JP5087367B2

JP5087367B2 - Ｄ級アンプ

Info

Publication number: JP5087367B2
Application number: JP2007281618A
Authority: JP
Inventors: 大介滑川
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-10-30
Also published as: JP2009111693A

Description

本発明は、Ｄ級アンプに係り、特に、ローパスフィルタ等の電気フィルタを備えたＤ級アンプに関する。

近年、車載用または携帯用等のオーディオ再生装置に搭載される音声信号の増幅手段として、小型化および高効率化に適したＤ級増幅方式を用いたＤ級アンプが普及するようになった。

このＤ級アンプは、増幅前の音声信号をパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）を用いてＰＷＭ信号に変換し、そのＰＷＭ信号を増幅させることによって、従来のアナログ増幅方式に比べて非常に高い効率を得ることができる。

ここで、ＰＷＭ信号とは、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、ハイ（高電圧）状態の信号（Ｈｉ）とロー（低電圧）状態の信号（Ｌｏｗ）とが交互に現れる方形波の信号であって、基本周期Ｔに対するハイ状態の時間Ｔ_１の割合（百分率）であるデューティを調整することにより、このＰＷＭ信号を積分することによって取り出される出力信号（アナログ信号）のレベル（電圧値）を制御することが可能な信号として知られている。なお、図８（ａ）は、各基本周期Ｔごとのデューテイがいずれも５０％とされたＰＷＭ信号を示しており、このＰＷＭ信号を積分した場合には、図８（ａ）に示すような一定値（０〔Ｖ〕）をとる出力信号を取り出すことができる。一方、図８（ｂ）は、各基本周期Ｔごとのデューティがいずれも５０％以上の一定値とされたＰＷＭ信号を示しており、このＰＷＭ信号を積分した場合には、図８（ｂ）に示すような一定値（図８（ａ）の場合よりも大きい正の値）をとる出力信号を取り出すことができる。なお、図８（ａ）、（ｂ）においては、各基本周期Ｔごとのデューテイが一定であるために、出力信号も一定値をとっているが、各基本周期Ｔごとのデューテイが互いに異なる場合には、例えば、正弦波やひずみ波状の出力信号が取り出されることも当然にある。このようなＰＷＭ信号の増幅は、振幅（ハイ状態の信号値）を増加させることによって行うことができる。

そして、図９に示すように、従来から、ＰＷＭ信号を用いたＤ級アンプ１においては、アンプ本体である音声信号の増幅部２とスピーカ３との間に、ＬＣ型のローパスフィルタ８を配設し、このローパスフィルタ８によって、増幅部２による増幅後のＰＷＭ信号を復調（積分）することにより、増幅後のアナログの音声信号を取り出すことが行われていた。なお、図９に示すローパスフィルタ８は、スピーカ３に向かう信号出力ライン５上に、信号出力ライン５に対して直列に接続されたコイル等からなるインダクタ６と、信号出力ライン５およびグランドライン４の間に、信号出力ライン５に対して並列に接続されたコンデンサ等からなるキャパシタ７とによって構成されている。

ところで、この種のＤ級アンプ１においては、従来から、ＰＷＭ信号に含まれるノイズ成分の信号の電磁放射に起因して、電磁的な不干渉性もしくは電磁環境適合性（ＥＭＣ：Electro-Magnetic Compatibility）の確保が阻害される場合があるといった問題が生じていた。

すなわち、一般的なＤ級増幅方式におけるＰＷＭ信号には、本来の再生対象となる可聴帯域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）の信号（オーディオ信号）の他にも、図１０に示すようなスペクトラム分布を有するノイズ成分の信号が含まれている。

具体的には、デューテイが５０％の場合におけるＰＷＭ信号には、ノイズ成分の信号として、図１０において実線で示すように、基本周波数ｆ_１（デューテイ５０％の場合のＰＷＭの発振周波数）を有するノイズ成分（１次）（以下、基本周波数成分と称する）の信号と、この基本周波数成分の信号に対する３次、５次および７次等の奇数次高調波成分の信号とが含まれている。なお、一般的に、基本周波数は、４００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの間の周波数とされている。

また、デューティが５０％以外の場合におけるＰＷＭ信号には、ノイズ成分の信号として、基本周波数成分および奇数高調波成分の信号に加えて、図９において破線で示すような基本周波数成分の信号に対する２次、４次および６次等の偶数次高調波成分の信号が含まれている。

そして、このようなノイズ成分の信号のうち、特に、基本周波数成分の信号は信号レベル〔ｄＢ〕が高く、ＥＭＣを確保する上で大きな障害となっていた。

ここで、前述したＬＣ型のローパスフィルタ８は、一般に、図１１に示すような周波数特性を示すようになっており、カットオフ周波数ｆｃよりも高い周波数の信号の信号レベルを所定の減衰率（例えば、−１２ｄＢ／ｏｃｔ）にしたがって減衰させることができるようになっている。なお、カットオフ周波数ｆｃや減衰率は、インダクタ６およびキャパシタ７の定数によって決定されるようになっている。

したがって、このような周波数特性を利用すれば、基本周波数成分の信号の信号レベルについてもある程度は減衰させることが可能である。

しかしながら、このローパスフィルタ８は、可聴帯域の信号に対する影響（減衰）が出ないように２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚまではフラットな特性が求められているため、そのような制約から、カットオフ周波数ｆｃを最低でも約４０ｋＨｚに設定することが必要であった。そして、このように、カットオフ周波数ｆｃを十分に低く設定することができないことにより、ローパスフィルタ８の周波数特性は、ノイズ成分の基本周波数ｆ_１（図１１参照）における信号レベルの減衰量Ａ（図１１参照）を十分に多くとることができないものとなっていた。

