(57)【要約】【課題】ドライバ部でシングル駆動されるヘッドフォンのドライバ部とヘッドフォン間を直接接続して、小型軽量化および電力効率の改善を図るヘッドフォン駆動装置を提供する。【解決手段】ＭビットのデジタルオーディオデータをＮビットにデータ圧縮するΔΣ変調器１１により可聴帯域外に生じる固有のノイズを除去するローパスフィルタ１９をＦＩＲフィルタとしてΔΣ変調器１１およびパルス幅変調器１２間に設け、更に直列接続されたヘッドフォンのスピーカ１７Ｌ−１７Ｒの接続点をパルス発生器１８からのパルスが入力されるＣＯＭ側ドライバ部１４Ｃで駆動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右両チャネルのデジタルオーディオデータをΔΣ変調器でビット圧縮してパルス幅変調器でパルス幅変調してドライバ部により直列接続された１対のスピーカを含むヘッドフォンを駆動するヘッドフォン駆動装置において、
前記直列接続された１対のスピーカの共通接続部をパルス発生器で発生したパルスで駆動するＣＯＭ側駆動部を設けると共に、前記ΔΣ変調器およびパルス幅変調器間にローパスフィルタを挿入し、前記ドライバ部および前記１対のスピーカ間を直接接続することを特徴とするヘッドフォン駆動装置。
【請求項２】
前記パルス発生器が発生するパルスは、前記デジタルオーディオデータとは相関関係のないパルスであることを特徴とする請求項１に記載のヘッドフォン駆動装置。
【請求項３】
前記ローパスフィルタは、直列接続される複数の遅延デバイスおよび該複数の遅延デバイスの接続点の信号を順次加算する複数の加算器を含むＦＩＲフィルタであることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドフォン駆動装置。
【請求項４】
前記ローパスフィルタのフィルタ係数およびフィルタ次数を、自由に設定可能に構成されることを特徴とする請求項３に記載のヘッドフォン駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヘッドフォン駆動装置に関し、特に音源からのデジタル信号によりポータブル型オーディオ機器や補聴器等のヘッドフォンを駆動する、小型軽量化に好適なヘッドフォン駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル技術の進歩により現在多くの音源（ソース）はデジタルである。例えば、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（デジタル他用途ディスク）等の記録媒体には、デジタルデータが記録され、再生時にはデジタル信号が出力される。また、ＦＭラジオ等の音源は、アナログ信号で送信されても、ＡＤ（アナログ・デジタル）変換器によりデジタル信号に変換されて後続の処理が行われることが多い。
【０００３】
このようにデジタル音源からの又はデジタル変換されたデジタルオーディオ信号により電気‐音響変換し、ユーザの耳に音響信号として出力するには、左右１対のスピーカを含むヘッドフォンを使用する。また、ヘッドフォンは、上述したポータブル型オーディオ機器や補聴器のみならず、オーディオ再生機能を有する携帯電話端末も開発されているので、斯かる携帯型通信機器にも使用されている。
【０００４】
図４は、ステレオオーディオ信号を信号処理して、ヘッドフォンにて音響信号として出力する典型的な従来のヘッドフォン駆動装置の全体構成を示す機能ブロック図である。このヘッドフォン駆動装置４０には、デジタル音源（例えばＣＤプレーヤ等の再生装置で再生した）右チャネル（Ｒｃｈ）および左チャネル（Ｌｃｈ）のオーディオ信号が入力される。そして、ＲｃｈおよびＬｃｈは、全く同一構成である。
【０００５】
