JP2005175809A

JP2005175809A - 発音装置

Info

Publication number: JP2005175809A
Application number: JP2003412249A
Authority: JP
Inventors: Tomotoshi Ishikawa; 智敏石川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】低ノイズで効率的に音声出力を行なう。
【解決手段】一定の圧力の圧縮空気を供給できる圧縮空気供給部１０と、この圧縮空気供給部１０からの圧縮空気の流量を音声信号に応じて可変できる流量可変部（変調部）２０と、この流量可変部２０から流入する変調圧縮空気による内圧に応じて振動板等が動き、音圧を発生させる発音部３０と、この発音部３０からの流出空気量を制御する流出空気量一定化部４０とによって、音声信号に応じた音圧を発生させるようにした。また、音声信号は、発音部３０内の圧力を検出するセンサ３１を有し、この検出信号をフィードバックすることにより、高音質の音声を再生できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種スピーカシステム等に用いられる発音装置に関する。

従来より、振動板を振動させて音声出力を行なうスピーカに代えて、空気流の振動によって音声出力を行なう空気流型スピーカが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この空気流型スピーカでは、例えばボイスコイルに供給される音声電流に応じて空気流量を制御する構造を有し、空気流を音声信号に合わせて変調制御し、その振動によって音声出力を行なうものである。
特開昭６３−１３００号公報

しかしながら、上述した従来の空気流型スピーカは、高効率で音声を再生し得るものの、特に、狭い間隙に高速で空気を流すため、そこで乱流が発生し、この乱流によるノイズの発生や音質の悪さを原理的に有しており、実用性に乏しいという欠点があった。
また、通常の振動板を用いたスピーカでは、特に低音域で大きな振動板を大きな容積のキャビネット内で大きい振幅で振動させることが必要となり、効率が悪い上、システム自体の規模が大きくなるという問題があった。
そこで本発明は、低音域を小規模のシステムで効果的に出力することが可能な発音装置、並びに低ノイズで効率的に音声出力を行なうことが可能な発音装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、一定の圧力の圧縮空気を供給できる圧縮空気供給部と、前記圧縮空気供給部からの圧縮空気の流量を音声信号に応じて変調する流量可変部と、前記流量可変部から流入する変調圧縮空気による内圧の変化に応じて振動板を振動させて音圧を発生させる発音部と、前記発音部からの流出空気量を制御する流出空気量一定化部とを有し、前記発音部は、薄型キャビネットの片面または両面に振動板が配置され、前記キャビネットに接続された流入用パイプより前記圧縮空気供給部からの圧縮空気が流入されるとともに、前記キャビネットに接続された流出用パイプより前記流出空気量一定化部に圧縮空気が流出され、前記流出空気量一定化部は、前記発音部から流出用パイプを通して流出される圧縮空気の流速変動を抑制し、前記圧縮空気に含まれる高周波成分を除去するローパスフィルタ機能を有することを特徴とする。

また、本発明は、一定の圧力の圧縮空気を供給できる圧縮空気供給部と、前記圧縮空気供給部からの圧縮空気の流量を音声信号に応じて変調する流量可変部と、前記流量可変部から流入する変調圧縮空気による内圧の変化に応じて振動板を振動させて音圧を発生させる発音部と、前記発音部からの流出空気量を制御する流出空気量一定化部とを有し、前記流量可変部は、圧縮空気供給部からの圧縮空気を通す可撓性チューブと、前記可撓性チューブの径方向断面を変調信号に応じて拡縮変形させるアクチュエータとを有することを特徴とする。

本発明にかかる発音装置によれば、薄型キャビネットの片面または両面に振動板が配置され、このキャビネットに接続された流入用パイプより前段の圧縮空気供給部からの圧縮空気が流入されるとともに、このキャビネットに接続された流出用パイプより後段の流出空気量一定化部に圧縮空気が流出される発音部と、この発音部から流出用パイプを通して流出される圧縮空気の流速変動を抑制し、この圧縮空気に含まれる高周波成分を除去するローパスフィルタ機能を有する流出空気量一定化部とを設けたことから、低音域を小規模のシステムで効果的に出力することが可能な発音装置を提供できる効果がある。
また、本発明は、圧縮空気供給部からの圧縮空気を通す可撓性チューブと、この可撓性チューブの径方向断面を変調信号に応じて拡縮変形させるアクチュエータとを有する流量可変部を設けたことから、発音部に変調した圧縮空気を供給する場合に、圧縮空気を隙間を通して変調する従来装置に比べて、滑らかな変調を行なうことができ、低ノイズで効率的に音声出力を行なうことが可能な発音装置を提供できる効果がある。

