JP2010119001A - 増幅回路および音声出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも少ない個数のアンプでＢＴＬ接続方式のスピーカ駆動を行なうことのできる増幅回路および音声出力装置を提供する。
【解決手段】増幅回路１は、アンプ１１が、音声信号ＩＮ１を増幅して出力信号ＯＵＴ１を出力端子ＯＴ１へ出力し、インバータ１４が、音声信号ＩＮ２を反転させ、アンプ１２が、インバータ１４の出力信号を増幅して出力信号ＯＵＴ２を出力端子ＯＴ２へ出力し、アンプ１３が、出力信号ＯＵＴ１および出力信号ＯＵＴ２の振幅の中心電圧に相当する基準電圧Ｖｒｅｆを出力端子ＯＴ３へ出力する。音声出力装置１００は、増幅回路１の出力端子ＯＴ１がスピーカ１０１の＋極性の端子Ｔ１１へ接続され、増幅回路１の出力端子ＯＴ２がスピーカ１０２の−極性の端子Ｔ２２へ接続され、増幅回路１の出力端子ＯＴ３がスピーカ１０１の−極性の端子Ｔ１２およびスピーカ１０２の＋極性の端子Ｔ２１へ接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、増幅回路および音声出力装置に関する。

車載用オーディオ装置などでは、２つのアンプで１つのスピーカを駆動するＢＴＬ（Bridged Tied Load）接続方式の音声出力装置が多く用いられる。ＢＴＬ接続方式では、スピーカの１つの端子に音声信号の正転信号を増幅する第１のアンプを接続し、スピーカの他の端子に音声信号の反転信号を増幅する第２のアンプを接続する。

したがって、第１のアンプの出力電圧を＋Ｖｏ、第２のアンプの出力電圧を−Ｖｏとすると、スピーカの両端子間の電位差は２Ｖｏとなり、スピーカの負荷抵抗をＲＬとすると、この付加抵抗の両端に発生する出力パワーＰｏｕｔは、
Ｐｏｕｔ＝（２Ｖｏ）^２／ＲＬ＝４Ｖｏ^２／ＲＬ
となる。すなわち、１つのアンプでスピーカを駆動するときよりも４倍の出力が得られる。

このようなＢＴＬ接続方式で左右２チャンネルのステレオ音声信号を出力する場合、２つのスピーカのそれぞれに２つのアンプを接続するため、合計４つのアンプが必要となる。そこで、限られた空間に設置される車載用オーディオ装置では、この４つのアンプを含む増幅回路を１つのチップに搭載した半導体集積回路が用いられる。

これに対して、１つのスピーカを１つのアンプで駆動するＳＥＰＰ（Single Ended Push Pull）接続方式もある。ＳＥＰＰ接続方式では、スピーカの１つの端子にアンプを接続し、スピーカの他の端子は接地端子に接続する。

ＳＥＰＰ接続方式は、ＢＴＬ接続方式よりも出力パワーは劣るが、アンプの数が少ないので、消費電力は少ない。

そこで、従来、入力信号レベルの大きさに応じて、ＢＴＬ接続方式とＳＥＰＰ接続方式とを切り替えて、低出力電力モードではＳＥＰＰ接続方式でスピーカを駆動し、低出力電力時の消費電力を低減させる音声出力回路が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、上述の提案の音声出力回路でも、ＢＴＬ接続方式用に４つのアンプを備えており、この音声出力回路を半導体集積回路に搭載する場合、半導体集積回路のチップサイズは縮小されない、という問題があった。

チップサイズを小さくするためには、ＳＥＰＰ接続方式の増幅回路を半導体集積回路に搭載することも考えられる。ただし、この増幅回路を単一電源で動作させる場合、電源電圧の中間電圧を中心とした上下に音声信号が変化するため、スピーカを交流駆動するには、増幅回路の出力とスピーカの端子との間に、直流成分除去用のコンデンサを挿入しなければならなくなる。すなわち、ＳＥＰＰ接続方式の増幅回路を搭載した半導体集積回路に、外付けのコンデンサを接続する必要が生じる。その結果、オーディオ装置全体としてはコストが上昇する、という問題が発生する。
特開２００１−１６８６５８号公報 （第３−４ページ、図１）

