JP2000308174A

JP2000308174A - 低音再生スピーカ装置

Info

Publication number: JP2000308174A
Application number: JP11117852A
Authority: JP
Inventors: Shoji Tanaka; 祥司田中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-04-26
Also published as: JP3598014B2

Abstract

(57)【要約】【課題】信頼性があり、雑音等の発生がなく、小容積
のキャビネットでも低域再生能力に優れた、実用的な低
音再生スピーカ装置を提供する。【解決手段】スピーカユニット３１の振動系に取り付
けた可動マグネット３３と、この外周側に同軸状に配置
したリング状の固定マグネット３４により、振動系に対
して負のスティフネスを発生させて、キャビネット３２
の内容積を等価的に増大させる。またスピーカユニット
３１の振動系の変位方向の偏りをホール素子３５で検出
してパワーアンプ３６に帰還して、スピーカユニット３
１の振動系の変位方向の偏りを補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型のキャビネッ
トでありながら高い低域再生能力が得られる低音再生ス
ピーカ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にスピーカの低域再生に関しては、
キャビネット内容積Ｖと低域再生限界周波数ｆｃと能率
μとの間には反比例関係があり、小型キャビネットで能
率を低下させずに低い周波数まで再生することは原理的
に非常に困難であることが知られている。

【０００３】そしてまたキャビネット内容積を等価的に
大きくできれば、この制約から逃れて低域再生能力の向
上が可能であるという概念自体も、古くからあった。し
かし実際にこれを具現化する良い方法がなかったのが実
状である。

【０００４】ここで、この概念を具現化するために過去
提案されていた従来技術について説明する。この従来技
術は米国特許第2,810,021号（LOW FREQUENCY LOUDSPEAK
ER,Patented Oct.15,1957）に述べられているものであ
り、図９にこの従来の低音再生スピーカ装置の構造を示
す。

【０００５】図９において、５１はスピーカユニットで
あり、界磁部５１ａ、フレーム５１ｂ、ボイスコイル５
１ｃ、ダンパ５１ｄ、エッジ５１ｅ、振動板５１ｆを備
えている。５２は密閉型のキャビネットであり、スピー
カユニット５１が取り付けられている。

【０００６】５８は支持体でありキャビネット５２に固
定されている。支持体５８の内周部分にはスプリング５
９ｂが配置され、レバー５９ｃを内周方向に押してい
る。レバー５９ｃは支点受け溝５９ｄで支えられてい
る。一方スピーカユニット５１のボイスコイル５１ｃの
上部にはロッド５９ａが取り付けられ、ロッド５９ａの
受け溝５９ｇとレバー５９ｃの受け溝５９ｅとの間に
は、トグルピン５９ｆが填め込まれている。

【０００７】またロッド５９ａの上部には、スプリング
６０ｃで柔軟に支持された可動電気接点６０ａが設けら
れている。そして固定電気接点６０ｂが可動電気接点６
０ａを挟むように配置されている。これら電気接点には
排気ポンプ６０ｄと吸気ポンプ６０ｅが接続されてい
る。

【０００８】このように構成された従来の低音再生スピ
ーカ装置の動作は次の通りである。スプリング５９ｂは
レバー５９ｃを介してトグルピン５９ｆを内周方向に押
しているので、ボイスコイル５１ｃが変位してトグルピ
ン５９ｆが平衡状態から外れると、トグルピン５９ｆは
変位方向へさらに倒れるようにロッド５９ａを押すこと
になる。

【０００９】ボイスコイル５１ｃや振動板５１ｆなどの
振動系が変位すると、ダンパ５１ｄやエッジ５１ｅのス
ティフネスすなわち支持系のスティフネスと、キャビネ
ット５２の中の空気のスティフネスが、振動系を中心位
置に引き戻すように働く。しかし上記の５９ａ〜５９ｇ
のトグル機構が発生する力はこれとは逆方向であり、ス
ピーカユニット５１の振動系を変位方向にさらに押し出
そうとするものである。

【００１０】つまり上記の５９ａ〜５９ｇのトグル機構
はスピーカユニット５１の振動系に対して負のスティフ
ネスを与えるものであり、スピーカユニット５１の支持
系とキャビネット５２の中の空気とによるスティフネス
を打ち消して減少させるので、キャビネット５２の内容
積が等価的に増加することになる。そしてこれにより低
域再生能力が向上する。なお負スティフネスによるキャ
ビネット内容積の等価的増大化と、低域再生能力向上の
原理については、本発明の説明のところで詳しく述べる
ことにする。

【００１１】またこの負のスティフネスがスピーカユニ
ット５１の支持系のスティフネスよりも大きい場合に
は、スピーカユニット５１の振動系が本来の変位中心位
置にとどまり続けることができず（キャビネット５２な
どから微量な空気漏れがあるので）、どちらか片方の変
位方向に偏ってしまう。電気接点６０ａ，６０ｂとポン
プ６０ｄ，６０ｅはこれを補正するためのものである。

