(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１ビット方式のデジタルオーディオデータが入力される入力部と、
上記入力部に得られるデジタルオーディオデータを一時的に所定長だけ保持する入力レジスタと、
上記入力レジスタに保持されたデータを演算するデジタルフィルタを有して、電源制御用の制御信号を生成させる処理手段と、
上記処理手段で生成された制御信号により電源のスイッチング制御を行う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する抽出手段と、
装置の電源を投入させた初期動作時の所定期間に、上記入力レジスタが保持するデータを強制的に初期値に設定して、上記スイッチング手段でのオン期間とオフ期間が平均的に等しくなるような配列のデータに設定させる制御手段とを備え、
上記所定期間が終了して、上記入力部に得られるデジタルオーディオデータを上記入力レジスタに入力開始させることで、上記デジタルフィルタの演算出力が徐々に上記入力部に得られるデジタルオーディオデータに相当するデータに変化するようにした
デジタルパワーアンプ装置。
【請求項２】
請求項１記載のデジタルパワーアンプ装置において、
上記入力部に得られる１ビット方式のデジタルオーディオデータは、マルチビット方式のデジタルオーディオデータを変換したデータである
デジタルパワーアンプ装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のデジタルパワーアンプ装置において、
上記制御手段による所定期間の制御として、出力を無音状態とするミュート時にも実行するようにした
デ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オーディオパワーアンプ装置に関し、特にＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）方式などに変調されたデジタルオーディオ信号で電源増幅を行うデ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。このパワーアンプ装置の場合には、電源投入時などのシステム起動時に、内部の動作状態が安定するまでの数秒程度、接続されたスピーカ装置から音が出力されないようにしていた。
【０００３】
このような処理を行うためには、例えばパワーアンプ装置の出力段にリレースイッチを接続して、システム起動時にはリレースイッチを開放状態とし、内部の動作が安定するのに要する時間が経過してから、このリレースイッチを接続状態に設定していた。
【０００４】
このようなリレースイッチによる出力制御とは別に、パワーアンプ装置の内部での信号処理で、システム起動時に接続されたスピーカ装置から音が出力されないようにしたものもある。即ち、例えば供給されるオーディオ信号を各種デジタル処理する場合が多々あり、このような場合にはパワーアンプ装置の内部にデジタル処理用の集積回路などの回路部品が内蔵されている。このデジタル処理用の回路では、システム起動時にリセット処理を行って、内部に備えるレジスタの値を０データに初期化するようにしてある。このように０データに初期化することで、増幅されて出力されるオーディオ信号レベルが０レベルの信号となり、接続されたスピーカ装置から音が出力されない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、入力オーディオ信号をデジタル処理す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から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。
【０００６】
図６は、デジタルオーディオ信号からＰＷＭ信号が生成される原理を示した図である。例えば図６のＡに示すような正弦波のアナログオーディオ信号があるとき、このアナログオーディオ信号を、１ビット方式のデジタルデータに変換する。ここでは、ＤＳＤ（Direct Stream Digital ）と称される信号波形のレベルの大小がパルス波形密度で表現された図６のＢに示す１ビット方式のデジタルデータとする。そして、この１ビット方式のデジタルデータに基づいて、パルス幅変調された図６のＣに示すＰＷＭ信号を生成させる処理が行われる。このようにして生成されたＰＷＭ信号により、電源をスイッチングするスイッチング手段（パワースイッチ）のオン・オフを制御するものである。
【０００７】
このデジタルパワーアンプ装置の場合には、電界効果トランジスタなどのパワースイッチで電源を直接スイッチングさせて、電源で増幅されたオーディオ信号を得る方式であるため、システム起動時に上述したような０データに初期化するリセット処理が行われると、図６のＡに示すアナログ波形から判るように、負の最大値が出力レベルに設定されてしまうことになり、接続されたスピーカ装置から大きなノイズを発生させてしまう可能性がある。即ち、負の最大値が出力レベルに設定された状態であっても、そのままで信号レベルに変化がない限りは、接続されたスピーカの振動板が振動しないため、音が出力されることはないが、初期化された状態から実際に入力したオーディオ信号を処理するようになった時点で、初期化時のレベル（負の最大値）から離れたレベルの信号が入力したとき、レベルの急激な変動でノイズが、接続されたスピーカ装置から出力してしまう問題があった。
