(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各チャンネルの入力信号Ｖｉｎ（ｉ）（ｉは、チャンネル１〜ｎ）をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、
各サンプルホールドされた入力信号Ｖｉｎ（ｉ）のレベルを検出するレベル検出回路と、
所定値ＶＩｃまでのレベルの入力信号Ｖｉｎ（ｉ）をリニアに増幅し、所定値ＶＩｃを超えるレベルの入力信号Ｖｉｎ（ｉ）を最大増幅率で増幅するアンプと、
前記サンプルホールドされた各信号Ｖｉｎ（ｉ）を切り換え時間Ｔ（ｉ）で切り換えて前記アンプに入力する入力信号切換回路と、
前記アンプの出力を前記切り換え時間Ｔ（ｉ）で切り換えてｉチャンネルの出力信号にする出力信号切換回路と、
出力信号の希望周波数帯域の最高周波数によって決まる、前記入力信号切換回路及び前記出力信号切換回路の前記切り換え時間Ｔ（ｉ）を設定する回路であって、
前記レベル検出回路で検出した各入力信号Ｖｉｎ（ｉ）のレベルが前記所定値ＶＩｃまでのチャンネルには、各チャンネルに必ず割り振られる時間Ｔｃを設定して、全チャンネルの時間Ｔｃの合算値を１／（２×Ｆｍ）とするとともに、
入力レベルが所定値ＶＩｃを超えるチャンネルには、（ＶＩ（ｉ）−Ｖｉｃ）とのリニアな関係から求められる分配時間ＴＬ（ｉ）をさらに設定し、
入力レベルが所定値ＶＩｃ以下のチャンネルには、ＴＬ（ｉ）＝０をさらに設定して、
前記切り換え時間Ｔ（ｉ）を
Ｔ（ｉ）＝Ｔｃ＋ＴＬ（ｉ）
とし、
前記分配時間ＴＬ（ｉ）の合算値が１／（２×Ｆｍ）を超える場合には、各チャンネルのレベルバランスに応じて、分配可能時間である１／（２×Ｆｍ）を按分して、
前記切り換え時間Ｔ（ｉ）を
Ｔ（ｉ）= Ｔｃ+｛ ＴＬ（ｉ）/ ΣＴＬ（ｉ）｝×｛１／（２×Ｆｍ）｝
但し、Ｆは、出力信号の希望周波数帯域の最高周波数、
ｍは、任意の整数値( ＞１)、
Ｔｃは、各チャンネルに必ず割り振られる時間で、１／(２×Ｆｍ×Ｎ)、
ＴＬ（ｉ）は、入力レベルＶＩ（ｉ）が所定値ＶＩｃを超える場合に、その超えた分に対応する値（時間）、
Ｎは、全チャンネル数
として演算する制御回路と、
を備えてなる時分割マルチチャンネル増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マルチチャンネル入力信号を、１つの増幅器（アンプ）を用いて時分割で増幅する時分割マルチチャンネル増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホームシアター用のオーディオ装置等、複数チャンネルの信号を取り扱う増幅装置では、通常、図１に示すように、チャンネル数に相当するアンプを設けている。
【０００３】
このような装置では、各アンプが単独で各チャンネルの信号を取扱い、各アンプの機能を複数のチャンネルに割り振るという考えはない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ホームシアターに使用するオーディオ装置等、マルチチャンネルを扱うオーディオ装置では、各アンプに同時に入力レベルの大きな入力信号が加わることは稀であり、ある瞬間においてはほとんど無信号状態のチャンネルも多く存在している。このため、アンプの使用効率が悪いとともに、チャンネル毎にアンプが必須であるため低コスト化及び小型化が困難である不都合があった。
【０００５】
