(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカ負荷へ音声信号を出力する増幅器において、
所定の周波数の信号を発信し且つ該所定の周波数とは異なる複数の周波数の信号を順次切り換えて発信する発信回路と、
前記発信された所定の周波数における基準出力レベルと、該所定の周波数とは異なる前記複数の周波数における複数の出力レベルと、を測定する出力レベル測定手段と、
前記出力レベル測定手段により測定された基準出力レベルと複数の出力レベルとの差に基づいて、夫々の周波数に対応する複数の補正値を算出する補正値算出手段と、
前記算出された複数の補正量を記憶するＲＡＭと、
前記記憶された複数の補正量に基づいて、前記夫々の周波数における出力レベルを補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする増幅器。
【請求項２】
前記補正手段による補正後に、補正された出力レベルと、前記所定の周波数における基準出力レベルと、を比較して補正の正否を確認する補正確認手段、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の増幅器。
【請求項３】
スピーカ負荷へ音声信号を出力する音声出力方法において、
所定の周波数の信号を発信し且つ該所定の周波数とは異なる複数の周波数の信号を順次切り換えて発信する発信工程と、
前記発信された所定の周波数における基準出力レベルと、該所定の周波数とは異なる前記複数の周波数における複数の出力レベルを測定する出力レベル測定工程と、
前記出力レベル測定工程にて測定された基準出力レベルと複数の出力レベルとの差に基づいて、夫々の周波数に対応する複数の補正値を算出する補正値算出工程と、
前記算出された複数の補正量に基づいて、前記夫々の周波数における出力レベルを補正する補正工程と、
を含むことを特徴とする音声出力方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅器及び音声出力方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、オーディオ用のアンプとして多く使用されるＡＢ級アンプに対して、電圧を高速に切り替えてOn状態の時間を制御することにより、音声信号を効率的に増幅するＤ級アンプ（Class-D amplifier）が開発され、商品化されている。Ｄ級アンプは、消費電力や発熱量が低い上に、高出力が得られる等の長所があるため、カーオーディオやテレビ等のＡＶ（Audio Visual）機器に利用されている。
【０００３】
以下、図４の機能ブロック図を参照して、従来のＤ級アンプ２１について説明する。図４に示す様に、Ｄ級アンプ２１は、入力されるアナログ信号を所定のサンプリング周波数と量子化ビット数でデジタル信号に変調するフロントエンド部２２、変調されたデジタル信号を、時間軸にアナログ的な幅を有するパルス幅変調方式のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に変換する信号処理部２３、所定のスイッチング周波数で上記ＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦ状態の切替制御を行う金属酸化膜半導体（ＭＯＳ：Metal Oxide Semiconductor）ドライバ部２４、入力されたＰＷＭ信号を増幅するＤＭＯＳ部２５を有する。
【０００４】
また、Ｄ級アンプ２１は、増幅されたＰＷＭ信号を再度フロントエンド部２２へ戻してフィードバック制御するループフィルタの機能を有する帰還回路２６、ＰＷＭ信号から可聴帯域のオーディオ・アナログ信号を抽出するＬＣフィルタ２７、そのオーディオ・アナログ信号をスピーカ（図示略）へ出力するスピーカ端子２８、により構成される。更に、ＬＣフィルタ２７は、ＰＷＭ信号をアナログ信号に復調後、インダクターＬとキャパシターＣより構成される１次或いは２次のパッシブなＬＰＦ（Low Pass Filter）によりアナログ信号の可聴帯域外の周波数成分を除去していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＤ級アンプ２１で使用されているＬＣフィルタ２７のカットオフ周波数は、概ね50kHz辺りに設定してあり、スピーカ端子２８に接続される負荷のインピーダンスが規定されている定格負荷インピーダンス、例えば４Ω負荷では可聴帯域において平坦な周波数特性を得ることができる。しかしながら、音声信号増幅器の実際の負荷となる一般のスピーカでは、値が最低になる周波数のインピーダンスを定格インピーダンスとしているため、当該周波数より高い周波数帯域になると、インピーダンスが上昇してしまう。
