オーディオ用ＧＩＣ回路
【課題】オーディオ用アクティブ型フィルター、特にＧＩＣフィルターにおいて遮断周波数以降で発生する特性劣化（遮断特性の跳ね返り）を２次ＬＣフィルターの追加により補償する事、およびＧＩＣフィルターのピーキング特性を維持しながらＧＩＣ遮断限界以上で所定の遮断特性を実現する事。
【解決手段】２次ＬＣフィルターの終端抵抗としてＦＤＮＲ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｒｅｓｉｓｔｏｒｓ）を用いる事、およびＬＣフィルターと直列に制動抵抗（１）を接続する事で共振特性を備えた２次ＬＣフィルターを実現しＧＩＣ遮断限界以上で所定の遮断特性を実現する。
【解決手段】２次ＬＣフィルターの終端抵抗としてＦＤＮＲ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｒｅｓｉｓｔｏｒｓ）を用いる事、およびＬＣフィルターと直列に制動抵抗（１）を接続する事で共振特性を備えた２次ＬＣフィルターを実現しＧＩＣ遮断限界以上で所定の遮断特性を実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィルター回路に関するものであり、特定的にはオーディオ用途で用いられるアクティブ型ポストフィルターに特化した技術および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種ディジタル音響メディアの普及により高品位スペックを実現したオーディオソースやオーディオ機器が一般的になった、しかし聴感においてアナログ音響メディアに優位性を認める意見が多くオーディオ機器のスペックと聴感のすり合わせが重要になっている。
【０００３】
あらゆるディジタル音響メディアでは信号再生時にサンプリング周波数やそれに伴う各種雑音（ＳＣＦの残留周波数等）が存在し、これらを除去する為のフィルター処理が必要になる。ポストフィルターには能動素子を用いたアクティブ型、受動素子を用いたパッシブ型、アクティブ型とパッシブ型を兼用した複合型の３種類が使用される。
【０００４】
熱心なアマチュア研究者や録音技術者の間では古くからパッシブ型ポストフィルターの優位性が認められオーディオ機器の改造が日常的に行われている、しかしマスプロ製品ではディジタルオーディオ黎明期の一部製品や高価な海外製品を除きパッシブ型ポストフィルターの採用は皆無である。
【０００５】
アクティブ型ポストフィルターはピーキング処理により急峻な遮断特性や任意の周波数特性を容易に実現可能であり、多段接続時の特性維持も容易である、これに対しパッシブ型ポストフィルターを用いたピーキング処理（ＬＣチェビシェフ等）はコイルの設計／製造を中心に熟練が必要であり、また誘導雑音や歪特性に配慮した設計では３０ｍＨ以上のインダクタンスを多数使用する必要からコストや外形への影響が大きくマスプロ製品では採用が難しい（非特許文献１参照）。更にピーキング処理はアクティブ型、パッシブ型を問わず遮断特性の跳ね返りが発生し無限減衰が理想とされるオーディオ用途では不都合である。
【０００６】
特許文献１はＤＡコンバーター出力にパッシブ型ポストフィルターを用いる事で上記問題点を解決しているが、ピーキング処理を行わない構成であり急峻な遮断特性や任意の周波数特性を実現する事が困難な為、可聴帯域内での平坦性が問われる事が多いマスプロ製品では採用が難しい。
【特許文献】 特開平 ６−１３２８２７
【非特許文献１】ＴＩ社技術資料 ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ＢＵＬＬＥＴＩＮ Ａ ＬＯＷ ＮＯＩＳＥ，ＬＯＷ ＤＩＳＴＯＲＴＩＯＮ ＤＥＳＩＧＮ ＦＯＲ ＡＮＴＩＡＬＩＡＳＩＮＧ ＡＮＤ ＡＮＴＩ−ＩＭＡＧＩＮＧ ＦＩＬＴＥＲＳ ｆｏｃｕｓ．ｔｉ．ｃｏｍ／ｌｉｔ／ａｎ／ｓｂａａ００１／ｓｂａａ００１．ｐｄｆ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スペックを重要視するマスプロ製品ではフィルターのピーキング処理が必須であり価格を考慮した場合、アクティブ型ポストフィルターの使用が必然となる。この様な用途では計測される特性や回路図から受ける印象が良好なＧＩＣ（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｉｍｍｉｔｔａｎｃｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）フィルターが多く採用されるがユーザー評価は好ましくなく設計者の嗜好を除けばその他のアクティブ型フィルター回路により得られる特性との差異は非常に少ない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