【００１２】つまり例えばスピーカユニット５１の振動
系が前方に偏っていくと、可動電気接点６０ａが固定電
気接点６０ｂの上側と接触して、排気ポンプ６０ｄが作
動する。するとキャビネット５２の中の空気が排出され
てスピーカユニット５１の振動系が本来の変位中心位置
に引き戻される。逆に振動系が後方に偏っていくと、可
動電気接点６０ａが固定電気接点６０ｂの下側と接触し
て、吸気ポンプ６０ｅが作動する。するとキャビネット
５２の中に空気が流入してスピーカユニット５１の振動
系が本来の変位中心位置に押し戻される。

【００１３】従ってこれによって負スティフネスが大き
い場合にも、スピーカユニット５１の振動系の変位方向
の偏りが補正される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、負スティフネス発生手段が５９ａ〜５９ｇ
による機械的なトグル機構方式であるために、スプリン
グ５９ｂに機械疲労が生じる（大振幅動作を長時間続け
ると破断に至る危険性もある）ので信頼性がない、トグ
ルピン５９ｇとレバー５９ｃとの接触部分から異音や雑
音を発生する、といった問題点があった。また構成部品
が多いので装置が複雑になることも問題点である。

【００１５】さらにまた負スティフネスが大きい場合に
は、振動板の変位方向の偏りを補正するためにポンプ６
０ｄ，６０ｅを必要とするので、装置が一層複雑で大掛
かりになる、ポンプ６０ｄ，６０ｅから雑音が発生す
る、といった問題点もあった。

【００１６】つまり、キャビネット内容積を等価的に大
きくして低域再生能力を向上させるという概念はあった
ものの、従来技術による低音再生スピーカ装置では多く
の問題点があり到底実用にならなかった。

【００１７】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、信頼性が高く、雑音等の発生もなく、かつ簡便で実
用的な、キャビネット内容積を等価的に大きくした低音
再生スピーカ装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は以下の構成とする。

【００１９】即ち、本発明の低音再生スピーカ装置は、
スピーカユニットと、前記スピーカユニットを収納する
キャビネットと、前記スピーカユニットの振動系と共に
動く可動マグネットと、固定マグネットとを備え、前記
可動マグネットと固定マグネットを、前記スピーカユニ
ットの振動系に対して負のスティフネスを発生させるよ
うに構成したことを特徴とする。かかる構成によれば、
信頼性が高く雑音等の発生もなくかつ簡便で実用的な低
音再生スピーカ装置を実現することができる。

【００２０】上記の構成において、前記固定マグネット
をリング状とし、前記固定マグネットの内周側に前記可
動マグネットを配置するのが好ましい。かかる好ましい
構成によれば、負スティフネスの発生機構を簡単にする
ことができる。

【００２１】また、上記の構成において、スピーカユニ
ットの振動系の変位が最大変位に達するよりも前に、発
生する負のスティフネスが減少するように前記可動マグ
ネットと前記固定マグネットを構成することが好まし
い。かかる好ましい構成によれば、過大入力に強い低音
再生スピーカ装置を実現できる。

【００２２】また、上記の構成において、前記スピーカ
ユニットの振動系の変位方向の偏りを検出して電気信号
を発生する検出手段を備え、前記スピーカユニットを駆
動するパワーアンプに前記検出手段からの電気信号を帰
還して、スピーカユニットの振動系の変位方向の偏りを
補正することが好ましい。かかる好ましい構成によれ
ば、キャビネット内容積を等価的に極めて大きくした、
さらに低域再生能力に優れた低音再生スピーカ装置を実
現できる。

【００２３】ここで、前記スピーカユニットの振動系の
変位方向の偏りを検出する検出手段がホール素子を含む
ことが好ましい。かかる好ましい構成によれば、スピー
カユニットの振動系の変位方向の偏りの検出手段を簡単
にすることができる。

【００２４】また、上記の構成において、非動作時に、
前記スピーカユニットの振動系を変位方向中心位置付近
に保持する手段を備えることが好ましい。かかる好まし
い構成によれば、経時変化の少ない長寿命な低音再生ス
ピーカ装置を実現できる。

【００２５】また、上記の構成において、前記固定マグ
ネットを電磁石とすることが好ましい。かかる好ましい
構成によれば、低域特性を可変することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の低音再生スピーカ
装置を、具体的な実施の形態に基づいて説明する。

【００２７】（実施の形態１）本実施の形態１の低音再
生スピーカ装置の構造を図１に示す。図１において、界
磁部１ａ、フレーム１ｂ、ボイスコイル１ｃ、ダンパ１
ｄ、エッジ１ｅ、振動板１ｆ、ダストキャップ１ｇから
成るスピーカユニット１が、キャビネット２に取り付け
られている。そしてボイスコイル１ｃにはリング状の可
動マグネット３が取り付けられており、ボイスコイル１
ｃや振動板１ｆやダストキャップ１ｇ、すなわち振動系
と共に動く。

