JP3150933U

JP3150933U - オーディオｆｍ変調アンプ

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Publication number: JP3150933U
Application number: JP2009001657U
Authority: JP
Inventors: 佐藤　正志; 正志佐藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2019-03-19

Abstract

【課題】低音信号の再生度合を改善することにより感度の良い音質の再生を可能とするオーディオＦＭ変調アンプを提供する。【解決手段】音声信号の入力端子とアンプとの間に、可聴周波数域を順次複数の波長域に対応するように分割したブロックを並列に接続し、各ブロックは入力音声信号に応じた入力電圧と複数の波長域に対応するようにそれぞれ分割された検出基準電圧とを比較するコンパレーターと、このコンパレーターに接続され、入力音声信号と基本波発振回路からの基本波とをＦＭ変調するＦＭ変調回路と、ＦＭ変調回路に接続され、ＦＭ変調信号をＦＶ変換するＦＶ変換回路とから構成され、入力音声信号に応じた入力電圧と検出基準電圧とをコンパレーターで比較し、対応するレベルの入力音声信号の時にのみ、この入力音声信号と基本波発振回路からの基本波とをＦＭ変調して、ＦＭ変調信号をＦＶ変換してアンプに出力するようにしたオーディオＦＭ変調アンプ。【選択図】図２

Description

本考案は、音質を改善する回路を改良したオーディオＦＭ変調アンプに関するものである。

音の強弱は波形の基本波が変調し重なって複雑に振動するもので、一般には１６Ｈｚ〜２００００Ｈｚの可聴範囲を振幅変調している。従来の音声信号によるオーディオ機器で、特に小型のラジオの場合、アンプで増幅すれば拡声された音になるが、低音領域の音はクリアーに再生できず、共鳴して濁った音が出たり音割れなどが発生する問題がある。

この点に鑑みて、本件の考案者は、研究開発を鋭意進めた結果、オーディオ変調アンプに関する基本技術（以下、「基本技術」等という。）を、実用新案登録第３１３５２６５号として提案している。

この基本技術は、音声信号の入力端子とアンプとの間に、可聴周波数域を順次複数の波長域に対応するように分割した複数のブロックを並列に接続し、各ブロックは入力音声信号に応じた入力電圧と複数の波長域に対応するようにそれぞれ分割された検出基準電圧とを比較するコンパレーターと、このコンパレーターに接続され、入力音声信号と基本波発振回路からの基本波とをＦＭ変調するＦＭ変調回路とから構成され、入力音声信号に応じた入力電圧と検出基準電圧とをコンパレーターで比較し、対応するレベルの入力音声信号の時にのみ、この入力音声信号と基本波発振回路からの基本波とをＦＭ変調してアンプに出力するようにオーディオＦＭ変調アンプである。

この基本技術の開示により、可聴周波数域を順次複数の波長域に対応するように複数のブロックに分割し、それぞれの周波数に対応する検出基準電圧を順次切換えて、各ブロック内のコンパレーターで入力音声信号に応じた入力電圧と検出基準電圧を比較し、対応するレベルの入力音声信号の時のみ基本波発振回路から周波数に対応した基本波が出力されてＦＭ変調されるので、感性が豊かで高音質のクリアーな音に再生することができるという有意な技術が提供されることになった。

上記基本技術を開示した後、本件考案者は更に鋭意研究を進めた結果、オーディオ変調アンプに関する改良技術を更に提案している。この改良技術は、実用新案登録第３１４４０４３号として開示されているが、コンパレーターに使用する検出基準電圧が、デジタルの階段状であると共に電圧の出力もクロックパルスの周波数分だけ飛び飛びになる点に鑑みたものであり、検出基準電圧作成回路は、入力音声信号の電圧と検出基準電圧とを比較するコンパレーターを有する電気回路であって、前記検出基準電圧は、デジタル−アナログ変換器に抵抗Ｒｎ１〜Ｒｎｍ（但しｎ，ｍは整数）を並列に接続し、このデジタル−アナログ変換器にクロックパルス発振回路から発振したパルスを計数するカウンタを接続し、クロックパルス発振回路からのパルスを計数するカウンタで、抵抗Ｒｎ１〜Ｒｎｍを順次切換えて得られた電圧を第一発振回路のバイアス電圧として使用し、第一発振回路から得られた電圧をＦＶ変換回路によって変換されたものとした点に特徴がある。

