JPH06224654A

JPH06224654A - オーディオ増幅回路及び動作方法

Info

Publication number: JPH06224654A
Application number: JP16896293A
Authority: JP
Inventors: Francis A Miller; エイミラーフランシス; Steven D Heidorn; ディーハイドーンスティーヴン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 1994-08-12
Also published as: EP0578389A2; EP0578389A3; US5245296A

Abstract

(57)【要約】【目的】オーディオ増幅回路の効率、性能、及び電力
を改善するための制御回路及び動作方法を提供する。【構成】本発明のオーディオ増幅回路は、スピーカシ
ステムにおいて、効率、性能、電力を改善する。この回
路には、スピーカの可動コイルからのモーショナル電圧
を感知するような弁別差分増幅器が含まれる。差分増幅
器からの出力信号は、この回路により、駆動電圧と結合
され且つスピーカの入力に印加される訂正電圧へと処理
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オーディオ増幅回路、
更に言えば、スピーカを駆動する増幅回路の、効率、性
能、及び電力を改善するための増幅回路及び方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】スピーカのような、電気機械的なトラン
スジューサは、線型電動器と等価であると考えることが
できる。このような等価電動器の類推により、電気エネ
ルギー（ワット）はスピーカのボイスコイルを通過し、
コイルやそれに取り付けられたものを移動させる。コイ
ルが磁界中を移動すると、そのコイルに電圧が発生す
る。コイルを流れる電力値を正確に計算するために、こ
の発生された電圧が考察されなければならない。図１
は、従来技術における典型的なスピーカ回路１０の等価
電気特性を示す。この回路において、インダクタ１２は
コイルの電気インダクタンスを示す。抵抗１４はコイル
の直流抵抗を表し、１６は磁界におけるコイルの移動に
よって発生した電圧を表す。図２は、発生された電圧が
スピーカコイルの電力上で有する影響を示した等価回路
１８を表す。電流サンプリング抵抗２４と同様の一対の
電圧駆動抵抗２０、２２が、図１の等価回路のインダク
タ１２’及び抵抗１４’に付加される。従来技術のオー
ディオ増幅器２６の状態は、スピーカに接続され、スピ
ーカのもう一方の側はライン２９と抵抗２４を通じて増
幅器のグラウンドに接続される。

【０００３】適当な二重軌跡オシロスコープ、図示して
いない、が、自身のグラウンドをライン２９に接続しつ
つ、回路１８のポイントＥ及びＩに接続される。持続時
間、Ｔ_nを有する正電圧パルスＥが増幅器の入力３０に
付加される。ゲインは、出力ライン２８においてほぼ６
Ｖが現れるまで調整される。図３のＡはスピーカに印加
された電圧を表すオシロスコープの軌跡を示し、一方、
図３のＢはボイスコイル中を流れる電流Ｉに対する軌跡
を示す。ある時間（Ｔ∝）において、増幅器２６は、６
ボルトの電圧をスピーカに与える。初めは電気インダク
タンス１２’によって引き起こされる遅延のために、コ
イルに電流は流れず、故に、コイルに電力は流れない。
第２の時間Ｔ１で十分な電流が流れてコイルに電力を生
み出す。コイルは外に向かって加速し始める。コイルは
Ｔ２において最大速度に到達する。Ｔ３においてコイル
を流れるエネルギーはサスペンション力と等しい。Ｔ３
においてコイルは休息となる。電流Ｉ、故に、システム
における電力は、コイルの移動によって発生された電圧
に比例するような成分を含む。この成分がコイルに対す
る電力入力におけるエラーを示す。左向きの囲いで囲ま
れた一般のスピーカにおいては、コイルの移動によって
発生された電圧によって作り出されるエラー成分は印加
電圧の５０％に等しいものとなり得る。

【０００４】

【本発明の概要】故に、本発明の目的は、オーディオ増
幅回路の効率、性能、及び電力を改善するような制御回
路及び動作方法を提供することにある。更に、他の目的
は、スピーカコイルの移動によって発生された電圧の結
果として生じる電力エラーを自動的に補償するようなタ
イプの回路及び方法を提供することにある。他の目的
は、現存の電力増幅器に対して内部接続を必要とするこ
となく、モーショナル電圧から生じる電力エラーに対す
る補償を達成するようなタイプの回路及び方法を提供す
ることにある。他の目的は、多数のスピーカが共通のグ
ラウンドに接続されているモーショナル電圧からの電力
エラーに対して補償を達成するようなタイプの回路及び
方法を提供することにある。以上述べた目的は、本発明
において、スピーカコイルで発生されたモーショナル電
圧によって生じる電力エラー成分を自動的に訂正するよ
うなオーディオ増幅器回路を提供することによって実現
される。この回路は、コイルの移動電圧に比例した出力
信号を発生するような弁別差分増幅回路を組み込んでい
る。出力信号はこの回路で処理され、且つ訂正電圧とし
てスピーカコイルを駆動する電圧に印加され、こうして
電力エラー成分を減少させる。