【００２８】フレーム１ｂにはリング状の固定マグネッ
ト４が取り付けられている。振動系が変位方向中央位置
にあるときに、固定マグネット４の内側の厚み方向（振
動系の変位方向）中央位置に可動マグネット３が位置す
るように、両マグネット３，４は同軸状に配置されてい
る。そして可動マグネット３と固定マグネット４は厚み
方向に同極性に着磁されており、互いに反発している。
従って可動マグネット３と固定マグネット４は振動系が
中央位置から逃げようとする力を、つまりスピーカユニ
ット１の振動系に対して負のスティフネスを与えてい
る。

【００２９】ここで、この低音再生スピーカ装置の構成
部品の材質や寸法などについて具体的に説明する。

【００３０】スピーカユニット１の口径は１８ｃｍであ
る。界磁部１ａは直径７０ｍｍのフェライトマグネット
を使用している。フレーム１ｂは口径１８ｃｍで鉄板製
である。ボイスコイル１ｃの口径（呼び径）は１９ｍｍ
（実際のボイスコイルボビン部の外径は約２０ｍｍ）で
ある。エッジ１ｅの材質は発泡ウレタンでありアップロ
ール形状である。振動板１ｆは紙の材質のコーンであ
る。ダストキャップ１ｇの材質は紙である。

【００３１】キャビネット２は密閉型であり内容積は１
０リットルと小型である。

【００３２】可動マグネット３の寸法は外径２８ｍｍ、
内径２０ｍｍ、厚み２．５ｍｍで、材質は磁気エネルギ
ー積が３０Ｍ・Ｇ・Oe（メガガウスエルステッド）のネ
オジウムである。固定マグネット４の寸法は外径７０ｍ
ｍ、内径３２ｍｍ、厚み１５ｍｍであり、材質はフェラ
イトである。

【００３３】以上のように構成したことにより、負のス
ティフネスの発生を機械的手段によらずまた何らの接触
部分もなしに行えるので、機械疲労の発生や雑音等の発
生がなく信頼性に優れている。また負のスティフネスの
発生手段が僅か２個のマグネット３，４だけで済むので
構造が簡単である。

【００３４】そしてキャビネット内容積の等価的増大化
効果と低域再生能力向上については、負のスティフネス
の働きにより、本実施の形態においてはキャビネット２
の内容積を約２倍に増大させ、最低共振周波数つまり低
域再生限界周波数を９６Ｈｚから８１Ｈｚに伸張させる
ことができた。

【００３５】以下、負スティフネスによるキャビネット
内容積の等価的増大化と、低域再生能力向上の原理につ
いて考察、説明する。

【００３６】スピーカユニット実効振動質量をＭ、単体
フリーエア状態での最低共振周波数をf0とすると、スピ
ーカユニットの支持系（ダンパやエッジ）のスティフネ
スKsは、

【００３７】

【数１】Ks＝Ｍ×(２πf0)² …式

【００３８】である。またスピーカユニットの実効振動
半径をａ、空気音速をｃ、空気密度をρ、キャビネット
内容積をＶとすると、キャビネットの中の空気がスピー
カユニット振動系に与えるスティフネスKcは、

【００３９】

【数２】Kc＝ρｃ²(πａ)²／Ｖ …式

【００４０】である。そしてキャビネットに取り付けら
れた状態では、スピーカユニット振動系にはKs＋Kcのス
ティフネスが働くことになる。この時の最低共振周波数
をf1とすると、

【００４１】

【数３】f1＝(Ks＋Kc)^1/2／２πＭ^1/2 …

【００４２】である。

【００４３】ここで負のスティフネスの大きさをKnとす
る。するとスピーカユニットの振動系に働くスティフネ
スはKs＋Kc−Knとなり、これはキャビネットの中の空気
のスティフネスがKcからKc−Knになったことに相当す
る。キャビネットの中の空気のスティフネスは式より
内容積と反比例するので、これはキャビネット内容積が
１／Kcから１／(Kc−Kn)に増大することと等価である。

【００４４】図２に、キャビネットに取り付けた状態で
のスピーカユニットの振動系に働くスティフネス力（破
線）と、負のスティフネス力（一点鎖線）と、これらの
合計のスティフネス力（実線）の関係を示す。スティフ
ネスとは簡単に言えばバネ定数のようなものであり、図
２の各々の変位〜力のカーブの傾きに相当する。つまり
このカーブの勾配が小さいほどスティフネスが小さく、
振動系が動きやすくなることを意味する。

【００４５】負のスティフネスが働くことにより、キャ
ビネットに取り付けられたスピーカユニットの最低共振
周波数は

【００４６】

【数４】f1＝(Ks＋Kc−Kn)^1/2／２πＭ^1/2 …式

【００４７】となるので、最低共振周波数が｛(Ks＋Kc
−Kn)／(Ks＋Kc)｝^1/2倍に低下、つまりそれだけ低域再
生限界周波数が伸張して低域再生能力が向上することと
なる。

【００４８】負のスティフネスの技術を用いない場合に
は最低共振周波数を下げるためには、実効振動質量を大
きくするか実効振動面積を小さくしなければならないの
で能率の低下を招く。これに対して負のスティフネスを
利用すれば、このようなことをせずに最低共振周波数を
下げることができるので、能率を低下させることなく低
域を伸張することができるわけである。