このヘッドフォン駆動装置４０は、直列接続されたＬｃｈ側およびＲｃｈ側の１対のスピーカ４７Ｌおよび４７Ｒを駆動する装置である。Ｌｃｈデジタルオーディオデータは、それぞれＬｃｈ側のΔΣ変調器４１Ｌ、パルス幅変調器（ＰＷＭ）４２Ｌ、ドライバ制御回路４３Ｌ、ドライバ部４４Ｌ、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）４５Ｌおよび直流阻止キャパシタ４６Ｌを介してＬｃｈのスピーカ４７Ｌを駆動する。同様に、Ｒｃｈ側デジタルオーディオデータについてもＬｃｈ側と同様であり、Ｒｃｈ側のスピーカ４７Ｒを駆動する。
【０００６】
ここで、音源からのデジタルオーディオデータは、一般に１６ビット以上の分解能を有するデータである。ΔΣ変調器４１は、この高分解能のデジタルデータを、Ｎビットにデータ圧縮する。Ｎは、一般に１〜６ビットに選定されるので、Ｎ＜Ｍである。ＰＷＭ４２は、ΔΣ変調器４１からのＮビットに圧縮された出力データを１ビットのパルス幅変調された信号に変換する。ドライバ制御回路４３は、ＰＷＭ４２からのパルス幅変調された信号に基づき動作するロジック回路であって、その出力でドライバ部４４を駆動する。ドライバ部４４の出力は、ＬＰＦ４５および直流阻止キャパシタ４６を介してΔΣ変調器４１により可聴帯域外に生じる固有の高周波ノイズを除去し、それぞれ対応するＬｃｈおよびＲｃｈのスピーカ４７Ｌおよび４７Ｒに駆動電流を流して駆動する、即ち電気信号を対応する音響信号に変換して出力する。尚、ＬＰＦ４５は、インダクタＬおよびキャパシタＣによるＬＣフィルタである。直流阻止キャパシタ４６は、直流信号を阻止し、所定周波数帯域のオーディオ信号を通過する、十分大きい静電容量を有するキャパシタである。そして、１対のスピーカ（ヘッドフォン）４７Ｌおよび４７Ｒの共通接続点は、ＬＰＦ４５のキャパシタＣの他端と共に共通電位源に接続（即ち、接地）されている。従って、ドライバ部４４は、シングル駆動である（即ち、ＢＴＬ駆動でない）。
【０００７】
図４に示すヘッドフォン駆動装置４０では、上述の如く大きな静電容量を有する直流阻止キャパシタ４６を含んでいる。斯かる直流阻止キャパシタ４６は大型であり、ポータブル型オーディオ機器、特に補聴器等では小型軽量化が必要条件であり且つこのキャパシタ４６の静電容量を小さくするとオーディオ信号の低周波成分の通過が阻止され音質が低下するので、これを削除するのが好ましい。
【０００８】
そこで、本願出願人は、図５に示す如きヘッドフォン駆動装置５０を提案し、上述した直流阻止キャパシタの使用を不要にした（例えば、特許文献１参照。）。即ち、ＰＷＭ（パルス幅変調）コントロール回路５３、その出力で駆動される第１〜第３スイッチング回路５４ａ〜５４ｃおよびこれらスイッチング回路５４ａ〜５４ｃの出力側に接続された第１〜第３ローパスフィルタ（又はＬＣフィルタ）５５ａ〜５５ｃを備えている。そして、第１および第２ローパスフィルタの出力を直接（直流阻止キャパシタ等を介することなく）、直列接続された１対のヘッドフォン５７ａ−５７ｂの両端に接続し、これらヘッドフォン５７ａ−５７ｂの共通接続点に第３ローパスフィルタ５５ｃの出力を直接接続する。斯かる構成により、ドライバ部がシングル駆動であっても擬似ＢＴＬ動作を行わせている。
【０００９】
図５に示す構成のヘッドフォン駆動装置５０により、第１スピーカ５７ａには、第１ローパスフィルタ５５ａの出力と第３ローパスフィルタ５５ｃの出力の差信号電流が流れ、同様に第２スピーカ５７ｂにも第３ローパスフィルタ５５ｃの出力と第２ローパスフィルタ５５ｂの出力の差信号電流が流れる。これら差信号電流は、単方向に流れる直流電流ではなく、両方向へ流れる交流電流であるので、図４を参照して上述した直流阻止キャパシタ４６は不要になる。