【０００８】
図７は、この０データに初期設定された状態からオーディオ信号が入力されるようになったときの出力オーディオ信号波形の変化例を示した図である。初期状態では、負の最大値が出力レベルに設定されていて、音の出力はない。ところが、例えば図７に示すような単純な正弦波のような波形のオーディオ信号が入力した場合であっても、オーディオ信号が入力されるようになった直後の期間には、その負の最大値が出力レベルから実際のオーディオ信号レベルに出力レベルが安定するまでの間に、レベルの急激な変動が発生して、そのレベルの急激な変動がノイズとしてスピーカから出力されてしまう。
【０００９】
この問題点を解決するために従来のデジタルアンプ装置では、信号処理部分の出力が安定するまで、最終出力に近いところで出力を無音化させるようにしてあり、例えば上述したようなリレースイッチによる出力制御が行われていたが、このようなリレースイッチを設けると、それだけアンプ装置の構成が複雑化する問題がある。また、リレースイッチの切換えで出力を無音化させた場合には、リレースイッチの切換時に接点が動く音が聞こえてしまい、スムーズな動作ではない問題があった。
【００１０】
また、デジタル処理される回路では、信号処理アルゴリズムや演算方法によって安定するまでの時間が異なるため、フィルタ係数、次数などの処理内容を動作モードにより変更できるシステムでは、システム起動時の無音時間を十分に長くしておく必要があり、電源投入時などの無音時間が長い問題があった。
【００１１】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、デジタルアンプ装置でのシステム起動時などの出力処理が簡単な構成で良好に行えるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入力部に得られる１ビット方式のデジタルオーディオデータを一時的に所定長だけ保持する入力レジスタを備えて、その入力レジスタに保持されたデータを演算するデジタルフィルタで電源の制御信号を生成させて、スイッチング手段のスイッチング制御を行い、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するように構成されたデジタルパワーアンプ装置において、装置の電源を投入させた初期動作時の所定期間に、入力レジスタが保持するデータを強制的に初期値に設定して、スイッチング手段でのオン期間とオフ期間が平均的に等しくなるような配列のデータに設定させるようにする。そして、所定期間が終了して、上記入力部に得られるデジタルオーディオデータを入力レジスタに入力開始させることで、デジタルフィルタの演算出力が徐々に入力部に得られるデジタルオーディオデータに相当するデータに変化するようにしたものである。
【００１３】
かかる本発明によると、初期動作時には、スイッチング手段のオン期間とオフ期間が平均的に等しくなるような配列のデータに基づいて、スイッチング手段が制御されて、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する抽出出力の出力として、結果的に０レベルの信号が出力されるようになり、初期動作の所定期間無音状態に制御される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を参照して、本発明の一実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は、本例のデジタルパワーアンプ装置１０の全体構成を示す図である。本例のデジタルパワーアンプ装置１０は、外部のオーディオ信号源（図示せず）から端子１１に得られるデジタルオーディオ信号を、変換部１２に供給する。この場合、入力端子１１に得ら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）である。
【００１６】
変換部１２では、供給されるマルチビット方式のデジタルオーディオデータを、データを１ビットのパルスの密度で表したＤＳＤ方式のデジタルデータ（図６参照）とする。このとき、６４倍にサンプリングされた１ビットデータ（即ち６４ｆｓ／１ビット）のデジタルオーディオデータとする。
【００１７】
変換部１２で変換された１ビット方式のデータは、入力レジスタ１３に供給して、所定サンプル長のデータを一時的に保持させる。ここでは入力レジスタ１３として６４サンプルのデータを保持する。入力レジスタ１３に保持されたデータは、信号処理部２０に供給して、パワースイッチを制御するためのＰＷＭ信号を生成させる。信号処理部２０の構成については後述する。
【００１８】
