Steve Colino、ストラテジック・テクニカル・セールス部門バイス・プレジデント 米Efficient Power Conversion社、Skip Taylor、CEO（最高経営責任者）で共同創立者 米Elegant Audio Solutions社

D級オーディオ・アンプは、伝統的にオーディオマニアに軽く見られ、ほとんどの場合、当然そう思われています。D級アンプ用スイッチング・トランジスタは、最も厳しいリスナーを満足させるために、十分なオープン・ループ直線性を備えたアンプを生産するための特性パラメータを適切に組み合わせられたことがありませんでした。これが、この古典的なアナログ変調器のD級システムを低消費電力ですが低品質な音響システムに制限していました。

注目を集めるマーケティングに必要なTHD＋N（全高調波歪＋雑音）の目標特性を達成するために、D級アンプは、不十分なオープン・ループ特性を補償するために、フィードバック量を大きくして使用することに頼らざるを得ませんでした。定義から、大きなフィードバック量は、過渡相互変調歪（TIM）を招き、リスニング体験を目的とした繊細なやさしさや音色を隠す「耳障り感」につながります。

シリコンMOSFETは、過去25年間、D級システム向けスイッチング・トランジスタとして選択されてきました。ただし、効率の高いアンプは作れますが、不完全なスイッチング、高いオン抵抗（内部抵抗）、非常に大きな蓄積電荷による歪みに悩まされてきました（図1参照）。蓄積された電荷の回復は、電力を浪費し、リンギングを引き起こし、各スイッチング・サイクルにおいて歪みを追加することになります。これは、一般的な出力フィルタでは除去することができません。

>図1：GaN FETは、MOSFETに比べて、スピーカを駆動するときのオーバーシュートやリンギングが小さいので、PWM信号から滑らかでクリーンなアナログ出力が得られます。そして小型化できます

シリコンMOSFETに関連するスイッチングの不完全さとスイッチング遷移の遅さは、パルス幅変調（PWM）のスイッチング周波数を制限します。さらに、PWMスイッチング周波数が低いことは、出力フィルタの実装上の制約を決めるので、オーディオ帯域幅の上端が制限されます。PWMスイッチング周波数を高くすると、オーディオ帯域幅を広くでき、したがって、出力フィルタの周波数を高くできます。出力フィルタの周波数を高くできると、その副次的な効果として、音響特性を犠牲にすることなく、出力フィルタ部品（特にコイル）を小型化できます。

図2：スイッチングD級アンプの基本的な回路ブロック図（米EETimes誌の記事からの図[1]）。

PWMスイッチング速度を高速化すると、より広いオーディオ帯域幅（新しいhigh-definition audio（高品位オーディオ）の要件ではますます重要）が得られることに加えて、適度に緩やかな特性の出力フィルタも可能になり、残留スイッチング雑音のレベルを高めることなく、より直線性の良い特性が得られます。

もし非常に正確なスイッチング特性を備えたトランジスタ技術があったとすれば、PWM変調器から再生する小さなオーディオ信号の電力をほぼ完全に再生することができ、フィードバック量を大きくする必要性を低くする（または完全に排除する）ことができますか？ EMI（電磁干渉）／EMC（電磁両立性）が増えるという問題を気にすることなく、high-definition audio向けに出力フィルタの帯域幅を2倍に広げることができるような常識を覆す技術があった場合、どうなりますか？ もしD級オーディオ・アンプのスイッチング技術が非常に小さい「オン（導通）」抵抗とスイッチング損失を実現でき、消費電力が無視できるほど小さかったら、どうなりますか？ このトランジスタ技術は、窒化ガリウム（GaN）であり、現在、Efficient Power Conversion（EPC）社が製品化しています。

EPC社のエンハンスメント・モードGaN（eGaN®）トランジスタは、蓄積電荷「ゼロ」で、シリコンのMOSFETよりも最大10倍高速にスイッチングできます。eGaN FETの高速スイッチングによって、アンプの設計者は、PWMスイッチング周波数を高めることができ、デッドタイムを短縮し、フィードバック量を劇的に低減することができます。つまり、これまで、大規模かつ複雑で重いＡ級アンプ・システムに限定されていた音質を実現できます。

米国テキサス州オースティンのElegant Audio Solutions社は、同社のアンプeGaNAMP2016でeGaN 技術の優れた特性を実証し、連続出力で8Ωのスピーカ負荷に200 Ｗ、4Ω負荷に400 Ｗの電力を供給でき、THD+Nは0.005％と低く、非常に小さなフィードバック量で済むアンプを生産しています。しかも、この特性は、ヒートシンク（冷却器）なしで得られ、eGaNベースのアンプは、多くの既存システムの標準的なアンプの実装に直接接続することができます。

図3：オーディオマニア・レベルのオーディオ特性を備えたElegant Audio Solutions社のD級アンプeGaNAMP2016。

これは、eGaN FETの強化されたスイッチング能力を活用した最初のD級アンプではありません。パナソニックは、昨年、ハイエンドのオーディオマニア向けブランドのテクニクス [2]をeGaN技術と共に再導入しました。このアンプは、各地のオーディオマニアの注目を集めています。帯域幅を96 kHzに広げるというhigh-definition audioの要件は、古典的なD級アンプの障壁を恐れることなく、eGaN FET技術によって簡単に対応しています。帯域幅の拡大によって、音の微妙で複雑な細部を伝えることができます――はっきりと。

拡大したオーディオ帯域幅は、伝統的に、意図しない歪みをリスナーに伝えることになるので、新しいD級システムでもクリーンなオーディオ信号を生成するという課題は常に存在します。PWMスイッチング周波数の高速化によるオーディオ帯域幅の拡大は、歴史的に2つの余計な要素を引き出します。すなわち、MOSFETスイッチ固有の非効率性による熱の増加、そして（不感帯からの大きな寄与を含む）スイッチング波形の歪みの増加です。したがって、ここでの課題は、出力フィルタに高品質のPWMスイッチング波形を送信すること、になります。

この課題を達成するために、より完全なスイッチング波形が必要になります。しかし、各サイクルの歪みや雑音がもたらすものは何ですか、追加の熱が発生しますか？ 正味の効果は大きくなりますが、妥協のない音質を確保するためには、より複雑なシステムになりますか？ シリコンMOSFET技術では、答えは、悲劇的なほどに「はい」です。eGaN技術では、音質の向上が複雑さを増すことなく、消費電力を増やすこと