JP2007318586A - ハイブリッドアクチュエータ、スピーカ装置および音声出力方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】広帯域の音声出力を良好に得る。
【解決手段】ハイブリッドアクチュエータ100Aは、磁歪素子111を持つ磁歪アクチュエータ110、および可動部132の外周にボイスコイル131a,131bが取り付けられている可動コイル型アクチュエータ130を有している。アクチュエータ110は、アクチュエータ130の可動部132に、駆動ロッド(変位伝達部)の変位出力の方向がこの可動部の変位方向と同一となるように固定されている。駆動ロッド113の先端に、アクチュエータ110による高域音声信号に係る変位出力と共に、アクチュエータ110がアクチュエータ130の可動部132に固定されていることで、当該アクチュエータ130による低域音声信号に係る変位出力も得られる。駆動ロッド113の先端を音響振動板に当接することで、広帯域の音声出力を得ることができる。
【選択図】図1
【解決手段】ハイブリッドアクチュエータ100Aは、磁歪素子111を持つ磁歪アクチュエータ110、および可動部132の外周にボイスコイル131a,131bが取り付けられている可動コイル型アクチュエータ130を有している。アクチュエータ110は、アクチュエータ130の可動部132に、駆動ロッド(変位伝達部)の変位出力の方向がこの可動部の変位方向と同一となるように固定されている。駆動ロッド113の先端に、アクチュエータ110による高域音声信号に係る変位出力と共に、アクチュエータ110がアクチュエータ130の可動部132に固定されていることで、当該アクチュエータ130による低域音声信号に係る変位出力も得られる。駆動ロッド113の先端を音響振動板に当接することで、広帯域の音声出力を得ることができる。
【選択図】図1
Description
この発明は、例えば音響振動板に音声信号に基づく振動を与えて音声出力を得るためのハイブリッドアクチュエータ、スピーカ装置および音声出力方法に関する。詳しくは、この発明は、磁歪素子の伸縮による変位を出力する変位伝達部を有する磁歪アクチュエータ部を、可動コイル型アクチュエータの可動部に、変位伝達部の変位出力の方向がこの可動部の変位方向と同一となるように固定したハイブリッド構造とすることによって、広帯域の音声出力を良好に得ることを可能にしたハイブリッドアクチュエータ等に係るものである。
従来、例えば特許文献1に記載されているように、磁歪アクチュエータで振動板を駆動して音声出力を得るスピーカ装置が知られている。磁歪アクチュエータとは、外部磁界を与えると形状が変化する磁歪素子を使用したアクチュエータである。近年、磁歪素子として、その変化量が従来の1000倍近くまで変化する超磁歪素子が現れている。磁歪アクチュエータは発生応力が大きいため、小型であっても、振動させるべき音響振動板によっては、比較的大きな音声出力を得ることができるというメリットがある。
この磁歪アクチュエータは、磁界変化により寸法変化を起こし、駆動力を発生させるために変位出力応答になる。ここで、音声信号を扱う場合における音圧を考える。なおここでは、音圧が加速度に比例するので、磁歪アクチュエータの加速度出力応答を考える。この磁歪アクチュエータの加速度出力応答は、図12の曲線aに示すように、右肩上がりの特性になる。その結果、この磁歪アクチュエータでは、低域における音圧は低く、この低域に関する歪も比較的に大きいというデメリットがある。
従来、例えば特許文献2に記載されているように、この磁歪アクチュエータのデメリットを克服するために、この磁歪アクチュエータと可動コイル型アクチュエータとを備えたハイブリッド構成のスピーカ装置が考えられている。
特開平04−313999号公報
特開2004−363967号公報
上述の特許文献2に記載されるスピーカ装置では、磁歪アクチュエータの磁気回路における磁束経路と可動コイル型アクチュエータの磁気回路における磁束経路とが分かれていない。そのため、可動コイル型アクチュエータの磁気回路における磁束経路に透磁率が8程度と低い磁歪素子が挿入された状態となっており、この可動コイル型アクチュエータを低域音声信号で駆動したとしても当該低域音声信号に対応した変位出力を十分に得ることはできず、低域の音声出力が弱いものとなる。
この発明の目的は、広帯域の音声出力を良好に得ることを可能にすることにある。
この発明の概念は、
磁歪素子、マグネットを持ち上記磁歪素子に磁気的バイアスを与える第1の磁気回路、および上記磁歪素子の伸縮方向に磁界を発生する磁界発生コイルを有すると共に、上記磁歪素子の伸縮による変位を出力する変位伝達部を有する磁歪アクチュエータ部と、
ボイスコイルが取り付けられた可動部、およびマグネットを持ち上記ボイスコイルに鎖交する磁束を発生する第2の磁気回路を有する可動コイル型アクチュエータを備え、
上記磁歪アクチュエータ部は、上記可動コイル型アクチュエータの可動部に、上記変位伝達部の変位出力の方向が該可動部の変位方向と同一となるように、固定されている
ことを特徴とするハイブリッドアクチュエータにある。
磁歪素子、マグネットを持ち上記磁歪素子に磁気的バイアスを与える第1の磁気回路、および上記磁歪素子の伸縮方向に磁界を発生する磁界発生コイルを有すると共に、上記磁歪素子の伸縮による変位を出力する変位伝達部を有する磁歪アクチュエータ部と、
ボイスコイルが取り付けられた可動部、およびマグネットを持ち上記ボイスコイルに鎖交する磁束を発生する第2の磁気回路を有する可動コイル型アクチュエータを備え、
上記磁歪アクチュエータ部は、上記可動コイル型アクチュエータの可動部に、上記変位伝達部の変位出力の方向が該可動部の変位方向と同一となるように、固定されている
ことを特徴とするハイブリッドアクチュエータにある。
この発明において、磁歪アクチュエータ部は磁歪素子を有している。この磁歪素子に、マグネットを持つ第1の磁気回路により、磁気的バイアスが与えられる。この場合、第1の磁気回路における磁束経路に磁歪素子が挿入される。この磁気的バイアスにより、磁歪素子は予めある程度伸張された状態とされ、磁界発生コイルで発生される磁界で、伸張だけでなく圧縮も可能となる。