理論推奨値を用いて設計された３次ＧＩＣフィルターの入力に制動抵抗（１）とコイル、キャパシターを用いた２次ＬＣフィルター（２）を追加する。２次ＬＣフィルターのキャパシター両端電圧はＬＣフィルターの共振周波数で増大する為、制動抵抗（１）値を適切に設定する事でピーキング処理を施しＧＩＣフィルターの遮断特性に影響を与えずＧＩＣ遮断限界以上の帯域を３次遮断特性で減衰する。
【発明の効果】
【０００９】
図１は一般的なＧＩＣフィルター例で、図２が回路動作に従い記述変更したものである、Ａ１がバッファーとピーキング処理を、Ａ２が移相による負性抵抗生成処理を行い各部のインピーダンスは図５の様に定義される。ＦＤＮＲ入力インピーダンスＺｉｎは数１によって決定され、図１と図３が互換する為オーディオ機器ではＦＤＮＲ吐き出し素子を純複素成分として損失を低下させた図３の回路が多用される。
【数１】
【００１０】
図７−３は図３による遮断特性、図７−４は図１による遮断特性図である、ＧＩＣ回路の遮断限界点が異なる理由はＲ１と擬似インダクタンスとして機能する３．９ｋΩ、１．２ｋΩにより分圧回路が形成される為でＡ１、Ａ２が無限大振幅可能なブラックボックスであれば図３と図１の応答は同一になる。
【００１１】
しかし図３ではＡ２がキャパシターを駆動する為、回路により強い負荷駆動力が求められ、優れた特性に反し図１との間に聴感上の優位点はあまり認められない。図４は本発明の実施例で図１の回路に制動抵抗（１）とコイル、キャパシターによるＬＣ直列共振回路（２）を付加し、図７−５の様にＧＩＣ回路の遮断限界以降も３次遮断特性を維持した回路である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を用いた多段フィルターは図６の様に段間バッファーの追加で実現可能であるがオーディオ機器への応用では各種バランスから図４の３次遮断特性が最良と思われる。
【実施例】
【００１３】
基本とする３次ＧＩＣフィルターは聴感評価およびＬＣフィルターとの接続の容易さから図１（遮断周波数４０ｋＨｚ）を選択した。ＧＩＣフィルターが最も安定に動作する周波数はＺ１からＺ５が同一値（２０％程度の理論偏差は考慮しない）となる周波数で、フィルターの整合性から遮断周波数として設計される事が多い、また接続する２次ＬＣフィルターは適切なピーキング処理を行う為に共振インダクタンス値と制動抵抗（１）値を先行決定する。
【００１４】
ＬＣフィルターの共振動作はサレンキー・フィルターにおけるバンドパス動作（ブートスラップ）と等価と考えられる為、ＧＩＣフィルター遮断周波数の１．６倍程度とした（およそ６４ｋＨｚ）。
【００１５】
６４ｋＨｚにおいてＬＣフィルターの負荷となるインピーダンス成分の合計は約５ｋΩであり、ＬＣフィルターの整合性からは５ｋΩ未満が制動抵抗（１）値として望ましくピーキング処理との兼ね合いから実測最適値として２．２ｋΩを選択した。
【００１６】
ＧＩＣフィルターの遮断周波数である４０ｋＨｚで必要なコイル・リアクタンスは、制動抵抗（１）追加による高域低下を補償する必要から２．２ｋΩ以上が必要で更にＧＩＣフィルター遮断周波数への影響を減少するには５ｋΩ未満が適切である。試作では入手性からパナソニック製ＥＬＣ１１Ｄ１０３Ｆ（１０ｍＨ）を使用した、ＬＣフィルターキャパシター値はインダクタンス値１０ｍＨとＬＣフィルター共振周波数の６４ｋＨｚから５６０ｐｒを得た。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
半導体の高速化に伴い超高周波領域で動作可能なＩＣ化されたＧＩＣフィルター／ジャイレーターが実現している。しかしこの様な回路も一般的なアクティブ型フィルターと同様に特性劣化（遮断特性の跳ね返り）が存在する。超高周波領域では必要とするインダクタンス値が縮小する事から面実装イングクターやマイクロ・ストリップの使用が可能になり超小型化が可能な為、高品位可搬型映像機器でのアンチ・エリアシング・フィルター等へ利用可能と思われる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】遮断周波数４０ｋＨｚの３次ＧＩＣ回路例１である。