本件考案の考案者は、上記のとおり、オーディオ変調アンプに関する技術の発展に寄与してきたが、今般、更に新たな技術を提案するものである。

実用新案登録第３１３５２６５号実用新案登録第３１４４０４３号

本考案は、低音信号の再生度合を改善することにより、感度の良い音質の再生を可能とするオーディオＦＭ変調アンプを提供することを目的とする。

すなわち、本考案は、音声信号の入力端子とアンプとの間に、可聴周波数域を順次複数の波長域に対応するように分割したブロックを並列に接続し、各ブロックは入力音声信号に応じた入力電圧と複数の波長域に対応するようにそれぞれ分割された検出基準電圧とを比較するコンパレーターと、このコンパレーターに接続され、入力音声信号と基本波発振回路からの基本波とをＦＭ変調するＦＭ変調回路と、ＦＭ変調回路に接続され、ＦＭ変調信号をＦＶ変換するＦＶ変換回路とから構成され、入力音声信号に応じた入力電圧と検出基準電圧とをコンパレーターで比較し、対応するレベルの入力音声信号の時にのみ、この入力音声信号と基本波発振回路からの基本波とをＦＭ変調して、ＦＭ変調信号をＦＶ変換してアンプに出力するようにしたオーディオＦＭ変調アンプである。

本考案のように、基本波によってＦＭ変調された入力音声信号（ＦＭ変調信号）をＦＶ変換（周波数電圧変換）すると周波数に正比例した電圧が出力され、基本波の周波数分だけ出力電圧はシフトされるため、アンプで増幅した場合に低音域も出力することができる。したがって、低音信号の再生度合を改善することにより、感度の良い音質の再生を可能とするオーディオＦＭ変調アンプを提供することができる。

また、本考案は、前記ブロックは、可聴周波数域を順次３つの波長域に対応するように、低域のブロックと中域のブロックと高域のブロックに３分割されたことを特徴とするオーディオＦＭ変調アンプである。また、本考案は、前記各ブロックにおける各基本波発振回路は、一定の周波数からなる基本波を発振するものであり、低域ブロックにおける基本波の周波数よりも中域の基本波の周波数の方が大きく、中域ブロックの基本波の周波数よりも高域ブロックの基本波の周波数の方が大きいことを特徴とするオーディオＦＭ変調アンプである。

本考案は、低音信号の再生度合を改善することにより、感度の良い音質の再生を可能とするオーディオＦＭ変調アンプを提供することができる。

本考案の一実施態様であるＦＭ変調アンプの回路図図１の各ブロックの構成を示す回路図本考案の入力音声信号の電圧変化を示す説明図本考案の出力音声信号等を示す説明図図２に示す各ブロックの他の実施態様を示す回路図

以下、本考案の実施の一形態を図１ないし図５を参照して説明する。図１はオーディオＦＭ変調アンプの回路を示すものである。１は入力端子であり、ラジオなどのチューナーや、テープレコーダー、ＣＤやＭＯなどのオーディオからの音声信号が入力されるものである。２はデジタル−アナログ変換器であり、入力端子１に接続され、ＣＤやＭＯなどのデジタル信号をアナログ信号に変換するものである。

３は増幅器であるアンプで、このアンプ３と、入力端子１およびデジタル−アナログ変換器２との間に３個のブロックＢ１〜Ｂ３が並列に接続され、各ブロックＢ１〜Ｂ３にはそれぞれクロックパルス発振回路５が並列に接続されている。

ブロックＢ１は、図２に示すように、入力端子１またはデジタル−アナログ変換器２からのアナログ音声信号の入力端子６が設けられ、これに接続して電圧を比較するコンパレーター７が設けられている。このコンパレーター７の＋側に入力端子６からの入力音声電圧を、−側に抵抗Ｒ１０を接続し、更にこの抵抗Ｒ１０とデジタル−アナログ変換器８との間に、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１１０が並列に接続されている。