この結果、従来のＤ級アンプ１は、ＥＭＣの確保には不十分なものであった。

そこで、これまでにも、Ｄ級アンプに対して、ノイズ成分の基本周波数における信号レベルの減衰量を向上させるための種々の対策が講じられてきた。

例えば、図１２に示すＤ級アンプ１０においては、図９に示したものと同様のＬＣ型のローパスフィルタ８の後段に、前段のローパスフィルタ８と同様のＬＣ型のローパスフィルタ１１が接続されている。このような２段構成のローパスフィルタ８，１１は、例えば、特許文献１の図１にも開示されている。これらのローパスフィルタ８，１１は、互いの周波数特性が合成されることによって、図１３における実線のグラフのような周波数特性を示すようになっている。この周波数特性は、前段のローパスフィルタ８の周波数特性におけるカットオフ周波数ｆｃよりも高周波数側の帯域の部分（図１３における破線部）に、後段のローパスフィルタ１１の周波数特性が合成されることによって、図９に示したものよりも減衰率が２倍に向上されたもの（例えば、−２４ｄＢ／ｏｃｔ）となっている。

さらに、より好ましい対策として、例えば、図１４に示すＤ級アンプ１２においては、図９、図１２に示したものと同様の前段のＬＣ型のローパスフィルタ８の後段に、他のローパスフィルタ１４が接続されたものとなっている。この図１４における後段のローパスフィルタ１４は、図１２に示したＬＣ型の後段のローパスフィルタ１１の構成に、さらに、抵抗１５およびキャパシタ１６を、ともにインダクタ６に対して並列に接続することによって追加したものとなっている。これらのローパスフィルタ８，１４は、互いの周波数特性が合成されることによって、図１５における実線のグラフのような周波数特性を示すようになっている。この周波数特性は、前段のローパスフィルタ８の周波数特性におけるカットオフ周波数ｆｃよりも高周波数側の帯域の部分（図１５における破線部）に、後段のローパスフィルタ１４の周波数特性が合成されることによって、図１３に示したものよりも基本周波数ｆ_１における信号レベルの減衰量Ａがさらに向上されたものとなっている。

このように、フィルタを追加することによって、基本周波数における信号レベルの減衰量を改善することは可能であった。

特開２００２−３３００３５号公報特開２００６−２２９８９１号公報

しかしながら、図１２および図１４に示したＤ級アンプ１０，１２においては、いずれも、前段のローパスフィルタ８の後段に、前段のローパスフィルタ８とほぼ同サイズのローパスフィルタ１１，１４を備える必要があったため、基板上にＤ級アンプ１０，１２を配置するための基板占有面積が大きくなって小型化が困難となるとともに、コストが上昇してしまうといった問題が生じていた。特に、後段のローパスフィルタ１１，１４のうち、信号出力ライン５上に直列に接続されるインダクタ６は、可聴帯域の信号を含む大電流を流すとともに、ノイズ成分の信号を熱損失によって除去する必要上、大型になることを余儀なくされていた。

そこで、本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、小型かつ安価な構成でありながらノイズを十分に抑制することができるＤ級アンプを提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明のＤ級アンプは、音声信号をＤ級増幅方式を用いて増幅させ、増幅された前記音声信号をスピーカ側に出力するＤ級アンプであって、音源側から入力された前記音声信号を、ＰＷＭ信号に変換した上で増幅させ、前記音声信号が増幅された後の前記ＰＷＭ信号を後段に出力する増幅手段と、この増幅手段の後段に接続され、前記増幅手段から出力された前記ＰＷＭ信号をアナログ音声信号に変換し、変換された前記アナログ音声信号を、前記スピーカに向かう信号出力ラインに出力するように形成された所定のカットオフ周波数を有するローパスフィルタからなる第１のフィルタであって、前記ＰＷＭ信号に含まれる前記カットオフ周波数よりも高い所定の周波数を有するノイズ成分の信号に対する当該信号の周波数に応じた信号レベルの減衰が可能な所定の周波数特性を示すように形成された第１のフィルタと、この第１のフィルタの後段において、前記信号出力ラインに対して並列に接続され、前記ノイズ成分の信号に対する当該信号の周波数に応じた信号レベルの減衰が可能な所定の周波数特性を示すように形成された第２のフィルタとを備え、前記第２のフィルタの周波数特性は、前記第１のフィルタの周波数特性と合成された状態において、前記ノイズ成分の信号の基本周波数における信号レベルの減衰量が、前記第１のフィルタのみの周波数特性による前記基本周波数における信号レベルの減衰量よりも大きくなるような周波数特性とされていることを特徴としている。

そして、このような構成によれば、第１のフィルタと第２のフィルタとの互いに合成された周波数特性によって、基本周波数成分の信号の信号レベルを十分に減衰させることができるとともに、第２のフィルタを信号出力ラインに並列に接続することによって、第２のフィルタに可聴帯域の信号を含む大電流が流れることを回避して第２フィルタを小型化することができるので、小型かつ安価な構成でありながらノイズを十分に抑制することができる。

また、本発明において、前記第２のフィルタの周波数特性は、前記第１のフィルタの周波数特性と合成された状態において、前記基本周波数を含む所定の帯域幅を有する第１の周波数帯域における信号レベルの減衰量が、前記基本周波数において最大となり、かつ、前記第１の周波数帯域における信号レベルの減衰量が、前記第１のフィルタのみの周波数特性による前記第１の周波数帯域における信号レベルの減衰量よりも大きくなるような周波数特性とされていることが好ましい。

そして、このような構成によれば、基本周波数成分の信号をさらに有効に減衰させることができ、また、スピーカから出力される音声の出力レベルの増加にともなって、ノイズ成分の信号が存在するノイズ帯域の帯域幅が、第１の周波数帯域内において広がったとしても、この第１の周波数帯域内においては、ノイズ成分の信号を有効に抑制することができる。

さらに、本発明において、前記第２のフィルタの周波数特性は、前記第１のフィルタの周波数特性と合成された状態において、前記第１の周波数帯域に高周波数側において連なる所定の帯域幅を有する第２の周波数帯域における信号レベルの減衰量が、前記第１のフィルタのみの周波数特性による前記第２の周波数帯域における信号レベルの減衰量よりも小さくなり、かつ、前記第２の周波数帯域内に、前記ノイズ成分の信号における基本周波数成分の信号に対する２次以上の高調波成分の信号の周波数を含まないような周波数特性とされていてもよい。

