JP2019169834A - スピーカ保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スピーカの振動要素の物理的破損を確実に防止する技術を提供する。【解決手段】スピーカ保護装置５は、スピーカ２が有する振動要素１０の中心軸方向における基準位置からの変位量を取得する変位量取得部４０と、変位量に基づいて、音響信号を増幅する増幅器３における増幅率を補正する増幅率補正部４１と、を備える。増幅率補正部４１は、変位量の絶対値が大きくなるにつれて増幅係数を小さくすることで、変位量の絶対値が大きくなるにつれて増幅率が小さくなるように増幅率を補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、スピーカ保護装置に関する。

特許文献１は、スピーカがその定格を超える電力で駆動させることを防止する技術を開示している。具体的には、音響信号を増幅する出力増幅器の出力電力をモニタリングし、出力電力が一定時間以上継続して定格を超えた場合、音量を制限するようにしている。

特開２００５−２８６５４６号公報

ところで、一般的なスピーカにおいては、許容入力が規定されている。許容入力とは、それ以上のワット数の信号をスピーカに入力すると、スピーカの振動要素の物理的破損を招く虞のあるワット数である。

スピーカを一般住宅内で使用する分には上記許容入力を意識する必要はないが、例えば、音楽スタジオに設置されているスピーカはその許容入力付近で駆動されることが稀ではない。そして、後者の場合において、スピーカに入力される信号をモニタリングして制御しても、スピーカの振動要素の物理的破損を回避できない場合があった。

本発明の目的は、スピーカの振動要素の物理的破損を確実に防止する技術を提供することにある。

本発明の一実施形態によれば、スピーカが有する振動要素の中心軸方向における基準位置からの変位量を取得する変位量取得部と、前記変位量に基づいて、音響信号を増幅する増幅器における増幅率を補正する増幅率補正部と、を備え、前記増幅率補正部は、前記変位量の絶対値が大きくなるにつれて前記増幅率が小さくなるように前記増幅率を補正する、スピーカ保護装置が提供される。

本発明によれば、スピーカの振動要素の基準位置からの変位量を直接的に観測して対処することで、スピーカの振動要素の物理的破損を確実に防止することができる。

音響システムの全体概略図である。（第１実施形態） スピーカ保護方法の制御フローである。（第１実施形態） 補正係数の演算フローである。（第１実施形態） 変位量と補正係数との関係を示すグラフである。（第１実施形態） 変位量と補正係数との関係を示すグラフである。（第２実施形態）

（第１実施形態）
以下、図１から図４を参照して、第１実施形態を説明する。図１は、音響システム１の全体概略図である。

図１に示すように、音響システム１は、スピーカ２と、増幅器３と、レーザ変位計４と、スピーカ保護装置５と、を備えている。

（スピーカ２）
スピーカ２は、入力された音響信号を再生するものである。スピーカ２は、振動要素１０と、振動要素１０に磁力を与える磁気回路１１と、振動要素１０を保持して磁気回路１１と結合するフレーム１２と、を備えている。

磁気回路１１は、永久磁石２０と、プレート２１と、ポールピース２２と、から構成されている。

振動要素１０は、振動板３０と、ボイスコイル３１と、ボビン３２と、エッジ３３と、ダンパ３４と、を備えている。振動要素１０は、少なくとも、振動板３０とボイスコイル３１を含む。

振動板３０は、正面視した形状が円形であって、ボイスコイル３１からの振動を受けて音波を放射するものである。振動板３０は、ドーム部３０ａとコーン部３０ｂを含む。

ボイスコイル３１は、音響信号が給電されることで磁気回路１１と反応してスピーカ２の中心軸方向に振動し、この振動を振動板３０に伝えるものである。ボイスコイル３１は、ボビン３２に形成されている。ボイスコイル３１は、磁気回路１１の間隙部分に配置されている。また、ボビン３２の一端は、振動板３０に接着等により接続されている。以下、単に「中心軸」と記載した場合、スピーカ２の中心軸を意味するものとする。

エッジ３３は、振動板３０をフレーム１２に支持する凸断面形状の部材である。エッジ３３の径方向内方の端部は振動板３０の径方向外方の端部に接着剤等により接続される。エッジ３３の径方向外方の端部はフレーム１２に接着等により固定されている。

ダンパ３４は、ボイスコイル３１の振動を減衰するものである。ダンパ３４の径方向内方の端部はボビン３２に接着等により接続される。ダンパ３４の径方向外方の端部はフレーム１２に接着等により固定されている。

