JP2015226195A - Mfbスピーカ装置および音波検出用マイクロホン - Google Patents

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【課題】振動雑音による影響を軽減したMFBスピーカ装置を実現させること。【解決手段】MFBスピーカ装置において好適に利用し得る音波検出用マイクロホン5は、それぞれの振動板が34a,34bが互いに向かい合わせに対向配置された第1、第2コンデンサマイクロホンユニットU1,U2より構成される。前記第1、第2ユニットU1,U2には、出力信号をそれぞれ引き出す第1、第2インピーダンス変換器が備えられており、前記第1、第2ユニットU1,U2による出力が直列接続されて、音波検出信号として出力される。前記第1、第2ユニットU1,U2に振動が加わった場合には、その出力が逆相になるためキャンセルされ、振動雑音による影響を軽減したMFBスピーカ装置を実現することができる。【選択図】図3

Description

この発明は、スピーカの直近に音波検出用マイクロホンを配置して、このマイクロホンによる検出信号をスピーカの入力信号に帰還するMFBスピーカ装置およびこのMFBスピーカ装置に用いられる音波検出用マイクロホンに関する。
スピーカの特に低音域の再生特性を補償するMFB(モーショナルフィードバック)方式を利用したスピーカ装置が古くから提案されている。このMFBスピーカ装置は、スピーカの直近にコイルもしくはマイクロホン等の音波検出センサーを配置して、そのセンサー出力を前記スピーカを駆動するパワーアンプに負帰還する構成が採用される。
図5は、音波検出センサーとしてマイクロホンを利用したMFBスピーカ装置の基本構成を示したブロック図である。
図5に示すように、信号入力端子INに供給される音声信号は、混合回路1の非反転入力端子に入力され、その出力は低域ブースト回路2を経て、パワーアンプ3に供給される。パワーアンプ3に接続されたスピーカ4の直近には、音波検出用マイクロホン5が配置され、この音波検出用マイクロホン5により前記スピーカ4からの音波を検出する。
すなわち、音波検出用マイクロホン5により得られた検出信号は、マイクロホンアンプ6により増幅され、帯域制限フィルタ7に供給される。そして、帯域制限フィルタ7の出力は、前記した混合回路1の非反転入力端子に加えられてフィードバックされる。
前記したMFBスピーカ装置の例によると、低域ブースト回路2によって一旦低音域を持ち上げてから、フィードバックによって特性をフラットとなるように制御するので、低音域を延ばしたままフラットな再生特性を得ることができる。
このため、低音域が拡張されて再生帯域のローエンドを延ばすことができると共に、歪みを減少させることができる。また過渡特性が改善され、音の立上がりおよび立下がり特性を早めることができるなどの改善が見込まれる。
図5に示したMFBスピーカ装置において、特に鎖線で囲まれたA部分は、例えば「MFBアダプタセット/MFB−2000」として市販されており、これは非特許文献1に開示されている。
前記図5に示したMFBスピーカ装置においては、スピーカからの音波を検出するために、無指向性のコンデンサマイクロホンが用いられる。無指向性のコンデンサマイクロホンの制御方式は弾性制御であるため、低音域では出力レベルと位相が周波数に対して平坦となる。このため、信号処理が比較的容易であるという利点がある。
そして、音波を検出するマイクロホンは、図5に示したようにスピーカの前方に取り付ける場合もあり、またはスピーカの後方に取り付ける場合もある。マイクロホンをスピーカの後方に取り付ける例としては、特許文献1に開示されたスピーカ装置を挙げることができる。
この特許文献1に開示されたスピーカ装置によると、スピーカのセンターポールの中心に貫通孔を設けて、この貫通孔内にマイクロホンを取り付けたマイクロホンホルダーを挿入した構成が採用されている。これによりマイクロホンとその配線が、スピーカの外側に露出するのを避けることができるなど、外観を整える配慮がなされている。
「MFBアダプタセット/MFB−2000」インターネット<URL:http://nipaudio.com/audio,files/mfb2000cat.pdf>〔平成26年5月23日検索〕
特開平7−264696号公報
ところで、MFBスピーカ装置を構成するスピーカの磁気回路は、スピーカに加えられた音声信号により振動板を駆動した反力を受けて振動することになる。この磁気回路の振動はスピーカを支持するエンクロージャにも伝達される。
このために、スピーカからの音波を検出するマイクロホンを、エンクロージャに取り付けたり、特許文献1に開示されたように、音波検出用マイクロホンを磁気回路のセンターポール部分に取り付けた場合には、このマイクロホンにより前記エンクロージャもしくは磁気回路の振動成分も、振動雑音として同時に検出することになる。
この振動雑音を含んだ検出信号を用いて、MFB(モーショナルフィードバック)を行うと、結果としてスピーカからの再生音には、前記振動雑音成分による歪みが含まれたものとなる。