【図２】図１の記述変更図面である。
【図３】遮断周波数４０ｋＨｚの３次ＧＩＣ回路例２である。
【図４】本発明の実施例である。
【図５】ＦＤＮＲ解説用図面である。
【図６】本発明による多段接続例である。
【図７】図３、図１、図４それぞれの遮断特性である。
【符号の説明】
【００２０】
１ 制動抵抗
２ ２次ＬＣフィルター（ＬＣ直列共振回路）
３ 図３の遮断特性図
４ 図１の遮断特性図
５ 図４の遮断特性図
Ｒ１ ＦＤＮＲ複素要素１
Ｒ２ ＦＤＮＲ複素要素２
Ｃ１ ＦＤＮＲ複素要素３
Ｃ２ ＦＤＮＲ複素要素４
Ａ１ バッファー、ピーキング回路
Ａ２ ＦＤＮＲ成生用移相回路
ＦＤＮＲ 周波数依存性負性抵抗回路例
Ｚ１ ＦＤＮＲ構成インピーダンス１
Ｚ２ ＦＤＮＲ構成インピーダンス２
Ｚ３ ＦＤＮＲ構成インピーダンス３
Ｚ４ ＦＤＮＲ構成インピーダンス４
Ｚ５ ＦＤＮＲ構成インピーダンス５
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィルター回路に関するものであり、特定的にはオーディオ用途で用いられるアクティブ型ポストフィルターに特化した技術および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種ディジタル音響メディアの普及により高品位スペックを実現したオーディオソースやオーディオ機器が一般的になった、しかし聴感においてアナログ音響メディアに優位性を認める意見が多くオーディオ機器のスペックと聴感のすり合わせが重要になっている。
【０００３】
あらゆるディジタル音響メディアでは信号再生時にサンプリング周波数やそれに伴う各種雑音（ＳＣＦの残留周波数等）が存在し、これらを除去する為のフィルター処理が必要になる。ポストフィルターには能動素子を用いたアクティブ型、受動素子を用いたパッシブ型、アクティブ型とパッシブ型を兼用した複合型の３種類が使用される。
【０００４】
熱心なアマチュア研究者や録音技術者の間では古くからパッシブ型ポストフィルターの優位性が認められオーディオ機器の改造が日常的に行われている、しかしマスプロ製品ではディジタルオーディオ黎明期の一部製品や高価な海外製品を除きパッシブ型ポストフィルターの採用は皆無である。
【０００５】
アクティブ型ポストフィルターはピーキング処理により急峻な遮断特性や任意の周波数特性を容易に実現可能であり、多段接続時の特性維持も容易である、これに対しパッシブ型ポストフィルターを用いたピーキング処理（ＬＣチェビシェフ等）はコイルの設計／製造を中心に熟練が必要であり、また誘導雑音や歪特性に配慮した設計では３０ｍＨ以上のインダクタンスを多数使用する必要からコストや外形への影響が大きくマスプロ製品では採用が難しい（非特許文献１参照）。更にピーキング処理はアクティブ型、パッシブ型を問わず遮断特性の跳ね返りが発生し無限減衰が理想とされるオーディオ用途では不都合である。
【０００６】
特許文献１はＤＡコンバーター出力にパッシブ型ポストフィルターを用いる事で上記問題点を解決しているが、ピーキング処理を行わない構成であり急峻な遮断特性や任意の周波数特性を実現する事が困難な為、可聴帯域内での平坦性が問われる事が多いマスプロ製品では採用が難しい。
【特許文献】 特開平 ６−１３２８２７
【非特許文献１】ＴＩ社技術資料 ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ＢＵＬＬＥＴＩＮ Ａ ＬＯＷ ＮＯＩＳＥ，ＬＯＷ ＤＩＳＴＯＲＴＩＯＮ ＤＥＳＩＧＮ ＦＯＲ ＡＮＴＩＡＬＩＡＳＩＮＧ ＡＮＤ ＡＮＴＩ−ＩＭＡＧＩＮＧ ＦＩＬＴＥＲＳ ｆｏｃｕｓ．ｔｉ．ｃｏｍ／ｌｉｔ／ａｎ／ｓｂａａ００１／ｓｂａａ００１．ｐｄｆ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スペックを重要視するマスプロ製品ではフィルターのピーキング処理が必須であり価格を考慮した場合、アクティブ型ポストフィルターの使用が必然となる。この様な用途では計測される特性や回路図から受ける印象が良好なＧＩＣ（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｉｍｍｉｔｔａｎｃｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）フィルターが多く採用されるがユーザー評価は好ましくなく設計者の嗜好を除けばその他のアクティブ型フィルター回路により得られる特性との差異は非常に少ない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