そして、このような構成によれば、第２フィルタの構成上、第２の周波数帯域における信号レベルの減衰量が、第１のフィルタのみの場合に比べて劣化した場合であっても、この第２の周波数帯域内に高調波成分の信号が現れないようにすることができるので、ノイズをさらに有効に抑制することができる。

さらにまた、前記第１のフィルタは、ＬＣ型のローパスフィルタとされていることが好ましい。

そして、このような構成によれば、ＰＷＭ信号からアナログの音声信号を効率的に取り出すことができる。

また、前記第２のフィルタは、互いに並列に接続されたインダクタおよび抵抗と、前記インダクタおよび前記抵抗に直列に接続されたキャパシタとを備えることが好ましい。

そして、このような構成によれば、第２フィルタを簡易に形成することができ、さらなる小型化および低コスト化を図ることができる。

さらに、前記第２のフィルタに配設され、第２のフィルタ本体を前記信号出力ラインに対して接続状態または切断状態にするスイッチと、前記スピーカによって出力される音声の出力レベルを検出する出力レベル検出手段と、この出力レベル検出手段によって検出された前記出力レベルが、前記出力レベルの増加にともなって帯域幅が広がる前記ノイズ成分の信号が存在するノイズ帯域を、前記第２の周波数帯域に至らせるような出力レベルの場合に、前記スイッチを制御して前記第２のフィルタを前記信号出力ラインに対して切断状態にするスイッチ制御手段とを備えることが好ましい。

そして、このような構成によれば、音声の出力レベルの増加にともなって、ノイズ帯域が第２の周波数帯域に至る場合には、スイッチによって第２のフィルタを信号出力ラインに対して切断状態にすることによって、第２の周波数帯域を有しない第１のフィルタのみを用いるようにすることができるので、第１フィルタと第２フィルタとの合成された周波数特性のうちの第１フィルタの周波数特性よりも信号レベルの減衰量が小さい部分（後述するピーク特性）によって、この部分まで広がったノイズ帯域に含まれる信号の信号レベルが増加することを未然に回避することができる。

さらにまた、前記第２のフィルタは、互いに並列に接続されたインダクタおよび抵抗と、前記インダクタおよび前記抵抗に直列に接続され、かつ、互いに並列に接続された複数個のキャパシタと、これら複数個のキャパシタのそれぞれを前記信号出力ラインに対して接続状態または切断状態にすることが可能な前記キャパシタと同数のスイッチとによって形成され、Ｄ級アンプ本体は、さらに、前記基本周波数を変更可能とされた周波数可変手段と、所定の前記キャパシタを接続状態とするための前記スイッチの制御を行うスイッチ制御手段とを備え、前記スイッチ制御手段は、前記周波数可変手段によって前記基本周波数が変更された場合に、前記スイッチの制御として、前記第２のフィルタの周波数特性を、前記第１のフィルタの周波数特性と合成された状態において、変更後の前記基本周波数における信号レベルの減衰量が前記第１のフィルタのみの周波数特性による変更後の前記基本周波数における信号レベルの減衰量よりも大きくなるような周波数特性とするための前記スイッチの制御を行うように形成されていることが好ましい。

そして、このような構成によれば、基本周波数が変更された場合であっても、変更後の基本周波数における信号レベルの減衰に適合したキャパシタを接続状態とすることができるので、基本周波数の変化にかかわらずノイズを安定的に抑制することができる。

また、前記基本周波数の変更前および変更後のいずれにおいても、前記第２のフィルタの周波数特性は、前記第１のフィルタの周波数特性と合成された状態において、変更前または変更後の基本周波数を含む第１の周波数帯域における信号レベルの減衰量が、前記第１のフィルタのみの周波数特性による前記第１の周波数帯域における信号レベルの減衰量よりも大きくなるとともに、前記第１の周波数帯域に高周波数側において連なる第２の周波数帯域における信号レベルの減衰量が、前記第１のフィルタのみの周波数特性による前記第２の周波数帯域における信号レベルの減衰量よりも小さくなるような周波数特性とされ、Ｄ級アンプ本体は、さらに、前記スピーカによって出力される音声の出力レベルを検出する出力レベル検出手段を備え、前記スイッチ制御手段は、前記出力レベル検出手段によって検出された前記出力レベルが、前記出力レベルの増加にともなって帯域幅が広がる前記ノイズ成分の信号が存在するノイズ帯域を、前記第２の周波数帯域に至らせるような出力レベルの場合に、前記スイッチを制御して前記第２のフィルタを前記信号出力ラインに対して切断状態にするように形成されていることが好ましい。

そして、このような構成によれば、基本周波数の変更前および変更後のいずれにおいても、音声の出力レベルの増加にともなって、ノイズ帯域が第２の周波数帯域にまで広がる場合には、スイッチによって第２のフィルタを信号出力ラインに対して切断状態にすることによって、第２の周波数帯域を有しない第１のフィルタのみを用いるようにすることができるので、基本周波数の変更前および変更後のいずれにおいても、第１フィルタと第２フィルタとの合成された周波数特性のうちの第１フィルタの周波数特性よりも信号レベルの減衰量が小さい部分（後述するピーク特性）によって、この部分まで広がったノイズ帯域に含まれる信号の信号レベルが増加することを未然に回避することができる。

本発明によれば、小型かつ安価な構成でありながらノイズを十分に抑制することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明に係るＤ級アンプの第１実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。

なお、従来と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

図１に示すように、本実施形態におけるＤ級アンプ１８は、従来と同様に、アンプ本体である増幅手段としての増幅部２を有しており、この増幅部２は、音源（例えば、記憶媒体に記憶された音声情報を読み取って音声信号に変換する読取り装置）側から入力された音声信号を、ＰＷＭ信号に変換した上で増幅させ、増幅が行われた後のＰＷＭ信号を後段に出力するようになっている。なお、増幅部２に入力される音声信号は、アナログの音声信号またはデジタルの音声信号のいずれであってもよい。