この発明の目的は、１台のアンプを時分割で切り換えて各チャンネルで使用することにより、アンプの使用効率を向上することのできる時分割マルチチャンネル増幅装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、各チャンネルの入力信号Ｖｉｎ（ｉ）（ｉは、チャンネル１〜ｎ）をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、各サンプルホールドされた入力信号Ｖｉｎ（ｉ）のレベルを検出するレベル検出回路と、所定値ＶＩｃまでのレベルの入力信号Ｖｉｎ（ｉ）をリニアに増幅し、所定値ＶＩｃを超えるレベルの入力信号Ｖｉｎ（ｉ）を最大増幅率で増幅するアンプと、前記サンプルホールドされた各信号Ｖｉｎ（ｉ）を切り換え時間Ｔ（ｉ）で切り換えて前記アンプに入力する入力信号切換回路と、前記アンプの出力を前記切り換え時間Ｔ（ｉ）で切り換えてｉチャンネルの出力信号にする出力信号切換回路と、出力信号の希望周波数帯域の最高周波数によって決まる、前記入力信号切換回路及び前記出力信号切換回路の前記切り換え時間Ｔ（ｉ）を設定する回路であって、前記レベル検出回路で検出した各入力信号Ｖｉｎ（ｉ）のレベルが前記所定値ＶＩｃまでのチャンネルには、各チャンネルに必ず割り振られる時間Ｔｃを設定して、全チャンネルの時間Ｔｃの合算値を１／（２×Ｆｍ）とするとともに、入力レベルが所定値ＶＩｃを超えるチャンネルには、（ＶＩ（ｉ）−Ｖｉｃ）とのリニアな関係から求められる分配時間ＴＬ（ｉ）をさらに設定し、入力レベルが所定値ＶＩｃ以下のチャンネルには、ＴＬ（ｉ）＝０をさらに設定して、前記切り換え時間Ｔ（ｉ）を
Ｔ（ｉ）＝Ｔｃ＋ＴＬ（ｉ）
とし、
前記分配時間ＴＬ（ｉ）の合算値が１／（２×Ｆｍ）を超える場合には、各チャンネルのレベルバランスに応じて、分配可能時間である１／（２×Ｆｍ）を按分して、前記切り換え時間Ｔ（ｉ）を
Ｔ（ｉ）= Ｔｃ+｛ ＴＬ（ｉ）/ ΣＴＬ（ｉ）｝×｛１／（２×Ｆｍ）｝
但し、Ｆは、出力信号の希望周波数帯域の最高周波数、ｍは、任意の整数値( ＞１)、Ｔｃは、各チャンネルに必ず割り振られる時間で、１／(２×Ｆｍ×Ｎ)、ＴＬ（ｉ）は、入力レベルＶＩ（ｉ）が所定値ＶＩｃを超える場合に、その超えた分に対応する値（時間）、Ｎは、全チャンネル数
として演算する制御回路と、を備えてなることを特徴とする。
【０００７】
この発明では、ＣＨ１〜ＣＨｎの各チャンネルの入力信号をサンプルホールドして時分割で１つのアンプを通過させる時に、時分割するチャンネル毎の切り換え時間Ｔ（ｉ）として、前記レベル検出回路で検出した各入力信号Ｖｉｎ（ｉ）のレベルが前記所定値ＶＩｃまでのチャンネルには、一定時間Ｔｃを前記切り換え時間Ｔ（ｉ）に設定し、入力信号Ｖｉｎ（ｉ）のレベルが前記所定値ＶＩｃを超えるチャンネルには、一定時間Ｔｃと、そのチャンネルの入力信号のレベルに応じて分配した時間ＴＬ（ｉ）と、を加算した時間を前記切り換え時間Ｔ（ｉ）に設定して、全チャンネルに設定する切り換え時間Ｔ（ｉ）の合計を１／Ｆｍ以下に設定し、全チャンネルに設定する切り換え時間Ｔ（ｉ）の合計が１／Ｆｍを超える場合には、前記入力信号Ｖｉｎ（ｉ）のレベルが前記所定値ＶＩｃを超えるチャンネルには、一定時間Ｔｃと、そのチャンネルの入力信号のレベルバランスに応じて分配可能時間１／（２×Ｆｍ）を按分した時間と、を加算した時間を前記切り換え時間Ｔ（ｉ）に設定する。したがって、高効率でアンプを使用することができるとともに、入力レベルの大きいチャンネルほどスピーカ出力を大きくすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図２は、この発明の実施形態である時分割マルチチャンネル増幅装置の構成図である。