無指向性コンデンサマイクロホンは、加えた加速度に比例した周波数応答とマイクロホンの主軸に対してcosθ(θ:正面を0としたときの音源の角度)の指向性を持つことが知られている。したがって、前記振動雑音を発生させる振動方向と、マイクロホンの主軸を直交させると、振動雑音は検出されないことになる。
しかしながら、前記振動方向は周波数に応じて変化する場合があり、また音波検出用マイクロホンの取り付け手段によっては、振動を受けてマイクロホンユニットが設定位置からずれるなどの問題も生じ易く、マイクロホンの物理的な配置方向の選択により、前記した振動雑音を除外することは極めて困難である。
さらに、音波を検出するマイクロホンは、スピーカからの音波に対して遅延時間を短くするために、スピーカに近接して配置する必要がある。したがってマイクロホンには、大きな音圧が加わることになる。このためにMFBスピーカ装置に用いられる音波検出用マイクロホンは、その許容入力音圧レベルが高いものが必要となる。
この発明は、MFBスピーカ装置の前記した技術的な観点に基づいてなされたものであり、スピーカの駆動に伴う前記した振動に対しては応答し難く、スピーカからの音波を効果的に検知する機能を備えたマイクロホンを提供しようとするものである。
加えて、高い音圧レベルを受けても歪みなく検知信号をもたらすことができる音波検出用マイクロホンを提供しようとするものである。
そして、前記した音波検出用マイクロホンを利用することで、振動雑音による影響を大幅に軽減することができるMFBスピーカ装置を提供することを課題とするものである。
前記した課題を解決するためになされたこの発明に係るMFBスピーカ装置は、スピーカと、前記スピーカからの音波を検出する音波検出用マイクロホンとを備え、前記音波検出用マイクロホンによる検出信号を前記スピーカの入力信号に帰還するMFBスピーカ装置であって、前記音波検出用マイクロホンには、それぞれの振動板が互いに向かい合わせに対向配置された第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットと、前記第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力信号をそれぞれ引き出す第1、第2インピーダンス変換器が備えられ、前記第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力が直列接続されて、前記第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットからの出力信号を、前記検出信号とすることを特徴とする。
この場合、好ましくは前記第1インピーダンス変換器からの出力信号のレベルを調整して、調整後の出力信号を前記第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットに供給する第1調整部が備えられる。
また好ましくは前記第2インピーダンス変換器からの出力信号のレベルを調整して、調整後の出力信号を前記検出信号とする第2調整部も備えられる。
さらに好ましい形態においては、前記第1、第2インピーダンス変換器には、前記第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットの固定極にそれぞれゲートが接続されたFETが搭載され、前記各FETがソースフォロワ接続されて、第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力信号をそれぞれ引き出す構成が採用される。
この場合、より好ましくは前記第1、第2インピーダンス変換器を構成する各ソースフォロワ回路は、前記各FETのソース電極と基準電位点との間に少なくとも2つの抵抗素子を直列接続することで、前記抵抗素子の接続中点を前記FETのドレイン電圧の半分の電圧値に設定し、前記抵抗素子の接続中点の電位を前記FETのゲートバイアス電圧とした構成が採用される。
一方、前記した課題を解決するためになされたこの発明に係る音波検出用マイクロホンは、スピーカからの音波を検出して、この検出信号を前記スピーカの入力信号に帰還するMFBスピーカ装置の音波検出用マイクロホンであって、それぞれの振動板が互いに向かい合わせに対向配置された第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットと、前記第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力信号をそれぞれ引き出す第1、第2インピーダンス変換器が備えられ、前記第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力が直列接続されて、前記第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットからの出力信号を、前記検出信号とすることを特徴とする。
この発明に係る前記したMFBスピーカ装置によると、スピーカからの音波を検出して、この検出信号を前記スピーカの入力信号に帰還するための音波検出用マイクロホンには、第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットのそれぞれの振動板が互いに向かい合わせに対向配置された構成が採用される。