【００１０】
【特許文献１】特許第３４１５０９０号（第２−３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上述した従来のヘッドフォン駆動装置にあっても、ローパスフィルタ又はＬＣフィルタを使用する。斯かるＬＣフィルタも比較的大きなインダクタンスおよびキャパシタンスを必要とするので、大型となり小型軽量化を必要とするポータブル型オーディオ機器には好ましくない。また、これらローパスフィルタのインダクタには比較的大電流が流れ且つ小型化されたインダクタは不可避的に大きな抵抗成分を含むので、特に出力段に使用する場合には電力損失を生じ、電力効率の低下、従って内蔵する電池の動作時間に影響するという課題を有する。
【００１２】
本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、斯かる課題を克服又は大幅に軽減すること、即ちシングル駆動で、小型軽量且つ高音質のヘッドフォン駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のヘッドフォン駆動装置は、左右両チャネルのデジタルオーディオデータをΔΣ変調器でビット圧縮してパルス幅変調器でパルス幅変調してドライバ部により直列接続された１対のスピーカを含むヘッドフォンを駆動する装置であって、直列接続された１対のスピーカの共通接続部をパルス発生器で発生したパルスで駆動するＣＯＭ側駆動部を設けると共に、ΔΣ変調器およびパルス幅変調器間にローパスフィルタを挿入し、ドライバ部および１対のスピーカ間を直接接続することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のヘッドフォン駆動装置の好適実施例によると、パルス発生器が発生するパルスは、デジタルオーディオデータとは相関関係がないパルスである。ローパスフィルタは、直列接続された複数の遅延デバイスおよびこれら遅延デバイスの接続点の信号を順次加算する複数の加算器を含むＦＩＲフィルタである。このローパスフィルタのフィルタ係数およびフィルタ次数を、自由に設定可能に構成する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のヘッドフォン駆動装置によると、次の如き実用上の顕著な効果を有する。即ち、ドライバ部の出力を直接（直流阻止キャパシタやローパスフィルタを介在することなく）ヘッドフォンに接続可能であるので、小型軽量化が可能である。従って、補聴器やポータブル型オーディオ機器に好適である。また、電力損失を最小にするので、電力効率を改善し、内蔵電池の消耗を抑え、動作時間（１回の充電で使用可能な時間）を延長させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明によるヘッドフォン駆動装置の好適実施例の構成および動作を、添付図面、特に図１乃至図３を参照して詳細に説明する。
【００１７】
先ず、図１は、本発明によるヘッドフォン駆動装置の好適実施例の基本構成を示すブロック図である。このヘッドフォン駆動装置１０は、ヘッドフォンである直列接続された１対のスピーカ１７Ｌおよび１７Ｒをそれぞれ対応するデジタルオーディオ信号で駆動するＤ級増幅器を含む装置又はオーディオ機器である。
【００１８】
このヘッドフォン駆動装置１０は、左チャネル側（以下、Ｌｃｈ側という）のスピーカ１７Ｌを駆動するＬｃｈ側、右チャネル側（以下、Ｒｃｈ側という）のスピーカ１７Ｒを駆動するＲｃｈ側および直列接続されたＬｃｈ側およびＲｃｈ側スピーカ（即ち、ヘッドフォン）１７Ｌ−１７Ｒの接続点を駆動する共通側（以下、ＣＯＭ側という）により構成される。
【００１９】