【０００９】
サンプルホールド回路１は、ＣＨ１〜ＣＨｎの各チャンネルの入力信号Ｖｉｎ（ｉ）（ｉは、チャンネル１〜ｎ）を、サンプリングクロック回路２で形成される数１００ｋＨｚ程度のサンプリングクロックによってサンプルホールドする。各サンプルホールド回路１でサンプルホールドされた入力信号Ｖｉｎ（ｉ）は、数ＭＨｚ程度のクロックで切り換えられる切換回路３を介して、レベル検出回路４により順にレベル検出される。また、サンプルホールドされた上記入力信号Ｖｉｎ（ｉ）は、入力信号切換回路５を介してアンプ６に入力され、各チャンネルの入力信号が時分割で増幅される。
【００１０】
前記アンプ６はリニアアンプであり、入力信号が所定値ＶＩｃまでは、一定のゲインでリニアに増幅するとともに、ＶＩｃを超えるレベルの入力信号に対しては最大増幅率で増幅する。
【００１１】
アンプ６の出力信号は、出力信号切換回路７を介して１〜ｎチャンネルの出力信号として出力される。この１〜ｎチャンネルの出力信号は、それぞれＬとＣとを含む積分回路８で積分されてアナログ信号に変換されスピーカ９に出力される。
【００１２】
前記レベル検出回路４で検出された各入力信号のレベルは演算制御回路１０に入力され、ここで、切換回路５及び７の切換タイミング信号を形成する。この切換タイミング信号は切換制御回路１１に入力され、切換回路５及び７をチャンネル毎に同期させて切り換えていく。切換回路５及び７がＣＨ１からＣＨｎまで切り換える時間を１周期として、毎周期毎に、レベル検出回路４での各入力信号のレベル検出と、それに応じた切換タイミング信号の形成を演算制御回路１０が行う。
【００１３】
演算制御回路１０は、各チャンネルのレベルやレベルバランスに応じて各チャンネルをアンプ６に接続する期間Ｔ（ｉ）を演算して切換タイミング信号を形成する。すなわち、演算制御回路１０は、レベル検出回路４で検出した各チャンネルのレベルが高いほど、期間Ｔ（ｉ）を長くする。このため、入力信号のレベルが高いチャンネルほどアンプ６を通過する時間Ｔ（ｉ）が長くなり、当該チャンネルに対する配分電力が大きくなる。
【００１４】
以上により、切換回路５及び７によってチャンネルを順次切り換えていくことにより、１台のアンプ６をチャンネル毎に時分割で駆動できるとともに、各チャンネルのレベルが高いほど当該チャンネルのスピーカ９の駆動電力が大きくなる。これにより、アンプ６を高効率で使用することができる。なお、積分回路８は、時分割駆動された信号を平滑するためのものである。
【００１５】
次に上記期間Ｔ（ｉ）の演算方法及び演算制御回路１０の制御手順について図３以下を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図３は、演算制御回路１０の制御手順を示すフローチャートである。
【００１７】
図２に示す構成において、入力が所定値ＶＩｃまではアンプ６のゲインは一定であり、入力がＶＩｃの時、出力は最大値ＶＯｍａｘとなる。しかし、ＶＩｃを超えるレベルの入力があったときは出力はＶＯｍａｘに固定される。また、チャンネル数はＮとし、出力信号の希望周波数帯域の最高周波数をＦとする。同最高周波数Ｆまでのリニアな増幅を実現するために、入力信号切換回路５及び出力信号切換回路７の各チャンネルの切換周波数はＦのｍ倍とする（ｍは２以上の整数で、４〜１０程度の整数から選ばれるのが望ましい）。サンプリングクロック回路２は、数１００ｋＨｚ程度のサンプリングクロックをサンプルホールド回路１に常時供給していて、各チャンネルのサンプルホールド回路１は入力信号Ｖｉｎ（ｉ）のサンプルホールドを常時行っている。