【０００６】
図５は、ＤＭＯＳ部２５（図示せず）から出力されるＰＷＭ信号をアナログ信号に復調するＬＣフィルタ２７の構成を示す。ＬＣフィルタ２７は、Ｌ１はローパスフィルタを構成するコイル、Ｃ１はローパスフィルタを構成するコンデンサ、Ｒ１は位相補正用のＣＲ回路を構成する抵抗、Ｃ２は位相補正用のＣＲ回路を構成するコンデンサから成る。このＬＣフィルタ２７からの信号は、スピーカ端子２８に出力され、このスピーカ端子２８を介してここに接続されるスピーカＳを駆動する。
【０００７】
図６は、従来のＤ級増幅器において、スピーカ端子２８に接続される負荷を切換スイッチ２９で順次切り替えて、夫々の負荷における周波数特性を測定するためのブロック図である。図６では、図５で示したスピーカＳに代わり擬似負荷、ＤＬ１、ＤＬ２及びＤＬ３を用いている。ＤＬ１は４Ωの擬似負荷抵抗器であり、ＤＬ２は８Ωの擬似負荷抵抗器であり、ＤＬ３は擬似負荷スピーカの等価回路ブロックであり、夫々抵抗値の異なる４種類の抵抗Ｒ２〜Ｒ５と２種類のコイルＬ２，Ｌ３及びコンデンサＣ３が直並列に接続されることにより構成されている。ＤＬ１，ＤＬ２及びＤＬ３は、切換スイッチ２９を介してスピーカ端子２８に順次切り替えて接続される。スイッチ２９をＳＷ２に切り替えると８Ωの擬似抵抗負荷（ＤＬ２）に接続され、ＳＷ３に切り替えると擬似負荷スピーカ（ＤＬ３）に接続される。切換スイッチ２９により負荷を順次切り替えて夫々の周波数特性を測定する。
【０００８】
図７のグラフは、スピーカ端子２８に接続される負荷のインピーダンス変化によりＬＣフィルタ２７からスピーカ端子２８に出力される信号のレベルを測定した周波数特性のグラフである。図６で示す切換スイッチ２９をＳＷ１，ＳＷ２そしてＳＷ３と順次切り替えて、夫々のインピーダンスの異なる３種類の擬似負荷を順次スピーカ端子２８に接続する。３種類のグラフは、夫々切換スイッチ２９をＳＷ１に設定した時には４Ωの擬似抵抗負荷（ＤＬ１）を、ＳＷ２に設定した時は８Ωの擬似抵抗負荷（ＤＬ２）を、そしてＳＷ３に設定した時には擬似負荷スピーカ（ＤＬ３）を、スピーカ端子２８に接続した時の、スピーカ端子２８にＬＣフィルタ２７から出力される信号のレベルの変化を表している。このグラフにおいて、横軸は周波数（Hz）、縦軸は（dB）を示す。
【０００９】
図７に示す様に、切換スイッチ２９をＳＷ１に設定したときには、出力レベルは、周波数20kHz辺りから急激に下降し始め、周波数約70kHzで−6.0dBまで低下する。また、ＳＷ２に設定したときには、周波数５kHz辺りから出力レベルが徐々に上昇し始め、周波数40kHz〜50kHzでピーク（約2.5dB）に達した後、下降し始め周波数約90kHzで−6.0dBまで低下する。
【００１０】
更に、切換スイッチ２９をＳＷ３に設定したときには、出力レベルは、周波数9kHz辺りで上昇し始め、約60kHzでピーク（約2.3dB）に達した後、下降し始め、周波数約110kHzで−6.0dBまで低下する。
【００１１】
この様に、Ｄ級アンプ２１のＬＣフィルタ２７からスピーカ端子２８に出力される信号の周波数特性は、接続される負荷のインピーダンスの値により、特に高周波数帯域（10 kHz〜100kHz）において異なっている。このため、同じＤ級アンプでも接続するスピーカのインピーダンス値によって、高帯域の出力レベルに聴感上かなりの差異が生じる。この負荷インピーダンス毎に異なる周波数特性が、接続するスピーカによってはスピーカから楽音を再生したときに可聴帯域の再生音質を低下させる要因となっていた。
【００１２】
