(57)【要約】【課題】高周波入力に起因する圧電スピーカの消費電流を低減する。【解決手段】信号増幅装置（１０）において、フィルタ回路（１３）は、入力された信号に含まれる高周波成分のうち当該信号増幅装置（１０）に接続される圧電スピーカ（２０）の出力音圧レベルが所定値を下回る周波数帯域の成分を遮断する。増幅回路（１２）は、フィルタ回路（１３）の出力を増幅して圧電スピーカ（２０）に供給する。スイッチング電源回路（１１）は、外部から供給された電圧を圧電スピーカ（２０）を駆動させるのに必要な電圧にまで昇圧して増幅回路（１２）に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電スピーカ用の信号増幅装置であって、
入力された信号に含まれる高周波成分のうち当該信号増幅装置に接続される圧電スピーカの出力音圧レベルが所定値を下回る周波数帯域の成分を遮断するフィルタ回路と、
前記フィルタ回路の出力を増幅して前記圧電スピーカに供給する増幅回路と、
外部から供給された電圧を前記圧電スピーカを駆動させるのに必要な電圧にまで昇圧して前記増幅回路に供給するスイッチング電源回路とを備えた
ことを特徴とする信号増幅装置。
【請求項２】
請求項１に記載の信号増幅装置において、
前記フィルタ回路は、可変フィルタ回路である
ことを特徴とする信号増幅装置。
【請求項３】
圧電スピーカ用の信号増幅装置であって、
当該信号増幅装置に接続される圧電スピーカに供給される信号の振幅に応じて、入力された信号の振幅を調整する自動利得制御回路と、
前記自動利得制御回路の出力を増幅して前記圧電スピーカに供給する増幅回路と、
外部から供給された電圧を前記圧電スピーカを駆動させるのに必要な電圧にまで昇圧して前記増幅回路に供給するスイッチング電源回路とを備えた
ことを特徴とする信号増幅装置。
【請求項４】
請求項３に記載の信号増幅装置において、
前記自動利得制御回路に直列に接続され、入力された信号に含まれる高周波成分のうち前記圧電スピーカの出力音圧レベルが所定値を下回る周波数帯域の成分を遮断するフィルタ回路を備えた
ことを特徴とする信号増幅装置。
【請求項５】
圧電スピーカ用の信号増幅装置であって、
入力された信号を増幅して当該信号増幅装置に接続される圧電スピーカに供給する増幅回路と、
前記増幅回路と前記圧電スピーカとの間に挿入された非容量性素子と、
外部から供給された電圧を前記圧電スピーカを駆動させるのに必要な電圧にまで昇圧して前記増幅回路に供給するスイッチング電源回路とを備え、
前記非容量性素子と前記圧電スピーカとで構成されるローパスフィルタによって、前記増幅回路の出力に含まれる高周波成分のうち当該圧電スピーカの出力音圧レベルが所定値を下回る周波数帯域の成分を遮断する
ことを特徴とする信号増幅装置。
【請求項６】
請求項５に記載の信号増幅装置において、
前記増幅回路の前段に設けられ、入力された信号に含まれる高周波成分のうち前記圧電スピーカの出力音圧レベルが前記所定値を下回る周波数帯域の成分を遮断するフィルタ回路を備えた
ことを特徴とする信号増幅装置。
【請求項７】
請求項５に記載の信号増幅装置において、
前記増幅回路の前段に設けられ、前記圧電スピーカに供給される信号の振幅に応じて、入力された信号の振幅を調整する自動利得制御回路を備えた
ことを特徴とする信号増幅装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一つに記載の信号増幅装置において、
前記スイッチング電源回路は、チャージポンプ電源回路である
ことを特徴とする信号増幅装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一つに記載の信号増幅装置と、
前記信号増幅装置に接続された圧電スピーカとを備えた
ことを特徴とする音響システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号増幅装置及び音響システムに関し、特に、圧電スピーカ用の信号増幅装置及びそれを備えた音響システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機、ノートパソコンなどの携帯機器には、薄くて軽量の圧電スピーカ（セラミックスピーカともいう）が搭載されていることが多い。携帯機器はリチウムイオンバッテリなどを電源として動作するが、圧電スピーカの駆動にはそれよりも高い電圧を必要とする。このため、スイッチング電源回路でバッテリ電圧（約３．８Ｖ）を１２〜１５Ｖにまで昇圧し、その昇圧電圧で入力信号の増幅回路を駆動することで、圧電スピーカから十分な音圧レベルでの出音を可能としている。