【００１８】
図３において、まず、演算制御回路１０は、入力信号切換回路５及び出力信号切換回路７を制御して全てのチャンネルをオフし、未接続状態とする（ＳＴ１）。次に、レベル検出回路４によって、上記サンプルホールドされた各チャンネルの入力信号Ｖｉｎ（ｉ）のレベルを検出する。この時、切換回路３は、上記サンプリング周波数に比べて十分高速な数ＭＨｚ程度の信号で切り換える。レベル検出回路４で読み取ったチャンネルｉの入力レベルを、ＶＩ（ｉ）とする。
【００１９】
次に、上記ＶＩ（ｉ）に基づいて入力信号切換回路５及び出力信号切換回路７のそれぞれのチャンネルのオン時間Ｔ（ｉ）を演算する（ＳＴ３）。
【００２０】
図４〜図６を参照してＴ（ｉ）の演算方法を図解する。
【００２１】
切換回路５及び７の１周期の時間を１／Ｆｍとする。したがって、Ｆ＝２０ｋＨｚ、ｍ＝５とすると、切換回路５及び７が、ＣＨ１からＣＨ１に戻るまでの時間は、１０μｓｅｃとなる。各チャンネルには、必ず割り振られる時間Ｔｃが設定される。そして、Ｔｃの各チャンネルの合算値を１／Ｆｍの２分の１（５μｓｅｃ）とし、残りの２分の１の１／(２×Ｆｍ) の時間（５μｓｅｃ）を各チャンネルのレベル又はレベルバランスに応じて分配する。各チャンネルに分配される時間は、ＴＬ（ｉ）で表す。後述のように、上記分配の計算の結果、ＴＬ（ｉ）の合算値が１／(２×Ｆｍ) を超えることがあるが、この場合は１／(２×Ｆｍ) を各チャンネルのレベルバランスに応じて分配し、それ以外のときは各チャンネルのレベルに応じて分配する。また、この分配に際しては、入力レベルが一定レベルＶＩｃ以下のときはＴＬ（ｉ）＝０、入力レベルがＶＩｃを超えるときはＴＬ（ｉ）＞０となるようにし、入力レベルがＶＩｃを超えるチャンネルについてのみ分配が行われるようにする。図５（Ａ）は、入力チャンネル毎の入力レベル例を示している。また、図５（Ｂ）は分配前の状態で、図６は分配後の状態を示している。もし、アンプ６が、所定値ＶＩｃを超える入力信号に対してもリニアに増幅出来るなら、アンプ６の出力は、図５（Ｂ）のようになるはずであるが、アンプ６の最大出力はＶＯｍａｘであるため、入力レベルＶＩが所定値ＶＩｃ以上の入力チャンネル２、３、・・・、ｎについては、図６に示すように時間軸上で延長された出力となるように制御される。つまり、図５（Ｂ）にハッチングで示す領域が時間軸上で延長された出力となるように制御される。
【００２２】
したがって、図５及び図６に示す例では、ＣＨ（１）の入力レベルはＶＩｃ以下であるからＴＬ（１）＝０である。ＣＨ（２），ＣＨ（２），・・・，ＣＨ（ｎ）については、それぞれのレベルがＶＩｃを超えているから、これらのチャンネルに対してＴＬ（２），ＴＬ（３），・・・，ＴＬ（ｎ）＞０となって、Ｔ（ｉ）＞Ｔｃとなる。アンプ６は、入力信号のレベルがＶＩｃを超える時には、その出力レベルがＶＯｍａｘに固定されるため、上記の例では、Ｔ（ｉ）は、図６に示すようになる。なお、入力信号のレベルがＶＩｃを超える分（ＶＩ−ＶＩｃ）とＴＬとの関係は、図７に示すようなリニアな関係とされている。このリニアリティの特性については予め測定によって、またはシミュレーション等により適当に決めることが可能である。ただし、入力信号のレベルが非常に高い場合には、ＴＬ（ｉ）の合算値が１／(２×Ｆｍ) を超える可能性がある。そこで、このような場合には各チャンネルのレベルバランスに応じて、分配可能時間である１／(２×Ｆｍ) を按分する。図６は、１／(２×Ｆｍ) を按分することによって、Ｔ（ｉ）の合算値が１／Ｆｍとなっている例を示している。反対に、入力信号のレベルが非常に低い場合には、Ｔ（ｉ）の合算値が１／Ｆｍ以下となる。