【００４９】負のスティフネスの大きさKnを非常に大き
くしていくとKn＞Ksとなるが、この場合にはキャビネッ
トに取り付けないスピーカユニット単体の状態では、振
動系は中心位置に静止することができずに即座に片方に
偏ってしまう。分かりやすく言えば、スピーカユニット
の支持系が負のスティフネスに負けてしまうわけであ
る。キャビネットに取り付けた状態でも完全に空気漏れ
をなくすことはできないので、スピーカユニットの振動
系は徐々に中心位置から外れて偏ってしまう。

【００５０】従って負のスティフネスKnが支持系スティ
フネスKsよりも大きい場合には、振動系の偏りを補正す
る手段が必要となる。これに対する解決策は、本発明の
他の実施の形態で説明することにする。

【００５１】上で述べた原理に沿って、本実施の形態の
キャビネット内容積の等価的増大化と低域再生能力向上
の効果について計算説明する。

【００５２】本実施の形態においてはスピーカユニット
１の最低共振周波数（可動マグネット３付き）は６０Ｈ
ｚ、実効振動質量は１５ｇである。また実効振動半径は
７０ｍｍである。つまりスピーカユニットの支持系ステ
ィフネスKsは式より、Ks＝２１３０(Ｎ/ｍ)である。
キャビネット２の中の空気が与えるスティフネスKcは式
より、Kc＝３２９０(Ｎ/ｍ)である。つまりKs＋Kc＝
５４２０(Ｎ/ｍ)である。そしてキャビネット２に取り
付けた状態かつ固定マグネット４がない状態でのスピー
カユニット１の最低共振周波数f1は、式よりf1＝９６
Ｈｚである（実測値と同じ）。

【００５３】負のスティフネスKnを与えると最低共振周
波数f1は８１Ｈｚになったが、式から逆算してKs＋Kc
−Kn＝３８２０(Ｎ/ｍ)となるので、Kn＝５４２０−３
８２０＝１６００(Ｎ/ｍ)であることが分かる。従って
キャビネット２の中の空気のスティフネスがKc＝３２９
０(Ｎ/ｍ)からKc−Kn＝３２９０−１６００＝１６９０
(Ｎ/ｍ)に減少したことに相当する。キャビネット内空
気のスティフネスは内容積と反比例するので、これはキ
ャビネット２の内容積が１／３２９０から１／１６９０
の比率で増大することと等価である。つまり本実施の形
態ではキャビネット２の内容積が等価的に約２倍になっ
ていると言える。

【００５４】以上説明したように本実施の形態１によれ
ば、信頼性に優れ、実用的、簡便な、かつ優れた低域再
生能力の低音再生装置を実現できる。

【００５５】なお本実施の形態１では、可動マグネット
３と固定マグネット４を上記のような構成としたが、そ
の他種々の構成が可能である。図３と図４は別の構成例
の一部を示すものである。

【００５６】図３のスピーカユニット１１においては、
ボイスコイル１１ｃに取り付けられたリング状の可動マ
グネット１３の内周側に、円盤状の２個の固定マグネッ
ト１４ａ，１４ｂが厚み方向に対称な位置に（即ち、固
定マグネット１４ａ，１４ｂが可動マグネット１３から
等距離になるような位置に）配置されている。固定マグ
ネット１４ａ，１４ｂは界磁部１１ａの上部に支持体１
１ｈにより取り付けられている。そして各マグネット１
３，１４ａ，１４ｂは厚み方向に同極性に着磁されてい
る。固定マグネット１４ａ，１４ｂは可動マグネット１
３を中央位置から引き寄せる方向の吸引力を発生し、負
のスティフネスが発生する。

【００５７】図４のスピーカユニット２１においては、
ボイスコイル２１ｃに取り付けられたリング状の可動マ
グネット２３の内周側中央に、リング状の固定マグネッ
ト２４が配置されている。固定マグネット２４は界磁部
２１ａの上部に支持体２１ｈにより取り付けられてい
る。そしてこの例では可動マグネット２３と固定マグネ
ット２４は、径方向に逆方向に着磁されている。可動マ
グネット２３と固定マグネット２４は互いに反発する力
を発生し、負のスティフネスが発生する。

【００５８】これらのように固定マグネットを可動マグ
ネットの内周側に配置すれば、使用部品を小さくするこ
とができるなどのメリットがある。一方すでに述べたよ
うに図１で示した構成ではマグネットの数が２個だけで
よいので最も簡便であることに加え、固定マグネット４
のサイズを大きくすることができるので非常に大きな負
のスティフネスを得ることも容易にできるというメリッ
トもある。また発生する負のスティフネスの変位〜力特
性カーブが比較的リニアであるという特長もある。