また、スイッチング電源回路及び増幅回路を単一のＩＣ上に集積回路化することで、圧電スピーカ用の信号増幅装置、ひいては携帯機器の小型化、軽量化を実現している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６３−２１７８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１０に示したように、圧電スピーカには、十分な音圧レベルで出音できる周波数帯域、すなわち、出音音圧レベルが可聴限界以上となる周波数帯域（図中の周波数ｆ１からｆ２までの帯域）と、可聴限界以下となる周波数帯域（図中の周波数ｆ１以下及びｆ２以上の帯域）とがある。また、圧電スピーカは、容量性素子であるため、図１１に示したように、入力信号の周波数が高いほどインピーダンスが小さくなり、消費電流が大きくなるといった特徴を有する。このため、入力信号に高周波成分、特に、可聴限界以下となる周波数帯域の成分が多く含まれると、出音されないにもかかわらず、圧電スピーカに多くの電流が流れ、バッテリの消耗を早めてしまうという問題がある。
【０００４】
また、ノイズなどの影響で入力信号のレベルが増幅回路の入力レンジを超えている場合には、図１２に示したように、増幅回路出力が出力ダイナミックレンジでクリップされ（図中の丸で囲んだ箇所）、奇数次の高調波ノイズが発生してしまう。そして、その高調波ノイズが圧電スピーカに入力されると、上述したように、出音されないにもかかわらず、圧電スピーカに多くの電流が流れてしまう。
【０００５】
上記問題に鑑み、本発明は、高周波入力に起因する圧電スピーカの消費電流を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明では次のような手段を講じた。すなわち、圧電スピーカ用の信号増幅装置であって、入力された信号に含まれる高周波成分のうち当該信号増幅装置に接続される圧電スピーカの出力音圧レベルが所定値を下回る周波数帯域の成分を遮断するフィルタ回路と、フィルタ回路の出力を増幅して圧電スピーカに供給する増幅回路と、外部から供給された電圧を圧電スピーカを駆動させるのに必要な電圧にまで昇圧して増幅回路に供給するスイッチング電源回路とを備えたものとする。これによると、圧電スピーカにおいて十分な音圧レベルで出音することができない高周波成分がフィルタ回路によって遮断されて圧電スピーカに入力されなくなる。これにより、高周波入力に起因する圧電スピーカの消費電流を低減することができる。
【０００７】
また、圧電スピーカ用の信号増幅装置であって、当該信号増幅装置に接続される圧電スピーカに供給される信号の振幅に応じて、入力された信号の振幅を調整する自動利得制御回路と、自動利得制御回路の出力を増幅して圧電スピーカに供給する増幅回路と、外部から供給された電圧を圧電スピーカを駆動させるのに必要な電圧にまで昇圧して増幅回路に供給するスイッチング電源回路とを備えたものとする。これによると、自動利得制御回路によって減衰させた信号が増幅回路に入力されるため、増幅回路の出力がクリップされなくなる。これにより、増幅回路の出力クリップに起因する圧電スピーカの消費電流を低減することができる。
【０００８】
また、圧電スピーカ用の信号増幅装置であって、入力された信号を増幅して当該信号増幅装置に接続される圧電スピーカに供給する増幅回路と、増幅回路と圧電スピーカとの間に挿入された非容量性素子と、外部から供給された電圧を圧電スピーカを駆動させるのに必要な電圧にまで昇圧して増幅回路に供給するスイッチング電源回路とを備えたものとする。ここで、非容量性素子と圧電スピーカとで構成されるローパスフィルタによって、増幅回路の出力に含まれる高周波成分のうち当該圧電スピーカの出力音圧レベルが所定値を下回る周波数帯域の成分を遮断するものとする。これによると、圧電スピーカにおいて十分な音圧レベルで出音することができない高周波成分が非容量性素子と圧電スピーカとで構成されるローパスフィルタによって遮断されて圧電スピーカに入力されなくなる。これにより、高周波入力に起因する圧電スピーカの消費電流を低減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明によると、高周波入力に起因する圧電スピーカの消費電流を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る信号増幅装置及び音響システムの構成を示す。音響システムは、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機、ノートパソコンなど、圧電スピーカを備えた携帯機器全般を指す。本実施形態に係る音響システムにおいて、信号増幅装置１０は、リチウムイオンバッテリなどの外部電源２０を動力源として動作し、入力された信号を増幅して圧電スピーカ３０から出音させる。具体的には、信号増幅装置１０は、スイッチング電源回路１１、増幅回路１２及びフィルタ回路１３を備えている。スイッチング電源回路１１は、外部電源２０から供給される電圧（約３．８Ｖ）を、圧電スピーカ３０を駆動させるのに必要な電圧（１２〜１５Ｖ）にまで昇圧する。増幅回路１２は、スイッチング電源回路１１から供給される昇圧電圧でフィルタ回路１３の出力を増幅する。圧電スピーカ２０は、増幅回路１２の出力によって圧電体を振動させて出音する。