Ｌｃｈ側は、ΔΣ変調器１１Ｌ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１９Ｌ、パルス幅変調器（ＰＷＭ）１２Ｌ、ドライバ駆動回路１３Ｌおよびドライバ部１４Ｌよりなる。同様に、Ｒｃｈ側は、ΔΣ変調器１１Ｒ、ローパスフィルタ１９Ｒ、ＰＷＭ１２Ｒ、ドライバ制御回路１３Ｒおよびドライバ部１４Ｒよりなる。また、ＣＯＭ側は、パルス発生器１８、ドライバ制御回路１３Ｃおよびドライバ部１４Ｃよりなる。そして、ドライバ部１４Ｌ、１４Ｒおよび１４Ｃは、それぞれＬｃｈ側スピーカ１７Ｌの一端、Ｒｃｈ側スピーカ１７Ｒの一端およびＬｃｈ側スピーカ１７ＬとＲｃｈ側スピーカ１７Ｒの共通接続点に、直接接続されることに注目されたい。換言すると、図１に示す特定の構成のヘッドフォン駆動装置１０により、ドライバ部１４およびスピーカ１７間にローパスフィルタ（ＬＰＦ）や直流阻止キャパシタ等の能動素子又は受動素子を介在させることなく直接接続可能になり、ヘッドフォン（又はスピーカ）１７Ｌ−１７Ｒの周りの構成を簡単にし、小型軽量化が可能になる。
【００２０】
次に、図１に示すヘッドフォン駆動回路１０において、ヘッドフォン１７Ｌ−１７Ｒに直列接続される直流阻止キャパシタが排除可能になる理由は、図５を参照して上述した如く、ヘッドフォンである直列接続された１対のスピーカ１７Ｌ−１７Ｒの共通接続点にＣＯＭ側のドライバ部１４Ｃ、ドライバ制御回路１３Ｃおよびパルス発生器１８を付加するためである。このパルス発生器１８は、後述する如く、スピーカ１７Ｌ−１７Ｒを駆動するＰＷＭ変調信号と同じ周期を有するパルスである。そのパルス波形は、任意でよいが、例えばデューティファクタが５０％のロジック信号である。
【００２１】
このコモン側の駆動信号をＶｃｏｍとし、スピーカ１７Ｌおよび１７Ｒの駆動信号をそれぞれＶａおよびＶｂとすると、スピーカ１７Ｌには駆動電流（Ｖａ−Ｖｃｏｍ）が流れ、スピーカ１７Ｒには駆動電流（Ｖｃｏｍ−Ｖｂ）が流れる。これらの駆動電流又は駆動信号（Ｖａ−Ｖｃｏｍ）および（Ｖｃｏｍ−Ｖｂ）は、一方向（直流）ではなく、両方向に流れる交流になるので、上述した直流阻止キャパシタを排除することが可能になる。
【００２２】
次に、図１に示す本発明によるヘッドフォン駆動装置１０の動作を説明する。ΔΣ変調器１１Ｌおよび１１Ｒには、それぞれ音源からのＭビット（例えば、１６ビット）の高分解能のＬｃｈ側およびＲｃｈ側デジタルオーディオデータが入力される。これらのデジタルオーディオデータは、例えばＣＤプレーヤ等で再生されたデータ又はＦＭラジオ等のアナログ信号をＡＤ変換器でデジタル変換した信号である。
【００２３】
これらΔΣ変調器１１Ｌ又は１１Ｒは、それぞれＭビットのデジタルオーディオデータを、Ｎビット（例えば、１〜６ビットの低ビット）のデータに圧縮する。ローパスフィルタ１９Ｌ、１９Ｒは、入力されるＮビットの圧縮されたオーディオデータ中に含まれるΔΣ変調器１１Ｌ、１１Ｒ固有の可聴帯域外ノイズを除去するフィルタである。
【００２４】
ローパスフィルタ１９Ｌ、１９Ｒから出力されるＬビットのオーディオデータは、それぞれＰＷＭ１２Ｌ、１２Ｒによりパルス幅変調された１ビットのパルスとなる。このＰＷＭ１２Ｌ、１２Ｒから出力されるパルス幅変調された１ビットのパルスは、それぞれロジック回路であるドライバ制御回路１３Ｌ、１３Ｒに入力され、制御パルスをドライバ部１４Ｌ、１４Ｒに入力する。ドライバ部１４Ｌ、１４Ｒは、例えば電源と接地間に直列接続された１対のＭＯＳトランジスタよりなるシングル駆動回路であり、これら１対のＭＯＳトランジスタの接続点に、負荷としてヘッドフォン１７Ｌ−１７Ｒが接続されている。そして、このドライバ部１４Ｌ、１４Ｒの１対のＭＯＳトランジスタをドライバ制御回路１３Ｌ、１３Ｒにより一方をＯＮ、他方をＯＦＦにすることにより、ヘッドフォン１７Ｌ−１７Ｒに駆動電流を流して駆動する。