この構成による音波検出用マイクロホンによると、このマイクロホンに振動が加えられた場合には、前記第1、第2の各コンデンサマイクロホンユニットからは、逆相の信号が生成され、また前記スピーカからの音波に対しては、同相の信号が生成される。
したがって、前記第1コンデンサマイクロホンユニットの信号を引き出す第1インピーダンス変換器の出力レベルを第1調整部によって調整しつつ、その出力を第2コンデンサマイクロホンユニットに加えて加算する。そして、第1と第2コンデンサマイクロホンユニットの加算信号を引き出す第2インピーダンス変換器の出力において、前記振動による応答が最小になるように前記第1調整部を調整することで、スピーカからの音波には応答するが、振動には応答し難い音波検出用マイクロホンを得ることができる。
それ故、前記第1調整部によって前記のとおり調整された音波検出用マイクロホンを利用することにより、振動雑音による影響を大幅に軽減したMFBスピーカ装置を提供することができる。
また、前記スピーカの音波検出用マイクロホンにおいては、これに搭載される第1、第2インピーダンス変換器として、FETを用いたソースフォロワ回路が構成され、FETのドレイン電圧の約半分の値の電圧が、ゲートバイアス電圧として設定できる構成が採用される。
これによりFETのゲート電極に大きな値の信号が供給された場合においても、信号の正負方向の各ピーク出力に歪みを発生させる度合いを最小限度にとどめることができる。したがって、この種のMFBスピーカ装置に用いて高い音圧レベルを受けても、歪みなく検知信号をもたらすことができる音波検出用のマイクロホンを提供することができる。
この発明に係るMFBスピーカ装置に用いられるスピーカと音波検出用マイクロホンの第1の組み合わせ状態を示した一部断面図である。 同じく第2の組み合わせ状態を示した断面図である。 音波検出用マイクロホンの単体構成を示した断面図である。 音波検出用マイクロホンに備えたインピーダンス変換器を含む回路構成図である。 MFBスピーカ装置の基本構成を示したブロック図である。
この発明に係るMFBスピーカ装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。なおこの発明に係るMFBスピーカ装置は、すでに説明した図5に示したMFBスピーカ装置の基本構成と同様の接続構成が採用される。したがって以下においては、スピーカに対する音波検出用マイクロホンの好ましい取り付け例、および音波検出用マイクロホンの具体的な構成について説明する。
図1は、スピーカの直前に音波検出用マイクロホンを配置した例を示している。この図1に示す例においては、スピーカ4が取り付けられたバッフル板11の前面に、スピーカ4の音波放射軸に直交するようにしてアーム部材12が取り付けられている。そして、アーム部材12のほぼ中央部に音波検出用マイクロホン5が取り付けられ、これにより音波検出用マイクロホン5は、スピーカ4の直近において音波放射軸上に配置された構成が採用されている。
次に図2は、スピーカの本体内に音波検出用マイクロホンを配置した例を断面図で示している。この図2に示すスピーカ4は、周知のダイナミックスピーカの構成を示しており、円環状のマグネット21を挟むようにしてセンターポール22とプレート23とにより磁気回路が構成されている。そして、前記プレート23にはフレーム24が取り付けられて、フレーム24の周縁部において、エッジ部材25を介してコーン型振動板26が取り付けられている。
また、コーン型振動板26の内周縁にはボイスコイルボビン27が取り付けられて、このボビン27に取り付けられたボイスコイル28が、前記磁気回路に形成された磁気ギャップ内に位置するように構成されている。
この図2に示す例においては、コーン型振動板26に取り付けられたセンターキャップ29内の空間部において、前記センターポール22の前面に音波検出用マイクロホン5が取り付けられている。
前記スピーカ4に対する音波検出用マイクロホン5の取り付け手段は、図1および図2に示した構成以外に他の構成も採用することができるが、スピーカ4からの音波に対して遅延時間を短くするために、音波検出用マイクロホン5はスピーカ4の振動板に近接して配置することが望ましい。
図3は、前記した音波検出用マイクロホン5の構成を断面図で示したものである。この音波検出用マイクロホン5は、円筒状のケース31内に、第1と第2の無指向性コンデンサマイクロホンユニットU1,U2が、それぞれの振動板が互いに向かい合わせに対向した状態で配置されている。
第1と第2の無指向性コンデンサマイクロホンユニットU1,U2(以下、単にユニットU1,U2とも言う。)は、共に同一構成であるため、以下においてはユニットU1について説明し、ユニットU2についてはその説明を省略する。なおユニットU1については符号の末尾に“a”を付けて示し、ユニットU2についてはユニットU1に相当する同一符号の末尾に“b”を付けて示している。
ユニットU1は、全体がアルミニウム素材により形成されたユニットケース32a内に収容されて構成されており、ユニットU1の前面側にはリング33aによって振動板34aが取り付けられている。そして、振動板34aの裏面には僅かな間隙を介して固定極35aが配置されている。また、前記固定極35aは、絶縁性のインシュレータ37aによって支持され、インシュレータ37aの裏面側には回路基板38aが配置されて、インシュレータ37aの背面を覆っている。
