JP2009171043A - Speaker driving method and apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は静電型スピーカ、圧電型スピーカ等印加電圧に振動板の変位量が追従する形式のスピーカの駆動方法および駆動装置に関し、発声しようとする音声信号で直接スピーカを駆動する従来の駆動方法に比べて、振動板の同じ振動振幅に対して該音声信号の出力音圧がより大きく得られるようにしたものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a loudspeaker driving method and a driving apparatus in which a displacement amount of a diaphragm follows an applied voltage such as an electrostatic loudspeaker, a piezoelectric loudspeaker, etc. As compared with the above, the output sound pressure of the sound signal can be obtained larger with respect to the same vibration amplitude of the diaphragm.
従来のスピーカの駆動方法は発声しようとする音声信号で直接スピーカを駆動するものであった。この駆動方法によればスピーカから発する音の大きさ(音圧)は振動板が動かす空気の体積によって決まる。すなわち大きな音を出すためには振動板が動かす空気の体積を大きくする必要がある。ここで振動板によって動かす空気の体積は振動板の面積と振動振幅の掛け算で与えられるので、大きな音を出すためには振動板の面積を大きくするか振動振幅を大きくする必要がある。ただし振動振幅を大きくすることは難しいため、結果として面積の大きな振動板(すなわち口径が大きいスピーカ)が必要であった。 A conventional speaker driving method is to directly drive a speaker with an audio signal to be uttered. According to this driving method, the volume of sound (sound pressure) emitted from the speaker is determined by the volume of air that the diaphragm moves. That is, in order to produce a loud sound, it is necessary to increase the volume of air that the diaphragm moves. Here, since the volume of air moved by the diaphragm is given by multiplying the area of the diaphragm and the vibration amplitude, it is necessary to increase the area of the diaphragm or increase the vibration amplitude in order to produce a loud sound. However, since it is difficult to increase the vibration amplitude, a diaphragm having a large area (that is, a speaker having a large diameter) is required as a result.
この発明は上述の点に鑑みてなされたもので、発声しようとする音声信号で直接スピーカを駆動する従来の駆動方法に比べて、振動板の同じ振動振幅に対して該音声信号の出力音圧がより大きく得られるようにしたスピーカの駆動方法および駆動装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above points. Compared to a conventional driving method in which a speaker is directly driven by an audio signal to be uttered, the output sound pressure of the audio signal is equal to the vibration amplitude of the diaphragm. It is an object of the present invention to provide a driving method and a driving apparatus for a loudspeaker that can obtain a larger value.
この発明のスピーカ駆動方法は印加電圧に振動板の変位量が追従する形式のスピーカを使用し、該スピーカを音声信号で振幅変調した、可聴周波数よりも高い高周波信号で駆動することにより、該スピーカを振幅変調していない同じ音声信号で駆動した場合に比べて、振動板の同じ振動振幅に対して該音声信号の出力音圧がより大きく得られるようにしたものであって、前記振幅変調した高周波信号を音声信号波形の極性と同じ極性方向にのみ振れる信号としたものである。 The speaker driving method of the present invention uses a speaker of a type in which the amount of displacement of the diaphragm follows the applied voltage, and drives the speaker with a high frequency signal higher than the audible frequency, which is amplitude-modulated with an audio signal. Compared to the case where the sound signal is driven by the same sound signal that is not amplitude-modulated, the output sound pressure of the sound signal can be obtained with respect to the same vibration amplitude of the diaphragm. The high-frequency signal is a signal that swings only in the same polarity direction as the polarity of the audio signal waveform.
この発明によれば、スピーカを音声信号で振幅変調した、可聴周波数よりも高い高周波信号で駆動することにより、後述するように、発声しようとする音声信号で直接スピーカを駆動した場合に比べて、振動板の同じ振動振幅に対してより大きな音を発生させることができる。しかもスピーカを駆動する高周波信号は可聴周波数よりも高い周波数の信号であるので人の耳には音声信号の音しか聞こえない。 According to the present invention, the speaker is driven with a high-frequency signal higher than the audible frequency, which is amplitude-modulated with an audio signal, as will be described later, compared to a case where the speaker is directly driven with an audio signal to be uttered, A louder sound can be generated for the same vibration amplitude of the diaphragm. Moreover, since the high frequency signal for driving the speaker is a signal having a frequency higher than the audible frequency, only the sound of the audio signal can be heard by the human ear.
なおダイナミック型スピーカの場合は高周波信号を印加してもその電圧波形どおりに振動しないので、この発明による効果は期待できない。したがってこの発明は印加電圧に振動板の変位量が追従する静電型、圧電型等のスピーカについて好適に適用することができる。また超音波を音声信号で振幅変調して放射するスピーカとしてパラメトリックアレイスピーカが従来より知られているが(例えば上記特許文献1記載のもの)、これはパラメトリックアレイの原理を利用して超指向性を得るスピーカであり、この発明によるものとは異なる。 In the case of a dynamic speaker, even if a high frequency signal is applied, it does not vibrate according to its voltage waveform, so the effect of the present invention cannot be expected. Therefore, the present invention can be suitably applied to an electrostatic type or piezoelectric type speaker in which the displacement amount of the diaphragm follows the applied voltage. A parametric array speaker is conventionally known as a speaker that radiates an ultrasonic wave by modulating the amplitude with an audio signal (for example, the one described in Patent Document 1). This is a superdirectivity using the principle of the parametric array. Which is different from that according to the present invention.