【００５９】なお本実施の形態１の図１では可動マグネ
ット３と固定マグネット４を厚み方向に着磁したが、図
４のように径方向に着磁することも可能である。また固
定マグネット４または可動マグネット３に、鉄片プレー
トやヨークなどを取り付けてもよい。また本実施の形態
１では可動マグネット３と固定マグネット４を円形のリ
ング状としたが、円板形、矩形、角形リング、その他の
形状としてもよい。

【００６０】また本実施の形態１では、可動マグネット
３をボイスコイル１ｃに取り付けたが、スピーカユニッ
ト１のその他の振動系の部位に取り付けてもよい。また
可動マグネット３とスピーカユニット１の振動系との間
には弾性体などを介在させてもよく、低域で可動マグネ
ット３と振動系とが一緒に動けばよい。

【００６１】また本実施の形態１ではスピーカユニット
１を通常の動電型としたが、モータドライブ型や電磁型
など、その他の電気音響変換方式のスピーカユニットに
適用することができる。

【００６２】また本実施の形態１ではキャビネット２を
密閉型としたが、ケルトン型、バスレフ型など、その他
の方式のキャビネットとすることもできる。

【００６３】その他、本発明は上記説明した例に限定さ
れるものでないことは、言うまでもない。

【００６４】（実施の形態２）本発明の実施の形態２の
低音再生スピーカ装置は、その構成は図１で説明した実
施の形態１と全く同じである。またキャビネット内容積
の等価的増大化と低域再生能力向上の効果についても同
じである。異なるのは、固定マグネットの寸法と、発生
する負のスティフネスの変位〜力特性カーブだけであ
る。よって、ここでは固定マグネット４と負のスティフ
ネスの変位〜力特性カーブ以外についての具体的な説明
を省略する。

【００６５】本実施の形態２においては、固定マグネッ
ト４は、寸法が外径６５ｍｍ、内径３２ｍｍ、厚み１０
ｍｍであり、材質はフェライトである。

【００６６】この実施の形態２における負のスティフネ
スの変位〜力特性カーブなどを図５に示す。キャビネッ
ト２に取り付けたスピーカユニット１の振動系に加わる
スティフネス力の、つまりスピーカユニット１の支持系
のスティフネスとキャビネット２の中の空気のスティフ
ネスを足したものの変位〜力特性カーブを、図中破線で
示している。このスピーカユニット１の最大振幅は約±
８ｍｍであり、変位が８ｍｍ近くになると支持系がつっ
ぱりを生じるので変位〜力特性カーブの傾きが大きくな
っている。

【００６７】図中の一点鎖線は、発生する負のスティフ
ネスの変位〜力特性カーブを示している。このカーブの
直線部の勾配は８(Ｎ)／５(ｍｍ)つまり１６００(Ｎ/
ｍ)であり、第１の実施の形態で計算説明した値と同じ
である。なお固定マグネット４の外径は第１の実施の形
態よりも小さいが発生する負のスティフネスは同じであ
った。これは実験の結果分かったことであるが、この構
成の場合、発生する負のスティフネスは固定マグネット
の外径が大きいほど大きいが、厚みについては薄い方が
発生する負のスティフネスが大きくなる傾向にあること
に起因している。

【００６８】そして図中一点鎖線の負のスティフネスの
変位〜力特性カーブは、±５ｍｍ付近がピークでありこ
れを越えると発生する負のスティフネス力が減少してい
る。この±５ｍｍとはちょうど固定マグネット４の厚み
の半分に相当し、固定マグネット４の厚みにほぼ比例し
てこのピークの変位が決まる。

【００６９】そして図中の実線は、負のスティフネスを
発生させた時の（つまり合計の）スピーカユニット１の
振動系に働くスティフネスの変位〜力特性カーブを示
す。±５ｍｍ付近を越えるとスティフネスが増大するカ
ーブが得られている。つまりスピーカユニット１の振動
系の変位が最大変位に達するよりも前に、発生する負の
スティフネスが減少するように可動マグネット３と固定
マグネット４を構成したことにより、スピーカユニット
１の振動系の最大変位よりも小さい変位領域からスティ
フネスを増加させることができる。

【００７０】従って、スピーカユニット１の振動系には
最大振幅に達する前にブレーキがかかるので、過大入力
がスピーカユニット１に加わった場合に支持系が急激な
つっぱりを生じることがなく、過大入力に対して耐久性
のある低音再生スピーカ装置を実現できる。

【００７１】なお、本発明は上記説明した例に限定され
るものでないことは、言うまでもない。

【００７２】（実施の形態３）本発明の実施の形態３の
低音再生スピーカ装置の構成について図６により説明す
る。

【００７３】本実施の形態３のスピーカユニット３１
（３１ａ〜３１ｇ）とキャビネット３２は、図１で説明
した実施の形態１のスピーカユニット１（１ａ〜１ｇ）
とキャビネット２にそれぞれ対応し、両者は全く同じで
あるので、ここではこれらについての具体的な説明を省
略する。

