JP2004229250A - Ｐｗｍ信号インターフェイス方式 - Google Patents

Abstract

【課題】オーディオ信号伝送において、主装置とパワードスピーカーの間のインタフェースには、信号の劣化、伝送距離の制約、価格などの問題があった。信号の劣化なく、伝送距離を延長することが出来るインターフェイス方式を提供すること。
【解決手段】オーディオ信号の送出部にデジタルアンプを構成するＰＷＭモジュレータを備え、この出力のＰＷＭ信号を低電圧デジタル伝送方式ＬＶＤＳなどにより、平衡ケーブルを介して受信部に送出する。受信部では、受信されたＰＷＭ信号で直接あるいはアナログ信号再生してパワーアンプに入力する。
【選択図】 図１

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＷＭ信号化されたオーディオ信号の装置間のインターフェイスに関する。
【従来技術】
一般的なオーディオ装置では、アンプとスピーカーは個別の筐体あるいはボックスに収容されているが、最近の傾向として、アンプとスピーカーを同じボックスに収容した、所謂パワードスピーカーが普及している。とくに、マルチチャンネル方式の超低音用スピーカーの多くが、パワードスピーカー方式を採用している。超低音用スピーカーは、人間の低音に対する指向性感覚が鈍いことを利用し、オーディオ信号源が含まれる装置とは、離れた場所に設置される。現実に主装置と１０メートル以上離れたところに設置されることも侭ある。
主装置とパワードスピーカー間のオーディオ信号の伝送は、アナログ信号の場合は、不平衡の同軸ケーブルで、デジタル信号の場合は、デジタル化したステレオ信号と付加データから構成されるＳＰＤＩＦシリアルデータを光ファイバまたは同軸ケーブルで伝送する。
一方、パワードスピーカーには、従来はアナログアンプが使用されたが、最近はデジタルアンプが使われることがある。アナログアンプは、アナログ信号で直接インターフェイスするが、デジタルアンプの場合は、アナログ信号でもデジタル信号でもインターフェイスが可能である。
最近、デジタルアンプは、電力の効率化などを目的に、多くの民生用機器に使われるようになった。デジタル方式アンプは、図３に示す３つの主要機能により構成される。デジタルアンプ１００の１１０は、入力されたオーディオ信号をパルス信号の時間軸方向の変化に変換するＰＷＭモジュレーターである。１１０の出力は、電力段のスイチング素子１２０をオン・オフし、その出力がローパスフィルター１３０を通ってアナログ・オーディオ信号に再生され、スピーカー１４０を駆動する。これが、デジタルアンプの一般的な構成であるが、オーディオ入力信号がアナログ信号であるかデジタル信号であるかによって、ＰＷＭモジュレーター１１０は異なる構成となる。アナログ信号入力の場合の一般的なＰＷＭモジュレータは、入力されたアナログ信号波形と三角波とをコンパレータで比較してパルス信号に変換する。また、入力信号がデジタル信号の場合は、デジタル信号のビット数ｎに応じたデューティ比のパルス信号に変換する。
当然のことながら、アナログ信号入力タイプのデジタルアンプは、アナログ信号で入力する。一方、デジタル信号入力タイプでは、インターフェイスに使われるＳＰＤＩＦ信号フォーマットとデジタルアンプの入力フォーマットは異なるため、変換回路が必要となる。
【発明が解決しようとしている課題】
ところで、上述した従来の主装置とパワードスピーカー間のインターフェイスには、信号の劣化、伝送距離の制約、価格などの問題があった。
アナログ信号によるインターフェイスの場合、装置間のグランド電流によるハム雑音の誘導により信号が劣化する。また、ステレオ信号では、２本の同軸ケーブルが必要となる。
デジタル信号によるインターフェイスの場合に使用されるＳＰＤＩＦ光ケーブルでの伝送距離は、５メートル以下に制約される。ＳＰＤＩＦ同軸ケーブルを使えば伝送距離は、１０メートルまで延長できるが、デジタルアンプの入力デジタル信号フォーマット変換回路を必要とする。
本発明は、このような点に鑑み、従来のインターフェイス上の問題と制約を解決すると同時に新しい効果を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明のオーディオ信号インターフェイスは、送信装置側にデジタルアンプを構成するＰＷＭモジュレーターを置き、これにより生成されたＰＷＭ信号を低電圧デジタル信号伝送方式ＬＶＤＳなどにより、平衡線ケーブルを介して、受信装置に伝送する。そして、受信装置では、受信されたＰＷＭ信号で直接あるいはアナログ信号再生してパワーアンプに入力するものである。
ここで、具体的な実施例を説明する前にＬＶＤＳについて説明する。
ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）は、文字通り、入力デジタル信号を低電圧のシリアル信号として、平衡線により送受間をインターフェイスするものである。これにより、高速データ伝送、伝送中の雑音妨害除去、ＥＭＩの低減などの効果があり、パーソナル・コンピュータのディスプレイと本体間の画像データーのインターフェイスに用いられいる。 ＬＶＤＳ用デバイスとしては、入ってきたデジタル・データー信号をそのまま低電圧の平衡線信号に変換して、送受信するもの、複数の入力データーを１対の平衡信号に変換して送受信するシリアライザ・デシリアライザなどがある。本発明においては、前者を使用する。
ＬＶＤＳの特長は、非常に安価な平衡ケーブルにより、高速データーを正確に伝送できることである。
【実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態のオーディオシステムの主要装置とパワードスピーカーのインターフェイスについて図面を参照しながら説明する。