また、増幅部２の後段には、第１のフィルタとしての第１フィルタ１９が接続されており、この第１フィルタ１９は、信号出力ライン５に直列に接続されたインダクタ６と、信号出力ライン５に並列に接続されたキャパシタ７とからなるＬＣ型のローパスフィルタとされている。この第１フィルタ１９は、増幅部２から出力されたＰＷＭ信号をアナログ音声信号に変換し、変換されたアナログ音声信号を、信号出力ライン５に出力するようになっている。

この第１フィルタ１９は、図１１に示したものと同様の周波数特性を有しており、この周波数特性によって、ＰＷＭ信号に含まれるカットオフ周波数ｆｃよりも高い周波数を有するノイズ成分の信号に対する当該信号の周波数に応じた信号レベルの減衰が可能とされている。ただし、この第１フィルタ１９の周波数特性だけでは、ノイズ成分の信号の基本周波数における信号レベルの減衰量が十分なものとはならない。

そこで、本実施形態において、第１フィルタ１９の後段には、第２のフィルタとしての第２フィルタ２０が、信号出力ライン５に対して並列に接続されている。

この第２フィルタ２０は、信号出力ライン５に対して並列かつ互いに並列に接続されたインダクタ２２および抵抗２３と、信号出力ライン５に対して並列かつインダクタ２２および抵抗２３に対して直列に接続されたキャパシタ２４とによって構成されている。なお、インダクタ２２は、コイルであってもよい。また、キャパシタ２４は、コンデンサであってもよい。

このように構成された第２フィルタ２０は、ＰＷＭ信号に含まれたノイズ成分の信号に対する当該信号の周波数に応じた信号レベルの減衰が可能な所定の周波数特性を有している。

すなわち、図２に示すように、第２フィルタ２０の周波数特性は、第１フィルタ１９の周波数特性と合成された合成特性（図２における実線部のグラフ）の状態において、ノイズ成分の信号の基本周波数ｆ_１における信号レベルの減衰量Ａ_１＋２が、第１フィルタ１９のみの周波数特性による基本周波数ｆ_１における信号レベルの減衰量Ａ_１よりも大きくなるような周波数特性とされている。

このような構成によれば、第１フィルタ１９と第２フィルタ２０との合成特性によって、基本周波数成分の信号の信号レベルを十分に減衰させることができる。

また、第２フィルタ２０が信号出力ライン５に対して並列に接続されていることによって、第２フィルタ２０には、可聴帯域の信号を含む大電流（例えば、５．０〔Ａ〕）を流さずに、ノイズ成分の信号を含む小電流（例えば、０．２〔Ａ〕）のみが流れるようにすることができる。これにより、第２フィルタ２０のインダクタ２２を、第１フィルタ１９のインダクタ６よりも小型にすることができ、また、抵抗２３およびキャパシタ２４についても、小型にすることができる。

したがって、本実施形態においては、小型かつ安価な構成でありながらノイズを十分に抑制することができる。

上記構成に加えて、さらに、本実施形態において、第２フィルタ２０の周波数特性は、第１フィルタ１９の周波数特性との合成特性の状態において、図２に示すように、基本周波数ｆ_１を含む所定の帯域幅を有する第１の周波数帯域（以下、第１周波数帯域ＢＷ_１と称する）内における信号レベルの減衰量が、基本周波数ｆ_１において最大となり、かつ、第１周波数帯域ＢＷ_１における信号レベルの減衰量が、第１フィルタ１９のみの周波数特性による第１周波数帯域ＢＷ_１における信号レベルの減衰量よりも大きくなるような周波数特性とされている。

ここで、図２に示すような第１周波数帯域ＢＷ_１内における合成特性のように、信号レベルの減衰量が一端急激に増加した後に急激に減少する特性（以下、ディップ（ＤＩＰ）特性と称する）は、前述したインダクタ２２、抵抗２３およびキャパシタ２４からなる第２フィルタ２０を第１フィルタ１９の後段に設けることによって実現することができる。

そして、本実施形態においては、このようなディップ特性が、前述のように基本周波数ｆ_１において最大の信号レベルの減衰量を示すように、インダクタ２２のインダクタンス、抵抗２３の抵抗値およびキャパシタ２４の容量が設定されている。

これにより、基本周波数成分の信号の信号レベルをさらに有効に減衰させることができる。

ところで、他励方式のＤ級発振（増幅）方式においては、図３（ａ）（ｂ）に示すように、スピーカ３から出力される音声の出力レベル（換言すれば、音量）が増加すると、基本周波数ｆ_１が不動のまま、ノイズ成分の信号が存在する周波数帯域であるノイズ帯域の帯域幅が、基本周波数を中心として高周波数側および低周波数側に広がることが知られている。具体的には、図３（ａ）においては、音声の出力レベルが小さいため、ノイズ帯域ＮＢＷ_０は基本周波数ｆ_１の一点のみに止まっているが、図３（ｂ）においては、音声の出力レベルが増加したことにより、基本周波数ｆ_１に対して高周波数側および低周波数側に広がったノイズ帯域ＮＢＷ_１が形成されている。なお、ノイズ帯域が基本周波数ｆ_１から広がる場合には、広げられた後のノイズ帯域内のノイズ信号の信号レベルは、ノイズ帯域が基本周波数ｆ_１のみに止まっている場合における信号レベルよりも小さくなる。

本実施形態においては、このように、音声の出力レベルの増加にともなって、第１周波数帯域ＢＷ_１内における所定の範囲にわたる広さのノイズ帯域ＮＢＷ_１が形成されたとしても、第１周波数帯域ＢＷ_１内におけるディップ特性により、第１フィルタ１９のみの周波数特性に比べて、ノイズ帯域ＮＢＷ_１に含まれるノイズ信号の信号レベルを有効に減衰させることができる。