【００２５】
ＣＯＭ側のパルス発生器１８は、ＰＷＭ１２Ｌ、１２Ｒからの１ビット可変パルス幅データに対応する周期のパルスを出力する。このパルス発生器１８から出力されるパルスは、任意のデューティファクタ（例えば、５０％）のパルスである。ドライバ制御回路１３Ｃおよびドライバ部１４Ｃは、それぞれ上述したドライバ制御回路１３Ｌ−１３Ｒおよびドライバ部１４Ｌ−１４Ｒと同様構成であり、パルス発生器１８からの出力パルスに応じて、ヘッドフォン１７Ｌ−１７Ｒの共通接続点を駆動する。その結果、スピーカ１７Ｌには、Ｌｃｈ側のドライバ部１４Ｌの出力とＣＯＭ側のドライバ部１４Ｃの出力との差信号電流で駆動される。他方、スピーカ１７Ｒは、ＣＯＭ側のドライバ部１４Ｃの出力とＲｃｈ側のドライバ部１４Ｒの出力との差信号で駆動される。
【００２６】
ここで、上述したΔΣ変調器１１Ｌおよび１１Ｒにより発生する固有の可聴帯域外ノイズは、それぞれローパスフィルタ１９Ｌ、１９Ｒにより除去しているので、ドライバ部１４Ｌ、１４Ｒの出力には現れない。従って、従来必要であったドライバ部１４とヘッドフォン１７Ｌ−１７Ｒ間のローパスフィルタ（ＬＣフィルタ）が排除可能であることに注目されたい。
【００２７】
次に、図２は、図１に示すローパスフィルタ１９Ｌ−１９Ｒの具体例を示す。このローパスフィルタ１９は、周知のＦＩＲフィルタであり、縦続接続された複数の遅延デバイス（Ｚ−１）Ｄ0〜Ｄｎ、これら遅延デバイスＤ0〜Ｄｎの接続点に一端が接続された複数の重み付け係数回路Ｃ０〜Ｃｎおよびこれら隣接する重み付け係数回路Ｃ0〜Ｃｎの出力を順次加算する複数の加算器Ａ1〜Ａｎにより構成される。
【００２８】
最も上流の遅延デバイスＤ0の入力端に入力データ、即ち図１のΔΣ変調器１１の出力データが入力され、最も下流の加算器ＡｎからＰＷＭ１２に対する出力データが得られる。ここで、各遅延デバイスＤ0〜Ｄｎは、ΔΣ変調器１１のサンプリング周波数の逆数に対応する遅延時間を有するデバイス、例えばＤ型フリップフロップである。重み付け係数回路Ｃ0〜Ｃｎは、「１」であっても良い。図２に示す如きローパスフィルタ１９は、フィルタ係数とフィルタ次数を自由に設定可能であるので、自由度が高く且つＩＣ化することにより従来のＬＣフィルタに比較して極めて小型軽量化が可能である。
【００２９】
次に、図１に示すドライバ部１４によるヘッドフォン１７の駆動の具体例を、図３を参照して説明する。図３（Ａ）は、ドライバ部１４およびその出力、即ちＬｃｈ側のドライバ部１４Ｌ（又はＲｃｈ側のドライバ部１４Ｒ）の出力であるシングル出力とＣＯＭ側ドライバ部１４Ｃの出力ＣＯＭ出力およびこれらの出力により駆動されるヘッドフォン１７を示す。一方、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す回路部分の動作を説明するタイミングチャートである。
【００３０】
図３（Ｂ）において、（ａ）はシングル出力、（ｂ）はＣＯＭ出力および（ｃ）は（シングル出力−ＣＯＭ出力）、即ちヘッドフォン１７に実際に流れる駆動電流波形を示す。図３（Ｂ）の（ａ）に示す如く、ドライバ部１４からのシングル出力は、一定データ周期で、例えば「０」、「１」、「２」、「３」および「４」の５段階（又はレベル）に順次変化すると仮定する。一方、ＣＯＭ出力は（ｂ）に示す如く「０」および「１」間で変化するデューティファクタ５０％のロジック（又はデジタル）信号であり、各データ周期の中央と「１」の中心が一致する信号である。尚、この位相関係は、任意であり、図示の例と異なっていてもよく、デジタルオーディオデータとは相関関係のないパルスであるのが好ましい。実際にヘッドフォン１７に流れる駆動電流は、図３（Ｂ）の（ｃ）に示す如く、出力（ａ）と出力（ｂ）の差信号（シングル出力−ＣＯＭ出力）である。この差信号は、図示の如く「−１」、「０」および「＋１」間で変化する３つの値を取る。換言すると、ヘッドフォン１７に流れる駆動電流の方向は、「＋」およびマイナス「−」に極性が変化（即ち、流れる方向が変化）する交流信号になる。
