JP2007110369A

JP2007110369A - オーディオアンプ

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Publication number: JP2007110369A
Application number: JP2005298490A
Authority: JP
Inventors: Hideki Daishin; 英樹台信
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2025-10-13
Also published as: JP4721859B2

Abstract

【課題】出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスが変化しても正常な動作ができる低廉なオーディオアンプを提供する。
【解決手段】出力端にスピーカ１０が接続されるオーディオアンプであって、アンプ部２と、入力信号Ｓ_INの電圧値を検出する入力電圧検出部１と、オーディオアンプからスピーカ１０に出力される信号の電力値を検出する出力電力検出部４と、入力電圧検出部１及び出力電力検出部４による検出結果に基づいてスピーカ１０の負荷インピーダンスを検出するスピーカインピーダンス検出部５と、アンプ部２の出力側に設けられ、アンプ部２の出力側インピーダンスがほぼ一定となるようにスピーカインピーダンス検出部５による検出結果に応じてアンプ部２の出力側インピーダンスを調整する切替え部３とを備えるオーディオアンプ
【選択図】図１

Description

本発明は、入力信号を増幅して外部接続機器であるスピーカに出力するオーディオアンプに関するものである。

オーディオアンプは、入力信号を増幅して外部接続機器であるスピーカに出力する。現在、スピーカには、色々な負荷インピーダンスのものが存在しており、しかもこれらは一般にオーディオアンプに対して付け替えが可能である。

しかし、従来のオーディオアンプにおいては、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスの適合範囲が限られているものが一般的である。

従来のオーディオアンプの中には、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスの適合範囲を外部から手動で切替えることができるもの（例えば、特許文献４を参照）もある。

更に、従来のオーディオアンプの中には、総電力（＝入力電力＋オーディオアンプ内での消費電力＋出力電力）を一定に保持するものもある。このようなオーディオアンプでは、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスがどのような値であっても不具合は起こらない。
特開昭５９−２０８９９９号公報特開平１−１３５２０７号公報特開２０００−１９７１８１号公報特開２００３−５２０９５号公報（第５図、第６図、及び第２頁）

出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスの適合範囲が限られている従来のオーディオアンプにおいて、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスの値が適合範囲より低い場合、オーディオアンプ内を流れる電流の値が増加し、オーディオアンプの定格出力を越えた出力が発生するため、正常な動作ができなかったり、アンプの破壊を招いたりする。

一方、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスの適合範囲が限られている従来のオーディオアンプにおいて、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスの値が適合範囲より高い場合、オーディオアンプ内を流れる電流の値が減少し、オーディオアンプの定格出力に満たない出力しか得られないため、オーディオデータが悪化したりする。

また、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスの適合範囲を外部から手動で切替えることができる従来のオーディオアンプは、その切替え段数が２段階程度であり少ない。また、このようなオーディオアンプでは、多段階の切替えをするには限界があり、何より使用者が手動で切替えを行わなければならず不便である。

また、総電力を一定に保持する従来のオーディオアンプでは、総電力を一定に保持する能力は使用される電源や構成部品の性能の影響が大きく、使用される電源や構成部品において一定のスペックが求められ、使用される電源や構成部品の価格が高価になり最終的には製品の価格も高価になる。また総電力を一定に保持する能力を十分にするために必要な性能を有する電源や構成部品が存在していない場合も考えられる。

また、ローパスフィルタを有する従来のオーディオアンプでは、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスが変化すれば、ローパスフィルタの特性も変化するので、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスによってオーディオアンプの性能が変化してしまう。

本発明は、上記の問題点に鑑み、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスが変化しても正常な動作ができる低廉なオーディオアンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係るオーディオアンプは、出力端にスピーカが接続されるオーディオアンプであって、増幅部と、前記スピーカの負荷インピーダンスを検出する負荷インピーダンス検出部と、前記増幅部の出力側に設けられ、前記増幅部の出力側インピーダンスがほぼ一定となるように負荷インピーダンス検出部による検出結果に応じて前記増幅部の出力側インピーダンスを調整する調整部とを備える構成とする。