磁界発生コイルにより、磁歪素子の伸縮方向に磁界が発生される。この磁界発生コイルに、例えば高域(第1の周波数帯域)の音声信号に係る電流を流すことで、磁歪素子は高域音声信号に応じて伸縮される。この磁歪素子の伸縮による変位が変位伝達部から出力される。この場合、磁歪素子の伸縮による変位は、直接、あるいは変位拡大器で拡大されて変位伝達部に伝えられる。
また、可動コイル型アクチュエータは、ボイスコイルが取り付けられた可動部を有している。マグネットを持つ第2の磁気回路により、このボイスコイルに鎖交する磁束が発生される。ボイスコイルに、例えば低域(第1の周波数帯域より低域側の第2の周波数帯域であって、その一部が第1の周波数帯域と重なっていてもよい)の音声信号による電流を流すことで、可動部は、ローレンツ力により軸方向に変位される。
上述の磁歪アクチュエータ部は、この可動部に、その変位伝達部の変位出力の方向がこの可動部の変位方向と同一となるように、固定されている。そのため、この可動部の軸方向の変位は、上述した磁歪アクチュエータ部の変位伝達部にも伝達される。したがって、変位伝達部からは、磁歪素子の伸縮による変位出力(例えば高域音声信号に係る変位出力)が得られる他に、これに重畳された状態で、可動コイル型アクチュエータの可動部の変位に対応した変位出力(例えば低域音声信号に係る変位出力)も得られる。
上述の磁歪アクチュエータ部の変位伝達部が直接的または間接的に音響振動板に当接されてスピーカ装置が構成される。音響振動板としては、例えば平面型振動板、あるいは筒型振動板が用いられる。平面型振動板が用いられる際には、上述の変位伝達部が当該平面型振動板の一の面に当接される。
また、筒型振動板が用いられる際には、上述の変位伝達部が当該筒型振動板の一方の端面に当接される。この場合、音響振動板が面方向(面に平行な方向)の振動成分をもってアクチュエータで加振されるため、当該音響振動板を音声信号に基づいた弾性波が面方向に伝播していく。そして、この弾性波が音響振動板を伝播する際に縦波、横波、縦波・・・のモード変換を繰り返し、縦波と横波との混在波となり、この横波によって音響振動板の面内方向(面に垂直な方向)の振動が励振され、当該音響振動板の面から音波が外部に放射され、音声出力が得られる。
音響振動板をその面方向の振動成分をもって加振することで、加振点に大きな横波は発生せず、この加振点から放射される音波が他の位置から放射される音波に比べて非常に大きな音として聴取されるということがなく、音響振動板の全体に渡って音像が定位するようになり、広がり感のある音像を得ることが可能となる。
上述のように磁歪アクチュエータ部の変位伝達部に上述したように当該磁歪アクチュエータ部による変位出力および可動コイル型アクチュエータによる変位出力が重畳されて得られるため、音響振動板は双方のアクチュエータによる変位出力で振動され、音声出力が得られる。例えば、磁歪アクチュエータ部が高域音声信号で駆動され、可動コイル型アクチュエータが低域音声信号で駆動されることで、音響振動板からは広帯域の音声信号が良好に得られる。またこの場合、磁歪アクチュエータ部の変位伝達部という単一の駆動点から、双方のアクチュエータによる変位出力が音響振動板に伝達されるものであり、まとまりのよい音声出力が得られる。
なお、磁歪アクチュエータ部の第1の磁気回路および可動コイル型アクチュエータの第2の磁気回路における磁束経路の一部が共通化されるようにしてもよい。この場合、磁歪素子は第1の磁気回路の磁束経路を構成するようにされ、当該磁歪素子に磁気的バイアスがあたえられる。これに対して、磁歪素子は第2の磁気回路の磁束経路を構成しないようにされ、可動コイル型アクチュエータの変位動作に透磁率の低い磁歪素子が悪影響を与えないようにされる。このように磁束経路の一部が共通化されることで、軽量、小型化が可能となる。また、磁束経路の一部が共通化されることで、第1の磁気回路および第2の磁気回路のマグネットを兼用でき、安価に構成することが可能となる。
この発明によれば、磁歪素子の伸縮による変位を出力する変位伝達部を有する磁歪アクチュエータ部を、可動コイル型アクチュエータの可動部に、変位伝達部の変位出力の方向がこの可動部の変位方向と同一となるように固定したハイブリッド構造とするものであり、広帯域の音声出力を良好に得ることができる。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について説明する。図1に示す断面図は、実施の形態としてのハイブリッドアクチュエータ100Aの構成を示している。このハイブリッドアクチュエータ100Aは、磁歪アクチュエータ部を構成する磁歪アクチュエータ110と、可動コイル型アクチュエータ130とを備えている。
磁歪アクチュエータ110は、以下のように構成されている。すなわち、この磁歪アクチュエータ110は、長手方向に伸縮する棒状の磁歪素子111と、この磁歪素子111の伸縮方向に磁界を発生する磁界発生コイル(ソレノイドコイル)112と、磁歪素子111の一端に連結され、この一端に得られる変位出力を伝達する可動部材たる駆動ロッド113と、磁歪素子111および磁界発生コイル112を収納する収納部114と、磁歪素子111に物理的バイアス(動的バイアス)を与えるバネ115と、全体を覆うアルミニウム筐体116とを有している。ここで、駆動ロッド113は、磁歪素子111の伸縮による変位を出力する変位伝達部を構成している。
収納部114は、固定盤117、リング状マグネット(永久磁石)118および筒状ヨーク119で構成されている。固定盤117には磁歪素子111の他端が固定されており、当該固定盤117によって磁歪素子111が支持されている。この磁歪素子111の一端は、上述したように、駆動ロッド113に連結されている。また、固定盤117上には、磁歪素子111の周囲に位置するように、磁界発生コイル112が固定されている。
また、この固定盤117上には、3個のリング状マグネット118および2個の筒状ヨーク119が、磁歪素子111および磁界発生コイル112の周囲に位置するように、交互に積層されて固定されている。ここで、固定盤117、リング状マグネット118および筒状ヨーク119は、磁歪素子111および駆動ロッド113と共に、磁気回路(第1の磁気回路)を構成している。