【００７４】本実施の形態３では、可動マグネット３３
は、寸法が外径２８ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚み３ｍｍ
で、材質は磁気エネルギー積が４５Ｍ・Ｇ・Oe（メガガ
ウスエルステッド）の強力なネオジウムである。固定マ
グネット３４は、寸法が外径７５ｍｍ、内径３２ｍｍ、
厚み１５ｍｍであり、材質はフェライトである。可動マ
グネット３３と固定マグネット３４は厚み方向に同極性
に着磁されており、互いに反発している。これにより本
実施の形態３において発生する負のスティフネスは２８
００(Ｎ/ｍ)であり、スピーカユニット３１の支持系の
スティフネス２１３０(Ｎ/ｍ)を上回る大きな値となっ
ている。

【００７５】そして本実施の形態３では、スピーカユニ
ット３１の振動系の変位方向の偏りを検出して電気信号
を発生する手段３５，３５ａを備え、スピーカユニット
３１を駆動するパワーアンプ３６にこの検出手段からの
電気信号を帰還して、スピーカユニット３１の振動系の
変位方向の偏りを補正する構成としている。

【００７６】この手段３５，３５ａを具体的に説明する
と、３５はホール素子であり可動マグネット３３の厚み
方向中心の近傍に垂直方向に配置されている。３５ａは
ホール素子からの出力信号をパワーアンプ３６に帰還す
る帰還回路である。

【００７７】ホール素子３５は、可動マグネット３３が
内周側へ水平方向に発生している磁束ベクトルに応じ
て、出力信号を発生する。可動マグネット３３のＮ極と
Ｓ極の厚み方向の中央位置においては、水平方向の磁束
ベクトルはゼロになる。従って可動マグネット３３の厚
み方向中心位置とホール素子３５の垂直方向中心位置が
一致している場合には、ホール素子３５を水平に通過す
る磁束がゼロであるので信号は出ない。

【００７８】可動マグネット３３がどちらかに変位した
場合には、ホール素子３５の位置で磁束分布が非対称と
なり（簡単に言えばＮ極側またはＳ極側のどちらかがホ
ール素子３５に近づくので）、水平方向の磁束ベクトル
が発生する。この時にはホール素子３５から信号が発生
される。言うまでもなく例えばＮ極側が近づいた時にホ
ール素子３５がプラスの信号を発生するならば、Ｓ極側
が近づいた時には磁束ベクトルの方向が逆になるのでホ
ール素子３５はマイナスの信号を発生する。

【００７９】スピーカユニット３１の振動系に変位方向
の偏りがない場合には、低音の交流電力がスピーカユニ
ット３１に加わった時にホール素子３５が発生する電気
信号はゼロレベルに対してプラス側信号とマイナス側信
号が対称になり、これを積分すれば信号はゼロになる。
ところが振動系に偏りを発生した場合には、プラス側信
号またはマイナス側信号のいずれかのレベルが大きくな
る（つまりバイアスが生じる）ので、積分しても信号が
発生することとなる。

【００８０】そして本実施の形態３は、例えばスピーカ
ユニット３１の振動系が一方に偏りはじめると、これを
逆方向に戻す、つまり本来の変位中心位置に戻す方向の
電流がパワーアンプ３６からスピーカユニット３１に出
力されるように、ホール素子３５と帰還回路３５ａを構
成している。

【００８１】図７に本実施の形態３の検出手段３５，３
５ａの回路図を示す。ホール素子（ＨＥ）３５の端子
１，３は駆動用電流端子である。端子２，４は出力用端
子であり、この両端に検出電圧が発生する。Ｃは積分コ
ンデンサであり、ＯＰ（オペアンプ）の増幅ゲインは周
波数が高くなるに従い減衰する。これによりスピーカユ
ニット３１の振動系の偏りの動きに相当する超低周波成
分信号に対してだけ、帰還がかかる。つまり音楽などの
低音の数十Ｈｚ以上の振動系の動きに対しては帰還が発
生しないので、低音に悪影響を及ぼすことはない。ＶＲ
はオフセット調整用ボリウムであり、スピーカユニット
３１の振動系が中心位置にある時に検出電圧をゼロにす
るなどの調整ができる。

【００８２】この検出と帰還により本実施の形態３の低
音再生スピーカ装置は、発生する負のスティフネスがス
ピーカユニット３１の支持系のスティフネスを上回って
いても安定に動作し、キャビネット３２の内容積を等価
的に６．８倍にも増大させ、最低共振周波数つまり低域
再生限界周波数を９６Ｈｚから６７Ｈｚへと大幅に伸張
させることができた。

【００８３】以上説明したように本実施の形態３によれ
ば、キャビネット内容積を等価的に極めて大きくし、さ
らに低域再生能力に優れた低音再生スピーカ装置を実現
できる。また本実施の形態３では検出手段としてホール
素子３５を用いたので、検出手段の構成が簡単にでき
る。

【００８４】なお本実施の形態３では検出手段としてホ
ール素子３５を用いたが、例えばＣＤＳやフォトダイオ
ード、フォトトランジスタなどを検出素子とする光学的
方式、その他の方式としてもよい。またホール素子３５
の代わりにホールＩＣを用いれば帰還回路を省略するこ
ともできる。

