JP2009017403A - スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】組立工程を簡素化し、かつ、正確に振動部材の振動を検出することが可能なスピーカを提供する。
【解決手段】このスピーカ２０は、振動することにより音を発生するコーン紙２と、コーン紙２を振動させるための駆動部と、コーン紙２に対してパルス波を所定の時間毎に発信する音波発信器６ａと、音波発信器６ａが発信したパルス波のコーン紙２による反射波を検出する音波受信器６ｂとを備え、駆動部は、パルス波が発信されてから反射波が音波受信器６ｂに到達するまでの到達時間の変化に基づいて、コーン紙２の振動を検出するとともに、検出した振動に基づいて、コーン紙２の振動を負帰還制御するように構成されている。
【選択図】図３

Description

この発明は、スピーカに関し、特に、振動することにより音を発生する振動部材および振動部材を振動させるための駆動部を備えたスピーカに関する。

従来、振動することにより音を発生する振動部材および振動部材を振動させるための駆動部を備えたスピーカが知られている。このようなスピーカでは、駆動部が所定の振動数で振動するように振動部材を駆動した場合に、上記所定の振動数で正確に振動部材を振動させることが困難であるという不都合があった。そこで、従来、上記不都合を解消するために、振動部材の実際の振動を検出するとともに、その振動に基づいて駆動部による振動部材の駆動を補正して振動部材を駆動するように負帰還制御を行うように構成された、いわゆるＭＦＢ（Ｍｏｔｉｏｎａｌ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）方式のスピーカが提案されている（たとえば、特許文献１〜３参照）。また、従来、振動部材の振動数を検出する機構を備えたマイクロフォンが知られている（たとえば、特許文献４参照）。

上記特許文献１では、振動部材に取り付けられた反射板と、反射板に対向する位置に設けられた発光素子および受光素子からなる検出器とにより、振動部材の振動を検出する構造が開示されている。この特許文献１では、発光素子から発光された光が、振動する振動部材に取り付けられた反射板に反射されて受光素子に受光される。受光素子による検出信号の強度は振動部材の振動変位に合わせて変動することから、振動部材の変位が検出される。また、上記特許文献１では、ドップラー効果により振動部材の振動速度を検出する構成も開示されている。すなわち、振動部材に取り付けられた反射板からの反射光を受光した場合、振動部材の振動速度に比例して、反射光の波長が変動することから、振動部材の振動速度が検出される。上記特許文献１では、これらの振動部材の振動変位または振動速度の信号に基づいて、振動部材の振動が負帰還制御される。

また、上記特許文献２では、上記特許文献１と同様に、発光素子から発光された光が振動する振動部材に取り付けられた反射板に反射されて受光素子に受光される。また、上記特許文献２では、振動部材に発光素子を取り付けるとともに、対向する位置に受光素子を設けることにより振動部材の変位を検出する構成が開示されている。上記特許文献２では、これらの振動部材の振動変位の信号に基づいて、振動部材の振動が負帰還制御される。

また、上記特許文献３では、マイクロフォンにより振動部材から発せられた音を検出するとともに、その検出信号に基づいて、振動部材の振動を負帰還制御する構成が開示されている。

また、上記特許文献４では、光反射機能を有する振動部材に光を照射するとともに、その反射光を受光することにより、振動部材の振動を検出する構成が開示されている。

特許第２９４０５８７号公報 特開２００７−８８６０８号公報 特開平１１−３５５８９３号公報 特許第３１３２２７０号公報

しかしながら、上記特許文献１では、反射光の強度変化に基づいて振動部材の振動変位を検出する構成のため、発光素子、受光素子および反射板などの位置調整がずれた場合に、受光素子により受光される反射光の強度変化を正確に検出することが困難になると考えられる。このため、組立段階において光学系の位置調整の精度が必要となるので、組立工程が煩雑になるという問題点がある。また、ドップラー効果を利用する構成では、振動部材の周波数が低く、振動部材の振動速度が小さい場合に、ドップラー効果による波長の変化も小さくなるので、低周波数の振動の検出が困難になる。したがって、正確に振動部材の振動を検出することが困難であるという問題点がある。