この発明において前記高周波信号の周波数は、再生しようとする音声信号の上限周波数の10〜1000倍、より好ましくは100〜1000倍が望ましい。 In the present invention, the frequency of the high-frequency signal is preferably 10 to 1000 times, more preferably 100 to 1000 times the upper limit frequency of the audio signal to be reproduced.
この発明のスピーカ駆動装置はこの発明のスピーカ駆動方法を実行することを特徴とするものである。このスピーカ駆動装置は例えば、音声信号を入力する入力端子と、高周波信号を前記音声信号で振幅変調した信号を出力する振幅変調回路とを具備して構成することができる。またこのスピーカ駆動装置は既に音声信号で振幅変調済みの高周波信号を受信してスピーカを駆動する装置として構成することもできる。 The speaker driving apparatus of the present invention is characterized by executing the speaker driving method of the present invention. For example, the speaker driving device can include an input terminal for inputting an audio signal, and an amplitude modulation circuit for outputting a signal obtained by amplitude-modulating a high-frequency signal with the audio signal. The speaker driving device can also be configured as a device for driving a speaker by receiving a high-frequency signal that has already been amplitude-modulated with an audio signal.
この発明のスピーカ駆動装置の実施の形態を図1に示す。ここではアナログ信号処理によるシステムを示すがディジタル信号処理によるシステムとして構成することもできる。入力端子10からは再生しようとする音声信号が入力される。高周波信号源12からは一定周波数で一定振幅の高周波信号が出力される。この高周波信号の周波数は再生しようとする音声信号の上限周波数の例えば10〜1000倍、より好ましくは100〜1000倍に設定することができる。例えば再生しようとする音声信号の上限周波数が20kHzであれば、高周波信号の周波数は200kHz〜20MHz、より好ましくは2MHz〜20MHzに設定することができる。振幅変調回路14は高周波信号を音声信号で振幅変調する。振幅変調された高周波信号はアンプ16で増幅されて1個のスピーカ(スピーカユニット)18を駆動する。スピーカ18は印加電圧に振動板の変位量が追従する形式のスピーカで、静電型スピーカ、圧電型スピーカ等で構成される。
An embodiment of a speaker driving apparatus according to the present invention is shown in FIG. Here, a system using analog signal processing is shown, but it can also be configured as a system using digital signal processing. An audio signal to be reproduced is input from the
図1のスピーカ駆動装置の動作波形を図2に示す。これは音声信号波形の極性と同じ極性方向にのみ振れる高周波信号でスピーカを駆動するようにしたものである。(a)は音声信号、(b)は高周波信号である。振幅変調回路14は高周波信号を音声信号で振幅変調して(c)に示す振幅変調された高周波信号を出力する。この振幅変調された高周波信号は音声信号波形の極性に応じて同じ極性方向にのみ振れる波形を有する。この波形は通常の振幅変調で得られる両極性方向に対称に振れる高周波信号のうち、音声信号波形と同じ極性の成分のみを取り出すことにより得られる。この振幅変調された高周波信号でスピーカ18を駆動すると、高周波成分は可聴周波数よりもはるかに高いので人の耳には聞こえず、その包絡線成分である音声信号成分のみが聞こえる。
FIG. 2 shows operation waveforms of the speaker driving device of FIG. In this case, the loudspeaker is driven by a high frequency signal that swings only in the same polarity direction as the polarity of the audio signal waveform. (A) is an audio | voice signal, (b) is a high frequency signal. The
ここで図2(c)の振幅変調された高周波信号でスピーカ18を駆動する場合の音声信号成分の音圧を求める。単純化のため単音の場合について説明する。いま音声信号の角振動数をω、高周波信号の角振動数をω0(ω0>>ω)とする。このときスピーカ18の振動板の、面に垂直な方向の原点からの変位y(t)が時間に応じて次式となるように駆動する。
振動板の変位y(t)によって生じる音圧p(t)は、y(t)の時間に関する二回微分に比例するので、
と表される。このp(t)に含まれるω成分が音声信号成分による音圧の振幅である。なおこの式は正確にはデルタ関数の項が存在するが、このデルタ関数の項による成分は高周波であり音圧には変換されないのでここではこのデルタ関数を無視している。
Here, the sound pressure of the audio signal component when the
Since the sound pressure p (t) generated by the displacement y (t) of the diaphragm is proportional to the second derivative with respect to time of y (t),
It is expressed. The ω component included in p (t) is the amplitude of the sound pressure due to the audio signal component. Although this equation has a term of the delta function precisely, the component by the term of the delta function is a high frequency and is not converted into sound pressure, so this delta function is ignored here.