【００８５】またホール素子３５は可動マグネット３３
の磁束を検出するようにしたが、可動マグネット３３と
は別に小型マグネットを振動系に取り付けて、この磁束
を検出するようにしてもよい。

【００８６】なお、本発明は上記説明した例に限定され
るものでないことは、言うまでもない。

【００８７】（実施の形態４）本発明の実施の形態４の
低音再生スピーカ装置の構成について図８により説明す
る。

【００８８】本実施の形態４のスピーカユニット４１
（４１ａ〜４１ｇ）、キャビネット４２、可動マグネッ
ト４３、固定マグネット４４、検出手段としてのホール
素子４５、帰還回路４５ａは、図６，７で説明した実施
の形態３のスピーカユニット３１（３１ａ〜３１ｇ）、
キャビネット３２、可動マグネット３３、固定マグネッ
ト３４、検出手段としてのホール素子３５、帰還回路３
５ａにそれぞれ対応し、両者は全く同じであるので、こ
こではこれらについての具体的な説明を省略する。

【００８９】本実施の形態４では、低音再生スピーカ装
置の非動作時、つまり例えばパワーアンプ４６の電源を
オフした場合などに、スピーカユニット４１の振動系を
変位方向中心位置付近に保持する手段（振動系保持手
段）４７を備えた構成としている。

【００９０】これを詳しく説明する。４７ａはプランジ
ャであり、本実施の形態４ではスピーカーユニット４１
を駆動するパワーアンプ４６を用いて電源供給してい
る。４７ｂはスピーカユニット４１のボイスコイル４１
ｃに取り付けられたロッドであり、材質は樹脂である。

【００９１】ロッド４７ｂにはプランジャ４７ａのアー
ムに嵌合する孔が設けられており、プランジャ４７ａが
非通電状態のときにロッド４７ｂをロックしている。プ
ランジャ４７ａが通電状態になると瞬時にアームが吸引
されてロッド４７ｂから外れる。

【００９２】従って本実施の形態４では、低音再生スピ
ーカ装置の非動作時にスピーカユニット４１の振動系が
変位方向中心位置付近に保持され、片側に偏って長時間
経過することがない。このためエッジ４１ｅやダンパ４
１ｄにかかるストレスを小さくできるので、経時変化の
少ない長寿命な低音再生スピーカ装置を実現できる。

【００９３】なお、本発明は上記説明した例に限定され
るものでないことは、言うまでもない。

【００９４】（実施の形態５）本発明の実施の形態５の
低音再生スピーカ装置は、上記に説明した各実施の形態
における固定マグネットを電磁石としたものである。こ
の構成とすることにより、電磁石に流す電流を増減して
発生する負のスティフネスを増減できるので、低音再生
スピーカ装置の最低共振周波数を可変できる。また低音
再生スピーカ装置の非動作時に固定マグネット電磁石の
通電をオフにすることができ、非動作時に負スティフネ
スの発生を止めることもできるので、経時変化の少ない
長寿命な低音再生スピーカ装置も実現できる。

【００９５】なお、この固定マグネットの電磁石を超伝
導磁石とすることもできる。

【００９６】その他、本発明は上記説明した例に限定さ
れるものでないことは、言うまでもない。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１記
載の低音再生スピーカ装置によれば、スピーカユニット
と、前記スピーカユニットを収納するキャビネットと、
前記スピーカユニットの振動系と共に動く可動マグネッ
トと、固定マグネットとを備え、前記可動マグネットと
固定マグネットを、前記スピーカユニットの振動系に対
して負のスティフネスを発生させるように構成したこと
により、負のスティフネスの発生を機械的手段によらず
また何らの接触部分もなしに行えるので、機械疲労の発
生や雑音等の発生がない。従って信頼性に優れた実用的
な低音再生スピーカ装置を実現できる。

【００９８】本発明の請求項２記載の低音再生スピーカ
装置によれば、前記固定マグネットをリング状とし、前
記固定マグネットの内周側に前記可動マグネットを配置
したことにより、負のスティフネスを発生させるための
マグネットが２個だけでよいので構造が簡単であり、ま
た固定マグネットのサイズを大きくすることができるの
で非常に大きな負のスティフネスを得ることも容易にで
きる。また発生する負のスティフネスの変位〜力特性カ
ーブがリニアである。従って簡便で性能の非常に優れた
低音再生スピーカ装置を実現できる。

【００９９】本発明の請求項３記載の発明によれば、ス
ピーカユニットの振動系の変位が最大変位に達するより
も前に、発生する負のスティフネスが減少するように前
記可動マグネットと前記固定マグネットを構成したこと
により、スピーカユニットの振動系には最大振幅に達す
る前にブレーキがかかるので、過大入力がスピーカユニ
ットに加わった場合に支持系が急激なつっぱりを生じる
ことがなく、過大入力に対して耐久性のある低音再生ス
ピーカ装置を実現できる。

