JP2016015616A

JP2016015616A - スピーカ装置

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Publication number: JP2016015616A
Application number: JP2014136653A
Authority: JP
Inventors: 圭太坂根; Keita Sakane
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2034-07-02
Also published as: EP3166335B1; EP3166335A4; WO2016002830A1; US20170150274A1; EP3166335A1; US9854366B2; CN106465017B; CN106465017A; JP6499408B2

Abstract

【課題】音声信号とノイズキャンセル信号との時間のずれを防止するとともに、高域特性の悪化を回避して音響特性の向上を図ることのできるスピーカ装置を提供する。
【解決手段】平面振動板１１はフレキシブル配線基板２０を備え、このフレキシブル配線基板２０にマグネット１３の形成磁界に対応して形成され、音声信号に基づく駆動電流が供給される音声用ボイスコイルパターン２１が形成されるとともに、ノイズキャンセル信号に基づく駆動電流が供給されるノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２が形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、スピーカ装置に関する。

従来から、スピーカ装置やヘッドホンなどにおいて、外部の騒音を打ち消し、使用者の耳には楽音のみが聞こえるようにしたノイズキャンセル技術が普及している。このノイズキャンセル技術は、外部の騒音をマイクロホンで検知し、検知した騒音信号と逆位相のノイズキャンセル信号を発生させ、このノイズキャンセル信号をスピーカ装置などから出力させることにより、騒音を打ち消すものである。

一方、近年、スピーカにデジタル信号を直接的に入力することができるフルデジタルスピーカ装置が開発されている。このフルデジタルスピーカ装置は、スピーカにダイレクトにデジタル信号を伝送することが可能であるため、デジタル／アナログ変換が不要となり、デジタル／アナログ変換器の性能に左右されることなく高音質を実現することができるものである。
しかし、このフルデジタルスピーカ装置に、前述のノイズキャンセル技術を適用すると、内部のデジタルフィルタ部の演算回路による遅延が原因で、騒音信号が入力されてから、音声が出力されるまでに０．５ｍｓｅｃ〜３ｍｓｅｃほどの遅れが発生する。
そのため、通常のノイズキャンセル技術のように、入力した騒音信号に対して信号処理を行って、ノイズの除去を行おうとすると、信号処理を行う分の遅延がノイズ処理信号にも発生し、実ノイズに対して遅れが生じるために有効なノイズ低減を行うことができなくなるという問題があった。

このような遅延を防止するため、従来、例えば、１つの振動板と振動板を駆動する二つのボイスコイルを備えたスピーカユニットを備え、一方のボイスコイルには楽音信号を、他方のボイスコイルには騒音検出用マイクロホンで検出された騒音信号に基づくノイズキャンセル信号を入力するようにしたものがある（特許文献１を参照。）。

特開２００８−０９８９８８号公報

前記特許文献１においては、２つのコイルを巻いたボイスコイルの一方にノイズキャンセル信号を入力することで、１枚の振動板を駆動してノイズをキャンセルするものであるため、ノイズキャンセル用の信号を単純化することができ、実ノイズに対する遅延を極力少なくすることができるものである。
しかしながら、前記特許文献１のものは、通常のダイナミック型のスピーカに適用されるものであり、ボイスコイルを増やすことでスピーカ装置のダイヤフラム、ボイスコイル部の自重が増すので、振動板の振動を抑制してしまい、高域特性を妨げ、音響特性の低下を招いてしまうという問題を有している。
本発明は、前記した点に鑑みてなされたものであり、音声信号とノイズキャンセル信号との時間のずれを防止するとともに、高域特性の悪化を回避して音響特性の向上を図ることのできるスピーカ装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するため、本発明は、平面振動板を備えたスピーカ装置において、前記平面振動板は、マグネットの形成磁界に対応して形成され、音声信号に基づく駆動電流が供給される音声用ボイスコイルパターンを備えるとともに、ノイズキャンセル信号に基づく駆動電流が供給されるノイズキャンセル用ボイスコイルパターンを備えていることを特徴とする。

また、前記構成において、前記平面振動板は、フレキシブル配線基板に前記音声用ボイスコイルパターンおよび前記ノイズキャンセル用ボイスコイルパターンを形成した構成としてもよい。さらに、前記構成において、前記ノイズキャンセル用ボイスコイルパターンは、前記音声用ボイスコイルパターンの一側に形成されている構成としてもよい。また、前記構成において、前記ノイズキャンセル用ボイスコイルパターンは、前記音声用ボイスコイルパターンの両側に形成されている構成としてもよい。

