JP2008518498A - ラウドスピーカ・フィードバック - Google Patents

Abstract

導電緩衝部（３）及び２つの電極（５，６）を有するラウドスピーカ（１）は、導電緩衝部（３）において測定電流を発生させて、そのように発生した電圧を検出して、その電圧をラウドスピーカへの出力を制御するために用いることによって制御される。当該制御方法及び装置は、ラウドスピーカの保護、運動フィードバック及び出力制限のために使用されうる。導電緩衝部（３）は、ラウドスピーカのリムの部分であっても良く、更に、導電性ゴムから作られても良い。

Description

本発明は、ラウドスピーカ・フィードバックに関する。更に具体的には、本発明は、フィードバックメカニズムに応答してラウドスピーカを制御するための装置に関する。

ラウドスピーカ信号の出力を制御し、且つ、場合により制限するために、フィードバックを与えることがよく知られる。国際特許出願ＷＯ０１／０３４６６（アーツ等／フィリップス）は、抵抗がラウドスピーカコイルに直列に接続されるところのラウドスピーカ保護システムを開示する。コイルを流れる電流は、ピーク検出器へ供給される測定電圧に変換される。マイクロプロセッサは、ピーク検出器の出力信号に応答して可変増幅器の利得を制御する。
国際特許出願ＷＯ０１／０３４６６

先行技術のラウドスピーカ保護システムは有用であるが、ラウドスピーカのコイルを流れる電流、即ち、駆動電流を測定する必要があるという欠点を有する。この電流は、ラウドスピーカの所望の動作を表す。しかし、ラウドスピーカの物理的制限に起因して、その実際の動作は、常に駆動電流に正確に対応するわけではない。この問題を解決するために、例えば加速度計などの専用の変換器（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）をラウドスピーカに実装することが提案されてきた。しかし、このような変換器は比較的高価である。更に、それらの大部分が、ラウドスピーカの音響特性を変更する。

本発明は、先行技術の上記及び他の問題を解決し、経済的に更に効率的であるラウドスピーカを制御するための装置及び方法を提供することを目的とする。

従って、本発明は、導電緩衝部を設けられたラウドスピーカを制御するための装置であって：
前記導電緩衝部で測定電流を発生させる発生手段；
前記導電緩衝部で前記測定電流によって引き起こされた電圧を検出する検出手段；及び
前記検出された電圧に応答して前記ラウドスピーカへの出力を制御する出力制御手段；
を有する装置を提供する。

緩衝装置の導電部に流される測定電流を供給することによって、導電部の抵抗は、ラウドスピーカを使用中に測定され得る。前記導電緩衝部は、コーンの運動によって曲げ伸ばしされるので、その抵抗は、駆動電流よりも正確な、実際の運動（「偏位」）の正確な指標となる。従って、抵抗、又は抵抗から導出される量は、例えば、駆動電流を補正しながら、ラウドスピーカを制御するために用いられても良い。この目的のために、前記出力制御手段は、前記ラウドスピーカへ供給される音声信号の信号レベルを制御するよう配置されても良い。

有利な更なる実施例において、当該装置は、音声信号の零交差を検出する零交差検出器と、如何なる検出された零にも応答して前記音声信号を反転する反転器（ｉｎｖｅｒｔｅｒ）ユニットとを更に有する。夫々の零交差は、通常、音声信号の符号反転を示すので、前記零交差検出器は、前記ラウドスピーカのコーンの運動の検出に関する情報を供給し、ひいては、改善されたフィードバック及び制御を提供する。

本発明の装置は、制御された入力信号を増幅する電力増幅器を更に有しても良い。しかし、前記電力増幅器は必須ではなく、本発明の装置外部であっても良い。

当該装置は、有利に、前記制御された入力信号を選択的に増幅するフィルタユニットを有しても良い。即ち、入力音声信号は周波数帯域に分けられ、それらの周波数帯域の少なくとも１つの利得は、前記ラウドスピーカの測定偏位に応答して制御される。