信号処理部２０で生成されたＰＷＭ信号は、パワースイッチ１６に供給して、電源回路１７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。パワースイッチ１６としては例えば電界効果トランジスタを使用する。パワースイッチ１６でスイッチングされた信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１８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１９に供給する。
【００１９】
図２は、信号処理部２０の構成例を示した図で、ここでは入力レジスタ１３に保持された６４サンプルのデータを、６４次のＦＩＲ（Finite Impulse Response ）フィルタ２１に供給して、１／４にダウンサンプリングされたデータとする。即ち、６４ｆｓ／１ビットのデジタルオーディオデータを、１６ｆｓ／２４ビットのデジタルオーディオデータとする。なお、ＦＩＲフィルタ２１では１／４のサンプリング周波数に間引かれるので、データが４サンプリング入力した時点で１回、ＦＩＲフィルタでの演算が行われるものである。
【００２０】
このようにしてＦＩＲフィルタ２１が出力する１６ｆｓ／２４ビットのデジタルオーディオデータは、デルタΣ変調回路２２に供給し、１６ｆｓ／６ビットのデータに圧縮する。このデルタΣ変調回路２２でのデータ圧縮で生成された１６ｆｓ／６ビットのデータは、ＰＷＭ信号生成回路２３に供給し、パルス幅変調されたＰＷＭ信号を生成させ、そのＰＷＭ信号を図１に示したパワースイッチ１６に供給して、電源のスイッチングを制御させる。
【００２１】
このように構成されることで、スピーカ接続端子１９に接続されたスピーカ装置１から、電源で効率良く増幅されたオーディオ信号を出力させることができるデジタルパワーアンプ装置が構成される。そして本例においては、図１に示すように、初期設定回路１５を設けて、この初期設定回路１５がデジタルパワーアンプ装置１０の動作の初期化が必要な状態であると判断したとき、入力レジスタ１３が保持するデータを、全て強制的に初期値にセットするように構成してある。また、変換部１２の出力からデータの入力を判断する入力検出回路１４を設けてあり、この入力検出回路１４で、データの入力がないと判断したときにも、初期設定回路１５が入力レジスタ１３が保持するデータを、強制的に初期値にセットする。初期値のデータ例については後述する。
【００２２】
初期設定回路１５で初期化が必要な状態の検出としては、例えばこのデジタルパワーアンプ装置１０の電源が投入されたときを検出する。この電源の投入を検出したときには、初期設定回路１５の制御で、入力レジスタ１３が保持するデータを所定期間（例えば１秒〜数秒程度の時間）、連続的に初期値とする。
【００２３】
また、このデジタルパワーアンプ装置１０の操作キー（図示せず）をユーザが操作して、出力状態を一時的に無音状態とするミューティングの指示があったとき、このことを初期設定回路１５が検出して、そのミューティングが解除されるまでの間、連続的に入力レジスタ１３が保持するデータを初期値とする。
【００２４】
また、このデジタルパワーアンプ装置１０で入力するオーディオデータを切換える入力切換えを初期設定回路１５で検出した際にも、入力レジスタ１３が保持するデータを一時的に初期値に設定するようにしても良い。
【００２５】
初期設定回路１５の制御で入力レジスタ１３に設定される初期値について説明すると、ここでは、例えばデータ“０１０１０１‥‥”又はデータ“１０１０１０‥‥”のように、０データの期間と１データの期間が平均的に等しくなるような配列のデータとする。このような０と１の繰り返し以外のデータ配列で、０データの期間と１データの期間が平均的に等しくなるようなデータとしても良い。例えばデータ“１００１０１１０”を繰り返すようなデータとしても良い。
【００２６】
そして、初期設定回路１５で入力レジスタ１３が保持するデータを初期値に設定する必要がなくなったときには、変換部１２の出力データを順に入力レジスタ１３にセットする。
【００２７】
図３は、本例の入力レジスタ１３にセットされるデータの例を示した図である。ここでは６４サンプルのデータをセットできるレジスタとしてあり、例えば初期設定回路１５により初期値がセットされる際には、図３（ａ）に示すように、０データと１データとが交互にセットされるようにして、０データの期間と１データの期間が平均的に等しくなるようにしてある。初期値にセットされる期間が継続する限り、この図３（ａ）に示すデータが初期設定回路１５によりセットされ続ける。
【００２８】
そして、初期設定回路１５により初期値にセットされる期間が解除されたときには、変換部１２の出力が徐々に入力レジスタ１３にセットされて行く。図３の例では、図の左側から新しいデータが入力されて、その新しいデータが入力したとき、セットされたデータが１段ずつ右側の記憶部にシフトしていくレジスタとしてある。
【００２９】