【０００５】本発明のこれらの及び付加的な目的は、添
付図面と関連させて幾つかの実施例を記述している以下
の説明によって明かとなるだろう。

【０００６】

【実施例】図４は、本発明の一実施例によるオーディオ
増幅回路３２を示す。この回路は、磁気駆動素子を有す
るタイプのスピーカ３６に対するボイスコイル３４を駆
動するようなものとされている。適当な入力源の出力
（図示されていない）が、端子３８を通じて演算増幅器
４２の非反転入力４０に接続される。増幅器４２の出力
は、ボイスコイルを駆動するためにスピーカ端子４６に
接続された電力増幅器４４に接続される。もう一方のス
ピーカ端子４８は、５０で示されているように、適当な
電圧及び電流サンプリングネットワークの電流サンプリ
ング部分に接続される。回路３２は更に、サンプリング
ネットワーク５０の出力に接続された２つの入力を有す
る弁別差分増幅器５２を備える。差分増幅器は、コイル
３４によって発生されたモーショナル電圧を感知して、
予め設定された比率で電圧に比例するような出力電圧信
号を、抵抗値に従って作り出す。図の実施例において、
回路の構成素子は、増幅器５２の出力電圧信号がモーシ
ョナル電圧（ＥＭｏｔ）の−１／４１に等しくなるよう
に選択される。この回路は、増幅器５１からの出力電圧
信号を演算増幅器４２の単位利得反転入力５３に接続す
ることによって、訂正電圧を発生する。増幅器４２は出
力電圧信号を端子３８からの駆動電圧と結合し、結合さ
れた成分は電力増幅器４４の入力端子５４に対する電圧
として向けられる。電力増幅器４４は２０．６のゲイン
を有するよう選択される。こうして、−１／４１ＥＭｏ
ｔの出力電圧信号成分は＋０．５ＥＭｏｔに増幅され
る。

【０００７】回路３２の動作中、ボイスコイルのモーシ
ョナル電圧は、増幅器５２によって検出され、後者の出
力信号が増幅器４２によって反転された後に、電力増幅
器４４によって増幅される。これが、＋０．５ＥＭｏｔ
の訂正電圧を生み出す。この電圧は、演算増幅器４２の
非反転入力４０に印加された駆動電圧と結合される。訂
正電圧の影響が、図５のＡ、Ｂ、Ｃの波形によって示さ
れている。図５のＡにおいて、軌跡５８は電圧Ｅを時間
の関数として描いており、この軌跡は従来回路による図
３のＡの軌跡と同様である。曲線６０は＋０．５ＥＭｏ
ｔ訂正電圧のピークを示す。図５のＢで、軌跡６２は、
＋０．５ＥＭｏｔ補償電圧が印加された状態の下で、電
流Ｉを時間の関数として表している。図５のｃで、軌跡
６４は、０．５のＥＭｏｔの補償電圧を伴う電力を表
す。オーディオ産業で、「理想的な」電力増幅器は、低
いインピーダンスの電圧源である。実際、平均電力増幅
器のソース抵抗は、通常、記述の出力インピーダンスの
１−１／１００番目より小さく、実際上、全ての目的に
対して０であってもよいと考えられている。このこと
は、数学的には、スピーカ内部の状態に関わらず、コイ
ル両端の電圧が常に同一であろうことを意味する。電
流、故に電力は、ここで、Ｅ＝ボイスコイルに印加された電圧ＥＭｏｔ＝コイル移動によって発生された電圧Ｒ_c＝コイルの抵抗に従ってコイルの移動によって発生される電圧に反転的
に比例するような成分を含むだろう。

【０００８】換言すれば、コイルを通ずる電流は、コイ
ルに印加された電圧からコイルによっ発生された電圧を
引き算し、コイルの抵抗で割り算したものといえる。電
力Ｗは、によって与えられ、この式２は、に変換される。式「−Ｅ・ＥＭｏｔ」は、コイルによっ
て発生される移動的な電圧によって導かれた電力エラー
に比例する。回路３２は、０．５ＥＭｏｔに等しい電圧
を印加電圧に付加するように動作する。電圧式は、Ｅ＝Ｅ＋０．５ＥＭｏｔ式４となる。式４を用いて置換すると、電流式１は、となる。式５は、に変換される。式６を用いて置換すると、電力式２は、となる。式７は、エラー成分Ｃ_eは、であり、エラー成分Ｃ_eはこのように、実質的に、電力
式３からの減数成分であより小さいもの、と変換される。