【０１００】本発明の請求項４記載の発明によれば、前
記スピーカユニットの振動系の変位方向の偏りを検出し
て電気信号を発生する検出手段を備え、前記スピーカユ
ニットを駆動するパワーアンプに前記検出手段からの電
気信号を帰還して、スピーカユニットの振動系の変位方
向の偏りを補正したことにより、発生する負のスティフ
ネスがスピーカユニットの支持系のスティフネスを上回
っても安定に動作するので、キャビネットの内容積を等
価的に極めて大きくした、一層低域再生能力に優れた低
音再生スピーカ装置を実現できる。

【０１０１】本発明の請求項５記載の発明によれば、前
記スピーカユニットの振動系の変位方向の偏りを検出す
る検出手段がホール素子を含むことにより、検出手段の
構成を簡単にした低音再生スピーカ装置を実現できる。

【０１０２】本発明の請求項６記載の発明によれば、非
動作時に、前記スピーカユニットの振動系を変位方向中
心位置付近に保持する手段を備えたことにより、非動作
時にスピーカユニットの振動系が片側に偏って長時間経
過することがないので、エッジやダンパにかかるストレ
スを小さくできる。従って経時変化の少ない長寿命な低
音再生スピーカ装置を実現できる。

【０１０３】本発明の請求項７記載の発明によれば、前
記固定マグネットを電磁石としたことにより、電磁石に
流す電流を増減して発生する負のスティフネスを増減で
きる。従って最低共振周波数が可変できる低音再生スピ
ーカ装置も実現できる。また、非動作時に電磁石の通電
をオフにすることにより、負スティフネスの発生を止め
ることができるので、経時変化の少ない長寿命な低音再
生スピーカ装置を実現できる。

【０１０４】以上のように、本発明は極めて大きな実用
的価値をもつものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の低音再生スピーカ装置
の構造を示した断面図

【図２】本発明の低音再生スピーカ装置の低域再生能力
が向上する原理を示すスティフネスの変位〜力特性カー
ブ図

【図３】本発明の実施の形態１の別の構成を有する低音
再生スピーカ装置の可動マグネットと固定マグネット部
分の構成を示した断面図

【図４】本発明の実施の形態１のさらに別の構成を有す
る低音再生スピーカ装置の可動マグネットと固定マグネ
ット部分の構成を示した断面図

【図５】本発明の実施の形態２の低音再生スピーカ装置
のスティフネスの変位〜力特性カーブ図

【図６】本発明の実施の形態３の低音再生スピーカ装置
の構成を示した断面図

【図７】本発明の実施の形態３の検出手段の回路図

【図８】本発明の実施の形態４の低音再生スピーカ装置
の構成を示した断面図

【図９】従来の低音再生スピーカ装置の構造を示した断
面図

【符号の説明】

１，１１，２１，３１，４１スピーカユニ
ット１ａ，１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ界磁部１ｂ，３１ｂ，４１ｂフレーム１ｃ，１１ｃ，２１ｃ，３１ｃ，４１ｃボイスコイル１ｄ，３１ｄ，４１ｄダンパ１ｅ，３１ｅ，４１ｅエッジ１ｆ，３１ｆ，４１ｆ振動板１ｇ，３１ｇ，４１ｇダストキャッ
プ２，３２，４２キャビネット３，１３，２３，３３，４３可動マグネッ
ト４，１４ａ，１４ｂ，２４，３４，４４固定マグネッ
ト３５，４５ホール素子３５ａ，４５ａ帰還回路３６，４６パワーアンプ４７振動系保持手
段４７ａプランジャ４７ｂロッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スピーカユニットと、前記スピーカユニ
ットを収納するキャビネットと、前記スピーカユニット
の振動系と共に動く可動マグネットと、固定マグネット
とを備え、前記可動マグネットと固定マグネットを、前
記スピーカユニットの振動系に対して負のスティフネス
を発生させるように構成したことを特徴とする低音再生
スピーカ装置。
【請求項２】前記固定マグネットをリング状とし、前
記固定マグネットの内周側に前記可動マグネットを配置
したことを特徴とする請求項１に記載の低音再生スピー
カ装置。
【請求項３】スピーカユニットの振動系の変位が最大
変位に達するよりも前に、発生する負のスティフネスが
減少するように前記可動マグネットと前記固定マグネッ
トを構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の
低音再生スピーカ装置。
【請求項４】前記スピーカユニットの振動系の変位方
向の偏りを検出して電気信号を発生する検出手段を備
え、前記スピーカユニットを駆動するパワーアンプに前
記検出手段からの電気信号を帰還して、スピーカユニッ
トの振動系の変位方向の偏りを補正したことを特徴とす
る請求項１〜３のいずれかに記載の低音再生スピーカ装
置。
【請求項５】前記スピーカユニットの振動系の変位方
向の偏りを検出する検出手段がホール素子を含むことを
特徴とする請求項４に記載の低音再生スピーカ装置。
【請求項６】非動作時に、前記スピーカユニットの振
動系を変位方向中心位置付近に保持する手段を備えたこ
とを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の低音再
生スピーカ装置。
【請求項７】前記固定マグネットを電磁石としたこと
を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の低音再生
スピーカ装置。