（増幅器３）
増幅器３は、外部機器から出力された音響信号を所望の増幅率にて増幅してスピーカ２に出力するものである。増幅器３の増幅率は、ユーザーがボリュームを操作することで自在に設定される。

（レーザ変位計４）
レーザ変位計４は、変位量測定器の一具体例である。レーザ変位計４は、スピーカ２が有する振動要素１０の中心軸方向における基準位置からの変位量を測定し、測定結果をスピーカ保護装置５に出力する。なお、レーザ変位計４は、超音波変位計に代えることができる。なお、以下、「基準位置」とは、例えば、スピーカ２の非駆動時における振動要素１０の位置である。「基準位置」は、他にも、磁気回路１１又はフレーム１２に含まれる特定の部位の位置としてもよい。本実施形態では、レーザ変位計４は、振動板３０の中心軸方向における基準位置からの変位量を測定している。しかし、これに代えて、レーザ変位計４は、例えば、ボイスコイル３１やボビン３２、エッジ３３、ダンパ３４など、振動要素１０を構成する他の部分の中心軸方向における基準位置からの変位量を測定するようにしてもよい。

（スピーカ保護装置５）
スピーカ保護装置５は、スピーカ２の振動要素１０の変位量が過大となることで振動要素１０が物理的に破損してしまうのを防止するための装置である。スピーカ保護装置５は、中央演算処理器としてのCPU（Central Processing Unit）と、読み書き自由のRAM（Random Access Memory）、読み出し専用のROM（Read Only Memory）を備えている。そして、CPUがROMに記憶されているプログラムを読み出して実行することで、プログラムは、CPUなどのハードウェアを、変位量取得部４０、増幅率補正部４１、表示器制御部４２、として機能させる。また、スピーカ保護装置５は、更に、表示器４３を備えている。本実施形態では、変位量取得部４０、増幅率補正部４１、表示器制御部４２は、ソフトウェアにより実現しているがハードウェアで実現してもよい。

変位量取得部４０は、レーザ変位計４から、スピーカ２が有する振動要素１０の中心軸方向における基準位置からの変位量を取得する。

増幅率補正部４１は、変位量取得部４０が取得した変位量に基づいて、増幅係数を算出し、音響信号を増幅する増幅器３における増幅率を上記増幅係数により補正する。一例として、増幅率補正部４１は、算出した補正係数を補正指令として増幅器３に出力することで、増幅器３における増幅率を補正する。

表示器制御部４２は、増幅率補正部４１が算出した増幅係数に基づいて表示器４３の点灯動作を制御する。

表示器４３は、例えば、発光ダイオードにより構成される。

次に、図２を参照して、スピーカ保護装置５の動作フローを説明する。図２に示す一連の動作フローは、例えば、０．１ｍｓ毎に実行される。即ち、音響信号が１００Ｈｚの正弦波と仮定すると、１／４周期内に音響信号が最大振幅値に到達し得る。１／４周期は、２．５ｍｓである。従って、２．５ｍｓの２５分の１程度である０．１ｍｓ毎に上記動作フローを実行することが一例として挙げられる。

Ｓ１００：
先ず、変位量取得部４０は、レーザ変位計４から、スピーカ２が有する振動要素１０の中心軸方向における基準位置からの変位量を取得する。

Ｓ１１０−Ｓ１２０：
次に、増幅率補正部４１が、変位量取得部４０が取得した変位量に基づいて増幅係数を演算し（Ｓ１１０）、演算した増幅係数に基づいて、音響信号を増幅する増幅器３における増幅率を補正する（Ｓ１２０）。ここで、増幅係数は、例えば、０から１までの数値である。増幅率補正部４１は、例えばユーザーがボリューム操作により入力した増幅器３の増幅率に上記増幅係数を乗算することで、増幅器３の増幅率が小さくなるように増幅器３の増幅率を補正する。増幅係数が０の場合、増幅器３の増幅率も０となる。増幅係数が１の場合、増幅器３の増幅率はユーザーがボリューム操作により入力した増幅率そのものとなる。増幅率補正部４１における増幅係数の演算方法は、後述する。

Ｓ１３０―Ｓ１５０：
次に、表示器制御部４２は、増幅率補正部４１が算出した増幅係数に基づいて、表示器４３の点灯動作を制御する。具体的には、表示器制御部４２は、増幅係数が１未満の場合（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、表示器４３を点灯させることで（Ｓ１４０）、現在増幅率抑制モードであることをユーザーに報知する。一方、表示器制御部４２は、増幅係数が１未満でない場合（Ｓ１３０：ＮＯ）、即ち、増幅係数が１である場合（Ｓ１３０：ＮＯ）、表示器４３を消灯させることで（Ｓ１５０）、現在増幅率抑制モードではない通常動作モードであることをユーザーに報知する。