【００２３】
Ｔ（ｉ）の具体的な演算式は下記のようになる。
【００２４】
Ｔ（ｉ）= Ｔｃ+｛ ＴＬ（ｉ）/ ΣＴＬ（ｉ）｝×｛１／(２×Ｆｍ)｝
但し、
Ｆは、出力信号の希望周波数帯域の最高周波数、
ｍは、任意の整数値( ＞１)、
Ｔｃは、各チャンネルに必ず割り振られる時間で、１／(２×Ｆｍ×Ｎ)、
ＴＬ（ｉ）は、入力レベルＶＩ（ｉ）がＶＩｃを超える場合に、その超えた分に対応する値（時間）、
Ｎは、全チャンネル数。
【００２５】
上記式の右辺の｛ＴＬ（ｉ）/ ΣＴＬ（ｉ）｝×｛１／(２×Ｆｍ)｝ において、各チャンネルのレベルバランスに応じて１／(２×Ｆｍ) を按分した値が求められ、これが一定値Ｔｃに加算されてＴ（ｉ）が求められる。
【００２６】
以上のようにして、演算制御回路１０においてＴ（ｉ）の演算を行い（ＳＴ３）、切換制御回路１１において、上記演算されたＴ（ｉ）の期間、切換回路５及び７を当該チャンネルに接続する（ＳＴ４）。
【００２７】
いま、Ｆ＝２０ｋＨｚ、ｍ＝５とすれば、１／Ｆｍ＝１０μｓｅｃとなる。また、チャンネル数Ｎを５とすれば、Ｔｃ＝１／２×１０μｓｅｃ×１／５＝１μｓｅｃとなる。各チャンネルに按分される１／(２×Ｆｍ) は、５μｓｅｃとなる。
【００２８】
図３のＳＴ４において、上記演算されたＴ（ｉ）により、切換制御回路１１で入力信号切換回路５及び出力信号切換回路７を順次切換制御し、ＣＨ（ｉ）の切り換えを終えると、再びＳＴ１に戻って上記の動作を繰り返す。なお、積分回路８は、図６に示す出力信号を平滑してアナログ信号を復調する。すなわち、入力信号ＶＩがＶＩｃを超えている状態では、アンプ６はＤ級アンプとして動作する。
【００２９】
上記の構成において、たとえば、全チャンネル数Ｎが５で、アンプ６として１００Ｗのものを使用した場合、各チャンネル１０Ｗまでは、出力電力のリニアリテイが保証され、５チャンネル同時にＭＡＸ信号が来た時には、各チャンネル出力は２０Ｗ×５チャンネルとなる。また、１チャンネルのみ最大の時には、６０Ｗ＋１０Ｗ×４チャンネルとなり、２チャンネルが最大の時には、３５Ｗ×２チャンネル＋１０Ｗ×３チャンネルとなる。このように、各チャンネルのレベルバランスに応じて最高効率でスピーカ駆動が可能となる。
【００３０】
なお、レベル検出回路４を時分割で使用しているが、各入力チャンネル毎にレベル検出回路を用意しておき、各検出値を演算制御回路１０に入力するようにしてもよい。
【００３１】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、所定値ＶＩｃまでの入力信号の時にはアンプ６でリニアに増幅し、ＶＩｃを超えたときには、最大値ＶＯｍａｘで固定してＴ（ｉ）を変動させる増幅動作を行うものとしている。これに代えて、アンプ６を１００％、最大値ＶＯｍａｘで固定してＴ（ｉ）を変動させる増幅動作を行うように構成することも可能である。この構成では、演算制御回路１０において、入力レベルが所定値ＶＩｃまでの時にはＴ（ｉ）をリニアに変化させ、
Ｔ（ｉ）＝Ｔｃ（ｉ）
で求める。Ｔｃ（ｉ）は、入力信号ＶＩ（ｉ）のレベルに応じて決められる値で、図１０に示すリニアな関係から求められる。各チャンネルｉに対しては、入力レベルに応じたＴｃ（ｉ）が必ず割当てられる。