本発明の実施の形態による発音装置は、一定の圧力の圧縮空気を供給できる圧縮空気供給部と、この圧縮空気供給部からの圧縮空気の流量を音声信号に応じて可変できる流量可変部（変調部）と、この流量可変部から流入する変調圧縮空気による内圧に応じて振動板等が動き、音圧を発生させる発音部と、この発音部からの流出空気量を制御する流出空気量一定化部とによって、音声信号に応じた音圧を発生させるようにした。また、音声信号は、発音部内の圧力を検出するセンサを有し、この検出信号をフィードバックすることにより、高音質の音声を再生できるようにした。

図１〜図３は本発明の実施例による発音装置のシステム構成を示す図であり、図１は発音装置の各機能要素をブロック化して示すブロック図、図２は図１に示す発音装置の各機能要素の配置構造を示すブロック図、図３は図１に示す発音装置の各機能要素のキャビネット構造を示すブロック図である。
また、図４〜図６は図１に示す発音装置の機能要素の具体的構造例を示す図であり、図４は圧縮空気の流量可変部の構造例を示す断面図、図５は発音部の構造例を示す断面図、図６は発音部に接続された流出空気量一定化部の機能を模式的に示すブロック図である。

図１に示すように、本例の発音装置は、圧縮空気供給部１０、流量可変部２０、発音部３０、流出空気量一定化部４０、及び駆動回路部５０を有している。
圧縮空気供給部１０は、圧縮空気を供給するコンプレッサと、このコンプレッサからの圧縮空気を一時的に貯留して空気圧や空気流を調整するチャンバ（タンク）等から構成され、一定の圧縮空気を流量可変部２０に供給するものである。
流量可変部２０は、圧縮空気供給部１０から送出された圧縮空気に音声信号に応じた変調をかけ、その変調圧した圧縮空気を発音部３０に供給するものである。本例の流量可変部２０は、圧縮空気を通す細長い変形可能な可撓性チューブ（具体的には、後述するシリコンチューブ）を有し、この可撓性チューブの中を圧縮空気を通すとともに、この可撓性チューブの断面径を拡縮するように制御することで、圧縮空気の流れに変調を加えるようになっている。このような流量可変部２０によれば、細長い可撓性チューブの断面径を拡縮する構造であることから、圧縮空気を層流状態を崩すことなく変調をかけることができ、従来の間隙を通す方式に比べて、乱流によるノイズの発生を抑制した音響作用を得ることが可能となる。

発音部３０は、薄型キャビネットの片面に振動板を配置したものであり、流量可変部２０からの変調された圧縮空気によって振動板を振動させて変調信号に応じた音を出力するものである。なお、この発音部３０には、その内部の空気圧を検出する圧力センサ（マイク等）３１が設けられており、この圧力センサ３１の検出信号が駆動回路部５０にフィードバックされ、流量可変部２０の制御に利用される（フィードバック補正手段）。
流出空気量一定化部４０は、発音部３０からの空気の流出路に設けられ、流出する空気ができるだけ一定になるように制御するものであり、発音部３０の振動板を滑らかに振動させるためのローパスフィルタを構成している。
駆動回路部５０は、図示しない音源からの音声信号と圧力センサ３１からの検出信号とを入力して駆動信号（変調信号）を生成する駆動アンプ５１を有し、流量可変部２０を制御するアクチュエータ（具体的には磁気回路のコイル）に駆動信号（変調信号）を供給する。