そして、ユニットケース32aの後部開口縁を内側にかしめることで、図3に示したように各部材がユニットケース32a内に保持されてユニットU1が形成され、同時に前記ユニットケース32aが回路基板38aに形成された回路の基準電位点(接地ライン)に接続されている。
また、前記インシュレータ37aの中央部に形成された空間部にはインピーダンス変換器として機能するFET(電界効果トランジスタ)Q1aが収容されており、このFETQ1aの端子の一つ(ゲート電極)は、前記固定極35aに接続されると共に、他の端子は前記回路基板38aにハンダ付け等により接続されている。
前記したとおり、ユニットU2も前記したユニットU1と同一に構成されており、ユニットU1の振動板34aと、ユニットU2の振動板34bは、前記した円筒状のケース31内において、互いに向かい合わせ状態に対向配置されている。
そして、円筒状のケース31の側面には、音波導入用の開口31Aが軸対称の位置に形成されており、前記各振動板34a、34bが対向する空間部は、前記開口31Aによって外部に連通されている。
図4は、前記ユニットU1およびユニットU2にそれぞれ搭載された第1および第2のインピーダンス変換器の例を示すものである。
ユニットU1を構成する振動板34aの背面には、前記したとおり固定極35aが配置されており、図4に示す例においては固定極35aにおける振動板34aに対峙する面に、エレクトレット誘電体膜36aが備えられて、バックエレクトレット方式が採用されている。
そして、固定極35aにはFETQ1aのゲート電極が接続されており、このFETQ1aは、ソースフォロワ回路によるインピーダンス変換器を構成している。
すなわち、FETQ1aのドレイン電極は動作電源Vddに接続されており、そのソース電極と接地ラインGNDとの間には、抵抗R1aとR2aの直列接続体からなるソースフォロワ抵抗が接続されている。そして、前記抵抗R1aとR2aの接続中点と、FETQ1aのゲート電極との間には、バイアス印加抵抗R3aが接続されている。
また、前記FETQ1aのソース電極には、直流カットコンデンサC1aが接続されており、この直流カットコンデンサC1aを介して、前記接地ラインGNDとの間には、半固定抵抗SRaによる第1調整部が接続されている。そして、半固定抵抗SRaによる第1調整部を経た信号は、第2ユニットU2を構成する振動板34bに供給される。
すなわち、第1ユニットU1による検出信号は直列接続されて、第2ユニットU2による検出信号に加わるように構成されている。
以上説明した第1インピーダンス変換器の回路構成は、図3に示した第1ユニットU1の回路基板38aに搭載されている。
なお、前記した第1ユニットU1のソースフォロワ回路においては、FETQ1aのソース電極と接地ラインGNDとの間に、抵抗R1aとR2aが直列接続され、その接続中点の電位がゲートバイアス電圧として利用されている。前記した接続構成によって、FETQ1aのドレイン電圧の約半分の値の電圧レベルが、ゲートバイアス電圧として設定されている。
これにより、FETQ1aのゲート電極に、たとえ大きな値の信号が供給された場合であっても、信号の正負方向の各ピーク出力に歪みを発生させることなく、インピーダンス変換動作を実行することができる。
第2ユニットU2における第2インピーダンス変換器の回路構成については、前記した第1インピーダンス変換器の回路構成と同一であり、図4においてもユニットU2については、ユニットU1に相当する同一符号の末尾に符号“b”を付けて示している。したがってその説明は省略する。
そして、第2インピーダンス変換器による出力には、前記したとおり第1ユニットU1による出力も加算された状態で、半固定抵抗SRbによる第2調整部にもたらされ、この第2調整部を構成する半固定抵抗SRbにより、音波検出用マイクロホン5の検出信号が供給されることになる。この検出信号は、出力端子OUTより導出され、例えば図5に示すMFBスピーカ装置に適用される。図5に適用したときは、検出信号はマイクロホンアンプ6に入力される。
以上のとおり構成された音波検出用マイクロホン5は、図3に示す音波導入用開口31Aを結ぶ線が、図1もしくは図2に示したようにスピーカ4の音波放射軸に一致するようにして取り付けられる。
この構成によると、スピーカ4を駆動することにより生ずる音波は、第1および第2ユニットU1,U2の各振動板34a,34bを、対向する固定極35a,36bに対して同方向(同一モード)に変位させる作用を与え、第1および第2ユニットU1,U2からは同相の検出信号が生成される。
したがって、図4に示す半固定抵抗SRbには、第1および第2ユニットU1,U2による加算された信号がもたらされ、これはMFBスピーカ装置において、音波検出用マイクロホン5による検出信号として利用することができる。
一方、前記した構成の音波検出用マイクロホン5が、スピーカ4を駆動することによる反作用により生ずる振動を受けた場合には、前記第1、第2ユニットU1,U2は、共に円筒状ケース31内に、各振動板34a,34bが向かい合わせの状態に収容されているので、それぞれのユニットU1,U2からは、逆相の信号が生成される。