【００１２】
フィルタ回路１３は、入力された信号に含まれる高周波成分のうち圧電スピーカ２０の出力音圧レベルが所定値（例えば、可聴限界）を下回る周波数帯域の成分を遮断する。図２は、圧電スピーカ２０の音圧特性及びフィルタ回路１３のゲイン特性の一例を表す。この例は、フィルタ回路１３を、圧電スピーカ２０の出音レベルが所定値を下回る周波数ｆ４を遮断周波数とするＬＰＦ（ローパスフィルタ）で構成したものである。一方、図３は、圧電スピーカ２０の音圧特性及びフィルタ回路１３のゲイン特性の別例を表す。この例は、フィルタ回路１３を、圧電スピーカ２０の出音レベルが所定値を下回る周波数ｆ３及びｆ４をそれぞれ遮断周波数とするＢＰＦ（バンドパスフィルタ）で構成したものである。例えば、ｆ３＝１００Ｈｚ、ｆ４＝１０ｋＨｚ、ｆ３付近のゲインの傾きを約２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅ、ｆ４付近のゲインの傾きを約−６０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅとすると、フィルタ回路１３は、遮断周波数１００Ｈｚの１次ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）と遮断周波数１０ｋＨｚの３次ＬＰＦとで構成することができる。なお、フィルタ回路１３には圧電スピーカ２０の出音音圧レベルの周波数特性に合った急峻な高周波遮断特性が求められるため、上記のいずれの構成例においても高次のＬＰＦを用いるようにしてもよい。
【００１３】
以上、本実施形態によると、フィルタ回路１３のゲイン特性を圧電スピーカ２０の出音音圧レベルの周波数特性に合わせているため、圧電スピーカ２０において十分な音圧レベルで出音することができない高周波成分、例えば、増幅回路１２の出力クリップやノイズなどに起因して発生する高周波成分は、フィルタ回路１３によって遮断され、圧電スピーカ２０に入力されなくなる。これにより、高周波入力に起因する圧電スピーカ２０の消費電流、さらには音響システム全体の消費電力を低減して、外部電源２０の持続時間を延ばすことができる。
【００１４】
なお、フィルタ回路１３は、上述した構成以外にもＬＰＦ、ＨＰＦ及びノッチフィルタを適宜組み合わせて構成することができる。また、フィルタ回路１３は、パッシブ型及びアクティブ型のいずれであってもよい。
【００１５】
また、フィルタ回路１３は、次数や遮断周波数の変更が可能な可変フィルタ回路として構成してもよい。圧電スピーカ２０の音圧特性は個々の製品によってさまざまであるため、フィルタ回路１３の次数や遮断周波数を適宜変更して、信号増幅装置１０に実際に接続される圧電スピーカ２０の音圧特性に合わせることができる。
【００１６】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る信号増幅装置及び音響システムの構成を示す。本実施形態に係る信号増幅装置１０は、スイッチング電源回路１１、増幅回路１２及び自動利得制御回路（ＡＧＣ回路）１４を備えている。以下、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００１７】
ＡＧＣ回路１４は、増幅回路１２の出力、すなわち、圧電スピーカ２０に供給される信号の振幅を検波し、その検波結果に基づいて、入力された信号の増幅利得を自動調整する。例えば、検波する出力振幅を１４Ｖｐ−ｐと設定すれば、ＡＧＣ回路１４は、増幅回路１２の出力がそれ以上の振幅にならないように、入力された信号を減衰させる。増幅回路１２は、ＡＧＣ回路１４の出力を増幅して圧電スピーカ２０に供給する。
【００１８】
以上、本実施形態によると、ＡＧＣ回路１４によって減衰させた信号が増幅回路１２に入力されるため、増幅回路１２の出力がクリップされなくなる。これにより、増幅回路１２の出力クリップに起因する圧電スピーカ２０の消費電流、さらには音響システム全体の消費電力を低減して、外部電源２０の消耗を抑制することができる。
【００１９】
なお、ＡＧＣ回路１４は、入力された信号を減衰させるレベルを調整できてもよい。
【００２０】