当該装置は、前記発生手段が前記導電緩衝部で加熱電流を発生させる場合に、更に有利である。このことは、実質的に一定温度がラウドスピーカの緩衝装置で保持され、ひいては、一様なラウドスピーカ特性を確保することを可能にする。前記加熱電流は、サーモスタット又は温度を感知する他の制御デバイスによって制御されても良い。

本発明は、また、前出の装置とともに使用され、導電緩衝部を設けられたラウドスピーカを提供する。

第１の実施例で、前記導電緩衝部はリム（ｒｉｍ）に含まれ、第２の実施例で、前記導電緩衝部はダンパ（ｓｐｉｄｅｒ）に含まれる。更なる実施例で、前記導電緩衝部は、更なるフィードバックを与えるように、前記リム及び前記ダンパの両方に設けられる。

前記導電緩衝部は、例えば、カーボン粒子を含む天然又は合成ゴムなどの、導電性ゴムから作られても良い。

本発明は、また、導電緩衝部を有するラウドスピーカと、前出の装置とを有するオーディオシステムを提供する。

更に、本発明は、導電緩衝部を設けられたラウドスピーカを制御するための方法であって：
前記導電緩衝部で測定電流を発生させるステップ；
前記導電緩衝部で前記測定電流によって引き起こされた電圧を検出するステップ；及び
前記検出された電圧に応答して前記ラウドスピーカへの出力を制御するステップ；
を有する方法を提供する。

前記ラウドスピーカへの出力は最大値に制限されても良い。本発明の方法は、有利に、防音保護具を提供するために用いられても良い。

以下、本発明について、添付の図面で表される例となる実施形態を参照して説明する。

図１及び２において単に限定されない例として示されたラウドスピーカ１は、コーン２と、柔軟性のあるリム（ｒｉｍ）３と、フレーム４と、磁石７と、コイル８と、ダンパ（ｓｐｉｄｅｒ）９とを有する。柔軟性のあるリム３及び（柔軟性のある）ダンパ９は、両方ともフレーム４の要素へ接続されており、ラウドスピーカの緩衝装置を構成する。

よく知られるように、コイル８は、磁石７に対して動くことができる。従って、コーン２を駆動することができる。コーン２の運動は、リム３及びダンパ９を曲げ伸ばしすることができる。本発明に従って、緩衝装置は、少なくとも部分的に導電性である。更に、緩衝装置の導電部は電極を設けられており、電流が導電緩衝部を流れることを可能にする。導電緩衝部の屈曲及び／又は伸長は、その抵抗を変化させるので、電流は、抵抗、ひいては緩衝装置の運動を測定するために使用されうる。

示される実施例では、リム３は導電性である。同心電極５及び６は、リム３の端の近くに配置される。電極５及び６に夫々接続された導線５ａ及び６ａは、電流が導電リム部を流れることを可能にする。

当然のことながら、ダンパ９（の一部）が、また、導電性であっても良く、更に、適切な電極が、本発明に従って導電緩衝部を提供するようにダンパへ取り付けられても良い。

幾つかの実施例では、複数の導電緩衝部が設けられても良く、夫々の抵抗は別々に又は集合的に測定される。例えば、リム及びダンパは、両方とも、導電部を設けられても良く、且つ／あるいは、ダンパは、２又はそれ以上の導電部を設けられても良い。夫々の導電部へ別個の測定電流を供給することによって、より一層正確なラウドスピーカのフィードバック及び制御が得られる。当業者は、複数の測定電流を処理することができるようにラウドスピーカ制御装置（図３〜７の１０）へ適切な調整をすることができる。

特に適切な実施例では、導電緩衝部は、例えば、更なる弾性体（図示せず。）を設けることによって、又は、導電部がリブに置かれている場合にダンパの大きさを適切に必要な大きさにすることによって、バイアス張力（ｔｅｎｓｉｏｎ）を与えられる。このことは、導電部の抵抗がラウドスピーカの作動時に減少及び増大して、運動の大きさ及び方向の両方を与えるという利点を有する。