本発明の課題は、スピーカへ音声信号を出力する増幅器の周波数特性を補正することにより、高音質再生を実現する増幅器、及び音声出力方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の様な特徴を備えている。なお、以下に示す手段の説明中、括弧書きにより実施の形態に対応する構成を例示する。また、符号等は、後述する図面参照符号に対応する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の増幅器（例えば、図１のＤ級アンプ１）は、スピーカ負荷（例えば、図１のスピーカＳ）へ音声信号を出力する増幅器において、所定の周波数（例えば、４００Hz〜１，０００Hz）における基準出力レベルと該所定の周波数を発信し且つ該所定の周波数とは異なる複数の周波数（例えば、１０ｋＨｚ、１６ｋＨｚ）の信号を順次切り換えて発信する発信回路（例えば、図１の発信回路１２）と、前記発信された所定の周波数における基準出力レベルと、該所定の周波数とは異なる前記複数の周波数における複数の出力レベルと、を測定する出力レベル測定手段（例えば、図１の交流電圧測定回路１０と制御部１１）と、前記出力レベル測定手段により測定された基準出力レベルと複数の出力レベルとの差に基づいて、夫々の周波数に対応する複数の補正値を算出する補正値算出手段（例えば、図１の制御部１１）と前記算出された複数の補正量を記憶するＲＡＭ（例えば、図１のＲＡＭ１１ａ）と、前記記憶された複数の補正量に基づいて、前記夫々の周波数における出力レベルを補正する補正手段（例えば、図１の信号処理部３）と、を備えることを特徴としている。
【００１５】
従って、基準出力レベルと異なる出力レベルが補正された音声信号を出力することが可能となり、増幅器に接続されたスピーカの種類や設置環境の伝送特性による抵抗負荷値の違いによる影響を抑えることができる。このため、特に出力レベルのずれの生じ易い高周波数帯域においても基準出力レベルに近い安定した周波数特性の出力レベルを維持できる。その結果、スピーカの特性に適した再生系を構成でき、可聴帯域における再生音質を向上できる。
【００１７】
また、複数の周波数において出力レベルの補正を行うことにより、周波数帯域に因らず、出力レベルの周波数特性をより高精度に補正することができる。その結果、可聴帯域におけるスピーカの再生音質を一層向上できる。
【００１８】
請求項２記載の発明の増幅器（例えば、図１のＤ級アンプ１）は、請求項１記載の発明の増幅器において、前記補正手段による補正後に、補正された出力レベルと、前記所定の周波数における基準出力レベルと、を比較して補正を確認する補正確認手段（例えば、図１の制御部１１）、を更に備えることを特徴としている。
【００１９】
従って、補正終了後に各周波数における補正の正否を確認することが可能となり、不完全な補正による再生音質の低下を未然に防止できる。また、例えば、補正後における出力レベルの偏差が規定値以上の場合には、再補正を行うことにより、より信頼性の高い出力レベルまたはその周波数特性の補正が可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して本発明の実施の形態におけるＤ級アンプ１について説明する。
【００２１】
まず構成を説明する。
図１を参照して本実施の形態におけるＤ級アンプ１の内部構成を説明する。図１は、Ｄ級アンプ１の機能的構成を示すブロック図である。図１に示す様に、Ｄ級アンプ１は、フロントエンド部２、信号処理部３、ＭＯＳドライバ部４、ＤＭＯＳ部５、帰還回路６、ＬＣフィルタ７、スピーカ端子８、ＬＰＦ９、交流電圧測定回路１０、ＲＡＭ１１ａを有する制御部１１、発振回路１２より構成される。
【００２２】
上述した従来技術におけるＤ級アンプ２１と同様に、フロントエンド部２は、入力されるアナログ信号を所定のサンプリング周波数と量子化ビット数でデジタル信号に符号化し、発振回路１２の発振周波数に従って信号処理部３へ出力し、信号処理部３は、フロントエンド部２で符号化されたデジタル信号をＰＷＭ信号に変換し、制御部１１から出力される補正データに基づいて、周波数特性を補正し、ＭＯＳドライバ部４は、所定のスイッチング周波数でＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦ状態の開閉比率を切替制御することにより平均出力を変化させる。
【００２３】
また、ＤＭＯＳ部５は、入力されたＰＷＭ信号を増幅する。帰還回路６は、増幅されたＰＷＭ信号を再度フロントエンド部２へ戻してフィードバック制御するループフィルタである。また、ＬＣフィルタ７は、ＤＭＯＳ部５から出力されるＰＷＭ信号から可聴帯域のオーディオ・アナログ信号を抽出して、スピーカ端子８と後述するＬＰＦ９へ出力する。更に、スピーカ端子８は、オーディオ・アナログ信号をスピーカＳへ出力する。
【００２４】
ＬＰＦ９は、可聴帯域外にカットオフ周波数を有し、入力されたオーディオ・アナログ信号の低帯域の周波数成分のみ通過させる低域通過型フィルタである。交流電圧測定回路１０は、ＬＰＦ９から入力される信号レベルを測定し、この値を増幅器の出力レベル値として制御部１１へ出力する。