【００３１】
更に補足説明すると、ヘッドフォン１７の駆動電流は、図３（Ｂ）に示す具体例の場合、シングル出力が「０」パルス幅のとき、駆動電流は「０」、「−１」および「０」に変化する。シングル出力が「１」に対応するパルス幅のとき、駆動電流は「０」、「−１」、「０」、「０」、「−１」および「０」に変化する。シングル出力が「２」に対応するパルス幅のとき、駆動電流は「０」のままである。シングル出力が「３」に対応するパルス幅のとき、駆動電流は「０」、「＋１」、「０」、「＋１」および「０」に変化する。最後に、シングル出力が「４」に対応するパルス幅のとき、駆動電流は「＋１」、「０」および「＋１」に変化する。
【００３２】
図３（Ｂ）の波形（ｃ）から明らかな如く、ヘッドフォンのスピーカの駆動電流が「０」である期間が長いことに注目されたい。特に、シングル出力（ａ）が「０」以外のときに顕著である。従って、ヘッドフォンの両端には電圧差がない期間が長くなり、ドライバ部の電力効率が改善されることとなる。これは、内蔵電池で駆動されるオーディオ機器にあっては、電池の動作時間を延長できるので有効である。
【００３３】
以上、本発明によるヘッドフォン駆動装置の好適実施形態の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨や精神を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。
【００３４】
本発明のヘッドフォン駆動装置によると、ドライバ部およびヘッドフォン間は直接接続可能であるので、ローパスフィルタおよび直流阻止キャパシタが不要となり、小型軽量化および高音質化が可能であるので、特に小型軽量化が要求される補聴器、ポータブル型のオーディオ機器、オーディオ再生機能付き携帯電話端末等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるヘッドフォン駆動装置の好適実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】図１中に示すローパスフィルタの具体例の回路図である。
【図３】図１中のドライバ部およびヘッドフォンの動作説明図であり、（Ａ）はドライバ部とヘッドフォンを含む部分のブロック図、（Ｂ）は各部の動作波形のタイミングチャートである。
【図４】代表的な従来のヘッドフォン駆動回路のブロック図である。
【図５】従来のヘッドフォン駆動部のブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ヘッドフォン駆動装置
１１  ΔΣ変調器
１２  パルス幅変調器（ＰＷＭ）
１３  ドライバ制御回路
１４  ドライバ部
１７  ヘッドフォン
１８  パルス発生器
１９  ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
Ｄ0〜Ｄｎ  遅延デバイス
Ａ0〜Ａｎ  加算器
【図１】
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【図２】
2007028157.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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