JPH08223682A - スピーカ駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スピーカ駆動回路の低消費電力化、小形化、
高信頼化、音質の改善、コスト低減を実現する。 【構成】 ノコギリ波発生器１４にてキャリアとして生
成したノコギリ波をコンパレータ１０の反転入力端子に
与えると共に、バイアス回路１２にて平滑する。外部か
ら与えられるオーディオ入力をバイアス回路１２の出力
でバイアスした上でコンパレータ１０の非反転入力端子
に与える。コンパレータ１０によって得られるパルス幅
変調信号をバッファ１８及び２０に供給し、スピーカ１
６を差動的に駆動する。放熱器、大容量コンデンサ、負
帰還ループ等を使用する必要がないため、装置の低消費
電力化、小形化、高信頼化、音質の改善等を実現でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スピーカを内蔵する各
種端末機器等において使用されるスピーカ駆動回路に関
する。

【０００２】

【従来の技術】スピーカを備える機器においては、この
スピーカ（のコイル）を駆動するためのスピーカ駆動回
路が必須である。従来から使用されているスピーカ駆動
回路は、トランジスタの増幅作用を利用し入力信号をそ
の相似形のまま増幅してスピーカに供給する回路構成を
有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来型のス
ピーカ駆動回路においては、スピーカを駆動する出力段
にて発熱が発生しやすいという問題があった。すなわ
ち、従来の回路においては、負荷電圧をトランジスタ抵
抗の制御によって与えているため、トランジスタにおい
て電流の２乗と抵抗の積に相当するコレクタ損失が発生
していた。このコレクタ損失により電力消費量が増大す
るほか、発生した熱を逃がすための放熱器を設けたり或
るいは筐体に風通しを良くするといった配慮が必要とな
っていた。

【０００４】また、従来のスピーカ駆動回路において
は、負荷電流が遅く変動することとなるから、電源部等
に大容量のコンデンサが必要とされていた。この大容量
コンデンサは、上述の放熱器と共に、装置を小形化する
のに大きな妨げとなってきた。

【０００５】更に、従来の回路においては、特性を安定
化させるために負帰還を施すことが不可欠であった。し
かし、負帰還ループの設計が不十分であると、温度や電
源電圧等の変化によって負帰還ではなく正帰還が加わ
り、発振が生じることがあった。また、各種バイアス電
圧が変化すると、熱暴走を起こすこともある。

【０００６】そして、従来の回路はトランジスタの増幅
作用を利用しているため、その入力段のトランジスタに
て生じた熱雑音がそのまま増幅されスピーカから出力さ
れることになる。これは、スピーカの出力音質の劣化の
原因となっていた。

【０００７】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、入力されるオーデ
ィオ信号を相似形のまま増幅してスピーカを駆動するの
ではなく、入力したオーディオ信号に所定の処理を施し
た上でスピーカを駆動することにより、消費電力の低
減、発熱の低減、大容量コンデンサの廃止、負帰還ルー
プの廃止、スピーカ出力音質の向上、信頼性の向上、コ
スト低減等を実現することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係るスピーカ駆動回路は、ノコギリ
波、三角波等の電圧波形を有しかつ可聴周波数に比べ高
い周波数を有するキャリアを発生させる手段と、発生さ
せたキャリアとオーディオ信号を電圧比較することによ
りパルス幅変調信号を発生させる手段と、上記パルス幅
変調信号にてスピーカを駆動する駆動手段と、を備える
ことを特徴とする。

【０００９】また、本発明に係るスピーカ駆動回路は、
駆動手段が、上記パルス幅変調信号及びこれを反転させ
た信号を用い、スピーカに直流電流が流れないようスピ
ーカを差動的に駆動することを特徴とする。

【００１０】本発明に係るスピーカ駆動回路は、更に、
キャリアとの比較に先立ち、キャリアを平滑して得られ
るバイアス電圧にてオーディオ信号にバイアスを施す手
段を備えることを特徴とする。

【００１１】そして、本発明に係るスピーカ駆動回路
は、上記パルス幅変調信号による外部への電磁輻射が所
定程度を越えないよう当該パルス幅変調信号の高調波成
分を瀘波する手段を備えることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明においては、まず、ノコギリ波、三角波
等の電圧波形及び可聴周波数に比べ高い周波数を有する
キャリアが生成され、このキャリアとオーディオ信号の
電圧比較によってパルス幅変調信号が生成される。スピ
ーカは、このパルス幅変調信号にて駆動される。従っ
て、スピーカをスイッチング駆動することが可能になり
従来型の出力トランジスタを廃止することが可能になる
から、従来このトランジスタのコレクタ損失によって生
じていた電力消費や発熱が防止され、ひいては放熱器を
設けたり筐体の風通しを考慮したりする必要がなくな
る。また、負荷電流の遅い変動に対応するため必要とさ
れていた大容量コンデンサが不要となるため装置が更に
小形化される。加えて、トランジスタの増幅作用に依拠
してスピーカを駆動するのではなくスイッチングによっ
てスピーカを駆動しているため、負帰還ループを設ける
必要がないから発振が生じる恐れがない。更に、バイア
スの変化等による熱暴走や、入力段のトランジスタにて
発生した熱雑音等によるスピーカの出力音質の劣化等も
生じないから、高音質化や特性の安定化が実現される。
なお、上述のキャリアは可聴周波数に比べ高い周波数を
有しているから、上述のスイッチングによって音質が劣
化するといった恐れはない。