そこで、本発明の目的は、従来よりも少ない個数のアンプでＢＴＬ接続方式のスピーカ駆動を行なうことのできる増幅回路および音声出力装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、入力された第１の音声信号を増幅して第１の出力信号を第１の出力端子へ出力する第１のアンプと、入力された第２の音声信号を反転させて出力するインバータと、前記インバータの出力信号を増幅して第２の出力信号を第２の出力端子へ出力する第２のアンプと、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号の振幅の中心電圧に相当する基準電圧を第３の出力端子へ出力する第３のアンプとを備えることを特徴とする増幅回路が提供される。

本発明によれば、従来よりも少ない個数のアンプでＢＴＬ接続方式のスピーカ駆動を行なうことができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。

図１は、本発明の実施例に係る増幅回路および音声出力装置の構成の例を示すブロック図である。

本実施例の増幅回路１は、入力された音声信号ＩＮ１を増幅して出力信号ＯＵＴ１を出力端子ＯＴ１へ出力するアンプ１１と、入力された音声信号ＩＮ２を反転させて出力するインバータ１４と、インバータ１４の出力信号を増幅して出力信号ＯＵＴ２を出力端子ＯＴ２へ出力するアンプ１２と、所定の電圧Ｖｉｎにもとづいて出力信号ＯＵＴ１および出力信号ＯＵＴ２の振幅の中心電圧に相当する基準電圧Ｖｒｅｆを出力端子ＯＴ３へ出力するアンプ１３と、を備える。

また、本実施例の音声出力装置１００は、上述の増幅回路１と、スピーカ１０１と、スピーカ１０２と、を備える。

この音声出力装置１００では、増幅回路１の出力端子ＯＴ１がスピーカ１０１の＋極性の端子Ｔ１１へ接続され、増幅回路１の出力端子ＯＴ２がスピーカ１０２の−極性の端子Ｔ２２へ接続され、増幅回路１の出力端子ＯＴ３がスピーカ１０１の−極性の端子Ｔ１２およびスピーカ１０２の＋極性の端子Ｔ２１へ接続される。

このとき、出力端子ＯＴ３を介してスピーカ１０１の−極性の端子Ｔ１２およびスピーカ１０２の＋極性の端子Ｔ２１へ接続されるアンプ１３は、それぞれのスピーカのもう一方の端子の電圧が、増大すれば電流を吸収し、減少すれば電流を放出するプッシュプル動作を行って、基準電圧Ｖｒｅｆを一定に保ち続ける。

次に、図２および図３を用いて、本実施例の音声出力装置１００によりステレオ信号を再生するときの動作について説明する。

ステレオ信号を再生する場合、例えば図２に示すように、Ｌチャネルの音声信号Ｌｃｈをアンプ１１へ入力し、Ｒチャネルの音声信号Ｒｃｈをインバータ１４で反転させて、アンプ１２へ入力する。

このとき、アンプ１１の出力信号をＬｏｕｔ、アンプ１２の出力信号をＲｏｕｔとし、出力信号ＬｏｕｔおよびＲｏｕｔの振幅が電源電圧ＶＣＣに等しいとすると、アンプ１３から出力される基準電圧Ｖｒｅｆは１／２ＶＣＣとなる（Ｖｒｅｆ＝１／２ＶＣＣ）。

従って、スピーカ１０１およびスピーカ１０２の負荷抵抗をともにＲＬとすると、
スピーカ１０１に流れる電流Ｉ１は、
Ｉ１＝（Ｌｏｕｔ−１／２Ｖｃｃ）／ＲＬ
となり、
スピーカ１０２に流れる電流Ｉ２は、
Ｉ２＝（１／２Ｖｃｃ−Ｒｏｕｔ）／ＲＬ
となる。

ところで、一般に、ステレオ信号のＬチャネルの音声信号ＬｃｈとＲチャネルの音声信号Ｒｃｈとの間にはかなりの程度の相関性があり、その９０％以上は同相成分で、スピーカ間の中央に音像を定位させるために、その音量もほぼ同一である、と言われている。