したがって、この構成の音波検出用マイクロホン5に対して、例えば加振機によって外部から振動を加えた状態において、第2調整部SRbからの出力において、振動による応答が最小になるように、第1調整部SRaを調整することで、スピーカ4からの音波には応答するが、外部からの振動には応答し難い音波検出用マイクロホン5を得ることができる。
すなわち、前記第1調整部SRaは、振動により生ずる第1ユニットU1による出力と、第2ユニットU2による出力とをレベル合わせをして、逆相信号を効果的にキャンセルさせるように機能するものとなる。
また、前記第2調整部SRbは、音波検出用マイクロホン5による音波検出信号の出力レベルをプリセットする機能を果たすものとなる。
以上の説明で明らかなとおり、この発明に係る音波検出用マイクロホンを用いたMFBスピーカ装置によると、振動雑音による影響を軽減したMFBスピーカ装置を実現できるなど、前記した発明の効果の欄に記載したとおりの作用効果を得ることができる。
1 混合回路
2 低域ブースト回路
3 パワーアンプ
4 スピーカ
5 音波検出用マイクロホン
6 マイクロホンアンプ
7 帯域制限フィルタ
31 円筒状ケース
31A 音波導入用開口
34a,34b 振動板
35a,35b 固定極
37a,37b インシュレータ
38a,38b 回路基板
Q1a,Q1b FET
SRa 第1調整部(半固定抵抗)
SRb 第2調整部(半固定抵抗)
U1 第1無指向性コンデンサマイクロホンユニット
U2 第2無指向性コンデンサマイクロホンユニット

Claims (6)

  1. スピーカと、前記スピーカからの音波を検出する音波検出用マイクロホンとを備え、前記音波検出用マイクロホンによる検出信号を前記スピーカの入力信号に帰還するMFBスピーカ装置であって、
    前記音波検出用マイクロホンには、それぞれの振動板が互いに向かい合わせに対向配置された第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットと、前記第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力信号をそれぞれ引き出す第1、第2インピーダンス変換器が備えられ、
    前記第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力が直列接続されて、前記第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットからの出力信号を、前記検出信号とすることを特徴とするMFBスピーカ装置。
  2. 前記第1インピーダンス変換器からの出力信号のレベルを調整して、調整後の出力信号を前記第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットに供給する第1調整部を備えることを特徴とする請求項1に記載されたMFBスピーカ装置。
  3. 前記第2インピーダンス変換器からの出力信号のレベルを調整して、調整後の出力信号を前記検出信号とする第2調整部を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載されたMFBスピーカ装置。
  4. 前記第1、第2インピーダンス変換器には、前記第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットの固定極にそれぞれゲートが接続されたFETが搭載され、前記各FETがソースフォロワ接続されて、第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力信号をそれぞれ引き出すことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載されたMFBスピーカ装置。
  5. 前記第1、第2インピーダンス変換器を構成する各ソースフォロワ回路は、前記各FETのソース電極と基準電位点との間に少なくとも2つの抵抗素子を直列接続することで、前記抵抗素子の接続中点を前記FETのドレイン電圧の半分の電圧値に設定し、前記抵抗素子の接続中点の電位を前記FETのゲートバイアス電圧としたことを特徴とする請求項4に記載されたMFBスピーカ装置。
  6. スピーカからの音波を検出して、この検出信号を前記スピーカの入力信号に帰還するMFBスピーカ装置の音波検出用マイクロホンであって、
    それぞれの振動板が互いに向かい合わせに対向配置された第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットと、前記第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力信号をそれぞれ引き出す第1、第2インピーダンス変換器が備えられ、
    前記第1、第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットによる出力が直列接続されて、前記第2無指向性コンデンサマイクロホンユニットからの出力信号を、前記検出信号とすることを特徴とするMFBスピーカ装置の音波検出用マイクロホン。
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