この場合、磁歪素子111は、この磁気回路における磁束経路に挿入された状態となっている。この磁気回路は、磁歪素子111に磁気的バイアス(静的バイアス)を与えるために設けられている。この磁気的バイアスにより、磁歪素子は、予めある程度伸張された状態とされ、磁界発生コイル112で発生される磁界で、伸張だけでなく圧縮も可能とされる。固定盤117および筒状ヨーク119、さらには駆動ロッド113を強磁性体で構成することで、磁歪素子111に効率よく磁気的バイアスを印加できる。
アルミニウム筐体116は、外形が円柱状とされており、その内部に、上述した磁歪素子111、磁界発生コイル112、駆動ロッド113および収納部114(固定盤117、リング状マグネット118、筒状ヨーク119)が納められている。なお、アルミニウム筐体116の、上述した磁歪素子111の一端側の面の中心には、円形の開口120が設けられている。上述の駆動ロッド113の先端は、この開口120を通して外部に突出されている。
バネ115は、アルミニウム筐体116の開口120が設けられ面と駆動ロッド113との間に配置されている。このバネ115は、磁歪素子111に、一端側から他端側に向かう方向に、所定の大きさの付勢力を、上述した物理的バイアス(動的バイアス)として与えている。これにより、磁歪素子111の変位出力の線形性が高められている。
磁歪アクチュエータ110は以上のように構成されており、磁界発生コイル112に、高域音声信号(音声信号の高域成分)に係る電流を流して、磁歪素子111の伸縮方向に磁界を発生させることで、この磁歪素子111は高域音声信号応じて伸縮され、その一端、従って駆動ロッド113の先端には、高域音声信号に係る変位出力が得られる。
可動コイル型アクチュエータ130は、ボイスコイル(可動コイル)131a,131bが外周に取り付けられた可動部132と、この可動部132の外周に配置されたリング状マグネット133および筒状ヨーク134とを有している。可動部132は、中心部が空洞とされた円筒状の強磁性体、例えば鉄で形成されている。
リング状マグネット133は2個の筒状ヨーク134に挟まれた状態とされており、これらリング状マグネット133および2個の筒状ヨーク134は積層状態とされている。これらリング状マグネット133および筒状ヨーク134は、上述した可動部132と共に、磁気回路(第2の磁気回路)を構成している。この磁気回路は、ボイスコイル131a,131bに鎖交する磁束を発生する。筒状ヨーク134は、上述した磁歪アクチュエータ110の筒状ヨーク119と同様に、強磁性体で構成することで、当該鎖交磁束を効率よく発生できる。
なお、可動部材132の上端、下端に取り付けられたボイスコイル131a,131bは、それぞれの位置における磁束方向が逆となるので、互いの巻き方向は逆とされて、ボイスコイル131a,131bで発生するローレンツ力が同一方向となるようにされている。
可動部132の上面外周部と上側の筒状ヨーク134の上面との間にダンパ135aが介装され、また可動部132の下面外周部と下側の筒状ヨーク134の下面との間にダンパ135bが介装されている。これにより、固定部(リング状マグネット133および筒状ヨーク134の積層部)に対して、可動部132が変位自在に固定される。
可動コイル型アクチュエータ130は以上のように構成されており、ボイスコイル131a,131bに、低域音声信号(音声信号の低域成分)に係る電流を流すことで、可動部132は、ローレンツ力により、低域音声信号に応じて軸方向(磁歪アクチュエータ110の磁歪素子111の伸縮方向と同じ)に変位される。
上述した、磁歪アクチュエータ110は、この可動コイル型アクチュエータ130の可動部132に、同軸的に固定される。これにより、駆動ロッド113の変位出力の方向は、この可動部132の変位方向と同一となる。この場合、可動部132の上面側に、磁歪アクチュエータ110の固定盤117側が、例えば接着固定される。なお、ここで同軸的にというのは、磁歪アクチュエータ110の中心軸と、可動コイル型アクチュエータ130の中心軸とを一致、あるいはほぼ一致させて、という意味である。
磁歪アクチュエータ110が可動コイル型アクチュエータ130の可動部132に同軸的に固定されることで、この可動部132の軸方向の変位は、上述した磁歪アクチュエータ110の磁歪素子111にも伝達される。そのため、この磁歪素子111の一端、従って駆動ロッド113の先端には、図2に示すように、上述した磁歪アクチュエータ110自体で発生される高域音声信号に係る変位出力DPmが得られる他に、これに重畳された状態で、可動コイル型アクチュエータ130で発生される低域音声信号に係る変位出力DPvも得られる。
なお、図2は、可動コイル型アクチュエータ130の固定部(リング状マグネット133および筒状ヨーク134からなる積層部)が、固定板122を介して、例えば机上に置かれた状態を示している。
図3は、上述した磁歪アクチュエータ110および可動コイル型アクチュエータ130の駆動系を示している。
音楽信号ソースとしての、例えばCD(Compact Disc)プレーヤ150からの音声信号SAはDSP(Digital SignalProcessor )151に供給され、ハイブリッドアクチュエータ補正、つまり磁歪アクチュエータ110および可動コイル型アクチュエータ130の出力特性に関する補正処理等が行われる。
DSP151で補正処理された後の音声信号SAはアンプ152で増幅される。そして、このアンプ152で増幅されて得られた信号電流のうち、高域成分(例えば2kHz〜20kHzの成分)がコンデンサおよびコイルからなるハイパスフィルタ(HPF)153で抽出されて、磁歪アクチュエータ110の磁界発生コイル112に供給される。
また、アンプ152で増幅されて得られた信号電流のうち、低域成分(例えば350Hz〜2kHzの成分)がコイルおよびコンデンサからなるローパスフィルタ(LPF)154で抽出されて、可動コイル型アクチュエータ130のボイスコイル131a,131bに供給される。なお、高域と低域とは一部が重なっていてもよい。例えば、高域が2kHz〜20kHz、低域が350Hz〜3kHz等である。
なお、図3に示す駆動系では、1個のアンプ152の出力側にハイパスフィルタ153およびローパスフィルタ154を配置して高域成分および低域成分に分離して各コイルに供給するものを示したが、DSP151から高域成分および低域成分を分離して出力し、それぞれの成分を別個のアンプで増幅して各コイルに供給する構成とすることもできる。 次に、図1に示すハイブリッドアクチュエータ100Aを用いたスピーカ装置について説明する。図4は、ハイブリッドアクチュエータ100Aを用いたスピーカ装置200Aを示している。このスピーカ装置200Aは、音響振動板として平面型振動板210を用いている。