【００１３】また、本発明においては、パルス幅変調信
号及びこれを反転した信号を用いてスピーカが差動的に
駆動される。従って、スピーカに直流電流が流れること
を防止することができる。また、このように差動的にス
ピーカを駆動することにより、スピーカの駆動振幅をよ
り大きな振幅とすることができる。

【００１４】本発明においては、また、キャリアとの比
較に先立ち、キャリアを平滑して得られるバイアス電圧
にてオーディオ信号がバイアスされる。従って、オーデ
ィオ信号が入力されていない状態では、パルス幅変調信
号のデューティ比が５０％近傍となるから、スピーカを
駆動するためのパルス幅変調信号は無変調信号となる。
このようなパルス幅変調信号がスピーカの駆動に使用さ
れた場合、通常のスピーカは可聴周波数に比べ高い信号
を音響信号に変換する機能を有していないため、スピー
カ振動面の変位は生じない。従って、パルス幅変調駆動
に伴う音質の劣化が好適に防止される。

【００１５】本発明においては、そして、パルス幅変調
信号が外部に顕著に電磁輻射しないよう、当該パルス幅
変調信号の高調波成分を瀘波する手段が設けられる。こ
のような手段を備えることにより、本発明においては、
例えば、スピーカまでの配線が長い場合であっても、周
囲に存在する機器に電磁輻射による障害を与えることが
なくなる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。

【００１７】図１には、本発明の一実施例に係るスピー
カ駆動回路の概略構成が、図２にはその詳細構成が示さ
れている。更に、図３には、この実施例の動作が各部波
形を示すタイミングチャートにて表されている。

【００１８】この実施例においては、入力されるオーデ
ィオ信号（オーディオ入力）と所定波形及び所定周波数
のキャリア、例えばノコギリ波とを電圧比較するコンパ
レータ１０が使用されている。具体的には、オーディオ
入力は、バイアス回路１２によってバイアスされた上で
コンパレータ１０の非反転入力端子に入力されており、
ノコギリ波発生器１４にて生成されたノコギリ波はコン
パレータ１０の反転入力端子に入力されている。バイア
ス回路１２は、ノコギリ波発生器１４から出力されるノ
コギリ波を平滑することにより、バイアス電圧を生成
し、このバイアス電圧にてオーディオ入力をバイアスし
ている。すなわち、図３（ａ）に示されるような波形を
有するノコギリ波がノコギリ波発生器１４から出力され
ると、バイアス回路１２によって生成されるバイアス電
圧にて図３（ｂ）に示されるオーディオ入力がバイアス
され、コンパレータ１０の非反転入力端子には図３
（ｃ）に示されるようなバイアス後のオーディオ入力が
入力される。

【００１９】上述のノコギリ波発生器１４は、例えば、
図２に示されるような構成を有している。この図におい
ては、ノコギリ波発生器１４は、３．２ＭＨｚ水晶振動
子Ｘ１を備える発振回路１４ａと、この発振回路１４ａ
から出力される３．２ＭＨｚのクロックを計数する２進
カウンタ１４ｂとを有している。２進カウンタ１４ｂ
は、３．２ＭＨｚのクロックを計数することにより、デ
ューティ比約６％の４００ｋＨｚ信号を生成し、トラン
ジスタＴＲ２のベースに印加する。トランジスタＴＲ２
のコレクタは、トランジスタＴＲ１による定電流回路１
４ｃにて充電されるコンデンサＣ２の一端に接続されて
いる。定電流回路１４ｃは、トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ
Ｒ１の定電流作用を利用してコンデンサＣ２を定電流充
電する。上述の４００ｋＨｚ信号にてトランジスタＴＲ
２のベースが駆動されると、コンデンサＣ２の端子電圧
は４００ｋＨｚのノコギリ波となる。このノコギリ波
は、コンパレータ１０の反転入力端子に入力される一方
で、抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ３から構成されるバイア
ス回路１２にて平滑され、オーディオ入力のバイアスに
使用される。なお、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１は電源電
圧を安定化している。