【００２５】
制御部１１は、交流電圧測定回路１０から入力される出力レベル値をＡ／Ｄ変換すると共に、当該出力レベル値を周波数データと対応付けてＲＡＭ１１ａに記憶させる。また、制御部１１は、後述する発振回路１２に任意の周波数の信号を発振させると共に、基準周波数における出力レベル（以下、「基準出力レベル」と記す。）と各測定周波数における出力レベル（以下、「測定出力レベル」と記す。）との差を算出し、算出結果を補正データとして信号処理部３へ出力する。
【００２６】
ＲＡＭ１１ａには、400 Hz〜1,000Hzの基準周波数データと、例えば、10 kHz，16 kHz，20 kHz，40kHz，50kHz及び60kHzの周波数帯域における６種類の測定周波数データが、既定値として記憶されている。また、ＲＡＭ１１ａには、基準周波数と測定周波数の各周波数に対応する出力レベルデータ及び補正データが書き換え可能に記憶される記憶領域を有する。更に、ＲＡＭ１１ａは、周波数レスポンスのばらつき度合を示す偏差の規定値（以下、「既定偏差」と記す。）を記憶する。
【００２７】
発振回路１２は、制御部１１から出力される基準周波数データ或いは測定周波数データに従って、フロントエンド部２で符号化されたデジタル信号を所定の周波数で発振させる。
【００２８】
次に、本実施の形態においてスピーカＳの接続後、音楽再生前に実行制御される出力レベル補正処理について説明する。
まず、スピーカ端子８にスピーカＳが接続される（ステップＳ１）と、制御部１１は、例えば400 Hz〜1,000Hzの基準周波数信号を発振回路１２に発振させる（ステップＳ２）。発振回路１２により発振された信号は、上述した信号処理部３、ＬＣフィルタ７、ＬＰＦ９等の各ブロックを経由して交流電圧測定回路１０に到達する。次に、制御部１１は、交流電圧測定回路１０で測定された電圧を出力レベル値に変換する（ステップＳ３）。
【００２９】
同時に、制御部１１は、当該出力レベル値を基準出力レベルデータとしてＲＡＭ１１ａ内の所定領域に記憶させ（ステップＳ４）、発振回路１２に10kHzの測定周波数信号を発振させて、ステップＳ３と同様の手順で出力レベルを測定する（ステップＳ５）。次に、制御部１１は、ステップＳ４で記憶された基準出力レベルとステップＳ５で測定された出力レベルとを比較して（ステップＳ６）、その差を補正値１として算出する（ステップＳ８）。算出された補正値は、ＲＡＭ１１ａ内の所定領域に記憶される。
【００３０】
次に、制御部１１は、発振回路１２の測定周波数を順次シフトさせて、16kHzの測定周波数信号を発振させる（ステップＳ７）。制御部１１は、ステップＳ３と同様の手順で16kHzにおける出力レベルを測定し、該出力レベルと基準出力レベルとを比較した後、その差を補正値２として算出し（ステップＳ８）、ＲＡＭ１１ａ内の所定領域に記憶させる。ステップＳ５〜Ｓ８に示した出力レベル測定から補正値算出までの一連の工程は、測定周波数20kHz，40kHz，50kHz及び60kHzについても同様に実行し、図３に示すように夫々の周波数に対応する補正値３，４，５及び６を算出する。
【００３１】
次に、制御部１１は、ステップＳ８で算出された補正値１〜６に基づいて、図３（ｂ）に示すようにスピーカＳ接続時のイコライザカーブを作成し（ステップＳ９）、信号処理部３へ補正データとして出力する（ステップＳ１０）。信号処理部３は、当該補正データに従って補正前の周波数特性（図３（ａ）参照）に対して逆特性となっている補正カーブ（図３（ｂ）参照）を加えることにより、周波数偏差の少ない周波数特性（図３（ｃ）参照）に補正する。本実施の形態では、測定周波数を６種類としたが、更に多数の補正値を算出することにより、より精巧度の高い補正カーブを作成でき、高度な補正が可能である。
【００３２】
次に、制御部１１は、周波数特性の補正結果の正否を確認するため、ステップＳ５と同様の手順で、10kHz,16kHz,20kHz,40kHz,50kHz,60kHzの各測定周波数における周波数レスポンスを測定する（ステップＳ１１）。そして、制御部１１は、測定された６つの出力レベル間のばらつき度合を表す偏差（以下、「測定偏差」と記す。）を算出し、測定偏差とＲＡＭ１１ａに記憶されている規定偏差を比較する（ステップＳ１２）。
【００３３】