図１は、一実施形態の主要装置とパワードスピーカーの構成を示す図である。図１に示す主要装置１０には、本発明に関わるＰＷＭモジュレータ１２の他、音源信号を発生するＣＤプレーヤーなどと音量、音質のコントロール部で構成されるオーディオ・システムの主要部である。ＰＷＭモジュレータ１２は、アナログ信号入力とデジタル信号入力のどちらか、あるいは両者に対応できるもので、入力オーディオ信号を時間軸方向へ変換したパルス信号を出力する。このＰＷＭパルス信号は、ＬＶＤＳドライバー１４により、３５０ミリボルトの低電圧平衡出力に変換され、ツイストペアケーブル２０に送出される。このツイストケーブルによる伝達距離は１５メートル程度である。
ツイストペアケーブル２０により伝送された信号は、アナログアンプ・パワードスピーカー３０のＬＶＤＳレシーバー３２により、元のＰＷＭ信号に変換され、ローパスフィルター３４を通すことにより、アナログオーディオ信号が復元される。ローパスフィルター３４は、インダクタＬとコンデンサＣによる受動タイプのものと演算増幅器による能動タイプのものあるいは両者の組合せで、簡単で安価に構成できる。復元されたアナログオーディイオ信号は、アナログパワーアンプ３６によりスピーカー３８を駆動する。この構成を用いた実証実験によれば、受信端での歪率、雑音レベルなどの信号の質劣化は認められない。
実験では、アナログ入力のＰＷＭモジュレータからの出力をＬＶＤＳ信号に変換し、１１メートルのシールド付ペアケーブルにより伝送し、ローパスフィルターを通し、アナログパワーアンプの出力で信号を測定した。これによれば、ＰＷＭモジュレータ出力で歪率０．０６％の信号が、パワーアンプ出力１０Ｗで歪率０．０６％であった。
このように、本実施形態のＰＷＭ化されたオーディオ信号をＬＶＤＳ伝送ラインにより遠く離れたパワードスピーカーにインターフェイスしても全く問題はない。また、ケーブルからの不要電波輻射も低電圧伝送と平衡ツイストケーブルのため、軽減される。さらに、シールドタイプのツイストケーブルを使用すれば、不要電波輻射はより軽減出来る。
なお、オーディオ信号がステレオ信号のように複数の場合には、複数のツイストペア線を１本にまとめたケーブルを用いればよい。また、ケーブルは、同様な動作をするものであれば、ツイストケーブルに限るものではない。
図２は、第２の実施形態で、これにより、本発明の効果がより明確になる。
図２では、第一の実施形態と同じ動作をするブロックには、図１と同じ記号を付した。
送信側の主要装置１０は、ＰＷＭモジュレータ１２とＬＶＤＳドライバー１４により構成され、第１の実施形態と同じもので、ＰＷＭ信号を送出する。また、ツイストケーブル２０も第１の実施形態と同様で、ＰＷＭ信号をデジタルアンプ・パワードスピーカー４０まで伝送する。デジタルアンプ・パワードスピーカー４０は、第１の実施形態のアナログアンプ・パワードスピーカー３０とは異なり、デジタルアンプでスピーカーを駆動する方式となっている。ＬＶＤＳレシーバー４２により平衡信号よりシングルエンド信号に変換されたＰＷＭは、デジタルアンプの出力段のスイチング素子４４をスイッチングし、その出力がインダクタＬとコンデンサＣで構成されるローパスフィルター４６を通ってスピーカー４８を駆動する。これを見れば明らかなようにデジタルアンプを構成する３つの基本ブロックであるＰＷＭモジュレータ、出力段スイチング素子、ローパスフィルターが、主要装置とデジタルアンプ・パワードスピーカーに分離され、ＰＷＭ信号をＬＶＤＳ伝送したものである。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変更実施が可能である。
例えば、携帯用ＣＤプレーヤーにＰＷＭモジュレータとＬＶＤＳドライバーを内蔵し、第１あるいは第２の実施形態で説明したパワードスピーカーに１本のツイストペアケーブルを介して接続する。これにより、手元の小型携帯機器の操作により、遠隔に設置されたスピーカーから本格的な音響を聞くことが出来る。
さらに、上記の実施形態では、装置間のインターフェイスについて説明したが、装置内の基板間などブロック間のインターフェイスにも適用される。これにより、不要電波輻射対策が容易に出来る効果がある。
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、アナログまたはデジタル・オーディオ信号をＰＷＭ信号としてＬＶＤＳインターフェイスすることにより、従来のインターフェイス方式に比べ、長い伝送距離を不要電波輻射なく、高品質で、安価に伝送できる効果がある。また、送信側で音量や音質のコントロールも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のＰＷＭ信号インターフェイス方式の構成を示す図である。
【図２】第２実施形態のＰＷＭ信号インターフェイス方式の構成を示す図である。
【図３】デジタルアンプの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ オーディオ主要装置、１２ ＰＷＭモジュレーター、１４ ＬＶＤＳドライバー、２０ 平衡線ケーブル、３０ アナログアンプ・パワードスピーカー、３２ＬＶＤＳレシーバー、３４ ローパスフィルター、３６ アナログパワーアンプ、３８ スピーカー、４０ デジタルアンプ・パワードスピーカー、４２ＬＶＤＳレシーバー、４４ 電力スイッチ回路、４６ ローパスフィルター、４８ スピーカー、１００ デジタルアンプ、１１０ ＰＷＭモジュレータ、１２０ 電力スイッチ、１３０ ローパスフィルター、１４０ スピーカー