例えば初期値にセットされる期間が解除されてから４サンプル期間が経過したとき、図３（ｂ）に示すように、４サンプルのＤＳＤ方式のオーディオデータＳ〔０〕，Ｓ〔１〕，Ｓ〔２〕，Ｓ〔３〕がセットされ、残りの記憶部には初期値がセットされた状態になっている。この図３（ｂ）に示す状態から、さらに４サンプル期間が経過すると、図３（ｃ）に示すように、８サンプルのオーディオデータＳ〔０〕〜Ｓ〔７〕がセットされ、残りの記憶部には初期値がセットされた状態になっている。さらに図３（ｃ）に示す状態から４サンプル期間が経過すると、図３（ｄ）に示すように、１２サンプルのオーディオデータＳ〔０〕〜Ｓ〔１１〕がセットされ、残りの記憶部には初期値がセットされた状態になっている。このようにして、オーディオデータの入力が開始されてから６４サンプル期間が経過したとき、図３（ｅ）に示すように、入力レジスタ１３にセットされた全てのデータが、変換部１２が出力したオーディオデータになり、初期設定回路１５によりセットされた初期値が無くなる。
【００３０】
このようにして、初期設定回路１５で入力レジスタ１３の初期化が実行されることで、スピーカ接続端子１９から出力されるオーディオ信号は、０レベルが継続する無音状態の信号となり、接続されたスピーカ装置１を無音状態にすることができる。即ち、入力レジスタ１３の初期化が実行されたとき、入力レジスタ１３にセットされるデータとしては、例えば図３（ａ）に示すように、０データの期間と１データの期間が平均的に等しくなるデータになる。このため、このデータに基づいてＰＷＭ信号を生成させて、電源をスイッチングするスイッチング手段であるパワースイッチ１６を制御することで、このパワースイッチ１６がオンになる期間とオフになる期間の平均が等しくなり、結果的に出力端子（スピーカ接続端子１９）から出力されるオーディオ信号は０レベルが継続する信号になり、無音状態の信号になる。
【００３１】
従って、電源投入時などでアンプ装置１０の出力を無音化する必要があるとき、ミューティング操作が行われたとき、入力切換えがあったとき等の初期化が必要なとき、入力レジスタ１３にセットするデータを初期化するだけで、確実かつ簡単に無音状態を設定することができる。
【００３２】
なお、パワースイッチ１６がオンになる期間とオフになる期間の平均が等しくなるように制御する際には、パワースイッチ１６の後段に接続されたローパスフィルタ１７でカットされる最低の周波数よりも十分に高い周波数でスイッチ１６がオン・オフするようなデータである限りは、出力オーディオ信号を０レベルに維持できる。
【００３３】
そして本例においては、無音状態を解除する際には、出力レベルが０レベルから入力オーディオ信号のレベルにスムーズにつながり、ノイズがスピーカ装置１から出力されることがない。即ち、初期値がセットされ続ける状態が解除されたとき、入力レジスタ１３にセットされる値が、６４サンプル期間（実際にはＦＩＲフィルタで１／４にダウンサンプリングされているので１６サンプル期間）をかけて徐々に初期値が入力オーディオデータに変化するので、結果的に出力信号レベルが０レベルから徐々にオーディオ信号レベルに変化するようになる。
【００３４】
図４は、本例の構成で無音状態が解除されたときのオーディオ信号出力状態の例を示した図である。この図４に示すように初期状態が設定されている間は、オーディオ信号出力レベルが０レベルに維持される。そして、無音状態が解除されてから１６サンプル期間（ここでのサンプル数はＦＩＲフィルタ２１でダウンサンプリングされたサンプル数）かけて、徐々にそのときの入力オーディオ信号レベルに変化し、１６サンプル期間が経過した後は、入力オーディオ信号に対応した出力レベルとなる。従って、従来例で図７を参照して説明した波形例のような急激なレベル変動が発生することがなく、無音状態が解除される際のノイズ発生を確実に防止できる。
【００３５】
この無音状態解除時のノイズ発生防止処理としては、入力レジスタ１３への入力したオーディオデータの供給を開始させるだけであり、特別な制御処理や構成は全く必要ないものである。
【００３６】
なお、上述した図１の例では、初期化が必要な場合に、入力レジスタ１３にセットされるデータを強制的に初期値にセットするようにしたが、入力レジスタ１３としては、入力されるオーディオデータが順にセットされるようにして、無音状態に設定する必要があるときには、入力レジスタ１３に初期値をセットする代わりに、初期値設定回路が出力する初期値を直接信号処理部２０に供給するようにしても良い。
【００３７】
即ち、例えば図５に示すように、入力レジスタ１３の出力を、切換スイッチ３０の第１の固定接点３１を介して信号処理部２０に供給する構成とする。また、初期値設定回路１５′が出力する初期値を、切換スイッチ３０の第２の固定接点３２を介して信号処理部２０に供給することもできるようにする。そして、通常時は切換スイッチ３０の可動接点を第１の固定接点３１側に接続させて、入力オーディオ信号を増幅させるように処理させ、初期時などで無音化させる必要があるとき、切換スイッチ３０の可動接点を第２の固定接点３２側に接続させて、初期値設定回路１５′が出力する初期値（０データの期間と１データの期間の平均が等しくなるデータ）を信号処理部２０に供給させて、出力オーディオ信号を無音化させる。そして、無音化させる必要がなくなったとき、切換スイッチ３０を元の接続に戻させる。