一方、自励方式のＤ級発振方式においては、図示はしないが、音声の出力レベルの増加にともなって基本周波数が低周波数側に移動するため、第１周波数帯域ＢＷ_１内におけるノイズ帯域（基本周波数から広がったもの）の占有率は、他励方式の場合に比べて低くなる傾向にある。しかし、この自励方式の場合においても、図２の合成特性を適用すれば、他励方式の場合と同様に、第１周波数帯域ＢＷ_１内に形成されるノイズ帯域に含まれるノイズ信号を有効に抑制することができることに代りはない。

上記構成に加えて、さらに、本実施形態において、第２フィルタ２０の周波数特性は、第１フィルタ１９の周波数特性との合成特性の状態において、図２に示すように、第１周波数帯域ＢＷ_１に高周波数側において連なる所定の帯域幅を有する第２の周波数帯域（以下、第２周波数帯域ＢＷ_２と称する）における信号レベルの減衰量が、第１フィルタ１９のみの周波数特性による第２周波数帯域ＢＷ_２における信号レベルの減衰量よりも小さくなるような周波数特性とされている。さらに、第２フィルタ２０の周波数特性は、合成特性の状態において、第２周波数帯域ＢＷ_２内に、ノイズ成分の信号における基本周波数成分の信号に対する２次以上の高調波成分の信号の周波数を含まないような周波数特性とされている。なお、図２においては、２次高調波成分の信号の周波数ｆ_２が、第２周波数帯域ＢＷ_２に対して高周波数側に位置している。

ここで、図２に示すような第２周波数帯域ＢＷ_２内における合成特性のように、信号レベルの減衰量が一旦急激に減少した後に急激に増加する特性（以下、ピーク特性と称する）は、前述したインダクタ２２、抵抗２３およびキャパシタ２４からなる第２フィルタ２０の構成上、周波数特性の一部として示されることを余儀なくされる。

しかし、本実施形態においては、このようなピーク特性が生じたとしても、このピーク特性が示される第２周波数帯域ＢＷ_２内に、基本周波数成分の信号に対する高周波成分の信号が現れないようにすることができるので、ノイズ信号における高周波成分の信号を有効に抑制することができる。

以上の構成を有する本実施形態のＤ級アンプ１８によれば、小型かつ安価な構成でありながらノイズが十分に抑制された聴取品質に優れた音声を出力（再生）することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係るＤ級アンプの第２実施形態について図４および図５を参照して説明する。

なお、第１実施形態と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態におけるＤ級アンプは、第１実施形態と同様に、ディップ特性およびピーク特性を含む合成特性を示すことが可能とされている。

また、図５に示すように、本実施形態におけるＤ級アンプ２６は、増幅部２、ＬＣ型のローパスフィルタからなる第１フィルタ１９、および、第１フィルタ１９の後段に、信号出力ライン５に対して並列に接続された第２のフィルタとしての第２フィルタ２８を備えた点については、第１実施形態と同様である。

ただし、本実施形態におけるＤ級アンプは、図４（ｃ）に示すように、スピーカ３から出力される音声の出力レベルの増加にともなって、ピーク特性が示される第２周波数帯域ＢＷ_２（図４（ａ）、（ｂ）参照）内にノイズ帯域（以下、強音側ノイズ帯域ＮＢＷ_２と称する）が形成されることにより、強音側ノイズ帯域ＮＢＷ_２に含まれるノイズ信号の信号レベルがピーク特性によって増加してしまうことを未然に回避するように構成されている点で、第１実施形態とは異なっている。

より具体的には、図５に示すように、本実施形態におけるＤ級アンプ２６は、増幅部２の前段に接続された出力レベル検出手段としての信号レベル検出部２７を有しており、この信号レベル検出部２７は、音源側から入力された音声信号の信号レベルを検出するようになっている。そして、信号レベル検出部２７は、検出された音声信号の信号レベルと、予め取得されている増幅部２のゲインとに基づいて、スピーカ３から出力される音声の出力レベル（以下、音声出力レベルと称する）を予測することによって、音声出力レベルを検出するようになっている。

さらに、本実施形態におけるＤ級アンプ２６は、第２フィルタ２８が、第１実施形態に示したインダクタ２２、抵抗２３およびキャパシタ２４に加えて、キャパシタ２４に直列に接続されたスイッチ２９を有しており、このスイッチ２９は、第２フィルタ２８を信号出力ライン５に対して接続状態または切断状態にするようになっている。

さらにまた、本実施形態におけるＤ級アンプ２６は、信号レベル検出部２７とスイッチ２９との間に接続されたスイッチ制御手段としてのスイッチコントローラ３１を有しており、このスイッチコントローラ３１は、信号レベル検出部２７から、音声出力レベルの検出（予測）結果を取得するようになっている。

そして、スイッチコントローラ３１は、取得された音声出力レベルが、音声出力レベルの増加にともなって帯域幅が広がるノイズ帯域を、第２周波数帯域ＢＷ_２に至らせるような音声出力レベルの場合には、スイッチ２９を制御して第２フィルタ２８を信号出力ライン５に対して切断状態にするようになっている。一方、スイッチコントローラ３１は、取得された音声出力レベルが、ノイズ帯域を、第２周波数帯域ＢＷ_２内の周波数までは広げないような音声出力レベルの場合には、スイッチ２９を制御して第２フィルタ２８を信号出力ライン５に対して接続状態にするようになっている。

より具体的な例としては、スイッチコントローラ３１は、音声出力レベルが、図４（ａ）に示すような基本周波数ｆ_１の一点のみに止まるノイズ帯域（以下、弱音側ノイズ帯域ＮＢＷ_０と称する）を形成する弱音レベル（音量０）の場合や、図４（ｂ）に示すような第１周波数帯域ＢＷ_１内における所定の範囲にわたる広さのノイズ帯域（以下、中音側ノイズ帯域ＮＢＷ_１と称する）を形成する中音レベルの場合には、スイッチ２９を閉路して第２フィルタ２８を接続状態にする。なお、図４（ｂ）において、中音側ノイズ帯域ＮＢＷ_１の最大周波数は、第１周波数帯域ＢＷ_１の最大周波数に一致している。また、スイッチコントローラ３１は、音声出力レベルが、弱音側ノイズ帯域ＮＢＷ_０よりも広くかつ中音側ノイズ帯域ＮＢＷ_１よりも狭い広さのノイズ帯域を形成する音声出力レベルの場合にも、スイッチ２９を閉路して第２フィルタ２８を接続状態にする。