【０００９】図６は、本発明の他のより好ましい実施例
に従った回路６６を示す図であって、この回路６６によ
れば、現存の電力増幅器７０に内部変更を加えることな
しで、訂正用電圧をスピーカ６８に付加することが可能
とされる。現存の電力増幅器７０の出力端子７２は、ス
ピーカを駆動するボイスコイル７６の一方の端子７４に
接続される。弁別差分増幅器７８は、回路を通じて第２
のボイスコイル端子８０に接続されて、モーショナル電
圧を検出する。増幅器７８は、モーショナル電圧の−１
／４１に等しい出力を生み出す。差分増幅器からの出力
は、より好ましくは２０．６というゲインをううした電
力増幅器８２に付与される。電力増幅器８２は、現存の
電力増幅器７０からの駆動電圧と共にスピーカ７０に印
加される−０．５の訂正電圧を与えて、スピーカに補償
電圧を与える。この実施例によれば、現存の電力増幅器
と現存のスピーカとの間にシステムを設置することによ
って、電力エラーを訂正することが可能とされる。図７
は、スピーカ８４の戻り側と直列にされた電力サンプリ
ング抵抗の必要性を除去するような回路８４を提供する
本発明の他の実施例を示す図である。抵抗回路８６は、
ボイスコイル９０の入力端子８８と並列に接続される。
回路８６は、弁別差分増幅器９４中に導くような入力回
路９２を通じてタップＥで接続して、電圧サンプリング
電流を与える。抵抗１０３、１０４と関連するサンプリ
ング抵抗１０１、１０２は、抵抗１０５の両端に、電力
増幅器１００によってボイスコイル９０に印加される電
流に比例する電圧を与える。これらの電圧は、差分増幅
器９４で結合されたときに、−（１／１４１ＥＭｏｔ）
に比例する出力電圧を生成する。差分増幅器９４は、図
４の実施例で記述された方法で動作し、ボイスコイルの
モーショナル電圧（ＥＭｏｔ）の−１／４１に等しい出
力電圧信号を生み出す。電圧信号は、回路を通じて、演
算増幅器９８の単位利得反転入力９６中に向けられる。
増幅器９８の出力は、ボイスコイル入力端子８８に接続
された入力を有している電力増幅器１００に向けられ
る。この実施例は、ヘッドホンのように共通のグラウン
ドを有する多数のスピーカをそのシステムで接続するよ
うな場合に、より好ましいものとされる。

【００１０】図８は回路１０６を提供する実施例を示
す。この回路では、モーショナル電圧がスピーカボイス
コイル１１０の端子１０８と１００の間の抵抗回路１０
７によって抽出される。この形態は、電力増幅器の構成
が差分若しくはブリッジタイプのものである場合に好ま
しいとされる。単位利得非反転増幅器（バッファ）１１
２が回路に接続されて、端子１１４で印加された駆動電
圧からの入力信号を増幅する。増幅器１１２からの出力
は、電力増幅器１１８の正入力１１６に印加される。増
幅器１１８からの出力は端子１０８と接続されて、駆動
電圧の非反転部分をスピーカに与える。非反転１１２増
幅器は、同時に、増幅された入力信号を電力増幅器１２
２の反転入力１２０に与える。電力増幅器１２２は、端
子１０９を通じて回路に接続されて、駆動電圧の反転部
分をスピーカに与える。増幅器１２４はまた、単位利得
非反転増幅器（バッファ）として回路に接続される。加
算抵抗Ｒａ及びＲｂは、抵抗Ｒ１及びＲ２によって生成
された電圧サンプルとＲ３及びスピーカの直流抵抗によ
って生成された電流サンプルとを結合する。増幅器１２
４の出力は、スピーカによって発生されたモーショナル
電圧ＥＭｏｔの−１／８２である。この出力は、電力増
幅器１２２の非反転入力１２８と同様に、電力増幅器１
１８の反転入力１２６に接続される。この形態は、スピ
ーカに対する０．５ＥＭｏｔの出力に、１／８２ＥＭ
ｏｔ×２０．６−（１／８２ＥＭｏｔ×−２０．６）を
与える。