（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る信号増幅装置及び音響システムの構成を示す。本実施形態に係る信号増幅装置１０は、スイッチング電源回路１１、増幅回路１２及び非容量性素子１５を備えている。以下、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００２１】
非容量性素子１５は、増幅回路１２の＋側出力及び−側出力のそれぞれに接続されている。非容量性素子１５は、例えば、抵抗素子、コイル及びそれらの組み合わせなどである。非容量性素子１５は、容量性を示す圧電スピーカ２０とともにＬＰＦを構成する。このＬＰＦは、図２に示したような特性を有する。すなわち、このＬＰＦは、入力された信号に含まれる高周波成分のうち圧電スピーカ２０の出力音圧レベルが所定値（例えば、可聴限界）を下回る周波数帯域の成分を遮断する。例えば、ｆ２＝１０ｋＨｚであれば、ＬＰＦの遮断周波数が１０ｋＨｚとなるように非容量性素子１５のインピーダンスを設定する。
【００２２】
以上、本実施形態によると、非容量性素子１５と圧電スピーカ２０とで構成されるＬＰＦのゲイン特性を圧電スピーカ２０の出音音圧レベルの周波数特性に合わせているため、圧電スピーカ２０において十分な音圧レベルで出音することができない高周波成分、例えば、増幅回路１２の出力クリップやノイズなどに起因して発生する高周波成分は、このＬＰＦによって遮断され、圧電スピーカ２０に入力されなくなる。また、非容量性素子１５の挿入により、増幅回路１２から見た出力インピーダンスが図１１に示したものよりも高い方にシフトし、圧電スピーカ２０の消費電流が図１１に示したものよりも低い方にシフトする。これにより、高周波入力に起因する圧電スピーカ２０の消費電流、さらには音響システム全体の消費電力を低減して、外部電源２０の消耗を抑制することができる。
【００２３】
なお、増幅回路１２の＋側出力及び−側出力のいずれか一方の非容量性素子１５を省略してもよい。非容量性素子１５が１個の場合であっても、圧電スピーカ２０とでＬＰＦを構成することができる。また、容量性素子を追加して、この容量性素子と非容量性素子１５と圧電スピーカ２０とで２次以上のＬＰＦを構成するようにしてもよい。
【００２４】
（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態に係る信号増幅装置及び音響システムの構成を示す。本実施形態は、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせたものである。すなわち、本実施形態に係る信号増幅装置１０においてＡＧＣ回路１４の前段にフィルタ回路１３を設けている。本実施形態によると、フィルタ回路１３及びＡＧＣ回路１４のそれぞれが圧電スピーカ２０への高周波成分入力を抑制するため、フィルタ回路１３の高周波遮断特性があまり急峻でなくとも第１の実施形態と同等の効果を奏することができる。すなわち、フィルタ回路１３を構成するＬＰＦの次数を下げることができる。これにより、フィルタ回路１３をより小さな回路規模で構成することができ、ひいては信号増幅装置１０の回路規模及び消費電力を低減することができる。
【００２５】
なお、ＡＧＣ回路１４にはできるだけノイズが除去された信号を入力した方が好ましいため、ＡＧＣ回路１４の前段にフィルタ回路１３を設けているが、フィルタ回路１３をＡＧＣ回路１４の後段に設けてもよい。
【００２６】
（第５の実施形態）
図７は、第５の実施形態に係る信号増幅装置及び音響システムの構成を示す。本実施形態は、第１の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせたものである。本実施形態によると、フィルタ回路１３、非容量性素子１５及び圧電スピーカ２０が全体としてＬＰＦを構成し、このＬＰＦによって圧電スピーカ２０への高周波成分入力が抑制される。したがって、増幅回路１２の出力側に構成されるＬＰＦ及びフィルタ回路１３を構成するＬＰＦのそれぞれの次数を下げても、第１の実施形態と同等の効果を奏することができる。例えば、非容量性素子１５と圧電スピーカ２０とで遮断周波数１０ｋＨｚの１次ＬＰＦを構成し、遮断周波数１００Ｈｚの１次ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）と遮断周波数１０ｋＨｚの２次ＬＰＦとでフィルタ回路１３を構成することにより、図３に示したゲイン特性（ただし、ｆ３＝１００Ｈｚ、ｆ４＝１０ｋＨｚ、ｆ３付近のゲインの傾きを約２０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅ、ｆ４付近のゲインの傾きを約−６０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅとする）を実現することができる。これにより、フィルタ回路１３及び非容量性素子１５をより小さな回路規模で構成することができ、ひいては信号増幅装置１０の回路規模及び消費電力を低減することができる。