このデジタル−アナログ変換器８にはカウンタ９を介して前記クロックパルス発振回路５に接続され、クロックパルス発振回路５から発振したパルスをカウンタ９で計数して、デジタル−アナログ変換器８に接続した抵抗Ｒ１１〜Ｒ１１０を順次切換えるようになっている。なお、クロックパルス発振回路５は、各ブロックＢ１〜Ｂ３に共通したものである。

また、入力端子６は、デジタル−アナログ変換器８を介して第１の電子リレー１０に接続されている。この第１の電子リレー１０は、ＮＡＮＤゲートで構成されたインバーター１１を介して前記コンパレーター７の出力側に接続されている。また、第１の電子リレー１０は、ＦＭ変調回路１２を介してアンプ３への出力端子１３に接続されている。

１５は一定の周波数の基本波を発振する基本波発振回路であり、第２の電子リレー１６を介して前記ＦＭ変調回路１２に接続されている。基本波発振回路１５から発振される基本波の周波数は、ブロックＢ１においてｆ１、ブロックＢ２においてｆ２、ブロックＢ３においてｆ３であり、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３である。分割するブロックの数に応じて基本波発振回路の各周波数を段階的に増大させるものである。

また、第２の電子リレー１６は、インバーター１１に接続されている。また、ＦＭ変調回路１２の出力はＦＶ変換回路１７に接続されている。

ブロックＢ２は、図２に示すように、コンパレーター７の−側に抵抗Ｒ２０を接続し、更にこの抵抗Ｒ２０とデジタル−アナログ変換器８との間に並列に抵抗Ｒ２１〜Ｒ２１０が接続されている。

同様に、ブロックＢ３は、図２に示すように、コンパレーター７の−側に抵抗Ｒ３０を接続し、更にこの抵抗Ｒ３０とデジタル−アナログ変換器８との間に並列に抵抗Ｒ３１〜Ｒ３１０が接続されている。

各ブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３における各ＦＶ変換回路１７は、図２に示すように、結線されてアンプへと接続されている。

上記構成からなるオーディオＦＭ変調アンプは、ラジオなどのチューナーや、テープレコーダーからのアナログの入力音声信号が入力端子１から入力されると、それぞれのブロックＢ１〜Ｂ３の入力端子６からコンパレーター７の＋側に入力される。また、ＣＤやＭＯなどのオーディオ機器からのデジタル入力音声信号が入力端子１から入力されると、デジタルーアナログ変換器２でアナログ信号に変換されて、それぞれのブロックＢ１〜Ｂ３の入力端子６からコンパレーター７の＋側に入力される。

ブロックＢ１〜Ｂ３は、１６Ｈｚ〜２００００Ｈｚの可聴周波数域を順次複数の波長域に対応するように分割し、例えばブロックＢ１では１６Ｈｚ〜９９Ｈｚの低音域パートを受け持ち、ブロック２では１００Ｈｚ〜４００Ｈｚの中間音域パートを受け持ち、ブロック３では４００Ｈｚ〜２００００Ｈｚの高音域パートを受け持つ。なお、分割する数は特に限定するものではない。

ブロックＢ１では、前記クロックパルス発振回路５からのパルスを計数するカウンタ９により、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１１０を順次切換えて、抵抗Ｒ１０＋Σ（抵抗Ｒ１１〜Ｒ１１０）に対応した検出基準電圧に切換えていく。また、デジタル−アナログ変換器８からカウンタ９へ戻るリセット回路が形成されて、カウンタ９で「１」〜「１０」まで計測すると、リセットされて再び「１」〜「１０」まで繰り返し計測して抵抗Ｒ１１〜Ｒ１１０を順次切換えるようになっている。

同様にブロックＢ２でも、カウンタ９で、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２１０を順次切換えて、Ｒ２０＋Σ（抵抗Ｒ２１〜Ｒ２１０）に対応した検出基準電圧に切換えていく。