この相関関係により、アンプ１２の入力信号は、アンプ１１の入力信号に対して、殆ど逆相で入力されるものとみなすことができる。

したがって、この場合、図３に示すように、アンプ１１の出力信号Ｌｏｕｔとアンプ１２の出力信号Ｒｏｕｔとは、逆相で出力される。

すなわち、出力信号Ｌｏｕｔと出力信号Ｒｏｕｔは、基準電圧の１／２ＶＣＣに対して上下対称に変化する。

そこで、ある時刻における出力信号Ｌｏｕｔのレベルを
Ｌｏｕｔ＝１／２ＶＣＣ＋Ｖ０
と表すと、同じ時刻の出力信号Ｒｏｕｔのレベルは、
Ｒｏｕｔ＝１／２ＶＣＣ−Ｖ０
と表される。

これより、このときスピーカ１０１に流れる電流Ｉ１は、
Ｉ１＝（１／２ＶＣＣ＋Ｖ０−１／２Ｖｃｃ）／ＲＬ＝Ｖ０／ＲＬ
と表され、
スピーカ１０２に流れる電流Ｉ２は、
Ｉ２＝｛１／２Ｖｃｃ−（１／２ＶＣＣ−Ｖ０）｝／ＲＬ＝Ｖ０／ＲＬ
と表される。

すなわち、
Ｉ１＝Ｉ２
となる。

このように、本実施例においては、ステレオ信号のＬチャネルの音声信号ＬｃｈとＲチャネルの音声信号Ｒｃｈが同相の場合、スピーカ１０１とスピーカ１０２には、同じ大きさの電流が流れる。すなわち、この場合、スピーカ１０１に供給された電流が、そのまま、スピーカ１０２に供給されたことになる。

したがって、このような本実施例によれば、従来のＢＴＬ接続方式によるステレオ信号再生に比べて、増幅回路の損失を半減させることができる。

また、従来、ＢＴＬ接続方式によるステレオ信号再生には４つのアンプが必要であったのに対して、３つのアンプで増幅回路を実現できるため、回路規模を縮小することができ、半導体集積回路化する場合のチップコストを削減することができる。

また、ＳＥＰＰ方式では必要であるコンデンサが不要なため、コンデンサの外付けに要するコストを含めたトータルコストを削減することができる。

従来のＢＴＬ接続方式と互換性があるため、従来の音声出力装置との差し替えを容易に行うことができる。

本発明の実施例に係る増幅回路および音声出力装置の構成の例を示すブロック図。 本発明の実施例に係る音声出力装置におけるステレオ信号出力動作の説明図。 本発明の実施例に係る増幅回路におけるステレオ信号出力の例を示す波形図。

符号の説明

１ 増幅回路
１１〜１３ アンプ
１４ インバータ
ＯＴ１〜ＯＴ３ 出力端子
１００ 音声出力装置
１０１、１０２ スピーカ
Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ２１、Ｔ２２ 端子

Claims (5)

1. 入力された第１の音声信号を増幅して第１の出力信号を第１の出力端子へ出力する第１のアンプと、
   入力された第２の音声信号を反転させて出力するインバータと、
   前記インバータの出力信号を増幅して第２の出力信号を第２の出力端子へ出力する第２のアンプと、
   前記第１の出力信号および前記第２の出力信号の振幅の中心電圧に相当する基準電圧を第３の出力端子へ出力する第３のアンプと
   を備えることを特徴とする増幅回路。
2. 前記第１の音声信号と前記第２の音声信号がステレオ信号である
   ことを特徴とする請求項１に記載の増幅回路。
3. 前記基準電圧が電源電圧の１／２である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の増幅回路。
4. 前記第３のアンプがプッシュプル型である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の増幅回路。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の増幅回路と、
   第１のスピーカと、
   第２のスピーカと
   を備え、
   前記第１の出力端子が前記第１のスピーカの第１の極性の端子へ接続され、
   前記第２の出力端子が前記第２のスピーカの第２の極性の端子へ接続され、
   前記第３の出力端子が前記第１のスピーカの第２の極性の端子および前記第２のスピーカの第１の極性の端子へ接続される
   ことを特徴とする音声出力装置。

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