このようにして、第２フィルタ２８が接続状態となった場合には、第２フィルタ２８が機能して第１実施形態と同様の合成特性が示されることになり、基本周波数成分の信号を有効に抑制するばかりでなく、中音側ノイズ帯域ＮＢＷ_１内に広がる周波数成分の信号をも有効に抑制することができる。

一方、スイッチコントローラ３１は、音声出力レベルが、図４（ｃ）に示すような強音側ノイズ帯域ＮＢＷ_２を形成する強音レベルの場合には、スイッチ２９を開路して第２フィルタ２８を切断状態にする。

このようにして、第２フィルタ２８が切断状態となった場合には、第２フィルタ２８は機能せず、第１フィルタ１９のみが機能して、第１フィルタ１９のみの周波数特性が示されることになる。この場合には、基本周波数における信号レベルの減衰量は合成特性の場合よりも減少してしまうものの、第２周波数帯域ＢＷ_２内における合成特性に示されていたピーク特性が無くなるので、強音側ノイズ帯域ＮＢＷ_２に含まれるノイズ信号がピーク特性によって増加することを未然に回避することができる。

以上の構成を有する本実施形態のＤ級アンプ２６においても、第１実施形態と同様に、小型かつ安価な構成でありながらノイズが十分に抑制された聴取品質に優れた音声を出力することができる。

なお、本実施形態において、音声出力レベルの検出は、前述した信号レベル検出部２７のように、必ずしも増幅部２の前段において行うことに限定される必要はなく、コンセプトに応じて種々の変更が可能である。例えば、音声出力レベルの検出は、増幅部２から第１フィルタ１９に向かって出力されるＰＷＭ信号の検出結果に基づいて行うようにしてもよいし、また、第２フィルタ２８からスピーカ３に向かって出力される音声信号の出力レベルを直接モニタすることによって行うようにしてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明に係るＤ級アンプの第３実施形態について図６および図７を参照して説明する。

なお、第１および第２実施形態と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態におけるＤ級アンプは、第１および第２実施形態と同様に、ディップ特性およびピーク特性を含む合成特性を示すことが可能とされている。

また、図７に示すように、本実施形態におけるＤ級アンプ３３は、増幅部２、ＬＣ型のローパスフィルタからなる第１フィルタ１９、および、第１フィルタ１９の後段に、信号出力ライン５に対して並列に接続された第２のフィルタとしての第２フィルタ３４を備えた点については、第１および第２実施形態と同様である。

さらに、図７に示すように、本実施形態におけるＤ級アンプ３３は、第２フィルタ３４におけるキャパシタ２４に接続されたスイッチ２９と、このスイッチ２９を制御するスイッチコントローラ３５とを備えた点については、第２実施形態と同様である。

ただし、本実施形態におけるＤ級アンプは、図６（ｂ）に示すように基本周波数が変化した場合においても、変化後における基本周波数成分の信号の信号レベルを有効に減衰させるように構成されている点で、第１および第２実施経形態とは異なっている。

より具体的には、図７に示すように、本実施形態におけるＤ級アンプ３３は、増幅部２に接続された周波数可変手段としての発振周波数コントローラ３６を有しており、この発振周波数コントローラ３６は、ＰＷＭ信号の発振周波数を変更することによって、基本周波数を変更可能とされている。なお、発振周波数コントローラ３６は、ラジオを聴く場合におけるラジオビートへの対策のために設けられたものであってもよい。

また、本実施形態におけるＤ級アンプ３３は、第２フィルタ３４が、１個のみのキャパシタ２４ではなく、信号出力ライン５に対して並列かつインダクタ２２および抵抗２３に対して直列かつ互いに並列に接続された複数個のキャパシタ２４を備えている。各キャパシタ２４は、互いに容量が等しいものであってもよいし、互いに容量が異なるものであってもよい。

さらに、本実施形態におけるＤ級アンプ３３は、第２フィルタ３４が、１個のみのスイッチ２９ではなく、各キャパシタ２４にそれぞれ直列に接続されたキャパシタ２４と同数の複数個のスイッチ２９を備えており、これらのスイッチ２９は、スイッチコントローラ３５に接続されている。

これらのスイッチ２９は、スイッチコントローラ３５による制御によって、対応するキャパシタ２４のそれぞれを、信号出力ライン５に対して接続状態または切断状態にすることが可能とされている。

さらにまた、本実施形態においては、スイッチコントローラ３５が、発振周波数コントローラ３６による発振周波数の制御結果を取得するようになっている。

そして、スイッチコントローラ３５は、発振周波数の制御結果が、発振周波数すなわち基本周波数の変更を示す場合には、スイッチ２９の制御を行うことによって、第２フィルタ３４の周波数特性を、第１フィルタ１９の周波数特性と合成された合成特性の状態において、変更後の基本周波数における信号レベルの減衰量が第１フィルタ１９のみの周波数特性による変更後の基本周波数における信号レベルの減衰量よりも大きくなるような所望の周波数特性とするようになっている。

このスイッチ２９の制御は、第２フィルタ３４に所望の周波数特性を設定することが可能なキャパシタ２４（複数個であってもよい）を接続状態とするためのスイッチ２９の制御とされている。

より具体的には、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、発振周波数コントローラ３６による発振周波数の変更にともなって、基本周波数が図６（ａ）に示す周波数ｆ_１から図６（ｂ）に示す周波数ｆ_１’に変更された場合には、スイッチコントローラ３５は、図６（ｂ）に示す新たな（変更後の）合成特性が得られるような第２フィルタ３４の周波数特性を設定するためのスイッチ２９の制御を行うようになっている。なお、図６（ｂ）に示す新たな合成特性においては、ディップ特性およびピーク特性の部分が、図６（ａ）の状態からｆ_１’側へと移動し、また、ディップ特性における信号レベルの減衰量が最大となる周波数が、変更後の基本周波数ｆ_１’に一致している。また、これともなって、第１周波数帯域ＢＷ_１および第２周波数帯域ＢＷ_２についても、変更後の基本周波数ｆ_１’側に移動している。