また、上記特許文献２および３においても、上記特許文献１と同様に、組立段階において光学系の位置調整の精度が必要となるので、組立工程が煩雑になるという問題点がある。

また、上記特許文献４では、マイクロフォンにより振動部材から実際に発せられた音を検出する構成のため、他のスピーカから発せられた音なども同時に検出してしまう可能性があると考えられる。このため、正確に振動部材の振動を検出することが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、組立工程を簡素化し、かつ、正確に振動部材の振動を検出することが可能なスピーカを提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

この発明の一の局面によるスピーカは、振動することにより音を発生する振動部材と、振動部材を振動させるための駆動部と、振動部材に対してパルス波を所定の時間間隔毎に発信する発信部と、発信部が発信したパルス波の振動部材による反射波を検出する検出部とを備え、駆動部は、パルス波が発信されてから反射波が検出部に到達するまでの到達時間の変化に基づいて、振動部材の振動を検出するとともに、検出した振動に基づいて、振動部材の振動をフィードバック制御するように構成されている。

この一の局面によるスピーカでは、上記のように、パルス波が発信されてから反射波が検出部に到達するまでの到達時間の変化に基づいて、振動部材の振動を検出することによって、正確に振動部材の振動を検出することができる。すなわち、振動部材と発信部および検出部との距離（パルス波の移動距離）は、振動部材の振動に伴って変動している。パルス波の速度は実質的に一定と考えられることから、このパルス波の移動距離の変化と、パルス波の到達時間の変化とは比例している。また、パルス波の移動距離の変化は、振動部材のパルス波が照射された部分の位置変化であるので、パルス波の到達時間の変化を検出することによって、振動部材のパルス波が照射された部分の位置変化を検出することができる。これにより、振動部材の振動を検出することができる。このようにパルス波の到達時間の変化により振動部材の振動を検出する場合には、他のスピーカの音などが影響することがないので、正確に振動部材の振動を検出することができる。また、パルス波の到達時間の変化により振動部材の振動を検出する場合には、振動部材のパルス波が照射された部分の位置変化を検出しているので、ドップラー効果により検出する場合と異なり、振動部材の振動速度が小さい場合（周波数が小さい場合）でも正確に振動を検出することができる。また、パルス波の到達時間の変化により振動部材の振動を検出する場合には、検出部はパルス波が検出されたか否かのみを検出できればよく、光の強度などの時間変化を検出する必要がない。このため、組立段階において発信部および検出部の位置調整の精度が必要でないので、容易に組立を行うことができる。これにより、組立工程を簡素化することができる。

上記一の局面によるスピーカにおいて、好ましくは、パルス波が発信される時間間隔は、振動部材が振動する際の振動周期よりも小さい。このように構成すれば、振動部材の振動の１周期内の振動部材の位置の時間変化を検出することができるので、振動部材の振動を検出することができる。

上記一の局面によるスピーカにおいて、好ましくは、パルス波は、パルス音波を含む。このように構成すれば、音波は光（電磁波）と異なり直進性が弱いので、光（電磁波）のパルス波により振動を検出する場合と比較して、組立時に発信部および検出部の位置調整においてより精度が必要でなくなる。このため、組立工程を簡素化することができる。

この場合、好ましくは、パルス音波の周波数の帯域は、振動部材が振動する際の周波数の帯域と異なる。このように構成すれば、振動部材による音波を検出部が検出することに起因して、検出結果に誤差が生じるのを抑制することができる。

上記パルス波がパルス音波を含む構成において、好ましくは、発信部および検出部は、振動部材および駆動部以外の部材に取り付けられている。このように構成すれば、負帰還制御を行うための構成要素を振動部材および駆動部に取り付けることなくフィードバック制御を行うことができるので、フィードバック制御を行うための構成要素を振動部材または駆動部に取り付けることに起因して振動部材の振動に影響が生じるのを抑制することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるスピーカの全体構成を示した斜視図である。図２は、図１に示したスピーカを示す断面図である。図３は、図１に示したスピーカの駆動回路を示すブロック図である。まず、図１〜図３を参照して本発明の一実施形態によるスピーカ２０の構造について説明する。

本実施形態によるスピーカ２０は、図１および図２に示すように、金属製のフレーム1と、振動することにより音が発生するコーン紙２と、ダンパ３と、円柱状のヨーク４と、リング状に形成されているとともにヨーク４の外面側に配置されたマグネット５とを備えている。また、本実施形態によるスピーカ２０は、ＭＦＢ（Ｍｏｔｉｏｎａｌ ＦｅｅｄＢａｃｋ）方式によって負帰還制御（ネガティブフィードバック制御）されるように構成されている。なお、ＭＦＢとは、コーン紙２の振動を検知するとともに、検知した振動の周波数に基づいてコーン紙２の振動を負帰還制御する方式である。また、本実施形態によるスピーカ２０は、ＭＦＢ方式によるコーン紙２の振動を検知するセンサ６およびセンサ６を支持するセンサ支持部材７を備えている。なお、コーン紙２は、本発明の「振動部材」の一例である。