ステップＳ１２において、測定偏差が既定偏差未満の場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）には、制御部１１は、周波数特性の補正が正常に完了したと判断し、出力レベル補正処理を終了する。一方、測定偏差が既定偏差以上の場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）には、周波数特性の補正が不完全であると判断し、再度補正をするため、ステップＳ２に戻り、それ以降の処理を再実行する。
【００３４】
以上説明した様に、本発明に係るＤ級アンプ１は、安定した周波数特性を示す周波数帯域における基準出力レベルと異なる周波数帯域における測定出力レベルを測定し、測定された基準出力レベルと測定出力レベルとの差を補正値として算出し、算出された補正値に基づいて、出力レベルを補正する機能を有する。従って、周波数の高低に関わらず安定した周波数特性を得ることができる。また、スピーカの接続後に補正を行うため，スピーカ毎に異なるインピーダンス特性に適した補正が可能である。更に、周波数毎の補正値を記憶して保持することにより、接続するスピーカを変更しない限り、出力レベル補正処理を再実行する必要はない。
【００３５】
なお、上記実施の形態における記述内容は、本発明に係るＤ級アンプ１の好適な一例であり、これに限定されるものではない。
その他、Ｄ級アンプ１の細部構成及び詳細動作に関しても本発明の趣旨を逸脱することのない範囲において、適宜変更可能である。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１、３に記載の発明によれば、基準周波数と異なる周波数においても出力レベルが補正された音声信号を出力することが可能となり、増幅器に接続されるスピーカの種類により負荷のインピーダンスの違いによる影響を少なくすることができる。このため、スピーカのインピーダンス特性の変化に影響されることなく周波数偏差の少ない音声増幅器を得ることができる。
【００３７】
また、請求項１、３に記載の発明によれば、複数の周波数において出力レベルの補正を行うことにより、周波数帯域に因らず、出力レベルの周波数特性をより高精度に補正することができる。その結果、可聴帯域におけるスピーカの再生音質を一層向上できる。
【００３８】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、補正終了後に各周波数における補正の正否を確認することが可能となり、不完全な補正による再生音質の低下を未然に防止できる。また、例えば、補正後における出力レベルの偏差が規定値以上の場合には、再補正を行うことにより、より信頼性の高い出力レベルまたはその周波数特性の補正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＤ級アンプ１の機能的構成を示すブロック図である。
【図２】図１のＤ級アンプ１により実行制御される出力レベル補正処理を示すフローチャートである。
【図３】補正前の周波数特性と補正カーブ（イコライザカーブ）及び補正後の周波数特性のグラフである。
【図４】従来技術におけるＤ級アンプ２１の機能的構成を示すブロック図である。
【図５】ＬＣフィルタの回路構成図である。
【図６】３種類の擬似負荷ＤＬ１，ＤＬ２、及びＤＬ３を切り替えて接続し、それぞれの擬似負荷のインピーダンスの違いによる出力レベルの周波数レスポンスを測定する回路構成図である。
【図７】３種類の擬似負荷ＤＬ１，ＤＬ２、及びＤＬ３をスピーカ端子２８に接続したときのスピーカ端子２８における出力信号の周波数レスポンスを示すグラフである。
【符号の説明】
１    Ｄ級アンプ
２    フロントエンド部
３    信号処理部
４    ＭＯＳドライバ部
５    ＤＭＯＳ部
６    帰還回路
７    ＬＣフィルタ
８    スピーカ端子
９    ＬＰＦ
１０    交流電圧測定回路
１１    制御部
１１ａ    ＲＡＭ
１２    発振回路
Ｓ    スピーカ
【図１】
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【図２】
0003944353.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003944353.tif 000005
【図５】
0003944353.tif 000006
【図６】
0003944353.tif 000007
【図７】
0003944353.tif 000008