また、前記構成において、前記ノイズキャンセル用ボイスコイルパターンは、複数本形成され、前記各ノイズキャンセル用ボイスコイルパターンの端部を電気的に接続して１本のノイズキャンセル用ボイスコイルパターンとした構成としてもよい。さらに、前記構成において、前記ノイズキャンセル用ボイスコイルパターンの中途部に抵抗素子を接続した構成としてもよい。また、前記構成において、前記平面振動板の前記音声用ボイスコイルパターンまたは前記ノイズキャンセル用ボイスコイルパターンの間に、補強パターンを形成した構成としてもよい。

本発明によれば、音声信号に基づく駆動電流が供給される音声用ボイスコイルパターンと、ノイズキャンセル信号に基づく駆動電流が供給されるノイズキャンセル用ボイスコイルパターンとを形成するようにしているので、音声信号が騒音信号の影響を受けることがなく、音質が良好な再生音を得ることができる。また、音声用ボイスコイルパターンおよびノイズキャンセル用ボイスコイルパターンを形成するようにしているので、振動板の表面を硬くすることが可能となる。そのため、振動板による伝達速度を増加させることができ、高域特性の悪化を回避することができる。

本発明に係るスピーカ装置の第１実施形態を示すスピーカ装置の分解斜視図である。スピーカ装置の縦断面図である。振動板の平面図である。図３の一点鎖線枠部分における振動板の一部の拡大図である。駆動回路のブロック図である。本発明に係るスピーカ装置の第２実施形態を示す振動板の一部の拡大図である。本発明に係るスピーカ装置の第３実施形態を示す振動板の一部の拡大図である。本発明に係るスピーカ装置の第４実施形態を示す振動板の一部の拡大図である。本発明に係るスピーカ装置の第５実施形態を示す振動板の一部の拡大図である。

以下、本発明に係るスピーカ装置の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、スピーカ装置の分解斜視図であり、図２は、スピーカ装置の縦断面図である。図３は、振動板の平面図であり、図４は、図３の一点鎖線枠部分における振動板の一部の拡大図である。
本実施形態においては、スピーカ装置は、平面振動板を用いたフルデジタルスピーカ装置の例を示している。

本実施形態におけるスピーカ装置１０は、振動板１１と、この振動板１１を緩衝部材１２，１２を介して上下から挟み込む一対のマグネット１３,１３と、これらの部材の全体を上下から被覆する一対の保持部材１４，１４とを備えている。
振動板１１は、薄肉フィルム状のフレキシブル配線基板２０から構成されるものであり、フレキシブル配線基板２０の一面には、音声信号に基づいて駆動電流が供給される音声用ボイスコイルパターン２１が形成されている。この音声用ボイスコイルパターン２１は、図３および図４に示すように、複数本の導線パターンをフレキシブル配線基板２０の全域にわたって蛇行するように形成するものである。

また、本実施形態においては、フレキシブル配線基板２０には、図３に示すように、音声用ボイスコイルパターン２１の一側に、１本のノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２が音声用ボイスコイルパターン２１とほぼ平行となるように蛇行して形成されている。
なお、図４、図６から図９においては、説明の都合上、音声用ボイスコイルパターン２１を実線で示すとともに、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を一点鎖線で示す。

また、振動板１１の一側には、音声用ボイスコイルパターン２１およびノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を外部に引き出す導線引き出し部２３が一体に設けられており、この導線引き出し部２３の先端部には、音声用ボイスコイルパターン２１およびノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の端部にそれぞれ接続される端子部２４が形成されている。
そして、この端子部２４から所定のデジタルの音声信号およびアナログのノイズキャンセル信号に基づいて駆動電流を通電するように構成されている。

また、マグネット１３は、ボイスコイルパターンの形成されたラインに沿ってＮ極とＳ極とが交互に位置するように平行縞状に形成されている。
ここで、マグネット１３の表面に垂直な磁界成分は、Ｎ極およびＳ極の付近で最も大きく、Ｎ極とＳ極の境界付近では最も小さくなる。これに対して、マグネット１３の表面に平行な水平の磁界成分は、Ｎ極およびＳ極の付近では最も小さく、Ｎ極とＳ極の境界付近では最も大きい。そのため、振動板１１を厚み方向に振動させるのに寄与する磁界成分は、垂直成分ではなく水平成分である（フレミングの左手の法則）。