理論推奨値を用いて設計された３次ＧＩＣフィルターの入力に制動抵抗（１）とコイル、キャパシターを用いた２次ＬＣフィルター（２）を追加する。２次ＬＣフィルターのキャパシター両端電圧はＬＣフィルターの共振周波数で増大する為、制動抵抗（１）値を適切に設定する事でピーキング処理を施しＧＩＣフィルターの遮断特性に影響を与えずＧＩＣ遮断限界以上の帯域を３次遮断特性で減衰する。
【発明の効果】
【０００９】
図１は一般的なＧＩＣフィルター例で、図２が回路動作に従い記述変更したものである、Ａ１がバッファーとピーキング処理を、Ａ２が移相による負性抵抗生成処理を行い各部のインピーダンスは図５の様に定義される。ＦＤＮＲ入力インピーダンスＺｉｎは数１によって決定され、図１と図３が互換する為オーディオ機器ではＦＤＮＲ吐き出し素子を純複素成分として損失を低下させた図３の回路が多用される。
【数１】
【００１０】
図７−３は図３による遮断特性、図７−４は図１による遮断特性図である、ＧＩＣ回路の遮断限界点が異なる理由はＲ１と擬似インダクタンスとして機能する３．９ｋΩ、１．２ｋΩにより分圧回路が形成される為でＡ１、Ａ２が無限大振幅可能なブラックボックスであれば図３と図１の応答は同一になる。
【００１１】
しかし図３ではＡ２がキャパシターを駆動する為、回路により強い負荷駆動力が求められ、優れた特性に反し図１との間に聴感上の優位点はあまり認められない。図４は本発明の実施例で図１の回路に制動抵抗（１）とコイル、キャパシターによるＬＣ直列共振回路（２）を付加し、図７−５の様にＧＩＣ回路の遮断限界以降も３次遮断特性を維持した回路である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を用いた多段フィルターは図６の様に段間バッファーの追加で実現可能であるがオーディオ機器への応用では各種バランスから図４の３次遮断特性が最良と思われる。
【実施例】
【００１３】
基本とする３次ＧＩＣフィルターは聴感評価およびＬＣフィルターとの接続の容易さから図１（遮断周波数４０ｋＨｚ）を選択した。ＧＩＣフィルターが最も安定に動作する周波数はＺ１からＺ５が同一値（２０％程度の理論偏差は考慮しない）となる周波数で、フィルターの整合性から遮断周波数として設計される事が多い、また接続する２次ＬＣフィルターは適切なピーキング処理を行う為に共振インダクタンス値と制動抵抗（１）値を先行決定する。
【００１４】
ＬＣフィルターの共振動作はサレンキー・フィルターにおけるバンドパス動作（ブートスラップ）と等価と考えられる為、ＧＩＣフィルター遮断周波数の１．６倍程度とした（およそ６４ｋＨｚ）。
【００１５】
６４ｋＨｚにおいてＬＣフィルターの負荷となるインピーダンス成分の合計は約５ｋΩであり、ＬＣフィルターの整合性からは５ｋΩ未満が制動抵抗（１）値として望ましくピーキング処理との兼ね合いから実測最適値として２．２ｋΩを選択した。
【００１６】
ＧＩＣフィルターの遮断周波数である４０ｋＨｚで必要なコイル・リアクタンスは、制動抵抗（１）追加による高域低下を補償する必要から２．２ｋΩ以上が必要で更にＧＩＣフィルター遮断周波数への影響を減少するには５ｋΩ未満が適切である。試作では入手性からパナソニック製ＥＬＣ１１Ｄ１０３Ｆ（１０ｍＨ）を使用した、ＬＣフィルターキャパシター値はインダクタンス値１０ｍＨとＬＣフィルター共振周波数の６４ｋＨｚから５６０ｐｒを得た。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