また、図２に示すように、スピーカ２０は、コーン紙２の根元部分には円筒形状のコイルボビン８が接合されているとともに、コーン紙２とコイルボビン８との接合部には、コイルボビン８の内側の空洞部分を塞ぐようにキャップ９が設けられている。また、コイルボビン８およびキャップ９が接合されたコーン紙２は、コーン紙２の一方端部（コイルボビン８と接合していない側の端部）が一様にコーンエッジ１０に接着されているとともに、コーンエッジ１０がフレーム１に接着されることによってフレーム１に保持されている。また、コイルボビン８には、ボイスコイル１１が固定的に巻きつけられているとともに、コイルボビン８に巻きつけられたボイスコイル１１はマグネット５に囲まれるような位置に配置されている。このように構成されたスピーカ２０は、以下のように音波を発生する。すなわち、ボイルコイル１１に電流を流すことによって、フレミング左手の法則に基づいて、ボイスコイル１１に流れる電流とマグネット５に発生する磁界とにより発生する力がボイスコイル１１およびコイルボビン８を介してコーン紙２に伝達される。そして、伝達された力により振動するコーン紙２によって空気が振動することにより音波が発生される。

また、ダンパ３は、図１および図２に示すように、円形状に形成されているとともに、フレーム１の内側面に沿って接合されている。また、ダンパ３には、中心部分にコイルボビン８が貫通するように配置されているとともに、貫通部分でコイルボビン８と接合することによってコイルボビン８を支持している。また、ダンパ３は、コイルボビン８を支持しているとともに、コーン紙２およびコイルボビン８が正常に振動するために伸縮可能なように構成されている。

また、センサ支持部材７は、フレーム１の上面に取り付けられている。センサ支持部材７は、フレーム１から上方に突出するとともに、先端７ａがコーン紙２の内側に延びるように折り曲げられている。また、先端７ａは、コーン紙２のキャップ９近傍に配置されている。

また、センサ支持部材７の先端７ａには、センサ６が取り付けられている。センサ６は、一対の音波発信機６ａおよび音波受信機６ｂから構成されている。音波発信機６ａは、所定の時間間隔でパルス音波を発信するように構成されている。また、音波受信機６ｂは、音波発信機６ａから発信されたパルス音波のコーン紙２による反射波を受信することが可能である。また、センサ支持部材７の先端７ａに取り付けられたセンサ６は、コーン紙２のキャップ９近傍の側面に対向するように配置されている。このコーン紙２のキャップ９近傍の側面は、コーン紙２の中でボイスコイル８側に位置するため、ボイスコイル８の振動と最も近似した振動を行う。また、音波発信機６ａから発信されたパルス音波は、コーン紙２の表面に実質的に垂直に入射するとともに、コーン紙２の表面から実質的に垂直に反射されて、音波受信機６ｂに受信される。また、パルス音波が発信される時間間隔は、コーン紙２が振動する際の振動周期よりも小さい。また、この音波発信機６ａから発信される音波の周波数帯域は、コーン紙２が振動する際の周波数帯域と異なる。

また、図３に示すように、本実施形態によるスピーカ２０は、アナログ式の負帰還制御回路を含んでいる。この負帰還制御回路により、コーン紙２の振動を検出するとともに、そのコーン紙２の振動に基づいて、コーン紙２の振動を負帰還制御するように構成されている。具体的には、送信アンプ１２は、発信回路から入力された信号を増幅して音波発信機６ａに入力する。これにより、音波発信機６ａは、所定の時間間隔でパルス音波を発信する。また、受信アンプ１３は、音波受信機６ｂにより受信されたパルス信号を増幅して復調回路１４に入力する。復調回路１４では、入力されたパルス信号に基づいて、コーン紙２の振動が得られる。また、差動増幅器１５では、音声出力機器（図示せず）などからの音声信号と、復調回路１４からの出力信号とが入力される。この差動増幅器１５において、音声出力機器などからの音声信号が復調回路１４からの出力信号に基づいて補正される。また、差動増幅器１５の出力信号はパワーアンプ１６において増幅されて出力される。このパワーアンプ１６からの出力信号により、コイルボビン８およびボイスコイル１１（図２参照）が駆動されて、コーン紙２が振動する。

