力する出力オーディオ信号の音量レベルを各チャンネル毎に指示する音量指示手段と、上記音量指示手段により指示された音量レベルに基づき、上記各チャンネルに応じた上記ハイレベル期間とローレベル期間との比率及び上記電源電圧値の制御により各チャンネル毎に上記音量調整を実行させる制御手段とを備え、上記音量レベルは、上記スイッチング制御信号の上記ハイレベル期間とローレベル期間との比率により音量調整が実行されるゲイン可変範囲と、上記電源電圧値の制御により音量調整が実行される電圧可変範囲とを有し、上記制御手段は、少なくとも２つのチャンネルの音量レベルは、同一の電源電圧値として音量調整を実行させるので、ビット割れを防止し且つ歪みが少ない高音質設計としても、電源出力手段をチャンネル数未満とすることができるので、マルチチャンネルオーディオ信号に対応した小型で安価であるパワーアンプ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるディジタルパワーアンプ装置を示す外観図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるディジタルパワーアンプ装置を示すブロック図である。
【図３】上記ディジタルパワーアンプ装置における本体部から制御部へ出力されるデータを示す図である。
【図４】上記ディジタルパワーアンプ装置におけるゲイン調整部を示すブロック図である。
【図５】縦軸にゲイン調整部において調整されるゲインの大きさをとり、横軸に音量の大きさをとって、音量に対応して設けられたゲイン可変領域Ａ、電圧可変領域Ｂ、ゲイン可変領域Ｃを示すグラフ図である。
【図６】上記ディジタルパワーアンプ装置におけるゲイン調整部から出力される信号であって、ゲイン制御が行われた信号をＰＷＭ変換した信号波形を示す図である。
【図７】上記ディジタルパワーアンプ装置において、スイッチング増幅部に供給される電源電圧値をコントロールすることにより音量調整する場合の信号波形を示す図である。
【図８】上記ディジタルパワーアンプ装置における音量制御方法を示すフローチャートである。
【図９】上記ディジタルパワーアンプ装置における音量制御において、電圧設定用チャンネル以外のチャンネルであって、本来の電圧値より高い電圧に設定されたチャンネルの音量制御方法を示すフローチャートである。
【図１０】特許文献１に記載のディジタルパワーアンプ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１１】縦軸に電源電圧をとり、横軸にゲイン設定値をとって、上記特許文献１に記載のパワーアンプの音量調整を実行した場合の調整例を示した図である。
【図１２】上記特許文献１に記載の電力と歪み率との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１  ディジタルパワーアンプ装置、１０  本体部、１１  ボリュームエンコーダ、１２  メニュエンコーダ、１３パラメータエンコーダ、１４  ＦＬ表示管、１５  メインメニュキー、１６  受光部、１７  操作部用マイクロコンピュータ、２０  制御部、２１  制御部用マイクロコンピュータ、２２ｎ  ゲイン調整部、２５  ＤＡＣ、２６  レギュレータ、２３ｎ  スイッチング増幅部、２４ｎ  ＬＰＦ、２７ｎ  スピーカ装置、３０  パケット、３１  ゲインコントロール部、３２  デルタシグマ変換器、３３  ＰＷＭ変換器
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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