次に、図２のＳ１１０に示した増幅率補正部４１における増幅係数の演算を、図３及び図４を参照して詳細に説明する。図３は、増幅率補正部４１における増幅係数の演算フローである。図４は、変位量と補正係数との関係を示すグラフである。

Ｓ２００：
先ず、振動要素１０が放音方向に変位した場合とその反対方向に変位した場合とで変位量の符号が異なってくる。従って、増幅率補正部４１は、計算の便宜上、変位量を変位量の絶対値とする。以降、単に変位量と記載した場合は、変位量の絶対値を意味するものとする。

Ｓ２１０−Ｓ２２０：
次に、増幅率補正部４１は、変位量が第１の変位量未満であるか判定し（Ｓ２１０）、変位量が第１の変位量未満である場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、図４に示すように補正係数を１として（Ｓ２２０）、処理を終了する。変位量が第１の変位量未満でない場合（Ｓ２１０：ＮＯ）、処理をＳ２３０に進める。ここで、第１の変位量は、スピーカ２に許容入力に相当する信号が入力された場合の最大の変位量に設定することが好ましい。なぜなら、許容入力とは、許容入力未満の信号であれば、長時間スピーカ２に供給してもスピーカ２の振動要素１０が物理的に破損することがないことが保障されているからである。即ち、スピーカ２の入力が許容入力未満であれば、増幅器３の増幅率を補正する必要がないので、補正係数を１とすることが好ましい。

Ｓ２３０−Ｓ２４０：
次に、増幅率補正部４１は、変位量が第２の変位量未満であるか判定し（Ｓ２３０）、変位量が第２の変位量未満である場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、補正係数を変位量と第１の変位量と第２の変位量に基づいて算出し（Ｓ２４０）、処理を終了する。本実施形態では、下記式（１）により、補正係数を算出する。なお、下記式（１）において、Ｋは補正係数を意味し、Ｄは変位量を意味し、Ｄ１は第１の変位量を意味し、Ｄ２は第２の変位量を意味する。第２の変位量Ｄ２は、第１の変位量Ｄ１よりも大きい値である。

上記式（１）によれば、図４に示すように、変位量Ｄが第１の変位量Ｄ１以上であり第２の変位量Ｄ２未満であるとき、補正係数Ｋは、変位量Ｄが大きくなるにつれて小さくなる。具体的には、補正係数Ｋは、変位量Ｄが大きくなるのに比例して小さくなる。これによれば、変位量が過大となるのを防止することができるので、振動要素１０の物理的な破損を防止することができる。また、これによれば、補正係数Ｋをステップ状に変動させる場合と比較して、増幅率の補正が開始したことが気づかれ難い。

なお、言うまでもなく、Ｓ２３０において変位量が第２の変位量未満である場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）とは、変位量が第１の変位量以上であり（Ｓ２１０：ＮＯ）、第２の変位量未満である（Ｓ２３０：ＹＥＳ）ことを意味している。増幅率補正部４１は、変位量が第２の変位量未満でない場合（Ｓ２３０：ＮＯ）、処理をＳ２５０に進める。

Ｓ２５０：
増幅率補正部４１は、変位量が第２の変位量未満でない場合（Ｓ２３０：ＮＯ）、即ち、変位量が第２の変位量以上である場合（Ｓ２３０：ＮＯ）、補正係数をゼロにし（Ｓ２５０）、処理を終了する。ここで、第２の変位量は、スピーカ２に最大入力に相当する信号が入力された場合の最大の変位量に設定することが好ましい。なぜなら、最大入力とは、一瞬でも最大入力の信号がスピーカ２に供給されたら、スピーカ２の振動要素１０が物理的に破損する値だからである。即ち、スピーカ２の入力が最大入力以上となった場合、すぐさま補正係数をゼロとすることで増幅器３の増幅率をゼロに補正し、スピーカ２を保護することが好ましい。

以上に、第１実施形態を説明したが、上記第１実施形態は以下の特徴を有する。

即ち、例えば、図１に示すように、スピーカ保護装置５は、スピーカ２が有する振動要素１０の中心軸方向における基準位置からの変位量を取得する変位量取得部４０と、変位量に基づいて、音響信号を増幅する増幅器３における増幅率を補正する増幅率補正部４１と、を備える。以上の構成によれば、スピーカ２の振動要素１０の変位量を直接的に観測して対処することで、スピーカ２の振動要素１０の物理的破損を確実に防止することができる。