以上のような構成の発音装置は、例えば図２に示すように設置できる。すなわち、図２に示す例では、圧縮空気供給部１０と流量可変部２０（駆動回路部５０）とを１つのユニットとし、発音部３０と流出空気量一定化部４０とを１つのユニットとし、両者の間を可撓性チューブの延長パイプ６０及び信号線で接続する構成となっている。
すなわち、圧縮空気供給部１０と流量可変部２０は、コンプレッサ等の大重量の要素を含み、体積も比較的大型であるので、部屋の片隅等（場合によっては屋外も可能）に設置し、発音部３０と流出空気量一定化部４０は小型軽量であり、また、音響効果を得るために、設置場所を選ぶ必要もあるので、延長パイプ６０でつなぎ、部屋の中の適当な場所（壁掛け型や家具の間の狭い隙間でも可能）に設置できるようにする。
ただし、延長パイプ６０が長いと音声信号が減衰するため、減衰の許容範囲内で延長パイプ６０の長さを設定し、その範囲で設置することが必要である。
また、この場合のキャビネットの構成例としては、図３に示すようになり、圧縮空気供給部１０のコンプレッサ７１やタンク７２、及び流量可変部２０を構成する変調部７３等を内蔵したキャビネット８１と、発音部３０の振動板７４、及び流出空気量一定化部４０の流出孔７５等を設けたキャビネット８２とを延長パイプ６０で接続した構成となっている。
なお、本発明において、チューブ及びパイプという用語は、最大限広い意味を含むものとし、可撓性の有無や材質等は特に記述のあるものを除き問わないものとする。

次に、図４を用いて流量可変部２０の具体的構成例について説明する。なお、図４（Ａ）は流量可変部２０を圧縮空気の流通方向に沿って切断した状態を示す断面図であり、図４（Ｂ）は流量可変部２０を圧縮空気の流通方向の直交方向に沿って切断した状態を示す断面図である。
この流量可変部２０は、チューブ保持プレート１１０の下面に配置したシリコンチューブ１２０を磁気アクチュエータ１３０によって押圧し、その断面形状を拡縮変形することにより、シリコンチューブ１２０内に通る圧縮空気の流量を増減し、空気流を変調するようにしたものである。
シリコンチューブ１２０の両端には、圧縮空気供給部１０からの圧縮空気供給パイプ（流入用パイプ）９０と上述した延長パイプ（流出用パイプ）６０とが接続されている。
磁気アクチュエータ１３０は、磁気回路を構成する略コ字形のヨーク１３１と、このヨーク１３１の一方の凸部に片持ち構造で支持され、先端部に変調用の突起部１３２Ａを有する押圧プレート１３２と、ヨーク１３１の他方の凸部に巻回された駆動用コイル１３３とを有する。

押圧プレート１３２の突起部１３２Ａは、シリコンチューブ１２０の中途部を押圧する状態で配置され、その反対側に駆動用コイル１３３が配置されている。したがって、この駆動用コイル１３３に変調信号を印加することにより、その変調信号の振幅及び周期に応じた磁束（矢印Ａ）がヨーク１３１及び押圧プレート１３２に流れ、押圧プレート１３２の突起部１３２Ａがコイル１３３側に吸引され、突起部１３２Ａの位置が変位する。したがって、この押圧プレート１３２の突起部１３２Ａの変位によってシリコンチューブ１２０への押圧力が変化し、圧縮空気の流通するシリコンチューブ１２０の断面積が変化する。なお、図４（Ｂ）に示す断面は、円形断面のシリコンチューブ１２０が半円形の断面に変形した状態を示している。

このような構成の流量可変部２０では、駆動用コイル１３３に駆動回路部５０からの変調信号を供給することにより、押圧プレート１３２の突起部１３２Ａによってシリコンチューブ１２０の断面積が変化し、圧縮空気の流量が変調される。
そして、本例では、細長いチューブ１２０の断面積の拡縮によって圧縮空気を変調することから、従来のように間隙を通す変調方式に比べて、滑らかな変調を行なうことができる。このため、圧縮空気の層流を乱すことなく変調でき、乱流の発生によるノイズの発生を抑制でき、ノイズのない構成が可能となる。
なお、可撓性を有する可撓性チューブとしては、シリコンチューブに限定されず、他の樹脂製チューブ等を値用することが可能となる。また、アクチュエータは磁気回路を用いたものでなく、圧電素子等を用いたものであってもよい。