そのため、Ｎ極とＳ極の境界付近に対応する位置に、音声用ボイスコイルパターン２１およびノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の直線部分を配置することにより、振動板１１の面内で音声用ボイスコイルパターン２１およびノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の直線部分を横切るような向きに磁力線が通ることになる。
したがって、本実施形態においては、Ｎ極とＳ極との境界部分に、音声用ボイスコイルパターン２１とノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２とを配置するように構成されている。そして、音声用ボイスコイルパターン２１およびノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２に駆動電流を通電することにより、その電流と磁界との相互作用により最も効率よく電磁力が発生し、振動板１１が厚み方向に振動するように構成されている。

また、マグネット１３には、振動板１１から出力される音声を通すための複数の貫通孔２５が形成されている。前述のように、Ｎ極とＳ極との境界部分に音声用ボイスコイルパターン２１とノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２とを配置して、この境界部分で、振動板１１を効率よく振動させるようにしていることから、貫通孔２５は、Ｎ極とＳ極との境界部分に対応する位置に形成することが好ましい。

また、緩衝部材１２は、軟質材料からなり、かつ、音声を通す機能を有するものであり、例えば、不織布などにより構成されるものである。緩衝部材１２は、振動板１１とほぼ同様の大きさに形成されるものであり、この緩衝部材１２により、振動板１１とマグネット１３との間に所定の間隙が形成されるように構成されている。この緩衝部材１２は、振動板１１の駆動時に振動板１１がマグネット１３に衝突して異音を発することを防止するものであり、緩衝部材１２は、その厚さや材質により、必要に応じて複数枚重ねて使用することもできる。

保持部材１４は、例えば、金属などの硬質材料により構成されており、各保持部材１４の間に、振動板１１、緩衝部材１２およびマグネット１３を挟持した状態で、保持部材１４の外周辺に図示しないねじなどを螺合させることにより、一対のマグネット１３の間に振動板１１が所定間隙をもって保持されるように固定するように構成されている。また、保持部材１４には、マグネット１３の貫通孔２５と同様の位置に、貫通孔２６が形成されており、この貫通孔２６により、振動板１１からの音声を外部に効率よく放射することができるように構成されている。

次に、前述のスピーカ装置１０の駆動回路について図５を参照して説明する。
図５に示すように、駆動回路３０は、所定のデジタル音源３１からのデジタル音声信号が入力される音声ドライバ回路３２を備えており、音声ドライバ回路３２は、デジタル音声信号を所定の音声駆動信号とし、この音声駆動信号に基づく駆動電流を端子部２４を介して音声用ボイスコイルパターン２１に供給するように構成されている。
一方、駆動回路３０は、外部の騒音を入力するマイクロホン３３を備えており、駆動回路３０は、マイクロホン３３からの外部の騒音信号を入力するノイズキャンセル回路３４を備えている。ノイズキャンセル回路３４は、マイクロホン３３からの騒音信号の位相を反転し、この位相反転した信号をノイズキャンセル信号とし、このノイズキャンセル信号に基づく駆動電流を端子部２４を介してノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２に供給するように構成されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態においては、所定のデジタル音源３１から送られる音声信号を音声ドライバ回路３２により音声駆動信号とし、この音声駆動信号に基づく駆動電流を音声用ボイスコイルパターン２１に供給する。
一方、マイクロホン３３により外部の騒音を入力してノイズキャンセル回路３４に送り、ノイズキャンセル回路３４により、マイクロホン３３からの騒音信号の位相を反転し、位相反転したノイズキャンセル信号に基づく駆動電流をノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２に供給する。

そして、音声信号に基づく駆動電流およびノイズキャンセル信号に基づく駆動電流が供給されることにより、これら各電流とマグネット１３の磁界との相互作用により、電磁力が発生して、振動板１１が厚さ方向に振動するものである。このとき、音声信号に基づく駆動電流とともに、ノイズキャンセル信号に基づく駆動電流を供給するようにしているので、これら音声信号とノイズキャンセル信号とが合成された信号に基づいて振動板１１が振動されることになる。そのため、外部の騒音を打ち消した状態で、音声信号による音声を出力することができるものである。