このスピーカ装置200Aでは、平面型振動板210の一の面に、ハイブリッドアクチュエータ100Aの駆動ロッド113の先端が接着、あるいはネジ止めされている。この場合、ハイブリッドアクチュエータ100Aが、自身の慣性力によって、平面型振動板210を加振する。
上述したように磁歪アクチュエータ110が高域音声信号で駆動され、可動コイル型アクチュエータ130が低域音声信号で駆動される場合、上述したように磁歪アクチュエータ110の駆動ロッド113の先端に得られる、高域音声信号に係る変位出力DPmおよび低域音声信号に係る変位出力DPvにより平面型振動板210が振動させられ、従ってこの平面型振動板210から広帯域の音声出力が得られる。
図5は、ハイブリッドアクチュエータ100を用いたスピーカ装置200Bを示している。このスピーカ装置200Bは、図4に示すスピーカ装置200Aと同様に、音響振動板として平面型振動板210を用いている。
このスピーカ装置200Bでは、平面型振動板210の一の面にハイブリッドアクチュエータ100Aの駆動ロッド113の先端が当接された状態で、可動コイル型アクチュエータ130の固定部(リング状マグネット133および筒状ヨーク134からなる積層部)が、固定部材220をもって平面型振動板210の一の面に固定されている。この場合、可動コイル型アクチュエータ130の固定部から見て、磁歪アクチュエータ110の駆動ロッド113の先端の変位によって、平面型振動板210を加振する。
このスピーカ装置200Bにおいては、上述したように磁歪アクチュエータ110が高域音声信号で駆動され、可動コイル型アクチュエータ130が低域音声信号で駆動されるとき、上述したように磁歪アクチュエータ110の駆動ロッド113の先端に得られる、高域音声信号に係る変位出力DPmおよび低域音声信号に係る変位出力DPvにより平面型振動板210が振動させられ、従ってこの平面型振動板210から広帯域の音声出力が得られる。
図6〜図9は、ハイブリッドアクチュエータ100を用いたスピーカ装置200Cを示している。このスピーカ装置200Cは、音響振動板としてパイプ230を用いている。図6はスピーカ装置200の斜視図、図7はスピーカ装置200Cの縦断面図、図8はスピーカ装置200Cの上面図、図9はスピーカ装置200Cの底面図である。
このスピーカ装置200Cは、ベース筐体231と、パイプ232と、ハイブリッドアクチュエータ100A(図1、図2参照)と、スピーカユニット234とを有している。パイプ232は、音響振動板としての筒型振動板を構成している。
ベース筐体231は、例えば合成樹脂で形成されている。このベース筐体231は、全体として円板状に形成されているが、その中央部に円柱状に貫通した開口部235が設けられている。このベース筐体231の下面外周側に沿って所定本、この実施の形態では3本の脚部236が等角間隔で植立されている。
脚部236を3本とするとき、これら3本の脚部236は設置面に必ず接するため、例えば4本の脚部を設ける場合に比べて、安定した設置が可能となる。また、ベース筐体231の下面に脚部236を設けることで、ベース筐体231の下面を設置面から離間させることができ、このベース筐体231の下面側に取り付けられるスピーカユニット234からの音波が外部に放射することを可能としている。
パイプ232は、所定材料、例えば透明なアクリルで形成されている。このパイプ232はベース筐体231に固定されている。すなわち、このパイプ232の下端部が、複数箇所、この実施の形態では4箇所で、金属製のL字アングル237を用いて、ベース筐体231の上面に固定されている。パイプ232のサイズは、一例として、例えば、長さが1000mm、直径が100mm、厚さが2mmである。
この場合、L字アングル237の一端および他端には、図示しないが、ネジ止め用の丸孔が形成されている。このL字アングル237の一端はビス239を用いてベース筐体231の上面にネジ止めされる。ベース筐体231には、ビス239のネジ部と螺合するネジ溝(図示せず)が形成されている。この場合、L字アングル237の一端とベース筐体231の上面との間には、リング状のゴム材等で構成されるダンピング材238が介在される。
また、L字アングル237の他端は、ビス240およびナット241を用いて、パイプ232の下端部にネジ止めされる。パイプ232の下端部には、ビス240のネジ部を通すための丸穴(図示せず)が形成されている。このL字アングル237の他端とパイプ232の外面との間、およびナット241とパイプ232の内面との間には、それぞれ、リング状のゴム材等で構成されるダンピング材242,243が介在される。
このように、ダンピング材238,242,243を介在させることで、ハイブリッドアクチュエータ100Aによる振動(弾性波)がパイプ232およびL字アングル237を通じてベース筐体231に伝播することを阻止でき、ベース筐体231側への音像定位が防止される。
複数個、本実施の形態では4個のハイブリッドアクチュエータ100Aがベース筐体231に固定されている。4個のハイブリッドアクチュエータ100Aは、パイプ232の下端部側の円形端面に沿って等間隔に配置されている。この場合、ベース筐体231にはハイブリッドアクチュエータ100Aを収納するための収納穴244が形成されている。ハイブリッドアクチュエータ100Aはこの収納穴244に収納されることで、ベース筐体231に固定される。
図10は、ハイブリッドアクチュエータ100Aの固定状態を示している。ハイブリッドアクチュエータ100Aは、可動コイル型アクチュエータ130の固定部(リング状マグネット133および筒状ヨーク134からなる積層部)が、収納穴244の内壁に例えば接着固定された状態とされる。これにより、可動コイル型アクチュエータ130の可動部132は軸方向に変位可能となる。
収納穴244の底面とハイブリッドアクチュエータ100Aとの間には、ゴム材等で構成されるダンピング材245が介在される。このようにダンピング材245を介在させることで、ハイブリッドアクチュエータ100Aによる振動がベース筐体231に伝播することを阻止でき、ベース筐体231側への音像定位が防止される。