次に、図５を用いて発音部３０の具体的構成例について説明する。なお、図５（Ａ）は発音部３０の第１の例を示しており、図５（Ｂ）は発音部３０の第２の例を示している。
まず、図５（Ａ）によって第１の例について説明する。本例の発音部３０Ａは、薄型キャビネットを構成する底板２１０と、底板２１０の外周に設けられた外周枠２２０と、この外周枠２２０に弾性体２３０を介して装着された振動板２４０とを有している。
すなわち、本例の発音部３０Ａは、剛性の振動板２４０を用いたものであり、この振動板２４０が内部の気圧変化によって弾性体２３０を介して振動板２４０が振動し、音を外部に放出する。
また、底板２１０、外周枠２２０、弾性体２３０、及び振動板２４０は、基本的には互いに気密状態で接合されているが、外周枠２２０の一方の側部には、上述した延長パイプ６０が接続され、発音部３０Ａの内部に圧縮空気を供給している。
また、外周枠２２０の他方の側部には、上述した流出空気量一定化部４０への流出パイプ４００が接続され、発音部３０Ａの内部から圧縮空気を排出している。
また、底板２１０の内側面には、上述した圧力センサ３１が設けられており、内部の空気圧を検出する。本例の発音部３０Ａでは、振動板２４０の面方向に流入する圧縮空気によって振動板２４０を振動させているため、圧縮空気の変調状態と振動板２４０の振動状態の間に、ある位相差（歪み）を有することが予想されることから、圧力センサ３１によって振動板２４０の振動状態を検出し、これをフィードバックして変調信号を補正することにより、圧縮空気の変調状態と振動板２４０の振動状態の間の歪みを除去することができる。
なお、本例では、振動板２４０を片側に設けたが、両側に設けたものであってもよい。

次に、図５（Ｂ）によって第２の例について説明する。本例の発音部３０Ｂは、薄型キャビネットを構成する底板３１０と、底板３１０の外周に設けられた外周枠３２０と、この外周枠３２０に装着された振動板３３０とを有している。
すなわち、本例の発音部３０Ｂは、弾性の振動板３３０を用いたものであり、この振動板３３０が内部の気圧変化によって振動板３３０が振動し、音を外部に放出する。
また、この発音部３０Ｂにおいても、底板３１０、外周枠３２０、及び振動板３３０は、基本的には互いに気密状態で接合されているが、外周枠３２０の一方の側部には、上述した延長パイプ６０が接続され、発音部３０Ｂの内部に圧縮空気を供給している。
また、外周枠３２０の他方の側部には、上述した流出空気量一定化部４０への流出パイプ４００が接続され、発音部３０Ｂの内部から圧縮空気を排出している。
また、底板３１０の内側面には、上述した圧力センサ３１が設けられており、内部の空気圧を検出する。本例の発音部３０Ｂでは、振動板３３０の面方向に流入する圧縮空気によって振動板３３０を振動させているため、圧縮空気の変調状態と振動板３３０の振動状態の間に、ある位相差（歪み）を有することが予想されることから、圧力センサ３１によって振動板３３０の振動状態を検出し、これをフィードバックして変調信号を補正することにより、圧縮空気の変調状態と振動板３３０の振動状態の間の歪みを除去することができる。
なお、本例では、振動板３３０を片側に設けたが、両側に設けたものであってもよい。

次に、図６を用いて流出空気量一定化部４０の機能について説明する。図６に示すように、本例の流出空気量一定化部４０は、発音部３０からの流出パイプ４００と、この流出パイプ４００を包囲したチャンバ（タンク）４１０と、このチャンバ４１０の側面に設けられた排気ダクト４２０とを有し、チャンバ４１０と排気ダクト４２０とによってバスレフ型スピーカと同様の原理を用いてローパスフィルタを構成したものである。
流出パイプ４００は、流速一定化のために、細く長い形状のものであり、流速の上昇に応じて空気抵抗が増加し、流速を抑制するような機能を有している。なお、流出パイプ４００の内側面に流速の上昇に応じて空気抵抗が増加するような性質の吸音材等を装着することも効果的である。また、この流出パイプ４００は途中で湾曲していてもよい。
また、チャンバ４１０の容積や排気ダクト４２０の寸法は、必要なローパスフィルタの特性に対応して決定される。このような流出空気量一定化部４０では、ローパスフィルタ機能によって変調圧縮空気流に含まれる高周波ノイズ成分を除去し、特に低音域の出力に有効なスピーカを構成することが可能となっている。
なお、図６に示すように、流出パイプ４００と排気ダクト４２０を全てチャンバ４１０内に内包した構造により、外観形状を単純化し、省スペース化を図った構造を実現できる。