図４〜図６は、振動しているコーン紙に音波パルスが照射されている状態を示す概念図である。図７は、時間τ毎に音波パルスを発信した場合の音波パルスの発信時刻および音波パルスの検出時刻を示す図である。次に、図４〜図７を参照して、本実施形態によるスピーカ２０のコーン紙２の振動の検出原理について説明する。

図４に示すように、コーン紙２が振動していない場合およびコーン紙２の位置が振動中心に位置している場合には、パルス音波が音波発信機６ａから発信され、コーン紙２に反射されて音波受信機６ｂに受信されるまでの移動距離はＬとなる。また、図５に示すように、コーン紙２がセンサ６に対して離間する位置に位置している場合には、パルス音波の移動距離はＬ＋δＬとなる。また、図６に示すように、コーン紙２がセンサ６に対して近接する位置に位置している場合には、パルス音波の移動距離はＬ−δＬとなる。したがって、パルス音波の移動距離の変化とコーン紙２のパルス音波が照射される部分の位置の変化とは比例関係にある。また、パルス音波の速度は実質的に一定であるので、パルス音波の移動距離の変化は、パルス音波が発信されてから受信されるまでの時間の変化として検出することが可能である。すなわち、パルス音波が発信されてから受信されるまでの時間の変化を検出することにより、コーン紙２のパルス音波が照射される部分の位置の変化（コーン紙２の振動）を得ることが可能である。

図４に示す状態でパルス音波が発信されてから受信されるまでの時間を基準到達時間とすると、図７に示すように、第１パルスが発信されてから基準到達時間経過後の時間ｔ１と、第１パルスが音波受信機６ｂに受信された時間Ｔ１との時間差ｄ１は、「０」である。すなわち、第１パルスがコーン紙２に反射された時点で、コーン紙２は図４に示す振動中心に位置していることを示している。また、第２パルスが発信されてから基準到達時間経過後の時間ｔ２と、第２パルスが音波受信機６ｂに受信された時間Ｔ２との時間差ｄ２は、正の値である。すなわち、第２パルスがコーン紙２に反射された時点で、コーン紙２は図５に示すように、センサ６に対して離間する位置に位置していることを示している。また、第３パルスが発信されてから基準到達時間経過後の時間ｔ３と、第３パルスが音波受信機６ｂに受信された時間Ｔ３との時間差ｄ３は、第２パルスの時間差ｄ２よりも大きい。したがって、コーン紙２は、第３パルスがコーン紙２に反射された時点で、第３パルスがコーン紙２に反射された時点よりもさらにセンサ６に対して離間する位置に位置している。また、第９パルスが発信されてから基準到達時間経過後の時間ｔ９と、第９パルスが音波受信機６ｂに受信された時間Ｔ９との時間差ｄ９は、負の値である。したがって、第９パルスがコーン紙２に反射された時点で、コーン紙２は図６に示すように、センサ６に対して離間する位置に位置していることを示している。本実施形態では、このような原理によりコーン紙２の振動が検出される。

本実施形態では、上記のように、パルス音波が発信されてから反射波が音波受信機６ｂに到達するまでの到達時間の変化に基づいて、コーン紙２の振動を検出することによって、正確にコーン紙２の振動を検出することができる。このようにパルス音波の到達時間の変化によりコーン紙２の振動を検出する場合には、他のスピーカの音などが影響することがないので、正確にコーン紙２の振動を検出することができる。また、パルス音波の到達時間の変化によりコーン紙２の振動を検出する場合には、コーン紙２のパルス音波が照射された部分の位置変化を検出しているので、ドップラー効果により検出する場合と異なり、コーン紙２の振動速度が小さい場合（周波数が小さい場合）でも正確に振動を検出することができる。また、パルス音波の到達時間の変化によりコーン紙２の振動を検出する場合には、音波受信機６ｂはパルス音波が検出されたか否かのみを検出できればよく、光の強度などの時間変化を検出する必要がない。このため、組立段階における音波発信機６ａおよび音波受信機６ｂの位置調整において精度が必要でないので、組立工程を簡素化することができる。