【００３８】
このように処理されることで、上述した実施の形態で説明た構成の場合と同様に、良好に出力レベルを０レベルとして無音化させることが可能になる。但し、この図６に示す構成で、無音状態を解除させるときに、無音状態から出力オーディオレベルに徐々に変化させる必要がある場合には、初期値設定回路１５が出力するデータを、出力オーディオレベルに徐々に変化させるような演算処理手段が別途必要になる。
【００３９】
また、上述した実施の形態では、入力部に得られるマルチビット方式のデジタルオーディオデータを、１ビット方式のデジタルオーディオデータに変換し、その変換された１ビット方式のデジタルオーディオデータを入力レジスタにセットするようにした構成のデジタルパワーアンプ装置に適用したが、外部のオーディオ信号源からアンプ装置の入力部に１ビット方式のデジタルオーディオデータが供給される場合には、そのデータをそのまま入力レジスタに供給するようにしても良い。
【００４０】
また、上述した実施の形態では、１ビット方式のデジタルオーディオデータに基づいてパルス幅変調されたＰＷＭ信号を生成させて、パワースイッチのスイッチングを制御するようにしたが、ＰＤＭ（Pulse Duration Modulation ）方式などのその他のパルス変調された信号でスイッチングを制御して、増幅された信号を得るいわゆるＤ級アンプとして作動する各種方式のパワーアンプ装置に本発明が適用できるものである。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によると、初期動作時には、スイッチング手段のオン期間とオフ期間が平均的に等しくなるように制御されて、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する抽出出力の出力として、結果的に０レベルの信号が出力されるようになり、初期動作の所定期間無音状態に制御される。従って、リレースイッチのような出力段で無音化させる手段を設けることなく、簡単な構成及び処理で、システム起動時のノイズ発生を効果的に防止できる。また、デジタル処理部での信号処理アルゴリズムや演算処理内容に無関係に無音化されるので、必要以上に長い時間無音化させる必要がなくなる。
【００４２】
この場合、処理手段として入力レジスタに保持されたデータを演算するデジタルフィルタを備えて、初期動作開始から所定期間が終了して入力部に得られるデジタルオーディオデータを入力レジスタに入力開始させることで、デジタルフィルタの演算出力が徐々に入力部に得られるデジタルオーディオデータに相当するデータに変化するようにしたことで、システム起動時の無音状態から徐々に入力オーディオが出力される状態に変化し、良好な出力状態が設定できる。
【００４３】
また、入力部に得られる１ビット方式のデジタルオーディオデータは、マルチビット方式のデジタルオーディオデータを変換したデータであることで、通常のマルチビット方式のデジタルオーディオデータを入力デジタルオーディオデータとして扱えるようになる。
【００４４】
また、初期動作時は、装置の電源を投入させたときであることで、電源投入時の立ち上げ時の処理を良好に実行できるようになる。
【００４５】
さらに、出力を無音状態とするミュート時にも同様の処理を実行することで、ミュート時にも簡単な制御で良好に出力を無音状態に設定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による全体構成の例を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態による信号処理部の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態による入力レジスタが保持するデータ例を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態による出力波形例を示す波形図である。
【図５】本発明の一実施の形態の変形例による全体構成の例を示すブロック図である。
【図６】ＰＷＭ信号の生成例を示す波形図である。
【図７】従来の起動時の出力波形例を示す波形図である。
【符号の説明】
１…スピーカ装置、１０…デジタルパワーアンプ装置、１１…入力端子、１２…変換部、１３…入力レジスタ、１４…入力検出回路、１５，１５′…初期値設定回路、１６…パワースイッチ、１７…電源回路、１８…ローパスフィルタ、１９…スピーカ接続端子、２０…信号処理部、２１…ＦＩＲフィルタ、２２…デルタΣ変調回路、２３…ＰＷＭ信号生成回路、３０…切換スイッチ
【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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