以上のような本実施例の発音装置では、次のような効果を得ることが可能である。
１、大きな容積のキャビネット等が必要なく、大音量で低音を効率よく出力できる。
２、各機能要素は、配置の自由度が高いため、設計時の自由度が向上する。
３、簡単な圧力センサ（マイク等）でモーショナルフィードバックがかけられる。
なお、以上の発音装置の製作においては、次のような工夫を施すものとする。
一般に、空気は流速が急激に変化したり（流れる断面積が急に変化したり）、空気抵抗の高い部分では、乱流等によるノイズが発生しやすい。その対策として、断面積が変化する部分は滑らかに変化するようにし（テーパーや曲率（Ｒ）を付けたり、吸音材による空気抵抗を用いたり、吸音したりし）、できうる限り、ノイズの発生を抑えるのが望ましい。抵抗分を作成するのにも、断面積だけでなく、吸音材等の抵抗分も使用する。振動板、エッジ等もノイズを容易に通過させない材質を選ぶ、発音部の内側にも吸音材を入れる等の工夫を行う。
また、排出空気量の完全一定化は難しいため、振動板の音圧と排出空気との相殺でシステムの音圧が落ちることがある。その場合、空気排出部に、チャンバとダクトによるローパスフィルタを構成し、ある周波数（３０Ｈｚ等）以上の変動は外部に出ないようにする。ここにもチャンバ等に吸音材等入れてノイズの吸音を図る。

本発明の実施例に係る発音装置の各機能要素をブロック化して示すブロック図である。図１に示す発音装置の各機能要素の配置構造を示すブロック図である。図１に示す発音装置の各機能要素のキャビネット構造を示すブロック図である。図１に示す発音装置の圧縮空気の流量可変部の構造例を示す断面図である。図１に示す発音装置の発音部の構造例を示す断面図である。図１に示す発音装置の発音部に接続された流出空気量一定化部の機能を模式的に示すブロック図である。

符号の説明

１０……圧縮空気供給部、２０……流量可変部、３０……発音部、３１……圧力センサ、４０……流出空気量一定化部、５０……駆動回路部。

Claims

一定の圧力の圧縮空気を供給できる圧縮空気供給部と、
前記圧縮空気供給部からの圧縮空気の流量を音声信号に応じて変調する流量可変部と、
前記流量可変部から流入する変調圧縮空気による内圧の変化に応じて振動板を振動させて音圧を発生させる発音部と、
前記発音部からの流出空気量を制御する流出空気量一定化部とを有し、
前記発音部は、薄型キャビネットの片面または両面に振動板が配置され、前記キャビネットに接続された流入用パイプより前記圧縮空気供給部からの圧縮空気が流入されるとともに、前記キャビネットに接続された流出用パイプより前記流出空気量一定化部に圧縮空気が流出され、
前記流出空気量一定化部は、前記発音部から流出用パイプを通して流出される圧縮空気の流速変動を抑制し、前記圧縮空気に含まれる高周波成分を除去するローパスフィルタ機能を有する、
ことを特徴とする発音装置。
前記発音部内の空気圧を検出する圧力センサと、前記圧力センサの検出信号を前記流量可変部にフィードバックして圧縮空気の変調信号を補正するフィードバック補正手段を有することを特徴とする請求項１記載の発音装置。
前記流出空気量一定化部は、前記流出用パイプの流出口を包囲したチャンバと、前記チャンバ内の圧縮空気を排出するダクトとを有していることを特徴とする請求項１記載の発音装置。
前記流量可変部は、圧縮空気供給部からの圧縮空気を通す可撓性チューブと、前記可撓性チューブの径方向断面を変調信号に応じて拡縮変形させるアクチュエータとを有することを特徴とする請求項１記載の発音装置。
前記圧縮空気供給部と流量可変部がユニット化され、前記発音部と流出空気量一定化部がユニット化されていることを特徴とする請求項１記載の発音装置。
前記流量可変部と発音部とが長尺な延長パイプで接続されていることを特徴とする請求項１記載の発音装置。
一定の圧力の圧縮空気を供給できる圧縮空気供給部と、
前記圧縮空気供給部からの圧縮空気の流量を音声信号に応じて変調する流量可変部と、
前記流量可変部から流入する変調圧縮空気による内圧の変化に応じて振動板を振動させて音圧を発生させる発音部と、
前記発音部からの流出空気量を制御する流出空気量一定化部とを有し、
前記流量可変部は、圧縮空気供給部からの圧縮空気を通す可撓性チューブと、前記可撓性チューブの径方向断面を変調信号に応じて拡縮変形させるアクチュエータとを有する、
ことを特徴とする発音装置。
前記アクチュエータは磁気回路とその駆動用コイルとを有し、前記駆動用コイルに変調信号を供給することにより、磁気回路に生じる磁束を制御し、前記可撓性チューブを変形制御する押圧部材を変位させることを特徴とする請求項７記載の発音装置。