ハイブリッドアクチュエータ100Aがベース筐体231の収納穴244に収納固定された状態では、このハイブリッドアクチュエータ100Aの駆動ロッド113の先端はパイプ232の下端部側の端面に当接した状態となる。この場合、駆動ロッド113の変位方向は、この端面に直交する方向、従ってパイプ232の軸方向とされる。この軸方向は、パイプ232の面方向(面に平行な方向)でもある。このような配置状態とすることで、ハイブリッドアクチュエータ100Aは、パイプ232の下端部側の端面から、この端面に直交した方向の振動成分をもって、パイプ232を加振できるようになる。
パイプ232およびハイブリッドアクチュエータ100Aは、可聴周波数帯域の中高域側を受け持つスピーカを構成し、ツィータとして機能する。これに対して、スピーカユニット234は、可聴周波数帯域の低域側を受け持つスピーカを構成し、ウーハとして機能する。
スピーカユニット234は、ベース筐体231の下面側の開口部235に対応した位置に、下方に前面を向けた状態で、例えばビス(図示せず)を用いて取り付けられている。
この場合、スピーカユニット234は、パイプ232と同軸的に配置された状態となっている。このスピーカユニット234の前面から出力される正相の音波は、ベース筐体231の下面側から外部に放射される。また、このスピーカユニット234の背面から出力される逆相の音波は、開口部235およびパイプ232を通って、パイプ232の上端部側から外部に放射される。この場合、パイプ232は共鳴管として機能する。
なお、パイプ232の下端部側の端面とベース筐体231との間には、例えばゴム材からなるダンピング材246が配設されている。これにより、磁歪アクチュエータ100による振動がパイプ232を通じてベース筐体231に伝播することを阻止しながら、パイプ232が共鳴管として良好に機能するように密閉度を高めることができる。
図11は、4個のハイブリッドアクチュエータ100およびスピーカユニット234の駆動系の構成を示している。この図11において、図3と対応する部分には同一符号を付して示している。
音楽信号ソースとしての、例えばCDプレーヤ150からの音声信号SAはDSP(Digital Signal Processor )151に供給され、ハイブリッドアクチュエータ補正、つまり磁歪アクチュエータ110および可動コイル型アクチュエータ130の出力特性に関する補正処理、スピーカユニット234の出力特性に関する補正処理等が行われる。
DSP151で補正処理された後の音声信号SAはアンプ152で増幅される。そして、このアンプ152で増幅されて得られた信号電流の高域成分(高域音声信号に係る電流)、例えば2kHz〜20kHzの周波数成分がハイパスフィルタ(HPF)155で抽出されて、磁歪アクチュエータ110の磁界発生コイル112に供給される。
また、アンプ152で増幅されて得られた信号電流の中域成分(中域音声信号に係る電流)、例えば350Hz〜2kHzの周波数成分がバンドバスフィルタ(BPF)156で抽出されて、可動コイル型アクチュエータ130のボイスコイル131a,131bに供給される。さらに、アンプ152で増幅されて得られた信号電流の低域成分(低域音声信号に係る電流)、例えば350Hz以下の周波数成分がローパスフィルタ(LPF)157で抽出されて、スピーカユニット234のコイルに供給される。
なお、図11に示す駆動系では、磁歪アクチュエータ110を構成する磁界発生コイル112を1個だけ示しているが、図6〜図9のスピーカ装置200Cではハイブリッドアクチュエータ100Aを4個用いているので、実際には4個の磁界発生コイル112が存在する。そして、これら4個の磁界発生コイル112に、ハイパスフィルタ155で抽出された高域音声信号に係る電流が並列的に供給される。
同様に、図11に示す駆動系では、可動コイル型アクチュエータ130を構成するボイスコイル131a,131bを1個だけ示しているが、図6〜図9のスピーカ装置200Cではハイブリッドアクチュエータ100Aを4個用いているので、実際には4個のボイスコイル131a,131bが存在する。そして、これら4個のボイスコイル131a,131bに、バンドパスフィルタ156で抽出された中域音声信号に係る電流が並列的に供給される。
図6〜図9に示すスピーカ装置200Cの動作を説明する。
ベース筐体231に収容固定された4個のハイブリッドアクチュエータ100Aは、上述したように、それぞれ、磁歪アクチュエータ110および可動コイル型アクチュエータ130により構成されている。上述したように磁歪アクチュエータ110が高域音声信号で駆動され、可動コイル型アクチュエータ130が中域音声信号で駆動される場合、磁歪アクチュエータ110の駆動ロッド113の先端には、高域音声信号に係る変位出力および中域音声信号による変位出力が得られる。この駆動ロッド113の変位により、パイプ232は、その下端部側の端面から、この端面に直交した方向(面方向)の振動成分をもって、加振される。
この場合、パイプ232の下端部側の端面は縦波で励振され、このパイプ232を、弾性波(振動)が面方向に伝播していく。そして、この弾性波がパイプ232を伝播する際に縦波、横波、縦波・・・のモード変換を繰り返し、縦波と横波との混在波となり、横波によってパイプ232の面内方向(面に垂直な方向)の振動が励振される。これにより、パイプ232からは音波が放射される。すなわち、このパイプ232の外面から、高域音声信号および中域音声信号に対応した高域の音声出力が得られる。
また、ベース筐体231の下面側に取り付けられたスピーカユニット234は、低域音声信号で駆動される。このスピーカユニット234の前面から低域の音声出力(正相)が得られ、この音声出力はベース筐体231の下面側から外部に放射され、またこのスピーカユニット234の背面から低域の音声出力(逆相)が得られ、この音声出力は、開口部235およびパイプ232を通って、パイプ232の上端部側から外部に放射される。
図6〜図9に示すスピーカ装置200Cにおいては、高域および中域の音声信号で駆動されるハイブリッドアクチュエータ100Aは、パイプ232を、その下端部側の端面から、この端面に直交した方向(面方向)の振動成分をもって、加振するものである。そのため、加振点に大きな横波は発生せず、この加振点からの音波が他の位置から放射される音波に比べて非常に大きな音として聴取されるということがなく、パイプ232の長手方向の全体に渡って音像を定位させることができ、広がり感のある音像が得られる。