以上のべたように、本実施形態においては、フレキシブル配線基板２０に音声用ボイスコイルパターン２１およびノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成し、音声信号に基づく駆動電流とともに、ノイズキャンセル信号に基づく駆動電流を供給するようにしているので、これら音声信号とノイズキャンセル信号とが合成された信号に基づいて振動板１１が振動されることになり、外部の騒音を打ち消した状態で、音声信号による音声を出力することができるものである。その結果、音声信号が騒音信号の影響を受けることがなく、音質が良好な再生音を得ることができる。
また、本実施形態においては、フレキシブル配線基板２０に音声用ボイスコイルパターン２１の他にノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成するようにしているので、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２が増えた分だけ、振動板１１の表面を硬くすることが可能となる。そのため、振動板１１による伝達速度を増加させることができ、高域特性の悪化を回避することができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図６は、本発明の第２実施形態を示したものである。本実施形態においては、フレキシブル配線基板２０に形成された音声用ボイスコイルパターン２１の両側にノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成するようにしたものである。

すなわち、前記第１実施形態においては、音声用ボイスコイルパターン２１の一側にノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成するようにしたものであるが、音声用ボイスコイルパターン２１の一側にノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成した場合には、振動板１１の振幅が不均一になってしまうおそれがある。
そのため、本実施形態においては、両側にノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成することにより、音声用ボイスコイルパターン２１に対して振動板１１を均一に振動させることができるものである。

本実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、フレキシブル配線基板２０に音声用ボイスコイルパターン２１およびノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成し、音声信号に基づく駆動電流とともに、ノイズキャンセル信号に基づく駆動電流を供給するようにしているので、これら音声信号とノイズキャンセル信号とが合成された信号に基づいて振動板１１が振動されることになり、外部の騒音を打ち消した状態で、音声信号による音声を出力することができるものである。
また、フレキシブル配線基板２０に音声用ボイスコイルパターン２１の両側にノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成するようにしているので、第１実施形態と比較して、より振動板１１の表面を硬くすることが可能となり、振動板１１による伝達速度を増加させることができ、高域特性の悪化を回避することができる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図７は、本発明の第３実施形態を示したものである。一般に、平面振動板１１を用いたスピーカ装置は、ダイナミック型のスピーカ装置に比較して、インピーダンスが小さく、消費電流が大きくなる傾向にある。これにより、パワーアンプ回路の消費電力の増大や、これによる過電流保護回路が機能してしまう可能性がある。
そのため、本実施形態においては、前記第２実施形態のように音声用ボイスコイルパターン２１の両側にノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成するとともに、これら各ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の端部を電気的に接続することで、音声用ボイスコイルパターン２１の両側に配置された１本の長いノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成するようにしたものである。

このようにノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の長さ寸法を長く形成することにより、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の抵抗値が増加するため、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２のインピーダンスを高めることが可能となる。

本実施形態においても、前記各実施形態と同様に、フレキシブル配線基板２０に音声用ボイスコイルパターン２１およびノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成し、音声信号およびノイズキャンセル信号に基づく駆動電流をそれぞれ供給するようにしているので、これら音声信号とノイズキャンセル信号とが合成された信号に基づいて振動板１１が振動されることになり、外部の騒音を打ち消した状態で、音声信号による音声を出力することができるものである。
また、フレキシブル配線基板２０に音声用ボイスコイルパターン２１およびノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成するようにしているので、振動板１１の表面を硬くすることが可能となり、振動板１１による伝達速度を増加させることができ、高域特性の悪化を回避することができる。

また、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の端部を電気的に接続し、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の長さ寸法を長く形成するようにしているので、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の抵抗値が増加するため、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２のインピーダンスを高めることができ、その結果、消費電流が低減させることができ、これにより、過電流保護回路が機能してしまうことも防止することができる。

なお、前記第１実施形態および第２実施形態においても、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の配線パターンの引き回しを工夫することで、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の長さ寸法を長く確保することにより、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２のインピーダンスを増大させることができるが、本実施形態においては、このような配線パターンの引き回しの工夫をすることなく、容易にノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２のインピーダンスを増加させることができるものである。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図８は、本発明の第４実施形態を示したものである。本実施形態においては、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２のインピーダンスを増加させるため、音声用ボイスコイルパターン２１の両側にノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成するとともに、これら各ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の中途部に抵抗素子３５を接続するようにしたものである。

このようにノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２に抵抗素子３５を接続することにより、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の抵抗値が増加するため、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２のインピーダンスを高めることが可能となる。