それではp(t)に含まれるω成分(音声信号成分による音圧の振幅)がどのような大きさになるかを次に求める。いま積分範囲をLとするとp(t)のsinωt成分ps(ω)は、
次にp(t)のcosωt成分pc(ω)は、
以上をまとめると、
次に「式5」のGs(ωΔ)、Gc(ωΔ)を求める。
よって「式5」のps(ω)、pc(ω)は、
次に「式5」のFs(ω)、Fc(ω)を求める。
ここで積分公式
また、
よって「式7」のps(ω)、pc(ω)は、「式11」、「式10」で求められたFc(ω)、Fs(ω)をそれぞれ用いて、
以上によりp(t)のsinωt成分ps(ω)とcosωt成分pc(ω)が求められた。これによればω0>>ωであるので主成分はps(ω)である。図2(c)の振幅変調された高周波信号でスピーカ18を駆動する場合の音声信号成分による音圧の振幅はABω0 2/πとなる。音声信号で直接駆動する従来の駆動方法による音圧の振幅はABω2であるので、振動板の振動振幅Aが同じである場合、図2(c)の振幅変調された高周波信号で駆動する方が音声信号で直接駆動する方法に比べて(ABω0 2/π)/ABω2=ω0 2/πω2倍大きな音圧が得られることになる。逆に言えば、同じ音圧を出すために必要な振動板の振動振幅はπω2/ω0 2倍ですむことになる。したがって図2(c)の振幅変調された高周波信号でスピーカ18を駆動する方法によれば、高周波信号の角振動数ω0を大きくすることにより、スピーカ18の振動板の振動振幅Aが小さいままで大きな音圧を得ることができる。したがって音声信号で直接駆動する従来の駆動方法と同じ音圧を得る場合には、該従来の駆動方法に比べて振動板面積を小さくしてスピーカを小型にすることが可能になる。
Thus, the sin ωt component p s (ω) and the cos ωt component p c (ω) of p (t) were obtained. According to this, since ω 0 >> ω, the main component is p s (ω). When the
10…音声信号入力端子、12…高周波信号源、14…振幅変調回路、18…静電型スピーカ、圧電型スピーカ等の印加電圧に振動板の変位量が追従する形式のスピーカ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該スピーカを音声信号で振幅変調した、可聴周波数よりも高い高周波信号で駆動することにより、
該スピーカを振幅変調していない同じ音声信号で駆動した場合に比べて、振動板の同じ振動振幅に対して該音声信号の出力音圧がより大きく得られるようにした方法であって、
前記振幅変調した高周波信号が音声信号波形の極性と同じ極性方向にのみ振れる信号であるスピーカ駆動方法。 Use a speaker of the type that the displacement of the diaphragm follows the applied voltage,
By driving the loudspeaker with an audio signal that is amplitude-modulated and having a higher frequency than the audible frequency,
Compared to the case where the speaker is driven by the same audio signal that is not amplitude-modulated, the output sound pressure of the audio signal can be obtained larger with respect to the same vibration amplitude of the diaphragm,
A speaker driving method in which the amplitude-modulated high-frequency signal is a signal that swings only in the same polarity direction as the polarity of an audio signal waveform.
音声信号を入力する入力端子と、
高周波信号を前記音声信号で振幅変調した信号を出力する振幅変調回路とを具備し、
前記スピーカを前記音声信号で振幅変調した高周波信号で駆動することにより、該スピーカを振幅変調していない同じ音声信号で駆動した場合に比べて、振動板の同じ振動振幅に対して該音声信号の出力音圧がより大きく得られるようにした装置であって、
前記振幅変調した高周波信号が音声信号波形の極性と同じ極性方向にのみ振れる信号であるスピーカ駆動装置。 An apparatus for driving a speaker of a type in which the amount of displacement of the diaphragm follows the applied voltage,
An input terminal for inputting audio signals;
An amplitude modulation circuit that outputs a signal obtained by amplitude-modulating a high-frequency signal with the audio signal;
By driving the speaker with a high-frequency signal amplitude-modulated with the sound signal, the sound signal is compared with the same vibration amplitude of the diaphragm as compared with the case where the speaker is driven with the same sound signal without amplitude modulation. A device that can obtain a larger output sound pressure,
A speaker driving device, wherein the amplitude-modulated high-frequency signal is a signal that swings only in the same polarity direction as the polarity of an audio signal waveform.
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JP2008004669A JP2009171043A (en) | 2008-01-11 | 2008-01-11 | Speaker driving method and apparatus thereof |
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JP2013157897A (en) * | 2012-01-31 | 2013-08-15 | Tokai Rubber Ind Ltd | Electrostatic speaker device and electrostatic microphone device |
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2008
- 2008-01-11 JP JP2008004669A patent/JP2009171043A/en active Pending
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