Claims (6)

1. アナログまたはデジタル・オーディオ信号をＰＷＭ信号に変換するＰＷＭモジュレータと平衡線出力信号変換器から構成される送出部と、信号伝送用平衡ケーブルと、平衡線入力信号変換器とＰＷＭ信号からオーディオ信号を再生増幅する増幅部を備えることを特徴とするＰＷＭ信号インターフェイス方式
2. 請求項１において、
   送出部と受信部間のインターフェイスは、装置間および同一装置内のブロック間に適用されることを特徴とするＰＷＭ信号インターフェイス方式。
3. 請求項１において
   平衡線出力信号変換器および平衡線入力信号変換器に低電圧平衡信号ＬＶＤＳを使用することを特徴とするＰＷＭ信号インターフェイス方式
4. 請求項１において、
   信号伝送用平衡ケーブルとして、平行線ケーブル、リボンケーブル、ツイストペアケーブル、シールド付平行線ケーブル、シールド付ツイストペアケーブル、複数の平行あるいはツイストペア線を内蔵したシールド付ケーブルのいずれか一つを使用することを特徴とするＰＷＭ信号インターフェイス方式。
5. 請求項１において、
   ＰＷＭ信号からアナログ・オーディオ信号を再生するローパスフィルターとこの出力をするアナログ増幅器から構成される再生増幅部を有することを特徴とするＰＷＭ信号伝送方式。
6. 請求項１において、
   ＰＷＭ信号によりスイッチングされるスイッチング回路とローパスフィルターにより構成される再生増幅部を有することを特徴とするＰＷＭ信号インターフェイス方式。

Images