また、例えば、図４に示すように、増幅率補正部４１は、変位量の絶対値が大きくなるにつれて増幅係数を小さくすることで、変位量の絶対値が大きくなるにつれて増幅率が小さくなるように増幅率を補正する。以上の構成によれば、変位量の大小に応じて増幅率の補正の強度を適切に調整することができる。

また、例えば、図４に示すように、増幅率補正部４１は、変位量の絶対値が大きくなるのに比例して増幅係数を小さくすることで、変位量の絶対値が大きくなるのに比例して増幅率が小さくなるように増幅率を補正する。以上の構成によれば、変位量の大小に応じて増幅率の補正の強度を滑らかに調整することができる。

また、例えば、図４に示すように、増幅率補正部４１は、変位量の絶対値が第１の変位量以上となった場合に、増幅率を補正する。以上の構成によれば、変位量の絶対値が第１の変位量未満であるときは、ユーザーが設定した増幅率が補正されないので、ユーザーが所望する増幅率のままとすることができる。

また、例えば、図４に示すように、増幅率補正部４１は、変位量の絶対値が第１の変位量よりも大きい第２の変位量以上となった場合、増幅率がゼロとなるように増幅率を補正する。以上の構成によれば、変位量が過大となるのを確実に防止することができ、もって、スピーカ２の確実な保護が実現される。

また、例えば、図１に示すように、音響システム１は、スピーカ保護装置５と、スピーカ２と、増幅器３と、変位量を測定し、測定結果をスピーカ保護装置５に出力する変位量測定器としてのレーザ変位計４と、を備える。以上の構成によれば、スピーカ２の振動要素１０の変位量を直接的に観測して対処することで、スピーカ２の振動要素１０の物理的破損を確実に防止することができる。

また、例えば、図２に示すように、スピーカ保護方法は、スピーカ２が有する振動要素１０の中心軸方向における基準位置からの変位量を取得するステップ（Ｓ１００）と、変位量に基づいて、音響信号を増幅する増幅器３における増幅率を補正するステップ（Ｓ１１０，Ｓ１２０）と、を含む。以上の方法によれば、スピーカの振動要素の変位量を直接的に観測して対処することで、スピーカの振動要素の物理的破損を確実に防止することができる。

また、コンピュータに、上記のスピーカ保護方法を実行させるためのプログラムが提供されている。

（第２実施形態）
以下、図５を参照して、第２実施形態を説明する。以下、本実施形態が上記第１実施形態と相違する点を中心に説明し、重複する説明は省略する。

上記第１実施形態では、図３に示すように、変位量が第１の変位量以上であり（Ｓ２１０：ＮＯ）、第２の変位量未満である場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、増幅率補正部４１は、上記式（１）により、補正係数を算出することとした。

しかし、これに代えて、本実施形態では、変位量が第１の変位量以上であり（Ｓ２１０：ＮＯ）、第２の変位量未満である場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、増幅率補正部４１は、下記式（２）及び（３）により、補正係数を算出する。

上記式（２）及び（３）によれば、図５に示すように、変位量Ｄが第１の変位量Ｄ１以上であり第２の変位量Ｄ２未満であるとき、補正係数Ｋは、変位量Ｄが大きくなるにつれて小さくなる。具体的には、増幅率補正部４１は、変位量が大きくなるにつれて増幅係数の変化の割合が大きくなるように、増幅係数を演算する。更に具体的には、増幅率補正部４１は、変位量が大きくなるにつれて増幅係数の変化の割合が先ず大きくなり次に小さくなるように、増幅係数を演算する。図５のグラフで言えば、変位量Ｄが第１の変位量Ｄ１以上であり第２の変位量Ｄ２未満であるとき、補正係数は、変位量が第１の変位量を超えた直後では１の近傍に留まっており、その後、急激に低下し、第２の変位量の近傍ではゼロの近くを推移している。以上によれば、変位量が第１の変位量を超えた直後においては、振動要素１０の物理的な破損を防止することよりも増幅率を殆ど変化させないことで音質を優先させることになる。一方、変位量が第１の変位量から第２の変位量に向かって推移するに際し、第１実施形態と比較して補正係数が早い段階でゼロに近づくことになるので、振動要素１０の物理的な破損を確実に防止することができる。