【００３２】
また、所定値ＶＩｃを超えるレベルの入力信号ＶＩ（ｉ）に対しては、そのチャンネルのＴ（ｉ）を、
Ｔ（ｉ）＝Ｔｃｍａｘ＋ＴＬ（ｉ）
で求める。ここで、Ｔｃｍａｘは入力レベルがＶＩｃの時のＴＣの最大値であり、図１０の関係から求められる。ＴＬ（ｉ）は、上記第１実施形態と同様に各チャンネルのレベル又はレベルバランスに応じて按分により分配される時間である。総分配時間は、上記第１実施形態では１／(２×Ｆｍ) であったが、本実施形態では、(１／Ｆｍ−ΣＴｃ（ｉ）) である。ただし、ΣＴｃ（ｉ）は、チャンネルｉに割り振られる時間Ｔｃ（ｉ）（チャンネル毎に異なっている）を全チャンネル分合計した値である。
【００３３】
したがって、本実施形態では、Ｔ（ｉ）は、
Ｔ（ｉ）= Ｔｃ（ｉ）+｛ ＴＬ（ｉ）/ ΣＴＬ（ｉ）｝×｛１／Ｆｍ−ΣＴｃ（ｉ）｝
但し、
Ｆは、出力信号の希望周波数帯域の最高周波数、
ｍは、任意の整数値( ＞１)
Ｔｃ（ｉ）は、各チャンネル（ｉ）に入力レベルに応じて割り振られる時間で、入力レベルに応じた値（＝＜Ｔｃｍａｘ）
Ｔｃｍａｘは、入力レベルがＶＩｃを超えるときのＴｃ値
ＴＬ（ｉ）は、入力レベルＶＩ（ｉ）がＶＩｃを超える場合に、その超えた分に対応する値（時間）
Ｎは、全チャンネル数
【００３４】
図８は、入力チャンネル毎の入力レベル例を示している。また、図９は分配後の状態を示している。入力チャンネル（１）では、入力レベルがＶＩｃ以下であるため、ＴＣ（１）は、ＴＣｍａｘ以下となっている。入力チャンネルＣＨ（２），ＣＨ（３），・・・，ＣＨ（ｎ）では、入力レベルがＶＩｃを超えているため、ＴＣ（２），ＴＣ（３），・・・，ＴＣ（ｎ）は、ＴＣｍａｘにＴＬ（２），ＴＬ（３），・・・，ＴＬ（ｎ）が加算された値となっている。
【００３５】
この実施形態においても、同じように各チャンネルのレベルバランスに応じて最高効率でスピーカの駆動を行うことができる。
【００３６】
なお、上記いずれの実施形態においても、切換回路５及び７の切換タイミングにノイズが発生するため、これを防ぐためにキャパシタ等で構成される公知のノイズミュート手段を設け、これによるノイズミュートのための時間Ｔαを上記Ｔ（ｉ）に加えることが望ましい。
【００３７】
【発明の効果】
この発明によれば、アンプが１つで済むためにスペース効率の向上及び部品コストダウンに有利であり、また、入力信号のレベルバランスに応じてアンプの使用時間を最適に配分するために、１つのアンプで複数のスピーカを高効率で駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のマルチチャンネル増幅装置の構成図
【図２】この発明の実施形態の時分割マルチチャンネル増幅装置の構成図
【図３】演算制御回路１０の概略の動作を示すフローチャート
【図４】演算方法を説明する図
【図５】演算方法を説明する図
【図６】演算方法を説明する図
【図７】各チャンネルのレベルバランスに応じてＴＬを決めるリニアリテイを示す図
【図８】この発明の別の実施形態の演算方法について説明する図
【図９】この発明の別の実施形態の演算方法を説明する他の図
【図１０】各チャンネルの入力レベルＶＩに応じてＴＣを決めるリニアリテイを示す図
【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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