半導体の高速化に伴い超高周波領域で動作可能なＩＣ化されたＧＩＣフィルター／ジャイレーターが実現している。しかしこの様な回路も一般的なアクティブ型フィルターと同様に特性劣化（遮断特性の跳ね返り）が存在する。超高周波領域では必要とするインダクタンス値が縮小する事から面実装イングクターやマイクロ・ストリップの使用が可能になり超小型化が可能な為、高品位可搬型映像機器でのアンチ・エリアシング・フィルター等へ利用可能と思われる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】遮断周波数４０ｋＨｚの３次ＧＩＣ回路例１である。
【図２】図１の記述変更図面である。
【図３】遮断周波数４０ｋＨｚの３次ＧＩＣ回路例２である。
【図４】本発明の実施例である。
【図５】ＦＤＮＲ解説用図面である。
【図６】本発明による多段接続例である。
【図７】図３、図１、図４それぞれの遮断特性である。
【符号の説明】
【００２０】
１ 制動抵抗
２ ２次ＬＣフィルター（ＬＣ直列共振回路）
３ 図３の遮断特性図
４ 図１の遮断特性図
５ 図４の遮断特性図
Ｒ１ ＦＤＮＲ複素要素１
Ｒ２ ＦＤＮＲ複素要素２
Ｃ１ ＦＤＮＲ複素要素３
Ｃ２ ＦＤＮＲ複素要素４
Ａ１ バッファー、ピーキング回路
Ａ２ ＦＤＮＲ成生用移相回路
ＦＤＮＲ 周波数依存性負性抵抗回路例
Ｚ１ ＦＤＮＲ構成インピーダンス１
Ｚ２ ＦＤＮＲ構成インピーダンス２
Ｚ３ ＦＤＮＲ構成インピーダンス３
Ｚ４ ＦＤＮＲ構成インピーダンス４
Ｚ５ ＦＤＮＲ構成インピーダンス５
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次ＬＣフィルターの負荷として３次アクティブ型フィルターを接続しＬＣＲ直列共振回路を形成する事およびピーキング処理を施す事により遮断周波数周辺での特性悪化を改善する３次遮断特性を持つアクティブ型フィルター。
【請求項２】
２次ＬＣフィルターの負荷として３次アクティブ型フィルターを接続する事でＦＤＮＲ等のアクティブ素子遮断限界以上での特性劣化（遮断特性の跳ね返り）を抑止し３次遮断特性を維持するアクティブ型フィルター。
【請求項３】
２次ＬＣフィルターと直列に制動抵抗が接続される請求項１、請求項２のアクティブ型フィルター。
【請求項４】
請求項１、請求項２、請求項３のアクティブ型フィルターにより高域遮断フィルター、低域遮断フィルターを設計し、この組み合わせにより実現する帯域通過フィルターと帯域除去フィルター。
【請求項５】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、をディジタル信号処理（ＤＳＰ）によって実現するバイナリーコードを含むソフトウェアおよび媒体。
【請求項１】
２次ＬＣフィルターの負荷として３次アクティブ型フィルターを接続しＬＣＲ直列共振回路を形成する事およびピーキング処理を施す事により遮断周波数周辺での特性悪化を改善する３次遮断特性を持つアクティブ型フィルター。
【請求項２】
２次ＬＣフィルターの負荷として３次アクティブ型フィルターを接続する事でＦＤＮＲ等のアクティブ素子遮断限界以上での特性劣化（遮断特性の跳ね返り）を抑止し３次遮断特性を維持するアクティブ型フィルター。
【請求項３】
２次ＬＣフィルターと直列に制動抵抗が接続される請求項１、請求項２のアクティブ型フィルター。
【請求項４】
請求項１、請求項２、請求項３のアクティブ型フィルターにより高域遮断フィルター、低域遮断フィルターを設計し、この組み合わせにより実現する帯域通過フィルターと帯域除去フィルター。
【請求項５】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、をディジタル信号処理（ＤＳＰ）によって実現するバイナリーコードを含むソフトウェアおよび媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１８６７７４（Ｐ２０１２−１８６７７４Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６４９５０（Ｐ２０１１−６４９５０）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（５０６３０２８５９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（５０６３０２８５９）
【Ｆターム（参考）】
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