【００２０】コンパレータ１０は、上述のようにして得
られるノコギリ波とオーディオ入力とを電圧比較する。
比較の対象とされているオーディオ入力にはバイアス回
路１２によってノコギリ波の平滑値によるバイアスが施
されているため、コンパレータ１０の出力として得られ
るパルス幅変調信号は図３（ｄ）に示されるような波形
となる。すなわち、オーディオ入力が与えられていない
期間においてはパルス幅変調信号のデューティ比はほぼ
５０％となり、オーディオ入力が高い電圧値を有してい
る場合には１００％に近いデューティ比となり、低い電
圧値を有している場合には０％に近いデューティ比とな
る。

【００２１】このような波形を有するパルス幅変調信号
は、スピーカ１６の前段に設けられているバッファ１８
及び２０に供給される。バッファ１８は、コンパレータ
１０から供給されるパルス幅変調信号に反転等の処理を
施さないままスピーカ１６の一端子に印加する。バッフ
ァ２０は、コンパレータ１０から供給されるパルス幅変
調信号に反転処理を施した上で、スピーカ１６を他の端
子に印加する。従って、スピーカ１６は、図３（ｅ）に
示されるような電圧波形を有する信号にて駆動されるこ
とになる。この図に示されるように、スピーカ１６は、
オーディオ入力が与えられていない期間においてもデュ
ーティ比がほぼ５０％の信号にて駆動されることになる
が、通常のスピーカは、ノコギリ波発生器１４にて生成
されるキャリアの周波数、上述の例では４００ｋＨｚと
いう可聴周波数に比べ数倍以上も高い周波数には応答し
ないため、スピーカ１６の振動面に何等変位は生じな
い。オーディオ入力が与えられパルス幅変調信号のデュ
ーティ比が５０％近傍から外れた場合に初めてスピーカ
１６の振動面に変位が生じる。このように、スピーカ１
６は、電気音響変換に当たっていわばローパスフィルタ
リングを実行しているから、４００ｋＨｚのキャリアを
用いてパルス幅変調信号を実行することによる音質の劣
化等は生じない。また、４００ｋＨｚ等の高い周波数に
おけるスピーカ１６のインピーダンスは非常に高くなる
ため、バッファ１８や２０から出力される信号のうちノ
コギリ波周波数近傍の高周波成分がスピーカ１６のコイ
ルに吸収されることはない。

【００２２】また、バッファ１８及び２０の後段には、
ＥＭＩフィルタＦＬ１及びＦＬ２が配設されている。こ
のＥＭＩフィルタＦＬ１及びＦＬ２は、バッファ１８及
び２０からスピーカ１６に至る配線が長い場合に、パル
ス幅変調信号の高調波成分が電磁輻射して周囲の機器に
障害を与えることを防止している。このようなＥＭＩフ
ィルタＦＬ１及びＦＬ２を設けることにより、４００ｋ
Ｈｚといった可聴周波数よりも高い周波数にてスイッチ
ングを行っているにもかかわらず、外部の機器に電磁輻
射障害を与えることがない。

【００２３】このように、本実施例によれば、基本的に
スイッチング動作のみにてスピーカ１６を駆動するスピ
ーカ駆動回路が実現されるため、出力段トランジスタの
コレクタ損失による電力消費や熱の発生を防止すること
ができる。従って、放熱器を設け又は筐体の風通しを考
慮する必要がなくなるため、より小形でかつ密閉された
装置を実現することができる。また、負荷電流の変動等
に対処するために必要であった大容量コンデンサを設け
る必要がなく、コンデンサとしてはノコギリ波の発振や
バイアス電圧の生成等に使用する小形のコンデンサのみ
で足りるため、従来に比べ小形な回路を実現することが
できる。また、これらのコンデンサのうち一部に関して
は外付け部品とする必要があるが、それ以外の部品に関
してはＣＭＯＳプロセスを使用してＩＣ化することが可
能であるため、この面でも、装置構成の小形化やコスト
低減を実現することができる。

【００２４】更に、トランジスタの増幅作用を使用して
スピーカ１６を駆動するのではなく、ノコギリ波とオー
ディオ入力との電圧比較によってパルス幅変調信号を生
成しこのパルス幅変調信号にてスピーカ１６を駆動する
ようにしているため、特性安定化のための負帰還ループ
を設ける必要がない。従って、温度変化等による発振を
防止することができ、またバイアスの変化等による熱暴
走を防ぐこともできる。更に、入力段トランジスタにて
生成された熱雑音にてスピーカ１６の出力音質が劣化す
ることを防ぐことができるから、高音質でかつ特性が安
定した回路を実現することができる。