このような構成によると、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスが変化しても前記増幅部の出力側インピーダンスをほぼ一定に保つことができるので、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスが変化しても正常な動作ができる。また、このような構成によると、前記調整部を簡単な構成で実現することができるので、低コスト化を図ることができる。

また、前記負荷インピーダンス検出部の一構成例としては、前記オーディオアンプの入力信号の電圧値を検出する入力電圧検出部と、前記オーディオアンプから前記スピーカに出力される信号の電力値を検出する出力電力検出部と、前記入力電圧検出部及び前記出力電力検出部による検出結果に基づいて前記スピーカの負荷インピーダンスを検出するスピーカインピーダンス検出部とを有する構成が挙げられる。なお、前記オーディオアンプの入力信号がデジタル信号である場合、前記入力電圧検出部は、前記オーディオアンプの入力信号をアナログ信号に変換した信号の電圧値を前記デジタル信号が表す情報内容から検出するようにすればよい。

また、前記負荷インピーダンス検出部の他の構成例としては、前記オーディオアンプから前記スピーカに出力される信号の電圧値を検出する出力電圧検出部と、前記オーディオアンプから前記スピーカに出力される信号の電流値を検出する出力電流検出部と、前記出力電圧検出部及び前記出力電流検出部による検出結果に基づいて前記スピーカの負荷インピーダンスを検出するスピーカインピーダンス検出部とを有する構成が挙げられる。

また、上記各構成のオーディオアンプにおいて、前記増幅部が、前記オーディオアンプの入力信号をΔΣ変調して１ビット信号を生成するスイッチング制御信号生成器と、前記１ビット信号をスイッチング制御信号としてスイッチング増幅を行うスイッチング回路と、前記スイッチング回路の出力信号を入力するローパスフィルタとを有するようにしてもよい。

本発明に係るオーディオアンプでは、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスが変化しても、前記増幅部の出力側インピーダンスをほぼ一定に保つことができるので前記ローパスフィルタの特性がほとんど変化しない。したがって、本発明に係るオーディオアンプでは、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスが変化しても、オーディオアンプの性能はほとんど変化しない。

本発明に係るオーディオアンプによれば、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスが変化しても増幅部の出力側インピーダンスをほぼ一定に保つことができるので、出力端に接続されるスピーカの負荷インピーダンスが変化しても正常な動作ができる。また、本発明に係るオーディオアンプによれば、調整部を簡単な構成で実現することができるので、低コスト化を図ることができる。

本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。まず、本発明の第１実施形態について説明する。本発明の第１実施形態に係るオーディオアンプの構成を図１に示す。

図１に示すオーディオアンプは、入力電圧検出部１と、アンプ部２と、切替え部３と、出力電力検出部４と、スピーカインピーダンス検出部５とによって構成されており、負荷インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカを択一的に出力端に接続可能（着脱可能）となっている。以下、図１に示すオーディオアンプの出力端にスピーカ１０が接続されているものとして説明する。

図１に示すオーディオアンプにおいて、アンプ部２は入力信号Ｓ_INを入力して増幅する。また、アンプ部２の入力側には入力電圧検出部１が設けられ、アンプ部２の出力側には出力電力検出部４が設けられている。

入力電圧検出部１は、図１に示すオーディオアンプに入力される入力信号Ｓ_INがアナログ信号である場合は入力信号Ｓ_INの電圧値を検出し、図１に示すオーディオアンプに入力される入力信号Ｓ_INがデジタル信号である場合は入力信号Ｓ_INをアナログ信号に変換した信号の電圧値を当該デジタル信号が表す情報内容から検出し、その検出した電圧値をスピーカインピーダンス検出部５に伝送する。出力電力検出部４は、図１に示すオーディオアンプからスピーカ１０に出力される信号の電力値を検出し、その検出した電力値をスピーカインピーダンス検出部５に伝送する。