したがって、図６（ｂ）に示す新たな合成特性においては、変更後の基本周波数ｆ_１’における信号レベルの減衰量を、第１フィルタ１９のみの周波数特性による変更後の基本周波数ｆ_１’における信号レベルの減衰量よりも大きくすることができる。

したがって、本実施形態によれば、基本周波数が変更された場合であっても、変更後の基本周波数における信号レベルの減衰に適合したキャパシタを接続状態とすることができるので、基本周波数の変化にかかわらずノイズを安定的に抑制することができる。

なお、本実施形態においても、第２実施形態と同様に、信号レベル検出部２７によって音声出力レベルを検出するように構成し、検出された音声出力レベルが強音レベルに達して、ノイズ帯域が基本周波数からピーク特性が示される第２周波数帯域ＢＷ_２内へと広がる場合には、スイッチコントローラ３５によるスイッチ２９の制御によって、第２フィルタ３４を信号出力ライン５に対して切断状態にするようにしてもよい。ただし、この場合には、すべてのスイッチ２９を開路することを要する。また、スイッチコントローラ３５は、このような音声出力レベルに基づくスイッチ２９の制御を、基本周波数の変更後においても同様に行うようにしてもよい。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

本発明に係るＤ級アンプの第１実施形態を示すブロック図本発明に係るＤ級アンプの第１実施形態において、周波数特性を示すグラフ本発明に係るＤ級アンプの第１実施形態において、（ａ）は、他励方式のＤ級発振方式において、音声の出力レベルが小さい場合におけるノイズ帯域の状態を説明し、（ｂ）は、他励方式のＤ級発振方式において、音声の出力レベルが増加した場合におけるノイズ帯域の状態を説明するための説明図本発明に係るＤ級アンプの第２実施形態において、（ａ）は、弱音側ノイズ帯域の形成状態を示し、（ｂ）は、中音側ノイズ帯域の形成状態を示し、（ｃ）は、強音側ノイズ帯域の形成状態を示す図本発明に係るＤ級アンプの第２実施形態を示すブロック図本発明に係るＤ級アンプの第３実施形態において、（ａ）は、基本周波数の変更前における周波数特性を、（ｂ）は、基本周波数の変更後における周波数特性を示すグラフ本発明に係るＤ級アンプの第３実施形態を示すブロック図ＰＷＭ信号を説明するための説明図であって、（ａ）は、デューテイ５０％のＰＷＭ信号を示し、（ｂ）は、デューティが５０％よりも大きい場合のＰＷＭ信号を示す図従来から採用されていたＬＣ型のローパスフィルタを備えたＤ級アンプの一例を示すブロック図一般的なＤ級増幅方式のＰＷＭ信号に含まれるノイズ成分の信号のスペクトラム分布を示す図一般的なＬＣ型のローパスフィルタの周波数特性を示すグラフノイズ成分の基本周波数における信号レベルの減衰量を向上させるための従来の対策例の１つとしてのＤ級アンプを示すブロック図図１２に示すＤ級アンプの周波数特性を示すグラフノイズ成分の基本周波数における信号レベルの減衰量を向上させるための従来の対策例の１つとしての図１２とは異なるＤ級アンプを示すブロック図図１４に示すＤ級アンプの周波数特性を示すグラフ