ラウドスピーカ１の導電緩衝部は、導電性（天然若しくは合成）ゴム又は適切な導電性及び弾性を有するプラスチックから作られても良い。このような材料は、適切な量のカーボンを製造中に混ぜ合わせることによって導電性とされうる。

ラウドスピーカを制御するための装置の限定されない例は、図３に概略的に示される。例となる装置１０は、制御増幅回路１１、１２、１３と、電力増幅器１４と、電圧源１７と、バッファ増幅器１６を含むフィードバック分岐とを有する。示される実施例では、フィードバック分岐は、零交差検出器１９及び極性反転器２０を有する（任意の）極性補正回路を更に有する。

ラウドスピーカ１は、電力増幅器１４へ結合される。電力増幅器は装置１の必須な部分ではなく、装置１は別の電力増幅器へ結合されても良いことが知られる。更に、単一のラウドスピーカではなく、複数のラウドスピーカが用いられても良いことが知られる。

制御増幅器回路１１、１２、１３は、入力端子Ｉから入力抵抗１１を介して音声入力信号を受信する。増幅器１２は、示される例では演算増幅器（ｏｐ−ａｍｐ）であって、その利得は抵抗１１及び１３並びにこれらの抵抗の接続点（点Ｑ）での電圧によって決定される。増幅器１２の出力信号は、ラウドスピーカ１へ結合された電力増幅器１４へ供給される。

本発明に従って、ラウドスピーカ１は、そのラウドスピーカの柔軟性のある緩衝部の電気抵抗を測定するための導線５ａ及び６ａ（図１参照。）を設けられる。電圧源１７は、測定電流Ｉｍをラウドスピーカ１の導電緩衝部（図１及び２の３）に流す。この測定電流の大きさは、抵抗１８と、導電緩衝部（図１及び２の３）との結合抵抗によって決定され、点Ｑでの電圧は、それらの抵抗の瞬時比によって決定されうる。導電緩衝部の抵抗がラウドスピーカの変位により変化する場合に、点Ｐ（導電５ａ及び抵抗１８の接続点）での電圧は、この変位の指標であり、測定電圧とも呼ばれうる。コンデンサ（図示せず。）が、一定（ＤＣ）成分から測定電圧の時間変化（ＡＣ）成分を分離するために用いられても良い。

測定電流Ｉｍは、前出のＷＯ０１／０３４６６の場合のようにラウドスピーカのコイルには流れない。結果として、測定電流Ｉｍは、所望の変位ではなく、ラウドスピーカの実際の変位を測定する。本発明では、ラウドスピーカの実際の変位は、比較的高価な加速度計又は他の更なる変換器（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を用いることなく測定される。

点Ｐでの測定電圧は、バッファ増幅器１６及び抵抗１５を介して、抵抗１１及び１３の接続点である点Ｑへ供給される。抵抗１１及び１３は、増幅器回路１１〜１３の利得を制御して、ひいてはラウドスピーカへ供給される出力を制御する。このようにして、非常に簡単且つ効率的なフィードバックメカニズムが提供される。本発明のフィードバックメカニズムは、２つの電極を有する導電緩衝部以外の変換器を必要とすることなくラウドスピーカの実際の変位を測定する。

装置１０の精度は、零交差検出器（ＺＣＤ）１９及び極性反転器（ＩＮＶ）２０を有する極性補正回路を設けることによって改善されうる。それ自体は知られている零交差検出器１９は、バッファ増幅器１６の出力信号を受信する。上述されたように、この信号は、ラウドスピーカ（の運動部分）の変位を表す。この信号における零交差は、例えば、後方から前方へのラウドスピーカの運動方向の反転を示す。零交差を検出すると、零交差検出器１９は、適切な制御信号を極性反転器２０へ供給する。次に、極性反転器２０は、その信号の極性を反転させる。点Ｐで結果として得られる信号は、ラウドスピーカの運動の大きさ及び方向の両方を示す。極性反転器２０は、また、それ自体知られる。電圧源１７又はバッファ増幅器１６は、適切なレベルで検出器１９の零交差検出レベルを設定するようバイアス電圧を供給しても良い。