スピーカインピーダンス検出部５は、入力電圧検出部１によって検出された電圧値Ｖ_INと、出力電力検出部４によって検出された電力値Ｐ_OUTとに基づいてスピーカ１０の負荷インピーダンスＺを検出する。入力電圧検出部１によって検出された電圧値Ｖ_INと、出力電力検出部４によって検出された電力値Ｐ_OUTと、スピーカ１０の負荷インピーダンスＺとには下記に示す（１）式の関係が成り立っている。なお、（１）式中のＡはアンプ部２の増幅度を示している。
Ｚ＝Ａ²×Ｖ_IN ²／Ｐ_OUT …（１）

切替え部３は、アンプ部２と出力電力検出部４との間に設けられており、アンプ部２の出力側インピーダンスをほぼ一定に保つように、スピーカインピーダンス検出部５によって検出されたスピーカ１０の負荷インピーダンスに応じてアンプ部２の出力側インピーダンスを調整する。

ここで、切替え部３の一構成例を図３に示す。なお、図３において図１と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。図３に示す切替え部３は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、１極４接点スイッチであるスイッチＳＷ１及びＳＷ２とによって構成されている。

スイッチＳＷ１の極ａがアンプ部２の一方の出力端子に接続され、スイッチＳＷ２の極ｆがアンプ部２の他方の出力端子に接続される。スイッチＳＷ１の接点ｂが出力電力検出部４の一方の入力端子に接続され、スイッチＳＷ２の接点ｊが出力電力検出部４の他方の入力端子に接続される。また、抵抗Ｒ１の一端、抵抗Ｒ２の一端、スイッチＳＷ１の接点ｅ、抵抗Ｒ３の一端、及び抵抗Ｒ４の一端が出力電力検出部４の一方の出力端子に接続され、抵抗Ｒ３の他端、抵抗Ｒ４の他端、スイッチＳＷ２の接点ｈ、スイッチＳＷ２の接点ｉ、及びスイッチＳＷ２の接点ｇが出力電力検出部４の他方の出力端子に接続される。そして、抵抗Ｒ１の他端がスイッチＳＷ１の接点ｃに接続され、抵抗Ｒ２の他端がスイッチＳＷ１の接点ｄに接続される。

オーディオアンプが起動すると、スイッチＳＷ１は接点ｂを選択し、スイッチＳＷ２は接点ｊを選択する。その初期状態において、スピーカ１０の負荷インピーダンスがスピーカインピーダンス検出部５によって検出される。その後、スイッチＳＷ１は、スピーカインピーダンス検出部５によって検出されたスピーカ１０の負荷インピーダンスに応じて接点ｂ〜ｅを択一的に選択し、スイッチＳＷ２は、スピーカインピーダンス検出部５によって検出されたスピーカ１０の負荷インピーダンスに応じて接点ｇ〜ｊを択一的に選択する。なお、スピーカ１０が取り外されると、スピーカインピーダンス検出部５によって検出されたスピーカ１０の負荷インピーダンスが無限大になる。スピーカインピーダンス検出部５によって検出されたスピーカ１０の負荷インピーダンスが無限大になると、オーディオアンプ起動時と同様にスイッチＳＷ１は接点ｂを選択し、スイッチＳＷ２は接点ｊを選択する。

このような構成により、出力端に接続されるスピーカ１０の負荷インピーダンスが変化しても、アンプ部２の出力側インピーダンスをほぼ一定に保つことができるので正常な動作ができる。また、切替え部３を簡単な回路構成で実現することができるので、低コスト化を図ることができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態に係るオーディオアンプの構成を図２に示す。なお、図２において図１と同一の部分には同一の符号を付す。

図２に示すオーディオアンプは、アンプ部２と、切替え部３と、出力電圧検出部６と、出力電流検出部７と、スピーカインピーダンス検出部８とによって構成されており、負荷インピーダンスの異なる複数の種類のスピーカを択一的に出力端に接続可能（着脱可能）となっている。以下、図２に示すオーディオアンプの出力端にスピーカ１０が接続されているものとして説明する。

図２に示すオーディオアンプにおいて、アンプ部２は入力信号Ｓ_INを入力して増幅する。また、アンプ部２の出力側には出力電圧検出部６及び出力電流検出部７が設けられている。