【００１１】図９は、回路１３０によって提供される他
の実施例を示す図であり、この回路では、現存の増幅器
１３２の電力出力を増加させて同時に電力エラー補償を
提供することが可能である。電力増幅器１３２の出力
は、スピーカボイスコイル１３６の入力端子に加えられ
る。ボイスコイルからのモーショナル電圧ＥＭｏｔは、
弁別差分増幅器１３８によって感知され、その出力は、
電力演算増幅器１４２の非反転入力１４０に対して０．
５ＥＭｏｔの訂正用電圧を与える。増幅器１４２の出力
は、その後、現存の電力増幅器１３２からの駆動電圧と
共に回路を通じてスピーカに印加される。増幅器１３２
の出力電圧の一部は、同時に、抵抗１４４によって増幅
器１４２の反転入力に印加される。これによって、ボイ
スコイル１３６に対する最大信号電圧が増大される。図
４乃至図９の全ての実施例は、数学的には同一の方法で
動作する。その差異は、主として、ＥＭｏｔ成分の抽出
方法に存在する。もし、印加電圧の５０％のモーショナ
ル電圧を有するスピーカが、訂正を行わない場合に、５
０％の瞬時電力エラーを有するとした場合、訂正電圧を
付加することにより、このエラーはほぼ６．２５％まで
減少されるだろう。電力エラーのこの減少は３つ全ての
実施例に対して同じである。

【００１２】補償（．２５Ｅｍｏｔ²）後に残るエラー
成分は、指数的なものであることに注意すべきである。
本発明の設計を最適化して、コーンモーションを最小に
することにより、本発明の補償方法はより実効的なもの
となる。例えば、５０％のモーショナル電圧成分を有す
るスピーカは、補償を用いると、６．２５％のエラーの
残りが生じる。これは８７％のエラー減少であることを
示している。一方、２０％のモーショナル電圧を有する
スピーカは、補償を用いると１％のエラーを生成するだ
ろう。これは９５％のエラー減少であることを示してい
る。これらの実施例は、現時点でより好ましいと考えら
れたものであって、当業者によれば、多くの変更及び変
更がなされ得ると考えられ、故に、特許請求の範囲は、
これら全ての変形及び変更をカバーしており、これらの
変形や変更は本発明の真に意図する範囲内に落ち着くも
のと考えている。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術におけるスピーカ回路の等価電気特性
を示す図。

【図２】電力上で発生する電圧の影響を示す従来技術に
おけるスピーカ回路の等価電気特性を示す図。

【図３】図２の等価回路におけるスピーカ電圧及びボイ
スコイル電流それぞれの典型的なオシロスコープトレー
スを示すグラフ。

【図４】本発明の一実施例によるオーディオ増幅回路を
示す回路図。

【図５】図４の回路の一般的なオシロスコープの軌跡で
あって、印加された補償電圧と共に、電圧、電流、及び
電力波形の形態を表す。

【図６】現存の電力増幅器とスピーカシステムを用いる
ようにされた本発明の他の実施例を示す回路図。

【図７】本発明の他の実施例を示す回路図。

【図８】本発明の他の実施例を示す回路図。

【図９】本発明の他の実施例を示す回路図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者フランシスエイミラーアメリカ合衆国カリフォルニア州 95452 ケンウッドピーオーボックス 246 (72)発明者スティーヴンディーハイドーンアメリカ合衆国カリフォルニア州 95452 ケンウッドピーオーボックス 246

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スピーカシステムの磁気的駆動素子に動
力を供給するための低インピーダンス電圧源である電力
増幅器を含むようなオーディオ増幅システムにおいて、
前記スピーカシステムの前記磁気駆動素子によって生み
出されたモーショナル電圧であるＥＭｏｔから生じる電
力エラー成分を訂正するための回路であって、前記回路
が、前記電圧源を入力として前記スピーカシステムに与
えて、前記磁気駆動素子に動力を供給する入力手段と、
前記磁気駆動素子によって発生されたＥＭｏｔの──さ
を検出する弁別差分増幅器手段と、０．５ＥＭｏｔを前
記入力に対して前記スピーカシステムに付加する付加的
な手段との組合せを備えることを特徴とする回路。
【請求項２】請求項１記載の回路において、前記スピ
ーカシステムは正及び負端子を有し、前記入力手段は、
前記電圧源を前記正端子に対して正電圧入力として与
え、前記付加的な手段は、正の０．５ＥＭｏｔを前記負
端子に与える回路。
【請求項３】請求項１記載の回路において、前記スピ
ーカシステムは正及び負端子を有し、前記入力手段は、
前記電圧源を前記正端子に対して正電圧入力として与
え、前記付加的な手段は、負の０．５ＥＭｏｔを前記負
端子に与える回路。