零交差検出は、例えば、ラウドスピーカへ供給される音声信号が、欧州特許出願ＥＰ０３１０３３９８．８（アーツ等／フィリップス）に記載されるように、単一周波数を有する発生器信号及びエンベロープ信号から生成される場合には、ラウドスピーカ１が有限な周波数帯域で動作する場合に特に適している。

本発明のラウドスピーカ制御装置は、運動フィードバック（音声信号の歪み補正）及び／又は音制限（例えば、防音保護具に関して、ラウドスピーカの出力を最大値に制限すること）のために用いられても良い。特に、ラウドスピーカ１がヘッドホンの一部である場合には、装置１０は、有利に、音響出力を制限して、過度な音響レベルに対してユーザの耳を保護するために用いられても良い。

電圧源１７は、バッテリー又は類似する要素によって構成されても良いが、望ましくは、その電圧が適切な測定電流Ｉｍを生成するよう設定されたコンピュータ制御される電圧源である。通常、測定電流は非常に小さい。しかし、測定電流Ｉｍは、有利に、ラウドスピーカの緩衝装置を加熱するために用いられても良い。ラウドスピーカの緩衝装置は、より大きな電流を必要としうる。ラウドスピーカの緩衝装置を僅かに加熱することによって、緩衝装置が実質的に一定温度を有することが確実にされる。更に、緩衝装置の柔軟性は、ラウドスピーカの動作に起因する如何なる加熱も電流によって供給される加熱に比べて無視できるので、より一定にすることができる。

装置１０の変形例は、図４に示される。図４で、零交差検出器１９の入力部は、点Ｒを介して増幅器１２の出力部へ接続される。従って、この実施例では、零交差検出器１９は、測定信号ではなく、音声信号において零交差を検出する。このことにより、概して、より効果的な零交差検出が得られる。増幅器１４及びラウドスピーカ１によって導入されうる如何なる位相誤差も取り除くために、ラウドスピーカ補正回路（ＬＣＮ）２７が増幅器１４に直列に設けられる（ＬＣＮ２７は増幅器１４の上流に配置されるよう示されているが、下流に配置されても良い。）。このようなラウドスピーカ補正回路は、ラウドスピーカによって導入される位相シフト及び、本発明では、増幅器１４によって導入される如何なる位相シフトも補償するよう適切な位相シフトを導入する。ラウドスピーカ補正回路２７は、更に、如何なる非線形性も補正することができる。

本発明のラウドスピーカ制御装置の他の実施例は、図５に概略的に示される。図５で、重要でない構成要素は、説明の明瞭さのために省略される。図５の装置１０は、電力増幅器１４へ結合された制御増幅器１２を有する。電力増幅器１４の出力部へ結合されたラウドスピーカ１は、本発明に従って導電緩衝部（図１及び２の３）を有する。偏位測定ユニット（ＥＭＵ）２３は、ラウドスピーカ１の導電緩衝部へ結合される（偏位測定ユニットが原則的に電圧源１７及び抵抗１８によって構成されるところの図３を参照。）。偏位測定ユニット２３の出力信号は、制御増幅器１２へ結合された利得制御ユニット２２へ供給される。従って、利得制御ユニット２２は、ラウドスピーカ１の測定偏位（即ち、コーン運動）に依存して増幅器１２の利得（又は減衰）を制御する。

利得制御ユニット２２は、利得又は減衰の上限を有し、更に、異なる順応速度（上限（最大出力値）が超えられる場合の急速な利得減少、及び、元の利得が取り戻される場合の比較的緩やかな利得増大）を有しうる。当業者は、様々な適切な制御方式を考え出すことができる。

それ自体は知られうる利得制御ユニット２２は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ又は専用のデジタル若しくはアナログ回路によって構成されうる。図５の実施例は、ラウドスピーカ保護又は耳保護の目的のために特に適している。