出力電圧検出部６は、図２に示すオーディオアンプからスピーカ１０に出力される信号の電圧値を検出し、その検出した電圧値をスピーカインピーダンス検出部８に伝送する。出力電流検出部７は、図２に示すオーディオアンプからスピーカ１０に出力される信号の電流値を検出し、その検出した電流値をスピーカインピーダンス検出部８に伝送する。

スピーカインピーダンス検出部８は、出力電圧検出部６によって検出された電圧値Ｖ_OUTと、出力電流検出部７によって検出された電流値Ｉ_OUTとに基づいてスピーカ１０の負荷インピーダンスＺを検出する。出力電圧検出部６によって検出された電圧値Ｖ_OUTと、出力電流検出部７によって検出された電力値Ｉ_OUTと、スピーカ１０の負荷インピーダンスＺとには下記に示す（２）式の関係が成り立っている。
Ｚ＝Ｖ_OUT／Ｉ_OUT …（２）

切替え部３は、アンプ部２と出力電圧検出部６及び出力電流検出部７との間に設けられており、アンプ部２の出力側インピーダンスをほぼ一定に保つように、スピーカインピーダンス検出部８によって検出されたスピーカ１０の負荷インピーダンスに応じてアンプ部２の出力側インピーダンスを調整する。

ここで、切替え部３の一構成例を図４に示す。なお、図４において図２と同一の部分には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。図３に示す切替え部３は、抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、１極４接点スイッチであるスイッチＳＷ１及びＳＷ２とによって構成されている。

スイッチＳＷ１の極ａがアンプ部２の一方の出力端子に接続され、スイッチＳＷ２の極ｆがアンプ部２の他方の出力端子に接続される。スイッチＳＷ１の接点ｂが出力電圧検出部６の一方の入力端子及び出力電流検出部７の一方の入力端子に接続され、スイッチＳＷ２の接点ｊが出力電圧検出部６の他方の入力端子及び出力電流検出部７の他方の入力端子に接続される。また、抵抗Ｒ１の一端、抵抗Ｒ２の一端、スイッチＳＷ１の接点ｅ、抵抗Ｒ３の一端、及び抵抗Ｒ４の一端が出力電流検出部７の一方の出力端子に接続され、抵抗Ｒ３の他端、抵抗Ｒ４の他端、スイッチＳＷ２の接点ｈ、スイッチＳＷ２の接点ｉ、及びスイッチＳＷ２の接点ｇが出力電流検出部７の他方の出力端子に接続される。そして、抵抗Ｒ１の他端がスイッチＳＷ１の接点ｃに接続され、抵抗Ｒ２の他端がスイッチＳＷ１の接点ｄに接続される。

オーディオアンプが起動すると、スイッチＳＷ１は接点ｂを選択し、スイッチＳＷ２は接点ｊを選択する。その初期状態において、スピーカ１０の負荷インピーダンスがスピーカインピーダンス検出部８によって検出される。その後、スイッチＳＷ１は、スピーカインピーダンス検出部８によって検出されたスピーカ１０の負荷インピーダンスに応じて接点ｂ〜ｅを択一的に選択し、スイッチＳＷ２は、スピーカインピーダンス検出部８によって検出されたスピーカ１０の負荷インピーダンスに応じて接点ｇ〜ｊを択一的に選択する。なお、スピーカ１０が取り外されると、スピーカインピーダンス検出部８によって検出されたスピーカ１０の負荷インピーダンスが無限大になる。スピーカインピーダンス検出部８によって検出されたスピーカ１０の負荷インピーダンスが無限大になると、オーディオアンプ起動時と同様にスイッチＳＷ１は接点ｂを選択し、スイッチＳＷ２は接点ｊを選択する。

次に、本発明の第一実施形態に係るオーディオアンプ及び本発明の第二実施形態に係るオーディオアンプが具備するアンプ部２の一構成例について説明する。アンプ部２の一構成例を図５に示す。