同様にブロックＢ３でも、カウンタ９で、抵抗Ｒ３１〜Ｒ３１０を順次切換えて、Ｒ３０＋Σ（抵抗Ｒ３１〜Ｒ３１０）に対応した検出基準電圧に切換えていく。

コンパレーター７では、その＋側に入力端子６からの入力音声信号が入力されるがその周波数は一般に電圧に比例するので、入力音声信号に応じた入力電圧と、−側からの予め周波数に対応して規定された検出基準電圧とを比較し、検出基準電圧の範囲に入力電圧が入った場合に信号がインバーター１１に出力され、入らなかった場合には信号が出力されない。例えば、入力音声信号の周波数が３００Ｈｚだとして、ブロックＢ１では１６Ｈｚ〜９９Ｈｚのパートを受け持ち、ブロックＢ２では１００Ｈｚ〜４００Ｈｚのパートを受け持つとすると、ブロックＢ２の範囲であるからブロック１からは信号が出力されない。

検出基準電圧の範囲に入力電圧が入った場合には信号がインバーター１１に出力され、ここで反転されて「０」から「１」の信号が出力され、第１の電子リレー１０と第２の電子リレー１６がオンとなる。第１の電子リレー１０がオンとなると、入力端子６からの入力音声信号はＦＭ変調回路１２に出力されると共に、基本波発振回路１５から基本波がＦＭ変調回路１２に出力される。

ＦＭ変調回路１２は、基本波の周波数を入力音声信号の周波数の振幅に比例した値だけ変動させたＦＭ変調信号を、ＦＶ変換回路１７に出力する。ＦＭ変調信号は、ＦＭ変調回路１２の出力側に接続されたＦＶ変換回路１７（周波数電圧変換器）により、周波数に正比例した電圧に変換された後、変換された電圧がアンプを介してスピーカに出力される。

すなわち、図３の（Ａ）に示すように、低域を受け持つブロックＢ１の検出基準電圧の範囲に入力電圧が入った場合（ａｖ、ａ＞０）、当該入力音声信号は、基本波発生回路１５の基本波（ｆ_０）に基づいてＦＭ変調回路１７において所定の範囲内で変調するため（ｆ_０≦ｆ≦ｆ_１）、ＦＶ変換回路１７を経た出力電圧は、ｆ＝ｆ_０のときＶ_０であるとすると、ｆ＝ｆ_１のときＶ_０＋ΔＶ_０となる。このように、出力電圧は、ｆ_０に対応したＶ_０分だけ電圧は高くシフトする。

また、図３の（Ｂ）に示すように、中域を受け持つブロックＢ２の検出基準電圧の範囲に入力電圧が入った場合（ａ≦ｖ≦ｂ）、当該入力音声信号は、基本波発生回路１５の基本波（ｆ_１）に基づいてＦＭ変調回路１７において所定の範囲内で変調するため（ｆ_１≦ｆ≦ｆ_２）、ＦＶ変換回路を経た出力電圧は、ｆ＝ｆ_１のときＶ_１であり、ｆ＝ｆ_２のときＶ_１＋ΔＶ_１となる。このように、出力電圧は、ｆ_１に対応したＶ_１分だけ電圧は高くシフトする。

また、同様に、図３の（Ｃ）に示すように、高域を受け持つブロックＢ３の検出基準電圧の範囲に入力電圧が入った場合（ｂ≦ｖ≦ｃ）、基本波発生回路１５の基本波（ｆ_２）に基づいてＦＭ変調回路１７において所定の範囲内で変調するため（ｆ_２≦ｆ≦ｆ_３）、ＦＶ変換回路を経た出力電圧は、ｆ＝ｆ_２のときＶ_２であり、ｆ＝ｆ_３のときＶ_２＋ΔＶ_２となる。つまり、出力電圧は、ｆ_２に対応したＶ_１分だけ電圧は高くシフトする。

このように、基本波発振回路の周波数分（低域はｆ_０、中域はｆ_１、高域はｆ_２）だけ電圧が高くシフトするため、アンプで増幅した場合、低域を出力することができる。中域も高域も同様、電圧が高くシフトされて出力される。したがって、低音信号の再生度合が改善され、感度の良い音質の再生が可能になる。また、ＦＭ変調回路によって連続的に周波数が変調するので、ＣＤ等のデジタル音源をデジタル−アナログ変換してアナログ信号にした場合には、自然の音が再生できる。