図６の実施例は、周波数帯域毎の利得制御を可能にする。低域通過フィルタ２１ａ及び高域通過フィルタ２１ｂは、入力端子Ｉと制御増幅器１２ａ及び１２ｂとの間に夫々結合される。制御増幅器１２ａ及び１２ｂの出力信号は、結合ユニット（ここでは加算器）２６へ結合される。結合ユニット２６は、電力増幅器１４へ結合信号を供給する。図５の実施例と同じく、偏位測定ユニット（ＥＭＵ）２３は、ラウドスピーカ１の導電緩衝部へ結合される。この実施例では、（任意の）偏位補正ユニット（ＥＣＵ）２４が、ラウドスピーカの導電緩衝部の如何なる非線形性をも補正するために設けられる。偏位補正ユニット２４は、導電緩衝部の特性を考慮しながら、実際の偏位への測定偏位のマッピングを提供する。このようなマッピングは、ルックアップテーブル又は同様のデバイスによって適切に提供されても良い。

（補正された）偏位信号は、更なる低域通過フィルタ２５ａ及び更なる高域通過フィルタ２５ｂへ供給される。これらのフィルタ２５ａ及び２５ｂは、夫々、（低周波（ＬＦ））利得制御ユニット（ＧＣＵ）２２ａ及び（高周波（ＨＦ））利得制御ユニット２２ｂへ結合される。また、これらの利得制御ユニット２２ａ及び２２ｂは、夫々の制御増幅器１２ａ及び１２ｂへ結合される。このようにして、周波数帯域毎の利得制御が得られる。更に具体的には、低周波利得は、仮想的に高周波利得から独立に制御されうる。このことは、低周波が、概して、高周波よりも大きな偏位を引き起こすので、特に有利である。従って、低周波利得は、ラウドスピーカの偏位を制限するよう減少し、一方、高周波利得は、仮想的に変更されないままである。結果として、全体の音量は、出力制御によってほとんど影響を及ぼされない。従って、図６の実施例で、入力音声信号が周波数帯域に分けられて、これらの周波数帯域の少なくとも１つの利得がラウドスピーカの測定偏位に応答して制御されることは明らかである。

フィルタ２５ａ及び２５ｂの通過帯域は、フィルタ２１ａ及び２１ｂの通過帯域と同じである必要はない。具体的には、低域通過フィルタ２５ａの通過帯域の上限は、ラウドスピーカ１の導電緩衝部から得られる測定電圧が「整流」される場合に、即ち、測定電圧が、導電部の抵抗が、ある実施例では、ラウドスピーカの方向を除いてその大きさのみを示しうるという事実に起因して、単一の極性しか有さない場合に、有利に、その対応するフィルタ２１ａの上限の２倍であっても良い。このような「整流」された測定電圧は、元の単一周波数の２倍の周波数を有する。従って、フィルタ２１ａが例えば０から１００Ｈｚの通過帯域を有する場合には、対応するフィルタ２５ａは、このような実施例において、１００から２００Ｈｚの通過帯域を有しうる。

図７の実施例は、前の実施例に類似する。しかし、絶対値決定ユニット２８及びラウドスピーカ補正回路２７が加えられており、利得制御ユニット２２の動作は僅かに異なる。

絶対値決定ユニット（ＡＢＳ）２８は、装置１０の入力端子Ｉで受信した入力信号の絶対値又は大きさを決定する。この大きさは、ラウドスピーカの所望の偏位を表しており、利得制御ユニット２２へ供給される。利得制御ユニット２２では、それは、偏位測定ユニット２３によって決定され且つ（任意の）偏位補正ユニット２４によって補正された測定偏位と比較される。所望の偏位及び実際の偏位の比較は、信号値の除算によって行われても良い。比較（ここでは除算）の結果は、増幅器１２の利得を制御するために用いられる。例えば、実際の偏位が所望の偏位よりも大きい（即ち、偏位補正ユニット２４によって生成される信号が絶対値ユニット２８によって出力される信号よりも大きい）場合に、利得は低減されるべきである。このことは、所望の偏位及び実際の偏位の比（この比は、この例では、１よりも小さい。）を決定して、新しい利得値を得るようにこの比に現在の利得値を掛けることによって、有利に行われうる。