図５に示すアンプ部２は、スイッチング制御信号生成器２Ａと、スイッチング回路２Ｂと、ローパスフィルタ２Ｃとによって構成されている。

スイッチング制御信号生成器２Ａは、アナログ信号または所定ビット数のデジタル信号である入力信号Ｓ_INをΔΣ変調して１ビット信号を生成し、その１ビット信号をスイッチング制御信号としてスイッチング回路２Ｂに供給する。スイッチング回路２Ｂには定電圧源（不図示）から一定電圧が供給されており、その一定電圧をスイッチング制御信号生成器２Ａからの１ビット信号に応じてスイッチングして得られた信号をローパスフィルタ２Ｃに出力する。ローパスフィルタ２Ｃは、スイッチング回路２Ｂからの信号をスイッチング回路２Ｂのスイッチング周波数より低いカットオフ周波数で低域通過させるフィルタであり、スイッチング回路２Ｂからの信号をアナログオーディオ信号に変換する。

本発明の第一実施形態に係るオーディオアンプ及び本発明の第二実施形態に係るオーディオアンプでは、出力端に接続されるスピーカ１０の負荷インピーダンスが変化しても、アンプ部２の出力側インピーダンスをほぼ一定に保つことができるのでローパスフィルタ２Ｃの特性がほとんど変化しない。したがって、本発明の第一実施形態に係るオーディオアンプ及び本発明の第二実施形態に係るオーディオアンプでは、出力端に接続されるスピーカ１０の負荷インピーダンスが変化しても、オーディオアンプの性能はほとんど変化しない。

は、本発明の第一実施形態に係るオーディオアンプの構成を示す図である。は、本発明の第二実施形態に係るオーディオアンプの構成を示す図である。は、図１のオーディオアンプの一構成例を示す図である。は、図２のオーディオアンプの一構成例を示す図である。は、本発明に係るオーディオアンプが具備するアンプ部の一構成例を示す図である。

符号の説明

１入力電圧検出部
２アンプ部
２Ａスイッチング制御信号生成器
２Ｂスイッチング回路
２Ｃローパスフィルタ
３切替え部
４出力電力検出部
５、８スピーカインピーダンス検出部
６出力電圧検出部
７出力電流検出部
１０スピーカ
Ｒ１〜Ｒ４抵抗
ＳＷ１、ＳＷ２スイッチ

Claims

出力端にスピーカが接続されるオーディオアンプであって、
増幅部と、
前記スピーカの負荷インピーダンスを検出する負荷インピーダンス検出部と、
前記増幅部の出力側に設けられ、前記増幅部の出力側インピーダンスがほぼ一定となるように負荷インピーダンス検出部による検出結果に応じて前記増幅部の出力側インピーダンスを調整する調整部とを備えることを特徴とするオーディオアンプ
前記負荷インピーダンス検出部が、
前記オーディオアンプの入力信号の電圧値を検出する入力電圧検出部と、
前記オーディオアンプから前記スピーカに出力される信号の電力値を検出する出力電力検出部と、
前記入力電圧検出部及び前記出力電力検出部による検出結果に基づいて前記スピーカの負荷インピーダンスを検出するスピーカインピーダンス検出部とを有する請求項１に記載のオーディオアンプ。
前記負荷インピーダンス検出部が、
前記オーディオアンプから前記スピーカに出力される信号の電圧値を検出する出力電圧検出部と、
前記オーディオアンプから前記スピーカに出力される信号の電流値を検出する出力電流検出部と、
前記出力電圧検出部及び前記出力電流検出部による検出結果に基づいて前記スピーカの負荷インピーダンスを検出するスピーカインピーダンス検出部とを有する請求項１に記載のオーディオアンプ。
前記増幅部が、
前記オーディオアンプの入力信号をΔΣ変調して１ビット信号を生成するスイッチング制御信号生成器と、
前記１ビット信号をスイッチング制御信号としてスイッチング増幅を行うスイッチング回路と、
前記スイッチング回路の出力信号を入力するローパスフィルタとを有する請求項１〜３のいずれかに記載のオーディオアンプ。