以上に、第２実施形態を説明したが、上記第２実施形態は以下の特徴を有する。

即ち、例えば、図５に示すように、増幅率補正部４１は、変位量の絶対値が大きくなるにつれて増幅率の変化の割合が大きくなるように増幅率を補正する。以上の構成によれば、変位量の絶対値が大きくなる方に推移した際に増幅率の抑制を遅らせることができるので、変位量の絶対値が大きくなり始めた初期の段階ではユーザーが設定した増幅率がそのまま活かされることになる。

また、例えば、図５に示すように、増幅率補正部４１は、変位量の絶対値が大きくなるにつれて増幅率の変化の割合が大きくなり、変位量の絶対値がさらに大きくなるにつれて増幅率の変化の割合が小さくなるように増幅率を補正する。即ち、図５に示すように、Ｄ１から関数の変曲点までは変位量の絶対値が大きくなるにつれて増幅率の変化の割合が大きくなり、関数の変曲点からＤ２までは変位量の絶対値が大きくなるにつれて増幅率の変化の割合が小さくなる。なお、図５に示す関数に限らず、単調減少の関数であって、Ｄ１またはＤ２の近傍において、関数の他の部分に対して相対的に傾きの絶対値が小さい関数であればよい。即ち、Ｄ１からＤ２において、傾きの絶対値が小から大、大から小へ変化する関数であればよい。以上の構成によれば、変位量の絶対値が大きくなる初期の段階ではユーザーが設定した増幅率を優先し、後期の段階ではスピーカ２の振動要素１０の物理的な破損の回避を優先することになるので、メリハリのある制御が実現される。

以上に、第１実施形態及び第２実施形態を説明した。上記各実施形態は、例えば、以下のように変更できる。

上記実施形態において、増幅率補正部４１は、変位量取得部４０が取得した変位量に基づいて、増幅係数を算出し、音響信号を増幅する増幅器３における増幅率を上記増幅係数により補正することとした。しかし、これに代えて、増幅率補正部４１は、変位量取得部４０が取得した変位量に基づいて、増幅係数を算出することなく、音響信号を増幅する増幅器３における増幅率を直接的に補正してもよい。

また、増幅率補正部４１は、補正係数を演算するに際し、上記式（１）から（３）のような数式で再演算することに代えて、予め変位量と補正係数を関連付けたテーブルを作成しておき、このテーブルを参照することで補正係数を求めることとしてもよい。

上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１ 音響システム
２ スピーカ
３ 増幅器
４ レーザ変位計
５ スピーカ保護装置
１０ 振動要素
１１ 磁気回路
１２ フレーム
２０ 永久磁石
２１ プレート
２２ ポールピース
３０ 振動板
３０ａ ドーム部
３０ｂ コーン部
３１ ボイスコイル
３２ ボビン
３３ エッジ
３４ ダンパ
４０ 変位量取得部
４１ 増幅率補正部
４２ 表示器制御部
４３ 表示器

Claims (5)

1. スピーカが有する振動要素の中心軸方向における基準位置からの変位量を取得する変位量取得部と、
   前記変位量に基づいて、音響信号を増幅する増幅器における増幅率を補正する増幅率補正部と、
   を備え、
   前記増幅率補正部は、前記変位量の絶対値が大きくなるにつれて前記増幅率が小さくなるように前記増幅率を補正する、
   スピーカ保護装置。
2. 請求項１に記載のスピーカ保護装置であって、
   前記増幅率補正部は、前記変位量の絶対値が大きくなるにつれて前記増幅率の変化の割合が大きくなるように前記増幅率を補正する、
   スピーカ保護装置。
3. 請求項１に記載のスピーカ保護装置であって、
   前記増幅率補正部は、前記変位量の絶対値が大きくなるにつれて前記増幅率の変化の割合が大きくなり、前記変位量の絶対値がさらに大きくなるにつれて前記増幅率の変化の割合が小さくなるように前記増幅率を補正する、
   スピーカ保護装置。
4. 請求項１から３までの何れか１項に記載のスピーカ保護装置であって、
   前記増幅率補正部は、前記変位量の絶対値が第１の変位量以上となった場合に、前記増幅率を補正する、
   スピーカ保護装置。
5. 請求項４に記載のスピーカ保護装置であって、
   前記増幅率補正部は、前記変位量の絶対値が前記第１の変位量よりも大きい第２の変位量以上となった場合、前記増幅率がゼロとなるように前記増幅率を補正する、
   スピーカ保護装置。

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