また、本実施形態では、上記のように、パルス音波を用いることによって、音波は光（電磁波）と異なり直進性が弱いので、光（電磁波）のパルス波により振動を検出する場合と比較して、組立段階における音波発信機６ａおよび音波受信機６ｂの位置調整において、より精度が必要でなくなる。このため、組立工程を簡素化することができる。また、光（電磁波）のパルス波により振動を検出する場合のように、コーン紙２に反射板などを取り付けたり、金属膜を蒸着させるなどの光を反射させるための加工を行う必要もない。

また、本実施形態では、上記のように、コーン紙２が振動する際の周波数の帯域と異なる帯域の周波数のパルス音波を用いることによって、コーン紙２による音波が音波受信機６ｂに検出されることに起因して、検出結果に誤差が生じるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、音波発信機６ａおよび音波受信機６ｂを、フレーム１に取り付けたセンサ支持部材７に取り付けることによって、負帰還制御を行うためのセンサ６を、振動を行うコーン紙２、キャップ９、コイルボビン８およびボイスコイル１１などに取り付けることなく負帰還制御を行うことができるので、負帰還制御を行うためのセンサ６をコーン紙２、キャップ９、コイルボビン８およびボイスコイル１１に取り付けることに起因してコーン紙２、キャップ９、コイルボビン８およびボイスコイル１１の振動に影響が生じるのを抑制することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、パルス音波をコーン紙２に照射した例を示したが、本発明はこれに限らず、キャップ９に照射してもよい。

また、上記実施形態では、パルス音波を用いてコーン紙２の振動を検出した例を示したが、本発明はこれに限らず、光（電磁波）のパルスを用いてもよい。

また、本実施形態では、図３に示したアナログ式の負帰還制御回路を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、図８に示す変形例によるスピーカ３０のように、デジタル式の負帰還制御回路を用いてもよい。このデジタル式の負帰還制御回路では、受信アンプ１３から出力されたパルス信号は、ＩＣなどからなる制御部１７に入力される。この制御部１７において、図３の復調回路１４および差動増幅器１５と同様の処理がデジタル処理により行われる。本発明では、パルスの検出の有無というデジタル的な信号を扱うので、このようにデジタル処理を行うことにより、アナログ処理を行う場合と比較して、ノイズの影響を軽減することができる。

また、上記実施形態では、コーン紙２の外側からパルス音波を照射した例を示したが、本発明はこれに限らず、コーン紙２の内側からパルス音波を照射してもよい。

本発明の一実施形態によるスピーカの全体構成を示す斜視図である。 図１に示したスピーカを示す断面図である。 図１に示したスピーカの負帰還制御回路を示すブロック図である。 コーン紙が振動していない場合、または振動中心に位置している場合を示す模式図である。 コーン紙がセンサに対して離間する位置に位置している場合を示す模式図である。 コーン紙がセンサに対して離間する位置に位置している場合を示す模式図である。 音波パルスの発信時刻および音波パルスの検出時刻を示す図である。 本発明の変形例によるスピーカの負帰還制御回路を示すブロック図である。

符号の説明

２ コーン紙（振動部材）
６ａ 音波発信機（発信部）
６ｂ 音波受信機（検出部）
９ キャップ（振動部材）
２０ スピーカ

Claims (5)

1. 振動することにより音を発生する振動部材と、
   前記振動部材を振動させるための駆動部と、
   前記振動部材に対してパルス波を所定の時間間隔毎に発信する発信部と、
   前記発信部が発信したパルス波の前記振動部材による反射波を検出する検出部とを備え、
   前記駆動部は、前記パルス波が発信されてから前記反射波が前記検出部に到達するまでの到達時間の変化に基づいて、前記振動部材の振動を検出するとともに、検出した振動に基づいて、前記振動部材の振動をフィードバック制御するように構成されている、スピーカ。
2. 前記パルス波が発信される時間間隔は、前記振動部材が振動する際の振動周期よりも小さい、請求項１に記載のスピーカ。
3. 前記パルス波は、パルス音波を含む、請求項１または２に記載のスピーカ。
4. 前記パルス音波の周波数の帯域は、前記振動部材が振動する際の周波数の帯域と異なる、請求項３に記載のスピーカ。
5. 前記発信部および前記検出部は、前記振動部材および前記駆動部以外の部材に取り付けられている、請求項３または４に記載のスピーカ。
   

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