適切なフィルタによって構成されうる（任意の）ラウドスピーカ補正回路は、ラウドスピーカ１、偏位測定ユニット２３、偏位補正ユニット２４、利得制御ユニット２２、及び制御増幅器１２によって構成される制御ループにおいて如何なる位相差も回避するように、均一な周波数応答を生成する働きをする。

図７の実施例は、運動フィードバックを提供するために特に適している。

本発明は、ラウドスピーカの緩衝装置で導電部を設けることが、極めて簡単且つ経済的なラウドスピーカ・フィードバック・メカニズムを可能にするという見識に基づく。本発明は、導電緩衝部を流れる測定電流が緩衝装置を加熱して、一定温度を与えるために有利に用いられうるという更なる見識から恩恵を受ける。

本願で用いられる如何なる用語も、本発明の適用範囲を限定するように解釈されるべきではないことが知られる。具体的には、語「有する」は、明示的に列挙されない如何なる要素も除外することを意味するわけではない。単一（回路）素子は、複数の（回路）素子又はそれらと等価なものに置換されても良い。

当業者には当然のことながら、本発明は上述された実施例に制限されず、多数の変形及び追加が、添付の特許請求の範囲で定められる本発明の技術的範囲を逸脱することなく行われる。

本発明に従うラウドスピーカの実施例を平面図で概略的に示す。 図１のラウドスピーカの実施例を断面図で概略的に示す。 本発明に従うラウドスピーカ制御装置の第１の実施例を概略的に示す。 本発明のラウドスピーカ制御装置の第２の実施例を概略的に示す。 本発明に従うラウドスピーカ制御装置の第３の実施例を概略的に示す。 本発明に従うラウドスピーカ制御装置の第４の実施例を概略的に示す。 本発明に従うラウドスピーカ制御装置の第５の実施例を概略的に示す。

Claims (16)

1. 導電緩衝部を設けられたラウドスピーカを制御するための装置であって：
   前記導電緩衝部で測定電流を発生させる発生手段；
   前記導電緩衝部で前記測定電流によって引き起こされた電圧を検出する検出手段；及び
   前記検出された電圧に応答して前記ラウドスピーカへの出力を制御する出力制御手段；
   を有する装置。
2. 前記出力制御手段は、前記ラウドスピーカへ供給される音声信号の信号レベルを制御するよう配置される、請求項１記載の装置。
3. 音声信号の零交差を検出する零交差検出器と、如何なる検出された零にも応答して前記音声信号を反転する反転器ユニットとを更に有する、請求項１記載の装置。
4. 制御された入力信号を選択的に増幅するフィルタユニットを更に有する、請求項１記載の装置。
5. 前記発生手段は、前記導電緩衝部で加熱電流を発生させるよう配置される、請求項１記載の装置。
6. 請求項１記載の装置とともに使用する、導電緩衝部を設けられたラウドスピーカ。
7. 前記導電緩衝部はリムに含まれる、請求項６記載のラウドスピーカ。
8. 前記導電緩衝部はダンパに含まれる、請求項６記載のラウドスピーカ。
9. 前記導電緩衝部は導電性ゴムから作られる、請求項６記載のラウドスピーカ。
10. 導電緩衝部を有するラウドスピーカと、請求項１記載の装置とを有するオーディオシステム。
11. 導電緩衝部を設けられたラウドスピーカを制御するための方法であって：
    前記導電緩衝部で測定電流を発生させるステップ；
    前記導電緩衝部で前記測定電流によって引き起こされた電圧を検出するステップ；及び
    前記検出された電圧に応答して前記ラウドスピーカへの出力を制御するステップ；
    を有する方法。
12. 前記導電緩衝部は前記ラウドスピーカのリムに配置される、請求項１１記載の方法。
13. 前記導電緩衝部は前記ラウドスピーカのダンパに配置される、請求項１１記載の方法。
14. 前記測定電流は前記導電緩衝部を加熱するために用いられる、請求項１１記載の方法。
15. 前記ラウドスピーカへの前記出力は最大値に制限される、請求項１１記載の方法。
16. 防音保護具を提供するために用いられる請求項１５記載の方法。

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