JP2016015662A - トランスによるスピーカー最低共振周波数の電力供給回路 - Google Patents

Abstract

【課題】スピーカーの最低共振周波数のインピーダンス上昇域で、一般に使用される低電圧出力アンプは電流低下となり、特に密閉型スピーカーシステムは低音を出しにくいため、電力供給回路上で電力低下に自己的抑制効果を求められる簡単な受動回路を実現することを課題とする。
【解決手段】トランスの二次コイルL2にスピーカーの電流を通し、一次コイルL1に、二次コイルL2の電流と逆向きになる極性でアンプの電流を通すことで、相互インダクタンスを打ち消すようにし、スピーカーの電流低下によるインダクタンス打ち消しに差が生じることで発生する二次コイルL2電圧が入力電圧に加算され電力供給低下を抑制する。
【選択図】図１

Description

スピーカーに対応する音質改善

スピーカーへの電力供給低下となる要因として、最低共振周波数（foエフゼロ）での抵抗値の上昇による電流低下がある。

それに対応する音質改善を図る方法として、低音域の信号電圧を高めることで電力供給を補うものであるが、その供給方法としては、能動的な低音増強回路、トーンコントロール回路、負性インピーダンス回路、定電流増幅回路、MFB回路、または受動的なローパスフィルターなどが用いられる。

特開２００８−６１２１２（Ｐ２００８−６１２１２Ａ） 段落番号 0016

スピーカーの最低共振周波数では、抵抗値上昇による急激な山型特性となり、一般に使用される定電圧出力アンプでは電流減少により電力供給の低下を伴い、特に密閉型スピーカーシステムは低音が出にくくなる要因である。

本発明では、そのようなスピーカーの最低共振周波数が及ぼす回路で、電力供給低下の自己的抑制効果を求められる簡単な受動回路を実現することを課題とする。

最低共振周波数で電流が低下しても供給電力を増すには、アンプ出力にスピーカーと直列に電流を妨げない電圧がスピーカー抵抗値上昇で発生するようにすることで電力供給の低下を補うものである。

スピーカーの最低共振周波数における抵抗値上昇に伴って電力低下を抑えるための電圧源をもたらす部品として、複巻もしくは単巻トランスなどを考えたものであるが、手軽に実施可能な一般のAC100V用の電源トランスを利用する。

その回路はアンプ出力にトランス二次コイルとスピーカーを直列回路とし、トランス一次コイルもアンプ出力に接続するが、トランス入力側の二次コイル端子と一次コイル端子の結線は、二次コイルの電流方向と逆向きになる差動接続となるように一次コイル端子の極性を定めて結線する。たとえば二次コイル端子0Vに一次コイル端子0Vではなく100V表示と結線する。

このような回路によって、負荷が固定抵抗であれば、差動的接続である二次コイルと一次コイルのインダクタンスが数Hzから1000Hz位まで相殺される特性が得られる。

スピーカーの最低共振周波数の抵抗値上昇での電流低下によって、スピーカーと直列である二次コイルの励磁電流が低下することで、一次コイルの逆向きの励磁電流が二次コイル電圧として反映する結果、アンプ出力電圧に順方向的に電圧加算され、スピーカーの抵抗値上昇に伴う供給電力の低下を抑える。

1000Hz以上では漏れインダクタンス上昇特性となるが二次コイル端子間をコンデンサーや抵抗器でバイパスすることで影響を回避する。

定格インピーダンスに対し、最低共振周波数における抵抗値上昇域で電力供給効果を得ることで低音の明瞭度および力強さを増し、特に簡単で小型の密閉型フルレンジスピーカーシステムでも全体の特性に弊害無く低音域でゆるやかな特性の低音レベルアップが求められる。

スピーカーの逆起電力を受ける一次コイルは逆起電力で生じる歪み打ち消し効果が期待できる。

固定抵抗負荷でのインピーダンス特性を平坦にできやすいため、本件の回路がアンプの出力特性に影響しにくい。

本発明の実施形態を示す回路図。 実施例での入力電圧一定とする回路中の定数変化に伴う出力電圧と入力インピーダンスを示す表。 実施例に関わる出力音圧周波数特性を示す。 実施例に関わる電気インピーダンス特性を示す。

電源トランスは、一般に電子パーツとして入手できるもので、一次端子100V、二次端子15V、定格電流2Aの規格を採用した。

選択範囲として、二次出力端子5V〜30V、0.5A、一次端子110Vとしても実施可能であるが内部抵抗および入力インピーダンス、電力供給効果に関わる。

図1に示すように、トランスの二次コイル端子1、3の一方と一次コイル端子2、4の一方を結線する。

そのさい、相互コイルインダクタンスが打ち消される向き、または電流方向が逆になるように配線5を結線する。極性表示で、0V同士とならない結線となる。

二次端子1、3のどちらに一次端子4を結線しても特性に変化があるものの実施可能であるが、標準の結線としては、アンプ出力を直接受ける入力端子1、2に一次端子両極が結線する回路とする。