また、図6〜図9に示すスピーカ装置200Cによれば、ベース筐体231の下面側に取り付けられたスピーカユニット234の前面から得られる低域の音声出力(正相)はベース筐体231の下面側から外部に放射され、またこのスピーカユニット234の背面から得られる低域の音声出力(逆相)は、開口部235およびパイプ232を通って、パイプ232の上端部側から外部に放射されるものである。そのため、低域の音声出力に関しても、パイプ232の長手方向の各位置で均一な音圧を感じることができ、パイプ232の長手方向の全体に渡って音像を定位させることができ、従って広がり感のある音像が得られる。
図1に示すハイブリッドアクチュエータ100Aによれば、磁歪アクチュエータ110を構成する駆動ロッド113の先端(単一の駆動点)に上述したように磁歪アクチュエータ110による変位出力および可動コイル型アクチュエータ130による変位出力が重畳されて得られるため、この駆動ロッド113の先端を音響振動板に当接することで、当該音響振動板は双方のアクチュエータ110,130による変位出力で振動され、磁歪アクチュエータ110を第1の周波数帯域の音声信号で駆動し、可動コイル型アクチュエータ130をこの第1の周波数帯域より低い第2の周波数帯域の音声信号で駆動することで、広帯域の音声出力を得ることができる(図4、図5、図6の各スピーカ装置参照)。
また、図1に示すハイブリッドアクチュエータ100Aによれば、上述したように磁歪アクチュエータ110の駆動ロッド113の先端(単一の駆動点)から、磁歪アクチュエータ110および可動コイル型アクチュエータ130の双方による変位出力を音響振動板に伝達でき、双方の変位出力を別個の駆動点から音響振動板に伝達するものに比べて、まとまりのよい音声出力を得ることができる。
また、図1に示すハイブリッドアクチュエータ100Aによれば、磁歪アクチュエータ110は、可動コイル型アクチュエータ130の可動部132に同軸的に固定されて構成されているため、可動コイル型アクチュエータ130単体よりも低域共振周波数が下がり、低域再生に優れたものとなる。図12の曲線bは可動コイル型アクチュエータ130の加速度出力応答を示し、低域共振周波数がf0である。これに対して、図12の曲線cはハイブリッドアクチュエータ100Aの加速度出力応答を示し、低域共振周波数はf0′となり、上述のf0より下がっていることがわかる。このようにハイブリッドアクチュエータ100Aで低域共振周波数が低下するのは、可動コイル型アクチュエータ130の可動部132に磁歪アクチュエータ110の質量が加算されるためである。
なお、図12の曲線cに示すハイブリッドアクチュエータ100Aの加速度出力応答から、ハイブリッドアクチュエータ100Aでは、磁歪アクチュエータ110の低域における音圧(加速度)不足が、可動コイル型アクチュエータ130によって解消されていることがわかる。図12の曲線aは、磁歪アクチュエータ110の加速度出力応答を示している。
なお、図4、図5、図6に示すスピーカ装置200A,200B,200Cでは、磁歪アクチュエータ110の駆動ロッド113の先端を音響振動板(平面型振動板210、筒型振動板であるパイプ232)に直接的に当接したものであるが、駆動ロッド113の先端を音響振動板に間接的に当接させてもよい。
例えば、駆動ロッド113の先端と音響振動板との間に駆動ロッド113の先端面より広い面積を有する挿入板を介在させることができる。例えば、音響振動板としてパイプ(筒型振動板)を使用する場合、パイプの下端面全体に当接するように円板状の挿入板を当接し、この挿入板の下端面に駆動ロッド113の先端を当接させることが考えられる。
また例えば、駆動ロッド113の先端と音響振動板との間に種々の材質の挿入板を介在させることができる。この場合、挿入板の材質としては、例えば木材、アルミニウム、ガラス等を使用でき、材質による固有振動モードが異なることから、材質によって異なる音色を得ることができる。
次に、この発明の他の実施の形態を説明する。図13に示す断面図は、他の実施の形態としてのハイブリッドアクチュエータ100Bの構成を示している。このハイブリッドアクチュエータ100Bは、磁歪アクチュエータ部を構成する磁歪アクチュエータ160と、可動コイル型アクチュエータ165とを備えている。
ハイブリッドアクチュエータ100Bは、長手方向に伸縮する円筒状の磁歪素子171と、この磁歪素子171の内部に配置され、当該磁歪素子171の伸縮方向に磁界を発生する磁界発生コイル(ソレノイドコイル)172と、この磁界発生コイル172の内部に配置される円柱状の鉄性のポールピース173と、このポールピース173の両端に配置固定される円板状の鉄製のヨーク174a,174bと、磁歪素子171の両端に配置固定されるリング状の鉄製のヨーク175a,175bとを有している。磁歪素子171および磁界発生コイル172は磁歪アクチュエータ160を構成している。
リング状のヨーク175bは、その内部に円板状のヨーク174bが位置するように配置されている。これらヨーク175bとヨーク174bとの間にはダンパ176bが介装されており、ヨーク174bに対してヨーク175bが変位自在に固定されている。同様に、リング状のヨーク175aは、先端側の小径部とこの小径部に連接された大径部とからなっている。このリング状のヨーク175aは、その大径部の内部に円板状のヨーク174aが位置するように配置されている。これらヨーク175aとヨーク174aとの間にはダンパ176aが介装されており、ヨーク174aに対してヨーク175aが変位自在に固定されている。
ヨーク175a,175bは可動コイル型アクチュエータ165の可動部を構成している。これらヨーク175a,175bは上述したように磁歪素子171の両端に配置固定されていることから、結果的に磁歪アクチュエータ160は可動コイル型アクチュエータ165の可動部に同軸的に固定されていることになる。
また、ヨーク175aは、磁歪アクチュエータ160の駆動ロッドを構成し、ハイブリッドアクチュエータ100Bにおける変位出力を音響振動板に伝達するための単一の駆動点を構成している。このヨーク175aの小径側の先端面には駆動面を構成する、例えばアルミニウム製の円板部材177が接着固定されている。ここで、円板部材177は、磁歪素子111の伸縮による変位を出力する変位伝達部を構成している。