【００２７】
（第６の実施形態）
図８は、第６の実施形態に係る信号増幅装置及び音響システムの構成を示す。本実施形態は、第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせたものである。本実施形態によると、非容量性素子１５と圧電スピーカ２０とで構成されるＬＰＦ及びＡＧＣ回路１４のそれぞれが圧電スピーカ２０への高周波成分入力を抑制するため、非容量性素子１５と圧電スピーカ２０とで構成されるＬＰＦの高周波遮断特性があまり急峻でなくとも第１の実施形態と同等の効果を奏することができる。すなわち、非容量性素子１５としてインピーダンスの小さな小型の素子を用いることができ、信号増幅装置１０の回路規模及び消費電力を低減することができる。
【００２８】
（第７の実施形態）
図９は、第７の実施形態に係る信号増幅装置及び音響システムの構成を示す。本実施形態は、第１から第３の実施形態をすべて組み合わせたものである。本実施形態によると、フィルタ回路１３などの特性について、第３から第６の実施形態よりもさらに要件を緩和することができる。これにより、信号増幅装置１０及びそれを備えた音響システムの小型化、低消費電力化を図ることができる。
【００２９】
なお、上記の各実施形態において、スイッチング電源回路として、容量素子の充放電をスイッチング制御することで入力電圧を昇圧するチャージポンプ電源回路を用いてもよい。チャージポンプ電源回路は、容量素子に充電された電荷量以上の電流を供給することができないため、増幅回路１２の最大出力電流を制限することができる。したがって、フィルタ回路１３などの特性に対する要件を緩和して、信号増幅装置１０の回路規模及び消費電力を低減することができる。
【００３０】
また、上記の各実施形態に係る信号増幅装置１０を構成するフィルタ回路１３、ＡＧＣ回路１４、非容量性素子１５は、スイッチング電源回路１１及び増幅回路１２とともに同じチップに集積回路化してもよいし、それぞれ、別個のチップで構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る信号増幅装置は、高周波入力に起因する圧電スピーカの消費電流を低減することができるため、圧電スピーカを備えた携帯機器、例えば、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機、ノートパソコンなどの信号増幅装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の実施形態に係る信号増幅装置及び音響システムの構成図である。
【図２】圧電スピーカの音圧特性及びフィルタ回路のゲイン特性の一例を表すグラフである。
【図３】圧電スピーカの音圧特性及びフィルタ回路のゲイン特性の別例を表すグラフである。
【図４】第２の実施形態に係る信号増幅装置及び音響システムの構成図である。
【図５】第３の実施形態に係る信号増幅装置及び音響システムの構成図である。
【図６】第４の実施形態に係る信号増幅装置及び音響システムの構成図である。
【図７】第５の実施形態に係る信号増幅装置及び音響システムの構成図である。
【図８】第６の実施形態に係る信号増幅装置及び音響システムの構成図である。
【図９】第７の実施形態に係る信号増幅装置及び音響システムの構成図である。
【図１０】圧電スピーカの音圧特性を表すグラフである。
【図１１】圧電スピーカのインピーダンス及び消費電流の特性を表すグラフである。
【図１２】入力信号のレベルが高い場合の増幅回路出力を表すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１０  信号増幅装置
１１  スイッチング電源回路
１２  増幅回路
１３  フィルタ回路
１４  自動利得制御回路
１５  非容量性素子
２０  圧電スピーカ
【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】
2009118260.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009118260.tif 000011
【図１０】
2009118260.tif 000012
【図１１】
2009118260.tif 000013
【図１２】
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