また、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の中途部に抵抗素子３５を接続するようにしているので、抵抗素子３５によりノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の抵抗値を増加させることができるため、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２のインピーダンスを高めることができ、その結果、消費電流が低減させることができ、これにより、過電流保護回路が機能してしまうことも防止することができる。

次に、本発明の第５実施形態について説明する。
図９は、本発明の第５実施形態を示したものである。本実施形態においては、フレキシブル配線基板２０の音声用ボイスコイルパターン２１およびノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２の間に、補強用パターン３６を形成するようにしたものである。
補強用パターン３６は、例えば、銅箔などの金属箔や硬質材料の箔からなるパターンにより構成されるものであり、補強用パターン３６によりフレキシブル配線基板２０を補強することにより、振動板１１の伝達速度を増加させるようにしたものである。

本実施形態においても、前記各実施形態と同様に、フレキシブル配線基板２０に音声用ボイスコイルパターン２１およびノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成しているので、外部の騒音を打ち消した状態で、音声信号による音声を出力することができる。
また、フレキシブル配線基板２０に音声用ボイスコイルパターン２１およびノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成するとともに、音声用ボイスコイルパターン２１とノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２との間に補強用パターン３６を形成するようにしているので、振動板１１の表面をより硬くすることが可能となり、振動板１１による伝達速度を増加させることができ、高域特性を著しく向上させることができる。

なお、前記各実施形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。
例えば、前記各実施形態においては、ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を１本または２本形成する場合について説明したが、３本以上形成するようにしてもよい。
また、前記各実施形態においては、音声用ボイスコイルパターン２１およびノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２をフレキシブル配線基板２０の一面側に形成するようにしたが、例えば、フレキシブル配線基板２０の両面側に形成するようにしてもよい。

さらに、例えば、フレキシブル配線基板２０に音声用ボイスコイルパターン２１を形成するとともに、この音声用ボイスコイルパターン２１を被覆するように絶縁層を形成することにより、絶縁層の表面にノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を形成するようにしてもよい。このように構成することにより、音声用ボイスコイルパターン２１とノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２とを重ねて形成することが可能となる。
また、前記各実施形態においては、マグネット１３にＮ極とＳ極とを平行縞状に形成し、音声用ボイスコイルパターン２１およびノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を蛇行するように配置した例を示したが、マグネット１３のＮ極とＳ極との着磁状態を変更することにより、このマグネット１３の着磁状態に応じて、音声用ボイスコイルパターン２１およびノイズキャンセル用ボイスコイルパターン２２を配置することができるものである。

１０スピーカ装置
１１振動板
１２緩衝部材
１３マグネット
１４保持部材
２０フレキシブル配線基板
２１音声用ボイスコイルパターン
２２ノイズキャンセル用ボイスコイルパターン
２３導線引き出し部
２４端子部
２５，２６貫通孔
３０駆動回路
３１デジタル音源
３２音声ドライバ回路
３３マイクロホン
３４ノイズキャンセル回路
３５抵抗素子
３６補強用パターン

Claims

平面振動板を備えたスピーカ装置において、
前記平面振動板は、マグネットの形成磁界に対応して形成され、音声信号に基づく駆動電流が供給される音声用ボイスコイルパターンを備えるとともに、ノイズキャンセル信号に基づく駆動電流が供給されるノイズキャンセル用ボイスコイルパターンを備えていることを特徴とするスピーカ装置。
前記平面振動板は、フレキシブル配線基板に前記音声用ボイスコイルパターンおよび前記ノイズキャンセル用ボイスコイルパターンを形成して構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
前記ノイズキャンセル用ボイスコイルパターンは、前記音声用ボイスコイルパターンの一側に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピーカ装置。
前記ノイズキャンセル用ボイスコイルパターンは、前記音声用ボイスコイルパターンの両側に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピーカ装置。
前記ノイズキャンセル用ボイスコイルパターンは、複数本形成され、前記各ノイズキャンセル用ボイスコイルパターンの端部を電気的に接続して１本のノイズキャンセル用ボイスコイルパターンとしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピーカ装置。
前記ノイズキャンセル用ボイスコイルパターンの中途部に抵抗素子を接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピーカ装置。
前記平面振動板の前記音声用ボイスコイルパターンまたは前記ノイズキャンセル用ボイスコイルパターンの間に、補強パターンを形成したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のスピーカ装置。