また、ハイブリッドアクチュエータ100Bは、ボイスコイル178a,178bと、アルミニウム製の固定盤179と、リング状マグネット(永久磁石)180と、筒状の鉄性のヨーク181とを有している。ボイスコイル178a,178bは、それぞれ、可動コイル型アクチュエータ165の可動部を構成するリング状のヨーク175a,175bの外周に取り付けられている。なお、これらボイスコイル178a,178bは、それぞれの位置における磁束方向が逆となるので、互いの巻き方向は逆とされて、当該ボイスコイル178a,178bで発生するローレンツ力が同一方向となるようにされている。
固定盤179の中央には円柱状の凸部が設けられ、この凸部上に、上述したヨーク174bが接着固定されている。この固定盤179上には、1個のリング状マグネット180および2個の筒状ヨーク181が、磁歪素子171および磁界発生コイル172の周囲に位置するように、交互に積層されて固定されている。ここで、リング状マグネット180の両側に位置する2個の筒状ヨーク181は、それぞれ、マグネット180側とは逆側に直角方向に突出した突出部を備え、この突出部がボイスコイル178a,178bに対向した状態とされている。
ここで、リング状マグネット180および筒状ヨーク181は、上述したリング状ヨーク175a,175bおよび磁歪素子171と共に、磁気回路(第1の磁気回路)を構成している。この場合、磁歪素子171は、この磁気回路における磁束経路に挿入された状態となっている。この磁気回路は、磁歪素子171に磁気的バイアス(静的バイアス)を与えるために設けられている。この磁気的バイアスにより、磁歪素子は、予めある程度伸張された状態とされ、磁界発生コイル172で発生される磁界で、伸張だけでなく圧縮も可能とされる。
また、リング状マグネット180および筒状ヨーク181は、上述したリング状ヨーク175a,175b、円板状ヨーク174a,174bおよびポールピース173と共に、磁気回路(第2の磁気回路)を構成している。この磁気回路は、ボイスコイル178a,178bに鎖交する磁束を発生する。この第2の磁気回路の磁束経路には磁歪素子171が挿入されていないので、可動コイル型アクチュエータ165の変位動作に透磁率の低い磁歪素子171が悪影響を与えることはない。
ハイブリッドアクチュエータ100Bは以上のように構成されている。磁歪アクチュエータ160を構成する磁界発生コイル172に、高域音声信号(音声信号の高域成分)に係る電流を流して、磁歪素子171の伸縮方向に磁界を発生させることで、この磁歪素子171は高域音声信号に応じて伸縮され、その一端、従ってリング状のヨーク(駆動ロッド)175aの先端(駆動面)には、高域音声信号に応じた変位出力が得られる。
また、可動コイル型アクチュエータ165を構成するボイスコイル178a,178bに、低域音声信号(音声信号の低域成分)に係る電流を流すことで、可動部としてのリング状のヨーク175a,175bは、ローレンツ力により、低域音声信号に応じて軸方向(磁歪アクチュエータ160の磁歪素子171の伸縮方向と同じ)に変位される。
上述したように、磁歪素子171の両端にリング状のヨーク175a,175bが接着固定され、磁歪アクチュエータ160は可動コイル型アクチュエータ165の可動部に同軸的に固定された構造となっている。そのため、可動コイル型アクチュエータ165の可動部としてのヨーク175a,175bの軸方向の変位は、上述した磁歪アクチュエータ160の磁歪素子171にも伝達される。そのため、この磁歪素子171の一端、従ってリング状のヨーク(駆動ロッド)175aの先端(駆動面)には、上述した磁歪アクチュエータ160自体で発生される高域音声信号に係る変位出力が得られる他に、これに重畳された状態で、可動コイル型アクチュエータ165で発生される低域音声信号に係る変位出力も得られる。
図13に示すハイブリッドアクチュエータ100Bによれば、リング状のヨーク(駆動ロッド)175aの先端(単一の駆動点)に上述したように磁歪アクチュエータ160による変位出力および可動コイル型アクチュエータ165による変位出力が重畳されて得られるため、このリング状ヨーク175aの先端を音響振動板に当接することで、当該音響振動板は双方のアクチュエータ160,165による変位出力で振動され、磁歪アクチュエータ160を第1の周波数帯域の音声信号で駆動し、可動コイル型アクチュエータ165をこの第1の周波数帯域より低い第2の周波数帯域の音声信号で駆動することで、広帯域の音声出力を得ることができる(図4、図5、図6の各スピーカ装置参照)。
また、図13に示すハイブリッドアクチュエータ100Bによれば、上述したようにリング状のヨーク(駆動ロッド)175aの先端(単一の駆動点)から、磁歪アクチュエータ160および可動コイル型アクチュエータ165の双方による変位出力を音響振動板に伝達でき、双方の変位出力を別個の駆動点から音響振動板に伝達するものに比べて、まとまりのよい音声出力を得ることができる。
また、図13に示すハイブリッドアクチュエータ100Bによれば、磁歪アクチュエータ160は、可動コイル型アクチュエータ165の可動部に同軸的に固定されて構成されているため、可動コイル型アクチュエータ165単体よりも低域共振周波数が下がり、低域再生に優れたものとなる(図12参照)。
また、図13に示すハイブリッドアクチュエータ100Bによれば、磁歪素子171に磁気的バイアスを与えるための第1の磁気回路と、ボイスコイル178a,178bに鎖交する磁束を得るための第2の磁気回路とが、リング状マグネット180および筒状ヨーク181の部分で共通化されているので、軽量、小型化に寄与でき、またマグネット180の兼用により安価に構成できる。
次に、この発明のさらに他の実施の形態を説明する。図14は、他の実施の形態としてのハイブリッドアクチュエータ100Cの構成を示している。この図14において、図1と対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
このハイブリッドアクチュエータ100Cは、磁歪アクチュエータ部110Aが、可動コイル型アクチュエータ130の可動部132に固定された構成となっている。また、磁歪アクチュエータ部110Aは、磁歪アクチュエータ110(図1参照)が、変位拡大器190に取り付けられた構成とされている。