符号の説明

２増幅部
３スピーカ
５信号出力ライン
１８Ｄ級アンプ
１９第１フィルタ
２０第２フィルタ

Claims

音声信号をＤ級増幅方式を用いて増幅させ、増幅された前記音声信号をスピーカ側に出力するＤ級アンプであって、
音源側から入力された前記音声信号を、ＰＷＭ信号に変換した上で増幅させ、増幅された後の前記ＰＷＭ信号を後段に出力する増幅手段と、
この増幅手段の後段に接続され、前記増幅手段から出力された前記ＰＷＭ信号をアナログ音声信号に変換し、変換された前記アナログ音声信号を、前記スピーカに向かう信号出力ラインに出力するように形成された所定のカットオフ周波数を有するローパスフィルタからなる第１のフィルタであって、前記ＰＷＭ信号に含まれる前記カットオフ周波数よりも高い所定の周波数を有するノイズ成分の信号に対する当該信号の周波数に応じた信号レベルの減衰が可能な所定の周波数特性を示すように形成された第１のフィルタと、
この第１のフィルタの後段において、前記信号出力ラインに対して並列に接続され、前記ノイズ成分の信号に対する当該信号の周波数に応じた信号レベルの減衰が可能な所定の周波数特性を示すように形成された第２のフィルタと
を備え、
前記第２のフィルタの周波数特性は、前記第１のフィルタの周波数特性と合成された状態において、前記ノイズ成分の信号の基本周波数における信号レベルの減衰量が、前記第１のフィルタのみの周波数特性による前記基本周波数における信号レベルの減衰量よりも大きくなるような周波数特性とされ、
また、前記第２のフィルタの周波数特性は、前記第１のフィルタの周波数特性と合成された状態において、前記基本周波数を含む所定の帯域幅を有する第１の周波数帯域における信号レベルの減衰量が、前記基本周波数において最大となり、かつ、前記第１の周波数帯域における信号レベルの減衰量が、前記第１のフィルタのみの周波数特性による前記第１の周波数帯域における信号レベルの減衰量よりも大きくなるような周波数特性とされ、
さらに、前記第２のフィルタの周波数特性は、前記第１のフィルタの周波数特性と合成された状態において、前記第１の周波数帯域に高周波数側において連なる所定の帯域幅を有する第２の周波数帯域における信号レベルの減衰量が、前記第１のフィルタのみの周波数特性による前記第２の周波数帯域における信号レベルの減衰量よりも小さくなり、かつ、前記第２の周波数帯域内に、前記ノイズ成分の信号における基本周波数成分の信号に対する２次以上の高調波成分の信号の周波数を含まないような周波数特性とされ、
前記第２のフィルタに配設され、第２のフィルタ本体を前記信号出力ラインに対して接続状態または切断状態にするスイッチと、
前記スピーカによって出力される音声の出力レベルを検出する出力レベル検出手段と、
この出力レベル検出手段によって検出された前記出力レベルが、前記出力レベルの増加にともなって帯域幅が広がる前記ノイズ成分の信号が存在するノイズ帯域を、前記第２の周波数帯域に至らせるような出力レベルの場合に、前記スイッチを制御して前記第２のフィルタを前記信号出力ラインに対して切断状態にするスイッチ制御手段と
を備えたこと
を特徴とするＤ級アンプ。
音声信号をＤ級増幅方式を用いて増幅させ、増幅された前記音声信号をスピーカ側に出力するＤ級アンプであって、
音源側から入力された前記音声信号を、ＰＷＭ信号に変換した上で増幅させ、増幅された後の前記ＰＷＭ信号を後段に出力する増幅手段と、
この増幅手段の後段に接続され、前記増幅手段から出力された前記ＰＷＭ信号をアナログ音声信号に変換し、変換された前記アナログ音声信号を、前記スピーカに向かう信号出力ラインに出力するように形成された所定のカットオフ周波数を有するローパスフィルタからなる第１のフィルタであって、前記ＰＷＭ信号に含まれる前記カットオフ周波数よりも高い所定の周波数を有するノイズ成分の信号に対する当該信号の周波数に応じた信号レベルの減衰が可能な所定の周波数特性を示すように形成された第１のフィルタと、
この第１のフィルタの後段において、前記信号出力ラインに対して並列に接続され、前記ノイズ成分の信号に対する当該信号の周波数に応じた信号レベルの減衰が可能な所定の周波数特性を示すように形成された第２のフィルタと
を備え、
前記第２のフィルタの周波数特性は、前記第１のフィルタの周波数特性と合成された状態において、前記ノイズ成分の信号の基本周波数における信号レベルの減衰量が、前記第１のフィルタのみの周波数特性による前記基本周波数における信号レベルの減衰量よりも大きくなるような周波数特性とされ、
前記第２のフィルタは、互いに並列に接続されたインダクタおよび抵抗と、前記インダクタおよび前記抵抗に直列に接続され、かつ、互いに並列に接続された複数個のキャパシタと、これら複数個のキャパシタのそれぞれを前記信号出力ラインに対して接続状態または切断状態にすることが可能な前記キャパシタと同数のスイッチとによって形成され、
Ｄ級アンプ本体は、さらに、前記基本周波数を変更可能とされた周波数可変手段と、所定の前記キャパシタを接続状態とするための前記スイッチの制御を行うスイッチ制御手段とを備え、
前記スイッチ制御手段は、前記周波数可変手段によって前記基本周波数が変更された場合に、前記スイッチの制御として、前記第２のフィルタの周波数特性を、前記第１のフィルタの周波数特性と合成された状態において、変更後の前記基本周波数における信号レベルの減衰量が前記第１のフィルタのみの周波数特性による変更後の前記基本周波数における信号レベルの減衰量よりも大きくなるような周波数特性とするための前記スイッチの制御を行うように形成されていること
を特徴とするＤ級アンプ。
前記第２のフィルタの周波数特性は、前記第１のフィルタの周波数特性と合成された状態において、前記基本周波数を含む所定の帯域幅を有する第１の周波数帯域における信号レベルの減衰量が、前記基本周波数において最大となり、かつ、前記第１の周波数帯域における信号レベルの減衰量が、前記第１のフィルタのみの周波数特性による前記第１の周波数帯域における信号レベルの減衰量よりも大きくなるような周波数特性とされていること
を特徴とする請求項２に記載のＤ級アンプ。
前記第２のフィルタの周波数特性は、前記第１のフィルタの周波数特性と合成された状態において、前記第１の周波数帯域に高周波数側において連なる所定の帯域幅を有する第２の周波数帯域における信号レベルの減衰量が、前記第１のフィルタのみの周波数特性による前記第２の周波数帯域における信号レベルの減衰量よりも小さくなり、かつ、前記第２の周波数帯域内に、前記ノイズ成分の信号における基本周波数成分の信号に対する２次以上の高調波成分の信号の周波数を含まないような周波数特性とされていること
を特徴とする請求項３に記載のＤ級アンプ。
前記第２のフィルタは、互いに並列に接続されたインダクタおよび抵抗と、前記インダクタおよび前記抵抗に直列に接続されたキャパシタとを備えたこと
を特徴とする請求項１に記載のＤ級アンプ。
前記基本周波数の変更前および変更後のいずれにおいても、前記第２のフィルタの周波数特性は、前記第１のフィルタの周波数特性と合成された状態において、変更前または変更後の基本周波数を含む第１の周波数帯域における信号レベルの減衰量が、前記第１のフィルタのみの周波数特性による前記第１の周波数帯域における信号レベルの減衰量よりも大きくなるとともに、前記第１の周波数帯域に高周波数側において連なる第２の周波数帯域における信号レベルの減衰量が、前記第１のフィルタのみの周波数特性による前記第２の周波数帯域における信号レベルの減衰量よりも小さくなるような周波数特性とされ、
Ｄ級アンプ本体は、さらに、前記スピーカによって出力される音声の出力レベルを検出する出力レベル検出手段を備え、
前記スイッチ制御手段は、前記出力レベル検出手段によって検出された前記出力レベルが、前記出力レベルの増加にともなって帯域幅が広がる前記ノイズ成分の信号が存在するノイズ帯域を、前記第２の周波数帯域に至らせる場合に、前記スイッチを制御して前記第２のフィルタを前記信号出力ラインに対して切断状態にするように形成されていること
を特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のＤ級アンプ。
前記第１のフィルタは、ＬＣ型のローパスフィルタとされていること
を特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のＤ級アンプ。