図４には、上記した低域（Ａ）、中域（Ｂ）、高域（Ｃ）の音声信号波形と、各信号波形を合わせた出力音声波形を示す。

図５は、図２のブロック内（破線内）の回路について、他の実施態様を示すものである（ブロックＢ１に限らず全ブロックに共通）。図５の回路は、入力音声信号の電圧と検出基準電圧とを比較するコンパレーターを有する電気回路であって、前記検出基準電圧は、デジタル−アナログ変換器に抵抗Ｒｎ１〜Ｒｎｍ（但しｎ，ｍは整数）を並列に接続し、このデジタル−アナログ変換器にクロックパルス発振回路から発振したパルスを計数するカウンタを接続し、クロックパルス発振回路からのパルスを計数するカウンタで、抵抗Ｒｎ１〜Ｒｎｍを順次切換えて得られた電圧を第一発振回路のバイアス電圧として使用し、第一発振回路から得られた電圧をＦＶ変換回路によって変換されたものであることを特徴とする検出基準電圧作成回路である。

また、図５の回路は、検出基準電圧作成回路においてＦＶ変換回路によって変換された後、クロックパルス発振回路から発振したパルスに同期させた第二発振回路からダイオードを通して得られた０から１／２πの正弦波電圧を、連続して追加することを特徴とする検出基準電圧作成回路である。また、図５の回路部分は、アナログの入力音声信号の電圧を検出基準電圧と比較するコンパレーターを設け、この＋側に音声電圧入力する入力端子を接続し、−側に請求項１又は請求項２記載の検出基準電圧の出力を接続し、コンパレーターにより入力音声信号に応じた入力電圧と検出基準電圧とを比較して、検出基準電圧に対応する入力音声信号が入力された時にのみ、音声電圧を出力するようにしたことを特徴とする電気回路である。

この回路において、第一発振回路の周波数をバイアスし、周波数を変調し、諸回路で電圧範囲が決定することができる。これによれば、第一発振回路の固有周波数で一定の電圧が確保されるので、例えば低域の音は、電圧が低く再生し難いが、確保された電圧分だけ、その時点からＦＭ変調し、追加電圧が発生し、例えば、０．１Ｖから増幅しても再生度合いは低いが、１Ｖから増幅すると再生しやすい。

１入力端子
２デジタル−アナログ変換器
３アンプ
Ｂ１〜Ｂ３ブロック
５クロックパルス発振回路
６入力端子
７コンパレーター
８デジタル−アナログ変換器
９カウンタ
１０第１の電子リレー
１１インバーター
１２ＦＭ変調回路
１３出力端子
１５基本波発振回路
１６第２の電子リレー
１７ＦＶ変換回路

Claims

音声信号の入力端子とアンプとの間に、可聴周波数域を順次複数の波長域に対応するように分割したブロックを並列に接続し、各ブロックは入力音声信号に応じた入力電圧と複数の波長域に対応するようにそれぞれ分割された検出基準電圧とを比較するコンパレーターと、このコンパレーターに接続され、入力音声信号と基本波発振回路からの基本波とをＦＭ変調するＦＭ変調回路と、ＦＭ変調回路に接続され、ＦＭ変調信号をＦＶ変換するＦＶ変換回路とから構成され、入力音声信号に応じた入力電圧と検出基準電圧とをコンパレーターで比較し、対応するレベルの入力音声信号の時にのみ、この入力音声信号と基本波発振回路からの基本波とをＦＭ変調して、ＦＭ変調信号をＦＶ変換してアンプに出力するようにしたことを特徴とするオーディオＦＭ変調アンプ。
前記ブロックは、可聴周波数域を順次３つの波長域に対応するように、低域ブロックと中域ブロックと高域ブロックに３分割されたことを特徴とする請求項１に記載のオーディオＦＭ変調アンプ。
前記各ブロックにおける各基本波発振回路は、一定の周波数からなる基本波を発振するものであり、低域ブロックにおける基本波の周波数よりも中域の基本波の周波数の方が大きく、中域ブロックの基本波の周波数よりも高域ブロックの基本波の周波数の方が大きいことを特徴とする請求項２に記載のオーディオＦＭ変調アンプ。