変位拡大器190は、例えばバネ材料、例えばりんせい銅が使用されて形成されている。この場合、駆動ロッド113のΔdの変位は、変位拡大器190の、駆動ロッド113の軸方向と直交する方向の部分である変位伝達部190aに、p(>1)倍の変位となって現れる。
このハイブリッドアクチュエータ100Cにおいても、磁歪アクチュエータ部110Aは、可動コイル型アクチュエータ130の可動部132に、変位伝達部190aの変位出力の方向が可動部132の変位方向と同一となるように固定されているものであり、図1に示すハイブリッドアクチュエータ100Aと同様の効果を得ることができる。
この発明は、広帯域の音声出力を良好に得ることができるものであり、オーディオビュジュアル装置におけるスピーカ装置等に適用できる。
100A,100B,100C・・・ハイブリッドアクチュエータ、110・・・磁歪アクチュエータ、110A・・・磁歪アクチュエータ部、111・・・磁歪素子、112・・・磁界発生コイル、113・・・駆動ロッド、114・・・収納部、115・・・バネ、116・・・アルミニウム筐体、117・・・固定盤、118・・・リング状マグネット、119・・・筒状ヨーク、120・・・開口、131a,131b・・・ボイスコイル、132・・・可動部、133・・・リング状マグネット、134・・・筒状ヨーク、135a,135b・・・ダンパ、150・・・CDプレーヤ、151・・・デジタルシグナルプロセッサ、152・・・アンプ、153,155・・・ハイパスフィルタ、154,157・・・ローパスフィルタ、156・・・バンドパスフィルタ、160・・・磁歪アクチュエータ、165・・・可動コイル型アクチュエータ、171・・・磁歪素子、172・・・磁界発生コイル、173・・・ポールピース、174a,174b・・・円板状ヨーク、175a,175b・・・リング状ヨーク,176a,176b・・・ダンパ、177・・・円板状部材、178a,178b・・・ボイスコイル、179・・・固定盤、180・・・リング状マグネット、181・・・筒状ヨーク、190・・・変位拡大器、190a・・・変位伝達部
Claims (8)
- 磁歪素子、マグネットを持ち上記磁歪素子に磁気的バイアスを与える第1の磁気回路、および上記磁歪素子の伸縮方向に磁界を発生する磁界発生コイルを有すると共に、上記磁歪素子の伸縮による変位を出力する変位伝達部を有する磁歪アクチュエータ部と、
ボイスコイルが取り付けられた可動部、およびマグネットを持ち上記ボイスコイルに鎖交する磁束を発生する第2の磁気回路を有する可動コイル型アクチュエータを備え、
上記磁歪アクチュエータ部は、上記可動コイル型アクチュエータの可動部に、上記変位伝達部の変位出力の方向が該可動部の変位方向と同一となるように、固定されている
ことを特徴とするハイブリッドアクチュエータ。 - 上記磁歪アクチュエータ部は第1の周波数帯域の音声信号で駆動され、上記可動コイル型アクチュエータは上記第1の周波数帯域より低域側の第2の周波数帯域の音声信号で駆動される
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッドアクチュエータ。 - 上記磁歪アクチュエータ部は、上記磁歪素子の伸縮による変位を拡大して上記変位伝達部に伝える変位拡大器をさらに有する
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッドアクチュエータ。 - 上記磁歪アクチュエータ部の第1の磁気回路および上記可動コイル型アクチュエータの第2の磁気回路における磁束経路の一部が共通化され、
上記磁歪素子は上記第1の磁気回路における磁束経路を構成すると共に上記第2の磁気回路における磁束経路を構成しない
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッドアクチュエータ。 - 音響振動板と、
上記音響振動板に変位出力を伝達するための変位伝達部を持ち、該変位伝達部が上記音響振動板に直接的または間接的に当接された状態で配設され、音声信号に基づいて駆動されるハイブリッドアクチュエータを備え、
上記ハイブリッドアクチュエータは、
磁歪素子、マグネットを持ち上記磁歪素子に磁気的バイアスを与える第1の磁気回路、および上記磁歪素子の伸縮方向に磁界を発生する磁界発生コイルを有すると共に、上記磁歪素子の伸縮による変位を出力する上記変位伝達部を有する磁歪アクチュエータ部と、
ボイスコイルが取り付けられた可動部、およびマグネットを持ち上記ボイスコイルに鎖交する磁束を発生する第2の磁気回路を有する可動コイル型アクチュエータを備え、
上記磁歪アクチュエータ部は、上記可動コイル型アクチュエータの可動部に、上記変位伝達部の変位出力の方向が該可動部の変位方向と同一となるように、固定されている
ことを特徴とするスピーカ装置。 - 上記音響振動板は平面型振動板であり、
上記ハイブリットアクチュエータの変位伝達部は、上記平面型振動板の一の面に当接される
ことを特徴とする請求項5に記載のスピーカ装置。 - 上記音響振動板は筒型振動板であり、
上記ハイブリットアクチュエータの変位伝達部は、上記筒型振動板の一方の端面に当接される
ことを特徴とする請求項5に記載のスピーカ装置。 - 磁歪素子、マグネットを持ち上記磁歪素子に磁気的バイアスを与える第1の磁気回路、および上記磁歪素子の伸縮方向に磁界を発生する磁界発生コイルを有すると共に、上記磁歪素子の伸縮による変位を出力する変位伝達部を有する磁歪アクチュエータ部と、ボイスコイルが取り付けられた可動部、およびマグネットを持ち上記ボイスコイルに鎖交する磁束を発生する第2の磁気回路を有する可動コイル型アクチュエータを備え、上記磁歪アクチュエータ部は、上記可動コイル型アクチュエータの可動部に、上記変位伝達部の変位出力の方向が該可動部の変位方向と同一となるように、固定されているハイブリッドアクチュエータを用い、
上記ハイブリッドアクチュエータの上記変位伝達部を音響振動板に直接的または間接的に当接し、
上記磁歪アクチュエータ部を第1の周波数帯域の音声信号で駆動すると共に上記可動コイル型アクチュエータを上記第1の周波数帯域より低域側の第2の周波数帯域の音声信号で駆動する
ことを特徴とする音声出力方法。
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