【００２５】なお、以上の説明では、４００ｋＨｚのノ
コギリ波を使用していたが、他の波形、例えば三角波等
を使用しても構わず、また周波数も４００ｋＨｚに限定
されるものではない。但し、スピーカ１６の出力音質を
劣化させないようにするためには、パルス幅変調信号の
周波数が可聴周波数に比べ数倍以上高い周波数、すなわ
ちスピーカ１６にて振動面変位を発生させないような周
波数でなければならないから、発生させるノコギリ波又
は三角波の周波数は可聴周波数よりも高くなくてはなら
ない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ノコギリ波、三角波等の電圧波形を有しかつ可聴周波数
に比べ高い周波数を有するキャリアを発生させ、このキ
ャリアとオーディオ信号との電圧比較により生成したパ
ルス幅変調信号にスピーカを駆動するようにしたため、
トランジスタの増幅作用を利用してオーディオ信号を入
力しスピーカを駆動する場合に比べ、出力段での電力消
費や熱の発生を抑制することができ、放熱器を廃止して
装置構成を小形化することができると共に、筐体の風通
しを考慮する必要がなくなるため密閉型の装置を実現す
ることができる。また、負荷電流の変動に対処するため
に必要とされていた大容量コンデンサ等を廃止すること
ができるため、装置構成を更に小形化することができ
る。加えて、特性安定化のための負帰還ループを廃止す
ることができるためより安定でかつ信頼性の高い回路を
実現することができると共に、入力段トランジスタにて
発生した熱雑音等によるスピーカの出力音質の劣化を防
止することができ、高音質でかつ安定した特性の回路を
実現することができる。更に、キャリアの周波数を可聴
周波数に比べ高い周波数としているから、パルス幅変調
信号にてスピーカを駆動することによるスピーカの出力
音質の劣化も生じることがない。

【００２７】また、本発明によれば、パルス幅変調信号
及びこれを反転させた信号を用いてスピーカを差動的に
駆動するようにしているため、スピーカに直流電流が流
れることを防止することができると共に、このスピーカ
を大振幅にて駆動することが可能になる。また、本発明
によれば、キャリアとの比較に先立ち、キャリアの平滑
値にてオーディオ信号をバイアス用にしたため、オーデ
ィオ信号が入力されていないときのパルス幅変調信号の
デューティ比をほぼ５０％とすることができ、従ってオ
ーディオ信号が入力されていないときにスピーカで電流
を消費することを防止することができる。そして、本発
明によれば、パルス幅変調信号の高調波成分を瀘波しそ
の外部への電磁輻射を防止・低減するようにしたため、
高周波数でのスイッチングを行っているにもかかわら
ず、スピーカまでの配線が長い場合であっても周囲の機
器に電磁輻射障害を与えることを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るスピーカ駆動回路の
概略構成を示すブロック図である。

【図２】 この実施例のより詳細な構成を示す回路図で
ある。

【図３】 この実施例の動作を示す電圧波形図であり、
（ａ）はノコギリ波発生器から出力されるノコギリ波の
波形を、（ｂ）は外部から与えられるオーディオ入力の
波形を、（ｃ）はバイアス回路によってバイアスされた
オーディオ入力の波形を、（ｄ）はコンパレータから出
力されるパルス幅変調信号の波形を、（ｅ）はバッファ
からスピーカへ与えられる信号の波形を、（ｆ）はスピ
ーカの振動面の変位波形を、それぞれ示すタイミングチ
ャートである。

【符号の説明】

１０ コンパレータ、１２ バイアス回路、１４ ノコ
ギリ波発生器、１６スピーカ、１８，２０ バッファ、
ＦＬ１，ＦＬ２ ＥＭＩフィルタ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノコギリ波、三角波等の電圧波形を有し
   かつ可聴周波数に比べ高い周波数を有するキャリアを発
   生させる手段と、 発生させたキャリアとオーディオ信号を電圧比較するこ
   とによりパルス幅変調信号を発生させる手段と、 上記パルス幅変調信号にてスピーカを駆動する駆動手段
   と、 を備えることを特徴とするスピーカ駆動回路。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスピーカ駆動回路におい
   て、 駆動手段が、上記パルス幅変調信号及びこれを反転させ
   た信号を用い、スピーカに直流電流が流れないようスピ
   ーカを差動的に駆動することを特徴とするスピーカ駆動
   回路。
3. 【請求項３】 請求項１記載のスピーカ駆動回路におい
   て、 キャリアとの比較に先立ち、キャリアを平滑して得られ
   るバイアス電圧にてオーディオ信号にバイアスを施す手
   段を備えることを特徴とするスピーカ駆動回路。
4. 【請求項４】 請求項１記載のスピーカ駆動回路におい
   て、 上記パルス幅変調信号による外部への電磁輻射が所定程
   度を越えないよう当該パルス幅変調信号の高調波成分を
   瀘波する手段を備えることを特徴とするスピーカ駆動回
   路。