入力端子は、その一次と二次が結線する端子1と共通で、もう一方は一次コイル端子2とする。
スピーカーへの出力端子は、もう一方の二次端子3、そして入力端子となっている一次端子2と共通である。

周波数が1000Hz程度以上からコイルインダクタンスが打ち消されにくくなるため高域がゆるやかな下昇特性となり、高音が出すぎるスピーカーでは好都合であるが、その影響を回避するには二次端子1、3間をバイパスする抵抗器R1またはコンデンサーを接続する。

また、バイパス抵抗R1はスピーカーの逆起電力を一次コイルL1に与え易くでき、二次コイルL2に作用して逆起電力による歪みを打ち消しやすいと考える。

結線部5a、1間に抵抗器を入れることで、回路中の内部抵抗は上がるが、スピーカー6の抵抗値上昇と同じように、二次コイルL2の励磁電流が減り、一次コイルL1による加算電圧が二次コイルL2に増加できる。

実施例での使用スピーカーは口径10cm、定格インピーダンス8Ω、Q0値0.33、最大許容入力15W、密閉型キャビネット内容積6Ｌを用いた。

トランス端子同士の必要な結線は、一次と二次の相互コイルインダクタンスを打ち消す極性で一次端子2、4が入力端子1、2に結線するものであるが、極性の検証方法として、とりあえず出力端子3,2を短絡し、入力端子1,2のインピーダンス測定をおこない、定格インピーダンスが0Ωに近い方の極性とする。

出力端子3,2にスピーカー6が接続されると、スピーカーの抵抗値上昇で二次コイルL2の励磁電流低下となり、逆極性で接続する一次コイルL1の反転した励磁電流による電圧が二次コイルL2に生じ、アンプの駆動電圧に加算される出力電圧になると考える。

図2は、入力電圧2V、100Hz一定で負荷抵抗R2を4Ω〜60Ωまで変化したときのR2に生じる出力電圧と入力端子1、2でのインピーダンス最低値を示す。

図3に示す出力音圧周波数特性における最低共振周波数の範囲で通常の特性7を1dB程度上回る特性8が観測でき、高域特性の差を重ねるとバランスとして2dB程度の低域レベルアップの見込みとなる。

図4に示すインピーダンス特性のように、出力端子に固定抵抗8Ω接続では、特性9のように約2000Hzまで約6Ω〜8Ωを維持されるが、それ以上ではトランスの漏れインダクタンスと思われるインピーダンス上昇となるが、二次コイル端子間をバイパスする抵抗2,2Ω を接続することで8Ω＋2.2Ω程度の上昇にとどまるように補正できる。

または、二次コイル端子間をバイパスする大容量のコンデンサー1000μFでも回避でき、低価格の電解コンデンサーでも可能である。

1 二次コイル端子と一次コイル端子の結線する入力端子
L1 一次コイル
R1 バイパス抵抗器
2 一次コイル端子が結線する入出力端子
L2 二次コイル
3 二次コイル端子が結線する出力端子
4 一次コイル端子
5 二次コイル端子と一次コイル端子を結線する配線
5a 二次コイル入力と配線5の結線部
6 スピーカー
7 実施例を適用しない特性
8 実施例での特性
9 スピーカーを固定抵抗8Ωに変えた特性
9a 9の位相特性
10 出力回路短絡の特性
10a 10の位相特性
11 実施例を適用しない特性
11a 11の位相特性
12 実施例での特性
12a 12の位相特性

Claims (3)

1. 一般の電源トランスまたはそれに類似する一次コイルおよび二次コイルを有するトランスの一次コイル端子と二次コイル端子を結線する両極のインピーダンス最低値が0Ωに近くなる方の極性で結線し、出力側とする方の結線部を開放した一次コイル端子2と二次コイル端子3がスピーカー6に結線し、一次コイル端子と二次コイル端子の配線5の結線する二次端子1および一次側の出力端子2はアンプからの音声信号の入力端子と共通とするトランスによるスピーカー最低共振周波数の電力供給回路。
2. または二次端子1に結線する配線5を二次端子3の方に結線する請求項1に記載のトランスによるスピーカー最低共振周波数の電力供給回路。
3. 二次コイル端子1、3間をバイパスする抵抗器R1またはコンデンサーを接続することでインピーダンス特性上昇による影響を補正または回避するようにした請求項1に記載のトランスによるスピーカー最低共振周波数の電力供給回路。

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